JPH09229290A - 真空断熱材用複合材および真空断熱材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空断熱材はその製造上真空化が必要である
が、従来の多孔質成形体は多数の微小孔を有し、成形体
全体が工業的に経済的に得られる０．０５トール程度の
真空度に到達するのには、これら微小孔の排気抵抗が大
きく長時間を必要としていた。 【解決手段】 ランダムに分散された無機系繊維が熱可
塑性樹脂で接合された、密度１６００〜２５００ｋｇ／
ｍ³ の圧縮成形体およびこれを真空封入したガスバリア
ー性容器からなる真空断熱材用複合材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、冷蔵庫、炊飯器等
の家電製品、建築物の外壁、内壁等の建材に使用される
真空断熱材に関するものである。特に、本発明は、真空
断熱材の製造に有用な真空断熱材用複合材の改良に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷蔵庫の真空断熱材としては、シ
リカ等の無機系微粉末、ガラス繊維等の無機系繊維、ウ
レタンフォーム等の有機系多孔質成形体を、ガスバリア
ー性容器に収容し内部を減圧にしてシールしたものが使
用され、実際には該断熱材が冷蔵庫の内箱と外箱の間に
収容される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】真空断熱材はその製造
上真空化が必要であるが、従来の多孔質成形体は多数の
微小孔を有し、成形体全体が工業的に経済的に得られる
０．０５トール程度の真空度に到達するのには、これら
微小孔の排気抵抗が大きく長時間を必要としていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決すべく鋭意検討した結果、真空排気工程は微小孔を
持たない成形体を使用することによって、所要時間を短
縮し、また、多孔質化工程は成形体を構成する無機系繊
維のスプリングバック膨張能を利用することによって、
加熱するだけで所望の断熱性を達成できることを、さら
に、加熱時の膨張量に比例して真空度も上がり容易に高
真空化できることを見出したことにより、達成された。

【０００５】すなわち、本発明の要旨は、（１） ラン
ダムに分散された無機系繊維が熱可塑性樹脂で接合され
た、密度１６００〜２５００ｋｇ／ｍ³ の圧縮成形体お
よびこれを真空封入したガスバリアー性容器からなる真
空断熱材用複合材および（２） かかる真空断熱材用複
合材を、熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度に加熱して、
ガスバリアー性容器内に真空封入されている成形体を膨
張させ、密度１００〜７００ｋｇ／ｍ³ の多孔質成形体
とすること特徴とする真空断熱材の製造方法に存する。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明の真空断熱材用複合材は、第１の素
材である圧縮成形体と、第２の素材であるガスバリアー
性容器とを複合したものであり、さらに、該成形体はラ
ンダムに分散された無機系繊維とこれらを接合するため
の熱可塑性樹脂を含む。しかも、この複合材を取扱性お
よび断熱性の優れた断熱材とするのに重要な要件は、該
成形体が、上記接合状態で密度１６００〜２５００ｋｇ
／ｍ³ まで圧縮されていること、および、ガスバリアー
性容器に真空封入されていることである。すなわち、こ
れらの要件が、所望のスプリングバック能または断熱性
の賦与を可能にする。

【０００７】しかして、本発明における圧縮成形体の製
造方法は、上述したようなスプリングバック能を有する
ランダム分散体が得られるものであれば、特に制限はな
い。理解を容易にするために、具体例を挙げて説明すれ
ば、まず、無機系繊維および熱可塑性樹脂のランダム分
散体または不織材料を得るには、通常、特公昭５２−１
２２８３号公報、特公昭５５−９１１９号公報、特開平
５−１６２７７号公報、特開平６−１３４８７６号公報
等に記載の、いわゆる抄造技術を応用するのがよい。す
なわち、無機系繊維と熱可塑樹脂粉末を、必要に応じて
気泡や表面活性剤の助けをかりて、水中に均等に分散し
たものを、ワイヤの上に展開して水を分離し、乾燥して
不織材料とする。次に、この不織材料を加熱加圧して熱
可塑性樹脂を溶融させ、ランダムに分散した無機系繊維
を接合可能な状態にしたのち、冷却固定して圧縮成形体
とする。

