JP2012188636A

JP2012188636A - 赤外線の吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤

Info

Publication number: JP2012188636A
Application number: JP2011071036A
Authority: JP
Inventors: Eiji Nomura; 英司野村; Susumu Maruyama; 享丸山; Daijiro Kato; 大二郎加藤; Toshiyuki Niimi; 敏幸新見
Original assignee: ECO MISSION KK; SANEIJI KK
Current assignee: ECO MISSION KK; SANEIJI KK
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2012-10-04

Abstract

【課題】建物、車窓などの硝子面より太陽光の紫外線や赤外線が浸入し、室内、車内などの内部の温度が上昇し、また紫外線による人体の日焼けや商品・展示物の劣化・損傷が発生することから、この防止対策が強く求められており、この対策として、硝子面に塗布することを目的とした赤外線を吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤を提供する。
【解決手段】赤外線吸収剤として、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウムに異種金属をドープさせて無機系顔料を主剤として、これに赤外線吸収補助剤として無機系着色顔料を配合し、さらに無機系バインダーしてアルコキシシラン化合物を加えた混合液に対して、硬化促進剤、乾燥速度調整剤を添加してコート剤として調製することにより、硝子面に簡便に塗布ができ、耐久性、ポットライフの良好な赤外線の吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤。
【選択図】なし

Description

建屋、倉庫、自動車、ショーウインドウ、ショーケースなどの硝子面から太陽光の赤外線が浸入し、室内、車内、ショーケース内の温度が上昇し、商品・展示物の劣化・損傷が発生することから、赤外線を吸収・遮蔽する対策が強く求められていた。本発明は、硝子面に塗布することにより赤外線を吸収・遮蔽するコーティング剤に関するものである。

赤外線対策としては、硝子面に赤外線を吸収するフィルムを貼り付ける方式や赤外線吸収コート剤がこれまで提唱されてきた。しかしながらフィルムの変色・劣化、赤外線吸収能の低下、大判硝子へのフィルムの貼付けの難しさ、コスト面等に問題があった。

また、赤外線吸収コート剤方式では、塗膜の劣化・剥離、赤外線吸収能力の不足、塗膜・吸収能力の経時変化、塗布作業の難しさに問題があり、幅広い普及には至っていなかった。また、赤外線吸収コート剤は一般的にシリカのネットワークを形成する無機系バインダーを使用することから薬剤の価格が高価になり、また塗布施工の難しさより施工コストが高くなる問題を包含していた。

特開平０５−２５５６４３特開２００７−２４６６９９特開２００７−２４８８４１特開２００８−２４１８８２特開２００９−８４４７６

本発明では、赤外線の吸収・遮蔽効果を有する酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム系顔料を使用すると共に、経年変化が小さいと言われているアルキルシリケート系の無機バインーを用いたコーティング剤を提供するものある。従来、無機バインダーを使用すると塗膜に割れ、剥離が生じ易く、０．５μｍ以上の厚膜の形成が難しいことが課題であった。本発明は、これらの課題を解決し、硝子面への塗布作業が簡便、短時間にでき、かつコート液の保存性（ポットライフ）が良好な赤外線吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤に関するものである。

本発明の第１発明は、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウムに異種金属をドープさせた赤外線の吸収能を有する無機系赤外線吸収剤と、無機バインダーとしてアルコキシド化合物及び溶媒として炭素数１〜５の低級アルコールを配合した混合物に対して、架橋剤としてグリシドアルキルシラン化合物、メタクリルアルキルシラン化合物、メルカプトアルキルシラン化合物、アミノアルキルシラン化合物の少なくとも１種を添加し、更に赤外線吸収能力を高めるための補助剤として無機系着色顔料を配合させたことを特徴とする赤外線の吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤である。

本発明の第２発明は、赤外線の吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤において、塗膜形成時の乾燥速度の調整剤として、多価アルコール化合物、エチレングリコールエーテル化合物の少なくとも１種を添加することを特徴とするものである。

