JP6878771B2

JP6878771B2 - 真空断熱材およびその製造方法

Info

Publication number: JP6878771B2
Application number: JP2016077038A
Authority: JP
Inventors: 健楢木; 孝夫土居; 裕也濱田; 弘法佐藤; 知治林
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2036-04-07
Also published as: JP2017187128A

Description

本発明は、不燃性を付与した真空断熱材、特に鉄道車両用燃焼試験の不燃性の認定が得られる真空断熱材に関する。

従来から、住宅、ビル、車輌、保温保冷容器、冷蔵庫、給湯器等においては、断熱によってエネルギー消費を低減するために樹脂フォーム等の断熱材が使用されてきた。また、近年では、このような断熱材に代わってより高い断熱性を有する真空断熱材が使用されるようになってきた。真空断熱材としては、例えば、粉体や繊維で構成される芯材を、内面に熱溶着層を有するガスバリア性の外被材中に減圧密封したものが知られている。減圧密封は、外被材中に芯材を装填し、減圧下で芯材の外周部分の熱溶着層同士を熱溶着させて熱シールを形成することにより得られる。

自動車、鉄道などの乗り物、住宅などの建築物においては不燃性を求められることが多い。特許文献１には、真空断熱材に難燃性を付与するため、真空断熱材の表面をアルミテープで覆う方法が提案されている（特許文献１）。また、特許文献２には、真空断熱材に難燃性を付与するため、真空断熱材の外被材の最外層にガラスシートを用いる方法が提案されている（特許文献２）。しかしながら、これらのように外被材の一部として外被材の最外層に難燃性のシートを添付する方法では外被材に含まれる樹脂層への火炎の熱の伝導を十分遮断できず、真空断熱材に不燃性を付与するには十分ではなかった。

特開２００６−１１７１３３号公報特開２０１５−５１４６０１号公報

本発明は、設置場所の空間サイズの変更を伴わない簡易な方法で真空断熱材に不燃性を付与すること、および不燃性を付与した真空断熱材の製造方法の提供を目的とする。

［１］ガスバリア性の外被材と、該外被材に減圧密封された芯材とで基本的に構成され、かつ２つの対向する主面を有する真空断熱材であって、前記外被材が片面に熱融着層を有するラミネートフィルムを熱融着層が相対するように重ね合わされ、その外周が熱融着シール部とされたものであり、前記主面の少なくとも１つが厚さ３０μｍ〜１０００μｍの２枚または３枚のフィルムが空気層を介して積層された厚さ６０μｍ〜３ｍｍの積層体で覆われ、前記フィルムが、金属箔、セラミックスフィルム、またはガラスクロスであることを特徴とする真空断熱材。

［２］片面に熱融着層を有するガスバリア性のラミネートフィルムを熱融着層が相対するように重ね合わせて外被材とし、前記外被材の内側に芯材を収容し、芯材が収容された内部が減圧状態となるようにしながら、前記外被材の外周の全周において前記熱融着層同士を熱融着して芯材を前記外被材で密封することにより２つの対向する主面を有する真空断熱材を得て、次いで前記真空断熱材の少なくとも１つの主面の外周部の一部または全部において厚さが３０μｍ〜１０００μｍの２枚または３枚のフィルムを空気層を介して積層した厚さが６０μｍ〜３ｍｍの積層体を前記真空断熱材に固定し、前記フィルムが、金属箔、セラミックスフィルム、またはガラスクロスであることを特徴とする、真空断熱材の製造方法。

本発明に係る真空断熱材は、設置場所の空間サイズの変更を伴わない簡易な方法で真空断熱材に不燃性を付与できる。

本発明の真空断熱材の実施形態の一例を示す平面図である。図１のＩ−Ｉ’線における断面図である。本発明の真空断熱材の実施形態の他の例を示す断面図である。本発明の真空断熱材の実施形態の他の例を示す断面図である。

