JP2014126060A - 貼着型断熱剤組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】物品の構成材料が熱伝導率が高い金属や厚みが大きい金属である場合、或いは、建物の壁面や配管等のように断熱対象となる箇所が垂直な面上等にあり、重力負荷がかかる場合のように断熱条件が厳しい場合でも、断熱の対象となる物品との貼着性が確保され、物品からの剥離、脱落を防止して、断熱効果が得られるペースト状の貼着型断熱剤組成物を提供すること。
【解決手段】膨潤性鉱物を３〜２０重量％、グラファイトを５〜３０重量％、及び、水を残部として含有するペースト状の貼着型断熱剤組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、貼着型断熱剤組成物に関し、特に、物品の熱加工、例えば溶接や半田付け等の高加熱作業に際して、物品の熱加工部位の熱がその他の部位へ伝導することを遮断するペースト状の貼着型断熱剤組成物に関するものである。

従来より、パイプ、板、構造物等の金属製や樹脂製等の物品に対し、溶接、溶断、半田付け、レーザー溶接、ロウ付け、曲げ加工等の熱加工や熱が発生する加工が施されることは、広く行われている。その際、熱加工部位の熱が他の部位に伝導することで、熱による物品の形状の変形、熱による変色や機械的強度の低下等が起こることがあった。

一方、断熱剤としては、水又は吸水した吸水性高分子材料を水不透過性フィルムで包んで板状にした吸熱構造体と、無機材料の耐火シートとを積層してなる耐火断熱材が知られている（特許文献１）。しかし、この断熱材は耐火袋や耐火箱に適用して内容物を火災等から守ることを主目的としており、物品の表面に直接貼着して熱移動を遮断するものではない。このものを物品の表面に貼着させようとすれば、別に貼着剤が必要になり、また、様々の物品の表面形状に合わせた多種の形状のものが必要になる。

上記のような問題点に対する改善策として、ポリアクリル系水溶性樹脂と水とを含むペースト状の粘着型断熱剤組成物（有機系断熱剤組成物）が提案されており（特許文献２）、当該粘着型断熱剤組成物によれば、様々な物品の形状に合わせてその表面に貼着することにより、物品の熱加工部位の熱が他の部位に伝導することを遮断できるとされている。また、膨潤性鉱物と水とを含む断熱剤組成物（鉱物系断熱剤組成物）が市販されている。

特開平３−２２３５９７号公報 特開２００４−１６８８２３号公報

前述の断熱剤組成物によれば、様々な物品の形状に合わせてその表面に貼着することにより、物品の熱加工部位の熱が他の部位に伝導することを相応に遮断できるが、発明者が種々検討を行ったところ、物品の構成材料が熱伝導率が高い金属や厚みが大きい金属である場合、或いは、建物の壁面や配管等のように断熱対象となる箇所が垂直な面上等にあり、重力負荷がかかる場合のように断熱条件が厳しい場合に、組成物の物品への貼着性が低下して、断熱対象となる物品から断熱剤組成物が剥離又は脱落し、断熱効果が著しく低下又は失われる場合があるなどの問題点があることが判明した。尚、本発明において「断熱」とは、加熱された物品から熱を吸収し、除去する除熱を含む概念である。

上記問題点に鑑みて、本発明の目的とするところは、前記のような断熱条件が厳しい場合でも、断熱の対象となる物品との貼着性が確保され、物品からの剥離、脱落を防止して、断熱効果が得られるペースト状の貼着型断熱剤組成物を提供することにある。

本発明者による検討の結果、水とともに、膨潤性鉱物とグラファイトを特定組成比で含有するペースト状の貼着型断熱剤組成物を用いることで、上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明の要旨は以下の通りである。

（１）膨潤性鉱物を３〜２０重量％、グラファイトを５〜３０重量％、及び、水を残部として含有するペースト状の貼着型断熱剤組成物。
（２）前記膨潤性鉱物が、スメクタイト及びベントナイトから選択される少なくとも一種の水膨潤性粘土鉱物である前記（１）記載のペースト状の貼着型断熱剤組成物。
（３）更に、アクリル系水溶性樹脂を０．１〜３０重量％含有する前記（１）又は（２）記載のペースト状の貼着型断熱剤組成物。
（４）更に、断熱助剤を１〜１５重量％含有する（１）〜（３）の何れかに記載のペースト状の貼着型断熱剤組成物。
（５）前記グラファイトが粉体状である前記（１）〜（４）の何れかに記載のペースト状の貼着型断熱剤組成物。

