JP2006162076A - 真空断熱材 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時およびリサイクル時における取扱い性に優れるだけでなく、真空引き後の曲面加工性および断熱性に優れた真空断熱材および該真空断熱材の使用方法を提供すること。
【解決手段】少なくとも芯材と該芯材を収納し内部を減圧状態に維持できる外包材とを備えてなる真空断熱材において、前記芯材が有機繊維からなるシート状繊維集合体であり、前記芯材の真空引き後の厚みが０．１〜５ｍｍであり、曲面加工性を有することを特徴とする真空断熱材および該真空断熱材を、給水機器における円筒状タンク、配管設備における円筒状配管、冷蔵庫の筐体、または保冷ボックスの筐体に沿わせて変形させ使用することを特徴とする、真空断熱材の使用方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、冷蔵庫、自動販売機、保冷箱、保冷車、給水機器、配管等の断熱材として用いられる真空断熱材に関する。

従来、冷蔵庫、自動販売機、保冷箱、保冷車等には、種々の構造・性能を有する断熱材が使用されている。近年においては、非常に優れた断熱性を有する真空断熱材が上記用途に多く使用されている。真空断熱材とは、一般的には、ガスバリア性の金属蒸着フィルム等からなる外包材に芯材を充填し、その内部を減圧して密封した構造を有するものである。このような真空断熱材の断熱性・生産性・取扱い性（作業性）は、芯材によって大きく左右されるが、現在汎用される芯材としては、繊維状芯材、粉末状芯材、連続気泡樹脂発泡体、連続気泡セラミック発泡体からなる芯材が挙げられる。また従来の真空断熱材における芯材の真空引き後の厚みは１０ｍｍ以上の厚手のものがほとんどである。

連続気泡発泡体を用いた芯材は、取扱い性だけでなく、軽量性等にも非常に優れているが、ガラス繊維等の繊維状材料に比較して、断熱性が劣る面がある。また粉末状芯材は、軽量性および取扱い性が非常に低下する。したがって、繊維状芯材、特にガラス繊維、ロックウール等の無機繊維を用いた芯材が近年多用されている。

平均繊維長１ｍｍ以下のガラス繊維を主成分とし、当該ガラス繊維が伝熱方向に対して垂直方向に配向されているガラス繊維集合体を用いた芯材（特許文献１）は、アウトガス（芯材から揮発するガス分）の発生もなく、断熱性に極めて優れた性質を有するが、ガラス繊維という材質自身の取扱い性に大きな難がある。取扱い性を改善すべく、ガラス繊維を重ね合わせたものにニードルパンチを施し、外包材に芯材を挿入する作業について改善したものも見られるが、材質そのものに由来する取扱い性の難点を解決し得るものではない。特に、当該芯材をリサイクルする時点における取扱い性の問題点は以前残ったままである。

一方、真空断熱材の用途は近年において広がりつつある。例えば、真空断熱材を、給水機器における円筒状タンクや配管設備における円筒状配管にその外周から巻き付けて被覆し、タンクや配管の熱効率を向上させる用途が挙げられる。そのような用途では真空断熱材は、タンクや配管の外周面に合わせて変形させ、密着させる必要がある。しかしながら、上記のような従来の厚手の真空断熱材は、真空引き後に変形させるのは困難であった。たとえ真空引き前に芯材を容易に変形できたとしても、変形された芯材を用いた真空断熱材の製造は困難であった。

そこで、真空引き後の芯材厚みを、例えば、５ｍｍ以下に設定し、真空引き後の変形を容易にすることが考えられる。しかしながら、芯材として平均繊維長１ｍｍ以下のガラス繊維からなるものを使用した場合、厚みを薄くすると、十分な曲面加工性が得られなかった。すなわち、得られる真空断熱材は容易に変形できたとしても、平板形状に戻ろうとし、しかも変形状態において比較的大きな折れシワが発生するので、当該真空断熱材の巻き付けが困難であったり、巻き付け後の密着が十分に達成できなかった。
特開平９−４７８５号公報

