JP2020078896A - 断熱構造体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 粉落ちしにくく、断熱性に優れ、結露水が滴下しにくい断熱構造体、およびその製造方法を提供する。【解決手段】断熱構造体１は、基材１０と、基材１０の表面に配置される断熱層２０と、断熱層２０に積層される保護層３０と、を備える。断熱層２０は、複数の粒子が連結して骨格をなし、内部に細孔を有し、表面および内部のうち少なくとも表面に疎水部位を有する多孔質構造体と、第一水性バインダーと、を有し、保護層３０は、第二水性バインダーを有し、その厚さは１０μｍ以上１００μｍ未満である。断熱構造体の製造方法は、基材の表面処理を行う表面処理工程と、多孔質構造体および第一水性バインダーを有する第一塗料を、該基材の表面処理された表面に塗布して断熱層を形成する断熱層形成工程と、該断熱層の表面に、第二水性バインダーを有する第二塗料を塗布して保護層を形成する保護層形成工程と、を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、エアロゲルなどの多孔質構造体を用いた断熱構造体およびその製造方法に関する。

自動車には、冷却水ホース、エアコンダクトなど、流体を輸送するための種々の配管が配置されている。熱輸送を目的とする配管においては、輸送中にできるだけ流体の温度が変化しないことが望ましい。このため、配管の断熱性を高めて輸送中の熱損失を低減することが重要である。また、流体の温度が低く、配管の内外で温度差がある場合、配管の表面に結露が発生することがある。結露した水滴（結露水）が滴下すると、配管の周囲に配置された電子部品や配線などの故障を招くおそれがあることから、結露の発生および結露水の滴下の抑制も重要である。

流体輸送中の熱損失を低減するには、配管の周囲に断熱材を配置すればよい。具体的には、配管の周囲にスラブウレタンを巻き付けたり、配管と発泡体とを一体成形するなどの方法が挙げられる。また、断熱性が高いシリカエアロゲルなどを用いた断熱材の開発も進んでいる（例えば、特許文献１〜３参照）。配管の結露対策としては、配管の周囲にスラブウレタンを巻き付けて断熱する方法の他、配管の表面に細い突条を網目状に形成し、結露した水分を集まりにくくして、結露水の滴下を抑制する方法が知られている。

特表２０１３−５３４９５８号公報 特開２０１７−３６７４５号公報 特開２０１５−１９７６６２号公報

しかしながら、スラブウレタンを巻き付ける方法によると、人手が必要で工数もかかるためコスト高になる。配管の多くは、曲がっていたりして複雑な形状を有するため、その周囲全体に巻き付ける作業は容易ではない。また、配管と発泡体とをブロー成形により一体成形する方法によると、成形時に空気が吹き込まれて発泡体に高圧が加わるため、発泡体のセルが潰れてしまい薄くなる。よって、所望の断熱効果が得られないという課題がある。また、配管表面に突条を形成する方法によると、ある程度、結露水の滴下抑制効果は得られるが、結露対策としては充分とはいえない。

シリカエアロゲルなどを用いた断熱材として、特許文献１には、水溶性ポリウレタンバインダーにより結合されたシリカエアロゲルを含む物品が記載されている。しかし、特許文献１の物品においては、バインダーによる結合力が充分ではない場合があり、単独で用いると、シリカエアロゲルの脱落（いわゆる粉落ち）が発生するおそれがある。

特許文献２には、第一繊維にシリカエアロゲルが担持された第一複合層と、第一繊維よりも目付量が大きい第二繊維にシリカエアロゲルが担持された第二複合層と、が積層された断熱材が記載されている。特許文献２の断熱材によると、繊維の目付量が異なる二層を積層することにより、シリカエアロゲルの脱落を抑制している。しかし、外側の第二複合層にもシリカエアロゲルは含まれているため、脱落がないとはいえない。

