WO2019124284A1 - 真空断熱材を備えた断熱構造体、ならびに、それを用いた家電製品、住宅壁および輸送機器 - Google Patents
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- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
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- E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
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Definitions
- the present disclosure relates to a heat insulating structure provided with a vacuum heat insulating material, a home appliance using the heat insulating structure, a housing wall, a transport device, and the like.
- the vacuum heat insulating material has a configuration in which a core material (core material) is sealed in a vacuum-sealed state (substantially vacuum state) inside the outer covering material.
- the jacket material has gas barrier properties in order to maintain a substantially vacuum state inside.
- it has been proposed to blend a layered clay mineral with the gas barrier layer of the covering material.
- Patent Document 1 a configuration in which the outer cover material of the vacuum heat insulating material has a welding layer and a gas barrier layer, and the gas barrier layer contains a layered clay material (layered clay mineral) and a polymer material It is disclosed. As described above, if the covering material has the gas barrier layer containing the layered clay mineral, it is possible to effectively suppress the permeation and permeation of gas from the outer surface to the inside of the vacuum heat insulating material.
- Patent Document 1 since a general layered clay mineral is hydrophilic, the gas barrier layer containing the layered clay mineral has a reduced gas barrier property under a high humidity environment. Therefore, in Patent Document 1, both a layered clay material (layered clay mineral) and a polymer material that are hydrophobic are used in order to realize the gas barrier property over a long time even under high temperature and high humidity conditions. ing. Such hydrophobic layered clayey materials are not common. For example, in the example of Patent Document 1, hydrophobicity is imparted to the layered clay material by ion-exchanging the inorganic cation contained in montmorillonite or the like to the organic cation.
- the present disclosure provides a heat insulating structure provided with a vacuum heat insulating material that can be used well even in a humid environment.
- the heat insulating structure according to the present disclosure is a panel-shaped heat insulating structure provided with a vacuum heat insulating material and a foam heat insulating material.
- the vacuum heat insulating material has an outer covering material having a gas barrier property, a core material sealed inside the outer covering material, and a gas adsorbent containing the core material and the inside of the outer covering material. .
- the inside of the jacket material is in a depressurized state.
- the jacket material constituting the first surface which is one surface of the vacuum heat insulating material includes a gas barrier layer containing at least a layered clay mineral as a filler.
- the jacket material that constitutes the second surface which is the other surface of the vacuum heat insulating material includes at least a gas barrier layer composed of metal.
- the gas adsorbent has at least water adsorptivity.
- the foam insulation covers at least a first side of the vacuum insulation.
- the covering material having the gas barrier layer containing the layered clay mineral is provided on the first surface of the vacuum heat insulating material constituting the heat insulating structure.
- a foam insulation is provided to cover the first surface of the envelope material.
- a gas adsorbent having water adsorption property is enclosed inside the vacuum heat insulating material.
- the foamed heat insulating material has low hygroscopicity and exhibits good water resistance, so that it is possible to suppress the entry of moisture from the outside of the outer covering material.
- Gas adsorbents have water adsorption properties. Therefore, moisture absorbed by the layered clay mineral can permeate through the envelope material having reduced gas barrier properties and adsorb moisture that has penetrated inside.
- the present disclosure also includes household appliances, housing walls, transport devices, and the like provided with the heat insulation structure of the configuration of the present disclosure.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a heat insulating structure according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2A is a schematic partial cross-sectional view showing an example of the configuration of an outer covering material provided in the heat insulating structure shown in FIG.
- FIG. 2B is a schematic partial cross-sectional view showing an example of the configuration of an outer covering material provided in the heat insulating structure shown in FIG.
- FIG. 2C is a schematic partial cross-sectional view showing an example of the configuration of the jacket material provided in the heat insulating structure shown in FIG.
- the gas barrier properties of the covering material of the vacuum heat insulating material are derived from the layered clay material. Then, when such a vacuum heat insulating material is used in a humid environment, as described above, the moisture barrier property of the layered clay mineral is reduced, and the heat insulating effect of the vacuum heat insulating material is reduced.
- the heat insulating structure according to the present disclosure is in the form of a panel provided with a vacuum heat insulating material and a foam heat insulating material.
- the vacuum heat insulating material has an outer covering material having a gas barrier property, a core material sealed in the inside of the outer covering material, and a gas adsorbent material sealed in the inside of the outer covering material together with the core material.
- the inside of the jacket material is in a depressurized state.
- the jacket material constituting the first surface which is one surface of the vacuum heat insulating material includes a gas barrier layer containing at least a layered clay mineral as a filler.
- the jacket material that constitutes the second surface which is the other surface of the vacuum heat insulating material includes at least a gas barrier layer composed of metal.
- the gas adsorbent has at least water adsorptivity.
- the foam insulation is configured to cover at least the first surface of the vacuum insulation.
- an outer covering material having a gas barrier layer containing a layered clay mineral is provided on the first surface of the vacuum heat insulating material constituting the heat insulating structure, and the foam heat insulating material It is provided to cover the first surface of the substrate. Further, a gas adsorbent having water adsorption property is enclosed inside the vacuum heat insulating material.
- the foamed heat insulating material has low hygroscopicity and exhibits good water resistance, so that it is possible to suppress the entry of moisture from the outside of the outer covering material. Gas adsorbents have water adsorption properties.
- the foam insulation may be a rigid urethane foam.
- the foam insulation is made of hard urethane foam
- the moisture is chemically reacted by the reaction between the isocyanate group remaining in the hard urethane foam and the water.
- the possibility of water reaching the outer covering material of the vacuum heat insulating material covered with the foamed heat insulating material can be reduced, so that the moisture absorption of the gas barrier layer containing the clay mineral can be effectively suppressed. it can.
- the decrease in the gas barrier properties of the covering material is also suppressed, and the heat insulating performance of the vacuum heat insulating material and the heat insulating panel provided with the same can be favorably maintained.
- the equivalent ratio of the isocyanate group (-NCO) of the isocyanate component to the hydroxyl group (-OH) of the polyol component and the isocyanate component is in the range of 0.70 to 1.10. , And may be mixed and reacted.
- the mixing ratio of the polyol component and the isocyanate component is set to be within a predetermined range based on the equivalent ratio of the isocyanate group to the hydroxyl group.
- the thickness of the foamed heat insulating material may be 1 mm or more.
- the thickness of the foamed heat insulating material is at least 1 mm or more, even in a high humidity environment, it can be effectively suppressed that water such as water vapor reaches the covering material of the vacuum heat insulating material that is covered .
- the gas adsorbent may contain ZSM-5 type zeolite which is subjected to copper ion exchange.
- Copper ion exchanged ZSM-5 type zeolite has excellent adsorption ability to nitrogen, oxygen and moisture. Therefore, for example, an air component that can not be exhausted by the vacuum pump at the time of manufacturing the vacuum heat insulating material, a small amount of gas generated with time in the vacuum heat insulating material, and It is possible to satisfactorily adsorb and remove air components, moisture and the like which permeate and enter. As a result, the vacuum heat insulating material can realize excellent heat insulating performance for a long time.
- the copper ion-exchanged ZSM-5 type zeolite also has an excellent adsorption capacity for carbon dioxide. Therefore, when the foamed heat insulating material is a hard urethane foam, not only the moisture can be favorably captured by the foamed heat insulating material by the gas adsorbent, but even if by-product carbon dioxide permeates and penetrates the covering material. , Can be adsorbed well. As a result, the heat insulation performance of the vacuum heat insulating material and the heat insulating panel provided with the same can be well maintained.
- the present disclosure also includes home appliances, housing walls, transport devices, and the like provided with the heat insulation structure having the above-described configuration.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a heat insulating structure according to an embodiment of the present disclosure.
- the heat insulating panel 10 includes a vacuum heat insulating material 20 and a foam heat insulating material 13.
- the foamed heat insulating material 13 covers at least a first surface 20 a which is one surface of the vacuum heat insulating material 20.
- first surface 20 a which is one surface of the vacuum heat insulating material 20.
- One side and the other side may be surfaces different from each other among the surfaces constituting the vacuum heat insulating material 20.
- the heat insulating panel 10 includes the surface material 11 and the back material 12.
- the specific structure of the surface material 11 and the back surface material 12 is not limited to a specific thing, What is well-known in the field
- area of the heat insulation panel 10 can be used suitably.
- a plate material made of wood, gypsum, resin, metal or the like can be used as the surface material 11.
- a board made of wood a board made of plywood can be mentioned, and as a board made of metal, for example, a galvanized steel sheet etc. can be mentioned, but it is particularly limited to these. I will not.
- films or foils such as paper, resin, or a metal
- films or foils such as paper, resin, or a metal
- a film made of paper, kraft paper, calcium carbonate paper and the like can be mentioned
- the metal foil an aluminum foil can be mentioned, but it is not particularly limited thereto.
- the specific configuration of the foamed heat insulating material 13 is not particularly limited, and those known in the field of the heat insulating panel 10 can be suitably used.
- rigid urethane foam PEF
- polyethylene foam PEF
- bead method polystyrene foam EPS
- extruded polystyrene foam XPS
- phenol foam PF
- hard urethane foam is preferably used for the reason described later.
- each of surface material 11, back material 12, and foaming heat insulating material 13 is preferably 1 mm or more. This is because the foam insulation 13 covers at least a part of the outer surface of the vacuum insulation 20.
- the specific structure of the foaming heat insulating material 13 is mentioned later.
- the vacuum heat insulating material 20 included in the heat insulating panel 10 includes a core material 21, an outer covering material (outer wrapping material) 22, and a gas adsorbent 23, and the core material 21 is provided inside the outer covering material 22 having gas barrier properties. Is sealed in a vacuum-sealed state (substantially vacuum state). In addition, a gas adsorbent 23 is enclosed inside the outer covering material 22 together with the core material 21.
- the outer covering material 22 constituting one surface of the vacuum heat insulating material 20, that is, the first surface 20a includes a clay mineral gas barrier layer 222 containing at least a layered clay mineral as a filler. It is a material 22A.
- the outer covering material 22 constituting the other surface of the vacuum heat insulating material 20, that is, the second surface 20b is an outer covering material 22B including at least a metal gas barrier layer 224 made of metal.
- the foam heat insulating material 13 covers the first surface 20 a of the vacuum heat insulating material 20, that is, the surface on the side of the covering material 22 ⁇ / b> A.
- the covering material 22A is located on the surface material 11 side, the surface on the covering material 22A side (upper side in the figure) in the vacuum heat insulating material 20 is referred to as the "surface” (or first surface).
- the covering material 22B is positioned to be in contact with the back surface 12 side, the surface on the covering material 22B side (lower side in the figure) of the vacuum heat insulating material 20 is referred to as the "back surface” (or second surface).
- the core material 21 is not limited to a specific one as long as it has heat insulation. Specifically, known materials such as fiber materials and foam materials can be mentioned.
- inorganic fibers are used as the core material 21.
- the inorganic fiber may be a fiber made of an inorganic material, and specific examples thereof include glass fiber, ceramic fiber, slag wool fiber, rock wool fiber and the like. Since the core material 21 may be formed into a plate shape and used, in addition to these inorganic fibers, it may contain a known binder material, powder and the like. These materials contribute to the improvement of physical properties such as strength, uniformity and rigidity of the core material 21.
- thermosetting foam As a material which can be used as the core material 21 other than the inorganic fiber, a thermosetting foam can be mentioned.
