JPS60156771A - 太陽熱選択吸収用塗料組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、赤外線放射率の高い合成樹脂製基材等の表
面に太陽熱選択吸収性を付与しうる太陽熱選択吸収用塗
料組成物に関するものである。

〔背景技術〕

近年、エネルギー事情から太陽熱の利用技術が注目され
、家庭用としてもすでに給湯等を目的と（２） して実用化が進められている。太陽熱を集熱する集熱器
の表面の望ましい特性は、太陽熱を極力大量に吸収し、
吸収の結果温度上昇した面から放散する放射エネルギー
ができるだけ少ない選択吸収性があることである。すな
わち、大気圏を通過してくる太陽光線のエネルギーはそ
の大半が０．２〜２．５μの短波長側にあり、一方その
エネルギーを吸収して熱交換し温度上昇に伴って放散さ
れる放射エネルギーは２．５μ以上の長波長の赤外領域
にある。したがって、２．５μ以下の短波長側ではその
吸収率が１に近く、また２、５μを越える長波長側では
その放射率がＯに近い程理想的な選択吸収面となる。

このような太陽熱の選択吸収面を基材の−Ｌに形成する
ことは、２．５μ以下の短波長の光の吸収性に冨んだ黒
色の顔料を含む塗料を用いて塗膜を形成することにより
行うことができる。しかしながら、通常の塗膜は２．５
μを越える長波長の光をも吸収してしまうため、結果と
して２．５μ以−Ｆの長波長の放射率も高くなる。した
がって、いかにしく３） て放射率を押さえるかが課題となる。この場合、上記基
材をＡＩ！、Ｃｕ、ステンレス鋼により形成する場合に
は、これらの金属が赤外線反射能が大きく放射率が低い
ため、塗膜を構成する顔料、バインダを選択して２．５
μを越える長波長の光に対し透明性を与えるだけで選択
吸収性を実現することが容易にできる。しかしながら、
このようなＡ１２、Ｃｕ、ステンレス鋼は高価であるた
め、これに代えて安価な合成樹脂製の基材を用いること
が考えられ一部で実施されている。しかしながら、合成
樹脂は、その特性上、赤外線放射率が高いため、金属基
材に対すると同様の塗膜を形成しても２．５μ以上の長
波長の光に対する放射率は０．９前後を示し、殆ど選択
吸収効果はない。したがって、このような合成樹脂基材
を用いて集熱器を構成する場合には、第１図に示すよう
に合成樹脂基材ｌの上に金属Ｎ２を形成して合成樹脂基
材ｌからの赤外線放射率を低減させ、さらにその金属層
２の上に太陽光の吸収が極めて良好な吸収Ｎ３を形成す
ることが行われる。しかし、この際は、２．５（４） μ以上の赤外線の吸収を少なくするために（放射率を低
くするため）、吸収層３の塗膜厚を均一で、かつ数μと
いう薄い層に仕−ヒげることが必要となるが、このよう
に吸収層３を薄く仕上げることは極めて困難である。そ
して、形成された塗膜厚の管理も困難であるため安定し
た性能を付与することは極めて難しい。また上記金属層
２の形成には、吸収層３を通過した２、５μ以りの長波
長の光の反射率を高め、かつ基材１からの赤外線放射率
を低く抑制するために、金属粉末をその金属層２の表面
に浮上させる方法が用いられている。このように金属粉
末に対して金属層２の表面に浮上し配列させるというリ
ーフィング性を付与するためには、金属粉末をステアリ
ン酸塩等の表面処理剤により被覆処理することが必要と
なる。しかしながら、このような被覆処理により、ぬれ
塗膜においては吸収層３を構成するバインダのぬれ性が
阻害されてはじき現象が発生し、それによって均一な膜
厚の吸収Ｎ３が得られな（なるため、太陽光吸収率の減
少現象が生じる。また、乾燥塗膜にお（５） いては金属層２の表面の、表面処理金属粉末の配列面に
より吸収層３のバインダの密着性が阻害され温度条件等
が過酷な環境化で使用される集熱器等では吸収層３の接
着性に問題が残る。しかも上記のような金属層２．吸収
層３の形成は、その製造上２コート２ベークもしくは２
コ一ト１ベーク方式となり塗料のポットライフ、塗装の
セツティングタイム等の管理が難しくなるとともにコス
トが高くなり、また作業性も悪くなるというような問題
を生じている。

