JPH08241085A - 防音、断熱材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 防音、断熱材料において、有殻中空粒子を用
いて材料内部の真空空間率を高く保持することにより防
音特性および断熱特性の向上を図る。 【構成】 シラスバルーン等の有殻中空粒子をバインダ
ーを用いて任意の形状を付与した成型体の内部をガスシ
ール性を有する外包材を用いて真空に保った構造の防
音、断熱材。外包材の材質は用途に応じて強度のある金
属、軽量なプラスチック、耐熱性のあるセラミック等が
選択できる。また内部を真空に保つ外包方法は金属ラミ
ネートシート等による真空パッキング、真空加熱による
外包体の気密化等によって実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は防音と断熱に効果のある
パネルの構造に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】断熱材は、保温または遮熱の目的で損失
熱量や進入熱量を少なくするように製造された材料であ
る。現在その用途は、住宅用の床や壁材の建築材料をは
じめとして、冷蔵庫、冷凍庫、電気炊飯器等の家電製品
やレジャー用簡易クーラーに至るまで多岐にわたってい
る。

【０００３】断熱材に第一に要求される特性は、熱伝導
率が低いことである。熱伝導率は材料の密度や嵩比重、
気孔率や気孔の形状により左右されるもので、気孔率が
大きく密度が低いものほど、また独立した微細な気孔を
多く有するものほど断熱性に優れる。固体に比べて気体
の熱伝導率は極めて小さく、これらの気孔に気体が密閉
され、動きにくい構造とした場合、断熱効果が得られ
る。この構造は基本的に多孔体構造として捕らえること
が出来、従って音響に対する遮音、吸音材料に必要な特
性とほぼ類似している。

【０００４】一般に、上記構造を達成するために、
（１）グラスウール、ロックウール等の無機繊維や木繊
維、セルロース等の有機繊維を用いた繊維系材料、
（２）内部に独立した気泡を形成させた泡ガラスや発泡
プラスチック類に代表される発泡系材料、（３）紙やシ
ート、金属箔等を積層させて各層間に独立した空気層を
設けた積層系材料がある。

【０００５】中でも発泡系材料、特に発泡材として空気
よりも熱伝導率が低いフロンガスを使用してフロンガス
を独立気泡内に封止した硬質発泡ウレタンは軽量で最も
優れた断熱効果を持つ材料であるため、冷蔵庫の壁材と
して広く使用されている。しかしながら、近年フロンガ
スが環境へ悪影響を及ぼすことが問題となり、フロンガ
スの使用が規制されつつあるために、これに代わる材料
が望まれている。

【０００６】一方、気体に起因する熱伝導や熱対流を全
て排除し、低熱伝導化を実現した真空断熱材が、魔法瓶
や液体窒素を入れる研究器具として使用されていること
は周知のことである。この材料は、銀やステンレス、ア
ルミニウムおよびガラス製で中が真空に保たれているも
のである。しかしながら、金属やガラスは複雑形状付与
性に欠けしかも真空封着が決して容易ではなく、コスト
も高く、その用途は限られたものとなっている。

【０００７】最近、特開平４−１６０２９８号公報に見
られるような新しい構造の真空断熱材がある。これは、
熱伝導率の小さなパーライト、シリカ等の無機質の微粉
末を通気性のある内袋に詰め、更にこれを気密性の外袋
に詰めて一体的に真空引きして気密封着した構造のもの
で、冷蔵庫壁の断熱に使用された例である。この真空断
熱材は従来の発泡ウレタンフォームと比較した場合、熱
伝導率が低いため断熱部の厚みを薄く、また総重量を軽
減することが可能で、冷蔵庫内の空間の利用率つまり容
積効率の向上に大いに寄与すると期待される。しかしな
がら、問題は、真空引きしたときに外気圧によって無機
質粉末が圧粉されて真空空間がほとんど消滅することに
ある。それを防止するために、プラスチック製のトレイ
の中に粉末を入れて圧縮されないようにしているが、構
造が非常に煩雑化している。また、無機質粉末が微粉末
であるために、粉末を内袋に詰めるときや、粉末回収時
に粉末が舞い上がって粉塵公害を引き起こすことや封着
部に粉末が混入し真空度の低下、気密不良が頻発する等
の欠点がある。更に、無機質粉末を単に袋に詰めただけ
なので、強度が低くしかも平板形状でしか製造できず、
特開平６−１１２４８号公報に記述してあるように、冷
蔵庫のコーナーのような複雑な形状の部分は全て発泡ウ
レタンフォームを使用せざるをえない。従って、箇所箇
所で壁の厚みのバランスをとるために、実際は発泡ウレ
タンフォームと併用され容積効率は上がらないのが現状
である。

