JP2021155305A - Nanocarbon composite infrared ray radiation ceramic - Google Patents

Nanocarbon composite infrared ray radiation ceramic Download PDF

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Abstract

To provide a nanocarbon composite infrared ray radiation ceramic having high emissivity of infrared ray over a broad wavelength region, even when fine pores or voids spotted on a surface are filled or covered in order to improve water repellency or surface hardness of a surface of an infrared emitter.SOLUTION: A filling layer and/or a coating layer is formed on the a part or the entirety of a surface so as to cover the pores or voids scattered on the surface of the infrared radiation ceramics in which nanocarbon material is uniformly dispersed in the ceramic. The filling layer and/or the coating layer are mainly made of silicone or fluorine based water repellent resin. The value of the emissivity of infrared rays of 6000 to 400 cm-1 at 25°C measured by the JFCC method is 80% or larger.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、ナノカーボン複合赤外線放射セラミックスに関するものである。特に、広い波数域(本発明では、波長の逆数である波数で表現する)に亘って赤外線の放射率が高いナノカーボン複合赤外線放射セラミックスに関するものである。 The present invention relates to nanocarbon composite infrared radiating ceramics. In particular, the present invention relates to nanocarbon composite infrared radiation ceramics having a high emissivity of infrared rays over a wide wavenumber range (expressed by the wavenumber which is the reciprocal of the wavelength in the present invention).

赤外線は、輻射により中間に介在する空気層を温めることなく対象物を直接加熱することができるので、エネルギー効率に優れた加熱法である。そのため、赤外線輻射による加熱方法は、暖房や乾燥など広い用途に使用されている。一方、物質から放射される赤外線の量は、物質固有のものであって赤外線の放射率で表される。また、物質の種類だけでなく、その表面状態、表面温度、波長(波数)によっても大きく変化する。 Infrared rays are an energy-efficient heating method because they can directly heat an object without heating the air layer in the middle by radiation. Therefore, the heating method using infrared radiation is used in a wide range of applications such as heating and drying. On the other hand, the amount of infrared rays emitted from a substance is unique to the substance and is represented by the emissivity of infrared rays. Moreover, it changes greatly not only by the type of the substance but also by its surface state, surface temperature, and wavelength (wave number).

また、近年においては、低温赤外線による加熱、暖房、乾燥にも関心が高まっている。例えば、野菜、椎茸、お茶、コメなどの農作物の乾燥に利用されるようになり、食物の風味を損なわない乾燥方法として着目されている。 Further, in recent years, there has been increasing interest in heating, heating, and drying by low-temperature infrared rays. For example, it has come to be used for drying agricultural products such as vegetables, shiitake mushrooms, tea, and rice, and is attracting attention as a drying method that does not impair the flavor of food.

赤外線を放射する材料としては、炭素材料が知られており広く使用されてきた。しかし、炭素材料は、赤外線の放射率には優れるものの物性の点で使用し辛い場合も多い。そこで、物性に優れ赤外線の放射率が高くエネルギー効率に優れた材料として、セラミックス材料が広く使用されるようになってきた。例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニアなどの材料が多く使われている。 As a material that emits infrared rays, a carbon material is known and has been widely used. However, although carbon materials have excellent infrared emissivity, they are often difficult to use in terms of physical characteristics. Therefore, ceramic materials have come to be widely used as materials having excellent physical characteristics, high emissivity of infrared rays, and excellent energy efficiency. For example, materials such as silica, alumina, and zirconia are often used.

しかし、広く使用されている従来のセラミックス材料においては、波長(波数)によって放射率の弱い領域がある。例えば、5μm以下の波長域(2000cm−1以下の波数域)、8〜12μmの波長域(1250〜833cm−1の波数域)、更には19μm以上の波長域(526cm−1以上の波数域)で放射率が低下するものが多い。 However, in the widely used conventional ceramic materials, there is a region where the emissivity is weak depending on the wavelength (wave number). For example, 5 [mu] m or less in the wavelength region (2000 cm -1 The following wavenumbers), the wavelength range of 8 to 12 .mu.m (wavenumber range of 1250~833Cm -1), even 19μm or more in a wavelength range (526cm -1 or more wavenumbers) In many cases, the emissivity decreases.

一方、物質が吸収する赤外線の波長域(波数域)は、その物質固有のものである。例えば、赤外線照射による農作物の乾燥の場合、乾燥される農作物の種類により赤外線の吸収波長域(波数域)が異なるので、同じ赤外線放射体を使用しても乾燥の程度に差が生じるという問題があった。
また、複数種類の農作物が混合された対象物を乾燥する場合、均一な乾燥ができないという問題があった。
On the other hand, the infrared wavelength range (wavenumber range) absorbed by a substance is unique to that substance. For example, in the case of drying crops by infrared irradiation, the absorption wavelength range (wave number range) of infrared rays differs depending on the type of crop to be dried, so there is a problem that the degree of drying differs even if the same infrared radiator is used. there were.
In addition, when drying an object in which a plurality of types of agricultural products are mixed, there is a problem that uniform drying cannot be performed.

そのため、乾燥用の赤外線放射体として使用する際には、波長域(波数域)の異なる赤外線放射体を使い分けたり、或いは、複数種類の赤外線放射体を組み合わせたりする必要が生じる。特に、エネルギーの低い低温赤外線乾燥においては、特に重要である。 Therefore, when used as an infrared radiator for drying, it is necessary to use infrared radiators having different wavelength ranges (wavenumber ranges) properly, or to combine a plurality of types of infrared radiators. In particular, it is particularly important in low-temperature infrared drying with low energy.

そこで、広い波長域(波数域)に亘って赤外線の放射率が高い赤外線放射体が望まれている。例えば、下記特許文献1においては、セラミックス粒子の周りを覆うカーボン微粒子を有する赤外線放射用複合セラミックス材料が提案されている。この材料の赤外線放射率を低温赤外線ともいえる140℃で測定し、良好であると報告している。 Therefore, an infrared radiator having a high emissivity of infrared rays over a wide wavelength range (wavenumber range) is desired. For example, Patent Document 1 below proposes a composite ceramic material for infrared radiation having carbon fine particles surrounding the ceramic particles. The infrared emissivity of this material was measured at 140 ° C, which can be called low-temperature infrared rays, and reported to be good.

しかし、下記特許文献1においては、セラミックス粒子の周りをカーボン微粒子で覆う操作に特殊な製造方法が必要である。また、セラミックス粒子の周りを覆うカーボン微粒子の粒径によって放射率が異なり、粒径を小さくしなければ5μm以下の波長域(2000cm−1以下の波数域)、及び8〜10μmの波長域(1250〜1000cm−1の波数域)での放射率が低下するというデータが出ており、更に複雑な操作が必要であった。 However, in Patent Document 1 below, a special manufacturing method is required for the operation of covering the ceramic particles with carbon fine particles. In addition, the emissivity differs depending on the particle size of the carbon fine particles surrounding the ceramic particles, and unless the particle size is reduced, the wavelength range of 5 μm or less (2000 cm- 1 or less wavenumber range) and the wavelength range of 8 to 10 μm (1250). There is data that the emissivity decreases in the (wavenumber range of ~ 1000 cm -1), and more complicated operations are required.

これに対して、本発明らは、以前に下記特許文献2において、従来から赤外線放射体として利用されている汎用のセラミックス粒子にナノカーボンを複合したナノカーボン複合セラミックス及びその製造方法を提案した。このナノカーボン複合セラミックスは、従来の製造工程とほぼ同様の操作で製造することができ、広い波長域(波数域)に亘って赤外線の放射率が高く、且つ、安定している。 On the other hand, the present inventions have previously proposed in Patent Document 2 below a nanocarbon composite ceramic in which nanocarbon is composited with general-purpose ceramic particles conventionally used as an infrared radiator, and a method for producing the same. This nanocarbon composite ceramic can be manufactured by almost the same operation as the conventional manufacturing process, and the infrared emissivity is high and stable over a wide wavelength range (wavenumber range).

特許第5147101号公報Japanese Patent No. 5147101 特願2019−069803号Japanese Patent Application No. 2019-069803

ところで、上記特許文献2に係るナノカーボン複合セラミックスを用いた赤外線放射体は、種々の用途に使用することができ、特に野菜、椎茸、お茶、コメなどの農作物の乾燥にも有効に利用される。一方、このナノカーボン複合セラミックスは、セラミックス中にナノカーボン材料を均一に分散したものであり、その表面に微細な気孔部又は空隙部が点在している。 By the way, the infrared radiator using the nanocarbon composite ceramics according to Patent Document 2 can be used for various purposes, and is particularly effectively used for drying agricultural products such as vegetables, shiitake mushrooms, tea and rice. .. On the other hand, in this nanocarbon composite ceramic, the nanocarbon material is uniformly dispersed in the ceramic, and fine pores or voids are scattered on the surface thereof.

そこで、赤外線放射体の被乾燥物が農作物などの場合には、これらが濡れた状態であることも多い。この場合には、濡れた農作物が赤外線放射体の表面に接触して赤外線放射体が濡れ、表面の気孔部又は空隙部から内部に水が侵入して赤外線放射体が劣化するという問題が生じる可能性がある。また、農作物が茶葉などの場合には、赤外線放射に加え熱板との接触による熱伝導も併用して乾燥できれば効率的である。この場合にも、表面の濡れを制御できれば、より有効な乾燥手段となり得る。 Therefore, when the dried matter of the infrared radiator is an agricultural product or the like, it is often in a wet state. In this case, there may be a problem that the wet agricultural product comes into contact with the surface of the infrared radiator and the infrared radiator gets wet, and water invades the inside from the pores or voids on the surface to deteriorate the infrared radiator. There is sex. In addition, when the crop is tea leaves, it is efficient if it can be dried by using heat conduction by contact with a hot plate in addition to infrared radiation. In this case as well, if the wetting of the surface can be controlled, it can be a more effective drying means.

また、被乾燥物が農作物などの場合には、これらが硬い状態であることも多い。この場合には、硬い農作物が赤外線放射体の表面に接触して赤外線放射体の表面のナノカーボン複合セラミックスが損傷し、この場合も赤外線放射体が劣化するという問題が生じる可能性がある。 In addition, when the object to be dried is an agricultural product or the like, these are often in a hard state. In this case, hard crops may come into contact with the surface of the infrared radiator and damage the nanocarbon composite ceramics on the surface of the infrared radiator, which may also cause a problem of deterioration of the infrared radiator.

これらの問題に対処して、ナノカーボン複合セラミックスの表面に点在する微細な気孔部又は空隙部を覆うように、撥水性或いは一定の硬度を有する充填層又は被覆層を形成することが考えられる。しかし、上述のように、物質から放射される赤外線の量は、物質固有のものである。ナノカーボン複合セラミックスの表面を他の物質で被覆した場合、その被覆した物質固有の赤外線が放射され、従来のナノカーボン複合セラミックスの放射性能が維持できないという問題があった。 In order to deal with these problems, it is conceivable to form a packing layer or a coating layer having water repellency or a certain hardness so as to cover the fine pores or voids scattered on the surface of the nanocarbon composite ceramics. .. However, as mentioned above, the amount of infrared radiation emitted by a substance is unique to the substance. When the surface of the nanocarbon composite ceramic is coated with another substance, infrared rays peculiar to the coated substance are emitted, and there is a problem that the radiation performance of the conventional nanocarbon composite ceramic cannot be maintained.

そこで、本発明は、上記の諸問題に対処して、赤外線放射体の表面の撥水性能や表面硬度を向上させるために、当該表面に点在する微細な気孔部又は空隙部を充填又は被覆した場合でも、広い波数域に亘って赤外線の放射率の高いナノカーボン複合赤外線放射セラミックスを提供することを目的とする。 Therefore, in order to deal with the above problems and improve the water repellency and surface hardness of the surface of the infrared radiator, the present invention fills or covers fine pores or voids scattered on the surface. Even in such a case, it is an object of the present invention to provide nanocarbon composite infrared radiation ceramics having a high emissivity of infrared rays over a wide wave number range.

上記課題の解決にあたり、本発明者らは、鋭意研究の結果、赤外線放射体の表面に充填又は被覆する物質の種類、充填又は被覆する表面積、及び、表面を被覆する厚みなどを制御することにより、上記目的を達成できることを見出し本発明の完成に至った。 In solving the above problems, as a result of diligent research, the present inventors have controlled the type of substance to be filled or coated on the surface of the infrared radiator, the surface area to be filled or coated, the thickness to be coated on the surface, and the like. , The present invention has been completed by finding that the above object can be achieved.

