JPH02199077A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、断熱材などに用いられる微細多孔体に関す
る。

〔従来の技術〕

従来の微粒子集合体（微粒子成形体）からなる微細多孔
体は、極めて低い熱伝導率を有する、高性能な断熱材で
あるが、その強度が弱いために、取扱性（加工性、大サ
イズ化）に制限があり、実用上に雌があった。たとえば
、成形体の強度を増加するために、セラミック繊維など
−の無機繊維を混合して、その繊維のからみを利用した
り、あるいは、袋に微粒子からなる断熱材の粉末を充填
してから成形するという、包体化による方法がとられて
いるが、いずれも取扱性は不十分なものであった。

以上、特公昭５１−４００８８号公報、特開昭５７−１
７３６８９号公報、特開昭５８−４５１５４号公報およ
び特開昭６０−３３４７９号公報参照。

一方、微細多孔体の強度を増加させるために、一般のバ
インダー、たとえば、低融点ガラスや低融点無機化合物
などを用いる方法が考えられた。

この方法によれば、バインダーを溶融させて微粒子の凝
集体を結合して同バインダーを固化させるので、微細多
孔体の強度や取扱性が良くなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前記バンイダーを用いると、微粒子の凝集体が
バインダーで結合されてしまうため、固体を通しての伝
導が太き（なり、また、微細な空隙を埋めてしまう結果
、熱伝導率が高（なり、断熱材としての性能を著しく低
下させていた。

この発明は、上記の事情に鑑み、微粒子の集合体の有す
る、優れた断熱性を保持したまま、機械的強度が十分に
あって取り扱い易い微細多孔体を提供することを課題と
する。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、請求項記載の発明にかかる微
細多孔体は、微粒子粉末が成形されてなるものにおいて
、熱可塑性樹脂からなる繊維（以下、「樹脂繊維」と言
う）が分散され、樹脂繊維同士、および、樹脂繊維と前
記微粒子とが互いに融着されていることを特徴とする。

〔作　　　用〕

この発明の微細多孔体は、断熱材の微粒子の集合体の部
分と、融着して構成された樹脂繊維の骨組み部分からな
っている。樹脂分は断熱材の微粒子に比べて容量が小さ
く、はとんどが微粒子の集合体である微細多孔体となっ
ているため、断熱性は極めて高い。また、樹脂繊維を融
着により結合させるため、結合部分の面積（接着面積）
は非常に小さくなり、樹脂自体も、熱伝導率が比較的小
さい材料であることから、固体伝導の増加は小さい。し
たがって断熱性能は、従来の性能をほぼ保持できる。

強度については、結合力の小さい微粒子集合体を、樹脂
繊維の骨組みが取り囲むため、機械的強度が増加し、取
扱性の良好なものとなる。

〔実　施　例〕

以下、この発明にかかる微細多孔体を、その実施例をあ
られす図面を参照しながら詳しく説明する。

第１図は、この発明の微細多孔体の一実施例をあられす
。第１図１８）は微細多孔体全体をあられす模式図であ
り、第１図（ｂ）は樹脂固体として樹脂繊維を用いた場
合の拡大図であり、第２図は、樹脂固体として樹脂繊維
および樹脂微粒子を併用した別の一実施例の拡大図であ
る。

これらの図にみるように、微細多孔体１は、多数の微粒
子２・・・によって構成される空隙Ｓが、たとえば、１
〜６０ｎｍという非常に小さい空隙となっており、また
微粒子２・・・は、凝集力（ファンデアワールスカ）で
ＩＪｉＳしている微細多孔体となっている。

樹脂部分は、全体に均一に分散しており、樹脂繊維３同
士が一部接触している部分Ｍ・・・、あるいは樹脂繊維
３と断熱材の微粒子２とが一部接触している部分Ｍ・・
・は、融着して互いに結合している第２図に示した実施
例では、樹脂繊維３同士が、樹脂繊維３と断熱材の微粒
子２とが、樹脂繊維３と樹脂微粒子４とが、断熱材の微
粒子２と樹脂微粒子４とが、それぞれ、一部接触してい
る部分Ｍ・・・で融着して互いに結合している。

