JP2007106826A - 紫外線・赤外線遮断塗料 - Google Patents

Abstract

【課題】窓ガラスに塗布するだけで、優れた紫外線・熱線遮断効果が得られその効果持続性も優れている紫外線・近赤外線遮断塗料を提供すること。
【解決手段】 紫外線・近赤外線を遮断するために被塗布物に塗料塗膜を形成する塗料。塗膜形成要素は、アクリル樹脂とアクリル系シロキサン架橋型反応性ポリマーとを必須成分とし、塗膜形成副要素として、有機／無機併用系の紫外線吸収剤と無機系近赤外線吸収剤とが、必須成分として添加されている。無機系近赤外線吸収剤として、酸化インジウム、酸化錫及び酸化亜鉛の群から１種又は２種以上の微粒子を選択する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス・蛍光灯等に塗布し、紫外線及び赤外線（熱線）を遮断して、室内昇温の抑制効果を有するとともに室内調度品の変色防止効果も有する塗料に関する。

地球温暖化により冷房電力の使用量も増大し、地球温暖化に拍車をかける悪循環が生じている。このため、「省エネ対策」及び「環境対策」が急務とされている。

住宅及び一般的な商用ビルは、壁面の３５〜８０％が採光の見地から窓ガラスとされている。そして、日本の夏季における室内への熱侵入は、窓ガラスから約７０％以上、同じく冬季における熱放出は、窓ガラスから約５０％以上とも言われている。

このため、窓ガラスの遮熱対策（熱侵入・放出の防止）が緊急課題とされ、ガラスメーカないしフィルムメーカにより、遮熱ガラス（断熱ガラス、熱遮断性合わせガラス）や遮熱フィルムが上市されている。

しかし、遮熱ガラス（特に断熱合わせガラス）は高コストであるため、一部の新築物件にしか普及していないのが現状である。他方、遮熱フィルムは、耐久性に問題があったり、凹凸面のある型ガラスや網ガラスには適用が困難であったりして、やはり、十分普及していないのが現状である。

そこで、遮熱塗料（遮光塗料）を窓ガラスに塗布することが考えられる。例えば、特許文献１において、下記構成の紫外線・近赤外線遮断塗料が提案されている（特許請求の範囲から引用）。

「紫外線・近赤外線を遮断するために被塗布物に塗料塗膜を形成する塗料であって、
塗膜形成要素は、アクリル樹脂とアクリル系シロキサン架橋型反応性ポリマーとを必須成分とし、
塗膜形成副要素として、紫外線吸収剤と近赤外線吸収剤とが、必須成分として添加されてなることを特徴とする紫外線・近赤外線遮断塗料。」
しかし、通常、使用される近赤外線吸収剤は、アンフラ系化合物、有機アミニウム系化合物、シアニン系化合物、アントラキノン系化合物、ポリメチン系化合物、ジイモニウム化合物などの有機系のものが主流であった。

これらは、必ずしも熱線遮断作用が十分とは言えず、また、経時的に近紫外線吸収効果、すなわち、熱線遮断効果が低下するおそれがあり、耐久性に問題があった。
特開平１０−８８０３９号公報

本発明は、上記にかんがみて、窓ガラスに塗布するだけで、優れた紫外線・熱線遮断効果が得られ、かつ、その効果持続性も優れている紫外線・近赤外線遮断塗料を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意開発に努力をする過程で、酸化インジウム、酸化錫又は酸化亜鉛の微粒子を無機系近赤外線吸収剤とすることにより、予測以上に熱線遮断効果を長期間維持することを見出して、下記構成の紫外線・近赤外線遮断塗料に想到した。

紫外線・近赤外線を遮断するために被塗布物に塗料塗膜を形成する塗料であって、
塗膜形成要素は、アクリル樹脂とアクリル系シロキサン架橋型反応性ポリマーとを必須成分とし、
塗膜形成副要素として、紫外線吸収剤と無機系近赤外線吸収剤とが、必須成分として添加されてなり、
無機系近赤外線吸収剤が、酸化インジウム、酸化錫及び酸化亜鉛の群から選択される１種又は２種以上の微粒子からなることを特徴とする。

上記において、無機系近赤外線吸収剤は、錫ドープ酸化インジウム微粒子又は酸化亜鉛微粒子とすることが望ましい。

また、紫外線吸収剤は、ベンゾトリアゾール系とクマリン系との併用系とすることが望ましく、さらには、ヒンダードアミン系の酸化防止剤（安定剤）を添加することが望ましい。

