JP2004300415A - 塗料及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 1000℃以上の高温環境における放熱性が優れた塗布膜を実現可能な塗料及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 乾燥後灰化した状態を蛍光X線分析した結果、0.1〜10%のナトリウムと、0.01〜1%のマグネシウムと、0.1〜15%のアルミニウムと、1〜30%のカリウムと、10〜30%の珪素と、0.1〜1%の鉄とを含む。
【選択図】 図1
Description
本発明の第1の実施の形態に係る金属用塗料は、二酸化珪素(SiO2)、コランダム(α−Al2O3)、ルチル(TiO2)を多量成分として含む。また、エイスイ石(TiO2)、白雲母(KAl2Si3AlO10(OH)2)、アルバイト(NaAlSi3O8)、及びカオリナイト(Al2Si3O5(OH)4)を少量成分として含む。図1及び図2は、第1の実施の形態に係る金属用塗料を濾過乾燥させ、(株)CMT製試料粉砕機TI−100型で5分間粉砕したものを理学電機(株)製のX線解析装置RAD−rRで測定して含有成分を同定した結果の一例を示す。また、図2においては、非晶質散乱が確認できることから、非晶質物質を多量に含んでいるのが分かる。
更に、図4に第1の実施の形態に係る金属用塗料の元素定量分析結果の一例を示す。図4は、エスアイアイアイ・ナノテクノロジー製シーケンシャル型ICP発光分析装置SPS4000、日立製偏光ゼーマン型原子吸光光度計180−80、及び理学電機工業製自動蛍光X線分析装置RIX3000で測定して含有成分の定量分析を行った結果を示している。図4に示す数値のうち、Siは、金属塗料を混合した後、塗料を白金るつぼに秤取し、硫酸を添加して加熱炭化したのち加熱灰化する。その後、灰化物を炭酸ナトリウムで溶解し、純粋で加熱溶解して硝酸と塩酸で酸性としたのち、定容とする。更に得られた溶液を希硝酸で希釈したものを、ICP発光分光分析法で測定したものである。K及びNaについては、金属塗料を混合した後ビーカーに秤取し、硝酸、硫酸及びフッ酸で加熱分解し、希硝酸で溶解して定容とする。得られた溶液は沈殿が生じるため更に硝酸、硫酸、及びフッ酸で加熱分解し、希硝酸で溶解する。この溶液を希硝酸で希釈した後、原子吸光分析法で測定したものである。Mg,Al,P,Ca,Ti,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Se,Zr,Nbについては、金属塗料を混合した後ビーカーに秤取し、硝酸、硫酸、及びフッ酸で加熱分解し、希硝酸で溶解して定容とする。その後得られた溶液を硝酸、硫酸及びフッ酸で加熱分解し、希硝酸で溶解し、硫酸カリウムで希釈した後、更に希硝酸で希釈し、ICP発光分光分析法で測定したものである。Cl,Sについては、金属塗料を混合した後アルミ板状の30mmφ面内に採取し、分散させて赤外線ランプで乾燥する。その後、得られた測定物を測定用試料セルに固定して蛍光X線分析法によりヘリウム(He)雰囲気で定量したものである。
第1の実施の形態に係る金属用塗料は、図5に例示するように、粒径0.15〜200μmの粉体を含む。図5に示す粒度分布では、粒径7μmに主ピークを持ち、粒径30μm近傍に、ショルダー的な副ピークを有する。なお、図5に示す例は、第1の実施の形態に係る金属用塗料を作成する際に、直径0.5mmの酸化ジルコニウム(ZrO2)をビーズとして用いたビーズミルで、18分間1976rpmで破砕処理し、42.1℃、粘度3800cpsの第1の実施の形態に係る塗料を測定した結果を例示したものである。
