JPH0616488A - 無機質断熱性塗料組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】本発明は、ゾル−ゲル法によりセラミックス層
を形成し得るセラミックス原料の液状組成物に、中空セ
ラミックスバルーンを配合してなる断熱性無機質塗料組
成物を提供するものである。 【効果】軽量で断熱性に優れ、しかも基材との密着性が
良好な断熱層を簡単に形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は無機質断熱性塗料組成物
に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】従来、断熱材料としては、
熱伝導率の低いセラミックス、合成樹脂等が広く用いら
れている。この様な断熱材料を用いて熱伝導率の高い金
属材料等を断熱する場合には、一般に金属材料に、セラ
ミックス、合成樹脂等を貼り合わせて複合化する方法が
採用されている。しかしながら、金属材料が複雑な形状
をしている場合には、貼り合わせが困難で十分な断熱効
果を得ることができない。

【０００３】また、現在では、材料の軽量、耐熱化の要
求が高く、より薄く、より軽く、しかも断熱効果の高い
断熱層を形成する手段が要求されているが、このような
要求を充分に満足する断熱手段は見出だされていない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記した如
き従来技術の問題点に鑑みて、耐熱性に優れ、基材との
密着性が良好な断熱皮膜であって、しかも薄膜で軽量の
断熱性皮膜を形成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結
果、ゾル−ゲル法によりセラミックス層を形成し得るセ
ラミックス原料の液状組成物に、中空セラミックスバル
ーンを配合した組成物によれば、各種の基材上に非常に
簡単に無機質皮膜を形成することができ、形成される皮
膜は軽量で断熱性に優れ、しかも基材との密着性が良好
であることを見出し、ここに本発明を完成するに至っ
た。

【０００５】即ち、本発明は、ゾル−ゲル法によりセラ
ミックス層を形成し得るセラミックス原料の液状組成物
に、中空セラミックスバルーンを配合してなる無機質断
熱性塗料組成物を提供するものである。

【０００６】本発明の塗料組成物で用いるゾル−ゲル法
によりセラミックス層を形成し得るセラミックス原料の
液状組成物とは、重合、ゲル化によってセラミックス層
を形成することの出来る液状の組成物であって、各種の
ものが公知であり、本発明では、特に限定なくいずれも
用いることができる。この様な液状組成物は、各種の金
属アルコキシドや金属ヒドロキシドをセラミックス原料
として含有するものであり、この様なセラミックス原料
の好ましい例として、 イ）式（Ｒ₁ ）_mＭ₁ （ＯＲ₂ ）_n （式中、Ｒ₁ は炭素数１〜３のアルキル基又はビニル
基、Ｒ₂ は水素、メチル、エチル、イソプロピル又はｔ
−ブチル、Ｍ₁ はＣａ又はＢａ、ｍは０又は１、ｎは１
又は２を示す）で表わされる化合物、 ロ）式（Ｒ₃ ）_kＭ₂ （ＯＲ₄ ）_l （式中、Ｒ₃ は炭素数１〜３のアルキル基又はビニル
基、Ｒ₄ は水素、メチル、エチル、イソプロピル又はｔ
−ブチル、Ｍ₂ はＡｌ、Ｙ又はＬａ、ｋは０又は１、ｌ
は２又は３を示す）で表わされる化合物、 ハ）式（Ｒ₅ ）_iＭ₃ （ＯＲ₆ ）_j （式中、Ｒ₅ は炭素数１〜３のアルキル基又はビニル
基、Ｒ₆ は水素、メチル、エチル、イソプロピル又はｔ
−ブチル、Ｍ₃ はＴｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｓｉ又はＳ
ｒ、ｉは０又は１、ｊは３又は４を示す）で表わされる
化合物、等を挙げることができる。これらの化合物は１
種又は２種以上組み合わせて用いることができ、また２
種以上が縮合しているものを用いてもよい。

