JPS6144963A - 表面被覆用組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は改良された表面被覆用組成物に関し、特に耐摩
耗性及び平滑性に対する要求の高い用途に適した表面被
覆用組成物に関する。

〔従来技術〕

近年、硬質塗料が種々開発され、代表的なものとして、
ウレタン系、シリコン系、弗素系等の樹脂組成物が市販
されている。これら硬質塗料は、基材に塗布し、乾燥あ
るいは硬化処理によシ滑らかな皮膜が得られ、各種用途
に巾広く使用されている。しかしこれら硬質塗料にてコ
ーティングすると、得られる皮膜の硬度が鉛筆硬度にて
３〜４Ｈ程度であシ、装飾的機能のみを狙ったものが主
体となる。従って、これら樹脂組成物にて被覆した表面
に他の機能を持たせる場合、例えば自己あるいは他の部
材の摺動に対する耐久性が要求される様な工業的用途も
しくはスポーツ用施設・用具等の用途に使用すると、摩
耗が激しく塗膜が容易に破壊されてしまう。

また、耐摩耗性あるいは耐久性を高める目的で、樹脂中
に無機粉末を充てんした塗料が開発され、その代表的な
ものとして、（１）酸化アルミニウムを主成分とする鉱
―粉り酸硬化型アミノアルキッド樹脂もしくは湿気硬化
型ポリウレタン樹脂固形分に対して０．５〜３０重量％
及び繊維質物質を１〜５０重量％分散含有させた組成物
（特公昭５１−３５４８７号）、（２）ウレタン樹脂１
００重量部に対してα−アルミナを５〜７．５重量部と
炭化珪素。

を２．５〜５．０重量部配合した組成物（特公昭５５−
３３４７５号）、（３）耐摩耗性を有する熱可塑性樹脂
と硬度の高いセラミックスとを混合分散させた組成物（
特開昭５４−４９３０号）等を用いる耐摩耗性被覆処理
方法が提案されている。

しかるに、これらの被覆処理方法は、何れも無機粉末の
形状、配合量あるいは粉末粒子の充てん方法にまで十分
に考慮が払われたものとは言えず、最適な方法とは言い
難い。また、無機粉末の配合量が低く抑さえられている
こともあって、耐摩耗性が低いレベルに止まっていると
共に、摺動部位に用いるのに適した表面平滑性といった
機能については望むべくもなかった。

〔発明の目的及び概要〕

本発明の１つの目的は、表面被覆に望まれる一般的な特
性に加え、特に高硬度で優れた耐摩耗性及び平滑性を有
する皮膜を形成し得る表面被覆用組成物を提供すること
にある。

本発明の他の目的は、繰返して摺動作用を受けても容易
に破壊することの々い皮膜を形成し得る表面被覆用組成
物を提供することＫある。

上記目的は、平均粒径５〜５０μｍの球状α−アルミナ
粒子群と熱硬化性樹脂とを主剤とし、前記球状α−アル
ミナ粒子群の配合量が全固形分の３５〜８５重量％であ
ることを特徴とする本発明の表面被覆用組成物によって
達成される。

この様に、本発明の１つの特徴点は、平均粒径５〜５０
μｍの球状α−アルミナ粒子群を選択使用することにあ
る。

この球状α−アルミナ粒子の特質は、合成樹脂に配合し
て硬化せしめ塗膜が形成された場合、対摩耗性の点で非
常に有利となる。即ち、かかる塗膜表面に摩擦体が接し
て阜耗が進行する場合、粉体が球状であることによシ、
摩擦体が粉体に接触しても負荷を受ける突かかシを防い
でそらす働きをする。又その作用は、粉体が如何なる状
態に配置され様と球状であることから形状的に安定して
常に同一形態を取る。かかる形状的要素にα−アルミナ
の有する硬さとが相まつで・皮膜の強度を堅固にするも
のである。

〔実施態様〕

本発明で使用する球状α−アルミナ粒子の原料又は製造
過程は、特に制限されないが、例えば中間体としてのγ
−アルミナを用い直接α−アルミナ球状体として製造さ
れたもの、あるいはα−アルミナの微細焼結体を粉砕し
、再焼結して得られる良質の球状粒子などが好ましく使
用される。

次に使用する球状α−アルミナ粒子の粒径は、配合する
熱硬化性樹脂の性状によって異なるが、本発明者等が種
々検討した結果、平均粒度が５〜５０μｍの範囲が最も
耐摩耗性に優れることを見出した。即ち５０μｍを超え
ると摩擦子による摺動過程に於いて摩擦子が粒子を捕獲
、樹脂層よシ離脱し易くなシ、又、逆に５μｍ未満であ
ると樹脂との挙動を共にし易くなり樹脂特性の影響が大
きく、球状効果が消失する方向にある。尚、球状α−ア
ルミナの真球度に関しては、全部の粒子の形状が真球で
あることに越したことはないが、これは工業的に全粉体
を真球とすることが困難であることから、約半数が球状
であれば充分特性を撥揮する。

