JP6082510B2

JP6082510B2 - ナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法

Info

Publication number: JP6082510B2
Application number: JP2012180338A
Authority: JP
Inventors: 賢史米田
Original assignee: 株式会社アマケンテック
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2032-08-16
Also published as: JP2014037483A

Description

本発明は、水性多色塗料に関し、特にナノオーダー分散型水性多色蓄光塗料、ナノオーダー分散型水性多色蛍光塗料、ナノオーダー分散型水性多色再帰反射塗料、ナノオーダー分散型水性多色蓄光再帰反射塗料、ナノオーダー分散型水性多色蛍光再帰反射塗料、ナノオーダー分散型水性多色蓄光蛍光再帰反射塗料、これらナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法及びこれらナノオーダー分散型水性多色塗料の製造に用いる減圧撹拌分散装置に関するものである。

塗料の用途は多岐に亘っており、そこで要求される特性も様々である。その中で、蓄光、蛍光、再帰反射及びこれらを組み合わせた塗料は各種のサインボード、道路標示、車両や船舶用途をはじめ、照明器具、布帛、建材など、様々に活用されている。

これら多岐に亘る用途の中で、近年の環境意識の高揚、エコロジー対応の要求から、水性塗料化が望まれていた。しかし、蓄光塗料においては、特に顔料の分離沈降によるポットライフの問題及び塗膜強度の問題から、実用的な水性蓄光、水性蛍光、水性再帰反射及びこれらを組み合わせた水性塗料は存在しなかった。

また、蓄光塗料においては、蛍光発光時の呈色と昼光における呈色が異なることが通常であって、蓄光及び蛍光発光時の呈色においても昼光における呈色と同等或いは近似した多色を実現する多色塗料は存在しなかった。

特開２００８−０３８００２号公報特開２００８−０１３８９５号公報特開２００７−０８５１５２号公報特開２００６−３３５９４９号公報特開２００２−２３３８１４号公報特開平１１−１４０３５１号公報

解決しようとする課題は、水性であってポットライフが長く、且つ実用的な塗膜形成条件でもって成膜出来、耐久性及び耐光性に於いても実用的な塗膜が得られ、蛍光発光時の呈色においても昼光における呈色と同等或いは近似した多色を実現する多色蓄光塗料を実現することである。

これらの課題を解決するため、筆者らは、塗料の調整工程を鋭意検討し、ベースの水性エマルジョンを調製後減圧脱気を行いながら撹拌分散を行うことにより、水性であっても顔料の分離沈降が抑制されてポットライフが長く、成膜特性に優れ、硬度の高い塗膜を得られ、さらに蓄光及び／又は蛍光発光時の呈色においても昼光における呈色と同等或いは近似した多色を実現するナノオーダー分散型水性多色蓄光塗料、ナノオーダー分散型水性多色蛍光塗料、ナノオーダー分散型水性多色再帰反射塗料、ナノオーダー分散型水性多色蓄光再帰反射塗料、ナノオーダー分散型水性多色蛍光再帰反射塗料、ナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法及びナノオーダー分散型水性多色塗料の製造に用いる減圧撹拌分散装置を見出し、本発明を完成したのである。

本発明のナノオーダー分散型水性多色蓄光塗料、ナノオーダー分散型水性多色蛍光塗料、ナノオーダー分散型水性多色再帰反射塗料、ナノオーダー分散型水性多色蓄光再帰反射塗料、ナノオーダー分散型水性多色蛍光再帰反射塗料、ナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法及びナノオーダー分散型水性多色塗料の製造に用いる減圧撹拌分散装置は、水性であってポットライフが長く、且つ実用的な塗膜形成条件でもって成膜出来、耐久性及び耐光性に於いても実用的な塗膜が得られ、蛍光発光時の呈色においても昼光における呈色と同等或いは近似した多色を実現する多色塗料を実現するという利点があり、もって多岐に亘る用途に活用出来、我が国産業の発展に資するものである。

図１は本発明に係るナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法の工程のフローチャートである。図２は本発明に係るナノオーダー分散型水性多色塗料の製造に用いる減圧撹拌分散装置の概念図である。

