JP2010047710A - 柔軟性、成形性を有する発泡ポリマー−シリカ複合体およびそれを用いた断熱材料 - Google Patents

Abstract

【課題】高い断熱性能と柔軟性、成形性を併せ持ち、また断熱性能が長期に渡り維持される、断熱材料に好適な発泡ポリマー−シリカ複合体およびその製造方法を提供する。
【解決手段】発泡ポリマー構造体と、該発泡ポリマー構造体の発泡セルの内壁に、内部に空隙を有するように被覆された密度０．２３ｇ／ｃｍ^３以下の多孔質シリカゲルとを備え、柔軟性、成形性を有する発泡ポリマー−シリカ複合体、およびシリコンアルコキシドもしくはその誘導体の加水分解によるゾルゲル反応を発泡ポリマー構造体の発泡セルの内表面で行う、その発泡ポリマー−シリカ複合体の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、低密度の多孔質シリカゲルで、発泡ポリマー構造体の内表面を被覆し、かつ発泡ポリマー構造を完全に充填せず、内部に空隙を有するように被覆された、発泡ポリマー−シリカ複合体とその製造方法、およびそれを用いた断熱材料に関するものである。

硬質ウレタンフォーム等の発泡ポリマーは、フロン系など、断熱性の高い気体を発泡ガスとして用いることで、高い断熱性能を示すことから、軽量かつ安価な断熱材として、特に建材等に広く用いられてきた。しかし近年、発泡ガスによるオゾン層の破壊や、地球温暖化効果への悪影響のため、その代替材料の開発が進んでいる。これまで二酸化炭素やヘキサンなどの代替発泡ガスを利用した発泡材の開発が進められているが、断熱性能や生産プロセスの安全性の問題が指摘されており、現状は広く普及するには至っていない。

発泡ポリマー系断熱材では、内部に封じられた発泡ガスの分子量が大きく、平均自由工程が小さいため、対流伝熱による熱伝達が小さい。しかし発泡ガスは徐々に外部に拡散して大気と置換されるため、断熱性能が経年的に劣化するという大きな問題があった。二酸化炭素や窒素、ヘキサンなどを代替発泡ガスに用いて調製した発泡ポリマー系断熱材では、分子が軽く対流による熱伝達が大きいため、そもそも断熱性能が低いという問題がある。

本発明者らはこれまで、これらの発泡ポリマー系断熱材の欠点を克服するものとして、発泡ポリマーの発泡セル内に、低密度のシリカゲル、好ましくはシリカエアロゲル状を充填した材料の開発を行ってきた（特許文献１）。シリカエアロゲルは低密度、超多孔質のシリカの総称で、優れた断熱性能（モノリス状で大気圧、常温付近での熱伝導率が０．０１２から０．０２Ｗ／ｍＫ）を持つことで知られている。低密度シリカゲルおよびシリカエアロゲルの断熱性能は、ゲルの平均細孔径が数十ナノメートル以下に抑制されており、窒素、酸素等、大気の主成分の気体分子の平均自由工程を下回るため、対流伝熱が少ないことによる。また、シリカ骨格が低密度であるため伝導伝熱も少ない。これらの材料の断熱性能は微細構造に依存するものであるため、構造の破壊が起きない限りは断熱性能が維持され、発泡ポリマー系断熱材のような経年劣化が起きることはない。

一方、低密度シリカおよびシリカエアロゲルはその低密度に起因して機械的強度が極めて小さく、また柔軟性、成形性がない極めて脆い固体である。特に断熱効果に優れたモノリス状のゲル体はハンドリングが困難である。これに対し、本発明者らはポリマーとの複合化により、高い断熱性と柔軟性、良好なハンドリング性を併せ持つ断熱材となりうることを、これまでに示している（特許文献１および２）。しかし、複雑な形状を持つ配管等を被覆する特殊な断熱材などには、一般の断熱材に求められる以上の柔軟性、成形性が求められることがある。

