(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記補強構造体が、前記内側ライニングの前記内面、前記内側ライニングの前記外面、及び前記断熱ユニットの前記外表面の少なくとも1つに隣接して配置されている、請求項1に記載の断熱ユニット。
前記非自己支持型可撓性スキンが、スプレーされたポリウレタンの層、熱可塑性ポリオレフィン層、熱可塑性ポリウレタン層、およびポリ塩化ビニルの回転成形により形成された層の少なくとも1つから選択された層を備える、請求項1に記載の断熱ユニット。
【発明を実施するための形態】
【0008】
図1は、本発明の実施形態に係る断熱ユニット100を示す。断熱ユニット100は、断熱発泡体で断熱されたあらゆる適切なユニットであってもよい。断熱ユニット100は、冷蔵庫、冷凍庫、及び/又は冷却器のような断熱ユニットであってもよい。加えて、本明細書に記載の断熱ユニット100の生産のための方法はまた、皿洗い機、洗濯機、及び湯沸かし器のような遮音デバイス及び加熱デバイスを生産するのに用いられてもよい。
【0009】
断熱ユニット100はキャビネット102とドア104を含む。キャビネット102とドア104との両方は、内面及び外面を有する内側ライナ106を含む。キャビネット102の内側ライナ106の内面とドア104は、断熱貯蔵を必要としている物品の貯蔵に適した断熱ユニット100の内側キャビティ109を画定する。内側ライニング106を少なくとも部分的に取り囲むのは、断熱ユニット100の外表面の少なくとも一部を画定する非自己支持型可撓性スキン108である。非自己支持型可撓性スキンは、断熱ユニット100の外表面の少なくとも10%を画定してもよい。一実施形態において、非自己支持型可撓性スキンの被覆範囲は少なくとも20%である。別の実施形態において、非自己支持型可撓性スキンの被覆範囲は少なくとも30%である。別の実施形態において、非自己支持型可撓性スキンの被覆範囲は少なくとも40%である。別の実施形態において、非自己支持型可撓性スキンの被覆範囲は少なくとも50%である。別の実施形態において、非自己支持型可撓性スキンの被覆範囲は少なくとも60%である。別の実施形態において、非自己支持型可撓性スキンの被覆範囲は少なくとも70%である。別の実施形態において、非自己支持型可撓性スキンの被覆範囲は少なくとも80%である。別の実施形態において、非自己支持型可撓性スキンの被覆範囲は少なくとも90%である。別の実施形態において、非自己支持型可撓性スキン108は、断熱ユニット100の外表面を完全に画定する、したがって、当該技術分野では公知の典型的な金属外側ライナと本質的に置き換わってもよい。
【0010】
非自己支持型可撓性スキン108は、単層材料であってもよく、又は多層から形成されてもよい。非自己支持型可撓性スキン108は、孤立している(in isolation)という点で可撓性であってもよく、スキンは、室温又は正常な作動温度条件の下で妥当な大きさの力を用いて破断する傾向なしに容易に曲げられ、又はその他の方法で扱われ、歪められ、もしくは形付けられてもよい。非自己支持型可撓性スキン108は、孤立しているという点で非自己支持型であってもよく、スキンは、構造的支持又は幾何的支持のためにスキンがその重さを保持するような方法で形付けられ又は配置されないときには、それ自身の重さの下で潰れることができる。さらにそのうえ、組み立てられると、非自己支持型可撓性スキン108は、スキンが断熱ユニット100の組み立てられた部分であるため、潰れない可能性がある。単なる例として、薄い鋼板は、適正な角度をなして壁に接触して配置されたとき、可撓性であり曲がることがあるが、壁に対して傾斜したままとなるであろう。対照的に、非自己支持型可撓性スキン108の同様の厚さの層は、壁に対して傾斜させることを試みると、潰れるであろう。
【0011】
図2は、内面及び外面を有する断熱発泡体110の一部を示すために左上角部の断面が切除された、断熱ユニット100の区域を示す。断熱発泡体110は、断熱発泡体110の内面が内側ライニング106の外面に付着し、断熱発泡体110の外面が非自己支持型可撓性スキン108に付着するように、内側ライナ106の外面と可撓性スキン108との間の体積を占領する。電気的ハードウェア及び冷却コンジットがそれを通って断熱ユニット100に入ることができる1つ又はそれ以上のアクセスポート112が、キャビネット102に配置されてもよい。
【0012】
加えて、
図3に示されるような断熱ユニット100の実施形態において、内側ライナ106と可撓性スキン108との間に画定された体積内に、補強構造体114a及び114bが配置される。補強バー114aは、断熱ユニット100の縁部の近傍に並行に配置されてもよい。加えて、補強バー114bは、断熱ユニット100の表面にわたって対角線上に配置されてもよい。補強構造体は、端部に取り付けられなくてもよく、又はそれらは端部で互いに融合されてもよい。補強バー114a及び114bは、やはりユニットを同一平面上(flush)に保ちながら、断熱ユニット100のための付加的な構造体及び支持体を提供する。
【0013】
