塗料用粒材と、該粒材を含有する断熱塗料または遮音塗料
【課題】塗料成分に配合する場合に、粒子が壊れ難く、かつ部分的に亀裂などが生じても中空状態の機能を保持することができ、容易に平滑性が得られ、従来品よりも少い添加量で十分な断熱機能および遮音機能を得ることができる塗料用粒材とその塗料を提供する。
【解決手段】塗料に配合されるシリカ質の中空微粒子であって、平均粒径５〜１００μｍであり、内部空間が隔壁によって区切られた複数の独立気泡によって形成されていることを特徴とする塗料用粒材であり、好ましくは、８MPa静水圧浮揚残存率５０％以上であって、吸水率３％以下、ＳｉＯ2含有量６５〜９０質量％、容重０.１６〜０.３５g/cm3であり、断熱用として１〜５０μm、遮音用として１〜２００μmの粒子径を有する塗料用粒材と該粒材を含有する塗料。
【解決手段】塗料に配合されるシリカ質の中空微粒子であって、平均粒径５〜１００μｍであり、内部空間が隔壁によって区切られた複数の独立気泡によって形成されていることを特徴とする塗料用粒材であり、好ましくは、８MPa静水圧浮揚残存率５０％以上であって、吸水率３％以下、ＳｉＯ2含有量６５〜９０質量％、容重０.１６〜０.３５g/cm3であり、断熱用として１〜５０μm、遮音用として１〜２００μmの粒子径を有する塗料用粒材と該粒材を含有する塗料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリカ質の中空微粒子からなる塗料用粒材に関し、特に断熱性および遮音性に優れた塗料用粒材とこの粒材を用いた塗料に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な機能を持たせた塗料が開発され、市販されている。たとえば、省エネルギーの観点から、屋根からの熱を遮断するため、塗料に熱や赤外線を遮断または反射する材料を混合して、断熱性、遮熱性を有する塗料が開発されている。具体的には、塗料中に熱や赤外線を反射する例えば緻密質のシリサイド等の材料（例えば、特許文献１参照）や、酸化チタン、酸化アルミニウム等の緻密質セラミックス粒子（例えば、特許文献２参照）を加えて、その効果を得ている。
【０００３】
このような材料に求められる性質としては、断熱性や遮熱性の機能の他に、塗料としての耐久性、施工性の観点から軽量性や施工面の平滑性が得られやすいものが要求される。軽量性や施工面の平滑性を得るのに有利な添加粒子としては、数μｍから数十μｍの有機樹脂質の中空粒子を混合する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
しかし、有機樹脂は長時間高熱でさらされると、酸化して中空状態が維持できず、性能劣化や変形を生じる。また、金属製粒子は中空構造にしても軽量化や断熱性に限界があり、耐食性に劣るため経年劣化が大きい。
【０００５】
一方、ガラスや結晶質化合物などの非金属無機系中空粒子を用いる場合には、軽量であることに加え、耐熱性、耐久性は良好である（例えば、特許文献４〜５参照）。しかし、非金属無機系中空粒子は弾性が実質的に無く、強度も低いので、粘性の高い塗料に混合したときに、せん断力が負荷して中空粒子が破損することが多い。破壊された粒子は所定の性能を得ることができないため、実際には破損粒発生割合を見込んだより多い中空粒子添加量が必要となる。ところが、中空粒子の添加量は少ないほうが塗料としての塗装性に影響する接着成分等を十分量確保できるので好ましいため、中空微粒子の量が多いものは塗装性の点から不利である。
【０００６】
一方、大きな粒径の中空粒子を使用した場合には、塗料の平滑性が損なわれる不都合がある。また単一気泡からなる中空粒子では粒子外殻が薄いほど熱放射に対するバリア機能は低下し、また空隙内で対流熱が伝搬し易い。そして、粒子外殻が厚いものほど、或いは粒子内空隙容積割合が低いものほど熱伝導が活発になり易いため、塗装性を犠牲にすることなく、断熱や遮熱作用が高い塗料は得難いと云う問題がある。
【０００７】
破損抵抗性が高い高強度の中空粒子を使用した場合には（例えば、特許文献６参照）、概して、高い強度のセラミックス質粒子を製造するには、シリカ、アルミナ、カルシアなどの高融点成分を比較的大量に含有せねばならず、低強度因子であるアルカリ金属化合物などの低融点成分が少なくなるので、加熱発泡し難く、安定して中空化するには製造が困難になり、しかも、一般に容重が大きく、粒子に対する内部の気泡容積割合が小さくなるため、断熱性、遮音性が劣化する傾向がある。
【０００８】
具体的には、シリカ分５０〜６０質量％およびアルミナ分４０〜４５質量％の中空微粒子が知られており、これは軽量で高強度（嵩比重0.35g/cm3、圧縮強度700kg/cm3）であるとされている（例えば、特許文献７）。しかし、上記嵩比重と圧縮強度を有するシリカアルミナ中空微粒子は通常の溶融発泡による製造方法で得ることは甚だ困難であり、一般的ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１３７９５０号公報
【特許文献２】特開平２−１８５５７２号公報
【特許文献３】特開２００１−３４８５３０号公報
【特許文献４】特開平８−１２７７３９号公報
【特許文献５】特開２００８−１６９２５２号公報
【特許文献６】特開２００８―１５５４５９号公報
【特許文献７】特開２００５―３０７１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、従来の中空微粒子における上記問題を解決したものであり、塗料成分に配合する場合に、粒子が壊れ難く、かつ部分的に亀裂などが生じても中空状態の機能を保持することができ、施工の際には容易に平滑性が得られ、また熱に対する耐久性が高い塗装物を形成することができ、しかも従来品よりも少ない添加量で十分な断熱機能および遮音機能を得ることができる塗料用粒材とその塗料を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、以下に示す構成によって上記問題を解決した塗料用粒材と、該粒材を用いた塗料に関する。
〔１〕塗料に配合されるシリカ質の中空微粒子であって、平均粒径５〜１００μｍであり、内部空間が隔壁によって区切られた複数の独立気泡によって形成されていることを特徴とする塗料用粒材。
〔２〕８MPa静水圧浮揚残存率が５０％以上であって、吸水率が３％以下である上記[１]に記載する塗料用粒材。
〔３〕化学成分のＳｉＯ2含有量が６５〜９０質量％である上記[１]または上記[２]に記載の塗料用粒材。
〔４〕容重が０.１６〜０.３５g/cm3である上記[１]〜上記[３]に記載する塗料用粒材。
〔５〕隔壁によって区切られた複数の独立気泡によって形成されている内部空間を有する粒子１００個中６０個以上含む上記[１]〜上記[４]の何れかに記載する塗料用粒材。
〔６〕上記[１]〜上記[５]の何れか記載する塗料用粒材であって、粒子径１〜５０μｍの塗料用粒材からなる断熱塗料用粒材。
〔７〕上記[１]〜上記[５]の何れか記載する塗料用粒材であって、粒子径１〜２５０μｍの塗料用粒材からなる遮音塗料用粒材。
〔８〕上記[６]に記載する断熱塗料用粒材を含有してなる断熱用塗料。
〔９〕上記[７]に記載する遮音塗料用粒材を含有してなる遮音用塗料。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の塗料用粒材（中空微粒子）は、粒子の内部空間に隔壁を有するので、隔壁のない単一空間からなる中空粒子に比較して粒子の強度が大きい。このため粘度の高い塗料に中空の塗料用粒材を混合して攪拌する際に、強度の低い粒材は攪拌によるせん断によって破壊され易いが、本発明の塗料用粒材は強度が大きいので破壊され難く、中空状態が維持したまま均一に混合することができる。
【００１３】
また、本発明の塗料用粒材は、隔壁によって区切られた独立気泡からなる複数の内部空間を有するので、粒材に局部的な亀裂や破損が生じても、残りの内部空間によって中空状態が維持されるので、断熱性および遮音性に優れた塗膜を形成することができる。具体的には、気泡径の小さい多数の独立した内部空間と多くの隔壁で形成されているので、内部空間の熱移動が小さくなり（熱伝導は内部が緻密な粒材よりも少なく、熱放射は単一中空粒より少なく、熱対流は殆ど起こらない）、断熱性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
