JPH0696682B2

JPH0696682B2 - 熱制御用塗料組成物

Info

Publication number: JPH0696682B2
Application number: JP6449586A
Authority: JP
Inventors: 利夫堀江; 良紀蓮田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1986-03-22
Filing date: 1986-03-22
Publication date: 1994-11-30
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: JPS62220565A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、人工衛星、宇宙基地等で用いるアンテナ、タ
ワー等の表面に塗布され、アンテナ、タワー等への熱の
出入りを制御して、これらの温度を所定温度範囲に保つ
ことのできる熱制御用塗料組成物に関するものである。

従来の技術人工衛星などで使用する機器は、一般に苛酷な条件下に
置かれることから、厳しい環境条件に耐え、しかも軽量
かつ高信頼度を備えるものであることが要求される。例
えば、人工衛星のアンテナおいては、太陽光の照射時と
日陰時との間の極めて大きな温度差の下に曝されるが、
アンテナを正常に動作させるためには、アンテナを100
℃以下に保持することが必要である。このアンテナの温
度は、太陽光の吸収による熱エネルギーとアンテナ自身
の輻射による放射エネルギーとのバランスによって決定
されるので、特に高温時におけるアンテナの輻射熱エネ
ルギーを増大させるか、あるいは太陽光の吸収率を低下
させるための何等かの工夫が必要となる。

そこで、従来から、アンテナの温度を100℃以下に保つ
ために、アンテナに入射する太陽光エネルギーの吸収を
低く抑え、熱を宇宙空間に放射する機能を有する熱制御
用塗料が用いられている。この熱制御用塗料の性能は、
太陽光を吸収する度合を示す太陽光吸収率（α_s）と吸
収したアンテナの熱を放射する度合を示す熱放射率
（ε）によって決定される。すなわち、アンテナ温度を
100℃以下に保つためには、α_sが小さく、εが大きい熱
制御用塗料が必要である。

また、人工衛星のアンテナは電子線やガンマ線などの放
射線に曝されるとともに、日陰時には−180℃近い低温
になるため、塗料は放射線で劣化しα_sが大きくならな
いこと、および−180℃から100℃の温度範囲で塗膜にク
ラック、剥離等の異状が発生しないことが必要である。

従来の熱制御用塗料としては、シリコーンアルキッド樹
脂又はシリコーン樹脂を造膜成分とし、酸化チタンおよ
び（又は）酸化亜鉛が添加されたものが知られている。
これらの塗料は、いずれも耐放射線性には優れている
が、シリコーンアルキッド樹脂塗料は−180℃から100℃
の温度変化で塗膜にクラックがはいるという欠点を有し
ており、一方、シリコーン樹脂塗料ではα_sを0.3以下に
するために、80〜100μｍという厚い塗膜を使用する必
要があるため、軽量化の面で問題があった。

一方、従来よりシリケートを造膜成分とする塗料は、防
食性や耐熱性の要求される各種用途に対して数多くのも
のが提案されており、例えばアルキルシリケート系ジン
クリッチペイントが良く知られている。このアルキルシ
リケート系ジンクリッチペイントの硬化反応は顔料とし
て添加する亜鉛末と造膜成分との反応に基くものであ
り、亜鉛末に代えて反応性の無い一般顔料を用いた場合
には、１μｍ以上の厚みの塗膜は形成出来ず、しかもそ
の塗膜性能も極めて低劣で実用性の乏しいものであっ
た。

発明が解決しようとする問題点以上述べたように、人工衛星、宇宙基地等で使用される
アンテナにおいては、これらが苛酷な条件下におかれ、
特に温度が100℃を越えるような場合にはその機能が十
分に発揮されなくなってしまう。そこで、アンテナの太
陽光の吸収率を低下させると共に高い放熱性を確保する
目的で各種の熱制御用塗料組成物が使用されてきた。し
かしながら、既に述べたように従来提案されたものでは
大きな温度差に基く熱歪のためにクラックを生じたり、
また、必要な物性（太陽光の吸収率等）を確保するため
には軽量化という、上記分野におけるもう一つの重要な
特性が犠牲となってしまう。