以下、本発明を適用した実施形態の一例について説明する。説明を明確にするため、以下の記載および図面は適宜簡略化されている。また本発明を図を参照しながら説明するが、本発明は図に記載されたもののみに限定されない。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る真空断熱材の一例を示す平面図であり、図２は、該平面図のＩ−Ｉ’線における断面図である。断面図において、真空断熱材Ａは、ガスバリア性の外被材２に収容された芯材１が減圧密封されたものであり、２つの対向する主面Ｘ、Ｙを有する。前記外被材２は片面に熱融着層３を有するラミネートフィルムの熱融着層３が相対するように重ね合わされ外周が熱融着シール部９とされたものである。そして１つの主面Ｘが、２枚の難燃性のフィルム６ａ、６ｂからなる積層体７によって覆われている。図２において、前記積層体７は真空断熱材Ａの主面Ｘと略同形、略同寸であるが、本願発明の効果を損なわない範囲で主面Ｘのサイズと同形、同寸でなくてもよい。たとえば積層体７を形成する難燃性のフィルムの１つの横または縦の長さが主面Ｘの横または縦の長さよりも小さくてもよい。熱融着層３が相対する態様としては、一枚のラミネートフィルムを２つ折り等して対向させる、又は一組のラミネートフィルムを対向させる等の態様があるが特に限定されない。また、熱融着シール部９は、対向する熱融着層を局所的に加熱して気密状態としたものである。なお、外被材２は、図２では熱融着層３、ガスバリア層４、保護層５を積層したものであるが、熱融着層４を有し、ガスバリア性を示すものであれば構成はこれに限定されない。

本発明において真空断熱材Ａは、ガスバリア性の外被材２と該外被材２で減圧密封された芯材１とで基本的に構成される、ここで基本的に構成とは、断熱材の機能を阻害しない範囲で他の構成要素を付加することを許容するとの意味である。

第１の実施形態に係る真空断熱材Ａは、難燃性のフィルム６ａ、６ｂからなる積層体７が、フィルムの層間に空気層８ａ、８ｂ（以下、総称して８とも記す。）を有するため、難燃性のフィルム６ａ、６ｂ（以下、総称して６とも記す。）で覆われた主面Ｘが加熱されても真空断熱材Ａの外被材２への熱の伝導を抑制し、設置場所の空間サイズの変更を伴わない簡易な方法で真空断熱材Ａに不燃性を付与できるものと思われる。

また、図２において複数の難燃性のフィルム６ａ、６ｂからなる積層体７を構成する難燃性のフィルムは２枚に限定されることなく、３枚以上であってよい。難燃性のフィルム６が２枚以上であると、火炎の熱の伝導の遮断が十分であり、３枚以上であるとより十分になる。また図２において難燃性のフィルム６は７枚以下であってよい。７枚以下であると生産性や取扱い性がよいため好ましい。また、真空断熱材Ａにおいて、必要に応じて主面Ｘ、Ｙの両方の面が積層体７に覆われた構成とすることができる。

真空断熱材Ａにおいて、複数の難燃性のフィルム６は真空断熱材Ａの主面Ｘから脱落しない程度に固定されていればよいが、真空断熱材Ａの外周部１２において、両面テープ、粘着剤、接着剤、粘着テープ等で固定されることが好ましい。前記両面テープ、粘着剤、接着剤、粘着テープ等は難燃性であるとより好ましい。ここで、難燃性とは、ＵＬ９４−ＶＴＭ−０以上の規格に準拠することが好ましい。

