JP6158975B1 - 塗料組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態に係る塗料組成物により塗膜を形成する建築物の外装面(基材)としては特に限定されず、例えば、金属基材、プラスチック基材、無機材料基材等を挙げることができる。上記金属基材としては、例えば、アルミニウム板、鉄板、亜鉛メッキ鋼板、アルミニウム亜鉛メッキ鋼板、ステンレス板、ブリキ板等を挙げることができる。上記プラスチック基材としては、アクリル板、ポリ塩化ビニル板、ポリカーボネート板、ABS板、ポリエチレンテレフタレート板、ポリオレフィン板等を挙げることができる。上記無機材料基材としては、コンクリート、モルタル、セメントボード、押出形成板、スレート板、PC板、ALC板、JIS A 5422、JIS A 5430等に記載された窯業系サイディング材や繊維強化セメント板等の窯業建材、ガラス基材等を挙げることができる。更に、上記外装面には塗装済のいわゆる旧塗膜が存在していてもよい。本実施形態に係る複層塗膜は、住宅やビル等の外壁や屋根等の外装面に用いられる無機材料基材の表面に形成することが好ましく、窯業建材、コンクリート、モルタル、ALC、その他の無機質建材の表面に形成することがより好ましい。
本実施形態に係る塗料組成物は、エマルション樹脂(a)と、中空フィラー(b)と、シリコーン系消泡剤(c)と、を含む。また、更に架橋剤(d)、ウレタンエマルション樹脂(e)、赤外線反射性粒体(f)を含むことが好ましい。
エマルション樹脂(a)は、アクリルエマルション等の合成樹脂エマルションである。本実施形態に係る塗料組成物において、エマルション樹脂(a)と共に架橋剤(d)が更に含まれることが好ましい。塗料組成物にエマルション樹脂(a)と共に架橋剤(d)が含まれることにより、エマルション樹脂(a)が常温架橋し、強固な塗膜を形成できる。
かかる場合、架橋剤(d)は、例えば、1分子中に2つ以上のヒドラジド基を有するヒドラジド化合物であることが好ましい。このようなエマルション樹脂(a)と架橋剤(d)の組み合わせを採用することで、ケトン基及びアルデヒド基が、ヒドラジド基と常温で反応し、エマルション樹脂(a)の間で架橋構造が生成するので、より強固な塗膜を形成することができる。
かかる場合、架橋剤(d)は、1分子中に2つ以上のカルボジイミド基を有するカルボジイミド化合物、あるいは、1分子中に2つ以上のアジリジン基を有するアジリジン化合物であることが好ましい。このような合成樹脂エマルションと架橋剤の組み合わせを採用することで、カルボキシル基が、カルボジイミド基又はアジリジン基と常温で反応し、エマルション樹脂(a)の間で架橋構造が生成するので、より強固な塗膜を形成できる。
なお、n種の単量体からなる重合体のTgは、FOX式(下記式(1))により求めることができる。下記式(1)において、n種の単量体からなる重合体を構成する各モノマーのホモポリマーのガラス転移温度をTgi(℃)とし、各モノマーの質量分率を、Wiとする。つまり、W1+W2+…+Wi+…Wn=1の関係が成り立つ。
1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2+…+Wi/Tgi+…+Wn/Tgn (1)
中空フィラー(b)は、1つ以上の中空部分を有する粒子である。
また、中空フィラー(b)を構成する外殻(シェル)の熱伝導率は0.4W/m・K以下であり、且つ、中空フィラー(b)の平均粒子径(D50)は150μm未満である。また、本実施形態に係る塗料組成物から得られる塗膜中における中空フィラー(b)の体積は50〜80体積%である。本実施形態における塗料組成物に中空フィラー(b)が含有されることで、形成される塗膜の好ましい断熱性及び遮熱性、且つ高い抗張力が得られる。
