红外线反射膜、红外线反射涂料及红外线反射体

摘要

本发明提供一种红外线反射涂料，作为用于形成在红外线波长范围的反射率高且在可见光波长范围的透过率高、表面具有自净能力的膜的涂料，其特征在于，含有：含有甲硅烷基和硅烷醇基中至少一者的丙烯酸树脂；以及在云母表面覆盖选自氧化锡、二氧化钛及氧化硅中的一种以上金属氧化物而成的金属氧化物包覆云母，其中，含有所述金属氧化物包覆云母以PVC(颜料容积浓度)计为0.4％～1.5％。

说明书

技术领域

本发明涉及红外线反射膜、红外线反射涂料及红外线反射体。

背景技术

从太阳到地球表面的光大部分被大气吸收，仅一部分到达地表。 其中，将达到比可见光的红色波长范围长的波长的、约700nm～1mm 的波长范围称为红外线，在红外线中，特别将4000nm～1mm的波长范 围称为远红外线。远红外线又称为热线，由供暖机器等产生，并用在 日常生活中。

另一方面，如果能够抑制因吸收远红外线而造成的温度上升，则 能用于各种产业领域。例如，已知太阳能发电板中使用的太阳能电池 组件中，使用晶体硅的太阳能电池组件在温度上升的情况下，输出电 压会降低。这是由于能隙在高温下减小，从而输出电压会降低。因此， 如果能够在太阳能电池组件表面选择性地反射红外线，则能够抑制组 件内部的温度上升，能够避免输出电压的降低。

如果在涂料配合物中配合了反射红外线的颜料，则至少能够赋予 涂膜反射红外线的效果。作为现有技术中已知的反射红外线的颜料， 有二氧化钛、氧化铬、氧化钴以及氧化钡等金属氧化物系颜料。但是， 在使用这些颜料配合成红外线反射涂料时，色调的明暗受到很大限制。 因此，日本特开平11-302549号(专利文献1)中公开了不论色调的明 暗如何、反射红外线的功能都优异的组合物。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-302549号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，含有上述专利文献1中公开的组合物且具有现有的红外线 反射功能的组合物是所谓的瓷漆(Enamel)涂料，由于能对红外线进 行反射，但可见光也不能透过，因此不可涂装在太阳能电池组件上。 因为涂装在太阳能电池表面，所以期望发电所需的可见光尽可能透过， 因此需要形成基于选择性地反射红外线的组合物的涂膜。此外，谋求 具有上述性能、且即使在表面积有尘埃的情况下也能够通过与水接触 而除去尘埃的、自净能力优异的涂膜。

因此，本发明的目的在于提供一种可见光的透过率高、且反射红 外线、自净能力强的红外线反射膜及用于形成该红外线反射膜的红外 线反射涂料。

用于解决问题的手段

在此，本发明的发明人经过深入研究，结果发明了是特定膜厚的 透明涂膜的、在红外线范围的红外线反射率平均为7.5％以上且在可见 光范围的透过率为60％以上、涂膜表面的水接触角为60°以下的红外 线反射膜、含有特定树脂和特定云母的红外线反射涂料以及涂布有该 涂料的红外线反射体。

因此，本发明的主旨如下。

[1]一种红外线反射涂料，为透明涂料，其特征在于，含有：含有 甲硅烷基和硅烷醇基中至少一者的丙烯酸树脂；以及在云母表面覆盖 选自氧化锡、二氧化钛及氧化硅中的一种以上金属氧化物而成的金属 氧化物包覆云母，其中，含有所述金属氧化物包覆云母以PVC(颜料 容积浓度)计为0.4％～1.5％。

[2]一种红外线反射膜，其是由[1]中所述的红外线反射涂料得到 的。

[3]如[2]中所述的红外线反射膜，其特征在于，是干燥膜厚15μm～ 60μm的透明涂膜，在780nm～2500nm处的平均红外线反射率为7.5％ 以上，且在380nm～780nm处的平均可见光透过率为60％以上，涂膜 表面的水接触角为60°以下。

