(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-07-26
(54)【発明の名称】白色塗料、スマート感温変色塗料及びコーティング
(51)【国際特許分類】
C09D 201/00 20060101AFI20230719BHJP
C09D 7/61 20180101ALI20230719BHJP
C09D 7/40 20180101ALI20230719BHJP
【ＦＩ】
C09D201/00
C09D7/61
C09D7/40
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021556664
(86)(22)【出願日】2021-06-11
(85)【翻訳文提出日】2021-09-17
(86)【国際出願番号】 CN2021099682
(87)【国際公開番号】W WO2022252281
(87)【国際公開日】2022-12-08
(31)【優先権主張番号】202110613415.6
(32)【優先日】2021-06-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】505294816
【氏名又は名称】▲復▼旦大学
【氏名又は名称原語表記】Ｆｕｎｄａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100102923
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 雄二
(72)【発明者】
【氏名】武 利民
(72)【発明者】
【氏名】王 ▲トン▼
(72)【発明者】
【氏名】▲陳▼ 敏
【テーマコード（参考）】
4J038
【Ｆターム（参考）】
4J038EA011
4J038HA216
4J038HA266
4J038HA376
4J038HA486
4J038HA536
4J038KA08
4J038KA21
4J038MA06
4J038NA19
4J038NA27
4J038PC02
4J038PC03
4J038PC04
4J038PC06
4J038PC08
(57)【要約】
【課題】チタンホワイトパウダーを含まない白色塗料、スマート感温変色塗料及びコーティングを提供する。
【解決手段】本発明のチタンホワイトパウダーを含まない白色塗料は、１０重量％～７０重量％の中空ガラスビーズと、３０重量％～９０重量％の樹脂と、を含む。また、本発明のスマート感温変色塗料は、１０～７０重量部の中空ガラスビーズとり、３０～９０重量部の樹脂と、０．５～５重量部の可逆的感温変色マイクロカプセルと、を含む。
【選択図】図３
【解決手段】本発明のチタンホワイトパウダーを含まない白色塗料は、１０重量％～７０重量％の中空ガラスビーズと、３０重量％～９０重量％の樹脂と、を含む。また、本発明のスマート感温変色塗料は、１０～７０重量部の中空ガラスビーズとり、３０～９０重量部の樹脂と、０．５～５重量部の可逆的感温変色マイクロカプセルと、を含む。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
１０重量％～７０重量％の中空ガラスビーズと、３０重量％～９０重量％の樹脂と、を含むことを特徴とするチタンホワイトパウダーを含まない白色塗料。
【請求項2】
前記中空ガラスビーズは、直径が２μｍ～３０μｍであり、主成分がソーダ石灰硼珪酸塩ガラスである請求項１に記載のチタンホワイトパウダーを含まない白色塗料。
【請求項3】
前記樹脂は、水溶性樹脂又は溶剤性樹脂である請求項１に記載のチタンホワイトパウダーを含まない白色塗料。
【請求項4】
前記樹脂は、ポリジメチルシロキサン、ポリウレタン、ポリアクリレート、エポキシ樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン又はシリコーン樹脂のいずれか一種又は複数種である請求項１に記載のチタンホワイトパウダーを含まない白色塗料。
【請求項5】
請求項１乃至４のいずれかに記載の白色塗料を基材表面に塗布して形成されたコーティングであって、平均日射反射率は＞＝０．９０であり、長波長赤外線放射率は＞＝０．９０であり、夜間での自己温度は環境温度より３℃～８℃低く、正午での自己温度は環境温度より２℃～７℃低いことを特徴とするコーティング。
【請求項6】
重量部によって計算されたスマート感温変色塗料であって、１０～７０重量部の中空ガラスビーズとり、３０～９０重量部の樹脂と、０．５～５重量部の可逆的感温変色マイクロカプセルと、を含むことを特徴とするスマート感温変色塗料。
【請求項7】
前記中空ガラスビーズは、直径が２μｍ～３０μｍであり、主成分がソーダ石灰硼珪酸塩ガラスである請求項６に記載のスマート感温変色塗料。
【請求項8】
前記樹脂は、水溶性樹脂又は溶剤性樹脂である請求項７に記載のスマート感温変色塗料。
【請求項9】
酸バリウム、炭酸カルシウム、リトポン、タルク又はチタンホワイトパウダーのいずれか一種または複数種である他のフィラーをさらに含む請求項６に記載のスマート感温変色塗料。
【請求項10】
請求項６乃至９のいずれかに記載のスマート感温変色塗料を基材表面に塗布して形成されたコーティングであって、環境温度の変化に応じて、高透過と有彩色とに切り替えることで、スマート降温／昇温を実現することを特徴とするコーティング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、機能塗料と薄膜技術の分野に属し、チタンホワイトパウダーを含まない白色塗料、スマート感温変色塗料及びコーティングに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、チタンホワイトパウダー（ＴｉＯ２）は、屈折率が高く、白色度と明度がよく、隠蔽力と着色力が優れているなどの特徴で、塗料、プラスチック、製紙、インク、化学繊維、ゴム、セラミック、化粧品などの業界で多大な応用価値があるとされてきた一方、（１）仕入れ価格が高く、下流産業の需要が旺盛でサプライチェーンが緊張し続けている、（２）生産過程で多くの環境汚染を引き起こす、（３）紫外光と紫光に対する固有の吸収により、全体の日射反射率が高くなく、建築物の降温への応用に適さない、（４）２０２０年２月１８日に正式に発表されたＥＵの公式ライセンス法規（（ＣＬＰ）（ＥＣ）第１２７２／２００８号）では、ＴｉＯ２が第２類の発がん性物質（体内吸入）に分類され、上下流業界が大きな衝撃を受けることになるなど、一連の問題が存在している。そのため、安価で、環境に配慮し、光学性能の良いチタンホワイトパウダー代替物が求められている。
【0003】
近年、受動的昼間放射冷却（ＰＤＲＣ）の技術は、伝統的な電気冷凍システムの減少または代替が期待できるため、研究者から注目を集めている。一重量部の先進的なＰＤＲＣ設計は優れた降温性能を示しているが、生産過程で複雑で高価な加工設備を使用する必要があり、大規模な普及には適さない。そのため、簡単で、経済的で、効率的で、規模を拡大して生産できるＰＤＲＣ材料を研究し、開発することは現在の大きな課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、チタンホワイトパウダーを含まない白色塗料、スマート感温変色塗料及びコーティングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明のチタンホワイトパウダーを含まない白色塗料は、１０重量％～７０重量％の中空ガラスビーズと、３０重量％～９０重量％の樹脂と、を含むことを特徴とする。
【0006】
また、本発明のチタンホワイトパウダーを含まない白色塗料において、前記中空ガラスビーズは、直径が２μｍ～３０μｍであり、主成分がソーダ石灰硼珪酸塩ガラスであってもよい。
【0007】
また、本発明のチタンホワイトパウダーを含まない白色塗料において、前記樹脂は、水溶性樹脂又は溶剤性樹脂であってもよい。
【0008】
また、本発明のチタンホワイトパウダーを含まない白色塗料において、前記樹脂は、ポリジメチルシロキサン、ポリウレタン、ポリアクリレート、エポキシ樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン又はシリコーン樹脂のいずれか一種又は複数種であってもよい。
【0009】
本発明のコーティングは、上記白色塗料を基材表面に塗布して形成されたコーティングであって、平均日射反射率は＞＝０．９０であり、長波長赤外線放射率は＞＝０．９０であり、夜間での自己温度は環境温度より３℃～８℃低く、正午での自己温度は環境温度より２℃～７℃低いことを特徴とする。
