(57)【要約】 【課題】酸化亜鉛を含有する紫外線防止層を基材の表面に備えた建材に関し、酸化亜鉛から発生し得る光ラジカルによって基材や中間樹脂層を分解しない紫外線防止層を備え、もって耐久性に優れた建材とその製作方法を提供すること。【解決手段】酸化亜鉛粒子３とシリカ粒子４を含む紫外線防止層２が、基材１の表面に直接的に、もしくは中間樹脂層７を介して間接的に形成され、シリカ粒子４が基材１もしくは中間樹脂層７に固着してなる建材１０，２０である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化亜鉛粒子とシリカ粒子を含む紫外線防止層が、基材の表面に直接的に、もしくは中間樹脂層を介して間接的に形成され、
シリカ粒子が基材もしくは中間樹脂層に固着してなる建材。
【請求項２】
紫外線防止層において、酸化亜鉛粒子の周囲にシリカ粒子が配されている請求項１に記載の建材。
【請求項３】
紫外線防止層における酸化亜鉛粒子の含有量が0.1〜1.0g/m2の範囲にある請求項１または２に記載の建材。
【請求項４】
紫外線防止層の層厚が2〜20μmの範囲にある請求項１〜３のいずれかに記載の建材。
【請求項５】
酸化亜鉛粒子の平均粒径が5〜35nmの範囲にある請求項１〜４のいずれかに記載の建材。
【請求項６】
シリカ粒子の平均粒径が4〜20nmの範囲にある請求項１〜５のいずれかに記載の建材。
【請求項７】
シリカ粒子がコロイダルシリカ、フュームドシリカのいずれか一方からなる請求項１〜６のいずれかに記載の建材。
【請求項８】
中間樹脂層が、アクリル樹脂、アクリルシリコン樹脂のいずれか一方から形成されている請求項１〜７のいずれかに記載の建材。
【請求項９】
シリカ粒子、酸化亜鉛粒子、界面活性剤、アルコールおよび水を混合して塗料を生成し、
基材の表面に、もしくは基材表面に形成されている中間樹脂層の表面に塗料を塗工し、乾燥させて、酸化亜鉛粒子の周囲にシリカ粒子が配されてなる紫外線防止層を形成し、シリカ粒子が基材もしくは中間樹脂層に固着してなる建材を製作する建材の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表層に紫外線防止層を備えた建材とその製作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建物の屋外において紫外線曝露を受ける屋根材や壁材、装飾材といった建材には、紫外線防止措置が施されているのが一般的である。
【０００３】
たとえば特許文献１には、基材に有機塗膜が形成され、最上層に上塗り塗膜が形成されている塗膜構成体に関し、上塗り塗膜が、無機系紫外線吸収剤として酸化亜鉛を含有する透明性シリコーン系樹脂膜からなる塗膜構成体が開示されている。この塗膜構成体によれば、光劣化等を効果的かつ長期に抑えることができるとしている。なお、この酸化亜鉛は、紫外線を吸収することに加えて、紫外線を遮蔽する性能も有しており、この紫外線遮蔽効果にて塗膜自身の紫外線劣化を抑制できることも知られている。
【０００４】
しかしながら、酸化亜鉛は光励起してラジカル（光ラジカル）を発生させ、このラジカルによって有機塗膜を分解するという性質を有している。したがって、特許文献１で記載のごとく透明性シリコーン系樹脂膜の中に酸化亜鉛を含有させると、有機塗膜の劣化を招くことが懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３６４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、酸化亜鉛を含有する紫外線防止層を基材の表面に備えた建材に関し、酸化亜鉛から発生し得る光ラジカルによって基材や中間樹脂層を分解しない紫外線防止層を備え、もって耐久性に優れた建材とその製作方法を提供することを目的としている。
【発明を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成すべく、本発明による建材は、酸化亜鉛粒子とシリカ粒子を含む紫外線防止層が、基材の表面に直接的に、もしくは中間樹脂層を介して間接的に形成され、シリカ粒子が基材もしくは中間樹脂層に固着してなるものである。
【０００８】
本発明の建材は、基材の表面にある紫外線防止層が、酸化亜鉛粒子と光ラジカルに対して耐性を有するシリカ粒子から形成されていることにより、シリカ粒子がバインダーとして紫外線防止層を構成し、酸化亜鉛粒子の発する光ラジカルによって基材もしくは中間樹脂層、さらには紫外線防止層自身が劣化するといった課題が効果的に解消されるものである。
