JPH06231868A - 発熱性粗粒およびそれを用いた発熱性構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 飛行場滑走路、道路、駐車場などの凍結防止
・積雪防止の用途に適し、経済的に有利で、かつ発熱性
能もすぐれている発熱性粗粒を提供すること、およびそ
の発熱性粗粒を用いた構造物を提供することを目的とす
る。 【構成】 砂利等の粗粒(C) の表面に、導電性粒子(A)
およびバインダー物質(B) からなる発熱性組成物(AB)の
層を形成してなる発熱性粗粒である。導電性粒子(A)
は、鱗状黒鉛粒子(a₁)を必須成分とするものであること
が望ましい。発熱性構造物は、地盤(1) 上に絶縁層(2)
を設け、さらにその絶縁層(2) の上から上記の発熱性粗
粒の層(3) を設けると共に電極(4) を設置し、さらにそ
の発熱性粗粒の層(3) の上に絶縁層(5) を設けたもので
ある。絶縁層(5) の上には、通常はさらに表面層(6) を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、砂利等の粗粒を用いた
発熱性粗粒に関するものである。また、その発熱性粗粒
の層を地盤上に設けた発熱性構造物に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】通電により発熱する性質を有する発熱性
組成物は、面状発熱体として種々の用途に使用できる。

【０００３】たとえば、塗料、敷物、道路標識、カーブ
ミラー、自動車、自動車用シート、スキーリフト、屋
根、道路、駐車場、床材、内装材、室内装置品、パイ
プ、製図板、冷蔵庫、便座、ヘルメット、複写機、容
器、サーミスタ、サーマルヘッドをはじめ、暖房、融
雪、凍結防止、加熱、予熱、保温、乾燥、防曇、除霜な
どが要求される多種の用途に使用できる。

【０００４】一般に発熱性組成物は導電性粒子とバイン
ダー物質とからなる。導電性粒子としては粒子状や繊維
状の種々の材料が用いられるが、これらのうち導電性粒
子としてグラファイト（黒鉛）を用いる文献の代表的な
ものを下記に列挙する。

【０００５】・特開昭５６−５３７８１号公報 導電性粒子として、グラファイト、カーボンブラック、
酸化第一銅、二酸化鉛、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、酸化
ルテニウム等を用いた面状発熱体。 ・特開昭５９−９８４９０号公報 グラファイトとカーボンブラックとの二成分導電剤を使
用し、ホットメルト接着剤を使用した面状発熱体。 ・特開昭６０−１３５９５０号公報 グラファイトペーストを支持体に塗布したマスク。 ・特開昭６２−１３１４９２号公報 黒鉛ペースト製造時に、金属粉、カーボンブラック等を
混合した可撓性面ヒータ。 ・特開昭６２−１９９６６３号公報 カーボンブラックおよび／またはグラファイトを用いた
導電性塗料組成物。 ・特開昭６３−１１０５９０号公報 導電性カーボンブラックおよび黒鉛を併用した面状発熱
体。 ・特開昭６３−１３８６８５号公報 グラファイト、カーボンブラック、金属などを用いた面
発熱体抵抗ペースト。 ・特開平１−１０７４８８号公報 球状体炭素（メソカーボンマイクロビーズ）、球状体黒
鉛粒を用いた導電性発熱体。 ・特開平１−１０８２７６号公報 球状体炭素（メソカーボンマイクロビーズ）、球状体黒
鉛粒を用いた導電性発熱性塗料。 ・特開平３−４７７８８号公報 芳香族ポリアミドと導電性カーボンとの組成物の面に、
熱硬化性樹脂と天然黒鉛とを含む塗料の硬化被膜を形成
した抵抗性組成物膜。 ・特開平３−１５６８７５号公報 カーボンまたはグラファイト発熱体を、特定の酸化物の
パイプで被覆した非金属発熱体。 ・特開平３−１９５７８２号公報 金属酸化物と球状体炭素（球状黒鉛）とを併用した導電
性発熱体。 ・実開昭６２−１８００４３号公報 カーボン粉および金属粉を配合した発熱塗料。

