JP2018039947A - Method for producing emulsion clear coating material - Google Patents
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Abstract
【課題】耐候性及び透明性に優れるクリヤー塗膜を形成することが可能なエマルションクリヤー塗料を提供する。【解決手段】エマルションクリヤー塗料の製造方法は、ケイ素化合物の水溶液と、アルミニウム化合物の水溶液を混合し、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を調製する工程と、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液から副生成物の塩を除去する工程と、塩が除去された無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液と、表面の少なくとも一部に酸化チタンが存在する基材とを混合した後、水熱反応させて、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の懸濁液を得る工程と、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の懸濁液と、樹脂エマルションを混合する工程を含む。【選択図】なしAn emulsion clear coating material capable of forming a clear coating film excellent in weather resistance and transparency is provided. A method for producing an emulsion clear coating comprises mixing an aqueous solution of a silicon compound and an aqueous solution of an aluminum compound to prepare a suspension of precursor particles of an inorganic silicate polymer, and an inorganic silicate. Removing a by-product salt from a suspension of polymer precursor particles, a suspension of inorganic silicate polymer precursor particles from which the salt has been removed, and oxidizing at least a portion of the surface After mixing the base material in which titanium is present, a step of hydrothermal reaction to obtain a suspension of titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles; A step of mixing the suspension and the resin emulsion. [Selection figure] None
Description
本発明は、エマルションクリヤー塗料の製造方法及びクリヤー塗膜の形成方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an emulsion clear coating and a method for forming a clear coating film.
塗料は、通常、様々な材料や製品、部品の表面に、数μmから数百μm程度の膜厚で塗布されており、基材の保護(長寿命化)の他、各々の用途に応じて、それらの表面に色合いや風合い、艶や光輝感を持たせるようにすることでその機能を発揮している。塗膜の主な機能は、美観と被塗物の保護である。サブミリオーダーの膜厚で美観を保ち、過酷な環境から被塗物を長期に亘り保護する耐久性は、塗膜の重要な機能の一つである。 Paints are usually applied to the surface of various materials, products, and parts with a film thickness of several to hundreds of μm. In addition to protecting the substrate (prolonging the service life), depending on the application , Their functions are demonstrated by giving them a color, texture, luster and radiance. The main functions of the coating are aesthetics and protection of the object. One of the important functions of the coating film is the durability that keeps the aesthetic appearance with sub-millimeter order film thickness and protects the object to be coated from harsh environment for a long time.
塗膜は、常に何らかの形で外界と接触した状態に晒されており、紫外光、降雨等による自然暴露、人的要素の強い物理的化学的攻撃を受ける状態に置かれている。塗膜の性能は、これらの外的環境因子を含む様々な外的刺激に対して、どれだけの耐久性を有するかで決定されることになる。このため、耐久性の評価試験は、自動車、土木用機械類、橋梁、備蓄タンク等の大型鋼構造物、ビル、体育館等の大型公共建築物等の屋外で使用される、あらゆる機械や構造物の総合的性能を評価する上で、重要な判断基準として用いられる。 The coating film is always exposed to some form of contact with the outside world, and is subjected to natural exposure due to ultraviolet light, rain, etc., and strong physical and chemical attack of human factors. The performance of the coating will be determined by how durable it is to various external stimuli including these external environmental factors. For this reason, the durability evaluation test is performed on all machines and structures used outdoors such as automobiles, civil engineering machinery, bridges, large steel structures such as storage tanks, and large public buildings such as buildings and gymnasiums. It is used as an important criterion for evaluating the overall performance of the system.
1960年代以降の石油化学の発展により、樹脂合成や高分子化学の研究分野が進展し、耐候性に優れた素材の研究開発が行われるようになった。さらに、近年では、従来の耐候性に加え、耐汚染性を有する塗膜の技術開発が行われており、その市場ニーズは極めて高い。特に、近年の建築物は、高層化・高意匠化が進んでおり、塗膜の汚染が目立ち易く、再塗工が困難な事例が多い。特に、壁面部に付着した汚染物質が雨水の流下に伴って形成される雨筋汚れが発生しやすく、美観が損なわれることが問題点として指摘されている。 With the development of petrochemistry since the 1960s, research fields of resin synthesis and polymer chemistry have advanced, and research and development of materials with excellent weather resistance have been conducted. Furthermore, in recent years, in addition to conventional weather resistance, technical development of coating films having stain resistance has been performed, and the market needs are extremely high. In particular, buildings in recent years have been increasing in height and design, and there are many cases in which re-coating is difficult because the coating film is easily contaminated. In particular, it has been pointed out as a problem that rain streak is easily formed due to the contaminants attached to the wall surface as rainwater flows down, and the aesthetic appearance is impaired.
そこで、雨筋汚れの発生を低減し、長期間に亘り、建築物の美観を維持することを可能にする塗料に対する需要が高まっている。近年注目されている方法の一つに、塗膜の表面の親水化が挙げられる。これは、塗膜の表面を親水化することによって、疎水性の高い汚染物質の付着を防止すると共に、雨水が表面に拡散することにより汚染物質を流去しやすくする方法である。 Thus, there is an increasing demand for paints that can reduce the occurrence of rain stains and maintain the aesthetics of buildings over a long period of time. One of the methods attracting attention in recent years is to make the surface of the coating film hydrophilic. This is a method of making the surface of the coating film hydrophilic to prevent adhesion of highly hydrophobic contaminants and facilitating the removal of contaminants by diffusing rainwater to the surface.
一般的に、塗料に対する無機系分散安定剤として、コロイダルシリカが知られており、現在では、コロイダルシリカを添加して塗膜を親水化することにより、塗膜に耐汚染性を付与する技術に関する研究が行われている。 Generally, colloidal silica is known as an inorganic dispersion stabilizer for paints, and at present, it relates to a technique for imparting stain resistance to a paint film by adding colloidal silica to make the paint film hydrophilic. Research is underway.
しかしながら、コロイダルシリカの添加量が増加すれば、塗膜の親水性が向上する一方で、塗膜の硬度が著しく上昇し、塗膜にクラックが発生するという問題がある。 However, if the amount of colloidal silica added is increased, the hydrophilicity of the coating film is improved, but the hardness of the coating film is remarkably increased, and there is a problem that cracks are generated in the coating film.
こうした点を踏まえて、種々の用途に応じデザインされた基材、下地の上に、硬度の上昇を抑えながら、透明性及び耐汚染性を同時に発現するクリヤー塗膜を構築することが望まれている。 In light of these points, it is desirable to construct a clear coating film that simultaneously exhibits transparency and stain resistance while suppressing an increase in hardness on a substrate or substrate designed for various applications. Yes.
一方、酸化チタンの光触媒能により有機化合物を分解除去する方法が数多く報告されている。例えば、酸化チタンの光電極による水の光分解は、発見者の名前に因んで、本多・藤嶋効果と呼ばれている。この光触媒反応は、太陽エネルギーを利用する低環境負荷型化学プロセスとしての利用が期待されている。酸化チタンに光を照射すると、強い還元作用を持つ電子と強い酸化作用を持つ正孔とが生成し、表面に生成した酸素種が接触する分子種が分解すると考えられている。酸化チタンの光触媒能を利用することで、例えば、水相中に存在する有機溶剤、農薬、界面活性剤等の環境汚染物質、気相中の有害物質、悪臭等の分解除去が可能となる。 On the other hand, many methods for decomposing and removing organic compounds by the photocatalytic ability of titanium oxide have been reported. For example, photolysis of water with a titanium oxide photoelectrode is called the Honda-Fujishima effect because of the name of the discoverer. This photocatalytic reaction is expected to be used as a low environmental load chemical process using solar energy. It is believed that when titanium oxide is irradiated with light, electrons having a strong reducing action and holes having a strong oxidizing action are generated, and molecular species in contact with oxygen species generated on the surface are decomposed. By utilizing the photocatalytic ability of titanium oxide, for example, it is possible to decompose and remove environmental pollutants such as organic solvents, agricultural chemicals, and surfactants present in the aqueous phase, harmful substances in the gas phase, and bad odors.
酸化チタンの光触媒能を利用する方法は、耐久性に優れ、反応生成物の大部分は、二酸化炭素であるため、使用環境に対する負荷が低い。また、この方法は、微生物の代謝に依存する生物学的処理法と比較すると、温度等の反応条件の設定や代謝発生物処理等の運転条件の設定に関わる制約が極めて少ない。しかも、この方法は、生物学的処理法では処理が困難である有機ハロゲン化合物や有機リン化合物のような物質も容易に分解除去することができる利点がある。 The method using the photocatalytic ability of titanium oxide is excellent in durability, and most of the reaction product is carbon dioxide, so that the load on the use environment is low. In addition, this method has very few restrictions related to setting of reaction conditions such as temperature and setting of operating conditions such as treatment of metabolite as compared with biological treatment methods that depend on the metabolism of microorganisms. In addition, this method has an advantage that substances such as organic halogen compounds and organophosphorus compounds that are difficult to treat by biological treatment methods can be easily decomposed and removed.
この方法は、既に、滅菌、防汚、消臭等の分野で実用化されており、更に、燃焼排ガス中の窒素酸化物の除去、住宅内の揮発性有害有機化合物の分解、廃水の浄化等の環境浄化への応用が検討されている。 This method has already been put to practical use in fields such as sterilization, antifouling, and deodorization. Further, removal of nitrogen oxides in combustion exhaust gas, decomposition of volatile harmful organic compounds in houses, purification of waste water, etc. Application to environmental purification is being studied.
しかしながら、これまで行われてきた酸化チタンによる有機化合物の分解除去に関する研究では、酸化チタン粉末をそのまま用いており、部材への組み込み、メンテナンス及びハンドリングに問題があり、汎用性のある実用化技術を開発することが極めて困難であった。 However, in the research on the decomposition and removal of organic compounds by titanium oxide, the titanium oxide powder is used as it is, and there are problems in assembly, maintenance, and handling. It was extremely difficult to develop.
そこで、例えば、酸化チタンを、取り扱いが容易な繊維、プラスチックス等の媒体と混練して使用する試みがなされた。 Thus, for example, an attempt has been made to use titanium oxide by kneading it with a medium such as fiber and plastic that are easy to handle.
しかしながら、酸化チタンは、光触媒能による有害有機化合物や環境汚染物質の分解だけではなく、混練する媒体である繊維やプラスチックスの分解劣化も引き起こすため、こうした媒体の使用には問題があった。 However, since titanium oxide causes not only decomposition of harmful organic compounds and environmental pollutants due to photocatalytic activity, but also decomposition and deterioration of fibers and plastics as kneading media, there is a problem in using such media.