[4]一种红外线反射体，具有：太阳能电池组件；和在该太阳能电 池组件表面的如[2]或[3]所述的红外线反射膜。

[5]一种红外线反射体，具有：玻璃；和在该玻璃表面的如[2]或[3] 所述的红外线反射膜。

[6]一种红外线反射体，具有：外墙板；和在该外墙板表面的如[2] 或[3]所述的红外线反射膜。

[7]一种红外线反射体，具有：清水混凝土；和在该清水混凝土表 面的如[2]或[3]所述的红外线反射膜。

[8]一种红外线反射膜，是干燥膜厚15μm～60μm的透明涂膜，在 780nm～2500nm处的平均红外线反射率为7.5％以上，且在380nm～ 780nm处的平均可见光透过率为60％以上，涂膜表面的水接触角为60 °以下。

基于本发明，能提供可见光透过率高、且反射红外线、自净能力 强的红外线反射膜、和用于形成该红外线反射膜的红外线反射涂料。 另外，该红外线反射涂料能够以免底涂层方式涂布在各种被涂物(例 如，太阳能电池组件、玻璃、外墙板以及清水混凝土等)上，将该红 外线反射膜设置在该被涂物的表面，从而能提供各种用途中使用的红 外线反射体。

附图说明

图1为表示试验方法1中的测定时刻与由太阳能电池组件A和太 阳能电池组件B发电的电力之间的关系的图表。

图2为表示试验方法1中的测定时刻与太阳能电池组件A和太阳 能电池组件B的表面温度之间的关系的图表。

具体实施方式

以下，对本发明进行详细说明。

[红外线反射膜]

本发明的红外线反射膜是干燥膜厚15μm～60μm的透明涂膜，在 780nm～2500nm处的平均红外线反射率为7.5％以上，并且在380nm～ 780nm处的平均可见光透过率为60％以上，涂膜表面的水接触角为60 °以下。

本发明的红外线反射膜的干燥膜厚为15μm～60μm的膜厚。

本发明的红外线反射膜在称为所谓红外线的范围中的780nm～ 2500nm内的平均红外线反射率需要在7.5％以上。更优选的是，平均红 外线反射率为10％以上更适当。平均红外线反射率不足7.5％时，防止 温度上升的效果可能会低。

上述平均红外线反射率如下地测定。

(平均红外线反射率的测定方法)

平均红外线反射率通过积分球方式求出。具体为，准备测定用试 样(在玻璃板上具有膜厚30μm的红外线反射膜的样品)，使用紫外/ 可见/近红外分光光度计(Solid Spec-3700：岛津制作所制造)，每5nm 测定780nm～2500nm的红外线波长范围的反射率(入射角8°)。求 出780nm～2500nm范围的红外线反射率的平均值，并将该数值作为 780nm～2500nm范围处的平均红外线反射率。需要说明的是，作为玻 璃板，使用JIS R3202基准品即TP技研株式会社制造的浮法玻璃板(尺 寸200mm×100mm×2mm)。上述玻璃板的平均红外线反射率为6.1％。

本发明的红外线反射膜为“透明涂膜”。本发明中，所谓“透明 涂膜”包括透明或者半透明的膜，具体为，在称为可见光的范围中的 380nm～780nm处的平均可见光透过率需要在60％以上。更优选平均可 见光透过率为70％以上，特别优选平均可见光透过率为80％以上。平 均可见光透过率不足60％时，在将该涂膜形成在太阳能电池组件表面 时，太阳能电池组件的发电性能可能会降低。

另外，本发明的红外线反射膜为透明涂膜，因此，涂设在外墙板、 清水混凝土等基材上时，能够保留基材(基底)的质感，并且带来隔 热性、防污性。

上述平均可见光透过率如下地测定。

(平均可见光透过率的测定方法)

平均可见光透过率通过积分球方式测定。具体为，准备测定用试 样(在玻璃板上具有膜厚30μm的红外线反射膜的样品)，使用紫外/ 可见/近红外分光光度计(Solid Spec-3700：岛津制作所制造)，每5nm 测定380nm～780nm的可见光波长范围的透过率(入射角0°)。求出 380nm～780nm范围的可见光透过率平均值，并将该数值作为380nm～ 780nm范围内的平均可见光透过率。需要说明的是，作为玻璃板，使 用JIS R3202基准品即TP技研株式会社制造的浮法玻璃板(尺寸 200mm×100mm×2mm)。上述玻璃板的平均可见光透过率为90.2％。

