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【発明の名称】 遮熱性に優れた塗装金属板及び製造方法
【発明者】 【氏名】垰本 敏江

【氏名】米澤 信吾

【氏名】圓谷 浩
【要約】 【課題】

【解決手段】
【特許請求の範囲】
【請求項１】 粒径０．０７〜０．９μｍのセラミックス粒子が塗膜に均一分散しており、粒子凝集物の粒径が１．２μｍ以下に抑えられていることを特徴とする遮光性，遮熱性に優れた塗装金属板。
【請求項２】 セラミックス粒子が酸化チタン，酸化マグネシウム，酸化亜鉛，アルミナから選ばれた１種又は２種以上である請求項１記載の塗装金属板。
【請求項３】 近赤外線吸収率が７０％以下の顔料が塗膜に均一分散されている請求項１記載の塗装金属板。
【請求項４】 無機皮膜及び／又はカップリング処理した平均粒径０．０７〜０．９μｍのセラミックス粒子を塗料樹脂に均一分散させ、得られた塗料を塗装原板に塗布して塗膜を形成することを特徴とする遮光性，遮熱性に優れた塗装金属板の製造方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽光照射下での熱吸収が少ない遮熱性に優れた塗装金属板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】倉庫，保冷庫，事務所，工場等の建築物で太陽熱による内部温度の上昇が懸念される場合、建築物内部の冷房負荷を軽減し、太陽光照射による温度上昇を抑制するため、熱反射性の高い白色系の材料や金属が外装材に使用される。熱反射性の良好な外装材としては、ステンレス鋼板，アルミニウム板，亜鉛めっき鋼板，アルミニウムめっき鋼板，Ｚｎ−Ａｌ系めっき鋼板等の銀白色を呈する金属板や白色系の塗装金属板がある。しかし、ステンレス鋼板，めっき鋼板等の金属板を屋外で使用すると、周囲に反射光を散乱して近隣光害の原因となる。めっき鋼板では施工後の時間経過に伴って表面が酸化し、酸化物の生成に起因して熱反射率が低下する。
【０００３】白色系の塗装金属板には、アルミナ粉含有塗膜や比熱の大きなセラミックスバルーン，ガラス粉，空気層等を塗膜に分散させた塗膜が外面に設けられている。しかし、白色系の塗装金属板を工業的に生産する場合、数十μｍ程度が塗膜厚の限界であり、太陽光線の中でも長波長域にある近赤外線が透過しやすい。この点、見た目には白色度が高く反射性に優れていると受け取られがちであるが、実際には熱線である近赤外線の反射率が十分でない。ポストコートのように塗膜を厚くすると近赤外線の透過を抑制できるが、厚い塗膜は、塗料消費量を多くするばかりでなく、塗装金属板の取り扱い性，加工性，施工性等にも悪影響を及ぼす。
【０００４】そこで、特開平１１−５８５８２号公報では、太陽光の熱エネルギー波長域０．２〜２．５μｍの光を効率よく反射させるセラミックスフィラーを分散させた塗膜が提案されている。セラミックスフィラーの粒径が１μｍ以下になると界面での屈折率が不連続となり、太陽光の多重反射が促進され、熱エネルギーの吸収が抑制されると報告されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】セラミックス微粒子を分散させた塗膜は、従来の塗膜に比較して確かに太陽光反射率が高く、太陽光照射による温度上昇も抑制される。本発明者等は、この種の塗膜が形成された塗装鋼板を太陽光照射雰囲気に置き、塗装鋼板の昇温状態を調査した。その結果、同じ粒径のセラミックス微粒子を分散させた塗膜であっても、塗装鋼板の昇温に相違が生じることが判った。塗膜の如何と塗装鋼板の昇温との関係に調査を進めた結果、塗膜に分散しているセラミック微粒子の分散形態が昇温に大きな影響を及ぼしていることを見出した。そして、セラミックス粒子の分散状態を適切に制御することにより、数十μｍの膜厚であってもセラミックス粒子のもつ近赤外線反射特性が最大限に引き出されることが判った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、この知見をベースに完成されたものであり、微粒子を分散した塗料に生じがちな微粒子の凝集を抑制し、光反射に最適な分散状態とすることにより、近赤外線反射率が一層改善され、遮熱性に優れた塗装金属板を提供することを目的とする。
