JPWO2015087976A1 - 真空断熱材の外装材、真空断熱材、及び断熱容器 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2013年12月11日に日本に出願された特願2013−255765号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本発明の第三態様に係る断熱容器は、上記第二態様に係る真空断熱材を用いる。
本発明の第六態様に係る断熱容器は、上記第五態様に係る真空断熱材を用いる。
なお、以下に述べる各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
図1は、本発明の第一実施形態に係る外装材を用いた真空断熱材を示す断面図である。真空断熱材1は、芯材3と、芯材3を覆うように形成された外装材2とを備える。真空断熱材1においては、外装材2で囲まれた芯材3の周囲が脱気されており、真空断熱材1の内部が真空状態に維持されている。
本発明の第一実施形態に係る真空断熱材の外装材は、図2に示すように、バリアフィルム11、アルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム21、熱融着層31が順に積層された積層体である。
第二〜第四実施形態においては、第一実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
本発明の第二実施形態に係る真空断熱材の外装材においては、バリアフィルム11とアルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム21との間に延伸ナイロンフィルム(ナイロンフィルム)が設けられている。この構成によれば、上記第一実施形態で述べた効果が得られるだけでなく、高い耐突き刺し性と耐屈曲性とが得られる。
本発明の第三実施形態に係る真空断熱材の外装材においては、蒸着薄膜層13が形成されている基材12の面とは反対の面に延伸ポリプロピレンフィルム(OPP)が設けられている。言い換えれば、外装材2の最外層、即ち、前記プラスチック基材の外層の全周に、延伸ポリプロピレンフィルムが設けられている。この構成によれば、上記第一実施形態で述べた効果が得られるだけでなく、高い耐突き刺し性と耐屈曲性とが得られる。
更に、延伸ポリプロピレンフィルムと基材12との間には、ポリアミドフィルムが設けられていることが好ましい。この場合であっても、耐突き刺し性を更に高めることができる。
本発明の第四実施形態に係る真空断熱材の外装材においては、バリアフィルム11とアルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム21との間に延伸ナイロンフィルムが設けられており、更に、蒸着薄膜層13が形成されている基材12の面とは反対の面に延伸ポリプロピレンフィルムが設けられている。この構成によれば、上記第一実施形態で述べた効果が得られるだけでなく、高い耐突き刺し性と耐屈曲性とが得られる。
図9は、本発明の第五実施形態に係る真空断熱材を部分的に示す断面図である。真空断熱材1は、芯材3が2枚の外装材2で包み込まれた(挟まれた)構成を有する。2枚の外装材2は、シール部4で接着され、芯材3が配置されている真空断熱材1の内部は真空に維持されている。
基材層120としては、延伸ポリプロピレンフィルム110が用いられる。基材層120は、延伸ポリプロピレンフィルム110及び延伸ナイロンフィルム111の2層で構成されことがより好ましい。基材層120として延伸ナイロンフィルムを用いると、真空断熱材の外装材の強靭さが向上する。
バリア層121はアルミ蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルム112とアルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム113の2層で構成される。金属箔を用いずに、蒸着膜を有するガスバリア性フィルムをバリア層121として用いることで、ヒートブリッジ現象が解決できる。蒸着面において蒸着物に生じる隙間又は欠陥を補完するために、ガスバリア性フィルムの蒸着面が互いに対向するようアルミ蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルム112とアルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム113とを積層することが望ましい。アルミ蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルム112の厚み及びアルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム113の厚みは、それぞれ9〜25mmが好ましい。
シーラント層122は、密度が0.935g/cm3以下の直鎖状低密度ポリエチレンフィルムで構成される。シーラント層122の厚みは30〜80mmが好ましい。直鎖状低密度ポリエチレンフィルムの密度が、例えば、0.94g/cm3といった高い密度である場合、耐屈曲性が悪くなり、好ましくない。
以下に述べる実施形態は、コア材(芯材)が外装体内に封入され、外装体の内部が真空状態に維持された真空断熱材において、外装体のガスバリア性を高め、外部からの空気などのガスの透過を抑え、断熱性を長期間保持できる真空断熱材を提供している。
