(57)【要約】【課題】  製造時およびリサイクル時において、取扱い性、作業性および生産性に優れ、環境負荷が小さく、かつ、長期にわたって良好な断熱性を維持する真空断熱材を提供する。【解決手段】  芯材が減圧状態で直に外包材に収容されてなる真空断熱材であり、芯材は主体繊維であるポリエステル短繊維とポリエステルバインダー短繊維とから構成される不織布であり、ポリエステル短繊維同士は、ポリエステルバインダー短繊維のバインダー成分が溶融または軟化することにより熱接着している真空断熱材。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材が減圧状態で直に外包材に収容されてなる真空断熱材であり、芯材は主体繊維であるポリエステル短繊維とポリエステルバインダー短繊維とから構成される不織布であり、ポリエステル短繊維同士は、ポリエステルバインダー短繊維のバインダー成分が溶融または軟化することにより熱接着していることを特徴とする真空断熱材。
【請求項２】
主体繊維の繊度が０．１デシテックス〜４．４デシテックスであることを特徴とする請求項1記載の真空断熱材。
【請求項３】
主体繊維の横断面形状が偏平であることを特徴とする請求項１〜２に記載の真空断熱材。
【請求項４】
不織布は、主体繊維であるポリエステル短繊維とポリエステルバインダー短繊維とを混綿してカードウェブを作成し、交絡処理を施さずに、熱処理を施すことにより、ポリエステルバインダー短繊維のバインダー成分を溶融または軟化させてポリエステル短繊維同士を熱接着することにより得られたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の真空断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
冷蔵庫、自動販売機、保冷箱、保冷車等の断熱材に用いる真空断熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷蔵庫、自動販売機、保冷箱、保冷車等には、種々な構造や性能を有する断熱材が使用されている。一般的に真空断熱材とは、ガスバリア性の金属蒸着フィルム等からなる外包材に芯材を挿入し、その内部を減圧して密封した構造を有するものである。真空断熱材の断熱性は上記芯材によって大きく左右されるが、現在汎用される芯材として、平均繊維径が０．５〜０．８μｍ程度の断熱性能に優れるガラス繊維不織布が挙げられる（例えば、特許文献１）。しかしながら、ガラス繊維不織布は、ガラス繊維自身に起因する取扱い性、作業性、環境負荷の大きな問題がある。具体的には、外包材に挿入する際の取扱い難さや、挿入時の外包材のキズ付きを防ぐ目的で、外包材に挿入する前に予め挿入しておくことが好ましい内包材を必要とすることや、リサイクル粉砕時のガラス繊維の飛散や廃棄の問題が挙げられる。
【０００３】
このようなガラス繊維不織布による芯材の問題を改善する方法として、芯材として、取扱い性、作業性、環境負荷に優れるポリエステル繊維を使用する技術が提案されている（特許文献２）。この技術では、断熱性能を経時的に低下させる原因となるアウトガスの発生を避けるために、レジンボンドによる不織布ではなくニードルパンチ不織布を採用している。しかし、外包材の損傷を防ぐ目的で内包材を採用しており、作業性、生産性の点での問題が残っている。
【特許文献１】特開平８−２８７７６号公報
【特許文献２】特開２００６−２８３８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、製造時およびリサイクル時において、取扱い性、作業性および生産性に優れ、環境負荷が小さく、かつ、長期にわたって良好な断熱性を維持する真空断熱材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、芯材が減圧状態で直に外包材に収容されてなる真空断熱材であり、芯材は主体繊維であるポリエステル短繊維とポリエステルバインダー短繊維とから構成される不織布であり、ポリエステル短繊維同士は、ポリエステルバインダー短繊維のバインダー成分が溶融または軟化することにより熱接着していることを特徴とする真空断熱材を要旨とするものである。
