JP2020172596A - 遮熱塗料 - Google Patents

Abstract

【課題】１層の塗膜で、Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間におけるＬ＊値が７０以下であっても近赤外線領域の高い反射率を有する遮熱塗料を提供する。【解決手段】遮熱塗料を塗装した後の乾燥塗膜の色彩の設定値が、Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間においてａ＊が０以上であり、かつ、ｂ＊が０以上の場合に使用する前記遮熱塗料であって、Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間におけるａ＊値が１９以上のクロムチタンイエロー顔料と、前記クロムチタンイエロー顔料とは異なる他の顔料と、を含み、前記クロムチタンイエロー顔料の含有量は全顔料成分に対して５０質量％以上であり、前記他の顔料のうち、複合酸化物顔料及び酸化チタン顔料を除く顔料の含有量は、前記クロムチタンイエロー顔料の含有量の半分以下である、遮熱塗料。【選択図】図１

Description

本発明は、遮熱塗料に関する。

近年、省エネルギー化及びヒートアイランド対策の重要性から、太陽光の近赤外線領域の反射性を高めた遮熱塗料に関する技術開発が進められている。

近赤外線の反射は、塗料を塗装した後の乾燥塗膜（以後、単に塗膜と呼ぶ）中の顔料による散乱現象によるもので、例えば、ルチル型二酸化チタン（以後、酸化チタンと呼ぶ）は、可視光線領域から近赤外線領域での吸収が低く、光の散乱性が高い点で白顔料として代表的に使用されている。

一方、酸化チタンは、色彩を白くし明度をあげるため、塗膜がＣＩＥ（国際照明委員会）の策定するＬ＊ａ＊ｂ＊の色空間におけるＬ＊値が７０程度以下の中〜低明度の場合、他の顔料に対する酸化チタンの配合比を減らす必要がある。そのため、近赤外線領域の散乱性が低下し、遮熱性が十分ではなくなるという問題点があった。

この問題点を解決する方法として、例えば特許文献１には、赤外線の透過性が高い色顔料を用いた塗料による塗膜を、酸化チタンを用いた塗膜上に施す手法が開示されている。

また、特許文献２には、一般の酸化チタンよりも粒径の大きい顔料を用いて得られる塗膜の白さを抑制することで、明度の低い色彩でも酸化チタン濃度を相対的に高くし、結果として１層の塗膜で近赤外線反射性を向上させる技術が開示されている。

特開平５−２９３４３４号公報 特開２００６−８８７４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている手法は、塗膜を２層必要とするため工程が増える上にコストも高くなる。また、塗膜の劣化や外傷等により上層が薄くなった場合、下層が透けて見えるようになり、さらに下層が一部でも露出した場合、２層の色彩の差異により外観が悪化する。

また、特許文献２に開示されている手法では、粒子径差による酸化チタンの濃度差は大きくはなく、十分な効果が期待できない。
本発明は、上記の点に鑑み提案されたものであり、その目的として、一つの側面では、１層の塗膜で、Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間におけるＬ＊値が７０以下であっても近赤外線領域の高い反射率を有する遮熱塗料を提供することにある。

本発明の一態様に係る遮熱塗料は、当該遮熱塗料を塗装した後の乾燥塗膜の色彩の設定値が、Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間においてａ＊が０以上であり、かつ、ｂ＊が０以上の場合に使用する前記遮熱塗料であって、Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間におけるａ＊値が１９以上のクロムチタンイエロー顔料と、前記クロムチタンイエロー顔料とは異なる他の顔料と、を含み、前記クロムチタンイエロー顔料の含有量は全顔料成分に対して５０質量％以上であり、前記他の顔料のうち、複合酸化物顔料及び酸化チタン顔料を除く顔料の含有量は、前記クロムチタンイエロー顔料の含有量の半分以下である。