本発明は、製造時およびリサイクル時における取扱い性に優れるだけでなく、真空引き後の曲面加工性および断熱性に優れた真空断熱材を提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも芯材と該芯材を収納し内部を減圧状態に維持できる外包材とを備えてなる真空断熱材において、前記芯材が有機繊維からなるシート状繊維集合体であり、前記芯材の真空引き後の厚みが０．１〜５ｍｍであり、曲面加工性を有することを特徴とする真空断熱材および該断熱材の使用方法に関する。

本発明の真空断熱材は、芯材が有機繊維から構成され、繊維の飛散等がほとんどないので、製造時およびリサイクル時における取扱い性に優れている。芯材が、特にポリエステル繊維から構成されと、環境負荷が小さいので、使用後のリサイクル性についても非常に優れる。
また曲面加工性にも優れ、特にポリエチレンテレフタレート繊維を用いた場合には、曲面加工性が顕著に向上する。すなわち、芯材を構成する有機繊維、特にポリエチレンテレフタレート繊維は柔軟性があるため、当該繊維は真空引き後であっても真空断熱材内部において変形に合わせて円滑に挙動する。当該真空断熱材は変形時において復元力が比較的弱く、しかも折れシワが比較的小さく、かつ少ない。そのため、当該真空断熱材は給水機器における円筒状タンクや配管設備における円筒状配管等への巻き付けが容易で、しかもそれらへの十分な密着を達成できる。
さらに芯材がシート状ポリエステル繊維集合体とされると、連続気泡発泡体を用いた真空断熱材を上回る断熱性を発揮し、またガラス繊維と比較して取扱い性に極めて優れる。

本発明の真空断熱材は少なくとも芯材と該芯材を収容し内部を減圧状態に維持できる外包材とからなる。

本発明で使用される芯材は有機繊維からなるシート状繊維集合体である。
有機繊維としては、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリウレタン繊維、ポリノジック繊維、レーヨン繊維等の合成繊維、麻、絹、綿、羊毛等の天然繊維等が挙げられる。これらの繊維は１種からなる単独繊維または複数種の混合繊維として用いられる。吸湿性が少なく断熱性に優れ、しかも量産性、コスト性に優れる観点から、好ましくはポリエステル繊維であり、特に好ましくは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維である。

本発明においてポリエステル繊維とは、化学構造単位が主としてエステル結合で結合されてなる高分子からなる繊維を意味し、製造法は特に限定されるものではないが、例えば、ジカルボン酸成分とジオール成分との反応により得られるポリエステル繊維であってもよいし、または一分子中にヒドロキシル基とカルボキシル基とを有するヒドロキシカルボン酸成分同士の反応により得られるポリエステル繊維であってもよい。

ポリエステル繊維の具体例として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）繊維、ポリプロピレンテレフタレート繊維、ポリアリレート繊維などが挙げられる。例えば、ＰＥＴ繊維は、テレフタル酸ジメチル（ＤＭＴ）とエチレングリコール（ＥＧ）またはテレフタル酸（ＴＰＡ）とＥＧとの反応等により得られ、ＰＢＴ繊維はＤＭＴとテトラメチレングリコール（ＴＭＧ）またはＴＰＡとＴＭＧとの反応等により得られる。当然ながら、リサイクルＰＥＴ繊維を使用しても何ら問題はない。

ポリエステル繊維は軟化点２００〜２６０℃程度、強度０．３〜１．２ＧＰａ程度のものが、繊維製造の容易さの観点から好ましい。

本発明で用いる有機繊維の好ましい繊維太さは、特に限定されるものではないが、１〜６デニール程度が好ましい。１デニール未満ではシート状に加工することが難しくなるためであり、６デニールを越えると断熱性が低下する傾向にある。好ましくは、１〜３デニールである。上記繊維太さを有する有機繊維の平均繊維径は通常、９〜２５μｍ、好ましくは９〜１７μｍである。平均繊維径は、１０本の繊維に対し、繊維１本当たり２箇所の径をＣＣＤカメラ画像により処理して測定し、計２０箇所の径の平均値を求めて平均繊維径値として用いた。
有機繊維の好ましい繊維長（平均繊維長）は、１０〜１５０ｍｍである。１０ｍｍ未満ではシート状に加工することが難しくなる。１５０ｍｍを越えると断熱性が低下する傾向にある。好ましくは、２０〜８０ｍｍである。

