JPS63238140A - 微細多孔体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、断熱性に優れた微細多孔体に関する。

〔背景技術〕

従来の断熱材の熱伝導率は０．０３〜０．０５　ｋｃａ
ｌ／ｍｈｒ　”Ｃ程度で、空気の熱伝導率０．０２〜０
．０２４ｋｃａｌ／ｍｈｒ’ｃよりも高い。硬質発泡ポ
リウレタンのように、０．０１５　ｋｃａｌ／ｍｈｒ’
ｃという低い熱伝導率をもつ断熱材も開発されているが
、この発泡ポリウレタンの場合、空隙内に封入されたフ
レオンガスの持つ低い熱伝導率（０，００６〜０．０１
　ｋｃａｌ／ｎｈｒ”ｃ）に依存しているだけのもので
あり、長期間の使用でフレオンガスと空気との置換が起
こると断熱性にも劣化が発生し、約１年後には０．０２
１〜０．０２４　ｋｃａｌ／ｍｈｒ’ｃ程度にまで熱伝
導率が上昇してしまった例もある。

また、ケイ酸カルシウムの多孔体をＱ、　ｌ　Ｔｏｒｒ
程度の真空状態にしたものや、粉砕発泡パーライトを０
．１　Ｔｏｒｒ程度の真空状態にしたもの等があるが、
いずれも、真空状態を保つことが必要であり、製造コス
ト等の点で問題がある。しかも、ＩＢ材として利用する
にしても、真空を維持する必要から、形状や用途が著し
く限定される。

これに対し、常圧でも空気の熱伝導率を超えた断熱材と
して、微細多孔質シリカ・エアロゲルの集合体による材
料があるが、常温においては、空気との差は非常に僅か
なものである（０．０２０ｋｃａｌ／ｍｈｒ’ｃ程度）
。

また、この材料は、非常に脆いため、取り扱いに注意が
必要となるし、使用される微細多孔質シリカ・エアロゲ
ルは非常に高価なため、実用的に充分利用されるまでに
は至っていない。

以上のような従来の断熱材で、空気より遥かに低い熱伝
導率を実現できないのは、発明者らの検討では、以下の
ような理由による。すなわち、多孔体の熱伝導率は、空
隙中に含まれる気体（通常は空気）の熱伝導率に左右さ
れる。そのような気体の熱伝導率の影響を無くすために
は、空隙を数ｎｍ以下にしてやる必要がある。ところが
、粒子の成形によって作られる多孔体においては、第５
図にみるように、粒子１０を最密充虜状態にしても、そ
の粒子１０．１０間には、粒径の１５％程度の空隙が生
ずる。したがって、粒径１１００ｎ程度の通常の粒子を
加圧成形しても、少なくとも１５ｎｍ程度の空隙が形成
されることになり、静止空気の熱伝導率以下の多孔体は
得られないのである。

〔発明の目的〕

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、
常圧において、静止空気の熱伝導率より遥かに低い熱伝
導率を有し、経年変化が少なく、しかも、充分な実用強
度を有して取り扱い易い微細多孔体を得ることを目的と
している。

〔発明の開示〕

上記目的を達成するため、発明者らは、粒子の粒径を小
さくして、その分だけ、空隙を小さくすることを考えた
。しかし、前述した数ｎｍ以下の空隙を得るためには、
非常に粒径の小さい粒子、いわゆる、超微粉末で多孔体
を作らなければならず、通常の加圧成形では均一な多孔
体を得られる範囲が限定されて成形性が悪くなるばかり
でなく、このような超微粉末では同じ大きさの多孔体を
得る場合により多くの量を必要とするため成形効率も上
がらない、等の問題があって実用的でないし、やはり、
得られるものは強度が充分でない。そこで、さらに検討
を行った結果、この発明を完成した。すなわち、この発
明は、内部に複数の空孔を有する発泡体に超微粉末が含
まれてなる微細多孔体を要旨としている。

以下に、この発明の詳細な説明する。

構造を模式化してあられした第１図、第２図にみるよう
に、この発明の微細多孔体Ａは、内部に多数の空孔１・
・・が形成された発泡体２に、多数の超微粉末３・・・
が含まれてなるものである。

第１図の微細多孔体Ａは、空孔１内と、これら空孔を構
成する固体部分２ａの両方に超微粉末３・・・が含まれ
ており、第２図の微細多孔体Ａは、空孔１にのみ超微粉
末３・・・が含まれている。

空孔１内の超微粉末３・・・は、第１図にみるように、
空孔ｌ内を完全に充たすようであってもよいし、充填率
が低く、空孔１の回りにのみ超微粉末３・・・があるよ
うであってもよい。図の例では、この両者が混在してい
るが、全ての空孔が、このいずれか一方であっても構わ
ない。第２図の微細多孔体Ａについても同様である。

