JP4748573B2

JP4748573B2 - シリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法

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Inventors: 正督藤; 実高橋; 恭一藤本
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Publication date: 2011-08-17
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Description

本発明は、約１０ｎｍから約３００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子の断熱性及び透明性を利用した、シリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法に関するものである。

従来、断熱性を有する塗膜を形成し得る塗料として、無機または有機の微細発泡体或いは微細中空体を骨材に使用したものが用いられていた。無機の微細中空体としては、シラスバルーン、ガラスバルーン、シリカバルーン、等を挙げることができるが、これらの微細中空体は圧縮強度が低く、塗料の真空脱気混練工程において大半が破壊してしまうため、十分な断熱性を得ることができなかった。また、有機の微細発泡体や微細中空体を骨材に使用した塗料においては、塗膜の表面硬度が著しく低下して傷が付き易く耐候性も悪くなっていた。

そこで、特許文献１においては、圧縮強度の高いセラミック微細中空粒子を配合することによって、塗料の製造過程における高い応力・せん断力にも耐えて、高い断熱性を有する塗料を得る発明について開示している。また、特許文献２においては、耐火部材の基材表面に無機質中空粒子層と発泡性耐火塗料層とからなるシート積層材を積層することによって、優れた耐火性能を有する耐火部材及びその製造方法の発明について開示している。
特開平８−１２７７３６号公報特開２０００−９６７３７号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に記載の技術におけるセラミック微細中空粒子及び無機質中空粒子は、いずれもその平均粒子径が６μｍ以上と大きいため、充分な断熱効果を得るために１００層以上積層しようとすると、０．６ｍｍ以上の厚さに塗布しなければならず、断熱塗膜及び耐火部材の厚さが必要以上に厚くなってしまい、コスト高になるとともに剥がれ易くなるという問題点があった。

そこで、本発明は、約１０ｎｍから約３００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子の断熱性及び透明性を利用したシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法を提供することを課題とするものである。

請求項１の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法は、シリカ殻からなる中空粒子の断熱性を利用した断熱塗料であって、水中に、コロイド状炭酸カルシウム、シリコンアルコキシド、及び塩基触媒を投入して混合し、コロイド状炭酸カルシウム表面に、シリコンアルコキシドの加水分解反応によって生成するシリカを析出させ、その後、酸処理することによって、シリカ層内部の炭酸カルシウムを溶解させてなる、１０ｎｍから３００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子を塗料中に均一分散してなるものである。

請求項２の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法は、シリカ殻からなる中空粒子の断熱性及び透明性を利用した断熱塗料であって、水中に、コロイド状炭酸カルシウム、シリコンアルコキシド、及び塩基触媒を投入して混合し、コロイド状炭酸カルシウム表面に、シリコンアルコキシドの加水分解反応によって生成するシリカを析出させ、その後、酸処理することによって、シリカ層内部の炭酸カルシウムを溶解させてなる、１０ｎｍから３００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子を透明塗料中に均一分散してなるものである。

請求項３の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法は、請求項１または請求項２の構成において、前記シリカ殻からなる中空粒子は３０ｎｍ〜１３０ｎｍの外径を有するものである。

請求項４の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記シリカ殻からなる中空粒子の表面にイソシアネート系の表面改質剤を付加させたコーティングシリカ殻からなる中空粒子を用いたものである。

ここで、「イソシアネート系の表面改質剤」とは、イソシアネート基（−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）を１つ以上もった化合物からなる表面改質剤を意味する。

請求項１の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法は、シリカ殻からなる中空粒子の断熱性を利用した断熱塗料であって、水中に、コロイド状炭酸カルシウム、シリコンアルコキシド、及び塩基触媒を投入して混合し、コロイド状炭酸カルシウム表面に、シリコンアルコキシドの加水分解反応によって生成するシリカを析出させ、その後、酸処理することによって、シリカ層内部の炭酸カルシウムを溶解させてなる、１０ｎｍから３００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子を塗料中に均一分散してなる。

