JP2012158871A

JP2012158871A - 遮熱通熱塗膜

Info

Publication number: JP2012158871A
Application number: JP2011017458A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Ikeguchi; 護池口; Toru Kitamura; 透北村
Original assignee: PGS HOME CO Ltd
Current assignee: PGS HOME CO Ltd
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-08-23

Abstract

【課題】
暖冷房に必要なエネルギー消費量を抑制するため、夏季には遮熱効果を発揮しつつも、冬季には通熱すなわち赤外線等の熱線を十分に通過させることができる効果を発揮することができる塗膜を提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明は、多層構造を有する屋根材塗膜において、パール顔料と、前記パール顔料のバインダとなる不揮発性化合物とを含有する入光調整層を含むこと、前記パール顔料の反射光が赤紫色、赤色、橙色、黄色、緑黄色のうち少なくともいずれかの一であること、多層のうち少なくとも前記入光調整層よりも下層に位置する層が黒色であることなどにより解決した。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築物の屋根材に製膜された塗膜に関する。

一般的な戸建住宅のような建築物の屋根材としては、昔から粘土系の瓦が使用されていたが、その重量が大きいため耐震性等の問題から使用されなくなってきており、近年ではストレート系屋根材、金属系屋根材の使用が増加している。

これらの屋根材はとりわけ夏季の太陽の直射日光により熱せられ、屋内の温度を上昇させ冷房効率が良くないことが問題視されている。この問題を受けて、遮熱塗料という赤外線等の熱線を反射する塗料を屋根材に塗布することにより、屋根材の蓄熱を防ぎ、屋内の温度上昇を抑制する手段が知られている。

例えば、特許文献１では、太陽光の反射率が高い酸化チタン、酸化亜鉛等の無機白色顔料を屋根材塗料に添加することにより太陽光の反射性能を向上させ、遮熱効果を発現できる塗膜が得られることが記載されている。

特開２００３−２３８８９７号公報

上述した特許文献１では、確かに夏季の太陽光による屋内温度の上昇を抑制することが可能であるかもしれないが、冬季にもやはり屋根材が蓄熱しないため屋内の温度が上昇せず暖房効率が良くないこととなり、夏季には有用である遮熱塗料も冬季にはその高い遮熱効果が問題となる。夏季と冬季で遮熱効果を有する塗膜とない塗膜とで塗り替えることができれば良いが、手間及び費用の観点から現実的ではない。

逆に、冬季に太陽光により屋内温度を上昇させる目的で、一般に赤外線等の熱線を吸収し易い黒色、茶色などの濃い色の顔料を塗料に添加すると、冬季にはその目的を達成できたとしても夏季にはそれらの顔料を無添加時よりも屋根材が蓄熱し屋内の温度上昇を引き起こすことが予想されるのでやはり問題となる。

そこで、本発明では、太陽光エネルギーを有効に利用していこうとする社会的な動きの中で、暖冷房に必要なエネルギー消費量を抑制するため、夏季には遮熱効果を発揮しつつも、冬季には通熱すなわち赤外線等の熱線を十分に通過させることができる効果を発揮することができる塗膜を提供することを目的とする。

すなわち本発明は、多層構造を有する屋根材塗膜において、パール顔料と、前記パール顔料のバインダとなる不揮発性化合物とを含有する入光調整層を含むことを特徴する屋根材塗膜である。

そして、前記パール顔料の反射光が赤紫色、赤色、橙色、黄色、緑黄色のうち少なくともいずれかの一であることを特徴とする前記の屋根材塗膜であっても良い。

そして、多層のうち少なくとも前記入光調整層よりも下層に位置する層が黒色であることを特徴とする前記の屋根材塗膜であっても良い。

そして、前記黒色の層が、マンセル値でＮ１乃至Ｎ３であることを特徴とする前記の屋根材塗膜であっても良い。

そして、上前記黒色の層が、カーボンブラックを含有することを特徴とする前記の屋根材塗膜であっても良い。

そして、前記入光調整層と前記黒色の層との二層であることを特徴とする前記の屋根材塗膜であっても良い。

本発明に係るパール顔料と、前記パール顔料のバインダとなる不揮発性化合物とを含有する入光調整層を含む屋根材塗膜によれば、夏季の場合、太陽の高度が高いため、赤外線等の熱線がパール顔料により反射され、屋根材の温度上昇を抑制し、冬季の場合、太陽の高度が低いために、熱線がパール顔料の隙間をすり抜けて屋根材の温度上昇を促進することができる。

