绝热材的制作方法

本发明涉及绝热材。特别是涉及在表面具有涂敷膜的绝热材。

背景技术：

近年来，一直在推进移动设备的小型化、薄型化、高性能化。对于移动设备来说，人长时间手持操作的情况较多。因此，将移动设备的表面的温度抑制得较低是重要的。

因此，作为防止移动设备的表面温度上升的方法，进行了：在移动设备中的发热部件的正上方设置绝热材。在世上存在各种绝热材，而作为绝热性能高的原材料，有硅石-空气凝胶。

硅石-空气凝胶作为具有90％以上的空隙率的纳米多孔体而被知晓。另外，从经年劣化、耐热性的观点出发，也比现有的绝热材优异，已知其具有15mw/mk左右的优异的热传导率。但是，硅石-空气凝胶为数10nm级的微细二氧化硅粒子以点接触的方式连接而成的网络结构，因此，机械强度不太大。因此，为了克服其脆弱性，提出了下述方案：通过将硅石-空气凝胶与纤维、无纺布以及树脂等进行复合化并使其片材化，从而使强度提高。

但是，该微小尺寸的硅石-空气凝胶的网络结构本质上存在脆弱性，因此存在各个粒子从硅石-空气凝胶的网络结构中脱落的可能。那么，该脱落了的硅石-空气凝胶粒子在移动设备的内部浮游，由此引起移动设备的故障。

为了防止这种情况，一般来说，实施了对硅石-空气凝胶的复合化片进行膜层压而来覆盖，形成为缝袋形状(以下称作层压包装)等对策(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第6064149号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

但是，在以往的方法中存在以下的技术问题。进行适应于各种各样的形状/尺寸的层压包装这种情况成为客户定制，因此成本变得非常高。其结果，伴随着移动设备的成本提升，成为损失商品的竞争力的一个原因。

因此，本发明是用于解决现有技术问题的发明，其目的在于，提供不使用层压包装的包含硅石-空气凝胶的绝热材。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，使用下述绝热材，其具有在无纺布中内包有硅石-空气凝胶的复合层、以及包含亲水性树脂和亲油性树脂且覆盖上述复合层的表面的涂敷膜。

发明的效果

如上所述，本发明的无纺布及硅石-空气凝胶复合层的覆盖结构通过向硅石-空气凝胶的复合层表面涂敷涂料，从而不论涂布部的形状如何，均能够对硅石-空气凝胶的复合层赋予保护膜。该膜具有高密合性。由此，能够提供兼具优异的绝热性的绝热材、使用该绝热材的设备、形成该绝热材的涂敷结构的方法。

附图说明

图1(a)为通过实施方式的涂料涂敷而形成的绝热材的剖面图，

图1(b)为实施方式的涂敷膜的俯视图。

图2为示出实施方式的涂敷膜的外观的图。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式边参照附图边进行说明。

图1(a)表示实施了实施方式的涂料涂敷后的绝热材110的剖面。图1(b)表示实施方式的涂敷膜的俯视图。图2表示实施方式的涂敷膜的外观。

绝热材110是在包含无纺布106和硅石-空气凝胶105的复合层102的周围形成有涂敷膜111的结构。从复合层102露出的无纺布106的纤维与涂敷膜111中的亲水性树脂112、反应性的亲油性树脂113相密合。

<复合层102>

复合层102是在厚度0.05～1.0mm的无纺布106中内包有具有纳米尺寸的多孔结构的硅石-空气凝胶105的片。热传导率为0.01～0.1w/mk。

通常，无纺布106的热传导率为0.030～0.060w/mk，该值视为无纺布106的固体热传导成分和存在于无纺布的空隙中的空气(氮分子)的传热成分的大致总和。

通过在该空隙中内包作为低热传导率材料(一般是指0.010～0.015w/mk)的硅石-空气凝胶105，从而能够实现上述低热传导率。

一般来说，常温下的静止空气的热传导率是指0.026w/mk左右，无纺布106的热传导率大于该静止空气的值。

复合层102的特征为：是其热传导率比静止空气的热传导率小的片。

复合层102除了绝热性以外还具有疏水性、吸音性，如果选择无纺布106的种类，则能够赋予耐热性、阻燃性。

在本实施方式中，为了赋予耐热性、阻燃性，使用了氧化丙烯酸类来作为无纺布106，除此以外，也可以使用玻璃纤维纸。

<复合层102的热传导率>

在本实施方式中使用的复合层102的热传导率处于0.01～0.1w/m·k的范围内。复合层102的热传导率越低越好，其绝热效果变高，能够使为了获得相同的绝热效果所需的复合层102的厚度减薄。