本発明の第３発明は、赤外線の吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤において、赤外線吸収能力を高めるための補助剤として、鉄系着色顔料、コバルト系着色顔料、カーボン系着色顔料の少なくとも一種を配合したことを特徴とするものである。

赤外線吸収剤として、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウムに異種金属をドープさせた無機系化合物を用いる。また赤外線吸収剤の補助剤として、無機系着色剤を用いることから、赤外線の吸収遮蔽能力が高く、吸収能力の経年変化がほとんど無く、長期間に亘って安定した赤外線吸収・遮蔽効果を維持することができる。また、アルキルシケート系の無機バインダーを使用していることから、紫外線によるバインダーの劣化が見られない。また本発明では、コーティング剤に架橋剤と乾燥速度調剤剤を用いることから、塗膜の厚膜形成（１０〜５０μｍ）が可能になり、硝子への密着性が良好である。

また塗膜の硬度、耐水性・耐久性が大きく向上することから、塗り替えや再塗布の必要性が少なく、長期間に亘って赤外線の吸収遮蔽効果を得ることができる。また、コーティング剤の保管安定性（ポットライフ）が良好あり、６ヶ月間以上の常温保管でも粘度や塗料組成などに変化が見られなく、良好な塗布作業性が保持される。

本発明の赤外線の吸収・遮蔽機能を有するーティング剤を建屋、倉庫、自動車、ショウルーム、ショーケースなどの窓や開口部に設置されている硝子板や透明プラスチック板の表面に塗布することにより、室内、車内、ショーケースなどの内部への赤外線の浸入を永年に亘って防止ができる。この赤外線の吸収・遮蔽効果により、夏場においては、室内・車内・庫内の温度上昇を緩和させることができ、さらに冬場においては、開口部の硝子面やプラスチック板からの熱線放出を阻止し、室内・車内・庫内の保温性が高まることから省エネ対策になる。また冬場においては、室内からの熱気放散を低減させて、室内の保温効果を高めることができ、結露防止にも有効である。

本発明で使用する赤外線を吸収・遮蔽する赤外線吸収剤としては、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウムに異種金属としてアンチモン、アルミニウム、ガリウムなどをドープさせた無機系化合物を用いることができる。また本発明では、赤外線吸収の補助剤としては、無機系着色顔料を用いるが、無機系着色顔料としては、酸化鉄系顔料、コバル系着色顔料、カーボン系顔料があり、これらは赤外線の吸収能が高く、また経時安定性の面より好ましい。

赤外線吸収の補助剤の鉄系着色顔料としては、鉄黒（Ｆｅ３Ｏ４）、黄色酸化鉄（ＦｅＯ（ＯＨ）２）、赤色酸化鉄・ベンガラ（α−Ｆｅ２Ｏ３）、褐色酸化鉄（γ−Ｆｅ２Ｏ３）、プルシャンブルーなどを用いることができる。コバルト系着色顔料としては、コバルトブラック、コバルトブルー等を用いることができる。カーボン系顔料としては、炭素が主成分になっているカーボンブラック、ランプブラック、ボーンブラック、黒鉛などを用いることができる。

赤外線吸収剤、赤外線吸収補助剤と無機バインダーとを混合してコーティング剤にするに当たっては、赤外線吸収剤、赤外線吸収補助剤を事前に湿式メディア分散機、湿式粉砕機、超音波分散機などの分散機や粉砕機でもって分散体に調製しておくことが望ましい。分散溶媒としては、炭素数１〜５のアルコールが望ましい。炭素数１〜５のアルコールとしては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｎ−ペンタノールがあるが、いずれのアルコールを使用してもよい。

