JP5611258B2 - 真空断熱材、その製造方法、保温体及びその解体処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、解体時に破砕性が優れた真空断熱材、その製造方法、その真空断熱材を用いた保温体及びその解体処理方法に関するものである。

真空断熱材は、従来からのグラスウール断熱材などと比較して熱伝導率を大幅に小さくできるため、省エネ意識の向上とともに断熱材として広く使われるようになってきた。真空断熱材を構成する芯材は、以前は例えば連通気泡ウレタンなどの発泡系の材料が用いられていたが、近年、積層構造体にした繊維シートを用いることにより、より高性能な真空断熱材が開発されてきている。繊維シートは、ガラス繊維や樹脂繊維などが用いられ、特に樹脂繊維は、作業性やハンドリングが容易であるという利点がある。
従来の樹脂繊維を芯材とする真空断熱材は、その樹脂素材として、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリアミド、アクリル、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、ポリフェニレンサルファイド、生分解性プラスチック、ポリエチレンなどが用いられている（例えば、特許文献１を参照）。
また、脂肪酸ポリエステルと芳香族ポリエステルとのコポリエステル材料を用いた生分解性不織布の製造方法に関する技術が知られている（例えば、特許文献２を参照）。

特開２００５−３６８９７号公報 特表２００４−５１０８９１号公報

しかしながら、特許文献１は、多数の樹脂素材を列挙し、汎用性、コスト及び性能を考慮すると、ポリエステルが最も好ましいと記載するものの、２種類以上の樹脂素材から成形された繊維については具体的な組合せも効果も記載されていない。
また、特許文献２には、ドレープ性、防しわ性、弾力性や生分解性が求められる用途についての記載があるものの、真空断熱材の芯材として適用した構成及び作用についての記載はない。

ところで、ポリエステル繊維を芯材とした真空断熱材は、これを適用した製品を解体工場等で処理する時に、破砕工程にて破砕機の切断刃に絡まったり、また例えば素材分別用などに用いられたフィルタを閉塞させたり、さらに回収金属に付着してリサイクル金属の品質（純度）を低下させるなどの問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、真空断熱材を適用した製品をリサイクル解体する際に、真空断熱材の芯材を構成する樹脂繊維の脆性を促し、破砕性を向上させた真空断熱材、その真空断熱材の製造方法、その真空断熱材を適用した保温体及びその保温体の解体処理方法を提供することを目的とする。

本発明の真空断熱材は、樹脂繊維からなる不織布を含む積層体で構成される芯材と、該芯材を真空密閉して覆う外被材とを備え、該樹脂繊維が、エステル結合を有する芳香族樹脂を海成分とし、該芳香族樹脂のガラス転移温度よりも低いガラス転移温度を有する脂肪族樹脂を島成分とする海島型複合繊維であり、該脂肪族樹脂のガラス転移温度以上かつ該芳香族樹脂のガラス転移温度未満で熱処理されているか又は該脂肪族樹脂を２重量％以上含有することを特徴とするものである。

本発明の真空断熱材の製造方法は、エステル結合を有する芳香族樹脂を海成分とし、該芳香族樹脂のガラス転移温度よりも低いガラス転移温度を有する脂肪族樹脂を島成分とする海島型複合繊維からなる不織布を積層して芯材を調製する工程と、該芯材を外被材に挿入してパックを調製する工程と、該パックを真空密封する工程とを含む真空断熱材の製造方法であって、真空密封前に、該芯材を該脂肪族樹脂のガラス転移温度以上かつ該芳香族樹脂のガラス転移温度未満で熱処理することを特徴とするものである。