本発明の実施形態によれば、一つの側面では、１層の塗膜で、Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間におけるＬ＊値が７０以下であっても近赤外線領域の高い反射率を有する遮熱塗料を提供することができる。

本実施形態に係るベージュ色系塗料を用いた試験片での、各波長領域における分光反射率をプロットした図である。 本実施形態に係るグリーン色系塗料を用いた試験片での、各波長領域における分光反射率をプロットした図である。 本実施形態に係るダークブラウン色系塗料を用いた試験片での、各波長領域における分光反射率をプロットした図である。

以下、本発明の遮熱塗料の実施の形態について説明する。

前述のように、酸化チタンは、色彩を白くし明度をあげるため、塗膜がＣＩＥの策定するＬ＊ａ＊ｂ＊の色空間におけるＬ＊値が７０以下の中〜低明度の場合、他の顔料に対する酸化チタンの配合比を減らす必要がある。

本発明者らは、非白色の色を有する顔料（以後、色顔料と称する）において、近赤外線領域での散乱性が酸化チタンと同等レベルの色顔料が存在するのであれば、当該色顔料をベース顔料として使用して、他の顔料で調色することで、Ｌ＊値が７０以下の中〜低明度の場合であっても当該色顔料の配合量を多くすることができるのではないかと考えた。なお、「当該色顔料をベース顔料として使用して、他の顔料で調色する」とは、クロムチタンイエロー顔料のみで構成された塗料による塗膜の色彩を基本として、他の顔料を付加することで、目的とする塗膜の色彩になるように調色することを意味する。一般的な遮熱塗料においては、酸化チタンをなるべく多く使用したいために、酸化チタンをベース顔料として使用して調色を行うが、酸化チタンは無彩色で明度が高いため、低明度の色彩に調色する場合はその量を大きく減じる必要がある。一方、色顔料をベース顔料として使用する場合は、目的とする塗膜の色彩が当該色顔料のみの塗料塗膜より明度が高い場合は、酸化チタンを配合すればよく、反対に明度が低い場合は、当該顔料およびその色の補色を呈する顔料を配合すればいいので、かなり明度の低い場合でも当該顔料の配合量を多くすることができる。

近赤外線領域での散乱性が高い色顔料としては、複合酸化物顔料が挙げられる。複合酸化物顔料の中でも、酸化チタンのルチル構造の中に発色成分となる遷移金属をドーピングさせたＴｉ−Ｃｒ−Ｓｂ系の複合酸化物顔料でオレンジ色を呈するクロムチタンイエロー（Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｒｏｗｎ ２４）と、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｓｂ系の複合酸化物顔料でレモンイエロー色を呈するニッケルチタンイエロー（Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ ５３）が優れていると言われている（例えば、文献「Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＆ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ ８９ （２００５） ｐ３５１–３８９ ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ Ｅｌｓｅｖｉｅｒ」参照）。

本発明者らは、上記クロムチタンイエロー及びニッケルチタンイエローの市販品を各々複数種類入手して、各々を単独で顔料として使用した塗膜は、いずれも優れた近赤外線反射性能を有することを確認した。これは、上記顔料の近赤外線領域の光の吸収が少ないことに加え、屈折率が高く光の散乱性が優れているためと考えられる。実際に、上記の複合酸化物中の二酸化チタンのモル比は９０％以上であるため、上記の複合酸化物の屈折率は酸化チタンの屈折率２．７より若干低い値であると推定される。

また、近赤外線領域での分光反射率に関して、クロムチタンイエローは、ニッケルチタンイエローと比較して、可視光線に近い即ち短波長側の近赤外線領域の反射性が優れていることを確認した。太陽からの近赤外線は、波長が短いほどエネルギーが大きくなる分布を有するため、遮熱顔料のベース顔料としては、ニッケルチタンイエローと比較してクロムチタンイエローが優れた特性を有する。さらに、クロムチタンイエローの明度は、ニッケルチタンイエローと比較して低いため、この点においても、Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間におけるＬ＊値が７０以下の色彩の遮熱顔料のベース顔料として、クロムチタンイエローは優れていると考えられる。

