グラスウールボード及び真空断熱材
【課題】真空断熱材の熱伝導率の低減、および経時的な断熱性能の劣化を改善することを目的に、真空断熱材用の芯材固体成分の熱伝導を低減すべく、芯材に結合材を使用しないガラス繊維成形体を用い、さらにはガラス短繊維の成形性を改善することで生産性をより一層高めた真空断熱材を提供する。
【解決手段】グラスウールボード１は、ガラス短繊維のウェブの積層体２からなり、前記ウェブ間は物理的交絡により結合され、前記積層体の密度が１００ｋｇ／ｍ3〜４００ｋｇ／ｍ3の範囲、かつ前記ガラスの線膨張係数が５０℃から３００℃の範囲において、３０×１０-7／℃以上である。
【解決手段】グラスウールボード１は、ガラス短繊維のウェブの積層体２からなり、前記ウェブ間は物理的交絡により結合され、前記積層体の密度が１００ｋｇ／ｍ3〜４００ｋｇ／ｍ3の範囲、かつ前記ガラスの線膨張係数が５０℃から３００℃の範囲において、３０×１０-7／℃以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラスウールボード及び真空断熱材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の防止を目的に省エネルギー化が望まれており、民生用機器に対しても省エネルギー化の推進が行われている。特に、冷凍冷蔵庫に関しては、冷熱を効率的に利用するという観点から、優れた断熱性を有する断熱材が求められている。
【０００３】
一般的な断熱材としては、グラスウールなどの繊維体やウレタンフォームなどの発泡体が用いられている。しかし、これらの断熱材の断熱性を向上するには断熱材の厚みを増大して適用する必要がある。よって、断熱材を設置できる空間に制限がある場合や、省スペース化や空間の有効利用が必要な場合には従来の断熱材の適用は望ましくない。
【０００４】
このような課題を解決する一手段として、多孔体からなる芯材と、この芯材を外包材によって覆い内部を減圧密閉して構成した真空断熱材がある。真空断熱材は、近年、省エネ競争が激化するなか、より一層、断熱性能の優れた真空断熱材が求められている。
【０００５】
一般に、断熱材の伝熱は、固体と気体成分の熱伝導、輻射、対流熱伝達により引き起こされる。一方、外包材内部を減圧してなる真空断熱材は、気体成分の熱伝導と対流熱伝達に関してはその影響は小さい。
【０００６】
また、常温以下の温度領域での使用においては、輻射の寄与もほとんどない。よって、常温以下で使用する保冷機器等に適用する真空断熱材においては、固体成分の熱伝導を抑制することが重要となる。そこで、断熱性能に優れる真空断熱用の芯材として、種々の繊維材料が報告されている。
【０００７】
例えば、繊維材料の全体にわたって低溶融ガラス組成物やホウ酸のような熱可塑性の性質を有する無機バインダー材料を分散させた圧縮繊維マットを芯材とした真空断熱材が提案されている。
【０００８】
これは、図４のように、２本の隣接したガラス繊維１０２とガラス繊維１０４が無機バインダー材料により、交点１１０で結合部１０８を形成することで繊維材料を圧縮繊維マットに成形するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
本構成により、個々の繊維を一体化させることが可能となり、かつバインダーからの揮発性化合物の発生がないため真空断熱材の内圧を増大させることがない。
【００１０】
一方、平均繊維径２μｍ以下、好ましくは１μｍ以下の無機質繊維に酸性水溶液処理、および圧縮脱水処理を施し、無機質繊維の溶出成分を無機質繊維の交点に集め、結合材として作用させ、無機繊維に一体性を持たせたものを芯材とする真空断熱材が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
本構成の効果としては、繊維同士を結着させる結合材を含まないため、外被材中の真空条件下で結合材から発生するガス成分が少なく、経時的な断熱性能の劣化が小さいため、断熱性能に優れていることが報告されている。
【００１２】
更に、平均繊維径１μｍのガラス繊維をそのまま芯材として利用した真空断熱材が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１３】
本構成では、真空断熱材において、水分吸着性物質が添加含有されていることから、熱伝導率の劣化が抑えられ、長期間、初期の断熱性能を維持できることが報告されている。
【特許文献１】特表平１１−５０６７０８号公報
【特許文献２】特開平７−１６７３７６号公報
【特許文献３】特開昭５９−２２５２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来の構成では、無機質繊維の交点において結着したバインダーや、無機質繊維からの溶出成分が結合材として作用するため、繊維相互の結着部位において、固形化したバインダーや溶出成分が熱橋として作用することで熱伝導が増大する。この時、バインダーや溶出成分による結着部位のない繊維体からなる芯材と比較すると、真空断熱材の熱伝導率が増大するという課題を有していた。
【００１５】
さらに、真空断熱材の芯材において、無機質繊維体の結合材として用いるバインダーを添加する工程が必須であることに加え、通常、バインダーを水溶液として塗布するため、成形時に水分を蒸発させるための膨大な熱エネルギーが必要となり、生産性の低下を招くという大きな課題を有していた。
【００１６】
また、芯材成形後もバインダーからのガス発生により、内圧が増加することで経時的な断熱性能の劣化を招く。さらに、バインダーを用いた無機質繊維体をグラスウールボード単体で断熱材として用いる場合には、異臭やガス発生による問題だけでなく、バインダーの種類に応じて適用雰囲気温度の範囲も制限されていた。
【００１７】
また、バインダーを添加することなく、無機質繊維体の溶出成分を結合材として用いる場合にも、酸処理等による特殊工程が必要となるために、この方法においても生産性の低下を招くという課題を有していた。
【００１８】
一方、バインダーや溶出成分による結着部位のない従来構成の繊維体をそのまま芯材として適用した場合は、固体成分の熱伝導は小さいものの、その状態は嵩高い綿状であり、非常に取り扱いが困難である上に、大気圧縮により外観表面性が損なわれる等の課題を有していた。
【００１９】
特に、平均繊維径が３μｍを超えるガラス繊維を適用すると外観不良はより顕著に生じていた。また、グラスウール単体で断熱材として用いる場合にも、設置するためのスペースを大きく確保する必要があることや、筐体自体の十分な強度を要するという課題を有していた。
【００２０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、結合材から生じるガス成分による内圧増加による断熱性能の劣化を招かず、繊維相互の交点に形成される結着部位が熱橋として作用する熱伝導を抑制でき、従来の硬質ウレタンフォームの１０倍以上の優れた断熱性能を有する高性能な真空断熱材またはその真空断熱材の芯材に使用可能なグラスウールボードを提供するものである。
【００２１】
また、成形時にバインダー成分を添加する必要がなく、繊維からの溶出成分を抽出するような酸処理等の特殊加工を行わなくてもグラスウールを所定形状に保持することができ、工数削減が可能となって効率的な芯材成形が可能で、製造時に必要な熱エネルギーを低減することが可能な、グラスウールボードを提供するものである。
【００２２】
また、従来のバインダーを用いることなくボード化でき、異臭やガス発生による問題がなく、ガラス繊維の耐熱温度である約４００℃前後まで使用が可能で、形状もバインダーを用いたもの同様のボード形状を保持でき、真空断熱材の芯材としてのみならず、取り扱い性や省スペース化に優れ、ガラス短繊維からなる積層体単体で耐熱性に優れた断熱材として利用することも可能で、さらに、高い剛性を備え表面性に優れ、低温でもボード化が可能で生産性にも優れるグラスウールボードを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記従来の課題を解決するために、本発明のグラスウールボードは、ガラス短繊維のウェブの積層体からなり、前記ウェブ間が物理的交絡により結合され、前記積層体の密度が１００ｋｇ／ｍ3〜４００ｋｇ／ｍ3の範囲で、かつ前記ガラスの線膨張係数が５０℃から３００℃の範囲において、３０×１０-7／℃以上であることを特徴とするものである。
【００２４】
よって、ガラス短繊維の絡み合いによるアンカー効果的作用と、ガラス短繊維を加熱することで粘度を低下し、プレス形状で塑性変形させることによる形状変化との物理的作用により、ガラス短繊維からなる積層体は、成形前の弾性が低下し所定のボード形状を保持する。
【００２５】
よって、ガラス短繊維からなる積層体は、繊維相互における結合材がなくとも、所定のグラスウールボード形状に保持することができる。
【００２６】
さらに、５０℃から３００℃の範囲におけるガラスの線膨張係数を３０×１０-7／℃以上まで増大させることで、ガラス短繊維の積層体を加熱して塑性変形させることと同時に、ガラス短繊維が熱膨張による繊維長さ方向の伸びを生じるために、ガラス短繊維の絡み合いがより強まり、冷却時にはその形状でのアンカー効果的作用が高まる。よって、本発明のにおけるグラスウールボードは剛性をよりより一層高めることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のグラスウールボードは、芯材であるガラス短繊維相互間に、バインダー成分や繊維からの溶出成分による結合材を用いずに芯材を形成している。よって、繊維相互の交点部には、バインダー成分や繊維からの溶出成分による結合材が存在しない。
【００２８】
その結果、従来、熱橋として作用していた結着部位が存在しないことから、繊維相互の伝熱点が大幅に低減し、伝熱量が抑制される。以上の結果より、本発明のグラスウールボードは断熱性能が大幅に改善する。
【００２９】
また、グラスウールボード成形時にバインダー成分を使用していないため、ボード表面がプレス金型の表面性状と同様に変形し、表面性の優れたグラスウールボードが成形できると共に、ボード成形工程の工数削減が可能となり効率的な生産が可能となる。
【００３０】
さらには、バインダー成分を使用しなくても剛性が高まることにより、断熱材として、省スペースかつ、表面性の優れた補強材としての機能性を備えたグラスウールボードを提供することができる。
【００３１】
また、熱膨張によるガラス短繊維相互間の絡み合いを強化することにより、短時間でわずかな塑性変形でも十分な剛性を得ることができるために、取り扱い性の向上のみならず、より低温での芯材成形が可能となることで生産性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
請求項１に記載の発明は、ガラス短繊維のウェブの積層体からなり、前記ウェブ間は物理的交絡により結合され、前記積層体の密度が１００ｋｇ／ｍ3〜４００ｋｇ／ｍ3の範囲で、かつ前記ガラスの線膨張係数が５０℃から３００℃の範囲において、３０×１０-7／℃以上であるグラスウールボードである。
【００３３】
よって、ガラス短繊維のウェブが厚み方向に均質に積層された積層体であることから、成形後のグラスウールボードを構成するガラス短繊維は厚み方向と垂直の方向に配列され、繊維相互の熱抵抗が増大する。
【００３４】
また、ガラス短繊維のウェブ間は、ガラス短繊維の一部が繊維相互で絡み合うことで厚み方向における拘束性と一体性が発現し、成形前の弾性が低下して所定のボード形状を保持することが可能となる。
【００３５】
さらに、ガラスの熱膨張により、ガラス短繊維相互の絡み合いが一層強固なものとなるために、グラスウールボードの剛性が増すことに加え、低温でのボード成形が可能である。
【００３６】
以上の作用により、結合材がなくとも、ガラス短繊維からなる積層体は、成形前の弾性が低下し所定のボード形状を保持することが可能となり、グラスウールボードの断熱性能を高めるだけでなく、取り扱い性及び表面性が良好な省スペース型の耐熱性断熱材を提供することができる。さらには、低温でも短時間でボード成形が可能となることで、生産性も向上する。
【００３７】
請求項２に記載の発明は、ガラス短繊維のガラス成分がＡｌ2Ｏ3を含まない請求項１に記載のグラスウールボードである。
【００３８】
Ａｌ2Ｏ3は、ガラスの一部網目構造を形成する中間酸化物であり、網目構造を埋めると同時に、網目構造に取り込まれた部分における結合力が強いために、Ａｌ2Ｏ3を含むガラスは、分子構造上安定性が高く、熱膨張を抑制する上に、等温粘度が上昇する。
【００３９】
しかし、芯材成形時には、ガラスの粘度を下げて塑性変形させる必要があるため、等温粘度の高い性質を示すＡｌ2Ｏ3を含むガラスは、芯材成形時の必要熱エネルギーが増大する。また、熱膨張によるガラス短繊維の絡み合いをも抑制する。
【００４０】
よって、ガラス成分Ａｌ2Ｏ3を含まないことで、ガラス短繊維相互間の絡み合いを促進し、さらには等温粘度を低下させることにより、低温でも短時間でボード成形が可能となる。
【００４１】
以上の作用により、本発明のグラスウールボードは生産性がより向上する。
【００４２】
請求項３に記載の発明は、ガラス短繊維のガラス成分がＡｌ2Ｏ3を１０重量％以下の範囲で含む請求項１に記載のグラスウールボードである。
【００４３】
Ａｌ2Ｏ3は、ガラスの一部網目構造を形成する中間酸化物であり、かつ、網目構造における結合力が強いために、構造上安定性の高いガラス短繊維が得られる。
【００４４】
よって、ガラス構造における結合力を高めることにより、ガラス繊維集合体としての強度がより大きくなるとともに、耐水性、耐酸性、耐アルカリ性などの耐久性の機能を高めることができる。
【００４５】
また、Ａｌ2Ｏ3成分は、わずか数重量％の添加でこれらの耐久性を高める機能があり、かつ成分比率を１０重量％以下にすることで、同時に成形温度も低い温度領域に維持することができる。また、Ａｌ2Ｏ3を添加することでガラス中にクラスターが生じることを抑制し、この範囲においては等温粘度の上昇を比較的生じ難い。
【００４６】
以上の作用により、本発明のグラスウールボードは取り扱い性が改善し、長期に渡って侵食劣化を抑制できると共に、低密度化も容易になる。
【００４７】
請求項４に記載の発明は、ガラス短繊維のガラス成分が少なくとも一種類以上のアルカリ金属酸化物を含む請求項１から３のいずれか一項に記載のグラスウールボードである。
【００４８】
アルカリ金属酸化物は、ガラスの網目構造を特に切り易く、網目構造中に非架橋酸素を多く作ってガラスの結合力を極端に弱める働きがある。これはアルカリ金属に電気的引力が特に強く、ガラスの網目構造における架橋酸素との共有結合からアルカリ金属とのイオン結合への置換が起こり、網目構造としての結合力が低下するためと考えられる。
【００４９】
よって、ガラス成分にアルカリ金属酸化物を添加することで、ガラスの網目構造を簡単に切ることができるために、加熱時の熱膨張を起こし易くし、ガラス短繊維の絡み合いを強固にすることで成形ボードの剛性が増す。さらに、ガラス構造が弱まることでガラスの粘性低下の効果が大きいために、塑性変形も起こり易くすることで、より一層短時間でも低温領域でグラスウールボードの成形が可能となる。
【００５０】
