JP7263781B2

JP7263781B2 - 真空断熱材用外装材及び真空断熱材

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Publication number: JP7263781B2
Application number: JP2019002467A
Authority: JP
Inventors: 花奈子後藤; 香往里山下
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2039-01-10
Also published as: JP2020110956A

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の真空断熱材用外装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、断熱性能の優れた断熱材として、コア材２を外装材１内に封入し、内部を真空排気して外装材１をヒートシールすることにより密封した構成の真空断熱材Ａが使用されている（図２参照）。

この外装材１は、外部からのガスの侵入を防ぎ、内部を長期間真空状態に保持するために、ガスバリア性に優れたものである必要がある。そこで、従来、高いガスバリア性を持たすために、外装材１のガスバリア層として７～１５μｍ程度の厚さの金属アルミニウム箔や金属又は無機物を蒸着した蒸着フィルムを含む積層フィルムが主として用いられてきた。

このように断熱材Ａはコア材２を外装材１で真空包装して構成されるため、外装材１はコア材２の外形に沿って変形する。このため、図２に示すように、外装材１には微細な凹凸が多数形成され、この凹凸によって屈曲される。外装材１中の金属アルミニウム箔や蒸着層は、この微細な多数の屈曲によりクラックやピンホールが発生し、ガスバリア性が著しく低下するという問題があり、長期間に亘って断熱材Ａの内部を真空状態に保っておくことが難しかった。

このクラックやピンホールの発生の低減化をはかり、外装材１の内部の真空状態を長期に渡って維持する試みが行われている。例えば、層構成が、外側から順に、第１の延伸ナイロンフィルム、第２の延伸ナイロンフィルム、金属箔等からなるガスバリア層、熱溶着層であり、前記第１、第２の延伸ナイロンフィルム間に接着層が設けられている外装材１があった（特許文献１）。これら延伸ナイロンフィルムは強靭であるため、前述のような微細な屈曲によってもクラックやピンホールを発生することがないのである。

しかしながら、断熱材Ａを長期間使用した際にその断熱性が低下する原因はこれだけではなく、例えば、この長期間の間の温度や湿度の変動によってガスバリア層にクラックやピンホールを発生することがある。このような長期間の使用に伴って発生するクラックやピンホールを原因として、その断熱性が低下することがあるのである。

特許第３４８２４０８号公報

そこで、本発明は、コア材を外装材で真空包装する工程はもちろん、こうして製造した断熱材を長期間使用した際にも、その断熱性を維持することができる真空断熱材用外装材を提供することを目的とする。

すなわち、請求項１に記載の発明は、ガスバリア層とシーラント層とをその層構成中に含み、かつ、ＪＩＳＫ７１２５に規定されるループスティフネスが、ＭＤ方向（製膜時の樹脂の流れ方向）とＴＤ方向（ＭＤ方向に直交する方向）の両者について、７０ｍＮ／１５ｍｍ以下であることを特徴とする真空断熱材用外装材である。

次に、請求項２に記載の発明は、前記ガスバリア層が、金属を蒸着した樹脂フィルムを含む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。

次に、請求項３に記載の発明は、前記ガスバリア層が、無機酸化物を蒸着した樹脂フィルムを含む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。

次に、請求項４に記載の発明は、前記請求項１～３のいずれかに記載の真空断熱材用外装材により、コア材を真空包装して成ることを特徴とする真空断熱材である。

本発明の真空断熱材用外装材はＪＩＳＫ７１２５に規定されるループスティフネスが、いずれの方向についても、７０ｍＮ／１５ｍｍ以下であり、このため、長期間の使用によって温度や湿度の変動が生じたときでも、この温度・湿度変動に伴う伸縮や屈曲に柔軟に追従することができる。そして、このため、ガスバリア層にクラックやピンホールを生じることがなく、断熱材の断熱性を維持することができる。

なお、真空断熱材用外装材のＭＤ方向（製膜時の樹脂の流れ方向）とＴＤ方向（ＭＤ方向に直交する方向）の両者について、そのループスティフネスが７０ｍＮ／１５ｍｍ以下であれば、この真空断熱材用外装材のループスティフネスはいずれの方向についても７０ｍＮ／１５ｍｍ以下であると理解できる。

図１（ａ）～（ｅ）は、それぞれ、本発明の外装材の例を示す断面説明図である。図２は断熱材の例に係り、図２（ａ）はその斜視説明図、図２（ｂ）はその断面説明図である。

本発明に係る外装材は、コア材を真空包装して断熱材を製造する際に使用するもので、完成した真空断熱材の外面を構成する。

この外装材は、その層構成中に、ガスバリア層とシーラント層とを含む。外装材は、その層構成中に、一層のガスバリア層を含んでいてもよいが、多数層のガスバリア層を含むものであってもよい。また、この他、その他の層を含んでいてもよい。

図１（ａ）は、一層のガスバリア層１１とシーラント層１２とで構成された外装材１ａを示す断面説明図である。

また、図１（ｂ）は、その層構成中に、一層のガスバリア層１１とシーラント層１２に加えて、その他の層として基材フィルム１０を含む外装材１ｂを示すもので、断熱材を製造した際の外面側から、基材フィルム１０、ガスバリア層１１、シーラント層１２の順に積層されている。

また、図１（ｃ）は、その層構成中に、二層のガスバリア層１１_１，１１_２とシーラント層１２に加えて、その他の層として基材フィルム１０を含む外装材１ｃを示すもので、断熱材を製造した際の外面側から、基材フィルム１０、ガスバリア層１１_１、ガスバリア層１１_２、シーラント層１２の順に積層されている。

また、図１（ｄ）は、その層構成中に、三層のガスバリア層１１_１，１１_２，１１_３とシーラント層１２に加えて、その他の層として基材フィルム１０を含む外装材１ｄを示すもので、断熱材を製造した際の外面側から、基材フィルム１０、ガスバリア層１１_１、ガスバリア層１１_２、ガスバリア層１１_３、シーラント層１２の順に積層されている。

また、図１（ｄ）は、その層構成中に、二層のガスバリア層１１_１，１１_２とシーラント層１２に加えて、その他の層として基材フィルム１０を含む外装材１ｄを示すもので、断熱材を製造した際の外面側から、ガスバリア層１１_１、基材フィルム１０、ガスバリア層１１_２、シーラント層１２の順に積層されている。

基材フィルム１０としては、ポリオレフィン系樹脂フィルム、ポリエステル系樹脂フィルム、ポリアミド系樹脂フィルム、ビニルアルコール系樹脂フィルム等を使用することができる。ポリオレフィン系樹脂フィルムとしては、ポリエチレンやポリプロピレン等のフィルムを例示できる。ポリエステル系樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のフィルムを例示できる。ポリアミド系樹脂フィルムとしては、ナイロン－６、ナイロン－６６、ナイロン－１２等のフィルムを挙げることができる。また、ビニルアルコール系樹脂フィルムとしては、ポリビニルアルコール、エチレン－ビニルアルコール共重合体等のフィルムが挙げられる。

次に、ガスバリア層１１，１１_１，１１_２，１１_３は、真空断熱材Ａの内部に外気が侵入することを防止する機能を有するものである。このガスバリア層１１，１１_１，１１_２，１１_３としては、例えば、金属箔、金属又は無機酸化物を蒸着した樹脂フィルムを使用できる。

金属箔としては、その代表例としてアルミニウム箔を例示することができる。

樹脂フィルム上に蒸着する金属としては例えばアルミニウムを挙げることができる。また、樹脂フィルム上に蒸着する無機酸化物としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素等を挙げることができる。蒸着基材となる樹脂フィルムとしては、例えば、延伸ポリエステルフィルム、エチレン－ビニルアルコール共重合体フィルムを使用することができる。なお、蒸着基材と蒸着層との密着性を向上させるため、蒸着基材に金属又は無機酸化物を蒸着するに先立ち、蒸着基材の蒸着面に各種表面処理を施すことが望ましい。例えば、コロナ処理、低温プラズマ処理、イオンボンバード処理、薬品処理、溶剤処理等である。

シーラント層１２としては、各種のポリエチレン系の樹脂やポリプロピレンなどが使用することができる。特に、密度が０．９３５ｇ／ｃｍ^３以下の直鎖状低密度ポリエチレンフィルムを用いることが好ましい。厚みは３０～８０μｍが好ましい。密度が０．９３５ｇ／ｃｍ^３より高く、例えば、密度が０．９４ｇ／ｃｍ^３と高ければ、耐屈曲性が悪くなり、好ましくない。