また、酸化チタンを抗菌防カビ材料として用いる場合には、例えば、汚染水の流水下では、細菌類の酸化チタンに対する親和性が低く、細菌類の酸化チタンの表面への吸着を阻害するため、酸化チタンの光触媒能の十分な発揮を見込めない等の問題点があった。 Moreover, when using titanium oxide as an antibacterial and antifungal material, for example, under running water of contaminated water, the affinity of bacteria for titanium oxide is low, and the adsorption of bacteria on the surface of titanium oxide is inhibited. There was a problem that titanium oxide could not be expected to fully exhibit the photocatalytic activity.
現在では、酸化チタンを含む塗料を、例えば、壁材などの基材に塗装して光触媒機能を発揮させる試みがなされている。こうした塗料により形成される塗膜は、表面に付着した汚染物質が酸化チタンの光触媒能により分解するだけではなく、親水性を有する酸化チタン粒子が塗膜の表面に露出しているため、汚れが付着しにくいという特性を発揮する。すなわち、酸化チタン粒子を含有する塗膜は、自ら汚れを除去するセルフクリーニング機能を有している。 At present, an attempt is made to exhibit a photocatalytic function by coating a paint containing titanium oxide on a base material such as a wall material. The coating film formed by such a paint not only decomposes the contaminants attached to the surface due to the photocatalytic activity of titanium oxide, but also has hydrophilic titanium oxide particles exposed on the surface of the coating film, so that the dirt is stained. Demonstrates the property of being difficult to adhere. That is, the coating film containing titanium oxide particles has a self-cleaning function that removes dirt by itself.
しかしながら、塗料成分として、樹脂を含む有機系塗料を用いた場合には、上述のように樹脂が酸化チタンの表面と接触するため、酸化チタンの光触媒能により、樹脂が分解され、塗膜の劣化を引き起こす問題があった。 However, when an organic paint containing a resin is used as the paint component, the resin comes into contact with the surface of the titanium oxide as described above. There was a problem causing.
そこで、最近では、アパタイトなどのリン酸カルシウムを酸化チタンに被覆した酸化チタン複合粒子を含有する塗料が提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。これらの塗料では、いずれも塩化ナトリウム、塩化カルシウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウムなどを溶解させた擬似体液に、酸化チタンを分散させた分散液に塩化カルシウムを添加して酸化チタン複合粒子を製造している。 Therefore, recently, a paint containing titanium oxide composite particles in which calcium phosphate such as apatite is coated on titanium oxide has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 3). In these paints, titanium oxide is obtained by adding calcium chloride to a dispersion in which titanium oxide is dispersed in a simulated body fluid in which sodium chloride, calcium chloride, potassium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate and the like are dissolved. Manufactures composite particles.
この種の酸化チタン複合粒子では、アパタイトは、酸化チタンの表面を完全に被覆しているのではなく、酸化チタンの表面に分散して析出している。すなわち、酸化チタンの表面が部分的に露出しているため、酸化チタンの光触媒能は失活しない。また、酸化チタンの表面をアパタイトが被覆しているので、アパタイトがスペーサーとなり、酸化チタンは、直接樹脂とは接触しないため、樹脂の分解が抑制され、有機系塗料の使用が可能になる。また、アパタイトは、タンパク質、アルデヒド類などの物質の吸着能に優れているため、酸化チタン複合粒子は、消光時に物質を吸着することができ、その結果、消光時に吸着した物質が光照射時に酸化チタンの光触媒能により分解する。 In this type of titanium oxide composite particles, the apatite does not completely cover the surface of the titanium oxide but is dispersed and deposited on the surface of the titanium oxide. That is, since the surface of titanium oxide is partially exposed, the photocatalytic ability of titanium oxide is not deactivated. In addition, since the surface of titanium oxide is coated with apatite, the apatite serves as a spacer, and titanium oxide does not directly contact the resin, so that decomposition of the resin is suppressed and an organic paint can be used. In addition, since apatite is excellent in the ability to adsorb substances such as proteins and aldehydes, the titanium oxide composite particles can adsorb substances during quenching. As a result, the substances adsorbed during quenching are oxidized during light irradiation. Decomposes due to the photocatalytic activity of titanium.
しかしながら、特許文献1〜3に記載の塗料に含まれる酸化チタン複合粒子の製造に使用する擬似体液は、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、塩化物イオンなどのイオン種を大過剰に含む。このため、酸化チタン複合粒子が分散した分散液をそのまま塗料に用いると、こうした共存イオン種の影響により、樹脂が凝集し、分散不良を生じることがある。樹脂の凝集を防ぐためには、分散液を何度もデカンテーションしなければならず、生産工程が増えるため、生産効率が低下する。また、疑似体液を用いる手法では、アパタイト結晶の成長が非常に遅く、工業的製品の製造技術としては、生産性が低いために、実用化が難しい。さらに、この方法で製造された酸化チタン複合粒子を含む塗料により形成された塗膜は、樹脂が凝集し、均質性が低下することがある。そのため、この種の塗料は、耐候性を満足できるものではなく、その問題を解消できる新しい塗料や塗膜を開発することが強く要請されていた。 However, the simulated body fluid used for producing the titanium oxide composite particles contained in the paints described in Patent Documents 1 to 3 contains a large excess of ionic species such as sodium ions, potassium ions, calcium ions, and chloride ions. For this reason, when the dispersion liquid in which the titanium oxide composite particles are dispersed is used as it is for the coating material, the resin may aggregate due to the influence of such coexisting ion species, resulting in poor dispersion. In order to prevent the resin from agglomerating, the dispersion must be decanted many times, resulting in an increase in production steps and a decrease in production efficiency. In addition, in the method using a simulated body fluid, the growth of apatite crystals is very slow, and as a manufacturing technique for industrial products, the productivity is low, so that practical application is difficult. Furthermore, in the coating film formed by the coating material containing the titanium oxide composite particles produced by this method, the resin may aggregate and the homogeneity may be lowered. For this reason, this type of paint does not satisfy the weather resistance, and there has been a strong demand to develop a new paint or coating film that can solve the problem.
また、他の先行技術として、酸化チタンと他の無機化合物等を組み合わせることが種々行われており、例えば、珪藻土、活性アルミナ、活性白土およびゼオライトから選ばれる少なくとも1種以上の顔料と、酸化チタンを含有する室内汚染対策用水性塗料(特許文献4参照)、酸化チタンを担持した調湿性無機粉末を含有する水性エマルション塗料で塗装して得られる調湿性建材基材(特許文献5参照)、酸化チタンを、コロイダルシリカ共重合アクリル樹脂エマルションに配合してなるエマルション塗料(特許文献6参照)、四価金属のリン酸塩、二価金属の水酸化物、及び酸化チタンを必須成分とする水性エマルション塗料(特許文献7参照)、表面の一部がリン酸カルシウムで被覆された酸化チタン粒子を含む塗料組成物(特許文献8参照)等が提案されている。 As other prior art, various combinations of titanium oxide and other inorganic compounds have been performed. For example, at least one pigment selected from diatomaceous earth, activated alumina, activated clay, and zeolite, and titanium oxide A water-based paint for indoor pollution control (see Patent Document 4) containing moisture, a humidity-control building material substrate (see Patent Document 5) obtained by coating with a water-based emulsion paint containing a humidity-controllable inorganic powder supporting titanium oxide, and oxidation Emulsion paint obtained by blending titanium in colloidal silica copolymer acrylic resin emulsion (see Patent Document 6), tetravalent metal phosphate, divalent metal hydroxide, and aqueous emulsion containing titanium oxide as essential components A coating composition (see Patent Document 7), a coating composition containing titanium oxide particles partially coated with calcium phosphate (Patent Document 8) Irradiation), and the like have been proposed.
環境を汚染する有機化合物の吸着性を獲得するためには、比表面積が高く、メソ細孔を有する固体の使用が有効であり、また、大気系における極性分子の捕捉には、固体マトリクスの電荷分布も制御することが望ましい。例えば、火山噴出物の風化鉱物として、地球表層中に産出するケイ酸塩群は、その特異な形状に起因する微細構造により、比表面積及び細孔容積が高く、選択的イオン交換能を有することが明らかとなっている。 In order to acquire the adsorptivity of organic compounds that pollute the environment, it is effective to use a solid with a high specific surface area and mesopores, and the charge of the solid matrix can be used for trapping polar molecules in the atmospheric system. It is desirable to control the distribution. For example, as a weathered mineral of volcanic ejecta, silicate groups produced in the Earth's surface layer have a high specific surface area and pore volume due to the fine structure resulting from their unique shape, and have a selective ion exchange capacity. Is clear.
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、耐候性及び透明性に優れるクリヤー塗膜を形成することが可能なエマルションクリヤー塗料の製造方法を開発することを目標として鋭意研究を重ねた。 Under such circumstances, the present inventors have aimed to develop a method for producing an emulsion clear paint capable of forming a clear coating film having excellent weather resistance and transparency in view of the above prior art. As a result of earnest research.
その結果、本発明者らは、光触媒として不活性であり、雑菌等を吸着する性質を持ち、環境親和材料として有用であり、かつ多孔質であり、化学組成や細孔構造が制御された無機ケイ酸塩高分子を、水熱反応を利用して酸化チタンの周りに被覆することにより耐候性及び透明性に優れるクリヤー塗膜を形成することが可能なエマルションクリヤー塗料を製造することが可能であるとの新規知見を見出し、更に研究を重ねて、本発明を完成するに至った。 As a result, the present inventors are inactive as a photocatalyst, have a property of adsorbing various germs and the like, are useful as an environmentally friendly material, are porous, and have a controlled chemical composition and pore structure. It is possible to produce emulsion clear coatings that can form clear coatings with excellent weather resistance and transparency by coating silicate polymers around titanium oxide using hydrothermal reaction. The present inventors have found a new knowledge and have further researched to complete the present invention.
本発明の一態様は、耐候性及び透明性に優れるクリヤー塗膜を形成することが可能なエマルションクリヤー塗料を提供することを目的とするものである。 An object of one embodiment of the present invention is to provide an emulsion clear coating material capable of forming a clear coating film having excellent weather resistance and transparency.
本発明の一態様は、エマルションクリヤー塗料を製造する方法であって、ケイ素化合物の水溶液と、アルミニウム化合物の水溶液を混合し、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を調製する工程と、該無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液から副生成物の塩を除去する工程と、該塩が除去された無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液と、表面の少なくとも一部に酸化チタンが存在する基材とを混合撹拌した後、水熱反応させて、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の懸濁液を得る工程と、該酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の懸濁液と、樹脂エマルションを混合する工程を含む。 One aspect of the present invention is a method for producing an emulsion clear coating, which comprises mixing an aqueous solution of a silicon compound and an aqueous solution of an aluminum compound to prepare a suspension of inorganic silicate polymer precursor particles. A step of removing a salt of a by-product from the suspension of inorganic silicate polymer precursor particles, and a suspension of inorganic silicate polymer precursor particles from which the salt has been removed, A step of mixing and stirring a base material containing titanium oxide on at least a part of the surface and then hydrothermally reacting to obtain a suspension of titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles; and the titanium oxide / A step of mixing a suspension of inorganic silicate polymer composite particles and a resin emulsion.