本发明的红外线反射膜需要涂膜表面的水接触角为60°以下。更 优选的是，涂膜表面的水接触角在40°以下更适合。涂膜表面的水接 触角超过60°时，有可能导致在由于降雨等而使涂膜表面接触水时， 涂膜表面和水之间的润湿性恶化，自净能力降低。

需要说明的是，对于由后述的本发明的红外线反射涂料得到的红 外线反射膜，在刚涂设后，含有作为红外线反射涂料成分的甲硅烷基 和硅烷醇基中至少一者的丙烯酸树脂中的甲硅烷基和硅烷醇基的水解 未进展，有时水接触角大于60°，但水解随着时间经过而进展，如果 水接触角达到60°以下，则被包含在本发明的红外线反射膜中。即， 本发明的红外线反射膜在从刚涂设后开始经过一定时间(例如两个月) 后测定的涂膜表面的水接触角为60°以下。

上述水滴接触角，如下地测定。

(水滴接触角的测定方法)

准备测定用试样(在玻璃板上具有膜厚30μm的红外线反射膜的 样品)，使用接触角计(FACE CA-DT型：协和界面科学制造)，使 水滴接触到测定用试样的涂料表面，并通过液滴法求出接触角。

本发明的红外线反射膜可以由后述的本发明的红外线反射涂料得 到。

[红外线反射涂料]

本发明的红外线反射涂料(也称为“涂料”或者“透明涂料”) 为透明涂料，其含有：含有甲硅烷基和硅烷醇基中至少一者的丙烯酸 树脂；在云母表面覆盖选自氧化锡、二氧化钛以及氧化硅中的一种以 上金属氧化物而得到的金属氧化物包覆云母，并且含有上述金属氧化 物覆盖云母以PVC(颜料容积浓度)计为0.4％～1.5％。

本发明的红外线反射涂料中的金属氧化物包覆云母具有红外线反 射功能。

本发明的涂料一般而言为透明涂料，希望不配合着色颜料等颜料。 用于使红外线的波长区域选择性地反射的配合物为具有红外线反射功 能的云母。本来，在云母表面覆盖选自氧化锡、二氧化钛以及氧化硅 中的一种以上金属氧化物而得到的金属氧化物包覆云母由于覆盖于表 面的金属氧化物的光折射率和内部的云母的光折射率不同，从而入射 后的光产生干涉效果，带来称为珍珠色的美丽显色。因此，金属氧化 物包覆云母等利用了光的干涉的颜料被称为珠光颜料，并被应用于化 妆领域、或者印刷领域等。

本发明的发明人着眼于上述金属氧化物包覆云母所具有的极特殊 的光学特性。

通过在涂料中配合特定量的金属氧化物包覆云母，能够形成透过 可见光并反射红外线这样的涂膜。

在形成透明涂膜时，需要在涂料中含有金属氧化物覆盖云母以 PVC(颜料容积浓度)计为0.4％～1.5％。金属氧化物包覆云母的含有 率优选在涂料中以PVC计为0.5％～1.0％，更优选为0.7％～1.0％。

在透明涂料中，若金属氧化物覆盖云母的含有率不足PVC0.4％， 则对红外线波长范围的反射不充分，虽然可见光充分透过，但是有可 能无法防止温度上升。

另一方面，在含有率超过PVC1.5％时，可见光的透过率降低，在 将本发明的透明涂料涂布到太阳能电池组件表面以形成透明涂膜的情 况下，发电性能有可能降低。

PVC是Pigment Volume Concentration(颜料体积浓度)的缩写， 在本发明中，为金属氧化物包覆云母在红外线反射涂料的全部固体成 分的体积中所占的体积比例(体积％)。