【０００７】上記セラミックス原料の具体例としては、
Ｃａ（ＯＣＨ₃ ）₂ 、Ｃａ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₂ 、Ｃａ（Ｏ
Ｃ₃ Ｈ₇ ）₂ 、Ｃａ（ＯＣ₄ Ｈ₉ ）₂ 、Ｂａ（ＯＣ
Ｈ₃ ）₂ 、Ｂａ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₂ 、Ｂａ（ＯＣ₃ Ｈ₇ ）
₂ 、Ｂａ（ＯＣ₄ Ｈ₉ ）₂ 、Ａｌ（ＯＣＨ₃ ）₃ 、Ａｌ
（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₃ 、Ａｌ（ＯＣ₃ Ｈ₇ ）₃ 、Ａｌ（ＯＣ
₄ Ｈ₉ ）₃ 、Ｔｉ（ＯＣＨ₃ ）₄ 、Ｔｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）
₄ 、Ｔｉ（ＯＣ₃ Ｈ₇ ）₄ 、Ｔｉ（ＯＣ₄ Ｈ₉ ）₄ 、Ｓ
ｉ（ＯＣＨ₃ ）₄ 、Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄ 、Ｓｉ（ＯＣ
₃ Ｈ₇ ）₄ 、Ｓｉ（ＯＣ₄ Ｈ₉ ）₄ 、ＣＨ₃ Ｓｉ（ＯＣ
Ｈ₃ ）₃ 、ＣＨ₃ Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₃ 、ＣＨ₃ Ｓｉ
（ＯＣ₃ Ｈ₇ ）₃ 、ＣＨ₃ Ｓｉ（ＯＣ₄ Ｈ₉ ）₃ 、Ｃ₂
Ｈ₅ Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃ 、Ｃ₂ Ｈ₅ Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）
₃ 、Ｃ₂ Ｈ₅ Ｓｉ（ＯＣ₃ Ｈ₇ ）₃ 、Ｃ₂ Ｈ₅ Ｓｉ（Ｏ
Ｃ₄ Ｈ₉ ）₃ 、Ｚｒ（ＯＣＨ₃ ）₄ 、Ｚｒ（ＯＣ
₂ Ｈ₅ ）₄ 、Ｚｒ（ＯＣ₃ Ｈ₇ ）₄ 、Ｚｒ（ＯＣ
₄ Ｈ₉ ）₄ 、Ｙ（ＯＣＨ₃ ）₃ 、Ｙ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₃ 、
Ｙ（ＯＣ₃ Ｈ₇ ）₃ 、Ｙ（ＯＣ₄ Ｈ₉ ）₃ 、Ｌａ（ＯＣ
Ｈ₃ ）₃ 、Ｌａ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₃ 、Ｌａ（ＯＣ₃ Ｈ₇ ）
₃ 、Ｌａ（ＯＣ₄ Ｈ₉ ）₃ 、Ｍｎ（ＯＣＨ₃ ）₄ 、Ｍｎ
（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄ 、Ｍｎ（ＯＣ₃ Ｈ₇ ）₄ 、Ｍｎ（ＯＣ
₄ Ｈ₉ ）₄ 、Ｓｎ（ＯＣＨ₃ ）₄ 、Ｓｎ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）
₄ 、Ｓｎ（ＯＣ₃ Ｈ₇ ）₄ 、Ｓｎ（ＯＣ₄ Ｈ₉ ）₄ 、Ｃ
ａ（ＯＨ）₂ 、Ｂａ（ＯＨ）₂ 、Ａｌ（ＯＨ）₃ 、Ｔｉ
（ＯＨ）₄ 、Ｓｉ（ＯＨ）₄ 、Ｚｒ（ＯＨ）₄ 、Ｙ（Ｏ
Ｈ）₃ 、Ｌａ（ＯＨ）₃ 、Ｍｎ（ＯＨ）₄ 、Ｓｎ（Ｏ
Ｈ）₄ 、Ｓｒ（ＯＨ）₄等を挙げることができる。ま
た、これらの縮合物は、上記化合物の任意の組み合わせ
により自由に作製でき、分子量も適宜選択できる。縮合
物の一例としては、ＺｒＯＳｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₆ 、Ａｌ
ＯＳｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₅ 、ＴｉＯＳｉ（ＯＣ
₂ Ｈ₅ ）₆ 、（Ｃ₃ Ｈ₇ Ｏ）₃ ＺｒＯＳｉ（ＯＣ
₂ Ｈ₅ ）₃ 、（Ｃ₄ Ｈ₉ Ｏ）₃ ＺｒＯＳｉ（ＯＣ
₂ Ｈ₅ ）₃ 、（Ｃ₃ Ｈ₇ Ｏ）₃ ＴｉＯＳｉ（ＯＣ
₂ Ｈ₅ ）₃ 、（Ｃ₄ Ｈ₉ Ｏ）₃ ＴｉＯＳｉ（ＯＣ
₂ Ｈ₅ ）₃ 、（Ｃ₃ Ｈ₇ Ｏ）₂ ＡｌＯＳｉ（ＯＣ
₂ Ｈ₅ ）₃ 、（Ｃ₄ Ｈ₉ Ｏ）₂ ＡｌＯＳｉ（ＯＣ
₂ Ｈ₅ ）₃ 、等を示すことができる。

