JPH10512319A - 二つの波長領域で反射する特性および第三の波長領域で吸収する特性を有する塗料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 可視領域で明るく着色されたときでさえも、通常の方法で熱放射領域でエネルギーを再び放出することなく、太陽スペクトルの近赤外領域からエネルギーを得ることができる、二つの波長領域で反射する特性と第三の波長領域で吸収する特性を有する塗料。

Description

【発明の詳細な説明】 二つの波長領域で反射する特性および第三の波長領域で 吸収する特性を有する塗料 公知の塗料、例えば、家屋の内部に用いる壁塗料は結合剤、顔料および各種の 添加剤で構成されている。ほとんどの場合、壁からの光の反射を利用するため白 色の壁塗料が好ましい。 うすく着色した壁で生じる室内の光の反射に加えて、冬期は、室内の物体と家 屋の内壁からおよび室内の人間から発する熱線を反射して部屋の外壁の内側に戻 すことが望ましい。20℃の温度で家屋の内壁は下記式で表される熱エネルギーを 放射する。 Ｍ＝ε.σ.Ｔ⁴＝ 397Mm^-2 式中、εは表面放射度（degree of surface emission）であり、σはシュテフ ァン・ボルツマン定数で5.67×10^-8であり、そしてＴは表面温度（Ｋ）である。 ウィーンの法則によれば、上記温度に関連する波長は9.89μｍであるが、これは 熱赤外線の領域の波長である。このことは、壁が、プランクの放射の法則にした がって、9.89μｍの波長の最大放射を放出することを意味する。家屋内で用いら れる塗料は５〜100μｍの波長の熱放射を著しく吸収するので、上記熱放射の約 ５％しか外壁の反対側の内側から反射されない。残りの95％は壁の熱伝導によっ て外側へ運ばれ部屋から失われる。 太陽が冬期に照ると、一年のうちこの時期の太陽の位置は低いので、日射光は 、例えば家屋の南に面している窓を通って内壁に当たり、次に日射光の0.3〜2.5 μｍのスペクトル領域での壁塗料の反射特性にしたがって吸収され、次いで対応 して熱に変換される。 それにもかかわらず、通常の壁塗料には、太陽スペクトルの可視領域を超えて 近赤外光の領域の0.8〜2.5μｍも反射する。したがって、可視領域の“白”色と 同様に、この波長領域内の太陽エネルギーの大部分を反射する。さらに通常の塗 料に用いられる顔料と結合剤は熱赤外領域すなわち熱放射領域に強い吸収バンド をもっている。太陽日射から得ることができる熱の95％までが熱放射として直ち に放出される。 この熱は室内に存在しているが、その部屋は太陽が照っているときしか暖かく ない。近赤外の領域のエネルギー収量は小さく、特に表面から直ちに95％の熱が 放出するので、エネルギー利得は、次の夜のため貯えることは全くできない。 同様のことが家屋壁の外面にあてはまる。可視の白色と淡色の塗料色が主とし て外観のために用いられる。その着色が内部の塗料と類似していると、その塗料 も太陽光の近赤外スペクトルの反射率が高い、内壁塗料と同様に、外壁塗料の熱 赤外の領域すなわち熱放射の領域の反射率が低い。 通常用いられる結合剤と顔料はこの波長領域の吸収バンドが強いので、その壁 塗料内で太陽光から熱に変換された熱の95％が再び放出される。 本発明の目的は、簡単な方法で、冬期に、家屋の熱バランスに利用しうる直射 日光と拡散日光を確実に取り込み、一方では、通常の方法で考えられる、例えば 淡色のような家屋壁の色設計において美的感覚に訴えることができるようにする ことである。 この目的は請求の範囲１の特徴で解決される。 本発明は、電磁スペクトルの可視領域0.4〜0.7μｍで反射し、かつ近赤外領域 0.75〜2.5μｍで吸収するように製造することができる塗料に関する。本発明の 塗料は、熱赤外領域３〜100μｍ、特に５〜50μｍすなわち温度が０〜30℃の表 面が最大の放射を行う波長領域で反射率が高くて吸収度が低い。このことは、本 発明の塗料がこの波長領域で熱放射率が低いことを意味する。 この場合、可視領域で白色の明るい塗料を製造するため、顔料としては、可視 領域で透光性でかつ結合剤より屈折率が高いことから可視領域で後方散乱が高く なり、その結果白色で明るい顔料で選択される。 