また、中空フィラーとして用いられる有機系バルーンには、取扱性向上等の目的で炭酸カルシウムが担持される場合がある。しかし、有機系バルーンに炭酸カルシウムが担持される場合、形成される塗膜の熱伝導率が上昇する。従って、本実施形態において使用される中空フィラー(b)には、塗膜の好ましい断熱性を得るため、炭酸カルシウムが担持されないことが好ましい。
本実施形態に係る塗料組成物に含有される中空フィラーの平均粒子径を150μm未満とすることで、好ましい抗張力と断熱性を有する塗膜が形成される。塗料組成物に含有される中空フィラーの平均粒子径が150μm以上である場合、中空フィラーの含有量を調整し好ましい塗膜の断熱性を得ようとすると、塗膜強度が低下し、塗膜の好ましい抗張力が得られない。従って好ましい抗張力と断熱性を兼ね備えた塗膜を得ることができない。
また、中空フィラーはある程度日光を反射する機能を有するが、平均粒子径を150μm未満とすることで、形成される塗膜の日射反射率が上昇し、塗膜の好ましい遮熱性が得られる。塗膜中に含まれる中空フィラーの体積%を同一とした場合、平均粒子径がより小さな中空フィラーを用いる事で、塗膜中の中空フィラーの総表面積が増大するためである。
上記の観点から、中空フィラー(b)の平均粒子径は100μm未満であることが好ましく、40μm未満であることがより好ましい。
シリコーン系消泡剤(c)は、組成中に有機変性ポリシロキサン、パーフルオロアルキル基含有シリコーン化合物、及びフッ素変性ポリシロキサンのうち少なくともいずれか1種を含む。このようなシリコーン系消泡剤(c)が本発明の塗料組成物中に含まれることにより、塗膜形成時の泡抜けが良くなり、緻密な塗膜が形成されるため、当該塗膜の抗張力が向上する。
シリコーン系消泡剤(c)は、消泡剤の主鎖に上記有機変性ポリシロキサン、パーフルオロアルキル基含有シリコーン化合物、及びフッ素変性ポリシロキサンのうち少なくともいずれか1種が付加されたものである。
上記シリコーン系消泡剤(c)としては、市販品を用いる事ができ、例えば、TEGO Foamex810(登録商標、エボニック デグサ ジャパン株式会社製)等が挙げられる。
ウレタンエマルション樹脂(e)は、例えば、ジイソシアネートと、1分子中に少なくとも2個の活性水素を有するグリコール又はカルボン酸基を有するグリコールとの反応によって得られる。
具体的には、上記ジイソシアネートと、1分子中に少なくとも2個の活性水素を有するグリコール又はカルボン酸基を有するグリコールを、NCO/OH当量比0.5〜2.0で反応させることで、ウレタンプレポリマーを生成させる。次いで、生成したウレタンプレポリマーを中和剤により中和し、鎖伸長剤により鎖伸長する。その後、カチオン系、ノニオン系又はアニオン系の界面活性剤とイオン交換水を添加して分散させることにより、ウレタンエマルション樹脂(e)が得られる。
また、アジピン酸又はフタル酸と、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、1,4−ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ヘキサンジオール、1,2,6−ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン又は1,1,1−トリメチロールエタン等の縮合物であるポリエステル類、ポリカプロラクトン等も挙げられる。
スウォード硬度とは樹脂の硬度を示す指標の一つであり、ガラス板に塗膜を貼り付け、測定器をスイングさせ、振幅の減衰を硬さの指標にする。スウォード硬度は、一定以上の振幅を保つスイング回数で表記する。測定方法はASTM D 2134に準拠して測定される。
スウォード硬度が20以上のウレタンエマルション樹脂(e)が本発明の塗料組成物中に含まれることにより、形成される塗膜の好ましい抗張力が得られる。