ここで、１０ｎｍから３００ｎｍまでの範囲内の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子を合成樹脂（ポリエステル樹脂）中に均一分散させたものは約０．１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有するものであるから、固体の中でも熱伝導率が小さい耐火レンガ（約０．２〜０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも熱伝導率が小さく、優れた断熱性を示す。

このように、シリカ殻からなるナノ中空粒子はその粒子径が１０ｎｍから３００ｎｍまでと小さいため、充分な断熱効果を得るために１００層以上積層しても、約３０μｍ以下と極めて薄い塗膜で充分な断熱効果を得ることができ、低コストで形成できるとともに剥がれ難い丈夫な断熱塗膜を得ることができる。

このようにして、１０ｎｍから３００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子の断熱性を利用したシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法となる。

請求項２の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法は、シリカ殻からなる中空粒子の断熱性及び透明性を利用した断熱塗料であって、水中に、コロイド状炭酸カルシウム、シリコンアルコキシド、及び塩基触媒を投入して混合し、コロイド状炭酸カルシウム表面に、シリコンアルコキシドの加水分解反応によって生成するシリカを析出させ、その後、酸処理することによって、シリカ層内部の炭酸カルシウムを溶解させてなる、１０ｎｍから３００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子を透明塗料中に均一分散してなる。

これによって、本発明にかかる断熱塗料は、請求項１の発明にかかる断熱塗料と同じく、約３０μｍ以下の薄い塗膜でも優れた断熱性を示すとともに、シリカ殻からなるナノ中空粒子は壁厚さが数ｎｍ〜数１０ｎｍとごく薄いためほぼ完全に透明であり、このため透明塗料中に均一分散することによって、形成された塗膜はほぼ完全に透明なものとなる。

したがって、例えば不燃性パネルの上に木目調の模様を印刷した合成樹脂フィルムを貼り付けて、その上から本発明にかかる断熱塗料を薄く塗布することによって、合成樹脂フィルムの木目調の模様が完全に見える状態で、不燃性のパネルとすることができる。

このようにして、１０ｎｍから３００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子の断熱性及び透明性を利用したシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料となる。

請求項３の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法は、シリカ殻からなる中空粒子が３０ｎｍ〜１３０ｎｍ、より好ましくは５０ｎｍ〜１００ｎｍの外径を有する。

請求項１または請求項２にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料においては、１０ｎｍから３００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子を用いているが、余り外径の小さいシリカ殻からなる中空粒子は製造するのが困難であり、また製造できても凝集し易い。一方、余り外径の大きいシリカ殻からなる中空粒子は、シリカ殻からなるナノ中空粒子を用いたメリットが半減してしまう。

そこで、発明者らが鋭意実験研究の結果、３０ｎｍ〜１３０ｎｍ、より好ましくは５０ｎｍ〜１００ｎｍの外径を有するシリカ殻からなる中空粒子が最も製造し易く、凝集も起こり難く、シリカ殻からなるナノ中空粒子を用いたメリットが充分に発揮されることを見出し、この知見に基いて本発明を完成したものである。

このようにして、３０ｎｍ〜１３０ｎｍ、より好ましくは５０ｎｍ〜１００ｎｍの外径を有するシリカ殻からなる中空粒子の断熱性及び透明性を利用したシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法となる。

請求項４の発明にかかるシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法は、シリカ殻からなる中空粒子の表面にイソシアネート系の表面改質剤を付加させたコーティングシリカ殻からなる中空粒子を用いたものである。

ここで、前述の如く、「イソシアネート系の表面改質剤」とは、イソシアネート基（−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）を１つ以上もった化合物からなる表面改質剤を意味するものであり、具体例としては、アルキル基にイソシアネート基が３個結合したトリイソシアネート化合物、トリエトキシプロピルイソシアネートシラン（ＴＥＩＳ）、等がある。

このようなイソシアネート系の表面改質剤を、シリカ殻からなる中空粒子の表面に存在する水酸基（−ＯＨ）を介して付加させ、シリカ殻からなる中空粒子の全表面をイソシアネート系の表面改質剤でコーティングすることによって、再凝集を防止することができて分散性が向上し、また合成樹脂中に混合する場合にも合成樹脂の活性基とイソシアネート基とが反応することによって、合成樹脂とシリカ殻からなる中空粒子との強固な結合が得られる。

