断熱塗膜の形成法
【課題】 断熱塗膜の遮熱効果を向上させる。
【解決手段】 断熱塗料を目的物に塗布する際に、あらかじめその下地にアルミニウム粉末を含有する塗料を塗布することにより、塗膜を二層の構成とする。
【解決手段】 断熱塗料を目的物に塗布する際に、あらかじめその下地にアルミニウム粉末を含有する塗料を塗布することにより、塗膜を二層の構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、夏場の太陽光によるビルや工場などの温度上昇を低下させ、したがって空調負荷を低減させ、使用電力量を低減させる能力を持つ、表面塗装用の断熱塗料による塗膜形成法に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００４−２０４０１７号公報
【非特許文献１】カンザス・シティズ・スター(Ｋａｎｓａｓ Ｃｉｔｙ'ｓ Ｓｔａｒ)１９９５．１０．２４、ｐＡ１〜Ａ３ 。
【非特許文献２】国立天文台編、「理科年表」丸善株式会社、１９８８年１１月３０日発行、ｐ．４７７、ｐ．４８０。
【非特許文献３】Ｒ．Ａ．Ｎｙｑｕｉｓｔ＆Ｒ．Ｏ．Ｋａｇｅｌ無機化合物の赤外スペクトル（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）、Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、１９７１、ｐ．２１５。
【非特許文献４】Ｗ．Ｈ．ギート著「基礎伝熱工学」、横堀進、久我修訳、丸善株式会社、１９６０年７月２０日発行、ｐ．２１８。
【非特許文献５】児玉正雄ほか編集、「塗料と塗装」増補版、パワー社、１９９４年２月発行、ｐ．３１。
【非特許文献６】垰田博史著「光触媒の本」、日刊工業新聞社、２００２年２月発行。
【非特許文献７】編集委員会編集「実用塗装・塗料用語辞典」、日本塗装技術協会、１９７６年１２月発行、ｐ．２２〜２３。
【非特許文献８】塗装技術協会編集「塗装技術ハンドブック」、日刊工業新聞社、１９８７年２月発行、ｐ．１１８、ｐ．９５８〜９６３。
【非特許文献９】「塗料原料便覧」第５版、日本塗料工業会、１９８７年４月発行、ｐ．１７５〜１７６、ｐ．１８０。
【非特許文献１０】伊藤征司郎編集「顔料の事典」、朝倉書店、２０００年９月発行、ｐ．１６８〜１７３、ｐ．２３２〜２３３。
【非特許文献１１】色材協会編集「色材工学ハンドブック」、朝倉書店、１９８９年１１月発行、ｐ．３０７〜３０８。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この発明は、断熱材粉末、無機顔料粉末を含む断熱塗料を建物表面などに塗布して塗膜を形成する際に、塗膜の遮熱性能を更に向上させる技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明は、断熱塗料を用いる際に、アルミニウム粉末を含むアルミニウムペイントをその下地に用いることにより、断熱塗膜の遮熱性能を更に向上させるものである。
【０００５】
断熱塗料については、非特許文献１にその大きな効果が広言されているが、厚さ１８０ミクロンの断熱塗膜が厚さ１５０〜２００ｍｍのガラス繊維断熱材の断熱性能に匹敵する性能を持つことはありえない。
【０００６】
なぜならガラス繊維断熱材の熱伝導率は０．０５〜０．１Ｗ／ｍ・Ｋであり、最良の断熱材である動かない空気のそれ（０．０２４Ｗ／ｍ・Ｋ）の２〜４倍である（非特許文献２）。
【０００７】
もし、厚さ０．２ｍｍの断熱塗膜が厚さ２００ｍｍのガラス繊維断熱材に匹敵する性能を持つとすれば、その断熱塗膜の熱伝導率はガラス繊維断熱材の熱伝導率の１／１０００の値を持たねばならない。
【０００８】
非特許文献８のｐ．９５８が明言するように、「薄い有機塗膜に断熱性をもたせることは不可能で、現在までのところ、本当の意味の断熱塗料というものはない」のが実状であり、
【０００９】
十分な断熱性を持たせるためには、吹き付け型断熱塗料を２０〜４０ｍｍの厚さに吹き付ける必要がある、と述べている。
【００１０】
しかし、非特許文献８のｐ．９６２では、更に「太陽熱防御塗料」の必要性を述べていて、従来このような目的にアルミニウム粉を主体としたシルバーペイントがよく使用されているが、アルミ粉は白色顔料より反射率が低く、しかも比較的短期間に酸化され著しく反射率が低下してしまう。したがって酸化チタンのような耐候性の良い白色顔料を大量に含んだ塗料を塗装する方が良い結果が得られる、とある。
【００１１】
一方、非特許文献１が示す断熱塗料は、その性能に誇大宣伝の数値を含むとはいえ、非特許文献８の言う「白色顔料を大量に含んだ塗料」よりは、すぐれた断熱性能を有するものである。
【００１２】
この断熱塗料は説明によれば、白色の無機顔料や造膜成分の外に、無機断熱材成分を含有するものであり、しかもこの無機断熱材成分はアメリカのＮＡＳＡがスペースシャトルの表面被覆用に開発したシリカに基づくものであると言われている。
【００１３】
他方、非特許文献７（ｐ２３）、非特許文献８（ｐ．１１８）、非特許文献１０（ｐ．２３２）、非特許文献１１（ｐ．３０８）には、アルミニウム粉末を含むアルミニウムペイントの性能について記述があり、「太陽光などの熱線をよく反射し、その内容物の温度上昇を防止する」、「光の反射、熱線の反射などの特性があり、被塗物内部の温度上昇を防止する」、「赤外、紫外線などの各光線の反射率が高く、構造物の保温、保冷効果が得られる」、「アルミニウムは紫外線や赤外線を含めて光をほとんど反射するので、内容物の保温や断熱性に優れた塗膜を得ることができる」とある。
