JP5180748B2 - 遮熱シート - Google Patents

Description

本発明は、建築物の屋根やコンテナ、トラック荷台などの屋外に設けられる遮熱シートに関するものである。

太陽から地上に届く光（電磁波）を日射といい、遮熱シートとは、夏の日射熱を建物等の外部で遮り、内部にその影響がでないようにするシートのことであり、特に夏場では温度調整に用いられるエアコン等の電力節減に繋がり、地球環境を考える上でも好ましく要望が高い。

アルミニウムは日射を良く反射することで知られている。しかし、アルミニウムを屋外で使用した場合には、水分や埃等による白錆の発生、あるいは接触物によるキズなどで除々に反射率が低下してしまう。
遮熱シートとしては、アルミの蒸着膜の表側をフィルムで補強し、裏側には織布や発泡シート等の断熱材を接着剤で貼り合せて積層させたものが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
特許文献１、特許文献２に開示された遮熱シートでは、遮熱効果は高いものの表面のフィルムやアルミの蒸着膜の耐久性が十分とは言えず、トラック荷台などでは頻繁に洗車機ブラシによって洗浄されるとフィルムや蒸着膜が剥がれてしまう問題があった。また、コスト的に高価であった。

一方、アルミニウム基材に化成処理などの下地処理を行い、その上に反射顔料を含む塗膜を儲けることも提案されているが（特許文献３）、このような塗料は一般的に高価であるだけでなく、５μｍを超える膜厚が必要となりコスト高となる。
特開２００１−１９１４５３号公報 特開２００７−７９０７号公報 特許第３３７６９４９号公報

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、安価でかつ遮熱特性を維持できる遮熱シートを提供することを目的とする。

遮熱シートに関し鋭意研究を重ねた結果、従来の遮熱シートは、アルミニウムによる日射反射と、塗膜や発泡シート等による断熱を利用して遮熱効果を得ようとしていたが、実際には遮熱は日射反射による効果が殆どで、断熱はあまり効果がない。つまりアルミニウムの高い反射率を維持できれば実用的に十分な遮熱効果が得られる。アルミニウムの高い反射率を維持する方法としては、無孔質の陽極酸化皮膜に透明な保護皮膜を設ける方法が最も安価で効果が高い。この知見に基づく本発明の遮熱シートは、少なくとも一方の面の表面粗さがＲａで０．２μｍ以下のアルミニウム基材と、アルミニウム基材の表面粗さがＲａで０．２μｍ以下の面上に形成され、厚さが５０〜１５０ｎｍ、厚さのバラツキが±５ｎｍ以下である無孔質陽極酸化皮膜と、無孔質陽極酸化皮膜上に形成され、厚さが０．５〜２μｍ、動摩擦係数が０．１５以下のアクリル樹脂からなるクリア保護皮膜と、を備えたことを特徴とする。

本発明の遮熱シートは、ＪＩＳＲ３１０６に準じた、波長３００〜２１００ｎｍにおける日射反射率が７０％以上であることが好ましい。

本発明によれば、安価でかつ遮熱特性を維持できる遮熱シートを提供できる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における遮熱シート１０の断面構造を示す図である。図１に示すように、遮熱シート１０は、アルミニウム基材１と、アルミニウム基材１の一方の面に形成された無孔質陽極酸化皮膜２と、陽極酸化皮膜２上に形成された保護皮膜３とから構成される。アルミニウム基材１は日射を反射する機能を有する遮熱シート１０の基本的な構成部分である。無孔質陽極酸化皮膜２は、アルミニウム基材１に対する保護皮膜３の密着性を向上するために形成される。保護皮膜３は、アルミニウム基材１のみでは、白錆の発生、あるいは接触物によるキズなどによる反射率の低下を防止するために設けられる。以下、各要素について順に説明する。なお、図１は、アルミニウム基材１の一方の面に無孔質陽極酸化皮膜２、保護皮膜３を順次形成しているが、無孔質陽極酸化皮膜２、保護皮膜３をアルミニウム基材１の他方の面に順次形成してもよい。また、本発明における無孔質とは、酸化皮膜の断面を電子顕微鏡を用いて１０万倍で観察した際に実質的に孔が観察されないことをいう。

