JP2011500372A - 高日射反射率の着色多層構成物 - Google Patents

Abstract

本発明は、高水準の全日射反射率（ＴＳＲ）を有する着色多層構成物に関する。本構成物は、光を隠すために適切な着色顔料を最小量で有する耐候性の薄い最上層を含む。一実施形態において、ＫＹＮＡＲ ＡＱＵＡＴＥＣエマルジョン（Ａｒｋｅｍａ Ｉｎｃ．）中１２％未満の着色（白色ではない）顔料を有する着色トップコートを、基板上で白色のエラストマーアクリル下塗りの上に配置し、７０％より高いＴＳＲを有する着色多層構成物を製造する。

Description

本発明は、高水準の全日射反射率（Ｔｏｔａｌ Ｓｏｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）（ＴＳＲ）を有する着色多層構成物に関する。本構成物は、光を隠す（ｏｐｔｉｃａｌ ｈｉｄｉｎｇ）ために適切な着色顔料を最小量で有する耐候性の薄い最上層を含む。

快適さを低下させ、冷却費用を増加させるため、特に温暖な地域の住居用および商業用建築物で、建築物の外面からの太陽光放射エネルギー吸収は望ましくないことが多い。そのかわりに、高日射反射率の外面（０〜１００％のスケールで測定される高ＴＳＲ値を有するもの）は、日の当たる建築物をより涼しく保ち、そして冷却およびエネルギー費を低下させるため、望ましい。いくつかの地域では、現在、新しい屋根材料に関して最小限のＴＳＲレベルのための自主基準または自主的ではない基準を有する。いくつかの場合、これらの最小限ＴＳＲレベルは７０％程度の高さであり、これは、実際には、白色または非常に淡く着色した屋根材料を使用することのみにより基準を満たすことが可能であることを意味する。美的な理由のため、屋根材料に、より暗い色やより明るい色を含む様々な色を使用することが好ましい。

「クール・ルーフ・コーティング」についての多くの刊行物には、主にトップコートで使用される顔料の反射特性によってＴＳＲ特性が決定されるという一般通念が記載されている（Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ Ｔｏｄａｙ ｍａｇａｚｉｎｅに記載のＭ．ＺｈｅｎｇおよびＫ．Ｗｏｏｄによる最近の論文を参照のこと）。この論文では、従来樹脂の代わりにＫＹＮＡＲ ＰＶＤＦをベースとするコーティングを使用することによって、ＴＳＲのわずかな改善（２〜３絶対％）を得ることができることが主張されている。

驚くべきことに、高ＴＳＲの下層上に着色トップコートを形成し、高ＴＳＲの着色構成物を製造することができることが見出された。建築物の屋根や壁をコーティングするためにこの多層構成物を使用することができ、したがって、高いＴＳＲを維持しながら、様々な有用な色がもたらされる。

本発明は、ａ）ＣＩＥＬａｂ^*スケールで７０未満の単位のＬ^*色成分値および７０％未満の固有ＴＳＲを有する薄い着色トップコートと、ｂ）高ＴＳＲ下層とを含んでなる多層構成物に関する。ここで、構成物のＴＳＲは、０〜１００％のスケールで５０％より高く、そして多層構成物のＴＳＲは、トップコートの固有ＴＳＲより少なくとも８％（絶対）高い。

また本発明は、７０未満の単位のＬ^*値を有する色と、５０％より高いＴＳＲ値を有する暴露した建築物表面を提供する方法にも関する。

本発明は、建造物の外層として有用な高ＴＳＲの着色多層構成物に関する。

本明細書で使用される場合、色値は、０／４５度の角度形状、Ｄ６５発光物、１０度観測者で測定されるＣＩＥＬａｂ^*スケールのＬ^*色成分に関して示される。白色、淡色、パステルカラーは、非常に高いＬ^*値、典型的に７０の単位より高い値を有することが知られている。より暗い色や黄色以外の飽和原色は、より低いＬ^*値を有することが知られている。

