JP2010007022A - 断熱塗料又は断熱塗膜 - Google Patents

Abstract

【課題】断熱性・遮熱性に優れた塗料又は塗膜を提供する。
【解決手段】
この発明は断熱成分として組成式CaH2O2及び組成式Na₃O₄Pを含有し又は添加した断熱塗料又は断熱塗膜であり、断熱成分が全添加成分の３〜３０wt％含有されている。
また組成式Na₃O₄Pが全添加成分の０．７wt％以上、望ましくは２wt％以下であるほか、添加成分としてFe₂O₃及び／又はMgOを含んでおり、全添加成分に対しFe₂O₃が０．０２wt％以下、MgOが０．６wt％以下である。
【選択図】図１

Description

この発明は建築物や各種装置等の構造物の主として外表面又は内部表面の塗装や壁表面への塗布に用いられる断熱塗料又は当該塗料を用いた塗膜に関する。さらに詳しくは組成式TiO₂（酸化チタン）を含む水性塗料、被膜に含有させる原料は分子式Ca(OH)₂（水酸化カルシウム＝消石灰），CaO（酸化カルシウム＝生石灰），CO₂（二酸化炭素），SiO₂（二酸化珪素），Al₂O₃（酸化アルミニウム＝アルミナ），Fe₂O₃（酸化鉄），MgO（酸化マグネシウム）、組成式CaH2O2（水酸化カルシウム）及び組成式Na₃O₄P（リン酸三ナトリウム）を含有することによって遮熱、断熱効果が容易に得られる塗料又は塗膜に関するものである。

塗料などによって塗布をすることによって遮熱、断熱効果を発揮する技術としては、従来、セラミック系の中空、真空ビーズ(アルミノ珪酸ソーダガラスともいう)、などを含有した塗料によって被膜を形成する塗料が知られている。

これらの塗料は一般に壁、天井、屋根又は鉄部などの塗装に用いられるアクリルエマルジョン系ペイント（又はシリコン系、ウレタン系など種類は多様にあるが含有させる成分は同じである）等に上記の中空などのビーズを含有した塗料を建物などに塗装するものである。

そしてこれらの遮熱効果は白色のビーズもしくは淡色による光の反射を利用し、断熱としての効果は被膜表面に形成されるビーズの中に空気が入った層が熱伝導率のタイムラグによって効果が得られるものである。

上記含有の中空ビーズは例えばアメリカNASAの技術で市場の商品名：MHCB 日本国内においては商品名：SLBG他、JAXAの技術製品などがあるがいずれも宇宙航空機の断熱技術を応用した１０μ〜１００μの粉末状の製品である。

この技術を添加として用いた塗料又は塗膜として、例えば以下に示す特許文献が存在する。
特開２００４−１０９０３号公報 特開２００２−１０５３５８号公報 特開平１１−８０５９９号公報

上記先行文献１〜３に記載された中空などのビーズを塗料に含有させることにより形成された塗料及び被膜は遮熱としての効果は白色ないし淡色によって太陽光を反射させることにその効果を頼る部分がほとんどであり、塗膜の中に敷き詰まるように形成されたビーズ層による熱伝導率をも利用して被膜樹脂自体の温度が上昇することを遅らせ、塗装物裏面に到達する温度時間を遅らせる事を利用したタイムラグによって断熱効果を得ているものである。

しかし、塗膜を濃色にしたり他の仕上げ塗料によって表面に重ね塗りすることによって反射率が下がると遮熱効果は半減したり被膜樹脂温度が高くなり、それによって中空ビーズ層による断熱効果の性能が追い付かずタイムラグ効果がほぼ機能しなくなってしまう。

