JP2008114520A - 真空断熱材 - Google Patents

Abstract

【課題】１００℃程度の高温下の用途に適した真空断熱材を提供する。
【解決手段】芯材を減圧密封するラミネートフィルム２を構成するポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃは、片面に蒸着膜５ａと、蒸着膜５ａと隣接するようにポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層５ｂとを有して全体の厚さが１６μｍ以上である。また、ラミネートフィルム２は、ポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃの外側に、４０℃９０％ＲＨにおける水蒸気透過度が０．９ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下のフィルムとして、片面に蒸着膜４ａを有したポリエチレンテレフタレートフィルム４を備えており、ポリエチレンテレフタレートフィルム４の蒸着膜４ａとコート層５ｂとが面接触している。そのため、ラミネートフィルム２のガスバリア性が向上することとなり、真空断熱材の長期信頼性、耐熱性を向上させることが出来る。
【選択図】図２

Description

本発明は長期信頼性、耐熱性を有した真空断熱材に関するものである。

従来、この種の真空断熱材は、ラミネートフィルムにおいて、蒸着膜が設けられたポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルムとポリエチレンテレフタレートフィルムとを互いにそれらの蒸着面で貼り合わせている（例えば、特許文献１参照）。

図３は、特許文献１に記載された従来の真空断熱材におけるラミネートフィルムを示すものである。蒸着膜５ａが設けられたポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃと、蒸着膜４ａが設けられたポリエチレンテレフタレートフィルム４とを、互いにそれらの蒸着面で貼り合わせてなるフィルムで構成し、ポリエチレンテレフタレートフィルム４を上記ラミネートフィルムの外面側に位置するように配している。

また、この種の真空断熱材は、ラミネートした多層のフィルムの中に、エチレンビニルアルコール共重合体と無機系材料をハイブリッド混合した補強層７を設けているものもある（例えば、特許文献２参照）。

図４は、特許文献２に記載された従来の真空断熱材におけるラミネートフィルムを示すものである。蒸着膜４ａが設けられたポリエチレンテレフタレートフィルム４をラミネートした多層のフィルムで形成するとともに、このフィルム中に、エチレンビニルアルコール共重合体と無機系材料をハイブリッド混合した補強層７を設けている。
実公平３−４１１９８号公報 特開２００６−２９６８６号公報

しかしながら、上記従来の構成では、特に１００℃程度の高温下の用途で使用する場合、なおガスバリア性が不十分なため、断熱性能の経時的な劣化が起こり、断熱材の耐用期間が不十分となるという課題を有していた。

本発明は、従来の課題を解決するもので、特に１００℃程度の高温下の用途で使用する場合、十分な長期信頼性、耐熱性を有した真空断熱材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の真空断熱材は、少なくともポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルムを有したラミネートフィルムで芯材を減圧密封してなり、前記ポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルムは、片面に蒸着膜と、前記蒸着膜と隣接するようにポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層とを有して全体の厚さが１６μｍ以上であり、前記ラミネートフィルムは、前記ポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルムの外側に４０℃９０％ＲＨにおける水蒸気透過度が０．９ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下のフィルムを備えたのである。

これにより、ラミネートフィルムに用いるポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルムの厚さを１６μｍ以上にすることで酸素透過度が向上し、ラミネートフィルムは、ポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルムの外側に４０℃９０％ＲＨにおける水蒸気透過度が０．９ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下のフィルムを備えることにより、耐湿性が保持されることで、ラミネートフィルムのガスバリア性が劣化し難くなり、長期信頼性、耐熱性を有した真空断熱材となる。

本発明の真空断熱材は、特に１００℃程度の高温下の用途で使用する場合、断熱性能の経時的な劣化が起こることがないので、十分な断熱材の耐用期間を得ることが出来る。

請求項１に記載の真空断熱材の発明は、少なくともポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルムを有したラミネートフィルムで芯材を減圧密封してなり、前記ポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルムを、片面に蒸着膜と、前記蒸着膜と隣接するようにポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層とを有して全体の厚さが１６μｍ以上のものとし、前記ラミネートフィルムを、前記ポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルムの外側に４０℃９０％ＲＨにおける水蒸気透過度が０．９ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下のフィルムを備えるものとするのである。

