(57)【要約】【課題】  放熱性フィラーを省略することができる放熱性塗料組成物、放熱性被膜及び被膜形成方法を提供する。【解決手段】  放熱性塗料組成物は、側鎖の炭素数が５〜２０のポリ−α−オレフィンとシランカップリング剤とを含む。側鎖の炭素数は１０〜１５であることが好ましい。放熱性塗料組成物は基材の表面において放熱性被膜を形成する。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱性被膜を形成するための放熱性塗料組成物であって、
以下の化学式（１）で表されるポリ−α−オレフィンとシランカップリング剤とを含むことを特徴とする放熱性塗料組成物。
【化１】
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ここで、Ｒ１は水素又はメチル基であり、Ｒ２は炭素数が５〜２０の直鎖アルキル基である。
【請求項２】
シランカップリング剤の含有量が、ポリ−α−オレフィンとシランカップリング剤との合計に対して１〜１０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１に記載の放熱性塗料組成物。
【請求項３】
前記化学式（１）のＲ２は炭素数が１０〜１５の直鎖アルキル基であることを特徴とする請求項１に記載の放熱性塗料組成物。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の前記放熱性塗料組成物を含み、基材の表面に形成されたことを特徴とする放熱性被膜。
【請求項５】
厚さが１５〜５０μｍであることを特徴とする請求項４に記載の放熱性被膜。
【請求項６】
前記基材は、アルミニウムを含む材料から形成されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の放熱性被膜。
【請求項７】
無機粒子から形成された放熱性フィラーの含有量が０．１ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１つの項に記載の放熱性被膜。
【請求項８】
無機粒子から形成された放熱性フィラーを含まないことを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１つの項に記載の放熱性被膜。
【請求項９】
基材の表面に被膜を形成するための被膜形成方法であって、
以下の化学式（１）で表される組成物とシランカップリング剤とを含む溶液を前記基材の表面に塗布する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記溶液が塗布された前記基材を１００℃〜１５０℃で加熱する第２工程とを含むことを特徴とする被膜形成方法。
【化２】
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ここで、Ｒ１は水素又はメチル基であり、Ｒ２は炭素数が５〜２０の直鎖アルキル基である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱を促進するために基材の表面に形成される放熱性被膜、放熱性被膜に含まれる放熱性塗料組成物、及び被膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
装置の放熱を促進するために、装置の表面に形成される放熱性被膜が公知である。放熱性被膜は、一般的に、アクリル樹脂等の樹脂からなる母材と、母材に保持されたカーボンブラック等の無機粒子からなる放熱性フィラーとを含む（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８１５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の放熱性被膜は、放熱性フィラーを必須の構成としている。そのため、母材に適した放熱性フィラーの選択や、放熱性フィラーの調製、母材への放熱性フィラーの分散等を行なう必要がある。また、放熱性フィラーには、母材の劣化を促進するものもある。放熱性フィラーを省略することができれば、放熱性被膜の作成が容易になる。
【０００５】