また、本発明の保温体は、上記真空断熱材を用いて箱体を覆うように設置されたことを特徴とするものである。

さらに、本発明の保温体の解体処理方法は、４０℃〜１００℃／５０％ＲＨ〜１００％ＲＨの高温高湿下で上記保温体を破砕する工程を含むことを特徴とするものである。

本発明の真空断熱材によれば、これを適用した製品をリサイクル解体する際に、破砕機の切断刃に絡まったり、フィルタを閉塞させたり、さらに回収金属に付着してリサイクル金属の品質を低下させることがなく、破砕性に優れたものとすることができる。
また、本発明の真空断熱材の製造方法によれば、製造時に樹脂繊維の脆化処理ができ、解体処理し易い真空断熱材を製造することができる。
さらに、本発明の真空断熱材の解体処理方法によれば、解体処理と同時に樹脂繊維を脆化することができ、効率のよい分別リサイクルが実現できる。

本発明の実施の形態１による真空断熱材を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態１による真空断熱材の芯材を構成する樹脂繊維の一部の拡大模式図である。 本発明の実施の形態１による真空断熱材の芯材を構成する海島型複合繊維の断面図である。 本発明の実施の形態２による真空断熱材を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態２による他の真空断熱材を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態２による他の真空断熱材を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態３による樹脂繊維不織布の表面を示す模式図である。 本発明の実施の形態５による保温体の解体処理方法の一部を示すフロー模式図である。

実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１による真空断熱材の構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１による真空断熱材を示す断面模式図である。図１において、真空断熱材１は、複数枚の樹脂繊維不織布２を積層した積層体で構成される芯材３が外被材４により覆われ真空密閉されて構成されている。

樹脂繊維不織布２は、約８５％が空隙で、残りが樹脂繊維で構成されており、また、断熱性能を向上させるために、樹脂繊維の軸方向（長手方向）と樹脂繊維不織布２の表面とが極力平行になるように配置されている。また、外被材４は、Ａｌ（アルミニウム）箔を複数の高分子シートで挟持したアルミラミネートシートである。

図２は、本実施の形態による真空断熱材１の芯材３を構成する樹脂繊維の一部の模式拡大図である。図２において、樹脂繊維７は、エステル結合を有する芳香族樹脂５を海成分とし、芳香族樹脂５のガラス転移温度よりも低いガラス転移温度を有する脂肪族樹脂６を島成分とする海島構造を有している。この樹脂繊維７を例えばスパンボンド方式によって延伸紡糸させることで、直径を約１３μｍにした海島型複合長繊維とすることができる。

次に、本実施の形態による真空断熱材１の製造方法について説明する。
まず、例えばスパンボンド製法を用い、芳香族樹脂５と脂肪族樹脂６とを予め溶融混錬して樹脂ペレットを作製し、これを溶融させノズルから押出した後、冷却しながらエジェクタ等を利用して延伸させて紡糸する。紡糸された繊維は、ベルトコンベアに集積して、低目付シート（薄肉シート）にする。その後、熱エンボスロールにて一部熱融着させて繊維を固着させてシートロールを形成する。得られたシートロールを所定の大きさに切断して樹脂繊維不織布２を得、これを積層して芯材３を作製する。

作製された芯材３は、真空密封前に、脂肪族樹脂６のガラス転移温度以上かつ芳香族樹脂５のガラス転移温度未満の温度に設定された加熱炉にて熱処理される。例えば、芳香族樹脂５としてポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略記する場合がある）を使用し、脂肪族樹脂６としてポリグリコール酸（以下、ＰＧＡと略記する場合がある）を使用した場合、ＰＥＴのガラス転移温度が７９℃程度、ＰＧＡのガラス転移温度が４０℃程度なので、その間の例えば７０℃程度にすることが望ましい。また、樹脂繊維７が、脂肪族樹脂６を２重量％以上含有する場合には、熱処理を実施しなくてもよい。