このようにして、合成樹脂中に混合する場合に分散性が向上するとともに合成樹脂とシリカ殻からなる中空粒子との強固な結合が得られる、シリカ殻からなる中空粒子の断熱性及び透明性を利用したシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

実施の形態１
まず、本発明の実施の形態１にかかる断熱塗料の製造方法について、図１を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる断熱塗料を用いた難燃性ボードの構成を示す部分断面図、（ｂ）は従来の木材からなる不燃材の燃焼試験後の状態を示す断面図である。

最初に、約１０ｎｍから約３００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子の製造方法について説明する。７５容量％以上の水中に、コロイド状炭酸カルシウム、シリコンアルコキシド、及び塩基触媒を投入して混合し、コロイド状炭酸カルシウム表面に、シリコンアルコキシドの加水分解反応によって生成するシリカを析出させる。その後、酸処理することによって、シリカ層内部の炭酸カルシウムを溶解させる。この結果、約１０ｎｍから約３００ｎｍの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子が製造される。

次に、このようにして製造されたシリカ殻からなるナノ中空粒子の断熱性についての試験結果について説明する。供試体としては、表１の実施例１に示されるように、シリカ殻からなるナノ中空粒子を固形分で１０．８１重量％、合成樹脂（ポリエステル樹脂）を固形分で８９．１９重量％配合した断熱塗料を作製して、乾燥させて塗膜とした。比較のために、比較例１としてシリカ殻からなるナノ中空粒子０重量％、合成樹脂（ポリエステル樹脂）を１００重量％、即ちポリエステル樹脂そのものを供試体として、熱伝導率の測定を行った。結果を、表２に示す。

表２に示されるように、実施例１の断熱塗料の塗膜の熱伝導率は、０．１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）と小さく、ポリエステル樹脂単独の熱伝導率（０．２９Ｗ／（ｍ・Ｋ））の約半分となっている。これによって、表１に示される実施例１の配合の断熱塗料が優れた断熱性を示すことが確認された。

次に、この実施例１の配合の断熱塗料を不燃パネルに応用した例について、図１（ａ）を参照して説明する。図１（ａ）に示されるように、本実施の形態１にかかる断熱塗料２は、不燃パネル５の上に不燃パネル５の表面の凹凸をなくして接着し易くするためのサンディングシーラー４を塗布して、その上にポリエチレンフィルムに木目調印刷を施した木目調印刷フィルム３を接着した上に、耐熱性を持たせるために約２０μｍの厚さに塗布される。

ここで、図１（ｂ）に示されるように、従来の不燃材として用いられている集成材梁７を３０分間燃焼試験した結果、火炎によって表層に炭化層８が形成されるために、深部への火炎の浸透及び酸素の供給が阻害されることから、不燃認定を取得している。

これは、木質部の高い断熱性による効果が大きく、木材の熱伝導率は０．１５であり、図１（ａ）に示される本実施の形態１にかかる断熱塗料２の熱伝導率も表２に示されるように０．１５であることから、木材同様の断熱性を得ることができ、木材を使用することなく、ポリエチレンフィルムからなる木目調印刷フィルム３が火炎で燃焼するのを透明難燃層（断熱塗料）２によって防止することができ、木目調パネル６全体として不燃認定を受けることができる。

このようにして、本実施の形態１にかかる断熱塗料２は、約１０ｎｍから約３００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子の断熱性及び透明性を利用したシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料となる。

参考例１
次に、本発明の参考例１にかかる断熱塗料及び断熱フィルムについて、図２を参照して説明する。図２は本発明の参考例１にかかる断熱塗料を用いた断熱フィルムを貼り付けたガラス板の構成を示す部分断面図である。

