特許 7373988 コーティング材料

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-26

(45)【発行日】2023-11-06

(54)【発明の名称】コーティング材料

(51)【国際特許分類】

   E01C 7/35 20060101AFI20231027BHJP

   E01C 3/00 20060101ALI20231027BHJP

   C04B 41/45 20060101ALI20231027BHJP

【ＦＩ】

E01C7/35

E01C3/00

C04B41/45

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019236719

(22)【出願日】2019-12-26

(65)【公開番号】P2021105284

(43)【公開日】2021-07-26

【審査請求日】2022-06-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大竹 洋志

【審査官】湯本 照基

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１４９２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／２１２１３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０６－２０９５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１７６２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２６５０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３２５３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０７３２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１７０８０７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０１Ｃ ７／３５

Ｅ０１Ｃ ３／００

Ｃ０４Ｂ ４１／４５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ペースト状のコーティング材料であって、
セラミックスと酸化金属とを含む自己治癒セラミックスと、
前記自己治癒セラミックスの隙間を埋めるように固形状に存在するバインダ樹脂と、
前記自己治癒セラミックスと前記バインダ樹脂を覆うように設けられた有機溶剤と、を有し、
前記自己治癒セラミックスのサイズは、前記バインダ樹脂のサイズより大きいものであり、
前記自己治癒セラミックスは、前記コーティング材料の内の前記自己治癒セラミックスと前記バインダ樹脂との質量の合計に対する質量割合が５０％以上６０％以下である、道路上に敷設されるペースト状のコーティング材料。

【請求項2】

前記セラミックスは炭化珪素であり、
前記酸化金属は酸化アルミニウムである、請求項１に記載のコーティング材料。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、コーティング材料および板状材料に関するものである。

【背景技術】

【0002】

道路舗装の素材としてアスファルトおよびコンクリートなどが広く使用されている。アスファルトの常用耐久年数は１０年とされており、コンクリートの常用耐久年数は２０年ンとされている。つまり道路のような恒久的に使用される公共設備の耐摩耗性、耐荷重性、耐環境劣化性などの耐久性が低い。このため、道路舗装の素材としてのアスファルトおよびコンクリートは、気温の変化による温度伸縮によって舗装のひび割れが引き起こされる。

【0003】

使用中に発生した損傷を自発的に感知して、修復できるいわゆる自己治癒能力を有するセラミックス材料が近年開発されている。その一例として、優れた機械特性および化学的安定性を有するセラミックス複合材料が、たとえば特開２０１２－１４８９６３号公報（特許文献１）および国際公開第２０１６／２０４１１３号（特許文献２）に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－１４８９６３号公報

【文献】国際公開第２０１６／２０４１１３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら特開２０１２－１４８９６３号公報および国際公開第２０１６／２０４１１３号においては、セラミックス複合材料を航空機または自動車用構造部材の分野に利用することについて開示している。すなわち航空機タービン、自動車ガスプラグ等に用いられるセラミックス複合材料については開発が進んでおり、これらの損傷を抑制する効果が高められている。しかし道路舗装の分野においてはひび割れを抑制するための技術開発が進んでいるとは言えない。

【0006】

本開示は上記の課題に鑑みなされたものである。その目的は、道路舗装の分野においてひび割れを抑制し、耐久性を高めることが可能なコーティング材料および板状材料を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に従ったコーティング材料は、セラミックスと酸化金属とを含む自己治癒セラミックスを備えであり、道路上に敷設されるペースト状のものである。

【0008】

本開示に従った板状材料は、セラミックスと酸化金属とを含む自己治癒セラミックスを備え、道路の表面下に埋設して用いられる。

【発明の効果】

【0009】

本開示に従えば、道路舗装の分野においてひび割れを抑制し、耐久性を高めることが可能なコーティング材料および板状材料を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１のコーティング材料を示す概略図である。

【図2】図１のコーティング材料の構成を示す概略図である。

【図3】図２中の骨材についてさらに詳細に示す概略図である。

【図4】実施の形態２の板状材料が道路の表面下に埋設された態様を示す概略図である。

【図5】図４の板状材料の構成を詳細に示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら本実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１のコーティング材料を示す概略図である。図１を参照して、本実施の形態のコーティング材料２Ａは、たとえば一般の道路のアスファルト１の上に塗布される。コーティング材料２Ａは流動性のあるペースト状であり、道路上に敷設される用途に用いられる。