本発明の塗料用粒材は、塗料に配合されるシリカ質の中空微粒子であって、平均粒径５〜１００μｍであり、内部空間が隔壁によって区切られた複数の独立気泡によって形成されていることを特徴とする塗料用粒材である。
【００１５】
本発明の塗料用粒材は、内部空間が隔壁によって区切られた複数の独立気泡によって形成された中空粒微粒子である。好ましくは、８MPa静水圧浮揚残存率が５０％以上であって、吸水率が３％以下の中空微粒子である。
【００１６】
本発明の中空微粒子は、粒子の内部空間が隔壁によって隔てられた互いに連通しない独立気泡によって形成されているので、部分的に亀裂が生じても水が浸透する範囲が限られ、また上記独立気泡は粒子表面に開口しない密閉気泡であるので、加圧下の静水圧浮揚残存率が高い。静水圧浮揚残存率とは、加圧していない常圧下における水中浮揚率（浮水率）Ｗ１に対する静水圧で加圧した粒子の加圧後の常圧下における水中浮揚率Ｗ２の比率〔浮揚残存率＝Ｗ２/Ｗ１×１００（％）〕である。
【００１７】
本発明の中空微粒子は、具体的には、例えば８MPa静水圧下での浮揚残存率が５０％以上であり、好ましくは６０％以上、より好ましくは７０％以上である。浮揚残存率が５０％を下回るものは粒子強度が低く、かつ粒子の内部空間が独立気泡によって形成されている割合が少ない。
【００１８】
また、本発明の中空微粒子は、好ましくは上記独立気泡が粒子表面に開口しない密閉気泡であるので、吸水率が格段に小さい。具体的には、例えば、常圧下での吸水率が３％以下であり、好ましくは１.５％以下である。
【００１９】
本発明の中空微粒子について、粒子の内部空間が密閉された独立気泡によって形成されているとは、例えば、８MPa静水圧下での浮揚残存率が５０％以上であることを云い、好ましくはさらに吸水率３％以下であることを云う。
【００２０】
本発明の中空微粒子は、粒子内部の空間が表面に開口のない独立気泡によって形成されているので吸水率が低く、かつ大きな内部空間を有するので軽量であり、水中での浮揚率が高い。また、強度が大きいので加圧下でも亀裂が生じ難く、部分的に亀裂が生じても内部空間が隔壁によって区切られているので水が浸透する範囲が限られ、加圧水下での浮揚残存率が格段に高い。
【００２１】
本発明の中空微粒子は内部空間の隔壁は２個以上あることが好ましい。複数の隔壁を有することによって、粒子の強度がさらに向上する。具体的には、例えば、圧縮強度１５MPa以上である。従って、この中空微粒子からなる本発明の塗料用粒材は、塗料と混合する際、特に生産規模で機械的に混合する場合でも、強度が大きいので壊れ難く、中空構造が維持されるので、高い断熱性能および遮音性能を有することができる。なお、強度が小さい粒材は塗料と混合する際に壊れやすく、中空構造を維持できないので、十分な断熱性、遮音性を得るには粒材の使用量を多くしなければならず、また壊れた粒子やその破片は、塗膜の性能を低下させる。
【００２２】
本発明の塗料用粒材において、内部空間に隔壁を有するものの割合は、１００個中６０個以上（約６０％以上）が好ましく、約７０％以上がより好ましい。内部空間に隔壁を有する粒子数がこれより少ないと、粒子の強度が低いので塗料に混合したときに破損する割合が多くなり適当ではない。
【００２３】
本発明の塗料用粒材はシリカ質微粒子であり、シリカ（SiO2）を主成分とする無機系材料から製造することができる。具体的には、シラス、真珠岩、黒曜石、松脂岩などのシリカ含有量７０〜９０％の天然ガラス質岩石を平均粒径１００μｍ以下の微粒子に粉砕し、該岩石微粒子を９００℃〜１５００℃に加熱して発泡させて中空微粒子にし、この中空微粒子から内部空間が隔壁によって区切られたものを選択することによって製造することができる。また、本発明の塗料用粒材は、上記天然ガラス質岩石に限らず、例えば、岩石粉末に発泡原料を混合して造粒し、加熱発泡させることによって製造することができる。
【００２４】
本発明の塗料用粒材に用いるシリカ質の中空微粒子は、化学成分としてのＳｉＯ2含有量（シリカ含有量）が６５〜９０質量％のものが好ましく、７０〜８０質量％のものがより好ましい。シリカ含有量が６５質量％未満であると高強度で発泡し難く、ガラス質の中空構造体が得難くなる。さらに不純物が多く含有されやすくなるため、均一な発泡もできなるので好ましくない。一方、シリカ含有量が９０質量％を超えると融点が高くなるため発泡温度が高くなり、もしくは高温でも発泡しなくなるため、適当ではない。
【００２５】
本発明の塗料用粒材は、以上のように、内部空間が隔壁によって区切られた複数の独立気泡によって形成されている内部に大きな空間を有するシリカガラス質の粒子であるので、光学顕微鏡によって内部空間や隔壁構造を確認することができる。
【００２６】
本発明の塗料用粒材は、隔壁によって区切られた複数の内部空間を有するので、塗料に混合する際に、せん断によって表面の一部が破壊されても、残りの内部空間によって中空構造が維持されるので、断熱性および遮音性を保つことができる。
【００２７】
一方、従来のように、開口気孔からなる多孔質粒子でなく閉口気孔の粒子であっても内部空間が連続気泡によって形成されている粒子からなる塗料用粒材では、部分的に亀裂が生じると、粒子内部の空間全体に液体が浸透して充満し、中空状態を維持できなくなり、十分な断熱性および遮音性が得られなくなる。
【００２８】
本発明の塗料用粒材の粒子径は平均粒径５〜１００μｍが適当であり、５〜７０μｍが好ましい。平均粒径が１００μｍより大きいと、塗料を塗布するとき表面の平滑性が損なわれるので好ましくない。また、平均粒径が５μｍより小さいと、粒子どうしの凝集が起こりやすく、均一に分散し難くなる。
【００２９】
本発明の粒材（中空微粒子）を断熱用として使用する場合には、平均粒径が５〜１００μｍの範囲であって、粒子径が１〜５０μｍのものが好ましい。後述の実施例１に示すように、試料Ａ１〜Ａ６は平均粒径５〜１００μmであるので何れも断熱性は良いが、最大粒径５０μmの試料Ａ２を用いたものは、最も上昇温度が低く、断熱性に優れている。従って、本発明の中空微粒子を断熱用として使用する場合には、平均粒径５〜１００μmであって、最小粒子径１μm以上〜最大粒子径５０μm以下のものが好ましい。
【００３０】
本発明の粒材（中空微粒子）を遮音用として使用する場合には、平均粒径が５〜１００μｍの範囲であって、粒子径が１〜２５０μｍのものが好ましい。後述の実施例１に示すように、試料Ａ１〜Ａ６は平均粒径５〜１００μm、および粒子径１〜２５０μmであるので、何れも遮音性は良い。なお、最大粒子径２１２μmの試料A４を用いたものは最も外部音圧が低く、遮音性に優れている。従って、本発明の中空微粒子を遮音用として使用する場合には、平均粒径５〜１００μmであって、最小粒子径１μm以上〜最大粒子径２００μm以下のものが好ましい。なお、望ましくは、粒子径が上記範囲内において広い粒度分布を有するものが、より広い範囲の周波数の音を吸収できるので好ましい。
【００３１】
本発明の粒材は、内部が中空の微粒子であるため、粒子内部に熱が伝達し難く、高い断熱性を有すると共に、粒子内部に音が伝わり難いので、高い遮音性を有する。この中空微粒子の容重は０.１６〜０.３５ｇ/cm3の範囲が好ましい。容重が０.３５ｇ/cm3を超えると、内部空間の割合が少なく、断熱効果が小さい。一方、容重が０.１６ｇ/cm3より小さいと、粒子の膜厚が薄いため、強度が低下する。
【００３２】
本発明の粒材は塗料に混合して用いられる。塗料に混合する粒材の量は制限されないが、一般的には、塗料中の粒材の含有量が５質量％以上であると機能が十分発現されるので好ましい。具体的には、断熱用塗料では粒材の含有量は５〜５０質量％が好ましく、遮音用塗料では粒材の含有量は１０〜１００質量％が好ましい。
【００３３】
本発明の粒材を含有する塗料において、粒材以外の成分は液体が好ましいが、本発明の効果を阻害しない限り、液体に限定されず、例えば塗料に使用される公知の溶剤や樹脂、増粘剤、糊剤、分散剤、着色顔料、その他の添加物などを含むことができる。
