(57)【要約】【課題】耐水性を有する塗膜を簡便に形成するための水性塗料調製方法を提供する。【解決手段】本発明による水性塗料調製方法は、酸性ガラス成分、塩基性ガラス成分および水を含む水性塗料原料を用意する工程と、水性塗料原料を容器内で混合する工程とを包含する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸性ガラス成分、塩基性ガラス成分および水を含む水性塗料原料を用意する工程と、
前記水性塗料原料を容器内で混合する工程と
を包含する、水性塗料調製方法。
【請求項２】
前記水性塗料原料を用意する工程において、酸性ガラス成分はコロイダルシリカを含む、請求項１に記載の水性塗料調製方法。
【請求項３】
前記水性塗料原料を用意する工程において、前記塩基性ガラス成分は珪酸リチウムを含む、請求項１または２に記載の水性塗料調製方法。
【請求項４】
前記水性塗料原料を用意する工程において、前記水性塗料原料はフィラーをさらに含む、請求項１から３のいずれかに記載の水性塗料調製方法。
【請求項５】
前記フィラーは長石粉を含む、請求項４に記載の水性塗料調製方法。
【請求項６】
前記フィラーはマイカを含む、請求項４または５に記載の水性塗料調製方法。
【請求項７】
前記水性塗料原料を用意する工程において、前記水性塗料原料は着色剤をさらに含む、請求項１から６のいずれかに記載の水性塗料調製方法。
【請求項８】
酸性ガラス成分と、
塩基性ガラス成分と、
水と
を含む、水性塗料原料。
【請求項９】
請求項１から７のいずれかに記載の水性塗料調製方法にしたがって水性塗料を調製する工程と、
被塗物を用意する工程と、
前記被塗物の表面に前記水性塗料を塗布する工程と
を包含する、塗膜形成方法。
【請求項１０】
前記被塗物を用意する工程は、前記被塗物の前記表面を粗面化処理する工程を含む、請求項９に記載の塗膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水性塗料調製方法、水性塗料原料および塗膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への影響を考慮して、有機溶剤系塗料の代わりに水性塗料が着目されている。しかしながら、水性塗料は、有機溶媒系塗料と比べて耐水性の点で不十分なことがある。
【０００３】
このため、水性塗料を塗布した後に加熱処理を行い、塗膜の耐水性を向上させることが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、珪酸塩またはリン酸塩を溶解させた水性塗料を塗布した後に、２００℃で焼き付け処理を行って親水性塗膜を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１７２１４８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、特許文献１の水性塗料は、塗布後に熱処理を行うことが必要であり、耐水性を有する塗膜を簡便に形成することができなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、耐水性を有する塗膜を形成するための水性塗料調製方法、水性塗料原料および塗膜形成方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による水性塗料調製方法は、酸性ガラス成分、塩基性ガラス成分および水を含む水性塗料原料を用意する工程と、前記水性塗料原料を容器内で混合する工程とを包含する。
【０００８】
ある実施形態では、前記水性塗料原料を用意する工程において、酸性ガラス成分はコロイダルシリカを含む。
【０００９】
ある実施形態では、前記水性塗料原料を用意する工程において、前記塩基性ガラス成分は珪酸リチウムを含む。
【００１０】
ある実施形態では、前記水性塗料原料を用意する工程において、前記水性塗料原料はフィラーをさらに含む。
【００１１】
ある実施形態において、前記フィラーは長石粉を含む。
【００１２】
ある実施形態において、前記フィラーはマイカを含む。
【００１３】
ある実施形態では、前記水性塗料原料を用意する工程において、前記水性塗料原料は着色剤をさらに含む。
【００１４】
本発明による水性塗料原料は、酸性ガラス成分と、塩基性ガラス成分と、水とを含む。
【００１５】
本発明による塗膜形成方法は、上記に記載の水性塗料調製方法にしたがって水性塗料を調製する工程と、被塗物を用意する工程と、前記被塗物の表面に前記水性塗料を塗布する工程とを包含する。
【００１６】
