(57)【要約】【課題】  製造時およびリサイクル時において環境負荷が極めて低く、取扱い性および作業性が良好で、従来と同等またはそれを上回る熱伝導性能を有する真空断熱材用芯材および真空断熱材を提供すること。【解決手段】  少なくとも綿繊維を含む繊維の集合体からなる真空断熱材用芯材、および該真空断熱材用芯材と、該芯材を収容し内部を減圧状態に維持できる外包材とを少なくとも備えることを特徴とする真空断熱材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも綿繊維を含む繊維の集合体からなる真空断熱材用芯材。
【請求項２】
前記綿繊維の含有量が繊維集合体全量に対して５０重量％以上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】
前記綿繊維の平均繊維長が５〜５０ｍｍ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】
前記綿繊維が原綿を少なくとも混打綿処理および開綿処理により不純物除去した綿繊維からなる請求項１〜３いずれかに記載の真空断熱材用芯材。
【請求項５】
前記綿繊維が落綿を使用してなる請求項１〜４いずれかに記載の真空断熱材用芯材。
【請求項６】
前記綿繊維が精練処理を施してなる綿繊維である請求項１〜５いずれかに記載の真空断熱材用芯材。
【請求項７】
前記綿繊維がさらに漂白処理を施してなる綿繊維である請求項６記載の真空断熱材用芯材。
【請求項８】
請求項１〜７いずれかに記載の真空断熱材用芯材と、該芯材を収容し内部を減圧状態に維持できる外包材とを少なくとも備え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、自動販売機、保冷箱等の断熱材として用いる真空断熱材および該真空断熱材に用いる芯材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷蔵庫、自動販売機、保冷箱、保冷車等には、種々の構造・性能を有する断熱材が使用されている。近年においては、非常に優れた断熱性を有する真空断熱材が、上記用途に多く使用される。真空断熱材とは、一般的には、ガスバリヤー性の金属蒸着フィルム等からなる外包材に芯材を充填し、その内部を減圧して密封した構造を有するものである。このような真空断熱材の断熱性能・生産性・取扱い性能は、充填される芯材によって大きく左右される。
【０００３】
現在、汎用される芯材としては、連続気泡ポリウレタンフォーム（特許文献１参照）、平均繊維径が０．５〜８μｍ程度のガラス繊維集合体（特許文献２参照）およびガラス繊維集合体と他の熱可塑性樹脂繊維との複合体（特許文献３参照）が挙げられる。
【特許文献１】特開平６−２１３５６１号公報
【特許文献２】特開平８−２８７７６号公報
【特許文献３】特開２００３−１５５６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記汎用の真空断熱材用芯材は次のような課題を有している。
連続気泡ポリウレタンフォーム芯材は取扱い性・作業性は非常に優れているが、ポリウレタンフォーム製造時に多数の化学的原材料を使用するため、環境負荷が大きい。さらに、リサイクル性能について、ポリウレタンフォームは粉砕加工、ウレタン分解による再原料化などが利用可能と考えられるが、ポリウレタンフォームの粉砕物は用途が限定されてしまい、またウレタン分解は実用化に向けて課題が多く、結果的にリサイクル性は好ましくない。
【０００５】
平均繊維径が０．５〜８μｍ程度のガラス繊維集合体芯材は、アウトガス（芯材から揮発するガス分）の発生もなく、断熱性能に非常に優れた性質を有するが、ガラス繊維自身の取扱い性・作業性に大きな難がある。取扱い性を改善すべく、ガラス繊維を重ね合わせたものにニードルパンチを施し、外包材に芯材を挿入する作業について改善したものも見られるが、材質そのものに由来する取扱い性・作業性の難点を十分に解決し得るものではない。特に、当該芯材をリサイクルする時点における、取扱い性・作業性の問題点は以前残ったままである。例えば、リサイクルする時に外包材を開封すると、ガラス繊維集合体芯材が飛散し、取扱い性・作業性が問題となるだけでなく、環境負荷の面においても問題となる。
【０００６】