図11は、本発明の第六実施形態に係る真空断熱材を模式的に断面で示した説明図である。図12A及び図12Bは、本発明の第六実施形態に係る真空断熱材のシール部の端部を説明するための拡大断面図である。図13A及び図13Bは、本発明の第六実施形態に係る真空断熱材のシール部の端部の形状の変形例を説明するための拡大断面図である。
以下、本発明の第七実施形態を説明する。図14A及び図14Bは、本発明の第七実施形態に係る真空断熱材のシール部の端部を説明するための拡大断面図である。
以下、本発明の第八実施形態を説明する。図15A及び図15Bは、本発明の第八実施形態に係る真空断熱材のシール部の端部を説明するための拡大断面図である。
以下、本発明の第九実施形態を説明する。図16A及び図16Bは、本発明の第九実施形態に係る真空断熱材のシール部の端部を説明するための拡大断面図である。図17は、本発明の第九実施形態に係る真空断熱材のシール部の端部の形状の変形例を説明するための拡大断面図である。
以下、本発明の第十実施形態を説明する。図18A及び図18Bは、本発明の第十実施形態に係る真空断熱材のシール部の端部を説明するための拡大断面図である。
まず、上記第一実施形態に対応する実施例A1と、実施例A1を説明するための比較例A1、A2とについて説明する。
基材12として、厚さ12μmの2軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを用いた。2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムの片面に、電子線加熱方式による真空蒸着装置により金属アルミニウムを蒸発させ、そこに酸素ガスを導入し、厚さ15nmの酸化アルミニウムを蒸着して無機酸化物からなる蒸着薄膜層13を形成した。
実施例A1において用いたバリアフィルム11の代わりに、厚さ12μmのアルミ蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルムを使用し、比較例A1のその他の層構成は実施例A1と同様にして、比較例A1の真空断熱材の外装材を得た。この比較例A1の真空断熱材の外装材の層構成を、図7に示す。
実施例A1において用いたアルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム21の代わりに、バリアフィルム11を追加的に使用し、比較例A2のその他の層構成は、実施例A1と同様にして、比較例A2の真空断熱材の外装材を得た。この比較例A2の真空断熱材の外装材の層構成を、図8に示す。
上記実施例A1及び比較例A1、A2で得られた真空断熱材の外装材について、ガスバリア性の評価を行った。ガスバリア性の評価は、JIS K7126−2法に準じて酸素透過度の測定、またJIS K7129に準じて温度40℃相対湿度差90%における水蒸気透過度の測定により行った。
1.試験片寸法
3.5”φ×8”(89mmφ×203mm)の円筒形状
2.固定ヘッドと可動ヘッドとの間隔
7”(178mm)
3.可動ヘッドの動き
(1)440°回転しながら3.5”(89.0mm)動き、更に、水平に2.5”(63.0mm)動く。
(2)400°回転しながら3.25”(82.6mm)動く。
4.往復速度
40回/分
5.ねじり回数
4桁プリセットカウンタにより任意に設定
6.温度範囲
−50℃〜+200℃
デジタル温調:PID制御
加熱方式:ヒータ加熱
冷却方式:CO2ガスを用いる
7.電源
AC100V 50Hz/60Hz
8.機体寸法
約1100×470×525mm
210×297mmの試験片を準備し、長辺(297mm)の両側に位置する短辺を互いに貼り合せ、円筒状の試験片を得た。筒状にした試験片の両端を固定ヘッドと駆動ヘッドで保持した。440度のひねりを筒状試験片に加えながら、固定ヘッドと駆動ヘッドとの間隔を7インチから3.5インチに狭めて、更に、ひねりを筒状試験片に加えたまま固定ヘッドと駆動ヘッドとの間隔が1インチになるように狭めた。その後、固定ヘッドと駆動ヘッドとの間隔を3.5インチまで広げて、更に、ひねりを戻しながら固定ヘッドと駆動ヘッドとの間隔を7インチまで広げた。上述したように筒状試験片を変形させる動作を1回の往復運動とし、この往復運動を40回/minの速さで、25℃の温度条件下で300回行った。
実施例B1〜B3及び比較例B1〜B4の各々の層構成は、表2及び表3に示すとおりである。
具体的に、実施例B1は、第一形態に対応する層構造を示しており、バリアフィルム11(GX12*)の外面(露出面)には、ポリアミドフィルム(ONY)やポリプロピレンフィルム(OPP)は設けられていない。
実施例B2は、バリアフィルム11(GX12*)の外面(露出面)にポリアミドフィルム(ONY)が設けられた層構造を示している。
実施例B3は、バリアフィルム11(GX12*)の外面(露出面)にポリアミドフィルム(ONY)を介してポリプロピレンフィルム(OPP)が設けられた層構造を示している。
また、実施例B1〜B3のいずれも、アルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム21、熱融着層31として用いた直鎖状低密度ポリエチレンフィルム(LL50)を備えている。
また、比較例B1は、バリアフィルム11(GX12*)を備えておらず、バリアフィルム11の代わりに、アルミ蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルム(VMPET)を備えている。
