JPS5975960A - 選択吸収用塗料組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は太陽熱集熱板表面に適用する選択吸収用塗料
組成物に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来より、太陽熱集熱器の集熱特性の向上をめざし、集
熱板表面の選択吸収膜、ガラス透過板の選択透過膜、集
熱器内部の対流防止膜など種々の技術が導入されている
。その中でも積極的に取り組まれているのが選択吸収膜
の開発である。

太陽エネルギーを集熱する表面に望ましい特性としては
、波長０．３〜２．０μｍにそのほとんどが存在する太
陽の放射エネルギーを極力多く吸収するとともに、太陽
エネルギーを吸収して８０〜１００℃に温度上昇した集
熱板表面から放散される波長３声以上にそのほとんどが
存在する放射エネルギ−を極力少なくする特性があげら
れる。この特性を選択吸収性と呼んでいる。

メ叩キ処理や化成処理によって選択吸収性を付与した集
熱板の具体例としては、着色ステンレス。

電解黒色酸化アルミニウム、ブラッククロム、フ′９−
）フカツバ−などがあげられ、これはいずれも波長０．
３〜２．０μｍの太陽エネルギー吸収率ａ（以下、単に
αと略す）が０．９０〜０．９５で、波長３〜３０μ肩
の赤外放射率ε（以下、単にεと略す）が０．１０〜０
．１５という良好な選択吸収性を示す。

しかしながら、これらは支持物である金属表面に形成す
る黒色被膜の組成や膜厚の制御に伴なう管理が複雑であ
るうえに製造設備（廃液処理本含む）が大規模となり、
コストが高くなるという開門があった。

このような背景から、生産性が高くトータルコストのう
えから有利な塗装に着目し、最近では選択吸収性を付与
させるための塗料が開発され、塗装により選択吸収性を
有する集熱板が出現している。塗装により選択吸収性を
付与した集熱板の特性は、塗膜の膜厚的３μｍで支持物
がステンレスの場合ａが０．９４でεが０，４５となり
、また同膜厚で支持物がアルミニウムの場合αが０．９
４でεが０．４（１−示し、前記着色ステンレス、ブラ
ッククロムｈどに比べてεが著しく劣るという欠点を有
する。εを前述の値より低くするにはバインダである樹
脂の赤外吸収を少なくするために塗膜の膜厚をさらに薄
くすればよいが、膜厚を薄くすることにより、太陽エネ
ルギーの分布する波長０．８〜２、０μｍの近赤外線領
域の反射が亮くなるから、αが低くなり、膜厚１．５μ
ｍではステンレスのｔｉｔｌαが０．９０でεが０．３
０となり、アルミニウムの場合αが０．８８でＣが０．
２５の特性となるうえに、薄膜になると支持物の隠ぺい
が悪くなり、塗膜の密着性、耐食性が著しく劣化すると
いう欠点を有し、１．５μｍ以下の膜厚は実用的ではな
かった。

集熱器の性能向上にはＣが低いことが重要であるが、給
湯を目的とした低温集熱器ではαが高いことも重要とな
る。事実、α：０．９４．　　ε：０．４５の特性を有
する集熱板とα：０．９０．　　ε：０．３０の特性を
有する集熱板について給湯システムで集熱性能を比較す
ると両者はほぼ同等の集熱性能を示し、６を低くするこ
とだけが集熱器の性能向上とはならず、いかに高いａを
維持し、低いｅを実現するかが重要な課題となるのであ
る。

発明の目的 この発明の目的は、すぐれた選択吸収性を有し、しかも
低コストで耐食性、耐候性などの耐久性にすぐれた太陽
熱集熱板用の選択吸収用塗料組成物を提供することであ
る。

発明の構成 この発明の選択吸収用塗料組成物は、黒色顔料と、バイ
ンダ剤と、４フワ化エチレン樹脂粉末と、紫外線吸収剤
と、界面活性剤とを含むものである。

前記黒色顔料は、太陽エネルギーの吸収を主要目的とす
るが、有機顔料に比して波長３μｍ以上の赤外線吸収が
少ない無機顔料を用いるのが良好な選択吸収性を実現す
るうえで好ましいものである。