【0012】

図２は、図１のコーティング材料の構成を示す概略図である。図２を参照して、コーティング材料２Ａは、自己治癒セラミックスを含む。具体的には、コーティング材料２Ａは、セラミックスを含む自己治癒セラミックスとしての骨材２１と、バインダ樹脂２２と、有機溶剤２３とを備えている。図３は、図２中の骨材についてさらに詳細に示す概略図である。図２および図３を参照して、コーティング材料２Ａ中の自己治癒セラミックスの骨材２１は、セラミックス２１Ａと酸化金属２１Ｂとを含んでいる。

【0013】

セラミックス２１Ａとしては炭化珪素（ＳｉＣ）が用いられ、酸化金属２１Ｂとしてはたとえば酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）が用いられることが好ましい。ただしこれに限らず、セラミックス２１Ａとしては、炭化珪素の代わりにたとえば窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）およびアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の少なくともいずれかが用いられてもよい。またコーティング材料２Ａに含まれる酸化金属２１Ｂとしては、酸化アルミニウムの代わりにたとえばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）およびジルコニア（ＺｒＯ₂）の少なくともいずれかが用いられてもよい。

【0014】

骨材２１はいわゆる自己治癒セラミックスであるため、コーティング材料２Ａは、これを固めたものに亀裂が発生したときに、コーティング材料２Ａ中に含まれる添加物が大気中の酸素と反応する。この大気中の酸素との反応は酸化反応である。この酸化反応により、コーティング材料２Ａは、たとえば約３０秒で復元する。つまり固まったコーティング材料２Ａの亀裂内に酸化物が充填されることで、亀裂が存在しない状態に修復される。このようにコーティング材料２Ａが自ら亀裂を修復することからコーティング材料２Ａの骨材２１は自己治癒セラミックスと呼ばれる。

【0015】

なお自己治癒性の発現物質として、粒径を１μｍ以下に制御した炭化珪素などの炭化物、および融点が１３００℃以上の耐熱合金が用いられてもよい。耐熱合金としてはチタンアルミニウム（ＴｉＡｌ）系合金粉末、またはニオブアルミニウム（ＮｂＡｌ）系合金粉末が用いられ、これを母材となるアルミナと混合し焼結、作製することが好ましい。これの形成にはまず、自己治癒性の発現物質を被覆した酸化物系セラミックス繊維が成形される。上記酸化物系セラミックス系セラミックス繊維が、母材アルミナ粒子が分散したスラリーに浸漬される。そして当該スラリーが焼結される。このとき、治癒発現物質の保護のため不活性ガス雰囲気中で行ない、低温度で焼結されることが好ましい。

【0016】

コーティング材料２Ａにおいては、炭化珪素などのセラミックス２１Ａにバインダ樹脂２２が含浸されている。バインダ樹脂２２は、エポキシ樹脂およびウレタン樹脂（ポリウレタン）のいずれかからなることが好ましい。また本実施の形態でのコーティング材料２Ａにおけるバインダ樹脂２２はアクリル樹脂であってもよい。バインダ樹脂２２は骨材２１の隙間を埋めるように存在する。このため図２に示すように、バインダ樹脂２２は骨材２１の周囲に丸い固形状の物質として存在している。

【0017】

次に、上記コーティング材料２Ａの製造方法について説明する。自己治癒セラミックスとしての骨材２１と、バインダ樹脂２２とが混合される。骨材２１と、バインダ樹脂２２とは、質量の比率が概ね１：１～６：４の範囲内であることが好ましい。つまり骨材２１は、コーティング材料２Ａの内の骨材２１とバインダ樹脂２２との質量の合計に対する質量割合が５０％以上６０％以下であることが好ましい。バインダ樹脂２２は、コーティング材料２Ａの内の骨材２１とバインダ樹脂２２との質量の合計に対する質量割合が４０％以上５０％以下であることが好ましい。またコーティング材料２Ａ全体を覆うように有機溶剤２３が供給される。この有機溶剤２３としてはたとえばトルエンが用いられることが好ましい。

【0018】

次に、本実施の形態のコーティング材料２Ａの作用効果を説明する。
本実施の形態のコーティング材料２Ａは、セラミックス２１Ａと酸化金属２１Ｂとを含む自己治癒セラミックスを備え、道路上に敷設されるペースト状のものである。

【0019】

温度変化に起因する膨張量および収縮量の小さい自己治癒セラミックスを備えるペースト状のコーティング材料２Ａが道路のアスファルト１上に塗布される。コーティング材料２Ａは道路舗装材として用いられる。セラミックス２１Ａは熱膨張係数が比較的小さい。コーティング材料２Ａは、通常の道路を舗装するアスファルト混合物またはセメントコンクリートに比べて気温の変化による温度伸縮が小さい。このため道路の舗装にコーティング材料２Ａを用いれば、アスファルト混合物またはセメントコンクリートを用いた場合に比べて、道路の舗装のひび割れを大幅に抑制できる。