比較例B2は、2つのバリアフィルム11(GX12*)と、直鎖状低密度ポリエチレンフィルム(LL50)とを備えている。
比較例B3は、アルミ蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルム(VMPET)の外面(露出面)にポリアミドフィルム(ONY)が設けられた層構造を示している。
比較例B4は、アルミ蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルム(VMPET)の外面(露出面)にポリアミドフィルム(ONY)を介してポリプロピレンフィルム(OPP)が設けられた層構造を示している。
また、比較例B1、B3、B4のいずれも、アルミ蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルム(VMPET)、直鎖状低密度ポリエチレンフィルム(LL50)を備えている。
実施例B1〜B3及び比較例B1〜B4の各々を構成する複数の層の配置順番は、表2及び表3に示されている。
表2及び表3において、「GX12*」は、上述した実施形態のバリアフィルム11を表しており、具体的に、厚さ12μmの2軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを基材として用い、基材の片面に、上述のプラズマ前処理が施され、プラズマ前処理が施された面上に蒸着薄膜層が形成され、上述の被覆層を設けた構成を示している。
「*VMEVOH15」は、上述した実施形態のアルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム21を表しており、フィルムの厚さが15μmであることを示している。
「LL50」は、熱融着層31として用いた直鎖状低密度ポリエチレンフィルムを表しており、フィルムの厚さが50μmであることを示している。
「ONY」はポリアミドフィルムを表し、「OPP」はポリプロピレンフィルムを表し、「VMPET」はアルミ蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルムを表している。特に、「ONY15」は膜厚15μmのポリアミドフィルムを表し、「OPP20」は膜厚20μmのポリプロピレンフィルムを表し、「VMPET12*」は膜厚12μmのアルミ蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルムを表している。
「ゲルボピンホール数」は、ゲルボ試験を行った後に浸透探傷液を用いてピンホール数を確認した結果を示す。
一方、比較例B2は、実施例B1〜B3に比べて、ゲルボ試験後の酸素透過度が高いことが分かる。更に、比較例B3、B4は、実施例B1〜B3に比べて、ゲルボ試験前の水蒸気透過度が高いことが分かる。また、実施例B3は、実施例B1、B2に比べて、突き刺し強度は強く、ゲルボピンホール数は少ない事が分かる。
試験片(外装材)を固定し、直径1.0mm、先端形状が半円形の針を毎分50mmの速度で外装材に突き刺した。突き刺しの開始から突き刺しの終了(針が外装材を貫通)まで突き刺し試験中における最大応力を測定した。試験片の数は5個である。5個の試験片において得られた5つ最大応力の平均値を求めた。外装材の基材層からシーラント層に向けた突き刺し方向において突き刺しを行った場合と、外装材のシーラント層から基材層に向けた突き刺し方向において突き刺しを行った場合とについて、試験を行い、最大応力を測定した。
厚さ20μmの延伸ポリプロピレンフィルム(基材層)、厚さ15μmの延伸ナイロンフィルム(基材層)、厚さ12μmのアルミ蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルム(バリア層)、及び厚さ15μmのアルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム(バリア層)を、この順にウレタン系接着剤を用いて積層、接着した。次いで、シーラント層である厚さ50μm、密度0.923g/cm3の直鎖状低密度ポリエチレンフィルムと、上記積層体のアルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム面とを貼り合わせて、基材層、バリア層、シーラント層からなる真空断熱材の外装材を得た。
比較例C1の基材層には延伸ポリプロピレンフィルムが用いられておらず、基材層以外の層が実施例C1と同様となるように比較例C1の外装材を製造した。
比較例C1のアルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルムに代えて、厚さ7μmのアルミニウム箔を用いており、アルミニウム箔以外の層が比較例C1と同様となるように比較例C2の外装材を製造した。
比較例C2の、密度が0.923g/cm3の直鎖状低密度ポリエチレンフィルムに代えて、密度が0.94g/cm3の直鎖状低密度ポリエチレンフィルムを用いており、このフィルム以外の層は比較例C2と同様となるように比較例C3の外装材を製造した。
上記実施例C1および比較例C1〜C3で得られた真空断熱材の外装材について、耐突き刺し性を評価した。なお、基材層からシーラント層に向けて外装材を突き刺したときの強度を「表→裏」、シーラント層から基材層に向けて外装材を突き刺したときの強度を「裏→表」と表記した。
2、211…外装材
3…芯材(コア材)
4…シール部
11…バリアフィルム
