JP2007261192A - 光反射性塗装金属板 - Google Patents

Abstract

【課題】波長４００〜７００ｎｍの可視光領域における光反射特性が均一で且つ高い反射率を有し、照明器具の反射板や液晶テレビのバックライト反射板などとして有用な光反射性塗装金属板を提供すること。
【解決手段】２層以上の複層構造を有する光反射性塗膜で被覆された光反射性塗装金属板であって、光反射性塗膜の最表層は、実質的にアナターゼ型酸化チタンのみからなる白色顔料の含有量が３０〜７０質量％である第１光反射層からなり、該最表層の下層側は、実質的にルチル型酸化チタンのみからなる白色顔料の含有量が３０〜７０質量％である第２光反射層で構成され、可視光領域における光反射特性が均一で且つ高い反射率を有する光反射性塗装金属板である。
【選択図】なし

Description

本発明は、光反射性に優れた塗装金属板に関し、詳細には、可視光線の反射が均一で且つ優れた反射率を有し、照明器具の反射板や液晶テレビのバックライト反射板などとして有用な光反射性塗装金属板に関するものである。

照明器具の反射板や液晶テレビのバックライト反射板などには、消費電力の低減やエネルギー効率の観点から、可視光領域（４００〜７００ｎｍ）の全波長領域で高い反射率を示す反射板が求められており、これらの用途に金属板を適用する場合は、白色顔料として可視光線の吸収が少なく屈折率の高い酸化チタンを含む光反射性塗料を金属板に塗布して用いている。

ところで、酸化チタンにはルチル型とアナターゼ型の２種類があり、両者の反射特性をみると、ルチル型酸化チタンは、波長５００〜７００ｎｍの光に対する反射性は高いが波長４００ｎｍ近傍の光に対する反射性は低く、一方アナターゼ型酸化チタンは、波長４００ｎｍ近傍の光に対する反射性は高いが波長５００〜７００ｎｍの光に対する反射性が低い。この様なことから、屋内外で照明用反射板や液晶用反射板などに利用されているのは、可視光の広い波長領域で高い反射率を示すルチル型であり、アナターゼ型は殆ど利用されていない。また、アナターゼ型の酸化チタンは光触媒活性を有しており、これを白色顔料として使用した場合、ビヒクル成分として有機質樹脂を用いた時にその光劣化を助長することも懸念され、こうしたことも、アナターゼ型酸化チタンが白色顔料とし嫌われる理由の１つになっていると考えられる。

一方、照明用では更なるエネルギー効率向上のため、また液晶用では発現する色彩・色調の拡大や鮮明度の向上に対応するため、光反射板についても更なる高機能化が求められている。こうした状況の下で、最近の高機能化ニーズに対応していくには、反射率の向上に加えて、反射特性に偏りがなく、可視光線の全領域で均一な反射特性を示すもの（即ち、４００〜７００ｎｍの波長領域における光反射率が全体的に高く且つ反射率に差がないもの）が求められる。

ところが、白色顔料としてルチル型酸化チタンを用いた従来の光反射性塗膜では、塗膜を厚くすることで反射率の向上には対応できるものの、可視光全波長領域で均一な反射特性は得られ難く、しかも厚膜化による塗料コストの増大も経済的な負担となる。

ちなみに特許文献１には、高拡散反射塗装金属板として、ルチル型酸化チタンを塗膜中に含有させて液晶用反射板に適用する例が示されている。しかしこの塗膜は、ルチル型酸化チタンの特性である４００ｎｍ近傍の光吸収により反射率が低くなるため、可視光全領域で均一な光反射特性を得ることができない。また４００ｎｍ近傍に吸収があると、反射率を低下させるばかりか青色の発色を妨げる原因になる。

こうした問題の改善策として、単純にルチル型とアナターゼ型の酸化チタンを併用することが考えられる。ところがこの方法では、波長４００ｎｍ近傍の光反射率を若干改善できるものの、顕著な改善効果は得られない。併用系では、アナターゼ型酸化チタンの特徴である波長４００ｎｍ近傍の高い反射率が十分に活かしきれず、光反射率の改善効果が不十分になるばかりか、反射率の均一性も不十分になる。

