TWI764329B

TWI764329B - 塗料組成物、保溫方法、能量消耗抑制方法、建築資材及建築物

Info

Publication number: TWI764329B
Application number: TW109136280A
Authority: TW
Inventors: 丸尾茂明
Original assignee: 丸尾茂明
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2022-05-11
Also published as: WO2021079825A1; JP2021066800A; TW202117130A; JP6701424B1

Abstract

本發明之目的在於：提供一種塗料組成物及建築資材，其等具備能夠提高冷暖房之效率之保溫性能。本發明係一種塗料組成物，其含有：矽微粒子、奈米碳粉末、及鈣粉末，且上述鈣粉末含有源自扇貝之貝殼或蛋殼之氫氧化鈣。又，本發明係一種建築資材，其具備：基材20、及塗布於該基材20上之功能性層30；且該功能性層30含有：矽微粒子、奈米碳粉末、及鈣粉末。此時，功能性層30若為塗料組成物之塗膜則較佳。

Description

塗料組成物、保溫方法、能量消耗抑制方法、建築資材及建築物

本發明係關於一種塗料組成物、保溫方法、能量消耗抑制方法、建築資材及建築物，尤其係關於一種利用矽微粒子之優異之保溫性能之塗料組成物、保溫方法、能量消耗抑制方法、建築資材及建築物。

住宅等之牆壁及天花板之基底藉由貼附壁紙，以壁紙之顏色或圖案進行室內之裝飾。壁紙係以其顏色或圖案進行室內之裝飾，藉此使居住環境良好者。儘管能夠藉由壁紙之圖案來提高視覺上所追求之居住環境，但為了使室內之居住環境良好，而需要室內之濕度之調節、除臭、殺菌等。

例如，專利文獻1揭示了一種除臭性及防汙性能優異之功能性壁紙，具體而言，係關於一種功能性壁紙，其利用紫外線分解室內之致臭物質或致汙物質，且具有優異之抗菌性能或防臭、防汙性能，並且具備包含光觸媒及黏合劑成分之塗膜，該塗膜中之光觸媒之濃度自與壁紙基材接觸的表面朝向露出面而增高。

又，自能量效率之觀點或環境問題之觀點而言，提高室內之冷暖房之效率非常重要。期望於夏季藉由冷房而效率佳地冷卻房間、於冬季藉由暖房而效率佳地溫暖室內。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2004-277902號公報

[發明所欲解決之課題]

然而，專利文獻1之壁紙並未對導熱性或保溫性進行探討，並不能稱其保溫性能高。

本發明係鑒於上述課題而完成者，本發明之目的在於：提供一種塗料組成物、建築資材及建築物，其等具備能夠提高冷暖房之效率之保溫性能。又，本發明之另一目的在於：提供一種保溫方法、能量消耗抑制方法，其等利用了具備能夠提高冷暖房之效率之保溫性能之塗料組成物。 [解決課題之技術手段]

根據本發明之塗料組成物，藉由以下方式解決上述課題，亦即，含有：矽微粒子、奈米碳粉末、及鈣粉末，且上述鈣粉末含有源自扇貝之貝殼或蛋殼之氫氧化鈣。

於如上述般而構成之本發明之塗料組成物中，藉由矽微粒子及奈米碳粉末之良好之導熱性，而能夠提高冷暖房之效率。又，若添加奈米碳粉末則起火性變高，但藉由含有包含源自扇貝之貝殼或蛋殼之氫氧化鈣之鈣粉末，而抑制了起火性。又，上述構成中，除了抑制起火性外，藉由使用抗菌效果高之扇貝之貝殼或蛋殼而發揮優異之抗菌性能，並且，由於是源於取自天然之材料，因此，作為室內之建築資材而言安全，可安心地使用。

又，於上述構成中，上述矽微粒子可若為由純度90%以上之矽構成之兆赫礦石（terahertz ore）之粉末則佳。於上述構成中，藉由使用具有良好之導熱性之兆赫礦石，冷房之冷氣或暖房之暖氣迅速地經由壁紙而於室內擴散，因此，冷暖房之效率大幅提高。