本明細書で使用される「固有ＴＳＲ」は、無限の厚さを有する構成物のＴＳＲを指す。

全日射反射率（ＴＳＲ）値はＡＳＴＭ Ｃ１５４９−０４に従って測定され、百分率で表される。高いＬ^*値がより高いＴＳＲ値に関連することは一般に知られている。

最上層
薄い着色トップコート層は、１種以上の着色顔料とマトリックスとを含有する。トップコート乾燥フィルム厚は、約２００ミクロン未満、好ましくは約１００ミクロン未満、より好ましくは約５０ミクロン未満である。このトップコートは、近赤外線領域で低水準の不透明度を有する。低い不透明度は、調製において最小体積濃度の顔料を使用することにより得られる。最小顔料体積濃度は、乾燥フィルム中の顔料の最低体積濃度であって、トップコートの指定の設計厚さで、所望の物体色を達成し、下層色を隠すことができる濃度として定義される（指定の設計厚さは、リットル／平方メートルのトップコートの指定の被覆率に数学的に関連があり、使用される塗布方法、コーティングの耐用年数必要条件、種々の経済的な考慮すべき問題などの塗料産業で周知の種々の要因を考慮して、塗料系の調製者によって確立される）。いずれの所定の調製に関しても、最小顔料体積濃度は、トップコートの指定の設計厚さに加えて、使用される顔料グレード次第である。一般に、より高いＴＳＲコーティング用に設計される顔料グレード（「クール・ルーフ顔料」）が好ましい。顔料は１種以上の顔料の混合物であってもよい。トップコート層は、７０未満の単位、好ましくは６０未満の単位、より好ましくは５０未満の単位のＬ^*値の色を有する。トップコートの固有ＴＳＲは、７０％未満、好ましくは６０％未満、より好ましくは５０％未満である。

顔料を高分子マトリックス中で均一に分散させ、そしてトップコート組成物を形成する。ポリマーマトリックスは、顔料と相溶性の熱可塑性または熱硬化性ポリマーであってよい。フルオロポリマーおよびアクリルなどの相溶性ポリマーの混合物でもあり得る。有用なマトリックス材料としては、限定されないが、フルオロポリマー、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ＴＰＯ、ポリエステル、ポリウレタンおよびそれらの混合物が挙げられる。好ましくは、トップコートマトリックスは、フルオロポリマーベースのマトリックスなどの耐候性材料である。好ましい一実施形態において、トップコートマトリックスはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）ポリマーまたはコポリマー、あるいはＰＶＤＦポリマーまたはコポリマーとアクリル樹脂とのブレンドである。フルオロポリマーは、それらの耐候性のためだけではなく、ポリフッ化ビニリデン（コ）ポリマーのトップコートマトリックスは、少量の添加で、およそ２〜３絶対％でＴＳＲ値を押し上げることができることが知られているため、好ましい。いかなる特定の理論にも束縛されないが、屈折率のより低いＰＶＤＦ（コ）ポリマーによって、より高い屈折率を有するポリマーマトリックスよりも良好なＴＳＲ値が導かれると考えられる。有用なポリマーは、限定されないが、エマルジョン重合、溶液重合、懸濁重合および逆相エマルジョン重合を含むいかなる重合方法によって製造されてもよい。

顔料とマトリックスに加えて、トップコートは、当該技術分野で既知のコーティング用の他のアジュバントを含有してもよい。これらとしては、限定されないが、水または１種以上の溶媒、合体剤、補助溶媒、分散剤および界面活性剤、体質顔料、フロー制御添加剤、消泡剤、スリップエイド、ＵＶ吸収体、衝撃改質剤、架橋剤、ナノ粒子および殺生物剤が挙げられる。本発明の一実施形態において、トップコートは、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）または他の白色の顔料を含有しない。トップコートは、１回以上別々に塗布する液体コーティングとして、粉末コーティングとして、またはフィルムとして塗布されてもよい。透明な層によって被覆された着色した層を含むトップコート構造も、本発明の別の実施形態である。

下層
トップコートは、少なくとも１層の下層上に配置される。典型的に、下層は基板上の高ＴＳＲ下塗層（またはベースコート）であるが、高ＴＳＲ基板上では下塗層は必要とされないため、その場合は、基板自体が下層として機能する。下層のＴＳＲは、５０％より高く、好ましくは６０％より高く、より好ましくは７０％より高く、なおより好ましくは７５％より高い。