一方、本発明者らの研究とは別に、最近、シリカエアロゲルを連続孔型のポリマーフォームと複合化したコンポジットの作成が報告されている（特許文献３）。この文献には、シリカエアロゲルの機械的強度が複合化により改善され、エアロゲルより柔軟性を持つこと、また高い断熱性を持つことが示唆されている。しかしこの複合体はシリカが複合体全般に渡り連続した構造となるため、基本的にはシリカエアロゲルの構造、物性が支配的となり、柔軟性、成形性は不十分である。

特開２００７−３３２２４２号公報 特願２００６−２２０９０６号公報 国際公開ＷＯ２００７／１４６９４５ Ａ２号公報

本発明の目的は、高い断熱性能と柔軟性、成形性を併せ持ち、また断熱性能が長期に渡り維持される、断熱材料、並びにそれに好適な発泡ポリマー−シリカ複合体およびその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成すべく研究を重ねてきた。その結果、発泡ポリマーのセルの内表面を低密度のシリカで被覆し、かつ、その発泡セル構造を完全に充填しない、内部に空隙を持つ複合体を調製することで、断熱性能と柔軟性、成形性を兼ね備えた材料が得られることを見出し、本発明の完成に至った。

［１］すなわち、本発明は、発泡ポリマー構造体と、該発泡ポリマー構造体の発泡セルの内壁に、内部に空隙を有するように被覆された密度０．２３ｇ／ｃｍ^３以下の多孔質シリカゲルとを備え、柔軟性、成形性を有する、発泡ポリマー−シリカ複合体である。

［２］また、本発明は、前記多孔質シリカゲルが密度０．１〜０．２ｇ／ｃｍ^３以下のエアロゲルであることを特徴とする［１］項に記載の発泡ポリマー−シリカ複合体である。

［３］また、本発明は、前記発泡ポリマー構造体の空隙率が９０％以上９９．９％以下であることを特徴とする［１］または［２］に記載の発泡ポリマー−シリカ複合体である。

［４］また、本発明は、前記発泡ポリマー構造体がポリウレタンフォームまたはその複合物を含むことを特徴とする［１］〜［３］のいずれか１項に記載の発泡ポリマー−シリカ複合体である。

［５］また、本発明は、前記発泡ポリマー構造体がメラミンフォームまたはその複合物を含むことを特徴とする［１］〜［３］のいずれか１項に記載の発泡ポリマー−シリカ複合体である。

［６］また、本発明は、シリコンアルコキシドもしくはその誘導体の加水分解によるゾルゲル反応を発泡ポリマー構造体の発泡セルの内表面で行う工程を有することを特徴とする、［１］〜［５］のいずれか１項に記載の発泡ポリマー−シリカ複合体の製造方法である。

［７］また、本発明は、発泡ポリマー構造体をシリコンアルコキシドもしくはその誘導体のゾルゲル溶液に浸漬し、シリコンアルコキシドもしくはその誘導体の加水分解によるゾルゲル反応を行うものであって、シリコンアルコキシドもしくはその誘導体がゲル化する前に、前記発泡ポリマー構造体を前記ゾルゲル溶液から取り出して、前記発泡ポリマー構造体の発泡セルの内部にシリカゲルの空隙を形成する工程を有することを特徴とする、［１］〜［５］のいずれか１項に記載の発泡ポリマー−シリカ複合体の製造方法である。

［８］また、本発明は、［１］〜［５］のいずれか１項に記載の発泡ポリマー−シリカ複合体を用いてなり、１０１ｋＰａ、２０℃における熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍＫ以下である、柔軟性、成形性を有する断熱材料である。

［９］また、本発明は、前記材料に圧縮応力を加えて、圧縮応力を加えた方向に４０％圧縮した場合、一体性が損なわれず、１０１ｋＰａ、２０℃において０.０３Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率が維持されることを特徴とする、［８］項に記載の柔軟性、成形性を有する断熱材料である。

本発明の発泡ポリマー−シリカ複合体によれば、高い断熱性と成形性、柔軟性を併せ持ち、かつ断熱性能の経年劣化が少ない断熱材料を提供することができる。本発明の断熱材料は、住宅用、建築用の断熱材の他、応力を加えても断熱性能が変化しない特質と柔軟性を併せ持つことから、複雑な形状を持つ配管等を被覆する保温材として有用である。

