(57)【要約】【課題】不織布等を使用せずとも封入が容易であり、封入の前後で外装材フィルムに発生するピンホールやクラックを防止可能で、断熱効果が高い真空断熱材用芯材およびこれを芯材として用いた真空断熱材を提供する。【解決手段】少なくとも微粒子、結着剤、およびセルロース繊維により構成され、前記微粒子を１０質量％以上６０質量％以下含み、シート形状であることを特徴とする真空断熱材用芯材とする。さらに、膜厚が０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下とする。また、前記微粒子の空隙率が７０％以上とすることもできる。【選択図】      図１
2015135150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも微粒子、結着剤、およびセルロース繊維により構成され、前記微粒子を１０質量％以上６０質量％以下含み、シート形状であることを特徴とする真空断熱材用芯材。
【請求項２】
厚みが０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の真空断熱材用芯材。
【請求項３】
前記微粒子の空隙率が７０％以上であることを特徴とする請求項１または２記載の真空断熱材用芯材。
【請求項４】
表面粗さが５０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の真空断熱材用芯材。
【請求項５】
芯材を外装材フィルムで真空封止した真空断熱材であって、当該芯材は、請求項１乃至４のいずれか記載の真空断熱材用芯材であることを特徴とする真空断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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用の芯材及びそれを用いた真空断熱材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、芯材を密封封止可能な外装材フィルム内に封入し、内部を真空排気した構成の真空断熱材が使用されている。
【０００３】
真空断熱材に用いられる外装材フィルムは、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、バリア性に優れたものである必要がある。また、外部からの応力や環境変化に強いことが求められる。さらに、封止を容易にするために、ヒートシール可能であることが好ましい。たとえば、保護層、アルミニウム箔（バリア層）、熱融着層の３層構成とすることができる。
【０００４】
真空断熱材の芯材として、グラスウールなどの無機繊維を裁断してなる嵩密度は小さいが硬く鋭い針状短繊維粉末が使用される場合、この芯材を外装材フィルム内に充填し、真空排気すると、その針状短繊維粉末が熱融着層を突き破り、アルミニウム箔にピンホールが発生し、真空度が低下し断熱性を損なわれるといった問題があった。
【０００５】
また、珪酸カルシウム等の多孔質材料を成形した芯材を充填し、真空排気すると、芯材の角や、コーナー部分が熱融着層を突き破り、アルミニウム箔にピンホールが発生し、真空度が低下し断熱性を損なわれるといった問題があった。
【０００６】
このようなことから、シリカゲルなどに代表される多孔質微粒子を成型せずに芯材として使用する方法がある。これらは、数μｍレベルの微粒子であるため、外装材フィルム破損することはない。しかしながら、微粒子をそのまま外装材フィルム内に充填するのは、製造プロセス上、非常に困難であり、こうした微粒子を芯材として使用する場合は、不織布に包まれたものを使用するのが一般的である。この場合、芯材をいったん不織布に充填する工程が増える点および不織布そのものが比較的高価である点から、真空断熱材としてのコストが上昇するという問題がある。（特許文献１，２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５２１８４８５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９６５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の事情を鑑みてなされたもので、不織布等を使用せずとも封入が容易であり、封入の前後で外装材フィルムに発生するピンホールやクラックを防止可能で、断熱効果が高い真空断熱材用芯材およびこれを芯材として用いた真空断熱材を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る第１の発明は、少なくとも微粒子、結着剤、およびセルロース繊維により構成され、前記微粒子を１０質量％以上６０質量％以下含み、シート形状であることを特徴とする真空断熱材用芯材である。
