JP4465095B2 - クーリング性被膜積層構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はクーリング性を必要とする部位、主として土木構造物や建築物の屋根や屋上、外壁の表面に適用することで、太陽光照射時等の表面温度上昇時、特に夏期の日中においてもクーリング効果を発揮することができる被膜積層構造に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、都市部において、コンクリート建造物や冷房等から排出される人工放出熱などにより、都市気候が作り出されている。特に夏期において都市部における温度の上昇は著しく、そのため建物内の冷房使用が頻繁になり、消費電力エネルギーが増加してしまう。このような日射による蓄熱、室内温度の上昇を抑制する方法の一つとして、水の蒸発潜熱を利用した方法が考案されている。例えば、日射によって温度の上昇を生じた屋上や屋根に散水したり、さらにこれを持続させるために予めこれらの表面に吸水性物質等の保水体を被覆しておいたりするものである。このような表面の冷却方法では、人工的に保水体へ給水を行うために新たに設備が必要となるため、コストの面で大きな負担となり、また、屋上や屋根の構造も変えるという煩雑性を伴なう問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、特別な設備を必要とせず、人工的な水の供給や散水が不要であり、簡便にクーリング効果が得られ、さらに、そのクーリング性が長期に持続するような積層被膜を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決するため、本発明者らは鋭意、検討を行ない、特定の吸放湿層の上に、特定の透湿層を積層することを見出した。すなわち、本発明は以下の特徴を有するものである。
１．水蒸気吸脱着性がヒステリシス特性を有し、（ａ−１）合成樹脂、（ａ−２）温度２０±２℃、相対湿度４５±５％における吸湿率１０％以上である吸放湿性合成樹脂微粒子、（ｂ）水蒸気吸脱着性がヒステリシス特性を示す多孔質粉体を含有し、（ａ−１）の固形分１００重量部に対し、（ａ−２）２〜４０重量部、（ｂ）１０〜８０重量部である吸放湿層の上に、
赤外線反射率が２０％以上であり、ＪＩＳ Ｚ ０２０８による透湿度で４０ｇ／ｍ ２ ・２４Ｈ以上の被膜である透湿層を積層することを特徴とするクーリング性被膜積層構造。
２．（ａ−１）が反応性官能基含有合成樹脂エマルション、（ａ−２）が反応性官能基含有合成樹脂微粒子であり、さらに（ａ−１）および（ａ−２）と反応可能な官能基を有する（ｃ）架橋剤を含有することを特徴とする１．に記載のクーリング性被膜積層構造。
３．（ｂ）が比表面積１００ｍ２／ｇ以上の多孔質粉体であることを特徴とする１．または２．に記載のクーリング性被膜積層構造。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態とともに詳細に説明する。
本発明は、水蒸気吸脱着性がヒステリシス特性を有する吸放湿層の上に、赤外線反射率が２０％以上であり、水蒸気透過性を有する透湿層を積層することを特徴とするクーリング性被膜積層構造に関するものであり、大気中の水蒸気を自律的に吸湿し、太陽光による熱によってその水分が気化し、太陽光による熱量を水の蒸発潜熱に置換することで冷却効果（以下、「クーリング効果」という。）が発揮され、さらに、その表層部に赤外線反射性を有する被膜を積層させることで、下層部を保護し、また、熱線による蓄熱も防止し、夏期の冷房使用による消費電力エネルギーの節約を図ることができる。
【０００６】
［吸放湿層］
本発明の吸放湿層は、水蒸気吸脱着性がヒステリシス特性を有するものであれば特に限定されるものではないが、一例としての好ましい態様は、吸放湿層が、（ａ）温度２０±２℃、相対湿度４５±５％における吸湿率１０％以上である吸放湿性高分子バインダー（以下「（ａ）成分」という。）、（ｂ）水蒸気吸脱着性がヒステリシス特性を示す多孔質粉体（以下「（ｂ）成分という。」を含有し、（ａ）成分の固形分１００重量部に対し、（ｂ）成分１０〜８０重量部の場合である。
また、（ａ）成分が、（ａ−１）合成樹脂（以下「（ａ−１）成分」という。）と、（ａ−２）温度２０±２℃、相対湿度４５±５％における吸湿率１０％以上である吸放湿性高分子（以下「（ａ−２）成分という。」）を複合させたものでもよい。特に、（ａ−１）成分が反応性官能基含有合成樹脂エマルション、（ａ−２）成分が反応性官能基含有合成樹脂微粒子であり、さらに（ａ−１）成分および（ａ−２）成分と反応可能な官能基を有する（ｃ）架橋剤（以下「（ｃ）成分」という。）を含有する場合には、吸放湿層内に架橋構造を導入することになり、より吸放湿性の向上が得られる。尚、（ａ−１）成分および（ａ−２）成分を複合させる場合には、（ａ−１）成分の固形分を１００重量部に対して、（ａ−２）成分を２〜４０重量部、（ｂ）成分を１０〜８０重量部とすることが好ましい。
【０００７】
ここで水蒸気吸脱着性のヒステリシス特性とは、図１に示すように、相対湿度を横軸に、水蒸気吸脱着量を縦軸に取った場合の吸脱着等温線で、吸着等温線より脱着等温線が上側になることを意味するものである。このようなヒステリシス特性により、大気中の水蒸気を吸着した吸放湿層が、温度の上昇とともに水蒸気を脱着し、その際に蒸発潜熱を奪うため、被膜の温度上昇を押さえることができるというものである。さらに、このヒステリシス特性によって、夜間等の温度の低い状態において、大気中の水蒸気を吸着し、温度が高い昼の間は脱着による温度上昇抑制効果が持続するものである。
【０００８】
次に、本発明の好ましい態様の一例において、吸放湿層の（ａ）成分としては、特に限定されるものではなく、温度２０±２℃、相対湿度４５±５％における吸湿率１０％以上のものであれば天然、合成を問わず高分子が使用できる。
