JP2001173118A

JP2001173118A - 蓄熱性建材

Info

Publication number: JP2001173118A
Application number: JP35400499A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Ishiguro; 守石黒
Original assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Current assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】潜熱蓄熱材を配した建材を住宅の壁、天井、床
などに用いることにより外部の大きな温度変化に対して
も、予め蓄熱した熱を徐々に放熱して快適な温度が長時
間維持する蓄熱性建材を提供する。【解決手段】本発明の課題は、建造物内の壁材や天井、
床材を構成する基材と、蓄熱材を内包するマイクロカプ
セルが塗工もしくは含浸された蓄熱シートとが貼り合わ
されてなる蓄熱性建材を用いる。蓄熱材の融点は１０〜
３０℃、蓄熱シートの融解熱量が１．５kcal/kg以上が
好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築物、とりわけ
住宅やビルにおける冷暖房のためのエネルギーが著しく
節約できる壁材、床材、天井等に使用される建材に関す
るものであり、詳しくは室内の冷暖房による熱を壁、床
などに貼り付けた蓄熱シートに蓄熱させて戸外への熱流
出を極力抑えるとともに冷暖房装置から発したエネルギ
ーを有効に蓄熱することにより外気の温度変化に対して
も温度緩衝性の高い安定した室内環境を提供することを
目的とする。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球温暖化抑制が世界的に重要視
されるようになり、その対策として化石燃料を燃焼させ
た際に多量に発生する二酸化炭素の削減化策が大きな問
題となっている。特に建物の居住環境や作業環境を維持
するために消費するエネルギーは膨大な量となり、その
削減や有効利用等の省エネルギー対策が不可欠である。
通常、外気温の変動に対し室内の温度を快適な範囲の温
度域に維持するために、建物自体の機密性を高めたり、
壁や天井、床などの建物の中に断熱材を配する対策が広
く一般に用いられており、室内と室外の熱移動を極力抑
えることを目的としている。

【０００３】これに対し、太陽熱や冷暖房などの余剰の
エネルギーを水や建物の躯体の一部に顕熱として蓄えた
り、潜熱材を用いた建材や蓄熱技術が提案されている。
具体的な例として、特開昭５７−２０２４９３号公報で
は球状蓄熱材を建築壁内に配した蓄熱体、特開昭５８−
２３７９号公報においては無機系の蓄熱材を合成樹脂製
チューブに充填したものを内接した蓄断熱材、特開昭６
２−１１７９３１号公報には蓄熱材を植設した複合板、
特公平２−２９８２４号公報には断熱材と潜熱蓄熱材と
の組み合わせが提案されているが、一般にこれらの潜熱
蓄熱材の熱伝導性が悪いため蓄放熱特性が低下し、効率
よく潜熱を使い切らない場合が多かった。その対策とし
て、特公平６−３３６３３号公報では複数の潜熱蓄熱材
をカプセル化して基材中に分散し、放熱面温度をほぼ一
定に保つことができる蓄熱建材が紹介されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、潜熱
蓄熱材を配した建材を住宅の壁、天井、床などに用いる
ことにより蓄熱した熱を徐々に放熱して外気温の変化が
生じても快適な温度域に長時間維持することが可能な蓄
熱性建材を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の課題は、建造物
内の壁材や天井、床材を構成する基材と、蓄熱材を内包
するマイクロカプセルが塗工もしくは含浸された蓄熱シ
ートとが貼り合わされてなる蓄熱性建材を用いることに
より達成される。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の蓄熱性建材は、壁材や床
材となる基材部分と、蓄熱材を内包するマイクロカプセ
ルが塗工又は含浸されてなる蓄熱シート部分からなり、
両者が貼り合わされることにより得られる。本発明に示
されるような蓄熱シートと建築基材とを貼り合わせる形
態を選択した理由の第一に、微小容器に内包された形態
の潜熱蓄熱材を直接セメントやコンクリート基材全体に
練り込むことは工法上可能であるが、室内壁面から離れ
た深部に位置するマイクロカプセルは室内からの熱伝導
がほとんど及ばないため蓄熱材としての機能はほとんど
作用せず、効果を発揮するのは室内壁面の極く近傍に位
置するマイクロカプセルだけであり、非効率的であるこ
とが判明した。

【０００７】第二には、マイクロカプセルを直接セメン
ト中に添加することにより、少なからぬ建材の強度低下
が生じることが挙げられる。また、混入比率を低く抑え
れば蓄熱効果に乏しかったり、逆に混入比率を高めるこ
とにより強度的に建築物としては使用が困難となる。以
上の理由により、本発明の課題を解決するためには、室
内側に最も近い部分で多量の熱を蓄熱と放熱が可能なシ
ートを配置する手法が最も効率的で建築物への悪影響も
ないのと判断し本発明へと至った。

