JPS6144535B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 二重ガラス窓は、ベケツト（Beckett）および
ゴツドフレイ（Godfrey）著「窓−性能、デザイ
ンおよび設置」（フアン・ノストランド・ライン
ホルド発行、ニユーヨーク、1974年）において記
載されるように、ときどき使用されてきた。二重
ガラス窓は空気の空間をとるように間隔をもつて
分離されて配置された２枚の平行な窓ガラス、及
びその２枚の窓ガラスの間で、それらの周辺部に
そつて延在する適度に柔軟なシーラントによつて
閉じられた空間の周辺部を有し、該周辺部は窓ガ
ラスを分離して保持し、かつそれら２枚の窓ガラ
スの間に一般に直角の平行六面体の空間を形成す
る。ポリブデン樹脂およびポリスルフイド樹脂は
二重ガラス窓の構造においてシーラントとして普
通に使用されている。

二重ガラス窓の目的は断熱および防音にある。
ベケツトおよびゴツドフレイは前記文献において
２枚の窓ガラスの間に空気空間の温度がその露点
以下に下るときに生ずる、空気空間に含まれる水
蒸気の凝縮問題について記しており、また、「窓
に関しては、凝縮はガラスの表面上と、室に面す
る型枠上とに起こり、二重窓の場合には更に２枚
の透明板ガラスの間の空間内においても起こる。
凝縮が起こると常にやつかいな問題が起る。即
ち、視界が損なわれ、ペンキ塗装および窓の型枠
は悪化する。」と記している。彼らはまたシリカ
ゲルのような脱水剤おび乾燥剤を空気間に置いて
閉じ込められた空気から湿気を吸着させて凝縮を
少くすることについても記載している。

二重ガラス窓（通常密封絶縁ガラスと名付けら
れる）は２枚の窓ガラスの間の空間内に配置さ
れ、かつこれら２枚の窓ガラスの両者を分離して
保持する密封樹脂に非常に近接して設置された細
長い固体吸着剤を有する。固体吸着剤は、密封さ
れた空気がその吸着剤と接触するように有孔の又
は完全には密封されていない一般に矩形のアルミ
ニウム管内に通常保持されまた、この吸着剤を密
封絶縁ガラスの内部の周辺部の全部または一部に
沿つて設置される。

長年の経験から、水蒸気の凝縮が二重ガラス窓
を使用する際に現われる単なる凝縮の問題ではな
く更に時間の経過に従つて有機性シーラントが分
解して、窓ガラスの内面に凝縮する炭化水素また
は有機スルフイドのような凝縮し得る蒸気を発生
する問題である。凝縮を少くするために吸着剤と
して合成ゼオライト（時にはモレキユラー・シー
ブとして呼ばれる）、シリカゲル、活性アルミナ
もしくは合成ゼオライトとシリカゲルのような第
２の吸着剤との混合物を使用することは最近の慣
行である。第２の吸着剤を、大きな孔を有するモ
レキユラー・シーブ吸着剤を補促するために使用
することは以下に述べる観察結果に基づいてい
る。即ち、水蒸気がモレキユラー・シーブによつ
て急速に吸着される結果、炭化水素蒸気もしくは
有機スルフイドを吸着するための容量が低下する
からである。使用されてきたモレキユラー・シー
ブは全て、水蒸気分子とともに窒素および酸素分
子がその吸着剤の孔に入り込めるような大きさの
孔直径をもつたものである。

この性質を有するモレキユラー・シーブゼオラ
イトを使用することによつて、これまで認識され
ていたとは思われない問題であるが、しかも、も
し認識されていたとしてもそれは無視されたかま
たはその問題に関する解答が現在に到るまで提案
されなかつた問題が生じてきた。

近時「エネルギー問題」が言われはじめた結
果、二重ガラス窓の使用量は、主にガラスで覆わ
れた高層ビルにおける現在の使用量を越えて大き
く増大し、また住宅およびアパートにおいて広般
囲に使用される傾向が現われている。

二重ガラス窓は、その使用が確かに大きく増大
しているために、最大の効率および寿命を提供す
るように設計されなければならず、水蒸気だけで
なく窒素および酸素をも吸着する吸着剤を使用す
る際に現われる問題はもはや無視できないものと
なつている。