又，於上述構成中，上述奈米碳粉末可含有選自包含奈米碳管、石墨烯、富勒烯之群中之至少一種以上。於上述構成中，藉由與矽微粒子組合，可成為導熱性更良好者。

又，根據本發明之保溫方法，將上述塗料組成物塗布於基材，藉此解決上述課題。於上述構成中，能夠提高冷暖房之效率，並且能夠將住宅之室內或冷凍庫內之溫度保持一定。

又，根據本發明之能量消耗抑制方法，將上述塗料組成物塗布於基材，藉此解決上述課題。於上述構成中，藉由提高冷暖房之效率，而能夠抑制必要之能量之消耗。

又，根據本發明之建築資材，藉由以下方式解決上述課題，亦即，具備：基材、及塗布於該基材上之功能性層；且該功能性層含有：矽微粒子、奈米碳粉末、及鈣粉末，上述鈣粉末含有源自扇貝之貝殼或蛋殼之氫氧化鈣。又，根據本發明之建築物，具備上述建築資材，藉此解決上述課題。於如上述般而構成之本發明之建築資材及建築物中，藉由矽微粒子及奈米碳粉末之良好之導熱性，而能夠提高冷暖房之效率，且藉由含有包含源自扇貝之貝殼或蛋殼之氫氧化鈣之鈣粉末，而抑制了起火性。又，於上述構成中，除了抑制起火性外，藉由使用抗菌效果高之扇貝之貝殼或蛋殼而發揮優異之抗菌性能，並且，由於是源於取自天然之材料，因此，作為室內之建築資材而言安全，可安心地使用。 [發明之效果]

於本發明之塗料組成物、建築資材及建築物中，藉由矽微粒子及奈米碳粉末之良好之導熱性，而能夠提高冷暖房之效率，且藉由含有鈣粉末而抑制了起火性。又，根據本發明之保溫方法，能夠提高冷暖房之效率，並且能夠將溫度保持一定。又，根據本發明之能量消耗抑制方法，藉由提高冷暖房之效率，而能夠抑制必要之能量之消耗。以上，根據本案發明，可抑制電力使用量，且抑制CO₂ 之排出量，因此，能夠對於地球暖化之對策做出較大貢獻。

以下，有關本發明之塗料組成物、保溫方法、能量消耗抑制方法、建築資材及建築物之實施方式（以下稱為「本實施方式」），參照圖式並進行說明。圖1係塗布了本發明之塗料組成物之牆壁之外觀圖，圖2係本發明之牆壁之示意性剖面圖，圖3係表示根據本發明之塗料組成物所致之暖房效率的測定結果之圖，圖4係表示根據本發明之塗料組成物所致之冷房效率的測定結果之圖。

＜塗料組成物＞本實施方式之塗料組成物係含有矽微粒子、奈米碳粉末、及鈣粉末的保溫性塗料。以下，對各成分進行說明。

（矽微粒子）塗料組成物所含的矽微粒子較佳為由純度90%之矽構成之兆赫礦石之粉末。

所謂兆赫礦石指以下之人工礦石，係：由純度高之矽（Si）即單晶矽構成，放出「位於光波與電波之中間之區域，且頻率為1THz（兆赫）左右，具體而言，頻率為0.3～10THz（換算成波長為1000～30μm）之電磁波的兆赫波」者。

兆赫礦石之粉體具有良好之導熱性，於將打火機之火靠近後，即便用手直接觸摸亦不會感覺到熱。又，若將冰塊置於兆赫礦石之粉體上，則其瞬間融化。

兆赫礦石之粉體係藉由粉碎單晶矽之錠或單晶矽晶圓，使其粒狀化而得。單晶矽之錠例如可於熔化高純度多晶矽後，使用先前公知之單晶生長方法而製造。又，藉由以鑽石刀刃等將單晶矽之錠切片，可獲得單晶矽晶圓。

