世界中で様々な用途に、様々な種類の断熱材が使用されています。使用される断熱材の種類には、発泡体（ポリスチレン、ポリウレタン、ポリイソシアヌレート、ポリエチレン）、繊維（グラスウール、ミネラルウール、セルロース、シリカ）、粉末などがあります。
製品概要
これらの材料は様々な構成で使用されます。半硬質から硬質のボード、ブロック、吹き付け材、真空パネルなどがあり、最適な断熱材は用途によって異なります。
断熱材は、様々な用途においてエネルギーフローを低減するために使用されます。主な用途としては、建設、家電製品、物品の輸送などが挙げられます。断熱材の性能は、一般的にR値と熱伝導率という2つの要素で測定されます。R値は、建築・建設分野で使用される断熱材について議論する際によく用いられます。R値の場合、数値が高いほど断熱性が高いとされます。熱伝導率は、物品の輸送や科学用途、特に医薬品やライフサイエンス製品において頻繁に用いられます。熱伝導率とは、物質を介した熱伝達率です。熱伝導率が低いほど、断熱性が高いとされます。このホワイトペーパーでは、医薬品およびライフサイエンス製品の輸送における真空断熱パネルの使用について説明します。
長時間の温度制御が必要な場合、VIPは優れた断熱材です。VIPの断熱性能を決定づける主な要素は、バリアフィルム、コア材、乾燥剤／ゲッター、そして真空度の4つです。
画像提供：Avery Dennison-Hanita。
真空レベル
真空度は VIP (真空断熱パネル) の頭文字です。真空は粒子のない空間と定義されます。温度維持における真空の有効性は、お気に入りの飲み物を一日中温かくまたは冷たく保つ従来の魔法瓶、またはスープやお気に入りのデザートを食事の時間まで温かく保つ魔法瓶で実証できます。これと同じ理論が、真空断熱パネルの片側からもう一方の側へのエネルギー伝達を最小限に抑えます。これにより、片側は冷たく、もう片側は温かく保たれます。VIP の製造工程では、バリアフィルムの 2 層の間を真空にして、空気と水蒸気の粒子を可能な限り除去します。真空は大気圧に関連して測定されます。VIP 内部の圧力と大気圧の差が大きいほど、VIP の性能は向上します。
バリアフィルム
VIP内部を外部の大気から隔離し、真空状態を維持する材料がバリアフィルムです。バリアフィルムの目的は、VIP内部と外部間の粒子（空気と水蒸気）の移動を最小限に抑え、真空状態を維持することです。通常、2枚のバリアフィルムを密封してエンベロープを形成します。フィルム構造層は、前述のバリア機能に加え、パネルの内層と外層間の漏れを防ぐシーリング層としても機能します。バリアフィルムは、エンベロープ内部のコア材も含み、パネルの形状を規定するのに役立ちます。バリアフィルムは通常、多層ラミネート構造で、様々な種類の材料から構成される場合があります。
一般的に使用される様々な素材の例としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、アルミニウム、PET（ポリエチレンテレフタレート）、およびそれらの組み合わせが挙げられます。これらの層を組み合わせることで、外部から内部への粒子の移動を最も効果的に防ぐバリアが実現します。メーカーの具体的な要件や要望に応じて、単層から7～9層まで、様々な組み合わせが採用されています。
設計者がさらに懸念するのは、使用するバリアフィルムの種類によって生じる「エッジ効果」です。より効果的なバリアフィルム構造の多くは、粒子の移動を防ぐ優れたバリアとなる金属材料層を使用しています。しかし、これらの金属層はエネルギーの優れた伝導体でもあるという欠点があります。これらの層は、VIPのエッジを迂回する片側から反対側へエネルギーを伝達し（エッジ効果）、VIPの本来の目的を著しく損なう可能性があります。この「エッジ効果」を最小限に抑える、あるいは防止する方法は数多くあり、バリアフィルムの層を変更したり、VIPの両面に異なる種類のフィルムを使用したりすることで対応できます。最適なバリアフィルムは、効果的な真空バリアを提供すると同時に、エッジ効果を最小限に抑えます。
コアマテリアル
真空断熱パネルの3つ目の主要構成要素はコア材です。コア材は、真空中でも形状を維持できるほどの密度が必要ですが、パネルの厚さを通してエネルギーを伝達するほどの密度であってはなりません。長年にわたり、真空パネルのコア材には様々な材料が使用されてきました。これらの材料には、ガラス繊維、シリカ繊維、発泡体、ミネラルウール、グラスウール、粉末（ヒュームドシリカ、パイロジェニックシリカ、シリカエアロゲル）などがあります。最適なコア材は、エネルギーが一方の表面から他方の表面へ伝達される連続的な経路を作らず、エネルギーの流れを実際に妨げない微細多孔構造です。微細多孔構造により、エネルギーを伝達する可能性のある粒子はすべて真空プロセス中に除去されます。優れたコア材は、一定かつ高い寸法安定性を提供し、パネル内の真空レベルからの圧力に耐えます。寸法安定性は、VIPを用いて箱や輸送コンテナを製造する際に、寸法の一貫性と良好な密着性を実現します。
乾燥剤および/またはゲッター
真空断熱パネルの4つ目の必須成分は、乾燥剤とゲッターです。これらの成分の目的は、真空パネル内に残留する可能性のある水蒸気（乾燥剤）またはガス状粒子（ゲッター）を吸収するとともに、継ぎ目やバリアフィルムの透過性によって密閉されたパネル内に侵入する可能性のある粒子を吸収することです。乾燥剤とゲッターには、酸化カルシウム、ゼオライト、シリカゲルなど、様々な種類の材料が使用されています。ゲッターは、吸収対象となる特定のガスに合わせて設計することができます。
結論
VIP材料は、それぞれの用途に合わせて選択できます。マイクログラスファイバーコア材、真空度、乾燥剤／ゲッター、バリアフィルム構造を適切に組み合わせることで、1.15 mW/mK（R >95）までの熱伝導率を実現できることが実証されています。寿命、耐久性、断熱レベル、そしてコストを考慮することで、特定の用途に最適なVIPの種類を決定できます。
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