【０００７】本発明の塗装金属板は、その目的を達成するため、粒径０．０７〜０．９μｍのセラミックス粒子が塗膜に均一分散しており、粒子凝集物の粒径が１．２μｍ以下に抑えられていることを特徴とする。セラミックス粒子としては、酸化チタン，酸化マグネシウム，酸化亜鉛，アルミナから選ばれた１種又は２種以上が使用される。また、セラミックス粒子に加え、近赤外線の吸収率が７０％以下の顔料を塗膜に均一分散させてもよい。
【０００８】この塗装金属板は、無機皮膜及び／又はカップリング処理したセラミックス粒子を塗料樹脂に均一分散させ、得られた塗料を塗装原板に塗布して塗膜を形成することにより製造される。カップリング処理には、アルミナ処理，シリカ処理，チタニア処理，ジルコニア処理等があり、これらの単独処理又は複合処理がセラミックス粒子に施される。セラミックス粒子の分散性は、カップリング処理によっても改善される。カップリング処理には、脂肪酸，金属石鹸，シランカップリング剤，アルミニウム系カップリング剤，チタネート系カップリング剤の少なくとも１種が使用され、無機皮膜と併用することも可能である。
【０００９】塗装原板には、普通鋼鋼板，表面処理鋼板，めっき鋼板，ステンレス鋼板，アルミニウム板，アルミニウム合金板等がある。海浜地域や工業地帯のような苛酷な腐食環境に曝される用途では、セラミックス粒子を含む塗膜の下に、下地金属板との密着性及び下地金属板の耐食性を向上させるために下塗り塗膜を施すこともできる。
【００１０】
【作用】塗膜に分散している顔料は、外界から進入してきた太陽光等の電磁波を顔料表面で反射させ、塗膜面に所定の色調を付与する。しかし、太陽光に含まれている近赤外線は、視覚に感じられないだけで可視光線と同様に顔料表面で反射，吸収，透過が生じている。近赤外線により物体の温度が上昇するが、本発明者等は、近赤外線反射粒子の凝集形態が近赤外線の吸収性に大きな影響を及ぼすことを見出した。そして、凝集形態を適正に調整することにより、近赤外線の反射が最大限利用され、温度上昇が抑えられることを解明した。
【００１１】塗膜に分散しているセラミックス粒子が凝集すると、反射，吸収に寄与する粒子の個数，表面積が小さくなり、粒子の添加効果が損なわれる。たとえば、個々のセラミックス粒子１が分散している塗膜２（図１ａ）では、電磁波Ｌの反射に全てのセラミックス粒子１が関与する。他方、セラミックス粒子１が凝集している塗膜２（図１ｂ）では、粒子１の凝集体が電磁波Ｌの反射に寄与するだけであり、塗膜２を透過して下地金属板３に達する電磁波Ｌもある。透過した電磁波Ｌは下地金属板３に吸収され，近赤外線によって下地金属板３が昇温する。
【００１２】セラミックス粒子１の個数が電磁波Ｌ又は近赤外線の反射に及ぼす影響に関し、粒子１の下地金属板３への投影面積を有効な指標とする考え方もある。しかし、屋外や屋内で使用される塗装金属板に到達する電磁波Ｌは、進行方向が一方向に限られるものではなく、周囲の建物，器物等の表面で反射された電磁波Ｌを含む散乱光である。また、塗膜２に含まれている粒子１の表面で電磁波Ｌを効率よく反射させるためには、あらゆる角度から入射する電磁波Ｌの反射を考慮する必要がある。
【００１３】因みに、セラミックス粒子１の投影面積が同じ塗膜２であっても、粒子１の分散状態が良好な塗膜２（図２ａ）では、粒子１の実効表面積が大きい。そのため、ある粒子１の表面で拡散反射した電磁波Ｌは、隣接する粒子１の表面で再反射され、下地金属板３に到達する割合が少なくなる。これに対し、粒子１が凝集している塗膜２（図２ｂ）では、再反射の頻度が少なく、下地金属板３に到達する電磁波Ｌが多くなる。そのため、投影面積の増加によって電磁波Ｌの反射率が高くなると一概には言えない。
