JP2016041947A

JP2016041947A - 遮熱・断熱材及びその製法

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Publication number: JP2016041947A
Application number: JP2014165594A
Authority: JP
Inventors: 良典平野; Yoshinori Hirano; 敏文加藤; Toshifumi Kato
Original assignee: FUJI HOSO SHIZAI KK; Nippon Filcon Co Ltd
Current assignee: FUJI HOSO SHIZAI KK; Nippon Filcon Co Ltd
Priority date: 2014-08-15
Filing date: 2014-08-15
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2034-08-15
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Abstract

【課題】ほぼ同径の粒子を含む第２の粒子層と、第３の粒子層とを備え、遮熱及び断熱特性に優れ内部及び表面温度を低下できる断熱材を提供する。【解決手段】複数の第１の粒子１と、第１の粒子の周囲に配置される複数の第２の粒子２と、第２の粒子の周囲に配置される複数の第３の粒子３と、第１、第２及び第３の粒子の同種及び異種粒子間を結合するバインダ６とを備え、第１の粒子、第２の粒子及び第３の粒子は、何れも内部空洞１ｂ，２ｂ，３ｂを有し、第２の粒子は、第１の粒子より粒径が小さく、第３の粒子は、第２の粒子より粒径が小さく、第２の粒子は、第１の粒子を覆う第２の粒子層１２を形成し、第３の粒子は、第２の粒子層を覆う第３の粒子層１３を形成する。【選択図】図３

Description

本発明は、太陽光及びその他の熱源からの熱エネルギを遮熱及び断熱する遮熱・断熱材及びその製法に関連する。

原子力発電所の稼働停止に伴う電力供給力不足や大規模停電は、産業界だけでなく我が国社会全体に大きな影響を与えている。原子力の代替エネルギの目処が立たない現段階では、節電により電力需要を低減する以外、電力不足に対応する手段はなく、特にビル、家屋等の建物の空調設備が整備された今日では、夏場及び冬場の電力供給ピーク時の節電、電力需要の削減が急務となる。

空調使用電力の低減を目的として、屋根、建物壁、窓、ブラインド等に断熱及び遮熱処理を施し、夏は太陽光による熱エネルギの建物内への熱移動を遮断し、冬は外部への熱放出を防ぐ。「断熱」は、過密状態で接触した物質間の熱伝達の遮断を意味し、「遮熱」は、真空を含む空間を移動する熱エネルギ放射（輻射）の遮蔽を意味する。しかし、通常の熱移動では、両者が併存するため断熱と遮熱を厳密に区分けすることはできない。

近年、真空粒子を用いた断熱技術が注目されている。真空粒子は、セラミック外殻の内部にほぼ真空状態又は減圧状態の内部空洞を有する粒子であり、高断熱、低蓄熱の特徴を持つ。以下、真空粒子を断熱材又は遮熱材に適用した従来技術を示す。

特許文献１は、支持体の片面又は両面に熱絶縁性の粒子を複数層接合する柔軟性熱絶縁体を示し、柔軟性熱絶縁体をブラインド又はロールスクリーンに適用する。熱絶縁性粒子として、真空セラミック粒子、酸化チタニウム粒子を使用し、柔軟性熱絶縁体は、小隙間で過密に配置される大小複数の熱絶縁性粒子を含有する。

しかしながら、真空セラミック粒子は、非常に高価であるため、特許文献１の真空セラミック粒子の過密使用では、柔軟性熱絶縁体並びにブラインド及びロールスクリーンも当然高価となり、真空セラミック粒子のコストが柔軟性熱絶縁体の原料原価の７割以上を占める。また、特許文献１の柔軟性熱絶縁体では、多量の真空セラミック粒子同士が小さい隙間を介して互いに密に配置されるため、真空の内部空洞では熱伝導は生じないが、真空セラミック粒子の外殻に沿って熱伝導し易くなる。このため、真空セラミック粒子使用量に比例する所望の断熱効果は得られない。また、過密に配置される真空セラミック粒子を含む場合、柔軟性を有るものの真空セラミック粒子の動きが制限され、特に、外力が加えられるときの引張応力により、柔軟性熱絶縁体が破損するおそれがある。更に、塗布する原料（懸濁液）に多量の真空セラミック粒子を含む場合、多量粒子のため、１０〜２０Mpa（約１００〜２００気圧）の高圧塗布（噴霧）が要求される。

これに対し、真空セラミック微粒子を過密状態で配置しない遮熱布製品は、引用文献２に開示される。引用文献２の遮熱布製品では、被服、帽子、日傘等の布表面に、中空（真空）セラミック微粒子を含有する合成樹脂からなる遮熱層を形成する。遮熱層の合成樹脂と中空セラミック微粒子との配合割合は、合成樹脂１００重量%に対して、中空セラミック微粒子２０〜２００重量%程度とする。

