JP7159252B2 - 被覆生産物 - Google Patents
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Description
[発明の背景]
電磁スペクトル(700nm~2500nm)の近赤外領域(NIR)において高反射率および減少吸収を有する材料は、多くの適用において有利であり得る。例えば、当該材料から作られた生産物は、日光照明下での冷却を維持するようになり、低い温度は、熱劣化の低下、耐久性の向上、より良い快適性、空調コストの低下、環境影響への減少をもたらす。
例えば、二酸化チタン粒子などの無機微粒子材料を含む塗料などの被覆が必要であり、それらの被覆は、一定期間、ある要素に曝される場合、良い耐久性を維持する。
[発明の要旨]
本発明は、最初の態様において、
(i)二酸化チタン、ドープ二酸化チタン、およびそれらの組み合わせから選択される微粒子無機材料を含み、ここで、微粒子無機材料は、0.4μm~2μmの平均結晶サイズを有し、および
(ii)前記微粒子無機材料上に被覆を含み、被覆は、第一層および第二層を含み、
ここで、第一層のための材料は、無機酸化物および無機リン酸塩から選択される一つ以上の材料であり、
前記無機酸化物は、(またはそれぞれ、)
(a)Ti、Zr、およびZnから選択されるグループ4(IVB)およびグループ12(IIB)遷移金属、および
(b)Si、P、およびSnから選択されるグループ13~グループ15(IIIA-VA)p-ブロック要素、および
(c)ランタニド、
の酸化物から独立して選択され、
前記無機リン酸塩は、
(i)H、Li、Na、K、Rb、Be、Mg、Ca、およびSrから選択されるグループ1(IA)アルカリ金属、およびグループ2(IIA)アルカリ土類金属、および
(ii)Sc、Y、TiおよびZrから選択されるグループ3(IIIA)およびグループ4(IVB)遷移金属、および
(iii)Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、およびPbから選択されるグループ13~グループ15(IIIA-VA)p-ブロック要素
のリン酸塩から独立して選択され、
ここで、第二層のための材料はアルミナであり、ここで、微粒子無機材料上における第一層の量は、微粒子無機材料の全量に対して第一層の材料の全量を考慮すると、0.1%w/w~2.2%w/wであり、および、ここで、微粒子無機材料上における第二層の量は、微粒子無機材料の全量に対して第二層の材料の全量を考慮すると、0.1%w/w~3.5%w/wであり、および、ここで、被覆の全量は、微粒子無機材料の全量に対して第一層および第二層の全量を考慮すると、0.2%w/w~4.5%w/wである、
被覆微粒子材料を提供する。
米国2014/0073729において、二酸化チタン粒子は、3w/w%レベルのシリカを用いて被覆され、続いて3w/w%レベルのアルミナを用いて被覆されるので、全体で6%レベルの被覆がある。欧州 2 285 912において、二酸化チタン粒子は、3%シリカおよび2%アルミナを用いて被覆されるので、全体で5%レベルの被覆がある。したがって、第一層のレベル、および全被覆のレベルは共に本発明とは異なる。
より光安定性のあるシステムに関して、最良の結果を得るために、最適な範囲の被覆レベルがあることは予測されていないだろうし、この最適な範囲は、当該技術分野において使用される従来の被覆レベルより重大に少ない被覆量の使用を含む。
本発明は、既存の二酸化チタン生産物が光触媒活性により不適当になるだろう表面(例えば、フルオロポリマー表面)に、不透明性が提供されることも可能にする。
(i)微粒子無機材料は、二酸化チタン、ドープ二酸化チタン、およびそれらの組み合わせから選択され、ここで、微粒子無機材料は、0.4μm~2μmの平均結晶サイズを有し、および
(ii)前記微粒子無機材料上における被覆は、第一層および第二層を含み、
ここで、第一層のための材料は、無機酸化物および無機リン酸塩から選択される一つ以上の材料であり、
前記無機酸化物は、(またはそれぞれ、)
(a)Ti、Zr、およびZnから選択されるグループ4(IVB)およびグループ12(IIB)遷移金属、および
(b)Si、P、およびSnから選択されるグループ13~グループ15(IIIA-VA)p-ブロック要素、および
(c)ランタニド、
の酸化物から独立して選択され、
前記無機リン酸塩は、(またはそれぞれ、)
(i)H、Li、Na、K、Rb、Be、Mg、Ca、およびSrから選択されるグループ1(IA)アルカリ金属、およびグループ2(IIA)アルカリ土類金属、および
(ii)Sc、Y、TiおよびZrから選択されるグループ3(IIIA)およびグループ4(IVB)遷移金属、および
(iii)Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、およびPbから選択されるグループ13~グループ15(IIIA-VA)p-ブロック要素のリン酸塩から独立して選択され、 ここで、第二層のための材料はアルミナであり、ここで、微粒子無機材料上における第一層の量は、微粒子無機材料の全量に対して第一層の材料の全量を考慮すると、0.1%w/w~2.2%w/wであり、および、ここで、微粒子無機材料上における第二層の量は、微粒子無機材料の全量に対して第二層の材料の全量を考慮すると、0.1%w/w~3.5%w/wであり、および、ここで、被覆の全量は、微粒子無機材料の全量に対して第一層および第二層の全量を考慮すると、0.2%w/w~4.5%w/wである。
一実施形態において、生産物は使用中に太陽に曝されるものであり、第一の態様に従う被覆無機微粒子材料を含む生産物である。
一実施形態において、生産物は塗料であり、担体は樹脂である。
1)乾燥した樹脂の厚さが約40ミクロン、顕微鏡スライド厚が約1000ミクロンになるように、石英顕微鏡のスライドに透明無着色樹脂を引き下ろす。(NB石英顕微鏡スライドは、300nm~400nmで透明である。)
2)スライドの透過スペクトルを、分光計を用いて300nm~400nmの範囲で測定した。(これは、例えば、積分球を用いて透過モードにおいてケアリー(Cary)5000UV/Vis/NIR分光計を使用して行われてもよい。)
3)乾燥樹脂の実際の厚さは、プローブを用いて測定される。(例えば、磁気誘導法および/または渦電流法を介する。これは、例えば、フィッシャー(Fischer)デュアルスコープ(Dualscope)FMP100を使用して行われてもよい。)