赤外線反射性粒体(f)として用いられる物質の具体例としては、例えば、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、アルミナ等が挙げられる。耐光性等の付加機能は特に要求されないが、形成される塗膜の低熱伝導率性と高日光反射性を両立させる観点から、PVC(顔料容積濃度)3%以下の酸化チタンを用いることが好ましい。
本実施形態において赤外線反射性粒体(f)は、塗料組成物の全固形分100質量部に対して0質量部より多く30質量部以下含有されることが好ましい。赤外線反射性粒体(f)の含有量が、塗料組成物の全固形分100質量部に対して30質量部よりも多い場合、形成される塗膜の熱伝導率が高くなり、塗膜の好ましい断熱性が得られない。
以上説明した本実施形態の塗料組成物により形成される塗膜は、好ましい断熱性及び遮熱性を備え、且つ熱膨れを抑制可能な塗膜である。このように好ましい断熱性及び遮熱性を備え、且つ熱膨れを抑制するため、塗膜の50℃における抗張力は10kgf/cm2以上であり、熱伝導率は0.1W/m・k以下である。また、JIS K 5602に規定される日射反射率が80〜92%であることが好ましい。
建築物の外装面、特に屋根表面に形成される塗膜は、太陽光等によって生じる熱により50℃前後にまで加熱される場合がある。このような場合、中空フィラーや塗膜に巻き込まれた気泡中において水や溶剤等が揮発して膨張することで熱膨れを生じ、塗膜外観に不具合を生じる恐れがある。塗膜の抗張力は、塗料組成物に含有されるエマルション樹脂(a)、ウレタンエマルション樹脂(e)のTgや、中空フィラー(b)の材質、含有量(体積%)、粒子径等によって左右されるが、塗膜の50℃における抗張力が10kgf/cm2以上であることで、上記のような塗膜の熱膨れが防止される。また、塗膜の50℃における抗張力は15kgf/cm2以上であることが好ましい。
上記抗張力は、例えば、塗料組成物を用いて作製したフィルム状のサンプルに対して恒温槽中でストログラフ(東洋精機社製)等の引張試験機を用いることで計測することができる。
上記熱伝導率は、例えば、熱伝導率計を用いた非定常法細線加熱法等の従来知られた方法で計測することができる。
本実施形態の塗料組成物により形成される塗膜を第1層塗膜として、更に上層に上塗塗料組成物により第2層塗膜が形成される複層塗膜としてもよい。
上塗塗料組成物には、種々の顔料を含有させることが可能であるが、上塗塗料組成物は、実質的に黒色顔料を含まないものであることが好ましい。黒色顔料としては、カーボンブラックや上記の遮熱性の黒色顔料が挙げられる。上塗塗料組成物中に配合する顔料種に黒色顔料を使用しないことにより第2層塗膜での赤外線の吸収を抑えることができる。第2層塗膜での赤外線の吸収を抑えることで、第2層塗膜へ照射された赤外線の多くは第2層塗膜表面で反射されるか、第2層塗膜を透過して第1層塗膜において反射されるので、第2層塗膜の赤外線吸収による蓄熱が少なくなり、複層塗膜全体としての遮熱性も良好になる。
なお、「実質的に黒色顔料を含まない」とは、黒色顔料を若干の量含有させることを排除する趣旨ではない。具体的には、上塗塗料組成物の固形分における黒色顔料の含有量は3.0質量%未満であることが好ましい。
本実施形態に係る塗料組成物により塗膜を形成する方法は、特に限定されず、例えば、浸漬、刷毛、ローラー、ロールコーター、エアースプレー、エアレススプレー、カーテンフローコーター、ローラーカーテンコーター、ダイコーター等の一般に用いられている塗装方法を挙げることができる。これらの塗装方法は塗装対象や用途に応じて適宜選択することができる。
調製例1