また、特許文献３は、中空球状又は鱗片状の低熱伝導体（中空粒子又は真空粒子）と、構造助剤と、シランカップリング剤とを含有する遮熱塗料組成物を示し、建築構造物の屋上、屋根、外壁の塗装に適用される。粒子径１０〜２００μmの低熱伝導体を０.５〜９.９重量%含有する。

前記特許文献２及び３の遮熱材は、高価な真空粒子を大量使用しないため、比較的安価に製造できる。しかしながら、少量の真空粒子（重量配合比：１／５〜２／３及び１／２０〜１／１０）に対し、樹脂（バインダ）の充填量が大きいため、樹脂に沿う熱伝導を防止できず、真空粒子を含まない遮熱材と比較しても顕著な断熱効果の差が出ない。また、特許文献２及び３では、複数の真空粒子の構成について言及がなく、特許文献２ではコンマ数μm〜数百μm程度の真空粒子が、特許文献３では１０〜２００μmの真空粒子が無秩序に構成される。無秩序な真空粒子の構成は、十分な断熱及び遮熱特性が効率的に得られない。

特開２０１０−１６９２５９公報特開２００２−１６６５０５公報特開２００６−４５４４７公報

そこで本発明は、遮熱及び断熱特性に優れ内部及び表面温度を低下できる遮熱・断熱材及びその製法を提供することを目的とする。また、本発明は、安価で優れた物理的特性を発揮する遮熱・断熱材及びその製法を提供することを目的とする。更に、本発明は、粒子を規則的に配置して、遮熱及び断熱を効率的に行う遮熱・断熱材及びその製法を提供することを目的とする。更に、本発明は、低圧かつ飛散の少ない塗布を実現できる遮熱・断熱材及びその製法を提供することを目的とする。

本発明による遮熱・断熱材は、基体(50)の表面に接着される複数の第１の粒子(1)と、第１の粒子(1)の周囲に配置される複数の第２の粒子(2)と、第２の粒子(2)の周囲に配置される複数の第３の粒子(3)と、第１、第２及び第３の粒子(1,2,3)の同種及び異種粒子間を結合するバインダ(6)とを備える。第１の粒子(1)、第２の粒子(2)及び第３の粒子(3)は、何れも内部空洞(1b,2b,3b)を有し、第２の粒子は、第１の粒子(1)より粒径が小さく、第３の粒子(3)は、第２の粒子(2)より粒径が小さい。複数の第２の粒子(2)は、各第１の粒子(1)を覆う第２の粒子層(12)を形成し、複数の第３の粒子(3)は、第２の粒子層(12)を覆う第３の粒子層(13)を形成する。

第１の粒子(1)、第２の粒子(2)及び第３の粒子(3)は、互いに接近して配置されても、バインダ(6)の薄膜でそれぞれ被覆されかつ互いに結合されるため、第１の粒子(1)、第２の粒子(2)及び第３の粒子(3)が互いに直接接触しない。このため、粒子間の直接接触による熱伝導を生じない。第１の粒子(1)、第２の粒子(2)及び第３の粒子(3)は、内部空洞(1b,2b,3b)を形成する外殻(1a,2a,3a)に熱を一時的に吸収(D1,D2,D3)するが、内部空洞(1b,2b,3b)は蓄熱も熱伝達も行わず、第１〜第３の粒子(1,2,3)の外殻(1a,2a,3a)は、外部から伝達される熱を外殻(1a,2a,3a)で外側に反射(B1,B2,B3)し又は放射(E1,E2,E3)し、外殻(1a,2a,3a)は、僅かな熱を一時的に吸収する。このため、最も小粒径の第３の粒子(3)の外殻(3a)は、表面で外部に熱を反射(B3)又は放射(E3)し、外殻(3a)に一時的に吸収される熱量は、僅かである。

第３の粒子(3)の外殻(3a)から反射(B3)又は放射(E3)される熱は、第２の粒子(2)の外殻(2a)の表面で反射(B2)され、外殻(2a)は、僅かな熱を一時的に吸収(D2)する。熱の反射及び放射は、第３の粒子層(13)の複数の第３の粒子(3)間及び第２の粒子層(12)の複数の第２の粒子(2)間でも反復される。更に、第２の粒子(2)の外殻(2a)の表面から反射(B2)又は放射(E2)される熱は、第１の粒子(1)の外殻(1a)の表面で反射(B1)され、外殻(1a)は、熱を一時的に吸収(D1)する。