另一方面，热传导率如果变得大于0.1w/m·k，则绝热效果降低，为了获得所需的绝热效果而必须使复合层102的厚度增大，因而并不优选。

<复合层102的厚度>

复合层102的厚度处于0.05mm～2mm的范围内，优选处于0.5mm～1mm的范围内。在复合层102的厚度比0.05mm薄时，厚度方向的绝热效果降低，因此，如果没有选择热传导率(现在无法存在的程度的)非常低的低热传导材料，那么无法良好地减少从其一面向另一面的厚度方向的传热。

<复合层102的制造方法>

示出复合层102的制造方法的一例。

(1)原料混合：在高摩尔硅酸钠(硅酸水溶液、si浓度14％)中添加作为催化剂的浓盐酸(12n)1.4wt％并进行搅拌，调制溶胶溶液。

(2)含浸：在无纺布106(材质：氧化丙烯酸类、厚度：0.4μm、单位面积重量50g/m²、尺寸12mm见方)中注入溶胶溶液，利用辊使溶胶溶液压入到无纺布106中而使其含浸。

(3)将含浸有溶胶溶液的无纺布夹持于pp膜(厚度40μm×2张)，并在室温23℃下放置约20分钟而使溶胶发生凝胶化。

(4)厚度限制：确认到凝胶化后，使包括膜在内的经含浸的无纺布106通过将间隔设定为650μm(包括膜厚度)的2轴辊，从无纺布106中挤出多余的凝胶，以厚度700μm的目标来进行限制。

(5)养护：在容器中放入包括膜在内的凝胶片，为了防止干燥而在85℃/85rh％的恒温恒湿槽中放入3小时，使二氧化硅粒子生长(硅醇的脱水缩合反应)来形成多孔结构。

(6)膜剥离：从养护容器中取出片，将膜剥离。

(7)疏水化1(盐酸浸渍工序)：将凝胶片浸渍在盐酸(6～12当量)中后，在常温23℃放置1小时而在凝胶片中取入盐酸。

(8)疏水化2(硅氧烷处理工序)：使凝胶片例如浸渍在作为甲硅烷基化剂的八甲基三硅氧烷和作为两亲性溶剂的2-丙醇(ipa)的混合液中，并放入55℃的恒温槽，使其反应2小时。从开始形成三甲基硅氧烷键时，从凝胶片中排出盐酸水，进行2液分离(上层为甲硅烷基化剂，下层为盐酸水)。

(9)干燥：将凝胶片移至150℃的恒温槽中，使其干燥2小时。

<向复合层102的涂敷>

复合层102是无纺布106与硅石-空气凝胶105的复合体，使用在表层部及端部处无纺布106的纤维的一部分从表层、端部突出的物体。作为形成无纺布106的纤维从复合层102突出的结构的方法，可以为任意方法，并没有限定。

作为一例，可举出：利用粘合辊或刷子等对上述复合层102的制造方法所示的完成(1)至(9)的工序而制成的复合层102的表面进行粗糙化，从而使纤维露出等。

或者，在凝胶片的制造工序中，以露出无纺布106的纤维的方式来最适宜地设定硅石-空气凝胶105的厚度、无纺布106的厚度，由此，即使不进行切削，也可以制成纤维突出的复合层102。

<涂敷涂料>

涂敷复合层102的涂敷涂料至少由亲水性的基础涂料和热固化性的亲油性树脂113构成。

基础涂料为亲水性涂料，在水溶剂中分散有粒状的亲水性树脂112的涂料成为了主流。本实施方式的硅石-空气凝胶105通过进行疏水化，从而获得了特异的结构形态，因此，反而与亲油性的树脂的相容性非常好，通过与亲油性树脂相容，从而其独自的网络结构被破坏。因此，涂敷涂料基本上必须为亲水性的涂料。

