JP2017501351A - バリアフィルム及びバリアフィルムを用いる真空断熱パネル - Google Patents
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Abstract
Description
単語「a」、「an」、及び「the」は、「少なくとも1つの」と互換的に使用されて、記載される要素のうち1つ又2つ以上を意味する。
基材22は、ポリマー層が好都合である。多様なポリマーが使用されてもよいが、バリアフィルムが真空断熱パネルに使用される場合、耐破壊性及び熱安定性が特に重要視される特性である。有用なポリマー性の耐破壊性フィルムの例としては、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリカーボネート、ポリエステルカーボネート、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリアリレート(PAR)、(Japanese Synthetic Rubber Co.(Tokyo,Japan)から入手可能な)商品名ARTONのポリマー、(B.F.Goodrich Co.(Brecksville,Ohio)から入手可能な)商品名AVATRELのポリマー、ポリエチレン−2,6−ナフタレート、ポリビニリデンジフルオリド、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリ塩化ビニル(PVC)、及びエチレンビニルアルコール(EVOH)等のポリマーが挙げられる。ポリイミド、ポリイミドベンゾキサゾール、ポリベンゾキサゾール、及びセルロース誘導体などの熱硬化性ポリマーも有用である。厚さおよそ0.002インチ(0.05mm)のポリエチレンテレフタレート(PET)は、二軸延伸ポリプロピレン(BOPP)フィルムと同様に都合の良い選択であると考えられる。二軸延伸ポリプロピレン(BOPP)は、ExxonMobil Chemical Company(Houston,Tex.)、Continental Polymers(Swindon,UK)、Kaisers International Corporation(Taipei City,Taiwan)、及びPT Indopoly Swakarsa Industry(ISI)(Jakarta,Indonesia)を含む、複数の供給元から市販されている。好適なフィルム材料の他の例は、「Cloth−like Polymeric Films」と題された国際公開第02/11978号(Jackson et al.)において教示されている。一部の実施形態では、基材は、2つ以上のポリマー層の積層物であってもよい。
低熱伝導性の有機層32がモノマーのフラッシュ蒸着、蒸気蒸着、その後の架橋により形成される場合、揮発性のアクリレート及び(本明細書において「(メタ)アクリレート」と称される)メタクリレートモノマーが有用であり、揮発性アクリレートモノマーが好ましい。好適な(メタ)アクリレートモノマーは、蒸発器内で蒸発され、蒸着コータにおいて液体又は固体のコーティングに凝縮されるのに十分な蒸気圧を有する。
例えば、少なくとも1種の低熱伝導性の金属無機材料46及び/又は48において有用な低放射性の金属材料としては、アルミニウムが挙げられるが、好ましくは、銀、金、銅、錫、クロム、ニッケル、白金、タングステン、亜鉛、マグネシウム、モリブデン、ロジウム、及び/又はこれらの合金若しくは組み合わせが挙げられる。金属は、非常に低い放射性、好ましくは、0.6未満、又は更には0.1未満の放射性を提供するのに十分な厚さで堆積される。特に、DHF(Los Angeles,CA)からスパッタリングターゲットとして市販されている、重量比Cu80Sn20の銅−錫合金が好都合であると考えられ、放射性「ε」は、0.07、熱伝導性「k」は、0.26W/(m・°K)(0.0026W/(m・℃))である。ケイ素アルミニウムもまた有用である。
低熱伝導性の非金属無機材料44は、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、並びに酸化物、窒化物、及び酸窒化物の金属合金から好都合に形成されてもよい。一態様では、低熱伝導性の非金属無機材料44は、金属酸化物を含む。好ましい金属酸化物としては、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、ケイ素アルミニウム酸化物、窒化アルミニウムケイ素、及び酸窒化アルミニウムケイ素、CuO、TiO2、ITO、Si3N4、TiN、ZnO、酸化亜鉛アルミニウム、ZrO2、及びイットリア安定化ジルコニアが挙げられる。Ca2SiO4の使用が、その難燃性のために想到される。低熱伝導性の非金属無機材料44は、その開示が参照により援用されている、米国特許第5,725,909号(Shaw et al.)及び米国特許第5,440,446号(Shaw et al.)に記載されているものなど各種の方法により調製することができる。低熱伝導性の非金属無機材料は、典型的には、反応蒸着、反応スパッタ、化学蒸着、プラズマ強化化学蒸着、及び原子層堆積により調製することができる。好ましい方法としては、反応スパッタ及びプラズマ強化化学蒸着などの真空調製が挙げられる。
