JP2006045419A

JP2006045419A - コーティング用組成物及びそれにより得られる膜

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Publication number: JP2006045419A
Application number: JP2004230745A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Momose; 淑百瀬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】マイナスイオン発生機能を備えた塗膜を形成できるコーティング用組成物及びそれにより得られる膜を提供する。
【解決手段】（ａ）一般式Ｍ_２Ｏ・nＳｉＯ_２で表されるシリカゾルをＳｉＯ_２換算で、1〜35重量部、（ｂ）イオン発生物質を0.1〜30重量部、（ｃ）無機充填材を0〜50重量部、（ｄ）水を5〜80重量部［但し、（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）＋（ｄ）＝１００重量％］を含んで調整したコーティング用組成物である。

Description

本発明は、コーティング用組成物（以下、単に、組成物と称する）に関し、さらに詳しくは、アルミニウム、ステンレス、鉄などの金属、セラミック、石材、セメントコンクリート、スレート板、木材、紙、布等の基材の表面、或いは、有機系又は無機系の塗膜の表面に塗布し、低温で短時間の加熱又は常温乾燥するだけで、不燃性でマイナスイオンを継続的に発生する膜を形成することができ、消臭性、抗菌性及び有機物分解性等の特性を持ち、火災防止、環境浄化等の分野に寄与するものである。

周知の通り、マイナスイオンは、大腸菌、黄色ブドウ球菌、緑膿菌、MRSA（メチシリン耐性黄色ブドウ球菌）等に対する抗菌性が顕著であり、また、消臭性及び有機物分解性等を有している。

そして、マイナスイオンの発生源として、宇宙線、ラドン、植物、放射性物質（放射性元素を内蔵する鉱石類）等が公知であり、近年では、光線（紫外線又は非可視光線）の照射下で、マイナスイオンを発生させる性質を有したチタン化合物（アナターゼ型酸化チタン、燐酸チタニア等）が発見され、これらは光触媒と呼称されている。

光触媒及び放射性物質の作用は公知であるので詳述は省略するが、光触媒と放射性物質のイオン発生に関わる相違点は以下の通りである。つまり、放射性物質は、大気中の水蒸気塊と炭酸ガスに接触すると、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）とマイナスイオン（Ｈ^＋）を生じさせる作用を有しているが、光触媒は、光線の照射下でないと、作用しない。

そこで、従来技術では、マイナスイオン発生機能を備えた塗膜を得るために、光触媒或いは放射性物質（以下、両者を単に、イオン発生物質と称する）に高分子系の結合剤を混合するという手法で組成物を調整していた。

従来の技術による組成物には、実用上、以下のような問題点があった。（１）この組成物は、高分子系の結合剤（天然又は合成の液状樹脂）を用いるために、結合剤が乾燥、硬化すると、組成物中に分散させられたイオン発生物質の表面は、樹脂の形成する防水性の膜により、被覆されてしまうこととなる。すると、大気中の水蒸気塊と炭酸ガスはイオン発生物質と直接的に接触できないから、組成物の形成する膜のマイナスイオン発生機能は低下させられた。（２）高分子系の結合剤は、イオン発生物質の有機結合手切断作用により、化学分解されてしまうために、この組成物の膜を形成する結合剤の劣化が促進させられる。その結果、組成物の形成塗膜の耐久性が低下させられた。

本発明は、上記の従来技術を背景になされたもので、その目的とするところは、（１）組成物は、水性で、揮発性有機物を含まず、作業性が良く、（２）常温又は低温加熱（40〜150℃）により乾燥、硬化して塗膜を形成し、（３）塗膜は、シロキサン結合を有していて、水蒸気塊及び炭酸ガスを透過させる性質があり、（４）不燃性で1000 ℃以上の高温に耐え、（５）マイナスイオン及び過酸化水素による劣化がなく、耐候性に優れ、（６）マイナスイオンを発生する機能を備えており、消臭、抗菌、揮発性有機物分解、等に効果的に作用させることができる、等の特徴を備えた組成物を提供することであり、従来では十分に対応できなかった種々の用途に使用可能な組成物を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、（ａ）一般式M₂・nＳiO₂［式中、Mは、Na、及び（R₄N）であり、ｎ＝自然数、Rは１価の有機基である］で表されるシリカゾルの群から選ばれた少なくとも１種のシリカゾルを、ＳｉＯ_２換算で1〜35重量部、好ましくは、3〜20重量部、結合剤として用いる。（ｂ）紫外線又は非可視光線を照射するとマイナスイオンを発生させる性質のチタン化合物及び、放射線によりマイナスイオンを発生させる性質の放射性物質（希土類成分を含有する鉱石もしくはセラミック）からなる群から選ばれた少なくとも１種のイオン発生物質を0.1〜30重量部、好ましくは、0.3〜10重量部、（ｃ）膜厚の維持、膜の着色等の目的で、無機充填材0〜50重量部、好ましくは、0〜40重量部、（ｄ）水を5〜80重量部、好ましくは、10〜50重量部、［但し、（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）＋（ｄ）＝１００重量％］を混合してなることを特徴とするコーティング用組成物である。

