JP4617752B2 - 真空断熱材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空断熱材の製造方法に関するものである。

従来、真空断熱材において、ガスバリア性確保とヒートリーク抑制という両方の観点から、外被材として、蒸着層を有するガスバリア性の高いフィルムを含むラミネートフィルムを使用することがある。中でも、蒸着層を有するエチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂フィルムは特にガスバリア性に優れているために、真空断熱材の外被材のラミネート構成に使用されることがある（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に記載された従来の真空断熱材の断面図である。図６に示すように、真空断熱材１の外被材２のラミネート構成中には、蒸着層３を有するエチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂４が使用されており、蒸着層３を有するポリエチレンテレフタレート５と、蒸着層同士が向き合うように貼り合わせられている。また、真空断熱材１は外被材２の周縁部のみを減圧下で熱溶着することによって作製されている。

一般に、エチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂は、樹脂の中でも分子の鎖の結び付きが強いために特に優れたガスバリア性を有する一方で、水分によって分子の鎖の結び付きが破壊されやすく高湿下ではガスバリア性が低下するという性質があることが知られている。

そこで、特許文献１の外被材の構成は、ポリエチレンテレフタレートと蒸着層によりエチレン−ビニルアルコール樹脂を保護することによって、エチレン−ビニルアルコール樹脂が水分の影響を受けにくくなり、非常に優れたガスバリア性を発現するものである。

したがって、上記の作製方法と上記の外被材の構成の組み合わせで真空断熱材を得る場合には、その優れたガスバリア性により、長期に渡って断熱性能を維持することが可能であった。
実開昭６２−１０２０９３号公報

しかしながら、上記特許文献１と同じ構成のラミネートフィルムを使用して、外被材の間に芯材がある部分を含めて加熱加圧することによって外被材の熱溶着層同士を熱溶着して真空断熱材を得る場合には、エチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂が熱溶着時に熱で劣化してしまうために、フィルム面からのガス侵入量が従来の作製方法に比べて数倍に増加してしまうという課題を有していた。

本発明は、上記課題を解決するもので、上記のような外被材全面に熱がかかる方法で真空断熱材を作製した場合においても、従来の真空断熱材のフィルム面のガスバリア性と同等もしくはそれ以上のガスバリア性を確保することによって、長期に渡って真空断熱材の断熱性能を維持することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明は、片面に熱溶着層を有するラミネートフィルムからなる２枚の外被材の熱溶着層同士が対向する間に芯材を配置し、減圧下で前記外被材の全面を加熱加圧することによって、２枚の前記外被材の熱溶着層同士を熱溶着する真空断熱材の製造方法であって、対向する前記外被材の少なくとも一方のラミネートフィルムに、基材となる融点が２００℃以上のフィルム上に蒸着層を有しさらに前記蒸着層の上にポリアクリル酸系樹脂層を設けたフィルムを使用したのである。

ポリアクリル酸系樹脂層はそれ自身が高いガスバリア性を有するが、蒸着層の上にポリアクリル酸系樹脂層を設けることは、それぞれを単層で使用した場合のガスバリア性から予測される以上にガスバリア性が向上する。

なぜなら、蒸着層単層では、ラミネート時や屈曲を生じる用途への使用時などにクラックが生じやすいが、ポリアクリル酸系樹脂で蒸着層を保護することによって蒸着層に生じるクラックを防止できるからである。

また、基材フィルムの融点が高いほど、また熱溶着層の樹脂の融点との差が大きいほど、基材フィルムが熱溶着時に劣化しにくくなる。また、ポリアクリル酸系樹脂を蒸着層の上に設ける際の熱処理は１２０〜２４０℃で行われるため、ポリアクリル酸系樹脂は２４０℃までの温度で劣化することはない。ゆえに、この構成のフィルムは、真空断熱材全面に熱がかかるような作製方法においても劣化せず、ガスバリア性が確保できる。

本発明は、全面に熱がかかる方法で作製された場合においても、真空断熱材フィルム面のガスバリア性を確保することができるために、長期に渡って断熱性能を維持できる。

請求項１に記載の真空断熱材の製造方法の発明は、片面に熱溶着層を有するラミネートフィルムからなる２枚の外被材の熱溶着層同士が対向する間に芯材を配置し、減圧下で前記外被材の全面を加熱加圧することによって、２枚の前記外被材の熱溶着層同士を熱溶着する真空断熱材の製造方法であって、対向する前記外被材の少なくとも一方のラミネートフィルムに、基材となる融点が２００℃以上のフィルム上に蒸着層を有しさらに前記蒸着層の上にポリアクリル酸系樹脂層を設けたフィルムを使用したものであり、基材フィルムの融点が高く、また、ポリアクリル酸系樹脂も耐熱性に優れるために、真空断熱材を作製しても熱溶着時に劣化が起こりにくい。

蒸着層の上にポリアクリル酸系樹脂層を設けることは、ポリアクリル酸系樹脂には、蒸着層の欠陥を補完する、ラミネート時や屈曲時などに起こる蒸着層のクラックを防止する、などの働きがあるために、単層からの予測値よりも格段に向上する。また、万が一芯材コーナーや稜線の蒸着層にクラックが生じてしまっても、ポリアクリル酸系樹脂は屈曲性や柔軟性に優れるために、ポリアクリル酸系樹脂層にはクラックが発生せず蒸着クラック部からの急激なガス侵入を抑制できる。

ここで、外被材のラミネート構成は特に指定するものではない。まず、熱溶着層には、ポリエチレン、無延伸ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、無延伸ポリエチレンテレフタレート、無延伸ナイロンなどが使用可能である。また、基材フィルムは融点が２００℃以上の樹脂であればよく、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ナイロン、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミドなどが使用可能である。

また、蒸着層における蒸着の材料としては、アルミニウム、コバルト、ニッケル、亜鉛、銅、銀、シリカ、アルミナ、シリカとアルミナの混合体、ダイヤモンドライクカーボンなどが使用可能である。さらに、耐ピンホール性の強化や、磨耗の防止のために、必要に応じて表面に保護層を設けることも可能である。

また、芯材は、繊維、粉末、発泡樹脂、多孔質体、薄膜積層体など、特に指定するものではない。例えば繊維系では、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、炭化ケイ素繊維などが使用可能であり、粉末ではシリカ、パーライト、カーボンブラックなどが使用可能である。また、上記の混合体を使用することも可能である。

請求項２に記載の真空断熱材の製造方法の発明は、請求項１に記載の発明において、蒸着層とポリアクリル酸系樹脂層の基材フィルムが、ポリエチレンテレフタレートであることにより、請求項１と同様の効果に加え、高温下での寸法安定性に優れているため熱溶着時に劣化しにくく、また蒸着やポリアクリル酸系樹脂との親和性に特に優れているために、優れたガスバリア性を発現する。また、吸湿率が低いために、真空断熱材作製前のラミネートフィルムの保管条件を厳しく定める必要がなく、また、真空断熱材作製後外被材からのアウトガスが非常に少なくなるという利点がある。さらに、非常に安価であるというメリットもある。

請求項３に記載の真空断熱材の製造方法の発明は、請求項１に記載の発明において、蒸着層とポリアクリル酸系樹脂層の基材フィルムが、ポリエチレンナフタレートであることにより、請求項１と同様の効果に加え、ポリエチレンテレフタレートよりもさらに高温下での寸法安定性に優れているため熱溶着時に劣化しにくく、また連続使用最高温度も５０℃程度高いために、請求項３に記載の発明で得られる真空断熱材は、請求項２に記載の発明で得られる真空断熱材よりもより高温領域での使用が可能となる。

請求項４に記載の真空断熱材の製造方法の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、ポリアクリル酸系樹脂層が基材フィルムよりも内側にあるために、基材フィルムの含有水分の真空断熱材内部への侵入をポリアクリル酸系樹脂層と蒸着層が阻害するため、基材フィルムに吸湿しやすい樹脂を使用してもアウトガスの影響を受けにくくなる。また、熱溶着層を挟んだポリアクリル酸系樹脂層同士の距離が近くなることにより、真空断熱材端面からのガス侵入量が少なくなり、真空断熱材の断熱性能を維持しやすくなる。

請求項５に記載の真空断熱材の製造方法の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、対向する外被材のもう一方のラミネートフィルムが、金属箔を有することによって、金属箔面からのガス侵入を抑制できるために、真空断熱材の断熱性能を維持しやすくなる。

ここで、金属箔としては、アルミニウム、ステンレス、チタン、銅などの箔が使用可能である。

請求項６に記載の真空断熱材の製造方法の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、熱溶着層が、無延伸ポリプロピレンである。無延伸ポリプロピレンは熱溶着層として使用される樹脂の中でも融点が高いが、蒸着層とアクリル酸系樹脂層を有する融点が２００℃以上のフィルムを有するラミネートフィルムを使用すれば、熱溶着時の劣化が起こらず、面からのガス侵入を抑制できる。また、無延伸ポリプロピレンを熱溶着層として使用すれば、他のポリオレフィン系樹脂を熱溶着層に使用した場合よりも高温での使用が可能であり、ポリオレフィン系樹脂以外の樹脂を熱溶着層に使用した場合よりも、安価である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における真空断熱材の断面図、図２は真空断熱材の作製方法を示す概念図、図３は真空断熱材の平面図である。

図１において、真空断熱材６は外被材７と芯材８から構成されている。図１に示すように、外被材７は、真空断熱材６の表側と裏側で異なる構成のラミネートフィルムを使用した。

表側は、熱溶着層が無延伸ポリプロピレン９（以下ＣＰＰと略す）、その外側に蒸着層１０としてアルミ蒸着層とポリアクリル酸系樹脂層１１を有する基材フィルム１２、最外層にナイロン１３を設けた構成である。なお、ポリアクリル酸系樹脂層１１は基材フィルム１２よりも外側に設けられている。

また、裏側は、熱溶着層がＣＰＰ９、その外側に金属箔１４としてアルミ箔、最外層にナイロン１３を２層設けた構成である。芯材８はガラス繊維から構成される成形体である。

また、基材フィルムの差を比較するために、上記基材フィルムとして、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと略す）を選定し、２種類の真空断熱材を得た。

次に、真空断熱材６の作製方法を以下に説明する。図２において、真空断熱材を作製する装置はチャンバー１５、真空ポンプ１６、熱板１７で構成されている。

まず、熱溶着層を上へ向けた外被材７の上に芯材８を置き、これをもう１枚の外被材７で熱溶着層同士が向き合うように覆ったものをチャンバー１５内に設置する。

さらに、チャンバー１５内の空気を真空ポンプ１６により排気し、所定内圧に到達した後、シリコンゴム製の熱板１７で外被材７の全面を加熱加圧して熱溶着を行い、図３のような真空断熱材を得る。

最後に外被材のみから構成される熱溶着部１８にある切り取り線１９で切り取り、真空断熱材６を得る。

このようにして得た２種類の真空断熱材の温度加速試験１００℃にて実施し、フィルム面からのガス透過度を算出して比較したところ、従来に対してフィルム面のガスバリア性が１０倍程度向上した。

なお、基材フィルムとしてエチレン−ビニルアルコール樹脂（以下ＥＶＯＨと略す）を使用した真空断熱材で同様の試験を行っても従来同等以上のガスバリア性を確保することはできなかった。

基材フィルムによって効果が異なった要因としては、基材フィルムの融点が関与していると考える。

熱溶着層として使用したＣＰＰの融点が１６０℃であるのに対し、今回使用した基材フィルムの融点はそれぞれ、ＥＶＯＨが１９０℃、ナイロンの融点が２２０℃、ＰＥＴが２６０℃であった。

本実施の形態では、熱溶着層としてＣＰＰを使用したが、熱溶着層として使用する樹脂の融点は通常１６５℃を越えない程度であるため、基材フィルムとして融点が２００℃以上のフィルムを選定すれば熱劣化が起こらないと考える。

すなわち、基材フィルムを融点が２００℃以上のフィルムに限定することで、上記の方法で真空断熱材を作製した場合においても熱劣化の影響が起こらず、ガスバリア性を確保できる。

また、本実施の形態で作製した真空断熱材の中でも、基材フィルムとしてＰＥＴを使用した真空断熱材は、ＰＥＴの吸湿率が低いために、真空断熱材作製後外被材からのアウトガスが非常に少なかった。

（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２における真空断熱材の断面図である。

図４において、真空断熱材２０は外被材２１と芯材２２から構成されている。図４に示すように、外被材２１は、真空断熱材２０の表側と裏側で異なる構成のラミネートフィルムを使用した。

表側のラミネートフィルムは、熱溶着層にＣＰＰ２３、その外側にポリアクリル酸系樹脂層２４と蒸着層２５としてアルミ蒸着層を有する基材フィルム２６、最外層にナイロン２７を設けた構成である。なお、ポリアクリル酸系樹脂層２４は基材フィルム２６よりも内側に設けられている。

また、裏側は、熱溶着層がＣＰＰ２３、その外側に金属箔２８としてアルミ箔、最外層にナイロン２７を２層設けた構成である。芯材２２はガラス繊維から構成される成形体である。また、基材フィルムは実施の形態１と同様に、ナイロンとＰＥＴを選定した。

真空断熱材の作製方法は実施の形態１と同様のため、省略する。

このようにして得た２種類の真空断熱材の温度加速試験を１００℃にて実施し、フィルム面からのガス透過度を算出して比較したところ、従来に対してフィルム面のガスバリア性が１０倍程度向上した。

また、ポリアクリル酸系樹脂を基材フィルムの内側に設けたため、真空断熱材作製後の外被材からのアウトガスの影響が実施の形態１に比べて小さかった。基材フィルムの含有水分の真空断熱材内部への侵入が蒸着層とポリアクリル酸系樹脂層によって阻止されたためであると考える。

