JP2015052210A - 断熱パネル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】断熱材に起因する強度低下が抑制された断熱パネルを提供する。【解決手段】本発明に係る断熱パネル１は、第一の基材２と、第一の基材２と間隔をあけて対向する第二の基材３と、第一の基材２と前記第二の基材３との間に介在する断熱材４とを備える。断熱材４は、エアロゲル粒子と、エアロゲル粒子に含まれる隣合う粒子同士を接着しているバインダとを含有する。【選択図】図１

Description

本発明は、断熱パネル及びその製造方法に関する。

断熱材を備える断熱パネルは、例えば床暖房用の床パネルとして広く用いられている。このような断熱パネルは、断熱材として、真空断熱材、発泡樹脂、グラスウール等を備える。このような断熱材は、断熱パネル中で大きな割合を占めるにもかかわらず、その強度は低いため、断熱材は、断熱パネルの強度低下の要因となる。このため、断熱パネル内には、断熱材と共に、補強のための桟等を設けることが行われている（特許文献１参照）。

特開２０１２−２４６６０４号公報

しかし、断熱パネル内に桟等の補強材を設けると、この補強材の占る位置には断熱材が配置されないため、断熱パネルの断熱性能の低下を招いてしまう。特に断熱パネルが、高い強度が要求される床パネルとして構成される場合には、断熱パネル内の補強材の割合が高くなるため、断熱性能の低下が著しくなってしまう。また、断熱性能を確保するために補強材を減らし、或いは取り除くと、断熱パネルの強度が低下してしまう。

本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、断熱材に起因する強度低下が抑制された断熱パネルを提供することを目的とする。

第一の態様に係る断熱パネルは、第一の基材と、前記第一の基材と間隔をあけて対向する第二の基材と、前記第一の基材と前記第二の基材との間に介在する断熱材とを備え、
前記断熱材が、エアロゲル粒子と、前記エアロゲル粒子に含まれる隣合う粒子同士を接着しているバインダとを含有する。

第二の態様に係る断熱パネルでは、第一の態様において、前記バインダが、熱可塑性樹脂を含有する。

第三の態様に係る断熱パネルでは、第一の態様において、前記バインダが、熱硬化性樹脂を含有する。

第四の態様に係る断熱パネルは、第一乃至第三のいずれか一の態様において、床パネルとして構成されている。

第五の態様に係る断熱パネルの製造方法は、
第一の基材上に、エアロゲル粒子と、このエアロゲル粒子に付着しているバインダとを含有する混合材料を配置する工程、
第二の基材を前記第一の基材と対向させて配置すると共に前記第二の基材を前記混合材料と重ねる工程、及び
前記混合材料を加熱して前記エアロゲル粒子に含まれる隣合う粒子同士を前記バインダで接着することで、断熱材を形成する工程を含む。

本発明によれば、エアロゲル粒子とバインダとを含有する断熱材が、高い断熱性能を有すると共に高い強度をも有するため、断熱パネルの断熱性能が確保されると共に断熱材に起因する断熱パネルの強度低下が抑制される。

（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る断熱パネルの製造工程を示す断面図である。 本実施形態に係る断熱パネルを示す平面図である。 本実施形態に係る断熱パネルの変形例を示す断面図である。

本実施形態に係る断熱パネル１は、第一の基材２と、第一の基材２と間隔をあけて対向する第二の基材３と、第一の基材２と第二の基材３との間に介在する断熱材４とを備える。断熱材４は、エアロゲル粒子と、エアロゲル粒子に含まれる隣合う粒子同士を接着しているバインダとを含有する。

本実施形態では、断熱材４がエアロゲル粒子とバインダとを含有することで、断熱材４が高い断熱性能を有すると共に高い強度をも有する。このため、断熱パネル１の断熱性能が確保されると共に断熱材４に起因する断熱パネル１の強度低下が抑制される。

