(57)【要約】【課題】  軽量で断熱性能が高く、燃えにくい特性を備え、しかも蓄熱性を備えた建築材料を提供する。【解決手段】  無機繊維を基材とする無機繊維板に、相変化温度が５℃から５０℃の範囲にある物質である蓄熱材を含有させ、無機繊維による優れた強度特性、断熱特性を備え、蓄熱材による優れた蓄熱特性を備えた蓄熱性無機繊維板を構成する。この蓄熱材無機繊維板を建築内装材として用いることで空調設備等に消費するエネルギー量を低減できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機繊維を基材として含有し、更に相変化温度が５℃から５０℃の範囲にある物質である蓄熱材を含有することを特徴とする蓄熱性無機繊維板。
【請求項２】
無機繊維を基材として含有し、更に相変化温度が５℃から５０℃の範囲にある物質を内包するマイクロカプセルである蓄熱材を含有することを特徴とする蓄熱性無機繊維板。
【請求項３】
蓄熱材を２０〜６０重量％含有することを特徴とする請求項１又は２記載の蓄熱性無機繊維板。
【請求項４】
抄造することにより製造された請求項１から３のいずれか１項記載の蓄熱性無機繊維板。
【請求項５】
前記無機繊維がロックウールであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の蓄熱性無機繊維板。
【請求項６】
無機繊維と蓄熱材と結合剤と助剤を水中に分散し混合してスラリーを作成する工程と、該スラリーを抄造、成型し、乾燥、硬化させる工程とを含む蓄熱性無機繊維板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビルや住宅等の建築物に用いられる天井材、壁材、床材等の建築内装材や断熱材等の建築材料において、蓄熱材料をその建築材料中に含有させることにより建築材料そのものに蓄熱性を付与し、冷暖房に費やすエネルギーを減少可能な建築材料とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、建築物内の作業環境や住環境を維持するための空調設備等に使用されるエネルギーが膨大なものになっており、省エネルギーが求められている。また、建築物内外の熱の移動を抑制するため、断熱材や断熱性の高い建築内装材が多く用いられ、省エネルギー対策の一助となっている。
【０００３】
しかし、空調設備等に使用されるエネルギーを抑制するには、従来の断熱材や断熱性能の高い建築内装材を多く用いるだけでは不足である。そこで、この改善策として、太陽熱や冷暖房のエネルギーを建築物の躯体や建築材料に蓄熱させるために、蓄熱材を建築材料中に含有させたシステムや材料が提案されている。例えば、特開昭６３−００６３２８号公報（特許文献１）には、石膏、セメントなどの基材中に蓄熱材を含有させた蓄熱建材が提案されている。特開２００３−１５５７８９号公報（特許文献２）には、セルロース繊維や合成樹脂等の固形媒体に蓄熱材を塗工又は分散させた蓄熱性ボードが提案されている。特開２００３−２６０７０５号公報（特許文献３）には、蓄熱材を内包するマイクロカプセルと木質繊維及び接着剤からなる組成物を熱圧着成型せしめて形成した蓄熱性繊維ボードが提案されている。
【０００４】
しかしながら、これらの蓄熱建材はいずれも問題があった。すなわち、特許文献１に提案されている蓄熱建材は基材が石膏、セメントなどであるため、断熱性能に劣り、しかも重量が大きいため取り扱いが困難であった。特許文献２及び３に提案されている蓄熱性ボードはいずれも、セルロース繊維、合成繊維、木質繊維等を基材として用いているので、燃えやすいといった問題があった。
【特許文献１】特開昭６３−００６３２８号公報
【特許文献２】特開２００３−１５５７８９号公報
