JP2019095045A - 薄膜断熱材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、薄膜でありながら高い断熱性能と耐熱性を有し、生産効率がよくて安価であり、狭小空間に設置可能な薄膜の断熱材を提供することを課題とする。【解決手段】前記課題を解決するために、セルロース繊維を主体とする薄膜断熱材であって、密度が０．１５ｇ／ｃｍ３〜０．７５ｇ／ｃｍ３、厚さが２０μｍ〜１５０μｍであり、熱伝導率が０．１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である薄膜断熱材とする。また、セルロース繊維を含むスラリーを基材上に塗布する工程、前記スラリーを乾燥させて前記基材上にシートを形成する工程、及び、前記シートを前記基材から剥離して薄膜断熱材を得る工程を備える、薄膜断熱材の製造方法とする。【選択図】なし

Description

本発明は断熱材に関し、より詳しくは厚膜の断熱材を設置できない狭い空間で効率的に断熱できる薄膜断熱材、およびその製造方法に関する。

断熱材は、温度変化により影響を大きく受ける精密機器や電子デバイス、家電製品、各種車両の内装、住宅の壁や天井など、様々な製品に適用されているが、省エネなど断熱性能に由来する機能をさらに向上するには、従来の材料では設置できなかった狭小空間でも適用可能な薄膜断熱材が必要となる。なかでも電子デバイスは、その設置スペースが限られており、特に携帯端末などは携帯性を向上させるために小型・軽量化が求められており、高性能でありながら小型な集積回路が組み込まれている。このため、小型でより高性能、高速処理化が可能な部品の開発がなされており、これらから発生する高温の熱によって、発熱部品近傍の部品に悪影響を及ぼし、デバイス性能を低下させることが危惧されている。

また、近年、ウェアラブル端末の開発が急速に進展しており、人体に近い、もしくは直に接触するような環境下で使用されるケースが増えているが、端末の発熱による低温やけどなどの問題があり、端末外部への熱の伝達を抑えることの重要性が高まっている。

このような携帯端末などの狭小空間に備えることのできる薄膜断熱材として、特許文献１では、繊維材にキセロゲルを担持させた繊維シートが提案されている。しかしながら、担持させる方法が含侵であれ合成であれ、形成されたキセロゲルが粒子であれば、粉落ちは避けられず、デバイス製造工程で異物が混入するいわゆるコンタミの恐れがある。また、担持させる母材の繊維径が太くなると、繊維による熱伝導パスが形成されてしまい、熱伝導率はキセロゲル単体よりも大きな値になるため、断熱性能の向上には限界がある。

一方、特許文献２では、熱伝導性の良い放熱部とナノ繊維で構成された微細孔の断熱部により放熱効果と断熱効果の相乗効果を狙ったシートが提案されている。しかし、その断熱部の製造方法は生産性に大きな課題のある電界紡糸法であり、また耐熱性を考慮する場合には高価な樹脂を用いるため、多大なコストを要する。

特許文献３では、ポリプロピレン樹脂を延伸することにより、多孔化させた断熱材が提案されている。この提案では一般的な微多孔の延伸フィルムの製造方法をとっているためコストを低く抑えられるが、オレフィン樹脂であることから、耐熱性はあまり望めず、適用するデバイスや設置個所が制限されてしまう。

特開２０１４−２３７９１０号公報 国際公開２０１４／２０４２４５号 特開２０１７−７４７９４号公報

本発明は上述の状況を鑑みて為されたものであり、薄膜でありながら高い断熱性能と耐熱性を有し、また、強度が高くてシート状で提供できることから加工適性に優れており、狭小空間に設置可能な薄膜断熱材を提供することを目的とする。また、そのような薄膜断熱材を効率よく安価に生産可能な、薄膜断熱材の製造方法を提供することをもその目的とする。

本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、特定の物性を備えるセルロース製の薄膜断熱材が断熱性能に優れることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、セルロース繊維を主体とする薄膜断熱材であって、密度が０．１５ｇ／ｃｍ^３〜０．７５ｇ／ｃｍ^３であり、厚さが２０μｍ〜１５０μｍであり、熱伝導率が０．１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である、薄膜断熱材に関する。