本実施形態に係る断熱パネル１の構造について、図１（ｄ）及び図２を参照して、更に詳しく説明する。

上述の通り、断熱パネル１は、第一の基材２と、第一の基材２と間隔をあけて対向する第二の基材３と、第一の基材２と第二の基材３との間に介在する断熱材４とを備える。更に本実施形態では、断熱パネル１が、枠材６と補強材７とを備える。

第一の基材２と第二の基材３の各々は、平板状且つ平面視矩形状の部材である。第一の基材２と第二の基材３の各々は、制限的ではないが、例えば、ＭＤＦ（中密度繊維板）、ＮＮＢ（National New Board）、合板、厚単板等の木質系材料から形成される。また、第一の基材２と第二の基材３の各々が、硬質樹脂材料から形成されてもよい。

枠材６は、第一の基材２と第二の基材３との間に介在している。本実施形態では、枠材６は、第一の枠材６１、第二の枠材６２、第三の枠材６３及び第四の枠材６４を含む。これらの枠材６１〜６４の各々は、長尺な部材である。第一の枠材６１、第二の枠材６２、第三の枠材６３及び第四の枠材６４は、矩形の枠型に組み合わされている。第一の枠材６１と第二の枠材６２とが対向し、第三の枠材６３と第四の枠材６４とが対向している。枠材６は、例えばＭＤＦ（中密度繊維板）、ＮＮＢ（National New Board）、合板、厚単板等の木質系材料から形成される。また、枠材６が、硬質樹脂材料から形成されてもよい。

第一の枠材６１は第一の嵌合部８１を有し、第二の枠材６２は第二の嵌合部８２を有する。第二の嵌合部８２は第一の嵌合部８１と嵌合する形状を有する。また、第三の枠材６３は第三の嵌合部８３を有し、第四の枠材６４は第四の嵌合部８４を有する。第四の嵌合部８４は、第三の嵌合部８３と嵌合する形状を有する。本実施形態では、第一の嵌合部８１及び第三の嵌合部８３の各々は雄実であり、第二の嵌合部８２と第四の嵌合部８４の各々は雌実である。

補強材７は、長尺な部材である。補強材７は、第一の基材２、第二の基材３及び枠材６で囲まれる空間９に配置されることで、この空間９を分割する。補強材７は、例えばＭＤＦ（中密度繊維板）、ＮＮＢ（National New Board）、合板、厚単板等の木質系材料から形成される。また、補強材７が、硬質樹脂材料から形成されてもよい。

断熱材４は、第一の基材２、第二の基材３及び枠材６で囲まれる空間９に配置される。本実施形態では、補強材７によって分割された空間９に、断熱材４が配置されている。これにより、断熱材４が、第一の基材２と第二の基材３との間に介在している。

断熱材４は、エアロゲル粒子と、バインダとを含有する。断熱材４がエアロゲル粒子を含有することで、断熱材４が高い強度を有する。また、バインダが、エアロゲル粒子に含まれる隣合う粒子同士を接着している。このため、断熱材４内でエアロゲル粒子が固定され、これにより、断熱材４の強度が更に向上している。

尚、エアロゲル粒子とは、粒子状のエアロゲルのことである。エアロゲル（ａｅｒｏｇｅｌ）とは、ゲル中に含まれる溶媒を気体に置換して得られる多孔性の物質（多孔質体）である。エアロゲルは、キセロゲル（ｘｅｒｏｇｅｌ）を含んでもよい。

本実施形態では、エアロゲル粒子は、例えばシリカエアロゲル粒子、カーボンエアロゲル粒子及びアルミナエアロゲル粒子からなる群から選択される一種以上の材料を含有する。特にエアロゲル粒子が、シリカエアロゲル粒子を含有することが好ましい。

エアロゲル粒子は、例えば超臨界乾燥法、常圧乾燥法などの、一般的な製造方法で製造される。

エアロゲル粒子の形状は、特に限定されず、種々の形状であってよい。例えばエアロゲル粒子が、角張った岩石状などの不定形の形状を有してもよい。また、エアロゲル粒子が、球状、ラグビーボール状、パネル状、フレーク状、繊維状等の形状を有してもよい。

