断熱材
【課題】本発明は、無機結合材と発泡ポリスチレンとを含有し、軽量で、曲げ強度に優れる断熱材を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の断熱材は、無機結合材と、発泡ポリスチレンと、界面活性剤とを含有している断熱材であって、前記界面活性剤がポリオキシエチレンのスチレン誘導体であることを特徴としている。界面活性剤としてポリオキシエチレンのスチレン誘導体を用いることで、無機結合材と発泡ポリスチレンとの密着性が向上し、前記断熱材は曲げ強度に優れる。なお、発泡ポリスチレンは平均粒子径０．５〜１５ｍｍの粒子状のものを用いることが好ましい。
【解決手段】 本発明の断熱材は、無機結合材と、発泡ポリスチレンと、界面活性剤とを含有している断熱材であって、前記界面活性剤がポリオキシエチレンのスチレン誘導体であることを特徴としている。界面活性剤としてポリオキシエチレンのスチレン誘導体を用いることで、無機結合材と発泡ポリスチレンとの密着性が向上し、前記断熱材は曲げ強度に優れる。なお、発泡ポリスチレンは平均粒子径０．５〜１５ｍｍの粒子状のものを用いることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機結合材と発泡ポリスチレンとを含有する断熱材に関する。
【０００２】
本明細書においては、「セメントスラリー」とは、セメントと水とを混練したものに限らず、セメント以外の無機結合材と水とを混練して得られるスラリーも、セメントスラリーに含むこととする。また、断熱材の原材料及び水を混練した混合物においては、原材料のうち充填材を除く成分は、セメントスラリーの一部として扱う。
【０００３】
また、本明細書においては、断熱材、発泡ポリスチレン、中空樹脂粒子の「比重」とは、「嵩比重」をさす。
【背景技術】
【０００４】
従来、発泡ポリスチレン及びセメント等の無機結合材を含有する断熱材として、特許文献１や特許文献２が開示されている。
【０００５】
特許文献１には、無機水硬材、樹脂粒子体、有機高分子体、水より得られる水硬性硬化体が開示されており、該水硬性硬化体が断熱性を有することが記載されている。また、樹脂粒子として発泡ポリスチレンを用いることが記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、（ｉ）セメント、（ｉｉ）シラスバルーン、及び（ｉｉｉ）発泡ウレタン又は発泡ポリスチレンからなる混合物を、（ｉｖ）連続繊維、布帛または連続繊維強化樹脂材とともに硬化させてなる断熱材が開示されている。
【０００７】
しかし、これらの断熱材は、無機結合材と発泡ポリスチレンとを含む断熱材の原材料を水と混練する際に、セメントスラリーと発泡ポリスチレンとの界面における親和性が十分でないために、無機結合材と発泡ポリスチレンとの密着性が十分でなく、曲げ強度に優れた断熱材を成形又は成型することが困難であった。また、断熱材の結合材中に、断熱性の向上に有効な気泡を形成する技術は検討されていなかった。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１６８８２号公報
【特許文献２】特開２００５−２８１０５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、無機結合材と発泡ポリスチレンとを含有し、軽量で、曲げ強度に優れる断熱材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、無機結合材と発泡ポリスチレンとを含有する断熱材を製造するにあたり、界面活性剤としてポリオキシエチレンのスチレン誘導体を用いることにより、より断熱性に優れた断熱材を得ることができることを見出し、本発明に完成するに至った。
【００１１】
本発明の断熱材は、無機結合材と、発泡ポリスチレンと、界面活性剤とを含有し、前記界面活性剤がポリオキシエチレンのスチレン誘導体であることを特徴としている。
【００１２】
また、前記発泡ポリスチレンは、平均粒子径０．５〜１５ｍｍの粒子状物であることが好ましい。
【００１３】
また、前記断熱材は、上記した成分以外に、平均粒子径１０〜２００μｍの中空樹脂粒子を含有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記手段によれば、無機結合材と発泡ポリスチレンとを含有し、軽量で、曲げ強度に優れる断熱材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の断熱材は、無機結合材と発泡ポリスチレンと界面活性剤とを含有する断熱材であって、界面活性剤としてポリオキシエチレンのスチレン誘導体を利用したものである。
【００１６】
この断熱材は、充填材として、断熱性に優れる発泡ポリスチレンを含有すると共に、断熱材内部の無機結合材が硬化した部分、即ちセメントスラリーが硬化した部分に微小な気泡を含有させて比重を小さくしたことによって、断熱性に優れる。また、セメントスラリーが硬化した部分と発泡ポリスチレンとの密着がよいことによって、曲げ強度に優れる。
また、この断熱材は、前記の微小な気泡を含有させることで比重を小さくできることによって、火災の際に燃焼する発泡ポリスチレン等の含有量を抑えることができ、不燃性に優れた断熱材を得ることができる。
【００１７】
前記気泡の大きさは、平均直径が０．０２ 〜２．０ｍｍの範囲にあることが好ましく、０．５〜１．０ｍｍの範囲にあることがより好ましく、０．１〜０．８ｍｍの範囲にあることが特に好ましい。気泡の平均直径がこの範囲にあることによって、より断熱性に優れ、十分な曲げ強度や圧縮強度を有する断熱材を得ることができる。前記平均直径が小さすぎると、十分な断熱性が得られない場合がある。逆に、前記平均直径が大きすぎると、断熱材の曲げ強度や圧縮強度が不足し、断熱材が脆くなってしまう場合がある。
【００１８】
また、前記断熱材の比重は、０．１〜１．０であることが好ましく、０．１５〜０．７であることがより好ましく、０．２〜０．４であることが特に好ましい。比重がこの範囲にあることによって、より断熱性に優れ、十分な曲げ強度や圧縮強度を有する断熱材を得ることができる。前記比重が小さすぎると、断熱材の曲げ強度や圧縮強度が不足し、断熱材が脆くなってしまう場合がある。逆に、前記比重が大きすぎると、十分な断熱性が得られない場合がある。
【００１９】
前記断熱材の製造方法は特に限定はされないが、例えば、無機結合材、水、ポリオキシエチレンのスチレン誘導体等を含むセメントスラリー中に、発泡ポリスチレン等の充填材を混入して分散させた混合物を、硬化させて任意の形状に成形又は成型することによって製造することができる。混合物を任意の形状に成形又は成型する方法としては、例えば、混合物を型に流し込んで硬化させる方法や、混合物を硬化させたものを任意の形状に切断する方法などがある。
【００２０】
また、前記混合物を硬化させる方法は特に限定されない。例えば、常温環境下で養生して硬化させてもよく、高温養生、蒸気養生等によって硬化させてもよい。
【００２１】
次に、前記断熱材が含有する成分について以下に述べる。
【００２２】
前記無機結合材としては、水と水和反応をして硬化する水硬性物質、及び水分が抜けて乾燥することによって硬化した後に空気中の二酸化炭素と反応して硬化する気硬性物質等を使用することができる。
水硬性物質としては、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、白色ポルトランドセメント、超微粒子セメント、高ビーライト系セメント、超速硬セメント、アルミナセメント、エコセメント等の各種セメントが挙げられる。また、アルカリ性雰囲気で水硬性を呈するものや、アルカリ性物質と反応して水和物を生成する潜在水硬性物質である、高炉水砕スラグ、フライアッシュ、シリカフューム、珪藻土、シリカダスト、及び籾殻灰等を使用することもできる。
また、気硬性物質としては、石膏、消石灰、ドロマイトプラスター、マグネシアセメント等が挙げられる。
これらの無機結合材は１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００２３】
なお、本発明の断熱材においては、無機結合材がセメント、若しくはセメントを含む混合物であることが好ましい。無機結合材として無機結合材がセメント若しくはセメントを含む混合物を用いることで、断熱材中に微小な気泡を形成しやすくなる。
【００２４】