そして、前記パール顔料の反射光が赤紫色、赤色、橙色、黄色、緑黄色のうち少なくともいずれかの一である前記の屋根材塗膜によれば、赤外線を反射する性能を高くすることができるため夏季の遮熱効果を向上することができる。

そして、多層のうち少なくとも前記入光調整層よりも下層に位置する層が黒色である前記の屋根材塗膜によれば、赤外線等の熱線の吸収性能を高くすることができるため、冬季の屋根材の温度を上昇させ、屋内の温度を向上又は屋内の暖房の効率を向上させることができる。

そして、前記黒色の層が、マンセル値でＮ１乃至Ｎ３である前記の屋根材塗膜よれば、赤外線等の熱線の吸収性能をより高くすることができるため、冬季の屋根材の温度を上昇させ、屋内の温度を向上又は屋内の暖房の効率を向上させることができる。

そして、上前記黒色の層が、カーボンブラックを含有する前記の屋根材塗膜によれば、赤外線の吸収性能をより高くすることができ、さらに塗膜の重量を軽量化できるため、冬季の屋根材の温度を上昇させ、屋内の温度等を向上させることができるとともに屋根材への重量負荷を軽減することができる。

そして、前記入光調整層と前記黒色の層との二層である前記の屋根材塗膜によれば、塗膜の重量を軽量化できるため、屋根材への重量負荷を軽減できるとともに塗膜作成に掛かる時間を短縮することができる。

本発明の一実施例の断面図。三寸勾配の屋根に対する正午頃の太陽光の照射角度について夏季と冬季の差異を示す概念図。夏季における屋根材に塗布した本発明の一実施例と入射した太陽光との関係を示す概念図。冬季における屋根材に塗布した本発明の一実施例と入射した太陽光との関係を示す概念図。

以下、本発明に関する実施形態について詳しく説明する。

本発明で使用するパール顔料は、天然又は合成雲母、ガラス薄片、薄片状二酸化ケイ素又は酸化アルミニウムなどの薄片形状の透明基材に二酸化チタンなどの金属酸化物で被覆された顔料である。そして、金属酸化物として、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、又は透明基材よりも屈折率の大きい酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛などの金属酸化物が用いられ、透明支持材料に単層又は２層以上所望の膜厚にて被覆される。

また、反射された光が赤紫色、赤色、橙色、黄色、緑黄色のうち少なくともいずれかの一であることは、屋根材の温度を上昇させる赤外線等の可視光より長い波長の電磁波を多く反射していることを意味しているので、夏季に効率よく屋根材の蓄熱を抑制し屋内の温度上昇を抑制又は低減することができる。

このようなパール顔料は、必要に応じて作成することもできるが、市販されているものを使用してもよい。市販されているパール顔料として、Iriodin（登録商標）201 Rutile Fine Gold、Iriodin（登録商標）211 Rutile Fine Red、Iriodin（登録商標）205 Rutile Platinam Gold、Iriodin（登録商標）249 Flash Gold、Iriodin（登録商標）259 Flash Red、Solarflair（登録商標）875などを使用することができる。

なお、金属酸化物として酸化鉄など有色のもので被覆されたパール顔料を単独で又は他のパール顔料と配合して使用することを妨げるものではない。

本発明で使用するパール顔料のバインダとなる不揮発成分は、上記のパール顔料を分散することができ製膜したときに塗膜残分の主成分となる有機系化合物のことをいう。

このような不揮発性化合物として、高分子化合物、製膜している最中又は製膜後に重合することにより高分子となる化合物など種々挙げられる。例えば、高分子化合物として、スチレン系樹脂（スチレン−（メタ）アクリル酸共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体など）、アクリル系樹脂（（メタ）アクリル酸メチル−（メタ）アクリル酸共重合体、ポリ（メタ）アクリル酸などの（メタ）アクリル酸系樹脂など）、アクリルシリコン樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、フッ素樹脂、水溶性ウレタン樹脂、水溶性アクリル樹脂、水溶性アクリルシリコン樹脂、水溶性アクリルウレタン樹脂、水溶性ポリエステル系樹脂、セルロース誘導体などを使用することができる。