【０００８】これらのセラミックス原料は、通常、有機
溶剤、水、これらの混合溶媒等に溶解又は分散して用い
られるが、セラミックス原料自体で液状のものは、その
まま用いることも可能である。有機溶剤は、公知のゾル
−ゲル法の液状組成物において用いられるものをいずれ
も使用でき、例えば、メタノール、エタノール、プロパ
ノール、ブタノール等の低級アルコール類、エチレング
リコールモノアルキルエーテル、ジエチレングリコール
モノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアル
キルエーテル、ジプロピレングリコールモノアルキルエ
ーテル等のアルキル基としてメチル、エチル、ブチル等
を有する炭化水素エーテルアルコール類、エチレングリ
コールモノアルキルエーテルアセテート、ジエチレング
リコールモノアルキルエーテルアセテート、プロピレン
グリコールモノアルキルエーテルアセテート、ジプロピ
レングリコールモノアルキルエーテルアセテート等の上
記炭化水素エーテルアルコール類の酢酸エステル類、エ
トキシエチルアセテート等のアルコール類と酢酸とのエ
ステル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢
酸ブチル等の酢酸エステル類、キシレン、トルエン、ベ
ンゼン、ヘキサン、アセトン等を用いることができる。

【０００９】液状組成物中のセラミックス原料の濃度
は、通常１０〜１００重量％程度とすればよく、使用す
る原料の性質に応じて適宜決定すればよい。

【００１０】本発明で用いる中空セラミックスバルーン
は、形成される皮膜に断熱性を付与すると共に、皮膜の
軽量化に寄与するものである。該中空セラミックスバル
ーンは、マイクロバルーン、微小中空球体、マイクロス
フェアー、ボローバブルなどとも称される微細な無機系
中空球体であり、好ましくは粒径３〜３００μｍ程度
で、かさ比重０．３〜０．８程度のものを用いればよ
い。中空セラミックスバルーンの材質は特に限定的では
なく、耐熱性と強度を有するものであればいずれも使用
できる。その具体例としては、ガラスバルーン、シリカ
バルーン、シラスバルーン、アルミナバルーン、ジルコ
ニヤバルーン、アルミノシリケートバルーン等を挙げる
ことが出来る。中空セラミックスバルーンの添加量は、
無機質塗料組成物中に３〜７０重量％程度、好ましく
は、５〜６０重量％程度とすればよい。

【００１１】また、本発明の無機質塗料組成物には、必
要に応じてコロイド状物質及び／又は無機微粉末を添加
することができる。コロイド状物質及び／又は無機微粉
末の添加によって、形成される断熱層がより緻密化され
る。

【００１２】本発明で用いられるコロイド状物質とは、
１０〜１００００オングストローム程度の液状又は固体
の粒子が分散媒中に分散しているものをいい、各種の公
知のものが使用できる。分散媒としては、通常、上記し
た低級アルコール類、炭化水素エーテルアルコール類、
これらの酢酸エステル類、アルコール類と酢酸とのエス
テル類、キシレン、トルエン、ヘキサン、アセトン等の
有機溶剤や水が単独又は混合して用いられており、分散
粒子の濃度は１０〜６０重量％程度のものが一般的であ
る。本発明では、このようなコロイド状物質をいずれも
用いることができる。コロイド状物質の具体例として
は、コロイド状シリカ、コロイド状アルミナ、コロイド
状セリヤ、コロイド状酸化チタン、コロイド状酸化ジル
コニウム、コロイド状硅酸ジルコン、コロイド状水酸化
アルミニウム、コロイド状水酸化ジルコニウム等を挙げ
ることができる。