藉由將如此而獲得之單晶矽之錠或晶圓粒狀化，可製造兆赫礦石之粉體。例如，藉由使用噴射磨機粉碎單晶矽之錠或晶圓，可獲得微細之兆赫礦石之粉體。用於散熱塗料之兆赫礦石之粉體之粒徑雖無特別限定，但為了於液狀之塗料中使粒子均勻地分散，例如，較佳為於100nm至1.5μm之範圍內，設為平均粒徑為0.1～500μm，較佳為0.5～100μm，更佳為0.5～40μm，最佳為0.5～10μm之微細粉末。又，較佳為兆赫礦石之粉體之粒徑相對均勻。藉此，於在基材上塗布兆赫礦石之粉體而形成塗膜時，可減少塗膜之保溫性能之不均。

又，藉由自兆赫礦石放射之兆赫波而分解分子之力作用於身體中流動之血流。相較於遠紅外線，兆赫波之波長更長，能穿透至身體深處，因此，更有效果地作用於血流。

（奈米碳粉末）本實施方式之塗料組成物含有奈米碳粉末。此處，奈米碳係指奈米尺寸之碳材料，例如可列舉：奈米碳管（單層、雙層、多層型、疊杯型）、奈米碳纖維、碳奈米角、石墨烯、富勒烯等。

塗料組成物所含之奈米碳粉末較佳為選自包含奈米碳管、石墨烯、及富勒烯所組成之群中之至少一種以上。再者，能夠用作奈米碳的奈米碳管可為單壁奈米碳管（SWCNT），亦可為2層以上之多壁奈米碳管（MWCNT）。

（鈣粉末）塗料組成物所含有之鈣粉末較佳為將高溫燒結貝殼或蛋殼而獲得之氫氧化鈣。氫氧化鈣可藉由對於該行業者而言為習知之方法而獲得，例如，於將碳酸鈣燒結而製成氧化鈣後，使其水合。

作為氫氧化鈣，於貝殼中尤佳為使用源自扇貝（Scallop）之貝殼者。將扇貝之貝殼於特殊高溫燒結分解爐進行燒結，藉由於燒結步驟中添加水分，而製成強鹼性（pH12.8～13.2）且具抗菌力之貝殼燒結鈣（氫氧化鈣）。

作為碳酸鈣之來源，可使用源自動物性之鈣，例如可將扇貝貝殼、鮑魚貝殼、蠑螺貝殼、北寄貝殼、海膽貝殼之天然或養殖之貝殼或者珊瑚殼等用於原料。該等之中，以貝殼之組成均勻之觀點、及供應量較多等之觀點而言，較佳為使用扇貝貝殼。

粉碎該等貝殼而製成貝殼粉末（或粒狀物），於800℃～1500℃，更佳為於850℃～1200℃，並例如引入二氧化碳氣體同時進行燒結。燒結既可於空氣中進行，亦可於氮等不活性氣體環境下進行。燒結時間可根據燒結溫度等而適當設定，通常，為環境溫度達到特定之燒結溫度後之10～120分鐘，較佳為15～90分鐘。藉由此種燒結處理，而利用熱分解去除不需要之有機物。

於燒結後，使其水合而獲得氫氧化鈣主體之粉末。於燒結或水合之過程中，視需要進一步進行粉碎，最終製成平均粒徑為0.1～500μm，較佳為0.5～100μm，更佳為0.5～40μm，最佳為0.5～10μm之微細粉末。藉由使微粒子之粒徑更細，而在塗布於基材時，可均勻地分散，且可無不均地賦予塗膜。