＜アルミニウム基材１＞
アルミニウム基材１は、厚さが０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍの薄板が好ましい。
アルミニウム基材１の厚さが０．０５ｍｍ以上あれば遮熱シート１０としての剛性を確保でき、施工時に遮熱シート１０が破れることを防止できる。
一方、アルミニウム基材１の厚さが０．３ｍｍを超えると重量が重くなり施工性が悪くなる。また、厚さが０．３ｍｍを超えると剛性が強くなり、遮熱シート１０を被着する面が平坦でない場合には、遮熱シート１０を被着面の凹凸に沿わせて施工するのが難しくなる。また、使用されるアルミニウムの量が増えコスト高となる。アルミニウム基材１の好ましい厚さは０．０６〜０．２ｍｍ、より好ましい厚さは０．０８〜０．１５ｍｍである。

アルミニウム基材１の表面粗さはＲａ（以下、Ｒａを省略することがある）で０．２μｍ以下とする。表面粗さを０．２μｍ以下とすればアルミニウム基材１における日射の乱反射を少なくし、日射エネルギの吸収を少なくすることができるので、日射反射により高い遮熱効果を得ることができる。アルミニウム基材１の表面粗さは、好ましくは０．１５μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以下である。ただし、表面粗さを小さくするにはコストがかかるため、現実的な表面粗さの下限は０．０２μｍである。なお、表面粗さはアルミ板を圧延する際のロール表面の粗度で調整できる。
アルミニウム基材１の材質は問わず、純アルミ系の１０００系合金、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の２０００系合金、Ａｌ−Ｍｎ系の３０００系合金、Ａｌ−Ｓｉ系の４０００系合金、Ａｌ−Ｍｇ系の５０００系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の６０００系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系の７０００系合金、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系の８０００系合金のいずれを用いることができるが、耐食性の観点から１０００系が好ましい。

＜無孔質陽極酸化皮膜２＞
アルミニウム基材１に対する保護皮膜３の密着力を高めるために下地処理が必要であり、本発明では、アルミニウム基材１の表面を電解処理することによって形成され、膜厚均一性の高い無孔質陽極酸化皮膜２を下地処理とする。そうすることにより、反射率の低下を抑えつつ、保護皮膜３との良好な密着性が得られる。
無孔質陽極酸化皮膜２の平均膜厚は５０〜１５０ｎｍとする。
平均膜厚が５０ｎｍ未満では、保護皮膜３が薄すぎて局部的な水和酸化皮膜を形成してアルミニウム基材１の表面凹凸が大きくなり、日射の乱反射が生じて反射率が低下する。一方、平均膜厚が１５０ｎｍを超えると、無孔質陽極酸化皮膜２自体による日射吸収が無視できないレベルとなり、反射率の低下に繋がる。無孔質陽極酸化皮膜２の好ましい平均膜厚は６０〜１３０ｎｍ、より好ましい平均膜厚は７０〜１２０ｎｍである。
本発明は、無孔質陽極酸化皮膜２の平均膜厚を上記の範囲にしても、厚さのバラツキが大きいと反射率が低下する。そこで本発明では、無孔質陽極酸化皮膜２の平均膜厚に対するバラツキを±５ｎｍ以下にする。厚さのバラツキは、好ましくは、±４ｎｍ以下、より好ましくは±３ｎｍ以下である。なお、本発明において±５ｎｍ以下のバラツキとは、アルミニウム基材１の縦・横１０ｃｍの正方形の領域内で任意の２０点の膜厚を測定し、測定された２０点の膜厚が平均値の±５ｎｍ以内に全て含まれることをいう。

