JPS5818572B2

JPS5818572B2 - 光熱変換良好な積層物

Info

Publication number: JPS5818572B2
Application number: JP50118096A
Authority: JP
Inventors: 喜寛小池; 昌八郎山口; 真鈴木; 秀夫八木
Original assignee: Nippon Paint Co Ltd
Current assignee: Nippon Paint Co Ltd
Priority date: 1975-09-29
Filing date: 1975-09-29
Publication date: 1983-04-13
Also published as: JPS5241931A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は光熱変換良好な積層物、更に詳しくは、支持体
上に光選択吸収性複合塗膜を形成したものであって、選
択的に紫外線および／または可視光線を効率よく吸収で
き且つ支持体からの熱放射により発生する赤外領域の光
線を押さえ込むことができて、良好に支持体を加熱でき
、その上安価にして簡易に製造できる積層物に関する。

従来、光照射を受けてこれを熱に交換せしめる積層物と
しては、支持体に黒色塗膜を形成したものが広く知られ
ている（特公昭３５−１０５９２号、特公昭３５−１８
１３６号および特公昭４６−１５３７５号参照）。

しかして、これらの積層物は塗膜中の黒色顔料の光吸収
帯を利用してその吸収効率を向上せしめているものであ
るが、支持体が加熱昇温されることにより熱放射してく
る、特に赤外領域の光線に関しての放射防止については
全く考慮されていないものであり、結果として光熱変換
の効率は低いものである。

他方、研磨したニッケル、銀または白金上に酸化鋼また
は酸化コバルトを積層させたものも知られている（第２
回太陽エネルギー利用セミナー資料（６〜９頁）、名工
試、野口哲男著「太陽熱集熱材料と蓄熱材料」参照）。

この積層物によれば、光吸収効率が良好なだけでなく、
加熱昇温することにより熱放射してくる赤外領域の光線
の放射をも満足に防止できて、加熱効率の点で有用であ
る。

しかし、当該積層物の製造にあっては蒸着操作が必要で
あり、また膜厚、被覆状態等の管理に精密さが要求され
、作業上の困難を招くばかりか、現場での製造実施が不
可能で作業室にて丹念に実施しなければならない。

更に、製造作業に際し費やす労力はかなりのものになり
、しかも用いる材料も高価なものであるので、経済的に
不利が大きく一般に利用され難い。

更に、支持体の表面を化学処理して黒色系の被覆を形成
せしめ光熱変換効率向上を目的とした積層物も知られて
いる（フジテクノ・システム発行「太陽エネルギー利用
技術」８０頁参照）。

しかし、この積層物は、一般的に黒色塗膜を形成したも
のよりも太陽エネルギーを照射した場合の光吸収効率は
劣るし、また処理による被覆を得るには高額の費用と手
間を必要とする。

本発明者らは、かかる欠点を解消するため鋭意研究を進
めた結果、光照射によって加熱すべき支持体に、赤外領
域の光線の放射を防止しうる特性を有する第１の塗膜お
よび紫外線や可視光線に対する吸収率の高い第２の塗膜
を複合形成させて得られる積層物が、所期目的を達成し
うろことを見出し、本発明を完成する、に至った。

本発明の要旨は、支持体、該支持体上に形成された、支
持体からの赤外領域の光線の放射を防止しうる特性を有
する第１の塗膜、および該第１の途膜上に形成された、
紫外線および／または可視光線を高効率で吸収しうる特
性を有する第２の塗膜から成ることを特徴とする光熱変
換良好な積層物に存する。

本発明積層物における第１の塗膜は、上述の如く赤外領
域の光線の放射を防止しうる特性を有することが重要で
あって、この観点から当該塗膜用被覆組成物としては、
赤外領域（特に５〜１０．６μｍ）の範囲に大きな吸収
帯を持たないバインダー、および上記赤外領域の光線を
反射しつる反射体から構成される。

上記バインダーとしては、室温〜３００℃付近に加熱昇
温された場合に熱放射の少ないもの（即ち、上記赤外領
域における吸収帯が小さいもの）であって、一般にその
吸収率が３０％以下のものであれば通常の塗料用および
接着剤用バインダーが採用される。