繊維化する方法としては、溶融紡糸法、湿式紡糸法、乾式紡糸法等があるが、本発明において好ましくは溶融紡糸法である。溶融紡糸法とは、高分子の融液を細孔ノズルより空気中に吐出し、吐出された溶融糸条を細化させながら空気で冷却、固化し、その後一定の速度で引き取る方式である。本方法では、前記した繊維太さを有する繊維が容易に製造可能である。

本発明において「シート状」とは平板形状を有しているという意味である。繊維集合体をそのままのわた状態で使用する場合など、芯材がシート状でないと、芯材の取り扱い性が低下するので芯材を外包材へ収納する工程が煩雑になりすぎ、作業性が悪化する。

シート状繊維集合体（芯材）の厚みは、真空引き後において０．１ｍｍ〜５ｍｍとなるよう設定される。特に真空引き後の厚みが、０．５ｍｍ〜３．５ｍｍ程度となるのが、断熱性、生産性の面でバランスがよい。また、シート状繊維集合体は、１層のシートからなっていても良いが、ポリエステル繊維の１層シートで、真空引き後の厚みが５ｍｍ程度の厚い芯材を形成する場合は、シート製造が難しいため、２層以上のシートを積層し、シート状繊維集合体（芯材）とするのが好ましい。繊維集合体はバインダー等の他の材料を使用されないで加工されることが好ましく、例えば、いわゆるニードルパンチ法等でシート状に加工するようにする。バインダーを用いるスパンボンド法等は、アウトガス発生による断熱性の経時的な低下が起こり問題となる。さらに、バインダーを用いることなくシート状にできるニードルパンチ法を用いた繊維集合体であれば、繊維間での滑り特性も良好であり、曲面加工性も優れる。なお、ニードルパンチ法とは、繊維の方向がある程度揃ったポリエステル繊維塊、すなわちポリエステル繊維ウェブに対し、フックの付いた多数の針を垂直に突き刺したり引き上げたりすることを繰返し、ウェブ中の繊維同士を互いに絡ませることによりシート状にする方法である。
芯材厚み（真空引き後）の測定において、外包材の厚みは非常に小さいので考慮しないものとする。

本発明において芯材の密度は１００〜４５０ｋｇ／ｍ^３が好ましく、より好ましくは１５０〜３００ｋｇ／ｍ^３である。密度が小すぎると、芯材としての強度が低下してしまうと共に断熱性が低下する傾向がある。一方、大きすぎると、重くなると共に断熱性が低下する傾向がある。すなわち、密度は軽すぎても、重すぎても断熱性が低下する傾向がある。前記平均繊維径において、最も好ましい密度は、１８０〜２５０ｋｇ／ｍ^３である。

本明細書中、芯材の密度は、芯材を外包材に収容し、真空引きした後の密度を測定したものである。すなわち、真空断熱材を作成した後、真空断熱材の重量から、あらかじめ測定した外包材及びガス吸着材等の重量を引き、芯材の重量を得る。また真空断熱材の体積から、あらかじめ測定したガス吸着材等の体積を引き、芯材の体積を得る。なお、外包材は厚みが非常に小さいので、体積算出には考慮しない。得られた芯材の重量および体積から密度を算出する。

上記芯材を収納する外包材は、ガスバリア性を有し、内部を減圧に維持できるものであれば、どのようなものでも用いることができ、好ましくはヒートシール可能なものである。好適な具体例として、例えば、最外層から、ナイロン、アルミ蒸着ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、アルミ箔、及び最内層として高密度ポリエチレンの４層構造からなるガスバリアフィルム、最外層から、ポリエチレンテレフタレート樹脂、中間層にアルミ箔、最内層に高密度ポリエチレン樹脂からなるガスバリアフィルム、最外層にＰＥＴ樹脂、中間層にアルミニウム蒸着層を有するエチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂、最内層に高密度ポリエチレン樹脂からなるガスバリアフィルム等が挙げられる。

本発明の真空断熱材において外包材の中には、経時的な断熱性をより向上させる観点から、真空引き後に真空断熱材内部で発生するガス、例えば、芯材から発生するアウトガスや水分、および外部から侵入してくるガス・水分を吸着するガス吸着材を、芯材とともに収納させることが好ましい。