エアロゲル粒子の平均粒径は、５００μｍ以上であることが好ましい。この平均粒径は、５００μｍ以上５ｍｍ以下の範囲内であればより好ましく、５００μｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内であれば、更に好ましい。また、エアロゲル粒子の長径が、５０ｎｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましく、１００μｍ以上２ｍｍ未満の範囲内であれば更に好ましい。

尚、断熱材４中のエアロゲル粒子の平均粒径は、断熱材４のＸ線ＣＴ測定によって得られるエアロゲル粒子の断面積から算出される真円換算の直径の、算術平均値である。

バインダは、断熱材４中で、例えばエアロゲル粒子の表面に点状に形成されている。すなわち、例えばエアロゲル粒子に含まれる隣合う粒子のうち一方の粒子の表面の一部にバインダが付着し、このバインダが他方の粒子の表面の一部にも付着することで、粒子間にバインダが介在し、これにより、粒子同士が接着されている。この場合、断熱材４中におけるバインダを通じた熱伝導が抑制されるため、断熱材４の断熱性能が特に高くなる。

断熱材４中で、バインダが、エアロゲル粒子の表面全体を覆っていてもよい。すなわち、エアロゲル粒子に含まれる隣合う粒子の各々が、バインダによって覆われ、且つ粒子の表面上のバインダ同士が接触することで、粒子同士が接着されていてもよい。

また、断熱材４中で、バインダで構成される母相中にエアロゲル粒子が分散することで、エアロゲル粒子に含まれる隣合う粒子同士がバインダで接着されてもよい。

断熱材４中のエアロゲル粒子１００質量部に対するバインダの量は、特に制限されないが、５〜１００質量部の範囲内であることが好ましく、１５〜５０質量部の範囲内であれば更に好ましい。

バインダは、熱硬化性樹脂を含有することができる。この場合、バインダが、熱硬化性樹脂のみを含有してもよいし、熱硬化性樹脂と共に適宜の添加物を含有してもよい。

バインダに含まれる熱硬化性樹脂の溶融状態での溶解度パラメータ（ＳＰ値）と、エアロゲル粒子の溶解度パラメータとの差は、４以上であることが好ましい。この場合、熱硬化性樹脂がエアロゲル粒子の表面で弾かれて広がりにくくなり、これによりバインダが点状に形成されやすくなる。この溶解度パラメータの差は、エアロゲル粒子の表面の官能基の種類及び割合、熱硬化性樹脂の種類及び構造（官能基の種類や重合度など）等に依存する。溶解度パラメータの差を大きくするためには、例えばエアロゲル粒子が疎水性であり、熱硬化性樹脂が溶融状態で親水性を有することが、好ましい。このＳＰ値の差の上限は特に設定されないが、例えば上限が２０であってもよい。

尚、熱硬化性樹脂の溶融状態でのＳＰ値は、原子団寄与法によって得られる熱硬化性樹脂の分子構造から算出される。一方、エアロゲル粒子のＳＰ値は、エアロゲル粒子の表面を修飾している表面処理剤の分子構造から原子団寄与法によって算出される。

熱硬化性樹脂は、例えばフェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂及びエポキシ樹脂からなる群から選択される一種以上の化合物を含有することができる。熱硬化性樹脂を含有するバインダの具体的な一例として、ＤＩＣ株式会社製の品番Ｐ５５１０が挙げられる。

バインダは、熱硬化性樹脂ではなく、熱可塑性樹脂を含有してもよい。この場合、バインダは、熱可塑性樹脂のみを含有してもよいし、熱可塑性樹脂と共に適宜の添加剤を含有してもよい。

