赤外線と紫外線の吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤
【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いた。当該防止対策として好適な赤外線・紫外線を吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤を提供する。
【解決手段】赤外線と紫外線を同時に吸収・遮蔽効果を示す異種金属をドープした酸化亜鉛顔料と、無機系バインダーのアルコキシド化合物との混合液に対して、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出来、耐久性、ポットライフの良好な赤外線・紫外線の吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤。
【解決手段】赤外線と紫外線を同時に吸収・遮蔽効果を示す異種金属をドープした酸化亜鉛顔料と、無機系バインダーのアルコキシド化合物との混合液に対して、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出来、耐久性、ポットライフの良好な赤外線・紫外線の吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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紫外線や赤外線が浸入し、室内、車内、ショーケース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、赤外線と紫外線を同時に吸収・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と紫外線を同時に吸収・遮蔽の効果を発現するコーティング剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
赤外線、紫外線対策としては、硝子面に赤外線や紫外線吸収をするフィルムを貼り付ける方式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・紫外線吸収能の低下、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。
【０００３】
また、硝子面に赤外線吸収するコート剤を塗布する方式も一部提案されているが、塗膜の劣化・ハクリ、赤外線・紫外線吸収能の低下、塗作業布の難しさに問題があり、幅広い普及には至っていない。コート剤に添加する赤外線吸収剤としては、酸化錫（ＡＴＯ）、酸化インジウム（ＩＴＯ）などが使用されているが、これらは赤外線を吸収するものの、紫外線を吸収しないので、紫外線の吸収対策として有機系紫外線剤が添加されていた。しかしながら紫外線吸収剤そのものが紫外線によって劣化・分解し、２〜３年で紫外線吸収性能が大きく低下することが問題であった。またコート剤に使用するバインダーとして、無機系塗膜を形成するアルコキシシラン加水分解物の使用が一部提唱されているが、塗膜の白化、ひび割れ、ハクリ・脱落の問題があり、耐久性に欠けるものであった。また硝子面への塗布作業性が極めて悪く、施工コストが高くなる問題を包含していた。
【０００４】
【特許文献】 特開平０５−２５５６４３ 特開２００７−２４６６９９ 特開２００７−２４８８４１ 特開２００８−２４１８８２ 特開２００９−８４４７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明では、赤外線と紫外線を同時に吸収・遮蔽効果を有する酸化亜鉛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て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、短時間に出来、かつコート液の保存性（ポットライフ）が良好な赤外線・紫外線吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１発明は、酸化亜鉛に異種金属をドープさせて赤外線と紫外線の両域に吸収・遮蔽性能を有する無機系酸化亜鉛顔料を主原料とし、これに無機バインダーとしてアルコキシシランの化合物を加え、さらに溶媒として炭素数１〜５の低級アルコールを配合したものをコート液の基本液とし、このコート液の基本液に対して、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種を添加することを特徴とする赤外線・紫外線の吸収・遮蔽機能を有するーティング剤である。
【０００７】
本発明の第３発明は、塗膜形成時の乾燥速度の調整剤として、エチレングリコール、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・紫外線の吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤である。塗膜形成時の乾燥速度を調整することは、無機バインダーの架橋の緻密度をコントロールすることになり、塗膜の割れ、剥離、白化を防止し、塗装作業性の向上と共に塗膜の耐久性を高めることが出来る。
【発明の効果】
【０００８】
酸化亜鉛に異臭金属をドープさせた無機系酸化亜鉛顔料を使用していることから、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、紫外線を同時に吸収・遮蔽する効果を維持することが出来る。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。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（１０〜３０μｍ）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・紫外線遮蔽効果を享受することが出来る。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ケ月間以上、常温で保管しても粘度や塗料組成などに変化が見られなく、長期間良好な塗布作業性が保持される。