本発明の一態様によれば、耐候性及び透明性に優れるクリヤー塗膜を形成することが可能なエマルションクリヤー塗料を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, an emulsion clear paint capable of forming a clear coating film having excellent weather resistance and transparency can be provided.
(エマルションクリヤー塗料の製造方法)
エマルションクリヤー塗料の製造方法は、ケイ素化合物の水溶液と、アルミニウム化合物の水溶液を混合し、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を調製する工程と、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液から副生成物の塩を除去する工程と、塩が除去された無機ケイ酸塩高分子前駆体粒子の懸濁液と、表面の少なくとも一部に酸化チタンが存在する基材とを混合撹拌した後、水熱反応させて、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の懸濁液を得る工程と、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の懸濁液と、樹脂エマルションを混合する工程を含む。これにより、耐候性及び透明性に優れるクリヤー塗膜を形成することができる。
(Method for producing emulsion clear paint)
The method for producing the emulsion clear coating comprises mixing an aqueous solution of a silicon compound and an aqueous solution of an aluminum compound to prepare a suspension of inorganic silicate polymer precursor particles, and an inorganic silicate polymer precursor. A step of removing a salt of a by-product from a suspension of body particles, a suspension of inorganic silicate polymer precursor particles from which the salt has been removed, and a group in which titanium oxide is present on at least a part of the surface And mixing and stirring the material, followed by a hydrothermal reaction to obtain a suspension of titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles, a suspension of titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles, And a step of mixing the resin emulsion. Thereby, the clear coating film excellent in a weather resistance and transparency can be formed.
無機ケイ酸塩高分子粒子は、表面が親水性基(アルミノール基及び/又はシラノール基)で覆われている多孔質構造を有する。 The inorganic silicate polymer particles have a porous structure whose surface is covered with a hydrophilic group (aluminol group and / or silanol group).
酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子のBET比表面積は、200m2/g以上であることが好ましく、250m2/g以上であることがさらに好ましい。酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の比表面積が200m2/g以上であることにより、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の表面における水酸基の露出割合を向上させると共に、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の水中での分散性を向上させることができる。 The BET specific surface area of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles is preferably 200 m 2 / g or more, and more preferably 250 m 2 / g or more. When the specific surface area of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles is 200 m 2 / g or more, the exposure ratio of hydroxyl groups on the surface of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles is improved, and the titanium oxide / The dispersibility of the inorganic silicate polymer composite particles in water can be improved.
酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子中に含有される酸化チタンの含有率は、20〜40質量%であることが望ましい。酸化チタンの含有率が40質量%以下であることにより、無機ケイ酸塩高分子による酸化チタンの表面の被覆率が向上し、樹脂の劣化を抑制することができる。また、酸化チタンの含有率が20質量%以上であることにより、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の光触媒能が向上する。 The content of titanium oxide contained in the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles is preferably 20 to 40% by mass. When the content of titanium oxide is 40% by mass or less, the coverage of the surface of titanium oxide with the inorganic silicate polymer is improved, and deterioration of the resin can be suppressed. Moreover, when the content of titanium oxide is 20% by mass or more, the photocatalytic ability of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles is improved.
酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の粒径は、0.1〜100μmの範囲であることが好ましく、0.1〜10μmの範囲であることがさらに好ましい。 The particle size of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles is preferably in the range of 0.1 to 100 μm, and more preferably in the range of 0.1 to 10 μm.
ケイ素化合物としては、モノケイ酸又はその誘導体であれば、制限されるものではなく、例えば、オルトケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸アルキル、メタケイ酸ナトリウム、無定形コロイド状二酸化ケイ素(エアロジル等)等が挙げられ、1種又は2種以上を併用して使用することができる。 The silicon compound is not limited as long as it is monosilicic acid or a derivative thereof, and examples thereof include sodium orthosilicate, alkyl orthosilicate, sodium metasilicate, amorphous colloidal silicon dioxide (aerosil, etc.) and the like. One type or two or more types can be used in combination.
アルミニウム化合物としては、水溶液中でアルミニウムイオンを生成することが可能であれば、制限されるものではなく、例えば、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、水酸化アルミニウム、アルミニウムイソプロポキシド等のアルミニウムアルコキシド等が挙げられ、1種又は2種以上を併用して使用することができる。 The aluminum compound is not limited as long as it can generate aluminum ions in an aqueous solution. For example, aluminum such as aluminum chloride, aluminum nitrate, sodium aluminate, aluminum hydroxide, aluminum isopropoxide An alkoxide etc. are mentioned and it can use combining 1 type (s) or 2 or more types.
基材は、表面の少なくとも一部に酸化チタンが存在する。この基材としては、好適には、例えば、酸化チタン粒子が例示されるが、これに制限されるものではない。 The substrate has titanium oxide on at least a part of its surface. The substrate is preferably exemplified by titanium oxide particles, but is not limited thereto.
本実施形態に用いられる無機ケイ酸塩高分子の担体としての酸化チタン粒子は、光触媒能が高い点で、結晶形がブルッカイトあるいはアナターゼであることが好ましい。結晶形がルチルや非晶質の酸化チタンは、上記の結晶形の酸化チタンよりも光触媒能が低いが、これらを使用することも可能である。また、酸化チタン粒子の粒径は、制限されるものではないが、有機繊維、プラスチックス等の媒体と酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子を混練することを前提とする場合は、粒子径がサブミクロン以下であることが好ましい。 The titanium oxide particles used as the carrier for the inorganic silicate polymer used in the present embodiment preferably have a crystal form of brookite or anatase from the viewpoint of high photocatalytic ability. The rutile or amorphous titanium oxide having a crystalline form has a lower photocatalytic ability than the above crystalline form of titanium oxide, but these can also be used. In addition, the particle size of the titanium oxide particles is not limited. However, if it is assumed that the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles are kneaded with a medium such as organic fibers and plastics, The diameter is preferably submicron or less.
ケイ素化合物の水溶液及びアルミニウム化合物の水溶液は、それぞれ濃度が1mmol/L〜10mol/Lであることが好ましく、20mmol/L〜0.5mol/Lであることがさらに好ましい。これにより、副生成物の生成を抑制することができる。 The concentration of the aqueous solution of the silicon compound and the aqueous solution of the aluminum compound is preferably 1 mmol / L to 10 mol / L, and more preferably 20 mmol / L to 0.5 mol / L. Thereby, the production | generation of a by-product can be suppressed.
無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を調製する際に、ケイ素化合物の水溶液と、アルミニウム化合物の水溶液を急速混合することが好ましい。これにより、副生成物の生成を抑制することができる。 When preparing a suspension of inorganic silicate polymer precursor particles, it is preferable to rapidly mix an aqueous solution of a silicon compound and an aqueous solution of an aluminum compound. Thereby, the production | generation of a by-product can be suppressed.
また、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を調製する際に、ケイ素化合物の水溶液と、アルミニウム化合物の水溶液を同時混合してもよい。 Further, when preparing a suspension of inorganic silicate polymer precursor particles, an aqueous solution of a silicon compound and an aqueous solution of an aluminum compound may be mixed simultaneously.
ケイ素化合物の水溶液と、アルミニウム化合物の水溶液を急速混合する際の速度は、1mL/min〜10000L/minであることが好ましく、1mL/min〜50L/minであることがさらに好ましい。これにより、副生成物の生成を抑制することができる。 The speed at which the aqueous solution of the silicon compound and the aqueous solution of the aluminum compound are rapidly mixed is preferably 1 mL / min to 10000 L / min, and more preferably 1 mL / min to 50 L / min. Thereby, the production | generation of a by-product can be suppressed.
無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を調製する際のアルミニウムに対するケイ素のモル比は、0.1〜5.0であることが好ましく、0.5〜3.0であることがさらに好ましい。これにより、無機ケイ酸塩高分子粒子の細孔構造を制御することができる。アルミニウムに対するケイ素のモル比が0.1以上であることにより、副生成物として、ベーマイト(α−AlO(OH))やギブサイト(α−Al(OH)3)が生成するのを抑制することができ、5.0以下であることにより、副生成物として、非晶質シリカが生成するのを抑制することができる。 The molar ratio of silicon to aluminum in preparing the suspension of inorganic silicate polymer precursor particles is preferably 0.1 to 5.0, and preferably 0.5 to 3.0. Is more preferable. Thereby, the pore structure of the inorganic silicate polymer particles can be controlled. Suppressing the formation of boehmite (α-AlO (OH)) or gibbsite (α-Al (OH) 3 ) as a by-product when the molar ratio of silicon to aluminum is 0.1 or more. In addition, by being 5.0 or less, it is possible to suppress the generation of amorphous silica as a by-product.
ケイ素化合物の水溶液と、アルミニウム化合物の水溶液を混合した液のpHは、3〜10であることが好ましく、6〜8であることがさらに好ましい。これにより、無機ケイ酸塩高分子粒子の化学組成を制御することができる。 The pH of the liquid obtained by mixing the aqueous solution of the silicon compound and the aqueous solution of the aluminum compound is preferably 3 to 10, and more preferably 6 to 8. Thereby, the chemical composition of the inorganic silicate polymer particles can be controlled.
ケイ素化合物の水溶液と、アルミニウム化合物の水溶液を混合した液のpHを調整するために、アルミニウム化合物の水溶液に予め酸成分を添加しておく、又は、ケイ素化合物の水溶液に予めアルカリ成分を添加しておくことも有効である。 In order to adjust the pH of the mixture of the aqueous solution of the silicon compound and the aqueous solution of the aluminum compound, an acid component is added to the aqueous solution of the aluminum compound in advance, or an alkaline component is added to the aqueous solution of the silicon compound in advance. It is also effective.
酸成分としては、例えば、塩酸、硝酸、硫酸等が挙げられる。 Examples of the acid component include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid and the like.
アルカリ成分としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等が挙げられる。 Examples of the alkali component include sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide and the like.
この時、酸成分又はアルカリ成分と共に、凝集阻止剤として、ポリエチレングリコールやポリビニルアルコール、界面活性剤等の試剤を添加してもよい。 At this time, a reagent such as polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, or a surfactant may be added as an aggregation inhibitor together with the acid component or the alkali component.
なお、ケイ素化合物の水溶液と、アルミニウム化合物の水溶液を混合した液のpHが弱酸性領域であれば、アルカリ性水溶液を、0.1〜5mL/minの速度で滴下して、pHが中性付近になるように調整して、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子を生成させることができる。 If the pH of the solution obtained by mixing the aqueous solution of the silicon compound and the aqueous solution of the aluminum compound is weakly acidic, the alkaline aqueous solution is dropped at a rate of 0.1 to 5 mL / min so that the pH is near neutral. In this way, inorganic silicate polymer precursor particles can be produced.
アルカリ性水溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等の水溶液が挙げられる。 Examples of the alkaline aqueous solution include aqueous solutions of sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, ammonia, and the like.
