JP6604721B2 - 耐熱性に優れた、潜熱蓄熱材含浸蓄熱体 - Google Patents
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Description
そこで本発明は、異常高温条件での耐熱性が向上した蓄熱体を提供することを解決すべき課題とする。
2つの主面を備える板状の多孔質基材と、
前記多孔質基材に含浸された蓄熱材組成物と、
前記多孔質基材の2つの主面のうち少なくとも一方を被覆する被覆層と
を備え、
前記蓄熱材組成物が、潜熱蓄熱材と熱可塑性エラストマーとを含有し、
前記被覆層が耐熱性及び放射熱反射性を有することを特徴とする。
本発明に使用できる多孔質基材としては、木質成形体、無機繊維基材、鉱物質基材等が挙げられる。
木質成形体としては、木質繊維を集積させた基材や、木質片を集積させた基材が挙げられる。
本発明の蓄熱体に含まれる蓄熱材組成物は、潜熱蓄熱材と熱可塑性エラストマーとを少なくとも含む。
条件(1):
5≦X≦17;
5≦Y≦25;
5≦X<10のとき、Y≧−2X+25;且つ
14<X≦17のとき、Y≦−5X+90
を満足する。
線分Aを含む直線:X=5
線分Bを含む直線:Y=−2X+25
線分Cを含む直線:Y=5
線分Dを含む直線:Y=−5X+90
線分Eを含む直線:X=14
線分Fを含む直線:Y=25
線分Gを含む直線:Y=−2X+30
線分Hを含む直線:Y=−(5/7)X+(120/7)
線分Iを含む直線:Y=−(10/3)X+(185/3)
線分Jを含む直線:Y=−1.25X+32.5
線分Kを含む直線:Y=−X+30
本発明の上記条件(1)を満たす(X、Y)の範囲は図7において直線A〜Fにより囲まれた領域に相当する。
条件(2):
5≦X<10のとき
Y≧−2X+30、且つ
Y≦−X+30
を満足し、
10≦X<14のとき、
Y≧−(5/7)X+(120/7)、且つ
Y≦−1.25X+32.5
を満足し、
14≦X≦17のとき、
Y≧−(5/7)X+(120/7)、且つ
Y≦−(10/3)X+(185/3)
を満足する。
本発明において被覆層は耐熱性を有し、且つ、放射熱反射性を有する。
耐熱性とは空気中で200〜600℃の温度において10〜60分間曝したときに形状を保持できる性質を指す。
被覆層と多孔質基材とは、必要に応じて接着剤の層を間に介して接合することができる。
本発明の蓄熱体の構造の例を図8〜10に示す。ただし本発明の範囲は図示する実施形態に限定されるわけでないことは当然である。以下の図8以降の図は全て板状体を厚さ方向に沿って切った断面の模式図である。各図では各層の厚さや幅等の寸法は説明のために誇張して描かれており、実際の寸法を反映したものではない。
本発明の蓄熱体は、蓄熱材組成物を溶融させて液体状としたものを、多孔質基材に対して、蓄熱材組成物が多孔質基材の内部に浸透するように含浸する含浸工程と、含浸工程後の、蓄熱材組成物が含浸された多孔質基材の少なくとも1つの主面を被覆層により被覆する被覆工程とを含む方法により製造することができる。
本発明の蓄熱体1は蓄熱性が求められる様々な場面での利用が可能である。以下に、壁材、床材、天井材等として用いる場合の利用例として代表的なものを示す。なお以下の説明では同様の機能、構造を有する構成には同じ符号を付し、説明を省略する。
図11には、蓄熱体1の室内側に化粧基材111と化粧材112とを積層して組み合わせた、内装壁構造の一例を示す。
図12には、図11に示すように蓄熱体1の室内側に化粧基材111と化粧材112とを積層し、更に蓄熱体1の室外側に断熱材121を積層した内装壁構造の一例を示す。
図13には、図12に示す内装壁構造において、断熱材121の室外側表面に更にアルミニウム遮熱フィルム131を形成した例を示す。
図14には、蓄熱体1の室内側にヒーター又は温冷水パネル141、化粧基材111、化粧材112をこの順に配置し、蓄熱体1の室外側に断熱材121を配置した内装壁構造の一例を示す。
図16には、図14に示す内装壁構造において断熱材121の室外側にアルミニウム遮熱フィルム131を積層した例を示す。