本発明は、ナノオーダー分散型水性多色塗料及びナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法において、減圧脱気を行いながら撹拌分散を行うことにより、水性であっても顔料の分離沈降が抑制されてポットライフが長く、成膜特性に優れ、塗膜の強度が高く、さらに蛍光発光時の呈色においても昼光における呈色と同等或いは近似した多色を実現するナノオーダー分散型水性多色塗料、ナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法及びナノオーダー分散型水性多色塗料の製造に用いる減圧撹拌分散装置である。なお、本件特許明細書内で用いる「塗料」には、一般的な塗用のみでなく、所謂インクのように印刷等に用いる濃度のものも含まれる。

本発明に係るナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法に於いては、合成樹脂エマルジョンおよび／または水溶性樹脂と、少なくともストロンチウム、カルシウム、バリウムの何れかとアルミニウムと酸素を含んでなる蓄光性及び／又は蛍光性顔料と、水を含む塗料組成物を、減圧脱気を行いながら撹拌分散を行うことによりナノオーダーの分散を行うことを特徴とする。なお、前記塗料組成物は、さらに増粘剤、分散剤、湿潤剤、消泡剤、抑泡剤、成膜助剤、凍結防止剤、凍結安定剤、防腐剤、沈降防止剤、付着防止剤、乾燥調製剤、或いは熱変換剤・断熱材・遮熱剤などの温度抑制剤、からなる群より選ばれた１種または２種以上の補助剤を含んでもよい。

さらに本発明に係るナノオーダー分散型水性多色塗料は、再帰反射材を含むことが好ましい。また、蓄光或いは蛍光顔料とともに通常の発色を呈する顔料を含んでもよい。また、前記各顔料は、それぞれシリカ等によりコーティングされたものであってもよい。

本発明に係るナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法に於いては、水性エマルジョン塗料組成物を、減圧脱気を行いながら撹拌分散を行うことによりナノオーダーの分散を行う。
図１は、本発明に係るナノオーダー分散型水性多色蓄光塗料の製造方法の工程のフローチャートである。まず、合成樹脂エマルジョンおよび／または水溶性樹脂と、少なくともストロンチウム、カルシウム、バリウムの何れかとアルミニウムと酸素を含んでなる蓄光性顔料或いは蛍光性顔料と、水を含む塗料組成物を、合成樹脂エマルジョンおよび／または水溶性樹脂を１００重量部、蓄光性顔料或いは蛍光性顔料を５重量部乃至５０重量部、水を５０重量部乃至２００重量部の範囲で混合して塗料組成物原料を調製する。ここで、塗料組成物原料にはさらに増粘剤、分散剤、湿潤剤、消泡剤、抑泡剤、成膜助剤、凍結防止剤、凍結安定剤、防腐剤、沈降防止剤、付着防止剤、乾燥調製剤、或いは熱変換剤・断熱材・遮熱剤などの温度抑制剤、からなる群より選ばれた１種または２種以上の補助剤を含んでもよい。さらに本発明に係るナノオーダー分散型水性多色塗料は、再帰反射材を含むことが好ましい。また、蓄光或いは蛍光顔料とともに通常の発色を呈する顔料を含んでもよい。また、前記各顔料は、それぞれシリカ等によりコーティングされたものであってもよい。

図２は、本発明に係るナノオーダー分散型水性多色塗料の製造に用いる減圧撹拌分散装置の概念図である。本発明に係るナノオーダー分散型水性多色塗料の製造に用いる減圧撹拌分散装置は、フランジを有して容器部と蓋部が開閉出来るようになっており、前記塗料組成物原料を容器部に投入後フランジを密着させて容器部と蓋部を締め付け、容器体内を減圧出来るようになっている。

前記塗料組成物原料を容器部に投入後してフランジの締め付けを行った後、真空ポンプを作動させて容器体内を減圧し、またプロペラを回転させて撹拌分散を行う。なお、本発明に係るナノオーダー分散型水性多色蓄光塗料の製造方法に於いては、撹拌分散工程中の容器体内の圧力は１Ｐａ乃至５００００Ｐａに調整することが望ましい。容器体内の圧力は１Ｐａ乃至５０００Ｐａに調整することがさらに望ましく、１Ｐａ乃至５００Ｐａに調整することがより望ましい。容器体内に設置されたプロペラを回転させて撹拌分散を行う工程と減圧工程は交互に繰り返して行うか、或いは同時に行われる。

