JPWO2017200090A1 - Thin film structure for suppressing heat transfer, and structure and substrate on which the thin film structure is laminated - Google Patents

Thin film structure for suppressing heat transfer, and structure and substrate on which the thin film structure is laminated Download PDF

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Abstract

表面から裏面への熱移動を抑制することができる薄膜構造体を提供する。薄膜構造体は、金属酸化物を含む中空微粒子と固化状態の基剤とを含む。中空微粒子は、一方の表面から深さ方向に少なくとも第1の位置まで、基剤内において稠密に分布している。薄膜構造体の表面に対して熱エネルギーが照射されたときには、薄膜構造体から遠赤外放射が発生するが、その遠赤外放射が発生する最深部の位置は、表面から第1の位置までの距離より小さい第2の位置に存在する。Provided is a thin film structure capable of suppressing heat transfer from the front surface to the back surface. The thin film structure includes hollow fine particles containing a metal oxide and a base in a solidified state. The hollow particles are densely distributed in the base from one surface to at least a first position in the depth direction. When thermal energy is irradiated to the surface of the thin film structure, far infrared radiation is generated from the thin film structure, but the position of the deepest portion where the far infrared radiation is generated is from the surface to the first position At a second position less than the distance of

Description

本発明は、建築物、車両、各種設備などの外表面又は内表面に積層されることによって、これらの内部又は外部のいずれか一方の側から他方の側への赤外放射による熱移動を抑制することができる薄膜構造体に関する。   The present invention suppresses heat transfer due to infrared radiation from either one of the inner or outer side to the other by being laminated on the outer surface or inner surface of a building, a vehicle, various facilities, etc. The present invention relates to a thin film structure that can be made.

建築物、車両、又は各種設備など(本明細書においては、これらを含めて「構造物」という)を始めとする様々な用途において、密閉された空間、例えば建物や容器等の内部から外部又は外部から内部への熱を遮断する目的で、種々の断熱材が用いられる。断熱材には、主に繊維系断熱材と発泡系断熱材がある。   In various applications such as buildings, vehicles, or various facilities (herein referred to as "structures" including these, etc.), a sealed space, for example, from inside or outside of a building or container etc. Various heat insulating materials are used for the purpose of blocking heat from the outside to the inside. The heat insulating materials mainly include fibrous heat insulating materials and foamed heat insulating materials.

繊維系断熱材としては、例えばグラスウール、ロックウール、セルロースファイバーなどが挙げられ、発泡系断熱材としては、例えばウレタンフォーム、ビーズ法ポリスチレンフォームなどの発泡系断熱材などが挙げられる。これらの従来の断熱材は、内部に空隙を有するため密度が低く、そのため熱伝導率が小さく、結果として断熱効果が得られる。しかし、これらの断熱材を用いて熱の移動を効果的に抑制するためには、断熱材を構造物の表面に厚く施工することが必要であり、断熱性能を向上させるための断熱材使用量の増加に伴って材料コストや施工コストが高くなるとともに、断熱材が厚くなることによって使用できる空間が小さくなる。結果として、従来の断熱材には、断熱性能の向上には限界がある。また、従来の断熱材には、構造物の表面形状に対する追従性が悪いという課題もある。   Examples of the fiber heat insulating material include glass wool, rock wool, and cellulose fibers. Examples of the foam heat insulating material include foam heat insulating materials such as urethane foam and bead method polystyrene foam. These conventional heat insulating materials have a low density due to the presence of voids inside, so the thermal conductivity is low, and as a result, the heat insulating effect is obtained. However, in order to effectively suppress the transfer of heat using these heat insulating materials, it is necessary to apply the heat insulating material thickly to the surface of the structure, and the amount of the heat insulating material used to improve the heat insulating performance As the cost of materials and construction increases with the increase of the size of the heat insulating material, the usable space decreases. As a result, conventional thermal insulation has limitations in improving the thermal insulation performance. Moreover, the conventional heat insulating material also has the subject that the followability with respect to the surface shape of a structure is bad.

こういった従来の断熱材が有する課題を解決するために、いわゆる断熱性塗膜又は塗料が提案されている。断熱性塗膜又は塗料は、一般に、微粒子又は中空微粒子を樹脂などの基剤に混合し、この混合物を、例えば構造物の表面に直接施工したり、テープなどの基材フィルムに塗布して用いたりするものであり、必要に応じて断熱機能に寄与する添加剤が加えられる場合もある。こうした技術は、例えば特許文献1〜5において提案されている。   In order to solve the problem which such a conventional heat insulating material has, a so-called heat insulating coating or paint is proposed. In general, the heat insulating coating or paint is used by mixing fine particles or hollow fine particles in a base such as a resin, and directly applying this mixture to, for example, the surface of a structure or coating on a base film such as a tape. If necessary, additives that contribute to the heat insulation function may be added. Such techniques are proposed, for example, in Patent Documents 1 to 5.

特許文献1(特開平11−80599)は、ガラス製又はセラミックス製の白色中空ビーズを50〜80容積%の割合で分散させることによって、全体を白色とし、光の反射を利用して遮熱効果を得る断熱性塗膜についての技術である。塗膜を白色にすることによって汚れが目立ち、使用用途が限定される課題もあるが、これに対しては、断熱性塗膜を2層構造とし、表層の第2の断熱性塗膜によって白色の断熱性塗膜を保護する。   Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-80599) makes the whole white by dispersing white hollow beads made of glass or ceramics at a ratio of 50 to 80% by volume, and uses the reflection of light to achieve a heat shielding effect. It is a technique about the heat insulation coating film which obtains. There is also a problem that stains are noticeable by making the coating white and the use application is limited, but for this, the heat insulating coating has a two-layer structure, and the second insulating coating on the surface is white. Protect the thermal insulation coating of

特許文献2(特開2000−71389)においては、光線を反射する性質を有する5〜20μmのセラミック微粉末と、断熱効果を有する50〜100μmのセラミック微粉末とを、塗膜形成剤中に分散混合させたことによって形成される断熱性塗料が提案されている。この技術においては、光線を反射する性質を有する微粉末として、例えば、TiO、SnO、In、TiN、Siなどが提案され、断熱効果を有する微粉末として、例えば、KO・nTiOなどのチタン酸塩、CaO・nSiOなどの珪酸塩が提案されている。In patent document 2 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-71389), the 5-20 micrometers ceramic fine powder which has the property to reflect a light ray, and the 50-100 micrometers ceramic fine powder which has a heat insulation effect are disperse | distributed in a coating-film formation agent. Thermal insulating paints formed by mixing have been proposed. In this technology, for example, TiO 2 , SnO 2 , In 2 O 3 , TiN, Si 3 N 4 and the like are proposed as fine powders having the property of reflecting light rays, and as fine powders having a heat insulating effect, for example, Titanates such as K 2 O · nTiO 2 and silicates such as CaO · nSiO 2 have been proposed.

特許文献3(特開2005−179514)においては、バインダ樹脂にシリカ(SiO・nHO)が含まれた断熱性の樹脂組成物が提案されている。この技術においては、シリカは、細孔容積、比表面積、最頻細孔直径などに関して特定の性能を有するものであり、より優れた断熱性能を求めて、シリカがこのような性質を有するように設計及び製造に精密性が要求される。In Patent Document 3 (JP 2005-179514), silica (SiO 2 · nH 2 O) thermal insulating resin composition contains has been proposed in the binder resin. In this technology, silica has specific performance in terms of pore volume, specific surface area, mode diameter, etc., and in order to obtain better thermal insulation performance, silica has such properties. Precision is required for design and manufacture.

特許文献4(特開2009−108222)においては、直径30nm〜300nmの大量のナノ中空粒子(シリカ殻からなる粒子)が、30体積%〜70体積%の範囲で塗料中に混合された断熱性塗料が提案されている。通常、大量のナノ中空粒子を溶媒に混合する場合には、凝集を起こしやすいという課題がある。しかし、この文献においては、湿式ジェットミルでナノ中空粒子を強力に溶媒中に分散させることによって、その大部分を溶媒に微細分散させ、更に、これらの微細分散粒子に表面修飾剤を反応付加させて表面修飾することによって、凝集を防止して塗料中に微細分散させることができるとされている。   In patent document 4 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2009-108222), the heat insulation in which a large amount of nano hollow particles (particles which consist of a silica shell) of diameter 30 nm-300 nm were mixed in the coating material in 30 volume%-70 volume%. Paints have been proposed. In general, when mixing a large amount of nano hollow particles into a solvent, there is a problem that aggregation is likely to occur. However, in this document, most of the nano hollow particles are finely dispersed in a solvent by strongly dispersing the nano hollow particles in a solvent with a wet jet mill, and further, a surface modifier is added to these finely dispersed particles by reaction. The surface modification is said to prevent aggregation and finely disperse in the paint.

特許文献5(特開2000−290594)は、微小セラミックバルーンと接着性樹脂のエマルジョンからなる高性能断熱性塗料を、予めフィルムに塗布乾燥することによって施工性を改善させた、断熱性フィルムを提案するものである。   Patent Document 5 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-290594) proposes a heat insulating film in which the workability is improved by applying and drying a high performance heat insulating paint consisting of an emulsion of micro ceramic balloons and an adhesive resin on the film in advance. It is

特開平11−80599JP-A-11-80599 特開2000−71389Japanese Patent Laid-Open No. 2000-71389 特開2005−179514Patent document 1: JP-A-2005-179514 特開2009−108222JP, 2009-108222, A 特開2000−290594Japanese Patent Laid-Open No. 2000-290594

E.D.Palik編、Handbook of Optical Constants of Solids、Academic PressE. D. Palik Edition, Handbook of Optical Constants of Solids, Academic Press 中村俊哉、甲斐高志、「セラミックタイル断熱材の輻射・熱伝導連成解析に関する研究」、航空宇宙技術研究所報告、NAL−TR−1470、2003年8月Nakamura Shunsuke, Kai Takashi, "Study on coupled radiation / heat conduction analysis of ceramic tile insulation materials," Aerospace Laboratory Report, NAL-TR-1470, August 2003 日本熱物性学会編、「新編熱物性ハンドブック」、養賢堂、2008年4月、p.747Japan Society of Thermophysical Properties, "New Edition of Thermophysical Properties Handbook", Yorikendo, April 2008, p. 747

上述のとおり、従来、断熱性塗膜又は塗料として、基剤に微粒子又は中空微粒子が含まれたものが提案されてきたが、これらはいずれも、十分な熱移動抑制効果を示すものではなかった。従来の断熱性塗膜又は塗料は、乾燥状態の塗膜に占める微粒子又は中空微粒子の割合がそれほど大きくない。これは、微粒子又は中空微粒子の割合を多くすると、塗膜の強度が低下して層の状態を維持しにくくなり、構造物に積層することが困難になるためである。このため、塗膜を十分に厚くすることができず、薄い塗膜では表面に与えられた熱が裏面にまで到達することになる。   As described above, conventionally, as the heat insulating coating film or the paint, those containing fine particles or hollow fine particles in the base have been proposed, but none of them show a sufficient heat transfer suppressing effect . Conventional heat insulating coatings or paints do not have a very high proportion of fine particles or hollow particles in the dry coating. This is because if the proportion of the fine particles or hollow particles is increased, the strength of the coating decreases and it becomes difficult to maintain the state of the layer, and it becomes difficult to laminate on the structure. For this reason, the coating film can not be made thick enough, and in the case of a thin coating film, the heat given to the surface reaches the back surface.