【０００６】一方、バインダー樹脂としては、上に引用
した文献（公報）においては、シリコーン系樹脂、ホッ
トメルト接着剤、ポリビニルアルコール、フッ素ゴム、
ウレタンゴム、ビニリデンフルオライド−テトラフルオ
ロエチレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル樹脂、アク
リル樹脂、ポリエチレン樹脂、セルロース系樹脂、ポリ
ウレタン、ビニル系樹脂、ポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエステル、エポ
キシ樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンサ
ルファイド、シリコーン、ポリフロン樹脂、ポリチタノ
カルボシラン樹脂などが用いられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】発熱性組成物の応用用
途のうち、飛行場滑走路、道路、駐車場、競技場など広
大な面積を占有する用途には、通常の発熱性組成物では
コスト負担が極端に過大となって実用化が妨げられる。

【０００８】またコストの点は考慮外としても、一般の
発熱性組成物では通電量に比し発熱効率が不足したり局
部加熱を起こしたりするなど、発熱性能の点で問題があ
る。

【０００９】本発明は、このような背景下において、飛
行場滑走路、道路、駐車場などの凍結防止・積雪防止の
用途に適し、経済的に有利で、かつ発熱性能もすぐれて
いる発熱性粗粒を提供すること、およびその発熱性粗粒
を用いた構造物を提供することを目的とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の発熱性粗粒は、
砂利等の粗粒(C) の表面に、導電性粒子(A) およびバイ
ンダー物質(B) からなる発熱性組成物(AB)の層を形成し
てなるものである。

【００１１】また本発明の発熱性構造物は、地盤(1) 上
に絶縁層(2) を設け、さらにその絶縁層(2) の上から上
記の発熱性粗粒の層(3) を設けると共に電極(4) を設置
し、さらにその発熱性粗粒の層(3) の上に絶縁層(5) を
設けてなるものである。この場合、絶縁層(5) 上にさら
に表面層(6) を設けることが多い。

【００１２】以下本発明を詳細に説明する。

【００１３】〈粗粒(C) 〉粗粒(C) としては、砂利、砕
石、コンクリート片、ガラス片、瓦片、煉瓦片、プラス
チックス片、木片などが用いられる。

【００１４】〈導電性粒子(A) 〉導電性粒子(A) として
は、鱗状黒鉛粒子(a₁)を必須成分とし、導電性膠状炭素
(a₂)、金属粒子(a₃)、金属塩(a₄)または金属酸化物(a₅)
を任意成分とするものが用いられる。

【００１５】鱗状黒鉛粒子(a₁)としては、その長径が３
００μm 以下、好ましくは５〜５０μm で、その短径が
２００μm 以下、好ましくは３〜３０μm のものが好適
に用いられる。黒鉛粒子には鱗片状、球状、土状など他
の粒子形状のものがあるが、鱗状黒鉛粒子が本発明の目
的に最適であるので、鱗状黒鉛粒子以外のものを用いる
場合でも、鱗状黒鉛粒子と共に併用すべきである。

【００１６】導電性膠状炭素(a₂)としては、導電性を有
する膠状の炭素が用いられるが、ケッチェンブラックが
特に重要である。導電性膠状炭素(a₂)の適量の配合は、
鱗状黒鉛粒子(a₁)の発熱性能を最大限に発揮させる。

【００１７】金属粒子(a₃)としては、銅、ニッケル、ク
ロム、コバルト、銀、鉄などが用いられ、コスト、酸化
されにくい性質などを考慮すると、ニッケル、クロムま
たはコバルトが実用性が高い。金属粒子(a₃)の形状は球
状のものが特に好適である。金属粒子(a₃)の粒径は、３
００μm 以下、好ましくは１００μm 以下、殊に 0.5〜
１５μm とすることが望ましい。

