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JP2004308691A - 真空断熱材及びその製造方法 - Google Patents

真空断熱材及びその製造方法 Download PDF

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聖人 林
Hideto Sato
英人 佐藤
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Nisshinbo Industries Inc
Nisshin Spinning Co Ltd
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Abstract

【課 題】無機繊維をコア材とする真空断熱材において、断熱性能が高く（熱伝導率が低く）、その断熱性能が長期に亘って維持可能で、更に表面に大きな凸凹等の欠陥がなく、加えて製造時間が短くコスト的に有利な真空断熱材及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】コア材１及びガス吸着剤２をカスバリアー性フィルムよりなる袋体３に収納しその内部を減圧、密封した真空断熱材において、前記コア材１は、平均繊維径３〜５μｍの無機繊維に、該繊維に対しＯ．５〜１．５重量％のバインダーＢを塗布し、熱プレスして形成した成形体又は該成形体を２枚以上積層したものである。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コア材に無機繊維を使用した真空断熱材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コア材をカスバリアー性フィルムよりなる袋体に収納しその内部を減圧、密封した真空断熱材のコア材として、ポリウレタンフォーム、無機繊維、無機粉末等の材料が使用されるが、この中でも無機繊維をコア材として用いるとＯ．００２５Ｗ／ｍｋ前後の低い熱伝導率（高い断熱性能）を達成できることが従来から知られている。
【０００３】
しかし、無機繊維を前処理することなくそのまま袋体に挿入し減圧脱気した場合、作業性が悪く、真空断熱材表面の平滑性を保つために密度を高くしなければならないという問題があった。また、無機繊維の一部が袋体開口部の密封シール部にかかり易く、その場合、減圧密封後のシールが不充分となり、所定の性能が出ない製品ができるという問題もあった。
【０００４】
そこで、上記の問題を解決するには、袋体に収納する前に、無機繊維をシート状に固める必要があるが、単に有機バインダーを使用してシート状にしコア材を成形すると、経時的にコア材からアウトガスが発生することになり断熱性能が経時的に悪化するという別の問題が生じる。また、有機バインダーの代わりに無機バインダーを使用してシート状にしコア材を成形することもできるが、弾力性がな＜なり、減圧排気時に割れが発生したり、無機バインダーにより膜が形成され減圧排気に時間がかかる等の問題が生じることとなる。
【０００５】
上記問題点を具体例を用いて説明すると、特許文献１には、有機バインダーを含有させ、かつ、断熱壁の断熱空間に略等しい厚さまで圧縮硬化させた無機繊維よりなる断熱マットを、断熱空間内に挿入した後、有機バインダーの分解温度まで空気の存在下で加熱し有機バインダー分をガス化して除去し、その後、断熱空間内を真空排気する真空断熱壁の製造方法が記載されている。また、特許文献２には、無機質繊維を酸性抄造したぺーパーを複数枚積層し、無機質繊維同士がそれら繊維より溶出した成分により各交点で結着した真空断熱材が記載されている。更に、特許文献３には、無機質繊維を集綿して酸性水溶液を付着処理後、脱水，乾燥させ、無機質繊維の溶出成分を無機質繊維の交点に集めて硬化させて、無機質繊維同士がそれら繊維より溶出した成分によって各交点で結着した真空断熱材の記載がある。次に、特許文献４には、微細無機繊維からなる無機繊維集合体の少なくとも一方の面に補強材を積層した芯材と、ガスバリア性を有する外被材とからなる真空断熱材であって、上記の無機繊維集合体に繊維材料を固形化するための結合材を含まない真空断熱材が記載されている。
【０００６】
しかし乍ら、特許文献１のように有機バインダーの加熱分解を行ってもそのすべてを取り除くことは難しく、さらに非常に時間がかかりコスト面でも問題があった。また、特許文献２，３のように酸性処理をすることは、酸性処理後の中和、乾燥処理を含め大掛かりな設備が必要となり、更に溶融部分の熱伝導により、断熱性能が低下するおそれがある。次に、特許文献４のように補強材を使用すると、無機繊維集合体と補強材の強度の相違による反りの発生、更に補強材の断熱性能が大きく影響することで、無機繊維単体の断熱性能を大きく損なう可能性がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−８７２９２号公報号公報