そこで、従来の提案においては、断熱性塗膜又は塗料として用いられたときに、薄くても高い断熱性を持たせるために、熱伝導率を減少させる工夫も行われてきた。具体的には、基剤に含まれる熱伝導率の低い微粒子や中空微粒子の割合を高くすることによって、断熱性塗膜又は塗料全体の熱伝導率を小さくすることが行われてきた。しかしながら、その結果、断熱性塗膜又は塗料中の熱放射による熱移動が増大するため、断熱性塗膜又は塗料の厚さを一定以上の厚さにする必要があった。   Therefore, in the conventional proposal, in order to provide high thermal insulation even if thin as it is used as a heat insulating coating film or paint, measures have been made to reduce the thermal conductivity. Specifically, the thermal conductivity of the heat insulating coating or the whole of the coating has been reduced by increasing the proportion of fine particles or hollow fine particles having a low thermal conductivity contained in the base. However, as a result, heat transfer due to heat radiation in the heat insulating coating or paint is increased, so that the thickness of the heat insulating coating or paint needs to be a certain thickness or more.

本発明は、表面に熱エネルギーが与えられた時に、表面の温度が速やかに上昇し、薄膜深部から表面方向への遠赤外放射(「熱放射」と同義であるが、以後、遠赤外光としての意味が強い場合には「遠赤外放射」、エネルギーの輸送の意味が強い場合には「熱放射」という言葉を用いる。また、「遠」を略し、「赤外」を使う場合がある。)が効果的に行われ、深部への熱移動が抑制されることによって、表面に与えられた熱エネルギーの殆どが裏面まで到達しないという特徴を持つ薄膜構造体を提供することを目的とする。このような薄膜構造体は、数百μmの厚みであっても、数mm程度の断熱材と同等の断熱性能を有する。   In the present invention, when heat energy is applied to the surface, the temperature of the surface rises rapidly, and far-infrared radiation from the deep part of the thin film to the surface direction (same as "thermal radiation", hereinafter far- When the meaning of light is strong, the term “far infrared radiation” is used, and when the meaning of energy transport is strong, the term “heat radiation” is used. The purpose is to provide a thin film structure having the feature that most of the thermal energy given to the surface does not reach the back surface by effectively performing heat transfer to the deep part by effectively performing I assume. Such a thin film structure, even with a thickness of several hundreds of micrometers, has the same heat insulating performance as a heat insulating material of about several mm.

この目的を達成するために、本発明者らは、薄膜構造体の表面からの熱放射が発生する深さと、熱伝導率の減少だけでなく容積比熱をも考慮した、非定常状態における温度変化のしやすさを示す熱浸透率とに注目した。その結果、表面に熱が加えられた際に熱放射が到達する深さ(すなわち、表面からの熱放射の発生する深さ)程度の表面層において、温度上昇を速やかに生じさせ、それによる熱放射のうち表面層への熱放射を利用することによって、100μm程度の厚さであっても薄膜構造体内部への熱移動が抑制されることを見出した。このような熱移動の抑制を達成する手段は、(a)薄膜構造体の内部における遠赤外放射の到達距離が短く、(b)熱伝導率及び容積比熱を小さくすること、すなわち熱浸透率を小さくすることによって、表面温度の上昇を速やかに生じさせることにより、表面からの外部への熱放射量が大きく、結果的に熱移動抑制効果が高い薄膜構造体を得ることである。こうした薄膜構造体は、光の侵入深さと熱浸透率とを、ともにできるだけ小さくすることにより得られる薄膜構造体である。   In order to achieve this purpose, the inventors of the present invention change the temperature in the non-steady state taking into consideration not only the depth at which the heat radiation from the surface of the thin film structure occurs and the decrease in the thermal conductivity but also the volume specific heat. Attention was paid to the heat penetrability which shows the ease of operation. As a result, a temperature rise is rapidly generated in the surface layer at a depth which is about the depth to which thermal radiation reaches when heat is applied to the surface (that is, the depth at which thermal radiation is generated from the surface). It has been found that heat transfer to the inside of the thin film structure is suppressed even with a thickness of about 100 μm by utilizing thermal radiation to the surface layer among the radiation. As means for achieving such heat transfer suppression, (a) the distance of far infrared radiation within the thin film structure is short, and (b) the heat conductivity and the volume specific heat are reduced, that is, the heat penetrability By making the surface temperature rise quickly, the amount of heat radiation from the surface to the outside is large, and as a result, a thin film structure having a high heat transfer suppressing effect is obtained. Such a thin film structure is a thin film structure obtained by making the penetration depth of light and the heat permeability as small as possible.

ここで、「熱移動の抑制効果」とは、物質の表面から入った熱の一部が表面側の空間に熱放射によって戻されることによって奥まで移動する熱量を減少させる効果をいい、従来の断熱性塗料における「断熱性」や「遮熱性」とは異なる概念を表す。従来の「断熱性」は、物質の両側(又は、物質の両側にある気体又は液体)に温度差があったときに高温部から低温部に流れる熱量の大小をいい、この熱量が小さい場合は、その物質は断熱性が高いことになる。また、「遮熱性」とは、(短波、長波を含む)放射による熱伝達があった場合に、物質の有する反射特性によって、放射を外界に戻し、吸収量を減少させることにより、物質の深部に熱が移動しない特性を言う。   Here, the "heat transfer suppressing effect" refers to an effect of reducing the amount of heat transferred to the back by a part of the heat entering from the surface of the substance being returned by the heat radiation to the space on the surface side. In the heat insulating paint, "insulation" and "insulation" represent different concepts. The conventional “heat insulation” refers to the amount of heat that flows from the high temperature part to the low temperature part when there is a temperature difference on both sides of the substance (or gas or liquid on both sides of the substance). , The material will be highly adiabatic. Also, “thermally insulating” refers to the heat transfer by radiation (including short wave and long wave), the radiation property is returned to the outside by the reflection property of the substance, and the absorption amount is reduced to reduce the depth of the substance. Say the characteristic that heat does not move.

より具体的には、物資の高温側表面層内において発生する熱放射は、物質の深部に向かうと同時に、物質の高温側の表面にも向かう。物質深部側への熱放射は、内部の熱移動を増大させ、結果として熱伝導率として表される量に組み込まれる。一方、表面側への熱放射は、一部は物質に吸収されるものの、残りは物質の表面に達し、外部への熱移動に寄与することになる。この現象は、物質から外部への熱移動分が外部から物質への熱移動量を減少させることにつながり、結果として熱の移動を抑制する。   More specifically, the thermal radiation generated in the hot side surface layer of the material is directed towards the deep side of the substance as well as towards the hot side surface of the substance. Thermal radiation to the deep side of the material increases the heat transfer inside and results in incorporation in the quantity expressed as thermal conductivity. On the other hand, although the heat radiation to the surface side is partially absorbed by the substance, the remainder reaches the surface of the substance and contributes to the heat transfer to the outside. This phenomenon leads to the heat transfer from the substance to the outside to reduce the amount of heat transfer from the outside to the substance, and as a result, the heat transfer is suppressed.

第1の態様においては、本発明は、単独で又は基材の少なくとも一方の面に積層されて用いられる薄膜構造体を提供する。薄膜構造体は、金属酸化物を含む中空微粒子と固化状態の基剤とを含む。中空微粒子は、一方の表面から深さ方向に少なくとも第1の位置まで、基剤内において稠密に分布している。薄膜構造体の表面に対して熱エネルギー(熱放射)が照射されたときには、表面近傍が熱放射を吸収することによる表面近傍の温度上昇により、薄膜構造体の表面近傍からの遠赤外放射の強度が増大するが、その遠赤外放射が発生する最深部の位置は、表面から第1の位置までの距離より小さい第2の位置に存在する。この薄膜構造体の熱浸透率は、500J/(m・s0.5・K)より小さい。In a first aspect, the present invention provides a thin film structure used alone or laminated on at least one surface of a substrate. The thin film structure includes hollow fine particles containing a metal oxide and a base in a solidified state. The hollow particles are densely distributed in the base from one surface to at least a first position in the depth direction. When thermal energy (thermal radiation) is irradiated to the surface of the thin film structure, temperature rise in the vicinity of the surface due to absorption of the thermal radiation in the vicinity of the surface causes far infrared radiation from near the surface of the thin film structure to Although the intensity increases, the position of the deepest part where the far infrared radiation is generated is at a second position smaller than the distance from the surface to the first position. The heat permeability of this thin film structure is less than 500 J / (m 2 · s 0.5 · K).

一般に、熱の移動は、熱放射、熱伝導及び対流の3つの形態で現れる。薄膜構造体の表面に与えられた熱エネルギーのうち、構造体を移動して裏面に到達する熱エネルギーの大小は、熱放射及び熱伝導の状態によって決まる。例えば、表面に与えられた熱エネルギーが薄膜構造体を通して裏面に達し、放射される場合には、表面に与えられた熱エネルギーの一部が、熱放射又は熱伝導によって表面とは反対側の面まで移動していることになる。   In general, heat transfer appears in three forms: thermal radiation, thermal conduction and convection. Among the thermal energy given to the surface of the thin film structure, the magnitude of the thermal energy that moves the structure to reach the back surface is determined by the state of thermal radiation and thermal conduction. For example, when the thermal energy applied to the surface reaches the back surface through the thin film structure and is emitted, part of the thermal energy applied to the surface is the surface opposite to the surface by thermal radiation or thermal conduction. It will be moving up to.

