JP7366016B2

JP7366016B2 - 屋根コーティング組成物、使用方法、及び物品

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Publication number: JP7366016B2
Application number: JP2020526019A
Authority: JP
Inventors: スコリナ，タイジヤ; エル．エー．エバーマン，レベッカ; エー．タンゲマン，ジーン; ディー．バッド，ケントン
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2023-10-20
Anticipated expiration: 2038-11-02
Also published as: US20210130623A1; EP3707212A1; US11459465B2; JP2021502458A; CN111315831A; WO2019092568A1

Description

例えば、米国特許出願公開第２０１６／０３２６７４６号に記載されているように、近年、カリフォルニア州では、低勾配の屋根に、７０％より大きい太陽光反射率を有する屋根カバーが必要な建築基準法が施行されている。このような高レベルの太陽光反射率を達成するには、現在の着色技術を用いた顆粒では、このような高レベルの太陽光反射率を達成することができないため、顆粒化屋根葺き製品上に反射性コーティングで屋根をコーティングする必要がある。しかしながら、適用されるポリマーコーティングは、限られた耐用年数しか有さず、特定の使用年数後に再コーティングを必要とする。また、屋根カバー上にこのようなコーティングを付加するコストは、比較的高くなり得る。

太陽光反射屋根葺き顆粒について、記載されている。例えば、米国特許出願公開第２０１６／０３２６７４６号の要約には、バインダ中に分散した太陽光反射粒子とともに、バインダ及び不活性無機物質粒子を含む太陽光反射屋根葺き顆粒が記載されている。凝集プロセスにより、顆粒の表面内又はその下の所望の深さで、太陽光反射粒子が優先的に配置される。

白色屋根コーティングもまた、記載されている。例えば、アクリル、ウレタン、シリコーン、（例えば、ＳＢＳ、ＳＥＢＳ）スチレンブロックコポリマーなどの有機ポリマーバインダを含む反射性の白色屋根コーティングが記載されている。

様々な屋根コーティング組成物が記載されてきたが、業界では、改善された特性を有する屋根コーティング組成物において利点が見出されるであろう。

一実施形態では、屋根葺き材料をコーティングする方法が記載される。方法は、無機バインダ材料と、化学硬化剤と、無機微粒子充填剤と、を含む水性屋根コーティング組成物を準備することと、水性屋根コーティング組成物を無機屋根葺き材料に適用することと、水性屋根コーティング組成物を乾燥及び化学硬化させることと、を含む。水性屋根コーティング組成物を乾燥及び化学硬化させた後に、屋根コーティング組成物は、少なくとも０．７の全太陽光反射率を有する。

別の実施形態では、少なくとも０．７の全太陽光反射率を有する表面コーティングを含む無機（例えば、屋根葺き）材料であって、表面コーティングは、ケイ酸塩と、化学硬化剤と、無機微粒子充填剤と、を含む。

水性屋根コーティング組成物もまた、記載されている。

具体化された屋根コーティングのコーティング厚さの関数としての平均全太陽光反射率のグラフである。

屋根葺きコーティング組成物は、無機バインダ材料を含む。無機バインダ材料（硬化前）は、典型的には、１０００ｇ／モル以下の分子量を有する無機化合物である。

無機バインダ材料を含む水溶液の一例は、水ガラスである。本明細書で使用する場合、用語「水ガラス」は、アルカリケイ酸塩（例えば、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、及び／又はケイ酸カリウム）及びこれらの組み合わせの水溶液を指す。アルカリケイ酸塩は、式（ＳｉＯ_２）_ｎ（Ｍ_２Ｏ）［式中、ｎは正の整数であり、Ｍはアルカリ金属（例えば、ナトリウム又はカリウム）である］を有する化合物及びそれらの水和物のための一般名である。アルカリケイ酸塩は、２つ以上の酸化物イオンを含み、したがってポリアニオンとして特徴付けることができる。

好適なアルカリケイ酸塩としては、ケイ酸セシウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸カリウム、又はケイ酸ナトリウムが挙げられる。ケイ酸ナトリウム及びケイ酸カリウムは、約１．６～２．５の範囲のＳｉＯ_２：Ｎａ_２Ｏ（Ｋ_２Ｏ）重量比を有する市販の化合物である。市販材料は、ＰＱＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍａｌｖｅｒｎ，ＰＡ）から、商品名「ＳＴＡＲ」、「ＢＷ５０」、及び「ＬＩＴＨＩＳＩＬ２５」として入手可能である。このような材料は、典型的には、２３重量％～４５重量％固形分の範囲の固形分含有量、又は反対に５５～７７重量％の範囲の含水量を有する。したがって、組成物が２３グラムのＢＷ５０（２６．２重量％の固形分含有量を有する）を含有する場合、組成物は６４．８グラムの水も含有する。