球状α−アルミナ粒子群の配合量は、使用する熱硬化性
樹脂の性状によって異るが、３５重量−以上でその効果
を撥揮し、最高８５チ迄有効である。８５重量％を超え
ると、球状α−アルミナ粒子が塗膜よシ離脱し易く、却
って塗膜強度を下げる傾向がみられるつ尚、本発明組成
物は、基材表面にコーティング処理を施した場合、単に
耐摩耗性を向上せしめるのみならず塗膜表層に球状α−
アルミナが半球状で樹脂よシ突出しているため摩擦体の
塗膜への接触は球への点接触となシ、滑シ抵抗が低く、
結果として非常に平滑性に富んだ表面状態となる。

上記の如く本発明によシ提供される高耐摩耗性及び平滑
性付与表面コーティング組成物を基材の表面に塗布硬化
せしめた場合、基材の耐水、耐油、防錆、防蝕、耐薬品
性等−搬塗料の有する特性は勿論のこと、更に高度の前
記耐摩耗性及び平滑性を付与することができる。

本発明者等は、更に球状α−アルミナ粒子の性状と皮膜
特性との関連性について検討を進めた結果、球状α−ア
ルミナ粒子の粒径分布が塗膜特性に大きな影響を与える
ことを見出した。かかる関連性を図に沿って説明する。

第１図は理想的にほぼ同径の球状α−アルミナ粒子が直
方配列をした場合のモデルを示したものであるが、第１
図に於いて基材１１の表面に同径のある定った粒径のα
−アルミナ１２が直方配列し、その空隙に熱硬化性樹脂
１３が充填されている。実際の配列はかかる整然とした
配列は取シ難いがいずれにせよ同径の球体が互いに接触
して集合体となる場合は、同径でない場合に較べて空隙
率は最も大きく又それだけでなく空隙容量も自然のこと
ながら大きくなる。第３図はある走った粒径で同径の球
状α−アルミナ２２とそれより小径の球状α−アルミナ
２４を混在せしめて熱硬化性樹脂２３に配合せしめた場
合の分散状態を示したものであるが、かかる大小異径の
球状体が混在する場合には、第１図に示す如き整然とし
た配列は取り難い。このことは、配合系において同じ球
状α−アルミナ粒子の樹脂への配合比率ならば球状体集
合によって生ずる空隙率、とシわけ、個々の空隙容量が
同径の場合よシ小さくなることを示すものである。

樹脂で埋った空隙容量が小さい程かかる凝集破壊は生じ
にくく結果的に配合組成物塗膜強度も高くなる。

更に塗膜表面に過度の負荷が加わり部分的に表面が破壊
される場合、第１図に示した充てん状態では、第２図に
示す如く最表面に存在する球状α−アルミナ粒子の配合
系よシの離脱による表面損傷空隙１４．１５の大きさが
大であるのに対し、第３図に示した充てん状態では、第
４図に示す如く大小異径の球状α−アルミナが表層に混
在する場合には、小径の球体から離脱するため、空隙２
５゜２６による表面損傷度が低い特徴を有する。勿論損
傷前の表面均整度も同径球状体の集合よシ大小異径の球
状体のそれの方がはるかに優れていることは述べる迄も
ない。

そこで、本発明で使用する平均粒径５〜５０μｍの球状
α−アルミナ粒子群については、望ましくは、大小異径
の粒子が混在していることが好ましく、これを粒径分布
の面から規定すれば、少なくとも２点で極大値を示す頻
度分布曲線で示される粒径分布を有することが望まれる
。これを図示すれば、第５図によシ例示され、頻度分布
曲線において夫々がほぼガウス分布を示す２つのピーク
が存在し、２点（３１，３２）で極大値（極太値を与え
る粒径を夫々ａ１　＋　ａ２とする）を示している。