さらに無機顔料は耐熱性にもすぐれている。と（に好ま
しい黒色無機顔料としては、鉄、マンガン。

（５） 銅、クロム、コバｌシトぶよびニッケルよりなる群から
選ばれた１種または２種以上の金属の酸化物あるいは複
合酸化物があげられ、たとえばＣＯＯ。

ｃｒ２ｏ３．　ＭｎＯ２，Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３Ｍｎ
Ｏ２ＣｕＯ、ＣｕＯ−ｃｒ２ｏ３などがある。コストを
含めた実用性を考えるとＦｅ２０３−ＭｎＯ２ＣｕＯの
顔料が最適である。

また、これら顔料の粒径は安定した隠ぺい力を示しかつ
波長３μｍ以上の散乱吸収が少なく低いｅを得るうえで
１μｍ以下が好ましく、とりわけ置いαを得るうえで平
均粒子径が０．３〜０．５μｍであるのが好ましい。こ
れは、太陽エネルギーの分布する波長０．８〜２．０μ
ｍの近赤外線を散乱吸収するに適した粒子径が０．３〜
０．５μ解であるためと考えられる。

この発明におけるバインダ剤としては、塗膜の薄膜化が
可能でかつ耐熱性、耐候性、耐食性にすぐれたものであ
るのが好ましく、このようなバインダ剤としては、たと
えばアクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ツ
ーＪ素樹脂、ウレタン樹脂およびポリエステＶ樹脂より
なる群から選ば（６） れた少なくとも１種または２種以上があげられ、さらに
これら樹脂を変性したものも採用可能である。コストを
含めた実用性を考えるとアクリＶ樹脂に接着性を向上さ
せるためにエポキシ樹脂を添加したものがあげられる。

また、前記紫外線吸収剤は黒色無機顔料では吸収の不足
する波長０．３μｍからの紫外線を吸収し、太陽エネル
ギーが存在する波長０．３〜２．０μｍの光を極力多く
吸収するように添加されるものである。

紫外線吸収剤としては、たとえば透明酸化鉄、金属超微
粒子等があげられ、これらは粒径が０．１μｍ以下であ
るのが紫外線吸収にとりわけすぐれている。これは、粒
径を０．１μｍ以下とすることにより、波長０．３μｍ
程度の紫外線を散乱吸収するのに適しているためと考え
られる。

この発明における４フツ化エチレン樹脂粉末（以下、Ｐ
ＴＦＥ粉末という）は、本来、塗膜の耐食性。

耐熱性、耐摩耗性を改善するために用いているものであ
ったが、これが波長０．８〜２．０μｍの近赤外線の散
乱吸収に有効に寄与していることが明らかとなった。こ
れは、前記ＰＴＦＥ粉末の平均粒子径が約０．３μｍで
あることが、前記近赤外線の散乱吸収に寄与していると
考えられる。

塗装により選択吸収性を実現するためには塗膜の膜厚を
きわめて薄くする必要があり、より薄い膜厚で均一に安
定した塗膜を得るには塗布する塗料の希釈度を高め、濡
れ膜厚と溶剤蒸発後の乾燥膜厚との差を大きくすること
が必要となる。ところが、塗料の吐出圧力が１ｋｇ／ｄ
のように低い圧力で高希釈の塗料を塗装した場合、溶剤
の蒸発に伴ない溶剤を多量に含む塗膜内に対流現象が起
こり、顔料と樹脂が分離し、その結果塗膜に斑点が生じ
たり、縞模様になるなどの問題がある。この発明におけ
る界面活性剤はこれらの問題を解決するために塗料に添
加するものであり、種々の添加剤を検討した結果、アミ
ノ変性シリコーン樹脂、ポリエーテル変性シリコーン樹
脂の界面活性剤が良好であった。とくに塗膜の膜厚を１
μｍ以下にするには、塗料の希釈度がかなり亮くなるた
め、前記界面活性剤の添加は極めて有効といえる。

この発明の塗料組成物は前述の黒色顔料、バインダ剤、
各種添加剤を適当量の溶剤とともにポーＭミ〜、ロール
ミル、アトライタなどの分散機で分散混合して調製する
ことができる。

この発明の塗料組成物を適用すべき支持物としては１の
低い金属が有利であり、たとえばアＶミニウム、銅、ス
テンレスなどがあげられる。さらに支持物が金属でなく
ともたとえば１″ｙスナツク等の表面に８を低くするた
めの処理を施したものも使用可能である。

実施例の説明 この発明の選択吸収用塗料組成物を実施例をあげて説明
する。各実施例において使用した試験片はｙｖミ＝ｃｙ
ｈ　（ＪＩＳ　　Ｐ　　ｌ１００Ｐ規格）で寸法７５簡
Ｘ１５０＋ｍＸ０．５簡のものである。

