JP2016176535A - 断熱部材、断熱部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 施工作業性に優れ、断熱性能が優れる断熱部材等を提供する。【解決手段】 断熱部材１は、複数の樹脂発泡粒子３が集合されて一体化された成形体である。それぞれの樹脂発泡粒子３の外周面には、ガスバリア皮膜５が形成される。また、樹脂発泡粒子３同士は、樹脂７によって一体化される。すなわち、樹脂７は、樹脂発泡粒子３同士を接着するための接着部材として機能する。樹脂発泡粒子３の内部には、多数の微小な独立気泡９が形成される。本発明では、独立気泡９の内部が減圧されている。【選択図】図１

Description

本発明は、断熱性能が優れる断熱部材等に関するものである。

自動車や家電、建造物など、様々な分野で断熱部材が用いられている。例えば、内部を真空にした真空断熱部材がある。真空断熱部材は、空気などの気体を介した熱伝導を抑制することができるため、高い断熱性能を有する。

このような真空断熱部材としては、例えば、所定間隔をあけて配置された複数の芯材を、ガスバリア性を有する外被材で減圧密封し、複数の芯材のそれぞれが独立した空間内に配置され、隣接する芯材同士の間に、外被材のみからなる非芯材部を有する真空断熱材がある（特許文献１）。

また、パネル状の真空断熱材本体と、真空断熱材本体の周縁から側方に張り出す張出片とを有する真空断熱材がある（特許文献２）。

特開２００７−１５５０８５号公報 特開２０１３−１６４１４７号公報

このような真空断熱材は、例えば構造体の壁面等に釘打ちなどによって固定される場合がある。しかし、真空断熱材に釘打ちを行うと、内部の真空度を保つことができず、真空断熱材としての機能を発揮することができない。

これに対し、特許文献１における非芯材部や、特許文献２における張出片は、内部に芯材を有さないため、この部位に釘などを打ち込めば、内部の真空度を保つことが可能である。

しかし、特許文献１や特許文献２では、決められた部位にのみしか釘打ちを行うことができないため、任意の場所に釘を打つことができず、施工に制限がある。また、誤って芯材にあたる部分に釘を打った場合には、空気が入り込み、真空でなくなるため断熱性能が著しく低下する。さらに、非芯材部や張出片は真空断熱部分でないため、この部分は著しく断熱性能が悪くなってしまっており、結果、断熱材全体としての断熱性能を落とす原因となっている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、施工作業性に優れ、断熱性能が優れる断熱部材等を提供することを目的とする。

前述した目的を達するために第１の発明は、複数の樹脂発泡粒子を具備する成形体であって、前記樹脂発泡粒子は、多数の気泡を有し、前記気泡の内部が減圧されており、前記樹脂発泡粒子の外周に、ガスバリア皮膜が形成されていることを特徴とする断熱部材である。

複数の前記樹脂発泡粒子は、接着部材で一体化されていることが望ましい。

前記接着部材は、樹脂であってもよい。

前記接着部材は、ガスバリア皮膜が形成されていない他の樹脂発泡粒子であってもよい。

前記ガスバリア皮膜は、金属膜であることが望ましい。

前記気泡は、独立気泡であることが望ましい。

第１の発明によれば、複数の樹脂発泡粒子を有し、内部の気泡が減圧された状態で樹脂発泡粒子の外周面がガスバリア皮膜で被覆されるため、個々の樹脂発泡粒子が独立して断熱機能を発揮する。このため、成形体の一部に釘が打たれたとしても、釘によってガスバリア皮膜が損傷した樹脂発泡粒子の断熱性能が劣化するのみであり、他の樹脂発泡粒子が断熱性能を維持するため、全体として、断熱効果の低下を最小限に抑えることができる。したがって、任意の部位に釘打ちを行うことができるため、施工性が優れる。また、樹脂発泡粒子が断熱機能を発揮する粒子であるため、成形体の形状に制限がなく、成形後の加工の自由度が高い。更に、非芯材部や張出片などがないため部分的に断熱性能が悪くなることがない。よって断熱材全体にわたり断熱性能が均一となり、結果高い断熱性能を発揮することができる。

