JP2019098695A - 断熱ボード製造装置及び断熱ボードの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】断熱ボードの製造にあたり、熱成型による硬化工程に代えて、紫外線（ＵＶ）照射によるスピーディーな硬化工程を導入することで、生産能力の向上と、低価格化を実現させるバランス型の断熱ボード製造装置及びその製造方法を提供すること。【解決手段】断熱ボード製造装置１０を、少なくとも、光重合開始剤、熱重合開始剤、そして、モノマー及び／又はオリゴマーを含んだ樹脂溶液を含侵させた無機繊維からなる基材１２を所定速度で搬送するベルトコンベア１４と、ベルトコンベア１４上方に対面するよう配置され、ベルトコンベア１４に搬送される基材１２を上方から任意の圧力で押圧可能な透明の強化ガラスからなる基材押圧部１６と、基材押圧部１６に押圧された状態で、ベルトコンベア１４に搬送される基材１２に対し、基材押圧部１６を通して上方からＵＶを照射するＵＶ照射部１８を備え、基材１２が、ＵＶ照射部１８からのＵＶの照射によってＵＶ硬化することにより断熱ボードが製造されるものとした。【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線（ＵＶ）を利用して基材を硬化させることにより断熱ボードを製造する製造装置及びその製造方法に関するものである。

従来から、断熱ボードの製造工程では、一般的に、その一部の工程において、ガラス繊維等にフェノール樹脂を含侵させ、熱成型用プレスを使用して焼成させるといった手段が採用されている。しかし、その欠点は、熱硬化時間が長いことから生産能力が低く、また、エネルギー消費量が大きくなってしまい、生産コストが高くなってしまうところにあるとされている。

また、従来の熱成型技術により、住宅、建材、航空機、新幹線、そして自動車といったものに適用される、多種多様な断熱材のニーズに対応してきてはいるが、断熱材に求められる性能も年々変化してきているため、さらなる技術革新が望まれてきている。

ところで、近年、上記の断熱材に求められる性能は、主に、軽量化、耐火性（不燃性）、加工性、不揮発性、そして、低価格というものであるが、断熱材のニーズは、矛盾が多く、例えば、耐火性を求め、耐火処理を行うと、耐火材量そのものが重いため、重量が大きくなってしまう。つまり、軽量化と耐火性というのは矛盾するものである。

また、耐火性があると、おのずと硬さが生じるため、加工性が悪くなってしまい、またさらに、加工性を良くしようとすると、有機溶剤が必要となり、不揮発性との間で矛盾が生じてしまう。そこで、あらゆる矛盾を解消すべく、バランス型のマルチ断熱材を開発するとともに、その生産能力の向上と、低価格化を実現させることが求められてきている。

ところで、近年では、紫外線（ＵＶ）を照射するＬＥＤを用いて、部材に紫外線を照射し、硬化させるという技術が用いられている。例えば、特許文献１には、紫外線を照射するＬＥＤを用いて紫外線硬化部材に紫外線を照射して硬化させる紫外線照射装置であって、前記紫外線硬化部材に対向し、所定数のＬＥＤが単一ＬＥＤの配置領域より狭領域の間隔で行列状に配置され、少なくとも異なる行及び列のＬＥＤとの間の領域にＬＥＤの頭部が視認できる大きさの孔部が所定数形成された対向ＬＥＤ基板と、前記対向ＬＥＤ基板と所定数重ね配置され、所定数のＬＥＤが、少なくとも当該対向ＬＥＤ基板に形成された孔部より前記紫外線硬化部材に対向される位置に配置された後段ＬＥＤ基板と、を有することを特徴とする紫外線照射装置が開示されている。

特許第５１７８２６８号公報

上述の通り、従来の断熱ボード等の製造では、熱硬化時間が長いことから生産能力が低く、また、エネルギー消費量が大きくなってしまうことから、生産コストが高くなってしまう。さらに、断熱ボード等の耐火性を上げるためには、断熱ボードを厚くする必要があるが、その場合、基材の内部までしっかりと硬化させることが難しい。