図3に示された補強構造体は内側ライナ106と可撓性スキン108との間に画定された体積内に配置されるが、代わりに補強構造体は、非自己支持型可撓性スキン108の外表面上の断熱ユニット100に設置されてもよい。代替的に、補強構造体は、内側ライナ106の内表面上の断熱ユニットに設置されてもよい。さらに別の実施形態において、内側ライナは、補強構造体を配置することができるチャネルを画定するようにモールドされてもよい。補強バーは、より簡単なリサイクル方法をとるべくユニットの寿命の終わりの時点でのその引き抜きを容易にするために、内側ライナにおいて良好に識別されるチャネルに配置されてもよい。
【0014】
図4A及び4Bは、フレーム116を有する断熱ユニット100の実施形態を示す。フレーム116は、
図4Aにおけるようにキャビネット102の前部を完全に取り囲んでもよく、又は代替的に、フレーム116は、
図4Bにおけるようにキャビネット102の前部を部分的に取り囲んでもよく、フレーム116は、非自己支持型可撓性スキン108の外表面に付着されてもよい。代替的に、フレーム116は、非自己支持型可撓性スキン108の内部で、すなわち、断熱発泡体110と非自己支持型可撓性スキン108との間で平面図から隠れる場合がある。いずれにしても、フレーム116は、キャビネット102とドア104が接触してシールを形成する領域において平らで規則的な表面が得られることを保証することができる。
【0015】
断熱ユニット100はまた、断熱発泡体110内に配置された真空断熱パネルを含んでもよい。真空断熱パネルは、比較的薄いパネルにおいて高いR値を呈し、一般に当該技術分野では公知である。R値は、単位K・m
2/Wの、断熱材料の断熱特性を表す。R値が高くなると、断熱性も高くなる。真空断熱パネルのコアは、組立体に真空が引かれることを可能にする連続気泡材料である。連続気泡材料は、ポリスチレン、ポリウレタン、並びに、シリカ、チタニア及び炭素の組合せの少なくとも1つであってもよい。コアは、金属又はMYLAR箔にラップされ、真空が適用される。金属フィルムは、長時間にわたって真空を維持するようにシールされる。
【0016】
図5〜
図10は、本発明の実施形態に係る断熱ユニット100を形成するプロセスを示す。
図5において、内側ライナ106が組み立てられる。この図における内側ライナ106の図は、断熱ユニット100が冷蔵庫、冷凍庫、又は冷却器である場合のものである。表面150は、断熱ユニット100の裏側であり、表面152は、断熱ユニット100の最上部又は最下部であり、表面154は断熱ユニット100の側面である。
【0017】
内側ライナ106は、アルミニウム、鋼板、ステンレス鋼、もしくは真空又は射出成形プラスチックのような当該技術分野では公知のあらゆる適切な材料から形成されてもよい。適切なプラスチックは、耐衝撃性ポリスチレン(HIPS)のようなポリスチレン、又はアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)を含む。代替的に、内側ライナ106は、スチレン合金と共に同時押出しされたHIPS層、又はポリエチレンフィルムと共に同時ラミネートされたHIPS層を含む多層体であってもよい。こうした多層化された内側ライナは、断熱発泡体110を生産するのに用いられる発泡剤がライナ材料に対して攻撃的であるときに有益でありうる。より低コストの断熱ユニット100について、内側ライナは、互いに付着されて内側ライナ106となるHIPS又はABSのようなカットプラスチックシートから形成されてもよい。にかわ、エポキシ、又はテープを含む接着剤の使用のような、プラスチックシートを互いに付着させるための当該技術分野では公知のあらゆる方法を用いることができる。プラスチックシートはまた、シートを取り付けるために溶接され、はんだ付けされ、又は超音波処理されてもよい。1つの特に低コストの実施形態において、プラスチックシートは、ダクトテープを用いて互いに貼り合わされる。
【0018】
加えて、同一出願人による米国特許第6,164,739号に記載されるような多層保護フィルム(図示せず)が、内側ライナ106上に配置されてもよい。内側ライナ106及び/又は多層保護フィルムは、断熱発泡体を結合することができる表面を提供するためにコロナ処理を受けることができる。接着を強化する極性の表面をもたらすための非極性の熱可塑性フィルム表面のコロナ処理方法は、周知の実施である。コロナ処理レベルは、好ましくは約35ダインから約65ダインまで、より好ましくは約38ダインから約65ダインまでである。この断熱発泡体への内側ライナ106及び/又は多層保護フィルムの結合は、キャビネットの安定性の一助となり、断熱発泡体への良好な接着を促進するために接着剤ポリマーを用いる必要性を減らし又はなくす。
【0019】
図6は、本発明の実施形態に係る補強構造体114a及び114bの配置を示す。補強構造体114a及び114bは、鉄、ステンレス鋼、炭素鋼、黄銅、又は他の合金、プラスチック、及び複合材料を含む当該技術分野では公知のあらゆる適切な材料から形成されてもよい。一実施形態において、補強バーが互いに溶接されてフレームにされ、
図6に示されるように内側ライナ上に配置される。フレームは、テープで内側ライナ106に取り付けられてもよい。一実施形態において、補強構造体は、鋼コンクリート補強バー(鉄筋)から形成される。別の実施形態において、補強構造体は、内側ライナ106を全体的に又は部分的に取り囲む金網(chicken wire)のようなワイヤメッシュであってもよい。同様に内側ライナの上に真空断熱パネルが配置されてもよい。
【0020】