また特許文献２には、ルチル型酸化チタンによる光吸収で低下する波長４００ｎｍ近傍の光反射率を補うため、蛍光剤を添加することが記載されている。しかしこの方法は反射率の向上には有効と思われるが、反射特性の制御が困難で反射率の均一性を高めることはできない。しかも蛍光剤は高価であるため、コスト面から実用上の適用範囲は自ずと制限される。
特開２００２−１７２７３５号公報 特開２００３−７３６２４号公報

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、蛍光剤を使用することなく、ルチル型酸化チタンの欠点である波長４００ｎｍ近傍の光反射率を向上させ、可視光の全波長領域で均一な光反射率を示すと共に、同程度の膜厚でルチル型酸化チタン含有単独塗膜よりも優れた光反射率を示す光反射性塗装金属板を提供することにある。

上記課題を解決することのできた本発明に係る光反射性塗装金属板は、２層以上の複層構造を有する光反射性塗膜で被覆された光反射性塗装金属板であって、光反射性塗膜の最表層は、実質的にアナターゼ型酸化チタンのみからなる白色顔料の含有量が３０〜７０質量％である第１光反射層からなり、該最表層の下層側は、実質的にルチル型酸化チタンのみからなる白色顔料の含有量が３０〜７０質量％である第２光反射層で構成されているところに特徴を有している。

本発明の上記塗装金属板において、その特徴がより効果的に発揮されるのは、前記第１光反射層の膜厚が１０〜６０μｍで、前記第２光反射層の膜厚が１０μｍ以上であるものである。また本発明では、上記複層構造の光反射性塗膜の上に透明の表面保護皮膜を形成し、反射塗膜としての耐久性を高めたものも、好ましい実施形態となる。

本発明によれば、金属板表面に形成される光反射性塗膜を、酸化チタン主体の白色顔料を含む２層構造以上の多層塗膜で構成し、最表層側は、第１光反射層として短波長の光反射性に優れたアナターゼ型酸化チタン主体の反射層とし、その下層側は、第２光反射層として長波長の光反射性に優れたルチル型酸化チタン主体の反射層とすることで、可視光全波長領域の光を効率よく反射し、均一で且つ優れた光反射特性を示す塗装金属板を提供できる。

酸化チタンを含有する塗膜に光が当たると、塗膜を構成するビヒクル成分（樹脂）と酸化チタンの光屈折率の違いによって酸化チタン界面で光の反射が起こり、樹脂および酸化チタンを透過する光は一部吸収される。従って、光吸収が少ない場合は反射率が高まり、光吸収が多くなると反射率は低下する。また、光は波長が短いほど塗膜を通過する際の減衰量が大きく、塗膜の奥深くまで到達できないため、例えば４００ｎｍ近傍の短い波長の光は、塗膜最表層の反射特性に影響を受け易いと考えられる。逆に長波長の光は塗膜の奥深くまで到達するため、一定深さの塗膜内部における反射特性に影響を受け易いと考えられる。

そこで本発明者らは、塗膜全体として反射率を平均的に高めるには、塗膜を２層以上の複層構造とし、表層側には短波長の光をより多く反射する白色顔料を配合し、その下層側には、表層側を通過した長波長の光をより多く反射する白色顔料を配合すれば、それらの相互補完作用により塗膜全体として反射率が平均的に高められるのではないかと考えた。そして、こうした考えを塗膜全体としての光反射率の均一性向上に生かすべく研究を重ねた結果、上記本発明の塗膜構成に想到した。

即ち本発明の光反射性塗装金属板は、上記の様に白色顔料として酸化チタンを含む２層以上からなる積層構造の光反射性塗膜を有しており、該反射性塗膜の最表層側は、実質的にアナターゼ型酸化チタンのみからなる白色顔料の含有量が３０〜７０質量である第１光反射層とし、該最表層の下層側は、実質的にルチル型酸化チタンのみからなる白色顔料の含有量が３０〜７０質量％である第２光反射層によって構成されている。