具体例としてシリコーン樹脂、石油樹脂等の有機系バイ
ンダー、およびその乾燥皮膜の含水量の比較的少ない珪
酸塩系、燐酸塩系等の無機系バインダーが挙げられ、こ
れらの１種もしくは２種以上の混合物が使用に供される
。

上記反射体としては、室温〜３００℃付近に加熱昇温さ
れた場合に支持体からの熱放射によって発生する上記赤
外領域の光線を反射しうるものであって、具体例として
アルミニウム粉末、亜鉛粉末、鉄粉等の金属粉、および
マイカ、雲母状酸化鉄等の顔料が挙げられ、これらの１
種もしくは２種以上の混合物が使用に供される。

なお、上記金゛属粉の場合は、一般に板状または鱗片状
の粒形のもの、あるいは粒径の大きいものがより優れた
効果を示すことが認められている。

上記バインダー（樹脂分または固形分）と反射体を容量
比で９９／１〜２０／８０、好ましくは８０／２０〜６
０／４０の割合で配合し、要すれば通常塗料用として知
られている分散剤、沈降防止剤等の添加剤および粘度調
整のための溶剤、更には赤外領域の光線の反射能を妨げ
ない範囲で一般塗料用顔料を適量にて併用せしめ、これ
らを分散処理することにより、第１の塗膜用被覆組成物
が調製される。

上記分散処理は、通常の方法に従って実施されてよく、
例えば反射体を除く成分を一括してボールミル、ＳＧミ
ル、ロールミル等の分散機にて通常の条件で分散せしめ
、これに反射体（必要ならば反射体を予め溶剤や分散剤
で湿潤化しておく）を混合し、ディスパーにて分散すれ
ばよい。

本発明積層物におりる第２の塗膜は、上述の如く、紫外
線泊よび／または可視光線を高効率で吸収しうる特性を
有することが重要であり、且つ第２の塗膜自体からの熱
放射を押さえ込むことが重要であって、更に要すれば第
１の塗膜と類する特性を兼備していることが望ましい。

この観点から当該塗膜用被覆組成物としては、上記赤外
領域に大きな吸収帯を持たないバインダー、および紫外
部および／または可視部（特に０．１８〜１．５μｍ）
の範囲において大きな吸収帯を持ち且つ上記赤外領域に
大きな吸収帯を持たない吸収体から構成される。

上記バインダーとしては、第１の塗膜用被覆組成物に使
用したバインダーと同じ特性を有するものが望ましく、
即ち第１の塗膜の場合に例示したバインダーの中から適
宜に選択されてよい。

なお、第１の塗膜と第２の塗膜の層間密着性を考慮する
上で、両塗膜のバインダーは相互に同一もしくは同質で
、相溶性良好であることが望ましい。

上記吸収体としては、上記紫外部および／または可視部
における吸収帯が太きいもの（即ち、好ましくはその吸
収率が８０％以上のもの）で且つ要すれば室温〜３００
℃付近に加熱昇温された場合に熱放射の少ないもの（即
ち、上記赤外領域における吸収率が３０％以下のもの）
であれば、通常の塗料用顔料および充填材が採用される
。

具体例として鉄黒、酸化コバルト、酸化銅等の黒色系顔
料、コバルトブルー、セリアンプル−１呉須、酸化クロ
ム、コバルトグリーン等の青色ないし緑色系顔料、およ
びベンガラ、鉛丹、アンバー等の赤色系顔料および充填
材が挙げられ、これらの１種もしくは２種以上の混合物
が使用に供される。

更に、上記例示した顔料酸化物の２種以上の混合物を焼
成、酸処理、粉砕、水簸等の少なくとも１工程で製造さ
れるものが採用されてよく、通常の顔料あるいは充填材
として使用されている例えばＣｕＯ−Ｃｒ２０３−Ｆｅ
２０３、ＣｕＯ−Ｃｒ２０３−Ｍｎ０１Ｆｅ２０３−８
ｉＯ３−Ａ１２０３−ＣａＯ１ＺｎＯＣｒ２０３
Ｋ２０等の系が挙げられる。