本発明の薄膜断熱材は、平均細孔径が１．０μｍ以下であることが好ましい。

前記セルロース繊維の平均繊維径が、３〜１０００ｎｍであることが好ましい。

本発明の薄膜断熱材は、さらに水溶性高分子を含むことが好ましい。

前記水溶性高分子がセルロース誘導体であることが好ましい。

本発明の薄膜断熱材は、前記セルロース繊維と共に親水性開孔剤を含むスラリーから得られるものが好ましい。

前記親水性開孔剤がグリコールエーテル類またはカーボネート類であることが好ましい。

また、本発明は、セルロース繊維と填料を少なくとも含むスラリーを基材上に塗布する工程、前記スラリーを乾燥させて前記基材上にシートを形成する工程、及び、前記シートを前記基材から剥離して薄膜断熱材を得る工程を備える、薄膜断熱材の製造方法に関する。

本発明の薄膜断熱材は、セルロース繊維主体であることで耐熱性に優れており、また、薄膜でありながら高い断熱性能を有している。そして、本発明の薄膜断熱材は強度が高く、加工適性に優れており、 狭小空間に設置可能である。

本発明の薄膜断熱材の製造方法では、薄膜断熱材の密度、厚さ等を自由に設計することが可能であるため、そのような薄膜断熱材を高効率かつ低コストで製造することが可能である。

本発明の薄膜断熱材はセルロース繊維を主体とするシートからなる。「主体とする」とは薄膜断熱材の全重量に対して５０重量％以上含まれていることを意味しており、６０重量％以上が好ましく、７０重量％以上がより好ましく、８０重量％以上が更により好ましい。本発明の薄膜断熱材に含まれるセルロース繊維の配合量は９９重量％以下であってよく、９５重量％以下であってもよく、９０重量％以下であってもよい。

本発明において使用可能なセルロース繊維は、特にセルロースＩ型、セルロースＩＩ型等のセルロースの型は限定されないが、コットン、コットンリンター、木材パルプに代表されるような、セルロースＩ型の天然繊維が好ましい。再生セルロースに代表されるセルロースＩＩ型の繊維はセルロースＩ型の繊維に比べ結晶化度が低くフィブリル化処理を行う際に、短繊維化しやすい傾向があるので好ましくない。

本発明においては、セルロース繊維をミクロフィブリル化することが好ましい。セルロース繊維をミクロフィブリル化処理する装置は特に限定されるものではないが、例えば、高圧ホモジナイザー処理（マントン・ゴーリン型分散機による高圧分散処理）、ラニエタイプ圧力式ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザー処理(アルテマイザーＴＭ（スギノマシーン株式会社製））、ビーズミルや流星ミル等の分散装置、マスコロイダー（増幸産業株式会社製）等のホモジナイザー等が挙げられる。また、ミクロフィブリル化処理する前にダブルディスクリファイナー、ビーター等製紙用で使用している叩解機を前処理に使用することも可能である。また、密度が高くなりやすいため、添加量は限られてくるが、ＴＥＭＰＯ酸化触媒によってナノファイバー化されたセルロースナノファイバーを用いることも可能である。

セルロース繊維はセルロース分子の持つ水酸基により、水に均一に分散することが可能であるが、そのスラリーの粘度は、セルロース繊維の繊維長と表面積に依存する。セルロース繊維が細くなることは、それだけセルロースの表面積が増えるため、スラリーの粘度も必然的に上昇することになる。またその繊維長が長くなるほど繊維間の相互作用が増えることによってこれも粘度上昇に繋がる要因として考えられる。これらの相互作用による粘度上昇は、高濃度におけるシート化を阻害する要因となっており、ナノセルロースを取り扱うには濃度を下げる手段が一般的にとられている。