- the thermosetting foam may be formed by foaming a thermosetting resin or a resin composition containing the thermosetting resin (thermosetting resin composition) by a known method.
- thermosetting resin although an epoxy resin, a phenol resin, unsaturated polyester resin, a urea resin, a melamine resin, a polyimide, a polyurethane etc. can be mentioned specifically, for example, It is not limited to these in particular.
- the foaming method is not particularly limited, and the foaming may be performed under known conditions using a known foaming agent.
- materials usable as the core material 21 may include known organic fibers (fibers made of organic materials), but the specific types thereof are particularly It is not limited.
- the covering material 22 is a bag-like member having gas barrier properties, and in the present embodiment, for example, the laminating sheet to be the covering material 22A and the laminating sheet to be the covering material 22B are opposed to each other.
- the surrounding sealed portion is configured as a sealing portion 24 in which the core sheets 21 do not exist inside and the laminated sheets are in contact with each other.
- the sealing portion 24 has a fin shape extending from the main body of the vacuum heat insulating material 20 toward the outer periphery.
- the gas barrier property in the present disclosure may be approximately one having a gas permeability of 10 4 [cm 3 / m 2 ⁇ day ⁇ atm] or less, desirably 10 3 [cm 3 / m 2 ⁇ day]. It is sufficient if it is not more than atm], more preferably not more than 10 2 [cm 3 / m 2 ⁇ day ⁇ atm].
- the specific configuration of the covering material 22 is not particularly limited, it has a gas barrier layer exhibiting the above-mentioned gas barrier properties.
- the gas barrier layer of the jacket material 22A contains at least a layered clay mineral as a filler.
- the outer covering material 22A on the surface side has a three-layer structure of the outer surface protective layer 221, the clay mineral gas barrier layer 222, and the heat sealing layer 223.
- the outer cover 22 B on the back side has a three-layer structure of an outer surface protective layer 221, a metal gas barrier layer 224, and a heat sealing layer 223.
- the specific configuration of the jacket material 22 is not limited to these three-layer structure. Further, details of the covering material 22A and the covering material 22B will be described later.
- the gas adsorbent 23 is enclosed in the inside of the outer covering 22 together with the core 21.
- the gas adsorbing material 23 adsorbs and removes the gas component remaining in the inside of the jacket material 22, that is, the inside of the vacuum heat insulating structure, and the gas component permeating and entering from the outside with time.
- the gas adsorbent 23 has at least water adsorptivity.
- the adsorptivity of the gas adsorbent 23 includes not only the gas adsorptivity but also the water adsorptivity.
- the water adsorptivity of the gas adsorbent 23 is basically a property of adsorbing water vapor, and can be regarded as part of the gas adsorptivity.
- the specific type of the gas adsorbent 23 is not particularly limited, and known materials such as silica gel, activated alumina, activated carbon, metal-based adsorbent and zeolite can be suitably used. Among these materials, only one type may be used as the gas adsorbent 23, or two or more types may be appropriately combined and used as the gas adsorbent 23.
- the gas adsorbent 23 is preferably ZSM-5 type zeolite, more preferably metal ion-exchanged ZSM-5 type zeolite, more preferably copper ion-exchanged ZSM-5 type zeolite (copper ion-exchanged ZSM Particular preference is given to -5 zeolites.
- Copper ion-exchanged ZSM-5 type zeolite has good gas adsorptivity and water adsorptivity as described later. Further, the use form of the gas adsorbent 23 is not particularly limited, and examples thereof include powder, a powder package, and a powder compact. If the gas adsorbent 23 is a copper ion-exchanged ZSM-5 type zeolite, a molded body obtained by forming the powder into a predetermined shape can be mentioned.
- the specific configuration of the powder is not particularly limited, and if it has a general particle size, for example, in the range of several ⁇ m to several tens of ⁇ m Good.
- the copper ion-exchanged ZSM-5 type zeolite may be one in which powder is enclosed in a bag.
- the specific configuration of the bag used at this time is not particularly limited, and a known one can be suitably used when using a powdery gas adsorbent.
- the copper ion-exchanged ZSM-5 type zeolite may be a compact obtained by compacting the powder into a predetermined shape, but the shape and molding method of the compact are not particularly limited, and a known method is suitable. It can be used for
- the molded body may contain a known binder component in addition to the copper ion-exchanged ZSM-5 type zeolite.
- the specific manufacturing method of the vacuum heat insulating material 20 is not specifically limited, A well-known manufacturing method can be used suitably. Specifically, for example, as described above, after the outer covering material 22 is formed into a bag shape, the core material 21 and the gas adsorbent 23 etc. are inserted into the inside, and under a reduced pressure environment (substantially vacuum state) And the manufacturing method which carries out airtight sealing of the bag-like outer covering material 22 can be mentioned.
- the method of forming the covering material 22 into a bag shape prepares two laminated films to be the covering material 22 (laminated film to be the covering material 22A and a laminated film to be the covering material 22B) In the state where the respective heat seal layers 223 are arranged opposite to each other, a method of heat welding most of the peripheral portion can be mentioned, but it is not particularly limited thereto.
- the heat insulation panel 10 may be provided with members other than the surface material 11, the back surface material 12, the foamed heat insulating material 13, and the vacuum heat insulating material 20.
- the specific manufacturing method of the heat insulation panel 10 is not specifically limited.
- the vacuum heat insulating material 20 is disposed between the surface material 11 and the back surface material 12 using a known jig or the like, and the layer of the foam heat insulating material 13 is formed between the surface material 11 and the back surface material 12 A space may be formed, and the space may be filled with the foamed heat insulating material 13.
- FIGS. 2A to 2C are schematic partial cross-sectional views showing an example of the configuration of an outer covering material provided in the heat insulating structure shown in FIG. 1, respectively.
- examples of the sheath material 22 include sheath materials 22A to 22C each formed of a laminated sheet having a multilayer structure.
- the jacket material 22A includes the clay mineral gas barrier layer 222 as described above, and forms the surface (first surface) of the vacuum heat insulating material 20.
- the cover material 22B includes the metal gas barrier layer 224, and forms the back surface (second surface) of the vacuum heat insulating material 20.
- Each of the clay mineral gas barrier layer 222 and the metal gas barrier layer 224 includes the heat fusion layer 223. This is because, as described above, the covering material 22 shown in FIG. 1 is formed in a bag shape in which the peripheries of the two laminated sheets are sealed.
- the sheath material 22A shown in FIG. 2A is a laminated sheet of a three-layer structure provided with an outer surface protective layer 221, a clay mineral gas barrier layer 222, and a heat fusion layer 223.
- the clay mineral gas barrier layer 222 is sandwiched between the outer surface protective layer 221 and the heat bonding layer 223.
- the outer surface protective layer 221 is an outer surface of the vacuum heat insulating material 20
- the heat sealing layer 223 is an inner surface of the vacuum heat insulating material 20.
- the covering material 22B shown in FIG. 2B is a laminated sheet of a three-layer structure provided with the outer surface protective layer 221, the metal gas barrier layer 224, and the heat sealing layer 223.
- the metal gas barrier layer 224 is sandwiched between the outer surface protective layer 221 and the thermal adhesive layer 223.
- the outer surface protective layer 221 is the outer surface of the vacuum heat insulating material 20
- the heat sealing layer 223 is the inner surface of the vacuum heat insulating material 20, as in the jacket material 22A.
- the outer covering material 22 included in the vacuum heat insulating material 20 includes the outer covering material layer 221 and the heat sealing layer 223 as the outer covering material 22A shown in FIG. 2A and the outer covering material 22B shown in FIG. 2B. It is not limited to the lamination sheet of the composition provided with one or more gas barrier layers in between. For example, as long as the periphery of two laminated sheets is sealed and configured in a bag shape, it is sufficient that the heat sealing layer 223 is provided and the structure has gas barrier properties.
- the jacket 22C shown in FIG. 2C is a modification of the jacket 22A shown in FIG. 2A.
- the outer covering material 22C is a laminated sheet of a four-layer structure provided with an outer surface protective layer 221, a vapor deposition gas barrier layer 225, a clay mineral gas barrier layer 222, and a heat fusion layer 223.
- the two gas barrier layers of the vapor deposition gas barrier layer 225 and the clay mineral gas barrier layer 222 are sandwiched between the outer surface protective layer 221 and the heat sealing layer 223. Therefore, the cover material 22C is laminated in the order of the outer surface protection layer 221, the vapor deposition gas barrier layer 225, the clay mineral gas barrier layer 222, and the heat fusion layer 223 from the outside to the inside.
- three or more gas barrier layers may be sandwiched between the outer surface protective layer 221 and the heat sealing layer 223.
- it may be a laminated sheet of a two-layer structure of an outer surface protection / gas barrier layer in which the outer surface protective layer 221 and the gas barrier layer are integrated, and the heat sealing layer 223.
- the single-layer gas barrier layer may be configured as the covering material 22 by serving as the outer surface protective layer 221 and the heat sealing layer 223.
- the outer surface protective layer 221 is a layer for protecting the outer surface (surface) of the vacuum heat insulating material 20.
- the specific material is not particularly limited, but typically, various resins having a certain degree of durability may be used.
- Specific examples of the resin include polyethylene terephthalate (PET), nylon (polyamide, PA), polycarbonate (PC), polyimide (PI), polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS) and polysulfone (PSF).
- PET polyethylene terephthalate
- nylon polyamide, PA
- PC polycarbonate
- PI polyimide
- PEEK polyetheretherketone
- PPS polyphenylene sulfide
- PSF polysulfone
- U-PE ultra high molecular weight polyethylene
- the polymer alloy may contain a resin other than a resin suitable as the outer surface protective layer 221.
- the outer surface protective layer 221 may contain components (various additives and the like) other than the above-described resin. That is, although the outer surface protection layer 221 may be comprised only with the resin mentioned above, it may be comprised with the resin composition containing another component.
- the outer surface protective layer 221 is configured as a single layer (single layer) resin film, but a plurality of resin films are laminated. And may be configured.
- the thickness of the outer surface protective layer 221 is not particularly limited as long as it has a thickness that can protect the outer surface of the outer covering material 22 (as well as the vacuum heat insulating material 20).
- the clay mineral gas barrier layer 222, the metal gas barrier layer 224, and the vapor deposition gas barrier layer 225 are layers for preventing permeation of external air into the inside of the vacuum heat insulating material 20.
- the clay mineral gas barrier layer 222 contains at least a layered clay mineral as a filler, and exhibits gas barrier properties by this layered clay mineral.
- the clay mineral gas barrier layer 222 may contain a filler other than the layered clay mineral.
- layered clay minerals include, for example, lizardite, amesite, kaolinite, dickite, halloysite, talc, pyrophyllite, etc. 1: 1 layer type; saponite, hectorite, montmorillonite, beidellite, trioctahedral vermiculite 2 layers of 2 octahedra vermiculite, phlogopite, biotite, lepidolite, illite, muscovite, paragonite, clarytonite, margarite, clinochlore, chamosite, nimite, donbasite, coucueite (Kukite) and sudoite Types; Misfits such as antigorite, green light and karyopirite; and the like can be mentioned, but there is no particular limitation (Clintite can be classified into misfits as well as 2: 1 layer type). These layered clay minerals may be used alone or in combination of two or more
- layered clay minerals are not necessarily limited to naturally occurring minerals, but may be synthetic hectorite and synthetic or modified artificial minerals such as modified bentonite. Therefore, in the present disclosure, the filler contained in the clay mineral gas barrier layer 222 may be a layered silicate, whether natural or artificial.