本発明に用いるバンダーは、紫外線や赤外線の吸収による組成的な経時変化、経年劣化が小さい無機バインダーとして、アルキルシリケート化合物を用いる。アルキルシリケート化合物は硝子と同じようなシリカのネットワークを形成することから、硝子との密着が良好である。しかしながら従来のアルキルシリケート化合物の無機系バインダーは、膜厚が０．５μｍ以上になると、急激に塗膜の強度や密着性が低下し、塗膜のヒビ割れ、剥離、脱落、雨水での膨潤等が発生する問題を包含していた。一方、本発明の対象である赤外線の吸収・遮蔽コートの分野では、赤外線の吸収性を保持する上から塗膜の厚みを少なくとも１０μｍ以上の厚膜にすることが必要であった。従ってこの分野に適用するアルキルシリケート化合物の選定は極めて難しい課題であった。

本発明に用いる無機バンダーのアルキルシリケート化合物としては、エチルシリケート、メチルシリケートなどのオリゴマーを用いることができる。量体数が５０以上の分子量の大きいオリゴマーは、縮合度が高く塗料化や厚膜化が比較的容易であるが、一方、ポットライフが短くなる欠点を有している。量体数が小さいオリゴマーは、加水分解・縮合反応によるシリカ成速度が早いことから、一般的に安定した塗膜形成が難しいとされている。しかしながら本発明では、下記の架橋剤と乾燥速度調整剤を併用することより、量体数が５０以下の縮合度の低いオリゴマーを使用することができ、コーティング剤の保管安定性、保存性（ポットライフ）を長くすることができる。

本発明では、アルキルシリケート化合物にネットワークの形成段階において、架橋を促進させると共に、ネットワーク構造の緻密化に作用する架橋剤を使用する。架橋剤としては、エポキシシラン（グリシドアルキルシラン）化合物、メタクリルアルキルシラン化合物、メルカプトアルキルシラン化合物、ビニルシラン化合物、アミノアルキルシラン化合物の少なくとも１種を添加することが望ましい。さらに緻密な構造のネットワークを形成するには、上記の異なる架橋剤として２種以上を組み合わせて使用することが好ましい。

架橋剤のエポキシシラン化合物（グリシドアルキルシラン化合物）としては、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシランなどを用いることができる。

架橋剤のメタクリルアルキルシラン化合物としては、３−メタクリロキシプロピリルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピリルトリエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピリルメチルジメトキシシランなどを用いることができる。

架橋剤のメルカプトアルキルシラン化合物としては、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメキシシランなどを用いることができる。

架橋剤のビニルシラン化合物としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリアセトキシシランを用いることができる。

架橋剤のアミノアルキルシラン化合としては、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルメトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルエトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルメチルジメトキシシランなどを用いることができる。

架橋剤の添加量としては、アルキルシリケート化合物に対して、１〜８０重量％の範囲であるが、架橋剤の添加量が少ないと架橋促進の効果が小さく、また逆に添加量が多くなると塗液が増粘し、ポットライフが短くなる。従って架橋剤の添加量は５〜４０重量％が特に好ましい。

本発明のコーティング剤の調製に当たって使用する溶媒は、前記の異種金属の分散体にした溶媒と同じように炭素数１〜５のアルコールの使用が望ましい。溶媒して炭素数が異なるアルコールや他種の有機溶媒を使用すると、異種金属の分散体の分散バランスが崩れて、塗液や塗膜が白濁したり、透明性が低下したりする。

本発明のコーティング剤の調製に当たっては、乾燥速度調剤の添加が必要である。本発明のコート剤に配合する溶媒に炭素数が１〜４のアルコールを使用するため、塗液の乾燥速度が速く、蒸発熱の発散により塗膜が冷却されて空気中の水分が巻き込まれ、塗膜が白濁することが多い。またネットワークが形成前に塗膜が乾燥すると、緻密な塗膜が得られず、塗膜の強度や硬度が低下し、剥離、ヒビ割れが発生し易い。従って、本発明では、架橋剤と共に、乾燥速度の調整剤を併用することにより、アルキルシリケート化合物と架橋剤との反応によるシリカのネットワークの形成速度と塗膜の乾燥速度を相互に制御することができ、より最適な塗膜の形成が可能になる。