この発明の微細多孔体は、たとえば、以下のようにして
作られているが、製法を下記のものに限定するものでは
ない。断熱材料の微粒子等をあらかじめ混合して、混合
粉体としておき、これに樹脂固体（樹脂繊維、または、
樹脂繊維および樹脂微粒子）を混合して、均一に分散さ
せる。次に金型に、この混合物を充填し、圧縮成形する
。このとき断熱材の微粒子は十分に小さい空隙（好まし
くは１〜６０ｎａ＋）をもった微細多孔体に成形される
ことになり、樹脂分は、多孔体の一部に均一に分散した
状態となっている。次に１．この成形体を圧縮したまま
、樹脂をその融点以上の温度に加熱して融着させ、その
まま融点以下の温度まで冷却して樹脂を硬化（固化）さ
せる。冷却後、金型から取り出して、成形された微細多
孔体ができる。

この発明にかかる微細多孔体は、機械的強度が大きくて
、切断等の加工も可能なことから取扱性に優れたもので
あり、しかも、断熱性が十分に保持される。このため、
この微細多孔体は、断熱材（断熱体）とすることができ
る。しかし、この発明の微細多孔体の用途は、断熱材に
限らない。

前記断熱材料の微粒子は、超微粒子Ａ（シリカ、表面処
理粒子など）、微粒子Ｂ　（ＴｉＯｘ等、輻射防止効果
のある粒子）であり、この他に、無機繊維（シリカアル
ミナファイバー等）を混合してもよい。

この発明では、微粒子として、下記の超微粒子Ａおよび
微粒子Ｂのうち、少なくとも超微粒子Ａを用い、必要に
応じて、下記の微粒子Ｂおよび／または無機繊維を超微
粒千人とともに用いるのがよい。これは、微粒子Ｂおよ
び／または無機繊維だけを断熱材料として用いると構成
される空隙が大きくなり、十分な断熱効果が得られない
が、超微粒子Ａを用いると構成される空隙が小さくなり
（たとえば、１〜６０ｎｍ）、高性能な断熱材を得るこ
とができるからである。

超微粒子Ａと、微粒子Ｂおよび／または無ｔａ繊維とを
併用する場合、これらの使用割合は、使用温度、取り扱
い状態などにより異なるが、たとえば、超微粒子Ａを３
０〜１００重量％、微粒子Ｂを０〜７０重量％、無機繊
維を５〜２０重量％とするのがよい、無機繊維について
は、この範囲を外れると、強度、断熱性において問題が
生じることがある゛。

超微粒子Ａとしては、乾式製法または湿式製法による超
微粒子シリカが、１例として挙げられる、超微粒子シリ
カは、必要ならば凝集防止処理して用いられる。超微粒
子Ａの粒径としては、１〜２０ｎ−程度が好ましく、１
０ｎｍ以下のもの、３〜８ｎ涌のものがより好ましい。

前記超微粒子シリカ粉末を用いる場合、その粒度を選ぶ
ことが好ましく、その好ましい粒度としては、未処理の
超微粒子シリカ粉末の比表面積が４００ｒｒｆ／ｇ以上
、または、粒径６０Å以下であることである。

前記Ｗ簗防止処理に用いる表面処理剤としては、粒子表
面のシラノール基のＯＨに結合して水素結合の生起を防
げるようにするもの、粒子同士に反発性をもたせ直接的
に粒子の凝集を防止するものなどが挙げられる。その例
としては、有機シラン化合物、たとえば、トリメチルメ
トキシシラン、ジメチルジェトキシシラン、メチルトリ
メトキシシラン等のアルコキシシラン化合物、ジメチル
ジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、トリフェニ
ルクロロシラン等のクロロシラン化合物、ヘキサメチル
ジシラザン、ジメチルトリメチルシリルアミン等のシラ
ザン化合物が挙げられるが、これらに限定されるもので
はない。

なお、表面処理剤による処理に溶剤を用いる場合の溶剤
としては、ベンゼン、水、トルエン等が挙げられるが、
超微粒子が分散し易いものであれば、これらに限定され
るものではない。

表面処理剤によって凝集防止処理するに際しては、その
処理の程度を制御してもよい。ここに、処理の程度とは
、超微粒子の表面に結合している疎水基（表面処理剤に
由来する基）の量の程度を言い、処理粒子中の炭素含有
量（重量％。以下「Ｃ値」と言う）と、表面処理粒子の
疎水性の度合（以下「Ｍ値」と言う）とで評価できる。