【０００８】通常、相変化により多量の熱を蓄えたり放
出したりし得る材料は潜熱蓄熱材と称されて様々な産業
で用いられているが、本発明の如くシート状に加工しよ
うとすれば融解して液状となった場合でも流出しないよ
うに固定化する手段が必要になるが本発明ではマイクロ
カプセル化法を用いた。一般に蓄熱材をマイクロカプセ
ル化する方法としては、複合エマルジョン法によるカプ
セル化法（特開昭６２−１４５２号公報）、蓄熱材粒子
の表面に熱可塑性樹脂を噴霧する方法（同６２−４５６
８０号公報）、蓄熱材粒子の表面に液中で熱可塑性樹脂
を形成する方法（同６２−１４９３３４号公報）、蓄熱
材粒子の表面でモノマーを重合させ被覆する方法（同６
２−２２５２４１号公報）、界面重縮合反応によるポリ
アミド皮膜マイクロカプセルの製法（特開平２−２５８
０５２号公報）等に記載されている方法を用いることが
できる。

【０００９】カプセル膜材としては、界面重合法、イン
サイチュー法等の手法で得られる、ポリスチレン、ポリ
アクリロニトリル、ポリアミド、ポリアクリルアミド、
エチルセルロース、ポリウレタン、アミノプラスト樹
脂、またゼラチンとカルボキシメチルセルロース若しく
はアラビアゴムとのコアセルベーション法を利用した合
成あるいは天然の樹脂が用いられるが、物理的、化学的
に安定で、脂肪族系炭化水素化合物でも良好な品質のマ
イクロカプセルが得られるインサイチュー法による尿素
ホルマリン樹脂、メラミンホルマリン樹脂皮膜を用いた
マイクロカプセルが特に好ましい。

【００１０】本発明で用いられる蓄熱材の相変化点、即
ち融点の設定に当たっては、蓄熱材が蓄える温度が室内
に輻射または伝導した際の温度が快適と感じられる一般
的な生活温度に設定すればよい。生活温度とは湿度や個
人差等により幅があるが、大凡１０〜３０℃、好ましく
は１５〜２７℃が快適な範囲とされている。この範囲以
外の温度では、寒い、暑い等の不快感を感じる温度域と
なりやすいため好ましくない。

【００１１】本発明で使用できる１０〜３０℃の融点を
有する蓄熱材としては、炭素数が約１５〜２０程度のn-
パラフィン類や、無機系共晶物及び無機系水和物、パル
ミチン酸、ミリスチン酸等の脂肪酸類、ベンゼン、p-キ
シレン等の芳香族炭化水素化合物、パルミチン酸イソプ
ロピル、ステアリン酸ブチル等のエステル化合物、ステ
アリルアルコール等のアルコール類等の化合物が挙げら
れ、好ましくは融解熱量が20kcal/kg以上の化合物で、
化学的、物理的に安定でしかも安価なものが用いられ
る。これらは混合して用いても良いし、必要に応じ過冷
却防止材、比重調節材、劣化防止剤等を添加することが
できる。

【００１２】本発明に係るマイクロカプセルの粒子経
は、塗工又は含浸する過程で物理的圧力による破壊を防
止するために１０μｍ以下が好ましい。マイクロカプセ
ルの粒子径は、乳化剤の種類と濃度、乳化時の乳化液の
温度、乳化比（水相と油相の体積比率）、乳化機、分散
機等と称される微粒化装置の運転条件（攪拌回転数、時
間等）等を適宜調節して所望の粒子径に設定する。この
粒子径以上になるとマイクロカプセルが外圧で容易に壊
れやすくなったり、蓄熱材の比重が分散媒のそれと大き
く差がある場合など、浮遊したり沈降したりし易くなる
ので好ましくない。

【００１３】以下に蓄熱シートの製法について述べる。
蓄熱シートの支持体としてはマイクロカプセルとの接着
性が良く、強靱で柔軟性があり、しかも安価であること
が好ましい。本発明に係るマイクロカプセルは、通常水
等に縣濁した分散液として得られるため、そのままフィ
ルム状の支持体に水性塗工することが可能であるが、吸
水性の支持体であれば含浸して支持体全体にマイクロカ
プセルを配置させることが可能である。また本発明に係
るマイクロカプセルは、水を除去、乾燥することによ
り、板状、球状、顆粒状、フレーク状等の形態に成形す
ることが可能なので、複数の支持体の間に固形物を挟み
込んで蓄熱シートに加工することも可能である。