ガラス繊維集合体と他の熱可塑性樹脂繊維との複合体は、若干の取扱い性の向上は見られるものの満足すべきものではない。熱可塑性樹脂繊維と同様に、ロックウール、パルプ等の繊維質を複合したものも見られるが、ガラス繊維が使用されるため、前述の問題点は以前残ったままである。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、製造時およびリサイクル時において環境負荷が低く、取扱い性および作業性が良好で、従来と同等またはそれを上回る熱伝導性能を有する真空断熱材用芯材および真空断熱材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、少なくとも綿繊維を含む繊維の集合体からなる真空断熱材用芯材、および該真空断熱材用芯材と、該芯材を収容し内部を減圧状態に維持できる外包材とを少なくとも備えることを特徴とする真空断熱材に関する。
【０００９】
有機系繊維材料は、熱伝導性能、アウトガスの問題等により、真空断熱材用芯材としては全く考えられていなかったものであるが、本発明の発明者等は天然セルロース系繊維、特に衣料用として周知の綿繊維に着目し、該綿繊維は、従来の連続気泡ウレタンフォームと同等またはそれを上回る熱伝導性能を発揮することを見い出し、本発明を成すに至った。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の真空断熱材用芯材は、天然セルロース系繊維である綿から構成されているため、環境負荷が極めて小さく、取扱い性および作業性が良好で、使用後のリサイクル性についても非常に優れる。しかも、そのような芯材を用いた真空断熱材は、冷蔵庫等に採用されている連続気泡ウレタンフォームを用いた真空断熱材と、同等またはそれを上回るの熱伝導性能を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の真空断熱材は少なくとも芯材と該芯材を収容し内部を減圧状態に維持できる外包材とからなる。
【００１２】
本発明において芯材は綿繊維を含む繊維の集合体からなる。
綿繊維とは、いわゆる綿花から得られる繊維のことを示し、通常、綿繊維は綿花から得られる原綿を素材として各段階の工程を経て得られる。すなわち本発明において綿繊維は原綿を構成する繊維であってもよいし、または原綿を加工・処理して綿糸や脱脂綿等の綿製品を製造する際に得られる、いかなる中間段階の繊維であってもよい。例えば、原綿を綿糸に紡績する処理工程としては、固く絡みあった綿花を解きほぐし、均一に混ぜ合わせ、綿実殻、塵埃等の不純物の大部分を取り除く混打綿処理、絡みあった綿花を十分に解きほぐし、不純物を取り除く開綿処理、繊維を梳きほぐし、一定の方向にそろえ、太さにむらのあるスライバーを得る梳綿（カード）処理、カード・スライバーを平行に並べ、引き延ばしてシート状のラップにし、ラップを重ねて引き延ばしてコーマ機にかけ、比較的太さのそろったコーマ・スライバーを得る精梳綿（コーマ）処理、スライバーを重ねては引き延ばして同じ太さのスライバーを得る練篠処理、スライバーを細く引き延ばし、わずかに撚りをかけて粗糸を得る粗紡処理、粗糸をさらに細く引き延ばしつつ撚りをかけて糸を得る精紡処理、糸の欠点であるネップや糸むらなどを除去しつつ糸を巻き返す巻返し処理などがあるが、綿繊維は上記いずれの処理工程直後に得られる繊維であってもよい。また例えば、原綿から脱脂綿を製造する処理工程としては、混打綿処理、開綿処理、梳綿（カード）処理、精練処理、漂白処理などがあるが、綿繊維は上記いずれの処理工程直後に得られる繊維であってもよい。
【００１３】
本発明において綿繊維は綿実殻、塵埃等の不純物を除去されたものを使用することが好ましく、すなわち混打綿処理工程および開綿処理工程等を経たものを使用することが好ましい。綿実殻等の不純物は、真空密閉時に外包材を突き破ってしまうおそれがあるためである。また不純物からアウトガスが発生する恐れがあるためである。
【００１４】
上記各処理工程では通常、繊維長を揃えるために繊維長の短いものを脱落させ、脱落した繊維は一般に「落綿」と称されるが、本発明においては綿繊維として落綿を使用することが好ましい。落綿の一部は他の用途に転用されるが、大部分は焼却処分されるため、綿繊維として落綿を使用することで廃棄綿を有効利用でき、製造コストを低減できる。本発明においては、特に精梳綿（コーマ）処理工程で脱落された落綿（コーマ落綿）などが、芯材として好適な繊維長を有し、不純物も少ないので好ましく使用され得る。綿繊維として繊維長の短いコットンリンター等も使用可能である。