図7において、非自己支持型可撓性スキン108は、内側ライナ106並びに補強バー114a及び114b上に覆われる。内側ライナ106と可撓性スキン108との間に画定された体積の中に断熱発泡体を注入するのに用いられるノズルのアクセスのために、非自己支持型可撓性スキン108の中に穴170が設けられる。穴170は、1つ又はそれ以上のアクセスポート112の1つに対応する領域の中に配置されてもよい。代替的に、断熱発泡体110を注入するのに用いられる多数のノズルのために複数の穴170が可撓性スキン108の中に見出されてもよい。加えて、断熱発泡体の噴霧中に発生した気体が逃げるのを容易にするために、必要であれば、ライナ106又は非自己支持型可撓性スキン108のいずれかに通気穴172が形成されてもよい。
【0021】
非自己支持型可撓性スキン108は、あらゆる適切な材料から形成されてもよい。材料は、断熱発泡体110と接触している非自己支持型可撓性スキン108の少なくとも表面が、断熱発泡体110又は断熱発泡体110を生産するのに用いられるあらゆる材料の存在下で適合性があり、化学的に又は物理的に劣化しないように選択されてもよい。非自己支持型可撓性スキン108は、単層材料であってもよく、又は多層から形成されてもよい。
【0022】
一実施形態において、非自己支持型可撓性スキン108は、補強構造体と組み合わされてもよい。例えば、非自己支持型可撓性スキン108は、金網のようなワイヤメッシュに付着され又はその他の方法で取り付けられてもよい。
【0023】
図8A及び
図8Bは、非自己支持型可撓性スキン108の実施形態の断面を示す。一実施形態において、可撓性スキン108は二層可撓性スキン(
図8A)であり、別の実施形態においては三層可撓性スキン(
図8B)である。代替的に、非自己支持型可撓性スキン108は、1つの層を有してもよく、又は3つよりも多い層を有してもよい。両方の実施形態において、非自己支持型可撓性スキン108は、断熱ユニット100の外側を形成する最上層180と、断熱発泡体110からのCO
2、空気のような断熱気体又は物理的発泡剤(複数可)の漏れ(発泡体エージング)を防止する障壁層182とを有する。
図8Bにおいて、可撓性スキン108はまた第3の層184を含む。例えば、最上層180は、ポリエチレン層、スプレーポリウレタン層、TPO/TPU熱成形可撓性スキン、又はPVC回転成形(rotomolded)可撓性スキンであってもよい。天然又は化学繊維、又は皮革(天然及び/又は合成)に基づく織物のような他の可撓性材料が用いられてもよい。これらのスキンは、車のインストルメントパネルに見られるようなものと同様の外部テクスチャを有してもよく、又は例えば偽の豹皮において見られるような毛皮のような外観を有してもよい。障壁層は一般に当該技術分野では公知であり、適切な材料は、ポリエチレン、スチレン合金、MYLAR箔、及びアルミニウム箔を含む。障壁層182は、非自己支持型可撓性スキン108の他の層(複数可)に同時ラミネートされ、同時押出しされ、又は他の方法で取り付けられてもよい。
【0024】
最上層180は、それ自体が多重層、又は例えば自動車産業において一般に公知の例えばポリエチレン発泡体と共に同時ラミネートされた熱可塑性ポリオレフィン外側スキンのラミネート層であってもよい。
【0025】
非自己支持型可撓性スキン108は、多層材料の幾つかのカットシートから互いに縫合されてもよく、又は1つのシートとして形成されてもよい。非自己支持型可撓性スキン108の縫合された実施形態において、縫い目は、断熱発泡体の注入とその後の発泡中に発生した気体が逃げるための小さい穴を提供する。したがって、縫われた実施形態において、縫い目の穴の通気は、後述の発泡プロセスの間に気体が逃げるための道として穴172を補助し及び/又は置き換わることができる。
【0026】
非自己支持型可撓性スキン108にテクスチャ、触感、又は付加的な感じを提供するために、第3の層184が付加されてもよい。例えば、柔らかい感触が望まれる場合、第3の層は、柔らかい感触を与える粘弾性発泡体、エチレン−酢酸ビニル、又は他の材料のような軟質ポリウレタン発泡体から形成されてもよい。一方、硬い感触が望まれる場合、第3の層184としてボール紙、パーティクルボード、木製の厚紙、HIPSシート、ABSシート、又は他の材料が用いられてもよい。第3の層184は、
図9に示されるように非自己支持型可撓性スキン108上の選択された位置に配置されてもよく、そこで第3の層184はスキン108上にエンボス加工領域184bをもたらす。このように選択された領域は、視覚上の効果を与えることができる異なる感触及び見た目を有し、断熱ユニット100の表面を会社ロゴ又は商標でエンボス加工するために用いられてもよい。代替的に、第3の層184は、最上層180と障壁層182との間におかれてもよい。
【0027】
非自己支持型可撓性スキン108は、接着剤、ステープル、縫い目、ジッパー、融合の使用によるなど種々の手段によって内側ライニング106に取り付けられてもよい。特に低コストの実施形態において、可撓性スキン108を内側ライニング106に取り付けるためにダクトテープのようなテープが用いられてもよい。
【0028】
図10は、本発明の実施形態に係る可撓性スキン108を内側ライニング106に取り付ける方法を示す。取付デバイス186は、ボール188ソケット190ジョイントを含み、内側ライナ106と同一の材料から形成されてもよい。ボールソケットジョイントは、あらゆる耐久性プラスチックから形成されてもよく、内側ライニング106及び非自己支持型可撓性スキン108に縫合され、にかわで付着され、ステープルで留められ、エポキシで付着され、熱又は超音波で溶接され、又はその他の方法で取り付けられてもよい。ボールアンドソケットジョイントの部品は、2つの部品を互いに保持するためにボール188の周りに嵌められ又はスライドされてソケット190が少なくとも部分的にボール188を覆うような形状にされる。同じく