熱可塑性樹脂を含有するバインダは、水中に分散可能なエマルジョンタイプであってもよい。このようなバインダを含有するエマルションは、例えばゴム系ラテックス系エマルション、アクリル系エマルション、及び酢酸ビニル系エマルションからなる群から選択される一種以上の材料を含有することができる。熱可塑性樹脂は、ホットメルトタイプであってもよい。ホットメルトタイプの熱可塑性樹脂は、例えばエチレン−アクリレート共重合体、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリアミド樹脂及びポリエステル樹脂からなる群から選択される一種以上の化合物を含有することができる。熱可塑性樹脂を含有するバインダの具体的な一例として、東京インキ株式会社製の品番７０５０が挙げられる。バインダが熱可塑性樹脂を含有すると、断熱材４の製造時において熱可塑性樹脂を溶融させずに軟化させれば、バインダがエアロゲル粒子の表面で広がりにくくなり、バインダが点状に形成されやすくなる。

また、本実施形態では、第一の基材２の外面上、すなわち、第一の基材２の断熱材４とは反対側の表面上に、化粧層１１が設けられている。化粧層１１として、突板、適宜の加飾シート等が挙げられる。また、本実施形態では、化粧層１１と第一の基材２との間に、発泡樹脂シート等からなる断熱層１０が介在している。このため、断熱パネル１の表面に人の手足等が触れた場合に、人が冷たさを感じることが抑制される。断熱層１０の厚みは０．１〜１ｍｍの範囲内であることが好ましく、断熱層１０の熱伝導率は０．１Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。また、第一の基材２の、断熱材４とは反対側の表面上に、塗装が施されていてもよい。尚、図２では、断熱層１０及び化粧層１１の図示を省略している。

本実施形態では、上記のとおり断熱材４がエアロゲル粒子を含有するため、断熱材４が高い断熱性能を有する。また、断熱材４が、エアロゲル粒子中の隣合う粒子間を接着しているバインダを含有するため、断熱材４が種々の厚みに容易に形成されうる。すなわち断熱材４の厚みを大きくすることが容易である。このため、断熱材４の断熱性能がより向上し得る。更に、断熱材４は、エアロゲル粒子及びバインダを含有することで、高い強度を有する。このため、断熱パネル１の断熱性能が確保されると共に断熱材４に起因する断熱パネル１の強度低下が抑制される。

また、バインダがエアロゲル粒子を固定しているため、断熱材４からエアロゲル粒子が脱落しにくく、また、断熱材４が切断されたり断熱材４に穿孔が形成されたりしても、エアロゲル粒子が脱落しにくくなる。このため、断熱材４の取り扱い性及び加工性が高い。また、断熱パネル１の施工時に断熱パネル１を切断したり断熱パネル１に穿孔を形成したりしても、断熱パネル１からエアロゲル粒子が脱落しにくい。このため、断熱パネル１の施工性が高い。

また、本実施形態では、第一の枠材６１が第一の嵌合部８１を有し、第二の枠材６２が第二の嵌合部８２を有するため、断熱パネル１が設置される際、隣合う二つの断熱パネル１のうち、一方の断熱パネル１の第一の嵌合部８１と他方の断熱パネル１の第二の嵌合部８２とが嵌合することができる。また、第三の枠材６３が第三の嵌合部８３を有し、第四の枠材６４が第四の嵌合部８４を有するため、断熱パネル１が設置される際、隣合う二つの断熱パネル１のうち、一方の断熱パネル１の第三の嵌合部８３と他方の断熱パネル１の第四の嵌合部８４とが嵌合することもできる。このため、設置された断熱パネル１が、高い耐荷重性能を有する。

また、本実施形態では、断熱パネル１が、強度の高い断熱材４に加えて、補強材７も備えるため、断熱パネル１の強度が非常に高い。

このように本実施形態に係る断熱パネル１は、高い強度を有するため、床パネルとして構成されることが好ましい。この場合、床パネルの断熱性能が確保されると共に断熱材４に起因する床パネルの強度低下が抑制される。勿論、断熱パネル１が、壁パネル、天井パネル等として構成されてもよい。