図6及び図7は、第1の実施の形態に係る金属用塗料を鉄板上に塗布し、乾燥後の塗布膜(被膜)の表面を日本電子製JSM−840型走査電子顕微鏡で観察した結果を示す。図6及び図7から、不均一に散らばった長さ1〜7μmの線状の鉱物、直径1〜5μm程度の薄片状の鉱物、及び直径10〜15μmの塊状の鉱物を有することが分かる。塊状の鉱物は、図6に示すように、積層構造を有している。また、図7に示すように、第1の実施の形態に係る塗料を用いた塗布膜表面に900℃の熱放射を加えた場合は、線状の鉱物、薄片状の鉱物及び塊状の鉱物は存在せず、直径1〜5μm程度の塊状の不定形の鉱物が点在している。また、薄膜状の鉱物が、表面のほぼ全体を覆っている。
第1の実施の形態に係る金属用塗料をアルミ板に塗布し、表面温度を50℃及び300℃とした場合の分光放射率の波長依存性のデータの一例を図8〜図11に示す。測定方法は、第1の実施の形態に係る金属用塗料をアルミ板に塗布したものを日本電子製フーリエ変換赤外分光光度計JIR5500型、赤外放射ユニットIR−IRR200を用いた。図8及び図10においては、標準黒体炉を80℃及び160℃に制御し、2点温度標準検量法を用いて測定した。図9及び図11においては、標準黒体炉を300℃に制御し、1点温度標準検量法を用いて測定した。検出器は、測定波長範囲4.5〜20μmのMCT及びTGSを使用し、分解能は16cm-1、積算回数は500回である。図8及び図9に示すように、波長4.5〜12μmの範囲で分光放射率の激しい変動が見られる。また、波長4.5〜8μmの範囲においては、300℃での分光放射率が50℃での測定時に比べて低い。更に、波長12〜20μmにおいては、分光放射率が85%程度得られており、第1の実施の形態に係る金属塗料から熱線(遠赤外線)が放射されているのが確認できる。更に、図10及び図11においては、第1の実施の形態に係る金属塗料の波長に対する分光放射輝度が、図10及び図11の滑らかな曲線に示す黒体の分光放射輝度の挙動に近くなっている。したがって、50℃及び300℃のいずれの場合においても、第1の実施の形態に係る金属用塗料から遠赤外線が放射されているのが理解できる。
次に、本発明の第1の実施の形態に係る金属用塗料の製造方法を説明する。なお、以下に述べる金属用塗料の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。
本発明の第2の実施の形態に係る非金属用塗料は、105℃にて5時間乾燥し、更に700℃で2時間強熱し灰化した状態で蛍光X線分析した結果、0.1〜10%のNaと、0.01〜1%のMgと、1〜20%のAlと、10〜30%のSiと、0.01〜0.5%のPと、0.01〜1%の硫黄(S)と、0.01〜1%のClと、0.1〜10%のKと、0.01〜0.1%のCaと、0.1〜10%のTiと、0.01〜2%のクロム(Cr)と、0.01〜2%のマンガン(Mn)と、0.01〜2%のFeと、0.01〜2%のコバルト(Co)と、0.01〜2%のニッケル(Ni)とを含む。第2の実施の形態に係る非金属用塗料は、0.001〜0.05%のルビジウム(Rb)、0.001〜0.05%のSr、0.001〜0.05%のZr、0.001〜1%のNbを更に含んでいる。ここで、Naは0.5〜2%が好ましい。更に好ましくは、Naは0.7〜1.5%が良い。Mgは、0.01〜0.08%が好ましい。更に好ましくは、Mgは、0.015〜0.04%が良い。Alは、1〜15%が好ましい。更に好ましくはAlは、5〜13%が好ましい。Siは、15〜30%が好ましい。更に好ましくは、Siは18〜22%が良い。Pは、0.01〜0.1%が好ましい。更に好ましくは、Pは0.02〜0.05%が良い。Sは、0.01〜0.5%が好ましい。更に好ましくは、Sは0.05〜0.2%が良い。Clは、0.05〜0.5%が好ましい。更に好ましくは、Clは0.08〜0.2%が良い。