(57)【要約】【課題】高い耐久性を有し且つ断熱性・遮熱性に優れた遮熱断熱性塗料を提供する。【解決手段】遮熱断熱性塗料は、固形分に少なくともアクリル樹脂粒子及び顔料を含む水性エマルション塗料に、アクリル樹脂で形成される多孔質粒子が添加された塗料であって、水性エマルション塗料の固形分及び多孔質粒子の容積の合計に対する多孔質粒子の容積分率が60容積％以上となるように、多孔質粒子が水性エマルション塗料に添加される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形分に少なくともアクリル樹脂粒子及び顔料を含む水性エマルション塗料に、アクリル樹脂で形成される多孔質粒子が添加された塗料であって、前記水性エマルション塗料の固形分及び前記多孔質粒子の容積の合計に対する前記多孔質粒子の容積分率が60容積％以上となるように、前記多孔質粒子が前記水性エマルション塗料に添加されることを特徴とする遮熱断熱性塗料。
【請求項２】
前記水性エマルション塗料に添加される前記多孔質粒子の容積分率が88.2容積％を下回ることを特徴とする請求項１に記載の遮熱断熱性塗料。
【請求項３】
前記水性エマルション塗料に添加される前記多孔質粒子の容積分率が83.3容積％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の遮熱断熱性塗料。
【請求項４】
固形分に少なくともアクリル樹脂粒子及び顔料を含む水性エマルション塗料と、
前記水性エマルション塗料に添加されるアクリル樹脂で形成される多孔質粒子とを含むことを特徴とする遮熱断熱性塗料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅などの建築物の外装面に塗布される塗料に関し、特に、建築物内部の室温上昇を抑制可能な断熱性及び遮熱性を有する遮熱断熱性塗料に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷の低減や住宅などの建築物で消費されるエネルギーの削減などの観点から、建築物の屋根や外壁などの外装面に断熱性・遮熱性を有する遮熱断熱性塗料を塗装することで、建築物内部の室温上昇を抑えるさまざまな塗料が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、中空粒子及び赤外線反射粒子を含有する水性断熱性塗料の一形態について提案している。特許文献２は、建築板を被覆する断熱塗膜が塗膜形成材と有機系水溶性溶剤とを含有する構成について提案している。特許文献３は、多孔質粒子と樹脂とを含む艶消し遮熱塗料組成物の一形態について提案している。特許文献４は、弾性系樹脂エマルション、樹脂発泡体粒子及び顔料を含有する厚膜形弾性断熱塗材の一形態について提案している。特許文献５は、合成樹脂エマルション、中空粒子、難燃化材及び繊維状化合物を含む断熱塗材の一形態について提案している。特許文献６は、メタアクリル系樹脂からなる多孔質樹脂粒子であって、当該多孔質樹脂粒子の内部が多孔質であり、当該多孔質樹脂粒子の表面に非多孔質の表面層が形成されている多孔質樹脂粒子及びそれを含有する断熱塗料について提案している。特許文献７は、多孔質粉末及び中空粉末の少なくとも一方を含む低密度粉末材料と、水溶性高分子溶液とを、重量比1〜7：99〜93の割合で含む断熱用塗料について提案している。特許文献８は、赤外線反射粉体で表面の一部を被覆された中空粒子を含有する塗料の一形態について提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０００９４０号公報
【特許文献２】特開２０１４−０８８０００号公報
【特許文献３】特開２０１５−０９８５４３号公報
【特許文献４】特開平１０−１５２６４８号公報
【特許文献５】特開２０１５−１１３６１７号公報
【特許文献６】特開２０１５−０６７８０３号公報
【特許文献７】特開２０１３−１００４０６号公報
【特許文献８】特開２０１４−２３３８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、建築物内部の室温上昇抑制効果を有する新規な塗料の開発を目指し、施工が容易であり且つ環境面で有意な水性エマルション塗料を用いて、室内の温度上昇抑制効果の高い更なる断熱性・遮熱性を有し且つ耐久性・耐候性の高い塗料の研究・開発を行い、本発明に到達した。
【０００６】
