JPS6052872B2 - 自己浄化性塗膜を有する物品の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自己浄化性塗膜を有する物品の製造法に関する
。

さらに詳細には水溶性アルカリ金属ケイ酸塩をバインダ
ーとする酸化触媒を含む多孔質の自己浄化塗膜を有する
物品において、特に耐水性、耐水蒸気性を改善した自己
浄化性塗膜を有する物品の製造法を提供するにある。

調理中に肉や魚等の調理物から飛び散る油、蛋白質、脂
肪等の有機物を酸化触媒によつて炭酸ガスと水とに酸化
分解するために自己浄化性塗膜を有する調理器は公知で
ある。

上記自己浄化性塗膜を有する物品は、一般にアルカリ金
属ケイ酸塩をバインダーとし、これに酸化触媒および耐
火性充填材等を含んでなる塗料を基質、例えば鋼板、ア
ルミニウＡ処理鋼板に塗装することにより製造されてい
る（例えば特公昭４９−２８１２時公報）。

自己浄化性塗膜は飛散した油等と酸化触媒の接触面積を
大きくするために、多孔質にされているので、塗膜を通
して基質に水分が達するという現象が生じる。

水溶性アルカリ金属ケイ酸塩をバインダーとする場合、
塗膜の耐水性を改善するために硬化剤を、用いたとして
もアルカリ成分の完全なる固定は困難であり、水の存在
下では徐々に溶出し、その結果基質であるアルミニウム
処理鋼板を浸食し、塗膜と基質との密着性を低下させる
とか、更には溶解したアルミニウムが塗膜上に白い沈着
物となつて析出し、著しく外線を損うようになるという
欠点を有している。

また、鋼板の場合は水分の影響により塗膜上上に錆びが
発生するという欠点を有している。最近のオープンはス
チーム等と併用されることが多く、上記欠点は重大な問
題となつている。かかる欠点を改善するために従来ホー
ローがけした基質が一般に用いられている（特公昭４９
−２８１２吋公報等）。しかし、ホーローがけは約６０
０℃という温度にまで加熱しなければならず、経済的で
ないとか、高温使用のために基質が熱変形を受け歩留り
が悪い等の問題点を有している。また、プラズマ溶射で
Ａ′２０Ｊを施した、すなわちセラミック被覆を施した
基質を用いることも知られている（特公昭５４−１１９
０７２号公報）。しかし、該セラミック被覆は高価な設
備を必要とするとか、生産性が低い等の欠点を有し、工
業的な方法とはいえない。本発明の目的は酸化触媒を含
み、水溶性アルカリ金属ケイ酸塩をバインダーとする自
己浄化性塗膜を有する物品の基質の酸化または腐食を簡
便にしてかつ経済的に防止するにある。

すなわち本発明は基板上に、（ａ）水溶性アルカリ金属
ケイ酸塩、硬化剤および耐火性充填材または（ｂ）水溶
性多価金属リン酸塩および耐火性充填材、さらに必要に
応じて硬化剤より成る下塗り塗料を施して下塗り層を形
成し、該下塗り層を乾燥あるいは焼成し、次いで該乾燥
あるいは焼成された下．塗り層上に水溶性アルカリ金属
ケイ酸塩、硬化剤、耐火性充填材および酸化触媒から成
る多孔質の自己浄化性塗膜を形成せしめることを特徴と
する、特に耐水性、耐水蒸気性の優れた自己浄化性塗膜
を有する物品の製造法を提供するにある。

本発明方法によつて製造した自己浄化性塗膜を有する物
品において、下塗り層は表層から浸通してくる水または
水蒸気の基板への浸透を減じないし完全に防止するもの
であり、それにより自己浄化性塗膜の耐水性、耐水蒸気
性を改良し、また下ｔ塗り層を存在させることにより、
表層の多孔率を充分に大きくすることができるようにな
るために、自己浄化能も向上するし、さらに表層の触媒
を含む多孔質層の基質への密着性を改善できるという効
果も発揮する。本発明方法によつて製造された自己浄化
性塗膜を有する物品において、基質は特に制限されるも
のではないが、通常鋼板、アルミニウム処理鋼板等が用
いられる。

本発明の自己浄化性を有する物品の製造に当り、まず基
質に（ａ）水溶性アルカリ金属ケイ酸塩、硬化剤および
耐火性充填材または（ｂ）水溶性多価金属リン酸塩、耐
火性充填材および必要に応じて硬）化剤よりなる下塗り
塗料を施す。