【００１０】
これにより、紙のように取り扱いやすい芯材が得られ、且つ外装材フィルムの欠陥がない真空断熱材が得られる。また、低熱伝導率の真空断熱材を得ることできる。
【００１１】
本発明の請求項２に係る第２の発明は、膜厚が０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする真空断熱材用芯材である。
【００１２】
これにより、芯材として任意の枚数を重ねることで、所望の厚みの真空断熱材を得ることができる。
【００１３】
本発明の請求項３に係る第３の発明は、前記微粒子の空隙率が７０％以上であることを特徴とする真空断熱材用芯材である。
これにより、より高い断熱性能を備えた真空断熱材とすることができる。
【００１４】
本発明の請求項４に係る第４の発明は、表面粗さが５０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする真空断熱材用芯材である。
これにより、複数重ねて芯材として用いた際に、ずれにくい芯材とすることができる。
【００１５】
本発明の請求項５に係る発明は、芯材を外装材フィルムで真空封止した真空断熱材であって、当該芯材は、第１乃至第４いずれかの発明の真空断熱材用芯材であることを特徴とする真空断熱材である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、不織布等を使用せずとも封入が容易であり、封入の前後で外装材フィルムにピンホールやクラックが発生しにくく、断熱効果が高い真空断熱材用芯材およびこれを芯材として用いた真空断熱材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の真空断熱材の一例を模式的に断面で示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下本発明を実施するための形態につき説明する。
図１は、本発明の真空断熱材の一例を模式的に断面で示した説明図である。
【００１９】
＜真空断熱材用芯材＞
本発明の芯材は、少なくとも微粒子、結着剤、およびセルロース繊維により構成され、前記微粒子を１０質量％以上６０質量％以下含み、シート形状である。芯材２は、真空断熱材１として構成する際に、脱気により外装材フィルム３で押されても、つぶれずに内部に減圧された空間を残せる構造を備えている。
【００２０】
＜微粒子＞
例えば、グラスウール、グラスファイバー、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、炭化珪素繊維などの無機繊維を裁断してなる嵩密度の小さい針状短繊維粉末や、シリカやパーライト等の粉末を一定の形状に成形した成形体、ケイ酸カルシウム成形体の無機成形体、あるいは、発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレンなどの連続気泡の合成樹脂発泡体、等が使用される。
無機繊維を裁断してなる嵩密度の小さい針状短繊維粉末は、結着剤およびセルロース繊維とともにシート状に成型して用いれば、外装材フィルムを傷つけることなく外装材フィルム内に封入することができる。
【００２１】
減圧後も内部に空間を保持することができるという観点から、空隙率の高い多孔性のシリカゲル微粒子を微粒子として好ましく用いることができる。特に空隙率が７０％以上、粒子径が５０μｍ以下のものが好ましい。空隙率が７０％以下の真空断熱材用心材を用いた真空断熱材では、真空下での断熱性にやや劣る。
【００２２】
微粒子は、微粒子、結着剤およびセルロース繊維の固形分質量をあわせて１００としたとき、その１０質量％から６０質量％を占める。１０質量％以上であると、芯材を真空状態とした場合に、適度な空隙を保持でき、高い断熱性能を発揮することができる。５０質量％以下であると、芯材をシート形状に成型した場合に、任意の形状に裁断したり、曲げたりしても形状が崩れず、芯材としての加工性に優れ、取り扱いしやすい。