そして、本発明の技術的範囲は、上記各発明に係る紫外線・近赤外線遮断塗料からなる塗膜が少なくとも無機ガラス又は有機ガラスの一面又は両面に塗布されてなる遮熱処理ガラスに及び、さらには、上記各発明に係る紫外線・近赤外線遮断塗料を既設の窓ガラスの内面又は外面に塗布して窓ガラスを遮熱処理する方法にも及ぶ。

本発明の紫外線・近赤外線遮断塗料は、後述の実施例で示す如く、優れた熱線遮断効果及び紫外線遮断効果を奏する。したがって、窓ガラスに塗布した場合に、遮熱効果を期待でき、さらには、昆虫類が好む２５０〜４００ｎｍの紫外線を遮断するため、防虫効果も奏する。

以下、本発明の一実施形態を詳細に説明する。

本発明の紫外線・近赤外線遮断塗料（以下、単に「塗料」と略すことがある。）は、塗膜形成要素が、アクリル樹脂とアクリル系シロキサン架橋型反応性ポリマーとを必須成分とする構成であり、塗膜形成副要素として、紫外線吸収剤と無機系近赤外線吸収剤とが必須成分として添加されてなることを基本的構成要件とする。

ここで塗膜形成要素に使用されるアクリル樹脂としては、ポリアクリル酸アルキル、ポリメタクリル酸アルキル（炭素数１〜３）等のプレポリマーを使用することができ、アクリル系シロキサン架橋型反応性ポリマーとしては、上記アクリル樹脂に、アルコキシシリル基を導入した架橋可能な構造を有するものを使用可能である。アクリル樹脂、アクリル系シロキサン架橋型反応性ポリマーとからなる塗膜形成要素には、通常、脱水剤が添加される。シロキサン架橋反応は、脱水縮合反応であるためである。

ここで、脱水剤としては、アルコキシエステル化合物、オルト蟻酸メチル等を使用できる。

上記のようにして調製した塗膜形成要素を、有機溶剤にて希釈し、塗膜形成副要素である紫外線吸収剤及び近赤外線吸収剤を添加して、本発明の紫外線・近赤外線遮断塗料を得る。

塗膜形成要素の希釈に使用される有機溶剤としては、ケトン類、エーテル類、アルコール類等あらゆる有機溶剤が使用可能であり、これらのうち１種または２種以上を混合して使用する。

本発明において使用可能な有機系紫外線吸収剤としては、サリチル酸メチル、ｐ−ｔ−ブチルフェニル−サリシレート、ｐ−オクチルフェニル−サリシレート（以上、サリチル酸誘導体）、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフェノン、４−ドデシロキシ−２−ヒドロキシベンゾフェノン（以上、ベンゾフェノン系）、２−（２’−ヒドロキシ−５’−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−３’−ｔ−ブチル−５’−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−３’，５’−ジ−ｔ−アミルフェニル）ベンゾトリアゾール（以上、ベンゾトリアゾール系）、３−フェニル−７−（４’−メチル−５’−ｎ−ブトキシベンゾトリアゾリル−２−）クマリン（クマリン系）、２’−エチルヘキシル−２−シアノ−３，３−ジフェニルアクリレート等を挙げることができ、これらのうちで１種または２種以上を混合して使用することができる。特に、ベンゾトリアゾール系とクマリン系とを組み合わせ、さらにヒンダードアミン系酸化防止剤とする組み合わせが望ましい。ベンゾトリアゾール系は紫外線吸収効果が高いとともに、クマリン系と組み合わせることにより、紫外線吸収領域が広がり、これらとヒンダードアミン系の酸化防止剤（安定剤）と組み合わせることで、紫外線吸収剤の安定性（耐久性）が増大するためである。

また、上記無機系紫外線吸収剤としては、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化プラセオジム、酸化セリウムなどの無機系微粒子を挙げることができる。これらのうちで、酸化亜鉛は、近赤外線吸収作用も奏し、また、酸化ジルコニウムは塗膜硬化促進（触媒）の作用も奏するため望ましい。

ここで紫外線吸収剤の添加量は、塗膜形成要素（樹脂成分）１００部に対して、有機系を、５〜４０部、望ましくは１０〜２０部とし、無機系を、２０〜４０部、望ましくは、２５〜３５部とする。