下塗り層の気孔率はできるだけ小さく、かつ細孔径もで
きるだけ小さい方が耐水性の上からも望ましく、一般に
気孔率は２喀量％以下、また細孔径は３μ以下とされる
。

このような気孔率および門細孔径のコントロールは、耐
火性充填材の粒子径、混合割合、バインダーに対する硬
化剤の活性、量等の選択により調整されるが、好ましく
は耐火性充填材による調整が安全で確実な方法である。
下塗り塗料ａとしては、水溶性アルカリ金属ケイ酸塩２
０〜４鍾量％、硬化剤１０〜４鍾量％および耐火性充填
材３０〜７鍾量％から成る塗料が用いられる。

水溶性アルカリ金属ケイ酸塩の割合が４濾量％を超すよ
うになると、加熱硬化時に塗膜にふくれを生じ、２睡量
％未満となると、基質への密着性が低下するようになる
。硬化剤の割合が４鍾量％を超すようになると塗料組成
物の可使時間が短くなつたり、密着性が低下するように
なり、一方１鍾量％未満となると耐水性、耐水蒸気性が
低下するようになる。

耐火性充填材の使用割合が７鍾量％を超えると基質への
密着性が低下し、一方３鍾量％未満となると加熱硬化時
にふくれを生じるのて好ましくない。

下塗り塗料ａを構成する一員てある水溶性アルカリ金属
ケイ酸塩としては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム
、ケイ酸リチウム、前記水溶性アルカリ金属ケイ酸塩に
酸化亜鉛、水酸化亜鉛、ケイ酸アルミニウム、フッ化カ
ルシウム、ケイフッ化亜鉛、ホウ砂等の化合物を反応ま
たは溶解させた変性ケイ酸塩またはこれらの混合物をあ
げることができる。

下塗り塗料ａを構成する成分の一員である硬化剤は、水
溶性アルカリ金属ケイ酸塩に耐水性を付与するために使
用されるものであり、この様なものとしては公知の例え
ば亜鉛、マグネシウム、カルシウム等、周期律表■族に
属する金属の酸化物、水酸化物；亜鉛、マグネシウム、
カルシウム、アルミニウム、鉄、マンガン、ジルコニウ
ム、チタン、ニッケル等の多価金属のリン酸塩、ホウ酸
塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩、ケイフッ化物、ホウフッ
化物；周期律表１族金属のケイフッ化物、ホウ沸化物等
の単独または混合物または混合焼成物が使用できる。

あまり活性の強すぎる硬化剤は、水溶性アルカリ金属ケ
イ酸塩のゲル化を引き起し、塗料組成物のポツトライフ
が短かく、作業性が悪くなり、下塗り塗膜が粗くなり、
更には密着性が悪くなる等の不都合を生じる様になるし
、一方活性の弱すぎるものは耐水性付与が不充分となり
、高い硬化温度を必要とし、加えて加熱硬化時に発泡し
易くなる等の不都合を生じるようになり好ましくない。

下塗り塗料ａを構成する成分の一員である耐火性充填材
は、下塗り塗膜への機械的強度の付与、加熱硬化時の発
泡防止効果の付与、更には塗膜の気孔率および細孔径の
調整の目的のために添加されるものである。この場合、
一般的に大きな充填剤粒子を使用する程気孔率、細孔径
は大きくなり、特に細孔径は充填剤の粒子径に正比例す
る。下塗り層は気孔率、細孔径の小さいことが望ましい
ので微粒子の充填剤が使用されるが、これらの粒子径は
必要とされる作業性等から適宜選択され、好ましくは下
塗り層で平均粒子径５μ以下のものが使用される。この
ような目的に使用される充填剤としては、石英、アルミ
ナ、ジルコニア、ケイ酸ジルコニウム、ムライト、ケイ
酸アルミニウム、炭化ケイ素、ガラス粉末等、水溶性ア
ルカリ金属ケイ酸塩と室温においては実質的に反応しな
い粉末ならなんでも使用できるが、特に石英、アルミナ
が好ましく使用されている。また、下塗り塗料ｂとして
は水溶性多価金属リン酸塩７〜２５重量％、耐火性充填
材４０〜部重量％および硬化剤０〜３５重量％からなる
塗料が用いられる。