また、ガラスの網目構造を切ることにより、非架橋酸素部分の熱伝導が抑制され、ガラス内部の熱抵抗が増大する。
【００５１】
以上の作用により、本発明のグラスウールボードは取り扱い性が向上するだけでなく、低温領域でも芯材成形が可能であるために生産性がより一層改善する。さらに、断熱性能がより向上する。
【００５２】
請求項５に記載の発明は、ガラス短繊維のガラス成分が少なくとも一種類以上のアルカリ土類金属酸化物を含む請求項１から４に記載のグラスウールボードである。
【００５３】
アルカリ土類金属酸化物は、特に高温領域において、ガラスの網目構造を切り、非架橋酸素を作って、ガラスの結合力を弱める働きがある。これはアルカリ土類金属の電気的な特性により、ガラスの網目構造における架橋酸素との共有結合からアルカリ土類金属とのイオン結合への置換が起こり、網目構造としての結合力が弱まるためと考えられる。
【００５４】
よって、ガラス成分にアルカリ土類金属酸化物を添加することで、加熱時におけるグラスウールボード成形温度領域での熱膨張が加速され、ガラス短繊維の絡み合いを強固にするために成形ボードの剛性が増す。さらに、成形温度付近でのガラス構造が弱まることでガラスの粘性低下が起こり、低温領域でも短時間でグラスウールボード成形が可能となる。
【００５５】
また、一方ではその結合力の電気的な引力はアルカリ金属元素程強くはなく、常温付近においては、網目構造を切ることで生じる非架橋酸素があまり存在しない。そのため、常温程度でのＣａＯは網目構造を埋めることで化学的な耐久性が向上する。
【００５６】
以上の作用により、本発明のグラスウールボードは生産性が改善するとともに、長期に渡って侵食劣化を防止できる。
【００５７】
請求項６に記載の発明は、ガラス短繊維のガラス成分がＰｂＯを含む請求項１から５に記載のグラスウールボードである。
【００５８】
網目形成酸化物の一種であるＰｂＯによるガラスの網目構造は、架橋酸素との結合力が極端に弱く、温度上昇に伴い熱膨張が特に起こり易い。
【００５９】
よって、ガラス成分にＰｂＯを添加することで、昇温時におけるガラス短繊維相互の絡み合いが強固なものとなり、成形ボードの剛性を高めることができる。さらに、ガラス構造が弱いことにより粘性低下を起こし易く、より低温領域での塑性変形を起こすことで、低温でも短時間でグラスウールボードが得られる。
【００６０】
また、ガラスの網目構造において、ＰｂＯは質量が大きく、熱振動を伝えにくいためにガラス内部の熱抵抗が増大する。
【００６１】
以上の作用により、本発明のグラスウールボードは生産性が一層改善し、さらには断熱性能も向上する。
【００６２】
請求項７に記載の発明は、ガラス短繊維のガラス成分がＢ2Ｏ3及び、ＧｅＯ2を含まない請求項４または５に記載のグラスウールボードである。
【００６３】
Ｂ2Ｏ3及び、ＧｅＯ2を含むガラスにおいて、これらは網目形成酸化物として、網目構造を形成するが、その結合力は弱く、ガラス短繊維の成形に必要な高温領域では低粘度特性を示す。さらに、Ｂ2Ｏ3は同時に耐候性が増す。
【００６４】
しかし、ガラス成分にアルカリを添加している場合、常温程度ではアルカリによって非架橋となった酸素が、逆に温度上昇に伴ってホウ素、或いはＧｅに引き付けられ、特に本発明のグラスウールボード成形温度領域付近では、ホウ素が［ＢＯ3］三角形として存在していたものから［ＢＯ4］四面体へ、ゲルマニウムは［ＧｅＯ4］から［ＧｅＯ6］へと変化する。
【００６５】
これによって、グラスウール成形温度付近では非架橋酸素は減少し、ガラスの網目構造は、アルカリの増加に伴ってより結合力の強い方向へと移行することで、熱膨張を抑制し、温度上昇時の粘性低下をも妨げる。
【００６６】
よって、アルカリ土類金属酸化物、またはアルカリ金属酸化物を含むガラスにおいては、Ｂ2Ｏ3及び、ＧｅＯ2を含まないことにより、熱膨張及び温度上昇による粘性低下が起こり易い。
【００６７】
さらに、従来、溶融温度を下げる上に耐候性が増すという点で、ガラス組成中にＢ2Ｏ3が添加されることが多いが、これらは材料コストの増大を招く。
【００６８】
また、ガラスの網目構造において生じた非架橋酸素を保持することで、ガラス内部の非架橋部分での熱抵抗が増大する。
【００６９】
以上の作用により、本発明のグラスウールボードは生産性が向上する。さらには、断熱性能も向上する。
【００７０】
請求項８に記載の発明は、ガラス短繊維中に含まれる不純物ＯＨの量が１０ｐｐｍ以上である請求項１から７のいずれか一項に記載のグラスウールボードである。
【００７１】
よって、ガラスの網目構造にＯＨ不純物が取り込まれ、ガラス短繊維内部では非架橋部分が生じて結合力が弱まるため、熱膨張が起こり易く、成形ボードの剛性が増す。また、加熱による粘度低下の効果も大きくなるために低温でのボード化が可能であることに加えて、ガラス短繊維表面部分の耐久性は確保できる。
【００７２】
また、ＯＨ不純物が取り込まれたガラスの網目構造は、非架橋酸素が生じるため、ガラス内部の非架橋部分の熱抵抗が増大する。
【００７３】
以上の作用により、本発明のグラスウールボードは生産性が向上するとともに、長期に渡って侵食劣化を抑制する。さらには、断熱性能も向上する。
【００７４】
請求項９に記載の発明は、ガラス短繊維のガラスの徐冷点の温度が歪点よりも１０℃以上高い請求項１から８のいずれか一項に記載のグラスウールボードである。
【００７５】
よって、成形温度付近での粘度曲線は温度上昇に対して緩やかとなるため、より低温側でも粘度が低く、低温領域でグラスウールボードの成形が可能となる。
【００７６】
また、歪点と徐冷点が接近している場合には、加熱時の粘性制御が困難となりために、塑性変形が十分に起こらず、得られるグラスウールボードの剛性にばらつきが大きくなる。そのため、徐冷点が歪点よりも１０℃以上高いガラス短繊維を用いることで、安定的に剛性を備えたグラスウールボードを提供できる。
【００７７】
以上の作用により、本発明のグラスウールボードは低温でのボード成形が可能であり、かつ、安定的に取り扱い性及び表面性の良好なグラスウールボードを得ることが可能となる。
【００７８】
請求項１０に記載の発明は、請求項１から９のいずれか一項に記載のグラスウールボードからなる芯材と、前記芯材を被覆するガスバリア性を有する外包材とを備え、前記外包材の内部が減圧して密閉された真空断熱材である。
【００７９】
よって、芯材成形時に結合材を用いておらず、結合材から生じるガス成分による内圧増加による断熱性能の劣化を招かないだけでなく、繊維相互の交点に形成される結着部位が熱橋として作用する熱伝導を抑制することで、従来の硬質ウレタンフォームの１０倍以上の優れた断熱性能を有する高性能な真空断熱材を提供できる。
【００８０】
また、等温粘度を極端に低下させたガラスは、構造的に結合力が弱いため、特にガラス短繊維として用いる場合には、水分等の浸食を受け易く、耐候性を確保できない。そのため、グラスウールボード単体として用いる場合には等温粘度の低下には制限がある。
【００８１】
しかし、真空断熱材の芯材として適用する場合には、侵食を起こす外的因子がほとんど存在せず、耐水性や化学的耐久性の低下が問題とならないために、極端に分子間の結合力が弱く、低粘度特性を有するガラスからなるグラスウールボードを芯材として用いることができる。
【００８２】
よって、芯材成形時にバインダー成分を使用する必要がないため、工数削減が可能となり効率的な芯材成形が可能となるだけでなく、芯材に用いるガラスの等温粘度特性を極端に低下させることができ、低温での芯材成形が可能となる。
【００８３】
以上の作用から、本発明の真空断熱材は、ガス発生による経時的な劣化を抑制することができるだけでなく、断熱性能が向上し、さらには生産性が格段に改善される。
【００８４】
なお、本発明で使用できるガラス短繊維は特に限定するものではないが、ガラス状態になり得るガラス形成酸化物が望ましく、更には、熱変形温度が低く、厚み方向に均質に積層配列されたものが好適であり、汎用的な工業製品としてはグラスウールが安価、かつ取り扱い性の観点からもより望ましい。
【００８５】
また、繊維径は、特に指定するものではないが、繊維径が微細なものがより優れた断熱性能が得られることは既に公知である。しかしながら、無機繊維の交点で結着部位を有する従来芯材においては、平均繊維径２μｍ以下の微細繊維でしか得られなかった断熱性能が、本構成においては、平均繊維径３μｍ以上のガラス短繊維でも実現可能であることから、グラスウールの汎用品を使用した場合にも優れた断熱性能が低コストで実現できる。
【００８６】
また、本発明で使用できるガラスは、ガラス状態になり得るガラス形成酸化物からなる繊維が望ましいが、ガラス化が可能なものでであればよく、等温粘度の低い特性を持つフッ化物ガラスやカルコゲナイドガラス、カルコハライドガラス、ハロゲン化物ガラス等を用いることでより低温領域での成形も可能である。さらに、耐候性を向上させるために少量のＢ2Ｏ3を添加してもよい。
【００８７】
また、ガラス材料は天然材料を主原料とすることが好ましく、ガラス成分には不純物が多く混入する場合が多いため、ここでのガラス成分に含むという意味は意識的に投入してなるもので、１重量％以上のことを指し、それ未満を含まないと表現している。
【００８８】
また、本発明の外包材は、プラスチックラミネートフィルムが使用できるが、より高いガスバリア性を付与するためには金属箔や蒸着層が適用できる。なお、金属箔、および蒸着層は公知のもが利用でき、特に指定するものではない。
【００８９】
また、本発明の真空断熱材には、各種ガス吸着剤が適用できる。一例としては、合成ゼオライト、活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、ドーソナイト、ハイドロタルサイトなどの物理吸着剤、アルカリ金属やアルカリ土類金属単体やその酸化物および水酸化物などの化学吸着剤、あるいは空気成分が吸着できるゲッター剤等がある。
【００９０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００９１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるグラスウールボードの斜視図を示す。
【００９２】
図１において、グラスウールボード１は、ガラス繊維集合体を加圧した状態で加熱し、形状を保持しているものである。
【００９３】
グラスウールを構成するガラスの線膨張係数は、再溶融後に試験片を作製し、ＴＭＡ法を用いて測定すると、５０℃〜３００℃の範囲において９７×１０-7／℃であった。
【００９４】
また、組成は蛍光Ｘ線分析によると、Ｂ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が６０％、残りは１％未満の多数不純物からなるものを用いた。また、不純物ＯＨ濃度は５０ｐｐｍであるものを用いた。また、ビームベンディング法により求めたガラスの歪点温度が５２５℃、徐冷点温度が５５０℃であった。
【００９５】
以上のようなガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのガラス短繊維の積層体２を用いてグラスウールボード１の作製を行った。
【００９６】
図２は本発明の実施の形態１におけるグラスウールボード１成形行程のフローであり、（ａ）ガラス繊維積層体の成形、（ｂ）加熱プレス、（ｃ）冷却の３つの工程から構成される。
【００９７】
更に、工程に沿って詳細に説明すると（ａ）ガラス繊維積層体の成形工程は、ガラス短繊維のウェブを厚み方向に積層配列させて積層体２を成形する。この時、ガラス繊維の積層体２はその一部で繊維が絡み合っているため、アンカー効果的な作用からガラス繊維集合体に一体性が付与される。
【００９８】
（ｂ）加熱プレス工程は、ガラス短繊維をプレスしながら加熱することで、ガラス短繊維を熱変形させ、ガラス繊維の積層体２は加熱プレス時の形状へと熱変形する。その後、（ｃ）冷却工程にて、プレス時の状態で熱変形したガラス繊維の集合体を冷却する。この時、ガラス繊維の集合体はプレス時の形状で塑性変形しており、加熱プレス時の形状が保持されたグラスウールボード１が成形できる。
【００９９】
よって、ガラス短繊維の積層体２からなるグラスウールは、繊維相互における結合材がなくとも、ボード状の所定形状に保持することができる。
【０１００】
グラスウールを塑性変形させる際、面間隔約１５ｍｍ程度でプレスしながら、用いたガラスの粘度が１０20P以下となる温度にて５分間の加熱で成形が可能となっている。また、この時のガラスの粘度は１０20Pから１０3Pとすることで成形が可能であるが、１０18P以上の領域では十分な塑性変形を得ることができないために、グラスウールボードの剛性を確保できない。また、１０5P以下の範囲では、ガラス短繊維自体が結合することで、断熱性能が悪化する。よって、より好ましくは１０18Pから１０5Pの範囲である。
【０１０１】
以上の方法でグラスウールボード１の嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるように成形し、取り扱い上問題がない剛性を有するグラスウールボードの成形は４５０℃以上で可能であった。
【０１０２】
これを４０℃、湿度９５％の条件下で６０日間放置後の表面硬度を測定し、侵食劣化による剛性をもって耐水性の評価を行ったところ、硬度６０であった。この値は、従来のグラスウールボードが結合材となるものを用いて成形されていたものに対して同等レベルの剛性を有しており、結合材がない場合にはなし得なかったものである。
【０１０３】
なお、グラスウールに用いるガラスの線膨張係数が３０×１０-7／℃より小さい場合には、同条件における成形性は不十分となり、取り扱いが困難であるため好ましくない。
【０１０４】
図３は本発明の実施の形態１におけるガラスの網目構造の２次元説明図である。ここで用いたガラス短繊維のガラス網目構造は、網目形成酸化物３であるＳｉＯ2が主成分となり、架橋酸素４を介して形成されている。
【０１０５】
また、この網目構造の一部には、ＳｉＯ2と同じく網目形成酸化物３であるＢ2Ｏ3とその一部だけが網目構造を形成する中間酸化物５であるＡｌ2Ｏ3とが取り込まれている。さらに、この一部の架橋酸素４を切り、網目修飾酸化物６であるアルカリ金属酸化物のＮａ2Ｏ及びＫ2Ｏが非架橋酸素７を作り出している。
【０１０６】
ＣａＯもＮａ2ＯやＫ2Ｏと同様の網目修飾酸化物６であるが、その電気的引力が弱く、常温付近では非架橋酸素７をあまり作り出してはおらず、逆にガラスの網目構造を埋めることで構造を強化している。
【０１０７】
しかし、グラスウール成形温度付近では熱振動によりガラスの網目構造が弱まるにつれて、ＣａＯも架橋酸素４を切って非架橋酸素７を作り出す。
【０１０８】
本発明におけるガラス短繊維は、このようなガラス構造をとっているため、多くの非架橋酸素７を作り出すことで、ガラスの等温粘度を低減し、さらには熱膨張の増大によりグラスウールの成形を容易にしているものである。
【０１０９】
また、ここではＢ2Ｏ3が５％とＡｌ2Ｏ3が５％含まれるものを用いており、耐水性や取り扱い性の機能性が付与されているが、これらを添加しない場合には４００℃での成形が可能であった。よって、耐水性をあまり必要としない場合、或いは、別の手段での解決が可能である場合にはＢ2Ｏ3とＡｌ2Ｏ3を含まないことで、より成形性が高まる。
【０１１０】
一方、アルカリ土塁金属酸化物であるＣａＯや、アルカリ金属酸化物であるＮａ2Ｏの成分比率が減少すると、成形下限温度は高くなる傾向を示し、成形に要する熱エネルギーが大きく増大した。
【０１１１】
よって、アルカリ土類金属酸化物及びアルカリ金属酸化物の添加は成形性の面で好ましいが、耐候性を考慮する場合には７０％以下の範囲とすることが好ましい。さらに、網目修飾酸化物６であるアルカリ金属酸化物や、アルカリ土類金属酸化物は複数添加することにより、相乗的に非架橋酸素７を増やすことができるためにより好ましい。
【０１１２】
また、不純物ＯＨ濃度は増大すると成形温度は低減が可能であり、３ｐｐｍの時には成形下限温度が５５０℃となった。さらに１０ｐｐｍを下回ると極端に成形性が悪化した。よって、不純物ＯＨ濃度は１０ｐｐｍ以上が好ましい。
【０１１３】
また、歪点温度５４０℃、徐冷点温度５４５℃の粘度における温度依存性が高いものを用いた場合には、歪点温度と徐冷点温度が近づいたことで、わずかな温度差により粘度制御が困難となる。
【０１１４】
その結果、一部では塑性変形が起こっていないために、得られるグラスウールボード１の剛性にばらつきが多く、成形条件が安定的に確保できない。さらに、温度依存性が高いため、低温側での十分な塑性変形を得ることもできない。以上のことから、歪点温度と徐冷点温度は差が大きいことが好ましく、その差が１０℃以上であることがより好ましい。
【０１１５】
また、グラスウールの密度が１００ｋｇ／ｍ3下回る時は、十分な剛性が得られず取り扱い性が低下するという問題があった。一方、芯材の密度が４００ｋｇ／ｍ3を超える場合はグラスウールボード１の熱伝導率が増大する等の問題があった。よって、密度は１００ｋｇ／ｍ3から４００ｋｇ／ｍ3の範囲が好ましい。
【０１１６】
また、このグラスウールボード１の熱伝導率を英弘精機製のオートラムダにて測定した。結果、熱伝導率は平均温度２４℃にて、０．０３０Ｗ／ｍＫであり、結合材を用いたガラス繊維の集合体によるグラスウールボード１が同様の測定において０．０３５Ｗ／ｍＫから０．０３７Ｗ／ｍＫであったことと比較して、良好な断熱性能を有していた。
【０１１７】
このように、本構成により作製したグラスウールボード１は、優れた断熱性能を有している。これは、繊維相互の交点部には、バインダー成分や繊維からの溶出成分による結合材が存在しない。よって、従来、熱橋として作用していた結着部位が存在しないことから、繊維相互の伝熱点が低減するためにボード厚み方向の伝熱量が低減し、断熱性能が改善するものである。
【０１１８】
更には、加熱プレス時におけるガラス繊維集合体の熱変形により、繊維が延伸する効果も期待できるため、ガラス繊維の積層配列がより一層改善されることで、断熱性能が改善することも要因と考えられる。
【０１１９】
また、本構成により作製したグラスウールボード１は、ボード成形時にバインダー成分を使用する必要がないため、工数削減が可能となり効率的なボード成形が可能となる。
【０１２０】
また、バインダーからの異臭やガス発生問題により適用が困難であった高温領域への適用範囲も拡大する。
【０１２１】
さらに、本構成により作製したグラスウールボード１は剛性が高まることにより、適用時にも、省スペース化かつ取り扱い性のよい断熱材とすることができる。また、低温領域での成形時にも十分な剛性を確保することで、製造における熱エネルギーを大幅に低減できる。
【０１２２】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における真空断熱材の断面図を示す。
【０１２３】
図４において、真空断熱材８は、芯材９と吸着剤１１とを外包材１０に挿入し、内部を減圧して構成している
真空断熱材８の作製は、芯材９を１４０℃の乾燥炉で３０分間乾燥した後、ラミネートフィルムの三方を熱溶着によりシールして袋状に成形した外包材１０に挿入し、減圧チャンバー内で、外包材内部が１０Ｐａ以下になるように減圧し、開口部を熱溶着により密閉封止している。
【０１２４】
この時、外包材１０は、表面保護層としてポリエチレンテレフタレートフィルム（１２μｍ）、中間層にはアルミ箔（６μｍ）、熱溶着層として直鎖状低密度ポリエチレンフィルム（５０μｍ）からなるラミネートフィルムにより構成している。
【０１２５】
また、吸着剤１１は、水分吸着剤として酸化カルシウムを適用している。ガス吸着剤を用いることでより内圧を低減し、断熱性能を高めることも可能である。
【０１２６】
一方、芯材９は、本発明における実施の形態１におけるグラスウールボード１を用いているが、ガラス短繊維のウェブの積層体積層方向における最表面に平滑な表面層が形成されている。
【０１２７】
ここでの芯材９の成形工程は、加熱プレス工程において、ガラス短繊維をプレスしながら加熱する場合に使用するプレス機のプレス表面を表面粗さＲａ２５μｍ以下（カットオフ値２．５ｍｍ）で仕上げている。
【０１２８】
よって、このような平滑な表面を有するプレス面でガラス短繊維を加熱圧縮して熱変形させることで、ガラス繊維の積層体２から表面がプレス機表面とほぼ同等の平面性を有するボード状芯材９が成形できる。
【０１２９】
なお、平滑な表面層とは、芯材サイズが１００ｍｍ×１００ｍｍの場合において、芯材表面の局所的な凹凸を除き、平面度が２ｍｍ以下であり、目視にて凹凸の有無を判断するのが容易ではなく、かつ表面状態が不織布状になっているものをいう。
【０１３０】
その結果、表面性の良好なボード状芯材を得ることができる。
【０１３１】
このように、本構成により作製した真空断熱材８は、芯材９成形時にバインダー成分を使用する必要がないため、工数削減が可能となるだけでなく、網目構造の弱いガラスを用いることで低温でも短時間で効率的な真空断熱材の作製が可能となる。
【０１３２】
以上の方法で形成した真空断熱材３の熱伝導率を英弘精機製のオートラムダにて測定した。結果、熱伝導率は、平均温度２４℃にて０．００１７から０．００１９Ｗ／ｍＫであり、汎用的な硬質ウレタンフォームの１０倍以上の断熱性能を有していた。
【０１３３】
このように、本構成により作製した真空断熱材８は、優れた断熱性能を有している。これは、芯材９に用いたガラス繊維集合体において、バインダー成分や繊維からの溶出成分による結合材が存在しない。よって、従来、伝熱要素として作用していた繊維表面の付着物質が存在しないことから、ガラス短繊維表面の伝熱量が低下する。そのため、芯材９厚み方向の熱伝導が低減し、断熱性能が改善するものと考えられる。
【０１３４】
更には、芯材成形の加熱プレス時におけるガラス繊維集合体の熱変形により、繊維が延伸する効果も期待できるため、ガラス短繊維の積層配列がより一層改善されることで、繊維相互の熱抵抗が増大し、断熱性能が改善することも要因と考える。
【０１３５】
加えて、バインダー成分を使用していないため、バインダー成分からの発生ガスも問題にならず、経時的に断熱性能の劣化が小さい真空断熱材８を提供することができる。
【０１３６】
また、本構成の芯材９は熱膨張によりガラス短繊維相互の絡み合いが強化されており、ボードとしての剛性が高いために、大気圧縮後の真空断熱材としても表面性が極めて良好なものが得られる上に、真空断熱材８を作製する際にも外包材への芯材挿入が容易となることで生産性も高まる。
【０１３７】
また、ここで用いる芯材としてのグラスウールボードは、大気や水蒸気中にさらされることがなく、耐水性を有する必要がないために、さらにアルカリ金属酸化物を添加するなどによりガラス構造の弱い、等温粘度特性が極めて低いものが適用可能である。よって更なる成形温度領域の低減が実現でき、生産性がより一層高まるという効果もある。
【実施例】
【０１３８】
以下、実施例、および比較例を用いて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は本実施例のみに限定されるものではない。
【０１３９】
（実施例１）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において９７×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が６０％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５２５℃、徐冷点温度５５０℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１４０】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮状態を保持することで成形した。なお、この時、バインダーとなる結合材は適用していない。
【０１４１】
結果、このグラスウールボードの熱伝導率は、平均温度２４℃にて０．０３０Ｗ／ｍＫであった。また、この構成のガラス短繊維とすることで、４５０℃での成形が可能であった。
【０１４２】
さらに、このグラスウールボードを芯材として、１４０℃の乾燥炉で３０分間乾燥した後、予め製袋したプラスチックラミネートフィルムからなる外包材に挿入し、減圧チャンバー内で、外包材内部が１０Ｐａ以下になるように減圧し、開口部を熱溶着により密閉封止して真空断熱材を成形した。
【０１４３】
この時、外包材は、最外層にポリエチレンテレフタレートフィルム（１２μｍ）、中間層にはアルミ箔（６μｍ）、熱溶着層として直鎖状低密度ポリエチレンフィルム（５０μｍ）から構成している。
【０１４４】
結果、この真空断熱材の熱伝導率は、平均温度２４℃にて０．００１８Ｗ／ｍＫであった。
【０１４５】
（実施例２）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において９９×１０-7／℃、ガラス組成はＡｌ2Ｏ3を含まず重量比で、Ｂ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が６５％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５２５℃、徐冷点温度５５０℃であるガラス構成からなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１４６】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形した。なお、この時、バインダーとなる結合材は適用していない。
【０１４７】
結果、このグラスウールボードの熱伝導率は、平均温度２４℃にて０．０３０Ｗ／ｍＫであった。また、この構成のガラス短繊維とすることでグラスウールボードは、４３０℃での成形が可能であった。また、４０℃、湿度９５％の条件下で６０日間放置後にも十分な剛性を保持しており、高い耐水性を有していた。
【０１４８】
さらに、このグラスウールボードを芯材に用いて、実施例１と同様にして真空断熱材を作製したところ、平均２４℃における熱伝導率は０．００１８Ｗ／ｍＫであった。
【０１４９】
（実施例３）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において１５×１０-6／℃、ガラス組成はＡｌ2Ｏ3とＢ2Ｏ3を含まず重量比で、Ｎａ2Ｏが１７％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が７０％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５００℃、徐冷点温度５２５℃であるガラス構成からなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１５０】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４００℃の温度をかけながら圧縮成形することで成形した。なお、この時、バインダーとなる結合材は適用していない。
【０１５１】
結果、このグラスウールボードの熱伝導率は、平均温度２４℃にて０．０３０Ｗ／ｍＫであった。また、この構成のガラス短繊維とすることで、このグラスウールボードは４００℃での成形が可能であった。さらに、４０℃、湿度９５％の条件下で６０日間放置後にはやや剛性は劣るものの、低湿度下での適用には全く問題ないものが得られた。
【０１５２】
このグラスウールボードを芯材に用いて、実施例１と同様にして真空断熱材を作製したところ、平均２４℃における熱伝導率は０．００１８Ｗ／ｍＫであった。
【０１５３】
（比較例１）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において３０×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が７％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が７％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が５６％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５３０℃、徐冷点温度５５５℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１５４】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら圧縮成形することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５００℃まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１５５】
（比較例２）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において１０×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が１０％、Ｎａ2Ｏが１５％、Ａｌ2Ｏ3が１０％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が５２％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度６２５℃、徐冷点温度６５０℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１５６】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら圧縮成形することで成形を試みたが、ほぼもとの嵩高いグラスウール状態のままであり、６２０℃まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１５７】
（比較例３）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において９７×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が６０％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が１０ｐｐｍ、歪点温度５２５℃、徐冷点温度５５０℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１５８】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５００℃まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１５９】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３２Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００２０Ｗ／ｍＫであった。