選択される顔料は、近赤外領域0.75〜2.5μｍで多少吸収し、そして熱赤外領 域の特に５〜50μｍの領域はやはり大部分透過し、したがって、熱放射はほとん ど吸収しない。本明細書の以下の部分では、これら顔料は、他の添加物から区別 するため第二粒子と呼ぶ。 熱赤外領域５〜50μｍでの反射性を得るため、りん片状顔料を結合剤に添加す る。そしてその顔料の反射力Ｒは下記式： で表され、40％より大であり特に60％より大きい。式中、ｎは顔料の屈折率であ り、ｋは吸収係数である。以下、本明細書では、明確にするため、これら顔料を 第一粒子と呼ぶ。 これらの顔料の反射性はバンド幅が広く、すなわちこれら顔料は近赤外領域と 熱赤外領域のみならず可視領域でも反射する。それにもかかわらず、これら顔料 の熱赤外領域での反射性だけが要望されかつ可視領域での反射性はできるだけゼ ロに近くなければならない。 このことは、一方では、第一粒子に第二粒子を直接コートするかまたは結合剤 中で自由コーティングを行うことによって達成される。さらに、第一粒子のフレ ークは、感知される色が灰色化する原因に余りならないようにできるだけ大きい サイズのものを選択することが有利であることが分かった。 本発明の塗料の近赤外領域0.75〜2.5μｍすなわち可視波長領域を越える領域 での所望の吸収性は、一方では第二粒子自体でもたらされ、他方では塗料の色を うすくする別の粒子でもたらされる。 上記の別の粒子は、可視領域のスペクトルを選択して、別個の色すなわち例え は赤、緑または青色があるときだけ反射性であり、かつ近赤外領域では吸収性が 高く、そしてこの領域での第一粒子の反射性に対する影響をできるだけ小さくす るため熱赤外領域での透光性が高いよう選択される。 前記顔料が分散される結合剤の選択は、処理される面によって決まる。しかし 、結合剤は、特に、可視波長領域および熱赤外波長領域で後方散乱作用または反 射作用を行えるようにこれらの波長領域で透光性が高くなければならない。近赤 外波長領域に、結合剤は吸収バンドをもっている場合が有利である。 壁面の場合、分散結合剤は活発に通気するので有利であることが分かった。特 に、ポリエチレン系の分散物の混合物および少量のアクリル系分散物含有ポリエ チレンオキシドの混合物が本発明の塗料用に適している。 金属面の場合、例えば温室用の金属製窓フレーム、金属製ファサードおよび金 属構造体の内側と外側の金属面の場合、溶媒を含有する、例えば環化ゴムおよび 水添炭化水素樹脂のような結合剤が一層適切である。なお水添炭化水素樹脂は内 側でのみ使用することが好ましい。 本発明の概念のさらに有利な展開は、第一粒子を、例えばアルミニウム、銅、 銀、金、ニッケル、亜鉛、鉄のような金属群；例えばスプンレス鋼、黄銅、青銅 のような金属の合金；例えばケイ素、ゲルマニウムのような半導体群；または例 えばドープされたケイ素のようなドープされた半導体群から選択することによっ て行われる。 本発明の概念のさらに有利な展開は、第一粒子が導電性であり、そして耐薬品 性を増大しかつ光沢度を増大するため別の導電性の薄層でコートすることによっ て行われる。 本発明の概念のさらに有利な展開は、第一粒子が導電性であり、かつ着色する 非導電性薄層でコートすることによって行われる。 本発明の概念のさらに有利な展開は、第一粒子が例えばプラスチックのフレー クまたはマイカプレートのような非導電性物質で構成され、そして例えばドープ された酸化スズ、酸化インジウムスズまたは酸化アンチモンのような導電性コー ティングで被覆することによって行われる。 本発明の概念のさらに有利な展開は、第二粒子を、例えば硫化鉛および硫化亜 鉛のような金属硫化物；例えばセレン化亜鉛のような金属セレン化物；例えば塩 化ナトリウムおよび塩化カリウムのような塩化物；例えばフッ化カルシウム、フ ッ化リチウム、フッ化バリウムおよびフッ化ナトリウムのようなフッ化物；例え ばアンチモン化インジウムのようなアンチモン化物；例えば酸化マグネシウム、 酸化アンチモンおよび酸化亜鉛のような金属酸化物；チタン酸バリウム；亜鉄酸 バリウム；純品の硫酸カルシウムＣａＳＯ₄：沈降硫酸バリウム；ならびに硫酸 バリウムと硫化亜鉛の混晶例えばリトボンから選択することによって行われる。 