本発明は、以上の背景を鑑み、放熱性フィラーを省略することができる放熱性塗料組成物、放熱性被膜及び被膜形成方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、放熱性被膜を形成するための放熱性塗料組成物であって、以下の化学式（１）で表されるポリ−α−オレフィンとシランカップリング剤とを含むことを特徴とする放熱性塗料組成物。
【化１】
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ここで、Ｒ１は水素又はメチル基であり、Ｒ２は炭素数が５〜２０の直鎖アルキル基である。
【０００７】
この態様によれば、放熱性フィラーを省略することができる放熱性塗料組成物を提供することができる。直鎖アルキル基は、柔軟性を有し、様々な立体配座をとることができる。そのため、直鎖アルキル基からなる側鎖の回転や振動を含む分子運動によって、側鎖におけるエネルギー消費が増加すると共に、側鎖と外部の気体分子や液体分子との接触が増加し、放熱が促進すると考えられる。
【０００８】
また、上記の態様において、シランカップリング剤の含有量が、ポリ−α−オレフィンとシランカップリング剤との合計に対して１〜１０ｗｔ％であるとよい。
【０００９】
この態様によれば、ポリ−α−オレフィンとシランカップリング剤との反応率が向上する。
【００１０】
また、上記の態様において、前記化学式（１）のＲ２は炭素数が１０〜１５の直鎖アルキル基であるとよい。
【００１１】
この態様によれば、放熱性被膜の放熱性能を向上させることができる。
【００１２】
本発明の他の態様は、上記の第１及び第２の態様における放熱性塗料組成物を含み、基材の表面に形成された放熱性被膜を提供する。
【００１３】
この態様によれば、放熱性フィラーを省略することができる放熱性被膜を提供することができる。
【００１４】
上記の態様において、厚さが１５〜５０μｍであるとよい。
【００１５】
この態様によれば、放熱性被膜の放熱性を向上させることができる。放熱性被膜では、主に表面に位置する直鎖アルキル基の側鎖を介して熱が放熱されるため、体積に対する表面積が大きいほど放熱性が向上する。
【００１６】
上記の態様において、前記基材は、アルミニウムを含む材料から形成されているとよい。
【００１７】
この態様によれば、放熱性被膜を基材に安定性良く接着することができる。
【００１８】
上記の態様において、無機粒子から形成された放熱性フィラーの含有量が０．１ｗｔ％以下であるとよい。また、上記の態様において、放熱性被膜は無機粒子から形成された放熱性フィラーを含まないことが好ましい。
【００１９】
この態様によれば、放熱性被膜の放熱性を向上させることができる。放熱性フィラーは、表面の直鎖アルキル基の分子運動を阻害して放熱性を低下させると考えられる。
【００２０】
本発明の他の態様は、基材の表面に被膜を形成するための被膜形成方法であって、以下の化学式（１）で表される組成物とシランカップリング剤とを含む溶液を前記基材の表面に塗布する第１工程と、前記第１工程の後に、前記溶液が塗布された前記基材を１００℃〜１５０℃で加熱する第２工程とを含むことを特徴とする。
【化２】
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ここで、Ｒ１は水素又はメチル基であり、Ｒ２は炭素数が５〜２０の直鎖アルキル基である。
【発明の効果】
【００２１】
以上の構成によれば、放熱性フィラーを省略することができる放熱性塗料組成物、放熱性被膜及び被膜形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】放熱性能試験に使用する試験容器
【図２】放熱性能試験における、（Ａ）放熱時間と温度との関係を示すグラフ、（Ｂ）放熱時間と温度差（ｌｎ（Ｔｓ−Ｔａ））との関係を示すグラフ
【図３】放熱性被膜の厚みと放熱速度比との関係を示すグラフ
【図４】放熱性被膜の側鎖の炭素数と放熱速度比との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る放熱性塗料組成物、放熱性被膜、及び被膜形成方法の実施形態について説明する。
【００２４】
（放熱性塗料組成物）
実施形態に係る放熱性塗料組成物は、放熱性被膜に含まれる組成物であり、以下の化学式（１）で表されるポリ−α−オレフィンとシランカップリング剤とを含む。
【化３】
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ここで、Ｒ１は水素又はメチル基であり、Ｒ２は炭素数が５〜２０の直鎖アルキル基である。