図17には、図15に示す内装壁構造において断熱材121の室外側にアルミニウム遮熱フィルム131を積層した例を示す。
<試験1:本発明の蓄熱体と、市販の蓄熱体との比較>
1.目的
本試験は、試作の蓄熱材組成物を含浸した木質繊維板をアルミニウム箔で被覆した本発明の蓄熱体の不燃性を確認する。
(本発明品)
板状多孔質基材としてインシュレーションボード(密度0.27g/cm3、厚さ10mm)。を用いた。インシュレーションボードとは木材を繊維(ファイバー)状にしたものを原料として板状に成型したもので、密度が0.35g/cm3未満のものを指す。
比較のための蓄熱体として市販品を用いた。具体的には、該市販品は、融点22℃のパラフィンとエチレンベースポリマーとの質量比60:40の混合物であるゲル化蓄熱材組成物から成形された板状基材の表(おもて)面と裏面にアルミニウム箔(硬質、アルミニウム層の厚さ100μm)を被覆した、全体の厚さが5.3mmの蓄熱パネルである。
3.1.評価試験方法
ISOのコーンカロリーメーター法に準拠したJIS A5404の付属書Aで規定される発熱性試験を実施した。
条件(1)〜(3)の全てを所定時間=20分間で満足するものを「不燃材料」とし、所定時間=10分間で満足するものを「準不燃材料」とし、所定時間=5分間で満足するものを「難燃材料」とする。
(1)加熱開始後から所定時間の総発熱量が8MJ/m2以下であること。
(2)加熱開始後から所定時間の最高発熱速度が10秒以上継続して200kW/m2を超えないこと。
(3)加熱開始後から所定時間まで、防火上有害な裏面まで貫通する亀裂及び穴がないこと。
本発明品及び比較品のそれぞれについて、上記で得られた試験体の側面をアルミニウムテープで被覆した試験体(以下「側面被覆」と称する)と、被覆していない試験体(以下「側面無被覆」と称する)とを用意した。
(側面被覆)10cm角の試験体の側面をアルミニウムテープで被覆した(試験時のアルミニウム箔被覆は無し)。
(側面無被覆)10cm角の試験体の側面をアルミニウムテープで被覆していない。
4.1.結果一覧
試験結果を図1、2に示す。図1は加熱時間と総発熱量との関係を示す。図2は加熱時間と発熱速度との関係を示す。
試験結果に基づく不燃性の評価結果は下記の通り。
発熱性試験後の試験体の状態を示す写真を図3〜5に示す。
図3は、本発明品(側面被覆)の試験後の写真である。試験体の側面をアルミニウムテープで被覆した場合、本発明品と比較品ともに試験体内部の蓄熱材等が加熱によって揮発し、表面を被覆するアルミニウム箔の膨れが生じた。
以上の試験から、蓄熱材組成物を含浸した木質繊維板の主面をアルミニウム箔で被覆することによって、蓄熱材組成物の着火性は高いにもかかわらず、不燃化可能であることが明らかとなった。
1.目的
アルミニウムは放射熱の遮熱性が高い材料として知られている。試験1で確認されたように蓄熱材組成物含浸パネルがアルミニウム箔の被覆により難燃化できたことは、アルミニウム箔の遮熱性の高さに起因していると推定される。蓄熱材組成物含浸パネルをアルミニウム箔で被覆することにより、パネル内部への熱の移動が大きく変化する可能性がある。そこで、以下の試験ではアルミニウム箔の被覆による影響について評価を行った。
試験体として、試験1で作製した、アルミニウム箔により表裏面を被覆した本発明品を用いた。
比較試料として、前記本発明品においてアルミニウム箔が表裏面に被覆されていない、蓄熱材組成物が含浸されたインシュレーションボードを用いた。
環境室内に容器を設置し、容器内に上記の試験体を置き、環境試験室内の温度を10℃で養生後、40℃で7時間保持し、その後10℃で7時間保持した。保存試験中、各試験体の表面の温度を経時的に測定した。
結果を図6に示す。蓄熱体表面をアルミニウム箔で被覆することでパネルの温度変化が緩やかになることが確認された。
蓄熱材組成物は温度変化速度を緩和することができるが、それに加えて、アルミニウム箔を被覆することにより更なる温度変化速度の緩和が可能であることが明らかとなった。
1.参考試験1