下塗層またはベースコートのマトリックスは（存在する場合）、熱硬化性または熱可塑性ポリマー材料である。有用な下塗層材料の例としては、限定されないが、エポキシ材料、ポリエステル、アクリル、塩素化ポリオレフィン、アルキド、ポリウレタン、フルオロポリマーおよびこれらの樹脂の混合物が挙げられる。アクリルおよびフルオロポリマーなどの耐候性の下塗層材料が好ましい。典型的に、下塗層は白色または非常に淡く着色している。一実施形態において、高ＴＳＲ白色は、高水準の二酸化チタン、酸化亜鉛または硫酸バリウムなどの白色顔料を使用することによって提供される。高い下層ＴＳＲを達成するために必要とされる下塗層の厚さは、使用された顔料の体積濃度、ならびに下にある基板のＴＳＲ濃度に依存する。典型的に、実際には、下塗層の厚さは、コーティング産業で既知であるように、コーティング系に必要とされる他の性能必要条件によって決定され、したがって、下塗顔料レベルは、必要とされる高い下層ＴＳＲを達成するように調節される。下塗層は、一般に少なくとも２５ミクロンの厚さ、好ましくは少なくとも１００ミクロンの厚さ、より好ましくは少なくとも２００ミクロンの厚さである。下塗層は１回で塗布されるか、または数回にわたり別々にコーティング塗布されてもよい。

下塗層およびトップコート層は、限定されないが、ブラシ、ローラー、スキージ、フォームアプリケーター、カーテンコーティング、真空コーティング、噴霧によるコーティング；押出成形、粉末コーティングおよびフィルム積層を含む当該技術分野で既知の手段で基板に単層で、または複数の層で塗布されてもよい。完全な多層構成物のＴＳＲは、５０％より高く、好ましくは６０％より高く、より好ましくは７０％より高いが、多層構成物の色とＬ^*値は、トップコート層の色とＬ^*値と実質的に同じであり、Ｌ^*値は７０の単位未満、好ましくは６０の単位未満、より好ましくは５０の単位未満である。「実質的に同じ」とは、Ｌ^*値が＋／−５単位、好ましくは＋／−３単位であることを意味する。

基板層は、多層高ＴＳＲ構成物の支持層を形成する。基板層のＴＳＲが十分に高い場合、下塗層を必要としなくてもよい。有用な基板層としては、限定されないが、レンガ、石、テラコッタ、粘板岩、コンクリート、セメント質材料、繊維セメント、剛直で柔軟なポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリウレタンフォーム、アスファルト、ミネラル材料、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）およびＥＰＤＭが挙げられる。

多層構成物のＴＳＲは、トップコートの固有ＴＳＲより少なくとも８％（絶対）高く、好ましくは少なくとも１０％（絶対）高く、より好ましくは少なくとも１５％（絶対）高く、さらにより好ましくは少なくとも２０％（絶対）高い。

トップコートの色が基板層の色と実質的に同じであることが可能である。実際に、本発明の利点の１つは、トップコートの外観を基板の外観に似せることができるにもかかわらず、多層構成物は、基板単独よりも非常に高いＴＳＲを提供するということである。その上多層構成物は、向上した耐候性、改善されたバリア特性および水耐性などの他の利益をもたらす。一実施形態において、テラコッタ色の下塗層／トップコートをコンクリートまたは繊維セメントルーフタイルなどのテラコッタ色の基板上に配置することができる。または実質的により高いＴＳＲでレンガ色の外観を与えるために、レンガ色の構成物でレンガをコーティングしてもよい。

一実施形態において、エラストマーアクリル樹脂をベースとし、乾燥塗料フィルム中約１５〜２０体積％のルチルＴｉＯ₂を含有する白色の下塗りによって、場合により他の体質顔料によっても、下塗りの全乾燥フィルム厚が少なくとも２００ミクロン（８ミル）となるように、１つまたはいくつかのコーティングで基板をコーティングする。この下塗り層は、ポリフッ化ビニリデン樹脂をベースとする着色トップコート塗料でコーティングされる。有用なポリフッ化ビニリデンをベースとするトップコート塗料の例は、主にＫＹＮＡＲ ＡＱＵＡＴＥＣ ＲＣ−１０２０６エマルジョン（Ａｒｋｅｍａ Ｉｎｃ．）をベースとし、約１２体積％未満のミネラル酸化物顔料を含有するものである。顔料は、「クールルーフ」型顔料または酸化鉄顔料のいずれであってもよい。より好ましくは、トップコートは約６体積％未満の顔料を含有する。最適なトップコート厚さは、１〜２ミル（２５〜５０ミクロン）乾燥フィルム厚である。別の実施形態において、ＫＹＮＡＲ ＡＱＵＡＴＥＣ ＲＣ−１０２０６エマルジョンの代わりにアクリルラテックスが使用される。