【0010】
本発明のスマート感温変色塗料は、重量部によって計算されたスマート感温変色塗料であって、１０～７０重量部の中空ガラスビーズとり、３０～９０重量部の樹脂と、０．５～５重量部の可逆的感温変色マイクロカプセルと、を含むことを特徴とする。
【0011】
本発明のスマート感温変色塗料において、前記中空ガラスビーズは、直径が２μｍ～３０μｍであり、主成分がソーダ石灰硼珪酸塩ガラスであってもよい。
【0012】
本発明のスマート感温変色塗料において、前記樹脂は、水溶性樹脂又は溶剤性樹脂であってもよい。
【0013】
本発明のスマート感温変色塗料において、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、リトポン、タルク又はチタンホワイトパウダーのいずれか一種または複数種である他のフィラーをさらに含んでもよい。
【0014】
本発明のコーティングは、上記スマート感温変色塗料を基材表面に塗布して形成されたコーティングであって、環境温度の変化に応じて、高透過と有彩色とに切り替えることで、スマート降温／昇温を実現することを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明のチタンホワイトパウダーを含まない白色塗料、スマート感温変色塗料及びコーティングによれば、中空ガラスビーズが樹脂と混合され、樹脂をバインダーとし、中空ガラスビーズが樹脂中に均一に分散されている。中空ガラスビーズ（ＨＧＢｓ）の豊富な多段空洞構造により太陽光を効率よく散乱させ、熱放射率を高めることができるため、光学性能、白色度、隠蔽力などで従来のチタンホワイトパウダー系白色塗料より優れている。また、ポリマー自身の理想的な固有特性、例えば太陽光をほとんど吸収しない、各種官能基とその振動モードは大量の赤外線吸収／放出ピークを引き起こすため、長波長赤外線での材料の放出率を高めることができる。そのため、得られたポリマー系ＨＧＢｓ薄膜（すなわち、チタンホワイトパウダーを含まないコーティングの太陽光スペクトル範囲内の平均反射率は、約０．９６に達し、長波長の赤外線放射率は、約０．９５に達することができ、光学性能、白色度、隠蔽力などの面で、チタンホワイトパウダーを含む白色塗料より優れており、無毒、環境保護、低コストであるだけでなく、薄膜に優れた降温効果もある。また、夜間には、自身の温度は環境温度より３℃～８℃低く、正午に直射日光が当たっても２℃～７℃冷やすことができる。
【0016】
また、可逆的感温変色マイクロカプセル自体の感温特性により、これを添加した塗料から作られたコーティング、すなわち感温変色コーティングは、環境温度の変化に応じて高透過と有彩色の間で自由に切り替えることができ、従来の放射冷却材により観賞的な外観を与えるだけでなく、太陽エネルギー加熱と受動放射冷却の２モードのスマート調節も実現した。環境温度が感温変色マイクロカプセルの臨界変色温度より低い場合、コーティングは有彩色の外観を呈し、特定波長の可視光を選択的に吸収して、自己加熱する。環境温度が感温変色マイクロカプセルの臨界変色温度より高い場合、コーティングは高透過の外観を呈し、太陽光の波長全体を高く反射し、赤外線熱を放射し、それによって自身を冷却する。
【0017】
本発明は、簡単なブレンド法を用いる、環境に配慮した安価な中空ガラスビーズと樹脂をブレンド塗料分散系を得、プラスチック、ガラス、木材、金属、コンクリートなどの基材に塗布して薄膜を製造する。製造工程が簡単で、原材料が環境に配慮し、安価で、生産コストが低く、大規模な製造が可能である。各種の水性、溶剤型樹脂体系に適用する。得られた薄膜は優れた受動放射降温性能を有し、新しい冷却技術として、従来の電気冷却システムの減少又は代替が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の実施例１におけるＨＧＢｓとＰＤＭＳ／ＨＧＢｓの複合薄膜の走査型電子顕微鏡写真である。
【図2】本発明の実施例１におけるＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜のマクロ写真である。
【図3】本発明の実施例１におけるＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜の波長０．３～１６μｍでの反射スペクトルである。
【図4】本発明の実施例１におけるＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合薄膜の冷却および加熱状態での日射反射スペクトルである。
【図5】本発明の実施例２における環境、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ及びＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合薄膜の温度追跡曲線である。
【図6】本発明の実施例３における環境、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ、及びＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合薄膜の温度追跡曲線である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明の技術的手段、創作的特徴、目的と効果をより簡単に理解するために、以下、実施例及び図面を参照して、本発明のチタンホワイトパウダーを含まない白色塗料、スマート感温変色塗料及びコーティングとその製造方法について具体的に説明する。
【0020】
本発明の実施例における方法は、特に明記されていなければ通常の方法であり、本発明の実施例における原材料は、特に明記されていなければ市販ルートから入手できる。
【0021】
本発明の白色塗料は、チタンホワイトパウダーを含まない白色塗料であって、１０重量％～７０重量％の中空ガラスビーズと、３０重量％～９０重量％の樹脂と、を含む。
【0022】
チタンホワイトパウダーを含まない白色塗料に可逆的感温変色マイクロカプセルを添加することにより、本発明のスマート感温変色塗料を得られる。なお、本発明のスマート感温変色塗料は、重量部によって計算され、中空ガラスビーズは１０～７０重量部であり、樹脂は３０～９０重量部であり、可逆的感温変色マイクロカプセルは０．５～５重量部である。
【0023】
本発明が提供するチタンホワイトパウダーを含まない白色塗料及び可逆的感温変色マイクロカプセルを添加したスマート感温変色塗料には、いずれも他のフィラーを添加することができる。
【0024】
また、本発明は、コーティング及び薄膜及びその製造方法を提供する。具体的には、チタンホワイトパウダーを含まない白色塗料またはスマート感温変色塗料を基材表面に塗布して対応するコーティングを形成し、コーティングを基材表面から剥離すると対応する薄膜を得ることができる。
【0025】
また、本発明が提供するコーティング及び薄膜の製造方法は、以下の通りである。
【0026】
（ステップ１）１０重量％～７０重量％の中空ガラスビーズと３０重量％～９０重量％の樹脂を混合して分散液とする、
【0027】
（ステップ２）分散液を基板に塗布してコーティングを得る。乾燥後、複合コーティングを基板から剥離して薄膜を得る。或いは、
【0028】
（ステップ１）１０～７０重量部の中空ガラスビーズと、３０～９０重量部の樹脂と、０．５～５重量部の可逆的感温変色マイクロカプセルとを混合して分散液とする。
【0029】
（ステップ２）分散液を基板に塗布してコーティングを得る。乾燥後、複合コーティングを基板から剥離して薄膜を得る。
【0030】
上記ステップ１において、１０重量％～７０重量％の中空ガラスビーズと３０重量％～９０重量％の樹脂を混合した分散液を用いた場合、得られたコーティングは、チタンホワイトパウダーを含まない高透過コーティングであり、剥離された薄膜は、チタンホワイトパウダーを含まない高透過薄膜である。このチタンホワイトパウダーを含まない高透過コーティングの平均日射反射率は＞＝０．９０で、長波長赤外線放射率は＞＝０．９０で、夜間には自己温度が環境温度より３℃～８℃低く、正午には自己温度が環境温度より２℃～７℃低い。
【0031】
上記ステップ１において、冷発色機能を有する可逆的感温変色マイクロカプセルを添加した場合、環境温度の変化に応じて高透過と有彩色を切り替える温感変色コーティングを得られ、剥離された薄膜は温感変色薄膜になる。
【0032】