【００１４】
現実にはアルミニウムペイントは、多くのプラントの配管などの塗装に用いられているとはいえ、断熱塗料よりも優れた性能を有するかどうか、疑問の余地がある。
【００１５】
なぜなら、非特許文献７には、「温度上昇を防止するので貯水タンクなどの塗装に用いられる」に続いて、「またよく熱を発散するので暖房用ラジエータなどの外面に塗装する」と書かれている。
【００１６】
すなわち、熱の侵入を防止する遮熱性能と、熱をよく発散する輻射性能とは、矛盾するものであり、両立することはありえないと考えられる。
【００１７】
熱が入りにくい塗膜は、熱が出ていきにくい性能を併せ持つはずである。
【００１８】
工場のトタン屋根の塗装などには、アルミニウムペイントよりも断熱塗料の方がよく用いられている。これは、断熱塗料の性能が普通の白色塗料やアルミニウムペイントよりも優れていることを示すものである。
【００１９】
特許文献１には、断熱塗膜を厚さ３ｍｍ程度に形成した後、その表面に無機白色顔料を含む塗料を数十ミクロンの厚さで形成することが述べられている。
【００２０】
発明者らの問題意識は、従来の断熱塗膜の遮熱性能をどのような工夫により、大幅に向上させることができるか、にある。
【発明の効果】
【００２１】
アルミニウム粉末を含有する安価な塗料を下地に用いることにより、その上に形成した断熱塗膜の遮熱性能を更に大きく向上させることができる。
【００２２】
塗膜の遮熱性能の向上は、建物への侵入熱量を大幅に削減し、冷房負荷の大きな削減をもたらすので、使用電力量の大幅な削減につながり、炭酸ガス発生量の削減とみなすことができる。
【００２３】
二層構造による断熱塗膜の形成は、それほどコスト上昇をもたらさず、コストアップに対して得られる費用対効果は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
「比較例１」
【００２５】
まず、塗膜の性能評価をするために、縦８０、横１００、高さ１００ｍｍの厚紙箱を作り、その五面に厚さ５ｍｍの発泡スチロール板を張り、その上面に評価試
料板を取り付け、テープで密封した。
【００２６】
この断熱箱に白熱ランプ（１００Ｗ）を１００ｍｍ離して直射させ、その時の箱内の温度上昇を箱内に設置した水銀温度計とストップウオッチで測定した。
【００２７】
水銀温度計は、評価試料の４ｃｍ下の中央部に設置し、水銀だめの部分に薄い黒色塗料をぬり、黒球温度計に近いものとした。
【００２８】
比較例試料として、Ｎｏ．１：黒色処理鉄板（厚さ２３０ミクロン）に耐火断熱レンガ（Ｂ−１）の粉末を１０ｗｔ％混ぜた白色エナメルを塗布、乾燥し、塗布量約１．４ｇとしたもの（塗膜約７５ミクロン厚さ）、Ｎｏ．２：同
上の黒色処理鉄板にアルミニウム粉末を１０ｗｔ％混ぜた白色エナメルを塗布、乾燥し、塗布量約１．４ｇとしたもの、Ｎｏ．３：Ｎｏ．１の試料の上に、更にＮｏ．２に用いたアルミニウム粉末入り塗料を塗布、乾燥したもの（塗布量約３ｇ）、Ｎｏ．４：Ｎｏ．２の試料の上にＮｏ．１に用いた断熱レンガ粉末入り塗料を塗布、乾燥したもの（塗布量約３．４ｇ）、Ｎｏ．５：Ｎｏ．１の黒色処理鉄板の上に、Ｎｏ．１に用いた塗料とＮｏ．２に用いた塗料とを１：１に混合して塗布、乾燥したもの（塗布量３．５ｇ）を用意した。
【００２９】
表１には、実験結果を示した。
［表１］ 比較試験結果
試料 温度上昇速度 最高温度（摂氏度）
Ｎｏ．１ ０．０６４ ３７．３
Ｎｏ．２ ０．０７９ ３６．３
Ｎｏ．３ ０．０８１ ３５．３
Ｎｏ．４ ０．０６２ ３４．４
Ｎｏ．５ ０．０７５ ３７．３
【００３０】
温度上昇速度は、温度と時間を対数目盛りでグラフにプロットした時の直線部分（３〜１０分の間）から求めた。
【００３１】
最高温度は、実験で温度上昇が停止した３０分後の温度である。
【００３２】
試料Ｎｏ．１は温度上昇速度が小さいとはいえ、最も最高温度が高い。
【００３３】
この事実から断熱塗料の単独塗膜では、それほど優れた性能を有しないことが明らかである。
【００３４】
試料Ｎｏ．２はアルミニウムペイントとみなすことができるが、温度上昇速度が大きく、最高温度も低くない。
【００３５】
この事実から、アルミニウムペイントの単独塗膜では、それほど優れた性能を有しないことが明らかである。
【００３６】
非特許文献７、８、１０、１１が推奨するアルミニウムペイント単独の塗膜の優れた性能は、一般論的なものであって、厳密な比較に基づくものではない。
【００３７】
最も低い最高温度を示す試料はＮｏ．４であり、温度上昇速度も最も小さい。
【００３８】
すなわち試料Ｎｏ．４は、アルミニウム粉末を含有する塗膜の直上に、断熱材粉末を含有する塗膜を形成したものである。
【００３９】
これに反して、試料Ｎｏ．４とは逆の塗膜構成の試料Ｎｏ．３の性能が試料Ｎｏ．４よりも劣る原因については現時点ではよくわからないが、温度上昇速度の大きいことがその一因であると考えられる。
【００４０】
また、断熱材粉末とアルミニウム粉末とを共存させた塗膜を持つ試料Ｎｏ．５の性能は芳しくないが、この理由についてはよくわからないとはいえ、やはり温度上昇速度が大きい。
【００４１】
これらの実験結果より、塗膜の遮熱性能を向上させるためには、二層構造とすることが望ましく、その場合、最下層にアルミニウム粉末を含有する塗膜、その直上に断熱材粉末を含有する塗膜を形成する構成とすることが有効であることがわかる。
「比較例２」
【００４２】