ビーカーに脱イオン水45質量部とアクアロンHS−10(反応性乳化剤、第一工業製薬株式会社製)2質量部、スチレン30質量部、メチルメタクリレート21質量部、n−ブチルアクリレート20質量部、2−エチルヘキシルアクリレート27質量部、及び、アクリル酸2質量部を入れ撹拌し乳化物を得た。これとは別に、撹拌機、冷却管、滴下ロート及び温度計を備えた反応容器に、脱イオン水60質量部とアクアロンHS−10 0.4質量部を仕込み、80℃に昇温後、上記乳化物を3時間かけて滴下し、これと同時に10%過硫酸アンモニウム水溶液20質量部を滴下した。滴下終了後、2時間、80℃に保持した後、反応液を室温まで冷却し、その後10%アンモニア水を添加してpHを8.5に調整した。次いで200メッシュの金網で濾過することで、合成樹脂エマルション1を調製した。合成樹脂エマルション1における固形分はNV50%であった。
上記乳化物の各モノマー配合量を表1に示したように変更した以外は、上記調製例1と同様にしてエマルション樹脂2〜5を調製した。エマルション樹脂2〜5のTg(℃)、固形分(NV%)はそれぞれ表1に示した通りである。
上記乳化物の各モノマー配合量を表1に示したように変更し、架橋剤として表1に示したものを用いたこと以外は、上記調製例1と同様にしてエマルション樹脂6、9を調製した。また、エマルション樹脂7としてはカルボジライトV−02(日清紡ケミカル株式会社製)を用い、エマルション樹脂8としてはケミタイトDZ−22E(株式会社日本触媒製)を用いた。エマルション樹脂6〜9のTg(℃)、固形分(NV%)はそれぞれ表1に示した通りである。
上記エマルション樹脂1〜9に対し、ウレタンエマルション樹脂1〜3、中空フィラー1〜6、シリコーン系消泡剤、鉱物油系消泡剤及び赤外線反射性粒体を表2及び表3に示す配合量(単位は「質量部」)にて混合し、均一に撹拌することにより実施例1〜19、比較例1〜13の塗料組成物を調製した。
ウレタンエマルション樹脂1:R−9404(楠本化成株式会社製)、スウォード硬度60
ウレタンエマルション樹脂2:R−966(楠本化成株式会社製)、スウォード硬度30
ウレタンエマルション樹脂3:R−972(楠本化成株式会社製)、スウォード硬度6
中空フィラー1〜6:閉気泡型中空フィラー(塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合樹脂)
中空フィラー1:平均粒子径40μm、シェル熱伝導率0.8W/m・K
中空フィラー2:平均粒子径20μm、シェル熱伝導率0.3W/m・K
中空フィラー3:平均粒子径40μm、シェル熱伝導率0.3W/m・K
中空フィラー4:平均粒子径80μm、シェル熱伝導率0.3W/m・K
中空フィラー5:平均粒子径120μm、シェル熱伝導率0.3W/m・K
中空フィラー6:平均粒子径200μm、シェル熱伝導率0.3W/m・K
赤外線反射性粒体:酸化チタン、株式会社テイカ製、密度3.85g/cm3
スレート板に実施例1の塗料組成物を乾燥膜厚300μmとなるように均一に塗装し、23℃・相対湿度50%RH雰囲気下で7日間養生し試験板を得た。
塗料組成物を表2及び表3で示したものに変更した以外は、実施例1と同様にして試験板を得た。
実施例、比較例において得られた試験板を用い、非定常法細線加熱法にて熱伝導率を測定した。測定機器としては、迅速熱伝導率計QTM−500(京都電子工業株式会社製)を用いた。結果を表2及び表3に示す。
実施例、比較例の塗料組成物から得られた単独膜のフリーフィルムを用い、JIS K7113−1981に準拠して、引張圧縮試験機ストログラフVG5−E(株式会社東洋精機製作所社製)及びストログラフ用恒温槽VEF30(株式会社東洋精機製作所製)を使用して、温度50℃において抗張力を測定した。結果を表2及び表3に示す。
