JP7429508B2 - 断熱パネルの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ケイ酸カルシウム保温材を主材とする断熱材を、圧縮成形してある断熱パネルの製造方法に関する。
従来、前記断熱パネルは、比較的高温域での断熱に使用され、断熱パネルのＪＩＳ規格として、密度：１５５ｋｇ/ｍ3以下、曲げ強さ：２０Ｎ/ｃｍ2以上、圧縮強さ：３０Ｎ/ｃｍ2以上、線収縮率：２．０％以下（ａｔ１０００±１５℃）はっ水度：９８％以上（ＷＰ品）、といった物性を備え、熱伝導率も例えば０．０４９７Ｗ／ｍＫ（at ７０℃）前後と言った断熱性の良いパネルに成型してあるものがあった（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
しかし、ＪＩＳ規格の物性を確保しながら上述した従来の断熱パネルよりもさらに熱伝導率の低い断熱パネルを提供することが望まれている。
従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、従来よりも熱伝導の低い断熱パネルの製造方法を提供するところにある。
本発明の第１の特徴構成は、ケイ酸原料と石灰原料と水を加えて混合して成るケイ酸カルシウム水和物を含む原料スラリーを製造し、その原料スラリーをオートクレーブ処理により加熱、加圧してゾノライト結晶の生成及び成長をさせ、ゾノライト結晶が十分成長している状態でシリカエアロゲルを混入させると共に、質量割合が、前記シリカエアロゲル１００に対して、０よりも大で１１０よりも小の炭化ケイ素粉粒体を混入させ、前記シリカエアロゲルは、０ｗｔ％よりも多く且つ４０ｗｔ％以下含有させ、前記断熱材全体を１００％として、その中に、セルロースナノファイバーを、０ｗｔ％よりも多く４ｗｔ％以下含有させ、その後、成型、乾燥工程を経て製品化するところにある。
本発明の第１の特徴構成によれば、ケイ酸カルシウム保温材にシリカエアロゲルを混入させることにより、熱伝導率が図１のグラフに示すように、約３０％以上低減させることができる。
シリカエアロゲルが半透明であるために、赤外線を通しやすく、高温域での熱伝導率が大きくなり、これに対して、特に、シリカエアロゲル１００に対して、０よりも大で１１０よりも小の赤外線吸収性の良い炭化ケイ素粉粒体を混入させることにより、高温域での熱伝導率を低減させることができる。
断熱材にシリカエアロゲルを混入させることにより、熱伝導率は低下するものの、機械的強度が低下する虞がある。そのため、断熱材にセルロースナノファイバーを添加することにより、図２のグラフに示すように、曲げ強度などの機械的強度を向上させることができる。
しかし、図３のグラフに示すように、４ｗｔ％を超えると反りが３ｍｍを超え、施工上問題が生じる可能性が高くなる。従って、断熱材全体を１００％として、セルロースナノファイバーを、その中に、０ｗｔ％よりも多く４ｗｔ％以下含有させることで、良好な製品を成型できながら、熱伝導率の低減を可能にできる。
しかし、図３のグラフに示すように、４ｗｔ％を超えると反りが３ｍｍを超え、施工上問題が生じる可能性が高くなる。従って、断熱材全体を１００％として、セルロースナノファイバーを、その中に、０ｗｔ％よりも多く４ｗｔ％以下含有させることで、良好な製品を成型できながら、熱伝導率の低減を可能にできる。
シリカエアロゲルの混入量は入れる程に、熱伝導率は低下するが、図４のグラフに示すように、５０ｗｔ％では、曲げ強度がＪＩＳ基準とほぼ同じで品質上問題ありと考えられ、結果的には、０ｗｔ％よりも多く且つ４０ｗｔ％以下が良好となる。
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、図面において従来例と同一の符号で表示した部分は、同一又は相当の部分を示している。
ケイ酸原料（珪石（ＳｉＯ2））と石灰原料（ＣａＯ）と水とから混合して成るケイ酸カルシウム保温材が従来製品として存在し、熱伝導率も例えば０．０４９７Ｗ／ｍＫ（at ７０℃）前後である。