Kは、0.5〜8%が好ましい。更に好ましくは、Kは1〜5%が良い。Caは、0.01〜0.08%が好ましい。更に好ましくは、Caは0.03〜0.06%が良い。Tiは、0.5〜8%が好ましい。更に好ましくは、Tiは2〜8%が良い。Crは、0.05〜1.5%が好ましい。更に好ましくは、Crは0.1〜0.8%が良い。Mnは、0.05〜1.5%が好ましい。更に好ましくは、Mnは0.1〜0.8%が良い。Feは、0.05〜1.5%が好ましい。更に好ましくは、Feは0.1〜0.9%が良い。Coは、0.05〜1.5%が好ましい。更に好ましくは、Coは0.1〜0.5%が良い。Niは、0.05〜1.5%が好ましい。更に好ましくは、Niは0.1〜0.5%が良い。Rbは、0.05〜1.5%が好ましい。更に好ましくは、Rbは0.1〜0.5%が良い。Srは、0.001〜0.03%が好ましい。更に好ましくは、Srは0.005〜0.015%が良い。Srは、0.001〜0.03%が好ましい。更に好ましくは、Srは0.005〜0.02%が良い。Zrは、0.001〜0.03%が好ましい。更に好ましくは、Zrは0.005〜0.02%が良い。Nbは、0.005〜0.1%が好ましい。更に好ましくは、Nbは0.01〜0.05%が良い。なお、これらの数値は、ファンダメンタルパラメータ(FP)法を用いて、原子番号6(炭素)以上の元素を定性分析して得られる。図16には第2の実施の形態に係る非金属用塗料の代表的な数値を例示した。図16においては、水素含有率を0%として計算し、炭素及び酸素の分析値は未表示とした。図16に例示された数値から、第2の実施の形態に係る金属用塗料は、Siに対し、4〜8%のNaと、0.1〜0.5%のMgと、0.3〜0.6%のClと、0.1〜0.5%のKとを含むのが好ましい。更に好ましくは、第2の実施の形態に係る金属用塗料は、珪素に対し、4.5〜6%のNaと、0.1〜0.3%のMgと、0.4〜0.6%のClと、0.1〜0.3%のKとを含むのが良い。
次に、本発明の第2の実施の形態に係る非金属用塗料の製造方法を説明する。なお、以下に述べる非金属用塗料の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。
本発明の第3の実施の形態に係るバインダーは、105℃にて5時間乾燥し、更に700℃で2時間強熱し灰化した状態で蛍光X線分析した結果、0.1〜10%のNaと、0.01〜1%のMgと、0.1〜10%のAlと、10〜35%のSiと、1〜20%のKと、0.01〜5%のCaと、0.01〜5%のTiと0.1〜3%のFeを含む。第3の実施の形態に係るバインダーは、0.001〜1%のP、0.01〜1%のS、0.01〜1%のCl、0.001〜1%のMn、0.001〜1%のZn、0.001〜1%のRb、0.001〜1%のSr、及び0.001〜1%のZrを更に含んでいる。ここで、Naは0.5〜5%が好ましい。更に好ましくは、Naは1〜3%が良い。Mgは、0.01〜0.8%が好ましい。更に好ましくは、Mgは、0.05〜0.2%が良い。Alは、0.5〜8%が好ましい。更に好ましくはAlは、0.8〜4%が好ましい。Siは、15〜33%が好ましい。更に好ましくは、Siは25〜30%が良い。Pは、0.005〜0.05%が好ましい。更に好ましくは、Pは0.006〜0.02%が良い。Sは、0.01〜0.5%が好ましい。更に好ましくは、Sは0.05〜0.15%が良い。Clは、0.05〜0.5%が好ましい。更に好ましくは、Clは0.08〜0.2%が良い。Kは、5〜18%が好ましい。更に好ましくは、Kは8〜15%が良い。Caは、0.01〜1%が好ましい。更に好ましくは、Caは0.05〜0.2%が良い。Tiは、0.01〜1%が好ましい。