そこで、本発明は、上述の問題を解決するために、断熱ボードの製造にあたり、熱成型による硬化工程に代えて、紫外線（ＵＶ）照射によるスピーディーな硬化工程を導入することで、生産能力の向上と、低価格化を実現させるバランス型の断熱ボード製造装置及びその製造方法を提供することを目的としている。

上述の課題に対応するため、本発明は、以下の技術的手段を講じている。
即ち、請求項１記載の発明は、少なくとも、光重合開始剤、熱重合開始剤、そして、モノマー及び／又はオリゴマーを含んだ樹脂溶液を含侵させた無色透明の無機繊維からなる基材を所定速度で搬送するベルトコンベアと、前記ベルトコンベア上方に対面するよう配置され、当該ベルトコンベアに搬送される基材を上方から任意の圧力で押圧可能な透明の強化ガラスからなる基材押圧部と、前記基材押圧部に押圧された状態で、前記ベルトコンベアに搬送される基材に対し、前記基材押圧部を通して上方からＵＶを照射するＵＶ照射部とを備え、前記基材が、前記ＵＶ照射部からのＵＶの照射によってＵＶ硬化することにより断熱ボードが製造されることを特徴とする断熱ボード製造装置である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の断熱ボード製造装置であって、前記ＵＶ照射部は、上下所定範囲で移動可能となっており、且つ、ＵＶ照射装置を載置する複数の載置部を有し、当該複数の載置部のうちから、任意の載置部に前記ＵＶ照射装置を載置することができるよう構成されていることを特徴としている。

そして、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の断熱ボード製造装置であって、前記基材押圧部は、上下所定範囲で移動可能となっており、前記基材の厚さに応じて、当該基材の押圧の調整を行うことを特徴としている。

さらに、請求項４記載の発明は、請求項１〜３何れか１項記載の断熱ボード製造装置であって、前記無機繊維は、グラスウール、ロックウール、セラミックブランケット、カーボン繊維のうち、何れか、又は、これらの任意の組み合わせからなるものであることを特徴としている。

次に、請求項５記載の発明は、少なくとも、光重合開始剤、熱重合開始剤、そして、モノマー及び／又はオリゴマーを含んだ樹脂溶液を含侵させた無色透明の無機繊維からなる基材を所定速度でベルトコンベアにより搬送し、前記ベルトコンベア上方に対面するよう配置された透明の強化ガラスにより前記ベルトコンベアに搬送される基材を上方から任意の圧力で押圧し、前記強化ガラスにより押圧された状態で、前記ベルトコンベアに搬送される基材に対し、前記強化ガラスを通して上方からＵＶを照射し、当該基材をＵＶ硬化させることで断熱ボードを製造する断熱ボードの製造方法である。

また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の断熱ボードの製造方法であって、前記基材に対するＵＶの照射は、上下所定範囲で移動可能となっており、且つ、備えられた複数の載置部のうちから、任意の載置部に載置されるＵＶ照射装置によって行われることを特徴としている。

そして、請求項７記載の発明は、請求項５又は６記載の断熱ボードの製造方法であって、前記強化ガラスは、上下所定範囲で移動可能となっており、前記基材の厚さに応じて、当該基材の押圧を調整することを特徴としている。

さらに、請求項８記載の発明は、請求項５〜７何れか１項記載の断熱ボードの製造方法であって、前記無機繊維は、グラスウール、ロックウール、セラミックブランケット、カーボン繊維のうち、何れか、又は、これらの任意の組み合わせからなるものを用いることを特徴としている。

本発明によると、断熱ボードの製造にあたり、生産能力の向上と、低価格化を実現させたバランス型の断熱材、特に、軽量で耐火性等の高い断熱ボードを製造することが可能となる。

本発明に係る断熱ボード製造装置の実施形態を示す正面図である。 本発明に係る断熱ボード製造装置の実施形態を示す右側面図である。 本発明に係る断熱ボード製造装置の実施形態を示す平面図である。 本発明に係る断熱ボード製造装置の実施形態を示す斜視図である。 本発明に係る断熱ボードの製造方法の実施形態を示すフローである。

