断熱材
【課題】高温での熱収縮の小さい断熱材を提供すること。
【解決手段】シリカを含む第一の無機化合物からなる複数の小粒子Ｓと、石英の結晶構造を有する第二の無機化合物からなり、小粒子Ｓよりも粒子径が大きい複数の大粒子Ｌと、を備える断熱材。
【解決手段】シリカを含む第一の無機化合物からなる複数の小粒子Ｓと、石英の結晶構造を有する第二の無機化合物からなり、小粒子Ｓよりも粒子径が大きい複数の大粒子Ｌと、を備える断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
室温での空気分子の平均自由行程は約１００ｎｍである。したがって、直径１００ｎｍ以下の空隙を有する多孔質体内では、空気による対流や伝導による伝熱が抑制されるため、このような多孔質体は優れた断熱作用を示す。
【０００３】
この断熱作用の原理に従い、超微粒子を断熱材に用いることで、熱伝導率の極めて低い断熱材が得られることが知られている。例えば、下記特許文献１には、微孔性絶縁物質、赤外線遮断剤、粒状の絶縁性フィラー物質の混合物からなる、断熱材とその製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５３３４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者が特許文献１に記載の断熱材の挙動を調べたところ、高温使用時（例えば９００℃２４時間加熱）における体積変化（熱膨張、熱収縮）が大きいことが分かった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、高温での熱収縮が小さい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】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決するため、鋭意研究を重ねた結果、下記の特徴を有する断熱材は、高温での熱収縮が小さいことを見出し、本発明を成すに至った。
【０００８】
本発明の断熱材は、シリカを含む第一の無機化合物からなる複数の小粒子と、石英の結晶構造を有する第二の無機化合物からなり、小粒子よりも粒子径が大きい複数の大粒子と、を備える。本発明の断熱材は、高温での熱収縮が小さい。
【０００９】
上記本発明では、複数の小粒子の比重をＣＳ、複数の小粒子の質量の合計値をＭＳ、複数の大粒子の比重をＣＬ、複数の大粒子の質量の合計値をＭＬ、としたときに、ＭＬに対するＭＳの比率ＭＳ／ＭＬが０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上３以下であることが好ましい。これにより、かさ密度が低く、施工性が良好な断熱材を得易くなる。
【００１０】
また、小粒子の平均粒子径ＤＳが５ｎｍ以上５０ｎｍ未満であり、大粒子の平均粒子径ＤＬが５０ｎｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。これらの小粒子及び大粒子を用いた場合、優れた断熱性能を達成しやすい。
【００１１】
上記本発明の断熱材は、大粒子が小粒子により囲まれたコア−シェル構造を有することが好ましい。この場合、断熱材の熱伝導率が低下し、断熱性能が向上し易い。
【００１２】
上記本発明の断熱材は、無機繊維をさらに含有することが好ましい。そして、小粒子及び大粒子の含有量の合計値が、断熱材の全質量を基準として、４０質量％以上９９．５質量％以下であり、無機繊維の含有量が、断熱材の全質量を基準として、０．５質量％以上６０質量％以下であることが好ましい。これにより、粒子の付着力と無機繊維のからみあいの効果により、低圧での加圧成形が可能となるため、かさ密度が小さくなりやすい。
【００１３】
上記本発明では、小粒子及び大粒子、無機繊維以外に、赤外線不透明化粒子を含んでも、効果を発現することは可能である。この場合、平均粒子径が０．５μｍ以上３０μｍ以下である赤外線不透明化粒子の含有率が、断熱材の全質量を基準として、０質量％超５９．５質量％以下であることが好ましい。赤外線不透明化粒子を含有する断熱材では、輻射による伝熱が抑制されるため、特に高い温度での断熱性能を必要とする場合に好ましい。
【００１４】
上記本発明では、無機繊維は生体溶解性を有することが好ましい。生体溶解性の無機繊維を用いた断熱材は、生体に対して非溶解性の無機繊維（セラミック繊維等）を用いた断熱材に比べて、人体にとって安全である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高温での熱収縮の小さい断熱材を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る断熱材の断面模式図である。
【図２】シリカパウダー＃３００の粉末Ｘ線回折測定結果を示すチャート図である。
【図３】シリカヒュームＥＦＡＣＯの粉末Ｘ線回折測定結果を示すチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。なお、図面において、同一の要素については同一の符号を付し、同一の要素の符号の一部は省略する。各粒子の位置関係及び寸法比は図面に示すものに限定されない。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る断熱材の断面模式図である。
【００１９】
（断熱材）
本実施形態の断熱材は、複数の小粒子Ｓと、小粒子Ｓよりも大きい複数の大粒子Ｌとを含有する。断熱材内において、小粒子Ｓ及び大粒子Ｌは混合しており、図１に示すように小粒子Ｓが大粒子Ｌを取り囲むように大粒子Ｌの表面に付着している。小粒子Ｓはシリカを含む第一の無機化合物からなる。小粒子Ｓの比重はＣＳである。大粒子Ｌは、石英の結晶構造を有する第二の無機化合物からなる。大粒子Ｌの比重はＣＬである。
【００２０】
小粒子の比重ＣＳ及び大粒子の比重ＣＬは、ピクノメーター法により求められる真比重を指す。成形欠陥の抑制及び断熱性向上の観点から、好ましいＣＳは２．０以上４．０以下である。２．０以上３．０以下であると、断熱材のかさ密度が小さくなるため、より好ましい。２．０以上２．５以下であると、小粒子のかさ密度が小さいため、大粒子との混合時において、より小さな動力で混合が可能となるため、生産性が向上し、さらに好ましい。
【００２１】
大粒子の比重ＣＬは、２．０以上３．０以下であると、断熱材のかさ密度が小さいため、好ましい。ＣＬが２．０以上２．９以下であると、小粒子との比重差が小さく、小粒子との均一混合が容易であるため、好ましい。ＣＬは、２．１以上２．８以下であると、小粒子との比重差がさらに小さく、貯蔵や輸送において小粒子と大粒子の分離が起こりにくいため、より好ましい。
【００２２】
小粒子の平均粒子径ＤＳは５ｎｍ以上５０ｎｍ未満であることが好ましい。平均粒子径ＤＳは、小粒子１０００個を電界放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で観察し、その等面積円相当径を求めることにより、確認することができる。
【００２３】
小粒子の平均粒子径ＤＳが５ｎｍよりも小さいと、ＤＳが上記の数値範囲内である場合に比べて、小粒子が化学的に不安定である傾向があり、断熱性能が安定し難い傾向がある。ＤＳが５０ｎｍ以上であると、ＤＳが上記の数値範囲内である場合に比べて、小粒子同士の接触面積が大きくなり、断熱材の固体伝導による伝熱が増し、断熱性能が不十分となる傾向がある。
【００２４】
小粒子の平均粒子径ＤＳは、５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であると、小粒子と大粒子の粒径の差が大きくなり、大粒子の小粒子に対する分散が容易となり、より好ましい。ＤＳが５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であると、粒子の付着力が増して、断熱材からの粒子の脱落が減少し、さらに好ましい。
【００２５】
小粒子を構成する第一の無機化合物はシリカを含有する。第一の無機化合物におけるシリカの含有率は、５０質量％以上であると、断熱材の固体伝導による伝熱が小さくなるため、好ましい。第一の無機化合物は、シリカを７５質量％以上含むと、粒子の付着力が増して、断熱材からの粒子の脱落が減少するため、より好ましい。なお、本発明においてシリカとは、組成式ＳｉＯ２で表される成分を指す。第一の無機化合物は、純粋な二酸化ケイ素であってもよく、Ｓｉ及び種々の他元素との塩や複合酸化物であってもよく、水酸化物のような含水酸化物であってもよい。第一の無機化合物が、シラノール基を有していてもよい。第一の無機化合物は、結晶質であっても、非晶質であっても、それらの混合体であってもよいが、非晶質であると、断熱材中の固体伝導による伝熱が小さくなり、断熱性能が向上するため、好ましい。
【００２６】
第一の無機化合物の具体例としては、下記のものが挙げられる。
シリカや石英と呼ばれるケイ素の酸化物。
ケイ素の部分酸化物。
シリカアルミナやゼオライトのようなケイ素の複合酸化物。
Ｎａ，Ｃａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｂａ，Ｃｅ，Ｂ，Ｆｅ及びＡｌ等のいずれかのケイ酸塩（ガラス）。
ケイ素以外の元素の酸化物，部分酸化物，塩又は複合酸化物（アルミナやチタニア等）と、ケイ素の酸化物，部分酸化物，塩又は複合酸化物との混合体。
ＳｉＣやＳｉＮの酸化物。
【００２７】
小粒子がシリカを含有することは、例えば、小粒子を断熱材より分級して固体Ｓｉ−ＮＭＲ測定を行い、Ｑ４構造を検出することで、確認することができる。小粒子におけるシリカの含有量は、例えば、電界放射型走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＦＥ−ＳＥＭ ＥＤＸ）により、求めることができる。
【００２８】
第一の無機化合物は、断熱材の使用される温度において、熱的に安定であることが好ましい。具体的には、断熱材の使用最高温度において１時間保持したときに、第一の無機化合物の重量が１０％以上減少しないことが好ましい。また、第一の無機化合物は耐水性を有することが好ましい。具体的には、２５℃の水１００ｇに対する第一の無機化合物の溶解量が０．１ｇ未満であることが好ましく、０．０１ｇ未満であることがより好ましい。
【００２９】
大粒子を構成する第二の無機化合物は、石英の結晶構造を有する。本明細書中、「石英の結晶構造を有する」か否かは、ＪＣＰＤＦカード番号４６−１０４５に記載されている回折パターンに基づき判断される。具体的には、分級された大粒子に、内部標準物質としてシリコン（Ｓｉ）を添加したサンプルを調整し、ＣｕＫａ１線を用いて、回折角２θが２０°から７０°の範囲で粉末Ｘ線回折（以下、ＸＲＤという）を測定し、石英に帰属されるピークを検出する。そして、内部標準物質であるシリコンの２θ＝２８．４４２°に現れる（１１１）のピーク面積をＳｂ、石英に帰属されるピークのうち、２θ＝２０．８５９°、２６．６３９°に現れるそれぞれ（１００）、（１０１）の合計ピーク面積をＳＱとした時、ＳＱとＳｂの比ＳＱ／Ｓｂが１以上である場合に、第二の無機化合物が石英の結晶構造を有するものとする。内部標準物質であるシリコンは、２θ＝２８．４４２°に現れる（１１１）のピークについて、シェラーの式から求められる結晶子サイズが５ｎｍ以上のものを使用する。
【００３０】
ＳＱ／Ｓｂは、断熱材の強度が向上する観点から２以上がより好ましく、混合時に大粒子の磨耗が少ない観点から、３以上が更に好ましい。
【００３１】
第二の無機化合物は、石英である二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の他に、構成成分として不純物を含んでいても構わない。第二の無機化合物がＳｉＯ２を８５％以上含むと、断熱材の熱収縮が小さくなり、好ましい。ＳｉＯ２を９０％以上含むと、小粒子と大粒子との付着性が向上するため、より好ましい。ＳｉＯ２を９５％以上含むと、断熱材成形体のかさ比重が小さいため、最も好ましい。
【００３２】
第二の無機化合物は、アルミニウムを、酸化アルミ（Ａｌ２Ｏ３）換算で２００ｐｐｍ以上１０％以下含んでいると、断熱材の熱収縮が小さいため、好ましい。酸化アルミを２００ｐｐｍ以上５％以下含んでいると、小粒子との付着性が高いため、より好ましい。酸化アルミを２００ｐｐｍ％以上３％以下含むと、断熱材成形体のかさ比重が小さくなるため、最も好ましい。
【００３３】
断熱材の熱収縮の観点で、第二の無機化合物はＮａ２ＯとＫ２Ｏを含み、Ｎａ２Ｏの含有量が０．５％以下であり、かつＮａ２ＯとＫ２Ｏの含有量の合計が２％以下であるのが好ましい。Ｎａ２Ｏの含有量が０．２％以下であり、かつＮａ２ＯとＫ２Ｏの含有量の合計が１％以下であると、小粒子との付着性が高いため、より好ましい。Ｎａ２Ｏの含有量が０．２％以下であり、かつＮａ２ＯとＫ２Ｏの含有量の合計が０．５％以下であると、断熱材成形体のかさ比重が小さいため、最も好ましい。