次に太陽光照射時の塗膜の表面温度測定結果について述べる。
【００４３】
試料は表１に示したＮｏ．３、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５の外に、Ｎｏ．２'として黒色処理鉄板上に白エナメルを１．３５ｇ塗布後、Ｎｏ．２に用いたアルミニウム粉末を含む白エナメルを２．６５ｇ塗布したものを用意した。
【００４４】
試料は地上１．５ｍの高さに二本の棒で作った水平台の上に水平に置き、塗膜面に太陽光を照射しながら、非接触表面温度計で、その表面および裏面（黒色処理鉄板）の温度を２時間にわたって１０分ごとに測定した（八月末午後、晴天）。
【００４５】
測定結果を表２に示した。
【００４６】
［表２］ 表面、裏面の平均温度（摂氏度）
試料 表面平均温度 裏面平均温度 温度差
Ｎｏ．２' ３６．２＋／−２．０ ３８．２＋／−１．４ ＋２．０
Ｎｏ．３ ３６．１＋／−１．７ ３８．１＋／−１．４ ＋２．１
Ｎｏ．４ ３６．０＋／−１．６ ３６．２＋／−１．３ ＋０．２３
Ｎｏ．５ ３７．１＋／−１．８ ３９．２＋／−１．７ ＋２．１
【００４７】
先に表１で最も優れた性能を示した試料Ｎｏ．４は、表面温度の測定結果でも最も優れた性能を示すことがわかる。
【００４８】
塗膜の表面温度からＮｏ．４の優位性を認めるには無理があるとはいえ、裏面の表面温度はＮｏ．４が最も低く、したがって表面と裏面の温度差が最も小さく、他の試料のそれらの約１／１０である。
【００４９】
この結果は、試料Ｎｏ．４が持つ優れた遮熱性能を実証するものである。
【００５０】
試料を裏返しにして、黒色鉄板に太陽光を照射した場合においても、表面よりも裏面の温度の方が高くなる実験結果が得られた。
【００５１】
この場合、裏面と表面の温度差（裏面−表面）は＋６．６〜７．３摂氏度と大きかった。
【００５２】
しかし、試料Ｎｏ．４の鉄板表面、および裏面の塗膜面の表面温度は最も低く、それぞれ２８．３＋／−１．１摂氏度、３４．９＋／−１．５摂氏度であった（同日）。
【００５３】
参考までに、同日のガレージのトタン屋根の表面および裏面の表面温度は、それぞれ３８．５摂氏度、３９．５摂氏度であった。
【００５４】
この比較実験結果から、断熱塗膜の性能評価をするには、塗膜の表面温度を測定するだけでは不十分であり、その裏側の温度あるいはそれに被覆された内部空間の温度を測定することが必要不可欠であると言える。
【００５５】
この実験結果は、一般論的にまとめれば、太陽光の照射によって表面から入射したエネルギーは裏側に蓄えられると考えても矛盾はない。
【００５６】
本発明による試料Ｎｏ．４は、そうした評価においても、優れた性能を発揮することが明らかである。
【００５７】
以上のように、従来の無機顔料成分、断熱材粉末、造膜成分などを含む断熱塗料を用いて断熱塗膜を建物などの表面に形成する際に、太陽光反射能力を持つアルミニウム粉末を含有する塗料を用いて最下層の塗膜を形成し、その直上に断熱塗膜を形成することにより、従来の断熱塗料だけによる塗膜よりもすぐれた遮熱性能を示す断熱塗膜の得られることがわかった。
【００５８】
このような性能の断熱塗膜を形成するに当たっては、アルミニウム粉末以外の成分に関しては、後に説明するように、特別に材料の種類を選択あるいは限定する必要はない。
【００５９】
アルミニウム粉末に関しても、リーフィングタイプあるいはノンリーフィングタイプ（非特許文献７ほか）のどちらかに限定する必要はなく、両者の混合物使用が望ましい。
【００６０】
なお、アルミニウム粉末を含有する塗料に関して言えば、その塗膜がいくらか微少気泡を含有することは、総合的な断熱・遮熱性能の向上から言って望ましいことである。
【００６１】
そのためには、使用前の塗料の撹はん時に生じる微少気泡を塗料内に保持できる気泡坦持物質粒子の共存が望ましい。
【００６２】
好適な気泡坦持物質粒子は、各種沈降性炭酸カルシウム（非特許文献１０、ｐ．１６８〜１７３）、各種沈降性炭酸マグネシウム（非特許文献９、ｐ．１８０）、水酸化アルミニウム（非特許文献１０、ｐ．１８０）の微少粉末（粒子直径０．１ミクロン以下）である。
【００６３】
これら微少粉末の添加量は、使用直前の液体状態塗料に対して、０．０３〜０．３ｗｔ％が好ましい。
【００６４】
添加量が０．０３ｗｔ％より少ないと気泡坦持効果が少なく、また０．３ｗｔ％より多すぎると、塗装作業がしづらくなる。
【００６５】
これらの炭酸塩や水酸化物は赤外線をよく吸収するので、塗装後の塗膜の乾燥時間を短縮できる。
【００６６】
水酸化カルシウムや水酸化マグネシウムは、空気中の炭酸ガスと反応し不安定であるので、用いることができない。
【００６７】
白色無機顔料に関しては、従来の白色無機顔料のどれを含有するものも用いることができる。
【００６８】
しかし一般的には、最も隠蔽力と安定性にすぐれるルチル型酸化チタンが広く用いられている。
【００６９】
一方酸化チタンには、アナタース型という別の結晶形を持つ物質も存在する。
【００７０】
従来、この結晶形の酸化チタンは、塗料に用いた時に、白亜化が著しく実用化が懸念されてきた（非特許文献５）。
【００７１】
しかし最近、この白亜化の原因がアナタース型酸化チタンの持つすぐれた光触媒作用によることが解明され、用い方を工夫すると、環境浄化触媒として使えることが明らかとなった。
【００７２】
また、その触媒能力を調整する技術も開発されている（非特許文献６）。
【００７３】
こうした光触媒機能を利用すると、塗膜の汚れが非常に長期間にわたって防止される。