【０１６０】
（比較例４）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において９７×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が６０％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が３ｐｐｍ、歪点温度５２５℃、徐冷点温度５５０℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１６１】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５５０℃まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１６２】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３４Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００２５Ｗ／ｍＫであった。よって、不純物ＯＨの存在量が１０ｐｐｍ未満において、断熱性能が劣化していた。
【０１６３】
（比較例５）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において９７×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が６０％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５４０℃、徐冷点温度５４５℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１６４】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５５０℃〜６００℃程度まで温度を上昇させることで成形が可能であり、得られたグラスウールボードの剛性にばらつきが大きかった。さらに、熱伝導率の値は、平均温度２４℃にて０．０３７Ｗ／ｍＫ〜０．０４５Ｗ／ｍＫとやや悪化が見られるとともに、ばらつきも大きかった。
【０１６５】
（比較例６）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において７０×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が１０％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が５５％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５２５℃、徐冷点温度５５０℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１６６】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら圧縮成形することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５４０℃程度まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１６７】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３１Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００２Ｗ／ｍＫであった。
【０１６８】
（比較例７）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において３０×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が２０％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が４５％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度６００℃、徐冷点温度６２５℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１６９】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、６００℃程度まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１７０】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３３Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００２５Ｗ／ｍＫであった。
【０１７１】
（比較例８）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において９０×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが５％、ＳｉＯ2が６５％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５３０℃、徐冷点温度５５５℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１７２】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５００℃程度まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１７３】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００１９Ｗ／ｍＫであった。
【０１７４】
（比較例９）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において８５×１０-7／℃、ガラス組成はＣａＯを含まず重量比で、Ｂ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＳｉＯ2が７０％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５４０℃、徐冷点温度５４５℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１７５】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５５０℃程度まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１７６】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３１Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００２１Ｗ／ｍＫであった。
【０１７７】
（比較例１０）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において８０×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが５％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が７２％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５２５℃、徐冷点温度５５０℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１７８】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５３０℃程度まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１７９】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３４Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００２５Ｗ／ｍＫであった。
【０１８０】
（比較例１１）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において６５×１０-7／℃、ガラス組成はＮａ2Ｏ及びＫ2Ｏを含まず重量比で、Ｂ2Ｏ3が５％、Ａｌ2Ｏ3が５％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が７８％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５２５℃、徐冷点温度５５０℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１８１】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、６００℃程度まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１８２】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３７Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００３３Ｗ／ｍＫであった。よって、アルカリ金属酸化物を含まないことで、成形性が悪化するのみならず、断熱性能の悪化もみられた。
【０１８３】
（比較例１２）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において６５×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が１０％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が５５％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５２５℃、徐冷点温度５５０℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１８４】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５５０℃程度まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１８５】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３２Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００２３Ｗ／ｍＫであった。
【０１８６】
なお、実施例１〜３、および比較例１〜１４の結果について（表１）、（表２）にまとめた。
【０１８７】
【表１】
【０１８８】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【０１８９】
以上のように、本発明にかかるグラスウールボード及び真空断熱材は、ガラス繊維の集合体の固体熱伝導を著しく低減し、従来の断熱材よりも優れた断熱性能を有するものであるとともに、製造時の熱エネルギーを大幅に低減するものである。
【０１９０】
その結果、冷凍冷蔵庫および冷凍機器をはじめとする断熱を要する機器に利用することが可能となり、建材等の熱や冷熱から保護すべき物象などのあらゆる断熱、遮熱用途や、熱害対策用途等に適用することで省エネルギー化に貢献できる。
【０１９１】
なお、本発明におけるグラスウールボードまたは真空断熱材はあらゆる機器への適用が可能であり、冷凍冷蔵庫、冷凍機器、野菜保冷庫、および米保冷庫等の作動温度帯である−３０℃から常温、更には自動販売機、給湯タンク等のより高温までの範囲で温冷熱を利用した電気、ガス機器や一般住宅等の建材など、断熱を要する部分を含むものに適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１９２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるグラスウールボードの斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における芯材成形工程のフローチャート
【図３】本発明の実施の形態１におけるガラスの網目構造の２次元説明図
【図４】本発明の実施の形態２における真空断熱材の断面図
【図５】特許文献１における芯材の接触点の概略図
【符号の説明】
【０１９３】
１ グラスウールボード
２ ガラス短繊維の積層体
３ 網目形成酸化物
４ 架橋酸素
５ 中間酸化物
６ 網目修飾酸化物
７ 非架橋酸素
８ 真空断熱材
９ 芯材
１０ 外包材
１１ 吸着剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラスウールボード及び真空断熱材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の防止を目的に省エネルギー化が望まれており、民生用機器に対しても省エネルギー化の推進が行われている。特に、冷凍冷蔵庫に関しては、冷熱を効率的に利用するという観点から、優れた断熱性を有する断熱材が求められている。
【０００３】
一般的な断熱材としては、グラスウールなどの繊維体やウレタンフォームなどの発泡体が用いられている。しかし、これらの断熱材の断熱性を向上するには断熱材の厚みを増大して適用する必要がある。よって、断熱材を設置できる空間に制限がある場合や、省スペース化や空間の有効利用が必要な場合には従来の断熱材の適用は望ましくない。
【０００４】
このような課題を解決する一手段として、多孔体からなる芯材と、この芯材を外包材によって覆い内部を減圧密閉して構成した真空断熱材がある。真空断熱材は、近年、省エネ競争が激化するなか、より一層、断熱性能の優れた真空断熱材が求められている。
【０００５】
一般に、断熱材の伝熱は、固体と気体成分の熱伝導、輻射、対流熱伝達により引き起こされる。一方、外包材内部を減圧してなる真空断熱材は、気体成分の熱伝導と対流熱伝達に関してはその影響は小さい。
【０００６】
また、常温以下の温度領域での使用においては、輻射の寄与もほとんどない。よって、常温以下で使用する保冷機器等に適用する真空断熱材においては、固体成分の熱伝導を抑制することが重要となる。そこで、断熱性能に優れる真空断熱用の芯材として、種々の繊維材料が報告されている。
【０００７】