於使用蛋殼之情形之氫氧化鈣粉末之製程亦與上述所示之將貝殼用作主原料之情形之製程大致相同。其中，蛋殼之情況與上述貝殼之情形不同，其殼之厚度非常薄且質量較小，因此，燒結溫度設定為較低，且燒結時間亦設定為較短。於本實施例中使用蛋殼作為主原料之情形時，理想為將燒結溫度設為攝氏900度左右，將燒結時間設為5～10分鐘左右（較佳為6分鐘左右）。

又，蛋殼之情形與貝殼不同，原材料所含之雜質較少，因此，與上述貝殼之情形相比，能夠獲得近乎純粹之氫氧化鈣。再者，關於燒結後之微粉碎步驟或粉碎粒徑等各種參數，係與上述貝殼之情形之製程相同。

如上所述，本實施方式之塗料組成物含有起火性高之奈米碳，但由於其含有鈣粉末，故抑制了起火性。又，作為鈣粉末，源自貝殼，尤其是源自扇貝之貝殼之氫氧化鈣為一種強鹼成分，並顯示出殺菌、除臭、抗氧化之效果，且亦有防蟲、抗菌、除菌之效果。

（其他成分）關於塗料組成物，除了矽微粒子、奈米碳粉末及鈣粉末外，含有先前公知之塗料所含之黏合劑或水（溶劑）等其他成分。

黏合劑具有以下功能，即於塗料組成物中保持各成分，並賦予塗料組成物接著力。藉由於塗料組成物添加黏合劑，可提高與塗布對象之基材之密接性。藉此，可使自基材剝離塗料組成物之塗膜變得困難。又，藉由於塗料組成物添加黏合劑，可將塗料組成物直接塗布於基材表面。藉此，可不需對基材之底塗。用於本實施方式之塗料組成物之黏合劑例如為丙烯酸系樹脂、矽系樹脂、聚酯系樹脂、聚烯烴系樹脂、氟樹脂、乳液樹脂等。

又，水（溶劑）係作為將各成分分散於塗料組成物中之分散介質而發揮作用。再者，本實施方式之塗料組成物能夠藉由於含有黏合劑或水等市售之合成樹脂塗料添加矽微粒子、奈米碳粉末及鈣粉末而獲得。

＜建築資材＞本實施方式之建築資材具備：基材20、及塗布於基材20上之功能性層30。功能性層30含有：矽微粒子、奈米碳粉末、及鈣粉末。此處，若功能性層30為上述本實施方式之塗料組成物之塗膜則較佳。

如圖2所示，基材20具有：內側表面20a、及與內側表面20a為相反側之外側表面20b。基材20之內側表面20a側配置於室內側（冷暖房運行之側）。功能性層30（塗膜）形成於基材20之內側表面20a。藉由於基料20之內側表面20a上形成功能性層30，自冷暖房機器送出之冷氣或暖氣經由功能性層30而有效率地傳導。

作為本實施方式之建築資材，可舉例用於建築物之壁材、壁紙、板材、窗玻璃、管道、門、或用於冷凍倉庫等保溫設施之保溫用資材、保溫用結構物等，但並不限於該等。

例如若將本實施方式之塗料組成物塗布於市售之建築資材之內側表面（室內側之表面），則形成具有保溫性之塗膜（即功能性層30）。藉此，可使來自冷暖房裝置之冷氣或暖氣通過塗膜而朝室內傳遞，從而更有效地冷卻或溫暖室內。因此，住宅之室內之冷暖房、或冷凍倉庫之庫內的冷卻所需之電力等之能量消耗得以抑制。

形成本實施方式之建築資材之基材20（換言之，為本實施方式之塗料組成物料之塗布對象）的材料並無特別限定，例如可列舉：經硬化之水泥或石膏、薄板或合板等木材、玻璃、塑膠等樹脂、壁紙、金屬（例如鋁板、銅板等）等。通常，基材20由導熱率低於功能性層30之材料所形成。藉此，可抑制冷氣或暖氣自功能性層30側向基材20側逸出。