【０００９】
本発明の赤外線・紫外線の吸収・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と紫外線の浸入を永年に亘って防止ができる。紫外線の遮蔽効果により、人体の日焼け防止、展示商品の変色・劣化防止が可能になる。また赤外線の遮蔽効果により、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出来、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り、また冬場の結露防止対策にも有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本半発明で使用する赤外線・紫外線を同時に吸収・遮蔽する素材としては、異種金属をドープさせた酸化亜鉛系顔料を使用するが、これまでの赤外線吸収剤としては、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）が代表的なものであった。これらのＡＴＯやＩＴＯは、赤外線の吸収・遮蔽効果を示すが、紫外線の吸収性能は低いものであった。しかしながら、赤外線を吸収・遮蔽を要求される局面では、紫外線の同時吸収を要求されることが多い。このため紫外線対策については、有機系紫外線吸収剤としてベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系、サルチル酸系の吸収剤が添加されることが多い。しかしながら、有機系紫外線吸収剤は、紫外線を吸収して自分自身が劣化・分解し、２〜３年間で紫外線吸収剤の性能が大きく低下する問題を包含していた。
【００１１】
一方、無機系紫外線吸収剤については、従来より酸化亜鉛、酸化チタンがよく知られており、塗料、化粧品、日焼け止めクリームなどに使用されている。しかしながら酸化亜鉛や酸化チタンをコート剤に用いると、紫外線を吸収・遮蔽効果を発揮するものの、赤外線の吸収効果が小さく、塗膜が白色になったり、透明性に欠ける問題があった。
【００１２】
しかしながら酸化亜鉛結晶に構成している亜鉛原子（ＩＩ価）とは異なる価数の原子（ＩＩＩ価、ＩＶ価、Ｖ価）を酸化亜鉛の結晶内にドープさせると、赤外線と紫外線の両者を吸収する特性を発現することが判明している。従って本発明では、赤外線と紫外線を同時に吸収・遮蔽効果を引き出すため、異種金属（ＩＩＩ価、ＩＶ価、Ｖ価）をドープさせた酸化亜鉛を基本材料（顔料）として用いる。酸化亜鉛にドープする異種金属としては、アルミニウム、アンチモン、ガリウムなどが望ましく、赤外線の吸収・遮蔽効果が大きい。本発明に用いる異種金属をドープさせた酸亜鉛系顔料は、無機化合物であるので紫外線や赤外線を吸収しても組成的に変化や劣化がなく、長期期間、安定して赤外線・紫外線の吸収性能を発現させることが出来る。
【００１３】
異種金属をドープさせた酸化亜鉛顔料の１次粒子径としては、５０ｎｍ以下が望ましい。１次粒子径が５０ｎｍ以上の酸化亜鉛顔料を使用すると、塗膜の透明性が低下し、白くなりやすい。また１次粒子径が５ｎｍ以下になると、粒子の凝集性が高まることから、コート剤調製段階における分散性が低下して逆に塗膜の透明性が低下する。従って１次粒子径としては特に５〜３０ｎｍが好ましい。
【００１４】
酸化亜鉛系顔料を無機バインダーと混合してコーティング剤にするに当たっては、酸化亜鉛系顔料を事前に湿式メディア分散機、超音波分散機などの分散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１〜４のアルコールが望ましい。炭素数１〜４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−ブタノールがあるが、いずれのアルコールを使用してもよい。
【００１５】
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、硝子との密着が比較的良好であるが、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。本発明の対象である赤外線・紫外線の吸収・遮蔽の分野では、塗膜の厚みを１０〜３０μｍ程度の厚膜にすることが必要であることから、この分野にアルキルシリケート化合物をバインダーとして使用することは極めて難しい課題とされていた。
【００１６】
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（２〜５０量体）を用いることが出来る。量体数が大きいオリゴマーは、縮合度が高く塗料化が比較的容易であるが、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生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１０以下の縮合度の低いオリゴマーを使用することが出来、コーティング剤の保管安定性（ポットライフ）を長することが出来る。
【００１７】
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。さらに緻密な構造をネットワークを形成するには、上記の異なる架橋剤を２種以上を組み合わせて使用することが好ましい。
【００１８】
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出来る。
【００１９】
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出来る。
【００２０】
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出来る。
【００２１】