前記Ｍ値は、水５０ｃｃに処理品０．２ｇを入れ、Ｍ　
ｅ　ＯＨを滴下して、処理品が全て水に濡れた時の消費
ＭｅＯＨの容量％で表し、下式で求めることができる。

表面処理の程度は、予め想定したＣ値とＭ値に合わせた
処理条件により変えることができる。なお、Ｃ値とＭ値
は、処理の系（超微粒子と表面処理剤の組み合わせ）に
より異なる。このように表面処理の程度を制御すること
により、過剰な処理を施すことな（、弱い処理（Ｃ値、
Ｍ値小）で有効な凝集防止処理を効果的に達成すること
ができるようになる。

この発明においては、超微粒子Ａは、これ単独で用いる
ほか、これより一次粒子径の大きい他の微粒子Ｂの１種
以上と混合して用いることもありこのような混合体を成
形することにより、成形性の向上、製造コストの低廉化
などを図ることができる。

超微粒子Ａとこれよりも一次粒子径の大きい他の微粒子
Ｂとを混合して成形すると、粒子径の大きな微粒子Ｂの
間の大きな空隙に、粒径の小さな超微粒子Ａが充填され
ており、そのため、微細多孔体内の空隙は、実質的には
、超微粒子Ａ間の空隙とみることができる。このため、
静止空気の熱伝導率の影響を受けない微細な空隙を形成
することが可能となる。このような構造では、粒径の大
きな微粒子Ｂが含まれることにより、成形性が向上する
。これは、粒径の大きな微粒子Ｂと粒径の小さな超微粒
子Ａとが互いに成形圧を分散し吸収し合う等して、成形
圧を均一に保つ働きをするからであると考えられる。

超微粒子Ａよりも一次粒子径の大きな微粒子Ｂとしては
、パーライトやシラスバルーンの微粉砕物、スス、コー
ジェライト、粘土等の無機層状化合物、ケイソウ土、ケ
イ酸カルシウム、カーボンブラック、ＳｉＣ，、Ｔｉ０
ｇ　、ＺｒＯ，Ｃｒｏｗ、Ｆ　ｅ　ｓ　Ｏ４、Ｃｕ　Ｓ
　％　Ｃｕ　ＯｌＭ　ｎ　Ｏｔ　、Ｓ　ｉＯｘ　、Ａ１
１０ｘ　、Ｃｏｏ、ＬｉｔＯｌＣａＯ等の微粒子が挙げ
られる。これらは、いずれも、熱放射率が大きいもので
、波長３μ以上の赤外領域での熱放射率が０．８以上の
ものが好ましい。このように、熱放射率の大きいものが
好ましい理由は、つぎのとおりである。すなわち、輻射
による熱伝達は、超微粒子Ａによっては防ぎきれない（
透過する）、シかし、上記熱放射率の良い微粒子Ｂは、
輻射エネルギーを一旦熱に変換し透過させない働きをす
る。そして、輻射エネルギーが、このようにして、−旦
熱エネルギーに変換されてしまえば、熱伝導による熱伝
達については、この発明にかかる微細多孔体は、断熱性
にすぐれているので、容易に目的を達成できるのである
。もっとも、この発明では、−次粒子径の大きな微粒子
Ｂの種類は、上記熱放射率の大きなものに限定されるも
のでなく、粒径が５〜１００００ｎ−程度の微粒子であ
れば、上記以外のものであっても良いのである。なお、
超微粒子Ａと微粒子Ｂとの粒径の好ましい範囲が一部重
複しているが、超微粒子Ａと微粒子Ｂとを併用する場合
には、超微粒子Ａよりも粒径の大きなものを用いるよう
に微粒子Ｂを適宜選択する。

この発明では、微細多孔体の成形物の取扱性をより向上
させるために、前記微粒子粉末に無機繊維を混合して成
形してもよい。この場合、無機繊維としては、たとえば
、セラミック繊維、ガラス繊維、ロックウール繊維、ア
スベスト繊維、炭素繊維、アラミド繊維等が挙げられる
。その添加量は、断熱材料の微粒子重量に対して２０％
以下が好ましい。無機繊維の繊維径は、３０ｎ以下が好
ましく、５μ以下がより好ましい。繊維長は、３０ｍが
好ましく、２０１ｍ以下がより好ましいが、５０酊程度
でも十分用いることができる。