そして、これら基材フィルム１０、ガスバリア層１１，１１_１，１１_２，１１_３、シーラント層１３は、公知のウレタン系接着剤を使用してドライラミネートすることにより、積層一体化して、本発明の外装材１を製造することができる。

図１（ａ）～（ｅ）に示したように、本発明の外装材１は種々の層構成を採ることができるが、いずれの場合であっても、ＪＩＳＫ７１２５に規定されるループスティフネスが、そのいずれの方向についても、７０ｍＮ／１５ｍｍ以下である必要がある。すなわち、本発明の外装材１は、ＭＤ方向（製膜時の樹脂の流れ方向）のループスティフネスが７０ｍＮ／１５ｍｍ以下であり、しかも、ＴＤ方向（ＭＤ方向に直交する方向）のループスティフネスも７０ｍＮ／１５ｍｍ以下である必要がある。

後述する実施例から分かるように、いずれの方向についてもループスティフネスを７０ｍＮ／１５ｍｍ以下とすることにより、コア材を外装材１で真空包装する工程はもちろん、こうして製造した断熱材を長期間使用した際にも、その断熱性を維持することができる。なお、ＭＤ方向のループスティフネスとＴＤ方向のループスティフネスのうち、その一方がこれより大きい場合には、断熱材を長期間使用するに伴ってその断熱性が低下する。

この外装材１を使用して袋を製袋し、その開口部からコア材２を収納した後、袋内部を真空吸引しながら、開口部をヒートシールして密封することにより、真空断熱材Ａを製造することができる。コア材２としてはガラス繊維などの無機系繊維やポリスチレン繊維などの有機系繊維を用いることができる。また、粉末を固めてボード化したものや、発泡樹脂を用いることもできる。また、発泡パーライト等の粉末を用いてもよい。

なお、この真空断熱材Ａの内部の真空度は５Ｐａ以下とすることが望ましい。真空断熱材Ａ内部の空気の対流を防止して、断熱性能を向上させることができるからである。

また、この真空断熱材Ａの熱伝導率は、２５℃環境下で１０ｍＷ／ｍ・Ｋ以下であることが望ましい。さらに望ましくは、５ｍＷ／ｍ・Ｋ以下、あるいは３ｍＷ／ｍ・Ｋ以下である。

以下、実施例に基づいて本発明を説明する。

（実施例１）
この例は、図１（ｃ）に示すように、断熱材を製造した際の外面側から、基材フィルム１０、ガスバリア層１１_１、ガスバリア層１１_２、シーラント層１２の順に積層した外装材１ｃの例である。

すなわち、基材フィルム１０として、厚さ２５μｍのポリアミドフィルムを使用した。ガスバリア層１１_１及びガスバリア層１１_２は、いずれも、厚さ１２μｍの二軸延伸ポリエステルフィルムを蒸着基材として、このフィルム上に金属アルミニウムを蒸着した金属蒸着フィルムである。また、シーラント層１２としては、厚さ５０μｍの直鎖状低密度ポリエチレンフィルムを使用した。

この外装材１ｃを使用して、３７０ｍｍ×３２０ｍｍの大きさの袋を製袋し、その開口部からコア材２を収納した後、袋内部を真空吸引しながら、開口部をヒートシールして密封することにより、真空断熱材Ａを製造した。コア材２は、２９０ｍｍ×２５０ｍｍのガラス繊維である。また、真空断熱材Ａは厚さ５ｍｍ、縦２００ｍｍ、横２００ｍｍの大きさである。

（実施例２）
この例も、実施例１と同様に、図１（ｃ）に示すように、断熱材を製造した際の外面側から、基材フィルム１０、ガスバリア層１１_１、ガスバリア層１１_２、シーラント層１２の順に積層した外装材１ｃの例である。実施例１との相違は、ガスバリア層１１_２が、厚さ１５μｍのエチレン－ビニルアルコール共重合体フィルムを蒸着基材として、このフィルム上に金属アルミニウムを蒸着した金属蒸着フィルムである点であり、これ以外は実施例１と同様である。

（実施例３）
この例は、図１（ｄ）に示すように、断熱材を製造した際の外面側から、基材フィルム１０、ガスバリア層１１_１、ガスバリア層１１_２、ガスバリア層１１_３、シーラント層１２の順に積層した外装材１ｄの例である。

基材フィルム１０として、厚さ２５μｍのポリアミドフィルムを使用した。ガスバリア層１１_１，１１_２，１１_３は、いずれも、厚さ１２μｍの二軸延伸ポリエステルフィルムを蒸着基材として、このフィルム上に金属アルミニウムを蒸着した金属蒸着フィルムである。また、シーラント層１２としては、厚さ５０μｍの直鎖状低密度ポリエチレンフィルムを使用した。

その他の点については、実施例１と同様である。

（実施例４）
この例は、図１（ｅ）に示すように、断熱材を製造した際の外面側から、ガスバリア層１１_１、基材フィルム１０、ガスバリア層１１_２、シーラント層１２の順に積層した外装材１ｄの例である。

ガスバリア層１１_１としては、二軸延伸ポリエステルフィルムを蒸着基材として、このフィルム上に酸化アルミニウムを蒸着した無機酸化物蒸着フィルムである。また、基材フィルム１０として、厚さ２５μｍのポリアミドフィルムを使用した。ガスバリア層１１_２は、厚さ１５μｍのエチレン－ビニルアルコール共重合体フィルムを蒸着基材として、このフィルム上に金属アルミニウムを蒸着した金属蒸着フィルムである。また、シーラント層１２は、厚さ５０μｍの直鎖状低密度ポリエチレンフィルムである。

その他の点については、実施例１と同様である。

（比較例１）
この例は、断熱材を製造した際の外面側から、基材フィルム１０、ガスバリア層１１_１、ガスバリア層１１_２、ガスバリア層１１_３、シーラント層１２の順に積層した外装材１ｄの例である。

基材フィルム１０としては、厚さ２５μｍのポリアミドフィルムを使用した。ガスバリア層１１_１，１１_２，１１_３は、いずれも、厚さ１５μｍの二軸延伸ポリプロピレンフィルムを蒸着基材として、このフィルム上に金属アルミニウムを蒸着した金属蒸着フィルムである。また、シーラント層１２としては、厚さ５０μｍの直鎖状低密度ポリエチレンフィルムを使用した。

その他の点については、実施例１と同様である。

（比較例２）
この例も、断熱材を製造した際の外面側から、基材フィルム１０、ガスバリア層１１_１、ガスバリア層１１_２、ガスバリア層１１_３、シーラント層１２の順に積層した外装材１ｄの例である。

基材フィルム１０としては、厚さ２５μｍのポリアミドフィルムを使用した。ガスバリア層１１_１，１１_２，１１_３は、いずれも、厚さ１８μｍの二軸延伸ポリプロピレンフィルムを蒸着基材として、このフィルム上に金属アルミニウムを蒸着した金属蒸着フィルムである。また、シーラント層１２としては、厚さ５０μｍの直鎖状低密度ポリエチレンフィルムを使用した。

その他の点については、実施例１と同様である。

（評価）
実施例１～４及び比較例1～２の各外装材について、ＪＩＳＫ７１２５に規定されるループスティフネス（ｍＮ／１５ｍｍ）を測定した。また、各外装材について、屈曲試験前後の酸素透過度（ｃｃ／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍ）を測定した。そして、これら各外装材を使用した真空断熱材の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）を経時的に測定し、外装材のループスティフネスと酸素透過度及び真空断熱材の熱伝導率との相関関係を考察した。なお、各測定方法は次のとおりである。

＜ループスティフネスの測定方法＞
各外装材を幅１５ｍｍのテープ状に切断し、このテープ状外装材の端部同士を接合してループ状とした。ループ長は１００ｍｍである。そして、測定装置として、（株）東洋精機製作所のＬｏｏｐＳｔｉｆｆｎｅｓｓＴｅｓｔｅｒＤＡを使用して、ＪＩＳＫ７１２５に規定されるループスティフネス（ｍＮ／１５ｍｍ）を測定した。

なお、この測定は、各外装材のＭＤ方向（製膜時の樹脂の流れ方向）とＴＤ方向（ＭＤ方向に直交する方向）の両者について行った。

＜酸素透過度の測定方法＞
３０℃、７０％ＲＨ．の条件で、測定装置としてＭＯＣＯＮ社のＯＸ－ＴＲＡＮを使用して、屈曲試験前の酸素透過度（ｃｃ／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍ）を測定した。