本試験は、潜熱蓄熱材(パラフィン)と固定化剤との混合物を、木質ボードに含浸した場合の含浸性及び混合物の耐溶出性(保持能力)を評価することを目的とする。
木質ボードとして、インシュレーションボード(密度0.27g/cm3、厚さ15mm)を使用した。インシュレーションボードとは、木材を繊維(ファイバー)状にしたものを原料として成型されたもので、密度が0.35g/cm3未満のものを指す。
固定化剤としては、水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーを用いた。水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーとしては、重量平均分子量が5万、10万、14万、又は17万であるスチレン−エチレン/ブチレン−スチレンブロック共重合体(SEBS)を用いた。
潜熱蓄熱材(パラフィン)と上記記載の固定化剤を、表2に示した割合で添加し、混練機内で100〜130℃で溶融混合し、固定化剤と潜熱蓄熱材との混合物(蓄熱材組成物)を作製した。
浸漬10分後にインシュレーションボードをバットから取り出し、蓄熱材組成物のインシュレーションボードへの含浸状況を○△×で評価するとともに、含浸前後の重量を測定し、その含浸率を算出した。
(含浸性の評価)
○:含浸状況が良く、蓄熱材組成物の液切れも良く、ボード表面には蓄熱材組成物の皮膜がほとんど無い状態
△:一定の含浸量は得られるが、蓄熱材組成物の液切れがあまり良くなく、ボード表面に蓄熱材組成物の皮膜が少しできた状態
×:含浸状況が不良で、蓄熱材組成物の液切れも悪く、ボード表面全体に蓄熱材組成物の皮膜ができた状態
含浸率=(含浸後のボード重量−含浸前のボード重量)/(含浸前のボード重量)x100 (%)
更に、蓄熱材組成物の100℃における粘度をB型粘度計で測定した。
蓄熱材組成物を含浸したボードを40℃のドライヤー内に1ヶ月間静置し、1ヶ月前後のボード重量の減少を測定し、蓄熱材組成物のボードからの溶出率を算出した。
溶出率=(1ヶ月静置前のボード重量−1ヶ月静置後のボード重量)/(1ヶ月静置前のボード重量)x100(%)
(耐溶出性の評価)
○:溶出率0%
△:溶出率0%超1%未満
×:溶出率1%以上
蓄熱材組成物のボードへの含浸性とボード外への耐溶出性の両面から固定化剤の総合評価を行った
○:含浸性、耐溶出性の両方が○
△:含浸性、耐溶出性の一方が○で他方が△、又は両方が△
×:含浸性、耐溶出性の一方又は両方が×
上記評価の結果を表2及び図7に示す。
図7に、総合評価での評価結果(○、△、×)をプロットした。図7において、固定化剤の分子量と添加量の望ましい条件は直線A、B、C、D、E、Fで囲われた範囲であり、より好ましくは直線A、G、H、I、J、Kで囲われた範囲である。各直線の数式は既述の通りである。
本試験は、潜熱蓄熱材(α−オレフィン)と固定化剤との混合物の、木質ボードへの含浸性を評価することを目的とする。
木質ボードとして、インシュレーションボード(密度0.27g/cm3、厚さ15mm)を使用した。
インシュレーションボードとは木材を繊維(ファイバー)状にしたものを原料として成型されたもので、密度が0.35g/cm3未満のものである。
潜熱蓄熱材として、融点32℃のαオレフィンを用いた。このαオレフィンは、C18:5質量%以下、C20:40〜60質量%、C22:25〜50質量%、C24:18質量%以下、C26:1質量%以下の組成を有するものである。
(評価内容):潜熱蓄熱材(αオレフィン)と固定化剤の混合物の溶融粘度が含浸性に及ぼす影響
潜熱蓄熱材(αオレフィン)と上記記載の固定化剤を、表3に示した割合で添加し、混練機内で100〜130℃で溶融混合し、固定化剤と潜熱蓄熱材とが混合された混合物(蓄熱材組成物)を作製した。
含浸率=(含浸後のボード重量−含浸前のボード重量)/(含浸前のボード重量)x100 (%)
同時に、蓄熱材組成物の100℃における粘度をB型粘度計で測定した。
結果を表3に示す。潜熱蓄熱材としてαオレフィンを使用した場合の潜熱蓄熱材と固定化剤の混合物(蓄熱材組成物)の加熱溶融粘度とインシュレーションボードへの含浸性は、潜熱蓄熱材としてパラフィンを用いた参考試験1の評価1の結果とほぼ等しい結果であった。
