28

技術解説−3
窯業建材向け塗料の環境対応への取り組み

窯業建材向け塗料の環境対応への取り組み
Development of Novel Paints
for Ceramic Building Materials
with Environmental Consideration
工業塗料本部 工業塗料第三部
Industrial Coating Department-3
Market Development Division

1．はじめに鬼頭 孝一

山田 俊一

下菊 義範

Koichi KITO

Shunichi YAMADA

Yoshinori SHIMOGIKU

2． 水系有機無機複合塗料システム「釉元・銀河」の２０年の実績について

２０００年には住宅外壁における窯業系サイディングの占める割合は約７５％に達し１）、住宅屋根に於ける粘土瓦を除いた窯業系屋根材の占める割合も約３５％となり２）、

２-１ 背景塗装を必要とする窯業系材料が住宅建材の中で主要一般住宅向けの無機屋根材は、新生瓦、厚型スレーな素材として定着しつつある。また、近年、住宅建材分

ト瓦、波板スレート瓦等に分けられ、昔からの粘土瓦と同野の塗料では、地球環境や健康等の問題から安全な塗様に新設住宅等の屋根材として使用されている。

料や塗装の設計が求められ、更に、昨年４月に施行され厚型スレート瓦用塗料は、高性能化を目的として溶剤た「住宅品質確保促進法」により一層の品質向上も要系のアクリルからアクリルウレタン系へ転換してきたが、基望されている。

材の含水率調整や養生等が不充分な場合には、剥離・当社では、長年にわたって水系塗料の開発を行い、近年では、他社に先駆けて高機能、高意匠水系塗料を市変色等のトラブルが起き易く、本来の性能が発揮されないケースが見られた。

場に導入するとともに、市場からの要望である、省エネルこのため耐久性向上を目指した新しい水系塗料「釉元・ギー、省資源、安全性など環境負荷の低減を達成できる銀河システム」を開発し、瓦基材を含めて品質を安定化塗料や塗装システムの開発にも注力してきた。今後は、させた結果、大きく発展し市場トラブルもなく２０年の実績

アクリルシリコンエマルション、水系無機塗料等高品質のを積んできている。

水系塗料を基本として、一層効率の良い独自の塗装システムを組み合わせて開発を進める予定である。
本報告は、
1）屋根用で長期耐久性塗料として実績のある釉元／銀河システム２０年の技術蓄積
2）高耐候性水系塗料の性能

２-２ 開発概念「釉元・銀河システム」は、下塗に有機・無機複合塗料である「釉元」、又上塗には変性アクリルエマルジョン塗料の「銀河」を使用している。
設計思想としては、下塗の無機成分が素地瓦のセメ

3）最近の水系塗料における効率の良い塗装方式

ント成分と一体硬化し、有機成分がエフロ防止と上塗と4）高意匠塗料と塗装方式の密着性を向上させる機能を保有した厚膜タイプであり、について述べる。

更に上塗に優れた耐候性を付与することにより、長期耐

29

120

久性が保持されている（下塗７０〜１００μｍ、上塗３０〜
屋外暴露での実績結果を図２、３に示す。
銀河（上塗）

60

基材表層部への含浸性に優れたエポキシ系シーラー（基材特性により使用する場合あり）

釉元・銀河（沖縄）402002液ウレタン（大阪）051015
暴露年数（年）

2025

62液ウレタン（大阪）
色差（△E）

釉元2号（下塗）;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
高い防水性を有し、且つ素地瓦と強固;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
基材
な密着力を有する有機無機複合塗料;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
釉元シーラー;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

釉元・銀河（大阪）80

光、熱、耐水、耐薬品性に優れた高耐候性アクリル樹脂塗料

100〜140

図1100

光沢保持率（％）４０μｍ）。
（図１）

4
釉元・銀河（沖縄）
釉元・銀河（大阪）2

高耐久性塗装システム釉元・銀河の塗膜構成
0

図4051015
暴露年数（年）

2025

釉元・銀河の屋外暴露データ

沸騰水2時間温度100℃

水道水1時間10％NaOH

20℃
0℃

高圧UV4時間1時間
凍結16時間-20℃
図2

釉元・銀河の施工２０年物件（四国 光徳寺）

24時間（1サイクル）（2〜3年相当）
図5

強制サイクル試験

表1

各種瓦用塗料の塗膜性能比較

試験項目

ウレタン10年

図3

釉元・銀河10年

釉元・銀河20年

釉元・銀河の屋外暴露品

２-３ 塗膜性能評価方法と結果

塗料系

釉元・銀河

２液ウレタン １液アクリル市販品
市販品

膜厚（ミクロン）

１００〜１４０50〜70

50〜70

付着強度( / )