12、15…基材(プラスチック基材)
13…蒸着薄膜層
14…被膜層
16…蒸着薄膜層
17…被膜層
21…アルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム
22…アルミニウム蒸着層
23…エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム
31…熱融着層
41…プラズマガス導入部
42…遮蔽板
43…電極
44…インピーダンスマッチングボックス
46…冷却ドラム
50…処理チャンバー
110…延伸ポリプロピレンフィルム
111…延伸ナイロンフィルム
112…アルミ蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルム
113…アルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム
115…接着剤層
116…外側
201…外装体
212…基材層
213…シーラント層
202…コア材
Claims (18)
- 真空断熱材の外装材であって、
プラスチック基材を含むバリアフィルムと、
前記バリアフィルム上に積層されたアルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルムと、
前記アルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム上に積層された熱融着層と、を備え、
前記バリアフィルムの前記プラスチック基材の少なくとも一方の面には、
金属又は無機酸化物、或いは、金属及び無機酸化物を含む混合物で形成された蒸着薄膜層と、
水溶液高分子と(a)1種以上のアルコキシド及び1種以上のアルコキシドの加水分解物の少なくとも一方又は(b)塩化錫の少なくともいずれか1つを含む水溶液、或いは、水とアルコールとの混合溶液とを主剤とするコーティング剤からなる被膜層と、
が順に積層されている真空断熱材の外装材。 - 前記熱融着層は、直鎖状低密度ポリエチレンフィルムである請求項1に記載の真空断熱材の外装材。
- 前記プラスチック基材は、前記蒸着薄膜層を前記プラスチック基材上に蒸着する前に、ホローアノードプラズマ処理器を用いた特殊プラズマによるプラズマ前処理が施されている請求項1又は請求項2に記載の真空断熱材の外装材。
- 前記ホローアノードプラズマ処理器は、磁石をさらに含む磁気アシスト・ホローアノード・プラズマ処理器である請求項3に記載の真空断熱材の外装材。
- 前記プラズマ前処理は、アルゴン、窒素、酸素、及び水素からなる群から選択される少なくとも1種を使用し、自己バイアス値が200Vから2000Vであり、Ed=プラズマ密度×処理時間で定義されるEd値が100(V・s・m−2)ないし10000(V・s・m−2)となる低温プラズマによる処理である請求項3又は請求項4に記載の真空断熱材の外装材。
- 前記プラズマ前処理は、不活性ガスを用いて行われる第1の処理工程と、続いて、窒素、酸素、水素、及びこれらの混合ガスから選択される少なくとも1種のガスを用いて行われる第2の処理工程とを具備する請求項3から請求項5のいずれか一項に記載の真空断熱材の外装材。
- 前記不活性ガスは、アルゴン、及びヘリウムのうち少なくとも1種である請求項6に記載の真空断熱材の外装材。
- 前記プラズマ前処理は、窒素及び酸素の混合気体を用いて行われる第1の処理工程と、続いて、水素を用いて行われる第2の処理工程とを具備する請求項3又は請求項4に記載の真空断熱材の外装材。
- 前記バリアフィルムと前記アルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルムとの間に設けられたナイロンフィルムを備える請求項1に記載の真空断熱材の外装材。
- 前記蒸着薄膜層が形成されている前記プラスチック基材の面とは反対の面に設けられた延伸ポリプロピレンフィルムを備える請求項1に記載の真空断熱材の外装材。
- 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の外装材を用いた真空断熱材。
- 請求項11に記載の真空断熱材を用いた断熱容器。
- 真空断熱材の外装材であって、
基材層と、
前記基材層上に積層されたバリア層と、
前記バリア層上に積層されたシーラント層と、を備え、
前記バリア層が配置されている前記基材層の面とは反対の面には、延伸ポリプロピレンフィルムが設けられている真空断熱材の外装材。 - 前記基材層は、延伸ポリプロピレンフィルムと延伸ナイロンフィルムを用いて形成されている請求項13に記載の真空断熱材の外装材。
- 前記バリア層は、アルミ蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルムとアルミ蒸着エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルムを用いて形成されている請求項13又は請求項14に記載の真空断熱材の外装材。
- 前記シーラント層は、0.935g/cm3以下の密度を有する直鎖状低密度ポリエチレンフィルムを用いて形成されている請求項13から請求項15のいずれか一項に記載の真空断熱材の外装材。
- 請求項13から請求項16のいずれか一項に記載の外装材を用いた真空断熱材。
- 請求項17に記載の真空断熱材を用いた断熱容器。
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