JP2023114702A

JP2023114702A - 発熱塗料

Info

Publication number: JP2023114702A
Application number: JP2022017164A
Authority: JP
Inventors: 貴博木下; Takahiro Kinoshita
Original assignee: Jikan Techno Inc
Current assignee: Jikan Techno Inc
Priority date: 2022-02-07
Filing date: 2022-02-07
Publication date: 2023-08-18

Abstract

【課題】本発明は、植物性原料を炭素源として製造した炭素素材を使用し、ＣＯ２削減やよって製造可能な発熱塗料及び様々な温度帯にあっても強度を保つことができる発熱塗料を提供することにある。【解決手段】ケイ素成分を５％以上含有した植物性原料から製造した１ｗｔ％から５０ｗｔ％のケイ素成分を含んだ炭素素材を顔料としたことを特徴とする。また、官能基を多く含む炭化物１９をグラフェン１１３と混合して塗料の顔料とすることによって強度を安定させながら直流だけでなく交流等の高電圧の電力を供給することも可能である。【選択図】図３

Description

本発明は、植物性原料を炭素源として、その炭素源から生成したグラフェンや炭素素材を使用して製造した発熱用途や導電用途に使用する発熱塗料に関するものである。

従来から発熱体は、様々な分野において使用されている。例えば、熱プレス機、配管ヒーター、ヒートシール・ラミネート装置、乾燥装置、除曇装置、融雪装置、コピー機などの熱源として用いられている。
そして、発熱体を塗料化することでは、形状にとらわれることなく設置することができる点に利点がある。また、コストを考慮しても塗料化することによって欲しい面積又欲しい箇所ににだけ塗ることができるためコスト的にもメリットが大きくなる。

このように、メリットが大きな発熱塗料の発明は様々な発明が提案されている。
例えば、特許文献１には、前記支持体の上に形成された、厚さ１０～１５０μｍの発熱層と相互に離間して前記発熱層に接続された複数の電極とを具備し、前記電極の外部回路への接続部以外が、絶縁性被覆で封止され、全体の最大厚さが５００μｍ以下であることを特徴とする、発熱シート。このシートの発熱層は、コロナ放電処理された樹脂製支持体の上に導電性材料を含む水性組成物を塗布することで形成される発明が挙げられる。

例えば、特許文献２には、低電圧でも高い発熱性を有し、高い温度領域でも塗料膜を維持できる断線の少ない塗料膜を形成することができる発熱塗料を提供することを目的とし、微細炭素材料と無機系バインダーとを主成分とした発熱塗料の発明が挙げられる。

特開２０２１－１６３５４０号公報特開２０２０－２６４５８号公報

特許文献２のように無機系バインダーと微細炭素材料によって構成されている。これらは、多くが鉱石から製造され、ＣＯ２削減に寄与するものではないことが問題としてあげられる。
また、炭素材料と無機材料との異素材を均一に分散させて塗料化することにより断線等の強度を向上することが必要である。そのため、抵抗値を下げるため炭素材料の割合が多すぎても発熱塗料の強度を上げることが困難となる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、植物性原料を炭素源として製造した炭素素材を使用することによってＣＯ２削減に貢献可能であって、様々な温度帯にあっても強度を保つことができる発熱塗料を提供することにある。

ケイ素成分を５％以上含有した植物性原料から製造した１ｗｔ％から５０ｗｔ％のケイ素成分を含んだ炭素素材を顔料としたことを特徴とする。

以上の特徴により、本発明は、植物性原料を炭素源として製造した炭素素材を使用することによってＣＯ２削減に貢献可能であって、様々な温度帯にあっても強度を保つことができる発熱塗料を提供することが可能である。

実施形態のグラフェンのラマンスペクトルである。実施形態の炭化物のラマンスペクトルである。実施形態の発熱塗料を塗膜下した発熱体の構成を示す概要図である。実施形態の発熱体の温度特性を示す概要図である。実施形態の発熱体の温度特性を示す概要図である。実施形態のプラズマ装置の構成を示す概要図である。実施形態の炭素素材を製造する製造工程を示すプロセスフローを示す図である。