特許文献３には、柔軟性構造体と断熱層とを有する断熱吸音材が記載されている。ここで、断熱層は、エアロゲル粒子と結合剤とを含み、シート状に成形されて柔軟性構造体に接着されている。特許文献３の断熱吸音材は、吸音性を高めることを目的としたものであるため、断熱対象部材である基材と断熱層との間に厚さ１〜１０ｍｍの柔軟性構造体が配置される。このため、断熱吸音材全体の厚さが大きくなる。特許文献３にはまた、断熱層の外面（柔軟性構造体とは反対側の面）に補強層が配置される形態も記載されている。しかし、特許文献３の断熱吸音材においては、結露を抑制することは想定されていない。このため、補強層の親水性は考慮されておらず、その材質として紙、樹脂、織物、不織布、金属箔が挙げられているに過ぎない。また、補強層の好適な厚さは０．１ｍｍ〜５ｍｍと記載されている。補強層が厚い樹脂膜からなる場合、温度変化などで膨張、収縮する際に大きな応力が発生し、断熱層にクラック（ひび割れ）などが生じやすくなる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、粉落ちしにくく、断熱性に優れ、結露水が滴下しにくい断熱構造体、およびその製造方法を提供することを課題とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明の断熱構造体は、基材と、該基材の表面に配置される断熱層と、該断熱層に積層される保護層と、を備え、該断熱層は、複数の粒子が連結して骨格をなし、内部に細孔を有し、表面および内部のうち少なくとも表面に疎水部位を有する多孔質構造体と、第一水性バインダーと、を有し、該保護層は、第二水性バインダーを有し、該保護層の厚さは１０μｍ以上１００μｍ未満であることを特徴とする。

（２）上記本発明の断熱材構造体の製造方法は、基材の表面処理を行う表面処理工程と、多孔質構造体および第一水性バインダーを有する第一塗料を、該基材の表面処理された表面に塗布して断熱層を形成する断熱層形成工程と、該断熱層の表面に、第二水性バインダーを有する第二塗料を塗布して保護層を形成する保護層形成工程と、を有することを特徴とする。

（１）本発明の断熱構造体においては、断熱対象部材である基材の表面に断熱層が配置される。断熱層は、多孔質構造体と第一水性バインダーとを有する。このうち、多孔質構造体は、複数の粒子が連結して骨格をなし、内部に細孔を有し、表面および内部のうち少なくとも表面に疎水部位を有する。多孔質構造体の骨格と骨格との間に形成される細孔の大きさは１０〜５０ｎｍ程度であり、細孔の多くは、５０ｎｍ以下のいわゆるメソ孔である。メソ孔は、空気の平均自由行程よりも小さいため、熱の移動が阻害される。よって、多孔質構造体を有することにより、断熱層は優れた断熱効果を発揮する。これにより、基材を通した熱の移動が低減するため、例えば基材が配管である場合、配管内を流れる流体の温度が変化しにくい。また、外部との温度差が小さくなるため、従来、基材の表面で生じていた結露を抑制することができる。

断熱層の第一水性バインダーおよび保護層の第二水性バインダーは、いずれも水を溶媒とするバインダーである。当該バインダーを有する断熱層、保護層は、親水性を有する。このため、保護層の表面の接触角は小さく、仮に当該表面で結露が生じても水滴になりにくい。よって、結露水の滴下を抑制することができる。また、断熱層に含まれる多孔質構造体は、内部に水分などが浸入して細孔を潰さないように、表面および内部のうち少なくとも表面に疎水部位を有する。したがって、第一水性バインダーは、多孔質構造体の細孔に浸入しにくく、断熱性を阻害しにくい。

本発明の断熱構造体においては、断熱層の表面が保護層で被覆される。このため、断熱層に含まれる多孔質構造体が脱落しにくい。すなわち、本発明の断熱構造体においては、粉落ちが少ない。

例えば、温度変化により断熱層および保護層が膨張、収縮すると、内部に応力が生じる。当該応力は、保護層が厚いほど大きくなる。断熱層においては、多孔質構造体同士が第一水性バインダーにより結合されているが、応力がバインダーの結合力よりも勝ると、多孔質構造体間にクラックが入りやすい。また、多孔質構造体がシリカエアロゲルである場合、シリカエアロゲルは白色を呈し赤外線を反射するため、断熱層は遮熱効果も発揮する。ここで、保護層が厚すぎると、断熱層の遮熱性を阻害するおそれがある。この点、本発明の断熱構造体によると、保護層の厚さは１０μｍ以上１００μｍ未満である。保護層の厚さを当該範囲に限定することにより、多孔質構造体の脱落（粉落ち）を抑制すると共に、断熱層の遮熱性の維持および耐久性を実現している。