【００２３】
＜結着剤＞
結着剤は、芯材に含まれる微粒子とセルロース繊維を一体化させ、成型から封入までの芯材の取り扱いを用意にするものである。このような結着剤としては、微粒子とセルロース繊維とをシート形状に成型し、保持が可能であればよい。さらに、水溶性の結着剤を用いれば、紙の製造工程と同様に紙漉きの要領で芯材を成型することができる。このような水溶性の結着剤としては、ポリビニルアルコールやカルボキシメチルセルロースを挙げることができる。結着剤の含有量は、微粒子、結着剤およびセルロース繊維の固形分質量をあわせて１００としたとき、５質量％以上であれば材料を一体化することができ、２０質量％以下であれば、断熱のために必要な微粒子およびセルロース繊維を十分保持させることができる。
【００２４】
＜セルロース繊維＞
セルロース繊維は、繊維であることから芯材を構成する材料を一体化することができる。また、繊維そのものがしなやかで曲げに強いことから芯材をシート形状とした際に当該芯材に適度なしなりを付与して取り扱い性を向上させるとともに、真空封入時に芯内に適度な空隙を保ち、断熱性を発揮する効果を持つ。セルロース繊維には、紙の製造で用いられるパルプを用いることができる。再生紙から得られたパルプであってもよい。セルロース繊維の含有量は、微粒子、結着剤およびセルロース繊維の固形分質量をあわせて１００としたとき、４０質量％以上であれば芯材に適度なしなりと断熱性を与えることができる。８０質量％以下であれば、断熱のために必要な微粒子および結着のための結着剤を十分保持させることができる。
【００２５】
＜真空断熱材用芯材の製造＞
微粒子、セルロース繊維および結着剤を水に分散または溶解させ、抄紙の原理で、一般的な抄紙機を用いてシート形状にする。本発明の真空断熱材用芯材は、シート形状であるため、複数を重ねて所定の厚みとして用いることができ、真空断熱材の種類やサイズに応じて複数の芯材を保管しておく必要がないという利点がある。
芯材の厚みは０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。厚みが０．０５ｍｍ以上であると、芯材の膜厚のバラツキがおきにくくなり、穴あき、破れやしわなどの不良発生頻度が小さくなる。また適度なしなりを備えるため、取り扱いしやすくなる。厚みが２ｍｍ以下であることで、任意の形状に裁断しやすくなる。また、成型後、乾燥時に時間を短縮することができ、コストダウンとなる。
芯材の形成は枚葉でもよく、ロール上に連続成型することもできる。厚みは薄いほうが、ロール成型時に芯材のしなりや乾燥の観点から有利である。
このようにして得られた真空断熱材用芯材の表面粗さは５０μｍ以上５００μｍ以下となることが好ましい。５０μｍ以上であると、複数を重ねて用いた際に、ずれにくく扱いやすい。５００μｍ以下であると、外装材フィルムへの封入時に外装材フィルムに引っかかることがなく、スムーズに封止することができる。
【００２６】
＜真空断熱材＞
＜外装材フィルム＞
本発明の真空断熱材１は、図１のように、本発明の（真空断熱材用）芯材２を２枚の外装材フィルム３で挟み、真空下でラミネートした構造であり、外装材フィルム３は、外側より、保護層４、バリア層（アルミニウム箔）５、熱融着層６の順に積層されている。保護層４とバリア層５の間、バリア層５と熱融着層６の間は、接着剤７によって接着されている。
【００２７】
保護層４は、外部からの磨耗、突き刺しなどからバリア層などの内層や芯材を守るための機能をもつ層である。このような機能を備えた層であれば特に制限はなく、延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、延伸ポリプロピレンフィルム、延伸ナイロンフィルムなどが用いられる。厚みに特に制限はなく、延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムであれば６μｍ〜３０μｍ程度、延伸ポリプロピレンフィルムであれば２０μｍ〜４０μｍ程度、延伸ナイロンフィルムであれば１０μｍ〜３０μｍ程度が適当である。
【００２８】
保護層４とバリア層５の間の接着方法は、接着剤を介して張り合わせるドライラミネート法（無溶剤ラミネート法を含む）のほか、サンドイッチラミネート法により貼り合わせたりしても良い。
