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課題・解決手段

本発明は、粒子が埋め込まれているビチューメン層を含むルーフコーティングに関する。

概要

背景

ビチューメンコーティング(bitumen coating)は、多くの国、とりわけ米国及びカナダにおいてルーフコーティングとして一般的である。多くの場合、ビチューメンシングル(bitumen shingle)が用いられている。
当該ルーフコーティングは黒色であり、そのため太陽光照射反射率日射反射率)が非常に低い。
とりわけ、日射反射率を増加させる顆粒を有する、当該ビチューメンコーティングを提供することが知られている。例えば、カリフォルニア州では、当該材料は日射反射率が少なくとも70%でなければならないことが法律で規定されている。反射率が高いことによって、温暖な期間又は地域での建物の空調費用が節約される。

国際公開第2011/041033号明細書は、少なくとも70%の日射反射率を達成するために焼成陶土粒子を用いるルーフコーティングシステムに関する。当該焼成陶土の製造は複雑であり、且つエネルギー大量消費する。
国際公開第2013/192336A1号明細書は、40〜80重量%の陶土、0〜40重量%のシリカ、及び10〜40重量%の焼結助剤を含有し、原材料の総量に対して、25重量%までが長石であってもよい焼成材料に関する。この材料は、高度な多孔性を有する。

凝集体を適用することも試みられている。これらは製造においては比較的費用効果が高いが、日射反射率は目標値に達しない。
さらに、ルーフコーティングシステムの多くは、日射反射率が時間経過とともに変化する傾向があることが指摘されている。これは、とりわけ、埋め込まれた粒子が時間経過とともにビチューメンで汚染されて、そのため日射反射率が悪化する場合に起こる。

概要

本発明は、粒子が埋め込まれているビチューメン層を含むルーフコーティングに関する。

目的

とりわけ、日射反射率を増加させる顆粒を有する、当該ビチューメンコーティングを提供する

効果

実績

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請求項1

粒子が埋め込まれているビチューメン層を含むルーフコーティングであって、前記粒子は:40〜70重量%の粘土鉱物と;0〜32重量%の結晶質シリカと;28〜45重量%の長石と;0〜15重量%のその他の凝集体と;の焼成混合物である粒子を含む、ルーフコーティング。

請求項2

前記焼成混合物はDIN993−1に従って測定した開放気孔率が0〜14容量%である、請求項1に記載のルーフコーティング。

請求項3

前記粒子は粒径(d50)が0.1〜3mmである、請求項1又は請求項2に記載のルーフコーティング。

請求項4

前記粒子はルーフコーティング1m2あたり0.5〜5kgの量で存在する、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のルーフコーティング。

請求項5

前記粒子は粒子コーティングを有する、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のルーフコーティング。

請求項6

前記粒子コーティングは、ケイ素含有化合物フッ素含有化合物ケイ素−フッ素含有化合物、及びそれらの混合物から選択される、請求項5に記載のルーフコーティング。

請求項7

前記粒子コーティングはフッ素含有ポリマーを含む、請求項5又は請求項6に記載のルーフコーティング。

請求項8

前記フッ素含有ポリマーは前記粒子に対して0.1〜2.0重量%の量で存在する、請求項7に記載のルーフコーティング。

請求項9

前記フッ素含有ポリマーは熱可塑性フッ素ポリマーである、請求項7又は請求項8に記載のルーフコーティング。

請求項10

前記フッ素含有ポリマーはフッ素化メタアクリレート又はフッ素化シリコーンである、請求項7〜請求項9のいずれか一項に記載のルーフコーティング。

請求項11

ASTMStandardC1549に従って測定した日射反射率が少なくとも80%である、請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載のルーフコーティング。

請求項12

前記混合物は:45〜65重量%の粘土鉱物と;5〜18重量%の結晶質シリカと;28〜40重量%の長石と;0〜10重量%のその他の凝集体と;を含む、請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載のルーフコーティング。

請求項13

a)40〜70重量%の粘土鉱物と;0〜32重量%の結晶質シリカと;28〜45重量%の長石と;0〜15重量%のその他の凝集体と、の混合物を焼成すること:b)前記混合物を粉砕して粒子にすること;を含む、粒子の調製方法

請求項14

ビチューメン、特にルーフカバーリング用のビチューメン、に埋め込むための、40〜70重量%の粘土鉱物と;0〜32重量%の結晶質シリカと;28〜45重量%の長石と;0〜15重量%のその他の凝集体と;の焼成混合物である粒子の使用。