本発明では、上記の様に光反射性の複層塗膜を構成する白色顔料として酸化チタンの使用を規定している。これは、酸化チタンは他の白色顔料、例えば酸化亜鉛や硫酸バリウム、炭酸カルシウム、酸化セリウムなどに比べて価格の割には光反射性や白色度が高く、光反射性の白色顔料として適していることによる。しかも酸化チタンは、上記の様に結晶構造によってアナターゼ型とルチル型に分類され、夫々の光反射特性、特に波長による光の反射率と吸収率が異なっており、本発明で意図する光反射性塗膜の複層化による光反射特性の均一化に最も適しているからである。

そして最表層側の白色顔料を、実質的にアナターゼ型酸化チタンのみとし且つその含有量を３０〜７０質量％に定めたのは、可視光線の低波長領域である４００ｎｍ近傍の光を効果的に反射させるためであり、３０質量％未満では低波長域の光に対する反射率が不十分となり、全波長域で均一な光反射率を確保するという本発明の目的が果たせなくなる。低波長域の光をより確実に反射させる上でより好ましい最表層側のアナターゼ型酸化チタン含量は４０質量％以上、更に好ましくは４５質量％以上である。但し、最表層に占めるアナターゼ型酸化チタンの含有量が多過ぎると、全反射率が低下すると共に、最表層塗膜のビヒクル成分含量が不足気味となって塗膜特性（特に耐衝撃特性や耐引掻き性、耐久性など）が低下してくるので、多くとも７０質量％、より好ましくは６５質量％程度までに止めるのがよい。

また、該最表層の厚さは、波長が４００ｎｍ近傍の光を効果的に反射しつつ、４５０ｎｍ程度以上、７００ｎｍレベルまでの波長域の光は十分に透過し得る様、１０μｍから６０μｍの範囲に納まる様に調整するのがよい。ちなみに、表層の厚さが薄過ぎると４００ｎｍ近傍の反射率が不十分となり、逆に厚くし過ぎても、４００ｎｍ近傍の光反射率が飽和に達してそれ以上に向上しなくなるばかりか、４５０〜７００ｎｍの光吸収率が増大して該長波長域の反射率が低下し、結果的に光反射率も低下する。よって、アナターゼ型酸化チタン主体の最表層部の厚さは１０〜６０μｍの範囲、より好ましくは２０〜４０μｍの範囲とするのがよい。

また、該最表層の下層側に形成される第２光反射層は、上記最表層を透過してきた４５０〜７００ｎｍの可視光線に対して十分な光反射率を確保できるよう、白色顔料の主体をルチル型酸化チタンとすると共に、その含有量を３０〜７０質量％の範囲内とし且つ少なくとも１０μｍの厚さを確保する。ちなみに、該下層側のルチル型酸化チタン含量が３０質量％未満では、上記長波長域の光に対して十分な反射率が得られ難くなり、４５０〜７００ｎｍ域の光の反射率不足により、やはり可視光全域で均一な光反射率を確保できなくなる。

低波長域の光をより確実に反射させる上でより好ましい下層側のルチル型酸化チタン含量は４０質量％以上、更に好ましくは４５質量％以上である。但し、下層側に占めるルチル型酸化チタンの含有量が多過ぎると、光反射率が低下すると共に、該下層側塗膜のビヒクル（バインダ）成分含量が相対的に不足気味となって塗膜特性（特に耐衝撃特性や耐剥離性など）が低下してくるので、多くとも７０質量％、より好ましくは６５質量％程度までに止めるのがよい。

また、該下層側の厚さは、４５０〜７００ｎｍの長波長域の光を効果的に反射し得る様、少なくとも１０μｍ以上にすべきであり、反射率の観点からすると厚さの上限は特に存在しないが、経済性を考慮すると６０μｍ程度まで、より一般的には４０μｍ程度までで十分である。