本発明によれば、加熱条件が厳しい場合においても、物品との貼着性が確保され、物品からの剥離、脱落を防止して、断熱効果が得られるペースト状の貼着型断熱剤組成物を提供することができる。

本発明に係るペースト状の貼着型断熱剤組成物は、膨潤性鉱物を３〜２０重量％、グラファイトを５〜３０重量％、及び、水を残部として含有することを特徴とする。
このように、水を残部とし、膨潤性鉱物とグラファイトを特定比率で含有させることで、ペースト状の貼着型断熱剤組成物（以下、単に「組成物」と称する場合がある。）を物品に容易に貼着させることができ、熱加工による熱を物品の表面から吸収して本発明のペースト状の貼着型断熱剤組成物中の水に熱を効率的に伝えて水の気化を促進するとともに、熱加工による熱を吸収して輻射により放射し、従来よりも断熱効果が向上する。また、熱加工期間中に、物品表面付近の組成物中の水が気化して組成物の乾燥が防止されることで、組成物が物品の表面から剥離、脱落することを防止し、物品表面への貼着性を確保することができる。また、熱加工期間中に、組成物が、物品の表面から剥離等することがないため、物品表面等の酸化により生ずる変色等を防止することも可能である。

膨潤性鉱物は、水を膨潤して粘着性が発現され、物品に対する貼着性の付与に寄与する。本発明で使用可能な膨潤性鉱物としては、このような貼着機能を有し、水を膨潤する鉱物であれば特に限定はなく、例えば、水膨潤性粘土鉱物であるスメクタイトやベントナイト等が挙げられる。スメクタイトとは、モンモリロナイト、バイデライト、ヘクトライト、サポナイト、スチブンサイト等の膨潤性を有する粘土鉱物の総称であり、ベントナイトは、スメクタイトの代表的粘土鉱物であるモンモリロナイトを主成分とし、クォーツ、クリストバライト、ゼオライト、長石、方解石等の鉱物を含む粘土鉱物である。また、スメクタイトとしては、天然のもでも良いし、合成したものでも良い。合成スメクタイトは、例えば、商品名「ルーセンタイト」（登録商標）として市販されている。
本発明では、物品への貼着性の観点から、スメクタイト及びベントナイトから選択される少なくとも一種の水膨潤性粘土鉱物を用いるのが好ましい。

前記のとおり、膨潤性鉱物の含量は、貼着性の観点から、３〜２０重量％が好ましい。また、その上限としては、１０重量％以下がより好ましい。

グラファイト（カーボングラファイトとも称する。）の機能は必ずしも明らかではないが、物品に対する熱加工による熱を物品の表面から速やかに吸収して組成物中に保持されている水に熱を伝えて水の気化を促進し、気化熱による冷却効果を発揮させるとともに、自らも熱加工による熱を吸収して外部に熱を放射して冷却効果を発揮すると考えられる。そして、その結果、熱加工中であっても物品表面付近の組成物から優先して水が気化して乾燥するのを防止し、物品への貼着性が確保されると考えられる。
グラファイトは、黒鉛ともよばれ、炭素の同素体の一つで、天然に産出する天然黒鉛、無定形黒鉛を高温で熱処理し不規則な配列の微小黒鉛結晶の成長と配向を人工的に行わせた人工黒鉛が知られている。結晶は、六方晶系に属する層状構造を有し、六角形の巨大な網面をなす層面が弱いファンデルワールス結合により積み重なっている（化学辞典、東京化学同人、１９９８．３．２）。
本発明で使用可能なグラファイトは、天然黒鉛由来、人工黒鉛由来の何れでも良い。また、グラファイトの構造（ミクロ構造）は、特に限定は無く、例えば、通常の面状構造を有するもの、円筒状の構造を有するもの（所謂カーボンナノチューブ）、繊維状の構造を有するもの（所謂グラファイト繊維）などが挙げられる。コスト面からは、面状構造を有する一般的なグラファイトを用いるとよい。
また、グラファイトの形態（マクロ構造）としては、特に限定はなく、例えば、粒体状、粉体状などが挙げられる。ペースト状の貼着型断熱剤組成物の全体に分散させる観点からは、粉体状であることが好ましい。これにより、物品の表面と組成物との界面付近に広くグラファイトを配置することができるため、物品表面から加熱による熱をより効率よく吸収し易くなる。また、組成物全体にもグラファイトを広く分散させることができるため、吸収した熱を組成物中の水に熱をより速やかに伝えることができ、かつ、物品表面付近から外部への熱の放射もより向上させることができる。そのため、水の気化による冷却効果と、グラファイトの輻射による冷却効果をより促進することが可能になり、物品表面の組成物の乾燥がより抑制され、貼着性がより向上する。

前記のとおり、グラファイトの含量は、５〜３０重量％が好ましい。この範囲であると、熱加工による熱の物品表面からの吸収と外部への輻射を効果的に機能させ、物品への貼着性を確保することが可能である。

本発明に係るペースト状の貼着型断熱剤組成物は、更に、アクリル系水溶性樹脂を含有するものであってもよい。アクリル系水溶性樹脂を含有させることで、組成物中の水の含量をより向上させることが可能となり、断熱性と貼着性がより向上する。

本発明で使用可能なアクリル系水溶性樹脂としては、ポリアクリル酸又はその共重合体及びそれらの塩であれば、特に限定はなく、例えば、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム系樹脂、ポリアクリル酸アンモニウム系樹脂等が挙げられる。このうち、ポリアクリル酸ナトリウム系樹脂が好ましく、架橋した３次元網目構造を持つポリアクリル酸ナトリウム系樹脂がより好ましい。当該ポリアクリル酸ナトリウム系樹脂とは、ポリアクリル酸ナトリウム、或いは、アクリル酸、アクリル酸ナトリウム及び架橋性モノマーの共重合体であり、一般に市販されているものを適宜使用することができる。

アクリル系水溶性樹脂の含有量は、０．１〜３０重量％が好ましい。この範囲であると、熱加工の対象となる物品への貼着性、及び、組成物中に保持した水の気化による断熱効果を確保し易くなる。また、含有量の上限としては、２０重量％以下がより好ましく、１０重量％以下がさらに好ましく、５重量％以下が特に好ましく、２重量％以下が最も好ましい。

また、アクリル系水溶性樹脂を含有させる場合は、アクリル系水溶性樹脂（Ａ）と膨潤性鉱物（Ｂ）の混合比（Ａ／Ｂ；重量基準）は、特に限定はないが、断熱性及び貼着性の観点からは、０．２重量％／４．５重量％〜６重量％／１８重量％が好ましい。

本発明に係るペースト状の貼着型断熱剤組成物は、更に、断熱助剤を含有するものであってもよい。断熱助剤は、熱の伝導性及び／又は輻射性が良好な化合物である。断熱助剤を用いることで、断熱性と貼着性を向上させることができる。本発明で使用可能な断熱助剤は、グラファイトの機能を阻害しない化合物であれば、特に限定は無く、例えば、炭化ケイ素、窒化アルミ、酸化亜鉛、ジルコニア等が挙げられ、これらを一種又は二種以上用いることができる。中でも、本発明の効果をより発揮させる観点から、炭化ケイ素、ジルコニアが好ましく、炭化ケイ素がより好ましい。

断熱助剤の含有量は、１〜１５重量％が好ましい。この範囲であると、断熱性と貼着性をより向上させ易い傾向にある。また、グラファイト（Ａ）と断熱助剤（Ｃ）の混合比（Ａ／Ｃ；重量基準）は、特に限定はないが、断熱性及び貼着性の観点からは、３０重量％／１重量％〜５重量％／１５重量％が好ましい。

断熱助剤の形態としては、特に限定はなく、例えば、粒体状、粉体状などが挙げられるが、断熱助剤をペースト状の貼着型断熱剤組成物の全体に分散させる観点から、粉体状であることが好ましい。これにより、熱の伝導性が良好なものであれば、物品の表面と組成物との界面付近に広く断熱助剤を配置することができるため、物品表面から加熱による熱をより効率よく吸収し易くなる。また、組成物全体にも断熱助剤を広く分散させることができるため、吸収した熱を組成物中の水に熱をより速やかに伝えることができる。また、熱の輻射性が良好なものであれば、吸収した熱をより効率よく外部に放射することができる。熱の伝導性と輻射性が良好なものであれば、前記の両者の機能を発揮させることができる。

本発明で用いる水は、例えば、水道水、純水、超純水等を、用途に応じて適宜用いることができる。純水や超純水は、蒸留、フィルターろ過などの処理を行って得ることができる。
また、本発明では、水の含量は特に限定は無く、残部として含有すれば良く、他の成分組成にもよるが、断熱性、貼着性等の観点からは、５０重量％以上が好ましく、７０重量％以上がより好ましい。

本発明のペースト状の貼着型断熱剤組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で、任意の成分として種々の添加剤を配合することができる。例えば、油分、ノニオン系界面活性剤、着色剤、防カビ・防腐剤等を必要に応じて配合することができる。

油分は、熱加工を行う物品から本発明の貼着型断熱剤組成物を除去性を向上させるために添加するものであり、このような効果を発揮するものであれが、特に限定はなく、例えば、ワセリン、ラノリン、これらに親水性基を導入したもの等が挙げられる。油分の添加量は、本発明の効果を阻害しない範囲で適宜設定可能であるが、熱加工を行う物品からの除去性の観点からは、０.０１〜５.０重量％とするのが好ましく、０.０５〜１.０重量％がより好ましい。

ノニオン系界面活性剤は、油分を乳化するために添加するものであり、このような効果を発揮するものであれが、特に限定はない。ノニオン系界面活性剤の添加量は、本発明の効果を阻害しない範囲で適宜設定可能であるが、油分を効果的に乳化させる観点から、０.０１〜５.０重量％が好ましく、０.０５〜１.０重量％がより好ましい。

本発明の貼着型断熱剤組成物はペースト状である。これにより、熱加工時に使用する断熱剤組成物の必要量を適宜定めることができるとともに、熱加工に供される物品が複雑な形状を有するものであっても、その表面に密着させて貼着させることができ、断熱効果を効率的に発揮することができる。

本発明のペースト状の貼着型断熱剤組成物は、例えば、上記本発明に使用される成分に水を所定量加え、攪拌・減圧脱泡して得ることができる。圧力は通常５０００〜８００００Ｐａ、好ましくは１００００〜６００００Ｐａである。本組成物中に気泡が含まれると、使用時の熱吸収による温度上昇により、気泡が急激に膨張し、組成物の一部あるいは全部が周囲に飛び散る危険性がある。

本発明のペースト状の貼着型断熱剤組成物の使用方法を、熱加工として溶接を行って物品を接合する場合を例として説明する。
先ず、物品の溶接部位から数十ｍｍ離れた所に適当量の本発明のペースト状の貼着型断熱剤組成物を貼着する。その後、溶接部位を加熱すると、溶接部位を中心として放射状に物品を溶接による熱が伝播する。この熱を貼着型断熱剤組成物が吸収し、これに含まれる水が気化することで気化熱（蒸発潜熱）として外部に放出されるとともに、グラファイト及び必要に添加される断熱助剤による輻射熱としても外部に放出され、物品中でその溶接部位から周囲への熱移動を遮断する。この際、貼着面が垂直な部分のように重力負荷がかかる部分であったとしても、溶接作業により、組成物の剥離がないか、極僅かであるため、脱落することがない。
溶接終了後は、水洗或いはウエス等により貼着型断熱剤組成物を容易に除去することができる。

以下、本発明をさらに実施例で詳細に説明するが、これらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜４）
表１に示す成分組成（表１中の数値の単位は「重量％」である。）になるように、膨潤性鉱物（クニミネ工業株式会社製、商品名「スメクトンＳＡ」）、カーボングラファイト（株式会社中越黒鉛工業所製、商品名「鱗状黒鉛ＨＬＰ−Ｃ」）、架橋構造を有するポリアクリル酸ナトリウム系樹脂（東亞合成株式会社製、商品名「レオジック２７０Ｈ」）、炭化ケイ素（信濃電機精錬株式会社製、商品名「ＣＰ＃１２００」）、水を混合して、１時間撹拌した後、減圧脱泡（４００００Ｐａ、０．５時間）した。得られたペースト状の貼着型断熱剤組成物を後述する評価試験に使用した。