- the layered clay mineral is contained in the resin or resin composition of the clay mineral gas barrier layer 222, the layered clay mineral is oriented along the spreading direction (usually the horizontal direction) of the layer. As a result, even if gas is allowed to permeate through the clay mineral gas barrier layer 222, permeation of gas is hindered by the layered clay mineral oriented in the spreading direction of the layer. As a result, the clay mineral gas barrier layer 222 can realize good gas barrier properties.
- the specific configuration of the layered clay mineral for example, the particle diameter of the layered clay mineral, and the layered clay mineral aspect ratio, etc. are not particularly limited, depending on various conditions such as the thickness of the clay mineral gas barrier layer 222 And can be set as appropriate.
- the aspect ratio of the layered clay mineral can be in the range of 10 to 3,000, and the preferable aspect ratio can be in the range of 20 to 2,000.
- the metal gas barrier layer 224 may be a gas barrier layer composed of at least a metal.
- a metal foil such as an aluminum foil, a copper foil and a stainless steel foil; Film; etc.
- This metal vapor deposition film may have a vapor deposition layer formed by vapor-depositing a metal on a resin film to be a base film, or a film obtained by further subjecting the surface of this metal vapor deposition film to a known coating treatment (Coated metal vapor deposition film) may be used.
- a metal to vapor-deposit although aluminum, copper, and these alloys etc. can be mentioned, it is not specifically limited.
- the vapor deposition gas barrier layer 225 may be a gas barrier layer in which a metal or an inorganic compound is vapor deposited on a base film.
- the specific configuration of the vapor deposition gas barrier layer 225 is not particularly limited, and basically, similarly to the metal vapor deposition film which is an example of the metal gas barrier layer 224, a vapor deposition layer in which a metal or an inorganic compound is vapor deposited on a base film It should be formed. Similar to the metal gas barrier layer 224, examples of the metal to be deposited include aluminum, copper, and alloys thereof, and examples of the inorganic compound include oxides such as alumina and silica, but are not particularly limited. I will not.
- a well-known resin can be used as a base material of the clay mineral gas barrier layer 222, the metal gas barrier layer 224, the vapor deposition gas barrier layer 225, and the other gas barrier layer.
- Specific examples of the resin include polyethylene terephthalate (PET) and ethylene-vinyl alcohol copolymer (EVOH), but not limited thereto.
- PET polyethylene terephthalate
- EVOH ethylene-vinyl alcohol copolymer
- the resin composition containing components other than resin may be used as a base material.
- the gas barrier layer is a vapor deposition film
- metal or the like may be vapor deposited on the surface of a resin (resin composition) film which is a substrate.
- the filler may be dispersed in a resin or resin composition which is a base material, and may be formed into a film by a known method.
- the heat sealing layer 223 may be a layer (adhesion layer) for causing the laminated sheets to face each other and bonding them together, but may also function as a layer (inner surface protection layer) for protecting the inner surface of the vacuum heat insulating material 20 preferable.
- the material used as the heat fusion layer 223 is not particularly limited as long as it is a material having heat fusion property that can be melted and adhered by heating, but typically, various thermoplastic resins (heat fusion Any resin may be used.
- resins include, for example, high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), linear low density polyethylene (LLDPE), ultra high molecular weight polyethylene (U-PE, UHPE or UHMWPE), polypropylene (PP) And ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) and nylon (polyamide, PE) etc., but it is not limited thereto.
- thermoplastic resins having a melting point of 250 ° C. or less polyethylenes, polypropylene, EVA and the like are more preferable.
- the polymer alloy may contain a resin other than the resin suitable as the heat fusion layer 223.
- the heat sealing layer 223 may contain components (various additives and the like) other than the above-described resin. That is, although the heat sealing
- the heat sealing layer 223 may contain a filler.
- this filler may be a layered clay mineral, or any other known filler.
- the heat fusion layer 223 can also function as a gas barrier layer.
- various functions can be provided to the heat-sealing layer 223 by containing other known fillers.
- the outer surface protective layer 221 may contain a filler.
- the thickness of each layer constituting the covering material 22 is not particularly limited.
- the thickness may be set so long as the gas barrier property can be exhibited according to the material and the like. If the clay mineral gas barrier layer 222 is configured to contain a layered clay mineral as a filler, the thickness may be set in consideration of various conditions such as the particle size, aspect ratio, and addition amount of the layered clay mineral.
- the outer surface protective layer 221 may have a thickness that can protect the outer surface of the outer covering material 22, that is, the outer surface of the vacuum heat insulating material 20, although it depends on the material thereof.
- the heat fusion layer 223 may have a thickness capable of exhibiting sufficient adhesiveness when the outer covering materials 22 are bonded to each other, and preferably, the heat sealing layer 223 is desirably used as the inner surface protecting layer. It should just have thickness in the range which can protect an inner surface.
- the vacuum heat insulating material 20 is configured by sealing the gas adsorbent 23 together with the core 21 inside the outer covering material 22.
- the gas adsorbent 23 as described above, copper ion-exchanged ZSM-5 type zeolite is suitably used.
- Copper ion-exchanged ZSM-5 type zeolite has excellent adsorption ability to air components, nitrogen and oxygen, and moisture. Therefore, if the gas adsorbent is a copper ion-exchanged ZSM-5 type zeolite, air components which can not be exhausted by the vacuum pump at the time of manufacturing the vacuum heat insulating material 20, temporally in the vacuum heat insulating material 20 It is possible to satisfactorily adsorb and remove a small amount of gas generated and air components and moisture etc. which permeate and enter the inside of the vacuum heat insulating material 20 from the outside to the inside with time. As a result, the vacuum heat insulating material 20 can realize excellent heat insulating performance for a long time.
- the gas barrier property of the clay mineral gas barrier layer 222 is that the layered clay mineral is oriented along the spreading direction of the layer, so that in the thickness direction of the layer, a large number of layered clay minerals overlap to form a gas (gas) Extend and complicate the transmission path of That is, in the clay mineral gas barrier layer 222, the permeation path of gas becomes like a labyrinth (maze effect) by the layered clay mineral in the thickness direction, thereby exhibiting gas barrier properties.
- the clay mineral gas barrier layer 222 when the layered clay minerals overlapping in the thickness direction absorb moisture, the water vapor easily permeates and easily infiltrates into the inside of the vacuum heat insulating material 20, and other gases also permeate and infiltrate. It will be easier. As a result, the gas barrier properties of the clay mineral gas barrier layer 222 are reduced.
- a gas adsorbent 23 having moisture adsorption property is enclosed inside the vacuum heat insulating material 20 like copper ion-exchanged ZSM-5 type zeolite. Therefore, the water vapor remaining or transmitted to the clay mineral gas barrier layer 222 can be adsorbed (moisture absorbed). As a result, the substantially vacuum state inside the vacuum heat insulating material 20 can be favorably maintained, and the gas barrier property of the clay mineral gas barrier layer 222 can be prevented from being lowered.
- the foam insulation 13 covers at least a portion of the outer surface of the vacuum insulation 20. Because layered clay minerals are hydrophilic, layered clay minerals contain water when the humid environment continues over a long period of time. When the layered clay mineral contains water, the gas barrier property of the clay mineral gas barrier layer 222, that is, the gas barrier property of the outer covering material 22A on the surface side of the outer covering material 22 of the vacuum heat insulating material 20 is reduced.
- the outer covering material 22A including the surface, ie, the clay mineral gas barrier layer 222, of both surfaces of the vacuum heat insulating material 20 is covered with the foam heat insulating material 13.
- the foamed heat insulating material 13 has low hygroscopicity as compared with a fiber-based heat insulating material, and the decrease in heat insulation performance due to moisture absorption is small.
- the foaming heat insulating material 13 has a relatively small foaming ratio, the hygroscopicity can be reduced, and good water resistance can be realized.
- the clay mineral gas barrier layer 222 effectively absorbs the moisture and the gas barrier property is lowered. be able to.
- the back surface of the vacuum heat insulating material 20, that is, the covering material 22B has the metal gas barrier layer 224, and the gas barrier property does not deteriorate even when exposed to a humid environment. Therefore, it is not necessary to coat the back surface of the vacuum heat insulating material 20 with the foam heat insulating material 13, and an increase in the thickness of the heat insulating panel 10 can be suppressed. Moreover, as described above, the gas adsorbent 23 adsorbs moisture inside the jacket material 22, that is, inside the vacuum heat insulating material 20.
- the clay mineral gas barrier layer is formed by the synergetic effect of the action of the foam insulation 13 on the outside and the action of the gas adsorbent 23 on the inside (inside the vacuum heat insulation 20). It is possible to effectively suppress the decrease in the heat insulation resistance of the vacuum heat insulating material 20 due to the decrease in the gas barrier property 222.
- the foam heat insulating material 13 As the foam heat insulating material 13, as described above, hard urethane foam is preferably used.
- the rigid urethane foam may be one obtained by mixing a polyol component and an isocyanate component, and foaming the mixture while causing a condensation polymerization reaction.
- the hydroxyl group (-OH) of the polyol component and the isocyanate group of the isocyanate component form a urethane bond (-NH-CO-O-) (urethane reaction).
- a rigid urethane foam is obtained by foaming with a known foaming agent.
- polystyrene foam As a polyol component for forming a rigid urethane foam, it is possible to select and use a known polyol compound in accordance with the various conditions required for the foamed heat insulating material 13. Typically, polyether polyols, polyester polyols, polyhydric alcohols, and hydroxyl group-containing diene polymers can be mentioned.
- polyether polyols include polyhydric alcohols, saccharides, alkanolamines, polyamines and polyhydric phenols and other compounds obtained by adding a cyclic ether or alkylene oxide to an initiator or the like.
- polyhydric alcohols ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, glycerin, trimethylolpropane, pentaerythritol and the like can be used.
- sugars sucrose, dextrose and sorbitol can be used, and as alkanolamines, diethanolamine and triethanolamine can be used.
- polyester-based polyols include polyols of polyhydric alcohol-polyvalent carboxylic acid condensation system, polyols of cyclic ester ring-opening polymerization system, and aromatic polyester polyol. These compounds may be used alone or in combination of two or more.
- an isocyanate component for forming a rigid urethane foam according to the various conditions requested
- aromatic, aliphatic cyclic and aliphatic polyisocyanates having two or more isocyanate groups, and modified polyisocyanates obtained by modifying them, and the like can be mentioned.
- isocyanate compounds such as tolylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, polymethylene polyphenyl isocyanate, xylylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, dimethylphenylene diisocyanate, dibenzyl diisocyanate, anthracene diisocyanate, and dimethyldiphenyl diisocyanate.
- prepolymer type modified products, isocyanurate modified products and urea modified products; and the like can be mentioned, but are not particularly limited.
- the position of the substituent in these compounds is not particularly limited. These compounds and modified products may be used alone, or two or more types may be appropriately combined and used.
- a known catalyst can be used for the condensation polymerization reaction of the polyol component and the isocyanate component.
- amine catalysts such as dimethylethanolamine, triethylenediamine, dimethylcyclohexylamine, 1,2-dimethylimidazole, pentamethyldiethylenetriamine, and bis (2-dimethylaminoethyl) ether; lead octylate, dibutyl Metal compound catalysts such as tin dilaurate; isocyanurate catalysts such as tris (dimethylaminopropyl) hexahydro-S-triazine, potassium acetate, and potassium octylate; and the like can be mentioned, though not particularly limited. Only one type of these catalysts may be used, or two or more types may be used in combination.