図10において、第3の層184が可撓性スキン108の部分に隣接して選択的に配置されることを見ることができる。代替的に、第3の層184は、描かれたよりも多くの又は少ない位置に配置されてもよい。
【0029】
フレーム116が可撓性スキン108の内側で、すなわち断熱発泡体110と非自己支持型可撓性スキン108との間で平面図から隠れる場合、フレーム116は、非自己支持型可撓性スキン108が内側ライニング106に取り付けられる前に挿入されてもよい。フレーム116は、当該技術分野では公知のあらゆる適切な材料から形成されてもよい。好ましくは、フレームは、断熱ユニット100を閉鎖されシールされた状態に保つために磁石がドア104に配置されてもよいように磁性金属である。
【0030】
随意的な重りが、例えば、キャビネット102の底部側又はキャビネット102の側部の下端部に配置されてもよい。こうした随意的な重りは、キャビネット102の下端部に重さを付加して、キャビネット102に下側の質量中心をもたらすことができる。随意的な重りは、金属、金属くず、コンクリートスラブ、岩石などのようなあらゆる適切な材料であってもよい。
【0031】
非自己支持型可撓性スキン108が内側ライナ106に取り付けられた後で、組立体が、内側モールド、フレーム、又はボックス192の最上部に配置される(
図11)。ボックス192は、構造的支持を提供し、断熱発泡体110の形成中に内側ライナ106が変形するのを防止する。ボックス192は、当該技術分野では公知のあらゆる適切な材料から作成されてもよい。一実施形態において、ボックス192は木箱である。次いで、組立体が、ボックス192と共に外部モールド194の中に移される。モールド194もまた、断熱発泡体110の形成中に支持を提供し、非自己支持型可撓性スキン108が平らな又は他の望ましい形状にされた表面を形成することを保証する。
図11のボックス192とモールド194との双方は本質的に四角形であるが、
図12のボトル形状の断熱ユニット100に関して例示されたようにあらゆる形状が考慮される。モールド194はまた、必要であれば、断熱発泡体110の形成のための熱を提供するために、当該技術分野では公知のように加熱されたモールドであってもよい。
【0032】
組立体とボックス192がモールド194に配置された後で、可撓性スキン108を平らにして最終製品の割れ折り、美観が視覚的に損なわれることを防止するために、圧縮空気のような気体が穴170を通って吹き込まれてもよい。代替的に、非自己支持型可撓性スキン108をライナから離間して配置するために、非自己支持型可撓性スキン108の外側で僅かな真空又は吸引が適用されてもよい。次いで、当該技術分野では公知のように発泡体形成組成物が内側ライニング106と非自己支持型可撓性スキン108との間の体積の中に注入され、断熱発泡体110が形成される。
【0033】
断熱発泡体110は、当該技術分野では公知のあらゆる適切な材料から形成されてもよい。本発明の実施形態において、適切な材料は、内側ライナ及び外側ライナと適合性があってもよい。発泡体形成組成物は、結果として得られた発泡体が半(simi-)剛性、剛性、又は粘弾性発泡体となるように選択されてもよい。本発明の実施形態において、剛性の断熱発泡体は、独立気泡、又は連続気泡、発泡(cellular)ポリウレタン、ポリイソシアヌレート、又はポリスチレンから形成される。一実施形態において、剛性の断熱発泡体110はポリウレタン発泡体である。こうしたポリウレタン材料は、壁の全体的な構造強度の恩恵に寄与するのに十分なだけの高い耐熱性、高い圧縮強度を有する。ポリウレタンポリマーは、膨張剤の存在の下で適切な反応条件下で有機ポリイソシアネートをポリオールと緊密に混合し、発泡体形成混合物を内側ライナ106と非自己支持型可撓性スキン108との間の空間の中に導入することによって調製することができる。膨張剤は、有利には10から200kg/m
3まで、好ましくは15から100kg/m
3までの全体的なかさ密度を有利に有する発泡体を提供するのに十分な量で用いられる。一実施形態において、全体的なかさ密度は約60kg/m
3又はそれ以下である。
【0034】
反応物を混合するとき、もしくは代替的に1つ又はそれ以上の反応物の流れと事前混合することのいずれかにより、有機ポリイソシアネートをポリオールと反応させるときに、液化された又は気体の二酸化炭素が導入されてもよい。代替的に、二酸化炭素は、ポリウレタンを調製しながらその場で生成されてもよい。二酸化炭素は、ポリウレタンを調製するときに存在するであろうように、ポリイソシアネートと水との化学反応によってその場で生成することができる。二酸化炭素はまた、二酸化炭素を与えることが知られた物質の熱分解によって、その場で生成することができる。ポリウレタン生成反応の発熱は、例えば、米国特許第4,500,656号及び第4,735,970号に記載されるような炭酸アンモニウムとアミン/二酸化炭素との複合物を含む物質を熱により分解するのに十分である。その場(in situ)手順によって、特にポリイソシアネートと水との反応によって生成された二酸化炭素を用いることが好ましい。この目的のために、水は、ポリオール100重量部当たり0から10まで、好ましくは0.1から8まで、より好ましくは0.5から5重量部までの量で存在する。