【特許文献２】
特開平７−１３９６９１号公報
【特許文献３】
特開平７−１６７３７６号公報
【特許文献４】
特開２００２−３１０３８４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、コア材に無機繊維を使用した従来の真空断熱材等には、上記のような問題点があったことに鑑みなされたもので、無機繊維をコア材とする真空断熱材において、断熱性能が高く（熱伝導率が低く）、その断熱性能が長期に亘って維持可能で、更に表面に大きな凸凹等の欠陥がなく、加えて製造時間が短くコスト的に有利な真空断熱材及びその製造方法を提供することを、その課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することを目的としてなされた本発明の真空断熱材の構成は、コア材及びガス吸着剤をカスバリアー性フィルムよりなる袋体に収納しその内部を減圧、密封した真空断熱材において、前記コア材は、平均繊維径３〜５μｍの無機繊維に、該繊維に対しＯ．５〜１．５重量％のバインダーを塗布し、熱プレスして形成した成形体又は該成形体を２枚以上積層したものであることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明は、上記構成において、無機繊維に、ガラス繊維，セラミックファイバー，ロックウール，シリカアルミナウールから選択されるいずれか１又は２以上を使用することができ、また、バインダーに、フェノール樹脂、ＮＢＲゴム変性ハイオルソフェノール樹脂、ＮＢＲゴム変性フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ＮＢＲ、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリカアルミナ等から選択されるいずれか１又は２以上を使用することができる。
【００１１】
また、上記課題を解決することを目的としてなされた本発明の真空断熱材の製造方法の構成は、平均繊維径３〜５μｍの無機繊維に、該繊維に対し０．５〜１．５重量％のバインダーを塗布し、加熱し乍ら加圧成形したコア材、又は、該コア材を２枚以上積層したコア材を、ガス吸着剤とともに、カスバリアー性フィルムよりなる袋体内に収納し、その内部を減圧した後、開口部を密封することを特徴とするものである。なお、開口部はヒートシールを２重に施して密封することもできる。
【００１２】
而して、本発明の発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、極微量のバインダー（樹脂）を無機繊維に塗布し、熱プレスをかけ成形したものをコア材とするか、又は、その成形体を２枚以上積層したものをコア材とすることにより、上記の課題が解決されることを知得し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態例を図に拠り説明する。図１は本発明の一例の真空断熱材の断面図、図２は本発明の別例の真空断熱材の断面図、図３は図１の真空断熱材の製造方法の一例を時系列的に示す概念図である。
【００１４】
本発明の真空断熱材は、図１に示すように、無機繊維に所定の成形を施すことにより成形したコア材１を、ガス吸着剤２とともにガスバリアー性フィルムよりなる袋体３に収納しその内部を減圧し、開口部３ａを密封したもの、又は、図２に示すように、無機繊維に所定の成形を施すことにより成形した成形体１′を２枚積層したものから成るコア材１１を、ガス吸着剤２とともにガスバリアー性フィルムよりなる袋体３に収納しその内部を減圧し、開口部３ａを密封したものである。なお、成形体１′を３枚以上積層したものをコア材としてもよい。ここで、無機繊維としては、ガラス繊維，セラミックファイバー，ロックウール，シリカアルミナウール等が挙げられ、これらは単独でも、種類の異なるものを適宜組合わせて使用することもできる。
【００１５】
無機繊維には、樹脂（バインダーＢ）を塗布し熟成形をしたものが用いられる。このバインダーＢとしての樹脂は、フェノール樹脂、ＮＢＲゴム変性ハイオルソフェノール樹脂、ＮＢＲゴム変性フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ＮＢＲ、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリカアルミナ等が挙げられるが、好ましくはフェノール樹脂であり、さらに好ましくは尿素を添加しないフェノール樹脂単体タイプである。
【００１６】
上記バインダーＢの塗布量は、無機繊維に対して０．５〜１．５質量％、好ましくはＯ．７５〜１．２５質量％である。この塗布量の範囲であれば、プレス成形すると硬くなりがちな無機繊維の表面層の樹脂量を低くすることが出来、減圧時間がかかる原因となる固体層を少なくし、所定量の無機繊維の厚みを薄くすることが可能でハンドリングが容易となり、本発明の目的を達成することができる。
