JP2017137955A - 真空断熱材用外装材及びそれを用いた真空断熱材 - Google Patents

Abstract

【課題】真空断熱材の熱伝導率が向上する真空断熱材用外装材及びそれを用いた真空断熱材を提供すること。
【解決手段】空隙を有する芯材を真空封止して真空断熱材を形成するための真空断熱材用外装材であって、少なくとも保護層、バリア層、熱融着層、吸着層を順次積層してなり、前記吸着層が、細孔容積１ｍｌ／ｇ以上の多孔質微粒子とバインダー樹脂とを含有することを特徴とする。また、多孔質微粒子の平均粒子径が１２μｍ以下であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷蔵庫や低温コンテナあるいは住居の外壁材などに取り付けられる真空断熱材用外装材及びそれを用いた真空断熱材に関するものである。

冷蔵庫や低温コンテナあるいは住居の外壁材などには、従来から種々の断熱材が用いられており、特に近年では、断熱性能の優れた断熱材として、グラスウールなどの無機繊維シートや、多孔質シリカを不織布で包んだ芯材を外装材で包み、真空封止した構成の真空断熱材が使用されている。

外装材の構成としては、主に保護層、バリア層、熱融着層を順次積層してなる積層体が一般的に用いられている。この外装材には、真空断熱材内部を長期間真空状態に保持するために、外部からの水蒸気やガスの侵入を防ぐ、優れたバリア性が要求される。

また、真空断熱材内面からの性能劣化要素としては、芯材に吸着した水分や、外装材中の残留溶剤、真空断熱材を製造する最終過程の熱融着時に発生する脱ガスが挙げられる。

このような真空断熱材製造過程や経時で発生するガスや水分を吸収するため、吸着剤を同梱するのが一般的である。

しかし、吸着剤を加えることで、本来の断熱性能は損なわれるため、同梱される量にも限りがあり、その範囲では、発生するガスや水分を全て捕らえきることは不可能である。

また吸着剤以外でガスや水分を吸着する方法としては、熱融着層中に吸湿層を含む構成が提案されている。（特許文献１）

しかしながら、上記構成では、吸湿層は、熱融着層の内部に位置するため、発生したガス、水分を素早く吸着することは困難であった。

特開２０１１−１４３６９３号公報

本発明は上記の事情を鑑みてなされたもので、真空断熱材の内部で発生するガスや水分の吸着能力を向上させることが可能な真空断熱材用外装材を提供することを課題としている。

本発明の請求項１に係る発明は、空隙を有する芯材を真空封止して真空断熱材を形成するための真空断熱材用外装材であって、少なくとも保護層、バリア層、熱融着層、吸着層を順次積層してなり、前記吸着層が、細孔容積１ｍｌ／ｇ以上の多孔質微粒子とバインダー樹脂とを含有することを特徴とする真空断熱材用外装材である。

本発明の請求項２に係る発明は、前記多孔質微粒子の平均粒子径が１２μｍ以下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外装材である。

本発明の請求項３に係る発明は、前記バインダー樹脂の融点が１２０℃以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の真空断熱材用外装材である。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の真空断熱材用外装材を用いたことを特徴とする真空断熱材である。

本発明の請求項１に係る発明によれば、芯材に吸着した水分や、外装材中の残留溶剤、真空断熱材を製造する際の熱融着時に発生する脱ガスを吸着することができるので、真空断熱材としての断熱性能の低下を防ぐ効果が得られる。

請求項２に係る発明によれば、多孔質微粒子の平均粒子径が１２μｍ以下であることで、微粒子が欠落なく、熱融着層に密着した状態で、且つ芯材封入時の滑り性を付与した状態で、ガスや水分を吸着する効果が得られるため好ましい。平均粒子径が３μｍ以上であると、表面の凹凸が大きいので滑り性付与の効果が大きくなり好ましい。ただし平均粒子径が１２μｍを超えると、微粒子の欠落が発生し易くなるおそれがある。

請求項３に係る発明によれば、バインダー樹脂の融点が１２０℃以下であることで、熱融着時の密着性を低下させることなく、シールすることが可能であるため好ましい。しかし融点が１２０℃を超えると、熱融着時のシール強度が著しく低下するおそれがある。

請求項４に係る発明によれば、前記請求項１〜３の発明を用いることにより、真空断熱材の内部で発生するガスや水分を充分に吸着し、本来の断熱性能が劣化しない優れた真空断熱材が得られる。

本発明の真空断熱材用外装材の一実施形態を示す断面概略図である。 本発明の真空断熱材の一実施形態を示す断面概略図である。

以下、本発明を図に基づき具体的に説明する。

図１に示すように、本発明の真空断熱材用外装材１０は、保護層１、バリア層２、熱融着層３、吸着層４を順次積層してなる積層体からなる。なお、これらの層を順次積層する方法としては特に限定しないが、例えば、それぞれの層間に接着剤を介する公知の方法を用いることができる。

本発明に係る保護層１は、例えば外部からの磨耗、突き刺しなどに対して耐性がある樹脂基材であれば用いることができ、特に制限されない。例えば、延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、延伸ポリプロピレンフィルム、延伸ナイロンフィルムなどが用いられる。厚みに特に制限はないが、延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムであれば６μｍ〜３０μｍ程度、延伸ポリプロピレンフィルムであれば２０μｍ〜４０μｍ程度、延伸ナイロンフィルムであれば１０μｍ〜３０μｍ程度がより適切である。

保護層１とバリア層２との積層方法は、ドライラミネート法（無溶剤ラミネート法を含む）で貼り合わせたり、また、サンドイッチラミネート法により貼り合わせたりしても良い。

バリア層２は、真空断熱材のバリア性を担う中心の層であって、アルミニウム箔やバリア性に優れた金属蒸着フィルムを用いることができる。特に、珪素を０．０５重量％以上
、０．３％重量％以下、鉄を０．７重量％以上、１．７重量％以下を含有するアルミニウム合金が好ましい。

上記のアルミニウム合金からなるアルミニウム箔は、純度の高いアルミニウムの箔と比較して、やわらかく、伸びがあるので、アルミニウム箔自体がピンホールやクラックの発生が起こりにくい。このようなアルミニウム箔としては、合金番号Ａ８０２１や合金番号Ａ８０７９のアルミニウム箔があり、膜厚は７〜２０μｍ程度のものが好ましい。

また、金属蒸着系のバリア層としては、ＰＥＴなどの汎用フィルムをベースにアルミナ、シリカなどを蒸着層とした水蒸気透過率０．５ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下のものが好ましく、ベースフィルムの膜厚は６μｍ〜３０μｍ程度、蒸着層は１０〜３００ｎｍ程度がより適切である。

熱融着層３は、いわゆるシーラントとして機能し、真空断熱材の最内層に位置し、熱融着により、充填した芯材を密封するものである。主に熱可塑性樹脂が用いられ、特にポリオレフィン系樹脂が好ましく用いられる。

ポリオレフィン系樹脂としては、低密度ポリエチレン樹脂、直鎖状低密度ポリエチレン樹脂、中密度ポリエチレン樹脂、エチレン−α−オレフィン共重合体樹脂などのエチレン系樹脂や、ホモポリプロピレン樹脂、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、ポリプロピレン−α−オレフィン共重合体などのプロピレン系樹脂などの選択が可能である。

熱融着層３とバリア層２の積層方法は、ドライラミネート法（無溶剤ラミネート法を含む）で貼り合わせたり、また、サンドイッチラミネート法により貼り合わせたりしても良い。さらには、接着剤を用いずに前記樹脂を溶融させて、押し出しラミネート法により貼り合わせても良い。

本発明で使用される接着剤はウレタン樹脂系接着剤が好ましく用いられる。特にウレタン樹脂系２液硬化型接着剤が好ましく、また接着方法はドライラミネート法で積層するのが好ましい。特に、ウェブ状の材料を積層するには、ウレタン樹脂系２液硬化型接着剤を用いてドライラミネート法により積層するのが好ましい。

吸着層４は、熱融着層３上に吸着性能を有する多孔質微粒子をバインダー樹脂で固定した層である。

多孔質微粒子としては、細孔容積１ｍｌ／ｇ以上のものを用いる。また、粒子径は１２μｍ以下が好ましく、種類としてはシリカゲル粒子、アルミナ粒子、合成樹脂微粒子などが使用できる。

また、この多孔質微粒子を固定するバインダー樹脂としては、融点１３０℃以下の樹脂が好ましく、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、などが挙げられる。

吸着層４の積層方法は、溶剤に溶解したバインダー樹脂中に多孔質微粒子を分散した塗液を熱融着層３上にグラビアコート、ロールコート、ワイヤーバーコート等の公知の塗工手段によって塗工して形成される。

次に、本発明の真空断熱材用外装材１０を用いて、その内部に芯材３０を真空封止して形成した真空断熱材２０について説明する。

図２に、真空断熱材２０の断面概略図を示した。
真空断熱材２０の具体的な作製方法としては、先ず真空断熱材用外装材１０を用いて包装体を形成する。

包装体の形成方法の一例としては、所定のサイズに断裁した２枚の真空断熱材用外装材１０を用いて熱融着層３面を対向させ、芯材３０を挿入する開口部以外は周囲をヒートシールにより融着させることで得られる。

また例えば別の方法として、所定のサイズに断裁した１枚の真空断熱材用外装材１０を用いて、その熱融着層３面を内側にして対向させ、その後上記と同様にして包装体を得ることもできる。

次に、前記包装体の開口部から芯材３０を挿入した後、脱気しながら開口部をヒートシールして封止することで、真空断熱材２０を作製することができる。

芯材３０は、真空断熱材２０を作製する工程において、脱気により真空断熱材用外装材１０で押されても、つぶれずに内部に減圧された空間を残せるものであれば特に限定されるものではない。

芯材３０の材料としては、例えば、グラスウール、グラスファイバー、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール、炭化珪素繊維などの無機繊維を裁断してなる嵩密度の小さい針状短繊維粉末や、シリカやパーライト等の粉末を一定の形状に成形した成形体、ケイ酸カルシウム成形体の無機成形体、あるいは、発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレンなどの連続気泡の合成樹脂発泡体、等が使用される。

中でも空隙率の高い多孔性のシリカゲル微粒子が好ましく、特に空隙率が７０％以上、粒子径が５０μｍ以下のものが好ましい。空隙率が７０％以下では、真空下での断熱性付与が困難になる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

＜実施例１＞
（真空断熱材用外装材の作製）
保護層として、１５μｍ膜厚の延伸ナイロンフィルム（ユニチカ製、エンブレムＯＮＭ）、バリア層として、９μｍ膜厚のアルミニウム箔（東洋アルミニウム製、８０２１合金）、熱融着層として４０μｍ膜厚の直鎖状低密度ポリエチレンフィルム（三井化学東セロ製、ＴＵＸ−ＨＤ）を用いて、それぞれの層間をポリエステルポリウレタン系主剤（ＤＩＣ製、ＬＸ５００）と芳香族イソシアネート硬化剤（ＤＩＣ製、ＫＷ７５）からなる接着剤を介して、ドライラミネート法により順次積層して積層体を作製した。
その後、融点１００℃のポリエステル樹脂（日本合成化学製、ＳＰ１８０）を固形分２０％で酢酸エチルに溶解したものに、粒子径５μｍ、細孔容積１ｍｌ／ｇの多孔質シリカ微粒子（ＡＧＣエスアイテック製、Ｈ−５１）を固形分５％で分散した塗工液を、熱融着層上にグラビアコートにより乾燥後膜厚３μｍで塗布することにより、吸着層を形成した。

（真空断熱材の作製）
上記で得られた真空断熱材用外装材を２５０ｍｍ角にカットし、シーラント面を内側に貼合し、シール幅１０ｍｍで三方シールした袋を作製した。その後、この袋内に２００ｍｍ角、２５ｍｍ厚のグラスウールシートを芯材として封入し、真空封止装置により、チャンバー内真空度２Ｐａ下で封止し、真空断熱材を作製した。

（熱伝導率の測定）
作製した真空断熱材を室温下で１日放置したものの熱伝導率を熱伝導率測定装置（ＴＡインスツルメント製、ＦＯＸ２００）により測定した。

＜実施例２＞
実施例１の真空断熱材用外装材の作製において、吸着層の多孔質微粒子として粒子径１２μｍ、細孔容積１ｍｌ／ｇの多孔質シリカ微粒子（ＡＧＣエスアイテック製、Ｈ−１２１）を使用したこと以外は、実施例１と同様に実施した。

＜実施例３＞
実施例１の真空断熱材用外装材の作製において、吸着層の多孔質微粒子として粒子径５μｍ、細孔容積２ｍｌ／ｇの多孔質シリカ微粒子（ＡＧＣエスアイテック製、Ｈ−５２）を使用したこと以外は、実施例１と同様に実施した。

＜実施例４＞
実施例１の真空断熱材用外装材の作製において、吸着層のバインダー樹脂として融点１２０℃のポリエステル樹脂（日本合成化学製、ＳＰ１８２）を使用したこと以外は、実施例１と同様に実施した。

＜比較例１＞
実施例１の真空断熱材用外装材の作製において、吸着層の多孔質微粒子として粒子径４μｍ、細孔容積０．０５ｍｌ／ｇのシリカ微粒子（ＡＧＣエスアイテック製、ＮＰ−３０）を使用したこと以外は、実施例１と同様に実施した。

＜比較例２＞
実施例１の真空断熱材用外装材の作製において、吸着層の多孔質微粒子として粒子径２０μｍ、細孔容積１ｍｌ／ｇの多孔質シリカ微粒子（ＡＧＣエスアイテック製、Ｈ−２０１）を使用したこと以外は、実施例１と同様に実施したが、多孔質シリカ微粒子の欠落によるパーティクルが発生したため、真空断熱材としての評価を行うことができなかった。

＜比較例３＞
実施例１の真空断熱材用外装材の作製において、吸着層のバインダー樹脂として融点１３５℃のポリエステル樹脂（日本合成化学製、ＳＰ１８１）を使用したこと以外は、実施例１と同様に実施したが、シールが不可能であったため、真空断熱材としての評価を行うことができなかった。

下記表１に以上の評価結果を示す。
ここで判定基準として、○は良好であり、×は真空断熱材用外装材として基準を満たさなかったことを示す。表１の通り、本発明の真空断熱材用外装材によれば、吸着層によるガス、水分の吸収により、低熱伝導率の真空断熱材が得られる。

１・・・保護層
２・・・バリア層
３・・・熱融着層
４・・・吸着層
１０・・・真空断熱材用外装材
２０・・・真空断熱材
３０・・・芯材

Claims (4)

1. 空隙を有する芯材を真空封止して真空断熱材を形成するための真空断熱材用外装材であって、少なくとも保護層、バリア層、熱融着層、吸着層を順次積層してなり、
   前記吸着層が、細孔容積１ｍｌ／ｇ以上の多孔質微粒子とバインダー樹脂とを含有することを特徴とする真空断熱材用外装材。
2. 前記多孔質微粒子の平均粒子径が１２μｍ以下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外装材。
3. 前記バインダー樹脂の融点が１２０℃以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の真空断熱材用外装材。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の真空断熱材用外装材を用いたことを特徴とする真空断熱材。