JP2007085064A - 断熱材 - Google Patents

Abstract

【目的】 本発明は、スポンジ状で、真空成形によって任意の形状に成形が可能であり、また廉価で、断熱効果が著しく優れるうえ、長期間に亙って形状変化が無く優れた断熱効果を維持し得るのであり、しかも軽量で、携帯性や取扱性が良好であるうえ、リサイクルが可能な断熱材を提供することを目的とするものである。
【構成】 イネ科の植物における非食部位及び／又はココヤシの中果皮を原料として用い、この原料に加熱、炭化処理を施して形成したことを特徴とする断熱材。
【選択図】 なし

Description

本発明は、スポンジ状で、真空成形によって任意の形状に成形が可能であり、また廉価で、断熱効果が著しく優れるうえ、長期間に亙って形状変化が無く優れた断熱効果を維持し得るのであり、しかも軽量で、携帯性や取扱性が良好であるうえ、リサイクルが可能な断熱材に関する。

住宅の安全性が問われると共に、健康志向が高まる昨今、ホルムアルデヒドやグラスウール更にアスベストなどの人体に重篤な害を与える建材は忌避される傾向にあり、人体や環境への悪影響が少ない自然系建材の需要が増加してきており、その結果、ホルムアルデヒドなどの有害物質の放出を抑えた合板や有機溶剤が残存していない合板、無垢木板、自然系塗料、紙クロス、布クロス、珪藻土塗壁などの自然系の仕上げ材の普及が著しく向上している。

その一方でグラスウールやアスベストに代わる自然系断熱材はその使用が著しく制限され、その普及率は極度に減少し、少なくなっているのが現状である。

現在入手できる自然系断熱材は、木質繊維系のセルロースファイバー、炭化発泡コルク、セルロースウール、軽量軟質木質繊維、植物草茎繊維のフラックス（亜麻）繊維、ハンフ（大麻）繊維、動物繊維の羊毛繊維などがあるが、その価格が、前記グラスウールの約５倍と非常に高いことが普及に歯止めをかけている原因となっている。

又、木質繊維系のセルロースファイバー、セルロースウール、軽量軟質木質繊維、植物草茎繊維のフラックス（亜麻）繊維、ハンフ（大麻）繊維、動物繊維の羊毛繊維などは腐朽菌や虫などにおかされ易く、分解されるので、取扱面において相当の注意を要したり、耐久性などの観点から問題がある。

そこで、最近、比較的廉価な木炭を断熱材として使用する試みが検討されている（例えば、特許文献１〜４。）。

特開２００４−１９８００９号公報 特開２００３−２５１７７９号公報 特開平０７−２４１４６１号公報 特開平０６−０４９９１６号公報

木材を炭化させた、所謂「木炭」と称される材料の熱伝導率は、その原材料である木材の熱伝導率が約０．１２Ｗ／ｍ・ｋであるのに対し、約０．０６Ｗ／ｍ・ｋと比較的小さく、原材料の入手が容易で、しかも炭化処理のコストが廉価であることから、今後、重要な断熱材として利用されていくことは容易に予想される。

そこで、本発明者は、このような木炭による断熱材の利点に着目し、更に廉価で、しかも断熱効果が著しく優れる素材につき鋭意検討した結果、イネ科の植物の非食部位及び／又はココヤシの中果皮を原料として用い、この原料に加熱、炭化処理を施して形成したことを特徴とする本発明の断熱材を開発するに至ったのである。

即ち、本発明者は、イネ科の植物の非食部位やココヤシの中果皮を電子顕微鏡で観察した結果、その表面ないし内部において、細かく複雑に絡み合った細孔が多数存在する点に着目し、これらの原料に加熱、炭化処理を施せば、通常の木炭と比較しても段違いの多数且つ複雑な網目構造を有する炭化物となり、各細孔の空隙に多量の空気を包含することができることから、非常に断熱効果が高く、著しく軽い断熱材となり得るとの知見を得たのである。

又、本発明者は、中でも、ココヤシの中果皮においては、その表面ないし内部において、独立孔同士や独立孔と連続孔とが一体形となった複雑な網目構造を形成して無数に存する細孔同士が隣接した特に複雑なハニカム構造を形成しており、このココヤシの中果皮に加熱、炭化処理を施せば、無数に存する細孔同士が隣接したハニカム構造の炭化物となるので、より一層、断熱効果が高く、しかも軽量で、携帯性や取扱性が良好な断熱材となり得るとの知見を得た。

