JP2016223546A - 真空断熱材用積層体およびそれを用いた真空断熱材 - Google Patents

Abstract

【課題】真空断熱材用積層体において、発泡プラスチックを積層体の熱融着層として用いた場合においても、ラミネート強度およびシール強度の低下することのない、真空断熱材用積層体およびそれを用いた真空断熱材を提供することを課題とする。【解決手段】断熱芯材を真空断熱材用積層体で被覆し、内部を脱気し真空状態とした真空断熱材に用いられる真空断熱材用積層体であって、積層体が少なくともガスバリア層および熱融着層とから構成され、該熱融着層は押し出し樹脂層、発泡プラスチックシート、および熱融着フィルムとから構成されることを特徴とする真空断熱材用積層体である。【選択図】図１

Description

本発明は、真空断熱材用積層体およびそれを用いた真空断熱材に関する。

真空断熱材は、芯材を積層体で包み、芯材の周囲を真空状態にし、気体による熱伝導率を限りなくゼロに近づけることにより、断熱性能を高めた断熱材である。

積層体は内部の真空度を保つため、ガスバリア性のほかにも積層体自体の断熱性能が要求される。それに伴って従来の真空断熱材は、たとえば特許文献１のように熱融着層が発泡プラスチックである真空断熱材用積層体などが提案されている。

しかしながら発泡プラスチックを真空断熱材用積層体の熱融着層として用いた場合、発泡プラスチック層の凝集破壊により、ラミネート強度とシール強度が弱いという欠点を有している。

特開２００６−１７２０８号公報

本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、真空断熱材用積層体において、発泡プラスチックを積層体の熱融着層として用いた場合においても、ラミネート強度およびシール強度の低下することのない、真空断熱材用積層体およびそれを用いた真空断熱材を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、断熱芯材を真空断熱材用積層体で被覆し、内部を脱気し真空状態とした真空断熱材に用いられる真空断熱材用積層体であって、積層体が少なくともガスバリア層および熱融着層とから構成され、該熱融着層は押し出し樹脂層、発泡プラスチックシート、および熱融着フィルムとから構成されることを特徴とする真空断熱材用積層体である。

また、請求項２に記載の発明は、前記熱融着層を構成する押し出し樹脂層と発泡プラスチックシートおよび熱融着フィルムの、各層の相互の接着はいずれも熱ラミネートによって貼り合わせられたものであることを特徴とする、請求項１に記載の真空断熱材用積層体である。

また、請求項３に記載の発明は、前記熱融着層を構成する、押し出し樹脂層、発泡プラスチックシート、および熱融着フィルムのいずれもが、ポリエチレン樹脂からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空断熱材用積層体である。

また、請求項４に記載の発明は、前記熱融着層を構成する、押し出し樹脂層、発泡プラスチックシート、および熱融着フィルムのいずれもが、ポリプロピレン樹脂からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空断熱材用積層体である。

また、請求項５に記載の発明は、真空断熱材用積層体を用いた真空断熱材において、請
求項１〜請求項４のいずれかに記載の真空断熱材用積層体を用いてなることを特徴とする真空断熱材である。

本発明によれば、真空断熱材用積層体において、発泡プラスチックを積層体の熱融着層として用いた場合においても、ラミネート強度およびシール強度の低下することのない、真空断熱材用積層体およびそれを用いた真空断熱材を提供することが可能である。

とくに、発泡プラスチックシートを用いることによって耐ピンホール性、断熱性が向上する。また真空断熱材の最内層になる層に発泡プラスチックシートを用いる場合には、ラミネート強度およびシール強度が弱くなるが、熱融着フィルムとのラミネートによりシール強度の低下を回避することができる。

また、ガスバリアフィルムと発泡プラスチックシートを、ウレタン系接着剤を用いて貼り合わせるとラミネート強度が弱い。ガスバリアフィルムと発泡プラスチックシートの間に接着のための押し出し樹脂層を入れることによって、ラミネート強度を向上させることができる。さらにウレタン系接着剤層を一層省くことができるために、積層材端面からの水蒸気透過が減少する。

最内層が発泡プラスチックシートであると、滑り性が悪く、最内層を熱融着フィルムにすることで滑り性が良くなり芯材を充填する際の作業性が向上する。また真空断熱材の芯材となるグラスウールなどの硬質の繊維による内部からのピンホールを防止することができる。

図１は本発明に係る真空断熱材の一実施形態を説明するための断面模式図である。 図２は本発明に係る真空断熱材用積層体の一実施形態を説明するための部分断面模式図である。

以下本発明を実施するための形態について、図を参照しながら詳細な説明を加える。ただし本発明はこれらの例にのみ限定されるものではない。

図１は本発明に係る真空断熱材の一実施形態を説明するための断面模式図である。芯材（３）は真空断熱材用積層体（２）で被覆され封入されて、真空断熱材（１）を構成する。このとき内部は脱気され真空状態となっている。また、真空断熱材用積層体（２）は熱融着層同士を対向する形で重ねて熱融着させて用いる。

図２は本発明に係る真空断熱材用積層体の一実施形態を説明するための部分断面模式図である。ここに示した発明を実施するための形態の例においては、積層体の基材フィルムとしてポリアミドフィルム（４）を用いる。この層が、真空断熱材の最外層となる。

ガスバリア層として、ドライラミネート層（８）を介してアルミニウム蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルム（５）が積層されている。さらにガスバリア層として、ドライラミネート層（８）を介してアルミニウム箔（６）が積層されている。

さらに熱融着層（１１）を形成する。押し出し樹脂層として、ポリエチレン樹脂層（９）を積層してガスバリア層との接着層とするとともに、発泡プラスチック層として、発泡ポリエチレンシート（７）を熱ラミネートによって貼り合わせ、さらに熱融着フィルムとして、ポリエチレンフィルム層（９）を熱ラミネートによって貼りあわせて、真空断熱材用積層体（２）を構成している。

次に積層体の各構成要素について説明を加える。基材フィルムには、高分子材料を素材としたプラスチックフィルムを用いることができる。高分子フィルムは高分子樹脂組成物からなるフィルムであって、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリアミド（ナイロンー６、ナイロンー６６等）、ポリイミドなどが使用でき、用途に応じて適宜選択される。例えば図２に示した実施形態例は、ポリアミドフィルムを用いた例であるが、真空断熱材を被覆する最外層の材料として、強度の点でより好ましい。

真空断熱材用積層体は、内部の真空状態を維持するためにガスバリア性が求められる。そのために積層体を構成する層中にガスバリア層を設けてガスバリア性を付与するが、ガスバリア層としてはアルミニウムなどの金属箔を用いることもでき、また表面にガスバリア層を設けたガスバリアフィルムを用いることもできる。ガスバリアフィルムは、たとえばプラスチック材料からなるフィルムを用い、その片面に蒸着薄膜層を設けて形成されるが、蒸着薄膜層と被膜層を順次積層したものを用いてもよい。
プラスチック材料は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのポリエステルフィルム、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリアミドフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリアクリルニトリルフィルム、ポリイミドフィルム等を用いることができる。これらは、機械的強度や寸法安定性を有するものであれば、延伸されたものでも未延伸のものでも構わない。通常これらのものを、フィルム状に加工して用いられる。特に耐熱性等の観点から二軸方向に任意に延伸されたポリエチレンテレフタレートフィルムやポリアミドフィルムが好ましく用いられる。

また、フィルムの蒸着薄膜層が設けられる面と反対側の表面に、周知の種々の添加剤や安定剤、例えば帯電防止剤、紫外線防止剤、可塑剤、滑剤などが使用されていても良い。また、蒸着薄膜層との密着性を良くするために、基材の積層面側を前処理としてコロナ処理、低温プラズマ処理、イオンボンバード処理、薬品処理、溶剤処理などのいずれかの処理を施しても良い。

フィルムの厚さは、とくに限定されるものではなく、またフィルムとしての適性を考慮して、単体フィルム以外の異なる性質のフィルムを積層したフィルムを使用することもできる。加工性を考慮すれば、３〜２００μｍの範囲が好ましく、特に６〜３０μｍがより好ましい。

また、量産性を考慮すれば、連続的に各層を形成できる長尺の連続フィルムとすることが望ましい。

次に蒸着薄膜層は、金属、例えばアルミニウム、銅、銀など、もしくは無機酸化物、例えばイットリウムタンタルオキサイド、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム或いはそれらの混合物の蒸着膜からなり、酸素、水蒸気等のガスバリア性を有する。これらの中では、特にアルミニウム、酸化アルミニウム及び酸化珪素、酸化マグネシウムが好ましい。なお、上述の金属および無機酸化物に限定されず、酸素、水蒸気等のガスバリア性を有する材料であれば用いることができる。