【０００９】
ここで、本発明の建材は、既述するように建物の屋外で紫外線曝露を受ける屋根材や壁材、装飾材等が対象である。
また、建材を構成する「基材」としては、セメントを主成分とした窯業系サイディングやALC板、金属を主成分とした金属サイディングや樹脂板などが挙げられる。
【００１０】
紫外線防止層を構成する「シリカ粒子」は、親水性に優れ、汚れが付着し難く、また付着した汚れも雨水等で容易に洗い落とせる性質（いわゆるセルフクリーニング性能、セルフクリーニング効果）を有している。また、バインダー力も有しており、酸化亜鉛粒子と結合して層を構成するバインダーとして機能する。なお、このシリカ粒子としては、コロイダルシリカやフュームドシリカなどが適用できる。
【００１１】
一方、紫外線防止層を構成する「酸化亜鉛粒子」は、紫外線遮蔽効果を奏する。
このように、建材を構成する紫外線防止層は、シリカ粒子によるセルフクリーニング効果と、酸化亜鉛粒子による紫外線遮蔽効果の双方を備えた層となる。
【００１２】
たとえば、紫外線防止層を形成する酸化亜鉛粒子とシリカ粒子は、酸化亜鉛粒子の周囲にシリカ粒子が分子間結合にて配されてその全体が構成されている。そして、シリカ粒子が下層である基材もしくは中間樹脂層に固着して建材を構成する。なお、ここで言う「固着」とは、シリカ粒子の有するシラノール基と基材もしくは中間樹脂層の有する官能基が水素結合等にて結合することを意味する。
【００１３】
このように、シリカ粒子を使用することで、酸化亜鉛粒子とシリカ粒子が分子間力で接続され、シリカ粒子と基材もしくは中間樹脂層が水素結合にて接続されることから、特許文献１で開示の塗膜構成体のように有機物バインダーを使用することなく、基材もしくは中間樹脂層の表面に酸化亜鉛粒子を固定することが可能になる。
【００１４】
また、酸化亜鉛粒子の周囲をシリカ粒子が包囲していることで、酸化亜鉛の発する光ラジカルに対して基材や中間樹脂層を保護することができ、このことによって建材の高耐久化を図ることが可能になる。
【００１５】
従来技術としては、特許文献１で開示されるように有機塗膜内に酸化亜鉛を含有させて紫外線吸収効果を期待する技術や、シリカ粒子を含有させた層を基材表面に形成してセルフクリーニング効果を期待する技術が存在している。しかしながら、シリカ粒子の有する光ラジカル耐性とバインダー性に着目し、シリカ粒子を酸化亜鉛粒子の周囲に配して層を形成することで紫外線遮蔽効果と光ラジカルに対する基材や中間樹脂層の防護効果を奏するといった技術、さらに言えば、この技術を建材に適用したものは従来にはない新規でかつ斬新な技術思想である。
【００１６】
本発明の建材としては、基材の表面に紫外線防止層が直接形成され、シリカ粒子が基材に固着している形態や、基材と紫外線防止層の間に単層もしくは複数層の中間樹脂層が介在し、中間樹脂層の最外層に紫外線防止層が固着している形態がある。
【００１７】
後者の形態では、着色層のみからなる形態、着色層と接着層であるシーラー層からなる形態、耐光層であるクリヤー層と着色層とシーラー層からなる形態など、単層構造もしくは多層構造の形態がある。このような中間樹脂層は、シリカ粒子の有するシラノール基と反応する官能基（カルボキシル基、カルボニル基、アルコール性水酸基、チオール基など）を有するアクリル樹脂やアクリルシリコン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などから形成できるが、材料コスト等の観点からアクリル樹脂やアクリルシリコン樹脂が好適に用いられる。
【００１８】
ここで、紫外線防止層における酸化亜鉛粒子の含有量が0.1〜1.0g/m2の範囲にある実施の形態が好ましい。
本発明者等によれば、紫外線防止層中の酸化亜鉛量が1.0g/m2で90%以上の紫外線遮蔽率が得られることが分かっており、この紫外線遮蔽率にて20〜30年程度の耐久性を建材に付与できることが推定され、紫外線遮蔽効果としては必要十分であることから、1.0g/m2を酸化亜鉛粒子の含有量の上限値に規定したものである。
【００１９】
一方、紫外線防止層における酸化亜鉛粒子の含有量が0.1m2未満では、十分な紫外線遮蔽効果が得られないこともまた本発明者等によって特定されており、このことより、0.1g/m2を酸化亜鉛粒子の含有量の下限値に規定したものである。