更にはよ乃至上の範囲にあることが好ましい。

６１．５ この様な粒径分布を有する粒子群は、例えば第６図に示
した様なある粒径ａを中心にして正規分布を示す粒子群
について、ａの値が大小異なる２つの粒子群を適宜割合
で混合す不ことによシ得られる。勿論、本発明で使用す
る球状α−アルミナ粒子群において、頻度分布がガウス
分布を示す必要はなく、また極大値を与える点は３点以
上存在しても良好な分散状態が得られる。この場合には
、最も大粒径側で極大頻度を示す粒径のπ乃至Ｂ１更に
は１乃至Ｊ−の粒径範囲で極太頻度を示す点６１．５ が少々くとも１点（２点以上でもよい）存在することが
好ましく、またこのとき、前記粒径範囲以外で極太頻度
を示す点が存在してもよい。また、個々の極太頻度の大
きさは任意に選択されるが、例えば第５図の例の様に２
つの極大頻度す、　、ｂ２が存在する場合、ｂｌとｂ２
との割合は、ｂ＋：ｂ２＝１：４〜４：１ の範囲内にあることが望ましく、また、極大頻度が３以
上存在する場合にも、任意の２つの極大頻度、とシわけ
、前述した最も大粒径側の極大頻度と、これを示す粒径
のｍ−乃至上の粒径範囲で示１０　　　　１．５ される前記少なくとも１点の極大頻度との大きさが、前
記ｔ）Ｉ：１）２の範囲内、即ち１：４〜４：１に収す
ることか好ましい。

次に本発明で使用する熱硬化性樹脂は常温で比較的粘度
が低く、処理層硬化して強固な塗膜が得られ、配合系の
機能をよシ充分に撥揮し、塗布性をも含めて処理がし易
くなるため好ましいが、その種類については、球状α−
アルミナ粒子を十分分散し、接着性の高い樹脂であれば
、いずれの熱硬化性樹脂でもよい。とシわけ、フェノー
ル系、不飽和ポリエステル系、工Ｉキシ系等種々系統を
異とする樹脂があるが、コーティング操作及び塗膜の強
固さからみると、例えばビス・フェノールＡ系の如きエ
ポキシ系樹脂が最も使い易い。かかるエポキシ系樹脂を
ペースに硬化剤を所定量配合して、使用時に一液性又は
二液性として塗布し、然る後に熱硬化せしめて強固なる
皮膜を得る。この様にエポキシ系樹脂を用いると、塗膜
の基材への密着性が良好で、木材、合成樹脂は勿論のこ
と、金属表面への密着性も、他の一般塗料よシは優れて
いる。また、元来エポキシ樹脂の球状α−アルミナに対
する界面接着性は非常に優れておシ、配合系が破損する
場合には、エポキシ系樹脂自体の破壊、即ち樹脂の凝集
破壊を起し易い程である。

本発明の表面被覆用組成物には、球状α−アルミナ粒子
及び熱硬化性樹脂のほかに、樹脂の硬化剤、硬化促進剤
、安定助剤、溶剤、更には着色剤、顔料、添加剤ｔ１か
コーテイング材に使用される各種成分を配合することが
できる。

実施例１ エポキシ系樹脂を基材とする成形板にα−アルミナ塊を
粉砕、再焼結させて得られた平均粒度２５μｍの球状α
−アルミナ粉体をビスフェノールＡ系をペースとするエ
ポキシ系樹脂に硬化剤、硬化安定、促進剤を添加してバ
インダーとなし、球状α−アルミナ及びバインダーの混
合比を３５：６５゜４５：５５，７０：３０重量％比と
なる如く配合し、夫々を前記成形板に塗膜厚さ約４０μ
ｍとなる様吹付は塗装した後、１３０Ｃにて１２０分間
乾熱処理して充分バインダーを硬化せしめた。引続いて
かかる塗布硬化板をＴＡＢＥＲ式回転摩耗試験機に掛は
摩耗子に置ＥＤＹＮＥ　ＴＡＢＥＲ社（米国）規格Ｃ８
−１７を用い、回転数２，０００回、回転速度１００回
／分、荷重１０００グラムにて摩耗試験を実施した。尚
、比較のためニブキシ基材のみ、それにバインダーのみ
を塗布（約４０μｍ厚さ）したもの、又ウレタン系、弗
素系硬質塗料を夫々塗布（約４０μｍ厚）したものを同
条件にて摩耗試験を行ない、その摩耗量を測定し、下記
の結果を得た。

塗　布　物　　　　　　　　　　　摩耗量（ミリグラム
）エポキシ系基材板のみ　　　　　　１８３上記にバイ
ンダーのみ塗布　　　　１４５球状球状α−アルミナ塗
布５重量膚）４９同　　上　　　　（４５＃　　　）　
　　　　　　　４１同　　上　　　　（７０＃　　）　
　　　　　　　３５ウレタン系硬質塗料塗布　　　　　
１３１弗素系硬質塗料塗布　　　　　　　１６４上記の
如く本発明による球状α−アルミナをエポキシ系合成樹
脂に配合した組成物を表面コーティングした成形板の耐
摩耗性り基材のみの場合及び市販の硬質塗料塗布物に較
べてはるかに優れた性能を示すことがわかる。また、表
面平滑性についても顕微鏡観察から優れていることが追
認されている。かくの如く本発明によるコーティング組
成物は、木材、合成樹脂は勿論のこと、金属加工物で摺
動を受は易い用途に対しても機能を発揮し、非常に高い
耐摩耗性を付与せしめ、その寿命を延ばすことが可能と
なる。

