(57)【要約】【課題】蓄熱性に優れ、カプセル化蓄熱材を多量に配合した場合でも十分な強度を有し、生産性に優れた蓄熱建材を提供する。【解決手段】珪酸カルシウム（好ましくは、ワラストナイト）、カプセル化蓄熱材（好ましくは、０〜５０℃の融点を有する芯物質の周囲にラジカル付加重合により得られる熱可塑性樹脂を主成分とするカプセル壁が形成されたもの）及び水からなる混合物（好ましくは、混合物中に多孔材料が含まれる）が賦形され炭酸化処理されてなる蓄熱建材、及び炭酸化処理された硬化体からなる蓄熱建材であって、硬化体中に、非晶質シリカ、炭酸カルシウム及びカプセル化蓄熱材が含有され、非晶質シリカの含有量が４重量％以上であり、カプセル化蓄熱材の含有量が０．５〜８０体積％である蓄熱建材。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪酸カルシウム、カプセル化蓄熱材及び水からなる混合物が賦形され炭酸化処理されてなることを特徴とする蓄熱建材。
【請求項２】
混合物中に多孔材料が含まれることを特徴とする請求項１記載の蓄熱建材。
【請求項３】
混合物中の珪酸カルシウム１００重量部に対し、カプセル化蓄熱材が１〜２００重量部含まれることを特徴とする請求項１又は２記載の蓄熱建材。
【請求項４】
珪酸カルシウムがワラストナイトであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の蓄熱建材。
【請求項５】
カプセル化蓄熱材が、０〜５０℃の融点を有する芯物質の周囲にラジカル付加重合により得られる熱可塑性樹脂を主成分とするカプセル壁が形成されたものであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の蓄熱建材。
【請求項６】
炭酸化処理された硬化体からなる蓄熱建材であって、硬化体中に、非晶質シリカ、炭酸カルシウム及びカプセル化蓄熱材が含有され、非晶質シリカの含有量が４重量％以上であり、カプセル化蓄熱材の含有量が０．５〜８０体積％であることを特徴とする蓄熱建材。
【請求項７】
硬化体中に多孔材料が１０〜８０重量％含有されることを特徴とする請求項６記載の蓄熱建材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄熱建材に関し、詳しくは、炭酸化処理されてなる蓄熱建材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、室内環境を快適にするために、建物の熱容量を大きくする蓄熱建材が要望されており、例えば特許文献１には、セメント１００重量部に対して体積平均粒子径が０．５μｍ以上、且つ５０μｍ以下の潜熱蓄熱材のマイクロカプセルが１重量部以上、且つ２００重量部以下の範囲で混合されたことを特徴とする潜熱蓄熱セメント系建材が開示されている。また、特許文献２には、石膏１００重量部に対して体積平均粒子径が０．５μｍ以上、且つ５０μｍ以下の潜熱蓄熱材のマイクロカプセルが１重量部以上、且つ１００重量部以下の範囲で混合されたことを特徴とする潜熱蓄熱型石膏系建材が開示されている。
【０００３】
しかし、本発明者の検討によれば、特許文献１においては、潜熱蓄熱材のマイクロカプセル（以下、「カプセル化蓄熱材」ともいう）に影響を及ぼさないような低い温度でセメントの水和反応を進行させ、十分な強度を得るためには、長時間の養生時間を必要とし、生産性の面での問題があった。また、特許文献２においては、石膏の水和物の強度が低いため、カプセル化蓄熱材の添加量を増やした場合には強度が低下しすぎてハンドリングが困難になることがあり、このため、カプセル化蓄熱材を多量に配合することが難しく十分な蓄熱量が得られないという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２００２−１１４５５７号公報