4)その後、(相反ミクロンにおいて)フィルムの減衰係数を、ビール(Beer)ランバート(Lambert)式を用いて計算することができる。
[自然対数(非被覆スライドの%透過率/樹脂被覆スライドの%透過率)]/乾燥フィルム厚。
本発明において、最良の結果は、被覆された大結晶TiO2を用いる塗料生産物で得られるということが判明しており、ここで、被覆レベルは、(上述のように)低く、ここで樹脂は、低い透過率を有する。大結晶TiO2を選択すること、その後、効果的な被覆を
用いるが、従来使用されるより低いレベルで大結晶TiO2を被覆することを選択すること、その後、樹脂が低い透過率を有する塗料システムにおいてこれを使用することを選択することによって、驚くほどに良い結果が見られるだろうということは、以前は認識されていなかった。当該生産物は、驚くほど光触媒活性を下げている。
一実施形態において、生産物は塗料であり、担体は樹脂である。
(i)微粒子無機材料を提供すること、ここで、微粒子無機材料は、二酸化チタン、ドープ二酸化チタン、およびそれらの組み合わせから選択され、ここで、微粒子無機材料は、0.4μm~2μmの平均結晶サイズを有し、および
(ii)前記微粒子無機材料上に被覆を適用すること、
を含み、
ここで、前記微粒子無機材料上の被覆は、第一層および第二層を含み、
ここで、第一層のための材料は、無機酸化物および無機リン酸塩から選択される一つ以上の材料であり、
前記無機酸化物は、(またはそれぞれ、)
(a)Ti、Zr、およびZnから選択されるグループ4(IVB)およびグループ12(IIB)遷移金属、および
(b)Si、P、およびSnから選択されるグループ13~グループ15(IIIA-VA)p-ブロック要素、および
(c)ランタニド、
の酸化物から独立して選択され、
前記無機リン酸塩は、(またはそれぞれ、)
(i)H、Li、Na、K、Rb、Be、Mg、Ca、およびSrから選択されるグループ1(IA)アルカリ金属、およびグループ2(IIA)アルカリ土類金属、および
(ii)Sc、Y、TiおよびZrから選択されるグループ3(IIIA)およびグループ4(IVB)遷移金属、および
(iii)Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、およびPbから選択されるグループ13~グループ15(IIIA-VA)p-ブロック要素
のリン酸塩から独立して選択され、 ここで、第二層のための材料はアルミナであり、
ここで、微粒子無機材料上における第一層の量は、微粒子無機材料の全量に対して第一層の材料の全量を考慮すると、0.1%w/w~2.2%w/wであり、
および、ここで、微粒子無機材料上における第二層の量は、微粒子無機材料の全量に対して第二層の材料の全量を考慮すると、0.1%w/w~3.5%w/wであり、
および、ここで、被覆の全量は、微粒子無機材料の全量に対して第一層および第二層の全量を考慮すると、0.2%w/w~4.5%w/wである。
いくつかの実施形態において、第一の被覆層は、第一の段階で適用されてもよく、その後、第二の被覆層は、第二の段階で適用される。当該実施形態において、二つの層は、実質的に別であり分離されていてもよい。
[図面の簡単な説明]
添付の図面は、本明細書に組み込まれ、および一部を形成し、本発明の実施形態を説明し、本発明を制限するよりむしろ説明するのに役立つ。
本発明の被覆微粒子材料は、微粒子無機材料を含み、ここで、微粒子無機材料は、二酸化チタン、ドープ二酸化チタン、およびそれらの組み合わせから選択され、ここで、材料は、0.4μm~2μmの平均結晶サイズを有する。したがって、本発明の被覆微粒子材料は、電磁スペクトルの近赤外部分を散乱するために役立つ大結晶サイズ顔料である。
.5μm、または0.50~1.5μm、または0.55~1.5μm、または0.60~1.5μm、または0.65~1.5μm、または0.70~1.5μm、または0.75~1.5μm、または0.80~1.5μmの平均結晶サイズを有する。
チモン、リン、およびセシウムのようなドーパントをドープされてもよい。
ドープ二酸化チタンは、例えば、10wt%以下まで、例えば8wt%以下、例えば、5wt%以下、の不純物を含んでもよい。これらの不純物は、不完全な精製に起因し、これらの不純物は、例えば、原料に含む二酸化チタンに典型的に存在する鉄、シリカ、ニオビア、または他の不純物であってもよい。
(a)Ti、Zr、およびZnから選択されるグループ4(IVB)およびグループ12(IIB)遷移金属、および
(b)Si、P、およびSnから選択されるグループ13~グループ15(IIIA-VA)p-ブロック要素、および
(c)ランタニド、
の酸化物から独立して選択される。
当業者は、酸化物材料が、要素+酸素のみを含む酸化物の形態だけでなく、オキシヒドロキシドなどのような混合酸化物の形態で、または水和酸化物の形態であってもよいことを理解するだろう。
(i)H、Li、Na、K、Rb、Be、Mg、Ca、およびSrから選択されるグループ1(IA)アルカリ金属、およびグループ2(IIA)アルカリ土類金属、および
(ii)Sc、Y、TiおよびZrから選択されるグループ3(IIIA)およびグループ4(IVB)遷移金属、および
(iii)Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、およびPbから選択されるグループ13~グループ15(IIIA-VA)p-ブロック要素
のリン酸塩から独立して選択される。
機リン酸塩は、アルミニウムリン酸塩および/またはジルコニウムリン酸塩であってもよい。
一実施形態において、第一層は、(1)Ti、Zr、Zn、Si、P、Sn、およびCeの酸化物から独立して選択される一つ以上の無機酸化物、および/または(2)Al、Ti、Zr、およびSnの無機リン酸塩から独立して選択される一つ以上の無機リン酸塩を含む。
一実施形態において、第一層のための材料は、シリカを含み、例えば、第一層のための材料の50%w/w以上は、シリカであってもよい。一実施形態において、第一層のための材料は、本質的にはシリカからなる。当該一実施形態において、第一層のための材料は、シリカである。
リカ被覆を含む。
他の実施形態において、粒子は、被覆を生産するために、P2O5を用いて被覆され、任意に、CeO2被覆を生産するためにCeO2を用いても被覆される。