勿論、ケイ素化合物の水溶液と、アルミニウム化合物の水溶液を混合した液のpHが中性付近の6.5〜8の領域であっても、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子は生成する。 Of course, inorganic silicate polymer precursor particles are produced even when the pH of the solution obtained by mixing the aqueous solution of the silicon compound and the aqueous solution of the aluminum compound is in the range of 6.5 to 8 near neutrality.
無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液から副生成物の塩を除去する前に、撹拌或いは振盪することが好ましい。 It is preferable to stir or shake before removing the by-product salt from the suspension of inorganic silicate polymer precursor particles.
無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を撹拌或いは振盪する温度は、10〜50℃であることが好ましく、20〜40℃であることがさらに好ましい。 The temperature at which the suspension of the inorganic silicate polymer precursor particles is stirred or shaken is preferably 10 to 50 ° C, more preferably 20 to 40 ° C.
無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を撹拌或いは振盪する時間は、0.1〜72時間であることが好ましく、1〜24時間であることがさらに好ましい。 The time for stirring or shaking the suspension of the inorganic silicate polymer precursor particles is preferably 0.1 to 72 hours, and more preferably 1 to 24 hours.
無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液から副生成物の塩を除去する方法としては、特に制限されないが、例えば、透析膜脱塩、限外濾過、遠心分離等が挙げられる。 The method for removing the salt of the by-product from the suspension of the inorganic silicate polymer precursor particles is not particularly limited, and examples thereof include dialysis membrane desalting, ultrafiltration, and centrifugation.
無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液から副生成物の塩を除去した後、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液と略同量の水を添加し、良く分散させることが好ましい。 After removing the by-product salt from the inorganic silicate polymer precursor particle suspension, add approximately the same amount of water as the inorganic silicate polymer precursor particle suspension. It is preferable to disperse.
無機ケイ酸塩高分子粒子の形態を制御するために、塩が除去された無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液に、必要に応じて、酸性水溶液を添加してもよい、
酸性水溶液が添加された無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液のpHは、3〜6であることが好ましく、3.5〜4.5であることがさらに好ましい。
In order to control the morphology of the inorganic silicate polymer particles, an acidic aqueous solution may be added to the suspension of inorganic silicate polymer precursor particles from which salts have been removed, if necessary.
The pH of the suspension of inorganic silicate polymer precursor particles to which an acidic aqueous solution has been added is preferably 3 to 6, and more preferably 3.5 to 4.5.
酸性水溶液としては、例えば、塩化水素、硫酸、硝酸、酢酸、過塩素酸等の水溶液が挙げられる。 Examples of the acidic aqueous solution include aqueous solutions of hydrogen chloride, sulfuric acid, nitric acid, acetic acid, perchloric acid, and the like.
塩が除去された無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液と基材を混合撹拌した後、水熱反応させることにより、化学組成や細孔構造の制御されている酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子を生成させることができる。 Titanium oxide / inorganic whose chemical composition and pore structure are controlled by mixing and stirring the suspension of inorganic silicate polymer precursor particles from which the salt has been removed and the substrate, followed by hydrothermal reaction Silicate polymer composite particles can be produced.
塩が除去された無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液と基材を混合撹拌する温度は、10〜50℃であることが好ましく、20〜40℃であることがさらに好ましい。 The temperature for mixing and stirring the suspension of the inorganic silicate polymer precursor particles from which the salt has been removed and the base material is preferably 10 to 50 ° C, and more preferably 20 to 40 ° C.
塩が除去された無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液と基材を混合撹拌する時間は、0.1〜72時間であることが好ましく、1〜24時間であることがさらに好ましい。 The time for mixing and stirring the suspension of the inorganic silicate polymer precursor particles from which the salt has been removed and the base material is preferably 0.1 to 72 hours, and more preferably 1 to 24 hours. preferable.
塩が除去された無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子と基材の懸濁液の混合物を水熱反応させる温度は、20〜150℃であることが好ましく、40〜105℃であることがさらに好ましい。 The temperature at which the mixture of the inorganic silicate polymer precursor particles from which the salt has been removed and the suspension of the substrate is subjected to hydrothermal reaction is preferably 20 to 150 ° C, and preferably 40 to 105 ° C. Further preferred.
塩が除去された無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子と基材の懸濁液の混合物を水熱反応させる時間は、12〜240時間であることが好ましく、24〜72時間であることがさらに好ましい。 The time for hydrothermal reaction of the mixture of the inorganic silicate polymer precursor particles from which the salt has been removed and the suspension of the base material is preferably 12 to 240 hours, and preferably 24 to 72 hours. Further preferred.
塩が除去された無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子と基材の懸濁液の混合物を水熱反応させる時、水分が蒸発しないような方法で、加熱熟成すれば良く、例えば、反応装置として、オートクレーブ等の密閉容器や、冷却管付きマントルヒーター等を用いることができる。 When the mixture of the inorganic silicate polymer precursor particles from which the salt has been removed and the suspension of the base material are subjected to hydrothermal reaction, the mixture may be heated and aged in such a manner that the water does not evaporate. As a closed vessel such as an autoclave, a mantle heater with a cooling pipe, or the like can be used.
塩が除去された無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子と基材の懸濁液の混合物を水熱反応させる好適な条件は、100℃前後で48時間程度である。 Suitable conditions for hydrothermal reaction of the mixture of the inorganic silicate polymer precursor particles from which the salt has been removed and the suspension of the substrate are about 100 ° C. and about 48 hours.
得られる酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の懸濁液は、そのまま用いてもよいし、水で数回洗浄した後、用いてもよい。 The resulting suspension of titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles may be used as it is or after being washed several times with water.
また、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の懸濁液に、アルカリ性水溶液を添加することで、pHを8〜12程度に調整し、生成物をゲル状物質として凝集させて回収してもよい。 Further, by adding an alkaline aqueous solution to the suspension of titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles, the pH is adjusted to about 8 to 12, and the product is aggregated and recovered as a gel substance. Also good.
アルカリ性水溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等の水溶液が挙げられる。 Examples of the alkaline aqueous solution include aqueous solutions of sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, ammonia, and the like.
なお、凝集阻止剤を添加している場合は、有機溶媒中、200℃以下で1時間以上抽出除去してもよい。メタノール、エタノール、アセトン、トルエン、キシレン、ベンゼン等が挙げられる。 When an aggregation inhibitor is added, it may be extracted and removed in an organic solvent at 200 ° C. or lower for 1 hour or longer. Examples include methanol, ethanol, acetone, toluene, xylene, and benzene.
本実施形態では、無機ケイ酸塩高分子の前駆体として、非晶質アルミニウムケイ酸塩鉱物の一種であるアロフェンの前駆体又はその誘導体の非晶質体又は準結晶質体を用いてもよい。それにより、無機ケイ酸塩高分子粒子として、中空球状のアロフェンを生成させることもできる。 In the present embodiment, as the precursor of the inorganic silicate polymer, an allophane precursor which is a kind of amorphous aluminum silicate mineral or an amorphous or quasicrystalline body of a derivative thereof may be used. . Thereby, hollow spherical allophane can also be produced as inorganic silicate polymer particles.
上記のようにして、反応条件、アルミニウムに対するケイ素のモル比、複合粒子中の酸化チタンの含有率を制御することにより、物理的特性を変化させた、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子を合成することができる。 Titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles with physical properties changed by controlling reaction conditions, molar ratio of silicon to aluminum, and titanium oxide content in composite particles as described above Can be synthesized.
本実施形態において、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子は、基材の表面を被覆する無機ケイ酸塩高分子の、多孔性や細孔径分布及び形状を無機ケイ酸塩高分子の前駆体の組成や、水熱反応の温度、時間を変えることによって制御することができる。ケイ素化合物の水溶液、アルミニウム化合物の水溶液の濃度や、水熱反応の温度、時間を減少させると、薄膜状の無機ケイ酸塩高分子ドメインが生成する。一方、ケイ素化合物の水溶液、アルミニウム化合物の水溶液の濃度や、水熱反応の温度、時間を上昇させると、無機ケイ酸塩高分子ドメインを巨大化させることができる。それらの条件を適宜選択することで、基材の表面を被覆する無機ケイ酸塩高分子の膜厚や析出状態を制御することができる。 In the present embodiment, the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particle is a precursor of an inorganic silicate polymer in which the porosity, pore size distribution and shape of the inorganic silicate polymer covering the surface of the substrate are changed. It can be controlled by changing the body composition, the temperature and time of the hydrothermal reaction. When the concentration of the aqueous solution of the silicon compound or the aqueous solution of the aluminum compound, the temperature of the hydrothermal reaction, or the time is decreased, a thin-film inorganic silicate polymer domain is generated. On the other hand, when the concentration of the aqueous solution of the silicon compound and the aqueous solution of the aluminum compound, the temperature and time of the hydrothermal reaction are increased, the inorganic silicate polymer domain can be enlarged. By appropriately selecting these conditions, the film thickness and precipitation state of the inorganic silicate polymer covering the surface of the substrate can be controlled.
本実施形態の酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子は、表面が光触媒として不活性な無機ケイ酸塩高分子膜によって被覆されている。更に、無機ケイ酸塩高分子膜は、蛋白質、アミノ酸、細菌、ウイルス等を吸着する作用を有するので、水中や空気中の細菌等を吸着することができる。そして、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子は、無機ケイ酸塩高分子膜の表面に細孔を有し、この細孔の底には光触媒として活性な酸化チタンが露出した状態の多孔質構造を有している。 The titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles of this embodiment are coated with an inorganic silicate polymer film whose surface is inactive as a photocatalyst. Furthermore, since the inorganic silicate polymer film has an action of adsorbing proteins, amino acids, bacteria, viruses and the like, it can adsorb bacteria and the like in water and air. The titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles have pores on the surface of the inorganic silicate polymer film, and in the bottom of the pores, active titanium oxide as a photocatalyst is exposed. It has a quality structure.
そのため、蛍光灯、白熱灯、ブラックライト、UVランプ、水銀灯、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等からの人工光、太陽光等の光を酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子に照射すると、この露出した酸化チタンに光が照射される。そして、光の照射によって酸化チタンに生成した電子と正孔との酸化還元作用により、無機ケイ酸塩高分子膜は、吸着した蛋白質やアミノ酸、細菌、ウイルス等を迅速に、かつ連続的に分解除去することができる。 Therefore, when titanium dioxide / inorganic silicate polymer composite particles are irradiated with artificial light, sunlight, etc. from fluorescent lamps, incandescent lamps, black lights, UV lamps, mercury lamps, xenon lamps, halogen lamps, metal halide lamps, etc. The exposed titanium oxide is irradiated with light. The inorganic silicate polymer film quickly and continuously decomposes adsorbed proteins, amino acids, bacteria, viruses, etc. due to the redox action of electrons and holes generated in titanium oxide by light irradiation. Can be removed.