【特許文献２】
特開平２００２−１１４５６０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来の蓄熱建材の問題点に鑑み、蓄熱性に優れ、カプセル化蓄熱材を多量に配合した場合でも十分な強度を有し、生産性に優れた蓄熱建材を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の蓄熱建材は、珪酸カルシウム、カプセル化蓄熱材及び水からなる混合物が賦形され炭酸化処理されてなることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の蓄熱建材は、請求項１記載の蓄熱建材であって、混合物中に多孔材料が含まれることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の蓄熱建材は、請求項１又は２記載の蓄熱建材であって、混合物中の珪酸カルシウム１００重量部に対し、カプセル化蓄熱材が１〜２００重量部含まれることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の蓄熱建材は、請求項１〜３の何れか１項記載の蓄熱建材であって、珪酸カルシウムがワラストナイトであることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の蓄熱建材は、請求項１〜４の何れか１項記載の蓄熱建材であって、カプセル化蓄熱材が、０〜５０℃の融点を有する芯物質の周囲にラジカル付加重合により得られる熱可塑性樹脂を主成分とするカプセル壁が形成されたものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の蓄熱建材は、炭酸化処理された硬化体からなる蓄熱建材であって、硬化体中に、非晶質シリカ、炭酸カルシウム及びカプセル化蓄熱材が含有され、非晶質シリカの含有量が４重量％以上であり、カプセル化蓄熱材の含有量が０．５〜８０体積％であることを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の蓄熱建材は、請求項６記載の蓄熱建材であって、硬化体中に多孔材料が１０〜８０重量％含有されることを特徴とする。
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いられる珪酸カルシウムとしては、例えば、各種セメント材料やその水和物、鉄鋼スラグ、ワラストナイトなどの天然鉱物が挙げられるが、得られる蓄熱建材の機械的強度が向上しやすい点で、ワラストナイトを使用するのが好ましい。ワラストナイトとは、ＣａＳｉＯ３で示される珪酸塩鉱物であり、白色の繊維状又は塊状物として天然に産出されるものである。
【００１４】
中でも高アスペクト比のワラストナイトや、ワラストナイトを微粉砕処理し、比表面積を増加させた高反応性ワラストナイトがより好ましい。例えば、アスペクト比が１０〜２５のワラストナイトであると、繊維補強効果に加え、炭酸化処理を行う前の賦形体の密度を高度に上げることが可能で、機械的物性に優れた蓄熱建材を得ることができる。また、微粉砕処理により粒子の大きさが平均粒径で１０μｍ以下であると、粒子の内部まで炭酸化反応が進行し易くなる。
【００１５】
上記高アスペクト比のワラストナイトの製造方法は特に限定されないが、例えばジェットミルなどによる粗粉砕と分級処理により得ることができる。
【００１６】
また、高度に粉砕され、結晶構造が乱れた珪酸カルシウムを用いると、珪酸カルシウムの化学反応性が向上し、炭酸化処理時における効率が向上し、常温かつ短時間の処理で機械的物性に優れた蓄熱建材を得ることができる。
【００１７】
本発明に用いられるカプセル化蓄熱材としては、一般に使用されている従来公知のカプセル化蓄熱材が使用可能であり、例えば、芯物質の周囲に熱可塑性樹脂からなるカプセル壁が形成されたものが挙げられる。
【００１８】
上記芯物質としては、特に限定されないが、融点が０〜５０℃であることが好ましい。融点を０〜５０℃とすることにより、生活温度で芯物質の相転移を起こすことができ、住宅用途での蓄熱作用をより効果的にすることができる。
【００１９】
上記カプセル壁を構成する熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、人体に有害な物質を含まず、長期間の蓄熱効果を保持し、安価であるという面から、ラジカル付加重合によって得られる熱可塑性樹脂を主成分とするものが好ましい。
【００２０】
上記混合物中におけるカプセル化蓄熱材の含有量としては、珪酸カルシウム１００重量部に対し、１〜２８０重量部であることが好ましく、より好ましくは１〜２００重量部である。含有量が少なすぎると蓄熱量が小さくなりすぎることがあり、多すぎると建材としての強度が低下しすぎてハンドリングが困難となることがある。
【００２１】
上記カプセル化蓄熱材を得る方法としては、特に限定されないが、例えば、界面活性剤を含有するモノマーに潜熱貯蔵材を乳化せしめ、その乳化液を界面活性剤水溶液中に滴下、分散させて潜熱貯蔵材を芯物質とするエマルジョンをつくり、系中のモノマーをラジカル付加重合させることで、芯物質の周囲にカプセル壁が形成されたカプセル化蓄熱材の乳化懸濁液を得る方法が好適である。この方法によれば、人体に有害な物質を含まず、安定的なカプセル壁を形成することができる。
【００２２】
カプセル化蓄熱材は、上記により得られた乳化懸濁液から分離されて用いられてもよいが、水を含む混合物として乳化懸濁液のまま用いられてもよい。
【００２３】
上記混合物中における水の割合としては、特に限定されず、適用する成形方法により所望の割合で混合される。例えば、乾燥した珪酸カルシウム粉体、上記エマルジョンにより得られたカプセル化蓄熱材の乳化懸濁液、及び必要により更に水を加えた混合物を、乾式プレス成型法により賦形する場合、混合物中の原料固形分全量（珪酸カルシウム粉体＋カプセル化蓄熱材）に対する水の割合は、１．７〜２０重量％であることが好ましい。水の割合が少なすぎると、炭酸化処理時に粒子間への二酸化炭素の溶解量が少なくなりすぎて反応速度が小さくなり十分な組織の緻密化が得られないことがある。また、水の割合が多すぎると、例えば１００℃以上の高温で炭酸化処理を行う場合に層間剥離の原因になることがある。
【００２４】
また、抄造法、脱水プレス法等の湿式法により賦形する場合は混合物中の原料固形分全量に対する水の割合は２００〜４００重量％であることが好ましい。水の割合が少なすぎると、原料の分散性が悪く不均一になったり、表面への型柄の転写性が悪くなったりすることがある。また、水の割合が多すぎると、賦形時に余分な水を搾り出す時間が長くなりすぎて生産性が低下することがある。
【００２５】
上記混合物中に多孔材料が含まれる場合には、得られる蓄熱建材の吸放湿性が向上する点で好ましい。
【００２６】
上記多孔材料としては、特に限定されず、例えば、珪藻土、シリカゲルおよびゼオライト、セピオライト、アタパルジャイト等の多孔質の粘土鉱物があげられる。中でも吸放湿性、成形性、化学安定性の点でアタパルジャイトが好ましい。
【００２７】
上記多孔材料の含有量としては、特に限定されないが、得られる蓄熱建材全重量に対し、１０〜８０重量％であることが好ましい。この範囲より少ないと吸放湿性の効果が不十分になることがある。また、この範囲より大きいと強度低下を引き起こすことがある。
【００２８】
本発明における炭酸化処理とは、珪酸カルシウムと水とを含む混合物を、二酸化炭素に接触させ、珪酸カルシウムなどの無機材料成分を二酸化炭素と反応させ硬化させることを意味する（以下、単に「炭酸化」ともいう）。珪酸カルシウムは水の存在下で二酸化炭素と反応することにより、炭酸カルシウムと非晶質シリカが形成され、強度の優れた硬化体を得ることができる。
【００２９】
このような炭酸化処理としては、例えば気体状態あるいは超臨界状態の二酸化炭素を利用する方法等が挙げられる。この場合、二酸化炭素濃度は、任意の濃度が利用されるが、１００％に近い濃度で処理することが、炭酸化の効率という点で好ましい。
【００３０】
炭酸化処理温度は、特に限定されないが、用いられるカプセル化蓄熱材のカプセル壁が熱可塑性樹脂からなる場合は、その樹脂の軟化点温度以下とされることが好ましく、通常は２０〜８０℃であり、より好ましくは４０〜６０℃である。処理温度が高すぎると、カプセル壁が溶融し破れて芯物質が漏れ出すことがある。また、処理温度が低すぎると、十分な炭酸化処理を行うために長い時間を要し、生産性が悪くなることがある。
【００３１】
上記炭酸化処理の圧力としては、特に限定されないが、０．２〜２ＭＰａであることが好ましい。圧力が０．２ＭＰａ未満の場合は、賦形体への二酸化炭素の浸透性や炭酸化処理効率が低下し、炭酸化処理が不十分になったり、十分な炭酸化処理を行うために長い時間を要したりすることがある。圧力が２ＭＰａを超える場合は、カプセル化蓄熱材のカプセル壁が破れやすくなり、芯物質が漏れ出すことがある。
【００３２】
上記炭酸化処理の時間としては、特に限定されないが、５〜１２０分であることが好ましい。処理時間が短すぎると、炭酸化が不十分になって硬化体の機械的強度が得られ難くなることがある。また、処理時間が１２０分を超える場合には、炭酸化速度に大きな向上は見られず、生産性の面で好ましくない。
【００３３】
本発明の蓄熱建材は、上記のような炭酸化処理された硬化体からなる蓄熱建材であって、硬化体中に、非晶質シリカ、炭酸カルシウム及びカプセル化蓄熱材が含有され、非晶質シリカの含有量が４重量％以上であり、カプセル化蓄熱材の含有量が０．５〜８０体積％であってもよい。
【００３４】
尚、上記非晶質シリカおよび炭酸カルシウムは、原料として添加されたものであってもよいし、上記のように、珪酸カルシウム、カプセル化蓄熱材、及び水からなる混合物が炭酸化処理されることにより生成するものであってもよい。
【００３５】
上記非晶質シリカの含有量が４重量％に満たない場合は、強度が低下しすぎてハンドリングが困難になることがある。尚、非晶質シリカの含有量の分析、算出方法については特に限定されないが、例えば、アルカリ水溶液を使用して溶解成分より算出する方法などが好適である。
【００３６】
また、上記カプセル化蓄熱材の含有量が０．５体積％に満たない場合は、蓄熱量が不十分になることがあり、含有量が８０体積％を超える場合は、建材としての強度が低下しハンドリングが困難になることがある。
【００３７】
上記硬化体中に、更に多孔材料が１０〜８０重量％含有される場合には、得られる蓄熱建材の吸放湿性が向上する点で好ましい。多孔材料の詳細については上記の説明と同様であり、重複説明は省略する。
【００３８】
（作用）
本発明の蓄熱建材は、カプセル化蓄熱材が含まれ炭酸化処理されてなるので、十分な強度を発現する硬化体を比較的低温の条件下で得ることが可能となり、カプセル壁が溶融し破れて芯物質が漏れ出すことなく、高い蓄熱容量を有する蓄熱建材を得ることができる。このため、カプセル化蓄熱材を多量に配合した場合でも十分な強度を有するとともに高い蓄熱性を有する生産性に優れた蓄熱建材を提供することが可能となる。
【００３９】
上記蓄熱建材に多孔材料が含まれる場合には、上記効果に加えて吸放湿性に優れた蓄熱建材を提供することができる。
【００４０】
カプセル化蓄熱材が特定の熱可塑性樹脂を主成分とするカプセル壁を有するものであると、上記効果に加え、人体に有害な物質を含まず、長期間の蓄熱効果を保持し、安価であるという点でより優れた蓄熱建材を提供することができる。