【００１８】金属塩(a₄)としては、鉄、銅、ズズ、ナト
リウム、ニッケル、クロム、コバルトなどのハロゲン化
合物（たとえば塩化スズや塩化ニッケル）、カリウム、
アルミニウム、バリウムなどのチタン酸化合物などが用
いられる。

【００１９】金属酸化物(a₅)としては、鉄、ニッケル、
クロム、コバルト、銅などの金属の酸化物が用いられ、
特に酸化ニッケルが重要である。金属酸化物(a₅)の粒径
は、３００μm 以下、好ましくは１００μm 以下、殊に
２〜１５μm とすることが望ましい。

【００２０】〈バインダー物質(B) 〉バインダー物質
(B) としては、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、
アルキッド樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ビ
ニル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹
脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリチタノ
カルボシラン樹脂、フッ素系樹脂、セルロース系樹脂を
はじめとする有機系バインダーや、石灰セメント、ケイ
酸セメント、マグネシウムセメント等のセメント、生石
膏、焼石膏、石膏セメントをはじめとする無機質系バイ
ンダーが用いられる。

【００２１】〈発熱性粗粒〉本発明の発熱性粗粒は、砂
利等の粗粒(C) の表面に、導電性粒子(A) およびバイン
ダー物質(B) からなる発熱性組成物(AB)の層を形成して
なるものである。そのような発熱性粗粒は、砂利等の粗
粒(C) 、導電性粒子(A) およびバインダー物質(B) を、
必要に応じて稀釈剤や添加剤と共に、適宜の手段で混合
することにより得られる。

【００２２】発熱性組成物(AB)における導電性粒子(A)
とバインダー物質(B) との配合割合は、重量比で９３：
７〜５５：４５に設定することが望ましい。導電性粒子
(A)の過少は発熱性能の不足を招き、高い電圧を印加し
なければ発熱しないようになる。一方バインダー物質
(B) の過少は、塗膜や成形物の強度不足を招く。特に好
ましい範囲は、８５：１５〜６０：４０である。

【００２３】導電性粒子(A) に占める鱗状黒鉛粒子(a₁)
の割合は２０重量％以上でかつバインダー物質(B) に対
する鱗状黒鉛粒子(a₁)の割合は２０〜８５重量％となる
ようにすることが特に望ましい。これらの範囲からはず
れると、所期の発熱性能が得られないからである。

【００２４】鱗状黒鉛粒子(a₁)と共に導電性膠状炭素(a
₂)、球状金属粒子(a₃)、金属塩(a₄)または金属酸化物(a
₅)を併用するときは、鱗状黒鉛粒子(a₁)：導電性膠状炭
素(a₂)は重量比で９９：１〜６０：４０とし、鱗状黒鉛
粒子(a₁)：（球状金属粒子(a₃)、金属塩(a₄)または金属
酸化物(a₅)）の重量比は８０：２０〜２０：８０とする
ことが望ましい。

【００２５】発熱性組成物(AB)は、粗粒(C) の表面に５
０〜２００μm 程度の厚さに形成することが望ましい
が、必ずしもこの範囲に限られるものではない。

【００２６】各成分の配合に際しては、そのほか、稀釈
剤（溶剤等）、沈降防止剤（ポリマー類、ベントナイ
ト、微粉末シリカ等）、分散剤（界面活性剤等）、安定
剤（酸化防止剤等）、レベリング剤、発泡剤、フィラ
ー、着色剤、補強繊維、乾性油、半乾性油、柔軟化剤
（エチレングリコール等）などを配合することもでき
る。

【００２７】〈発熱性構造物〉地盤(1) 上に絶縁層(2)
を設け、さらにその絶縁層(2) の上から上記の発熱性粗
粒の層(3) を設けると共に電極(4) を設置し、さらにそ
の発熱性粗粒の層(3)の上に絶縁層(5) を設けることに
より、本発明の発熱性構造物が得られる。