本発明者らは更に、クロムチタンイエローをベース顔料として使用して他の顔料と混合して塗料化する場合、クロムチタンイエロー顔料のＬ＊ａ＊ｂ＊の色空間におけるａ＊値と、塗膜の近赤外線の反射性との間に相関性があることを見出した。具体的には、同一の色彩となるように塗料化した場合、ａ＊値が大きい（より赤味を有する）クロムチタンイエロー顔料を配合した塗膜が、近赤外線に対するより高い反射率を有することを見出した。

即ち、本実施形態に係る遮熱塗料は、
当該遮熱塗料を塗装した後の乾燥塗膜の色彩の設定値が、Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間においてａ＊が０以上であり、かつ、ｂ＊が０以上の場合に使用する前記遮熱塗料であって、Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間におけるａ＊値が１９以上のクロムチタンイエロー顔料と、前記クロムチタンイエロー顔料とは異なる他の顔料と、を含み、前記クロムチタンイエロー顔料の含有量は全顔料成分に対して５０質量％以上であり、前記他の顔料のうち、複合酸化物顔料及び酸化チタン顔料を除く顔料の含有量は、前記クロムチタンイエロー顔料の含有量の半分以下である。

また、本実施形態に係る他の遮熱塗料は
当該遮熱塗料を塗装した後の乾燥塗膜の色彩の設定値が、Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間においてａ＊が０以上であり、かつ、ｂ＊が０未満の場合、並びに、ａ＊が０未満の場合に使用する前記遮熱塗料であって、
Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間におけるａ＊値が１９以上のクロムチタンイエロー顔料と、
前記クロムチタンイエロー顔料とは異なる他の顔料と、
を含み、
前記クロムチタンイエロー顔料の含有量は全顔料成分に対して３０質量％以上であり、
前記他の顔料のうち、複合酸化物顔料及び酸化チタン顔料を除く顔料の含有量は、前記クロムチタンイエロー顔料の含有量の半分以下である。

なお、本実施形態において、クロムチタンイエロー顔料の色彩は、粉体用アタッチメントからの測定が可能な分光型の測色計ＳＥ６０００（日本電色工業株式会社製）を用い、下記条件で測定した。
測定方式：反射
ＣＩＥ標準光源：Ｄ６５
視野：１０°
とした。

なお、クロムチタンイエロー顔料の発色は、遷移金属Ｃｒのｄ−ｄ遷移に伴う特定の波長の吸収にて生じるものである。クロムチタンイエロー顔料がａ＊値が大きい（即ち、より赤味を有している）ということは、結晶構造等に起因して遷移エネルギーが（より）大きく、吸収波長が（より）エネルギーの大きい短波長側へ移行して、それにより可視光線の中で長波長側の光が（より）散乱されたと考えられる。その結果、可視光線に近い近赤外線の吸収も減り、近赤外線の反射性が向上したと考えられる。

また、クロムチタンイエローは固溶体であるため、クロム又はアンチモン等が抽出されることはない。また、クロムを含む黄色顔料の多くは、クロムが６価であるのに対して、クロムチタンイエローはクロムが３価であるため、ベース顔料として使用した場合であっても比較的低毒性の顔料となる。

また、白顔料の酸化チタンは、強い光触媒活性を有するために、酸化チタン粒子表面に表面処理を施すことで、塗膜の劣化を防止している。一方、クロムチタンイエローは、酸化チタンと同じルチル型結晶構造であるにも関わらず、光触媒活性は極端に低い。そのため、表面処理を施さない場合であっても、高耐候性グレードの表面処理を施した酸化チタンと同程度の耐候性を有する。