これらの系は、上述の光吸収特性を具備するものである
が、この他にも耐熱性、耐候性、耐薬品性、分散性、隠
蔽力等の実用的特性を有するものである。

なお、かかる系の製造例を示すと、例えば上記Ｃｕ０Ｃ
ｒ２０３Ｆｅ’２ｏ３系は、Ｆｅ２０３３０
〜４５重量％５−Ｃｕ０１５〜１０重量％およびＣｒ２
０３５５〜４５重量％になるように温度１００℃以上で
焼成し、次いで１μ程度に粉砕することにより得られる
。

上記バインダー（樹脂分または固形分）と吸収体を容量
比で２０／８０〜９９／１、好ましくは３５／６５〜７
５／２５の割合で配合し、要すれば通常塗料用として知
られている分散剤、沈降防止剤等の添加剤および粘度調
整のための溶剤、更に室温〜３００℃付近に加熱昇温し
た場合に熱放射の防止を妨げない範囲で一般塗料用顔料
を適量にて併用せしめ、これらを分散処理することによ
り、第２の塗膜用被覆組成物を調製する。

上記分散処理は、通常の方法に従って実施されてよく、
例えばこれらの成分を一括してボールミル、ＳＧミル、
ロールミル等の分散機にて通常の条件で分散すればよい
。

以上の如くして調製された２種の被覆用組成物を加熱す
べき支持体に順次被覆して、第１の塗膜および第２の塗
膜から成る複合塗膜を形成する。

上記第１の塗膜の形成に際し、必要に応じて支持体と第
１の塗膜との密着性を向上させる目的で、両者間の熱伝
導を妨げない範囲で予め支持体表面を常法に従って前処
理を行ってもよい。

先ず、支持体に第１の塗膜用被覆組成物を通常の方法、
例えば刷毛塗り法、スプレー塗装法、コテ塗り法、浸漬
塗装法、静電塗装法等で塗布する。

その時の、膜厚は、特に限定されないが、塗膜の熱伝導
率が小さい時は比較的薄膜が望まれる。

第１の塗膜の乾燥状態は特に限定されるものでなく、従
って密着性の低下しない範囲であれば特別乾燥させる必
要はない。

次いで、第２の塗膜の形成に取りかか。ることかできる
。

第２の塗膜の形成にあっても、第１の塗膜と同様の方法
で被覆することができる。

その時の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは０．
５〜３０μの範囲で選定する。

かかる第２の塗膜にあっては、要すれば適当な時間で自
然乾燥または時間的に有利な強制乾燥を行なう。

このようにして、目的とする光選択吸収特性を有する複
合塗膜が得られる。

以上の如く複合塗膜を支持体に形成せしめ、主として紫
外線および／または可視光線から成る光線を照射すると
、高効率の光熱変換で支持体を加熱せしめることが可能
となる。

本発明積層物は、該支持体上に簡単な操作で所望の複合
塗膜を形成することから成ることを特徴とするものであ
り、該支持体の種類および形状には何ら左右されること
なく、またその表面形状が凹凸状であっても、その製造
に悪影響はない。

更に、本発明積層物は補修作業も簡単に実施でき、如何
なる場所においても製造することができる。

本発明積層物を温水器などの受熱部に適用すれば、従来
の黒色塗膜を有する積層物に比し、光照射による加熱温
度を大きく上げることができる。

また、冬期における送水管に適用してその氷結防止効果
をも発揮する。

更に、対象とする支持体にあっても被覆可能な支持体で
あれば、はとんど全ての種類のものが適用可能であって
、当該積層物の用途等に合わせて適宜に選定されてよい
。

次に、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説
明する。

なお、実施例中「部」とあるは「重量部」を意味する。

実施例１第１の塗膜用被覆組成物Ａ１シリコーン樹脂（信越化学社製商品名「ＫＲ−２２０」
、加熱残分５０％キジロール溶液）１００部アルミニウムペースト（東洋アルミ社製商品名［アルペ
ースト０２１５ＭＪ、加熱残分６５％ナフサ分散液）
５０部上記上記発成混合し、これ
にキジロールを加えスト−マー粘度計でＫｕ７’
２５℃値１００±５に調整した後、ディスパーにて１０
分間均一分散せしめ被覆組成物Ａ１を調整した（この時
のバインダー（樹脂分）と反射体（固形分）の容量比は
７３／２７である）。

