JP2013087843A - 真空断熱材、真空断熱材の製造方法、および、冷蔵庫の断熱箱 - Google Patents

Abstract

【課題】リサイクルのために回収された冷蔵庫の芯材にポリエステル繊維を用いた真空断熱材を使用している場合、ポリエステル繊維は破断伸びが大きく脆性破壊が生じにくい性質を有するので、破砕しようとしてもポリエステル繊維が伸びてしまい、破砕し難いという課題があった。
【解決手段】この発明の真空断熱材は、樹脂繊維集合体と、外包材とを備えた真空断熱材であって、樹脂繊維集合体は熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、及び、該エポキシ樹脂の光重合開始剤とからなる樹脂繊維から構成されており、樹脂繊維中のエポキシ樹脂は、１分子中にエポキシ基を２個以上有し、熱可塑性樹脂に対して０．１〜３０重量％の割合で含まれており、樹脂繊維中の光重合開始剤は、紫外線照射によりルイス酸触媒を遊離し、エポキシ樹脂に対して０．１〜１０重量％の割合で含まれているものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、真空断熱材、真空断熱材の製造方法、及び、真空断熱材を用いた冷蔵庫の断熱箱に関するものである。

冷蔵庫等の断熱材として用いられている従来の真空断熱材としては、芯材にポリエステル繊維を用いた内包材を減圧状態で外包材に収容したものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２８３８１７号公報

リサイクルのために回収された冷蔵庫は、リサイクル工場で破砕機により破砕された後、部材ごとに選別されリサイクルされる。しかし、芯材にポリエステル繊維を用いた上記真空断熱材を使用している場合、ポリエステル繊維は破断伸びが大きく脆性破壊が生じにくい性質を有するので、破砕しようとしてもポリエステル繊維が伸びてしまい、破砕し難いという課題があった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、破砕性に優れた芯材を有する真空断熱材を得ることを目的とする。

この発明の真空断熱材は、樹脂繊維集合体と、外包材とを備えた真空断熱材であって、樹脂繊維集合体は熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、及び、該エポキシ樹脂の光重合開始剤とからなる樹脂繊維から構成されており、樹脂繊維中のエポキシ樹脂は、１分子中にエポキシ基を２個以上有し、熱可塑性樹脂に対して０．１〜３０重量％の割合で含まれており、樹脂繊維中の光重合開始剤は、紫外線照射によりルイス酸触媒を遊離し、エポキシ樹脂に対して０．１〜１０重量％の割合で含まれているものである。

この発明に係る真空断熱材によれば、芯材が、熱可塑性樹脂と、該熱可塑性樹脂よりも破断伸びが小さいエポキシ樹脂からなり、これらを適切な割合で混合してなるため、真空断熱材本来の断熱性能を維持しつつ、破砕性に優れた真空断熱材を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る真空断熱材を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る真空断熱材の樹脂繊維集合体に用いられている樹脂繊維の構造を示した模式図である。 この発明の実施の形態１に係る樹脂繊維集合体の製造装置を示す模式図である。 この発明の実施の形態３に係る真空断熱材の製造装置を示す概略図である。 この発明の実施の形態４に係る冷蔵庫の断熱箱を示す断面図である。

実施の形態１．
次に、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図において同一又は類似する部分には、同一又は類似の符号を用いる。なお、図は模式的なものであり、各寸法の比率等は実際とは異なる。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌した上で判断するとともに、図相互間においても互いの寸法の関係や比率が実際の場合とは異なることもある。

図１は、この発明の実施の形態１に係る真空断熱材を示す断面図である。図において、真空断熱材１は、複数枚のシート状の樹脂繊維集合体２を有する芯材３と、この芯材３を被覆するガスバリア性の外包材４と、外包材４の内部の水分を吸着して経時劣化を抑制する水分吸着剤５とを備えている。外包材４の内部は１〜３Ｐａ（パスカル）の真空度に減圧された状態で開口部がヒートシール等により密封されている。ここで、樹脂繊維集合体２は個々に被覆された状態でも構わない。