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出来る。
【００２２】
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出来る。
【００２３】
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、１〜１００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たり、ポットライフが短くなる。従って架橋剤の添加量は５〜５０重量％が特に好ましい。
【００２４】
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１〜４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。
【００２５】
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たり、ハクリ、ヒビ割れが発生し易い。従って、本発明では、架橋剤と共に、乾燥速度調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により、最適な塗膜の形成が可能になる。
【００２６】
乾燥速度調剤としては、異種金属をドープした酸化亜鉛の分散状態を壊さないで、塗膜の乾＋コールエーテル化合物の少なくと１種を添加することが望ましい。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出来る。
【００２７】
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酸化亜鉛の分散状態を壊したり、塗装時に塗液のタレ発生が起こり易くなる。また乾燥時間が長くなり、塗装作業性が悪くなる。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５〜３０％が好ましい。
【００２８】
本発明の赤外線・紫外線の吸収・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に塗布して、内部に進入してくる赤外線・紫外線を吸収・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。
【００２９】
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・紫外線を吸収・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１０〜３０μｍにすることが望ましい。
【実施例】
【００３０】
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。
【実施例１】
【００３１】
赤外線・紫外線の吸収・遮蔽光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）をエタノールに分散した溶液（固形分濃度：３０％）２５０ｇを用意した。これにエチルシリケートオリゴマー（エチルシリケート４０：ＳｉＯ２／４０％）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、コート剤の基本液とした。
【００３２】
上記のコート剤の基本液に対して、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とした。
【００３３】
上記のコート剤調製液をポリ容器内に充填して常温で６ヶ月間暗所にて保存した後、コー剤の粘度をフローカップ法で測定した。粘度の経時変化率が５％以内であり、高い保存安定性を示した。
【００３４】
硝子板（厚み３ｍｍ、大きさ２００ｍｍ×２００ｍｍ）用意し、エタノールで硝子表面を油脂分を拭き取り、硝子面を親水性に処理した後、上記のコート剤調製液を低圧温風ガンで塗布量が約４０〜５０ｇ／ｍ２になるように硝子面に塗布し、そのまま常温（約２５℃）で放置して塗膜の形成を行った。
【比較例】
【００３５】
また、比較のため、以下のコート剤調製液を作製し、上記実施例と同様の作製方法で塗膜を形成した。なお、比較例において特記している以外の成分は実施例と同一である。
［比較例１］
【００３６】
実施例のコート剤の基本液のみの使用で、架橋剤と乾燥速度調剤を配合していないコー剤調製液を作成した。
［比較例２］
【００３７】
実施例のコート剤の基本液に対して、乾燥速度調整剤を配合するが、架橋剤を添加していないコート剤調製液を作成した。
［比較例３］
【００３８】
実施例のコート剤の基本液に対して、架橋剤を配合するが、乾燥速度調整剤を添加していないコート剤調製液を作成した。
【００３９】
実施例及び比較例１〜３のコート剤調製液を塗布した直後の成膜性（表面平滑性）、塗布１日後の塗膜の状態、鉛筆硬度、及び塗布１週間後の塗膜について膜厚を測定した。この測定結果を表１に示す。
【００４０】
また、実施例及び比較例１〜３のコート剤調製液を塗布して１週間後の塗膜について、可視光（測定波長：５００ｎｍ）、赤外線（測定波長：１６００ｎｍ）、紫外線透過率（測定波長：３６０ｎ）を分光光度計を用い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）の各透過率の測定した。この測定結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
【技術分野】
【０００１】
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紫外線や赤外線が浸入し、室内、車内、ショーケース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、赤外線と紫外線を同時に吸収・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と紫外線を同時に吸収・遮蔽の効果を発現するコーティング剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
