JP2016148418A - 真空断熱材用外装材及び真空断熱材用外装材の評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実際の使用時に十分な延伸・屈曲耐性を備えた真空断熱材を提供することを課題とする。また、真空断熱材としての実際の使用条件に近い状態での真空断熱材用外装材の延伸・屈曲耐性を評価する方法を提供することを課題とする
真空断熱材用外装材の屈曲性判断基準を提供することを課題としている。
【解決手段】本発明の真空断熱材用外装材は、断熱材を真空封止して真空断熱材を形成するための真空断熱材用外装材であって、前記真空断熱材用外装材は少なくとも樹脂基材、バリア層、熱融着性樹脂を備えており、前記真空断熱材用外装材は、これを製袋した袋の中に球状体を充填後、真空封止して得られた試験体の内圧変化量が１００Ｐａ／ｄａｙ以下であることを特徴とする
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷蔵庫や低温コンテナあるいは住居の壁材などに取り付けられる真空断熱材に使用される真空断熱材用外装材及びこれを評価する方法に関するものである。

冷蔵庫や低温コンテナあるいは住居の壁材などには、従来から種々の断熱材が用いられており、特に近年では、断熱性能の優れた断熱材として、グラスウールなどの無機繊維シートや、多孔質シリカを不織布で包んだ芯材を外装材で包み、真空封止した構成の真空断熱材が使用されている。

真空断熱材用外装材の構成としては、主に樹脂基材（保護層）、バリア材（バリア層）、熱融着性樹脂（シーラント層）を備えた積層体が一般的に用いられている。このような外装材としては、内部を長期間真空状態に保持するために、外部からの水蒸気やガスの侵入を防ぐ、優れたバリア性が要求される。

また、外装材には、延びや曲げに対する強さ（ガスバリア性能の維持）も要求される。これは芯材となるグラスウールや多孔質シリカを真空封止した際に生じる凹凸や、規定サイズへの成型加工により、外装材が伸びや曲げのストレスを受けるからである。初期のバリア性に優れていても屈曲や延伸後のバリア性が見劣りすると真空断熱材用外装材としての適用は困難である。

このような屈曲や延伸を想定したフィルムの評価方法としてはゲルボ試験（特許文献１〜４）が一般的であるが、用途として真空断熱材用外装材を想定した場合、試験としては過酷であると言える。そのため、過剰品質となり開発コストがかさむ可能性があった。

特許第３０６８１０６号公報 特許第３０６８１０７号公報 特許第３０９５１５３号公報 特許第３０７０７０２号公報

本発明は上記の事情を鑑みてなされたもので、実際の使用時に十分な延伸・屈曲耐性を備えた真空断熱材を提供することを課題とする。また、真空断熱材としての実際の使用条件に近い状態での真空断熱材用外装材の延伸・屈曲耐性を評価する方法を提供することを課題とする。

本発明の真空断熱材用外装材は、断熱材を真空封止して真空断熱材を形成するための真空断熱材用外装材であって、前記真空断熱材用外装材は少なくとも樹脂基材、バリア層、熱融着性樹脂を備えており、前記真空断熱材用外装材は、これを製袋した袋の中に球状体を充填後、真空封止して得られた試験体の内圧変化量が１００Ｐａ／ｄａｙ以下であることを特徴とする。

本発明の真空断熱材用外装材の評価方法は、断熱材を真空封止して真空断熱材を形成するための真空断熱材用外装材を評価する方法であって、真空断熱材用外装材を袋状に製袋し、内部に複数の球状体を充填して真空封止した試験体を作成し、この試験体の内圧変化量を測定することを特徴とする。

本発明の真空断熱材用外装材によれば、内圧変化量が１００Ｐａ／ｄａｙ以下であると、球状体によるクラック等のダメージが一定レベルで抑制される屈曲性を有するので、芯材を封入した後、１０年経過後でも十分なガスバリア性能を維持することができる。

本発明の真空断熱材用外装材の評価方法によれば、ゲルボ試験や、積層体のガスバリア性能を評価する一般的な方法であるＭＯＣＯＮ法では評価ができなかった、真空断熱材用外装材としての適性を評価することができる。より具体的には、積層体の屈曲性（芯材封入後の真空度変化）を実際の使用環境に近い状態で評価することができ、過剰品質とならずに、適正な評価結果を得ることができる。

本発明の真空断熱材用外装材の一実施形態を示す断面概略図である。 本発明の真空断熱材用外装材を用いた真空断熱材の一実施形態を示す断面概略図である。 本発明の真空断熱材の評価方法を行うための装置の概略を示した図である。

