JP5904515B1 - 電波吸収体用塗料組成物及び電波吸収体 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐熱性に優れた電波吸収体用塗料組成物、それを用いた電波吸収体を提供すること。【解決手段】本発明は、ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラス及び磁性損失剤を含む電波吸収体用塗料組成物であって、前記ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスが、１種又は２種以上のケイ酸アルカリ金属塩を含む電波吸収体用塗料組成物。【選択図】なし
Description
本発明は、電波吸収体用塗料組成物、及び該塗料組成物を用いて形成される塗膜からなる電波吸収体に関する。
一般的な電波吸収体は、空気中を伝搬してきた電波を電波吸収体内部に誘導するため、電波の損失剤の配合を調整し、及び／又は形状を工夫することにより空気のインピーダンスに近づけるよう制御されている。例えば、広帯域の電波吸収体は、角錐、円錐等の形状に成形して、誘電率が急激に変化するような界面をもたないように設計されている。特に、複雑な形状を有する物の電波吸収体は、その複雑な形状に対応するために、電波吸収性能を有する塗料を用いて形成された塗膜であることが望ましい。
従来、電波吸収性能を有する塗料組成物として、例えば、鉄等の金属粉末を、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の有機ポリマーに分散させたものが使用されている（特許文献１及び２）。
しかしながら、特許文献１及び２に記載の塗料組成物は、バインダーとして有機ポリマーを用いているために耐熱性が低く、３００℃以上の耐熱性が要求される部位、例えば、煙突の内壁のように高温になる部位、エンジン排気口周辺又はインテークダクト内のように氷結防止のために熱風が吹きかけられるような部位には使用することができなかった。
本発明は、耐熱性に優れた電波吸収体用塗料組成物、それを用いた電波吸収体を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を行った結果、塗料組成物の基材として有機ポリマーではなくケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスを使用することにより、耐熱性に優れた塗膜（電波吸収体）が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の電波吸収体用塗料組成物等に関する。
項１． ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラス及び磁性損失剤を含む電波吸収体用塗料組成物であって、前記ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスが、１種又は２種以上のケイ酸アルカリ金属塩を含む電波吸収体用塗料組成物。
項２． 前記ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスが、２又は３種のケイ酸アルカリ金属塩を含む、上記項１に記載の電波吸収体用塗料組成物。
項３． 前記ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスが、Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏ−ＳｉＯ２系、Ｌｉ２Ｏ−Ｋ２Ｏ−ＳｉＯ２系、Ｎａ２Ｏ−Ｋ２Ｏ−ＳｉＯ２系、及びＬｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏ−Ｋ２Ｏ−ＳｉＯ２系からなる群から選択される少なくとも１種である、上記項２に記載の電波吸収体用塗料組成物。
項４． 前記塗料組成物の全量が１００重量％であるとき、前記ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスの含有量が１〜３０重量％であり、前記磁性損失剤の含有量が７０〜９９重量％である、上記項１〜３のいずれかに記載の電波吸収体用塗料組成物。
項５． 上記項１〜４のいずれかに記載の電波吸収体用塗料組成物を用いて形成された塗膜からなり、前記塗膜の厚みが０．１〜１０ｍｍであって、比誘電率の実数部が５〜２０であり、比誘電率の虚数部が０〜３であり、比透磁率の実数部が１〜５であり、比透磁率の虚数部が０．５〜４である、電波吸収体。