ある実施形態において、前記被塗物を用意する工程は、前記被塗物の前記表面を粗面化処理する工程を含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、耐水性を有する塗膜を簡便に形成できる。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明による水性塗料調製方法、水性塗料原料および塗膜形成方法の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００１９】
本実施形態の水性塗料調製方法は、水性塗料原料を用意する工程と、水性塗料原料を容器内で混合する工程とを包含する。本実施形態において、水性塗料原料は、酸性ガラス成分、塩基性ガラス成分および水を含む。調製された水性塗料を被塗物の表面に塗布し、乾燥によって水性塗料から水が蒸発すると、被塗物の表面に塗膜が形成される。本実施形態では、酸性ガラス成分、塩基性ガラス成分および水を含む水性塗料を用いることにより、加熱処理しなくても耐水性を有する塗膜を形成できる。
【００２０】
本実施形態において、酸性ガラス成分は水に溶解または分散する。酸性ガラス成分として微粒子が好適に用いられる。例えば、微粒子の平均粒子径は１ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。なお、酸性ガラス成分は多孔質形状を有していることが好ましい。
【００２１】
例えば、酸性ガラス成分は珪酸を含む。酸性ガラス成分としてコロイダルシリカが好適に用いられる。あるいは、酸性ガラス成分はホウ酸を含んでもよい。あるいは、酸性ガラス成分はリン酸またはリン酸塩を含んでもよい。または、酸性ガラス成分は、これらの成分の少なくとも２種の混合物であってもよい。
【００２２】
塩基性ガラス成分は水に溶解または分散する。塩基性ガラス成分は水に溶解または分散すると、アルカリ性を示す。塩基性ガラス成分として微粒子が好適に用いられる。例えば、微粒子の平均粒子径は１ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。なお、塩基性ガラス成分は多孔質形状を有していることが好ましい。
【００２３】
例えば、塩基性ガラス成分は珪酸を含む。なお、塩基性ガラス成分は、アルカリ金属を含んでいてもよい。例えば、塩基性ガラス成分は、リチウムおよび／またはナトリウムを含んでいてもよい。塩基性ガラス成分として珪酸リチウムが好適に用いられる。あるいは、塩基性ガラス成分はホウ酸を含んでもよく、または、塩基性ガラス成分はリン酸またはリン酸塩を含んでもよい。または、塩基性ガラス成分は、これらの成分の少なくとも２種の混合物であってもよい。
【００２４】
なお、酸性ガラス成分および塩基性ガラス成分は同じ元素の化合物を含有してもよい。例えば、酸性ガラス成分および塩基性ガラス成分はいずれも珪酸を含んでもよい。あるいは、酸性ガラス成分および塩基性ガラス成分は異なる元素の化合物を含んでもよい。
【００２５】
本実施形態の水性塗料原料は水を含む。なお、水性塗料原料において酸性ガラス成分および塩基性ガラス成分の少なくとも一方は予め水に溶解または分散されていてもよい。例えば、水性塗料原料において酸性ガラス成分は水に溶解または分散しており、水性塗料原料として、酸性ガラス成分水溶液または酸性ガラス成分水分散液を用いてもよい。同様に、水性塗料原料において塩基性ガラス成分は水に溶解または分散しており、水性塗料原料として、塩基性ガラス成分水溶液または塩基性ガラス成分水分散液を用いてもよい。なお、酸性ガラス成分水溶液、酸性ガラス成分水分散液、塩基性ガラス成分水溶液および塩基性ガラス成分水分散液のいずれかを用いる場合、容器には、酸性ガラス成分および／または塩基性ガラス成分とは別に、水を入れなくてもよい。
【００２６】
水性塗料原料は容器内で混合されて水性塗料が調製される。典型的には、水性塗料原料の混合は常温常圧下で行われる。水は水性塗料の溶媒として機能する。なお、水性塗料は、水以外の溶媒をさらに含んでもよい。ただし、水性塗料は、有機溶媒を含まないことが好ましい。水性塗料において、酸性ガラス成分および塩基性ガラス成分は、水に溶解または分散していることが好ましい。
【００２７】
なお、容器には、酸性ガラス成分、塩基性ガラス成分および水を任意の順番で入れてもよい。例えば、予め容器内に入れた水に、酸性ガラス成分および塩基性ガラス成分を添加して、酸性ガラス成分および塩基性ガラス成分を溶解または分散させてもよい。あるいは、容器に、酸性ガラス成分水溶液または酸性ガラス成分水分散液と塩基性ガラス成分水溶液または塩基性ガラス成分水分散液との両方を同時または任意の順番に入れてもよい。
【００２８】
また、容器に、酸性ガラス成分と塩基性ガラス成分水溶液または塩基性ガラス成分水分散液との両方を同時または任意の順番に入れてもよい。また、容器に、酸性ガラス成分水溶液または酸性ガラス成分水分散液と塩基性ガラス成分との両方を同時または任意の順番に入れてもよい。