本発明の目的は、高い耐久性を有し且つ断熱性・遮熱性に優れた遮熱断熱性塗料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、水性エマルション塗料に多量のアクリル多孔質粒子を添加することにより、断熱性・遮熱性が向上しつつ、且つ耐久性の高い塗料が作製されるとの仮説を立て、実験・検証を繰り返し、新規で有用な本発明の塗料を開発するに至った。
【０００８】
すなわち、上記目的を達成するための本発明の遮熱断熱性塗料は、固形分に少なくともアクリル樹脂粒子及び顔料を含む水性エマルション塗料に、アクリル樹脂で形成される多孔質粒子が添加された塗料であって、水性エマルション塗料の固形分及び多孔質粒子の容積の合計に対する多孔質粒子の容積分率が60容積％以上となるように、多孔質粒子が前記水性エマルション塗料に添加されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アクリル樹脂粒子を含む既存の水性エマルション塗料にアクリル多孔質粒子を添加することにより、より高い耐久性を有し且つより優れた遮熱・断熱性を備えた遮熱断熱性塗料が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】水性エマルション塗料にアクリル多孔質粒子を添加して作製された本発明の塗料の特性を示す実験データである。
【図２】図１における温度上昇データを示すグラフである。
【図３】本発明の塗料の熱伝導率及び比熱を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態にかかる遮熱断熱性塗料の実施の形態について説明する。遮熱断熱性塗料は、固形分に少なくともアクリル樹脂粒子及び着色顔料を含む水性エマルション塗料に、アクリル樹脂で形成される多孔質粒子が添加された塗料であって、水性エマルション塗料の固形分及び多孔質粒子の容積の合計に対する前記多孔質粒子の容積分率が60容積％以上となるように、多孔質粒子が水性エマルション塗料に添加されることを特徴とするものである。
【００１２】
水性エマルション塗料は、塗料の固形分としてのアクリル樹脂粒子を着色顔料とともに水中に乳化・分散させた塗料であって、分散媒体である水が乾燥することにより、アクリル樹脂粒子同士が融着して固形化し皮膜を形成する。アクリル樹脂は、アクリル樹脂に加えて、アクリル樹脂とシリコン樹脂とを合成したいわゆるアクリルシリコン樹脂を含む。
【００１３】
多孔質粒子は、多孔化したアクリル樹脂の粒子であって、粒子の表面及びその内部に複数の多数の孔が形成された粒子であり、水性エマルション塗料の固形分として含まれるアクリル樹脂粒子よりも比重が小さい。
【００１４】
本実施の形態例では、水性エマルション塗料の固形分及び多孔質粒子の容積の合計に対する多孔質粒子の容積分率が60容積％以上となるように、多孔質粒子が水性エマルション塗料に添加される。これにより、温度上昇抑制効果が高く且つ施工が容易であり、さらに耐久性の高い遮熱断熱性塗料を得ることができる。
【００１５】
以下、実施例により、本発明を具体的に説明するが、本発明はここに説明される実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００１６】
＜実験方法＞
多孔質粒子として、平均粒径20μm、空隙率50容積％のアクリル多孔質粒子（積水化学工業株式会社製、商品名：アドバンセルHB-2051）を使用した。
【００１７】
ベースとなる水性エマルション塗料として、市販されている一般的な固形分40重量％のアクリルシリコン水性エマルション塗料を使用した。
【００１８】
水性エマルション塗料にアクリル多孔質粒子を添加して本発明の塗料を作製した。水性エマルション塗料に多孔質粒子を添加する割合については、水性エマルション塗料と多孔質粒子の合計重量に対する多孔質粒子の重量比(添加比率)を0〜60容積％の範囲で変化させた（試料番号０−１２）。なお、試料番号７のみ平均粒径40μm、空隙率50容積％のアクリル多孔質粒子（積水化学工業株式会社製、商品名：アドバンセルHB-4051）を添加し、平均粒径の違いによる特性差の有無を調べた。
【００１９】
水性エマルション塗料にアクリル多孔質粒子を添加後、ディスパーにより１時間撹拌・混合する。必要に応じてイオン交換水で希釈する。
【００２０】