本発明にかかる発熱塗料について、図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下に説明する実施形態及び図面は、本発明の実施形態の一部を例示するものであり、これらの構成に限定する目的に使用されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。

＜バイオマス材料＞
グラフェンを製造する植物性原料について説明する。本発明は、食物の残渣や廃棄される植物性原料を使用して最終生成物であるグラフェンを製造する。植物性原料は、植物や木材等を使用するが、特に植物を収穫した際の残渣等の廃棄される植物性原料をグラフェンを製造する原料として使用すれば安価に、原料を入手することが可能である。

表１は、植物性原料の成分表である。表１は、最も左に示す原料を構成する成分の割合を以下右に百分率で示している。例えば、稲わらは、炭素（Ｃ）が３７．４％、窒素（Ｎ）が０．５３％、リン（Ｐ）が０．０６％、リン酸（Ｐ_２Ｏ_５）が０．１４％、カリウム（Ｋ）が１．７５％、カリ（Ｋ_２Ｏ）が２．１１％、カルシウム（Ｃａ）が０．０５％、マグネシウム（Ｍｇ）が０．１９％及びナトリウム（Ｎａ）が０．１１％となっている。

ここで、植物由来のケイ素含有の多孔質の植物性原料は、低温（３００℃以上且つ１０００℃以下）にて炭化しても実質的な変化がなく、ケイ素を除去することで細孔の配列を維持できる。植物性原料は、細胞が軸に沿って規則正しく配列し、細胞壁にケイ酸が沈積して肥厚している構造のものが多くある。そして、ケイ化細胞列の間には圧縮された狭い細胞列があり、炭素化後ケイ素等を除去することにより高い比表面積を有する炭素材料を得ることが可能である。上述したようにケイ酸が１３％以上且つ３５％以下と多くケイ酸が含まれるものが適している。ケイ酸が多すぎても得られるグラフェンが少なくなるため、２０％程度の範囲の植物性原料が良い。

炭素が多く含まれる植物性原料の例として表１に示しているが、稲わらの他に、小麦わら、大麦わら、米ぬか、もみ殻、そばわら、大豆わら、サツマイモのつる、カブの葉、ニンジンの葉、トウモロコシの稈、サトウキビ梢頭部、ヤシ粕、ピーナッツ殻、みかんの皮、レッド杉のおがくず、カラ松の樹皮及び銀杏の落ち葉がある。その他、残渣ではなく植物そのものを使用しても良く。

例えば、竹は、繊維素がセルロース、ヘミセルロース、リグニンで構成され、ミネラルが鉄、マグネシウム、カルシウム、マンガン、銅、ニッケル等から構成されているため。また、竹の葉には焼成すると、シラノール基（Ｓｉ－ＯＨ）が抽出され、焼成の過程でＳｉＯ４となって抽出される。

表２、３は、本発明にて、上述した表１の植物性原料である炭素源９のうち、炭素材料を製造する方法で最も適している植物性原料の成分組成表である。表２は、原料を構成する成分の割合を百分率で示している。例えば、水分が８％～１０％、灰分が１０％～１８％、脂質が０．１％～０．５％、リグニンが１８％～２５％、ヘミセルロースが１６％～２０％、セルロースが３０％～３５％及びその他が５％～１０％である。このように、シリカ灰１９となる主な成分は、リグニン、ヘミセルロース、セルロースである。

表３は、表２に示す植物性原料である炭素源９の無機質の化学成分である。表２に示す植物性原料である炭素源９は、セルロース等の有機質が８０ｗｔ％であり、無機質は２０ｗｔ％である。表３の無機質の化学成分は、ＳｉＯ_２が９２．１４ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３が０．０４ｗｔ％、ＣａＯが０．４８ｗｔ％、Ｆｅ_２Ｏ３が０．０３ｗｔ％、Ｋ_２Ｏが３．２ｗｔ％、ＭｇＯが０．１６ｗｔ％、ＭｎＯが０．１８ｗｔ％、Ｎａ_２Ｏが０．０９ｗｔ％となっている。表２に示す植物性原料である炭素源９は、無機質に酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）が多く含まれている。