以下、本発明を図に基づき具体的に説明する。
＜真空断熱材用外装材＞
図１に示すように、本発明の真空断熱材用外装材１０は、樹脂基材１、バリア層２、熱融着性樹脂３を順次積層してなる積層体からなる。なお、樹脂基材１、バリア層２、熱融着性樹脂３を順次積層する方法としては、例えば、それぞれの層間に接着剤を介する公知の方法を用いることができる。

また、図２は図１に示す本発明の真空断熱材用外装材１０を用いて、その内部に断熱材（芯材）３０を真空封止して形成した真空断熱材２０の断面を示している。具体的には真空断熱材用外装材１０の熱融着性樹脂３（シーラント）面を内側にしてヒートシールにより包装体を形成し、その中に断熱材（芯材）３０を入れた後に真空封止（脱気しながらヒートシールして封止）して真空断熱材２０を成形する。

本発明に係る樹脂基材１は保護層として機能し、例えば外部からの磨耗、突き刺しなどに対して耐性がある樹脂基材であれば用いることができ、特に制限されない。例えば、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いが、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。

樹脂基材１とバリア層２との積層方法は、ドライラミネート法（無溶剤ラミネート法を含む）で貼り合わせたり、また、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。

バリア層２は、真空断熱材２０のバリア性を担う中心の層であって、アルミニウム箔やバリア性に優れた金属蒸着フィルムを用いることができる。中でも、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％以下を含有するアルミニウム合金が好ましい。

上記のアルミニウム合金からなるアルミニウム箔は、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箔としては、合金番号Ａ８０２１や合金番号Ａ８０７９のアルミニウム箔があり、膜厚は７〜２０μｍ程度のものが好ましい。

また、金属蒸着系のバリア層としては、ＰＥＴなどの汎用フィルムをベースにアルミナ、シリカなどを蒸着層とした水蒸気透過率０．５ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下のものが好ましく、ベースフィルムの膜厚は６μｍ〜３０μｍ程度、蒸着層は１０〜３００ｎｍ程度が適当である。

熱融着性樹脂３はいわゆるシーラントとして機能し、真空断熱材２０の最内層に位置し、熱溶着により、充填した芯材を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。

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。

熱融着性樹脂３とバリア層２との積層は、接着剤を介して、ドライラミネート法（無溶剤ラミネート法を含む）で貼り合わせたり、また、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、接着剤を用いずに前記熱可塑性樹脂を溶融し、押し出しラミネート法によりバリア層と貼り合わせても良い。

本発明で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、また層同士の接着はドライラミネート法で積層するのが好ましい。特に、ウェブ状の材料を接着するためには、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。

＜真空断熱材＞
次に、本発明の真空断熱材用外装材１０を用いて、その内部に断熱材（芯材）３０を真空封止して形成した真空断熱材２０について説明する。

真空断熱材２０の具体的な作製方法としては、先ず真空断熱材用外装材１０を用いて包装体を形成する。
包装体の形成方法としては、所定のサイズに断裁した２枚の真空断熱材用外装材１０を用いて熱融着性樹脂５（シーラント）面を対向させ、断熱材３０を挿入する開口部以外は周囲をヒートシールにより融着させることで得られる。

また例えば別の方法として、所定のサイズに断裁した１枚の真空断熱材用外装材１０を用いて、その熱融着性樹脂３（シーラント）面を内側にして対向させ、その後上記と同様に断熱材３０を挿入する開口部以外は周囲をヒートシールにより融着させることで得られる。
次に、前記包装体の開口部から断熱材（芯材）３０を挿入した後、脱気しながら開口部をヒートシールして封止することで真空断熱材２０を作製することができる。

断熱材（芯材）３０は、真空断熱材２０を作製する工程において、脱気により真空断熱材用外装材１０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ものであれば特に限定されるものではない。
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。
中でも空隙率の高い多孔性のシリカゲル微粒子が好ましく、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％以下では、真空下での断熱性付与が困難になる。微粒子や微細な繊維を外装材に封入する場合は、予め通気性の袋（不織布など）で断熱材を包装しておくとよい。

本発明の真空断熱材用外装材は、断熱材を真空封止して真空断熱材を形成するための真空断熱材用外装材であって、前記真空断熱材用外装材は少なくとも樹脂基材、バリア層、熱融着性樹脂を備えており、前記真空断熱材用外装材は、これを製袋した袋の中に球状体を充填後、真空封止して得られた試験体の内圧変化量が１００Ｐａ／ｄａｙ以下であることが好ましい。
内圧変化量が１００Ｐａ／ｄａｙ以下であると、球状体によるクラック等のダメージが一定レベルで抑制される屈曲性を有することから好ましい。内圧変化量が５０Ｐａ／ｄａｙ以下であると、球状体によりクラック等のダメージを受け難いレベルの屈曲性を有することからより好ましい。