別の実施形態は、ペリレン黒色顔料などの高ＴＳＲ有機顔料、または透明酸化鉄などの１種以上の半透明顔料を有するトップコートの使用である。

実施例Ａ−白色顔料粉砕物
以下の成分を、Ｈｅｇｍａｎｎ示度値が７を超えるまでＣｏｗｌｅｓ型高速分散機中で組み合わせた。
水：５１．１ｇ
ＤＩＳＰＥＲＢＹＫ（登録商標）１８０（Ｂｙｋ Ｃｈｅｍｉｅ）：４．７ｇ
アンモニア：０．１ｇ
ＴＥＧＯＦＯＡＭＥＸ（登録商標）８１０（Ｅｖｏｎｉｋ）：０．４ｇ
ＴＲＩＴＯＮ（登録商標）ＣＦ−１０（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）：１．９ｇ
ＴＩＰＵＲＥ（登録商標）Ｒ−９６０（ＤｕＰｏｎｔ）（ＴｉＯ₂）：１８９ｇ

実施例Ｂ−フルオロポリマークリアコート
以下の成分をパドルインペラーによってブレンドした。
ＫＹＮＡＲ ＡＱＵＡＴＥＣ（登録商標）ＲＣ−１０２０６ フルオロポリマーラテックス（Ａｒｋｅｍａ Ｉｎｃ．）：６４５ｇ
ジプロピレングリコールメチルエーテル：４７ｇ
ＡＣＲＹＳＯＬ（登録商標）ＲＭ−８Ｗ（Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ）：１６ｇ
アンモニア：１２ｇ

実施例Ｃ−白色ベースコート塗料
以下の成分をパドル型インペラーによって混合した。
フルオロポリマークリアコートＢ：７０７ｇ
白色顔料粉砕物Ａ：２４７ｇ
Ｓａｎｃｕｒｅ ８１５（Ｎｏｖｅｏｎ）：２３０ｇ
ＳＴＲＯＤＥＸ ＰＫ−０ＶＯＣ（Ｄｅｘｔｅｒ）：１６ｇ
ＢＹＫ ３４６（Ｂｙｋ ｃｈｅｍｉｅ）：４ｇ

実施例Ｄ〜Ｉ 他の顔料粉砕物
顔料粉砕物Ａの製法に従って、以下の顔料をＴｉＯ₂顔料と置換することによって他の顔料粉砕物を調製した。
顔料粉砕物Ｄ−緑：ＧＥＯＤＥ（Ｒ）Ｖ−１２５６０（Ｆｅｒｒｏ，Ｉｎｃ．）
顔料粉砕物Ｅ−茶：ＧＥＯＤＥ（Ｒ）１０３６４（Ｆｅｒｒｏ，Ｉｎｃ．）
顔料粉砕物Ｆ−茶：ＧＥＯＤＥ（登録商標）Ｖ−１０１１７（Ｆｅｒｒｏ，Ｉｎｃ．）
顔料粉砕物Ｇ−ティール：ＳＨＥＰＨＥＲＤ １８７Ｂ（Ｓｈｅｐｈｅｒｄ Ｃｏｌｏｒ Ｃｏ．）
顔料粉砕物Ｈ−弁柄：酸化鉄顔料 ＲＯ ３０９７（Ｒｏｃｋｗｏｏｄ）
顔料粉砕物Ｉ−赤：ＧＥＯＤＥ（登録商標）Ｖ−１３８１０（Ｆｅｒｒｏ，Ｉｎｃ．）

実施例Ｊ−トップコート樹脂ベース
以下の成分をパドル型インペラーによって混合した。
ＫＹＮＡＲ ＡＱＵＡＴＥＣ（登録商標）ＲＣ−１０２０６ フルオロポリマーラテックス（Ａｒｋｅｍａ Ｉｎｃ．）：１９０３ｇ
ジプロピレングリコールメチルエーテル：１３７ｇ
ＲＨＯＰＬＥＸ（登録商標）２４３８ エマルジョン（Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ）：４５７ｇ
ＳＴＲＯＤＥＸ（登録商標）ＰＫ−０ＶＯＣ（Ｄｅｘｔｅｒ，Ｉｎｃ．）：４６ｇ
ＡＣＲＹＳＯＬ（登録商標）ＲＭ−８Ｗ（Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ）：１０ｇ
ＢＹＫ（登録商標）３４６（Ｂｙｋ Ｃｈｅｍｉｅ）：１１ｇ