遮熱・断熱材は、外部から熱を受けても、第３の粒子(3)から外部に熱を反射し又は放散するので、第１〜第３の粒子(1,2,3)の外殻(1a,2a,3a)に一時的に吸収される熱は、基体(50)には伝達されず、最終的に外殻(1a,2a,3a)及びバインダ(6)を通じて外部に放出される。このように、遮熱・断熱材の片側に発生する熱の殆どを反射(B1,B2,B3)し、時間の経過に伴い遮熱・断熱材自体も放熱するので、一時的に吸収(D1,D2,D3)する熱も徐々に外部に放散されて、遮熱・断熱材の基体(50)側に伝達しない。本発明では、各第１の粒子(1)の周囲に複数の第２の粒子(2)をバインダ(6)で接合した第２の粒子層(12)が形成され、第２の粒子層(12)の周囲に第３の粒子(3)がバインダ(6)で接合された第３の粒子層(13)が形成されるので、第１の粒子(1)に蓄積される熱は、第２の粒子層(12)及び第３の粒子層(13)を介して最終的に外部に放出される。

本発明による遮熱・断熱材の製法は、内部空洞(1b)を有する複数の第１の粒子(1)、第１の粒子(1)より粒径が小さくかつ内部空洞(2b)を有する複数の第２の粒子(2)及び第２の粒子(2)より粒径が小さくかつ内部空洞(3b)を有する複数の第３の粒子(3)を懸濁したバインダ(6)を含む懸濁液(31)を準備する工程と、ノズル(33)から空気中に懸濁液(31)を噴射して基体(50)の表面に懸濁液(31)を均一に散布する工程と、バインダ(6)の薄膜で被覆される第１の粒子(1)、第２の粒子(2)及び第３の粒子(3)を含む懸濁液(31)を基体(50)の表面に均一に散布する運動中に、複数の第１の粒子(1)を互いに個別に分離しかつ各第１の粒子(1)の周囲に第２の粒子(2)及び第３の粒子(3)を伴送させて、基体(50)の表面に付着させる工程と、基体(50)に付着する懸濁液(31)を乾燥させて、第１の粒子(1)、第２の粒子(2)及び第３の粒子(3)をバインダ(6)により接着する工程とを含む。

第１の粒子(1)、第２の粒子(2)及び第３の粒子(3)は、懸濁液(31)中でバインダ(6)の薄膜により被覆される。基体(50)の表面に懸濁液(31)を均一に散布するとき、ノズル(33)からの噴射時の衝撃力が噴射される懸濁液(31)に加えられるため、最大の質量を持つ複数の第１の粒子(1)は、互いに分離されて、通常単独で空気中を移動する。このとき、比較的質量の小さい複数の第２の粒子(2)と複数の第３の粒子(3)は、バインダ(6)の表面張力又は粘性で第１の粒子(1)に付着し、空気中を移動する。このため、複数の第１の粒子(1)の各々は、互いに分離しかつ各第１の粒子(1)の周囲に第２の粒子(2)及び第３の粒子(3)を伴送させて、基体(50)の表面に付着させる。

本発明では、ほぼ同径の粒子を各々含む第２の粒子層と第３の粒子層とが第１の粒子を包囲するため、熱の吸収及び反射を効率良く繰り返し、優れた遮熱及び断熱効果を発揮する。本発明の遮熱・断熱材は、真空セラミック粒子の使用量を最小限に抑えるため、低コストで製造でき、耐衝撃性、可撓性及び耐久性に優れる。

本発明による遮熱・断熱材の第１の実施の形態を示す概略断面図本発明による遮熱・断熱材の第２の実施の形態を示す概略断面図本発明による遮熱・断熱材の粒子集合体を示す概略断面図本発明による遮熱・断熱材の熱エネルギ減衰メカニズムを示す概略断面図本発明による遮熱・断熱材の製法を示す概略図本発明による遮熱・断熱材の製法を示す概略断面図遮熱及び断熱作用を説明する概略図熱照射試験による温度と日射量の関係を示すグラフ