図２に示されるように、本参考例１にかかる断熱フィルム１０は、オフィスビルや家庭の窓ガラス、及び自動車の窓ガラス等の内側に貼り付けられる断熱フィルムであり、従来の断熱フィルム１１よりも遥かに断熱性に優れたものである。従来の断熱フィルム１１はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）樹脂等からなる約２０μｍ〜３０μｍの厚さのフィルムに、金、銀、等の金属やＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等を蒸着して、蒸着した側を窓ガラスの内側に貼り付けることによって、太陽光線を反射して断熱を図るものであった。

図２に示されるように、太陽光線は、基材となるガラス１２の表面で４％〜５％が反射し、さらに従来の断熱フィルム１１の金属蒸着膜（厚さ数十ｎｍ）で近赤外線が反射されるが、その間に近赤外線（熱線）が基材となるガラス１２に吸収され、熱貫流となって両面の熱伝導率の差にしたがって内外両面に放散する。従来の断熱フィルム１１のみを貼り付けた場合には、両面の熱伝導率の差がなかったため内部にも熱が放散されていた。

これに対して、本参考例１にかかる断熱フィルム１０は、従来の断熱フィルム１１に実施の形態１にかかる断熱塗料２を約２０μｍ〜３０μｍの厚さに、ロールコーターで均一に塗布したものである。この断熱フィルム１０を、図２に示されるように、断熱塗料２の塗膜が内側になるようにガラス１２に貼り付けることによって、両面の表面の熱伝導率の差が大きくなり、基材となるガラス１２に吸収された熱が外部へ放出されるため、優れた断熱性を得ることができる。

なお、オフィスビルや家庭の窓ガラスに用いる場合には、可視光線の透過率が６０％程度あれば良いため、断熱フィルム１１の金属蒸着膜の厚さを厚くして近赤外線の反射率を高めることができるが、自動車の窓ガラスに用いる場合には、安全上の理由から可視光線の透過率が８０％以上必要であるため、断熱フィルム１１の金属蒸着膜の厚さには制限がある。

また、本参考例１にかかる断熱フィルム１０においては、従来の断熱フィルム１１に実施の形態１にかかる断熱塗料２を約２０μｍ〜３０μｍの厚さに、ロールコーターで均一に塗布したものとしているが、図２に示される断熱塗料２の層の代わりに、約２０μｍ〜３０μｍの厚さの断熱フィルムを貼り付けても良い。この断熱フィルムは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）樹脂中に約５０ｎｍから約１００ｎｍの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子を均一に分散させてなるものである。この断熱フィルムの製造方法については、参考例２において後述する。

参考例２
次に、本発明の参考例２にかかる断熱フィルムについて、図３及び図４を参照して説明する。図３は本発明の参考例２にかかる断熱フィルムの製造方法を示す説明図である。図４は本発明の参考例２にかかる断熱フィルムを貼り付けたガラス板の構成を示す部分断面図である。

図３に示されるように、本参考例２にかかる断熱フィルム１５は、約５０ｎｍから約１００ｎｍの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子１とＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）樹脂１４の原料粒を、約１０対約９０の重量比でニーダーに入れて、ＰＥＴ樹脂１４が軟化する温度（約２６０℃）以上で加熱混練する（ステップＳ１）。これによって、均一に混合されたシリカ殻からなる中空粒子１が分散したＰＥＴ樹脂１４を、カレンダー成形機を用いてカレンダー成形する（ステップＳ２）。このようにして、厚さ約２０μｍ〜３０μｍの透明の断熱フィルム１５が製造される。

次に、製造された透明な断熱フィルム１５の使用方法の一例について、図４を参照して説明する。図４に示されるように、本参考例２にかかる透明な断熱フィルム１５は、主として自動車の窓ガラスの内側に構成された多層干渉膜の内側に貼り付けられる断熱フィルムであり、この多層干渉膜は、ガラスと屈折率の異なる薄い多層膜を形成することによって、膜の表面と裏面の反射干渉を利用して、透過させたい波長以外の波長の光を反射させるものである。