前記発泡ポリスチレンは、発泡させたポリスチレンであれば、発泡手段、成形方法等は特に限定されない。例えば、ビーズ法発泡ポリスチレン（ＥＰＳ） 、押出発泡ポリスチレン（ＸＰＳ）等を用いることができる。これらは所定の粒子径にするために、成型体を破砕して用いても良いし、成型前の予備発泡ビーズを用いても良い。また、発泡倍率５倍以下の低発泡のものや発泡倍率１０〜７０倍の高発泡のものを用いることができる。
【００２５】
なお、前記断熱材には、高発泡の発泡ポリスチレンを用いることが好ましい。高発泡の発泡ポリスチレンは断熱性に特に優れており、高発泡のものを利用することで、断熱材の断熱性を向上させることができる。そして、高発泡の発泡ポリスチレンのなかでも、比重０．０１５〜０．１のものを用いることが好ましく、比重０．０２〜０．０８のものを用いることが特に好ましく、比重０．０２５〜０．０５のものを用いることが特に好ましい。比重が小さすぎるものを用いると、発泡ポリスチレンが脆くなり、それによって断熱材の曲げ強度や圧縮強度が不足して断熱材が脆くなってしまう場合がある。逆に比重が大きすぎると発泡ポリスチレンの断熱性が十分ではない。
【００２６】
発泡ポリスチレンは、粒子状のものであることが好ましく、その平均粒子径が０．５〜１５ｍｍの範囲にあることが好ましく、１〜１０ｍｍの範囲にあることがより好ましく、２〜８ｍｍの範囲にあることが特に好ましい。平均粒子径が小さすぎると、発泡ポリスチレン粒子がセメントスラリーから受ける圧力で収縮することによって、断熱材の断熱性を効率よく十分に向上させることができない場合がある。また、平均粒子径が小さすぎると、発泡ポリスチレン粒子の比表面積が大きくなり、セメントスラリーが発泡ポリスチレン粒子表層の気泡内に侵入することによる気泡の消失が大きくなることによって、断熱材の断熱性を効率よく十分に向上させることができない場合がある。逆に、平均粒子径が大きすぎると、セメントスラリー中での浮力が大きすぎるために、セメントスラリー中に発泡ポリスチレン等を混入して分散させた混合物をつくった場合に、発泡ポリスチレンが浮き上がり易く、セメントスラリー中に発泡ポリスチレンを均等に分散させることが困難になる。発泡ポリスチレンを均等に分散さされないと、断熱材の曲げ強度や圧縮強度のばらつきが大きくなってしまう。また発泡ポリスチレンの比表面積が小さくなることで、発泡ポリスチレンと無機結合材の密着が低下し、十分な曲げ強度が得られない場合がある。
【００２７】
また、前記断熱材にはビーズ法発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）を用いることが好ましい。ビーズ法発泡で成形することで、発泡ポリスチレンの大きさや形状にばらつきが少ない発泡ポリスチレン粒子を得ることができる。また、ビーズ法発泡ポリスチレンは、ビーズを発泡させて略球形の粒子を容易に得ることができ、粒子が略球形であることによって、発泡ポリスチレンを断熱材中に細密に充填させやすくなる。更に、発泡ポリスチレン粒子が略球形であることによって、断熱材の製造時に、セメントスラリー中に発泡ポリスチレン粒子を混入させやすくなり、発泡ポリスチレン粒子をセメントスラリー中に容易に分散させることができる。また、発泡ポリスチレン粒子が略球形であれば、セメントスラリーに発泡ポリスチレン粒子等を分散させた混合物の流動性がよくなるため、断熱材の製造時において、前記混合物を型に流し込む工程等が容易に行える。
【００２８】
ただし、前記断熱材の曲げ強度が要求される場合には、一旦成型した発泡ポリスチレンをカッター等で破砕して得た発泡ポリスチレン粒子を使用することが好ましい。破砕して得た発泡ポリスチレン粒子を使用することにより、発泡ポリスチレン粒子の形状がランダムになって絡み合わせることができるため、断熱材の曲げ強度に優れる。
【００２９】
なお、前記断熱材における発泡ポリスチレンの含有量は、無機結合材１００質量部に対して、１〜３０質量部であることが好ましく、２〜２０質量部であることがより好ましく、３〜１５質量部であることが特に好ましい。含有量がこの範囲にあれば、断熱性に優れ、十分な強度を持った断熱材を得ることができる。発泡ポリスチレンの含有量が少なすぎると断熱材が十分な断熱性を得られない場合がある。逆に、発泡ポリスチレンの含有量が多すぎると、断熱材の曲げ強度や圧縮強度が不足して断熱材が脆くなってしまう場合がある。
【００３０】
前記ポリオキシエチレンのスチレン誘導体とは、発泡ポリスチレンをセメントスラリー中に分散させ、且つセメントスラリー中に微小な気泡を形成させるために用いる界面活性剤であって、ポリオキシエチレンモノスチレン化フェニルエーテル、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル、ポリオキシエチレントリスチレン化フェニルエーテル、ポリオキシエチレンモノスチレン化メチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンジスチレン化メチルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル類などが挙げられる。これらは、１種類を単独で用いてもよく又は２種類以上を併用してもよい。
【００３１】
前記断熱材に、ポリオキシエチレンのスチレン誘導体を界面活性剤として用いることによって、セメントスラリーに発泡ポリスチレン粒子等の充填材を分散させた混合物を混練する際に、セメントスラリー中に平均直径が０．０２ 〜２．０ｍｍの範囲にある微小な気泡を形成し易くなり。また、前記界面活性剤を用いると、セメントスラリー中に形成された微小な気泡をセメントスラリーが硬化するまでの維持することができ、それのため断熱材内部のセメントスラリーが硬化した部分に微小な気泡を多数有する断熱材を容易に得ることができる。前記微小な気泡を容易に形成できることよって、発泡ポリスチレン等の有機物を増やすことなく断熱材の比重を小さくでき、軽量で断熱性に優れた断熱材を容易に得ることができる。また、前記平均直径の気泡を容易に形成できることによって、曲げ強度に優れた断熱材を容易に得ることができる。
【００３２】
また、前記界面活性剤として用いることによって、セメントスラリーと発泡ポリスチレンとの親和性を向上させることができ、発泡ポリスチレンをセメントスラリー中に容易に分散させることができる。また、セメントスラリーと発泡ポリスチレンの親和性が向上することによって、発泡ポリスチレンの周囲にセメントスラリーを介さず直接気泡が形成されることを抑制することができることによって、発泡ポリスチレンとセメントスラリーとの接触面積が増すため、硬化後の断熱材においてはセメントスラリーの硬化した部分と発泡ポリスチレンとの密着力が向上して、断熱材の曲げ強度が向上する。
【００３３】
本発明に用いるポリオキシエチレンのスチレン誘導体としては、ＨＬＢ値が１３〜２０ものもが好ましく、ＨＬＢ値が１６〜１９ものもがより好ましい。ＨＬＢ値が１３未満であると、セメントスラリー中に微小な気泡を形成しにくくなる。ＨＬＢ値が１３以上であれば、セメントスラリー中に微小な気泡を容易に形成することができ、ＨＬＢ値が１６〜１９である場合は、特に、微小な気泡を形成し易くなる。
【００３４】
なお、前記断熱材におけるポリオキシエチレンのスチレン誘導体の含有量は、無機結合材１００質量部に対して、０．００１〜０．０５質量部であることが好ましく、０．００３〜０．０３質量部であることがより好ましく、０．００５〜０．０１５質量部であることが特に好ましい。含有量がこの範囲にあれば、セメントスラリー中に微小な気泡を形成しやすく、また、セメントスラリー中に発泡ポリスチレンを分散させやすい。ポリオキシエチレンのスチレン誘導体の含有量が少なすぎると、セメントスラリーと発泡ポリスチレンの親和性が十分でなく、発泡ポリスチレンをセメントスラリー中に分散させ難い、セメントスラリーの硬化した部分と発泡ポリスチレンとの密着力が低下する等の不具合が生じる場合がある。また、セメントスラリーの泡立ちが悪く、セメントスラリー中に微小な気泡を形成しにくくなる。逆に、ポリオキシエチレンのスチレン誘導体の含有量が多すぎると、セメントスラリー中に形成される泡が大きくなってしまうことで、断熱材の曲げ強度や圧縮強度が不足し、断熱材が脆くなってしまう場合がある。
【００３５】
更に、前記断熱材には、前記した以外の充填材や添加材を含有させることができる。
【００３６】
前記充填材としては、セメント等の無機結合材を結合材とする組成物に通常用いられる充填材、繊維などを適宜で用いることができる。