乾燥速度調剤としては、異種金属をドープした無機系赤外線吸収剤の分散状態を壊さないで、塗膜の乾燥速度を調整するものとして、多価アルコール化合物、エチレングリコールエーテル化合物の少なくとも１種を添加することが望ましい。多価アルコール化合物としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロプレングリコールなどがある。エチレングリコールエーテル化合物としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコールモノターシャルブチルエーテル、エチレングリコールモノｎ−プロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル等があり、これらのものを用いることができる。

乾燥速度調整剤は、添加量が少ないと乾燥速度の調整の効果が得られ難く、蒸発熱の放散により塗膜が冷却されて空気中水分が塗膜に混入するため、塗膜の白化現象が発生し易い。この白化現象が起きると、塗膜の透明度が低下し、塗膜強度・密着性も低下する。逆に添加量が多くなると、異種金属をドープした無機系赤外線吸収剤の分散状態を壊し、塗膜の透明性が悪化する。また乾燥・固化時間が長くなり、塗膜の固化強度が低下し、塗装作業性も悪くなる。従って、乾燥速度調整剤の添加量は、コーティング剤の全体重量に対して１〜５０％が望ましく、特に５〜２０％が好ましい。

本発明の赤外線の吸収・遮蔽光効果を有するコーティング剤は、建物、倉庫、乗用車車、トラック、バス、飛行機、ショーウンインドウなどの硝子面、透明プラスチック板に塗布して、内部に進入してくる赤外線を吸収・遮蔽を行うものであるが、塗布方法はロールコート法、スプレイ法、ディッピング法、スピンコーター法、ナプキン塗布法等により簡便に塗布することができる。

塗膜の膜厚は、単位面積当たりのコーティング剤の塗布量により任意に調節することができるが、赤外線を吸収・遮蔽効果を効率的に発現させるために、塗膜を欠陥のない連続膜とし、かつ膜厚を１０〜５０μｍにすることが望ましい。

以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。

赤外線の吸収・遮蔽効果を有するコーティング剤の調整としては、下記の手順で調製した。先ずは、異種金属をドープした酸化亜鉛として、アンチモンドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）の９５重量部に対して、赤外線吸収補助剤として鉄黒（Ｆｅ３Ｏ４）５重量部を配合した後、エタノール２００重量部を加えて湿式分散機でもって６０分間処理して分散体（固形分濃度：３３％）３００ｇを得た。この分散体にエチルシリケートオリゴマー（エチルシリケート４０：ＳｉＯ_２の含有４０％）２００ｇを加えて３０分間混合した。さらに有機溶媒として、エタノール３５０ｇで稀釈して、コート剤の基本液Ａとした。

上記のコート剤の基本液Ａに対して、架橋剤として、ビニルトリイソプロポキシシラン３０ｇ、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン７０ｇを添加した。さらに、乾燥速度調整剤として、エチレングリコール４０ｇとエチレングリコールモノイソプロピルエーテル６０ｇを添加し、３０分間攪拌を行いコート剤調製液Ａとした。

赤外線吸収・遮蔽剤として、アンチモンドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）の９５重量部に対して、赤外線吸収補助剤としてコバルトブルーの５重量部を配合した後、エタノール２００重量部を加えて湿式分散機でもって６０分間処理して分散体（固形分濃度：３３％）３００ｇを得た。この分散体にエチルシリケートオリゴマー（エチルシリケート４０：ＳｉＯ_２／４０％）２００ｇを加えて３０分間混合した。さらに有機溶媒として、エタノール３５０ｇで稀釈して、コート剤の基本液Ｂとした。実施例１と同じよう架橋剤として、ビニルトリイソプロポキシシラン３０ｇ、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン７０ｇを添加した。さらに、乾燥速度調整剤として、エチレングリコール４０ｇとエチレングリコールモノイソプロピルエーテル６０ｇを添加し、３０分間攪拌を行いコート剤調製液Ｂとした。