外包材４は、既存の真空断熱材に使用されている外包材であり、多層構造をなし、例えば、内側の層からポリエチレン層、アルミ蒸着層、ポリエチレンテレフタレート層、そして、最外層に延伸ナイロン層が形成されてなる。水分吸着剤５は、例えば、通気性の良い袋に挿入されたＣａＯ（酸化カルシウム）などである。

芯材３は、複数枚のシート状の樹脂繊維集合体２が積層されて構成され、大気圧下で真空断熱材１の形状を保持している。ここでの芯材３は４枚のシート状の樹脂繊維集合体２が積層されて構成されているが、厚みを持つことが可能なら１枚でも構わない。

図２は、樹脂繊維集合体に用いられている樹脂繊維の構造を示した模式図である。図において、樹脂繊維６は、熱可塑性樹脂７の内部に、１分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂８と紫外線照射によりルイス酸触媒を遊離するエポキシ樹脂８の光重合開始剤９とを含む構成をとる。

熱可塑性樹脂７は、例えばポリエステルである。その他の熱可塑性樹脂７としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＳ（ポリスチレン）またはＰＰ（ポリプロピレン）などが上げられる。

例えば、ポリエステルのみから樹脂繊維を構成した場合、その直径が１５μｍの連続した繊維の破断伸びは約５０％である。ここで、破断伸びとは、元の長さに対して何パーセント伸びたときに破断するかを表す指標である。
表１に各種樹脂繊維の破断伸びを示す。

エポキシ樹脂８としては、たとえばＪＥＲ１００９（三菱化学製）などがあり、エポキシ樹脂８が熱可塑性樹脂７に対して０．１〜３０重量％の割合で含まれている。光重合開始剤９としては、たとえばＣＰＩ-１００Ｐ（サンアプロ製）などがあり、エポキシ樹脂８に対して、０．１〜１０重量％で含まれている。光重合開始剤９に紫外線を照射することで硬化したエポキシ樹脂８の破断伸びは１％以下であり、熱可塑性樹脂７であるポリエステルの繊維の破断伸びと比較して非常に小さい。

エポキシ樹脂８としては、上記ＪＥＲ１００９（三菱化学製）のほか、エポフレンドＡＴ５０１（ダイセル化学製）などのエポキシ化熱可塑性エラストマーで構成することもできる。また、エポキシ樹脂８は、２種以上のエポキシ樹脂の組み合わせでもよく、また、硬化特性が悪化しない範囲内であれば、エポキシ希釈剤を使用してもよい。

光重合開始剤９としては、Ｔ２０４１（東京化成工業製）などがあり、２つ以上の光重合開始剤を組み合わせてもよい。なお、熱可塑性樹脂７とエポキシ樹脂８と光重合開始剤９との組み合わせは、所定の条件を満たせば、特に上記にあげたものに限定されない。

次に、この実施の形態１に係る真空断熱材の製造方法について説明する。樹脂繊維集合体以外の製造過程は従来の真空断熱材の製造方法と同一であるため、ここでは、樹脂繊維集合体の製造方法を中心に説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係る樹脂繊維集合体の製造装置を示す模式図である。

図において、熱可塑性樹脂７とエポキシ樹脂８を樹脂繊維紡糸装置１０中で加熱して溶融させる。光重合開始剤９を充填材供給装置１１中に投入する。樹脂繊維紡糸装置１０と充填材供給装置１１とは通路１２でつながっており、樹脂繊維紡糸装置１０内で熱可塑性樹脂７、エポキシ樹脂８、及び、光重合開始剤９とが混練される。

これを樹脂繊維紡糸装置１０から吐出落下させることにより紡糸し、コンベア１３上に捕集することにより、熱可塑性樹脂７、エポキシ樹脂８、及び、光重合開始剤９からなる樹脂繊維が連続的に得られる。