【００３７】
前記充填材としては、例えば、川砂、珪砂、寒水砂、陶磁器粉砕物、ガラス粉砕物、炭酸カルシウム等の無機粉粒体、及び、パーライト、バーミキュライト、シラスバルーン、ガラス発泡体、珪藻土等の軽量無機骨材等の無機充填材、樹脂粒子、多孔質樹脂粒子、中空樹脂粒子等の有機充填材を挙げることができる。
【００３８】
これらの充填材うち、前記断熱材には、中空樹脂粒子を用いることが好ましく、その比重は、０．０１〜０．５の範囲にあるものが好ましく、０．０２〜０．１の範囲にあるものがより好ましく、０．０３〜０．０７のものが特に好ましい。中空樹脂粒子を用いることで、断熱材に断熱性を付与することができる。また、比重が上記範囲にあることで、断熱性を特に付与することができる。比重が小さすぎるものは、中空樹脂粒子の強度が十分ではなく、セメントスラリー等と混練する際に中空樹脂粒子が粉砕されてしまい、断熱材に十分な断熱性を付与できない場合がある。逆に、比重が大きすぎる場合は中空樹脂粒子の中空部分が小さすぎるために、断熱材に十分な断熱性を付与できない場合がある
【００３９】
また、中空樹脂粒子の平均粒子径は１０〜２００μｍの範囲にあることが好ましく、１５〜１５０μｍの範囲にあることがより好ましく、２０〜９０μｍの範囲にあることが特に好ましい。前記平均粒子径の中空樹脂粒子を用いれば、断熱材中の発泡ポリスチレンの隙間に中空樹脂粒子が充填されることによって、断熱材中に発泡ポリスチレンと中空樹脂粒子とを細密に充填することができるとともに、十分な断熱性を付与することができる。平均粒子径が小さすぎると、中空樹脂粒子の強度が十分ではなく、セメントスラリー等と混練する際に中空樹脂粒子が粉砕されてしまう場合がある。若しくは、中空樹脂粒子の中空部分が小さすぎるために断熱材に十分な断熱性を付与できない場合がある。逆に、平均粒子径が大きすぎると、断熱材中に発泡ポリスチレンと中空樹脂粒子とを細密に充填することが困難になる。
【００４０】
なお、前記断熱材における中空樹脂粒子の含有量は、前記発泡ポリスチレン１００容量部に対して５〜２００容量部であることが好ましく、８〜１００容量部であることがより好ましく、１０〜６０容量部であることが特に好ましい。含有量がこの範囲にあるとき、断熱材中の発泡ポリスチレンの隙間に中空樹脂粒子を充填して、断熱性を十分な断熱性を付与することができる。前記含有量が少なすぎると、中空樹脂粒子を混入しても断熱材に十分な断熱性を付与することができない。逆に、前記含有量が多すぎると、断熱材中に発泡ポリウレタンが細密に充填されるのを中空樹脂粒子が阻害して、発泡ポリウレタンの粒子間の距離が大きくなってしまうことによって、断熱材が十分な断熱性が得られない場合がある。
【００４１】
前記繊維としては、ロックウール、スラグウール、ガラス繊維等の無機繊維、
アクリル繊維、ビニロン繊維、ポリアミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリエステル繊維等の有機繊維を用いることができる。
【００４２】
これらの繊維を断熱材に含有させることで、断熱材の曲げ強度等を向上させることができる。特に、曲げ強度が得やすく、モルタル内での耐久性に富む、引張り強さ（ＪＩＳ Ｌ １０９６）約３．０ｃN・ｄtex-1以上、伸び率（ＪＩＳ Ｌ １０９６）約２０％以上の特性を有する耐アルカリ性の極性合成繊維を用いることが好ましい。このような有機繊維としては、具体的には、アクリル繊維、ビニロン繊維、ポリアミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリエステル繊維等を挙げることができる。
【００４３】
そして、繊維の形態は、繊維長が３〜２５ｍｍ、かつ、「繊維長／繊維径」が１００〜１０００であるものが好ましく、繊維長が４〜１８ｍｍ、かつ、「繊維長／繊維径」が１００〜９００であるものがより好ましく、繊維長が５〜１２ｍｍ、かつ、「繊維長／繊維径」が１００〜６００であるものが特に好ましい。繊維長および「繊維長／繊維径」が上記範囲にある繊維を用いることで、繊維の配合量に対しての断熱材の曲げ強度の上昇が大きく、断熱材の曲げ強度等を効率よく向上させることができる。
【００４４】
前記繊維長は発泡ポリスチレンの平均粒子径に対して６０〜３００％であることが好ましく、８０〜２００％であることがより好ましく、１００〜１５０％であることが特に好ましい。この範囲にあるとき、断熱材に外力が加わった場合において、断熱材中の発泡ポリスチレンの動きを効果的に抑制することができ、断熱材の圧縮強度や曲げ強度を向上させることができる。前記繊維長は発泡ポリスチレンの平均粒子径に対して６０％未満の場合には、繊維長が短すぎて断熱材に外力が加わった場合の発泡スチレンの動きを十分に抑制することができない。逆に３００％を超える場合には、繊維長が長すぎて繊維同士の絡み合いにより断熱材中に空隙ができてしまうおそれがある。
【００４５】
なお、前記繊維の含有量は、前記無機結合材１００質量部に対して、０．３〜５質量部であることが好ましく、０．５〜４質量部であることがより好ましく、１〜３質量部であることが特に好ましい。含有量がこの範囲にあれば、断熱材の曲げ強度を効率よく向上させることができる。前記含有量が少なすぎると、断熱材に繊維を混入したとしても、断熱材の曲げ強度を十分に向上させることができない。逆に、前記含有量が多くしすぎても、セメントスラリー中に、発泡ポリスチレン等の充填材を混入して混練することで、繊維同士が絡まってしまい、添加した繊維が曲げ強度の向上に十分に寄与しない場合がある。また、繊維同士が絡まった凝集物は、セメントスラリー中の微小な気泡の形成を阻害することがある。
【００４６】
前記添加剤としては、セメント等の無機結合材を結合材とする組成物に通常用いられる、結合材となる合成樹脂、増粘剤、吸水防止剤、撥水剤、減水剤、流動化剤、保水剤、硬化遅延剤、硬化促進剤等を適宜で用いることができる。
【００４７】
これらの添加剤のうち、前記断熱材には、結合材となる合成樹脂を用いることが特に好ましい。前記無機結合材と合成樹脂とを結合材にすることによって、発泡ポリスチレン等の充填材とセメントスラリーが硬化した結合材部分との密着性が向上し、断熱材の曲げ強度を向上させることができる。
【００４８】
前記合成樹脂としては、通常、セメントセメント等の無機結合材と混合して用いられるものであれば、特に限定されず、例えば、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。また、これらの合成樹脂を形成する単量体の２以上を共重合させて用いてもよい。前記合成樹脂を無機結合材と混合するには、合成樹脂エマルジョン、水溶性樹脂、又は水と混合することで再乳化して合成樹脂エマルジョンとなる粉末樹脂等の形態のものを用いればよい。
【００４９】
前記合成樹脂の含有量は、前記無機結合材１００質量部に対して、３〜５０質量部であることが好ましく、５〜３０質量部であることがより好ましく、７〜２０質量部であることが特に好ましい。含有量が上記範囲にあるとき、曲げ強度を向上させ、且つ断熱性を損なわない。前記含有量が少なすぎると曲げ強度を向上させる効果が十分に発揮されない。逆に、前記含有量が多すぎると、セメントスラリー中に形成される泡が大きくなりやすく、微小な気泡の形成が困難な場合があり、そのため断熱性が得にくくなる。
【００５０】
以上のように形成される前記断熱材において、配合物を以下の割合で混合することによって、不燃性を持つ断熱材を得ることもできる。
・ 無機結合材：１００質量部、発泡ポリスチレン：１〜１５質量部、ポリオキシエチレンのスチレン誘導体：０．０１〜０．０５質量部、発泡ポリスチレン及びポリオキシエチレンのスチレン誘導体を除く有機成分：５質量部以下、無機結合材を除く無機成分：１００質量部以下。
・ 無機結合材：１００質量部、発泡ポリスチレン：１〜１０質量部、比重０．０１〜０．０７の中空樹脂粒子：３０質量部以下、ポリオキシエチレンのスチレン誘導体：０．０１〜０．０５質量部、発泡ポリスチレン、中空樹脂粒子、及びポリオキシエチレンのスチレン誘導体を除く有機成分：５質量部以下、無機結合材を除く無機成分：１００質量部以下。
【実施例】
【００５１】
以下に記載する実施例及び比較例に示す断熱材を作製して、各断熱材の比重、曲げ強度、圧縮強度、及び熱伝導率を測定した。