無孔質陽極酸化皮膜２は、空孔率が３％以下であることが好ましい。
一般的に無孔質陽極酸化皮膜は定電圧電解によって得られ、理論上、１Ｖ＝１.４ｎｍの膜厚となる。上記の膜厚均一性に優れる無孔質陽極酸化皮膜２は、電解を３回以上に分け、初回電解時の電圧を膜厚から逆算される電圧の１／２以下、電流密度を１．５Ａ／ｄｍ^２以下として得ることが好ましい。
例えば、膜厚が１４０ｎｍ（＝１００Ｖ）の陽極酸化皮膜を得ようとする場合には、初回電解時の電圧を５０Ｖとする。次いで、２回目の電解の電圧を７５Ｖ、３回目の電解の電圧を１００Ｖとして、３回の電解処理をすることにより、１４０ｎｍの無孔質陽極酸化皮膜を得ることができる。
無孔質陽極酸化皮膜２は、保護皮膜３との密着性を更に高めるためにシランカップリング剤や下塗り等を施すこともできる。

＜保護皮膜３＞
保護皮膜３には樹脂自体の日射の透過率が高く耐候性にも優れるアクリル樹脂を用いる。また、砂埃やブラシ洗浄での傷つき防止のために、保護皮膜３を滑り易くする、つまり動摩擦係数を下げることが有効であり、潤滑物質として水に溶けにくいシリコーンやポリエチレンワックス、カルナバワックスなどを混ぜるとよい。その中でも水系洗剤で落ちにくいシリコーンを含有させるのが好ましい。潤滑物質を含有し、保護皮膜３の動摩擦係数を０．１５以下にすると傷つき防止に優れた効果が得られる。
保護皮膜３の厚さが０．５μｍ未満であると十分な保護効果が得られず、３μｍを超えると皮膜自体の日射吸収が大きくなり反射率の低下に繋がる。また、コスト的にも好ましくない。したがって、本発明の保護皮膜３の厚さを０．５〜３μｍとする。保護皮膜３の好ましい厚さは０．７〜２．０μｍ、より好ましい厚さは０．８〜１．５μｍである。
高い反射率を維持するために保護皮膜３はクリア皮膜が適当であるが、反射率を著しく低下させない範囲であれば顔料等を用いて保護皮膜３を着色することもできる。

次に、本発明の遮熱シート１０の製造方法について説明する。
まず、上記のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム基材１を用意する。
アルミニウム基材１は、予め前処理を施しておくことが望ましい。この前処理の手段は特に限定されず、要はアルミニウム基材１の表面に付着した油脂分を除去し、表面の不均質な酸化物皮膜が除去できるものであればよい。例えば、弱アルカリ性の脱脂液による脱脂処理を施したのち、水酸化ナトリウム水溶液でアルカリエッチングをしたのち、硝酸水溶液中でデスマット処理を行う方法や脱脂処理後に酸洗浄を行う方法などが適宜選択して用いられる。

次に、アルミニウム基材１の表面を電解浴中で電解処理することによって無孔質陽極酸化皮膜２を形成させる。電解浴には、生成する陽極酸化皮膜が溶解しにくく、かつ無孔質の膜を生成する電解質であるホウ酸、ホウ酸塩、リン酸塩、アジピン酸塩、フタル酸塩、安息香酸塩、酒石酸塩、クエン酸塩、ケイ酸塩などの群から選ばれる１種または２種以上を溶解した水溶液が用いられる。これらの電解質のなかでもホウ酸、アジピン酸塩、フタル酸塩、ケイ酸塩が酸化膜の性状、コストなどの点で好ましい。電解浴中の電解質濃度は２質量％からその電解質の飽和濃度の範囲で選ばれる。たとえばホウ酸の場合は２〜１０質量％の範囲がよい。電解質濃度が高すぎると皮膜溶解性が増して多孔質膜になるおそれがあり、アニオン含有率も高くなるおそれがある。電解浴の浴温は２０〜５０℃の範囲で十分であり、浴温を５０℃超の高温とする必要はない。また、電解浴のｐＨはｐＨ６．０ないし８．０の範囲が好ましい。ｐＨが高すぎると多孔質化しやすくなるので好ましくない。

