JPH07206545A - 低熱伝導性ポリマーカプセルを含有した高断熱性成形体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 断熱性、強度、耐火炎性のいずれにも優れた
無機系及び有機系断熱材の両方の有利な特性を備えた高
断熱性成形体を提供する。 【構成】 珪酸及び／又は珪酸カルシウム結晶体 100重
量部に対し、熱伝導率が0.02kcal／mh℃以下の気体を30
vol％以上含有する気体を封じ込めた粒子径が500μm以
下のポリマーカプセルを５〜300重量部含有する高断熱
性成形体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は断熱性が低い、脆くて割
れやすい等の無機系断熱材のもつ欠点、および火炎にあ
たると溶融、変形する等の有機系断熱材のもつ欠点を解
消した新規な高断熱性成形体に関する。

【０００２】

【従来の技術】戸建住宅における断熱方法のほとんどは
10Ｋタイプ（密度 10kg／m³）のグラスウールを断熱材
として使用しているが、断熱性能が低く（熱伝導率λ＝
0.045kcal／mh℃）、省エネルギー対応のため断熱材の
厚みを大きくする必要があり、居住空間が狭くなつてし
まう欠点がある。そのほか珪酸カルシウム等の無機系の
断熱材も市販されているが、熱伝導率λ＝0.032〜0.045
kcal／mh℃レベルで断熱性能は改善されている。しかし
特に断熱性能の良い材料では空間率を大きくして空気の
断熱性を利用するため空間率を大きくとり比重を小さく
しているが、無機系材料では脆くて割れやすい欠点があ
り、むやみに空間率を大きくすることができず限界があ
る。一方、有機系では発泡ポリウレタン、ポリスチレン
等が市販されており弾性があり強度が大きいので加工性
に優れ断熱性能も優れている反面、火炎があたると溶
融、変形する欠点がある。

【０００３】また無機系と有機系の複合体として、セメ
ントや発泡セメントに発泡ポリスチレンビーズのような
有機発泡ビーズを混入する方法も提案されているが、断
熱性能を良くするためには有機発泡ビーズを多量に入れ
なければならず、体積の大部分を有機発泡ビーズが占
め、バインダーとなるべきセメントの結合量が少なくな
り、極めて強度の弱い、また耐火炎性のない断熱材とな
るので、一般的には少量の有機発泡ビーズに留め、セメ
ントや発泡セメントの断熱性能を多少改良する程度にな
つているにすぎない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は断熱
性、強度、耐火炎性のいずれにも優れた無機系及び有機
系断熱材の両方の有利な特性を備えた高断熱性成形体を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は珪酸及び／又は
珪酸カルシウム結晶体 100重量部に対し、熱伝導率が0.
02kcal／mh℃以下の気体を30vol％以上含有する気体を
封じ込めた粒子径が500μm以下のポリマーカプセルを５
〜300重量部含有することを特徴とする高断熱性成形体
に係る。

【０００６】本発明は珪酸及び／又は珪酸カルシウム結
晶体とポリマーカプセルとを凝集させて成形体としたも
ので、ポリマーカプセルに低熱伝導率の気体を封じ込め
ることによつて高断熱性能が得られる。

【０００７】ポリマーカプセルに封じ込められた気体の
熱伝導率が0.02kcal／mh℃を越えたり、熱伝導率が0.02
kcal／mh℃以下の気体の含有量が30vol％未満である
と、空気の熱伝導率 0.0208kcal／mh℃と差がなくな
り、低熱伝導率を有する断熱材を得ることができない。
ポリマーカプセルに封じ込められる気体の好ましい熱伝
導率は0.02kcal/mh℃以下であり、更に0.012〜0.0001kc
al／mh℃の範囲が好ましい。このような気体のポリマー
カプセル中の気体に占める割合は30〜100vol％が好まし
く、更には60〜100vol％が好ましい。

【０００８】ポリマーカプセルの粒子径が500μmを越え
ると、ポリマーカプセル内の気体が対流を起こし、これ
により熱伝導率が大きくなつてしまう。また珪酸や珪酸
カルシウム結晶体のサイズに比べ大きすぎるため、また
添加量が300重量部を越えると、珪酸カルシウム結晶同
士の繋がりが粗となり、成形体となし得ない。また添加
量が５重量部未満であると、ポリマーカプセルに封じ込
めた低熱伝導率の気体の効果が少なく、高断熱性能が得
られない。ポリマーカプセルの粒子径は５〜500μmが好
ましく、特に10〜100μmの範囲が好ましい。

【０００９】本発明に用いる粒子径500μm以下のポリマ
ーカプセルの作成方法としては化学的方法（界面重合
法、液中硬化被覆法など）、物理化学的方法（層分離
法、液中乾燥法、融解分散冷却法、内包物交換法な
ど）、機械的物理的方法（粉床法、気中懸濁被覆法、ス
プレードライング法、真空蒸着被覆法、静電的合体法な
ど）を挙げることができ、本発明の目的にかなうもので
あれば特に限定されるものではないが、好ましくは界面
重合法を応用した以下の方法が良い。

