JP2019210958A - 真空断熱材用外包材、真空断熱材、および真空断熱材付き物品 - Google Patents
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Abstract
Description
一方、特許文献4で開示されるように、粘土系鉱物等の無機層状化合物を含む無機層状化合物膜は、酸素バリア性能が良好であることが知られている。そこで、本発明者等は、真空断熱材用外包材の水蒸気バリア性能および酸素バリア性能の向上を図るために、ガスバリア膜上に無機層状化合物膜を設けたガスバリアフィルムを用いた真空断熱材用外包材について検討したところ、高湿環境下では、上記真空断熱材用外包材のガスバリア性能が早期に劣化する場合があることを見出した。
本開示の真空断熱材用外包材は、熱溶着可能なフィルムと、上記熱溶着可能なフィルムの第1の主面側に位置し、金属または無機化合物からなるガスバリア膜を少なくとも有するガスバリアフィルムを1つ以上と、を含むものであって、上記ガスバリアフィルムの少なくとも1つは、上記ガスバリア膜の第1の主面側または第2の主面側に無機層状化合物膜をさらに有し、上記真空断熱材用外包材の厚み方向における、上記熱溶着可能なフィルムから最も離れた位置にある上記無機層状化合物膜が、上記熱溶着可能なフィルムから最も離れた位置にある上記ガスバリア膜よりも上記熱溶着可能なフィルム側にある。
なお、以下の説明において、「無機層状化合物膜がガスバリア膜に形成される」、「無機層状化合物がガスバリア膜に接する」、「ガスバリア膜が樹脂基材に形成される」、もしくは「ガスバリア膜が樹脂基材に接する」といった記載は、「直接形成される」もしくは「直接接する」に限定されるものでは無く、アンカーコート等のコーティング層等の他の層が介在されている場合も含むものである。
本開示の真空断熱材用外包材におけるガスバリアフィルムは、熱溶着可能なフィルムの第1の主面側に位置し、金属または無機化合物からなるガスバリア膜を少なくとも有する部材である。本開示の真空断熱材用外包材は、ガスバリアフィルムを1つ以上有する。また、ガスバリアフィルムの少なくとも1つは、ガスバリア膜の第1の主面側または第2の主面側に無機層状化合物膜をさらに有する。なお、無機層状化合物膜をさらに有するガスバリアフィルムのことを、特に、無機層状化合物膜付きガスバリアフィルムと称して説明する場合がある。
ガスバリアフィルムにおけるガスバリア膜は、金属または無機化合物からなる。
ガスバリア膜が複数回蒸着により形成される場合は、ガスバリア膜の厚みとは、複数回蒸着後の全体厚みをいう。
ガスバリアフィルムは、ガスバリア膜の第1の主面側または第2の主面側に無機層状化合物膜を有することができる。
無機層状化合物とは、単位結晶層が互いに積み重なって層状構造を有している無機化合物をいう。つまり「層状化合物」とは、層状構造を有する化合物ないし物質をいう。また、「層状構造」とは、原子が共有結合等によって強く結合して密に配列した面が、ファン・デル・ワールス力等の弱い結合力によって平行に積み重なった構造をいう。
本開示においては、中でもフィロケイ酸塩鉱物、およびスメクタイト族粘土鉱物が好ましく、特に好ましくは、スメクタイト族粘土鉱物に含まれるモンモリロナイト、およびヘクトライトである。
無機層状化合物の粒子の平均粒径を上記の範囲とすることで、無機層状化合物膜の酸素バリア性能がより良好となるからである。無機層状化合物の粒子の粒径とは、温度25℃、水溶媒の条件で、超微粒子粒度分析計を用いて測定した動的光散乱法による光子相関法から求めた中心径(長径)とする。
無機層状化合物のアスペクト比を上記の範囲とすることで、無機層状化合物膜の酸素バリア性能がより良好となるからである。無機層状化合物のアスペクト比は、無機層状化合物の粒子の平均粒径に対する平均面間隔(平均単位厚み)の比であり、下記式(1)で算出される。
Z=L/a … (1)
(上記式(1)中、Zはアスペクト比であり、Lは無機層状化合物の平均粒径であり、aは無機層状化合物の平均面間隔(平均単位厚み)である。)
