JP6770264B2 - エマルション塗料の製造方法及び無機ケイ酸塩高分子粒子 - Google Patents
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本発明の他の一態様は、アルミニウムとケイ素を含み、表面がアルミノール基及び/又はシラノール基で覆われており、多孔質構造を有する無機ケイ酸塩高分子粒子(ただし、酸化チタン表面を持つ基材を有する無機ケイ酸塩高分子粒子を除く。)であって、粒径が0.1〜10μmの範囲であり、比表面積が200m2/g以上であり、前記アルミニウムに対する前記ケイ素のモル比が0.5〜3.0である。
エマルション塗料の製造方法は、ケイ素化合物の水溶液と、アルミニウム化合物の水溶液を混合し、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を調製する工程と、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液から副生成物の塩を除去する工程と、塩が除去された無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を水熱反応させて、無機ケイ酸塩高分子粒子の懸濁液を得る工程と、無機ケイ酸塩高分子粒子の懸濁液と、樹脂エマルションを混合する工程を含む。これにより、親水性及び耐汚染性に優れる塗膜を形成することができる。
塗膜の形成方法は、エマルション塗料の製造方法によりエマルション塗料を製造する工程と、エマルション塗料を塗装対象物に塗布して塗膜を形成する工程を含む。
100mmol/Lのオルトケイ酸ナトリウム及び塩化アルミニウム水溶液を調製した。次に、Alに対するSiのモル比が2.0となるように、オルトケイ酸ナトリウム水溶液と塩化アルミニウム水溶液を室温で急速混合し、1時間撹拌した。このとき、pHが7以上の塩基性であったため、1mol/Lの塩酸を用いて、pHを7に調整し、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を得た。懸濁液を20℃で1時間撹拌し、前駆体生成反応を十分に完結させた。遠心分離機を用いて、脱イオン水で充分に無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を洗浄し、副生成物の塩を除去した後、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液と同量の脱イオン水を添加し、良く分散させた。洗浄後の無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液をテフロン(登録商標)容器に封入し、100℃で48時間加熱して水熱反応させ、無機ケイ酸塩高分子粒子を生成させた。その後、遠心分離機を用いて、脱イオン水で無機ケイ酸塩高分子粒子を充分に洗浄した後、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液と同量の脱イオン水を添加し、良く分散させることで、無機ケイ酸塩高分子粒子の懸濁液を得た。ここで、無機ケイ酸塩高分子は、アロフェン及びアロフェン前駆体から得られた類縁化合物を含む。
自動X線回折装置RINT2100V/PC(リガク社製)を用いて、無機ケイ酸塩高分子粒子のX線回折図形を測定した。
触媒分析装置BELCAT−A(マイクロトラック・ベル社製)を用いて、流通式窒素吸着法により、無機ケイ酸塩高分子粒子の比表面積を測定した。
蛍光X線分析装置MESA−500(堀場製作所社製)を用いて、無機ケイ酸塩高分子粒子の化学組成を測定した。
粒度分布測定装置ZETASIZER−3000HSA(マルバーンインスツルメンツ社製)を用いて、動的光散乱法により粒度分布を測定した。
アクリル樹脂エマルションのボンコートVONCOAT CF−6140(DIC社製)70部と、消泡剤BYK−028(ビックケミー社製)1部と、造膜助剤テキサノール(イーストマンケミカル社製)5部と、水24部とを混合した後、ディソルバで撹拌・混合し、エマルション塗料Aベースを得た。
エマルション塗料Aベースと、無機ケイ酸塩高分子粒子の懸濁液と、水で、アクリル樹脂エマルションの固形分に対する無機ケイ酸塩高分子粒子の質量比が0.06となるように混合し、エマルション塗料Aを得た。
アクリル樹脂エマルションの固形分に対する無機ケイ酸塩高分子粒子の質量比を0.12に変更した以外は、実施例1−1と同様にして、エマルション塗料Aを得た。
アクリル樹脂エマルションの固形分に対する無機ケイ酸塩高分子粒子の質量比を0.18に変更した以外は、実施例1−1と同様にして、エマルション塗料Aを得た。