【００１０】即ち、揮発性溶液を水中に数10μmの粒子
状に分散させ、その粒子の表面にポリマーを重合生成さ
せポリマーカプセル前駆体とした後、この揮発性溶液の
沸点以上で且つポリマーの軟化点以上に加熱することに
よつて揮発性溶液が揮発膨張し、カプセルを膨張させる
ことによつてポリマーカプセルが得られる。本発明では
この揮発性溶液に、気体状態での熱伝導率が0.02kcal／
mh℃以下であるものを選択する。熱伝導率が0.02kcal／
mh℃以下の気体としては、例えば炭酸ガス、水蒸気等の
無機物を始め、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサ
ン、ヘプタン、オクタン等の低分子量の脂肪族炭化水素
や石油エーテル、メチルシラン、代替フロン，パーフル
オロ脂肪族炭化水素等が挙げられる。代替フロンとして
はジクロロトリフルオロエタン（ＨＣＦＣ−123）、ジ
クロロフルオロエタン（ＨＣＦＣ 141b）、ジフルオロ
エタン（ＨＦＣ−152a）、テトラフルオロエタン（ＨＦ
Ｃ 134a）等を、パーフルオロ脂肪族炭化水素としては
Ｃ₅Ｆ₁₂（住友スリーエム株式会社製、ＰＦ−5050）、
Ｃ₆Ｆ₁₄（住友スリーエム株式会社製、ＰＦ−5060）、
Ｃ₇Ｆ₁₆（住友スリーエム株式会社製、ＰＦ−5070）等
を挙げることができる。

【００１１】一方ポリマーカプセルのカプセルの材質と
しては封じ込めた気体がカプセル膜を通して揮散してい
かないように、ガス透過性の小さいポリマーが好まし
い。例えば、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリ
ル、ポリビニルアルコール、ポリイミド等が好ましい。

【００１２】本発明において珪酸としては気相法で作ら
れた平均粒径１μm以下の微粉末シリカが好適に用いら
れる。これは特開平５−１９４０５８号に示されるよう
に平均粒子径１μm以下であると、これと粒子径 500μm
以下の合成樹脂発泡体（ポリマーカプセル）とを水を加
えてスラリー状で混合した後、水分を乾燥により除去す
ることにより、容易に低比重、高強度な成形体が得られ
るからである。珪酸の平均粒子径は0.007〜１μmが好ま
しく、特に0.01〜0.05μmが好ましい。

【００１３】一方、本発明に用いられる珪酸カルシウム
結晶体は珪酸と石灰を水中に分散させたものを水熱反応
させることにより合成される。針状のゾノトライト結晶
は水熱反応条件を180℃以上且つ10気圧以上とすること
で合成され、さらに水熱反応中に撹拌することによつて
ゾノトライト結晶体が凝集したものが得られるが、この
ようなものが好ましい。

【００１４】本発明の成形体は、例えば水熱反応で合成
した珪酸カルシウム結晶体のスラリーとポリマーカプセ
ルとを混合し、脱水成形した後、乾燥させることによつ
て得られる。珪酸や、珪酸カルシウムスラリーとポリマ
ーカプセルを混合するとき、ガラス繊維、炭素繊維、ビ
ニロン繊維、ロツクウール等の繊維質のものを添加した
り、炭酸カルシウム、珪砂、クレー等の粒状充填材を加
えることもできる。また、凝集材やポリマーエマルジヨ
ン、界面活性剤等を添加することもできる。更に高断熱
性成形体の表面に、紙、金属板、石膏ボード等を接着剤
で接着したり、無機、有機系塗料を塗布することによつ
て表面を改質することもできる。

【００１５】本発明の高断熱性成形体においては、ポリ
マーカプセルを珪酸あるいは珪酸カルシウム結晶体で包
み込むようになつて繋がつている。そのため、ポリマー
カプセルが例えば火災等によつて、燃焼してしまつて
も、珪酸あるいは珪酸カルシウム結晶体のみで成形体の
形状を維持することができ、住宅用建材として安全性の
高い性能を有するものである。

【００１６】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更
に詳しく説明する。単に部及び％とあるのはそれぞれ重
量部及び重量％を示す。

【００１７】Ａ．珪酸カルシウム結晶体スラリー（ＣＳ
−１）の作成 珪酸（ホワイトカーボン）77.5部、消石灰 97.5部に水
3500部を加えて撹拌混合したものをオートクレーブ中に
入れ、200℃、15気圧で５時間、200回転／分で撹拌しな
がら水熱反応させると30μmの粒子径に凝集した、固形
分５％のスラリー状のゾノトライト結晶体が得られた。 Ｂ．珪酸スラリー（ＳＡ−１） 気相法で作られた珪酸として、ＡＥＲＯＳＩＬ 200（日
本アエロジル、平均粒子径 0.012μm）100部に水 900部
を加えた固形分10％のスラリーを使用した。 Ｃ．ポリマーカプセル（ＰＣ−１）の作成 シクロペンタン（熱伝導率 0.0095kcal/mh℃）を水中に
50μmの粒子状に分散させ、その粒子表面にポリ塩化ビ
ニリデンを重合生成させた後、水分を除去し、粉体状の
ポリマーカプセル前駆体を得た。このポリマーカプセル
前駆体を100℃の飽和水蒸気下で加熱して膨張させ、平
均粒子径 40μmで嵩比重 0.02のポリマーカプセルを得
た。このポリマーカプセルに封じ込められた気体のシク
ロペンタンの割合は90vol％であつた。