〔発明の目的〕 この発明は、赤外線放射率の高い合成樹脂製基材等の表
面に極めて容易に太陽熱選択吸収性を付与しうる太陽熱
選択吸収用塗料組成物を提供することをその目的とする
ものである。

〔発明の開示〕

この発明は、下記の（Ａ）成分と（Ｂ）成分とが合成樹
脂バインダ中に配合されてなる太陽熱選択吸収用塗料組
成物をその特徴とするものである。

（Ａ）塗膜中においてその表面に浮上し配列す（６） るリーフィング性を備え、かつ太陽光吸収能を有する黒
色無機ＩＩｎ料。

（Ｂ）塗膜中においてその底面側に沈降し配列する性質
を備え、かつ太陽光スペクトル中の長波長領域の反射能
が大きく放射率の低い金属粉末。

すなわち、この発明の太陽熱選択吸収用塗料組成物は、
上記のように構成されているため、赤外線放射率の高い
合成樹脂製基材等の表面に簡単に太陽熱選択吸収性を付
与しうるのであり、それによって集熱器等を合成樹脂で
形成してコストを引き下げながら、しかも優れた太陽熱
吸収性能を付与しうるようになる。

つぎにこの発明の詳細な説明する。

この発明の組成物は、合成樹脂バインダ中に前記の（Ａ
）成分と（Ｂ）成分とを配合してなるものである。

ここで（Ａ）成分とは塗膜中においてその表面に浮上し
、配列するリーフィング性を備え、かつ太陽光吸収能を
有する黒色無機顔料のことである。

（７） また、（Ｂ）成分とは塗膜中においてその底面側に沈降
し、配列する性質を備え、かつ太陽光スペクトル中の長
波長領域の反射能が大きく放射率の低い金属粉末のこと
である。

上記（Ａ）成分の黒色無機顔料としては、Ｆｅ、Ｍｎ、
Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉの群から選択した少なくとも１
種の金属の酸化物もしくは複合酸化物があげられる。こ
れらの中でもコストを含めた実用性を考慮すると、Ｆ　
ｅ　２０３　、　Ｍｎ　ｏ、　。

ＣｕＯ等の顔料が最適である。２．５μ以上の赤外線吸
収性をもつ有機顔料の使用は不適である。特に塗膜形成
のためと太陽光線を効率よく吸収するための安定した隠
蔽力を得るためには、この黒色無機顔料の粒径が重要と
なる。通常使用されている顔料の粒径は０．５〜１．５
μであるが、この発明に用いる黒色無機顔料としてはそ
れよりも粒径が小さく０．０１〜１．０μの平均粒径に
することが望ましい。そして、このような黒色無機顔料
に対してリーフィング性を付与するために、顔料粒子の
表面をステアリン酸金属塩で被覆処理する。この（８） 処理により、塗膜中において黒色熱Ｒ顔料が表面に浮上
し配列するリーフィング性が発揮されるようになる。

上記（Ｂ）成分の金属粉末としては、赤外線の反射率が
高くかつ放射率の低い金属であるＣ　ｕ　。

ＡＪもしくはそれらの合金からなる粉末またはステンレ
ス鋼粉末（ＳｕＳ粉末）があげられる。これらの粉末は
単独で使用してもよいし併せて使用してもよい。そして
、これらの粉末に対しては、塗膜中においてその底面側
に沈降して配列するように、その表面には何等の処理を
施さないことが好ましい。

