JP6864384B2 - 断熱材および断絶材の製造方法 - Google Patents
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Description
1.断熱材
本実施の形態の断熱材は、繊維成分と、断熱用成分と、バインダーと、を含む断熱材である。
本実施の形態の断熱材の繊維成分(基材、主体)としては、生体溶解性ロックウールを用いることができる。生体溶解性ロックウールは、無機繊維であり、SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3、MgOを含有する。組成としては、例えば、SiO2が42.7%、CaOが20.6%、Al2O3が18.5%、Fe2O3が7.7%、MgOが6.0%、その他が4.5%程度である。この生体溶解性ロックウールは、1000℃を超える耐熱性を有する。そして、Note Qを満たし、WHO/IARCの発癌性分類から除外されている物質である。肺の中にはpH7.4(細胞外)とpH4.5(マクロファージ内の環境)の2種類のpHが存在し、この生体溶解性ロックウールは、一般的なロックウール(スラグウール)と比較してpH4.5での溶解速度が約10倍であり、生体残存性が低く、長期間の吸引試験においても発癌の兆候は認められていない物質である。
本実施の形態の断熱材の断熱用成分としては、エアロゲル、ガラスビーズ、セラミックビーズを用いることができる。このような断熱用成分は、それ自体断熱性を有する物質であり、粒状の物質である。内部に孔を有していてもよい。
エアロゲルは、ナノメートル規模の孔が多数あり、そこから空気が分散される固体材料の連続マトリクスを持つ微粒子であり、例えば99%が空気で構成され、非常に軽く、効果的な断熱材になる。またエアロゲルとしては、シリカ、メチルシリケート、シリカ・アルミナ等の公知のシリカ化合物、レゾルシノール・ホルムアルデヒド、セルロース、セルロースナノファイバーエアロゲル等の多孔質粒子を使用できる。多孔率の程度にかかわらず、素材自体の熱伝導率が0.15W/(m・K)以下、特に、0.1W/(m・K)以下、さらには0.06〜0.018W/(m・K)のものを使用することが好ましい。特に、メチルシリケートモノマーを常圧乾燥又は臨界乾燥でエアロゲル化したものが、低密度での製造が容易であること、ナノレベルでの多孔構造又は中空構造を比較的容易に形成し得ること、水溶液中で崩壊しにくいこと、などから、好適に使用可能である。
セラミックビーズは、無機酸化物を高温にて焼成した固体材料であり、ZrO2(ジルコニア)、SiO2(シリカ)、Al2O3(アルミナ)などを主成分とする。例えば、ZrO2(ジルコニア)、SiO2(シリカ)、Al2O3(アルミナ)のうち、いずれかを50重量%以上含有する。例えば、無機酸化物の原料を2000℃の高温で溶解し、噴霧急冷することで中空のビーズ状とすることができる。なお、多孔質状のセラミックを用いてもよい。
ガラスビーズは、微細化したガラス材料よりなり、ガラスビーズとしては、ソーダ石灰ガラスビーズ、低アルカリガラスビーズ、チタンバリウムガラスビーズ等を用いることができる。中でも、ナトリウムイオンを多く含有し、繊維成分との親和性が良いという観点からソーダ石灰ガラスビーズを用いることが好ましい。具体的には、硼珪酸ナトリウムガラスや、硼珪酸ガラスを用いることが好ましい。
本実施の形態の断熱材のバインダーとしては、デンプン、ポリビニルアルコール(PVA)、アクリルデンプン、アクリルポリビニルアルコール(アクリルPVA)等をカチオン化したものを用いることができる。アクリルデンプンまたはアクリルPVAを用いることで、バインダーの結着性を高めることができる。また、エアロゲルを用いた場合には、デンプンまたはアクリルデンプンを用いることが好ましい。また、ガラスビーズ、セラミックビーズを用いる場合には、デンプン、ポリビニルアルコール(PVA)、アクリルデンプン、アクリルポリビニルアルコール(アクリルPVA)のいずれを用いても断熱用成分の安定性が良好であり、バインダーの選択肢が広い。
本実施の形態の断熱材において、他の添加剤を添加してもよい。例えば、製紙用添加剤として通常使用される、植物性ガム、水性セルロース誘導体、ケイ酸ソーダ等の紙力増強剤、ロジン、カルボキシルメチルセルロース、アルキルケテンダイマー、アルケニル無水コハク酸等のサイズ剤、ポリアクリルアミド、ケイ酸ソーダ等の歩留まり向上剤、染料、顔料等を、必要に応じて内添又はサイズプレスにより添加することができる。また、上記以外に、例えば、添加剤としては、水溶性ポリウレタン樹脂などの分散剤、消泡剤を用いることができる。