ガス吸着材はガス吸着物質を粉状、粒状または錠剤状等のそのままの形態で使用してもよいが、取扱い性の観点から、ガス吸着物質が通気性のある容器に収容されてなる形態で使用されることが好ましい。

ガス吸着物質としては特に限定されるものではないが、物理的にガスや水分等を吸着するものとして、例えば、活性炭、シリカゲル、酸化アルミニウム、モレキュラーシーブ、ゼオライト等が挙げられる。また、化学的にガスや水分等を吸着するものとして、例えば、酸化カルシウム、酸化バリウム、塩化カルシウム、酸化マグネシウム、塩化マグネシウム等や、鉄、亜鉛等の金属粉素材、バリウムーリチウム系合金、ジルコニウム系合金等が挙げられる。

ガス吸着物質が収容される通気性のある容器は、本発明の目的が達成される限り、特に制限されるものではなく、例えば、金属製容器、プラスチック製容器等の硬質容器、紙袋、フィルム製包袋、有機繊維不織布製包袋等の軟質包袋等が挙げられる。容器の通気度は小さすぎると、真空断熱材の製造に際し、容器内部にある気体が外部に抜け難く、真空ポンプで排気する時間が長くかかるため、容器の通気度は中身のガス吸着物質が暴露の影響を受けない範囲で大きい方が好ましい。

ガス吸着材は、真空断熱材の曲面加工性の観点から、ガス吸着物質が軟質包袋に収容されてなることが好ましい。軟質包袋を構成する具体的な材質として、例えば、紙、多孔性ポリエチレンフィルム、多孔性ポリプロピレンフィルム、ポリエステル繊維製不織布、ポリエチレン繊維製不織布、ナイロン繊維製不織布等が挙げられるが、好ましくはポリエステル繊維製不織布、中でもポリエチレンテレフタレート繊維製不織布である。芯材として好ましい材質であるポリエステル繊維製芯材、特にポリエチレンテレフタレート繊維製芯材と同材質であり、材質自体の吸湿性が小さく、また曲面加工時の加工性が非常に良いためである。包袋を構成する不織布の目付は、ガス吸着物質の保持性および真空引き工程の作業性の観点から、３０〜２００ｇ／ｍ^２、特に３５〜１３０ｇ／ｍ^２であることが好ましい。

ガス吸着材の包袋を好ましく構成するポリエステル繊維およびポリエチレンテレフタレート繊維はそれぞれ、芯材を構成し得るポリエステル繊維およびポリエチレンテレフタレート繊維と同様である。

本発明の真空断熱材の製造工程について好ましい一実施形態を以下説明する。
繊維集合体をニードルパンチ法等によりシート状に成形し、芯材を得る。得られた芯材を、適当な大きさ及び形（例えば、四角形）にカットし、内部に含まれる水分等を除去するために乾燥を行う。当該乾燥は、１２０℃で１時間程度の条件にて行われるが、よりポリエステル繊維の水分等を除去するために、１２０℃において真空乾燥するのが好ましい。さらに、遠赤外線による乾燥を併用してもよい。真空度については、０．５〜０．０１Ｔｏｒｒ程度で乾燥を行うのが好ましい。

次に、該芯材を袋状にシールされた外包材の中に挿入する。なお、この時ガス吸着材を一緒に挿入する。ガス吸着材の挿入位置は特に制限されないが、表面平滑性の観点から、ガス吸着材の挿入位置での芯材の厚みをその周辺よりも薄くしてもよい。この状態で真空引き装置内に入れて、内圧が０．１〜０．０１Ｔｏｒｒ程度の真空度となるよう減圧排気する。その後、外包材の袋状開口部を熱融着により封止し、真空断熱材が得られる。

真空断熱材の完成後は必要が有れば、該真空断熱材における芯材厚みが前記範囲内になるように、室温でプレス加工される。またこのように芯材厚みを調整することによって、芯材の密度も制御可能である。

＜ガス吸着材の製造＞
ガス吸着材Ａ；
平均繊維太さ１．５デニールおよび平均繊維長５１ｍｍのポリエチレンテレフタレート繊維からなる目付５０ｇ／ｍ^２のＰＥＴ不織布（寸法５０ｍｍ×１００ｍｍ）を２枚重ね合わせて三方をシールした。その中へガス吸着物質１０ｇを入れて開口部をシールし、ガス吸着材Ａを得た。

