JP6681717B2 - エマルジョンタイプ塗料 - Google Patents
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Description
本発明は、エマルジョンタイプ塗料に関するものである。
最近、ビルの冷暖房費と冷暖房による二酸化炭素の軽減のため、ビルに断熱処理を施すことが多くなってきている。壁や屋根を新規なものにすることは費用等の点から難しいため、表面に断熱塗料（赤外線を選択的に反射するような塗料も含む）を塗布することがよく行なわれている。
このような断熱塗料としては、伝熱係数の小さいガラスやシラス等の中空体を混合したものが多い。中空体の内部は空気または真空に近いものである。また、中空体自体は、非常に小さい（１０〜６００μｍ）ため、割れることはほとんどない。
また、ビルの屋根や壁面は当然ながら外気に曝され、埃や煤煙等で汚れることが多い。表面が汚れると、光の反射率が下がり、熱を吸収しやすくなり、断熱効果が下がる。
このため、汚染を防止し、または汚染物質を分解し、雨で流すことができるものとして、光触媒を塗料に混合することが知られている。光触媒の触媒作用により、表面に付着した有機物等を分解し、空気中に散逸させるか洗い流しやすいようにするものである。
さらに、中空体と光触媒を組み合わせたものも、特許文献１に開示されている。これは、中空体の表面に光触媒の微粒子を固着したものである。
特開平１１−００９９６５
しかし、この特許文献１のものでは、光触媒が有機物を酸化分解するため、有機塗料に使用した場合その点を手当する必要があるが、そのような記載はまったくない。また、光触媒を中空体に通常の接着剤で固着しており、その接着剤が酸化分解されることも考慮されておらず、実際に使用できるか否か疑わしいものである。
そこで、本発明は、汚れ防止、断熱という目的を果たし、樹脂の分解も大きく軽減し、かつ簡単に施工できる塗料を提供することを目的とする。
このような現状に鑑み、本発明者は鋭意研究の結果本発明エマルジョンタイプ塗料を完成したものであり、その特徴とするところは、表面に熱融着によって光触媒微粒子が固着された有機系中空バルーンＡ、光触媒以外の微粒子が同様の方法で表面に固着された有機系中空バルーンＢ、有機系樹脂、コロイダルシリカ及び水から構成されるものであって、該有機系中空バルーンＢは該有機系中空バルーンＡよりも比重を大きくした点にある。
本発明はエマルジョンタイプの塗料であり、樹脂成分を水でエマルジョンにしたものである。エマルジョンは、液体（ここでは水）に溶解しない他の液体（ここでは樹脂）が微細粒子の状態で均一に分散し、浮遊しているものであり、乳濁液と呼ばれるものである。樹脂成分はどのようなものでもよいが、アクリル、酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル、フッ素樹脂、ウレタン等である。
本発明は、この樹脂エマルジョンに、中空バルーンとコロイダルシリカを混合したことが第１の特徴であり、以下それぞれについて説明する。
本発明でいうバルーン（中空バルーン）は、有機系（樹脂系）のもので、内部は基本的に真空(又は真空に近い)である。しかし、バルーンが小さいためつぶれることはほとんどない。材質としては、熱可塑性樹脂であればよいが、アクリロニトリル等のアクリル系のものが好適である。
本発明では、特別なものである必要はなく市販のものでも可能である。
本発明では、特別なものである必要はなく市販のものでも可能である。
このようなバルーンは、熱可塑性樹脂を粒状に分散させた状態で加熱して、膨張させることによって製造するのが普通である。このバルーンのサイズとしては、１０〜１００μｍが好適であり、３０〜６０μｍがより好適である。このバルーンは厚みが数μｍ〜１０μｍであり、光触媒の酸化作用では簡単には孔が空くことはない。