＜真空断熱材用外装材の評価＞
以下、本発明の真空断熱材の評価方法を説明する。
まず、真空断熱材用外装材を袋状に製体する。実際に真空断熱材を製造する場合と同様、内容物を充填するための開口部を設ける。本発明の評価においてはここから芯材の代わりに球状体を充填する。十分な量の球状体を充填した後、開口部から脱気しつつ、開口部を熱封止して試験体を得る。

こうして得られた試験体の真空度を測定する。
たとえば、真空チャンバー１０１、真空ポンプユニット１０２、真空度計１０３、レーザー変位計１０４、データロガー１０５を組み合わせた測定機器を利用する（図３）。
真空チャンバー１０１は真空ポンプユニット１０２及び真空度計１０３と接続されている。真空チャンバー１０１には外部から観察可能な窓が設けられ、ガラスで覆われている。レーザー変位計１０４は真空チャンバー１０１内の試験体１１０の外形の変位を測定するためのものであり、データロガー１０５と接続されている。レーザー１０７はガラス窓１０６を介して試験体１１０に照射可能となっている。

試験体１１０を真空チャンバー１０１に入れ、真空引きを開始すると、試験体１１０内部の気圧よりも真空チャンバー１０１内の気圧が低くなった時点で試験体１１０の形状に変化が生じる。具体的には気圧が下がるため膨張する。この変位をレーザー変位計１０４で検知し、変位の開始時点の気圧を試験体内部の真空度として記録する（リフトオフ法）。延伸・屈曲に対し耐性があるほど真空度の変化は小さいので、この真空度の変化を当該外装材の延伸・屈曲耐性の評価（以下、単に屈曲性ということがある）に用いることができる。

本発明の測定に使用する球状体は直径が３〜２０ｍｍの球形であるものが好ましく、特に５〜１０ｍｍのものが好ましい。この範囲であると、球状体が現実の真空断熱材で要求される形状に近いカーブを備えているので、現実的な延伸・屈曲耐性を評価することができる。球状体の直径が２０ｍｍより大きいと、外装材に与える延伸・屈曲幅が過大となり、真空度の変化が大きくなりすぎてしまい、正確な測定が困難となる恐れがある。球状体の直径が３ｍｍより小さいと、球状体が外装材の外形に沿って分散してしまい延伸・屈曲幅が小さくなるので、真空度の変化も小さなものとなり、評価に時間がかかってしまう。
一度に使用される球状体の大きさは同じであることが好ましいが、適した範囲（３ｍｍ以上２０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以上１０ｍｍ以下）であれば、複数の大きさの球状体を混合して使用することができる。
球状体は真空断熱材用外装材が変形しない程度に充填する。真空封止後は、球状態の表面形状に沿って外装材が延伸・屈曲されてよい。球状体の形状としては極端な凹凸やゆがみがないほうが正確な延伸・屈曲耐性の測定のために好ましい。その材料は、正確な真空度測定のために真空封止時に脱ガスのないものが好ましく、ガラスや金属であることが好ましい。たとえば、ガラスビーズを使用することができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

＜実施例１＞
（真空断熱材用外装材の作製）
樹脂基材として、１５μｍ膜厚の延伸ナイロンフィルム（ユニチカ製、エンブレムＯＮＭ）、バリア層として、９μｍ膜厚のアルミニウム箔（東洋アルミニウム製、８０２１合金）、熱融着性樹脂（シーラント）として４０μｍ膜厚の直鎖状低密度ポリエチレンフィルム（三井化学東セロ製、ＴＵＸ−ＦＣＳ）を用いて、それぞれの層間をポリエステルポリウレタン系主剤（ＤＩＣ製、ＬＸ５００）と芳香族イソシアネート硬化剤（ＤＩＣ製、ＫＷ７５）からなる接着剤を介して、ドライラミネート法により順次積層して積層体（真空断熱材用外装材）を作製した。

（屈曲性の評価）
上記で得られた真空断熱材用外装材を２００ｍｍ角にカットし、シーラント面を内側に貼合し、シール幅１０ｍｍで三方シールした袋を作製した。その後、この袋内に１０ｍｍ径のガラス製の球状体を封入し、真空封止装置により、真空度１０Ｐａ下で封止した。この真空封止品の初期内圧をリフトオフ法により測定し、その後、２５℃，４０％ＲＨ環境下で保管し、内圧の経時変化（Ｐａ／ｄａｙ）を測定した。その結果、３Ｐａ／ｄａｙで真空度が上昇する結果を得た。なお、内容物がない場合の真空度上昇は、０．３Ｐａ／ｄａｙであった。