微細多孔体の成形方法は、この発明では特に限定されず
、通常、このような多孔体を成形するために使用されて
いる方法、たとえば、加圧成形法をそのまま用いること
もできる。

なお、超微粒子Ａとして、たとえば、乾式製法または湿
式製法超微粒子シリカを用い、溶剤に分散させて凝集防
止処理する場合において、表面処理剤としてシラノール
基と反応する前記例示のシラン化合物を用いるようにす
れば、凝集防止と同時に粒子表面に撥水性を付与すこと
ができ、空気中の水の吸着による経時変化のほとんどな
い断熱性に優れた微細多孔体を製造することができる。

前記樹脂繊維３、樹脂微粒子４は、それぞれ、加熱によ
って融着可能な熱可塑性の樹脂からなる、熱可塑性の樹
脂としては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン
、熱可塑性ポリエステル、ポリアクリレート、ポリ塩化
ビニル、ポリアクリロニトリル系合成樹脂、合成ポリア
ミドおよびそれらの複合物等が用いられる。熱可塑性の
樹脂の形状は、上記のように、繊維状か１．微粒子であ
る。この発明では、樹脂繊維および樹脂微粒子のうちの
少なくとも樹脂繊維を必ず用いるようにする。これは、
繊維が添加されることにより、繊維のからみができるた
め、粉末単独の場合に比べて少量で強度を向上させるこ
とができるからである。

前記樹脂繊維は、直径】Ｏ〜５０μ、長さ１〜５龍程度
が好ましく、ストレートな繊維がよい。繊維が長い場合
や、クリンプ（凹凸）のある繊維の場合には、からんで
しまって、均一に分散できないことがあるからである。

また、前記樹脂微粒子は、ＩＯｐｍ以下の粒径がよ（、
より好ましくは、１ｐ■以下がよい。

混合方法については、断熱材料の混合の場合、高速ミキ
サーで混合するが、樹脂との混合の場合には、空気など
の気体を十分に含ませて、粉体を流動状態にして混合す
るのがよい。たとえば流動層を用いた混合がよい。急激
な混合をした場合には、部分的に発熱することによって
、樹脂部分が一部融着して、均一に分散しにくくなるが
らである。

樹脂の添加層は、種類によって若干界なるが、断熱材料
（微粒子）の重量に対して１〜１０％（より好ましくは
２〜５％）にするのが良い。

成形圧力は１０〜３０ｋｇ／ｃｆｌＩが好ましく、加熱
温度は樹脂の融点より３０〜６０℃高い温度が好ましい
。

なお、この発明は、第１図および第２図に例示したもの
に附られない。超微粒子Ａは、凝築防止処理したもの、
未処理のもののいずれを用いてもよい。

以下、この発明のより具体的な実施例と比較例を製造の
様子を含めて説明するが、下記実施例に限定するもので
はない。

実施例１〜 断熱材料として、超微粒子シリカのヘキサメチルジシラ
ザンによる表面処理物（徳山曹達■製、特注品、平均粒
径８ｎｍ）　、Ｔｉｏｔルチル粉末（古河鉱業■製ＦＲ
−４１、粒径０．２ｘ）をそれぞれ重量比で３：１とな
るように混合したものを用い、これに、樹脂繊維として
ポリエステル繊維（東洋紡製、ＰＥＴｗ！ｉ維、直径１
５μ■、長さ３ｎ）を断熱材料に対する重量比で５％に
なるように、断熱材料粉体に空気を含ませて流動状態に
してから、少しずつ添加し、ゆっ（りと攪拌して均一に
分散した。次に、この混合粉体を金型に流し込み、５分
間静置して、自然脱気させた。その後、上型を載せて、
直圧プレスで２０　ｋｇ　／　ｃＪの成形圧でプレスし
たまま、金型温度を２２０℃にし、温度が一定になって
から３０分間保持した。次に金型のまま別のプレスに移
し、成形圧を２０ｋｇ／−にしたまま冷却した。冷却後
に金型から取り出して、板状に成形された微細多孔体（
断熱体）を得た。同微細多孔体の外形寸法は、直径８０
鶴、厚さ約７鶴であった・ 前記超微粒子シリカの表面処理物は、未処理時に粒径７
ｎｔｍ、比表面！ｌ１３８０ｍ１ｇであったものを表面
処理して、粒径８〜９ｎｍ、比表面積３００ｒｒｒ／ｇ
、Ｃ値２．８ｗｔ％、Ｍ値６０ｖｏｌχとなったもので
あった。・他方、これとは別に、未処理時に粒径５ｎｍ
、比表面積４８０＋ｖｒ／ｇであったものを表面処理し
て、粒径７ｎｍ、比表面積３５０ｒｒｒ／ｇ、Ｃ値２．
８ｗｔ％、Ｍ値６０ｖｏｌχとなった、超微粒子シリカ
の表面処理物を用いて同様にして微細多孔体く断熱体）
を得た。