無機層状化合物の平均粒径Lは、上述した方法により求めた値とする。また、無機層状化合物の面間隔(単位厚み)aは、例えば、X線回折装置を用いた無機層状化合物の粉末X線回折測定により求められる値である。なお、無機層状化合物とバインダー樹脂とを含む組成物の粉末X線回折測定から、無機層状化合物の面間隔が広がっている部分があることを確認することができる。
バインダー樹脂としては、特に限定されないが、中でも水素結合性基またはイオン性基を有する樹脂が好ましい。
無機層状化合物膜は、無機層状化合物の体積が多い程、酸素バリア性能が向上する。一方、バインダー樹脂の体積が多い程、耐屈曲性が向上する。よって、無機層状化合物とバインダー樹脂との体積比(無機層状化合物/樹脂)としては、5/95〜90/10であることが好ましく、中でも5/95〜50/50の範囲であることがより好ましい。
無機層状化合物とバインダー樹脂との体積比を上記の範囲とすることで、酸素バリア性能および耐屈曲性に優れた無機層状化合物膜とすることができるからである。
無機層状化合物膜の厚みを上記範囲とすることで、十分な酸素バリア性能を発揮することが可能となり、また、無機層状化合物膜の硬度を比較的小さくすることができるため、真空断熱材用外包材が屈曲応力を受ける場合であっても、無機層状化合物膜内における無機層状化合物の層状構造を維持することができるからである。
ガスバリアフィルムは、ガスバリア膜の第2の主面に形成された樹脂基材を有することができる。樹脂基材が、ガスバリア膜の第2の主面に形成される場合、樹脂基材とガスバリア膜との間に接着剤層が介在されるものではない。なお、ここでの接着剤層には、アンカーコート等のコーティング層は含まれないものとする。
本開示においては、中でも寸法安定性が良好な点からポリエステルフィルムが好ましく、特にポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムが好ましい。これは、比較的融点が高いことから高温条件でも安定な寸法安定性を維持することができるからである。
本開示の真空断熱材用外包材におけるガスバリアフィルムは、少なくとも1つが、上記ガスバリア膜の第1の主面側または第2の主面側に無機層状化合物膜をさらに有する無機層状化合物膜付きガスバリアフィルムである。真空断熱材用外包材が2つ以上のガスバリアフィルムを有する場合、すべてのガスバリアフィルムが、無機層状化合物膜付きガスバリアフィルムであってもよく、無機層状化合物膜付きガスバリアフィルムを1つ以上と、無機層状化合物膜を有さないガスバリアフィルムを1つ以上と、を有していてもよい。
本開示の真空断熱材用外包材における熱溶着可能なフィルムは、真空断熱材用外包材の厚み方向の一方の最外に位置し、一方の最表面を担う部材である。上記熱溶着可能なフィルムは、真空断熱材用外包材を用いて真空断熱材を作製する際に芯材と接し、また、芯材を封止する際に、芯材を介して対向する一対の真空断熱材用外包材の周縁同士を熱溶着により接合する部材である。
本開示の真空断熱材用外包材は、厚み方向の一方の最外に熱溶着可能なフィルムを有するが、他方の最外に保護フィルムを有することができる。保護フィルムを有することで、真空断熱材用外包材の厚み方向の他方の最表面を担うことができ、保護フィルム以外の構成部材を損傷や劣化から保護することができる。保護フィルムとしては、熱溶着可能なフィルムよりも高融点を示す汎用の樹脂フィルムを用いることができ、例えばナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリブチレンテレフタレートフィルム、ポリプロピレンフィルム等が挙げられる。保護フィルムの厚みは特に限定されず、適宜設定することができる。
本開示の真空断熱材用外包材は、上述した熱溶着可能なフィルムおよび1つ以上のガスバリアフィルムを有し、上記ガスバリアフィルムの少なくとも1つが無機層状化合物膜付きガスバリアフィルムであり、真空断熱材用外包材の厚み方向における、最外無機層状化合物膜が、最外ガスバリア膜よりも熱溶着可能なフィルム側にある積層構成を有すればよく、真空断熱材用外包材のガスバリア性能に応じて積層構成を適宜設計することができる。