亲水性涂料需要与水溶剂良好相容，可分类为在亲水性树脂112的骨架中具有亲水性官能团的自乳化类型、使用乳化剂来使树脂强制地分散的强制乳化类型。另外，所使用的作为基础的亲水性树脂112的种类可举出丙烯酸类树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、环氧树脂、硅酮树脂、氟树脂等。

对于各种亲水性树脂112的特征而言，一般来说，具有下述特征：丙烯酸类树脂的耐光性、耐候性良好，单体的种类多，比较廉价，无色透明，光泽良好等。

另外，聚氨酯树脂在其内部具有氨基甲酸酯键、脲键等，由此由牢固地凝聚的硬链段与挠性的软链段构成，因此具有下述特征：对基材的密合性优异，涂膜硬度高，高弹且耐磨损性良好，耐久性良好、耐水性、耐试剂性良好等。

另外，聚酯树脂可使用结晶性得到了抑制的共聚聚酯、在聚酯主链上利用酯键而带有脂肪酸侧链的醇酸树脂。在主链骨架中具有利用羧基与羟基的反应所实现的酯键，对基材的密合性高，涂膜强度高，耐热性优异。

将这些亲水性树脂112作为基础的涂料若与通常的溶剂系的涂料相比，则作为一般的问题来说，可举出：(1)分子量(网眼结构)较小，因此涂膜物性弱。(2)在将亲水性基团作为基础的膜的性质上，耐水性弱。(3)没有进行交联反应，因此tg低，密合性低等。

因此，在本实施方式中，作为这些问题的对策来说，使用如下的涂料：在涂敷涂料中，将热固化性的亲油性树脂113加入到亲水性树脂112中，并且如“海岛结构”的岛那样使其微细地分散而成的独特的涂料。

热固化性的亲油性树脂113与疏水性的无纺布106的纤维良好相容，因此发现：通过进行接合并进行热固化反应，从而发挥出强密合性。需要说明的是，已判明：为了在亲水性树脂112的基础涂料中使亲油性(＝疏水性)的热固化性亲油性树脂113较小地分散，能够提高亲水性树脂112与亲油性树脂113这两者的相容性的各种表面活性剂、醇等是有效的。特别是各种醇中，2-丙醇(ipa)是两亲性溶剂，其能够控制热固化性的亲油性树脂113的粒径，还发现当该粒径小时，提高与无纺布106的纤维的密合力。

作为使本实施方式的亲油性树脂113在亲水性树脂112中如“海岛结构”的岛那样进行分散而成的涂料(下面也将该结构称作“海岛结构”)中所使用的亲水性树脂112，适合为水性丙烯酸类树脂、水性聚氨酯树脂、水性聚酯树脂，进而最适合为水性聚酯树脂。

作为亲油性树脂113，发现：适合为具有反应性的单组分环氧树脂。通常，在将亲油性树脂113添加到水性涂料中时，一般使用相溶性良好的亲水性类型的树脂，但是，在本实施方式中目的在于，与从复合层102突出的无纺布106密合，提高与涂敷膜111的密合性，因此，为了以针点状对各个纤维进行粘结增强，不溶于水性涂料这一点是很重要的。因此，需要选定亲油性的单组分环氧树脂并且在水性涂料中使其微细分散为海岛结构状。

<海岛结构>

利用涂料的涂敷所形成的绝热材110的结构成为了如下结构：无纺布106的纤维在硅石-空气凝胶105凝聚接合在无纺布106中并经一体化而成的复合层102的表面层突出的结构。

形成了下述形状的绝热材110：该无纺布106与涂敷膜111粘结，亲油性树脂113以海岛结构散布地分散在涂敷膜111中。涂敷膜111的厚度优选为1～100μm，更优选为10～30μm。若膜厚薄于1μm，则膜强度弱，因此变得容易破损。另外，若膜厚厚于100μm，则绝热性能变差。

另外，亲油性树脂113的粒径优选为0.1μm～50μm，环氧树脂的添加量在涂敷膜中优选为5～50重量％

若粒径小于0.1μm，则亲水性变强，因此膜强度降低。另外，若粒径大于50μm，则与无纺布106的纤维的粘结点变少，因此密合性变低。

若作为亲油性树脂113的环氧树脂的添加量在涂敷膜111中变得少于5重量％，则与无纺布106的纤维的接触点变少，因此密合性变低。

另外，若环氧树脂的添加量变得多于50重量％，则与亲油性的硅石-空气凝胶105的相容性变得良好，因此，硅石-空气凝胶105微细结构遭到破坏，其结果是绝热性变差。进而，优选为10～30重量％。