その問題とは以下の通りである。温帯領域の北
部において暑夏の日昼には二重ガラス窓の２枚の
窓ガラスの間で閉じ込められた空気の温度は容易
に43.4℃（110〓）以上となり、寒冬の夜間には
−17.8℃（０〓）以下に下がることがある。この
範囲の低温においては、現在用いられているモレ
キユラーシーブゼオライトは水蒸気だけでなく、
多量の酸素および窒素を吸着する。高温では、吸
着された酸素および窒素は吸着剤から解放され、
２枚の窓ガラスの間に閉じ込められた気体空間中
に再びもどる傾向にある。昼と夜とによる変化お
よび季節的な変化のような温度変化に伴つて起生
される吸着−脱着のサイクルによつて、２枚の窓
ガラスの間に閉じられた空気の圧力に重大な変化
が生じる。閉じられた空気の圧力は酸素および窒
素の吸着もしくは脱着の単なる結果として６％以
上通常変動する。この圧力の変化量はもちろん温
度の効果によつて増大される。例えば、温度を上
げると窒素および酸素が現在使用されているモレ
キユラーシーブゼオライトから脱着されるだけで
なく、更に温度自体が上がることによつて２枚の
比較的固い窓ガラスの間に閉じ込められた気体の
圧力が増大する。逆に温度が下がると、窒素およ
び酸素の吸着が増大して２枚の窓ガラスの間に閉
じ込められた空間の気体の圧力は低下し、更に温
度自体が低下することによつて更に閉じ込められ
た気体の圧力は低下する。圧力がこのように連続
的に変動することによつて、二重ガラス窓を通し
ての眺めをある程度歪め、更に窓ガラス自体が前
後に移動するので樹脂によつて形成された２枚の
窓ガラスの間の密封は弱まる傾向にあり、最終的
には、外部空気と、閉じ込められた空気との間に
密封用樹脂を通して、閉じ込められた空間に多少
とも外部空気が出入りできるような通路が形成さ
れ、その結果、時間の経過と共にかかる外部空気
の出入りを通して導入された更に加つた水蒸気を
吸収する吸着剤の容量が使い尽される。

本発明によれば、二重ガラス窓の２枚の窓ガラ
スによつて閉じ込められた空間の周辺部にそつて
設置された吸着剤は２種の吸着剤の混合物であ
る。その吸着剤の１つは水蒸気を強く吸着するモ
レキユラーシーブゼオライトであり、水蒸気分子
が吸着剤の孔空間に入ることができるが、その空
間に窒素および酸素分子が入ることを防ぐような
平均孔直径のものである。この要件に合致する１
つの特定の吸着剤はユニオン・カーバイド・コー
ポレーシヨンおよびダブリユー・アール・グレー
ス・アンド・コンパニー（W.R.Grace ＆ Co.
）によつて製造され、市販されている3A型モレ
キユラーシーブである。この物質は平均孔直径が
約３オングストロームで、水蒸気を強くしかも確
実に吸着しまた、酸素および窒素のいずれも吸着
しないものである。

この特定なモレキユラーシーブの化学組成は
式：K₉Na₃〔（AlO₂）₁₂（SiO₂）₁₂〕・XH₂Oであ
る。この組成物の水含有量はゼオライトの乾燥も
しくは活性化の程度に従つて変化するが、所望の
活性化状態においては全組成物の重量の約1.5％
を越えてはいけない。この用途に好適な他の吸着
剤は平均孔直径約４オングストロームのナトリウ
ムゼオライトを手始めとしてこのナトリウムの実
質的な部分をカリウムによつて置き換えることに
よつて得られる。生成したカリウムもしくは一部
カリウムのシーブは水蒸気分子の進入は許すが窒
素および酸素分子の進入を排除するような、縮少
した孔直径を有する。

吸着剤の第２の成分はベンゼンの蒸気を吸着す
ることのできる平均直径を有するシリカゲル又は
活性アルミナである。かかるシリカゲルもしくは
活性アルミナは、二重ガラス窓の周辺部を密封す
るために使用しかつ窓ガラスの内面を染色、即ち
着色を起こさせるポリスルフイドもしくはポリオ
レフイン樹脂がゆつくりと分解した結果、２枚の
窓ガラスの間に閉じ込められた空間に放出された
炭化水素および／もしくは有機スルフイドの蒸気
がその空間から急速に除去されない場合に、それ
らの蒸気を吸着するためにその空気空間内に設置
されるものである。活性炭もまた第２の吸着剤と
して有効に機能するが、その色が特殊なため、二
重ガラス密の内部空間の周辺部から活性炭を出な
いようにするために注意を払わなければならな
い。所望ならば、シリカゲル、活性アルミナおよ
び活性炭の内、２種もしくはそれ以上の混合物を
第２の吸着剤として使用することもできる。