この組成物Ａ１を被覆して（ＫｏｓａｋａＬａｂｏｒ
ａ−ｔｒｙＬｔｄ、製「５Ｅ−３型表面アラサ計」で測
定した表面粗度が２．０μ以下）試料を作成した。

これを日本分光工業社製［反射式赤外分光光度計ＩＲ−
ＧＪを用いて測定した所、５〜１０．６μｍの赤外波長
の吸収率は平均７％であった。

第２の塗膜用被覆組成物Ａ２上記と同じシリコーン樹脂・・・・・・・・・４
０部ＣｕＯ−Ｃｒ２Ｏ３ＭｎＯ系黒色黒色顔料・−・１
００部上上記各号を混合し、これにキジロールを加えス
ト−マー粘度計でＫｕ／２５℃値１００±５に調
整した後、ボールミルにて３６時間分散せしめ被覆組成
物Ａ２を調製した（この時のバインダー（樹脂分）と吸
収体の容量比は４２１５８である）かかる組成物の分散
粒度は１０μ以下であった。

この組成物Ａ２についても、上述と同様に５〜１０．６
μｍの赤外波長の吸収率を測定した所、平均１１％であ
った。

また、この試料を日立製作新製「日立３２３型分光光度
計」を用いて０．１８〜１．５μｍの波長の吸収率を測
定した所、平均９３％であった。

先ず、上記被覆組成物Ａ１を１０Ｘ９Ｘ１．５ＣｒＩＬ
のガラス板全面に乾燥膜厚３０〜４０μとなるようにス
プレー塗布し、乾燥炉にて１５０℃で３０分間加熱して
第１の塗膜を形成した。

次いで、かかる第１の塗膜上に、上記被覆組成物Ａ２を
乾燥膜厚１〜２μとなるようにスプレー塗布し、乾燥炉
にて１５０℃で３０分間加熱して第２の塗膜を形成せし
め、複合塗膜を有する積層物（試料板）を得た。

上記試料板を第１図の太陽光吸収熱変換測定装置の所定
位置に入れ、外気気温３１〜３７℃の晴天時（昭和５０
年７月３０日午＠１０時から午後３時）、太陽光線直射
下に曝らし、サーミスターにて温度（℃）上昇を測定（
大阪府寝屋川市日本ペイント中央研究所屋上にて測定）
した。

結果は第１表に示す通り優れた太陽光の吸収熱変換効率
を得た。

なお、上記第１図の測定装置は、４枚の白色ダンボール
壁１で図示の如く上面と正面が開放するように組立てた
長方体の容器であって、該壁１の内面に一定厚みの断熱
材２（例えば発泡ウレタン）が貼り合わされ、その底部
の断熱材上には試料板の受台のための発泡スチロール板
３が設置され、その上面は２枚のガラス板４ａ、４ｂ
で遮断され且つ正面には白色ダンボール板の内側に発泡
スチロール板を貼合わせた４ｃがその端部に取付けられ
て構成されている。

従って、測定にあっては、かかる装置の受台３に試料板
Ｓを設置し、かかる試料板を一体的に該装置外のサーミ
スター５と電気接続せしめ、上記４ｃで正面を遮断すれ
ばよい。

実施例２第１の塗膜用被覆組成物Ｂ１実施例１と同じシリコーン樹脂・・・・・・１００部
銅粉（牛丼化学薬品社製、試薬級）・・・１２０部上記
各上記合成合し、実施例１と同様にキジロールによる粘
度調整後ディスパーにて分散せしめ・被覆組成物Ｂ１を
調製した（この時のバイダー（樹脂分）と反射体の容量
比は８０／２０である）。

この組成物Ｂ１を実施例１の被覆組成物Ａ１と同様に５
〜１Ｏ６６μｍの赤外波長の吸収率を測定した所、平均
８％であった。

上記被覆組成物Ｂ１および実施例１で調製した被覆組成
物Ａ２を使用し、実施例１の手法に従って１０Ｘ９Ｘ１
．５Ｃ７７１のガラス板に第１の塗膜および第２の塗膜
を形成せしめ試料板を得た。