固定の幅ｗは真空断熱材Ａの外周の端部から５〜１０ｍｍ等が挙げられる。また、難燃性のフィルム６は真空断熱材Ａの主面Ｘの外周部１２の全周にわたり固定する方法や、真空断熱材Ａの主面Ｘの外周部１２の一部で固定する方法が挙げられる。全周を隙間なく固定する方法が接着強度の点や、空気層８が十分膨張する点で好ましい。
また、前記２枚の難燃性のフィルム６は、図３に示すように、難燃性のフィルム６の面内において部分的に互いに接着されていてもよい。また前記の接着において、融点の低い熱可塑性の接着剤または粘着剤であれば加熱時に難燃性のフィルム６同士が剥離可能となり好ましい。真空断熱材Ａの厚みについては特に制限されないが、通常の真空断熱材における芯材の厚みとして３〜５０ｍｍ程度が挙げられる。

以下、真空断熱材Ａを構成する各部材について説明する。

（難燃性のフィルム）
本発明に係る難燃性のフィルム６としては、金属箔、セラミックスフィルム、ガラスクロスなどが挙げられる。好ましい金属箔の材料は、アルミニウム（熱伝導率：２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ステンレス（熱伝導率：１６．７−２０．９Ｗ／（ｍ・Ｋ））、鉄（８４Ｗ／（ｍ・Ｋ））等が挙げられる。加工性や入手のしやすさの点で、アルミニウムが特に好ましい。
難燃性のフィルム６が金属箔の場合、熱伝導率が１５〜２７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）が好ましい。熱伝導率が１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であると、真空断熱材Ａへの不燃性の付与がより容易であり、熱伝導率が２７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であると、真空断熱材Ａによる断熱性が良好となりやすい。難燃性のフィルム６が前記の熱伝導性を有すると、真空断熱材Ａに加わった熱が、低温側へ放出されやすい。

また、本発明に係る難燃性のフィルム６は、ＵＬ９４−ＶＴＭ−０以上の規格に準拠することが好ましく、ＵＬ９４−ＶＴＭ−２の規格に準拠することがより好ましい。
また、難燃性のフィルム６が金属箔であると変形が容易であり、金属箔からなる積層体７に覆われた真空断熱材Ａの主面Ｘが加熱されたときに、金属箔が線膨張し、空気層８の膨張による空気層８の体積変化に応じて変形可能である。そのため火炎によって加熱されても、難燃性材料である金属箔によって火炎が遮られ、空気層８が膨張することによって真空断熱材Ａの外被材２への火炎の熱の伝導が遮断されやすくなり、不燃性がより向上するため好ましい。

本発明の第１実施形態における難燃性フィルム６の１枚の厚さとしては、１０００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下が好ましい。前記厚み以下であると、設置場所の空間サイズの変更を伴わない簡易な方法で真空断熱材Ａに不燃性を付与できる。また難燃性のフィルム６の厚さは１０μｍ以上が好ましく、３０μｍ以上が好ましい。１０μｍ以上であると真空断熱材Ａに十分な不燃性を付与できる。

（積層体）
本発明の積層体７を構成する複数の難燃性のフィルム６ａ、６ｂの厚みは同じでもよいが、２０μｍと３０μｍとの組み合わせ等、異なってもよい。また複数の難燃性フィルムの材料が異なってもよい。
本発明に係る積層体７の厚さは３ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下が好ましく、５００μｍ以下がより好ましい。また積層体７の厚さは２０μｍ以上が好ましく、６０μｍ以上がより好ましい。この範囲であると、設置場所の空間サイズの変更を伴わない簡易な方法で真空断熱材Ａに不燃性を付与できる。

真空断熱材Ａにおいて、難燃性のフィルム６の材料、厚み、枚数の組合せとして、厚さ３０〜５０μｍのアルミ箔を、２枚または３枚用いる組合せが鉄道車両用燃焼試験の不燃性の認定を得られる好ましい組み合わせとして挙げられる。

（外被材）
外被材２は、一般に真空断熱材に用いられるラミネートフィルムからなり、略同寸法の２枚のガスバリア性のラミネートフィルムを、各フィルムが有する熱溶着層を互いに対向させて重ね合わせて外周を熱溶着した構成としたものが挙げられる。また１枚のラミネートフィルムを熱融着層が相対するように２つに折り返して外周を熱融着した構成も挙げられる。