【００７４】
したがって、今回の塗膜構成に用いる塗料にこのアナタース型酸化チタンを一部加えることは、すぐれた遮熱性能を得る上で、なんら妨げとなるものではない。
【００７５】
断熱材粉末についても、特別な物質を指定する必要はない。
【００７６】
なぜなら、断熱材の性能は先に述べたように、熱伝導率のみで決まるため、低い熱伝導率を持つ固体物質なら、どんな物質でも粉末にして用いることができる。
【００７７】
１０００度以下で用いられる耐火断熱レンガの粉末は気泡をたくさん含み、産業廃棄物であるので、安価に用いることができる。
【００７８】
造膜成分に関しても同様に、特定物質を指定する必要は無い。
【００７９】
無機系であれば、適当な低融点ガラスを用いると、５００度程度まで、使用に耐える塗膜を作ることができる。
【００８０】
有機物系では、対候性にすぐれるアクリル樹脂系、ウレタン樹脂系をはじめ、ビニル樹脂系、エポキシ樹脂系、アルキド樹脂系、アミノアルキド樹脂系、不飽和ポリエステル樹脂系などである。
【００８１】
耐熱性を要求される場合には、シリコン樹脂系を用いると、２５０度程度まで使用することができる。
【００８２】
分散媒体に関しては、水をはじめとして、有機物系分散媒体や溶剤も用いることができる。
【００８３】
しかし、環境問題を考慮すると、水系塗料の方が実用的にすぐれている。
【００８４】
水系の場合、造膜成分を溶解しないタイプ、すなわちエマルジョン系やディスパージョン系の塗料が主流となる。
【００８５】
もちろん、造膜成分を水溶性とするタイプの開発も可能である。
【００８６】
基本的には、ユーザーが各種市販品の中から、使いやすいものを選択するのが望ましい。
【００８７】
本発明は、その基本構造として最下層にアルミニウム粉末を含有する塗膜、その直上に断熱材粉末を含有する塗膜を形成することを特徴とするが、かならずしも二層構造に限定されるものではない。
【００８８】
使用場所により、着色を目的とした塗膜を更にその上に塗布することも不都合ではない。
【００８９】
光触媒作用を持つ塗膜をその上に薄く塗布することも可能である。
【００９０】
ビルや工場の夏の冷房負荷あるいは冬の暖房負荷を低減させることは、直ちに電力使用量の削減につながる。
【００９１】
特に、夏場の冷房は電力使用量が多大であるので、冷房負荷の低減はその効果が大きい。
【００９２】
昨今は、電力使用量の低減が、炭酸ガス発生量の緊急削減として取り上げられている。
【００９３】
したがって、あまりコストをかけずに済む塗料の塗布による断熱塗膜の形成は冷房負荷の低減に対しては最も好ましい方式の一つである。
【００９４】
たとえば、こうした断熱塗膜の形成により、建物への侵入熱量が塗膜の無い従来の建物の場合に比べていくら減少するかを、室内壁の表面温度や室内温度を比較することにより見積もることができる。
【００９５】
電力換算すると、電力１ｋＷは２２５０ｋｃａｌの熱量に相当する。
【００９６】
建物への侵入熱量の差分を電力換算すれば、削減できた使用電力料金を算出することができる。
【００９７】
建物の面積あるいは負荷が大きいほど、断熱塗膜による削減できる電力量も大きくなる。
【００９８】
個別例については、それぞれの具体的数値を用いて計算するしかないが、使用電力量が数十パーセント低下することもまれではない。
【実施例１】
【００９９】
塗料用アルミニウム粉末（ＪＩＳＫ５９０６）の１種（微粉）のリーフィングタイプとノンリーフィングタイプを１：１に混合した粉末を１０ｗｔ％含有する油性ペイントに粒子径０．１ミクロン以下の沈降性炭酸カルシウム粉末を０．１ｗｔ％加え、よく撹はんした後、厚さ２００ミクロンの塗膜をコンクリート製の建物表面に形成し、十分に乾燥させた後、水性の断熱塗料（クールサーム）を用いて、その直上に厚さ２ｍｍの塗膜を形成させることにより、夏場の大幅な冷房負荷の低減に成功し、すぐれた省エネルギー効果を得た。
【実施例２】
【０１００】
実施例１の塗膜の上に、更に触媒能力を調整されたアナタース型酸化チタンを含有する光触媒作用を持つペイントを厚さ３０ミクロン塗布することにより、長期にわたって汚れを生じない断熱塗膜を得た。省エネルギー効果は、実施例１のものと同等であった。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
各種建造物の外壁や屋根への塗装。
【０１０２】
各種プラント装置類や配管類の外面塗装。
【０１０３】
屋外設置用の各種冷暖房機器外箱の外面塗装。
【０１０４】
自動車のエンジンルームの内面塗装。
【０１０５】
断熱・遮熱を必要とする各種場所への塗装。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、夏場の太陽光によるビルや工場などの温度上昇を低下させ、したがって空調負荷を低減させ、使用電力量を低減させる能力を持つ、表面塗装用の断熱塗料による塗膜形成法に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００４−２０４０１７号公報
【非特許文献１】カンザス・シティズ・スター(Ｋａｎｓａｓ Ｃｉｔｙ'ｓ Ｓｔａｒ)１９９５．１０．２４、ｐＡ１〜Ａ３ 。
【非特許文献２】国立天文台編、「理科年表」丸善株式会社、１９８８年１１月３０日発行、ｐ．４７７、ｐ．４８０。
【非特許文献３】Ｒ．Ａ．Ｎｙｑｕｉｓｔ＆Ｒ．Ｏ．Ｋａｇｅｌ無機化合物の赤外スペクトル（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）、Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、１９７１、ｐ．２１５。