すなわち、本発明は、シリカゾルの群から選ばれた少なくとも１種にイオン発生物質を混合、分散させ、さらに、必要に応じて、無機充填材を加えて配合し、組成物を調整することにより、シリカゾルからなる無機結合剤は、マイナスイオン発生に不可欠な水蒸気塊及び炭酸ガスの透過可能な膜を形成すること、さらに、シリカゾルからなる無機結合剤は、マイナスイオンの有機結合手切断作用の影響を受けないので、マイナスイオンにより劣化させられない膜を形成すること、そして、この形成膜は高マイナスイオン発生機能、不燃性及び耐久性等を兼備すること等の知見に基づいて成されたものである。

本発明により得られるコーティング用組成物は、アルミニウム、ステンレス、鉄等の金属、コンクリート、スレート板、石材、木材、紙、布、プラスチック、セラミック等の基材の表面に、或いは、有機系又は無機系の塗膜の表面に塗布し、低温で短時間の加熱又は常温で乾燥させるだけで、マイナスイオンを継続的に発生させる機能を備えた不燃性の塗膜を形成することができる。この塗膜は自在に着色できる。また、本組成物の形成する塗膜からはマイナスイオンを継続的に発生するので、消臭、抗菌及び有機物分解等の作用させることができる。

以下、本発明を構成要件別に詳述する。（ａ）シリカゾル：本発明に使用される（ａ）成分は一般式Ｍ_２Ｏ・nＳｉＯ_２［式中、Mは、Na、又は（R₄N）であり、ｎ＝自然数、Rは１価の有機基である］で表すことができるシリカゾルであれば特に制限はなく、これらは、単体のままで、或いは、硬化剤と併用して、低温加熱（40〜150℃）又は常温で乾燥、硬化して膜を形成する性質を有しているものであればよく、具体的には、ケイ酸（SiO₂）をナトリウム溶液又は第４級アンモニウム塩溶液等の分散媒に懸濁させて調整したものである。

（ｂ）イオン発生物質：本発明に使用される（ｂ）成分は、イオン発生機能を備えた物質であって、大気中の水蒸気塊及び炭酸ガスを同時的に接触させると、過酸化水素と水素を生じさせる性質を備えた非水溶性の物質のことである。具体的には、光によって上記性質が励起される物質（以下、単に、光触媒という）及び、放射能を有する物質（以下、単に、放射性物質という）であり、これらはマイナスイオンを発生する物質として公知である。さらに詳しくは、前者には紫外線によって上記作用が励起される性質のアナターゼ型酸化チタン、非可視光線によって上記作用が励起される性質の燐酸チタニア系化合物等であり、後者は、放射能を有する鉱石もしくはセラミックである。そして、本発明で用いる放射性物質は、放射能370ベクレル／ｇ（放射線濃度）以下の使用届不要物質が実用の安全上望ましい。また、（ｂ）成分は、光触媒、放射性物質の群から選ばれた、少なくとも１種であって、平均粒子径又は平均長さが、好ましくは、100μm以下、さらに好ましくは、0.1〜50μmの大きさのものが用いられる。

（ｃ）無機充填材：本発明に使用される（ｃ）成分は、塗膜の着色、塗膜の厚み調整、塗膜の硬度調整、等の用途に応じて用いるものであり、平均粒子径又は平均長さが、好ましくは、0.1〜100μm、さらに好ましくは、0.5〜30μmの大きさのものであり、このような無機充填材としては、非水溶性で粒子状もしくは繊維状のものが望ましく、無機体質顔料、無機顔料、機能性顔料、金属粉等を挙げることができ、これらの群から選ばれた１種又は２種以上である。具体的には、無機体質顔料及び機能性顔料としては、シリカ、ジルコン、アルミナ、カオリン、タルク、ゼオライト、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、各種のウイスカー、セルベン、ベントナイト、トルマリン、フェライト、カーボン等を挙げることができ、無機顔料としては、チタン、クロム、鉄、亜鉛、コバルト、マンガン、ニッケル、等の酸化物及び、これらの複合化合物等を挙げることができる。そして、金属粉としては、鉄粉、ステンレス粉、ニッケル粉、真鍮粉、銅粉、亜鉛粉等であるが、これらに限定されるものではない。

（ｄ）水：本発明に使用される（ｄ）成分は組成物の粘度調節又は、イオン発生物質及び無機充填材の分散に必須の成分であり、イオン交換水、蒸留水、水道水を使用できる。また、（ａ）のシリカゾルに含まれる水も包含される。