図４に示されるように、この多層干渉膜は金属蒸着や金属スパッタリングを使用する必要がないため、カーナビゲーションシステムやＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）車載器等を自動車に搭載している場合に、無線電波障害を起こさないという特徴を有する。しかし、基材としてのガラスが熱線を吸収する点については参考例１の場合と同様であるために、一番内側のＰＥＴ層の内側に厚さ約２０μｍ〜３０μｍの透明な断熱フィルム１５を貼り付けることによって、可視光線の透過率を低下させることなく熱を外部へ効率良く放出することができる。なお、最も内側のハードコート１６は、透明な断熱フィルム１５が傷つくのを防止するための透明で硬い層である。

このようにして、本参考例２にかかる断熱フィルム１５においては、約５０ｎｍから約１００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子の断熱性及び透明性を利用したシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱フィルムとなる。

なお、本参考例２にかかる断熱フィルム１５と、ＵＶ（紫外線）カットフィルムと、ＩＲ（赤外線）カットフィルムとを接着剤で貼り合わせて三層構造として、本参考例２と同様にガラス等の内側に貼り付けることによって、ＵＶカットフィルムによって外部からの太陽光線等に含まれる紫外線の透過を防止し、ＩＲカットフィルムによって外部からの太陽光線等に含まれる赤外線（熱線）の透過を防止するとともに、基材に吸収された赤外線の熱が内部に放射されるのを断熱フィルム１５で防止することによって、可視光線のみの透過を可能にしつつ優れた断熱効果を発揮する。

このため、自動車の窓ガラスやオフィスビル・家庭の窓ガラス等に貼り付けることによって、視界を妨げることなく太陽光線による熱の浸入及び紫外線の透過を、さらに高度に遮断することができる。

このようにして、約１０ｎｍから約３００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子の断熱性を利用した、視界を妨げることなく優れた断熱効果を発揮する薄くて丈夫なシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱フィルムを応用した三層断熱フィルムとなる。

参考例３
次に、本発明の参考例３にかかる断熱繊維について、図５及び図６を参照して説明する。図５（ａ）は本発明の参考例３にかかる断熱繊維の内部構造を示す部分拡大図、（ｂ）は従来の断熱繊維の内部構造を示す部分拡大図である。図６は本発明の参考例３にかかる断熱繊維を用いて製造した日傘の全体構成を示す斜視図及び部分拡大図である。

図５（ａ）に示されるように、本参考例３にかかる断熱繊維２０は、不透明な合成繊維２１の内部に均一にシリカ殻からなるナノ中空粒子１が分散されてなるものである。ここで、シリカ殻からなるナノ中空粒子１は、球形よりも立方体に近い形状をしているが、これは上述したシリカ殻からなるナノ中空粒子１の製造工程において、コロイド状炭酸カルシウムが立方体に近い形状をしているために、コロイド状炭酸カルシウム表面にシリコンアルコキシドの加水分解反応によって生成するシリカを析出させる際にも、析出したシリカ層も立方体に近い形状となり、シリカ層内部の炭酸カルシウムを溶解させて得られるシリカ殻からなるナノ中空粒子１も、立方体に近い形状となるものである。

本参考例３にかかる断熱繊維２０は、約５０ｎｍから約１００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子１を不透明な合成繊維原料中に均一分散した後に紡糸してなるものである。図５（ｂ）に示されるように、従来の断熱繊維２２は、紫外線を吸収すると同時に太陽光全体を遮蔽する繊維２４中に、特殊セラミックス粒子２３を分散させて太陽光線を反射させる構造としていたが、繊維２４に太陽光線が吸収されて蓄熱されるという問題点があった。

これに対して、本参考例３にかかる断熱繊維２０は、シリカ殻からなるナノ中空粒子１が合成繊維２１の内部に均一に分散されているために、熱伝導率が低く断熱性に優れるとともに放熱効果も得られるため、夏は涼しく冬は暖かいという特徴を有する。

一例として、図６に示されるように、本参考例３にかかる断熱繊維２０で織った生地を用いた日傘２６においては、断熱繊維２０が熱伝導率が低く断熱性に優れるために太陽光線を反射するとともに、断熱繊維２０の熱伝導率が低いために太陽光線が吸収されて蓄熱されるという事態を防ぐことができ、使用者に涼しい感覚を与えることができる。