また、本実施形態の酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子は、例えば、環境浄化材料として使用される。上記の環境浄化材料を有機繊維や樹脂等の媒体に混練して使用する場合、これらの媒体と接触している部分が、光触媒として不活性なセラミックスであるため、上記の媒体の分解を誘発しない。 Moreover, the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles of the present embodiment are used as an environmental purification material, for example. When the above environmental purification material is used by kneading it in a medium such as organic fiber or resin, the portion in contact with the medium is ceramic that is inactive as a photocatalyst, so it does not induce decomposition of the medium. .
そして、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子は、悪臭物質や、トルエン、キシレン、酢酸エチル、p−ジクロロベンゼン、窒素酸化物、硫黄酸化物等の空気中の有害物質、あるいは水中に溶解している有機溶剤や農薬等の、環境を汚染している有機化合物を吸着する。このため、蛍光灯、白熱灯、ブラックライト、UVランプ、水銀灯、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等からの人工光や太陽光を酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子に照射すると、酸化チタンに生成した電子と正孔の酸化還元作用によって、迅速に、かつ連続的に、吸着した有機化合物を分解除去することができる。 Titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles dissolve in malodorous substances, harmful substances in the air such as toluene, xylene, ethyl acetate, p-dichlorobenzene, nitrogen oxides, sulfur oxides, or water. It adsorbs organic compounds that pollute the environment, such as organic solvents and agricultural chemicals. Therefore, when titanium dioxide / inorganic silicate polymer composite particles are irradiated with artificial light or sunlight from fluorescent lamps, incandescent lamps, black lights, UV lamps, mercury lamps, xenon lamps, halogen lamps, metal halide lamps, etc. By the redox action of electrons and holes generated in titanium, the adsorbed organic compound can be decomposed and removed rapidly and continuously.
しかも、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子は、光を照射するだけで、低コスト、省エネルギー的で、かつメンテナンスフリーでの使用が可能である。そして、基材上に被覆される無機ケイ酸塩高分子の内部骨格に、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、銀、銅、鉄、亜鉛等の金属を担持した場合には、その触媒能により、有機化合物の分解除去効果や、抗菌防カビ効果等の環境浄化効果が一層増大する。 Moreover, the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles can be used at low cost, energy saving, and maintenance-free simply by irradiating light. And, when the metal such as platinum, rhodium, ruthenium, palladium, silver, copper, iron, zinc is supported on the internal skeleton of the inorganic silicate polymer coated on the base material, Environmental purification effects such as organic compound decomposition and antibacterial and antifungal effects are further increased.
本実施形態において、環境浄化材料の媒体としては、例えば、ポリエチレンやナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリエチレンテレフタレート、シリコーン樹脂、ポリビニルアルコール、ビニルアセタール樹脂、ポリアセテート、ABS樹脂、エポキシ樹脂、酢酸ビニル樹脂、セルロース、セルロース誘導体、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリスチレン、尿素樹脂、フッ素樹脂、ポリフッ化ビニリデン、フェノール樹脂、セルロイド、キチン、デンプンシート等の、あらゆる種類の有機繊維やプラスチックス、あるいはそれらの共重合体を適用することが可能である。 In the present embodiment, as the medium for the environmental purification material, for example, polyethylene, nylon, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyester, polypropylene, polyethylene oxide, polyethylene glycol, polyethylene terephthalate, silicone resin, polyvinyl alcohol, vinyl acetal resin, Polyacetate, ABS resin, epoxy resin, vinyl acetate resin, cellulose, cellulose derivative, polyamide, polyurethane, polycarbonate, polystyrene, urea resin, fluororesin, polyvinylidene fluoride, phenol resin, celluloid, chitin, starch sheet, etc. It is possible to apply organic fibers, plastics, or copolymers thereof.
本実施形態において、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子は、表面が親水性基であるシラノール基やアルミノール基で覆われていることと、表面に細孔を有する多孔質構造となっているため、親水性が極めて高い。 In this embodiment, the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particle has a porous structure in which the surface is covered with a silanol group or an aluminol group that is a hydrophilic group, and the surface has pores. Therefore, the hydrophilicity is extremely high.
また、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の懸濁液と、樹脂エマルションを混合しても、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の樹脂と接触している部分が、光触媒とは異なる不活性なセラミックスであるため、樹脂の分解を抑制することができる。 Further, even when the suspension of titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles and the resin emulsion are mixed, the portion in contact with the resin of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles is the photocatalyst. Since these are different inert ceramics, decomposition of the resin can be suppressed.
本実施形態のエマルションクリヤー塗料の形態としては、塗布する際のベース層となる被塗物の意匠を損なわない、もしくは向上させるものであれば、特に制限されない。エマルションクリヤー塗料の具体的な形態としては、透明クリヤー、半透明クリヤー、着色クリヤー等のクリヤー塗料が挙げられる。 The form of the emulsion clear coating of the present embodiment is not particularly limited as long as it does not impair or improve the design of an object to be coated which becomes a base layer when applied. Specific forms of the emulsion clear paint include clear paints such as transparent clear, translucent clear, and colored clear.
樹脂エマルションを構成する樹脂としては、エマルションクリヤー塗料に適用することが可能であれば、特に制限されないが、例えば、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、アクリルシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、酢酸ビニル樹脂、ウレタン樹脂、スチレン樹脂、フッ素樹脂等の合成樹脂が挙げられる。中でも、アクリルシリコーン樹脂が好ましい。 The resin constituting the resin emulsion is not particularly limited as long as it can be applied to an emulsion clear coating. For example, acrylic resin, silicone resin, acrylic silicone resin, epoxy resin, vinyl acetate resin, urethane resin, styrene Examples thereof include synthetic resins such as resins and fluororesins. Of these, acrylic silicone resins are preferred.
アクリルシリコーン樹脂中のシリコーン成分の含有率は、1〜60質量%であることが好ましく、5〜40質量%であることがさらに好ましい。アクリルシリコーン樹脂中のシリコーン成分の含有率が1質量%以上であることにより、クリヤー塗膜の耐候性を向上させることができる。一方、アクリルシリコーン樹脂中のシリコーン成分の含有率が60質量%以下であることにより、エマルションクリヤー塗料を重ね塗りした場合に、先に形成された塗膜上にエマルションクリヤー塗料が付着しやすくなると共に、クリヤー塗膜が割れにくくなる。 The content of the silicone component in the acrylic silicone resin is preferably 1 to 60% by mass, and more preferably 5 to 40% by mass. When the content of the silicone component in the acrylic silicone resin is 1% by mass or more, the weather resistance of the clear coating film can be improved. On the other hand, when the content of the silicone component in the acrylic silicone resin is 60% by mass or less, when the emulsion clear coating is repeatedly applied, the emulsion clear coating is likely to adhere to the previously formed coating film. The clear coating film is difficult to break.
エマルションクリヤー塗料の固形分に対する酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の質量比は、エマルションクリヤー塗料の形態及び意匠にもよるが、0.1〜5.0であることが好ましく、0.1〜3.0であることがより好ましい。特に、透明度が高いクリヤー塗膜の外観を達成したい場合は、エマルションクリヤー塗料の固形分に対する酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の質量比は、0.1〜2.0であることが好ましい。エマルションクリヤー塗料の固形分に対する酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の質量比が0.1以上であることにより、クリヤー塗膜の親水性を向上させることができる。一方、エマルションクリヤー塗料の固形分に対する酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の質量比が2.0以下であることにより、クリヤー塗膜の外観、透明性及び耐候性を確保することができる。このとき、エマルションクリヤー塗料の固形分に対する酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の質量比が2.0を超えた時点で、クリヤー塗膜の透明度が若干低下するが、これは、軟調描写(ソフトフォーカス)用の外観デザインとして知られる半透明クリヤーと呼ばれる意匠である。この半透明クリヤーとして呼称できる透明度を維持するためには、エマルションクリヤー塗料の固形分に対する酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の質量比は、膜厚や形態、及び塗装する下地素材の種類にもよるが、5.0以下であることが好適である。 The mass ratio of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles to the solid content of the emulsion clear paint is preferably 0.1 to 5.0, although it depends on the form and design of the emulsion clear paint. More preferably, it is 1-3.0. In particular, when it is desired to achieve the appearance of a clear coating film having high transparency, the mass ratio of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles to the solid content of the emulsion clear coating is 0.1 to 2.0. preferable. When the mass ratio of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles to the solid content of the emulsion clear coating is 0.1 or more, the hydrophilicity of the clear coating can be improved. On the other hand, when the mass ratio of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles to the solid content of the emulsion clear coating is 2.0 or less, the appearance, transparency and weather resistance of the clear coating can be secured. . At this time, when the mass ratio of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles to the solid content of the emulsion clear coating exceeds 2.0, the transparency of the clear coating film is slightly lowered. It is a design called translucent clear known as an external design for (soft focus). In order to maintain the transparency that can be referred to as this translucent clear, the mass ratio of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles to the solid content of the emulsion clear coating is determined by the film thickness and form, and the type of base material to be coated. However, it is preferably 5.0 or less.
エマルションクリヤー塗料の固形分濃度は、2〜70質量%であることが好ましく、2〜60質量%であることがさらに好ましく、3〜50質量%であることが特に好ましい。これにより、クリヤー塗膜の造膜性を向上させることができる。 The solid content concentration of the emulsion clear coating is preferably 2 to 70% by mass, more preferably 2 to 60% by mass, and particularly preferably 3 to 50% by mass. Thereby, the film forming property of a clear coating film can be improved.
エマルションクリヤー塗料は、必要に応じて、造膜助剤を含んでいてもよい。 The emulsion clear paint may contain a film-forming aid as required.
造膜助剤としては、例えば、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のエチレングリコール系エーテル変性物、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル等のプロピレングリコール系エーテル変性物、テキサノール等が挙げられる。 Examples of film-forming aids include ethylene glycol ether modified products such as ethylene glycol monobutyl ether and diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, and tripropylene glycol monobutyl ether. Examples include propylene glycol ether-modified products, texanol and the like.
また、エマルションクリヤー塗料は、必要に応じて、消泡剤、粘度調整剤、凍結抑止剤、湿潤剤、水溶性樹脂、浸透助剤、防腐剤、表面調整剤、艶消剤、ゲル化剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等の添加剤の他、着色顔料、体質顔料、輝度顔料、遮熱顔料、寒水石、着色石、着色ビーズ、艶消ビーズ、着色樹脂チップ等のエマルションクリヤー塗料に相溶しない意匠材をさらに含んでいてもよい。 In addition, the emulsion clear coating can be used as necessary, such as an antifoaming agent, a viscosity modifier, a freeze inhibitor, a wetting agent, a water-soluble resin, a penetration aid, a preservative, a surface conditioner, a matting agent, a gelling agent, In addition to additives such as UV absorbers and antioxidants, it is compatible with emulsion clear paints such as colored pigments, extender pigments, luminance pigments, heat-shielding pigments, cryogenic stones, colored stones, colored beads, matte beads, and colored resin chips. A design material that does not melt may further be included.