上記熱処理は、可能な限り相対湿度が高い環境で実施することが望ましい。そのような環境は、芯材３をある程度密封性のある例えばポリエチレン製の袋に挿入し、加熱することによって芯材３に含まれる水分を蒸発させ、芯材３が挿入された袋内部の相対湿度を高めることで比較的容易に実現することができる。その後、袋から芯材３を取り出し、真空引き時間を短縮させるために芯材３自体の乾燥を行い、芯材に含まれる水分を除去する。そして、アルミラミネートシートを２枚合わせて、その３辺を密封封止するように製袋加工した外被材４に、乾燥された芯材３を挿入する。
ここで、芯材３を挿入した袋の代わりに真空断熱材の外被材４を用いて熱処理を実施することもできる。この場合、予め製袋加工した外被材４に、芯材３を挿入して熱処理を実施し、次に外被材４から芯材３を取り出すことなく、高温状態のまま、外被材４の開口部に例えば乾燥空気を噴出させる。これによって、水蒸気を強制的に排出させ、芯材３を乾燥させることができる。

続いて、芯材３を外被材４に挿入したパックを真空チャンバ内に配置する。次に、真空チャンバ内を減圧して、所定の圧力、例えば０．１Ｐａ〜３Ｐａ程度の真空圧にする。この状態で、外被材４の開口部をヒートシールにより密閉する。真空チャンバ内を大気圧に戻し、真空チャンバ内から取り出すことにより、本実施の形態の真空断熱材１を得ることができる。このようにして製造された真空断熱材１の内部空間は、真空に保持されている。

なお、真空チャンバ内に設置する前に、必要に応じて、外被材４で覆われた空間にガス吸着剤を挿入してもよい。

なお、本実施の形態では、脂肪族樹脂６としてＰＧＡを例にとったが、これに限定されるものではなく、例えばポリ乳酸、ポリヒドロキシブチレート、ポリブチレンサクシネート、ポリカプロラクトンなどを用いてもよい。また、芳香族樹脂５としてＰＥＴを例にとったが、これに限定されるものではなく、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレートなどを用いてもよい。

なお、本実施の形態では、芳香族樹脂５と脂肪族樹脂６とを予め溶融混錬した樹脂ペレットを使用する例を示したが、芳香族樹脂５のペレットと脂肪族樹脂６のペレットとをドライブレンドし、これを押出し機に供給することで押出し機の内部で溶融させながら混合させてもよい。

また、樹脂繊維不織布２の積層は、切断して積層する例を示したが、これに限定されるものではなく、一枚のシートを切断せずに所望の厚みとなるまで渦巻状に巻き込んでこれを積層体としてもよい。

また、外被材４の構成の具体例は、２５μｍ−ＯＮｙ（延伸ナイロン）／１２μｍ−Ａｌ蒸着ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）／６μｍ−Ａｌ箔／５０μｍＰＥ（無延伸ポリエチレン）の４層構造を有するアルミラミネートシートである。ただし、これに限定されるものではなく、バリア性が維持されるのであれば、他の材料であってもよい。また、各層の厚さも先に説明したものに限定されるものでない。さらに、アルミラミネートシートのＡｌ箔を例えばＡｌ蒸着フィルム、アルミナ蒸着フィルム、シリカ蒸着フィルムなどに置き換えてもよい。さらに、別のフィルムを積層して５層以上の層構造としてもよいし、逆に、積層するフィルムを減らしてもよい。

次に、本実施の形態で試作した樹脂繊維不織布の評価を行った。芳香族樹脂としてＰＥＴペレットを使用し、脂肪族樹脂としてＰＧＡペレットを使用し、これらを表１に示す重量比でドライブレンドし、これをスパンボンド式不織布製造装置に供給し、溶融させながらノズルから押出し、さらに、エジェクタ圧力を調整することで線速度約４５００ｍ／ｍｉｎで延伸紡糸させた。その後、実施例１、実施例３及び比較例３の試作品については熱処理を実施した。熱処理は、未乾燥芯材を外被材に挿入し、７０℃のオーブンにて１２時間保持して行った。このとき、外被材内部の相対湿度を測定したところ、最大で約８５％ＲＨまで上昇し、その後下降するというように経時的に変化した。得られた試作品の樹脂繊維の直径は平均１３μｍであった。また、実施例１〜３及び比較例１の樹脂繊維の断面を観察したところ、図３に示すように、芳香族樹脂５を海成分とし、脂肪族樹脂６を島成分とする海島構造になっていることが確認された。作製された樹脂繊維の引張破断伸びを測定した結果を表１に示す。

