JP4881653B2 - 熱線反射性壁紙 - Google Patents

Description

本発明は、熱線反射性壁紙に関する。

近年、省エネ意識の高まりや、法規制の強化などにより、エネルギー効率の向上が望まれている。
特開平６−６５８９９号公報

そこで、各種建築物、車両などの暖房効率化を目的として、室内から外部への熱の移動を効率的に制限できる熱線反射性壁紙を提供することを解決すべき課題とする。

壁紙によって熱線反射を達成するための１つの手法として、赤外線を反射する機能を壁紙に付与することが考えられる。そこで、本発明者らは赤外線を効率的に反射できる顔料の検討を行った。その結果、金属酸化物粒子を採用することで赤外線を効果的に反射できることを見いだした。従来技術としてはアルミナ或いはシリカが遠赤外線を放射することについても知見はあったものの、赤外線を反射することについての知見はなかった。

ところで、本発明者らは従来から真球性の高い無機物粒子の開発を行っている。その真球性の高い無機物粒子を開発する中で、真球性が高い無機物粒子が非常に高濃度で液体中に分散できることを見いだし、壁紙の表面に金属酸化物粒子を固定するにあたり、大量の金属酸化物粒子を固定できることを発見した。赤外線の反射性に優れる金属酸化物粒子を大量に含有させることが可能になることで、熱線反射性も向上することを確認し以下の発明を完成させた。

すなわち、本発明の熱線反射性壁紙は、シート状基材と、前記シート状基材の少なくとも一面側に形成された熱線反射層とを有する熱線反射性壁紙であって、
前記熱線反射層は、
球状金属酸化物粒子が配合されており、
前記球状金属酸化物粒子は、真球度が０．８以上、体積平均粒径が０．２μｍ〜１０μｍのシリカであり、不揮発分の質量を基準として４０％以上含有し、
前記球状金属酸化物粒子を分散する樹脂材料を含み、
被膜形成後における表面における前記球状金属酸化物粒子の露出面積が４０％以上であることを特徴とする。

無機物粒子として球状の金属酸化物粒子を選択することで大量の無機物粒子を含有させることに成功し、従来よりも赤外線を反射する機能が向上できた。

特に、前記球状金属酸化物粒子は比表面積が３０ｍ₂／ｇ以下であることが望ましい。真球度を高くしたり、比表面積を低くすることで充填性を高くすることができる。

熱線反射性の機能発揮のためには前記球状金属酸化物粒子が不揮発分の質量を基準として６０％以上含有することが望ましい。

このような前記球状金属酸化物粒子は金属粉末に含酸素雰囲気中で酸化させて得られる粒子とすることができる。また、前記球状金属酸化物粒子としては火炎溶融法にて得られる粒子とすることができる。更に、前記金属酸化物粒子はシリカから構成されることが望ましい。

本発明の熱線反射性壁紙は、球状金属酸化物粒子を含有することで、高い熱線反射性を付与することができる。球状金属酸化物粒子は樹脂材料などに大量に分散可能であり高い熱線反射性が実現できる。

以下、本発明の熱線反射性壁紙について詳しく説明する。なお、本発明の壁紙は、下記実施形態に限定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、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
なお、以下の説明においては熱線反射性壁紙について説明する。

〈実施形態〉
本発明の熱線反射性壁紙はシート状基材と熱線反射層とを有する。シート状基材は、紙、織布、不織布、一体的に成形されたシートなどから構成することができる。これらを構成する材料としてはセルロース、綿、絹などの天然繊維やアクリル繊維、ポリエステル繊維、塩化ビニル繊維、ポリアミド繊維、ポリビニルアルコール繊維などの合成繊維を採用することができる。

熱線反射層はシート状基材の少なくとも一面側に形成されている。熱線反射層は無機物粒子が配合されている。無機物粒子は球状金属酸化物粒子を含み、球状金属酸化物粒子は熱線反射層の質量を基準として４０％以上含有し、６０％以上含有することが更に望ましい。また、熱線反射層の表面において、無機物粒子は露出している。その露出面積は４０％以上であり、６０％以上が望ましい。

無機物粒子は含有される樹脂材料により分散・保持する。球状金属酸化物粒子は球状であれば特に限定しない。球状の形態を採用することで、樹脂材料中に充填しやすくなるばかりか、赤外線の反射能も高くなる。

そして、球状金属酸化物粒子の組成はシリカである。球状金属酸化物粒子以外には無機物粒子を実質的に含有しないことが望ましいが、必要に応じて、球状金属酸化物粒子以外の無機物粒子を含有させることも可能である。例えば、必要な塗装色を実現するための顔料である。

球状金属酸化物粒子は球状であることのほかは特に限定しないが以下に示すものが望ましい。まず、比表面積が３０ｍ^２／ｇ以下であることが望ましく、１０ｍ^２／ｇ以下であることがより望ましい。比表面積が小さいほど、球の形状により近く、水系塗料組成物中への充填性を高くできる。比表面積は窒素を用いたＢＥＴ法にて測定した値である。

