(57)【要約】      （修正有）【課題】冷暖房や照明に必要なエネルギーの消費量を一定水準以下に抑えることが可能な、熱伝導率が小さく、充填性にも優れた窓枠用断熱材を提供する。【解決手段】合成樹脂中空構造体の中空部分に充填する窓枠用断熱材石膏発泡体で、石膏１００質量部に対して、起泡成分を０．１５〜５質量部、強度保持成分を０．５〜５０質量部、水を２５〜２５０質量部含有している混和剤組成物の硬化物であり、起泡成分が界面活性剤であり、強度保持成分が樹脂エマルジョンである、窓枠用断熱材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
石膏発泡体からなる、窓枠用断熱材。
【請求項２】
石膏、起泡成分及び強度保持成分を含む、請求項１に記載の窓枠用断熱材。
【請求項３】
石膏１００質量部に対して、起泡成分を０．１５〜５質量部、強度保持成分を０．５〜５０質量部含有している、請求項２に記載の窓枠用断熱材。
【請求項４】
石膏、起泡成分、強度保持成分及び水を含む混和剤組成物の硬化物である、請求項１に記載の窓枠用断熱材。
【請求項５】
前記混和剤組成物は、石膏１００質量部に対して、起泡成分を０．１５〜５質量部、強度保持成分を０．５〜５０質量部、水を２５〜２５０質量部含有している、請求項４に記載の窓枠用断熱材。
【請求項６】
前記起泡成分が界面活性剤である、請求項２〜５のいずれか1項に記載の窓枠用断熱材。
【請求項７】
前記強度保持成分が樹脂エマルジョンである、請求項２〜６のいずれか1項に記載の窓枠用断熱材。
【請求項８】
合成樹脂中空構造体と、前記合成樹脂中空構造体の中空部分に存在する請求項１〜７のいずれか1項に記載の窓枠用断熱材とを含有する、窓枠。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窓枠用断熱材及びそれを用いた窓枠に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策に対する要望は年々厳しさを増しており、国の住宅分野の省エネルギー基準も見直しが図られている。国土交通省は、不動産又は建築業者に対し、住宅等全ての建築物を新築する際には、新たに作る省エネルギー基準を義務付ける方針であり、断熱材等を活用することで、冷暖房や照明に必要なエネルギーの消費量を一定水準以下に抑えるよう要求している。このため、2020年以降は、基準を満たさなければ建築を認めない等の措置が取られる可能性もある。
【０００３】
住宅において特に高い断熱性が要求されているのは、断熱性に課題がある開口部分であり、具体的には窓が該当する。窓は主として、窓枠と窓ガラスとから構成され、断熱性を改良するために、近年は窓枠が改良されてきている。
【０００４】
この窓枠には、従来は金属窓枠が使用されてきた。しかしながら、金属の熱伝導率が高いために、窓全体としての断熱性も低くならざるを得なかった。そこで、断熱性を改良するため、合成樹脂窓枠の採用が進んでいる。合成樹脂窓枠は、主として、合成樹脂中空構造体と、前記合成樹脂中空構造体の中空部分に存在する断熱材とから構成されており、合成樹脂中空構造体の構造や断熱材によって断熱性を確保している。
【０００５】
例えば、特許文献１には、合成樹脂製の中空構造体の中に断熱材を挿入した窓枠が記載されており、合成樹脂としてはポリスチレンフォームが使用されています。ところが、この場合、狭い中空部分に硬化後のフォームを挿入する必要があり、作業性及び充填性に乏しかった。
【０００６】
また、特許文献２には、合成樹脂製の枠クレームと框フレームとの間に合成樹脂製、特に軟質塩化ビニル製の仕切り部材を設置することで断熱性を確保しているが、狭い流路に合成樹脂を充填しようとするためにボイドが発生し充填性に乏しいために均一な断熱性を発現しにくい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０８８６８１号公報
【特許文献２】特開２０１７−０３６６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決しようとするものであり、熱伝導率が小さく、充填性にも優れた窓枠用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】
【０００９】