更に好ましくは、Tiは0.05〜0.2%が良い。Mnは、0.01〜0.5%が好ましい。更に好ましくは、Mnは0.01〜0.08%が良い。Feは、0.05〜1.5%が好ましい。更に好ましくは、Feは0.3〜0.9%が良い。Znは、0.001〜0.03%が好ましい。更に好ましくは、Znは0.005〜0.015%が良い。Rbは、0.001〜0.03%が好ましい。更に好ましくは、Rbは0.005〜0.015%が良い。Srは、0.001〜0.03%が好ましい。更に好ましくは、Srは0.005〜0.015%が良い。Zrは、0.001〜0.03%が好ましい。更に好ましくは、Zrは0.005〜0.02%が良い。なお、これらの数値は、ファンダメンタルパラメータ(FP)法を用いて、原子番号6(炭素)以上の元素を定性分析して得られる。図18には第3の実施の形態に係るバインダーの代表的な数値を例示した。図18においては、水素含有率を0%として計算し、炭素及び酸素の分析値は未表示とした。また、図18に例示された数値から、第3の実施の形態に係るバインダーは、Siに対し、4〜8%のNaと、0.1〜0.5%のMgと、0.3〜0.6%のClと、0.1〜0.5%のKとを含むのが好ましい。更に好ましくは、第3の実施の形態に係るバインダーは、珪素に対し、5〜7.8%のNaと、0.3〜0.45%のMgと、0.4〜0.6%のClと、0.3〜0.45%のKとを含むのが良い。
本発明の第3の実施の形態に係るバインダーは、第1及び第2の実施の形態で説明した塗料以外に、このバインダーと古紙等を混合することにより、放熱性古紙ボードが製造される。放熱性古紙ボードは、まず、古紙を約1〜10mm四方の小片に切断する。古紙の形は不定形でも良い。古紙として電話帳、百科事典の紙を使用しても良い。次に、混合槽の中に古紙300〜700g及び第1液0.5〜2kgを入れ、撹拌する。次に、混合槽の中に直径1〜5mmのパーライト300〜700gを入れ、撹拌する。撹拌され、ゲル状態になった物質を30〜100cm四方、深さ1〜15cm程度の型枠に流し込む。そして、型枠に流し込んだゲル状態の物質に圧力を加え、水分を蒸発させる。型枠に流し込んだゲル状態の物質は、1〜10日間自然乾燥した後に80〜200℃の熱で強制乾燥する。
本発明の第3の実施の形態に係るバインダーは、木炭と混合することにより、放熱性木炭ボードが製造される。放熱性木炭ボードは、まず、木炭を0.05〜1cm程度に整粒する。次に、整粒後の木炭1〜1.5kgと第1液2〜3kgを混合槽に入れ、プロペラ式機械攪拌機により撹拌する。木炭の代わりにおがくずを混入させても良い。目視により、放熱性バインダーと木炭とが均一に混合されているのを確認した後に、パーライト100〜300gとカオリン500〜800gを混入する。パーライト及びカオリンは、どちらを先に混入しても良い。そして、プロペラ式機械攪拌機によって更に撹拌する。混合槽中の液体がゲル状態になったら、型枠にゲル状態の物質を流し込む。型枠はどのような形状でも構わない。次に、型枠に流し込んだゲル状態の物質に圧力を加え、水分を蒸発させる。例えば、型枠に流し込んだゲル状態の物質は1〜10日間自然乾燥した後に80〜200℃の熱で強制乾燥することで、水分含有率が0.01〜5%程度になる。