【００２８】地盤(1) としては、地面、砕石等の打設
面、コンクリート打設面などがあげられる。絶縁層(2)
としては、プラスチックスシート層、ゴムシート層、有
機または無機の防水ないし絶縁塗料施工面などがあげら
れる。

【００２９】絶縁層(2) 上に設ける発熱性粗粒の層(3)
の層厚は２０〜１００mm程度とすることが多い。

【００３０】電極(4) および端子は、金属箔、金属打ち
抜き板、金属線、銀ペーストなど導電性の高いもので形
成する。広域に発熱させることを考慮して、電極(4) は
櫛形などに設置する。通電は交流であっても直流であっ
てもよい。この電極(4) は、発熱性粗粒の層(3) の下面
側または上面側あるいは中間に設ける。

【００３１】絶縁層(5) としては、プラスチックスシー
ト層、ゴムシート層、有機または無機の防水ないし絶縁
塗料施工面などがあげられる。

【００３２】絶縁層(5) の上からは、コンクリート打設
面、コンクリート板設置面、瀝青質施工面、土砂などの
表面層(6) を適宜形成することができる。

【００３３】

【作用】図１は本発明の発熱性粗粒を模式的に示した説
明図である。個々の発熱性粗粒にあっては、砂利等の粗
粒(C) の表面には導電性粒子(A) およびバインダー物質
(B) からなる発熱性組成物(AB)の層が形成されており、
それと接触する他の発熱性粗粒との間で発熱性組成物(A
B)の層同士が接触できるようになっている。

【００３４】この発熱性粗粒は現場において地盤(1) 上
に絶縁層(2) を介して施工することにより発熱性粗粒の
層(3) となすことができ、また発熱性粗粒の層(3) とし
た段階では、砂利等の粗粒(C) は構造材としての役割を
果たす上、最小限の発熱性組成物(AB)の量で広域を覆う
ことができる。

【００３５】発熱性粗粒の層(3) は、地盤(1) 上に絶縁
層(2) を介して施工する関係上、重量物が通行しても断
続しないような厚さを要するが、発熱性組成物(AB)の層
自体は薄いので、電気伝動性の点では単に発熱性塗料を
同じ厚さに施工するよりも発熱および蓄熱効果が大き
く、好結果が得られる。

【００３６】このように本発明の発熱性粗粒にあって
は、砂利等の粗粒(C) と、導電性粒子(A) およびバイン
ダー物質(B) からなる発熱性組成物(AB)の層とが巧みに
影響を及ぼし合って相乗作用を発揮するのである。

【００３７】しかも、導電性粒子(A) として鱗状黒鉛粒
子(a₁)を用いると、そのすぐれた導電性およびその特異
な粒子形状により、すぐれた発熱性能が示される。

【００３８】導電性膠状炭素(a₂)は、これを適量配合す
ることにより、鱗状黒鉛粒子(a₁)の導電性能を最大限に
発揮させる。殊に、電気抵抗値の調整の点および低電圧
において高温度を発現させる点で効果がある。

【００３９】金属粒子(a₃)は、鱗状黒鉛粒子(a₁)の有す
る発熱性能を補完し、より安定した発熱性を発揮させる
のに貢献する。

【００４０】金属塩(a₄)と金属酸化物(a₅)の存在は、発
熱温度の自己制御能力を高める上で有利である。

【００４１】

【実施例】次に実施例をあげて本発明をさらに説明す
る。以下「部」、「％」とあるのは重量基準で表わした
ものである。

【００４２】実施例１ 図２は本発明の発熱性構造物の一例を模式的に示した説
明図である。

【００４３】 〈発熱性粗粒〉 導電性粒子(A) として、下記の粒子を均一に混合したものを準備した。 ・長径３０μm 、短径８μm の鱗状黒鉛粒子 ４０部、 ・粒径５〜１５μm の球状のケッチェンブラック粒子 ５部、 ・粒径 0.5〜 5.0μm の球状のニッケル粒子 ４５部、 ・粒径 0.5〜 5.0μm の球状のクロム粒子 １０部

