JPH0733302B2

JPH0733302B2 - ジルコン系コーティング組成物及びジルコン系酸化物被覆黒鉛成形体の製造方法

Info

Publication number: JPH0733302B2
Application number: JP2278293A
Authority: JP
Inventors: 一郎中村; 康弘中谷
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1989-10-17
Filing date: 1990-10-16
Publication date: 1995-04-12
Anticipated expiration: 2010-04-12
Also published as: JPH03215376A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、長期間保存でき、容易にコーティングでき、
安定性に優れた塗膜が得られるジルコン系コーティング
組成物に関する。本発明は、さらに、安定性に優れた塗
膜を有するジルコン系酸化物被覆黒鉛成形体を容易に製
造しうる方法に関する。

（従来の技術）従来、金属、プラスチック、木材、紙、セメント、黒鉛
等の素材上に、その耐食性、耐熱性、耐摩耗性、絶縁性
等を向上させるために、コーティングにより塗膜を形成
することが行われており、なかでもジルコン系組成物
が、耐食性、耐熱性、耐摩耗性、絶縁性等に優れる上
に、熱膨張率が低いことから、上記素材のためのコーテ
ィング組成物として有用である。

ジルコン系組成物は、例えば、特開昭61−250063号公報
には、式Zr(OC₅H₁₁)₄で表されるジルコニウム化合物、
エチルシリケートおよびイソプロピルアルコールを混合
してなる組成物が記載され、特開昭63−190175号公報に
は、ジルコニウムオキシ酸塩、シリコンアルコキシドま
たはその誘導体、水および有機溶媒からなる組成物が記
載されている。しかしながら、上記組成物は長期保存安
定性が悪く、しかも基材上に塗布して得られた塗膜は、
クラックや剥離を生じ易いという欠点を有していた。

一方、上記素材のうち、とりわけ黒鉛は、熱膨張率が低
く耐熱衝撃性に優れた材料として知られ、高温下で使用
するための治具の材料として用いられている。しかし、
黒鉛は、高温での耐酸化性に劣るという欠点を有してい
る。また、粉末冶金用として黒鉛の治具を用いる場合に
は、黒鉛表面にアルミナ粉を散布したり、アルミナ系、
シリカ系等の粘結剤を塗布して、溶融金属の黒鉛に対す
る濡れや反応を防止する必要があるが、前者の方法は、
工程が煩雑であるうえに、アルミナ微粉末によって作業
環境を悪化させるという欠点を有しており、後者の方法
は、粘結剤と黒鉛との熱膨張率の差により粘結剤が黒鉛
表面から剥離し易いうえに、水素雰囲気下では、高温に
おいて粘結剤中のシリカと水素が反応して水蒸気が発生
し、金属の焼結を妨げるという欠点を有していた。

上記欠点を解決するために、黒鉛成形体の表面にジルコ
ン系組成物の被覆を形成することが提案されている。こ
の被覆形成方法としては、蒸着法、スパッタ法、CVD
法、溶射法、ペースト焼結法、塗膜熱分解法等が知られ
ているが、これらの方法では、0.1μｍ以上の厚膜を形
成することが困難であり、黒鉛の酸化劣化等を防止する
には不充分であった。

また、特開平１−122982号公報には、テトラアルコキシ
シラン、その加水分解物および／または部分縮合物なら
びにジルコニウムテトラアルコキシド、その加水分解物
および／または部分縮合物等の溶液を、黒鉛成形体に塗
布または含浸し、乾燥して被覆する方法が記載されてお
り、上記方法で得られる塗膜は黒鉛とほぼ同程度の熱膨
張率を有しており、この塗膜に対しては、溶融金属は濡
れ性や反応性を示さず、塗膜が水素と反応することもな
い。しかしながら、上記方法には、塗布液が加水分解し
易いため長時間保存できないという欠点があった。しか
も、得られる塗膜の安定性が悪く、クラックや剥離が生
じ易いという欠点があった。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、上記欠点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、容易にコーティングができ、安定性に優れた塗
膜が得られる長期保存可能なジルコン系コーティング組
成物を提供するとともに、該コーティング組成物を用い
たジルコン系酸化物被覆黒鉛の製造方法を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段）本発明で使用されるジルコニウムテトラアルコキシド
（ａ）は、一般式Zr(OR¹)₄で表される化合物であり、式
中、R¹は脂肪族炭化水素基を示すが、炭素数が多くなる
とジルコン系コーティング組成物の安定性が低下して長
期保存性が悪くなるので、炭素数は１〜５である。

