JP4564571B1

JP4564571B1 - 建築物の外壁に意匠性を付与する一液型水系塗材組成物

Info

Publication number: JP4564571B1
Application number: JP2009096684A
Authority: JP
Inventors: 大史原; 由英伊藤
Original assignee: Aica Kogyo Co Ltd
Current assignee: Aica Kogyo Co Ltd
Priority date: 2009-04-13
Filing date: 2009-04-13
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2029-04-13
Also published as: JP2010248306A

Abstract

【課題】耐候性と耐汚染性に優れ、低温下で施工しても塗材表面の意匠に基づく凹凸によるひび割れが生じることがなく、さらには安定した耐水性を有する水系塗材組成物の提供。
【解決手段】メチルメタアクリレートモノマーを３０〜６０重量％含む不飽和基含有重合性単量体により合成され且つガラス転移温度が１０℃以上３０℃未満のアクリル樹脂エマルションと、表面に水酸基を有する骨材、ビニル基を有するトリアルコキシシラン、顔料、充填材、増粘剤、成膜助剤とからなることを特徴とする水系塗材組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、主として建築物の外壁に意匠性を付与する一液型の水系塗材であって、コンクリート、モルタル等の下地に塗付され、耐候性、耐汚染性に優れると共に冬季の低温下で施工してもひび割れが生じることのない、建築物の外壁に意匠性を付与する一液型水系塗材組成物に関するものである。

従来、建築物の躯体保護、意匠性の付与及び美観性向上のため、建築外皮には各種塗装仕上げが行われている。特に直射日光に曝される南面や、幹線道路に面する部位においては、紫外線による劣化や、自動車から排出される排気ガス及び塵埃による汚れの程度が大きく、施工直後の鮮やかな色調に代表される美観が短期間のうちに低下するという課題があった。

これに対し、１５〜１００℃のガラス転移温度を有するポリオール化合物にポリイソシアネート化合物を添加し、ポリカプロラクトンジオール及び／又はポリカプロラクトントリオールと、テトラアルコキシシランの低縮合化合物とを含有する耐久性に優れる弾性非汚染塗料組成物が提案されている（特許文献１）。

かかる弾性非汚染塗料組成物は、主としてポリオール化合物とポリイソシアネート化合物を塗装現場にて混合して塗付した後、化学反応によって硬化して塗膜となるため、現場での計量とこれらの化合物の混合作業が必要で、計量と混合が不要な一液型の塗材組成物と比較して作業が煩雑であるという課題があり、また計量ミスがあったり、混合が不十分であったりすると、塗膜が硬化不良となり、所定の性能が発揮されないという課題を有していた。

また、一液型の水性塗料組成物としては、反応性シリル基を有する合成樹脂エマルジョンと、ポリオキシアルキレン鎖を有するポリシロキサン化合物と、顔料と、ポリオキシアルキレン鎖を有するアニオン性分散剤を主成分とする耐汚染性に優れる水性塗料組成物が提案されている（特許文献２）。

しかし、当該水性塗料組成物は、有光沢塗料として高い光沢を有するため、凹凸感による塗り壁状の風合いが求められる意匠性と美観性を有する塗材としては使用できないという課題があった。

また、ガラス転移温度が４０℃以上６０℃未満のアクリル樹脂エマルション、表面に水酸基を有する骨材、ビニル基を有するトリアルコキシシラン、顔料、充填材、増粘剤、成膜助剤とから成ることを特徴とする水系塗材組成物が、優れた耐候性と耐汚染性が発揮されるとともに、更には必須成分である骨材により塗付後の塗膜表面に凹凸感があって高い意匠性が得られ、加えて低温下での施工であっても凹凸によって形成された塗膜表面にひび割れが生じないとした水系塗材組成物が提案されている（特許文献３）。

しかし、係る水系塗材組成物は、アクリル樹脂エマルションの高いガラス転移温度によって当初の所定の性能を満たすことができるが、所定の塗膜性能を得るためには成膜助剤の配合量が当該アクリル樹脂エマルションの固形分に対して８０％以上必要であり、このため塗材の施工環境や乾燥条件によっては成膜助剤が塗膜内部に残留することがあり、残留した成膜助剤は塗膜の耐水性低下の原因となる場合があるという課題があった。

