(57)【要約】      （修正有）【課題】不織布とシリカエアロゲルの複合化シートの粉落ちを防止した断熱材を提供すること。【解決手段】不織布にシリカエアロゲルを内包した複合層１１０と、水溶性樹脂１１２と親油性樹脂１１３とを含み複合層１１０の表面を被覆するコーティング膜１１１を有する断熱材。コーティング膜１１１においては、水溶性樹脂１１２中に親油性樹脂１１３が複数の島状で存在する。水溶性樹脂１１２は水溶性ポリエステル樹脂であり、親油性樹脂１１３はエポキシ樹脂である。【選択図】図２
2019098713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不織布にシリカエアロゲルを内包した複合層と、
親水性樹脂と親油性樹脂とを含み、前記複合層の表面を被覆するコーティング膜と、を有する断熱材。
【請求項２】
前記コーティング膜に、前記不織布が位置する請求項１記載の断熱材。
【請求項３】
前記親水性樹脂中に前記親油性樹脂が複数の島状で存在する請求項１または２記載の断熱材。
【請求項４】
前記島状の親油性樹脂に親油性の前記不織布が位置する請求項３記載の断熱材。
【請求項５】
前記親水性樹脂は、水溶性塗料ベースの樹脂である請求項１〜４のいずれか１項に記載の断熱材。
【請求項６】
前記親油性樹脂は、熱硬化性樹脂である請求項１〜５のいずれか１項に記載の断熱材。
【請求項７】
前記親水性樹脂は、水溶性ポリエステル樹脂であり、
前記親油性樹脂は、エポキシ樹脂である請求項１〜６のいずれか１項に記載の断熱材。
【請求項８】
前記コーティング膜の厚みは、１〜１００μｍである請求項１〜７のいずれか１項に記載の断熱材。
【請求項９】
前記複数の島状の径は、０．１〜５０μである請求項３〜８のいずれか１項に記載の断熱材。
【請求項１０】
前記親油性樹脂は、前記コーティング膜中に５〜５０％重量％である請求項１〜９のいずれか１項に記載の断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱材に関するものである。特に、表面がコーティング膜を有する断熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モバイル機器の小型化、薄型化、高性能化が進んでいる。モバイル機器は、人が長時間、手で持ち操作する場合が多い。そのため、モバイル機器の表面の温度を低く抑えることは重要である。
【０００３】
そのためモバイル機器の表面の温度上昇を防ぐ方法として、モバイル機器中の発熱部品の直上に断熱材を設置する事が行われている。世の中には各種の断熱材があるが、断熱性能が高い素材としてシリカエアロゲルがある。
【０００４】
シリカエアロゲルは、９０％以上の空隙率を有するナノ多孔体として知られている。また経年劣化や耐熱性の観点から、既存の断熱材よりも優れており、１５ｍＷ／ｍＫ前後の優れた熱伝導率を有していることが知られている。しかしながら、シリカエアロゲルは、数１０ｎｍオーダーの微細なシリカ粒子が点接触で繋がったネットワーク構造であるため、機械的強度があまり大きくない。そこで、及川他は、その脆弱性を克服するために、シリカエアロゲルを繊維や不織布、そして樹脂などと複合化し、シート化することで、強度を向上することを提案している。
【０００５】
ところで、その微小サイズのシリカエアロゲルのネットワーク構造は、本質的に脆弱性があるため、個々の粒子がシリカエアロゲルのネットワーク構造から外れてしまう恐れがある。そして、その外れたシリカエアロゲル粒子がモバイル機器の内部で浮遊することで、モバイル機器の故障を引き起こすことになる。
【０００６】