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意研究を重ねた結果、石膏発泡体が、熱伝導率が小さく、作業性及び充填性にも優れた窓枠用途に適していることを見出した。本発明者らは、このような知見に基づきさらに研究を重ね本発明を完成させた。即ち、本発明は、以下の態様を包含する。
項１．石膏発泡体からなる、窓枠用断熱材。
項２．石膏、起泡成分及び強度保持成分を含む、項１に記載の窓枠用断熱材。
項３．石膏１００質量部に対して、起泡成分を０．１５〜５質量部、強度保持成分を０．５〜５０質量部含有している、項２に記載の窓枠用断熱材。
項４．石膏、起泡成分、強度保持成分及び水を含む混和剤組成物の硬化物である、項１に記載の窓枠用断熱材。
項５．前記混和剤組成物は、石膏１００質量部に対して、起泡成分を０．１５〜５質量部、強度保持成分を０．５〜５０質量部、水を２５〜２５０質量部含有している、項４に記載の窓枠用断熱材。
項６．前記起泡成分が界面活性剤である、項２〜５のいずれか1項に記載の窓枠用断熱材。
項７．前記強度保持成分が樹脂エマルジョンである、項２〜６のいずれか1項に記載の窓枠用断熱材。
項８．合成樹脂中空構造体と、前記合成樹脂中空構造体の中空部分に存在する項１〜７のいずれか1項に記載の窓枠用断熱材とを含有する、窓枠。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱伝導率が小さく、作業性及び充填性にも優れるため、窓枠用途に適した断熱材を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
１．窓枠用断熱材
本発明の窓枠用断熱材は、石膏発泡体からなる。石膏発泡体は、熱伝導率が小さく、作業性及び充填性にも優れる。このため、本発明の窓枠用断熱材を窓枠の断熱材として使用した場合に、熱伝導率が小さいため断熱性に優れるとともに、作業性及び充填性にも優れるため合成樹脂中空構造体の狭い領域にも十分に充填することが可能である。また、このような本発明の窓枠用断熱材は、不燃性にも優れるため、本発明の窓枠用断熱材を窓枠に使用した場合に、火災等の場合に延焼を防ぐこともでき、断熱材自身が燃焼する虞もない。
【００１２】
このような石膏発泡体は、特に制限されるわけではないが、石膏、起泡成分及び強度保持成分を含むことが好ましい。これにより、熱伝導率が低く断熱性能を向上させることができ、作業性、充填性及び不燃性にも優れる。このような石膏発泡体は、石膏を含有する水硬性結合材であり、石膏、起泡成分、強度保持成分及び水を含む混和剤組成物の硬化体とすることが好ましい。このような石膏発泡体は、例えば、上記混和剤組成物から水分を除去して硬化させることで得ることができる。
【００１３】
（１−１）石膏
石膏は硫酸カルシウムとして理解され、石膏としては、無水石膏、半水石膏、二水石膏等が挙げられる。これらの石膏は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。石膏を用いることで、断熱性及び不燃性に優れた断熱材とすることが可能である。
【００１４】
（１−２）起泡成分
起泡成分は、石膏発泡体を軽量化しつつ、作業性、充填性、断熱性及び不燃性を高めるために添加することが好ましい。また、起泡成分の含有量を調整することにより、得られる石膏発泡体の作業性、充填性、断熱性及び不燃性をさらに向上させることができる。
【００１５】
起泡成分としては、特に制限されないが、界面活性剤が好ましい。界面活性剤としては、例えば、イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤等が挙げられる。イオン性界面活性剤としては、例えば、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、両性界面活性剤等が挙げられる。これらの界面活性剤は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。イオン性界面活性剤の中でも、後述の強度保持成分、特には樹脂エマルジョンと同じ電荷であり互いの作用を相殺しにくい点で、陰イオン性界面活性剤が好ましい。
【００１６】