例えば、繊維材料の全体にわたって低溶融ガラス組成物やホウ酸のような熱可塑性の性質を有する無機バインダー材料を分散させた圧縮繊維マットを芯材とした真空断熱材が提案されている。
【０００８】
これは、図４のように、２本の隣接したガラス繊維１０２とガラス繊維１０４が無機バインダー材料により、交点１１０で結合部１０８を形成することで繊維材料を圧縮繊維マットに成形するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
本構成により、個々の繊維を一体化させることが可能となり、かつバインダーからの揮発性化合物の発生がないため真空断熱材の内圧を増大させることがない。
【００１０】
一方、平均繊維径２μｍ以下、好ましくは１μｍ以下の無機質繊維に酸性水溶液処理、および圧縮脱水処理を施し、無機質繊維の溶出成分を無機質繊維の交点に集め、結合材として作用させ、無機繊維に一体性を持たせたものを芯材とする真空断熱材が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
本構成の効果としては、繊維同士を結着させる結合材を含まないため、外被材中の真空条件下で結合材から発生するガス成分が少なく、経時的な断熱性能の劣化が小さいため、断熱性能に優れていることが報告されている。
【００１２】
更に、平均繊維径１μｍのガラス繊維をそのまま芯材として利用した真空断熱材が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１３】
本構成では、真空断熱材において、水分吸着性物質が添加含有されていることから、熱伝導率の劣化が抑えられ、長期間、初期の断熱性能を維持できることが報告されている。
【特許文献１】特表平１１−５０６７０８号公報
【特許文献２】特開平７−１６７３７６号公報
【特許文献３】特開昭５９−２２５２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来の構成では、無機質繊維の交点において結着したバインダーや、無機質繊維からの溶出成分が結合材として作用するため、繊維相互の結着部位において、固形化したバインダーや溶出成分が熱橋として作用することで熱伝導が増大する。この時、バインダーや溶出成分による結着部位のない繊維体からなる芯材と比較すると、真空断熱材の熱伝導率が増大するという課題を有していた。
【００１５】
さらに、真空断熱材の芯材において、無機質繊維体の結合材として用いるバインダーを添加する工程が必須であることに加え、通常、バインダーを水溶液として塗布するため、成形時に水分を蒸発させるための膨大な熱エネルギーが必要となり、生産性の低下を招くという大きな課題を有していた。
【００１６】
また、芯材成形後もバインダーからのガス発生により、内圧が増加することで経時的な断熱性能の劣化を招く。さらに、バインダーを用いた無機質繊維体をグラスウールボード単体で断熱材として用いる場合には、異臭やガス発生による問題だけでなく、バインダーの種類に応じて適用雰囲気温度の範囲も制限されていた。
【００１７】
また、バインダーを添加することなく、無機質繊維体の溶出成分を結合材として用いる場合にも、酸処理等による特殊工程が必要となるために、この方法においても生産性の低下を招くという課題を有していた。
【００１８】
一方、バインダーや溶出成分による結着部位のない従来構成の繊維体をそのまま芯材として適用した場合は、固体成分の熱伝導は小さいものの、その状態は嵩高い綿状であり、非常に取り扱いが困難である上に、大気圧縮により外観表面性が損なわれる等の課題を有していた。
【００１９】
特に、平均繊維径が３μｍを超えるガラス繊維を適用すると外観不良はより顕著に生じていた。また、グラスウール単体で断熱材として用いる場合にも、設置するためのスペースを大きく確保する必要があることや、筐体自体の十分な強度を要するという課題を有していた。
【００２０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、結合材から生じるガス成分による内圧増加による断熱性能の劣化を招かず、繊維相互の交点に形成される結着部位が熱橋として作用する熱伝導を抑制でき、従来の硬質ウレタンフォームの１０倍以上の優れた断熱性能を有する高性能な真空断熱材またはその真空断熱材の芯材に使用可能なグラスウールボードを提供するものである。
【００２１】
また、成形時にバインダー成分を添加する必要がなく、繊維からの溶出成分を抽出するような酸処理等の特殊加工を行わなくてもグラスウールを所定形状に保持することができ、工数削減が可能となって効率的な芯材成形が可能で、製造時に必要な熱エネルギーを低減することが可能な、グラスウールボードを提供するものである。
【００２２】
また、従来のバインダーを用いることなくボード化でき、異臭やガス発生による問題がなく、ガラス繊維の耐熱温度である約４００℃前後まで使用が可能で、形状もバインダーを用いたもの同様のボード形状を保持でき、真空断熱材の芯材としてのみならず、取り扱い性や省スペース化に優れ、ガラス短繊維からなる積層体単体で耐熱性に優れた断熱材として利用することも可能で、さらに、高い剛性を備え表面性に優れ、低温でもボード化が可能で生産性にも優れるグラスウールボードを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記従来の課題を解決するために、本発明のグラスウールボードは、ガラス短繊維のウェブの積層体からなり、前記ウェブ間が物理的交絡により結合され、前記積層体の密度が１００ｋｇ／ｍ3〜４００ｋｇ／ｍ3の範囲で、かつ前記ガラスの線膨張係数が５０℃から３００℃の範囲において、３０×１０-7／℃以上であることを特徴とするものである。
【００２４】
よって、ガラス短繊維の絡み合いによるアンカー効果的作用と、ガラス短繊維を加熱することで粘度を低下し、プレス形状で塑性変形させることによる形状変化との物理的作用により、ガラス短繊維からなる積層体は、成形前の弾性が低下し所定のボード形状を保持する。
【００２５】
よって、ガラス短繊維からなる積層体は、繊維相互における結合材がなくとも、所定のグラスウールボード形状に保持することができる。
【００２６】
さらに、５０℃から３００℃の範囲におけるガラスの線膨張係数を３０×１０-7／℃以上まで増大させることで、ガラス短繊維の積層体を加熱して塑性変形させることと同時に、ガラス短繊維が熱膨張による繊維長さ方向の伸びを生じるために、ガラス短繊維の絡み合いがより強まり、冷却時にはその形状でのアンカー効果的作用が高まる。よって、本発明のにおけるグラスウールボードは剛性をよりより一層高めることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のグラスウールボードは、芯材であるガラス短繊維相互間に、バインダー成分や繊維からの溶出成分による結合材を用いずに芯材を形成している。よって、繊維相互の交点部には、バインダー成分や繊維からの溶出成分による結合材が存在しない。
【００２８】
その結果、従来、熱橋として作用していた結着部位が存在しないことから、繊維相互の伝熱点が大幅に低減し、伝熱量が抑制される。以上の結果より、本発明のグラスウールボードは断熱性能が大幅に改善する。
【００２９】
また、グラスウールボード成形時にバインダー成分を使用していないため、ボード表面がプレス金型の表面性状と同様に変形し、表面性の優れたグラスウールボードが成形できると共に、ボード成形工程の工数削減が可能となり効率的な生産が可能となる。
【００３０】
さらには、バインダー成分を使用しなくても剛性が高まることにより、断熱材として、省スペースかつ、表面性の優れた補強材としての機能性を備えたグラスウールボードを提供することができる。
【００３１】
また、熱膨張によるガラス短繊維相互間の絡み合いを強化することにより、短時間でわずかな塑性変形でも十分な剛性を得ることができるために、取り扱い性の向上のみならず、より低温での芯材成形が可能となることで生産性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
請求項１に記載の発明は、ガラス短繊維のウェブの積層体からなり、前記ウェブ間は物理的交絡により結合され、前記積層体の密度が１００ｋｇ／ｍ3〜４００ｋｇ／ｍ3の範囲で、かつ前記ガラスの線膨張係数が５０℃から３００℃の範囲において、３０×１０-7／℃以上であるグラスウールボードである。
【００３３】
よって、ガラス短繊維のウェブが厚み方向に均質に積層された積層体であることから、成形後のグラスウールボードを構成するガラス短繊維は厚み方向と垂直の方向に配列され、繊維相互の熱抵抗が増大する。
【００３４】
また、ガラス短繊維のウェブ間は、ガラス短繊維の一部が繊維相互で絡み合うことで厚み方向における拘束性と一体性が発現し、成形前の弾性が低下して所定のボード形状を保持することが可能となる。
【００３５】
さらに、ガラスの熱膨張により、ガラス短繊維相互の絡み合いが一層強固なものとなるために、グラスウールボードの剛性が増すことに加え、低温でのボード成形が可能である。
【００３６】
以上の作用により、結合材がなくとも、ガラス短繊維からなる積層体は、成形前の弾性が低下し所定のボード形状を保持することが可能となり、グラスウールボードの断熱性能を高めるだけでなく、取り扱い性及び表面性が良好な省スペース型の耐熱性断熱材を提供することができる。さらには、低温でも短時間でボード成形が可能となることで、生産性も向上する。
【００３７】
請求項２に記載の発明は、ガラス短繊維のガラス成分がＡｌ2Ｏ3を含まない請求項１に記載のグラスウールボードである。
【００３８】
Ａｌ2Ｏ3は、ガラスの一部網目構造を形成する中間酸化物であり、網目構造を埋めると同時に、網目構造に取り込まれた部分における結合力が強いために、Ａｌ2Ｏ3を含むガラスは、分子構造上安定性が高く、熱膨張を抑制する上に、等温粘度が上昇する。
【００３９】
しかし、芯材成形時には、ガラスの粘度を下げて塑性変形させる必要があるため、等温粘度の高い性質を示すＡｌ2Ｏ3を含むガラスは、芯材成形時の必要熱エネルギーが増大する。また、熱膨張によるガラス短繊維の絡み合いをも抑制する。
【００４０】
よって、ガラス成分Ａｌ2Ｏ3を含まないことで、ガラス短繊維相互間の絡み合いを促進し、さらには等温粘度を低下させることにより、低温でも短時間でボード成形が可能となる。
【００４１】
以上の作用により、本発明のグラスウールボードは生産性がより向上する。
【００４２】
請求項３に記載の発明は、ガラス短繊維のガラス成分がＡｌ2Ｏ3を１０重量％以下の範囲で含む請求項１に記載のグラスウールボードである。
【００４３】
Ａｌ2Ｏ3は、ガラスの一部網目構造を形成する中間酸化物であり、かつ、網目構造における結合力が強いために、構造上安定性の高いガラス短繊維が得られる。
【００４４】
よって、ガラス構造における結合力を高めることにより、ガラス繊維集合体としての強度がより大きくなるとともに、耐水性、耐酸性、耐アルカリ性などの耐久性の機能を高めることができる。
【００４５】
また、Ａｌ2Ｏ3成分は、わずか数重量％の添加でこれらの耐久性を高める機能があり、かつ成分比率を１０重量％以下にすることで、同時に成形温度も低い温度領域に維持することができる。また、Ａｌ2Ｏ3を添加することでガラス中にクラスターが生じることを抑制し、この範囲においては等温粘度の上昇を比較的生じ難い。
【００４６】
以上の作用により、本発明のグラスウールボードは取り扱い性が改善し、長期に渡って侵食劣化を抑制できると共に、低密度化も容易になる。
【００４７】
請求項４に記載の発明は、ガラス短繊維のガラス成分が少なくとも一種類以上のアルカリ金属酸化物を含む請求項１から３のいずれか一項に記載のグラスウールボードである。
【００４８】
アルカリ金属酸化物は、ガラスの網目構造を特に切り易く、網目構造中に非架橋酸素を多く作ってガラスの結合力を極端に弱める働きがある。これはアルカリ金属に電気的引力が特に強く、ガラスの網目構造における架橋酸素との共有結合からアルカリ金属とのイオン結合への置換が起こり、網目構造としての結合力が低下するためと考えられる。
【００４９】
よって、ガラス成分にアルカリ金属酸化物を添加することで、ガラスの網目構造を簡単に切ることができるために、加熱時の熱膨張を起こし易くし、ガラス短繊維の絡み合いを強固にすることで成形ボードの剛性が増す。さらに、ガラス構造が弱まることでガラスの粘性低下の効果が大きいために、塑性変形も起こり易くすることで、より一層短時間でも低温領域でグラスウールボードの成形が可能となる。
【００５０】
また、ガラスの網目構造を切ることにより、非架橋酸素部分の熱伝導が抑制され、ガラス内部の熱抵抗が増大する。
【００５１】
以上の作用により、本発明のグラスウールボードは取り扱い性が向上するだけでなく、低温領域でも芯材成形が可能であるために生産性がより一層改善する。さらに、断熱性能がより向上する。
【００５２】
請求項５に記載の発明は、ガラス短繊維のガラス成分が少なくとも一種類以上のアルカリ土類金属酸化物を含む請求項１から４に記載のグラスウールボードである。
【００５３】
アルカリ土類金属酸化物は、特に高温領域において、ガラスの網目構造を切り、非架橋酸素を作って、ガラスの結合力を弱める働きがある。これはアルカリ土類金属の電気的な特性により、ガラスの網目構造における架橋酸素との共有結合からアルカリ土類金属とのイオン結合への置換が起こり、網目構造としての結合力が弱まるためと考えられる。
【００５４】
よって、ガラス成分にアルカリ土類金属酸化物を添加することで、加熱時におけるグラスウールボード成形温度領域での熱膨張が加速され、ガラス短繊維の絡み合いを強固にするために成形ボードの剛性が増す。さらに、成形温度付近でのガラス構造が弱まることでガラスの粘性低下が起こり、低温領域でも短時間でグラスウールボード成形が可能となる。
【００５５】
また、一方ではその結合力の電気的な引力はアルカリ金属元素程強くはなく、常温付近においては、網目構造を切ることで生じる非架橋酸素があまり存在しない。そのため、常温程度でのＣａＯは網目構造を埋めることで化学的な耐久性が向上する。
【００５６】
以上の作用により、本発明のグラスウールボードは生産性が改善するとともに、長期に渡って侵食劣化を防止できる。
【００５７】
請求項６に記載の発明は、ガラス短繊維のガラス成分がＰｂＯを含む請求項１から５に記載のグラスウールボードである。
【００５８】
網目形成酸化物の一種であるＰｂＯによるガラスの網目構造は、架橋酸素との結合力が極端に弱く、温度上昇に伴い熱膨張が特に起こり易い。
【００５９】
よって、ガラス成分にＰｂＯを添加することで、昇温時におけるガラス短繊維相互の絡み合いが強固なものとなり、成形ボードの剛性を高めることができる。さらに、ガラス構造が弱いことにより粘性低下を起こし易く、より低温領域での塑性変形を起こすことで、低温でも短時間でグラスウールボードが得られる。
【００６０】
また、ガラスの網目構造において、ＰｂＯは質量が大きく、熱振動を伝えにくいためにガラス内部の熱抵抗が増大する。
【００６１】
以上の作用により、本発明のグラスウールボードは生産性が一層改善し、さらには断熱性能も向上する。
【００６２】
請求項７に記載の発明は、ガラス短繊維のガラス成分がＢ2Ｏ3及び、ＧｅＯ2を含まない請求項４または５に記載のグラスウールボードである。