技術分野

0001

本発明は、ルーフコーティング(roof coating)に関する。

背景技術

0002

ビチューメンコーティング(bitumen coating)は、多くの国、とりわけ米国及びカナダにおいてルーフコーティングとして一般的である。多くの場合、ビチューメンシングル(bitumen shingle)が用いられている。
当該ルーフコーティングは黒色であり、そのため太陽光照射反射率日射反射率)が非常に低い。
とりわけ、日射反射率を増加させる顆粒を有する、当該ビチューメンコーティングを提供することが知られている。例えば、カリフォルニア州では、当該材料は日射反射率が少なくとも70%でなければならないことが法律で規定されている。反射率が高いことによって、温暖な期間又は地域での建物の空調費用が節約される。

0003

国際公開第2011/041033号明細書は、少なくとも70%の日射反射率を達成するために焼成陶土粒子を用いるルーフコーティングシステムに関する。当該焼成陶土の製造は複雑であり、且つエネルギー大量消費する。
国際公開第2013/192336A1号明細書は、40〜80重量%の陶土、0〜40重量%のシリカ、及び10〜40重量%の焼結助剤を含有し、原材料の総量に対して、25重量%までが長石であってもよい焼成材料に関する。この材料は、高度な多孔性を有する。

0004

凝集体を適用することも試みられている。これらは製造においては比較的費用効果が高いが、日射反射率は目標値に達しない。
さらに、ルーフコーティングシステムの多くは、日射反射率が時間経過とともに変化する傾向があることが指摘されている。これは、とりわけ、埋め込まれた粒子が時間経過とともにビチューメンで汚染されて、そのため日射反射率が悪化する場合に起こる。

発明が解決しようとする課題

0005

本発明の目的は、従来技術における少なくともいくつかの欠点を克服するルーフコーティングシステムを提供することである。

課題を解決するための手段

0006

ある実施形態において、上記目的は、フッ素含有ポリマーでコーティングされた粒子が埋め込まれているビチューメン層を含むルーフコーティングによって達成される。

実施例

0007

このように、本発明によれば、ビチューメン層を含むルーフコーティングが提供される。このビチューメン層中には粒子が埋め込まれており、これらの粒子はフッ素含有ポリマーでコーティングされている。

0008

好ましくは、フッ素含有ポリマーは熱可塑性フルオロポリマーであり、メタクリレート及びアクリレートが特に好ましい。フッ素化シロキサンも特に好適である。

0009

フッ素含有ポリマーの量は、粒子の重量に対して、好ましくは0.1〜2.0重量%の範囲内である。

0010

本発明の別の実施形態は、粒子が埋め込まれているビチューメンコーティングを含むルーフコーティングであって、上記粒子は:
40〜70重量%の粘土鉱物と;
0〜40重量%の結晶質シリカと;
20〜45重量%の長石と;
0〜15重量%のその他の凝集体と;
焼成混合物である粒子を含む、ルーフコーティングに関する。

0011

原則として、ルーフコーティングは本発明において使用される粒子のみを含むことが好ましい。ルーフコーティングに少量のその他の粒子が含まれている応用ケースがあってもよい。

0012

好ましくは、本発明に係る粒子の割合は、少なくとも50重量%、より好ましくは少なくとも70重量%、又は少なくとも90重量%である。

0013

好ましい変形において、粒子は:
40〜70重量%の粘土鉱物と;
0〜32重量%の結晶質シリカと;
28〜45重量%の長石と;
0〜15重量%のその他の凝集体と;
の焼成混合物である粒子を含む。

0014

とりわけ、陶土、ジッカイトハロイサイト、及び蛭石、並びに関連鉱物が、粘土鉱物として好適である。好ましくは、粘土鉱物の少なくとも50重量%が陶土からなる。

0015

好ましくは、焼成される混合物中の粘土鉱物の割合は45重量%以上である。好ましくは、粘土鉱物の割合は、65重量%以下、又は60重量%以下である。

0016

好ましくは、低い割合で、とりわけ、粘土鉱物に対して1重量%未満、より好ましくは粘土鉱物に対して0.5重量%未満で、鉄を含有する粘土鉱物が使用される。鉄含有量はFe2O3として表される。

0017

とりわけ、石英クリストバライトトリジマイト、及び関連鉱物が結晶質シリカとして好適である。石英の使用が特に好ましい。好ましくは、結晶質シリカ中の石英の割合は少なくとも50重量%である。