【００２５】
化学式（１）で表されるポリ−α−オレフィンは、炭素数が７〜２２のα−オレフィンの重合反応によって生成することができる。また、β位にメチル基の側鎖を有するα−オレフィンを使用することによって、Ｒ１をメチル基にすることができる。
【００２６】
シランカップリング剤は、一般式Ｘ−Ｓｉ−Ｙ３で表される構造を有する。ここで、Ｘは有機基であり、Ｙは炭素数が１〜３のアルコキシ基である。有機基は、例えば、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アクリル基、アミノ基、メルカプト基である。アルコキシ基は、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ジメトキシ基、ジエトキシ基である。ＸとＳｉとの間に炭素数１〜６のアルキレン基が介在してもよい。また、Ｙは、１つのアルコキシ基をメチル基に変更してもよい。シランカップリング剤は、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシランである。
【００２７】
シランカップリング剤の含有量は、ポリ−α−オレフィンとシランカップリング剤との合計に対して１〜１０ｗｔ％であり、より好ましくは１〜５ｗｔ％である。シランカップリング剤がビニルトリメトキシシランであり、かつポリ−α−オレフィンのＲ１が水素であり、Ｒ２が炭素数５〜２０の直鎖アルキル基である場合、シランカップリング剤の含有量が５〜１０ｗｔ％のときシランカップリング剤とポリ−α−オレフィンとの反応率が９０％以上になり、シランカップリング剤の含有量が１〜４ｗｔ％のとき反応率が９８％以上であった。
【００２８】
（放熱性塗料）
放熱性塗料は、上述したポリ−α−オレフィン及びシランカップリング剤を含む放熱性塗料組成物と、放熱性塗料組成物を溶解する溶剤とを含み、液体として調製される。溶剤は、揮発性の有機溶剤であることが好ましく、例えばアセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル等の酢酸エステル類、ノルマルヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ノルマルヘプタン等の炭化水素類、トルエン、キシレン、ベンゼン等の芳香族炭化水素類等、ブチルセロソルブ、フェニルセロソルブ、ジメチルセロソルブ等のエーテル類であってよい。放熱性塗料は、更に顔料や顔料分散剤、レベリング剤、消泡剤、増粘剤等を含んでもよい。
【００２９】
（放熱性被膜）
放熱性被膜は、基材の表面に形成される被膜であり、上記の放熱性塗料組成物を含む。基材は、例えば熱交換器のハウジングやチューブ、コアであってよい。熱交換器は、例えば車両のインタークーラーやラジエータであってよい。基材は、鉄やアルミニウム、それらの合金から形成されているとよい。
【００３０】
放熱性被膜において、化学式（１）で表されるポリ−α−オレフィンは、シランカップリング剤を介して基材に結合する。シランカップリング剤は、アルコキシ基が加水分解によって水酸基になり、鉄やアルミニウムの表面の水酸基と水素結合することによって基材に結合する。また、シランカップリング剤は、有機基においてポリ−α−オレフィンと結合する。シランカップリング剤は、例えば、化学式（１）のＲ２と置換し、有機基において、ポリ−α−オレフィンの主鎖の炭素と結合する。放熱性被膜の厚さは、１５μｍ〜５０μｍであることが好ましい。
【００３１】
放熱性被膜は、無機粒子から形成された放熱性フィラーの含有量が０．１ｗｔ％以下である。また、放熱性被膜は、無機粒子から形成された放熱性フィラーを含まないことが好ましい。放熱性フィラーは、例えばカーボンブラックや酸化亜鉛、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、フッ化カルシウム、窒化ホウ素、石英、カオリン、水酸化アルミニウム、ベントナイト、タルク、サリサイト、フォルステライト、マイカ、コージェライト、窒化ホウ素等の粒子である。
【００３２】
放熱性被膜を形成するポリ−α−オレフィンの直鎖アルキル基の側鎖は、柔軟性を有し、様々な立体配座をとることができる。そのため、側鎖の回転や振動を含む分子運動によって、側鎖におけるエネルギー消費が増加すると共に、側鎖と外部の気体分子や液体分子との接触が増加し、放熱性被膜の放熱性が向上すると考えられる。側鎖は、分子運動のし易さから直鎖アルキル基であることが好ましい。側鎖が、極性を有する官能基や二重結合、三重結合等を含むと側鎖の分子運動が阻害され、放熱性が低下すると考えられる。