【０００８】加熱加圧工程は、不織材料を、必要に応じ
てその両面に板状体、例えばステンレス製鏡板を重ね合
わせた上で、加熱プレス盤内に挿入することにより、ま
た加圧は繊維破損が生じない程度の圧力で行われる。冷
却固定工程は、加熱プレス盤から取り出された不織材料
を冷却プレス盤内に挿入し、目的とする密度１６００〜
２５００ｋｇ／ｍ³ の圧縮成形体を製造しうる条件で加
圧冷却し、必要に応じて板状体を取り外すことによって
行われる。なお、所望とあれば、加熱プレス盤から取り
出された不織材料は、冷却プレス盤に挿入する前に、熱
可塑性樹脂が溶融した状態のままで加圧を除去し、両面
の板状体を重ね合わせたままで、不織材料を一旦スプリ
ングバックにより膨張させる、解圧工程を実施してもよ
い。さらには、加熱加圧、解圧、冷却固定の各工程を連
続的に実施する、ダブルベルトコンベア式連続プレスの
採用も、生産性の観点からは非常に有効である。

【０００９】無機系繊維としては、ガラス繊維、セラミ
ック繊維、スラグウール繊維、ロックウール等が使用で
きる。無機系繊維の形状は、直径が、取扱いの容易さと
経済的観点から３μｍ以上で、十分な強度を発現させる
ため３０μｍ以下にすることが好ましく、さらには６〜
２０μｍが好ましい。繊維長は、強度発現の観点から３
ｍｍ以上で、均一な分散が可能な５０ｍｍ以下にするこ
とが好ましく、さらには６〜２５ｍｍが好ましい。ま
た、この無機系繊維は、水中での良好な分散または親水
性の向上を目的として、水溶性高分子で表面処理するこ
と、熱可塑性樹脂との接着性を向上させ強度発現を目的
として、シランカップリング剤等で表面処理することが
好ましい。

【００１０】熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン、ポリエ
チレン、ポリスチレン、スチレンーブタジエンーアクリ
ロニトリル共重合体、スチレンーアクリロニトリル共重
合体、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセター
ル、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキ
シド、ポリスルフォン、ポリフェニレンスルフィド等の
樹脂であり、またこれら２種類またはそれ以上の混合物
および変性物も含み、これらに一般的に用いられる可塑
剤、熱安定剤、光安定剤、充填材、染顔料、耐衝撃材、
増量材、核材、加工助剤等を添加することもできる。熱
可塑性樹脂としては、無機系繊維と共に水中に分散させ
ることを考慮し、適当な大きさと形状のものが選択され
る。

【００１１】圧縮成形体を構成する主要な成分である上
記の無機系繊維と熱可塑性樹脂の量は、成形体が、無機
系繊維および熱可塑性樹脂を、それぞれ、３０〜９０重
量％および１０〜７０重量％含有するように選択するこ
とが好ましい。すなわち、無機系繊維が多いと成形体は
強度不足となり、少ないとスプリングバック後の密度が
高くなりすぎ十分な熱伝導率が得られなくなり、いずれ
も好ましくない。

【００１２】圧縮成形体は、上記無機系繊維および熱可
塑性樹脂のほか、輻射遮蔽材を含有することができる。
すなわち、断熱効果を向上させるために、固体伝熱、気
体伝熱を小さくすると、輻射伝熱の割合があがる。この
ような場合に、輻射伝熱を遮蔽するために使用されるの
が輻射遮蔽材であり、通常、金属酸化物、金属水酸化
物、炭化物等が有効である。特に、Ｓｉ、Ｔｉ，Ａｌ等
の酸化物、水酸化物、炭化物やグラファイト等が有効で
あり、炭化珪素、酸化チタン等の使用が好ましい。使用
量としては、成形体が、熱可塑性樹脂および無機系繊維
の合計量１００重量部に対して、輻射熱遮蔽材を１〜２
０重量部、好ましくは５〜１５重量部含有することが好
ましい。また、輻射遮蔽材は、通常０．５〜３０μｍの
微粒子として使用され、圧縮成形体の製造工程の任意の
段階において、例えば無機系繊維、熱可塑性樹脂ととも
に水中に分散される。