なお、従来の樹脂発泡体は、加熱によってガスが膨張することによって気泡が形成されるため、常温では気泡内部が常圧に近いものと考えられるが、本発明では、独立気泡内部を積極的に減圧処理することで、従来と比較して断熱効率を向上させ、ガスバリア皮膜によって減圧状態を維持させるものである。

また、樹脂発泡粒子が接着部材で一体化されることで、樹脂発泡粒子同士を容易に一体化し、任意の形状に成形することができる。

また、接着部材が樹脂であれば、例えば、射出成形樹脂材料に樹脂発泡粒子を混ぜることで、射出成形などで断熱部材を成形することもできる。

また、接着部材が、ガスバリア皮膜が形成されていない樹脂発泡粒子であれば、接着部材自体にも気泡による断熱効果を発揮させることができる。

また、ガスバリア皮膜が金属膜であれば、例えば真空蒸着、めっき、スパッタリングなどによってガスバリア皮膜を形成することができる。

また、気泡が独立気泡であれば、気泡内を減圧した後、ガスバリア皮膜を形成するまでの間に、気泡内へ空気が浸入することを抑制することができる。

第２の発明は、樹脂粒子を発泡させて樹脂発泡粒子を成形する工程と、前記樹脂発泡粒子を、減圧下で加熱する工程と、前記樹脂発泡粒子の外周にガスバリア皮膜を設ける工程と、前記樹脂発泡粒子を接着部材で一体化する工程と、を具備することを特徴とする断熱部材の製造方法である。

前記ガスバリア皮膜は金属膜であり、前記ガスバリア皮膜を設けた後、前記ガスバリア皮膜の外周にさらに樹脂層を形成する工程を具備してもよい。

第２の発明によれば、樹脂発泡粒子を減圧下で加熱することで、気泡内部を減圧することができ、ガスバリア皮膜でそれぞれの樹脂発泡粒子ごとに断熱性能を維持することができる。

また、ガスバリア皮膜が金属膜である場合であって、ガスバリア皮膜を設けた後、ガスバリア皮膜の外周にさらに樹脂皮膜を施すことで、樹脂発泡粒子同士をより容易に融着等で一体化させることができる。

本発明によれば、施工作業性に優れ、断熱性能が優れる断熱部材等を提供することができる。

（ａ）は断熱部材１を示す断面図、（ｂ）は断熱部材１の拡大概念図、（ｃ）は独立気泡９を示す概念図。 （ａ）は、容器１１に樹脂粒子１３を入れた状態を示す概念図、（ｂ）は樹脂粒子を発泡させた状態を示す概念図、（ｃ）は、加熱炉内に樹脂発泡粒子３を配置した状態を示す概念図、（ｄ）は樹脂発泡粒子３にガスバリア皮膜５を形成する状態を示す概念図。 （ａ）は断熱部材１ａを示す断面図、（ｂ）は断熱部材１ａの拡大概念図。 樹脂層１７を有する樹脂発泡粒子３を示す断面図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１（ａ）は、断熱部材１を示す断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部拡大概念図である。断熱部材１は、複数の樹脂発泡粒子３が集合されて一体化された成形体である。

それぞれの樹脂発泡粒子３の外周面には、ガスバリア皮膜５が形成される。また、樹脂発泡粒子３同士は、樹脂７によって一体化される。すなわち、樹脂７は、樹脂発泡粒子３同士を接着するための接着部材として機能する。

ガスバリア皮膜５は、ガスを遮蔽することが可能であれば材質は問わないが、例えばシリカ膜や金属膜である。また、ガスバリア皮膜５の厚みとしては、ガスバリア性能を有すればよく、例えば２０μｍ程度であればよい。

図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＢ部拡大図であり、独立気泡９を示す概念図である。樹脂発泡粒子３の内部には、多数の微小な独立気泡９が形成される。本発明では、独立気泡９の内部が減圧されている。なお、以下の説明では、樹脂発泡粒子３の気泡が独立気泡９である例について説明するが、必ずしも樹脂発泡粒子３の内部の気泡は、独立気泡でなくてもよい。

なお、樹脂発泡粒子３の材質は問わないが、例えば、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどを適用可能である。ポリエチレンテレフタレートやポリカーボネートは、ポリプロピレンやポリスチレンなどと比較して、高温で使用することができる。