【００３４】
具体的には、溶剤として例えば、トルエン、ヘキサン、キシレン等の炭化水素化合物、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、エタノール、プロパノール、ブタノール、グリコール等のアルコール類、エーテル系やその他の水性溶媒（水を含む）等を用いることができる。塗料中の溶媒の好適な使用量は１０〜８０質量％が適当である。
【００３５】
また、樹脂として例えば、ルキド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂、フェノール樹脂、塩化ビニル樹脂等の合成樹脂、松脂、コハク等の天然樹脂、亜麻仁油、サフラワー油、大豆油、ひまし油、菜種油等の油類等を用いることができる。塗料中の樹脂の好適な使用量は１０〜６０質量％が適当である。
【００３６】
また、増粘剤として例えば、セルロース誘導体、糊剤として例えば、澱粉や酢酸ビニル等を用いることができる。塗料中の増粘剤や糊剤の好適な使用量は０.１〜１０質量％が適当である。
【００３７】
また、分散剤として例えば、ポリカルボン酸系重合体、リグニンスルホン酸やナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物等を用いることができ、特にグラフトポリマー構造のものが好適である。塗料中の分散剤の好適な使用量は０.０５〜５質量％が適当である。
【００３８】
また、着色顔料として例えば、二酸化チタン、亜鉛華、鉛白、亜鉛黄、カーボンブラック、パーマネントレッド、べんがら、黄色鉛、シアニンブルー、紺青、群青、シアニングリーン、酸化鉄など顔料を用いることができる。塗料中の着色顔料の好適な使用量は１〜２０質量％が適当である。
【００３９】
さらに、他の添加剤として、可塑剤、硬化剤、顔料分散剤、乳化剤、乾燥剤、消泡剤、防腐剤、防錆剤、凍結防止剤、防カビ剤、撥水剤などを用いることができ、何れも適量を塗料中に含有させて使用することができる。これらの成分を混合することによって得られる本発明の断熱用塗料または遮音用塗料は、塗布対象となる素材は金属、セラミックス、木材、樹脂等何れのものにも使用でき、また塗布方法も特に限定されず、例えば、刷毛、ローラー、筆、鏝、噴霧装置等を使用でき、さらには静電塗装やカーテン塗装等による方法にも使用できる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明を実施例によって具体的に示す。なお、粒子の平均粒径、浮水率、容重、吸水率、静水圧浮揚残存率、隔壁の割合、平滑度、断熱性、遮音性は以下の方法によって測定した。
【００４１】
〔平均粒径〕
レーザー回折粒度分布測定装置を用い、日機装社製測定器（マイクロトラック）によって測定した。
〔隔壁粒子の割合〕
プレパラート上にアルコールで分散させた試料を滴下し、均一にならして乾燥させる。これを透過型の顕微鏡で観察し、１００個中の隔壁がある個数をカウントした。
【００４２】
〔容重〕
一定容積Ｓ(cm3)の容重枡に試料を充填し、開口からはみ出た部分をすり切り、全体の重量Ｇ１を測定し、これから容器の重量Ｇ２を差し引いて粉末重量Ｇ３(ｇ)を求め、上記容積Ｓに対する粉末重量Ｇ３の比〔Ｇ３/Ｓ〕ｇ/cm3を容重とした。
【００４３】
〔浮水率〕
浮水率は、試料粒子を水に浸漬したときに、水面上に浮いた粒子の全試料粒子に占める体積割合であり、加圧し常圧下の浮揚率である。約１０ｇの試料を２００mlメスシリンダーに入れて水を浸し、十分に攪拌した後に静置し、水の濁りがなくなるまで置き、浮いた試料Ｖａと沈んだ試料の容積Ｖｂを測定し、Va/(Va＋Vb)×100の式に基づいて浮水率を算出した。
【００４４】
〔吸水率〕
約２００ｇ試料を十分な量の水中に入れ、２４時間放置する。これを５種Ａのろ紙で自然濾過させる。これを時計皿に薄く均一に延ばして風乾させ、試料を採取し、吸水試料質量ｍａを測定する。これを１０５℃の乾燥機で恒量になるまで乾燥し、乾燥試料質量ｍｂを測定する。(ma-mb)/mb×100の式から吸水率を算出した。
【００４５】
〔静水圧浮揚残存率〕
試料を試料容器と共に水で満たされた加圧容器内へ入れ、８ＭＰaで１分間加圧する。加圧後、加圧した試料の全量を取り出してメスシリンダー入れ、水２００mlを加えて静置する。静置後、水の濁りが無くなってきたら、上記浮水率測定方法に準じた方法で浮いた試料粒子の体積を計測し、８ＭＰa加圧下での加圧浮揚率（浮水率）Ｗ２とする。加圧試料と同量の試料について、加圧せずに常圧下とした以外は同様の測定方法で測定し、非加圧下の浮揚率（浮水率）Ｗ１とする。加圧試料浮揚率Ｗ２／非加圧浮揚率Ｗ１×１００の式に基づいて静水圧浮揚残存率を算出した。
【００４６】
〔平滑度、断熱性、遮音性試験の試料作成方法〕
粒材を市販水性塗料（品名「水性スーパーコート白」、アサヒペン会社製）１００質量部に対し３０質量部を添加し、ハンドミキサーで混合して試験塗料を作製した。各試験塗料は、縦３０cm、横３０cm、厚さ３mmの鋼製平板の片面に刷毛で膜厚が約３００μm程度となるように斑無く塗布し、常温大気中で乾燥させて塗膜を形成した。この塗膜について、塗膜表面の平滑性と断熱性を測定した。
【００４７】
〔平滑性〕
塗膜表面を手で触り、次の３段階で評価した。
×：ざらざら、△：比較的滑らか、○：滑らかとした。
〔断熱性〕
５００Ｗの写真用レフランプを３０ｃｍの高さから平板塗布面に５分間照射し、裏面の温度を温度センサーによって上昇温度を測定した。この値によって断熱性を次の３段階で評価した。
×：７１℃以上、△：７０〜６6℃、○：６５℃以下とした。
【００４８】
〔遮音性〕
一面のみ開口した約３０cmの立方体形のプラスチック箱（厚さ２ｍｍ）の内表面の全面に試験塗料を塗布し、内部に小型スピーカー（直径５cm、出力１.５W）を設置した。開口部を箱と同材で完全に密封し、その状態で７５dBのホワイトノイズを常温下で鳴らし、箱から１０cm離れた場所の音圧をハンディ型ディジタル騒音計で測定した。測定音圧の値によって遮音性を次の３段階で評価した。
×：６６dB以上、△：６５〜６１dB、○：６０dB以下
【００４９】
〔実施例１〕
真珠岩〔化学成分含有率（質量％）SiO2 74％、Al2O3 13％、Fe2O3 １％、CaO１％、MgO 0.1％、Na2O 3.5%、K2O 4.4%、ig.loss 2.2％〕を発泡させてシリカ質中空微粒子を製造し、容重０.１５〜０.３５ｇ/cm3、平均粒径１０〜１００μｍのものを選択した（本発明品：No.A1〜A6）。なお、何れの試料A1〜A6についても篩目１μmのふるいに残る試料を用い、かつA1の試料については篩目３００μｍのふるい、A2の試料については篩目４５μmのふるい、A3の試料については篩目１０６μｍのふるい、A4の試料については篩目２１２μmのふるい、A5の試料については篩目４５μｍのふるい、A6の試料については篩目１０６μｍのふるいを通過した試料を使用した。これらの中空微粒子について、容重、平均粒径、隔壁粒子の割合、静水圧浮揚残存率、浮水率、吸水率を測定し、さらに塗料に混合して、その平滑性、断熱性、遮音性を測定した。これら結果を表１に示した。
【００５０】
〔比較例１〕
実施例と同様の方法で隔壁のある中空粒子を製造し、平均粒径が本発明の範囲から外れ、容重、静水圧浮揚残存率が本発明の好ましい範囲を外れる試料（No.B1〜B5）を選択した。B1は平均粒径１９５μm、B3は平均粒径３μm、B4は平均粒径３０５μmであり、何れも本発明の範囲から外れる。また、B2は静水圧浮揚残存率３１％、B5は容重０.４０g/cm3であり、何れも本発明の好ましい範囲から外れる。これらの中空微粒子について、容重、平均粒径、隔壁粒子の割合、静水圧浮揚残存率、浮水率、吸水率を測定し、さらに塗料に混合して、その平滑性、断熱性、遮音性を測定した。これら結果を表２に示した。
【００５１】
〔比較例２〕