【０００９】
なお、温度２０±２℃、相対湿度４５±５％における吸湿率とは、試料を１２０℃にて１時間乾燥した後、温度２０±２℃、相対湿度４５±５％の恒温恒湿器にて２４時間吸湿させたときの重量変化より求められる値である。
【００１０】
一方、（ａ）成分として、（ａ−１）成分と（ａ−２）成分を複合させる場合には、（ａ−１）成分として、エチレン系、酢酸ビニル系、アルキッド系、塩化ビニル系、アクリル系、ウレタン系、シリコン系、フッ素系等、あるいはこれらの複合系等の水系、溶剤系の何れの樹脂も使用することができる。特に、アクリル系、ウレタン系、シリコン系、フッ素系から選ばれる１種または２種以上の樹脂を用いると耐候性を高めることができ好ましい。
【００１１】
また、（ａ−１）成分として、反応性官能基含有合成樹脂エマルションを使用するときは、後述する吸放湿性高分子とともに架橋剤を配合することで、架橋構造が吸放湿層に導入され、より吸放湿性が向上するためより好ましい。反応性官能基としては、後述の架橋剤の官能基と反応可能であるものが使用できる。このような官能基の組み合わせとしては、例えば、カルボキシル基と金属イオン、カルボキシル基とカルボジイミド基、カルボキシル基とエポキシ基、カルボキシル基とアジリジン基、カルボキシル基とオキサゾリン基、水酸基とイソシアネート基、カルボニル基とヒドラジド基、エポキシ基とアミノ基、等があげられる。
【００１２】
本発明では（ａ−１）成分の反応性官能基として、特に、カルボキシル基が好適に用いられる。カルボキシル基含有合成樹脂エマルションは、カルボキシル基を有する単量体（以下「（ｉ）成分」という）を共重合することにより得られる。（ｉ）成分としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸などのエチレン性不飽和カルボン酸等、及びこれらのアンモニウム塩、有機アミン塩、アルカリ金属塩等があげられる。これらは単独で、または２種以上を混合して使用することができる。
【００１３】
次に、本発明の好ましい態様の一例において、（ａ−２）成分は、多量な水蒸気吸脱着量と速い水蒸気吸着速度を保持するためのものである。（ａ−２）成分は温度２０±２℃、湿度４５±５％における吸湿率１０％以上のものであり、本発明組成物に吸放湿性能を付与する成分である。より好ましくは反応性官能基含有合成樹脂微粒子であり、前述の反応性官能基含有合成樹脂エマルションとともに架橋剤を配合することで、架橋構造が吸放湿層に導入され、より吸放湿性が向上する。このような反応性官能基としては、前述の反応性官能基含有合成樹脂エマルションと同様に種々のものが使用可能であるが、本発明では特に、カルボキシル基が好適に用いられる。また、この（ａ−２）成分の混合量は、（ａ−１）成分の固形分１００重量部に対して２〜４０重量部が好ましい。この混合量が２重量部未満では吸放湿率が低下し、また単位時間における吸湿率が低下してしまうため好ましくない。４０重量部を越えると塗膜にクラックが生じやすくなるため好ましくない。
【００１４】
（ａ−２）成分にカルボキシル基を導入する方法としては、特に限定されないが、例えば、カルボキシル基を有する単量体の単独重合あるいは共重合可能な他の単量体との共重合による方法、（メタ）アクリロニトリル等のシアノ基含有単量体を共重合した重合体に加水分解処理を施す方法、アルケン、ハロゲン化アルキル、アルコール、アルデヒド等の酸化による方法、等があげられる。吸放湿性合成樹脂微粒子のカルボキシル基含有量は、１ｍｍｏｌ／ｇ以上であることが望ましい
【００１５】
次に、本発明の好ましい態様の一例において、（ｂ）成分は、より水蒸気吸脱着量を増加させるとともに、ゆっくりとした水蒸気脱着速度を有するため、水の蒸発潜熱による温度上昇抑制効果を長時間保持するためのものである。このような水蒸気吸脱着性がヒステリシス特性を示す粉体は、特に限定されるものではないが、その比表面積が１００ｍ2／ｇ以上の多孔質粉体が好ましい。具体的には、シリカゲル、ゼオライト、硫酸ナトリウム、アルミナ、活性炭、アロフェン等の粘土鉱物の多孔質粉体を使用することができる。このうち特に、シリカゲル、ゼオライト、活性炭、アロフェンが好ましく、さらに好ましくはシリカゲルが用いられる。なお、比表面積は、ＢＥＴ法により求めた。
【００１６】
（ｂ）成分は、特に相対湿度が４０〜８０％の領域において水蒸気吸着量と水蒸気脱着量の差が大きいものほど好ましい。また、（ｂ）成分の混合量は（ａ）成分の固形分１００重量部に対して、１０〜８０重量部が好ましい。また、（ａ−１）成分と、（ａ−２）成分を複合させる場合には、（ａ−１）の固形分を１００重量部に対して、（ａ−２）を２〜４０重量部、（ｂ）を１０〜８０重量部とすることが好ましい。（ｂ）成分の混合量が１０重量部未満では吸放湿量の低下が生じ、ヒステリシス特性が失われることになる。８０重量部を越えると塗膜にクラックが生じやすくなるため好ましくない。
【００１７】
本発明の（ａ−１）成分として反応性官能基含有合成樹脂エマルションを、（ａ−２）成分として反応性官能基含有合成樹脂微粒子を使用する場合には、（ａ−１）成分及び（ａ−２）成分の反応性官能基と反応可能な官能基を有する（ｃ）成分を使用する。本発明組成物においては、（ｃ）成分が含まれることにより、塗膜の強度や密着性が向上し、さらには優れた吸放湿性を発揮することができる。（ｃ）成分は、これらの官能基を一分子中に二個以上含むことが望ましい。また、（ｃ）成分の形態としては、エマルションタイプ、水溶性タイプのいずれでもよい。（ｃ）成分の官能基としては、（ａ−１）成分及び（ａ−２）成分と反応可能なものである限り限定されないが、本発明では特に、カルボキシル基と反応可能な官能基であるカルボジイミド基、エポキシ基、アジリジン基、オキサゾリン基等が好適に用いられる。
【００１８】