赤外線、紫外線対策としては、硝子面に赤外線や紫外線吸収をするフィルムを貼り付ける方式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・紫外線吸収能の低下、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。
【０００３】
また、硝子面に赤外線吸収するコート剤を塗布する方式も一部提案されているが、塗膜の劣化・ハクリ、赤外線・紫外線吸収能の低下、塗作業布の難しさに問題があり、幅広い普及には至っていない。コート剤に添加する赤外線吸収剤としては、酸化錫（ＡＴＯ）、酸化インジウム（ＩＴＯ）などが使用されているが、これらは赤外線を吸収するものの、紫外線を吸収しないので、紫外線の吸収対策として有機系紫外線剤が添加されていた。しかしながら紫外線吸収剤そのものが紫外線によって劣化・分解し、２〜３年で紫外線吸収性能が大きく低下することが問題であった。またコート剤に使用するバインダーとして、無機系塗膜を形成するアルコキシシラン加水分解物の使用が一部提唱されているが、塗膜の白化、ひび割れ、ハクリ・脱落の問題があり、耐久性に欠けるものであった。また硝子面への塗布作業性が極めて悪く、施工コストが高くなる問題を包含していた。
【０００４】
【特許文献】 特開平０５−２５５６４３ 特開２００７−２４６６９９ 特開２００７−２４８８４１ 特開２００８−２４１８８２ 特開２００９−８４４７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明では、赤外線と紫外線を同時に吸収・遮蔽効果を有する酸化亜鉛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て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、短時間に出来、かつコート液の保存性（ポットライフ）が良好な赤外線・紫外線吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１発明は、酸化亜鉛に異種金属をドープさせて赤外線と紫外線の両域に吸収・遮蔽性能を有する無機系酸化亜鉛顔料を主原料とし、これに無機バインダーとしてアルコキシシランの化合物を加え、さらに溶媒として炭素数１〜５の低級アルコールを配合したものをコート液の基本液とし、このコート液の基本液に対して、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種を添加することを特徴とする赤外線・紫外線の吸収・遮蔽機能を有するーティング剤である。
【０００７】
本発明の第３発明は、塗膜形成時の乾燥速度の調整剤として、エチレングリコール、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・紫外線の吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤である。塗膜形成時の乾燥速度を調整することは、無機バインダーの架橋の緻密度をコントロールすることになり、塗膜の割れ、剥離、白化を防止し、塗装作業性の向上と共に塗膜の耐久性を高めることが出来る。
【発明の効果】
【０００８】
酸化亜鉛に異臭金属をドープさせた無機系酸化亜鉛顔料を使用していることから、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、紫外線を同時に吸収・遮蔽する効果を維持することが出来る。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。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（１０〜３０μｍ）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・紫外線遮蔽効果を享受することが出来る。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ケ月間以上、常温で保管しても粘度や塗料組成などに変化が見られなく、長期間良好な塗布作業性が保持される。
【０００９】
本発明の赤外線・紫外線の吸収・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と紫外線の浸入を永年に亘って防止ができる。紫外線の遮蔽効果により、人体の日焼け防止、展示商品の変色・劣化防止が可能になる。また赤外線の遮蔽効果により、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出来、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り、また冬場の結露防止対策にも有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本半発明で使用する赤外線・紫外線を同時に吸収・遮蔽する素材としては、異種金属をドープさせた酸化亜鉛系顔料を使用するが、これまでの赤外線吸収剤としては、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）が代表的なものであった。これらのＡＴＯやＩＴＯは、赤外線の吸収・遮蔽効果を示すが、紫外線の吸収性能は低いものであった。しかしながら、赤外線を吸収・遮蔽を要求される局面では、紫外線の同時吸収を要求されることが多い。このため紫外線対策については、有機系紫外線吸収剤としてベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系、サルチル酸系の吸収剤が添加されることが多い。しかしながら、有機系紫外線吸収剤は、紫外線を吸収して自分自身が劣化・分解し、２〜３年間で紫外線吸収剤の性能が大きく低下する問題を包含していた。