20〜25

20〜25

20〜25

耐久性
テーパー式摩耗テスト

４００回
○〜△

１００回
×

１００回
×

耐温水サイクル
耐凍結融解サイクル（Ｂ法２００サイクル）
サンシャインウエザロ 色差△Ｅ
（３５００時間） 光沢保持率

異常なし

異常なし

フクレ有り

異常なし

異常なし

微クラック有り

0.8

3.8

8.0

86％
５サイクル
異常なし

20％
３サイクル
変色

16％
１サイクル
フクレ

強制サイクル試験

屋根材用としての長期耐久性（期待耐用年数）の予

又、実際の屋外暴露品（１０年及び２０年実暴露品）の測方法として強制サイクル試験方法を開発し、これにより、塗膜表面状態を観察したところ、アクリルウレタン塗膜は約１０年の耐久性の見通しをつけることができている。

完全にチョーキングして顔料が露出しているが、釉元・銀（図４、５、及び表１）

河塗膜は試験前の塗膜と比較しても、表面がほとんど荒技術解説−3
窯業建材向け塗料の環境対応への取り組み

30

れておらず劣化の程度が軽微であることが判る。
（図６）

３-２ 塗装工程及び塗膜性能
高耐候性塗料の塗装工程、主性能、耐候性及び期待耐用年数を表３に示す。
表3

ウレタン１０年暴露

図6

釉元・銀河１０年暴露

釉元・銀河2０年暴露

高耐候性塗料の塗装工程と耐久性性能

塗 基材
装工 中塗り
程上塗り

A

B

C

D

専用シーラー
塗装板←←←

アクリルEM アクリルシリコン
エナメル EMエナメル
アクリルEM アクリルシリコン アクリルシリコン 水系無機
エナメル EMエナメル EMクリヤー クリヤー
―

耐温水
異常なし
主 サイクル性 耐凍結融解
異常なし
能 サイクル
Ｂ法：200サイクル

暴露品のSEM写真（×100倍）

２-４ 今後の開発
更に耐候性の向上の為に、上塗にフッ素エマルジョンや水系無機塗料を組み合わせた塗装系を開発し、一部で実用化されている。又、この実績をベースに他の窯業建材への応用展開を図っていく。

3．外装用高耐候性水系上塗塗料の開発

―

異常なし

異常なし

異常なし

異常なし

異常なし

異常なし

《促進耐候性》
サンシャインWOM
5000H
光沢保持率 ％

51728495

色差△Ｅ3.52.00.70.7

スーパーＵＶ

400H
５３600H
74800H
8３1000H
923.32.20.90.9225190

960.7

耐 光沢保持率 ％候 色差△Ｅ性 《沖縄暴露》
期間３年
傾斜角度30度
光沢保持率 ％
色差△Ｅ83.50.9

白亜化度

24〜68〜1010

従来の塗膜は、７〜８年の耐久性を有するアクリル塗表面状態

かなり艶引け艶引け良好

良好

料を使用したものが主流であったが、最近、市場ではより期待耐用年数

７〜８年

高級感、自然感があり１０年以上の塗膜の耐久性を有す

沖縄暴露試験後の白亜化度、ＳＥＭによる塗膜表面る外装材が要求されてきている。そのため、高意匠仕上状態の観察からアクリルＥＭエナメルはチョーキングが著りを維持できる高耐候性、耐汚染性に優れた塗料の開しくなって顔料が露出しているが、アクリルシリコンＥＭエ発が必要となってきている。

ナメルはアクリルＥＭエナメルに比して顔料の露出は軽３-１ 開発概要

１０年以上 １５年以上 ２０年以上当社では、長期耐久性に対応できる塗料として化学度であり樹脂劣化の進行が小さいことが判る。
（図７）

結合力の強いＳｉ−Ｏ基を導入したアクリルシリコンエマ

アクリルシルコンＥＭクリヤー、水系無機クリヤーは外観ルション塗料や主骨格にＳｉ−Ｏ基を持つ水系無機塗料を開発展開している。一方、フッ素エマルション塗料は、価格と汚染性が課題であり、今後はアクリルシリコンエマルションと水系無機塗料が中心になるものと思われる。
各種化学結合の結合エネルギーを表２に示す。
表2