尚、断熱パネル１は補強材７を備えなくてもよい。この場合でも、断熱パネル１の強度が高いため、断熱パネル１の高い強度が確保される。更に、補強材７を通じた熱伝導が生じないため、断熱パネル１の断熱性能が更に向上する。

また、断熱パネル１が本実施形態のように補強材７を備える場合でも、断熱材４の強度が高いため、補強に要する補強材７の量を削減することが可能である。そのため、断熱パネル１における補強材７を通じた熱伝導を低減することで、断熱パネル１の高い断熱性能を維持することができる。

また、各嵌合部８１〜８４の形状は、本実施形態に制限されない。例えば各嵌合部８１〜８４が、合決により嵌合する形状を有してもよい。また、枠材６は、嵌合部８１〜８４を有さなくてもよいし、第一の嵌合部８１及び第二の嵌合部８２のみを有してもよい。

本実施形態では、第一の基材２、枠材６及び補強材７は、別部材であるが、図３に示す変形例のように、第一の基材２、枠材６及び補強材７の各々が、一つの部材の一部であってもよい。すなわち、断熱パネル１が、第一の基材２、枠材６及び補強材７が一体となった部材を備えていてもよい。

本実施形態に係る断熱パネル１は、例えば次の方法で製造される（図１（ａ）〜（ｄ）参照）。

本方法は、第一の基材２上に、エアロゲル粒子とバインダとを含有する混合材料５を配置する工程；第二の基材３を第一の基材２と対向させて配置すると共に第二の基材３を混合材料５と重ねる工程；及び混合材料５を加熱してエアロゲル粒子に含まれる隣合う粒子同士をバインダで接着することで、断熱材４を形成する工程を、含む。

本方法では、まず第一の基材２を用意する。この第一の基材２上に、図１（ａ）に示すように、枠材６及び補強材７を固定する。枠材６及び補強材７は、例えば適宜の接着剤、両面テープ等で固定される。また、枠材６及び補強材７は、釘等の固定具で固定されてもよい。

尚、断熱パネル１が、第一の基材２、枠材６及び補強材７が一体となった部材を備える場合には、この枠材６及び補強材７を固定する工程は不要である。このような部材は、例えば部材に切削加工により凹所を形成する工程を含む方法で、作製される。

エアロゲル粒子とバインダとを含有する混合材料５を調製する。混合材料５には、更に適宜の添加剤を配合してもよい。バインダは、粉末状であることが好ましいが、液状であってもよい。また、混合材料５が水を含有し、この水にバインダが溶解又は分散していてもよい。

混合材料中では、エアロゲル粒子にバインダが付着していることが好ましい。特に、エアロゲル粒子に粉末状のバインダが付着していることが好ましい。この場合、バインダは常温で粉末状であることが好ましい。これにより、断熱材４中で、バインダがエアロゲル粒子の表面に点状に形成されやすくなる。混合材料中でエアロゲル粒子にバインダを付着させる方法としては、例えば、混合材料を粉体混合機で撹拌する方法が採用される。この場合、バインダは、バインダのみで凝集しにくいと共にエアロゲル粒子に付着しやすいように、適度の粘着性を有することが好ましい。尚、バインダの粘着性を高めるために、混合材料中に水などの液体を少量加えると共に乾燥しながら、混合材料を混合してもよい。

混合材料中の粉末状のバインダの平均粒径は、混合材料中のエアロゲル粒子の平均粒径よりも小さいことが好ましい。この場合、エアロゲル粒子にバインダを付着させやすくなる。特に、粉末のバインダの平均粒径の、エアロゲル粒子の平均粒径に対する比の値が、１／２００〜１／１０の範囲内であることが好ましい。尚、混合材料中の粉末状のバインダ及びエアロゲル粒子の各々の平均粒径は、レーザ回折・散乱法で測定される。