光触媒とは、可視光や紫外線の照射を受けることによって、酸化触媒としての機能を発揮するものをいう。酸化チタンのアナターゼ型結晶がよく知られているが、その他のものでもよい。この触媒の微粒子のサイズは、２ｎｍ〜５００ｎｍ程度、より好適には、２０ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。
光触媒以外の微粒子は、サイズが２ｎｍ〜５００ｎｍ程度にできればよい。例えば、石粉、炭酸カルシウム粉末、シリカ粉末、その他である。熱に強く、反応性の低いものである。なかでも、価格と取扱い上から炭酸カルシムが好適である。
上記バルーンに上記の微粒子を固着する方法は、接着方法ではなく、融着法を用いている。発明者の実験では、接着法よりも簡単で強固に付くことが分かった。融着であるため、樹脂バルーンが溶融（完全に溶融ではなく表面に粘着性が出た状態）されたときに、微粒子が表面にあれば冷却とともに固着される。勿論、膨張とは別に再度加熱して固着してもよい。
バルーンＡとバルーンＢは、表面に固着する微粒子が異なる。バルーンＡは、光触媒であり、バルーンＢは光触媒以外の粒子である。且つ、バルーンＢはバルーンＡよりも比重を大きくしている。固着している微粒子自体の比重が光触媒より大きいかどうかは問題ではなく、固着したバルーンとしての比重である。
よって、軽い微粒子であっても、多量に固着すれば重くなる。
よって、軽い微粒子であっても、多量に固着すれば重くなる。
コロイダルシリカとは、酸化ケイ素又はその水和物のコロイドであり、粒子径は１０〜３００ｎｍ程度である。製法の１例を示すと、ケイ酸塩に希塩酸を作用させてから透析する方法がある。
本発明の各成分の混合割合は、特に限定するものでないが、樹脂成分１００重量部に対して、
中空バルーンＡ（光触媒付）：５〜２０重量部
中空バルーンＢ（他の粒子付）：１０〜３０重量部
コロイダルシリカ（固形分換算として）：１〜６０重量部
（より好適には３０〜６０重量部）
水：５０〜２００重量部
中空バルーンＡ（光触媒付）：５〜２０重量部
中空バルーンＢ（他の粒子付）：１０〜３０重量部
コロイダルシリカ（固形分換算として）：１〜６０重量部
（より好適には３０〜６０重量部）
水：５０〜２００重量部
本発明としては上記が必須成分であるが、本発明の趣旨を逸脱しない限り、他の成分を加えてもよい。例えば、塗料としては当然であるが、乳化剤や分散剤、着色用の顔料等である。さらに、その他通常塗料に混合されるものを混合してもよい。
さらに、金属粉末を混合してもよい。例えば、クロム、アルミニウム、鉄、銅、銀等である。これは、導電剤を加えることにより帯電を防止し、静電気により汚れを吸着することを防止するものである。この金属粉の混合量は、塗料成分１００重量部に対して、５〜１５重量部程度である。
また、金属イオンを加えてもよい。例えば、銀イオン、銅イオン等である。イオンを混合する方法は、樹脂や水に溶解する成分を混合するものである。例えば、塩化銀、硫化銅等である。混合量は、塗料成分１００重量部に対して、１〜１０重量部（イオン換算で）程度である。
このようなイオンを混合することによって、殺菌効果が期待できるものである。
このようなイオンを混合することによって、殺菌効果が期待できるものである。
本発明塗料の用途は、建造物の外壁、金属屋根（瓦棒等）、その他断熱を必要とするところに塗布するものである。勿論、建造物の内壁や反応器等でもよい。塗布厚みは自由であるが、通常は２００〜６００μｍ程度である。また、本発明塗料を塗布する前に他の断熱塗料等を塗布しておいてもよい。
本発明塗料の作用について説明する。本発明塗料は、エマルジョンである。エマルジョン樹脂は、塗布した後徐々に水が蒸発し、残った樹脂成分が固化するものである。よって、塗布した後からすぐに塗布層は表面側には水リッチ、深層部は樹脂リッチになり２層に分かれた状態になる。これは、塗布面が水平、垂直その他どのような角度でも実質的には同様である。