実施例２ 平均球径が３０μｍで、フルイにより２５μｍ以下、３
５μｍ以上の球体を除去した即ち３０＋５μｍ径の球状
α−アルミナを用意し、これとは別に２０＋５μｍ１１
０＋５μｍ１５３μｍの球状α−アルミナを作成、夫々
用意した。これらについてα）全量３０±５μｍの球状
α−アルミナ、（２）３０＋５μｍのもの７０重量％（
以下、重量％をチと略す）、２０±５　ｔｉｍ　３０　
％、（３）　３０±５　ｔｔｍ　５０％、１０＋　３ ±５μｍ５０Ｓ％（４）３０＋５ｔｔｍ４０％、５−ｏ
ｔｉｍ６０％、（５）３０＋５μｍ３０％、２０＋５μ
ｍ３０チ、１０±５　Ｊｉｍ　３０　％、５　＋Ｉｏ　
／’ｍ　１０　％と夫々の混合した粉体を６５％となる
如くビスフェノール系樹脂に硬化剤を添加した樹脂系に
配合、よく攪拌した後、鉄板に吹付は法にて約５０μｍ
の厚さに塗装し１２０Ｃにて１２０分間乾熱処理して塗
膜を硬化せしめた。

かくして得られた塗布板をＴＡＢＥＲ式回転摩耗試験材
に掛は摩耗子に置ＥＤＹＮＥ　ＴＡＢＥＲ社（米国）規
格Ｃ８−１７を用い、回転数２０００回、回転速度１０
０回／分、荷重１０００グラムにて摩耗試験を実施した
。尚、比較のため、鉄板にエポキシ系樹脂のみを塗布し
たもの、又、ウレタン系、弗素系、硬質塗料を夫々５０
μｍの厚さに塗布して同条件にて摩耗試験を行ない、そ
の摩耗量を測定し、下記の結果を得た。

塗　布　　物　　　　　　　　　摩耗量（ミリグラム）
鉄板にエポキシのみ塗布　　　　　　　　１９７〃ウレ
タン系塗料　　Ｉ　　　　　　　　　１５７弗素系塗料
　　　　　　　　　　　　　１７１（１）球状α−アル
ミナ３０±５μｍ径のみ１　　　　　　　　５８（２）
同上３０±５　μｍ　（７０％）、同上２０±５μｍ（
３０％）３５（３）同上３０±５μｍ（５０％）、同上
１０±５μｍ（５０％）２６（４）同上３０±５μｍ（
４０チ）、同上５±６μｍ（６０チ）５１（５）同上３
０±５μｍ（３０％）、同上２０±５μｍ（３０％）同
上１０±５μｍ（３０チ）、同上５＋３μｍ（１０％）
４３Ｏ 実施例からまず、球状α−アルミナをエポキシ系樹脂に
配合したものは、樹脂のみは勿論のこと、市販のウレタ
ン系、弗素系の如き硬質塗料に較べてはるかに耐摩耗性
が優れていることがわかる。

又、同じ球状α−アルミナでも同一球径のもののみを樹
脂に配合するよシは、それより小径の球状α−アルミナ
を混在せしめた方がより一層効果的であえ・。即ち、第
６図に示される様な球径分布を示す球状α−アルミナよ
りは第５図の如き少なくとも二つの極大頻度を有す粒径
分布とする方が効果的であることが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は塗膜中の球状α−アルミナ粒子の分
散状態のモデルを説明するための図、第５図は本発明で
使用する２つの極大頻度を与える粒径分布を示す球状α
−アルミナ粒子群の頻度分布曲線の１例を示した曲線図
、第６図は比較のため、１つの極大頻度を有する頻度分
布曲線の１例を示した曲線図である。 １２．２２．２４・・・球状α−アルミナ粒子、１３゜
２３・・・熱硬化性樹脂。 第１図　　　　第２図 第３図　　　　第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）平均粒径５〜５０μｍの球状α−アルミナ粒子群
   と熱硬化性樹脂とを主剤とし、前記球状α−アルミナ粒
   子群の配合量が全固形分の３５〜８５重量％であること
   を特徴とする表面被覆用組成物。
2. （２）球状α−アルミナ粒子群が、少なくとも２点で極
   大値を示す頻度分布曲線で示される粒径分布を有する特
   許請求の範囲第（１）項記載の表面被覆用組成物。
3. （３）最も大粒径側で極大頻度を示す粒径の１／１０乃
   至１／１．５の粒径範囲で極大頻度を示す点が少なくと
   も１点存在する特許請求の範囲第（２）項記載の表面被
   覆用組成物。