JPH10278150A - 防音、断熱材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 防音、断熱性に優れ、低価格なパネルの構造
にかかわる。 【構成】 シリカ粒子、シラスバルーン等の粒子および
有殻中空粒子をガラスを用いて結合し、任意の形状を付
与した成型体をガスシール性を有する外包材を用いて包
み、内部を減圧して気密シールしてなることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は防音と断熱に効果の
あるパネルの構造に関わるものである。

【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、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、形状付与性に乏しく
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】また、気密性のある外包材の中に連続気孔
を有する発泡ウレタンフォームをコア材として入れ、真
空引きをして気密封着した構造の真空断熱材が、冷蔵庫
壁に一部使用されている。粉末ではなくウレタンフォー
ムという形状物を使用しているので、粉末の飛散は無
く、また、コーナー部のＬ字型や円筒型、箱状などその
他さまざまの自由な形状が容易に製造できる。しかしな
がら、若干圧縮強度が不足しているために、製造時、あ
るいは使用時につぶれて変形や歪みを生じている。さら
に、ウレタンフォームは有機物であるために、真空下で
ガス発生をして真空度の劣化を起し、長期安定性におい
て問題がある。

【０００９】また、コア材として粒子および有殻中空体
粒子を有機系接着剤で結合した成形体を用いた構造の真
空断熱材も、粉末の飛散が無く自由な形状が容易に製造
できる。そして、連続気孔を持つ発泡ウレタンフォーム
より圧縮強度があるために製造時、あるいは使用時につ
ぶれてしまうこともない。しかしながら、固体間の熱伝
導が大きくなり、熱伝導率が大きく断熱性に優れたもの
は製造できていない。

【００１０】このように、実用的に全ての面で満足のす
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。

【００１１】

【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．形状付与性が高く、 ２．熱伝導率は低く、 ３．真空下でガス発生が無く、 ４．実用的な強度があり、また、製造的にも、 ５．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。

【００１２】

【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粒子および有殻中空体粒
子を結合材で結合した成形体を含み、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、あるいはそれ
らの積層材である上記１に記載の防音、断熱材料。 ３．上記結合材がガラスよりなる上記１に記載の防音、
断熱材料。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の粒子および有殻中空体粒
子を用いた真空断熱材は、予め結合材と混合した状態
で、所定の形状に成形され、焼成される。これを気密性
の外包材として樹脂や金属シートあるいはこれらの積層
材を用いて、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ある。成形体は、すでに形状を有
しており、また、焼成により結合材で粒子および有殻中
空体粒子同士がある程度強い結合をしており、真空パッ
ク時の外気で圧縮されてもつぶれたり変形されることな
く、最初の形状を保持する。従って、あらゆる形状に対
応できる真空防音断熱材が得られる。

【００１４】有殻中空体とは、殻を有する中空体を意味
する。具体的には、溶融吹き付け法、加熱発砲法、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】結合材には、ガラスや、粒子および有殻中
空体粒子と共にガラスを作る媒熔剤が使用でき、結合材
の配合割合は、粒子、有殻中空体粒子の体積に対して概
ね１〜４０％の範囲が一応の目安である。

【００１６】粒子および有殻中空体粒子に結合材を混合
する場合に、混合はいかなる手段を用いてもよいが、有
殻中空体粒子の混合の場合には有殻中空体粒子が完全に
破壊しない程度に混合する必要がある。また、必要に応
じて水または非水系の溶媒が添加できる。結合材成分が
溶媒に溶解し、粒子および有殻中空体粒子同志を均一に
結合させるためである。混合には既存の設備が選択でき
るが、特に有殻中空体粒子の混合時には、有殻中空体粒
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はそれぞれ有殻中空体粒子の弾性率、ポアソン
比、ｄは粒子の直径、ｔは殻の厚み。

【００１７】成形は耐火物、セラミックス、金属、ガラ
ス等の所定の焼成温度に耐えられる型を使用し、結合材
となるガラス、媒熔剤が熔け始める温度以上の温度で焼
成し焼き固める。

【００１８】得られた成型体は、真空パックにより外包
材が施される。外包材として樹脂および金属シートおよ
びそれらの積層材が使用される。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】本発明の断熱材料は、粒子あるいは有殻中
空体粒子とその結合相（ガラス）から成る複合材料であ
り、粒子あるいは有殻中空体粒子の体積分率が一定のと
き、その熱伝導率は、結合相（ガラス）の熱伝導率に依
存し、ほぼ一義的に決まってくる。つまり、結合相の体
積分率、熱伝導率が同じであれば、材料が違っても、熱
伝導率はほぼ同じ値になり、熱伝導率が違っていれば、
熱伝導率の小さいものの方が小さくなるが、本発明の断
熱材料はこの計算値よりも極度に小さくなる。例えば結
合相に樹脂とガラスを使って、体積分率がほぼ同じ時、
樹脂の方が熱伝導率が小さいので計算上の熱伝導率は樹
脂を使った方がガラスを使った方より小さくなるはずで
あるが、本発明（ガラス）の場合、熱伝導率が反対に極
度に小さくなる。概ね１／３程度になる。本発明はガラ
スを使用すると、熱伝導率が極度に小さくなる事を発見
した。これはガラスを使用する場合にのみに発現される
現象である。ここに本発明の最大の特徴がある。

【００２０】また、コア材が骨格となる粒子、有殻中空
体粒子と結合材が全て無機質より成っているので、真空
下でガス発生が無く真空度の劣化を起こさず、長期安定
性に優れている。

【００２１】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。

【００２２】

【実施例】

実施例 有殻中空体粒子としてシリカ質の中空体（シラスバルー
ン）、結合材としてフリットを用いた場合の実施例を説
明する^。

【００２３】シラスバルーンと結合材のフリットを乾式
で混合し、金型に入れ６００℃で焼成し、約２００ｍｍ
×２００ｍｍ×２０ｍｍの板状の成型体を作製した。ポ
リエチレンとアルミニウム箔を積層した厚み約２００μ
ｍのシートで内部圧力が１０-2Ｔｏｒｒ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、シラスバルーンに体積分率が同じになるよ
うに酢酸ビニール系のバインダーと水を加え混合して１
１０℃で一晩乾燥させた成型体を作製し、同じ評価を行
った。表１に粉末とバインダーの種類そして調合割合、
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。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】 本発明材料の結合相のガラスと比較材の結合相の酢酸ビ
ニールは体積分率が同じであるにもかかわらず、熱伝導
率は比較材のほぼ１／３であった。本発明材料は断熱性
が極めて優れていることが確認できた。

【００２６】

【発明の効果】粒子および有殻中空体粒子をガラスで結
合し、これを真空パック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） 熱伝導率が低く、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） 真空下でのガス発生が無く、長期安定性に優れ
た真空防音、断熱材料が得られる。 （３） 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粒子および有
   殻中空体粒子を結合材で結合した成形体を含み、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、あ
   るいはそれらの積層材である請求項１に記載の防音、断
   熱材料。
3. 【請求項３】 上記結合材がガラスよりなる請求項１に
   記載の防音、断熱材料。