【非特許文献４】Ｗ．Ｈ．ギート著「基礎伝熱工学」、横堀進、久我修訳、丸善株式会社、１９６０年７月２０日発行、ｐ．２１８。
【非特許文献５】児玉正雄ほか編集、「塗料と塗装」増補版、パワー社、１９９４年２月発行、ｐ．３１。
【非特許文献６】垰田博史著「光触媒の本」、日刊工業新聞社、２００２年２月発行。
【非特許文献７】編集委員会編集「実用塗装・塗料用語辞典」、日本塗装技術協会、１９７６年１２月発行、ｐ．２２〜２３。
【非特許文献８】塗装技術協会編集「塗装技術ハンドブック」、日刊工業新聞社、１９８７年２月発行、ｐ．１１８、ｐ．９５８〜９６３。
【非特許文献９】「塗料原料便覧」第５版、日本塗料工業会、１９８７年４月発行、ｐ．１７５〜１７６、ｐ．１８０。
【非特許文献１０】伊藤征司郎編集「顔料の事典」、朝倉書店、２０００年９月発行、ｐ．１６８〜１７３、ｐ．２３２〜２３３。
【非特許文献１１】色材協会編集「色材工学ハンドブック」、朝倉書店、１９８９年１１月発行、ｐ．３０７〜３０８。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この発明は、断熱材粉末、無機顔料粉末を含む断熱塗料を建物表面などに塗布して塗膜を形成する際に、塗膜の遮熱性能を更に向上させる技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明は、断熱塗料を用いる際に、アルミニウム粉末を含むアルミニウムペイントをその下地に用いることにより、断熱塗膜の遮熱性能を更に向上させるものである。
【０００５】
断熱塗料については、非特許文献１にその大きな効果が広言されているが、厚さ１８０ミクロンの断熱塗膜が厚さ１５０〜２００ｍｍのガラス繊維断熱材の断熱性能に匹敵する性能を持つことはありえない。
【０００６】
なぜならガラス繊維断熱材の熱伝導率は０．０５〜０．１Ｗ／ｍ・Ｋであり、最良の断熱材である動かない空気のそれ（０．０２４Ｗ／ｍ・Ｋ）の２〜４倍である（非特許文献２）。
【０００７】
もし、厚さ０．２ｍｍの断熱塗膜が厚さ２００ｍｍのガラス繊維断熱材に匹敵する性能を持つとすれば、その断熱塗膜の熱伝導率はガラス繊維断熱材の熱伝導率の１／１０００の値を持たねばならない。
【０００８】
非特許文献８のｐ．９５８が明言するように、「薄い有機塗膜に断熱性をもたせることは不可能で、現在までのところ、本当の意味の断熱塗料というものはない」のが実状であり、
【０００９】
十分な断熱性を持たせるためには、吹き付け型断熱塗料を２０〜４０ｍｍの厚さに吹き付ける必要がある、と述べている。
【００１０】
しかし、非特許文献８のｐ．９６２では、更に「太陽熱防御塗料」の必要性を述べていて、従来このような目的にアルミニウム粉を主体としたシルバーペイントがよく使用されているが、アルミ粉は白色顔料より反射率が低く、しかも比較的短期間に酸化され著しく反射率が低下してしまう。したがって酸化チタンのような耐候性の良い白色顔料を大量に含んだ塗料を塗装する方が良い結果が得られる、とある。
【００１１】
一方、非特許文献１が示す断熱塗料は、その性能に誇大宣伝の数値を含むとはいえ、非特許文献８の言う「白色顔料を大量に含んだ塗料」よりは、すぐれた断熱性能を有するものである。
【００１２】
この断熱塗料は説明によれば、白色の無機顔料や造膜成分の外に、無機断熱材成分を含有するものであり、しかもこの無機断熱材成分はアメリカのＮＡＳＡがスペースシャトルの表面被覆用に開発したシリカに基づくものであると言われている。
【００１３】
他方、非特許文献７（ｐ２３）、非特許文献８（ｐ．１１８）、非特許文献１０（ｐ．２３２）、非特許文献１１（ｐ．３０８）には、アルミニウム粉末を含むアルミニウムペイントの性能について記述があり、「太陽光などの熱線をよく反射し、その内容物の温度上昇を防止する」、「光の反射、熱線の反射などの特性があり、被塗物内部の温度上昇を防止する」、「赤外、紫外線などの各光線の反射率が高く、構造物の保温、保冷効果が得られる」、「アルミニウムは紫外線や赤外線を含めて光をほとんど反射するので、内容物の保温や断熱性に優れた塗膜を得ることができる」とある。
【００１４】
現実にはアルミニウムペイントは、多くのプラントの配管などの塗装に用いられているとはいえ、断熱塗料よりも優れた性能を有するかどうか、疑問の余地がある。
【００１５】
なぜなら、非特許文献７には、「温度上昇を防止するので貯水タンクなどの塗装に用いられる」に続いて、「またよく熱を発散するので暖房用ラジエータなどの外面に塗装する」と書かれている。
【００１６】
すなわち、熱の侵入を防止する遮熱性能と、熱をよく発散する輻射性能とは、矛盾するものであり、両立することはありえないと考えられる。
【００１７】
熱が入りにくい塗膜は、熱が出ていきにくい性能を併せ持つはずである。
【００１８】
工場のトタン屋根の塗装などには、アルミニウムペイントよりも断熱塗料の方がよく用いられている。これは、断熱塗料の性能が普通の白色塗料やアルミニウムペイントよりも優れていることを示すものである。
【００１９】
特許文献１には、断熱塗膜を厚さ３ｍｍ程度に形成した後、その表面に無機白色顔料を含む塗料を数十ミクロンの厚さで形成することが述べられている。
【００２０】
発明者らの問題意識は、従来の断熱塗膜の遮熱性能をどのような工夫により、大幅に向上させることができるか、にある。