いだろう。本発明は、狭い範囲内の被覆の添加レベルで、最良の結果を得るということを証明している。
%w/w~1.4%w/w、または0.6%w/w~1.3%w/w、または0.6%w/w~1.2%w/w、または0.6%w/w~1.1%w/w、または0.6%w/w~1.0%w/wであってもよい。
上述のように、第二層の材料は、アルミナである。この第二層を用いて粒子の被覆を、
上述されるような第一層のための被覆技術によって行うことができる。
アルミナ被覆は、密であってもよく、または密でなくてもよい。
一実施形態において、第一層は、密なリン酸アルミニウム被覆を含み、第二層は、密なアルミナ被覆を含む。
微粒子無機材料上の第二層の量は、微粒子無機材料の全量に対する第二層の材料の全量を考慮すると、0.2%w/w~3.5%w/wであり、例えば、0.3%w/w~3.5%w/w、または0.4%w/w~3.5%w/wであってもよい。微粒子無機材料上の第二層の量は、微粒子無機材料の全量に対する第二層の材料の全量を考慮すると、0.2%w/w~3.4%w/w、または0.3%w/w~3.4%w/w、または0.4%w/w~3.4%w/wであってもよい。
%w/w~2.5%w/wであってもよい。
用することを含む場合に、最良の結果を与えるだろうということは予測されていないだろう。本発明は、最良の結果が、正確な範囲内の被覆の添加レベルで得られるということを証明している。
全量(第一層+第二層)は、微粒子無機材料の全量に対する第一層および第二層の材料の全量を考慮すると、0.7%w/w~3.6%w/w、または0.7%w/w~3.5%w/wであってもよい。
よく、例えば、1.9%w/w~3.9%w/w、または1.9%w/w~3.8%w/wであってもよく、好ましくは1.9%w/w~3.7%w/wである。被覆の全量(第一層+第二層)は、微粒子無機材料の全量に対する第一層および第二層の材料の全量を考慮すると、1.9%w/w~3.6%w/w、または1.9%w/w~3.5%w/wであってもよい。
当業者が理解するように、微粒子無機材料、例えば、二酸化チタンを、粉砕ステップを含む工程を介して調製される。好ましい破砕ステップは、微媒体ミルおよびサンドミルから選択されるミルの使用を含む。当該ミルにおいて、微粉砕媒体は、重力以外の手段によって加速され、スラリー化した顔料凝集体をサブマイクロメーターサイズに減少させるために使用されてもよい。
例えば、二酸化チタンなどの微粒子無機材料の被覆は、当該技術分野で公知の従来の顔
料材料の被覆に類似してもよい。したがって、水中での材料の分散、続く硫酸アルミニウムなどのような適切な被覆試薬の添加を含んでもよい。pHはその後、材料表面上の被覆を形成するために所望の水和酸化物を沈殿させるように調節される。
一実施形態において、微粒子材料は、特定のサイズ画分を選択的に除去するために処理されてもよい。例えば、直径が5μm以上であるいくつかの粒子を除去してもよく、一実施形態において、直径が3μm以上であるいくつかの粒子を除去してもよい。当該粒子を、例えば、遠心分離処理することによって、除去してもよい。
生産物は、担体と共に被覆微粒子無機材料を適切に含む。担体は、樹脂、またはバインダ、または同様のものであってもよい。一実施形態において、生産物は、塗料であり、樹脂と共に被覆微粒子無機材料を含む。
使用中に太陽に曝される生産物は、プラスチック生産物(プラスチック容器など)、インク、被覆組成物(塗料および粉末被覆組成物を含む)、屋根ふき材料組成物(例えば、
こけら板、タイル、または粒状被覆であってもよい)、または地被組成物(道路表面製品
、床製品、私道表面製品、駐車場表面製品、または舗装道路表面製品)、および太陽反射
生産物から選択されてもよい。
一つの特定の有利な実施形態において、生産物は塗料であり、樹脂と共に被覆微粒子無機材料を含む。
本発明において、最良の結果は、被覆された大結晶TiO2を用いた塗料生産物で得られるということが判明しており、ここで、被覆レベルは、(上述のように)低く、および、ここで樹脂は、低い透過を有する。大結晶TiO2を選択すること、その後、効果的な被覆を用いるが、従来使用されるより低いレベルで大結晶TiO2を被覆することを選択すること、その後、樹脂が低い透過を有する塗料システムにおいてこれを使用することを選択することによって、驚くほどに良い結果が見られるだろうということは、以前は認識されていなかった。当該生産物は、驚くほど光触媒活性を下げている。
、減衰係数を有するものである。
本発明は、実例のみによって、次の限定しない例によって、今、さらに記述されるだろう。
[実施例]
[実施例1]
1.1a 微粒子無機材料の調製
平均粒子サイズが1ミクロンのTiO2粒子を次のように調製した:
a)ブルーメンフェルト(Blumenfeld)沈殿を用いての出発材料の生産
チタン含有原料を、濃硫酸を用いて消化し、得られたケーキを、より希薄な硫酸溶液中で溶解し、硫酸チタンの溶液を生産した。この硫酸チタン溶液を、続いて、0.03%ブルーメンフェルトルチル核の添加後に含水酸化チタンの沈降を促進するために加熱した。この含水酸化チタンパルプを出発材料として使用した。
b)出発材料から大結晶TiO2の形成
パルプをろ過し、洗浄した。その後、硫酸カリウムアルミニウム溶液を、パルプに添加し、0.2%K2O、および0.08%Al2O3(TiO2に%wt/wtとして表される)を与えた。その後、パルプを乾燥し、回転窯で焼成した。焼成中に、温度を1℃/分の速度で1030℃まで上昇させた。その後、試料を、30分間1030℃で加熱し、冷却させた。
c)特徴づけ
結果として生じるTiO2を、i)こすり取られた試料の電子顕微鏡写真を得て、続いて、カール ツァイス(Carl Zeiss)によるKS300画像分析器を使用して画像を分析し、質量平均結晶サイズを得ること、ii)%ルチルを得るために、X線回析パターンを測定すること、によって特徴付けした。
d)結果
得られたTiO2は、約1μmの質量平均結晶サイズ、および>95%の%ルチルを有した。
1.1b 比較微粒子無機材料
さらに、「超耐久性の」商用生産物を得た。この生産物は、0.25ミクロンの結晶サイズを有し、3w/w%のシリカ被覆、および2w/w%のアルミナ被覆を有した。
1.2 被覆微粒子無機材料の調製
区分1.1で作られたようにTiO2粒子の水性分散体を調製し、粉砕した。この点について、粒子を、最初に、レイモンドミル(Raymond mill)を用いて乾燥粉砕し、その後、スラリー化し、350g/lの濃度を有する水性分散体を形成した。その