それを防止するためには、一般的にシリカエアロゲルの複合化シートをフィルムラミネートして覆い、袋とじ形状（以下、ラミネートパッキングと称する）にするなどの対策を実施している。しかしながら、様々な形状・サイズに適応したラミネートパッキングを行うことは、カスタムメイドとなるため、非常にコスト高になり、モバイル機器のコストアップに繋がり、商品の競争力を損なう一因となってきている。更には、ラミネートパッキングは、シリカエアロゲルの複合化シートを袋閉じ構造で密封しているが、シートとラミネートフィルムの間に空間があるため、放熱効果が減少するという機能面の課題も顕著になっている。
【０００７】
そこで低コストでシリカエアロゲルの複合化シートの粉落ちを防止し、且つ汎用性に富み、断熱性能も落とさない形態が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第６０６４１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１は、従来のラミネートパッキングしたシリカエアロゲルの断熱材１０１の断面を示す図である。不織布１０６にシリカエアロゲル１０５を担持し複合化した複合層１０２と、その外側にシリカエアロゲル層１０３とで複層化した構造の断熱材であり、これをラミネートフィルム１０４で袋閉じした構造をとっている。この構造ではラミネートフィルム１０４は、シリカエアロゲルの複合化シートを袋閉じして覆うことで、粉落ちしたシリカエアロゲル微粒子が周囲に飛び散り拡散することを防止できる。
【００１０】
しかし、ラミネートフィルム１０４とシリカエアロゲル層１０３は、密着していないため、その間に空気層が出来てしまう。そのためモバイル機器等の断熱効果が、弱くなってしまうという課題を有している。
【００１１】
本発明は、従来の課題を解決するもので、シリカエアロゲルの複合化シートの粉落ちを防止した断熱材の被覆構造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】
【００１２】
上記目的を達成するために、不織布にシリカエアロゲルを内包した複合層と、親水性樹脂と親油性樹脂とを含み、上記複合層の表面を被覆するコーティング膜と、を有する断熱材を用いる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明の不織布及びシリカエアロゲル複合層の被覆構造は、シリカエアロゲルの複合層表面への塗料コーティングにより、塗布部の形状にとらわれずシリカエアロゲルの複合層に保護膜ができる。この膜は、高い密着性を有する。それにより、優れた断熱性を兼ね備えた断熱材と、その断熱材を用いた機器、その断熱材のコーティング構造形成の方法を提供することをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のフィルムラミネートした断熱材の断面を示す図
【図２】（ａ）実施の形態の塗料コーティングにより形成された断熱材の断面図、（ｂ）実施の形態のコーティング膜の平面図
【図３】実施の形態のコーティング膜の外観を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図２は、実施の形態の塗料コーティングがされた断熱材１１０の断面を示す。図２（ｂ）に実施の形態のコーティング膜の平面図を示す。図３に実施の形態のコーティング膜の外観を示す図
断熱材１１０は、不織布１０６及びシリカエアロゲル１０５からなる複合層１０２の周囲に、コーティング膜１１１が形成された構造である。複合層１０２からはみ出している不織布１０６の繊維は、コーティング膜１１１中の水溶性樹脂１１２や反応性の親油性樹脂１１３と密着している。
【００１６】
＜複合層１０２＞
複合層１０２は、厚み０．０５〜１．０ｍｍの不織布１０６に、ナノサイズの多孔質構造を有するシリカエアロゲル１０５を内包させたシートである。熱伝導率は、０．０１〜０．１Ｗ／ｍＫである。