【００１３】無機微粉末は、粒子径５〜１５０ｍμ程度
のものが適当であり、例えばアルミナ微粉末、酸化チタ
ン微粉末、シリカ微粉末等を用いることができる。

【００１４】コロイド状物質及び／又は無機微粉末は、
塗料組成物中に７０重量％程度まで添加することがで
き、好ましくは、３〜４０重量％程度添加すればよい。

【００１５】本発明の無機質塗料組成物には、更に必要
に応じて、顔料、充填剤、被覆補強材等を添加してもよ
い。顔料及び／又は充填剤としては、通常の無機系のも
のを用いることができ、例えば、酸化マグネシウム、窒
化硅素、窒化硼素、窒化チタン、酸化ニッケル、石英、
シリカ、硅酸ジルコン、アルミナ、酸化チタン、チタン
イエロー、炭酸マグネシウム、ドロマイト、炭化硅素、
炭化タングステン、酸化鉄（赤、黒）、バリウムイエロ
ー、アンチモンイエロー、コバルトブルー、コバルトバ
イオレット、コバルトグリーン、マンガンブラック、マ
ンガンブルー、マンガンバイオレット、ストロンチウム
クロメート、タルク、クロムオキサイドハイドレートグ
リーン、クロムオキサイドグリーン、亜鉛グリーン、炭
酸バリウム、チョーク、沈澱炭酸カルシウム、アルミナ
ハイドレート、酸化亜鉛、ホタル石、モリブデン赤、モ
リブデンオレンジ、クロムイエロー、鉛クロメート、ウ
ルトラマリーン、朱、塩基性炭酸鉛等を用いることがで
きる。顔料及び充填剤は、常法に従って、顔料分散剤、
増粘剤等とともに用いることができる。

【００１６】被覆補強材は、無機質で繊維状のものをい
い、この代表例としてチタン酸カリウム、炭化硅素、窒
化硅素、酸化アルミニウム、ベリリア、炭化硼素、硅酸
塩ガラス、石英などがある。

【００１７】顔料及び／又は充填剤は、塗料組成物中に
７０重量％程度まで、好ましくは０．１〜１０重量％程
度添加することができる。また被覆補強材は、塗料組成
物中に７０重量％程度まで、好ましくは１〜６５重量％
程度添加することができる。

【００１８】上記した塗料組成物は、急速なゲル化を防
止するためにｐＨ２．５〜６．０程度に調整することが
好ましい。ｐＨ調整には、例えば、塩酸、酢酸、クロロ
酢酸、クエン酸、マレイン酸、シュウ酸、トルエンスル
ホン酸、グルタル酸、ジメチルマロン酸、安息香酸等の
無機酸又は有機酸を用いることができる。

【００１９】また、上記塗料組成物には、更に、室温で
は該塗料組成物をゲル化させることがなく、加熱によっ
て解離して該塗料組成物の重合を加速することのできる
緩衝化潜触媒として、カルボン酸金属塩、アミンカルボ
キシレート、四級アンモニウムカルボキシレート、硝酸
塩等を塗料組成物中に１．５重量％程度まで添加するこ
とができる。このような緩衝化潜触媒としては、ジメチ
ルアミンアセテート、エタノールアミンアセテート、ジ
メチルアニリンホルメート、酢酸ナトリウム、プロピオ
ン酸ナトリウム、ギ酸カリウム、ギ酸ナトリウム、ベン
ジルトリメチルアンモニウムアセテート、硝酸ナトリウ
ム、硝酸アンモニウム等を例示できる。本発明の無機質
塗料組成物は、スプレー法、デップ法、ロールコート
法、ハケ塗り法、印刷法等の各種の塗布法によって基材
の表面に塗布し、重合ゲル化させることによって無機質
の断熱性皮膜を形成することができる。該塗料組成物の
重合ゲル化は、常温でも進行するが、加熱することによ
って、ゲル化時間が短縮され、また、重合密度が上がっ
て、断熱層がより緻密化する。加熱温度は特に限定はな
く、高温で加熱するほど断熱層をより緻密化することが
できるが、コスト面からは１００〜２５０℃程度で１０
〜３０分程度加熱することが適当である。

【００２０】尚、本発明の組成物では、断熱効果をより
向上させるために、塗料組成物の塗布、乾燥後、又は加
熱硬化後に、更に、該塗料組成物を一層又は二層以上重
ね塗りし、硬化させて二層以上の断熱層を形成させるこ
とが好ましい。

【００２１】本発明の塗料組成物により形成する皮膜の
厚さは、特に限定的ではないが、通常、合計厚さ５〜１
０００μｍ程度、好ましくは１５〜１０００μｍ程度と
すればよい。

【００２２】本発明の無機質塗料組成物の適用できる基
材の種類は特に限定的ではなく、例えば、金属、プラス
チックス、樹脂、セラミックス、ガラス等に適用可能で
ある。

【００２３】

【発明の効果】本発明の無機質塗料組成物により形成さ
れる断熱層は、中空のセラミックスバルーンを皮膜中に
含有していることにより、不連続の気孔中の空気による
断熱効果によって、非常に優れた断熱性を発揮する。ま
た、該断熱層は、基材との密着性に優れ、しかも表面硬
度が高いために、傷付き難く、また不燃性であるため
に、高温に曝されていても分解したり燃えたりすること
がなく、有害ガスの発生もないという優れた特徴を有す
るものである。