即ち、本発明に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスは、請求項1の記載によれば、
セラミックス中にナノカーボン材料を均一に分散した赤外線放射セラミックスの表面に点在する気孔部又は空隙部を覆うように、当該表面の一部又は全体に充填層及び/又は被覆層が形成され、
JFCC法で測定した25℃における波数域6000〜400cm−1の赤外線の放射率の値が80%以上であることを特徴とする。
That is, according to the description of claim 1, the nanocarbon composite infrared radiating ceramics according to the present invention are described.
A packing layer and / or a coating layer is formed on a part or the whole of the surface so as to cover the pores or voids scattered on the surface of the infrared radiation ceramic in which the nanocarbon material is uniformly dispersed in the ceramic.
It is characterized in that the value of the infrared emissivity in the wave number range of 6000 to 400 cm -1 at 25 ° C. measured by the JFCC method is 80% or more.

また、本発明に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスは、請求項2の記載によれば、請求項1に記載のナノカーボン複合赤外線放射セラミックスであって、
前記JFCC法で測定した25℃における波数域6000〜1250cm−1の赤外線の放射率の値が90%以上であることを特徴とする。
Further, the nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to the present invention is the nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to claim 1, according to claim 2.
The value of the infrared emissivity in the wave number range of 6000 to 1250 cm- 1 at 25 ° C. measured by the JFCC method is 90% or more.

また、本発明に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスは、請求項3の記載によれば、請求項1又は2に記載のナノカーボン複合赤外線放射セラミックスであって、
レーザラマン分光法により、前記赤外線放射セラミックスの表面近傍に平行な水平方向(X軸−Y軸方向)及び深さ方向(Z軸方向)における複数の走査点で3次元格子を構成し、
各走査点で得られたラマンスペクトルから前記充填層及び/又は被覆層を形成する材料の存在を示すピーク面積を用いた第1マッピング操作と、炭素材料の存在を示すピーク面積を用いた第2マッピング操作とを行い、
前記第1マッピング操作において前記3次元格子の表面から深さ方向(Z軸方向)に対して前記充填層及び/又は被覆層を形成する材料の存在を確認できた走査点を表面走査点とし、当該表面走査点が集合する水平方向(X軸−Y軸方向)の格子面を前記赤外線放射セラミックスの最表面と定義し、
前記第2マッピング操作において前記3次元格子の表面から深さ方向(Z軸方向)に対して前記炭素材料の存在を確認できた走査点を有効走査点とし、当該有効走査点が水平方向(X軸−Y軸方向)に80%以上存在する格子面を前記赤外線放射セラミックスの有効表面と定義し、
前記最表面から前記有効表面までの距離が100μm以下であることを特徴とする。
Further, the nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to the present invention is the nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to claim 1 or 2, according to the description of claim 3.
A three-dimensional lattice is formed by a plurality of scanning points in the horizontal direction (X-axis-Y-axis direction) and the depth direction (Z-axis direction) parallel to the surface of the infrared radiation ceramics by laser Raman spectroscopy.
The first mapping operation using the peak area indicating the presence of the material forming the packed bed and / or the coating layer from the Raman spectrum obtained at each scanning point and the second using the peak area indicating the presence of the carbon material. Perform mapping operations and
The scanning point at which the presence of the material forming the packed layer and / or the coating layer can be confirmed in the depth direction (Z-axis direction) from the surface of the three-dimensional lattice in the first mapping operation is defined as the surface scanning point. The horizontal (X-axis-Y-axis) lattice plane where the surface scanning points are gathered is defined as the outermost surface of the infrared radiation ceramics.
The scanning point at which the presence of the carbon material can be confirmed in the depth direction (Z-axis direction) from the surface of the three-dimensional lattice in the second mapping operation is set as an effective scanning point, and the effective scanning point is the horizontal direction (X). A lattice plane existing in 80% or more in the axis-Y-axis direction) is defined as an effective surface of the infrared radiation ceramics.
The distance from the outermost surface to the effective surface is 100 μm or less.

また、本発明に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスは、請求項4の記載によれば、請求項3に記載のナノカーボン複合赤外線放射セラミックスであって、
前記最表面から前記有効表面までの距離が10μm以下であることを特徴とする。
Further, the nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to the present invention is the nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to claim 3, according to claim 4.
The distance from the outermost surface to the effective surface is 10 μm or less.

また、本発明に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスは、請求項5の記載によれば、請求項1〜4のいずれか1つに記載のナノカーボン複合赤外線放射セラミックスであって、
前記充填層及び/又は被覆層は、主としてシリコーン系又はフッ素系の撥水性樹脂からなり、
JIS R3257の基板ガラス表面のぬれ性試験方法(静滴法)で測定した接触角の値が80°以上であることを特徴とする。
Further, the nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to the present invention is the nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to any one of claims 1 to 4, according to the description of claim 5.
The packing layer and / or coating layer is mainly made of a silicone-based or fluorine-based water-repellent resin.
It is characterized in that the value of the contact angle measured by the wettability test method (droplet method) of the substrate glass surface of JIS R3257 is 80 ° or more.

また、本発明に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスは、請求項6の記載によれば、請求項1〜5のいずれか1つに記載のナノカーボン複合赤外線放射セラミックスであって、
JIS K5600−5−4の塗膜の機械的性質(引っかき硬度;鉛筆法)で測定した前記被覆層や充填層を含む表面の硬度の値が2H以上であることを特徴とする。
Further, the nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to the present invention is the nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to any one of claims 1 to 5, according to the sixth aspect of the invention.
It is characterized in that the value of the hardness of the surface including the coating layer and the packing layer measured by the mechanical properties (scratch hardness; pencil method) of the coating film of JIS K5600-5-4 is 2H or more.

また、本発明に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスは、請求項7の記載によれば、請求項1〜6のいずれか1つに記載のナノカーボン複合赤外線放射セラミックスであって、
前記ナノカーボン材料は、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラフェン、又は、これらの配合物であることを特徴とする。
Further, the nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to the present invention is the nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to any one of claims 1 to 6, according to the description of claim 7.
The nanocarbon material is characterized by being carbon nanotubes, carbon nanofibers, graphene, or a compound thereof.

また、本発明に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスは、請求項8の記載によれば、請求項7に記載のナノカーボン複合赤外線放射セラミックスであって、
前記ナノカーボン材料に加え、セルロースナノファイバーを含有してなることを特徴とする。
Further, the nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to the present invention is the nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to claim 7, according to claim 8.
It is characterized by containing cellulose nanofibers in addition to the nanocarbon material.

また、本発明に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスは、請求項9の記載によれば、請求項1〜8のいずれか1つに記載のナノカーボン複合赤外線放射セラミックスであって、
前記セラミックス粒子は、アルミナ、シリカ、ジルコニア、コーディエライト、又は、これらの配合物を90重量%以上含有してなることを特徴とする。
Further, the nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to the present invention is the nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to any one of claims 1 to 8, according to the description of claim 9.
The ceramic particles are characterized by containing 90% by weight or more of alumina, silica, zirconia, cordierite, or a mixture thereof.

上記構成によれば、本発明に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスは、セラミックス中にナノカーボン材料の大部分が凝集体を構成することなく均一に分散している。ナノカーボン複合赤外線放射セラミックスの表面には、微細な気孔部又は空隙部が点在し、この気孔部又は空隙部を覆うようにナノカーボン複合赤外線放射セラミックスの表面の一部又は全体に充填層及び/又は被覆層が形成されている。また、JFCC法で測定した25℃における波数域6000〜400cm−1の赤外線の放射率の値が80%以上である。 According to the above configuration, in the nanocarbon composite infrared radiating ceramics according to the present invention, most of the nanocarbon materials are uniformly dispersed in the ceramics without forming aggregates. Fine pores or voids are scattered on the surface of the nanocarbon composite infrared radiating ceramics, and a filling layer and a filling layer and the entire surface of the nanocarbon composite infrared radiating ceramics are covered so as to cover the pores or voids. / Or a coating layer is formed. Further, the value of the infrared emissivity in the wave number range of 6000 to 400 cm -1 at 25 ° C. measured by the JFCC method is 80% or more.

このように、ナノカーボン複合赤外線放射セラミックスの表面に充填層及び/又は被覆層が形成されているのも拘わらず、広い波数域に亘って赤外線の放射率の高いナノカーボン複合赤外線放射セラミックスを提供することができる。 As described above, despite the fact that the packing layer and / or the coating layer is formed on the surface of the nanocarbon composite infrared radiation ceramics, the nanocarbon composite infrared radiation ceramics having a high emissivity of infrared rays over a wide wave number range are provided. can do.

また、上記構成によれば、本発明に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスは、JFCC法で測定した25℃における波数域6000〜1250cm−1の赤外線の放射率の値が90%以上であることが好ましい。このことにより、上記作用効果を更に効果的に発揮することができる。 Further, according to the above configuration, the nanocarbon composite infrared radiating ceramics according to the present invention have an infrared emissivity value of 90% or more in the wave number range of 6000 to 1250 cm -1 at 25 ° C. measured by the JFCC method. preferable. As a result, the above-mentioned action and effect can be more effectively exerted.

また、上記構成によれば、本発明に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスに対して、レーザラマン分光法により、赤外線放射セラミックスの表面近傍に平行な水平方向(X軸−Y軸方向)及び深さ方向(Z軸方向)における複数の走査点で3次元格子を構成する。次に、各走査点で得られたラマンスペクトルから充填層及び/又は被覆層を形成する材料の存在を示すピーク面積を用いた第1マッピング操作と、炭素材料の存在を示すピーク面積を用いた第2マッピング操作とを行う。 Further, according to the above configuration, the nanocarbon composite infrared radiation ceramics according to the present invention are subjected to the laser Raman spectroscopy in the horizontal direction (X-axis-Y-axis direction) and the depth direction parallel to the vicinity of the surface of the infrared radiation ceramics. A three-dimensional lattice is formed by a plurality of scanning points in the (Z-axis direction). Next, the first mapping operation using the peak area indicating the presence of the material forming the packed bed and / or the coating layer from the Raman spectrum obtained at each scanning point and the peak area indicating the presence of the carbon material were used. Perform the second mapping operation.

次に、第1マッピング操作において3次元格子の表面から深さ方向(Z軸方向)に対して充填層及び/又は被覆層を形成する材料の存在を確認できた走査点を表面走査点とし、当該表面走査点が集合する水平方向(X軸−Y軸方向)の格子面を赤外線放射セラミックスの最表面と定義する。また、第2マッピング操作において3次元格子の表面から深さ方向(Z軸方向)に対して炭素材料の存在を確認できた走査点を有効走査点とし、当該有効走査点が水平方向(X軸−Y軸方向)に80%以上存在する格子面を赤外線放射セラミックスの有効表面と定義する。この最表面から有効表面までの距離が100μm以下であることが好ましい。このことにより、上記作用効果をより具体的に発揮することができる。 Next, in the first mapping operation, the scanning point at which the presence of the material forming the packing layer and / or the coating layer can be confirmed from the surface of the three-dimensional lattice in the depth direction (Z-axis direction) is defined as the surface scanning point. The horizontal (X-axis-Y-axis) lattice plane where the surface scanning points are gathered is defined as the outermost surface of the infrared radiation ceramics. Further, in the second mapping operation, the scanning point at which the presence of the carbon material can be confirmed in the depth direction (Z-axis direction) from the surface of the three-dimensional lattice is set as the effective scanning point, and the effective scanning point is the horizontal direction (X-axis direction). A lattice plane existing at 80% or more in the −Y axis direction) is defined as an effective surface of infrared radiation ceramics. The distance from the outermost surface to the effective surface is preferably 100 μm or less. As a result, the above-mentioned action and effect can be exerted more concretely.

また、上記構成によれば、最表面から有効表面までの距離が10μm以下であることが好ましい。このことにより、上記作用効果を更に効果的に発揮することができる。 Further, according to the above configuration, the distance from the outermost surface to the effective surface is preferably 10 μm or less. As a result, the above-mentioned action and effect can be more effectively exerted.

また、上記構成によれば、充填層及び/又は被覆層は、主としてシリコーン系又はフッ素系の撥水性樹脂から構成されてもよい。このとき、ナノカーボン複合赤外線放射セラミックスの表面において、JIS R3257の基板ガラス表面のぬれ性試験方法(静滴法)で測定した接触角の値が80°以上であることが好ましい。このことにより、赤外線放射体の表面の撥水性能が向上し、赤外線放射体の被乾燥物が濡れた状態であっても、表面の気孔部又は空隙部から内部に水が侵入して赤外線放射体が劣化するという問題が生じることがない。 Further, according to the above configuration, the packing layer and / or the coating layer may be mainly composed of a silicone-based or fluorine-based water-repellent resin. At this time, on the surface of the nanocarbon composite infrared radiation ceramics, the value of the contact angle measured by the wettability test method (droplet method) of the substrate glass surface of JIS R3257 is preferably 80 ° or more. As a result, the water-repellent performance of the surface of the infrared radiator is improved, and even when the object to be dried of the infrared radiator is wet, water penetrates into the inside through the pores or voids on the surface to emit infrared radiation. There is no problem of deterioration of the body.