市販品のパーライト（真珠岩系加熱発泡粒）について、容重０.２１ｇ/cm3、平均粒径約９６〜２１０μｍのものを試料（No.C1〜C2）とした。また、有機系の中空微粒子として（商品名「マツモトマイクロスフェアー」、松本油脂製薬社製）を使用した（NoC3）。さらに、市販品のパーライト中空微粒子を回転電気炉で１０００℃に再加熱し、表面を溶融させて内部気泡が連通しているものを製造した（No.C4）。これらの中空微粒子について、容重、平均粒径、気泡の状態、静水圧浮揚残存率、浮水率、吸水率を測定し、さらに塗料に混合して、その平滑性、断熱性、遮音性を測定した。これら結果を表３に示した。
【００５２】
〔比較基準〕
粒材を混合しない市販水性塗料（品名「水性スーパーコート白」、アサヒペン会社製）について平滑性、断熱性、遮音性を測定した。これを比較基準として表４に示した。
【００５３】
表１に示すように、内部空間に隔壁を有し、平均粒径２５〜１００μm、容重０.１６〜０.３５ｇ/cm3の中空微粒子（No.A1〜A6）は、何れも静水圧浮揚残存率６０％以上であり、加圧下でも高い浮揚率を示す。一方、表３に示すように、従来のパーライト市販品は何れも静水圧浮揚残存率は５５％以下であり（No.C1,C2）、本発明の中空微粒子は同程度の粒径でも従来のパーライトに比べて静水圧浮揚率は高い。これは、従来のパーラートは加圧下で粒子内部に水が浸透しやすいことを示している。
【００５４】
また、表１に示すように、平均粒径１００μｍ以下の粒子を用いれば平滑性の良い塗料を得ることができる。一方、表２に示すように、平均粒径が１００μｍを超える（No.B1、B4）と平滑性が低くなる。また、パーライト市販品では、本発明品に比べて平滑性が劣る（No.C1、C2）。平均粒径が１００μｍを超えると、塗料表面より粒子が露出するため平滑性が低下する。
【００５５】
表１に示すように、平均粒径が５〜１００μmの試料は断熱効果が高く(No.A1〜A6)、最大粒子径５０μｍ以下の試料（No.A2）は上昇温度が最も小さく特に断熱効果が高い。平均粒径が５μｍより小さいと、断熱効果が低い（No.B3）。これは、断熱に必要な空間が十分ではないことを示している。
【００５６】
また、表２に示すように、同程度の容重、粒径であっても、隔壁を有する粒子の割合が６０％以下のものは、静水圧浮揚残存率が小さく、断熱性が低い（No.B2、B3）。これは、中空微粒子の粒材を塗料に混合するときに、粒材が破損しやすく、中空を維持できないために断熱効果が低下することを示している。
【００５７】
また、表３に示すように、同程度の容重、粒径であっても、吸水率が高い場合には断熱性が低下する(No.C1、C2)。これは、中空微粒子の粒材を塗料に混合するときに、粒材の内部に溶媒や塗料成分が浸透しやすいために、内部空洞を維持できず、断熱効果が低下することを示している。さらに、浮水率および強度が大きく、かつ吸水率が小さくても、容重が高い場合には断熱性が低下する(No.B5)。これは、塗料との混合時には中空粒子の破損は少ないが、粒子内部の空洞容積が少ないため、熱が伝導しやすく、断熱効果が得られ難いからである。
【００５８】
さらに、表３に示すように、粒子表面を再溶融して表面開口を塞いだ試料(No.C4)も、断熱効果が低い。これは、粒子表面が部分的に破損すると連通気泡を通じて粒子内部に塗料成分が侵入するためであり、断熱効果が得られ難い。
【００５９】
表１に示すように、平均粒径が５〜１００μmでは遮音効果が高く（No.A1〜A6）、最大粒子径が２５０μｍ以下の中空微粒を含む試料（No.A4）は特に遮音効果が高い。平均粒径が５μｍより小さいと、遮音効果が低い（No.B3）。これは、遮音に必要な空間が十分ではないことを示している。
【００６０】
また、表２に示すように、同程度の容重、粒径であっても、隔壁を有する粒子の割合が６０％以下のものは、静水圧浮揚残存率が小さく、遮音性が低い（No.B2、B3）。これは、中空微粒子の粒材を塗料に混合するときに、粒材が破損しやすく、中空を維持できないために遮音効果が低下することを示している。
【００６１】
また、表３に示すように、同程度の容重、粒径であっても、吸水率が高い場合には遮音性が低下する(No.C1、C2)。これは、中空微粒子の粒材を塗料に混合するときに、粒材の内部に溶媒や塗料成分が浸透しやすいために、内部空洞を維持できず、遮音効果が低下することを示している。さらに、浮水率および強度が大きく、かつ吸水率が小さくても、容重が高い場合には断熱性が低下する(No.B5)。これは、中空微粒子の粒材を塗料に混合するときに、中空粒子の破損は少ないが、粒子内部の空洞容積が少ないため、音の振動を吸収し難く、遮音性が低下するためである。
【００６２】
さらに、表３に示すように粒子表面を再溶融して表面開口を塞いだ試料(No.C4)も、遮音効果が低い。これは、粒子表面が、部分的に破損すると連通気泡を通じて粒子内部に塗料成分が侵入するためであり、遮音効果が得られ難い。
【００６３】
【表１】
【００６４】
【表２】
【００６５】
【表３】
【００６６】
【表４】
【００６７】
〔実施例２〕
実施例１の中空微粒子(No.A3)を用い、各種市販塗料（「油性トタン用」（D1)、「水性トタン用」(D2)、「高級アクリルトタン用」（D3)、何れも白色、すべてアサヒペン会社製品）１００質量部に対して、上記中空微粒子(No.A3)を３０質量部を添加し、ハンドミキサーで混合して試験塗料（No.D1〜D4）を作製した。各試験塗料は、ブリキ性のトタン(１ｍ×１ｍ)に塗布し、３００μm程度となるように斑無く塗布し、常温、大気中で乾燥させて塗膜を形成した。これを直射日光があたる屋外へ設置し、30日間暴露した後、劣化状況を観察した。また日中のトタン下約１cmの温度を測定した。このときの外気温は２９℃であった。これら結果を表５に示した。何れの塗料（No.D1〜D4）でも、粒材を添加していない塗料に比べて、断熱の効果が得られた。
【００６８】
【表５】
【００６９】
〔実施例３〕
実施例１と同様の方法で、塗料の厚さ、粒剤の添加量を変えて平滑性、断熱性、遮音性を測定した。粒材は実施例１のA3を使用し、粒材の量は、塗料１００質量部に対して５〜１００質量部添加した(E1〜E3)。また膜厚は、２０〜５００μｍとした(E4〜E6)。これら結果を表６に示した。
【００７０】
粒材の添加量が５質量部では断熱性、遮音性が低く、１００質量部を超えると表面の平滑性がやや損なわれる。また、塗料厚さは２０μｍでは断熱性、遮音性が不十分である。一方、膜厚が５００μｍを超えるものは、平滑性、断熱性、遮音性はともに良好であるが、経済的に劣る。
【００７１】
【表６】
【００７２】
〔実施例４〕
実施例１の中空微粒子(No.A3)、および市販の有機系中空微粒子（No.C3）を用いて耐熱塗料を作製し、耐熱試験を実施した。塗料は、溶媒としてシンナーを使用し、シリコン樹脂と顔料（チタン粉末）と中空微粒子を混合して作製した（中空微粒子の含有量３０質量％）。この塗料を３０cm四方の鉄板に塗布して十分に乾燥した後、電気炉に入れて表中の温度で２４時間加温した後、表面を観察した。この結果を表７に示した。
【００７３】
表７に示すように、有機系の中空微粒子（No.C3）は熱で変形し、２００℃から塗料にひびが入り始めたが、本発明品（No.A3）を用いた耐火塗料は４００℃の高温でも変化しなかった。
【００７４】
【表７】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリカ質の中空微粒子からなる塗料用粒材に関し、特に断熱性および遮音性に優れた塗料用粒材とこの粒材を用いた塗料に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な機能を持たせた塗料が開発され、市販されている。たとえば、省エネルギーの観点から、屋根からの熱を遮断するため、塗料に熱や赤外線を遮断または反射する材料を混合して、断熱性、遮熱性を有する塗料が開発されている。具体的には、塗料中に熱や赤外線を反射する例えば緻密質のシリサイド等の材料（例えば、特許文献１参照）や、酸化チタン、酸化アルミニウム等の緻密質セラミックス粒子（例えば、特許文献２参照）を加えて、その効果を得ている。
【０００３】