本発明の実施の形態を以下に説明する。

本発明に係る発泡ポリマー−シリカ複合体に用いられる発泡ポリマー構造体としては、発泡セル構造またはその発泡壁を除去して得られる連続網目状の連続構造を持ち、柔軟性のある一体的な発泡体であれば特に限定されない。オープンポア型（オープンセル型）の発泡ポリマーの方が、内部にシリカ成分を導入する上では好適である。発泡ポリマー構造体の化学種は特に限定されないが、シリカ成分との親和性の点ではポリエーテル、もしくはポリエステル構造をもつポリウレタンフォームが、ポリマーの機械的性質および化学的安定性の点からはメラミンフォームが好適である。上記のポリウレタンフォームおよびメラミンフォームはその複合物であってもよい。

本発明における発泡ポリマー構造体の空隙率は特に限定されないが、空隙率の低い場合は、充填するシリカに空隙を生じさせる効果が明瞭でなくなる。また、ポリマー部分の熱伝導の影響が大きくなるため、断熱材としての性能が低下する。一方、粗い網状など、極端に空隙率の高いポリマーフォームにおいても内部に空隙を生じさせることが困難になる。ポリマー構造体の空隙率は９０％以上９９.９％以下が好ましく、９０％から９９％以下がさらに好ましい。なお、発泡ポリマー構造体の空隙率は（１−発泡ポリマー構造体の密度／当該ポリマーの（骨格もしくは真）密度）の式で表される率である。

本発明における発泡ポリマー構造体の発泡密度および発泡セルの平均径は、発泡ポリマー構造体の強度、物性の点からは密度が高く発泡径が小さい方が望ましいが、あまり発泡径が小さいとシリカ成分の充填および空隙の作成に困難を来す。発泡セルの平均径は１００〜１０００μｍ程度が好適である。また、発泡密度は５００〜１０^６個／ｃｍ^３が好ましい。

本発明係る発泡ポリマー−シリカ複合体における多孔質シリカゲルは、緻密なシリカの１０％程度以下である０．２３ｇ／ｃｍ^３以下の密度を持ち、低い熱伝達性を有する低密度シリカであれば特に限定されない。多孔質シリカゲルの空隙率は９０％以上が好ましい。断熱性能の点からは密度が０．１〜０．２ｇ／ｃｍ^３であり、かつ平均細孔径が空気の平均自由行程を下回る６０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。このような密度、構造を持つシリカエアロゲルが、本発明における低密度シリカとしては特に好ましい。
なお、本発明の発泡ポリマー−シリカ複合体における多孔質シリカゲルの密度（見かけ密度）は、直接の測定が困難である場合、発泡ポリマー構造体を用いない以外は該発泡ポリマー−シリカ複合体の製造における条件と同一条件でシリカゲルのみの試料を作成し、この密度をもって多孔質シリカゲルの密度とする。

本発明における多孔質シリカゲルは、上記の発泡ポリマー構造体の発泡セルの内壁に、内部に空隙を有して被覆されたものである。シリカゲルの被覆層の厚さは特に限定はないが、発泡セル内径の１０〜４０％が好ましい。また、発泡ポリマー−シリカ複合体におけるシリカ含有量は５０〜９９質量％が好ましい。
このようにして発泡ポリマーの発泡セル内に多孔質シリカゲルを含有（被覆）させた後の発泡ポリマー−シリカ複合体の空隙率Ｐ（以下、複合体空隙率という。）は、複合化による発泡ポリマーの体積変化が無視できると仮定し、複合体の密度をρ、発泡ポリマー構造体の骨格である密なポリマーの密度をρ_dp、緻密なシリカの密度をρ_SiO2、発泡ポリマー構造体の空隙率をＰ_ppとして、以下の式１で定義される。
Ｐ＝（ρ_dp・（１−Ｐ_pp）＋ρ_SiO2・Ｐ_pp−ρ）／ρ_SiO2・・・（式１）
ここで、ρは常法により体積と重量の測定により求められる。ρ_dp、およびρ_SiO2は使用するそれぞれの材料について公知のデータを用いて決定することができる。
複合体空隙率は、多孔質シリカゲルの空隙率および発泡セル内部の空隙に影響されるので、特に限定されるものではないが、８５％以上９９％以下が好ましく、９０％以上９８％以下がさらに好ましい。