- the foaming agent may be any substance that can be vaporized by the heat of reaction generated by the chemical reaction of the polyisocyanate component and the polyol component and can be foamed.
- lower hydrocarbons having 6 or less carbon atoms, hydrofluorocarbons (HFCs) and the like can be mentioned.
- pentanes such as n-pentane, i-pentane (2-methylbutane) and c-pentane (cyclopentane) are preferably used, but not particularly limited.
- the rigid urethane foam is formed by the urethane reaction of the hydroxyl group of the polyol component and the isocyanate group of the isocyanate component.
- two molecules of the isocyanate component (OCN-R-NCO: R is any organic group) react with two molecules of water (H 2 O) Together with the formation of a urea bond (—R—NHCONH—R—NHCONH—) and the generation of two molecules of carbon dioxide (CO 2 ) (urea formation reaction).
- the unreacted isocyanate group may remain.
- the foamed heat insulating material 13 is formed of a hard urethane foam, even if moisture such as water vapor intrudes into the foamed heat insulating material 13, the moisture reacts with the remaining isocyanate group to be chemically trapped. As a result, the possibility of the water reaching the covering material 22A of the vacuum heat insulating material 20 covered with the foam heat insulating material 13 can be reduced. For this reason, moisture absorption of the clay mineral gas barrier layer 222 with which the covering material 22A is provided can be effectively suppressed. As a result, the gas barrier property of the covering material 22A is also prevented from being reduced, and the heat insulating performance of the vacuum heat insulating material 20 and the heat insulating panel 10 including the same can be maintained well.
- the rigid urethane foam may be any one obtained by mixing and reacting a polyol component and an isocyanate component, and the mixing reaction ratio of the polyol component and the isocyanate component is not particularly limited.
- the equivalent ratio of the isocyanate group (-NCO) of the isocyanate component to the hydroxyl group (-OH) of the polyol component and the isocyanate component is within the range of 0.70 or more and 1.10 or less What was mixed and reacted so that it may become can be mentioned.
- they may be mixed and reacted such that the equivalent ratio of isocyanate group to hydroxyl group is in the range of 0.65 or more and 1.10 or less.
- the mixing ratio of the polyol component and the isocyanate component is set within the range of the equivalent ratio of the isocyanate group to the hydroxyl group as described above, the obtained rigid urethane foam is sufficient within the range that does not interfere with the heat insulation performance. Amount of isocyanate groups can be left. As a result, since the action of trapping moisture by the isocyanate group can be favorably realized, it is possible to effectively suppress the deterioration of the gas barrier properties of the covering material 22A.
- the thickness of the foamed heat insulating material 13 may be 1 mm or more as described above regardless of the type. If the thickness is at least 1 mm or more, it is possible to effectively suppress the water such as water vapor from reaching the coated vacuum heat insulating material 20 (the outer covering material 22A) even in a humid environment.
- the foamed heat insulating material 13 is a hard urethane foam, the preferable thickness may be 2 mm or more, and more preferably 3 mm or more.
- the rigid urethane foam is formed by mixing and reacting two components of a polyol component and an isocyanate component. Moreover, at the time of manufacture of the heat insulation panel 10, the space used as the layer of the foaming heat insulating material 13 spreads and reacts the mixture of these two components. Therefore, although depending on the specific configuration of the heat insulating panel 10, if the thickness of the foamed heat insulating material 13 is 2 mm or more or 3 mm or more, even if the layer shape of the foamed heat insulating material 13 is complicated, these two components Can be well distributed and reacted across the board.
- a copper ion-exchanged ZSM-5 type zeolite is particularly preferably used as the gas adsorbent 23 sealed inside the vacuum heat insulating material 20.
- the copper ion-exchanged ZSM-5 type zeolite has excellent adsorption ability to nitrogen, oxygen and moisture as described above, but also has excellent adsorption ability to carbon dioxide. In particular, at low partial pressures, copper ion-exchanged ZSM-5 type zeolite exhibits better carbon dioxide adsorption capacity.
- copper ion-exchanged ZSM-5 type zeolite is more suitable for carbon dioxide as compared to ZSM-5 type zeolite which is not copper ion exchanged. It exhibits an adsorption capacity of about 5 times and about 10 times for nitrogen and air.
- the foamed heat insulating material 13 is a hard urethane foam
- the gas adsorbent 23 provided in the vacuum heat insulating material 20 contains a copper ion-exchanged ZSM-5 type zeolite.
- the heat insulating panel 10 which is the heat insulating structure according to the present disclosure has the outer covering material 22A having the clay mineral gas barrier layer 222 on the first surface 20a (surface) of the vacuum heat insulating material 20 constituting the heat insulating panel 10. Is provided.
- the foamed heat insulating material 13 is provided so as to cover the first surface 20 a of the outer covering material 22A. Further, inside the vacuum heat insulating material 20, a gas adsorbing material 23 having moisture adsorption property is enclosed.
- the foamed heat insulating material 13 has small hygroscopicity and exhibits good water resistance, so that it is possible to suppress the entry of moisture from the outside of the outer covering material 22A, and the gas adsorbent 23 not only has gas adsorptivity but also adsorbs water. It also has sex. Therefore, it is possible to permeate the envelope material whose gas barrier properties have been reduced by the moisture absorption of the layered clay mineral, and to adsorb the moisture that has entered inside. Thereby, even if the heat insulation panel 10 is used in a humid environment, it is possible to effectively suppress the deterioration of the gas barrier property due to the moisture absorption of the layered clay mineral. As a result, it is possible to realize the heat insulation panel 10 capable of maintaining good heat insulation performance not only in a standard humidity environment but also in a high humidity environment.