実施例１（顔料／樹脂について）：熱硬化性アクリル樹
脂（三菱レーヨン（株）製の［ダイヤナー＆５Ｅ−５６
６１Ｊ、［脂固型分５０ｔＪ！［）０１００部（重量部
、以下同様）に対し、平均粒子径が０．３μｍのＦｅ２
Ｏ３−ＭｎＯ２−ＣｕＯ系市販黒色顔料を４０（９） 部の割合で加え、さらにｎ−ブタノール５８部。

キジロール４２都、［ツルペッツ＋１００Ｊ（商品名）
１００部を添加しボールミルで２４時間分散混合して塗
料を調製した。この塗料を適当な粘度に調整後、スプレ
ーにてアルミニウム試験片に塗装し、２００°Ｃで１０
分間焼成して膜厚か１μｍの塗膜（試料１）を得た。

また、顔料の配合量を６０部、８０部および１００部と
したほかは前記と同様にして膜厚１μｍの塗膜（試料２
．３お工び４）を得た。

各試料１〜４について、高車製作所製の自記分光光度計
ｒＭＰＳ−５０００型」に積分球反射装置１−ＩＳＲ−
２型」を付加し、波長０．７５〜２．０　μｍの分光反
射率を測定した。第１図に各試料１〜４の分光反射率を
示す。第１図から明らかなように、（顔料／樹脂）が高
くなるにつれて分光反射率が低くなり、αが高くなるが
、これは支持物上の顔料密度が高くなるためである。

また、これらの試料について、デービイス・アンド・サ
ービｘ　（Ｄｅｖｉｃｅｓ　＆　５ｅｒｖｉｃｅｓ　）
社製の（１０） 「放射率計」を用いて、波長３〜３０μｍのｅを測定し
た結果、いずれもεが０．２０〜０．２１’ｅ示し、（
顔料／８［を脂）にあまり影響されないことから、（顔
料／樹脂）が高くなると選択吸収性は有利になる。しか
しながら、（顔料／樹脂）が高くなると楢料粘度が増大
し、塗装作業性が悪くなる上に塗膜自身の密着性、硬度
などが悪くなる欠点を有する。これらの試験片について
塗膜の密着性を試験したところ（顔料／樹脂）が１００
　／　１００のものは他のものより密着性に劣る結果を
得た。したがって、塗膜のＷｆ着性と選択吸収性の両者
を意識すると（顔料／樹脂）の配合比率は６０／　１０
０〜８０／　１００　の範囲がよい。前述したように使
用したアクリｌｖ樹脂は固型分が５０重量％であるので
、（顔料／樹脂固型分）換算では６０１５０〜８０１５
０の範囲となる。

実施例２　（ＰＴＦＥ粉末について）：実施例１で使用
したと同じアクリシ樹脂および黒色顔料を用い、アクリ
ｖ樹脂１００部に対して黒色顔料７０部を加え、さらに
平均粒子径約０．３μｍのＰＴＦＥ粉末（ダイキン工業
（株）製の［ルブロンＬ−２Ｊ　）ｔ−前記アクＩＪ　
Ａ／樹脂１００部に対し５部の割合で加え、実施例１と
同様にして塗料を調製し、これをスプレーにてアルミニ
ウム試験片に塗装し、２ｏｏ℃で１０分間焼成して厚さ
１μｍの塗膜（試料５）を得た。

また、ＰＴＦＥ粉末の配合量を１０部および１５部とし
たほかは前記と同様にしてそれぞれ膜厚１μｍの塗膜（
試料６および７）を得た。

これらの各試料５〜７について、実施例１と同様にして
波長０．７５〜２．０μｍの範囲で分光反射率を測定し
た。その結果を第２図に示す。また、実施例１と同様に
してεを測定したところ、いずれの試料もεが０．２０
であった。

第２図から、前記ＰＴＦＥ粉末の添加量が多くなるに従
い、分光反射率が低くなる傾向を示していることがわか
り、波長０．８〜２．０μｍの近赤外線領域の吸収に関
して、有効に寄与していることが明らかにされた。これ
は、前記ＰＴＦＥ粉末の粒子径が近赤外線領域の散乱吸
収に適しているためと考えられる。さらに、いずれの試
料５〜７も８が同レベルであることから、前記ＰＴＦＥ
粉末は波長３μ謂以上の赤外線吸収が非常に少ないこと
が考えられる。