（２）本発明の断熱構造体の製造方法によると、予め基材に表面処理を施して、当該表面に断熱層を形成する。これにより、第一水性バインダーを有する第一塗料（断熱層形成塗料）を塗布した際に、第一塗料のハジキが抑制されぬれ性が向上する。したがって、断熱層をむらなく均一に形成することができ、基材と断熱層との密着性を向上させることができる。また、断熱層形成工程においては第一塗料を塗布して断熱層を形成し、保護層形成工程においては第二塗料を塗布して保護層を形成する。したがって、シート状の部材を貼り付ける方法と比較して、工程を簡略化しコストを削減することができる。

本発明の断熱構造体の一実施形態である配管の断面図である。

＜断熱構造体＞
まず、本発明の断熱構造体の一実施形態を説明する。本実施形態において、本発明の断熱構造体は、配管として具現化されている。図１に、本発明の断熱構造体を適用した配管の断面図を示す。図１に示すように、配管１は、配管本体１０と、断熱層２０と、保護層３０と、を備えている。配管本体１０は、ポリエチレン製である。配管本体１０の表面（外周面）には、火炎処理が施されている。配管本体１０は、本発明における基材の概念に含まれる。断熱層２０は、配管本体１０の表面を被覆している。断熱層２０は、表面および内部に疎水部位を有するシリカエアロゲルと、第一水性バインダーとしてのウレタン樹脂と、を有している。当該シリカエアロゲルは、本発明における多孔質構造体の概念に含まれる。断熱層２０の厚さは、０．５ｍｍである。保護層３０は、断熱層２０に積層されており、断熱層２０の表面を被覆している。保護層３０は、第二水性バインダーとしてのウレタン樹脂を有している。保護層３０の厚さは、５０μｍである。

断熱層２０はシリカエアロゲルを有しているため、断熱性に優れ、遮熱性も有している。よって、本実施形態によると、配管本体１０を通した熱の移動が減少し、配管本体１０内を流れる流体の温度は変化しにくい。そして、配管本体１０の内外で温度差が小さくなるため、結露も生じにくい。

断熱層２０の表面は、保護層３０で被覆されている。このため、断熱層２０に含まれるシリカエアロゲルは脱落しにくい。保護層３０は、水との親和性が高いウレタン樹脂を有している。よって、保護層３０の表面の接触角は小さく、仮に当該表面で結露が生じても水滴になりにくい。よって、結露水が滴下しにくい。また、断熱層２０に含まれるシリカエアロゲルは、表面および内部に疎水部位を有している。よって、親水性を有するウレタン樹脂は、シリカエアロゲルの細孔に浸入しにくく、シリカエアロゲルによる断熱効果を阻害しない。また、保護層３０の厚さは５０μｍである。保護層３０が薄いため、温度変化が生じても、膨張、収縮による応力が断熱層２０に作用しにくい。結果、断熱層２０にクラックが生じにくく、配管１の耐久性が向上する。加えて、保護層３０が薄いと、断熱層２０の遮熱性を阻害しにくい。このように、配管１（断熱構造体）によると、配管本体１０を通した熱移動の低減、結露の抑制、およびシリカエアロゲルの脱落抑制を実現することができる。

また、配管本体１０の表面には、予め火炎処理が施されており、官能基が導入され親水性が付与されている。よって、ウレタン樹脂を有する第一塗料（断熱層形成塗料）を配管本体１０の表面に塗布する際、ハジキを抑制することができ、第一塗料を配管本体１０の表面にむらなく均一に塗布することができる。これにより、配管本体１０と断熱層２０との密着性が高くなり、配管１の耐久性が向上する。

以上、本発明の断熱構造体の一実施形態について説明したが、本発明の断熱構造体は、上記形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良などを施した種々の形態にて実施することができる。本発明の断熱構造体は、基材と、該基材の表面に配置される断熱層と、該断熱層に積層される保護層と、を備える。

［基材］
基材の材質、形状などは、断熱対象部材の種類に応じて適宜選択される。材質としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンなどの樹脂の他、アルミニウム合金、ステンレス鋼、鉄などの金属が挙げられる。例えば、基材がアルミニウム合金などの熱伝導率が大きい材料からなる場合には、本発明による断熱効果、結露抑制効果が存分に発揮される。基材の形状は、板状、管状など特に限定されない。