また、上記ステップ１において、混合方法として、磁力撹拌、機械撹拌、均質、超音波のいずれかであり、上記ステップ２において、塗布方法として、キャスト、スプレー、ロールコートまたはスピンコートのいずれかである。また、上記ステップ２において、基板の材料はプラスチック、ガラス、木材、金属、コンクリート、紙などのいずれかである。
【0033】
上記製造方法において、樹脂の粘度に応じて適切な溶媒を選択する。例えば、樹脂が水溶性樹脂の場合には水を選択し、樹脂が溶媒性樹脂の場合にはその樹脂を溶解できる有機溶媒を選択する。溶分散液の粘度が一定であるように、溶媒の添加量は樹脂の粘度に依存する必要がある。
【0034】
また、上記製造方法において、チタンホワイトパウダーを含まない白色塗料及びコーティングにおいて、他のフィラーとして、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、リトポン、タルク又はチタンホワイトパウダーのいずれか一つ又はいくつかを混合物である。本発明において、その他のフィラーは、上記の例に限らず、塗料及びコーティング性能に影響を与えないフィラーであってもよい。
【0035】
また、上記の中空ガラスビーズの直径は２μｍ～３０μｍであり、主成分はソーダ石灰ホウケイ酸塩ガラスである。可逆的変色マイクロカプセルの臨界変色温度は１５℃～３０℃である。
【0036】
上記樹脂は、水溶性樹脂または溶剤性樹脂である。具体的には、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリアクリレート（ＰＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコーン樹脂のうちの１種または２種以上である。
【実施例1】
【0037】
まず、５ｇのポリジメチルシロキサン予備重合体（ＰＤＭＳ、ＳＹＬＧＡＲＤ１８４）、０．５ｇの硬化剤（ＳＹＬＧＡＲＤ１８４）、及び５ｇのＨＧＢｓを量り取って１０ｇのトルエン溶媒に添加して、常温で２時間で磁力攪拌することで、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／トルエンの分散液を得ることができる。次に、上記分散液をロールコーティング方式でアルミニウム板またはガラス板に塗布して、溶液がレベリングするまで待つ。その後、１００℃のオーブンに入れて乾燥し、２時間後に取り出してＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合コーティングを得る。最後に、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合コーティングを基板から剥離して、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜を得る。また、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合薄膜の製作については、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／トルエンの分散液に０．２ｇのＣＭＳ（臨界変色温度は２５℃、色はスカイブルー）を添加すればよく、他のステップは同様である。
【0038】
断熱された中密度の発泡スチロールと高反射のアルミ箔を用いて冷却温度試験用の保温箱装置を構築し、縦横ともに～１００ｍｍ、厚さが～８００μｍの複合薄膜サンプルを保温箱の真ん中に置いた。次に、１つの貼り付け式温度計プローブをサンプルの背面に密着させて薄膜サンプルの温度を測定し、もう１つのプローブを保温箱の外側に置いて環境温度を測定し、１０秒ごとにデータポイントを記録する。
【0039】
図１は、本発明の実施例１におけるＨＧＢｓとＰＤＭＳ／ＨＧＢｓの複合薄膜の走査型電子顕微鏡写真である。図１のａとｂは、それぞれＨＧＢｓの異なる倍率の走査型電子顕微鏡写真であり、図１のｃは、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜の走査型電子顕微鏡写真である。
【0040】
図１に示すように、ＨＧＢｓは規則的なボール形の外観と明らかな空洞構造を有し、平均粒径は約１０μｍで、ＰＤＭＳ基材に均一に分散することができる。
【0041】
図２は、本発明の実施例１におけるＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜のマクロ写真である。図２のａはＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合コーティング薄膜の各種変形の写真であり、ｂはＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合コーティング薄膜のアルミニウム板上の写真であり、ｃはＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合コーティング薄膜のガラス板上の写真であり、イラストはコーティング薄膜表面の水接触角である。
【0042】
図２に示すように、作製されたＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜は、高透過の外観、優れた隠蔽力及び柔優れた柔軟性を併せ持ち、アルミ板またはガラス板に塗布できる。そして、ＰＤＭＳの低表面エネルギーとコーティング表面の粗い多段構造のため、製造されたたＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜は、比較的良好な疎水性も有する。
【0043】
図３は、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜の波長０．３～１６μｍでの反射スペクトルを示し、その平均日射反射率は～０．９６に達し、長波長赤外線放射率は～０．９５に達することができる。これは製造されたＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜が太陽光をほとんど吸収せず、かつ自らの熱を寒冷な宇宙空間に大幅に放熱することができ、日中受動放射冷却の基本的な光学要求を満たしていることを示している。
【0044】
図４は、実施例１におけるＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合薄膜の冷却および加熱状態での日射反射スペクトルである。図４のａは異なる濃度のＣＭｓを含む複合コーティング薄膜の冷却状態での日射反射スペクトルであり、ｂは異なる濃度のＣＭｓを含む複合コーティング薄膜の加熱状態での日射反射スペクトルである。
【0045】
図４に示すように、ＨＧＢｓの使用量はすべて５０重量％であり、テスト温度は２０℃であり、ＣＭｓの臨界変色温度は２５℃である。その結果、ＣＭｓ含有量がそれぞれ１重量％、２重量％、５重量％の複合薄膜の冷却状態での平均日射反射率は、それぞれ９２．１％、８９．９％、８７．９％であり、加熱状態での平均日射反射率は、それぞれ９５．７％、９５．１％、９４．７％である。このようなＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓの複合膜／コーティングでは、温度変化前後の平均日射反射率の差が３．６～６．８％であることは、日射強度が～８００Ｗ／ｍ２の場合、最大５４．４Ｗ／ｍ２の日射吸収を低減できることを意味する。これは放射降温のスマート制御を実現する上で重要な意義があることがわかる。
【0046】
図５は、実施例１における環境、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ及びＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合コーティング薄膜の温度追跡曲線である。図５のａの環境温度は約１４．９℃であり、ＣＭｓの臨界変色温度は２５℃である。ｂの環境温度は約３９．５℃であり、ＣＭｓの臨界変色温度は２５℃である。
【0047】