（ｃ）成分の具体例としては、例えば、カルボジイミド基を含む架橋剤として、特開平１０−６０２７２号公報、特開平１０−３１６９３０号公報、特開平１１−６０６６７号公報等に記載のもの等、エポキシ基を含む架橋剤として、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリヒドロキシアルカンポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル等、アジリジン基を含む架橋剤として、２，２−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス［３−（１−アジリジニル）プロピオネート］、１，６−ヘキサメチレンジエチレンウレア、ジフェニルメタン−ビス−４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジエチレンウレア等、オキサゾリン基を含む架橋剤として、２−ビニル−２−オキサゾリン、２−ビニル−４−メチル−２−オキサゾリン、２−ビニル−５−メチル−２−オキサゾリン、２−イソプロペニル−２−オキサゾリン等の重合性オキサゾリン化合物を該化合物と共重合可能な単量体と共重合した樹脂等、があげられる。
吸放湿層においては、上記成分の他、通常塗料に配合する各種の添加剤、例えば、顔料、骨材、増粘剤、可塑剤、防腐剤、防黴剤、防藻剤、造膜助剤、凍結防止剤、乾燥調整剤、分散剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等を本発明の効果を損なわない程度に適宜配合してもよい。また、本発明の吸放湿層は、本発明の効果を損なわなければ、硬質であっても、弾性であっても特に限定はされない。
【００１９】
［透湿層］
本発明の透湿層は透湿性を示すものである。透湿性については、JISZ 0208 による透湿度で４０ｇ／ｍ２ ・２４Ｈ以上の被膜を形成することが望ましい。このような透湿層は各種の合成樹脂、顔料、充填材、添加剤を等の種類や量を適宜調整してえることができる。このような透湿層を形成することにより、吸放湿層が外気や太陽光線に直接触れることがなくなる結果、吸放湿層の被膜劣化を抑制し、吸放湿効果が長期にわたって持続可能となる。（ｐ）合成樹脂としてはエチレン系、酢酸ビニル系、アルキッド系、塩化ビニル系、アクリル系、ウレタン系、シリコン系、フッ素系等、あるいはこれらの複合系等の水系、溶剤系の何れの樹脂も使用することができる。特に、アクリル系、ウレタン系、シリコン系、フッ素系から選ばれる１種または２種以上の樹脂を用いると特に耐候性を高めることができ好ましい。
ここで透湿度が４０ｇ／ｍ２・２４Ｈ未満の場合には、吸放湿層の自律的な吸放湿作用が阻害される結果、クーリング効果の作用は発揮されるが、夏期の日照時においてその効果を長時間保持できない場合がある。
【００２０】
他方、本発明の透湿層では赤外線反射率が２０％以上、さらに好ましくは５０％以上である。このような反射性を有することにより、太陽光による蓄熱を十分に抑制することができ、クーリング機能を長時間維持することができる。なお、本発明における赤外線反射率は波長１μｍの光に対する分光反射率を測定することにより得られる値である。
【００２１】
このような作用を発揮させる方法として、赤外線反射性の粉粒体を混入する方法があり、このような赤外線反射性粉粒体としては、アルミニウムフレーク、酸化チタン、硫酸バリウム、シリカゲル、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、アルミナ、無機系中空ビーズ、有機系中空ビーズ等があげられる。このような粉粒体は、通常、（ｐ）成分の樹脂固形分１００重量部に対し、１０〜３００重量部配合される。赤外線反射性粉粒体が１０重量部より少ない場合は、太陽光に対し十分な赤外線反射性が得られず、温度上昇をまねいてしまう。３００重量部より多い場合は、透湿層にクラックが生じやすくなり、赤外線反射性低下のおそれがある。
【００２２】
透湿層を形成する組成物には、上記成分の他、通常塗料に配合する各種の添加剤、例えば、顔料、骨材、増粘剤、可塑剤、防腐剤、防黴剤、防藻剤、造膜助剤、凍結防止剤、乾燥調整剤、分散剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等を本発明の効果を損なわない程度に適宜配合してもよい。また、本発明の透湿層は、本発明の効果を損なわなければ、硬質であっても、弾性であっても特に限定はされない。
【００２３】
［積層方法］
本発明の吸放湿層及び透湿層は、前述した各構成成分を混合した組成物を、クーリング性を必要とする基材表面に積層塗付しても良いし、予めシート状に成形したものを貼り付けても良い。前述の塗付する場合はハケ塗り、スプレー塗装、ローラー塗装により塗付することができる。
本発明の吸放湿層及び透湿層はは、クーリング効果を必要とする部位である、土木構造物や建築物の屋根、屋上、外壁の表面に適用できる。より具体的には、前記部位に使用されている、金属、コンクリート、スレート板、サイディングボード、押出成形板、等の各種ボード類、磁器タイル、プラスチック等の各種基材に対し、直接適用することもでき、何らかの表面処理（シーラー、サーフェーサー、フィラー等による下地処理等）を施した上に適用することも可能であるが、特に限定されるものではない。この際、適用される吸放湿層及び、透湿層の膜厚は特に限定はされないが、吸放湿層は０．１ｍｍ以上が好ましく、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上であり、透湿層は０．１ｍｍ以下が好ましく、さらに好ましくは０．０５ｍｍ以下である。
【００２４】
【実施例】
（配合例１〜４）
表１に示した原料を使用して、表２に示した配合にて吸放湿性塗料を作製した。