本発明における発泡ポリマー−シリカ複合体の製造方法は、それに限定されるものではないが、好ましくは（１）既存のポリマーフォームに低密度シリカの前駆体を含浸してゲル化させ、ポリマーフォーム内表面を湿潤ゲルで被覆する工程、（２）被覆した湿潤ゲルを乾燥して低密度シリカゲルを形成する工程に大別される製造工程を有するものである。

上記の（１）工程における低密度シリカの構造を持つ湿潤ゲルの調製法は、ケイ酸塩の加水分解、シリコンアルコキシド類を主原料として用いるゾルゲル法などの溶液プロセスが好適に用いられる。本発明においては、シリコンアルコキシドもしくはその誘導体の加水分解によるゾルゲル反応を発泡ポリマー構造体の発泡セルの内表面で行うことが好ましい。本発明ではポリマーフォームの空孔を完全に充填しない構造を特徴とするが、この構造を得るためにはゲル化時間が早いほうが望ましく、触媒の種類および添加量によりゲル化時間の制御が用意なゾルゲル法を、ポリマーフォームの内表面で進行させることが特に好適である。なお、「ゾルゲル法」または「ゾルゲル反応」とは、無機物の前駆体である金属アルコキシドの加水分解、それに続く縮重合により、金属酸化物の微粒子やゲルを作製する方法または反応をいう。また、「ゾルゲル溶液」とは、上記ゾルゲル法に用いられるシリコンアルコキシドもしくはその誘導体の溶液をいう。本発明において、ゾルゲル溶液の溶媒としては、例えば、メタノール、エタノールなどのアルコール類が挙げられ、ゾルゲル溶液の当初のゾル溶液において、シリコンアルコキシドもしくはその誘導体の濃度は１０〜５０体積％が好ましい。

本発明において、シリコンアルコキシドは任意のものを使用することができ、好ましくはテトラメトキシシラン、テトラエトキシシランである。また、シリコンアルコキシドの誘導体としては、例えば、テトラメトキシシランオリゴマーなどを挙げることができる。

溶液プロセスにおいてポリマーフォームの内部を完全に充填しない構造を得る方法としては、界面活性剤ミセル等の構造を空隙として利用する方法、超臨界乾燥過程で除去可能なワックスやオリゴマーをゾルゲル溶液に分散する方法、昇華性のある有機物粒子を微分産して真空除去する方法などが考えられる。本発明においては、発泡ポリマー構造体をシリコンアルコキシドもしくはその誘導体のゾルゲル溶液に浸漬し、シリコンアルコキシドもしくはその誘導体の加水分解によるゾルゲル反応において、シリコンアルコキシドもしくはその誘導体がゲル化する前に、前記発泡ポリマー構造体を前記ゾルゲル溶液から取り出して、前記発泡ポリマー構造体の発泡セルの内部に空隙を形成することが好ましい。より簡便にはポリマーフォームをいったん湿潤ゲル溶液に含浸したのち、ポリマーフォームを圧縮して過剰量のゲル前駆体を除去する方法、圧縮したポリマーフォームを所定量の前駆体に含浸した後圧力を解放する方法がある。均質な表面被覆構造を得るためには、ゲル化の進捗により粘度が急上昇する直前でこれらの操作を行うことが望ましい。そのためには前駆体のゲル化時間をあらかじめ知ることが必要である。生成したゲル構造は低密度であり、乾燥後水分の吸着や液との接触により構造が損なわれやすいため、疎水性、撥液性の付与を目的として、シランカップリング剤等によるシラノール基の疎水化を行うことが一般的である。