上記の成分よりなる断熱材の構造は、例えば、厚さ0.1mm〜8mmのシート状とすることができる。これらの数値は、一般的な紙や厚紙程度のものである。よって、紙や厚紙と同様に、曲げ加工、切り取り加工、接着加工などが可能であり、例えば、断熱部の形状に応じて、簡易に保護すべき対象物を覆うことができる。
1.抄紙用のスラリーの形成
繊維成分(基材、主体)である生体溶解性ロックウールと、断熱用成分(エアロゲル、ガラスビーズ、セラミックビーズ)と、バインダーと、水などの液体とを混合して、抄紙用のスラリー(混合スラリー)を形成する。図1は、抄紙用のスラリーの形成工程を模式的に示す図である。
2.抄紙工程
次いで、上記抄紙用のスラリーSLを抄紙する。図2および図3は、抄紙用のスラリーの抄紙工程を模式的に示す図である。まず、図2(A)に示すように、抄紙用のスラリーSLを、ろ紙11と網13の積層体上に塗布し、塗布膜上に、さらに、網15とろ紙17を積層する(図2(B))。次いで、図2(C)に示すように、全積層体を加熱しつつ加圧する。これにより、シートSを得ることができる。なお、加圧工程においてスラリーSLの液体成分が流出してもよい。図2(C)後の状態を各層ごとに示すと、図3のようになる。このような抄紙工程により、紙状、厚紙状またはフェルト状のシートSを得ることができる。
本実施の形態の断熱材の使用方法に制限はないが、例えば、保護すべき対象物を本実施の形態の断熱材で覆う、もしくは、保護すべき対象物とヒートポイントとなる箇所との間に本実施の形態の断熱材を配置することができる。
以下に、本実施の形態の断熱材の製造方法およびそれにより得られた断熱材の具体的な実施例について説明する。
生体溶解性ロックウール(ラピナス(株)社製、製品名:RS470)
エアロゲル(キャボット社製、1g当たり6.7cc)
ガラスビーズ(ポッターズ.パロッティーニ(株)社製、製品名:Q CEL 5020FPS、1g当たり20cc)
セラミックビーズ(ポッターズ.パロッティーニ(株)社製、製品名:セラモック CMC15L、1g当たり20cc)
パルプ(市販のフィラー用パルプ)
補助繊維(クラレ(株)社製、製品名:PEI Fiber SC 2.2)
PVA(日本酢ビ.ポバール(株)社製、製品名:J ポバール JC−33)
アクリルPVA(サイデン化学(株)社製、製品名:サイビノール X−818−703E−1)
デンプン(日本食品化工株式会社製)
アクリルデンプン(サイデン化学(株)社製、製品名:サイビノール X−818−703E−2)
(実施例B1)
5Lのハンディミキサーに水300cc(300g)を入れ、ここに生体溶解性ロックウールを20g添加し、生体溶解性ロックウールの分散液AWを調整した。
バインダーとして、5%のPVAを14gと、5%のアクリルPVAを0.5gと、4%のデンプンを6gとを添加する以外は、実施例B1と同様にして、試料(シート)を得た。
バインダーとして、5%のPVAを14gと、4%のアクリルデンプンを0.5gと、4%のデンプンを6gとを添加する以外は、実施例B1と同様にして、試料(シート)を得た。
エアロゲルを1.5g加える以外は、実施例B1と同様にして、試料(シート)を得た。
生体溶解性ロックウールを10g加え、かつ、エアロゲルを1.5g加える以外は、実施例B1と同様にして、試料(シート)を得た。
生体溶解性ロックウールを10g加え、かつ、エアロゲルを0.5g加える以外は、実施例B1と同様にして、試料(シート)を得た。
生体溶解性ロックウールを10g加え、かつ、エアロゲルを0.5g加え、さらに、バインダーとして、5%のPVAを14gと、5%のアクリルPVAを0.5gと、4%のデンプンを6gとを添加する以外は、実施例B1と同様にして、試料(シート)を得た。
生体溶解性ロックウールを10g加え、かつ、エアロゲルを0.5g加え、さらに、バインダーとして、5%のPVAを14gと、4%のアクリルデンプンを0.5gと、4%のデンプンを6gとを添加する以外は、実施例B1と同様にして、試料(シート)を得た。
5Lのハンディミキサーに水300cc(300g)を入れ、ここに生体溶解性ロックウールを15gと、補助繊維(追加繊維)としてクラレSC繊維1.5gとを添加し、生体溶解性ロックウールの分散液AWを調整した。
バインダーとして、4%のデンプンを6gと、4%のアクリルデンプンを6gとを添加する以外は、実施例B9と同様にして、試料(シート)を得た。
生体溶解性ロックウールを10g加え、かつ、バインダーとして、5%のアクリルPVAを6gと、4%のアクリルデンプンを6gとを添加する以外は、実施例B1と同様にして、試料(シート)を得た。