この発明の目的は、反射を利用した遮熱効果だけに特化せず他の断熱効果が高い添加成分によって塗料に断熱の性能を持たせて、従来では選択できない濃い色の選択や塗膜の重ね塗りなど表面の仕上げを自由に選択でき、上記先行文献と同等の遮熱効果、それ以上の断熱効果を得られる塗料又は塗膜を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の塗料又は塗膜は第１に、断熱成分として組成式CaH2O2及び組成式Na₃O₄Pを含有し又は添加したことを特徴としている。

第２に、断熱成分が全添加成分の３〜３０wt％含有されていることを特徴としている。

第３に、組成式Na₃O₄Pが全添加成分の０．７wt％以上、望ましくは２wt％以下であることを特徴としている。

第４に、添加成分としてFe₂O₃及び／又はMgOを含むことを特徴としている。

第５に、全添加成分に対しFe₂O₃が０．０２wt％以下、MgOが０．６wt％以下であることを特徴としている。

第６に、添加成分として組成式TiO₂を含有することを特徴としている。

組成式CaH2O2及び組成式Na₃O₄Pを塗料又はその塗料により形成される塗膜には強力な断熱作用が付与される。もちろん白色染料の添加によっての反射率を利用することによっても断熱自助機能により十分な遮熱性能、効果を得られる。

組成式CaH2O2は組成式Na₃O₄Pを添加することにより塗料又は塗膜に容易に溶解されることができ、従来の塗料内では溶解しない中空などのビーズを含有する複合塗料の塗膜に比較して塗膜全体に断熱効果を発揮する能力があるため、厚塗りの必要はなく薄い被膜で同等以上の遮熱、断熱効果を安定して得ることが出来る。

特に断熱としての効果に優れているため、塗膜の上に他の塗料を重ね塗りしたり濃い色によって遮熱効果を妨げても塗膜の断熱効果が強力である被膜形成が可能になった。

本発明の塗料は組成式CaH2O2及び組成式Na₃O₄Pを含有することを特徴とする。例えば、組成式CaH2O2は以下の組成を有する。
組成式CaH2O2を得るための配合率はそれぞれ分子式, Ca(OH)₂は75％以下、CaOは23％以下，CO₂は0.95％以下，SiO₂は0.15％以下，Al₂O₃は0.10％以下，Fe₂O₃は0.2％以下, MgOは0.60％以下で組成されたCaH2O2である。但し、Fe₂O₃，MgOは消石灰（CaH2O2）を得るための配合には必ずしも必要ではないが、これらを添加することにより他の添加成分が粒状で残存することが防止され、塗料，塗膜としての均一性が確保できる。

一般に組成式CaH2O2は広く消石灰として農業、工業、食品などに使われる粒状の粉末で知られている。これらには本来の用途以外に性質上に耐火性に非常に優れ、熱を吸収しにくい性質があるため、その分子に着目した。
しかし現在、この組成式CaH2O2を断熱材としての用途に利用している塗料、被膜には例が無い。

被膜として形成するには強度が無く若干の断熱としての性能が際立たないためだと思われる。しかしこれに組成式Na₃O₄Pを0.7％程度加えるとこの組成式CaH2O2は完全溶解してさらに断熱の性能と被膜硬度が強力に増すことが実験の結果わかった。なお、Na₃O₄Pが０．７wt％未満の場合は溶解が不充分（粒子が残る）であり、２wt％を超えてもそれ以上有意な溶解、変質が見られない。
ここに熱を持たない物質としては中空などのビーズをはるかに凌ぐことが可能になった。

上記で記述したようにこの物質単体では被膜を形成することは出来ないためにこれを断熱被膜として作用させるため塗料を利用した。水性塗料内に主に含まれる組成式 TiO₂がこれらの成分に相性（親和性）がよくTiO₂が石灰成分に反応する相乗効果により光触媒機能を持たせてかつ適量の配合ならば塗料本来の密着強度をまったく妨げず作用する。
あらゆる配合研究の結果、従来の断熱素材には無い被膜を完成することに成功した。