次いで、この試料板を実施例１と同条件で太陽光吸収熱
変換測定試験に供した。

実施例３第１の塗膜用被覆組成物Ｃ１実施例１と同じシリコーン樹脂・・・・・・１００部
合成鱗片状酸化鉄（菊池色素社製商品名「菊池色素ＭＩ
ＯＪ）・・・・・・・・・・・・１３０
部上記各上記合成合し、実施例１と同様にキジロールに
よる粘度調整後ディスパーにて分散せしめ被覆組成物Ｃ
１を調製した（この時のバインダー（樹脂分）と反射体
の容量比は６８／３２である）。

この組成物Ｃ１を実施例１の被覆組成物Ａ１と同様に５
〜１０．６μｍの赤外波長の吸収率を測定した所、平均
１０％であった。

第２の塗膜用被覆組成物Ｃ２実施例１と同じシリコーン樹脂・・・・・・４０部
ＣｕＯ−Ｃｒ２０３−Ｆｅ２Ｏ３系黒色顔料・・・・・
・・・・・・・１３５部上記各上記合成合し、実施例１と同様にキジロールによ
る粘度調整後ボールミルにて分散せしめ被覆組成物Ｃ２
を調製した（この時のバインダー（樹脂分）と吸収体の
容量比は４２７５８である）。

この組成物Ｃ２を実施例１の被覆組成物Ａ２と同様に５
〜１０．６μｍの赤外波長および０．１８〜１．５μｍ
の波長の吸収率を測定した所、それぞれ平均１２％およ
び平均９２％であった。

上記被覆組成物Ｃ１および被覆組成物Ｃ２を使用し、実
施例１の手法に従って１０×９×１．５ＣｒｒＬのガラ
ス板に第４の塗膜および第２の塗膜を形成しめ試料板を
得た。

実施例４第１の塗膜用被覆組成物Ｄ１シリコーン樹脂（東芝シリコーン社製商品名［ＴＳＲ−
１，４４Ｊ、加熱残分５０％キジロール溶液）
・・・・・・・・・・・・１００部実施例１
と同じアルミニウムペースト・・・・・・・・・・・・３８部上記各成分を混合し、実施例１と同様にキミロールによ
る粘度調整後ディスパーにて分散せしめ被覆組成物Ｄ１
を調製した（この時のバインダー（樹脂分）と反射体（
固形分）の容量比は７８／２２である）。

この組成物Ｄ１を実施例１の被覆組成物Ａ１と同様に５
〜１０．６μｍの赤外波長の吸収率を測定した所、平均
７．５％であった。

第２の塗膜用被覆組成物Ｄ２上記と同じシリコーン樹脂・・・・・・・・・４
０部実施例３と同じ黒色顔料・・・・・・・・・
１３５部上記各成分を混合し、実施例１と同様にキジロ
ールによる粘度調整後ボールミルにて分散せしめ被覆組
成物Ｄ２を調製した（この時のバインダー（樹脂分）と
吸収体の容量比は４２１５８である：この組成物Ｄ２を
実施例１の被覆組成物Ａ２と同様に５〜１０．６μｍの
赤外波長および０．１８〜１．５μｍの波長の吸収率を
測定した所、それぞれ平均１２．５％および平均９２％
であった。

先ず、上記被覆組成物Ｄ１を１０Ｘ９Ｘ１．５ｃｍのガ
ラス板全面に乾燥膜厚３０〜４０μとなるようにスプレ
ー塗布し、室温にて５時間自然乾燥を行い第１の塗膜を
形成した。

次いで、かかる第１の塗膜上に、上記被覆組成物Ｄ２を
乾燥膜厚１〜２μとなるようにスプレー塗布し、室温に
て５時間自然乾燥を行い第２の塗膜を形成せしめ試料板
を得た。