また、上記構成によれば、JIS K5600−5−4の塗膜の機械的性質(引っかき硬度;鉛筆法)で測定した被覆層や充填層を含む表面の硬度の値が2H以上であることが好ましい。このことにより、赤外線放射体の被乾燥物が硬い状態であっても、被乾燥物が赤外線放射体の表面に接触して赤外線放射体の表面のナノカーボン複合セラミックスが損傷して赤外線放射体が劣化するという問題が生じることがない。 Further, according to the above configuration, the value of the hardness of the surface including the coating layer and the packing layer measured by the mechanical properties (scratch hardness; pencil method) of the coating film of JIS K5600-5-4 is 2H or more. preferable. As a result, even if the object to be dried of the infrared radiator is in a hard state, the object to be dried comes into contact with the surface of the infrared radiator and the nanocarbon composite ceramics on the surface of the infrared radiator are damaged, resulting in the infrared radiator. There is no problem of deterioration.

また、上記構成によれば、本発明に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスは、ナノカーボン材料として、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラフェン、又は、これらの配合物としてもよい。このことにより、上記作用効果をより具体的に発揮することができる。 Further, according to the above configuration, the nanocarbon composite infrared radiation ceramics according to the present invention may be carbon nanotubes, carbon nanofibers, graphene, or a compound thereof as the nanocarbon material. As a result, the above-mentioned action and effect can be exerted more concretely.

また、上記構成によれば、本発明に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスは、ナノカーボン材料に加え、セルロースナノファイバーを含有してもよい。このことにより、上記作用効果をより具体的に発揮することができる。 Further, according to the above configuration, the nanocarbon composite infrared radiation ceramics according to the present invention may contain cellulose nanofibers in addition to the nanocarbon material. As a result, the above-mentioned action and effect can be exerted more concretely.

また、上記構成によれば、本発明に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスは、セラミックス粒子として、アルミナ、シリカ、ジルコニア、コーディエライト、又は、これらの配合物を90重量%以上含有してもよい。このことにより、上記作用効果をより具体的に発揮することができる。 Further, according to the above configuration, the nanocarbon composite infrared radiating ceramics according to the present invention may contain, as ceramic particles, alumina, silica, zirconia, cordierite, or a compound thereof in an amount of 90% by weight or more. .. As a result, the above-mentioned action and effect can be exerted more concretely.

以上説明したように、上記各構成によれば、赤外線放射体の表面の撥水性能や表面硬度を向上させるために、当該表面に点在する微細な気孔部又は空隙部を充填又は被覆した場合でも、広い波数域に亘って赤外線の放射率の高いナノカーボン複合赤外線放射セラミックスを提供することができる。 As described above, according to each of the above configurations, in order to improve the water repellency and surface hardness of the surface of the infrared radiator, the fine pores or voids scattered on the surface are filled or covered. However, it is possible to provide nanocarbon composite infrared radiation ceramics having a high emissivity of infrared rays over a wide wave number range.

樹脂による充填・被覆を行っていない赤外線放射セラミックス中間体の表面の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the surface of an infrared radiation ceramic intermediate which is not filled or coated with resin. 赤外線放射セラミックス中間体に現れる気孔部又は空隙部の状態を示すイメージ図である。It is an image figure which shows the state of the pore part or the void part appearing in the infrared radiation ceramic intermediate. 赤外線放射セラミックス中間体の表面にシリコーン樹脂などが充填又は被覆された状態を示す電子顕微鏡写真である。6 is an electron micrograph showing a state in which the surface of an infrared radiation ceramic intermediate is filled or coated with a silicone resin or the like. 赤外線放射セラミックス中間体に現れる気孔部又は空隙部にシリコーン樹脂などが充填又は被覆された状態を示すイメージ図である。It is an image figure which shows the state which the pore part or the void part which appears in the infrared radiation ceramics intermediate is filled or coated with silicone resin and the like. 実施例のナノカーボン複合赤外線放射セラミックスの25℃における赤外線スペクトルである。It is an infrared spectrum at 25 degreeC of the nanocarbon composite infrared radiation ceramics of an Example. 実施例のナノカーボン複合赤外線放射セラミックスをレーザラマン分光法で測定した際のシリコーンマッピング及びカーボンマッピングの一例を示す。An example of silicone mapping and carbon mapping when the nanocarbon composite infrared radiating ceramics of the example is measured by laser Raman spectroscopy is shown.

本発明に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスは、その放射表面がセラミックス中にナノカーボン材料を均一に分散した赤外線放射セラミックスで覆われており、その表面に点在する気孔部又は空隙部を覆うように充填層や被覆層が形成されている。従って、ナノカーボン材料を分散した赤外線放射セラミックス自体が基板及び放射表面の両方を構成してもよい。また、ナノカーボン材料を含有しない基板の表面にナノカーボン材料を分散した赤外線放射セラミックスがコーティングされたものであってもよい。この場合には、ナノカーボン材料を含有しない基板は、通常のセラミックス基板であってもよく、或いは、金属板のような熱板として使用されるようなものであってもよい。 In the nanocarbon composite infrared radiating ceramics according to the present invention, the radiating surface is covered with infrared radiating ceramics in which the nanocarbon material is uniformly dispersed in the ceramics, and the pores or voids scattered on the surface are covered. A packing layer and a coating layer are formed on the surface. Therefore, the infrared radiation ceramic itself in which the nanocarbon material is dispersed may constitute both the substrate and the radiation surface. Further, the surface of the substrate containing no nanocarbon material may be coated with infrared radiation ceramics in which the nanocarbon material is dispersed. In this case, the substrate containing no nanocarbon material may be an ordinary ceramic substrate, or may be used as a hot plate such as a metal plate.

以下、本発明に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスを実施形態により説明する。ここでは、ナノカーボン材料を含有しないセラミックス基板の表面にナノカーボン材料を分散した赤外線放射セラミックスがコーティングされたものを例として説明する。なお、本発明は、下記の実施形態にのみ限定されるものではない。 Hereinafter, the nanocarbon composite infrared radiating ceramics according to the present invention will be described with reference to embodiments. Here, an example will be described in which the surface of a ceramic substrate containing no nanocarbon material is coated with infrared radiation ceramics in which the nanocarbon material is dispersed. The present invention is not limited to the following embodiments.

本実施形態は、まず、焼成固化により製造したセラミックス基板を作製する。このセラミックス基板には、ナノカーボンを複合していない。次に、ナノカーボン混合セラミックススラリーを調整し、これをセラミックス基板に塗布・固化して赤外線放射セラミックス中間体を作製する。更に、赤外線放射セラミックス中間体の表面に、樹脂による充填・被覆を行って本実施形態に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスを作製する。以下、製造方法に基づいて説明する。 In this embodiment, first, a ceramic substrate produced by firing and solidifying is produced. Nanocarbon is not compounded on this ceramic substrate. Next, a nanocarbon mixed ceramic slurry is prepared, and this is applied and solidified on a ceramic substrate to prepare an infrared radiation ceramic intermediate. Further, the surface of the infrared radiating ceramic intermediate is filled and coated with a resin to produce the nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to the present embodiment. Hereinafter, the description will be given based on the manufacturing method.

(1)セラミックス基板の作製
ここでは、ナノカーボン複合赤外線放射セラミックスの基板となるナノカーボンを複合していないセラミックス基板を作製する。
(1) Fabrication of Ceramic Substrate Here, a ceramics substrate that is not composited with nanocarbon, which is a substrate for nanocarbon composite infrared radiation ceramics, is manufactured.

<基板用セラミックススラリーを調整する工程>
この工程では、セラミックス粒子からなるセラミックススラリーを調整する。セラミックス基板に使用するセラミックス粒子は、特に限定するものではない。例えば、アルミナ、ムライト、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどであってもよく、これらの配合物であってもよい。
<Step of adjusting ceramic slurry for substrate>
In this step, a ceramic slurry composed of ceramic particles is prepared. The ceramic particles used for the ceramic substrate are not particularly limited. For example, alumina, mullite, zirconia, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride and the like may be used, or a combination thereof may be used.

なお、本発明においては、従来から赤外線放射体に使用されているセラミックス粒子を使用することが好ましい。例えば、アルミナ(Al)、シリカ(SiO)、ジルコニア(ZrO)、コーディエライト(2MgO・2Al・5SiO)、又は、これらの配合物を使用することができる。更に、本発明においては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、コーディエライト、又は、これらの配合物に加え、従来の赤外線放射体のように他の金属酸化物などの添加剤を多く含むことを要しない。 In the present invention, it is preferable to use ceramic particles conventionally used for infrared radiators. For example, alumina (Al 2 O 3), silica (SiO 2), zirconia (ZrO 2), cordierite (2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2), or can use these formulations. Further, in the present invention, it is not necessary to contain a large amount of additives such as other metal oxides as in the conventional infrared radiator, in addition to alumina, silica, zirconia, cordierite, or a combination thereof. ..

この工程におけるセラミックススラリーの調整法は、特に限定するものではなく、一般にセラミックススラリーの調整に使用される装置及び方法で行うことができる。例えば、ナイロンポットミルなどのボールミルを使用して、分散剤によってセラミックス粒子を水中に分散するようにすればよい。 The method for adjusting the ceramic slurry in this step is not particularly limited, and can be performed by an apparatus and method generally used for adjusting the ceramic slurry. For example, a ball mill such as a nylon pot mill may be used to disperse the ceramic particles in water with a dispersant.

なお、この工程においては、アルカリ水和反応やいわゆるセラミックス接着剤を利用することができる。アルカリ水和反応は、低温でも固化するがセラミックス接着剤の固化には100℃〜200℃程度の加熱硬化が必要である。セラミックス接着剤の場合には、例えば、シリカ(SiO)、アルミナ(Al)、ジルコニア(ZrO)、酸化カルシウム(CaO)を所定量配合し、ナイロンポットミルなどのボールミルを使用して、分散剤によってセラミックス粒子を水中に分散するようにすればよい。 In this step, an alkali hydration reaction or a so-called ceramic adhesive can be used. The alkali hydration reaction solidifies even at a low temperature, but solidification of the ceramic adhesive requires heat curing at about 100 ° C. to 200 ° C. In the case of a ceramic adhesive, for example, silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), and calcium oxide (CaO) are blended in a predetermined amount, and a ball mill such as a nylon pot mill is used. , The ceramic particles may be dispersed in water by a dispersant.

<成形用材料を調整する工程>
この工程では、先の工程で調整したセラミックススラリーから成形用材料を調整する。まず、セラミックススラリーの水分量や粘度を調整して成形を容易にするためのバインダーとよばれる補助成分を混合して成形用材料を調整する。バインダー成分としては、後工程の焼成などで消滅する有機高分子などが使用される。例えば、ワックスエマルション、水溶性アクリル樹脂、水溶性ポリエーテル樹脂などである。
<Process of adjusting molding material>
In this step, the molding material is prepared from the ceramic slurry prepared in the previous step. First, a molding material is prepared by mixing an auxiliary component called a binder for adjusting the water content and viscosity of the ceramic slurry to facilitate molding. As the binder component, an organic polymer or the like that disappears by firing in a subsequent process is used. For example, a wax emulsion, a water-soluble acrylic resin, a water-soluble polyether resin, and the like.

次に、水分量や粘度を調整してバインダーを配合した混合スラリーを作製する。また、必要により、回転ディスク式スプレードライヤーなどに投入して造粒する。但し、造粒などの成形用材料の調整法は、これに限定されるものではない。なお、回転ディスク式スプレードライヤーを使用した場合の、ディスク回転数や、入口温度、出口温度などは適宜選定すればよい。 Next, a mixed slurry containing a binder is prepared by adjusting the water content and viscosity. If necessary, it is put into a rotary disc type spray dryer or the like for granulation. However, the method for adjusting the molding material such as granulation is not limited to this. When a rotary disc type spray dryer is used, the disc rotation speed, inlet temperature, outlet temperature, and the like may be appropriately selected.

なお、アルカリ固化反応又は加熱硬化を利用する場合には、この工程において成形用材料をスラリー状(増粘したスラリー)で使用するので造粒の必要はない。また、アルカリ固化反応を行う場合には、この工程において混合スラリーに所定量のアルカリ水溶液などを混合して、成形用材料(スラリー状)を調整する。 When the alkali solidification reaction or heat curing is used, the molding material is used in the form of a slurry (thickened slurry) in this step, so that there is no need for granulation. When the alkali solidification reaction is carried out, a predetermined amount of an alkaline aqueous solution or the like is mixed with the mixed slurry in this step to prepare a molding material (slurry).