赤外線吸収・遮蔽剤として、アンチモンドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）の９５重量部に対して、赤外線吸収補助剤としてカーボンブラックの５重量部を配合した後、エタノール２００重量部を加えて湿式分散機でもって６０分間処理して分散体（固形分濃度：３３％）３００ｇを得た。この分散体にエチルシリケートオリゴマー（エチルシリケート４０：ＳｉＯ_２／４０％）２００ｇを加えて３０分間混合した。さらに有機溶媒として、エタノール３５０ｇで稀釈して、コート剤の基本液Ｃとした。実施例１と同じよう架橋剤として、ビニルトリイソプロポキシシラン３０ｇ、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン７０ｇを添加した。さらに、乾燥速度調整剤として、エチレングリコール４０ｇとエチレングリコールモノイソプロピルエーテル６０ｇを添加し、３０分間攪拌を行いコート剤調製液Ｃとした。

比較例

赤外線吸収・遮蔽剤として、アンチモンドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）の１００重量部に対して、赤外線吸収補助剤は無添加とした。エタノール２００重量部を加えて湿式分散機でもって６０分間処理して分散体（固形分濃度：３３％）３００ｇを得た。この分散体にエチルシリケートオリゴマー（エチルシリケート４０：ＳｉＯ_２／４０％）２００ｇを加えて３０分間混合した。さらに有機溶媒として、エタノール３５０ｇで稀釈して、コート剤の基本液Ｄとした。実施例１と同じよう架橋剤として、ビニルトリイソプロポキシシラン３０ｇ、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン７０ｇを添加した。さらに、乾燥速度調整剤として、エチレングリコール４０ｇとエチレングリコールモノイソプロピルエーテル６０ｇを添加し、３０分間攪拌を行いコート剤調製液Ｄとした。

実施例１〜３、及び比較例で得られたコート剤調製液Ａ〜Ｄについて、硝子板（厚み３ｍｍ、大きさ２００ｍｍ×２００ｍｍ）に塗布した。硝子板への塗布方法は、塗布前に硝子表面の油脂分エタノールで拭き取り、硝子面を親水性に処理した後、上記のコート剤調製液Ａ〜ＤをＨＶＬＰ（高風量低圧型）塗布ガンで塗布量が約４０〜５０ｇ／ｍ^２になるように硝子面に塗布し、常温（約２５℃）で１日放置して塗膜の形成を行った。このようにして得られた塗膜について、赤外線の吸収率を分光光度計（測定波長：１６００ｎｍ）でもって測定した結果を表１に示す。またブランクテストとして、硝子板（厚み：３ｍｍ）についても赤外線の吸収率を測定した。この測定結果を表１に示す。

Claims

酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウムに異種金属をドープさせて赤外線の吸収性能を有する無機系赤外吸収剤と、無機バインダーとしてアルコキシド化合物及び溶媒として炭素数１〜５の低級アルコールを配合した混合物に対して、架橋剤としてグリシドアルキルシラン化合物、メタクリルアルキルシラン化合物、メルカプトアルキルシラン化合物、アミノアルキルシラン化合物の少なくとも１種を添加し、更に赤外線吸収能力を高めるための補助剤として無機系着色顔料を配合したことを特徴とする赤外線の吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤。
塗膜形成時の乾燥速度の調整剤として、多価アルコール化合物、エチレングリコールエーテル化合物の少なくとも１種を添加することを特徴とする請求項１の赤外線の吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤。
赤外線吸収能力を高めるための補助剤として、酸系着色顔料、コバルト系着色顔料、カーボン系着色顔料の少なくとも一種を配合したことを特徴とする請求項１、２の赤外線の吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤。