JP2018100679A

JP2018100679A - 断熱材

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Publication number: JP2018100679A
Application number: JP2016245291A
Authority: JP
Inventors: 木村　均; Hitoshi Kimura; 均木村; 一真釘宮; Kazuma Kugimiya; 利治佐古; Toshiji Sako
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2018-06-28

Abstract

【課題】エアロゲル粒子の内部にバインダーが浸入することを抑制し、強度及び断熱性の向上を図ることが可能な断熱材を提供する。
【解決手段】断熱材は、エアロゲル粒子１０Ａと、エアロゲル粒子同士を接着するバインダーとを備える。そして、エアロゲル粒子は、表面に水溶性シランカップリング剤層を備える。これにより、エアロゲル粒子に対するバインダーの濡れ性を高めつつも、バインダーがエアロゲル粒子の細孔内に浸入することを抑制することができる。そのため、これらの接着力を高め、断熱材の強度を向上させることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、断熱材に関する。詳細には、本発明は、エアロゲルを用いた場合でも強度が高く、断熱性に優れる断熱材に関する。

近年、高い断熱性を発揮する物質としてエアロゲルが開発されている。エアロゲルは、ウレタンフォームやフェノールフォームなどの従来のフォーム系断熱材と比べて断熱性が高く、空気よりも熱伝導率が低い。そして、エアロゲルを粒子状にしたエアロゲル粒子は、取り扱い性が高く、加工性や成形性も優れている。そのため、エアロゲル粒子を利用した断熱材が提案されている。

例えば、特許文献１では、エアロゲル粒子と、親水性接着剤と、親水性及び疎水性の官能基を持つ両親媒性化合物とを含有して形成されている断熱材が開示されている。また、特許文献２では、界面活性剤と、シリカ骨格を有する疎水性エアロゲル粒状物と、高分子エマルションおよび／または水溶性高分子バインダーとを有効成分とするエアロゲル断熱パネルが開示されている。ここで、シリカ骨格を有するエアロゲルは、水分に対する劣化を防ぐため、疎水化処理が行われる。そのため、親水性接着剤を用いる場合、疎水性のエアロゲルと親水性接着剤との接着性を高めるために、特許文献１及び２のように両親媒性化合物や界面活性剤を用いることが行われている。

特開２０１４−３５０４５号公報特開平１０−１４７６６４号公報

ここで、エアロゲル粒子は網目状の微細構造となっており、多数の細孔を有している。そのため、細孔内部に接着剤が浸入し、エアロゲル粒子の表面に存在する接着剤が減少する場合がある。その結果、エアロゲル粒子同士の接着力低下、及び細孔内部への液侵入によるエアロゲル体積の減少により、得られる断熱材の強度及び断熱性が不十分となる可能性があった。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、エアロゲル粒子の内部に接着剤が浸入することを抑制し、強度及び断熱性の向上を図ることが可能な断熱材を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の態様に係る断熱材は、エアロゲル粒子と、エアロゲル粒子同士を接着するバインダーとを備える。そして、エアロゲル粒子は、表面に水溶性シランカップリング剤層を備える。

本発明によれば、エアロゲルの内部に接着剤が浸入することを抑制し、強度及び断熱性の向上を図ることが可能な断熱材を得ることができる。

（ａ）は表面処理前のエアロゲル粒子に、液体の疎水性樹脂を滴下した状態を示す概略断面図である。（ｂ）は表面処理前のエアロゲル粒子に、液体の水溶性樹脂を滴下した状態を示す概略断面図である。エアロゲル粒子の表面処理工程を示す図である。（ａ）は表面処理前のエアロゲル粒子を示す概略図であり、（ｂ）はエアロゲル粒子を表面処理溶液に浸漬させた状態を示す概略図である。エアロゲル粒子の表面における水滴の接触角を測定する状態を示す概略図である。実施例及び比較例に係るエアロゲル粒子の表面に水滴を接触させて着滴した状態を示す写真である。

以下、本実施形態に係る断熱材について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

本実施形態に係る断熱材は、エアロゲル粒子と、エアロゲル粒子同士を接着するバインダーとを備える。そして、エアロゲル粒子は、表面に水溶性シランカップリング剤層を備えている。

断熱材に用いられるエアロゲル粒子は、ゲル中に含まれる溶媒を乾燥により気体に置換した多孔性の物質である。エアロゲル粒子を構成するエアロゲルとしては、シリカエアロゲル、カーボンエアロゲル、アルミナエアロゲルなどを用いることができるが、この中でもシリカエアロゲルを好ましく用いることができる。シリカエアロゲルは、断熱性に優れ、コストが安く、他のエアロゲルよりも容易に得ることができる。なお、ゲル中の溶媒が蒸発などにより除去され、空隙を持つ網目構造となったものをキセロゲルということもあるが、本明細書におけるエアロゲルは、キセロゲルを含むものである。

エアロゲル粒子は特に限定されず、一般的な製造方法によって得られるものを用いることができる。代表的なものとして、超臨界乾燥法によって得られるエアロゲル粒子と、水ガラスを利用して得られるエアロゲル粒子とがある。

超臨界乾燥法によって得られるシリカエアロゲル粒子は、液相反応であるゾル−ゲル法により重合させてシリカ粒子を作製し、溶媒を超臨界乾燥によって除去することにより得ることができる。原料としては、例えばアルコキシシランを用いる。このアルコキシシランを溶媒の存在下で加水分解させ、さらに縮重合して得られるゲル状化合物を、溶媒の臨界点以上の超臨界条件で乾燥する。溶媒としては、例えば、アルコール又は液化二酸化炭素を用いることができる。このように超臨界条件によって乾燥させることにより、ゲルの網目構造を保持したまま溶媒が除去されて、エアロゲルを得ることができる。

水ガラスを利用して得られるエアロゲル粒子は、例えば、シリカゾルの調製、シリカゾルのゲル化、熟成、ゲルの粉砕、溶媒置換、疎水化処理、乾燥という工程を順番に行う常圧乾燥法により製造することができる。水ガラスは、ケイ酸ナトリウムなどのケイ酸金属塩が高濃度に含まれた水溶液である。水ガラスは、例えば、ケイ酸金属塩を水に溶かして加熱することで得られる。

シリカエアロゲル粒子は、アルコキシシランを原料として用いて製造することができる。アルコキシシランは特に限定されるものではないが、２官能、３官能又は４官能のアルコキシシランを用いることができる。２官能アルコキシシランとしては、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、メチルフェニルジエトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン等が挙げられる。３官能アルコキシシランとしては、例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等が挙げられる。４官能アルコキシシランとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等が挙げられる。上記のアルコキシシランは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。また、アルコキシシランの部分加水分解物を原料に用いてもよい。

超臨界乾燥法によって得たエアロゲル粒子と、水ガラスを利用して得たエアロゲル粒子とは、基本的に同じ構造を有するものである。すなわち、シリカ微粒子が連結し、三次元の網目状となった粒子構造となる。

ここで、エアロゲル粒子は、一般的に疎水性の性質を有する。具体的には、シリカエアロゲル粒子は、複数のケイ素原子が酸素原子を介して結合する構造を基本構造として有する。また、製造方法にもよるが、ケイ素原子とアルキル基とが結合する構造が一部含まれ得る。原料や製造方法によっては、水酸基などの親水性の官能基がケイ素に結合した構造が含まれる場合もあり得るが、その数は少ない。したがって、エアロゲル粒子の表面の極性は通常低くなり、エアロゲル粒子は疎水性となる。また、エアロゲル粒子の製造工程においては、疎水化処理を施す場合があり、その場合、疎水性がさらに高められる。エアロゲル粒子が疎水性であることにより、エアロゲル粒子が水分によって破壊され難くなる。また、エアロゲル粒子の結合性が高まり、エアロゲル粒子が結合した層の強度を向上させることができる。

エアロゲル粒子の形状は、特に限定されるものではなく、種々の形状であってよい。エアロゲルのバルクを粉砕してエアロゲル粒子を得た場合、通常、エアロゲル粒子の形状は不定形となる。エアロゲル粒子は、球状やラグビーボール状であってもよく、パネル状、フレーク状、繊維状であってもよい。また、エアロゲル粒子は、成形に用いる原料として、粒子の大きさが種々のものが混合したものであってよい。断熱材においては、エアロゲル粒子が接着して一体化されるため、粒子の大きさが揃っていなくてもよい。