項１． ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラス及び磁性損失剤を含む電波吸収体用塗料組成物であって、前記ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスが、１種又は２種以上のケイ酸アルカリ金属塩を含む電波吸収体用塗料組成物。
項２． 前記ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスが、２又は３種のケイ酸アルカリ金属塩を含む、上記項１に記載の電波吸収体用塗料組成物。
項３． 前記ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスが、Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏ−ＳｉＯ２系、Ｌｉ２Ｏ−Ｋ２Ｏ−ＳｉＯ２系、Ｎａ２Ｏ−Ｋ２Ｏ−ＳｉＯ２系、及びＬｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏ−Ｋ２Ｏ−ＳｉＯ２系からなる群から選択される少なくとも１種である、上記項２に記載の電波吸収体用塗料組成物。
項４． 前記塗料組成物の全量が１００重量％であるとき、前記ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスの含有量が１〜３０重量％であり、前記磁性損失剤の含有量が７０〜９９重量％である、上記項１〜３のいずれかに記載の電波吸収体用塗料組成物。
項５． 上記項１〜４のいずれかに記載の電波吸収体用塗料組成物を用いて形成された塗膜からなり、前記塗膜の厚みが０．１〜１０ｍｍであって、比誘電率の実数部が５〜２０であり、比誘電率の虚数部が０〜３であり、比透磁率の実数部が１〜５であり、比透磁率の虚数部が０．５〜４である、電波吸収体。
本発明の電波吸収体用塗料組成物は、バインダーとして水溶性無機ポリマーであるケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスを使用しているので耐熱性に優れており、３００℃以上の高温に曝される部分にも使用することができる。よって、本発明の塗料組成物を用いて形成された塗膜からなる電波吸収体は、煙突の内壁のように高温になる部位、高温になりやすいエンジン排気口周辺又はインテークダクト内のように氷結防止のために熱風が吹きかけられる部位等において安定的に使用することができる。
本発明は、ケイ酸アルカリ金属系水ガラス及び磁性損失剤を含む電波吸収体用塗料組成物である。
本発明の電波吸収体用塗料組成物は、水溶性無機ポリマーであるケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスをバインダーとして用いることが大きな特徴である。磁性損失剤をケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスに分散させて塗料組成物とすることにより、従来の有機ポリマーをバインダーとして使用する塗料組成物よりも耐熱性に優れた塗膜を得ることができる。
本発明において、ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスとは、ケイ酸アルカリ金属塩の高濃度水溶液のことであり、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）とアルカリ金属炭酸塩とを融解する等の方法により製造される、粘性の大きい無色透明の液体である。ケイ酸アルカリ金属塩は、一般式［ｎＳｉＯ２・Ａ２Ｏ］（ここで、Ａはアルカリ金属を示し、ｎは正の整数である）で示され、例えば、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸セシウム等を挙げることができる。
本発明で使用するケイ酸アルカリ金属系水ガラスは、１種又は２種以上のケイ酸アルカリ金属塩を含む。これらのケイ酸アルカリ金属塩の中で、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム及びケイ酸カリウムが好ましい。
ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスは、２種以上のケイ酸アルカリ金属塩を含むことが好ましい。２種以上のケイ酸アルカリ金属塩を含む水ガラスをバインダーとして使用すると、高い耐熱性を有することに加えて、耐水性が向上した塗膜を得ることができる。耐水性が向上するのは、２種以上のケイ酸アルカリ金属塩を含む水ガラスでは、１種のアルカリ金属が、原子半径又はイオン半径が異なる他のアルカリ金属で置換されることが難しいため、アルカリの移動が起きにくいという、混合アルカリ効果と呼ばれる現象が起こるためであると考えられる。
ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスが２種以上のケイ酸アルカリ金属塩を含む場合には、その１種がケイ酸リチウムであることが好ましい。リチウムのイオン半径は、ナトリウム及びカリウムと比較して著しく小さいために、極性溶媒である水との親和性が最も高いと考えられており、２種以上のケイ酸アルカリ金属塩を含む水ガラスの水が蒸発していく過程で、リチウムイオンが水と共に表層部に移動しやすく、乾燥した塗膜の最表面層がリチウムリッチなガラスとなることで、さらに耐水性が向上すると考えられる。
混合アルカリ効果は、アルカリ金属の種類が多い方がその効果が高いため、ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスは、３種のケイ酸アルカリ金属塩を含むことがより好ましい。
ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスとして、具体的には、Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏ−ＳｉＯ２系、Ｌｉ２Ｏ−Ｋ２Ｏ−ＳｉＯ２系、Ｎａ２Ｏ−Ｋ２Ｏ−ＳｉＯ２系、Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏ−Ｋ２Ｏ−ＳｉＯ２系等が好ましい。これらの２種以上のケイ酸アルカリ金属塩を含む水ガラスにより構成される塗料組成物は、造膜性に優れていることから塗膜の膜厚を数百μｍ以上にしてもひび割れ等が生じにくく、さらに得られた塗膜は耐熱性に優れるだけでなく、耐水性にも優れている。
磁性損失剤には、従来の電波吸収体の電磁波吸収材料として使用される磁性損失剤を制限なく使用することができる。磁性損失剤として、カルボニル鉄粉、アモルファス鉄粉等の磁性体粉末；ケイ素鋼、パーマロイ、センダスト等の金属粉末；フェライト粉末等の磁性体セラミックス粉等を挙げることができる。これらは、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスは強い防錆作用を有することから、磁性損失剤として鉄粉等を使用する場合でも、塗膜に錆が発生しないという利点がある。
前記ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラス及び前記磁性損失剤の混合割合は特に限定されないが、塗料組成物の全量を１００重量％としたときに、ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスの含有量が１〜３０重量％であり、磁性損失剤の含有量が７０〜９９重量％とすることが好ましい。なお、本発明の塗料組成物には、前記構成成分のほかに、公知の酸化防止剤、防錆剤、分散剤、沈降防止剤等のその他の成分を、前記成分の機能を阻害しない範囲で適宜添加することができる。
本発明の塗料組成物は、前記各成分をニーダ、ボールミル、サンドミル、ロールミル、ジェットミル、ホモジナイザー等から適宜選択した混合装置を用いて分散又は混合することにより調製することができる。
本発明の電波吸収体は、上述の塗料組成物を被塗装物に塗装し、必要に応じて乾燥処理を施し、塗膜を形成することにより得ることができる。
塗料組成物の塗装方法は特に限定されないが、刷毛塗り塗装、スプレー塗装、浸漬塗装、ローラー塗装等を用いることができる。複雑な形状をした被塗装面に対しても簡単に塗装できる点で、スプレー塗装が好ましい。
被塗装物の材質は、本発明の塗料組成物を塗布する面が全反射体である必要がある。例えば、金属又はカーボン繊維等の導電性樹脂で補強された複合材等の導電性を有する材料から形成されたものを被塗装物とすることができる。あるいは、被塗装物が、木材、プラスチック等の全反射体でない材料から形成されたものである場合には、その表面に金属箔等の全反射体を貼るか、又は導電性塗料を塗布して、本発明の塗料組成物を塗布する面を全反射体としたものを使用することができる。被塗装物の具体例として、飛行機の機体、煙突等が挙げられる。また、塗装面は平面でも曲面でもよい。
上述の塗料組成物を用いて塗膜を形成する際、塗膜の厚みを０．１〜１０ｍｍとし、塗膜の比誘電率の実数部が５〜２０、比誘電率の虚数部が０〜３、比透磁率の実数部が１〜５、比透磁率の虚数部が０．５〜４になるように調整する。