特開平１０-２５９３５４号公報特開２００１−１８１５５９号公報特願２００８−２５５９６６号

本発明の課題は、２成分反応硬化型塗料のように塗付に際して、事前の計量や十分な混合作業が不要であって、塗付後の仕上がりが凹凸感を有する如く意匠性が高く、耐候性と耐汚染性に優れると共に低温下での施工であっても凹凸によって形成された塗膜表面にひび割れが生じるこがなく、さらには安定した耐水性を有する、建築物の外壁に意匠性を付与する一液型水系塗材組成物を提供することである。

本発明者らは、前記課題について鋭意検討し、請求項１記載の発明は、メチルメタアクリレートモノマーを５０重量％以上含む不飽和基含有重合性単量体により合成され且つガラス転移温度が１０℃以上３０℃未満であるアクリル樹脂エマルションと、表面に水酸基を有する骨材、ビニル基を有するトリアルコキシシラン、顔料、充填材、増粘剤、成膜助剤とから成り、前記骨材が塗材全体に対して３０〜６０重量％配合され、前記ビニル基を有するトリアルコキシシランが塗材全体に対して０．２〜２．０重量％配合され、前記成膜助剤がアクリル樹脂エマルションの固形分に対して１５〜３０重量％配合されて成ることを特徴とする建築物の外壁に意匠性を付与する一液型水系塗材組成物であり、骨材を含むため塗布後の表面に凹凸感があって意匠性が高く、またアクリル樹脂エマルションの合成モノマーにメチルメタアクリレートモノマーを５０重量％以上含むため耐候性と耐汚染性に優れると共に、低温下での施工であっても凹凸によって形成された塗膜表面にひび割れが生じることがなく、さらにはエマルションとなっているアクリル樹脂粒子の融着のために配合する成膜助剤の配合量がアクリル樹脂エマルションの固形分に対して少ないため安定した耐水性を有する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の骨材が硅砂であることを特徴とする建築物の外壁に意匠性を付与する一液型水系塗材組成物であり、請求項１の発明と同様に骨材を含むため塗付後の塗膜表面に凹凸感があって意匠性が高く、またアクリル樹脂エマルションの合成モノマーにメチルメタアクリレートモノマーを５０重量％以上含むため耐候性と耐汚染性に優れると共に、低温下での施工であっても凹凸によって形成された塗膜表面にひび割れが生じることがなく、さらにはエマルションとなっているアクリル樹脂粒子の融着のために配合する成膜助剤の配合量がアクリル樹脂エマルションの固形分に対して少ないため安定した耐水性を有し、他の骨材と比較して塗膜強度が高く、低コストである。

本発明の建築物の外壁に意匠性を付与する一液型水系塗材組成物は、メチルメタアクリレートモノマーを５０重量％以上含む不飽和基含有重合性単量体により合成され且つガラス転移温度が１０℃以上３０℃未満であるアクリル樹脂エマルションと、表面に水酸基を有する骨材、ビニル基を有するトリアルコキシシラン、顔料、充填材、増粘剤、成膜助剤とから成り、前記骨材が塗材全体に対して３０〜６０重量％配合され、前記ビニル基を有するトリアルコキシシランが塗材全体に対して０．２〜２．０重量％配合され、前記成膜助剤がアクリル樹脂エマルションの固形分に対して１５〜３０重量％配合されて成ることを特徴とする建築物の外壁に意匠性を付与する一液型水系塗材組成物であり、アクリル樹脂エマルションを合成する前のメチルメタアクリレートモノマーの含有量が５０重量％以上と高いため、耐候性と耐汚染性に優れるという効果がある。また骨材を含むため塗布後の表面に凹凸感があって意匠性が高く、さらには均一な塗膜を形成させるための成膜助剤の配合量が、高いガラス転移温度を有するアクリル樹脂エマルションを使用した水系塗材組成物と比較して、より少なくてすみ、このため安定した耐水性を有するという効果がある。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の水系塗材組成物は、メチルメタアクリレートモノマーを５０重量％以上含む不飽和基含有重合性単量体により合成され且つガラス転移温度が１０℃以上３０℃未満であるアクリル樹脂エマルションと、表面に水酸基を有する骨材、ビニル基を有するトリアルコキシシラン、顔料、充填材、増粘剤、成膜助剤とから成り、前記骨材が塗材全体に対して３０〜６０重量％配合され、前記ビニル基を有するトリアルコキシシランが塗材全体に対して０．２〜２．０重量％配合され、前記成膜助剤がアクリル樹脂エマルションの固形分に対して１５〜３０重量％配合されて成ることを特徴とする建築物の外壁に意匠性を付与する一液型水系塗材組成物であり、必要に応じて消泡剤や分散剤が配合される。