断熱層との密着性を高めるという観点から、断熱層が配置される基材の表面には、表面処理が施されていることが望ましい。表面処理としては、表面を清浄化、活性化する処理や、表面に水酸基、カルボキシル基、カルボニル基などの官能基を導入する処理が好適である。表面処理としては、例えば、火炎処理、プラズマ処理、紫外線照射処理、コロナ処理などが挙げられる。これらの処理から選ばれる一種以上を適宜選択して行えばよい。

［断熱層］
断熱層は、基材の表面に配置され、多孔質構造体と第一水性バインダーとを有する。多孔質構造体は、複数の粒子が連結して骨格をなし、内部に細孔を有し、表面および内部のうち少なくとも表面に疎水部位を有する。骨格をなす粒子（一次粒子）の直径は、２〜５ｎｍ程度、骨格と骨格との間に形成される細孔の大きさは、１０〜５０ｎｍ程度であることが望ましい。細孔の多くは、５０ｎｍ以下のいわゆるメソ孔である。多孔質構造体の形状は、球状、異形状の塊状など、特に限定されない。多孔質構造体の最大長さを粒子径とした場合、多孔質構造体の平均粒子径は、１〜２００μｍ程度が望ましい。多孔質構造体の粒子径が大きいほど、表面積が小さくなり細孔（空隙）容積が大きくなるため、断熱性を高める効果は大きくなる。例えば、平均粒子径が１０μｍ以上のものが好適である。一方、断熱層を形成するための塗料の安定性および塗工のしやすさ、多孔質構造体の脱落抑制などを考慮すると、平均粒子径が１００μｍ以下のものが好適である。また、粒子径が異なる二種類以上を併用すると、小径の多孔質構造体が大径の多孔質構造体間の隙間に入りこむため、充填量を多くすることができ、断熱性を高める効果が大きくなる。

多孔質構造体には、表面や内部に親水部位を有する親水性のものがある。しかし、親水性の多孔質構造体は、脆く崩れやすい。したがって、本発明の断熱構造体においては、表面および内部のうち少なくとも表面に疎水部位を有するものを採用する。

多孔質構造体の種類は特に限定されない。一次粒子として、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニアなどが挙げられる。なかでも化学的安定性に優れるという観点から、一次粒子がシリカである、すなわち複数のシリカ粒子が連結して骨格をなすシリカエアロゲルが望ましい。

表面および内部のうち少なくとも表面に疎水部位を有するシリカエアロゲルは、製造過程において、疎水基を付与するなどの疎水化処理を施して製造することができる。少なくとも表面に疎水部位を有すると、水分などの染み込みを抑制することができるため、細孔構造が維持され、断熱性が損なわれにくい。シリカエアロゲルの製造方法は、特に限定されず、乾燥工程を常圧で行ったものでも、超臨界で行ったものでも構わない。例えば、疎水化処理を乾燥工程前に行うと、超臨界で乾燥する必要がなくなる、すなわち常圧で乾燥すればよいため、より容易かつ低コストに製造することができる。

球状のシリカエアロゲルを常圧乾燥により製造する方法としては、例えば、特許第４９６０５３４号公報に記載されている方法が挙げられる。同公報によると、シリカエアロゲルは、水性シリカゾル調製工程→エマルジョン形成工程→ゲル化工程→溶媒置換工程→疎水化処理工程→乾燥工程を経て製造することができる。エマルジョン形成工程においては、前工程で得られた水性シリカゾルを疎水性溶媒中に分散させて、Ｗ／Ｏ型エマルジョン（疎水性溶媒中に水滴が分散しているエマルジョン）を形成する。これにより、分散質であるシリカゾルが表面張力などにより球状になり、それを後工程でゲル化することにより、球状のゲル化体を得ることができる。

断熱層における多孔質構造体の含有量は、断熱層の熱伝導率、硬さ、機械的強度などを考慮して適宜決定すればよい。例えば、熱伝導率を小さくするという観点では、多孔質構造体の含有量は、断熱層全体の質量を１００質量％とした場合の４０質量％以上であることが望ましい。５０質量％以上、６５質量％以上であるとより好適である。一方、多孔質構造体が多すぎると脱落しやすくなったり、断熱層が硬くなり機械的強度が低下するおそれがある。このため、多孔質構造体の含有量は、断熱層全体の質量を１００質量％とした場合の７５質量％以下であることが望ましい。