水は、典型的には、水性組成物の主要な液体成分である。このような実施形態では、液体成分は、少なくとも５０、６０、７０、８０、９０、９５重量％、又はそれ以上の水（例えば、脱イオン水）を含む。水溶液は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、グリム、ジグリム、プロピレングリコール、及び／又はアセトンなどの有機共溶媒を更に含んでもよい。有機共溶媒は、乾燥時間を調節するために使用されてもよい。

典型的な実施形態では、水性屋根コーティング組成物は、少なくとも５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、又は９０重量％の水を含むか、又は換言すれば、固形分含有量は、約１０～５０重量％の範囲である。いくつかの実施形態では、水性屋根コーティング組成物は、少なくとも１５又は２０重量％の固形分含有量を有する。いくつかの実施形態では、水性屋根コーティング組成物は、４５、４０、３５、又は３０重量％以下の固形分含有量を有する。固形分含有量が低すぎる場合、薄い厚さ（例えば、２５ミクロン未満）で所望の全太陽光反射率（ＴＳＲ）を得ることは困難である。固形分含有量が高すぎる場合、水性屋根コーティング組成物を適用することは困難であり得る。

乾燥及び硬化させた屋根コーティング組成物中の無機バインダ材料（例えば、アルカリケイ酸塩）の濃度は、典型的には、１０重量％～４０重量％の範囲である。いくつかの実施形態では、無機材料（例えば、アルカリケイ酸塩）の濃度は、少なくとも１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、又は２０重量％である。いくつかの実施形態では、無機材料（例えば、アルカリケイ酸塩）の濃度は、３９、３８、３７、３６、３５、３４、３３、３２、３１、３０重量％以下である。より低い濃度のアルカリケイ酸塩は、高ＴＳＲを達成しやすい。

いくつかの実施形態では、屋根コーティング組成物は、好ましくは、無機バインダ材料（アルカリケイ酸塩）を（例えば、不可逆的に）硬化させるのに使用され得る化学硬化を含む。例示的な化学硬化剤としては、リン酸アルミニウム、アルミノケイ酸塩（例えば、非晶質アルミノケイ酸塩）、フルオロケイ酸塩、ポルトランドセメント、氷晶石、カルシウム塩（例えば、ＣａＣｌ_２）、及びケイ酸カルシウムが挙げられる。いくつかの実施形態では、化学硬化剤は、リン酸アルミニウム、非晶質アルミノケイ酸塩、フルオロケイ酸塩、ポルトランドセメント、又はケイ酸カルシウムのうちの少なくとも１つである。いくつかの実施形態では、化学硬化剤は非晶質である。いくつかの実施形態では、化学硬化剤は、非晶質アルミノケイ酸塩を含む。例示的な化学硬化剤は、例えば、ＢｕｄｅｎｈｅｉｍＩｎｃ．（Ｂｕｄｅｎｈｅｉｍ，Ｇｅｒｍａｎｙ）及びＳｏｌｖａｙＦｌｕｏｒｉｄｅｓ，ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）などの民間の供給元から得ることができる。

化学硬化剤の濃度は、典型的には、屋根コーティング組成物の全固形分（すなわち水溶液を除く）の少なくとも１、２、又は３重量％、最大１０重量％の範囲である。

いくつかの実施形態では、屋根コーティング組成物は、化学硬化剤としても機能する充填剤を含む。メタカオリン（ＭＫ）などのアルミノケイ酸塩粘土は、そのような充填剤の一例である。したがって、屋根コーティング組成物がメタカオリンを含む場合、更なる化学硬化剤は必須ではない。このようなアルミノケイ酸塩粘土は、少なくとも５０、５５、６０、又は６５重量％、典型的には７０重量％以下のシリカ含有量を有する。粘土のアルミナ含有量は、典型的には、少なくとも２０又は２５重量％であり、典型的には、３５重量％以下である。

屋根コーティング組成物が化学硬化剤としても機能する充填剤を含む場合、充填剤／硬化剤（例えば、ＭＫ）の量は、典型的には、少なくとも１、２、３、４、又は５重量％、最大１０重量％の範囲である。他の実施形態では、充填剤／硬化剤（例えば、ＭＫ）の量は、乾燥及び硬化させた屋根コーティング組成物の少なくとも１０、１５、又は２０重量％、及び３０又は２５重量％以下である。