本発明者は、上述のように、イネ科の植物の非食部位やココヤシの中果皮を原料として得られた断熱材は、吸着特性にも優れることから、これらの断熱材を建材として使用することにより、建物内の調湿や脱臭更にホルムアルデヒドや有機溶剤などの吸着効果も兼ね備える非常に優れた断熱材になるとの知見も得たのである。

更に、本発明者は、イネ科の植物における非食部位やココヤシの中果皮は、利用価値が殆んどなく、殆んど利用されることなく、廃棄されているのが現状であり、至極低コストで原材料の調達が可能であることから、廃棄物利用の観点からも大きな利点があるとの知見も得たのである。

本発明者は、イネ科の植物の非食部位及び／又はココヤシの中果皮を原料として用い、この原料に加熱、炭化処理を施して形成した断熱材は、スポンジ状で、真空成形によって任意の形状に成形が可能であり、また長期間に亙って形状変化が無く優れた断熱効果を維持し得るのであり、しかも、リサイクルが可能な断熱材になるとの知見も得たのである。

本発明は、前記知見に基づき完成されたものであって、スポンジ状で、真空成形によって任意の形状に成形が可能であり、また廉価で、断熱効果が著しく優れるうえ、長期間に亙って形状変化が無く優れた断熱効果を維持し得るのであり、しかも軽量で、携帯性や取扱性が良好であるうえ、リサイクルが可能な断熱材を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するため、本発明に係る断熱材は、イネ科の植物の非食部位及び／又はココヤシの中果皮を原料として用い、この原料に加熱、炭化処理を施して形成したことを特徴とするものである。

ここで、イネ科の植物は、おおよそ６００属と１００００種が属する被子植物単子葉類の科であり、花序が変形した小穂と呼ばれる偽花を単位とし、これが集合して穂を形成するものであるが、イネ、コムギ、オオムギ、トウモロコシなどの穀物として食用に供されるものの他、ススキやヨシ、パンパスグラスなどの日常馴染み深いものがある。

また、ココヤシは、その最も中央に配される「胚乳」、その外側を包む硬い殻からなる「内果皮（ヤシガラ）」、及び内果皮を包むように取り巻く「中果皮」の三層構造となっており、前記胚乳は主として食用に供され、又、前記内果皮（ヤシガラ）はヤシガラ活性炭の原料などに供されている。

その一方で、イネ科の植物における非食部位（食用に供されている部分以外の部位）やココヤシにおける中果皮については、殆んど利用されることなく廃棄されているのが現状である。

しかしながら、本発明者が、これらイネ科の植物における非食部位やココヤシの中果皮の利用について鋭意検討したところ、その表面ないし内部において、無数の細かく複雑に絡み合った細孔が存在する点に着目し、これらの原料に加熱、炭化処理を施せば、通常の木炭と比較しても段違いの無数の細孔を有する炭化物となり、各細孔の空隙に多量の空気を包含することができることから、非常に断熱効果が高く、著しく軽い断熱材となり得ることが判明したのである。

中でも、ココヤシの中果皮においては、その表面ないし内部において、独立孔同士や独立孔と連続孔が一体形となった複雑な網目構造を形成して無数に存する細孔同士が隣接した、特に複雑なハニカム構造を形成しており、このココヤシの中果皮に加熱、炭化処理を施せば、無数に存する細孔同士が隣接したハニカム構造の炭化物となるので、より一層、断熱効果が高く、しかも極めて軽い断熱材となり得ることが判明したのである。

ところで、ココヤシの中果皮は、繊維成分を含むものであり、本発明の断熱材においては、係る繊維成分を含んだ状態のままの中果皮に対して加熱、炭化処理を施しても良いのであるが、断熱材において繊維成分が多く含まれると、断熱材全体としての密度が高くなることから、本発明においては、特に、ココヤシの中果皮から、更に繊維成分を除いたものを原料として用いることが好ましい。

そして、イネ科の植物の非食部位やココヤシの中果皮を原料として得られた断熱材は、吸着特性にも優れることから、これらの断熱材を建材として使用することにより、建物内の調湿や脱臭更にホルムアルデヒドや有機溶剤などの吸着効果も兼ね備える非常に優れた断熱材になるのである。