【００１７】
圧縮後の無機繊維（コア材１）の密度としては１５０ｋｇ／ｍ３〜２５０ｋｇ／ｍ３が好ましい。この密度の範囲であれば、断熱性能が高い状態を保持する。また、コア材１の成形厚みとしては、１０〜５０ｍｍ、好ましくは１０〜１５ｍｍを設定値とし、そこから復元することで３０〜５０ｍｍの厚みとなるのが望ましい。この範囲であれば、ハンドリング性に問題はない。
【００１８】
次に、袋体３を構成するガスバリアー性のフィルムとしては金属箔とプラスチックフィルムとの積層フィルム（金属箔フィルム）や、金属箔の代わりに蒸着膜とプラスチックフィルムとを積層したフィルム（蒸着膜フィルム）等を使用することができる。
【００１９】
金属箔としては、アルミニウム箔やステンレス箔等の金属箔を、蒸着膜フィルムの蒸着層にはアルミニウム、ステンレス等をそれぞれ使用している。プラスチックフィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン等が用いられる。
【００２０】
ガスバリアー性フィルムの一例として、ポリエチレンテレフタレートフィルム／ナイロンフィルム／アルミ箔／ポリエチレフィルムの４層構造のラミネートフィルム、またポリエチレンテレフタレートフィルム／アルミ箔／高密度ポリエチレフィルムの３層構造のラミネートフィルムが挙げられる。
【００２１】
これらのフィルムを袋体３に形成するときは、ポリエチレフィルムが袋体の内側になるように構成される。上記のラミネートフィルムのアルミ箔を蒸着膜に代えた蒸着膜フィルムも勿論、使用することができる。さらに、蒸着膜フィルムの表面に金属箔フィルムをホットメルト接着剤で接着した複合フィルムを使用することも可能である。
【００２２】
コア材１とともに袋体３の中に収納するものとしてガス吸着剤２がある。ガス吸着剤２は経時的にコア材１から発生するアウトガスを吸収するためのものである。具体的には酸化カルシウム、活性炭、シリカゲル、モレキュラーシーブ、ゼオライト等が用いられ、これらは単体で、若しくは、２以上を組合せたものが使用される。
【００２３】
次に、図３により、本発明真空断熱材の製造方法について説明する。まず、コア材１に成形される前の無機繊維ＳにバインダーＢを塗布する。塗布方法としては、無機繊維の製造時に周囲よりスプレーにより塗布する方法、含浸法等がある。この中でもスプレーによる塗布が好ましい。Ｎはスプレーのノズルであり、このノズルＮからバインダーＢを無機繊維Ｓの表面に均一に塗布する。塗布量は、無機繊維Ｓに対して０．５〜１．５重量％、好ましくはＯ．７５〜１．２５重量％である。塗布時バインダーＢは溶剤にて希釈して用いる。希釈溶剤としては水、シンナー等を適宜使用する。
【００２４】
熱プレス機（図示せず）は通常のプレス作業で用いられる汎用品でよい。このプレス機で上記の処理をした無機繊維Ｓを圧力１０〜１００００ｇ／ｃｍ２、温度１００〜３００℃の条件にて設定値厚みが１０〜５０ｍｍになるように成形する。成形時間は、無機繊維が復元後３０〜５０ｍｍの厚みとなりハンドリングが容易になるまで任意に行えばよいが、１〜５分が成形性、作業性のバランスからみて好ましい。
【００２５】
上記のようにして成形したコア材１を、ガス吸着剤２とともにガスバリアー性フィルムよりなる袋体３に収納し、その内部を減圧した後、開口部３ａを密封して真空断熱材を製造する。なお、開口部３ａの密封は、ヒートシールが一般的だが、本発明では袋体の密封度を考えヒートシールを２重に行うことが望ましい。Ｌ１，Ｌ２は開口部３ａに施したヒートシールの２重のラインを示す。１重でも袋体の密封を充分行うことができる場合は、ヒートシールは１重でもよい。
【００２６】
図２に示したようにコア材１１が成形体１′，１′の積層タイプの場合は、成形体１′を形成する無機繊維Ｓに対する熱プレス機による圧力、所定の温度条件における設定値厚みは、製造する真空断熱材の使用条件に合せて適宜設定される。
【００２７】
【実施例】
次に、図１に示した１枚の成形体をコア材とする本発明の真空断熱材で、無機繊維にガラス繊維を使用し、バインダーに尿素を添加しないフェノール樹脂単体を使用し、更に、袋体のガスバリアー性フィルムに、アルミ箔とプラスチックフィルムの複合フィルムを使用して製造した真空断熱材について、以下の（１）〜（５）の点について性能試験を行った。
【００２８】
（１）熱伝導率
コア材となる無機繊維に対し塗布するバインダーの塗布量を変えて真空断熱材を製造し、それらの高温エージング試験を行った。真空断熱材の大きさは１０×３００×３００（ｍｍ）である。熱伝導率は下記の表１に示す通りである。
【００２９】
【表１】
Figure 2004308691
【００３０】