本発明に係る断熱ボード製造装置及び断熱ボードの製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る断熱ボード製造装置の実施形態を示す正面図、図２は、本発明に係る断熱ボード製造装置の実施形態を示す右側面図、図３は、本発明に係る断熱ボード製造装置の実施形態を示す平面図、そして、図４は、本発明に係る断熱ボード製造装置の実施形態を示す斜視図を表している。また、図５は、本発明に係る断熱ボードの製造方法の実施形態を示すフローである。なお、符号については、１０が断熱ボード製造装置、１２が基材、１４がベルトコンベア、１６が基材押圧部、１８がＵＶ照射部、２０がＵＶ照射装置、２２が載置部を示している。

まず、本実施形態における断熱ボード製造装置１０は、図１〜４に示すように、光重合開始剤、熱重合開始剤、そして、モノマー及び／又はオリゴマーを含んだ樹脂溶液を含侵させた無色透明の無機繊維からなる基材１２を所定速度で搬送するベルトコンベア１４と、ベルトコンベア１４上方に対面するよう配置され、ベルトコンベア１４に搬送される基材１２を上方から任意の圧力で押圧可能な透明の強化ガラスからなる基材押圧部１６と、基材押圧部１６に押圧された状態で、ベルトコンベア１４に搬送される基材１２に対し、基材押圧部１６を通して上方からＵＶを照射するＵＶ照射部１８を備え、基材１２が、ＵＶ照射部１８によるＵＶの照射によってＵＶ硬化することによって断熱ボードが製造されるものである。

また、本実施形態においては、基材１２の無機繊維は、グラスウール、ロックウール、セラミックブランケット、そして、カーボン繊維のうちの何れか、又は、これらを任意に組み合わせたものを用いる。さらに、本実施形態においては、光重合開始剤には、ＩＲＧ１８４、熱重合開始剤には、ＡＩＢＮを用いる。なお、本実施形態は、紫外線（ＵＶ）による光重合開始剤（ＩＲＧ１８４）の反応熱を熱重合開始剤（ＡＩＢＮ）が受けて炭素ラジカルを発生させるものであるため、厚みのある基材１２であっても、ＵＶ照射部１８によるＵＶの照射よって、その内深部まで効果的にＵＶ硬化させることができるようになるわけである。

また、例えば、仮に、紫外線を通さない基材１２であっても、本実施形態によれば、上記の通り、紫外線（ＵＶ）による光重合開始剤（ＩＲＧ１８４）の反応熱を熱重合開始剤（ＡＩＢＮ）が受けて炭素ラジカルを発生させるものであるため、基材１２の極めて効果的なＵＶ硬化が可能となるわけである。また、基材１２を紫外線が透過しやすい材料を用いるのは好ましく、繊維径が細いほど、特に、３μ〜４μのものを用いるのが良い（例えば、マグ・イゾベール社のＷＲ５００、ＲＲ２４２５、ＲＲ２４５０、ＲＲ２４１００、同等品など）。

続いて、基材１２には、本実施形態における断熱ボード製造装置１０のベルトコンベア１４に搬送させる前工程で、紫外線（ＵＶ）硬化剤として、少なくとも、光重合開始剤、熱重合開始剤、そして、モノマー及び／又はオリゴマーを含んだ樹脂溶液を含侵させておく。なお、モノマー、オリゴマーは、新中村化学工業（株）のＴＭＭＴ、又は、ＤＩＣのユニディック４２０５を採用するのが好ましい。なお、光重合開始剤であるＩＲＧ１８４は、樹脂溶液に対して１％添加することで、厚み方向の紫外線吸収幅を持たせることができる。また、含侵方法は、従来から採用されている方法を用いれば良い。