ここで、アルカリ水溶液とは、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、アルミン酸ナトリウム及びアルミン酸カリウムなどの水溶液を挙げることができる。また、混合するアルカリ水溶液の量(濃度)は、混合スラリーに含まれるシリカ(SiO)、アルミナ(Al)、カルシウム化合物などからアルカリ水溶液に溶出して硬化反応を生じさせる量であって適宜選定するようにする。 Here, examples of the alkaline aqueous solution include aqueous solutions such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium silicate, potassium silicate, sodium aluminate, and potassium aluminate. The amount (concentration) of the alkaline aqueous solution to be mixed is an amount obtained by eluting silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), a calcium compound, etc. contained in the mixed slurry into the alkaline aqueous solution to cause a curing reaction. Make an appropriate selection.

<予備成形体を準備する工程>
この工程では、先の工程で調整した成形用材料を所定の容器に収容して予備成形体を準備する。具体的には、造粒などで調整した成形用材料を乾式金型プレス装置などで予備成形体に成形する。なお、成形用材料の成形装置や成形方法は、特に限定するものではなく、セラミックス用の成形機を使用すればよい。
<Process of preparing the preformed body>
In this step, the molding material prepared in the previous step is stored in a predetermined container to prepare a preformed body. Specifically, the molding material adjusted by granulation or the like is molded into a preformed body by a dry mold press or the like. The molding apparatus and molding method of the molding material are not particularly limited, and a molding machine for ceramics may be used.

なお、成形用材料がスラリー状である場合には、乾式金型プレス装置などは使用せず、シリコーン型などの所定形状の容器を使用する。この時使用する容器の形状と大きさは、使用目的によって適宜選定すればよい。 When the molding material is in the form of a slurry, a dry mold press device or the like is not used, but a container having a predetermined shape such as a silicone mold is used. The shape and size of the container used at this time may be appropriately selected according to the purpose of use.

<予備成形体の固化工程>
この工程では、先の工程で準備した予備成形体の固化を完結する。本実施形態においては、焼成による固化を行う。なお、本実施形態に係る予備成形体は、ナノカーボン材料を含有していないので、大気中焼成で行ってもよく、必要により、窒素雰囲気下又はアルゴン雰囲気下で焼成するようにしてもよい。焼成温度や昇温時間などの条件は、特に限定するものではないが、例えば、100℃〜250℃/h前後の温度で昇温し、1000℃〜1400℃前後の温度で0.5時間〜2時間程度焼成すればよい。このようにして、ナノカーボンを複合していないセラミックス基板を作製する。
<solidification process of preformed body>
In this step, the solidification of the preformed body prepared in the previous step is completed. In this embodiment, solidification is performed by firing. Since the preformed body according to the present embodiment does not contain a nanocarbon material, it may be fired in the air, and if necessary, it may be fired in a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere. Conditions such as the firing temperature and the temperature rise time are not particularly limited, but for example, the temperature is raised at a temperature of about 100 ° C. to 250 ° C./h, and the temperature is raised at a temperature of about 1000 ° C. to 1400 ° C. for 0.5 hours or more. It may be baked for about 2 hours. In this way, a ceramic substrate in which nanocarbon is not composited is produced.

なお、この工程がアルカリ固化反応による固化を行う場合には、セラミックス材料とアルカリ水溶液との反応が完結するまで硬化反応を行う。また、この工程が硬化反応による固化を行場合には、室温から高温までどのような温度範囲で行ってもよい。例えば、室温〜130℃の温度の常圧下で行うことができる。一方、セラミックス接着剤などの場合には、加熱硬化による固化を行う。加熱固化は、例えば、100℃〜200℃前後の温度で1時間〜2時間程度加熱すればよい。 When solidification is carried out by an alkali solidification reaction in this step, the curing reaction is carried out until the reaction between the ceramic material and the alkaline aqueous solution is completed. Further, when this step is solidification by a curing reaction, it may be carried out in any temperature range from room temperature to high temperature. For example, it can be carried out under normal pressure at a temperature of room temperature to 130 ° C. On the other hand, in the case of ceramic adhesives and the like, solidification is performed by heat curing. The heat solidification may be carried out, for example, by heating at a temperature of about 100 ° C. to 200 ° C. for about 1 hour to 2 hours.

(2)赤外線放射セラミックス中間体の作製
ここでは、ナノカーボン混合セラミックススラリーを調整し、これをセラミックス基板に塗布・固化して赤外線放射セラミックス中間体を作製する。
(2) Preparation of Infrared Radiating Ceramic Intermediate Here, an infrared radiating ceramic intermediate is prepared by preparing a nanocarbon mixed ceramic slurry and applying and solidifying it on a ceramic substrate.

<中間体用セラミックススラリーを調整する工程>
この工程では、上記の基板用セラミックススラリーを調整する工程と同様にセラミックス粒子からなるセラミックススラリーを調整する。また、セラミックススラリーの調整には、上記の基板用セラミックススラリーを調整する工程と同様の操作を行えばよい。なお、この工程においても、上記の基板用セラミックススラリーを調整する工程と同様にアルカリ水和反応やいわゆるセラミックス接着剤を利用することができる。
<Step of adjusting ceramic slurry for intermediate>
In this step, a ceramic slurry composed of ceramic particles is prepared in the same manner as in the above-mentioned step of adjusting the ceramic slurry for a substrate. Further, in the adjustment of the ceramic slurry, the same operation as the above-mentioned step of adjusting the ceramic slurry for a substrate may be performed. In this step as well, an alkali hydration reaction or a so-called ceramic adhesive can be used in the same manner as in the step of preparing the ceramic slurry for a substrate.

<ナノカーボン‐水系分散液を調整する工程>
この工程では、先の工程で準備した中間体用セラミックススラリーに混合するナノカーボン‐水系分散液を調整する。本発明において使用するナノカーボン材料とは、ナノサイズ又はマイクロサイズの微小炭素系物質である。通常のカーボン材料であるカーボンブラック(CB)やカーボンファイバー(CF)を使用して赤外線の放射率を上げようとすると、セラミックス放射体に対して15重量%程度の添加が必要となり、物性に優れたセラミックス放射体を成形することができない。
<Step of adjusting nanocarbon-aqueous dispersion liquid>
In this step, the nanocarbon-aqueous dispersion liquid to be mixed with the ceramic slurry for intermediates prepared in the previous step is prepared. The nanocarbon material used in the present invention is a nano-sized or micro-sized microcarbon-based substance. If you try to increase the emissivity of infrared rays using carbon black (CB) or carbon fiber (CF), which are ordinary carbon materials, it is necessary to add about 15% by weight to the ceramic radiator, which is excellent in physical properties. It is not possible to form a ceramic radiator.

本発明においては、セラミックス粒子に少量のナノカーボン材料を添加する事により、且つ、少量のナノカーボン材料の大部分が凝集体を構成することなくセラミックス中に均一に分散することにより、広い波数域に亘って赤外線の放射率を高くすることができる。ここで、ナノカーボン材料の大部分とは、特に数値限定をするものではない。しかし、好ましくはナノカーボン材料の50%以上、更に好ましくはナノカーボン材料の80%以上が凝集体を構成することなく均一に分散している状態をいう。 In the present invention, a wide wavenumber range is obtained by adding a small amount of nanocarbon material to the ceramic particles and by uniformly dispersing most of the small amount of nanocarbon material in the ceramics without forming aggregates. The emissivity of infrared rays can be increased. Here, most of the nanocarbon materials are not particularly limited in numerical values. However, preferably, 50% or more of the nanocarbon material, more preferably 80% or more of the nanocarbon material is uniformly dispersed without forming aggregates.

本実施形態で使用するナノカーボン材料とは、例えば、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノファイバー、グラフェン(GP)、又は、これらの配合物などをいう。なお、カーボンナノチューブは、マルチウォールカーボンナノチューブ(MWCNT)であってもよく、或いはシングルウォールカーボンナノチューブ(SWCNT)であってもよい。また、それぞれのナノカーボン材料の大きさ(直径や長さなど)は、一般的に定義される範囲であって特に限定するものではない。例えば、CNTの直径は、0.4〜100nm(単層〜多層)、GPの厚さ2〜10nm、エリアサイズ5〜30μm、CNFの直径は、4〜100nmといわれている。 The nanocarbon material used in the present embodiment refers to, for example, carbon nanotube (CNT), carbon nanofiber, graphene (GP), or a combination thereof. The carbon nanotube may be a multi-wall carbon nanotube (MWCNT) or a single-wall carbon nanotube (SWCNT). Further, the size (diameter, length, etc.) of each nanocarbon material is within a generally defined range and is not particularly limited. For example, it is said that the diameter of CNT is 0.4 to 100 nm (single layer to multilayer), the thickness of GP is 2 to 10 nm, the area size is 5 to 30 μm, and the diameter of CNF is 4 to 100 nm.

この工程におけるナノカーボン‐水系分散液の調整法は、特に限定するものではないが、水中にナノカーボン材料が単分散状態になることが好ましい。例えば、ナノカーボンの分散方法としては、親水性及び疎水性を有する界面活性剤(例えば、特開2007−039623号公報を参照)からなる単一組成ミセル又は混合ミセル水溶液を準備し、これにカーボンナノチューブを添加して分散処理する方法などが挙げられる。また、オリフィスを用いた分散方法(特開2015−013772号公報を参照)も提案されている。 The method for preparing the nanocarbon-aqueous dispersion liquid in this step is not particularly limited, but it is preferable that the nanocarbon material is in a monodispersed state in water. For example, as a method for dispersing nanocarbons, a single-composition micelle or a mixed micelle aqueous solution made of a hydrophilic and hydrophobic surfactant (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-039623) is prepared, and carbon is prepared therein. Examples thereof include a method of adding nanotubes and performing a dispersion treatment. Further, a dispersion method using an orifice (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-013772) has also been proposed.

本実施形態においては、まず、ボールミルなどを使用して疎水性のナノカーボンに水親和性をもたせる湿潤処理を行った。次に、ビーズミルなどを使用して湿潤処理したナノカーボンに界面活性剤等を配合して分散処理を行った。なお、ナノカーボン‐水系分散液におけるナノカーボン材料の比率は、後工程でセラミックススラリーに混合する際の操作性と、最終的に作製されたナノカーボン複合赤外線放射セラミックスの表面に対するナノカーボン材料の比率を考慮して調整する。 In the present embodiment, first, a wet treatment was performed using a ball mill or the like to give the hydrophobic nanocarbons a water affinity. Next, a surfactant or the like was added to the nanocarbon wet-treated using a bead mill or the like to carry out a dispersion treatment. The ratio of the nanocarbon material in the nanocarbon-aqueous dispersion is the operability when mixed with the ceramic slurry in the subsequent step and the ratio of the nanocarbon material to the surface of the finally produced nanocarbon composite infrared radiation ceramics. Adjust in consideration of.

また、この工程においては、焼成を行わないのでナノカーボン‐水系分散液に他の有機物を混合することができる。本実施形態においては、ナノカーボン‐水系分散液中のナノカーボン材料の分散状態を良好にして、ナノカーボン複合赤外線放射セラミックスにおけるセラミックス中のナノカーボン材料の分散を均一にする目的で、セルロースナノファイバー(CNF)を配合することが好ましい。ここで、セルロースナノファイバーとは、主に植物の細胞壁に由来するセルロースから成る、直径数nm〜100nm、長さが直径の100倍以上の繊維物質をいう。 Further, in this step, since firing is not performed, other organic substances can be mixed with the nanocarbon-aqueous dispersion liquid. In the present embodiment, cellulose nanofibers are used for the purpose of improving the dispersion state of the nanocarbon material in the nanocarbon-aqueous dispersion liquid and making the dispersion of the nanocarbon material in the ceramics uniform in the nanocarbon composite infrared radiation ceramics. (CNF) is preferably blended. Here, the cellulose nanofiber refers to a fiber substance having a diameter of several nm to 100 nm and a length of 100 times or more the diameter, which is mainly composed of cellulose derived from the cell wall of a plant.