【発明の効果】
【００２１】
アルミニウム粉末を含有する安価な塗料を下地に用いることにより、その上に形成した断熱塗膜の遮熱性能を更に大きく向上させることができる。
【００２２】
塗膜の遮熱性能の向上は、建物への侵入熱量を大幅に削減し、冷房負荷の大きな削減をもたらすので、使用電力量の大幅な削減につながり、炭酸ガス発生量の削減とみなすことができる。
【００２３】
二層構造による断熱塗膜の形成は、それほどコスト上昇をもたらさず、コストアップに対して得られる費用対効果は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
「比較例１」
【００２５】
まず、塗膜の性能評価をするために、縦８０、横１００、高さ１００ｍｍの厚紙箱を作り、その五面に厚さ５ｍｍの発泡スチロール板を張り、その上面に評価試
料板を取り付け、テープで密封した。
【００２６】
この断熱箱に白熱ランプ（１００Ｗ）を１００ｍｍ離して直射させ、その時の箱内の温度上昇を箱内に設置した水銀温度計とストップウオッチで測定した。
【００２７】
水銀温度計は、評価試料の４ｃｍ下の中央部に設置し、水銀だめの部分に薄い黒色塗料をぬり、黒球温度計に近いものとした。
【００２８】
比較例試料として、Ｎｏ．１：黒色処理鉄板（厚さ２３０ミクロン）に耐火断熱レンガ（Ｂ−１）の粉末を１０ｗｔ％混ぜた白色エナメルを塗布、乾燥し、塗布量約１．４ｇとしたもの（塗膜約７５ミクロン厚さ）、Ｎｏ．２：同
上の黒色処理鉄板にアルミニウム粉末を１０ｗｔ％混ぜた白色エナメルを塗布、乾燥し、塗布量約１．４ｇとしたもの、Ｎｏ．３：Ｎｏ．１の試料の上に、更にＮｏ．２に用いたアルミニウム粉末入り塗料を塗布、乾燥したもの（塗布量約３ｇ）、Ｎｏ．４：Ｎｏ．２の試料の上にＮｏ．１に用いた断熱レンガ粉末入り塗料を塗布、乾燥したもの（塗布量約３．４ｇ）、Ｎｏ．５：Ｎｏ．１の黒色処理鉄板の上に、Ｎｏ．１に用いた塗料とＮｏ．２に用いた塗料とを１：１に混合して塗布、乾燥したもの（塗布量３．５ｇ）を用意した。
【００２９】
表１には、実験結果を示した。
［表１］ 比較試験結果
試料 温度上昇速度 最高温度（摂氏度）
Ｎｏ．１ ０．０６４ ３７．３
Ｎｏ．２ ０．０７９ ３６．３
Ｎｏ．３ ０．０８１ ３５．３
Ｎｏ．４ ０．０６２ ３４．４
Ｎｏ．５ ０．０７５ ３７．３
【００３０】
温度上昇速度は、温度と時間を対数目盛りでグラフにプロットした時の直線部分（３〜１０分の間）から求めた。
【００３１】
最高温度は、実験で温度上昇が停止した３０分後の温度である。
【００３２】
試料Ｎｏ．１は温度上昇速度が小さいとはいえ、最も最高温度が高い。
【００３３】
この事実から断熱塗料の単独塗膜では、それほど優れた性能を有しないことが明らかである。
【００３４】
試料Ｎｏ．２はアルミニウムペイントとみなすことができるが、温度上昇速度が大きく、最高温度も低くない。
【００３５】
この事実から、アルミニウムペイントの単独塗膜では、それほど優れた性能を有しないことが明らかである。
【００３６】
非特許文献７、８、１０、１１が推奨するアルミニウムペイント単独の塗膜の優れた性能は、一般論的なものであって、厳密な比較に基づくものではない。
【００３７】
最も低い最高温度を示す試料はＮｏ．４であり、温度上昇速度も最も小さい。
【００３８】
すなわち試料Ｎｏ．４は、アルミニウム粉末を含有する塗膜の直上に、断熱材粉末を含有する塗膜を形成したものである。
【００３９】
これに反して、試料Ｎｏ．４とは逆の塗膜構成の試料Ｎｏ．３の性能が試料Ｎｏ．４よりも劣る原因については現時点ではよくわからないが、温度上昇速度の大きいことがその一因であると考えられる。
【００４０】
また、断熱材粉末とアルミニウム粉末とを共存させた塗膜を持つ試料Ｎｏ．５の性能は芳しくないが、この理由についてはよくわからないとはいえ、やはり温度上昇速度が大きい。
【００４１】
これらの実験結果より、塗膜の遮熱性能を向上させるためには、二層構造とすることが望ましく、その場合、最下層にアルミニウム粉末を含有する塗膜、その直上に断熱材粉末を含有する塗膜を形成する構成とすることが有効であることがわかる。
「比較例２」
【００４２】
次に太陽光照射時の塗膜の表面温度測定結果について述べる。
【００４３】
試料は表１に示したＮｏ．３、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５の外に、Ｎｏ．２'として黒色処理鉄板上に白エナメルを１．３５ｇ塗布後、Ｎｏ．２に用いたアルミニウム粉末を含む白エナメルを２．６５ｇ塗布したものを用意した。
【００４４】
試料は地上１．５ｍの高さに二本の棒で作った水平台の上に水平に置き、塗膜面に太陽光を照射しながら、非接触表面温度計で、その表面および裏面（黒色処理鉄板）の温度を２時間にわたって１０分ごとに測定した（八月末午後、晴天）。
【００４５】
測定結果を表２に示した。
【００４６】
［表２］ 表面、裏面の平均温度（摂氏度）
試料 表面平均温度 裏面平均温度 温度差
Ｎｏ．２' ３６．２＋／−２．０ ３８．２＋／−１．４ ＋２．０
Ｎｏ．３ ３６．１＋／−１．７ ３８．１＋／−１．４ ＋２．１
Ｎｏ．４ ３６．０＋／−１．６ ３６．２＋／−１．３ ＋０．２３
Ｎｏ．５ ３７．１＋／−１．８ ３９．２＋／−１．７ ＋２．１
【００４７】
先に表１で最も優れた性能を示した試料Ｎｏ．４は、表面温度の測定結果でも最も優れた性能を示すことがわかる。
【００４８】