上記表１から明らかなように、本発明におけるバインダー塗布量の範囲（Ｏ．５〜１．５ｗｔ％）内の塗布量（０．５，１．０，１．５ｗｔ％）の真空断熱材は、バインダーを全く塗布しない真空断熱材と同程度の低い熱伝導率を示し、それを長期間に亘り維持できることが判る。これに対し、バインダー塗布量が３．０，１０．０ｗｔ％の真空断熱材は、熱伝導率が高く、特に、バインダー塗布量が１０．０ｗｔ％の真空断熱材は、使用期間が長くなるとその熱伝導率の劣化が著しい。
また、本発明では、フェノール樹脂バインダーを、これまでガラス繊維を成形するのに通常使用されてきたような、尿素を添加したタイプから、添加しないフェノール樹脂単体タイプに変えたことで、余計なアウトガスの発生が減り、熱伝導率が低くなったものといえる。
因みに、本発明では、バインダー塗布量を減らしたので、プレス成形しても無機繊維の表面層が硬くなることはない。また、真空引きするとき、その抵抗となる固体層を減らすことができる。
【００３１】
次に、上記の真空断熱材について、その製造段階を含め、下記の様に評価を行った。
（２）表面性
◎；平らである。
○；少々凸凹あり。
×；凸凹が激しい。
（３）コア材のハンドリング性
◎；片手で容易に扱える。
○；片手もしくは両手にて扱える。
×；扱う為の治具が必要である。
（４）包装袋への入れ易さ
◎；容易に包装袋に入れられる。
○；包装袋に入れにくいが、治具は不要。
×；治具を用いても入れにくい。
（５）熱伝導率（断熱性能）
◎；０．００２３ Ｗ／ｍ・Ｋ未満。
○；０．００２３以上０．００２８未満。
△；０．００２８以上０．００３３未満。
×；０．００３３以上。
評価結果を下記の表２に示す。
【００３２】
【表２】
Figure 2004308691
【００３３】
上記表２から明らかなように、本発明におけるバインダー塗布量の範囲（Ｏ．５〜１．５ｗｔ％）内の塗布量（０．５，１．０，１．５ｗｔ％）の真空断熱材は、上記の点（２）〜（５）において、バインダーを全く塗布しない真空断熱材と断熱性能（熱伝導率）が同程度であり、真空断熱材の表面性，コア材のハンドリング性，包装袋への入れ易さなどにおいて優位であることが判る。更に、本発明の真空断熱材は、バインダー塗布量が３．０，１０．０ｗｔ％の真空断熱材や連通ＰＵＦ（ポリウレタンフォーム）を使用したものに対し、表面性，コア材のハンドリング性，包装袋への入れ易さなどにおいて同等であり、断熱性能の面で有利である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は以上の通りであって、本発明真空断熱材は、極微量のバインダー樹脂を無機繊維に塗布し、熱プレスをかけ成形したものをコア材としているので、断熱性能が高く、その断熱性能が長期に亘って維持可能で、更に表面に大きな凸凹等の欠陥がないという効果が得られる。加えて、製造時間が短く、製造コストも安価にすることができる。
【００３５】
また、本発明真空断熱材は、上記のように断熱性能が高い（熱伝導率が低い）ので、ノート型コンピュータやオーブンレンジ、電気湯沸かし器、冷凍・冷蔵機器、冷凍庫、冷凍車両、冷凍コンテナ、クーラーボックスなどの各種用途に幅広く用いることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例の真空断熱材の断面図。
【図２】本発明の別例の真空断熱材の断面図。
【図３】図１の真空断熱材の製造方法の一例を時系列的に示す概念図。
【符号の説明】
１ コア材
２ ガス吸着剤
３ 袋体
３ａ 開口部
Ｓ 無機繊維
Ｎ ノズル
Ｂ バインダー

Claims (5)

  1. コア材及びガス吸着剤をカスバリアー性フィルムよりなる袋体に収納しその内部を減圧、密封した真空断熱材において、前記コア材は、平均繊維径３〜５μｍの無機繊維に、該繊維に対しＯ．５〜１．５重量％のバインダーを塗布し、熱プレスして形成した成形体又は該成形体を２枚以上積層したものであることを特徴とする真空断熱材。
  2. 無機繊維は、ガラス繊維，セラミックファイバー，ロックウール，シリカアルミナウールから選択されるいずれか１又は２以上である請求項１の真空断熱材。
  3. バインダーは、フェノール樹脂、ＮＢＲゴム変性ハイオルソフェノール樹脂、ＮＢＲゴム変性フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ＮＢＲ、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリカアルミナ等から選択されるいずれか１又は２以上である請求項１又は２の真空断熱材。
  4. 平均繊維径３〜５μｍの無機繊維に、該繊維に対し０．５〜１．５重量％のバインダーを塗布し、加熱し乍ら加圧成形したコア材、又は、該コア材を２枚以上積層したコア材を、ガス吸着剤とともに、カスバリアー性フィルムよりなる袋体内に収納し、その内部を減圧した後、開口部を密封することを特徴とする真空断熱材の製造方法。
  5. 開口部はヒートシールを２重に施して密封する請求項４の真空断熱材の製造方法。
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