【００２０】
また、紫外線防止層の層厚は2〜20μmの範囲にあるのが好ましい。
この2〜20μmという層厚範囲は、層内に含有されているシリカ粒子と酸化亜鉛粒子の粒径や、層の透明性が確保できるという観点から規定したものである。層厚が20μmを超えると層の透明性が損なわれ、建材の外観性に影響を与えることが本発明者等によって特定されている。
【００２１】
また、酸化亜鉛粒子の平均粒径は5〜35nmの範囲にあるのが好ましく、シリカ粒子の平均粒径は4〜20nmの範囲にあるのが好ましい。
【００２２】
酸化亜鉛粒子の平均粒径に関し、5nm未満では汎用グレード（市販され、入手容易なグレード）でなくなることから材料コストが高価となり、35nmを超えると層の透明性を損なうことから、この上下限値を規定したものである。ここで、酸化亜鉛粒子の平均粒径の特定方法としては、所定量の酸化亜鉛粒子をTEM観察して各粒子の粒径を測定し、平均値を求める方法を一例として挙げることができる。
【００２３】
一方、シリカ粒子の平均粒径に関し、4nm未満では汎用グレードでなくなることから材料コストが高価となり、20nmを超えると層の透明性が損なわれ、層が白濁し易くなり、さらには、バインダー力も低下することより、この上下限値を規定したものである。ここで、シリカ粒子の平均粒径の特定方法としては、BET吸着法(窒素吸着法)による比表面積測定値(JIS Z8830に準拠)からの換算値として求める方法を一例として挙げることができる。この方法による場合、平均粒径(比表面積径:D(nm))=2720/S(Sは比表面積(m2/g))で求めることができる。
【００２４】
また、本発明は建材の製作方法にも及ぶものであり、この製作方法は、シリカ粒子、酸化亜鉛粒子、界面活性剤、アルコールおよび水を混合して塗料を生成し、基材の表面に、もしくは基材表面に形成されている中間樹脂層の表面に塗料を塗工し、乾燥させて、酸化亜鉛粒子の周囲にシリカ粒子が配されてなる紫外線防止層を形成し、シリカ粒子が基材もしくは中間樹脂層に固着してなる建材を製作するものである。
【００２５】
ここで、乾燥工程では、自然乾燥やドライヤー等を利用して塗料を直接高温乾燥させるほかにも、基材や中間樹脂層を予め加熱しておき、この予熱を利用して乾燥させる方法がある。
【００２６】
本発明の製作方法によれば、セルフクリーニング効果を期待するフッ素コート処理された建材に比して安価な製作コストにて、セルフクリーニング効果と紫外線遮蔽効果の双方を有し、耐久性に優れた建材を製作することができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上の説明から理解できるように、本発明の建材によれば、基材の表面にある紫外線防止層が、酸化亜鉛粒子の周囲に光ラジカルに対して耐性を有するシリカ粒子が配されてその全体が形成されていることにより、シリカ粒子がバインダーとして紫外線防止層を構成し、光ラジカルによって基材や中間樹脂層、さらには紫外線防止層が劣化するといった課題が解消され、セルフクリーニング性能と紫外線遮蔽性能を備え、耐久性に優れた建材となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の建材の実施の形態１の一部を拡大した縦断面図である。
【図２】本発明の建材の実施の形態２の一部を拡大した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の建材の実施の形態を説明する。
【００３０】
（建材の実施の形態１について）
図１は本発明の建材の実施の形態１の一部を拡大した縦断面図である。
図示する建材１０は、基材１の表面に紫外線防止層２が形成されてその全体が構成されており、建物を構成する屋根材や壁材、装飾材等に供される。
【００３１】
紫外線防止層２は、酸化亜鉛粒子３の周囲にシリカ粒子４が分子間力によって配されてその全体が構成されており、シリカ粒子４がバインダーとなって酸化亜鉛粒子３同士を繋ぐとともに、シリカ粒子４が基材１と水素結合することで酸化亜鉛粒子３と基材１を繋いでいる。
【００３２】
ここで、基材１は、セメントを主成分とした窯業系サイディング（木繊維補強セメント板、繊維補強セメント板、繊維補強セメント・ケイ酸カルシウム板、スラグ石膏板等）、ALC板、金属を主成分とした金属サイディングや樹脂板などから形成される。