本発明には中空バルーンが含まれている。中空バルーンは比重が小さく、水側の表面に出ようとする。特に、本発明では、２種のバルーンＡ及びＢを用いているが、光触媒側が比重を小さくしているため、より表面に出ようとして、２層に分離する。
このように、中空バルーンＡが軽く、より表面側に出る（比重が小さいため、水の移動に伴われやすい）ということは光触媒が表面に出るということであり、光触媒を空気に接触させる効果がある。
このように、中空バルーンＡが軽く、より表面側に出る（比重が小さいため、水の移動に伴われやすい）ということは光触媒が表面に出るということであり、光触媒を空気に接触させる効果がある。
また、コロイダルシリカも水に分散しており、樹脂よりも水側に存在することになる。しかし、一般的にコロイダルシリカはバルーンより比重が大きいため、少なくともバルーンＡよりは下（樹脂側）に位置し、その位置である程度の層を形成する。勿論、完全な層になっているわけではない。
また、中空バルーンＢは、このコロイダルシリカよりも比重を大きくして、コロイダルシリカよりも下層に位置させることが好ましい。しかし、それは限定はしない。
結局、好ましくは、表面側から順に、中空バルーンＡ、コロイダルシリカ、中空バルーンＢ、樹脂という層に明確ではないが分かれることになる。このため、光触媒の酸化分解効果はコロイダルシリカ層によって樹脂層にまで及ぶのをある程度遮断している。
本発明には次のような効果がある。
（１） 本発明塗料を塗布するだけで、樹脂層と光触媒層、さらには樹脂層を保護する保護層の3層が形成できる。
（２） 表面に光触媒が露出しているため、表面に付着した汚れは光触媒の酸化分解作用により分解され、揮散するか、雨等で洗い流される。よって、防汚効果が期待できる。
（３） 中空バルーンによって大きな断熱効果がある。
（４） コロイダルシリカを用いているため、光触媒の分解能が遮断され下層の樹脂の寿命が長くなる。
（５） 融着によって固着しているため、中空バルーンから光触媒が容易に離脱しない。
（６） 中空バルーンで、光触媒以外の微粒子を固着したものも用いているため、高価な光触媒量が軽減でき、かつ中空部が多いため、断熱効果は高い。
（１） 本発明塗料を塗布するだけで、樹脂層と光触媒層、さらには樹脂層を保護する保護層の3層が形成できる。
（２） 表面に光触媒が露出しているため、表面に付着した汚れは光触媒の酸化分解作用により分解され、揮散するか、雨等で洗い流される。よって、防汚効果が期待できる。
（３） 中空バルーンによって大きな断熱効果がある。
（４） コロイダルシリカを用いているため、光触媒の分解能が遮断され下層の樹脂の寿命が長くなる。
（５） 融着によって固着しているため、中空バルーンから光触媒が容易に離脱しない。
（６） 中空バルーンで、光触媒以外の微粒子を固着したものも用いているため、高価な光触媒量が軽減でき、かつ中空部が多いため、断熱効果は高い。
以下実施例に従って本発明をより詳細に説明する。しかし実施例に限定するものではない。
まず、光触媒の防汚効果について調べた。
実施例１として次の塗料を調製した。
樹脂成分：アクリル樹脂、１００重量部（乳化剤を２〜３％含むが省略する。以下同様）
中空バルーンＡ：アクリロニトリルのバルーン（サイズは、１０〜５０μｍ）に、光触媒粒子（酸化チタンのアナターゼ型）を融着したもの。１０重量部（光触媒分としては３重量部）
コロイダルシリカ：５重量部
バルーンＢ：アクリロニトリルのバルーン（サイズは、１０〜５０μｍ）に、炭酸カルシウム粉末を融着したもの。４５重量部
水：１００重量部
まず、光触媒の防汚効果について調べた。
実施例１として次の塗料を調製した。