このエアロゲル粒子とバインダとを含有する混合材料５を、図１（ｂ）に示すように、第一の基材２上の、枠材６で囲まれた領域に配置する。第一の基材２上に配置されている混合材料５の高さは、枠材６と同じ或いはそれよりもやや高いことが好ましい。混合材料５を配置するにあたっては、例えば第一の基材２をコンベアで搬送しながら、この第一の基材２上に混合材料５を、定量供給装置から供給することができる。

次に、図１（ｃ）に示すように、第二の基材３を、第一の基材２における混合材料５側の面と対向して配置し、この第二の基材３を、混合材料５、枠材６及び補強材７に重ねる。枠材６及び補強材７と第二の基材３との間には、例えば適宜の接着剤、両面テープ等を介在させることで、枠材６及び補強材７と第二の基材３とを接着することが好ましい。

この状態で、混合材料５を加熱する。そうすると、バインダが熱可塑性樹脂を含有する場合には、バインダが軟化又は溶融する。続いて、混合材料５が冷却されると、バインダが固化することで、エアロゲル粒子に含まれる隣合う粒子同士が、バインダで接着される。また、バインダが熱硬化性樹脂を含有する場合には、バインダが熱硬化することで、エアロゲル粒子に含まれる隣合う粒子同士が、バインダで接着される。これにより、エアロゲル粒子とバインダとを含有する断熱材４が形成される。

混合材料５の加熱条件は、バインダの組成等に応じて適宜設定される。加熱温度は、例えば８０〜２００℃の範囲内であってよく、好ましくは１００〜１９０℃の範囲内であってよい。加熱時間は、例えば１〜６０分の範囲内であってよく、好ましくは、５〜３０分の範囲内であってよい。特にバインダが熱硬化性樹脂を含有する場合、加熱温度は１７５〜１８５℃の範囲内、加熱時間は３０〜６０分の範囲内であることが、好ましい。また、バインダが熱可塑性樹脂を含有する場合、加熱温度は８５〜９５℃の範囲内、加熱時間は３０〜６０分の範囲内であることが、好ましい。

混合材料５を加熱する際は、加熱プレスにより第一の基材２及び第二の基材３を混合材料５へ向けてプレスしながら加熱することが好ましい。この場合、断熱材４中のエアロゲル粒子の充填密度、すなわち体積当たりの充填量が高くなることで、断熱材４の断熱性能が向上する。加熱プレス時のプレス圧は、例えば０．１〜１０ＭＰａの範囲内であってよく、好ましくは０．５〜５ＭＰａの範囲内であってよい。

また、このように加熱プレスにより断熱材４を形成することで、第一の基材２及び第二の基材３の各々と、断熱材４とを、断熱材４中のバインダで接着することが好ましい。この場合、断熱パネル１の強度が更に高くなる。

続いて、必要に応じて、第一の基材２の外面（断熱材４とは反対側の表面）上に、断熱層１０及び化粧層１１を順次積層する。これにより、図１（ｄ）に示すように、断熱パネル１が得られる。

１ 断熱パネル
２ 第一の基材
３ 第二の基材
４ 断熱材

Claims (5)

1. 第一の基材と、前記第一の基材と間隔をあけて対向する第二の基材と、前記第一の基材と前記第二の基材との間に介在する断熱材とを備え、
   前記断熱材が、エアロゲル粒子と、前記エアロゲル粒子に含まれる隣合う粒子同士を接着しているバインダとを含有する断熱パネル。
2. 前記バインダが、熱可塑性樹脂を含有する請求項１に記載の断熱パネル。
3. 前記バインダが、熱硬化性樹脂を含有する請求項１に記載の断熱パネル。
4. 床パネルとして構成されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の断熱パネル。
5. 第一の基材上に、エアロゲル粒子と、このエアロゲル粒子に付着しているバインダとを含有する混合材料を配置する工程、
   第二の基材を前記第一の基材と対向させて配置すると共に前記第二の基材を前記混合材料と重ねる工程、及び
   前記混合材料を加熱して前記エアロゲル粒子に含まれる隣合う粒子同士を前記バインダで接着することで、断熱材を形成する工程を含む断熱パネルの製造方法。

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