【００４４】バインダー物質(B) として、下記処方の樹
脂ワニスを均一に混合したものを準備した。 ・シリコーン樹脂ワニス 11.3部 ・メラミン変性アルキッド樹脂ワニス 3.8部 ・エポキシ樹脂ワニス 1.9部

【００４５】上記の導電性粒子(A) １００部に、上記の
バインダー物質(B) ３０部、稀釈溶剤５０部（キシレン
２５部、メチルイソブチルケトン２０部、酢酸エチル５
部）、および少量の沈降防止剤、安定剤、チクソトロピ
ック性付与剤を混合した後、粗粒(C) の一例としての砂
利４２０部と均一に混合し、加熱乾燥して、粗粒(C)の
表面に導電性粒子(A) およびバインダー物質(B) からな
る発熱性組成物(AB)の層が形成された発熱性粗粒を製造
した。

【００４６】〈発熱性構造物〉地盤(1) の一例としての
コンクリート打設面上に絶縁層(2) の一例としての厚さ
１２０μm のポリエステルフィルムを敷き、その上に上
記で得た発熱性粗粒を混合しながら吐出し、引き続きロ
ーラー車で押しつけて空隙の減少および平滑化を図るこ
とにより、厚さ約６０mmの発熱性粗粒の層(3) を形成さ
せた。

【００４７】ついでこの発熱性粗粒の層(3) 上に、打ち
抜きにより櫛形に形成したアルミニウム板製の電極(4)
（電極間距離２００mm）を置き、その上から絶縁層(5)
の一例としての厚さ約５mmのゴムシートを敷設すると共
に、さらにその上にコンクリートミキサー車からコンク
リートを流し、放置により硬化させて表面層(6) の一例
としての厚さ約１００mmのコンクリート打設層を形成さ
せた。

【００４８】これにより、地盤(1) ／絶縁層(2) ／発熱
性粗粒の層(3) ／電極(4) ／絶縁層(5) ／表面層(6) の
層構成を有する図２に示した発熱性構造物が得られた。

【００４９】この発熱性構造物の電極(3) に１００ボル
ト電源から電流を流したところ、マイナス１０℃の気温
下において、およそ４０分間で約５℃にまで表面温度を
上げることができ、その温度を維持するために要する電
力量は１平方メートル当り２５０ワットにすぎなかっ
た。

【００５０】この発熱性構造物は、凍結防止または積雪
防止機能を有する飛行場滑走路、道路（一般道路や高速
道路）、橋、駐車場、競技場、あるいは暖房可能な畜舎
床面などとして有用である。

【００５１】実施例２ 〈発熱性粗粒〉 ・長径３０μm 、短径８μm の鱗状黒鉛粒子 ２７部、 ・粒径５〜１５μm の球状のケッチェンブラック粒子 ４部、 ・粒径 0.5〜 5.0μm の球状のニッケル粒子 ２７部、 ・粒径 0.5〜 5.0μm の球状のクロム粒子 １４部、 ・粒径１０〜１５μm のチタン酸バリウム粒子 ２１部、 ・粒径２〜５μm の酸化ニッケル粒子 ７部

【００５２】上記の導電性粒子(A) １００部に、固形分
濃度５０％のアクリルエマルジョンからなるバインダー
物質(B) ７０部を混合した後、粗粒(C) の一例としての
砂利３９０部と均一に混合し、加熱乾燥して、粗粒(C)
の表面に導電性粒子(A) およびバインダー物質(B) から
なる発熱性組成物(AB)の層が形成された発熱性粗粒を製
造した。