【特許文献３】特開２００３−２６０７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、軽量で断熱性能が高く、燃えにくい特性を備え、しかも蓄熱性を備えた建築材料を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、断熱性能の高い、軽量で強度の大きい、不燃性の板状の建築材料を形成しうる無機繊維を基材として用い、無機繊維を基材として形成した無機繊維板に、相変化温度が５℃から５０℃の範囲にある物質である蓄熱材を含有させて蓄熱性を持たせ、建築材料として有用な蓄熱性無機繊維板を構成したものである。なお、本発明の無機繊維板は、比較的剛性の高い板状物だけに限るものではなく、剛性が小さく柔軟性のあるフェルト状物も含むものとする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の蓄熱性無機繊維板は、前記したように無機繊維を基材としそれに蓄熱材を含有させたものであるので、無機繊維板の持つ優れた断熱性、強度、軽量性、取り扱い性等を有すると共に含有させた蓄熱材による蓄熱性を備えている。このため、この蓄熱性無機繊維板を単体で、或いは適当な他の材料と複合して、断熱材或いは建築内装材として使用することができ、その使用による優れた断熱性能並びに蓄熱性能により省エネルギーを図る事ができる。また、蓄熱材の含有により不燃性は若干低下するもの有機質の板材に対してははるかに燃えにくいという特性も備えている。更に、無機繊維は一般に剛性が高く、そのため無機繊維板には多くの空隙を容易に形成しうるので、蓄熱材を含有させやすく、容易に大量の蓄熱材を含有させることが可能である。このため、本発明の蓄熱性無機繊維板は、製造時に無機繊維板の厚さや密度を変えるとか蓄熱材の含有率を変えることを容易に実施でき、単位面積当りの蓄熱材の量を広い範囲で調整できるという利点も有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の蓄熱性無機繊維板は、無機繊維を基材とし、それに蓄熱材を含有させたものである。無機繊維としては、ロックウール、グラスウール等が挙げられ、特に、従来より断熱性能が高く、軽量で強度が大きく、取り扱い性に優れた建築内装材として多く用いられているロックウール板を形成しうるロックウールが好ましい。なお、使用されるロックウールには、玄武岩等の自然石を主成分とし、これを溶解、繊維化した本来のロックウールと、鉱滓を主成分とし、これを溶解、繊維化したスラグウールを含むものとする。
【０００９】
本発明に用いる蓄熱材は、物質の相変化に伴う潜熱を蓄放熱に利用可能なものであり、人間が生活する温度域を考慮して相変化温度が５℃から５０℃の範囲にある物質を用いる。特に、人間が生活する上での室温レベルの２０〜２５℃前後に相変化温度、特に融点を持つものが好ましい。蓄熱材としては、無機系、有機系の種々のものが挙げられる。無機系の蓄熱材としては、無機系共晶物や無機系水和物、代表的には塩化カルシウム六水和物、硫酸ナトリウム十水和物が挙げられる。有機系の蓄熱材としては、炭素数が１４〜３０程度のｎ−パラフィン類、パルチミン酸等の脂肪酸類、ベンゼン等の芳香属炭化水素、パルチミン酸等の脂肪酸エステル化合物、ステアリルアルコール等のアルコール類、等が挙げられる。なお、これらの蓄熱材を２種類以上混合し、融点を調整して使用することが好ましい。
【００１０】
本発明の蓄熱性無機繊維板は、主に建築材料として使用されることから、シックハウス症候群の元となるＶＯＣに類する蓄熱材は避けるかマイクロカプセルに内包して使用することが好ましい。また、相変化、特に融解により液状になる蓄熱材は無機繊維板の表面に染み出して無機繊維板の汚れの原因になる可能性があることから、この点からも前記蓄熱材はマイクロカプセルに内包させて使用することが好ましい。更に、本発明の蓄熱性無機繊維板の製造に抄造を用いる場合には、抄造工程において多量の水を使用することから、水溶性の蓄熱材は避けるかマイクロカプセルに内包させて使用することが好ましい。
【００１１】