本発明のアクリル樹脂エマルションは、アクリル酸エステル系共重合樹脂、酢酸ビニル・アクリル酸エステル系共重合樹脂、シリコン変性アクリル系樹脂等の水性アクリル樹脂エマルションが使用でき、そのガラス転移温度は１０℃以上３０℃未満である。ガラス転移温度が１０℃未満の場合は、耐候性と耐汚染性が低下し、３０℃以上の場合は水性アクリルエマルジョンの外気温における成膜が難しくなる。ガラス転移温度が１０℃以上３０℃未満のものにはアクリル樹脂エマルションＡ２６−１１（固形分４８％、ガラス転移温度２７℃、メチルメタクリレートモノマー５０重量％以上配合、ガンツ化成株式会社製、商品名）、同Ａ７５４（固形分４８％、ガラス転移温度１４℃、メチルメタアクリレートモノマー５０重量％以上配合、ＢＡＳＦジャパン株式会社製、商品名）が有る。

当該アクリル樹脂エマルションは、メチルメタアクリレートモノマーを５０重量％以上含む、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸、及びこれらのモノエステルや、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン等のスチレン類、酢酸ビニル等のビニルエステル類、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類などの不飽和基含有重合性単量体の重合によって合成される。アクリル樹脂エマルションの重量配合部数は塗材全体に対して１０〜５０重量％、好ましくは２５〜３５重量％であり、１０重量％未満では塗膜強度が低下し、５０重量％超では塗材を塗付する際の作業性が悪くなると共に、乾燥後の塗膜にひび割れが生じる。２５重量％未満では塗膜強度が低下し、下地に対する付着強度が低下する傾向にあり、３５重量％超となると、ローラー刷毛にて施工する際の作業性が低下したり、所定の意匠的な仕上がりが得られなくなる傾向にある。

骨材にはその表面に水酸基を有する骨材を使用し、得られる意匠と凹凸感によって、その粒度を任意に選択することが出来るが、特に硅砂が最適である。一般的には東北硅砂７号（比重１．５、平均粒径１５０μｍ、東北硅砂株式会社製、商品名）を使用する。硅砂以外には、ガラス、シリカ、タルク、クレーなどが使用可能である。また骨材は充填材と粒径によって区別され、その粒径は１００μｍ以上のものを言う。骨材の重量配合部数は塗材全体に対して、３０〜６０重量％、好ましくは３５〜４５重量％であり、３０％未満である塗膜表面の凹凸感が出ず意匠性が不足し、６０重量％超であると塗材を塗付する際の作業性が悪くなると共に、塗膜強度が弱くなる。３５重量％未満では、仕上がりの凹凸感が少なくなる傾向にあり、４５重量％超ではローラー刷毛にて施工する際の作業性が低下したり、塗膜強度が低下する傾向にある。

ビニル基を有するトリアルコキシシランは、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランや３−アクリロキシプロピルトリメトキシシランが使用可能であり、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランにはＫＢＭ-５０３（信越化学株式会社製、商品名）、サイラエースS-７１０（チッソ株式会社製、商品名）が、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシランにはＫＢＭ−５１０３（信越化学株式会社製、商品名）がある。ビニル基を有するトリアルコキシシランの重量配合部数は、塗材全体に対して０．２〜２．０重量％、好ましくは０．５〜１．０重量％であり、０．２重量％未満では塗膜表面にひび割れが生じやすく、２．０重量％超では塗材表面の皮張りが速くなりすぎ、塗材の保存安定性が低下する。０．５重量％未満では低湿度等の施工環境条件によっては塗膜の成膜性が低下する傾向にあり、１．０重量％超では塗材表面の皮張りが早くなり、施工環境条件によっては作業性が低下する傾向にある。

