(57)【要約】  低周波域（１５００Ｈｚ〜２０００Ｈｚを含む）では十分な吸音率を得ることが出来ないという問題点があった。また、同様の吸音特性を実現するとしても従来とは異なる構成をもつ水系コーティング材が求められている。従来とは異なる吸音特性を有する水系コーティング材を提供することを解決すべき課題とする。  上記課題を解決する本発明の水系コーティング材は、酸化ケイ素及びアルミナを主成分とし、内部に複数に区画された空隙をもつ多孔質の粒子材料を有する。従来の中空微粒子は空隙が１つであるのに対して複数に区画されることで２０００Ｈｚ以下での吸音特性に優れる材料が提供できる。特に多孔質シラスを主成分とすることで高い吸音特性が実現できる。（Ａ１：多孔質シラス、Ａ２：シラス、多孔質アルミナ）
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化ケイ素、アルミナ、及び酸化鉄を主成分とし、内部に複数に区画された空隙をもつ多孔質の粒子材料を有する水系コーティング材。
【請求項２】
前記粒子材料は多孔質シラスを有する請求項１に記載の水系コーティング材。
【請求項３】
前記粒子材料はシラスを有する請求項２に記載の水系コーティング材。
【請求項４】
前記粒子材料は多孔質アルミナを有する請求項３に記載の水系コーティング材。
【請求項５】
前記粒子材料の内部の空隙は概ね均等に区画され且つ表面が滑らかである請求項１〜４の何れか１項に記載の水系コーティング材。
【請求項６】
前記粒子材料は全体の質量を基準として、１０％〜２０％含有する請求項１〜５の何れか１項に記載の水系コーティング材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水系コーティング材に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部からの音を低減する材料として、内部に連通した複雑な形状の空隙を有し空隙内に音波が入射すると吸収があり、例えば、グラスウール、ロックウール、発泡ポリウレタン等の多孔質材からなる多孔質吸音材が知られている。【０００３】
そして、内部に空隙を有し空隙内に音波が入射すると吸収する材料として、シリカ質の中空微粒子からなる粒子材料が知られており、この粒子材料を吸音材として添加して製造するコーティング材がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2010-077424号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した多孔質吸音材は、低周波域では十分な吸音率を得ることが出来ないという問題点があった。また、同様の吸音特性を実現するとしても従来とは異なる構成をもつ水系コーティング材が求められている。【０００６】
本発明は上記実情に鑑み完成したものであり従来とは異なる吸音特性を有する水系コーティング材を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記課題を解決する本発明の水系コーティング材は、酸化ケイ素、アルミナ、及び酸化鉄を主成分とし、内部に複数に区画された空隙をもつ多孔質の粒子材料を有する。【０００８】
従来の中空微粒子は空隙が１つであるのに対して複数に区画されることで２０００Ｈｚ以下での吸音特性に優れる材料が提供できる。【０００９】
上述の（１）に開示の発明は以下に開示する（２）、（４）〜（６）の構成要素のうちの任意の１つ以上を組み合わせることができる。また、（２）の構成要素を有する場合には（３）の構成要素を組み合わせることができる。
（２）前記粒子材料は多孔質シラスである。【００１０】
多孔質シラスはシラス（後述する（３）に記載のものと同じ。例えば日本の九州南部の地層から産する堆積物であり、主成分はケイ酸、酸化アルミニウム、酸化鉄からなる火山ガラスである）を高温（７００℃〜１５００℃程度）で加熱・発泡させることで製造される。発泡させることで多孔質になる。多孔質シラスは吸音特性に優れることが判明した。