- Such an insulation panel 10 can be suitably used for various insulation applications.
- a household electrical appliance can be mentioned as an example of a typical insulation use. Although the specific kind of household appliances is not specifically limited, For example, any of a refrigerator, a water heater, a rice cooker, and a jar pot can be mentioned.
- a residential wall can be mentioned as an example of the other heat insulation use.
- Transportation equipment can be mentioned as an example of other insulation applications.
- the specific type of transport equipment is not particularly limited, for example, ships such as tankers, automobiles, and aircraft can be mentioned.
- the heat insulating panel 10 can be used well not only in a standard humidity environment but also in a humid environment such as a hot summer area. For this reason, it can be used suitably for the residential wall assumed to use in a humid environment, household appliances, and transport equipment.
- the present disclosure can not only be suitably used in the field of heat insulating structures provided with a vacuum heat insulating material, but can also be suitably used widely in the fields of home appliances, housing walls, transport equipment and the like using this heat insulating structure. Yes, it is useful.
- Heat insulation panel heat insulation structure
- surface material 12 back surface material 13 foam insulation material
- vacuum insulation material 20a first surface (one surface)
- Second side other side
- Core material 22A, 22B, 22C
- Outer covering material outer packaging material
- Gas Adsorbent 24 Sealed Part 221 Outer Surface Protective Layer 222 Clay Mineral Gas Barrier Layer 223 Heat Fusion Layer 224 Metal Gas Barrier Layer 225 Vapor Deposited Gas Barrier Layer
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Abstract
断熱構造体としての断熱パネル(10)は、真空断熱材(20)および発泡断熱材(13)を備えている。真空断熱材(20)は、ガスバリア性を有する外被材(22)と、外被材(22)の内部に封入される芯材(21)と、芯材(21)とともに外被材(22)の内部に封入される気体吸着材(23)と、を有している。外被材(22)の内部は減圧状態である。真空断熱材(20)の第一面(20a)を構成する外被材(22A)は、フィラーとして、少なくとも層状粘土鉱物を含有するガスバリア層(222)を含む。真空断熱材(20)の第二面(20b)を構成する外被材(22B)は、少なくとも金属で構成されるガスバリア層(224)を含む。気体吸着材(23)は水分吸着性を有する。発泡断熱材(13)は、真空断熱材(20)の第一面(20a)を少なくとも被覆する。
Description
本開示は、真空断熱材を備えた断熱構造体、ならびに、断熱構造体を用いた家電製品、住宅壁および輸送機器等に関する。
真空断熱材は、芯材(コア材)を、外被材の内部に減圧密閉状態(略真空状態)で封入した構成を有している。外被材は、内部の略真空状態を維持するために、ガスバリア性を有している。従来、ガスバリア性を向上させる手法の一つとして、外被材が有するガスバリア層に対して、層状粘土鉱物を配合することが提案されている。
例えば、特許文献1には、真空断熱材の外被材が、溶着層およびガスバリア層を有し、このガスバリア層が、層状粘土質材(層状粘土鉱物)と高分子材とを含有する構成が開示されている。このように、外被材が層状粘土鉱物を含有するガスバリア層を有していれば、真空断熱材の外面から内部に向かっての、気体の透過浸入を有効に抑制することが可能である。
ただし、一般的な層状粘土鉱物は親水性であるため、層状粘土鉱物を含有するガスバリア層は、湿度の高い環境下ではガスバリア性が低下する。そこで、特許文献1では、高温・高湿度条件でも、長期間に亘ってガスバリア性を実現するために、層状粘土質材(層状粘土鉱物)および高分子材として、いずれも疎水性のものを用いている。このような疎水性の層状粘土質材は一般的ではない。例えば、特許文献1の実施例では、モンモリロナイト等に含まれる無機カチオンを、有機カチオンにイオン交換することで、層状粘土質材に疎水性を付与している。
本開示は、多湿環境下であっても、良好に使用することの可能な真空断熱材を備えた断熱構造体を提供するものである。
本開示に係る断熱構造体は、真空断熱材および発泡断熱材を備えたパネル状の断熱構造体である。真空断熱材は、ガスバリア性を有する外被材と、外被材の内部に封入される芯材と、芯材とともに前記外被材の内部に封入される気体吸着材と、を有している。外被材の内部は減圧状態である。外被材のうち、真空断熱材の一方の面である第一面を構成する外被材は、フィラーとして少なくとも層状粘土鉱物を含有するガスバリア層を含む。外被材のうち、真空断熱材の他方の面である第二面を構成する外被材は、少なくとも金属で構成されたガスバリア層を含む。気体吸着材は、少なくとも水分吸着性を有する。発泡断熱材は、真空断熱材の少なくとも第一面を被覆する。
このような構成によれば、断熱構造体を構成する真空断熱材の第一面には、層状粘土鉱物を含有するガスバリア層を有する外被材が設けられている。発泡断熱材は、この外被材の第一面を被覆するように設けられている。また、真空断熱材の内部には、水分吸着性を有する気体吸着材が封入されている。発泡断熱材は、吸湿性が小さく、良好な耐水性を示すので、外被材の外部からの水分の浸入を抑制することができる。気体吸着材は水分吸着性を有する。それゆえ、層状粘土鉱物の吸湿により、ガスバリア性が低下した外被材を透過して、内部に浸入した水分を吸着することができる。これにより、断熱構造体が、多湿環境で用いられても、層状粘土鉱物の吸湿によるガスバリア性の低下を有効に抑制することができる。その結果、標準的な湿度環境だけでなく、多湿環境下であっても良好な断熱性能を維持することのできる断熱構造体を実現することが可能となる。
また、本開示には、上述した断熱構造体に加えて、本開示の構成の断熱構造体を備えた、家電製品、住宅壁、および輸送機器等も含まれる。
本開示によれば、多湿環境下でも良好に使用することの可能な真空断熱材を備えた断熱構造体を提供することができる。
(本開示の基礎となった知見)
近年、一年中、高温多湿の蒸暑地域でも、省エネルギー化の進展が想定されるため、真空断熱材の需要が見込まれる。また、温暖化の進行によって、地域によっては湿度が上昇する可能性がある。
近年、一年中、高温多湿の蒸暑地域でも、省エネルギー化の進展が想定されるため、真空断熱材の需要が見込まれる。また、温暖化の進行によって、地域によっては湿度が上昇する可能性がある。
ここで、真空断熱材の外被材のガスバリア性が、層状粘土物質に由来するものであるとする。そうすると、このような真空断熱材を多湿環境で用いると、上述の通り、層状粘土鉱物の含水によりガスバリア性が低下して、真空断熱材の断熱効果が低下する。
そこで、蒸暑地域のような多湿環境に対応するため、特許文献1のように、ガスバリア性の低下を抑制するために、疎水性の層状粘土鉱物を用いることが考えられる。しかしながら、このような疎水性の層状粘土鉱物は、一般的な層状粘土鉱物に対して特別な加工が必要になるため、真空断熱材が高コスト化する。
本開示はこのような課題に鑑みてなされたものである。
(本開示の態様の一例)
本開示に係る断熱構造体は、真空断熱材および発泡断熱材を備えるパネル状である。真空断熱材は、ガスバリア性を有する外被材と、外被材の内部に封入される芯材と、芯材とともに外被材の内部に封入される気体吸着材と、を有している。外被材の内部は減圧状態である。外被材のうち、真空断熱材の一方の面である第一面を構成する外被材は、フィラーとして少なくとも層状粘土鉱物を含有するガスバリア層を含む。外被材のうち、真空断熱材の他方の面である第二面を構成する外被材は、少なくとも金属で構成されたガスバリア層を含む。気体吸着材は、少なくとも水分吸着性を有する。発泡断熱材は、少なくとも真空断熱材の第一面を被覆する構成である。
本開示に係る断熱構造体は、真空断熱材および発泡断熱材を備えるパネル状である。真空断熱材は、ガスバリア性を有する外被材と、外被材の内部に封入される芯材と、芯材とともに外被材の内部に封入される気体吸着材と、を有している。外被材の内部は減圧状態である。外被材のうち、真空断熱材の一方の面である第一面を構成する外被材は、フィラーとして少なくとも層状粘土鉱物を含有するガスバリア層を含む。外被材のうち、真空断熱材の他方の面である第二面を構成する外被材は、少なくとも金属で構成されたガスバリア層を含む。気体吸着材は、少なくとも水分吸着性を有する。発泡断熱材は、少なくとも真空断熱材の第一面を被覆する構成である。
このような構成によれば、断熱構造体を構成する真空断熱材の第一面には、層状粘土鉱物を含有するガスバリア層を有する外被材が設けられており、発泡断熱材は、この外被材の第一面を被覆するように設けられている。また、真空断熱材の内部には、水分吸着性を有する気体吸着材が封入されている。発泡断熱材は、吸湿性が小さく、良好な耐水性を示すので、外被材の外部からの水分の浸入を抑制することができる。気体吸着材は水分吸着性を有する。それゆえ、層状粘土鉱物の吸湿によりガスバリア性が低下した外被材を透過して、内部に浸入した水分を吸着することができる。これにより、断熱構造体が多湿環境で用いられても、層状粘土鉱物の吸湿による、ガスバリア性の低下を有効に抑制することができる。その結果、標準的な湿度環境だけでなく、多湿環境下であっても良好な断熱性能を維持することができる断熱構造体を実現することが可能となる。
発泡断熱材は、硬質ウレタンフォームであってもよい。
このように、発泡断熱材が硬質ウレタンフォームで形成されていれば、発泡断熱材に水分が浸入しても、硬質ウレタンフォームに残存するイソシアネート基と水分とが反応することにより、水分が化学的に捕捉される。これにより、発泡断熱材で覆われている真空断熱材の外被材に、水分が到達する可能性を低減することができるため、粘土鉱物を含有するガスバリア層の吸湿を有効に抑制することができる。その結果、外被材のガスバリア性の低下も抑制され、真空断熱材およびこれを備えた断熱パネルの断熱性能を良好に維持することが可能になる。
硬質ウレタンフォームは、ポリオール成分とイソシアネート成分とを、ポリオール成分の水酸基(-OH)に対する、イソシアネート成分のイソシアネート基(-NCO)の当量比が0.70以上1.10以下の範囲内となるように、混合して反応させたものであってもよい。
このような構成によれば、ポリオール成分およびイソシアネート成分の混合比を、水酸基に対するイソシアネート基の当量比に基づいて、所定の範囲内となるように設定する。これにより、得られる硬質ウレタンフォームには、断熱性能を妨げない範囲で、十分な量のイソシアネート基を残存させることができる。それゆえ、イソシアネート基による水分の捕捉作用を良好に実現することができるので、外被材のガスバリア性の低下を、有効に抑制することができる。
発泡断熱材の厚さが1mm以上であってもよい。