【００６３】
Ｂ2Ｏ3及び、ＧｅＯ2を含むガラスにおいて、これらは網目形成酸化物として、網目構造を形成するが、その結合力は弱く、ガラス短繊維の成形に必要な高温領域では低粘度特性を示す。さらに、Ｂ2Ｏ3は同時に耐候性が増す。
【００６４】
しかし、ガラス成分にアルカリを添加している場合、常温程度ではアルカリによって非架橋となった酸素が、逆に温度上昇に伴ってホウ素、或いはＧｅに引き付けられ、特に本発明のグラスウールボード成形温度領域付近では、ホウ素が［ＢＯ3］三角形として存在していたものから［ＢＯ4］四面体へ、ゲルマニウムは［ＧｅＯ4］から［ＧｅＯ6］へと変化する。
【００６５】
これによって、グラスウール成形温度付近では非架橋酸素は減少し、ガラスの網目構造は、アルカリの増加に伴ってより結合力の強い方向へと移行することで、熱膨張を抑制し、温度上昇時の粘性低下をも妨げる。
【００６６】
よって、アルカリ土類金属酸化物、またはアルカリ金属酸化物を含むガラスにおいては、Ｂ2Ｏ3及び、ＧｅＯ2を含まないことにより、熱膨張及び温度上昇による粘性低下が起こり易い。
【００６７】
さらに、従来、溶融温度を下げる上に耐候性が増すという点で、ガラス組成中にＢ2Ｏ3が添加されることが多いが、これらは材料コストの増大を招く。
【００６８】
また、ガラスの網目構造において生じた非架橋酸素を保持することで、ガラス内部の非架橋部分での熱抵抗が増大する。
【００６９】
以上の作用により、本発明のグラスウールボードは生産性が向上する。さらには、断熱性能も向上する。
【００７０】
請求項８に記載の発明は、ガラス短繊維中に含まれる不純物ＯＨの量が１０ｐｐｍ以上である請求項１から７のいずれか一項に記載のグラスウールボードである。
【００７１】
よって、ガラスの網目構造にＯＨ不純物が取り込まれ、ガラス短繊維内部では非架橋部分が生じて結合力が弱まるため、熱膨張が起こり易く、成形ボードの剛性が増す。また、加熱による粘度低下の効果も大きくなるために低温でのボード化が可能であることに加えて、ガラス短繊維表面部分の耐久性は確保できる。
【００７２】
また、ＯＨ不純物が取り込まれたガラスの網目構造は、非架橋酸素が生じるため、ガラス内部の非架橋部分の熱抵抗が増大する。
【００７３】
以上の作用により、本発明のグラスウールボードは生産性が向上するとともに、長期に渡って侵食劣化を抑制する。さらには、断熱性能も向上する。
【００７４】
請求項９に記載の発明は、ガラス短繊維のガラスの徐冷点の温度が歪点よりも１０℃以上高い請求項１から８のいずれか一項に記載のグラスウールボードである。
【００７５】
よって、成形温度付近での粘度曲線は温度上昇に対して緩やかとなるため、より低温側でも粘度が低く、低温領域でグラスウールボードの成形が可能となる。
【００７６】
また、歪点と徐冷点が接近している場合には、加熱時の粘性制御が困難となりために、塑性変形が十分に起こらず、得られるグラスウールボードの剛性にばらつきが大きくなる。そのため、徐冷点が歪点よりも１０℃以上高いガラス短繊維を用いることで、安定的に剛性を備えたグラスウールボードを提供できる。
【００７７】
以上の作用により、本発明のグラスウールボードは低温でのボード成形が可能であり、かつ、安定的に取り扱い性及び表面性の良好なグラスウールボードを得ることが可能となる。
【００７８】
請求項１０に記載の発明は、請求項１から９のいずれか一項に記載のグラスウールボードからなる芯材と、前記芯材を被覆するガスバリア性を有する外包材とを備え、前記外包材の内部が減圧して密閉された真空断熱材である。
【００７９】
よって、芯材成形時に結合材を用いておらず、結合材から生じるガス成分による内圧増加による断熱性能の劣化を招かないだけでなく、繊維相互の交点に形成される結着部位が熱橋として作用する熱伝導を抑制することで、従来の硬質ウレタンフォームの１０倍以上の優れた断熱性能を有する高性能な真空断熱材を提供できる。
【００８０】
また、等温粘度を極端に低下させたガラスは、構造的に結合力が弱いため、特にガラス短繊維として用いる場合には、水分等の浸食を受け易く、耐候性を確保できない。そのため、グラスウールボード単体として用いる場合には等温粘度の低下には制限がある。
【００８１】
しかし、真空断熱材の芯材として適用する場合には、侵食を起こす外的因子がほとんど存在せず、耐水性や化学的耐久性の低下が問題とならないために、極端に分子間の結合力が弱く、低粘度特性を有するガラスからなるグラスウールボードを芯材として用いることができる。
【００８２】
よって、芯材成形時にバインダー成分を使用する必要がないため、工数削減が可能となり効率的な芯材成形が可能となるだけでなく、芯材に用いるガラスの等温粘度特性を極端に低下させることができ、低温での芯材成形が可能となる。
【００８３】
以上の作用から、本発明の真空断熱材は、ガス発生による経時的な劣化を抑制することができるだけでなく、断熱性能が向上し、さらには生産性が格段に改善される。
【００８４】
なお、本発明で使用できるガラス短繊維は特に限定するものではないが、ガラス状態になり得るガラス形成酸化物が望ましく、更には、熱変形温度が低く、厚み方向に均質に積層配列されたものが好適であり、汎用的な工業製品としてはグラスウールが安価、かつ取り扱い性の観点からもより望ましい。
【００８５】
また、繊維径は、特に指定するものではないが、繊維径が微細なものがより優れた断熱性能が得られることは既に公知である。しかしながら、無機繊維の交点で結着部位を有する従来芯材においては、平均繊維径２μｍ以下の微細繊維でしか得られなかった断熱性能が、本構成においては、平均繊維径３μｍ以上のガラス短繊維でも実現可能であることから、グラスウールの汎用品を使用した場合にも優れた断熱性能が低コストで実現できる。
【００８６】
また、本発明で使用できるガラスは、ガラス状態になり得るガラス形成酸化物からなる繊維が望ましいが、ガラス化が可能なものでであればよく、等温粘度の低い特性を持つフッ化物ガラスやカルコゲナイドガラス、カルコハライドガラス、ハロゲン化物ガラス等を用いることでより低温領域での成形も可能である。さらに、耐候性を向上させるために少量のＢ2Ｏ3を添加してもよい。
【００８７】
また、ガラス材料は天然材料を主原料とすることが好ましく、ガラス成分には不純物が多く混入する場合が多いため、ここでのガラス成分に含むという意味は意識的に投入してなるもので、１重量％以上のことを指し、それ未満を含まないと表現している。
【００８８】
また、本発明の外包材は、プラスチックラミネートフィルムが使用できるが、より高いガスバリア性を付与するためには金属箔や蒸着層が適用できる。なお、金属箔、および蒸着層は公知のもが利用でき、特に指定するものではない。
【００８９】
また、本発明の真空断熱材には、各種ガス吸着剤が適用できる。一例としては、合成ゼオライト、活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、ドーソナイト、ハイドロタルサイトなどの物理吸着剤、アルカリ金属やアルカリ土類金属単体やその酸化物および水酸化物などの化学吸着剤、あるいは空気成分が吸着できるゲッター剤等がある。
【００９０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００９１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるグラスウールボードの斜視図を示す。
【００９２】
図１において、グラスウールボード１は、ガラス繊維集合体を加圧した状態で加熱し、形状を保持しているものである。
【００９３】
グラスウールを構成するガラスの線膨張係数は、再溶融後に試験片を作製し、ＴＭＡ法を用いて測定すると、５０℃〜３００℃の範囲において９７×１０-7／℃であった。
【００９４】
また、組成は蛍光Ｘ線分析によると、Ｂ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が６０％、残りは１％未満の多数不純物からなるものを用いた。また、不純物ＯＨ濃度は５０ｐｐｍであるものを用いた。また、ビームベンディング法により求めたガラスの歪点温度が５２５℃、徐冷点温度が５５０℃であった。
【００９５】
以上のようなガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのガラス短繊維の積層体２を用いてグラスウールボード１の作製を行った。
【００９６】
図２は本発明の実施の形態１におけるグラスウールボード１成形行程のフローであり、（ａ）ガラス繊維積層体の成形、（ｂ）加熱プレス、（ｃ）冷却の３つの工程から構成される。
【００９７】
更に、工程に沿って詳細に説明すると（ａ）ガラス繊維積層体の成形工程は、ガラス短繊維のウェブを厚み方向に積層配列させて積層体２を成形する。この時、ガラス繊維の積層体２はその一部で繊維が絡み合っているため、アンカー効果的な作用からガラス繊維集合体に一体性が付与される。
【００９８】
（ｂ）加熱プレス工程は、ガラス短繊維をプレスしながら加熱することで、ガラス短繊維を熱変形させ、ガラス繊維の積層体２は加熱プレス時の形状へと熱変形する。その後、（ｃ）冷却工程にて、プレス時の状態で熱変形したガラス繊維の集合体を冷却する。この時、ガラス繊維の集合体はプレス時の形状で塑性変形しており、加熱プレス時の形状が保持されたグラスウールボード１が成形できる。
【００９９】
よって、ガラス短繊維の積層体２からなるグラスウールは、繊維相互における結合材がなくとも、ボード状の所定形状に保持することができる。
【０１００】
グラスウールを塑性変形させる際、面間隔約１５ｍｍ程度でプレスしながら、用いたガラスの粘度が１０20P以下となる温度にて５分間の加熱で成形が可能となっている。また、この時のガラスの粘度は１０20Pから１０3Pとすることで成形が可能であるが、１０18P以上の領域では十分な塑性変形を得ることができないために、グラスウールボードの剛性を確保できない。また、１０5P以下の範囲では、ガラス短繊維自体が結合することで、断熱性能が悪化する。よって、より好ましくは１０18Pから１０5Pの範囲である。
【０１０１】
以上の方法でグラスウールボード１の嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるように成形し、取り扱い上問題がない剛性を有するグラスウールボードの成形は４５０℃以上で可能であった。
【０１０２】
これを４０℃、湿度９５％の条件下で６０日間放置後の表面硬度を測定し、侵食劣化による剛性をもって耐水性の評価を行ったところ、硬度６０であった。この値は、従来のグラスウールボードが結合材となるものを用いて成形されていたものに対して同等レベルの剛性を有しており、結合材がない場合にはなし得なかったものである。
【０１０３】
なお、グラスウールに用いるガラスの線膨張係数が３０×１０-7／℃より小さい場合には、同条件における成形性は不十分となり、取り扱いが困難であるため好ましくない。
【０１０４】
図３は本発明の実施の形態１におけるガラスの網目構造の２次元説明図である。ここで用いたガラス短繊維のガラス網目構造は、網目形成酸化物３であるＳｉＯ2が主成分となり、架橋酸素４を介して形成されている。
【０１０５】
また、この網目構造の一部には、ＳｉＯ2と同じく網目形成酸化物３であるＢ2Ｏ3とその一部だけが網目構造を形成する中間酸化物５であるＡｌ2Ｏ3とが取り込まれている。さらに、この一部の架橋酸素４を切り、網目修飾酸化物６であるアルカリ金属酸化物のＮａ2Ｏ及びＫ2Ｏが非架橋酸素７を作り出している。
【０１０６】
ＣａＯもＮａ2ＯやＫ2Ｏと同様の網目修飾酸化物６であるが、その電気的引力が弱く、常温付近では非架橋酸素７をあまり作り出してはおらず、逆にガラスの網目構造を埋めることで構造を強化している。
【０１０７】
しかし、グラスウール成形温度付近では熱振動によりガラスの網目構造が弱まるにつれて、ＣａＯも架橋酸素４を切って非架橋酸素７を作り出す。
【０１０８】
本発明におけるガラス短繊維は、このようなガラス構造をとっているため、多くの非架橋酸素７を作り出すことで、ガラスの等温粘度を低減し、さらには熱膨張の増大によりグラスウールの成形を容易にしているものである。
【０１０９】
また、ここではＢ2Ｏ3が５％とＡｌ2Ｏ3が５％含まれるものを用いており、耐水性や取り扱い性の機能性が付与されているが、これらを添加しない場合には４００℃での成形が可能であった。よって、耐水性をあまり必要としない場合、或いは、別の手段での解決が可能である場合にはＢ2Ｏ3とＡｌ2Ｏ3を含まないことで、より成形性が高まる。
【０１１０】
一方、アルカリ土塁金属酸化物であるＣａＯや、アルカリ金属酸化物であるＮａ2Ｏの成分比率が減少すると、成形下限温度は高くなる傾向を示し、成形に要する熱エネルギーが大きく増大した。
【０１１１】
よって、アルカリ土類金属酸化物及びアルカリ金属酸化物の添加は成形性の面で好ましいが、耐候性を考慮する場合には７０％以下の範囲とすることが好ましい。さらに、網目修飾酸化物６であるアルカリ金属酸化物や、アルカリ土類金属酸化物は複数添加することにより、相乗的に非架橋酸素７を増やすことができるためにより好ましい。
【０１１２】
また、不純物ＯＨ濃度は増大すると成形温度は低減が可能であり、３ｐｐｍの時には成形下限温度が５５０℃となった。さらに１０ｐｐｍを下回ると極端に成形性が悪化した。よって、不純物ＯＨ濃度は１０ｐｐｍ以上が好ましい。
【０１１３】
また、歪点温度５４０℃、徐冷点温度５４５℃の粘度における温度依存性が高いものを用いた場合には、歪点温度と徐冷点温度が近づいたことで、わずかな温度差により粘度制御が困難となる。
【０１１４】
その結果、一部では塑性変形が起こっていないために、得られるグラスウールボード１の剛性にばらつきが多く、成形条件が安定的に確保できない。さらに、温度依存性が高いため、低温側での十分な塑性変形を得ることもできない。以上のことから、歪点温度と徐冷点温度は差が大きいことが好ましく、その差が１０℃以上であることがより好ましい。
【０１１５】
また、グラスウールの密度が１００ｋｇ／ｍ3下回る時は、十分な剛性が得られず取り扱い性が低下するという問題があった。一方、芯材の密度が４００ｋｇ／ｍ3を超える場合はグラスウールボード１の熱伝導率が増大する等の問題があった。よって、密度は１００ｋｇ／ｍ3から４００ｋｇ／ｍ3の範囲が好ましい。
【０１１６】
また、このグラスウールボード１の熱伝導率を英弘精機製のオートラムダにて測定した。結果、熱伝導率は平均温度２４℃にて、０．０３０Ｗ／ｍＫであり、結合材を用いたガラス繊維の集合体によるグラスウールボード１が同様の測定において０．０３５Ｗ／ｍＫから０．０３７Ｗ／ｍＫであったことと比較して、良好な断熱性能を有していた。
【０１１７】
このように、本構成により作製したグラスウールボード１は、優れた断熱性能を有している。これは、繊維相互の交点部には、バインダー成分や繊維からの溶出成分による結合材が存在しない。よって、従来、熱橋として作用していた結着部位が存在しないことから、繊維相互の伝熱点が低減するためにボード厚み方向の伝熱量が低減し、断熱性能が改善するものである。
【０１１８】
更には、加熱プレス時におけるガラス繊維集合体の熱変形により、繊維が延伸する効果も期待できるため、ガラス繊維の積層配列がより一層改善されることで、断熱性能が改善することも要因と考えられる。
