JP2019089292A - フェノール樹脂発泡体積層板及びその製造方法 - Google Patents
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[1]密度が20kg/m3以上70kg/m3以下、独立気泡率が80%以上であるフェノール樹脂発泡体の少なくとも上下面に面材が配されたフェノール樹脂発泡体積層板であって、前記フェノール樹脂発泡体が、ハイドロフルオロオレフィンより選択される少なくとも1種を発泡剤として含有し、前記発泡剤の沸点平均値Xが0℃以上であり、前記面材のフラジール通気度が51cm3/cm2・sec以上500cm3/cm2・sec以下であり、前記面材への樹脂しみ出し面積率が50%以下であり、かつ前記面材の付着強度が200g以上2000g以下であることを特徴とする、フェノール樹脂発泡体積層板。
フェノール樹脂と、ハイドロフルオロオレフィンからなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する発泡剤と、界面活性剤と、硬化触媒と、を含む発泡性フェノール樹脂組成物を、走行する面材上に吐出し、少なくとも二枚の面材間で発泡及び硬化させるフェノール樹脂発泡体積層板の製造方法であって、当該製造方法は少なくとも予成型工程と、該予成型工程後に行う加熱工程を含み、前記予成型工程の長さは前記加熱工程の長さに対して5%以上50%以下であり、前記予成型行程における雰囲気温度が30℃以上70℃以下であり、前記フェノール樹脂の40℃における粘度が4000mPa・s以上100000mPa・s以下であり、前記面材のフラジール通気度が51cm3/cm2・sec以上500cm3/cm2・sec以下であることを特徴とする、フェノール樹脂発泡体積層板の製造方法。
以下、発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
本実施形態におけるフェノール樹脂発泡体積層板は、硬化反応によって形成されたフェノール樹脂中に、多数の気泡(セル)が分散した状態で存在するフェノール樹脂発泡体と、当該フェノール樹脂発泡体の少なくとも上下面に設けられた面材とを備える積層体である。
まず、フェノール樹脂発泡体3について説明する。フェノール樹脂発泡体3は、例えば、フェノール樹脂と、発泡剤と、硬化触媒と、界面活性剤とを含む発泡性フェノール樹脂組成物を、発泡及び硬化させることにより得られる。なお、発泡性フェノール樹脂組成物は、任意に、上記以外の成分を含有していてもよい。
本実施形態におけるフェノール樹脂は、例えば、フェノール類とホルムアルデヒド類を原料として、アルカリ触媒により40〜100℃の温度範囲で加熱して重合させることによって得られる。また、必要に応じて、フェノール樹脂重合時に尿素等の添加剤を添加してもよい。合成後のフェノール樹脂は、通常過剰の水を含んでいるので、発泡可能な水分量まで脱水される。フェノール樹脂の合成における、フェノール類対アルデヒド類の出発モル比は、1:1から1:4.5の範囲内であることが好ましく、1:1.5から1:2.5の範囲内であることがより好ましい。
発泡性フェノール樹脂組成物に含まれる発泡剤は、ハイドロフルオロオレフィンより選択される少なくとも1種を含有し、使用した発泡剤は、得られるフェノール樹脂発泡体中にも含有される。前記発泡剤はさらに炭化水素及び、又は塩素化炭化水素を含有することができ、使用した発泡剤は得られるフェノール樹脂発泡体中にも含有される。
沸点平均値X=a×Ta+b×Tb+c×Tc+… ・・・(1)
ここで、上記式(1)において、対象となる物質(A、B、C、…)の各々の含有率(モル分率)がa,b,c,…であり、沸点(℃)がTa,Tb,Tc,…である。)