エアロゲル粒子の大きさは特に限定されないが、例えば、粒子の最長の長さが５０ｎｍ以上１０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。ただし、強度や取扱い性、成形容易性の観点から、大きすぎる粒子や小さすぎる粒子が少ない方が好ましい。小さすぎる粒子が多くなると粒子の表面積が大きくなり、粒子同士を接着するバインダーが多くなる可能性がある。バインダーの量が多くなると、バインダーが熱橋となり断熱材の性能を大きく低下させる恐れがある。そのため、エアロゲル粒子の平均粒径は、１μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましく、１００μｍ以上であることがさらに好ましく、２００μｍ以上であることが特に好ましい。一方、大きすぎる粒子が多くなると断熱材の平滑性が低下する恐れがある。例えば、断熱材の厚み以上の大きさの粒子が存在すると、断熱材の表面が凸凹になって、表面が平滑でなくなってしまう恐れがある。断熱材の平滑性が損なわれると、実使用時に断熱材と被着体の間に空間が形成されてしまい、断熱材の性能が十分に発揮できなくなる恐れがある。そのため、エアロゲル粒子の平均粒径は４ｍｍ以下であることが好ましく、３ｍｍ以下であることがより好ましく、２ｍｍ以下であることがさらに好ましく、１ｍｍ以下であることが特に好ましい。エアロゲル粒子の粒子径は、断熱材の断面を光学顕微鏡又は走査型電子顕微鏡で観察することにより測定することができる。

本実施形態に係る断熱材は、上述のエアロゲル粒子同士を接着するバインダーを備えている。バインダーは樹脂を含有することが好ましく、さらに水溶性樹脂を含有することがより好ましい。上述のように、エアロゲル粒子は一般的に疎水性である。そのため、エアロゲル粒子との親和性が高い疎水性樹脂をバインダーとして使用した場合、図１（ａ）に示すように、エアロゲル粒子１０を構成するエアロゲル１の細孔２に疎水性樹脂３が浸入してしまう。つまり、エアロゲル粒子１０の表面に液体の疎水性樹脂３を滴下した場合、エアロゲル粒子１０と疎水性樹脂３は親和性が高いため、エアロゲル１の細孔２に疎水性樹脂３が浸入し、エアロゲル粒子１０の表面に残存する疎水性樹脂３が減少してしまう。そのため、疎水性樹脂３により、エアロゲル粒子１０同士を十分に接着できない可能性がある。また、エアロゲル粒子１０の細孔内部にバインダーが充填された場合、断熱材の断熱性を低下させる恐れがある。

そのため、バインダーは、水溶性樹脂からなることがより好ましい。水溶性樹脂を用いることにより、図１（ｂ）に示すように、エアロゲル粒子１０の細孔２の内部に水溶性樹脂４が浸入することを抑制することができる。つまり、エアロゲル粒子１０の表面に液体の水溶性樹脂４を滴下した場合、エアロゲル粒子１０と水溶性樹脂４は親和性が低いため、エアロゲル１の細孔２に水溶性樹脂４が浸入し難い。そのため、エアロゲル粒子１０の表面に残存する水溶性樹脂４が増加し、エアロゲル粒子１０同士を接着することが可能となる。

上述のように、バインダーは水溶性樹脂よりなることが特に好ましい。具体的には、水溶性樹脂よりなるバインダーは、エアロゲル粒子を接着して固化する前の状態で水溶性であってもよく、また、エアロゲル粒子を接着して固化した後の状態で水溶性であってもよい。ただ、固化後のバインダーが水溶性を有すると、水（湿気）によってエアロゲル粒子の間の結合が弱くなる恐れがある。そのため、固化後のバインダーは、水に不溶又は難溶であることが好ましい。