【０１１９】
また、本構成により作製したグラスウールボード１は、ボード成形時にバインダー成分を使用する必要がないため、工数削減が可能となり効率的なボード成形が可能となる。
【０１２０】
また、バインダーからの異臭やガス発生問題により適用が困難であった高温領域への適用範囲も拡大する。
【０１２１】
さらに、本構成により作製したグラスウールボード１は剛性が高まることにより、適用時にも、省スペース化かつ取り扱い性のよい断熱材とすることができる。また、低温領域での成形時にも十分な剛性を確保することで、製造における熱エネルギーを大幅に低減できる。
【０１２２】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における真空断熱材の断面図を示す。
【０１２３】
図４において、真空断熱材８は、芯材９と吸着剤１１とを外包材１０に挿入し、内部を減圧して構成している
真空断熱材８の作製は、芯材９を１４０℃の乾燥炉で３０分間乾燥した後、ラミネートフィルムの三方を熱溶着によりシールして袋状に成形した外包材１０に挿入し、減圧チャンバー内で、外包材内部が１０Ｐａ以下になるように減圧し、開口部を熱溶着により密閉封止している。
【０１２４】
この時、外包材１０は、表面保護層としてポリエチレンテレフタレートフィルム（１２μｍ）、中間層にはアルミ箔（６μｍ）、熱溶着層として直鎖状低密度ポリエチレンフィルム（５０μｍ）からなるラミネートフィルムにより構成している。
【０１２５】
また、吸着剤１１は、水分吸着剤として酸化カルシウムを適用している。ガス吸着剤を用いることでより内圧を低減し、断熱性能を高めることも可能である。
【０１２６】
一方、芯材９は、本発明における実施の形態１におけるグラスウールボード１を用いているが、ガラス短繊維のウェブの積層体積層方向における最表面に平滑な表面層が形成されている。
【０１２７】
ここでの芯材９の成形工程は、加熱プレス工程において、ガラス短繊維をプレスしながら加熱する場合に使用するプレス機のプレス表面を表面粗さＲａ２５μｍ以下（カットオフ値２．５ｍｍ）で仕上げている。
【０１２８】
よって、このような平滑な表面を有するプレス面でガラス短繊維を加熱圧縮して熱変形させることで、ガラス繊維の積層体２から表面がプレス機表面とほぼ同等の平面性を有するボード状芯材９が成形できる。
【０１２９】
なお、平滑な表面層とは、芯材サイズが１００ｍｍ×１００ｍｍの場合において、芯材表面の局所的な凹凸を除き、平面度が２ｍｍ以下であり、目視にて凹凸の有無を判断するのが容易ではなく、かつ表面状態が不織布状になっているものをいう。
【０１３０】
その結果、表面性の良好なボード状芯材を得ることができる。
【０１３１】
このように、本構成により作製した真空断熱材８は、芯材９成形時にバインダー成分を使用する必要がないため、工数削減が可能となるだけでなく、網目構造の弱いガラスを用いることで低温でも短時間で効率的な真空断熱材の作製が可能となる。
【０１３２】
以上の方法で形成した真空断熱材３の熱伝導率を英弘精機製のオートラムダにて測定した。結果、熱伝導率は、平均温度２４℃にて０．００１７から０．００１９Ｗ／ｍＫであり、汎用的な硬質ウレタンフォームの１０倍以上の断熱性能を有していた。
【０１３３】
このように、本構成により作製した真空断熱材８は、優れた断熱性能を有している。これは、芯材９に用いたガラス繊維集合体において、バインダー成分や繊維からの溶出成分による結合材が存在しない。よって、従来、伝熱要素として作用していた繊維表面の付着物質が存在しないことから、ガラス短繊維表面の伝熱量が低下する。そのため、芯材９厚み方向の熱伝導が低減し、断熱性能が改善するものと考えられる。
【０１３４】
更には、芯材成形の加熱プレス時におけるガラス繊維集合体の熱変形により、繊維が延伸する効果も期待できるため、ガラス短繊維の積層配列がより一層改善されることで、繊維相互の熱抵抗が増大し、断熱性能が改善することも要因と考える。
【０１３５】
加えて、バインダー成分を使用していないため、バインダー成分からの発生ガスも問題にならず、経時的に断熱性能の劣化が小さい真空断熱材８を提供することができる。
【０１３６】
また、本構成の芯材９は熱膨張によりガラス短繊維相互の絡み合いが強化されており、ボードとしての剛性が高いために、大気圧縮後の真空断熱材としても表面性が極めて良好なものが得られる上に、真空断熱材８を作製する際にも外包材への芯材挿入が容易となることで生産性も高まる。
【０１３７】
また、ここで用いる芯材としてのグラスウールボードは、大気や水蒸気中にさらされることがなく、耐水性を有する必要がないために、さらにアルカリ金属酸化物を添加するなどによりガラス構造の弱い、等温粘度特性が極めて低いものが適用可能である。よって更なる成形温度領域の低減が実現でき、生産性がより一層高まるという効果もある。
【実施例】
【０１３８】
以下、実施例、および比較例を用いて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は本実施例のみに限定されるものではない。
【０１３９】
（実施例１）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において９７×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が６０％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５２５℃、徐冷点温度５５０℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１４０】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮状態を保持することで成形した。なお、この時、バインダーとなる結合材は適用していない。
【０１４１】
結果、このグラスウールボードの熱伝導率は、平均温度２４℃にて０．０３０Ｗ／ｍＫであった。また、この構成のガラス短繊維とすることで、４５０℃での成形が可能であった。
【０１４２】
さらに、このグラスウールボードを芯材として、１４０℃の乾燥炉で３０分間乾燥した後、予め製袋したプラスチックラミネートフィルムからなる外包材に挿入し、減圧チャンバー内で、外包材内部が１０Ｐａ以下になるように減圧し、開口部を熱溶着により密閉封止して真空断熱材を成形した。
【０１４３】
この時、外包材は、最外層にポリエチレンテレフタレートフィルム（１２μｍ）、中間層にはアルミ箔（６μｍ）、熱溶着層として直鎖状低密度ポリエチレンフィルム（５０μｍ）から構成している。
【０１４４】
結果、この真空断熱材の熱伝導率は、平均温度２４℃にて０．００１８Ｗ／ｍＫであった。
【０１４５】
（実施例２）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において９９×１０-7／℃、ガラス組成はＡｌ2Ｏ3を含まず重量比で、Ｂ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が６５％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５２５℃、徐冷点温度５５０℃であるガラス構成からなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１４６】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形した。なお、この時、バインダーとなる結合材は適用していない。
【０１４７】
結果、このグラスウールボードの熱伝導率は、平均温度２４℃にて０．０３０Ｗ／ｍＫであった。また、この構成のガラス短繊維とすることでグラスウールボードは、４３０℃での成形が可能であった。また、４０℃、湿度９５％の条件下で６０日間放置後にも十分な剛性を保持しており、高い耐水性を有していた。
【０１４８】
さらに、このグラスウールボードを芯材に用いて、実施例１と同様にして真空断熱材を作製したところ、平均２４℃における熱伝導率は０．００１８Ｗ／ｍＫであった。
【０１４９】
（実施例３）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において１５×１０-6／℃、ガラス組成はＡｌ2Ｏ3とＢ2Ｏ3を含まず重量比で、Ｎａ2Ｏが１７％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が７０％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５００℃、徐冷点温度５２５℃であるガラス構成からなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１５０】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４００℃の温度をかけながら圧縮成形することで成形した。なお、この時、バインダーとなる結合材は適用していない。
【０１５１】
結果、このグラスウールボードの熱伝導率は、平均温度２４℃にて０．０３０Ｗ／ｍＫであった。また、この構成のガラス短繊維とすることで、このグラスウールボードは４００℃での成形が可能であった。さらに、４０℃、湿度９５％の条件下で６０日間放置後にはやや剛性は劣るものの、低湿度下での適用には全く問題ないものが得られた。
【０１５２】
このグラスウールボードを芯材に用いて、実施例１と同様にして真空断熱材を作製したところ、平均２４℃における熱伝導率は０．００１８Ｗ／ｍＫであった。
【０１５３】
（比較例１）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において３０×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が７％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が７％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が５６％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５３０℃、徐冷点温度５５５℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１５４】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら圧縮成形することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５００℃まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１５５】
（比較例２）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において１０×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が１０％、Ｎａ2Ｏが１５％、Ａｌ2Ｏ3が１０％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が５２％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度６２５℃、徐冷点温度６５０℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１５６】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら圧縮成形することで成形を試みたが、ほぼもとの嵩高いグラスウール状態のままであり、６２０℃まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１５７】
（比較例３）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において９７×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が６０％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が１０ｐｐｍ、歪点温度５２５℃、徐冷点温度５５０℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１５８】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５００℃まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１５９】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３２Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００２０Ｗ／ｍＫであった。
【０１６０】
（比較例４）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において９７×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が６０％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が３ｐｐｍ、歪点温度５２５℃、徐冷点温度５５０℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１６１】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５５０℃まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１６２】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３４Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００２５Ｗ／ｍＫであった。よって、不純物ＯＨの存在量が１０ｐｐｍ未満において、断熱性能が劣化していた。
【０１６３】
（比較例５）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において９７×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が６０％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５４０℃、徐冷点温度５４５℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１６４】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５５０℃〜６００℃程度まで温度を上昇させることで成形が可能であり、得られたグラスウールボードの剛性にばらつきが大きかった。さらに、熱伝導率の値は、平均温度２４℃にて０．０３７Ｗ／ｍＫ〜０．０４５Ｗ／ｍＫとやや悪化が見られるとともに、ばらつきも大きかった。