【００３４】
好ましい第二の無機化合物の具体例としては、破砕した硅石が挙げられる。
【００３５】
大粒子の平均粒子径ＤＬは５０ｎｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。ＤＬは、前述のＤＳと同じ方法により求められる。ＤＬが５０ｎｍより小さいと、ＤＬが上記の数値範囲内である場合に比べて、断熱材におけるスプリングバックが大きくなる傾向がある。ＤＬが５０μｍより大きいと、かさ密度が大きくなる傾向がある。
【００３６】
大粒子の平均粒子径ＤＬは、５０ｎｍ以上３０μｍ以下がより好ましい。この平均粒子径を示す大粒子は、無機繊維や赤外線不透明化粒子との均一な混合が容易である。ＤＬは、５０ｎｍ以上２０μｍ以下であると、粒子の付着力が増し、断熱材からの粒子の脱落が少ないため、さらに好ましい。
【００３７】
ＤＬがＤＳの２倍以上であると、成形欠陥が起こりにいため、好ましい。ＤＬがＤＳの３倍以上であると、小粒子と大粒子の混合粉体のかさ比重が大きく、粉体体積が小さいため作業性が高いので、より好ましい。ＤＬはＤＳの４倍以上であると、小粒子と大粒子の粒径の差が大きくなり、大粒子の小粒子に対する分散が容易となり、さらに好ましい。
【００３８】
本発明者は、断熱材に含まれる全小粒子の質量の合計値ＭＳと断熱材に含まれる全大粒子の質量の合計値ＭＬとの比率ＭＳ／ＭＬが、０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上３以下であると、成形欠陥が発生せず、かつ十分な断熱性能を有する断熱材が得られ易い傾向があることを見出した。
【００３９】
ＭＳ／ＭＬが、０．０９２ＣＳ／ＣＬ未満であると、断熱性能が不十分となる傾向がある。また、ＭＳ／ＭＬが３より大きいと、断熱材に成形欠陥が発生する傾向がある。
【００４０】
ＭＳ／ＭＬは、例えば、断熱材に含まれる小粒子及び大粒子を分級して、それぞれの質量を測定し、小粒子の質量を大粒子の質量で除することにより、求められる。
【００４１】
ＭＳ／ＭＬは、０．２５ＣＳ／ＣＬ以上２以下であることが、混合が容易となるため、より好ましい。ＭＳ／ＭＬは、０．２５ＣＳ／ＣＬ以上１以下であると、小粒子と大粒子の混合粉体を加圧成形する際に、混合粉体と成形体の体積差が小さくなり、加圧成形が容易となるため、さらに好ましい。
【００４２】
断熱材内で粒子の付着力が発現するメカニズムは明らかではないが、一般的に、粒径がＤ１、Ｄ２の二粒子間の付着力Ｆは、定数Ａ、粒子表面間距離ｚを用いて、Ｆ＝−Ａ×Ｄ１Ｄ２／（Ｄ１＋Ｄ２）／（１２ｚ２）と表わされることが知られている。このため、Ｄ１とＤ２がほぼ同じである場合よりも、Ｄ１とＤ２に差があるほうが、付着力が強くなる。このため、小粒子と大粒子を所定の比率で混合した粉体は、付着力が強くなり、低圧での加圧成形が可能となると推測される。
【００４３】
本発明者は、小粒子及び大粒子の混合体を用いて断熱材を作製し、その熱伝導率とＭＳ／ＭＬの関係を詳細に調べた。その結果、ＭＳ／ＭＬが０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上３以下の範囲では、断熱材の熱伝導率は十分小さく、かつＭＳ／ＭＬの減少量に対する熱伝導率の増加量（熱伝導率の増加率）も小さいことを本発明者らは発見した。さらに、本発明者らは、ＭＳ／ＭＬが０．０９２ＣＳ／ＣＬ未満の範囲では、ＭＳ／ＭＬの減少に従い熱伝導率が増加する傾向があることを見出した。この理由は明らかではないが、ＭＳ／ＭＬが０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上の領域では、断熱材が、気体伝導と固体伝導の伝熱に対するボトルネックを有する構造をとり易いためであると考えられる。
【００４４】
以下に、ＭＳ／ＭＬが０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上のとき、断熱材中に伝熱に対するボトルネックが発生する構造となり易い原理を説明する。
【００４５】
仮に、すべての大粒子が真球状で同一の粒子径ＤＬを有し、粒子間力が無いため大粒子は凝集せずに単分散すると仮定する。
【００４６】
一定の空間に大粒子を充填し、断熱材を形成すると、空間における大粒子の充填率は、少なくとも単純立方格子に占める大粒子の体積百分率の理論値である５２体積％以上になると見積もられる。この空間とは、断熱材全体において大粒子及び小粒子が占める全体積に相当する。大粒子間に生じた４８体積％のすべての空隙が、内部の細孔サイズが１００ｎｍ以下の小粒子凝集体により充填される場合、この小粒子凝集体が気体伝導による伝熱に対するボトルネックとなり、断熱材全体において気体伝導による伝熱が小さくなる。加えて、小粒子の数をわずかに増やして、大粒子同士の各接点に、２個分の小粒子を直列に挿入すれば、大粒子同士が直接接触しない構造となる。このような構造においては、大粒子から大粒子への固体伝導による伝熱経路は、必ず伝熱抵抗が大きな小粒子の点接合部を通ることとなる。この小粒子の点接合部が、固体伝導による伝熱に対するボトルネックとなるため、断熱材全体において固体伝導による伝熱は小さくなる。
【００４７】
つまり、上記空間内に存在する小粒子凝集体の体積の合計値が上記空間内に存在する全大粒子の体積の理論値５２体積％よりもわずかに大きい場合、断熱材は、気体伝導及び固体伝導の伝熱に対するボトルネックを有する構造となる。
【００４８】
小粒子凝集体のかさ比重は、小粒子のみを加圧成形した断熱材のかさ比重とほぼ等しいと考えることができる。このような小粒子のみを加圧成形した断熱材の空隙率は、概ね９０％程度であり、かさ比重は真比重ＣＳの１０分の１程度であることが知られている。
【００４９】
以上の前提に基づけば、上記空間内に存在する全大粒子の体積の理論値（下限）と、上記空間内に存在する小粒子凝集体の体積の合計値（上限）との比５２：４８は、下記数式（１）で表される。
５２：４８＝（ＭＬ／ＣＬ）：（ＭＳ／０．１ＣＳ） ・・・（１）
【００５０】
大粒子間に生じた全空隙を充填するために必要な小粒子凝集体の質量の合計値ＭＳの下限は、上記式（１）に基づく下記数式（２）で表される。換言すれば、気体伝導及び固体伝導の伝熱に対するボトルネックを有する構造を断熱材内に形成するために必要なＭＳの下限は下記数式（２）で表される。
ＭＳ＝（ＭＬ／ＣＬ）×（４８／５２）×０．１ＣＳ＝ＭＬ×０．０９２（ＣＳ／ＣＬ） ・・・（２）
【００５１】
数式（２）から明らかなように、ＭＳ／ＭＬが０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上であれば、大粒子間に生じた全空隙を充填するために充分な小粒子が断熱材に含有される。断熱材内で大粒子が凝集している場合、大粒子が単分散している場合と同様に、ＭＳ／ＭＬを０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上とすることにより、すべての大粒子凝集体の間の空隙を、小粒子凝集体により充填することが可能である。
【００５２】
なお、ＭＳ／ＭＬが０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上のとき、断熱材が伝熱に対するボトルネックを有する構造となり易い原理は、以上のものに限定されない。
【００５３】
断熱材は、大粒子が小粒子により囲まれたコア−シェル構造を有することが好ましい。つまり、大粒子は小粒子により囲まれており、断熱材の端から端まで大粒子が直接連結している構造が存在しないことが好ましい。この場合、大粒子間に小粒子が介在するため、大粒子間に生じた空隙が小粒子で充填され易く、大粒子同士が直接接触し難い。そのため、断熱材中に固体伝導の大きい伝熱経路が存在せず、断熱材全体の熱伝導率が低くなり易い。断熱材が、コア−シェル構造を有することは、断熱材断面をＦＥ−ＳＥＭで観察することにより、確かめることができる。
【００５４】
断熱材中の大粒子は、分散性が良いほど断熱性能が向上する傾向となるため、単分散していることが好ましい。
【００５５】
また、大粒子及び小粒子は球状の形状を有することが好ましいが、成形性や施工性が損なわれず良好な断熱性が維持できる程度であれば、多面体状の形状を有していてもよい。
【００５６】
本実施態様の断熱材は、無機繊維を含むと、かさ密度の低い断熱材の成形が容易となり、好ましい。
【００５７】
無機繊維の平均太さは１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。無機繊維の平均太さが１μｍ以上であると、無機繊維は飛散し難く、作業性がよい。平均太さが２０μｍ以下であると、無機繊維内の固体伝導による伝熱が抑えられ、断熱性能を確保する意味で好ましい。
【００５８】
無機繊維の平均太さは、ＦＥ−ＳＥＭにより、無機繊維１０００本の太さを求めて、これを平均して求めることができる。
【００５９】
無機繊維の平均太さに対する無機繊維の平均長さの比（アスペクト比）は１０以上であることが、曲げ強度が向上するため、好ましい。アスペクト比が１００以上であると、無機繊維が飛散しにくくなり、より好ましい。無機繊維のアスペクト比は、ＦＥ−ＳＥＭにより測定した無機繊維１０００本の太さ及び長さの平均値から求めることができる。
【００６０】
無機繊維の含有率は、断熱材の全質量を基準として、０．５質量％以上６０質量％以下だと、加圧成形が可能となり、好ましい。無機繊維の含有量が１％以下であると、成形また、無機繊維の含有量が６０質量％より大きいと、圧力によらず加圧成形が困難となる。
【００６１】
断熱性能の観点から、無機繊維の含有量は０．５質量％以上４０質量％以下がより好ましい。小粒子や大粒子、赤外線不透明化粒子との混合を容易にする観点から、無機繊維の含有率は０．５質量％以上２０質量％以下であることが、さらに好ましい。
【００６２】
無機繊維の含有率は、例えば、無機繊維を断熱材から分級することにより、求めることができる。
【００６３】
なお、ここで言う無機繊維とは、無機化合物からなる繊維状のもののことを指す。
【００６４】
無機繊維として例を示すと、ガラス長繊維（フィラメント）（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＣａＯ）、グラスウール（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−Ｎａ２Ｏ）、耐アルカリガラス繊維（ＳｉＯ２−ＺｒＯ２−ＣａＯ−Ｎａ２Ｏ）、ロックウール（バサルトウール）（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｆｅ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＣａＯ）、スラグウール（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＣａＯ）、セラミックファイバー（ムライト繊維）（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）、シリカ繊維（ＳｉＯ２）、アルミナ繊維（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）、チタン酸カリウム繊維、アルミナウィスカー、炭化ケイ素ウィスカー、窒化ケイ素ウィスカー、炭酸カルシウムウィスカー、塩基性硫酸マグネシウムウィスカー、硫酸カルシウムウィスカー（セッコウ繊維）、酸化亜鉛ウィスカー、ジルコニア繊維、炭素繊維、黒鉛ウィスカー、フォスフェート繊維、ＡＥＳ（Ａｌｋａｌｉｎｅ Ｅａｒｔｈ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）ファイバー（ＳｉＯ２−ＣａＯ−ＭｇＯ）、 天然鉱物のウォラストナイト、セピオライト、アタパルジャイト、ブルーサイトなど、従来から知られる無機繊維を挙げることができる。
【００６５】
無機繊維の中でも、特に人体にとって安全である生体溶解性のＡＥＳファイバー（Ａｌｋａｌｉｎｅ Ｅａｒｔｈ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｆｉｂｅｒ）を用いることが好ましい。ＡＥＳファイバーとしては、例えば、ＳｉＯ２−ＣａＯ−ＭｇＯ系の無機質のガラス（無機高分子）が挙げられる。
【００６６】
断熱材には、赤外線不透明化粒子が混合されていることが、高い温度での断熱性能を発現させることから、好ましい。赤外線不透明化粒子とは、赤外線を反射、散乱又は吸収するような材料からなる粒子を指す。断熱材に赤外線不透明化粒子が混合されていると、輻射による伝熱が抑制されるため、特に２００℃以上の高い温度領域での断熱性能が向上する。
【００６７】