実施例及び比較例に示す方法で成形又は成型した断熱材の圧縮強度及び曲げ強度の測定は、４週間養生した試験体を使用してＪＩＳ Ｒ５２０１：１９９７の試験方法に準拠して行った。ただし、圧縮強度は、試験体の破断時の圧力ではなく、試験体の高さ（圧縮方向の厚み）が圧縮前の試験体の高さの９０％になるまで圧縮したときの圧力とした。
また、比重は、１０００ｃｍ２の体積の断熱材の質量を測定して、その質量と体積とから計算した嵩比重とした。なお、比重は断熱材の作製日より４週間後に測定した。
また、熱伝導率は、断熱材の作製日より４週間後に測定した。
【００５２】
なお、下記の実施例及び比較例に示す混合物は、該混合物を十分に混練した後、１００ｃｍ×１００ｃｍ×厚み５ｃｍの型に流し込んで硬化させ、温度２０℃、湿度６５％の環境下で２週間養生した。その後、硬化体を型から取り外すことによって、各混合物を成型した断熱材を得た。
【００５３】
（実施例１） 無機結合材として普通ポルトランドセメント、発泡ポリスチレンとして略球形のＥＰＳ粒子（平均粒子径：５ｍｍ、比重：０．０３）、界面活性剤してポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル（ＨＬＢ値：１８．０）、その他の添加剤として増粘剤・保水剤となるメチルセルロースを用いて、これらの材料に水を加えて以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００５４】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル：６質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００５５】
（実施例２） 実施例１で用いた材料に加えて、充填材として中空樹脂粒子（平均粒子径：４０μｍ、比重０．０５）を用いて、それらを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００５６】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル：６質量部、中空樹脂粒子１５０質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００５７】
（実施例３） 実施例１で用いた材料に加えて、充填材としてビニロン繊維（繊維長：６ｍｍ、繊維径：０．０３ｍｍ）を用いて、それらを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００５８】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル：６質量部、ビニロン繊維１０質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００５９】
（実施例４） 実施例１で用いた材料に加えて、添加剤としてアクリル樹脂エマルジョン（固形分４５質量％）を用いて、それらを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００６０】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル：６質量部、アクリル樹脂エマルジョンの固形分５０質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００６１】
（実施例５） 実施例１で用いた材料に加えて、充填材として中空樹脂粒子（平均粒子径：４０μｍ、比重０．０５）及びビニロン繊維（繊維長：６ｍｍ、繊維径：０．０３ｍｍ）、添加剤としてアクリル樹脂エマルジョン（固形分４５質量％）を用いて、それらを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００６２】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル：６質量部、中空樹脂粒子１５０質量部、ビニロン繊維１０質量部、アクリル樹脂エマルジョンの固形分５０質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００６３】
（実施例６） 実施例１で用いた材料のうち、略球形のＥＰＳ粒子に代えて、箱型に成型したＥＰＳを破砕して得たＥＰＳ粒子（平均粒子径：５ｍｍ、比重：０．０３）を用いて、それらを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００６４】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル：６質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００６５】
（実施例７） 実施例１で用いた材料を以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００６６】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル：１質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００６７】
（実施例８） 実施例１で用いた材料を以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００６８】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル：２５質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００６９】
（比較例１） 実施例１で用いた材料のうち、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテルを除いたものを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００７０】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００７１】
（比較例２） 実施例１で用いた材料のうち、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテルに代えて、界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩を用いて、それらを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００７２】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩：８質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００７３】
（比較例３） 実施例２で用いた材料のうち、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテルを除いたものを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００７４】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、中空樹脂粒子１５０質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００７５】
（比較例４） 実施例２で用いた材料のうち、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテルに代えて、界面活性剤としてアルキルスルホン酸塩を用いて、それらを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００７６】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、アルキルスルホン酸塩：８質量部、中空樹脂粒子１５０質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００７７】
以上の実施例１〜８及び比較例１〜４の各断熱材の比重、曲げ強度、圧縮強度及び熱伝導率の測定結果を表１に示す。
【００７８】
【表１】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機結合材と発泡ポリスチレンとを含有する断熱材に関する。
【０００２】