本発明に係る薄膜構造体においては、熱放射と対流熱伝達によって表面に与えられた熱エネルギーは熱放射及び熱伝導によって内部に拡散するが、そのうちの熱放射分については、薄膜構造体の内部における再放射を除き、表面から少なくとも第1の位置までにおいて稠密に分布した中空微粒子によって十分に散乱されることになる(すなわち、表面から第1の位置までにおいて熱放射が十分に散乱されるように、中空微粒子が稠密に分布されている)。ここで、「稠密に分布」しているとは、中空微粒子が基剤中においてほぼ隙間無く連続的に存在している状態をいい、固化状態の基剤中において中空微粒子の占める割合が、薄膜構造体の表面から深さ方向に少なくとも第1の位置までにおいて、約80容積%以上の状態をいう。このように、中空微粒子が基剤内において稠密に分布しているため、薄膜構造体の表面に与えられた熱放射は、その殆どが中空微粒子によって散乱されることになる。散乱量は、薄膜構造体の表面から深さ方向に向かって指数関数的に低下し、散乱が生じる最深部の位置は、表面からの距離が第1の位置までの距離より小さい第2の位置となる。したがって、表面に与えられた熱放射は、第2の位置より浅い位置でほとんどが吸収又は散乱され、吸収分は表面温度の上昇に寄与する。   In the thin film structure according to the present invention, the thermal energy given to the surface by the thermal radiation and the convective heat transfer is diffused to the inside by the thermal radiation and the thermal conduction. To be sufficiently scattered by the densely distributed hollow particles from the surface to at least the first position (i.e., the thermal radiation is sufficiently scattered from the surface to the first position) , Hollow particles are densely distributed). Here, "densely distributed" means that the hollow particles are continuously present in the base with almost no gap, and the proportion of the hollow particles in the base in the solidified state is a thin film At least about the first position in the depth direction from the surface of the structure, the state of about 80% by volume or more. As described above, since the hollow fine particles are densely distributed in the base, the heat radiation given to the surface of the thin film structure is mostly scattered by the hollow fine particles. The amount of scattering decreases exponentially from the surface of the thin film structure in the depth direction, and the position of the deepest portion where scattering occurs is a second position where the distance from the surface is smaller than the distance to the first position It becomes. Therefore, the thermal radiation given to the surface is mostly absorbed or scattered at a position shallower than the second position, and the absorbed component contributes to the increase of the surface temperature.

一方、表面に対して熱放射と対流熱伝達を含む熱エネルギーが与えられたときに、基剤又は中空微粒子に吸収された熱エネルギーは、基剤表面近傍の温度上昇の原因となり、温度上昇分だけ表面からの遠赤外放射量が増大する。この遠赤外放射量の増大分は、散乱が生じる最深部の位置すなわち第2の位置を最深部として、放射される。いいかえると、遠赤外放射は、深さ方向に対して第2の位置より浅い位置から放射され、第2の位置より深い位置からは、放射されたとしても表面に達しない、すなわち結果的に放射されないことになる。表面近傍からの熱放射は、表面方向及び深部方向ともに発生するが、深部方向に発生した熱放射は表面に達しないため、薄膜構造体の深部に吸収されることになる。したがって、表面に熱エネルギーが与えられた時には、表面近傍からの放射と内部への熱伝導のバランスで温度分布が決まるが、熱浸透率が小さい場合には外部への熱放射が効率的に起こることにより薄膜構造体内部での温度勾配が緩やかになる。このことによって、深部に到達する熱エネルギーが小さくなり、結果的に裏面に到達する熱エネルギー量が減少する。   On the other hand, when thermal energy including thermal radiation and convective heat transfer is given to the surface, the thermal energy absorbed by the base or the hollow fine particles causes a temperature rise near the base surface, and the temperature rise Only the amount of far infrared radiation from the surface is increased. The increase in the amount of far infrared radiation is emitted with the position of the deepest portion where the scattering occurs, that is, the second position as the deepest portion. In other words, far-infrared radiation is emitted from a position shallower than the second position in the depth direction, and does not reach the surface if emitted from a position deeper than the second position, that is, as a result It will not be emitted. Thermal radiation from the vicinity of the surface occurs in both the surface direction and the deep direction, but thermal radiation generated in the deep direction does not reach the surface, and is absorbed in the deep portion of the thin film structure. Therefore, when thermal energy is given to the surface, the temperature distribution is determined by the balance between the radiation from the vicinity of the surface and the heat conduction to the inside, but when the thermal penetrance is small, the thermal radiation to the outside occurs efficiently. As a result, the temperature gradient inside the thin film structure becomes gentle. This reduces the heat energy reaching the deep part and consequently reduces the amount of heat energy reaching the back surface.

また、本発明に係る薄膜構造体は、空気を内部に含んだ中空微粒子が稠密に分布しているため、全体としての熱伝導率が低く、密度が小さい。したがって、薄膜構造体は、容積比熱が小さいという性質を有する。このように、熱伝導率及び容積比熱が小さいという性質の結果として、薄膜構造体は、熱浸透率が小さく、そのため表面に接する空気の温度変化や熱放射の出入りに速やかに追随して表面の温度が上下することになる。したがって、表面に熱エネルギーが与えられた場合には、深部の温度が変化する前に表面の温度が変化し、表面から外部空間に対して熱放射が効率的に生じる。このことによって、深部に到達する熱エネルギーが小さくなり、結果的に裏面に到達する熱エネルギー量が減少する。   Further, in the thin film structure according to the present invention, since the hollow fine particles containing air are densely distributed, the heat conductivity as a whole is low and the density is small. Therefore, the thin film structure has the property that the volume specific heat is small. Thus, as a result of the nature of low thermal conductivity and low volume specific heat, the thin film structure has a low thermal penetrability, so that it quickly follows the temperature change of the air in contact with the surface and the thermal radiation and the surface. The temperature will go up and down. Therefore, when thermal energy is applied to the surface, the temperature of the surface changes before the temperature of the deep portion changes, and thermal radiation is efficiently generated from the surface to the external space. This reduces the heat energy reaching the deep part and consequently reduces the amount of heat energy reaching the back surface.

本発明に係る薄膜構造体に含まれる中空微粒子は、金属酸化物を含むものであり、金属酸化物として、酸化アルミニウム(Al)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化第二鉄(Fe)、酸化ナトリウム(NaO)、酸化カリウム(KO)、酸化チタン(TiO)、酸化セリウム(CeO)、二酸化ケイ素(SiO)若しくは三酸化アンチモン(Sb)のいずれか又はこれらの組合せを含むものであることが好ましい。The hollow fine particles contained in the thin film structure according to the present invention contain a metal oxide, and as the metal oxide, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), ferric oxide (Fe 2) O 3 ), sodium oxide (Na 2 O), potassium oxide (K 2 O), titanium oxide (TiO 2 ), cerium oxide (CeO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ) or antimony trioxide (Sb 2 O 3 ) It is preferable that it contains any or the combination of these.

一実施形態においては、薄膜構造体の表面から深さ方向に第2の位置までの距離は、20μm以下であることが好ましい。このように、遠赤外放射の最深部が薄膜構造体の表面から浅い位置に存在するため、薄い膜構造体を実現することができる。   In one embodiment, the distance from the surface of the thin film structure to the second position in the depth direction is preferably 20 μm or less. Thus, a thin film structure can be realized because the deepest part of the far infrared radiation is located at a shallow position from the surface of the thin film structure.

一実施形態においては、表面に対して熱エネルギーが照射されたときに放射される遠赤外線の波長は、5μm〜30μmであることが好ましい。5μm〜30μmの波長範囲には、理論的には室温付近(300K(27℃))の黒体からの熱放射の88%が含まれており、この波長領域での放射率が高ければ、室温付近で効率的に熱放射が生じることになる。したがって、本発明に係る薄膜構造体は、波長が5μm〜30μmの遠赤外線を放射するものであれば、効果的な熱移動抑制効果を奏するものとなる。   In one embodiment, it is preferable that the wavelength of the far infrared radiation emitted when the surface is irradiated with thermal energy be 5 μm to 30 μm. The wavelength range of 5 μm to 30 μm theoretically contains 88% of thermal radiation from a black body near room temperature (300 K (27 ° C.)), and if the emissivity in this wavelength region is high, room temperature Thermal radiation will be generated efficiently in the vicinity. Therefore, the thin film structure according to the present invention exerts an effective heat transfer suppressing effect as long as it emits far infrared radiation having a wavelength of 5 μm to 30 μm.

第2の態様においては、本発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の薄膜構造体が表面に積層された構造物を提供する。さらに第3の態様においては、本発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の薄膜構造体が基材に積層された積層体が提供される。本発明に係る薄膜構造体は、単独で構造物の表面に積層して用いることも、何らかの基材、例えば木材、金属、テープ、樹脂などといった種々の基材の一方の面若しくは両方の面に積層し、こうして得られた薄膜構造体と基材との積層体を構造物の表面に積層して用いることもできる。本発明に係る薄膜構造体を積層する好ましい構造物として、建築構造物、自動車、鉄道車両、船舶を挙げることができる。   In a second aspect, the present invention provides a structure in which the thin film structure according to any one of claims 1 to 5 is laminated on the surface. In a third aspect, the present invention provides a laminate in which the thin film structure according to any one of claims 1 to 5 is laminated on a substrate. The thin film structure according to the present invention may be used alone as a laminate on the surface of the structure, or on one or both surfaces of various substrates such as wood, metal, tape, resin, etc. It is also possible to laminate and use the laminate of the thin film structure and the substrate thus obtained on the surface of the structure. As a preferable structure which laminates | stacks the thin film structure which concerns on this invention, a building structure, a motor vehicle, a railway vehicle, and a ship can be mentioned.