（３）前記粒子材料はシラスを有する。シラスは多孔質シラスの吸音特性とは異なるので組み合わせることにより広い範囲で吸音することができる。
（４）前記粒子材料は多孔質アルミナを有する。多孔質アルミナは多孔質シラス、シラスとは吸音特性が異なるため更に広い範囲での吸音特性が実現できる。
（５）前記粒子材料の内部の空隙は概ね均等に区画され且つ表面が滑らかである。この構成をもつことで吸音特性が向上する。
（６）前記粒子材料は全体の質量を基準として、１０％〜２０％含有する。この範囲にすることで吸音特性が更に向上する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の水系コーティング材によると、２０００Ｈｚ以下における優れた吸音特性が実現できる。特にシラスから製造された多孔質シラスを用いると、効果的な吸音特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例の試験１における吸音特性の評価（低周波領域）の結果を示すグラフである。
【図２】実施例の試験１における吸音特性の評価（中高周波領域）の結果を示すグラフである。
【図３】実施例の試験２における吸音特性の評価（低周波領域）の結果を示すグラフである。
【図４】実施例の試験３における吸音特性の評価（低周波領域）の結果を示すグラフである。
【図５】実施例で用いた多孔質シラスの外観を示すＳＥＭ写真である。
【図６】実施例で用いた多孔質シラスを破砕した破砕物の外観を示すＳＥＭ写真である。
【図７】実施例の試験４における吸音特性の評価（低周波領域）の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の水系コーティング材について実施形態に基づき以下詳細に説明を行う。本実施形態の水系コーティング材は多孔質の粒子材料を有する。粒子材料は水系コーティング材の全体を基準として１０％〜２０％の範囲で含有することが好ましい。建物の外装の塗装に用いたり、室内の塗装に用いたり、室内に用いる壁紙のコーティングに用いたり、自動車、飛行機などの外装の塗装、室内の塗装、その他音の遮蔽が望まれる隔壁へのコーティングなどに用いることができる。
【００１４】
多孔質の粒子材料は酸化ケイ素、アルミナ、及び酸化鉄が主成分である。「酸化ケイ素、アルミナ、及び酸化鉄が主成分」とは酸化ケイ素、アルミナ、及び酸化鉄の質量の合計が粒子材料全体の質量を基準として５０％以上含むことである。「多孔質」であるとは内部に複数に区画された空隙をもつことである。「複数」とは２つ以上であることを意味するが、更に多数にまで区画されていることが好ましい。例えば複数に区画された空隙の１つ１つの大きさ（空隙径）が粒子材料全体の大きさの５分の１以下（更には１０分の１以下）にまで小さくなっているものが半分以上存在することが好ましい。
【００１５】
多孔質の粒子材料としては多孔質シラスが好ましい。多孔質シラスはシラスを加熱して製造された材料である。シラスは日本の九州の南部の地層に存在する（例えば「吉田シラス」）。主成分はケイ酸や酸化アルミニウム、酸化鉄などからなる。加熱温度は７００℃〜１５００℃が好ましく、１０００℃以下が更に好ましい。また、加熱により多孔質とする前のシラスをそのまま用いることもできる。更に加熱した多孔質シラスと加熱前のシラスとを混合して用いることもできる。また他の多孔質材料（例えば多孔質アルミナ）を混合して用いることもできる。
【００１６】
粒子材料としては表面が滑らかであることが好ましい。表面が滑らかであるとは劈開面が露出していないものである。例えば多孔質シラスを製造した後に粉砕操作を行った材料は表面が滑らかでないものが多い。
【００１７】
水系コーティング材には多孔質の粒子材料に加え、必要に応じた他の材料を添加することができる。例えば溶剤、塗膜形成剤、増粘剤、分散剤、着色顔料、その他の添加物などを含むことができる。
【００１８】
具体的には、溶剤としては、トルエン、ヘキサン、キシレン等の炭化水素化合物、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、エタノール、プロパノール、ブタノール、グリコール等のアルコール類、エーテル系やその他の水性溶媒（水を含む）が例示できる。塗料中の溶媒の好適な使用量は１０〜６０質量％程度である。