本試験は、無機繊維板に対して潜熱蓄熱材の含浸性の評価を行うことを目的とする。
含浸させる基材として、インシュレーションボード(IB)とロックウールボード(RB)とを用いた。
インシュレーションボードは、低密度の木質繊維板である。(厚さ:12mm、密度:0.26g/cm3)
潜熱蓄熱材として融点32℃のαオレフィンを用いた。このαオレフィンは、C18:5質量%以下、C20:40〜60質量%、C22:25〜50質量%、C24:18質量%以下、C26:1質量%以下の組成を有するものである。
潜熱蓄熱材100部に対し上記SEBSを15部添加し、混練機内で100〜130℃で溶融混合し、固定化剤と潜熱蓄熱材との混合物(蓄熱材組成物)を作製した。
前記蓄熱材組成物をバット内で100〜110℃に加熱溶融させ、溶液中に基材(200x200mm)を浸漬し、前記混合物をインシュレーションボードに含浸させた。浸漬時間は2分、5分、10分、20分間とした。
所定の浸漬時間経過後に基材をバットから取り出し、含浸前後の重量を測定し、その含浸率を算出した。
含浸率=(含浸後のボード重量−含浸前のボード重量)/(含浸前のボード重量)x100 (%)
含浸量=ボード密度(kg/m3)×ボード厚さ(m)×含浸率(%)/100 (kg/m2)
蓄熱材組成物を含浸したボードを40℃のドライヤー内に1ヶ月間静置し、1ヶ月前後のボード重量の減少を測定し、蓄熱材組成物のボードからの溶出率を算出した。
溶出率=(1ヶ月静置前のボード重量−1ヶ月静置後のボード重量)/(1ヶ月静置前のボード重量)×100 (%)
結果を表4に示す。
本試験は、潜熱蓄熱材(パラフィン)の固定化能力に優れ、且つ加熱溶融時の含浸性に優れた固定化剤を見出すことを目的とする。
潜熱蓄熱材として、融点28℃のノルマルパラフィン(炭素数18)を用いた。
水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーとしては、重量平均分子量が28万であるスチレン−エチレン/ブチレン−スチレンブロック共重合体(SEBS)を用いた。
潜熱蓄熱材100部に固定化剤10部添加し、100〜130℃で加熱して溶融混合した。固定化剤としては下記表に示すものを使用した。
200ccカップに溶融混合物を約100g注ぎ、20℃で混合物を冷却固化した。
評価1:固化した混合物が入ったカップを40℃乾燥機中に置き、1日後に混合物の状態と潜熱蓄熱材の染み出しの有無を確認した。
評価1(40℃加熱時の状態、染み出しの評価)の結果を下記表5に示す。
水添スチレン系熱可塑性エラストマーを固定化剤に使用した場合、潜熱蓄熱材液化時(40℃)でも染み出しが見られず、混合物はゲルの状態を維持した。
評価2(40℃保存時の溶出量と溶出物の評価)の結果を下記表6に示す。
固定化剤にエラストマー以外の物質を使用した試験区では、40℃加熱時に潜熱蓄熱材のみが液化して混合物から溶出した。
Claims (3)
- 2つの主面を備える板状の多孔質基材と、
前記多孔質基材に含浸された蓄熱材組成物と、
前記多孔質基材の2つの主面のうち少なくとも一方を被覆する被覆層と
を備え、
前記蓄熱材組成物が、潜熱蓄熱材とスチレン系熱可塑性エラストマーとを含有し、
前記被覆層が耐熱性及び放射熱反射性を有する、厚さ5〜200μmの金属薄層であり、
前記多孔質基材が木質成形体であり、
前記多孔質基材に前記蓄熱材組成物が、下記式:
含浸率(%)=(含浸後の前記多孔質基材の重量−含浸前の前記多孔質基材の重量)/(含浸前の前記多孔質基材の重量)×100
で表される含浸率が20%以上203%以下となるように含浸されていることを特徴とする、蓄熱体。 - 前記多孔質基材の2つの主面の両方が前記被覆層により被覆されている、請求項1に記載の蓄熱体。
- 前記多孔質基材の2つの主面を接続する面が前記被覆層により被覆されている、請求項2に記載の蓄熱体。
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