作製した塗料を厚さ０．８ｍｍのアルミニウム板上に各塗料を乾燥膜厚が５００μｍとなるように塗付、乾燥し被膜を形成した。後述の方法により、水蒸気吸脱着性を測定し、その結果を図２に示す。これより、配合例１〜３はヒステリシス特性を有し、高い水蒸気吸脱着性を示すことが明らかである。
（配合例５）
表１に示した原料を使用して、表２に示した配合にて塗料を作製した。この塗料によって得られる乾燥膜（膜厚３０μｍ）の透湿度は７８ｇ／ｍ2・２４Ｈ、赤外線反射率は９０％であった。
（配合例６）
表１に示した原料を使用して、表２に示した配合にて塗料を作製した。この塗料によって得られる乾燥膜（膜厚３０μｍ）の透湿度は８４ｇ／ｍ2・２４Ｈ、赤外線反射率は５％であった。
【００２５】
（実施例1）
厚さ０．８ｍｍのアルミニウム板上に高い水蒸気吸脱着性を有する配合例1の吸放湿性塗料を乾燥膜厚が５００μｍとなるように塗付、乾燥し被膜を形成した。さらにその表面に赤外反射率が９０％である配合例５の塗料を乾燥膜厚３０μｍになるように積層した。
作製した試験体について、下記の試験方法に従い水蒸気吸脱着性、および遮熱性試験を行ったところ、図３、図４に示す結果を得た。結果より明白なように、優れた水蒸気吸脱着性、および遮熱性を示すことが認められた。
【００２６】
（実施例２）
厚さ０．８ｍｍのアルミニウム板上に高い水蒸気吸脱着性を有する配合例２の吸放湿性塗料を乾燥膜厚が５００μｍとなるように塗付、乾燥し被膜を形成した。さらにその表面に赤外線反射率が９０％である配合例５の塗料を乾燥膜厚３０μｍになるように積層した。
作製した試験体について、下記の試験方法に従い水蒸気吸脱着性、および遮熱性試験を行ったところ、図３、図４に示す結果を得た。結果より明白なように、優れた水蒸気吸脱着性、および遮熱性を示すことが認められた。
【００２７】
（実施例３）
厚さ０．８ｍｍのアルミニウム板上に高い水蒸気吸脱着性を有する配合例３の吸放湿性塗料を乾燥膜厚が５００μｍとなるように塗付、乾燥し塗膜を形成した。さらにその表面に赤外線反射率が９０％である配合例５の塗料を乾燥膜厚３０μｍになるように積層した。
作製した試験体について、下記の試験方法に従い水蒸気吸脱着性、および遮熱性試験を行ったところ、図３、図４に示す結果を得た。結果より明白なように、優れた水蒸気吸脱着性、および遮熱性を示すことが認められた。
【００２８】
（比較例１）
厚さ０．８ｍｍのアルミニウム板上に水蒸気吸脱着性においてヒステリシス特性を示さない配合例４の吸放湿性塗料を乾燥膜厚が５００μｍとなるように塗付、乾燥し塗膜を形成した。さらにその表面に赤外線反射率が９０％である配合例５の塗料を乾燥膜厚３０μｍになるように積層した。
作製した試験体について、下記の試験方法に従い水蒸気吸脱着性、および遮熱性試験を行ったところ、図３、図４に示す結果を得た。結果より明白なように、水蒸気吸脱着性は低く、試験体の裏面温度の上昇も抑制することが困難であることが認められた。
【００２９】
（比較例２）
厚さ０．８ｍｍのアルミニウム板上に水蒸気吸脱着性において高い水蒸気吸放湿性を有する配合例１の塗料を乾燥膜厚が５００μｍとなるように塗付、乾燥し塗膜を形成した。さらにその表面に赤外線反射率が５％である配合例６の塗料を乾燥膜厚３０μｍになるように積層した。
作製した試験体について、下記の試験方法に従い水蒸気吸脱着性、および遮熱性試験を行ったところ、図２、図３に示す結果を得た。結果より明白なように、水蒸気吸脱着性は高いが、試験体の裏面温度の上昇を抑制することが困難であることが認められた。
【００３０】
（試験結果）
本発明におけるクーリング性被膜積層構造の水蒸気吸脱着性および遮熱性は粉体の水蒸気吸脱着性により差が認められ、また、透湿層の赤外線反射率が２０％以上の被膜を積層させることで、遮熱性の向上も確認された。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
（水蒸気吸脱着性試験方法）
水蒸気の吸脱着性は恒温恒湿器を用いて温度２０℃、湿度３０％の槽内に各試験体の重量が平衡になるまで放置し、吸着量を測定した。次に温度２０℃、湿度４０％で同様の操作を行い、順次湿度を１０％ずつ上げながら９０％までの吸着量を求めた。その後、同温度下で湿度を１０％ずつ下げながら脱着量を求めた。
【００３４】
（遮熱性試験方法）
遮熱性試験は２５０Ｗの赤外線ランプを用いて、赤外線を試験体表面に３６０分間照射し、その裏面温度を測定した。この時、各試験体は温度２０℃、相対湿度９０％にて吸湿させ、その吸湿量が平衡に達した試験体を使用した。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の積層構造を建築物の屋根や屋上等に適用すると、夏期における太陽光の熱線による屋根や屋上等の蓄熱を防止し、建築物内部の温度上昇を抑制することができる。
従って、本発明積層構造は夏期の冷房使用頻度を減少させ、電力消費を節約することが可能となる。また、本発明積層構造は既存の屋根等の表面に適用するため屋根構造を大きく変える必要がなく、比較的容易に施工することができ、改修工事を兼ねる事もできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水蒸気吸脱着性のヒステリシス特性を示すグラフ
【図２】吸放湿層の水蒸気吸脱着性試験結果を示すグラフ
【図３】積層被膜の水蒸気吸脱着試験結果を示すグラフ
【図４】積層被膜の遮熱性試験結果を示すグラフ
【発明の属する技術分野】