上記合成樹脂バインダとしては、比較的赤外領域に対す
る吸収性の少ないアクリル系樹脂またはウレタン系樹脂
を用いることが好ましい。

つぎに、実施例について比較例とあわせて説明する。

〔実施例１〕 （Ａ）成分の黒色無機顔料として、大日精化工業社製、
ダイピロキサイドカラー９９５５０（最（９） 大粒径０．０５μ）をステアリン酸亜鉛で被覆処理した
もの用い、また合成樹脂バインダとしてアクリル系樹脂
（アサヒペン社製、アサヒペンオレフィックスＰ＃６０
’００（メタクリル酸エステル主成分））を用い、顔料
のバインダに対する容積率を２０％（ＰＶＣ２０％）と
し、ミキシングロールで３時間混合分散した。他方、（
Ｂ）成分である金属粉末として放射率ε−０，０３のア
ルミニウム粉末（昭和アルミパウダー社製、５ａｐ６４
ＯＮノンリーフイングタイプ、平均粒径１７μ）を用い
、上記と同様のバインダに対する配合割合を１５〜２０
−ｔ％とし、ディスパーを用いて１時間混合分散した。

そして、前記のようにして得られた顔料ペーストと上記
のようにして得られた金属粉末ペーストとの比を１：１
として混合分散し塗料組成物化したのち、溶剤２００重
量部を用いて希釈し、これを、溶剤で脱脂したポリプロ
ピレン板（赤外線放射率ε＝０．８０）からなる碁打上
にスプレーで膜厚が３〜５μとなるように塗装し、１５
分のセットタイムを設けたのち、７０℃で２０（１０） 分間強制乾燥した。

〔実施例２〕 （Ｂ）成分の金属粉末として、昭和アルミパウダー社製
、５ａｐ７２５Ｎノンリーフイングタイプ、平均粒径２
１μのアルミニウム粉末を用いた。それ以外は実施例１
と同様にして塗料組成物をつくり、これを実施例１と同
様にして希釈したのち、溶剤脱脂ポリプロピレン板から
なる基材にスプレー塗装し、同様の条件で強制乾燥した
。

〔実施例３〕 （Ａ）成分の黒色無機顔料として、大Ｂ　ｔｌｔ化工化
工製社製大粒径１．０μのダイピロキナイドカラー＃９
５６０をステアリン酸亜鉛で処理したものを用いた。そ
れ以外は実施例１と同様にして塗料組成物をつくり、こ
れを実施例１と同様にして希釈したのち、溶剤脱脂ポリ
プロピレン板からなる基材にスプレー塗装し、同様の条
件で強制乾燥した。

〔実施例４〕 （Ａ＞成分の黒色無機顔料として、大日精化工（１１） 業社製、最大粒径１．０μのダイピロキサイドカラー＃
９５６０をステアリン酸亜鉛で処理したものを用いるよ
うにし、また（Ｂ）成分の金属粉末として、昭和アルミ
パウダー社製、５ａｐ７２５Ｎノンリーフイングタイプ
、平均粒径２１μのアルミニウム粉末を用いた。それ以
外は実施例１と同様にして塗料組成物をつくり、これを
実施例１と同様にして希釈したのち、溶剤脱脂ポリプロ
ピレン板からなる基材にスプレー塗装し、実施例１と同
様の条件で強制乾燥した。

〔実施例５〕 バインダとして、アクリル系樹脂（大日本インキ化学社
製、Ａ３０１（メタクリル酸エステル主成分））を用い
た。それ以外は実施例１と同様にして塗料組成物をつく
り、これを実施例１と同様にして希釈したのち、溶剤脱
脂ポリプロピレン板からなる基材に対してスプレー塗装
し、実施例１と同様の条件で強制乾燥した。

以上のようにして得られた各塗膜の状態を第２図に示す
。図において、４は溶剤脱脂ポリプロピ（１２） レン板からなる基材、５は塗膜である。そして、この塗
膜５において、表面に金属粉末６ａが浮上して配列して
おり、底面に金属粉末６ｂが沈降して配列している。そ
れらの中間がバインダ層７になっている。このような構
造の塗膜５の太陽光吸収率と赤外線放射率を第１表に示
した。

築−土一表 註：太陽光吸収率は島原製作所製分光光度計Ｍｐｓ−５
０００型を用い、波長０．３４〜２゜５μの範囲内での
測定値から、太陽光放射スペクトル（ＡＭ２）に対して
計算してめた。