発泡断熱材の厚さが少なくとも1mm以上あれば、多湿環境下であっても、被覆されている真空断熱材の外被材に、水蒸気等の水分が到達することを有効に抑制することができる。
気体吸着材が、銅イオン交換されてなるZSM-5型ゼオライトを含有する構成であってもよい。
銅イオン交換ZSM-5型ゼオライトは、窒素、酸素、および水分に対して優れた吸着能力を有する。それゆえ、例えば、真空断熱材の製造時に真空ポンプでは排気しきれなかった空気成分、真空断熱材の内部で経時的に発生する微量なガス、ならびに、真空断熱材の外部から内部へ経時的に透過浸入してくる、空気成分および水分等を良好に吸着除去することができる。その結果、真空断熱材は、優れた断熱性能を長期間実現することができる。
しかも、この構成によれば、銅イオン交換ZSM-5型ゼオライトは、二酸化炭素についても優れた吸着能力を有する。それゆえ、発泡断熱材が硬質ウレタンフォームである場合には、気体吸着材により、発泡断熱材により水分を良好に捕捉できるだけでなく、副生した二酸化炭素が、外被材を透過浸入したとしても、良好に吸着することができる。その結果、真空断熱材およびこれを備えた断熱パネルの断熱性能を良好に維持することができる。
また、本開示には、上述した構成の断熱構造体を備えた、家電製品、住宅壁、および輸送機器等も含まれる。
以下、本開示の代表的な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
[断熱構造体]
まず、本開示に係る断熱構造体について、その代表的な一例である断熱パネルを挙げて、図1を参照して具体的に説明する。
まず、本開示に係る断熱構造体について、その代表的な一例である断熱パネルを挙げて、図1を参照して具体的に説明する。
図1は、本開示の実施の形態に係る、断熱構造体の構成の一例を示す模式的断面図である。
図1に示されるように、本実施の形態に係る断熱パネル10は、真空断熱材20および発泡断熱材13を備えている。
真空断熱材20を構成する面のうち、一方の面(図中上側の面、例えば表面)を第一面20aとし、他方の面(図中下側の面、例えば裏面)を第二面20bとする。発泡断熱材13は、真空断熱材20の一方の面である第一面20aを少なくとも被覆する。ここで、一方の面と他方の面とは、互いに対向している例を示したが、本開示はこの例に限定されない。一方の面と他方の面とは、真空断熱材20を構成する面のうち、互いに異なる面であればよい。
発泡断熱材13は、断熱パネル10の、表面材11および裏面材12の間に充填されている。したがって、本実施の形態に係る断熱パネル10は、真空断熱材20および発泡断熱材13に加えて、表面材11および裏面材12を備えている。
表面材11および裏面材12の具体的な構成は、特定のものに限定されず、断熱パネル10の分野で公知のものを好適に用いることができる。表面材11としては、木材、石膏、樹脂、または金属等で構成される板材を用いることができる。具体的には、例えば、木材製の板材としては、合板製のものを挙げることができ、金属製の板材としては、例えば、亜鉛メッキ鋼板等を挙げることができるが、特にこれらのものに限定されない。
また、裏面材12としては、紙、樹脂、もしくは金属等のフィルムまたは箔を用いることができる。具体的には、例えば、紙製のフィルムとしては、クラフト紙および炭酸カルシウム紙等を挙げることができ、金属箔としては、アルミニウム箔を挙げることができるが、特にこれらに限定されない。
発泡断熱材13の具体的な構成は特に限定されず、断熱パネル10の分野で公知のものを好適に用いることができる。具体的には、例えば、硬質ウレタンフォーム(PUF)、ポリエチレンフォーム(PEF)、ビーズ法ポリスチレンフォーム(EPS)、押出法ポリスチレンフォーム(XPS)、および、フェノールフォーム(PF)等を挙げることができるが、特にこれらに限定されない。これらの中でも、後述する理由から、硬質ウレタンフォームが好ましく用いられる。
表面材11、裏面材12、および発泡断熱材13それぞれの具体的な厚みについては特に限定されない。これらの厚みは、断熱パネル10の用途等に応じて、適宜設定することができる。ただし、発泡断熱材13の厚さは1mm以上であることが好ましい。これは、発泡断熱材13が、真空断熱材20の外面の少なくとも一部を被覆するためである。なお、発泡断熱材13の具体的な構成については後述する。
断熱パネル10が備える真空断熱材20は、芯材21、外被材(外包材)22、および気体吸着材23を備えており、ガスバリア性を有する外被材22の内部には、芯材21が、減圧密閉状態(略真空状態)で封入されている。また、外被材22の内部には、芯材21とともに気体吸着材23が封入されている。
さらに、図1に示されるように、真空断熱材20の一方の面、すなわち第一面20aを構成する外被材22は、フィラーとして少なくとも層状粘土鉱物を含有する粘土鉱物ガスバリア層222を含む外被材22Aである。また、真空断熱材20の他方の面すなわち第二面20bを構成する外被材22は、少なくとも金属で構成される金属ガスバリア層224を含む外被材22Bである。
図1に示される例では、発泡断熱材13は、真空断熱材20の第一面20a、すなわち外被材22A側の面を被覆している。
なお、説明の便宜上、外被材22Aは、表面材11側に位置するので、真空断熱材20における外被材22A側(図中上側)の面を、「表面」(または第一面)とする。同様に、外被材22Bは、裏面材12側に接するように位置するので、真空断熱材20における外被材22B側(図中下側)の面を、「裏面」(または第二面)とする。
芯材21は、断熱性を有するものであれば、特定のものに限定されない。具体的には、繊維材料および発泡材料等の公知の材料を挙げることができる。例えば、本実施の形態では、芯材21として、無機繊維を用いている。無機繊維は、無機系材料からなる繊維であればよく、具体的には、例えば、ガラス繊維、セラミック繊維、スラグウール繊維、および、ロックウール繊維等を挙げることができる。芯材21は、板状に成形して用いてもよいため、これら無機繊維以外に、公知のバインダ材および粉体等を含んでもよい。これらの材料は、芯材21の強度、均一性および剛性等の、物性の向上に寄与する。
無機繊維以外に、芯材21として用いることができる材料として、熱硬化性発泡体を挙げることができる。熱硬化性発泡体は、熱硬化性樹脂、または、これを含む樹脂組成物(熱硬化性樹脂組成物)を、公知の方法で発泡させて形成されるものであればよい。熱硬化性樹脂としては、具体的には、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリイミドおよびポリウレタン等を挙げることができるが、特にこれらに限定されない。
また、発泡方法も特に限定されず、公知の発泡剤を用いて、公知の条件で発泡させればよい。また、無機繊維および熱硬化性発泡体以外で、芯材21として使用可能な材料としては、公知の有機繊維(有機系材料からなる繊維)を挙げることができるが、その具体的な種類は特に限定されない。
外被材22は、ガスバリア性を有する袋状の部材であり、本実施の形態では、例えば、外被材22Aとなる積層シートと、外被材22Bとなる積層シートとを対向させて、その周囲を封止することで、袋状となっている。周囲の封止された箇所は、内部に芯材21が存在せず、積層シート同士が接触している封止部24として構成されている。この封止部24は、真空断熱材20の本体から、外周に向かって延伸するヒレ状となっている。
ここで、本開示におけるガスバリア性とは、おおよそ、気体透過度が104[cm3/m2・day・atm]以下のものであればよく、望ましくは103[cm3/m2・day・atm]以下のものであればよく、より望ましくは102[cm3/m2・day・atm]以下のものであればよい。
外被材22の具体的な構成は特に限定されないが、上述のガスバリア性を発揮するガスバリア層を有している。外被材22Aのガスバリア層は、フィラーとして、少なくとも層状粘土鉱物を含有している。図1に示される例では、表面側の外被材22Aは、外面保護層221、粘土鉱物ガスバリア層222および熱融着層223の3層構造である。裏面側の外被材22Bは、外面保護層221、金属ガスバリア層224および熱融着層223の3層構造である。外被材22の具体的な構成は、これら3層構造に限定されない。また、外被材22Aおよび外被材22Bの詳細については後述する。
気体吸着材23は、芯材21とともに、外被材22の内部に封入される。気体吸着材23は、外被材22の内部、すなわち真空断熱構造の内部に残存する気体成分、および、外部から経時的に透過浸入する気体成分を吸着して除去する。また、気体吸着材23は、少なくとも水分吸着性を有している。言い換えれば、気体吸着材23の有する吸着性には、気体吸着性だけでなく水分吸着性も含まれる。気体吸着材23の水分吸着性は、基本的には、水蒸気を吸着する性質であり、気体吸着性の一部とみなすことができる。気体吸着材23の具体的な種類は特に限定されず、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭、金属系吸着材およびゼオライト等の公知の材料を好適に用いることができる。これら材料のうち、1種のみを気体吸着材23として用いてもよいし、2種以上を適宜組み合わせて気体吸着材23として用いてもよい。
本開示において、気体吸着材23としては、ZSM-5型ゼオライトが好ましく、金属イオン交換されてなるZSM-5型ゼオライトがより好ましく、銅イオン交換されてなるZSM-5型ゼオライト(銅イオン交換ZSM-5型ゼオライト)が特に好ましい。
銅イオン交換ZSM-5型ゼオライトは、後述するように、良好な気体吸着性と水分吸着性とを有している。また、気体吸着材23の使用形態は、特に限定されず、粉末、粉末の包装体、および、粉末の成形体等が挙げられる。気体吸着材23が銅イオン交換ZSM-5型ゼオライトであれば、粉末を所定形状に成形した成形体を挙げることができる。
銅イオン交換ZSM-5型ゼオライトが粉体として用いられる場合、この粉体の具体的な構成は特に限定されず、一般的な粒径、例えば、数μm~数十μmの範囲内であればよい。また、銅イオン交換ZSM-5型ゼオライトは、粉体を袋体内に封入したものであってもよい。このとき用いられる袋体の具体的な構成は特に限定されず、粉体の気体吸着材を用いる場合に公知のものを好適に用いることができる。また、銅イオン交換ZSM-5型ゼオライトは、粉体を所定形状に成形した成形体であってもよいが、成形体の、形状および成形方法等についても特に限定されず、公知の手法を好適に用いることができる。成形体は、銅イオン交換ZSM-5型ゼオライト以外に、公知のバインダ成分を含有してもよい。
真空断熱材20の具体的な製造方法は特に限定されず、公知の製造方法を好適に用いることができる。具体的には、例えば、上述の通り、外被材22を袋状に構成した上で、その内部に、芯材21および気体吸着材23等を挿入し、減圧環境下(略真空状態)で、袋状の外被材22を密閉封止する製造方法を挙げることができる。外被材22を袋状に構成する方法は、上述の通り、外被材22となる積層フィルムを2枚(外被材22Aとなる積層フィルム、および、外被材22Bとなる積層フィルム)準備し、それぞれの熱融着層223同士を対向配置した状態で、周縁部の大部分を熱溶着する方法を挙げることができるが、特にこれに限定されない。
断熱パネル10は、表面材11、裏面材12、発泡断熱材13および真空断熱材20以外の部材等を備えてもよい。また、断熱パネル10の具体的な製造方法は特に限定されない。例えば、公知の治具等を用いて、表面材11および裏面材12の間に、真空断熱材20を配置するとともに、表面材11および裏面材12の間に、発泡断熱材13の層となる空間を形成し、この空間に発泡断熱材13を充填すればよい。
[外被材の構成例]
次に、真空断熱材20が備える外被材22の具体的な構成例について説明する。
次に、真空断熱材20が備える外被材22の具体的な構成例について説明する。
図2A~図2Cは、それぞれ、図1に示された断熱構造体が備える外被材の構成の一例を示す模式的部分断面図である。
図2A~図2Cに示すように、外被材22としては、多層構造の積層シートで構成される外被材22A~22Cを例示することができる。
外被材22A~22Cのうち、外被材22Aは、上述の通り、粘土鉱物ガスバリア層222を含み、真空断熱材20の表面(第一面)を形成している。また、外被材22Bは、上述の通り、金属ガスバリア層224を含み、真空断熱材20の裏面(第二面)を形成している。なお、粘土鉱物ガスバリア層222および金属ガスバリア層224のいずれも、熱融着層223を含んでいる。これは、上述の通り、図1に示される外被材22が、2枚の積層シートの周囲を封止された袋状に構成されるためである。
図2Aに示される外被材22Aは、外面保護層221、粘土鉱物ガスバリア層222および熱融着層223を備えた、3層構造の積層シートである。粘土鉱物ガスバリア層222は、外面保護層221および熱融着層223の間に挟持されている。外面保護層221は、真空断熱材20の外面になり、熱融着層223は、真空断熱材20の内面になる。
一方、図2Bに示される外被材22Bは、外面保護層221、金属ガスバリア層224および熱融着層223を備えた、3層構造の積層シートである。金属ガスバリア層224は、外面保護層221と熱融着層223との間に挟持されている。外被材22Bにおいても、外被材22Aと同様に、外面保護層221は真空断熱材20の外面になり、熱融着層223は、真空断熱材20の内面になる。
なお、真空断熱材20が備える外被材22は、図2Aに示される外被材22A、および、図2Bに示される外被材22Bのように、外面保護層221および熱融着層223の間に、1層以上のガスバリア層を備えた構成の積層シートに限定されない。例えば、2枚の積層シートの周囲を封止して袋状に構成するのであれば、熱融着層223を備えるとともに、ガスバリア性を有する構成であればよい。
例えば、図2Cに示される外被材22Cは、図2Aに示される外被材22Aの変形例である。外被材22Cは、外面保護層221、蒸着ガスバリア層225、粘土鉱物ガスバリア層222および熱融着層223を備えた、4層構造の積層シートである。外面保護層221と熱融着層223との間には、蒸着ガスバリア層225および粘土鉱物ガスバリア層222の2層のガスバリア層が挟持されている。したがって、外被材22Cは、外側から内側に向かって、外面保護層221、蒸着ガスバリア層225、粘土鉱物ガスバリア層222および熱融着層223の順で積層されている。