アクリル樹脂エマルションの固形分に対する無機ケイ酸塩高分子粒子の質量比を0.25に変更した以外は、実施例1−1と同様にして、エマルション塗料Aを得た。
無機ケイ酸塩高分子粒子を添加しなかった以外は、実施例1−1と同様にして、エマルション塗料Aを得た。
20mil(1mil=25.4μm)アプリケーターを用いて、PETフィルムにエマルション塗料Aを塗布した後、指触乾燥するまで室温で養生した。その後、80℃で2日間養生してエマルション塗膜Aを形成し、試験片を得た。エマルション塗膜Aの膜厚は55μmであった。
エマルション塗膜Aの外観を目視により確認した。
自動接触角測定装置OCA35(dataphysics社製)を用いて、エマルション塗膜Aの水に対する静的接触角を測定した。
B:濡れ性は良好であるが一部撥水する
C:濡れ性が一部確認される
D:撥水性が高く、濡れ性が確認されない
表2に、エマルション塗膜Aの外観及び親水性の評価結果を示す。
アクリル樹脂エマルションのボンコートVONCOAT CF−6140(DIC社製)55部と、非イオン性グアルゴム誘導体の1.5質量%水溶液25部(固形分換算で0.23部)との混合液(a)を準備した。
エマルション塗料Bベースと、無機ケイ酸塩高分子粒子の懸濁液と、水で、アクリル樹脂エマルションの固形分に対する無機ケイ酸塩高分子粒子の質量比が0.18となるように混合し、エマルション塗料Bを得た。
アクリル樹脂エマルションの固形分に対する無機ケイ酸塩高分子粒子の質量比を0.35に変更した以外は、実施例2−1と同様にして、エマルション塗料Bを得た。
アクリル樹脂エマルションの固形分に対する無機ケイ酸塩高分子粒子の質量比を0.50に変更した以外は、実施例2−1と同様にして、エマルション塗料Bを得た。
無機ケイ酸塩高分子粒子を添加しなかった以外は、実施例2−1と同様にして、エマルション塗料Bを得た。
塗布量が0.45kg/m2になるように、アルミ板にエマルション塗料Bをスプレー塗布し、室温で17時間養生した。その後、50℃で72時間養生してエマルション塗膜Bを形成し、試験片を得た。
試験片を2.5ヶ月屋外曝露した時に、エマルション塗膜Bに生じる雨筋の汚れ度合いを目視により観察した。なお、エマルション塗膜Bの耐汚染性の判定基準は、以下の通りである。
B:淡い雨筋汚れが認められる
C:濃い雨筋汚れが顕著に認められる
(親水性)
自動接触角測定装置OCA35(dataphysics社製)を用いて、エマルション塗膜Bの水に対する静的接触角を測定した。
B:濡れ性は良好であるが一部撥水する
C:濡れ性が一部確認される
D:撥水性が高く、濡れ性が確認されない
表3に、エマルション塗膜Bの耐汚染性及び親水性の評価結果を示す。
アクリル樹脂エマルションの固形分に対する無機ケイ酸塩高分子粒子の質量比を0.20に変更した以外は、実施例2−1と同様にして、エマルション塗料Bを得た。
無機ケイ酸塩高分子粒子の代わりに、粉末状態のコロイダルシリカのアデライトAT−50(アデカ社製)を用いた以外は、実施例2−4と同様にして、エマルション塗料Bを得た。
アクリル樹脂エマルションの固形分に対するコロイダルシリカの質量比を0.50に変更した以外は、比較例2−2と同様にして、エマルション塗料Bを得た。
塗布量が0.45kg/m2になるように、アルミ板にエマルション塗料Bをスプレー塗布し、室温で14日間養生してエマルション塗膜Bを形成し、試験片を得た。
試験片を6ヶ月屋外曝露した時に、エマルション塗膜Bに生じる雨筋の汚れ度合いを目視により観察した。なお、エマルション塗膜Bの耐汚染性の判定基準は、以下の通りである。
B:淡い雨筋汚れが認められる
C:濃い雨筋汚れが顕著に認められる
表4に、エマルション塗膜Bの耐汚染性の評価結果を示す。
Claims (18)
- ケイ素化合物の水溶液と、アルミニウム化合物の水溶液を混合し、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を得る工程と、
該無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液から副生成物の塩を除去する工程と、
該塩が除去された無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を水熱反応させて、無機ケイ酸塩高分子粒子(ただし、酸化チタン表面を持つ基材を有する無機ケイ酸塩高分子粒子を除く。)の懸濁液を得る工程と、