また、製膜している最中又は製膜後に重合することにより高分子となる化合物として、エポキシアクリレート樹脂となるアクリル化合物とエポキシ化合物、ウレタン樹脂となるアルコール化合物又はアクリル酸を含有する化合物とイソシアネート化合物、フッ素樹脂になる架橋部位を有するフッ素化合物とその硬化剤、ポリエステル樹脂となるアルコール化合物とカルボン酸含有化合物、（メタ）アクリル樹脂となる（メタ）アクリル化合物と光又は熱重合開始剤、エポキシ樹脂となるエポキシ化合物とアミン化合物又は酸無水物又は光重合開始剤などを使用することができる。

また、製膜するときに、本発明で使用するパール顔料を均一分散させるため、下に位置する層との濡れ性を向上させるため、又は膜厚を均一にするためなどの目的で、レベリング剤、シランカップリング剤、界面活性剤、乳化剤、可塑剤、増粘剤など各種添加剤を必要に応じて使用できるので、これらの添加剤を含有していても良い。

本発明の屋根材塗膜は、製膜にあたり必要に応じて有機溶剤又は水などの溶媒によって希釈された塗料を用いられ、屋根材に塗布して不揮発性化合物が重合又は必要に応じて添加した溶剤が揮発することにより形成される。

こうして形成された塗膜には、パール顔料が８〜４０重量％含有することが好ましい。さらに好ましくは、パール顔料が１２〜３７重量％である。パール顔料が８〜４０重量％の範囲にあると、下に位置する層と密着性を保ちつつ、耐候性及び本発明特優の夏季には遮熱ができ冬季には通熱できるという機能を発揮することができる。

また、膜厚を調整するため、又はハンドリングを向上させるためなどの理由で本発明の屋根材塗膜の製膜前の塗料に添加される溶媒は、不揮発性化合物のうち、高分子化合物、製膜後に重合することによりさらに高分子となる化合物のいずれにも用いることができる。用いられる溶媒は、有機系溶剤又は水が挙げられる。有機系溶剤としては、トルエン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、メタノール、エタノール、ｎ−ブタノール、シクロヘキサノールなどが挙げられ、これらを単独又は複数組合せて使用することができる。また、水は、精製水、水道用水、工業用水など任意の水を使用することができる。さらに、上述した有機系溶剤に水を添加することもできる。

また、本発明の屋根材塗膜の製膜前の塗料には、塗膜の生成速度を速くするため、又は塗膜の強度又は硬度を向上させるためなどの理由で、鎖状高分子を橋掛け構造にする架橋剤や不揮発性化合物を重合反応により高分子化する重合触媒などを添加することができる。架橋剤としては、アミン化合物、酸無水物、カルボン酸含有化合物、エポキシ化合物、アルコール系化合物、シラノール系化合物、硫黄系化合物などが挙げられ、高分子の側鎖にある官能基の種類に対応して適宜選択される。また、重合触媒としては、ウレタン樹脂の生成を促進するスズ系触媒、ポリエステル樹脂の生成を促進するチタン系触媒、アルミ系触媒、アンチモン系触媒、ゲルマニウム系触媒などが挙げられる。

そして、製膜した後に、任意に溶媒を加えたときは、溶媒を自然に又は加熱により揮発させ、パール顔料と不揮発性化合物などを含有する塗膜が得られる。また、不揮発性化合物が、製膜している最中又は製膜後に重合することにより高分子となる化合物のときは、その化合物の種類に応じて数十度、又は百度以上に加熱され、塗膜が得られてもよい。