この電解浴中で、アルミニウム基材１は、連続あるいは断続であっても陽極となるように電源に接続されて電解される。陰極には不溶性の導電材料が用いられる。電解電流は、直流電流が用いられ、直流電解では直流密度１．５Ａ／ｄｍ^２以下、電解時間数秒〜１０分程度で電解が行われる。印加電圧は、直流電流では、電圧１Ｖに対して形成される酸化膜厚さが約１．４ｎｍとなる関係があることから、前述したように、電解を３回以上に分け、初回電解時の電圧を膜厚から逆算される電圧の１／２以下とする。

表１に示す板厚、表面粗さＲａ（表裏両面）を有するＪＩＳ Ａ１２００合金板を用意し、アルカリ脱脂液による脱脂を行い、十分に水洗した後、硝酸によるデスマットを実施した。
次に、ケイ酸塩水溶液中で電解処理し、表２に示す無孔質陽極酸化皮膜を前記合金板の表裏両面に形成した。なお、実施例の電解処理の代表例を表１に示す。

シリコーン(silicone，商品名：信越シリコーン社製 Ｘ−２２−２４２６)を添加した水性アクリル樹脂塗料（商品名：日本純薬社製ジュリマー ＡＴ−５１５）を用いて、無孔質陽極酸化皮膜上に保護皮膜を形成した。なお、シリコーンの添加量を調整することにより保護皮膜の動摩擦係数を変化させた。

以上で得られた試料を用いて、耐候性、遮熱性、耐傷つき性、及び耐候性等の試験前の日射反射率を評価した。評価方法は以下の通りである。また、結果を表２に示す。
（１）耐候性
大気暴露試験６ヶ月経過後の表面状態を目視により観察し、下記基準で評価した。なお、大気暴露試験前（初期状態）は、全ての試料の評価が○である。
○…異常なし
△…細かいキズや腐食・変色が若干見られる
×…キズや腐食・変色が激しい
（２）遮熱性
厚さ２ｍｍの鉄板に、保護皮膜を形成した面を表側にして試料（遮熱シート）を貼り付け、２００ｍｍ離れたところから１００Ｗの白熱灯で３０分間照らした後の鉄板の温度を測定し、試料（遮熱シート）を貼り付けない場合の温度との温度差を求めた。なお、初期状態の試料と大気暴露試験６ヶ月経過後の試料の２種類の試料で評価した。
○…１０℃以上の差
△…５〜１０℃未満の差
×…０〜５℃未満の差
（３）耐傷つき性
中性洗剤を付けた樹脂製ブラシで、試料の保護皮膜形成面を１００回擦った後の表面状態を目視で観察し、下記基準で評価した。
○…異常なし
△…細かいキズが若干見られる
×…キズが激しい

表２に示す結果から、本発明品は安価で製造することができ、かつ遮熱シートとして優れた特性が得られることがわかる。なお、無孔質陽極酸化皮膜を合金板の片面に形成した試料についても評価を行ったが、上述した表裏両面の試料と同様の結果が得られた。

本実施の形態における遮熱シートの断面構造を示す図である。

符号の説明

１０…遮熱シート、１…アルミニウム基材、２…無孔質陽極酸化皮膜、３…保護皮膜

Claims (1)

1. 少なくとも一方の面の表面粗さがＲａで０．２μｍ以下のアルミニウム基材と、
   表面粗さがＲａで０．２μｍ以下の前記アルミニウム基材の面上に形成され、厚さが５０〜１５０ｎｍ、厚さのバラツキが±５ｎｍ以下である無孔質陽極酸化皮膜と、
   前記無孔質陽極酸化皮膜上に形成され、厚さが０．５〜２μｍ、動摩擦係数が０．１５以下のアクリル樹脂からなるクリア保護皮膜と、
   を備えたことを特徴とする遮熱シート。

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