5Lのハンディミキサーに水300cc(300g)を入れ、ここにパルプを20g添加し、パルプの分散液AWを調整した。
セラミックビーズをガラスビーズに代えて、比較例B1と同様にして、試料(シート)を得た。
セラミックビーズをセラミックビーズ1gとガラスビーズ1gの混合物に代えて、比較例B1と同様にして、試料(シート)を得た。
市販のロックウールのフェルトについて、厚さや断熱性を評価した。
1.熱伝導性(断熱性)
各実施例の試料(シート)について、熱伝導率の測定を行った。熱伝導率の測定は、熱定数測定装置(京都電子工業社製、品番QTM-D3)を用いて行った。
作成されたシートの厚さをデジタルノギスにより測定した。
表1に示すとおり、生体溶解性ロックウールとエアロゲルとを有するシートは、熱伝導率が低く、高断熱であることが確認された。ここでは、熱伝導率が0.0342〜0.0413W/(m・K)のシートを得ることができた。
5Lのハンディミキサーに水300cc(300g)を入れ、ここに生体溶解性ロックウールを20g添加し、生体溶解性ロックウールの分散液AWを調整した。
バインダーとして、5%のPVAを42gと、5%のアクリルPVAを1gと、4%のデンプンを6gとを添加する以外は、実施例C1と同様にして、試料(シート)を得た。
バインダーとして、5%のPVAを42gと、4%のアクリルデンプンを1gと、4%のデンプンを6gとを添加する以外は、実施例C1と同様にして、試料(シート)を得た。
ガラスビーズを15g加える以外は、実施例C1と同様にして、試料(シート)を得た。
生体溶解性ロックウールを10g加え、かつ、ガラスビーズを10g加える以外は、実施例C1と同様にして、試料(シート)を得た。
生体溶解性ロックウールを10g加え、かつ、ガラスビーズを5g加える以外は、実施例C1と同様にして、試料(シート)を得た。
生体溶解性ロックウールを10g加え、かつ、ガラスビーズを10g加え、さらに、バインダーとして、5%のPVAを42gと、5%のアクリルPVAを1gと、4%のデンプンを6gとを添加する以外は、実施例C1と同様にして、試料(シート)を得た。
生体溶解性ロックウールを10g加え、かつ、ガラスビーズを10g加え、さらに、バインダーとして、5%のPVAを42gと、4%のアクリルデンプンを1gと、4%のデンプンを6gとを添加する以外は、実施例C1と同様にして、試料(シート)を得た。
5Lのハンディミキサーに水300cc(300g)を入れ、ここに生体溶解性ロックウールを15gと、補助繊維(追加繊維)としてクラレSC繊維1.5gとを添加し、生体溶解性ロックウールの分散液AWを調整した。
バインダーとして、4%のデンプンを6gと、4%のアクリルデンプンを12gとを添加する以外は、実施例C9と同様にして、試料(シート)を得た。
生体溶解性ロックウールを15g加え、かつ、バインダーとして、5%のアクリルPVAを12gと、4%のアクリルデンプンを12gとを添加する以外は、実施例C1と同様にして、試料(シート)を得た。
表4に示すとおり、生体溶解性ロックウールとガラスビーズとを有するシートは、熱伝導率が低く、高断熱であることが確認された。ここでは、熱伝導率が0.0509〜0.0599W/(m・K)のシートを得ることができた。
5Lのハンディミキサーに水300cc(300g)を入れ、ここに生体溶解性ロックウールを20g添加し、生体溶解性ロックウールの分散液AWを調整した。
バインダーとして、5%のPVAを42gと、5%のアクリルPVAを1gと、4%のデンプンを6gとを添加する以外は、実施例D1と同様にして、試料(シート)を得た。
バインダーとして、5%のPVAを42gと、4%のアクリルデンプンを1gと、4%のデンプンを6gとを添加する以外は、実施例D1と同様にして、試料(シート)を得た。
セラミックビーズを15g加える以外は、実施例D1と同様にして、試料(シート)を得た。
生体溶解性ロックウールを10g加え、かつ、セラミックビーズを10g加える以外は、実施例D1と同様にして、試料(シート)を得た。
生体溶解性ロックウールを10g加え、かつ、セラミックビーズを5g加える以外は、実施例D1と同様にして、試料(シート)を得た。
生体溶解性ロックウールを10g加え、かつ、セラミックビーズを10g加え、さらに、バインダーとして、5%のPVAを42gと、5%のアクリルPVAを1gと、4%のデンプンを6gとを添加する以外は、実施例D1と同様にして、試料(シート)を得た。
生体溶解性ロックウールを10g加え、かつ、セラミックビーズを10g加え、さらに、バインダーとして、5%のPVAを42gと、4%のアクリルデンプンを1gと、4%のデンプンを6gとを添加する以外は、実施例D1と同様にして、試料(シート)を得た。