後、分散体を、オタワ砂を含む微媒体ミルで30分間湿式粉砕した。その後、砂を分散体から分離した。
1.3 塗料の生産
被覆チタニアの3つのバッチ(3w/w%シリカ被覆および2w/w%アルミナ被覆、2w/w%シリカ被覆および2w/w%アルミナ被覆、1w/w%シリカ被覆および2w/w%アルミナ被覆)は、その後、3つの異なる塗料にそれぞれ組み込まれた。
(i)アルキドメラミンホルムアルデヒドベース塗料
(ii)ポリエステルメラミンホルムアルデヒドベース塗料
(iii)PVDFアクリルベース塗料(17%pvc、PVDFカイナー(Kynar)500-アクリル)
であった。
3w/w%シリカ被覆および2w/w%アルミナ被覆を有する被覆チタニアの2つの試料を、PVDFアクリルベース塗料で試験した。
1.4耐久性
耐久性を、アトラス(Atlas) Ci65a ウェザオメター(Weatherometer)を用いて測定した。試験を下記の付録2にしたがって行った。
結果
図1は、PVDFアクリルベース塗料で試験された場合の、時間と共に4つの試料の質量-損失を示す。
同様に、試験コースにわたって、質量損失は、2w/w%被覆生産物と比較して1w/w%被覆生産物が明らかに低くなった。
3つの塗料システムのそれぞれにおいて、低いレベルの被覆が、最良の結果を与えた。各システムにおいて、2w/w%被覆生産物の耐久性比は、3w/w%被覆生産物、および商用生産物の耐久性比より低かった。各システムにおいて、1w/w%被覆生産物の耐久性比は、2w/w%被覆生産物の耐久性比より低かった。
シリカ被覆のレベルが低いと、PVDFアクリルにおいて最大の効果を有したことを見ることができる。このシステムは、光触媒的基礎で(光化学的基礎とは対照的に)ほとんど完全に区別されることを予測するだろう。
[実施例2]
2.1 被覆TiO2粒子の調製
1ミクロンの平均結晶サイズを有するTiO2粒子を区分1.1にしたがって調製した。
2.2 被覆微粒子無機材料の調製
被覆を、区分1.2にしたがって、1ミクロンの平均結晶サイズを有するTiO2粒子に適用した。
2.3 塗料の生産
被覆チタニアの5つの試料は、その後、区分1.3のように、
(A)PVDFアクリルベース塗料(17%pvc、PVDFカイナー(Kynar)500-アクリル)
(B)アルキドメラミンホルムアルデヒドベース塗料
(C)ポリエステルメラミンホルムアルデヒドベース塗料
にそれぞれ組み込まれた。
2.4耐久性
耐久性を、アトラス(Atlas) Ci65a ウェザオメター(Weatherometer)を用いて測定した。試験を下記の付録2にしたがって行った。耐久性比(標準的な顔料の質量-損失と相対的な試験顔料の質量-損失の割合)を各場合において計算した。
結果
耐久性比(DR)を、下記の表1で提示する。
最良の結果は、低い透過を有する樹脂が使用される場合の被覆生産物で得られたということを見ることもできる。付録3に示されるように、PVDF-アクリルは、300nmで0.001/ミクロンの減衰係数を有し、ポリエステルメラミンホルムアルデヒドは、300nmで0.009/ミクロンの減衰係数を有する。対照的に、アルキドメラミンホルムアルデヒドは、300nmで0.021/ミクロンの減衰係数を有し、結果的に生じる生産物の、低い耐久性を見ることができる。したがって、低透過樹脂の被覆生産物を使用することは、技術的な利点がある。
[実施例3]
3.1 被覆TiO2粒子の調製
1ミクロンの平均結晶サイズを有するTiO2粒子を区分1.1にしたがって調製した。
3.2 被覆微粒子無機材料の調製
区分3.1で作られるようにTiO2粒子の水性分散体を調製し、粉砕した。この点について、粒子を、最初に、レイモンドミル(Raymond mill)を用いて乾燥粉砕し、その後、スラリー化し、350g/lの濃度を有する水性分散体を形成した。その後、分散体を、オタワ砂を含む微媒体ミルで30分間湿式粉砕した。その後、砂を分散体から分離した。
3.3 塗料の生産
被覆チタニアの5つのバッチを、その後、アクリルメラミンホルムアルデヒド塗料にそれぞれ組み込んだ。
3.4耐久性
耐久性を、アトラス(Atlas) Ci500a ウェザオメター(Weatherometer)を用いて測定した。試験を下記の付録2にしたがって行った。
結果
図3は、アクリルメラミンホルムアルデヒドベース塗料において試験される場合、5サンプルの被覆された大結晶チタニアの2750時間後の質量-損失を示す。
したがって、この事は、低量の被覆の使用が、効果の改善につながることができるという驚くべき見解を強力にする。
、最適な範囲の被覆レベルがあるだろうということは予測されていなかっただろう。ここで、この最適な範囲は、従来の被覆レベルの半分より少ない被覆量の使用を含む。
3%シリカ被覆および2%アルミナ被覆を有する生産物は、最悪な結果を与えた。しかしながら、それら2つの生産物をのぞいて、大結晶サイズを有する生産物(1ミクロンの平均結晶サイズ)は、商用生産物より良い結果を与えた。ここで、商用生産物は、同じ被覆を有したが従来の結晶サイズを有した。
したがって、この事は、クレームされた範囲内の低量の被覆の使用が、効果の改善、およびより光安定なシステムにつながることができるという驚くべき見解を強力にする。
[実施例4]
4.1 被覆TiO2粒子の調製
1ミクロンの平均結晶サイズを有するTiO2粒子を区分1.1にしたがって調製した。
4.2 被覆微粒子無機材料の調製
被覆を、区分1.2の一般的な原理にしたがって1ミクロンの平均結晶サイズを有するTiO2粒子に適用した。
wt)のCeO2(0.1M硫酸セリウム(IV)溶液)を1分間にわたって加えた。スラリーを5分間再び撹拌し、1.0%P2O5(リン酸モノアンモニウムとして)を30分間にわたって加えた。
4.3 塗料の生産
被覆チタニアの4つのバッチを、その後、アルキドメラミンホルムアルデヒドベース塗料に、区分3.3のようにそれぞれ組み込んだ。
4.4耐久性
耐久性を、アトラス(Atlas) Ci65a ウェザオメター(Weatherometer)を用いて測定した。試験を下記の付録2にしたがって行った。耐久性比(標準的な顔料の質量-損失と相対的な試験顔料の質量-損失の割合)を各場合において計算した。
結果
耐久性比(DR)を、下記の表4で提示する。