実施例２− 樹脂繊維として、ポリエチレンをコーティングしたポリ
エステル繊維（東洋紡製、ＰＥ−ＰＥＴ繊維、直径１５
μ■、長さ２■１）を重量比で、断熱材料の３％になる
ように混合し、加熱温度を１８０℃にしたこと以外は、
実施例１と同様にして微細多孔体（断熱体）を得た。

実施例３− 樹脂として、ポリエチレン微粒子（昭和電工■製のショ
ーレックスＰ２３５ＷＨ−２、平均粒径５０〜７０μ菖
）と、実施例２で用いたＰＥ−ＰＥＴ繊維を用い、断熱
材料に対してそれぞれ重量比で３％ずつになるように混
合し、加熱温度を１８０℃にした他は実施例１と同様に
して微細多孔体（断熱体）を得た。

実施例４ 断熱材料として、実施例１で用いた表面処理シリカ、Ｔ
ｉ０＝粉末の他に、無機繊維のセラミックファイバー（
新日鉄化学■製、ＳＣバルク＃１１１、直径２．８ｎ、
長さ５ｍ）を用い、配合比をそれぞれ、重量比で表面処
理シリカ：　Ｔｒｏｚ粉末：セラミノクツアイバー＝１
１：０．２とした。それ以外は実施例１と同様にして微
細多孔体（断熱体）を得た。

実施例５− 断熱材料として実施例４で用いたものにした他は、実施
例２と同様にして、微細多孔体く断熱体）を得た。

比較例１ 実施例１で用いた断熱材料のみを、成形圧力２０　ｋｇ
　／　ｃｔＡで５分間プレスして、微細多孔体（断熱体
）を得た。

−比較例２ 実施例４で用いた断熱材料のみを、成形圧力２０ｋｇ／
ｃｄで５分間プレスして、微細多孔体（断熱体）を得た
。

上記実施例１〜５および比較例１〜２の微細多孔体につ
いて、熱伝導率と曲げ強度を測定した。

結果を第１表に示す。

なお、熱伝導率の測定は、英仏精機０菊製の熱伝導率測
定装置を用い、ＡＳＴＭ−Ｃ５１８に準を処した方法で
行い、曲げ強度は、ＪＩＳ−Ａ９５１０に準拠した方法
で行った。

第１表にみるように、実施例の微細多孔体は、比較例の
？ｌｉ細多細体孔体べて、熱伝導率が若干高くなるもの
の、十分な断熱効果を有し、かつ、機械的強度が、はる
かに大きいものであることがわかる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明にかかる微細多孔体は、機
械的強度が大きくて、取扱性に優れたものであり、しか
も、断熱性が十分に保持されるため、実用性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌは、この発明の微細多孔体の一実施例をあ
られす模式図、第１図（ｂｌは、その融着の状態を表す
拡大模式図、第２図は、別の実施例の融着の状態を表す
拡大模式図である。 １・・・微細多孔体　２・・・（断熱材料の）微粒子３
・・・樹脂繊維　４・・・樹脂微粒子代理人　弁理士　
　松　本　武　彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　微粒子粉末が成形されてなる微細多孔体において、
   熱可塑性樹脂からなる繊維が分散され、同繊維同士、お
   よび、同繊維と前記微粒子とが互いに融着されているこ
   とを特徴とする微細多孔体。