（実施例）
＜プロセスフロー＞
図６及び図７を参照し、グラフェン１１３や炭化物１９を製造する方法について製造工程を説明する。図７は、実施形態の製造工程を示すプロセスフローを示す図である。
先ず、前処理工程Ｓ１は、上述のように植物性原料を乾燥した後、植物性原料を粉砕し、その粉砕した植物性原料とＰＶＡ等の造粒剤を１０対１の割合に、水を混ぜ合わせて植物性原料を適度な大きさにして練り合わせ、ホットプレート等の乾燥装置の上で１００℃近くに加熱し水分を蒸発させて炭素源９を生成する。ここで、粉砕方法は、ミル、ミキサー、グラインダー等が挙げられる。特に、造粒剤は、誘導加熱の際に、炭素源９の蒸気による突沸を防ぐことができる。

次に、炭化工程Ｓ２を説明する。前処理工程Ｓ１で炭素源９を０．８ｇ程度、るつぼ５に入れて金属の網等で覆う。上述したプラズマ装置１０の所定の加熱する位置にるつぼ５を配置する。チャンバー１内の圧を真空ポンプ３０により８０Ｐａまで減圧を行い、不活性ガス６をチャンバー１内に８から１０ｍｌ／分の流量により注入し、チャンバー１内は、１３００から１５００Ｐａの圧力に保たれている。尚、炭化工程Ｓ２は、実施例１及び実施例３を使用しても同様のグラフェンが製造可能である。

５００℃から８００℃にて３６％と最も大きな収率が測定され、３００℃以上且つ１０００℃以下で比較的大きな収率が得られた。本測定では、稲わら、ぬか、ヤシ殻、もみ殻及びピーナッツ殻等を行ったが、同様の結果が得られた。炭化工程Ｓ２において、炭素源９は、不活性ガス６を流入しながらアーク放電による熱プラズマにより３００℃から１０００℃の温度帯の加熱により、１０～３０分程度で炭化される。

次に、賦活工程Ｓ３を説明する。上記で得られた炭化物１９を１に対し、水酸化カリウムを５の比率の重量で混合し、小型るつぼの壺中に入れて蓋をする。また小型るつぼは、大型るつぼの中に収容し、周りに活性炭を埋設する。小型るつぼ内への酸素の侵入を防ぐために活性炭が埋設されている。加熱炉は、炉を９５０℃近くまでの温度にし、２～３時間程度焼成を行った。

ここで水酸化カリウムは、ケイ素の除去を促進させるため、最終生成物であるグラフェン１１３の収率向上を挙げる観点から使用される。塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属水酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属水酸化物、酸化ナトリウム、酸化カリウム等のアルカリ金属酸化物、酸化マグネシウム、酸化カルシウムなどのアルカリ土類金属酸化物、硫化ナトリウム、硫化カリウムなどのアルカリ金属硫化物、硫化マグネシウム、硫化カルシウム等のアルカリ土類金属硫化物などが挙げられる。その他に、炭化しきれなかったリグニンは酸により塩酸、硫酸、ＰＴＳＡ、及び塩化アルミニウムからなる群から選ばれる１種又は２種以上の酸により除去することも考えられる。

水酸化カリウムと反応させた炭化物１９のうち、ケイ酸は水酸化カリウムと反応し、ケイ酸カリウムとなり、水溶性である残った水酸化カリウム（ＫＯＨ）やケイ酸カリウムを水に溶かし、この混合液を濾紙セットし、真空や減圧した濾過器に通すことにより酸化ケイ素（ケイ素）を除去する。そして、乾燥させた賦活工程Ｓ３では、最初の植物性原料を造粒したときと比較して約１／８～１／１０の重量の最終生成物となるグラフェン１１３の生成が可能であった。