本発明は、そのケイ酸カルシウム保温材を主剤とする断熱材に、更に熱伝導率の低い断熱材を得るべくシリカエアロゲルを０ｗｔ％よりも多く且つ４０ｗｔ％以下含有させ、質量割合が、前記シリカエアロゲル１００に対して、０よりも大で１１０よりも小の炭化ケイ素粉粒体を混入させ、更に、前記断熱材全体を１００％として、その中に、幅１５～２０ｎｍのセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を、０ｗｔ％よりも多く４ｗｔ％以下含有させて断熱パネルを形成してある。
本発明は、そのケイ酸カルシウム保温材を主剤とする断熱材に、更に熱伝導率の低い断熱材を得るべくシリカエアロゲルを０ｗｔ％よりも多く且つ４０ｗｔ％以下含有させ、質量割合が、前記シリカエアロゲル１００に対して、０よりも大で１１０よりも小の炭化ケイ素粉粒体を混入させ、更に、前記断熱材全体を１００％として、その中に、幅１５～２０ｎｍのセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を、０ｗｔ％よりも多く４ｗｔ％以下含有させて断熱パネルを形成してある。
シリカエアロゲルの粒径について調べるべく、粒子サイズの違いによる熱伝導率を調べて、表１に示した。
上記表１からは、粒子サイズ０．０１～１．２ｍｍのものが、熱伝導率が０．０１９８Ｗ／ｍＫと最も低いが、結局、０．０１～４．０ｍｍのシリカエアロゲル粉粒体を使用できることが分かる。
次に、シリカエアロゲル粉粒体に、平均粒子サイズ約２μｍ(分布は１～５μｍ)の炭化ケイ素粉粒体（ＳｉＣ）を添加する場合について、その添加割合を調べるべく、シリカエアロゲル粉粒体１００質量部に対する炭化ケイ素粉粒体の添加割合を変化させた場合の熱伝導率の変化を調べ、図５のグラフに示した。
図５より、シリカエアロゲル粉粒体１００質量部に対して、炭化ケイ素粉粒体を約２０質量部添加するのが、熱伝導率において最も低下することが分かった。
炭化ケイ素粉粒体（ＳｉＣ）は、常温域での熱伝導率の低減と、高温域での熱伝導率の低減を目的とし、また、高温域での熱伝導率に関しては、シリカエアロゲルが半透明で、赤外線を通しやすく高温域の熱伝導率が大きくなることから、赤外線吸収剤である炭化ケイ素（ＳｉＣ）を加えることで、高温域での熱伝導率を低減させられる。
つまり、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を入れない場合は、特に高温域で熱伝導率が増加する。
炭化ケイ素粉粒体（ＳｉＣ）は、常温域での熱伝導率の低減と、高温域での熱伝導率の低減を目的とし、また、高温域での熱伝導率に関しては、シリカエアロゲルが半透明で、赤外線を通しやすく高温域の熱伝導率が大きくなることから、赤外線吸収剤である炭化ケイ素（ＳｉＣ）を加えることで、高温域での熱伝導率を低減させられる。
つまり、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を入れない場合は、特に高温域で熱伝導率が増加する。
断熱材全体を１００％として、その中に、０ｗｔ％よりも多く４ｗｔ％以下含有させるセルロースナノファイバーは、最小単位が幅３～４ｎｍのシングルセルロースナノファイバーが数本の束となって細胞壁中で観察される基本単位で、セルロースナノファイバー束(幅１５～２０ｎｍ)となっているもので、鋼鉄の１/５の軽さでその７～８倍の強度があり、結晶弾性率は１４０ＧＰａで、熱による伸び縮みが小さい。
また、シリカエアロゲルは疎水性のために、ケイ酸カルシウム保温材の原料とする水を含んだゲル固形分とは本来混ざりにくく、そのために、セルロースナノファイバー(ＣＮＦ)を入れることで、シリカエアロゲルの配合を増加させた場合でも、適度にゲル固形物にシリカエアロゲルを分散させることが出来る。
そして、そのセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）は、断熱材の曲げ強度などの機械的強度を向上させるために添加するもので、０ｗｔ％よりも多く４ｗｔ％以下含有させることにより、強度は向上するが、４ｗｔ％を超えるとパネル製品上反りが発生しやすくなり、製品上問題がある。
そして、そのセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）は、断熱材の曲げ強度などの機械的強度を向上させるために添加するもので、０ｗｔ％よりも多く４ｗｔ％以下含有させることにより、強度は向上するが、４ｗｔ％を超えるとパネル製品上反りが発生しやすくなり、製品上問題がある。
[製造方法１]