赤外線不透明化粒子の例を示すと、酸化ジルコニウム、ケイ酸ジルコニウム、二酸化チタン、鉄チタン酸化物、酸化鉄、酸化銅、炭化ケイ素、金鉱石、二酸化クロム、二酸化マンガン、グラファイトなどの炭素質物質、炭素繊維、スピネル顔料、アルミニウムの粒子、ステンレス鋼の粒子、青銅の粒子、銅／亜鉛合金の粒子、銅／クロム合金の粒子を挙げることができる。従来から赤外線不透明物質として知られる上記の金属粒子又は非金属粒子を、単独で用いてもよく、２種類以上を混合して使用してもよい。
【００６８】
赤外線不透明化粒子としては、特に、酸化ジルコニウム、ケイ酸ジルコニウム、二酸化チタン又は炭化ケイ素を用いることが好ましい。
【００６９】
赤外線不透明化粒子の組成は、小粒子の場合と同様に、ＦＥ−ＳＥＭ ＥＤＸにより求められる。
【００７０】
赤外線不透明化粒子の平均粒子径は、０．５μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。赤外線不透明化粒子の平均粒子径が０．５μｍ以上である場合、２００℃以上での十分な断熱性能を達成し易い。赤外線不透明化粒子の平均粒子径が３０μｍ以下である場合、断熱材における固体伝導が抑制され、２００℃未満での十分な断熱性能を達成し易い。なお、赤外線不透明化粒子の平均粒子径は、小粒子と同じ方法により求められる。
【００７１】
赤外線不透明化粒子の平均粒子径は、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが、無機繊維や小粒子、大粒子との混合が容易となるため、より好ましい。
【００７２】
断熱材中の赤外線不透明化粒子の含有率は、断熱材の全質量を基準として、０質量％超５９．５質量％以下であることが好ましい。赤外線不透明化粒子の含有率が５９．５質量％より大きいと、固体伝導による伝熱が増すため、２００℃未満での断熱性能が低下する傾向がある。２００℃以上での断熱性能を向上させるためには、赤外線不透明化粒子の含有量は、２質量％以上であることが好ましい。
【００７３】
赤外線不透明化粒子の含有率は、２質量％以上３０質量％以下であると、無機繊維や大粒子、小粒子との混合が容易となり、さらに好ましい。
【００７４】
赤外線不透明化粒子の含有率は、例えば、赤外線不透明化粒子のみが含有する元素を、蛍光Ｘ線分析法により定量することで、求めることができる。
【００７５】
本実施形態の断熱材は、高温に曝されても熱収縮が小さい。このような熱収縮は、例えば以下のようにして評価することができる。すなわち、作製した断熱材（成形体）の室温（２５℃）における外寸法及び体積を測定後、断熱材を電気炉を使用して９００℃２４時間加熱する。その後、自然放冷により断熱材を室温まで冷却し、再度外寸法及び体積を測定し、下記数式（３）に基づき、収縮率を求める。これにより、断熱材の熱収縮を評価することができる。
収縮率（％）＝｛（加熱前の成形体の体積）−（加熱後の成形体の体積）｝／（加熱前の成形体の体積）×１００ ・・・（３）
【００７６】
（断熱材の製造方法）
小粒子としては、従来知られる製法で製造されるシリカ成分を有する粒子を使用することができる。例えば、小粒子は、酸性又はアルカリ性の条件下での湿式法により、ケイ酸イオンを縮合して製造された粒子でもよい。小粒子は、湿式法でアルコキシシランを加水分解・縮合して製造されたものでもよい。小粒子は、湿式法で製造されたシリカ成分を焼成して製造されたものでもよい。小粒子は、塩化物などケイ素の化合物を気相で燃焼して製造されたものでもよい。小粒子は、ケイ素金属やケイ素を含む原料を加熱して得られたケイ素ガスを酸化・燃焼して製造されたものでもよい。小粒子は、ケイ石などを溶融して製造されたものでもよい。
【００７７】
小粒子に含まれるシリカ成分以外の成分としては、上記の製法において原料中に不純物として存在しているものを利用してもよい。シリカ成分以外の成分を、製造プロセス中に意図的に原料に添加してもよい。
【００７８】
小粒子として用いるシリカとしては、従来から知られる製法で製造された下記のシリカが好適に使用される。
【００７９】
＜湿式法で合成されるシリカ＞
ケイ酸ナトリウムを原料に酸性で作られるゲル法シリカ。
ケイ酸ナトリウムを原料にアルカリ性で作られる沈降法シリカ。
アルコキシシランの加水分解・縮合で合成されるシリカ。
【００８０】
＜乾式法で合成されるシリカ＞
ケイ素の塩化物を燃焼して作られるヒュームドシリカ。
ケイ素金属ガスを燃焼して作られるシリカ。
フェロシリコン製造時などに副生するシリカヒューム。
アーク法やプラズマ法で製造されるシリカ。
ケイ石を溶融して作られる溶融シリカなど。
【００８１】
上記のシリカのうち、小粒子としては、ヒュームドシリカを用いることがより好ましい。
【００８２】
大粒子としては、天然の硅石を破砕した硅石粉末が好適に用いられる。硅石粉末は、例えば、天然の硅石から、粘土類などの夾雑物を除去したあと、各種方法により粉砕し、焼成し、さらに細かく粉砕した後、分級することにより、製造される。
【００８３】
断熱材は、小粒子と大粒子とを混合することにより製造される。さらに使用状況に応じて、この混合体に無機繊維や赤外線不透明化粒子を添加して形成した粉体を断熱材として用いてもよい。この粉体を加圧成形したものを断熱材として用いてもよい。
【００８４】
小粒子、大粒子、赤外線不透明化粒子及び無機繊維は、粉体の混合に用いられる各種の混合機を使用して混合することができる。公知の混合機としては、例えば、容器回転型（容器自体が回転、振動、揺動する）として水平円筒型、Ｖ型（攪拌羽根が付いていてもよい）、ダブルコーン型、立方体型及び揺動回転型、機械撹拌型（容器は固定され、羽根などで撹拌する）として、単軸リボン型、複軸パドル型、回転鋤型、二軸遊星攪拌型、円錐スクリュー型、高速撹拌型、回転円盤型、ローラー付き回転容器型、撹拌付き回転容器型、高速楕円ローター型、流動撹拌型（空気、ガスによって撹拌する）として、気流撹拌型、重力による無撹拌型が挙げられる。これらの混合機を組み合わせて使用してもよい。
【００８５】
小粒子、大粒子、赤外線不透明化粒子及び無機繊維の混合は、従来から粉体の粉砕に用いられる各種の粉砕機を使用して、粒子を粉砕したり、無機繊維を裁断したり、粒子や無機繊維の分散性を向上させながら行ってもよい。従来から知られる粉砕機としては、ロールミル（高圧圧縮ロールミル、ロール回転ミル）、スタンプミル、エッジランナー（フレットミル、チリアンミル）、切断・せん断ミル（カッターミルなど）、ロッドミル、自生粉砕機（エロフォールミル、カスケードミルなど）、竪型ローラーミル（リングローラーミル、ローラーレスミル、ボールレースミル）、高速回転ミル（ハンマーミル、ケージミル、ディスインテグレーター、スクリーンミル、ディスクピンミル）、分級機内蔵型高速回転ミル（固定衝撃板型ミル、ターボ型ミル、遠心分級型ミル、アニュラー型ミル）、容器駆動媒体ミル（転動ボールミル（ポットミル、チューブミル、コニカルミル）、振動ボールミル（円形振動ミル、旋動振動ミル、遠心ミル）、遊星ミル、遠心流動化ミル）、媒体撹拌式ミル（塔式粉砕機、撹拌槽式ミル、横型流通槽式ミル、竪型流通槽式ミル、アニュラーミル）、気流式粉砕機（気流吸込型、ノズル内通過型、衝突型、流動層ジェット吹込型）、圧密せん断ミル（高速遠心ローラーミル、インナーピース式）、乳鉢、石臼などが挙げられる。これらの粉砕機を組み合わせて使用してもよい。
【００８６】
これらの混合機と粉砕機のうち、高速回転ミル、分級機内蔵型高速回転ミル、媒体撹拌式ミル、圧密せん断ミル、石臼が、粒子や無機繊維の分散性が向上するため、好ましい。
【００８７】
断熱材は、金型プレス成形法（ラム式加圧成形法）、ラバープレス法（静水圧成形法）、押出成形法など、従来から知られるセラミックス加圧成形法によって成形することができる。生産性の観点から、金型プレス成形法が好ましい。
【００８８】
金型プレス成形法やラバープレス法において粉末状の断熱材を型に充填するときには、粉末状の断熱材に振動を与えるなどして、均一に充填することが、断熱材成形体の厚みが均一となるため、好ましい。
【００８９】
型内を減圧・脱気しながら粉末状の断熱材を型に充填すると、粉体を短時間で充填できるため、生産性の観点から好ましい。
【００９０】
加圧成形中又は加圧成形後の断熱材を、断熱材の耐熱性が十分である温度や時間の条件の範囲内で、断熱材が構造変化しないように加熱乾燥し、断熱材中の吸着水を除去した後、実用に供すると、熱伝導率が低くなるため、好ましい。
【実施例】
【００９１】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００９２】
［実施例１］
実施例１では、大粒子として、シリカパウダー＃３００（商品名、竹折砿業所株式会社製）を用いた。小粒子として、ヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０（商品名、旭化成ワッカーシリコーン株式会社製）を用いた。
【００９３】
シリカパウダー＃３００に内部標準物質としてシリコンを２０質量％添加し、粉末Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ ２５００（商品名、株式会社リガク製）を使用して粉末Ｘ線回折測定（ＣｕＫａ１線、回折角２θ：２０°〜７０°）を行ったところ、図２に示すとおり、ＪＣＰＤＦカード番号４６−１０４５に記載されている、石英の回折パターンを有していた。また、内部標準物質であるシリコンの２θ＝２８．４４２°に現れる（１１１）のピーク面積をＳｂ、石英に帰属されるピークのうち、２θ＝２０．８５９°、２６．６３９°に現れるそれぞれ（１００）、（１０１）の合計ピーク面積をＳＱとした時、ＳＱとＳｂの比ＳＱ／Ｓｂは４．２であり、シリカパウダー＃３００が石英の結晶構造を有するものであることが確認できた。
【００９４】
各粒子の平均粒子径を、ＦＥ−ＳＥＭ装置Ｓ−４７００（商品名、日立ハイテクフィールディング製）を使用してより求めた。シリカパウダー＃３００の平均粒子径は６μｍであった。ヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０の平均粒子径は１４ｎｍであった。
【００９５】
メーカーの分析値によると、ヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０中のシリカの含有率は１００質量％であった。
【００９６】
自動湿式真密度測定器オートトゥルーデンサーＭＡＴ−７０００（商品名、セイシン企業製）を使用し、各粒子の真比重を求めた。シリカパウダー＃３００の真比重ＣＬは２．６であり、ヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０の真比重ＣＳは２．２であった。これより、実施例１における０．０９２ＣＳ／ＣＬは０．０７８であった。
【００９７】
３４５ｇのシリカパウダー＃３００と、１１５ｇのヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０を、ボールミルを使用して均一に混合して、実施例１の混合粉末（粉末状の断熱材）を調製した。ヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０の質量の合計値ＭＳは１１５ｇであり、シリカパウダー＃３００の質量の合計値ＭＬは３４５ｇであることから、比率ＭＳ／ＭＬは０．３３であった。
【００９８】
上記の混合粉末４１５ｇを、内寸が縦２０ｃｍ、横２０ｃｍの金型を使用して加圧成形を行い、縦２０ｃｍ、横２０ｃｍ、厚み２０ｍｍの成形体を得た。
【００９９】
実施例１の断熱材には、成形欠陥は見られなかった。この断熱材の２５℃での熱伝導率を、熱伝導率測定装置オートΛ ＨＣ−０７４ ２００（商品名、英弘精機株式会社製）を利用して測定した。実施例１の断熱材の熱伝導率は、０．０３１Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１００】
室温（２５℃）における成形体の寸法を測定後、電気炉を使用して成形体を９００℃２４時間加熱した。その後、自然放冷により成形体を室温まで冷却し、再度寸法を測定した。成形体の収縮率を、下記数式（３）に従って算出したところ、０．９％であった。
収縮率（％）＝｛（加熱前の成形体の体積）−（加熱後の成形体の体積）｝／（加熱前の成形体の体積）×１００ ・・・（３）
【０１０１】
［実施例２］
７８２ｇのシリカパウダー＃３００と、６８ｇのヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０とを、実施例１と同様にして混合して、実施例２の混合粉末を調製した。実施例２における比率ＭＳ／ＭＬは０．０８７であった。
【０１０２】
実施例２の混合粉末８００ｇを、実施例１と同様にして加圧成形し、厚み２０ｍｍの成形体を得た。実施例２の成形体に成形欠陥は見られなかった。
【０１０３】