全体的に、被覆レベルが低いこれらの生産物は、良い耐久性を与えた。試験全体の最良の結果は、1%SiO2および2%Al2O3の被覆、1%P2O5、0.1%CeO2および3%Al2O3、および1%P2O5および3%Al2O3の被覆を有した生産物から得られた。したがって、第一の被覆層が約1%レベルで示される生産物が最適である。
/w、特に1%w/w~4.2%w/wの被覆の全量を有すると最適な結果を与える。
[結果の要約]
第一層および第二層を使用する被覆システムの使用は、抗光触媒特性を有する効果的な被覆(例えば、シリカ)である第一層およびアルミナ被覆である第二層を有し、効果的な被覆量(第一層の量に関して、および被覆の全量に関して)が相対的に狭い特定の範囲内である場合に耐久性を達成するということに関して驚くほどにより効果的である。
[参照実施例5]
この参照実施例は、クレームされた発明の範囲内ではなく、本発明に関連する技術的効果は驚くべきものであり、予測されないということをさらに説明する。
被覆チタニアの5つのバッチは、ポリエステルメラミンホルムアルデヒド塗料にそれぞれ組み込まれた。
D 523 標準測定プロトコルで)、光沢を評価した。
結晶サイズが従来の0.3ミクロンである3つの試料にとって、3%~5%の被覆レベルの増加が、風化条件下で、時間と共に光沢特性の良好な保持につながることを見ることができる。特に、30月の期間を超えて、3%シリカ被覆と比較して5%シリカ被覆の利点は顕著である。
与えられた大きい粒子サイズで薄い被覆を用いることの利点は、最も驚くべきものであるということは、本発明の背景に反対する。
[付録1 塗料化粧用製剤]
アルキドメラミンホルムアルデヒド製剤
ミルベース
28.0gの15%ビートル(Beetle) BA 595 アルキド樹脂溶液樹脂(サイティック インダストリーズ社(Cytec Industries Inc)によって供給される)を250mlガラス瓶に秤量した。これに試験用の68.0gの顔料を添加し、全ての顔料が濡れるまで瓶をかき混ぜた。170gの8mmガラスバロティーニを添加し、瓶を、側面がミルベースで覆われるまで振とうし、その後、16時間、トランドラー(trundlers)上に置いた。
[最終的な白色塗料の調製]
16時間後、瓶をトランドラーから除去し、15.0gの60%ビートル(Beetle) BA 595アルキド樹脂(サイティック インダストリーズ社(Cytec Industries Inc)によって供給される)の添加によって安定化した。瓶を、30分間トランドラー上に置き、その後、24.3gの60%ビートル(Beetle)BA595アルキド樹脂および15.3gの60%サイメル(Cymel)651メラミンホルムアルデヒド樹脂(n-ブタノール/キシレン溶媒中に部分的にn-ブチル化したメラミン樹脂、オルネクス ベルギウム社(Allnex Belgium)から入手可能、供給されて使用した)で作り上げた。塗料を、少なくとも30分間トランドラーに再び戻し、ラッカーを塗られていない250mlスズに静かに移し、その後、少なくとも15分間脱気させておいた。
[ポリエステルメラミンホルムアルデヒド製剤]
ミルベース
250mlmlガラス瓶に、トップコート用の35.6gのウララック(Uralac)(商標) SN804飽和ポリエステル樹脂(超耐久性)、(DSM粉末被覆用樹脂社(DSM Poewder Coating Resins)から入手可能)、0.4gのウラド(Urad)(商標)DD27アクリル樹脂、(DSM粉末被覆用樹脂社(DSM Poewder Coating Resins)から入手可能)、12.3gのソルベッソ(Solvesso)(商標)150ND芳香族炭化水素溶媒(エクソンモービル社(ExxonMobil)から入手可能)、および2.4gのブチルグリコールを秤量した。これに、69.1gの試験用顔料を加えた。170gの8mmガラスバロティーニを添加し、瓶を、側面がミルベースで覆われるまで振とうし、その後、16時間、トランドラー上に置いた。
[最終的な白色塗料の調製]
16時間後、瓶をトランドラーから除去した。39.3gのミルベースを瓶に静かに写し、28.7gの容量の化粧媒体(make-up-medium)の添加によって安定化した。
ウララック(Uralac)(商標)SN804 18.20g
サイメル(Cymel)(登録商標)303 3.43g
ナキュア(Nacure)(登録商標)1419 0.17g
K-キュア(cure)(登録商標)1040 0.03g
ソルベッソ(Solvesso)(商標)150ND 4.73g
ブチルグリコール 2.14g
ウララック(Uralac)(商標) SN804樹脂は、トップコート用の飽和ポリエステル樹脂であり、DSM粉末被覆用樹脂社(DSM Poewder Coating Resins)から入試可能である。
塗料を、少なくとも30分間トランドラーに再び戻し、ラッカーを塗られていない250mlスズに静かに移し、その後、少なくとも15分間脱気させておいた。
[PVDF-アクリル製剤]
ミルベース
トルエン中に20%パラロイド(Paraloid)(商標)B44固体等級アクリル樹脂有するもの(ダウ社(Dow)から入手可能)の43.0gを250mlガラス瓶に秤量した。これに、試験用の69.0gの顔料を添加し、瓶を、顔料が濡れるまでかき混ぜた。170gの8mmガラスバロティーニを添加し、瓶を、側面がミルベースで覆われるまで振とうし、その後、16時間、トランドラー上に置いた。
[最終的な白色塗料の調製]
33.7gのミルベースを、ガラス瓶に置いて、トルエン中に40%パラロイド(Pararoid)B44を有するものの22.3gを手撹拌しながら添加した。これに、55.0gのイソホロン中に27.0gのカイナー(Kynar)500(登録商標)(PVDF樹脂、アルケマ社(Arkema))を有する予め分散させた混合物を添加した。塗料を、その後、1時間、トランドラー上に戻した。
[アクリルメラミンホルムアルデヒド製剤]
ミルベース
28.0gの20%シノクリル(Synocryl)(登録商標)826Sアクリル樹脂溶液(アルケマ社(Arkema)から入手可能)を250mlガラス瓶に秤量した。これに試験用の69.0gの顔料を添加し、全ての色素が濡れるまで瓶をかき混ぜた。170gの8mmガラスバロティーニを添加し、瓶を、側面がミルベースで覆われるまで振とうし、その後、16時間、トランドラー上に置いた。
[白色塗料の調製]