【００１３】本発明において、圧縮成形体の密度は、前
記の不織材料の加圧冷却時の条件によって左右される
が、中でも重要な条件は、圧縮成形体を構成する諸材料
の密度および配合組成であり、また、空間部分の割合で
ある。従って、構成材料が同一であり、空間部分の割合
が一定の場合には、材料の配合組成によって圧縮成形体
の密度を制御することができる。また、圧縮成形体の形
状は、後記のガスバリアー性容器の形状、言い換えれば
真空断熱材が適用される具体的な用途によって相違する
が、一般的には、平板状あるいは該平板を裁断、ブロー
成形、スタンプ成形等によって賦形した３次元形状のも
のが挙げられる。さらに、該圧縮成形体を加熱膨張させ
たときの形状が、ガスバリアー性容器内に十分収容でき
るものであるよう、膨張前の成形体の形状を選定しなけ
ればならない。

【００１４】本発明において、上記圧縮成形体を真空封
入すべき、ガスバリアー性容器としては、公知のガスバ
リアー性材料、例えばプラスチックや金属のフイルムや
シートを、真空断熱材の用途に適した所要の形状に成形
したもの使用することができる。プラスチックフイルム
としては、金属箔を積層または金属を蒸着した複合フイ
ルム、塩化ビニリデン系樹脂フイルム、塩化ビニリデン
樹脂コートフイルム、ポリビニルアルコール系フイルム
等が挙げられる。金属シートとしては、アルミニュウ
ム、銅、鉄等のシートが好ましい。ガスバリアー性材料
は、ガスバリアー層のほかに、必要に応じ、表面層およ
び溶着層を有する多層構造をとることもできる。表面層
は、ポリエステル樹脂からなり、通常、ポリエチレンテ
レフタレート、ポリブチレンテレフタレート等が挙げら
れる。また、溶着層は溶着可能な樹脂からなり、通常、
ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹
脂、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド樹脂、ア
クリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、アク
リロニトリル・スチレン共重合体等のアクリロニトリル
共重合体、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリレ
ート、好ましくはポリオレフィン樹脂が挙げられる。こ
れらの樹脂は、単独で用いても、共重合させても、ま
た、混合して使用しても良い。

【００１５】本発明の真空断熱材用複合材において、上
記圧縮成形体を収納したガスバリアー性容器の内部は、
通常１Ｔｏｒｒ以下に真空排気される。真空度が１Ｔｏ
ｒｒより大きいと、容器内部に存在する空気による伝熱
が増加し、断熱性能が低下するので好ましくない。真空
化に要する時間は、通常１０〜２０分程度であり、従来
の多孔質成形体の真空化に比べ、短時間で十分ある。真
空排気した後は、適当な手段でシールし、真空封入を完
了する。

【００１６】本発明の真空断熱材の製造方法は、上記真
空断熱材用複合材を加熱し、容器内に収容された成形体
を膨張させ、所定密度の多孔質成形体とすることによっ
て行われる。しかして、熱膨張の際の加熱条件は、熱可
塑性樹脂の軟化点以上の温度であることが必要であり、
容器がプラスチックフィルムまたは合成樹脂層を含む場
合は、これらプラスチックまたは合成樹脂が溶融しない
温度であることも必要である。実際の加熱温度は、熱可
塑性樹脂の種類によっても相違するが、通常１００〜２
５０℃、好ましくは１５０〜２００℃が選ばれる。ま
た、加熱時間は通常１５分〜２時間程度である。

【００１７】つぎに熱膨張後の多孔質成形体の密度は、
７００ｋｇ／ｍ³ を越えると空間部分の割合（空隙率）
が小さく真空度を上げても真空断熱板の熱伝導率は固体
伝熱に支配されるため低下しない。また、１００ｋｇ／
ｍ³ 以下では、空隙率が大きくなり、繊維間隔が拡大す
るので、反対に熱伝導率が上昇する。従って、多孔質成
形体の密度は１００〜７００ｋｇ／ｍ³ 、好ましくは１
００〜６００ｋｇ／ｍ³ 、更に好ましくは１００〜５０
０ｋｇ／ｍ³ と低いことが好ましい。