【0035】
膨張剤が物理的発泡剤も含有するときに、こうした薬剤は、一般に、760mm/Hgにおいて約−50℃から約100℃までの間の大気圧沸点を有する有機化合物である。適切な物理的発泡剤は、脂肪族又は脂環式C
3〜C
8アルカン、ハイドロクロロフルオロカーボン(HCFC)、全フッ素化アルカンを含むポリフッ素化アルカン(HFC)、又は全フッ素化エーテルを含むポリフッ素化エーテルを含む。例示的な好ましいものは、ペンタン、ヘキサン、(メチル)シクロペンタン、もしくはシクロヘキサン、又は2つ又はそれ以上のこうした発泡剤の混合物を含む脂肪族又は脂環式アルカンである。
【0036】
ポリウレタン発泡体の調製に有用なポリオールは、米国特許第4,394,491号に記載されるような、イソシアネートと反応することができる活性水素原子を含有する2つ又はそれ以上の基を有する材料を含む。こうしたポリオール化合物のうち好ましいのは、1分子当たり少なくとも2つのヒドロキシル基、第一級又は第二級アミン、カルボン酸、もしくはチオール基を有するものである。ポリオール、すなわち、ポリイソシアネートとのそれらの望ましい反応性のために1分子当たり少なくとも2つのヒドロキシル基を有する化合物が好ましいであろう。
【0037】
剛性のポリウレタンを調製するのに適したポリオールは、50〜700、好ましくは70〜300、より好ましくは100〜200の当量を有するポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリヒドロキシル末端アセタール樹脂、ヒドロキシル末端アミン、及びポリアミンを含む。こうしたイソシアネート反応性材料はまた、少なくとも2、好ましくは3、16まで、好ましくは8までの官能性を有利に有する。これらの及び他の適切なイソシアネート反応性材料の例は、米国特許第4,394,491号に、特にその段落3〜5により十分に記載される。性能、利用可能性、及びコストに基づいて剛性の発泡体を調製するのに最も好ましいのは、1分子当たり2〜8、好ましくは3〜8の活性水素原子を有するポリエーテル又はポリエステルポリオールである。例示的なこうしたポリエーテルポリオールは、VORANOL202、VORANOL360、VORANOL370、VORANOL446、VORANOL490、VORANOL575、及びVORANOL800のような商標VORANOLの下で市販されているものを含み、そのすべては、The Dow Chemical Companyによって販売されている。
【0038】
典型的に、剛性のポリウレタンを調製するのに適したポリオールは、100〜10,000、好ましくは200〜7,000の平均分子量を有するものを含む。こうしたポリオールはまた、1分子当たり少なくとも2、好ましくは3、及び8までの活性水素原子の官能性を有利に有する。半剛性の発泡体の製造のために、30〜300のヒドロキシル数を有する三官能性ポリオールを用いることが好ましい。ポリオールの代表は、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、マンニッヒポリオール、ポリヒドロキシ末端アセタール樹脂、ヒドロキシル末端アミン、及びポリアミンを含む。ポリオールは、それらの難燃剤特性に基づいて選択されてもよい。
【0039】
一実施形態において、ポリオールは、「可撓性」発泡体を調製するために用いられるポリエーテル又はポリエステルポリオールと、「剛性の」発泡体を調製するのに用いられるポリオールとの混合物である。可撓性ポリオールは、一般に25〜75のヒドロキシル数と2〜3の官能性を有する。剛性の発泡体に用いられるポリオールは、一般に150〜800のヒドロキシル数と2〜8の官能性を有する。こうした配合物が用いられるとき、配合物は、前述のような平均分子量と平均官能性を有する。
【0040】
粘弾性発泡体のために、150を上回るヒドロキシル数を有するより短鎖のポリオールが用いられてもよい。
【0041】
本発明の実施においてポリウレタンを作成するのに用いるのに適したポリイソシアネートは、芳香族、脂肪族、及び脂環式ポリイソシアネート、並びにそれらの組合せを含む。これらのタイプの代表は、m−又はp−ジフェニレンジイソシアネート、トルエン−2,4−ジイソシアネート、トルエン−2,6−ジイソシアネート、ヘキサメチレン−1,6−ジイソシアネート、テトラメチレン−1,4−ジイソシアネート、シクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、ヘキサヒドロトルエンジイソシアネート(及び異性体)、ナフチレン−1,5−ジイソシアネート、1−メチルフェニル−2,4−フェニジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−2,4’−ジイソシアネート、4,4’−ビフェニレンジイソシアネート、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ビフェニレンジイソシアネート及び3,3’−ジメチジフェニルプロパン−4,4’−ジイソシアネートのようなジイソシアネート、トルエン−2,4,6−トリイソシアネートのようなトリイソシアネート、並びに、4,4’−ジメチジフェニルメタン−2,2’,5’,5’−テトライソシアネート及び別種のポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートのようなポリイソシアネートである。本発明の実施においては、トルエンジアミンの混合物のホスゲン化によって得られた粗トルエンジイソシアネートのような粗ポリイソシアネート、又は粗ジフェニルメタンジアミンのホスゲン化によって得られた粗ジフェニルメタンジイソシアネートが用いられてもよい。特に好ましいのは、ポリウレタンを架橋させるそれらの能力のためにメチレン橋かけポリフェニルポリイソシアネートである。