【００１８】実施例１〜４ Ａで作成したスラリー（ＣＳ−１）に、Ｃで作成したポ
リマーカプセル（ＰＣ−１）を加え、よく混合した後、
120φの型中に入れ、0.6kg／cm²の圧力で脱水成形した
後、100℃のオーブン中に10時間放置し、乾燥させて成
形体を得た。結果を表１に示す。

【００１９】実施例５〜７ Ｂで作成したスラリー（ＳＡ−１）に、Ｃで作成したポ
リマーカプセル（ＰＣ−１）を加え、よく混合した後、
120φの型中に入れ、40℃、24時間及び105℃、24時間放
置して乾燥させて成形体を得た。結果を表１に示す。

【００２０】実施例８〜９ シクロペンタンの代りにｎ−ペンタン（熱伝導率 0.011
kcal／mh℃）を用いた以外は上記Ｃと同様にしてｎ−ペ
ンタンを50vol％含有する平均粒子径 20μmのポリマー
カプセル（ＰＣ−２，実施例８）と60μmのポリマーカ
プセル（ＰＣ−３，実施例９）を得た。このポリマーカ
プセルを用いた以外は上記実施例５又は実施例１と同様
にして成形体を得た。結果を表２に示す。

【００２１】実施例１０〜１１ シクロペンタンの代りにＰＦ−5050（Ｃ₅Ｆ₁₂、熱伝導
率 0.000414kcal／mh℃）を用いた以外は上記Ｃと同様
にしてパーフルオロ脂肪族炭化水素を80vol％含有する
平均粒子径 120μmのポリマーカプセル（ＰＣ−４）を
得た。このポリマーカプセルを用いた以外は上記実施例
５又は実施例１と同様にして成形体を得た。結果を表２
に示す。

【００２２】比較例１〜２ 表３に示す配合成分を用いた以外は実施例１と同様にし
て比較用成形体を得た。結果を表３に示す。

【００２３】比較例３〜４ ポリマーカプセルの代りに微粒子シラスバルーン（ＳＢ
−１，比較例３）又は発泡スチレンビーズ（ＳＴ−１，
比較例４）を用いた以外は実施例５と同様にして比較用
成形体を得た。結果を表３に示す。表において（ ）内
は固形分を示す。 ＳＢ−１：カルシード社製の平均粒子径 15μmのシラス
バルーンで、バルーン中には空気（熱伝導率 0.0208kca
l／mh℃）が封じ込まれている。 ＳＴ−１：積水化学（株）製の平均粒子径 1.2mmのスチ
レンビーズ発泡体、ダイラクビーズ 1240

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】一般に無機系の成形体で、空気を断熱体と
したものは、熱伝導率が0.030kcal／mh℃より小さくす
ることは極めて難しい。しかし表から本発明によれば、
この熱伝導率 0.030kcal／mh℃の壁を大巾に突破できる
ことが明らかである。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば無機系の材料にもかかわ
らず熱伝導率を0.030kcal／mh℃以下にすることがで
き、さらに火災等の火炎があたつた場合には、この材料
に含まれるポリマーカプセルが一時的に燃焼するが、そ
の後は、珪酸あるいは珪酸カルシウム結晶体が残り、成
形体の形状を崩すことなく、800℃以上の温度に耐える
という優れた効果を奏する。このように本発明の成形体
は住宅用の断熱材として安全性の高い性能を有するもの
である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 珪酸及び／又は珪酸カルシウム結晶体 1
   00重量部に対し、熱伝導率が0.02kcal／mh℃以下の気体
   を30vol％以上含有する気体を封じ込めた粒子径が500μ
   m以下のポリマーカプセルを５〜300重量部含有すること
   を特徴とする高断熱性成形体。
2. 【請求項２】 珪酸が気相法で作られた平均粒径１μm
   以下の微粉末シリカである請求項１の高断熱性成形体。
3. 【請求項３】 珪酸カルシウム結晶体が針状のゾノトラ
   イト結晶あるいはこのゾノトライト結晶体が凝集したも
   のである請求項１の高断熱性成形体。
4. 【請求項４】 熱伝導率が0.02kcal／mh℃以下の気体が
   シクロペンタン又はｎ−ペンタン又は沸点120℃以下の
   パーフルオロ脂肪族炭化水素である請求項１の高断熱性
   成形体。