16時間後、ミルベース瓶をトランドラーから除去し、14.0gの60%シノクリル(Synocryl)(登録商標)826Sアクリル樹脂の添加によって安定化した。瓶を、30分間トランドラー上に置き、その後、62.2gの60%シノクリル(Synocryl)(登録商標)826Sアクリル樹脂(供給された)、および28.8gの60%サイメル(Cymel)(登録商標)651メラミンホルムアルデヒド樹脂(オルネクス ベルギウム社(Allnex Belgium)から入手可能)(供給された)で作り上げた。塗料を、少なくとも60分間トランドラーに再び戻し、ラッカーを塗られていない250mlスズに静かに移し、その後、少なくとも15分間脱気させておいた。
[濃淡濃縮物の調製]
250mlスズに、70gの60%シノクリル(Synocryl)(登録商標)826S樹脂、4.0gのキシレンブタノール、および高分子量ブロックコポリマーに基づかれる8.0gのディスパーbyk(Disperbyk)161湿潤分散添加剤(BYKアディティブズ(Additives)&インスツルメンツ社(Instruments)から入手可能)を秤量した。撹拌後、8.0gのフタロシアニンブルー15:1(サンケミカルズ社(Sun Chemicals)によって供給された)を添加し、続いて500gの6mm鋼鉄バロティーニを添加した。混合物を、その後、レッド デヴィル(Red Devil)振とう機を用いて全体で60秒間分散し、15分間隔で振とうし、各間隔の間に10分間冷却させた。
[最終的な、着色塗料の調製]
120mlガラス瓶に、50.0gの白色顔料を秤量し、続いて1.74gの濃淡濃縮物を秤量した。混合物を、その後、激しく振とうし、3時間トランドラー上に置いた。
[付録2 耐久性比の測定]
耐久性比を、アトラス(Atlas)Ci65aまたはCi5000aキセノン(Xenon)Arcウェザ-オ-メター(Weather-O-meter)で彩色された金
属プレートの質量-損失から計算した。質量-損失を250時間ごとに記録した。全曝露時間は、塗料製剤に依存し、次の通りであった。
アルキドメラミンホルムアルデヒド 3000
ポリエステルメラミンホルムアルデヒド 5000
PVDF-アクリル 8000
試験顔料の耐久性比(DR)は、質量-損失(ml)から算出され、gで表される。試験顔料の耐久性比(DR)は、次の式を用いて、(公知のDRを有する)一次標準の耐久性比(DR)と比較して決定される。
一次標準は、カライス(Calais)TR92 TS45203である。
したがって、耐久性比が高い値であることは、塗料からの大きい質量-損失を意味するので、大きい光化学的活性な顔料であることを意味する。よい耐久性を有する塗料、またはインクは、低い耐久性比を有するだろう。
[付録3 樹脂の減衰係数]
300nmでの減衰係数を、300nmでの透過率値、およびフィルム厚から算出した。
300nmでのフィルムの減衰=Ln(Tガラス/Tガラス+樹脂)
その後、減衰係数は、フィルム厚によって減衰を割ることによって算出される
具体的には、Ln(I0/I)=εcl
であり、したがって、ε={Ln(I0/I)}/cl
ここで、εは減衰係数であり、I0は、ガラスを通過する透過強度であり、Iは、ガラス+樹脂を通過する透過強度であり、lは厚さであり、cは樹脂濃度(=1)である。
Claims (20)
- 被覆微粒子無機材料であって、
(i)二酸化チタン、ドープ二酸化チタン、およびそれらの組み合わせから選択される微粒子無機材料を含み、ここで、前記微粒子無機材料は、0.4μm~2μmの平均結晶サイズを有し、および
(ii)前記微粒子無機材料上に被覆を含み、前記被覆は、第一層および第二層を含み、ここで、前記第一層に含まれる材料は、無機リン酸塩から選択される一つ以上を含み、任意的に更に1または2以上の無機酸化物を伴う、材料であり、
前記無機酸化物は、
(a)Ti、Zr、およびZnから選択されるグループ4(IVB)およびグループ12(IIB)遷移金属、および
(b)Si、P、およびSnから選択されるグループ13~グループ15(IIIA-VA)p-ブロック要素、および
(c)ランタニド、
の酸化物から独立して選択され、
前記無機リン酸塩は、
(i)H、Li、Na、K、Rb、Be、Mg、Ca、およびSrから選択されるグループ1(IA)アルカリ金属、およびグループ2(IIA)アルカリ土類金属、および
(ii)Sc、Y、TiおよびZrから選択されるグループ3(IIIA)およびグループ4(IVB)遷移金属、および
(iii)Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、およびPbから選択されるグループ13~グループ15(IIIA-VA)p-ブロック要素
から選ばれた少なくとも1つを有し、
ここで、前記第二層に含まれる材料はアルミナであり、
ここで、前記微粒子無機材料上における前記第一層の量は、前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層の材料の全量を考慮すると、0.1%w/w~2.2%w/wであり、
および、ここで、前記微粒子無機材料上における前記第二層の量は、前記微粒子無機材料の全量に対して前記第二層の材料の全量を考慮すると、0.1%w/w~3.5%w/wであり、
および、ここで、前記被覆の全量は、前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層および前記第二層の全量を考慮すると、0.2%w/w~4.5%w/wである、
被覆微粒子無機材料。 - 微粒子無機材料の光触媒活性をより低くするための微粒子無機材料上における被覆の使用であって、ここで、
(i)前記微粒子無機材料は、二酸化チタン、ドープ二酸化チタン、およびそれらの組み合わせから選択され、ここで、前記微粒子無機材料は、0.4μm~2μmの平均結晶サイズを有し、および
(ii)前記微粒子無機材料上における前記被覆は、第一層および第二層を含み、
ここで、前記第一層に含まれる材料は、無機リン酸塩から選択される一つ以上を含み、任意的に更に1または2以上の無機酸化物を伴う、材料であり、
前記無機酸化物は、
(a)Ti、Zr、およびZnから選択されるグループ4(IVB)およびグループ12(IIB)遷移金属、および
(b)Si、P、およびSnから選択されるグループ13~グループ15(IIIA-VA)p-ブロック要素、および
(c)ランタニド、
の酸化物から独立して選択され、
前記無機リン酸塩は、
