JP2008008431A - 真空断熱材と発泡ポリスチレンとからなる一体成形した複合断熱材とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発泡ポリスチレンと真空断熱材とからなる高カバー率かつ高強度の複合断熱材を提供すること。
【解決手段】表面にホットメルト系接着剤を塗布した真空断熱材を配置した金型内で発泡性ポリスチレン粒子を発泡成形することにより、又は、貫通孔及び／又は切欠部を有する真空断熱材を配置した金型内で発泡性ポリスチレン粒子を発泡成形することによって得られる真空断熱材と発泡ポリスチレンとからなる複合断熱材。発泡ポリスチレンは真空断熱材の全表面を覆っていても良いし、その一部を覆っていても良い。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷蔵庫、保冷車等の保温保冷機器及び建築物の床、壁等の断熱材として用いられる複合断熱材に関する。

冷蔵庫及び保冷車等の保温保冷機器や建築物の床、壁等には熱の伝達を遮断するために断熱材が用いられている。従来、断熱材としては、硬質ウレタンフォーム等からなる断熱材の両面にアルミ板を接着したものが使用されていた（特許文献１参照）。
しかしながら、例えば保冷車、冷蔵庫に用いられる断熱材は、省エネルギーの観点から断熱性能の向上が要求されているが、硬質ウレタンフォームを断熱材として使用する場合には断熱性能を高めるためには断熱材の厚みを大きくしなければならず、このため収納容量が低下し、また、重量が増加するために燃費も悪くなると言う問題があった。

特許文献２、３には、上記の問題点をなくすために、図６に示すように、硬質ウレタンフォーム８からなる断熱材の中に真空断熱材１を埋め込んだ構造の複合断熱材が開示されている。図６（ａ）は平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。しかしながら、硬質ウレタンフォームはリサイクル性が悪いため、使用済みになると廃棄処理されるが、硬質ウレタンフォームは埋め立て等に用いるには不向きであり、また、焼却処理すると有害ガスが発生するという問題がある。

特許文献４には、断熱性を有する材料である発泡ポリスチレンは使用済みとなった場合にリモネンと接触させることにより溶解してスチレンを回収し、スチレンを原料として再利用することができることから、特許文献２、３に記載の硬質ウレタンフォームに代えて発泡ポリスチレンを使用することが提案されている。
特許文献４に記載のものを図７に示した。図７（ａ）は平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。

ところで、例えば保冷車の荷物室を構成する断熱材は、断熱性能と共に曲げ強度及び衝撃強度が高いことが要求されるが、特許文献４に記載の断熱材におけるように、真空断熱材１と発泡スチロール５とを一体成形した場合、真空断熱材１と発泡スチロール５とが未接着の状態であるため断熱材の機械的強度が弱くなる。このため特許文献４記載のものでは、真空断熱材１に強度をもたせるために、真空断熱材１の外周部に発泡スチロール５の所定の幅Ｌの柱状部分（図７（ａ）参照）を設けており、また、断熱材の厚み方向においても発泡スチロール５に所定の厚みＤ（図７（ａ）参照）を持たせている。

しかしながら、このような柱状部分を持たせると断熱材の面積に対する真空断熱材の面積の比率（以下「カバー率」という。）が低下して断熱性能が低下すると共に、厚みが増えるために嵩張るという問題があり、また、真空断熱材を複数個に分割して設ける必要があるため製造工程における作業性が悪くなりコスト高となるという問題がある。

特開平７−１０２６５５号公報 特開平１０−１１４２４５号公報 特開平１０−２１９８６５号公報 特開２００５−１８８７１４号公報

本発明は発泡ポリスチレンと真空断熱材とからなり、高カバー率かつ高強度の複合断熱材を提供することを目的とする。

本発明者等は上記課題を解決するために鋭意研究を進めた結果、真空断熱材と発泡スチロールとをホットメルト系接着剤で接着することによって、真空断熱材のカバー率を低下させることなく複合断熱材の強度物性を向上させることができることを見出して本発明を完成した。
すなわち、本発明は以下に記載するとおりの複合断熱材及びその製造方法である。