本実施例のプラズマ装置１０について図６を参照し説明する。図６、本実施例のプラズマ装置１０の構成を示す概要図である。プラズマ装置１０は、主に、不活性ガス６、コントロール装置２０、チャンバー１、真空ポンプ３０から構成されている。

ガスボンベに収められる不活性ガス６は、主にアルゴンを使用したが、その他にヘリウム、ネオン、窒素等が挙げられる。不活性ガス６は、導入管７からガス量コントロール装置２１を経由し、チャンバー１に充填が可能である。ガス量コントロール装置２１は、不活性ガス６の流量を調整することが可能である。

チャンバー１は、制御弁２２と接続され、真空ポンプ３０によりチャンバー１内を真空状態に減圧が可能である。チャンバー１に接続され、チャンバー１内に不活性ガス６を導入している。制御弁２２とチャンバー１との間には、チャンバー１内の真空状態を大気圧に開放するリーク弁２３が設けられている。また、チャンバー１内の空気を導入する導出管８と真空ポンプ３０との間にも制御弁１４と、チャンバー１内の真空状態を大気圧に開放するリーク弁１５とが設けられている。

また、温度制御装置２４は、高周波電源４を制御し、チャンバー１内の温度保持や保持時間等を管理している。本実施例のプラズマ装置１０は、真空状態に近い低圧下に、作動ガスとして、不活性ガス６であるアルゴンガスを流し、電極間であるカソード２及びアノード３間に高電流を流し、アーク放電により熱プラズマを得る方法である。このカソード２及びアノード３間には、カーボン製のるつぼ５が設置され、そのるつぼ５には後述する炭素源９が入っている。炭素源９は、アーク放電による熱プラズマにより３００℃から１０００℃の温度帯の加熱により、１０～３０分程度で炭化される。尚、上述したプラズマ装置の他にバリヤ放電、コロナ放電、パルス放電、直流放電型により熱プラズマを得る方法がある。

上記製造方法においては、気相反応が起こり、特に不活性ガス６等の若干量の反応性ガスを混ぜることにより、－ＯＨ（ヒドロキシル基）、－ＣＨＯ、－Ｃ＝Ｏ（カルボニル基）、－ＣＯＯＨ（カルボキシル基）などの官能基が生成され、親水性が付与される。
尚、製造方法は上記にとらわれることない。また熱源は、プラズマ装置以外に、誘導加熱、ガス、電気炉であってもよい。

誘導加熱の場合にあっては炭素源９の中に二酸化ケイ素（ＳｉＯ^２）等の絶縁物があっても磁束が透過し炭素源９が導電し、炭素源９自体も加熱され、また加熱が加速し短時間で炭化することができる。また、二酸化ケイ素（ＳｉＯ^２）等の絶縁物自体は、交番磁束を貫通させるため二酸化ケイ素（ＳｉＯ^２）自体は、収納箱２０５からの加熱のみであり、また溶融する温度ではないため、そのまま残り、二酸化ケイ素（ＳｉＯ^２）等の多くの絶縁物が残る。

（グラフェン及び炭化物）
実施例により製造した炭化工程Ｓ２で得られた炭化物１９及び賦活工程Ｓ３で得られた炭素素材であるグラフェン１１３を以下に説明する。

図１は、本発明の製造装置で得られたグラフェン１１３のラマンスペクトルである。図２は、本発明の製造装置で得られた炭化物１９のラマンスペクトルである。
これら図は、ラマン分光装置により解析し、得られたデータは、横軸を波長（波数（Ｒａｍａｎｓｈｉｆｔ（ｃｍ^－１）））、縦軸を強度とするラマンスペクトルである。

また、表４に示すように、ラマンスペクトル法による波長のピークとなるＧバンド（２８５０ｃｍ^－１）のピーク値ＩＧ及び２Ｄバンド（１６５０ｃｍ^－１）のピーク値ＩＤである。