水溶性樹脂からなるバインダーは特に限定されない。バインダーは、水溶性エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール、水溶性フェノール樹脂、シリル化された水溶性のウレタン樹脂、水溶性ユリアメラミン樹脂、水溶性ポリエステル樹脂、水溶性スチレン・マレイン酸樹脂、水溶性ポリウレタン樹脂、水溶性酢酸ビニル樹脂、水溶性エチレン・酢酸ビニル共重合体、水溶性イソブテン・無水マレイン酸共重合体、水溶性アクリル共重合体、水溶性スチレン・ブタジエンゴム共重合体を挙げることができる。上記の水溶性バインダーは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。

本実施形態に係る断熱材におけるバインダーの配合量は特に限定されず、エアロゲル粒子同士を接着することが可能な量とすることができる。具体的には、断熱材におけるバインダーの配合量は３〜１０体積％であることが好ましい。

ここで、上述のように、エアロゲル粒子は一般的に疎水性であるため、バインダーとして水溶性樹脂を使用した場合、エアロゲル粒子の細孔内部にバインダーが浸入し難くなる。ただ、エアロゲル粒子が疎水性であることから、エアロゲル粒子表面におけるバインダーの濡れ性が不十分となってしまう。つまり、図１（ｂ）に示すように、バインダーの液滴とエアロゲル粒子の表面とのなす角度（接触角）が９０°を超えるような、バインダーを弾く現象が起こる。この場合にはバインダーとエアロゲル粒子との接触面積が減少するため、エアロゲル粒子同士の結合力を十分に確保することができず、得られる断熱材の強度が低下する可能性がある。

そのため、本実施形態において、エアロゲル粒子は表面に水溶性シランカップリング剤層を備えている。エアロゲル粒子の表面に水溶性シランカップリング剤層を設けることにより、エアロゲル粒子の表面における水溶性樹脂の濡れ性が向上する。そのため、エアロゲル粒子の細孔内にバインダーが浸入することを抑制しつつも、エアロゲル粒子とバインダーとの親和性を高め、エアロゲル粒子同士の接着力を高めることが可能となる。

水溶性シランカップリング剤層は、水溶性シランカップリング剤をエアロゲル粒子の表面に塗布して乾燥することにより、形成することができる。水溶性シランカップリング剤は、水に対する溶解性を有し、さらに水溶性のバインダーとの濡れ性を高めることが可能なシランカップリング剤であれば特に限定されない。水溶性シランカップリング剤は、例えば、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシランからなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。

水溶性シランカップリング剤層は、アミノシランを含むことが好ましい。つまり、上述のように、水溶性シランカップリング剤層は、アミノ基を有するシランカップリング剤を塗布して乾燥することにより形成される層であることが好ましい。アミノシランに含まれるアミノ基は極性を有するため、水溶性のバインダーとの親和性が良好となり、バインダーの濡れ性を高めることが可能となる。

エアロゲル粒子の表面に水溶性シランカップリング剤層を形成する方法は特に限定されず、例えば浸漬法により形成することができる。具体的には、図２に示すように、まず（ａ）に示すエアロゲル粒子１０を、（ｂ）に示すように、容器２０の中に保持されたシランカップリング剤水溶液３０に浸漬する。

なお、シランカップリング剤水溶液３０における水溶性シランカップリング剤の濃度は特に限定されないが、２０質量％以下であることが好ましい。水溶性シランカップリング剤層は、エアロゲル粒子１０の外表面に設けられていればよく、細孔２の内部にまで設けられている必要はない。また、水溶性シランカップリング剤層が細孔２の内部にまで形成された場合、バインダーが細孔２の内部にまで侵入する可能性が生じる。そのため、水溶性シランカップリング剤の濃度を２０質量％以下とし、細孔２の内部に水溶性シランカップリング剤層を形成し難くすることが好ましい。なお、シランカップリング剤水溶液における水溶性シランカップリング剤の濃度は、５〜１０質量％であることが特に好ましい。

次いで、シランカップリング剤水溶液に浸漬したエアロゲル粒子１０を単離し、乾燥させることにより、エアロゲル粒子１０の表面に水溶性シランカップリング剤層を形成することができる。乾燥温度は特に限定されず、例えば５０〜１００℃で行うことが好ましい。なお、図２では、エアロゲル粒子１０をシランカップリング剤水溶液３０に浸漬することにより、シランカップリング剤水溶液を付着させている。しかしながら、このような態様に限定されず、例えばエアロゲル粒子１０にシランカップリング剤水溶液３０を噴霧することにより、シランカップリング剤水溶液を付着させてもよい。