実施例２の成形体の２５℃での熱伝導率を、実施例１と同様にして測定した。実施例２の成形体の熱伝導率は、０．０４５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１０４】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、０．８％であった。
【０１０５】
［実施例３］
５０ｇのシリカパウダー＃３００と、１５０ｇのヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０を、実施例１と同様にして混合して、実施例３の混合粉末を調製した。実施例３における比率ＭＳ／ＭＬは３．０であった。
【０１０６】
実施例３の混合粉末１８７ｇを、実施例１と同様にして加圧成形し、厚み２０ｍｍの成形体を得た。実施例３の成形体に成形欠陥は見られなかった。
【０１０７】
実施例３の成形体の２５℃での熱伝導率を、実施例１と同様にして測定した。実施例３の成形体の熱伝導率は、０．０２０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１０８】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、０．９％であった。
【０１０９】
［実施例４］
シリカパウダー＃３００の代わりに、シリカパウダー（特）（商品名、竹折砿業所株式会社製）を使用した他は、実施例１と同様にして混合して、実施例４の混合粉末を調製した。実施例４における比率ＭＳ／ＭＬは０．３３であった。
【０１１０】
シリカパウダー（特）の粉末Ｘ線回折測定を、実施例１と同様にして行ったところ、ＳＱ／Ｓｂは５．３であり、シリカパウダー（特）が石英の結晶構造を有するものであることが確認できた。
【０１１１】
実施例１と同様にしてシリカパウダー（特）の平均粒子径及び真比重を測定したところ、それぞれ２５μｍ、２．６であった。これより、実施例４における０．０９２ＣＳ／ＣＬは０．０７８であった。
【０１１２】
実施例４の混合粉末４５０ｇの混合粉体を、実施例１と同様にして加圧成形し、厚さ２０ｍｍの成形体を得た。実施例４の成形体に成形欠陥は見られなかった。
【０１１３】
実施例４の成形体の２５℃での熱伝導率を、実施例１と同様にして測定した。実施例４の成形体の熱伝導率は、０．０３２Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１１４】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、１．０％であった。
【０１１５】
［実施例５］
シリカパウダー＃３００の代わりに、ＣＭシリカフラワーＭ（商品名、竹折砿業所株式会社製）を使用した他は、実施例１と同様にして粉体を混合し、実施例５の混合粉末を調製した。実施例５における比率ＭＳ／ＭＬは０．３３であった。
【０１１６】
ＣＭシリカフラワーＭの粉末Ｘ線回折測定を、実施例１と同様にして行ったところ、ＳＱ／Ｓｂは５．９であり、ＣＭシリカフラワーＭが石英の結晶構造を有するものであることが確認できた。
【０１１７】
実施例１と同様にしてＣＭシリカフラワーＭの平均粒子径及び真比重を測定したところ、それぞれ２０μｍ、２．６であった。これより、実施例５における０．０９２ＣＳ／ＣＬは０．０７８であった。
【０１１８】
実施例５の混合粉末４２５ｇを、実施例１と同様にして加圧成形し、厚み２０ｍｍの成形体を得た。実施例５の成形体に成形欠陥は見られなかった。
【０１１９】
実施例５の成形体の２５℃での熱伝導率を、実施例１と同様に測定した。実施例５の成形体の熱伝導率は、０．０３２Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１２０】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、０．８％であった。
【０１２１】
［実施例６］
シリカパウダー＃３００の代わりに、高純度シリカパウダーＴ−５０（商品名、竹折砿業所株式会社製）を使用した他は、実施例１と同様にして粉体を混合し、実施例６の混合粉末を調製した。実施例６における比率ＭＳ／ＭＬは０．３３であった。
【０１２２】
高純度シリカパウダーＴ−５０の粉末Ｘ線回折測定を、実施例１と同様にして行ったところ、ＳＱ／Ｓｂは６．０であり、高純度シリカパウダーＴ−５０が石英の結晶構造を有するものであることが確認できた。
【０１２３】
実施例１と同様にして高純度シリカパウダーＴ−５０の平均粒子径及び真比重を測定したところ、それぞれ１０μｍ、２．６であった。これより、実施例６における０．０９２ＣＳ／ＣＬは０．０７８であった。
【０１２４】
実施例６の混合粉末４２０ｇを実施例１と同様にして加圧成形し、厚み２０ｍｍの成形体を得た。実施例６の成形体に成形欠陥は見られなかった。
【０１２５】
実施例６の成形体の２５℃での熱伝導率を、実施例１と同様にして測定した。実施例６の成形体の熱伝導率は、０．０３１Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１２６】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、０．９％であった。
【０１２７】
［実施例７］
４８０ｇのシリカパウダー＃３００と、１６０ｇのヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０と、無機繊維である４０ｇのセラミックファイバーのＳＣバルク１２６０（商品名、新日本サーマルセラミックス株式会社製）と、１２０ｇの赤外不透明化粒子であるケイ酸ジルコニウムのミクロパックスＳ（商品名、ハクスイテック株式会社製）を、Ｍ２０汎用ミル（商品名、ＩＫＡジャパン株式会社製）を使用して均一に混合し、実施例７の混合粉末（粉末状の断熱材）を調製した。実施例７における比率ＭＳ／ＭＬは０．３３であった。
【０１２８】
ＳＣバルク１２６０の平均太さを、ＦＥ−ＳＥＭ装置Ｓ−４７００を使用して求めたところ、３μｍであった。また、実施例１と同様にして、ミクロパックスＳの平均粒径を求めたところ１μｍであった。
【０１２９】
この混合粉末を３８６ｇずつ使用して、内径が直径３０ｃｍの円筒型の金型を使用して加圧成形を行い、直径３０ｃｍ、厚み２０ｍｍの円板状の成形体を２枚得た。実施例７の断熱材に成形欠陥は見られなかった。
【０１３０】
この２枚の成形体を用いて、４００℃での熱伝導率を、保護熱板法熱伝導率測定装置（英弘精機株式会社製）を利用して測定した。円板状の成形体の熱伝導率は、０．０４５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１３１】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、０．８％であった。
【０１３２】
［実施例８］
３４５ｇのシリカパウダーＡ−３（商品名、竹折砿業所株式会社製）と、１１５ｇのヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０を、ロータリークラッシャーＮＲ−０８（商品名、三庄イインダストリー株式会社製）を使用して短時間で均一に混合して、実施例８の混合粉末（粉末状の断熱材）を調製した。実施例８における比率ＭＳ／ＭＬは０．３３であった。
【０１３３】
シリカパウダーＡ−３の粉末Ｘ線回折測定を、実施例１と同様にして行ったところ、ＳＱ／Ｓｂは５．３であり、シリカパウダーＡ−３が石英の結晶構造を有するものであることが確認できた。
【０１３４】
実施例１と同様にしてシリカパウダーＡ−３の平均粒子径及び真比重を測定したところ、それぞれ５０μｍ、２．６であった。これより、実施例８における０．０９２ＣＳ／ＣＬは０．０７８であった。
【０１３５】
実施例８の混合粉末４４０ｇを、実施例１と同様にして加圧成形し、厚み２０ｍｍの成形体を得た。実施例８の成形体に成形欠陥は見られなかった。
【０１３６】
実施例８の成形体の２５℃での熱伝導率を、実施例１と同様に測定した。実施例８の成形体の熱伝導率は、０．０４５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１３７】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、０．５％であった。
【０１３８】
［実施例９］
６００ｇのシリカパウダー＃３００と、１５０ｇのヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０とを、実施例１と同様にして混合して、実施例９の混合粉末を調製した。実施例９における比率ＭＳ／ＭＬは０．２５であった。
【０１３９】
実施例９の混合粉末７２７ｇを、実施例１と同様にして加圧成形し、厚み２０ｍｍの成形体を得た。実施例９の成形体に成形欠陥は見られなかった。
【０１４０】
実施例９の成形体の２５℃での熱伝導率を、実施例１と同様にして測定した。実施例９の成形体の熱伝導率は、０．０４０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１４１】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、０．７％であった。
【０１４２】
［比較例１］
１０７ｇのヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０を、実施例１と同様にして加圧成形し、厚み２０ｍｍの成形体を得たところ、成形体には、成形欠陥が見られ、取り出す際に成形体の一部が破損した。そのため成形体の熱伝導率及び収縮率の評価をすることができなかった。
【０１４３】
［比較例２］
２７０ｇのシリカヒュームＥＦＡＣＯ（商品名、巴工業株式会社製）と、９０ｇのヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０を、実施例１と同様にして混合し、比較例２の混合粉末を調製した。
【０１４４】
シリカヒュームＥＦＡＣＯの粉末Ｘ線回折測定を、実施例１と同様に行ったところ、図３に示すとおり、ブロードなチャートとなり、石英に帰属されるピークは検出されなかった。
【０１４５】
比較例２の混合粉末３２２ｇを実施例１と同様にして加圧成形し、厚み２０ｍｍの成形体を得た。比較例２の成形体に成形欠陥は見られなかった。
【０１４６】
比較例２の成形体の２５℃での熱伝導率を、実施例１と同様にして測定した。比較例２の成形体の熱伝導率は、０．０２７Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１４７】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、１２％であった。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明は、高温でも熱収縮が少なく、かつ優れた断熱性能を有するため、断熱材として好適に使用できる。
【符号の説明】
【０１４９】
Ｓ・・・小粒子、Ｌ・・・大粒子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
室温での空気分子の平均自由行程は約１００ｎｍである。したがって、直径１００ｎｍ以下の空隙を有する多孔質体内では、空気による対流や伝導による伝熱が抑制されるため、このような多孔質体は優れた断熱作用を示す。
【０００３】
この断熱作用の原理に従い、超微粒子を断熱材に用いることで、熱伝導率の極めて低い断熱材が得られることが知られている。例えば、下記特許文献１には、微孔性絶縁物質、赤外線遮断剤、粒状の絶縁性フィラー物質の混合物からなる、断熱材とその製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５３３４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者が特許文献１に記載の断熱材の挙動を調べたところ、高温使用時（例えば９００℃２４時間加熱）における体積変化（熱膨張、熱収縮）が大きいことが分かった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、高温での熱収縮が小さい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】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決するため、鋭意研究を重ねた結果、下記の特徴を有する断熱材は、高温での熱収縮が小さいことを見出し、本発明を成すに至った。
【０００８】
本発明の断熱材は、シリカを含む第一の無機化合物からなる複数の小粒子と、石英の結晶構造を有する第二の無機化合物からなり、小粒子よりも粒子径が大きい複数の大粒子と、を備える。本発明の断熱材は、高温での熱収縮が小さい。
【０００９】