本発明塗料としての組成はCaH2O2とNa₃O₄Pが３〜３０wt％（重量パーセント）、水性塗料が７０〜９７wt％である。
なお水性塗料に含まれるTiO₂は二酸化チタンと呼ばれほぼどのような水性塗料にも含まれるが光触媒効果にはこだわらず、添加剤によって密着強度が解決できる場合は他の添加成分でも断熱効果は可能である。

実験の結果この範囲外の配合をするとまず水性塗料の量が少ない場合は塗料としての付着精度が多少落ち初めていく。逆に多すぎる場合は断熱性能の低下が起こりはじめた。
付着精度については密着成分などの配合で補うことは可能ではあるが通常の塗料としての密着性や被膜の強度、本発明の断熱塗料としての性能発揮には上記範囲内の配合が好ましい。

水性塗料は例えば、アクリル樹脂エマルジョン、シリコン樹脂エマルジョン、ウレタン樹脂エマルジョン、エポキシ樹脂エマルジョン、シリコン樹脂エマルジョン、セラミック樹脂エマルジョンや左官材など多様な水性塗材を用いることが出来る。

以上のように構成された塗料を、たとえば建築物外装、内装などに塗布することにより容易に断熱被膜が形成することが出来る。この塗布被膜は添加の配合が全体の３０％を超えない配合率であるなら塗料内に溶解し易いため通常の塗布材の塗膜に性質が極めて近似している。そのため塗膜の中に中空ビーズ層を含有する塗膜層よりも例えば滑らかな自然な膜が形成される。

本発明による断熱塗膜を形成する塗料の製造にあっては上記説明のように殆どの水性市販建材、塗料に分子式, Ca(OH)₂，CaO，CO₂，SiO₂，Al₂O₃，Fe₂O₃，MgOの添加・配合によって得られる組成式CaH2O2及びNa₃O₄Pは水に溶解し易いため添加、配合自体は容易に可能である。
添加、配合する塗材によって、ローラー塗り、刷毛塗り、スプレー塗り、コテ塗りなど塗布方法が自由で制限されず、それによって塗布対象物の用途が広がる。

このように形成された塗布被膜は分子式, Ca(OH)₂、CaO，CO₂，SiO₂，Al₂O₃，Fe₂O₃，MgO＝組成式CaH2O2及びNa₃O₄Pを３〜３０wt％含有し、残部は塗料などを構成する水性塗料及び樹脂に担持された水分または溶解分、その他の添加成分となる。

以下に本発明の塗料、被膜の性能を示すための実験の実施例を示す。この実施例は、同一の厚みの一辺１５０mmの正方形の鉄板に本発明の塗料を本発明塗料仕上げと本発明塗料に一般艶ありの濃色仕上げ塗材を重ね塗ったもの、中空ビーズを含む塗料仕上げと中空ビーズを含む塗料の上に一般艶ありの濃色仕上げ塗材を重ね塗ったもの、一般の艶ありの白色塗料と濃色仕上げ塗材のみで仕上げたものを、それぞれ鉄板の表面のみに塗り、一定時間、100Wの反射型白熱電球（「ナショナル レフ100W／100V」）を熱源として塗布面に照射し、鉄板裏側（箱体上表面側）の温度上昇の様子を非接触赤外線の温度計にて測定しグラフにした。
この実験器材は遮熱性能や断熱性能を無塗装鉄板と比較するために用いられる方法の一つであり、実際には一辺150mmの上部開口型の直方体状の金製箱体内に、外部との通風性を確保しながら上記熱源を上向きに収容し、上部開口部を前記試料鉄板を置いて計測した（電球と鉄板の距離は40mm）。