樹脂成分：アクリル樹脂、１００重量部（乳化剤を２〜３％含むが省略する。以下同様）
中空バルーンＡ：アクリロニトリルのバルーン（サイズは、１０〜５０μｍ）に、光触媒粒子（酸化チタンのアナターゼ型）を融着したもの。１０重量部（光触媒分としては３重量部）
コロイダルシリカ：５重量部
バルーンＢ：アクリロニトリルのバルーン（サイズは、１０〜５０μｍ）に、炭酸カルシウム粉末を融着したもの。４５重量部
水：１００重量部
比較例１として、光触媒とバルーンのないものを準備した。
樹脂成分：アクリル樹脂、１００重量部
コロイダルシリカ：５重量部
水：１００重量部
樹脂成分：アクリル樹脂、１００重量部
コロイダルシリカ：５重量部
水：１００重量部
比較例２は、光触媒は含むがバルーンは用いないものである。
樹脂成分：アクリル樹脂、１００重量部
光触媒：３重量部（微粒子として樹脂に混合）
コロイダルシリカ：５重量部
水：１００重量部
樹脂成分：アクリル樹脂、１００重量部
光触媒：３重量部（微粒子として樹脂に混合）
コロイダルシリカ：５重量部
水：１００重量部
比較例３は、バルーンＡは使用するが、バルーンＢを用いないものである。
樹脂成分：アクリル樹脂、１００重量部
中空バルーンＡ：アクリロニトリルのバルーン（サイズは、１０〜５０μｍ）に、光触媒粒子（酸化チタンのアナターゼ型）を融着したもの。１０重量部（光触媒分としては３重量部）
コロイダルシリカ：５重量部
水：１００重量部
樹脂成分：アクリル樹脂、１００重量部
中空バルーンＡ：アクリロニトリルのバルーン（サイズは、１０〜５０μｍ）に、光触媒粒子（酸化チタンのアナターゼ型）を融着したもの。１０重量部（光触媒分としては３重量部）
コロイダルシリカ：５重量部
水：１００重量部
以上の塗料を、鉄板に塗布し、屋外で１ヶ月放置した。その結果を、各成分とともに、表１に記載する。表１から明らかなように目視で明確な差がでた。
また、塗布した上に水滴を垂らして、その接触角を測定したところ表１の通り、明らかな差があった。実施例では水溶性でよごれが落ちやすいことが明白である。
また、塗布した上に水滴を垂らして、その接触角を測定したところ表１の通り、明らかな差があった。実施例では水溶性でよごれが落ちやすいことが明白である。
次に、本発明の断熱効果について調べた。
上記実施例１と別に実施例２、実施例３として、バルーンの量を変えたものも調べた。
５０×５０×５０ｃｍの立方体の鉄板（厚さ約４ｍｍ）製の箱の内壁全面に、上記の塗料を０．４ｋｇ／ｍ２の厚みで塗布した。外気を８０℃と、０℃に保った容器に入れて、それぞれ箱の内部温度を測定した。その結果を表２に示す。バルーンが多いため、断熱効果が高いことがわかる。
上記実施例１と別に実施例２、実施例３として、バルーンの量を変えたものも調べた。
５０×５０×５０ｃｍの立方体の鉄板（厚さ約４ｍｍ）製の箱の内壁全面に、上記の塗料を０．４ｋｇ／ｍ２の厚みで塗布した。外気を８０℃と、０℃に保った容器に入れて、それぞれ箱の内部温度を測定した。その結果を表２に示す。バルーンが多いため、断熱効果が高いことがわかる。
次に、塗料自体の耐候性（ビヒクルの分解の容易性）を調べた。
実施例１の塗料と、実施例１のバルーンＡを３重量部に減らしたもの（実施例４）と、単に光触媒を３重量部練り込んだもの（比較例５）の３つを実験した。促進耐候性試験２５００時間は屋外暴露ほぼ１０年に相当する。
この結果を表３に示す。本発明実施例では、チョーキングはほとんどなく、比較例５では短時間でチョーキング現象が生じた。
実施例１の塗料と、実施例１のバルーンＡを３重量部に減らしたもの（実施例４）と、単に光触媒を３重量部練り込んだもの（比較例５）の３つを実験した。促進耐候性試験２５００時間は屋外暴露ほぼ１０年に相当する。
この結果を表３に示す。本発明実施例では、チョーキングはほとんどなく、比較例５では短時間でチョーキング現象が生じた。