根據如以上之本實施方式之建築資材及和具備上述建築資材之建築物，藉由矽微粒子及奈米碳粉末之良好之導熱性，能夠提高冷暖房之效率，且藉由含有鈣粉末而抑制了起火性。

＜保溫方法及能量消耗抑制方法＞關於本實施方法之保溫方法及能量消耗抑制方法為以下方法，亦即，特徵在於將上述實施方式之塗料組成物塗布於基材20。作為基材20，可舉例用於建築物之壁材、壁紙、板材、窗玻璃、管道、門、家具、或冷凍倉庫等保溫設施之保溫用資材、保溫用結構物等，但並不限於該等。

當對基材20塗布塗料組成物時，較佳為將附著在配置於室內側（冷暖房運行側）之基材20之內側表面20a的灰塵、油脂等汙染物去除，並使表面乾燥。藉此，可使自基材20上剝離乾燥後之塗膜（功能性層30）變得困難。

塗布於基材20之內側表面20a之塗料組成物隨著時間之經過而乾燥，塗料中所含之水分蒸發，且其他溶劑揮發。繼而，塗料組成物中所含之黏合劑成分硬化，形成塗膜（功能性層30）。再者，於將塗布於基材20之塗料組成物進行乾燥時，既可自然乾燥，亦可利用加熱器等加熱塗布表面而進行乾燥。藉由加熱乾燥，能夠以更短之時間形成塗膜（功能性層30）。

再者，能夠於基材20（牆壁K及壁紙10等建築資材）上事先形成功能性層30，亦能夠於已施工完畢之基材20（牆壁K及壁紙10等建築資材）上事後塗布功能性層30等而形成。

根據本實施方式之保溫方法，能夠提高冷暖房之效率，並且將溫度保持一定。又，根據本實施方式之能量消耗抑制方法，能夠藉由提高冷暖房之效率而抑制所必需之能量之消耗。此時，塗料組成物含有鈣粉末，藉此抑制了起火性。

＜實施例＞以下，基於具體之實施例具體說明本發明，但本發明並不限於該等實施例。

＜試驗1：導熱率之測定＞對於兆赫礦石之粉末、及兆赫礦石之粉末與奈米碳粉末之混合物，藉由熱盤（hot disk）法進行導熱率之測定。樣品（壓克力板）之尺寸為（寬）44mm、（長）61mm、（厚）15.5mm。關於試驗機，使用熱物性測定裝置（TPA-501，京都電子工業股份有限公司製造）。所使用之感測器為型號C5465（測量範圍：01～20W/mK）。

試驗之結果，壓克力板（兆赫礦石之粉末）之導熱率為0.25W/mK，壓克力板（兆赫礦石之粉末+奈米碳粉末）之導熱率為0.46W/mK。可知：藉由於兆赫礦石之粉末混合奈米碳粉末，而導熱率大幅提高，但發現以下課題：於添加奈米碳粉末之情形時，起火性變高。如下所示，本發明人藉由努力研究而發現：藉由使用鈣粉末，能夠抑制起火性。

＜試驗2：暖房效率之測定＞於10L之合成樹脂塗料（Nippe Home Products製造，含有摻合矽之丙烯酸系樹脂）摻合4kg之兆赫礦石之粉末。於摻合有兆赫礦石之粉末之塗料進而摻合奈米碳管而提高導熱率。繼而，由於是利用作為建築資材（壁材），故為了降低起火性，添加含有源自扇貝之貝殼之氫氧化鈣之鈣粉末（WM股份有限公司製造，產品名：Scallow Premium），從而製備塗料組成物。

使用該塗料組成物，於相同容量之房間（12榻榻米，交叉黏貼）中，於一房間（A室），在地面以外之牆壁（4面）、天花板形成塗膜。於另一房間（B室）則未形成塗膜。於各房間設置相同型號之空調（TOSHIBA RAS-2256D），並以設定溫度30℃運作。將結果示於圖3。