構造物の内部と外部との境界に、本発明に係る薄膜構造体を積層させた場合には、内部又は外部の熱源からの熱エネルギーの外部又は内部への移動を抑制することができるため、構造物の内部の環境を一定の状態に維持することができる。特に、本発明に係る薄膜構造体を建物の外壁及び/又は内壁に積層した場合には、年間を通して建物の空調エネルギーを削減することができ、極めて高い省エネルギー効果を実現することが可能である。また、本発明に係る薄膜構造体を、例えば、室内の壁に積層し、室内に熱源を設けた場合には、短い時間で室内の温度が上昇するという効果が得られる。これは、薄膜構造体から室内側への遠赤外線放射が増大するとともに、熱が薄膜構造体の奥まで浸透しにくいため、薄膜構造体に与えられた熱エネルギーが効率的に室内側に戻るためである。さらに、本発明に係る薄膜構造体は、表面付近から遠赤外線を放射する性能が高いため、対流熱伝達により周辺の温度と同一化した部分からの放射の効果によって、室内快適性を高めることに寄与する。   When the thin film structure according to the present invention is stacked on the boundary between the inside and the outside of the structure, the transfer of thermal energy from the inside or outside heat source to the outside or inside can be suppressed. The internal environment of the structure can be maintained at a constant state. In particular, when the thin film structure according to the present invention is laminated on the outer wall and / or the inner wall of a building, the air conditioning energy of the building can be reduced throughout the year, and an extremely high energy saving effect can be realized. In addition, when the thin film structure according to the present invention is stacked on, for example, a wall of a room and a heat source is provided in the room, an effect that the temperature of the room rises in a short time can be obtained. This is because the far infrared radiation from the thin film structure to the indoor side increases and heat is less likely to penetrate deep into the thin film structure, so the thermal energy given to the thin film structure efficiently returns to the indoor side. It is. Furthermore, since the thin film structure according to the present invention has a high ability to emit far infrared radiation from the vicinity of the surface, the room comfort is enhanced by the effect of radiation from the part identified with the surrounding temperature by convective heat transfer. To contribute.

本発明の一実施形態による薄膜構造体の断面写真を示す。Fig. 6 shows a cross-sectional picture of a thin film structure according to an embodiment of the present invention. 図1に示される薄膜構造体の平面写真を示す。The top view photograph of the thin film structure shown by FIG. 1 is shown. 本発明の一実施形態による薄膜構造体の熱移動抑制効果を検証するためのモデル試験における、時間経過に伴う設定温度及び設定日射量の設定条件を示す。The setting conditions of preset temperature with the passage of time and preset solar radiation amount in the model test for verifying the heat transfer inhibitory effect of the thin film structure by one embodiment of the present invention are shown. 本発明の一実施形態による薄膜構造体の熱移動抑制効果を示す。6 shows a heat transfer suppression effect of a thin film structure according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による薄膜構造体の熱移動抑制効果に関するシミュレーションの計算モデルを示す。Fig. 6 shows a calculation model of a simulation regarding the heat transfer suppressing effect of the thin film structure according to one embodiment of the present invention. シミュレーション結果を示す。The simulation results are shown.

以下、本発明を詳細に説明する。
[薄膜構造体の性質]
本発明に係る薄膜構造体は、固化状態の基剤と、金属酸化物が含まれた中空微粒子とを含む。本発明に係る薄膜構造体は、以下のような性質を有する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[Properties of thin film structure]
The thin film structure according to the present invention comprises a base in a solidified state and hollow fine particles containing a metal oxide. The thin film structure according to the present invention has the following properties.

(1)中空微粒子が稠密に分布している
本発明に係る薄膜構造体は、構造体の表面から深さ方向に少なくとも第1の位置まで、基剤内に中空微粒子が「稠密」に存在している。熱放射と対流熱伝達により表面に与えられた熱エネルギーは、熱放射及び熱伝導によって内部に拡散するが、そのうちの熱放射分については、表面から少なくとも第1の位置までにおいて稠密に分布した中空微粒子によって散乱される。中空微粒子の含有率は、表面から少なくとも第1の位置までにおいて、好ましくは、約80容積%以上であり、約95容積%より小さい。含有率が約80容積%より小さい場合には、十分な熱放射の散乱効果を発揮せず、また熱浸透率が低くならない。含有率が95容積%以上の場合には、基剤が中空微粒子を安定的に保持することができず、本薄膜構造体の機能を発揮できる状態で薄膜を維持することができなくなるおそれがある。第1の位置は、一実施形態においては薄膜構造体の厚みに等しく、別の実施形態においては薄膜構造体の厚みより小さい。図1は、本発明の一実施形態による薄膜構造体の断面写真を示す。図1の薄膜構造体は、厚みが約270μm〜約300μmであり、図1から、その厚み全体にわたって中空微粒子が稠密に分布していることが分かる。
(1) The hollow fine particles are densely distributed In the thin film structure according to the present invention, the hollow fine particles exist "densely" in the base from the surface of the structure to at least a first position in the depth direction. ing. The thermal energy given to the surface by thermal radiation and convective heat transfer diffuses inside by thermal radiation and thermal conduction, and for the thermal radiation component thereof, the densely distributed hollow from the surface to at least the first position Scattered by particles. The content of hollow particles is preferably about 80% by volume or more and less than about 95% by volume from the surface to at least the first position. If the content is less than about 80% by volume, sufficient heat radiation scattering effect is not exerted, and the heat penetrability does not decrease. When the content is 95% by volume or more, the base can not stably hold the hollow fine particles, and there is a possibility that the thin film can not be maintained in a state where the function of the thin film structure can be exhibited. . The first position is equal in one embodiment to the thickness of the thin film structure and in another embodiment smaller than the thickness of the thin film structure. FIG. 1 shows a cross-sectional photograph of a thin film structure according to an embodiment of the present invention. The thin film structure of FIG. 1 has a thickness of about 270 μm to about 300 μm, and it can be seen from FIG. 1 that the hollow fine particles are densely distributed throughout the thickness.

(2)遠赤外放射の位置が浅い
本発明に係る薄膜構造体は、基剤又は中空微粒子に吸収された熱エネルギーが遠赤外線として放射される最深部の位置が浅いことを特徴とする。このように遠赤外放射(又は熱放射)の位置が浅いことと、薄膜構造体の表面に対して熱エネルギーが与えられたときに表面の温度が深部の温度より高くなりやすい(これは熱浸透率が低いことによる特徴と考えられる)こととの相互作用によって、遠赤外放射の多くはより温度の高い表面に近い位置から、結果的に熱源方向に対してのみ発生し、その結果、表面に与えられた熱エネルギーの多くは、薄膜構造体の裏面まで移動しない。本発明の一実施形態による薄膜構造体においては、遠赤外放射は、薄膜構造体の表面から20μmより浅い位置から生じる。
(2) Shallow position of far infrared radiation The thin film structure according to the present invention is characterized in that the position of the deepest portion where thermal energy absorbed by the base or the hollow fine particles is emitted as far infrared rays is shallow. Thus, the location of the far infrared radiation (or thermal radiation) is shallow, and the surface temperature tends to be higher than the deep temperature when thermal energy is applied to the surface of the thin film structure (this is because Due to the interaction with the low permeability, which is considered to be a feature, much of the far-infrared radiation is generated from a location close to the hotter surface, and consequently only towards the heat source, as a result Much of the thermal energy imparted to the surface does not travel to the back of the thin film structure. In the thin film structure according to one embodiment of the present invention, far infrared radiation is generated from a position shallower than 20 μm from the surface of the thin film structure.

薄膜構造体は、室温300K(27℃)のときに、放射される遠赤外線の波長が5μm〜30μmであることが好ましい。理論的には、黒体の単位表面からの放射量を表すプランクの放射則と、プランクの放射則を全波長領域にわたって積分することにより得られるステファン−ボルツマンの法則とから、温度300Kにおいて波長5μm〜30μmの間の波長域での放射量は、全波長領域にわたる放射量の約88%となる。したがって、本発明に係る薄膜構造体も、5μm〜30μmの波長の遠赤外線を放射するものであれば、効果的な熱移動抑制効果を奏する。   The thin film structure preferably emits a far infrared wavelength of 5 μm to 30 μm at room temperature of 300 K (27 ° C.). Theoretically, Plank's radiation law representing the amount of radiation from a unit surface of a black body and Stephane-Boltzmann's law obtained by integrating Planck's radiation law over the entire wavelength range, a wavelength of 5 μm at a temperature of 300 K The amount of radiation in the wavelength range between -30 μm is about 88% of the amount of radiation over the entire wavelength range. Therefore, as long as the thin film structure according to the present invention emits far infrared light having a wavelength of 5 μm to 30 μm, an effective heat transfer suppressing effect is exhibited.

(3)熱浸透率が小さい(容積比熱及び熱伝導率が小さい)
本発明に係る薄膜構造体は、空気を内部に含んだ中空微粒子が稠密に分布しているため、熱伝導率が小さく、かつ密度が小さいため容積比熱が小さいという特徴を有する。結果として、薄膜構造体は、熱浸透率が小さく、深部に到達する熱エネルギーが小さくなり、裏面に到達する熱エネルギー量が減少するという利点を有する。具体的には、本発明に係る薄膜構造体の熱浸透率は、500J/(m・s0.5・K)より小さい。なお、熱浸透率Teは、非定常熱伝導において単位体積における温度変化のしやすさを表す指標であり、以下の式で表される。
Te=Tc×ρC
ここで、Tcは熱伝導率、ρは密度、Cは比熱、ρCは容積比熱を表す。
(3) The heat permeability is small (volume specific heat and thermal conductivity are small)
The thin film structure according to the present invention is characterized in that the heat transfer rate is small and the density is small because the hollow fine particles containing air are densely distributed, and the volume specific heat is small. As a result, the thin film structure has the advantages of low thermal effusivity, low thermal energy reaching the deep portion, and reduced thermal energy reaching the back surface. Specifically, the heat permeability of the thin film structure according to the present invention is less than 500 J / (m 2 · s 0.5 · K). The thermal permeability Te is an index representing the easiness of temperature change in unit volume in non-stationary heat conduction, and is expressed by the following equation.
Te 2 = Tc × ρC
Here, Tc represents thermal conductivity, ρ represents density, C represents specific heat, and CC represents volumetric specific heat.