本発明はクーリング性を必要とする部位、主として土木構造物や建築物の屋根や屋上、外壁の表面に適用することで、太陽光照射時等の表面温度上昇時、特に夏期の日中においてもクーリング効果を発揮することができる被膜積層構造に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、都市部において、コンクリート建造物や冷房等から排出される人工放出熱などにより、都市気候が作り出されている。特に夏期において都市部における温度の上昇は著しく、そのため建物内の冷房使用が頻繁になり、消費電力エネルギーが増加してしまう。このような日射による蓄熱、室内温度の上昇を抑制する方法の一つとして、水の蒸発潜熱を利用した方法が考案されている。例えば、日射によって温度の上昇を生じた屋上や屋根に散水したり、さらにこれを持続させるために予めこれらの表面に吸水性物質等の保水体を被覆しておいたりするものである。このような表面の冷却方法では、人工的に保水体へ給水を行うために新たに設備が必要となるため、コストの面で大きな負担となり、また、屋上や屋根の構造も変えるという煩雑性を伴なう問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、特別な設備を必要とせず、人工的な水の供給や散水が不要であり、簡便にクーリング効果が得られ、さらに、そのクーリング性が長期に持続するような積層被膜を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決するため、本発明者らは鋭意、検討を行ない、特定の吸放湿層の上に、特定の透湿層を積層することを見出した。すなわち、本発明は以下の特徴を有するものである。
１．水蒸気吸脱着性がヒステリシス特性を有し、（ａ−１）合成樹脂、（ａ−２）温度２０±２℃、相対湿度４５±５％における吸湿率１０％以上である吸放湿性合成樹脂微粒子、（ｂ）水蒸気吸脱着性がヒステリシス特性を示す多孔質粉体を含有し、（ａ−１）の固形分１００重量部に対し、（ａ−２）２〜４０重量部、（ｂ）１０〜８０重量部である吸放湿層の上に、
赤外線反射率が２０％以上であり、ＪＩＳ Ｚ ０２０８による透湿度で４０ｇ／ｍ ２ ・２４Ｈ以上の被膜である透湿層を積層することを特徴とするクーリング性被膜積層構造。
２．（ａ−１）が反応性官能基含有合成樹脂エマルション、（ａ−２）が反応性官能基含有合成樹脂微粒子であり、さらに（ａ−１）および（ａ−２）と反応可能な官能基を有する（ｃ）架橋剤を含有することを特徴とする１．に記載のクーリング性被膜積層構造。
３．（ｂ）が比表面積１００ｍ２／ｇ以上の多孔質粉体であることを特徴とする１．または２．に記載のクーリング性被膜積層構造。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態とともに詳細に説明する。
本発明は、水蒸気吸脱着性がヒステリシス特性を有する吸放湿層の上に、赤外線反射率が２０％以上であり、水蒸気透過性を有する透湿層を積層することを特徴とするクーリング性被膜積層構造に関するものであり、大気中の水蒸気を自律的に吸湿し、太陽光による熱によってその水分が気化し、太陽光による熱量を水の蒸発潜熱に置換することで冷却効果（以下、「クーリング効果」という。）が発揮され、さらに、その表層部に赤外線反射性を有する被膜を積層させることで、下層部を保護し、また、熱線による蓄熱も防止し、夏期の冷房使用による消費電力エネルギーの節約を図ることができる。
【０００６】
［吸放湿層］
本発明の吸放湿層は、水蒸気吸脱着性がヒステリシス特性を有するものであれば特に限定されるものではないが、一例としての好ましい態様は、吸放湿層が、（ａ）温度２０±２℃、相対湿度４５±５％における吸湿率１０％以上である吸放湿性高分子バインダー（以下「（ａ）成分」という。）、（ｂ）水蒸気吸脱着性がヒステリシス特性を示す多孔質粉体（以下「（ｂ）成分という。」を含有し、（ａ）成分の固形分１００重量部に対し、（ｂ）成分１０〜８０重量部の場合である。
また、（ａ）成分が、（ａ−１）合成樹脂（以下「（ａ−１）成分」という。）と、（ａ−２）温度２０±２℃、相対湿度４５±５％における吸湿率１０％以上である吸放湿性高分子（以下「（ａ−２）成分という。」）を複合させたものでもよい。特に、（ａ−１）成分が反応性官能基含有合成樹脂エマルション、（ａ−２）成分が反応性官能基含有合成樹脂微粒子であり、さらに（ａ−１）成分および（ａ−２）成分と反応可能な官能基を有する（ｃ）架橋剤（以下「（ｃ）成分」という。）を含有する場合には、吸放湿層内に架橋構造を導入することになり、より吸放湿性の向上が得られる。尚、（ａ−１）成分および（ａ−２）成分を複合させる場合には、（ａ−１）成分の固形分を１００重量部に対して、（ａ−２）成分を２〜４０重量部、（ｂ）成分を１０〜８０重量部とすることが好ましい。
【０００７】
ここで水蒸気吸脱着性のヒステリシス特性とは、図１に示すように、相対湿度を横軸に、水蒸気吸脱着量を縦軸に取った場合の吸脱着等温線で、吸着等温線より脱着等温線が上側になることを意味するものである。このようなヒステリシス特性により、大気中の水蒸気を吸着した吸放湿層が、温度の上昇とともに水蒸気を脱着し、その際に蒸発潜熱を奪うため、被膜の温度上昇を押さえることができるというものである。さらに、このヒステリシス特性によって、夜間等の温度の低い状態において、大気中の水蒸気を吸着し、温度が高い昼の間は脱着による温度上昇抑制効果が持続するものである。
【０００８】
次に、本発明の好ましい態様の一例において、吸放湿層の（ａ）成分としては、特に限定されるものではなく、温度２０±２℃、相対湿度４５±５％における吸湿率１０％以上のものであれば天然、合成を問わず高分子が使用できる。
【０００９】
なお、温度２０±２℃、相対湿度４５±５％における吸湿率とは、試料を１２０℃にて１時間乾燥した後、温度２０±２℃、相対湿度４５±５％の恒温恒湿器にて２４時間吸湿させたときの重量変化より求められる値である。
【００１０】
一方、（ａ）成分として、（ａ−１）成分と（ａ−２）成分を複合させる場合には、（ａ−１）成分として、エチレン系、酢酸ビニル系、アルキッド系、塩化ビニル系、アクリル系、ウレタン系、シリコン系、フッ素系等、あるいはこれらの複合系等の水系、溶剤系の何れの樹脂も使用することができる。特に、アクリル系、ウレタン系、シリコン系、フッ素系から選ばれる１種または２種以上の樹脂を用いると耐候性を高めることができ好ましい。