そして、球状金属酸化物粒子の真球度は０．８以上である。ここで、本明細書中における「真球度」とは、ＳＥＭで写真を撮り、その観察される粒子の面積と周囲長から、（真球度）＝｛４π×（面積）÷（周囲長）₂｝で算出される値として算出する。１に近づくほど真球に近い。具体的には画像処理装置を用いて１００個の粒子について測定した平均値を採用する。

球状金属酸化物粒子の粒径は、体積平均粒径が０．２μｍ〜１０μｍである。球状金属酸化物粒子の粒径をこの範囲に制御することで、充分な赤外線の反射性と、熱線反射層の滑らかさとが両立できる。

このような球状金属酸化物粒子はどのように製造されたものでも構わないが、含酸素雰囲気下にて金属粉末を酸化させて得られる方法（ＶＭＣ法）や、火炎溶融法などが好ましい方法として挙げられる。

ＶＭＣ法は、酸素を含む雰囲気中でバーナーにより化学炎を形成し、この化学炎中に目的とする酸化物粒子の一部を構成する金属粉末を粉塵雲が形成される程度の量投入し、爆燃を起こさせて酸化物粒子を得る方法である。

ＶＭＣ法の作用について説明すれば以下のようになる。まず、容器中に反応ガスである酸素を含有するガスを充満させ、この反応ガス中で化学炎を形成する。次いで、この化学炎に金属粉末を投入し高濃度（５００ｇ／ｍ^３以上）の粉塵雲を形成する。すると、化学炎により金属粉末表面に熱エネルギが与えられ、金属粉末の表面温度が上昇し、金属粉末表面から金属の蒸気が周囲に広がる。この金属蒸気が酸素ガスと反応して発火し火炎を生じる。この火炎により生じた熱は、さらに金属粉末の気化を促進し、生じた金属蒸気と反応ガスが混合され、連鎖的に発火伝播する。このとき金属粉末自体も破壊して飛散し、火炎伝播を促す。燃焼後に生成ガスが自然冷却されることにより、酸化物粒子の雲ができる。得られた酸化物粒子は、バグフィルターや電気集塵器等により捕集される。

ＶＭＣ法は粉塵爆発の原理を利用するものである。ＶＭＣ法によれば、瞬時に大量の酸化物粒子が得られる。得られる酸化物粒子は、略真球状の形状をなす。目的とする球状金属酸化物粒子の組成に応じて、例えば、シリカ粒子を得る場合にはシリコン粉末を投入し、アルミナ粒子を得る場合にはアルミニウム粉末を投入する。投入するシリコン粉末などの粒子径、投入量、火炎温度等を調整することにより、得られる酸化物粒子の粒子径を調整することが可能である。また、原料物質としては金属微粉末に加えて、金属酸化物粉末も添加することができる。

なお、本球状シリカ粒子は、好ましいと考えられるＶＭＣ法以外にも、乾式法としての火炎溶融法、ＰＶＳ（Physical Vapor Synthesis）法等の燃焼法や、湿式法としての沈降法やゲル法などによって製造できる。火炎溶融法は目的とする球状金属酸化物粒子を構成する金属酸化物を粉砕などにより粉末化した後に、火炎中に投入・溶解させた後、冷却・固化させることで、球状金属酸化物粒子を製造する方法である。

ここで、球状金属酸化物粒子は、熱線反射層に含むことができる樹脂材料との密着性を向上させるため、表面処理を施すことができる。例えば、シラン系、チタネート系、アルミネート系、ジルコネート系の各種カップリング剤、カチオン、アニオン、両性、中性の各種界面活性剤を混合することができる。

〈第２実施形態〉
本実施形態の熱線反射性壁紙は球状金属酸化物粒子含む無機物粒子が少なくとも表層部に配合されていることを特徴とする。ここで、球状金属酸化物粒子については第１形態で説明したものをそのまま適用可能なので説明を省略する。

本熱線反射性壁紙は前述した第１実施形態にて説明したものと概ね同様のシート状基材中に直接、無機物粒子を分散・配合させたものである。その場合に無機物粒子はシート状基材の少なくとも表層部に配合していることが必須である。無機物粒子の含有量は特に限定しないが、より高い性能を発揮するためには、無機物粒子が表面に露出する面積が４０％以上とすることが望ましく、６０％以上とすることが更に望ましい。

シート状基材中に配合する方法としては特に限定しない。例えば、シート状基材として樹脂製のシートを採用する場合、予め樹脂中に無機物粒子を分散させ、シート状に成形することで無機物粒子を分散させたシート状基材を得ることができる。また、紙、布、不織布など繊維の集合体から形成されるシート状基材を採用する場合には、予め繊維中に配合。分散させることでシート状基材中に無機物粒子を分散・配合することができる。なお、樹脂中に安定して無機物粒子を分散させるために無機物粒子に対して、表面処理を行うことが望ましい。この表面処理についても第１実施形態で説明したものと同様の処理が採用できる。