[实施例]

示出本实施方式中所使用的亲水性树脂112与热固化性的亲油性树脂113的实施例。需要说明的是，在本实施方式中所提示的绝热材结构并非仅限定为这些例示的材料。

作为亲水性树脂112，使用了亲水性聚酯树脂“plascoatz-880”(互应化学工业株式会社)。另外，作为热固化性的亲油性树脂113，使用了“novacurehx3941hp”(旭化成株式会社)。另外，作为相溶化剂，使用了作为两亲性溶剂的2-丙醇(ipa)。

(1)形成海岛结构的涂敷涂料の组成例

(a)亲水性树脂112：水性聚酯树脂：plascoatz-880(固体成分25wt％)：100份

(b)亲油性树脂113：单组分环氧树脂：novacurehx3941hp(咪唑比率为1/3wt％、环氧树脂比率为2/3wt％)：10份

(c)相溶化剂：2-丙醇(ipa)：10份

(2)涂敷涂料的制作

称量各(a)～(c)，并利用分散器进行15分钟搅拌混合，制作成海岛结构形成用的涂敷涂料。

(3)涂敷涂料的涂敷：

在无纺布106的纤维在表层部露出这一形状的复合层102上，使用印刷掩模和刮板来印刷涂布涂敷涂料。在涂布后，进行加热固化，由此形成涂敷膜111。

需要说明的是，涂敷膜111按照还覆盖复合层102的端部的方式进行涂布，由此能够覆盖复合层102的整体。通过将其反复涂布在两表面和端部，从而能够对整个表面进行涂料涂敷。

需要说明的是，在涂布面积小的情况下，可以采用利用浸渍法将复合层102整体全体浸渍在涂料中的方法。

(4)涂敷涂料的固化：

将在两表面涂敷了涂敷涂料的复合层102在120℃的恒温槽中干燥15分钟。由此，能够使水挥发，并且使作为亲油性树脂113的环氧树脂粒子的粒子进行反应固化，从而完成涂敷膜111。

(5)涂敷膜111的形状：

涂敷膜111的厚度为厚30μm，热固化性的亲油性树脂113的粒径为5μm，热固化性的亲油性树脂113的粒子比率为约20％。

<利用涂敷涂料进行涂敷后的复合层102的结构和特性>

对于复合层102的无纺布106来说，其纤维从复合层102的表面层突出，该纤维与最表层部的涂敷膜111的亲油性树脂113彼此为亲油性而很好地相容，通过进行强烈的粘结反应，从而发挥出优异的高密合性。

进而，在涂敷膜111中，反应性的亲油性树脂113如“海岛结构”的岛那样进行分散，与无纺布106的纤维进行化学反应，由此发挥出强密合性。

绝热材110有时覆盖在发热部件的曲面表面来赋予绝热效果，基础的聚酯树脂有挠性，并且通过上述的结构而发挥出高密合性。因此，不会引起复合层102与涂敷膜111的剥离。绝热材110能够发挥出优异的绝热性能。另外，还能够防止内包在复合层102中的硅石-空气凝胶105微粒露出。

<复合层102与涂敷树脂膜的密合力>

在复合层102上以宽10mm、厚30μm来形成涂敷膜111，利用90度剥离法来测定拉伸强度。

(a)未出现无纺布106的情况：0.7n、(b)未出现无纺布106的情况：5.5n、(c)在(b)中热固化性树脂未进入的情况：2.3n

<绝热材110的热传导率>

在复合层102上以30μm厚度涂敷涂敷膜111而成的绝热材110的热传导率为0.07w/m·k。可确认到：其与单独的复合层102相比，也发挥出了毫不逊色的优异的绝热性能。

产业上的可利用性

本实施方式的绝热材防止硅石-空气凝胶粒子的落粉，并且绝热性能也不降低，还能够适用于移动设备等的绝热用途。

符号说明

102复合层

105硅石-空气凝胶

106无纺布

110绝热材

111涂敷膜

112亲水性树脂

113亲油性树脂