硬化触媒としては、フェノール樹脂を硬化できる酸性の硬化触媒であればよいが、無水酸硬化触媒が好ましい。無水酸硬化触媒としては、無水リン酸や無水アリールスルホン酸が好ましい。無水アリールスルホン酸としては、トルエンスルホン酸やキシレンスルホン酸、エチルベンゼンスルホン酸、フェノールスルホン酸、置換フェノールスルホン酸、キシレノールスルホン酸、置換キシレノールスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸等が挙げられる。そして、硬化助剤として、レゾルシノール、クレゾール、サリゲニン(o−メチロールフェノール)、p−メチロールフェノール等を添加してもよい。また、これらの硬化触媒を、エチレングリコール、ジエチレングリコール等の溶媒で希釈してもよい。これら硬化触媒、硬化助剤、溶媒は、それぞれ1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。そして硬化触媒の使用量については特に制限はないが、発泡性フェノール樹脂組成物中に、フェノール樹脂100質量部に対して3〜30質量部の範囲で好ましく使用される。なお、硬化助剤、溶媒の使用量は、硬化触媒の種類及び量に応じて適宜設定し得る。
界面活性剤としては、一般にフェノール樹脂発泡体の製造に使用されるものを使用できるが、中でもノニオン系の界面活性剤が効果的である。例えば、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合体であるアルキレンオキサイドや、アルキレンオキサイドとヒマシ油の縮合物、アルキレンオキサイドとノニルフェノール、ドデシルフェノールのようなアルキルフェノールとの縮合物、アルキルエーテル部分の炭素数が14〜22のポリオキシエチレンアルキルエーテル、更にはポリオキシエチレン脂肪酸エステル等の脂肪酸エステル類、ポリジメチルシロキサン等のシリコーン系化合物、ポリアルコール類等が好ましい。これらの界面活性剤は1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。これら界面活性剤のHLBは8〜18の範囲であることが好ましい。また、界面活性剤の使用量については特に制限はないが、発泡性フェノール樹脂組成物中に、フェノール樹脂100質量部に対して0.3〜10質量部の範囲で好ましく使用される。
例えば、上記フェノール樹脂、上記発泡剤、上記硬化触媒、及び上記界面活性剤を、上述したような割合で混合することにより発泡性フェノール樹脂組成物を得る。得られた発泡性フェノール樹脂組成物を、例えば「フェノール樹脂発泡体積層板」の項で後述するようにして発泡及び硬化させることにより、フェノール樹脂発泡体3を得ることができる。
本実施形態のフェノール樹脂発泡体の密度は、20kg/m3以上70kg/m3以下であることが必要であり、20kg/m3以上50kg/m3以下であることが好ましく、20kg/m3以上40kg/m3以下であることがより好ましく、25kg/m3以上40kg/m3以下であることがさらに好ましく、25kg/m3以上35kg/m3以下であることが特に好ましい。
上述した本実施形態のフェノール樹脂発泡体積層板1を製造する方法としては、例えば、フェノール樹脂と、硬化触媒と、発泡剤と、界面活性剤と、を含む発泡性フェノール樹脂組成物を、少なくとも二枚の面材間で発泡及び硬化させる製造方法であって、当該製造方法は少なくとも予成型行程、加熱工程とを含む。予成型行程は、雰囲気温度が30℃以上70℃以下で行い、前記加熱工程は、雰囲気温度が60℃以上99℃以下で行い、かつ前記フェノール樹脂の40℃における粘度が、4000mPa・s以上100000mPa・s以下であることが好ましい。
予成型行程では、上下面材間に連続吐出された発泡性フェノール樹脂組成物を面材2上から単数又は複数のドクターブレードやローラーにより押さえつけることによって、加熱工程に進む前に部分的にボード状に成型することができる。前記押さえつけが不足すると、発泡性フェノール樹脂組成物の平滑性が不十分になり、次の加熱工程において発泡や反応が不均一に進むため、物性が不均一な粗悪な発泡体となってしまうため好ましくない。また、反応がそれほど進行していない粘度の低い発泡性フェノール樹脂組成物と面材2とが十分密着しないことから、面材付着強度が不足する懸念がある。
加熱工程では、発泡性フェノール樹脂組成物を発泡させ、発泡圧によって所定の厚み、形状に成形するとともに予成型行程よりさらにフェノール樹脂の硬化を進行させる。
加熱工程より出たフェノール樹脂発泡体積層板1は、所定の寸法に切断された後、後硬化工程でさらに加熱され、硬化及び乾燥を進めることができる。後硬化工程おける雰囲気温度は60℃以上110以下が好ましい。60℃より低いと十分に硬化反応が進まず、110℃より高いとフェノール樹脂発泡体内の圧力が高くなりすぎることから、変形や気泡の破泡を誘発してしまうため好ましくない。