【００１４】この点、本発明に従った塗装金属板では、隣接間距離が適正に保たれるように個々の粒子１を塗膜２内に分散配置した構成を採用し、セラミックス粒子１の実効表面積を大きくしている。このようにセラミックス粒子１の分散形態を制御するとき、塗膜２に入射した電磁波Ｌ又は近赤外線を個々粒子１の表面で効率よく反射させ、塗膜２を透過する近赤外線に対する反射効率が向上し、塗装金属板の昇温が抑制される。
【００１５】電磁波Ｌを効率よく反射又は吸収させる上では、使用するセラミックス粒子１の粒径が問題となる。反射又は吸収に最適なセラミックス粒子１の粒径は、屈折率や対象とする電磁波Ｌの波長で変化する。たとえば、白色度が要求されるチタニア顔料では可視光領域にある電磁波Ｌの反射効率が要求され、最適粒径が０．１〜０．４μｍとされている。更に、波長の小さな紫外線吸収剤として利用されるチタニア微粒子では、０．０３〜０．１μｍが最適粒径とされている。
【００１６】より長波長の近赤外線、具体的には０．７８〜２．５μｍの電磁波Ｌを対象とする場合、電磁波Ｌの反射・吸収に最適な粒子１の粒径は、０．２〜１．２μｍの範囲にある。０．２μｍ未満の粒径は近赤外線の波長に比較して非常に小さく、近赤外線に対して実質的に透明となり粒子１による反射を生じない。逆に１．２μｍを超える粒径では粒子１の表面積が減少し、粒子１の添加量を基準とする反射効率が大きく減少する。凝集した粒子１が塗膜２に分散している場合でも、凝集物の粒径が１．２μｍ以下であると、凝集の如何による相違が反射作用に生じない。このようなことから、塗膜２に分散させる粒子１の粒径を０．０７〜０．９μｍの範囲に規制した。
【００１７】大きな凝集物を生じることなく最適粒径のセラミックス粒子１が分散した塗膜２を得る上では、一次粒子の凝集を抑制して塗料に対する一次粒子の分散が促進されるように、アルミナ処理，シリカ処理，チタニア処理，ジルコニア処理，カップリング処理等の表面処理を施すことが有効である。表面処理は、塗膜強度や下地金属板３に対する塗膜２の密着性を阻害することなく、塗料に対するセラミックス粒子１の分散性を向上させ、塗膜２の耐候性向上にも有効である。
【００１８】アルミナ処理，シリカ処理，チタニア処理，ジルコニア処理によって粒子１の表面にＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒの酸化物，含水酸化物又は水酸化物を含む無機皮膜が形成され，塗料に対する分散性が向上する。無機皮膜は、湿式法又は乾式法でセラミックス粒子１の表面に形成される。たとえば、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒの硫酸塩，塩化物，酢酸塩，炭酸塩，硝酸塩の１種又は２種以上を中和剤と共にセラミックス粒子１の分散液に添加し、反応生成物を分離，乾燥，粉砕することにより無機被覆されたセラミックス粒子１が得られる。中和剤としては、水酸化ナトリウム，水酸化カリウム，アンモニア等のアルカリや硫酸，塩酸，硝酸等の酸が使用される。或いは、スパッタリング等の乾式法でセラミックス粒子１を無機被覆することもできる。
【００１９】セラミックス粒子１又は無機被覆されたセラミックス粒子１をカップリング処理すると、塗料のベース樹脂に対する相溶性が向上する。カップリング剤としては、脂肪酸，金属石鹸，シランカップリング剤，アルミニウム系カップリング剤，チタネート系カップリング剤の１種又は２種以上が使用される。セラミックス粒子１又は無機被覆されたセラミックス粒子１にカップリング剤を直接添加し、混合することによってカップリング処理される。
【００２０】塗料には、近赤外線反射体としてのセラミックス粒子１と共に着色顔料を混合添加することもできる。着色顔料には、近赤外線の吸収率が７０％以下の顔料が好ましい。吸収率７０％以上の着色顔料では、塗膜２に進入した近赤外線をセラミックス粒子１が反射しても、共存する着色顔料で近赤外線が吸収されるため、セラミックス粒子１の添加効果が発現されなくなる。近赤外線吸収率ＡNIRは、８００〜２１００ｎｍの分光吸収率Ａλiから次式に従って算出される。式中、Ｅλiは日射の分光分布を示す。