上記酸化チタンの粒径は特に制限されないが、より高度で且つ均一な反射率を得る上では、アナターゼ型およびルチル型の如何を問わず、０．１〜０．４μｍ、好ましくは０．１５〜０．３５μｍ、更に好ましくは、０．２０〜０．３０μｍの範囲で極力粒径の揃ったものを使用するのがよい。またこれらの酸化チタンは、バインダー樹脂への分散性を高めるため、アルミナ、シリカ、ジルコニア、或は有機物などで表面処理したものもであってもよい。

本発明では、上記の様に最表層およびその下層側の光反射層に含まれるアナターゼ型酸化チタンまたはルチル型酸化チタンの含有量を特定範囲に定めており、各層の残部成分は実質的にビヒクル（バインダー）成分であるが、必要に応じてその他の添加剤として、酸化チタン以外の白色顔料その他の体質顔料、紫外線吸収剤、紫外線安定剤、分散剤、粘度調整剤などが含まれていてもよい。

本発明において、バインダーとして用いる樹脂は、塗料分野で公知の樹脂がいずれも使用でき、例えば、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂等が挙げられる。これらの中でも好ましいのは、ポリエステル系樹脂、或は変性ポリエステル系樹脂（エポキシ変性ポリエステル系樹脂、フェノール誘導体を骨格に導入したポリエステル系樹脂などの熱硬化性ポリエステル系樹脂または不飽和ポリエステル系樹脂）などが挙げられる。これらの中でも、曲げ加工性などの観点から特に好ましいのはポリエステル系樹脂である。また上記樹脂と共に架橋剤を併用することも可能であり、ポリエステル系樹脂に対して用いられる好ましい架橋剤としてはメラミン樹脂、ウレタン樹脂が例示される。これらの架橋剤は、単独で使用できる他、必要に応じて２種を併用してもよい。

また、本発明で用いられる金属板の種類も特に制限されず、例えば冷延鋼板、熱延鋼板、あるいはステンレス鋼板の如き各種合金鋼板、更には、電気めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、５％Ａｌ−Ｚｎめっき鋼板、５５％Ａｌ−Ｚｎめっき鋼板、Ａｌめっき鋼板などの各種めっき鋼板、或は更に、Ａｌ板やＣｕ板など非鉄金属板などが全て使用可能である。

金属板上に上記の光反射性塗膜を形成するには、バインダー樹脂と白色顔料を含む塗膜形成用塗料を調製し、公知の塗布方法、例えばロールコーター法、スプレー法、カーテンフローコーター法、バーコート法、ディッピング法等を用いて、金属板表面に少なくとも２層以上に塗工すればよい。塗膜形成用塗料が溶剤を含む場合や、バインダー樹脂が熱架橋するタイプの場合は、塗工後に加熱による焼付け処理が行われる。金属板としては、鋼板や各種金属板を用いることができ、めっき処理や、各種公知の下地処理等が施されていても構わない。また光反射性塗膜の上にクリアー塗膜等の公知の保護膜が形成されていてもよい。同様に、上記光反射性塗膜の下層側にも、更に他の白色顔料を含むマスキング層などを設けたり、塗膜密着性改善のための任意の下地塗膜層などを形成したりすることも勿論可能である。

本発明は以上の様に構成されており、最表層にアナターゼ型酸化チタン主体の白色顔料を使用し、その下層側にはルチル型酸化チタン主体の白色顔料を使用することで、４００ｎｍから７００ｎｍ可視光領域における光反射率の均一性を高めることができ、照明器具の反射板として用いた時の品質安定性を高め得る他、液晶のバックライトとして用いた時には、反射率の不均一によってしばしば生じる虹色変色現象を抑えることができ、液晶画面の色調、色彩の拡大や鮮明度の向上などを含めて品質向上に寄与できる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。