図５は、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓとＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合薄膜の異なる環境温度での温度追跡曲線を比較したものである。図５から分かるように、環境温度が～１４．９℃で、ＣＭｓの臨界変色温度が２５ ℃の場合、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓとＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓの複合薄膜は、それぞれ～ ５．２℃降温し、～２．４℃升温する。この時、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓの複合薄膜は有色彩の外観を呈する。一方、環境温度が～３９．５ ℃で、ＣＭｓの臨界変色温度が２５℃の場合、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓとＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓの複合薄膜は、それぞれ～６．９℃降温し、～４．５℃升温する、この時、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓの複合薄膜は高透過の外観を呈する。このように、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合薄膜は、環境温度の変化に伴い、高透過と有色彩の間で自由に切り替えられ、自ら冷房モードと暖房モードを可逆的に調節することができ、本当の意味での冬暖かく夏涼しい効果の実現が期待できる。
【実施例2】
【0048】
実施例２では、実施例１と同じ実験装置及び操作である。まず、固形分が４８％の水性ポリウレタン（ＷＰＵ）エマルジョンを１０ｇ、ＨＧＢＳを５ｇを量りとって、５ｇの脱イオン水に添加して、常温で機械攪拌を２時間行って、ＷＰＵ／ＨＧＢｓ／水の分散液を得る。次に、上記分散液をポッティングで木材に塗布して、溶液がレベリングするまで待つ。次に、室温で一晩放置して乾燥させて、ＷＰＵ／ＨＧＢｓ複合薄膜を得る。なお、サンプル温度と環境温度の測定方法は実施例１と同じである。
【実施例3】
【0049】
まず、５ｇのＰＤＭＳプレポリマーと、０．５ｇの硬化剤（ｓｙｌｇａｒｄ１８４）を、５ｇのＨＧＢＳと、０．２ｇのＣＭＳ（臨界変色温度はそれぞれ１８、２５、２８℃、色は桃紅色）を量り取って１０ｇのトルエン溶媒中に添加する。常温でホモジナイザーで１０分分散させて、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ／トルエンの分散液を得る。次に、上記分散液をスピンコートでプラスチック板に塗布して、溶液がレベリングするまで待った後に１００℃のオーブンに入れて乾燥して、２時間後に取り出してＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合コーティングを得る。最後に、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合コーティングをプラスチック板から剥離して、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合薄膜を得る。同時に、参考用に上記と同じ方法でＣＭｓを含まないＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜を作成した。なお、サンプル温度と環境温度の測定方法は実施例１と同じである。
【0050】
図６は、実施例３におけるＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ及びＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合コーティング薄膜の温度追跡曲線である。実施例３の環境温度は約３０．８℃で、ＣＭｓの臨界変色温度はそれぞれ１８、２５、２８℃である。
【0051】
図６はＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合コーティング薄膜と異なる臨界変色温度を持つＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合コーティング薄膜の温度追跡曲線を比較したものである。図６に示すように、環境温度が～３０．８℃で、ＣＭｓの臨界変色温度より高い場合、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭＳ（１８℃）、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ（２５℃）及びＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ（２８℃）の複合コーティングフィルムは、いずれも高透過の外観を呈し、優れた日中受動放射冷却性能を有し、それぞれ～５．３℃、～３．０℃、～１．９℃、～０．３℃降温できる。この結果、環境温度とＣＭｓの臨界変色温度との差が大きいほど、降温効果が顕著であることが分かった。
【実施例4】
【0052】
まず、５ｇのＰＤＭＳプレポリマーと、０．５ｇの硬化剤（ＳＹＬＧＡＲＤ１８４）と、４ｇのＨＧＢｓと、１ｇの硫酸バリウムナノ粒子（ＢａＳｏ４、４００ｎｍ）を量りとって、１０ｇのトルエン溶媒に添加する。常温で２時間で磁力攪拌して、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＢａＳＯ４／トルエンの分散液を得る。次に、上記分散液をスピンコートで紙に塗布して、溶液がレベリングするまで待った後、１００℃のオーブンに入れて乾燥させて、２時間後に取り出して、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＢａＳＯ４複合コーティングを得る。最後に、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＢａＳＯ４複合コーティングを紙から剥離することで、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＢａＳＯ４複合薄膜を得ることができる。なお、サンプル温度と環境温度の測定方法は実施例１と同じである。
【実施例5】
【0053】
実施例５では、実験装置及び操作は実施例１と同様である。まず。５ｇのポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）プラスチック粒子と、４ｇのＨＧＢｓを量りとって、１０ｇのアセトン溶媒に添加する。次に、５０℃で２時間磁力撹拌して、ＰＭＭＡ／ＨＧＢｓ／アセトンの分散液を得る。次に、上記分散液をスプレーでコンクリート表面に塗布して、室温で乾燥させてＰＭＭＡ／ＨＧＢｓ複合薄膜を得る。なお、サンプル温度と環境温度の測定方法は実施例１と同じである。
【0054】
［実施例の作用と効果］
本発明のチタンホワイトパウダーを含まない白色塗料、スマート感温変色塗料及びコーティングによれば、中空ガラスビーズの豊富な多段空洞構造により太陽光を効率よく散乱させ、熱放射率を高めることができるため、光学性能、白色度、隠蔽力などで従来のチタンホワイトパウダー系白色塗料より優れている。また、ポリマー自身の理想的な固有特性、例えば太陽光をほとんど吸収しない、各種官能基とその振動モードは大量の赤外線吸収／放出ピークを引き起こすため、長波長赤外線での材料の放出率を高めることができる。そのため、得られたポリマー系ＨＧＢｓ薄膜（すなわち、チタンホワイトパウダーを含まないコーティングの太陽光スペクトル範囲内の平均反射率は、約０．９６に達し、長波長の赤外線放射率は、約０．９５に達することができ、光学性能、白色度、隠蔽力などの面で、チタンホワイトパウダーを含む白色塗料より優れており、無毒、環境保護、低コストであるだけでなく、薄膜に優れた降温効果もある。また、夜間には、自身の温度は環境温度より３℃～８℃低く、正午に直射日光が当たっても２℃～７℃冷やすことができる。
本発明のチタンホワイトパウダーを含まない白色塗料、スマート感温変色塗料及びコーティングによれば、中空ガラスビーズの豊富な多段空洞構造により太陽光を効率よく散乱させ、熱放射率を高めることができるため、光学性能、白色度、隠蔽力などで従来のチタンホワイトパウダー系白色塗料より優れている。また、ポリマー自身の理想的な固有特性、例えば太陽光をほとんど吸収しない、各種官能基とその振動モードは大量の赤外線吸収／放出ピークを引き起こすため、長波長赤外線での材料の放出率を高めることができる。そのため、得られたポリマー系ＨＧＢｓ薄膜（すなわち、チタンホワイトパウダーを含まないコーティングの太陽光スペクトル範囲内の平均反射率は、約０．９６に達し、長波長の赤外線放射率は、約０．９５に達することができ、光学性能、白色度、隠蔽力などの面で、チタンホワイトパウダーを含む白色塗料より優れており、無毒、環境保護、低コストであるだけでなく、薄膜に優れた降温効果もある。また、夜間には、自身の温度は環境温度より３℃～８℃低く、正午に直射日光が当たっても２℃～７℃冷やすことができる。