顔料には、酸化チタン、酸化亜鉛、カーボンブラック、酸化第二鉄（弁柄）、クロム酸鉛、黄鉛、黄色酸化鉄等の無機系顔料等が使用できるが、中でも酸化チタンは下地の隠蔽性に優れ、白色であるため主たる顔料として使用することが出来る。顔料の重量配合部数は塗材全体に対して１〜１０重量％、好ましくは４〜６重量％であり、１重量％未満では下地の色が透けるなど隠蔽性が不足し、１０重量％超だと塗材の粘度が上昇し、塗付作業性が低下する。４重量％未満では色調によっては隠蔽性が低下する場合があり、６重量％超ではコスト高となる傾向にある。

充填材は、塗材粘度や塗付性の調整を目的として配合し、重質炭酸カルシウム、クレー、カオリン、タルク、沈降性硫酸バリウム、炭酸バリウム、硅砂粉等が使用できるが、重質炭酸カルシウムが安価でコスト的負担を軽減させることが出来る。充填材の重量配合部数は塗材全体に対して５〜２０重量%、好ましくは９〜１２重量％であり、５重量％未満では下地の色が透けるなどの隠蔽性が不足し、２０重量％超では塗材粘度が高くなって塗付作業性の不良となる。９重量％未満では色調によっては隠蔽性が低下する場合があり、１２重量％超では冬季等の低温度下では塗付作業性が低下する傾向にある。

増粘剤は、鏝塗り作業性や保水性の向上を目的として配合し、水溶性セルロースエーテル、ウレタン変性ポリオール、ポリカルボン酸等が使用できるが、水溶性セルロースエーテルが取り扱い性の点で適している。水溶性セルロースエーテルとしてはｈｉメトローズ９０ＳＨ１５０００（信越化学株式会社製、商品名）がある。増粘材の重量配合部数は塗材全体に対して０．５〜５重量％、好ましくは１〜３重量％であり、０．５％未満では塗材が増粘しないため立ち面への施工時に塗材のダレがおき、所定の意匠性が得られない。５重量％超では塗材粘度が上昇し塗付作業性が不良となり、また塗膜の耐水性が低下する。１重量％未満では温度が高い夏季等において垂直面への施工の際に塗材のダレが生じやすくなる傾向にあり、３重量％超では、塗付作業性が低下する傾向にある。

成膜助剤には、エマルジョンのポリマー粒子の融着を促進し、ポリマーによる均一な皮膜を形成させることを目的で配合し、エチレングリコールジエチルエーテル、ベンジルアルコール、ブチルセロソルブ、エステルアルコールが使用される。成膜助剤の重量配合部数は、アクリル樹脂エマルションの固形分に対して１０〜４０重量％であり、より好ましくは１５〜３０重量％である。１０重量％未満では成膜せず、塗膜のひび割れが発生し、４０重量％超では塗膜強度が低下し、耐水性低下によりフクレが発生し、また塗材の貯蔵安定性が低下する。１５重量％未満では低温ひび割れ性が低下する傾向にあり、３０重量％超では耐フクレ性が低下する傾向にある。

上記の配合成分の他に、塗材中の巻き込み等による泡を消失させるために消泡剤や、充填材や顔料等を均一に分散させるための分散剤が配合されることがある。

本発明の水系塗材組成物は骨材を含んでいるが、施工にあたっては、パターンローラー、金鏝、吹き付けガン等を使用して、目的としている意匠となるように適切に施工器具を選択し、その意匠に適した塗付量で仕上げる。配合された水系塗材組成物の適正粘度としては、３００〜７００Ｐａ・ｓが好ましく、このような粘度とするには、適当量の水を加えることで調整することが出来る。