蓄熱材をマイクロカプセルに内包させる方法は、特開昭６２−００１４５２号公報、特開昭６２−０４５６８０号公報、特開昭６２−１４９３３４号公報、特開昭６２−２２５２６１号公報、特開平０１−２５８０５２号公報等に記載の方法を用いることができる。
【００１２】
マイクロカプセルの膜材としては、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアクリルアミド、エチルセルロース、ポリウレタン、尿素−ホルマリン樹脂、メラミン−ホルマリン樹脂等の界面重合法、インサイチュー法等の手法で得られる合成樹脂や、ゼラチンとカルボキシメチルセルロース若しくはアラビアゴムとのコアセルベーション法を利用した樹脂が用いられる。
【００１３】
マイクロカプセルの粒子径は、無機繊維板の製造時に無機繊維板内に容易に分散させることができるように、また、その際マイクロカプセルに加わる物理的圧力によって破壊されにくくするように定めるものであり、平均粒子径としては、０．１〜１０μｍとすることが好ましく、更には０．１〜５μｍとすることが一層好ましい。マイクロカプセルに内包する蓄熱材の割合としては、蓄熱量を多くしながらマイクロカプセルの膜の破壊を極力防止することができるよう、６０〜７５重量％程度とすることが好ましい。
【００１４】
本発明に用いる蓄熱材を内包したマイクロカプセルの好適な例としては、特開平１１−１５２４６６号公報、特開２００１−０４０３４２号公報等に記載のマイクロカプセルが挙げられる。
【００１５】
本発明の蓄熱性無機繊維板における蓄熱材の含有率は、無機繊維板の製造方法や無機繊維板の厚さによっても異なるが、おおよその値としては、蓄熱材２０〜６０重量％とすることが好ましい。蓄熱材の含有率が２０重量％未満では十分な蓄熱ができず、６０重量％を越えると無機繊維板の強度が低下し且つ燃えにくさが減少してしまう。無機繊維板内に分散、保持される蓄熱材の分布は、平面方向には極力均一とすることが好ましいが、厚み方向には必ずしも均一とする必要はなく、片面側に偏った分布としてもよい。一般に吸熱或いは放熱は、蓄熱性無機繊維板の表面から行なわれるので、その表面に蓄熱材の密度の高い領域が存在する構成とすると、吸熱或いは放熱を敏速に行なうことができるという利点を享受することができる場合もある。本発明の蓄熱性無機繊維板における無機繊維の含有率は無機繊維の特性を有効に利用する上から２０〜６０重量％とすることが好ましい。また、この蓄熱性無機繊維板内には、無機繊維を結合して必要な強度を確保するための結合剤（無機質結合剤、有機質結合剤等）が適量含有される。更に、蓄熱性無機繊維板内には、必要に応じ、撥水剤、充填材、難燃剤、防カビ剤、防虫剤、酸化防止剤、着色剤等の材料を加えても良い。
【００１６】
本発明の蓄熱性無機繊維板は、必要に応じ、切断、切削加工、模様付け、塗装、表面加工等の加工を行い、単体で或いは他の材料と複合して、建築内装材等の建築材料として使用され、蓄熱材による蓄放熱によって冷暖房等に要するエネルギーの削減を図ることができる。
【００１７】
次に、本発明の蓄熱性無機繊維板を製造する方法を説明する。蓄熱性無機繊維板の製造には、従来の無機繊維板の製造方法、例えばロックウール板の製造方法を利用し、それに蓄熱材を供給する工程を加えた方法を用いることができる。すなわち、一般的なロックウール板には、ロックウール断熱材、ロックウール抄造板、ロックウール成型板等があり、それぞれ異なる製造方法によって作られるが、これらの製造方法を本発明の蓄熱性無機繊維板の製造に利用できる。これらの製造方法を利用して蓄熱性無機繊維板を製造する第一の方法は、ロックウール断熱材の製造方法を利用したものであり、無機繊維を集綿コンベア上に集積し、同時に蓄熱材を吹き付けなどによって集積中の無機繊維に供給し、且つフェノール樹脂を吹き付け、その後、フェノール樹脂を硬化・乾燥させる方法である。この方法により、比較的密度の低い（空隙の多い）断熱材状の蓄熱性無機繊維板を製造できる。
【００１８】