【００１１】
また、（ａ−１）成分として、反応性官能基含有合成樹脂エマルションを使用するときは、後述する吸放湿性高分子とともに架橋剤を配合することで、架橋構造が吸放湿層に導入され、より吸放湿性が向上するためより好ましい。反応性官能基としては、後述の架橋剤の官能基と反応可能であるものが使用できる。このような官能基の組み合わせとしては、例えば、カルボキシル基と金属イオン、カルボキシル基とカルボジイミド基、カルボキシル基とエポキシ基、カルボキシル基とアジリジン基、カルボキシル基とオキサゾリン基、水酸基とイソシアネート基、カルボニル基とヒドラジド基、エポキシ基とアミノ基、等があげられる。
【００１２】
本発明では（ａ−１）成分の反応性官能基として、特に、カルボキシル基が好適に用いられる。カルボキシル基含有合成樹脂エマルションは、カルボキシル基を有する単量体（以下「（ｉ）成分」という）を共重合することにより得られる。（ｉ）成分としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸などのエチレン性不飽和カルボン酸等、及びこれらのアンモニウム塩、有機アミン塩、アルカリ金属塩等があげられる。これらは単独で、または２種以上を混合して使用することができる。
【００１３】
次に、本発明の好ましい態様の一例において、（ａ−２）成分は、多量な水蒸気吸脱着量と速い水蒸気吸着速度を保持するためのものである。（ａ−２）成分は温度２０±２℃、湿度４５±５％における吸湿率１０％以上のものであり、本発明組成物に吸放湿性能を付与する成分である。より好ましくは反応性官能基含有合成樹脂微粒子であり、前述の反応性官能基含有合成樹脂エマルションとともに架橋剤を配合することで、架橋構造が吸放湿層に導入され、より吸放湿性が向上する。このような反応性官能基としては、前述の反応性官能基含有合成樹脂エマルションと同様に種々のものが使用可能であるが、本発明では特に、カルボキシル基が好適に用いられる。また、この（ａ−２）成分の混合量は、（ａ−１）成分の固形分１００重量部に対して２〜４０重量部が好ましい。この混合量が２重量部未満では吸放湿率が低下し、また単位時間における吸湿率が低下してしまうため好ましくない。４０重量部を越えると塗膜にクラックが生じやすくなるため好ましくない。
【００１４】
（ａ−２）成分にカルボキシル基を導入する方法としては、特に限定されないが、例えば、カルボキシル基を有する単量体の単独重合あるいは共重合可能な他の単量体との共重合による方法、（メタ）アクリロニトリル等のシアノ基含有単量体を共重合した重合体に加水分解処理を施す方法、アルケン、ハロゲン化アルキル、アルコール、アルデヒド等の酸化による方法、等があげられる。吸放湿性合成樹脂微粒子のカルボキシル基含有量は、１ｍｍｏｌ／ｇ以上であることが望ましい
【００１５】
次に、本発明の好ましい態様の一例において、（ｂ）成分は、より水蒸気吸脱着量を増加させるとともに、ゆっくりとした水蒸気脱着速度を有するため、水の蒸発潜熱による温度上昇抑制効果を長時間保持するためのものである。このような水蒸気吸脱着性がヒステリシス特性を示す粉体は、特に限定されるものではないが、その比表面積が１００ｍ2／ｇ以上の多孔質粉体が好ましい。具体的には、シリカゲル、ゼオライト、硫酸ナトリウム、アルミナ、活性炭、アロフェン等の粘土鉱物の多孔質粉体を使用することができる。このうち特に、シリカゲル、ゼオライト、活性炭、アロフェンが好ましく、さらに好ましくはシリカゲルが用いられる。なお、比表面積は、ＢＥＴ法により求めた。
【００１６】
（ｂ）成分は、特に相対湿度が４０〜８０％の領域において水蒸気吸着量と水蒸気脱着量の差が大きいものほど好ましい。また、（ｂ）成分の混合量は（ａ）成分の固形分１００重量部に対して、１０〜８０重量部が好ましい。また、（ａ−１）成分と、（ａ−２）成分を複合させる場合には、（ａ−１）の固形分を１００重量部に対して、（ａ−２）を２〜４０重量部、（ｂ）を１０〜８０重量部とすることが好ましい。（ｂ）成分の混合量が１０重量部未満では吸放湿量の低下が生じ、ヒステリシス特性が失われることになる。８０重量部を越えると塗膜にクラックが生じやすくなるため好ましくない。
【００１７】
本発明の（ａ−１）成分として反応性官能基含有合成樹脂エマルションを、（ａ−２）成分として反応性官能基含有合成樹脂微粒子を使用する場合には、（ａ−１）成分及び（ａ−２）成分の反応性官能基と反応可能な官能基を有する（ｃ）成分を使用する。本発明組成物においては、（ｃ）成分が含まれることにより、塗膜の強度や密着性が向上し、さらには優れた吸放湿性を発揮することができる。（ｃ）成分は、これらの官能基を一分子中に二個以上含むことが望ましい。また、（ｃ）成分の形態としては、エマルションタイプ、水溶性タイプのいずれでもよい。（ｃ）成分の官能基としては、（ａ−１）成分及び（ａ−２）成分と反応可能なものである限り限定されないが、本発明では特に、カルボキシル基と反応可能な官能基であるカルボジイミド基、エポキシ基、アジリジン基、オキサゾリン基等が好適に用いられる。
【００１８】
（ｃ）成分の具体例としては、例えば、カルボジイミド基を含む架橋剤として、特開平１０−６０２７２号公報、特開平１０−３１６９３０号公報、特開平１１−６０６６７号公報等に記載のもの等、エポキシ基を含む架橋剤として、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリヒドロキシアルカンポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル等、アジリジン基を含む架橋剤として、２，２−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス［３−（１−アジリジニル）プロピオネート］、１，６−ヘキサメチレンジエチレンウレア、ジフェニルメタン−ビス−４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジエチレンウレア等、オキサゾリン基を含む架橋剤として、２−ビニル−２−オキサゾリン、２−ビニル−４−メチル−２−オキサゾリン、２−ビニル−５−メチル−２−オキサゾリン、２−イソプロペニル−２−オキサゾリン等の重合性オキサゾリン化合物を該化合物と共重合可能な単量体と共重合した樹脂等、があげられる。