最内ガスバリア膜が最内無機層状化合物膜よりも熱溶着可能なフィルム側にある位置関係とすることで、熱溶着可能なフィルムの第1の主面側において、真空断熱材用外包材に含まれるすべての無機層状化合物膜が最外ガスバリア膜および最内ガスバリア膜により挟まれた構造となる。このような構造とすることで、例えば真空断熱材用外包材が熱や屈曲処理を受けたときに生じる最内無機層状化合物膜の動きを制限し、最内無機層状化合物膜の層状構造の崩れや厚みの変動を抑制することができ、無機層状化合物膜により発揮される酸素バリア性能の経時劣化を抑制することができる。
本開示の真空断熱材用外包材の製造方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、熱溶着可能なフィルムおよびガスバリアフィルムを予め成膜し、接着剤層を介して貼り合せるドライラミネーション法や、ガスバリアフィルムの一方の面に直接または接着剤層を介して、熱溶着可能なフィルムを押出形成する方法等が挙げられる。
本開示の真空断熱材用外包材は、真空断熱材において、芯材を覆う外包材として用いることができる。真空断熱材用外包材は、真空断熱材において、熱溶着可能なフィルム側の最表面が芯材側となるようにして芯材を介して対向して配置され、周縁が熱溶着により接合されて用いられる。
本開示の真空断熱材は、芯材および上記芯材を封入する外包材を有するものであって、上記外包材は、熱溶着可能なフィルムと、上記熱溶着可能なフィルムの第1の主面側に位置し、金属または無機化合物からなるガスバリア膜を少なくとも有するガスバリアフィルムを1つ以上と、を含み、上記ガスバリアフィルムの少なくとも1つは、上記ガスバリア膜の第1の主面側または第2の主面側に無機層状化合物膜をさらに有し、上記外包材の厚み方向における、上記熱溶着可能なフィルムから最も離れた位置にある上記無機層状化合物膜が、上記熱溶着可能なフィルムから最も離れた位置にある上記ガスバリア膜よりも上記熱溶着可能なフィルム側にある。
本開示の真空断熱材における外包材は、芯材を封入する部材であり、芯材側から熱溶着可能なフィルム、ガスバリアフィルムの順となるように配置される。外包材については、上記「I.真空断熱材用外包材」の項で説明した真空断熱材用外包材と同様であるため、ここでの説明は省略する。
本開示の真空断熱材における芯材は、外包材により封入される部材である。なお、封入される(する)とは、外包材を用いて形成された袋体の内部に密封される(する)ことをいう。
本開示の真空断熱材は、外包材で形成された袋体の中に芯材が封入され、密閉された内部が減圧されて真空状態となっている。真空断熱材の内部の真空度は、例えば5Pa以下であることが好ましい。内部に残存する空気の対流による熱伝導を低くすることができ、優れた断熱性を発揮することが可能となるからである。
本開示の真空断熱材の製造方法は、上記「I.真空断熱材用外包材」の項で説明した真空断熱材用外包材を用いる方法であれば特に限定されないが、例えば、以下の方法が挙げられる。まず、上記「I.真空断熱材用外包材」の項で説明した真空断熱材用外包材を2枚準備し、それぞれの熱溶着可能なフィルム同士を向き合わせて重ね、三辺の外縁を熱溶着により接合(ヒートシール)し、一辺が開口する袋体を得る。この袋体に、開口から芯材を入れた後、上記開口から空気を吸引し、袋体の内部が減圧された状態で開口を熱溶着により接合して封止することで真空断熱材を得ることができる。
本開示の真空断熱材付き物品は、熱絶縁領域を有する物品および真空断熱材を備えるものであって、上記真空断熱材は、芯材および上記芯材を封入する外包材を有し、上記外包材は、熱溶着可能なフィルムと、上記熱溶着可能なフィルムの第1の主面側に位置し、金属または無機化合物からなるガスバリア膜を少なくとも有するガスバリアフィルムを1つ以上と、を含み、上記ガスバリアフィルムの少なくとも1つは、上記ガスバリア膜の第1の主面側または第2の主面側に無機層状化合物膜をさらに有し、上記外包材の厚み方向における、上記熱溶着可能なフィルムから最も離れた位置にある上記無機層状化合物膜が、上記熱溶着可能なフィルムから最も離れた位置にある上記ガスバリア膜よりも上記熱溶着可能なフィルム側にある。