各種化学結合の結合エネルギー
化学結合結合エネルギー（kcal/mol）

Ｃ−Ｃ Ｃ−０ Ｃ−Ｈ Ｓｉ−Ｏ Ｃ−Ｆ
838798106119

アクリルエナメル
3年暴露

図7

アクリルシリコンエナメル アクリルシリコンクリヤー
3年暴露
3年暴露

暴露品のSEM写真（×1000倍）

水系無機クリヤー
3年暴露

31の変化は少なく表面が殆ど荒れておらず樹脂劣化は殆２倍の塗料を塗布したあと、過剰な塗料をエアブロアにど進行していないことが判る。てしごいて回収することである。

国内における施工物件調査結果からアクリルＥＭエ

特長としては、ロールコーターやフローコーターで塗装できナメルの耐用年数はほぼ７〜８年と捉えている。上記のない深い溝やエンボス加工部分も充分塗布できる、素穴促進耐候性及び沖縄暴露試験結果より高耐候性塗料や小さい亀裂部分への充填効果がある、塗装面の耐透仕様の期待耐用年数を予測した。

水性の向上や目止め効果がある、溶剤系や水系塗料でも使用可能である等である。基本方式を図８に示す。

３-３ 今後の展開

シャワーブロア

アクリルシリコンＥＭエナメル仕様及び高意匠アクリル
シリコンＥＭクリヤー仕様については、数年前より窯業系ワーク外装材及びプレハブ関係の多くに採用され市場展開中である。更に１０年以上の実績を有する溶剤系無機塗料を基本技術とする水系無機クリヤー仕様も実ラインで

図8 シャワー/エアーカット塗装方法の使用が開始され、間もなく高耐候性屋根材等へもオンライン化の予定である。

４-２ 真空塗装方式
本方式の原理は、塗装室にて塗料を上下のシャワーノズルより多めに塗布し、次の減圧室のスリットを出る時

4． 最近の水系塗料の高塗着率塗装方法
について
窯業建材は高意匠化によりシェアを伸ばしてきたため、基材は厚板化し表面のテクスチャーは益々深彫り化してきている。このため表面の塗装方法もスプレー塗装方式に転換してきたが、アクリルシリコン系、フッ素系や無機系塗料などの高品質・高価格の塗料導入により、最近フロに過剰な塗料がしごかれてワークの６面が同時に塗装され、また次の出口の加圧ノズルにて塗装面をならすことで均一な塗布が得られる。
特長としては、６面が同時に塗装でき基材の素穴や小さい亀裂部分への充填効果があり、耐透水性及び目止め効果があり、また塗料の飛散がなくクローズドにて塗装可能なことである。基本方式を図９に示す。
エアブロアーコーター方式の見直しや回収方式などを含めた高塗塗装着率塗装方式の検討が行われてきている。溶剤系塗料

減圧室から水系塗料への転換に於いても以下の要求が強く出されている。
１）
オーバースプレー塗料を限りなく削減していくこと。
２）凹凸面に均一な塗膜厚が得られる塗装方式。

P

500〜1000ｍｍ

ワーク〈塗装機の構成〉
塗装チャンバー
塗料供給ポンプ
ブロアー制御盤

３）洗浄水を出来るだけ少なくしていきできればクローズド化していく。

図9

真空塗装方法４）連続塗装で出来るだけ自動化・省力化したシステム
これ等市場要求に対し塗装機メーカー各社の協力を得ながら、対応出来る技術開発を進めている。

４-３ 静電塗装方式
エマルション塗料の静電塗装は塗装機及び塗料供給系の絶縁対策や塗着効率の点で問題があり殆ど採４-１ シャワー／エアカット塗装方式
本塗装方式の原理は、 必要な塗布量の１．
５倍から用されなかったが、近年塗装機及び絶縁方式の改良により効率の良い塗装が可能となり、実ラインで採用されて32

技術解説−3
窯業建材向け塗料の環境対応への取り組みきている。
本方式の特長は、①塗着効率１０〜１５％アップ可能②パネルの側面塗装も可能

表４ 各種塗装方法と特徴
塗装方法

装置の概要は以下の通りである。

塗装

塗装方式は固定式と水平レシプロ式があり、塗装機②回転霧化型自動塗装機主に 固定塗装方式で使用される。
２）静電気絶縁型塗料供給装置
一般的な絶縁台方式のほか絶縁ガイシ方式や液滴絶縁方式など連続供給方式も開発され実働している。
３）塗料循環装置
専用のダイヤフラムポンプやギアポンプで循環し流量制御システムが導入されている。
４）塗装関係の集中制御・監視システム
レシプロ速度、 振り巾、ワーク速度、吐出量、エア圧、塗着効率％