充填率の低い場合、空孔１内の超微粉末３・・・が偏っ
ていると、超微粉末のない部分において、断熱効果が得
られな（なる。したがって、超微粉末３・・・は、空孔
１の回りに、図にみるように、まんべんなく存在してい
ることが望ましい。

空孔１を有する発泡体２には、特に限定はなく、通常の
発泡体を利用することができる。たとえば、ウレタン、
ポリスチレン、エポキシ樹脂、ポリ塩化ビニル、フェノ
ール樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、シリコーン等の
有機質材料や、泡ガラス用ガラス質原料等の無機質材料
を使用することができるのである。

空孔１と固体部分２ａとの割合も、この発明では特に限
定されないが、断熱性の点からは空孔１の占める割合が
大きければ大きい程好ましく、空孔率に換算して８０％
以上であることが好ましい、空孔１の大きさは、発泡体
２の強度、延いては、微細多孔体Ａの強度を低下させな
いため、１ｆｉ〜１μ程度が好ましい。また、空孔１は
、超微粉末３・・・が飛散して失われないようにするた
め独立気泡となっていることが望ましい。

超微粉末３としては、無機コロイド、有ｔＪ３ＨＯイド
等の乾燥物、エアロゲル、ポリケイ酸等が挙げられるが
、後述する範囲内程度の粒径を有し、前述した、気体の
熱伝導の影響を無くすことができる程度の小さな空隙（
すなわち、空気の平均自由行程よりも小さい空隙）、具
体的には１〜１０ｎｍ程度の空隙を形成できるものであ
れば、これらに限定されるものではない。

超微粉末の粒径も、この発明では特に限定されないが、
上記１〜１０ｎｍ程度の空隙を得るためには、１〜１０
ｎｍ程度であることが好ましく、５〜８ｎｍの範囲内で
あることがより好ましい。前記各超微粉末は単独で、あ
るいは、複数種を混合して使用することができる。空孔
１内の超微粉末と、固体部分２ａ内の超微粉末とは、同
じであってもよいし、違っていても構わない。また、５
ｎｍ〜１０μｍ程度の粒径の大きな粒子を、上記超微粉
末に混合して用いることもできる。

このような超微粉末３は、第３図にみるように、自身と
同程度か、それ以下の大きさの空隙、すなわち、前述し
た１〜１０ｎｍ程度の、気体の熱伝導の影響のない空隙
を形成する。このため、このような超微粉末３が充填さ
れた空孔１は、断熱性に優れたものとなる。

第１図のもののように、空孔を構成する固体部分２ａに
含まれた超微粉末３は、以下のような作用をする。

すなわち、通常の発泡体において、最も良く熱を伝導す
るのは、第４図（ｂ）にみるように、空孔１を構成する
固体部分２ａである。ところが、第４図（ａ）にみるよ
うに、この固体部分２ａに超微粉末３の一団が存在する
と、各超微粉末３間に、前述した気体の熱伝導の影響の
ない空隙が形成されるため、固体部分２ａを通る熱伝導
が阻止される。

そして、微細多孔体Ａ全体の熱伝導率を低下させること
ができるようになるのである。また、超微粉末に不透明
材料（熱的不透過材料）を用いるようにすれば、固体部
分がガラスのような透明な材料（熱的透過材料）であっ
ても、輻射による熱の伝達を抑えることができるように
もなる。

以上のような微細多孔体Ａを得る方法も、この発明では
特に限定されないが、たとえば、発泡体２となる主材料
、発泡剤、および、超微粉末を適当な割合で混合し、加
熱する等して発泡成形してやればよい。

この際、主材料を粉末とし、それを発泡剤や超微粉末と
混合して発泡成形すれば、第１図にみるように、固体部
分２ａにも超微粉末３・・・が含まれた微細多孔体Ａが
得られる。また、超微粉末と発泡剤とを混合し、それを
、主材料中に混入して発泡成形すれば、第２図にみるよ
うに、主に空孔１部分に超微粉末３・・・が含まれた微
細多孔体Ａが得られる。

なお、この第１図や第２図は、あ（までも、理想的な構
成をあられしたものであり、実際には、両図の中間的な
構成のものが得られることもある。もちろん、この発明
は、そのようなものをも含んでいる。したがって、上述
した方法の話も、前者の方法では第１図の構成の得られ
る可能性が高く、後者の方法では、第２図の構成の得ら
れる可能性が高い、と言うだけで、必ずこの構成になる
とは限らないのである。

以上のような、この発明の微細多孔体Ａは、空孔１内部
や、この空孔１を構成する固体部分２ａ等に、気体の熱
伝導の影響のない空隙を形成する超微粉末３が含まれて
いるため、断熱性に優れたものとなる。また、この発明
の微細多孔体Ａは、大気中で作られるため、真空度の低
下やガスの放散等の問題はなく、経年変化で断熱性の劣
化することもない。しかも、構造自体は、従来の樹脂や
ガラス等の高い強度を有するものであるため、前記超微
粉末単独の加圧成形品に較べ、充分に高い強度を有する
ものとなるのである。