如圖3所示，於塗布有塗料組成物之A室中，24小時之耗電量為4.7kWh，相對於此，於未塗布塗料組成物之B室中，24小時之耗電量為12.3kWh，約為A室之2.6倍，換言之，可知藉由將塗料組成物作為塗膜而塗布於室內，可減少約62%之耗電量。若使用CO₂ 排放係數（東京電力所使用之0.455kg-CO₂ /kWh）將其換算，則相當於減少了3.47kg之CO₂ 。亦即，一個月能夠減少約104kg、一年能夠減少約1250kg之CO₂ 。

＜試驗3：冷房效率之測定＞使用與試驗2相同之塗料組成物，於相同容量之房間（12榻榻米，交叉黏貼）中，於一房間（A室），在地面以外之牆壁（4面）、天花板形成塗膜。於另一房間（B室）則未形成塗膜。於各房間設置相同型號之空調（MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES BEAVER SRK22TX-W），並以設定溫度20℃運作。於2020年8月7日～8月18日之12日間，以數位溫度計測量室外氣溫為19.6～33.7℃，計算出每1小時之電量，累計24小時而比較。將8月7日之結果示於圖4。

其結果，即便在夏季，未塗布塗料組成物之B室之每日耗電量為塗料有塗料組成物之A室之約1.9～2.1倍。換言之，可知藉由將塗料組成物作為塗膜而塗布於室內，可減少約48～51%之耗電量。若使用CO₂ 排放係數（東京電力所使用之0.455kg-CO₂ /kWh）將其換算，則相當於減少了0.51～1.04kg之CO₂ 。亦即，一個月能夠減少約15.2～31.3kg、一年能夠減少約184～380kg之CO₂ 。

（總結）於如以上之本實施方式之塗料組成物、建築資材及建築物中，藉由矽微粒子及奈米碳粉末之良好之導熱性，而能夠提高冷暖房之效率。又，藉由含有鈣粉末而抑制了起火性（防火）。進而，藉由含有鈣粉末。亦發揮能夠保持室內之環境良好之抗菌性能。又，根據本實施方式之保溫方法，能夠提高冷暖房之效率，並且能夠將溫度保持一定。又，根據本發明之能量消耗抑制方法，藉由提高冷暖房之效率，而能夠抑制必要之能量之消耗，且可減少二氧化碳之排放量。

K:牆壁（建築資材） 10:壁紙（建築資材） 20:基材 20a:內側表面 20b:外側表面 30:功能性層（塗膜）

[圖1]係塗布了本發明之塗料組成物之牆壁之外觀圖。 [圖2]係本發明之牆壁之示意性剖面圖。 [圖3]係表示以試驗2進行探討之根據本發明之塗料組成物所致之暖房效率的測定結果之圖（圖中之縱軸表示耗電量、橫軸表示時間）。 [圖4]係表示以試驗3進行探討之根據本發明之塗料組成物所致之冷房效率的測定結果之圖（圖中之右側之縱軸表示耗電量、左側之縱軸表示室外溫度、橫軸表示時間）。

Claims

一種塗料組成物，其含有：矽微粒子、奈米碳粉末、及鈣粉末，且上述矽微粒子為由純度90%以上之矽構成之兆赫礦石(terahertz ore)之粉末，上述鈣粉末含有源自扇貝之貝殼或蛋殼之氫氧化鈣。
如請求項1之塗料組成物，其中，上述奈米碳粉末含有選自包含奈米碳管、石墨烯、富勒烯之群中之至少一種以上。
一種保溫方法，其於基材塗布請求項1或2之塗料組成物。
一種能量消耗抑制方法，其於基材塗布請求項1或2之塗料組成物。
一種建築資材，其具備：基材、及塗布於該基材上之功能性層；且該功能性層含有：矽微粒子、奈米碳粉末、及鈣粉末，上述矽微粒子為由純度90%以上之矽構成之兆赫礦石之粉末，上述鈣粉末含有源自扇貝之貝殼或蛋殼之氫氧化鈣。
一種建築物，其具備請求項5之建築資材。