尚、参考例として用いたペースト状貼着型断熱剤組成物は、以下の通りである。
（参考例１）
架橋構造を有するポリアクリル酸ナトリウム系樹脂及び水を含有する市販のペースト状の貼着型断熱剤組成物（ＰＤＭ株式会社製、ヒートバスターＴＫ２）
（参考例２）
膨潤性鉱物としてベントナイト、及び水を含有する市販のペースト状の貼着型断熱剤組成物（アウス株式会社製、商品名クールミット）。
（参考例３）
膨潤性鉱物としてスメクタイト、及び水を含有する市販のペースト状の貼着型断熱剤組成物（ＬＡ−ＣＯ ＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳ ｉｎｃ製、商品名コールド シールド）。

（評価）
＜断熱効果試験＞
加熱対象物品（以下、試験片と称する。）として、銅製（ＪＩＳ Ｃ１１００Ｐ）、板厚１．０ｍｍ×幅５５ｍｍ×長さ２５０ｍｍの平板を用いた。
試験片の中央部に位置するガスバーナー照射部位（照射炎）から最短距離で２２ｍｍ離れた位置に実施例及び参考例の断熱剤組成物を１２．１ｇ（±０．２ｇ）、塗布容積：幅４０ｍｍ×長さ２５ｍｍ×厚み約６ｍｍとなるように塗布した。尚、最短距離は、照射部位の中心点から最も近い位置にある断熱剤組成物の塗布部との距離である。
また、試験片は、ガスバーナー照射方向以外をアルミニウムの平板で囲い、試験環境内の空気の対流の影響を抑制した。断熱剤組成物の塗布面が水平方向を向くように支持した。
温度の測定は、ガスバーナー照射部位の中央部より８５ｍｍ離れた位置の試験片表面の温度を治具に固体した熱電対にて測定した。
ガスバーナー（プリンス製ＧＢ−２００１、火炎温度：１３００℃）は、その照射口と試験片の照射部位中央との距離が１５ｍｍで、試験片の平面に対して直交する方向に照射炎が照射されるように設置した。
以上のようにして試験片等を設置した後、試験片のガスバーナー照射部位に向けて炎を４分間照射して、試験片表面の所定箇所の温度変化を測定するとともに、照射時及び照射後の断熱剤組成物の試験片に対する貼着状態を目視により確認した。
温度の測定は、株式会社ＦＵＳＯ製、データロガ温度計、ＦＵＳＯ−３０９を使用した。
温度測定及び貼着状態の目視結果を表２に示す。尚、表２中、「ブランク」は貼着型断熱剤組成物を用いなかったものである。

尚、貼着状態の評価は、４分間のガスバーナーによる火炎照射後に、断熱剤組成物が試験片から剥離、脱落するか否かにより行った。評価基準は下記の通りである。
「○」：剥離、脱落の発生が無かったもの。
「×」：剥離は発生したが、脱落は発生しなかったもの。
「××」：剥離と脱落が発生したもの。

表２に示すように、実施例では、参考例やブランクの場合より試験片の温度の上昇が抑制され、断熱剤組成物の剥離、脱落が発生することがなく、本発明に係るペースト状の貼着型断熱剤組成物により、加熱条件が厳しい条件であっても、良好な断熱効果が得られていることが分かる。

Claims (5)

1. 膨潤性鉱物を３〜２０重量％、グラファイトを５〜３０重量％、及び、水を残部として含有するペースト状の貼着型断熱剤組成物。
2. 前記膨潤性鉱物が、スメクタイト及びベントナイトから選択される少なくとも一種の水膨潤性粘土鉱物である請求項１記載のペースト状の貼着型断熱剤組成物。
3. 更に、アクリル系水溶性樹脂を０．１〜３０重量％含有する請求項１又は２に記載のペースト状の貼着型断熱剤組成物。
4. 更に、断熱助剤１〜１５重量％を含有する請求項１〜３の何れかに記載のペースト状の貼着型断熱剤組成物。
5. 前記グラファイトが粉体状である請求項１〜４の何れかに記載のペースト状の貼着型断熱剤組成物。