このように、水溶性シランカップリング剤として上述のようなアルコキシシランを用いることにより、上記製造工程でアルコキシ基が加水分解し、シラノールが生成する。そして、生成したシラノールとエアロゲル粒子の表面の水酸基が脱水縮合することにより、強固な水溶性シランカップリング剤層を形成することが可能となる。

水溶性シランカップリング剤層を備えたエアロゲル粒子は、水接触角が９０°以下であることが好ましい。つまり、図３に示すように、水溶性シランカップリング剤層を備えたエアロゲル粒子１０Ａの表面に水滴５を接触させて着滴したとき、水滴５とエアロゲル粒子１０Ａの表面１１とのなす角度を接触角計を用いて測定した場合、９０°以下であることが好ましい。水接触角が９０°以下の場合には、水溶性樹脂からなるバインダーの接触角も９０°以下になる可能性が高いため、エアロゲル粒子１０Ａとバインダーとの濡れ性を高め、接着力を向上させることが可能となる。

このように、本実施形態に係る断熱材は、上述のエアロゲル粒子１０Ａをバインダーで接着して成形することにより、得ることができる。このようにして得られた断熱材の密度は特に限定されないが、０．１〜０．５ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。これにより、高い断熱性と、高い結合強度と、優れた曲げ性とを発揮することができる。また、断熱材の密度がこの範囲であることにより軽量となるため、取り扱い性が高まる。

なお、断熱材の密度が低くなるにつれて、エアロゲル粒子間の隙間が大きくなって空気が介入し易くなり、また空気の量が多くなり易くなる。エアロゲル粒子間において空気が多くなると、熱伝導率が空気よりも低いエアロゲル粒子の占める割合が減少することになり、断熱性の低下を招く恐れがある。そのため、断熱材の密度は０．１ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましく、０．１３ｇ／ｃｍ^３以上であることがより好ましい。また、断熱材の密度が高くなる場合、エアロゲル粒子を結合するバインダーの量が増加することとなり、バインダーによる熱橋が形成され易くなる。そのため、断熱材の密度は０．５ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましく、０．２１ｇ／ｃｍ^３以下であることがより好ましい。断熱材の密度は、エアロゲル粒子の充填度合いやバインダーの含有量で調整することが可能である。

本実施形態に係る断熱材の厚さは特に限定されず、用途などにより適宜設定されるが、４ｍｍ以下であることが好ましい。断熱材の厚みが４ｍｍ以下であることにより、曲げることが可能になり、断熱材に柔軟性を付与することができる。曲げ性を考慮すると、断熱材の厚みは、３ｍｍ以下が好ましく、２ｍｍ以下がより好ましく、１．５ｍｍ以下がさらに好ましい。ただし、断熱材の厚みが薄くなりすぎると、断熱性が低下する恐れがある。そのため、断熱材の厚みは、０．１ｍｍ以上が好ましく、０．３ｍｍ以上がより好ましく、０．５ｍｍ以上がさらに好ましい。

本実施形態の断熱材は柔軟性を有するため、断熱材を設けたい部材の表面形状に沿って断熱材を取り付けることができる。また、断熱材をロール状に曲げることが可能なように構成すると、取り扱い性を高めることができる。断熱材は、湾曲可能であることが好ましく、垂直方向に折り曲げ可能であることがより好ましく、Ｕ字状に折り曲げ可能であることがさらに好ましい。

次に、本実施形態の断熱材の製造方法について説明する。本実施形態では、まず、エアロゲル粒子の表面に水溶性シランカップリング剤層を形成する。水溶性シランカップリング剤層の方法は特に限定されず、上述のように、図２に示す浸漬法やスプレー法により形成することができる。

そして、エアロゲル粒子とバインダーとを混合する。混合方法は特に限定されず、エアロゲル粒子とバインダーとを乾式で混合してもよい。また、バインダーが液体の場合には、スプレー等で散布して混合してもよい。