【０００８】このように、実用的に満足のする真空断熱
材は得られておらず、同様にこれらを遮音、吸音材とし
て使用してもほとんど防音効果は期待できないのが現状
である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる問題点
に鑑みて成されたものでその目的とするところは、 １．真空空間率が高く、 ２．形状付与性が高く、 ３．実用的な強度が有り、また、製造的にも、 ４．低価格で粉塵公害等の問題が無い、新しい構造の防
音、断熱パネルを提供せんとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点は次の手段で
解決することが判明した。すなわち、 １．気密性のある外包材の中に有殻中空体粒子が充填さ
れ、該外包材の中が減圧され、該外包材が気密シールさ
れてなることを特徴とする防音、断熱材料。 ２．上記外包材が樹脂および金属シートである１に記載
の防音、断熱材料。 ３．表層部がガラス、セラミック、金属、樹脂の気密体
からなり、内部に、セラミック、ガラス、あるいは金属
質の有殻中空体粒子が充填され、表層部と一体化された
構造であって、該気密体内部は真空減圧されてなること
を特徴とする防音、断熱材料。

【００１１】

【作用】防音、断熱性を高めるには材料内部の空間率を
高くすることが肝要である。従来の無機質微粉末を外包
材中に充填し真空パックしたものは、真空引きしたと
き、外気圧によって圧縮されるために粉末がプレスされ
た状態となり、粒子間距離が狭まり真空空間はほとんど
消滅する。同様な方法で有殻中空体を真空パックする
と、確かに粒子間距離は狭まるが、外気圧によって圧縮
されても中空体の殻は破壊されることはないので、中空
体の中の空間はそのまま保持される。この結果、従来の
無機質微粉末に比べ高い真空空間率が得られる。このと
き、有殻中空体の通気性のあるものを使用した場合、中
空体の中も真空となるために外包材の中はすべて真空に
保持されることとなり、高い真空空間率の材料が得ら
れ、断熱、防音に優れた材料が得られる。通気性の有無
によって得られる真空空間率が違ってくるが、これは目
的、用途によって適宜選択すればよい。

【００１２】しかしながら、本発明の有殻中空体を用い
た真空断熱材は、予めバインダーと混合した状態で、所
定の形状に成形され、乾燥される。気密性の外包材とし
て樹脂や金属シートを用いる場合には、得られた成形体
を単に真空パックする最も経済的で簡易な方法で十分で
ある。成形体は、真空パック時の外気で圧縮されても中
空体に強度があり、また中空粒子同士がバインダーで結
合されているので、圧縮、変形されることなく、つまり
粒子間距離が狭まる事がなく、最初の形状を保持する。
従って、中空粒子間とその内部の空間が全て真空とな
り、高い真空空間を有ししかもあらゆる形状に対応でき
る真空防音断熱材が得られる。

【００１３】外包材としてガラス、硬質プラスチック、
金属、セラミックスを用いる場合には、例えばガラス、
金属、セラミックスのスラリーを塗布する方法やこれら
の薄い厚みの成型体を被覆するような方法でそれぞれの
成分を成型体表面部に配設後、真空下で加熱する。表層
に存在するそれぞれの成分は、軟化温度あるいは融点あ
るいは焼結開始温度付近まで加熱すると、気密性の外包
層を形成する。真空下で加熱されているために、内部の
空間は全て真空となり、冷却後も断熱性に優れた材料が
得られる。この場合加熱および冷却時の成型体と外包層
との収縮特性や熱膨張差で、層が気密不良とならないよ
うに、外包材成分にその他の無機成分を複合してもよ
い。

【００１４】有殻中空体とは、殻を有す中空体を意味す
る。具体的には、溶融吹き付け法、加熱発泡法、芯材分
解法及び界面反応法等で製造される、アルミナ、シリ
カ、ジルコニア、マグネシア系、およびそれらの複合系
であるセラミック中空体（一般にはバブルと呼ばれるこ
とが多い）や天然に産するシラスを原料としたシラスバ
ルーン、フライアッシュから製造されるセノスフェア
ー、珪酸ソーダに各種添加物を含ませた合成組成物等の
ガラス質バルーンや無機および金属中空粉体で、中から
外に通じる連通孔を有する粒子であることが望ましい。
連通孔は１ヶ所以上あればよく、中空粒子の外側形状が
半球状にならない大きさであれば良い。中空粒子の大き
さは特に限定されないが、取り扱い上１０μｍから数ｍ
ｍ程度が好ましい。殻の厚みは、平均粒径が大きいもの
は薄く、逆に小さいものは厚めのものを使用する。つま
り、中空粒子の破壊強度により適宜選択できるが、数十
μｍのものが一般的である。