第一水性バインダーは、水を溶媒としたバインダーである。なかでも、エマルジョン状のバインダー（水性エマルジョン系バインダー）であるとよい。水性エマルジョン系バインダーは、界面活性剤または親水基の導入により乳化されている。水性エマルジョン系バインダーによると、乾燥時に界面活性剤や親水基が揮発することにより親水性が低下し、水に溶解しにくくなるため、塗料の硬化後にべたつきが生じにくいと考えられる。エマルジョン化する方法としては、界面活性剤を乳化剤として使用した強制乳化型でも、親水基が導入された自己乳化型でも構わない。

バインダー成分は、樹脂でもゴムでもよい。例えば、水性エマルジョン系バインダーの場合、樹脂エマルジョンでもゴムエマルジョンでもよい。樹脂としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂とウレタン樹脂との混合物などが挙げられる。ゴムとしては、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴムなどが挙げられる。断熱層を柔軟にするという観点から、ウレタン樹脂、スチレンブタジエンゴムなどが好適である。バインダー部分の強度を高めて、断熱層の強度を向上させるという観点から、架橋剤などを併用してバインダー成分を架橋させてもよい。

断熱層は、多孔質構造体、第一水性バインダーに加えて、さらに多糖類を有することが望ましい。多糖類は、一種または二種以上の単糖類がグリコシド結合したものであり、高い粘性を有する。後述するように、水に第一水性バインダーを分散した分散液に多孔質構造体を添加して第一塗料（断熱層形成塗料）を調製する場合、多糖類を配合すると、第一塗料の粘性が高くなり、多孔質構造体が分散媒から分離しにくくなる。よって、多孔質構造体の分散性が向上し、第一塗料中に多孔質構造体を安定して保持させることができる。また、第一塗料の粘性が高くなると液だれしにくくなるため、第一塗料を基材に塗布しやすい。多糖類は、分子鎖の絡み合いで増粘することにより多孔質構造体の分離を抑制する。このため、多糖類を配合しても、熱の伝達経路が形成されにくく、断熱性は低下しにくい。

例えば、親水部位と疎水部位の両方を有する多糖類を配合すると、疎水部位が多孔質構造体の疎水部位と選択的に結合し、親水部位が多孔質構造体の周りを囲むように配置されることにより、保護コロイドのような状態になる。この作用によっても、分散媒からの多孔質構造体の分離が抑制されると共に、多孔質構造体の分散性が向上する。これにより、分散に要する時間を短縮することができ、塗料化が容易になる。また、親水部位を有する多糖類は、多孔質構造体の細孔に浸入しにくい。

多糖類としては、カルボキシルメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、カルボキシプロピルセルロース、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、キサンタンガム、アガロース、カラギナンなどが挙げられる。なかでも主鎖が長く、側鎖がないか短いものは、分子鎖の絡み合いが多くなる。これにより、多孔質構造体の保持性が高くなるため、断熱層における多孔質構造体の脱落を抑制することができる。例えば、カルボキシメチルセルロースが好適である。

また、多孔質構造体の細孔に浸入しにくいという観点から、水との相溶性が高いものが望ましく、例えば、溶解度パラメータ（solubility parameter：ＳＰ値）が２１以上で、水のＳＰ値に近いものを採用することが望ましい。ＳＰ値が水のそれに近い多糖類は、水との相溶性が高い（水に溶けやすい）。後述のシミュレーションソフトウエアによると、水のＳＰ値は２９．７と推算される。よって、ＳＰ値が２１以上の多糖類は親水性が高く、疎水性を有する細孔との親和性が低くなるため、多孔質構造体の細孔に浸入しにくくなる。多糖類のＳＰ値が３４以上であるとより好適である。一方、多糖類のＳＰ値は、５０以下であることが望ましい。本明細書において、溶解度パラメータは、（株）ＪＳＯＬ製の材料物性シミュレーションソフトウエア「Ｊ−ＯＣＴＡ（登録商標）」により算出された値を採用する。同シミュレーションにおいては、原子団寄与法を用いてＳＰ値を推算している。以上説明したように、断熱層は、多孔質構造体、第一水性バインダーに加えて、架橋剤、多糖類などの他の成分を含んでいてもよい。