本実施形態のエマルションクリヤー塗料の製造方法によれば、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子を簡便に製造することができるので、生産性が良好であり、かつ、エマルションクリヤー塗料とした際も、樹脂の凝集も抑制され、貯蔵安定性に優れている。また、エマルションクリヤー塗料により形成されるクリヤー塗膜は、表面が親水性であり、煤煙、土埃等の汚染物質が付着しにくく、汚染物質が付着しても雨水により洗い流されることから、優れた耐汚染性と美観を保持することができる。さらに、樹脂の劣化を低減することができるため、クリヤー塗膜が安定である。
(クリヤー塗膜の形成方法)
クリヤー塗膜の形成方法は、エマルションクリヤー塗料の製造方法によりエマルションクリヤー塗料を製造する工程と、エマルションクリヤー塗料を塗装対象物に塗布してクリヤー塗膜を形成する工程を含む。
According to the method for producing an emulsion clear coating of this embodiment, since titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles can be easily produced, the productivity is good and the emulsion clear coating is obtained. In addition, the aggregation of the resin is suppressed and the storage stability is excellent. In addition, the clear coating film formed by the emulsion clear coating has a hydrophilic surface, and is difficult to adhere to pollutants such as smoke and dust. It can retain the contamination and aesthetics. Furthermore, since the deterioration of the resin can be reduced, the clear coating film is stable.
(Method for forming clear coating film)
The method for forming a clear coating includes a step of producing an emulsion clear coating by a method for producing an emulsion clear coating, and a step of applying the emulsion clear coating to an object to be coated to form a clear coating.
クリヤー塗膜の膜厚は、1〜50μmであることが好ましく、1〜30μmであることがより好ましい。クリヤー塗膜の膜厚が1μm以上であることにより、クリヤー塗膜の強度が向上し、クラックの発生を抑制することができる。一方、クリヤー塗膜の膜厚が50μm以下であることにより、クリヤー塗膜の表層部における酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の存在量が増加するため、クリヤー塗膜の透明性及び耐汚染性が向上する。 The film thickness of the clear coating film is preferably 1 to 50 μm, and more preferably 1 to 30 μm. When the film thickness of the clear coating film is 1 μm or more, the strength of the clear coating film can be improved and the occurrence of cracks can be suppressed. On the other hand, when the film thickness of the clear coating film is 50 μm or less, the abundance of titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles in the surface layer of the clear coating film increases. Contamination improves.
エマルションクリヤー塗料の塗布方法としては、例えば、刷毛、ローラー、エアースプレー、エアーレススプレー等の公知の方法を用いることができる。 As a method for applying the emulsion clear paint, for example, a known method such as a brush, a roller, an air spray, or an airless spray can be used.
なお、膜厚を均一にするために、エマルションクリヤー塗料を複数回重ね塗りしてもよい。 In order to make the film thickness uniform, the emulsion clear coating may be applied multiple times.
また、エマルションクリヤー塗料を塗装対象物に塗布した後、自然乾燥させてもよいし、必要に応じて、加熱乾燥させてもよい。 Moreover, after apply | coating an emulsion clear coating material to a coating target object, you may dry naturally and you may heat-dry as needed.
次に、実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例により何ら限定されるものではない。なお、部は、質量部を意味する。 Next, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples. In addition, a part means a mass part.
(酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の懸濁液の調製)
100mmol/Lのオルトケイ酸ナトリウム及び塩化アルミニウム水溶液を調製した。次に、Alに対するSiのモル比が0.9となるように、オルトケイ酸ナトリウム水溶液と塩化アルミニウム水溶液を室温で急速混合し、1時間撹拌した。このとき、pHが7以上の塩基性であったため、1mol/Lの塩酸を用いて、pHを7に調整し、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を得た。無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を20℃で1時間撹拌し、前駆体生成反応を十分に完結させた。遠心分離機を用いて、脱イオン水で充分に無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を洗浄し、副生成物の塩を除去した後、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液と同量の脱イオン水を添加し、良く分散させた。
(Preparation of suspension of titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles)
A 100 mmol / L sodium orthosilicate and aluminum chloride aqueous solution was prepared. Next, a sodium orthosilicate aqueous solution and an aluminum chloride aqueous solution were rapidly mixed at room temperature so that the molar ratio of Si to Al was 0.9 and stirred for 1 hour. At this time, since the pH was basic of 7 or more, the pH was adjusted to 7 using 1 mol / L hydrochloric acid to obtain a suspension of inorganic silicate polymer precursor particles. The suspension of inorganic silicate polymer precursor particles was stirred at 20 ° C. for 1 hour to fully complete the precursor formation reaction. Using a centrifuge, thoroughly wash the suspension of inorganic silicate polymer precursor particles with deionized water to remove by-product salts, and then the inorganic silicate polymer precursor. The same amount of deionized water as the particle suspension was added and well dispersed.
洗浄後の無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液に、酸化チタン(ブルッカイト)粒子の懸濁液を投入し、20℃で1時間撹拌した後に、得られた懸濁液をテフロン(登録商標)容器に封入し、100℃で48時間加熱して水熱反応させ、酸化チタン粒子の表面を無機ケイ酸塩高分子で被覆し、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子を生成させた。 A suspension of titanium oxide (brookite) particles was added to the suspension of inorganic silicate polymer precursor particles after washing, and the mixture was stirred at 20 ° C. for 1 hour. (Registered trademark) Enclosed in a container, heated at 100 ° C. for 48 hours to cause a hydrothermal reaction, the surface of the titanium oxide particles was coated with an inorganic silicate polymer, and the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles were Generated.
その後、遠心分離機を用いて、脱イオン水で酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子を十分に洗浄し、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の懸濁液を得た。ここで、酸化チタン粒子の表面を被覆している無機ケイ酸塩高分子は、アロフェン及びアロフェン前駆体から得られた類縁化合物を含む。 Then, using a centrifuge, the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles were sufficiently washed with deionized water to obtain a suspension of titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles. Here, the inorganic silicate polymer that coats the surface of the titanium oxide particles contains an allophen and an analogous compound obtained from the allophane precursor.
電気乾燥機を用いて、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の懸濁液を40℃で乾燥させ、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子を得た。 The suspension of titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles was dried at 40 ° C. using an electric dryer to obtain titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles.
次に、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子のX線回折図形、BET比表面積、化学組成を測定した。 Next, the X-ray diffraction pattern, BET specific surface area, and chemical composition of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles were measured.
(X線回折図形)
自動X線回折装置RINT2100V/PC(リガク社製)を用いて、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子のX線回折図形を測定した。
(X-ray diffraction pattern)
The X-ray diffraction pattern of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles was measured using an automatic X-ray diffractometer RINT2100V / PC (manufactured by Rigaku Corporation).
その結果、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子のX線回折図形からは、酸化チタンのブルッカイト相に起因するピークが確認され、それらと被さるように、非晶質ケイ酸塩又は非晶質アルミニウムケイ酸塩鉱物(アロフェン)の特徴であるブロードなピークが25°及び40°付近に確認された。 As a result, from the X-ray diffraction pattern of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles, peaks due to the brookite phase of titanium oxide were confirmed, and amorphous silicate or amorphous so as to cover them. The broad peaks characteristic of the quality aluminum silicate mineral (allophane) were confirmed around 25 ° and 40 °.
(比表面積)
触媒分析装置BELCAT−A(マイクロトラック・ベル社製)を用いて、流通式窒素吸着法により、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の比表面積を測定した。
(Specific surface area)
The specific surface area of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles was measured by a flow-through nitrogen adsorption method using a catalyst analyzer BELCAT-A (manufactured by Microtrack Bell).
その結果、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子は、比表面積が253m2/gであった。 As a result, the specific surface area of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles was 253 m 2 / g.
(化学組成)
蛍光X線分析装置MESA−500(堀場製作所社製)を用いて、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の化学組成を測定した。
(Chemical composition)
The chemical composition of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles was measured using a fluorescent X-ray analyzer MESA-500 (manufactured by Horiba, Ltd.).
表1に、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の化学組成を示す。 Table 1 shows the chemical composition of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles.
表1から、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子は、酸化チタンの含有率が33.7質量%であり、その周囲と表面に非晶質アルミニウムケイ酸塩高分子が存在し、非晶質アルミニウムケイ酸塩高分子のAlに対するSiのモル比が1.05であることが明らかとなった。 From Table 1, the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles have a titanium oxide content of 33.7% by mass, and there are amorphous aluminum silicate polymers around and on the surface. It was revealed that the molar ratio of Si to Al in the crystalline aluminum silicate polymer was 1.05.
(粒度分布)
粒度分布測定装置ZETASIZER−3000HSA(マルバーンインスツルメンツ社製)を用いて、動的光散乱法により粒度分布を測定した。
(Particle size distribution)
The particle size distribution was measured by a dynamic light scattering method using a particle size distribution measuring apparatus ZETASIZER-3000HSA (manufactured by Malvern Instruments).
その結果、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子は、粒径が0.4μmから1.1μmの範囲に分布し、粒径が1μm付近にシャープなピークを示す粒度分布曲線が確認された。また、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子は、体積平均粒径が0.8μmであった。 As a result, it was confirmed that the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles had a particle size distribution curve in which the particle size was distributed in the range of 0.4 μm to 1.1 μm and the particle size showed a sharp peak near 1 μm. . The titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles had a volume average particle size of 0.8 μm.
次に、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子を用いて、エマルションクリヤー塗料を調製した。 Next, an emulsion clear coating was prepared using titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles.
(エマルションクリヤー塗料ベースの調製)
まず、脱イオン水、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子を、94:6(質量比)の割合で混合し、超音波分散処理を行い、ミルベースを得た。
(Preparation of emulsion clear paint base)
First, deionized water and titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles were mixed at a ratio of 94: 6 (mass ratio) and subjected to ultrasonic dispersion treatment to obtain a mill base.
次に、樹脂エマルションとして、固形分が42質量%のポリデュレックスG−659(旭化成社製)、成膜助剤として、エチレングリコールモノブチルエーテル(KHネオケム社製)、表面調整剤として、IPA(太平化成社製)及び水を、62.0:1.0:10.0:27.0(質量比)の割合で混合し、レットダウンベースを得た。 Next, as a resin emulsion, Polydurex G-659 (made by Asahi Kasei Co., Ltd.) having a solid content of 42% by mass, ethylene glycol monobutyl ether (made by KH Neochem) as a film forming aid, and IPA (Taihei as a surface conditioner) Kasei) and water were mixed at a ratio of 62.0: 1.0: 10.0: 27.0 (mass ratio) to obtain a letdown base.