【００１７】
通常、不織布１０６の熱伝導率は、０．０３０〜０．０６０Ｗ／ｍＫであり、この値は不織布１０６の固体熱伝導成分と不織布の空隙に存在している空気（窒素分子）の伝熱成分のほぼ総和と見なせる。６
この空隙に低熱伝導率材料（一般に０．０１０〜０．０１５Ｗ／ｍＫといわれる）としてシリカエアロゲル１０５を内包させることで上記低熱伝導率を実現できる。
【００１８】
一般に、常温における静止空気の熱伝導率は、０．０２６Ｗ／ｍＫ前後といわれており、不織布１０６の熱伝導率はこの静止空気の値よりも大きい。
【００１９】
複合層１０２の特徴は、その熱伝導率が、静止空気の熱伝導率よりも小さいシートであることである。
【００２０】
複合層１０２は、断熱性の他に、撥水性、吸音性を有しており、不織布１０６の種類を選べば、耐熱性や難燃性を付与することができる。
【００２１】
本実施の形態では耐熱性や難燃性を付与する為に、不織布１０６として酸化アクリルを用いたが、他にもガラス繊維紙を用いてもよい。
【００２２】
＜複合層１０２の熱伝導率＞
本実施の形態において使用する複合層１０２の熱伝導率は、０．０１〜０．１Ｗ／ｍ・Ｋの範囲内にある。複合層１０２の熱伝導率は、低ければ低いほどその断熱効果が高くなり、同じ断熱効果を得るために必要な複合層１０２の厚さを薄くすることができる。
【００２３】
他方、熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋより大きくなれば断熱効果が低下し、必要な断熱効果を得るためには複合層１０２の厚さを増大しなくてはならないので好ましくない。
【００２４】
＜複合層１０２の厚さ＞
複合層１０２の厚さは０．０５ｍｍ〜２ｍｍの範囲内にあり、好ましくは０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲内にある。複合層１０２の厚さが０．０５ｍｍよりも薄い場合には厚さ方向の断熱効果が低下するので、熱伝導率が（現在存在し得ない程の）かなり低い低熱伝導材料を選択しなければその一面から他面への厚さ方向の伝熱を良好に低減させ得ない。
【００２５】
＜複合層１０２の製造方法＞
複合層１０２の製造方法の一例を示す。
【００２６】
（１）原料混合：高モル珪酸ソーダ（珪酸水溶液、Ｓｉ濃度１４％）に触媒として濃塩酸（１２Ｎ）を１．４ｗｔ％添加し攪拌し、ゾル溶液を調合する。
【００２７】
（２）含浸：不織布１０６（材質：酸化アクリル、厚み：０．４ｕｍ、目付５０ｇ／ｍ２、寸法１２ｍｍ角）にゾル溶液を注ぎ、ロールでゾル溶液を不織布１０６に押し込んで含浸させる。
【００２８】
（３）ゾル溶液を含浸させた不織布をＰＰフィルム（厚み４０ｕｍ×２枚）に挟み、室温２３℃で約２０分放置してゾルをゲル化させる。
【００２９】
（４）厚み規制：ゲル化を確認後、ギャップを６５０ｕｍ（フィルム厚込み）に設定した２軸ロールにフィルムごと含浸された不織布１０６を通して、不織布１０６から余分なゲルを絞りだして厚み７００ｕｍ狙いで規制する。
【００３０】
（５）養生：容器にフィルムごとゲルシートを入れて、乾燥防止のために８５℃／８５ＲＨ％の恒温恒湿槽に３時間入れて、シリカ粒子を成長（シラノールの脱水縮合反応）させて多孔質構造を形成させる。
【００３１】
（６）フィルム剥がし：養生容器からシートを取り出して、フィルムを剥がす。
【００３２】
（７）疎水化１（塩酸浸漬工程）：ゲルシートを塩酸（６〜１２規定）に浸漬後、常温２３℃で１時間放置してゲルシートの中に塩酸を取り込む。
【００３３】
（８）疎水化２（シロキサン処理工程）：ゲルシートを例えば、シリル化剤であるオクタメチルトリシロキサンと両親媒性溶剤である２−プロパノール（ＩＰＡ）の混合液に浸漬させて、５５℃の恒温槽に入れて２時間反応させる。トリメチルシロキサン結合が形成され始めると、ゲルシートから塩酸水が排出され、２液分離する（上層にシリル化剤、下層に塩酸水）。
【００３４】
（９）乾燥：ゲルシートを１５０℃の恒温槽に移して２時間乾燥させる。
【００３５】
＜複合層１０２へのコーティング＞
複合層１０２は、不織布１０６とシリカエアロゲル１０５の複合体であるが、表層部及び端部では、不織布１０６の繊維の一部が表層や端部から飛び出している物を用いる。複合層１０２から、不織布１０６の繊維が飛び出した構造を形成する方法としては、どのような方法でもよく、限定はしない。
【００３６】
一例としては、上記複合層１０２の製造方法で示した（１）から（９）の工程を終えて出来上がった複合層１０２の表面や端部を粘着ローラーやブラシ等で荒らして、繊維を露出せるなどが上げられる。または、ゲルシートの製造工程で、不織布１０６の繊維を露出するようにシリカエアロゲル１０５の厚みや不織布１０６の厚みを最適設定することで、削らなくても繊維が飛び出ている複合層１０２を作成してもよい。
【００３７】
＜コーティング塗料＞
コーティング塗料は、少なくとも水溶性のベース塗料と、熱硬化性の親油性樹脂１１３で構成されている。
【００３８】
ベース塗料は、水溶性塗料で、水溶媒の中に粒子状の水溶性樹脂１１２を分散させたものが主流となっている。本実施の形態のシリカエアロゲル１０５は、疎水化することで特異の構造形態を取っているため、逆に、親油性の樹脂とは非常に馴染み性がよく、親油性樹脂と馴染むことで、その独自のネットワーク構造が破壊されてしまう。そのため、コーティング塗料は、基本的には、水溶性のものであることが必須となる。
【００３９】
水溶性塗料は、水溶媒への馴染みを良いことが必要であり、水溶性樹脂１１２の骨格に親水性の官能基をもった自己乳化タイプや、乳化剤を用いて樹脂を強制的に分散させた強制乳化タイプ分類できる。また用いられるベースとなる水溶性樹脂１１２の種類は、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。
【００４０】
それぞれの水溶性樹脂１１２の特徴は、一般的には、アクリル樹脂は、耐光性，耐候性が良い、モノマーの種類が多い、比較的安価、無色透明であり光沢が良好などの特徴を有している。
【００４１】
また、ポリウレタン樹脂は、その内部にウレタン結合、ウレア結合等を有することから、強く凝集したハードセグメントとフレキシブルなソフトセグメントから構成されているため、基材に対する密着性に優れる、塗膜硬度が高く、高弾で耐摩耗性が良好、耐久性がよい、耐水性、耐薬品性がよいなどの特徴がある。
【００４２】
また、ポリエステル樹脂は、結晶性を抑えた共重合ポリエステルやポリエステル主鎖に脂肪酸側鎖をエステル結合でもつアルキド樹脂が用いられる。主鎖骨格中にカルボキシル基と水酸基の反応でできるエステル結合を有していて、基材への高い密着性，高い塗膜強度、耐熱性が優れている。
【００４３】
これらの水系樹脂をベースとした塗料は、通常の溶剤系の塗料と比較すると、一般的な課題として、（１）分子量（網目構造）が比較的小さいため、塗膜物性が弱い。（２）親水性基をベースとした膜の性質上、耐水性が弱い。（３）架橋反応が行われないため、Ｔｇが低く、密着性が低い。などが挙げられる。
【００４４】
そこで、本実施の形態では、これらの課題の対策として、コーティング塗料において、熱硬化性の親油性樹脂１１３を水溶性樹脂１１２中に加えて、“海島構造”の島のように微細に分散させた独自の塗料を用いる。
【００４５】