厚み1.5mmの試料鉄板の片面に上記組成の塗膜をそれぞれ塗布し２４時間乾燥させ、厚さ0.6mmの塗膜を鉄板の内面側表面に形成した。塗布方法はエアーガンを用いたスプレーにより行った。尚、計測時の室温２２℃に対し、いずれの場合も試料鉄板はスタート時１８℃に統一して調整した。
試料Ａ−１ 白色エマルジョン塗料７５wt％＋本発明配合材２０wt％（CaH202を18wt％ ，Na₃O₄Pを２wt％）＋水５wt％
Ａ−２ Ａ−１に記載塗膜仕上げに黒色の艶ありエマルジョン塗料の重ね塗り
Ｂ−１ 白色エマルジョン塗料７５wt％＋中空ビーズ材２０wt％＋水５wt％
Ｂ−２ Ｂ−１に記載塗膜仕上げに黒色の艶ありエマルジョン塗料の重ね塗り
Ｃ−１ 白色の艶ありエマルジョン塗料仕上げ
Ｃ−２ 黒色の艶ありエマルジョン塗料仕上げ

実験機材に試料鉄板Ａ−１，Ｂ−１，Ｃ−１を上に乗せ、塗布面側をそれぞれの白熱電球に対して下向きに向けて熱源を与えて鉄板裏面の温度を時間の経過と共に非接触赤外線測定器によって測定した結果を図１に示す。なおこの測定器の熱源で無塗装鉄板で計測するとおよそ５分程経過で100℃を超える。したがって測定は１分毎に５分間の計測とする。

次に実験機材に試料鉄板Ａ−２，Ｂ−２，Ｃ−２を上に乗せ、塗布面側をそれぞれの白熱電球に対して下向きに向けて熱源を与えて鉄板裏面の温度を時間の経過と共に非接触赤外線測定器によって測定した結果を図２に示す。なおこの測定器の熱源で無塗装鉄板で計測するとおよそ5分程経過で100℃を超える。したがって測定は１分毎に５分間の計測とする。

実験機材で５分間白熱電球の熱源を当て終え放置した試料鉄板Ａ−１，Ｂ−１，Ｃ−１を１分毎に５分間、非接触赤外線測定器によって測定した結果を図３に示す。

本発明の塗膜は上記の比較実験１によって従来の中空ビーズ含有の塗膜に比較して遮熱の性能は同等程度のものであるが比較実験２により濃色や他の一般塗料で仕上げることによって反射による遮熱性能と重ね塗りによる放熱性能を犠牲にすることにより、より高い断熱性能が発揮できていることがわかる。そして断熱処理をしていない、一般の塗料などによって塗布された塗装対象物に比較しても高い遮熱、断熱性能を示すものである。
比較実験３により、温度を素早く放熱する能力が高いこともわかった。

図１では、おもに反射による遮熱の性能を比較測定していることを示す。図２は、濃い色と他の塗膜を重ねて塗布した状態のおもに断熱の性能を比較測定していることを示す。図３は、これによって放熱する能力を比較測定していることを示す。

比較実験１によって遮熱、断熱性能を測定した時間―温度グラフである。 比較実験２によって主に遮熱を封鎖して断熱性能を測定した時間―温度グラフである。 比較実験３によって温度上昇の状態から温度の下降していく状態を測定した時間―温度グラフである。

Claims (6)

1. 断熱成分として組成式CaH2O2及び組成式Na₃O₄Pを含有し又は添加した断熱塗料又は断熱塗膜。
2. 断熱成分が全添加成分の３〜３０wt％含有されている請求項１に記載の断熱塗料又は断熱塗膜。
3. 組成式Na₃O₄Pが全添加成分の０．７wt％以上、望ましくは２wt％以下である断熱塗料又は断熱塗膜。
4. 添加成分としてFe₂O₃及び／又はMgOを含む請求項１，２又は３の断熱塗料又は断熱塗膜。
5. 全添加成分に対しFe₂O₃が０．０２wt％以下、MgOが０．６wt％以下である請求項４の断熱塗料又は断熱塗膜。
6. 添加成分として組成式TiO₂を含有する請求項１，２，３，４又は５の断熱塗料又は断熱塗膜。