外被材２の大きさおよび形状は、芯材１を上記２枚の気密性のフィルムの間に収納し、かつ芯材１の外周よりも外側で熱溶着できる大きさおよび形状であれば特に限定されず、芯材１の大きさおよび形状に合わせて適宜選択できる。外被材２の内部の真空度は、優れた断熱性能が得られ、また真空断熱材の寿命が長くなる点から、１×１０^３Ｐａ以下が好ましく、１×１０^２Ｐａ以下がより好ましい。

（ラミネートフィルム）
ラミネートフィルムは、一般的に保護層、金属箔または金属蒸着膜等のガスバリア層、および熱融着層がラミネートされたフィルムであり、通常真空断熱材に用いられるものを使用できる。
熱融着層３としては、低密度ポリエチレン、鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、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、エチレン−ビニルアルコール共重合体等の材料からなるフィルムやこれらのフィルムを組み合わせた複合体からなってもよい。保護層としては、ナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリプロピレンフィルムの延伸加工品など、公知の材料が利用できる。

（芯材）
芯材１としては、真空断熱材に用いられる公知の芯材を使用できる。具体的には、発泡体、粉体、および繊維体等がある。これらは、その使用用途や必要特性に応じて公知の材料を使用できる。
このうち、発泡体としては、ウレタンフォーム、スチレンフォーム、フェノールフォーム等の独立気泡体が利用できる。また、粉体としては、無機系、有機系、およびこれらの混合物を利用できる。粉体の具体的な材料としては、無機系の粉体として、乾式シリカ、湿式シリカ、パーライト等が挙げられる。
また、繊維体としては、無機系、有機系、およびこれらの混合物が利用できるが、コストと断熱性能の観点から無機繊維が有利である。無機繊維の一例としては、グラスウール、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール等、公知の材料を使用できる。さらに、これらの発泡体、粉体、および繊維体等の混合物や複合体も芯材に適用できる。このような芯材として、具体的には、多孔質粉体と繊維体の複合体、例えば、エアロゲルブランケットが挙げられる。粉体を含む芯材材料を芯材として用いる場合には、芯材材料をプレス機などで板状に成形したり、不織布からなる袋に芯材材料を封入して使用できる。

これらのうち、粉体を含む断熱材材料が板状に成形された芯材について以下に説明する。粉体を含む芯材の断熱材の材料としては、高強度な芯材を得やすい点から、粉体に加えて繊維が含まれていることが好ましい。また、繊維に加えてバインダを含んでいてもよいが、より良い断熱性能を得るためバインダの割合は少ないことが好ましく、含まないことが好ましい。繊維としては、真空断熱材に通常使用される繊維が使用でき、例えば、樹脂繊維、無機繊維が挙げられる。なかでも、真空下でのアウトガスが少なく、真空度の低下による断熱性能の低下を抑制しやすい点、および難燃性に優れる点から、無機繊維が好ましい。

無機繊維としては、例えば、アルミナ繊維、ムライト繊維、シリカ繊維、グラスウール、ロックウール、スラグウール、炭化ケイ素繊維、カーボン繊維、シリカアルミナ繊維、シリカアルミナマグネシア繊維、シリカアルミナジルコニア繊維、シリカマグネシアカルシア繊維等が挙げられる。

粉体には輻射抑制剤を含んでよい。輻射抑制剤としては、例えば、金属粒子（アルミニウム粒子、銀粒子、金粒子等）、無機粒子（グラファイト、カーボンブラック、炭化ケイ素、酸化チタン、酸化スズ、酸化鉄、チタン酸カリウム等）等が挙げられる。粉体が輻射抑制材を含む場合、粉体（１００質量％）中の輻射抑制材の割合は、３〜３０質量％が好ましく、５〜２５質量％がより好ましく、１０〜２０質量％が特に好ましい。