陰イオン性界面活性剤の例としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、脂肪酸塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物等が挙げられる。ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩が、起泡性が特に高く、且つ特に安価である点で好ましい。これらの陰イオン性界面活性剤は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。
【００１７】
陽イオン性界面活性剤の例としては、例えば、アルキルアミン塩、第４級アンモニウム塩等が挙げられる。これらの陽イオン性界面活性剤は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。
【００１８】
両性界面活性剤の例としては、例えば、アルキルベタイン、アルキルアミンオキサイド等が挙げられる。これらの両性界面活性剤は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。
【００１９】
非イオン性界面活性剤の例としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレン誘導体、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルアルカノールアミド、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル等が挙げられる。これらの非イオン性界面活性剤は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。
【００２０】
石膏発泡体中の起泡成分の含有量は特に限定されないが、石膏１００質量部に対して０．１５〜５質量部であることが好ましく、０．４〜２．４質量部であることがより好ましい。この範囲とすることにより、コストを過度に高くすることなく、より十分に起泡させて作業性、充填性、断熱性及び不燃性をより向上させるとともに、より軽量化させることができる。なお、上記の含有量は、石膏発泡体中の起泡成分の含有量であるが、その原料である混和剤組成物中の起泡成分の含有量も同様とすることが好ましい。
【００２１】
（１−３）強度保持成分
強度保持成分は、石膏組成物の強度を保持しつつ作業性、充填性、断熱性及び不燃性を高めるために添加する。
【００２２】
強度保持成分としては、好ましくは樹脂エマルジョンである。樹脂エマルジョンは、水又は水性溶媒中に樹脂を分散させたものであり、公知の方法、例えば乳化剤による乳化重合法又は超音波乳化法等で合成したものを用いることもでき、市販品を使用することもできる。このような樹脂エマルジョンとしては、消泡剤が包含されているものも存在するが、十分に発泡させて充填性及び断熱性をより高める観点からは、消泡剤が包含されていないものが好ましい。ただし、少量であれば、消泡剤が包含されている樹脂エマルジョンを使用することも可能である。
【００２３】
このような樹脂エマルジョンとしては、イオン性樹脂エマルジョン及び非イオン性樹脂エマルジョンのいずれも採用でき、イオン性樹脂エマルジョン及び非イオン性樹脂エマルジョンを組合せて使用することもできる。イオン性界面活性剤としては、陰イオン性樹脂エマルジョン及び陽イオン性界面活性剤のいずれも採用でき、陰イオン性樹脂エマルジョン及び陽イオン性界面活性剤を組合せて使用することもできる。イオン性樹脂エマルジョンの中でも、起泡成分と同じ電荷であり互いの作用を相殺しにくい点で、陰イオン性樹脂エマルジョンが好ましい。
【００２４】
陰イオン性樹脂エマルジョンの例としては、例えば、酢酸ビニル系樹脂エマルジョン、エチレン−酢酸ビニル系樹脂エマルジョン、酢酸ビニル−アクリル系樹脂エマルジョン、アクリル系樹脂エマルジョン、スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、塩化ビニル−酢酸ビニル系樹脂エマルジョン、塩化ビニル−アクリル系樹脂エマルジョン、ウレタン系樹脂エマルジョン等が挙げられる。なお、「〜系樹脂エマルジョン」とは、「〜系」の前の樹脂を含有するエマルジョンを意味する。アクリル系樹脂エマルジョンは、起泡を阻害しにくく断熱性が特に高い点で好ましい。これらの陰イオン性樹脂エマルジョンは、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。