本発明の薄膜断熱材におけるセルロース繊維の長さ加重平均繊維長は１．００ｍｍ以下であることが好ましく、０．９０ｍｍ以下がさらに好ましく、０．７５ｍｍ以下がより好ましく、０．５０ｍｍ以下が更により好ましい。当該繊維長が長くなるにつれて、上記のとおり繊維間の相互作用により粘度が高くなったり、フロックを形成しやすくなるため、均一なシートを得ることが困難となる。

更に、セルロース繊維はその水酸基により、脱水工程において繊維同士が水素結合を行う性質を持っており、再生セルロース以外の合成繊維で作った不織布にはない特徴が見られる。この水素結合形成の工程において強度が発現する一方で、繊維間が相互作用により乾燥工程における収縮が合成繊維を使った不織布よりも大きいことも特徴として挙げられる。特に繊維径が細くなるに従い繊維の剛度が下がるため、この収縮が顕著に見られる。また極度にフィブリル化が進んだ繊維を用いて作成したシートは繊維間が完全に密着するために作成したフィルムは透明化することが知られている。つまり、繊維径を細くすることのみでは孔径をコントロールするどころか、多孔質化シートを作ることは困難である。このため、多孔質化されたシートを製造するには乾燥時の収縮を抑えることと繊維間の水素結合を阻害させることが必要となる。これまでに提案されている具体的な手法は、抄紙法やキャスト法でシート化した原料をアセトンのような親水性の溶媒に置換した後、更にトルエンとアセトンの混合溶媒といったより疎水性の高い溶媒に置換して乾燥させる等の方法が提案されている。しかしながらこの手法は２つの問題点がある。まず一つは分散溶媒の水からアセトンに溶媒置換する作業である。セルロース繊維は、繊維径が細くなるに従い保水性が高くなるため、水から溶媒への置換は非常に時間のかかる作業となっており実生産の面で生産性を下げる要因となっている。更に、細孔径は繊維の太さに依存されるため、細孔径はあくまで繊維の太さによってコントロールされることになり、均一化された繊維を利用しなくては目的の細孔径をえることが出来ず、セルロース繊維の処理工程にも時間とコストが必要となっている。

本発明においては、断熱性能を損なわない範囲でセルロース繊維以外の繊維材料を配合することができる。例えば、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニルサルファイドなどの導電性を持たない高分子からなる有機繊維は熱伝導率が低いため好適に用いることができる。これらの有機繊維の中でも、ポリエステルは耐熱性とコストのバランスから特に好ましい。一方、ロックウール、グラスウール、アルミナファイバーなどの無機繊維の中には導電性を持たなくとも熱伝導率が比較的高い材料があるため注意が必要だが、有機繊維同様に断熱性能を損なわない範囲で用いることはできる。本発明の薄膜断熱材に含まれるセルロース繊維以外の繊維の配合量は、例えば、３０重量％以下であってよく、２０重量％以下であってもよく、１０重量％以下であってもよい。なお、本発明の薄膜断熱材にはセルロース繊維以外の繊維が含まれていなくてもよい。

本発明においては、薄膜断熱材の密度が０．１５ｇ／ｃｍ^３〜０．７５ｇ／ｃｍ^３であり、好ましくは０．１５ｇ／ｃｍ^３〜０．６５ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは０．１５ｇ／ｃｍ^３〜０．５５ｇ／ｃｍ^３、さらに好ましくは０．２５ｇ／ｃｍ^３〜０．５５ｇ／ｃｍ^３である。薄膜断熱材の密度が０．７５ｇ／ｃｍ^３を超えると、平均細孔径は小さくなるがセルロース繊維による熱伝導パスが多くなることで熱電導率が高くなる。また、後述する本発明の製造方法の例では基材にキャスト塗工した後に剥離するが、０．７５ｇ／ｃｍ^３を超えるとセルロースの凝集力で乾燥中に剥離してしまい、均一なシートを形成することができず、また生産工程の各ロールを通る際にシワが発生するなど欠陥が入るため所望のシート状薄膜断熱材を得ることができない。一方、密度が０．１５ｇ／ｃｍ^３未満では、薄膜断熱材の強度が低くなり、前記剥離が困難なため断熱材を得ることができず、剥離できたとしても後工程の電子デバイスなどに組み込む際や施工時に作業性が悪くなる。