上記ジルコニウムテトラアルコキシド（ａ）としては、
例えば、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウム
テトラエトキシド、ジルコニウムテトラ−iso-プロポキ
シド、ジルコニウムテトラ−n-ブトキシド、ジルコニウ
ムテトラ−sec-ブトキシド、ジルコニウムテトラ‐tert
-ブトキシド等があげられ、特にジルコニウムテトラ−n
-ブトキシドおよびジルコニウムテトラ−iso-プロポキ
シドが好ましい。これらは、単独で使用されてもよいし
二種以上併用されてもよい。

本発明で使用されるテトラアルコキシシラン（ｂ）は、
一般式Si(OR²)₄で表される化合物であり、式中、R²は脂
肪族炭化水素基を示すが、炭素数が多くなるとジルコン
系コーティング組成物の安定性が低下して長期保存性が
悪くなるので、炭素数は１〜５である。

上記テトラアルコキシシラン（ｂ）としては、例えば、
テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ
−n-プロポキシシラン、テトラ‐iso-プロポキシシラ
ン、テトラ−n-ブトキシシラン、テトラ−sec-ブトキシ
シラン、テトラ‐tert-ブトキシシラン等があげられ、
特にテトラエトキシシランおよびテトラメトキシシラン
が好ましい。これらは、単独で使用されてもよいし二種
以上併用されてもよい。

上記テトラアルコキシシラン（ｂ）のジルコニウムテト
ラアルコキシド（ａ）に対する添加量は、少なくなると
ジルコン系コーティング組成物の安定性が低下して長期
保存性が悪くなり、多くなると得られる塗膜にクラック
が生じ易くなるので、テトラアルコキシシラン（ｂ）／
ジルコニウムテトラアルコキシド（ａ）（モル比）は0.
25〜2.5である。

本発明に使用されるアミン化合物（ｃ）は、下記一般式
（Ｉ）、（II）または（III）で表される化合物であ
る。

HO−R³−NH₂‥（Ｉ）（HO−R³ ₂NH‥（II）（HO−R³ ₃Ｎ‥（III）式中、R³は脂肪族炭化水素基を示すが、炭素数が少なく
なっても、多くなってもジルコン系コーティング組成物
の安定性が低下して長期保存性が悪くなるので、炭素数
は２〜５である。

上記（Ｉ）式で表される化合物としては、例えば、エタ
ノールアミン、プロパノールアミン、イソプロパノール
アミン等があげられ、（II）式で表される化合物として
は、例えば、ジエタノールアミン、ジイソプロパノール
アミン等あげられ、（III）式で表される化合物として
は、例えば、トリエタノールアミン、トリイソプロパノ
ールアミン等あげられ、特にジエタノールアミンおよび
トリエタノールアミンが好ましい。これらは、単独で使
用されてもよいし二種以上併用されてもよい。

上記アミン化合物（ｃ）のジルコニウムテトラアルコキ
シド（ａ）に対する添加量は、少なくなるとジルコン系
コーティング組成物の安定性が低下して長期保存性が悪
くなり、多くなると得られる塗膜にクラックが生じ易く
なるので、アミン化合物（ｃ）／ジルコニウムテトラア
ルコキシド（ａ）（モル比）は0.5〜６である。