水溶性多価金属リン酸塩の割合が２５重量％を超すよう
になると加熱硬化時に発泡を生じ易く、一方７重量％未
満となると密着性が低下するようになる。耐火性充填材
の割合が９鍾量％を超えるとバインダー割合が少なくな
るため密着性が低下し、一方４轍量％未満となるど塗膜
強度が低下し好ましくない。硬化剤の割合が３５重量％
を超えると可使時間が短くなつたり密着性が低下するよ
うになり好ましくない。下塗り塗料ｂを構成する一員で
ある水溶性多価金属リン酸塩としては、カルシウム、マ
グネシウム等のアルカリ土類金属：亜鉛、鉄、アルミニ
ウム等の各種の水溶性リン酸塩化合物およびこれらの混
合物をあげることができる。

特にＰ２Ｏ５／Ａｅ２Ｏ３モル比が２〜４のリン酸アル
ミニウムやＰ２Ｏ５／Ｍ〆ｒル比２〜４のリン酸マグネ
シウム水溶液がすぐれている。また、これらの水溶性リ
ン酸塩にホウ酸等を溶解させたものおよびアミン化合物
等でＰＨ調整されたリン酸塩等も使用できる。下塗り塗
料ｂを構成する成分の一員である耐火性充填材は、下塗
り塗料ａにおける耐火性充填材と同様の目的および効果
のために用いられるものである。

このような耐火性充填材としては、石英、アルミナ、ジ
ルコニア、ケイ酸、ジルコニウム、ムライト、ケイ酸ア
ルミニウム、炭化ケイ素、ガラス粉末等の水溶性多価金
属リン酸塩と室温においては実質的に反応しない粉末が
使用でき、特に石英、アルミナが好ましく使用される。
また、上記耐火性充填材の平均粒子径は５μ以下のもの
が好ましい。下塗り塗料ｂは硬化剤なしでも優れた効果
を現わすものであるが、より低い硬化温度が望まれる場
合は、必要に応じて硬化剤が混合される。硬化剤として
は公知のリン酸塩系バインダー用硬化剤、例えば鉄、チ
タン、亜鉛等の遷移金属、、マグネシウム、アルミニウ
ム等の多価金属の水酸化物、酸化物、複合酸化物、ケイ
酸塩、ホウ酸塩、Ｐ２Ｏ５／ＭＸＯｙ（Ｘ，ｙはＭの原
子価による定まる正数）の小さい水不溶性のリン酸塩等
の単独、混合物およびこれらの単独または混合物の焼成
物等が使用できる。硬化剤活性の強すぎるものは、塗料
のポツトライフを短くしたり、塗膜の密着性を低下させ
たりするため、好ましくない。一般的には水酸化アルミ
ニウムや焼成により活性を低下させた遷移金属の酸化物
や複合酸化物が好ましく使用される。下塗り塗料ａまた
はｂには必要に応じて顔料触媒、増粘剤、沈降防止剤、
界面活性剤等を添加することもできる。

下塗り塗料は基質上に約２０〜１００μの厚みに塗布さ
れる。

本発明方法の実施に当り、かくして塗布された下塗り層
は風乾または加熱により、下塗り層を乾燥あるいは焼成
する。

上記操作は一般に１００〜２００℃の乾燥器内を下塗り
した基質を通温させることによつて行われる。下塗り層
を一担乾燥あるいは焼成することによつて、気孔が連通
孔となる傾向を防止することができ、下塗り層の有効性
を発揮する。本発明方法の実施に当り、以上のようにし
て形成させた下塗り層を有する基質上には、次いで水溶
性アルカリ金属ケイ酸塩、硬化剤、耐火性充填材および
酸化触媒から成る多孔質の自己浄化性塗膜を形成させる
。

自己浄化性塗膜は、酸化触媒を含有させることにより付
着する油分の分解すなわち自己浄化性塗膜を与えるもの
であるから、油と酸化触媒の接触を充分に行わせること
が重要であり、そのためには塗膜が多孔質であることを
必要とする。自己浄化性塗膜の気孔率はできるだけ大き
いことが必要であり、好ましくは２喀量％以上が望まれ
、一方上限は構成成分により塗膜の強度等から決定され
る。