吸放湿層においては、上記成分の他、通常塗料に配合する各種の添加剤、例えば、顔料、骨材、増粘剤、可塑剤、防腐剤、防黴剤、防藻剤、造膜助剤、凍結防止剤、乾燥調整剤、分散剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等を本発明の効果を損なわない程度に適宜配合してもよい。また、本発明の吸放湿層は、本発明の効果を損なわなければ、硬質であっても、弾性であっても特に限定はされない。
【００１９】
［透湿層］
本発明の透湿層は透湿性を示すものである。透湿性については、JISZ 0208 による透湿度で４０ｇ／ｍ２ ・２４Ｈ以上の被膜を形成することが望ましい。このような透湿層は各種の合成樹脂、顔料、充填材、添加剤を等の種類や量を適宜調整してえることができる。このような透湿層を形成することにより、吸放湿層が外気や太陽光線に直接触れることがなくなる結果、吸放湿層の被膜劣化を抑制し、吸放湿効果が長期にわたって持続可能となる。（ｐ）合成樹脂としてはエチレン系、酢酸ビニル系、アルキッド系、塩化ビニル系、アクリル系、ウレタン系、シリコン系、フッ素系等、あるいはこれらの複合系等の水系、溶剤系の何れの樹脂も使用することができる。特に、アクリル系、ウレタン系、シリコン系、フッ素系から選ばれる１種または２種以上の樹脂を用いると特に耐候性を高めることができ好ましい。
ここで透湿度が４０ｇ／ｍ２・２４Ｈ未満の場合には、吸放湿層の自律的な吸放湿作用が阻害される結果、クーリング効果の作用は発揮されるが、夏期の日照時においてその効果を長時間保持できない場合がある。
【００２０】
他方、本発明の透湿層では赤外線反射率が２０％以上、さらに好ましくは５０％以上である。このような反射性を有することにより、太陽光による蓄熱を十分に抑制することができ、クーリング機能を長時間維持することができる。なお、本発明における赤外線反射率は波長１μｍの光に対する分光反射率を測定することにより得られる値である。
【００２１】
このような作用を発揮させる方法として、赤外線反射性の粉粒体を混入する方法があり、このような赤外線反射性粉粒体としては、アルミニウムフレーク、酸化チタン、硫酸バリウム、シリカゲル、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、アルミナ、無機系中空ビーズ、有機系中空ビーズ等があげられる。このような粉粒体は、通常、（ｐ）成分の樹脂固形分１００重量部に対し、１０〜３００重量部配合される。赤外線反射性粉粒体が１０重量部より少ない場合は、太陽光に対し十分な赤外線反射性が得られず、温度上昇をまねいてしまう。３００重量部より多い場合は、透湿層にクラックが生じやすくなり、赤外線反射性低下のおそれがある。
【００２２】
透湿層を形成する組成物には、上記成分の他、通常塗料に配合する各種の添加剤、例えば、顔料、骨材、増粘剤、可塑剤、防腐剤、防黴剤、防藻剤、造膜助剤、凍結防止剤、乾燥調整剤、分散剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等を本発明の効果を損なわない程度に適宜配合してもよい。また、本発明の透湿層は、本発明の効果を損なわなければ、硬質であっても、弾性であっても特に限定はされない。
【００２３】
［積層方法］
本発明の吸放湿層及び透湿層は、前述した各構成成分を混合した組成物を、クーリング性を必要とする基材表面に積層塗付しても良いし、予めシート状に成形したものを貼り付けても良い。前述の塗付する場合はハケ塗り、スプレー塗装、ローラー塗装により塗付することができる。
本発明の吸放湿層及び透湿層はは、クーリング効果を必要とする部位である、土木構造物や建築物の屋根、屋上、外壁の表面に適用できる。より具体的には、前記部位に使用されている、金属、コンクリート、スレート板、サイディングボード、押出成形板、等の各種ボード類、磁器タイル、プラスチック等の各種基材に対し、直接適用することもでき、何らかの表面処理（シーラー、サーフェーサー、フィラー等による下地処理等）を施した上に適用することも可能であるが、特に限定されるものではない。この際、適用される吸放湿層及び、透湿層の膜厚は特に限定はされないが、吸放湿層は０．１ｍｍ以上が好ましく、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上であり、透湿層は０．１ｍｍ以下が好ましく、さらに好ましくは０．０５ｍｍ以下である。
【００２４】
【実施例】
（配合例１〜４）
表１に示した原料を使用して、表２に示した配合にて吸放湿性塗料を作製した。
作製した塗料を厚さ０．８ｍｍのアルミニウム板上に各塗料を乾燥膜厚が５００μｍとなるように塗付、乾燥し被膜を形成した。後述の方法により、水蒸気吸脱着性を測定し、その結果を図２に示す。これより、配合例１〜３はヒステリシス特性を有し、高い水蒸気吸脱着性を示すことが明らかである。
（配合例５）
表１に示した原料を使用して、表２に示した配合にて塗料を作製した。この塗料によって得られる乾燥膜（膜厚３０μｍ）の透湿度は７８ｇ／ｍ2・２４Ｈ、赤外線反射率は９０％であった。
（配合例６）
表１に示した原料を使用して、表２に示した配合にて塗料を作製した。この塗料によって得られる乾燥膜（膜厚３０μｍ）の透湿度は８４ｇ／ｍ2・２４Ｈ、赤外線反射率は５％であった。