【0055】
また、可逆的感温変色マイクロカプセル自体の感温特性により、これを添加した塗料から作られたコーティング、すなわち感温変色コーティングは、環境温度の変化に応じて高透過と有彩色の間で自由に切り替えることができ、従来の放射冷却材により観賞的な外観を与えるだけでなく、太陽エネルギー加熱と受動放射冷却の２モードのスマート調節も実現した。また、図５と図６に示すように、環境温度が感温変色マイクロカプセルの臨界変色温度より低い場合、コーティングは有彩色の外観を呈し、特定波長の可視光を選択的に吸収して、自己加熱する。環境温度が感温変色マイクロカプセルの臨界変色温度より高い場合、コーティングは高透過の外観を呈し、太陽光の波長全体を高く反射し、赤外線熱を放射し、それによって自身を冷却する。
【0056】
本発明の実施例は、簡単な機械攪拌混合法を用いて、環境に配慮した安価な中空ガラスビーズと樹脂を混合して塗料分散システムを提供しており、プラスチック、ガラス、木材、金属、コンクリートなどの基材にキャスト、スプレー、スプレー、ローラーコーティング、スピンコーティングなどの方法で塗布して薄膜を製造する。この方法は製造工程が簡単で、原材料の環境に配慮して、安価で、生産コストが低くて、大きく行うことができ、各種のよく見られる水性、溶剤型樹脂体系に適用する。得られた薄膜は優れた受動放射降温性能及び環境温度応答性を有し、冷房と暖房の双方向調節を実現できる。このように新しい冷凍技術として、従来の電気冷却／加熱システムを減らしたり、代替したりして、エネルギー消費のない冬の暖かい夏の涼を実現することが期待できる。
【0057】
上述の実施形態は本発明の好適な例である、本発明の範囲を制限するものではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【手続補正書】
【提出日】2021-09-22
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、機能塗料と薄膜技術の分野に属し、白色塗料、スマート感温変色塗料及びコーティングに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、チタンホワイトパウダー（ＴｉＯ２）は、屈折率が高く、白色度と明度がよく、隠蔽力と着色力が優れているなどの特徴で、塗料、プラスチック、製紙、インク、化学繊維、ゴム、セラミック、化粧品などの業界で多大な応用価値があるとされてきた一方、（１）仕入れ価格が高く、下流産業の需要が旺盛でサプライチェーンが緊張し続けている、（２）生産過程で多くの環境汚染を引き起こす、（３）紫外光と紫光に対する固有の吸収により、全体の日射反射率が高くなく、建築物の降温への応用に適さない、（４）２０２０年２月１８日に正式に発表されたＥＵの公式ライセンス法規（（ＣＬＰ）（ＥＣ）第１２７２／２００８号）では、ＴｉＯ２が第２類の発がん性物質（体内吸入）に分類され、上下流業界が大きな衝撃を受けることになるなど、一連の問題が存在している。そのため、安価で、環境に配慮し、光学性能の良いチタンホワイトパウダー代替物が求められている。
【0003】
近年、受動的昼間放射冷却（ＰＤＲＣ）の技術は、伝統的な電気冷凍システムの減少または代替が期待できるため、研究者から注目を集めている。一重量部の先進的なＰＤＲＣ設計は優れた降温性能を示しているが、生産過程で複雑で高価な加工設備を使用する必要があり、大規模な普及には適さない。そのため、簡単で、経済的で、効率的で、規模を拡大して生産できるＰＤＲＣ材料を研究し、開発することは現在の大きな課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、白色塗料、スマート感温変色塗料及びコーティングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の白色塗料は、１０重量％～７０重量％の中空ガラスビーズと、３０重量％～９０重量％の樹脂と、を含むことを特徴とする。
【0006】
また、本発明の白色塗料において、前記中空ガラスビーズは、直径が２μｍ～３０μｍであり、主成分がソーダ石灰硼珪酸塩ガラスであってもよい。
【0007】
また、本発明の白色塗料において、前記樹脂は、水溶性樹脂又は溶剤性樹脂であってもよい。
【0008】
また、本発明の白色塗料において、前記樹脂は、ポリジメチルシロキサン、ポリウレタン、ポリアクリレート、エポキシ樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン又はシリコーン樹脂のいずれか一種又は複数種であってもよい。
【0009】
本発明のコーティングは、上記白色塗料を基材表面に塗布して形成されたコーティングであって、平均日射反射率は＞＝０．９０であり、長波長赤外線放射率は＞＝０．９０であり、夜間での自己温度は環境温度より３℃～８℃低く、正午での自己温度は環境温度より２℃～７℃低いことを特徴とする。
【0010】
本発明のスマート感温変色塗料は、重量部によって計算されたスマート感温変色塗料であって、１０～７０重量部の中空ガラスビーズとり、３０～９０重量部の樹脂と、０．５～５重量部の可逆的感温変色マイクロカプセルと、を含むことを特徴とする。
【0011】
本発明のスマート感温変色塗料において、前記中空ガラスビーズは、直径が２μｍ～３０μｍであり、主成分がソーダ石灰硼珪酸塩ガラスであってもよい。
【0012】
本発明のスマート感温変色塗料において、前記樹脂は、水溶性樹脂又は溶剤性樹脂であってもよい。
【0013】
本発明のスマート感温変色塗料において、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、リトポン、タルク又はチタンホワイトパウダーのいずれか一種または複数種である他のフィラーをさらに含んでもよい。
【0014】
本発明のコーティングは、上記スマート感温変色塗料を基材表面に塗布して形成されたコーティングであって、環境温度の変化に応じて、高透過と有彩色とに切り替えることで、スマート降温／昇温を実現することを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明の白色塗料、スマート感温変色塗料及びコーティングによれば、中空ガラスビーズが樹脂と混合され、樹脂をバインダーとし、中空ガラスビーズが樹脂中に均一に分散されている。中空ガラスビーズ（ＨＧＢｓ）の豊富な多段空洞構造により太陽光を効率よく散乱させ、熱放射率を高めることができるため、光学性能、白色度、隠蔽力などで従来のチタンホワイトパウダー系白色塗料より優れている。また、ポリマー自身の理想的な固有特性、例えば太陽光をほとんど吸収しない、各種官能基とその振動モードは大量の赤外線吸収／放出ピークを引き起こすため、長波長赤外線での材料の放出率を高めることができる。そのため、得られたポリマー系ＨＧＢｓ薄膜（すなわち、コーティングの太陽光スペクトル範囲内の平均反射率は、約０．９６に達し、長波長の赤外線放射率は、約０．９５に達することができ、光学性能、白色度、隠蔽力などの面で、チタンホワイトパウダーを含む白色塗料より優れており、無毒、環境保護、低コストであるだけでなく、薄膜に優れた降温効果もある。また、夜間には、自身の温度は環境温度より３℃～８℃低く、正午に直射日光が当たっても２℃～７℃冷やすことができる。
【0016】
また、可逆的感温変色マイクロカプセル自体の感温特性により、これを添加した塗料から作られたコーティング、すなわち感温変色コーティングは、環境温度の変化に応じて高透過と有彩色の間で自由に切り替えることができ、従来の放射冷却材により観賞的な外観を与えるだけでなく、太陽エネルギー加熱と受動放射冷却の２モードのスマート調節も実現した。環境温度が感温変色マイクロカプセルの臨界変色温度より低い場合、コーティングは有彩色の外観を呈し、特定波長の可視光を選択的に吸収して、自己加熱する。環境温度が感温変色マイクロカプセルの臨界変色温度より高い場合、コーティングは高透過の外観を呈し、太陽光の波長全体を高く反射し、赤外線熱を放射し、それによって自身を冷却する。
【0017】