【０００６】
本発明の真空断熱材を構成する芯材は、主体繊維であるポリエステル短繊維とポリエステルバインダー短繊維とから構成される不織布である。芯材の不織布を構成する繊維にポリエステル繊維を用いているのは、熱伝導しにくい素材であり、また、アウトガス発生による断熱性能の経時的な低下が生じにくいためである。すなわち、ポリエステル繊維以外の他の有機繊維（ポリエチレン繊維等）であると、アウトガス発生によって断熱性能の経時的な低下が生じやすい。また、ポリエステル繊維は、取扱い性、作業性、環境負荷の点からも好ましい。
【０００７】
ポリエステルとは、化学構造単位が主としてエステル結合で結合されてなる高分子をいう。例えば、ジカルボン酸成分とジオール成分との反応により得られるポリエステルであってもよいし、または、一分子中にヒドロキシ基とカルボキシル基とを有するヒドロキシカルボン酸成分同士の反応により得られるポリエステルであってもよい。具体的には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリプロピレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリ乳酸などが挙げられる。また、これらのポリエステルに他の成分が共重合してなる共重合ポリエステルでもよい。量産性およびコストを考慮すればポリエチレンテレフタレートを用いることが好ましい。なお、いわゆるリサイクルポリエステルを使用してもよい。
【０００８】
本発明における不織布は、ポリエステル短繊維同士が、ポリエステルバインダー短繊維（以下、バインダー短繊維ともいう。）のバインダー成分が溶融または軟化することにより熱接着しているものである。バインダー短繊維のバインダー成分は、主体繊維であるポリエステル短繊維を構成するポリエステルよりも低い融点（融点がないものについては軟化点を融点とみなす。）を有し、５０℃以上低い融点を有していることが好ましい。バインダー成分が低い融点を有することにより、熱処理において、バインダー成分を溶融または軟化させる際に主体繊維は軟化または分解変性せずに良好に繊維形態を維持することができる。バインダー繊維の形態は、バインダー成分のみからなる単相形態のものであってもよいが、バインダー成分とバインダー成分よりも高融点の成分とからなる複合形態のものがよい。なかでも、バインダー成分を鞘部に配し、高融点の成分を芯部に配した芯鞘型複合繊維であることが好ましい。複合形態の場合は、バインダー成分と高融点の成分との融点差は、５０℃以上であることが好ましい。融点差を５０℃以上設けることにより、バインダー成分を溶融または軟化させる熱処理において、高融点の成分までもが軟化または分解変性せず繊維形態を良好に維持できることとなり、得られる不織布の保形性が良好となる。また、製造工程における熱処理条件のコントロールが容易となるという利点もある。バインダー短繊維としては、芯部にポリエチレンテレフタレートを配し、鞘部（バインダー成分）に低融点の共重合ポリエステルを配したものを用いることが好ましい。バインダー成分に用いる共重合ポリエステルとしては、安価で接着力の高いことから、エチレンテレフタレートを繰り返し単位としこれにイソフタル酸が共重合してなる共重合ポリエステルを使用することが好ましい。なお、主体繊維であるポリエステル短繊維とバインダー短繊維との混合比率は９５〜８０／５〜２０（質量比）がよい。バインダー短繊維の混率を２０質量％以下とすることにより、不織布を外包材に挿入後の減圧排気を良好に行うことができる。また、バインダー短繊維の混率を５質量％以上とすることにより、芯材の保形性を良好に保ち、取り扱い性の良好な芯材を得ることができる。