【0042】
上記の構成成分に加えて、発泡ポリウレタンを調製する際に特定の他の成分を使用することが望ましい場合がある。こうした付加的な成分は、触媒、界面活性剤、難燃剤、防腐剤、着色剤、酸化防止剤、補強剤、及びフィラーを含む。連続気泡発泡体を調製することが望まれるとき、気泡開口剤が存在することが有利な場合がある。こうした気泡開口剤及び連続気泡発泡体を調製するための技術は、公開文献、及び、例えば、米国特許第5,284,882号、第5,350,777号、第5,318,997号、第5,248,704号、及び第3,694,385号、英国特許第1,102,391号、英国特許第1,065,590号、EP−622,388−A、EP−610,734−A、EP−547,515−A、及びEP−A−188,806を含む種々の特許公報に記載されている。
【0043】
ポリウレタン発泡体を調製するとき、それが硬化するまで発泡反応混合物を安定化させるために、より少量の界面活性剤を使用することが好ましい場合がある。こうした界面活性剤は、液体又は固体有機シリコーン系の界面活性剤を含む。他の界面活性剤は、長鎖アルコールのポリエチレングリコールエーテル、第三級アミン、又は長鎖アルキル硫酸(acid sulfate)エステルのアルカノールアミン塩、アルキルスルホン酸エステル、及びアルキルアリールスルホン酸を含む。こうした界面活性剤は、発泡反応混合物を崩壊と大きい一様でない気泡の生成に対して安定化させるのに十分な量で使用される。典型的に、存在する活性水素含有化合物(複数可)の総重量100部当たり0.2〜5部の界面活性剤が、この目的のためにほぼ十分である。
【0044】
活性水素含有化合物(複数可)とポリイソシアネートとの反応のために、1つ又はそれ以上の触媒が有利に用いられる。第三級アミン化合物及び有機金属化合物を含むあらゆる適切なウレタン触媒が用いられてもよい。例示的な第三級アミン化合物は、トリエチレンジアミン、N−メチルモルホリン、ペンタメチルジエチレントリアミン、テトラメチルエチレンジアミン、1−メチル−4−ジメチルアミノエチルピペラジン、3−メトキシ−N−ジエチルプロピルアミン、N−エチルモルホリン、ジエチルエタノールアミン、N−ココモルホリン、N,N−ジメチル−N’,N’−ジメチルイソプロピルプロピレンジアミン、N,N−ジエチル−3−ジエチルアミノプロピルアミン、ジメチルベンジルアミン、又はN,N−ジメチルシクロヘキシルアミンを含む。例示的な有機金属触媒は、有機水銀、有機鉛、有機鉄、及び有機錫触媒を含み、これらの中では有機錫触媒が好ましい。適切な錫触媒は、塩化第一錫、ジブチル錫ジ−2−ヘキサン酸エチルのようなカルボン酸の錫塩、並びに米国特許第2,846,408号に開示されるような他の有機金属化合物を含む。アルカリ金属アルコキシドのようなポリイソシアネートのトリマー化のための触媒がまた、本明細書で随意的に使用されてもよい。こうした触媒は、ポリイソシアネートの反応速度を測定できるほど増加させる量で用いられる。典型的な量は、ポリオール(複数可)の総重量100部当たり0.001〜4部の触媒の存在である。
【0045】
ポリウレタン発泡体を作製する際に、ポリオール(複数可)、ポリイソシアネート、及び水を含む他の構成成分が接触させられ、十分に混合され、反応し膨張し硬化して発泡ポリマーとなるようにされる。イソシアネート指数(存在するかもしれない水を含む、活性水素含有基の等量に対するイソシアネートの等量の比)は、0.9〜5.0、好ましくは0.9〜3.0、より好ましくは1.0〜1.5であってもよい。特定の混合装置は重大ではなく、種々のタイプの混合ヘッド及び注入装置が便利に用いられる。ポリイソシアネートと活性水素含有構成成分との反応の前に原材料の幾つかを予め配合することは、しばしば便利であるが、必須ではない。例えば、ポリオール(複数可)、水、界面活性剤、触媒とポリイソシアネート以外の他の構成成分とを配合し、次いで、この混合物をポリイソシアネートと接触させることは、しばしば有用である。代替的に、ポリイソシアネートとポリオール(複数可)が接触させられる混合区域に、すべての構成成分を個々に導入することができる。すべての又は一部の活性水素含有化合物(複数可)をポリイソシアネートと予め反応させてプレポリマーを形成することも可能である。
【0046】
キャビネット102が形成されると、電気的及び冷却ハードウェアがインストールされてもよい。こうしたハードウェアは、当該技術分野では一般に公知であり、照明、圧縮機、冷却コイル、送風機などを含む。キャビネット102の裏側に多くのハードウェアが配置されてもよい。