金属氧化物包覆云母的平均粒径优选为5μm～60μm。

金属氧化物包覆云母中的金属氧化物(优选二氧化钛)的覆盖率 优选为40％～50％。

这里，覆盖率表示金属氧化物相对于云母的质量比率。

本发明的涂料为透明涂料。可用作本发明的涂料中含有的树脂者 是，为了对被涂装物呈现亲和性而含有甲硅烷基和硅烷醇基中至少一 者的丙烯酸树脂。

作为含有甲硅烷基和硅烷醇基中至少一者的丙烯酸树脂的数均分 子量，优选为10万～100万。

在含有甲硅烷基和硅烷醇基中至少一者的丙烯酸树脂中，优选相 对于丙烯酸树脂的全部固体成分，含有甲硅烷基和硅烷醇基10质量 ％～60质量％，更优选含有20质量％～40质量％。

在涂布有本发明的涂料的被涂物为玻璃、混凝土等无机物的情况 下，通过包括甲硅烷基和硅烷醇基中至少一者，从而提高了无机物表 面与所形成的涂膜之间的亲和性，因此，涂装时不需要底涂层(primer)。 此外，甲硅烷基和硅烷醇基通过水解而转化为羟基，由此涂膜表面的 水接触角降低到60°以下，呈现基于降雨的自净能力。需要说明的是， 如前所述，刚涂装后，甲硅烷基和硅烷醇基的水解未进展，有时水接 触角大于60°，但是，水解随着经过时间(例如两个月)而进展，水 接触角达60°以下时，呈现基于降雨的自净能力。

若是涂装时不涂布底涂层就不能紧贴的涂料，则根据底涂层中使 用的树脂的种类，存在产生黄变等经时劣化的可能性。此外，也关系 到增加涂装工序。

在本发明的透明涂料中，能够适当配合固化促进剂、催化剂、消 泡剂、成膜助剂、光稳定剂、表面调整剂、水以及溶剂等。

本发明的透明涂料的干燥膜厚为15μm～60μm，优选的是希望形 成25μm～35μm厚度的涂膜。厚度不足15μm时，有可能红外线反射不 充分，厚度超过60μm时，有可能可见光的透过率降低从而太阳能电池 组件的发电性能降低。

优选根据红外线反射膜的膜厚适当调整本发明的透明涂料中的金 属氧化物包覆云母的含量，具体来说，在厚膜的情况下，优选以减少 本发明的透明涂料中的金属氧化物包覆云母的含量的方式进行调整， 在薄膜的情况下，优选以增加本发明的透明涂料中的金属氧化物包覆 云母的含量的方式进行调整。

所形成的涂膜表面的耐候性极其优异，因此，能够长时间维持涂 膜性能。

此外，所形成的涂膜表面的亲水性高，因此，即使在表面积有尘 埃等的情况下，雨水也能在表面均匀地扩散，容易冲走尘埃，具有自 净性。这对太阳能电池组件维持发电性能极为有效。

除了太阳能电池组件，本发明的涂料还能够免底涂层地涂装在外 墙板、清水混凝土以及玻璃上。

本发明的透明涂料涂布在窗玻璃上时，维持窗玻璃的透明性，并 利用其红外线反射性能从而有效地缓和室内的温度上升。在涂布到窗 玻璃上时，在室内侧、室外侧施工都可以。

市场中虽存在向窗玻璃上涂布的透明涂料，但这些透明涂料为含 有红外线吸收颜料的涂料，存在使窗玻璃受热而破裂的问题。本发明 的透明涂料具有红外线反射功能，因此，窗玻璃不会受热破裂。

需要说明的是，在本发明的透明涂料涂布在窗玻璃上的情况下， 通过添加紫外线吸收剂，能缓和室内温度的上升，并且能够附加防止 家具晒伤、昆虫靠近的功能。

本发明的透明涂料涂布在外墙板、清水混凝土上时，能够维持基 底的外观和质感，并保护建筑物，防止温度上升。此外，具有高的耐 候性、自净性＝低污染性，因此，能够长期保持建筑物外观美丽。

本发明的涂料能够通过现有公知的混合、分散方法制造。能够使 用溶解机、磨碎机等混合机。

本发明的涂料能够使用空气喷涂、无气喷涂、辊涂装、辊涂布机、 帘式淋涂机等涂装机。作为涂膜，需要以尽可能均匀的涂膜厚度完成， 因此，优选空气喷涂、无气喷涂等喷涂涂装法。在工厂内进行流水线 涂装的情况下，也能够应用辊涂布、帘式淋涂等涂装法。