上記（２）の被覆した湿潤ゲルを乾燥して低密度シリカゲルを形成し、本発明の発泡ポリマー−シリカ複合体を得る方法としては、気液界面の界面張力による影響を避けて乾燥する方法として公知である各種手法を適宜用いればよく、特に限定されない。化学的乾燥制御剤添加（ＤＣＣＡ）法、界面活性剤を添加する方法、凍結乾燥法、超臨界乾燥法などが用いられ、中でも前述の０．１〜０．２ｇ/ｃｍ^３密度のシリカが容易に得られる超臨界乾燥法が好適である。中でも低温での操作が可能で、多種のポリマーフォームに適用可能である超臨界二酸化炭素による方法が好適である。

このようにして得られた発泡ポリマー−シリカ複合体は、低密度なモノリス状であるが、単独のシリカエアロゲルと異なりある程度の柔軟性と曲げ強度を有する。また、低密度シリカがポリマーフォームの気泡内に分散されているため、ハンドリングが容易、クラックの発生が少ない、切削等の加工が容易などの利点を有する。

本発明の発泡ポリマー−シリカ複合体は、内部に空隙を有するよう調製されているため、完全に内部を充填した状態のシリカゲル複合ポリマーフォーム（国際公開ＷＯ２００７／１４６９４５ Ａ２号公報（特許文献３））と比較して、容易に変形し、柔軟性、成形性に優れる。空隙があるために対流伝熱が大きく、そのままの状態で比較すると若干断熱性能が劣るものの、既存の断熱材と比較して十分な高性能を有している。一方、圧縮、変形等の際には、低密度シリカが空隙を圧縮するような形で変形が起こるため、対流伝熱は相対的に減少し、密度の増大による伝導伝熱の増大を相殺する。したがって、本発明の発泡ポリマー−シリカ複合体を用いてなる断熱材料は、例えば複雑な形状を持つ配管等に容易に巻き付けられ、かつ、巻き付けによる断熱性能の低下が少ない、断熱・保温材として好適である。

本発明の柔軟性、成形性を有する断熱材料は、上記の発泡ポリマー−シリカ複合体を用いてなり、１０１ｋＰａ（大気中）、２０℃（室温付近）における熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍＫ以下、好ましくは０．０１２〜０．０２５Ｗ／ｍＫである。なお、ここで熱伝導率は、発泡ポリエチレンを標準として使用し、熱線法より測定された熱伝導率である。

また、本発明の柔軟性、成形性を有する断熱材料は、圧縮応力を加えて、圧縮応力を加えた方向に４０％圧縮した場合、一体性を損なわず、１０１ｋＰａ（大気中）、２０℃（室温付近）において０.０３Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率が維持されることが好ましい。なお、「圧縮応力を加えた方向に４０％圧縮する」とは、材料の圧縮応力を加えた方向の厚さが、｛１−（圧縮後の厚さ／初期厚さ）｝×１００＝４０の式を満たす厚さに圧縮することをいう。また、ここで「一体性」とは、具体的には、発泡ポリマー構造体と、多孔質シリカゲルとの一体性をいう。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。

［実施例１］
テトラメトキシシラン（東京化成製）、メタノール（市販特級品）、０．１３５ｍｏｌ／Ｌアンモニア水溶液を体積比２：４：１で混合したゾル溶液に、直径８０ｍｍ、高さ１０ｍｍの円盤状に成形した市販ポリウレタンフォーム（（株）ブリヂストン社製ＨＲ−５０、空隙率９８％、平均発泡密度５０個／２５ｍｍ、平均発泡径６８０μｍ）を浸漬した。上記組成のゾル溶液は、２０℃で約５分でゲル化するため、ゾル溶液の混合後３分で過剰なゾル溶液をウレタンフォームを圧縮して除去し、直後のゲル化によりウレタンフォームの内壁にシリカ湿潤ゲルが担持される構造を形成した。ゲル化後直ちに乾燥を防ぐためメタノールに含浸し、６０℃で２日間保持してゲルの熟成を行った。その後メタノールを数回交換しながら２４時間保持することで未反応テトラメトキシシランおよびゲル化により生成する水の除去を行った。このゲルをさらに２０質量％の１，１，１，３，３，３−ヘキサメチルジシラザン−メタノール溶液中、６５℃で３時間保持して、表面シラノール基をトリメチルシリル基に置換する疎水化処理を行った。疎水化したゲルは、乾燥を防ぐためのメタノールと共に圧力容器内に導入し、メタノール・二酸化炭素混合系の均一相条件である８０℃、２０ＭＰaで超臨界乾燥処理を行って、低密度で柔軟性のある発泡ポリマー−シリカ複合体を得た。体積と重量より求めたこの複合体の密度は０．１４３ｇ／ｃｍ^３であった。走査型電子顕微鏡観察により、この複合体ではポリマーフォーム構造の表面を厚く覆うような形で低密度シリカが担持され、かつポリマーフォームの内部が完全に充填されていない構造が多くを占めていることがわかった。緻密なウレタンの密度を１.２ｇ／ｃｍ^３、密なシリカの密度を２．３ｇ／ｃｍ^３として式１より求めた複合体空隙率は９３％であった。