【００１１】
一方、無機系紫外線吸収剤については、従来より酸化亜鉛、酸化チタンがよく知られており、塗料、化粧品、日焼け止めクリームなどに使用されている。しかしながら酸化亜鉛や酸化チタンをコート剤に用いると、紫外線を吸収・遮蔽効果を発揮するものの、赤外線の吸収効果が小さく、塗膜が白色になったり、透明性に欠ける問題があった。
【００１２】
しかしながら酸化亜鉛結晶に構成している亜鉛原子（ＩＩ価）とは異なる価数の原子（ＩＩＩ価、ＩＶ価、Ｖ価）を酸化亜鉛の結晶内にドープさせると、赤外線と紫外線の両者を吸収する特性を発現することが判明している。従って本発明では、赤外線と紫外線を同時に吸収・遮蔽効果を引き出すため、異種金属（ＩＩＩ価、ＩＶ価、Ｖ価）をドープさせた酸化亜鉛を基本材料（顔料）として用いる。酸化亜鉛にドープする異種金属としては、アルミニウム、アンチモン、ガリウムなどが望ましく、赤外線の吸収・遮蔽効果が大きい。本発明に用いる異種金属をドープさせた酸亜鉛系顔料は、無機化合物であるので紫外線や赤外線を吸収しても組成的に変化や劣化がなく、長期期間、安定して赤外線・紫外線の吸収性能を発現させることが出来る。
【００１３】
異種金属をドープさせた酸化亜鉛顔料の１次粒子径としては、５０ｎｍ以下が望ましい。１次粒子径が５０ｎｍ以上の酸化亜鉛顔料を使用すると、塗膜の透明性が低下し、白くなりやすい。また１次粒子径が５ｎｍ以下になると、粒子の凝集性が高まることから、コート剤調製段階における分散性が低下して逆に塗膜の透明性が低下する。従って１次粒子径としては特に５〜３０ｎｍが好ましい。
【００１４】
酸化亜鉛系顔料を無機バインダーと混合してコーティング剤にするに当たっては、酸化亜鉛系顔料を事前に湿式メディア分散機、超音波分散機などの分散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１〜４のアルコールが望ましい。炭素数１〜４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−ブタノールがあるが、いずれのアルコールを使用してもよい。
【００１５】
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、硝子との密着が比較的良好であるが、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。本発明の対象である赤外線・紫外線の吸収・遮蔽の分野では、塗膜の厚みを１０〜３０μｍ程度の厚膜にすることが必要であることから、この分野にアルキルシリケート化合物をバインダーとして使用することは極めて難しい課題とされていた。
【００１６】
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（２〜５０量体）を用いることが出来る。量体数が大きいオリゴマーは、縮合度が高く塗料化が比較的容易であるが、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生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１０以下の縮合度の低いオリゴマーを使用することが出来、コーティング剤の保管安定性（ポットライフ）を長することが出来る。
【００１７】
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。さらに緻密な構造をネットワークを形成するには、上記の異なる架橋剤を２種以上を組み合わせて使用することが好ましい。
【００１８】
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出来る。
【００１９】
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出来る。
【００２０】
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出来る。
【００２１】
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出来る。
【００２２】
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出来る。
【００２３】
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、１〜１００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たり、ポットライフが短くなる。従って架橋剤の添加量は５〜５０重量％が特に好ましい。
【００２４】
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１〜４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。
【００２５】
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たり、ハクリ、ヒビ割れが発生し易い。従って、本発明では、架橋剤と共に、乾燥速度調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により、最適な塗膜の形成が可能になる。
【００２６】
乾燥速度調剤としては、異種金属をドープした酸化亜鉛の分散状態を壊さないで、塗膜の乾＋コールエーテル化合物の少なくと１種を添加することが望ましい。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出来る。
【００２７】
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酸化亜鉛の分散状態を壊したり、塗装時に塗液のタレ発生が起こり易くなる。また乾燥時間が長くなり、塗装作業性が悪くなる。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５〜３０％が好ましい。