【００１９】
塗膜形成剤としては樹脂材料が採用できる。例えば、アルキド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂、フェノール樹脂の合成樹脂、松脂、コハク、亜麻仁油、サフラワー油、大豆油、ひまし油、菜種油等の硬化性の油類等の天然樹脂を用いることができる。塗料中の塗膜形成剤の好適な使用量は２０〜６０質量％程度である。
【００２０】
増粘剤として、セルロース誘導体、澱粉、酢酸ビニル等を用いることができる。塗料中の増粘剤の好適な使用量は０.１〜１０質量％程度である。
【００２１】
分散剤としては、ポリカルボン酸系重合体、リグニンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物等が例示でき、特にグラフトポリマー構造のものが好適である。塗料中の分散剤の好適な使用量は０.０５〜１０質量％程度である。
【００２２】
着色顔料として例えば、二酸化チタン、亜鉛華、鉛白、亜鉛黄、カーボンブラック、パーマネントレッド、べんがら、黄色鉛、シアニンブルー、紺青、群青、シアニングリーン、酸化鉄などを用いることができる。塗料中の着色顔料の好適な使用量は１〜３０質量％程度である。
【００２３】
他の添加剤としては、可塑剤、硬化剤、顔料分散剤、乳化剤、乾燥剤、消泡剤、防腐剤、防錆剤、凍結防止剤、防カビ剤、撥水剤などを用いることができ、何れも適量を塗料中に含有させて使用することができる。
【００２４】
更に多孔質アルミナ、ポリウレタン樹脂を混合することが好ましい。ポリウレタン樹脂は塗膜形成剤としての作用も期待できる。
【実施例１】
【００２５】
（試験１：材料の相違による吸音特性：高い効果が発揮されたもの）
・試料の調製【００２６】
８００℃で焼成処理を行い多孔質化した吉田シラス（試験例Ａ１）、吉田シラス（非処理：試験例Ａ２）、多孔質アルミナ（多孔質アルミナ：デンカ株式会社製：試験例Ａ３）についてポリウレタン樹脂エマルジョン（宇部興産株式会社製）に２０質量％になるように分散させた。その後、アルミニウム合金板（ＪＩＳ  Ａ５０５２）の表面に塗布し各試験例の試験試料とした。
・吸音特性の評価【００２７】
吸音特性の評価はＩＳＯ１０５３４−２に準拠して行う音響管による吸音率及びインピーダンスの測定法を適用して行った。具体的には音響管式吸音特性測定機（小野測器製）にて１００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの低周波領域と５００Ｈｚ〜６４００Ｈｚの中高周波領域とに分けて測定した。リファレンスとしてポリウレタン樹脂板（比較例Ｂ１）とアルミニウム合金板（比較例Ｂ２）とについても測定した。
・結果【００２８】
低周波領域の測定結果を図１に、中高周波領域の測定結果を図２にそれぞれ示す。【００２９】
図１より明らかなように、試験例Ａ１の試験試料（焼成処理を行った吉田シラス）は１４９０〜１５９０Ｈｚで吸音率が３６．８％、試験例Ａ２の試験試料（非処理の吉田シラス）は１４１５〜１５７０Ｈｚで吸音率が２５．６％であった。試験例Ａ３の試験試料（多孔質アルミナ）と比較例Ｂ１の試験試料（ポリウレタン樹脂板）は比較例Ｂ２の試験試料（アルミニウム合金板）よりは吸音率が僅かに高かった。試験例Ａ３及びＢ１の試験試料では内部に存在する空隙の大きさが試験例Ａ１及びＡ２に比べて小さいために低周波領域での吸音が相対的に少なくなったものと推測される。また、焼成の有無により吸音特性が制御できることが分かった。【００３０】
図２より明らかなように、試験例Ａ３（多孔質アルミナ）は５０００〜５４８０Ｈｚで吸音率が１８．１％であった。試験例Ｂ１（ポリウレタン樹脂）は４８００〜５４８０Ｈｚで吸音率が１４．２％であった。試験例Ａ１（焼成処理吉田シラス）は５７００〜６２００Ｈｚで吸音率が１３．５％であり、試験例Ａ２（非処理吉田シラス）はピークが認められなかった。試験例Ａ３と試験例Ｂ１とで４８００〜５４８０Ｈｚの吸音率が高いのは、空孔の大きさが小さく、密度が高いため、全体として大きな空孔として作用したと考えられる。【００３１】