【０００９】
主体繊維であるポリエステル短繊維の単糸繊度は、断熱性能を考慮すると、小さい方が好ましい。単糸繊度が小さいと、例えば同一目付であった場合、不織布を構成する繊維本数が多くなり、繊維本数が多くなると繊維同士の接触点もまた多くなる。熱は繊維の軸方向に沿って伝わると考えられており、一方、繊維同士の接触点では、熱伝導の抵抗となると考えられている。したがって、単糸繊度の小さい繊維からなる不織布は、不織布全体における繊維の接触点および接触面積が大きいため、熱が伝わりにくく断熱性能が良好となる。本発明では、４．４デシテックス以下であることが好ましく、より好ましくは１．１デシテックス以下である。また、下限としては、０．１デシテックス程度がよい。１．１デシテックス以下の繊維を得る方法としては、直接紡糸によるものでもよいが、割繊型複合繊維を分割することにより得られる割繊極細繊維や、割繊型複合繊維や海島型複合繊維を溶剤減量することにより一成分を溶かして得られる極細繊維であってもよい。
【００１０】
主体繊維の横断面形状は、汎用性の点からは円形のものを用いるのがよいが、偏平断面のものがより好ましい。上述したように、熱は繊維の軸方向に沿って伝わるところ、繊維同士の接触点は熱伝導の抵抗となると考えられることから、繊維同士の接触面積が大きいと熱が伝わりにくく断熱性能が良好となるため、偏平断面の繊維同士は、繊維同士の接触面積が大きくなるため、熱が伝導しにくくなって断熱性能が良好となる。
【００１１】
主体繊維の捲縮の形態は、機械捲縮を有するものであっても立体捲縮を有するものであってもよい。
【００１２】
不織布を構成する主体繊維およびバインダー短繊維の繊維長は特に限定されないが、２５〜７６ｍｍ程度が好ましい。
【００１３】
不織布は、主体繊維であるポリエステル短繊維とポリエステルバインダー短繊維とを混綿してカードウェブを作成し、交絡処理を施さずに、熱処理を施すことにより、ポリエステルバインダー短繊維のバインダー成分を溶融または軟化させてポリエステル短繊維同士を熱接着することにより得られたものであることが好ましい。カードウェブにおける繊維の長手方向（軸方向）は厚み方向ではなく、ウェブの面方向にある。例えば、ウェブの機械方向に繊維の長手方向が引き揃えられて堆積してなるウェブ（パラレルウェブ）や、前記パラレルウェブを繊維の長手方向が幅方向となるように積層させたウェブ（クロスウェブ）や、繊維の長手方向が厚み方向でなく面方向のあらゆる方向に堆積されたウェブ（ランダムウェブ）が挙げられる。本発明においては、これらのいずれのカードウェブを用いてもよい。カードウェブに交絡処理を施さずに熱処理を施すことによって不織布化したものを用いる理由は、得られる不織布中に多数堆積した繊維において、繊維の長手方向（軸方向）が厚み方向に配置させにくくすることにある。すわなち、熱は繊維の軸方向に沿って伝わると考えられており、熱は不織布の厚み方向より伝わるため、厚み方向（熱が伝わる方向）に沿って繊維の軸方向を配置させず、面方向に沿って繊維の軸方向を配置させることにより、不織布の厚み方向により熱が伝わりにくくし、断熱性を向上させることができる。また、このように不織布の厚み方向に繊維の長手方向を配置しにくくすることにより、換言すると、不織布の面方向に繊維の長手方向が位置するように堆積させることにより、外包材に挿入する際に容易に挿入することができ、外包材に繊維によるキズが付きにくいので、外包材に挿入前に内包材にて包むといった作業を必要とせず、作業性、生産性にも優れるといった効果も奏する。ニードルパンチ等の交絡処理を施せば、繊維軸方向が厚み方向と同じ方向に配置させる傾向となり、熱が不織布の厚み方向に伝導しやすくなって、断熱性能が低下する傾向となる。本発明において、熱処理としては、熱風処理が好ましい。
【００１４】