【００３３】
紫外線防止層２を構成する酸化亜鉛粒子３は、紫外線遮蔽効果を奏する粒子であり、一方、シリカ粒子４は親水性に優れ、汚れが付着し難く、付着した汚れも雨水等で容易に洗い落とせるセルフクリーニング効果を有している。このシリカ粒子４としては、コロイダルシリカやフュームドシリカなどが適用できる。
【００３４】
酸化亜鉛粒子３の粒径は5〜35nmの範囲のものが適用され、シリカ粒子の粒径は4〜20nmの範囲のものが適用される。これらの数値範囲はいずれも、材料コストと層の透明性の確保の観点から規定されている。
【００３５】
また、紫外線防止層２における酸化亜鉛粒子３の含有量は、0.1〜1.0g/m2の範囲に調整されている。この数値範囲は、十分な紫外線遮蔽効果が得られるという観点から規定されている。
【００３６】
さらに、紫外線防止層２の層厚は2〜20μmの範囲に調整されている。この層厚範囲は、層内に含有されているシリカ粒子と酸化亜鉛粒子の粒径や、層の透明性が確保できるという観点から規定されている。
【００３７】
図示する建材１０では、基材１の表面にある紫外線防止層２が、酸化亜鉛粒子３の周囲に光ラジカル耐性を有するシリカ粒子４が配されてその全体が形成されていることにより、シリカ粒子４がバインダーとして紫外線防止層２を構成し、光ラジカルによって基材１や紫外線防止層２自身が劣化するといった課題が解消される。また、酸化亜鉛粒子３をシリカ粒子４が包囲する組織構造を呈する紫外線防止層２を具備することで、酸化亜鉛粒子３から発する光ラジカルに対して基材１を防護することができ、酸化亜鉛粒子３による紫外線遮蔽効果と相俟って、耐久性に優れた建材となる。さらに、建材１０は、シリカ粒子４によるセルフクリーニング効果も備え、メンテナンスコストの削減にも繋がる。
【００３８】
なお、セルフクリーニング効果に関しては、フッ素コートされた建材も多用されているが、フッ素コートに比して図示する紫外線防止層２を適用する方が製作コストが低くなることが本発明者等によって特定されている。
【００３９】
次に、建材１０の製作方法を概説する。
まず、シリカ粒子、酸化亜鉛粒子、界面活性剤、アルコールおよび水を混合して塗料を生成する。
【００４０】
この塗料を、基材１の表面に塗工する。ここで、塗工方法としては、塗料のスプレー散布のほか、ロールコーターやフローコーター等による塗布がある。
【００４１】
塗料の塗工後、たとえば60℃程度の温度雰囲気下で乾燥することにより、アルコールと水を揮発させ、酸化亜鉛粒子３の周囲にシリカ粒子４が結合し、シリカ粒子４を介して酸化亜鉛粒子３同士を繋いでなる紫外線防止層２を基材１の表面に形成し、建材１０が製作される。ここで、紫外線防止層２と基材１は、シリカ粒子４と基材１の水素結合にて接続される。
【００４２】
なお、乾燥工程では、塗料を60℃程度の雰囲気下において直接乾燥させるほかにも、基材１を予め60℃程度以上に加熱しておき、この予熱を利用して塗料を乾燥させる方法がある。
【００４３】
（建材の実施の形態２について）
図２は本発明の建材の実施の形態２の一部を拡大した縦断面図である。
図示する建材２０は、基材１の表面に接着層であるシーラー層５が形成され、シーラー層５の表面に着色層６が形成され、着色層６の表面に耐光層であるクリヤー層７が形成され、クリヤー層７の表面に紫外線防止層２が形成されてその全体が構成されている。
【００４４】
シーラー層５、着色層６およびクリヤー層７はいずれも中間樹脂層を成し、アクリル樹脂もしくはアクリルシリコン樹脂等のアクリル系樹脂から形成される。このような中間樹脂層としては、アクリル樹脂やアクリルシリコン樹脂の他、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などもあり、これらは、シリカ粒子４の有するシラノール基と反応する官能基（カルボキシル基、カルボニル基、アルコール性水酸基、チオール基など）を有していることから好ましい素材樹脂であるが、材料コスト等の観点からアクリル樹脂やアクリルシリコン樹脂の使用が望ましい。
【００４５】
建材２０においても、基材１の表面にある紫外線防止層２が、酸化亜鉛粒子３の周囲に光ラジカル耐性を有するシリカ粒子４が配されてその全体が形成されていることにより、シリカ粒子４がバインダーとして紫外線防止層２を構成し、光ラジカルによってシーラー層５や着色層６、クリヤー層７の他、紫外線防止層２自身の劣化を抑止することができ、耐久性に優れた建材となる。