そして、表４に示すようにＩＧをＩＤ割った値は、グラフェン１１３が、１．６８となっており、植物性原料の中でも層が少ないことを示している。特に炭化物１９は、ケイ素を多く含んでおり、また－ＯＨ、－ＣＨＯ、－ＣＯＯＨなどの含酸素官能基が生成されていることが確認できた。
グラフェン１１３のＩＧをＩＤ割った値は、好ましいのは０．９以上であって０．９から２．０程度の値を示している。

炭化工程Ｓ２で得られた炭化物１９は、炭素を除いた灰分が、熱重量測定によると３７．１ｗｔ％と多くなっており、その灰分のうちケイ素（Ｓｉ）は炭化物１９全体の２４ｗｔ％から５０ｗｔ％となっている。その他に、Ｋが０．５１ｗｔ％から７ｗｔ％、Ａｌが０．１ｗｔ％から１．６ｗｔ％、Ｃａが０．１７ｗｔ％から０．５ｗｔ％、Ｆｅが０．４ｗｔ％となっており、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｐ、Ｓ、Ｎａが０．１ｗｔ％以下となっている。

所謂賦活処理である賦活工程Ｓ３を行っていない炭化工程Ｓ２で得られた炭化物１９は、ケイ素を多く含み、不活性ガス中で炭化される場合には、強還元されず、ＳｉＯ２－ｘとなり、芳香族の－ＯＨ基などと－Ｏ－Ｓｉ－Ｏ－Ｒの形で結合し、リグニン多糖複合体になり、Ｃ／ＳｉＯｘの形になりやすいと考えられる。

また、後述する賦活工程Ｓ３で得られたグラフェン１１３は、炭素を除いた灰分が、熱重量測定によると１％から２４ｗｔ％と多くなっており、そのうちケイ素（Ｓｉ）はグラフェン１１３全体の１ｗｔから２０ｗｔ％となっている。その他に、Ｋが４．３ｗｔ％、Ａｌが１．５ｗｔ％、Ｃａが１．３ｗｔ％、Ｆｅが０．４ｗｔ％となっており、Ｐ、Ｍｎ、Ｃｌ、Ｓ、Ｍｇが０．１ｗｔ％以下となっている。

以上のように、炭素素材であるグラフェン１１３及び炭化物１９のケイ素は、１ｗｔ％から５０ｗｔ％とケイ素の量が多くなっている。

表４に示すようにＣＯ_２吸脱着測定の結果においてグラフェン１１３及び炭化物１９は、細孔径が主に０．８ｎｍから２ｎｍの微細な細孔が形成されていることが確認できた。

そのため、金属イオン等を吸着しやすくと考えられる。また表４に示すようにガス吸着測定及び水蒸気吸着測定により測定されたメソ孔の容積は、グラフェン１１３が、０．４８７ｍｌ／ｇであり、炭化物１９が、０．２５９ｍｌ／ｇであった。また、ミクロ孔容積は、グラフェン１１３が、０．４６ｍｌ／ｇであり、炭化物１９が、０．２７ｍｌ／ｇであった。

また、表４に示すようにグラフェン１１３又は炭化物１９の粒子は、１５μｍから２２９μｍの分布の径を示し、分布の積算値の中央値で示すメジアン径で約１１０μｍである。

このように、０．２ｍｌ／ｇから０．６ｍｌ／ｇのメソ孔容積を形成している。特に後述する不純物を除去する賦活処理を行った後のグラフェン１１３の方が高い値を示しており、ケイ素の除去によりメソ孔やミクロ孔が成長していると考えられる。

また、表４に示すように水蒸気吸着測定法により測定され、ＢＥＴ式による比表面積は、グラフェン１１３が、１７９２ｍ^２／ｇを示し、この幅は８９０ｍ^２／ｇ～２０００ｍ^２／ｇの幅がある。炭化物１９が、７２６．４ｍ^２／ｇを示し、この幅は８９０ｍ^２／ｇ～１５００ｍ^２／ｇの幅がある。何れも比表面積が大きくケイ素成分（Ｓｉ）を取り除いた後のグラフェン１１３は、より比表面積が大きくなっている。そのため、グラフェン１１３は、吸着する作用が高くなっている。