なお、図示しないが、外面保護層221および熱融着層223の間には、3層以上のガスバリア層が挟持されてもよい。また、図示しないが、外面保護層221とガスバリア層とが一体化された外面保護兼ガスバリア層と、熱融着層223との2層構造の積層シートであってもよい。さらに、図示しないが、単層のガスバリア層が、外面保護層221および熱融着層223を兼ねることで、外被材22として構成されてもよい。
外面保護層221は、真空断熱材20の外面(表面)を保護するための層である。その具体的な材料は特に限定されないが、代表的には、ある程度の耐久性を有する各種の樹脂であればよい。具体的な樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ナイロン(ポリアミド、PA)、ポリカーボネート(PC)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリサルフォン(PSF)および超高分子量ポリエチレン(U-PE,UHPEまたはUHMWPE)等を挙げることができるが、これらに特に限定されない。
これらの樹脂は単独で用いられてもよいし、2種類以上を適宜組み合わせたポリマーアロイとして用いられてもよい。ポリマーアロイには、外面保護層221として好適な樹脂以外の樹脂が含まれてもよい。さらに、外面保護層221には、上述した樹脂以外の成分(各種添加剤等)が含まれてもよい。つまり、外面保護層221は、上述した樹脂のみで構成されてもよいが、他の成分を含む樹脂組成物で構成されてもよい。
図2Aおよび図2Bそれぞれに示された、外被材22Aおよび外被材22Bにおいて、外面保護層221は、1層(単層)の樹脂フィルムとして構成されているが、複数の樹脂フィルムが積層され、構成されてもよい。外面保護層221の厚さは特に限定されず、外被材22(並びに真空断熱材20)の外面を保護できる範囲の厚さを有していればよい。
粘土鉱物ガスバリア層222、金属ガスバリア層224および蒸着ガスバリア層225は、真空断熱材20の内部に外気が透過浸入することを防ぐための層である。これらのうち、粘土鉱物ガスバリア層222は、フィラーとして少なくとも層状粘土鉱物を含有しており、この層状粘土鉱物によりガスバリア性を発揮する。なお、粘土鉱物ガスバリア層222は、層状粘土鉱物以外のフィラーを含有してもよい。
具体的な層状粘土鉱物としては、例えば、リザーダイト、アメサイト、カオリナイト、ディッカイト、ハロイサイト、タルク、パイロフィライト等の1:1層型;サポナイト、ヘクトライト、モンモリロナイト、バイデライト、3八面体型バーミキュライト、2八面体型バーミキュライト、金雲母、黒雲母、レピドライト、イライト、白雲母、パラゴナイト、クリントナイト、マーガライト、クリノクロア、シャモサイト、ニマイト、ドンバサイト、クッケアイト(クーカイト)およびスドーアイト等の2:1層型;アンチゴライト、グリーナライトおよびカリオピライト等のミスフィット類;等を挙げることができるが、特に限定されない(クリントナイトは、2:1層型だけでなくミスフィット類にも分類できる)。これらの層状粘土鉱物は、1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を適宜組み合わせて用いてもよい。
さらに、層状粘土鉱物は、必ずしも天然に産する鉱物に限定されず、合成ヘクトライト、および変性ベントナイト等の、合成または変性された人工的な鉱物であってもよい。したがって、本開示において、粘土鉱物ガスバリア層222が含有するフィラーは、天然物か人工物か関わらず、層状ケイ酸塩であればよい。
このような層状粘土鉱物を、粘土鉱物ガスバリア層222の、樹脂または樹脂組成物に含有させた場合、層の広がり方向(通常は水平方向)に沿って、層状粘土鉱物が配向する。これにより、粘土鉱物ガスバリア層222をガスが透過しようとしても、層の広がり方向に配向した層状粘土鉱物によって、ガスの透過が妨げられる。その結果、粘土鉱物ガスバリア層222は、良好なガスバリア性を実現することができる。
なお、層状粘土鉱物の具体的な構成、例えば、層状粘土鉱物の粒径、および、層状粘土鉱物アスペクト比等については特に限定されず、粘土鉱物ガスバリア層222の厚さ等の諸条件に応じて、適宜設定することができる。一般的には、層状粘土鉱物のアスペクト比は10~3000の範囲内を挙げることができ、好ましいアスペクト比としては20~2000を挙げることができる。
金属ガスバリア層224は、少なくとも金属で構成されるガスバリア層であればよいが、具体的には、例えば、アルミニウム箔、銅箔およびステンレス箔等の金属箔;金属を基材フィルムに蒸着した金属蒸着フィルム;等を挙げることができる。この金属蒸着フィルムは、基材フィルムとなる樹脂フィルムに対して、金属を蒸着した蒸着層を有するものであってもよいし、この金属蒸着フィルムの表面に、さらに公知のコーティング処理を施したフィルム(コーティング金属蒸着フィルム)であってもよい。蒸着する金属としては、アルミニウム、銅、および、これらの合金等を挙げることができるが、特に限定されない。
また、蒸着ガスバリア層225は、金属または無機化合物を、基材フィルムに蒸着させたガスバリア層であればよい。蒸着ガスバリア層225の具体的な構成は特に限定されず、基本的には、金属ガスバリア層224の一例である金属蒸着フィルムと同様に、基材フィルムに、金属または無機化合物を蒸着した蒸着層を形成すればよい。蒸着する金属としては、金属ガスバリア層224と同様に、アルミニウム、銅、および、これらの合金を挙げることができ、無機化合物としては、アルミナおよびシリカ等の酸化物を挙げることができるが、特に限定されない。
粘土鉱物ガスバリア層222、金属ガスバリア層224、蒸着ガスバリア層225、および、他のガスバリア層の基材としては、公知の樹脂を用いることができる。具体的な樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、および、エチレン-ビニルアルコール共重合体(EVOH)等を挙げることができるが、特に限定されない。また、基材として、樹脂以外の成分を含む樹脂組成物が用いられてもよい。
ガスバリア層が蒸着フィルムの場合には、基材である樹脂(樹脂組成物)フィルムの表面に、金属等を蒸着すればよい。ガスバリア層が、フィラーとして層状粘土鉱物を含有する場合には、基材である、樹脂または樹脂組成物に、フィラーを分散させて、公知の方法でフィルム状に成形すればよい。
熱融着層223は、積層シート同士を対向させて貼り合わせるための層(接着層)であればよいが、真空断熱材20の内面を保護する層(内面保護層)としても機能することが好ましい。
熱融着層223として用いられる材料は、加熱により溶融して接着可能な、熱融着性を有する材料であれば特に限定されないが、代表的には、各種の熱可塑性樹脂(熱融着性樹脂)であればよい。具体的な樹脂としては、例えば、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、超高分子量ポリエチレン(U-PE,UHPEまたはUHMWPE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)およびナイロン(ポリアミド、PE)等を挙げることができるが、これらに限定されない。これらの中でも、融点が250℃以下の熱可塑性樹脂(ポリエチレン類、ポリプロピレンおよびEVA等)がより好ましい。
これらの樹脂は、単独で用いられてもよいし、2種類以上を適宜組み合わせたポリマーアロイとして用いられてもよい。ポリマーアロイには、熱融着層223として好適な樹脂以外の樹脂が含まれてもよい。さらに、熱融着層223には、上述した樹脂以外の成分(各種添加剤等)が含まれてもよい。つまり、熱融着層223は、上述した樹脂のみで構成されてもよいが、他の成分を含む樹脂組成物で構成されてもよい。
なお、図示しないが、外被材22A~22Cにおいて、熱融着層223が、フィラーを含有してもよい。このフィラーは、粘土鉱物ガスバリア層222と同様に、層状粘土鉱物であってもよいし、それ以外の公知のフィラーであってもよい。層状粘土鉱物を含有することで、熱融着層223もガスバリア層として機能することが可能になる。また、公知の他のフィラーを含有することで、熱融着層223に対して様々な機能を付与することができる。また、図示しないが、外面保護層221がフィラーを含有してもよい。
ここで、外被材22を構成する各層の厚みは特に限定されない。例えば、外被材22Aが備える粘土鉱物ガスバリア層222であれば、その材質等に応じて、ガスバリア性を発揮できる範囲の厚さであればよい。粘土鉱物ガスバリア層222が、フィラーとして層状粘土鉱物を含有する構成であれば、層状粘土鉱物の粒径、アスペクト比、および添加量等の諸条件も考慮した上で、厚みを設定すればよい。
外面保護層221は、その材質にもよるが、外被材22の外面、すなわち真空断熱材20の外面を保護できる程度の厚みを有していればよい。また、熱融着層223は、外被材22同士を貼り合わせたときに、十分な接着性を発揮できる厚さを有していればよく、望ましくは、内面保護層として外被材22の内面を保護できる範囲の厚みを有していればよい。
上述の通り、真空断熱材20は、外被材22の内部に、芯材21とともに気体吸着材23が封入されて構成されている。この気体吸着材23としては、上述の通り、銅イオン交換ZSM-5型ゼオライトが好適に用いられる。
銅イオン交換ZSM-5型ゼオライトは、空気成分である、窒素および酸素、ならびに、水分に対して、優れた吸着能力を有する。そのため、気体吸着材が銅イオン交換ZSM-5型ゼオライトを用いたものであれば、真空断熱材20の製造時に真空ポンプでは排気しきれなかった空気成分、真空断熱材20の内部で経時的に発生する微量なガス、ならびに、真空断熱材20の外部から内部へ経時的に透過浸入してくる空気成分および水分等を良好に吸着除去することができる。その結果、真空断熱材20は、優れた断熱性能を長期間、実現することができる。
ここで、粘土鉱物ガスバリア層222によるガスバリア性は、層状粘土鉱物が層の広がり方向に沿って配向しているので、層の厚み方向では、多数の層状粘土鉱物が重なり合うことにより、ガス(気体)の透過経路を、延長かつ複雑化する。つまり、粘土鉱物ガスバリア層222は、厚さ方向において、層状粘土鉱物によって、ガスの透過経路が迷路のようになり(迷路効果)、これによりガスバリア性を発揮することができる。
一方、粘土鉱物ガスバリア層222において、厚さ方向に重なり合った層状粘土鉱物が吸湿すると、水蒸気が、容易に透過して真空断熱材20の内部に浸入しやすくなるとともに、他のガスも透過浸入しやすくなる。その結果、粘土鉱物ガスバリア層222のガスバリア性が低下する。
これに対して、本開示においては、真空断熱材20の内部に、銅イオン交換ZSM-5型ゼオライトのように、水分吸着性を有する気体吸着材23が封入されている。それゆえ、粘土鉱物ガスバリア層222に残存または透過した水蒸気を吸着(吸湿)することができる。これにより、真空断熱材20の内部の略真空状態を良好に維持できるとともに、粘土鉱物ガスバリア層222のガスバリア性の低下を抑制することもできる。
[発泡断熱材]
本開示においては、発泡断熱材13は、真空断熱材20の外面の少なくとも一部を被覆する。層状粘土鉱物は親水性であるため、多湿環境が長期にわたって継続すると、層状粘土鉱物が水分を含有する。層状粘土鉱物が水分を含有すると、粘土鉱物ガスバリア層222のガスバリア性、すなわち真空断熱材20の外被材22のうち、表面側の外被材22Aのガスバリア性が低下してしまう。
本開示においては、発泡断熱材13は、真空断熱材20の外面の少なくとも一部を被覆する。層状粘土鉱物は親水性であるため、多湿環境が長期にわたって継続すると、層状粘土鉱物が水分を含有する。層状粘土鉱物が水分を含有すると、粘土鉱物ガスバリア層222のガスバリア性、すなわち真空断熱材20の外被材22のうち、表面側の外被材22Aのガスバリア性が低下してしまう。
これに対して、本開示では、上述の通り、真空断熱材20の両面のうち、表面すなわち粘土鉱物ガスバリア層222を含む外被材22Aを、発泡断熱材13で被覆している。一般に、発泡断熱材13は、繊維系の断熱材と比較して吸湿性が低く、吸湿による断熱低能の低下が少ない。さらに、発泡断熱材13は、発泡率が相対的に小さいほど、吸湿性を小さくすることができ、良好な耐水性を実現することができる。それゆえ、真空断熱材20の表面、すなわち外被材22Aの外側を、発泡断熱材13で被覆することによって、粘土鉱物ガスバリア層222が吸湿してガスバリア性が低下することを、有効に抑制することができる。
一方、真空断熱材20の裏面、すなわち外被材22Bは、金属ガスバリア層224を有しており、多湿環境に曝されても、ガスバリア性が低下することがない。それゆえ、真空断熱材20の裏面を発泡断熱材13で被覆する必要がなくなり、断熱パネル10の厚さの増加を抑制することができる。しかも、上述の通り、外被材22の内側、すなわち真空断熱材20の内部では、気体吸着材23が水分を吸着する。これにより、外被材22Aに対しては、その外側における発泡断熱材13による作用と、その内側(真空断熱材20の内部)における気体吸着材23による作用との相乗効果により、粘土鉱物ガスバリア層222のガスバリア性の低下による、真空断熱材20の断熱抵抗の低下を有効に抑制することができる。
発泡断熱材13としては、上述の通り、硬質ウレタンフォームが好ましく用いられる。硬質ウレタンフォームは、ポリオール成分およびイソシアネート成分を混合し、縮合重合反応させながら発泡させることにより得られるものであればよい。ポリオール成分の水酸基(-OH)と、イソシアネート成分のイソシアネート基とがウレタン結合(-NH-CO-O-)を形成する(ウレタン化反応)。この反応に伴って、公知の発泡剤で発泡させることにより、硬質ウレタンフォームが得られる。