【００４１】
【実施例】
以下に実施例および比較例を示すことにより、本発明を具体的に説明する。
尚、本発明は下記実施例のみに限定されるものではない。
【００４２】
＜カプセル化蓄熱材の作製＞
芯物質として５０℃にて融解させたパラフィンワックス（融点２８℃）１００重量部、スチレン１００重量部、トリメチロールプロパントリアクリレート１重量部、２，２‐アゾビスイソブチロニトリル１重量部を混合、撹拌し、次いでイオン交換水１２０重量部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム１部を添加、撹拌して乳化モノマー液を調製した。一方、重合器に８０重量部のイオン交換水を入れ、攪拌を開始した。重合器内を減圧して容器内の脱酸素を行った後、窒素により圧力を大気圧まで戻し、窒素雰囲気下で、上記乳化モノマー液を一括して添加した。重合槽を８０℃まで昇温し重合を開始した。３０分で重合を終了した。その後１時間の熟成期間を置いた後、重合槽を室温まで冷却し、平均粒子径約３μｍのカプセル化蓄熱材を含む乳化懸濁液（固形分濃度５０重量％）を得た。
（実施例１）
パルプ繊維（日本紙製紙社製  品番「Ａｌａｂａｍａ  Ｒｉｖｅｒ」）１７重量部と水７００重量部をあらかじめミキサーで３０秒間混合し混合液Ａを得た。次に珪酸カルシウムとしてアスペクト比２０のワラストナイト粉砕品（清水工業社製  品番「Ｈ１２５０Ｆ」）１００重量部、上記カプセル化蓄熱材の乳化懸濁液２８０重量部（カプセル化蓄熱材１４０重量部、水分１４０重量部）、および上記混合物Ａ（パルプ繊維１７重量部、水分７００重量部）をオムニミキサーで１分間混合した（水分合計量８４０重量部）。
【００４３】
得られた混合物１０ｋｇを、下面に吸引孔を多数設けた脱水プレス用型枠内（内寸３５０ｍｍ×６４０ｍｍ）にフェルトを敷いた上に均一に展開した。次に型枠内の吸引孔につながるホースを用いて５分間吸引し余剰水を吸引した後、脱水プレス機により更に水分を吸引しつつプレスを行い板状の賦形体を得た。
【００４４】
得られた賦形体を炭酸化処理装置に投入し、二酸化炭素の加圧圧力１ＭＰａ、処理温度５０℃で、１時間炭酸化処理を行い、厚み１０ｍｍの蓄熱建材を得た。
（実施例２）
パルプ繊維（日本紙製紙社製  品番「Ａｌａｂａｍａ  Ｒｉｖｅｒ」）１７重量部と水８００重量部をあらかじめミキサーで３０秒間混合し混合液Ａを得た。次に珪酸カルシウムとしてアスペクト比２０のワラストナイト粉砕品（清水工業社製  品番「Ｈ１２５０Ｆ」）１００重量部、上記カプセル化蓄熱材の乳化懸濁液４００重量部（カプセル化蓄熱材２００重量部、水分２００重量部）、および上記混合物Ａ（パルプ繊維１７重量部、水分８００重量部）をオムニミキサーで１分間混合した（水分合計量１０００重量部）こと以外は実施例と同様にして、厚み１０ｍｍの蓄熱建材を得た。
【００４５】
（比較例１）
パルプ繊維（日本紙製紙社製  品番「Ａｌａｂａｍａ  Ｒｉｖｅｒ」）１５重量部と水６００重量部をあらかじめミキサーで３０秒間混合し混合液Ａを得た。次に普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）１００重量部、上記カプセル化蓄熱材の乳化懸濁液２８０重量部（カプセル化蓄熱材１４０重量部、水分１４０重量部）、および上記混合液Ａ（パルプ繊維１５重量部、水分６００重量部）をオムニミキサーで１分間混合した（水分合計量７４０重量部）。
【００４６】
得られた混合物１０ｋｇを、下面に吸引孔を多数設けた脱水プレス用型枠内（内寸３５０ｍｍ×６４０ｍｍ）にフェルトを敷いた上に均一に展開した。次に型枠内の吸引孔につながるホースを用いて５分間吸引し余剰水を吸引した後、脱水プレス機により更に水分を吸引しつつプレスを行い板状の賦形体を得た。