また、炭化物１９は、同様に元素成分のＳｉ（ケイ素）が、Ｓｉ（シリコン）又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の状態で炭化物１９の表面や内部に微小となって含有している状態と、Ｓｉ（シリコン）又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の状態で炭化物１９の表面や内部に凝集して形成される状態とがある。そして、炭化物１９は、賦活処理を施すことによって、炭素の純度が上がっていくと同時に、比表面積が向上していく。

表４に示すように、ガス置換密度測定装置により測定した真密度は、グラフェン１１３が２．５６ｇ／ｃｍ^３及び炭化物１９が２．２７ｇ／ｃｍ^３であった。また、グラフェン１１３の嵩密度は、０．２１から０．２９ｇ／ｃｍ^３であった。
また、二重リング法及び四端子法による測定した粉体抵抗値は、炭化物１９が１．２７×１０^３～５Ω・ｃｍとなり、ケイ素を除くことによりグラフェン１１３が、１．０×１０^－２Ω・ｃｍとなり導電性が向上する。尚、抵抗値は低ければ低いほどよいが、グラフェン１１３は、１．０×１０^－3Ω・ｃｍから３．８×１０^－２Ω・ｃｍが最適である。

また、炭化物１９は、ケイ素を多く残すことにより、ケイ素に吸着しやすい物質に溶け込みやすくなると、同時に絶縁性能が向上する。

（発熱塗料）
以下に、上述した炭素素材（炭化物１９及びグラフェン１１３）を顔料として製造した発熱塗料について説明する。
出願人は、様々なタイプの塗料について試験を行い最適な条件を見いだしている。本実施例で上げる塗料のタイプとしては、溶剤２液型、溶剤１液型、水系１液型の試験を行った。

表５に示すように、溶剤２液型は、バインダーをアクリルウレタンとし、溶剤にキシレンを使用し希釈している。顔料として上述した炭素素材（炭化物１９及びグラフェン１１３）を使用した。この溶剤２液型は、硬化剤を使用して硬化させるタイプの塗料である。

溶剤１液型は、バインダーをシリコーンとし、溶剤にキシレンを使用し、顔料として上述した炭素素材（炭化物１９及びグラフェン１１３）を使用した。この溶剤１液型は、熱により硬化するタイプであり、１５０℃もの耐熱性があり耐熱性に優れている。

水系１液型は、バインダーをアクリルエマルジョンとし、溶剤に水を使用し、顔料として上述した炭素素材（炭化物１９及びグラフェン１１３）を使用した。
また、炭素材料にディスパー攪拌しながらバインダーを徐々に添加して、攪拌液が液状を保つ添加量を限界量として見極めた。また、その際の顔料重量濃度（ＰＷＣ値）を算出した。

表６に示すように、各炭素材料とＰＷＣ値の異なる各塗膜の評価を行った。先ず、ブリキの板に各限界液を１０ｇ取り、設定した＜＞内のＰＷＣ値となるようにバインダーと硬化剤等を混合し、スパテールで攪拌し塗膜した。そして、乾燥膜厚の測定を行った。また目視での塗膜の凹凸、割れ、色や艶斑の有無の判定を行い、○の場合はこれら欠点が無い状態で有り、△は何れかが存在しており、×は目立った欠点があることを示している。

また、成膜性は塗膜表面を爪等で引っ掻き塗膜が剥がれてこないかのテストの結果である。○の場合は剥がれが無い状態で有り、×は剥がれがあることを示している。
また、光沢は、６０度光沢値を測定した結果である。＜１は、１より小さいことを示している。
更に、膜性は塗膜表面を爪等で引っ掻き塗膜が剥がれてこないかのテストの結果である。○の場合は剥がれが無い状態で有り、×は剥がれがあることを示している。

柔軟性は、紙に塗膜を形成し、紙を山折りに曲げた際に山頂部分に塗膜の割れや亀裂が発生しないかの評価を行った。○の場合は割れや亀裂が発生しない状態で有り、×は割れや亀裂が発生したことを示している。