（１）表面にホットメルト系接着剤を塗布した真空断熱材を配置した金型内で発泡性ポリスチレン粒子を少なくとも片面に発泡成形して得られる、真空断熱材と発泡ポリスチレンとがホットメルト系接着剤によって接着されてなる複合断熱材。
（２）真空断熱材が貫通孔及び／又は切欠部を有し、該貫通孔及び／又は切欠部内に発泡成形された発泡ポリスチレンが存在することを特徴とする上記（１）に記載の複合断熱材。
（３）貫通孔及び／又は切欠部を有する真空断熱材と該真空断熱材の外表面並びに貫通孔及び／又は切欠部内で発泡成形された発泡ポリスチレンとからなる複合断熱材。
（４）真空断熱材が板状体であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の複合断熱材。
（５）真空断熱材の全表面が発泡ポリスチレンによって覆われていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の複合断熱材。
（６）真空断熱材の表面の一部が発泡ポリスチレンによって覆われていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の複合断熱材。
（７）真空断熱材と発泡ポリスチレンとからなる複合断熱材の製造方法であって、
原料粒子を予備発泡させ、発泡性ポリスチレン粒子とする工程
ホットメルト系接着剤を真空断熱材の表面に塗布する工程、
前記真空断熱材を金型に設置する工程、
発泡性ポリスチレン粒子を金型に充填する工程、
金型を密閉して蒸気加熱することにより金型内部でポリスチレン粒子を発泡させて、複合断熱材を形成する工程
及び
金型から複合断熱材を脱型する工程
を含む複合断熱材の製造方法。
（８）真空断熱材と発泡ポリスチレンとからなる複合断熱材の製造方法であって、
原料粒子を予備発泡させ、発泡性ポリスチレン粒子とする工程
貫通孔及び／又は切欠部を有する真空断熱材を金型に設置する工程、
発泡性ポリスチレン粒子を金型に充填する工程、
金型を密閉して蒸気加熱することにより金型内部でポリスチレン粒子を発泡させて、複合断熱材を形成する工程
及び
金型から複合断熱材を脱型する工程
を含む複合断熱材の製造方法。

本発明の複合断熱材は以下に記載する効果を奏する。
・真空断熱材と発泡ポリスチレンとがホットメルト系接着剤により接着されていることにより、真空断熱材のカバー率を高めることができ、かつ、強度物性を向上させることができる。また、真空断熱材の片面のみに発泡ポリスチレンを一体成形しても真空断熱材と発泡ポリスチレンとが外れにくく、複雑な形状に対しても真空断熱材と発泡ポリスチレンとの間に隙間がなくなる。
・真空断熱材に貫通孔及び切欠部を設けて複合断熱材の上下面を発泡スチロールでつなげることにより、真空断熱材のカバー率を高めることができ、かつ、強度物性を更に向上させることができると共に反りを低減することができる。
真空断熱材に貫通孔及び切欠部を設けて複合断熱材の上下面発泡スチロールでつなげることにより、ホットメルトなしでも、ある程度の曲げ強度を保ちながら、配管や配線など設計上の自由度を高めることが可能となる。
本発明の複合断熱材は真空断熱材と発泡ポリスチレンとが接着しているので真空断熱材と発泡ポリスチレンとの間での空気の対流が少なくなり、優れた断熱性能を有する。
本発明で使用するホットメルト系接着剤は熱可塑性接着剤であるため、真空断熱材の表面に接着処理を行った後、反応硬化型接着剤のようにすぐに発泡成形する必要がなく、また、粘着タイプの接着剤では不可能な重ね置きや横持ちが可能となる。

本発明の複合断熱材は真空断熱材と発泡ポリスチレンとからなっている。
本発明の複合断熱材は種々の形状にして用いることができるが、以下では断熱パネル、冷凍庫、冷蔵庫、保冷車、コンテナー、保温保冷箱、建築物の床・天井・壁、風呂蓋等に用いられる平板型の複合断熱材を例にして本発明を説明する。