また、細孔径は平均３μ以上程度のものが好ましい。自
己浄化性塗膜としては、水溶性アルカリ金属ケイ酸塩１
８〜４瞳量％、硬化剤５〜３唾量％、耐火性充填剤１５
〜７鍾量％および酸化触媒５〜６踵量％の範囲のものが
好ましい。

水溶性アルカリ金．属ケイ酸塩が４瞠量％を超えると、
加熱硬化時に塗膜にふくれを生じ易くなり、１鍾量％未
満となると基材との密着性が低下するようになる。硬化
剤が３鍾量％を超えると、混合組成物の可使時間が短く
なつたり、密着性が低下するようになり、ζ５重量％未
満となると耐水性、耐水蒸気性が低下するようになる。
耐火性充填材の割合が７鍾量％を超えると基材の密着性
が低下するようになり、１踵量％未満となると加熱硬化
時にふくれを生じ易くなり、特にｚ表層にあつては塗膜
がち密になりすぎるために満足な自己浄化能力が得られ
難くなる。

酸化触媒の割合が６踵量％を超えると基材への密着性が
低下するようになり、５重量％未満となると自己浄化能
力が不充分となることが多い。自己浄化性塗膜を構成す
る成分の一員である水溶性アルカリ金属ケイ酸塩は、バ
インダーとして用いられるものであり、このようなもの
の例としては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケ
イ酸リチウム等およびこれらの混合物をあげることがで
きるが、特にケイ酸ナトリウムが優れている。

このような水溶性アルカリ金属に各種の化合物を反応さ
せて耐水性を改良した変性ケイ酸塩も）公知であり、優
れたバインダーである。自己浄化性塗膜の構成成分の一
員である硬化剤は、水溶性アルカリ金属ケイ酸塩に耐水
性を付与するために使用されるものであり、この様なも
のとしては下塗り塗料ａのところに例示した化合物・を
あげることができる。

またはこれら硬化剤の使用目的は、下塗り塗料ａの構成
成分である硬化剤と同一の目的を達成するために用いら
れる。自己浄化性塗膜を構成する成分の一員である耐火
性充填材は、塗膜への機械的強度の付与、加熱・硬化時
の発泡防止効果の付与、更には塗膜の気孔率および細孔
径の調整の目的のために添加されるものであり、特に気
孔率および細孔径の調整に重要な役割りをはたすもので
ある。これらの粒子径は必要とされる物性、作業性等か
ら適宜選択され、好ましくは１０μ以上のものが使用さ
れる。このような目的に使用される充填材としては、下
塗り塗料ａのところに例示した化合物をあげることがで
きる。自己浄化性塗膜の構成成分の一員である酸化触媒
は、油脂類と接触し、これを水と炭酸ガスに分解するた
めに混合されるものであり、このような触媒はすでに種
々提案されており、使用目的に応じて種類、粒径、担持
の有無、担持方法等任意に選ばれる。

このような酸化触媒としてはジルコニウム、チタン、バ
ナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル
、タングステン、モリブデン、銅、希土類等の酸化物、
元素状のパラジウム、ロジウムルテニウム、オスミニウ
ム、イリジウム、白金等があげられ、これらの単独また
は混合物をあげることができる。酸化マンガン、酸化ニ
ッケル、酸化コバルトまたはこれらの混合物が好ましく
用いられる。更に自己浄化性塗膜には各種の改良剤、添
加剤を自己浄化性塗装物品の物性を損わない程度に混合
することができ、たとえばベントナイト、アルギン酸ソ
ーダ等の増粘剤、沈降防止剤、基材への濡れ性を改良す
るための界面活性剤、酸化鉄、フェライト、炭化ケイ素
等の着色顔料等があげられる。

自己浄化性塗膜は下塗り層上に約５０〜３００μの厚み
で塗布される。

塗布れた自己浄化性塗膜層は約２００′Ｃ以上の温度に
加熱し、硬化させる。本発明法によつて基質上に下塗り
層を施し、その表面上に自己浄化性塗膜を形成させて得
た自己浄化性塗膜を有する物品は水、水蒸気が基質にま
で達することを実質的ないし完全に防げ得るために、塗
膜と基質との密着性を低下させるとか外観を損うという
欠点が実質的になくなる。また、本発明方法によれば表
層すなわち自己浄化性塗膜の多孔率を大きくすることが
できるために自己浄化能も改善されるし、さらに自己浄
化性塗膜の密着性も下塗り層が存在することによつて改
善されるという利点も発揮する。以下に実施例により本
発明方法を更に詳細に説明するが、本発明方法はこれら
によつて制限されるものではない。