更に、イネ科の植物における非食部位やココヤシの中果皮は、利用価値が殆んどなく、殆んど利用されることなく廃棄されているのが現状であり、至極低コストで原材料の調達が可能であり、又、廃棄物の有効利用の観点からも大きな利点となるのである。
以下、本発明の断熱材について更に詳細に説明する。

本発明の断熱材は、イネ科の植物の非食部位及び／又はココヤシの中果皮を原料として用い、この原料に加熱、炭化処理を施してなるものである。

本発明において、「加熱、炭化処理を施す」とは、原料に対して熱を加えて炭化する処理のことをいい、この加熱、炭化処理における処理温度としては、前記原料を炭化できる温度であれば特に限定されるものではないが、本発明の場合、３５０〜８５０℃の範囲とすることが好ましく、この加熱、炭化処理温度が３５０℃未満では炭化が不十分となって断熱特性が悪いのであり、一方、８５０℃を超えると、前述の無数の細孔が破壊される恐れが生じる上、省エネルギーの観点からも好ましくないのである。

又、本発明においては、更に、吸着能力を高めることを目的として、原料を加熱、炭化処理と共に、賦活処理を施したり、或いは原料を加熱、炭化処理後、賦活処理を施したりすることが好ましい。

この賦活処理は、通常の活性炭の製造の際に施される吸着能力を高めるための処理と同様のものであり、大きく分けて「ガス賦活法」と「薬品賦活法」の二種類がある。

前者のガス賦活法は、工業的によく用いられる一般的な方法であり、本発明の場合、前述の吸着炭を、更に水蒸気、二酸化炭素等の雰囲気中において、特に、温度６５０〜８５０度程度で処理する方法である。

一方、後者の薬品賦活法は、本発明の場合、前述の吸着炭に塩化亜鉛水溶液等の処理液を染み込ませ、特に、３５０〜７００℃程度の温度条件下で炭化と賦活を一挙に行う方法である。

即ち、本発明において、いずれの賦活処理を用いるかについては、特に限定されるものではないが、賦活処理温度を通常より若干低めに設定することにより、断熱特性が向上することが判明しており、従って、本発明においては、３５０〜８５０℃程度、更に好ましくは、４００〜８５０℃程度の通常より比較的低温にて賦活処理することが好ましい。

このように、原料に対し、比較的低温で処理を行うと断熱特性が上昇する理由は、加熱・炭化処理を比較的低温で行うと、前述した原料の細孔構造がそのまま残存するのに対し、高温処理を行うと、前述の細孔構造が破壊される恐れが生じるためと解される。

ところで、本発明に係る断熱材においては、そのままの状態、即ち、粉末状態で使用してもよいが、その取扱性や作業性を一層向上するために、粒状、ペレット状、タブレット状、シート状、パネル状、ボード状又はブロック状などの任意の形状に形成し、使用しても良いのである。

ここで、本発明の断熱材を任意の形状に加工するにあたり、その加工手段としては、特に限定されるものではなく、例えば、樹脂などのバインダーを介して断熱材を接着・固定する手段などを用いても良いが、特に、本発明においては、目的とする形状の型に、本発明の断熱材と樹脂やセメントなどのバインダーを充填し、成形或いは真空成形などの手段を用いて、当該断熱材を所定形状に加工することが好ましい。

又、本発明の断熱材を任意の形状に加工するにあたり、加工と同時又は加工後に、高分子材料製のフィルムないしシートでその表面を包装したり、ラミネート加工しても良いのであり、この包装やラミネート加工により、所定の形状に成形した断熱材の表面から、粉末状の断熱材が剥がれたり、脱落したりすることを確実に防止することができる上、断熱材を折曲させたり、湾曲させたりして使用し得るのである。

ところで、本発明の断熱材は、前述の如く、イネ科の植物の非食部位及び／又はココヤシの中果皮を原料として、これに加熱・炭化処理を施してなるものであり、従って、イネ科の植物の非食部位のみを原料とする断熱材、ココヤシの中果皮のみを原料とする断熱材、及び適当な配合割合の双方を原料とする断熱材に分けることができるが、その断熱効果を比較すると、ココヤシの中果皮を原料とした断熱材の方が、熱伝導率が小さいことが判明しているため、本発明においては、ココヤシの中果皮を原料とした断熱材を主成分とすることが好ましく、具体的には、ココヤシの中果皮を原料とした断熱材の配合割合を５０〜１００重量％とすることが好ましいのであり、特に、ココヤシの中果皮から繊維成分を除いた原料を主成分とする断熱材とすることが、断熱効果の向上及び断熱材の軽量化の観点から最も望ましい。