実施例Ｊ−トップコート製法
表１に示すように、以下の成分をパドル型インペラーによって混合し、トップコートＫ〜Ｔを形成した。

実施例１〜１３：コーティングされた基板
以下の実施例１〜１３中、１．２〜１．５ミルの平均乾燥膜フィルム厚まで基板を白色ベースコート塗料Ｃでコーティングした。基板とベースコートのＴＳＲを測定し、次いで、トップコートを１．２〜１．５ミルの平均乾燥フィルム厚まで塗布した。各トップコートに対して、同顔料粉砕物を用いて、最高の実用的顔料レベルでトップコートを製造することによって固有ＴＳＲを算定した。例えば、実施例４に関して、４０％の顔料体積濃度の塗料を調製し（４０ ＰＶＣ 茶 トップコートＳ）、そして固有ＴＳＲは、同基板またはＴＳＲがより低い基板上に少なくとも１．２ミルの乾燥フィルム厚で塗布されたその塗料のＴＳＲ値であった。

実施例１１〜１３中、白色ベースコート塗料は使用されなかった。下層は単独で白色砂石膏コンクリートによって提供された。

Claims (15)

1. ａ）７０未満の単位のＬ^*値および７０％未満の固有全日射反射率（ＴＲＳ）値を有する薄いトップコート層と、
   ｂ）下層のＴＳＲが合計で６０％より高い少なくとも１層の下層と
   を含んでなる多層構成物であって、
   多層構成物のＬ^*値および色が、実質的にトップコート層のＬ^*値および色と同じであり、多層構成物のＴＳＲが、トップコートの固有ＴＳＲより少なくとも８％（絶対）高い多層構成物。
2. トップコート層のＬ^*値が６０未満の単位である請求項１に記載の多層構成物。
3. トップコート層のＬ^*値が５０未満の単位である請求項１に記載の多層構成物。
4. トップコート層のＴＳＲ値が６０％未満である請求項１に記載の多層構成物。
5. トップコート層のＴＳＲ値が５０％未満である請求項１に記載の多層構成物。
6. トップコートポリマーマトリックスがフルオロポリマーを含む請求項１に記載の多層構成物。
7. トップコートポリマーマトリックスが少なくとも５０重量％のポリビニリデンポリマーまたはコポリマーを含んでなる請求項６に記載の多層構成物。
8. 全多層構成物のＴＳＲが５０％より高い請求項１に記載の多層構成物。
9. 全多層構成物のＴＳＲが７０％より高い請求項１に記載の多層構成物。
10. トップコート層と、下塗層と、基板層とを含んでなる請求項１に記載の多層構成物。
11. 下塗層がアクリルポリマーまたはコポリマーを含んでなる請求項１０に記載の多層構成物。
12. 前記下塗層の厚さが少なくとも２５ミクロンである請求項１０に記載の多層構成物。
13. 前記下塗層の厚さが少なくとも１００ミクロンである請求項１２に記載の多層構成物。
14. 下層が、レンガ、石、テラコッタ、粘板岩、コンクリート、セメント質材料、繊維セメント、剛直で柔軟なポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリウレタンフォーム、アスファルト、ミネラル材料または熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）を含んでなる請求項１に記載の多層構成物。
15. ａ）６０％より高いＴＳＲを有する高ＴＳＲ下塗層で基板をコーティングする工程と、
    ｂ）７０未満の単位のＬ^*値および７０％未満の固有全日射反射率（ＴＲＳ）値を有する薄いトップコート層で前記下塗層をコーティングする工程と
    を含んでなる高ＴＳＲ材料を提供する方法であって、多層構成物のＬ^*値および色が、実質的にトップコート層のＬ^*値および色と同じであり、多層構成物のＴＳＲが５０％より高く、また多層構成物のＴＳＲがトップコートの固有ＴＳＲより少なくとも８％（絶対）高い方法。