【００３３】
（被膜形成方法）
第１の被膜形成方法では、最初の工程において、上記の放熱性塗料を基材の表面に塗布する。塗布方法は、スプレー塗布やディップ塗布、はけ塗り、ローラー塗り等を含む。次の工程では、放熱性塗料を塗布した基材を１００〜１５０℃で２０〜４０分間加熱する。この工程によって、ポリ−α−オレフィンとシランカップリング剤とが結合すると共に、溶剤が揮発する。これにより、基材の表面に放熱性被膜が形成される。
【実施例】
【００３４】
（被膜形成方法の実施例）
化学式（１）においてＲ１を水素、Ｒ２の炭素数を各種値としたものを放熱性塗料組成物として使用した。シランカップリング剤は、ビニルトリメトキシシランとした。ポリ−α−オレフィン及びシランカップリング剤をブチルセロソルブで希釈して放熱性塗料とした。シランカップリング剤の含有量は、ポリ−α−オレフィンとシランカップリング剤との合計に対して５ｗｔ％とした。ポリ−α−オレフィン及びシランカップリング剤のブチルセロソルブに対する濃度は、５ｗｔ％とした。基板（基材）はアルミニウム板（Ａ１０５０、長さ１５０ｍｍ×幅７０ｍｍ×厚み０．８ｍｍ）を使用した。エアスプレーによって放熱性塗料を基板の一方の表面に適量噴霧することによって、基板の一方の表面に放熱性塗料を塗布した。続いて、加熱炉を使用して、放熱性塗料を塗布した基板を１２０℃で３０分間加熱した。加熱により、ポリ−α−オレフィンがシランカップリング剤を介して基板の表面に結合し、ブチルセロソルブが揮発し、基板の表面に放熱性被膜が形成された。加熱後の放熱性被膜の厚さを放熱性被膜の厚さとした。放熱性被膜の厚さは、エアスプレーによる放熱性塗料の噴霧量によって調節することができる。
【００３５】
（放熱性能試験）
放熱性被膜の放熱性の評価は、次の放熱性能試験によって行った。図１に示すように、底部を切り取った直方体のスチール缶１（長さ１３０ｍｍ×幅５０ｍｍ×高さ１００ｍｍ、厚み０．８ｍｍ）の底部を、放熱性被膜２を形成した基板３で閉塞することによって試験容器４を作成した。基板３は、放熱性被膜２が形成された面が下側（外側）を向くように配置した。スチール缶１と基板３とは接着剤によって液密に結合した。試験容器４の上部及び側部は、厚さ３０ｍｍの発泡スチロール６（断熱材）で覆われている。試験容器４は、発泡スチロール６を介して台７の上に配置し、基板３を他の構造体から十分に離れた位置に配置した。試験容器４の上部には、液体の注入口が形成されている。試験容器４の内部には、試験開始時に１００℃に加熱したエンジンオイル３５０ｍＬを投入した。投入したエンジンオイルは、試験容器の内部に設けた撹拌棒８によって２００ｒｐｍで撹拌した。また、試験容器４の内部にはエンジンオイルの温度を測定するための熱電対９が設けられている。また、測定装置の外部（発泡スチロールの外方）には、外気温度を測定するための熱電対（不図示）が設けられている。測定は、外気温度が室温（約２２℃）の環境下で実施し、投入したエンジンオイルの温度が１００℃から低下し、８５℃になったときを時間０として、以後のエンジンオイルの温度を記録した。また、参照試験として、放熱性被膜を有しない基板を底部とした試験容器を用いて、同様の放熱性能試験（温度測定）を行なった。
【００３６】
図２（Ａ）及び（Ｂ）に放熱性能試験から得られた結果を示す。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、化学式（１）で表されるポリ−α−オレフィンにおいて、Ｒ１を水素、Ｒ２の炭素数を１３としたものを使用し、放熱性被膜の厚さを２０μｍとした場合の結果である。図２（Ａ）のグラフでは、横軸を時間［ｓ］、縦軸を温度［℃］としている。エンジンオイルは、基板を介した放熱により時間の経過と共に温度が低下する。図２（Ｂ）のグラフは、図２（Ａ）の結果を変換して示すものであり、横軸を時間［ｓ］、縦軸をエンジンオイルの温度Ｔｓから外気温度Ｔａを減じた値の自然体数（ｌｎ（Ｔｓ−Ｔａ））としている。図２（Ａ）及び（Ｂ）からわかるように、底部の基板が放熱性被膜を有する場合、放熱性被膜を有しない場合（参照試験）に対してグラフの傾きが大きいことが確認された。図２（Ｂ）におけるグラフの傾き、すなわち単位時間（１ｓ）当たりのｌｎ（Ｔｓ−Ｔａ）の変化量を放熱速度Ｖｓ、Ｖｒと定義する。基板が放熱性被膜を有する場合の放熱速度をＶｓ、基板が放熱性被膜を有しない場合（参照試験）の放熱速度をＶｒとする。また、参照試験の放熱速度Ｖｒに対する放熱速度Ｖｓの比を放熱速度比Ｒ（＝（Ｖｓ−Ｖｒ）／Ｖｒ×１００）と定義する。