図13は、キャビネット102の側面図を示し、最下部の背部は電気的及び冷却ハードウェアの配置を可能にするような輪郭形状198を有する。ハードウェア接続部は、アクセスポート112を通ってキャビネット102の内部に入ることができる。アクセスポート112は、内側ライナ106、剛性の断熱発泡体110を貫通し、スキン108の穴170を通るようにドリル加工されてもよい。代替的に、内側ライナは、組み立てられる前に予めドリル加工されたアクセスポート112を有することができ、この場合、アクセスポート112は、剛性の断熱発泡体110の注入の前に被覆されなければならない。
【0047】
ドア104は、前述したのと同一のプロセスによって作製されてもよい。ドア104は、キャビネット102と同一の内側ライナ106を有することができ、同一の可撓性スキン108を有することができる。代替的な設計のときにはキャビネット102及びドア104のために代替的に異なる材料が用いられてもよい。
【0048】
本明細書に記載の方法は、金属板を冷却キャビネットの外側及び/又は内側ライナへと形作るのに必要な大規模機械にあまり依存しない、冷却キャビネットの新規な作製方法を可能にする。こうした機械加工は、一般に、冷蔵庫及び冷凍庫の生産のために多額の開始コストを必要とする。したがって、この大型機械の必要性をなくすことにより、冷蔵庫及び冷凍庫のための製造部位の簡便化は、負担を軽くし、人件費が低ければより容易に実行することができる。
【0049】
加えて、ユニットの設計及び色は、可撓性スキンの設計及び色(複数可)によって定めることができるので、本明細書に記載の方法は、冷却キャビネットを塗装する必要性をなくす。
【0050】
さらにそのうえ、本明細書に記載の方法は、ほぼ100%リサイクル可能な断熱ユニットを可能にする。断熱ユニットの使用期間が終わると、ハードウェアをユニットから除去することができ、剛性の断熱発泡体及び非自己支持型可撓性スキン層から補強構造体を容易に分離するために戦略的な場所で約9から約15までの間の切断片を作製することができる。ユニットは、すべてのリサイクル可能な部品を取り出すために、どこをどのように切断するかを示す、リサイクルのためのマニュアルが取り付けられてもよい。金属部品が除去されると、残りのユニットは切断して断片化されてもよく、これは、例えば、建物のための付加的な断熱を提供するために建造レンガ(construction bricks)のためのフィリングとして用いられてもよい。リサイクルされた材料のための他の使用も考慮される。
【0051】
上記の実施形態は、断熱ユニットと関連付けられていたが、上記の具体化された方法は、他の製造物品を生産するために用いられてもよい。例えば、具体化された方法は、家具、他の家庭器具、キッチンキャビネット、ドアなどを生産するために用いられてもよい。一実施形態において、具体化された方法は、ベッドの頭板及び足板を作製するために用いられてもよい。一実施形態において、具体化された方法は、座席、カウチ、布団などの剛性の部品のために用いられてもよい。一実施形態において、上記の具体化された方法は、例えば、断熱ユニット100の外部がキッチンキャビネット、皿洗い機などの外部ドアとコーディネートされた、コーディネートされたキッチンを生産するために用いられてもよい。
【実施例1】
【0052】
内側ライナは、ダクトテープを用いて互いに保持されたHIPSシートから形成される。内側ライナは、高さ135cm、幅45cm、及び深さ35cmを有する。補強構造体は、土木建設においてコンクリート補強のために典型的に用いられる鋼補強3/8インチの棒鋼である。補強バーは、端部において互いに溶接されてフレームを形成し、フレームは内側ライナにテープで取り付けられる。この実施例の非自己支持型可撓性スキン層は、トラックのチャージカバー(truck charge covers)に典型的に用いられる通常のポリエチレンからなる。ポリエチレンは、バッグに縫われ、内側ライナの周りに覆われダクトテープを用いて貼り付けられる。通気穴もバッグの中に切断され、ダクトテープで補強される。手製の(homemade)、低コストの、木製のモールドが用いられる。モールドは、ジグの木肌と、木肌を取り囲む非加熱鋼からなる。
【0053】
発泡体形成組成物を注入するためにCannon A−200注入機が用いられる。用いられるポリオールは、添加剤としてシリコーン系界面活性剤、水、及びアンモニア(aminic)触媒を有するVORANOL360(The Dow Chemical Corporationから入手可能なスクロースベースのポリエーテルポリオール)である。物理的発泡剤は、HFC−134a(Du Pontから入手可能)であり、イソシアネートはPAPI27、(The Dow Chemical Companyから入手可能なポリメチレンジフェニルジイソシアネート)である。VORANOL及びPAPIは、The Dow Chemical Companyの商標である。ポリオール及びイソシアネートの温度は71°F(21.7℃)であり、ポリオール/イソシアネートの比重は1.094/1.24であり、ポリオール及びイソシアネートの注入圧力は1200psi(8,274kPa)である。発泡体形成組成物は、37秒のゲル化時間、43秒の不粘着時間、及び24kg/m
3の自由上昇(free rise)密度を有する。結果として得られたキャビネットは、冷蔵又は冷凍庫ユニットとして用いるのに適した剛性の固体キャビネットである。
【実施例2】
【0054】
実施例1と同一の方法が実行されるが、付加的に30cm×30cm×0.5cmの大きさの粘弾性発泡体片がポリエチレンバッグの内側にテープで貼り付けられ、粘弾性発泡体に対応しているキャビネットの背部のエンボス加工区域がもたらされる。このエンボス加工区域は柔らかい感触を有する。