(実施例1)
ミルベースと、レットダウンベースと、水で、エマルションクリヤー塗料の固形分に対する、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子に含有している酸化チタンの質量比が0.063となるように混合し、さらに粘度調整剤アデカノールUH−420(ADEKA社製)を適量添加して粘度を約2Pa・sに合わせ、エマルションクリヤー塗料を得た。この時のエマルションクリヤー塗料の固形分に対する、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の質量比は0.19であった。
Example 1
Mix with a mill base, let-down base, and water so that the mass ratio of titanium oxide contained in the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles to the solid content of the emulsion clear coating is 0.063. Further, an appropriate amount of a viscosity modifier Adecanol UH-420 (manufactured by ADEKA) was added to adjust the viscosity to about 2 Pa · s to obtain an emulsion clear paint. At this time, the mass ratio of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles to the solid content of the emulsion clear coating was 0.19.
(実施例2)
エマルションクリヤー塗料の固形分に対する、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子に含有している酸化チタンの質量比を0.32に変更した以外は、実施例1と同様にして、エマルションクリヤー塗料を得た。なお、この時のエマルションクリヤー塗料の固形分に対する、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の質量比は0.94であった。
(Example 2)
Emulsion clear paint in the same manner as in Example 1 except that the mass ratio of titanium oxide contained in the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles to the solid content of the emulsion clear paint was changed to 0.32. Got. At this time, the mass ratio of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles to the solid content of the emulsion clear coating was 0.94.
(実施例3)
エマルションクリヤー塗料の固形分に対する、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子に含有している酸化チタンの質量比を0.63に変更した以外は、実施例1と同様にして、エマルションクリヤー塗料を得た。なお、この時のエマルションクリヤー塗料の固形分に対する、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の質量比は1.86であった。
(Example 3)
Emulsion clear paint in the same manner as in Example 1 except that the mass ratio of titanium oxide contained in the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles to the solid content of the emulsion clear paint was changed to 0.63. Got. The mass ratio of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles to the solid content of the emulsion clear coating at this time was 1.86.
(比較例1)
酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子を添加しなかった以外は、実施例1と同様にして、エマルションクリヤー塗料を得た。
(Comparative Example 1)
An emulsion clear coating was obtained in the same manner as in Example 1 except that the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles were not added.
(比較例2)
エマルションクリヤー塗料ベースと、酸化チタン(ブルッカイト)粒子の懸濁液と、水で、エマルションクリヤー塗料の固形分に対する、酸化チタンの質量比が0.063となるように混合し、さらに粘度調整剤アデカノールUH−420(ADEKA社製)を適量添加して粘度を約2Pa・sに合わせ、エマルションクリヤー塗料を得た。
(Comparative Example 2)
The emulsion clear paint base, a suspension of titanium oxide (brookite) particles, and water are mixed so that the mass ratio of titanium oxide to the solid content of the emulsion clear paint is 0.063, and the viscosity modifier Adecanol is further mixed. An appropriate amount of UH-420 (manufactured by ADEKA) was added to adjust the viscosity to about 2 Pa · s to obtain an emulsion clear paint.
(比較例3)
エマルションクリヤー塗料の固形分に対する、酸化チタンの質量比を0.32に変更した以外は、比較例2と同様にして、エマルションクリヤー塗料を得た。
(Comparative Example 3)
An emulsion clear coating was obtained in the same manner as in Comparative Example 2 except that the mass ratio of titanium oxide to the solid content of the emulsion clear coating was changed to 0.32.
(比較例4)
エマルションクリヤー塗料の固形分に対する、酸化チタンの質量比を0.63に変更した以外は、比較例2と同様にして、エマルションクリヤー塗料を得た。
(Comparative Example 4)
An emulsion clear coating was obtained in the same manner as in Comparative Example 2 except that the mass ratio of titanium oxide to the solid content of the emulsion clear coating was changed to 0.63.
(クリヤー塗膜の形成)
プライマーとしての、水系セラミトーン(黒)(藤倉化成社製)を、アルミニウム製の平板上に塗布した。次に、実施例1〜3および比較例1〜4の各エマルションクリヤー塗料を、エアー塗装スプレーガンW−88(アネスト岩田社製)を用いて、プライマー上に塗布し、乾燥させて、クリヤー塗膜を形成し、試験片とした。この時、クリヤー塗膜は、膜厚が28μmであった。
(Formation of clear coating film)
A water-based ceramic tone (black) (manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.) as a primer was applied on a flat plate made of aluminum. Next, the emulsion clear paints of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 were applied onto the primer using an air paint spray gun W-88 (manufactured by Anest Iwata Co., Ltd.), dried, and then subjected to clear coating A film was formed and used as a test piece. At this time, the clear coating film had a thickness of 28 μm.
(色差)
試験片のクリヤー塗膜が形成されている側の色差を測定した。なお、色差の測定には、色差計SMカラーコンピューターSM−T型(スガ試験機社製)を用いた。
(Color difference)
The color difference on the side of the test piece on which the clear coating film was formed was measured. The color difference was measured using a color difference meter SM color computer SM-T type (manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.).
表2に、比較例1の試験片との色差の差を示す。 Table 2 shows the difference in color difference from the test piece of Comparative Example 1.
ここで、比較例1のクリヤー塗膜は、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子もしくは酸化チタン(ブルッカイト)粒子が添加されていないため、高い透明性を有する。 Here, the clear coating film of Comparative Example 1 has high transparency because no titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles or titanium oxide (brookite) particles are added.
表2から、比較例1の試験片と、実施例1〜3の試験片との色差の差は2未満であることがわかる。このため、実施例1〜3のクリヤー塗膜は、比較例1のクリヤー塗膜と、同じ色域であるといえ、クリヤー塗膜としての特性、即ち、透明性を十分に満たしていた。 From Table 2, it can be seen that the difference in color difference between the test piece of Comparative Example 1 and the test pieces of Examples 1 to 3 is less than 2. For this reason, the clear coating films of Examples 1 to 3 had the same color gamut as the clear coating film of Comparative Example 1, and sufficiently satisfied the characteristics as the clear coating film, that is, the transparency.
また、エマルションクリヤー塗料の固形分に対する酸化チタンの質量比が同じ実施例と比較例の各組み合わせを比較すると、試験片の色差の差は、最大でも0.3(実施例2と比較例3)であり、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子を含むクリヤー塗膜は、酸化チタン(ブルッカイト)粒子を含むクリヤー塗膜と、極めて近い色域であるといえる。 Moreover, when each combination of an Example and a comparative example with the same mass ratio of the titanium oxide with respect to solid content of an emulsion clear coating is compared, the difference of the color difference of a test piece is 0.3 at the maximum (Example 2 and Comparative Example 3). Thus, it can be said that the clear coating film containing the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles has a color gamut very close to that of the clear coating film containing the titanium oxide (brookite) particles.
次に、試験片の耐候性試験前後の色差の差と光沢の保持率、耐候性試験後の外観を評価した。 Next, the difference in color difference before and after the weather resistance test of the test piece, the gloss retention, and the appearance after the weather resistance test were evaluated.
(耐候性試験前後の色差の差、光沢の保持率)
試験片の耐候性試験を実施した。具体的には、まず、試験片に、紫外線照射機アイスーパーUVテスターW−151(岩崎電気社製)を用いて、ブラックパネルの温度が63℃、湿度が50%RHの条件で、各塗面が80mW/cm2の照射強度で受光するように、試験片に紫外線を4時間照射した。その後、槽内の温度を約30℃、湿度を98%RH以上に設定して、4時間保持し、槽内を結露させた。上述した紫外線照射と結露のサイクルを480時間経過するまで繰り返した。
(Difference in color difference before and after weather resistance test, gloss retention)
A weather resistance test of the test piece was performed. Specifically, first, using a UV irradiator isuper UV tester W-151 (manufactured by Iwasaki Electric Co., Ltd.) as a test specimen, The test piece was irradiated with ultraviolet rays for 4 hours so that the surface received light with an irradiation intensity of 80 mW / cm 2 . Thereafter, the temperature in the tank was set to about 30 ° C. and the humidity was set to 98% RH or more, and the tank was held for 4 hours to cause condensation in the tank. The above-described ultraviolet irradiation and condensation cycle was repeated until 480 hours passed.
耐候性試験前後の試験片のクリヤー塗膜が形成されている側の色差の差と光沢の保持率を測定した。なお、色差と光沢の測定には、それぞれ色差計SMカラーコンピューターSM−T型(スガ試験機社製)と光沢計micro−TRI−gloss(BYK Gardner GmbH社製)を用いた。 The difference in color difference and the gloss retention on the side of the test piece on which the clear coating film was formed before and after the weather resistance test were measured. In addition, the color difference meter SM color computer SM-T type (manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.) and the gloss meter micro-TRI-gloss (manufactured by BYK Gardner GmbH) were used for the measurement of color difference and gloss, respectively.
(耐候性試験後の外観)
耐候性試験後の試験片のクリヤー塗膜が形成されている側の外観を目視により確認した。外観の判定基準は、以下の通りである。
(Appearance after weather resistance test)
The appearance of the side of the test piece on which the clear coating film was formed after the weather resistance test was visually confirmed. The criteria for appearance are as follows.
A:表面の状態が良好であり、透明度が高く、光沢、色調ともに異常な変化が認められない
B:表面の状態が良好であり、透明度は高いが、光沢、色調に一部異常な変化が認められる
C:表面の状態が不良であり、透明度が低く、光沢、色調に異常な変化が認められる
図1に、耐候性試験後の試験片のクリヤー塗膜が形成されている側の写真を示す。
A: Good surface condition, high transparency, no abnormal changes in gloss and color tone B: Good surface condition, high transparency, but some abnormal changes in gloss and color tone C: The surface condition is poor, the transparency is low, and abnormal changes in gloss and color tone are observed. FIG. 1 is a photograph of the side of the test piece on which the clear coating film is formed after the weather resistance test. Show.
表3に、試験片の耐候性及び耐候性試験後の外観の評価結果を示す。 Table 3 shows the weather resistance of the test pieces and the evaluation results of the appearance after the weather resistance test.
表3から、実施例1〜3を比較例1と比較すると、耐候性試験前後の色差の差の差異は、0.8〜1.3であり、殆ど変わらない結果であった。また、実施例1〜3を比較例1と比較すると、耐候性試験前後の光沢の保持率の差異は、2.5%であり、殆ど変わらない結果であった。さらに、実施例1〜3を比較例1と比較すると、図1からも明らかなように、耐候性試験後の外観は、殆ど変わらない結果であった。 From Table 3, when Examples 1 to 3 were compared with Comparative Example 1, the difference in color difference before and after the weather resistance test was 0.8 to 1.3, which was almost unchanged. Further, when Examples 1 to 3 were compared with Comparative Example 1, the difference in gloss retention before and after the weather resistance test was 2.5%, which was almost unchanged. Furthermore, when Examples 1 to 3 were compared with Comparative Example 1, the appearance after the weather resistance test was almost unchanged as is apparent from FIG.