（１３） 赤外線放射率は、日本分光工業Ａ３０２型放射率計を用
い、３．０３〜２０μでの測定値から３０℃黒体放射ス
ペクトルに対して計算しめた（以下の表においても同様
である）。

第１表の結果より、実施例の塗料組成物によれば、いず
れも太陽光吸収率が高く、かつ赤外線放射率が低い塗膜
をポリプロピレン板等の合成樹脂基材上に形成しうろこ
とがわかる。

なお、合成樹脂バインダとして、塩素化ポリプロピレン
を用いると一層優れた効果が得られるようになる。すな
わち、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィ
ンは、赤外領域波長の透過率が高い。合成樹脂の赤外線
吸収は主に格子振動に起因し、波長２．５〜２５μの領
域ではＣ−Ｘの伸縮振動、Ｘ−Ｈの変形振動、グループ
振動等によるものであり、ポリエチレン、ポリプロピレ
ンは炭素、水素原子だけからなり簡単な分子構造である
ため、振動モードも少なく赤外線吸収は小さくなる。そ
の結果、振動モードが多数存在しても（１４） その吸収ピークが鋭く吸収率の寄与率は小さい。

第３図にポリプロピレン膜（厚み３μ）の赤外透過スペ
クトルを示す。そして、基材に対するポリオレフィンの
密着性を高めるためポリプロピレンを塩素化（２０〜３
０％）してトルエンに溶解した塩素化ポリプロピレンの
トルエン溶液を用いると塗膜の密着性および太陽熱選択
吸収性の一層の向上が実現されるようになる。

このように合成樹脂バインダとして塩素化ポリプロピレ
ンのトルエン溶液を用いたものの実１％　例について説
明する。

〔実施例６〕 合成樹脂バインダとして、塩素化ポリプロピレントルエ
ンｆ４？ｆｌｉ（重陽国策パルプ社製、スーパークロン
＃８３２Ｌ）を用いた。それ以外は実施例１と同様にし
て塗料組成物をつくり、これを実施例１と同様にして希
釈したのち、溶剤脱脂ポリプロピレン板からなる基材に
スプレー塗装し実施例１と同様の条件で強制乾燥した。

実施例６によって得られた塗膜の太陽光吸収率（１５） と赤外線放射率を実施例１のものを対照として第２表に
示した。

第２表より実施例６のものの性能が優れていることがわ
かる。なお、参考例として各種のバインダを放射率ε＝
０．０３のアルミニウム板の上に膜厚３μになるように
スプレーで吹き付は形成し、その表面の赤外線放射率を
測定した。その結果を第３表に示した。

（以下余白） （１６） Ｌ」−］ 第３表より塩素化ポリプロピレンの赤外線放射率が最も
小さくて優れていることがわかる。

〔発明の効果〕

この発明の太陽熱選択吸収用塗料組成物は、以上のよう
に構成されているため、赤外線放射率の高い合成樹脂基
材等の上に極めて容易に性能のよい選択吸収膜を形成で
きる。したがって、これを利用することにより、合成樹
脂基材を用いて安価（１７） でかつ性能のよい集熱器を実現しうるようになる。

ところで、ポリオレフィン製の集熱体の表面に選択吸収
膜をつぎのように２段階で形成してもよい。すなわち、
まず上記樹脂製の集熱体の表面に、Ａｊ２．Ｎｉ、Ｃｕ
、Ａｇ、ステンレス鋼から選択した少なくとも１種の微
粉末が配合分散されている塩素化ポリオレフィン等の極
性のある材料を主成分としたバインダを用いて金属層を
形成する。つぎに、その金属層の上に、Ｆ　ｅ＋　Ｍ　
ｎ　＋　Ｃｕ、クロム、Ｃｏ、Ｎｉから選択した１種以
上の金属酸化物をアクリル系樹脂、ウレタン系樹脂等を
バインダとして用い吸収層を形成することにより選択吸
収膜を形成するようにしてもよい。すなわち、このよう
にすることにより、集熱体からの熱放射を低下させ、か
つ長波長領域の光を反射する均一で一様な金属層を、集
熱体との密着性を高めた状態で形成しうる。そして、太
陽熱の吸収は、上記の金属層の上に形成された吸収層に
よって行われるため、両層の作用により性能のよい選択
吸収膜が形成されるよにうなる。