本发明的涂料能够在常温下干燥并形成涂膜，也能够在将本发明 的涂料涂装在被涂物上之后在60℃～90℃的温度下进行20分钟～40 分钟的加热干燥。

以下，为了帮助理解本发明，对具体的实施例进行说明。但是， 不言而喻，本发明不限定于以下实施例。

实施例

[实施例1]

将包含含有甲硅烷基和硅烷醇基的丙烯酸树脂乳液73质量％、成 膜助剂(二丙二醇单丁醚)6质量％、光稳定剂(受阻胺系)0.3质量％、 消泡剂(有机改性聚硅氧烷系)0.1质量％以及二氧化钛包覆云母PVC (颜料容积浓度)0.7％的涂料，用水稀释为100质量％，得到红外线反 射涂料1。

[实施例2]

将包含含有甲硅烷基和硅烷醇基的丙烯酸树脂乳液73质量％、成 膜助剂(二丙二醇单丁醚)6质量％、光稳定剂(受阻胺系)0.3质量％、 消泡剂(有机改性聚硅氧烷系)0.1质量％以及二氧化钛包覆云母PVC (颜料容积浓度)1.0％的涂料，用水稀释为100质量％，得到红外线反 射涂料2。

[试验方法1]

利用空气喷涂机将本发明的红外线反射涂料1涂布在结晶硅太阳 能电池组件表面(玻璃)，在常温下干燥12小时，从而得到平均干燥 膜厚30μm的透明涂膜。将该太阳能电池组件作为太阳能电池组件A(实 施例1)。

作为对照试验，准备与太阳能电池组件A中使用的结晶硅太阳能 电池组件具有相同发电效率、相同面积并且表面不涂装本发明的红外 线反射涂料的太阳能电池组件，并将该太阳能电池组件作为太阳能电 池组件B(比较例1)。

在南侧无障碍物的暴露试验台上，使太阳能电池组件A和太阳能 电池组件B倾斜30°地各设置8张，在晴天的13点5分～14点35分 这1小时30分钟内，测定两太阳能电池组件发电的电力和两太阳能电 池组件的表面温度。

[试验方法2]

将本发明的红外线反射涂料2通过空气喷涂涂装涂布在外墙板 上，在常温下干燥12小时，得到平均干燥膜厚30μm的透明涂膜。将 该外墙板作为外墙板A(实施例2)。

作为对照试验，准备相同面积但在表面不进行涂装的外墙板，并 将该外墙板作为外墙板B(比较例2)。

将外墙板A和外墙板B水平设置在射灯(reflector lamp)下20cm 处，在室温25℃的条件下，从外墙板表面照射100W的射灯，测定两 外墙板的背面中央的温度。

此外，目测观察外墙板A和外墙板B的外观，评价基底的质感。

[结果1]

将由试验方法1得到的两太阳能电池组件发电的电力结果示于图 1。图表的纵轴表示太阳能电池组件A和太阳能电池组件B发电的电力 (单位：kW)，横轴表示测定时刻。

根据图1可知：与没有涂膜的组件B(比较例1)比较，形成有基 于本发明的透明涂料的透明涂膜的组件A(实施例1)的发电输出在测 定时间带的几乎全域实现高输出，在13点50分的时间点，每一张太 阳能电池组件的输出功率提高了10W(图1中的a表示的差， (570W-490W)/8＝10W)，在14点12分时间点，每一张太阳能电池组 件的输出功率提高了16.5W(图1中的b所示的差， (570W-440W)/8＝16.5W)，在14点26分时间点，每一张太阳能电池组 件的输出功率提高了21.3W(图1中的c所示的差， (520W-350W)/8＝21.3W)。

[结果2]