上記本発明では、複数の小粒子の比重をＣＳ、複数の小粒子の質量の合計値をＭＳ、複数の大粒子の比重をＣＬ、複数の大粒子の質量の合計値をＭＬ、としたときに、ＭＬに対するＭＳの比率ＭＳ／ＭＬが０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上３以下であることが好ましい。これにより、かさ密度が低く、施工性が良好な断熱材を得易くなる。
【００１０】
また、小粒子の平均粒子径ＤＳが５ｎｍ以上５０ｎｍ未満であり、大粒子の平均粒子径ＤＬが５０ｎｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。これらの小粒子及び大粒子を用いた場合、優れた断熱性能を達成しやすい。
【００１１】
上記本発明の断熱材は、大粒子が小粒子により囲まれたコア−シェル構造を有することが好ましい。この場合、断熱材の熱伝導率が低下し、断熱性能が向上し易い。
【００１２】
上記本発明の断熱材は、無機繊維をさらに含有することが好ましい。そして、小粒子及び大粒子の含有量の合計値が、断熱材の全質量を基準として、４０質量％以上９９．５質量％以下であり、無機繊維の含有量が、断熱材の全質量を基準として、０．５質量％以上６０質量％以下であることが好ましい。これにより、粒子の付着力と無機繊維のからみあいの効果により、低圧での加圧成形が可能となるため、かさ密度が小さくなりやすい。
【００１３】
上記本発明では、小粒子及び大粒子、無機繊維以外に、赤外線不透明化粒子を含んでも、効果を発現することは可能である。この場合、平均粒子径が０．５μｍ以上３０μｍ以下である赤外線不透明化粒子の含有率が、断熱材の全質量を基準として、０質量％超５９．５質量％以下であることが好ましい。赤外線不透明化粒子を含有する断熱材では、輻射による伝熱が抑制されるため、特に高い温度での断熱性能を必要とする場合に好ましい。
【００１４】
上記本発明では、無機繊維は生体溶解性を有することが好ましい。生体溶解性の無機繊維を用いた断熱材は、生体に対して非溶解性の無機繊維（セラミック繊維等）を用いた断熱材に比べて、人体にとって安全である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高温での熱収縮の小さい断熱材を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る断熱材の断面模式図である。
【図２】シリカパウダー＃３００の粉末Ｘ線回折測定結果を示すチャート図である。
【図３】シリカヒュームＥＦＡＣＯの粉末Ｘ線回折測定結果を示すチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。なお、図面において、同一の要素については同一の符号を付し、同一の要素の符号の一部は省略する。各粒子の位置関係及び寸法比は図面に示すものに限定されない。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る断熱材の断面模式図である。
【００１９】
（断熱材）
本実施形態の断熱材は、複数の小粒子Ｓと、小粒子Ｓよりも大きい複数の大粒子Ｌとを含有する。断熱材内において、小粒子Ｓ及び大粒子Ｌは混合しており、図１に示すように小粒子Ｓが大粒子Ｌを取り囲むように大粒子Ｌの表面に付着している。小粒子Ｓはシリカを含む第一の無機化合物からなる。小粒子Ｓの比重はＣＳである。大粒子Ｌは、石英の結晶構造を有する第二の無機化合物からなる。大粒子Ｌの比重はＣＬである。
【００２０】
小粒子の比重ＣＳ及び大粒子の比重ＣＬは、ピクノメーター法により求められる真比重を指す。成形欠陥の抑制及び断熱性向上の観点から、好ましいＣＳは２．０以上４．０以下である。２．０以上３．０以下であると、断熱材のかさ密度が小さくなるため、より好ましい。２．０以上２．５以下であると、小粒子のかさ密度が小さいため、大粒子との混合時において、より小さな動力で混合が可能となるため、生産性が向上し、さらに好ましい。
【００２１】
大粒子の比重ＣＬは、２．０以上３．０以下であると、断熱材のかさ密度が小さいため、好ましい。ＣＬが２．０以上２．９以下であると、小粒子との比重差が小さく、小粒子との均一混合が容易であるため、好ましい。ＣＬは、２．１以上２．８以下であると、小粒子との比重差がさらに小さく、貯蔵や輸送において小粒子と大粒子の分離が起こりにくいため、より好ましい。
【００２２】
小粒子の平均粒子径ＤＳは５ｎｍ以上５０ｎｍ未満であることが好ましい。平均粒子径ＤＳは、小粒子１０００個を電界放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で観察し、その等面積円相当径を求めることにより、確認することができる。
【００２３】
小粒子の平均粒子径ＤＳが５ｎｍよりも小さいと、ＤＳが上記の数値範囲内である場合に比べて、小粒子が化学的に不安定である傾向があり、断熱性能が安定し難い傾向がある。ＤＳが５０ｎｍ以上であると、ＤＳが上記の数値範囲内である場合に比べて、小粒子同士の接触面積が大きくなり、断熱材の固体伝導による伝熱が増し、断熱性能が不十分となる傾向がある。
【００２４】
小粒子の平均粒子径ＤＳは、５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であると、小粒子と大粒子の粒径の差が大きくなり、大粒子の小粒子に対する分散が容易となり、より好ましい。ＤＳが５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であると、粒子の付着力が増して、断熱材からの粒子の脱落が減少し、さらに好ましい。
【００２５】
小粒子を構成する第一の無機化合物はシリカを含有する。第一の無機化合物におけるシリカの含有率は、５０質量％以上であると、断熱材の固体伝導による伝熱が小さくなるため、好ましい。第一の無機化合物は、シリカを７５質量％以上含むと、粒子の付着力が増して、断熱材からの粒子の脱落が減少するため、より好ましい。なお、本発明においてシリカとは、組成式ＳｉＯ２で表される成分を指す。第一の無機化合物は、純粋な二酸化ケイ素であってもよく、Ｓｉ及び種々の他元素との塩や複合酸化物であってもよく、水酸化物のような含水酸化物であってもよい。第一の無機化合物が、シラノール基を有していてもよい。第一の無機化合物は、結晶質であっても、非晶質であっても、それらの混合体であってもよいが、非晶質であると、断熱材中の固体伝導による伝熱が小さくなり、断熱性能が向上するため、好ましい。
【００２６】
第一の無機化合物の具体例としては、下記のものが挙げられる。
シリカや石英と呼ばれるケイ素の酸化物。
ケイ素の部分酸化物。
シリカアルミナやゼオライトのようなケイ素の複合酸化物。
Ｎａ，Ｃａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｂａ，Ｃｅ，Ｂ，Ｆｅ及びＡｌ等のいずれかのケイ酸塩（ガラス）。
ケイ素以外の元素の酸化物，部分酸化物，塩又は複合酸化物（アルミナやチタニア等）と、ケイ素の酸化物，部分酸化物，塩又は複合酸化物との混合体。
ＳｉＣやＳｉＮの酸化物。
【００２７】
小粒子がシリカを含有することは、例えば、小粒子を断熱材より分級して固体Ｓｉ−ＮＭＲ測定を行い、Ｑ４構造を検出することで、確認することができる。小粒子におけるシリカの含有量は、例えば、電界放射型走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＦＥ−ＳＥＭ ＥＤＸ）により、求めることができる。
【００２８】
第一の無機化合物は、断熱材の使用される温度において、熱的に安定であることが好ましい。具体的には、断熱材の使用最高温度において１時間保持したときに、第一の無機化合物の重量が１０％以上減少しないことが好ましい。また、第一の無機化合物は耐水性を有することが好ましい。具体的には、２５℃の水１００ｇに対する第一の無機化合物の溶解量が０．１ｇ未満であることが好ましく、０．０１ｇ未満であることがより好ましい。
【００２９】
大粒子を構成する第二の無機化合物は、石英の結晶構造を有する。本明細書中、「石英の結晶構造を有する」か否かは、ＪＣＰＤＦカード番号４６−１０４５に記載されている回折パターンに基づき判断される。具体的には、分級された大粒子に、内部標準物質としてシリコン（Ｓｉ）を添加したサンプルを調整し、ＣｕＫａ１線を用いて、回折角２θが２０°から７０°の範囲で粉末Ｘ線回折（以下、ＸＲＤという）を測定し、石英に帰属されるピークを検出する。そして、内部標準物質であるシリコンの２θ＝２８．４４２°に現れる（１１１）のピーク面積をＳｂ、石英に帰属されるピークのうち、２θ＝２０．８５９°、２６．６３９°に現れるそれぞれ（１００）、（１０１）の合計ピーク面積をＳＱとした時、ＳＱとＳｂの比ＳＱ／Ｓｂが１以上である場合に、第二の無機化合物が石英の結晶構造を有するものとする。内部標準物質であるシリコンは、２θ＝２８．４４２°に現れる（１１１）のピークについて、シェラーの式から求められる結晶子サイズが５ｎｍ以上のものを使用する。
【００３０】
ＳＱ／Ｓｂは、断熱材の強度が向上する観点から２以上がより好ましく、混合時に大粒子の磨耗が少ない観点から、３以上が更に好ましい。
【００３１】
第二の無機化合物は、石英である二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の他に、構成成分として不純物を含んでいても構わない。第二の無機化合物がＳｉＯ２を８５％以上含むと、断熱材の熱収縮が小さくなり、好ましい。ＳｉＯ２を９０％以上含むと、小粒子と大粒子との付着性が向上するため、より好ましい。ＳｉＯ２を９５％以上含むと、断熱材成形体のかさ比重が小さいため、最も好ましい。
【００３２】
第二の無機化合物は、アルミニウムを、酸化アルミ（Ａｌ２Ｏ３）換算で２００ｐｐｍ以上１０％以下含んでいると、断熱材の熱収縮が小さいため、好ましい。酸化アルミを２００ｐｐｍ以上５％以下含んでいると、小粒子との付着性が高いため、より好ましい。酸化アルミを２００ｐｐｍ％以上３％以下含むと、断熱材成形体のかさ比重が小さくなるため、最も好ましい。
【００３３】
断熱材の熱収縮の観点で、第二の無機化合物はＮａ２ＯとＫ２Ｏを含み、Ｎａ２Ｏの含有量が０．５％以下であり、かつＮａ２ＯとＫ２Ｏの含有量の合計が２％以下であるのが好ましい。Ｎａ２Ｏの含有量が０．２％以下であり、かつＮａ２ＯとＫ２Ｏの含有量の合計が１％以下であると、小粒子との付着性が高いため、より好ましい。Ｎａ２Ｏの含有量が０．２％以下であり、かつＮａ２ＯとＫ２Ｏの含有量の合計が０．５％以下であると、断熱材成形体のかさ比重が小さいため、最も好ましい。
【００３４】
好ましい第二の無機化合物の具体例としては、破砕した硅石が挙げられる。
【００３５】
大粒子の平均粒子径ＤＬは５０ｎｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。ＤＬは、前述のＤＳと同じ方法により求められる。ＤＬが５０ｎｍより小さいと、ＤＬが上記の数値範囲内である場合に比べて、断熱材におけるスプリングバックが大きくなる傾向がある。ＤＬが５０μｍより大きいと、かさ密度が大きくなる傾向がある。
【００３６】
大粒子の平均粒子径ＤＬは、５０ｎｍ以上３０μｍ以下がより好ましい。この平均粒子径を示す大粒子は、無機繊維や赤外線不透明化粒子との均一な混合が容易である。ＤＬは、５０ｎｍ以上２０μｍ以下であると、粒子の付着力が増し、断熱材からの粒子の脱落が少ないため、さらに好ましい。
【００３７】
ＤＬがＤＳの２倍以上であると、成形欠陥が起こりにいため、好ましい。ＤＬがＤＳの３倍以上であると、小粒子と大粒子の混合粉体のかさ比重が大きく、粉体体積が小さいため作業性が高いので、より好ましい。ＤＬはＤＳの４倍以上であると、小粒子と大粒子の粒径の差が大きくなり、大粒子の小粒子に対する分散が容易となり、さらに好ましい。
【００３８】
本発明者は、断熱材に含まれる全小粒子の質量の合計値ＭＳと断熱材に含まれる全大粒子の質量の合計値ＭＬとの比率ＭＳ／ＭＬが、０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上３以下であると、成形欠陥が発生せず、かつ十分な断熱性能を有する断熱材が得られ易い傾向があることを見出した。
【００３９】
ＭＳ／ＭＬが、０．０９２ＣＳ／ＣＬ未満であると、断熱性能が不十分となる傾向がある。また、ＭＳ／ＭＬが３より大きいと、断熱材に成形欠陥が発生する傾向がある。
【００４０】
ＭＳ／ＭＬは、例えば、断熱材に含まれる小粒子及び大粒子を分級して、それぞれの質量を測定し、小粒子の質量を大粒子の質量で除することにより、求められる。
【００４１】
ＭＳ／ＭＬは、０．２５ＣＳ／ＣＬ以上２以下であることが、混合が容易となるため、より好ましい。ＭＳ／ＭＬは、０．２５ＣＳ／ＣＬ以上１以下であると、小粒子と大粒子の混合粉体を加圧成形する際に、混合粉体と成形体の体積差が小さくなり、加圧成形が容易となるため、さらに好ましい。
【００４２】