蒸着薄膜層の厚さは、用いられる化合物の種類・構成により最適条件が異なるが、５〜３００ｎｍの範囲内が望ましく、その厚さ適宜選択することができる。ただし、膜厚が５
ｎｍ未満の場合は、均一な膜が得られず、膜厚が十分とはいえない。また、無機酸化物の場合、膜厚が３００ｎｍを越える場合は薄膜にフレキシビリティを発揮することができず、成膜後に折り曲げ、引っ張りなどの外的要因により、薄膜に亀裂を生じるおそれがある。好ましくは、１０〜１５０ｎｍの範囲内である。

蒸着薄膜層をフィルム上に形成する方法としては、通常の真空蒸着法により形成することができる。また、その他の薄膜形成方法としてスパッタリング法やイオンプレーティング法、プラズマ気相成長法（ＰＣＶＤ） などを用いることも可能である。生産性を考慮すれば、現時点では真空蒸着法が最も優れる。
真空蒸着法の加熱手段としては電子線加熱方式や抵抗加熱方式、誘導加熱方式のいずれかが好ましい。
また、蒸着薄膜層と基材の密着性及び蒸着薄膜層の緻密性を向上させるために、プラズマアシスト法やイオンビームアシスト法を用いて蒸着することも可能である。また、蒸着膜の透明性を上げるために蒸着の際、酸素ガスなど吹き込む反応蒸着を行ってよい。

さらに、ガスバリア層を形成するために蒸着薄膜層に重ねて形成することのできる、コーティングによる被膜層を説明する。被膜層は、水溶性高分子と、（ａ）１種以上のアルコキシドまたはその加水分解物、または両者、あるいは（ｂ）塩化錫の少なくともいずれか１つを含む水溶液、あるいは水／ アルコール混合溶液を主剤とするコーティング剤を用いて形成される。例えば、水溶性高分子と塩化錫を水系（水あるいは水／アルコール混合）溶媒で溶解させた溶液、あるいはこれに金属アルコキシドを直接、あるいは予め加水分解させるなど処理を行ったものを混合した溶液を調整し溶液とする。この溶液を無機化酸化物からなる蒸着薄膜層６にコーティング後、加熱乾燥し形成される。

コーティング剤に用いられる水溶性高分子は、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、デンプン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム等が挙げられる。特にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を用いるとガスバリア性が最も優れる。このＰＶＡ は、一般にポリ酢酸ビニルをけん化して得られるものであり、酢酸基が数十％残存している、いわゆる部分けん化ＰＶＡから酢酸基が数％しか残存していない完全ＰＶＡ等までを含み、特に限定されない。

またコーティング剤に用いられる塩化錫は、塩化第一錫（ＳｎＣｌ_２）、塩化第二錫（ＳｎＣｌ_４）、或いはそれらの混合物であってもよい。またこれらの塩化錫は、無水物でも水和物でもあってもよい。

更にコーティング剤に用いられる金属アルコキシドは、一般式、Ｍ（ＯＲ）ｎ（Ｍ：Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ等の金属、Ｒ：ＣＨ_３，Ｃ_２Ｈ_５等のアルキル基）で表せる化合物である。具体的にはテトラエトキシシラン〔Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４〕、トリイソプロポキシアルミニウム〔Ａｌ（Ｏ−２'−Ｃ_３Ｈ_７）_３〕などがあげられ、中でもテトラエトキシシラン、トリイソプロポキシアルミニウムが加水分解後、水系の溶媒中において比較的安定であるので好ましい。

コーティング剤のガスバリア性を損なわない範囲で、イソシアネート化合物、シランカップリング剤、或いは分散剤、安定化剤、粘度調整剤、着色剤などの公知の添加剤を必要に応じて加えることができる。

例えばコーティング剤に加えられるイソシアネート化合物としては、その分子中に２ 個以上のイソシアネート基を有するものが好ましい。例えばトリレンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネートなどのモノマー類と、これらの重合体、誘導体が挙げられる。

コーティング剤の塗布方法には、通常用いられるディッピング法、ロールコーティング法、スクリーン印刷法、スプレー法、グラビア印刷法などの従来公知の手段を用いることができる。被膜の厚さは、コーティング剤の種類や加工機や加工条件によって異なる。乾燥後の厚さが、０．０１μｍ以下の場合は、均一な塗膜が得られず十分なガスバリア性を得られない場合があるので好ましくない。また厚さが５０μｍを超える場合は膜にクラックが生じ易くなるため問題がある。好ましくは０．０１〜５０μｍの範囲にあることが好ましく、より好ましくは０．１〜１０μｍの範囲にあることである。

なお、蒸着薄膜層、被膜層上にさらに蒸着薄膜層、被膜層を同様に設けることも可能であり、必要に応じて複数層を積層して設けることができる。

真空断熱材用積層体のガスバリア層を構成する各層の積層方法は、たとえば２液硬化型ウレタン系接着剤を用いたドライ・ラミネーションによる方法や、エクストルージョンラミネーションによる方法などが採用できるが、特に指定するものではない。

熱融着層の材質としては、熱可塑性樹脂のうちポリオレフィン系樹脂が一般的に使用され、具体的には、低密度ポリエチレン樹脂（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン樹脂（ＭＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン樹脂（ＬＬＤＰＥ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−αオレフィン共重合体、エチレン−メタアクリル酸樹脂共重合体などのエチレン系樹脂や、ポリエチレンとポリブテンのブレンド樹脂や、ホモポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、プロピレン−エチレンランダム共重合体、プロピレン−エチレンブロック共重合体、プロピレン−αオレフィン共重合体などのポリプロピレン系樹脂等を使用することができる。とくに熱融着層として直鎖状低密度ポリエチレンフィルムを用いると、耐突き刺し性、耐屈曲性が高く、シール性も優れているため特に適している。

熱融着層は、押し出し樹脂層、発泡プラスチックシート、および熱融着フィルムとから構成される。とくに押し出し樹脂層は、ラミネート強度の向上に寄与する。また発泡プラスチックシートは積層体の断熱性を高める効果がある。また熱融着フィルムを最外層に配することによってシール強度の向上を図ることができる。

これらを熱ラミネートによって積層することにより、一体化した熱融着層が形成される。したがって発泡プラスチックシートを用いた場合においても、ラミネート強度およびシール強度の低下することのない、真空断熱材用積層体およびそれを用いた真空断熱材を提供することが可能になる。

発泡プラスチックシートは発泡倍率が２０〜４０倍のものが好ましく用いられる。またシートの厚みは１〜３ｍｍが好ましい。これ以上厚みが厚くなると真空断熱材の特徴のひとつである薄さのメリットが損なわれてしまう。

熱融着層を構成する、押し出し樹脂層、発泡プラスチックシート、および熱融着フィルムは接着性の観点から、同じ高分子から構成されることが望ましい。とくに、それらの３層がそれぞれポリエチレン樹脂で統一して構成される場合や、ポリプロピレン樹脂で統一して構成される場合がより望ましい。樹脂の種類を統一することにより、各層の相互の接着性が増し、より強固なラミネート強度およびシール強度を実現することができる。

以下実施例１〜３および比較例１に基づいて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの例にのみ限定されるものではない。

材料構成は、下記のとおりであって、図２を参照しながら説明する。
厚さ１５μｍのポリアミドフィルム（４）に厚さ１２μｍのアルミニウム蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルム（５）をウレタン系接着剤をドライラミネート層（８）として用いて、積層、接着した。次いでアルミニウム蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルム（５）の外面に、厚さ７μｍのアルミニウム箔（６）をウレタン系接着剤をドライラミネート層（８）として用いて貼りあわせた。更にアルミニウム箔（６）の外面に、溶融したポリエチレン樹脂層（９）を押し出して貼りあわせた。次いでポリエチレン樹脂層（９）側に発泡ポリエチレンシート（７）を熱ラミネートで貼りあわせた。次いで発泡ポリエチレンシート側に、厚さ３０μｍの高密度ポリエチレンフィルムを、ポリエチレンフィルム層（１０）として熱ラミネートで貼りあわせて、真空断熱材用積層体（２）を得た。

ポリエチレンフィルム層（１０）を厚さ３０μｍの高密度ポリエチレンフィルムに代えて、低密度ポリエチレンフィルムを使用した以外は実施例１と同様にして、真空断熱材用積層体（２）を得た。