【００２８】
本発明の赤外線・紫外線の吸収・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に塗布して、内部に進入してくる赤外線・紫外線を吸収・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。
【００２９】
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・紫外線を吸収・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１０〜３０μｍにすることが望ましい。
【実施例】
【００３０】
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。
【実施例１】
【００３１】
赤外線・紫外線の吸収・遮蔽光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）をエタノールに分散した溶液（固形分濃度：３０％）２５０ｇを用意した。これにエチルシリケートオリゴマー（エチルシリケート４０：ＳｉＯ２／４０％）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、コート剤の基本液とした。
【００３２】
上記のコート剤の基本液に対して、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とした。
【００３３】
上記のコート剤調製液をポリ容器内に充填して常温で６ヶ月間暗所にて保存した後、コー剤の粘度をフローカップ法で測定した。粘度の経時変化率が５％以内であり、高い保存安定性を示した。
【００３４】
硝子板（厚み３ｍｍ、大きさ２００ｍｍ×２００ｍｍ）用意し、エタノールで硝子表面を油脂分を拭き取り、硝子面を親水性に処理した後、上記のコート剤調製液を低圧温風ガンで塗布量が約４０〜５０ｇ／ｍ２になるように硝子面に塗布し、そのまま常温（約２５℃）で放置して塗膜の形成を行った。
【比較例】
【００３５】
また、比較のため、以下のコート剤調製液を作製し、上記実施例と同様の作製方法で塗膜を形成した。なお、比較例において特記している以外の成分は実施例と同一である。
［比較例１］
【００３６】
実施例のコート剤の基本液のみの使用で、架橋剤と乾燥速度調剤を配合していないコー剤調製液を作成した。
［比較例２］
【００３７】
実施例のコート剤の基本液に対して、乾燥速度調整剤を配合するが、架橋剤を添加していないコート剤調製液を作成した。
［比較例３］
【００３８】
実施例のコート剤の基本液に対して、架橋剤を配合するが、乾燥速度調整剤を添加していないコート剤調製液を作成した。
【００３９】
実施例及び比較例１〜３のコート剤調製液を塗布した直後の成膜性（表面平滑性）、塗布１日後の塗膜の状態、鉛筆硬度、及び塗布１週間後の塗膜について膜厚を測定した。この測定結果を表１に示す。
【００４０】
また、実施例及び比較例１〜３のコート剤調製液を塗布して１週間後の塗膜について、可視光（測定波長：５００ｎｍ）、赤外線（測定波長：１６００ｎｍ）、紫外線透過率（測定波長：３６０ｎ）を分光光度計を用い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）の各透過率の測定した。この測定結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化亜鉛に異種金属をドープさせて赤外線と紫外線の両域に吸収性能を有する酸化亜鉛顔料と、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種を添加することを特徴とする赤外線・紫外線の吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤
【請求項２】
塗膜形成時の乾燥速度の調整剤として、エチレングリコール、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・紫外線の吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤。
【請求項１】
酸化亜鉛に異種金属をドープさせて赤外線と紫外線の両域に吸収性能を有する酸化亜鉛顔料と、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種を添加することを特徴とする赤外線・紫外線の吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤
【請求項２】
塗膜形成時の乾燥速度の調整剤として、エチレングリコール、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・紫外線の吸収・遮蔽機能を有するコーティング剤。
【公開番号】特開２０１１−１５３２（Ｐ２０１１−１５３２Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６２２２５（Ｐ２００９−１６２２２５）
【出願日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【出願人】（５０８１８１５０４）株式会社サンエイジ (9)
【出願人】（５０７０４８５９２）アロウィング株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【出願人】（５０８１８１５０４）株式会社サンエイジ (9)
【出願人】（５０７０４８５９２）アロウィング株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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