図2を再度参照すると、一部の実施形態では、真空断熱パネル100は、好都合には、例えば、サイズが約4マイクロメートルの小さい連続気泡を有する堅い発泡体の形態のコア104を含む。微多孔性の発泡性コアの1つの供給元は、Dow Chemical Company(Midland,MI)である。一部の実施形態では、平行な離間配置された排出経路又は排出溝がコアの面に切り込まれ又は形成されている。外被内にコアがどのようにして真空密封されるかについての情報は、参照により本明細書に援用されている米国特許第6,106,449号(Wynne)に開示されている。他の有用な材料としては、ヒュームドシリカ、ガラス繊維、及びエアロゲルが挙げられる。
任意追加的な熱融着層もまた、存在してもよい。ポリエチレン又は直鎖状低密度ポリエチレンと低密度ポリエチレンとの配合物が好適であると考えられる。熱融着層は、押出し、コーティング、又は積層により、バリアフィルムに適用され得る。高密度ポリエチレンを含む共押出複合層もまた、好適であると考えられる。
外被が耐火性であることは好都合であり得る。例えば、基材自体が難燃材料を含んでもよく、又は別の難燃層が、第1の層に対向する基材の対向する主表面と直接接触して位置付けられてもよい。層状製品における使用に好適な耐火材料に関する情報は、参照により本明細書に援用される米国特許出願第2012/0164442号(Ong et al.)に見出される。
上述のバリアフィルム20は、いくつかの層、具体的には、低熱伝導性の無機積層体40、最も具体的には、幾分脆性であり得る低熱伝導性の非金属無機材料44を含む。バリアフィルム20は、バリアフィルム20が提供する真空密封が破壊されると、良好な(低)熱伝導性の一部を失うこととなる。完成品のVIPの製造中、特に、真空吸引工程中、バリアフィルムは、高い歪み及び応力を受ける。フィルムを曲げを受けるビームとみなすと、ビームは、ビームの厚みにわたる圧縮応力がゼロになり、引張応力に切り替わる中立面を有する。したがって、任意選択的な熱融着層及び難燃層を含むバリアフィルム20に対して選択され、低熱伝導性の無機積層体40がその平坦な状態から離れる方向にフィルムを曲げる動きに対して、フィルムの中立面にあるか、又は中立面付近にあるように、それぞれの厚さを寸法決めする、材料の機械的特性を評価することが所望される。低熱伝導性の非金属無機材料44の層の厚さに対する中心線が、バリアフィルム20の計算された中立面から、バリアフィルム20を含む(任意の層を含む)すべての層の全体的な厚さの±10%以内に位置付けられる場合、バリアフィルムは、この基準に合致すると言うことができる。一部の都合の良い実施形態では、低熱伝導性の非金属無機材料44の層の厚さに対する中心線は、バリアフィルム20の計算された中立面から、バリアフィルム20を含む(任意の層を含む)すべての層の合計厚みの±5%内に位置付けられる。
(a)2つの対向する主表面を有する基材と、
(b)基材の対向する主表面のうち一方と直接接触している第1の層であって、第1の層は、低熱伝導性の有機層又は低熱伝導性の無機積層体である、第1の層と、
(c)第1の層と直接接触している第2の層であって、第2の層は、低熱伝導性の有機層又は低熱伝導性の無機積層体であり、第2の層は、第1の層において選択された有機層又は無機積層体と同一ではない、第2の層と、を含む、真空断熱パネル用外被を含む物品。
(a)2つの対向する主表面を有する基材と、
(b)基材の対向する主表面のうち一方と直接接触している第1の層であって、第1の層は、低熱伝導性の有機層又は低熱伝導性の無機積層体である、第1の層と、
(c)第1の層と直接接触している第2の層であって、第2の層は、低熱伝導性の有機層又は低熱伝導性の無機積層体であり、第2の層は、第1の層において選択された有機層又は無機積層体と同一ではない、第2の層と、を含み、
低熱伝導性の無機積層体は、少なくとも1種の低熱伝導性の非金属材料及び少なくとも1種の低熱伝導性の金属材料を含む、バリアフィルム。
水蒸気透過速度
Mocon(Minneapolis,MN)からPERMATRAN W700として市販されている湿気透過試験で以下の実施例のうちいくつかのバリア特性を試験した。試験体制は、50℃及び100% RHであった。
実施例のうちいくつかは、Vinatoru Enterprises,Inc(Graham,NC)製のgelbo−flexを使用して耐屈曲性を試験した。サイズ(200×280mm)の試料を、撓性試験機の心棒に取り付ける。屈曲動作は、水平運動(圧縮)と組み合わせたねじり運動からなり、これにより、フィルムを繰返しねじり、破壊する。試験設定により、ストロークの最初の90mmにおいて、440°のねじり運動が付与され、その後、65mmの直線水平運動が続く。速度は、毎分45周期である。
バリアフィルムの以下の実施例は、米国特許第5,440,446号(Shaw et al.)及び同第7,018,713号(Padiyath et al.)に記載されているコータと同様の真空コータ上で製造された。DuPont−Teijin Films(Chester,VA)から市販されている、0.05mm厚、14インチ(35.6cm)幅のPETフィルムの不定長ロールの形態の基材をこのコータに入れた。ついで、この基材を、16fpm(4.9m/分)の一定のライン速度で前進させた。低熱伝導性の有機層の接着性を改善するために、基材を窒素プラズマ処理に供することにより、コーティング用に調製した。
Sartomer USA(Exton,PA)からSARTOMER SR833Sとして市販されているトリシクロデカンジメタノールジアクリレートを、超音波霧化及びフラッシュ蒸着により適用して、幅12.5インチ(31.8cm)のコーティングを製造することによって、基材上に低熱伝導性の有機層を形成した。その後、このモノマーコーティングを、7.0kV及び4.0mAで作動する電子ビーム硬化銃により直下流で硬化させた。蒸発器への液体の流れは、1.33mL/分であり、ガスの流速は、60sccmであり、蒸発器の温度は、260℃に設定された。処理用ドラムの温度は、−10℃であった。
基材が0.05mm厚の二軸延伸ポリプロピレンであったことを除いて、実施例1の手順に従って、バリアフィルムを調製した。上述の試験方法に従って、水蒸気透過に関して試験し、水蒸気透過速度は、機器の検出限界を下回ることが見出された。
バリアフィルムを、実施例1の機器上で調製した。3M Company(St.Paul,MN)から市販されている、0.0014インチ(0.036mm)厚のPETフィルムの不定長ロールの形態で基材をこのコータに入れた。ついで、この基材を、16fpm(4.9m/分)の一定のライン速度で前進させた。低熱伝導性の有機層の接着性を改善するために、基材を、プラズマ処理に供することにより、コーティング用に調製した。
以下の事項を除いて、実施例3の手順に概ね従って、バリアフィルムを調製した。蒸発器へのモノマーの流速は、1.33mL/分であり、ケイ素アルミニウム層は、5kWであった。
以下の事項を除いて、実施例3の手順に概ね従って、バリアフィルムを調製した。蒸発器へのモノマーの流速は、1.33mL/分であり、酸化物を堆積させるために使用した出力は、4kWであった。更に、低熱伝導性の無機積層体の上方において、更なるインラインプロセスを使用して、ケイ素アルミニウム酸化物層の上面に第2のポリマー層を堆積した。このポリマー層は、霧化及び蒸着によりモノマー溶液から生成された。ただし、この上面層を形成するために適用した材料は、Evonik(Essen,DE)からDYNASILAN 1189として市販されている3wt%の(N−(n−ブチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシランと、BASF(Ludwigshafen,DE)からIRGACURE 184として市販されている1wt%の1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトンと、残部のSARTOMER SR833Sと、の混合物であった。霧化器へのこの混合物の流速は、1.33mL/分であり、ガスの流速は、60sccmであり、蒸発器の温度は、260℃であった。ケイ素アルミニウム酸化物層上で凝縮されるとすぐに、コーティングした混合物は、UV光により最終的なポリマーに硬化された。
以下の事項を除いて、実施例3の手順に概ね従って、バリアフィルムを調製した。第2のポリマー層の上方において、ケイ素−アルミニウム酸化物の第2の層を、AC反応スパッタ堆積カソードにより積層した。カソードは、Soleras Advanced Coatings USから得られたSi(90%)/Al(10%)のターゲットを有した。システムを、出力16kWで作動させて、第2のポリマー層上におよそ25nm厚のケイ素アルミニウム酸化物層を堆積した。
実施例3〜6の基材を、0.00092インチ(0.023mm)厚の低密度ポリエチレン/PET積層物としたことを除いて、実施例3〜6のそれぞれの手順に概ね従って、4つのバリアフィルムを調製した。この積層物のポリエチレン部分は、Berry Plastics(Evansville,IN)から市販されている。この積層物のPET側を、低熱伝導性の有機層に面するようにした。
バリアフィルムを、実施例1の機器上で調製した。基材は、Toray(Tokyo,Japan)からLUMIRROR F7Sとして市販されている、0.00092インチ(0.023mm)厚のPETフィルムだった。ついで、この基材を、16fpm(4.9m/分)の一定のライン速度で前進させた。低熱伝導性の有機層の接着性を改善するために、基材を、プラズマ処理に供することにより、コーティング用に調製した。
ライン速度を32フィート/分(9.8m/分)に倍加させ、低熱伝導性の有機層及び第2のポリマー層を生成するモノマー流も倍加させたことを除いて、概ね実施例11の手順に従って、バリアフィルムを調製した。これにより、低熱伝導性の有機層及び第2のポリマー層の厚さは、大体750nmのままであった。一方、ケイ素アルミニウム層の厚さは、10nmに減少し、ケイ素アルミニウム酸化物層の厚さは、12nmに減少した。
以下の事項を除いて、概ね実施例11の手順に従って、バリアフィルムを調製した。第2のポリマー層の上方において、ケイ素−アルミニウム酸化物の第2の層を、AC反応スパッタ堆積カソードにより積層した。カソードは、Soleras Advanced Coatings USから得られたSi(90%)/Al(10%)のターゲットを有した。システムを、出力16kWで作動させて、第2のポリマー層上に25nm厚のケイ素アルミニウム酸化物層を堆積した。
以下の事項を除いて、概ね実施例3の手順に従って、バリアフィルムを調製した。低熱伝導性の金属無機材料に対して銅を使用するのに代えて、出力4kWで作動する従来のACスパッタリングプロセスを用いて、低熱伝導性の有機層上に、20nm厚のチタン層を堆積した。
以下の事項を除いて、概ね実施例3の手順に従って、バリアフィルムを調製した。低熱伝導性の金属無機材料に対して銅を使用するのに代えて、出力4kWで作動する従来のACスパッタリングプロセスを用いて、低熱伝導性の有機層上に、20nm厚、重量比Cu80Sn20の銅−錫合金層を堆積した。
以下の事項を除いて、概ね実施例15の手順に従って、バリアフィルムを調製した。銅−錫合金層を堆積させる工程と、ケイ素−アルミニウム酸化物層を堆積させる工程との間に、20nm厚のチタンの中間層を、出力4kWで作動する従来のACスパッタリングプロセスにより堆積した。
バリアフィルムを、米国特許第5,440,446号(Shaw et al.)及び同第7,018,713号(Padiyath et al.)に記載されているコータと類似した真空コータ上で調製した。DuPont−Teijin Films(Chester,VA)から市販されている、0.024mm厚、14インチ(35.6cm)幅のPETフィルムの不定長ロールの形態の基材をこのコータに入れた。ついで、この基材を、16fpm(4.9m/分)の一定のライン速度で前進させた。低熱伝導性の有機層の接着性を改善するために、基材を、窒素プラズマ処理に供することにより、コーティング用に調製した。
熱融着層がPrintpack,Incから市販されている、厚さ3.2ミル(0.081mm)及び引張係数30,000psi(207MPa)の低密度ポリエチレン(LDPE)であったことを除いて、実施例17の手順に従って、バリアフィルム及びVIPを調製した。熱融着層としてのこの材料の使用は、フィルム全体の中立面に、又は中立面付近に、低熱伝導性の非金属無機材料を配置するように計算された。
熱融着層がPrintpack,Incから市販されている、厚さ3.2ミル(0.081mm)及び引張係数27,000psi(186MPa)の直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)であったことを除いて、実施例17の手順に従って、バリアフィルム及びVIPを調製した。熱融着層としてのこの材料の使用は、フィルム全体の中立面に、又は中立面付近に、低熱伝導性の非金属無機材料を配置するように計算された。
Claims (27)
- (a)2つの対向する主表面を有する基材と、
(b)該基材の該対向する主表面のうち一方と直接接触している第1の層であって、該第1の層は、低熱伝導性の有機層又は低熱伝導性の無機積層体である、第1の層と、
(c)該第1の層と直接接触している第2の層であって、該第2の層は、低熱伝導性の有機層又は低熱伝導性の無機積層体であり、該第2の層は、該第1の層において選択された該有機層又は該無機積層体と同一ではない、第2の層と、を含む、真空断熱パネル用外被を含む物品。 - 前記低熱伝導性の無機積層体は、低熱伝導性の非金属無機材料を含む、請求項1に記載の物品。
- 前記低熱伝導性の無機積層体は、低熱伝導性の金属材料を含む、請求項1に記載の物品。
- 前記低熱伝導性の無機積層体は、低熱伝導性の金属材料及び低放射性の金属材料を含む、請求項1に記載の物品。
- 前記低熱伝導性の金属は、低放射性である金属合金を含む、請求項3又は4に記載の物品。
- 追加の低伝導性の有機層を更に含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の物品。
- 熱融着層を更に含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の物品。
- 前記基材は、難燃材料を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の物品。
- 前記第1の層に対向する前記基材の対向する主表面と直接接触している難燃層を更に含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の物品。
- 前記真空断熱パネル用外被は、コア層を更に含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の物品。
- 前記低熱伝導性の非金属無機材料は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウムケイ素、窒化アルミニウムケイ素、及び酸窒化アルミニウムケイ素、CuO、TiO2、ITO、Si3N4、TiN、ZnO、酸化亜鉛アルミニウム、ZrO2、イットリア安定化ジルコニア、並びにCa2SiO4のうち少なくとも1種から選択される、請求項2及び6〜10のいずれか一項に記載の物品。
- 前記低熱伝導性の金属材料は、Ti、Sr、V、Mn、Ni、Cr、Sn、及びCoのうち少なくとも1種から選択される、請求項3〜10のいずれか一項に記載の物品。
- 前記低放射性の金属材料は、アルミニウム、銀、金、銅、錫、クロム、ニッケル、白金、タングステン、亜鉛、マグネシウム、モリブデン、ロジウム、ケイ素、及び/又はこれらの合金若しくは組み合わせのうち少なくとも1種から選択される、請求項4〜10のいずれか一項に記載の物品。
- 前記金属合金は、アルミニウム/ケイ素及び銅/錫のうち少なくとも一方から選択される、請求項5〜13のいずれか一項に記載の物品。
- 前記真空断熱パネル用外被の酸素透過速度は、0.1cc/m2/日未満であり、湿気透過速度は、0.1g/m2/日未満である、請求項1〜14のいずれか一項に記載の物品。
- (a)2つの対向する主表面を有する基材と、
(b)該基材の該対向する主表面のうち一方と直接接触している第1の層であって、該第1の層は、低熱伝導性の有機層又は低熱伝導性の無機積層体である、第1の層と、
(c)該第1の層と直接接触している第2の層であって、該第2の層は、低熱伝導性の有機層又は低熱伝導性の無機積層体であり、該第2の層は、該第1の層において選択された該有機層又は該無機積層体と同一ではない、第2の層と、を含み、
該低熱伝導性の無機積層体は、少なくとも1種の低熱伝導性の非金属無機材料及び少なくとも1種の低熱伝導性の金属材料を含む、バリアフィルム。 - 前記低熱伝導性の金属材料は、低放射性の金属材料を含む、請求項16に記載のバリアフィルム。
- 前記低熱伝導性の金属材料は、低放射性である金属合金材料を含む、請求項17記載のバリアフィルム。
- 熱融着層を更に含む、請求項16〜18のいずれか一項に記載のバリアフィルム。
- 前記基材は、難燃材料を含む、請求項16〜20のいずれか一項に記載のバリアフィルム。
- 前記第1の層に対向する前記基材の対向する主表面と直接接触している難燃層を更に含む、請求項16〜19のいずれか一項に記載のバリアフィルム。
- 前記低熱伝導性の非金属無機材料は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウムケイ素、窒化アルミニウムケイ素、及び酸窒化アルミニウムケイ素、CuO、TiO2、ITO、Si3N4、TiN、ZnO、酸化亜鉛アルミニウム、ZrO2、イットリア安定化ジルコニア、並びにCa2SiO4のうち少なくとも1種から選択される、請求項16〜21のいずれか一項に記載のバリアフィルム。
- 前記低熱伝導性の金属材料は、Ti、Sr、V、Mn、Ni、Cr、Sn、及びCoのうち少なくとも1種から選択される、請求項16〜22のいずれか一項に記載のバリアフィルム。
- 前記低放射性の金属材料は、アルミニウム、銀、金、銅、及び/又はこれらの合金若しくは組み合わせ、アルミニウム、銀、金、銅、錫、クロム、ニッケル、白金、タングステン、亜鉛、マグネシウム、モリブデン、ロジウム、ケイ素、及び/又はこれらの合金若しくは組み合わせのうち少なくとも1種から選択される、請求項17〜23のいずれか一項に記載のバリアフィルム。
- 前記金属合金は、アルミニウム/ケイ素及び銅/錫のうち少なくとも一方から選択される、請求項18〜24のいずれか一項に記載のバリアフィルム。
- 前記低熱伝導性の無機積層体は、前記物品の中立面にあるか、又は該中立面付近にある、請求項1〜15のいずれか一項に記載の物品。
- 前記低熱伝導性の無機積層体は、前記バリアフィルムの中立面にあるか、又は該中立面付近にある、請求項16〜25のいずれか一項に記載のバリアフィルム。
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