【００４６】
（シリカ粒子の脱落試験とその結果）
本発明者等は、実施例1〜3にかかる建材と比較例にかかる建材を製作し、それらの表面に形成された紫外線防止層（比較例は酸化亜鉛を具備しないのでセルフクリーニング層である）を構成するシリカ粒子の脱落の有無を検証する実験をおこなった。
【００４７】
＜実施例1＞
基材であるセメント板の表面にアクリル樹脂層（エナメル層）を形成し、シリカ粒子、酸化亜鉛粒子、界面活性剤、アルコールおよび水を混合して生成した塗料をアクリル樹脂層の表面に塗工し、乾燥させて、酸化亜鉛とコロイダルシリカからなる紫外線防止層を形成した。なお、酸化亜鉛の含有量は0.1g/ m2であり、酸化亜鉛の平均粒径は25nmであり、コロイダルシリカの平均粒径は13nmであり、形成した紫外線防止層の層厚は層全体の平均値で10μmである。
【００４８】
＜実施例2＞
実施例1と同様の構成にて建材を製作し、酸化亜鉛の含有量は0.3g/ m2とした。
【００４９】
＜実施例3＞
実施例1と同様の構成にて建材を製作し、酸化亜鉛の含有量は0.85g/ m2とした。
【００５０】
＜比較例＞
基材であるセメント板の表面に中間樹脂層であるアクリル樹脂層（エナメル層）を形成し、コロイダルシリカのみからなるセルフクリーニング層を形成した。なお、実施例と同様にコロイダルシリカの平均粒径は13nmである。
【００５１】
＜実験方法＞
メタリングバーチカルウェザーメーターMV3000(スガ試験機(株)製)を使用し、光量が0.53kW/m2の照射を温度65℃、湿度70%の雰囲気下で20時間実施し、1時間休止し、表面への散水が結露の前後各1分を1サイクルとして以下の表１で示す所定サイクルおこない、色差とシリカ粒子の脱落の有無を観察した。色差に関しては、コニカミノルタセンシング社製の分光測色計 CM600dを用いて測定した。なお、「シリカ粒子の脱落」とは、紫外線防止層やセルフクリーニング層の下層にある中間樹脂層（アクリル樹脂層（エナメル層））の劣化により、中間樹脂層とシリカ粒子の密着度が弱まり、シリカ粒子が中間樹脂層から剥がれることである。シリカ粒子を含む紫外線防止層やセルフクリーニング層とその下層（中間樹脂層）は、水素結合（シリカ粒子のシラノール基と下層のバインダーの官能基との水素結合）等に密着しているが、紫外線によって下層のバインダーが劣化すると、シリカ粒子は下層から剥がれ易くなる。
【００５２】
＜実験結果＞
実験結果を以下の表１に示す。
【００５３】
【表１】
2016002681.tif 000003
注記：「○」はシリカ粒子が残存していることを意味しており、「×」はシリカ粒子が脱落していることを意味している。
【００５４】
実験の結果、シリカ粒子の脱落の有無に関しては、セルフクリーニング層が酸化亜鉛を含まない比較例はシリカ粒子の脱落が観察されたのに対して、実施例1〜3においてはいずれもシリカ粒子が残存していることが観察された。
【００５５】
比較例は酸化亜鉛を含まないために下層のアクリル樹脂が紫外線劣化し、この下層の劣化によってコロイダルシリカが脱落したものと推定される。
【００５６】
これに対し、実施例1〜3はいずれも、紫外線防止層において酸化亜鉛を含有量0.1〜1.0g/m2の範囲で有していることにより、酸化亜鉛による十分な紫外線遮蔽効果とコロイダルシリカの有する光ラジカル耐性により、下層のアクリル樹脂の劣化が防止され、もってコロイダルシリカの残存に繋がったものと推定される。
【００５７】
一方、色差に関しては、比較例が20サイクルを超えた段階で色差が3を大きく超過し、したがって紫外線遮蔽効果が期待できないと判断できる一方で、実施例1〜3は25サイクルにおいても色差がいずれも3未満であり、十分な紫外線遮蔽効果があると判断できる。このことは、紫外線防止層において酸化亜鉛を含有量0.1〜1.0g/m2の範囲で有していることにより、酸化亜鉛による十分な紫外線遮蔽効果が奏されたためであると推定される。
【００５８】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５９】
１…基材、２…紫外線防止層、３…酸化亜鉛粒子、４…シリカ粒子、５…シーラー層（中間樹脂層）、６…着色層（中間樹脂層）、７…クリヤー層（中間樹脂層）、１０，２０…建材
【図１】
2016002681.tif 000004
【図２】
2016002681.tif 000005