【００３７】
（膜厚が放熱性に与える影響）
化学式（１）で表されるポリ−α−オレフィンのＲ１を水素、Ｒ２の炭素数を１３とし、放熱性塗料の基板への噴霧量を変更することによって、各種膜厚の放熱性被膜を形成した。生成した放熱性被膜の厚さは、１５μｍ、４５μｍ、７８μｍであった。これらの各膜厚の放熱性被膜を有する基板に対して放熱性能試験を行なった。
【００３８】
図３は、放熱性被膜の厚さと放熱速度比との関係を示すグラフである。図３の結果から、放熱性被膜の厚さが増加するにつれて、放熱速度比が低下することが確認された。また、放熱性被膜の厚さが８０μｍ以上の範囲では、放熱速度比がほとんど変化しないことが確認された。本実施例に係る放熱性被膜は、厚さを１０μｍ以下にすると均質な被膜を形成することが困難であった。また、放熱性被膜の厚さが０のとき放熱速度比は０であるため、放熱性被膜は少なくとも１０μｍ以上の厚さを有することが好ましい。そのため、放熱性被膜の厚さは、１５〜５０μｍが好ましいといえる。また、この範囲内において膜厚が薄いほど放熱性が向上するため、放熱性被膜の厚さは、１５〜４０μｍがより好ましく、１５〜３０μｍが更に好ましい。放熱性被膜の厚さが薄いほど、体積に対する表面積の割合が大きくなり、体積に対して放熱性被膜の表面に配置される直鎖アルキル基の割合が増加する。そのため、放熱性が増加すると考えられる。
【００３９】
（側鎖が放熱性に与える影響）
化学式（１）で表されるポリ−α−オレフィンのＲ１を水素、Ｒ２の炭素数を８、１３、１７とし、厚さが２０μｍの放熱性被膜を形成した。そして、各基板に対して放熱性能試験を行なった。
【００４０】
図４は、側鎖の炭素数と放熱速度比との関係を示すグラフである。図４の結果から、直鎖アルキル基の炭素数（側鎖の炭素数）が８、１３、１７のいずれの場合も放熱速度比が０より大きくなり、放熱性被膜を有しない場合に対して放熱性が向上することが確認された。図４の結果に基づく近似曲線から側鎖の炭素数が５〜２０の範囲内において、放熱速度比が０より大きくなり、放熱性被膜による放熱性の向上効果が生じると考えられる。直鎖アルキル基の炭素数（側鎖の炭素数）が１０〜１５のときに放熱速度比が極大になることが確認された。そのため、側鎖の炭素数は１０〜１５の範囲がより好ましいといえる。
【００４１】
（放熱性フィラーが放熱性被膜の放熱性に与える影響）
放熱性塗料組成物に含まれるポリ−α−オレフィンのＲ２の炭素数を１３とし、実施例に係る放熱性塗料を作成した。また、比較例として、放熱性フィラーとしてカーボンブラック（粒径３μｍ）を０．５ｗｔ％の濃度で懸濁させた放熱性塗料を作成した。比較例に係る放熱性塗料は、放熱性フィラーを含む点を除き他の条件は、実施例に係る放熱性塗料と同様である。実施例及び比較例に係る放熱性塗料を使用して、それぞれ厚さが２０μｍの放熱性被膜を形成した。これらの実施例及び比較例に係る放熱性被膜を有する基板に対して放熱性能試験を行なった。
【００４２】
放熱性能試験の結果、実施例に係る放熱性被膜（放熱性フィラー無し）は、比較例に係る放熱性被膜（放熱性フィラー有り）よりも高い放熱性を有することが確認された。放熱性フィラーが放熱性被膜の表面に露出することによって、表面における直鎖アルキル基からなる側鎖の密度が低下することが考えられる。また、放熱性フィラーによって、放熱性被膜の表面における直鎖アルキル基からなる側鎖の分子運動が阻害されることが考えられる。これらによって、放熱性フィラーを含まない放熱性被膜の方が、放熱性フィラーを含む放熱性被膜より放熱性が向上したと考えられる。
【符号の説明】
【００４３】
１    ：スチール缶
２    ：放熱性被膜
３    ：基板
４    ：試験容器
６    ：発泡スチロール
７    ：台
８    ：撹拌棒
９    ：熱電対
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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