なお、請求項１又は請求項２に記載された発明の入光調整層は、本発明の多層構造を有する屋根材塗膜において、最も上層すなわち屋根材よりも遠い層とすることもできるが、少なくとも太陽光を良く透過させる層（例えば無色透明層）よりも下層であって、太陽光を透過しない又は透過させにくい有色の層より上層に位置することが好ましい。このような構成になければ、例えば、夏季の正午頃に入射した太陽光の反射と冬季の正午頃に入射した太陽光の透過を調整することができないからである。なお、夏季の太陽光の反射は、入射した光が全て反射するというまでの意味ではなく入射した光のうち透過するよりも反射する方の割合が多いことが好ましい。同様に、冬季の太陽光の透過は、入射した光が全て透過するというまでの意図ではなく入射した光のうち反射するよりも透過する方の割合が多いことが好ましい。

本発明の黒色の層は、入光調整層よりも下層すなわち屋根材により近い層で、その外観上の色が黒い層である。例えば、このような層として、黒色の顔料又は染料を不揮発性化合物の中に均一に分散された状態で固定化したものが好ましい。

黒色の顔料としては、カーボンブラック、骨炭、又はグラファイトなどの炭素系黒色顔料、鉄酸化物、クロム酸化物、又は銅とクロムの酸化物などの酸化物系黒色顔料などが好ましく、カーボンブラックが最も好ましい。これらの黒色顔料は微細化することができ均一に分散することが可能であり、黒の度合いが濃いため冬季に透過した太陽光を効率よく吸収することができる。黒の度合いは、例えば、色の濃淡の指標であるマンセル・カラー・システムの明度を用いて、数値が低いほど暗く数値が高いほど明るいとして客観的に表わすことができる。本発明で使用される黒色の層は、マンセル・カラー・システムの明度において１〜３の範囲が好ましい。この範囲にあれば、冬季に赤外線等の熱線を吸収し、熱を蓄えておくことができる。また、マンセル・カラー・システムの色相において黒色はＮで表記される。

黒色の顔料等を分散させる不揮発性化合物は、前述した高分子化合物、製膜している最中又は製膜後に重合することにより高分子となる化合物などが使用され、入光調整層と同一の成分でも良いし、異なる成分であっても良い。また、黒色の顔料は、製膜するときに均一分散させても良いし、あらかじめ不揮発性化合物に含有されているものを使用しても良い。

黒色の層を製膜する塗料には、入光調整層の製膜時と同様に必要に応じて各種添加剤、又は溶剤を使用しうる。

なお、本発明の屋根材塗膜は、入光調整層と黒色の層の２層から構成される塗膜を除き、その他の任意の層を含有することを妨げるものではない。例えば、屋根材の腐食を防止するための防食層、紫外線による劣化を防止するためのＵＶカット層、汚れを防止するための防汚層、外部からの音を遮断するための遮音層、雨の侵入をより防ぐための防水層などの各種機能を発現するために適切な箇所に多層構造のうちの一の層として位置させることができる。

以下、本発明の一の実施形態について具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

黒色の層（３）を作製するために、黒色顔料（３１）を含有する水性アクリルシリコン塗料（エスケー化研株式会社製、商品名「水性セラミシリコン」）を、屋根材を想定したアルミ板にバーコーターにて塗布し、６５℃雰囲気下で１時間乾燥させた。得られた黒色の層（３）は、５０μｍであり、マンセル・カラー・システムでＮ１であった。

次に、黒色の層（３）の上に、入光調整層（２）を作成するために、反応性塗料を調整した。熱硬化性フッ素樹脂（ＤＩＣ株式会社製、商品名「フルオネートＫ７０３」）４０．０重量部に酢酸ブチル４５．０重量部を加えて攪拌しながら赤色の反射光を有するパール顔料（メルク社製、商品名「Ｓｏｌａｒｆａｉｒ（登録商標）８７５」）（２１）５．０重量部を少しずつ添加しながら混合した。さらに、硬化成分として非黄変性のイソシアネート（ＤＩＣ株式会社製、商品名「バーノックＤＮ９８０」）１０．０重量部を加えて均一になるまで混合し入光調整層２を作成するための塗料を得た。なお、フルオネートＫ７０３の不揮発分が６０％、バーノックＤＮ９８０の不揮発分が７５％なので両方をあわせた樹脂の不揮発分は３１．５質量部、パール顔料（２１）はＳｏｌａｒｆｌａｉｒ（登録商標）のみの５．０質量部なので不揮発分全体に占めるパール顔料（２１）濃度は１３．７％になる。