（１８） これを実現した装置を第４図に示す。図において、８は
外箱、９はカバーグラス、１ｏは断熱材、１１は集熱体
である。集熱体１１はポリエチレン、ポリプロピレン等
の樹脂を用い、ブロー成形により形成されており、その
内部には熱媒流路が設けられている。この集熱体１１の
表面には第５図に示すように前記の選択吸収膜１３がス
プレー等により均一で薄く吹き付けられて設けられてい
る。この選択吸収膜１３の構成を第６図に示す。

第６図において、１１は集熱体本体、１３は選択吸収膜
で、その選択吸収膜１３は金属層１４と吸収層１５とか
らなっている。金属層１４には、Ｎ１、Ｃｕ、Ａｇ、ス
テンレス鋼から選択した１種の鱗片状金属微粉末が分散
されている。この鱗片状金属微粉末は、金属層１４の表
面に浮上し配列している。７はバインダ層である。吸収
層１５の内部には金属酸化物１２が分散されている。す
なわち、上記金属層１４の形成は塩素化ポリプロピレン
バインダ中に前記の鱗片状金属微粉末を配合して分散濾
過し、吹き付けに通した粘度に調整しく１９） たのち、スプレー等で塗布することにより行われる。バ
インダ中に配合分散された鱗片状金属微粉末は塗布１＆
湿潤塗膜中において塗膜の表面に浮上し均一で薄い金属
層１４を形成する。吸収層１５の形成は、アクリル系樹
脂バインダ中に前記Ｆｅ、Ｎｉ等の金属酸化物をディス
パー等を用い顔料の２次凝集体がないように分散したの
ち、スプレー等を用い塗布することにより行われる。分
散度を高めるために顔料混練用ロール等を用いてもよい
。ここでアクリル系樹脂バインダを吸収１’１ｔ１５に
用いる理由はアクリル系樹脂バインダは樹脂としての耐
候性が優れていることと選択吸収性を実現させるための
望ましい分光特性をもっているからである。特に優れた
選択吸収性を実現させるためと金属層１４のバインダと
集熱体１１との密着性を低下させずバインダの靭性を効
果的に向上させるためには吸収層１５を薄膜に仕上げる
ことが望ましい。

つぎに、これの製造例を説明する。

〔製造例１〕 （２０） ポリプロピレン板（３０ｘ３０ｘ２．５龍）をテストピ
ースとして用意した。このテストピースの素地吸収率（
α）は０．９６．放射率（ε）は０．８３であった。他
方、塩素化ポリプロピレン（重陽国策パルプ社製、スー
パークロン＃８３２Ｌ）を用い、鱗片状金属微粉末とし
てアルミベースト（昭和電工社製、５ａｐ１２０−リー
フィングタイプ）を１５ｗｔ％配合し均一に分散して塗
料をつくった。つぎに、これをテストピースに対し、ス
プレーニヨリ４〜８μ厚に塗布した。このとき形成され
た金属層の放射率（ε）は０．３０であった。

つぎに、この金属層の上に吸収層をっぎのようにして形
成した。すなわち、アクリル系樹脂バインダ（アサヒペ
ン社製、オレフイックス＃６０００）に黒色顔料（大日
精化社製、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｕ系顔料、ダイピロキサイド
カラー＃９５６０）をバインダに対する顔料の容積率が
２５％になるように配合し、顔料混線用ロールで２時間
分散混合して塗料を製造し、これを金属層の上に塗布し
たのち、７０℃で２０分間乾燥し吸収層を形成した。

（２１） この場合、塗膜厚を第７図に示すように代えてそのとき
の吸収率（α）を調べた。第７図より塗膜厚が４．０μ
以下であると吸収率（α）が０．９２以上となり、また
放射率（ε）が０．５８以下となるため満足すべき性能
が得られるようになることがわかる。