芯材である不織布の目付け、厚みは、外包材に挿入して減圧排気し最終商品である真空断熱材の芯材の密度、厚みに照らし合わせて適宜決定すればよいが、目付は１０００〜２０００ｇ／ｍ２程度、厚みは減圧排気前で５〜２０ｍｍ程度が一般である。目付を２０００ｇ／ｍ２以下とし、厚みを２０ｍｍ以下とすることにより、取り扱いが良好で、外包材に挿入しやく、また、減圧排気しやすい。また、目付を１０００ｇ／ｍ２以上、厚みを５ｍｍ以上とすることにより、所望の断熱性能を得ることができる。
【００１５】
本発明の真空断熱材は、上記した芯材である不織布は、減圧状態で直に外包材に収容されている。
【００１６】
外包材は、ガスバリア性を有し、内部を減圧に維持できるものであれば、何れのものでも用いることができる。また、ヒートシール可能なものがより好ましい。好ましい外包材としては、例えば、最外層から、ナイロン樹脂層、アルミニウムを蒸着したポリエチレンテレフタレート樹脂層、アルミ箔、そして最内層として高密度ポリエチレン樹脂層の４層構造からなるガスバリアフィルムが挙げられる。また、最外層から、ポリエチレンテレフタレート樹脂層、中間層にアルミ箔、最内層に高密度ポリエチレン樹脂層からなるガスバリアフィルムが挙げられる。さらには、最外層にポリエチレンテレフタレート樹脂層、中間層にアルミニウムを蒸着したエチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂層、最内層に高密度ポリエチレン樹脂層からなるガスバリアフィルムが挙げられる。
【００１７】
本発明の真空断熱材においては、経時的な断熱性をより向上させる観点から、外包材の中に水蒸気もしくは空気の構成ガスのうち少なくとも１種類を吸着するガス吸着剤（ゲッター材）を封入することが好ましい。外包材内部の芯材にガス吸着剤に応じた窪みを形成しておき、その窪みに直接ガス吸着剤を配置して外包材内部のガスを吸着させてもよいし、外包材の上から窪みの位置にガス吸着剤を配置して外包材内部とガス吸着剤とを連結させて外包材内部のガスを吸着させてもよい。ガス吸着剤は、通気孔を有する硬質容器に収容されたものであってもよいし、または通気性を有する軟質容器に収容されたものであってもよい。
【００１８】
本発明の真空断熱材は、以下の方法によって良好に得ることができる。
【００１９】
上記した芯材を三方が熱融着（ヒートシール）された袋状の外包材に挿入する。このときガス吸着剤を一緒に挿入することが好ましい。芯材を挿入した外包材は開口した状態で真空引き装置を用い、内圧が０．１〜０．０１Ｔｏｒｒ程度の真空度となるよう減圧排気する。その後、外包材の開口部を熱融着により封止して真空断熱材を得る。
【００２０】
なお、断熱性能をさらに向上させる目的で、外包材開口部を封止する前に、芯材を乾燥させることが好ましい。芯材の乾燥処理は、芯材を外包材に挿入する直前に行ってもよいし、または外包材に挿入した後であって減圧排気する前に外包材に挿入した状態で行ってもよい。乾燥処理は、芯材に含まれる水分等を除去するという目的を達すれば特にその方法は特定しないが、１２０℃で１時間程度行うことが好ましい。水分等をより有効に除去するために真空状態で乾燥処理を施すことがさらに好ましい。また、遠赤外線による乾燥を併用してもよい。真空度は、０．５〜０．０１Ｔｏｒｒ程度が好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の真空断熱材は、芯材がポリエステル繊維から構成されているため、製造時およびリサイクル時において、取扱い性、作業性、生産性に優れ、環境負荷が小さい。また、芯材は、レジンボンドを用いたものではなく、ポリエステルバインダー短繊維のバインダー成分が軟化または溶融することにより不織布化した不織布であるので、取り扱い性が良好で、アウトガスの発生がなく長期にわたって良好な断熱性を維持する。
【実施例】
【００２２】