粉体を含む芯材は、断熱性の経時変化が小さいことや高温での断熱性能が良好にできる。真空断熱材には芯材とともにガス吸着剤を含んでもよい。ガス吸着剤は、真空断熱材に通常使用されるガス吸着剤を使用できる。通常使用されるガス吸着剤としては水分を吸着する材料を含むものが好ましく、酸化カルシウム、ゼオライト等を含むものが好ましい。

［真空断熱材の製造方法］
ここでは本発明の真空断熱材の製造方法の一例として真空断熱材Ａの製造方法を示す。

片面に熱溶着層を有するガスバリア性のラミネートフィルムを熱溶着層同士が対向するように重ね合わせて外被材２とし、その内側に芯材１を収容し、芯材１が収容された内部が減圧状態となるようにしながら、芯材１外周の全周において上記熱溶着層同士を熱溶着させ密着、密封し、真空断熱材を得る。

次に、得られた真空断熱材の主面Ｘの外周部１２の一部または全部において複数の難燃性のフィルム６からなる積層体７を真空断熱材の主面Ｘに固定し複数の難燃性のフィルム６からなる積層体７で主面Ｘが覆われた真空断熱材Ａを得る。
なお、真空断熱材は、市販の真空断熱材を使用できる。

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態に係る真空断熱材の一例を示す模式的説明図である。以下、図２と同一の要素部材は同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。真空断熱材Ｃは、外被材２が片面に熱融着層３を有するガスバリア性の２枚のラミネートフィルムを熱融着層３を対向して重ね合わされ外周が熱融着されたものであり、前記外被材２の内部に収容された芯材１の外周部分においてラミネートフィルムの熱融着層同士が熱融着されることにより形成された熱融着シール部９が主面Ｙと接するように折り返された折り返し部１１を有し、前記折り返し部１１を覆うように難燃性の粘着テープ１０が設けられる。難燃性の粘着テープ１０で折り返し部１１を覆うことで熱融着シール部９の端面が露出しなくなるため、外被材２を構成する材料が熱分解して発生した可燃性ガス等の拡散が抑制され、不燃性をより高めることができる。

また熱融着シール部９は、折り返さず端部の断面を難燃性の粘着テープで覆ってもよい。

（難燃性の粘着テープ）
難燃性の粘着テープ１０は、難燃性の粘着テープとして使用される公知のものを制限なく使用できる。難燃性の粘着テープ１０の基材としては、金属箔、ポリイミドフィルム、ポリエステルフィルム、ガラスクロス等が挙げられる。難燃性の粘着テープ１０の粘着剤としては、アクリル系、シリコーン系等が挙げられる。

本発明の真空断熱材は、不燃性が必要な断熱用途に好適に使用できる。厚みを増すことなく不燃性とできるので、スペースに限りがある鉄道車両、自動車、バス、トラック、航空機等の乗り物、パソコン等の電子機器、電気ポット等の家電、給湯器等の温水設備に好適である。

以下に本発明における真空断熱材について具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

［例１］
ヒュームドシリカ（商品名「ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬＨ３００」、比表面積３００ｍ^２／ｇ、キャボット・スペシャルティ・ケミカルズ・インク社製）１００質量部に対して、シリカマグネシアカルシア繊維（商品名「スーパーウールバルク」、新日本サーマルセラミックス社製）を１０質量部加え、ブレンダにより混合して混合粉体を得た。得られた芯材材料を金型に投入し、プレス機で圧力をかけて縦約１８２ｍｍ×横約２５７ｍｍ×厚み約５ｍｍの平板状に成形した後、２００℃で１時間加熱して芯材を作製した。