ガス吸着材Ｂ；
目付６０ｇ／ｍ^２のＰＥＴ不織布を用いたこと以外、ガス吸着材Ａと同様の方法により、ガス吸着材Ｂを得た。
ガス吸着材Ｃ；
目付１５０ｇ／ｍ^２のＰＥＴ不織布を用いたこと以外、ガス吸着材Ａと同様の方法により、ガス吸着材Ｃを得た。

ガス吸着材Ｄ；
平均繊維太さ０．５デニールおよび平均繊維長５１ｍｍのポリプロピレン繊維からなる目付６０ｇ／ｍ^２のＰＰ不織布（寸法５０ｍｍ×１００ｍｍ）を２枚重ね合わせて三方をシールした。その中へガス吸着物質１０ｇを入れて開口部をシールし、ガス吸着材Ｄを得た。

＜実施例１＞
表に記載の繊維をニードルパンチ法によりシート状に加工した。なお、ＰＥＴ繊維の繊維太さは、１．５デニールである。当該シートを５００ｍｍ×５００ｍｍの大きさに裁断し、温度１２０℃にて１時間乾燥を行った。乾燥後のシートを芯材としてナイロン、アルミ蒸着ＰＥＴ、アルミ箔、高密度ポリエチレンの４層構造からなるガスバリアフィルム製外包材に挿入し、同時にガス吸着材Ａを１個外包材の中に挿入した。その後、真空引き装置にて、内圧が０．０１Ｔｏｒｒとなるよう真空引きを行い、熱融着により密封した。得られた真空断熱材は、５００ｍｍ×５００ｍｍの大きさで厚み１ｍｍであった。得られた真空断熱材の芯材の密度は２２０ｋｇ／ｍ^３であった。

＜実施例２〜６および比較例１〜２＞
芯材に使用する繊維の種類、平均繊維径およびガス吸着材の種類等を表に記載のように変更した以外は、実施例１と同様の方法にて真空断熱材を得た。

＜断熱性＞
断熱性の評価は、「Ａｕｔｏλ ＨＣ−０７４」（英弘精機（株）製）を用いて、平均温度２０℃の熱伝導率を測定することにより行った。なお、測定は真空引き工程から１日経過後に測定した。

＜曲面加工性＞
得られた真空断熱材を直径１５０ｍｍ、長さ６００ｍｍの円筒状プラスチック製配管に巻き付けた。そのときの真空断熱材の巻き付け易さ、配管との密着度合いを評価した。
◎；巻き付けることが容易で、密着度合いも良い；
○；やや巻き付けにくいが、密着度合いは良い；
×；巻き付けにくく、密着度合いも悪い。

本発明の真空断熱材は、給水機器における円筒状タンク、配管設備における円筒状配管等に適用可能であり、さらに、冷蔵庫の筐体、保冷ボックスの筐体等の凹凸部に沿わせた断熱材としても適用可能である。

Claims (8)

1. 少なくとも芯材と該芯材を収納し内部を減圧状態に維持できる外包材とを備えてなる真空断熱材において、前記芯材が有機繊維からなるシート状繊維集合体であり、前記芯材の真空引き後の厚みが０．１〜５ｍｍであり、曲面加工性を有することを特徴とする真空断熱材。
2. ガス吸着物質が軟質包袋に収容されてなるガス吸着材をさらに収納してなる請求項１に記載の真空断熱材。
3. ガス吸着材の包袋がポリエステル繊維製不織布からなる請求項２に記載の真空断熱材。
4. ガス吸着材の包袋がポリエチレンテレフタレート繊維製不織布からなる請求項２に記載の真空断熱材。
5. 不織布の目付が３０〜２００ｇ／ｍ^２であることを特徴とする請求項３または４に記載の真空断熱材。
6. 芯材がポリエステル繊維からなるシート状繊維集合体であることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の真空断熱材。
7. 芯材がポリエチレンテレフタレート繊維からなるシート状繊維集合体であることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の真空断熱材。
8. 請求項１〜７いずれかに記載の真空断熱材を、給水機器における円筒状タンク、配管設備における円筒状配管、冷蔵庫の筐体、または保冷ボックスの筐体に沿わせて変形させ使用することを特徴とする、真空断熱材の使用方法。