［実施例２］
実施例１において、市販メラミンフォーム（ストライダー社製、空隙率９３％）を使用した以外は同様に、発泡ポリマー−シリカ複合体を作製した。この複合体の密度は０．１３１ｇ／ｃｍ^３であった。走査型電子顕微鏡観察により、この複合体ではポリマーフォーム構造の表面を厚く覆うような形で低密度シリカが担持され、かつポリマーフォームの内部が完全に充填されていない構造が多くを占めていることがわかった。緻密なメラミンの密度を１.５ｇ／ｃｍ^３、密なシリカの密度を２．３ｇ／ｃｍ^３として式１より求めた複合体空隙率は９２％であった。

［比較例１］
実施例１において、ゾル溶液の圧縮除去を行わず、ウレタンフォーム内部にシリカ湿潤ゲルを完全に充填した状態とした以外は同様の操作を行って、発泡ポリマー−シリカ複合体を得た。この複合体の密度は０．１６６ｇ／ｃｍ^３であった。走査型電子顕微鏡観察により、この複合体ではポリマーフォーム構造の空隙を完全に充填するよう低密度シリカが存在する箇所がほぼ全域であることがわかった。複合体空隙率は９２％であった。

［比較例２］
実施例２において、ゾル溶液の圧縮除去を行わず、メラミンフォーム内部にシリカ湿潤ゲルを完全に充填した状態とした以外は同様の操作を行って、発泡ポリマー−シリカ複合体を得た。この複合体の密度は０．１５８ｇ／ｃｍ^３であった。走査型電子顕微鏡観察により、この複合体ではポリマーフォーム構造の空隙を完全に充填するよう低密度シリカが存在する箇所がほぼ全域であることがわかった。複合体空隙率は９１％であった。

［比較例３］
実施例１において、ポリマーフォームを使用せず、シリカエアロゲルのみのゲル体を作成し、以降の操作を同様に行って、シリカエアロゲルを得た。このシリカエアロゲルの密度は０．１６６ｇ／ｃｍ^３であった。シリカエアロゲルの空隙率は９３％であった。

試験例１
調製したゲルは、京都電子ＱＴＭ−５００型熱伝導率測定装置により、１０１ｋＰａ（大気中）、２０℃の条件にて、発泡ポリエチレンを標準として使用し、熱線法による熱伝導率測定を行った。結果を表１にまとめて示した。

また、調製した試料を、２０×１０×８０ｍｍの棒状に成形し、三点曲げ試験機（東洋精機製作所製ストログラフＲ３）を用いて、支点間距離７０ｍｍ、変位速度１ｍｍ／ｍｉｎにて、ＪＩＳ−Ｋ７１７１に準じ三点曲げ試験を行った。試料の厚さの５０％変位の時点での曲げ応力（比較例３のシリカエアロゲルは破断時）を表１にまとめて示した。

また、調製した試料を、およそ２０×２０×１０ｍｍの板状に成形し、ロードセル試験機（島津製作所製オートグラフＡＧ−５０００Ａ）を用いて、ＪＩＳ Ｋ ７１８１に準じ圧縮応力応答試験を行った。試料の厚さの２５％変位時の圧縮応力を表１にまとめて示した。