実施例１ 表１に示す組成の下塗り塗料用組成物および自己浄化性
塗膜用組成物を調整した。

塗料組成物の粘度は水により調整し、約１０００〜１５
０■ｐになるようにした。アルミニウムメッキした鋼板
（商品名；日新製鋼製アルスター）に下塗り塗料用組成
物を約４０μの厚さでコーティングし、１５０℃で１紛
乾燥し、その上に自己浄化性塗膜用組成物を約１５０μ
の厚さにコーティングした後、３００℃で３紛間の加熱
硬化を行つた。

第２表に膜の物性を示す。また、下塗り塗料を約４０μ
の厚さでコーティングした後、乾燥せずにその上に自己
浄化性塗膜用組成物を約１５０μの厚さにコーティング
した後、３０（代）で３紛の加熱硬化を行つて得た塗膜
（実施例７）についても同様の物性を測定した。

なお、塗膜物性は下記の方法により測定した。

塗装外観； 目視によりクラック、剥離、発泡等の異常
の有無を観察した。

密着性； セロテープを塗膜上に張り、強くひき剥した時の塗膜
の剥離状態を観察した。

耐水蒸気性； ビーカーの中に熱湯を入れて沸騰させ、その上に塗膜
が下となるように塗布サンプルで蓋をし、３紛間塗膜と
水蒸気を接触させた。

乾燥後の塗膜の外観を観察した。サラダオイル浄化能力
； 塗膜の上にサラダオイルを約５０Ｔｎ９滴下し、３
００′Ｃで３紛加熱することを１０回繰り返した後、塗
膜表面を観察した。

実施例２ 第３表に示す組成の下塗り塗料用組成物および自己浄化
性塗膜用組成物を調整した。

組成物の粘度は水により調整し、約１０００〜１５００
Ｃｐになるようにした。アルミニウムメッキした鋼板（
商品名：日新製鋼製アルスター）に下塗り塗料用組成＊
ネ物を約４０μの厚さでコーティングし、１５Ｃ）Ｃで
１０分乾燥し、更に自己浄化性塗膜用組成物を約１５０
μの厚さにコーティングした後、３００Ｃで３紛間の加
熱硬化を行つた。第４表に塗膜の物性を示す。第１表〜
第４表より本願発明の下塗り層をフる自己浄化性塗膜（
実施例１〜５および８〜は下塗り層を有しない場合（実
験例６）や下ｒ用塗料を乾燥させずに自己浄化性塗膜を
形成，た場合（実験例７）に比較して、密着性よび１蒸
気性において優れていることが明らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上に、（ａ）水溶性アルカリ金属ケイ酸塩、硬
   化剤および耐火性充填材または（ｂ）水溶性多価金属リ
   ン酸塩および耐火性充填材さらに必要に応じ硬化剤より
   なる下塗り塗料を施して下塗り層を形成し、該下塗り層
   を乾燥あるいは焼成し、次いで該乾燥あるいは焼成され
   た下塗り層上に水溶性アルカリ金属ケイ酸塩、硬化剤、
   耐火性充填材および酸化触媒からなる多孔質の自己浄化
   性塗膜を形成せしめることを特徴とする自己浄化性塗膜
   を有する物品の製造法。 ２ 下塗り塗料ａの組成が水溶性アルカリ金属ケイ酸塩
   ２０〜４０重量％、硬化剤１０〜４０重量％および耐火
   性充填剤３０〜７０重量％であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の自己浄化性塗膜を有する物品の
   製造法。 ３ 下塗り塗料ｂの組成が水溶性多価金属リン酸塩７〜
   ２５重量％、耐火性充填剤４０〜９３重量％および硬化
   剤０〜３５重量％であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の自己浄化性塗膜を有する物品の製造法。 ４ 自己浄化性塗膜の組成が水溶性アルカリ金属ケイ酸
   塩１８〜４０重量％、硬化剤５〜３０重量％、耐火性充
   填剤１５〜７２重量％および酸化触媒５〜６０重量％で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項ま
   たは第３項記載の自己浄火性塗膜を有する物品の製造法
   。