本発明による遮熱・断熱材及びその製法の実施の形態を図１〜図８について以下説明する。
図１〜図３に示す粒子集合体(10)は、第１の粒子(1)と、第１の粒子(1)の周囲に配置される複数の第２の粒子(2)と、各第２の粒子(2)の周囲に配置される複数の第３の粒子(3)と、第１、第２及び第３の粒子(1,2,3)の同種及び異種粒子間を結合するバインダ(6)とを備え、本発明による遮熱・断熱材を構成する。第１、第２及び第３の粒子(1,2,3)は、何れも内部空洞(1b,2b,3b)を有し、各内部空洞(1b,2b,3b)は、減圧状態又はほぼ真空状態である。第１、第２及び第３の粒子(1,2,3)として、外殻(1a,2a,3a)がセラミックにより形成される真空セラミック粒子の使用が好ましい。内部空洞(1b,2b,3b)をほぼ真空状態にすることにより、遮熱・断熱材の断熱特性を向上し、特に、第１の粒子(1)は、内部空洞(1b)が大きく熱伝導を完全に抑制できる。

内部に中空部が形成される第１、第２及び第３の粒子(1,2,3)は、アルミナ、シリカ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等から選択された１種又は２種以上を低圧状態又はほぼ真空状態で粒径数μｍ〜百μｍ程度に球状化したものである。空隙率は、５０体積%〜９０体積%程度である。基体(50)の表面に第１〜第３の粒子を強固に接着するバインダ(6)は、例えば、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリルシリコーン樹脂、アクリルウレタン樹脂、ウレタンフッ素樹脂、ポリエステル共重合樹脂、アルコキシシラン化合物を主成分とする無溶剤型の無機系のポリマー等の任意の合成樹脂を使用することができる。バインダ(6)は、水等の無機溶媒又は/及びアルコール、アセトン等の有機溶媒を混入してもよい。

本発明の遮熱及び断熱の対象となる基体(50)は、織布、不織布等の布、樹脂材、セラミック材、木材、金属材により形成された屋根、建物外壁、ブラインド、屋上水槽、危険物貯蔵タンク、水道管、工場配管、自動車、衣服、カーテンである。基体(50)表面に本発明の遮熱・断熱材を形成すれば、夏は、太陽光からの熱エネルギが遮熱・断熱材の反対側、即ち、室内、タンク内部、管内部まで到達すること防ぐ。冬は、内部の熱を保温して外部に放出しない。このため、空調設備の電力使用量を低減し、省エネルギ及び消費電力の大幅な削減を図ることができる。また、管内部の液体の高温化又は凍結を防止できる。

第２の粒子(2)は、第１の粒子(1)より粒径が小さく、第３の粒子(3)は、第２の粒子(2)より粒径が小さい。具体的には、第１の粒子(1)の粒径は５０〜１００μm、第２の粒子(2)の粒径は１０〜５０μm、第３の粒子(3)の粒径は０.５〜１０μmである。

図３の通り、本発明の遮熱・断熱材では、複数の第２の粒子(2)は、第１の粒子(1)の周囲を覆う第２の粒子層(12)を形成し、第２の粒子(2)間がバインダ(6)で接合される。複数の第３の粒子(3)は、第２の粒子層(12)の周囲を覆う第３の粒子層(13)を形成し、第３の粒子(3)間がバインダ(6)で接合される。

第１の粒子(1)間（粒子集合体(10)間）の距離は７０〜５００μm、第１の粒子(1)と第２の粒子(2)との間の距離は１０〜５０μm、第２の粒子(2)間の距離は５〜２０μm、第３の粒子(3)間の距離は０.５〜１０μmである。第３の粒子(3)からの第３の熱エネルギ(A3)は、日射の熱エネルギ(A)より波長が長く、第３の粒子(3)間距離を０.５〜１０μmとして、エネルギの吸収効率を高め、優れた遮熱特性が得られる。第３の粒子(3)からの第３の熱エネルギ(A3)に比べ、第２の粒子(2)からの第２の熱エネルギ(A2)は、波長が長いため、第２の粒子(2)間距離を５〜２０μmにすることにより、エネルギの吸収効率を向上する。また、第１の粒子(1)−第２の粒子(2)間距離を１０〜５０μmとすると、第２の粒子(2)からの第２の熱エネルギ(A2)を第１の粒子(1)により吸収し易く、第１の粒子(1)によるエネルギ減衰の効果が効率的に得られる。第２の粒子(2)からの第２の熱エネルギ(A2)に比べ、第１の粒子(1)からの熱エネルギ(A1)は、波長が長いため、第１の粒子(1)間の距離を７０〜５００μmとすると、第１の粒子(1)からの第１の熱エネルギ(A1)を他の第１の粒子(1)によって効率良く吸収できる。

