WO2021240847A1

WO2021240847A1 - 断熱体およびその製造方法

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Publication number: WO2021240847A1
Application number: PCT/JP2020/045041
Authority: WO
Inventors: 広良馬; 里佳子岩崎; 亮竹内
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2021-12-02
Also published as: JPWO2021240847A1

Abstract

断熱体（１１）は、第１断熱シート（１５）と、第２断熱シート（１６）と、第１断熱シートと第２断熱シートとの間に設けられた、繊維を含まないシリカキセロゲル層（１７）とを備える。第１断熱シートは、第１繊維シート（１２）と、第１繊維シートに含侵された第１シリカキセロゲルとを有する。第２断熱シートは、第２繊維シート（１３）と、第２繊維シートに含侵された第２シリカキセロゲルとを有する。この断熱体は高い断熱性を有する。

Description

断熱体およびその製造方法

　本開示は、断熱対策として用いられる断熱体およびその製造方法に関する。

　近年省エネルギー化が大きくさけばれている中、機器の保温によりエネルギー効率を向上させるよう要求されている。高い保温効果を実現するために、断熱性の優れた断熱体が求められている。特許文献１は従来の断熱体を開示している。

特開２０１１－１３６８５９号公報

　断熱体は、第１断熱シートと、第２断熱シートと、第１断熱シートと第２断熱シートとの間に設けられた、繊維を含まないシリカキセロゲル層とを備える。第１断熱シートは、第１繊維シートと、第１繊維シートに含侵された第１シリカキセロゲルとを有する。第２断熱シートは、第２繊維シートと、第２繊維シートに含侵された第２シリカキセロゲルとを有する。

　この断熱体は高い断熱性を有する。

図１は、実施の形態における断熱体の断面図である。図２Ａは、実施の形態における断熱体の製造方法を示す断面図である。図２Ｂは、実施の形態における断熱体の製造方法を示す断面図である。図２Ｃは、実施の形態における断熱体の製造方法を示す断面図である。

　図１は実施の形態における断熱体１１の断面図である。

　断熱体１１は、断熱シート１５と断熱シート１６との間に繊維を含まないシリカキセロゲル層１７を挟んで積層したものである。断熱シート１５は、内部に内部空間１２Ｐを有する繊維シート１２と、繊維シート１２の内部空間１２Ｐに担持されたシリカキセロゲル１４からなる。断熱シート１６は、内部に内部空間１３Ｐを有する繊維シート１３と、繊維シート１３の内部空間１３Ｐに担持されたシリカキセロゲル１４からなる。繊維シート１２および繊維シート１３は、厚さ約２ｍｍで平均繊維太さ約１０μｍのガラス繊維からなり、繊維シート１２および繊維シート１３の中で空間１２Ｐ、１３Ｐの占める体積の割合は約９０％となっている。このようにすることにより、断熱シート１５および断熱シート１６の熱伝導率は０．０２５～０．０６０Ｗ／ｍ・Ｋとなっている。

　断熱シート１５と断熱シート１６との間に設けられたシリカキセロゲル層１７の厚さは約０．５ｍｍであり、その中には繊維は含まれていない。このようにすることにより、シリカキセロゲル層１７の熱伝導率は０．０１８～０．０２４Ｗ／ｍ・Ｋとなっている。断熱シート１５および断熱シート１６は中に繊維が含まれているため、強度を保つことはできるが、中の繊維によって熱伝導が生じるため十分な断熱性は得にくくなる。一方繊維を含まないシリカキセロゲル層１７は、熱伝導率はシリカキセロゲルによって決まるため、断熱シート１５および断熱シート１６よりも優れた断熱性を得ることができるが、単体では断熱シート１５、１６より強度は非常に弱い。

　このように断熱シート１５と断熱シート１６との間に繊維を含まないシリカキセロゲル層１７を設け、シリカキセロゲル層１７の厚さを断熱シート１５および断熱シート１６の厚さよりも薄くすることにより、断熱性と強度を兼ね備えた断熱体１１を得ることができる。

　シリカキセロゲル層１７の厚さは０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下とすることが望ましい。シリカキセロゲル層の厚さが０．１ｍｍよりも薄くなると十分な断熱性を発揮することが難しく、１ｍｍよりも厚くなると断熱シートが剥離しやすくなる等、強度に問題が生じてくる可能性がある。