【００２５】
陽イオン性樹脂エマルジョンの例としては、例えば、アクリル系樹脂エマルジョン、酢酸ビニル系樹脂エマルジョン、アクリル酸エステル共重合体等が挙げられる。これらの陽イオン性樹脂エマルジョンは、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。
【００２６】
非イオン性樹脂エマルジョンの例としては、例えば、酢酸ビニル系樹脂エマルジョン、アクリル系樹脂エマルジョン、エチレン−酢酸ビニル系樹脂エマルジョン、エポキシ系樹脂エマルジョン、塩化ビニル系樹脂エマルジョン等が挙げられる。これらの非イオン性樹脂エマルジョンは、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。
【００２７】
強度保持成分の含有量は特に限定されないが、石膏１００質量部に対して０．５〜５０質量部であることが好ましく、５〜２５質量部であることがより好ましい。より十分に起泡させて作業性、断熱性及び不燃性をより向上させるとともに、より軽量化させることができる。なお、上記の含有量は、石膏発泡体中の起泡成分の含有量であるが、その原料である混和剤組成物中の起泡成分の含有量も同様とすることが好ましい。
【００２８】
（１−４）水
混和剤組成物中の水の含有量は特に限定されないが、石膏１００質量部に対して２５〜２５０質量部であることが好ましく、５０〜１５０質量部であることがより好ましい。この範囲とすることにより、石膏と混和しやすくダマになりにくく、石膏が沈殿しにくく、得られる石膏発泡体の強度がより向上し水硬性を発現しやすいとともに作業性もより向上させることができる。
【００２９】
（１−５）混和剤組成物
上記した石膏発泡体の原料である混和剤組成物は、好ましい一実施形態では、石膏１００質量部に対して、起泡成分０．１５〜５質量部、強度保持成分０．５〜５０質量部、水２５〜２５０質量部を含有することが好ましい。さらに好ましい一実施形態では、混和剤組成物は、石膏１００質量部に対して、起泡成分０．４〜２．４質量部、強度保持成分５〜２５質量部、水５０〜１５０質量部を含有することが好ましい。
【００３０】
以上のような構成の混和剤組成物を用いて発泡石膏体を製造した場合には、より軽量で特に高い作業性と特に高い充填性と特に高い断熱性と特に高い強度と特に高い不燃性とを兼ね備えた石膏発泡体を得ることができる。
【００３１】
混和剤組成物には、上記以外の成分をさらに含んでいてもよく、そのような成分として、セメント、骨材、繊維等が挙げられる。骨材としては砂、砕砂、砂利、砕石等が挙げられる。セメント及び骨材を添加することにより、石膏発泡体の強度をより高めることができる。
【００３２】
また、そのような成分として無機充填剤、分散剤、水溶性高分子、ＡＥ剤、遅延剤、早強剤、促進剤、発泡剤、消泡剤、防水剤、防錆剤、着色剤、防黴剤、ひびわれ低減剤、膨張剤、繊維類、染料、顔料等の添加剤が挙げられる。これらは単独で使用することもでき、2種以上を組合せて使用することもできる。
【００３３】
（１−６）石膏発泡体及び窓枠
上記した混和剤組成物を形成する場合、各成分の添加順序は特に制限されず、同時に添加することもでき、逐次的に添加することもできる。なかでも、各原料を添加中に反応が進行しにくくする（石膏は水等と触れた瞬間から反応が進行する）ため、水、起泡成分、強度保持成分及び石膏の順に添加することが好ましい。また、石膏の自重を考慮しても石膏を沈殿しにくくするため、途中段階では混合せず、全ての成分を添加した後に、ミキサー等の公知の混合装置により混合することが好ましい。混合は、石膏粉を飛散しにくくするため、低い強度で予備混合した後に、高い強度で本撹拌することが好ましい。添加及び混合の好ましい圧力は大気圧であり、好ましい温度は１５〜６０℃である。また、混合時間は、混和剤組成物の質量によって適宜設定することが好ましい。
【００３４】