塗膜の表面温度からＮｏ．４の優位性を認めるには無理があるとはいえ、裏面の表面温度はＮｏ．４が最も低く、したがって表面と裏面の温度差が最も小さく、他の試料のそれらの約１／１０である。
【００４９】
この結果は、試料Ｎｏ．４が持つ優れた遮熱性能を実証するものである。
【００５０】
試料を裏返しにして、黒色鉄板に太陽光を照射した場合においても、表面よりも裏面の温度の方が高くなる実験結果が得られた。
【００５１】
この場合、裏面と表面の温度差（裏面−表面）は＋６．６〜７．３摂氏度と大きかった。
【００５２】
しかし、試料Ｎｏ．４の鉄板表面、および裏面の塗膜面の表面温度は最も低く、それぞれ２８．３＋／−１．１摂氏度、３４．９＋／−１．５摂氏度であった（同日）。
【００５３】
参考までに、同日のガレージのトタン屋根の表面および裏面の表面温度は、それぞれ３８．５摂氏度、３９．５摂氏度であった。
【００５４】
この比較実験結果から、断熱塗膜の性能評価をするには、塗膜の表面温度を測定するだけでは不十分であり、その裏側の温度あるいはそれに被覆された内部空間の温度を測定することが必要不可欠であると言える。
【００５５】
この実験結果は、一般論的にまとめれば、太陽光の照射によって表面から入射したエネルギーは裏側に蓄えられると考えても矛盾はない。
【００５６】
本発明による試料Ｎｏ．４は、そうした評価においても、優れた性能を発揮することが明らかである。
【００５７】
以上のように、従来の無機顔料成分、断熱材粉末、造膜成分などを含む断熱塗料を用いて断熱塗膜を建物などの表面に形成する際に、太陽光反射能力を持つアルミニウム粉末を含有する塗料を用いて最下層の塗膜を形成し、その直上に断熱塗膜を形成することにより、従来の断熱塗料だけによる塗膜よりもすぐれた遮熱性能を示す断熱塗膜の得られることがわかった。
【００５８】
このような性能の断熱塗膜を形成するに当たっては、アルミニウム粉末以外の成分に関しては、後に説明するように、特別に材料の種類を選択あるいは限定する必要はない。
【００５９】
アルミニウム粉末に関しても、リーフィングタイプあるいはノンリーフィングタイプ（非特許文献７ほか）のどちらかに限定する必要はなく、両者の混合物使用が望ましい。
【００６０】
なお、アルミニウム粉末を含有する塗料に関して言えば、その塗膜がいくらか微少気泡を含有することは、総合的な断熱・遮熱性能の向上から言って望ましいことである。
【００６１】
そのためには、使用前の塗料の撹はん時に生じる微少気泡を塗料内に保持できる気泡坦持物質粒子の共存が望ましい。
【００６２】
好適な気泡坦持物質粒子は、各種沈降性炭酸カルシウム（非特許文献１０、ｐ．１６８〜１７３）、各種沈降性炭酸マグネシウム（非特許文献９、ｐ．１８０）、水酸化アルミニウム（非特許文献１０、ｐ．１８０）の微少粉末（粒子直径０．１ミクロン以下）である。
【００６３】
これら微少粉末の添加量は、使用直前の液体状態塗料に対して、０．０３〜０．３ｗｔ％が好ましい。
【００６４】
添加量が０．０３ｗｔ％より少ないと気泡坦持効果が少なく、また０．３ｗｔ％より多すぎると、塗装作業がしづらくなる。
【００６５】
これらの炭酸塩や水酸化物は赤外線をよく吸収するので、塗装後の塗膜の乾燥時間を短縮できる。
【００６６】
水酸化カルシウムや水酸化マグネシウムは、空気中の炭酸ガスと反応し不安定であるので、用いることができない。
【００６７】
白色無機顔料に関しては、従来の白色無機顔料のどれを含有するものも用いることができる。
【００６８】
しかし一般的には、最も隠蔽力と安定性にすぐれるルチル型酸化チタンが広く用いられている。
【００６９】
一方酸化チタンには、アナタース型という別の結晶形を持つ物質も存在する。
【００７０】
従来、この結晶形の酸化チタンは、塗料に用いた時に、白亜化が著しく実用化が懸念されてきた（非特許文献５）。
【００７１】
しかし最近、この白亜化の原因がアナタース型酸化チタンの持つすぐれた光触媒作用によることが解明され、用い方を工夫すると、環境浄化触媒として使えることが明らかとなった。
【００７２】
また、その触媒能力を調整する技術も開発されている（非特許文献６）。
【００７３】
こうした光触媒機能を利用すると、塗膜の汚れが非常に長期間にわたって防止される。
【００７４】
したがって、今回の塗膜構成に用いる塗料にこのアナタース型酸化チタンを一部加えることは、すぐれた遮熱性能を得る上で、なんら妨げとなるものではない。
【００７５】
断熱材粉末についても、特別な物質を指定する必要はない。
【００７６】
なぜなら、断熱材の性能は先に述べたように、熱伝導率のみで決まるため、低い熱伝導率を持つ固体物質なら、どんな物質でも粉末にして用いることができる。
【００７７】
１０００度以下で用いられる耐火断熱レンガの粉末は気泡をたくさん含み、産業廃棄物であるので、安価に用いることができる。
【００７８】
造膜成分に関しても同様に、特定物質を指定する必要は無い。
【００７９】
無機系であれば、適当な低融点ガラスを用いると、５００度程度まで、使用に耐える塗膜を作ることができる。
【００８０】
有機物系では、対候性にすぐれるアクリル樹脂系、ウレタン樹脂系をはじめ、ビニル樹脂系、エポキシ樹脂系、アルキド樹脂系、アミノアルキド樹脂系、不飽和ポリエステル樹脂系などである。
【００８１】
耐熱性を要求される場合には、シリコン樹脂系を用いると、２５０度程度まで使用することができる。
【００８２】
分散媒体に関しては、水をはじめとして、有機物系分散媒体や溶剤も用いることができる。
【００８３】