本発明は、簡単なブレンド法を用いる、環境に配慮した安価な中空ガラスビーズと樹脂をブレンド塗料分散系を得、プラスチック、ガラス、木材、金属、コンクリートなどの基材に塗布して薄膜を製造する。製造工程が簡単で、原材料が環境に配慮し、安価で、生産コストが低く、大規模な製造が可能である。各種の水性、溶剤型樹脂体系に適用する。得られた薄膜は優れた受動放射降温性能を有し、新しい冷却技術として、従来の電気冷却システムの減少又は代替が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の実施例１におけるＨＧＢｓとＰＤＭＳ／ＨＧＢｓの複合薄膜の走査型電子顕微鏡写真である。
【図2】本発明の実施例１におけるＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜のマクロ写真である。
【図3】本発明の実施例１におけるＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜の波長０．３～１６μｍでの反射スペクトルである。
【図4】本発明の実施例１におけるＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合薄膜の冷却および加熱状態での日射反射スペクトルである。
【図5】本発明の実施例２における環境、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ及びＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合薄膜の温度追跡曲線である。
【図6】本発明の実施例３における環境、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ、及びＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合薄膜の温度追跡曲線である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明の技術的手段、創作的特徴、目的と効果をより簡単に理解するために、以下、実施例及び図面を参照して、本発明の白色塗料、スマート感温変色塗料及びコーティングとその製造方法について具体的に説明する。
【0020】
本発明の実施例における方法は、特に明記されていなければ通常の方法であり、本発明の実施例における原材料は、特に明記されていなければ市販ルートから入手できる。
【0021】
本発明の白色塗料は、白色塗料であって、１０重量％～７０重量％の中空ガラスビーズと、３０重量％～９０重量％の樹脂と、を含む。
【0022】
白色塗料に可逆的感温変色マイクロカプセルを添加することにより、本発明のスマート感温変色塗料を得られる。なお、本発明のスマート感温変色塗料は、重量部によって計算され、中空ガラスビーズは１０～７０重量部であり、樹脂は３０～９０重量部であり、可逆的感温変色マイクロカプセルは０．５～５重量部である。
【0023】
本発明が提供する白色塗料及び可逆的感温変色マイクロカプセルを添加したスマート感温変色塗料には、いずれも他のフィラーを添加することができる。
【0024】
また、本発明は、コーティング及び薄膜及びその製造方法を提供する。具体的には、白色塗料またはスマート感温変色塗料を基材表面に塗布して対応するコーティングを形成し、コーティングを基材表面から剥離すると対応する薄膜を得ることができる。
【0025】
また、本発明が提供するコーティング及び薄膜の製造方法は、以下の通りである。
【0026】
（ステップ１）１０重量％～７０重量％の中空ガラスビーズと３０重量％～９０重量％の樹脂を混合して分散液とする、
【0027】
（ステップ２）分散液を基板に塗布してコーティングを得る。乾燥後、複合コーティングを基板から剥離して薄膜を得る。或いは、
【0028】
（ステップ１）１０～７０重量部の中空ガラスビーズと、３０～９０重量部の樹脂と、０．５～５重量部の可逆的感温変色マイクロカプセルとを混合して分散液とする。
【0029】
（ステップ２）分散液を基板に塗布してコーティングを得る。乾燥後、複合コーティングを基板から剥離して薄膜を得る。
【0030】
上記ステップ１において、１０重量％～７０重量％の中空ガラスビーズと３０重量％～９０重量％の樹脂を混合した分散液を用いた場合、得られたコーティングは、高透過コーティングであり、剥離された薄膜は、高透過薄膜である。この高透過コーティングの平均日射反射率は＞＝０．９０で、長波長赤外線放射率は＞＝０．９０で、夜間には自己温度が環境温度より３℃～８℃低く、正午には自己温度が環境温度より２℃～７℃低い。
【0031】
上記ステップ１において、冷発色機能を有する可逆的感温変色マイクロカプセルを添加した場合、環境温度の変化に応じて高透過と有彩色を切り替える温感変色コーティングを得られ、剥離された薄膜は温感変色薄膜になる。
【0032】
また、上記ステップ１において、混合方法として、磁力撹拌、機械撹拌、均質、超音波のいずれかであり、上記ステップ２において、塗布方法として、キャスト、スプレー、ロールコートまたはスピンコートのいずれかである。また、上記ステップ２において、基板の材料はプラスチック、ガラス、木材、金属、コンクリート、紙などのいずれかである。
【0033】
上記製造方法において、樹脂の粘度に応じて適切な溶媒を選択する。例えば、樹脂が水溶性樹脂の場合には水を選択し、樹脂が溶媒性樹脂の場合にはその樹脂を溶解できる有機溶媒を選択する。溶分散液の粘度が一定であるように、溶媒の添加量は樹脂の粘度に依存する必要がある。
【0034】
また、上記製造方法において、白色塗料及びコーティングにおいて、他のフィラーとして、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、リトポン、タルク又はチタンホワイトパウダーのいずれか一つ又はいくつかを混合物である。本発明において、その他のフィラーは、上記の例に限らず、塗料及びコーティング性能に影響を与えないフィラーであってもよい。
【0035】
また、上記の中空ガラスビーズの直径は２μｍ～３０μｍであり、主成分はソーダ石灰ホウケイ酸塩ガラスである。可逆的変色マイクロカプセルの臨界変色温度は１５℃～３０℃である。
【0036】
上記樹脂は、水溶性樹脂または溶剤性樹脂である。具体的には、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリアクリレート（ＰＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコーン樹脂のうちの１種または２種以上である。
【実施例1】
【0037】
まず、５ｇのポリジメチルシロキサン予備重合体（ＰＤＭＳ、ＳＹＬＧＡＲＤ１８４）、０．５ｇの硬化剤（ＳＹＬＧＡＲＤ１８４）、及び５ｇのＨＧＢｓを量り取って１０ｇのトルエン溶媒に添加して、常温で２時間で磁力攪拌することで、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／トルエンの分散液を得ることができる。次に、上記分散液をロールコーティング方式でアルミニウム板またはガラス板に塗布して、溶液がレベリングするまで待つ。その後、１００℃のオーブンに入れて乾燥し、２時間後に取り出してＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合コーティングを得る。最後に、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合コーティングを基板から剥離して、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜を得る。また、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合薄膜の製作については、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／トルエンの分散液に０．２ｇのＣＭＳ（臨界変色温度は２５℃、色はスカイブルー）を添加すればよく、他のステップは同様である。
【0038】
断熱された中密度の発泡スチロールと高反射のアルミ箔を用いて冷却温度試験用の保温箱装置を構築し、縦横ともに約１００ｍｍ、厚さが約８００μｍの複合薄膜サンプルを保温箱の真ん中に置いた。次に、１つの貼り付け式温度計プローブをサンプルの背面に密着させて薄膜サンプルの温度を測定し、もう１つのプローブを保温箱の外側に置いて環境温度を測定し、１０秒ごとにデータポイントを記録する。
【0039】
図１は、本発明の実施例１におけるＨＧＢｓとＰＤＭＳ／ＨＧＢｓの複合薄膜の走査型電子顕微鏡写真である。図１のａとｂは、それぞれＨＧＢｓの異なる倍率の走査型電子顕微鏡写真であり、図１のｃは、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜の走査型電子顕微鏡写真である。