【００１５】バインダーには、酢酸ビニール系、アクリ
ル系、エポキシ系、ラッテクスゴム等の有機接着剤やア
ルミナやシリカ等のゾル系、水ガラス、セメント、石膏
等が適宜使用でき、バインダーの配合割合は、中空体の
体積に対して概ね１〜４０％の範囲が一応の目安であ
る。

【００１６】中空粒子にバインダーを混合する場合に
は、必要に応じて水または非水系の溶媒が添加できる。
バインダー成分が溶媒に溶解し、中空粒子同志を均一に
結合させるためである。混合は中空粒子が完全に破壊し
ない程度に混合できれば、いかなる手段を用いてもよ
い。成形は流し込み法やプレス法等、形状と経済性を考
慮し適宜選択できる。流し込み法では添加する溶媒量を
多めとし、流動性を与えてやればよい。

【００１７】このように混合、成形には既存の設備が選
択できるが、混合、成形時に中空粒子に与えられる応力
が、次式で与えられる最大破壊応力以下となるように設
備やその条件を選択することが好ましい。 ３Ｅ〔３（３−υ² ）〕-1/2（ｄ／ｔ）-2 Ｅ、υはそれぞれ中空粒子の弾性率、ポアソン比、ｄは
粒子の直径、ｔは殻の厚み。

【００１８】得られた成型体は１５０℃以下で十分に乾
燥された後、外皮材が施される。真空パックする場合に
は、外皮材として樹脂および金属シートが使用される。
ここで言う樹脂および金属シートとは、十分な気密性つ
まりガスシール性がある材料を意味する。例えば、ポリ
エチレン、エチレン酢ビ共重合体、ポリアクリロニトリ
ル、ポリエチレンテレフタレート等の有機合成シートや
アルミニウム、ステンレス箔等の金属シート、ポリアク
リロニトリルとアルミニウム箔を積層したものやアルミ
ニウムを蒸着したポリアクリロニトリルをポリエチレン
テレフタレートでラミネートしたような有機合成シート
と金属を複合したシートである。

【００１９】以上のように本発明で得られる真空防音、
断熱材料は、例えば、家庭用および業務用の冷凍庫や冷
蔵庫、低温倉庫、自動販売機の断熱、加熱炉、建築用断
熱材、自動車、航空機用の断熱材、レジャー用クーラー
等の断熱材や掃除機、エアコン、冷凍庫、室内、自動
車、航空機等の防音材料として利用できる。

【００２０】

【実施例】一例として、平均粒径の異なる二種のシリカ
質の中空体（シラスバルーン）の結果を説明する。

【００２１】シラスバルーンに酢酸ビニール系のバイン
ダーと水を加え混合し、約２００ｍｍ×２００ｍｍ×２
０ｍｍの板に成形後、１１０℃で一晩乾燥させた成型体
を作製した。ポリアクリロニトリルとアルミニウム箔を
積層した厚み約２００μｍのシートで内部圧力が１Ｔｏ
ｒｒとなるように真空パックし真空断熱材を得た。評価
は、成型体の嵩密度と強度および得られた真空断熱材の
熱伝導率とした。また、同様の方法で厚み５０ｍｍの箱
と板形状を作製し、この中にコンプレッサーを入れ蓋を
した。周波数２００〜１０００Ｈｚにわたり箱内と１ｍ
離れた箱外の平均音圧レベルを測定することで、真空防
音材の評価とした。比較として、シラスバルーンと同程
度の平均粒径を持つシリカ粉末で同じ評価を行った。表
１に粉末の平均粒径と調合割合、表２に成型体の嵩密度
と強度および熱伝導率と音圧レベルの測定結果を示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】通気性のある有殻中空体の粒子間隙とそ
の内部を真空にした全く新しい構造の材料を提供するこ
とで、以下の効果を奏することができる。 （１） 真空空間率が非常に高く、断熱性及び防音効果
に優れた真空防音、断熱材料が得られる。 （２） 複雑な形状にも対応でき、しかも軽量で経済的
であるため、実用性が高く、建築材料から家電製品、レ
ジャー用品に至るまで幅広い用途に対応できる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気密性のある外包材の中に有殻中空体粒
   子が充填され、該外包材の中が減圧され、該外包材が気
   密シールされてなることを特徴とする防音、断熱材料。
2. 【請求項２】 上記外包材が樹脂および金属シートであ
   る請求項１に記載の防音、断熱材料。
3. 【請求項３】 表層部がガラス、セラミック、金属、樹
   脂の気密体からなり、内部に、セラミック、ガラス、あ
   るいは金属質の有殻中空体粒子が充填され、表層部と一
   体化された構造であって、該気密体内部は真空減圧され
   てなることを特徴とする防音、断熱材料。