ところで、リサイクル破砕で破砕機に絡みつきなく処理可能な目安は、樹脂繊維の破断伸びが約８．４ｍｍ以下であることが本発明者らの実験により確かめられている。表１の結果から、熱処理なしの場合にはＰＧＡを２重量％以上含有させれば破砕性が良好となると考えられ、また、熱処理ありの場合にはＰＧＡを１重量％以上含有させれば破砕性が良好となると考えられる。
一方、ＰＧＡが多過ぎると、樹脂繊維自体が脆くなり、芯材の本来の機能である、外被材内部の空隙率の維持が困難になった。そのため、ＰＥＴとＰＧＡと用いた樹脂繊維では、ＰＧＡの含有量を１０重量％以下にすることが望ましい。
以上の結果から、ＰＧＡ含有量の調整と熱処理との組合せによって、リサイクル破砕に適合した樹脂繊維を芯材とする真空断熱材が製造でき、これを搭載した機器の破砕性改善によるリサイクル性が大幅に向上できることが分かる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２による真空断熱材１を示す断面模式図である。図４において、真空断熱材１は、樹脂繊維不織布２とガラス繊維不織布８とを交互に積層した積層体で構成される芯材３が外被材４により覆われ真空密閉されて構成されている。樹脂繊維不織布２は、実施の形態１で示したものと同様であり、また、ガラス繊維不織布８は、乾式製法で製造されたグラスウールや湿式製法で製造されたグラスペーパである。このような芯材３は、例えば、樹脂繊維不織布２の原反ロールとガラス繊維不織布８の原反ロールとから２つの繊維不織布を重ね合わせて一括切断し、これを積層したものを用いることができる。
この構成の真空断熱材を搭載した機器の破砕試験を実施したところ、樹脂繊維がガラス繊維に絡みついた状態になり易く、樹脂繊維不織布２だけの場合と比べて回収金属に絡まっていた樹脂繊維が減少することが確認された。つまり、この実施の形態２による真空断熱材では、破砕性が向上するばかりか、リサイクル金属の品質（純度）を向上させることができる。

図５は、本発明の実施の形態２による他の真空断熱材を示す断面模式図である。図５において、芯材３の中心部は樹脂繊維不織布２で構成されており、その外側（外被材側）をガラス繊維不織布８で挟み込むように積層している。
この構成の真空断熱材では、破砕性及びリサイクル金属の品質（純度）が、樹脂繊維不織布２とガラス繊維不織布８とを交互に積層した積層体で構成される芯材３を用いた真空断熱材と同等レベルで改善される。さらに、芯材３を製造する時に交互に積層しないことから、樹脂繊維不織布２を積層した積層体１つと、ガラス繊維不織布８を積層した積層体２つを組み合わせることで容易に芯材３を作製することができる。

図６は、本発明の実施の形態２による他の真空断熱材を示す断面模式図である。図６において、樹脂繊維不織布２とガラス繊維不織布８とを交互に積層した積層体で構成される芯材３が外被材４により覆われ真空密閉されて構成されている。ただし、樹脂繊維不織布２及びガラス繊維不織布８は連続シートであり、これらを重ね合わせて渦巻状に巻き込んで積層体としている。また、重ね合わせた連続シートを渦巻状に巻き込まずに、重ね合わせた連続シートを折り畳んで積層体としてもよい。これらの構成の真空断熱材でも、破砕性及びリサイクル金属の品質（純度）が、樹脂繊維不織布２とガラス繊維不織布８とを交互に積層した積層体で構成される芯材３を用いた真空断熱材と同等レベルで改善される。さらに、樹脂繊維不織布２とガラス繊維不織布８との交互積層が容易にできる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３による樹脂繊維不織布の表面を示す模式図である。この樹脂繊維不織布２は、表面にスリット９が施され、樹脂繊維が短繊維化されている点が実施の形態１で示したものと異なる。樹脂繊維不織布２を製造する際のシート巻き取りへの送り方向をシート移動方向１０ａとし、このシート移動方向１０ａに垂直になる方向には、必ずスリット９が存在するように斜めにスリット９を配置している。また、シート巻き取りや巻き戻しに必要な樹脂繊維不織布２の引張強度を確保するために、シート移動方向１０ａと平行な方向には、スリットが存在しない直線部分１０ｂを設けている。