【0040】
図１に示すように、ＨＧＢｓは規則的なボール形の外観と明らかな空洞構造を有し、平均粒径は約１０μｍで、ＰＤＭＳ基材に均一に分散することができる。
【0041】
図２は、本発明の実施例１におけるＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜のマクロ写真である。図２のａはＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合コーティング薄膜の各種変形の写真であり、ｂはＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合コーティング薄膜のアルミニウム板上の写真であり、ｃはＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合コーティング薄膜のガラス板上の写真であり、イラストはコーティング薄膜表面の水接触角である。
【0042】
図２に示すように、作製されたＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜は、高透過の外観、優れた隠蔽力及び柔優れた柔軟性を併せ持ち、アルミ板またはガラス板に塗布できる。そして、ＰＤＭＳの低表面エネルギーとコーティング表面の粗い多段構造のため、製造されたたＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜は、比較的良好な疎水性も有する。
【0043】
図３は、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜の波長０．３～１６μｍでの反射スペクトルを示し、その平均日射反射率は約０．９６に達し、長波長赤外線放射率は約０．９５に達することができる。これは製造されたＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜が太陽光をほとんど吸収せず、かつ自らの熱を寒冷な宇宙空間に大幅に放熱することができ、日中受動放射冷却の基本的な光学要求を満たしていることを示している。
【0044】
図４は、実施例１におけるＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合薄膜の冷却および加熱状態での日射反射スペクトルである。図４のａは異なる濃度のＣＭｓを含む複合コーティング薄膜の冷却状態での日射反射スペクトルであり、ｂは異なる濃度のＣＭｓを含む複合コーティング薄膜の加熱状態での日射反射スペクトルである。
【0045】
図４に示すように、ＨＧＢｓの使用量はすべて５０重量％であり、テスト温度は２０℃であり、ＣＭｓの臨界変色温度は２５℃である。その結果、ＣＭｓ含有量がそれぞれ１重量％、２重量％、５重量％の複合薄膜の冷却状態での平均日射反射率は、それぞれ９２．１％、８９．９％、８７．９％であり、加熱状態での平均日射反射率は、それぞれ９５．７％、９５．１％、９４．７％である。このようなＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓの複合膜／コーティングでは、温度変化前後の平均日射反射率の差が３．６～６．８％であることは、日射強度が約８００Ｗ／ｍ２の場合、最大５４．４Ｗ／ｍ２の日射吸収を低減できることを意味する。これは放射降温のスマート制御を実現する上で重要な意義があることがわかる。
【0046】
図５は、実施例１における環境、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ及びＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合コーティング薄膜の温度追跡曲線である。図５のａの環境温度は約１４．９℃であり、ＣＭｓの臨界変色温度は２５℃である。ｂの環境温度は約３９．５℃であり、ＣＭｓの臨界変色温度は２５℃である。
【0047】
図５は、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓとＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合薄膜の異なる環境温度での温度追跡曲線を比較したものである。図５から分かるように、環境温度が約１４．９℃で、ＣＭｓの臨界変色温度が２５ ℃の場合、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓとＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓの複合薄膜は、それぞれ約５．２℃降温し、約２．４℃升温する。この時、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓの複合薄膜は有色彩の外観を呈する。一方、環境温度が約３９．５ ℃で、ＣＭｓの臨界変色温度が２５℃の場合、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓとＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓの複合薄膜は、それぞれ約６．９℃降温し、約４．５℃升温する、この時、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓの複合薄膜は高透過の外観を呈する。このように、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合薄膜は、環境温度の変化に伴い、高透過と有色彩の間で自由に切り替えられ、自ら冷房モードと暖房モードを可逆的に調節することができ、本当の意味での冬暖かく夏涼しい効果の実現が期待できる。
【実施例2】
【0048】
実施例２では、実施例１と同じ実験装置及び操作である。まず、固形分が４８％の水性ポリウレタン（ＷＰＵ）エマルジョンを１０ｇ、ＨＧＢＳを５ｇを量りとって、５ｇの脱イオン水に添加して、常温で機械攪拌を２時間行って、ＷＰＵ／ＨＧＢｓ／水の分散液を得る。次に、上記分散液をポッティングで木材に塗布して、溶液がレベリングするまで待つ。次に、室温で一晩放置して乾燥させて、ＷＰＵ／ＨＧＢｓ複合薄膜を得る。なお、サンプル温度と環境温度の測定方法は実施例１と同じである。
【実施例3】
【0049】
まず、５ｇのＰＤＭＳプレポリマーと、０．５ｇの硬化剤（ｓｙｌｇａｒｄ１８４）を、５ｇのＨＧＢＳと、０．２ｇのＣＭＳ（臨界変色温度はそれぞれ１８、２５、２８℃、色は桃紅色）を量り取って１０ｇのトルエン溶媒中に添加する。常温でホモジナイザーで１０分分散させて、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ／トルエンの分散液を得る。次に、上記分散液をスピンコートでプラスチック板に塗布して、溶液がレベリングするまで待った後に１００℃のオーブンに入れて乾燥して、２時間後に取り出してＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合コーティングを得る。最後に、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合コーティングをプラスチック板から剥離して、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合薄膜を得る。同時に、参考用に上記と同じ方法でＣＭｓを含まないＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合薄膜を作成した。なお、サンプル温度と環境温度の測定方法は実施例１と同じである。
【0050】
図６は、実施例３におけるＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ及びＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合コーティング薄膜の温度追跡曲線である。実施例３の環境温度は約３０．８℃で、ＣＭｓの臨界変色温度はそれぞれ１８、２５、２８℃である。
【0051】