本発明の組成物は、上記成分（ａ）〜（ｄ）のほかに、必要に応じて各種の分散剤、界面活性剤、可塑剤、硬化剤等の添加剤成分（ｅ）を含むことができる（但し、成分（ｅ）の添加量は任意量であって、組成物成分の総量に対して外割計算とする）。

そして、本発明の組成物は、（ａ）成分に（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）成分を混合、分散せしめることで調整することができ、高速攪拌機、ボールミル、その他の分散機に上記成分（ａ）〜（ｄ）及び、必要に応じて（ｅ）添加剤を入れ、攪拌することで得られる。

また、本発明の組成物は、半透明又は着色の液状で得られるから、コンクリート、石材、金属、木材、紙、布などに塗布して用いることができ、常温又は短時間の低温加熱（50〜150℃）により乾燥、硬化して膜を形成する性質のものである。

そしてまた、本発明の組成物は、刷毛、スプレイ、フローコート、ロールコート及びデイッピング等の塗装手段を用いて基材にコーティングすることができる。

さらにまた、本発明の組成物により得られる塗膜は、不燃性であり、マイナスイオン発生機能を備えているので、消臭、抗菌、有機物分解等の広範囲な用途に使用でき、効果を奏することができる。

以下、実施例を挙げ、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は特許請求の範囲を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例中、部及び％は、特に断らない限り重量を表すものとする。

また、実施例中、添加剤成分（ｅ）の部及び％は、組成物成分の総量に対する外割りの重量を表すものとする。

実験１：表１−１、１−2、１−3、１−４、１−５、１−６及び１−7に示す４５種類の組成物を調整した。なお、組成物の調整にはポットミルを用い、表示の成分を入れて毎分120回転にて60分間攪拌してから取出し、篩（100メッシュ）で濾過した。

なお、下記の表中の記号は以下のものを表す。

（ａ）成分：シリカゾル
（ａ）Ｎ３０：シリカドール＃３０（ナトリウム溶液を分散媒とするシリカゾル、ＳｉＯ₂濃度約３０％、日本化学工業株式会社製、）
（ａ）Ｎ５０：シリカドール＃５０（ナトリウム溶液を分散媒とするシリカゾル、ＳｉＯ₂濃度約５０％、日本化学工業株式会社製、）
（ａ）ＡＳ：アンモニウムシリケートＡＳ（第４級アンモニウム塩溶液を分散媒とするシリカゾル、ＳｉＯ₂濃度約４０％、日本化学工業株式会社製、）

（ｂ）成分：イオン発生物質
（ｂ）Ｔ：アナターゼ型酸化チタン（堺化学株式会社製、平均粒子径＝0.5μm、紫外線励起型物質）
（ｂ）ＰＴ：燐酸チタニア系化合物（平均粒子径＝0.5μm、非可視光線励起型物質）
（ｂ）Ｍ：モナサイト(monazite)鉱石（セラやまいち製、平均粒子径＝1μm、天然の放射性物質、放射線量当量＝5〜7μSv／測定距離5mm）
（ｂ）ＳＥ：セラミック（平均粒子径＝1μm、組成：モナサイト38％、アナターゼ型酸化チタン28％、陶土34％）

（ｃ）成分：無機充填材
（ｃ）１：アルミニウムウイスカー（平均粒子径＝1μm）
（ｃ）２：炭酸カルシウム（平均粒子径＝1μm）
（ｃ）３：酸化クロム（緑色顔料）（平均粒子径＝0.5μm）

（ｄ）成分：水
（ｄ）１：イオン交換水

（ｅ）その他の成分：添加剤
（ｅ）１：分散剤／ノニオン系界面活性剤

実験２：マイナスイオン発生量の測定
表１−１〜１−7に示す４５種類の組成物をスレート板（寸法：150×150×5mm）の一面に塗布し、常温（25℃）で24時間乾燥後、マイナスイオンカウンター（ITC-202型／アルプス電気株式会社製）を用い、形成塗膜から発生するマイナスイオン量（１CC当たりの個数）を測定した。組成物の塗布量及びマイナスイオン測定値を表２−１及び２−２に示す。なお、ブランクは組成物を塗布してないスレート板の測定値であり、室内のマイナスイオン量と看做すことができる。

実験２により、本発明の組成物の形成する塗膜はマイナスイオンを発生する機能を備えていることが明らかになった。

実験３：高分子系結合剤の形成する膜がマイナスイオン発生量に及ぼす影響を調べるために、表３に示す組成物を調整し、実験２と同一方法で形成膜の発生するマイナスイオン量を測定した。組成物の塗布量及び測定値を表４に示す。なお、表中の（ｆ）Ａは高分子系結合剤であり、アクリル樹脂のヒドロゾル（アルマテックスE−170／固形分４５％：三井化学製）である。