なお、上記の製造例では吸収層のバインダとしてアクリ
ル系樹脂バインダを用いているがそれに代えてポリオレ
フィン系樹脂、スチレン系樹脂。

ブタジェン系樹脂を用いると赤外領域での透明性が向上
するようになり一層優れた選択吸収膜が得られるように
なる。

つぎに、これの製造例について説明する。

〔製造例２〕 吸収層に用いるバインダとして塩素化ポリプロピレン樹
脂（重陽国策パルプ社製、スーパークロン＃８３２Ｌ）
を用いた。それ以外は製造例１と同様にして選択吸収膜
を形成した。この選択吸収膜は吸収率（α）が０．９３
で、放射率（ε）が０゜４０であった。したがって、従
来のアクリル系樹（２２） 脂をバインダとした製造例１に比べて性能が一層向上し
ていることがわかる。なお、」二記塩素化ポリプロピレ
ン樹脂バインダに代えて山陽国策パルプ社製、スーパー
クロン＃８０３Ｌ、スーパークロン＃８０３Ｍを用いて
もよい。また塩素化ポリプロピレンに代えて塩素化ポリ
エチレンをバインダとして用いる場合には、重陽国策パ
ルプ社製。

スーパークロン＃５１０を用いることが好ましい。また
黒色顔料としては、大日精化社製、Ｆｅ−Ｍ　ｎ　−Ｃ
ｕ系顔料、ダイピロキサイドカラー＃９５５０を用いる
ようにしてもよい。またそれに代えて同社製のＣｒ−Ｃ
ｕ系顔料であるダイピロキサイドカラー＃９５１０を用
いるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の構成図、第２図はこの発明の一実施例
を用いた塗膜の状態の構成図、第３図はポリプロピレン
膜の赤外透過スペクトル線図、第４図は参考例の集熱体
内蔵集熱器の部分的破断斜視図、第５図はその集熱体の
部分的拡大断面図、（２３） 第６図は選択吸収膜の形成状態説明図、第７図は膜厚−
分光特性線図である。 ４・・・基材　５・・・塗膜　６ａ、６ｂ・・・金属粉
末７・・・バインダ層　１０・・・断熱材　１１・・・
集熱体１２・・・金属酸化物　１３・・・選択吸収膜　
１４・・・金属層　１５・・・吸収層 代理人　弁理士　松　本　武　彦 （２４） １ ３図 第４図 第５図 第６図 １．０　２．０　３．０　４Ω　５．ｏ（μｍ）膜厚 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　下記の（Ａ）成分と（Ｂ’）成分とが合成樹脂
   バインダ中に配合されてなる太陽熱選択吸収用塗料組成
   物。 （Ａ）塗膜中においてその表面に浮上し配列するリーフ
   ィング性を備え、かつ太陽光吸収能を有する黒色無機顔
   料。 （Ｂ）塗膜中においてその底面側に沈降し配列する性質
   を備え、かつ太陽光スペクトル中の長波長領域の反射能
   が大きく放射率の低い金属粉末。 （２１（Ａ）成分が、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、
   Ｎｉの群から選択した１種以上の金属の酸化物または複
   合酸化物の表面をステアリン酸の金属塩により被覆処理
   したものである特許請求の範囲第１項記載の太陽熱選択
   吸収用塗料組成物。 （３１（Ｂ）成分が、Ｃｕ、Ａｊ！もしくはその合金（
   １） からなる粉末およびステンレス鋼粉末の少なくとも１つ
   からなるものである特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の太陽熱選択吸収用塗料組成物。 １４１　合成樹脂バインダが、アクリル系樹脂またはウ
   レタン系樹脂の少なくとも１つからなるものである特許
   請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の太陽
   熱選択吸収用塗料組成物。 （５）合成樹脂バインダが、ポリオレフィン系樹脂、ス
   チレン系樹脂およびブタジェン系樹脂の少なくとも１つ
   からなるものである特許請求の範囲第１項ないし第３項
   のいずれかに記載の太陽熱選択吸収用塗料組成物。