このような材料に求められる性質としては、断熱性や遮熱性の機能の他に、塗料としての耐久性、施工性の観点から軽量性や施工面の平滑性が得られやすいものが要求される。軽量性や施工面の平滑性を得るのに有利な添加粒子としては、数μｍから数十μｍの有機樹脂質の中空粒子を混合する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
しかし、有機樹脂は長時間高熱でさらされると、酸化して中空状態が維持できず、性能劣化や変形を生じる。また、金属製粒子は中空構造にしても軽量化や断熱性に限界があり、耐食性に劣るため経年劣化が大きい。
【０００５】
一方、ガラスや結晶質化合物などの非金属無機系中空粒子を用いる場合には、軽量であることに加え、耐熱性、耐久性は良好である（例えば、特許文献４〜５参照）。しかし、非金属無機系中空粒子は弾性が実質的に無く、強度も低いので、粘性の高い塗料に混合したときに、せん断力が負荷して中空粒子が破損することが多い。破壊された粒子は所定の性能を得ることができないため、実際には破損粒発生割合を見込んだより多い中空粒子添加量が必要となる。ところが、中空粒子の添加量は少ないほうが塗料としての塗装性に影響する接着成分等を十分量確保できるので好ましいため、中空微粒子の量が多いものは塗装性の点から不利である。
【０００６】
一方、大きな粒径の中空粒子を使用した場合には、塗料の平滑性が損なわれる不都合がある。また単一気泡からなる中空粒子では粒子外殻が薄いほど熱放射に対するバリア機能は低下し、また空隙内で対流熱が伝搬し易い。そして、粒子外殻が厚いものほど、或いは粒子内空隙容積割合が低いものほど熱伝導が活発になり易いため、塗装性を犠牲にすることなく、断熱や遮熱作用が高い塗料は得難いと云う問題がある。
【０００７】
破損抵抗性が高い高強度の中空粒子を使用した場合には（例えば、特許文献６参照）、概して、高い強度のセラミックス質粒子を製造するには、シリカ、アルミナ、カルシアなどの高融点成分を比較的大量に含有せねばならず、低強度因子であるアルカリ金属化合物などの低融点成分が少なくなるので、加熱発泡し難く、安定して中空化するには製造が困難になり、しかも、一般に容重が大きく、粒子に対する内部の気泡容積割合が小さくなるため、断熱性、遮音性が劣化する傾向がある。
【０００８】
具体的には、シリカ分５０〜６０質量％およびアルミナ分４０〜４５質量％の中空微粒子が知られており、これは軽量で高強度（嵩比重0.35g/cm3、圧縮強度700kg/cm3）であるとされている（例えば、特許文献７）。しかし、上記嵩比重と圧縮強度を有するシリカアルミナ中空微粒子は通常の溶融発泡による製造方法で得ることは甚だ困難であり、一般的ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１３７９５０号公報
【特許文献２】特開平２−１８５５７２号公報
【特許文献３】特開２００１−３４８５３０号公報
【特許文献４】特開平８−１２７７３９号公報
【特許文献５】特開２００８−１６９２５２号公報
【特許文献６】特開２００８―１５５４５９号公報
【特許文献７】特開２００５―３０７１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、従来の中空微粒子における上記問題を解決したものであり、塗料成分に配合する場合に、粒子が壊れ難く、かつ部分的に亀裂などが生じても中空状態の機能を保持することができ、施工の際には容易に平滑性が得られ、また熱に対する耐久性が高い塗装物を形成することができ、しかも従来品よりも少ない添加量で十分な断熱機能および遮音機能を得ることができる塗料用粒材とその塗料を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、以下に示す構成によって上記問題を解決した塗料用粒材と、該粒材を用いた塗料に関する。
〔１〕塗料に配合されるシリカ質の中空微粒子であって、平均粒径５〜１００μｍであり、内部空間が隔壁によって区切られた複数の独立気泡によって形成されていることを特徴とする塗料用粒材。
〔２〕８MPa静水圧浮揚残存率が５０％以上であって、吸水率が３％以下である上記[１]に記載する塗料用粒材。
〔３〕化学成分のＳｉＯ2含有量が６５〜９０質量％である上記[１]または上記[２]に記載の塗料用粒材。
〔４〕容重が０.１６〜０.３５g/cm3である上記[１]〜上記[３]に記載する塗料用粒材。
〔５〕隔壁によって区切られた複数の独立気泡によって形成されている内部空間を有する粒子１００個中６０個以上含む上記[１]〜上記[４]の何れかに記載する塗料用粒材。
〔６〕上記[１]〜上記[５]の何れか記載する塗料用粒材であって、粒子径１〜５０μｍの塗料用粒材からなる断熱塗料用粒材。
〔７〕上記[１]〜上記[５]の何れか記載する塗料用粒材であって、粒子径１〜２５０μｍの塗料用粒材からなる遮音塗料用粒材。
〔８〕上記[６]に記載する断熱塗料用粒材を含有してなる断熱用塗料。
〔９〕上記[７]に記載する遮音塗料用粒材を含有してなる遮音用塗料。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の塗料用粒材（中空微粒子）は、粒子の内部空間に隔壁を有するので、隔壁のない単一空間からなる中空粒子に比較して粒子の強度が大きい。このため粘度の高い塗料に中空の塗料用粒材を混合して攪拌する際に、強度の低い粒材は攪拌によるせん断によって破壊され易いが、本発明の塗料用粒材は強度が大きいので破壊され難く、中空状態が維持したまま均一に混合することができる。
【００１３】
また、本発明の塗料用粒材は、隔壁によって区切られた独立気泡からなる複数の内部空間を有するので、粒材に局部的な亀裂や破損が生じても、残りの内部空間によって中空状態が維持されるので、断熱性および遮音性に優れた塗膜を形成することができる。具体的には、気泡径の小さい多数の独立した内部空間と多くの隔壁で形成されているので、内部空間の熱移動が小さくなり（熱伝導は内部が緻密な粒材よりも少なく、熱放射は単一中空粒より少なく、熱対流は殆ど起こらない）、断熱性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
本発明の塗料用粒材は、塗料に配合されるシリカ質の中空微粒子であって、平均粒径５〜１００μｍであり、内部空間が隔壁によって区切られた複数の独立気泡によって形成されていることを特徴とする塗料用粒材である。
【００１５】
本発明の塗料用粒材は、内部空間が隔壁によって区切られた複数の独立気泡によって形成された中空粒微粒子である。好ましくは、８MPa静水圧浮揚残存率が５０％以上であって、吸水率が３％以下の中空微粒子である。
【００１６】
本発明の中空微粒子は、粒子の内部空間が隔壁によって隔てられた互いに連通しない独立気泡によって形成されているので、部分的に亀裂が生じても水が浸透する範囲が限られ、また上記独立気泡は粒子表面に開口しない密閉気泡であるので、加圧下の静水圧浮揚残存率が高い。静水圧浮揚残存率とは、加圧していない常圧下における水中浮揚率（浮水率）Ｗ１に対する静水圧で加圧した粒子の加圧後の常圧下における水中浮揚率Ｗ２の比率〔浮揚残存率＝Ｗ２/Ｗ１×１００（％）〕である。
【００１７】
本発明の中空微粒子は、具体的には、例えば８MPa静水圧下での浮揚残存率が５０％以上であり、好ましくは６０％以上、より好ましくは７０％以上である。浮揚残存率が５０％を下回るものは粒子強度が低く、かつ粒子の内部空間が独立気泡によって形成されている割合が少ない。
【００１８】
また、本発明の中空微粒子は、好ましくは上記独立気泡が粒子表面に開口しない密閉気泡であるので、吸水率が格段に小さい。具体的には、例えば、常圧下での吸水率が３％以下であり、好ましくは１.５％以下である。
【００１９】
本発明の中空微粒子について、粒子の内部空間が密閉された独立気泡によって形成されているとは、例えば、８MPa静水圧下での浮揚残存率が５０％以上であることを云い、好ましくはさらに吸水率３％以下であることを云う。
【００２０】
本発明の中空微粒子は、粒子内部の空間が表面に開口のない独立気泡によって形成されているので吸水率が低く、かつ大きな内部空間を有するので軽量であり、水中での浮揚率が高い。また、強度が大きいので加圧下でも亀裂が生じ難く、部分的に亀裂が生じても内部空間が隔壁によって区切られているので水が浸透する範囲が限られ、加圧水下での浮揚残存率が格段に高い。