屋根葺き顆粒は、典型的には、少なくとも２００℃～５００℃の温度で（ロータリーキルン内で）焼成される。水性屋根コーティング組成物を（例えば、粘土又はセラミックタイル）屋根葺き材料に適用する工程が、屋根葺き材料が屋根上に取り付けられる前に行われる（又は、換言すれば屋根葺き材料が予め適用され、予め硬化された屋根コーティングを有する）場合、屋根コーティング組成物を任意選択的に焼成してもよい。焼成したアルカリケイ酸塩組成物は、本明細書に記載されるように、「焼結した」又は「か焼した」として特徴付けることができる。しかしながら、典型的な実施形態では、屋根コーティング組成物は、既存の屋根に適用されるか、又は換言すれば、建物の屋根に配置される（例えば取り付けられる）屋根葺き材料に適用される。コーティングを適用する際の屋根葺き材料の温度は、典型的には２０℃超である。適用後、乾燥及び硬化させた屋根コーティング組成物は、１２０°Ｆ以上の温度に達し得る。最大１３０、１４０、１５０、又は１６０°Ｆの範囲の温度であっても、乾燥及び硬化させた屋根コーティングは、亜鉛めっき鋼などの金属試験基材から剥離されないであろう。本実施形態では、本明細書に記載される屋根コーティング組成物は、典型的には、焼結されず（すなわち、未焼結）、か焼されない（すなわち、未か焼）。未焼結アルカリケイ酸塩及び粘土などの未か焼鉱石材料は、約１０～約４０％の揮発物（例えば、水分）を含有し得る。水分含有量は、乾燥及び硬化させた屋根コーティング組成物の弾性に寄与し得ることが推測される。

屋根コーティング組成物は、概して、乾燥及び硬化させた（例えば、硬化させた）屋根コーティング組成物が十分に高いＴＳＲを有するように、十分に高いＴＳＲを有する無機微粒子充填剤を含む。典型的な実施形態では、乾燥及び硬化させた屋根コーティング組成物の微粒子充填剤の少なくとも６０、６５、７０、７５、８０、８５、又は９０重量％は、典型的には、少なくとも０．８５又は０．９０のＴＳＲを有する。微粒子充填剤のＴＲは、実施例に更に記載されるように、顆粒の反射率を求めるのと同じ方法で求めることができる。

屋根コーティング組成物が比較的薄い場合などのいくつかの実施形態では、屋根コーティング組成物は、太陽光反射粒子を含む。太陽光反射粒子は、典型的には、少なくとも１．７０の屈折率を有する金属酸化物である。本明細書で使用する場合、「屈折率」は、５５０ｎｍの波長での屈折率を指す。太陽光反射粒子の一例は、１．７６～１．７７の屈折率を有する酸化アルミニウムである。他の金属酸化物としては、２．０の屈折率を有する酸化亜鉛及び１．９８の屈折率を有する酸化バリウムが挙げられる。更に別の例として、二酸化チタンは、結晶構造（２．４８８－（アナターゼ）、２．５８３－（ブルッカイト）、－２．６０９（ルチル））に応じて、約２．４８～２．６１の屈折率を有する。屋根コーティング組成物に用いることができる二酸化チタンの例は、ＣｒｉｓｔａｌＵＳＡＩｎｃ．（ＨｕｎｔＶａｌｌｅｙ，ＭＤ）から入手可能な、１．６マイクロメートルのｄ（５０）粒径を有する「ＴｉＯ_２ＲＣＬ９」である。太陽光反射粒子、特に二酸化チタンは、反射率に加えて、屋根コーティング組成物の不透明度に寄与する。

いくつかの実施形態では、太陽光反射粒子の濃度は、典型的には、屋根コーティング組成物の全固形分（すなわち、水及び共溶媒を除く）の少なくとも５重量％であり、典型的な実施形態では、少なくとも６、７、８、９、又は１０重量％である。太陽光反射粒子の濃度は、典型的には、全固形分の３０重量％以下、いくつかの実施形態では、２９、２８、２７、２６、又は２５重量％以下である。

より厚いコーティングなどの他の実施形態では、太陽光反射粒子の濃度は、乾燥及び硬化させた屋根コーティング組成物全体の５、４、３、２、１、０．５、０．１、又は０．００１重量％未満であり得る。

典型的な実施形態では、屋根コーティング組成物は、１．４０より大きいが１．７０より小さい、つまり上記の太陽光反射粒子の屈折率未満の屈折率を有する白色無機微粒子充填剤を含む。いくつかの実施形態では、無機微粒子充填剤の屈折率は、１．６５又は１．６０未満である。更なる充填剤は、乾燥及び硬化コーティングの機械的強度及び耐久性に寄与し得る。いくつかの実施形態では、充填剤は、着色増量充填剤（color extending filler）として特徴付けることができる。