結果は第１表に示す通り優れた太陽光の吸収熱変換効率
を得た実施例５第２の塗膜用被覆組成物Ｅ２実施例４と同じシリコーン樹脂・・・・・・１００部
ベンガラ（利根産業社製商品名「天陽印＃５０１Ｊ）
・・・・・・・・・・・・１５０部酸化ク
ロム顔料（バイエル社製商品名［クロムオキサイドグリ
ーンＧＮｊ）・・・・・・・・・１５０部上記各上
記合成合し、実施例１と同様にキジロールによる粘度調
整後ボールミルにて分散せしめ被覆組成物Ｅ２を調製し
た（この時のバインダー（樹脂分）と吸収体の容量比は
４９１５１である）。

この組成物Ｅ２を実施例１の被覆組成物Ａ２と同様に５
〜１０．６μｍの赤外波長および０６１８〜１．５μｍ
の波長の吸収率を測定した所、それぞれ平均２７％およ
び平均９０％であった。

実施例４で調製した被覆組成物Ｄ１および上記被覆組成
物Ｅ２を使用し、実施例４の手法に従って１０Ｘ９Ｘ１
．５ＣｒｒＬのガラス板に第１の塗膜および第２の塗膜
を形成せしめ試料板を得た。

この試料板は暗褐色を示していた。

これを実施例１と同条件で太陽光吸収熱変換測定試験に
供した。

実施例６実施例１の試料板作成において、塗膜形成手段としてス
プレー塗布の代わりに刷毛塗りを採用する以外は、全く
同様な条件で実施した。

得られる試料板を、実施例１と同条件で太陽光吸収熱変
換測定試験に供した。

比較例１実施例１で調製した被覆組成物Ａ２を直接、９×１５Ｘ
１．５Ｃｒ／Ｌのガラス板全面に乾燥膜厚１〜２μとな
るようにスプレー塗布し、乾燥炉にて１５０℃で３０分
間加熱して単層塗膜を有する試料板を作成せしめ、次い
でこの試料板を実施例１と同条件で太陽光吸収熱変換測
定試験に供した。

結果を第１表に示す。

比較例２市販黒色塗料（イサム塗料社製商品名「アルキッドブラ
ック」）を、比較例１と同様に９×１５ｘｉ、ｓｃｍの
ガラス板全面にスプレー塗装して単層塗膜を有する試料
板を作成せしめ、次いでこの試料板を実施例１と同条件
で太陽光吸収熱変換測定試験に供した。

結果を第１表に示す。実施例７実施例２で作成した試料板を、先ず第１図の測定装置内
の所定位置に入れ、遮断せしめ、次いで該装置を第２図
の紫外線吸収熱変換測定装置の所定位置に設置した後、
紫外線直射下に曝らし、サーミスターにて温度（℃）上
昇を測定した。

結果は第２表に示す通り優れた紫外線の吸収熱変換効率
を得た。

なお、上記第２図の測定装置は、上記第１図の測定装置
を充分収納しうる長方体容器であって、該側壁はベニヤ
板１１で構成され、その内部上面中央箇所には金属支持
体（例えばアルミニウム板１２にネジ１３で取付けられ
た紫外線照射手段１４、そして正面側壁には上記第１図
測定装置挿入のための上下に開閉しうる扉１５が金属フ
レーム１６を介して取付けられている。

かかる装置における紫外線照射は、高圧水銀灯（東京芝
浦電気社製商品名［東芝Ｈ−２０００ＬＪ、電流２３Ａ
１２本）１７を使用し、照射距離４３ｃｒＩＬにて実施
する。

実施例８実施例３で作成した試料板を、実施例７と同条件で紫外
線吸収熱変換測定試１験に供した。

比較例３比較例２で作成した試料板を、実施例７と同条件で紫外
線吸収熱変換測定試験に供した。

結果を第２表に示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は太陽光吸収熱変換測定装置の一例を示す斜視図
、および第２図は紫外線吸収熱変換測定装置の一例を示
す一部欠損斜視図を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１支持体、該支持体上に形成された、支持体からの赤
外領域の光線の放射を防止しうる特性を有する第１の塗
膜、および該第１の塗膜上に形成された、紫外線および
／または可視光線を高効率で吸収しうる特性を有する第
２の塗膜から成ることを特徴とする光熱変換良好な積層
物。