このような状況の下で、アンテナの熱的特性を改善する
と共に、軽量化の点でも有利な熱制御用の塗料組成物を
開発することは今後の宇宙開発、衛生通信技術等の進展
のために極めて重要であり、本発明の目的もこの点にあ
る。

即ち、本発明の目的は宇宙基地、人工衛星などにおける
アンテナ、タワー等、苛酷な環境条件の下で使用される
機器の熱特性を改善し、その機能を正常に発揮させるこ
とのできる新規な熱制御用塗料組成物を提供することに
ある。

即ち、本発明の目的は、特に従来の熱制御用塗料の欠点
である熱サイクルによる耐クラック性を改良し、耐放射
線性、耐熱サイクル性に優れ、薄膜化による軽量な塗膜
で太陽光吸収率（α_s）が0.3以下で、熱放射率（ε）が
0.8以上の熱制御性能を有する熱制御用塗料を提供する
ことにある。

問題点を解決するための手段本発明者等は、熱制御用塗料組成物の上記の如き現状に
鑑みて、その諸欠点を解決すべく種々検討・研究を重ね
た結果、シラノール基を含まない特定の有機珪素化合物
の縮合物と酸化チタンおよび雲母とを特定の比率で組合
せることが、上記目的を達成する上で極めて有効である
ことを見出し本発明に至った。

即ち、本発明の熱制御用塗料組成物は、以下の一般式
〔Ｉ〕：ただし、該一般式〔Ｉ〕においてＲは同一または異って
いてもよく、水素原子、炭素原子数１〜８の炭化水素基
またはフェニル基を表す、で示される有機珪素化合物およびその低縮合物からなる
群から選ばれる少なくとも１種の化合物の、シラール基
を含まない高縮合物からなる造膜成分と、該造膜成分10
0重量部当り100〜300重量部の粒径40μｍ以下の雲母お
よび50〜200重量部の粒径１μｍ以下の酸化チタンを含
むことを特徴とするものである。

即ち本発明によれば、優れた耐放射線性を得るのに適し
た、シラノール基を含有せず、分子鎖がSi−Ｏ結合のみ
からなる無機シリコーンの高縮合物を見出し、従来から
使用されている白色顔料の一つである酸化チタンに加え
て、雲母を無機シリコーンの高縮合物に添加することに
よって耐熱サイクル性を改善し、かつ酸化チタンと雲母
の粒径、添加量の最適化により、薄膜で熱制御性能に優
れた熱制御用塗料組成物が実現された。

以下、この発明をさらに詳しく説明する。

本発明において原料として使用する一般式〔Ｉ〕で表わ
される有機珪素化合物におけるＲは同一または異なって
いてもよく、水素原子、フェニル基または炭素原子数１
〜８の炭化水素基であり、好ましくは水素原子または炭
素原子数１〜８のアルキル基を表す。具体的な化合物と
してはテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、
テトラフェノキシシラン等を例示できる。また、その低
縮合物とは重合度10以下のオリゴマーを意味する。

一般式〔Ｉ〕で表わされる有機珪素化合物又は（及び）
その低縮合物を縮合せしめるに際しては、該化合物また
は（及び）低縮合物を水溶性溶媒に添加し、塩酸、酢酸
等の酸触媒の存在下または不在下で、Siに結合している
RO基１モルに対し0.2〜２モルの割合で水を加え、20〜1
00℃程度で30分〜10時間程度攪拌下に反応せしめ、次い
で水酸化ナトリウム等の無機塩類、トリエチルアミン等
の脂肪族アミン類などを添加して系のpHを７以上にして
縮合反応を進行せしめる。反応終了後、蒸溜、共沸等に
より残存する水を除去することによって容易に目的物と
しての高縮合物を得ることが出来る。

本発明の組成物において有用な高縮合物の製造において
は、上記式〔Ｉ〕の化合物および（または）その低縮合
物の縮合の際、副生物として、例えばアルコール、水な
どが形成される。従って、この副生物が縮合温度下で高
い蒸気圧を有するような組合せの原料を使用することに
より、シラノール基を含まない高縮合物を有利に得るこ
とができる。