表１より、実施例１および２については、比較例１、２より低密度な複合体が形成されており、走査型電子顕微鏡観察の結果を支持している。また、三点曲げ試験、圧縮試験の結果から、実施例１、２の方がより高い柔軟性、成形性を持つことがわかる。比較例３のように、小さい応力で破断することもなく、ハンドリング性は良好であった。

また、表１より、実施例１については比較例１より若干性能が落ちるものの、良好な断熱性能を維持していること、実施例２については比較例２と同等の低い熱伝達率を有しており、断熱材として優れた性能を持っていることがわかる。

［実施例３］
実施例２について、アンモニア水溶液の濃度を１／２、即ち０．０６２５ｍｏｌ／Ｌとした以外は同様にして、メラミンフォーム複合エアロゲルを調製した。この複合ゲルの密度は、０．０９ｇ／ｃｍ^３であった。複合体空隙率は９４％であった。

上で調製したメラミンフォーム複合エアロゲルについて、試験例１と同様に熱伝導率測定を行い、その後、ロードセル試験機（島津製作所製オートグラフＡＧ−５０００Ａ）を用いて、鉛直方向の厚さを基準として試料を２０％圧縮し、変形させた。水平方向の変化が僅かであった。圧縮したゲルについて再度、同様にして熱伝導率測定を行った。その後、再度ロードセル試験機で試料を４０％まで圧縮し、同様の熱伝導率測定を繰り返した。結果を表２に示す。

表２より、実施例３においては、圧縮して密度を変化させても、ほぼ同程度の、高い断熱性能が保たれていることがわかる。これは、圧縮による複合体の密度の増大に伴う伝導伝熱の増加と、空隙が減少することによる対流伝熱の減少が相殺され、変形時においても熱伝導率の変化が少なかったものと考えられる。このことより、本発明における発泡ポリマー−シリカ複合体は、圧縮などによる成形、変形後も高い断熱性能を保つことができる断熱材として機能するといえる。

本発明の発泡ポリマー−シリカ複合体は、住宅用、建築用断熱材、配管や各種機器類の保温材等に利用可能な有用な断熱材料として用いることができる。

Claims (9)

1. 発泡ポリマー構造体と、該発泡ポリマー構造体の発泡セルの内壁に、内部に空隙を有するように被覆された密度０．２３ｇ／ｃｍ^３以下の多孔質シリカゲルとを備え、柔軟性、成形性を有する発泡ポリマー−シリカ複合体。
2. 前記多孔質シリカゲルが密度０．１〜０．２ｇ／ｃｍ^３のエアロゲルであることを特徴とする請求項１に記載の発泡ポリマー−シリカ複合体。
3. 前記発泡ポリマー構造体の空隙率が９０％以上９９．９％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の発泡ポリマー−シリカ複合体。
4. 前記発泡ポリマー構造体がポリウレタンフォームまたはその複合物を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発泡ポリマー−シリカ複合体。
5. 前記発泡ポリマー構造体がメラミンフォームまたはその複合物を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発泡ポリマー−シリカ複合体。
6. シリコンアルコキシドもしくはその誘導体の加水分解によるゾルゲル反応を発泡ポリマー構造体の発泡セルの内表面で行う工程を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発泡ポリマー−シリカ複合体の製造方法。
7. 発泡ポリマー構造体をシリコンアルコキシドもしくはその誘導体のゾルゲル溶液に浸漬し、シリコンアルコキシドもしくはその誘導体の加水分解によるゾルゲル反応を行うものであって、シリコンアルコキシドもしくはその誘導体がゲル化する前に、前記発泡ポリマー構造体を前記ゾルゲル溶液から取り出して、前記発泡ポリマー構造体の発泡セルの内部にシリカゲルの空隙を形成する工程を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発泡ポリマー−シリカ複合体の製造方法。
8. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の発泡ポリマー−シリカ複合体を用いてなり、１０１ｋＰａ、２０℃における熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍＫ以下である、柔軟性、成形性を有する断熱材料。
9. 前記材料に圧縮応力を加えて、圧縮応力を加えた方向に４０％圧縮した場合、一体性が損なわれず、１０１ｋＰａ、２０℃において０．０３Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率が維持されることを特徴とする、請求項８に記載の柔軟性、成形性を有する断熱材料。