好適な充填剤としては、例えば、Ｊ．Ｍ．ＨｕｂｅｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｅｄｉｓｏｎ，ＮＪ）から「Ｍｉｃｒａｌ６３２」という商品名で入手可能な、１．５７の屈折率及び０．９３のＴＳＲを有するようなアルミニウム三水和物；Ｉｍｅｒｙｓ（Ｒｏｓｅｗｅｌｌ，ＧＡ）から「＃１０Ｗｈｉｔｅ」という商品名で市販されており、１．６０の屈折率及び０．９１のＴＳＲを有するようなＣａＣＯ_３；Ｉｍｉｆａｂｉから「ＨＴＰ２」という商品名で市販されており、１．５４～１．５９の屈折率及び０．９０のＴＳＲを有するようなタルク；ＳｐｒｕｃｅＰｉｎｅ，ＮＣから市販されており、１．５２～１．５３の屈折率及び０．９１のＴＳＲを有するような長石；並びに１．６２～１．６４の屈折率及び０．９のＴＳＲを有する珪灰石（ＣａＳｉＯ_３）が挙げられる。各種シリカはまた、０．８５以上のＴＳＲを有する。例えば、Ｍｉｎｃｏ（Ｍｉｄｗａｙ，ＴＮ）から市販されている溶融シリカは、１．４０～１．５５の屈折率及び０．９４のＴＳＲを有する。別の例として、ＶｉｔｒｏＭｉｎｅｒａｌｓ（Ｃｏｎｙｅｒｓ，ＧＡ）から市販されている焼成シリカは、１．４６の屈折率及び０．９６のＴＳＲを有する。

いくつかの実施形態では、１．７０未満の屈折率を有する無機微粒子充填剤の濃度は、屋根コーティング組成物の全固形分（すなわち、水及び共溶媒を除く）の少なくとも１０、１５、２０、２５、３０、又は３５重量％である。このような低屈折率微粒子充填剤の濃度は、典型的には、６０重量％以下、いくつかの実施形態では、５９、５８、５７、５６、又は５５重量％以下である。太陽光反射粒子の低屈折率粒子に対する重量比は、変化し得る。いくつかの実施形態では、低屈折率粒子の太陽光反射粒子に対する重量比は、１：１～５：１の範囲である。いくつかの実施形態では、低屈折率粒子の太陽光反射粒子に対する重量比は、４：１、３：１、又は２：１以下である。

屋根コーティング組成物は、任意選択的に、０．８５未満のＴＳＲを有する充填剤を含む、１～１０重量％の様々な添加剤を含み得る。例えば、好ましいレオロジー変性添加剤は、親水性ヒュームドシリカなどの非晶質マイクロシリカ（ＳｉＯ_２）である。更に、（例えば中空）ガラス／セラミック微小球は、反射／散乱強化のために使用することができる。ガラス／セラミックの屈折率に応じて、このような微小球は、前述したように、太陽光反射粒子と考えることができる。

しかしながら、特に、屋根コーティング組成物は、時間の経過とともに（例えば、屋根葺き材料に適用された３年後）コーティングのＴＳＲを低下させる、酸化鉄を吸収するような成分をほとんど又は全く含まない。

屋根コーティング組成物の成分は、乾燥及び硬化させた組成物が、少なくとも０．７０、０．７５、又は更には少なくとも０．８の全太陽光反射率（実施例に記載の試験方法によって求めるように）を提供するように選択される。いくつかの実施形態では、全太陽光反射率は、０．９０、０．８９、０．８８、０．８７、０．８６、０．８５、０．８４、０．８３、又は０．８２以下である。

一実施形態では、乾燥及び硬化させた屋根コーティング組成物は、０．６５の平均反射率を有する基材又は０．５７の平均反射率を有する基材の上に１０ミクロンの厚さで配置された場合に、少なくとも０．７の全太陽光反射率を有する。別の実施形態では、乾燥及び硬化させた屋根コーティング組成物は、０．２６の平均反射率を有する基材の上に１５０ミクロンの厚さで配置された場合に、少なくとも０．７の全太陽光反射率を有する。いくつかの実施形態では、乾燥及び硬化させた屋根コーティング組成物は、屋根葺き材料に適用された３年後、少なくとも０．５０のＴＳＲを有する。

太陽光反射粒子及び低屈折率微粒子充填剤の粒径は、屋根コーティング組成物の意図されるコーティング厚さ、並びに意図される適用技術に応じて変化し得る。無機屋根葺き材料が金属である場合、乾燥及び硬化させた屋根コーティング組成物の厚さは、典型的には、５～５０ミクロンの範囲である。セラミック、セメント、又は粘土の屋根葺き材料の場合、乾燥及び硬化させた屋根コーティング組成物の厚さは、５０ミクロンより大きくてもよい。

屋根コーティング組成物が約１０ミクロンの厚さで適用されることが意図される場合、（例えば、太陽光反射及び低屈折率）微粒子充填剤のＤ９０粒径は、典型的には、５、４．５、４、３、３．５、２．５、２、１．５、又は１ミクロン以下である。「Ｄ９０粒径」とは、粒子の９０体積％が、そのような指定された値以下の粒径を有することを意味する。したがって、Ｄ９０粒径は、適用されたコーティング厚さよりも少なくとも２倍小さい。いくつかの実施形態では、微粒子充填剤のＤ９０粒径は、適用されたコーティング厚さよりも少なくとも２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８．５、９、９．５、又は１０倍小さい。Ｄ９０粒径は、典型的には、少なくとも０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、又は１ミクロンである。