図１は本発明の複合断熱材の一例を示す図であり、図１（ａ）はその平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。この例では、発泡ポリスチレン５中に真空断熱材１が埋め込まれた状態となっており、両者はホットメルト接着部６において接着されている。

真空断熱材１は、その詳細については後述するが、図２に示されるように、芯材３を包む外被材２の周縁部が熱溶着部４でヒートシールされた状態となっており、一体成形時にはこの周縁部を折り返して真空断熱材の上面又は下面にテープ止めして用いるので、図面では直方体形状として示されている。

図１に示すような構造の複合断熱材は例えば次のような工程からなる製造方法によって製造することができる。
（１）原料粒子を予備発泡させ、発泡性ポリスチレン粒子とする工程
（２）ホットメルト系接着剤を加熱溶融して真空断熱材の表面に塗布する工程
（３）前記真空断熱材を金型に設置する工程
（４）発泡性ポリスチレン粒子を金型に充填する工程
（５）金型を密閉して蒸気加熱することにより金型内部でポリスチレン粒子を発泡させて、複合断熱材を形成する工程
（６）金型から複合断熱材を脱型する工程

上記（３）の工程では、真空断熱材を金型に入れる前に真空断熱材の周縁部を折り返して折り返し部をテープ等で固定することが好ましい。また、折り返しすることは必ずしも必要ではないが、真空断熱材と発泡ポリスチレンとの接着状態を良好にするためには折り返しを行う方が好ましい。片面にのみ発泡ポリスチレンを一体成形する際には、周縁部の折り返しは、発泡ポリスチレン側に位置させる方が好ましい。
上記（４）の工程において真空断熱材の表面に塗布されたホットメルト接着剤は溶融し、発泡成形されたポリスチレンと真空断熱材とがホットメルト系接着剤によって接着される。

ホットメルト系接着剤は、常温では固形状態であり、これを加熱することによって融解した状態として流動性を持たせて接着面に塗布し、塗布後に冷却することによって固化し接着させる接着剤である。
本発明で用いるホットメルト系接着剤の材料としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリオレフィン共重合物（ＰＰ）を挙げることができ、軟化点が８０〜１７０℃のものが好適である。より好ましくは、ＥＶＡ系、ＰＰ系で、軟化点が１００℃〜１４０℃である。
ホットメルト系接着剤の真空断熱材表面への塗布厚さは１００〜２００μｍが好ましい。塗布厚さが薄すぎると良好な接着力が得られず、また、塗布厚さが厚すぎると発泡性ポリスチレン粒子の充填性が悪く、良好な複合断熱材が得られない。また接着剤の厚さが厚くなると、断熱性能の悪化につながる恐れがある。

真空断熱材１としては公知のものを使用することができ、例えば図２に示すように、芯材３を該芯材３より大きめの熱溶着層を有する２枚のガスバリア性フィルムよりなる外被材２、２’によって挟み込み、減圧下で芯材３の周縁の外被材２、２’の積層部分で熱溶着層をヒートシール、その後（機械的に）無加圧、加熱等して熱溶着部４を形成させて密封したものを使用することができる。
真空断熱材としては圧縮強度が０．０５Ｎ／ｍｍ^２以上(１００℃)のものを用いることが好ましい。

芯材３としては、連続気泡を有する硬質プラスチックフォーム（例：ウレタンフォーム、フェノールフォーム等）、無機繊維（例：ガラス繊維、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維、シリカ繊維等）及び無機粉体（例：乾式シリカ、湿式シリカ、パーライト等）を用いることができる。

また、ガスバリア性フィルムとしては、例えば熱溶着層と金属箔と他のプラスチックフィルムとを積層してなる複合プラスチックラミネートフィルムを用いることができ、また、金属箔の代わりに金属や無機物の蒸着フィルムを用いることができる。

ガスバリア性フィルムの最外層のフィルムとしてはホットメルト系接着剤の溶融温度以上の融点（好ましくは１００℃以上）を持つものを用いる。より好ましくは、１２０℃以上を持つものを用いる。
複合プラスチックラミネートフィルムの一例としてはポリエチレンテルフタレートフィルム／ナイロンフィルム／アルミ箔／ポリエチレンフィルム（熱溶着層）の４層構造のラミネートフィルムやポリエチレンテルフタレートフィルム／アルミ箔／高密度ポリエチレンフィルム（熱溶着層）の３層構造のラミネートフィルムを挙げることができる。
熱溶着層のポリエチレンフィルムとしては、上記の高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）を用いることができ、またポリエチレンフィルムに代えてＣＰＰ、延伸ポリプロピレン（ＯＰＰ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）等を用いることができる。

原料粒子を加熱温度と時間を変化させ、予備発泡させることによって、発泡性ポリスチレン粒子の粒径を管理することができる。発泡性ポリスチレン粒子の粒形は、その粒子が充填される厚みと大きく関係しており、０．５〜３．０ｍｍとすることが好ましい。より好ましくは、発泡性ポリスチレン粒子を充填させる厚みが５．０ｍｍを超える場合は、粒径１．６ｍｍ〜３．０ｍｍのもの、充填厚みが５．０ｍｍ以下と薄い場合は、粒径０．５〜１．６ｍｍを使用するのが良い。このような数値範囲とすることにより、発泡性ポリスチレン粒子の充填性が向上し、無理に粒子を押し込むことによる密度のバラツキを防止でき、真空断熱材の所定の厚さを保持した、優れた断熱性能を有することが可能となる。また発泡ポリスチレンの発泡倍率は１５倍以上、５０倍以下であることが好ましい。より、好ましくは、２０倍以上、３０倍以下である。このような数値範囲とすることにより、強度と断熱性能とのバランスがとれたものとなる。

図３は本発明の複合断熱材の他の例を示す図であり、図３（ａ）はその平面図であり、図３（ｂ）は、図３のＢ−Ｂ断面図である。この例では、真空断熱材１は片面が露出した状態で発泡ポリスチレン５中に埋め込まれている。製造に際しては真空断熱材の露出する面以外の面にホットメルト接着剤を塗布して金型内に配置し、塗布面側に発泡性ポリスチレン粒子を充填して発泡成形する。真空断熱材１は片面が露出した状態であるが、真空断熱材１と発泡ポリスチレン５とはホットメルト接着部６で接着されているため、両者が剥がれることはない。

図４に示したものは、真空断熱材に貫通孔を設けて、発泡ポリスチレンと金型で一体成形した例であり、図４（ａ）はその平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。この例では、発泡ポリスチレン５中にホットメルト系接着剤を塗布した真空断熱材が埋め込まれた構造となっている。このような貫通孔を設けることにより複合断熱材の上下面が一体状の発泡ポリスチレンでつながった状態となるため、強度が向上し、反りが低減される。貫通孔の形状を図示したように凹凸のある形状とすることにより真空断熱材と発泡ポリスチレンとの結合がより強固となる。また、真空断熱材に貫通孔を設ける代わりに切欠部を設けることによっても真空断熱材と発泡ポリスチレンとの結合状態を良好にすることができる。
更に、貫通孔や切欠部にもホットメルト系接着剤を塗布しておくことにより複合断熱材の強度を更に向上させることができる。

図５に示したものは図４に示したものの変形例であり、図５（ａ）はその平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。図５に示したものは貫通孔を設けた真空断熱材１にホットメルト系接着剤を塗布することなく金型内で発泡ポリスチレン５と一体成形したものである。真空断熱材１に貫通孔を設けたことによって真空断熱材１と発泡ポリスチレンとが物理的に結合した状態となるため、ホットメルト系接着剤を使用しなくても両者の結合状態が形成されて強度が高まる。また、真空断熱材に貫通孔を設ける代わりに切欠部を設けることによっても真空断熱材と発泡ポリスチレンとを機械的結合状態を付与することができる。