なお、ポリアクリル酸系樹脂層が基材フィルムより内側にあることは、真空断熱材のサイズが、吸着剤を入れるスペースがないような薄く小さい場合に特に有効である。上記のように外被材からのアウトガスと端面からの侵入ガス量を抑制できるからである。また、この場合は、ポリアクリルニトリルなどの非常にガスバリア性の高い熱溶着層と組み合わせると、より断熱性能の維持が容易になる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における真空断熱材の断面図である。

図５において、真空断熱材２９は外被材３０と芯材３１から構成されている。図５に示すように、外被材３０は、表側と裏側で異なる構成のラミネートフィルムを使用した。

表側のラミネートフィルムは、熱溶着層がＣＰＰ３２、その外側に蒸着層３３としてアルミ蒸着層とポリアクリル酸系樹脂層３４を有するポリエチレンナフタレート３５（以下ＰＥＮと略す）、最外層にフッ素樹脂３６を設けた構成である。なお、ポリアクリル酸系樹脂層３４は基材フィルムであるＰＥＮ３５よりも外側に設けられている。

また、裏側のラミネートフィルムは、熱溶着層がＣＰＰ３２、その外側に金属箔３７としてアルミ箔、その外側にフッ素樹脂３６を設けた構成である、芯材３１は、シリカ粉末とガラス繊維から構成される成形体である。

真空断熱材の作製方法は実施の形態１と同様のため、省略する。

このようにして得た真空断熱材の温度加速試験１００℃にて実施し、フィルム面からのガス透過度を算出したところ、従来に対してフィルム面のガスバリア性が１０倍程度向上した。

なお、この真空断熱材の端部を難燃テープや難燃シーラーなどで覆い、ＣＰＰが表面に露出しないようにすれば、情報機器のように難燃性が要求される用途への適用も可能になる。

以上のように、本発明により得られる真空断熱材は、面のガスバリア性が優れているため長期に渡って断熱性能を維持できる。このため、省エネルギー化が要求される保温保冷機器への適用が可能である。さらに、本発明にかかる真空断熱材の作製方法は、真空断熱材の薄肉化や形状自由化が実現可能であるため、省スペースでの断熱を要求される情報機器、電子機器などへの適用、また、素材として柔軟性が要求され、保温が必要な防寒具、布団、カーテンなどへの適用が可能である。

本発明の実施の形態１における真空断熱材の断面図 本発明の実施の形態１における真空断熱材作製方法の概念図 本発明の実施の形態１における真空断熱材の平面図 本発明の実施の形態２における真空断熱材の断面図 本発明の実施の形態３における真空断熱材の断面図 従来の真空断熱材の断面図

符号の説明

６ 真空断熱材
７ 外被材
８ 芯材
９ 無延伸ポリプロピレン
１０ 蒸着層
１１ ポリアクリル酸系樹脂
１２ 基材フィルム
１４ 金属箔
２０ 真空断熱材
２１ 外被材
２２ 芯材
２４ ポリアクリル酸系樹脂
２５ 蒸着層
２６ 基材フィルム
２８ 金属箔
２９ 真空断熱材
３０ 外被材
３１ 芯材
３２ 無延伸ポリプロピレン
３３ 蒸着層
３４ ポリアクリル酸系樹脂
３５ ポリエチレンナフタレート
３７ 金属箔

Claims (6)

1. 片面に熱溶着層を有するラミネートフィルムからなる２枚の外被材の熱溶着層同士が対向する間に芯材を配置し、減圧下で前記外被材の全面を加熱加圧することによって、２枚の前記外被材の熱溶着層同士を熱溶着する真空断熱材の製造方法であって、対向する前記外被材の少なくとも一方のラミネートフィルムに、基材となる融点が２００℃以上のフィルム上に蒸着層を有しさらに前記蒸着層の上にポリアクリル酸系樹脂層を設けたフィルムを使用した真空断熱材の製造方法。
2. 蒸着層とポリアクリル酸系樹脂層の基材フィルムが、ポリエチレンテレフタレートである請求項１の真空断熱材の製造方法。
3. 蒸着層とポリアクリル酸系樹脂層の基材フィルムが、ポリエチレンナフタレートである請求項１の真空断熱材の製造方法。
4. ポリアクリル酸系樹脂層が、基材フィルムよりも内側にある請求項１から３のいずれか一項に記載の真空断熱材の製造方法。
5. 対向する外被材のもう一方のラミネートフィルムが、金属箔を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の真空断熱材の製造方法。
6. 熱溶着層が、無延伸ポリプロピレンである請求項１から５のいずれか一項に記載の真空断熱材の製造方法。

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