フェノール樹脂発泡体積層板1は、これを単体で使用する他、外部部材と接合させて様々な用途に用いられている。外部部材の例としては、ボード状材料及びシート状・フィルム状材料及びその組み合わせがある。ボード状材料としては、普通合板、構造用合板、パーティクルボード、OSB、などの木質系ボード、及び、木毛セメント板、木片セメント板、石膏ボード、フレキシブルボード、ミディアムデンシティファイバーボード、ケイ酸カルシウム板、ケイ酸マグネシウム板、火山性ガラス質複層板などが好適である。また、シート状・フィルム状材料としては、ポリエステル不織布、ポリプロピレン不織布、無機質充填ガラス繊維不織布、ガラス繊維不織布、紙、炭酸カルシウム紙、ポリエチレン加工紙、ポリエチレンフィルム、プラスチック系防湿フィルム、アスファルト防水紙、アルミニウム箔(孔あり・孔なし)などが好適である。
得られたフェノール樹脂発泡体積層板から切り出した20cm角のボードを試料とし、この試料から面材を取り除いた後、JIS K 7222に従い質量と見かけ容積を測定して求めた。
ASTM D 2856−94(1998)Aを参考に、以下の方法で測定した。
実施例及び比較例で得られたフェノール樹脂発泡体積層板中のフェノール樹脂発泡体3の厚み方向中央部から、約25mm角の立方体試片を切り出した。厚みが薄く25mmの均質な厚みの試片が得られない場合は、切り出した約25mm角の立方体試片表面を約1mmずつスライスし、均質な厚みを有する試片を用いた。
JIS−K−6402記載の方法を参考に、以下の方法でフェノール樹脂発泡体の平均気泡径を測定した。
フェノール樹脂発泡体の厚み方向におけるほぼ中央を表裏面に平行に切削し、切削断面を50倍に拡大した写真を撮影した。得られた写真の任意の位置に9cmの長さ(実際の発泡体断面における1,800μmに相当する)の直線を4本引き、各直線が横切った気泡の数の平均値を求めた。平均気泡径は横切った気泡の数の平均値で1,800μmを除すことで算出される値である。
また、上述の平均気泡径の測定法に従い、平均気泡径(t:cm)を計測すると共に、上記試片の各辺の長さより、試片の表面積(A:cm2)を算出した。
求めたt、及びAより、下記(4)式より、試片表面の切断された気泡の開孔体積(Va:cm3)を算出した。また、固形フェノール樹脂の密度は1.3g/cm3とし、試片に含まれる気泡壁を構成する固体部分の体積(Vs:cm3)を、下記(5)式より算出した。
Va=(A×t)/1.14 ・・・(4)
Vs=W/1.3 ・・・(5)
上記の結果より、下記式(6)により独立気泡率を算出した。
独立気泡率(%)=〔(V2−Vs)/(V1−Va−Vs)〕×100 ・・・(6)
面材のフラジール通気度はJIS L 1096:2010年 8.26.1 A法(フラジール形法)に準じて以下のようにして測定した。
面材を200mm×200mmに切断して試験片とし、フラジール形試験機(株式会社東洋精機製作所製、「フラジールパーミアメータ FP−2型」)の円筒の一端に取り付けた。試験片を取り付けた後、加減抵抗器によって傾斜形気圧計が125Paの圧力を示すように吸込みファン及び空気孔を調整し、そのときの垂直形気圧計の示す圧力を測定した。測定した圧力と使用した空気孔の種類から、試験片の通過する空気量(cm3/cm2・sec)を算出し、面材のフラジール通気度とした。
発泡性フェノール樹脂組成物が面材より染み出した箇所をマジックで囲んで印を付けた後、該フェノール樹脂発泡体積層板の300×300mmエリアをデジタルカメラで撮影し、色調補正後、ピクセルカウンターソフトにて樹脂組成物が染み出した箇所の画素数と30cm×30cmエリア全体の画素数をそれぞれカウントし、下記計算式にて樹脂しみ出し面積率を計算した。
染み出し面積率(%)=(マジックで囲んだ部分の画素数/300×300mmエリア全体の画素数)×100
染み出し面積率は、フェノール樹脂発泡体積層板(例えば幅910mm、長さ1820mm)の幅方向の中心部、左右端部より合計3カ所よりサンプリングした300×300mmの試験体の測定結果を平均化して求めた。
フェノール樹脂発泡体積層板の面材付着強度は以下の様に測定して求めた(図1参照)。
先ず、フェノール樹脂発泡体積層板を、幅50mm、長さ120mm(長さ方向が製品MD方向と一致する。)に切り出し、上下面に位置する面材(a)、(b)のうちの一方の面材(b)を剥離した。その後、面材(b)剥離後の積層板を上下面と平行方向に切断することで、面材(a)を備え、幅50mm、長さ120mm、厚み25mmの評価用サンプル1を準備した。