かくして得られる高縮合物は三次元縮合物であって、少
なくとも縮合度は20以上で分子量約3000以上のものであ
り、塗料の無機質造膜成分として充分な性能を有し、例
えば、そのままクリヤー塗装しても20μｍ程度の膜厚の
塗膜を形成できる。

本発明に於いて白色顔料として使用される酸化チタン
は、平均粒子径１μｍ以下、好ましくは0.1〜0.4μｍで
ある。酸化チタンは、上記の無機質造膜成分100重量部
当り、50〜200重量部、好ましくは100〜150重量部の割
合で使用される。

また、本発明において使用される雲母（マイカ）は、平
均粒子径40μｍ以下、好ましくは15μｍ以下である。雲
母は、上記の無機質造膜成分100重量部当り100〜300重
量部、好ましくは150〜250重量部の割合で使用される。

本発明の組成物をアンテナ等に適用する場合、上記の無
機質造膜成分に、上記の酸化チタンと雲母を添加して、
シンナー、トルエン等の溶媒を加えて、高速攪拌機によ
り造膜成分中に添加物を分散せしめ、これを公知の各種
塗布法で塗布した後10分〜10時間程度で空気中の水分に
よって硬化する。

本発明による塗料組成物は、従来のシリケート系塗膜に
比し優れた塗膜性能を有し、また従来の熱制御用塗料に
比し薄膜化が可能で30μｍの塗膜厚さで太陽光吸収率
（α_s）が0.3以下、熱放射率（ε）が0.8以上の優れた
熱制御性能を有している。

作用以上述べたように、従来提案されていた人工衛星、宇宙
基地等で使用されるアンテナ等に対して有用な熱制御用
塗料組成物は特に耐熱サイクル性、耐放射線性、軽量性
の点で問題であったが、本発明の塗料組成物を用いるこ
とによって従来のこれら問題点はほぼ解決できることと
なった。

これは、新規な、耐放射線性を与える、シラノール基を
含まないSi−Ｏ結合のみからなる分子鎖の無機シリコー
ン縮合物を造膜成分として使用しまた特定の比率で特定
の粒径を有する酸化チタンおよび雲母を添加物として使
用した結果である。

即ち、大きな温度差間での耐熱サイクル性並びに軽量化
を図ると共に優れた熱制御性を確保するためには、塗料
組成物の太陽光吸収率を0.3以下とし、かつ熱放射率を
0.8以上とする必要があり、そのためにまず酸化チタン
の量は、上記高縮合物100重量部当たり50〜200重量部の
範囲内とし、また雲母の量を同じく高縮合物100重量部
当たり100〜300重量部とすることが必要である。各添加
物の下限は従来の熱制御用塗料組成物において問題とな
っていた熱サイクルに付した場合におけるクラックの発
生等を防止できない。一方、上限は物性（α_s、ε）の
点では特に制限されないが、作業性、即ち塗布性などお
よび機械的強度の点で問題となることから、夫々200重
量部（酸化チタン）および300重量部（雲母）とするこ
とが望ましい。更にこれらの使用量を夫々100〜150重量
部および150〜250重量部とすることにより目的とする諸
特性の熱制御用塗料組成物を有利に得ることができる。

また、添加物としての酸化チタン、雲母の粒径を調整す
ることも上記諸特性、軽量化の要求を満足させるために
は重要であり、夫々平均粒径で１μｍ以下、好ましくは
0.1〜0.4μｍおよび40μｍ以下、好ましくは15μｍ以下
とすることが必要である。

かくして、本発明に従い、耐放射線性に優れた無機シリ
コーンの高縮合物を熱制御用塗料組成物の造膜成分と
し、更に酸化チタン、雲母を制御された粒度、添加量で
使用することにより、優れた熱制御用塗料組成物が得ら
れ、これは放射線曝露下の環境および−180〜100℃の温
度環境下において、従来の製品の半分以下の塗膜厚さ
で、長寿命かつ小さな太陽光吸収率（α_s）および大き
な熱放射率（ε）を与える。従って、宇宙基地内、人工
衛星等のアンテナ、タワーの表面に塗布された場合に、
これらの本来の機能を十分に発揮させることができる。