このようにして得た混合物（混和剤組成物）から水分を除去して硬化させることにより、石膏発泡体からなる本発明の窓枠用断熱材を得ることができる。このようにして得られる石膏発泡体は、軽量で、且つ、優れた作業性、充填性、断熱性、強度及び不燃性を有する。また、このようにして得られた石膏発泡体の比重は０．３０未満、好ましくは０．２５以下、より好ましくは０．２０以下、さらに好ましくは０．１０以下とすることができる。この範囲とすることにより、断熱性、不燃性及び耐火性をさらに向上させることができる。なお、石膏発泡体の比重の下限値は特に制限はないが、通常０．０１程度である。また、石膏発泡体の熱伝導率は特に限定されないが、好ましくは０．０７０未満、より好ましくは０．０４０未満である。
【００３５】
このような本発明の窓枠用断熱材を窓枠に適用する場合、まず、合成樹脂中空構造体の中に、上記した混合物（混和剤組成物）を充填し、その後窓枠の形状に成形することもできるし、窓枠の形状に成形した合成樹脂中空構造体の中に、上記の混合物（混和剤組成物）を充填することもできる。この際、上記した混合物（混和剤組成物）は充填性（流動性）に優れるため、合成樹脂中空構造体が複雑な形状をしていた場合であっても、隅々まで行き渡らせることが可能である。このため、本発明によれば、合成樹脂中空構造体の内部の空間の隅々まで断熱材を充填することが可能であり、断熱性及び不燃性を特に向上させることが可能である。
【００３６】
なお、本発明の窓枠は、断熱材として本発明の窓枠用断熱材を充填すること以外の構成は、従来から公知の構成とすることができる。
【実施例】
【００３７】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００３８】
実施例
大気圧下、室温で、純水、起泡成分としての界面活性剤（ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム；花王（株）製のエマールＤ−３−Ｄ）、強度保持成分としてのアクリルエマルジョン（日信化学工業（株）製のビニブラン２５８５）、及び石膏（吉野石膏（株）製のサクラ印焼石膏Ａ級）を、表１〜３に示す組成でこの順に添加し、ミキサー（ラッセルホブス社製の１８９６０ＪＰ）を用いて、回転数５００ｒｐｍの条件で１８０秒間本撹拌し、混和剤組成物を得た。
【００３９】
製造例１：評価試験用サンプル作製
大きいサイズの塩化ビニル板の上に、直径１０ｍｍ及び長さ１５０ｍｍの円筒型の透明チューブ（塩化ビニル）を、軸方向が上下となるように鉛直方向に水平に設置した。この透明チューブの上から、実施例１〜３及び比較例１〜８で得た混和剤組成物を作製後にスポイトを用いてすぐに充填し、ヘラで端面（表面）を均した。一昼夜空気乾燥した後、６０℃のオーブン中で１５時間加熱することで水分除去及び硬化させ、透明なパイプ中に直径１０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの評価試験用サンプルとして石膏発泡体を作製した。
【００４０】
試験例１：混合状態及び起泡性
上記実施例で得られた混和剤組成物を直径１０ｍｍ及び長さ１５０ｍｍの容器に投入した。そのうえで、混合状態については、容器の底に石膏が沈殿しない場合を○、石膏が沈殿した場合を×と評価した。また、起泡性については、泡立ちが上側の層と下側の層とで目視により差がなければ○、違いがあれば×と評価した。
【００４１】
試験例２：流動性及び充填性
製造例１で得られた石膏発泡体の充填性を、透明なパイプの外周から目視で確認した。そのうえで、未充填の箇所がない場合を○、未充填の箇所がある場合を×として評価した。結果を表１〜３に示す。
【００４２】
試験例３：熱伝導率（断熱性）
熱伝導率の測定には、京都電子工業（株）製の迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００を使用した。製造例１で得られた石膏発泡体の上部から、ニードル型プローブＰＤ−Ｎ０を５０ｍｍの長さで差し込み、任意に選択した３点の熱伝導率を測定した。そのうえで、熱伝導率が０．０４未満であった場合を○、０．０４以上であった場合を×として評価した。結果を表１〜４に示す。
【００４３】
【表１】
2019142737.tif 000002
【００４４】
【表２】
2019142737.tif 000003
【００４５】
【表３】
2019142737.tif 000004
【００４６】
【表４】
2019142737.tif 000005
【００４７】
以上から、本発明の断熱材は、混合状態、起泡性、充填性及び作業性のいずれにも優れ、また、熱伝導率の性能が良好であった。