さらに、光重合開始剤を含んだ樹脂溶液は、希釈溶剤により所定濃度まで希釈させることで、含侵するための粘度を低くすることができ、また、断熱ボードの製造原価を大幅に抑えることができる。この希釈溶剤には、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）を用いるのが良く、モノマー／オリゴマーに対して最大２０％以下の希釈率にする。なお、断熱ボード（断熱材）としての適度な希釈率は約１０％である。

さらに、樹脂溶液には、発泡剤としての役割も持つ熱重合開始剤であるＡＩＢＮが含まれているため、ＵＶ照射による反応熱が１８０度まで上昇すると、その熱で窒素を揮発させ発泡する。そして、十分に発泡してから硬化するため、体積に対する重量が下がり、結果、軽量な断熱ボードが製造される。つまり、従来のフェノール樹脂による熱硬化させた断熱ボードでは、１００×１００のサイズで２０ｇのところ、本実施形態によれば、１００×１００のサイズで２０ｇと同等ではあるが、従来の製造装置や製造方法により製造される断熱ボードに比して、硬さと合成を兼ね備えた軽量の断熱ボードが製造できるわけである。

なお、ＡＩＢＮの発泡温度は、１６０度程度であるが、発泡する前に硬化しないように、重合禁止剤を樹脂溶液に所定量配合しておくことで、硬化前に発泡するように調整するのが好ましい。また、樹脂溶液に、別途、発泡剤を混合させておくと、より十分な発泡が生じるため、一層、断熱ボードの軽量化が望める。なお、発泡剤には、イソシアヌレート、ヘキサン、ブタン等を採用するのが好ましい。

次に、基材１２は、図１や図３に示すように、作業者によって、ベルトコンベア１４に載せられ、図１、３中、右から左（矢印の方向）へと、ＵＶの照射領域（ＵＶ照射部１８によりＵＶが照射される領域）に向かって所定速度で搬送されていく（図５中、ステップ１）。その際、ベルトコンベア１４上方に対面して配置されている透明の強化ガラスからなる基材押圧部１６が、基材１２を上方から任意の圧力で押圧する（図５中、ステップ２）。なお、基材押圧部１６の周囲には、テフロン（登録商標）シートがベルトコンベア１４の搬送方向に基材押圧部１６対して摺動可能に巻回されており、押圧した基材１２がスムースに搬送されるように構成されている。

本実施形態においては、テフロン（登録商標）シートには、東レ株式会社製のルミラーＳ１０を用いるが、同等品であれば、その他のテフロン（登録商標）シートを用いてもかまわない。なお、採用するテフロン（登録商標）シートは、紫外線が８０％以上透過し、耐熱性が２００度、引張強度が２１５ＭＰａの条件を満たすものを用いるのが良い。

ここで、基材押圧部１６は、図１に示すように、上下所定範囲で移動可能となっており、基材１２の厚さに応じて、基材１２の押圧の調整を行うようになっている（本実施形態においては、厚さ５ｍｍ〜１００ｍｍまで調整可能）。なお、樹脂溶液を含侵させた基材１２は、ベルトコンベア１４に搬送される前工程で、乾燥脱水処理を施しておく。

続いて、上方から基材押圧部１６により押圧され、ベルトコンベア１４により、ＵＶ照射領域へと搬送されてきた基材１２に対して、ＵＶ照射部１８が、紫外線透過率の高い透明の強化ガラスからなる基材押圧部１６を通して、ＵＶを照射していく（図５中、ステップ３）。そして、ＵＶ照射により硬化された基材１２は、図４に示すように、ベルトコンベアの下流に断熱ボードして排出される（図５中、ステップ４）。

なお、ＵＶ照射部１８についても、図１に示すように、上下所定範囲で移動可能となっており、基材１２に対するＵＶの照射量等を調整するといったことができるようになっている。また、緊急時のために、ＵＶ照射部１８と基材１２との間に、遮蔽板が差し込めるようにしておくのが好ましい（図示せず）。本実施形態においては、ＵＶ照射部１８には、ランダムに波長が出るように、メタルハライドランプを採用しているが、このＵＶ照射部１８を消すと、ＵＶランプの特性上、劣化の原因となるからである。よって、このＵＶ照射部１８には、ＬＥＤのＵＶランプを用いるのが良い。