次に、エアロゲル粒子とバインダーとの混合物を型枠に入れた後、加圧しながら加熱する。加熱加圧成形の条件、例えば成形圧力、成形温度、成形時間などは、バインダー樹脂の種類、断熱材の厚さなどにより適宜設定され得る。例えば、成形温度は８０℃以上２００℃以下であることが好ましく、１００℃以上１９０℃以下であることがより好ましい。成形温度が２００℃以下では成分の劣化が進行し難いため、断熱材としての物性が低下し難い。また、成形温度が８０℃以上であれば、バインダーの重合反応速度が低下し難く、硬化が十分となりやすい。

成形圧力に関してはパネルの厚さ、密度などにより適宜設定されるが、０．１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であることが好ましく、０．５ＭＰａ以上５ＭＰａ以下であることがより好ましい。成形圧力が０．１ＭＰａ以上であれば、十分に圧着することができ、断熱材の強度を向上させやすい。成形圧力が１０ＭＰａ以下であれば、成形圧力が大きすぎず、断熱材の破壊が起こり難い。

成形時間に関しては、例えば１分以上６０分以下の範囲にすることができ、５分以上３０分以下が好ましい。それにより、良好な断熱材を効率よく製造することができる。

このように、本実施形態に係る断熱材は、エアロゲル粒子１０Ａと、エアロゲル粒子１０Ａ同士を接着するバインダーとを備え、エアロゲル粒子１０Ａは、表面に水溶性シランカップリング剤層を備える。エアロゲル粒子１０Ａの表面に水溶性シランカップリング剤層を設けることにより、エアロゲル粒子１０Ａに対するバインダーの濡れ性を高めつつも、バインダーがエアロゲル粒子１０Ａの細孔内に浸入することを抑制することができる。そのため、エアロゲル粒子１０Ａの表面とバインダーとの接触面積が増加することから、これらの接着力を高め、得られる断熱材の強度を向上させることが可能となる。

また、エアロゲル粒子１０Ａとバインダーとの接着力が高まることにより、バインダーの添加量を低減することができる。そのため、バインダーによる熱橋が形成され難くなり、断熱性をより高めることが可能となる。さらに、バインダーの添加量を低減することにより、断熱材はエアロゲル粒子１０Ａに起因した透明性を高めることが可能となる。

以下、本実施形態を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれら実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
まず、水溶性シランカップリング剤である３−アミノプロピルトリメトキシシランを純水に溶解することにより、濃度が１０質量％のシランカップリング剤水溶液を調製した。なお、３−アミノプロピルトリメトキシシランは、信越化学工業株式会社製のものを使用した。

次に、得られたシランカップリング剤水溶液にシリカエアロゲル粒子を添加して５分間浸漬した。その後、シランカップリング剤水溶液からシリカエアロゲル粒子を単離した後、５０℃で乾燥することにより、本例の表面処理エアロゲル粒子を得た。なお、シリカエアロゲル粒子は、ＣＡＢＯＴ社製エアロゲル粒子Ｐ２００を使用した。エアロゲル粒子Ｐ２００は、平均粒子径が０．８ｍｍ、かさ密度が０．０８ｇ／ｃｍ^３、粒密度が０．１５ｇ／ｃｍ^３、熱伝導率が０．０２Ｗ／ｍ・Ｋである。

次に、上述の表面処理エアロゲル粒子と液体のバインダー樹脂とを、体積割合（体積％）が９３：７となるように乾式混合することにより、混合物を調製した。そして、当該混合物を金型に入れ、加熱プレス装置を用い、プレス圧力を０．５ＭＰａ、プレス温度を１５０℃で加圧成形することにより、本例の断熱ボードを得た。得られたパネルは、縦３００ｍｍ横３００ｍｍ厚み１２ｍｍの略矩形状であった。なお、バインダー樹脂は、水溶性のシリル化ウレタン樹脂（小西化学工業株式会社製アクアリンカー）を使用した。