次に、断熱部材１の製造方法について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、容器１１内に、樹脂粒子１３を入れる。なお、樹脂粒子１３内には、あらかじめガスが浸透されている。この状態で、所定温度に加熱して、樹脂粒子１３を発泡させる。加熱温度は材質にもよるが、例えばポリエチレンテレフタレートの場合には、１４０℃〜１７０℃程度に加熱する。加熱することで、樹脂粒子１３が発泡し、樹脂発泡粒子３が形成される。樹脂発泡粒子３は直径が２〜１０ｍｍ程度である。ここで、樹脂発泡粒子３の直径とは任意の粒子の外径の最大値と最小値の平均である。

なお、この際、容器１１を、発泡後の樹脂発泡粒子３の総体積よりも十分に大きくしておくことで、樹脂発泡粒子３同士が容器形状に成形されず、個々の樹脂発泡粒子３として取り出すことができる。

次に、得られた樹脂発泡粒子３を容器１１から取り出し、加熱炉内に配置する。加熱炉内は減圧装置１５によって減圧することができる。加熱状態で加熱炉内を減圧することで、樹脂発泡粒子３の内部の独立気泡内を減圧することができる。

なお、加熱温度は、素材の軟化温度未満の温度であって、例えば６０〜７０℃程度とする。温度が低すぎると、独立気泡内の脱気が行えず、温度が高すぎると、構成する樹脂が軟化し、樹脂発泡粒子３がつぶれる虞がある。なお、真空度は、例えば、約０．５Ｐａ（または、常圧−約１００ｋＰａ）程度とする。また、加熱減圧時間は２４時間程度とする。

次に、図２（ｄ）に示すように、樹脂発泡粒子３を真空蒸着装置１６内に配置し、樹脂発泡粒子３の外周面に真空蒸着によってガスバリア皮膜５を形成する。

ここで、樹脂発泡粒子３を常温常圧に戻した状態を長時間維持すると、減圧された独立気泡中に空気が浸入するため、樹脂発泡粒子３を常温常圧に戻した後、真空蒸着装置１６内に配置する作業はできるだけ短時間で作業を行うことが望ましい。好ましくは加熱減圧と真空蒸着を連続して同じ炉内で行うことが望ましい。なお、樹脂発泡粒子３がポリエチレンテレフタレート製であれば、窒素の透過率が極めて低いため、独立気泡中への空気の浸入を抑制することができる。なお、ガスバリア皮膜５は、真空蒸着以外の方法で形成してもよい。

以上により、ガスバリア皮膜５を有する樹脂発泡粒子３を製造することができる。得られた樹脂発泡粒子３は、接着部材で一体化して成形体となる。例えば、樹脂発泡粒子３を射出成形樹脂に混ぜて、射出金型に射出成形することで、内部に、複数の樹脂発泡粒子３を具備する任意の形状の断熱部材１を得ることができる。例えば、箱型の断熱部材１とすることもできる。

なお、断熱部材１の外周に、さらに外装を設けてもよい。外装としては、ガスバリア性の材質であればよく、例えば金属製である。外装は、例えば、金属と樹脂とのラミネートフィルムのように可撓性を有する材質であってもよく、金属板などの剛性を有する材質であってもよい。外装の内部は、減圧されていてもよく、常圧であってもよい。

なお、樹脂発泡粒子３の材料として、ポリエチレンテレフタレートを選択した場合には、樹脂発泡粒子３の発泡倍率は、２０〜１００倍であることが望ましい。発泡倍率が２０％未満では、十分な断熱特性を得ることができず、発泡倍率が１００倍を超えると、製造性が悪くなり、かつ樹脂発泡粒子３の強度を保つことが困難となるためである。なお、ポリエチレンテレフタレートを用いた発泡倍率が２０〜１００倍の樹脂発泡粒子の場合、常温での１０％圧縮応力が１０ｋＰａ以上であり、樹脂発泡粒子３を減圧しても良好に形状が保つことができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、樹脂発泡粒子３の内部の気泡内が減圧された状態となるため、従来の樹脂発泡体を用いた場合と比較しても、断熱特性が良好である。また、樹脂発泡粒子３同士は、互いに独立してガスバリア皮膜５が形成されているため、例えば、釘打ちなどによって断熱部材１の一部に穴があいたとしても、ごく一部の樹脂発泡粒子３内の気泡が常圧となるだけで、断熱部材１の全体としての断熱性能の低下は最低限に抑制することができる。