【００１５】
本発明の綿繊維はまた、精練処理工程を経たものが好ましい。精練処理は一般に主として染色性を向上させる目的で行われる処理であり、詳しくは綿繊維に存在するペクチン質、ワックス、油脂分を除去する処理である。例えば、水酸化ナトリウムなどのアルカリ液および界面活性剤の溶液に綿繊維を浸して煮沸処理を施す方法、ペクチン分解酵素を用いる方法等があり、精練方法自体は特に限定されない。本発明において精練処理は染色性向上を意図するものではなく、当該精練処理工程を経ることにより、繊維のセルロース質とは異なる組成分を除去し、アウトガスの発生を抑えることが可能となる。
【００１６】
さらに好ましくは本発明の綿繊維は漂白処理工程を経て、綿繊維に含まれる色素不純物を除去したものである。漂白処理工程は、精練処理では取り除けない綿繊維中の色素不純物を、酸化剤や還元剤により分解除去し、白度を高める工程である。漂白処理も精練処理と同様、方法自体は特に限定されるものではない。本発明において漂白処理は白度を高めることを意図するものではなく、漂白処理工程を経ることにより、アウトガスの発生をより有効に抑えることが可能となる。
【００１７】
本発明の綿繊維の繊維長は、繊維長分布の平均値として、５〜５０ｍｍ程度が好ましい。真空断熱材として使用する場合に、市販の脱脂綿のようなわた状で用いるのが取扱い性に優れるためである。さらに好ましくは、８〜３０ｍｍである。綿繊維の繊維径は、通常１５〜３０μｍである。ただし、熱伝導性能の観点からは、繊維径は小さい方が好ましいため、量産性等に支障ない範囲で、１５μｍよりさらに繊維径を小さくすればより好ましい。
【００１８】
本発明の真空断熱材において収容される繊維集合体は上記綿繊維のみからなっていることが、リサイクル性の観点から好ましいが、生産性、製造コスト低減の観点から、上記綿繊維と他の繊維との混紡品であってもよい。
【００１９】
他の繊維としては、本発明の目的を達成できる限り特に制限されるものではなく、例えば、ラミー、リネン、ケナフ、ヘンプ、ジュート、カポック、芭蕉、竹、パルプ、バクテリアセルロースなどの天然セルロース繊維、ビスコースレーヨン、銅アンモニア法レーヨン、ポリノジック等の再生セルロース繊維、テンセル等の精製セルロース繊維、アセテート、ジアセテート等の半合成繊維、およびポリエステル系、ポリアミド系、アクリル系、ポリ塩化ビニル系、ポリ塩化ビニリデン系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリウレタン系、ポリビニルアルコール系、フッ素系等の合成繊維などが使用可能である。なお、落綿として、これらの繊維と綿繊維との混紡品タイプのものが存在する。そのような混紡品タイプの落綿を、そのまま使用してもよく、それにより廃棄物低減にもつながる。
【００２０】
繊維集合体における綿繊維の含有量は、本発明の目的が達成できる限り特に制限されるものではないが、リサイクル性等のさらなる向上の観点から繊維集合体全量の５０重量％以上、特に９０重量％であることが好ましい。
【００２１】
繊維集合体の形態は特に制限されず、例えば、原綿や落綿などのような繊維が緩く絡み合った、いわゆるわた形態、綿繊維またはその混紡繊維を撚ってなる糸の形態、または該糸からなる織物や編み物などのような生地の形態などであってよい。繊維集合体を外包材に挿入するときの作業性を考慮すれば、マット状等の保形された形態が好ましい。したがって、わたや糸の形態の繊維集合体を用いる場合は、ニードルパンチ加工やプレス加工等を行ってマット状に加工したものを使用することが好ましく、さらには熱伝導性に問題ない範囲で、バインダー等を用いてマット状等に保形してもよい。
【００２２】
上記真空断熱材用芯材を収容する外包材は内部を減圧に維持した状態で密封できるものである。外包材としては、ガスバリア性を有し、密封可能で、前記芯材を収容して内部を減圧に維持できるものであれば、どのようなものでも用いることができる。好適な具体例として、例えば、最外層から、ナイロン、アルミ蒸着ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、アルミ箔、及び最内層として高密度ポリエチレンの４層構造からなるガスバリアフィルム、最外層から、ポリエチレンテレフタレート樹脂、中間層にアルミ箔、最内層に高密度ポリエチレン樹脂からなるガスバリアフィルム、最外層にＰＥＴ樹脂、中間層にアルミ蒸着層を有するエチレンービニルアルコール共重合体樹脂、最内層に高密度ポリエチレン樹脂からなるガスバリアフィルム等が挙げられる。