<混合スラリーを調整する工程>
この工程では、先の工程で調整した中間体用セラミックススラリーとナノカーボン‐水系分散液とを混合して混合スラリーを調整する。まず、撹拌容器にセラミックススラリーを投入して撹拌する。次に、撹拌しながらナノカーボン‐水系分散液を加える。更に、所定時間撹拌を継続して混合スラリーを調整する。なお、撹拌装置、及び、撹拌のトルクと撹拌時間は、中間体用セラミックススラリーの粘度やナノカーボン‐水系分散液の混合量などにより適宜選定すればよい。
<Step of adjusting mixed slurry>
In this step, the ceramic slurry for intermediates prepared in the previous step and the nanocarbon-aqueous dispersion liquid are mixed to prepare a mixed slurry. First, the ceramic slurry is put into a stirring container and stirred. Next, the nanocarbon-aqueous dispersion is added with stirring. Further, stirring is continued for a predetermined time to prepare the mixed slurry. The stirring device and the stirring torque and stirring time may be appropriately selected depending on the viscosity of the ceramic slurry for the intermediate, the mixing amount of the nanocarbon-aqueous dispersion liquid, and the like.

なお、この工程においては、最終的に作製されたナノカーボン複合赤外線放射セラミックスの表面におけるセラミックス粒子とナノカーボン材料との比率を考慮しておく必要がある。本実施形態においては、セラミックス粒子に対するナノカーボン材料の添加量が、0.5重量%〜5.0重量%の範囲内にあることが好ましい。ナノカーボン材料の添加量が0.5重量%よりも少ない場合には、広い波数域に亘って赤外線の放射率を高くすることができない。一方、ナノカーボン材料の添加量が5.0重量%よりも多い場合には、セラミックス中のナノカーボン材料が凝集して均一に分散できない。そのため、表面物性に優れたナノカーボン複合赤外線放射セラミックスを作製することができない。 In this step, it is necessary to consider the ratio of the ceramic particles to the nanocarbon material on the surface of the finally produced nanocarbon composite infrared radiation ceramics. In the present embodiment, the amount of the nanocarbon material added to the ceramic particles is preferably in the range of 0.5% by weight to 5.0% by weight. When the amount of the nanocarbon material added is less than 0.5% by weight, the emissivity of infrared rays cannot be increased over a wide wavenumber range. On the other hand, when the amount of the nanocarbon material added is more than 5.0% by weight, the nanocarbon material in the ceramics agglomerates and cannot be uniformly dispersed. Therefore, it is not possible to manufacture nanocarbon composite infrared radiation ceramics having excellent surface physical characteristics.

<セラミックス基板に塗布・固化する工程>
この工程では、まず、既に作製しておいたセラミックス基板の表面に先の工程で調整した混合スラリーを塗布する。塗布の方法は特に限定するものではないが、セラミックス基板の表面にコーター、ローラー、スキージ、刷毛などでコーティングするようにしてもよい。或いは、混合スラリーの浴中にセラミックス基板を浸漬して全面にディッピングするようにしてもよい。なお、混合スラリーの粘度と塗布回数を調整することにより、セラミックス基板の表面に塗布される混合スラリー層の厚みを調整することができる。
<Process of coating and solidifying on ceramic substrate>
In this step, first, the mixed slurry prepared in the previous step is applied to the surface of the ceramic substrate already prepared. The coating method is not particularly limited, but the surface of the ceramic substrate may be coated with a coater, a roller, a squeegee, a brush, or the like. Alternatively, the ceramic substrate may be immersed in a bath of the mixed slurry to dip the entire surface. By adjusting the viscosity of the mixed slurry and the number of times of coating, the thickness of the mixed slurry layer coated on the surface of the ceramic substrate can be adjusted.

次に、混合スラリーを塗布したセラミックス基板を必要により乾燥した後に、加熱して混合スラリーの固化を完結して赤外線放射層を作製する。なお、加熱固化の条件は、特に限定するものではなく、例えば、150℃〜200℃前後の温度で1時間〜2時間程度加熱すればよい。このようにして、赤外線放射セラミックス中間体を作製する。 Next, the ceramic substrate coated with the mixed slurry is dried if necessary, and then heated to complete the solidification of the mixed slurry to prepare an infrared radiation layer. The conditions for heat solidification are not particularly limited, and for example, heating may be performed at a temperature of about 150 ° C. to 200 ° C. for about 1 hour to 2 hours. In this way, an infrared radiating ceramic intermediate is produced.

上述のようにして作製した赤外線放射セラミックス中間体の赤外線放射層の表面には、微細な気孔部又は空隙部が点在している。このような気孔部又は空隙部は、赤外線放射セラミックス中間体の表面にのみ存在するのではなく、赤外線放射層の内部にまで至っているものもある。図1は、赤外線放射セラミックス中間体の表面の電子顕微鏡写真である。また、図2は、赤外線放射セラミックス中間体に現れる気孔部又は空隙部を示すイメージ図である。図2において、(A)は表面の状態、(B)は断面の状態を示し、黒く描かれた部分が表面又は断面に現れた気孔部又は空隙部である。図1及び図2から分かるように、赤外線放射セラミックス中間体の表面及び断面には、微細な気孔部又は空隙部が多く点在している。本実施形態は、これらの気孔部又は空隙部の一部又は全部を表面側から充填や被覆するものである。 Fine pores or voids are scattered on the surface of the infrared radiation layer of the infrared radiation ceramic intermediate produced as described above. Such pores or voids do not exist only on the surface of the infrared radiating ceramic intermediate, but may extend to the inside of the infrared radiating layer. FIG. 1 is an electron micrograph of the surface of an infrared radiating ceramic intermediate. Further, FIG. 2 is an image diagram showing pores or voids appearing in the infrared radiating ceramic intermediate. In FIG. 2, (A) shows the state of the surface, (B) shows the state of the cross section, and the portion drawn in black is the pore portion or the void portion appearing on the surface or the cross section. As can be seen from FIGS. 1 and 2, many fine pores or voids are scattered on the surface and cross section of the infrared radiating ceramic intermediate. In this embodiment, a part or all of these pores or voids are filled or covered from the surface side.

図2に示すように、赤外線放射層の表面に気孔部又は空隙部が存在することにより、その部分の強度が他の部分より脆くなり赤外線放射層が劣化する可能性がある。また、図3に示すように、気孔部又は空隙部が赤外線放射層の内部にまで至っている場合には、その部分から水が侵入して赤外線放射層が劣化する可能性がある。本発明は、これらの欠点を解消しようとするものであり、更に、赤外線放射に加え熱板との接触による熱伝導も併用した乾燥効率の高い乾燥手段を提供するものでもある。 As shown in FIG. 2, the presence of pores or voids on the surface of the infrared radiation layer may make the strength of that portion more brittle than the other portions, resulting in deterioration of the infrared radiation layer. Further, as shown in FIG. 3, when the pore portion or the void portion reaches the inside of the infrared radiation layer, water may invade from the portion and the infrared radiation layer may be deteriorated. The present invention is intended to eliminate these drawbacks, and further provides a drying means having high drying efficiency in which heat conduction by contact with a hot plate is used in addition to infrared radiation.

(3)ナノカーボン複合赤外線放射セラミックスの作製
ここでは、赤外線放射セラミックス中間体の表面(赤外線放射層)に、樹脂による充填・被覆を行って表面に撥水性能及び必要により表面硬度の向上を付与して、本実施形態に係るナノカーボン複合赤外線放射セラミックスを作製する。
(3) Fabrication of Nanocarbon Composite Infrared Radiation Ceramics Here, the surface (infrared radiation layer) of the infrared radiation ceramics intermediate is filled and coated with resin to improve the water repellency and surface hardness if necessary. Then, the nanocarbon composite infrared radiating ceramics according to the present embodiment are produced.

<赤外線放射層の表面に充填層又は被覆層を形成する工程>
この工程では、赤外線放射層の表面に点在する気孔部又は空隙部を覆うように、樹脂による充填・被覆を行う。このコーティングにより、赤外線放射層の表面の一部又は全体に充填層や被覆層が形成される。
<Step of forming a packing layer or a coating layer on the surface of the infrared radiation layer>
In this step, resin is filled and coated so as to cover the pores or voids scattered on the surface of the infrared radiation layer. By this coating, a filling layer or a coating layer is formed on a part or the whole of the surface of the infrared radiation layer.

本発明において、充填層又は被覆層を形成する材料は特に限定するものではないが、セラミックス粒子やナノカーボン材料に親和性を有する材料を使用することが好ましい。例えば、シリコーン樹脂やフッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレンなども含む)を使用することができる。また、シランカップリング剤、シリカゾルなども使用することができる。 In the present invention, the material for forming the packing layer or the coating layer is not particularly limited, but it is preferable to use a material having an affinity for ceramic particles or a nanocarbon material. For example, a silicone resin or a fluororesin (including polytetrafluoroethylene) can be used. Further, a silane coupling agent, a silica sol and the like can also be used.

本実施形態においては、撥水性を有するシリコーン樹脂を使用した。シリコーン樹脂としては、反応性シリコーン樹脂や非反応性シリコーン樹脂などを使用することができる。また、特に撥水性を要求される場合には、ジメチルシリコーン系の主鎖を有するシリコーン樹脂を使用することが好ましい。なお、本実施形態においては、主鎖としてジメチルシリコーン、官能基としてシラノール基を有する反応性シリコーン樹脂を使用した。これらの樹脂は、シラノール基の脱水縮合反応により3次元網目構造の撥水性で硬い皮膜を形成する。 In this embodiment, a water-repellent silicone resin was used. As the silicone resin, a reactive silicone resin, a non-reactive silicone resin, or the like can be used. Further, when water repellency is particularly required, it is preferable to use a silicone resin having a dimethyl silicone-based main chain. In this embodiment, a reactive silicone resin having a dimethyl silicone as a main chain and a silanol group as a functional group was used. These resins form a water-repellent and hard film having a three-dimensional network structure by a dehydration condensation reaction of silanol groups.

また、赤外線放射層に樹脂を塗布する方法は特に限定するものではないが、コーター、ローラー、スキージ、刷毛などで樹脂液をコーティングするようにしてもよい。或いは、樹脂液の浴中に赤外線放射層を浸漬して全面にディッピングするようにしてもよい。なお、樹脂液の粘度と塗布回数を調整することにより、赤外線放射層の表面に形成される充填層や被覆層の厚みを調整することができる。このようにして、赤外線放射層の表面に充填層や被覆層が形成されたナノカーボン複合赤外線放射セラミックスが完成する。 The method of applying the resin to the infrared radiation layer is not particularly limited, but the resin liquid may be coated with a coater, a roller, a squeegee, a brush, or the like. Alternatively, the infrared radiation layer may be immersed in a bath of the resin liquid to dip the entire surface. By adjusting the viscosity of the resin liquid and the number of times of application, the thickness of the packing layer and the coating layer formed on the surface of the infrared radiation layer can be adjusted. In this way, the nanocarbon composite infrared radiating ceramics in which the filling layer and the coating layer are formed on the surface of the infrared radiating layer are completed.

なお、シリコーン樹脂による皮膜は、赤外線放射層の表面に点在する気孔部又は空隙部の部分のみを覆うように、主として充填層を形成するようにしてもよい。また、気孔部又は空隙部を含む赤外線放射層の表面全体を覆うように、被覆層を形成するようにしてもよい。 The silicone resin film may mainly form a packed layer so as to cover only the pores or voids scattered on the surface of the infrared radiation layer. Further, the coating layer may be formed so as to cover the entire surface of the infrared radiation layer including the pores or voids.

図3は、赤外線放射セラミックス中間体の表面にシリコーン樹脂などが充填又は被覆された状態を示す電子顕微鏡写真である。図3を先に説明した図1と比べると、シリコーン樹脂が充填され、また表面が被覆されていることが分かる。また、図4は、赤外線放射セラミックス中間体の断面に現れる気孔部又は空隙部にシリコーン樹脂などが充填又は被覆された状態を示すイメージ図である。図4において、黒く描かれた部分が断面に現れた気孔部又は空隙部であり、グレーで描かれた部分が充填部及ぶ被覆部である。 FIG. 3 is an electron micrograph showing a state in which the surface of the infrared radiation ceramic intermediate is filled or coated with a silicone resin or the like. Comparing FIG. 3 with FIG. 1 described above, it can be seen that the silicone resin is filled and the surface is coated. Further, FIG. 4 is an image diagram showing a state in which the pores or voids appearing in the cross section of the infrared radiating ceramic intermediate are filled or coated with a silicone resin or the like. In FIG. 4, the portion drawn in black is the pore portion or the gap portion appearing in the cross section, and the portion drawn in gray is the covering portion extending over the filling portion.