【実施例3】
【0055】
実施例1と同一の方法が実行されるが、付加的に30cm×30cm×0.5cmの大きさの従来のスラブストック(slab stock)可撓性発泡体片がポリエチレンバッグの内側にテープで貼り付けられ、従来のスラブストック可撓性発泡体に対応しているキャビネットの背部のエンボス加工区域がもたらされる。このエンボス加工区域は柔らかい感触を有する。
【0056】
上記のことは本発明の実施形態に向けられるが、その基本範囲から逸脱することなく、本発明の他の及びさらなる実施形態が考案されてもよく、その範囲は以下の請求項によって定められる。
また、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の態様として以下も包含し得る。
(1)断熱ユニットであって、
内面及び外面を備え、前記内面が前記断熱ユニットのキャビティを画定するように配置される、内側ライニングと、
前記内側ライニングの前記外面上に配置され、内面及び外面を備え、前記内面が前記内側ライニングの前記外面に付着される、断熱発泡体と、
前記断熱発泡体の前記外面上に配置された外側ライニングであって、前記断熱ユニットの外表面の少なくとも一部を画定するように適合され、前記断熱発泡体の前記外面に付着される非自己支持型可撓性スキンを備えた、外側ライニングと
を備える断熱ユニット。
(2)前記断熱発泡体が剛性の発泡体である、上記(1)に記載の断熱ユニット。
(3)前記内側ライニングの前記内面、前記内側ライニングの前記外面、及び前記断熱ユニットの前記外表面の少なくとも1つに隣接して配置された補強構造体をさらに備える、上記(1)に記載の断熱ユニット。
(4)前記補強構造体が、剛性の断熱発泡体内に配置されたフレームを形成するように配置された補強バーを備える、上記(3)に記載の断熱ユニット。
(5)前記非自己支持型可撓性スキンが、可撓性ポリマー、天然繊維、又は化学繊維の少なくとも1つの少なくとも1つの層を備える、上記(1)に記載の断熱ユニット。
(6)前記非自己支持型可撓性スキンが、スプレーポリウレタン層、熱可塑性ポリオレフィン層、熱可塑性ポリウレタン、ポリ塩化ビニル回転成形層の少なくとも1つから選択された層を備える、上記(5)に記載の断熱ユニット。
(7)前記非自己支持型可撓性スキンが気体障壁層をさらに備える、上記(6)に記載の断熱ユニット。
(8)前記気体障壁層が、ポリエチレン、スチレン合金、及びアルミニウムの少なくとも1つを備える、上記(7)に記載の断熱ユニット。
(9)前記剛性の断熱発泡体の外面と前記可撓性スキンとの間に配置された層をさらに備える、上記(1)に記載の断熱ユニット。
(10)断熱ユニットの組立方法であって、
内面及び外面を備え、前記内面が前記断熱ユニットのキャビティを画定するように配置される、内側ライニングを提供するステップと、
離間配置で前記内側ライニングの前記外面の周りに配置される外側ライニングであって、前記断熱ユニットの外表面の少なくとも一部を画定するように適合された非自己支持型可撓性スキンを備え、前記内側ライニングの前記外面と前記外側ライニングとの間に体積を画定する空間が存在する、外側ライニングを提供するステップと、
発泡体形成組成物を前記内側ライニングの前記外面と前記外側ライニングとの間の前記体積の中に注入するステップであって、前記発泡体形成組成物が発泡され硬化されて断熱発泡体となるステップと
を含む方法。
(11)前記断熱発泡体が剛性の発泡体である、上記(10)に記載の方法。
(12)前記発泡体形成組成物を注入する前に、前記内側ライニングの前記内面、前記内側ライニングの前記外面、及び前記断熱ユニットの前記外表面の少なくとも1つに隣接して補強構造体を配置するステップをさらに含む、上記(10)に記載の方法。
(13)前記補強構造体が、剛性の断熱発泡体内に配置されたフレームを形成するように配置された補強バーを備える、上記(12)に記載の方法。
(14)前記非自己支持型可撓性スキンが、可撓性ポリマー、天然繊維、又は化学繊維の少なくとも1つの少なくとも1つの層を備える、上記(10)に記載の方法。
(15)前記非自己支持型可撓性スキンが、スプレーポリウレタン層、熱可塑性ポリオレフィン層、熱可塑性ポリウレタン、ポリ塩化ビニル回転成形層の少なくとも1つから選択された層を備える、上記(14)に記載の方法。
(16)前記非自己支持型可撓性スキンが気体障壁層をさらに備える、上記(15)に記載の方法。
(17)上記(1)に記載の断熱ユニットを備える器具デバイス。
(18)冷蔵庫、冷凍庫、冷却器、皿洗い機、及び湯沸かし機の1つである上記(17)に記載の器具デバイス。
(19)製造物品であって、
内面及び外面を備え、前記内面が断熱ユニットのキャビティを画定するように配置される、内側ライニングと、
前記内側ライニングの前記外面上に配置され、断熱発泡体が内面及び外面を備え、前記内面が前記内側ライニングの前記外面に付着される、発泡体と、
前記発泡体の前記外面上に配置された外側ライニングであって、前記断熱ユニットの外表面の少なくとも一部を画定するように適合され、前記発泡体の前記外面に付着される非自己支持型可撓性スキンを備えた、外側ライニングと
を備える製造物品。
(20)前記製造物品が、頭板、足板、座席、カウチ、布団、ドア、食品庫、及び食器棚の少なくとも1つである、上記(1)に記載の製造物品。