つぎに、この発明の実施例について、比較例とあわせて
説明する。

（実施例１） 発泡体の主材料として、通常のウレタンフオームを用い
ることとし、下記の成分からなる第１および第２成分を
作成した。

（第１成分） 部分プレポリマー： シュークローズ系ポリエーテル （第２成分） ポリオール：ポリエーテル 発泡剤：トリクロロフ口ロメタン 触媒ニトリエチレンジアミン 界面活性剤： シリコーン・グライコール共重合体 超微粉末としては、発泡粉砕パーライト（粒径的１．５
．ｍ、宇部パーライト■製Ｐｃ−ライト）の微粉砕物（
粒径的１０１００ｎと、エアロゲル（粒径的７１１１１
．日本アエロジル■製アエロジル３８０）とを重量比で
１：１に混和したものを用意したつぎに、第１成分を１
８〜２０”Ｃに、第２成分を１４〜１７℃に、それぞれ
、保ちつつ、第２成分に前記超微粉末を混合したのち、
第１成分に第２成分を静かに加え、ミキサーで約３０秒
間激しくかく拌した。このときのかく拌速度は約１ｏ。

Ｏｒｐｍであった。

かく拌後、この混合液を所定の容器に流し込んで放置し
、発泡、硬化させて微細多孔体試料を得た。

なお、第１成分、第２成分および超微粉末の配合比は、
重量比で、４：３：６であった。

（実施例２） 超微粉末として、シラスバルン（粒径的２．０μ、三機
工業■製サンキライトＹＯ４）の微粉砕物（粒径的１５
０ｎｍ）と、前記エアロゲル（粒径的７　ｎｍ）の１＝
１・（重量比）混和物を使用した以外は、実施例１と同
様にして微細多孔体試料を得た（実施例３） 超微粉末として、粒径的１５ｎｍのエアロゲルのみを使
用した以外は、実施例１と同様にして微細多孔体試料を
得た。

（実施例４） 第１成分、第２成分および超微粉末の配合比を、重量比
で、４：３：１０とした以外は、実施例１と同様にして
微細多孔体試料を得た。

（実施例５） 第１成分、第２成分および超微粉末の配合比を、重量比
で、４：３：１０とした以外は、実施例２と同様にして
微細多孔体試料を得た。

（比較例１） 超微粉末を配合しなかった以外は、実施例１と同様にし
て微細多孔体試料を得た。

（比較例２） 市販の硬質ウレタンフオーム（表面シール無し）を用意
した。

（比較例３） 超微粉末であるエアロゲルを単独で圧縮成形して微細多
孔体試料を得た。

これら実施例ならびに比較例で得られた試料の熱伝導率
と曲げ強度とを測定した。熱伝導率測定は、英弘精ｔａ
■製の定常法による熱伝導率測定装置を使用して、ＡＳ
ＴＭ−Ｃ５１Ｂに準拠した方法で、設定温度２０℃と４
０℃の条件で行った。結果を第１表に示す。

第１表の結果より、この発明の微細多孔体である実施例
１〜５は、いずれも、比較例３に近い低い熱伝導率を有
し、かつ、比較例３よりも遥かに高く、比較例１や２よ
りも高い強度を有するものであることがわかった。なお
、実施例１〜５の微細多孔体の強度が、ウレタンフオー
ム自体のそれよりも向上したのは、配合した超微粉末が
、いわば、フィラーとして働いたためと考えられる。

〔発明の効果〕

この発明の微細多孔体は、以上のようであり、超微粉末
によって大気中で形成された、静止空気の熱伝導の影響
を受けない極めて微細な空隙を有しているため、経年変
化が少なく、かつ断熱性に優れ、しかも、充分な実用強
度を有して取り扱い易いものとなっている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の微細多孔体の一実施例の構造を説明
する説明図、第２図は別の実施例の構造を説明する説明
図、第３図は超微粉末と空隙とを説明する説明図、第４
図（ａ）は固体部分に超微粉末が存在するときの熱伝導
の様子を説明する説明図、第４図（ｂｌは固体部分に超
微粉末が存在しないときの熱伝導の様子を説明する説明
図、第５図は従来の多孔体の構造を説明する説明図であ
る。 Ａ・・・微細多孔体　１・・・空孔　２・・・発泡体　
２ａ・・・固体部分　３・・・超微粒子 代理人　弁理士　　松　本　武　彦 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に複数の空孔を有する発泡体に超微粉末が含
   まれてなる微細多孔体。
2. （２）超微粉末によって形成される空隙が１ｎｍ〜１０
   ｎｍである特許請求の範囲第１項記載の微細多孔体。