次に、粒子集合体(10)が照射された熱エネルギを減衰するメカニズムを図４について説明する。太陽光及びその他の熱エネルギによる入射熱(A)は、その一部が第３の粒子(3)の外殻(3a)表面で他の第１、第２及び第３の粒子(1,2,3)に向けて反射する(B3)。その他の入射熱(A)は、外殻(3a)表面を透過し(C3)、外殻(3a)内部を拡散し一部が吸収及び蓄積される(D3)。第３の粒子層(13)を構成する複数の第３の粒子(3)の外殻(3a)では、熱エネルギの拡散及び吸収が繰り返される。透過熱(C3)のうち吸収熱(D3)を除く部分は、外殻(3a)から放射（輻射）熱(E3)として、他の第１、第２及び第３の粒子(1,2,3)に向け反射熱(B3)と共に放射される。反射熱(B3)と放射（輻射）熱(E3)とを合わせた第３の熱エネルギ(A3)は、入射熱の熱エネルギ(A)と比べ、外殻(3a)で吸収された熱エネルギ分(D3)だけ小さい（A3=A-D3）。

第３の熱エネルギ(A3)は、第２の粒子層(12)を通過する際、前記第３の粒子(3)と同様に、第２の粒子(2)の外殻(2a)表面から一部が内部に透過し拡散及び吸収(D2)を繰り返して放射(E2)を生じる。第３の熱エネルギ(A3)の他の部分は、図４に示す通り、第２の粒子(2)の外殻(2a)表面から反射する(B2)。このような、入射(A3)、反射(B2)、透過(C2)、吸収(D2)及び放射(E2)を第２の粒子層(12)の複数の第２の粒子(2)により繰り返し、熱エネルギが減衰する。第２の粒子(2)からの反射熱(B2)と放射（輻射）熱(E2)とを合わせた第２の熱エネルギ(A2)は、第３の熱エネルギ(A3)と比べ、外殻(2a)で吸収された熱エネルギ分(D2)だけ小さい（A2=A3-D2）。

同様に、第２の熱エネルギ(A2)は、第１の粒子(1)の外殻(1a)表面から一部が透過し拡散及び吸収(D1)を繰り返して放射(E1)を生じる。第２の熱エネルギ(A2)の他の部分は、第１の粒子(1)の外殻(1a)表面から反射する(B1)。このような、入射(A2)、反射(B1)、透過(C1)、吸収(D1)及び放射(E1)を複数の第１の粒子(1)により繰り返し、熱エネルギが減衰する。第１の粒子(1)からの熱エネルギ(A1)は、第２の熱エネルギ(A2)と比べ、外殻(1a)で吸収された熱エネルギ分(D1)だけ小さい（A1=A2-D1）。

本発明では、第１の粒子(1)、第２の粒子層(12)及び第３の粒子層(13)を含む図３の粒子集合体(10)を複数重ねて、図１に示す厚さ(T)０.１〜１.０mmの積層体(20)を形成する。粒子集合体(10)を複数重ね合わせることにより、積層体(20)に進入した熱エネルギを図４の減衰メカニズムに従い減衰でき、熱エネルギの遮熱・断熱材（積層体(20)）厚さ(T)方向の通過を大部分抑止できる。また、積層体(20)の内部で熱エネルギを減衰できるので、遮熱・断熱材表面の温度が高温化することを防ぐ。また、積層体(20)は、粒子集合体(10)間に空隙(25)を備えるため、バインダ(6)を介する伝熱を最小限に抑え断熱効果を高めると共に、高価な真空粒子(1,2,3)の使用量を減量できる。

図２に示す他の積層体(20’)は、第３の粒子(3)より小さい粒径の第４の粒子(4)により形成される表面層(21)を備え、表面層(21)は、第３の粒子層(13)より過密に形成して平滑面構造とする。このため、積層体(20’)に入射する熱エネルギを反射して、遮熱・断熱材内部への進入を最小限に抑える。第４の粒子(4)は、０.１〜１.０μmの真空セラミック粒子が使用される。

次に、図５及び図６について本発明による遮熱・断熱材の製法を説明する。本実施の形態では、最初に、内部空洞(1b)を有する複数の第１の粒子(1)、第１の粒子(1)より粒径が小さくかつ内部空洞(2b)を有する複数の第２の粒子(2)及び第２の粒子(2)より粒径が小さくかつ内部空洞(3b)を有する複数の第３の粒子(3)を懸濁したバインダ(6)を含む懸濁液(31)を準備する。第１、第２及び第３の粒子(1,2,3)はそれぞれ、減圧状態又はほぼ真空状態の各内部空洞(1b,2b,3b)を有する真空セラミック粒子である。第１の粒子(1)、第２の粒子(2)及び第３の粒子(3)は、懸濁液(31)中でバインダ(6)の薄膜により被覆される。懸濁液(31)は、バインダとして好ましくは無機及び有機の複合樹脂(6)１５〜４０重量部に対し、第１の粒子(1)、第２の粒子(2)及び第３の粒子(3)をそれぞれ、５〜３０重量部、１〜２０重量部及び０.１〜１０重量部と共に、水等の揮発性溶媒５〜３０重量部を含有する。