【００２９】
バリア層５は、真空断熱材１のバリア性を担う主たる層であって、たとえばアルミニウム箔を用いることができる。また、知られているガスバリア性能（水蒸気・酸素）を備えたフィルムを用いることができる。ガスバリア性能を備えた塗膜を形成することもできる。あるいは無機物の蒸着によっても形成することができる。バリア層にピンホールやクラックが入ると、真空断熱材１としての品質が保持できないため、アルミニウム箔が好ましい。
【００３０】
バリア層を形成するアルミニウム箔としては、珪素を０．０５重量％以上、０．３％重量％以下、鉄を０．７重量％以上、１．７重量％以下含有するアルミニウム合金箔を用いることが好ましい。このように特定されたアルミニウム合金箔は、包装に一般的に使用される１Ｎ３０箔より屈曲に強く、ピンホールやクラックが発生しにくく、バリア性が低下しにくい。
【００３１】
このようなアルミニウム合金箔は、純度の高いアルミニウムの箔と比較して、やわらかく、伸びがあるので、アルミニウム箔自体がピンホールやクラックの発生が起こりにくい。このようなアルミニウム合金箔としては、合金番号Ａ８０２１や合金番号Ａ８０７９のアルミニウム合金の箔がある。
【００３２】
熱融着層６は、外装材フィルム３の最内層に位置し、熱溶着により、内部に保持した芯材を真空状態で密封するものである。主に熱可塑性樹脂が用いられ、特にポリオレフィン系樹脂が好ましく用いられる。
【００３３】
熱融着層６として用いることのできるポリオレフィン系樹脂としては、低密度ポリエチレン樹脂、直鎖状低密度ポリエチレン樹脂、中密度ポリエチレン樹脂、エチレン−α−オレフィン共重合体樹脂などのエチレン系樹脂や、ホモポリプロピレン樹脂、プロピレン−エチレンランダム共重合体、プロピレン−エチレンブロック共重合体、ポリプロピレン−α−オレフィン共重合体などのプロピレン系樹脂などの選択が可能である。
【００３４】
熱融着層６のバリア層５への積層方法は、接着剤を介して張り合わせるドライラミネート法（無溶剤ラミネート法を含む）のほか、サンドイッチラミネート法により貼り合わせたりしても良い。さらには、熱融着層形成樹脂を溶融させて、押し出しラミネート法により貼り合わせても良い。
【００３５】
本発明で用いる外装材フィルムの各層の張り合わせに使用される接着剤はウレタン樹脂系接着剤が好ましく用いられる。特にウレタン樹脂系２液硬化型接着剤が好ましく、また接着方法はドライラミネート法で積層するのが好ましい。特に、ウェブ状の材料を積層するのに、ウレタン樹脂系２液硬化型接着剤を用いてドライラミネート法により積層するのが好ましい。
【実施例】
【００３６】
以下に、本発明の具体的実施例について説明する。
【００３７】
＜実施例１＞
〜真空断熱材用芯材の作成〜
微粒子として、固形分２％の多孔質シリカゲル微粒子（空隙率９０％、平均粒子径５−１５μｍ）の水分散液、セルロース繊維として、固形分２％の叩解した針葉樹晒クラフトパルプを水中に分散したパルプ繊維スラリー、結着剤として固形分２％のカルボキシメチルセルロース水溶液、をそれぞれ１０：８０：１０の割合で混合し、十分に撹拌して、紙料とした。この紙料を用いてＴＡＰＰＩ標準のシートマシンで抄紙し、室内に２４時間放置乾燥後、８０℃で１時間乾燥して、２００ｍｍ角、０．５ｍｍ厚の真空断熱材用芯材を得た。
〜外装材フィルムの作成〜
保護層として延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム１２μｍ、バリア層として合金番号Ａ８０２１のアルミニウム合金箔９μｍ、熱融着層として直鎖状低密度ポリエチレンフィルム４０μｍを用意し、順次、それぞれの間をウレタン樹脂系２液硬化型接着剤を用いてドライラミネート法により積層し、図１の構成の積層体にして、実施例１の外装材フィルムを得た。
〜真空断熱材の作成〜
２５０ｍｍ角にカットした前記外装材フィルムを熱融着層面を内側にして貼合し、３方をシール幅２０ｍｍでシールした袋を作成した。この袋内に前記上記製造例で製造した２００ｍｍ角、厚さ０．５ｍｍの真空断熱材用芯材を１０枚重ねて５ｍｍとして入れ、真空包装装置により、真空下で封止し、真空断熱材を得た。
【００３８】
＜実施例２＞
〜真空断熱材用芯材の作成〜