次に、バルーンＢの性能を調べた。
本発明では、バルーンＢには光触媒以外の微粉末を固着しているがどのようなものが好適かを調べた。
実施例５は、炭酸カルシウム微粉末、実施例６はタルク、実施例７は硫酸バリウム、実施例８は水酸化アルミニウムである。それぞれ効果はあるが、表４のように、炭酸カルシウムが最もよかった。
本発明では、バルーンＢには光触媒以外の微粉末を固着しているがどのようなものが好適かを調べた。
実施例５は、炭酸カルシウム微粉末、実施例６はタルク、実施例７は硫酸バリウム、実施例８は水酸化アルミニウムである。それぞれ効果はあるが、表４のように、炭酸カルシウムが最もよかった。
本発明塗料１を鉄板２上に塗布したときの各成分の状態の１例を図１に示す。この図は塗布した後、硬化する前の状態である。これは、水平面に塗布しているが、垂直面に塗布しても、実施的には変わらない。水分が蒸発して表面から散逸する力に引かれて、軽いものや水性のものは表面に引っ張られるためである。
金属面に近い部分は、樹脂リッチ層３があり、その上が水相（水の濃度が高いという意味）４である。実際にはこのような明確な区別はない。また、最終的には、水分は蒸発してほとんどなくなる。
バルーンＡ（光触媒付、図ではハッチングなし）５が、軽いので表面に浮き、その他のバルーンＢ（ハッチングあり）６が下方に沈降している。また、その中間付近にコロイダルシリカ７が浮遊したような状態で存在する。このような位置に来るように、バルーンＡやバルーンＢの比重を調整すればよい。
この図のように、本塗料のボリューム的にはバルーンが大きな割合を占めている。これによって、大きな断熱効果を有するものである。また、光触媒を固着したバルーンＡが、表面に集まっているため、光触媒の練り込みタイプと比較して同じ光触媒量で大きな防汚効果を発揮する。
１ 塗料
２ 鉄板
３ 樹脂リッチ層
４ 水相
５ バルーンＡ
６ バルーンＢ
７ コロイダルシリカ
２ 鉄板
３ 樹脂リッチ層
４ 水相
５ バルーンＡ
６ バルーンＢ
７ コロイダルシリカ
Claims (7)
- 表面に熱融着によって光触媒微粒子が固着された有機系中空バルーンＡ、表面に熱融着によって光触媒以外の微粒子が固着された有機系中空バルーンＢ、有機系樹脂、コロイダルシリカ及び水から構成されるものであって、
該有機系中空バルーンＡ及び該有機系中空バルーンＢのサイズは、１０〜１００μｍであり、
該有機系中空バルーンＢは該有機系中空バルーンＡよりも比重を大きくしたことを特徴とするエマルジョンタイプ塗料。 - 該有機系中空バルーンＡは、該有機系樹脂１００重量部に対して、５〜２０重量部であることを特徴とする請求項１記載のエマルジョンタイプ塗料。
- 該有機系中空バルーンＢは、該有機系樹脂１００重量部に対して、１０〜３０重量部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエマルジョンタイプ塗料。
- 該コロイダルシリカは、該有機系樹脂１００重量部に対して、１〜６０重量部であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のエマルジョンタイプ塗料。
- 該光触媒微粒子は酸化チタンであり、該光触媒以外の微粒子は炭酸カルシウム微粒子である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のエマルジョンタイプ塗料。
- さらに、金属粉末を含むものである請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエマルジョンタイプ塗料。
- さらに、金属イオンを含むものである請求項１乃至６のいずれか１項に記載のエマルジョンタイプ塗料。
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