【００１８】

【発明の効果】本発明の真空断熱材用複合材において
は、ガスバリアー性容器に密度の大きい圧縮成形体を真
空封入するので、容易に真空化可能で、従来例の欠点を
除去するものである。ちなみに、真空化に要する時間
は、密度の小さい多孔質成形体を真空封入する従来例に
比べ、約１／３程度と短時間である。本発明の真空断熱
材の製造方法においては、断熱材用複合材として既に真
空封入されている成形体を後膨張させるので、取扱いに
優れ、かつ優れた断熱性を有する。例えば、冷蔵庫など
に組み込む場合、移送、保管の面で場所を取らない。ま
た、後膨張により、更に高真空化が達成でき、低熱伝導
率かつ熱伝導の長期安定性のよい、真空断熱材を得るこ
とができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施形態を実施例により更に
詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、
これら実施例に示された形態のみに限定されるものでは
ない。

【００２０】実施例１ ［真空断熱材用複合材］無機系繊維として直径１０μ
ｍ、長さ１３ｍｍのガラス繊維を用い、熱可塑性樹脂と
して直径３ｍｍの球状ペレットを機械粉砕しその粉砕品
の篩い分けにより７０メッシュから１０メッシュまでに
分級したポリプロピレン粉末を用いて、いわゆる抄造法
に従い、水中に調製された均一分散体から水を分離し乾
燥することにより、密度１３０ｋｇ／ｍ³ で、ランダム
に分散されたガラス繊維６０重量％およびポリプロピレ
ン樹脂４０重量％の組成の不織材料を製造した。

【００２１】この不織材料を、加熱プレスで２００℃に
予熱してポリプロピレンを溶融させ、ポリプロピレンと
ガラス繊維を良くなじませた後、冷却プレスで３ｋｇｆ
／ｃｍ² の圧力を加えて冷却することによって、板厚
１．５ｍｍ、密度２０００ｋｇ／ｍ³ の圧縮成形体を得
た。

【００２２】得られた成形体を２０ｃｍ角に切り、その
ままラミネートフィルム製容器（構成：表面層１５μｍ
ＰＥＴ、ガスバリアー層９μｍＡｌ箔、融着層１２μｍ
ナイロン）に入れ、排気量１５００ｌ／ｍｉｎの真空ポ
ンプを有する真空包装機内で真空度０．０５Ｔｏｒｒで
封入し、真空断熱材用複合材を得た。真空化に要した時
間は１５分で、これは密度３４０ｋｇ／ｍ³ の多孔質成
形体をガスバリアー性容器に入れ０．０５Ｔｏｒｒにし
た場合と比べて約１／３で済んだ。

【００２３】［真空断熱材］得られた真空断熱材用複合
材を、さらに１８０℃で１時間、真空加熱機中で加熱す
ると、成形体はスプリングバックにより後膨張し、密度
３６０ｋｇ／ｍ³ の多孔質成形体を収容する真空断熱材
が得られた。得られた真空断熱材の断熱性を評価するた
めに、英弘精機社熱伝導率計で測定された熱伝導率は、
０．００６０Ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であった。なお、
参考まで、加熱膨張前の真空断熱材用複合材の熱伝導率
は、０．４６０Ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であった。

【００２４】実施例２ 実施例１において、組成をガラス繊維８５重量％および
ポリプロピレン樹脂１５重量％に変更したほかは、実施
例１と全く同様にして、真空断熱材用複合材および真空
断熱材を得た。

【００２５】［真空断熱材用複合材］無機系繊維として
直径１０μｍ、長さ１３ｍｍのガラス繊維を用い、熱可
塑性樹脂として直径３ｍｍの球状ペレットを機械粉砕し
その粉砕品の篩い分けにより７０メッシュから１０メッ
シュまでに分級したポリプロピレン粉末を用いて、いわ
ゆる抄造法に従い、水中に調製された均一分散体から水
を分離し乾燥することにより、密度１７０ｋｇ／ｍ
³ で、ランダムに分散されたガラス繊維８５重量％およ
びポリプロピレン樹脂１５重量％の組成の不織材料を製
造した。