また、樹脂発泡粒子３が接着部材である樹脂７で一体化されているため、任意の形状に成形することができる。

また、ガスバリア皮膜５が、真空蒸着で形成されるため、ガスバリア皮膜５を形成する際に、空気が樹脂発泡粒子３内の気泡に浸入することを抑制することができる。

また、樹脂発泡粒子３の気泡が独立気泡であれば、より確実に気泡内の減圧を保つことができる。

次に、第２の実施形態について説明する。図３（ａ）は、断熱部材１ａを示す断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ部拡大概念図である。なお、以下の説明において、断熱部材１と同様の機能を奏する構成については、図１等と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

断熱部材１ａは、断熱部材１とほぼ同様の構成であるが、樹脂発泡粒子３同士の接着方法が異なる。断熱部材１ａでは、樹脂発泡粒子３が、ガスバリア皮膜５を有していない他の樹脂発泡粒子３ａによって一体化される。すなわち、断熱部材１ａは、樹脂発泡粒子３ａと樹脂発泡粒子３とで構成される。

断熱部材１ａは、例えば以下のようにして形成される。前述した方法で、ガスバリア皮膜５を形成した樹脂発泡粒子と、未発泡の樹脂粒子とを成形型に封入して、樹脂粒子を発泡させる。発泡後の樹脂発泡粒子３ａと樹脂発泡粒子３は、成形型のキャビティー形状に一体化される。このようにして、任意の３次元形状の断熱部材１ａを成形することができる。

なお、樹脂発泡粒子３ａと樹脂発泡粒子３との接着力を高めるために、図４に示すように、成形型へ挿入する前の樹脂発泡粒子３のガスバリア皮膜５の外周面に、さらに樹脂層１７を形成してもよい。樹脂層１７は、塗装など公知のコーティング方法で形成することができる。

このように、最外周面を樹脂層１７で被覆することで、樹脂発泡粒子３ａの外周面と融着等によってより確実に一体化することができる。なお、樹脂層１７を構成する樹脂は、樹脂粒子を発泡させる発泡工程の加熱温度で軟化して、融着可能な材質であることが望ましい。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、樹脂発泡粒子３が、他の樹脂発泡粒子３ａで一体化されることで、樹脂発泡粒子３ａによる断熱効果も得ることができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１ａ………断熱部材
３、３ａ………樹脂発泡粒子
５………ガスバリア皮膜
７………樹脂
９………独立気泡
１１………容器
１３………樹脂粒子
１５………減圧装置
１６………真空蒸着装置
１７………樹脂層

Claims (8)

1. 複数の樹脂発泡粒子を具備する成形体であって、
   前記樹脂発泡粒子は、多数の気泡を有し、
   前記気泡の内部が減圧されており、
   前記樹脂発泡粒子の外周に、ガスバリア皮膜が形成されていることを特徴とする断熱部材。
2. 複数の前記樹脂発泡粒子は、接着部材で一体化されていることを特徴とする請求項１記載の断熱部材。
3. 前記接着部材は、樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の断熱部材。
4. 前記接着部材は、ガスバリア皮膜が形成されていない他の樹脂発泡粒子であることを特徴とする請求項２に記載の断熱部材。
5. 前記ガスバリア皮膜は、金属膜であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の断熱部材。
6. 前記気泡は、独立気泡であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに断熱部材。
7. 樹脂粒子を発泡させて樹脂発泡粒子を成形する工程と、
   前記樹脂発泡粒子を、減圧下で加熱する工程と、
   前記樹脂発泡粒子の外周にガスバリア皮膜を設ける工程と、
   前記樹脂発泡粒子を接着部材で一体化する工程と、
   を具備することを特徴とする断熱部材の製造方法。
8. 前記ガスバリア皮膜は金属膜であり、前記ガスバリア皮膜を設けた後、前記ガスバリア皮膜の外周にさらに樹脂層を形成する工程を具備することを特徴とする請求項７記載の断熱部材の製造方法。

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