【０１６５】
（比較例６）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において７０×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が１０％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が５５％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５２５℃、徐冷点温度５５０℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１６６】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら圧縮成形することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５４０℃程度まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１６７】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３１Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００２Ｗ／ｍＫであった。
【０１６８】
（比較例７）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において３０×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が２０％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が４５％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度６００℃、徐冷点温度６２５℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１６９】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、６００℃程度まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１７０】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３３Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００２５Ｗ／ｍＫであった。
【０１７１】
（比較例８）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において９０×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが５％、ＳｉＯ2が６５％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５３０℃、徐冷点温度５５５℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１７２】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５００℃程度まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１７３】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００１９Ｗ／ｍＫであった。
【０１７４】
（比較例９）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において８５×１０-7／℃、ガラス組成はＣａＯを含まず重量比で、Ｂ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＳｉＯ2が７０％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５４０℃、徐冷点温度５４５℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１７５】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５５０℃程度まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１７６】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３１Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００２１Ｗ／ｍＫであった。
【０１７７】
（比較例１０）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において８０×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が５％、Ｎａ2Ｏが５％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が７２％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５２５℃、徐冷点温度５５０℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１７８】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５３０℃程度まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１７９】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３４Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００２５Ｗ／ｍＫであった。
【０１８０】
（比較例１１）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において６５×１０-7／℃、ガラス組成はＮａ2Ｏ及びＫ2Ｏを含まず重量比で、Ｂ2Ｏ3が５％、Ａｌ2Ｏ3が５％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が７８％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５２５℃、徐冷点温度５５０℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１８１】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、６００℃程度まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１８２】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３７Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００３３Ｗ／ｍＫであった。よって、アルカリ金属酸化物を含まないことで、成形性が悪化するのみならず、断熱性能の悪化もみられた。
【０１８３】
（比較例１２）
ガラス短繊維は、線膨張係数が５０℃〜３００℃の範囲において６５×１０-7／℃、ガラス組成は重量比でＢ2Ｏ3が１０％、Ｎａ2Ｏが１７％、Ａｌ2Ｏ3が５％、Ｋ2Ｏが１％、ＣａＯが１０％、ＳｉＯ2が５５％、残りが１％未満の多数不純物からなるもの、不純物ＯＨ濃度が５０ｐｐｍ、歪点温度５２５℃、徐冷点温度５５０℃の物性であるガラスからなり、平均繊維径３．５μｍのものを用いた。
【０１８４】
また、嵩密度が２２０ｋｇ／ｍ3となるようにグラスウールを積層した集合体を形成し、前記集合体を４５０℃の温度をかけながら５分間圧縮することで成形を試みたが、取り扱いに十分な剛性が得られず、５５０℃程度まで温度を上昇させることで成形が可能であった。
【０１８５】
また、このグラスウールボードの熱伝導率を測定したところ、平均温度２４℃にて０．０３２Ｗ／ｍＫであった。さらに、これを芯材に用いて真空断熱材を作製したときの平均２４℃における熱伝導率は０．００２３Ｗ／ｍＫであった。
【０１８６】
なお、実施例１〜３、および比較例１〜１４の結果について（表１）、（表２）にまとめた。
【０１８７】
【表１】
【０１８８】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【０１８９】
以上のように、本発明にかかるグラスウールボード及び真空断熱材は、ガラス繊維の集合体の固体熱伝導を著しく低減し、従来の断熱材よりも優れた断熱性能を有するものであるとともに、製造時の熱エネルギーを大幅に低減するものである。
【０１９０】
その結果、冷凍冷蔵庫および冷凍機器をはじめとする断熱を要する機器に利用することが可能となり、建材等の熱や冷熱から保護すべき物象などのあらゆる断熱、遮熱用途や、熱害対策用途等に適用することで省エネルギー化に貢献できる。
【０１９１】
なお、本発明におけるグラスウールボードまたは真空断熱材はあらゆる機器への適用が可能であり、冷凍冷蔵庫、冷凍機器、野菜保冷庫、および米保冷庫等の作動温度帯である−３０℃から常温、更には自動販売機、給湯タンク等のより高温までの範囲で温冷熱を利用した電気、ガス機器や一般住宅等の建材など、断熱を要する部分を含むものに適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１９２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるグラスウールボードの斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における芯材成形工程のフローチャート
【図３】本発明の実施の形態１におけるガラスの網目構造の２次元説明図
【図４】本発明の実施の形態２における真空断熱材の断面図
【図５】特許文献１における芯材の接触点の概略図
【符号の説明】
【０１９３】
１ グラスウールボード
２ ガラス短繊維の積層体
３ 網目形成酸化物
４ 架橋酸素
５ 中間酸化物
６ 網目修飾酸化物
７ 非架橋酸素
８ 真空断熱材
９ 芯材
１０ 外包材
１１ 吸着剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス短繊維のウェブの積層体からなり、前記ウェブ間は物理的交絡により結合され、前記積層体の密度が１００ｋｇ／ｍ3〜４００ｋｇ／ｍ3の範囲で、かつ前記ガラスの線膨張係数が５０℃から３００℃の範囲において、３０×１０-7／℃以上であるグラスウールボード。
【請求項２】
ガラス短繊維のガラス成分はＡｌ2Ｏ3を含まない請求項１に記載のグラスウールボード。
【請求項３】
ガラス短繊維のガラス成分はＡｌ2Ｏ3を１０重量％以下の範囲で含む請求項１に記載のグラスウールボード。
【請求項４】
ガラス短繊維のガラス成分は少なくとも一種類以上のアルカリ金属酸化物を含む請求項１から３のいずれか一項に記載のグラスウールボード。
【請求項５】
ガラス短繊維のガラス成分は少なくとも一種類以上のアルカリ土類金属酸化物を含む請求項１から４のいずれか一項に記載のグラスウールボード。
【請求項６】
ガラス短繊維のガラス成分はＰｂＯを含む請求項１から５のいずれか一項に記載のグラスウールボード。
【請求項７】
ガラス短繊維のガラス成分はＢ2Ｏ3及び、ＧｅＯ2を含まない請求項４または５に記載のグラスウールボード。
【請求項８】
ガラス短繊維中に含まれる不純物ＯＨの量が１０ｐｐｍ以上であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のグラスウールボード。
【請求項９】
ガラス短繊維のガラスの徐冷点の温度が歪点よりも１０℃以上高い請求項１から８のいずれか一項に記載のグラスウールボード。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載のグラスウールボードからなる芯材と、前記芯材を被覆するガスバリア性を有する外包材とを備え、前記外包材の内部が減圧して密閉された真空断熱材。
【請求項１】
ガラス短繊維のウェブの積層体からなり、前記ウェブ間は物理的交絡により結合され、前記積層体の密度が１００ｋｇ／ｍ3〜４００ｋｇ／ｍ3の範囲で、かつ前記ガラスの線膨張係数が５０℃から３００℃の範囲において、３０×１０-7／℃以上であるグラスウールボード。
【請求項２】
ガラス短繊維のガラス成分はＡｌ2Ｏ3を含まない請求項１に記載のグラスウールボード。
【請求項３】
ガラス短繊維のガラス成分はＡｌ2Ｏ3を１０重量％以下の範囲で含む請求項１に記載のグラスウールボード。
【請求項４】
ガラス短繊維のガラス成分は少なくとも一種類以上のアルカリ金属酸化物を含む請求項１から３のいずれか一項に記載のグラスウールボード。
【請求項５】
ガラス短繊維のガラス成分は少なくとも一種類以上のアルカリ土類金属酸化物を含む請求項１から４のいずれか一項に記載のグラスウールボード。
【請求項６】
ガラス短繊維のガラス成分はＰｂＯを含む請求項１から５のいずれか一項に記載のグラスウールボード。
【請求項７】
ガラス短繊維のガラス成分はＢ2Ｏ3及び、ＧｅＯ2を含まない請求項４または５に記載のグラスウールボード。
【請求項８】
ガラス短繊維中に含まれる不純物ＯＨの量が１０ｐｐｍ以上であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のグラスウールボード。
【請求項９】
ガラス短繊維のガラスの徐冷点の温度が歪点よりも１０℃以上高い請求項１から８のいずれか一項に記載のグラスウールボード。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載のグラスウールボードからなる芯材と、前記芯材を被覆するガスバリア性を有する外包材とを備え、前記外包材の内部が減圧して密閉された真空断熱材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２９１９（Ｐ２００６−２９１９Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８２５６１（Ｐ２００４−１８２５６１）
【出願日】平成１６年６月２１日（２００４．６．２１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１５年度新エネルギー・産業技術総合開発機構「高性能、高機能真空断熱材」に関する委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２１日（２００４．６．２１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１５年度新エネルギー・産業技術総合開発機構「高性能、高機能真空断熱材」に関する委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]