【００２９】
上述したように、水性塗料原料は、酸性ガラス成分と、塩基性ガラス成分と、水とを含む。ただし、水性塗料原料は、用途に応じて他の材料を含んでいてもよい。また、上述したように、酸性ガラス成分水溶液、酸性ガラス成分水分散液、塩基性ガラス成分水溶液および塩基性ガラス成分水分散液のいずれかを用いる場合、容器にさらに水を入れなくてもよい。ただし、他の材料を水に溶解または分散させるために適宜水を追加してもよい。
【００３０】
このように調製された水性塗料を被塗物の表面に塗布する。乾燥によって水性塗料から水が蒸発すると、被塗物の表面に塗膜が形成される。本実施形態において、塗膜は耐水性を有している。さらに、塗膜は親水性および耐熱性を有している。このような塗膜は、８００℃以上、好ましくは１０００℃以上の高温下で力を付与されてもほとんど変形・破損しない。このため、本実施形態の水性塗料は、耐水性、親水性および耐熱性を必要とする用途で好適に用いられる。
【００３１】
例えば、本実施形態の水性塗料は、アイロンのベース表面に塗膜を形成するために好適に用いられる。あるいは、塗膜は、蒸気発生器または熱交換器の表面に塗膜を形成するために好適に用いられる。
【００３２】
本実施形態の水性塗料原料は酸性ガラス成分と塩基性ガラス成分を有している。このため、本実施形態の水性塗料において、酸性ガラス成分と塩基性ガラス成分は少なくともある程度の割合で中和する。典型的には、中和反応の生成物は、水に溶解または分散し、水中には沈殿しない。なお、水性塗料は完全に中和してもよく、完全に中和しなくてもよい。例えば、水性塗料はアルカリ性である。
【００３３】
水性塗料が乾燥すると、酸性ガラス成分および塩基性ガラス成分またはこれらの由来成分が析出し、塗膜の成分を構成する。あるいは、塗膜は、中和反応の生成物を含有してもよい。本実施形態では、水性塗料を自然乾燥させた塗膜は水に触れても溶解しない。これは、中和反応の結果、ガラス成分の結着性が向上したためと考えられる。
【００３４】
なお、本実施形態の水性塗料原料は、酸性ガラス成分、塩基性ガラス成分および水以外の材料をさらに含んでもよい。この場合、本実施形態の水性塗料原料は、無機材料を含む一方で、有機材料を含まないことが好ましい。本実施形態の水性塗料原料が無機材料から形成されることにより、塗膜は高い熱伝導性を有する。
【００３５】
また、本実施形態の水性塗料原料は多孔質材料を含むことが好ましい。これにより、塗膜は、親水性および高い吸水性を示すとともに、伝熱面積を大きくできる。したがって、塗膜は、被塗物の熱を速やかに外部に伝達できる。例えば、塗膜が水に濡れている場合、被塗物の熱は塗膜の表面上の水に速やかに伝達される。このように、塗膜は熱交換膜として有効に機能する。例えば、酸性ガラス成分および塩基性ガラス成分の少なくとも一方が多孔質形状を有していることが好ましい。
【００３６】
本実施形態の水性塗料原料はフィラーをさらに含んでもよい。フィラーはバインダーとも呼ばれる。水性塗料を被塗物に塗布した後に水性塗料から水が蒸発すると、塗膜が変形してしまうことがある。しかしながら、水性塗料原料がフィラーを含むことにより、水が蒸発した後の塗膜の収縮率を下げることができ、塗膜を被塗物に固着して形成できる。
【００３７】
あるいは、フィラーは長石粉を含む。長石粉として、ネフェリンサイアナイト（ネフェリンシナイト）を用いてもよい。典型的には、ネフェリンサイアナイトは不定形状を有している。フィラーとして長石粉を用いることにより、塗膜の変形を抑制できる。
【００３８】
ただし、フィラーとして長石粉のみを用いた場合、塗膜の変形抑制効果が充分でないことがある。したがって、フィラーはマイカを含んでもよい。典型的には、マイカは扁平形状を有している。フィラーとしてマイカを用いることにより、塗膜の変形をより確実に抑制できる。ただし、フィラーとしてマイカのみを用いた場合、水性塗料の粘度が大きくなりすぎてしまうことがある。
【００３９】
したがって、フィラーは長石粉およびマイカの両方を含むことが好ましい。この場合、マイカの量はフィラーの量よりも少ないことが好ましい。例えば、マイカの量はフィラーの量に対して１質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。
【００４０】
なお、フィラーは長石粉およびマイカに限定されない。例えば、フィラーとして、アルミナ、シリカ、炭酸カルシウムおよびタルクのいずれかを用いてよい。
【００４１】
また、水性塗料原料は、用途に応じて着色剤をさらに含んでもよい。この場合、着色剤は、無機顔料であることが好ましい。着色剤として、焼成顔料が好適に用いられる。例えば、黒色の着色剤としてマンガンフェライトが好適に用いられる。
【００４２】