本明細書においては、「セメントスラリー」とは、セメントと水とを混練したものに限らず、セメント以外の無機結合材と水とを混練して得られるスラリーも、セメントスラリーに含むこととする。また、断熱材の原材料及び水を混練した混合物においては、原材料のうち充填材を除く成分は、セメントスラリーの一部として扱う。
【０００３】
また、本明細書においては、断熱材、発泡ポリスチレン、中空樹脂粒子の「比重」とは、「嵩比重」をさす。
【背景技術】
【０００４】
従来、発泡ポリスチレン及びセメント等の無機結合材を含有する断熱材として、特許文献１や特許文献２が開示されている。
【０００５】
特許文献１には、無機水硬材、樹脂粒子体、有機高分子体、水より得られる水硬性硬化体が開示されており、該水硬性硬化体が断熱性を有することが記載されている。また、樹脂粒子として発泡ポリスチレンを用いることが記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、（ｉ）セメント、（ｉｉ）シラスバルーン、及び（ｉｉｉ）発泡ウレタン又は発泡ポリスチレンからなる混合物を、（ｉｖ）連続繊維、布帛または連続繊維強化樹脂材とともに硬化させてなる断熱材が開示されている。
【０００７】
しかし、これらの断熱材は、無機結合材と発泡ポリスチレンとを含む断熱材の原材料を水と混練する際に、セメントスラリーと発泡ポリスチレンとの界面における親和性が十分でないために、無機結合材と発泡ポリスチレンとの密着性が十分でなく、曲げ強度に優れた断熱材を成形又は成型することが困難であった。また、断熱材の結合材中に、断熱性の向上に有効な気泡を形成する技術は検討されていなかった。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１６８８２号公報
【特許文献２】特開２００５−２８１０５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、無機結合材と発泡ポリスチレンとを含有し、軽量で、曲げ強度に優れる断熱材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、無機結合材と発泡ポリスチレンとを含有する断熱材を製造するにあたり、界面活性剤としてポリオキシエチレンのスチレン誘導体を用いることにより、より断熱性に優れた断熱材を得ることができることを見出し、本発明に完成するに至った。
【００１１】
本発明の断熱材は、無機結合材と、発泡ポリスチレンと、界面活性剤とを含有し、前記界面活性剤がポリオキシエチレンのスチレン誘導体であることを特徴としている。
【００１２】
また、前記発泡ポリスチレンは、平均粒子径０．５〜１５ｍｍの粒子状物であることが好ましい。
【００１３】
また、前記断熱材は、上記した成分以外に、平均粒子径１０〜２００μｍの中空樹脂粒子を含有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記手段によれば、無機結合材と発泡ポリスチレンとを含有し、軽量で、曲げ強度に優れる断熱材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の断熱材は、無機結合材と発泡ポリスチレンと界面活性剤とを含有する断熱材であって、界面活性剤としてポリオキシエチレンのスチレン誘導体を利用したものである。
【００１６】
この断熱材は、充填材として、断熱性に優れる発泡ポリスチレンを含有すると共に、断熱材内部の無機結合材が硬化した部分、即ちセメントスラリーが硬化した部分に微小な気泡を含有させて比重を小さくしたことによって、断熱性に優れる。また、セメントスラリーが硬化した部分と発泡ポリスチレンとの密着がよいことによって、曲げ強度に優れる。
また、この断熱材は、前記の微小な気泡を含有させることで比重を小さくできることによって、火災の際に燃焼する発泡ポリスチレン等の含有量を抑えることができ、不燃性に優れた断熱材を得ることができる。
【００１７】
前記気泡の大きさは、平均直径が０．０２ 〜２．０ｍｍの範囲にあることが好ましく、０．５〜１．０ｍｍの範囲にあることがより好ましく、０．１〜０．８ｍｍの範囲にあることが特に好ましい。気泡の平均直径がこの範囲にあることによって、より断熱性に優れ、十分な曲げ強度や圧縮強度を有する断熱材を得ることができる。前記平均直径が小さすぎると、十分な断熱性が得られない場合がある。逆に、前記平均直径が大きすぎると、断熱材の曲げ強度や圧縮強度が不足し、断熱材が脆くなってしまう場合がある。
【００１８】
また、前記断熱材の比重は、０．１〜１．０であることが好ましく、０．１５〜０．７であることがより好ましく、０．２〜０．４であることが特に好ましい。比重がこの範囲にあることによって、より断熱性に優れ、十分な曲げ強度や圧縮強度を有する断熱材を得ることができる。前記比重が小さすぎると、断熱材の曲げ強度や圧縮強度が不足し、断熱材が脆くなってしまう場合がある。逆に、前記比重が大きすぎると、十分な断熱性が得られない場合がある。
【００１９】
前記断熱材の製造方法は特に限定はされないが、例えば、無機結合材、水、ポリオキシエチレンのスチレン誘導体等を含むセメントスラリー中に、発泡ポリスチレン等の充填材を混入して分散させた混合物を、硬化させて任意の形状に成形又は成型することによって製造することができる。混合物を任意の形状に成形又は成型する方法としては、例えば、混合物を型に流し込んで硬化させる方法や、混合物を硬化させたものを任意の形状に切断する方法などがある。
【００２０】
また、前記混合物を硬化させる方法は特に限定されない。例えば、常温環境下で養生して硬化させてもよく、高温養生、蒸気養生等によって硬化させてもよい。
【００２１】
次に、前記断熱材が含有する成分について以下に述べる。
【００２２】
前記無機結合材としては、水と水和反応をして硬化する水硬性物質、及び水分が抜けて乾燥することによって硬化した後に空気中の二酸化炭素と反応して硬化する気硬性物質等を使用することができる。
水硬性物質としては、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、白色ポルトランドセメント、超微粒子セメント、高ビーライト系セメント、超速硬セメント、アルミナセメント、エコセメント等の各種セメントが挙げられる。また、アルカリ性雰囲気で水硬性を呈するものや、アルカリ性物質と反応して水和物を生成する潜在水硬性物質である、高炉水砕スラグ、フライアッシュ、シリカフューム、珪藻土、シリカダスト、及び籾殻灰等を使用することもできる。
また、気硬性物質としては、石膏、消石灰、ドロマイトプラスター、マグネシアセメント等が挙げられる。
これらの無機結合材は１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００２３】
なお、本発明の断熱材においては、無機結合材がセメント、若しくはセメントを含む混合物であることが好ましい。無機結合材として無機結合材がセメント若しくはセメントを含む混合物を用いることで、断熱材中に微小な気泡を形成しやすくなる。
【００２４】
前記発泡ポリスチレンは、発泡させたポリスチレンであれば、発泡手段、成形方法等は特に限定されない。例えば、ビーズ法発泡ポリスチレン（ＥＰＳ） 、押出発泡ポリスチレン（ＸＰＳ）等を用いることができる。これらは所定の粒子径にするために、成型体を破砕して用いても良いし、成型前の予備発泡ビーズを用いても良い。また、発泡倍率５倍以下の低発泡のものや発泡倍率１０〜７０倍の高発泡のものを用いることができる。
【００２５】
なお、前記断熱材には、高発泡の発泡ポリスチレンを用いることが好ましい。高発泡の発泡ポリスチレンは断熱性に特に優れており、高発泡のものを利用することで、断熱材の断熱性を向上させることができる。そして、高発泡の発泡ポリスチレンのなかでも、比重０．０１５〜０．１のものを用いることが好ましく、比重０．０２〜０．０８のものを用いることが特に好ましく、比重０．０２５〜０．０５のものを用いることが特に好ましい。比重が小さすぎるものを用いると、発泡ポリスチレンが脆くなり、それによって断熱材の曲げ強度や圧縮強度が不足して断熱材が脆くなってしまう場合がある。逆に比重が大きすぎると発泡ポリスチレンの断熱性が十分ではない。
【００２６】
