JP7129840B2 - 断熱塗料 - Google Patents

Description

本発明は、断熱塗料に関する。

従来、断熱塗料としては、シリコーン樹脂塗料に対してガラス中空ビーズの微小粒体を添加混入してあるものがあった（業界で周知）。

上述した従来の断熱塗料では、耐熱性が約２５０℃で、しかも熱伝導率を更に低下させるのが困難で、且つ、塗膜を短期間で厚く形成するのが困難であるという問題点がある。

従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、より耐熱性が高く、且つ、熱伝導率を従来の断熱塗料よりも更に低下させることができ、且つ、塗膜を短期でより厚く形成できるようにするところにある。

本発明の第1の特徴構成は、水酸化リチウムとケイ酸リチウムを含むアルカリシリケート樹脂水性塗料１００質量部に対して、耐アルカリ性ガラス繊維を５質量部、シリカエアロゲル粉粒体１０質量部を添加混合したところにある。

本発明の第１の特徴構成によれば、アルカリシリケート樹脂水性塗料は、従来のシリコーン樹脂塗料よりも耐熱性があり、そのアルカリシリケート樹脂水性塗料に耐アルカリ性ガラス繊維を添加することにより、流動性が低下して短時間で厚みを増やせる塗料になる。
その上、シリカエアロゲル粉粒体を添加することにより、従来品の様にガラス中空ビーズの微小粒体を添加するよりも断熱性能が向上する。

成膜が良好で、断熱性能が従来品よりも向上した塗料を提供できる。
水酸化リチウムとケイ酸リチウムを含むアルカリシリケート樹脂水性塗料は、耐熱性が高く、従来の断熱塗料よりも高い耐熱性能を発揮する。

本発明の第２の特徴構成は、前記耐アルカリ性ガラス繊維はφ１３μｍで６ｍｍ長の繊維であり、前記シリカエアロゲル粉粒体は平均粒径０．０１～１．２ｍｍである。

本発明の第２の特徴構成によれば、平均粒径が０．０１～１．２ｍｍのシリカエアロゲル粉粒体により、熱伝導率低下させることができる。

本発明の第３の特徴構成は、前記シリカエアロゲル粉粒体１００質量部に対して酸化チタン粉粒体を０よりも大で２０質量部以下を添加してある。

本発明の第３の特徴構成によれば、前記シリカエアロゲル粉粒体１００質量部に対して酸化チタン粉粒体を０よりも大で２０質量部以下を添加することにより、更に平均熱伝導率が低下し、より断熱性能を向上させることができる。

熱伝導率測定実験装置で、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。 従来例と本発明の断熱塗料の断熱性能比較実験のグラフである。 酸化チタンを添加混合した塗料の熱伝導率の変化グラフである。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
水酸化リチウムとケイ酸リチウムを含むアルカリシリケート樹脂水性塗料（(株)ゼットアールシー・ジャパン製、商品名：ゼロＶＯＣ水性常温亜鉛めっきＺＲＣ－液状）を１００質量部に対して、φ１３μｍで６ｍｍ長の耐アルカリ性ガラス繊維（日本電気硝子(株)製、商品名：Ａｌｋａｌｉ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ 品番ＡＣＳ６Ｈ－１０３（２０）／Ｖ）を５質量部、平均粒径０．０１～１．２ｍｍのシリカエアロゲル粉粒体（Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製、商品名：Ｐ２００）の１０質量部を添加して撹拌混合して断熱塗料を構成してある。

前記断熱塗料は、アルカリシリケート樹脂水性塗料を使用してあることにより、シリカエアロゲルのナノサイズ中空個体の構造を壊さずに添加できると共に、耐熱温度を約３００℃まで上げられ、また、耐アルカリ性ガラス繊維の添加により、前記水性塗料とシリカエアロゲルとの接着強度を強くし、つまり、シリカエアロゲル粉粒体が、絡み合った多数本の耐アルカリ性ガラス繊維間の隙間に保持され、全体として安定した塗装の層を形成できる。
その上、アルカリシリケート樹脂水性塗料の使用により、従来のような有機溶媒を使用した塗料に比べて人体への影響が少なくなる。

シリカエアロゲル粉粒体は、網目状の微細構造を持ち、骨格間に１０ｎｍに満たない細孔があって、三次元的で微細な多孔性の構造をしているために優れた断熱性を示し、融点が１２００℃で、高温環境下での断熱にも利用できるという利点がある。
しかも、曲げには脆いが自重の２０００倍もの重さを支える強度を持つものもあることが知られている。
従って、シリカエアロゲル粉粒体を混入した断熱塗料によって形成された塗装膜は、熱伝導率が従来の断熱塗料よりも、低い為、従来よりも断熱性を得る。その為、従来よりも塗装膜厚みを薄くでき、母材にかかる塗布重量を減少させることができ、施工期間の短縮が可能となる。