屋根コーティング組成物が約２５ミクロンの厚さで適用されることが意図される場合、（例えば、太陽光反射及び低屈折率）微粒子充填剤のＤ９０粒径は、より大きく、例えば、典型的には、６．６、６、５．５、５、４．５、４、又は３．５ミクロン以下であり得る。

屋根コーティング組成物が約５０ミクロンの厚さで適用されることが意図される場合、（例えば、太陽光反射及び低屈折率）微粒子充填剤のＤ９０粒径は、更により大きく、例えば、典型的には、１０又は１５ミクロン以下であり得る。

粒径が大きすぎる微粒子充填剤を含有する組成物で薄いコーティングを調製することは問題であるが、１０ミクロンで適用されるように設計された、すなわちより小さい粒径を含む屋根コーティング組成物から厚いコーティングを調製することは問題ではない。したがって、広範囲の厚さに好適な屋根コーティング組成物を提供することが望ましい場合、好ましくは、全体Ｄ９０粒径が５、４．５、４、３、３．５、２．５、２、１．５、又は１ミクロン以下の太陽光反射粒子を含む無機微粒子充填剤を利用することが好ましい。いくつかの実施形態では、所望の粒径を有する低屈折率無機微粒子充填剤及び太陽光反射粒子は、市販されている。他の実施形態では、低屈折率無機微粒子充填剤及び太陽光反射粒子は、所望の粒径まで（例えば、ウェット又はドライ）粉砕することができる。

乾燥及び硬化させた屋根コーティング組成物において、無機微粒子充填剤及び太陽光反射粒子の粒径は、ＮＩＨ（Ｂｅｔｈｅｓｄａ，ＭＤ）から商品名「ＩＭＡＧＥＪ」でフリーウェアとして入手可能なものなどの任意の画像解析ソフトウェアと組み合わせて、光学顕微鏡、走査電子顕微鏡などを用いて求めることができる。好適な顕微鏡法は、ＡＳＴＭＥ２６５１－１３及びＡＳＴＭＥ１６１７－０９（２０１４）に記載されている。

屋根コーティング組成物は、任意の好適な方法で調製することができる。一実施形態では、方法は、有機バインダ前駆体（例えば、アルカリケイ酸塩溶液）を化学硬化剤（例えば、メタカオリン）と組み合わせることと、実験室用インペラミキサー内で均質化することと、をむ。方法は、太陽光反射粒子（例えば、ＴｉＯ_２ＲＣＬ９顔料）をスラリーに添加することと、激しく撹拌する（例えば、１０００ｒｐｍで１０分間）ことと、を更に含む。最後に、方法は、全ての他の粉末化成分（例えば、１．７０未満の屈折率を有する無機微粒子充填剤）を添加することと、激しく撹拌する（例えば、合計で２０～２５分間）ことと、を含む。

代替的な方法では、アルカリケイ酸塩溶液の代わりに、乾燥アルカリケイ酸塩を使用してもよい。この方法は、アルカリケイ酸塩粉末を他の粉末化成分（例えば、太陽光反射顔料、化学硬化剤、１．７０未満の屈折率を有する無機微粒子充填剤）と組み合わせることと、共粉砕又は高均質性を達成する任意の他の技術によって均質化することと、を含む。方法は、共粉砕された粒子の混合物を水性液体と組み合わせることを更に含む。

屋根コーティング組成物は、典型的には、２０℃超の温度、好ましくは４０～７０℃の温度で乾燥及び硬化する。フラッシュ加熱（flash heating）による急速な水の除去は低収率の反応及び微小クラックの形成をもたらし得るが、低温（＜２０℃）で硬化させることによって、多くの場合、非常にゆっくりな硬化が引き起こされる。アルカリケイ酸塩は、当該技術分野において既知の重縮合反応を受け、Ｓｉ－Ｏ－（Ｓｉ、Ａｌ、Ｐ）共有結合ネットワークが形成される。この反応では、水は、輸送媒体の重要な役割を果たし、脱離基としても機能することができる。

水性屋根コーティング組成物は、任意の好適な方法によって適用することができる。いくつかの実施形態では、水性屋根コーティング組成物を適用する方法は、塗装（例えば、ブラッシング、噴霧、圧延）を含む。典型的な実施形態では、水性屋根コーティング組成物を適用する工程は、屋根葺き材料が屋根上に配置され取り付けられた後に行う。しかしながら、他の実施形態では、水性屋根コーティング組成物を適用する工程は、屋根葺き材料を取り付ける前に行うことができる。この実施形態では、水性屋根コーティング組成物を適用する方法は、ディップコーティング、ナイフコーティングなどの製造施設に好適な様々な他の技術を利用することができる。単一層又は多層を適用して、前述のように、導出された厚さ及びＴＳＲを達成することができる。乾燥させた屋根コーティング組成物は、概して、５ミクロン～５００ミクロンの範囲の厚さを有する。好ましい厚さは、前述のように、特定の屋根葺き材料、屋根葺き材料の反射率、及び屋根コーティング組成物の組成に応じて変化し得る。