発泡ポリスチレンは、粒子状のものであることが好ましく、その平均粒子径が０．５〜１５ｍｍの範囲にあることが好ましく、１〜１０ｍｍの範囲にあることがより好ましく、２〜８ｍｍの範囲にあることが特に好ましい。平均粒子径が小さすぎると、発泡ポリスチレン粒子がセメントスラリーから受ける圧力で収縮することによって、断熱材の断熱性を効率よく十分に向上させることができない場合がある。また、平均粒子径が小さすぎると、発泡ポリスチレン粒子の比表面積が大きくなり、セメントスラリーが発泡ポリスチレン粒子表層の気泡内に侵入することによる気泡の消失が大きくなることによって、断熱材の断熱性を効率よく十分に向上させることができない場合がある。逆に、平均粒子径が大きすぎると、セメントスラリー中での浮力が大きすぎるために、セメントスラリー中に発泡ポリスチレン等を混入して分散させた混合物をつくった場合に、発泡ポリスチレンが浮き上がり易く、セメントスラリー中に発泡ポリスチレンを均等に分散させることが困難になる。発泡ポリスチレンを均等に分散さされないと、断熱材の曲げ強度や圧縮強度のばらつきが大きくなってしまう。また発泡ポリスチレンの比表面積が小さくなることで、発泡ポリスチレンと無機結合材の密着が低下し、十分な曲げ強度が得られない場合がある。
【００２７】
また、前記断熱材にはビーズ法発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）を用いることが好ましい。ビーズ法発泡で成形することで、発泡ポリスチレンの大きさや形状にばらつきが少ない発泡ポリスチレン粒子を得ることができる。また、ビーズ法発泡ポリスチレンは、ビーズを発泡させて略球形の粒子を容易に得ることができ、粒子が略球形であることによって、発泡ポリスチレンを断熱材中に細密に充填させやすくなる。更に、発泡ポリスチレン粒子が略球形であることによって、断熱材の製造時に、セメントスラリー中に発泡ポリスチレン粒子を混入させやすくなり、発泡ポリスチレン粒子をセメントスラリー中に容易に分散させることができる。また、発泡ポリスチレン粒子が略球形であれば、セメントスラリーに発泡ポリスチレン粒子等を分散させた混合物の流動性がよくなるため、断熱材の製造時において、前記混合物を型に流し込む工程等が容易に行える。
【００２８】
ただし、前記断熱材の曲げ強度が要求される場合には、一旦成型した発泡ポリスチレンをカッター等で破砕して得た発泡ポリスチレン粒子を使用することが好ましい。破砕して得た発泡ポリスチレン粒子を使用することにより、発泡ポリスチレン粒子の形状がランダムになって絡み合わせることができるため、断熱材の曲げ強度に優れる。
【００２９】
なお、前記断熱材における発泡ポリスチレンの含有量は、無機結合材１００質量部に対して、１〜３０質量部であることが好ましく、２〜２０質量部であることがより好ましく、３〜１５質量部であることが特に好ましい。含有量がこの範囲にあれば、断熱性に優れ、十分な強度を持った断熱材を得ることができる。発泡ポリスチレンの含有量が少なすぎると断熱材が十分な断熱性を得られない場合がある。逆に、発泡ポリスチレンの含有量が多すぎると、断熱材の曲げ強度や圧縮強度が不足して断熱材が脆くなってしまう場合がある。
【００３０】
前記ポリオキシエチレンのスチレン誘導体とは、発泡ポリスチレンをセメントスラリー中に分散させ、且つセメントスラリー中に微小な気泡を形成させるために用いる界面活性剤であって、ポリオキシエチレンモノスチレン化フェニルエーテル、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル、ポリオキシエチレントリスチレン化フェニルエーテル、ポリオキシエチレンモノスチレン化メチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンジスチレン化メチルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル類などが挙げられる。これらは、１種類を単独で用いてもよく又は２種類以上を併用してもよい。
【００３１】
前記断熱材に、ポリオキシエチレンのスチレン誘導体を界面活性剤として用いることによって、セメントスラリーに発泡ポリスチレン粒子等の充填材を分散させた混合物を混練する際に、セメントスラリー中に平均直径が０．０２ 〜２．０ｍｍの範囲にある微小な気泡を形成し易くなり。また、前記界面活性剤を用いると、セメントスラリー中に形成された微小な気泡をセメントスラリーが硬化するまでの維持することができ、それのため断熱材内部のセメントスラリーが硬化した部分に微小な気泡を多数有する断熱材を容易に得ることができる。前記微小な気泡を容易に形成できることよって、発泡ポリスチレン等の有機物を増やすことなく断熱材の比重を小さくでき、軽量で断熱性に優れた断熱材を容易に得ることができる。また、前記平均直径の気泡を容易に形成できることによって、曲げ強度に優れた断熱材を容易に得ることができる。
【００３２】
また、前記界面活性剤として用いることによって、セメントスラリーと発泡ポリスチレンとの親和性を向上させることができ、発泡ポリスチレンをセメントスラリー中に容易に分散させることができる。また、セメントスラリーと発泡ポリスチレンの親和性が向上することによって、発泡ポリスチレンの周囲にセメントスラリーを介さず直接気泡が形成されることを抑制することができることによって、発泡ポリスチレンとセメントスラリーとの接触面積が増すため、硬化後の断熱材においてはセメントスラリーの硬化した部分と発泡ポリスチレンとの密着力が向上して、断熱材の曲げ強度が向上する。
【００３３】
本発明に用いるポリオキシエチレンのスチレン誘導体としては、ＨＬＢ値が１３〜２０ものもが好ましく、ＨＬＢ値が１６〜１９ものもがより好ましい。ＨＬＢ値が１３未満であると、セメントスラリー中に微小な気泡を形成しにくくなる。ＨＬＢ値が１３以上であれば、セメントスラリー中に微小な気泡を容易に形成することができ、ＨＬＢ値が１６〜１９である場合は、特に、微小な気泡を形成し易くなる。
【００３４】
なお、前記断熱材におけるポリオキシエチレンのスチレン誘導体の含有量は、無機結合材１００質量部に対して、０．００１〜０．０５質量部であることが好ましく、０．００３〜０．０３質量部であることがより好ましく、０．００５〜０．０１５質量部であることが特に好ましい。含有量がこの範囲にあれば、セメントスラリー中に微小な気泡を形成しやすく、また、セメントスラリー中に発泡ポリスチレンを分散させやすい。ポリオキシエチレンのスチレン誘導体の含有量が少なすぎると、セメントスラリーと発泡ポリスチレンの親和性が十分でなく、発泡ポリスチレンをセメントスラリー中に分散させ難い、セメントスラリーの硬化した部分と発泡ポリスチレンとの密着力が低下する等の不具合が生じる場合がある。また、セメントスラリーの泡立ちが悪く、セメントスラリー中に微小な気泡を形成しにくくなる。逆に、ポリオキシエチレンのスチレン誘導体の含有量が多すぎると、セメントスラリー中に形成される泡が大きくなってしまうことで、断熱材の曲げ強度や圧縮強度が不足し、断熱材が脆くなってしまう場合がある。
【００３５】
更に、前記断熱材には、前記した以外の充填材や添加材を含有させることができる。
【００３６】
前記充填材としては、セメント等の無機結合材を結合材とする組成物に通常用いられる充填材、繊維などを適宜で用いることができる。
【００３７】
前記充填材としては、例えば、川砂、珪砂、寒水砂、陶磁器粉砕物、ガラス粉砕物、炭酸カルシウム等の無機粉粒体、及び、パーライト、バーミキュライト、シラスバルーン、ガラス発泡体、珪藻土等の軽量無機骨材等の無機充填材、樹脂粒子、多孔質樹脂粒子、中空樹脂粒子等の有機充填材を挙げることができる。
【００３８】
これらの充填材うち、前記断熱材には、中空樹脂粒子を用いることが好ましく、その比重は、０．０１〜０．５の範囲にあるものが好ましく、０．０２〜０．１の範囲にあるものがより好ましく、０．０３〜０．０７のものが特に好ましい。中空樹脂粒子を用いることで、断熱材に断熱性を付与することができる。また、比重が上記範囲にあることで、断熱性を特に付与することができる。比重が小さすぎるものは、中空樹脂粒子の強度が十分ではなく、セメントスラリー等と混練する際に中空樹脂粒子が粉砕されてしまい、断熱材に十分な断熱性を付与できない場合がある。逆に、比重が大きすぎる場合は中空樹脂粒子の中空部分が小さすぎるために、断熱材に十分な断熱性を付与できない場合がある
【００３９】