(4)中空微粒子の屈折率と基剤の屈折率との差が大きい
本発明に係る薄膜構造体においては、基剤の屈折率と中空微粒子の屈折率との差が大きい。中空微粒子は、酸化アルミニウム(Al)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化第二鉄(Fe)、酸化ナトリウム(NaO)、酸化カリウム(KO)、酸化チタン(TiO)、酸化セリウム(CeO)、二酸化ケイ素(SiO)若しくは三酸化アンチモン(Sb)のいずれか又はこれらの組み合わせを含むものであることが好ましいが、これらの金属酸化物の一部の屈折率は、非特許文献1に求めることができる。これによると、5μmから25μmの波長領域、特に室温付近における黒体放射のピーク波長である10μm付近では、格子振動があるために複素屈折率は波長によって大きく変動し、基剤となる樹脂との屈折率差が大きい波長領域が存在する。その波長領域では、金属酸化物と基剤との界面における反射や散乱が容易に発生し、その結果、赤外放射の表面からの侵入深さが浅くなり、赤外放射の発生する最深部の位置が浅くなる。屈折率の差は、波長8μmから13μmの間の少なくとも一点において0.5よりも大きいことが好ましい。
(4) The difference between the refractive index of the hollow particles and the refractive index of the base is large In the thin film structure according to the present invention, the difference between the refractive index of the base and the refractive index of the hollow particles is large. The hollow particles include aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), ferric oxide (Fe 2 O 3 ), sodium oxide (Na 2 O), potassium oxide (K 2 O), titanium oxide (TiO 2 ) 2 ) preferably containing any one or a combination of cerium oxide (CeO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ) or antimony trioxide (Sb 2 O 3 ), but some of these metal oxides The refractive index can be found in Non-Patent Document 1. According to this, in the wavelength region of 5 μm to 25 μm, especially in the vicinity of 10 μm which is the peak wavelength of black body radiation in the vicinity of room temperature, the complex refractive index largely fluctuates depending on the wavelength due to lattice vibration, and There is a wavelength range where the refractive index difference is large. In the wavelength region, reflection and scattering easily occur at the interface between the metal oxide and the base, and as a result, the penetration depth of the infrared radiation from the surface becomes shallow and the deepest portion where the infrared radiation is generated The position gets shallow. The difference in refractive index is preferably greater than 0.5 at at least one point between the wavelengths 8 μm and 13 μm.

(5)表面積が大きい
本発明に係る薄膜構造体は、表面から少なくとも第1の位置まで中空微粒子が稠密に分布しており、その中空微粒子が表面に現れているため、表面積の大きい表面となっている。このことは、図2に示される薄膜構造体の平面写真からも明らかである。したがって、薄膜構造体内部で放射された遠赤外線は、表面から薄膜構造体の外部に効率的に放出されるという特徴を有するとともに、対流熱伝達による熱の移動も効率的に生じるというという特徴を有する。
(5) Large surface area The thin film structure according to the present invention is a surface having a large surface area, since the hollow fine particles are densely distributed from the surface to at least the first position and the hollow fine particles appear on the surface. ing. This is also apparent from the plan view of the thin film structure shown in FIG. Therefore, the far infrared radiation emitted inside the thin film structure is characterized by being efficiently emitted from the surface to the outside of the thin film structure, and the heat transfer by convective heat transfer is also efficiently generated. Have.

本発明に係る薄膜構造体の厚みは、50μm〜50mmであることが好ましい。50μmより薄い薄膜構造体では、熱移動抑制による効果が十分に得られない。一方、50mmより厚い薄膜構造体では、費用対効果が低下する。   The thickness of the thin film structure according to the present invention is preferably 50 μm to 50 mm. With a thin film structure thinner than 50 μm, the effect of heat transfer suppression can not be sufficiently obtained. On the other hand, thin film structures thicker than 50 mm are less cost effective.

[薄膜構造体の構成]
以下に、本発明に係る薄膜構造体の構成を説明する。
(基剤)
本発明に係る薄膜構造体は、液体状態の基剤(以下、液状基剤という)に中空微粒子を混合することによって得られる薄膜原料を乾燥させて硬化させたものであり、液状基剤が硬化した部分である固化状態の基剤中に中空微粒子が存在した状態となっているものである。液状基剤は、樹脂と水と各種の添加剤とを加えて十分に攪拌することによって得られる。
[Configuration of thin film structure]
The configuration of the thin film structure according to the present invention will be described below.
(Base)
The thin film structure according to the present invention is obtained by drying and curing a thin film raw material obtained by mixing hollow fine particles with a liquid base (hereinafter referred to as liquid base), and the liquid base is cured. The hollow fine particles are present in the base in the solidified state, which is a portion where the hollow particles are present. The liquid base is obtained by adding the resin, water and various additives and sufficiently stirring.

液状基剤は、樹脂に、水と、必要に応じて、顔料、中空微粒子安定剤、中空微粒子平準化剤、紫外線吸収剤、増粘剤、分散剤、消泡剤、湿潤剤、レベリング剤、造膜助剤などといった添加剤とを加え、十分に攪拌して混合することによって得られる。本発明において使用可能な樹脂の具体例として、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などを挙げることができる。樹脂は、樹脂エマルジョンであることが好ましい。樹脂エマルジョンとして、アクリル樹脂エマルジョン、アクリルシリコン樹脂エマルジョン、ウレタン樹脂エマルジョン又はエポキシ樹脂エマルジョンなどを用いることができる。これらの樹脂は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意に組み合わせて用いてもよい。   The liquid base contains resin, water, if necessary, pigment, hollow particle stabilizer, hollow particle leveling agent, ultraviolet light absorber, thickener, dispersing agent, antifoaming agent, wetting agent, leveling agent, It is obtained by adding an additive such as a coalescent and the like, and sufficiently stirring and mixing. As a specific example of resin which can be used in this invention, an acrylic resin, an epoxy resin, a polyurethane resin, a vinyl chloride resin, a silicone resin, a fluorine resin etc. can be mentioned, for example. The resin is preferably a resin emulsion. As a resin emulsion, an acrylic resin emulsion, an acrylic silicone resin emulsion, a urethane resin emulsion, an epoxy resin emulsion or the like can be used. These resins may be used alone or in any combination of two or more.

一般に、中空微粒子の含有率を多くすると、薄膜構造体の強度が低下し、薄膜構造体とその構造体を積層する表面との積層性(付着性)が低下して、構造物の表面に施工することが難しくなる。したがって、構造物の表面に対する施工性を向上させるために、液状基剤の流動性を高めることが好ましい。液状基剤の流動性は、使用する樹脂の種類及び混合比率を適切に選択することによって調整することができる。樹脂の混合比率は、液状基剤100容積%に対して、約60容積%〜約70容積%であることが好ましい。   In general, when the content of hollow fine particles is increased, the strength of the thin film structure is reduced, and the lamination property (adhesion) between the thin film structure and the surface on which the structure is laminated is reduced, and application to the surface of the structure It will be difficult to do. Therefore, in order to improve the application to the surface of the structure, it is preferable to increase the flowability of the liquid base. The fluidity of the liquid base can be adjusted by appropriately selecting the type of resin used and the mixing ratio. The mixing ratio of the resin is preferably about 60% by volume to about 70% by volume with respect to 100% by volume of the liquid base.

液状基剤には、乾燥したときに含まれる中空微粒子の配置を安定させるために、中空微粒子安定剤を混合することが好ましい。中空微粒子安定剤として、中空微粒子の平均粒子径より小さい微粒子を用いることができる。こうした微粒子は、同時に遮熱効果をもたらす微粒子であることがより好ましい。こうした微粒子として、例えばカーボン微粒子や酸化チタン(TiO)の微粒子などを用いることができる。In the liquid base, it is preferable to mix a hollow particle stabilizer in order to stabilize the arrangement of the hollow particles contained when dried. Fine particles smaller than the average particle size of the hollow fine particles can be used as the hollow fine particle stabilizer. Such fine particles are more preferably fine particles that simultaneously provide a heat shielding effect. As such fine particles, for example, fine particles of carbon fine particles or titanium oxide (TiO 2 ) can be used.

また、中空微粒子を液状基剤中に一様に分散させることができるように、中空微粒子平準化剤を混合することが好ましい。中空微粒子平準化剤として、例えばシランカップリング剤などといった、有機材料と無機材料との界面における接着性の改良に効果的な成分を用いることができる。   In addition, it is preferable to mix a hollow particle leveling agent so that the hollow particles can be uniformly dispersed in the liquid base. As the hollow particle leveling agent, a component effective for improving the adhesion at the interface between the organic material and the inorganic material, such as a silane coupling agent, can be used.

さらに、紫外線からの基剤の劣化を防止する目的で、例えば紫外線吸収ポリマーなどといった紫外線吸収剤を基剤に混合することが好ましい。また、薄膜構造体に防藻性を付与する目的で、例えば酸化カルシウムなどといった防藻効果を奏する物質を基剤に混合することが好ましい。   Furthermore, in order to prevent deterioration of the base from ultraviolet light, it is preferable to mix an ultraviolet absorber such as a UV-absorbing polymer with the base. Further, for the purpose of imparting algal properties to the thin film structure, it is preferable to mix a substance having an algal effect such as calcium oxide with the base.

液状基剤には、必要に応じて各種の添加剤を添加することが好ましい。添加剤として、増粘剤、分散剤、消泡剤、湿潤剤、レベリング剤、造膜助剤などといった、公知の添加剤を用いることができる。本発明においては、基剤中に含まれる中空微粒子の量が極めて多いため、液状基剤に中空微粒子を投入した後は、十分に攪拌する必要がある。十分な攪拌を行うにあたっては、気泡の発生が問題になることが多く、したがって消泡剤を適切なタイミングで使用することが好ましい。また、中空微粒子を液状基剤に投入する際には、全量を一度に投入するのではなく、数回に分けて投入することが好ましい。   It is preferable to add various additives to the liquid base, if necessary. As additives, known additives such as thickeners, dispersants, antifoaming agents, wetting agents, leveling agents, coalescents and the like can be used. In the present invention, since the amount of the hollow fine particles contained in the base is extremely large, it is necessary to sufficiently stir the hollow fine particles after charging the liquid base. In performing sufficient agitation, the generation of air bubbles is often a problem, so it is preferable to use an antifoam agent at an appropriate timing. In addition, when hollow fine particles are charged into the liquid base, it is preferable to divide and charge the whole amount several times instead of charging all at once.