ただし、このスリットの長さＬ及びピッチＰや繰り返し幅Ｒなどは、製造設備におけるシート巻き取りに必要な引張強度を基準に、シートの厚みや目付量を考慮して適宜決定すればよい。実際、目付量２０ｇ／ｍ^２程度の樹脂繊維不織布２の表面にＬ＝４ｍｍ、Ｐ＝２ｍｍ、Ｒ＝６ｍｍで、傾斜角度４５°としたスリット加工を施した樹脂繊維不織布を試作し、評価した結果、シートが切断することなくシート巻き取り及び巻き戻しが可能で、さらに樹脂繊維不織布の破砕性がより向上することが分かった。つまり、この実施の形態３による樹脂繊維不織布２では、破砕性がより向上し、リサイクル金属への樹脂混入を防止することができる。

なお、スリット加工方法については、樹脂繊維不織布の製造工程におけるシート巻き取り直前で、ロール形状のスリット刃で樹脂繊維不織布の表面に切り目をつけたり、また一旦ロール巻き取りした樹脂繊維不織布を巻き戻しながら１枚もしくは複数枚重ねて切り目をつけてもよい。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４による真空断熱材１は、実施の形態３で示したスリット加工を表面に施した樹脂繊維不織布２と、実施の形態２に示したガラス繊維不織布８とを交互に積層した積層体で構成される芯材３が外被材４により覆われ真空密閉されて構成されている。積層構造は、図４、図５又は図６に示したものと同様の積層構造とすることができる。スリット加工によって樹脂繊維が短繊維化されていることから、ガラス繊維により絡みつき易くなり、破砕後にガラス繊維と塊になる。従って、回収金属への樹脂繊維の絡まりが少なくなり、リサイクル金属の品質（純度）を向上させることができる。
また、ガラス繊維不織布８にも樹脂繊維不織布２と同等か、それよりも粗い間隔でスリット加工を施してもよい。この場合、ガラス繊維の破砕性も向上することから、樹脂繊維とガラス繊維がより絡み易くなる。従って、保温体の省エネ性を高めるために、従来以上に真空断熱材の厚みを大きくしたり、被覆率を大きくしたりしたものに対しても、リサイクル性を損ねることのない真空断熱材を提供することができる。

実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５による保温体の解体処理方法の一部を示すフロー模式図である。図８において、１１は保温体、１２ａ，１２ｂはコンベヤ、１３は制御装置、１４はヒータ、１５は加湿器、１６は破砕機、１７は破砕処理装置、１８は温度計、１９は分別機、２０はフィルタ、Ａは湿度制御信号線、Ｂは温度信号線、Ｃはヒータ制御信号線である。
保温体１１は、例えば外箱と内箱とで構成された冷蔵庫であり、その内箱と外箱との間に内箱の周囲を覆うように真空断熱材１と他の断熱材（例えば発泡ウレタン）が設けられている。保温体１１は、コンベヤ１２ａによって破砕処理装置１７内に導入され、破砕機１６によって破砕される。このとき、温度計１８で計測された温度値が温度信号線Ｂを介して制御装置１３に送られ、この温度値に基づいて、制御装置１３は、湿度制御信号線Ａを介して加湿器１５及びヒータ制御信号線Ｃを介してヒータ１４にそれぞれ指令を送り、例えば７０℃、８５％ＲＨとなるように制御する。破砕された材料は、コンベヤ１２ｂによって分別機１９に送られ、例えば金属材料、プラスチック固形材料、発泡材料（繊維材料を含む）などに分別され、一部はフィルタ２０を通過して次工程に搬送される。
本実施の形態では、保温体１１の破砕を４０℃〜１００℃／５０％ＲＨ〜１００％ＲＨの高温高湿環境下で行うことにより、樹脂繊維を構成する脂肪族樹脂の分解を促進させている。この結果、樹脂繊維の破砕性をさらに高めることができ、保温体１１のリサイクル性の向上を図ることができる。