このタイプの複合断熱材は次のような工程からなる製造方法によって製造することができる。
(１)原料粒子を予備発泡させ、発泡性ポリスチレン粒子とする工程
（２）貫通孔及び／又は切欠部を有する真空断熱材を金型に設置する工程
（３）発泡性ポリスチレン粒子を金型に充填する工程
（４）金型を密閉して蒸気加熱することにより金型内部でポリスチレン粒子を発泡させて、複合断熱材を形成する工程
（５）金型から複合断熱材を脱型する工程

上記の説明では、平板型の複合断熱材について説明したが、本発明の複合断熱材は用途に応じて種々の形状にして用いることができる。
例えば、真空断熱材と発泡ポリスチレンを箱形の形状に一体成形したものは断熱箱、クーラーボックスとして使用することができる。
円盤形状・円筒形状に一体成形したものは貯湯タンク、配管カバー、保冷保温水筒などの円筒形容器・蓋として使用することができる。
半円筒形状に一体成形したものは貯湯タンク、配管カバー、保冷保温水筒などの円筒状容器の構成部材として用いることができる。
三角錐、四角錐、円錐などの錐体状としたものは、貯湯タンク、タンクローリー、保冷保温水筒などの円筒形容器の鏡板として用いることができる。
また、発泡ポリスチレンを真空断熱材の全面に一体成形してもよいし、一部の面にのみ一体成形してもよい。

まず、実施例及び比較例で作成したサンプルの作成方法及び試験方法について述べる。
＜ＶＩＰ及びＶＩＰスチロール寸法＞
・ＶＩＰサイズ：４．６ｔ×７０×９０（ｍｍ）
・ＶＩＰスチロールサイズ：１０ｔ×９０×１２０（ｍｍ）
＜サンプル作成・試験方法＞
（１）原料粒子（粒径０．８ｍｍ）を予備発泡させ、発泡性ポリスチレン粒子（粒径１．５ｍｍ)にする。
（２）ＶＩＰを作製する。
（３）ＶＩＰにホットメルトを塗布する。
（４）ＶＩＰを金型下面に設置し、金型に接した面を除いたＶＩＰ表面に発泡性ポリスチレン粒子を配置する。
（５）金型を蒸気加熱（約１２０℃）して、ＶＩＰを発泡スチロールと一体成形させる。
（６）曲げ試験サンプルサイズにサンプリングする。
（７）曲げ試験（ＪＩＳ Ｋ ７２２１−２）に準じた方法で、曲げ試験を行う。
なお接着性は、一体成形後のＶＩＰの外れやすさによって評価した。

［実施例１〜３］
表１に示すホットメルト剤を用いて図３に示すような実施例１〜３のサンプルを作製し、得られたサンプルについて接着性、曲げ強度を評価した。評価結果を表１に示す。
［実施例４］
図５に示すような２つの貫通孔（孔径１０ｍｍ）を設けたＶＩＰを作製し、これを用いてホットメルト系接着剤を用いることなく、発泡スチロールを一体成形した。
［比較例１、２］
ホットメルト系接着剤に代えて表１に示す接着剤を用いたこと以外は実施例１と同様にしてサンプルを作製し、評価した。評価結果を表１に示す。
［比較例３］
ホットメルト系接着剤を用いなかったこと以外は実施例１と同様にしてサンプルを作製し、評価した。評価結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１〜３のサンプルはいずれも、重ね置き、横持ちが可能であり、また、一体成形時の蒸気加熱（約１２０℃）で再融着・接着し、曲げ強度が向上する。
（但し、ＰＡ系は一般的に軟化点（１２０〜１８０℃）の高いタイプが多く、再融着しづらいものもある。）
また、実施例４のサンプルは、ホットメルト系接着剤を使用しないため、重ね置き、横持ちが可能であり、ＶＩＰに貫通孔を設けたためホットメルト系接着剤を使用しなくても発泡スチロールとＶＩＰとが外れにくくなる。