【００２１】

【００２２】通常、着色顔料の表面で近赤外線の一部が吸収，一部が透過，一部が反射される。着色顔料に吸収されずに反射される近赤外線があることから、着色顔料もセラミックス粒子１と同様な反射効果を奏する。着色顔料を近赤外線が透過する場合でも、透過光がセラミックス粒子１で反射されるため、優れた近赤外線反射特性を呈し、遮熱性の良好な塗装金属板が得られる。
【００２３】近赤外線吸収率７０％以下の着色顔料としては、種々の色調を呈する顔料が単独で又は複合して使用される。たとえば、白顔料には、ＡｌＮ，ＡｌＰ，ＢａＴｉＯ3，ＢＮ，ＴｉＯ2，ＺｎＯ，ＺｎＳ，ＺｒＯ2，ＺｎＡｌ2Ｏ4等がある。青顔料には、ＣｏＡｌ2Ｏ4，Ｔｉ−Ｃｏ−Ａｌ−Ｌｉ複合酸化物，Ｃｏ−Ａｌ−Ｃｒ複合酸化物，フタロシアニンブルー等がある。緑顔料には、Ｃｒ2Ｏ3，ＮｉＯ，ＭｎＯ，Ｔｉ−Ｚｎ−Ｎｉ−Ｃｏ複合酸化物，Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｌｉ複合酸化物，Ｃｏ−Ａｌ−Ｃｒ複合酸化物，フタロシアニングリーン等がある。黄顔料には、ＮｉＴｉＯ3，Ｔｉ−Ｂａ−Ｎｉ複合酸化物等がある。赤顔料には、Ｆｅ2Ｏ3，ＭｇＦｅ2Ｏ4，ＺｎＦｅ2Ｏ4等がある。茶顔料には、ＣｏＦｅ2Ｏ4，Ｍｎ2Ｏ3，Ｍｎ3Ｏ4，ＭｎＴｉＯ3，Ｓｉ，Ｆｅ−Ｚｎ−Ｃｒ複合酸化物、Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ複合酸化物、Ｍｎ−Ｓｂ−Ｔｉ複合酸化物等がある。黒顔料には、ＣｕＯ，ＮｉＦｅ2Ｏ4，Ｍｎ2ＣｒＯ4，Ｃｒ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｎ複合酸化物，アゾメチアゾ系化合物等がある。灰顔料には，ＩｎＰ，ＭｏＳ2等がある。
【００２４】塗膜２のベース主樹脂には，通常の塗料に配合されている樹脂を使用でき，樹脂種が特に制約されるものではない。具体的には、アルキド樹脂，ポリエステル樹脂，シリコーン樹脂，シリコーン変性ポリエステル樹脂，アクリル樹脂，シリコーン変性アクリル樹脂，エポキシ樹脂，フッ素樹脂，塩素樹脂等が使用され，場合によっては架橋用樹脂との併用も可能である。また、溶剤を使用することなくポリエチレン樹脂，ポリプロピレン樹脂，ポリエチレンテレフタレート樹脂等の熱可塑性樹脂にセラミックス粒子１及び必要に応じて着色顔料を練り込み、金属板に熱融着又は射出成形することによって塗膜２を形成することもできる。
【００２５】
【実施例】板厚０．５ｍｍの溶融５５％Ａｌ−Ｚｎ合金めっき鋼板を下地金属板３として使用し、金属板表面にＮｉ析出型表面調製処理剤をスプレーした後、未反応液を温湯で洗い流した。次いで、塗布型クロメート処理剤を塗布・乾燥し、クロム付着量４０ｍｇ／ｍ2のクロメート皮膜を金属板表面に形成した。チタニア：９０質量％，マグネシア：５質量％，シリカ：３質量％，アルミナ：２質量％を混合し、焼成後に粉砕することにより平均粒径０．０５〜１．３μｍのセラミックス粒子１を用意した。
【００２６】セラミックス粒子１を分散させた水溶液にアルミン酸ナトリウム，ケイ酸ナトリウム又は硫酸ジルコニウムを添加した後、硫酸でｐＨ調整することによって、アルミナ処理，シリカ処理又はジルコニア処理をセラミックス粒子１に施した。一部のセラミックス粒子１については、直接カップリング処理し、或いは無機被覆した後でカップリング処理した。
【００２７】近赤外線吸収率の低い着色顔料には、平均粒径１．０μｍのＦｅ2Ｏ3系褐色顔料Ａ（近赤外線吸収率：３０％），平均粒径０．７μｍのＭｇＦｅ2Ｏ4系橙色顔料Ｂ（近赤外線吸収率：２９％），平均粒径０．７μｍの黒色顔料Ｃ（DEGUSSAMETALS CATALYSTS CERDEC社製PIGMENT BLACK 10466，近赤外線吸収率：４３％），平均粒径０．２μｍの黒色顔料Ｄ（大日精化製クロモファインブラックA‐1103，近赤外線吸収率：１８％）を使用した。比較のため、近赤外線吸収率の高い着色顔料として、平均粒径０．５μｍの黒色顔料Ｅ（大日精化製ダイピロキサイドカラーブラック#9510，近赤外線吸収率：９４％）を使用した。