また、中空樹脂粒子の平均粒子径は１０〜２００μｍの範囲にあることが好ましく、１５〜１５０μｍの範囲にあることがより好ましく、２０〜９０μｍの範囲にあることが特に好ましい。前記平均粒子径の中空樹脂粒子を用いれば、断熱材中の発泡ポリスチレンの隙間に中空樹脂粒子が充填されることによって、断熱材中に発泡ポリスチレンと中空樹脂粒子とを細密に充填することができるとともに、十分な断熱性を付与することができる。平均粒子径が小さすぎると、中空樹脂粒子の強度が十分ではなく、セメントスラリー等と混練する際に中空樹脂粒子が粉砕されてしまう場合がある。若しくは、中空樹脂粒子の中空部分が小さすぎるために断熱材に十分な断熱性を付与できない場合がある。逆に、平均粒子径が大きすぎると、断熱材中に発泡ポリスチレンと中空樹脂粒子とを細密に充填することが困難になる。
【００４０】
なお、前記断熱材における中空樹脂粒子の含有量は、前記発泡ポリスチレン１００容量部に対して５〜２００容量部であることが好ましく、８〜１００容量部であることがより好ましく、１０〜６０容量部であることが特に好ましい。含有量がこの範囲にあるとき、断熱材中の発泡ポリスチレンの隙間に中空樹脂粒子を充填して、断熱性を十分な断熱性を付与することができる。前記含有量が少なすぎると、中空樹脂粒子を混入しても断熱材に十分な断熱性を付与することができない。逆に、前記含有量が多すぎると、断熱材中に発泡ポリウレタンが細密に充填されるのを中空樹脂粒子が阻害して、発泡ポリウレタンの粒子間の距離が大きくなってしまうことによって、断熱材が十分な断熱性が得られない場合がある。
【００４１】
前記繊維としては、ロックウール、スラグウール、ガラス繊維等の無機繊維、
アクリル繊維、ビニロン繊維、ポリアミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリエステル繊維等の有機繊維を用いることができる。
【００４２】
これらの繊維を断熱材に含有させることで、断熱材の曲げ強度等を向上させることができる。特に、曲げ強度が得やすく、モルタル内での耐久性に富む、引張り強さ（ＪＩＳ Ｌ １０９６）約３．０ｃN・ｄtex-1以上、伸び率（ＪＩＳ Ｌ １０９６）約２０％以上の特性を有する耐アルカリ性の極性合成繊維を用いることが好ましい。このような有機繊維としては、具体的には、アクリル繊維、ビニロン繊維、ポリアミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリエステル繊維等を挙げることができる。
【００４３】
そして、繊維の形態は、繊維長が３〜２５ｍｍ、かつ、「繊維長／繊維径」が１００〜１０００であるものが好ましく、繊維長が４〜１８ｍｍ、かつ、「繊維長／繊維径」が１００〜９００であるものがより好ましく、繊維長が５〜１２ｍｍ、かつ、「繊維長／繊維径」が１００〜６００であるものが特に好ましい。繊維長および「繊維長／繊維径」が上記範囲にある繊維を用いることで、繊維の配合量に対しての断熱材の曲げ強度の上昇が大きく、断熱材の曲げ強度等を効率よく向上させることができる。
【００４４】
前記繊維長は発泡ポリスチレンの平均粒子径に対して６０〜３００％であることが好ましく、８０〜２００％であることがより好ましく、１００〜１５０％であることが特に好ましい。この範囲にあるとき、断熱材に外力が加わった場合において、断熱材中の発泡ポリスチレンの動きを効果的に抑制することができ、断熱材の圧縮強度や曲げ強度を向上させることができる。前記繊維長は発泡ポリスチレンの平均粒子径に対して６０％未満の場合には、繊維長が短すぎて断熱材に外力が加わった場合の発泡スチレンの動きを十分に抑制することができない。逆に３００％を超える場合には、繊維長が長すぎて繊維同士の絡み合いにより断熱材中に空隙ができてしまうおそれがある。
【００４５】
なお、前記繊維の含有量は、前記無機結合材１００質量部に対して、０．３〜５質量部であることが好ましく、０．５〜４質量部であることがより好ましく、１〜３質量部であることが特に好ましい。含有量がこの範囲にあれば、断熱材の曲げ強度を効率よく向上させることができる。前記含有量が少なすぎると、断熱材に繊維を混入したとしても、断熱材の曲げ強度を十分に向上させることができない。逆に、前記含有量が多くしすぎても、セメントスラリー中に、発泡ポリスチレン等の充填材を混入して混練することで、繊維同士が絡まってしまい、添加した繊維が曲げ強度の向上に十分に寄与しない場合がある。また、繊維同士が絡まった凝集物は、セメントスラリー中の微小な気泡の形成を阻害することがある。
【００４６】
前記添加剤としては、セメント等の無機結合材を結合材とする組成物に通常用いられる、結合材となる合成樹脂、増粘剤、吸水防止剤、撥水剤、減水剤、流動化剤、保水剤、硬化遅延剤、硬化促進剤等を適宜で用いることができる。
【００４７】
これらの添加剤のうち、前記断熱材には、結合材となる合成樹脂を用いることが特に好ましい。前記無機結合材と合成樹脂とを結合材にすることによって、発泡ポリスチレン等の充填材とセメントスラリーが硬化した結合材部分との密着性が向上し、断熱材の曲げ強度を向上させることができる。
【００４８】
前記合成樹脂としては、通常、セメントセメント等の無機結合材と混合して用いられるものであれば、特に限定されず、例えば、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。また、これらの合成樹脂を形成する単量体の２以上を共重合させて用いてもよい。前記合成樹脂を無機結合材と混合するには、合成樹脂エマルジョン、水溶性樹脂、又は水と混合することで再乳化して合成樹脂エマルジョンとなる粉末樹脂等の形態のものを用いればよい。
【００４９】
前記合成樹脂の含有量は、前記無機結合材１００質量部に対して、３〜５０質量部であることが好ましく、５〜３０質量部であることがより好ましく、７〜２０質量部であることが特に好ましい。含有量が上記範囲にあるとき、曲げ強度を向上させ、且つ断熱性を損なわない。前記含有量が少なすぎると曲げ強度を向上させる効果が十分に発揮されない。逆に、前記含有量が多すぎると、セメントスラリー中に形成される泡が大きくなりやすく、微小な気泡の形成が困難な場合があり、そのため断熱性が得にくくなる。
【００５０】
以上のように形成される前記断熱材において、配合物を以下の割合で混合することによって、不燃性を持つ断熱材を得ることもできる。
・ 無機結合材：１００質量部、発泡ポリスチレン：１〜１５質量部、ポリオキシエチレンのスチレン誘導体：０．０１〜０．０５質量部、発泡ポリスチレン及びポリオキシエチレンのスチレン誘導体を除く有機成分：５質量部以下、無機結合材を除く無機成分：１００質量部以下。
・ 無機結合材：１００質量部、発泡ポリスチレン：１〜１０質量部、比重０．０１〜０．０７の中空樹脂粒子：３０質量部以下、ポリオキシエチレンのスチレン誘導体：０．０１〜０．０５質量部、発泡ポリスチレン、中空樹脂粒子、及びポリオキシエチレンのスチレン誘導体を除く有機成分：５質量部以下、無機結合材を除く無機成分：１００質量部以下。
【実施例】
【００５１】
以下に記載する実施例及び比較例に示す断熱材を作製して、各断熱材の比重、曲げ強度、圧縮強度、及び熱伝導率を測定した。
実施例及び比較例に示す方法で成形又は成型した断熱材の圧縮強度及び曲げ強度の測定は、４週間養生した試験体を使用してＪＩＳ Ｒ５２０１：１９９７の試験方法に準拠して行った。ただし、圧縮強度は、試験体の破断時の圧力ではなく、試験体の高さ（圧縮方向の厚み）が圧縮前の試験体の高さの９０％になるまで圧縮したときの圧力とした。
また、比重は、１０００ｃｍ２の体積の断熱材の質量を測定して、その質量と体積とから計算した嵩比重とした。なお、比重は断熱材の作製日より４週間後に測定した。
また、熱伝導率は、断熱材の作製日より４週間後に測定した。
【００５２】
なお、下記の実施例及び比較例に示す混合物は、該混合物を十分に混練した後、１００ｃｍ×１００ｃｍ×厚み５ｃｍの型に流し込んで硬化させ、温度２０℃、湿度６５％の環境下で２週間養生した。その後、硬化体を型から取り外すことによって、各混合物を成型した断熱材を得た。
【００５３】
（実施例１） 無機結合材として普通ポルトランドセメント、発泡ポリスチレンとして略球形のＥＰＳ粒子（平均粒子径：５ｍｍ、比重：０．０３）、界面活性剤してポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル（ＨＬＢ値：１８．０）、その他の添加剤として増粘剤・保水剤となるメチルセルロースを用いて、これらの材料に水を加えて以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００５４】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル：６質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００５５】