これにより、ラミネートフィルムに用いるポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルムの全体の厚さを１６μｍ以上にすることで酸素透過度が向上し、ラミネートフィルムは、ポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルムの外側に４０℃９０％ＲＨにおける水蒸気透過度が０．９ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下のフィルムを備えることにより耐湿性が保持されることで、ラミネートフィルムのガスバリア性が劣化し難くなり、真空断熱材の長期信頼性、耐熱性を向上させることが出来る。

また、請求項２に記載の真空断熱材の発明は、請求項１に記載の発明における前記４０℃９０％ＲＨにおける水蒸気透過度が０．９ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下のフィルムを、片面に蒸着膜を有したポリエチレンテレフタレートフィルムとしたものであり、酸素透過度および水蒸気透過度が向上することとなり、真空断熱材の長期信頼性、耐熱性を向上させることが出来る。

また、請求項３に記載の真空断熱材の発明は、請求項２に記載の発明において、前記ポリエチレンテレフタレートフィルムの蒸着膜と前記コート層とを面接触させたものであり、蒸着膜が持つピンホールをコート層を構成する材料で埋めて酸素透過度および水蒸気透過度が向上することとなり、真空断熱材の長期信頼性、耐熱性を向上させることが出来る。

以下、本発明による真空断熱材の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による真空断熱材の側面図である。図２は同実施の形態の真空断熱材のラミネートフィルムの拡大断面図である。

図１に示すように、真空断熱材は、多孔質の芯材１とラミネートフィルム２により構成しており、パウチ状にしたラミネートフィルム２の中に芯材１を挿入し、内部圧力を約２００Ｐａ以下に真空排気したものである。

なお、芯材１は、グラスウール、ロックウールといった無機繊維、シリカといった無機粉末などが使用可能で、１００℃程度の高温下で形状が変化したりガスを発生したりしない材料が好ましい。

また、芯材１と一緒に吸着剤をラミネートフィルム２内に入れてもよい。吸着剤としては、ガス吸着剤や水分吸着剤等のゲッター物質で、真空断熱材の真空度を下げる作用や真空度を維持する作用があるものであれば、特に限定するものではない。

図２に示すように、ラミネートフィルム２は、外側から内側に向かって、樹脂層３、ポリエチレンテレフタレートフィルム４、蒸着膜４ａ、コート層５ｂ、蒸着膜５ａ、ポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃ、熱溶着層６を有している。

なお、ポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃは、片面に蒸着膜５ａと、蒸着膜５ａと隣接するようにポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層５ｂとを有して全体の厚さが１６μｍ以上である。

また、ラミネートフィルム２は、ポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃの外側に、４０℃９０％ＲＨにおける水蒸気透過度が０．９ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下のフィルムとして、片面に蒸着膜４ａを有したポリエチレンテレフタレートフィルム４を備えており、ポリエチレンテレフタレートフィルム４の蒸着膜４ａとコート層５ｂとが面接触している。

以上のように構成された本実施の形態の真空断熱材について、以下、その作用を説明する。

まず、真空断熱材に作製したラミネートフィルム２において、片面に蒸着膜５ａと、蒸着膜５ａと隣接するようにポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層５ｂとを有するポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃの全体の厚さと１００℃０％ＲＨにおける酸素透過度との関係を（表１）に示す。

ここで、評価に使用したラミネートフィルムの構成は、最外層から保護用の樹脂層３としてナイロンフィルム（Ｎｙ：２５μｍ）、蒸着膜４ａを有したポリエチレンテレフタレートフィルム４（ＰＥＴ−ＶＭ：１２μｍ）、ポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層５ｂ（１μｍ）と蒸着膜５ａを有したポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃ（ＶＭ−ＥＶＯＨ：１１μｍ、１３μｍ、１５μｍ、１７μｍ）、熱溶着層６として無延伸ポリプロピレンフィルム（ＣＰＰ：５０μｍ）である。

なお、本実施の形態では、樹脂層３と熱溶着層６に、ナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、無延伸ポリプロピレンフィルムといったフィルムを使用したが、特に限定するものではなく、他にアルミニウム等の金属箔や、アルミ以外の金属または無酸化物の蒸着膜を有したフィルム、直鎖状低密度ポリエチレンといったポリエチレン等のフィルムを組み合わせてもよい。

なお、１００℃０％ＲＨにおける酸素透過度は、ＪＩＳ Ｋ７１２６Ｂ法（等圧法）にて、試料数２の平均にて測定した。

（表１）の結果から、片面に蒸着膜５ａと、蒸着膜５ａと隣接するようにポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層５ｂとを有するポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃの全体の厚さを１５μｍ以上にすることで、酸素透過度が限りなく低くなることがわかる。