本発明の電波吸収体は、優れた耐熱性を有しているので、３００℃以上の耐熱性が要求される部位、例えば、煙突の内壁のように高温になる部位、エンジン排気口周辺やインテークダクト内のように氷結防止のための熱風が吹きかけられるような部位に好適に使用することができる。
（実施例１）
５００ｇの日産化学工業社製リチウムシリケート３５、１８８．８ｇの富士化学社製３号ケイ酸ソーダ、４７６．５ｇの日本化学工業社製２Ｋケイ酸カリウム及び１５．１ｇの日本化学工業社製水酸化ナトリウムを混合し、組成比が０．３Ｌｉ２Ｏ・０．４Ｎａ２Ｏ・０．３Ｋ２Ｏ・３ＳｉＯ２・３０Ｈ２Ｏである水ガラスを製造した。得られた０．３Ｌｉ２Ｏ・０．４Ｎａ２Ｏ・０．３Ｋ２Ｏ・３ＳｉＯ２・３０Ｈ２Ｏの組成比を有する水ガラス１００ｇに対し、カルボニル鉄粉４００ｇを混合し、撹拌することにより電波吸収塗料組成物を作製した。３００ｍｍ×３００ｍｍの鉄板に、この塗料組成物を厚みが２５０μｍとなるように塗布し、１２０℃で乾燥させた。この塗布及び乾燥を行う工程を合計１０回繰り返し、膜厚が２．０ｍｍで、比誘電率の実数部が１０．０及び虚数部が０．３、比透磁率の実数部が１．６及び虚数部が１．２である電波吸収体塗膜を作製した。得られた電波吸収体塗膜の反射減衰量を測定し、その結果を図１に示した。図１から、実施例１で得られた塗膜は、９．５ＧＨｚで２０ｄＢ以上の反射減衰量を示すことがわかった。
５００ｇの日産化学工業社製リチウムシリケート３５、１８８．８ｇの富士化学社製３号ケイ酸ソーダ、４７６．５ｇの日本化学工業社製２Ｋケイ酸カリウム及び１５．１ｇの日本化学工業社製水酸化ナトリウムを混合し、組成比が０．３Ｌｉ２Ｏ・０．４Ｎａ２Ｏ・０．３Ｋ２Ｏ・３ＳｉＯ２・３０Ｈ２Ｏである水ガラスを製造した。得られた０．３Ｌｉ２Ｏ・０．４Ｎａ２Ｏ・０．３Ｋ２Ｏ・３ＳｉＯ２・３０Ｈ２Ｏの組成比を有する水ガラス１００ｇに対し、カルボニル鉄粉４００ｇを混合し、撹拌することにより電波吸収塗料組成物を作製した。３００ｍｍ×３００ｍｍの鉄板に、この塗料組成物を厚みが２５０μｍとなるように塗布し、１２０℃で乾燥させた。この塗布及び乾燥を行う工程を合計１０回繰り返し、膜厚が２．０ｍｍで、比誘電率の実数部が１０．０及び虚数部が０．３、比透磁率の実数部が１．６及び虚数部が１．２である電波吸収体塗膜を作製した。得られた電波吸収体塗膜の反射減衰量を測定し、その結果を図１に示した。図１から、実施例１で得られた塗膜は、９．５ＧＨｚで２０ｄＢ以上の反射減衰量を示すことがわかった。
実施例１で作製した電波吸収体塗膜を８００℃に保持した電気炉内に１時間置いた後、外観検査及び反射減衰量の測定を行い、反射減衰量の結果を図２に示した。外観検査の結果、電波吸収体塗膜に外観上の変化は見られなかった。また、図１及び図２から、試験前後の反射減衰量に変化が見られないことから、実施例１で得られた塗膜は、８００℃まで耐熱性を持つことがわかった。
実施例１で作製した電波吸収体塗膜に対し、塩水噴霧器により、３５℃の条件で、５％の食塩水を１０００時間噴霧し、状態を観察したところ、錆等の発生は全く無かった。また、反射減衰量の測定を行い、その結果を図３に示した。図１及び図３から、電波吸収体塗膜の試験前後の反射減衰量にも変化が見られないことから、実施例１で得られた塗膜は、塩害が起こるような状況下で使用可能であることがわかった。
実施例１で作製した電波吸収体塗膜を８０℃、１０００ｍｌの水を張った容器に２４時間浸漬した後、フェノールフタレインのアルコール溶液を滴下したところ、変色は認められなかった。これより、実施例１で作製した電波吸収体塗膜からアルカリが溶出していないことがわかった。また、電波吸収体塗膜の外観上の変化もみられなかった。反射減衰量の測定を行い、その結果を図４に示した。図１及び図４から、試験前後の反射減衰量にも変化が見られないことから、実施例１で得られた塗膜は、良好な耐水性を持つことがわかった。
（実施例２）
Ｎａ２Ｏ・３ＳｉＯ２・３０Ｈ２Ｏの組成比を有するケイ酸ナトリウム系水ガラス１００ｇに対し、カルボニル鉄粉４００ｇを混合し、撹拌することにより、電波吸収塗料組成物を作製した。３００ｍｍ×３００ｍｍの鉄板に、この塗料組成物を厚みが２５０μｍとなるように塗布した後に１２０℃で乾燥させた。この塗布及び乾燥を行う工程を合計１０回繰り返し、膜厚が２．０ｍｍで、比誘電率の実数部が１０．０及び虚数部が０．３、比透磁率の実数部が１．６及び虚数部が１．２である電波吸収体塗膜を作製した。この電波吸収体塗膜の反射減衰量を測定し、その結果を図５に示した。図５より、実施例２で得られた塗膜は、９．５ＧＨｚで２０ｄＢ以上の反射減衰量を示すことがわかった。