真空断熱材用外包材の作製に用いたフィルムの詳細を以下に示す。
・PET12:厚み12μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(東洋紡株式会社製「E5120」)
・ON15:厚み15μmの二軸延伸ナイロンフィルム(ユニチカ製「エンブレムONBC」)
・LLDPE50:厚み50μmの直鎖上低密度ポリエチレンフィルム(三井化学東セロ株式会社製「T.U.X(登録商標) HC−E」)
・SiO2蒸着PET12:PET12の片面にシリカ蒸着膜(SiO2膜)が直接形成されたフィルム(大日本印刷株式会社製「IBPET−UB」)
・Al2O3蒸着PET12:PET12の片面に酸化アルミニウム蒸着膜(Al2O3膜)が直接形成されたフィルム(大日本印刷株式会社製「IBPET−PXB」)
連続式真空蒸着機(APPLIED MATERIALS社製 TopMet)の巻き出し装置に、樹脂基材としてPET12をセットし、1.0×10−1Pa未満に減圧した真空蒸着機内で抵抗加熱部にアルミワイヤをフィードして溶融し、気化した金属アルミニウムを走行速度300m/minで走行するPET12の片面に付着堆積させて1回蒸着を行った。アルミワイヤを溶融する際の抵抗加熱部への供給電力値(蒸着ボード電力値)は、8.0kW〜9.0kWの範囲とした。これにより、PET12の片面に金属アルミニウム膜(Al膜)が直接形成されたガスバリアフィルムAを得た。
まず、PVA(ポリビニルアルコール)の顆粒(日本酢ビ・ポバール(株)製:JF−04、ケン化度98〜99%、平均重合度400)をイオン交換水に溶解し、20質量%のポリビニルアルコール水溶液を得た。この水溶液にモンモリロナイト(クニミネ工業株式会社製:クニピアF)を固形質量中10質量%になるように添加し、攪拌して無機層状化合物含有コート溶液を調製した。
次に、上記無機層状化合物含有コート溶液を、上記ガスバリアフィルムAのAl膜上にグラビアコート法によりコーティングし、次いで120℃、140℃および150℃で各20秒間加熱処理することにより、上記ガスバリアフィルムAのAl膜上に無機層状化合物膜を直接形成し、無機層状化合物膜、Al膜、およびPET12をこの順に有するガスバリアフィルムBを作製した。
SiO2蒸着PET12をガスバリアフィルムCとした。
Al2O3蒸着PET12をガスバリアフィルムDとした。
ガスバリアフィルムCのSiO2膜上に、ガスバリアフィルムBと同様に無機層状化合物膜を直接形成し、無機層状化合物膜、SiO2膜、およびPET12をこの順に有するガスバリアフィルムEを作製した。
下記表1に示す積層構成を有する真空断熱材用外包材を得た。表1中のガスバリアフィルムの[ ]内は、ガスバリアフィルムを構成する部材の積層順を示す。また、表1中の「/」は直接積層された界面を示し、「//」は接着剤層を介して積層された界面を示す。接着剤層は、ポリエステルポリオールを主成分とする主剤(ロックペイント社製 製品名:RU−77T)、脂肪族系ポリイソシアネートを含む硬化剤(ロックペイント社製 製品名:H−7)、および酢酸エチルの溶剤が、重量配合比が主剤:硬化剤:溶剤=10:1:14となるように混合された2液硬化型の接着剤を用い、貼合させる2つの構成部材のうち一方の構成部材の面に上記接着剤を塗布量3.5g/m2となるように塗布して形成し、他方の構成部材で接着剤層を間に挟んで加圧した。
得られた真空断熱材について、温度100℃、湿度無管理の雰囲気で保持後の熱伝導率を経時で測定した。測定は、JIS A1412−2:1999(熱絶縁材の熱抵抗及び熱伝導率の測定方法−第2部:熱流計法(HFM法))に準拠して、熱伝導率測定装置(オートラムダHC−074、英弘精機社製)を用い、真空断熱材の主面が上下方向を向くように配置して下記の条件で行った。少なくとも3つのサンプルを用いて測定し、それらの測定値の平均を、その真空断熱材の熱伝導率とした。
(熱伝導率の測定条件)
・試験の定常に要する時間:15分以上