図4において、(A)は樹脂が内部に部分的に充填された状態、(B)は樹脂が内部全体に充填された状態、(C)は樹脂が内部には充填されずに表面の一部を被覆した状態、(D)は樹脂が内部に部分的に充填されると共に表面の一部を被覆した状態、(E)は樹脂が内部に充填されずに表面全体を被覆した状態、(F)は樹脂が内部全体に充填されると共に表面全体を被覆した状態を示す。このように、樹脂による充填又は被覆された状態は多岐にわたるが、これらすべての状態において本実施形態の作用効果を発揮することができる。 In FIG. 4, (A) is a state in which the resin is partially filled inside, (B) is a state in which the resin is completely filled inside, and (C) is a state in which the resin is not filled inside and is one of the surfaces. A state in which the portion is covered, (D) is a state in which the resin is partially filled inside and a part of the surface is covered, and (E) is a state in which the resin is not filled in the inside and the entire surface is covered. F) shows a state in which the resin is filled in the entire interior and the entire surface is covered. As described above, although there are various states of being filled or coated with the resin, the effects of the present embodiment can be exhibited in all of these states.

また、物質から放射される赤外線の量は物質固有のものであって、その物質の表面材料に依存する。従って、ナノカーボン材料を均一に分散した赤外線放射層の表面をシリコーン樹脂で被覆した場合には、シリコーン樹脂に固有の赤外線の放出量を示すと考えられる。それでは、高性能の赤外線放射性能を有するナノカーボン複合赤外線放射セラミックスの性能が低下してしまう。 Also, the amount of infrared radiation emitted by a substance is unique to the substance and depends on the surface material of the substance. Therefore, when the surface of the infrared radiation layer in which the nanocarbon material is uniformly dispersed is coated with a silicone resin, it is considered that the amount of infrared rays emitted unique to the silicone resin is exhibited. Then, the performance of the nanocarbon composite infrared radiation ceramics having high performance infrared radiation performance is deteriorated.

そこで、本発明者らは、赤外線放射層の表面全体を覆う充填層又は被覆層の厚みに着目し、本発明を完成させた。以下、充填層又は被覆層の厚みと赤外線放射性能との関係について説明する。まず、赤外線の放射率の測定方法、及び、レーザラマン分光法による樹脂層の厚みの測定方法について説明する。 Therefore, the present inventors have completed the present invention by paying attention to the thickness of the packing layer or the coating layer covering the entire surface of the infrared radiation layer. Hereinafter, the relationship between the thickness of the packing layer or the coating layer and the infrared radiation performance will be described. First, a method for measuring the emissivity of infrared rays and a method for measuring the thickness of the resin layer by laser Raman spectroscopy will be described.

<赤外線の放射率の測定>
本実施形態においては、赤外線の放射率の測定を一般財団法人ファインセラミックスセンター(JFCC)の方法(以下「JFCC法」という)で測定した。この方法は、従来の黒体と試料との放射率の比を取る方法に比べ、ノイズが少なく分解能に優れたフーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)を使用し、室温での測定を可能にした。赤外線の波長域(波数域)の光を試料に照射して、その反射エネルギーを積分級で捉える。吸収エネルギーと放射エネルギーは反比例の等価であるという理論に基づく。室温のスペクトルから指定温度の全放射率をJIS R 1693−2に準拠して計算する。なお、JFCC法は公知であるので、ここでは測定法の詳細は省略する。
<Measurement of infrared emissivity>
In this embodiment, the infrared emissivity was measured by the method of the Japan Fine Ceramics Center (JFCC) (hereinafter referred to as "JFCC method"). This method uses a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR), which has less noise and better resolution than the conventional method of taking the emissivity ratio of a blackbody and a sample, and measures at room temperature. Made possible. The sample is irradiated with light in the infrared wavelength range (wavenumber range), and the reflected energy is captured in the integral class. It is based on the theory that absorbed energy and radiant energy are inversely equivalent. The total emissivity at the specified temperature is calculated from the spectrum at room temperature according to JIS R 1693-2. Since the JFCC method is known, the details of the measurement method will be omitted here.

<レーザラマン分光法による樹脂層の厚みの測定方法>
まず、レーザラマン分光光度計(日本分光株式会社、NRS‐5100)を用い、ナノカーボン複合赤外線放射セラミックスの表面近傍に対する水平方向(X軸−Y軸方向)及び深さ方向(Z軸方向)における複数の走査点で3次元格子を構成し、これらの走査点に対してラマンスペクトルを得る。次に、得られた各ラマンスペクトルに対して、2912cm―1付近(炭素‐水素結合:シリコーン等)に現れるピーク高さを用いてマッピング操作(本発明においては「第1マッピング操作」という)を行う。また、1581cm―1付近(炭素材料)に現れるピーク高さを用いてマッピング操作(本発明においては「第2マッピング操作」という)を行う。
<Measurement method of resin layer thickness by laser Raman spectroscopy>
First, using a laser Raman spectrophotometer (JASCO Corporation, NRS-5100), a plurality of nanocarbon composite infrared radiation ceramics in the horizontal direction (X-axis-Y-axis direction) and the depth direction (Z-axis direction) with respect to the surface vicinity. A three-dimensional lattice is formed by the scanning points of the above, and a Raman spectrum is obtained for these scanning points. Next, for each Raman spectrum obtained, a mapping operation (referred to as "first mapping operation" in the present invention) is performed using the peak height appearing in the vicinity of 2912 cm-1 (carbon-hydrogen bond: silicone, etc.). conduct. Further, a mapping operation (referred to as "second mapping operation" in the present invention) is performed using the peak height appearing in the vicinity of 1581 cm- 1 (carbon material).

レーザラマン分光光度計での測定条件は、励起波長:532nm、レーザー強度:5mW、測定領域:20μm×20μm(3か所)、対物レンズ:100倍、空間分解能:略2μm、水平方向(X軸−Y軸方向)測定間隔:2μm(11点×11点)、深さ方向(Z軸方向)測定間隔:2μm(0〜200μm)とした。なお、本実施形態においては、マッピングしたデータ群から画像処理ソフトウェア(ImageJ)を用いて走査点割合を得た。 The measurement conditions with the Laser Raman spectrophotometer are: excitation wavelength: 532 nm, laser intensity: 5 mW, measurement area: 20 μm x 20 μm (3 locations), objective lens: 100 times, spatial resolution: approximately 2 μm, horizontal direction (X-axis-). The measurement interval in the Y-axis direction was 2 μm (11 points × 11 points), and the measurement interval in the depth direction (Z-axis direction) was 2 μm (0 to 200 μm). In this embodiment, the scanning point ratio was obtained from the mapped data group using image processing software (ImageJ).

具体的には、試料の3か所の測定領域(20μm×20μm)に対して、それぞれ表面近傍に平行な水平方向(X軸−Y軸方向)及び深さ方向(Z軸方向)における複数の走査点(ラマンスペクトルを測定するポイント)で3次元格子を構成する。次に、各走査点で得られたラマンスペクトルからシリコーン樹脂の存在を示すピーク高さを用いて第1マッピング操作(シリコーンマッピング)を行う。また、各走査点で得られたラマンスペクトルからカーボンの存在を示すピーク高さを用いて第2マッピング操作(カーボンマッピング)を行う。 Specifically, a plurality of measurement regions (20 μm × 20 μm) of the sample in the horizontal direction (X-axis-Y-axis direction) and the depth direction (Z-axis direction) parallel to the vicinity of the surface, respectively. A three-dimensional lattice is formed by scanning points (points at which Raman spectra are measured). Next, the first mapping operation (silicone mapping) is performed using the peak height indicating the presence of the silicone resin from the Raman spectrum obtained at each scanning point. In addition, a second mapping operation (carbon mapping) is performed using the peak height indicating the presence of carbon from the Raman spectrum obtained at each scanning point.

これらのマッピング操作から、3次元格子の表面から深さ方向(Z軸方向)に対してシリコーン樹脂の存在を確認できた走査点(分解能:略2μmの範囲)を表面走査点とし、これらの表面走査点が集合する水平方向(X軸−Y軸方向)の格子面を試料の最表面(シリコーン樹脂の影響が大きく赤外線放射への寄与が小さい面)として特定する。また、3次元格子の表面から深さ方向(Z軸方向)に対してカーボンの存在を確認できた走査点(分解能:略2μmの範囲)を有効走査点とし、これらの有効走査点が水平方向(X軸−Y軸方向)に80%以上存在する格子面を試料の有効表面(シリコーン樹脂の影響が小さく赤外線放射への寄与が大きい面)として特定する。 From these mapping operations, the scanning points (resolution: approximately 2 μm range) in which the presence of the silicone resin can be confirmed in the depth direction (Z-axis direction) from the surface of the three-dimensional lattice are set as the surface scanning points, and these surfaces. The horizontal (X-axis-Y-axis) lattice plane where the scanning points are gathered is specified as the outermost surface of the sample (the plane that is greatly affected by the silicone resin and has a small contribution to infrared radiation). Further, the scanning points (resolution: approximately 2 μm range) in which the presence of carbon can be confirmed in the depth direction (Z-axis direction) from the surface of the three-dimensional lattice are set as effective scanning points, and these effective scanning points are in the horizontal direction. A lattice surface having 80% or more in the (X-axis-Y-axis direction) is specified as an effective surface of the sample (a surface having a small influence of the silicone resin and a large contribution to infrared radiation).

本実施形態においては、最表面から有効表面までの距離をシリコーン樹脂層の厚みとして特定する。本実施形態においては、3か所の測定領域におけるシリコーン樹脂層の厚みの平均値で特定した。なお、本発明者らは、シリコーン樹脂層の厚み(充填層又は被覆層の厚み)が100μm以下、好ましくは10μm以下であれば、表面に塗布されたシリコーン樹脂に固有の赤外線の放出量ではなく、ナノカーボン複合赤外線放射セラミックスの高性能の赤外線放射性能を維持できることを確認した。 In the present embodiment, the distance from the outermost surface to the effective surface is specified as the thickness of the silicone resin layer. In the present embodiment, it is specified by the average value of the thicknesses of the silicone resin layers in the three measurement regions. In addition, when the thickness of the silicone resin layer (thickness of the filling layer or the coating layer) is 100 μm or less, preferably 10 μm or less, the present inventors do not emit infrared rays peculiar to the silicone resin applied to the surface. , It was confirmed that the high-performance infrared radiation performance of nanocarbon composite infrared radiation ceramics can be maintained.

上記実施形態に基づいた各工程により、ナノカーボン複合赤外線放射セラミックスを作製した。また、作製したナノカーボン複合赤外線放射セラミックスの表面の被覆層の厚みと赤外線放射性能、及び、撥水性と表面硬度などの物性を測定した。 Nanocarbon composite infrared radiation ceramics were produced by each step based on the above embodiment. In addition, the thickness and infrared radiation performance of the surface coating layer of the produced nanocarbon composite infrared radiation ceramics, and physical properties such as water repellency and surface hardness were measured.

(1)セラミックス基板の作製
本実施例においては、以下のようにしてセラミックス基板を作製した。
(1) Preparation of Ceramic Substrate In this example, a ceramic substrate was prepared as follows.

<基板用セラミックススラリーを調整する工程>
まず、基板用セラミックススラリーを調整する前にコーディエライト配合粒子を調整した。まず、コーディエライト(2MgO・2Al・5SiO)15重量%、溶融シリカ55重量%、蛙目粘土24重量%及びカオリン6重量%を配合して、乾粉を調整した。次に、この乾粉2kgに対して40重量%の水を配合して湿式調合により粉砕混合を行った。その後、脱水して原料ケーキ(水分量19%)とし、50℃で乾燥してコーディエライト配合粒子を得た。
<Step of adjusting ceramic slurry for substrate>
First, the cordierite-blended particles were prepared before preparing the ceramic slurry for the substrate. First, cordierite (2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2) 15 wt%, fused silica 55 wt%, by blending Gairome clay 24 wt% and 6 wt% kaolin was adjusted dry powder. Next, 40% by weight of water was mixed with 2 kg of the dry powder, and pulverization and mixing was performed by wet preparation. Then, it was dehydrated to obtain a raw material cake (water content 19%) and dried at 50 ° C. to obtain cordierite-blended particles.

得られたコーディエライト配合粒子2kgと分散剤を含有した600gの純水を容量10Lのナイロンポットミル(ボール重量3.2kg)に投入して62時間混練して、コーディエライト配合粒子が水中に分散した基板用セラミックススラリーを調整した。 2 kg of the obtained cordierite-blended particles and 600 g of pure water containing a dispersant were put into a nylon pot mill (ball weight 3.2 kg) having a capacity of 10 L and kneaded for 62 hours to bring the cordierite-blended particles into water. The dispersed ceramic slurry for substrates was prepared.

<成形用材料を調整する工程>
次に、得られた混合スラリーにバインダーを添加して造粒することなく、水分量を調整して成形用材料を調整した。
<Process of adjusting molding material>
Next, the molding material was adjusted by adjusting the water content without adding a binder to the obtained mixed slurry to granulate.