硬質ウレタンフォームを形成するためのポリオール成分としては、発泡断熱材13に要求される諸条件に応じて、公知のポリオール化合物を選択して用いることができる。代表的には、ポリエーテル系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、多価アルコールおよび水酸基含有ジエン系ポリマー等が挙げられる。
より具体的には、例えば、ポリエーテル系ポリオールとしては、多価アルコール、糖類、アルカノールアミン、ポリアミンおよび多価フェノールその他のイニシエーターに、環状エーテルまたはアルキレンオキシドを付加して得られる化合物等が挙げられる。多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパンおよびペンタエリスリトール等を用いることができる。糖類としては、シュークロース、デキストロースおよびソルビトール等を用いることができ、アルカノールアミンとしては、ジエタノールアミンおよびトリエタノールアミン等を用いることができる。ポリアミンとしては、エチレンジアミン、トルエンジアミン、ジアミノジフェニルメタンおよびポリメチレンポリフェニルアミン等を用いることができ、多価フェノールとしては、ビスフェノールA、ビスフェノールSおよびフェノール樹脂系初期縮合物等を用いることができる。また、ポリエステル系ポリオールとしては、多価アルコール-多価カルボン酸縮合系のポリオール、環状エステル開環重合体系のポリオール、および、芳香族系ポリエステルポリオール等を挙げることができる。これら化合物は単独で用いてもよいし、2種類以上を適宜組み合わせて用いてもよい。
また、硬質ウレタンフォームを形成するためのイソシアネート成分としては、発泡断熱材13に要求される諸条件に応じて、公知のイソシアネート化合物を選択して用いることができる。代表的には、イソシアネート基を2つ以上有する芳香族系、脂肪環族系および脂肪族系のポリイソシアネート、ならびに、これらを変性させた変性ポリイソシアネート等が挙げられる。
より具体的には、例えば、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジメチルフェニレンジイソシアネート、ジベンジルジイソシアネート、アントラセンジイソシアネート、および、ジメチルジフェニルジイソシアネート等のイソシアネート系化合物;これらのプレポリマー型変性体、イソシアヌレート変性体およびウレア変性体;等を挙げることができるが、特に限定されない。これらの化合物中における置換基の位置は、特に限定されない。これら化合物および変性体は単独で用いられてもよいし、2種類以上が適宜組み合わせられ、用いられてもよい。
ポリオール成分およびイソシアネート成分の縮合重合反応には、公知の触媒を用いることができる。具体的には、例えば、ジメチルエタノールアミン、トリエチレンジアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、1,2-ジメチルイミダゾール、ペンタメチルジエチレントリアミン、および、ビス(2-ジメチルアミノエチル)エーテル等のアミン触媒;オクチル酸鉛、ジブチル錫ジラウレート等の金属化合物系触媒;トリス(ジメチルアミノプロピル)ヘキサヒドロ-S-トリアジン、酢酸カリウム、および、オクチル酸カリウム等のイソシアヌレート化触媒;等を挙げることができるが、特に限定されない。これら触媒は1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
また、発泡剤としては、ポリイソシアネート成分およびポリオール成分の化学反応により生じる反応熱で気化して発泡可能な物質であればよい。具体的には、例えば、炭素数6以下の低級炭化水素、および、ハイドロフルオロカーボン(HFC)等を挙げることができる。これらの中でも、n-ペンタン、i-ペンタン(2-メチルブタン)およびc-ペンタン(シクロペンタン)等のペンタン類が好ましく用いられるが、特に限定されない。
硬質ウレタンフォームは、上述の通り、ポリオール成分の水酸基とイソシアネート成分のイソシアネート基とがウレタン化反応することにより形成される。ポリオール成分の代わりに、水がイソシアネート基と反応する場合には、イソシアネート成分(OCN-R-NCO:Rは任意の有機基)2分子と、水(H2O)2分子とが反応して、ウレア結合(-R-NHCONH-R-NHCONH-)が形成されるとともに、2分子の二酸化炭素が発生する(CO2)(ウレア化反応)。そして、硬質ウレタンフォームには、未反応のイソシアネート基が残存する場合がある。
発泡断熱材13が硬質ウレタンフォームで形成されていれば、発泡断熱材13に水蒸気等の水分が浸入しても、水分は、残存するイソシアネート基と反応して化学的に捕捉される。これにより、発泡断熱材13で覆われている真空断熱材20の外被材22Aに、水分が到達する可能性を低減することができる。このため、外被材22Aが備える粘土鉱物ガスバリア層222の吸湿を、有効に抑制することができる。その結果、外被材22Aのガスバリア性の低下も抑制され、真空断熱材20およびこれを備えた断熱パネル10の断熱性能を、良好に維持することが可能になる。
本開示においては、硬質ウレタンフォームは、上述の通り、ポリオール成分とイソシアネート成分とを混合して反応させたものであればよく、ポリオール成分とイソシアネート成分との混合反応比は特に限定されない。代表的な一例としては、ポリオール成分とイソシアネート成分とを、ポリオール成分の水酸基(-OH)に対する、イソシアネート成分のイソシアネート基(-NCO)の当量比が0.70以上1.10以下の範囲内となるように混合して反応させたものを挙げることができる。また、水酸基に対するイソシアネート基の当量比が0.65以上かつ1.10以下の範囲内となるように混合して反応させたものであってもよい。
ポリオール成分およびイソシアネート成分の混合比を、上述の通り、水酸基に対するイソシアネート基の当量比の範囲内となるように設定すれば、得られる硬質ウレタンフォームには、断熱性能を妨げない範囲で、十分な量のイソシアネート基を残存させることができる。これにより、イソシアネート基による水分の捕捉作用を良好に実現することができるので、外被材22Aのガスバリア性の低下を有効に抑制することができる。
発泡断熱材13の厚さは、その種類によらず、上述の通り1mm以上であればよい。少なくとも1mm以上の厚さがあれば、多湿環境下であっても、被覆されている真空断熱材20(外被材22A)に水蒸気等の水分が到達することを有効に抑制することができる。ここで、発泡断熱材13が硬質ウレタンフォームであれば、その好ましい厚さは2mm以上であればよく、3mm以上であれば、より好ましい。
上述の通り、硬質ウレタンフォームは、ポリオール成分およびイソシアネート成分の2成分を混合反応させて形成する。また、断熱パネル10の製造時には、発泡断熱材13の層となる空間に、これら2成分の混合物を行き渡らせて反応させる。それゆえ、断熱パネル10の具体的な構成にもよるが、発泡断熱材13の厚さが2mm以上または3mm以上であれば、発泡断熱材13の層形状が複雑であっても、これら2成分を全体的に良好に行き渡らせて反応させることができる。
ところで、上述の通り、硬質ウレタンフォームにイソシアネート基が残存していると、水とイソシアネート基とによりウレア化反応が生じるが、上述の通り、このウレア化反応では、二酸化炭素(CO2)が副生する。したがって、硬質ウレタンフォームにより形成される発泡断熱材13は、残存するイソシアネート基により、水分を化学的に捕捉できるものの、二酸化炭素が副生して発泡断熱材13に残存する。このため、二酸化炭素が、外被材22Aを透過して真空断熱材20の内部に浸入するおそれがある。
本開示においては、真空断熱材20の内部に封入される気体吸着材23としては、特に、銅イオン交換ZSM-5型ゼオライトが好ましく用いられる。この銅イオン交換ZSM-5型ゼオライトは、上述の通り、窒素、酸素および水分に対して優れた吸着能力を有するが、二酸化炭素についても優れた吸着能力を有する。特に、分圧が低い状態では、銅イオン交換ZSM-5型ゼオライトは、より良好な二酸化炭素の吸着能力を示す。例えば、平衡圧20Pa(真空断熱材20の内圧の目安の一つ)では、銅イオン交換されていないZSM-5型ゼオライトに比べて、銅イオン交換ZSM-5型ゼオライトは、二酸化炭素について1.5倍、窒素および空気について10倍程度の吸着能力を示す。
本開示においては、発泡断熱材13が硬質ウレタンフォームであり、かつ、真空断熱材20が備える気体吸着材23が、銅イオン交換ZSM-5型ゼオライトを含有している。これにより、発泡断熱材13により水分を良好に捕捉できるだけでなく、副生した二酸化炭素が外被材22Aを透過浸入したとしても、気体吸着材23で良好に吸着することができる。その結果、真空断熱材20およびこれを備える断熱パネル10の断熱性能を、良好に維持することができる。
このように、本開示に係る断熱構造体である断熱パネル10は、断熱パネル10を構成する真空断熱材20の第一面20a(表面)には、粘土鉱物ガスバリア層222を有する外被材22Aが設けられている。発泡断熱材13は、この外被材22Aの第一面20aを被覆するように設けられている。また、真空断熱材20の内部には、水分吸着性を有する気体吸着材23が封入されている。発泡断熱材13は、吸湿性が小さく、良好な耐水性を示すので、外被材22Aの外部からの水分の浸入を抑制することができ、気体吸着材23は気体吸着性だけでなく水分吸着性も有する。それゆえ、層状粘土鉱物の吸湿によりガスバリア性が低下した外被材を透過して、内部に浸入した水分を吸着することができる。これにより、断熱パネル10が多湿環境で用いられても、層状粘土鉱物の吸湿によるガスバリア性の低下を有効に抑制することができる。その結果、標準的な湿度環境だけでなく、多湿環境下であっても良好な断熱性能を維持することのできる断熱パネル10を実現することが可能となる。
このような断熱パネル10は、さまざまな断熱用途に好適に用いることができる。代表的な断熱用途の一例としては、家電製品を挙げることができる。家電製品の具体的な種類は特に限定されないが、例えば、冷蔵庫、給湯器、炊飯器およびジャーポットのいずれかを挙げることができる。
また、他の断熱用途の一例としては、住宅壁を挙げることができる。さらに他の断熱用途の一例としては、輸送機器を挙げることができる。輸送機器の具体的な種類は特に限定されないが、例えば、タンカー等の船舶、自動車および航空機等を挙げることができる。特に、断熱パネル10は、標準的な湿度環境だけでなく、蒸暑地域のような多湿環境下でも良好に使用することが可能である。このため、多湿環境での使用が想定される住宅壁、家電製品および輸送機器に、好適に用いることができる。
なお、本開示は、上述した実施の形態の記載に限定されるものではなく、請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態および複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても、本開示の技術的範囲に含まれる。
本開示は、真空断熱材を備える断熱構造体の分野に好適に用いることができるだけでなく、この断熱構造体を用いた家電製品、住宅壁および輸送機器等の分野にも広く好適に用いることができ、有用である。
10 断熱パネル(断熱構造体)
11 表面材
12 裏面材
13 発泡断熱材
20 真空断熱材
20a 第一面(一方の面)
20b 第二面(他方の面)
21 芯材
22,22A,22B,22C 外被材(外包材)
23 気体吸着材
24 封止部
221 外面保護層
222 粘土鉱物ガスバリア層
223 熱融着層
224 金属ガスバリア層
225 蒸着ガスバリア層
11 表面材
12 裏面材
13 発泡断熱材
20 真空断熱材
20a 第一面(一方の面)
20b 第二面(他方の面)
21 芯材
22,22A,22B,22C 外被材(外包材)
23 気体吸着材
24 封止部
221 外面保護層
222 粘土鉱物ガスバリア層
223 熱融着層
224 金属ガスバリア層
225 蒸着ガスバリア層
Claims (8)
- 真空断熱材および発泡断熱材を備えたパネル状の断熱構造体であって、
前記真空断熱材は、
ガスバリア性を有する外被材と、
前記外被材の内部に封入される芯材と、
前記芯材とともに前記外被材の内部に封入される気体吸着材と、を有し、
前記外被材の内部は減圧状態であり、
前記外被材のうち、前記真空断熱材の一方の面である第一面を構成する外被材は、フィラーとして少なくとも層状粘土鉱物を含有するガスバリア層を含む、とともに、
前記外被材のうち、前記真空断熱材の他方の面である第二面を構成する外被材は、少なくとも金属で構成されたガスバリア層を含み、
前記気体吸着材は、少なくとも水分吸着性を有し、
前記発泡断熱材は、前記真空断熱材の少なくとも前記第一面を被覆する
断熱構造体。 - 前記発泡断熱材は、硬質ウレタンフォームである
請求項1に記載の断熱構造体。 - 前記硬質ウレタンフォームは、ポリオール成分とイソシアネート成分とを、前記ポリオール成分の水酸基(-OH)に対する、前記イソシアネート成分のイソシアネート基(-NCO)の当量比が0.70以上かつ1.10以下の範囲内となるように、混合して反応させたものである
請求項2に記載の断熱構造体。 - 前記発泡断熱材の厚さが1mm以上である
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の断熱構造体。 - 前記気体吸着材が、銅イオン交換されてなるZSM-5型ゼオライトを含有する
請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の断熱構造体。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の断熱構造体を備えた家電製品。
- 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の断熱構造体を備えた住宅壁。
- 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の断熱構造体を備えた輸送機器。
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