容器体内に設置されたプロペラは、エマルジョン粒子を切断分散させる形状であることが撹拌分散に有効である。また、撹拌分散工程中のプロペラの回転数は２００ｒｐｍ乃至５０００ｒｐｍの範囲に維持することが望ましい。減圧及び／又は撹拌分散工程は、トータルで５分以上２４時間以下の範囲で行うことが望ましい。減圧及び／又は撹拌分散工程は、トータルで３０分以上１２時間以下の範囲で行うことがさらに望ましく、１時間以上６時間以下の範囲で行うことがより望ましく、２時間以上４時間以下の範囲で行うことがより望ましい。

特に好ましいナノ化工程は、減圧工程と撹拌分散工程を交互に繰り返すことである。もちろん、撹拌分散工程中にも圧力を調整した上で減圧を行うことも有効である。この場合、特に低速回転での減圧撹拌分散、高速回転での減圧撹拌分散、の順に工程を繰り返すことがさらに有効である。前記の交互に低速及び高速回転での減圧撹拌分散を行う場合は、低速回転での減圧撹拌分散を１分以上３０分以内、高速回転での減圧撹拌分散を５分以上３時間以内の工程を１セットとして繰り返すことがさらに望ましい。

前記の減圧下での撹拌分散工程を経た本発明に係るナノオーダー分散型水性多色塗料は、水性であってポットライフが長く、且つ実用的な塗膜形成条件でもって成膜出来、耐久性及び耐光性に於いても実用的な塗膜が得られ、蛍光発光時の呈色においても昼光における呈色と同等或いは近似した多色を実現する多色蓄光、多色蛍光、及び多色再帰反射性塗料を実現するものであった。

以下、本発明に係るナノオーダー分散型水性多色蓄光塗料、ナノオーダー分散型水性多色蛍光塗料、ナノオーダー分散型水性多色再帰反射塗料、ナノオーダー分散型水性多色蓄光再帰反射塗料、ナノオーダー分散型水性多色蛍光再帰反射塗料、ナノオーダー分散型水性多色蓄光蛍光再帰反射塗料、これらナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法及びこれらナノオーダー分散型水性多色塗料の製造に用いる減圧撹拌分散装置を、実施例に基づいて詳細に説明する。

本実施例に於いては、ナノオーダー分散型水性多色蓄光塗料の製造を行った。ここでは、本発明に係るナノオーダー分散型水性多色蓄光塗料の製造方法の例について説明し、同時にナノオーダー分散型水性多色塗料の製造に用いる減圧撹拌分散装置についても説明する。

本実施例に於いては、ナノオーダー分散型水性多色蓄光塗料の原料エマルジョンとして、アクリル酸エステル共重合体水性エマルジョンを水に分散させて用いた。なお、本発明に用いられる原料エマルジョンとしては、本実施例に係る材料に限定されるものではなく、各種の合成樹脂エマルジョンおよび／または水溶性樹脂を好適に用いることが出来る。

本実施例に於いては、上記アクリル酸エステル共重合体水性エマルジョン１００重量部に水１１０重量部を加え、さらに消泡剤２．５重量部、湿潤剤及び抑泡剤各０．４重量部、乾燥調製剤２．５重量部を加えて撹拌を行った。ここで、添加剤としては求められる塗料の特性により、塗料組成物原料にはさらに増粘剤、分散剤、湿潤剤、消泡剤、抑泡剤、成膜助剤、凍結防止剤、凍結安定剤、防腐剤、沈降防止剤、付着防止剤、乾燥調製剤、或いは熱変換剤・断熱材・遮熱剤などの温度抑制剤、からなる群より選ばれた１種または２種以上の補助剤を含んでもよい。

かかる水性エマルジョンに、さらに蓄光顔料と光拡散剤を加えて撹拌し、水性蓄光塗料原料を得て、これをさらに減圧撹拌分散工程によりナノ化を行って、ナノオーダー分散型水性多色蓄光塗料を得た。本実施例においては、前記水性エマルジョン１００重量部に対してストロンチウム・アルミニウム・オキサイドを主成分とする蓄光顔料を２５重量部、光拡散剤を５重量部加えて撹拌することにより、ナノオーダー分散型水性多色蓄光塗料を得たが、本発明はこれら材料及びこれらの配合比に限定されるものではない。

本発明に用いる蓄光顔料としては少なくともストロンチウム、カルシウム、バリウムの何れかとアルミニウムと酸素を含んでなる任意の材料を用いることが出来る。また、配合比も水性エマルジョンに対して任意に設定することが出来る。さらに、光拡散剤及びその配合比も任意に設定することが出来る他、光拡散剤を添加しなくても良い。