本発明に使用される有機溶媒（ｄ）は、前記ジルコニウ
ムテトラアルコキシド（ａ）およびテトラアルコキシシ
ラン（ｂ）（以下、全アルコキシドという）と相溶性の
あるものであれば特に限定されるものではなく、例え
ば、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピ
ルアルコール、ブチルアルコール等のアルコール類、ア
セトン、メチルエチルケトン等のケトン類、ベンゼン、
トルエンなとがあげられ、特にイソプロピルアルコール
が好ましい。これらは単独で使用されてもよいし二種以
上併用されてもよい。

上記有機溶媒（ｄ）の全アルコキシドに対する添加量
は、少なくなるとジルコン系コーティング組成物の安定
性が低下して長期保存性が悪くなり、多くなると得られ
る塗膜にピンホールが生じ易くなるので、有機溶媒
（ｄ）／全アルコキシド（モル比）は0.05〜500であ
り、好ましくは0.2〜300である。

本発明で使用される水（ｅ）の全アルコキシドに対する
添加量は、少なくなると全アルコキシドの加水分解で不
充分となるため、得られる塗膜にクラックが生じ易くな
り、多くなるとジルコン系コーティング組成物の安定性
が低下して長期保存性が悪くなるので、水（ｅ）／全ア
ルコキシド（モル比）は0.02〜２である。

上記水（ｅ）には全アルコキシドの加水分解を促進する
ための触媒として、酸または塩基が添加されるのが好ま
しい。

上記酸としては、例えば、塩酸、フッ酸、硝酸等の無機
酸、酢酸、ギ酸等の有機酸があげられ、塩基としては、
例えば、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ム等があげられ、特に塩酸が好ましい。

上記酸または塩基の添加量は、少なくなると加水分解の
促進効果がなく、多くなるとジルコン系コーティング組
成物の安定性が低下して長期保存性が悪くなるので、水
１に対して0.01〜15モルが好ましい。

本発明のジルコン系コーティング組成物は、上述した各
構成材料を混合攪拌して得られ、その混合攪拌方法は特
に限定されるものではないが、前記ジルコニウムテトラ
アルコキシド（ａ）、アミン化合物（ｃ）および有機溶
媒（ｄ）を混合攪拌した後、前記テトラアルコキシシラ
ン（ｂ）および（ｅ）を添加して混合攪拌するのが好ま
しい。

本発明のジルコン系コーティング組成物には、得られる
塗膜の安定性（耐クラック性、耐剥離性等）をさらに向
上させるためにジルコン粉末が添加されてもよい。

上記ジルコン粉末の平均粒径は、小さくなるとジルコン
系コーティング組成物中への分散が困難になり、大きく
なると得られる塗膜にクラックが発生し易くなるので、
0.01〜100μｍが好ましく、0.02〜２μｍが特に好まし
い。

上記ジルコン粉末のジルコン系コーティング組成物中へ
の添加量は、少なくなると得られる塗膜の安定性の向上
の度合いが低くなり、多くなるとジルコン系コーティン
グ組成物の安定性が低下して長期保存性が悪くなるの
で、全ジルコン系酸化物（ジルコニウムテトラアルコキ
シド（ａ）とテトラアルコキシシラン（ｂ）から形成さ
れる酸化物、およびジルコン粉末の合計量）中１〜60重
量％が好ましい。なお、ジルコン粉末の添加は、前記ジ
ルコン系コーティング組成物の各構成材料を混合攪拌し
た後になされるのが好ましい。

本発明２のジルコン系酸化物被覆黒鉛成形体の製造方法
では、上述したジルコン系コーティング組成物が、黒鉛
成形体に塗布または含浸され、乾燥されてジルコン系酸
化物が被覆される。

上記黒鉛成形体の製造方法は任意の方法が採用されてよ
く、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等を出発原料として押
出成形、注型成形等によって成形した後、焼成する方
法、無煙炭、石炭コークス、石油コークス、ピッチコー
クス、カーボンブラック等の無定形炭素質のものを出発
原料として押出成形、注型成形等によって成形した後、
焼成し、さらに黒鉛化する方法などがあげられる。な
お、上記黒鉛成形体中には、粘土、金属等の他種材料が
含有されてもよい。