Ｎａ２Ｏ・３ＳｉＯ２・３０Ｈ２Ｏの組成比を有するケイ酸ナトリウム系水ガラス１００ｇに対し、カルボニル鉄粉４００ｇを混合し、撹拌することにより、電波吸収塗料組成物を作製した。３００ｍｍ×３００ｍｍの鉄板に、この塗料組成物を厚みが２５０μｍとなるように塗布した後に１２０℃で乾燥させた。この塗布及び乾燥を行う工程を合計１０回繰り返し、膜厚が２．０ｍｍで、比誘電率の実数部が１０．０及び虚数部が０．３、比透磁率の実数部が１．６及び虚数部が１．２である電波吸収体塗膜を作製した。この電波吸収体塗膜の反射減衰量を測定し、その結果を図５に示した。図５より、実施例２で得られた塗膜は、９．５ＧＨｚで２０ｄＢ以上の反射減衰量を示すことがわかった。
実施例２で作製した電波吸収体塗膜についても、実施例１と同様に、８００℃に保持した電気炉内に１時間置いた後、外観検査及び反射減衰量の測定を行った。外観検査の結果、電波吸収体塗膜に外観上の変化は見られなかった。反射減衰量の結果は図示しないが、試験前後の反射減衰量に変化はなかった。これより、実施例２で得られた塗膜は、８００℃まで耐熱性を持つことがわかった。
（比較例１）
ウレタン樹脂原料１００ｇに対し、カルボニル鉄粉８８０ｇを混合して撹拌することにより、電波吸収塗料組成物を作製した。３００ｍｍ×３００ｍｍの鉄板に、この塗料組成物を用い、実施例１と同様に塗布及び乾燥を行う工程を合計１０回繰り返し、膜厚が２．０ｍｍで、比誘電率の実数部が１０．０及び虚数部が０．３、比透磁率の実数部が１．６及び虚数部が１．２である電波吸収体塗膜を作製した。得られた電波吸収体塗膜の反射減衰量を測定し、その結果を図６に示した。図６より、比較例１で得られた塗膜は、９．５ＧＨｚで２０ｄＢ以上の反射減衰量を示すことがわかった。
ウレタン樹脂原料１００ｇに対し、カルボニル鉄粉８８０ｇを混合して撹拌することにより、電波吸収塗料組成物を作製した。３００ｍｍ×３００ｍｍの鉄板に、この塗料組成物を用い、実施例１と同様に塗布及び乾燥を行う工程を合計１０回繰り返し、膜厚が２．０ｍｍで、比誘電率の実数部が１０．０及び虚数部が０．３、比透磁率の実数部が１．６及び虚数部が１．２である電波吸収体塗膜を作製した。得られた電波吸収体塗膜の反射減衰量を測定し、その結果を図６に示した。図６より、比較例１で得られた塗膜は、９．５ＧＨｚで２０ｄＢ以上の反射減衰量を示すことがわかった。
比較例１で作製した電波吸収体塗膜を塩水噴霧器により、３５℃の条件で、５％の食塩水を１０００時間噴霧し、塗膜の状態を観察したところ、試料全面に赤錆の発生が認められた。
比較例１で作製した電波吸収体塗膜を３００℃に保持した電気炉内に置いたところ、直ちに煙が発生し、それとともに大きな反りが発生した。また、２００℃に保持した電気炉内に置いたところ、７分後に煙が発生し、それとともに反りが発生し始めた。
これらの結果より、比較例１で得られた電波吸収体塗膜は、電波吸収性能は有するが、２００℃の温度でも分解するため、３００℃以上の耐熱性が要求される部位には使用できないことがわかる。
Claims (3)
- ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラス及び磁性損失剤を含む電波吸収体用塗料組成物であって、
前記ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスが、Ｌｉ ２ Ｏ−Ｎａ ２ Ｏ−ＳｉＯ ２ 系、Ｌｉ ２ Ｏ−Ｋ ２ Ｏ−ＳｉＯ ２ 系、Ｎａ ２ Ｏ−Ｋ ２ Ｏ−ＳｉＯ ２ 系、及びＬｉ ２ Ｏ−Ｎａ ２ Ｏ−Ｋ ２ Ｏ−ＳｉＯ ２ 系からなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記磁性損失剤が、磁性体粉末又は磁性体セラミックス粉である
電波吸収体用塗料組成物。 - 前記塗料組成物の全量が１００重量％であるとき、前記ケイ酸アルカリ金属塩系水ガラスの含有量が１〜３０重量％であり、前記磁性損失剤の含有量が７０〜９９重量％である、請求項１に記載の電波吸収体用塗料組成物。
- 請求項１又は２に記載の電波吸収体用塗料組成物を用いて形成された塗膜からなり、前記塗膜の厚みが０．１〜１０ｍｍであって、比誘電率の実数部が５〜２０であり、比誘電率の虚数部が０〜３であり、比透磁率の実数部が１〜５であり、比透磁率の虚数部が０．５〜４である、電波吸収体。
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