【００４７】
得られた賦形体を６０℃で１２時間蒸気養生を行い蓄熱建材を得た。
【００４８】
（比較例２）
パルプ繊維（日本紙製紙社製  品番「Ａｌａｂａｍａ  Ｒｉｖｅｒ」）１５重量部と水７５０重量部をあらかじめミキサーで３０秒間混合し混合液Ａを得た。次に普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）１００重量部、上記カプセル化蓄熱材の乳化懸濁液３４０重量部（カプセル化蓄熱材１７０重量部、水分１７０重量部）、および上記混合液Ａ（パルプ繊維１５重量部、水分７５０重量部）をオムニミキサーで１分間混合した（水分合計量９２０重量部）こと以外比較例１と同様にして、蓄熱建材を得た。
【００４９】
（比較例３）
半水石膏（コクサイ商事社製）１００重量部、上記カプセル化蓄熱材の乳化懸濁液３４０重量部（カプセル化蓄熱材１７０重量部、水分１７０重量部）、水１７０重量部をオムニミキサーで１分間混合し、得られた混合物の両面を石膏ボード原紙で挟み込んだ状態で板状にし２時間室温で養生して、厚み１０ｍｍの蓄熱建材を得た。
（比較例４）
半水石膏（コクサイ商事社製）１００重量部、上記カプセル化蓄熱材の乳化懸濁液１００重量部（カプセル化蓄熱材５０重量部、水分５０重量部）、水５０重量部をオムニミキサーで１分間混合したこと以外は比較例３と同様にして、厚み１０ｍｍの蓄熱建材を得た。
【００５０】
上記実施例及び比較例の蓄熱建材について、以下に示す方法で評価を行った。結果は表１に示した。
＜非晶質シリカ含有量＞
得られた蓄熱建材を粉砕し、２Ｎの水酸化ナトリウム水溶液で溶解するものを測定した。
＜カプセル化蓄熱材の体積％＞
添加したカプセル化蓄熱材の重量から以下の計算により求めた。
カプセル化蓄熱材の体積％＝（添加したカプセル化蓄熱材の重量／カプセル化蓄熱材の比重）／蓄熱建材の体積
＜ハンドリング性＞
得られた蓄熱建材の曲げ破壊荷重をＪＩＳ  Ａ１４０８に準じて求めた。試験片は５号片（１５０×１５０ｍｍ）で行った。
＜蓄熱量＞
得られた蓄熱建材の一部を切り出し、示差走査熱量計（セイコーインスツルメンツ社製「ＤＳＣ６２００」）を用いて単位重量当たりの蓄熱量を測定（測定温度範囲５〜５０℃、昇温速度２℃／分）し、単位面積当りに換算した値を求めた。
【００５１】
【表１】
2004359524.tif 000002
【００５２】
表１より明らかなように、本発明の実施例においては、高い蓄熱容量を発現し、曲げ破壊荷重が高くハンドリング性が良好であることが判明した。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の蓄熱建材は、珪酸カルシウム、カプセル化蓄熱材、及び水からなる混合物が賦形され炭酸化処理されてなることを特徴とするので、蓄熱性に優れ、カプセル化蓄熱材を多量に配合した場合でも十分な強度を有し、生産性に優れた蓄熱建材を提供することができる。
【００５４】
上記混合物中に多孔材料が含まれる場合には、上記効果に加えて吸放質性を向上することが可能となる。
【００５５】
上記珪酸カルシウムがワラストナイトであると、機械的強度が向上しやすくなり、またカプセル化蓄熱材が、０〜５０℃の融点を有する芯物質の周囲にラジカル付加重合により得られる熱可塑性樹脂を主成分とするカプセル壁が形成されたものであると、住宅用途での蓄熱作用が向上し、人体に有害な物質を含まず、長期間の蓄熱効果を保持し、より安価な蓄熱建材を提供することができる。
【００５６】
本発明の蓄熱建材が、炭酸化処理された硬化体からなる蓄熱建材であって、硬化体中に、非晶質シリカ、炭酸カルシウム及びカプセル化蓄熱材が含有され、非晶質シリカの含有量が４重量％以上であり、カプセル化蓄熱材の含有量が０．５〜８０体積％であることを特徴とするものであっても、上記同様の効果を発揮することができる。