断熱層の厚さは、断熱性や耐久性などを考慮して適宜決定すればよい。断熱層が薄すぎると所望の断熱効果が得られない。よって、断熱層の厚さは、０．５ｍｍ以上であることが望ましい。反対に、断熱層が厚すぎると、コスト高になるだけでなく、強度が低下して脆くなり、クラックが入るおそれがある。よって、断熱層の厚さは、５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、さらには１ｍｍ以下にすると好適である。

［保護層］
保護層は、断熱層に積層され、その厚さは１０μｍ以上１００μｍ未満である。１０μｍ未満の場合には、断熱層からの多孔質構造体の脱落を抑制する効果が小さくなる。保護層の好適な厚さは、３０μｍ以上、さらには５０μｍ以上である。反対に１００μｍ以上の場合には、温度変化で膨張、収縮する際に生じる応力が大きくなるため、断熱層にクラックが生じやすくなる。また、多孔質構造体が白色を呈する場合、それによる遮熱性を阻害するおそれもある。保護層の好適な厚さは、９５μｍ以下、さらには９０μｍ以下である。

保護層は、第二水性バインダーを有する。第二水性バインダーは、水を溶媒としたバインダーであり、断熱層の第一水性バインダーと同様に、エマルジョン状のバインダー（水性エマルジョン系バインダー）であるとよい。第二水性バインダーのバインダー成分は、樹脂でもゴムでもよく、その好適例は第一水性バインダーのそれと同じである。第二水性バインダーのバインダー成分は、第一水性バインダーのバインダー成分と同じでも異なっていてもよい。断熱層と保護層との密着性を向上させるという観点から、断熱層および保護層のバインダー成分は同じであることが望ましい。保護層は、第二水性バインダーに加えて、架橋剤などの他の成分を含んでいてもよい。

＜断熱構造体の製造方法＞
本発明の断熱構造体は、基材の表面に断熱層と保護層とを形成して製造すればよく、その形成方法は特に限定されるものではない。例えば、基材と断熱層との密着性を向上させるという観点から、以下に説明する本発明の製造方法が好適である。本発明の断熱構造体の製造方法は、表面処理工程と、断熱層形成工程と、保護層形成工程と、を有する。

［表面処理工程］
本工程は、基材の表面処理を行う工程である。基材の材質、形状は上述したとおりである。表面処理は、基材の材質に応じて適宜選択すればよい。表面処理には、表面を清浄化、活性化する処理や、表面に水酸基、カルボキシル基、カルボニル基などの官能基を導入する処理があり、具体的には、火炎処理、プラズマ処理、紫外線照射処理、コロナ処理などが挙げられる。

［断熱層形成工程］
本工程は、多孔質構造体および第一水性バインダーを有する第一塗料を、基材の表面処理された表面に塗布して断熱層を形成する工程である。第一塗料は、多孔質構造体、第一水性バインダー、必要に応じて多糖類、架橋剤などの他の成分を水に添加し撹拌して調製すればよい。なお、表面や内部に疎水部位を有する多孔質構造体は、水になじみにくい。また、比重が小さい場合には、水に浮きやすく分散しにくい。よって、多孔質構造体の分散性などを考慮して、第一塗料に多糖類を配合する場合には、水に第一水性バインダーおよび多糖類を加えて液の粘度を高めてから、多孔質構造体を添加するとよい。多糖類については、上述したとおりである。撹拌は、羽根撹拌でもよいが、積極的にせん断力を加えたり、超音波を加えたりしてもよい。自転公転撹拌装置や、メディア型撹拌装置を用いてもよい。第一塗料の塗布には、バーコーター、ダイコーター、コンマコーター（登録商標）、ロールコーターなどの塗工機や、スプレーなどを使用すればよい。あるいは、基材を第一塗料に浸漬してもよい。