本発明における薄膜断熱材の厚さは２０μｍ〜１５０μｍであり、好ましくは２０μｍ〜１２５μｍ、より好ましくは２０μｍ〜１００μｍである。厚さが２０μｍ未満では、上述の密度と同様に薄膜断熱材の強度が低くなることから単層で使用することが困難となり、１５０μｍを超えると狭小空間に設置が困難である。また、薄い方がスラリーの乾燥効率がよい。前記密度と厚さはＪＩＳ Ｐ ８１１８：２０１４に基づいて測定することができる。

本発明における薄膜断熱材は、平均細孔径が１．０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．７μｍ以下、さらに好ましくは０．５μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以下、最も好ましくは０．００３〜０．１μｍである。平均細孔径が大きくなると細孔内の空気の対流を十分に抑制することができず、熱伝導率が高くなるおそれがあるため好ましくない。平均細孔径は、パームポロメーターや水銀ポロシメーターなどを用いて測定できる。パームポロメーターの場合は、例えばＣＦＰ−１５００ＡＥ（ＰＭＩ社製）を用い、試験液としては表面張力の低い溶媒であるＧａｌｗｉｃｋ（１６ｄｙｎｅ／ｃｍ）を用い、ドライエアーの測定圧力を３．５ＭＰａまで加圧することで０．０１μｍまでの細孔を測定することができ、測定圧力、およびエアー通過量から孔径分布が得られる。平均細孔径については、Ｄｒｙ−ｕｐ測定時の流量曲線の１／２の傾きを示す曲線と、Ｗｅｔ−ｕｐ測定時の曲線が交わる点の圧力から孔径を換算した。圧力と孔径の換算は下記の数式を用いた。
ｄ＝Ｃ・γ／Ｐ
（ｄ（μｍ）：細孔径、γ（ｍＮ／ｍ）：液体の表面張力、Ｐ（Ｐａ）：圧力、Ｃ：定数）

水銀ポロシメーターの場合は、例えばオートポアＩＶ９５１０型（マイクロメリティクス社製）を用い、測定範囲φ４１５〜０．０００３μｍ、水銀接触角１３０度、水銀表面張力４８５ｄｙｎｅｓ／ｃｍの条件設定にて細孔分布曲線を測定することで、平均細孔径を求めることができる。平均細孔径の決定は、例えば細孔分布曲線の最大頻度を平均細孔径とすることができる。

本発明の薄膜断熱材に含まれる繊維の平均繊維径が３ｎｍ〜１０００ｎｍになるように調整することが好ましく、より好ましくは３ｎｍ〜５００ｎｍ、さらに好ましくは３ｎｍ〜３００ｎｍ、よりさらに好ましくは３ｎｍ〜２００ｎｍ、最も好ましくは３０ｎｍ〜２００ｎｍである。繊維径がこの範囲であることで密度と平均細孔径が好ましい範囲に調整することができる。平均繊維径の測定は以下の手順で行う。まず、繊維シートの表面を高分解能電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で観察し、得られたＳＥＭ画像の水平方向、および垂直方向にラインを引く。次に、二つのラインで交差するすべての繊維の繊維径を拡大画像から実測し、測定結果から数平均繊維径を算出する。さらに、繊維シートの表面の少なくとも２箇所について同様に数平均繊維径を算出し、全ての数平均繊維径の平均値を平均繊維径とする。