いくつかの実施形態では、無機屋根葺き材料は、水性屋根コーティング組成物を適用する前に、任意選択的に、接着促進表面処理に供されてもよい。例えば、無機（例えば、金属）屋根葺き材料の表面は、研磨紙で粗くしてもよい。あるいは、プライマー組成物（例えば、アルコキシシラン化合物を含有する）を適用してもよい。

屋根コーティング組成物は、例えば、金属（例えば、アルミニウム、鋼）、セラミック、セメント、又は粘土を含む、様々な無機屋根葺き材料に好適である。本明細書で使用する場合、無機屋根葺き材料は、屋根葺き顆粒ではない。いくつかの実施形態では、セラミック屋根葺き材料は、典型的にはガラス化されていないという点で、ガラスとは区別される。したがって、セラミック屋根葺き材料は、溶融プロセスに供されていない。他の実施形態では、セラミック屋根葺き材料は、結晶質であるか、又は少なくとも部分的に結晶質であることを考慮して、ガラスとは区別される。対照的に、ガラスは、非結晶質であること、又は換言すれば、非晶質であることを特徴とする。

いくつかの実施形態では、屋根葺き材料をコーティングする方法は、本明細書に記載の（例えば、乾燥させた）屋根コーティング組成物にサイジング組成物を適用（例えば、オーバーコート、トップコート）することを更に含む。サイジング組成物は、表面を封止し、それによって多孔率（porosity）が低下し、コーティング及び下にある無機屋根葺き材料を水分解から保護することができる。

いくつかの実施形態では、サイジングを適用する工程は、屋根コーティング組成物が完全に硬化する前に行われるが、固化は開始している。屋根コーティング組成物がこの状態を達成するのにかかる時間量は、水性屋根コーティング組成物の組成、コーティングの厚さ、温度などに応じて変化し得る。

典型的な実施形態では、サイジング組成物もまた水性であって、アルカリ（例えば、リチウム）ケイ酸塩などの無機バインダ材料及び好適な化学硬化剤（例えば、Ｆａｂｕｔｉｔ４０５／Ｆａｂｂｔｉｔ４０６）を含む。サイジング組成物は透明であってもよく、したがって、１．７０未満の屈折率を有する無機微粒子充填剤及び太陽光反射粒子の両方を欠いてもよい。あるいは、表面サイジング材料は白色であってもよい。白色表面サイジング組成物は、典型的には、低濃度の無機微粒子充填剤を有する。例えば、サイジング組成物は、典型的には、２０、１５、１０、又は５、４、３、２、又は１体積％以下の無機微粒子充填剤を含有する。

本発明は、以下の非限定的な実施例を参照してより詳細に説明される。

材料

試験方法
反射率の測定法
スペクトル反射率計（ＤｅｖｉｃｅｓａｎｄＳｅｒｖｉｃｅｓＣｏ．（Ｄａｌｌａｓ，ＴＸ）からＭｏｄｅｌＳＳＲ－ＥＲｖ６として入手）を使用して、１．５Ｅの空気質量設定を使用して、全太陽光反射率（ＴＳＲ）について、実施例を試験した。

適合性の測定法
適合性を試験するために、コーティングを厚さ０．６３５ｍｍの亜鉛めっき鋼（ＥＸ１～ＥＸ５）矩形ストリップ（およそ１００ｍｍ×５０ｍｍ）上に適用した。完全な乾燥及びサイジング後、ストリップを曲げて、半径１５ｍｍの円筒を形成した。

実施例１～５（ＥＸ１～ＥＸ８）
ＥＸ１～ＥＸ８の試料は、平坦な固体基材上にベースコーティング層を適用し、続いて以下のようにサイジングコートを施すことによって調製した。ベースコーティング用スラリーは、表１（上記）及び表２（下記）にそれぞれ列挙される原材料及び配合量を用いて配合した。

まず、ケイ酸ナトリウム溶液「ＢＷ５０」（ＥＸ１）又は「ＳＴＡＲ」（ＥＸ２～ＥＸ８）を、メタカオリン「ＭＥＴＡＭＡＸ」と組み合わせ、実験室用インペラミキサー内で５分間均質化した。第２に、スラリーにＴｉＯ_２ＲＣＬ９顔料を添加し、スラリーを１０００ｒｐｍで１０分間撹拌した。第３に、全ての他の粉末化成分を、実施例の配合に従って任意の順序で添加した。スラリーを合計２０～２５分間激しく撹拌した。