試験例Ａ２でピークが認められなかったのは、空孔の大きさの分布が高周波域とマッチングしなかったためと考えられる。【００３２】
しかしながら、試験例Ａ１では焼成処理により空孔の密度が増したことで、大きな空孔として作用できるようになってピークが出現したものと考えられる。【００３３】
以上まとめると、試験例Ａ３（多孔質アルミナ）の吸音率は５０００〜５４８０Ｈｚで１８．１％、試験例Ａ１（焼成処理吉田シラス）の吸音率は１４９０〜１５９０Ｈｚで３６．８％、５７００〜６２００Ｈｚで１３．５％、試験例Ａ２（非処理吉田シラス）の吸音率は１４１５〜１５７０Ｈｚで２５．６％であった。なお、多孔質アルミナは細かい粒子状であっても同様の傾向を示す吸音特性が発揮されることが期待できる。以上の結果から、多孔質の材料を組み合わせることによって広域の周波数を吸音できることが分かった。
（試験２：材料の相違による吸音特性：高い効果の発揮が認められなかったもの）【００３４】
試験例Ａ１の試験試料で採用した多孔質シラスに代えて中空バルーン粒子材料を用いて試験例Ａ１と同様の操作により試験試料を製造し本試験例Ｃ１の試験試料とした。中空バルーン粒子材料は中空になったガラス粒子で有り内部の空隙は１つである。【００３５】
試験試料Ｃ１について吸音特性の評価を行った。試験例Ａ１と比較した結果を図３に示す。【００３６】
図３から明らかなように、試験例Ｃ１（中空バルーン粒子材料）は試験例Ｂ２（アルミニウム合金板）と同程度の吸音しか発揮できないことが分かった。つまり、粒子材料内に形成されている空隙の数が多数有る方が吸音特性に優れることが判った。
（試験３：材料の形態の相違による吸音特性）【００３７】
試験例Ａ１の試験試料で採用した多孔質シラスについて粉砕操作を行って破砕した。得られた破砕物から試験例Ａ１と同様の操作により試験試料を製造し本試験例Ｃ２の試験試料とした。試験試料Ｃ２について吸音特性の評価を行い、結果を図４に示す。粉砕前後の多孔質シラスのＳＥＭ写真を図５（多孔質シラス）、図６（破砕物）に示す。【００３８】
図４から明らかなように、試験例Ｃ２（破砕物）は試験例Ｂ２（アルミニウム合金板）と同程度の吸音しか発揮できないことが分かった。つまり、粒子材料の形状が球状、更には表面が滑らかである方が吸音特性に優れることが判った。
（試験５：粒子材料の添加量による吸音特性）【００３９】
試験例Ａ１の試験試料で採用した多孔質シラスについてポリウレタン樹脂エマルジョン中への添加量を３０％（試験例Ｄ１）、２０％（試験例Ａ１）、１０％（試験例Ｄ２）、０％（試験例Ｄ３）とした上で試験例Ａ１と同様の操作により試験試料を製造し各試験例Ｄ１〜Ｄ３及びＡ１の試験試料とした。これらの試験試料について吸音特性の評価を行い、結果を図７に示す。【００４０】
図７から明らかなように、多孔質シラスの添加量を変化させることで吸音率、吸音ピークの周波数を変化させることができることが分かった。具体的には０％、１０％、２０％と添加量を増やすと同傾向の吸音スペクトルを保ったまま吸音率が上昇するが、３０％の添加量では吸音ピークの周波数が低温側にシフトした上で吸音率が僅かに低くなった。【００４１】
この結果から添加量としては好ましくは１０％以上３０％未満の範囲（更に好ましくは２０％以下の範囲）であり、この範囲で吸音率が高くなることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の水系コーティング材は、塗料に用いることを主眼としているが、更なる厚みを増した状態で用いる場合には種々の製品（建物、乗り物などの人が入る空間の内部や外部に塗布することで内外間での音の透過を防ぐことができる遮音塗料としての用途がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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