つまり、本実施形態では、上記の紫外線（ＵＶ）硬化剤（樹脂溶液）を含浸させた基材１２に紫外線を照射することで、光重合開始剤が発生するイオンをモノマーやオリゴマーと重合（光重合反応）させることによって、このモノマーやオリゴマーがポリマーに変化し、その結果、紫外線硬化樹脂が、液体状態から固体状態へと変化（硬化）するというものである。

さらに、本実施形態では、ベルトコンベア１４の搬送速度を所定速度にすることによって、効果的に基材１２のＵＶ硬化が行えるようにする。具体的には、照射時間については、開裂するためには、同じ箇所を３秒間ＵＶ照射する必要があるため、照射ブース（ベルトコンベア１４上でのＵＶ照射区間）のレール方向で１ｍとすれば、搬送速度は、最大で０．３３ｍ／秒（１９．８ｍ／分）と設定する。なお、搬送速度が、上記最大の場合、ＵＶ照射部１８の上下移動調整にて、基材１２に対する照射距離を一番近くしておくのが良く。一方で、搬送速度を遅くする場合には、ＵＶ照射部１８と基材１２の距離は大きくするのが良い。

ところで、断熱ボードの耐火性能を上げるためには、水酸化アルミニウム、アルミナ、コロイダルシリカ、塩化アルミニウム、ヘキサメタリンサンソーダ、ワラストナイト、リン酸アルミニウムなどの白色の粉末を添加剤として樹脂溶液に添加しておく。例えば、水酸化アルミニウムを添加しておくと、紫外線（ＵＶ）硬化工程において、反応熱により、水酸化アルミニウムが、アルミナに変化し、このアルミナが基材の表面に付着することで、断熱ボードの耐火性能を上げることができる。また、ＰＰ付きのアルミガラスクロスや、ＰＰ付きのＡＬＹなどのフェーシング材をＵＶ照射後の反応熱で熱融着し、貼り合わせることもできる。これは、不燃材などの輻射熱の評価には効果的なものとなる。

また、樹脂溶液の材料は、粘度が高いため、事前に、酢酸ブチル、トルエン、メタノールなどの希釈剤で希釈しておくのが望ましい。つまり、これらを用い、基材１２の深部まで樹脂溶液が到達できるように希釈するわけである。樹脂溶液を希釈剤（酢酸ブチル、トルエン、メタノール）で、約１０％に希釈し、光重合開始剤は樹脂溶液に対して、１％に希釈するのが好ましい。また、基材１２に対して、希釈した樹脂溶液を重量で６％含浸させるのが良い。

またさらに、断熱ボードの機械的強度を上げるためには、シランカップリング剤等を添加剤として樹脂溶液に添加しておくのが良い。また、基材１２に樹脂溶液を含侵させる前に、予め、樹脂溶液に界面活性剤などを添加しておくことが好ましい。

また、本実施形態では、ＵＶ照射部１８は、ＵＶ照射装置２０を載置する複数の載置部２２を有しており、この複数の載置部２２のうちから、任意の載置部２２にＵＶ照射装置２０を載置することができるようになっている。このような構成となっているため、基材１２の状態に応じて、適切な位置からＵＶを照射することができる。例えば、上記の通り、開裂するためには、同じ箇所を３秒間ＵＶ照射し続ける必要があるため、ベルトコンベア１４のレール方向に縦一列となるように配置するのが基本となるが、その組み合わせは、ＵＶ照射強度、ＵＶ照射距離と搬送速度の条件出しでパターン化しておく。

なお、ＵＶ照射装置２０には、ランプの劣化が少なく、長期間使用できるＬＥＤメタルハライドランプを用いることが好ましい。さらに、基材押圧部１８は、上記の通り、紫外線透過率の高い材質のものが良く、特に、石英ガラスによるものを用いるのが好ましい。