【0020】

また本実施の形態の自己治癒セラミックスを備えるペースト状のコーティング材料２Ａは、道路の舗装材として用いることにより、道路のアスファルト１にひび割れが生じたとしても自ら修復される。したがって道路の舗装にコーティング材料２Ａを用いれば、アスファルト混合物またはセメントコンクリートを用いた場合に比べて、道路の舗装の耐久性を飛躍的に向上できる。

【0021】

自己治癒セラミックスを備えるペースト状のコーティング材料２Ａは、融雪剤および凍結防止剤などに対する耐腐食性が極めて大きい。このため道路の舗装にコーティング材料２Ａを用いれば、通常の道路を舗装するアスファルト混合物またはセメントコンクリートを用いた場合に比べて、融雪剤および凍結防止剤などの薬品を使用したときの塩害の発生を抑制できる。

【0022】

セラミックス２１Ａは剛性および耐摩耗性に優れている。このため自己治癒セラミックスを備えるコーティング材料２Ａは、アスファルト混合物またはセメントコンクリートに比べて剛性に優れている。したがってコーティング材料２Ａは転がり抵抗が小さく、変形および劣化が少ない。またコーティング材料２Ａは耐摩耗性に優れているため車両が通った際のわだち掘れおよび流動減少による平坦性の低下が起こりにくい。これら２点により、道路の舗装にコーティング材料２Ａを用いれば、アスファルト混合物またはセメントコンクリートを用いた場合に比べて、車の騒音発生および車両の燃費性能低下を大幅に抑制できる。

【0023】

以上より、本実施の形態のコーティング材料２Ａは、通常のアスファルト混合物またはセメントコンクリートに比べて、温度伸縮性、耐腐食性、耐久性に優れる。このためコーティング材料２Ａにより、舗装道路の使用寿命を飛躍的に向上できる。またコーティング材料２Ａにより、車両走行時の騒音発生を抑え燃費性能を向上できる。つまりコーティング材料２Ａにより環境負荷を低減できる。

【0024】

その他、コーティング材料２Ａは、道路の舗装に用いた場合、水はけ性が良好である。またコーティング材料２Ａは、タイヤに対する滑り止め効果が大きい。このためコーティング材料２Ａは、車両の走行する道路の環境を飛躍的に向上できる。

【0025】

コーティング材料２Ａは発色性が良い素材である。このためコーティング材料２Ａを用いれば、道路の視環境が改善される。これにより、車の運転者に対する安全意識向上のための表示をより見やすく目立つものとすることができる。したがって交通事故を防止する効果を得ることも期待できる。

【0026】

当該コーティング材料２Ａにおいて、セラミックス２１Ａは炭化珪素であり、酸化金属２１Ｂは酸化アルミニウムであることが好ましい。セラミックスとして炭化珪素が用いられれば、高強度、耐摩耗性、耐薬品性、耐腐食性に優れており、道路舗装材としての用途に適している。ただしセラミックス２１Ａは炭化珪素の代わりに、窒化珪素、ジルコニア、アルミナからなる群から選択されるいずれかが用いられることが好ましい。これらも炭化珪素と同様に、高強度、耐摩耗性、耐薬品性、耐腐食性に優れており、道路舗装材としての用途に適している。またコーティング材料２Ａにおいて酸化金属２１Ｂとして酸化アルミニウムが用いられれば、高硬度、耐熱性、絶縁性および耐薬品性という作用効果が得られる。

【0027】

当該コーティング材料２Ａにおいて、自己治癒セラミックスにバインダ樹脂２２が含浸されることが好ましい。当該バインダ樹脂２２は加熱により消失するが、ペーストのコーティング材料２Ａにおいてはこれが存在する。なお道路舗装材であるコーティング材料２Ａ用のバインダ樹脂としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂およびアクリル樹脂からなる群から選択されるいずれかが用いられることが好ましい。これらの各樹脂材料は、モルタル上の混合物として、セラミックス、アスファルト、コンクリートなどの道路舗装材と混合する。これが機能性舗装材および舗装塗料として広く使用されている。これは耐水性、耐薬品性、耐候性および耐摩耗性に優れている。またこれらの樹脂材料を用いたコーティング材料２Ａは着色性がよく、比較的自由な色に着色できる。このため道路ラインおよび路面指示に当該コーティング材料２Ａを使用した場合には、当該道路ラインおよび路面指示の視認性を高めることができる。