【００２３】
本発明の真空断熱材において外包材の中には芯材のみを入れるだけでも、断熱性能に優れた真空断熱材を得ることができるが、繊維集合体、特に綿繊維から不純物を完全に取り除くことは困難であり、微量のアウトガス等による経時的な断熱性能低下を防止するために、さらに吸着剤（ゲッター材）を封入することが好ましい。 
【００２４】
本発明の真空断熱材の製造工程について好ましい実施態様を以下説明する。
前記繊維集合体からなる本発明の真空断熱材用芯材を、適当な大きさ及び形（例えば、四角形）にカットし、内部に含まれる水分等を除去するために乾燥を行う。当該乾燥は通常、１２０℃１時間程度の条件にて行われるが、より綿繊維の水分等を除去するために、１２０℃において真空乾燥するのが好ましい。さらに、遠赤外線による乾燥を併用してもよい。真空度については、０．５〜０．０１Ｔｏｒｒ程度で乾燥を行うのが好ましく、温度については、セルロースは、乾熱状態１５０℃程度で分解するおそれがあるため、分解温度以下の１００℃〜１５０℃で行う必要がある。
【００２５】
次に、該芯材を袋状にシールされた外包材の中に挿入する。なお、この時ゲッター材を一緒に挿入してもよい。この状態で真空引き装置内に入れて、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、外包材の袋状開口部を熱融着により封止し、真空断熱材が得られる。
【実施例】
【００２６】
＜実施例および比較例で使用する芯材＞
実施例１〜２：紡績工程中の精梳綿（コーマ）工程で得られるコーマ落綿に対し、精練処理および漂白処理を施したもの（平均繊維長：２１ｍｍ、繊維径：２２μｍ）
実施例３〜４：市販の脱脂綿（帝国綿業社製、商品名：「女神綿」）
実施例５：紡績工程中の精梳綿（コーマ）工程段階で得られる糸状繊維（平均繊維長：２８ｍｍ、繊維径：２２μｍ）
比較例１：連続気泡ポリウレタンフォーム（密度：５５Ｋｇ／ｍ３）
【００２７】
＜実施例１、３および５＞
上記の芯材をまず、温度１２０℃、真空度０．１Ｔｏｒｒにて１時間乾燥を行った。乾燥後の芯材８０ｇを、ナイロン、アルミ蒸着ＰＥＴ、アルミ箔、高密度ポリエチレンの４層構造からなるガスバリアフィルム製外包材に挿入し、同時にゲッター材（サエス  ゲッターズ社製：ＣＯＭＢＯ）を１個外包材の中に挿入した。その後、真空引き装置にて、内圧が０．０５Ｔｏｒｒとなるよう真空引きを行い、密封した。得られた真空断熱材は、２００ｍｍ×２００ｍｍの大きさであった。なお、厚みについては１０ｍｍとなるよう、熱伝導率測定前にプレス機によりプレス加工を行った。得られた真空断熱材の芯材の密度は２００ｋｇ／ｍ３であった。
【００２８】
＜実施例２および４＞
上記の芯材をまず、温度１２０℃にて２４時間乾燥を行った。乾燥後の芯材８０ｇを、ナイロン、アルミ蒸着ＰＥＴ、アルミ箔、高密度ポリエチレンの４層構造からなるガスバリアフィルム製外包材に挿入し、同時にゲッター材を１個外包材の中に挿入した。その後、真空引き装置にて、内圧が０．０５Ｔｏｒｒとなるよう真空引きを行い、密封した。得られた真空断熱材は、２００ｍｍ×２００ｍｍの大きさであった。なお、厚みについては１０ｍｍとなるよう、熱伝導率測定前にプレス機によりプレス加工を行った。得られた真空断熱材の芯材の密度は２００ｋｇ／ｍ３であった。
【００２９】
＜比較例１＞
連続気泡ポリウレタンフォームを用い、まず２００ｍｍ×２００ｍｍ×１０ｍｍにカットした。当該芯材を、温度１２０℃にて１時間乾燥した。乾燥後、実施例と同様の外包材に挿入し、同時にゲッター材を１個外包材の中に挿入した。その後、真空引き装置にて、内圧が０．０５Ｔｏｒｒとなるよう真空引きを行い密封し、真空断熱材を得た。
【００３０】
断熱性能の評価は、「ＡｕｔｏΛ ＨＣ−０７４」（英弘精機（株）製）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、測定は真空引き工程から１日経過後に測定した。
【００３１】
【表１】
2005163981.tif 000002