しかし、環境問題を考慮すると、水系塗料の方が実用的にすぐれている。
【００８４】
水系の場合、造膜成分を溶解しないタイプ、すなわちエマルジョン系やディスパージョン系の塗料が主流となる。
【００８５】
もちろん、造膜成分を水溶性とするタイプの開発も可能である。
【００８６】
基本的には、ユーザーが各種市販品の中から、使いやすいものを選択するのが望ましい。
【００８７】
本発明は、その基本構造として最下層にアルミニウム粉末を含有する塗膜、その直上に断熱材粉末を含有する塗膜を形成することを特徴とするが、かならずしも二層構造に限定されるものではない。
【００８８】
使用場所により、着色を目的とした塗膜を更にその上に塗布することも不都合ではない。
【００８９】
光触媒作用を持つ塗膜をその上に薄く塗布することも可能である。
【００９０】
ビルや工場の夏の冷房負荷あるいは冬の暖房負荷を低減させることは、直ちに電力使用量の削減につながる。
【００９１】
特に、夏場の冷房は電力使用量が多大であるので、冷房負荷の低減はその効果が大きい。
【００９２】
昨今は、電力使用量の低減が、炭酸ガス発生量の緊急削減として取り上げられている。
【００９３】
したがって、あまりコストをかけずに済む塗料の塗布による断熱塗膜の形成は冷房負荷の低減に対しては最も好ましい方式の一つである。
【００９４】
たとえば、こうした断熱塗膜の形成により、建物への侵入熱量が塗膜の無い従来の建物の場合に比べていくら減少するかを、室内壁の表面温度や室内温度を比較することにより見積もることができる。
【００９５】
電力換算すると、電力１ｋＷは２２５０ｋｃａｌの熱量に相当する。
【００９６】
建物への侵入熱量の差分を電力換算すれば、削減できた使用電力料金を算出することができる。
【００９７】
建物の面積あるいは負荷が大きいほど、断熱塗膜による削減できる電力量も大きくなる。
【００９８】
個別例については、それぞれの具体的数値を用いて計算するしかないが、使用電力量が数十パーセント低下することもまれではない。
【実施例１】
【００９９】
塗料用アルミニウム粉末（ＪＩＳＫ５９０６）の１種（微粉）のリーフィングタイプとノンリーフィングタイプを１：１に混合した粉末を１０ｗｔ％含有する油性ペイントに粒子径０．１ミクロン以下の沈降性炭酸カルシウム粉末を０．１ｗｔ％加え、よく撹はんした後、厚さ２００ミクロンの塗膜をコンクリート製の建物表面に形成し、十分に乾燥させた後、水性の断熱塗料（クールサーム）を用いて、その直上に厚さ２ｍｍの塗膜を形成させることにより、夏場の大幅な冷房負荷の低減に成功し、すぐれた省エネルギー効果を得た。
【実施例２】
【０１００】
実施例１の塗膜の上に、更に触媒能力を調整されたアナタース型酸化チタンを含有する光触媒作用を持つペイントを厚さ３０ミクロン塗布することにより、長期にわたって汚れを生じない断熱塗膜を得た。省エネルギー効果は、実施例１のものと同等であった。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
各種建造物の外壁や屋根への塗装。
【０１０２】
各種プラント装置類や配管類の外面塗装。
【０１０３】
屋外設置用の各種冷暖房機器外箱の外面塗装。
【０１０４】
自動車のエンジンルームの内面塗装。
【０１０５】
断熱・遮熱を必要とする各種場所への塗装。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱材成分を含有する断熱塗料を建物や屋根などに塗布して塗膜を形成する際に、アルミニウム粉末を含有する塗料の塗膜をその最下層に形成することを特徴とする断熱塗膜形成法。
【請求項２】
アルミニウム粉末を含有する最下層塗膜の直上に、断熱材成分を含有する断熱塗料を用いて断熱層塗膜を形成することを特徴とする特許請求範囲第一項記載の断熱塗膜形成法。
【請求項３】
アルミニウム粉末を含有する塗料が液体状態で、沈降性炭酸カルシウムあるいは沈降性炭酸マグネシウムあるいは水酸化アルミニウム粉末あるいはそれらの任意の混合割合の混合粉末を０．０３〜０．３ｗｔ％含有することを特徴とする特許請求範囲第一項ないし第二項記載の断熱塗膜形成法。
【請求項１】
断熱材成分を含有する断熱塗料を建物や屋根などに塗布して塗膜を形成する際に、アルミニウム粉末を含有する塗料の塗膜をその最下層に形成することを特徴とする断熱塗膜形成法。
【請求項２】
アルミニウム粉末を含有する最下層塗膜の直上に、断熱材成分を含有する断熱塗料を用いて断熱層塗膜を形成することを特徴とする特許請求範囲第一項記載の断熱塗膜形成法。
【請求項３】
アルミニウム粉末を含有する塗料が液体状態で、沈降性炭酸カルシウムあるいは沈降性炭酸マグネシウムあるいは水酸化アルミニウム粉末あるいはそれらの任意の混合割合の混合粉末を０．０３〜０．３ｗｔ％含有することを特徴とする特許請求範囲第一項ないし第二項記載の断熱塗膜形成法。
【公開番号】特開２００７−９８２４８（Ｐ２００７−９８２４８Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９０２０２（Ｐ２００５−２９０２０２）
【出願日】平成１７年１０月３日（２００５．１０．３）
【出願人】（５０１２２２４５９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月３日（２００５．１０．３）
【出願人】（５０１２２２４５９）
【Ｆターム（参考）】
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