上記黒鉛成形体の形状としては特に限定されるものでは
なく、例えば、棒状、板状、ブロック状、ロール状、ル
ツボ状等があげられる。

上記塗布方法としては特に限定されるものではなく、例
えば、刷毛、スプレーコート、ディップコート、スピン
コート、ロールコート等による塗布方法があげられる。

上記含浸方法としては特に限定されるものではなく、例
えば、常圧下で浸漬含浸する方法、減圧下で浸漬含浸す
る方法等があげられ、減圧下で浸漬含浸するのが好まし
く、その減圧度は、低くなると黒鉛成形体の細孔内部に
ジルコン系コーティング組成物が含浸されにくくなり、
高くなるとジルコン系コーティング組成物の揮発が激し
くなって溶液粘度が上昇し、黒鉛成形体の細孔内部にジ
ルコン系コーティング組成物が含浸されにくくなるの
で、１×10^-1〜100Torrが好ましい。

上記乾燥方法としては特に限定されるものではなく、例
えば、室温にて自然乾燥する方法、室温にて自然乾燥し
た後、加熱乾燥する方法、室温にて自然乾燥した後、高
温加熱処理する方法、室温にて自然乾燥し、加熱乾燥し
た後、さらに高温加熱処理する方法等があげられる。

上記乾燥方法における各段階での条件は、ジルコン系コ
ーティング組成物および黒鉛成形体の種類に応じて適宜
決定されるが、室温での自然乾燥は２〜48時間行うのが
好ましく、加熱乾燥は60〜300℃で30分〜48時間行うの
が好ましく、高温加熱処理は非酸化性雰囲気下、450〜1
700℃で30分〜10時間行うのが好ましい。

（実施例）以下、本発明の実施例を説明する。

なお、結果に示したジルコン系コーティング組成物なら
びにジルコン系酸化物被覆黒鉛成形体に関する各物性の
評価方法は次の通りである。

1.ジルコン系コーティング組成物に関する物性（１）初期密着性得られたジルコン系コーティング組成物中に、アセトン
で超音波洗浄したスライドガラス（マツナミ社製）を浸
漬し、300mm/分の速度で引上げた後、下記条件下で乾燥
してジルコン系酸化物被覆層を形成して評価試料を作製
し、JISD0202に準じてクロスカットテープ剥離試験を行
い、100個のジルコン系酸化物被覆層の枡目に対する剥
離したジルコン系酸化物層の枡目の比率（剥離率）を測
定して評価した。

（乾燥条件）初期乾燥:25℃、24時間最終乾燥:500℃（25℃から50℃/hrで昇温）、２時間（２）耐沸騰水性（耐クラック性および密着耐久性）得
られたジルコン系コーティング組成物を用いて、上記初
期密着性を評価したのと同様にして作製した評価試料を
沸騰水中に８時間浸漬した後、その表面の状態を官能検
査して下記判定基準により耐クラック性を評価した。

（判定基準） ○：表面にクラックなし ×：表面にクラックあり上記官能検査を行った後、上記初期密着性を評価したの
と同様にしてクロスカットテープ剥離試験を行い、剥離
率により密着耐久性を評価した。

（３）耐酸性（耐クラック性および密着耐久性）得られたジルコン系コーティング組成物を用いて、上記
初期密着性を評価したのと同様にして作製した評価試料
を20wt％の塩酸中に75時間浸漬した後、その表面の状態
を官能検査して下記判定基準により耐クラック性を評価
した。

（４）長期保存性得られたジルコン系コーティング組成物が封入された密
封容器を50℃、65％RHの雰囲気下に６ヶ月放置した後、
上記初期密着性を評価したのと同様にしてクロスカット
テープ剥離試験を行い、下記判定基準により長期保存性
を評価した。