作製した塗料を、0.5mm厚の亜鉛メッキ鋼板及び4mm厚のフレキシブル板（繊維強化セメント板（スレート板））それぞれの片面に、アプリケータを使用して所定の厚みで塗布し、室温で自然乾燥してサンプル板を作製し、各種特性を調べた。亜鉛メッキ鋼板及びフレキシブル板ともに、現在屋根材としてごく一般的に用いられている材料である。塗膜厚は膜厚計（サンコウ電子研究所製：SWT-9200（電磁誘導式）及び新潟精機製：デジタルマイクロメータ）を使用して測定した。
【００２１】
なお、塗布後に水分が蒸発して乾燥した塗膜における組成を比較するため、添加した多孔質粒子の重量比に対応する、水性エマルション塗料の固形分及び多孔質粒子の容積の合計に対する多孔質粒子の容積分率（以下、「粒子容積分率」とも称する）を求めた。
【００２２】
＜遮熱断熱特性評価試験＞
4mm厚のフレキシブル板を使用したサンプル板に赤外線ランプを設置し、照射し、温度変化を測定した。赤外線ランプは、その下端がサンプル板の上125mmの位置し、サンプル板中央に赤外線ランプの中心軸が位置するように設置した。赤外線ランプは、岩崎電気株式会社製アイR形赤外線電球（形式IR100/110V125WRH）を使用した。
【００２３】
塗膜が形成されたサンプル板の表面が赤外線ランプ側に向くように、サンプル板をホルダに搭載し、サンプル板裏面の所定位置に熱電対（K型、クラス2）を貼り付け、赤外線照射10分後の温度を測定値とした。
【００２４】
＜折り曲げ評価試験＞
0.5mm厚の亜鉛メッキ鋼板を使用したサンプル板を360度折り曲げて（曲率半径3.5mm）、塗膜の割れ・剥離の有無を目視により確認した。
【００２５】
＜耐水性評価試験＞
0.5mm厚の亜鉛メッキ鋼板を使用したサンプル板を360度折り曲げて水中に１週間浸漬し、塗膜の割れ・剥離、塗膜表面の膨潤の有無を目視により確認した。
【００２６】
＜実験結果＞
実験結果を図１に示す。各試料番号の組成は以下の通りである。図１に示される粒子容積分率の計算において、水性エマルション塗料の乾燥後の樹脂固形分は、塗料100重量％に対して40重量％である。また、樹脂固形分の比重は1.2（ほとんどがアクリル樹脂粒子の重さであり、着色顔料の比重は無視できる範囲である）、アクリル多孔質粒子の比重は0.6である。なお、試料番号８−１２に関する実験データは、水中折り曲げ評価試験及び耐水性評価試験において、塗膜の状態に変化が生じないアクリル多孔質粒子の添加比率の下限値を調べるための追加の実験により得られたデータである。試料番号０−７に関する実験において、アクリル多孔質粒子の添加比率が20gと30gとの間に、塗膜の状態に変化が生じる境界が存在すると推定されたことから、追加にて、試料番号８−１２のサンプルを作製し、試料番号０−７と同一条件にて実験を行った。なお、試料番号０−７のサンプルについては、各試料番号について、膜厚の異なる複数のサンプルを作製し、温度上昇に対する膜厚の依存性を測定した。
【００２７】
（試料番号：組成）
試料番号０：水性エマルション塗料：100g、添加粒子なし
試料番号１：水性エマルション塗料：90g、アクリル多孔質粒子10g
試料番号２：水性エマルション塗料：80g、アクリル多孔質粒子20g
試料番号３：水性エマルション塗料：70g、アクリル多孔質粒子30g
試料番号４：水性エマルション塗料：60g、アクリル多孔質粒子40g
試料番号５：水性エマルション塗料：50g、アクリル多孔質粒子50g
試料番号６：水性エマルション塗料：40g、アクリル多孔質粒子60g
試料番号７：水性エマルション塗料：70g、アクリル多孔質粒子（平均粒径40μm）30g
試料番号８：水性エマルション塗料：74g、アクリル多孔質粒子26g
試料番号９：水性エマルション塗料：75.5g、アクリル多孔質粒子24.5g
試料番号１０：水性エマルション塗料：76g、アクリル多孔質粒子24g
試料番号１１：水性エマルション塗料：77g、アクリル多孔質粒子23g
試料番号１２：水性エマルション塗料：78g、アクリル多孔質粒子22g
【００２８】
（Ａ）折り曲げ評価試験及び耐水性評価試験の実験結果
折り曲げ評価試験において、アクリル多孔質粒子を添加していない試料番号０及びアクリル多孔質粒子を添加した試料番号１−１２のうち、試料番号６（水性エマルション塗料：60g、アクリル多孔質粒子40g）のサンプルに塗膜の割れ・剥離を確認したが、それ以外のサンプルについては、塗膜表面に割れ・剥離などの変化は見られなかった。折り曲げ評価試験においては、膜厚による違いはなく、同一の試料番号における異なる膜厚のサンプルは同一の実験結果となった。