＜実施例２＞
（真空断熱材用外装材の作製）
ベースフィルム（樹脂基材）としては１２μｍ膜厚の延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（東洋紡績製、Ｅ５１００）を使用した。ベースフィルムの一方の面に、アクリルポリオールとトリレンジイソシアネートからなる樹脂溶液を、マイクログラビアコータを使用して乾燥膜厚が３０ｎｍとなるように塗布し、アンカーコート層を形成した。次いで、アンカーコート層を形成した面にＳｉをターゲットとして、プロセスガスにＡｒ、反応性ガスにＯ２を用いてＤＣスパッタリング法にて膜厚が５０ｎｍとなるようにＳｉＯｘ膜を形成し、バリア層を形成した。
このバリア層上に実施例１と同様に、ポリエステルポリウレタン系主剤（ＤＩＣ製、ＬＸ５００）と芳香族イソシアネート硬化剤（ＤＩＣ製、ＫＷ７５）からなる接着剤を介して、ドライラミネート法により熱融着性樹脂（シーラント）として４０μｍ膜厚の直鎖状低密度ポリエチレンフィルム（三井化学東セロ製、ＴＵＸ−ＦＣＳ）をドライラミネート法により積層し、積層体（真空断熱材用外装材）を作製した。

（屈曲性の評価）
実施例１と同様の方法で真空度の変化を測定した。その結果、２５Ｐａ／ｄａｙで真空度が上昇する結果を得た。なお、内容物がない場合の真空度上昇は、１Ｐａ／ｄａｙであった。

＜実施例３＞
（真空断熱材用外装材の作製）
ＤＣスパッタリングによる膜厚を１００ｎｍとなるようにＳｉＯｘ膜を形成したほかは、実施例２と同様にして、積層体（真空断熱材用外装材）を作製した。

（屈曲性の評価）
実施例１と同様の方法で真空度の変化を測定した。その結果、４０Ｐａ／ｄａｙで真空度が上昇する結果を得た。なお、内容物がない場合の真空度上昇は、０．６Ｐａ／ｄａｙであった。

＜実施例４＞
（真空断熱材用外装材の作製）
ＤＣスパッタリングによる膜厚を２００ｎｍとなるようにＳｉＯｘ膜を形成したほかは、実施例２と同様にして、積層体（真空断熱材用外装材）を作製した。

（屈曲性の評価）
実施例１と同様の方法で真空度の変化を測定した。その結果、６０Ｐａ／ｄａｙで真空度が上昇する結果を得た。なお、内容物がない場合の真空度上昇は、０．３Ｐａ／ｄａｙであった。

＜比較例１＞
（真空断熱材用外装材の作製）
ＤＣスパッタリングによる膜厚を４００ｎｍとなるようにＳｉＯｘ膜を形成したほかは、実施例２と同様にして、積層体（真空断熱材用外装材）を作製した。

（屈曲性の評価）
実施例１と同様の方法で真空度の変化を測定した。その結果、３００Ｐａ／ｄａｙで真空度が上昇する結果を得た。なお、内容物がない場合の真空度上昇は、０．１Ｐａ／ｄａｙであった。

以上の結果から、本発明によれば過剰品質に陥ることなく、実使用に近い条件での外装材の屈曲性を評価できる。

１・・・樹脂基材
２・・・バリア層
３・・・熱融着性樹脂
１０・・真空断熱材用外装材
２０・・真空断熱材
３０・・断熱材（芯材）
１０１・・・真空チャンバー
１０２・・・真空ポンプユニット
１０３・・・真空度計
１０４・・・レーザー変位計
１０５・・・データロガー
１０６・・・ガラス窓
１０７・・・レーザー光
１０８・・・コンピュータ（ＰＣ）
１１０・・・試験体（真空断熱材）

Claims (3)

1. 断熱材を真空封止して真空断熱材を形成するための真空断熱材用外装材であって、
   前記真空断熱材用外装材は少なくとも樹脂基材、バリア層、熱融着性樹脂を備えており、
   前記真空断熱材用外装材は、これを製袋した袋の中に球状体を充填後、真空封止して得られた試験体の内圧変化量が１００Ｐａ／ｄａｙ以下であることを特徴とする真空断熱材用外装材。
2. 断熱材を真空封止して真空断熱材を形成するための真空断熱材用外装材を評価する方法であって、
   真空断熱材用外装材を袋状に製袋し、内部に複数の球状体を充填して真空封止した試験体を作成し、この試験体の内圧変化量を測定することを特徴とする真空断熱材用外装材評価方法。
3. 前記球状体は直径が３〜２０ｍｍの球形であることを特徴とする請求項２に記載の真空断熱材用外装材評価方法。

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