実験３から、高分子系結合剤は、組成物に配したイオン発生物質の効果を妨げ、マイナスイオン発生量を減少させることが判明した。

実験４：本発明の組成物の形成する塗膜から発生するマイナスイオンが有機物を分解する作用の効果を調べるために、実験２で調整した組成物の塗膜に赤インク（有機染料）を滴下し、赤インクが分解され、消色される様子を肉眼で観察し、インクの色が消失するまでに要した日数を調べて表５に示した。なお、赤インクはパイロット社製のカートリッジスペアインク（品番IRF-12S-R）を蒸留水で1５倍に希釈して用い、組成物の塗膜上にスポイドで0.2CCを滴下した。

実験４により、本発明の組成物の形成する塗膜はマイナスイオンを発生し、有機染料の発色機能を消失せしめるという効果があり、有機物を分解する作用があることが判明した。

実験５：本発明の組成物の形成する塗膜から発生するマイナスイオンの消臭作用の効果を調べるために、2個のテドラーバッグに所定濃度に調整したアンモニアガス３Lを注入し、そのうちの１個のテドラーバッグには、あらかじめ、実験３で調整した組成物３５ｇを両面に塗布した画用紙（寸法：300×300×５ mm）を入れ、他の１個テドラーバッグには何も入れない状態（ブランク）とした。それぞれのテドラーバッグのアンモニア濃度を経過時間毎に検知管で測定して比較した。組成物の種類及び測定結果を表６に示す。

実験５により、本発明の組成物の形成する塗膜は消臭作用を備えていることが判明した。

実験６：本発明の組成物の形成塗膜から発生するマイナスイオンの抗菌作用の効果を調べるために、あらかじめ本発明の組成物（AM−7）をコーティングしておいたステンレス板（寸法：70×70×1.8mm）の個々に、それぞれ、大腸菌、緑膿菌、黄色ブドウ球菌及びメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）を滴下し、１時間放置した後に綿棒で液菌を回収し、滴下時及び回収時の菌数を顕微鏡法で比べ、減菌率を算出するという方法で評価をした。
減菌率の算出方法
減菌率（％）＝｛（回収した菌液中の細菌数）÷（滴下時の菌液中の細菌数）｝×100
実験の結果を表７に示す。但し、ブランクは組成物をコーティングしてないステンレス板を用いたときの減菌率である。

実験６により、本発明の組成物の形成する塗膜は大腸菌、緑膿菌、黄色ブドウ球菌、MRSAに対して抗菌性を示すことが判明した。

実験７：本発明の組成物をステンレス板（寸法：70×150×1.2 mm）に塗布し、室内で２４時間放置して乾燥させた後、ガスバーナーの炎（温度：約８００℃）に塗膜を６０秒間曝し、発煙の有無、塗膜剥離の有無及び外観変化（燃焼痕跡の有無）について調べた結果を表８に示す。

実験７により、本発明の組成物の形成膜は不燃性であることが判明した。

本発明の組成物は、例えば、室内のコンクリート、石材、木材等にコーティングを施し、悪臭の除去、タバコのヤニの分解、シックハウス症候群の原因となる揮発性有機物の分解及び、大腸菌、黄色ブドウ球菌、緑膿菌、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（ＭＲＳＡ）に対する抗菌、衛生維持、等に供することができ、また、金属にコーティングを施し、不燃性化粧膜を形成させ、上記作用をさせることができる。このように、本発明の組成物は従来おこなえなかった用途に広範囲に使用することができる。

Claims

（ａ）一般式Ｍ_２Ｏ・nＳｉＯ_２［但し、MはNa及びR_４N（Rは１価の有機酸）］で表されるシリカゾルをＳｉＯ_２換算で、1〜35重量部、（ｂ）イオン発生物質を0.1〜30重量部、（ｃ）無機充填材を0〜50重量部、（ｄ）水を5〜80重量部［但し、（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）＋（ｄ）＝１００重量％］を含むことを特徴とするコーティング用組成物。
前記（ｂ）イオン発生物質は、紫外線又は非可視光線によりマイナスイオン発生作用が励起される性質のチタン化合物、放射性元素を内蔵する鉱石類及び、上記二種類の物質を内蔵するセラミックの群から選ばれた少なくとも一種であって、平均粒子径又は平均長さが、100μm以下の非水溶性物質であることを特徴とする請求項1記載のコーティング用組成物。
前記（ｃ）無機充填材は、平均粒子径又は平均長さが0.1〜100μmで、かつ、非水溶性であって、無機の体質顔料、無機の機能性顔料及び金属の群から選ばれた、少なくとも１種であることを特徴とする請求項1記載のコーティング用組成物。
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のコーティング用組成物によって得られるマイナスイオン発生機能を備えた膜。