〔実験１〕
そこで、シリカエアロゲル粉粒体の適切な粒径を調べるべく、粒子サイズの違いによる熱伝導率を調べ、表１に示した。

上記表１からは、粒子サイズ０．０１～１．２ｍｍのものが、熱伝導率が０．０１９８Ｗ／ｍ・Ｋと最も低かった。

〔実験２〕
断熱塗料の配合率の選定実験を行い、表２～表４に示した。

表２では、水性塗料の割合を１００質量部にすると共に、エアロゲルを１０質量部で一定にし、ガラス繊維の添加割合を変動させた。
この場合、ガラス繊維の添加割合がないと、ガラス繊維による補強効果がないために表面のひび割れが多く発生し、表面剥離しやすくなり、また、ガラス繊維が多過ぎれば、ガラス繊維同士の絡み付きが少なく、ほつれない。その結果、施工個所は表面剥離しやすくなり、結局、ガラス繊維は５質量部が良いことになる。

表３では、水性塗料の割合を１００質量部にすると共に、ガラス繊維を５質量部で一定にし、エアロゲルの添加割合を変動させた。
この場合、エアロゲルが少ないと流動性が高すぎ、多過ぎると流動性が低下して混ぜにくくなる。
結局、シリカエアロゲルの添加割合は１０質量部が適切であることになる。

表４では、エアロゲル５質量部、ガラス繊維１０質量部で固定した状態で、水性塗料の割合を変動させた。
この場合、水性塗料が少ないと、流動性が低くて混ぜにくくなり、ガラス繊維がほつれにくくなり、多過ぎると、流動性が高くなるために、全体として混ぜやすくなるものの、完成後の欠けや、剥離がしやすくなる。
結局、水性塗料は、１００質量部が良いことになる。

表２～表４から判断すると、総合的には、アルカリシリケート樹脂水性塗料１００～１３０質量部に対して、耐アルカリ性ガラス繊維を０よりも大で５質量部以下、シリカエアロゲル粉粒体を５～１０質量部添加混合するのが適切である。

〔実験３〕
従来例で示す断熱塗料と、本発明の断熱塗料との性能の比較実験を行った。
従来例は、シリコーン樹脂塗料に対してガラス中空ビーズの微小粒体と有機溶媒を添加混合した断熱塗料であって、これに対し、本発明の断熱塗料は、アルカリシリケート樹脂水性塗料に対して、耐アルカリ性ガラス繊維、シリカエアロゲル粉粒体を添加混入した断熱塗料を使用した。
尚、本発明の断熱塗料の溶媒は水であり、従来例と本発明の夫々の断熱塗料を図１（ａ）、（ｂ）に示す実験装置により、熱源であるホットプレート１からの熱（鋼板温度は、１００℃、１５０℃、２００℃の各段階で測定、外気温は夫々２３．０℃）により加熱された鋼板２上の断熱塗料３（夫々の厚みは３ｍｍ）の塗膜界面４と塗膜表面５と外気温６の測定温度と塗膜厚みから夫々の温度の熱伝導率を測定した。
尚、測定装置については、測定箇所の鋼板２、塗膜界面４と塗膜表面５、外気温６は、Ｋ型熱電対を用いて測定した。また、鋼板２の熱電対は、温度調節器７に接続している。その温度調節器７は、空間８を挟んだ下方位置にあるホットプレート１に接続させており、各設定温度（各測定温度）になるようホットプレートの電源は、ＯＮ／ＯＦＦを繰り返しながら、温度が調節される構造である。
その結果は、図２のグラフに示すように、本発明の断熱塗料３の平均熱伝導率が０．０３０８Ｗ／ｍ・Ｋ（鋼板１００℃、１５０℃、２００℃での断熱塗料３の各測定温度の平均値）であるのに対し、従来例の断熱塗料の平均熱伝導率が０．０７１３Ｗ／ｍ・Ｋ（鋼板１００℃、１５０℃、２００℃での断熱塗料の各測定温度の平均値）であり、熱伝導率の差は明らかで、本発明の断熱塗料の方が、断熱性能がよい。

〔別実施形態〕
〔実験４〕
アルカリシリケート樹脂水性塗料１００質量部に対して、耐アルカリ性ガラス繊維を５質量部、シリカエアロゲル粉粒体を１０質量部添加混合した本発明の断熱塗料において、シリカエアロゲル１０質量部に対して輻射遮蔽材である酸化チタン（ＴｉＯ₂）を、０．１～１０質量部（１～１００％）添加混合した断熱塗料で断熱性能の向上の有無を測定した。
測定結果は、図３に示すように、酸化チタン粉粒体の添加量は、０よりも大で２０質量部以下において（０％よりも大で２１％以下）断熱性能（熱伝導率）の向上が見られた。
尚、図３のグラフから、シリカエアロゲル粉粒体の１／１０の添加量がベストであることがわかる。

１ ホットプレート
２ 鋼板
３ 断熱塗料
４ 塗膜界面
５ 塗膜表面
６ 外気
７ 温度調節器
８ 空間

Claims (3)

1. 水酸化リチウムとケイ酸リチウムを含むアルカリシリケート樹脂水性塗料１００質量部に対して、耐アルカリ性ガラス繊維を５質量部、シリカエアロゲル粉粒体１０質量部を添加混合してある断熱塗料。
2. 前記耐アルカリ性ガラス繊維はφ１３μｍで６ｍｍ長の繊維であり、
   前記シリカエアロゲル粉粒体は平均粒径０．０１～１．２ｍｍである請求項１に記載の断熱塗料。
3. 前記シリカエアロゲル粉粒体１００質量部に対して酸化チタン粉粒体を０よりも大で２０質量部以下を添加してある請求項１または２に記載の断熱塗料。

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