実施例以下実施例により本発明の熱制御用塗料組成物を更に詳
しく説明するが、本発明の範囲は以下の例により何等制
限されない。

実施例１反応容器に、テトラエトキシシラン62g、メチルトリエ
トキシシラン125g、及びエチルアルコール187gを加え、
内容物を攪拌しながら、加熱して80℃になったのち0.2N
塩酸30gを添加し、80℃で10時間反応させた。ついで、
この反応生成物にトリエチルアミン30gを添加してpHを
７以上に上げて80℃で２時間縮合反応を行い、その後ベ
ンゼン100gを添加し不揮発分が40重量％になるまで脱溶
剤を行った。かくして得られた反応生成物は透明で、粘
度5.8センチポイズで、且つ30℃で２ケ月貯蔵後も何ら
変化せず、すぐれた貯蔵安定性を示した。以下、このも
のを「反応生成物Ａ」と言う。

次いで、反応生成物A100重量部に対して、平均粒子系0.
3μｍ（粒子径分布0.05〜0.5μｍ）ルチル形の酸化チタ
ンと平均粒子径４μｍ（粒子径分布0.05〜12μｍ）の白
雲母を合計で200重量部添加し、シンナーで稀釈した４
種類の配合組成の熱制御用塗料組成物をアンテナ表皮材
料であるCFRP板（1mm厚、α_s:0.916、ε:0.79）に膜厚3
0μｍに塗布し、室温で30分間セッティングした後180℃
で20分間熱処理して硬化させた。

上記の方法で得られた熱制御用塗料のα_sとεについ
て、コッククロフト−ワルトン型電子線照射装置による
宇宙空間（静止軌道上）で10年間の照射量に相当する30
0KeV、10¹⁶e/cm²の電子線照射（フルエンス率6.25×10
¹¹e/cm²・sec、温度15℃、真空度５×10^-5Torr）した後
の値を初期値とともに第１表に示した。

本実施例で示す熱制御用塗料は、電子線を10¹⁶e/cm²照
射した時のα_sの増加はわずかに0.01であった。なお、
α_sはベックマン（Backman）UV5240装置を用い、εは、
ギエル、ダンケルリフラクトメーターモデル（Gier
Dunkel Reflectometer Model）DB 100を用いて測定し
た。以下の実施例における測定も同様である。

また上記の方法で得られた４種類の熱制御用塗料の耐熱
サイクル性についてランスコ（Ransco）934D 熱サイク
ル試験装置による宇宙空間（静止軌道）での温度変化に
相当する−180〜100℃の熱サイクル試験を50サイクル行
った。雲母を100重量部以上添加した塗料は良好である
が、雲母を含有しない塗料は塗膜にクラックが発生し
た。

以上の結果から、本実施例で示した熱制御用塗料は耐電
子線性が優れていること、また耐熱サイクル性は雲母の
添加で改善できることが判明した。

実施例２実施例１で得た反応生成物A100重量部に対して、平均粒
子径0.3μｍのルチル形の酸化チタンを100重量部と平均
粒子径４μｍの白雲母を50〜300重量部添加し、７種類
の熱制御用塗料組成物を得た。これらの塗料組成物を実
施例１と同様にCFRP板に膜厚30μｍで塗布し、硬化させ
た。上記の方法で得た７種類の塗料の初期熱制御特性
（α_s、ε）を第１図に示した。

いずれの塗料も、α_sは0.27以下、εは0.85以上であ
り、目標を達した。また、実施例１と同様の方法で、上
記の塗料の熱サイクル試験を行った。その結果、雲母の
添加量が50及び75重量部の塗料ではクラックが発生し
た。耐熱サイクル性の結果から、雲母の添加量は100重
量部以上必要である。また、熱制御性能のうち特にα_s
については低α_s化には雲母の添加量を200重量部程度に
することが好ましい。