第二の方法は、ロックウール抄造板の製造方法を利用したもので、無機繊維を結合剤や添加剤と共に水中に分散させてスラリーとする工程において蓄熱材を同時にスラリー内に混入しておき、そのスラリーを抄造した後、乾燥、硬化させる抄造法である。第三の方法は、ロックウール成型板の製造方法を利用したもので、無機繊維に結合剤や添加剤を添加した混合物に２〜３倍の水を加え、これをペースト状に練る工程において蓄熱材を同時にペースト内に混入しておき、そのペーストを板状に成型した後、乾燥、硬化させるペースト法である。抄紙法及びペースト法では、比較的密度の高い、強度の大きい蓄熱性無機繊維板を製造できる。以上に説明した製造方法のうち、抄造法が、蓄熱材の配合率を高めやすく、また蓄熱材含有量の調整がしやすく、更に生産性が高いので好ましい。
【００１９】
前記したように、本発明の蓄熱性無機繊維板には、無機繊維としてロックウールを用いることが好ましく、また製造方法には抄造法が好ましい。以下に、蓄熱性ロックウール板を抄造法で製造する場合の好適な形態を説明する。なお、以下の説明に示す「％」は特に限定しない限り「重量％」を指す。
【００２０】
抄造法で製造する蓄熱性ロックウール板の好適な形態では、その原料としてロックウール２０〜６０％、蓄熱材２０〜６０％、有機質結合剤２〜１６％、無機質結合剤３〜２５％及び適量の結合助剤を使用する。これらの他に必要に応じ、撥水剤、充填材、難燃剤、防カビ剤、防虫剤、酸化防止剤、着色剤等の材料を加えても良い。
【００２１】
使用されるロックウールには、玄武岩等の自然石を主成分とし、これを溶解、繊維化した本来のロックウールと、鉱滓を主成分とし、これを溶解、繊維化したスラグウールを含むものとする。
【００２２】
使用される蓄熱材には、前述した蓄熱材を内包したマイクロカプセルが好ましく用いられる。このマイクロカプセルは、平均粒径が０．１〜１０μｍ、好ましくは約０．１〜５μｍであり、蓄熱材を６０〜７５％程度内包する。また、このマイクロカプセルは水分散液であっても、乾燥し粉体となっていても、あるいは乾燥後造粒した状態であってもよい。製造するロックウール板内における蓄熱材の配合率は、前記したように、２０％未満ではロックウール板に十分な蓄熱ができず、６０％を越えるとロックウール板が建築材料としての強度を保つことが難しくなる。このため、２０〜６０％の範囲内となるように選定する。
【００２３】
使用される有機質結合剤は、デンプン、ガーガム、パルプ、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル樹脂エマルジョン、アクリル樹脂エマルジョン、メラミン樹脂、未硬化のフェノール樹脂、熱融着繊維等がある。これらの有機質結合剤は２％未満では建築材料としての強度が不足し、１６％を越えて使用しても配合率に見合う強度の増加が見込めない。このため有機質結合剤の配合率は２〜１６％に選定するものであり、より好ましくは５〜１４％に選定する。
【００２４】
使用される無機質結合剤としては、複鎖構造型粘土の一種であるアタパルジャイト、セピオライトが主として使用され、他にコロイダルアルミ、コロイダルシリカ、ベントナイト、カオリンクレー等からも適宜選択される。これらの無機質結合剤は３％未満では結合剤としての作用が得られる十分な強度が得られない。また、２５％を越えると、製造時の水性スラリーの濾水性が悪化し、抄造時間が長くなるという問題が生じる。このため無機質結合剤の配合率は３〜２５％に選定する。
【００２５】
使用される結合助剤としては、有機系のポリアクリルアミドや無機系の硫酸アルミニウム等が用いられる。
【００２６】
蓄熱性ロックウール板を抄紙法で製造するには、まず前述の各材料を、使用する材料の総量の約１０倍から２００倍の水に均一に分散させ、固形分が０．５〜８％程度の水性スラリーとする。この水性スラリーをフォードリニア、丸網型の抄造機を用いて、抄造、成型し、乾燥、硬化させる。これにより、密度約２００〜８００ｋｇ／ｍ3 、厚さ６〜３０ｍｍ程度のロックウール板を得ることができる。また、蓄熱材の含有率、ロックウール板の密度、厚さを上記した各範囲内で選定することにより、そのロックウール板に含有される蓄熱材量を、約２００〜１４５００ｇ／ｍ2 の広範囲に調整できる。その後、必要に応じ、切断、切削加工、模様付け、塗装、表面加工等の加工を行い、建築内装材等の建築材料として使用する。