熱硬化性の親油性樹脂１１３は、撥水性の不織布１０６の繊維と馴染みが良いため、接合し熱硬化反応をすることで、強い密着性を発揮することを見出した。なお、水溶性樹脂１１２のベース塗料中に、親油性（＝撥水性）の熱硬化性の親油性樹脂１１３を小さく分散させるためには、水溶性樹脂１１２と親油性樹脂１１３の両方に馴染みを向上させることの出来る各種の界面活性剤やアルコール等に、効果があると判明した。特に、各種アルコールのうち、２−プロパノール（ＩＰＡ）は、両親媒性溶剤であり、これが熱硬化性の親油性樹脂１１３の粒子径を制御することが出来て、この粒子径が小さい方が、不織布１０６の繊維との密着力が向上することも発見した。
【００４６】
本実施の形態の親油性樹脂１１３を水溶性樹脂１１２中に、“海島構造”の島のように分散させた塗料（以降は、この構造を『海島構造』と呼ぶ）に用いる水溶性樹脂１１２としては、水性アクリル樹脂、水性ウレタン樹脂、水性ポリエステル樹脂が適しており、更には、水性ポリエステル樹脂が最も適している。
【００４７】
親油性樹脂１１３としては、反応性のある一液性エポキシ樹脂が適していることを見出した。通常、親油性樹脂１１３を水性塗料に添加する場合は、相溶性の良い水溶性タイプの樹脂が使われるが一般的であるが、本実施の形態では、複合層１０２から飛び出した不織布１０６の繊維と密着し、コーティング膜１１１との密着性を上げることを目的にしているため、それぞれの繊維をピンポイントで接着補強するめには、水性塗料に溶け込まないことが重要となる。そのため、親油性の一液性エポキシ樹脂を選定し、水性塗料中に海島構造状に微細分散させることが必要となる。
【００４８】
＜海島構造＞
塗料コーティングにて形成された断熱材１１０の構造は、不織布１０６にシリカエアロゲル１０５が凝集接合し一体化した複合層１０２の表面層に不織布１０６の繊維が飛び出した構造になっている。
【００４９】
その繊維とコーティング塗料が接着しており、コーティング膜１１１には、親油性樹脂１１３が海島構造で点在して分散した形状の断熱材１１０を形成している。コーティング膜１１１の厚みは、１〜１００μｍが好ましく、更には、１０〜３０μｍが好ましい。膜厚が１μｍより薄いと膜強度が弱いため、破れたりし易くなる。また、１００μｍより厚いと、断熱性能が悪くなる。
【００５０】
また、親油性樹脂１１３の粒子径は、０．１〜５０μが好ましく、エポキシの添加量は、コーティング膜中に５〜５０重量％が好ましい。
【００５１】
粒子径が０．１μｍより小さいと、親水性が強くなるため、膜強度が下がってしまう。また、粒子径が５０μｍより大きいと、不織布の繊維との接着ポンイトが少なくなるため密着性が低くなる。
【００５２】
エポキシの添加量は、コーティング膜中に５重量％より少なくなると、不織布１０６の繊維との接触ポンイトが少なくなるため密着性が低くなる。また５０重量％より多くなると、親油性のシリカエアロゲル１０５との馴染みが良くなるため、シリカエアロゲル１０５微細構造が破壊されてしまい、その結果、断熱性が悪くなる。さらに、好ましくは、１０〜３０重量％が好ましい。
【実施例】
【００５３】
本実施の形態で用いた水溶性樹脂１１２と熱硬化性の親油性樹脂１１３の実施例を示す。なお、本実施の形態にて提示の断熱材構造は、これら例示の材料のみに限定はされるものではない。
【００５４】
水溶性樹脂１１２としては、水溶性ポリエステル樹脂「プラスコートＺ−８８０」（互応化学工業株式会社）を用いた。また、熱硬化性の親油性樹脂１１３としては、「ノバキュアＨＸ３９４１ＨＰ」（旭化成株式会社）を用いた。また相溶化剤として、両親媒性溶剤である２−プロパノール（ＩＰＡ）を用いた。
【００５５】
（１）海島構造形成するコーティング塗料の組成例
（ａ）水溶性樹脂１１２：水性ポリエステル樹脂：プラスコートＺ−８８０（固形分２５ｗｔ％）：１００部
（ｂ）親油性樹脂１１３：一液性エポキシ樹脂：ノバキュアＨＸ３９４１ＨＰ（イミダゾール比率は、１／３ｗｔ％、エポキシ比率は、２／３ｗｔ％）  ：１０部