本発明の概念のさらに有利な展開は、第二粒子を無機着色顔料から選択すると き、第二粒子が、金属酸化物類例えば酸化鉄類、特に透光性酸化鉄類；赤色酸化 鉄類と黄色酸化鉄類例えばＢＡＳＦのシコトランス(Sicotrans)配合物；Bayerの α鉄酸化物類；酸化鉄黒色顔料類たとえばピグメントブラック11；酸化クロム類 たとえば酸化クロムグリーン；専科クロム類たとえば酸化クロムグリーン；酸 化鉛類たとえば赤色鉛；酸化モリブデン類；混合金属酸化物類；および鉄青色顔 料類たとえば微細結晶Ｆｅ（II）Ｆｅ(III)シアニド錯体類に基づいたDegussaの ボッセン・ブルー（vossenblue）であり；ならびに第二粒子を有機顔料群から選 択するとき、第二粒子が、ジアゾ顔料類；インジゴ顔料類とくにチオインジゴ誘 導体類たとえば７，７′−ジクロロチオインジゴ、およびフタロシアニンである ことによって行われる。 本発明の概念のさらに有利な展開は、結合剤として次のようなものを用いるこ とによって行われる。すなわち、溶媒含有結合剤、ウォーターラッカーまたは水 性分散液であり、環化ゴム、塩素ゴム、ブチルゴム、炭化水素樹脂、α−メチル スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリエステルアミド、アクリル酸ブチル 系のアクリル樹脂、ポリアクリレート、特にポリブチルアクリレート類、ポリエ チレンオキシド系の水性分散液、エチレン−アクリル酸共重合体系の水性分散液 、メタクリレート系の水性分散液、アクリレート−スチレン、ビニルピロリジン 、−ビニルアセテート共重合体、アタクチックポリイソプロピルアクリレート、 ポリビニルピロリジン系の水性分散液または上記分散液とラッカーの混合物であ る。 本発明の主題を、実施例を参照して実験のわく内で以下に詳細に説明する。 本発明の塗料の効果を、南に面している窓に向かいあった内壁について説明す る。 下記組成の分散混合物を調製した。 200g 固形分40％のポリエチレン分散液 200g 固形分40％のポリエチレンオキシド分散液 20g 固形分40％アクリル樹脂分散液 2g 消泡剤 30g 増粘剤 240g 水 200g 硫化亜鉛 200g 酸化亜鉛 5g 酸化クロムグリーン 80g りん片状アルミニウムブロンズ この混合物によって、明るい黄緑色の壁塗料が得られ、これを壁の一部に塗布 した。その塗料が乾燥してから太陽光を照射した後、壁の未処理部分と塗装部分 の表面温度を測定した。熱は壁に対し伝導するにもかかわらず、本発明の塗料を 塗布した壁の部分は残りの部分より温度が15℃高かった。 同じ試験を別の１組成物で繰返した。二酸化クロムグリーンの代わりにBayer の赤色α鉄酸化物を使い、アルミニウムブロンズの代わりにドープされたケイ素 粒子を使用した。うすい赤色の明るい色の混合物が生成した。太陽光を照射した 後、温度を測定したところ、この塗料を塗布した壁は未処理の壁と比べて12℃高 かった。 同じ塗料を、外壁の内側に塗布した。夜間、熱画像カメラで測定したところ、 塗布した場所の家屋の外への熱の放出は少なかった。 別の実験で、家屋の南に面している外壁に第二粒子として使用した硫化亜鉛と 酸化亜鉛の顔料の代わりに同量のリトポンを使用した。その混合物中のアクリル 樹脂の量をわずかに増やした。フレークの大きさが約 10000μｍ²の亜鉛フレー クを、熱赤外領域の光線を反射する第一粒子として使用した。得られた混合物は 無色であり明るい屈折白色を呈した。本発明のこの塗料を塗布した部分の温度は 未処理部分と比べて11℃高かった。 同じ混合物に、少量の硫酸カルシウムと亜鉄酸バリウムを添加した。このよう にして、太陽スペクトルの近赤外領域での吸収性は著しく増大するが、知覚され る色はほとんど、可視領域の白色であった。 本発明の塗料を塗布した家屋の場所は、外部に放出される熱が未処理の場所よ りかなり少ないことが、夜間、熱画像カメラで観察された。 酸化亜鉛系の第二粒子に加えて、別の粒子としての少量の酸化鉄ブラック顔料 第一粒子としてのステンレス鋼フレーク、および赤外透過性の軟化剤を含有して なる環化ゴム系の光沢仕上げ塗料を、２個の南に面している窓のアルミニウムフ レームの外側に塗布した。