本発明において、シートのセルロース繊維の繊維間を繋ぐための接着剤として水溶性高分子を含有することが好ましい。含有量としては該セルロース繊維１００重量部に対して３〜８０重量部、好ましくは５〜５０重量部含むことが好ましい。水溶性高分子は、接着剤としての機能以外に、セルロースの分散性を向上させる機能を発揮することができる。均一な細孔分布を得るためには、スラリー中に繊維が均一に分散する必要があるが、水溶性高分子はセルロース繊維の表面に定着することで保護コロイドに似た役割を果たすため分散性が向上する。水溶性高分子の添加量が３重量部未満となると、出来上がったシートの強度が低下するおそれがあり、また、セルロース繊維の分散性が悪化するため、均一な細孔を得ることが困難となるおそれがある。一方、８０重量部よりも多い場合には、水溶性高分子が細孔を埋めてしまう形となり、薄膜断熱材の熱伝導率が高くなるため好ましくない。

前記水溶性高分子としては、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース等のセルロース誘導体がセルロース繊維との相性が良く、分散性が向上するため更に好ましい。

本発明における薄膜断熱材は、断熱性能を確保するために熱伝導率が０．１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。熱伝導率が０．１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超えると、薄膜断熱材の厚さ方向における断熱効果が低下するので、必要な断熱性能を確保するためには薄膜断熱材を厚くしなければならない。熱伝導率は、０．０９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下が好ましく、０．０８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下が更に好ましく、０．０７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下がより好ましく、０．０６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下が更により好ましい。この断熱性能の指標となる熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））は、密度（ｇ／ｃｍ^３）と比熱容量（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））と熱拡散率（ｍ^２／ｓ）の積で算出される。セルロース繊維シートの比熱容量はおよそ１．２程度であることから、熱拡散率は密度が０．１５ｇ／ｃｍ^３の場合は０．５５×１０^−６ｍ^２／ｓ未満、密度が０．７５の場合は０．１１×１０^−６ｍ^２／ｓ未満であると熱伝導率が０．１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下となり、薄膜でも断熱性能を確保できる。

前記薄膜断熱材の製造方法において、セルロース繊維を主体とするシートの低密度化手段としては凍結乾燥や超臨界乾燥など様々な技術があり、特に限定されるものではないが、好ましくはセルロース繊維を分散させたスラリーに親水性開孔剤を添加し、剥離用の基材上に塗布し乾燥する手法を単独または組み合わせると効率よく薄膜断熱材を生産することができる。更に、本発明では、親水性開孔剤の水への溶解度、および水／オクタノール分配係数を調整することによってシートの孔のサイズを制御することができ、添加量の調整により密度を制御することができる。例えば、本発明では、セルロース繊維１００重量部に対して親水性開孔剤を好ましくは５０〜１５００重量部、より好ましくは５０〜６００重量部、更により好ましくは５０〜４００重量部の割合で使用することができる。

本発明で用いることのできる親水性開孔剤としては具体的には次のようなものがある。例えば１、５−ペンタンジオール、１-メチルアミノ-２，３-プロパンジオール等の高級アルコール類、イプロシンカプロラクトン、α−アセチル−γ−ブチルラクトン等のラクトン類、ジエチレングリコール、１，３-ブチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のグリコールエーテル類、更に炭酸プロピレン、エチレンカーボネート等のカーボネート類、その他にグリセリン、Ｎ-メチルピロリドン等が挙げられるがその限りではない。これらの中でもグリコールエーテル類、カーボネート類は蒸気圧が低く、本発明の製造方法において最も適している。

本発明で使用される基材は、特に限定されるものではなく、高分子フィルム、ガラス板、金属板、剥離紙等が使用可能であるが、親水性開孔剤を使う場合にはワイヤー、濾布、濾紙等を用いると親水性開孔剤が裏に抜ける可能性があるため注意が必要である。これらのことを考慮すると、二軸延伸したポリエチレンテレフタレートフィルムはフレキシブル性があり、溶融温度も比較的高いため、乾燥時の伸びや収縮の影響が少ない。また、ポリプロピレンフィルムと比較して極性も高いため、水系のスラリー処方においても塗工しやすく、好適に使用することが可能である。

本発明の製造方法において、セルロース繊維及び親水性開孔剤を含むスラリーを基材上に塗布する手法は、塗布層の膜厚が一定の範囲内となるように均一塗布できる塗工方法であればいかなる手段でも使うことができる。例えば、スロットダイコーター、カーテンコーター等の前計量タイプのコーターや、ＭＢコーター、ＭＢリバースコーター、コンマコーター等の後計量タイプでも塗工が可能である。