このようにして、本参考例３にかかる断熱繊維２０においては、約５０ｎｍから約１００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子１の断熱性を利用することによって、日傘の生地やカーテンや服地として用いることができ、夏は涼しく冬は暖かい生地を形成することができる。

参考例４
次に、本発明の参考例４にかかる断熱繊維について、図７を参照して説明する。図７は本発明の参考例４にかかる断熱繊維を用いて製造したカーテンとカーテンを透して見える景色を示す全体図及び部分拡大図である。

本参考例４にかかる断熱繊維１９は、図５（ａ）において不透明な合成繊維２１の代わりに、透明な合成繊維原料を用いて、約５０ｎｍから約１００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子１を透明な合成繊維原料中に均一分散した後に紡糸してなるものである。したがって、シリカ殻からなるナノ中空粒子１が透明であるために、本参考例４にかかる断熱繊維１９もほぼ透明である。

図７に示されるように、かかる断熱繊維１９を織って形成したカーテン１８は半透明であるために、レースのカーテンと同様に、室内から外の景色を見ることができ、外部から室内を見ることはできない。そして、断熱繊維１９は熱伝導率が低いことから優れた断熱性を有し、夏は涼しく冬は暖かいという理想的なカーテン１８となる。

このようにして、本参考例４にかかる断熱繊維１９においては、約５０ｎｍから約１００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなるナノ中空粒子１の断熱性及び透明性を利用することによって、レースのカーテンやレース服地の代わりに用いることができ、夏は涼しく冬は暖かい生地を形成することができる。

参考例５
次に、本発明の参考例５にかかる断熱塗料、断熱フィルム及び断熱繊維について、図８を参照して説明する。図８は本発明の参考例５にかかる断熱塗料、断熱フィルム及び断熱繊維を製造するために用いられるコーティングシリカ殻からなる中空粒子の製造工程を示す模式図である。

上記実施の形態１乃至参考例４において用いられているシリカ殻からなるナノ中空粒子１は、約１０ｎｍから約３００ｎｍまで或いは約５０ｎｍから約１００ｎｍまでの範囲の外径を有するナノレベルの微粒子であるため、凝集し易く、分散させるために様々な工夫が行われていた。これに対して、図８に示されるように、本参考例５にかかるコーティングシリカ殻からなる中空粒子３１は、シリカ殻からなるナノ中空粒子１の表面がイソシアネート系表面改質剤３０で覆われているために、凝集し難く分散が容易である。

本参考例５にかかるコーティングシリカ殻からなる中空粒子３１の製造工程について、図８を参照して説明する。図８に示されるように、シリカ殻からなるナノ中空粒子１の表面には水酸基が無数に付いている。図８においては、反応が分かり易いように、無数の水酸基のうち３つのみを示している。これに対して、イソシアネート系表面改質剤としてのトリエトキシプロピルイソシアネートシラン（以下、「ＴＥＩＳ」とも言う。）３０を、キシレンを溶媒としてオートクレーブ中でキシレンの臨界温度において２時間反応させることによって、ＴＥＩＳ３０のエトキシ基の３つ全部がシリカ殻からなるナノ中空粒子１の表面の３つの水酸基とそれぞれ縮合して、シリカ殻からなるナノ中空粒子１の表面に結合する。

このようにして、シリカ殻からなるナノ中空粒子１の表面の無数の水酸基とＴＥＩＳ３０が反応することによって、シリカ殻からなるナノ中空粒子１の表面がＴＥＩＳ３０で覆われて、本参考例５にかかるコーティングシリカ殻からなる中空粒子３１が形成される。これによって、凝集し難く分散が容易であるばかりでなく、イソシアネート基が合成樹脂の活性基と反応して合成樹脂と強固な結合を作ることにより、さらに合成樹脂中への均一分散が行い易いコーティングシリカ殻からなる中空粒子３１となる。