図６はＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ複合コーティング薄膜と異なる臨界変色温度を持つＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ複合コーティング薄膜の温度追跡曲線を比較したものである。図６に示すように、環境温度が約３０．８℃で、ＣＭｓの臨界変色温度より高い場合、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭＳ（１８℃）、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ（２５℃）及びＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＣＭｓ（２８℃）の複合コーティングフィルムは、いずれも高透過の外観を呈し、優れた日中受動放射冷却性能を有し、それぞれ約５．３℃、約３．０℃、約１．９℃、約０．３℃降温できる。この結果、環境温度とＣＭｓの臨界変色温度との差が大きいほど、降温効果が顕著であることが分かった。
【実施例4】
【0052】
まず、５ｇのＰＤＭＳプレポリマーと、０．５ｇの硬化剤（ＳＹＬＧＡＲＤ１８４）と、４ｇのＨＧＢｓと、１ｇの硫酸バリウムナノ粒子（ＢａＳｏ４、４００ｎｍ）を量りとって、１０ｇのトルエン溶媒に添加する。常温で２時間で磁力攪拌して、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＢａＳＯ４／トルエンの分散液を得る。次に、上記分散液をスピンコートで紙に塗布して、溶液がレベリングするまで待った後、１００℃のオーブンに入れて乾燥させて、２時間後に取り出して、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＢａＳＯ４複合コーティングを得る。最後に、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＢａＳＯ４複合コーティングを紙から剥離することで、ＰＤＭＳ／ＨＧＢｓ／ＢａＳＯ４複合薄膜を得ることができる。なお、サンプル温度と環境温度の測定方法は実施例１と同じである。
【実施例5】
【0053】
実施例５では、実験装置及び操作は実施例１と同様である。まず。５ｇのポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）プラスチック粒子と、４ｇのＨＧＢｓを量りとって、１０ｇのアセトン溶媒に添加する。次に、５０℃で２時間磁力撹拌して、ＰＭＭＡ／ＨＧＢｓ／アセトンの分散液を得る。次に、上記分散液をスプレーでコンクリート表面に塗布して、室温で乾燥させてＰＭＭＡ／ＨＧＢｓ複合薄膜を得る。なお、サンプル温度と環境温度の測定方法は実施例１と同じである。
【0054】
［実施例の作用と効果］
本発明の白色塗料、スマート感温変色塗料及びコーティングによれば、中空ガラスビーズの豊富な多段空洞構造により太陽光を効率よく散乱させ、熱放射率を高めることができるため、光学性能、白色度、隠蔽力などで従来のチタンホワイトパウダー系白色塗料より優れている。また、ポリマー自身の理想的な固有特性、例えば太陽光をほとんど吸収しない、各種官能基とその振動モードは大量の赤外線吸収／放出ピークを引き起こすため、長波長赤外線での材料の放出率を高めることができる。そのため、得られたポリマー系ＨＧＢｓ薄膜（すなわち、コーティングの太陽光スペクトル範囲内の平均反射率は、約０．９６に達し、長波長の赤外線放射率は、約０．９５に達することができ、光学性能、白色度、隠蔽力などの面で、チタンホワイトパウダーを含む白色塗料より優れており、無毒、環境保護、低コストであるだけでなく、薄膜に優れた降温効果もある。また、夜間には、自身の温度は環境温度より３℃～８℃低く、正午に直射日光が当たっても２℃～７℃冷やすことができる。
本発明の白色塗料、スマート感温変色塗料及びコーティングによれば、中空ガラスビーズの豊富な多段空洞構造により太陽光を効率よく散乱させ、熱放射率を高めることができるため、光学性能、白色度、隠蔽力などで従来のチタンホワイトパウダー系白色塗料より優れている。また、ポリマー自身の理想的な固有特性、例えば太陽光をほとんど吸収しない、各種官能基とその振動モードは大量の赤外線吸収／放出ピークを引き起こすため、長波長赤外線での材料の放出率を高めることができる。そのため、得られたポリマー系ＨＧＢｓ薄膜（すなわち、コーティングの太陽光スペクトル範囲内の平均反射率は、約０．９６に達し、長波長の赤外線放射率は、約０．９５に達することができ、光学性能、白色度、隠蔽力などの面で、チタンホワイトパウダーを含む白色塗料より優れており、無毒、環境保護、低コストであるだけでなく、薄膜に優れた降温効果もある。また、夜間には、自身の温度は環境温度より３℃～８℃低く、正午に直射日光が当たっても２℃～７℃冷やすことができる。
【0055】
また、可逆的感温変色マイクロカプセル自体の感温特性により、これを添加した塗料から作られたコーティング、すなわち感温変色コーティングは、環境温度の変化に応じて高透過と有彩色の間で自由に切り替えることができ、従来の放射冷却材により観賞的な外観を与えるだけでなく、太陽エネルギー加熱と受動放射冷却の２モードのスマート調節も実現した。また、図５と図６に示すように、環境温度が感温変色マイクロカプセルの臨界変色温度より低い場合、コーティングは有彩色の外観を呈し、特定波長の可視光を選択的に吸収して、自己加熱する。環境温度が感温変色マイクロカプセルの臨界変色温度より高い場合、コーティングは高透過の外観を呈し、太陽光の波長全体を高く反射し、赤外線熱を放射し、それによって自身を冷却する。
【0056】
本発明の実施例は、簡単な機械攪拌混合法を用いて、環境に配慮した安価な中空ガラスビーズと樹脂を混合して塗料分散システムを提供しており、プラスチック、ガラス、木材、金属、コンクリートなどの基材にキャスト、スプレー、スプレー、ローラーコーティング、スピンコーティングなどの方法で塗布して薄膜を製造する。この方法は製造工程が簡単で、原材料の環境に配慮して、安価で、生産コストが低くて、大きく行うことができ、各種のよく見られる水性、溶剤型樹脂体系に適用する。得られた薄膜は優れた受動放射降温性能及び環境温度応答性を有し、冷房と暖房の双方向調節を実現できる。このように新しい冷凍技術として、従来の電気冷却／加熱システムを減らしたり、代替したりして、エネルギー消費のない冬の暖かい夏の涼を実現することが期待できる。
【0057】
上述の実施形態は本発明の好適な例である、本発明の範囲を制限するものではない。
【手続補正2】
【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】
１０重量％～７０重量％の中空ガラスビーズと、３０重量％～９０重量％の樹脂と、を含むことを特徴とする白色塗料。
【請求項2】
前記中空ガラスビーズは、直径が２μｍ～３０μｍであり、主成分がソーダ石灰硼珪酸塩ガラスである請求項１に記載の白色塗料。
【請求項3】
前記樹脂は、水溶性樹脂又は溶剤性樹脂である請求項１に記載の白色塗料。
【請求項4】
前記樹脂は、ポリジメチルシロキサン、ポリウレタン、ポリアクリレート、エポキシ樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン又はシリコーン樹脂のいずれか一種又は複数種である請求項１に記載の白色塗料。
【請求項5】
請求項１乃至４のいずれかに記載の白色塗料を基材表面に塗布して形成されたコーティングであって、平均日射反射率は＞＝０．９０であり、長波長赤外線放射率は＞＝０．９０であり、夜間での自己温度は環境温度より３℃～８℃低く、正午での自己温度は環境温度より２℃～７℃低いことを特徴とするコーティング。
【請求項6】
重量部によって計算されたスマート感温変色塗料であって、１０～７０重量部の中空ガラスビーズとり、３０～９０重量部の樹脂と、０．５～５重量部の可逆的感温変色マイクロカプセルと、を含むことを特徴とするスマート感温変色塗料。
【請求項7】
前記中空ガラスビーズは、直径が２μｍ～３０μｍであり、主成分がソーダ石灰硼珪酸塩ガラスである請求項６に記載のスマート感温変色塗料。
【請求項8】
前記樹脂は、水溶性樹脂又は溶剤性樹脂である請求項７に記載のスマート感温変色塗料。
【請求項9】
酸バリウム、炭酸カルシウム、リトポン、タルク又はチタンホワイトパウダーのいずれか一種または複数種である他のフィラーをさらに含む請求項６に記載のスマート感温変色塗料。
【請求項10】
請求項６乃至９のいずれかに記載のスマート感温変色塗料を基材表面に塗布して形成されたコーティングであって、環境温度の変化に応じて、高透過と有彩色とに切り替えることで、スマート降温／昇温を実現することを特徴とするコーティング。
【国際調査報告】