【００２９】
また、耐水性評価試験においては、試料番号０、１、２及び１２のサンプルに塗膜表面が膨潤し、剥離する状態を観察したが、それ以外のサンプルについては、塗膜表面の膨潤・剥離などの変化は見られなかった。すなわち、アクリル多孔質粒子の添加比率が22重量％以下の場合、塗膜表面に膨潤・剥離が現れたが、アクリル多孔質粒子の添加比率が23重量％以上のサンプルには、塗膜表面に変化は見られず、良好な状態を維持した。また、耐水性評価試験においても、膜厚による違いはなく、同一の試料番号における異なる膜厚のサンプルは同一の実験結果となった。
【００３０】
この実験結果より、水性エマルション塗料にアクリル多孔質粒子を所定量以上添加することで、水性エマルション塗料単体よりも、塗膜強度及び耐水性が向上することが判明し、より耐久性・信頼性の高い塗料であることが確認された。その際、アクリル多孔質粒子の添加比率は23重量％以上であり、粒子容積分率に換算すると、60容積％以上であることが明らかとなった。一方で、アクリル多孔質粒子の添加比率が60重量％（粒子容積分率88.2容積％）になると、折り曲げ評価試験において、塗膜表面に割れ・剥離が観察されたことから、添加比率は60重量％、粒子容積分率に換算して、88.2容積％より小さい値が上限となり、少なくとも添加比率50重量％（粒子容積分率83.3容積％）までは塗膜の耐久性について良好な結果を得た。
【００３１】
（Ｂ）遮熱断熱特性評価試験の実験結果
遮熱・断熱特性評価試験において、アクリル多孔質粒子が添加されていない試料番号０のサンプルの上昇温度を基準として、アクリル多孔質粒子が添加されている試料番号１−１２のいずれのサンプルも、試料番号０よりも温度上昇分が小さく、遮熱・断熱効果がより高いことが判明した。
【００３２】
図２は、図１における温度上昇データをグラフ（試料番号０−６）に表示したものである。アクリル多孔質粒子の添加比率が高いほど、温度上昇幅は小さくなり、さらに、塗膜厚が厚いほど、温度上昇幅が小さいとの傾向も明らかとなった。すなわち、水性エマルション塗料にアクリル多孔質粒子を少量でも添加することで、アクリル多孔質粒子を添加しない場合と比較して、遮熱・断熱特性が向上し、添加比率を高めるほど、温度上昇を抑制する効果が高い。特に、アクリル多孔質粒子の添加比率が40重量％（粒子容積分率76.9容積％）では、膜厚約140μm以上で温度上昇幅が40℃未満に抑えられ、添加比率が50重量％（粒子容積分率83.32容積％）及び60重量％（粒子容積分率88.2容積％）では、膜厚約80μm以上で温度上昇幅が40℃未満に抑えられ、断熱・遮熱性能において優れた特性を有していることが判明した（ただし、添加比率が60重量％（粒子容積分率88.2容積％）の場合、折り曲げ評価試験において、塗膜表面の割れ・剥離が観察されている）。
【００３３】
このように、上記した実験結果から、固形分としてアクリル樹脂粒子を含む水性エマルション塗料にアクリル多孔質粒子を添加することにより、遮熱・断熱効果のより高い塗料を得ることができた。一方で、耐水性評価試験の実験結果より、耐水性を満たすアクリル多孔質粒子の添加比率は、23重量％（粒子容積分率60容積％）以上であることが判明した。また、アクリル多孔質粒子の添加比率が少なくとも50重量％（粒子容積分率83.3容積％）までは、折り曲げ評価試験において塗膜表面に割れ・剥離が生じないことが判明した。
【００３４】
本発明者は、本発明の塗料の遮熱・断熱特性を検討するために、その熱伝導率及び比熱を測定した。図３（ａ）は、本発明の塗料の熱伝導率を示すグラフであり、図３（ｂ）は、本発明の塗料の比熱を示すグラフである。どちらも、試料番号０−５のサンプル塗膜を用いて測定した。
【００３５】
熱伝導率については、アクリル多孔質粒子の添加比率の増加に伴って、熱伝導率が減少する結果を得た。このことから、アクリル多孔質粒子を添加することにより、塗膜内の熱伝導が減少し、断熱性能が高まっていることがわかる。
【００３６】
また、比熱については、アクリル多孔質粒子の添加比率の増加に伴って、比熱も減少する結果を得た。アクリル多孔質粒子の添加に伴い、塗膜内のアクリル多孔質粒子間の空隙が増加し、塗膜密度が低下し、結果的に、比熱が減少したものと推定される。通常、比熱が低下すると、温まりやすく冷めやすい材料となるが、本発明の塗料においては、比熱が減少することによって、塗膜表面からの放熱効果が高まると推測される。上述の熱導電率の減少と合わせて考察すると、塗膜内に熱が伝わりにくく、塗膜表面にとどまっている熱が、低い比熱の特性により、塗膜表面から効果的に放熱されることにより、高い遮熱・断熱特性が実現されているものと推察することができる。