(i)H、Li、Na、K、Rb、Be、Mg、Ca、およびSrから選択されるグループ1(IA)アルカリ金属、およびグループ2(IIA)アルカリ土類金属、および
(ii)Sc、Y、TiおよびZrから選択されるグループ3(IIIA)およびグループ4(IVB)遷移金属、および
(iii)Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、およびPbから選択されるグループ13~グループ15(IIIA-VA)p-ブロック要素から選ばれた少なくとも1つを有し、
ここで、前記第二層に含まれる材料はアルミナであり、
ここで、前記微粒子無機材料上における前記第一層の量は、前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層の材料の全量を考慮すると、0.1%w/w~2.2%w/wであり、
および、ここで、前記微粒子無機材料上における前記第二層の量は、前記微粒子無機材料の全量に対して前記第二層の材料の全量を考慮すると、0.1%w/w~3.5%w/wであり、
および、ここで、前記被覆の全量は、前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層および前記第二層の全量を考慮すると、0.2%w/w~4.5%w/wである、
使用。 - 前記第一層に含まれる材料は、Al、Ti、Zr、およびSnのリン酸塩から独立して選択される一つ以上の無機リン酸塩であり、任意的に更にTi、Zr、Zn、Si、P、Sn、およびCeの酸化物から独立して選択される一つ以上の無機酸化物を伴う、請求項1に記載の微粒子材料、または請求項2に記載の使用。
- 前記第一層に含まれる材料は、Al、およびZrのリン酸塩から独立して選択される一つ以上の無機リン酸塩であり、任意的に更にZr、Si、P、およびCeの酸化物から独立して選択される一つ以上の無機酸化物を伴う、請求項3に記載の微粒子材料、または使用。
- 前記第一層に含まれる材料は、リン酸アルミニウムを含み、任意的に更にシリカを伴う、請求項4に記載の微粒子材料、または使用。
- 前記第一層に含まれる材料は、シリカを含む、請求項5に記載の微粒子材料、または使用。
- 前記第一層に含まれる材料は、密なシリカを含む、請求項6に記載の微粒子材料、または使用。
- 前記微粒子無機材料上における前記第一層の量は、
(a)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層の材料の全量を考慮すると、0.1%w/w~2%w/wであり、
(b)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層の材料の全量を考慮すると、0.2%w/w~1.5%w/wであり、
(c)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層の材料の全量を考慮すると、0.3%w/w~1.4%w/wであり、
(d)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層の材料の全量を考慮すると、0.4%w/w~1.3%w/wであり、または
(e)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層の材料の全量を考慮すると、0.5%w/w~1.2%w/wであり、または
(f)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層の材料の全量を考慮すると、0.7%w/w~1.2%w/wである、
請求項1または請求項3~請求項7のいずれか一項に記載の微粒子材料、または請求項2~請求項7のいずれか一項に記載の使用。 - 前記微粒子無機材料上における前記第一層の量は、
(a)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層の材料の全量を考慮すると、0.3%w/w~1.2%w/wであり、または
(b)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層の材料の全量を考慮すると、0.3%w/w~1.1%w/wであり、または
(c)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層の材料の全量を考慮すると、0.4%w/w~1.1%w/wであり、または
(d)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層の材料の全量を考慮すると、0.5%w/w~1%w/wであり、または
(e)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層の材料の全量を考慮すると、0.6%w/w~1%w/wであり、または
(f)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層の材料の全量を考慮すると、0.7%w/w~1%w/wである、
請求項1または請求項3~請求項8のいずれか一項に記載の微粒子材料、または請求項2~請求項8のいずれか一項に記載の使用。 - 前記微粒子無機材料上における前記第二層の量は、
(a)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第二層の材料の全量を考慮すると、0.2%w/w~3.5%w/wであり、
(b)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第二層の材料の全量を考慮すると、0.3%w/w~3.5%w/wであり、
(c)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第二層の材料の全量を考慮すると、0.4%w/w~3.2%w/wであり、
(d)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第二層の材料の全量を考慮すると、0.4%w/w~3.1%w/wであり、または
(e)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第二層の材料の全量を考慮すると、0.5%w/w~3%w/wである、
請求項1または請求項3~請求項9のいずれか一項に記載の微粒子材料、または請求項2~請求項9のいずれか一項に記載の使用。 - 前記被覆の全量は、