断熱材内で粒子の付着力が発現するメカニズムは明らかではないが、一般的に、粒径がＤ１、Ｄ２の二粒子間の付着力Ｆは、定数Ａ、粒子表面間距離ｚを用いて、Ｆ＝−Ａ×Ｄ１Ｄ２／（Ｄ１＋Ｄ２）／（１２ｚ２）と表わされることが知られている。このため、Ｄ１とＤ２がほぼ同じである場合よりも、Ｄ１とＤ２に差があるほうが、付着力が強くなる。このため、小粒子と大粒子を所定の比率で混合した粉体は、付着力が強くなり、低圧での加圧成形が可能となると推測される。
【００４３】
本発明者は、小粒子及び大粒子の混合体を用いて断熱材を作製し、その熱伝導率とＭＳ／ＭＬの関係を詳細に調べた。その結果、ＭＳ／ＭＬが０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上３以下の範囲では、断熱材の熱伝導率は十分小さく、かつＭＳ／ＭＬの減少量に対する熱伝導率の増加量（熱伝導率の増加率）も小さいことを本発明者らは発見した。さらに、本発明者らは、ＭＳ／ＭＬが０．０９２ＣＳ／ＣＬ未満の範囲では、ＭＳ／ＭＬの減少に従い熱伝導率が増加する傾向があることを見出した。この理由は明らかではないが、ＭＳ／ＭＬが０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上の領域では、断熱材が、気体伝導と固体伝導の伝熱に対するボトルネックを有する構造をとり易いためであると考えられる。
【００４４】
以下に、ＭＳ／ＭＬが０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上のとき、断熱材中に伝熱に対するボトルネックが発生する構造となり易い原理を説明する。
【００４５】
仮に、すべての大粒子が真球状で同一の粒子径ＤＬを有し、粒子間力が無いため大粒子は凝集せずに単分散すると仮定する。
【００４６】
一定の空間に大粒子を充填し、断熱材を形成すると、空間における大粒子の充填率は、少なくとも単純立方格子に占める大粒子の体積百分率の理論値である５２体積％以上になると見積もられる。この空間とは、断熱材全体において大粒子及び小粒子が占める全体積に相当する。大粒子間に生じた４８体積％のすべての空隙が、内部の細孔サイズが１００ｎｍ以下の小粒子凝集体により充填される場合、この小粒子凝集体が気体伝導による伝熱に対するボトルネックとなり、断熱材全体において気体伝導による伝熱が小さくなる。加えて、小粒子の数をわずかに増やして、大粒子同士の各接点に、２個分の小粒子を直列に挿入すれば、大粒子同士が直接接触しない構造となる。このような構造においては、大粒子から大粒子への固体伝導による伝熱経路は、必ず伝熱抵抗が大きな小粒子の点接合部を通ることとなる。この小粒子の点接合部が、固体伝導による伝熱に対するボトルネックとなるため、断熱材全体において固体伝導による伝熱は小さくなる。
【００４７】
つまり、上記空間内に存在する小粒子凝集体の体積の合計値が上記空間内に存在する全大粒子の体積の理論値５２体積％よりもわずかに大きい場合、断熱材は、気体伝導及び固体伝導の伝熱に対するボトルネックを有する構造となる。
【００４８】
小粒子凝集体のかさ比重は、小粒子のみを加圧成形した断熱材のかさ比重とほぼ等しいと考えることができる。このような小粒子のみを加圧成形した断熱材の空隙率は、概ね９０％程度であり、かさ比重は真比重ＣＳの１０分の１程度であることが知られている。
【００４９】
以上の前提に基づけば、上記空間内に存在する全大粒子の体積の理論値（下限）と、上記空間内に存在する小粒子凝集体の体積の合計値（上限）との比５２：４８は、下記数式（１）で表される。
５２：４８＝（ＭＬ／ＣＬ）：（ＭＳ／０．１ＣＳ） ・・・（１）
【００５０】
大粒子間に生じた全空隙を充填するために必要な小粒子凝集体の質量の合計値ＭＳの下限は、上記式（１）に基づく下記数式（２）で表される。換言すれば、気体伝導及び固体伝導の伝熱に対するボトルネックを有する構造を断熱材内に形成するために必要なＭＳの下限は下記数式（２）で表される。
ＭＳ＝（ＭＬ／ＣＬ）×（４８／５２）×０．１ＣＳ＝ＭＬ×０．０９２（ＣＳ／ＣＬ） ・・・（２）
【００５１】
数式（２）から明らかなように、ＭＳ／ＭＬが０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上であれば、大粒子間に生じた全空隙を充填するために充分な小粒子が断熱材に含有される。断熱材内で大粒子が凝集している場合、大粒子が単分散している場合と同様に、ＭＳ／ＭＬを０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上とすることにより、すべての大粒子凝集体の間の空隙を、小粒子凝集体により充填することが可能である。
【００５２】
なお、ＭＳ／ＭＬが０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上のとき、断熱材が伝熱に対するボトルネックを有する構造となり易い原理は、以上のものに限定されない。
【００５３】
断熱材は、大粒子が小粒子により囲まれたコア−シェル構造を有することが好ましい。つまり、大粒子は小粒子により囲まれており、断熱材の端から端まで大粒子が直接連結している構造が存在しないことが好ましい。この場合、大粒子間に小粒子が介在するため、大粒子間に生じた空隙が小粒子で充填され易く、大粒子同士が直接接触し難い。そのため、断熱材中に固体伝導の大きい伝熱経路が存在せず、断熱材全体の熱伝導率が低くなり易い。断熱材が、コア−シェル構造を有することは、断熱材断面をＦＥ−ＳＥＭで観察することにより、確かめることができる。
【００５４】
断熱材中の大粒子は、分散性が良いほど断熱性能が向上する傾向となるため、単分散していることが好ましい。
【００５５】
また、大粒子及び小粒子は球状の形状を有することが好ましいが、成形性や施工性が損なわれず良好な断熱性が維持できる程度であれば、多面体状の形状を有していてもよい。
【００５６】
本実施態様の断熱材は、無機繊維を含むと、かさ密度の低い断熱材の成形が容易となり、好ましい。
【００５７】
無機繊維の平均太さは１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。無機繊維の平均太さが１μｍ以上であると、無機繊維は飛散し難く、作業性がよい。平均太さが２０μｍ以下であると、無機繊維内の固体伝導による伝熱が抑えられ、断熱性能を確保する意味で好ましい。
【００５８】
無機繊維の平均太さは、ＦＥ−ＳＥＭにより、無機繊維１０００本の太さを求めて、これを平均して求めることができる。
【００５９】
無機繊維の平均太さに対する無機繊維の平均長さの比（アスペクト比）は１０以上であることが、曲げ強度が向上するため、好ましい。アスペクト比が１００以上であると、無機繊維が飛散しにくくなり、より好ましい。無機繊維のアスペクト比は、ＦＥ−ＳＥＭにより測定した無機繊維１０００本の太さ及び長さの平均値から求めることができる。
【００６０】
無機繊維の含有率は、断熱材の全質量を基準として、０．５質量％以上６０質量％以下だと、加圧成形が可能となり、好ましい。無機繊維の含有量が１％以下であると、成形また、無機繊維の含有量が６０質量％より大きいと、圧力によらず加圧成形が困難となる。
【００６１】
断熱性能の観点から、無機繊維の含有量は０．５質量％以上４０質量％以下がより好ましい。小粒子や大粒子、赤外線不透明化粒子との混合を容易にする観点から、無機繊維の含有率は０．５質量％以上２０質量％以下であることが、さらに好ましい。
【００６２】
無機繊維の含有率は、例えば、無機繊維を断熱材から分級することにより、求めることができる。
【００６３】
なお、ここで言う無機繊維とは、無機化合物からなる繊維状のもののことを指す。
【００６４】
無機繊維として例を示すと、ガラス長繊維（フィラメント）（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＣａＯ）、グラスウール（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−Ｎａ２Ｏ）、耐アルカリガラス繊維（ＳｉＯ２−ＺｒＯ２−ＣａＯ−Ｎａ２Ｏ）、ロックウール（バサルトウール）（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｆｅ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＣａＯ）、スラグウール（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＣａＯ）、セラミックファイバー（ムライト繊維）（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）、シリカ繊維（ＳｉＯ２）、アルミナ繊維（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）、チタン酸カリウム繊維、アルミナウィスカー、炭化ケイ素ウィスカー、窒化ケイ素ウィスカー、炭酸カルシウムウィスカー、塩基性硫酸マグネシウムウィスカー、硫酸カルシウムウィスカー（セッコウ繊維）、酸化亜鉛ウィスカー、ジルコニア繊維、炭素繊維、黒鉛ウィスカー、フォスフェート繊維、ＡＥＳ（Ａｌｋａｌｉｎｅ Ｅａｒｔｈ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）ファイバー（ＳｉＯ２−ＣａＯ−ＭｇＯ）、 天然鉱物のウォラストナイト、セピオライト、アタパルジャイト、ブルーサイトなど、従来から知られる無機繊維を挙げることができる。
【００６５】
無機繊維の中でも、特に人体にとって安全である生体溶解性のＡＥＳファイバー（Ａｌｋａｌｉｎｅ Ｅａｒｔｈ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｆｉｂｅｒ）を用いることが好ましい。ＡＥＳファイバーとしては、例えば、ＳｉＯ２−ＣａＯ−ＭｇＯ系の無機質のガラス（無機高分子）が挙げられる。
【００６６】
断熱材には、赤外線不透明化粒子が混合されていることが、高い温度での断熱性能を発現させることから、好ましい。赤外線不透明化粒子とは、赤外線を反射、散乱又は吸収するような材料からなる粒子を指す。断熱材に赤外線不透明化粒子が混合されていると、輻射による伝熱が抑制されるため、特に２００℃以上の高い温度領域での断熱性能が向上する。
【００６７】
赤外線不透明化粒子の例を示すと、酸化ジルコニウム、ケイ酸ジルコニウム、二酸化チタン、鉄チタン酸化物、酸化鉄、酸化銅、炭化ケイ素、金鉱石、二酸化クロム、二酸化マンガン、グラファイトなどの炭素質物質、炭素繊維、スピネル顔料、アルミニウムの粒子、ステンレス鋼の粒子、青銅の粒子、銅／亜鉛合金の粒子、銅／クロム合金の粒子を挙げることができる。従来から赤外線不透明物質として知られる上記の金属粒子又は非金属粒子を、単独で用いてもよく、２種類以上を混合して使用してもよい。
【００６８】
赤外線不透明化粒子としては、特に、酸化ジルコニウム、ケイ酸ジルコニウム、二酸化チタン又は炭化ケイ素を用いることが好ましい。
【００６９】
赤外線不透明化粒子の組成は、小粒子の場合と同様に、ＦＥ−ＳＥＭ ＥＤＸにより求められる。
【００７０】
赤外線不透明化粒子の平均粒子径は、０．５μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。赤外線不透明化粒子の平均粒子径が０．５μｍ以上である場合、２００℃以上での十分な断熱性能を達成し易い。赤外線不透明化粒子の平均粒子径が３０μｍ以下である場合、断熱材における固体伝導が抑制され、２００℃未満での十分な断熱性能を達成し易い。なお、赤外線不透明化粒子の平均粒子径は、小粒子と同じ方法により求められる。
【００７１】
赤外線不透明化粒子の平均粒子径は、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが、無機繊維や小粒子、大粒子との混合が容易となるため、より好ましい。
【００７２】
断熱材中の赤外線不透明化粒子の含有率は、断熱材の全質量を基準として、０質量％超５９．５質量％以下であることが好ましい。赤外線不透明化粒子の含有率が５９．５質量％より大きいと、固体伝導による伝熱が増すため、２００℃未満での断熱性能が低下する傾向がある。２００℃以上での断熱性能を向上させるためには、赤外線不透明化粒子の含有量は、２質量％以上であることが好ましい。
【００７３】
赤外線不透明化粒子の含有率は、２質量％以上３０質量％以下であると、無機繊維や大粒子、小粒子との混合が容易となり、さらに好ましい。
【００７４】
赤外線不透明化粒子の含有率は、例えば、赤外線不透明化粒子のみが含有する元素を、蛍光Ｘ線分析法により定量することで、求めることができる。
【００７５】