(中空微粒子)
本発明に係る薄膜構造体に含まれる中空微粒子は、金属酸化物を含む中空の粒状体である。中空微粒子は、液状基剤中に均一に混合することができ、その機械的特定を損なわないものであればよい。中空微粒子に含まれる金属酸化物として、例えば、酸化アルミニウム(Al)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化第二鉄(Fe)、酸化ナトリウム(NaO)、酸化カリウム(KO)、酸化チタン(TiO)、酸化セリウム(CeO)、二酸化ケイ素(SiO)若しくは三酸化アンチモン(Sb)のいずれか又はこれらの組合せを用いることができる。本発明においては、中空微粒子として、これらの金属酸化物を含む中空構造のアルミノ珪酸ソーダガラスを用いることが最も好ましい。
(Hollow particles)
The hollow particles contained in the thin film structure according to the present invention are hollow particles containing a metal oxide. The hollow fine particles may be uniformly mixed in the liquid base and may be any ones that do not impair the mechanical specification. As a metal oxide contained in hollow particles, for example, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), ferric oxide (Fe 2 O 3 ), sodium oxide (Na 2 O), potassium oxide (K 2 ) 2 O), titanium oxide (TiO 2 ), cerium oxide (CeO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ) or antimony trioxide (Sb 2 O 3 ), or a combination thereof can be used. In the present invention, it is most preferable to use a hollow structure sodium aluminosilicate glass containing these metal oxides as the hollow fine particles.

本発明に係る薄膜構造体に用いることが可能な中空微粒子は、平均粒径が10μm〜100μmであることが好ましく、密度が0.05g/cc〜0.3g/ccであることが好ましい。   The hollow fine particles that can be used for the thin film structure according to the present invention preferably have an average particle diameter of 10 μm to 100 μm, and preferably have a density of 0.05 g / cc to 0.3 g / cc.

中空微粒子は、多孔質であることが好ましい。多孔質の中空微粒子を用いることによって、薄膜構造体が調湿機能を備えるため、例えば薄膜構造体を建築物の内壁に積層した場合に室内の快適性が向上するという利点がある。   The hollow particles are preferably porous. By using the porous hollow fine particles, the thin film structure has a humidity control function, so that there is an advantage that, for example, when the thin film structure is laminated on the inner wall of a building, the comfort in the room is improved.

[薄膜構造体の用途]
本発明に係る薄膜構造体は、空間を隔てる境界の一方から他方への熱移動を抑制することを必要とする用途であれば、あらゆる用途に用いることができる。薄膜構造体は、構造体単独で用いることもできるし、何らかの基材上に又は構造物の壁面に積層して用いることもできるし、何らかの容器の表面に積層して用いることもできる。薄膜構造体を基材に積層して用いる場合には、基材として、例えば、木材、金属、テープ、樹脂などを挙げることができる。薄膜構造体を積層する構造物として、例えば、建築物、自動車、鉄道車両、船舶などを挙げることができる。
[Use of thin film structure]
The thin film structure according to the present invention can be used in any application as long as it is necessary to suppress the heat transfer from one of the boundaries separating the space to the other. The thin film structure may be used alone as a structure, may be used by being laminated on any substrate or on the wall of a structure, or may be used as laminated on the surface of any container. When the thin film structure is used by being laminated on a substrate, examples of the substrate include wood, metal, tape, resin and the like. As a structure which laminates a thin film structure, a building, a car, a rail car, a ship etc. can be mentioned, for example.

以下に、本発明の一実施例について説明する。
本実施例においては、金属酸化物として、酸化アルミニウム(Al)、酸化ナトリウム(NaO)、酸化カリウム(KO)及び酸化チタン(TiO)を、概ね3:1:1:1の割合で含むアルミノ珪酸ソーダガラスを用いた。主成分である二酸化ケイ素(SiO)の含有比率は、約75%であった。基剤については、硬化前の液状基剤に含まれる成分の比率は、表1に示すとおりであった。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
In the present embodiment, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), sodium oxide (Na 2 O), potassium oxide (K 2 O) and titanium oxide (TiO 2 ) are generally 3: 1: 1 as metal oxides. An aluminosilicate sodium glass containing at a ratio of 1: 1 was used. The content ratio of the main component silicon dioxide (SiO 2 ) was about 75%. As for the base, the proportions of the components contained in the liquid base before curing were as shown in Table 1.

表1の各種成分を準備し、これらを十分に混合、攪拌することによって、液体状態の基剤を得た。この液体状態の基剤100重量部に対して、上述のアルミノ珪酸ソーダガラス(中空微粒子)18重量部を混合することによって、中空微粒子を含む液体状態の薄膜原料を得た。このときの中空微粒子の含有率は60容積%であった。こうして得られた薄膜原料を、建物の壁や金属板などの基材に塗布し、乾燥させることによって、中空微粒子の含有率が80容積%の薄膜構造体を得た。なお、薄膜原料は、中空微粒子の含有量が多いため、短時間で滑らかさが失われて、基材に塗布できなくなる。したがって、塗布の際には、薄膜原料をエタノールで適宜希釈し、基剤を滑らかにして基剤内で中空微粒子を適切に分散させることにより、基材に塗布した。必要に応じて薄膜原料を塗り重ねることによって薄膜構造体を得る必要がある場合には、塗り重ねごとに必要に応じてエタノールを追加しながら行うことが好ましい。エタノールは、乾燥の過程で揮発するため、最終的に得られる薄膜構造体には残存しない。中空微粒子の含有率が80容積%より大きい薄膜構造体は、基剤100重量部に対して混合する中空微粒子の量を、最終的に必要な含有率となるように適宜設計することにより、得ることができる。   The various components shown in Table 1 were prepared, and thoroughly mixed and stirred to obtain a liquid base. By mixing 18 parts by weight of the above-mentioned sodium aluminosilicate glass (hollow fine particles) with 100 parts by weight of the base in the liquid state, a thin film raw material in a liquid state containing hollow fine particles was obtained. The content ratio of hollow fine particles at this time was 60% by volume. The thin film raw material thus obtained was applied to a substrate such as a wall or a metal plate of a building and dried to obtain a thin film structure having a hollow fine particle content of 80% by volume. In addition, since the content of the hollow fine particles is large, the thin film raw material loses its smoothness in a short time and can not be applied to the substrate. Therefore, at the time of application, the thin film raw material was appropriately diluted with ethanol, the base was made smooth, and the hollow fine particles were appropriately dispersed in the base to apply the base. When it is necessary to obtain a thin film structure by applying thin film raw materials as needed, it is preferable to carry out while adding ethanol as needed for each coating. Ethanol does not remain in the finally obtained thin film structure because it volatilizes in the process of drying. The thin film structure having a content of hollow fine particles of greater than 80% by volume is obtained by appropriately designing the amount of hollow fine particles to be mixed with 100 parts by weight of the base so as to finally obtain the required content. be able to.

(薄膜構造体の熱物性値)
表2は、本発明に係る薄膜構造体(実施例)及び比較用断熱性塗膜(比較例)について、25℃における熱物性値の比較を示す。実施例の試料は、本発明に係る薄膜構造体の薄膜原料を、1cm×1cm及び5cm×5cmの銅板に必要な厚みで塗布し、それぞれ乾燥させることによって得た。乾燥後の薄膜構造体の厚みは283μm、中空微粒子の含有率は92容積%であった。1cm×1cmの試料を用いてレーザフラッシュ法によって熱拡散率を測定し、熱拡散率から熱伝導率及び熱浸透率を導出した。導出に必要な密度については、5cm×5cmの試料を用いて、試料の重量及び厚さを測定することにより計測し、比熱については、5cm×5cmの試料から剥離した薄膜を用いて示差走査熱量計によって測定した。
一方、比較例は、原料成分として、表1に記載の成分からなる断熱性塗料を、1cm×1cm及び5cm×5cmの銅板に塗布し、それぞれ乾燥させることによって得た。乾燥後の塗膜の厚みは、421μmであった。比較例の熱物性値の測定方法は、実施例と同様である。
(Thermal physical properties of thin film structures)
Table 2 shows the comparison of the thermophysical property value in 25 degreeC about the thin film structure (Example) which concerns on this invention, and the heat insulation coating film for a comparison (comparative example). The samples of the examples were obtained by applying the thin film raw material of the thin film structure according to the present invention to copper plates of 1 cm × 1 cm and 5 cm × 5 cm with a required thickness, and drying them respectively. The thickness of the thin film structure after drying was 283 μm, and the content of hollow fine particles was 92% by volume. The thermal diffusivity was measured by a laser flash method using a sample of 1 cm × 1 cm, and the thermal conductivity and the thermal penetrance were derived from the thermal diffusivity. The density required for extraction is measured by measuring the weight and thickness of the sample using a 5 cm × 5 cm sample, and for the specific heat, a differential scanning calorific value using a thin film peeled from the 5 cm × 5 cm sample It measured by the meter.
On the other hand, the comparative example was obtained by apply | coating the heat insulation coating which consists of a component of Table 1 to a 1 cm x 1 cm and a 5 cm x 5 cm copper plate as a raw material component, and making it dry each. The thickness of the coating after drying was 421 μm. The measuring method of the thermophysical property value of a comparative example is the same as that of an Example.

実施例の薄膜構造体は、比較例と比べて、密度、熱伝導率及び熱浸透率が小さい。このような特徴により、本発明に係る薄膜構造体は、表面に熱エネルギーが照射されたときに表面の温度が速やかに上昇するという性質を有する。また、熱伝導率及び密度が小さいため、本発明に係る薄膜構造体は、容積比熱が小さく、その結果として、深部に到達する熱エネルギーが小さくなり、裏面に到達する熱エネルギー量が減少するという性質も有する。   The thin film structure of the example has smaller density, thermal conductivity and thermal effusivity as compared with the comparative example. Due to this feature, the thin film structure according to the present invention has the property that the temperature of the surface rises rapidly when the surface is irradiated with thermal energy. In addition, the thin film structure according to the present invention has a small volume specific heat because the thermal conductivity and the density are small, and as a result, the thermal energy reaching the deep portion decreases and the thermal energy reaching the back surface decreases. It also has the nature.