本発明において、必要な場合には、添加剤として界面活性剤をスラリーに添加することができる。消泡剤やレベリング剤としてアセチレングリコール等に代表されるノニオン性の界面活性剤を熱伝導率に影響を与えない程度であれば使用可能である。イオン性の界面活性剤は、熱伝導率に影響を与えるおそれがあるので使わない方が好ましい。

本発明で用いるスラリーの溶媒は基本的に水を使用する必要があるが、乾燥効率を向上させることを目的としてメタノールやエタノール、ｔ−ブチルアルコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、ジエチルエーテル、エチルメチルエーテル等のエーテル類等の水よりも蒸気圧の高い溶媒を溶媒全体量の５０重量％まで添加することが可能である。これらの溶媒を５０重量％以上添加するとセルロース繊維の分散性が悪くなり細孔分布の均一性が悪くなるため好ましくない。

本発明の製造方法では、基材上に塗布された前記スラリーを乾燥してシートを得ることができる。乾燥方法は特に限定されるものではないが、具体的には、熱風乾燥及び遠赤外線乾燥の単独または組み合わせ等の一般的に使用されている乾燥手法を使用して実施することが可能であり、例えば熱風温度は、３０〜１５０℃、好ましくは６０〜１２０℃とすることができるが、できるだけシートの厚さ方向の構造が均一に乾燥されるように熱風温度、熱風量、遠赤外線の照射条件等を調整する必要がある。また乾燥効率の向上のために、マイクロ波加熱を使用することもできる。

以下、本発明を実施例及び比較例を用いてより具体的に説明するが、本発明の範囲は実施例に限定されるものではない。

（１）坪量の測定
ＪＩＳ Ｐ ８１２４に準じた方法により測定した。
（２）厚さ、密度の測定
ＪＩＳ Ｐ ８１１８に準じた方法により測定した。熱伝導率の算出時における密度はｇ／ｃｍ^３からｋｇ／ｍ^３に単位換算する。
（３）平均細孔径
パームポロメーター（西華産業製、ＣＦＰ−１５００ＡＥ）を用い、試験液としてＧａｌｗｉｃｋ（１６ｄｙｎｅ／ｃｍ）を用い、ドライエアーの測定圧力を３．５ＭＰａまで加圧した。平均細孔径は、Ｄｒｙ−ｕｐ測定時の流量曲線の１／２の傾きを示す曲線と、Ｗｅｔ−ｕｐ測定時の曲線が交わる点の圧力から孔径を換算した。圧力と孔径の換算は下記の数式を用いた。
ｄ＝Ｃ・γ／Ｐ
ｄ（μｍ） ：細孔径
γ（ｍＮ／ｍ）：液体の表面張力
Ｐ（Ｐａ） ：圧力
Ｃ ：定数
（４）平均繊維径
サンプルの表面を高分解能電子顕微鏡（日立ハイテク製、ＳＵ−８０２０）で観察し、得られたＳＥＭ画像の水平方向、および垂直方向にラインを引く。次に、二つのラインに交差するすべての繊維の繊維径を拡大画像から実測し、測定結果から数平均繊維径を算出する。さらに、繊維シートの表面の２箇所について同様に数平均繊維径を算出し、数平均繊維径の平均値を平均繊維径とする。
（５）熱拡散率の測定
温度波熱分析法による熱拡散率測定装置（ａｉ−Ｐｈａｓｅ製、Ｍｏｂｌｉｅ １ｕ）を用い、ＩＳＯ２２００７−３に準じた方法により測定及び算出した。熱拡散率は次式から算出されるが、この式に当てはめる厚さはあらかじめＪＩＳ Ｐ８１１８に準じた方法で測定した値を使う。
α＝ｄ^２／（２Ａ^２）
α：熱拡散率（ｍ^２／ｓ）
ｄ：厚さ（ｍ）、厚さ測定時の単位はμｍなので、換算する。
Ａ：位相と角周波数の平方根とでプロットした傾き（Ｓ^１／２）
（６）比熱容量の測定
サンプルはφ６ｍｍに打ち抜いたものを用い、示差走査熱量測定機（パーキンエルマー製、ＤＳＣ８０００）にてＪＩＳ Ｋ７１２３；１９８７に準じた方法で２５℃における比熱容量を測定した。
（７）熱伝導率の算出
次式により算出した。
λ＝Ｃｐ・ρ・α
λ ：熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））
Ｃｐ：比熱容量（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））
ρ ：密度（ｋｇ／ｍ^３）
α ：熱拡散率（ｍ^２／ｓ）
（８）繊維長の測定
繊維長測定機（メッツォ製、ファイバーイメージアナライザーＦＳ５）を用いて、長さ加重平均繊維長を測定した。