Ａ型モレキユラーシーブゼオライトとして当業
界において現在一般に公知のモレキユラーシーブ
ゼオライトについては米国特許第2882243号に記
載されている。Ａ型ゼオライトは11Åの直径の内
径中央中空部分、すなわちケージ（Cage）を有
する平頭立方八面体である。中空部分ははるかに
小さい直径の環状開口部を通つて侵入しており、
その直径は含有する特定のカチオンによつて決定
される。例えば4A型モレキユラゼオライトは
式：Na₁₂〔（AlO₂）₁₂（SiO₂）₁₂・XH₂Oを有する。
完全に水和しているとＸは27であるが、シーブは
加熱され全組成の水含有量が1.5重量％以下に下
るまで水分を追い出すことによつて活性化され、
吸着能力が発生する。4A型シーブは約４Åの直
径の開口部を有する。4A型シーブのナトリウム
含有量の実質的割合がカリウムに置き換わると、
その開口部の直径は約３Åに減少する。例えば、
3A型モレキユラーシーブは、4A型シーブのナト
リウムをカリウムで置換することによつて形成さ
れ、その式はK₉Na₃〔（AlO₂）₁₂（SiO₂）₁₂〕・
XH₂Oとなる。3A型モレキユラーシーブは３Åの
直径の開口部を有する。他のモレキユラーシーブ
例えば5A型、10X型、13X型などはより大きな開
口部を有している。

開口部の直径はどの分子がその開口部を通つて
ゼオライトの中空部分に入り、吸着されるのかを
直接決定する。４Åの開口部を有するモレキユラ
ーシーブは４Åより小さい動力学的直径を有する
分子の進入を許し、４Åより大きな動力学的直径
を有する分子が中空部分に進入するのを排除する
ことが予想される。進入および排除の問題はしか
しながら必ずしもそれほど単純ではない。ブレツ
ク（Breck）およびスミス（Smith）は「サイエ
ンテイフイツク・アメリカン」（Scientific
American）、1959年１月号において、「直径3.5オ
ングストロームより大きい分子は（3.5オングス
トロームの開口部直径を有するＡ型シーブの）結
晶に進入できないが、実際は必ずしもそれほど単
純なものではない。我々は例えば、４オングスト
ロームの直径を有するエタン分子が通常の温度に
おいて3.5オングストロームの開口部を通過でき
ること、しかし直径4.9オングストロームのプロ
パン分子は通過できないことを見い出した。この
ことは原子というものが固い本体を有していない
ことを思い浮かべれば十分明らかなことである。
それらの原子はまさに脈動するゴムボールのよう
である。開口部原子および進入する分子の両者の
脈動が組合わさつて3.5オングストロームの自由
直径よりもかなり大きな開口部の有効直径を形成
する。更に、進入する分子の運動エネルギーによ
つて、それらの分子は開口部を通つて進入するこ
とができる。我々は通常の温度において開口部の
自由直径よりも広い0.5オングストロームまでの
分子はその開口部を容易に通過できることを一般
に見い出した。大きな分子ほど結晶に進入するの
に益々困難となる、即ち１オングストローム大き
い分子は全く進入できない。」ことを述べてい
る。

先に引用した物質は、開口部の直径および分子
の動力学的直径の点で一定の分子の進入は許すが
その他の分子は排除するようなモレキユラーシー
ブゼオライトを形成することが困難であることを
示す。所定の開口部直径を有するモレキユラーシ
ーブがその開口部よりも大きい動力学的直径を有
し、かつその開口部よりも１オングストロームは
大きくはない分子の進入を許すか否かを知るため
にはそのモレキユラーシーブを、排除されると予
想される物質に作用させる簡単な試験を行ない、
それらが進入を許されるか排除されるかを決める
ことが必要である。

3A型のモレキユラーシーブは水分子の進入を
許し吸着しかつ酸素分子および窒素分子を排除す
る。水分子の最小動力学的直径は2.65Åと報告さ
れ、酸素および窒素の最小動力学的直径は各々
3.46および3.64Åと報告されている。4A型シーブ
のナトリウムの一部をカリウムで置換して調製し
たモレキユラーシーブが窒素および酸素の進入を
許すか排除するかを決めるためにそのナトリウム
の半分より少ない部分を置換してこの種の簡便な
試験を行なう。