紫外線吸収剤の添加量が過多であると、透明性を阻害するおそれがあったり有色化しやすかったりし、過少であると、十分な紫外線遮断効果を得がたい。

本発明において使用可能な無機系近赤外線吸収剤としては、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛等の微粒子を挙げることができ、これらのうち１種または２種以上を混合して使用することができる。これらのうちで、特に、錫ドープ酸化インジウム微粒子（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）が、近赤外線吸収効果が高い上に高導電性を有するため望ましい。なお、ＩＴＯは、ジルコニアと併用することにより本発明の常温硬化型アクリル樹脂の塗膜硬化促進作用も奏することを確認している。

例えば、住友金属鉱山株式会社から製造販売されているＩＴＯインク（Ｘ−１００シリーズ）を使用可能である。

また、酸化亜鉛は、前述の如く、近赤外線吸収作用も奏するため、望ましい。さらに、アルミニウムをドープすることにより高導電体化した導電性酸化亜鉛がさらに望ましい。具体的には、ハクスイテック（株）が「パゼットシリーズ」の商品名で上市しているものを挙げることができる。

なお、上記各無機系微粒子は、通常、ＩＴＯ微粒子分散液と同様、アルコール系やケトン系の分散液（コロイド液）として、市販されているものを使用する。

この無機系近赤外線吸収剤の添加量は、塗膜形成要素１００部に対して、通常、０．１〜１０部、望ましくは、０．５〜２部とする。

さらに、塗膜形成要素には、必要に応じて、レベリング剤、界面活性剤、シランカップリング剤、消泡剤、着色剤、酸化防止剤等の副資材を適宜添加することが可能である。

シランカップリング剤としては、例えば、無機系近赤外線吸収剤の種類、その他の無機充填剤（無機系紫外線吸収剤を含む。）の種類により異なるが、ビニルメトキシシランその他各種アルコキシシランが望ましい。

本発明の塗料を塗布する被塗布物としては透明基材なら特に限定されないが、通常、無機ガラス、又は、アクリル樹脂、ポリカーボネート等の有機ガラスの窓ガラス用の透明基材に適用することが、本発明の目的とする遮熱による効果（特に省エネルギー）が大きくなり望ましい。

そして、塗布方法は、既設の窓ガラスに塗布する場合は、スポンジコート、スプレーコートさらには過剰な塗料を上端部に供給し垂れ流すいわゆる流し塗りとする。また、工場塗布する場合は、それらの塗布方法以外に、カーテンコート（フローコート）も可能である。なお、塗布厚は、２〜１６μｍ、望ましくは４〜１２μｍ、さらに望ましくは８〜１０μｍとする。薄すぎては、本発明の紫外線・熱線遮断硬化を窓ガラスに付与し難く、厚すぎるとコスト高になるとともに、可視光透過率が低下して、窓ガラスの透明性を阻害するおそれがある。

上記において塗布面は、通常、片面とするが、両面でもよい。既設の窓ガラスの場合、二階以上では内面（室内面）に塗布することが、施工が容易となり望ましい。

乾燥時間は、季節及び塗料組成により異なるが、例えば、指触硬化：２０分、硬化：２４時間、完全硬化：２日とする。

本実施形態の紫外線・近赤外線遮断塗料は、上記のような構成であるため、下記のような作用効果を奏する。

塗料であるため、従来使用しているガラス等に塗布するだけで紫外線・近赤外線遮断効果を得ることができ、従来のようにガラスを交換したりする必要がない。さらには、常温硬化型であるため、基材が無機ガラスでなくてもよく、有機ガラスの屋根（例えば、車庫用屋根やサンバイザー）等にも適用できる。

紫外線のみでなく近赤外線（熱線）をも遮断するため、窓ガラス等に塗布した場合、紫外線・熱線の窓ガラスを介しての透過が抑制され、室内の温度変化が従来より緩やかになる。すなわち、夏季における室内の温度上昇、逆に、冬季における室内の温度降下が、従来の窓ガラスを使用した場合に比べて少なく、冷房や暖房の節電が可能となり、省エネにつながる。

さらに、本発明の紫外線・近赤外線遮断塗料の近赤外線吸収剤として、導電性に優れたＩＴＯや導電性酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化プラセオジム、酸化セリウムを含有させた場合は、塗膜に導電性を付与することができ、電磁シールド付与などの副次的効果も期待できる。