【００１４】マイクロカプセルとともに必要であれば、
バインダー、緩衝剤、分散剤、消泡剤、着色剤、難燃
剤、香料などが添加される。マイクロカプセルを支持体
に塗工する装置としては、通常紙塗工用に用いられてい
るエアーナイフコーター、プレードナイフコーター、カ
ーテンコーター等が使用可能で、含浸する装置としては
ディップコーターやサイズプレスコーターなどが使用可
能である。

【００１５】支持体に塗工又は含浸させるマイクロカプ
セルの乾燥重量は、室内に配した場合に本発明の効果が
充分得られるだけの量が必要であるが、蓄熱材固有の性
質である融点や融解熱量及び使用される室内の広さや断
熱性、機密性に大きく影響されるために重量での設定は
困難である。そこで本発明の蓄熱性建材の蓄熱シート中
マイクロカプセルの種類や量を変化させて実際の保温効
果を確認したところ、明らかな蓄熱効果があると判断さ
れるためには、１．５kcal/m²以上の融解熱量が必要で
あった。この融解熱量は、蓄熱材マイクロカプセルの固
形当たりの融解熱量（kcal/kg）×蓄熱シート１m²当た
りのマイクロカプセル含有量（kg/m²）で算出される値
を示す。

【００１６】本発明で用いられる支持体の具体例として
は、紙、綿、石綿などの天然素材やポリエチレン、ナイ
ロン、ポレプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、
レーヨン、ビニロン等の合成樹脂、が使用可能である。
これらの支持体は塗工、含浸適性を向上させるために親
水性処理や多孔質処理が施される。また、従来より用い
られているガラスウールの如き断熱材とともに混合又は
含浸させたものをシート状に加工して用いても良い。

【００１７】蓄熱シートに配されるマイクロカプセルの
塗工又は含浸量は多いほど蓄熱性能が向上するため好ま
しいが、厚みが増すため壁材として強度が低下したり、
施工のし易さや風合い等の面から０．１〜５０ｍｍの範
囲が好ましい。塗工又は含浸された蓄熱シートの基材と
は反対の室内面には通常の壁紙や伝熱性の良い金属シー
トなどを貼り合わせても良い。

【００１８】本発明で用いられる基材とは、壁材、床、
天井等を形成する建築材料であり、なおかつ蓄熱シート
を貼り付ける対象となる材料である。材質としては、木
材、コンクリート、モルタル、石膏、合成樹脂、鉄骨な
どの金属類等の高強度のものであれば使用可能である。
基材と蓄熱シートとの結合方法は特に限定されないが接
着剤やボルト、釘などで打ち付けても何ら支障はない。
また、基材と蓄熱シートの間にガラスウール、中空粒
子、ウレタンフォーム、発泡性樹脂などの断熱材を挟み
込むことにより断熱性と蓄熱性の相乗効果が得られるた
め好ましい態様である。

【００１９】

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。融点及び融解
熱は示差熱熱量計（米国パーキンエルマー社製、ＤＳＣ
−７型）を用いて測定した。

【００２０】実施例１蓄熱材マイクロカプセルの製法メラミン粉末１２重量部に３７％ホルムアルデヒド水溶
液１５．４重量部と水４０重量部を加え、ｐＨを８に調
整した後、約７０℃まで加熱してメラミン−ホルムアル
デヒド初期縮合物水溶液を得た。ｐＨを４．５に調整し
た１０％スチレン−無水マレイン酸共重合体のナトリウ
ム塩水溶液１００重量部中に、蓄熱材として、n-オクタ
デカン（融点２６〜２８℃ ）８０重量部を激しく撹拌
しながら添加し、粒子径が５．０μｍになるまで乳化を
行なった。

【００２１】得られた乳化液に、上記メラミン−ホルム
アルデヒド初期縮合物水溶液全量を添加し７０℃で２時
間撹拌を施した後、ｐＨを９まで上げて水を添加して乾
燥固形分濃度４０％の蓄熱材マイクロカプセル分散液を
得た。このマイクロカプセル分散液１００部に対し、バ
インダーとしてアクリル樹脂エマルジョン、「ポリトロ
ンＡ１１０」（旭化成（株）製アクリル−スチレン系バ
インダー）２０部を混合した後、８０g/m²の上質紙にマ
イクロカプセル乾燥重量で１２０g/m²塗工し、融解熱量
４．８kcal/m²の蓄熱シートが得られた。