【００２５】
（実施例1）
厚さ０．８ｍｍのアルミニウム板上に高い水蒸気吸脱着性を有する配合例1の吸放湿性塗料を乾燥膜厚が５００μｍとなるように塗付、乾燥し被膜を形成した。さらにその表面に赤外反射率が９０％である配合例５の塗料を乾燥膜厚３０μｍになるように積層した。
作製した試験体について、下記の試験方法に従い水蒸気吸脱着性、および遮熱性試験を行ったところ、図３、図４に示す結果を得た。結果より明白なように、優れた水蒸気吸脱着性、および遮熱性を示すことが認められた。
【００２６】
（実施例２）
厚さ０．８ｍｍのアルミニウム板上に高い水蒸気吸脱着性を有する配合例２の吸放湿性塗料を乾燥膜厚が５００μｍとなるように塗付、乾燥し被膜を形成した。さらにその表面に赤外線反射率が９０％である配合例５の塗料を乾燥膜厚３０μｍになるように積層した。
作製した試験体について、下記の試験方法に従い水蒸気吸脱着性、および遮熱性試験を行ったところ、図３、図４に示す結果を得た。結果より明白なように、優れた水蒸気吸脱着性、および遮熱性を示すことが認められた。
【００２７】
（実施例３）
厚さ０．８ｍｍのアルミニウム板上に高い水蒸気吸脱着性を有する配合例３の吸放湿性塗料を乾燥膜厚が５００μｍとなるように塗付、乾燥し塗膜を形成した。さらにその表面に赤外線反射率が９０％である配合例５の塗料を乾燥膜厚３０μｍになるように積層した。
作製した試験体について、下記の試験方法に従い水蒸気吸脱着性、および遮熱性試験を行ったところ、図３、図４に示す結果を得た。結果より明白なように、優れた水蒸気吸脱着性、および遮熱性を示すことが認められた。
【００２８】
（比較例１）
厚さ０．８ｍｍのアルミニウム板上に水蒸気吸脱着性においてヒステリシス特性を示さない配合例４の吸放湿性塗料を乾燥膜厚が５００μｍとなるように塗付、乾燥し塗膜を形成した。さらにその表面に赤外線反射率が９０％である配合例５の塗料を乾燥膜厚３０μｍになるように積層した。
作製した試験体について、下記の試験方法に従い水蒸気吸脱着性、および遮熱性試験を行ったところ、図３、図４に示す結果を得た。結果より明白なように、水蒸気吸脱着性は低く、試験体の裏面温度の上昇も抑制することが困難であることが認められた。
【００２９】
（比較例２）
厚さ０．８ｍｍのアルミニウム板上に水蒸気吸脱着性において高い水蒸気吸放湿性を有する配合例１の塗料を乾燥膜厚が５００μｍとなるように塗付、乾燥し塗膜を形成した。さらにその表面に赤外線反射率が５％である配合例６の塗料を乾燥膜厚３０μｍになるように積層した。
作製した試験体について、下記の試験方法に従い水蒸気吸脱着性、および遮熱性試験を行ったところ、図２、図３に示す結果を得た。結果より明白なように、水蒸気吸脱着性は高いが、試験体の裏面温度の上昇を抑制することが困難であることが認められた。
【００３０】
（試験結果）
本発明におけるクーリング性被膜積層構造の水蒸気吸脱着性および遮熱性は粉体の水蒸気吸脱着性により差が認められ、また、透湿層の赤外線反射率が２０％以上の被膜を積層させることで、遮熱性の向上も確認された。
【００３１】
【表１】
【表２】
（水蒸気吸脱着性試験方法）
水蒸気の吸脱着性は恒温恒湿器を用いて温度２０℃、湿度３０％の槽内に各試験体の重量が平衡になるまで放置し、吸着量を測定した。次に温度２０℃、湿度４０％で同様の操作を行い、順次湿度を１０％ずつ上げながら９０％までの吸着量を求めた。その後、同温度下で湿度を１０％ずつ下げながら脱着量を求めた。
【００３４】
（遮熱性試験方法）
遮熱性試験は２５０Ｗの赤外線ランプを用いて、赤外線を試験体表面に３６０分間照射し、その裏面温度を測定した。この時、各試験体は温度２０℃、相対湿度９０％にて吸湿させ、その吸湿量が平衡に達した試験体を使用した。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の積層構造を建築物の屋根や屋上等に適用すると、夏期における太陽光の熱線による屋根や屋上等の蓄熱を防止し、建築物内部の温度上昇を抑制することができる。
従って、本発明積層構造は夏期の冷房使用頻度を減少させ、電力消費を節約することが可能となる。また、本発明積層構造は既存の屋根等の表面に適用するため屋根構造を大きく変える必要がなく、比較的容易に施工することができ、改修工事を兼ねる事もできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水蒸気吸脱着性のヒステリシス特性を示すグラフ
【図２】吸放湿層の水蒸気吸脱着性試験結果を示すグラフ
【図３】積層被膜の水蒸気吸脱着試験結果を示すグラフ
【図４】積層被膜の遮熱性試験結果を示すグラフ
Claims (3)
- 水蒸気吸脱着性がヒステリシス特性を有し、（ａ−１）合成樹脂、（ａ−２）温度２０±２℃、相対湿度４５±５％における吸湿率１０％以上である吸放湿性合成樹脂微粒子、（ｂ）水蒸気吸脱着性がヒステリシス特性を示す多孔質粉体を含有し、（ａ−１）の固形分１００重量部に対し、（ａ−２）２〜４０重量部、（ｂ）１０〜８０重量部である吸放湿層の上に、
赤外線反射率が２０％以上であり、ＪＩＳ Ｚ ０２０８による透湿度で４０ｇ／ｍ ２ ・２４Ｈ以上の被膜である透湿層を積層することを特徴とするクーリング性被膜積層構造。 - （ａ−１）が反応性官能基含有合成樹脂エマルション、（ａ−２）が反応性官能基含有合成樹脂微粒子であり、さらに（ａ−１）および（ａ−２）と反応可能な官能基を有する（ｃ）架橋剤を含有することを特徴とする請求項１に記載のクーリング性被膜積層構造。
- （ｂ）が比表面積１００ｍ２／ｇ以上の多孔質粉体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のクーリング性被膜積層構造。
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