［実施例２］
液体のバインダー樹脂として、株式会社サンベーク製の水溶性ユリアメラミン樹脂を使用したこと以外は実施例１と同様にして、本例の断熱ボードを得た。

［比較例１−１］
表面処理を行っていない実施例１のシリカエアロゲル粒子と実施例１のバインダー樹脂とを、体積割合（体積％）が９３：７となるように乾式混合することにより、混合物を調製した。そして、当該混合物を金型に入れ、加熱プレス装置を用い、実施例１と同様に加圧成形することにより、本例の断熱ボードを得た。

［比較例１−２］
まず、エタノールを純水に溶解することにより、濃度が１０質量％の表面処理溶液を調製した。次に、得られた表面処理溶液に、実施例１と同じシリカエアロゲル粒子を添加して５分間浸漬した。その後、表面処理溶液からシリカエアロゲル粒子を単離した後、５０℃で乾燥することにより、本例の表面処理エアロゲル粒子を得た。

次に、上述の表面処理エアロゲル粒子と実施例１のバインダー樹脂とを、体積割合（体積％）が９３：７となるように乾式混合することにより、混合物を調製した。そして、当該混合物を金型に入れ、加熱プレス装置を用い、実施例１と同様に加圧成形することにより、本例の断熱ボードを得た。

［比較例１−３］
まず、界面活性剤を純水に溶解することにより、濃度が１０質量％の表面処理溶液を調製した。なお、界面活性剤は、ゼネカ社製のウレタン系エマルションＲＵ−４０−５７０を使用した。次に、得られた表面処理溶液に、実施例１と同じシリカエアロゲル粒子を添加して５分間浸漬した。その後、表面処理溶液からシリカエアロゲル粒子を単離した後、５０℃で乾燥することにより、本例の表面処理エアロゲル粒子を得た。

［比較例１−４］
まず、酢酸を加えたｐＨ４の水溶液にエポキシシランを添加して１５分間攪拌することにより、エポキシシランのアルコキシ基を加水分解した。これにより、エポキシシランを加水分解させたときの濃度が１０質量％の表面処理水溶液を得た。なお、エポキシシランは、東レ・ダウコーニング株式会社製の３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを使用した。次に、得られた表面処理溶液に、実施例１と同じシリカエアロゲル粒子を添加して５分間浸漬した。その後、表面処理溶液からシリカエアロゲル粒子を単離した後、５０℃で乾燥することにより、本例の表面処理エアロゲル粒子を得た。

［比較例２］
実施例１で得た表面処理エアロゲル粒子と液体のバインダー樹脂とを、体積割合（体積％）が９３：７となるように乾式混合することにより、混合物を調製した。そして、当該混合物を金型に入れ、加熱プレス装置を用い、実施例１と同様に加圧成形することにより、本例の断熱ボードを得た。なお、バインダー樹脂は、ＤＩＣ株式会社製の非水溶性エポキシ樹脂を使用した。

実施例１，２及び比較例１，２で使用したエアロゲル表面処理剤及びバインダー樹脂、並びにこれらの配合量を表１に示す。

［評価］
（水滴接触角測定）
実施例１〜２並びに比較例１−２〜１−４及び比較例２で使用した表面処理エアロゲル粒子と、比較例１−１で使用した表面処理を行っていないエアロゲル粒子を用いて、水接触角を測定した。具体的には、各例のエアロゲル粒子の表面に水滴を接触させて着滴したとき、水滴と試料面とのなす角度を、接触角計（協和界面化学株式会社製、接触角計ＤＭｓ−４０１）を用いて測定した。測定結果を表１に合わせて示す。また、図４（ａ）は、実施例１及び２並びに比較例２におけるエアロゲル粒子１０Ａの表面での水滴５の状態を示している。図４（ｂ）は、比較例１−１におけるエアロゲル粒子１０Ａの表面での水滴５の状態を示しており、図４（ｃ）は、比較例１−２におけるエアロゲル粒子１０Ａの表面での水滴５の状態を示している。図４（ｄ）は、比較例１−３におけるエアロゲル粒子１０Ａの表面での水滴５の状態を示しており、図４（ｅ）は、比較例１−４におけるエアロゲル粒子１０Ａの表面での水滴５の状態を示している。