<予備成形体を準備する工程>
次に、石膏型を取付けた加圧成形機に成形用材料を投入し、1kg/cm3の加圧で予備成形体を準備した。
<Process of preparing the preformed body>
Next, the molding material was put into a pressure molding machine equipped with a plaster mold, and a preformed body was prepared under a pressure of 1 kg / cm3.

<予備成形体の固化工程>
次に、焼成固化により予備成形体の固化を完結した。焼成条件は、大気中で6時間を要して1050℃まで昇温し、1050℃の温度で0.5時間焼成した。このようにして、コーディエライト配合粒子のみからなるセラミックス基板を作製した。
<solidification process of preformed body>
Next, solidification of the preformed body was completed by firing solidification. As for the firing conditions, the temperature was raised to 1050 ° C. in the atmosphere for 6 hours, and the firing was performed at a temperature of 1050 ° C. for 0.5 hours. In this way, a ceramic substrate composed of only cordierite-blended particles was produced.

(2)赤外線放射セラミックス中間体の作製
本実施例においては、赤外線放射セラミックス中間体を焼成することなく加熱硬化により製造するものである。具体的には、セラミックス粒子として、いわゆるセラミックス接着剤(BX−83、朝日化学工業製)を使用した。また、ナノカーボン材料として、マルチウォールカーボンナノチューブ(MWCNT)とグラフェン(GP)に加え、セルロースナノファイバー(CNF)を均一に分散したナノカーボン‐水系分散液(以下「GTF分散液」で表す)を使用した。以下、セラミックス粒子を「セラミックス接着剤」で表し、ナノカーボン材料を「GTF」で表す。なお、本実施例においては、セラミックス接着剤に対するGTFの添加量を1重量%とした赤外線放射セラミックス中間体を作製した。
(2) Preparation of Infrared Radiating Ceramic Intermediate In this embodiment, the infrared radiating ceramic intermediate is manufactured by heat curing without firing. Specifically, a so-called ceramic adhesive (BX-83, manufactured by Asahi Chemical Co., Ltd.) was used as the ceramic particles. Further, as a nanocarbon material, in addition to multiwall carbon nanotubes (MWCNT) and graphene (GP), a nanocarbon-aqueous dispersion liquid (hereinafter referred to as “GTF dispersion liquid”) in which cellulose nanofibers (CNF) are uniformly dispersed is used. used. Hereinafter, the ceramic particles are represented by "ceramic adhesive", and the nanocarbon material is represented by "GTF". In this example, an infrared radiation ceramic intermediate was prepared in which the amount of GTF added to the ceramic adhesive was 1% by weight.

<中間体用セラミックススラリーを調整する工程>
本実施例に使用したセラミックス接着剤は、固形分比率でシリカ(SiO)80重量%、アルミナ(Al)11重量%、ジルコニア(ZrO)4.8重量%、酸化カルシウム(CaO)4.2重量%のものを使用した。これらの固形分83重量%に対して、水分17重量%からなるセラミックススラリーを調整した。
<Step of adjusting ceramic slurry for intermediate>
The ceramic adhesive used in this example had a solid content ratio of 80% by weight of silica (SiO 2 ), 11% by weight of alumina (Al 2 O 3 ), 4.8% by weight of zirconia (ZrO 2 ), and calcium oxide (CaO). ) 4.2% by weight was used. A ceramic slurry composed of 17% by weight of water was prepared with respect to 83% by weight of these solids.

<ナノカーボン‐水系分散液を調整する工程>
本実施例においては、所定量の脱イオン水とDMSO(Dimethyl Sulfoxide)を含む湿潤液に所定量のGTF(MWCNT 1.5重量%、GP 0.5重量%、CNF 0.12重量%)を添加し、ボールミル(直径20mmのジルコニアビーズを50%充填)を使用して所定時間の湿潤処理を行った。次に、湿潤処理したGTFスラリーを取り出し、これに所定量の界面活性剤等を添加し、ビーズミル(直径0.3mmのジルコニアビーズを70%充填)を使用して、粒度分布がD90<50nmになるまで分散処理を行い、所定濃度のナノカーボン‐水系分散液を調整した。
<Step of adjusting nanocarbon-aqueous dispersion liquid>
In this example, a predetermined amount of GTF (MWCNT 1.5% by weight, GP 0.5% by weight, CNF 0.12% by weight) is added to a wetting liquid containing a predetermined amount of deionized water and DMSO (Dimethyl Sulfoxide). The mixture was added and wetted for a predetermined time using a ball mill (filled with 50% of zirconia beads having a diameter of 20 mm). Next, the wet-treated GTF slurry was taken out, a predetermined amount of surfactant or the like was added thereto, and a bead mill (filled with 70% of zirconia beads having a diameter of 0.3 mm) was used to adjust the particle size distribution to D90 <50 nm. The dispersion treatment was carried out until it became complete, and a nanocarbon-aqueous dispersion liquid having a predetermined concentration was prepared.

ここで、GTF分散液の濃度は、セラミックス接着剤(固形分)に対するGTFの添加量1重量%を考慮して調整した。なお、使用した材料は、CNT(MWCNT:Nanocyl社製、NC7000、直径9.5nm、長さ1.5μm)、GP(伊藤黒鉛工業株式会社製、膨張黒鉛を分散して使用、厚さ2〜5nm、GP3〜8枚、幅1〜5μmのサイズにして使用)、CNF(第一工業製薬株式会社製、レオクリスタ、直径3nm、長さ5μm以上)であった。 Here, the concentration of the GTF dispersion liquid was adjusted in consideration of 1% by weight of the amount of GTF added to the ceramic adhesive (solid content). The materials used were CNT (MWCNT: manufactured by Nanocil, NC7000, diameter 9.5 nm, length 1.5 μm), GP (manufactured by Ito Graphite Industry Co., Ltd., expanded graphite dispersed and used, thickness 2 to 2). It was 5 nm, GP 3 to 8 sheets, and used in a size of 1 to 5 μm in width) and CNF (manufactured by Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., Leocrysta, diameter 3 nm, length 5 μm or more).

<混合スラリーを調整する工程>
上記各工程で調整したセラミックススラリーとナノカーボン‐水系分散液とを混合して混合スラリーを調整した。本実施例においては、セラミックス接着剤の粘度が高く攪拌機を使用できないので、乳鉢を用いて混合スラリーを調整した。
<Step of adjusting mixed slurry>
The ceramic slurry prepared in each of the above steps and the nanocarbon-aqueous dispersion liquid were mixed to prepare a mixed slurry. In this example, since the viscosity of the ceramic adhesive is so high that a stirrer cannot be used, the mixed slurry was prepared using a mortar.

<セラミックス基板に塗布・固化する工程>
ここで、上記工程で作製しておいたセラミックス基板の表面に先の工程で調整した混合スラリーを刷毛塗りで塗布した。次に、混合スラリーを塗布したセラミックス基板を乾燥した後に、200℃の温度で1時間加熱して混合スラリーの固化を完結した。本実施例においては、次工程で行うシリコーン樹脂の塗布量を変化させるために、複数の赤外線放射セラミックス中間体を準備した。
<Process of coating and solidifying on ceramic substrate>
Here, the mixed slurry prepared in the previous step was applied by brush coating to the surface of the ceramic substrate prepared in the above step. Next, after the ceramic substrate coated with the mixed slurry was dried, it was heated at a temperature of 200 ° C. for 1 hour to complete the solidification of the mixed slurry. In this example, a plurality of infrared radiating ceramic intermediates were prepared in order to change the coating amount of the silicone resin performed in the next step.

(3)ナノカーボン複合赤外線放射セラミックスの作製
本実施例においては、上記工程で準備した複数の赤外線放射セラミックス中間体に対して、シリコーン樹脂による充填・被覆を行って、表面に撥水性能及び表面硬度の向上を付与した一連のナノカーボン複合赤外線放射セラミックスを作製するものである。
(3) Fabrication of Nanocarbon Composite Infrared Radiating Ceramics In this example, a plurality of infrared radiating ceramic intermediates prepared in the above step are filled and coated with a silicone resin to provide water repellency and surface surface. A series of nanocarbon composite infrared radiation ceramics with improved hardness are produced.

<赤外線放射層の表面に充填層又は被覆層を形成する工程>
具体的には、脱水縮合型の反応性シリコーン樹脂(信越化学工業株式会社製、KR−242A)を使用して、赤外線放射層の表面に刷毛塗りで1回塗り、2回塗り、3回塗り、5回塗り、8回塗り及び10回塗りまで塗布回数を変化させて塗布量の異なる6試料を作製した。塗布後の各試料は、160℃の温度で1時間加熱してシリコーン樹脂の脱水縮合反応を完結した。本実施例においては、シリコーン樹脂の塗布量を変化させた6試料と、シリコーン樹脂の塗布を行わなかった1試料の計7試料を準備した。
<Step of forming a packing layer or a coating layer on the surface of the infrared radiation layer>
Specifically, using a dehydration condensation type reactive silicone resin (KR-242A, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), the surface of the infrared radiation layer is brushed once, twice, and three times. Six samples having different coating amounts were prepared by changing the number of coatings up to 5, 5, and 10 coatings. Each sample after coating was heated at a temperature of 160 ° C. for 1 hour to complete the dehydration condensation reaction of the silicone resin. In this example, a total of 7 samples were prepared, 6 samples in which the amount of the silicone resin applied was changed and 1 sample in which the silicone resin was not applied.

(4)性能の確認
次に、上記工程で準備した7試料について、JFCC法による赤外線の放射率の測定を行った。なお、放射率の測定は、室温のスペクトルから波数域6000〜400cm−1(波長域1.67〜25μm)、及び、波数域6000〜1250cm−1(波長域1.67〜8μm)の赤外線の放射率を測定した。測定した赤外線の放射率(25℃)の値を表1に示す。なお、図5は、本実施例のナノカーボン複合赤外線放射セラミックスの一部(塗布回数5回、8回及び10回の各試料)及び使用したシリコーン樹脂の25℃における赤外線スペクトルである。また、図5には、比較のために市販のセラミックスヒーター(既存品)の赤外線スペクトルも記載した。図5において、横軸は波数(波数域6000〜400cm−1)、縦軸は赤外線放射率(%)である。
(4) Confirmation of performance Next, the infrared emissivity of the seven samples prepared in the above step was measured by the JFCC method. The measurement of emissivity, wavenumber range 6000~400Cm -1 from the spectrum of the room (wavelength region 1.67~25Myuemu), and, wavenumber range 6000~1250Cm -1 of infrared (wavelength region 1.67~8Myuemu) The emissivity was measured. Table 1 shows the measured infrared emissivity (25 ° C.) values. FIG. 5 is an infrared spectrum of a part of the nanocarbon composite infrared radiating ceramics of this example (samples coated 5 times, 8 times, and 10 times) and the used silicone resin at 25 ° C. In addition, FIG. 5 also shows the infrared spectrum of a commercially available ceramic heater (existing product) for comparison. In FIG. 5, the horizontal axis is the wave number (wave number range 6000 to 400 cm -1 ), and the vertical axis is the infrared emissivity (%).

図5の赤外線スペクトルにおいて、塗布回数5回(符号1)、8回(符号2)、及び10回(符号3)の各試料は、シリコーン樹脂の塗布量が多いにもかかわらず、測定した波数域6000〜400cm−1において赤外線放射率が80%以上、波数域6000〜1250cm−1においてほぼ90%以上あり、高度な赤外線放射能力を示している。これに対して、市販のセラミックスヒーター(既存品)の赤外線放射率(符号4)は、波数域6000〜2000cm−1の領域において大きく低下する。また、本実施例において充填・被覆に使用したシリコーン樹脂の赤外線放射率(符号5)は、特定の波数において高い放射率を示す部分もあるが、波数域6000〜4000cm−1の領域において大きく低下する。このように、塗布回数5回、8回及び10回の各試料は、シリコー樹脂が表面に充填又は被覆されているにも拘らず、シリコーン樹脂の影響を受けていないことが分かる。 In the infrared spectrum of FIG. 5, the wave numbers measured for each of the samples coated 5 times (reference numeral 1), 8 times (reference numeral 2), and 10 times (reference numeral 3) despite the large amount of silicone resin applied. infrared emissivity of 80% or more in a range 6000~400cm -1, there almost 90% or more in the wavenumber range 6000~1250cm -1, shows a high degree of infrared radiation force. On the other hand, the infrared emissivity (reference numeral 4) of a commercially available ceramic heater (existing product) greatly decreases in the wave number range of 6000 to 2000 cm -1. Further, the infrared emissivity (reference numeral 5) of the silicone resin used for filling and coating in this embodiment shows a high emissivity at a specific wave number, but is significantly reduced in the wave number range of 6000 to 4000 cm -1. do. As described above, it can be seen that each of the samples coated 5 times, 8 times and 10 times is not affected by the silicone resin even though the surface is filled or coated with the silicon resin.