以下の基準にて◎、〇、△、×の4段階評価を行った。
◎:面材を手で容易にはがすことができる。
〇:面材を手ではがす際に面材の一部が破れてしまう。
△:面材を手ではがす際にフェノール樹脂発泡体が壊れてしまう。
×:面材を手ではがすことができない、又は、はがす時に面材が著しく破れてしまう。
はじめに発泡剤として使用したハロゲン化不飽和炭化水素、炭化水素、及びハロゲン化飽和炭化水素の標準ガスを用いて、以下のGC/MS測定条件における保持時間を求めた。
ガスクロマトグラフィー:アジレント・テクノロジー社製「Agilent7890型」
カラム:ジーエルサイエンス社製「InertCap 5」(内径0.25mm、膜厚5μm、長さ30m)
キャリアガス:ヘリウム
流量:1.1ml/分
注入口の温度:150℃
注入方法:スプリット法(1:50)
試料の注入量:100μL
カラム温度:−60℃で5分間保持し、50℃/分で150℃まで昇温した後、2.8分保持
質量分析:日本電子株式会社製「Q1000GC型」
イオン化方法:電子イオン化法(70eV)
スキャン範囲:m/Z=10〜500
電圧:−1300V
イオン源温度:230℃
インターフェース温度:150℃
フェノール樹脂発泡体のホルムアルデヒドの放散速度は、JIS A 1901に準拠して測定した。
まずはじめに、JIS A 1412−2:1999に準拠し、以下の方法で23℃の環境下におけるフェノール樹脂発泡体の初期熱伝導率を測定した。
フェノール樹脂の40℃における粘度は、回転粘度計(東機産業(株)製、R−100型、ローター部は3°×R−14)を用い、40℃で3分間安定させた後の測定値とした。
まず、反応器に52質量%ホルムアルデヒド水溶液(52質量%ホルマリン)3500kgと99質量%フェノール2510kg(不純物として水を含む)を仕込み、プロペラ回転式の攪拌機により攪拌し、温調機により反応器内部液温度を40℃に調整した。次いで、50質量%水酸化ナトリウム水溶液を加えながら昇温して、反応を行わせた。オストワルド粘度が60センチストークス(=60×10-6m2/s、25℃における測定値)に到達した段階で、反応液を冷却し、尿素を570kg(ホルムアルデヒド仕込み量の15モル%に相当)添加した。その後、反応液を30℃まで冷却し、パラトルエンスルホン酸一水和物の50質量%水溶液でpHを6.4に中和した。
フェノール樹脂A100質量部に対して、界面活性剤としてエチレンオキサイド−プロピレンオキサイドのブロック共重合体(BASF製、「プルロニックF−127」)を2.0質量部の割合で混合した。得られたフェノール樹脂Aと界面活性剤を含む組成物102質量部と、発泡剤として表2に示す発泡剤Aを11質量部と、硬化触媒としてキシレンスルホン酸80質量%とジエチレングリコール20質量%の混合物14質量部からなる混合物とを25℃に温調した混合機のミキシングヘッドに供給して得られる発泡性フェノール樹脂組成物を、マルチポート分配管を通して、移動する下面材(表3の面材A)上に供給した。なお、使用する混合機は、特開平10−225993号公報に開示されたものを使用した。即ち、混合機の上部側面に、フェノール樹脂に界面活性剤を添加して得られる組成物、及び、発泡剤の導入口があり、回転子が攪拌する攪拌部の中央付近の側面に硬化触媒の導入口を備えている混合機を使用した。攪拌部以降は発泡体を吐出するためのノズルに繋がっている。即ち、混合機は、硬化触媒導入口までを混合部(前段)、硬化触媒導入口〜攪拌終了部を混合部(後段)、攪拌終了部〜ノズルを分配部とし、これらにより構成されている。分配部は先端に複数のノズルを有し、混合された発泡性フェノール樹脂組成物が均一に分配されるように設計されている。
2 面材
3 フェノール樹脂発泡体
4 クランプ
5 金属ワイヤ
6 容器
7 クランプ
Claims (14)
- 密度が20kg/m3以上70kg/m3以下、独立気泡率が80%以上であるフェノール樹脂発泡体の少なくとも上下面に面材が配されたフェノール樹脂発泡体積層板であって、前記フェノール樹脂発泡体が、ハイドロフルオロオレフィンより選択される少なくとも1種を発泡剤として含有し、前記発泡剤の沸点平均値Xが0℃以上であり、前記面材のフラジール通気度が51cm3/cm2・sec以上500cm3/cm2・sec以下であり、前記面材への樹脂しみ出し面積率が50%以下であり、かつ前記面材の付着強度が200g以上2000g以下であることを特徴とする、フェノール樹脂発泡体積層板。