第3の実施の形態に係るバインダーを用いた放熱性古紙ボード及び放熱性木炭ボードに対し、コーンカロリー計(アトラス社製、CONE2)を用いてコーンカロリー試験を行った結果を図20に示す。コーンカロリー試験は、国際標準化機構(ISO)5660に準じ、放熱性古紙ボード及び放熱性木炭ボードの最大発熱速度[kW/m2]、及び 総発熱量[MJ/m2]を測定した。放熱性古紙ボードは、試験開始後、ボード中に含まれる古紙が時々小さな炎を上げて燃焼し、瞬時に炎が消える「フラッシュ」と呼ばれる現象が見られたが、ボード自体が炎を上げて燃焼することはなかった。また、放熱性古紙ボードの最大発熱速度は9.36kW/m2、20分間の総発熱量は7.51MJ/m2であり、ISO5660の発熱性試験の判定基準から「不燃材」に適合した。また、放熱性木炭ボードの場合は、フラッシュも見られず、ボード自体が炎を上げて燃焼する現象も見られなかった。放熱性木炭ボードの最大発熱速度は13.07kW/m2、20分間の総発熱量は7.65MJ/m2であり、ISO5660の発熱性試験の判定基準から「不燃材」に適合した。
次に、本発明の第3の実施の形態に係るバインダーの製造方法を説明する。なお、以下に述べるバインダーの製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。
本発明の第4の実施の形態に係る断熱材は、SiO2、α−Al2O3、及び非晶質物質を多量成分として含む。また、珪酸カルシウム(CaSiO5)、ムライト(Al6Si2O13)、タルク(Mg3Si4O10(OH)2)、アルミノ酸ナトリウム塩(Na2O・11Al2O3)、キンセイ石(Mg2Al4Si5O18)、及び可塑性原料の主成分であるカオリナイトを少量成分として含む。図21は、第4の実施の形態に係る断熱材を濾過乾燥させ、(株)CMT製試料粉砕機TI−100型で5分間粉砕したものを理学電機(株)製のX線解析装置RAD−rRで測定して含有成分を同定した結果の一例を示す。
図23に示すように、第4の実施の形態に係る断熱材の熱伝導率をJIS、A1412−1(熱絶縁材の熱抵抗及び熱伝導率の測定方法(GHP法))に準拠して行った場合において、平均温度θmが400℃の場合、熱伝導率λは、0.453W/(m・K)であった。平均温度θmが600℃の場合、熱伝導率λは、0.507W/(m・K)であった。平均温度θmが800℃の場合、熱伝導率λは、0.717W/(m・K)となった。尚、平均温度θmが400℃、600℃、800℃の場合の試験体を通過する熱流密度qは、それぞれ232.8W/m2、269.0W/m2、361.6W/m2であった。
次に、本発明の第4の実施の形態に係る断熱材の製造方法を説明する。なお、以下に述べる断熱材の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。
上記のように、本発明は第1〜第4の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
3…塗料塗布面
4…鉄板面
5…熱電対
6…アルミテープ
7…温度コントローラ
8…電源
9…鉄板
10…温度測定装置
Claims (4)
- 乾燥後灰化した状態を蛍光X線分析した結果、
0.1〜10%のナトリウムと、
0.01〜1%のマグネシウムと、
0.1〜15%のアルミニウムと、
1〜30%のカリウムと、
10〜30%の珪素と、
0.1〜1%の鉄
とを含むことを特徴とする塗料。 - 0.001〜0.05%のストロンチウムと、
0.001〜0.05%のジルコニウム
とを更に含むことを特徴とする請求項1記載の塗料。 - 珪素に対し、
4〜8%のナトリウムと、
0.1〜0.5%のマグネシウムと、
0.3〜0.6%の塩素と、
0.1〜0.5%のカリウム
とを含むことを特徴とする請求項1記載の塗料。 - 非金属用塗料と酸化アルミニウム粉体とを混合槽に入れ撹拌するステップと、
前記混合槽に水、苛性ソーダ、高蛋白性粉末、ポリ酢酸ビニル及びグリセリンを含む粘着剤を入れ撹拌するステップと、
前記混合槽にセラミック粉末を入れ撹拌するステップと、
前記混合槽中の粉体を粉砕するステップ
とを含むことを特徴とする塗料の製造方法。
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