【００２１】
本発明の中空微粒子は内部空間の隔壁は２個以上あることが好ましい。複数の隔壁を有することによって、粒子の強度がさらに向上する。具体的には、例えば、圧縮強度１５MPa以上である。従って、この中空微粒子からなる本発明の塗料用粒材は、塗料と混合する際、特に生産規模で機械的に混合する場合でも、強度が大きいので壊れ難く、中空構造が維持されるので、高い断熱性能および遮音性能を有することができる。なお、強度が小さい粒材は塗料と混合する際に壊れやすく、中空構造を維持できないので、十分な断熱性、遮音性を得るには粒材の使用量を多くしなければならず、また壊れた粒子やその破片は、塗膜の性能を低下させる。
【００２２】
本発明の塗料用粒材において、内部空間に隔壁を有するものの割合は、１００個中６０個以上（約６０％以上）が好ましく、約７０％以上がより好ましい。内部空間に隔壁を有する粒子数がこれより少ないと、粒子の強度が低いので塗料に混合したときに破損する割合が多くなり適当ではない。
【００２３】
本発明の塗料用粒材はシリカ質微粒子であり、シリカ（SiO2）を主成分とする無機系材料から製造することができる。具体的には、シラス、真珠岩、黒曜石、松脂岩などのシリカ含有量７０〜９０％の天然ガラス質岩石を平均粒径１００μｍ以下の微粒子に粉砕し、該岩石微粒子を９００℃〜１５００℃に加熱して発泡させて中空微粒子にし、この中空微粒子から内部空間が隔壁によって区切られたものを選択することによって製造することができる。また、本発明の塗料用粒材は、上記天然ガラス質岩石に限らず、例えば、岩石粉末に発泡原料を混合して造粒し、加熱発泡させることによって製造することができる。
【００２４】
本発明の塗料用粒材に用いるシリカ質の中空微粒子は、化学成分としてのＳｉＯ2含有量（シリカ含有量）が６５〜９０質量％のものが好ましく、７０〜８０質量％のものがより好ましい。シリカ含有量が６５質量％未満であると高強度で発泡し難く、ガラス質の中空構造体が得難くなる。さらに不純物が多く含有されやすくなるため、均一な発泡もできなるので好ましくない。一方、シリカ含有量が９０質量％を超えると融点が高くなるため発泡温度が高くなり、もしくは高温でも発泡しなくなるため、適当ではない。
【００２５】
本発明の塗料用粒材は、以上のように、内部空間が隔壁によって区切られた複数の独立気泡によって形成されている内部に大きな空間を有するシリカガラス質の粒子であるので、光学顕微鏡によって内部空間や隔壁構造を確認することができる。
【００２６】
本発明の塗料用粒材は、隔壁によって区切られた複数の内部空間を有するので、塗料に混合する際に、せん断によって表面の一部が破壊されても、残りの内部空間によって中空構造が維持されるので、断熱性および遮音性を保つことができる。
【００２７】
一方、従来のように、開口気孔からなる多孔質粒子でなく閉口気孔の粒子であっても内部空間が連続気泡によって形成されている粒子からなる塗料用粒材では、部分的に亀裂が生じると、粒子内部の空間全体に液体が浸透して充満し、中空状態を維持できなくなり、十分な断熱性および遮音性が得られなくなる。
【００２８】
本発明の塗料用粒材の粒子径は平均粒径５〜１００μｍが適当であり、５〜７０μｍが好ましい。平均粒径が１００μｍより大きいと、塗料を塗布するとき表面の平滑性が損なわれるので好ましくない。また、平均粒径が５μｍより小さいと、粒子どうしの凝集が起こりやすく、均一に分散し難くなる。
【００２９】
本発明の粒材（中空微粒子）を断熱用として使用する場合には、平均粒径が５〜１００μｍの範囲であって、粒子径が１〜５０μｍのものが好ましい。後述の実施例１に示すように、試料Ａ１〜Ａ６は平均粒径５〜１００μmであるので何れも断熱性は良いが、最大粒径５０μmの試料Ａ２を用いたものは、最も上昇温度が低く、断熱性に優れている。従って、本発明の中空微粒子を断熱用として使用する場合には、平均粒径５〜１００μmであって、最小粒子径１μm以上〜最大粒子径５０μm以下のものが好ましい。
【００３０】
本発明の粒材（中空微粒子）を遮音用として使用する場合には、平均粒径が５〜１００μｍの範囲であって、粒子径が１〜２５０μｍのものが好ましい。後述の実施例１に示すように、試料Ａ１〜Ａ６は平均粒径５〜１００μm、および粒子径１〜２５０μmであるので、何れも遮音性は良い。なお、最大粒子径２１２μmの試料A４を用いたものは最も外部音圧が低く、遮音性に優れている。従って、本発明の中空微粒子を遮音用として使用する場合には、平均粒径５〜１００μmであって、最小粒子径１μm以上〜最大粒子径２００μm以下のものが好ましい。なお、望ましくは、粒子径が上記範囲内において広い粒度分布を有するものが、より広い範囲の周波数の音を吸収できるので好ましい。
【００３１】
本発明の粒材は、内部が中空の微粒子であるため、粒子内部に熱が伝達し難く、高い断熱性を有すると共に、粒子内部に音が伝わり難いので、高い遮音性を有する。この中空微粒子の容重は０.１６〜０.３５ｇ/cm3の範囲が好ましい。容重が０.３５ｇ/cm3を超えると、内部空間の割合が少なく、断熱効果が小さい。一方、容重が０.１６ｇ/cm3より小さいと、粒子の膜厚が薄いため、強度が低下する。
【００３２】
本発明の粒材は塗料に混合して用いられる。塗料に混合する粒材の量は制限されないが、一般的には、塗料中の粒材の含有量が５質量％以上であると機能が十分発現されるので好ましい。具体的には、断熱用塗料では粒材の含有量は５〜５０質量％が好ましく、遮音用塗料では粒材の含有量は１０〜１００質量％が好ましい。
【００３３】
本発明の粒材を含有する塗料において、粒材以外の成分は液体が好ましいが、本発明の効果を阻害しない限り、液体に限定されず、例えば塗料に使用される公知の溶剤や樹脂、増粘剤、糊剤、分散剤、着色顔料、その他の添加物などを含むことができる。
【００３４】
具体的には、溶剤として例えば、トルエン、ヘキサン、キシレン等の炭化水素化合物、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、エタノール、プロパノール、ブタノール、グリコール等のアルコール類、エーテル系やその他の水性溶媒（水を含む）等を用いることができる。塗料中の溶媒の好適な使用量は１０〜８０質量％が適当である。
【００３５】
また、樹脂として例えば、ルキド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂、フェノール樹脂、塩化ビニル樹脂等の合成樹脂、松脂、コハク等の天然樹脂、亜麻仁油、サフラワー油、大豆油、ひまし油、菜種油等の油類等を用いることができる。塗料中の樹脂の好適な使用量は１０〜６０質量％が適当である。
【００３６】
また、増粘剤として例えば、セルロース誘導体、糊剤として例えば、澱粉や酢酸ビニル等を用いることができる。塗料中の増粘剤や糊剤の好適な使用量は０.１〜１０質量％が適当である。
【００３７】
また、分散剤として例えば、ポリカルボン酸系重合体、リグニンスルホン酸やナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物等を用いることができ、特にグラフトポリマー構造のものが好適である。塗料中の分散剤の好適な使用量は０.０５〜５質量％が適当である。
【００３８】
また、着色顔料として例えば、二酸化チタン、亜鉛華、鉛白、亜鉛黄、カーボンブラック、パーマネントレッド、べんがら、黄色鉛、シアニンブルー、紺青、群青、シアニングリーン、酸化鉄など顔料を用いることができる。塗料中の着色顔料の好適な使用量は１〜２０質量％が適当である。
【００３９】
さらに、他の添加剤として、可塑剤、硬化剤、顔料分散剤、乳化剤、乾燥剤、消泡剤、防腐剤、防錆剤、凍結防止剤、防カビ剤、撥水剤などを用いることができ、何れも適量を塗料中に含有させて使用することができる。これらの成分を混合することによって得られる本発明の断熱用塗料または遮音用塗料は、塗布対象となる素材は金属、セラミックス、木材、樹脂等何れのものにも使用でき、また塗布方法も特に限定されず、例えば、刷毛、ローラー、筆、鏝、噴霧装置等を使用でき、さらには静電塗装やカーテン塗装等による方法にも使用できる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明を実施例によって具体的に示す。なお、粒子の平均粒径、浮水率、容重、吸水率、静水圧浮揚残存率、隔壁の割合、平滑度、断熱性、遮音性は以下の方法によって測定した。