又、本発明の断熱材は、必ずしも単独で用いる必要はなく、所望により公知の断熱材と混合して用いても良いのであるが、この場合も、ココヤシの中果皮を原料とした断熱材を主成分とすることが好ましく、具体的には、ココヤシの中果皮を原料とした断熱材の配合割合を５０〜１００重量％とすることが好ましい。

本発明は、前記構成を有する断熱材であり、非常に廉価で、断熱効果が高く、しかも軽い新規な断熱材である。

即ち、本発明の断熱材は、その表面ないし内部において、微細孔を多数有するイネ科の植物の非食部位やココヤシの中果皮を原料とし、これに加熱・炭化処理を施しているから、通常の木炭と比較しても段違いで、しかも複雑な網目構造を有する炭化物となり、その各細孔の空隙に多量の空気を包含することができることから、非常に断熱効果が高く、且つ著しく軽いなどの効果を奏するのである。

中でも、ココヤシの中果皮においては、その表面ないし内部において、独立孔同士や独立孔と連続孔が一体形となった複雑な網目構造を形成して無数に存する細孔同士が隣接したハニカム構造を形成しており、このココヤシの中果皮に加熱、炭化処理を施せば、無数に存する細孔同士が隣接したハニカム構造の炭化物となるので、より一層、断熱効果が高いなどの効果を奏するのである。

又、本発明に係る断熱材においては、イネ科の植物の非食部位やココヤシの中果皮を原料として得られたものであるから、吸着特性にも優れる結果、これらの断熱材を建材として使用することにより、建物内の調湿や脱臭更に有害物質などの吸着効果も兼ね備える非常に優れたものになるなどの効果を奏するのである。

更に、イネ科の植物における非食部位やココヤシの中果皮は、利用価値が殆んどなく、殆んど利用されることなく廃棄されているのが現状であり、至極低コストで原材料の調達が極めて容易であることから、廃棄物利用の観点からも大きな利点があるのである。

本発明に係る断熱材においては、イネ科の植物の非食部位及び／又はココヤシの中果皮を原料として用い、この原料に加熱、炭化処理を施して形成した断熱材であるから、スポンジ状で、真空成形によって任意の形状に成形が可能であり、また長期間に亙って形状変化が無く優れた断熱効果を維持し得るのであり、しかも、リサイクルが可能であるなどの効果を奏するのである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。

ココヤシの中果皮を水流で洗い、粉状のものを除去したものを乾燥し、これを温度約５５０℃で加熱し、赤熱した状態で水蒸気、炭酸ガス（燃焼ガス中のＣＯ2）及び酸素（燃焼空気中のＯ2）の混合雰囲気中、温度約６００℃で加熱、炭化処理を施すことにより、本発明の断熱材粉末を得た。

比較例

比較例として、コンクリート、ＡＬＣ板、合板、木材、木炭、ウール、セルロースファイバー、炭化発泡コルク及びフラックス繊維を用意した。

実施例で得られた本発明の断熱材及び比較例で用意した各種建材につき、その熱伝導率を測定したところ、以下の表１に示す結果となった。

この表１に示す結果より、本発明の断熱材が、公知の素材や断熱材と比較して、非常に断熱効果が高いことが認められた。

Claims (8)

1. イネ科の植物における非食部位及び／又はココヤシの中果皮を原料として用い、この原料に加熱、炭化処理を施して形成したことを特徴とする断熱材。
2. ココヤシの中果皮から、更に繊維成分を除いたものを原料として用いた請求項１に記載の断熱材。
3. 加熱、炭化処理における処理温度が３５０〜８５０℃の範囲である請求項１又は２に記載の断熱材。
4. 加熱、炭化処理を行うと共に、賦活処理を施してなる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の断熱材。
5. 加熱、炭化処理後、賦活処理を施してなる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の断熱材。
6. 賦活処理における処理温度が３５０〜８５０℃の範囲である請求項４又は５に記載の断熱材。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の断熱材が、粒状、ペレット状、タブレット状、シート状、パネル状、ボード状又はブロック状などの任意の形状に成形されている断熱材。
8. 断熱材が、真空成形により任意の形状に成形加工されてなる請求項７に記載の断熱材。