【００２８】二フッ化ビニリデン樹脂／メタクリル酸メチル樹脂（重量比８／２）の混合樹脂溶液を樹脂ベースとする塗料に、セラミックス粒子１及び場合によっては着色顔料を表１に示した割合で混合し、３本ロール混練機で分散させることによって塗料を調製した。得られた塗料は、長時間静置した後でもセラミックス粒子１が沈降又は凝集することなく、保存安定性に優れていた。ロールコータを用いて金属板に塗料を塗布し、２５０℃で１分間加熱乾燥することによって膜厚２０μｍの塗膜２を形成した。作製された塗膜２の断面を電子顕微鏡で観察することにより、塗膜２中における粒子１の分散状態を調査し、凝集物の最大粒径を測定した。また、JIS A5759に準拠して日射反射率を測定し、対象波長範囲を８００〜２１００ｎｍに特定して日射反射率と同様に近赤外線反射率を求めた。
【００２９】調査結果を表１に示す。表中、実施例１〜６はセラミックス粒子１のみを分散させた塗膜２を形成した塗装金属板であり、実施例７〜１０はセラミックス粒子１及び着色顔料を混合分散させた塗膜２を形成した塗装金属板である。何れの実施例においても、セラミックス粒子１の粒径及び凝集物の最大粒径は本発明で規定した範囲に維持されている。比較例１〜３は、セラミックス粒子１の粒径及び凝集物の最大粒径は本発明で規定した範囲を外れており、実施例１〜６に比較して近赤外線反射率が劣っている。近赤外線反射率の低下の影響を受けて日射反射率も低い値になっている。比較例４は、セラミックス粒子１を使用せず着色顔料のみを塗膜２に分散させた塗装金属板であり、近赤外線反射率及び日射反射率共に大きく劣っていた。
【００３０】また、同じ粒径のセラミックス粒子１を異なる分散状態で塗膜２に分散させた実施例１及び比較例３の塗装金属板について、分光反射スペクトルを求めた。図３の結果からみられるように、塗膜２中における粒子１の分散性を表面処理によって向上させた実施例１の塗装金属板では、セラミックス粒子１の凝集物の最大粒径が１．３μｍを超える比較例３との対比で、太陽光に含まれる近赤外線主要な部分を占める０．７８〜２．１μｍの波長領域における反射率が格段に優れていることが判る。
【００３１】

【００３２】このようにして太陽光の反射効率が向上するため、塗膜を介して塗装金属板に太陽光の熱エネルギーが伝達されることが抑制される。したがって、建築物の屋根や外壁等に使用すると、室内温度の上昇が抑制されることから、冷房等に要する光熱費が節減される。更には、グラスウール，ウレタンフォーム等の断熱層を薄くできるため、実効内容積が大きくなる。
【００３３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の塗装金属板は、光反射率の高い微粒子を分散させ、且つ微粒子が大径の凝集体に成長しないように規制しているため、塗膜表面を照射した太陽光が効率よく反射され、太陽光の熱エネルギーが塗装金属板に伝達されることが抑制される。その結果、塗膜の表面温度を外気温に近い状態に維持でき、放水冷却等の負担，室内側の昇温抑制，断熱層の厚さ軽減等、種々の効果を奏する構造部材として使用される。
【出願人】 【識別番号】０００００４５８１
【氏名又は名称】日新製鋼株式会社
【出願日】 平成１３年３月１４日（２００１．３．１４）
【代理人】 【識別番号】１０００９２３９２
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 亘
【公開番号】 特開２００２−２６４２５４（Ｐ２００２−２６４２５４Ａ）
【公開日】 平成１４年９月１８日（２００２．９．１８）
【出願番号】 特願２００１−７２１６１（Ｐ２００１−７２１６１）