0018

好ましくは、結晶質シリカの割合は、5重量%以上又は9重量%以上である。好ましくは、結晶質シリカの割合は、30重量%以下、25重量%以下、又は18重量%以下である。

0019

長石の割合は、好ましくは、28重量%以上又は31重量%以上である。好ましくは、長石の割合は40重量%以下である。

0020

好適な実施形態において、
45〜65重量%の粘土鉱物と;
5〜18重量%の結晶質シリカと;
25〜40重量%の長石と;
0〜10重量%のその他の凝集体と;
を含む混合物、又は、
45〜65重量%の粘土鉱物と;
5〜18重量%の結晶質シリカと;
28〜40重量%の長石と;
0〜10重量%のその他の凝集体と;
を含む混合物、を焼成する。

0021

とりわけ、アルミナ(Al2O3)、長石以外の立体網目状ケイ酸塩(tectosilicates)、粘土鉱物以外の層状ケイ酸塩(phyllosilicates)が、上記その他の凝集体として好適である。

0022

好ましくは、その他の凝集体の割合は少なくとも1重量%である。好ましくは、その他の凝集体の割合は10重量%以下である。

0023

本発明に係る焼成混合物はおよそ1150℃の温度で焼成されてもよいが、一方で、陶土の焼成はおよそ1380℃で行う。これによりエネルギーが大幅に節約される。

0024

好ましくは、係る混合物は、焼成後における開放気孔率が0〜14重量%、又は2〜14重量%であり、好ましくは4〜10重量%である。気孔率は、DIN EN 993−1「Methodsof test for dense shaped refractory products−Part 1:Determination of bulk density,apparent porosity and true porosity」に従って測定する。

0025

基本的に、多孔質構造によって光散乱が増加し、それゆえ日射反射率がより高くなる。上記国際公開第2013/192336号明細書では、反射率を改善するために、水銀圧入法によって測定された20〜50%の範囲内の気孔率が開示されている。しかしながら、驚くべきことに、これによりビチューメンとの接触時の汚染に対する感受性が増加し、すなわち、数年の使用期間で当該製品の表面は色が変化し、次いで日射反射率の大きな低下を引き起こす。驚くべきことに、改善された製品は、気孔率を低下させることによって得ることができる。これは、混合物中の長石の割合を増加させることによって達成してもよい。

0026

いくつかの実施形態において、焼成された粒子は粒子コーティングを有していてもよい。とりわけ、ケイ素含有化合物フッ素含有化合物ケイ素−フッ素含有化合物及びそれらの混合物が、そのような粒子コーティングとして好適である。フッ素含有化合物の使用が特に好ましく、フッ素含有化合物は、好ましくはフッ素含有メタクリレート及びアクリレート又はフッ素化シロキサンなどの熱可塑性フルオロポリマーである。

0027

(d50として測定される)粒径が0.1〜3mmの範囲内であることが特に好適であることがわかっている;d50とは、粒子の50重量%がより大きい粒径を有し、且つ50重量%がより小さい粒径を有する場合の粒径を意味する。そのような粒径分布は、DIN 66165 Part 1「Sieve Analysis−Fundamentals」及びDIN 66165 Part 2「Sieve Analysis−Procedure」に従って測定された粒度曲線によって単純に決定することができる。

0028

ルーフコーティング1m2あたりの粒子の量がおよそ0.5〜5kgであることが好適であることが証明されている。好ましくは、本発明に係るルーフコーティングは、日射反射率が少なくとも80%である。これは、ASTMStandard C1549「standard test method for determination of solar reflection near ambient temperature using a portable solar reflectometer」に従って測定する。

0029

本発明は、更に、ルーフカバー用ビチューメン製品のコーティングのための、フッ素含有ポリマーでコーティングされた粒子であり、且つ:
40〜70重量%の粘土鉱物と;
0〜40重量%の結晶質シリカと;
20〜45重量%の長石と;
0〜15重量%のその他の凝集体と;
の焼成混合物である粒子から選択される粒子の使用に関する。

0030

好ましくは、そのような粒子は:
40〜70重量%の粘土鉱物;
0〜32重量%の結晶質シリカ;
28〜45重量%の長石;
0〜15重量%のその他の凝集体;
組成を有する。

0031

「埋め込まれた」とは、粒子がビチューメン層に堅固に拘束され、そのため、本発明に係るルーフコーティングの粒子は25℃において重力に耐え、且つ埋め込まれたままでいることを意味する。一方で、粒子は、日射反射の機能を果たすために、部分的に露光されなければならない。好ましくは、粒子表面の少なくとも50%がビチューメンでコーティングされていない。