これは、以下のような作用に基づくものである。

ポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃは製造プロセス上で延伸配向により結晶化されており、特に逐次的二軸延伸されるとあらかじめ延伸方向にフィブリル化した固体構造が横方向へと引っ張られるため欠陥が発生し、延伸ムラや穴あきを引き起こすといった特性をもっている。

つまり、加工適正に限界があるため、真空断熱材のような大気圧縮がかかる場合には、厚さを増すことにより、延伸ムラや穴あきを引き起こさないような厚さの適正化が必要となるからである。

同時に、片面に蒸着膜５ａを有したポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃに、さらに蒸着膜５ａの上にポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層５ｂを設けることで、酸素透過性が向上した効果もある。

酸素透過性が極めて高いポリビニルアルコールに無機物を含めることにより、ポリビニルアルコール中に無機フィラーが分散されるようになり、また緻密に積層されることで、酸素や水蒸気がコート層通過する時、無機フィラーが邪魔板の役割を果たし、ガス透過の経路が大幅に長くなる。つまり、ガスバリア性の高いポリビニルアルコール層の厚さを何十倍にしたような作用となる。

さらに、蒸着膜５ａの上にポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層５ｂを設けることで、蒸着効果が向上し、アルミ蒸着膜との密着性が良くなり、ガスバリア性の高くなるといった効果もある。

なお、（表１）中の酸素透過度の値が１．０ｍｌ／ｍ^２／ｄａｙ／ＭＰａ以下となっているのは、これ以上低い値は測定不可能であることから、このような表記をした。恐らく、蒸着膜５ａを有したポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃに、さらに蒸着膜５ａの上にポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層５ｂを設けたフィルムの厚さ１６μｍより、厚さ１８μｍの方が、実際は酸素透過度が低いと予測出来る。

よって、蒸着膜５ａを有したポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃに、さらに蒸着膜５ａの上にポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層５ｂを設けたフィルム（片面に蒸着膜５ａと、蒸着膜５ａと隣接するようにポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層５ｂとを有するポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃ）の全体の厚さを１６μｍ以上にすることにより酸素透過度が向上する。

以上により、真空断熱材を特に１００℃程度の高温下の用途で使用する場合、断熱性能の経時的な劣化が極めて起こり難いので、十分な断熱材の耐用期間を得ることが出来る。

しかしながら、ポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃに、さらに蒸着膜５ａの上にポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層５ｂを有したフィルムを真空断熱材１に使用するためには、ポリエチレンビニルアルコール共重合体およびポリビニルアルコールが親水性を有する。

このことから、ポリエチレンビニルアルコール共重合体に吸湿したフィルム内の分子間結合が緩み、またポリビニルアルコールに吸湿したフィルム内の水素結合が緩み、非結晶部分が膨潤するため、酸素透過度が劣化するという問題を解決しなければならない。

そこで本実施の形態では、酸素透過度の劣化防止策として、水蒸気透過度を向上させるために、蒸着膜５ａを有したポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃに、さら蒸着膜５ａの上にポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層５ｂを有したフィルムの外側に、蒸着膜４ａを有したポリエチレンテレフタレートフィルム４を張り合わせている。

（表２）に、真空断熱材に作製したラミネートフィルム２において、蒸着膜４ａを有したポリエチレンテレフタレートフィルム４の４０℃９０％ＲＨにおける水蒸気透過度と前記構成のラミネートフィルム２の水蒸気透過度および１００℃０％ＲＨにおける酸素透過度との関係を示す。

ここで、４０℃９０％ＲＨにおける水蒸気透過度は、ＪＩＳ Ｚ０２０８（カップ法）にて、ポリエチレンテレフタレートフィルム４および樹脂層３としてのナイロンフィルム側を９０％ＲＨとして、試料数４の平均にて測定した。

（表２）の結果から、蒸着膜４ａを有したポリエチレンテレフタレートフィルム４の水蒸気透過度が０．９ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下の時、ラミネートフィルム２の水蒸気透過度および酸素透過度が極端に低くなる。

これは、以下のような作用に基づくものである。

蒸着膜４ａを有したポリエチレンテレフタレートフィルム４の水蒸気透過度は、膜密度、膜厚、膜組成により決定され、水蒸気透過度が０．９ｇ／ｍ^２／ｄａｙほどになると、最適な膜密度、膜厚、膜組成の条件となり、ポリエチレンビニルアルコール共重合体およびポリビニルアルコールに吸湿しにくくなり、ラミネートフィルム２の水蒸気透過度も極端に低くなる。