このようにして得られた樹脂繊維は、エンボス熱ローラ１４に向かって図中矢印Ａ方向にコンベア１３によって搬送される。エンボス熱ローラ１４は、上下２つのローラからなり、上部ローラ１５が図中矢印Ｂ方向に回転し、下部ローラ１６が図中矢印Ｃ方向に回転しながら樹脂繊維をシート状の樹脂繊維集合体２に加工して送り出す。

ここで、エンボス熱ローラ１４の温度は、樹脂繊維集合体２を熱融着させることができる温度、例えば１２０℃に設定されている。上部ローラ１５と下部ローラ１６との間を通過した樹脂繊維は熱融着されてシート状の樹脂繊維集合体２に加工される。このように加工された樹脂繊維集合体２は、図中矢印Ｄ方向に回転する巻き取りローラ１７によって巻き取られる。

次に、巻き取りローラ１７によって巻き取られた樹脂繊維集合体２が任意の大きさに切り取られる。任意の大きさに切り取られた樹脂繊維集合体２は、紫外線照射により紫外線架橋処理が行なわれ、この処理によって、樹脂繊維集合体２のエポキシ樹脂が硬化する。ここで、紫外線を照射するための装置としては、水銀灯、キセノンランプなどの光源による照射装置や、電子線照射装置などが用いられるが、同様の紫外線架橋処理を行なえる装置であれば、上記に限定されない。

次に、実施の形態１の具体的効果について説明する。この発明の実施の形態１の真空断熱材１が冷蔵庫に使用された場合を考える。冷蔵庫は使用済みとなった場合に、リサイクル工場において破砕機によって破砕される。このとき破砕機によって、樹脂繊維集合体２には、樹脂繊維６の平行方向に引っ張る力と、樹脂繊維６の直交方向に裁断する力が加えられる。

樹脂繊維６を引っ張る力によって、熱可塑性樹脂７には伸びが生じるが、紫外線照射により硬化したエポキシ樹脂８の破断伸びは１％以下であり伸びが生じない。熱可塑性樹脂７が伸びていくに従い、熱可塑性樹脂７とエポキシ樹脂８の界面でボイドが形成され、このボイドが破綻点となり破断する。したがって、樹脂繊維集合体２の破断伸びが低下し、破砕性が向上する。

表２に樹脂繊維６の構成と紫外線積算光量および破断伸びの関係を示す。

また、樹脂繊維６に直交する方向に力が働くと、熱可塑性樹脂７とエポキシ樹脂８の界面で応力集中が発生するため、熱可塑性樹脂７のみのものと比較して破砕性が良い。

実施の形態１の真空断熱材によれば、樹脂繊維集合体２を形成する樹脂繊維６が、樹脂繊維は、熱可塑性樹脂７と、１分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂８と、さらに紫外線照射によりルイス酸触媒を遊離するエポキシ樹脂８の光重合開始剤９からなるので、樹脂繊維集合体２の破断伸びが低下し、真空断熱材の破砕性が向上する。

また、熱可塑性樹脂７に対する１分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂８の配合量が増加すると、樹脂繊維６の剛性が向上するため、大気圧による樹脂繊維同士の接触面積が小さくなるため、真空断熱材の熱伝導率を低下させることができる。

また、この発明の実施の形態１の真空断熱材の製造方法によれば、樹脂繊維の原料である熱可塑性樹脂と、１分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂と、さらに紫外線照射によりルイス酸触媒を遊離する前記エポキシ樹脂の光重合開始剤からなる樹脂を加熱溶融し、加熱溶融した樹脂を混練し、樹脂繊維を紡糸して樹脂繊維集合体を形成し、樹脂繊維集合体に紫外線を照射し、樹脂繊維集合体を形成するエポキシ樹脂を硬化したので、破断性が良い真空断熱材を製造することができる。

また、１分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂を用いたので、エポキシ樹脂の配合量が増加しても樹脂粘度の急激な上昇が起きず、良好な紡糸性を確保することができる。