以下、実施例及び比較例にて具体的に説明する。

（試料の調製）
表１の組成に従って、実施例１、実施例２、及び比較例１、比較例２の水系塗材組成物を調製した。表１において、アクリル樹脂エマルションＡはＡ２６−１１(固形分４８％、Ｔｇ２７℃、ＭＭＡ５０％以上、ガンツ化成株式会社製、商品名)、アクリル樹脂エマルションＢをＡ７５４（固形分４８％、Ｔｇ１４℃、ＭＭＡ５０重量％以上、ＢＡＳＦジャパン株式会社製、商品名）アクリル樹脂エマルションＣをＹＪ１０７０Ｄａｑ（固形分４６．５％、Ｔｇ４１℃、ＭＭＡ４０重量％以上、ＢＡＳＦジャパン株式会社製、商品名）、アクリル樹脂エマルションＤをＡ２５(固形分４８％、Ｔｇ４８℃、ＭＭＡ６０%以上、ガンツ化成株式会社製、商品名)とし、成膜助剤としてテキサノールＣＳ−１２（チッソ株式会社製、商品名）、骨材には東北硅砂７号を、トリアルコキシシランにはサイラエースＳ−７１０（３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、チッソ株式会社製、商品名）を、顔料には酸化チタンＲ−８２０（石原産業株式会社製、商品名）を、充填材は炭酸カルシウムホワイトンＳＢ（比重０．８５、平均粒径２μｍ、白石カルシウム株式会社製、商品名）を、増粘剤は水溶性セルロースエーテルｈiメトローズ９０ＳＨ−１５０００を使用した。この他には消泡剤及び分散剤を添加したが、これらは水系塗材用の市販品より適宜選択されるものを使用することが出来る。成膜助剤のみ各樹脂の必要量添加し、他の原料は均一量混合分散させ水系塗材組成物とした。

評価方法

１）耐汚染性
下地としてＪＩＳＡ５４３０規定のフレキシブルボード（８０×２６５ｍｍ厚さ４ｍｍ）を使用し、シーラーとして溶剤型塩化ゴム系下塗り材（ＪＳ−４１０、アイカ工業株式会社製、商品名）を０．２ｋｇ／ｍ^２塗布して、４時間以上乾燥させた後、表１記載の水系塗材組成物を塗付量０．９ｋｇ／ｍ^２にて金鏝を使用して塗付し、温度２３℃湿度５０％ＲＨで１２時間養生した。その後同一の水系塗材組成物を塗付量２．０ｋｇ／ｍ^２で金鏝を使用して塗付し、同様に温度２３℃湿度５０％ＲＨで１４日間養生して試験体とした。試験体は２体づつ作製し、そのうちの一体を水平面に対して７０度の角度で縦長状に設置した。当該試験体の塗膜面の上部から高さ３００ｍｍの位置には、水平面に対して１０度の角度で設置された波板（波の幅３２ｍｍ、長さ５００ｍｍ）の下端部を配設させ、波板の波底部を流下してくる雨水が、試験体の塗膜上部に落下し、当該雨水が試験体の塗膜下部に自重で流下するようにした。この条件で２ヶ月間屋外に暴露し、雨水によって汚れた塗膜部分と、暴露していないもう一体の試験体塗膜との色差を色彩色差計（ＣＭ−２６００ｄ、コニカミノルタセンシング株式会社製）にて測定し、当該色差を耐汚染性（ΔＥ）とした。ΔＥが３．０未満を○、ΔＥが３．０以上を×とした。