（実施例２） 実施例１で用いた材料に加えて、充填材として中空樹脂粒子（平均粒子径：４０μｍ、比重０．０５）を用いて、それらを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００５６】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル：６質量部、中空樹脂粒子１５０質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００５７】
（実施例３） 実施例１で用いた材料に加えて、充填材としてビニロン繊維（繊維長：６ｍｍ、繊維径：０．０３ｍｍ）を用いて、それらを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００５８】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル：６質量部、ビニロン繊維１０質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００５９】
（実施例４） 実施例１で用いた材料に加えて、添加剤としてアクリル樹脂エマルジョン（固形分４５質量％）を用いて、それらを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００６０】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル：６質量部、アクリル樹脂エマルジョンの固形分５０質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００６１】
（実施例５） 実施例１で用いた材料に加えて、充填材として中空樹脂粒子（平均粒子径：４０μｍ、比重０．０５）及びビニロン繊維（繊維長：６ｍｍ、繊維径：０．０３ｍｍ）、添加剤としてアクリル樹脂エマルジョン（固形分４５質量％）を用いて、それらを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００６２】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル：６質量部、中空樹脂粒子１５０質量部、ビニロン繊維１０質量部、アクリル樹脂エマルジョンの固形分５０質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００６３】
（実施例６） 実施例１で用いた材料のうち、略球形のＥＰＳ粒子に代えて、箱型に成型したＥＰＳを破砕して得たＥＰＳ粒子（平均粒子径：５ｍｍ、比重：０．０３）を用いて、それらを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００６４】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル：６質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００６５】
（実施例７） 実施例１で用いた材料を以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００６６】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル：１質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００６７】
（実施例８） 実施例１で用いた材料を以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００６８】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル：２５質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００６９】
（比較例１） 実施例１で用いた材料のうち、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテルを除いたものを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００７０】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００７１】
（比較例２） 実施例１で用いた材料のうち、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテルに代えて、界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩を用いて、それらを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００７２】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩：８質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００７３】
（比較例３） 実施例２で用いた材料のうち、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテルを除いたものを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００７４】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、中空樹脂粒子１５０質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００７５】
（比較例４） 実施例２で用いた材料のうち、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテルに代えて、界面活性剤としてアルキルスルホン酸塩を用いて、それらを以下の割合で混合して混練した混合物を型に流し込んで硬化させて、断熱材を作製した。
【００７６】
普通ポルトランドセメント：６００質量部、ＥＰＳ粒子：４０質量部、アルキルスルホン酸塩：８質量部、中空樹脂粒子１５０質量部、メチルセルロース：６質量部、水：５００質量部。
【００７７】
以上の実施例１〜８及び比較例１〜４の各断熱材の比重、曲げ強度、圧縮強度及び熱伝導率の測定結果を表１に示す。
【００７８】
【表１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機結合材と、発泡ポリスチレンと、界面活性剤とを含有している断熱材であって、前記界面活性剤がポリオキシエチレンのスチレン誘導体であることを特徴とする断熱材。
【請求項２】
前記発泡ポリスチレンが平均粒子径０．５〜１５ｍｍの粒子状であることを特徴とする請求項１に記載の断熱材。
【請求項３】
平均粒子径１０〜２００μｍの中空樹脂粒子を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の断熱材。
【請求項１】
無機結合材と、発泡ポリスチレンと、界面活性剤とを含有している断熱材であって、前記界面活性剤がポリオキシエチレンのスチレン誘導体であることを特徴とする断熱材。
【請求項２】
前記発泡ポリスチレンが平均粒子径０．５〜１５ｍｍの粒子状であることを特徴とする請求項１に記載の断熱材。
【請求項３】
平均粒子径１０〜２００μｍの中空樹脂粒子を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の断熱材。
【公開番号】特開２０１１−１１９３８（Ｐ２０１１−１１９３８Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５６９３８（Ｐ２００９−１５６９３８）
【出願日】平成２１年７月１日（２００９．７．１）
【出願人】（０００１５９０３２）菊水化学工業株式会社 (121)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１日（２００９．７．１）
【出願人】（０００１５９０３２）菊水化学工業株式会社 (121)
【Ｆターム（参考）】
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