スレート板に代えて、白黒隠蔽率紙(隠ペイ率試験紙 JIS K 5600、日本テストパネル株式会社製)上に実施例、比較例で得た試験板と同様の塗装工程にて塗装を行い、評価板を得た。実施例1〜19及び比較例1〜13で得た試験板と同様の塗装工程にて得た評価板をそれぞれ、実施例1〜19及び比較例1〜13の評価板とした。実施例1〜19及び比較例1〜13の評価板について、それぞれJIS K 5675(屋根用高日射反射率塗料)に従って近赤外日射反射率を測定した。結果を表2及び表3に示す。
150mlのポリカップに塗料を約100g取り、各種消泡剤を添加して2500rpmにて5分間ディスパー撹拌した。1時間静置した後23℃条件下で塗料比重を測定し、更に脱泡後の塗料比重を測定した。脱泡方法は、自転・公転ミキサー(「あわとり練太郎」(登録商標)、AR−100、株式会社シンキー製)にて6分間遊星式撹拌することで行った。脱泡前後の塗料比重より、以下の計算式(2)により比重回復率を計算した。結果を表2及び表3に示す。
比重回復率(%)=(脱泡前の塗料比重÷脱泡後の塗料比重)×100 … (2)
実施例7〜10と、比較例4との比較から、塗料組成物中に含まれる中空フィラーの平均粒子径を小さくすることにより、高い日射反射率が得られることが確認された。また、実施例11、12と比較例5との比較から、塗料組成物中に含まれる赤外線反射性粒体の含有量を塗料組成物の全固形分100質量部に対し0質量部より多く30質量部以下とすることで、形成される塗膜の好ましい日射反射率と塗膜の熱伝導率を両立できることが確認された。
Claims (5)
- エマルション樹脂(a)と、中空フィラー(b)と、シリコーン系消泡剤(c)と、架橋剤(d)とを含む塗料組成物であって、
前記エマルション樹脂(a)はガラス転移点が10〜50℃であり、
前記中空フィラー(b)は、該中空フィラーを構成する外殻(シェル)の熱伝導率が0.4W/m・K以下であり、且つ、平均粒子径(D50)が150μm未満であり、
前記シリコーン系消泡剤(c)は、組成中に有機変性ポリシロキサン、パーフルオロアルキル基含有シリコーン化合物、及びフッ素変性ポリシロキサンのうち少なくともいずれか1種を含むものであり、
前記塗料組成物から得られる塗膜中における前記中空フィラー(b)の体積は、50〜80体積%であり、
前記シリコーン系消泡剤(c)の含有量は、前記塗料組成物の全固形分100質量部に対して0.2〜10質量部であり、
前記架橋剤(d)は、ヒドラジド化合物、カルボジイミド化合物、及びアジリジン化合物のうち少なくともいずれか1種であり、
前記塗料組成物から得られる塗膜の50℃における抗張力が10kgf/cm2以上であり、
前記塗料組成物から得られる塗膜の熱伝導率が0.1W/m・k以下である塗料組成物。 - 更にウレタンエマルション樹脂(e)を含み、
前記ウレタンエマルション樹脂(e)は、スウォード硬度が20以上であり、
前記ウレタンエマルション樹脂(e)の含有量は、前記塗料組成物の全固形分100質量部に対して1〜60質量部である請求項1に記載の塗料組成物。 - 前記中空フィラー(b)の平均粒子径(D50)が100μm以下である請求項1又は2に記載の塗料組成物。
- 更に赤外線反射性粒体(f)を含み、
前記赤外線反射性粒体(f)の含有量は、前記塗料組成物の全固形分100質量部に対して0質量部より多く30質量部以下であり、
前記塗料組成物から得られる塗膜は、JIS K 5602に規定される日射反射率が80〜92%である請求項1〜3いずれかに記載の塗料組成物。 - 基材上に請求項1〜4いずれかに記載の塗料組成物により第1層塗膜が形成されており、
更に前記第1層塗膜の上層に上塗塗料組成物により第2層塗膜が形成されており、
前記第2層塗膜のJIS K5400 8.17−1990に準拠して求められる水蒸気透過度は、40g/m2・24h未満である複層塗膜。
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