他の顔料としては、特に制限はないが、得られる塗膜の遮熱性及び耐候性の観点から、例えば下記に挙げる顔料を使用することが好ましい。
白系：酸化チタン
青系：フタロシアニンブルー
緑系：フタロシアニングリーン
赤系：キナクリドンレッド、赤色酸化鉄
紫系；キナクリドンバイオレット
黄系：黄色酸化鉄、ベンズイミダゾロン
などが挙げられる。

遮熱塗料は一般的に、顔料を合成樹脂中に分散して使用される。使用される合成樹脂としては特に制限はなく、塗料が使用される用途や要求品質等に応じて適宜選択することができる。一例としては、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、混合して使用してもよいし、樹脂を変性又は共重合したものを使用しても良い。また、水などの分散媒に上記合成樹脂を分散させたエマルション系の樹脂や、有機溶剤などの溶媒中に上記合成樹脂を溶解させた溶剤系の樹脂を使用しても良い。

また、他の顔料として、複合酸化物顔料及び酸化チタン顔料以外の顔料を使用する場合、その含有量は、クロムチタンイエロー顔料の含有量の半分以下とする。

合成樹脂の含有量としては、特に制限はないが、質量比率で、合成樹脂：全顔料=１：０．５〜１：１．５の範囲内とすることが好ましい。

なお、本実施形態に係る遮熱塗料は、必要に応じて顔料及び合成樹脂以外の成分を含んでいてもよく、例えば、各種添加剤、造膜助剤、調整剤、体質顔料、骨材等を含んでいても良い。

（実施例）
以下、実施例を参照することにより本実施形態に係る遮熱塗料についてより詳細に説明するが、本発明はこの点において限定されない。

（顔料）
ベース顔料として、実施例で使用したクロムチタンイエロー顔料について、表１に示す。

ベース顔料として、比較例で使用したクロムチタンイエロー以外の複合酸化物顔料について、表２に示す。

実施例及び比較例で使用した他の顔料について、表３に示す。

（遮熱塗料の制作）
上記の各顔料のうち、記号Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ７の顔料は水中に分散された分散体である。一方でその他の顔料は粉体であるため、水を分散媒とした顔料分散体を作成した。なお、記号Ｃ３、Ｃ５の顔料については、顔料濃度を３０質量％とし、それ以外の顔料については、顔料濃度を５５質量％とした。

次に、合成樹脂としてエマルジョン系の樹脂ＰＲＩＭＡＬ ＡＣ−２６１Ｐ（ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌ社製）を用いて、造膜助剤としてテキサノールを合成樹脂に対して５質量％、プロピレングリコールを３質量％添加し、さらに粘度調整剤としてＰＲＩＭＡＬ ＲＭ−２０２０ＮＰＲ（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製）を１．５質量％添加し、撹拌してクリヤー剤を作成した。

得られたクリヤ―剤に対して、各顔料の分散体を所定の色彩、具体例としてはベージュ色系、グリーン色系、ダークブラウン色系の３種類の色相、となるように混合して調合して、各実施例及び各比較例の塗料を作成した。なお、塗料の組成は、合成樹脂の固形分の質量と全顔料の質量が等しくなるように、また、塗料中の乾燥塗膜成分は５０質量％となるように調整した。

（ベージュ色系塗料）
ベージュ色系塗料に関して、使用した顔料と配合量について、表４に示す。

ベージュ色系塗料については、塗膜のＬ＊ａ＊ｂ＊の色空間における設定値を、Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間においてＬ＊＝６９±１．５、ａ＊＝１５±１．５、ｂ＊＝３０±２の範囲内となるように調色した。

（グリーン色系塗料）
グリーン色系塗料に関して、使用した顔料と配合量について、表５に示す。

ベージュ色系塗料については、塗膜のＬ＊ａ＊ｂ＊の色空間における設定値を、Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間においてＬ＊＝５７±１．５、ａ＊＝−２３±１、ｂ＊＝４±１．５の範囲内となるように調色した。