以下、本発明の効果を確認するために行なった、実施例・比較例について説明する。なお、特に断らない限り、配合単位は質量単位とする。

＜比較例＞
(1) 比較例の塗料の配合処方を下記に示す。

Ａ．ポリマー成分（合計量を１００部とする）：
ポリメタクリル酸メチル ２０部
シロキサン架橋型反応性ポリマー ７９部
脱水剤 １部
Ｂ．添加剤成分（合計量を１００部とする）：
紫外線吸収剤Ａ ４４部
紫外線吸収剤Ｂ ３０部
無機塩物質高紫外線吸収剤 ４部
近赤外線吸収剤 ３部
レベリング剤 ０．３部
界面活性剤 ２部
シランカップリング剤Ａ １６部
消泡剤 ０．７部
Ｃ．有機溶剤成分（合計量を１００部とする）
キシレン ４０部
メチルイソブチルケトン ３０部
酢酸ブチル １５部
トルエン １５部
なお、Ａ・Ｂ・Ｃ成分の配合比は、Ａ：Ｂ：Ｃ＝３４：５：６１とする。

(2) 次に、上記配合処方に従って、下記順序で塗料を調製した。

1)有機溶剤成分（以下、単に「溶剤」と略すことがある）を攪拌する。

2)紫外線吸収剤Ａとして、２−（２’−ヒドロキシ−３’，５’−ジ−ｔ−アミルフェニル）−ベンゾトリアゾールと、紫外線吸収剤Ｂとして、２’−エチルヘキシル−２−シアノ−３，３−ジフェニルアクリレートとを溶剤に添加し、約２０分間攪拌する。

3)クマリン系紫外線吸収剤をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解させる。このとき、紫外線吸収剤１ｇに対し、ＤＭＦは１０ｍＬ用いるものとする。ＤＭＦの液温を４０〜５０℃に昇温し、約１０分間攪拌する。攪拌後、放冷し、析出した結晶を濾過して得られた液体を、2)の溶剤に混入する。

4)ポリマー成分を混合して、ポリマーを調製する。

5)調製したポリマーを、3)の溶剤中に混入し、２０分間攪拌する。

6)レベリング剤、界面活性剤、シランカップリング剤、消泡剤を、溶剤中に混合して攪拌し、すぐに近赤外線吸収剤（アンフラ系化合物とアミニウム系化合物との混合物）を混合して３０分間攪拌して本発明の紫外線及び近赤外線遮断塗料を得る。

＜実施例1・２>
(1) 実施例１の塗料の配合処方を下記に示す。

Ａ．ポリマー成分（合計量を１００部とする）：
ポリメタクリル酸メチル ２０部
シロキサン架橋型反応性ポリマー ７９部
脱水剤（オルト蟻酸メチル） １部
Ｂ．添加剤成分（ポリマー成分１００部に対して）：
有機系紫外線吸収剤Ａ（ベンゾトリアゾール系） １５部
有機系紫外線吸収剤Ｂ（クマリン系） ２部
無機系近赤外線吸収剤Ａ（ＩＴＯ） ３０部
レベリング剤（ジメチルシリコーンオイル） ０．３部
界面活性剤（フッ素系） ０．２部
シランカップリング剤（ビニルメトキシシラン） ２部
硬化促進剤（ジルコニウム溶解液） ０．７部
Ｃ．有機溶剤成分（ポリマー成分１００部に対して）
酢酸ブチル ５５部
メチルイソブチルケトン ２５部
ブチルセロソルブ １５部
ＩＰＡ ５部
なお、 実施例２の配合処方は、実施例１において、無機系近赤外線吸収剤Ｂとして、アミニウム／インジウム系 ２部を追加したものである。

(2) 次に、上記配合処方に従って、下記順序で塗料を調製した。

1)有機溶剤成分を攪拌する。

2)紫外線吸収剤Ａ、ついで、紫外線吸収剤Ｂを有機溶剤に溶解させる。

3)酸化防止剤を添加して１５分間攪拌混合する。

4)無機系近赤外線吸収剤Ａ（Ｂ）を有機酸に添加混合し、発生した水分を加熱処理し、アルコール系溶剤にて取り除き放冷し、析出した結晶をろ過して分散液を調製する。

5)ポリマー成分を溶剤中で混合して調製する。

6)上記3)で調製した混合溶液と5)で調製したポリマー溶液とを混合し、約１５分間攪拌する。

7)上記混合液にレベリング剤、界面活性剤及びシランカップリング剤を添加して攪拌混合する。

8)上記混合液に4)で調製した分散液を混合・攪拌後、ジルコニウム溶解液を混合し、約２０分間攪拌して、塗料調製を完了する。

＜試験方法＞
上記のようにして調製した実施例１・２及び比較例の塗料を、被塗布物（ガラス板：５０×７０×３ｍｍ）に刷毛塗り塗布して（塗布膜厚：７μｍ）、常温にて１時間乾燥させて実施例・比較例の各試験片を調製した。