本工程においては、基材に塗布された第一塗料の塗膜を乾燥してもよく、乾燥しなくてもよい。乾燥は、８０〜１２０℃の温度下で、数分〜数十分程度行えばよい。本工程において第一塗料の塗膜を乾燥し、断熱層を完成させる場合には、次の保護層形成工程において、当該断熱層の表面に第二塗料を塗布、乾燥して保護層を完成させればよい（２コート２べーク法）。本工程において第一塗料の塗膜を乾燥しない場合には、そのまま次の保護層形成工程に移行し、第一塗料の塗膜の表面に第二塗料を塗布する。そして、第一塗料の塗膜と第二塗料の塗膜とをまとめて乾燥して、断熱層および保護層を完成させればよい（２コート１べーク法）。このように、本工程で形成する「断熱層」および次工程における「断熱層」は、乾燥後の状態だけではなく、乾燥前の塗膜の状態をも含む概念である。

［保護層形成工程］
本工程は、断熱層の表面に、第二水性バインダーを有する第二塗料を塗布して保護層を形成する工程である。第二塗料は、第二水性バインダー、必要に応じて架橋剤などの他の成分を水に添加し撹拌して調製すればよい。第二塗料の撹拌、塗布、乾燥については、断熱層形成工程における第一塗料と同じように行えばよい。

次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

＜結露水の滴下＞
［サンプルの製造］
（１）基材の表面処理
ポリエチレン製の配管（管状の基材）の表面全体にバーナーの炎を当て火炎処理を施した。

（２）第一塗料の調製
水に、第一水性バインダーとしてのウレタン樹脂エマルジョン（三洋化成工業（株）製「パーマリン（登録商標）ＵＡ−３６８」、固形分５０質量％）と、多糖類としてのカルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ：ＳＰ値３４．４、分子量３８万）と、を添加して撹拌した。そこに、球状のシリカエアロゲル（平均粒子径１０μｍ）を添加して撹拌し、第一塗料を調製した。シリカエアロゲルは、上述した特許第４９６０５３４号公報に記載されている方法に準じて製造されたものであり、表面および内部に疎水部位を有する。

（３）第二塗料の調製
水に、第二水性バインダーとしてのウレタン樹脂エマルジョン（同上）を添加して撹拌し、第二塗料を調製した。第二塗料のバインダーは、第一塗料のバインダーと同じである。

（４）基材への塗布
まず、火炎処理した配管の表面全体に第一塗料をスプレーで塗布し、その後、１００℃下で２０分間乾燥して、厚さ０．５ｍｍの断熱層を形成した。次に、形成した断熱層の表面に、第二塗料をスプレーで塗布し、その後、１００℃下で２０分間乾燥して、厚さ０．０５ｍｍ（５０μｍ）の保護層を形成した。このようにして製造された配管を、実施例１の配管と称す。実施例１の配管は、本発明の断熱構造体の概念に含まれる。なお、断熱層におけるシリカエアロゲルの含有量は７２．２質量％である。

［実験方法］
実施例１の配管の内部に０℃以下に冷却した保冷剤を詰め、端部の開口部に栓をした。その状態で同配管を４０℃、相対湿度８０％の恒温槽に１時間静置した。この際、同配管の下方に受け皿を設置して、結露水の滴下の有無を調べた。比較のため、火炎処理を施さず、断熱層および保護層を形成していない配管（実施例１で使用した基材に相当。以下、比較例１の配管と称す。）についても、上記同様の条件で恒温槽に静置して、結露水の滴下の有無を調べた。

［実験結果］
実施例１の配管については、結露水の滴下はなかったのに対して、比較例１の配管については、結露水の滴下が確認された。これにより、実施例１の配管においては、断熱性が高く、結露水の滴下が抑制されることが確認された。

＜粉落ちの有無＞
［サンプルの製造］
（１）実施例２のサンプル
まず、ポリプロピレン製の板材（基材）の表面全体にバーナーの炎を当て火炎処理を施した。次に、実施例１の配管の製造に使用した第一塗料を、火炎処理した板材の表面全体にスプレーで塗布し、１００℃下で２０分間乾燥して、厚さ０．５ｍｍの断熱層を形成した。続いて、形成した断熱層の表面に、実施例１の配管の製造に使用した第二塗料をスプレーで塗布し、１００℃下で２０分間乾燥して、厚さ０．０９５ｍｍ（９５μｍ）の保護層を形成した。このようにして製造された「基材／断熱層／保護層」からなるサンプルを、実施例２のサンプルと称す。実施例２のサンプルは、本発明の断熱構造体の概念に含まれる。