本実施形態の断熱材は、高温に曝されても熱収縮が小さい。このような熱収縮は、例えば以下のようにして評価することができる。すなわち、作製した断熱材（成形体）の室温（２５℃）における外寸法及び体積を測定後、断熱材を電気炉を使用して９００℃２４時間加熱する。その後、自然放冷により断熱材を室温まで冷却し、再度外寸法及び体積を測定し、下記数式（３）に基づき、収縮率を求める。これにより、断熱材の熱収縮を評価することができる。
収縮率（％）＝｛（加熱前の成形体の体積）−（加熱後の成形体の体積）｝／（加熱前の成形体の体積）×１００ ・・・（３）
【００７６】
（断熱材の製造方法）
小粒子としては、従来知られる製法で製造されるシリカ成分を有する粒子を使用することができる。例えば、小粒子は、酸性又はアルカリ性の条件下での湿式法により、ケイ酸イオンを縮合して製造された粒子でもよい。小粒子は、湿式法でアルコキシシランを加水分解・縮合して製造されたものでもよい。小粒子は、湿式法で製造されたシリカ成分を焼成して製造されたものでもよい。小粒子は、塩化物などケイ素の化合物を気相で燃焼して製造されたものでもよい。小粒子は、ケイ素金属やケイ素を含む原料を加熱して得られたケイ素ガスを酸化・燃焼して製造されたものでもよい。小粒子は、ケイ石などを溶融して製造されたものでもよい。
【００７７】
小粒子に含まれるシリカ成分以外の成分としては、上記の製法において原料中に不純物として存在しているものを利用してもよい。シリカ成分以外の成分を、製造プロセス中に意図的に原料に添加してもよい。
【００７８】
小粒子として用いるシリカとしては、従来から知られる製法で製造された下記のシリカが好適に使用される。
【００７９】
＜湿式法で合成されるシリカ＞
ケイ酸ナトリウムを原料に酸性で作られるゲル法シリカ。
ケイ酸ナトリウムを原料にアルカリ性で作られる沈降法シリカ。
アルコキシシランの加水分解・縮合で合成されるシリカ。
【００８０】
＜乾式法で合成されるシリカ＞
ケイ素の塩化物を燃焼して作られるヒュームドシリカ。
ケイ素金属ガスを燃焼して作られるシリカ。
フェロシリコン製造時などに副生するシリカヒューム。
アーク法やプラズマ法で製造されるシリカ。
ケイ石を溶融して作られる溶融シリカなど。
【００８１】
上記のシリカのうち、小粒子としては、ヒュームドシリカを用いることがより好ましい。
【００８２】
大粒子としては、天然の硅石を破砕した硅石粉末が好適に用いられる。硅石粉末は、例えば、天然の硅石から、粘土類などの夾雑物を除去したあと、各種方法により粉砕し、焼成し、さらに細かく粉砕した後、分級することにより、製造される。
【００８３】
断熱材は、小粒子と大粒子とを混合することにより製造される。さらに使用状況に応じて、この混合体に無機繊維や赤外線不透明化粒子を添加して形成した粉体を断熱材として用いてもよい。この粉体を加圧成形したものを断熱材として用いてもよい。
【００８４】
小粒子、大粒子、赤外線不透明化粒子及び無機繊維は、粉体の混合に用いられる各種の混合機を使用して混合することができる。公知の混合機としては、例えば、容器回転型（容器自体が回転、振動、揺動する）として水平円筒型、Ｖ型（攪拌羽根が付いていてもよい）、ダブルコーン型、立方体型及び揺動回転型、機械撹拌型（容器は固定され、羽根などで撹拌する）として、単軸リボン型、複軸パドル型、回転鋤型、二軸遊星攪拌型、円錐スクリュー型、高速撹拌型、回転円盤型、ローラー付き回転容器型、撹拌付き回転容器型、高速楕円ローター型、流動撹拌型（空気、ガスによって撹拌する）として、気流撹拌型、重力による無撹拌型が挙げられる。これらの混合機を組み合わせて使用してもよい。
【００８５】
小粒子、大粒子、赤外線不透明化粒子及び無機繊維の混合は、従来から粉体の粉砕に用いられる各種の粉砕機を使用して、粒子を粉砕したり、無機繊維を裁断したり、粒子や無機繊維の分散性を向上させながら行ってもよい。従来から知られる粉砕機としては、ロールミル（高圧圧縮ロールミル、ロール回転ミル）、スタンプミル、エッジランナー（フレットミル、チリアンミル）、切断・せん断ミル（カッターミルなど）、ロッドミル、自生粉砕機（エロフォールミル、カスケードミルなど）、竪型ローラーミル（リングローラーミル、ローラーレスミル、ボールレースミル）、高速回転ミル（ハンマーミル、ケージミル、ディスインテグレーター、スクリーンミル、ディスクピンミル）、分級機内蔵型高速回転ミル（固定衝撃板型ミル、ターボ型ミル、遠心分級型ミル、アニュラー型ミル）、容器駆動媒体ミル（転動ボールミル（ポットミル、チューブミル、コニカルミル）、振動ボールミル（円形振動ミル、旋動振動ミル、遠心ミル）、遊星ミル、遠心流動化ミル）、媒体撹拌式ミル（塔式粉砕機、撹拌槽式ミル、横型流通槽式ミル、竪型流通槽式ミル、アニュラーミル）、気流式粉砕機（気流吸込型、ノズル内通過型、衝突型、流動層ジェット吹込型）、圧密せん断ミル（高速遠心ローラーミル、インナーピース式）、乳鉢、石臼などが挙げられる。これらの粉砕機を組み合わせて使用してもよい。
【００８６】
これらの混合機と粉砕機のうち、高速回転ミル、分級機内蔵型高速回転ミル、媒体撹拌式ミル、圧密せん断ミル、石臼が、粒子や無機繊維の分散性が向上するため、好ましい。
【００８７】
断熱材は、金型プレス成形法（ラム式加圧成形法）、ラバープレス法（静水圧成形法）、押出成形法など、従来から知られるセラミックス加圧成形法によって成形することができる。生産性の観点から、金型プレス成形法が好ましい。
【００８８】
金型プレス成形法やラバープレス法において粉末状の断熱材を型に充填するときには、粉末状の断熱材に振動を与えるなどして、均一に充填することが、断熱材成形体の厚みが均一となるため、好ましい。
【００８９】
型内を減圧・脱気しながら粉末状の断熱材を型に充填すると、粉体を短時間で充填できるため、生産性の観点から好ましい。
【００９０】
加圧成形中又は加圧成形後の断熱材を、断熱材の耐熱性が十分である温度や時間の条件の範囲内で、断熱材が構造変化しないように加熱乾燥し、断熱材中の吸着水を除去した後、実用に供すると、熱伝導率が低くなるため、好ましい。
【実施例】
【００９１】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００９２】
［実施例１］
実施例１では、大粒子として、シリカパウダー＃３００（商品名、竹折砿業所株式会社製）を用いた。小粒子として、ヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０（商品名、旭化成ワッカーシリコーン株式会社製）を用いた。
【００９３】
シリカパウダー＃３００に内部標準物質としてシリコンを２０質量％添加し、粉末Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ ２５００（商品名、株式会社リガク製）を使用して粉末Ｘ線回折測定（ＣｕＫａ１線、回折角２θ：２０°〜７０°）を行ったところ、図２に示すとおり、ＪＣＰＤＦカード番号４６−１０４５に記載されている、石英の回折パターンを有していた。また、内部標準物質であるシリコンの２θ＝２８．４４２°に現れる（１１１）のピーク面積をＳｂ、石英に帰属されるピークのうち、２θ＝２０．８５９°、２６．６３９°に現れるそれぞれ（１００）、（１０１）の合計ピーク面積をＳＱとした時、ＳＱとＳｂの比ＳＱ／Ｓｂは４．２であり、シリカパウダー＃３００が石英の結晶構造を有するものであることが確認できた。
【００９４】
各粒子の平均粒子径を、ＦＥ−ＳＥＭ装置Ｓ−４７００（商品名、日立ハイテクフィールディング製）を使用してより求めた。シリカパウダー＃３００の平均粒子径は６μｍであった。ヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０の平均粒子径は１４ｎｍであった。
【００９５】
メーカーの分析値によると、ヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０中のシリカの含有率は１００質量％であった。
【００９６】
自動湿式真密度測定器オートトゥルーデンサーＭＡＴ−７０００（商品名、セイシン企業製）を使用し、各粒子の真比重を求めた。シリカパウダー＃３００の真比重ＣＬは２．６であり、ヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０の真比重ＣＳは２．２であった。これより、実施例１における０．０９２ＣＳ／ＣＬは０．０７８であった。
【００９７】
３４５ｇのシリカパウダー＃３００と、１１５ｇのヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０を、ボールミルを使用して均一に混合して、実施例１の混合粉末（粉末状の断熱材）を調製した。ヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０の質量の合計値ＭＳは１１５ｇであり、シリカパウダー＃３００の質量の合計値ＭＬは３４５ｇであることから、比率ＭＳ／ＭＬは０．３３であった。
【００９８】
上記の混合粉末４１５ｇを、内寸が縦２０ｃｍ、横２０ｃｍの金型を使用して加圧成形を行い、縦２０ｃｍ、横２０ｃｍ、厚み２０ｍｍの成形体を得た。
【００９９】
実施例１の断熱材には、成形欠陥は見られなかった。この断熱材の２５℃での熱伝導率を、熱伝導率測定装置オートΛ ＨＣ−０７４ ２００（商品名、英弘精機株式会社製）を利用して測定した。実施例１の断熱材の熱伝導率は、０．０３１Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１００】
室温（２５℃）における成形体の寸法を測定後、電気炉を使用して成形体を９００℃２４時間加熱した。その後、自然放冷により成形体を室温まで冷却し、再度寸法を測定した。成形体の収縮率を、下記数式（３）に従って算出したところ、０．９％であった。
収縮率（％）＝｛（加熱前の成形体の体積）−（加熱後の成形体の体積）｝／（加熱前の成形体の体積）×１００ ・・・（３）
【０１０１】
［実施例２］
７８２ｇのシリカパウダー＃３００と、６８ｇのヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０とを、実施例１と同様にして混合して、実施例２の混合粉末を調製した。実施例２における比率ＭＳ／ＭＬは０．０８７であった。
【０１０２】
実施例２の混合粉末８００ｇを、実施例１と同様にして加圧成形し、厚み２０ｍｍの成形体を得た。実施例２の成形体に成形欠陥は見られなかった。
【０１０３】
実施例２の成形体の２５℃での熱伝導率を、実施例１と同様にして測定した。実施例２の成形体の熱伝導率は、０．０４５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１０４】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、０．８％であった。
【０１０５】
［実施例３］
５０ｇのシリカパウダー＃３００と、１５０ｇのヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０を、実施例１と同様にして混合して、実施例３の混合粉末を調製した。実施例３における比率ＭＳ／ＭＬは３．０であった。
【０１０６】
実施例３の混合粉末１８７ｇを、実施例１と同様にして加圧成形し、厚み２０ｍｍの成形体を得た。実施例３の成形体に成形欠陥は見られなかった。
【０１０７】
実施例３の成形体の２５℃での熱伝導率を、実施例１と同様にして測定した。実施例３の成形体の熱伝導率は、０．０２０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１０８】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、０．９％であった。
【０１０９】
［実施例４］
シリカパウダー＃３００の代わりに、シリカパウダー（特）（商品名、竹折砿業所株式会社製）を使用した他は、実施例１と同様にして混合して、実施例４の混合粉末を調製した。実施例４における比率ＭＳ／ＭＬは０．３３であった。
【０１１０】
シリカパウダー（特）の粉末Ｘ線回折測定を、実施例１と同様にして行ったところ、ＳＱ／Ｓｂは５．３であり、シリカパウダー（特）が石英の結晶構造を有するものであることが確認できた。
【０１１１】
実施例１と同様にしてシリカパウダー（特）の平均粒子径及び真比重を測定したところ、それぞれ２５μｍ、２．６であった。これより、実施例４における０．０９２ＣＳ／ＣＬは０．０７８であった。
【０１１２】
実施例４の混合粉末４５０ｇの混合粉体を、実施例１と同様にして加圧成形し、厚さ２０ｍｍの成形体を得た。実施例４の成形体に成形欠陥は見られなかった。
【０１１３】
実施例４の成形体の２５℃での熱伝導率を、実施例１と同様にして測定した。実施例４の成形体の熱伝導率は、０．０３２Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１１４】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、１．０％であった。