図６に示すように、珪石（ＳｉＯ2）、珪藻土、シリコンダスト、シリカヒュームなどのケイ酸原料と、生石灰、消石灰、等の石灰原料とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比で１．０５の配合物に対し、質量比で１０～２０倍の水を加え、混合して成るケイ酸カルシウム水和物を含む原料スラリーを製造する。
そして、その原料スラリーを、ゲル化槽で５～６時間、温度２０５℃、圧力１６.４ｋｇ／ｃｍ2で反応させてゾノライト結晶の生成及び成長させ、ゾノライト結晶が十分成長している状態でシリカエアロゲル、熱遮蔽剤として炭化ケイ素粉粒体（ＳｉＣ）、を投入して、場合により、補強繊維としてガラス繊維、パルプ等を投入し、また、界面活性剤、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を入れ、その後、成型(加圧脱水)、乾燥工程を経て、製品の断熱パネルになる。
つまりこの場合、オートクレーブ処理で、スラリー中のゾノライトの１次結晶が生成され、この一次結晶が３次元的に絡み合って二次粒子となる。
そして、スラリー内でゾノライトの二次粒子が分散している状態で、バインダーとしてのセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を添加し、濾水成型する事で、原料どうしが凝集するものと考えられる。
図６に示すように、珪石（ＳｉＯ2）、珪藻土、シリコンダスト、シリカヒュームなどのケイ酸原料と、生石灰、消石灰、等の石灰原料とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比で１．０５の配合物に対し、質量比で１０～２０倍の水を加え、混合して成るケイ酸カルシウム水和物を含む原料スラリーを製造する。
そして、その原料スラリーを、ゲル化槽で５～６時間、温度２０５℃、圧力１６.４ｋｇ／ｃｍ2で反応させてゾノライト結晶の生成及び成長させ、ゾノライト結晶が十分成長している状態でシリカエアロゲル、熱遮蔽剤として炭化ケイ素粉粒体（ＳｉＣ）、を投入して、場合により、補強繊維としてガラス繊維、パルプ等を投入し、また、界面活性剤、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を入れ、その後、成型(加圧脱水)、乾燥工程を経て、製品の断熱パネルになる。
つまりこの場合、オートクレーブ処理で、スラリー中のゾノライトの１次結晶が生成され、この一次結晶が３次元的に絡み合って二次粒子となる。
そして、スラリー内でゾノライトの二次粒子が分散している状態で、バインダーとしてのセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を添加し、濾水成型する事で、原料どうしが凝集するものと考えられる。
〔別実施形態〕
以下に他の実施の形態を説明する。
〈１〉 前記熱遮蔽剤は、先の実施形態で説明した炭化ケイ素粉粒体（ＳｉＣ）に限るものではなく、例えば、酸化アルミニウム、ジルコニア、酸化鉄、酸化チタンなどでも良い。
以下に他の実施の形態を説明する。
〈１〉 前記熱遮蔽剤は、先の実施形態で説明した炭化ケイ素粉粒体（ＳｉＣ）に限るものではなく、例えば、酸化アルミニウム、ジルコニア、酸化鉄、酸化チタンなどでも良い。
尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
Claims (1)
- ケイ酸原料と石灰原料と水を加えて混合して成るケイ酸カルシウム水和物を含む原料スラリーを製造し、
その原料スラリーをオートクレーブ処理により加熱、加圧してゾノライト結晶の生成及び成長をさせ、
ゾノライト結晶が十分成長している状態でシリカエアロゲルを混入させると共に、
質量割合が、前記シリカエアロゲル１００に対して、０よりも大で１１０よりも小の炭化ケイ素粉粒体を混入させ、
前記シリカエアロゲルは、０ｗｔ％よりも多く且つ４０ｗｔ％以下含有させ、
前記断熱材全体を１００％として、その中に、セルロースナノファイバーを、０ｗｔ％よりも多く４ｗｔ％以下含有させ、
その後、成型、乾燥工程を経て製品化する断熱パネルの製造方法。
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