【００２６】この不織材料を、加熱プレスで２００℃に
予熱してポリプロピレンを溶融させ、ポリプロピレンと
ガラス繊維を良くなじませた後、冷却プレスで３ｋｇｆ
／ｃｍ² の圧力を加えて冷却することによって、板厚
１．５ｍｍ、密度２５００ｋｇ／ｍ³ の圧縮成形体を得
た。

【００２７】得られた成形体を２０ｃｍ角に切り、その
ままラミネートフィルム製容器（構成：表面層１５μｍ
ＰＥＴ、ガスバリアー層９μｍＡｌ箔、融着層１２μｍ
ナイロン）に入れ、排気量１５００ｌ／ｍｉｎの真空ポ
ンプを有する真空包装機内で真空度０．０５Ｔｏｒｒで
封入し、真空断熱材用複合材を得た。真空化に要した時
間は１５分で、これは密度６００ｋｇ／ｍ³ の多孔質成
形体をガスバリアー性容器に入れ０．０５Ｔｏｒｒにし
た場合と比べて約１／３で済んだ。

【００２８】［真空断熱材］得られた真空断熱材用複合
材を、さらに１８０℃で１時間、真空加熱機中で加熱す
ると、成形体はスプリングバックにより後膨張し、密度
６００ｋｇ／ｍ³ の多孔質成形体を収容する真空断熱材
が得られた。得られた真空断熱材の断熱性を評価するた
めに、英弘精機社熱伝導率計で測定された熱伝導率は、
０．００６０Ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であった。

【００２９】実施例３ 実施例１において、ガラス繊維およびポリプロピレン粉
末の合計量１００重量部に対して、輻射熱遮蔽材ＳｉＣ
を１０重量部の割合で追加したほかは、実施例１と全く
同様にして、真空断熱材用複合材および真空断熱材を得
た。その際、得られた圧縮成形体は、板厚１．５ｍｍ、
密度２１００ｋｇ／ｍ³ で真空化に要した時間は１５
分。また、得られた真空断熱材は、密度４００ｋｇ／ｍ
³ の多孔質成形体を収容し、熱伝導率は０．００５０Ｋ
ｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であった。

【００３０】比較例 実施例１において、組成をガラス繊維２５重量％および
ポリプロピレン樹脂７５重量％に変更したほかは、実施
例１と全く同様にして、真空断熱材用複合材および真空
断熱材を得た。その際、得られた圧縮成形体は、板厚
１．５ｍｍ、密度１４００ｋｇ／ｍ³ であった。また、
得られた真空断熱材は、密度６００ｋｇ／ｍ³ の多孔質
成形体を収容し、熱伝導率は０．１１０Ｋｃａｌ／ｍ・
ｈｒ・℃であった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２５Ｄ 23/06 Ｆ２５Ｄ 23/06 Ｖ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ランダムに分散された無機系繊維が熱可塑
   性樹脂で接合された、密度１６００〜２５００ｋｇ／ｍ
   ³ の圧縮成形体およびこれを真空封入したガスバリアー
   性容器からなる真空断熱材用複合材。
2. 【請求項２】成形体が、無機系繊維および熱可塑性樹脂
   を、それぞれ、３０〜９０重量％および１０〜７０重量
   ％含有することを特徴とする請求項１記載の真空断熱材
   用複合材。
3. 【請求項３】成形体が、熱可塑性樹脂および無機系繊維
   の合計量１００重量部に対して、輻射熱遮蔽材を１〜２
   ０重量部含有することを特徴とする請求項１または２に
   記載の真空断熱材用複合材。
4. 【請求項４】無機系繊維が、繊維径３〜３０μｍ、繊維
   長３〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし
   ３のいずれか１項に記載の真空断熱材用複合材。
5. 【請求項５】請求項１〜４に記載の真空断熱材用複合材
   を、熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度に加熱して、ガス
   バリアー性容器内に真空封入されている成形体を膨張さ
   せ、密度１００〜７００ｋｇ／ｍ³ の多孔質成形体とす
   ることを特徴とする真空断熱材の製造方法。