したがって、上記実施の形態１乃至参考例４において用いられているシリカ殻からなるナノ中空粒子１の代わりに、本参考例５にかかるコーティングシリカ殻からなる中空粒子３１を用いることによって、合成樹脂中に混合する場合に分散性が向上するとともに合成樹脂とシリカ殻からなるナノ中空粒子１との強固な結合を得ることができる。

このようにして、参考例５にかかるコーティングシリカ殻からなる中空粒子３１を用いることによって、合成樹脂中に混合する場合に分散性が向上するとともに合成樹脂とシリカ殻からなるナノ中空粒子１との強固な結合が得られる、シリカ殻からなるナノ中空粒子１の断熱性及び透明性を利用したシリカ殻からなるナノ中空粒子１を用いた断熱塗料、断熱フィルム若しくは三層断熱フィルムまたは断熱繊維となる。

本発明を実施するに際しては、シリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料、断熱フィルム若しくは三層断熱フィルム、断熱繊維のその他の部分の構成、成分、形状、数量、材質、大きさ、製造方法等についても、上記各実施の形態に限定されるものではない。

図１（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる断熱塗料の製造方法を用いた難燃性ボードの構成を示す部分断面図、（ｂ）は従来の木材からなる不燃材の燃焼試験後の状態を示す断面図である。図２は本発明の参考例１にかかる断熱塗料を用いた断熱フィルムを貼り付けたガラス板の構成を示す部分断面図である。図３は本発明の参考例２にかかる断熱フィルムの製造方法を示す説明図である。図４は本発明の参考例２にかかる断熱フィルムを貼り付けたガラス板の構成を示す部分断面図である。図５（ａ）は本発明の参考例３にかかる断熱繊維の内部構造を示す部分拡大図、（ｂ）は従来の断熱繊維の内部構造を示す部分拡大図である。図６は本発明の参考例３にかかる断熱繊維を用いて製造した日傘の全体構成を示す斜視図及び部分拡大図である。図７は本発明の参考例４にかかる断熱繊維を用いて製造したカーテンとカーテンを透して見える景色を示す全体図及び部分拡大図である。図８は本発明の参考例５にかかる断熱塗料、断熱フィルム及び断熱繊維を製造するために用いられるコーティングシリカ殻からなる中空粒子の製造工程を示す模式図である。

１シリカ殻からなるナノ中空粒子
２断熱塗料
３木目調印刷フィルム
５不燃パネル
１０，１５断熱フィルム
１４ＰＥＴ
１９，２０断熱繊維
３０イソシアネート系表面改質剤
３１コーティングシリカ殻からなる中空粒子

Claims

シリカ殻からなる中空粒子の断熱性を利用した断熱塗料の製造方法であって、
水中に、コロイド状炭酸カルシウム、シリコンアルコキシド、及び塩基触媒を投入して混合し、コロイド状炭酸カルシウム表面に、シリコンアルコキシドの加水分解反応によって生成するシリカを析出させ、その後、酸処理することによって、シリカ層内部の炭酸カルシウムを溶解させてなる、１０ｎｍから３００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子を塗料中に均一分散してなることを特徴とするシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法。
シリカ殻からなる中空粒子の断熱性及び透明性を利用した断熱塗料の製造方法であって、
水中に、コロイド状炭酸カルシウム、シリコンアルコキシド、及び塩基触媒を投入して混合し、コロイド状炭酸カルシウム表面に、シリコンアルコキシドの加水分解反応によって生成するシリカを析出させ、その後、酸処理することによって、シリカ層内部の炭酸カルシウムを溶解させてなる、１０ｎｍから３００ｎｍまでの範囲の外径を有するシリカ殻からなる中空粒子を透明塗料中に均一分散してなることを特徴とするシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法。
前記シリカ殻からなる中空粒子は３０ｎｍ〜１３０ｎｍの外径を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法。
前記シリカ殻からなる中空粒子の表面にイソシアネート系の表面改質剤を付加させたコーティングシリカ殻からなる中空粒子を用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のシリカ殻からなるナノ中空粒子を用いた断熱塗料の製造方法。