次に、発熱塗料としての性能について説明する。図３は、紙、布又はプラスチック樹脂等の絶縁体５１に、上述した溶剤１液型の発熱塗料５０を塗布した図である。発熱塗料５０の中心の端部に＋電極５２、－電極５３を備え、その電極に電力を供給することによって発熱塗料５０を塗った箇所から発熱をする。電極間の距離Ｌは、４．５ｃｍであって、塗料が塗られた面積は２２．５ｃｍ^２である。

また、図４及び図５は、発熱塗料５０の発熱特性を示す図である。
図４は、塗膜の厚みが１６０μｍから１７５μｍの発熱体の時間（秒）と温度（℃）のグラフである。Ｖ１は、ＤＣ２０Ｖを供給した際に、図３のＰ点で測定したときの温度グラフである。電力値は、４から４．８Ｗであり、室温２２．１℃から約３００秒で最高６２℃程度まで昇温する。

Ｖ２は、ＤＣ１２Ｖを供給した際に、図３のＰ点で測定したときの温度グラフである。電力値は、２から２．４Ｗであり、室温２６．３℃から約３００秒で最高４３．４℃程度まで昇温する。

図５は、塗膜の厚みが６０μｍから７５μｍの発熱体の時間（秒）と温度（℃）のグラフである。Ｖ１は、ＤＣ２０Ｖを供給した際に、図３のＰ点で測定したときの温度グラフである。電力値は、１．６Ｗから２．０Ｗであり、室温２５．４℃から約２８０秒で最高４４．１℃程度まで昇温する。
Ｖ２は、ＤＣ１２Ｖを供給した際に、図３のＰ点で測定したときの温度グラフである。電力値は、０．６Ｗであり、室温２５．４℃から約２４０秒で最高３２．６℃程度まで昇温する。

炭素素材は、ケイ素を多く含んでいるために、後から無機材料を添加する必要が無く、塗料の強度や耐電性能を向上させることが可能である。特に、ケイ素を炭素材料に含んだ発熱塗料は高温まで発熱させても塗料膜の連続性が維持でき、耐熱性の高い面状ヒーターを作製することができる。

また、官能基を多く含む炭化物１９をグラフェン１１３と混合して塗料の顔料とすることによって強度を安定させながら直流だけでなく交流等の高電圧の電力を供給することも可能である。また、抵抗値の調整においても官能基を多く含む炭化物１９によって分散・混入が容易となる。混合割合は、炭化物１９とグラフェン１１３の比が０．５：９．５から３：７程度が良い。また、粉体抵抗が１．０×１０^－3Ω・ｃｍから３．８×１０^－２Ω・ｃｍの範囲の炭素素材を単体で使用するか、また炭素素材を混合して使用しても良い。

本発明の発熱塗料の産業上の利用に関して、発熱塗料の他に導電塗料として電池材料、半導体、放熱材料等の利用が可能である。

１チャンバー
２カソード
３アノード
４高周波電源
５るつぼ
６不活性ガス
７導入管
８導出管
９炭素源
１０プラズマ装置
１４制御弁
１５リーク弁
１９炭化物
２０コントロール装置
２１ガス量コントロール装置
３０真空ポンプ
５０発熱塗料
５１絶縁体
５２、５３電極
１１３グラフェン
Ｓ１前処理工程
Ｓ２炭化工程
Ｓ３賦活工程。

Claims

ケイ素成分を５％以上含有した植物性原料から製造した１ｗｔ％から５０ｗｔ％のケイ素成分を含んだ炭素素材を顔料としたことを特徴とする発熱塗料。
顔料重量濃度が１０から７１ｗｔ％であることを特徴とする請求項１に記載の発熱塗料。
官能基を含む炭素素材を顔料とした請求項１及び請求項２の何れか一項に記載の発熱塗料。
粉体抵抗が１．０×１０^－3Ω・ｃｍから３．８×１０^－２Ω・ｃｍの炭素素材を顔料とした請求項１から請求項３の何れか一項に記載の発熱塗料。