所オーバースプレー分がロスになりやすい。
３０〜５０
塗膜に泡残りが出やすい。

９０＜

基材の素穴や亀裂 エンボスの陰の部分への充填効果あり。 が塗装でき難い。塗表面のケバが押さえ 布 量が付きにくくロられる。
ール目が出やすい。

９０＜

凹部に塗布しやすい エアブローによる周ため基材の素穴や亀 辺への塗料の飛散
エアカット 裂の充填効果あり。 があり洗浄性にやや溶剤系塗料も使用可。 劣る。

９０＜

基材の素穴や亀裂 色替え洗浄は時間がへの充填効果あり。 かかる。風紋が出るた
真空塗装
クローズドで塗装可 め美装仕上げは難し能。
６面同時塗装可。 い。水系のみ使用可

９０＜

コーター

ロール
コーター

は高電圧発生器内蔵型が開発されてコンパクト化している。

短

平 面 部は均 一な塗 深彫り柄などエンボ膜が得られやすく塗 スの 陰 の 部 分が 塗料のロスも少ない。 装出来ない。少ない塗布量が付きやすい。 塗布量が難しい。

フロー１）塗装システム①エアー霧化自動静電塗装機

所

各種基材柄及び深彫り柄にも適用出来る。各種塗料が塗装可能。

吹付け③塗装面に泡残りが少なくきれいな仕上がりとなることである。

長シャワー/高微粒化による美装 通 電 性 のある水 系仕上げが可能。側面 塗料などは絶縁装置 水系塗料
静電塗装や凹部にも回り込み が必要。イニシャルコ ６５〜７５
塗着効率が上がる。 ストがかかる。

対応している。塗装方式や仕上げの概要は以下のようである。

吐出オン・オフなどの集中制御が可能なものが使用されている。

５-１ 窯変調スプレー塗装（マルチレインボー塗装）
ワークの進行方向にスプレー塗装機を配列し、複数の４-４ 窯業建材用水系塗料に適用できる各種塗装方法
塗装方法と特長を表４に示す。

5．最近の水系高意匠塗料と塗装について塗色をコンピューター制御で切替吐出することにより、部分的に塗り分けができ、より自然感のある仕上がりが得られる。
「大粒にじみスパッタ調仕上げ」も可能である。基
本方式を図１０に、塗装写真を図１１に示す。
C色

D色

窯業建材の塗装製品の美装は水系塗装仕様についても溶剤系に相当する高意匠で生産性のある塗装が可能となってきている。水系塗料ではその特性を活かし従A色

来はリシン調、タイル調、スパッタ調、レインボー調等が実用化されてきたが、最近は更に高意匠化が進み市場導入されてきている。意匠柄としては鮮映な塗り分け塗装から、窯変調の自然感のある仕上がりの意匠が好まれ、各種塗装方式の組み合わせによる複合的な仕上げで

図10 マルチレインボー塗装

B色

33

図11

窯変調仕上げ５-２ 水系インクによる印刷仕様
従来は溶剤系インクによる印刷方式であったが、最近では水系インクの開発及び印刷機の機能向上により水系の連続塗装ができ実用化されてきている。水系インクによるフレキソ印刷及びグラビア印刷と砂散布やスパッタ塗装等との組み合わせにより、デザイン的にも高級感のある仕上がりが可能となっている。塗装写真を図１２に示す。

図13

水系塗料の岩肌調仕上げ

6． おわりに世界の動向を見ても、今世紀は地球環境の保全と人体への安全性が大きな課題となっている。住宅用資材の一つである窯業建材市場に於いても機能性、経済性とともに環境と安全対策が施された商品しか受け入れられない状況になってきている。
建材用塗料についてはこのような市場ニーズに対応できる塗料の開発と同時に新意匠、新塗装方式、省工程、リサイクル等を含めた総合的な技術として積極的に開発を推進していく。

参考文献
１）建材情報 Ｎo.２４９２）住産業リサーチ・ファイル２０００年１２月号

図12

水系インクによる印刷仕様

５-３ 水系塗料の岩肌調仕上げ
カラー骨材各種を使用して岩肌に近い仕上がりの水系塗料を開発した。スプレー塗装のため凹凸面でも均一な仕上がりが得られ、基材のエンボスとマッチングする色調を選定することにより高意匠の外装仕上げが得られる。塗装写真を図１３に示す。