・標準板:EPS
・高温面の温度:30℃
・低温面の温度:10℃
・測定試料の平均温度:20℃
得られた真空断熱材について、温度40℃、湿度90%RHの雰囲気で保持後の熱伝導率を経時で測定した。測定方法および測定条件は、評価1と同様とした。評価2の結果を下記表3に示す。また、実施例1〜4、比較例1〜2、参考例1の真空断熱材の、温度40℃、湿度90%RHの雰囲気での熱伝導率の経時変化を図8に示す。
2、2A、2B、2C … ガスバリア膜
2a … ガスバリア膜の第1の主面
2b … ガスバリア膜の第2の主面
3、3A、3B、3C … 無機層状化合物膜
10 … 真空断熱材用外包材
11、11A、11B、11C … ガスバリアフィルム
12 … 熱溶着可能なフィルム
12a … 熱溶着可能なフィルムの第1の主面
20 … 真空断熱材
21 … 芯材
22 … シール端部
Claims (6)
- 熱溶着可能なフィルムと、前記熱溶着可能なフィルムの第1の主面側に位置し、金属または無機化合物からなるガスバリア膜を少なくとも有するガスバリアフィルムを1つ以上と、を含む真空断熱材用外包材であって、
前記ガスバリアフィルムの少なくとも1つは、前記ガスバリア膜の第1の主面側または第2の主面側に無機層状化合物膜をさらに有し、
前記真空断熱材用外包材の厚み方向における、前記熱溶着可能なフィルムから最も離れた位置にある前記無機層状化合物膜が、前記熱溶着可能なフィルムから最も離れた位置にある前記ガスバリア膜よりも前記熱溶着可能なフィルム側にある、真空断熱材用外包材。 - 前記ガスバリアフィルムを2つ以上有し、
前記真空断熱材用外包材の厚み方向における、前記熱溶着可能なフィルムから最も近い位置にある前記ガスバリア膜が、前記熱溶着可能なフィルムから最も近い位置にある前記無機層状化合物膜よりも前記熱溶着可能なフィルム側にある、請求項1に記載の真空断熱材用外包材。 - 芯材および前記芯材を封入する外包材を有する真空断熱材であって、
前記外包材は、熱溶着可能なフィルムと、前記熱溶着可能なフィルムの第1の主面側に位置し、金属または無機化合物からなるガスバリア膜を少なくとも有するガスバリアフィルムを1つ以上と、を含み、
前記ガスバリアフィルムの少なくとも1つは、前記ガスバリア膜の第1の主面側または第2の主面側に無機層状化合物膜をさらに有し、
前記外包材の厚み方向における、前記熱溶着可能なフィルムから最も離れた位置にある前記無機層状化合物膜が、前記熱溶着可能なフィルムから最も離れた位置にある前記ガスバリア膜よりも前記熱溶着可能なフィルム側にある、真空断熱材。 - 前記ガスバリアフィルムを2つ以上有し、
前記外包材の厚み方向における、前記熱溶着可能なフィルムから最も近い位置にある前記ガスバリア膜が、前記熱溶着可能なフィルムから最も近い位置にある前記無機層状化合物膜よりも前記熱溶着可能なフィルム側にある、請求項3に記載の真空断熱材。 - 熱絶縁領域を有する物品および真空断熱材を備える真空断熱材付き物品であって、
前記真空断熱材は、芯材および前記芯材を封入する外包材を有し、
前記外包材は、熱溶着可能なフィルムと、前記熱溶着可能なフィルムの第1の主面側に位置し、金属または無機化合物からなるガスバリア膜を少なくとも有するガスバリアフィルムを1つ以上と、を含み、
前記ガスバリアフィルムの少なくとも1つは、前記ガスバリア膜の第1の主面側または第2の主面側に無機層状化合物膜をさらに有し、
前記外包材の厚み方向における、前記熱溶着可能なフィルムから最も離れた位置にある前記無機層状化合物膜が、前記熱溶着可能なフィルムから最も離れた位置にある前記ガスバリア膜よりも前記熱溶着可能なフィルム側にある、真空断熱材付き物品。 - 前記ガスバリアフィルムを2つ以上有し、
前記外包材の厚み方向における、前記熱溶着可能なフィルムから最も近い位置にある前記ガスバリア膜が、前記熱溶着可能なフィルムから最も近い位置にある前記無機層状化合物膜よりも前記熱溶着可能なフィルム側にある、請求項5に記載の真空断熱材付き物品。
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