0032

本発明に係る粒子は、ビチューメンが表面を湿潤させず、且つ粒子が露光されるため、経年耐性が向上する。一方で、驚くべきことに、ビチューメンへの接着性は、粒子が、例えば重力又は風によってルーフコーティングから脱落するほど阻害されてはいない。

図面の簡単な説明

0033

図1及び図2は、汚染試験後の実施形態を示す。

0034

本発明は、さらに下記の実施例によって例証される。

0035

<実施例1:調製>
下記の粒子を調製した。

0036

0037

3つの試料はすべて酸化条件下、1150℃で焼成して、続いて粉砕して粒径d50を1mmにした。

0038

<実施例2:吸水性
試料をビーカー中で正確に量して、続いて大過剰量の水に浸した。25℃で60分後、粒子をろ過によって除去して、慎重に軽くはたき、再び秤量した。

0039

試料は下記の吸水性を示した。

0040

0041

<実施例3:日射反射率>
総日射反射はテキサス州ダラスのDevices and Services Co.製の反射率計SSR−ER」を用いて、垂直に対して20°の入射角について測定する。ここでは、測定される試料の代表的且つ十分大きい部分量を取った。直径が55mmである試料皿を10mmの水準まで試料で満たし、表面をスパチュラ平らにする。日射反射率は、5回の測定の平均として記載する。粒子は下記の日射反射率を有した。

0042

0043

従来技術において使用される焼成陶土は、日射反射率が約81〜83%である。

0044

<実施例4:コーティング>
続いて、本発明に係る粒子を、粒子に対して0.4重量%又は粒子に対して0.6重量%の量のフッ素含有ポリマー(Daikin Chemicals Ltd.から「Unidyne TG−8111」として商業的に入手可能)と混合した;このフルオロポリマーは、粒子表面とポリマーとを良好に接触させるために、1:5の比率事前に水で希釈した。

0045

下記の日射反射率が得られた。

0046

0047

フッ素コーティングによって日射反射率はさほど低下しないことがわかる。

0048

1380℃で焼成した陶土にもそのようなコーティングが提供されていてもよい。下記の日射反射率の値が得られた。

0049

0050

<実施例5:変色試験
変色試験によって表面の疎水性を評価する。評価される顆粒5gを、1.2gのメチルレッド試薬(200mlの0.02M硫酸中の、7mgのメチルレッド(CAS番号845−10−3)から調製した)及び5mlの蒸留水と密接に混合して、吸引濾過によって回収して、水で再び洗浄する。疎水性を有さない場合、顆粒は赤味がかった色を示す。これは「不合格」として評価される。疎水性を有する場合のみ顆粒は白色のままであり、この場合は「合格」として評価される。

0051

0052

<実施例6:固着>
続いて、粒子がビチューメンコーティング中に十分確実に埋め込まれているかどうかを調べた。最初に、約2gの量のビチューメンをアルミニウム皿において200℃で加熱して、平滑な表面を生じさせた。続いて、顆粒をこの表面上に薄く分散させて、全体を加熱キャビネット中で、80℃で4日間貯蔵する。室温まで冷却後、ピンセットを使用して個々の顆粒を取り除く。ビチューメン層内での粘着不良又は接着不良があったかどうか評価する。

0053

0054

粒子は比較的堅固にビチューメンマトリックス中に埋め込まれていることがわかる。粘着不良においては、粒子がビチューメン層から脱着する前にビチューメン層が破損し、接着不良においては、ビチューメン層は損傷がないままである。

0055

<実施例7:汚染試験>
図1及び図2は、粒子の除去の前の実施例6に係る写真を示す。冷却後、写真を撮影した。
図1は、処理されていない(下)、及び0.6重量%のフッ素コーティングを有する(上)焼成陶土を示す。
図2は、上の列に、0.4重量%のフッ素コーティングを有する試料1、2、及び3を示し、下の列に、0.6重量%のフッ素コーティングを有する試料1、2、及び3を示す。

0056

従来技術に係る試料(純粋な焼成陶土、処理せず)では、ビチューメンの明らかな接着を示す。コーティングされた焼成陶土及び図2の全6つの試料において、ビチューメンは表面を湿潤させないか、又はわずかに湿潤させるに過ぎず、粒子によって日射反射させることが可能であることが示される。

0057

全ての引用文献は、そのような開示が本発明の教示と矛盾しない限り、本開示に完全に含まれる。

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