（判定基準） ○：剥離率が20％以下 △：剥離率が21〜50％ ×：剥離率が50％を超えるもの 2.ジルコン系酸化物被覆黒鉛成形体に関する物性〔耐熱性〕得られたジルコン系酸化物被覆黒鉛成形体を大気雰囲気
下、600℃で10時間放置した後、ジルコン系酸化物被覆
黒鉛成形体の初期重量に対する重量減少率を測定して耐
熱性を評価した。

実施例１〜14 第１表に示した所定量のジルコニウムテトラアルコキシ
ド、アミン化合物およびイソプロピルアルコールをセパ
ラブルフラスコに供給し、室温で15時間、攪拌速度800r
pmで攪拌して安定化されたジルコニウムテトラアルコキ
シドのアルコール溶液を得た。

得られたアルコール溶液に第１表に示した所定量のテト
ラアルコキシシラン添加し、室温で１時間、攪拌速度80
0rpmで攪拌した後、第１表に示した所定量の水と塩酸か
らなる塩酸水溶液を添加し、室温で１時間、攪拌速度80
0rpmで攪拌してジルコン系コーティング組成物を得た。

得られたジルコン系コーティング組成物を用いて、前記
測定法に基づき、各物性を測定し、結果を第１表に示し
た。

次いで、減圧容器中に得られたジルコン系コーティング
組成物を供給し、アセトンで超音波洗浄した円筒状黒鉛
成形体（直径:20mm、高さ:20mm）を上記ジルコン系コー
ティング組成物中に浸漬した後、減圧容器内を5Torrに
減圧して上記黒鉛成形体中にジルコン系コーティング組
成物を含浸した。次に、減圧容器内を常圧に戻し、黒鉛
成形体を取り出してジルコン系コーティング組成物含浸
黒鉛成形体を得た。

得られたジルコン系コーティング組成物含浸黒鉛成形体
を室温にて24時間自然乾燥した後、加熱容器内にて100
℃、24時間乾燥し、さらに窒素雰囲気下で1500℃、１時
間処理してジルコン系酸化物被覆黒鉛成形体を得た。

得られたジルコン系酸化物被覆黒鉛成形体を用いて、前
記測定法に基づき、重量減少率を測定し、結果を第１表
に示した。

実施例15、16 第１表に示した通り、イソプロピルアルコールの添加量
を変えた他は実施例１と同様にしてジルコン系コーティ
ング組成物を得た。

得られたジルコン系コーティング組成物に第１表に示し
た所定量のジルコン粉末（平均粒径１μｍ）を添加し、
室温で１時間、攪拌速度1000rpmで攪拌してジルコン粉
末含有ジルコン系コーティング組成物を得た。

得られたジルコン粉末含有ジルコン系コーティング組成
物を用いて、前記測定法に基づき、各物性を測定し、結
果を第１表に示した。

上記ジルコン粉末含有ジルコン系コーティング組成物を
用い、実施例１と同様にしてジルコン系酸化物被覆黒鉛
成形体を得た。

比較例１〜８第２表に示した通り、組成物中の構成材料の添加量を変
えた他は実施例１と同様にしてジルコン系コーティング
組成物を得た。

得られたジルコン系コーティング組成物を用いて、前記
測定法に基づき、各物性を測定し、結果を第２表に示し
た。

上記ジルコン系コーティング組成物を用い、実施例１と
同様にしてジルコン系酸化物被覆黒鉛成形体を得た。

得られたジルコン系酸化物被覆黒鉛成形体を用いて、前
記測定法に基づき、重量減少率を測定し、結果を第２表
に示した。

比較例９第２表に示した通り、ジルコン粉末の添加量を変えた他
は実施例15と同様にしてジルコン粉末含有ジルコン系コ
ーティング組成物を得た。

得られたジルコン粉末含有ジルコン系コーティング組成
物を用いて、前記測定法に基づき、各物性を測定し、結
果を第２表に示した。

比較例10 実施例１で用いたのと同様の黒鉛成形体を使用して、前
記測定法に基づき、重量減少率を測定したところ、3.5w
t％であった。

比較例11 ジルコン系コーティング組成物をアルミナ濃度７重量％
のアルミナコロイドの水分散液（触媒化成社製、商品
名；カタロイドAS−３）に変えた他は実施例１と同様に
してアルミナコロイド含浸黒鉛成形体を得た。