　シリカキセロゲル層１７は、ゲルが乾燥した状態の広義のキセロゲルであり、通常の乾燥だけでなく、超臨界乾燥、凍結乾燥等の方法によって得られるものでもかまわない。

　特許文献１に開示されている従来の断熱体では、繊維の熱伝導率がシリカキセロゲルより高く、繊維による熱伝導が不可避なので断熱性の向上には限界がある。

　対して、実施の形態に係る断熱体は、断熱シートおよび断熱シートでは繊維シートによる熱伝導は発生するが、間に挟まれたシリカキセロゲル層は繊維シートを含まないため、シリカキセロゲルのみの熱伝導となり、断熱体全体の断熱性を従来の断熱体よりも優れたものとすることができる。

　以下実施の形態における断熱体１１の製造方法について説明する。図２Ａからと図２Ｃは断熱体１１の製造方法を示す断面図である。

　まず内部空間１２Ｐを有する繊維シート１２と、内部空間１３Ｐを有する繊維シート１３とを準備する。繊維シート１２および繊維シート１３の厚さは約１ｍｍで、平均繊維太さ約φ２μｍのガラス繊維からなり、目付量を約１８０ｇ／ｍ２としている。

　次に繊維シート１２の上面１２Ａの複数の部分１１２Ａにスペース形成材１８を配置する。その後、スペース形成材１８の上面１８Ａ上に繊維シート１３を重ねる。このとき、繊維シート１２の上面１２Ａは、複数の部分１１２Ａの周囲にスペース形成材１８の間でスペース形成材１８に当接していない部分２１２Ａを有する。繊維シート１２の上面１２Ａの部分２１２Ａは、スペース１９を介して繊維シート１３に下面に対向している。スペース形成材１８は、例えば約１ｍｍ角の断面と、約０．５ｍｍの長さを有する乾燥した固形のシリカキセロゲルよりなる。複数のスペース形成材１８を配置することにより、繊維シート１２と繊維シート１３との間に、約０．５ｍｍのスペース１９を設けることができる。このようにすることにより図２Ａに示す積層体１０１を得る。

　その後、積層体をシリカゾル溶液１９Ａに浸漬して、繊維シート１２、１３の内部空間１２Ｐ、１３Ｐとスペース１９とにシリカゾル溶液１９Ａを含浸させる。シリカゾル溶液は、例えば、約７４％のシリカゾルと、約２０％の水ガラス原料と、触媒として添加された約６％のエチレンカーボネートとを調合して得られる。なお、繊維シート１２および繊維シート１３の内部空間１２Ｐ、１３Ｐにシリカゾル溶液１９Ａを一旦含浸させた後、繊維シート１２、１３の間にスペース形成材１８を配置して重ねた積層体をシリカゾル溶液１９Ａに再度浸漬してもよい。これにより図２Ｂに示す積層体１０１にシリカゾル溶液１９Ａが含侵された積層体１０２を得る。この場合では、積層体１０１を作成した後で、シリカキセロゲル層１７を繊維シート１２、１３の間に形成する。

　次に、シリカゾル溶液を含浸した状態で積層体１０２をプレスして厚みを均一にするように整える。厚みの整え方は、ロールプレス等の方法を用いてもよい。厚みを整えた積層体１０２をフィルムに挟んだ状態で養生してゲル骨格を強化する。

　次にシリカキセロゲルを疎水化する。シリカキセロゲルを含浸した積層体１０２を６Ｎの塩酸に約３０分浸漬し、ゲルと塩酸を反応させる。その後、疎水化処理の第二段階として、シリル化剤とアルコールの混合溶液からなるシリル化液に積層体１０２を浸漬させた後、約５５℃の恒温槽にて約２時間保管する。この際に、シリル化剤とアルコールの混合溶液が浸透する。反応が進行し、トリメチルシロキサン結合が形成し始めるとゲルから塩酸水が外部に排出される。シリル化処理が終了したら、約１５０℃の恒温槽にて約２時間乾燥して、図２Ｃに示す断熱体１１を得る。