（ダークブラウン色系塗料）
ダークブラウン色系塗料に関して、使用した顔料と配合量について、表６に示す。

ダークブラウン色系塗料については、塗膜のＬ＊ａ＊ｂ＊の色空間における設定値を、Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間においてＬ＊＝３４±１．５、ａ＊＝５±１．５、ｂ＊＝６±１．５の範囲内となるように調色した。

（分光反射率の測定及び評価）
上記作成した各実施例及び各比較例の塗料を、バーコーター（＃５０）を使用して、ＪＩＳ Ｋ５６００−４−１の４．１．２（１９９９）に規定されている白色部及び黒色部を有する隠ぺい率試験紙上に塗布して、自然乾燥させることで試験片を作製した。

得られた試験片の黒色部の分光反射率を、波長３００〜２５００ｎｍの範囲内で分光光度計（ＳｏｌｉｄＳｐｅｃ ３７００：島津製作所株式会社）を用いて測定した。但し、標準白色板は、ふっ素樹脂系標準白色板を用いた。

得られた測定結果をＪＩＳ Ｋ５６０２（２００８）に基づき、全波長域（３００〜２５００ｎｍ）、紫外線及び可視光域（３００〜７８０ｎｍ）、近赤外線領域（７８０〜２５００ｎｍ）の３つの波長範囲についての日射反射率を求めた。

図１に、本実施形態に係るベージュ色系塗料を用いた試験片での、各波長領域における分光反射率をプロットした図を示す。図２に、本実施形態に係るグリーン色系塗料を用いた試験片での、各波長領域における分光反射率をプロットした図を示す。図３に、本実施形態に係るダークブラウン色系塗料を用いた試験片での、各波長領域における分光反射率をプロットした図を示す。

また、表７に、本実施形態に係るベージュ色系塗料を用いた試験片での射反射率の算出結果を示す。表８に、本実施形態に係るグリーン色系塗料を用いた試験片での射反射率の算出結果を示す。表９に、本実施形態に係るダークブラウン色系塗料を用いた試験片での射反射率の算出結果を示す。

図１と表７、図２と表８、及び、図３と表９より明らかであるように、ベージュ色系塗料、グリーン色系塗料、ダークブラウン色系塗料のいずれの塗料においても、本実施形態に係る遮熱塗料は、近赤外線領域での日射反射率が優れていることがわかった。

Claims (2)

1. 遮熱塗料を塗装した後の乾燥塗膜の色彩の設定値が、Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間においてａ＊が０以上であり、かつ、ｂ＊が０以上の場合に使用する前記遮熱塗料であって、
   Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間におけるａ＊値が１９以上のクロムチタンイエロー顔料と、
   前記クロムチタンイエロー顔料とは異なる他の顔料と、
   を含み、
   前記クロムチタンイエロー顔料の含有量は全顔料成分に対して５０質量％以上であり、
   前記他の顔料のうち、複合酸化物顔料及び酸化チタン顔料を除く顔料の含有量は、前記クロムチタンイエロー顔料の含有量の半分以下である、
   遮熱塗料。
2. 遮熱塗料を塗装した後の乾燥塗膜の色彩の設定値が、Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間においてａ＊が０以上であり、かつ、ｂ＊が０未満の場合、並びに、ａ＊が０未満の場合に使用する前記遮熱塗料であって、
   Ｌ＊ａ＊ｂ＊の色空間におけるａ＊値が１９以上のクロムチタンイエロー顔料と、
   前記クロムチタンイエロー顔料とは異なる他の顔料と、
   を含み、
   前記クロムチタンイエロー顔料の含有量は全顔料成分に対して３０質量％以上であり、
   前記他の顔料のうち、複合酸化物顔料及び酸化チタン顔料を除く顔料の含有量は、前記クロムチタンイエロー顔料の含有量の半分以下である、
   遮熱塗料。