なお、本発明において、特に波長を限定せずに「反射率」と言うときは、４００〜７００ｎｍの間を２０ｎｍ毎に反射率を日本電色工業社製の色差計Σ９０で測定し、下記式によって求めた全反射率（全Ｒ：％）を意味する。なお、下記式において、Ｒ（λ）は波長λでの反射率を示す。
（全）反射率＝｛［Ｒ（４００）＋Ｒ（４２０）＋…Ｒ（６６０）＋Ｒ（６８０）］＋［Ｒ（４２０）＋Ｒ（４４０）＋…Ｒ（６８０）＋Ｒ（７００）］｝×２０÷２÷（７００−４００）

実験例１
厚さ０．８ｍｍの電気亜鉛めっき鋼板に、バーコーターで各層の乾燥塗膜厚が４０μｍとなる様に下層用の光反射性塗料と上層用の光反射性塗料をそれぞれ２回ずつ塗布し、１回塗り毎に焼付け炉で到達板温が２２０℃となる様に１２０秒間焼付けを行って２層構造の光反射性塗膜を形成した。単層構造の塗膜については、それぞれの塗膜を構成する塗料を所定の乾燥膜厚となる様に４回塗りし、１回塗り毎に同様に２２０℃で１２０秒間焼付けた。表１に塗膜構成と積層構成を示す。

バインダー樹脂としては、ポリエステル樹脂（東洋紡績社製の商品名「バイロン２９ＸＳ」）、架橋剤としてメラミン樹脂（住友化学社製の商品名「スミマールＭ４０−ＳＴ」）、ルチル型酸化チタンとしては、石原産業社製の品番「ＣＲ−５０」、「ＣＲ−５８」、「ＣＲ−６０」、アナターゼ型酸化チタンとしては、石原産業社製の品番「Ａ−２２０」を使用し、溶剤としてシクロヘキサノン、キシレンを用いて各配合比率となる様にバインダー樹脂と酸化チタンを混合してボールミルで十分に混練し、固形分濃度が５０〜７５％となる様に溶剤で固形分を調整してから塗装に供した。

得られた各光反射性塗装金属板について、日本電色工業社製の分光光度計Σ９０を用いて、波長４００〜７００ｎｍの間を２０ｎｍの測定ピッチで反射率を測定し、最大値（Ｒmax）、最小値（Ｒmin）、平均値（Ｒave）を求めると共に、ΔＲ値（＝Ｒmax−Ｒmin）を求めた。

結果を表１〜３に示す。尚、表中の「塗膜中の濃度」とは、乾燥塗膜中の各成分の濃度（含有率）を意味し、「塗り分け」とは、反射性塗膜を上層と下層に塗り分けた本発明の塗膜仕様を示し、「単独」とは、アナターゼ型またはルチル型を各々単独で用いた単層塗膜、「混合」とは、アナターゼ型とルチル型の２種類の酸化チタンを混合して用いた単層塗膜、をそれぞれ意味する。

表１〜３からも明らかな様に、最表層側塗膜と下層側塗膜に塗り分けて複層塗膜構成とした本発明の実施例では、単独もしくは混合塗膜仕様の比較例に比べて、全反射率が高くて且つ反射率の上下差（ΔＲ）が小さく、均一な光反射率が得られている。なお、照明器具や液晶に用いられる光反射板として全反射率（全Ｒ）を１％高めることは、実用上極めて有益なことであり、需要者の要望に沿うものである。

Claims (2)

1. ２層以上の複層構造を有する光反射性塗膜で被覆された光反射性塗装金属板であって、光反射性塗膜の最表層は、実質的にアナターゼ型酸化チタンのみからなる白色顔料の含有量が３０〜７０質量％である第１光反射層からなり、該最表層の下層側は、実質的にルチル型酸化チタンのみからなる白色顔料の含有量が３０〜７０質量％である第２光反射層で構成されていることを特徴とする光反射性塗装金属板。
2. 前記第１光反射層の膜厚が１０〜６０μｍであり、前記第２光反射層の膜厚が１０μｍ以上である請求項１に記載の光反射性塗装金属板。