【００４１】
〔平均粒径〕
レーザー回折粒度分布測定装置を用い、日機装社製測定器（マイクロトラック）によって測定した。
〔隔壁粒子の割合〕
プレパラート上にアルコールで分散させた試料を滴下し、均一にならして乾燥させる。これを透過型の顕微鏡で観察し、１００個中の隔壁がある個数をカウントした。
【００４２】
〔容重〕
一定容積Ｓ(cm3)の容重枡に試料を充填し、開口からはみ出た部分をすり切り、全体の重量Ｇ１を測定し、これから容器の重量Ｇ２を差し引いて粉末重量Ｇ３(ｇ)を求め、上記容積Ｓに対する粉末重量Ｇ３の比〔Ｇ３/Ｓ〕ｇ/cm3を容重とした。
【００４３】
〔浮水率〕
浮水率は、試料粒子を水に浸漬したときに、水面上に浮いた粒子の全試料粒子に占める体積割合であり、加圧し常圧下の浮揚率である。約１０ｇの試料を２００mlメスシリンダーに入れて水を浸し、十分に攪拌した後に静置し、水の濁りがなくなるまで置き、浮いた試料Ｖａと沈んだ試料の容積Ｖｂを測定し、Va/(Va＋Vb)×100の式に基づいて浮水率を算出した。
【００４４】
〔吸水率〕
約２００ｇ試料を十分な量の水中に入れ、２４時間放置する。これを５種Ａのろ紙で自然濾過させる。これを時計皿に薄く均一に延ばして風乾させ、試料を採取し、吸水試料質量ｍａを測定する。これを１０５℃の乾燥機で恒量になるまで乾燥し、乾燥試料質量ｍｂを測定する。(ma-mb)/mb×100の式から吸水率を算出した。
【００４５】
〔静水圧浮揚残存率〕
試料を試料容器と共に水で満たされた加圧容器内へ入れ、８ＭＰaで１分間加圧する。加圧後、加圧した試料の全量を取り出してメスシリンダー入れ、水２００mlを加えて静置する。静置後、水の濁りが無くなってきたら、上記浮水率測定方法に準じた方法で浮いた試料粒子の体積を計測し、８ＭＰa加圧下での加圧浮揚率（浮水率）Ｗ２とする。加圧試料と同量の試料について、加圧せずに常圧下とした以外は同様の測定方法で測定し、非加圧下の浮揚率（浮水率）Ｗ１とする。加圧試料浮揚率Ｗ２／非加圧浮揚率Ｗ１×１００の式に基づいて静水圧浮揚残存率を算出した。
【００４６】
〔平滑度、断熱性、遮音性試験の試料作成方法〕
粒材を市販水性塗料（品名「水性スーパーコート白」、アサヒペン会社製）１００質量部に対し３０質量部を添加し、ハンドミキサーで混合して試験塗料を作製した。各試験塗料は、縦３０cm、横３０cm、厚さ３mmの鋼製平板の片面に刷毛で膜厚が約３００μm程度となるように斑無く塗布し、常温大気中で乾燥させて塗膜を形成した。この塗膜について、塗膜表面の平滑性と断熱性を測定した。
【００４７】
〔平滑性〕
塗膜表面を手で触り、次の３段階で評価した。
×：ざらざら、△：比較的滑らか、○：滑らかとした。
〔断熱性〕
５００Ｗの写真用レフランプを３０ｃｍの高さから平板塗布面に５分間照射し、裏面の温度を温度センサーによって上昇温度を測定した。この値によって断熱性を次の３段階で評価した。
×：７１℃以上、△：７０〜６6℃、○：６５℃以下とした。
【００４８】
〔遮音性〕
一面のみ開口した約３０cmの立方体形のプラスチック箱（厚さ２ｍｍ）の内表面の全面に試験塗料を塗布し、内部に小型スピーカー（直径５cm、出力１.５W）を設置した。開口部を箱と同材で完全に密封し、その状態で７５dBのホワイトノイズを常温下で鳴らし、箱から１０cm離れた場所の音圧をハンディ型ディジタル騒音計で測定した。測定音圧の値によって遮音性を次の３段階で評価した。
×：６６dB以上、△：６５〜６１dB、○：６０dB以下
【００４９】
〔実施例１〕
真珠岩〔化学成分含有率（質量％）SiO2 74％、Al2O3 13％、Fe2O3 １％、CaO１％、MgO 0.1％、Na2O 3.5%、K2O 4.4%、ig.loss 2.2％〕を発泡させてシリカ質中空微粒子を製造し、容重０.１５〜０.３５ｇ/cm3、平均粒径１０〜１００μｍのものを選択した（本発明品：No.A1〜A6）。なお、何れの試料A1〜A6についても篩目１μmのふるいに残る試料を用い、かつA1の試料については篩目３００μｍのふるい、A2の試料については篩目４５μmのふるい、A3の試料については篩目１０６μｍのふるい、A4の試料については篩目２１２μmのふるい、A5の試料については篩目４５μｍのふるい、A6の試料については篩目１０６μｍのふるいを通過した試料を使用した。これらの中空微粒子について、容重、平均粒径、隔壁粒子の割合、静水圧浮揚残存率、浮水率、吸水率を測定し、さらに塗料に混合して、その平滑性、断熱性、遮音性を測定した。これら結果を表１に示した。
【００５０】
〔比較例１〕
実施例と同様の方法で隔壁のある中空粒子を製造し、平均粒径が本発明の範囲から外れ、容重、静水圧浮揚残存率が本発明の好ましい範囲を外れる試料（No.B1〜B5）を選択した。B1は平均粒径１９５μm、B3は平均粒径３μm、B4は平均粒径３０５μmであり、何れも本発明の範囲から外れる。また、B2は静水圧浮揚残存率３１％、B5は容重０.４０g/cm3であり、何れも本発明の好ましい範囲から外れる。これらの中空微粒子について、容重、平均粒径、隔壁粒子の割合、静水圧浮揚残存率、浮水率、吸水率を測定し、さらに塗料に混合して、その平滑性、断熱性、遮音性を測定した。これら結果を表２に示した。
【００５１】
〔比較例２〕
市販品のパーライト（真珠岩系加熱発泡粒）について、容重０.２１ｇ/cm3、平均粒径約９６〜２１０μｍのものを試料（No.C1〜C2）とした。また、有機系の中空微粒子として（商品名「マツモトマイクロスフェアー」、松本油脂製薬社製）を使用した（NoC3）。さらに、市販品のパーライト中空微粒子を回転電気炉で１０００℃に再加熱し、表面を溶融させて内部気泡が連通しているものを製造した（No.C4）。これらの中空微粒子について、容重、平均粒径、気泡の状態、静水圧浮揚残存率、浮水率、吸水率を測定し、さらに塗料に混合して、その平滑性、断熱性、遮音性を測定した。これら結果を表３に示した。
【００５２】
〔比較基準〕
粒材を混合しない市販水性塗料（品名「水性スーパーコート白」、アサヒペン会社製）について平滑性、断熱性、遮音性を測定した。これを比較基準として表４に示した。
【００５３】
表１に示すように、内部空間に隔壁を有し、平均粒径２５〜１００μm、容重０.１６〜０.３５ｇ/cm3の中空微粒子（No.A1〜A6）は、何れも静水圧浮揚残存率６０％以上であり、加圧下でも高い浮揚率を示す。一方、表３に示すように、従来のパーライト市販品は何れも静水圧浮揚残存率は５５％以下であり（No.C1,C2）、本発明の中空微粒子は同程度の粒径でも従来のパーライトに比べて静水圧浮揚率は高い。これは、従来のパーラートは加圧下で粒子内部に水が浸透しやすいことを示している。
【００５４】
また、表１に示すように、平均粒径１００μｍ以下の粒子を用いれば平滑性の良い塗料を得ることができる。一方、表２に示すように、平均粒径が１００μｍを超える（No.B1、B4）と平滑性が低くなる。また、パーライト市販品では、本発明品に比べて平滑性が劣る（No.C1、C2）。平均粒径が１００μｍを超えると、塗料表面より粒子が露出するため平滑性が低下する。
【００５５】
表１に示すように、平均粒径が５〜１００μmの試料は断熱効果が高く(No.A1〜A6)、最大粒子径５０μｍ以下の試料（No.A2）は上昇温度が最も小さく特に断熱効果が高い。平均粒径が５μｍより小さいと、断熱効果が低い（No.B3）。これは、断熱に必要な空間が十分ではないことを示している。
【００５６】
また、表２に示すように、同程度の容重、粒径であっても、隔壁を有する粒子の割合が６０％以下のものは、静水圧浮揚残存率が小さく、断熱性が低い（No.B2、B3）。これは、中空微粒子の粒材を塗料に混合するときに、粒材が破損しやすく、中空を維持できないために断熱効果が低下することを示している。
【００５７】