二重ガラス窓において水蒸気および窓ガラスの
内表面の炭化水素もしくは有機スルフイドの凝縮
を調整するために使用する吸着剤は3Aモレキユ
ラーシーブゼオライトを、ベンゼン分子を吸着で
きるほど十分大きな孔直径を有するシリカゲル吸
着剤又は活性アルミナ吸着剤のいずれかと混合す
ることによつて調製される。

これらの吸着剤混合物は3A型モレキユラーシ
ーブゼオライトを最低約15重量％およびシリカゲ
ルもしくは活性アルミナを最低約25重量％含有し
なければならない。両吸着剤は10乃至30メツシユ
の小さな粒子の形態である。この粒子の大きさは
臨界ではないがしかしこの範囲の大きさは、二重
ガラス窓の内部の周辺部に沿つて設置する多孔性
アルミニウム管に充填するのに都合がよい。

水蒸気の凝縮および炭化水素の凝縮を調整する
ために理論的に必要とする吸着剤混合物の量は全
く少なく、２枚の窓ガラスの間に1.27cm（0.5イ
ンチ）の空間を有する91.44×152.4cm（３×５フ
イート）の二重ガラス窓に対して７ｇよりいくら
か少ない。しかしながら、二重ガラス窓の２枚の
窓ガラスの密封は僅かに不完全であり、外部空気
の水蒸気が内部空間に入り込むことをほとんど防
ぐことができない。また樹脂の硬化の間炭化水素
もしくは有機スルフイドの蒸気が急速に放出され
るのでこれらの蒸気を急速に除去することが必要
であり、更に、需要者が二重ガラス窓に長期の寿
命保証を要求している。従つて、内部空間の周辺
部にそつて配置した吸着剤の量は２枚の窓ガラス
の間に閉じ込められた空気16.38cm³（1in³）当り約
0.01乃至1.0ｇの範囲の量でなければならない。
所望によつてこれ以上の量で使用することはでき
るが、通常そのようにした場合の利益はない。

粒状のモレキユラーシーブゼオライトと、粒状
のシリカゲル、活性化アルミナまたは活性炭との
混合物を使用することは好ましい。一方、窒素お
よび酸素が吸着および脱着されることによつて生
ずる圧力の変動の防止と、同時に凝縮の有効な低
下は、特定の矩形のアルミニウム管にモレキユラ
ーシーブゼオライトを充填し、他のものには第２
吸着剤を充填し、次にゼオライトの充填管を２枚
の窓ガラスの間で閉じ込められた空間の１以上の
周辺部側部に沿つて設置し、また第２吸着剤で充
填された管を残りの周辺部側部に沿つて設置する
ことによつて達成される。更に、矩形のアルミニ
ウム管の充填はその管に粒状の吸着剤を注入する
ことによつて行われるだけではなく、所望により
吸着剤をアルミニウム管内に滑り込ませることが
できるような大きさの棒状型に圧縮して行つても
よい。

現在製造される二重ガラス窓の大部分はポリオ
レフインもしくはポリスルフイド樹脂と、吸着剤
充填アルミニウム管とを組合せ、２枚の窓ガラス
の間の間隔を維持し、かつこれらの窓ガラスの間
に閉じ込められた空間の表面を密封する。一方、
二重ガラス窓のあるものは鉛ストリツプと接着剤
とを使用して製造されて、窓ガラスの間の空間が
閉じ込められ、それらの間の間隔が維持される。
このような窓においては、処理すべき樹脂の分解
生成物は存在しないので第２の吸着剤は必要でな
く、水蒸気を吸着するが、しかし窒素および酸素
を吸着しないゼオライトモレキユラーシーブ吸着
剤のみを必要とする。この型の二重ガラス窓にお
いては、閉じ込められた空間16.38cm³（1in³）当り
約0.01乃至0.6ｇの吸着剤によつてて適当に水蒸
気の凝縮は低下される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 絶縁ガラスの内表面上で生ずる凝縮を防止す
   るために密封した前記絶縁ガラス内で使用する吸
   着剤であつて、水分子の進入を許すが窒素および
   酸素の進入は排除するような平均孔直径を有する
   モレキユラーシーブゼオライトと、炭化水素に対
   して強い親和力を有しかつベンゼン分子の進入を
   許すような平均孔直径を有する吸着剤との混合物
   から本質的に成ることを特徴とする吸着剤。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の吸着剤におい
   て、前記混合物が本質的に3A型モレキユラーシ
   ーブゼオライト15乃至75重量％から成り、残りの
   部分がシリカゲルもしくは活性アルミナであるこ
   とを特徴とする吸着剤。