［実施例１］
針葉樹晒クラフトパルプをイオン交換水中に２重量％濃度になるように分散させ、ダブルディスクリファイナーを用いて長さ加重平均繊維長が０．４０ｍｍになるまで叩解し、さらに高圧ホモジナイザー（エスエムテー製、ＬＡＢ１０００）を用いて７５０ｂａｒの圧力に調整して１０回処理することによりセルロース繊維１を得た。

セルロース繊維１の固形分を１００重量部とし、これに対してグリコールエーテル系開孔剤（商品名：イソブチルジグリコール、日本乳化剤製）を３５０重量部、水溶性高分子として１重量％濃度でイオン交換水に溶解したカルボキシメチルセルロース（商品名：Ｆ１４００ＭＧ 日本製紙製）を２０重量部添加し、最終的に固形分濃度が１．５重量％となるように水を加えた塗料をホモミキサー（アズワン製、ＣＭ−１００）で均一に混ざるまで分散を行った。

調合した塗料を１００μｍのＰＥＴフィルム上にＷＥＴ膜厚が０．４５ｍｍとなるようアプリケーターを用いて塗布し、１２０℃の熱風乾燥器を用いて１０分間乾燥した。得られた塗工膜をＰＥＴフィルムから剥離して厚さ２４μｍの薄膜断熱材を得た。

［実施例２］
ＷＥＴ膜厚を２．１ｍｍとし、乾燥時間を５０分間とした以外は実施例１と同様の手法で厚さ９６μｍの薄膜断熱材を得た。

［実施例３］
ＷＥＴ膜厚を０．９ｍｍとし、乾燥時間を２０分間とした以外は実施例１と同様の手法で厚さ４９μｍの薄膜断熱材を得た。

［実施例４］
グリコールエーテル系開孔剤の添加量を１５０重量部、ＷＥＴ膜厚を１．４７ｍｍ、乾燥時間を３５分間とした以外は実施例１と同様の手法で厚さ４４μｍの薄膜断熱材を得た。

［実施例５］
グリコールエーテル系開孔剤の添加量を７５重量部、ＷＥＴ膜厚を２．２ｍｍ、乾燥時間を５０分間とした以外は実施例１と同様の手法で厚さ４６μｍの薄膜断熱材を得た。

［実施例６］
針葉樹晒クラフトパルプをイオン交換水中に２重量％濃度になるように分散させ、ダブルディスクリファイナーを用いて長さ加重平均繊維長が０．４０ｍｍになるまで叩解してセルロース繊維２を得た。このセルロース繊維２を用い、ＷＥＴ膜厚を１．１ｍｍ、乾燥時間を２５分間とした以外は実施例４と同様の手法で厚さ４０μｍの薄膜断熱材を得た。

［比較例１］
グリコールエーテル系開孔剤の添加量を３０重量部、ＷＥＴ膜厚を２．５ｍｍ、乾燥時間を６０分間とした以外は実施例１と同様の手法で薄膜断熱材を得ようとしたが、乾燥中に乾燥炉内で薄膜断熱材が剥離してしまい、均一な薄膜断熱材を得ることができなかった。不均一なシートではあるが、密度を測定すると薄膜断熱材の密度が０．７５ｇ／ｃｍ^３を超えていた。