なお、この発明の実施の形態１の真空断熱材の製造方法によれば、樹脂繊維集合体２の繊維結合加工として、エンボスローラの熱により結合させる「サーマルボンド法」を用いたが、接着剤により結合させる「ケミカルボンド法」、かえしのある針を突き刺して機械的に結合させる「ニードルパンチ法」、高圧水流により繊維を絡み合わせる「スパンレース法」、加熱蒸気により結合させる「スチームジェット法」等、繊維を結合させるものであれば、特に限定されるものではない。

また、この発明の実施の形態１の真空断熱材の製造方法は、コンベアと紡糸装置とにより連続的に製造する方法に限定されず、繊維を紙のようにすいて樹脂繊維集合体を製造し、製造した樹脂繊維集合体を熱融着により一体化するなどのバッチ処理のような製造方法によっても製造可能である。

実施の形態２．
上記実施の形態１の樹脂繊維集合体の製造方法では、熱可塑性樹脂であるポリエステルと１分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂を、紡糸装置の一部である樹脂繊維紡糸装置中で加熱して溶融させる。また、紫外線照射によりルイス酸触媒を遊離する前記エポキシ樹脂の光重合開始剤を、紡糸装置の一部である充填材供給装置中に投入しておく。次に、樹脂繊維紡糸装置と充填材供給装置とをつなぐ通路から紫外線照射によりルイス酸触媒を遊離するエポキシ樹脂の光重合開始剤を樹脂繊維紡糸装置に供給し、熱可塑性樹脂と、１分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂と、さらに紫外線照射によりルイス酸触媒を遊離するエポキシ樹脂の光重合開始剤を混練するものを示したが、熱可塑性樹脂であるポリエステルと１分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂をあらかじめ溶融混練させた樹脂ペレットを紡糸装置の樹脂繊維紡糸装置中で加熱して溶融させる。また、紫外線照射によりルイス酸触媒を遊離する前記エポキシ樹脂の光重合開始剤を、紡糸装置の充填材供給装置中に投入しておく。次に、樹脂繊維紡糸装置と充填材供給装置とをつなぐ通路から、紫外線照射によりルイス酸触媒を遊離するエポキシ樹脂の光重合開始剤を樹脂繊維紡糸装置に供給してもよい。その他は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。このような製造工程でも樹脂繊維集合体を製造することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１の樹脂繊維集合体の製造方法では、樹脂繊維集合体は、巻き取りローラによって巻き取られる。そして、巻き取りローラによって巻き取られた樹脂繊維集合体が任意の大きさに切り取られる。この切り取られた樹脂繊維集合体に紫外線を照射することで紫外線架橋処理が行なわれ、この処理によって、樹脂繊維集合体のエポキシ樹脂を硬化させるものを示したが、樹脂繊維集合体をコンベア上に捕集した後に紫外線照射装置により紫外線架橋処理を行なってもよい。

図４は、この発明の実施の形態３に係る真空断熱材の製造装置を示す概略図である。図において、樹脂繊維集合体２をコンベア１３上に捕集した後に、コンベア１３上方に設けられた紫外線照射装置１８により紫外線を照射し、紫外線架橋処理を行う。その他の部分は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

実施の形態４．
上記実施の形態では、真空断熱材及びその製造方法について説明してきたが、この真空断熱材を使用することでリサイクルが容易な冷蔵庫の断熱箱を提供することができる。図５は、この発明の実施の形態４に係る冷蔵庫の断熱箱を示す断面図である。図において、冷蔵庫の断熱箱１９は、内箱２０と外箱２１とを有し、真空断熱材１が内箱２０と外箱２１との間に配置されている。なお、内箱２０と外箱２１との間の空間において、真空断熱材１以外の部分には発泡ウレタン断熱材２２充填されている。その他の冷蔵庫の部分は、一般的な冷蔵庫に用いられている部分と違いがないため、図示及び説明を省略する。