また、ゲルボフレックステスターを使用して、常温で２００回屈曲試験を施した後、同様にＭＯＣＯＮ社のＯＸ－ＴＲＡＮを使用して、屈曲試験後の酸素透過度（ｃｃ／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍ）を測定した。

＜熱伝導率の測定方法＞
各真空断熱材を９０℃で保存し、経時的にその熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）を測定した。湿度は成り行きに任せて変動させた。なお、測定装置は英弘精機（株）のＨＣ－０７４で、測定条件はＪＩＳＡ１４１２－３に従った。

（測定結果及び考察）
測定結果は表１のとおりである。

実施例１～４の外装材は、そのループスティフネスが、ＭＤ方向とＴＤ方向のいずれについても、７０ｍＮ／１５ｍｍ以下である。

これに対し、比較例１の外装材においては、そのＭＤ方向のループスティフネスは７０ｍＮ／１５ｍｍ以下であるが、ＴＤ方向のループスティフネスは７０ｍＮ／１５ｍｍを超えている。

また、比較例２の外装材は、そのループスティフネスが、ＭＤ方向とＴＤ方向のいずれについても、７０ｍＮ／１５ｍｍを超えている。

そこで、このようにループスティフネスが互いに異なる実施例１～４，比較例１～２の外装材について、まず、その酸素透過度を相互に比較すると、屈曲試験前の酸素透過度については、これら実施例１～４，比較例１～２の外装材の間に有意な相違が見られないの
にも拘らず、屈曲試験前の酸素透過度については、ＭＤ方向とＴＤ方向のループスティフネスがいずれも７０ｍＮ／１５ｍｍ以下の実施例１～４の外装材の酸素透過度は微増しているに過ぎないのに対し、比較例１～２の酸素透過度は大きく増大している。

このことから、ＭＤ方向とＴＤ方向のループスティフネスがいずれも７０ｍＮ／１５ｍｍ以下の外装材は、屈曲によるガスバリア性の低下がわずかであり、そのガスバリア性を維持できることが理解できる。

次に、実施例１～４，比較例１～２の真空断熱材の熱伝導率を相互に比較すると、保存開始時（初期）の熱伝導率はいずれの真空断熱材でも優れているが、比較例１～２の真空断熱材の熱伝導率は、保存期間の経過に伴って増大しており、１ヶ月経過後には保存開始時（初期）の４～５倍に達している。一方、実施例１～４の真空断熱材の熱伝導率は、１ヶ月の保存期間を通じてほとんど変化しない。

この結果から、ＭＤ方向とＴＤ方向のループスティフネスがいずれも７０ｍＮ／１５ｍｍ以下の外装材は、長期間の使用によっても、その断熱性を維持できることが理解できる。

なお、屈曲試験前後の酸素透過度の結果と熱伝導率の結果とは相互に技術的関係を有するものと推測できる。すなわち、真空断熱材の保存にあたって、その湿度を成り行きに任せて変動させたため、この湿度変化に伴って各外装材は屈曲する。ＭＤ方向とＴＤ方向のループスティフネスのうち一方又は双方が７０ｍＮ／１５ｍｍ以下の外装材（比較例１～２）は屈曲によってガスバリア性が低下するため、保存期間が長くなるほどガスバリア性が低下して真空断熱材の断熱性が低下する。一方、ＭＤ方向とＴＤ方向のループスティフネスがいずれも７０ｍＮ／１５ｍｍ以下の外装材（実施例１～４）は、屈曲によってもガスバリア性が低下しないため、保存期間が長くなっても真空断熱材がその断熱性を維持できるのである。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ：外装材
１０：基材フィルム
１１，１１_１，１１_２，１１_３：ガスバリア層
１２：シーラント層
２：コア材
Ａ：真空断熱材

Claims

ガスバリア層とシーラント層とをその層構成中に含み、かつ、ＪＩＳＫ７１２５に規定されるループスティフネスが、ＭＤ方向（製膜時の樹脂の流れ方向）とＴＤ方向（ＭＤ方向に直交する方向）の両者について、７０ｍＮ／１５ｍｍ以下であることを特徴とする真空断熱材用外装材。
前記ガスバリア層が、金属を蒸着した樹脂フィルムを含む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。
前記ガスバリア層が、無機酸化物を蒸着した樹脂フィルムを含む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。
前記請求項１～３のいずれかに記載の真空断熱材用外装材により、コア材を真空包装して成ることを特徴とする真空断熱材。