それに伴い、ポリエチレンビニルアルコール共重合体およびポリビニルアルコールの吸湿に伴う酸素透過度の劣化も起こりにくくなっているからである。

さらに、本実施の形態では、蒸着膜４ａを有したポリエチレンテレフタレートフィルム４の蒸着膜４ａの面と、蒸着膜５ａを有したエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃに、さらに蒸着膜５ａの上にポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層５ｂを設けたフィルムのコート層５ｂ面が面接触するようにラミネートしている。

蒸着膜４ａ，５ａが持つピンホールをコート層５ｂを構成する材料で埋め、蒸着膜４ａ，５ａの面同士を互いに接し合わせることにより蒸着膜４ａ，５ａが持つピンホールを補完しあい、ラミネートフィルム２としての蒸着膜密度が高くなり、酸素透過度および水蒸気透過度が向上するという効果を生む。

よって本実施の形態では、ラミネートフィルム２は、厚さが１６μｍ以上であり、かつ蒸着膜５ａを有したポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃに、さらに蒸着膜５ａの上にポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層５ｂを設けたフィルム、および蒸着膜５ａを有したポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃの外側に４０℃９０％ＲＨにおける水蒸気透過度が０．９ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下の、蒸着膜４ａを有したポリエチレンテレフタレートフィルム４を含んでいる。

以上のように、本実施の形態では、ポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃが、片面に蒸着膜５ａと、蒸着膜５ａと隣接するようにポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層５ｂとを有して全体のフィルムの厚さを１６μｍ以上にしたことにより、酸素透過度が向上する。

さらに、ラミネートフィルム２は、片面に蒸着膜５ａと、蒸着膜５ａと隣接するようにポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層５ｂとを有するポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム５ｃの外側に、４０℃９０％ＲＨにおける水蒸気透過度が０．９ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下のフィルムとして、片面に蒸着膜４ａを有したポリエチレンテレフタレートフィルム４を備えており、ポリエチレンテレフタレートフィルム４の蒸着膜４ａとコート層５ｂとが面接触していることにより、耐湿性が保持されることで、ラミネートフィルムのガスバリア性が向上することとなる。

ゆえに、本実施の形態の真空断熱材は、特に１００℃程度の高温下の用途で使用する場合、断熱性能の経時的な劣化が極めて起こり難いので、十分な断熱材の耐用期間を得ることが出来る。

以上のように、本発明にかかる真空断熱材は、特に１００℃程度の高温下の用途で使用する場合、断熱性能の経時的な劣化が極めて起こり難いので、十分な断熱材の耐用期間を得ることが可能となり、給湯機用タンク、温水トイレ用タンク、自動販売機用タンク、燃料電池用タンク、自動車用タンク、食品などの保温用バッグ、温かいペットボトルや缶の保温用、洗濯機のドラムの保温用、コーヒーやお茶のサーバー、ジャーポットといった断熱性を必要とするあらゆる保温の用途にも適用出来る。

本発明による真空断熱材の実施の形態１の側面図 同実施の形態の真空断熱材のラミネートフィルムの拡大断面図 特許文献１に記載された従来の真空断熱材におけるラミネートフィルムの断面図 特許文献２に記載された従来の真空断熱材におけるラミネートフィルムの断面図

符号の説明

１ 芯材
２ ラミネートフィルム
４ ポリエチレンテレフタレートフィルム
４ａ 蒸着膜
５ａ 蒸着膜
５ｂ コート層
５ｃ ポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルム

Claims (3)

1. 少なくともポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルムを有したラミネートフィルムで芯材を減圧密封してなり、前記ポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルムは、片面に蒸着膜と、前記蒸着膜と隣接するようにポリビニルアルコールに無機物を含んだコート層とを有して全体の厚さが１６μｍ以上であり、前記ラミネートフィルムは、前記ポリエチレンビニルアルコール共重合体フィルムの外側に４０℃９０％ＲＨにおける水蒸気透過度が０．９ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下のフィルムを備えた真空断熱材。
2. 前記４０℃９０％ＲＨにおける水蒸気透過度が０．９ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下のフィルムが、片面に蒸着膜を有したポリエチレンテレフタレートフィルムである請求項１記載の真空断熱材。
3. 前記ポリエチレンテレフタレートフィルムの蒸着膜と前記コート層とが面接触している請求項２記載の真空断熱材。

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