得られたアルミナコロイド含浸黒鉛成形体を室温にて24
時間自然乾燥した後、加熱容器内にて150℃、１時間乾
燥してアルミナ被覆黒鉛成形体を得た。

得られたアルミナ被覆黒鉛成形体を用いて、前記測定法
に基づき、重量減少率を測定したところ、3.1wt％であ
った。

比較例12 ジルコン系コーティング組成物をシリカ濃度30重量％の
シリカコロイドのアルコール分散液（触媒化成社製、商
品名;OSCAL）に変えた他は実施例１と同様にしてシリカ
コロイド含浸黒鉛成形体を得た。

得られたシリカコロイド含浸黒鉛成形体を室温にて24時
間自然乾燥した後、加熱容器内にて150℃、１時間乾燥
してシリカ被覆黒鉛成形体を得た。

得られたシリカ被覆黒鉛成形体を用いて、前記測定法に
基づき、重量減少率を測定したところ、2.9wt％であっ
た。

（発明の効果）本発明のジルコン系コーティング組成物の構成は前記し
た通りであり、特定量の、ジルコニウムテトラアルコキ
シド、テトラアルコキシシラン、前記一般式（Ｉ）、
（II）および（III）で表されるアミン化合物、有機溶
媒ならびに水よりなるため、容易にコーティングがで
き、長期間保存可能であり、かつ上記ジルコン系コーテ
ィング組成物から得られる塗膜は、初期密着性、耐沸騰
水性および耐酸性が優れる。

上記ジルコン系コーティング組成物は、金属、プラスチ
ック、木材、紙、セメント、黒鉛等の被覆に好適に使用
される。

本発明２のジルコン系酸化物被覆黒鉛成形体の製造方法
においては、上記ジルコン系コーティング組成物を用い
ているので、ジルコン系酸化物が被覆された黒鉛成形体
が容易に得られ、得られたジルコン系酸化物被覆黒鉛成
形体は耐熱性が優れる。

上記ジルコン系酸化物被覆黒鉛成形体は、金属溶解用ル
ツボ、焼成用治具等に好適に使用される。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）一般式Zr(OR¹)₄（式中、R¹は炭素数
１〜５の脂肪族炭化水素基を示す）で表されるジルコニ
ウムテトラアルコキシド、（ｂ）一般式Si(OR²)₄（式中、R²は炭素数１〜５の脂肪
族炭化水素基を示す）で表されるテトラアルコキシシラ
ン、（ｃ）下記一般式（Ｉ）、（II）または（III）で表さ
れるアミン化合物、 HO−R³−NH₂‥（Ｉ）（HO−R³ ₂NH‥（II）（HO−R³ ₃Ｎ‥（III）（式中、R³は炭素数２〜５の脂肪族炭化水素基を示す）（ｄ）有機溶媒および（ｅ）水を含有するジルコン系コーティング組成物であり、上記
組成物中の各成分のモル比が、（ｂ）／（ａ）＝0.25〜
2.5、（ｃ）／（ａ）＝0.5〜６、（ｄ）／（（ａ）＋
（ｂ））＝0.05〜500および（ｅ）／（（ａ）＋
（ｂ））＝0.02〜２であるジルコン系コーティング組成
物。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のジルコン系コ
ーティング組成物を、黒鉛成形体に塗布または含浸し、
乾燥することを特徴とするジルコン系酸化物被覆黒鉛成
形体の製造方法。