２）耐候性
下地としてＪＩＳＡ５４３０規定のフレキシブルボード（７０×７０ｍｍ厚さ８ｍｍ）を使用し、シーラーとして溶剤塩化ゴム系下塗り材（ＪＳ−４１０、アイカ工業株式会社製、商品名）を０．２ｋｇ／ｍ^２塗布して、４時間以上乾燥させた後、表１記載の水系塗材組成物を塗付量０．９ｋｇ／ｍ^２にて金鏝を使用して塗付し、温度２３℃湿度５０％ＲＨで１２時間養生した。その後同一の水系塗材組成物を塗付量２．０ｋｇ／ｍ^２で金鏝を使用して塗付し、同様に２３℃湿度５０％ＲＨで１４日間養生して試験体とした。試験体は２体づつ作製し、このうち１体をＵＶテスター（アイスーパーＵＶテスターＳＵＶ−Ｗ１５１、岩崎電気株式会社製）にてＵＶ照射を行った。ＵＶ照射条件は、温度６３℃、湿度５０％ＲＨで２４時間ＵＶ照射し、その後温度７０℃、湿度９０％ＲＨで２４時間ＵＶ照射することを１サイクルとし、トータルで２００時間ＵＶ照射した。ＵＶ照射後の塗膜ともう一体の未照射塗膜の色差を色彩色差計（ＣＭ−２６００ｄ、コニカミノルタセンシング株式会社製）にて測定し、当該色差を耐候性（ΔＥ）とした。ΔＥが０．５未満を○、ΔＥが０．５以上を×とした。

３）耐フクレ性
ＪＩＳＡ６９０９に準拠した方法で試験体を作製した。先ず７０×７０×２０ｍｍモルタルピースにシーラーとして水系アクリル下塗り材（ＪＳ−５００、アイカ工業株式会社製、商品名）を０．２ｋｇ／ｍ^２塗布して、４時間以上乾燥させた後、表１記載の水系塗材組成物を塗付量０．９ｋｇ／ｍ^２にて金鏝を使用して塗付し、温度２３℃湿度５０％ＲＨで１２時間養生した。その後同一の水系塗材組成物を塗付量２．０ｋｇ／ｍ^２で金鏝を使用して塗付し、同様に温度２３℃湿度５０％ＲＨで１４日間養生して試験体とした。当該試験体を、温度２３℃１８ｈ水浸漬→−２０℃３ｈ→５０℃３ｈの温冷繰り返し試験を１０サイクル行い、塗材表面のフクレの有無を目視にて確認した。フクレが発生した場合は×、フクレの発生がない場合は○とした。

４）皮張り速度
下地としてＪＩＳＡ５４３０規定のフレキシブルボード（１５０×７０ｍｍ、厚さ８ｍｍ）に、シーラーとして溶剤塩化ゴム系下塗り材（ＪＳ−４１０、アイカ工業株式会社製、商品名）を０．２ｋｇ／ｍ^２塗布して、４時間以上乾燥させた後、試験体の両端に2mm厚のバックアップ材を貼り付け、表１記載の水系塗材組成物を塗付量２．０ｋｇ／ｍ^２にて金鏝を使用して塗付し、５分おきに表面をへらでなぞり表面の皮張りを評価した。温度２３℃湿度５０％ＲＨにおいて１５分以下で皮張りしたものは×、２０分以上のものは○とした。

５）低温ひび割れ性（成膜性）
１５０×１５０ｍｍ厚さ２ｍｍのガラス板の周縁に厚さ２ｍｍ×幅７ｍｍのスペーサーを貼り付け、その内側の表１の水系塗材組成物を均一な厚みになるようにヘラで塗付し、直ちに５℃の恒温槽内に水平に載置した。４８時間経過後、恒温槽から取り出し目視にて、塗膜表面にクラックが生じているものを×とし、クラックが無いものを○とした。

評価結果
評価結果を表１に記載する。

Claims

メチルメタアクリレートモノマーを５０重量％以上含む不飽和基含有重合性単量体により合成され且つガラス転移温度が１０℃以上３０℃未満であるアクリル樹脂エマルションと、表面に水酸基を有する骨材、ビニル基を有するトリアルコキシシラン、顔料、充填材、増粘剤、成膜助剤とから成り、前記骨材が塗材全体に対して３０〜６０重量％配合され、前記ビニル基を有するトリアルコキシシランが塗材全体に対して０．２〜２．０重量％配合され、前記成膜助剤がアクリル樹脂エマルションの固形分に対して１５〜３０重量％配合されて成ることを特徴とする建築物の外壁に意匠性を付与する一液型水系塗材組成物。
骨材が硅砂であることを特徴とする請求項１に記載の建築物の外壁に意匠性を付与する一液型水系塗材組成物。