【００２２】このシートの表面に市販の壁紙を貼り付
け、裏面には断熱材としてウレタンフォームシートを貼
り付けて厚さ８ｍｍの蓄熱シートを得た。この蓄熱シー
トを厚さ１４ｍｍの木材と貼り合わせ、蓄熱シート面が
内側になるようにして一辺が５０ｃｍの立方体の木箱を
作成した。この木箱を環境温度を強制的にコントロール
可能な雰囲気内で木箱の外気温度を０〜４０℃間を１時
間で昇温と降温を繰り返し、木箱の中心部分の温度を測
定したところ、木箱内では２２〜２８℃の範囲で温度変
化幅の少ない環境が得られることが分かった。

【００２３】実施例２実施例１で蓄熱材として用いたn-オクタデカンの代わり
に、n-ヘキサデカン（融点１６〜１８℃）を用いて同様
にして蓄熱材マイクロカプセル分散液を得た。この分散
液に実施例１と同様のバインダーを添加した分散液をナ
イロン繊維を用いて抄造した厚さ２００μｍ親水性不織
布に乾燥重量で２５０g/m²になるようにマイクロカプセ
ルを含浸させ乾燥させることにより、融解熱量８．８kc
al/m²の蓄熱シートが得られた。

【００２４】このシートの表面には市販の壁紙を貼り付
け、裏面には断熱材としてガラスウールを貼り付け厚さ
２５ｍｍの蓄熱シートを得た。この蓄熱シートを実施例
１と同様の木箱に貼り付けて同様の条件で雰囲気温度を
変化させたところ、木箱内では１４〜２０℃の範囲で温
度変化幅の少ない環境が得られることが分かった。

【００２５】実施例３実施例１で蓄熱材として用いたn-オクタデカンの代わり
に、パルミチン酸メチル（融点２９℃）を用いて同様に
して蓄熱材マイクロカプセル分散液を得た。この分散液
をドラムドライヤーを用いて顆粒状のマイクロカプセル
粉末７５ｇをポリエステル繊維を用いて抄造した厚さ５
ｍｍのシート間に挟み込み蓄熱シートを得た。この蓄熱
シートを厚さ１０ｍｍの石膏ボードに貼り付けることに
より蓄熱性内壁材を得た。

【００２６】比較例１実施例１において蓄熱シートを配しない木箱を用いて同
様の熱サイクルの評価を行ったところ、箱の内外ともほ
とんど同じ温度変化の挙動を示し、外温の緩衝効果はほ
とんど得られなかった。

【００２７】比較例２実施例１において蓄熱材として用いたn-オクタデカンの
代わりに、n-テトラデカン（融点約３〜５℃）を用いて
マイクロカプセル化、蓄熱シートの作成、木箱への張り
付けを行い同様の環境温度変化測定を行った。その結
果、箱内部の温度は箱外部の雰囲気温度とほぼ同温度で
推移し、蓄熱シート自体の断熱効果はわずか見られるも
のの、蓄熱材の効果は全く見られず箱内の温度緩衝性に
全く寄与していなかった。

【００２８】比較例３実施例１においてマイクロカプセルの塗工量を３５g/m²
（蓄熱シートとしての融解熱量、１．４kcal/m²）とし
た以外は全て同様にして環境温度変化測定を行ったとこ
ろ、マイクロカプセルを施していない場合と木箱内の温
度変化はほとんど変わらず、蓄熱性建材としての機能に
乏しかった。

【００２９】

【発明の効果】実施例の結果からも明らかなように、本
発明で示される蓄熱性建材を用いることにより、外気温
の変化に対して生活上快適な温度域に安定した冷暖房装
置を長時間維持することが可能な建材が得られる。この
建材を一般住宅や、ビルなどの壁材、床材、天井等に用
いることにより従来の建材だけを用いたものに比べ冷暖
房に要するエネルギーの節約ができることは明らかであ
る。また、本発明の蓄熱シートは、床暖房設備が施され
た床材と組み合わせることも効果的である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】建築物を構成する基材と、蓄熱材を内包
するマイクロカプセルが塗工もしくは含浸された蓄熱シ
ートとが貼り合わされてなる蓄熱性建材。
【請求項２】蓄熱シートに塗工又は含浸されたマイク
ロカプセルに内包された蓄熱材の融点が１０〜３０℃の
範囲で、蓄熱シートの有する融解熱量が１．５kcal/m²
以上である請求項１記載の蓄熱性建材。
【請求項３】マイクロカプセルの皮膜が尿素ホルマリ
ン樹脂又はメラミンホルマリン樹脂からなる請求項１記
載の蓄熱性建材。
【請求項４】蓄熱シートと基材との間に断熱材層を設
けてなる請求項１記載の蓄熱性建材。