［比較例２］
グリコールエーテル系開孔剤の添加量を１０００重量部、ＷＥＴ膜厚を０．４０ｍｍ、乾燥時間を３０分間とした以外は実施例１と同様の手法で薄膜断熱材を得ようとしたが、強度が弱いためにＰＥＴフィルムから薄膜断熱材を均一なシートで剥離することができなかった。なお、ＰＥＴフィルムごと厚さと坪量を測定し、薄膜断熱材を除去した後のＰＥＴフィルムの厚さと坪量を差し引いたところ、厚さ４５μｍ、密度は０．１３ｇ／ｃｍ^３であった。

［比較例３］
ＷＥＴ膜厚を０．３０ｍｍ、乾燥時間を７分とした以外は実施例１と同様の手法で薄膜断熱材を得ようとしたが、強度が弱いためにＰＥＴフィルムから薄膜断熱材を均一なシートで剥離することができなかった。なお、ＰＥＴフィルムごと厚さと坪量を測定し、薄膜断熱材を除去した後のＰＥＴフィルムの厚さと坪量を差し引いたところ、厚さ１６μｍ、密度は０．２８ｇ／ｃｍ^３であった。

［比較例４］
コピー用紙（商品名：マルチペーパースーパーホワイト＋、アスクル製）を用いた。

［比較例５］
濾紙（商品名：定性濾紙 Ｎｏ．１、アドバンテック製）を用いた。

実施例１〜６で作製した薄膜断熱材の物性を表１に、比較例４及び比較例５の物性を表２に示す。

実施例１〜６の結果から、本発明の薄膜断熱材は薄膜でありながら０．１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の低い熱伝導率を有しており、均一なシート状であり、高い断熱性能を持つ薄膜断熱材として好適に使用できることが分かった。

比較例１から、薄膜断熱材の密度が０．７５ｇ／ｃｍ^３を超える場合、製造時に乾燥する際、基材から部分的に剥がれるなどして均一なシートが得ることができないことが分かった。

比較例２から、薄膜断熱材の密度が０．１５ｇ／ｃｍ^３未満では、強度が弱く、基材からの剥離が困難で、均一なシートが得ることができないことが分かった。

比較例３から、薄膜断熱材の厚さが２０μｍ未満では、比較例２と同様に強度が弱く、基材からの剥離が困難で、均一なシートを得ることができないことが分かった。

比較例４及び比較例５から、平均繊維径と平均細孔径が大きくなると熱伝導率が高くなり、断熱性能が低下することが分かった。さらに、比較例５は１５０μｍを大きく超えており、そもそも薄膜とは言い難く、狭い空間で使用できない。

Claims (8)

1. セルロース繊維を主体とする薄膜断熱材であって、密度が０．１５ｇ／ｃｍ^３〜０．７５ｇ／ｃｍ^３であり、厚さが２０μｍ〜１５０μｍであり、熱伝導率が０．１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である、薄膜断熱材。
2. 平均細孔径が１．０μｍ以下である、請求項１の薄膜断熱材。
3. 前記セルロース繊維の平均繊維径が３〜１０００ｎｍである、請求項１または２のいずれかに記載の薄膜断熱材。
4. さらに水溶性高分子を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜断熱材。
5. 前記水溶性高分子がセルロース誘導体である、請求項４記載の薄膜断熱材。
6. 前記セルロース繊維と共に親水性開孔剤を含むスラリーから得られる、請求項１〜５のいずれかに記載の薄膜断熱材。
7. 前記親水性開孔剤がグリコールエーテル類またはカーボネート類である、請求項６記載の薄膜断熱材。
8. セルロース繊維を含むスラリーを基材上に塗布する工程、前記スラリーを乾燥させて前記基材上にシートを形成する工程、及び、前記シートを前記基材から剥離して薄膜断熱材を得る工程を備える、薄膜断熱材の製造方法。