【００２４】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説
明する。

【００２５】

【実施例１】イソプロピルアルコール２５ｇ及び水２５
ｇからなる混合溶媒に、粒径２０ｍμの微粉末アルミナ
５ｇ、充填剤として硅酸ジルコン１０ｇと酸化チタン５
ｇ、被覆補強材としてチタン酸カリ繊維２ｇ、及び中空
セラミックスバルーンとして、５〜１５０μｍの範囲に
分布した粒径を有し、平均かさ比重０．７のアルミノシ
リケートバルーン３０ｇを加え、これに更に酢酸０．５
ｇを添加した溶液に、メチルトリメトキシシラン３０ｇ
を加えて混合し、無機質断熱性塗料組成物を調製した。
上記組成物を下記各素材の表面に塗布し、１５０℃で２
０分間加熱して厚さ約７０μｍの断熱セラミックス層を
形成した。

【００２６】＊素材及び塗布部 １ 自動車エンジンブロックの表面部 ２ エキゾーストパイプの内外面部 ３ 自動車用マフラーの内外面部 ４ 自動車用ピストンヘッド部 ５ 自動車ターボチャージャーケースの内外面部 ６ ホットプレートのヒーター下部金属ブレートの表面
部 ７ ジャーポットのポット部の外面及びヒーター下部の
金属プレートの表面部 ８ オーブントースターの反射板の裏面 ９ オーブン電子レンジの庫内金属板の裏面 １０ ガスレンジ及びガスコンロ庫内金属板の裏面 １１ 工業炉の炉内金属板の裏面 １２ 給湯器の金属容器の外面 １３ 自動車排ガス浄化装置のコンバータの内外面 １４ 炊飯器内面金属の裏面 １５ アイロンのヒーターブロックの表面 得られた各試料及び断熱層を設けていない試料について
以下の方法で温度変化試験を行った。また、断熱層を形
成した試料について以下の方法で密着性試験及び熱サイ
クル試験を行った。結果を下記表１に示す。

【００２７】＊試験方法 （ａ）温度変化試験 断熱層を形成した場合及び断熱層無しの場合について、
実使用条件にてデジタル表面温度計ＨＬ−２００（安立
計機製）により表面温度を測定した。

【００２８】（ｂ）密着性試験 ＪＩＳ Ｋ−５４００に基づいてゴバン目テストをおこ
なった。

【００２９】（ｃ）熱サイクル試験 実使用３０分間−放冷３０分間の繰り返しを１００サイ
クル行った後、表面状態を目視で観察した。

【００３０】

【表１】

【００３１】以上の試験結果から明らかな様に、本発明
の無機質塗料組成物によって形成された断熱層は、膜厚
が薄い場合にも優れた断熱効果を発揮するものである。
このため、熱を外部にのがすことなく、エネルギー効率
を向上させ短時間での温度上昇や加熱時間の短縮、高温
化等が可能となる。又該断熱層は無機物より構成されて
いるため、熱サイクル性にも優れ、低温から高温まで幅
広い用途での使用が可能である。

【００３２】

【実施例２】Ｔｉ（ＯＣ₄ Ｈ₉ ）₄ とＳｉ（ＯＣ
₂ Ｈ₅ ）₄ の部分縮合物（Ｃ₄ Ｈ₉ Ｏ）₃Ｔｉ−ＯＳｉ
（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₃ ３５ｇに、イソプロピルアルコール１
２ｇ及びブチルセルソルブ３ｇを添加混合し、更に顔料
として、タルク１０ｇと酸化チタン１０ｇ、実施例１と
同じ中空セラミックスバルーン３０ｇ、被覆補強材とし
てチタン酸カリウム繊維２ｇ、緩衝化潜触媒としてエタ
ノールアミンアセテート１ｇを加えて無機質塗料組成物
を調製した。

【００３３】得られた組成物を実施例１と同様の基材の
表面に塗布し、１５０℃で２０分間加熱して、７０μｍ
の断熱無機層を作製し、実施例１と同様の試験を行なっ
たところ、皮膜の強度、熱サイクル性及び断熱効果につ
いて実施例１と同等の結果が得られた。

【００３４】この結果より、本発明によって形成される
皮膜は、断熱効果、皮膜の強度及び熱サイクル性のいず
れの特性にも優れたものであることが判る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ゾル−ゲル法によりセラミックス層を形成
   し得るセラミックス原料の液状組成物に、中空セラミッ
   クスバルーンを配合してなる無機質断熱性塗料組成物。