市販のラミネートフィルム（ＡＤＹ−１３４、エーディーワイ株式会社製、ＰＥＴ／アルミニウム／ナイロン／ポリエチレンの４層構造）の２枚を熱融着層のポリエチレンが対向するように重ね合わせ、その三方のみをヒートシールした袋状の外被材の内部に上記で得られた芯材を入れ、ヒートシール機能付きの真空チャンバー内に設置した。その後、チャンバー内を３Ｐａまで減圧し、その状態で袋状の外被材の開口部を熱融着層同士の熱融着により密着して密封した。その後、外被材の外部を大気圧条件に戻して、芯材に対応する部分が縦１８２ｍｍ×横２５７ｍｍ×厚み５ｍｍサイズの真空断熱材を得た。

図１に示すように真空断熱材Ａの主面Ｘの外周部１２に幅１０ｍｍの両面テープ（難燃性試験ＵＬ９４ＶＴＭ−０の規格をパス）を貼り、準備した厚さ３０μｍのアルミニウム箔をまず１枚固定した。次いで固定したアルミニウム箔の上から前記両面テープで別の厚さ３０μｍの１枚のアルミニウム箔を固定し、合計で２枚のアルミニウム箔からなる厚さ６０μｍの積層体で覆われた真空断熱材Ａを得た。なお、図１において、点線はアルミニウム箔によって見えない線を意味する。

得られた真空断熱材Ａについて、鉄道車両用材料燃焼試験を行ったところ、不燃性材料として判定された。試験結果を表１に示す。

Ａ真空断熱材
Ｂ真空断熱材
Ｃ真空断熱材
Ｘ、Ｙ主面
１芯材
２外被材
３熱融着層
４ガスバリア層
５保護層
６ａ、６ｂ、６ｃ難燃性のフィルム
７積層体
８ａ、８ｂ、８ｃ空気層
９熱融着シール部
１０難燃性の粘着テープ
１１折り返し部
１２主面Ａの外周部

Claims

ガスバリア性の外被材と、該外被材に減圧密封された芯材とで基本的に構成され、かつ２つの対向する主面を有する真空断熱材であって、前記外被材が片面に熱融着層を有するラミネートフィルムを熱融着層が相対するように重ね合わされ、その外周が熱融着シール部とされたものであり、前記主面の少なくとも１つが厚さ３０μｍ〜１０００μｍの２枚または３枚のフィルムが空気層を介して積層された厚さ６０μｍ〜３ｍｍの積層体で覆われ、前記フィルムが、金属箔、セラミックスフィルム、またはガラスクロスであることを特徴とする真空断熱材。
前記積層体が、前記主面の外周部で固定された請求項１に記載の真空断熱材。
前記金属箔の熱伝導度が１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜２７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である請求項１又は２に記載の真空断熱材。
前記熱融着シール部が主面と接するように折り返された折り返し部を有し、前記折り返し部が粘着テープで覆われている請求項１〜３のいずれか一項に記載の真空断熱材。
前記積層体が、前記折り返し部とは反対の主面を覆っている請求項４に記載の真空断熱材。
鉄道車両用材料燃焼試験において不燃性を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の真空断熱材。
片面に熱融着層を有するガスバリア性のラミネートフィルムを熱融着層が相対するように重ね合わせて外被材とし、前記外被材の内側に芯材を収容し、芯材が収容された内部が減圧状態となるようにしながら、前記外被材の外周の全周において前記熱融着層同士を熱融着して芯材を前記外被材で密封することにより２つの対向する主面を有する真空断熱材を得て、次いで前記真空断熱材の少なくとも１つの主面の外周部の一部または全部において厚さが３０μｍ〜１０００μｍの２枚または３枚のフィルムを空気層を介して積層した厚さが６０μｍ〜３ｍｍの積層体を前記真空断熱材に固定し、前記フィルムが、金属箔、セラミックスフィルム、またはガラスクロスであることを特徴とする、真空断熱材の製造方法。
前記芯材が粉体を含む請求項７に記載の真空断熱材の製造方法。