これに対し、比較例1のアクリル系接着剤を用いたものでは、接着剤塗布後から粘着性があるため、重ね置き、横持ちに不適であり、また一体成形発泡時もＶＩＰ表面がベトついているので、発泡性スチレン粒子の流れ性が悪く、未充填部ができてしまうことに加えて、ＶＩＰ表面の密度が高くなってしまう。
比較例２のようにエポキシ系接着剤を用いたものでは、接着剤が反応硬化型タイプなので、塗布後の保管状態が悪い。つまり、塗布直後すぐに一体成形しなければならない。
また、接着剤が硬化した後、発泡スチロールと一体成形しても、反応が終わっており、未接着となり、容易にＶＩＰが外れてしまう。
比較例３ように接着剤を使用しないものではＶＩＰと発泡スチロールが接着していないので、容易にＶＩＰが外れてしまい、曲げ強度が低い。

本発明の複合断熱材は、本発明は発泡ポリスチレンと真空断熱材とからなっているため断熱性能に優れており、また、発泡ポリスチレンと真空断熱材とがホットメルト系接着剤によって接着されているため、曲げ強度及び衝撃強度に優れているので、冷蔵庫、保冷車等の保温保冷機器及び建築物等の断熱材として好適に使用することができる。

本発明の複合断熱材の構造の一例を示す図である。 本発明で用いる真空断熱材の構造を示す図である。 本発明の複合断熱材の構造の他の例を示す図である。 本発明の、貫通孔を設けた真空断熱材を用いた複合断熱材の構造の一例を示す図である。 本発明の、貫通孔を設けた真空断熱材を用いた複合断熱材の構造の他の例を示す図である。 従来の複合断熱材の構造の例を示す図である。 従来の複合断熱材の構造の例を示す図である。

符号の説明

１ 真空断熱材
２、２’ 外被材
３ 芯材
４ 熱溶着部
５ 発泡ポリスチレン
６ ホットメルト接着部
７ 柱状部分
８ 硬質ウレタンフォーム

Claims (8)

1. 表面にホットメルト系接着剤を塗布した真空断熱材を配置した金型内で発泡性ポリスチレン粒子を少なくとも片面に発泡成形して得られる、真空断熱材と発泡ポリスチレンとがホットメルト系接着剤によって接着されてなる複合断熱材。
2. 真空断熱材が貫通孔及び／又は切欠部を有し、該貫通孔及び／又は切欠部内に発泡成形された発泡ポリスチレンが存在することを特徴とする請求項１に記載の複合断熱材。
3. 貫通孔及び／又は切欠部を有する真空断熱材と該真空断熱材の外表面並びに貫通孔及び／又は切欠部内で発泡成形された発泡ポリスチレンとからなる複合断熱材。
4. 真空断熱材が板状体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の複合断熱材。
5. 真空断熱材の全表面が発泡ポリスチレンによって覆われていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の複合断熱材。
6. 真空断熱材の表面の一部が発泡ポリスチレンによって覆われていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の複合断熱材。
7. 真空断熱材と発泡ポリスチレンとからなる複合断熱材の製造方法であって、
   原料粒子を予備発泡させ、発泡性ポリスチレン粒子とする工程
   ホットメルト系接着剤を真空断熱材の表面に塗布する工程、
   前記真空断熱材を金型に設置する工程、
   発泡性ポリスチレン粒子を金型に充填する工程、
   金型を密閉して蒸気加熱することにより金型内部でポリスチレン粒子を発泡させて、複合断熱材を形成する工程
   及び
   金型から複合断熱材を脱型する工程
   を含む複合断熱材の製造方法。
8. 真空断熱材と発泡ポリスチレンとからなる複合断熱材の製造方法であって、
   原料粒子を予備発泡させ、発泡性ポリスチレン粒子とする工程
   貫通孔及び／又は切欠部を有する真空断熱材を金型に設置する工程、
   発泡性ポリスチレン粒子を金型に充填する工程、
   金型を密閉して蒸気加熱することにより金型内部でポリスチレン粒子を発泡させて、複合断熱材を形成する工程
   及び
   金型から複合断熱材を脱型する工程
   を含む複合断熱材の製造方法。

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