前記の混合組成物を十分に撹拌混合した後、水性エマルジョン塗料組成物をナノオーダー分散型水性多色塗料の製造に用いる減圧撹拌分散装置に投入して、減圧撹拌分散を行うことにより、本発明に係るナノオーダー分散型水性多色蓄光塗料が得られた。

本発明に係るナノオーダー分散型水性多色蓄光塗料の製造に用いる減圧撹拌分散装置の概念図が、図２に示される。本発明に係るナノオーダー分散型水性多色蓄光塗料の製造に用いる減圧撹拌分散装置は、フランジを有して容器部と蓋部が開閉出来るようになっており、前記塗料組成物原料を容器部に投入後フランジを密着させて容器部と蓋部を締め付け、容器体内を減圧出来るようになっている。

前記塗料組成物原料を容器部に投入後してフランジの締め付けを行った後、真空ポンプを作動させて容器体内を減圧し、またプロペラを回転させて撹拌分散を行った。なお、本発明に係るナノオーダー分散型水性多色蓄光塗料の製造方法に於いては、撹拌分散工程中の容器体内の圧力は１Ｐａ乃至５００００Ｐａに調整することが望ましい。容器体内の圧力は１Ｐａ乃至５０００Ｐａに調整することがさらに望ましく、１Ｐａ乃至５００Ｐａに調整することがより望ましい。本実施例においては、工程中でエマルジョン中に残留する空気の量により容器体内の圧力は変動するが、適宜容器体内のエマルジョンの発泡の程度を観察して、バルブにより減圧度を調整した。

容器体内に設置されたプロペラを回転させて撹拌分散を行う工程と減圧工程は交互に繰り返して行うか、或いは同時に行われる。特に好ましいナノ化工程は、減圧工程と撹拌分散工程を交互に繰り返すことである。本実施例においては、まずフランジを密封後、プロペラを１０００ｒｐｍ以下で低速回転させながら１０分間の減圧を行い、その後プロペラの回転速度を１５００ｒｐｍ以上に上げて３０分間の減圧撹拌分散を行った。その後、再度低速回転で１０分間の減圧を行い、さらに高速回転で１時間の減圧撹拌分散を行った。最後に、低速回転で１０分間の減圧撹拌分散を行い、ナノオーダー分散型水性多色蓄光塗料を得た。

実施例１で用いた蓄光塗料を蛍光塗料に変更することにより、同様の装置を用い、同様の工程でもって、ナノオーダー分散型水性多色蛍光塗料が得られた。さらに、これらに再帰反射剤を添加分散することにより、ナノオーダー分散型水性多色再帰反射塗料、ナノオーダー分散型水性多色蓄光再帰反射塗料、ナノオーダー分散型水性多色蛍光再帰反射塗料を得ることが出来た。

ここで、本発明に係るナノオーダー分散型水性多色塗料は、水性であるが、前記の条件で撹拌分散することによりエマルジョン径を１０μm以下としたことにより、沈降速度が小さく、ポットライフが長い蓄光塗料であった。さらに、エマルジョン径を５μm以下にすることが望ましく、エマルジョン径を１μm以下にすることがさらに望ましく、エマルジョン径を0.5μm以下にすることがさらに望ましい。

一般の蓄光塗料等、特に水性の蓄光塗料等に於いては、顔料を含むエマルジョンの径が大きいため沈降し易く、数日から数週間の保管において沈殿を生じて成膜性が悪化する。しかし、本発明に係るナノオーダー分散型水性多色塗料は水性であるにも関わらず顔料を含むエマルジョンの径が非常に小さいナノオーダーまで分散されているため、沈降速度が遅く、１年以上の保管期間を経ても十分に成膜性の良い塗料であった。

また、本発明に係るナノオーダー分散型水性多色塗料は水性であるため環境負荷が低く、非常にエコロジカルな蓄光塗料として多様な用途に用いることが出来る。

さらに、本発明に係るナノオーダー分散型水性多色塗料は、ナノオーダーの分散を行っているため、蓄光／蛍光発光時の呈色に於いても昼光における呈色と同等或いは近似した呈色を生じる。一般の多色蓄光塗料では、昼光においては多色を呈するものの蛍光発光時は蓄光塗料の発光色（一般には黄緑色等）になってしまうため、例えば道路標示や標識等の用途では夜間の外観に問題があったが、本発明に於いてはかかる点が改良され、視認性及び表示性が格段に向上する。また、これらに再帰反射材を添加することにより、さらに視認性の高い塗膜の得られる塗料が実現された。