【０１１５】
［実施例５］
シリカパウダー＃３００の代わりに、ＣＭシリカフラワーＭ（商品名、竹折砿業所株式会社製）を使用した他は、実施例１と同様にして粉体を混合し、実施例５の混合粉末を調製した。実施例５における比率ＭＳ／ＭＬは０．３３であった。
【０１１６】
ＣＭシリカフラワーＭの粉末Ｘ線回折測定を、実施例１と同様にして行ったところ、ＳＱ／Ｓｂは５．９であり、ＣＭシリカフラワーＭが石英の結晶構造を有するものであることが確認できた。
【０１１７】
実施例１と同様にしてＣＭシリカフラワーＭの平均粒子径及び真比重を測定したところ、それぞれ２０μｍ、２．６であった。これより、実施例５における０．０９２ＣＳ／ＣＬは０．０７８であった。
【０１１８】
実施例５の混合粉末４２５ｇを、実施例１と同様にして加圧成形し、厚み２０ｍｍの成形体を得た。実施例５の成形体に成形欠陥は見られなかった。
【０１１９】
実施例５の成形体の２５℃での熱伝導率を、実施例１と同様に測定した。実施例５の成形体の熱伝導率は、０．０３２Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１２０】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、０．８％であった。
【０１２１】
［実施例６］
シリカパウダー＃３００の代わりに、高純度シリカパウダーＴ−５０（商品名、竹折砿業所株式会社製）を使用した他は、実施例１と同様にして粉体を混合し、実施例６の混合粉末を調製した。実施例６における比率ＭＳ／ＭＬは０．３３であった。
【０１２２】
高純度シリカパウダーＴ−５０の粉末Ｘ線回折測定を、実施例１と同様にして行ったところ、ＳＱ／Ｓｂは６．０であり、高純度シリカパウダーＴ−５０が石英の結晶構造を有するものであることが確認できた。
【０１２３】
実施例１と同様にして高純度シリカパウダーＴ−５０の平均粒子径及び真比重を測定したところ、それぞれ１０μｍ、２．６であった。これより、実施例６における０．０９２ＣＳ／ＣＬは０．０７８であった。
【０１２４】
実施例６の混合粉末４２０ｇを実施例１と同様にして加圧成形し、厚み２０ｍｍの成形体を得た。実施例６の成形体に成形欠陥は見られなかった。
【０１２５】
実施例６の成形体の２５℃での熱伝導率を、実施例１と同様にして測定した。実施例６の成形体の熱伝導率は、０．０３１Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１２６】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、０．９％であった。
【０１２７】
［実施例７］
４８０ｇのシリカパウダー＃３００と、１６０ｇのヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０と、無機繊維である４０ｇのセラミックファイバーのＳＣバルク１２６０（商品名、新日本サーマルセラミックス株式会社製）と、１２０ｇの赤外不透明化粒子であるケイ酸ジルコニウムのミクロパックスＳ（商品名、ハクスイテック株式会社製）を、Ｍ２０汎用ミル（商品名、ＩＫＡジャパン株式会社製）を使用して均一に混合し、実施例７の混合粉末（粉末状の断熱材）を調製した。実施例７における比率ＭＳ／ＭＬは０．３３であった。
【０１２８】
ＳＣバルク１２６０の平均太さを、ＦＥ−ＳＥＭ装置Ｓ−４７００を使用して求めたところ、３μｍであった。また、実施例１と同様にして、ミクロパックスＳの平均粒径を求めたところ１μｍであった。
【０１２９】
この混合粉末を３８６ｇずつ使用して、内径が直径３０ｃｍの円筒型の金型を使用して加圧成形を行い、直径３０ｃｍ、厚み２０ｍｍの円板状の成形体を２枚得た。実施例７の断熱材に成形欠陥は見られなかった。
【０１３０】
この２枚の成形体を用いて、４００℃での熱伝導率を、保護熱板法熱伝導率測定装置（英弘精機株式会社製）を利用して測定した。円板状の成形体の熱伝導率は、０．０４５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１３１】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、０．８％であった。
【０１３２】
［実施例８］
３４５ｇのシリカパウダーＡ−３（商品名、竹折砿業所株式会社製）と、１１５ｇのヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０を、ロータリークラッシャーＮＲ−０８（商品名、三庄イインダストリー株式会社製）を使用して短時間で均一に混合して、実施例８の混合粉末（粉末状の断熱材）を調製した。実施例８における比率ＭＳ／ＭＬは０．３３であった。
【０１３３】
シリカパウダーＡ−３の粉末Ｘ線回折測定を、実施例１と同様にして行ったところ、ＳＱ／Ｓｂは５．３であり、シリカパウダーＡ−３が石英の結晶構造を有するものであることが確認できた。
【０１３４】
実施例１と同様にしてシリカパウダーＡ−３の平均粒子径及び真比重を測定したところ、それぞれ５０μｍ、２．６であった。これより、実施例８における０．０９２ＣＳ／ＣＬは０．０７８であった。
【０１３５】
実施例８の混合粉末４４０ｇを、実施例１と同様にして加圧成形し、厚み２０ｍｍの成形体を得た。実施例８の成形体に成形欠陥は見られなかった。
【０１３６】
実施例８の成形体の２５℃での熱伝導率を、実施例１と同様に測定した。実施例８の成形体の熱伝導率は、０．０４５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１３７】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、０．５％であった。
【０１３８】
［実施例９］
６００ｇのシリカパウダー＃３００と、１５０ｇのヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０とを、実施例１と同様にして混合して、実施例９の混合粉末を調製した。実施例９における比率ＭＳ／ＭＬは０．２５であった。
【０１３９】
実施例９の混合粉末７２７ｇを、実施例１と同様にして加圧成形し、厚み２０ｍｍの成形体を得た。実施例９の成形体に成形欠陥は見られなかった。
【０１４０】
実施例９の成形体の２５℃での熱伝導率を、実施例１と同様にして測定した。実施例９の成形体の熱伝導率は、０．０４０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１４１】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、０．７％であった。
【０１４２】
［比較例１］
１０７ｇのヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０を、実施例１と同様にして加圧成形し、厚み２０ｍｍの成形体を得たところ、成形体には、成形欠陥が見られ、取り出す際に成形体の一部が破損した。そのため成形体の熱伝導率及び収縮率の評価をすることができなかった。
【０１４３】
［比較例２］
２７０ｇのシリカヒュームＥＦＡＣＯ（商品名、巴工業株式会社製）と、９０ｇのヒュームドシリカＨＤＫ−Ｎ２０を、実施例１と同様にして混合し、比較例２の混合粉末を調製した。
【０１４４】
シリカヒュームＥＦＡＣＯの粉末Ｘ線回折測定を、実施例１と同様に行ったところ、図３に示すとおり、ブロードなチャートとなり、石英に帰属されるピークは検出されなかった。
【０１４５】
比較例２の混合粉末３２２ｇを実施例１と同様にして加圧成形し、厚み２０ｍｍの成形体を得た。比較例２の成形体に成形欠陥は見られなかった。
【０１４６】
比較例２の成形体の２５℃での熱伝導率を、実施例１と同様にして測定した。比較例２の成形体の熱伝導率は、０．０２７Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であった。
【０１４７】
実施例１同様にして、９００℃２４時間加熱後の成形体の収縮率を測定したところ、１２％であった。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明は、高温でも熱収縮が少なく、かつ優れた断熱性能を有するため、断熱材として好適に使用できる。
【符号の説明】
【０１４９】
Ｓ・・・小粒子、Ｌ・・・大粒子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカを含む第一の無機化合物からなる複数の小粒子と、
石英の結晶構造を有する第二の無機化合物からなり、前記小粒子よりも粒子径が大きい複数の大粒子と、
を備える断熱材。
【請求項２】
前記複数の小粒子の比重をＣＳ、前記複数の小粒子の質量の合計値をＭＳ、前記複数の大粒子の比重をＣＬ、前記複数の大粒子の質量の合計値をＭＬ、としたときに、
前記ＭＬに対する前記ＭＳの比率ＭＳ／ＭＬが０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上３以下である、
請求項１に記載の断熱材。
【請求項３】
前記小粒子の平均粒子径ＤＳが５ｎｍ以上５０ｎｍ未満であり、
前記大粒子の平均粒子径ＤＬが５０ｎｍ以上５０μｍ以下である、
請求項１又は２に記載の断熱材。
【請求項４】
前記大粒子が前記小粒子により囲まれたコア−シェル構造を有する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の断熱材。
【請求項５】
無機繊維をさらに含有し、
前記小粒子及び前記大粒子の含有量の合計値が、断熱材の全質量を基準として、４０質量％以上９９．５質量％以下であり、
前記無機繊維の含有量が、断熱材の全質量を基準として、０．５質量％以上６０質量％以下である、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の断熱材。
【請求項６】
平均粒子径が０．５μｍ以上３０μｍ以下である赤外線不透明化粒子をさらに含有し、該赤外線不透明化粒子の含有率が、断熱材の全質量を基準として、０質量％超５９．５質量％以下である、
請求項１〜５いずれか一項に記載の断熱材。
【請求項７】
前記無機繊維が生体溶解性を有する、
請求項５又は６に記載の断熱材。
【請求項１】
シリカを含む第一の無機化合物からなる複数の小粒子と、
石英の結晶構造を有する第二の無機化合物からなり、前記小粒子よりも粒子径が大きい複数の大粒子と、
を備える断熱材。
【請求項２】
前記複数の小粒子の比重をＣＳ、前記複数の小粒子の質量の合計値をＭＳ、前記複数の大粒子の比重をＣＬ、前記複数の大粒子の質量の合計値をＭＬ、としたときに、
前記ＭＬに対する前記ＭＳの比率ＭＳ／ＭＬが０．０９２ＣＳ／ＣＬ以上３以下である、
請求項１に記載の断熱材。
【請求項３】
前記小粒子の平均粒子径ＤＳが５ｎｍ以上５０ｎｍ未満であり、
前記大粒子の平均粒子径ＤＬが５０ｎｍ以上５０μｍ以下である、
請求項１又は２に記載の断熱材。
【請求項４】
前記大粒子が前記小粒子により囲まれたコア−シェル構造を有する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の断熱材。
【請求項５】
無機繊維をさらに含有し、
前記小粒子及び前記大粒子の含有量の合計値が、断熱材の全質量を基準として、４０質量％以上９９．５質量％以下であり、
前記無機繊維の含有量が、断熱材の全質量を基準として、０．５質量％以上６０質量％以下である、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の断熱材。
【請求項６】
平均粒子径が０．５μｍ以上３０μｍ以下である赤外線不透明化粒子をさらに含有し、該赤外線不透明化粒子の含有率が、断熱材の全質量を基準として、０質量％超５９．５質量％以下である、
請求項１〜５いずれか一項に記載の断熱材。
【請求項７】
前記無機繊維が生体溶解性を有する、
請求項５又は６に記載の断熱材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１２２５４３（Ｐ２０１２−１２２５４３Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７３５２８（Ｐ２０１０−２７３５２８）
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（３０３０４６３１４）旭化成ケミカルズ株式会社 (2,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（３０３０４６３１４）旭化成ケミカルズ株式会社 (2,513)
【Ｆターム（参考）】
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