- 前記ハイドロフルオロオレフィンが、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン及び1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、請求項1に記載のフェノール樹脂発泡体積層板。
- 前記発泡剤がさらに炭化水素を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載のフェノール樹脂発泡体積層板。
- 前記炭化水素がプロパン、ノルマルブタン、イソブタン、ノルマルペンタン、イソペンタン、シクロペンタン、ノルマルヘキサン、イソヘキサン、及びシクロヘキサンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、請求項3に記載のフェノール樹脂発泡体積層板。
- 前記発泡剤が、さらに塩素化炭化水素を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のフェノール樹脂発泡体積層板。
- 前記塩素化炭化水素がイソプロピルクロリドであることを特徴とする、請求項5に記載のフェノール樹脂発泡体積層板。
- 前記面材が、合成繊維不織布、ガラス繊維不織布、ガラス繊維混抄紙、クラフト紙、金属フィルムからなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のフェノール樹脂発泡体積層板。
- 前記面材が、ホルムアルデヒド捕捉剤と無機フィラーの少なくとも一方を含有することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載のフェノール樹脂発泡体積層板。
- 前記フェノール樹脂発泡体積層板のホルムアルデヒドの放散速度が、20μg/m2・h以下であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載のフェノール樹脂発泡体積層板。
- 110℃の雰囲気に14日間放置条件前後の23℃における熱伝導率の変化量が、4.0mW/mK以下であることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載のフェノール樹脂発泡体積層板。
- ボード状材料、シート状材料、フィルム状材料より選ばれる少なくとも1種と、請求項1〜10のいずれか1項に記載のフェノール樹脂発泡体積層板とを接合してなることを特徴とする断熱複合パネル。
- 請求項1に記載のフェノール樹脂発泡体積層板を製造する方法であって、
フェノール樹脂と、ハイドロフルオロオレフィンからなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する発泡剤と、界面活性剤と、硬化触媒と、を含む発泡性フェノール樹脂組成物を、走行する面材上に吐出し、少なくとも二枚の面材間で発泡及び硬化させるフェノール樹脂発泡体積層板の製造方法であって、当該製造方法は少なくとも予成型工程と、該予成型工程後に行う加熱工程を含み、前記予成型工程の長さは前記加熱工程の長さに対して5%以上50%以下であり、前記予成型行程における雰囲気温度が30℃以上70℃以下であり、前記フェノール樹脂の40℃における粘度が4000mPa・s以上100000mPa・s以下であり、前記面材のフラジール通気度が51cm3/cm2・sec以上500cm3/cm2・sec以下であることを特徴とする、フェノール樹脂発泡体積層板の製造方法。 - 前記加熱工程の雰囲気温度が60℃以上99℃以下であり、前記加熱工程におけるスラット型ダブルコンベアのスラット板に掛ける圧力が100kgf/m2以上、2000kgf/m2以下である、請求項12に記載のフェノール樹脂発泡体積層板の製造方法。
- 前記発泡剤の沸点平均値Xが0℃以上50℃以下である、請求項12又は請求項13に記載のフェノール樹脂発泡体積層板の製造方法。
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