その窓フレームの内側には、水添炭化水素樹脂系の光 沢仕上げ塗料を塗布した。 第二粒子としてリトポンを使い、第一粒子として銀でコートしたニッケルフレ ークを使用し、そして塗料を着色するため別の粒子として透過性酸化鉄を使用し た。 その１日の間のエネルギー利得は、主として、太陽スペクトルの近赤外領域か ら内側に対して行われた。本発明の塗料を塗布した窓フレームは、外部に放出さ れる熱が未処理の窓フレームより少ないことが、夜間、熱画像カメラで観察でき た。 従来の技術 米国特許第4,916,014号には、一つの波長領域で反射する特性を有する塗料が 記載されている。しかし、この塗料は、可視光領域での反射率が高いことに加え て、本塗料を塗布された建物が加熱されるのを防止するため、太陽スペクトルの 近赤外領域で反射する特性をもっていなければならないことが本明細書に開示し た本発明の目的にとっては不利である。 赤外線を反射する耐火性保護塗料が西独特許第1227594号に記載されている。 この塗料は少なくとも近赤外線波長領域での反射率が高い。しかし、本塗料は近 赤外領域で反射するが、選択された材料が原因で10μｍを超える波長の熱赤外領 域を吸収するので放射作用があることは、本明細書に開示した本発明の目的にと っては不利である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，Ｃ Ａ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＫ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．二つの波長領域で反射する特性と第三の波長領域で吸収する特性を有する 塗料であって 0.38〜0.75μｍと５〜10μｍの波長領域、少なくとも0.4〜0.7μｍと10〜50μ ｍの波長領域の40％を超え好ましくは60％を超える高い透光率を有し、かつ上記 波長領域の屈折率ｎから2.0より小さく好ましくは1.7より小さく特に好ましくは 1.5である結合剤に対して、 ａ．厚みが10μｍより薄く好ましくは５μｍで面積（長さ×幅）が100μｍ²よ り大で好ましくは2500μｍ²より大であり特に好ましくは 10000μｍ²より大であ り、そして５〜100μｍ、少なくとも10〜50μｍの熱放射波長領域での反射率Ｒ が40％より大で好ましくは60％より大きいりん片状第一粒子を、１種の塗料の湿 潤重量に対し２〜30重量％添加し、 ｂ．その第一粒子が第二粒子でコートされ、その第二粒子は、0.38〜0.75μｍ 、少なくとも0.4〜0.7μｍの可視太陽光の波長領域および５〜100μｍ、少なく とも10〜50μｍの熱放射波長領域でのみ、透光率が40％より大で好ましくは60％ より大であり、一方、0.8〜2.5μｍ、少なくとも1.0〜2.0μｍの太陽スペクトル の近赤外領域での吸収率はできるだけ高くて20％を超え好ましくは40％より高く 、そしてその屈折率は、0.38〜0.75μｍ、少なくとも0.4〜0.7μｍの可視太陽光 の波長領域において結合剤より大であり、第二粒子はその高い屈折率に加えて、 その大きさは、太陽光の可視領域で最適の後方散乱がありしたがって最適の反射 効果があるように選択される、 ことを特徴とする塗料。 ２．第二粒子を結合剤に直接添加することを特徴とする請求の範囲１記載の二 つの波長領域で反射する特性と第三の波長領域で吸収する特性を有する塗料。 ３．第二粒子が第一粒子に塗布されることを特徴とする請求の範囲１記載の二 つの波長領域で反射する特性と第三の波長領域で吸収する特性を有する塗料。 ４．第二粒子に加えて、５〜100μｍ、少なくとも10〜50μｍの熱放射波長領 域の透光率が高くて40％を超え好ましくは60％を超え、そして0.38〜0.75μｍ、 少なくとも0.4〜0.7μｍの太陽光の可視波長領域における可視光の分離した領 域で選択的に反射し、かつ0.8〜2.5μｍ、少なくとも1.0〜2.0μｍの太陽光の近 赤外領域の吸収率ができるだけ高くて20％より高く特に40％より高い別の粒子を 結合剤に加えてもよいことを特徴とする請求の範囲１〜３のいずれか一つに記載 の二つの波長領域で反射する特性と第三の波長領域で吸収する特性を有する塗料 。 ５．第一粒子が、例えばアルミニウム、銅、銀、金、ニッケル、亜鉛、鉄のよ うな金属群；例えばステンレス鋼、黄銅、青銅のような金属合金、例えばケイ素 、ゲルマニウムのような半導体群；または例えばドープされたケイ素のようなド ープされた半導体群から選択されることを特徴とする請求の範囲１記載の二つの 波長領域で反射する特性と第三の波長領域で吸収する特性を有する塗料。 ６．第一粒子が導電性であり、そして耐薬品性を増大しかつ光沢度を増大する ため別の導電性薄層でコートされていることを特徴とする請求の範囲１〜５のい ずれか一つに記載の二つの波長領域で反射する特性と第三の波長領域で吸収する 特性を有する塗料。 ７．第一粒子が導電性であり、そして着色するため非導電性薄層でコートされ ていることを特徴とする請求の範囲１〜５のいずれか一つに記載の二つの波長領 域で反射する特性と第三の波長領域で吸収する特性を有する塗料。 ８．第一粒子が、例えばプラスチックフレークまたはマイカプレートのような 非導電性物質で構成され、例えばドープされた酸化スズ、酸化インジウムスズま たは酸化アンチモンの導電性コーティングで被覆されていることを特徴とする請 求の範囲１記載の二つ波長領域で反射する特性と第三の波長領域で吸収する特性 を有する塗料。 ９．第二粒子が、下記物質群すなわち例えば硫化鉛および硫化亜鉛のような金 属硫化物；例えばセレン化亜鉛のようなセレン化金属；例えば塩化ナトリウムお よび塩化カリウムのような塩化物；例えばフッ化カルシウム、フッ化リチウム、 フッ化バリウムおよびフッ化ナトリウムのようなフッ化物；例えばアンチモン化 インジウムのようなアンチモン化物；例えば酸化マグネシウム、酸化アンチモン および酸化亜鉛のような金属酸化物；チタン酸バリウム；亜鉄酸バリウム；純品 の硫酸カルシウムＣａＳＯ₄；沈降硫酸バリウム；およびリトポンのような硫酸 バリウムと硫化亜鉛の混晶から選択されることを特徴とする請求の範囲１〜３の いずれか一つに記載の二つの波長領域で反射する特性と第三の波長領域で吸収す る特性を有する塗料。 10．ａ．第二粒子が無機着色顔料群から選択されるとき、第二粒子は、例えば 酸化鉄類とくに透光性酸化鉄類のような金属酸化物類：例えばＢＡＳＦのシコト ランス配合物またはBayer のα鉄酸化物類のような赤色酸化鉄類と黄色酸化鉄類 ；例えばピグメントブラック11のような酸化鉄黒色顔料類；例えば酸化クロムグ リーンのような酸化クロム類；例えば赤色鉛のような酸化鉛類；酸化モリブデン 類；混合金属酸化物類；および例えば微細結晶Ｆｅ（II）Ｆｅ(III)シアニド錯 体類に基づいたDegussa のボツセンブルーのような鉄青色顔料であり；そして ｂ．第二粒子が有機顔料群から選択されるとき、第二粒子は、ジアノ顔料群； インジゴ顔料群、特に例えば７，７−ジクロロチオインジゴのようなチオインジ ゴ誘導体類；およびクタロシアニンである、 ことを特徴とする請求の範囲４記載の二つの波長領域で反射する特性と第三の 波長領域で吸収する特性を有する塗料。 11．結合剤が、溶媒含有結合剤、ウォーターラッカーまたは水性分散液であり 環化ゴム、塩素ゴム、ブチルゴム、炭化水素樹脂、α−メチルスチレン−アクリ ロニトリル共重合体、ポリエステルアミド、ブチルアクリレート系のアクリル樹 脂、ポリアクリレート、特にポリブチルアクリレート類、ポリエチレン系の水性 分散液、ポリエチレンオキシド系の水性分散液、エチレン−アクリル酸共重合体 系の水性分散液、メタクリレート系の水性分散液、アクリレート−スチレン、ビ ニルピロリジン−ビニルアセテート共重合体、アタクチックポリイソプロピルア クリレート、ポリビニルピロリジン系の水性分散液、または上記分散液類とラッ カー類の混合物でもよい、 ことを特徴とする請求の範囲１記載の二つの波長領域で反射する特性と第三の 波長領域で吸収する特性を有する塗料。 12．二つの波長領域で反射する特性と第二の波長領域で吸収する特性を有する 塗料の建物および倉庫の壁、屋根およびファサードに用いる塗料としての使用。