表１に示すように、アミノシランにより表面処理した実施例１及び２のエアロゲル粒子は水接触角が９０°未満となっており、親水性を示すことが分かる。また、図４（ａ）から、水がエアロゲル粒子の細孔内に浸入していないことが分かる。これに対し、表面処理を行っていない比較例１−１のエアロゲル粒子は水接触角が１３０°となっており、疎水性を示すことが分かる。また、エタノール、界面活性剤及びエポキシシランで表面処理した比較例１−２〜１−４のエアロゲル粒子は水接触角が１００°以上となっており、疎水性を示すことが分かる。

（バインダー接触角測定）
実施例１〜２並びに比較例１−２〜１−４及び比較例２で使用した表面処理エアロゲル粒子と、比較例１−１で使用した表面処理を行っていないエアロゲル粒子を用いて、バインダー樹脂の接触角を測定した。具体的には、各例のエアロゲル粒子の表面に、各例で使用したバインダー樹脂の液滴を接触させて着滴したとき、液滴と試料面とのなす角度を接触角計を用いて測定した。測定結果を表１に合わせて示す。

表１に示すように、アミノシランにより表面処理した実施例１及び２のエアロゲル粒子は接触角が９０°未満となっており、高い濡れ性を示すことが分かる。また、液体のバインダー樹脂が、エアロゲル粒子の細孔内に浸入していないことも確認した。

これに対し、表面処理を行っていない比較例１−１のエアロゲル粒子は接触角が１３０°を超えており、濡れ性が不十分であることが分かる。また、エタノール、界面活性剤及びエポキシシランで表面処理した比較例１−２〜１−４のエアロゲル粒子は接触角が１００°以上となっており、濡れ性が不十分であることが分かる。また、比較例２のように、アミノシランにより表面処理したエアロゲル粒子に非水溶性のバインダー樹脂を滴下した場合には、バインダー樹脂がエアロゲル粒子の細孔内に浸入してしまうことを確認した。

（密度測定）
各例で得られた断熱ボードの体積と質量から、各例の断熱ボードのかさ密度を算出した。各例の断熱ボードのかさ密度を表１に合わせて示す。表１に示すように、全ての実施例及び比較例の断熱ボードは、かさ密度が低いことが分かる。

（熱伝導率測定）
各例で得られた断熱ボードについて、日本工業規格ＪＩＳＡ１４１２−２（熱絶縁材の熱抵抗及び熱伝導率の測定方法−第２部：熱流計法（ＨＦＭ法））に準拠して、熱伝導率を測定した。熱伝導率の測定結果を表１に合わせて示す。表１に示すように、水溶性のバインダー樹脂を使用した実施例１及び２の断熱ボードは、非水溶性のバインダー樹脂を使用した比較例２の断熱ボードと比べて熱伝導率が低下し、断熱性に優れることが分かる。

（曲げ強さ測定）
各例で得られた断熱ボードについて、ＪＩＳＫ７２２１−２（硬質発泡プラスチック−曲げ試験−第２部：曲げ特性の求め方）に準拠して、曲げ強さを測定した。曲げ強さの測定結果を表１に合わせて示す。

表１に示すように、バインダー樹脂に対する濡れ性が高いエアロゲル粒子を使用した実施例１及び２の断熱パネルは、高い曲げ強さを有していることが分かる。これに対し、バインダー樹脂に対する濡れ性が低いエアロゲル粒子を使用した比較例１−１〜１−４の断熱パネルは、曲げ強さが実施例１及び２の略半分以下であり、強度に劣ることが分かる。また、比較例２の断熱パネルは、バインダー樹脂がエアロゲル粒子の内部に浸入したため、エアロゲル粒子同士の結合力が減少して曲げ強さが低下し、さらに熱伝導率も上昇する結果となった。

以上、実施例に沿って本実施形態の内容を説明したが、本実施形態はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。

１０Ａエアロゲル粒子

Claims

エアロゲル粒子と、
前記エアロゲル粒子同士を接着するバインダーと、
を備え、
前記エアロゲル粒子は、表面に水溶性シランカップリング剤層を備える、断熱材。
前記バインダーは水溶性樹脂からなる、請求項１に記載の断熱材。
前記水溶性シランカップリング剤層はアミノシランを含む、請求項１又は２に記載の断熱材。