　以上のように繊維シート１２と繊維シート１３とを重ねた状態で、シリカゾル溶液を含浸し、ゲル化から乾燥まで行うため、断熱シート１５、シリカキセロゲル層１７、および断熱シート１６が一体となり、優れた断熱性と強度を有する断熱体１１を得ることができる。

　実施の形態において、「上面」等の方向を示す用語は断熱体１１の構成部材の相対的な位置関係でのみ決まる相対的な方向を示し、鉛直方向等の絶対的な方向を示すものではない。

　本開示に係る断熱体１１は、断熱性および強度に優れる。

１１　　断熱体
１２　　繊維シート（第１繊維シート）
１３　　繊維シート（第２繊維シート）
１４　　シリカキセロゲル
１５　　断熱シート（第１断熱シート）
１６　　断熱シート（第２断熱シート）
１７　　シリカキセロゲル層
１８　　スペース形成材
１９　　スペース

Claims

　　　第１繊維シートと、前記第１繊維シートに含侵された第１シリカキセロゲルとを有する第１断熱シートと、
　　　第２繊維シートと、前記第２繊維シートに含侵された第２シリカキセロゲルとを有する第２断熱シートと、
　　　前記第１断熱シートと前記第２断熱シートとの間に設けられた、繊維を含まないシリカキセロゲル層と、
を備えた断熱体。
前記シリカキセロゲル層の厚さは０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下である、請求項１に記載の断熱体。
　　　第１繊維シートと、前記第１繊維シートの上面に配置されたスペース形成材と、前記スペース形成材の上面に配置されて前記スペース形成材を介して前記第１繊維シートの前記上面に対向する第２繊維シートとを有する積層体を準備するステップと、
前記第１繊維シートと前記第２繊維シートとにシリカゾルを含浸させるステップと、
繊維を含まずかつ前記シリカキセロゲルを含むシリカキセロゲル層を前記第１繊維シートと前記第２繊維シートとの間に形成するステップと、
を含む、断熱体の製造方法。
前記スペース形成材はシリカキセロゲルよりなる、請求項３に記載の断熱体の製造方法。
前記スペース形成材は乾燥したシリカキセロゲルよりなる、請求項４に記載の断熱体の製造方法。
前記スペース形成材は、前記第１繊維シートの前記上面に部分的に配置されている、請求項４または５に記載の断熱体の製造方法。
前記積層体を準備する前記ステップは、前記第１繊維シートの前記上面が、前記スペース形成材に当接する第１部分と、前記第１部分の周囲で前記スペース形成材に当接しない第２部分とを有してかつ前記第１繊維シートの前記上面の前記第２部分がスペースを介して前記第２繊維シートに対向するように前記積層体を準備するステップを含む、請求項６に記載の断熱体の製造方法。
前記第１繊維シートと前記第２繊維シートとに前記シリカゾルを含浸させる前記ステップと前記シリカキセロゲル層を前記第１繊維シートと前記第２繊維シートとの間に形成する前記ステップとは、前記積層体を準備する前記ステップの後に行われる、請求項３から７のいずれか１項に記載の断熱体の製造方法。
前記第１繊維シートと前記第２繊維シートとに前記シリカゾルを含浸させる前記ステップと前記シリカキセロゲル層を前記第１繊維シートと前記第２繊維シートとの間に形成する前記ステップとが行われるように、前記積層体にシリカゾルを含侵させるステップをさらに含む、請求項８に記載の断熱体の製造方法。
前記積層体を準備する前記ステップは、前記第１繊維シートと前記第２繊維シートとに前記シリカゾルを含浸させる前記ステップの後で、前記積層体が、前記第１繊維シートと、前記第１繊維シートの前記上面に配置された前記スペース形成材と、前記スペース形成材の前記上面に配置されて前記スペース形成材とスペースとを介して前記第１繊維シートの前記上面に対向する前記第２繊維シートとを有するように前記積層体を準備するステップを含み、
前記シリカキセロゲル層を前記第１繊維シートと前記第２繊維シートとの間に形成する前記ステップは、前記積層体を準備する前記ステップの後で行われる、請求項３から７のいずれか１項に記載の断熱体の製造方法。