【実施例】
【００２７】
［実施例１］
表１に示す組成の材料を水に分散させて、固形分５％の水性スラリーを作成し、これを抄造、成型し、乾燥、硬化させ、蓄熱性ロックウール板を得た。この時の原料歩留りは約９０％であった。
得られた蓄熱性ロックウール板は、密度４１５ｋｇ／ｍ3 、厚さ２１ｍｍ、蓄熱材含有量２．７ｋｇ／ｍ2 であり、蓄熱材はロックウール板内に比較的均一に分散、保持されていた。この蓄熱性ロックウール板の蓄熱量は、温度差７℃のとき４０〜５５ｋｃａｌ／ｍ2 と推定される。また、このロックウール板について、「ＪＩＳ  Ａ  １４０８  建築用ボード類の曲げ及び衝撃試験方法」に規定する曲げ試験方法によって曲げ強度を測定したところ、４４ｋｇｆであり、単体で建築内装材（例えば天井材）として使用するのに支障のない強度を備えていた。
【００２８】
【表１】
2006070491.tif 000002
【００２９】
［実施例２］
表２に示す組成の材料を水に分散させて、固形分５％の水性スラリーを作成し、これを抄造、成型し、乾燥、硬化させ、蓄熱性ロックウール板を得た。この時の原料歩留りは約９０％であった。
得られた蓄熱性ロックウール板は、密度４９５ｋｇ／ｍ3 、厚さ２１ｍｍ、蓄熱材含有量４．４ｋｇ／ｍ2 であり、蓄熱材はロックウール板内に比較的均一に分散、保持されていた。この蓄熱性ロックウール板の蓄熱量は、温度差７℃のとき６５〜９０ｋｃａｌ／ｍ2 と推定される。また、このロックウール板について、「ＪＩＳ  Ａ  １４０８  建築用ボード類の曲げ及び衝撃試験方法」に規定する曲げ試験方法によって曲げ強度を測定したところ、５５ｋｇｆであり、単体で建築内装材（例えば天井材）として使用するのに支障のない強度を備えていた。
【００３０】
【表２】
2006070491.tif 000003
【００３１】
［比較例１］
表３に示す組成の材料を水に分散させて、固形分５％の水性スラリーを作成し、これを抄造、成型し、乾燥、硬化させ、ロックウール板を得た。この時の原料歩留りは約９０％であった。
得られたロックウール板は、密度３５０ｋｇ／ｍ3 、厚さ１９ｍｍであった。このロックウール板について、「ＪＩＳ  Ａ  １４０８  建築用ボード類の曲げ及び衝撃試験方法」に規定する曲げ試験方法によって曲げ強度を測定したところ、４３ｋｇｆであった。
【００３２】
【表３】
2006070491.tif 000004
【００３３】
実施例１、２及び比較例１における原料歩留り、得られたロックウール板の密度、厚さ、曲げ強度を表４に示す。表４の結果から明らかなように、実施例１、２の原料歩留りは比較例１の歩留りと等しく、従って、蓄熱材を入れたロックウール板も、蓄熱材を入れない通常のロックウール板と同様の原料歩留りで製造できることを確認できた。また、実施例１、２で得られたロックウール板では蓄熱材を含有させたことにより、密度は、比較例１の通常のロックウール板に比べて増加しているが、曲げ強度は比較例１と同等若しくは増加しており、蓄熱材を含有させても強度低下は見られなかった。従って、実施例１、２に示すような蓄熱材を含有させたロックウール板は、蓄熱材を含有しない通常のロックウール板と同様に建築材料として使用でき、蓄熱材による蓄熱効果を有効に利用できる。
【００３４】
【表４】
2006070491.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００３５】
単位面積当りの蓄熱量が多く、建築材料としての強度も維持した蓄熱性無機繊維板を得ることによって、空調設備等に消費するエネルギー量を低減することができる。