ベースコーティングのスラリーの各バッチは、およそ１００ｇであった。Ｍａｙｅｒロッド^１の６番、８番、１０番、及び３４番で、コーティングを適用して、厚さ０．６３５ｍｍの亜鉛めっき鋼（ＥＸ１～ＥＸ５）又はセラミックタイル（ＥＸ６及びＥＸ８）上で様々な厚さを得た。最初にベースコーティングを乾燥させ、５０℃で一晩硬化させる（ＥＸ１及びＥＸ２）か、又はＲＴで一晩硬化させた（ＥＸ３～ＥＸ８）。乾燥させたコーティング厚さは、マイクロメータ（ＦｏｗｌｅｒＨｉｇｈＰｒｅｃｉｓｉｏｎ（Ｎｅｗｔｏｎ，ＭＡ））で測定した。

５０部（重量で）のＬＩＴＨＩＳＩＬ（登録商標）２５溶液と１部のＦＡＢＵＴＩＴＦ７４８（ＥＸ１及びＥＸ２）、又は１６部（重量で）のＬＩＴＨＩＳＩＬ（登録商標）２５と１０部のＦＩＲＥＢＲＡＫＥＺＢ（ＥＸ３～ＥＸ８）の均質混合物を含むサイジング溶液を、Ｍａｙｅｒロッド６番で適用し、構造体を５０℃で次の２４時間硬化させた。

反射率を測定し、所与のコーティング厚さで少なくとも４点平均した。ＥＸ１～ＥＸ８の各々の組成及び試験結果を、表２及び図１にまとめる。

全コーティング厚さ≦５０ミクロンを有する亜鉛めっき鋼上にコーティングされた全ての試料を、上記のような適合性について評価した。試料は、任意のひび割れ又は層間剥離を呈さず、したがって適合性試験に合格した。

実施例１～４は、参照により本明細書に組み込まれる国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１７／０３２２０９号に記載されているように顆粒に調製した。スペクトル反射率計（ＤｅｖｉｃｅｓａｎｄＳｅｒｖｉｃｅｓＣｏ．（Ｄａｌｌａｓ，ＴＸ）からＭｏｄｅｌＳＳＲ－ＥＲｖ６として入手）を使用して、１．５Ｅの空気質量設定を使用して、カップ反射率を測定した。「カップ」測定のために、およそ５ｍｍの深さを有する試料ホルダーに、顆粒を充填した。顆粒の表面をローラーを用いて平坦化した。カップ反射率は以下のとおりであった。

報告されたカップ反射率を考慮すると、これらの組成物の十分に厚いコーティングは、少なくとも０．７のＴＳＲを提供する。実施例１～３は、加熱及び焼結することなく硬化させるために、十分な量の化学硬化剤を含有する。また、加熱及び焼結することなく化学硬化するように、更なる化学硬化剤を、ＥＸ４に添加してもよい。以下、例示的実施形態を示す。
［１］
無機バインダ材料と、
化学硬化剤と、
無機微粒子充填剤と、
を含む水性屋根コーティング組成物を準備することと、
前記水性屋根コーティング組成物を無機屋根葺き材料に適用することと、
前記水性屋根コーティング組成物を乾燥及び化学硬化させることと、
を含む屋根葺き材料をコーティングする方法であって、
前記水性屋根コーティング組成物を乾燥及び化学硬化させた後に、前記屋根コーティング組成物が、少なくとも０．７の全太陽光反射率を有する、方法。
［２］
前記無機屋根葺き材料が、屋根葺き顆粒ではない、［１］に記載の方法。
［３］
前記無機屋根葺き材料が、金属、セラミック、セメント、又は粘土である、［１］又は［２］に記載の方法。
［４］
前記金属が、アルミニウム又は鋼である、［３］に記載の方法。
［５］
前記水性屋根コーティング組成物を乾燥及び化学硬化させた後に、屋根コーティング組成物が、５ミクロン～５００ミクロンの範囲の厚さを有する、［１］～［４］のいずれか一項に記載の方法。
［６］
前記無機屋根葺き材料が金属であり、前記水性屋根コーティング組成物を乾燥及び化学硬化させた後に、前記乾燥させた及び前記屋根コーティング組成物コーティングの厚さが、５～５０ミクロンの範囲の厚さを有する、［１］～［５］のいずれか一項に記載の方法。
［７］
前記水性屋根コーティング組成物を乾燥及び化学硬化させた後に、前記屋根コーティング組成物が、０．６５の平均反射率を有する基材又は０．５７の平均反射率を有する基材の上に１０ミクロンの厚さで配置された場合に、少なくとも０．７の全太陽光反射率を有する、［１］～［６］のいずれか一項に記載の方法。
［８］
前記水性屋根コーティング組成物を乾燥及び化学硬化させた後に、前記屋根コーティング組成物が、０．２６の平均反射率を有する基材上に１５０ミクロンの厚さで配置された場合に、少なくとも０．７の全太陽光反射率を有する、［１］～［６］のいずれか一項に記載の方法。
［９］
前記無機バインダ材料が、アルカリケイ酸塩である、［１］～［８］のいずれか一項に記載の方法。
［１０］
前記水性屋根コーティング組成物を乾燥及び化学硬化させた後に、前記屋根コーティング組成物が、前記乾燥させた水性屋根葺きコーティング組成物の固形分重量％を基準として、１５重量％～３０重量％のアルカリケイ酸塩を含む、［９］に記載の方法。
［１１］
前記無機微粒子充填剤が、１．７０未満の屈折率を有する無機微粒子充填剤を含み、少なくとも０．８５の全太陽光反射率を有する、［１］～［１０］のいずれか一項に記載の方法。
［１２］
前記水性屋根コーティング組成物を乾燥及び化学硬化させた後に、前記屋根コーティング組成物が、１０重量％～２５重量％の太陽光反射粒子を含む、［１］～［１１］のいずれか一項に記載の方法。
［１３］
９０体積％の前記無機微粒子充填剤が、５、４、又は３ミクロン未満の平均粒径を有する、［１］～［１２］のいずれか一項に記載の方法。
［１４］
ケイ酸塩の太陽光反射粒子に対する重量比が、約２：１～１：１の範囲である、請求項［１２］又は［１３］に記載の方法。
［１５］
前記屋根コーティング組成物が、化学硬化剤として、及び無機微粒子充填剤として、アルミノケイ酸塩粘土を含む、［１］～［１４］のいずれか一項に記載の方法。
［１６］
前記方法が、前記水性屋根コーティング組成物を適用する前に、前記屋根葺き材料に表面処理を適用することを更に含む、［１］～［１５］のいずれか一項に記載の方法。
［１７］
前記水性屋根コーティング組成物を無機屋根葺き材料に適用する工程が、前記無機屋根葺き材料が建物の屋根上に取り付けられる前又は後に行われる、［１］～［１６］のいずれか一項に記載の方法。
［１８］
前記方法が、無機バインダ材料を含むサイジング組成物を前記屋根コーティング組成物に適用することを更に含む、［１］～［１７］のいずれか一項に記載の方法。
［１９］
前記サイジング組成物が、無機バインダ及び化学硬化剤を含む、［１８］に記載の方法。
［２０］
少なくとも０．７の全太陽光反射率を有する表面コーティングを含む無機材料であって、前記表面コーティングが、無機バインダと、化学硬化剤と、無機微粒子充填剤と、を含む、無機材料。
［２１］
前記無機材料が屋根葺き材料である、［２０］に記載の無機材料。
［２２］
前記無機コーティングが、［１］～［１９］のいずれか一項又は組み合わせによって更に特徴付けられる、［２０］又は［２１］に記載の無機材料。
［２３］
［１］～［１５］のいずれか一項又は組み合わせに記載の水性屋根コーティング組成物。