１ 真空断熱材、２ 樹脂繊維不織布、３ 芯材、４ 外被材、５ 芳香族樹脂、６ 脂肪族樹脂、７ 樹脂繊維、８ ガラス繊維不織布、９ スリット、１０ａ シート移動方向、１０ｂ スリットが存在ない直線部分、１１ 保温体、１２ａ コンベヤ、１２ｂ コンベヤ、１３ 制御装置、１４ ヒータ、１５ 加湿器、１６ 破砕機、１７ 破砕処理装置、１８ 温度計、１９ 分別機、２０ フィルタ、Ａ 湿度制御信号線、Ｂ 温度信号線、Ｃ ヒータ制御信号線。

Claims (9)

1. 樹脂繊維からなる不織布を含む積層体で構成される芯材と、該芯材を真空密閉して覆う外被材とを備え、
   該樹脂繊維が、エステル結合を有する芳香族樹脂を海成分とし、該芳香族樹脂のガラス転移温度よりも低いガラス転移温度を有する脂肪族樹脂を島成分とする海島型複合繊維であり、該脂肪族樹脂のガラス転移温度以上かつ該芳香族樹脂のガラス転移温度未満で熱処理されているか又は該脂肪族樹脂を２重量％以上含有することを特徴とする真空断熱材。
2. 前記樹脂繊維は、前記脂肪族樹脂を１重量％以上１０重量％以下含有し、前記脂肪族樹脂のガラス転移温度以上かつ前記芳香族樹脂のガラス転移温度未満で熱処理されていることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材。
3. 前記芳香族樹脂はポリエチレンテレフタレートであり、前記脂肪族樹脂はポリグリコール酸であることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空断熱材。
4. 前記芯材は、前記樹脂繊維不織布とガラス繊維不織布とを積層した積層体で構成されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の真空断熱材。
5. 前記樹脂繊維不織布の表面にスリット加工が施されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の真空断熱材。
6. エステル結合を有する芳香族樹脂を海成分とし、該芳香族樹脂のガラス転移温度よりも低いガラス転移温度を有する脂肪族樹脂を島成分とする海島型複合繊維からなる不織布を積層して芯材を調製する工程と、
   該芯材を外被材に挿入してパックを調製する工程と、
   該パックを真空密封する工程とを含む真空断熱材の製造方法であって、
   真空密封前に、該芯材を該脂肪族樹脂のガラス転移温度以上かつ該芳香族樹脂のガラス転移温度未満で熱処理することを特徴とする真空断熱材の製造方法。
7. エステル結合を有する芳香族樹脂を海成分とし、該芳香族樹脂のガラス転移温度よりも低いガラス転移温度を有する脂肪族樹脂を島成分とし、該脂肪族樹脂を２重量％以上含有する海島型複合繊維からなる不織布を積層して芯材を調製する工程と、
   該芯材として外被材に挿入してパックを調製する工程と、
   該パックを真空密封する工程とを含むことを特徴とする真空断熱材の製造方法。
8. 請求項１〜５の何れか一項に記載の真空断熱材を用いて箱体を覆うように設置されたことを特徴とする保温体。
9. 請求項８に記載の保温体の解体処理方法であって、
   ４０℃〜１００℃／５０％ＲＨ〜１００％ＲＨの高温高湿下で該保温体を破砕する工程を含むことを特徴とする保温体の解体処理方法。

Images