また、準備した7試料について、上述したレーザラマン分光法により最表面から有効表面までの距離(有効表面上のシリコーン樹脂層を主体とする厚み)を測定した。準備した7試料に対する最表面から有効表面までの距離の値を表1に示す。なお、図6は、本実施例のナノカーボン複合赤外線放射セラミックスをレーザラマン分光法で測定した際のシリコーン3Dマッピング(A)及びカーボン3Dマッピング(B)の一例(塗布回数8回の試料)を示す。 Further, for the prepared 7 samples, the distance from the outermost surface to the effective surface (thickness mainly of the silicone resin layer on the effective surface) was measured by the above-mentioned laser Raman spectroscopy. Table 1 shows the values of the distances from the outermost surface to the effective surface with respect to the prepared 7 samples. FIG. 6 shows an example (sample of 8 times of coating) of silicone 3D mapping (A) and carbon 3D mapping (B) when the nanocarbon composite infrared radiation ceramics of this example were measured by laser Raman spectroscopy. ..

図6において、(B)のカーボン層の上部にシリコーン層が100μmほど塗布されていることが分かる。なお、レーザラマン分光法においては、透明なシリコーン樹脂は検出できるので、最表面から有効表面までの距離を測定することができた。しかし、カーボンは10μm程度しか検出できず、カーボンが多くなると検出することができない。そのため、図6(A)(B)のマップの下方が検出不能となっている。 In FIG. 6, it can be seen that the silicone layer is applied to the upper part of the carbon layer (B) by about 100 μm. Since the transparent silicone resin can be detected by the laser Raman spectroscopy, the distance from the outermost surface to the effective surface can be measured. However, carbon can be detected only about 10 μm, and cannot be detected when the amount of carbon increases. Therefore, the lower part of the map of FIGS. 6 (A) and 6 (B) cannot be detected.

また、準備した7試料について、物性値として、JIS R3257の基板ガラス表面のぬれ性試験方法(静滴法)による接触角の値と、JIS K5600−5−4の塗膜の機械的性質(引っかき硬度;鉛筆法)による表面の硬度の値を測定した。測定した値を表1に示す。 In addition, for the prepared 7 samples, the physical property values were the value of the contact angle by the wetness test method (still drop method) of the substrate glass surface of JIS R3257 and the mechanical property (scratch) of the coating film of JIS K5600-5-4. The value of the surface hardness was measured by the hardness (pencil method). The measured values are shown in Table 1.

Figure 2021155305
Figure 2021155305

表1において、シリコーン樹脂の塗布回数が増加するにつれて、レーザラマン分光法で測定した有効表面上の充填層又は被覆層の厚み(シリコーン樹脂層の厚み)が増加している。樹脂層の厚みが13μm以下であれば、波数域6000〜400cm−1において赤外線放射率が80%以上、波数域6000〜1250cm−1において90%以上と良好な値を示している。一方、樹脂層の厚みが110μmになると、波数域6000〜1250cm−1において赤外線放射率が90%以上を維持しているが、波数域6000〜400cm−1において赤外線放射率の値が80%未満と低下する。 In Table 1, as the number of times the silicone resin is applied increases, the thickness of the packing layer or coating layer on the effective surface (thickness of the silicone resin layer) measured by laser Raman spectroscopy increases. If the thickness of the resin layer is 13μm or less, the infrared emissivity of 80% or more in the wavenumber range 6000~400Cm -1, shows a good value of 90% or more in the wavenumber range 6000~1250cm -1. On the other hand, when the thickness of the resin layer is 110 [mu] m, although the infrared emissivity in the wave number range 6000~1250Cm -1 is maintained at least 90%, the value of the infrared emissivity in the wave number range 6000~400Cm -1 is less than 80% And decrease.

これらのことから、樹脂層の厚みが100μm以下であれば、表面を覆うシリコーン樹脂による赤外線放射率の低下がある程度抑制され、十分な赤外線放射率を得ることができるものと考えられる。更に、樹脂層の厚みが10μm以下であれば、表面を覆うシリコーン樹脂による赤外線放射率の低下が完全に抑制され、非常に良好な赤外線放射率を得ることができる。 From these facts, it is considered that when the thickness of the resin layer is 100 μm or less, the decrease in infrared emissivity due to the silicone resin covering the surface is suppressed to some extent, and a sufficient infrared emissivity can be obtained. Further, when the thickness of the resin layer is 10 μm or less, the decrease in infrared emissivity due to the silicone resin covering the surface is completely suppressed, and a very good infrared emissivity can be obtained.

表面のぬれ性(接触角)は、いずれの試料においても90°以上となり、十分なぬれ難さ(撥水性能)を示している。一方、引っかき硬度(表面硬度)においては、塗布しない試料は6Bより軟らかいのに対して、1回塗り〜3回塗りで3H〜6Hと大きく向上する。しかし、塗布回数が増加するにつれて硬度が低下し、5回塗りでHBを維持しているが、8回塗りで6Bより軟らかいものとなる。これは、表面のシリコーン樹脂層の厚みが増して、シリコーン樹脂そのものの硬度が示されているものと考えられる。これらのことから、ナノカーボン複合赤外線放射セラミックスの用途によって、ぬれ難さ(撥水性能)と引っかき硬度(表面硬度)を調整して使用することが好ましい。 The wettability (contact angle) of the surface is 90 ° or more in all the samples, indicating sufficient difficulty in wetting (water repellency). On the other hand, in terms of scratch hardness (surface hardness), the sample not coated is softer than 6B, whereas the sample coated once to three times greatly improves to 3H to 6H. However, as the number of coatings increases, the hardness decreases, and although HB is maintained by applying 5 times, it becomes softer than 6B by applying 8 times. It is considered that this is because the thickness of the silicone resin layer on the surface is increased to indicate the hardness of the silicone resin itself. From these facts, it is preferable to adjust the resistance to wetting (water repellency) and the scratch hardness (surface hardness) depending on the application of the nanocarbon composite infrared radiation ceramics.

これまで説明したように、上記実施形態によれば、赤外線放射体の表面の撥水性能や表面硬度を向上させるために、当該表面に点在する微細な気孔部又は空隙部を充填又は被覆した場合でも、広い波数域に亘って赤外線の放射率の高いナノカーボン複合赤外線放射セラミックスを提供することができる。
As described above, according to the above embodiment, in order to improve the water repellency and surface hardness of the surface of the infrared radiator, fine pores or voids scattered on the surface are filled or covered. Even in this case, it is possible to provide nanocarbon composite infrared radiation ceramics having a high emissivity of infrared rays over a wide wave number range.

Claims (9)

セラミックス中にナノカーボン材料を均一に分散した赤外線放射セラミックスの表面に点在する気孔部又は空隙部を覆うように、当該表面の一部又は全体に充填層及び/又は被覆層が形成され、
JFCC法で測定した25℃における波数域6000〜400cm−1の赤外線の放射率の値が80%以上であることを特徴とするナノカーボン複合赤外線放射セラミックス。
A packing layer and / or a coating layer is formed on a part or the whole of the surface so as to cover the pores or voids scattered on the surface of the infrared radiation ceramic in which the nanocarbon material is uniformly dispersed in the ceramic.
Nanocarbon composite infrared radiating ceramics characterized in that the value of the infrared emissivity in the wave number range of 6000 to 400 cm -1 at 25 ° C. measured by the JFCC method is 80% or more.
前記JFCC法で測定した25℃における波数域6000〜1250cm−1の赤外線の放射率の値が90%以上であることを特徴とする請求項1に記載のナノカーボン複合赤外線放射セラミックス。 The nanocarbon composite infrared radiating ceramics according to claim 1, wherein the value of the infrared emissivity in the wave number range 6000 to 1250 cm -1 measured by the JFCC method at 25 ° C. is 90% or more. レーザラマン分光法により、前記赤外線放射セラミックスの表面近傍に平行な水平方向(X軸−Y軸方向)及び深さ方向(Z軸方向)における複数の走査点で3次元格子を構成し、
各走査点で得られたラマンスペクトルから前記充填層及び/又は被覆層を形成する材料の存在を示すピーク面積を用いた第1マッピング操作と、炭素材料の存在を示すピーク面積を用いた第2マッピング操作とを行い、
前記第1マッピング操作において前記3次元格子の表面から深さ方向(Z軸方向)に対して前記充填層及び/又は被覆層を形成する材料の存在を確認できた走査点を表面走査点とし、当該表面走査点が集合する水平方向(X軸−Y軸方向)の格子面を前記赤外線放射セラミックスの最表面と定義し、
前記第2マッピング操作において前記3次元格子の表面から深さ方向(Z軸方向)に対して前記炭素材料の存在を確認できた走査点を有効走査点とし、当該有効走査点が水平方向(X軸−Y軸方向)に80%以上存在する格子面を前記赤外線放射セラミックスの有効表面と定義し、
前記最表面から前記有効表面までの距離が100μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のナノカーボン複合赤外線放射セラミックス。
A three-dimensional lattice is formed by a plurality of scanning points in the horizontal direction (X-axis-Y-axis direction) and the depth direction (Z-axis direction) parallel to the surface of the infrared radiation ceramics by laser Raman spectroscopy.
The first mapping operation using the peak area indicating the presence of the material forming the packed bed and / or the coating layer from the Raman spectrum obtained at each scanning point and the second using the peak area indicating the presence of the carbon material. Perform mapping operations and
The scanning point at which the presence of the material forming the packed layer and / or the coating layer can be confirmed in the depth direction (Z-axis direction) from the surface of the three-dimensional lattice in the first mapping operation is defined as the surface scanning point. The horizontal (X-axis-Y-axis) lattice plane where the surface scanning points are gathered is defined as the outermost surface of the infrared radiation ceramics.
The scanning point at which the presence of the carbon material can be confirmed in the depth direction (Z-axis direction) from the surface of the three-dimensional lattice in the second mapping operation is set as an effective scanning point, and the effective scanning point is the horizontal direction (X). A lattice plane existing in 80% or more in the axis-Y-axis direction) is defined as an effective surface of the infrared radiation ceramics.
The nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to claim 1 or 2, wherein the distance from the outermost surface to the effective surface is 100 μm or less.
前記最表面から前記有効表面までの距離が10μm以下であることを特徴とする請求項3に記載のナノカーボン複合赤外線放射セラミックス。 The nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to claim 3, wherein the distance from the outermost surface to the effective surface is 10 μm or less. 前記充填層及び/又は被覆層は、主としてシリコーン系又はフッ素系の撥水性樹脂からなり、
JIS R3257の基板ガラス表面のぬれ性試験方法(静滴法)で測定した接触角の値が80°以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のナノカーボン複合赤外線放射セラミックス。
The packing layer and / or coating layer is mainly made of a silicone-based or fluorine-based water-repellent resin.
The nanocarbon composite according to any one of claims 1 to 4, wherein the value of the contact angle measured by the wettability test method (droplet method) of the substrate glass surface of JIS R3257 is 80 ° or more. Infrared radiation ceramics.
JIS K5600−5−4の塗膜の機械的性質(引っかき硬度;鉛筆法)で測定した前記被覆層や充填層を含む表面の硬度の値が2H以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載のナノカーボン複合赤外線放射セラミックス。 Claims 1 to 1, wherein the value of the hardness of the surface including the coating layer and the packing layer measured by the mechanical properties (scratch hardness; pencil method) of the coating film of JIS K5600-5-4 is 2H or more. The nanocarbon composite infrared radiation ceramics according to any one of 5. 前記ナノカーボン材料は、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラフェン、又は、これらの配合物であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載のナノカーボン複合赤外線放射セラミックス。 The nanocarbon composite infrared radiating ceramics according to any one of claims 1 to 6, wherein the nanocarbon material is carbon nanotubes, carbon nanofibers, graphene, or a compound thereof. 前記ナノカーボン材料に加え、セルロースナノファイバーを含有してなることを特徴とする請求項7に記載のナノカーボン複合赤外線放射セラミックス。 The nanocarbon composite infrared radiating ceramic according to claim 7, which contains cellulose nanofibers in addition to the nanocarbon material. 前記セラミックス粒子は、アルミナ、シリカ、ジルコニア、コーディエライト、又は、これらの配合物を90重量%以上含有してなることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載のナノカーボン複合赤外線放射セラミックス。
The nanocarbon according to any one of claims 1 to 8, wherein the ceramic particles contain alumina, silica, zirconia, cordierite, or a compound thereof in an amount of 90% by weight or more. Composite infrared radiation ceramics.
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