また、これらの試料５〜７について塗膜の密着性を試験
したところいずれも良好な結果を得た。

しかしながら、前記ＰＴＦＥ粉末が白色であり、かつ粒
子のまま塗膜に存在することから、この添加量をさらに
増加すると塗膜表面が白くなり、波長０．３〜８．０μ
ｍの紫外、可視部の吸収が悪くなる傾向がみられた。し
たがって、ＰＴＦＥ粉末の添加量は、前記アクｊｌ／ｌ
／樹脂１００部に対し１５部前後が好ましい。なお、前
記アクリル樹脂固型分１００部に対しては３０部前後と
なる。

実施例３（紫外線吸収剤について）：実施例２の塗料組
成物に平均粒子径が約０．０１μｍの透明酸化鉄（大日
精化（株）製の「トクンスオキサイド・レリド」）を５
部添加し実施例Ｉと同様にして塗料を虐製し、これをス
プレーにてアルミニウム試験片上に塗装し２００°Ｃで
１０分間焼成して厚さ約（１３） １μｍの塗膜を得た。

また、前記透明酸化鉄に代えて平均粒子径０．０５μ謂
の銅からなる金属超微粒子を添加したほかは前記と同様
にして塗膜を得た。

このようにして得た各試料について波長０．３〜２．０
μｍでの分光反射率を実施例１と同様にして調べた。そ
の結果をｇＪ１表に示す。

第　　　　　１　　　　　表 第１表に示すように、透明酸化鉄を含有する塗膜および
銅からなる金属超微粒子を含有する塗膜は、紫外線吸収
剤を含有しない塗膜に比して波長０、３〜０．４μ鰐の
紫外線の吸収がみられ、αの向上に寄与しているといえ
る。とくに、銅からなる金属超微粒子を含有する塗膜は
波長約０．６μｍまでの吸収が他に比べて高く、望まし
い結果を得ている。

（１４） なお、波長０．７μｍ以上では三者ともほぼ同等の分光
反射率を示した。

さらに、これら試験片について、εを実施例１と同手法
で測定したところ、いずれもε−０，２０〜０．２１を
示し、透明酸化鉄および銅からなる金属超微粒子の添加
によりεが悪くならないといえる。また、透明酸化鉄お
よび銅金属超微粒子が紫外線を吸収することにより、バ
インダ剤である樹脂の劣化が抑制され、耐候性に対する
改善効果も期待される。

この池に鉄、二つヶＶ−鉄の金属超微粒子についても前
記鋼金属微粒子とほぼ同等の結果を得た。

実施例４（界面活性剤について）：！ｉ！施例３の塗料
組成物を用い実施例１と同様にして調製した塗料１００
部に対し、重量比でｎ−ブタノ−Ｖ：キシａ−ｔｖ：　
（−７７Ｌ／ヘ−７）　＋１００Ｊカ２９　：　２１　
：５０である混合溶剤２００部を加えて希釈し、第２表
に示す各種添加剤を添加した。各種添加剤を添加した塗
料をアルミニウム試験片上に塗膜に斑点や縞模様が発生
しやすい塗装条件で膜厚的１μｍになるように塗装し、
２ｏｏ℃で１部分間焼成した。

このようにして得た試験片上の塗膜表面を観察し、塗装
不良を評価した。その結果を＠２表に示す。

な右、添加剤１種類について試験片を２０枚作成し、評
価した。また、第２表に示す評価は以下の基準に基づい
て行なった。

×：試験片の半数以下が塗膜表面に顕著な斑点、縞模様
が発生 Δ：試験片の半数以下が塗膜表面に顕著な斑点、縞模様
が発生 Ｏ：全数異常なし く以下全油） 第　　　　　２　　　　　表 第２表に示した試験結果から、塗料の品希釈時の薄膜安
定形成の目的として塗料添加剤を用いる場合、分散剤よ
りもむしろ、ポリエーテｖ変性シリコーン樹脂、アミノ
変性シリコーン樹脂などの界面活性剤の添加が有効であ
るといえる。これらの界面活性剤が有効である理由とし
ては塗装時の支持物に対する塗料のレベリングを良好な
ものにしていることがあげられる。なお、＠２表記載の
（１７） 添加剤を含有しない場合は、試験片２０枚のうち半数以
下が塗膜表面に斑点や縞模様が発生した。