次に、０.１〜０.６MPa（約１〜６気圧）、好ましくは０.２〜０.４MPa（約２〜４気圧）に加圧した気流をノズル(33)から常温常圧下の空気中に噴出するとき、ノズル(33)のベンチュリ構造を構成する縮管部(34)に接続した容器内の懸濁液(31)を図５に示すように、二流体混合方式により噴射して基体(50)の表面に懸濁液(31)を均一に散布する。従来は、懸濁液(31)自体に直接高い圧力（１０〜２０MPa）を加え噴霧していたが、前記二流体混合方式により、本実施の形態では、７０〜８０体積%の多量の粒子(1,2,3)を含む懸濁液(31)でも、低圧で飛散の少ない噴射が可能となる。基体(50)の表面に懸濁液(31)を均一に散布するとき、ノズル(33)からの噴射時の衝撃力が噴射される懸濁液(31)に加えられるため、最大の質量を持つ複数の第１の粒子(1)は、互いに分離されて、通常単独で空気中を移動する。このとき、比較的質量の小さい複数の第２の粒子(2)と複数の第３の粒子(3)は、バインダ(6)の表面張力又は粘性で第１の粒子(1)に付着し、空気中を移動する。このため、複数の第１の粒子(1)の各々は、互いに分離しかつ各第１の粒子(1)の周囲に第２の粒子(2)及び第３の粒子(3)を伴送させて、基体(50)の表面に付着させる。これにより、第２の粒子(2)と第３の粒子(3)が分離し、第１の粒子(1)の周囲に第２の粒子(2)を主成分として含む第２の粒子層(12)を形成し、第２の粒子層(12)の周囲に第３の粒子(3)を主成分として含む第３の粒子層(13)を形成する。

第２の粒子層(12)及び第３の粒子層(13)の形成原理は、前記質量や表面張力によるものと共に、バインダ(6)中の水分(7)移動による作用と考えられる。即ち、図５の通り加圧散布された懸濁液(31)は、第２の粒子(2)、第３の粒子(3)及びバインダ(6)が第１の粒子(1)の周囲に混在した状態で、粒径が大きい第１の粒子(1)同士が徐々に分離する。分離した第１の粒子(1)周囲のバインダ(6)中では、図６に示す水分（水泡）(7)が外方向に移動して蒸発し、水分(7)の動きと共に、粒径が小さく軽い第３の粒子(3)が水分(7)に担持されてバインダ(6)中を外方向に押されて移動する。これにより、第２の粒子(2)と第３の粒子(3)が分離し、第２の粒子層(12)及び第３の粒子層(13)を形成する。

第１、第２及び第３の粒子(1,2,3)を含む粒子集合体(10)が基体(50)に到達する速度は、天候、気温、湿度、気圧等により異なるが、１０〜５００mm/secに調整され、１０〜１００mm/secが好ましい。ノズル(33)先端より噴出された第１、第２及び第３の粒子(1,2,3)は、空気の乱流により粒子(1,2,3)同士が衝突しながら、バインダ(6)内の固形化が進行し、粒子集合体(10)に成長して基体(50)に達する。この成長過程では、粒子集合体(10)の中心部から表面に向けて揮発成分の蒸散移動及び毛細管現象により、小径の第３の粒子(3)は粒子群外側の表面に集まる。また、揮発成分（水、有機揮発成分）の蒸散により、静電的に粒子(1,2,3)は同極性に帯電し、互いにクーロン力により反発し合い接触が抑制された状態で粒子集合体(10)を形成する。

このように、バインダ(6)の薄膜で被覆される第１の粒子(1)、第２の粒子(2)及び第３の粒子(3)を含む懸濁液(31)を基体(50)の表面に均一に散布する運動中に、複数の第１の粒子(1)を互いに個別に分離しかつ各第１の粒子(1)の周囲に第２の粒子(2)及び第３の粒子(3)を伴送させて、基体(50)の表面に付着させることができる。その後、基体(50)に付着する懸濁液(31)を乾燥させて、第１の粒子(1)、第２の粒子(2)及び第３の粒子(3)をバインダ(6)により強固に接着させる。

第１の粒子(1)の周囲に規則正しく第２の粒子層(12)及び第３の粒子層(13)を備える図３の粒子集合体(10)は、基体(50)、例えば、屋根、壁面、ブラインド等の表面に連続的に複数重畳されて積層体(20,20’)を形成する。ノズル(33)から基体(50)表面までの噴射距離は０.１m〜２m、好ましくは０.１〜０.５mである。