【００３７】
また、アクリル多孔質粒子を添加することにより、塗膜表面にアクリル多孔質粒子による凹凸表面が形成され、光散乱性が高まり塗膜表面で太陽光が拡散反射することにより、塗膜への熱移動が抑制されることも、遮熱・断熱特性の向上に寄与するものと推察される。このように、アクリル多孔質粒子により形成される凹凸表面による光拡散反射、相対的に低い比熱特性による放熱効果、相対的に低い熱伝導率による断熱効果の複数因子が重なり合い、高い遮熱・断熱特性を得られているものと考えられる。
【００３８】
また、塗膜強度及び耐水性を含む耐久性については、水性エマルション塗料に含まれるアクリル樹脂粒子と添加されるアクリル多孔質粒子が、塗布乾燥後に形成される塗膜において、アクリル多孔質粒子の表面凹凸がアンカー効果を発揮し、アクリル多孔質粒子が架橋点となって、アクリル多孔質粒子と水性エマルション塗料に含まれるアクリル樹脂粒子の一体化をより強固にするものと推察される。
【００３９】
なお、アクリル多孔質粒子の平均粒径の相違による温度上昇幅については、試料番号３と７を比較して、有意な相違は見られず、平均粒径が数10μmにおいては、概ね同一性能を得られるものと推察される。
【００４０】
さらに、本発明の塗料の塗装作業に関して、100μm以下の薄塗りも可能であり、また、垂直な壁に塗っても垂れづらい施工性の良さも確認できた。
【００４１】
本発明では、アクリル樹脂粒子を含む既存の水性エマルション塗料にアクリル多孔質粒子を比較的多量に添加することにより、塗膜表面にアクリル多孔質粒子からなる凹凸が形成され、また、塗膜内部も高密度な多孔性（アクリル多孔質粒子内部の空隙と、アクリル多孔質粒子間の空隙からなる多孔性）によって、太陽光の拡散反射及び多重放射性による遮熱性、及び塗膜内熱移動を抑制する断熱性が向上し、遮熱製・断熱性の優れた遮熱断熱性塗料を得ることができる。
【００４２】
本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る各種変形、修正を含む要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれることは勿論である。
【図１】
2018070697.tif 000003
【図２】
2018070697.tif 000004
【図３】
2018070697.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月5日(2018.3.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形分に少なくともアクリル樹脂粒子及び顔料を含む水性エマルション塗料に、アクリル樹脂で形成される多孔質粒子であって且つその表面に非多孔質の表面層が形成されていない多孔質粒子が添加された塗料であって、前記水性エマルション塗料の固形分及び前記多孔質粒子の容積の合計に対する前記多孔質粒子の容積分率が60容積％以上となるように、前記多孔質粒子が前記水性エマルション塗料に添加されることを特徴とする遮熱断熱性塗料。
【請求項２】
前記水性エマルション塗料に添加される前記多孔質粒子の容積分率が88.2容積％を下回ることを特徴とする請求項１に記載の遮熱断熱性塗料。
【請求項３】
前記水性エマルション塗料に添加される前記多孔質粒子の容積分率が83.3容積％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の遮熱断熱性塗料。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
すなわち、上記目的を達成するための本発明の遮熱断熱性塗料は、固形分に少なくともアクリル樹脂粒子及び顔料を含む水性エマルション塗料に、アクリル樹脂で形成される多孔質粒子であって且つその表面に非多孔質の表面層が形成されていない多孔質粒子が添加された塗料であって、水性エマルション塗料の固形分及び多孔質粒子の容積の合計に対する多孔質粒子の容積分率が60容積％以上となるように、多孔質粒子が前記水性エマルション塗料に添加されることを特徴とする。