あるいは、白の着色剤として酸化チタンを用いてもよい。ただし、酸化チタンは、典型的には、有機材料との分散性を高めるためにシランカップリング処理されていることがある。本実施形態の水性塗料原料に用いる場合、酸化チタンはシランカップリング処理されていないことが好ましい。シランカップリング処理されていない酸化チタンを用いることにより、塗膜を親水性にすることができる。
【００４３】
なお、着色剤がフィラーとして機能してもよい。なお、典型的には、フィラーとして、低コストの材料が用いられる。
【００４４】
また、水性塗料原料は、沈殿防止剤をさらに含んでもよい。例えば、沈殿防止剤として亜リン酸が好適に用いられる。一般に沈殿防止剤は有機材料を含んでおり、水性塗料が多量の沈殿防止剤を含むと、親水性が低下してしまうことがある。このため、使用する沈殿防止剤の量は比較的少ないことが好ましい。例えば、沈殿防止剤の量は、水性塗料に対して１質量％以下であることが好ましい。
【００４５】
本実施形態において、塗膜の厚さは、典型的には、１０μｍ以上１００μｍ以下である。塗膜の厚さは２０μｍ以上８０μｍ以下であることが好ましい。なお、塗膜は被塗物をムラなく覆うことが好ましい。また、塗膜が厚すぎると塗膜が割れやすくなるため、塗膜は厚すぎないことが好ましい。
【００４６】
上述したように調製された水性塗料が被塗物の表面に塗布された後に、水性塗料から水が蒸発すると、塗膜が形成される。本実施形態の水性塗料から形成された塗膜は耐水性だけでなく親水性の要求される用途で好適に用いられる。
【００４７】
ここで、本実施形態の塗膜形成方法を説明する。本実施形態の塗膜形成方法は、上述の水性塗料を調製する工程と、被塗物を用意する工程と、被塗物の表面に水性塗料を塗布する工程とを包含する。
【００４８】
被塗物は金属板を含む。例えば、金属板は、アルミニウム板または鉄板である。あるいは、被塗物は、織物、和紙、不織布または脱脂綿であってもよい。
【００４９】
なお、水性塗料の塗布される被塗物は適度な表面粗さを有していることが好ましい。例えば、被塗物の表面粗さは１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、被塗物の表面粗さは３０μｍ以上８０μｍ以下であることがさらに好ましい。例えば、被塗物の表面粗さは算術平均で表される。被塗物の表面が適度な表面粗さを有していることにより、被塗物から塗膜が剥がれることなく、塗膜を被塗物により確実に固定できる。
【００５０】
被塗物の表面が平滑である場合、水性塗料を塗布する前に、被塗物の表面を粗面化処理をすることが好ましい。例えば、水性塗料を金属板の表面に塗布する前に、金属板の表面をサンドブラストで処理することが好ましい。
【００５１】
本実施形態では、酸性ガラス成分および塩基性ガラス成分を含む水性塗料を用いることにより、耐水性を有する塗膜を形成できる。また、本実施形態では、加熱乾燥しなくても、耐水性を有する塗膜を形成できる。ただし、自然乾燥の時間を短縮するために水性塗料を塗布した後に加熱乾燥してもよいことは言うまでもない。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例の範囲に何ら限定されるものではない。
【００５３】
酸性ガラス成分を水に分散させたコロイダルシリカ分散液（日産化学工業株式会社製「スノーテックス」）９０質量部と、塩基性ガラス成分を水に分散させた珪酸リチウム液（本庄ケミカル株式会社製）１０質量部とを混合させてベース混合液を調製した。
【００５４】
次に、ベース混合液に対して下記成分を下記の割合で入れた。
【００５５】
【表１】
2017203140.tif 000002
【００５６】
所定量のベース混合液をディスパーで撹拌しながら、ベース混合液に対して、長石粉、マイカおよびマンガンフェライトを順次添加し、これらの添加物を溶解または分散させた。なお、添加物を添加する際に、溶解または分散が充分に進行しない場合には適宜水を追加した。ベース混合液に対して長石粉、マイカおよびマンガンフェライトを溶解または分散させた後、沈殿防止剤としての微量の亜リン酸を添加して、水性塗料を調製した。
【００５７】
調製された水性塗料は黒の粘性液体であった。水性塗料の沸点は１００℃であり、ｐＨは９−１０、粘度４．０−６．０ｄＰａ・Ｓ、比重１．９であった。
【００５８】
長さ１０ｃｍ、幅４ｃｍ、厚さ３ｍｍのアルミニウム板に水性塗料を塗布して常温常圧下で放置し、乾燥させた。乾燥後、アルミニウム板の表面に黒色の塗膜が形成された。塗膜に対して水滴を垂らしたところ、水滴は速やかに塗膜の表面に広がった。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本実施形態によれば、耐水性を有する塗膜を簡便に形成できる。