実施例５：熱硬化性アクリｖ樹脂［ダイヤナール５Ｅ−
５６６１Ｊ（前出）１００部、平均粒子径が約０．３ｔ
ｔｍのＦｅ２Ｏ３−ＭｎＯ２−ＣｕＯ系黒色顔料７０耶
、ＰＴＦＥ粉末「ＭブロンＬ−２Ｊ（前出）１５部、透
明酸化鉄「トランスオキサイド・しっド」（前出）５部
、ｎ−ブタノ−／Ｌ１５８部、キシローＡ／４２部およ
び［ソルベーｌソ＃１００Ｊ１００部を用いて実施例１
と同様にして塗料を調製した。この塗料１００部に対し
てｎ−ブタノ−／Ｌ／：キシロ−Ｍ：［ソＭペッツ＃１
００Ｊが２９：２１：５０（重量比）である混合溶剤を
２００部の割合で加えて希釈し、さらに界面活性剤ポリ
エーテル変性シリコーン樹脂１．５部を添加したのち、
アシミニラム試験片に膜厚が約１μｍとなるようにスプ
レーにより塗装し、２００°Ｃで１０分間焼成した。こ
のようにして作成した試料ｊどついて、波長Ｏ１３〜２
．０ａｙｎの分光反射率を実施例１と同様にして測定し
、分光反射率から大気質量Ｍ＝２における太陽エネＭギ
（１８） −に対するαを算出し、さらに実施例１と同様にしてＣ
を測定し選択吸収性を評価したところ、αが０゜９３．
６が０．１８〜０．２０の特性が得られた。

実施例６：実施例５の熱硬化性アクリル樹脂に代えてシ
リコーン樹脂（＠越化学工業（株）製の［ＫＲ−２８２
Ｊ、樹脂固型分５０重量９６）を用い、さらに溶剤、希
釈剤としてキジロールのみを用いたほかは実施例５と同
様にして塗料を調製し、アＶミニウム試験片上にスプレ
ーにてｍ要約１μｍｒトなるように塗装し、２００℃で
３０分間焼成した。

このように作成した試験片について実施例５と同様にし
てαおよびεを評価したところ、αが０．９ミεが０．
１８〜０．２０の特性が得られた。

実施例７：実施例５２よび６で得た各試料について塗膜
の密着性、耐熱性、耐食性、促進耐候性などめ膜の信頼
性を評価したところ、第３表および第４表に示すごとく
良好な結果が得られた。

第　　　　　３　　　　　表 （１′５） 第４表 （２１） （２０） また、バインダ剤として、エポキシ樹脂、フグ素樹脂、
ウレタン樹脂およびポリエステＩ’１１４Ｍ？：使用し
た場合も実施例１〜７とほぼ同等の結果が得られた。

発明の効果 この発明の選択吸収用塗料組成物は、きわめてすぐれた
選択吸収性が得られるとともに、耐食性。

耐候性などの耐久が向上し信頼性を高め、さらに低コス
トで製造できる選択吸収用塗膜を得ることができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１で得た各試料（塗膜）についての分光
反射率を示すグラフ、第２図は実施例２で得た試料につ
いての分光反射率を示すグラフである。 代　理　人　　弁理士　官　井　暎　夫（２２）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　黒色顔料と、バインダ剤と、４フ・フ化エチ
   Ｖン樹脂粉末と、紫外線吸収剤と、界面活性剤とを含む
   選択吸収用塗料組成物。 （２）　　前記黒色顔料が鉄、マンガン、銅、クロム。 コバルトおよびニッケルよりなる群から選ばれた１種ま
   たは２種以上の金属の酸化物または複合酸化物である特
   許請求の範囲第（１）項記載の選択吸収用塗料組成物。 ＋３１　　前記／＜インダ剤がアクリ〃樹脂、シリコー
   ン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、ウレタン樹脂およ
   びポリエステル樹脂よりなる群から選ばれた１種または
   ２種以上である特許請求の範囲第（１）項記載の選択吸
   収用塗料組成物。 （４）前記紫外線吸収剤が平均粒径０．１μｍ以下の金
   属微粒子または透明酸化鉄である特許請求の範囲第（１
   ）項記載の選択吸収用塗料組成物。 （５）　　前記界面活性剤がポリエーテル変性シリコー
   ン樹脂またはアミノ変性シリコーン樹脂である特許請求
   の範囲第（１）項記載の選択吸収用塗料組成物。