冷蔵庫は使用済みとなった場合、リサイクル工場において破砕機によって破砕されてリサイクルされる。このとき、この発明の実施の形態４に係る冷蔵庫は、真空断熱材１を備えているので、破砕性が高く、真空断熱材１を取り外すことなく破砕処理を行うことができる。これに反し、従来の真空断熱材を用いた冷蔵庫では、破砕しようとした際に真空断熱材の芯材が伸びてしまい破砕することが困難であるため、冷蔵庫から真空断熱材を取り外す必要があった。

この発明の実施の形態４に係る冷蔵庫では、上記実施の形態に示された真空断熱材を用いたので、断熱箱の破砕性を著しく向上させることができる。

なお、実施の形態４では、内箱２０に真空断熱材１が密着しているものを示したが、外箱２１に真空断熱材１が密着していてもよい。また、スペーサなどを用いて内箱２０と外箱２１との間に真空断熱材１が配置されていてもよい。

ここでは、上記実施の形態で示した真空断熱材を冷蔵庫に用いた場合を示したが、これに限定するものでなく、例えば、保温庫、車輌空調機、給湯器などの冷熱機器又は温熱機器、さらには、所定の形状を備えた箱体に代えて、変形自在な外袋および内袋を備えた断熱袋、断熱容器にも用いてもよい。また、上記の各実施の形態で示した各要素は適時組み合わせることができる。

１ 真空断熱材
２ 樹脂繊維集合体
３ 芯材
４ 外包材
５ 水分吸着剤
６ 樹脂繊維
７ 熱可塑性樹脂
８ エポキシ樹脂
９ 光重合開始剤
１０ 樹脂繊維紡糸装置
１１ 充填材供給装置
１２ 通路
１３ コンベア
１４ エンボス熱ローラ
１５ 上部ローラ
１６ 下部ローラ
１７ 巻き取りローラ
１８ 紫外線照射装置
１９ 冷蔵庫の断熱箱
２０ 内箱
２１ 外箱

Claims (3)

1. 樹脂繊維集合体と、外包材とを備えた真空断熱材であって、
   前記樹脂繊維集合体は熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、及び、該エポキシ樹脂の光重合開始剤とからなる樹脂繊維から構成されており、
   前記樹脂繊維中の前記エポキシ樹脂は、１分子中にエポキシ基を２個以上有し、前記熱可塑性樹脂に対して０．１〜３０重量％の割合で含まれており、
   前記樹脂繊維中の前記光重合開始剤は、紫外線照射によりルイス酸触媒を遊離し、前記エポキシ樹脂に対して０．１〜１０重量％の割合で含まれていることを特徴とする真空断熱材。
2. 熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、及び、該エポキシ樹脂の光重合開始剤とからなる樹脂を加熱溶融する工程と、
   加熱溶融した樹脂を混練する工程と、
   加熱溶融した樹脂を紡糸して樹脂繊維集合体を形成する工程と、
   前記樹脂繊維集合体に紫外線を照射する工程を備え、
   前記樹脂中の前記エポキシ樹脂は、１分子中にエポキシ基を２個以上有し、前記熱可塑性樹脂に対して０．１〜３０重量％の割合で含まれており、
   前記樹脂繊維中の前記光重合開始剤は、紫外線照射によりルイス酸触媒を遊離し、前記エポキシ樹脂に対して０．１〜１０重量％の割合で含まれていることを特徴とする真空断熱材の製造方法。
3. 樹脂繊維集合体と、外包材とを備えた真空断熱材を有する冷蔵庫の断熱箱であって、
   前記樹脂繊維集合体は熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、及び、該エポキシ樹脂の光重合開始剤とからなる樹脂繊維から構成されており、
   前記樹脂繊維中の前記エポキシ樹脂は、１分子中にエポキシ基を２個以上有し、前記熱可塑性樹脂に対して０．１〜３０重量％の割合で含まれており、
   前記樹脂繊維中の前記光重合開始剤は、紫外線照射によりルイス酸触媒を遊離し、前記エポキシ樹脂に対して０．１〜１０重量％の割合で含まれている真空断熱材を具備することを特徴とする冷蔵庫の断熱箱。

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