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遮熱塗料の遮熱原理の解明

 

遮熱塗料の遮熱原理の解明

 

 

 

太陽光の57%が近赤外線で、これが「熱の源」です。ですからこの近赤外線の侵入を如何に抑えるかが遮熱塗料の課題となります。最近、科学者によってそのメカニズムが解明されつつありますので、要点を説明致します。

 

 

まず「クールサーム」の遮熱の原理は、次のような技術に基いています。

  1. NASA開発のセラミックから選ばれた最適熱ブロックの配合技術

  2. 塗膜の汚れや変色による反射率低下をカバーする技術(反射+放射)

  3. 紫外線を反射する技術(塗膜の劣化防止)

  4. 半透明媒質としての透過率を小さくする技術(波長の選択性とセラミックの形状)

 

 

 

太陽光が塗膜に入射する時、その侵入熱は反射+吸収+透過=1という形式で成り立ちます。 

一般的な白色遮熱塗料に用いられる白色顔料二酸化チタンと、「クールサーム」に混合されているNASA開発のセラミックとを比較すると

                                                                        

                                                                          

(1)反射

 

    白色顔料のルチル型二酸化チタンの粒形は、0.20.3ミクロンという極小の粒形であり、これは主として人間の目に見える短波長の可視光線(380780nmを最大限反射するように設計されています。一方、人の目に見えない近赤外線域(7802500nm)のうち7801,500nm域は反射しますが、1,5002,500nm域の近赤外線波長の大半は透過され、殆んど反射していません。

   「クールサーム」の4種類のセラミックは材質・密度・粒形とも様々ですが、可視光線と近赤外線をともに全反射し、遮熱機能の働きをします。

近赤外線反射率は89.9%(JIS・K5602試験)と高い反射率を示しています。

 

 

    (2)吸収・放散

 

   「クールサーム」の一つのセラミックは、反射されずに吸収した近赤外線の熱エネルギーを電磁波のエネルギーに変換して、遠赤外線として空気中に放散します(長波放射率93.7%)。

二酸化チタンの熱吸収係数は小さくて、吸収強度も小さいので、放射率は「クールサーム」よりも5%程度劣ります。

 

 

(3). 透過    

         

塗料膜に侵入した太陽熱は反射と放散によって放出されても、残る熱は塗膜を透過します。

二酸化チタンの近赤外線域の熱透過率は15%で、クールサーム」の熱透過率は5%であることが証明されています。 この10%の差は、金属鉄板への約7℃の表面温度差として現出します。さらに「クールサーム」には、熱伝導を抑制するセラミックも混合されているので、金属鉄板に達する熱の量は極めて少なくなります。

 

 

反射率が高くても透過率が高いと熱は鉄板に達し、塗膜を含む全体を高温度に上昇させます。

鉄板に塗料を塗って熱を照射する温度比較実験で、反射率が高いにも関わらず表・裏面温度が高い結果になったり、逆に反射率は低いのに鉄板温度が低くなるという現象は、この透過率が大きく影響しています。反射率だけを見るのは危険ですので、お気をつけください。

 

 

「クールサーム」はこのように、熱の反射・放散の力が大きく、さらに熱透過率、熱拡散率、密度や比熱容量が低いため、トータルとして高い温度低下効果と持続力を生んでいるのです。