また、表3には、薄膜構造体について、中空微粒子の含有率を変化させたときの熱物性値の比較を示す。表3に示される各試料の熱物性値の測定方法は、表2の実施例の場合と同様であった。表3において、CG50は、中空微粒子の含有率が50容積%の試料であり、同様に、CG70、CG80は、それぞれ70容積%、80容積%の資料である。また、CG91、CG92は、いずれも含有率が90容積%の試料である。中空微粒子の含有率が80容積%以上の薄膜構造体は、熱浸透率が500J/(m・s0.5・K)より低いことが分かる。Table 3 shows the comparison of the thermophysical properties when the content of hollow fine particles is changed in the thin film structure. The measuring method of the thermophysical property value of each sample shown in Table 3 was the same as that of the example of Table 2. In Table 3, CG50 is a sample having a hollow fine particle content of 50% by volume, and similarly, CG70 and CG80 are data of 70% by volume and 80% by volume, respectively. In addition, CG91 and CG92 are both samples having a content of 90% by volume. It can be seen that the thin film structure having a hollow fine particle content of 80% by volume or more has a heat permeability lower than 500 J / (m 2 · s 0.5 · K).

(熱移動抑制効果に関するモデル試験)
モデル試験設備を用いて、本発明に係る薄膜構造体を積層した壁の熱移動抑制効果を実証した。具体的には、株式会社マルイ製の人工気象装置を用いて室内環境(室内室)及び屋外環境(室外室)を構築し、室内室と室外室とを隔てる壁の室外室側に薄膜構造体を積層した場合としない場合とについて、赤外放射量(W/m)を測定した。赤外放射量は、室外室側に設置された赤外放射計によって測定した。室内室と室外室とを隔てる壁として、薄膜構造体を積層した錆止め処理済みの鉄板(実施例)と、薄膜構造体を積層しない錆止め処理済みの鉄板(比較例)とを用いた。なお、実施例の鉄板と比較例の鉄板は同一のものである。鉄板の大きさは1m×1m、厚みは1mm、薄膜積層体の厚みは400μmであった。
(Model test on heat transfer suppression effect)
The model test equipment was used to demonstrate the heat transfer suppression effect of the wall laminated with the thin film structure according to the present invention. Specifically, an indoor environment (indoor room) and an outdoor environment (outdoor room) are constructed using artificial weather equipment manufactured by Marui Corporation, and a thin film structure is formed on the outdoor room side of the wall separating the indoor room and the outdoor room. The amount of infrared radiation (W / m 2 ) was measured with and without laminating. The amount of infrared radiation was measured by an infrared radiometer installed on the outdoor room side. As a wall which separates an indoor room and an outdoor room, a rustproofed iron plate (example) which laminated a thin film structure, and a rustproofed iron plate (comparative example) which does not laminate a thin film structure were used. In addition, the iron plate of an Example and the iron plate of a comparative example are the same. The size of the iron plate was 1 m × 1 m, the thickness was 1 mm, and the thickness of the thin film laminate was 400 μm.

人工気象装置は、以下のプログラムで作動させた。図3は、以下のプログラムにおいて設定された設定温度及び設定日射量の時間経過を示す。
(冬季想定)
a.室外室、室内室ともに温度10℃で安定させた後、室内室を30℃まで昇温
b.室内室を10℃まで降温して安定させた後、室外室に95W/mの日射を照射
c.照射停止して安定後、室外室に515W/mの日射を照射
d.照射停止し、安定化
(夏季想定)
e.室外室、室内室ともに温度30℃で安定させた後、室内室を10℃まで降温
f.室内室を30℃まで昇温して安定させた後、室外室に95W/mの日射を照射
g.照射停止して安定後、室外室に515W/mの日射を照射
h.照射停止して安定後、室内室を10℃まで降温し、同時に515W/mの日射を照射
i.照射停止し、安定化
The artificial weather system was operated with the following program. FIG. 3 shows the elapsed time of the preset temperature and the preset solar radiation amount set in the following program.
(Winter season assumed)
a. After stabilizing both the outdoor and indoor rooms at a temperature of 10 ° C., raise the temperature of the indoor room to 30 ° C. b. After the temperature of the indoor room is lowered to 10 ° C. and stabilized, the outdoor room is irradiated with 95 W / m 2 of solar radiation c. After the irradiation was stopped and stabilized, the outdoor room was irradiated with 515 W / m 2 of solar radiation d. Stop irradiation and stabilize (assuming in summer)
e. Both the outdoor room and the indoor room are stabilized at a temperature of 30 ° C., and then the indoor room is cooled to 10 ° C. f. After raising the temperature of the indoor room to 30 ° C. and stabilizing it, irradiate 95 W / m 2 of solar radiation to the outdoor room g. After the irradiation was stopped and stabilized, the outdoor room was irradiated with 515 W / m 2 of solar radiation h. After the irradiation was stopped and stabilized, the temperature of the room was lowered to 10 ° C., and simultaneously 515 W / m 2 of solar radiation was irradiated i. Stop irradiation and stabilize

図4は、本モデル試験の結果による薄膜積層体の熱移動抑制効果を示す図であり、具体的には、試験時間の経過に伴う赤外放射量の測定値の変化を示すものである。赤外放射は、室内室と室外室とを隔てる壁からの室外室側への放射である。図中の「暖房時」「冷房時」「日射照射」は、それぞれ、暖房状態を想定した温度設定、冷房状態を想定した温度設定、及び、日光又は人体による熱エネルギー照射の時間を示す。赤外放射量は、赤外放射計の測定値を赤外放射計自身の温度を用いて補正した。   FIG. 4 is a figure which shows the heat transfer inhibitory effect of the thin film laminated body by the result of this model test, and, specifically, shows the change of the measured value of the infrared radiation amount with progress of test time. Infrared radiation is radiation to the outdoor room side from the wall separating the indoor room and the outdoor room. "Heating", "cooling", and "solar radiation" in the figure respectively indicate the temperature setting assuming a heating state, the temperature setting assuming a cooling state, and the time of heat energy irradiation by sunlight or a human body. The amount of infrared radiation was corrected by using the temperature of the infrared radiometer itself and the measured value of the infrared radiometer.

図4から、薄膜構造体の熱移動抑制効果について、以下のように説明することができる。
(1)経過時間2時間付近(上記プログラムaの操作の時点)、12時間付近(上記プログラムeの操作の時点)及び18時間以降(上記プログラムhの操作の時点)において、室内室における温度の上昇及び下降に対して、比較例では赤外放射量が増大しているが、実施例では赤外放射量は変化していない。このことから、実施例の場合には室内室における温度の変化が室外室側に影響を与えておらず、実施例の壁は熱移動抑制効果があることがわかる。
From FIG. 4, the heat transfer suppressing effect of the thin film structure can be described as follows.
(1) Elapsed time around 2 hours (time of operation of the above program a), around 12 hours (time of operation of the above program e) and after 18 hours (time of operation of the above program h) Although the infrared radiation amount increases in the comparative example with respect to the rise and fall, the infrared radiation amount does not change in the example. From this, it can be seen that in the case of the embodiment, the temperature change in the indoor chamber does not affect the outdoor chamber side, and the wall of the embodiment has a heat transfer suppressing effect.

(2)経過時間4時間付近(上記プログラムbの操作の時点)、7時間付近(上記プログラムcの操作の時点)、14時間付近(上記プログラムfの操作の時点)、17時間付近(上記プログラムgの操作の時点)及び19時間付近(上記プログラムhの操作の時点)において、いずれも実施例の赤外放射量が比較例の赤外放射量より大きい。これは、実施例の場合には、壁の熱浸透率が低いため日射照射時において壁の表面のみ温度が速やかに上昇するとともに深部まで熱が伝わらず、その結果、壁表面からの赤外放射量が大きくなっているものと考えられる。 (2) Elapsed time around 4 hours (time of operation of program b), around 7 hours (time of operation of program c), around 14 hours (time of operation of program f), around 17 hours (above program At the time of operation g) and around 19 hours (at the time of operation h of the above program h), the infrared radiation amount of the example is larger than the infrared radiation amount of the comparative example. This is because, in the case of the example, the heat conductivity of the wall is low, and the temperature of only the surface of the wall rises rapidly at the time of solar radiation and heat is not transmitted to the deep part. As a result, the infrared radiation from the wall surface It is thought that the amount is increasing.

(3)室内環境の快適性及び暖冷房負荷に関する効果という観点からみた場合における実施例の壁(すなわち、本発明に係る薄膜構造体が施工された壁)の優位性は、以下のように説明することができる。
(ア)経過時間2時間付近の結果より、実施例の壁の場合には、冬季暖房時に室内から室外に暖房熱が逃げにくいため、暖房効率が高くなり、暖房負荷の低減が可能であることがわかる。
(3) The superiority of the wall of the embodiment (that is, the wall on which the thin film structure according to the present invention is applied) in terms of the comfort of the indoor environment and the effect on the heating and cooling load is explained as follows. can do.
(A) According to the result of around 2 hours of elapsed time, in the case of the wall of the embodiment, heating heat is difficult to escape from indoors to outdoor during winter heating, so that the heating efficiency becomes high and heating load can be reduced. I understand.

(イ)冬季の暖房時の結果は、室内室と室外室との位置づけを交換し、室内室側に薄膜構造体を施工した場合における夏季の冷房時の効果と考えることができる。したがって、経過時間2時間付近の結果より、実施例の壁の場合には、夏季の冷房時における室内室側への壁からの放射熱が小さく、室内の快適性を維持することができることが分かる。 (A) The result of heating in winter can be considered to be the effect of cooling in summer when the thin film structure is installed on the indoor room side by changing the position of the indoor room and the outdoor room. Therefore, according to the result of around 2 hours of elapsed time, in the case of the wall of the example, it can be seen that the radiant heat from the wall to the indoor room side during cooling in summer is small and the indoor comfort can be maintained. .

(ウ)経過時間4時間付近における日射照射の結果は、室内側に薄膜構造体を施工した場合において、室内側に人体又は他の何らかの発熱体がある場合の効果と考えることができる。したがって、経過時間4時間付近の結果より、人体又は他の何らかの発熱体からの赤外放射によって誘起される壁からの赤外放射量が、実施例の方が比較例より大きいことから、実施例の壁を用いることによる暖房負荷の低減が可能であることが分かる。 (C) The result of the solar radiation irradiation in the vicinity of 4 hours of elapsed time can be considered as an effect when there is a human body or some other heating element on the indoor side when the thin film structure is installed on the indoor side. Therefore, from the results near 4 hours of elapsed time, the amount of infrared radiation from the wall induced by infrared radiation from the human body or any other heating element is larger in the example than in the comparative example. It can be seen that reducing the heating load is possible by using

(エ)経過時間12時間付近の結果より、実施例の壁の場合には、夏季の冷房時における室外側の熱が室内側に移動しにくいため、冷房効率が高くなり、冷房負荷の低減が可能であることがわかる。 (D) From the result of around 12 hours elapsed time, in the case of the wall of the embodiment, the heat of the outdoor side during cooling in summer is hard to move to the indoor side, so that the cooling efficiency becomes high and the cooling load is reduced. It turns out that it is possible.