実施例３実施例１で得た反応生成物A100重量部に対して、平均粒
子径４μｍの白雲母を200重量部と平均粒子径0.3μｍの
メチル形の酸化チタンを50〜200重量部添加し、６種類
の熱制御用塗料組成物を得た。これらの塗料組成物を実
施例１と同様に、CFRP板に膜厚30μｍで塗布し硬化させ
た。

上記の方法で得られた６種類の塗料のα_sとεを第２図
に示した。いずれの塗料もα_sは0.27以下、εは0.85以
上であり目標を達した。また、酸化チタンの添加量が多
いほど低α_s化は可能であるが、添加量が100重量部以上
ではα_sはそれほど変化しないことが判明した。

比較例熱制御用シリコーン樹脂塗料S13G−LO〔アイアイティ
ーリサーチインスティチュート（IIT Research Ins
titute）社製〕と、熱制御用シリコーンアルキッド樹脂
塗料APA−2474〔ウィッタカー（Whittaker）社製〕を実
施例１と同様にCFRP板に膜厚40、80、130μｍに塗布
し、室温にて48時間硬化させた。これらの塗料のα_sと
εを第２表に示した。S13G−LOの場合、α_sが0.3以下の
目標を達するためには、膜厚80μｍ以上が必要である
が、本発明品は膜厚30μｍでα_sが目標値をはるかに下
まわる0.23を達成している。

また、これらの塗料を実施例１と同様の方法で熱サイク
ル試験を行った結果、APA−2474については、いずれの
膜厚でも50サイクル以内にクラックが発生し、本発明に
比べて耐クラック製が劣ることがわかる。

発明の効果以上説明したように、本発明に係る熱制御用塗料は、従
来品の約1/3の塗膜厚さ（40μｍ）で太陽光吸収率
（α_s）が小さく、熱放射率（ε）が大きい熱制御性能
を有し、かつ耐放射線性および耐熱サイクル性が良好で
あるため、例えば人工衛星のアンテナ表面に塗布すれ
ば、アンテナの温度を長期間にわたって一定温度以下に
保持でき、しかも塗料の重量を塗膜厚さを薄くすること
によって軽量化できるという優れた利点を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は、夫々本発明に係る熱制御用塗料組成
物の雲母の添加量と酸化チタンの添加量の変化にともな
う太陽光吸収率（α_s）と熱放射率（ε）の変化を示す
グラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】以下の一般式〔Ｉ〕：ただし、該一般式〔Ｉ〕においてＲは同一または異って
いてもよく、水素原子、炭素原子数１〜８の炭化水素基
またはフェニル基を表す、で示される有機珪素化合物およびその低縮合物からなる
群から選ばれる少なくとも１種の化合物の、シラール基
を含まない高縮合物からなる造膜成分と、該造膜成分10
0重量部当り100〜300重量部の粒径40μｍ以下の雲母お
よび50〜200重量部の粒径１μｍ以下の酸化チタンを含
むことを特徴とする熱制御用塗料組成物。
【請求項２】上記一般式〔Ｉ〕のＲが水素原子または炭
素原子数１〜８のアルキル基であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の熱制御用塗料組成物。
【請求項３】上記低縮合物の縮合度が10以下であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
熱制御用塗料組成物。
【請求項４】上記造膜成分が上記一般式〔Ｉ〕の化合物
およびその低縮合物から選ばれた少なくとも１種を酸触
媒の存在下あるいは不存在下で加水分解し、次いでpHを
７以上に調整して縮合することにより得られたものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項のい
ずれか１項に記載の熱制御用塗料組成物。
【請求項５】上記雲母の粒径が15μｍ以下であり、その
添加量が150〜250重量部の範囲内であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載
の熱制御用塗料組成物。
【請求項６】上記酸化チタンの粒径が0.1〜0.4μｍの範
囲内にあり、その添加量が100〜150重量部の範囲内であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項のい
ずれか１項に記載の熱制御用塗料組成物。