上記実施例１・２及び比較例の試験片を使用して、下記に示す試験を行なった。試験結果は表１に示す。

1) 密着性試験：カッターナイフを用いて、試験片表面の塗膜を１mm□に切って格子を１００個作り、セロハンテープ（ニチバン製）による脱着を行なった後、剥れた塗膜数を数えた。

2) 硬度試験：試験片表面を、鉛筆（Ｈ）を使用してなぞり、塗膜の傷付きを調べた。

3) 耐水性試験：試験片を５０℃の温水に２４０時間浸漬したのち、引き上げ、塗膜表面の状態を調べた。

4) 耐沸性試験：試験片を沸騰水に１時間浸漬したのち、引き上げ、塗膜表面の状態を調べた。

5) 耐アルカリ性試験：試験片を５％ＮａＯＨ水溶液に２４時間浸漬したのち、引き上げ、塗膜表面の状態を調べた。

6) 耐酸性試験：試験片を５％Ｈ₂ ＳＯ₄ 水溶液に２４時間浸漬したのち、引き上げ、塗膜表面の状態を調べた。

７）耐候性試験：試験片をサンシャイン・ウェザオメーターを用いて、１０００時間及び２０００時間暴露した。

上記結果より、実施例の各塗料が、従来の比較例塗料と同様に密着性、耐傷付き性及び耐候性等に優れていることが分かる。

また、実施例１・２及び比較例の塗料を、塗膜厚７μｍで塗布したガラス板（８×１６×０．３cm）を通した紫外線量と、対照例として素ガラス板を通したとを分光光度計「ＨＩＴＡＣＨＩ ３４０Ｓ」（日立製作所社製）を用いて測定して解析した光線透過曲線を図１に示す。

上記結果より、本発明（実施例１・２）の塗料を塗布したガラス板は、極めて優れた紫外線遮断効果を奏するととともに、優れた近赤外線遮断効果を奏し、さらには、透明性にも優れていることが分かる。近赤外線（熱線）域の途中である１２００ｎｍないし１３００ｎｍ以上から５０％以上を遮断し、１５５０ｎｍ以上又は１６００ｎｍ以上では略完全に遮断し、他方、紫外線域４００ｎｍ以下を略完全に遮断しており、可視光域（４００〜７００ｎｍ）では略８０％以上の透過率を確保している。

実施例・比較例の塗料を塗布して分光透過率を測定した結果を示す光線透過曲線である

Claims (7)

1. 紫外線・近赤外線を遮断するために被塗布物に塗料塗膜を形成する塗料であって、
   塗膜形成要素は、アクリル樹脂とアクリル系シロキサン架橋型反応性ポリマーとを必須成分とする常温硬化型であり、
   塗膜形成副要素として、紫外線吸収剤と無機系近赤外線吸収剤とが、必須成分として添加されてなり、
   前記無機系近赤外線吸収剤が、酸化インジウム、酸化錫及び酸化亜鉛の群から選択される１種又は２種以上の微粒子からなることを特徴とする紫外線・近赤外線遮断塗料。
2. 前記無機系近赤外線吸収剤が錫ドープ酸化インジウム微粒子であることを特徴とする請求項１記載の紫外線・近赤外線遮断塗料。
3. 前記無機系近赤外線吸収剤が酸化亜鉛微粒子であることを特徴とする請求項１又は２記載の紫外線・近赤外線遮断塗料。
4. 前記紫外線吸収剤がベンゾトリアゾール系とクマリン系との併用系であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の紫外線・近赤外線遮断塗料。
5. さらに、ヒンダードアミン系の酸化防止剤（安定剤）が添加されてなることを特徴とすると請求項１〜４のいずれかに記載の紫外線・近赤外線遮断塗料。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の紫外線・近赤外線遮断塗料からなる塗膜が少なくとも無機ガラス又は有機ガラスの一面又は両面に塗布されてなる遮熱処理ガラス。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載の紫外線・近赤外線遮断塗料を既設の窓ガラスの内面又は外面に塗布することを特徴とする窓ガラスの遮熱処理方法。
   
   
   

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