Claims

無機バインダ材料と、
化学硬化剤と、
無機微粒子充填剤と、
を含む水性屋根コーティング組成物を準備することと、
無機屋根葺き材料が建物の屋根上に取り付けられた後に、前記水性屋根コーティング組成物を前記無機屋根葺き材料に適用することと、
前記水性屋根コーティング組成物を乾燥及び化学硬化させることと、
を含む屋根葺き材料をコーティングする方法であって、
前記水性屋根コーティング組成物を乾燥及び化学硬化させた後に、前記屋根コーティング組成物が、少なくとも０．７の全太陽光反射率を有する、方法。
前記無機屋根葺き材料が、屋根葺き顆粒ではない、請求項１に記載の方法。
前記無機屋根葺き材料が、金属、セラミック、セメント、又は粘土である、請求項１又は２に記載の方法。
前記金属が、アルミニウム又は鋼である、請求項３に記載の方法。
前記水性屋根コーティング組成物を乾燥及び化学硬化させた後に、屋根コーティング組成物が、５ミクロン～５００ミクロンの範囲の厚さを有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
前記無機屋根葺き材料が金属であり、前記水性屋根コーティング組成物を乾燥及び化学硬化させた後に、前記乾燥させた及び前記屋根コーティング組成物コーティングの厚さが、５～５０ミクロンの範囲の厚さを有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
前記無機バインダ材料が、アルカリケイ酸塩である、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
前記無機微粒子充填剤が、１．７０未満の屈折率を有する無機微粒子充填剤を含み、少なくとも０．８５の全太陽光反射率を有する、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
前記水性屋根コーティング組成物を乾燥及び化学硬化させた後に、前記屋根コーティング組成物が、１０重量％～２５重量％の太陽光反射粒子を含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
ケイ酸塩の太陽光反射粒子に対する重量比が、約２：１～１：１の範囲である、請求項８又は９に記載の方法。
前記屋根コーティング組成物が、焼結されず、か焼されない、請求項１～１０のいずれかに記載の方法。
前記屋根コーティング組成物が、２０℃超の温度、または、４０～７０℃の温度で、乾燥及び硬化される、請求項１～１１のいずれかに記載の方法。
前記屋根コーティング組成物が、化学硬化剤として、及び無機微粒子充填剤として、アルミノケイ酸塩粘土を含む、請求項１～１２のいずれかに記載の方法。