【0028】

さらに、コーティング材料２Ａにバインダ樹脂２２を含浸させることで、コーティング材料２Ａに透水性を付与することができる。

【0029】

実施の形態２．
図４は、実施の形態２の板状材料が道路の表面下に埋設された態様を示す概略図である。図４を参照して、本実施の形態の板状材料２Ｂは、実施の形態１のコーティング材料２Ａと同様に、セラミックス２１Ａおよび酸化金属２１Ｂ（図２参照）とを含むいわゆる自己治癒セラミックスを備えている。板状材料２Ｂは、たとえば矩形の主表面を有し、ある厚みを有するため、板状を有している。板状材料２Ｂは、たとえば通常の道路の表面下、すなわち通常の道路のたとえば最上部の舗装部分であるアスファルト１の直下に埋設されている。当該板状材料２Ｂは、道路のアスファルト１の下に埋設されたインフラ設備３の直上に配置される。すなわち板状材料２Ｂは、アスファルト１とインフラ設備３との間に挟まれるように道路内に埋設される。なおインフラ設備３は、道路を走行する電気自動車４に対して自動で充電可能とする自動給電装置などである。このためインフラ設備３は一般公知の電磁コイルを有し、当該電磁コイルと電気自動車４との間で電波の入出力を行なう。

【0030】

実施の形態１のコーティング材料２Ａと同様に、板状材料２Ｂを構成するセラミックスとしては炭化珪素（ＳｉＣ）が用いられ、酸化金属としてはたとえば酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）が用いられることが好ましい。ただしこれに限らず、板状材料２Ｂを構成するセラミックスとしては、炭化珪素の代わりにたとえば窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）およびアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の少なくともいずれかが用いられてもよい。またコーティング材料２Ａに含まれる酸化金属２１Ｂとしては、酸化アルミニウムの代わりにたとえばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）およびジルコニア（ＺｒＯ₂）の少なくともいずれかが用いられてもよい。

【0031】

図５は、図４の板状材料の構成を詳細に示す概略図である。図５を参照して、板状材料２Ｂの内部構成は、基本的に図２および図３に示す自己治癒セラミックスを備えるコーティング材料２Ａと同様である。ただし板状材料２Ｂにおいては、バインダ樹脂２２および有機溶剤２３は消失している。これは板状材料２Ｂは焼結により形成されたものであるため、バインダ樹脂２２および有機溶剤２３は蒸発されているためである。

【0032】

また板状材料２Ｂにおいては、コーティング材料２Ａに比べて、セラミックスの骨材２１を構成する、特にセラミックス２１Ａのサイズが大きくなっている。焼結された固形型の自己治癒セラミックス舗装材としての板状材料２Ｂにおいては、セラミックス２１Ａの組織が焼結による固相反応で大きく成長している。このため板状材料２Ｂでは、コーティング材料２Ａに比べてセラミックス２１Ａの組織がはるかに緻密になり、かつ硬くなっている。その結果、板状材料２Ｂでは、コーティング材料２Ａに比べて、隣り合う１対のセラミックス２１Ａの間隔が小さくなっている。

【0033】

次に、上記板状材料２Ｂの製造方法について説明する。板状材料２Ｂは、たとえば図２のペースト状のコーティング材料２Ａと同様の組成の材料を板状に成形したものを、たとえば１３００℃以上２２００℃以下で２時間以上５０時間以下だけ加熱することが好ましい。これにより、原材料中のバインダ樹脂２２および有機溶剤２３が揮発し、図５に示すセラミックス２１Ａおよび酸化金属２１Ｂからなる板状の骨材としての板状材料２Ｂが形成される。

【0034】

次に、本実施の形態の板状材料２Ｂの作用効果を説明する。
本実施の形態の板状材料２Ｂは、セラミックス２１Ａと酸化金属２１Ｂとを含む自己治癒セラミックスを備え、道路の表面下に埋設して用いられる。この板状材料２Ｂは、その下の重要なインフラ設備３を保護および保全することができる。つまり板状材料２Ｂは、電気自動車向けの自動給電装置などの、道路下に埋設されたインフラ設備３を、上側から保護することができる。

【0035】

当該板状材料２Ｂにおいて、セラミックス２１Ａは炭化珪素であり、酸化金属２１Ｂは酸化アルミニウムであることが好ましい。これにより、実施の形態１のコーティング材料２Ａにおいてセラミックス２１Ａは炭化珪素であり、酸化金属２１Ｂは酸化アルミニウムであることによる作用効果と同様の作用効果が得られる。

【0036】

以上に述べた各実施の形態（に含まれる各例）に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。

【0037】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0038】

１ アスファルト、２Ａ コーティング材料、２Ｂ 板状材料、３ インフラ設備、４ 電気自動車、２１ 骨材、２１Ａ セラミックス、２１Ｂ 酸化金属、２２ バインダ樹脂、２３ 有機溶剤。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】