（ｃ）相溶化剤：２−プロパノール（ＩＰＡ）：１０部
（２）コーティング塗料の作製
各（ａ）〜（ｃ）を秤量し、ディスパーにて１５分間攪拌混合して、海島構造形成用のコーティング塗料を作成した。
【００５６】
（３）コーティング塗料の塗工：不織布１０６の繊維が、表層部にはみ出した形状の複合層１０２に、印刷マスクとスキージを用いてコーティング塗料印刷塗布する。塗布した後、加熱硬化することでコーティング膜１１１を形成する。
【００５７】
なお、コーティング膜１１１は、複合層１０２の端部も覆う様に塗布することで、複合層１０２の全体を覆うことが出来る。これを両面、及び端部への塗布を繰り返すことで、全面を塗料コーティングすることが出来る。
【００５８】
なお、塗布面積が小さいばあいは、ディッピング法にて、複合層１０２全体を塗料の中に全体浸漬する方法を取っても良い。
【００５９】
（４）コーティング塗料の硬化：コーティング塗料を両面に塗工した複合層１０２を１２０℃の恒温槽にて１５分乾燥することで、水を揮発させると共に親油性樹脂１１３であるエポキシ樹脂粒子の粒子を反応硬化させて、コーティング膜１１１を完成させることが出来る。
【００６０】
（５）コーティング膜１１１の形状：塗膜の厚みは、厚み３０μｍ、熱硬化性の親油性樹脂１１３の粒子径は、５μｍ、熱硬化性の親油性樹脂１１３の粒子比率は、約２０％であった。
【００６１】
＜コーティング塗料にてコーティングした複合層１０２の構造と特性＞
複合層１０２の不織布１０６は、その繊維が複合層１０２の表面層から突き出ており、その繊維と最表層部のコーティング膜１１１の親油性樹脂１１３とが、親油性同士で馴染みがよく、強い接着反応することで優れた高密着性を発揮する。
【００６２】
更に、コーティング膜１１１には、反応性の親油性樹脂１１３が“海島構造”の島のように分散されており、不織布１０６の繊維と化学反応することで、強い密着性を発揮する。
【００６３】
断熱材１１０は、発熱部品の曲面表面に覆い被せて断熱効果を付与する場合があるが、ベースのポリエステル樹脂は可撓性があり、かつ上記の構造により高密着性を発揮するため、複合層１０２コーティング樹脂膜との剥がれが起こらず、断熱材１１０は、優れた断熱性能を発揮することができる。また、複合層１０２に内包されるシリカエアロゲル１０５微粒子が露出することも防ぐことが出来る。
【００６４】
＜複合層１０２と、コーティング樹脂膜との密着力＞
複合層１０２にコーティング樹脂膜を幅１０ｍｍ、厚み３０μｍの膜を形成し、９０度ピール法で引っ張り強度を測定した。
【００６５】
（ａ）不織布１０６の繊維が出ていない場合：０．７Ｎ、（ｂ）不織布１０６の繊維が出ていない場合：５．５Ｎ、（ｃ）（ｂ）で熱硬化性樹脂が入ってない場合：２．３Ｎ
＜断熱材１１０の熱伝導率＞
複合層１０２にコーティング膜１１１を３０μｍ厚みでコーティングした断熱材１１０の熱伝導率は、０．０７Ｗ／ｍ・Ｋであった。これは、複合層１０２単独と比較しても遜色の無い優れた断熱性能を発揮していることを確認出来た。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本実施の形態の断熱材は、シリカエアロゲル粒子の粉落ちを防止し、かつ、断熱性能も落とさず、モバイル機器等の断熱用途にも適用出来る。
【符号の説明】
【００６７】
１０１  断熱材
１０２  複合層
１０３  シリカエアロゲル層
１０４  ラミネートフィルム
１０５  シリカエアロゲル
１０６  不織布
１１０  断熱材
１１１  コーティング膜
１１２  水溶性樹脂
１１３  親油性樹脂
【図１】
2019098713.tif 000003
【図２】
2019098713.tif 000004
【図３】
2019098713.tif 000005