【００５３】〈発熱性構造物〉地盤(1) の一例としての
コンクリート打設面上に絶縁層(2) の一例としての厚さ
１２０μm のポリエステルフィルムを敷き、その上に上
記で得た発熱性粗粒を混合しながら吐出し、引き続きロ
ーラー車で押しつけて空隙の減少および平滑化を図るこ
とにより、厚さ約６０mmの発熱性粗粒の層(3) を形成さ
せた。

【００５４】ついでこの発熱性粗粒の層(3) 上に、打ち
抜きにより櫛形に形成したアルミニウム板製の電極(4)
（電極間距離２００mm）を置き、その上から絶縁層(5)
の一例としての厚さ約１mmのポリプロピレンシートを敷
設すると共に、さらにその上にコンクリートミキサー車
からコンクリートを流し、放置により硬化させて表面層
(6) の一例としての厚さ約５０mmのコンクリート打設層
を形成させた。

【００５５】このようにして得られた発熱性構造物は、
実施例１の場合と同様の用途に好適である。

【００５６】実施例３ 地盤(1) の一例としての温室の地面に絶縁層(2) の一例
としての厚さ約１mmのポリプロピレンシートを敷き、そ
の上から実施例２の発熱性粗粒を混合しながら吐出し、
引き続き整地機ランマーで振動を与えながら空隙の減少
および平滑化を図ることにより、厚さ約３０mmの発熱性
粗粒の層(3) を形成させた。

【００５７】ついでこの発熱性粗粒の層(3) 上に、打ち
抜きにより櫛形に形成したアルミニウム板製の電極(4)
（電極間距離２００mm）を置き、その上から絶縁層(5)
の一例としての厚さ約１mmのポリプロピレンシートを敷
設すると共に、さらにその上に表面層(6) の一例として
の土を約３００mm厚さに入れた。このようにして得られ
た発熱性構造物は、温室用の地盤として有用である。

【００５８】

【発明の効果】作用の項でも述べたように、本発明の発
熱性粗粒は現場において地盤(1) 上に絶縁層(2) を介し
て施工することにより発熱性粗粒の層(3) となすことが
でき、また発熱性粗粒の層(3) とした段階では、砂利等
の粗粒(C) は構造材としての役割を果たす上、最小限の
発熱性組成物(AB)の量で広域を覆うことができる。この
ように現場施工性、経済性の点ですぐれている上、通電
量に比し発熱効率が良好で、昇温速度も速いなど、発熱
性能もすぐれている。

【００５９】よって本発明の発熱性構造物は、飛行場滑
走路、道路、駐車場、橋、競技場などにおける凍結防止
・積雪防止、畜舎床面の暖房、温室用の地盤などの用途
に最適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発熱性粗粒を模式的に示した説明図で
ある。

【図２】本発明の発熱性構造物の一例を模式的に示した
説明図である。

【符号の説明】

(A) …導電性粒子、 (B) …バインダー物質、 (AB)…発熱性組成物、 (C) …粗粒、 (1）…地盤、 (2) …絶縁層、 (3) …発熱性粗粒の層、 (4) …電極、 (5) …絶縁層、 (6) …表面層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】砂利等の粗粒(C) の表面に、導電性粒子
   (A) およびバインダー物質(B) からなる発熱性組成物(A
   B)の層を形成してなる発熱性粗粒。
2. 【請求項２】導電性粒子(A) が、鱗状黒鉛粒子(a₁)を必
   須成分とし、導電性膠状炭素(a₂)、金属粒子(a₃)、金属
   塩(a₄)または金属酸化物(a₅)を任意成分とするものであ
   る請求項１記載の発熱性粗粒。
3. 【請求項３】地盤(1) 上に絶縁層(2) を設け、さらにそ
   の絶縁層(2) の上から請求項１の発熱性粗粒の層(3) を
   設けると共に電極(4) を設置し、さらにその発熱性粗粒
   の層(3) の上に絶縁層(5) を設けてなる発熱性構造物。
4. 【請求項４】絶縁層(5) 上にさらに表面層(6) を設けて
   なる請求項３記載の発熱性構造物。