以下、実施例によって本発明を詳しく説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００２３】
実施例１
主体繊維であるポリエステル短繊維として、繊維の横断面が円形であるポリエチレンテレフタレート繊維（０．６ｄｔｅｘ×４４ｍｍ）、バインダー短繊維として芯鞘型複合繊維（２．２ｄｔｅｘ×３２ｍｍ、芯部がポリエチレンテレフタレート、鞘部であるバインダー成分がエチレンテレフタレートにイソフタル酸を共重合した共重合ポリエステルで軟化点１１０℃）を用意し、主体繊維／バインダー短繊維を９５／５（質量比）の割合で混綿してカードに通した後、クロスラッパーで積層しクロスウエブとし、熱風循環装置で熱処理し（１４０℃、６０秒）、密度１００ｋｇ／ｍ３、厚み１５ｍｍの不織布（芯材）を得た。得られた芯材を１２０℃で６０分間乾燥した後、ナイロン樹脂／アルミニウムを蒸着したポリエチレンテレフタレート樹脂／アルミ箔／高密度ポリエチレン樹脂の４層構造からなるガスバリアフィルムからなり三方がヒートシールされた外包材（外寸２５０ｍｍ×２７０ｍｍ：シール部も含む）に挿入し、芯材の上にゲッター材（サエス ゲッターズ社製：ＣＯＭＢＯ−３）を１個挿入した。その状態で直ちに真空引き装置を用い、内圧が０．０１Ｔｏｒｒとなるよう減圧排気を行い、外包材の開口部をヒートシールして密封した。得られた真空断熱材は、２００ｍｍ×２００ｍｍの大きさで、厚み６ｍｍ、また、密度は２５０ｋｇ／ｍ３であった。
【００２４】
実施例２
実施例１において、主体繊維として、繊維の横断面が偏平断面であるポリエチレンテレフタレート繊維（２．２ｄｔｅｘ×５１ｍｍ）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして実施例２の真空断熱材を得た。得られた真空断熱材の厚みは５ｍｍ、密度は２５０ｋｇ／ｍ３であった。
【００２５】
比較例１
実施例１において、不織布を得るにあたって、主体繊維として繊維の横断面が円形であるポリエチレンテレフタレート繊維（２．２ｄｔｅｘ×５１ｍｍ）を用いたこと、バインダー短繊維を用いなかったこと、ウェブにニードルパンチ処理を施したこと（パンチ密度２００パンチ／ｃｍ２）、熱風循環装置による熱処理を施さなかったこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１の真空断熱材を得た。得られた真空断熱材の厚みは６ｍｍ、密度は２５０ｋｇ／ｍ３であった。
【００２６】
次いで、得られた真空断熱材の初期断熱性、長期断熱性、作業性を以下の方法で評価し、その結果を表１に示す。
＜初期断熱性＞
初期断熱性の評価は、熱伝導率測定装置(英弘精機社製  商品名「Ａｕｔｏλ ＨＣ−０７２」）を用いて、平均温度２０℃の熱伝導率を測定することにより行った。なお、測定は真空断熱材を得た後より１日経過後に測定した。
＜長期断熱性＞
長期断熱性の評価は、初期断熱性を評価した真空断熱材を７０℃の恒温槽に入れ、３０日経過後に取り出し、熱伝導率測定装置(英弘精機社製  商品名「Ａｕｔｏλ ＨＣ−０７２」）を用いて、平均温度２０℃の熱伝導率を測定することにより行った。
＜作業性＞
芯材を外包材に挿入するときの作業性を以下の基準に従って評価した。
○：外包材への挿入が容易である。
×：外包材への挿入が容易ではない。
【００２７】
【表１】
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表１からわかるように、実施例１、２の本発明の真空断熱材は、作業性も良好で、また、初期熱伝導率および長期熱伝導率はいずれも同じ値であり、良好な断熱性を示すといわれる熱伝導率の値である０．００３Ｗ／ｍ・ｋ以下であった。一方、比較例の真空断熱材は、外包材の挿入が容易でなく、また、実施例の真空断熱材と比較して熱伝導率の値が大きく、熱が伝わりやすいものであった。