本発明の熱線反射性壁紙について実施例に基づき、更に詳細に説明を行う。

〈試験用の熱線反射性壁紙の製造〉
（試験例１−１）
市販の白色水系塗料に球状金属酸化物粒子としての球状シリカＳＯ−Ｃ２（平均粒径０．５μｍ、アドマテックス社製）を配合してペーストを得た。不揮発分中のシリカ含有量は５６質量％であった。このペーストを裏打ち紙に目付量２００ｇ／ｍ^２でコーティングして、８０℃で５時間乾燥させることで試験例１−１の壁紙を得た。

（試験例１−２）
試験例１−１でも用いた市販の白色水系塗料を裏打ち紙に目付量２００ｇ／ｍ^２でコーティングして、８０℃で５時間乾燥させることで試験例１−２の壁紙を得た。

（試験例２−１）
市販の水色水系塗料に球状シリカＳＯ−Ｃ２を配合してペーストを得た。不揮発分中のシリカ含有量は５６質量％であった。このペーストを裏打ち紙に目付量２００ｇ／ｍ^２でコーティングして、８０℃で５時間乾燥させることで試験例２−１の壁紙を得た。

（試験例２−２）
試験例２−１でも用いた市販の水色水系塗料を裏打ち紙に目付量２００ｇ／ｍ^２でコーティングして、８０℃で５時間乾燥させることで試験例２−２の壁紙を得た。

（試験例３−１）
市販の灰色水系塗料に球状シリカＳＯ−Ｃ２を配合してペーストを得た。不揮発分中のシリカ含有量は５６質量％であった。このペーストを裏打ち紙に目付量２００ｇ／ｍ^２でコーティングして、８０℃で５時間乾燥させることで試験例３−１の壁紙を得た。

（試験例３−２）
試験例３−１でも用いた市販の灰色水系塗料を裏打ち紙に目付量２００ｇ／ｍ^２でコーティングして、８０℃で５時間乾燥させることで試験例３−２の壁紙を得た。

〈試験：赤外線反射率の測定〉
各試験例の壁紙について赤外線の反射率をＪＩＳ Ｒ３１０６に準じて測定した。結果を表１に示す。

表１より明らかなように、球状シリカを含有させることで球状シリカを含有していない場合と比較して高い赤外線反射率を示すことが判った。なお、シリカとして同程度の平均粒径をもち且つ球状ではない破砕シリカを同様にして塗料中に配合しようとしたが、同程度の配合量ではペースト状にはならず裏打ち紙の表面に塗布することができなかった。破砕シリカを配合した場合にペースト状になるには４０質量％以下にする必要があった。なお、球状シリカＳＯ−Ｃ２は７６質量％まで含有量を向上してもペースト状になることを確認している。また、球状シリカの配合量を向上することで赤外線反射率は高くなることも確認している。

すなわち、球状シリカは熱線反射層中に大量に配合することが可能になり、高い赤外線反射率を発揮できるようになる。高い赤外線反射率を発揮できるため、壁紙に採用することで室内からの熱放射を反射して室内に戻すことが可能になり、熱が室内から外部に逃げないようにすることができる。従って、本発明の熱線反射性壁紙を具現化した試験例１−１、２−１及び３−１の壁紙を採用することで暖房効率を向上することが可能になる。

Claims (5)

1. シート状基材と、前記シート状基材の少なくとも一面側に形成された熱線反射層とを有する熱線反射性壁紙であって、
   前記熱線反射層は、
   球状金属酸化物粒子が配合されており、
   前記球状金属酸化物粒子は、真球度が０．８以上、体積平均粒径が０．２μｍ〜１０μｍのシリカであり、不揮発分の質量を基準として４０％以上含有し、
   前記球状金属酸化物粒子を分散する樹脂材料を含み、
   被膜形成後における表面における前記球状金属酸化物粒子の露出面積が４０％以上であることを特徴とする熱線反射性壁紙。
2. 前記球状金属酸化物粒子は比表面積が３０ｍ₂／ｇ以下である請求項１に記載の熱線反射性壁紙。
3. 前記球状金属酸化物粒子が不揮発分の質量を基準として６０％以上含有する請求項１又は２に記載の熱線反射性壁紙。
4. 前記球状金属酸化物粒子は金属粉末に含酸素雰囲気中で酸化させて得られる粒子である請求項１〜３のいずれかに記載の熱線反射性壁紙。
5. 前記球状金属酸化物粒子は火炎溶融法にて得られる粒子である請求項１〜３のいずれかに記載の熱線反射性壁紙。