該無機ケイ酸塩高分子粒子の懸濁液と、樹脂エマルションを混合する工程を含むことを特徴とするエマルション塗料の製造方法。 - 前記無機ケイ酸塩高分子粒子は、無機ケイ酸塩高分子のみからなる粒子であることを特徴とする請求項1に記載のエマルション塗料の製造方法。
- 前記無機ケイ酸塩高分子は、アロフェン及びアロフェン前駆体から得られた類縁化合物を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のエマルション塗料の製造方法。
- 前記ケイ素化合物の水溶液及び前記アルミニウム化合物の水溶液は、それぞれ濃度が1mmol/L〜10mol/Lであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のエマルション塗料の製造方法。
- 前記アルミニウムに対する前記ケイ素のモル比が0.1〜5.0であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のエマルション塗料の製造方法。
- 前記ケイ素化合物の水溶液と、前記アルミニウム化合物の水溶液を、1mL/min〜10000L/minで急速混合することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のエマルション塗料の製造方法。
- 前記ケイ素化合物の水溶液と、前記アルミニウム化合物の水溶液を混合した液は、pHが3〜10であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のエマルション塗料の製造方法。
- 前記無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を10〜50℃で0.1〜72時間撹拌する工程をさらに含み、
該撹拌された無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液から前記副生成物の塩を除去することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のエマルション塗料の製造方法。 - 前記無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を20〜150℃で12〜240時間水熱反応させることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載のエマルション塗料の製造方法。
- 前記無機ケイ酸塩高分子粒子は、比表面積が200m2/g以上であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載のエマルション塗料の製造方法。
- 前記無機ケイ酸塩高分子粒子は、粒径が0.01〜100μmの範囲であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載のエマルション塗料の製造方法。
- 前記樹脂エマルションの固形分に対する前記無機ケイ酸塩高分子粒子の質量比が0.01〜0.50であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載のエマルション塗料の製造方法。
- 請求項1乃至12のいずれか一項に記載のエマルション塗料の製造方法によりエマルション塗料を製造する工程と、
該エマルション塗料を塗装対象物に塗布して、膜厚が1〜300μmの塗膜を形成する工程を含むことを特徴とする塗膜の形成方法。 - アルミニウムとケイ素を含み、表面がアルミノール基及び/又はシラノール基で覆われており、多孔質構造を有する無機ケイ酸塩高分子粒子(ただし、酸化チタン表面を持つ基材を有する無機ケイ酸塩高分子粒子を除く。)であって、
粒径が0.1〜10μmの範囲であり、
比表面積が200m2/g以上であり、
前記アルミニウムに対する前記ケイ素のモル比が0.5〜3.0であることを特徴とする無機ケイ酸塩高分子粒子。 - 無機ケイ酸塩高分子のみからなる粒子であることを特徴とする請求項14に記載の無機ケイ酸塩高分子粒子。
- 請求項14又は15に記載の無機ケイ酸塩高分子粒子の懸濁液。
- 請求項14又は15に記載の無機ケイ酸塩高分子粒子と、樹脂を含むエマルション塗料であって、
前記樹脂に対する前記無機ケイ酸塩高分子粒子の質量比が0.15〜0.25であることを特徴とするエマルション塗料。 - 請求項17に記載のエマルション塗料を塗布して形成されている塗膜であって、
膜厚が3〜100μmであり、
水に対する静的接触角が79°以上であり、
少なくとも一部が濡れ性を有することを特徴とする塗膜。
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