(a)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層および前記第二層の材料の全量を考慮すると、0.3%w/w~4.5%w/wであり、
(b)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層および前記第二層の材料の全量を考慮すると、0.5%w/w~4.5%w/wであり、
(c)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層および前記第二層の材料の全量を考慮すると、1%w/w~4.3%w/wであり、
(d)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層および前記第二層の材料の全量を考慮すると、1.2%w/w~4.2%w/wであり、
(e)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層および前記第二層の材料の全量を考慮すると、1.5%w/w~4.2%w/wであり、または
(f)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層および前記第二層の材料の全量を考慮すると、1.6%w/w~4.1%w/wである、
請求項1または請求項3~請求項10のいずれか一項に記載の微粒子材料、または請求項2~請求項10のいずれか一項に記載の使用。 - 前記被覆の全量は、
(a)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層および前記第二層の材料の全量を考慮すると、0.7%w/w~4.3%w/wであり、
(b)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層および前記第二層の材料の全量を考慮すると、0.8%w/w~4.2%w/wであり、
(c)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層および前記第二層の材料の全量を考慮すると、1%w/w~4.1%w/wであり、
(d)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層および前記第二層の材料の全量を考慮すると、1.5%w/w~3.5%w/wであり、
(e)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層および前記第二層の材料の全量を考慮すると、1.5%w/w~3.3%w/wであり、または
(f)前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層および前記第二層の材料の全量を考慮すると、1.6%w/w~3.2%w/wである、
請求項1または請求項3~請求項11のいずれか一項に記載の微粒子材料、または請求項2~請求項11のいずれか一項に記載の使用。 - 使用中に太陽に曝される生産物の耐久性および/または存続期間を改善するための、請求項1、または請求項3~請求項12のいずれか一項に従って定義される被覆微粒子無機材料の使用。
- 担体と共に使用される請求項1、または請求項3~請求項12のいずれか一項に従って定義される被覆微粒子無機材料を含む生産物。
- 前記生産物は、塗料であり、樹脂と共に前記被覆微粒子無機材料を含む請求項13に記載の使用、または請求項14に記載の生産物。
- 前記樹脂は、波長300nmで測定したとき0.02/ミクロン未満の減衰係数を有する、請求項15に記載の使用、または生産物。
- 前記樹脂は、波長300nmで測定したとき0.015/ミクロン未満の減衰係数を有する、請求項16に記載の使用、または生産物。
- 前記樹脂は、波長300nmで測定したとき0.012/ミクロン未満の減衰係数を有する、請求項17に記載の使用、または生産物。
- 前記樹脂は、ポリエステルメラミンホルムアルデヒド、PVDFアクリル、およびアクリルメラミンホルムアルデヒドからなる群から選択される、請求項17に記載の使用、または生産物。
- 被覆微粒子無機材料の調製方法であって、
(i)微粒子無機材料を提供すること、ここで、前記微粒子無機材料は、二酸化チタン、ドープ二酸化チタン、およびそれらの組み合わせから選択され、ここで、前記微粒子無機材料は、0.4μm~2μmの平均結晶サイズを有し、および
(ii)前記微粒子無機材料上に被覆を適用すること、
を含み、
ここで、前記微粒子無機材料上の被覆は、第一層および第二層を含み、
前記第一層に含まれる材料は、無機リン酸塩から選択される一つ以上を含み、任意的に更に1または2以上の無機酸化物を伴う、材料であり、
前記無機酸化物は、
(a)Ti、Zr、およびZnから選択されるグループ4(IVB)およびグループ12(IIB)遷移金属、および
(b)Si、P、およびSnから選択されるグループ13~グループ15(IIIA-VA)p-ブロック要素、および
(c)ランタニド、
の酸化物から独立して選択され、
前記無機リン酸塩は、
(i)H、Li、Na、K、Rb、Be、Mg、Ca、およびSrから選択されるグループ1(IA)アルカリ金属、およびグループ2(IIA)アルカリ土類金属、および
(ii)Sc、Y、TiおよびZrから選択されるグループ3(IIIA)およびグループ4(IVB)遷移金属、および
(iii)Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、およびPbから選択されるグループ13~グループ15(IIIA-VA)p-ブロック要素
から選ばれた少なくとも1つを有し、
ここで、前記第二層に含まれる材料はアルミナであり、
ここで、前記微粒子無機材料上における前記第一層の量は、前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層の材料の全量を考慮すると、0.1%w/w~2.2%w/wであり、
および、ここで、前記微粒子無機材料上における前記第二層の量は、前記微粒子無機材料の全量に対して前記第二層の材料の全量を考慮すると、0.1%w/w~3.5%w/wであり、
および、ここで、前記被覆の全量は、前記微粒子無機材料の全量に対して前記第一層および前記第二層の全量を考慮すると、0.2%w/w~4.5%w/wである、
方法。
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