規則正しく第２の粒子(2)及び第３の粒子(3)をそれぞれ配置した第２の粒子層(12)及び第３の粒子層(13)を形成することにより、高遮熱かつ高断熱の本発明による遮熱・断熱材が得られる理由を図７について説明する。日射熱による赤外線等の電磁波は、非可干渉性の平面波として図１及び図２の積層体(20,20’)内に進入し、粒子(1,2,3)の表面で拡散して図７に示す包絡曲面の球面波(16)を形成する。図７は、球面波(16)の特定波長の一波長の距離(L)だけ離間した一対の第３の粒子（真空セラミック粒子）(3’,3”)を示す。説明の便宜のため、第３の粒子(3’,3”)のみ例示するが、これに限定されず、第１及び第２の粒子（真空セラミック粒子）(1,2)でも同様の下記作用効果が得られる。

第３の粒子(3’,3”)が日射熱を受けると、特定の波長の電磁波（赤外線）の一部を吸収し９０%以上を反射する。反射により、電磁波の偏光が回転偏光から直線偏光に変化し非可干渉性（インコヒーレント）から可干渉性（コヒーレント）となる（スペックル干渉）。電磁波は、第３の粒子(3’,3”)表層のあらゆる点から反射及び再放射され、球面波(16)として拡散伝播し、距離の二乗に反比例して熱エネルギ密度が減衰する。図７に示す通り一対の第３の粒子(3’,3”)が一波長離間する場合、符号18及び18’の位置で波動的に打ち消し合い熱エネルギ強度がゼロとなり、符号17及び17’の位置で波動的に強め合い熱エネルギ強度が２倍となる。強め合う位置(17,17’)に第３の粒子(3”’)が存在する場合、他の位置に比べ高効率で第３の粒子(3”’)が熱エネルギを吸収し保持するので、放射熱の伝播速度を遅らせて、遮熱及び断熱効果を高めることができる。即ち、本発明では、第１、第２及び第３の粒子(1,2,3)をそれぞれ規則正しく、特に、電磁波の強め合う位置(17,17’)付近に規則的に配置することにより、優れた遮熱及び断熱特性を有する遮熱・断熱材を形成することができる。一方、電磁波の弱め合う位置(18,18’)付近に粒子(1,2,3)を充填しても、効率的な熱の吸収は得られないため、高価な真空セラミック粒子の使用量を低減できることが理解できる。

入射熱で吸収した電磁波は、第３の粒子(3’,3”)の外殻(3a)を通じて伝達され、入射側(19)の反対側（図示せず）にも放射熱として放出される。反対側では、入射側(19)と同様に、強め合う位置に第３の粒子が存在することにより熱エネルギを効率的に吸収できる。入射熱から吸収される熱エネルギは、入射熱の全エネルギの約１０%足らずのため、図１及び図２に示す積層体(20,20’)では、内部に進むに従いエネルギは約１／１０ずつ減衰してゼロに近づく。また、一対の粒子間を通過する電磁波の回折による可干渉でも、強め合う位置に粒子を配置して熱エネルギを効率的に吸収できる。また、入射熱のうち、第３の粒子(3’,3”)の周りを通過した電磁波は、入射側(19)の反対側（図示せず）で、第３の粒子(3’,3”)の回析による干渉により、前記同様に、強め合う位置に第３の粒子が存在することにより熱エネルギを効率的に吸収できる。

本発明による遮熱・断熱材の遮熱及び断熱効果を測定する熱照射試験の実施例を以下説明する。

粒子集合体及び積層体の製造
３種類の真空セラミック粒子(1,2,3)と無機及び有機の複合樹脂(6)とを混合攪拌して得られた懸濁液(31)を気流(35)と共に二流体混合方式により加圧噴射装置のノズル(33)から約０.３MPa（約３気圧）で噴射した。懸濁液(31)は、空気中で粒子集合体(10)を形成し、厚さ３０mmの断熱箱の上面を構成するガルバニュウム鋼板表面に、本発明による遮熱・断熱材の積層体(20)を０.２９mm厚で形成した（本実施例）。他方、原料自体に直接約１０MPa（約１００気圧）の圧力を加え原料を高圧噴射し、粒子集合体を形成しない遮熱・断熱材を厚さ３０mm断熱箱上面のガルバニュウム鋼板表面に２.０mm厚で形成した（比較例）。