ポリエチレンフィルム層（１０）を厚さ３０μｍの高密度ポリエチレンフィルムに代えて、直鎖状低密度ポリエチレンフィルムを使用した以外は実施例１と同様にして、真空断熱材用積層体（２）を得た。
＜比較例１＞
ポリエチレンフィルム層（１０）の厚さ３０μｍの高密度ポリエチレンフィルムを用いない以外は、実施例１と同様にして真空断熱材用積層体を得た。

（評価）
＜ヒートシール強度測定＞
ＪＩＳ Ｋ ０２３８に準じて測定を行なった。
実施例１〜３および比較例１で得られた積層体を、熱融着層同士が対向するように重ねて配置し、１０ｍｍ幅のシールバーにより、熱融着層同士を熱融着させた。
ヒートシールの部分に対して直角の方向に幅１５ｍｍ、展開長さ１００ｍｍ以上の試験片を切り出し採取した。
試験片のヒートシール部を中央にして１８０度に開き、つかみの間隔を５０ｍｍとして、試験片の両端を引っ張り試験機のつかみに取り付け、ヒートシール部が破断するまで引っ張り荷重を加え、その間の最大荷重を求め、ヒートシール強度とした。

＜摩擦係数測定＞
ＪＩＳ Ｋ ７１２５に準じて測定を行なった。
実施例１〜３および比較例１で得られた積層体を、幅６３ｍｍ、長さ１００ｍｍの長方形に切り出し試験片とした。
一辺６３ｍｍの滑り片のフェルト面に、試験片を熱融着層が表になるように取り付けた。試験テーブルに取り付ける相手材料として、幅８０ｍｍ、長さ２００ｍｍの長方形に切り出したポリプロピレンフィルムを用いた。
滑り片を静かにセットし、試験速度１００ｍｍ／分で始動し、試験を開始した。
最初の最大荷重を静摩擦力とし、最初の最大荷重を過ぎてから最低を示したところから摩擦距離７０ｍｍまでの平均の加重を動摩擦力とした。

（評価結果）
実施例１〜３および比較例１の評価結果を表１に示す。

表１から実施例１〜３は比較例１に比べて、いずれもシール強度が強いことが見て取れる。また実施例１〜３は比較例１に比べて、いずれも摩擦係数が低く滑り性が良いことがわかる。滑り性が良いことによって、真空断熱材の芯材を充填する際の作業性が向上する効果も得られる。

これらの結果から、本発明によれば真空断熱材用積層体において、発泡プラスチックを積層体の熱融着層として用いた場合においても、ラミネート強度およびシール強度の低下することのない、真空断熱材用積層体およびそれを用いた真空断熱材を提供することが可能であることを検証することができた。

１・・・真空断熱材
２・・・積層体
３・・・芯材
４・・・ポリアミドフィルム
５・・・アルミニウム蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルム
６・・・アルミニウム箔
７・・・発泡ポリエチレンシート
８・・・ドライラミネート層
９・・・ポリエチレン樹脂層
１０・・・ポリエチレンフィルム層
１１・・・熱融着層

Claims (5)

1. 断熱芯材を真空断熱材用積層体で被覆し、内部を脱気し真空状態とした真空断熱材に用いられる真空断熱材用積層体であって、積層体が少なくともガスバリア層および熱融着層とから構成され、該熱融着層は押し出し樹脂層、発泡プラスチックシート、および熱融着フィルムとから構成されることを特徴とする真空断熱材用積層体。
2. 前記熱融着層を構成する押し出し樹脂層と発泡プラスチックシートおよび熱融着フィルムの、各層の相互の接着はいずれも熱ラミネートによって貼り合わせられたものであることを特徴とする、請求項１に記載の真空断熱材用積層体。
3. 前記熱融着層を構成する、押し出し樹脂層、発泡プラスチックシート、および熱融着フィルムのいずれもが、ポリエチレン樹脂からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空断熱材用積層体。
4. 前記熱融着層を構成する、押し出し樹脂層、発泡プラスチックシート、および熱融着フィルムのいずれもが、ポリプロピレン樹脂からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空断熱材用積層体。
5. 真空断熱材用積層体を用いた真空断熱材において、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の真空断熱材用積層体を用いてなることを特徴とする真空断熱材。