5Lのハンディミキサーに水300cc(300g)を入れ、ここに生体溶解性ロックウールを15gと、補助繊維(追加繊維)としてクラレSC繊維1.5gとを添加し、生体溶解性ロックウールの分散液AWを調整した。
バインダーとして、4%のデンプンを6gと、4%のアクリルデンプンを12gとを添加する以外は、実施例D9と同様にして、試料(シート)を得た。
生体溶解性ロックウールを15g加え、かつ、バインダーとして、5%のアクリルPVAを12gと、4%のアクリルデンプンを12gとを添加する以外は、実施例D1と同様にして、試料(シート)を得た。
表5に示すとおり、生体溶解性ロックウールとセラミックビーズとを有するシートは、熱伝導率が低く、高断熱であることが確認された。ここでは、熱伝導率が0.0520〜0.0752W/(m・K)のシートを得ることができた。
本実施の形態においては、エアロゲルの耐薬品性について検討した。薬品として、油(ダフニーハーメチックオイルFV68S)、アルコール(食卓用アルコール除菌、カビキラー社製)、シンナー(ラッカー薄め液、ニッペホームペイント)を準備し、エアロゲルにそれぞれを添加した。
13 網
15 網
17 ろ紙
A 生体溶解性ロックウール
AW 分散液
B バインダー
BW バインダーの溶液(分散液)
D 断熱用成分(エアロゲル、ガラスビーズ、セラミックビーズ)
DL 分散液
S シート
SL スラリー
W 水
Claims (8)
- 繊維成分と、断熱用成分と、バインダーと、を含む断熱材であって、
前記繊維成分は、生体溶解性ロックウールであり、
前記断熱用成分は、ガラスビーズであり、
熱伝導率が0.0509〜0.0599W/(m・K)である、断熱材。 - 請求項1記載の断熱材において、
前記バインダーは、デンプン、ポリビニルアルコール、アクリルデンプンおよびアクリルポリビニルアルコールからなる群から選択される、断熱材。 - 繊維成分と、断熱用成分と、バインダーと、を含む断熱材であって、
前記繊維成分は、生体溶解性ロックウールであり、
前記断熱用成分は、セラミックビーズであり、
熱伝導率が0.0520〜0.0752W/(m・K)である、断熱材。 - 請求項3記載の断熱材において、
前記バインダーは、デンプン、ポリビニルアルコール、アクリルデンプンおよびアクリルポリビニルアルコールからなる群から選択される、断熱材。 - 繊維成分と、断熱用成分と、バインダーと、を含む断熱材の製造方法であって、
(a)繊維成分である生体溶解性ロックウールと、断熱用成分と、バインダーと、液体とを混合し、スラリーを調整する工程、
(b)前記スラリーを抄紙する工程、
を有し、
前記(a)工程は、
(a1)前記生体溶解性ロックウールと、前記液体を混合することにより、前記生体溶解性ロックウールの分散液を調整する工程、
(a2)前記バインダーと前記液体を混合した後、前記断熱用成分を添加することにより、前記断熱用成分の分散液を調整する工程、
(a3)前記生体溶解性ロックウールの分散液と、前記断熱用成分の分散液とを混合することにより、前記スラリーを調整する工程、
を有し、
前記断熱用成分は、ガラスビーズであり、
断熱材の熱伝導率が0.0509〜0.0599W/(m・K)である、断熱材の製造方法。 - 請求項5記載の断熱材の製造方法において、
前記バインダーは、デンプン、ポリビニルアルコール、アクリルデンプンおよびアクリルポリビニルアルコールからなる群から選択される、断熱材の製造方法。 - 繊維成分と、断熱用成分と、バインダーと、を含む断熱材の製造方法であって、
(a)繊維成分である生体溶解性ロックウールと、断熱用成分と、バインダーと、液体とを混合し、スラリーを調整する工程、
(b)前記スラリーを抄紙する工程、
を有し、
前記(a)工程は、
(a1)前記生体溶解性ロックウールと、前記液体を混合することにより、前記生体溶解性ロックウールの分散液を調整する工程、
(a2)前記バインダーと前記液体を混合した後、前記断熱用成分を添加することにより、前記断熱用成分の分散液を調整する工程、
(a3)前記生体溶解性ロックウールの分散液と、前記断熱用成分の分散液とを混合することにより、前記スラリーを調整する工程、
を有し、
前記断熱用成分は、セラミックビーズであり、
断熱材の熱伝導率が0.0520〜0.0752W/(m・K)である、断熱材の製造方法。 - 請求項7記載の断熱材の製造方法において、
前記バインダーは、デンプン、ポリビニルアルコール、アクリルデンプンおよびアクリルポリビニルアルコールからなる群から選択される、断熱材の製造方法。
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