微粒子として固形分２％の多孔質シリカゲル微粒子（空隙率９０％、平均粒子径５−１５μｍ）の水分散液、セルロース繊維として固形分２％の叩解した針葉樹晒クラフトパルプを水中に分散したパルプ繊維スラリー、結着剤として固形分２％のカルボキシメチルセルロース水溶液、をそれぞれ５０：４５：５の割合で混合し、十分に撹拌して、紙料とした。この紙料を用いてＴＡＰＰＩ標準のシートマシンで抄紙し、室内に２４時間放置乾燥後、８０℃で１時間乾燥して、２００ｍｍ角、０．５ｍｍ厚の真空断熱材用芯材を得た。
〜外装材フィルムの作成〜
実施例１と同様の方法で作成した。
〜真空断熱材の作成〜
実施例１と同様の方法で作成した。
【００３９】
＜実施例３＞
〜真空断熱材用芯材の作成〜
微粒子として固形分２％の多孔質シリカゲル微粒子（空隙率３０％、平均粒子径５−１５μｍ）の水分散液、セルロース繊維として固形分２％の叩解した針葉樹晒クラフトパルプを水中に分散したパルプ繊維スラリー、結着剤として固形分２％のカルボキシメチルセルロース水溶液、をそれぞれ１０：８０：１０の割合で混合し、十分に撹拌して、紙料とした。この紙料を用いてＴＡＰＰＩ標準のシートマシンで抄紙し、室内に２４時間放置乾燥後、８０℃で１時間乾燥して、２００ｍｍ角、０．５ｍｍ厚の真空断熱材用芯材を得た。
〜外装材フィルムの作成〜
実施例１と同様の方法で作成した。
〜真空断熱材の作成〜
実施例１と同様の方法で作成した。
【００４０】
＜比較例１＞
〜真空断熱材用芯材の作成〜
微粒子として固形分２％の多孔質シリカゲル微粒子（空隙率９０％、平均粒子径５−１５μｍ）の水分散液、セルロース繊維として固形分２％の叩解した針葉樹晒クラフトパルプを水中に分散したパルプ繊維スラリー、結着剤として固形分２％のカルボキシメチルセルロース水溶液、をそれぞれ５：８５：１０の割合で混合し、十分に撹拌して、紙料とした。この紙料を用いてＴＡＰＰＩ標準のシートマシンで抄紙し、室内に２４時間放置乾燥後、８０℃で１時間乾燥して、２００ｍｍ角、０．５ｍｍ厚の真空断熱材用芯材を得た。
〜外装材フィルムの作成〜
実施例１と同様の方法で作成した。
〜真空断熱材の作成〜
実施例１と同様の方法で作成した。
【００４１】
＜比較例２＞
〜真空断熱材用芯材の作成〜
微粒子として固形分２％の多孔質シリカゲル微粒子（空隙率９０％、平均粒子径５−１５μｍ）の水分散液、セルロース繊維として固形分２％の叩解した針葉樹晒クラフトパルプを水中に分散したパルプ繊維スラリー、結着剤として固形分２％のカルボキシメチルセルロース水溶液、をそれぞれ７０：２５：５の割合で混合し、十分に撹拌して、紙料とした。この紙料を用いてＴＡＰＰＩ標準のシートマシンで抄紙し、室内に２４時間放置乾燥後、８０℃で１時間乾燥して、２００ｍｍ角、０．５ｍｍ厚の真空断熱材用芯材を得た。
【００４２】
芯材となる紙料の（シリカゲル微粒子（微粒子）：パルプ繊維（繊維）：結着剤）割合と用いるシリカゲル微粒子の空隙率を表１にまとめた。
〜外装材フィルムの作成〜
実施例１と同様の方法で作成した。
〜真空断熱材の作成〜
実施例１と同様の方法で作成した。
【００４３】
以上のようにして得られたものは、下記基準で評価した。
〜真空断熱材用芯材のハンドリング性〜
屈曲性は、平滑な台上に載せた芯材を３０°まで折り曲げた時の割れの有無、断裁性は、カッターで加工した際の崩落の有無で判断した。
○；屈曲、断裁や封入で問題なし
×；屈曲や断裁で、芯材が崩れる
例：実施例１から３および比較例１の芯材は屈曲、断裁および外装材フィルムへの封入において特に問題はなく、ばらばらになることもなかったが、微粒子の割合を７０質量％とした比較例２は屈曲で割れが発生し、また、断裁時にもろく崩れてしまう部分があったため、封入までは行わなかった。評価結果を表２に示す。
【００４４】
〜真空断熱材の熱伝導率〜
ＪＩＳ Ａ １４１２−２に準拠した熱流計法（ＨＦＭ）により、熱伝導率を測定した。評価結果を表２に示す。
○：５０ｍＷ／ｍＫ以下
△：５０〜２００ｍＷ／ｍＫ
×：２００ｍＷ／ｍＫ以上
【００４５】
〜表面粗さ〜
触針式のサーフコーダにより、表面粗さＲａ（μｍ）を測定した。評価結果を表２に示す。
【００４６】
【表１】
2015135150.tif 000003
【００４７】
【表２】
2015135150.tif 000004
【符号の説明】
【００４８】
１・・・真空断熱材
２・・・真空断熱材用芯材
３・・・外装材フィルム
４・・・保護層
５・・・バリア層
６・・・熱融着層
【図１】
2015135150.tif 000005