一方、比較例3を比較例1と比較すると、耐候性試験前後の光沢の保持率の差異は4.8%であり、光沢の保持率の低下が認められた。また、比較例3を比較例1と比較すると、図1からも明らかなように、耐候性試験後の外観の低下が認められた。 On the other hand, when Comparative Example 3 was compared with Comparative Example 1, the difference in gloss retention before and after the weather resistance test was 4.8%, indicating a decrease in gloss retention. Moreover, when the comparative example 3 was compared with the comparative example 1, the fall of the external appearance after a weather resistance test was recognized so that FIG.
さらに、比較例4を比較例1と比較すると、耐候性試験前後の色差の差、光沢の保持率の差異は、それぞれ7.9、21.0%であり、色差の差の著しい増大と光沢の保持率の著しい低下が認められた。また、比較例4を比較例1と比較すると、図1からも明らかなように、耐候性試験後の外観の著しい低下が認められた。 Furthermore, comparing Comparative Example 4 with Comparative Example 1, the difference in color difference before and after the weather resistance test and the difference in gloss retention were 7.9 and 21.0%, respectively. A significant decrease in the retention rate was observed. Further, when Comparative Example 4 was compared with Comparative Example 1, as is clear from FIG. 1, a remarkable decrease in appearance after the weather resistance test was observed.
ここで特筆すべきことは、比較例2〜4は、酸化チタンの添加量の増加に伴って、クリヤー塗膜の劣化現象が加速しているのに対し、実施例1〜3は、それぞれ比較例2〜4と、酸化チタンの添加量が同量であるにもかかわらず、クリヤー塗膜の劣化現象が認められていないということである。 It should be noted that in Comparative Examples 2 to 4, the deterioration phenomenon of the clear coating film was accelerated with an increase in the amount of titanium oxide added, whereas Examples 1 to 3 were respectively compared. Although the addition amount of titanium oxide is the same as in Examples 2 to 4, the deterioration phenomenon of the clear coating film is not recognized.
以上のことから、酸化チタンと無機ケイ酸塩高分子を複合化することで、クリヤー塗膜の耐候性が格段に向上することが明らかとなった。 From the above, it has been clarified that the weather resistance of the clear coating film is remarkably improved by combining the titanium oxide and the inorganic silicate polymer.
さらに詳細を説明する。以上の通り、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子を含有するエマルションクリヤー塗料は、高い透明性と優れた耐候性を発現することが示された。 Further details will be described. As described above, it was shown that the emulsion clear paint containing the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles exhibits high transparency and excellent weather resistance.
実施例1〜3のエマルションクリヤー塗料は、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子が添加されており、比較例2〜4のエマルションクリヤー塗料は、酸化チタン(ブルッカイト)粒子が添加されている。即ち、実施例1〜3のエマルションクリヤー塗料に添加されているフィラーの添加量は、それぞれ比較例2〜4のエマルションクリヤー塗料より多いことになる。一般的に、エマルションクリヤー塗料中のフィラーの添加量が増加すれば、クリヤー塗膜の透明度は低下することが知られている。また、クリヤー塗膜の透明性に最も影響する要因は、フィラーと樹脂マトリクスとの屈折率の差異である。また、フィラーの粒子径の光散乱への影響も、考慮すべきクリヤー塗膜の透明性に影響する因子であるとされる。 In the emulsion clear paints of Examples 1 to 3, titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles are added, and in the emulsion clear paints of Comparative Examples 2 to 4, titanium oxide (brookite) particles are added. . That is, the amount of filler added to the emulsion clear paints of Examples 1 to 3 is larger than that of the emulsion clear paints of Comparative Examples 2 to 4, respectively. In general, it is known that the transparency of the clear coating film decreases as the amount of filler added in the emulsion clear coating increases. The factor that most affects the transparency of the clear coating film is the difference in refractive index between the filler and the resin matrix. In addition, the influence of the particle size of the filler on light scattering is also a factor that affects the transparency of the clear coating film to be considered.
上記を考慮し、実施例1〜3の示す透明性の向上について考察する。先ず、フィラーと樹脂マトリクスとの屈折率の差異は、物質本来の特性差であり、制御が困難であるため、フィラーの粒子径の制御が重要となる。 Considering the above, the improvement in transparency shown in Examples 1 to 3 will be considered. First, since the difference in refractive index between the filler and the resin matrix is a characteristic difference inherent in the substance and is difficult to control, it is important to control the particle diameter of the filler.
酸化チタンは、一次粒子がナノオーダーであるが、エマルションクリヤー塗料に分散させた際に、二次粒子を形成し、透明度の低下の一因となることと、酸化チタンの表面が直接樹脂に接触しているため、樹脂の光劣化を惹起することが白濁化の要因となる。 Titanium oxide has nano-order primary particles, but when dispersed in an emulsion clear coating, it forms secondary particles that contribute to a decrease in transparency, and the surface of titanium oxide is in direct contact with the resin. Therefore, causing the photodegradation of the resin becomes a cause of white turbidity.
しかしながら、酸化チタンの周囲を無機ケイ酸塩高分子が包囲することで、二次粒子への成長を阻害するとともに、無機ケイ酸塩高分子がスペーサーとなり、酸化チタンの表面と樹脂の接触部位を大幅に低減することができる。そのため、樹脂の光劣化の低減と、透明性の維持という相反した性能を発現するものと考えられる。 However, by surrounding the titanium oxide with the inorganic silicate polymer, the growth to secondary particles is inhibited, and the inorganic silicate polymer serves as a spacer. It can be greatly reduced. Therefore, it is thought that the contradictory performance of reduction of the photodegradation of resin and maintenance of transparency is expressed.
さらに、耐候性試験においては、サンプルチャンバ内での温度及び湿度の変化によってクリヤー塗膜が物理的に「伸び縮み」するストレスを、酸化チタン粒子の表面を包囲した無機ケイ酸塩高分子が緩衝材として適度に緩和し、結果的にクリヤー塗膜の耐候性の向上に寄与した可能性も示唆される。 Furthermore, in the weather resistance test, the inorganic silicate polymer that surrounds the surface of the titanium oxide particles buffers the stress that the clear coating film physically “stretches and shrinks” due to changes in temperature and humidity in the sample chamber. It is suggested that the material moderately relaxed, and as a result, contributed to the improvement of the weather resistance of the clear coating film.
酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子は、既存のアパタイト等を用いた酸化チタン複合粒子とは一線を画す機能複合型エマルションクリヤー塗料用フィラーである。また、フィラーの添加量の増加に伴い、クリヤー塗膜の強度は上昇することが知られているため、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子は、耐候性と透明性を維持しながら機械的強度の改善にも資する、ということができる。 Titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles are functional composite type emulsion clear coating fillers that are in line with existing titanium oxide composite particles using apatite or the like. In addition, since it is known that the strength of the clear coating film increases as the amount of filler added increases, titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles are mechanically maintained while maintaining weather resistance and transparency. It can also be said that it contributes to the improvement of strength.
以上のように、実施例1〜3のクリヤー塗膜は、酸化チタンのみでは達成し得なかった優れた耐候性及び透明性を有することが明らかとなった。 As described above, it was revealed that the clear coating films of Examples 1 to 3 had excellent weather resistance and transparency that could not be achieved only with titanium oxide.
本実施形態のエマルションクリヤー塗料は、添加されている酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の優れた耐水性、耐熱性や耐腐食性、特異な形状を利用して、空気清浄機、熱交換器、浄水用フィルタ等、広範な産業分野で利用することが可能である。しかも、酸化チタン及び無機ケイ酸塩高分子は、医薬品や化粧品等にも使用され、食品添加物としても使用を認可されているため、安全性が高く、低コストで耐汚染性や耐候性にも優れるため、経済的である。 The emulsion clear coating of this embodiment uses the excellent water resistance, heat resistance and corrosion resistance, and unique shape of the added titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles to create an air cleaner, heat It can be used in a wide range of industrial fields such as exchangers and filters for water purification. In addition, titanium oxide and inorganic silicate polymers are used in pharmaceuticals and cosmetics, and are approved for use as food additives, so they are highly safe, low in cost and high in contamination resistance and weather resistance. Is also economical.
ここで、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子は、長期間に亘り、表面の耐候性及び透明性が持続するため、フィラーとして、有機繊維、プラスチックス等の媒体に添加することが可能である。このため、本実施形態のエマルションクリヤー塗料は、自動車内、浴室等の住居内空間にも応用することが可能である。 Here, since titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles maintain the weather resistance and transparency of the surface for a long period of time, they can be added as fillers to media such as organic fibers and plastics. It is. For this reason, the emulsion clear paint of this embodiment can be applied to interior spaces such as automobiles and bathrooms.
Claims (13)
ケイ素化合物の水溶液と、アルミニウム化合物の水溶液を混合し、無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液を調製する工程と、
該無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液から副生成物の塩を除去する工程と、
該塩が除去された無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液と、表面の少なくとも一部に酸化チタンが存在する基材とを混合撹拌した後、水熱反応させて、酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の懸濁液を得る工程と、
該酸化チタン/無機ケイ酸塩高分子複合粒子の懸濁液と、樹脂エマルションを混合する工程を含むことを特徴とするエマルションクリヤー塗料の製造方法。 A method for producing an emulsion clear paint comprising:
Mixing an aqueous solution of a silicon compound and an aqueous solution of an aluminum compound to prepare a suspension of precursor particles of an inorganic silicate polymer;
Removing by-product salts from the suspension of inorganic silicate polymer precursor particles;
After mixing and stirring the suspension of inorganic silicate polymer precursor particles from which the salt has been removed and a base material on which at least a part of the surface has titanium oxide, the titanium oxide is subjected to a hydrothermal reaction. / Obtaining a suspension of inorganic silicate polymer composite particles;
A method for producing an emulsion clear paint, comprising a step of mixing a suspension of the titanium oxide / inorganic silicate polymer composite particles and a resin emulsion.
該撹拌された無機ケイ酸塩高分子の前駆体粒子の懸濁液から前記副生成物の塩を除去することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のエマルションクリヤー塗料の製造方法。 A step of stirring the suspension of the inorganic silicate polymer precursor particles at 10 to 50 ° C. for 0.1 to 72 hours;
The emulsion clear coating composition according to any one of claims 1 to 6, wherein the salt of the by-product is removed from the stirred suspension of inorganic silicate polymer precursor particles. Production method.
該エマルションクリヤー塗料を塗装対象物に塗布してクリヤー塗膜を形成する工程を含むことを特徴とするクリヤー塗膜の形成方法。 A step of producing an emulsion clear paint by the method of producing an emulsion clear paint according to any one of claims 1 to 12,
A method for forming a clear coating film, comprising the step of forming the clear coating film by applying the emulsion clear coating to an object to be coated.
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| WO2020095717A1 (en) * | 2018-11-07 | 2020-05-14 | 石原産業株式会社 | Coating material composition and colored hydrophilic coating film obtained using same |
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