得られた上記塗料を黒色の層（３）の上にバーコーターにて塗布し、６５℃雰囲気下で１時間乾燥させた。得られた塗膜は、８０μｍであることから、入光調整層（２）は３０μｍであった。このようにして図１に示される黒色の層（３）、そしてその上の入光調整層（２）からなる二層の屋根材塗膜（１）を得た。

（比較例１）
比較として、実施例１の黒色の層（３）を作製しただけの試料を実施例１と同様にして作製した。

（比較例２）
また、別の比較例として、酸化鉄及び酸化銅を含有する黒色の遮熱塗料（日本特殊塗料株式会社製、商品名「パラサーモ」）を塗布して得られた塗膜のみを有する試料を実施例１と同様に作製した。

（遮熱通熱性）
各実施例及び比較例で得られた塗膜を作製したアルミ板を用いて、夏季又は冬季の正午ごろを想定し、遮熱性及び通熱性の試験を行った。試験を行った大阪において、夏至の南中高度がおおよそ７９度、冬至の南中高度がおおよそ３２度であるから、日本国内において夏季と冬季の正午ごろの太陽の高度は、図２に示すように夏季の太陽（４）の方が、太陽高度が高い位置となり、建物の三寸勾配の屋根材に対する太陽光の入射角度がおおよそ９０度となる。一方、冬季の太陽は（５）は、夏季のときと比べて太陽高度が低い位置となり、三寸勾配の屋根材に対する太陽光の入射角度がおおよそ４５度となる。

このことから、得られた各種試料に対して、夏季と冬季の正午ごろの太陽光の入射角度を想定し、塗膜に光が９０度又は４５度の角度で照射ように配置した試料と、試料の中心から２０ｃｍ離れた位置にある１５０Ｗ白熱電球と、入射光が平行になるよう白熱電球と試料の間に配置した７ｃｍ幅のスリットとを用いて、所定時間白熱電球を試料に照射し、所定時間ごとの温度を試料の中心の裏面すなわち光が照射されていない面に設置した熱電対による温度計にて測定した。この結果を表１に示す。

この結果から、実施例１では、夏季のときには屋根材の温度上昇を低減し、冬季のときには屋根材の温度上昇を抑制しないことが分かった。

よって、図３に示すように夏季のときには、夏季の太陽（４）の高度が高いため、塗膜に照射される太陽光は、塗膜面に対し垂直に近い角度で照射するため、薄片形状であるパール顔料（２１）に反射するものが多く、下の層にあまり届かないため、屋根材の温度上昇を抑制することができる。一方、図４に示すように冬季のときには、冬季の太陽（５）の高度が低いため、塗膜に照射される太陽光は、薄片形状であるパール顔料（２１）の隙間をすり抜け下の層に届くものが多く、また、表面のパール顔料（２１）をすり抜けた後にその内部にある他のパール顔料（２１）と反射を繰り返し下の層に届くものが多いため、屋根材の温度上昇を促進することができる。

１・・・屋根材塗膜
２・・・入光調整層
２１・・バール顔料
３・・・黒色の層
３１・・黒色顔料
４・・・夏季の太陽
５・・・冬季の太陽

Claims

多層構造を有する屋根材塗膜において、パール顔料と、前記パール顔料のバインダとなる不揮発性化合物とを含有する入光調整層を含むことを特徴する屋根材塗膜。
前記パール顔料の反射光が赤紫色、赤色、橙色、黄色、緑黄色のうち少なくともいずれかの一であることを特徴とする請求項１に記載の屋根材塗膜。
多層のうち少なくとも前記入光調整層よりも下層に位置する層が黒色であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の屋根材塗膜。
前記黒色の層が、マンセル値でＮ１乃至Ｎ３であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の屋根材塗膜。
前記黒色の層が、カーボンブラックを含有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の屋根材塗膜。
前記入光調整層と前記黒色の層との二層であることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の屋根材塗膜。