(オ)上記(イ)と同様に、夏季の冷房時の結果は、室内室と室外室との位置づけを交換し、室内室側に薄膜構造体を施工した場合における冬季の暖房時の効果と考えることができる。したがって、経過時間12時間付近の結果より、実施例の壁の場合には、冬季の暖房時における室内室側への壁からの熱放射が大きく、室内の快適性を維持することができることがわかる。 (E) As in the case of (A) above, the result of cooling in summer is the effect of heating in winter when the thin film structure is constructed on the indoor room side by replacing the positioning of the indoor room and the outdoor room I can think of it. Therefore, from the results of around 12 hours of elapsed time, in the case of the wall of the example, it can be understood that the heat radiation from the wall to the indoor room side is large at the time of heating in winter and the indoor comfort can be maintained. .

(熱移動抑制効果に関するシミュレーション)
本発明に係る薄膜構造体が熱移動抑制効果を有することを示すための計算機シミュレーションを行った。シミュレーションにおいては、本発明に係る薄膜構造体の実施例として表3に示される「CG91」の試料の物性値を用い、比較例として表3に示される「CG50」の試料の物性値を用いた。計算方法としては、輻射輸送方程式をもとに二流束法で与えられる式を用い、計算機シミュレーションにより、厚さ1mmの薄膜構造体を通過する熱量を求めた。輻射輸送方程式及び二流速法については、例えば、非特許文献2によって知ることができる。用いた計算モデルを図5に示す。表4には、シミュレーションに用いた薄膜構造体CG50及びCG91の物性値を示す。CG50及びCG91の中空微粒子含有率は、それぞれ50容積%及び90容積%である。十分に大きな薄膜構造体の表側空気層の温度は20℃(293K)、裏側空気層の温度は0℃(273K)と仮定した。また、熱流を十分に確保するために、表側空気層から200(W/m2)の赤外放射が入射し、すべて吸収されると仮定した。
(Simulation about the heat transfer suppression effect)
Computer simulation was conducted to show that the thin film structure according to the present invention has a heat transfer suppressing effect. In the simulation, using the physical property values of the sample of "CG91" shown in Table 3 as an example of the thin film structure according to the present invention, and using the physical property values of the sample of "CG50" shown in Table 3 as a comparative example. . As a calculation method, the amount of heat passing through the thin film structure having a thickness of 1 mm was determined by computer simulation using an equation given by a two flux method based on a radiation transfer equation. The radiation transport equation and the two flow velocity method can be known, for example, by Non-Patent Document 2. The calculation model used is shown in FIG. Table 4 shows physical property values of the thin film structures CG50 and CG91 used for the simulation. The hollow fine particle content of CG50 and CG91 is 50% by volume and 90% by volume, respectively. The temperature of the front air layer of the sufficiently large thin film structure was assumed to be 20 ° C. (293 K), and the temperature of the back air layer was 0 ° C. (273 K). In addition, in order to secure a sufficient heat flow, it was assumed that infrared radiation of 200 (W / m 2 ) was incident from the front air layer and all was absorbed.

図5に示される計算モデルの各記号の意味は次の通りである。
:薄膜構造体の表側空気層の温度
:薄膜構造体の裏側空気層の温度
eH:薄膜構造体の表側の減衰係数(吸収係数と散乱係数の和。非特許文献3を参照。その逆数が赤外放射の侵入深さ(第2の位置)に相当する。図5においては、侵入深さを表すために逆数KeH -1で示した)
eL:薄膜構造体の裏側の減衰係数(KeHと同様に、図5においては、侵入深さを表すために逆数KeL -1で示した。裏側の侵入深さは固定値30μmとした)
in:表側空気層から薄膜構造体表面へ入射する赤外放射量
:薄膜構造体の表側方向に向かう赤外放射量
:薄膜構造体の裏側方向に向かう赤外放射量
irH:薄膜構造体の表側空気層から表面へ入射する、空気層を熱源とする赤外放射量
irL:薄膜構造体の裏側空気層から裏面へ入射する、空気層を熱源とする赤外放射量
SH:薄膜構造体の表側面の位置
SL:薄膜構造体の裏側面の位置
cH:薄膜構造体の表側面での対流によって移動する熱量
cL:薄膜構造体の裏側面での対流によって移動する熱量
tot:薄膜構造体を移動する熱量
The meaning of each symbol of the calculation model shown in FIG. 5 is as follows.
T H : Temperature of the front air layer of the thin film structure T L : Temperature of the back air layer of the thin film structure K eH : Attenuation coefficient of the front side of the thin film structure (sum of absorption coefficient and scattering coefficient. See Non-Patent Document 3) The reciprocal corresponds to the penetration depth of infrared radiation (the second position), which is shown as the reciprocal Ke H -1 to represent the penetration depth in FIG.
K eL : Attenuation coefficient on the back side of the thin film structure (in the same manner as K eH , it is shown by the inverse number K eL -1 in order to indicate the penetration depth in FIG. 5. The penetration depth on the back side was a fixed value 30 μm )
Q in: infrared radiation quantity incident from the front side air layer into the film structure surface I +: toward the front direction of the film structure infrared radiation quantity I -: infrared radiation quantity I IRH toward the rear direction of the film structure : Infrared radiation amount incident on the surface from the front side air layer of the thin film structure with the air layer as a heat source I irL : Infrared radiation amount incident on the back surface of the thin film structure from the back air layer to the back surface with the air layer as a heat source Z SH : Position on the front side of the thin film structure Z SL : Position on the back side of the thin film structure Q cH : Heat quantity transferred by convection on the front side of the thin film structure Q cL : Convection on the back side of the thin film structure Of heat transferred by heat Q tot : heat transferred in thin film structure

シミュレーションの結果を図6に示す。図6の横軸は、遠赤外放射の最深部(すなわち第2の位置に相当)であり、縦軸は、薄膜構造体を通過する熱量である。この結果から、以下のことがわかる。
(1)第2の位置に関わらず、CG91は、CG50より薄膜構造体の裏面まで移動する熱量が小さい。これは、薄膜構造体の熱伝導率又は熱浸透率の違いによるものであり、全体に3.5%程度の差がみられる。
(2)CG50、CG91ともに、約20μmの位置で移動熱量が大きく変化しており、その位置より小さい位置の方が、薄膜構造体の裏面まで移動する熱量は小さい。このことは、遠赤外放射の最深部の位置が20μm以下であることがより好ましいことを意味する。
The simulation results are shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 6 is the deepest part (that is, corresponding to the second position) of the far infrared radiation, and the vertical axis is the amount of heat passing through the thin film structure. From this result, the following can be understood.
(1) Regardless of the second position, CG91 has a smaller amount of heat transferred to the back surface of the thin film structure than CG50. This is due to the difference in thermal conductivity or thermal effusivity of the thin film structure, and a difference of about 3.5% can be seen overall.
(2) In both CG 50 and CG 91, the amount of heat transferred is largely changed at a position of about 20 μm, and the amount of heat transferred to the back surface of the thin film structure is smaller at positions smaller than that position. This means that the position of the deepest part of far infrared radiation is more preferably 20 μm or less.

Claims (7)

単独で又は基材の少なくとも一方の面に積層されて用いられる、熱移動抑制効果を呈する薄膜構造体であって、
金属酸化物を含む中空微粒子と固化状態の基剤とを含み、
前記中空微粒子は、前記薄膜構造体の一方の表面から深さ方向に少なくとも第1の位置まで、前記基剤内において稠密に分布しており、
前記表面に対して熱エネルギーが照射されたときにおける遠赤外放射の最深部の位置が、前記表面から前記第1の位置までの距離より小さい第2の位置に存在し、
熱浸透率が500J/(m・s0.5・K)より小さい、
条件を満足する熱特性を有する、薄膜構造体。
A thin film structure exhibiting a heat transfer suppressing effect, which is used alone or laminated on at least one surface of a substrate,
Containing hollow fine particles containing metal oxide and a base in a solidified state,
The hollow particles are densely distributed in the base material from one surface of the thin film structure to at least a first position in the depth direction,
The position of the deepest part of far infrared radiation when thermal energy is irradiated to the surface exists at a second position smaller than the distance from the surface to the first position,
Thermal permeability is less than 500 J / (m 2 · s 0.5 · K),
A thin film structure having thermal characteristics satisfying the conditions.
少なくとも前記表面から前記第1の位置までにおいて、前記中空微粒子の含有率は80容積%以上であることを特徴とする、請求項1に記載の薄膜構造体。   The thin film structure according to claim 1, wherein a content of the hollow fine particles is at least 80% by volume at least from the surface to the first position. 前記金属酸化物は、酸化アルミニウム(Al)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化第二鉄(Fe)、酸化ナトリウム(NaO)、酸化カリウム(KO)、酸化チタン(TiO)、酸化セリウム(CeO)、二酸化ケイ素(SiO)若しくは三酸化アンチモン(Sb)のいずれか又はこれらの組合せであることを特徴とする、請求項1に記載の薄膜構造体。The metal oxides include aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), ferric oxide (Fe 2 O 3 ), sodium oxide (Na 2 O), potassium oxide (K 2 O), and titanium oxide The thin film according to claim 1, characterized in that it is (TiO 2 ), cerium oxide (CeO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ) or antimony trioxide (Sb 2 O 3 ), or a combination thereof. Structure. 前記第2の位置は、前記表面から20μm以下の位置であることを特徴とする、請求項1に記載の薄膜構造体。   The thin film structure according to claim 1, wherein the second position is a position not more than 20 μm from the surface. 前記遠赤外放射による放射線の波長は5〜30μmであることを特徴とする、請求項1   The wavelength of radiation by the far infrared radiation is 5 to 30 μm. 請求項1〜5のいずれかに記載の薄膜構造体が表面に積層されたことを特徴とする構造物。   A structure in which the thin film structure according to any one of claims 1 to 5 is laminated on the surface. 請求項1〜5のいずれかに記載の薄膜構造体が基材に積層された積層体。   The laminated body on which the thin film structure in any one of Claims 1-5 was laminated | stacked on the base material.
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