熱照射試験及び試験結果
前記本実施例と比較例の各箱を密閉状態で屋外に並置し太陽光を照射した熱照射試験を８日間実施した。図８に試験結果を示す。図中、高さ方向中央の折れ線は、比較例から本実施例を引いた温度差［℃］を示し、図中下方の間欠的な折れ線は日射量［W/m²］を示す。間欠折れ線の開始点から次の間欠折れ線の開始点までが約２４時間を示す。

図８より、日射が始まり日射量が最大値になる時間まで、温度差がプラスに大きくなる。これは、比較例の箱内の温度が急上昇する一方、本実施例では、強い日射を受けても実施例に比べ遮熱効果が高いことが分かる。次に、日射量最大時から日没までは、温度差がマイナスに大きくなる。比較例に対し本実施例の保温効果が高いと判断できる。本実施例の遮熱・断熱材の厚さは比較例に対し、約１／７にも関わらず、遮熱効果及び保温効果を格段に優れていることが分かる。

本発明の遮熱・断熱材及びその製法は、屋根、建物外壁、ブラインド、屋上水槽、危険物貯蔵タンク、水道管、工場配管、自動車等の表面に塗布又は噴霧し、積層体を形成して内側への熱放射及び熱伝達を防止するだけでなく、表面温度を低下させることもできる。このため、道路、オートバイ、遊具、照明器具、家電製品、精密機器等の発熱及び保熱が好ましくない技術分野にも適用できる。また、衣料品、カーテン等の布製品表面に噴射又は塗布することも、繊維形成時に混練することも可能である。

(1)・・第１の粒子(1)、 (2)・・第２の粒子、 (3)・・第３の粒子、 (6)・・バインダ、 (1a,2a,3a)・・外殻、 (1b,2b,3b)・・内部空洞、 (12)・・第２の粒子層、 (13)・・第３の粒子層、 (10)・・粒子集合体、 (20,20’)・・積層体、 (50)・・基体、

Claims

基体の表面に接着される複数の第１の粒子と、第１の粒子の周囲に配置される複数の第２の粒子と、第２の粒子の周囲に配置される複数の第３の粒子と、第１、第２及び第３の粒子の同種及び異種粒子間を結合するバインダとを備え、
第１の粒子、第２の粒子及び第３の粒子は、何れも内部空洞を有し、
第２の粒子は、第１の粒子より粒径が小さく、第３の粒子は、第２の粒子より粒径が小さく、
第２の粒子は、第１の粒子を覆う第２の粒子層を形成し、第３の粒子は、第２の粒子層を覆う第３の粒子層を形成することを特徴とする遮熱・断熱材。
第３の粒子は、入射する熱エネルギを吸収し、入射する熱エネルギより小さい第３の熱エネルギを反射及び放射し、
第３の熱エネルギは、第２の粒子層を通過する際、第２の粒子に吸収されると共に、第２の粒子は、第３の熱エネルギより小さい第２の熱エネルギを反射及び放射し、
第２の熱エネルギは、第１の粒子に吸収されると共に、第１の粒子は、第２の熱エネルギより小さい第１の熱エネルギを反射及び放射する請求項１に記載の遮熱・断熱材。
第１の粒子、第２の粒子及び第３の粒子の各内部空洞は、減圧状態又はほぼ真空状態である請求項１又は２に記載の遮熱・断熱材。
第１の粒子、第２の粒子層及び第３の粒子層を含む粒子集合体を複数重ねて積層体を形成する請求項１〜３の何れか１項に記載の遮熱・断熱材。
積層体は、第３の粒子より小さい粒径の第４の粒子により形成される表面層を備え、表面層は、第３の粒子層より過密に形成される請求項４に記載の遮熱・断熱材。
内部空洞を有する複数の第１の粒子、第１の粒子より粒径が小さくかつ内部空洞を有する複数の第２の粒子及び第２の粒子より粒径が小さくかつ内部空洞を有する複数の第３の粒子を懸濁したバインダを含む懸濁液を準備する工程と、
ノズルから空気中に懸濁液を噴射して基体の表面に懸濁液を均一に散布する工程と、
バインダの薄膜で被覆される第１の粒子、第２の粒子及び第３の粒子を含む懸濁液を基体の表面に均一に散布する運動中に、複数の第１の粒子を互いに個別に分離し、各第１の粒子の周囲に第２の粒子を主成分とする第２の粒子層を形成しかつ第２の粒子層の周囲に第３の粒子を主成分とする第３の粒子層を形成して、第１の粒子、第２の粒子及び第３の粒子を基体の表面に付着させる工程と、
基体に付着する懸濁液を乾燥させて、第１の粒子、第２の粒子及び第３の粒子をバインダにより接着する工程とを含むことを特徴とする遮熱・断熱材の製法。