（２）比較例２のサンプル
実施例２のサンプルと同じ板材の表面全体（火炎処理済み）に、実施例１の配管の製造に使用した第一塗料をスプレーで塗布し、１００℃下で２０分間乾燥して、厚さ０．５ｍｍの断熱層を形成した。このようにして製造された「基材／断熱層」からなるサンプルを、比較例２のサンプルと称す。

［実験方法］
実施例２のサンプルの保護層の表面、および比較例２のサンプルの断熱層の表面に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製の黒色の不織布を擦りつけ、粉落ち（シリカエアロゲルの脱落）の有無を調べた。

［実験結果］
実施例２のサンプルについては、粉落ちはなかったのに対して、比較例２のサンプルについては、粉落ちが確認された。これにより、実施例２のサンプルにおいては、断熱層が保護層により被覆されているため、粉落ちが抑制されることが確認された。

＜保護層の厚さとクラックとの関係＞
［実験方法］
まず、ポリプロピレン製の板材（基材）の表面全体にバーナーの炎を当て火炎処理を施した。次に、実施例１の配管の製造に使用した第一塗料を、火炎処理した板材の表面全体にスプレーで塗布し、１００℃下で２０分間乾燥して、厚さ０．５ｍｍの断熱層を形成した。続いて、形成した断熱層の表面に、実施例１の配管の製造に使用した第二塗料をスプレーで塗布し、１００℃下で２０分間乾燥して保護層を形成した。この際、塗布量を変更して、保護層の厚さが異なる四種類のサンプルを製造し、１００℃下で乾燥した後（保護層を形成した後）に、断熱層にクラックが生じているか否かを調べた。

［実験結果］
表１に、保護層の厚さに対するクラックの有無を示す。表１に示すように、保護層の厚さが１００μｍ未満の場合にはクラックは確認されなかったのに対して、１００μｍより大きい１５０μｍ、２００μｍの場合には、クラックが確認された。

本発明の断熱構造体は、冷却水ホース、エアコンダクトなどの自動車用の配管などに好適である。

１:配管（断熱構造体）、１０：配管本体（基材）、２０：断熱層、３０：保護層。

Claims (10)

1. 基材と、該基材の表面に配置される断熱層と、該断熱層に積層される保護層と、を備え、
   該断熱層は、複数の粒子が連結して骨格をなし、内部に細孔を有し、表面および内部のうち少なくとも表面に疎水部位を有する多孔質構造体と、第一水性バインダーと、を有し、
   該保護層は、第二水性バインダーを有し、該保護層の厚さは１０μｍ以上１００μｍ未満であることを特徴とする断熱構造体。
2. 前記断熱層の厚さは、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項１に記載の断熱構造体。
3. 前記第一水性バインダーおよび前記第二水性バインダーは、バインダー成分として樹脂またはゴムを有するエマルジョン状のバインダーである請求項１または請求項２に記載の断熱構造体。
4. 前記第一水性バインダーのバインダー成分と前記第二水性バインダーのバインダー成分とは同じである請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の断熱構造体。
5. 前記多孔質構造体は、複数のシリカ粒子が連結して骨格をなすシリカエアロゲルである請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の断熱構造体。
6. 前記断熱層は、さらに多糖類を有する請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の断熱構造体。
7. 前記基材は、樹脂製または金属製の管状体である請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の断熱構造体。
8. 前記断熱層が配置される前記基材の表面は、表面処理されている請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の断熱構造体。
9. 請求項１に記載の断熱構造体の製造方法であって、
   基材の表面処理を行う表面処理工程と、
   多孔質構造体および第一水性バインダーを有する第一塗料を、表面処理された該基材の表面に塗布して断熱層を形成する断熱層形成工程と、
   該断熱層の表面に、第二水性バインダーを有する第二塗料を塗布して保護層を形成する保護層形成工程と、
   を有することを特徴とする断熱構造体の製造方法。
10. 前記表面処理は、火炎処理、プラズマ処理、紫外線照射処理、およびコロナ処理から選ばれる一種以上である請求項９に記載の断熱構造体の製造方法。

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