将由试验方法1得到的两太阳能电池组件的表面温度的结果表于 图2。图表的纵轴表示太阳能电池组件A和太阳能电池组件B的表面 温度(单位：℃)，横轴表示测定时刻。

根据图2可以确认：与没有涂膜的组件B(比较例1)比较，形成 有基于本发明的透明涂料的透明涂膜的组件A(实施例1)的表面温度 在测定温度带的几乎全域显示低的温度，在13点50分时间点，温度 降低了6.4℃(图2中的d表示的差，49.4℃-43.0℃＝6.4℃)，在14点 12分时间点，温度降低了6.1℃(图2中的e所示的差，48.6℃-42.5℃ ＝6.1℃)，在14点26分时间点，温度降低了5.4℃(图2中的f所示 的差，42.7℃-37.3℃＝5.4℃)。

[结果3]

根据试验方法2，与没有透明涂膜的外墙板B(比较例2)比较， 形成有基于本发明的透明涂料的透明涂膜的外墙板A(实施例2)的背 面温度显示了5.3℃的下降。

此外，相对于没有透明涂膜的外墙板B(比较例2)，形成有基于 本发明的透明涂料的透明涂膜的外墙板A(实施例2)的外观上的变化 几乎不能察觉，将基底的质感维持在良好的状态。

实施例1和实施例2、比较例1和比较例2的结果集中示于下述 表1。实施例1和实施例2中的涂膜的平均红外线反射率、平均可见光 透过率以及水滴接触角用后述方法进行评价。

表1

[实施例3和4、比较例3和4]

在实施例1的红外线反射涂料1中，除将二氧化钛包覆云母的PVC 变更为下述表2所示那样以外，与实施例1同样地分别制备实施例3 和实施例4、比较例3和比较例4的涂料。

[涂膜的性能评价]

针对由实施例1～4、比较例3和比较例4的涂料得到的涂膜，如 下地测定平均红外线反射率、平均可见光透过率以及水滴接触角。

(平均红外线反射率的测定方法)

在玻璃板上以干燥膜厚为30μm的方式涂布各涂料形成涂膜，并 作为测定用试样。使用紫外/可见/近红外分光光度计(Solid Spec-3700： 岛津制作所制造)，每5nm测定780nm～2500nm的红外线波长范围的 反射率(入射角8°)。求出780nm～2500nm的范围的平均值，并将 该数值作为780nm～2500nm范围中的平均红外线反射率。需要说明的 是，作为玻璃板，使用JIS R3202基准品即TP技研株式会社制造的浮 法玻璃板(尺寸200mm×100mm×2mm)。上述玻璃板的平均红外线 反射率为6.1％。

(平均可见光透过率的测定方法)

在玻璃板上以干燥膜厚为30μm的方式涂布各涂料形成涂膜，并 作为测定用试样。使用紫外/可见/近红外分光光度计(Solid Spec-3700： 岛津制作所制造)，每5nm测定380nm～780nm可见光波长范围的透 过率(入射角0°)。求出380nm～780nm的范围的平均值，并将该数 值作为380nm～780nm范围内的平均可见光透过率。需要说明的是， 作为玻璃板，使用JIS R3202基准品即TP技研株式会社制造的浮法玻 璃板(尺寸200mm×100mm×2mm)。上述玻璃板的平均可见光透过 率为90.2％。

(水滴接触角的测定方法)

在玻璃板上以干燥膜厚为30μm的方式涂布各涂料形成涂膜，并 在23℃、相对湿度65％下保持两个月，作为测定用试样。使用接触角 计(FACE CA-DT型：协和界面科学制造)，使水滴接触到测定用试 样的涂膜表面，通过液滴法求出接触角。

将结果示于下述表2。

表2

工业实用性

在本发明的红外线反射涂料涂装在太阳能电池组件表面时，与非 涂装的情况相比，发电输出提高是显而易见的。此外，基于本发明的 红外线反射涂料的涂装涂膜的亲水性极高，能通过降雨从表面冲洗涂 装表面的尘埃以及粉尘等，因此，能够赋予自净能力，也能够防止因 表面污垢而造成的可见光的透过率的降低。

参照详细或者特定的实施方式对本发明进行了说明，但是本领域 的技术人员应该明白，在不脱离本发明的精神和范围内，能够进行各 种变更和修正。

本申请基于2011年11月4日提出的日本专利申请(日本特愿 2011-242179)，并将其全部内容结合与此作为参考。