また、本発明に係るナノオーダー分散型水性多色塗料は、ナノオーダーの分散を行っているため、成膜性が良好で、塗布、スプレー等様々な成膜方法に於いて良好な塗膜を得ることが出来る。また、塗膜の付着強度、塗膜自身の強度、耐候性、耐光性等の特性も良好であった。さらに、重ね塗りにより厚膜を得ることも容易で、様々な用途に対応可能な特性を有している。

本発明は、ナノオーダー分散型水性多色塗料及びナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法において、減圧脱気を行いながら撹拌分散を行うことにより、完全水性であっても顔料の沈降が抑制されてポットライフが長く、成膜特性に優れ、さらに蓄光／蛍光発光時の呈色においても昼光における呈色と同等或いは近似した多色を実現するナノオーダー分散型水性多色塗料、ナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法及びナノオーダー分散型水性多色塗料の製造に用いる減圧撹拌分散装置を実現し、水性であってポットライフが長く、且つ実用的な塗膜形成条件でもって成膜出来、耐久性及び耐光性に於いても実用的な塗膜が得られ、蓄光／蛍光発光時の呈色においても昼光における呈色と同等或いは近似した多色を実現する多色塗料を実現し、もって多岐に亘る用途に活用出来、我が国産業の発展に資するものである。

１容器体部
２撹拌分散用プロペラ
３高速回転軸
４低速回転軸
５真空ポンプ
６操作盤

Claims

水性多色塗料の製造方法に於いて、
合成樹脂エマルジョンおよび／または水溶性樹脂と、少なくともストロンチウム、カルシウム、バリウムの何れかとアルミニウムと酸素を含んでなる蓄光性或いは蛍光性顔料及び水を含む塗料組成物を配合する工程と、
該塗料組成物を撹拌釜に投入し、撹拌して水性エマルジョンを得る混合工程と、
該水性エマルジョンを容器体中で減圧し、プロペラを用いて撹拌する撹拌分散工程であって、該撹拌分散工程中のプロペラの回転数は２００ｒｐｍ乃至５０００ｒｐｍの範囲で行われ、且つ、該減圧脱気の圧力が１Ｐａ乃至５００００Ｐａの条件下で減圧脱気を行いながら撹拌分散を行うことによりナノオーダーの分散を行う減圧撹拌分散工程と、
を経ることにより、
エマルジョン径を１０μm以下に調製したことを特徴とする、
ナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法。
該塗料組成物原料として、
合成樹脂エマルジョンおよび／または水溶性樹脂を１００重量部、蓄光性顔料或いは蛍光性顔料を５重量部乃至５０重量部、水を５０重量部乃至２００重量部の範囲で混合した塗料組成物原料エマルジョンを用いることを特徴とする、
請求項１記載のナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法。
該水性多色塗料の製造方法に於いて、
該塗料組成物は再帰反射材を含むことを特徴とする、
請求項１又は２記載のナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法。
該エマルジョン径を５μm以下に調製したことを特徴とする、
請求項１乃至３の何れか一に記載のナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法。
該エマルジョン径を１μm以下に調製したことを特徴とする、
請求項４記載のナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法。
該エマルジョン径を０．５μm以下に調製したことを特徴とする、
請求項５記載のナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法。
該減圧脱気の圧力が１Ｐａ乃至５００００Ｐａであることを特徴とする、
請求項１乃至３の何れか一に記載のナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法。
該減圧脱気の圧力が１Ｐａ乃至５０００Ｐａであることを特徴とする、
請求項７記載のナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法。
該減圧脱気の圧力が１Ｐａ乃至５００Ｐａであることを特徴とする、
請求項８記載のナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法。
該塗料組成物にはさらに増粘剤、分散剤、湿潤剤、消泡剤、抑泡剤、成膜助剤、凍結防止剤、凍結安定剤、防腐剤、沈降防止剤、付着防止剤、乾燥調製剤、或いは熱変換剤・断熱材・遮熱剤などの温度抑制剤、からなる群より選ばれた１種または２種以上の補助剤を含んでなることを特徴とする、
請求項１乃至９の何れか一に記載のナノオーダー分散型水性多色塗料の製造方法。