また、表３に示すように、同程度の容重、粒径であっても、吸水率が高い場合には断熱性が低下する(No.C1、C2)。これは、中空微粒子の粒材を塗料に混合するときに、粒材の内部に溶媒や塗料成分が浸透しやすいために、内部空洞を維持できず、断熱効果が低下することを示している。さらに、浮水率および強度が大きく、かつ吸水率が小さくても、容重が高い場合には断熱性が低下する(No.B5)。これは、塗料との混合時には中空粒子の破損は少ないが、粒子内部の空洞容積が少ないため、熱が伝導しやすく、断熱効果が得られ難いからである。
【００５８】
さらに、表３に示すように、粒子表面を再溶融して表面開口を塞いだ試料(No.C4)も、断熱効果が低い。これは、粒子表面が部分的に破損すると連通気泡を通じて粒子内部に塗料成分が侵入するためであり、断熱効果が得られ難い。
【００５９】
表１に示すように、平均粒径が５〜１００μmでは遮音効果が高く（No.A1〜A6）、最大粒子径が２５０μｍ以下の中空微粒を含む試料（No.A4）は特に遮音効果が高い。平均粒径が５μｍより小さいと、遮音効果が低い（No.B3）。これは、遮音に必要な空間が十分ではないことを示している。
【００６０】
また、表２に示すように、同程度の容重、粒径であっても、隔壁を有する粒子の割合が６０％以下のものは、静水圧浮揚残存率が小さく、遮音性が低い（No.B2、B3）。これは、中空微粒子の粒材を塗料に混合するときに、粒材が破損しやすく、中空を維持できないために遮音効果が低下することを示している。
【００６１】
また、表３に示すように、同程度の容重、粒径であっても、吸水率が高い場合には遮音性が低下する(No.C1、C2)。これは、中空微粒子の粒材を塗料に混合するときに、粒材の内部に溶媒や塗料成分が浸透しやすいために、内部空洞を維持できず、遮音効果が低下することを示している。さらに、浮水率および強度が大きく、かつ吸水率が小さくても、容重が高い場合には断熱性が低下する(No.B5)。これは、中空微粒子の粒材を塗料に混合するときに、中空粒子の破損は少ないが、粒子内部の空洞容積が少ないため、音の振動を吸収し難く、遮音性が低下するためである。
【００６２】
さらに、表３に示すように粒子表面を再溶融して表面開口を塞いだ試料(No.C4)も、遮音効果が低い。これは、粒子表面が、部分的に破損すると連通気泡を通じて粒子内部に塗料成分が侵入するためであり、遮音効果が得られ難い。
【００６３】
【表１】
【００６４】
【表２】
【００６５】
【表３】
【００６６】
【表４】
【００６７】
〔実施例２〕
実施例１の中空微粒子(No.A3)を用い、各種市販塗料（「油性トタン用」（D1)、「水性トタン用」(D2)、「高級アクリルトタン用」（D3)、何れも白色、すべてアサヒペン会社製品）１００質量部に対して、上記中空微粒子(No.A3)を３０質量部を添加し、ハンドミキサーで混合して試験塗料（No.D1〜D4）を作製した。各試験塗料は、ブリキ性のトタン(１ｍ×１ｍ)に塗布し、３００μm程度となるように斑無く塗布し、常温、大気中で乾燥させて塗膜を形成した。これを直射日光があたる屋外へ設置し、30日間暴露した後、劣化状況を観察した。また日中のトタン下約１cmの温度を測定した。このときの外気温は２９℃であった。これら結果を表５に示した。何れの塗料（No.D1〜D4）でも、粒材を添加していない塗料に比べて、断熱の効果が得られた。
【００６８】
【表５】
【００６９】
〔実施例３〕
実施例１と同様の方法で、塗料の厚さ、粒剤の添加量を変えて平滑性、断熱性、遮音性を測定した。粒材は実施例１のA3を使用し、粒材の量は、塗料１００質量部に対して５〜１００質量部添加した(E1〜E3)。また膜厚は、２０〜５００μｍとした(E4〜E6)。これら結果を表６に示した。
【００７０】
粒材の添加量が５質量部では断熱性、遮音性が低く、１００質量部を超えると表面の平滑性がやや損なわれる。また、塗料厚さは２０μｍでは断熱性、遮音性が不十分である。一方、膜厚が５００μｍを超えるものは、平滑性、断熱性、遮音性はともに良好であるが、経済的に劣る。
【００７１】
【表６】
【００７２】
〔実施例４〕
実施例１の中空微粒子(No.A3)、および市販の有機系中空微粒子（No.C3）を用いて耐熱塗料を作製し、耐熱試験を実施した。塗料は、溶媒としてシンナーを使用し、シリコン樹脂と顔料（チタン粉末）と中空微粒子を混合して作製した（中空微粒子の含有量３０質量％）。この塗料を３０cm四方の鉄板に塗布して十分に乾燥した後、電気炉に入れて表中の温度で２４時間加温した後、表面を観察した。この結果を表７に示した。
【００７３】
表７に示すように、有機系の中空微粒子（No.C3）は熱で変形し、２００℃から塗料にひびが入り始めたが、本発明品（No.A3）を用いた耐火塗料は４００℃の高温でも変化しなかった。
【００７４】
【表７】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗料に配合されるシリカ質の中空微粒子であって、平均粒径５〜１００μｍであり、内部空間が隔壁によって区切られた複数の独立気泡によって形成されていることを特徴とする塗料用粒材。
【請求項２】
８MPa静水圧浮揚残存率が５０％以上であって、吸水率が３％以下である請求項１に記載する塗料用粒材。
【請求項３】
化学成分のＳｉＯ2含有量が６５〜９０質量％である請求項１または請求項２に記載の塗料用粒材。
【請求項４】
容重が０.１６〜０.３５g/cm3である請求項１〜請求項３に記載する塗料用粒材。
【請求項５】
隔壁によって区切られた複数の独立気泡によって形成されている内部空間を有する粒子１００個中６０個以上含む請求項１〜請求項４の何れかに記載する塗料用粒材。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか記載する塗料用粒材であって、粒子径１〜５０μｍの塗料用粒材からなる断熱塗料用粒材。
【請求項７】
請求項１〜請求項５の何れか記載する塗料用粒材であって、粒子径１〜２５０μｍの塗料用粒材からなる遮音塗料用粒材。
【請求項８】
請求項６に記載する断熱塗料用粒材を含有してなる断熱用塗料。
【請求項９】
請求項７に記載する遮音塗料用粒材を含有してなる遮音用塗料。
【請求項１】
塗料に配合されるシリカ質の中空微粒子であって、平均粒径５〜１００μｍであり、内部空間が隔壁によって区切られた複数の独立気泡によって形成されていることを特徴とする塗料用粒材。
【請求項２】
８MPa静水圧浮揚残存率が５０％以上であって、吸水率が３％以下である請求項１に記載する塗料用粒材。
【請求項３】
化学成分のＳｉＯ2含有量が６５〜９０質量％である請求項１または請求項２に記載の塗料用粒材。
【請求項４】
容重が０.１６〜０.３５g/cm3である請求項１〜請求項３に記載する塗料用粒材。
【請求項５】
隔壁によって区切られた複数の独立気泡によって形成されている内部空間を有する粒子１００個中６０個以上含む請求項１〜請求項４の何れかに記載する塗料用粒材。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか記載する塗料用粒材であって、粒子径１〜５０μｍの塗料用粒材からなる断熱塗料用粒材。
【請求項７】
請求項１〜請求項５の何れか記載する塗料用粒材であって、粒子径１〜２５０μｍの塗料用粒材からなる遮音塗料用粒材。
【請求項８】
請求項６に記載する断熱塗料用粒材を含有してなる断熱用塗料。
【請求項９】
請求項７に記載する遮音塗料用粒材を含有してなる遮音用塗料。
【公開番号】特開２０１０−７７４２４（Ｐ２０１０−７７４２４Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９８５８１（Ｐ２００９−１９８５８１）
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（５０１１７３４６１）太平洋マテリアル株式会社 (307)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（５０１１７３４６１）太平洋マテリアル株式会社 (307)
【Ｆターム（参考）】
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