このように、基材１２に対して、ＵＶを照射するものであるため、基材１２の深くまで含侵されている樹脂溶液を硬化させることができ、そのため、従来の焼成プレスによる方法では難しかった厚みのある基材１２の硬化も可能となる。また、ベルトコンベア１４上を所定速度で搬送させる間に硬化させるものであることから、スピーディーな硬化が可能となり、所定時間における生産能力は、現行の熱成型プレスによる生産よりも１５倍程度の生産性が見込まれる。そして、ＵＶ照射装置２０にＬＥＤメタルハライドランプを用いれば、エネルギー消費量も大幅に抑えることが可能となる。

なお、本実施形態では、ＵＶ照射部１８が、基材１２の同じ箇所に対して、３秒間ＵＶを照射することを条件とするため、例えば、照射に要する距離と硬化に要する距離を合わせて７ｍとすれば、搬送速度最大で、３秒／ｍ照射するため、完全に硬化するまで２１秒となる（基材１２の厚さにより変わる）。つまり、ラインスピードを上げれば、その分だけ、ＵＶの照射距離を延ばすことになるが、生産枚数を上げるためには、ＵＶ照射部１８を増設するだけで済むことになるため、増設費用を抑えることが可能となる。実際は、硬化に要する距離は、上記より短くなるため、完全に硬化するまでの時間はさらに早くなる（５ｍならば、１５秒程度）。

上記の通り、本実施形態における断熱ボード製造装置及び断熱ボードの製造方法によれば、従来の熱成型プレスによる断熱ボードの製造の欠点である熱硬化時間が長いことによる生産能力の低下、また、エネルギー消費量増大による、生産コストの向上を抑えることができる。

さらに、断熱ボード等の耐火性を上げるために、断熱ボードを厚くする場合でも、基材１２の内部までしっかりと硬化させることができる。そして、断熱材に求められる主要な性能である、軽量化、耐火性（不燃性）、加工性、不揮発性が得られ、そして、低価格も実現することが可能となる。

１０ 断熱ボード製造装置
１２ 基材
１４ ベルトコンベア
１６ 基材押圧部
１８ ＵＶ照射部
２０ ＵＶ照射装置
２２ 載置部

Claims (8)

1. 少なくとも、光重合開始剤、熱重合開始剤、そして、モノマー及び／又はオリゴマーを含んだ樹脂溶液を含侵させた無機繊維からなる基材を所定速度で搬送するベルトコンベアと、
   前記ベルトコンベア上方に対面するよう配置され、当該ベルトコンベアに搬送される基材を上方から任意の圧力で押圧可能な透明の強化ガラスからなる基材押圧部と、
   前記基材押圧部に押圧された状態で、前記ベルトコンベアに搬送される基材に対し、前記基材押圧部を通して上方からＵＶを照射するＵＶ照射部と、
   を備え、前記基材が、前記ＵＶ照射部からのＵＶの照射によってＵＶ硬化することにより断熱ボードが製造されることを特徴とする断熱ボード製造装置。
2. 前記ＵＶ照射部は、上下所定範囲で移動可能となっており、且つ、ＵＶ照射装置を載置する複数の載置部を有し、当該複数の載置部のうちから、任意の載置部に前記ＵＶ照射装置を載置することができるよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の断熱ボード製造装置。
3. 前記基材押圧部は、上下所定範囲で移動可能となっており、前記基材の厚さに応じて、当該基材の押圧の調整を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の断熱ボード製造装置。
4. 前記無機繊維は、グラスウール、ロックウール、セラミックブランケット、カーボン繊維のうち、何れか、又は、これらの任意の組み合わせからなるものであることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の断熱ボード製造装置。
5. 少なくとも、光重合開始剤、熱重合開始剤、そして、モノマー及び／又はオリゴマーを含んだ樹脂溶液を含侵させた無機繊維からなる基材を所定速度でベルトコンベアにより搬送し、
   前記ベルトコンベア上方に対面するよう配置された透明の強化ガラスにより前記ベルトコンベアに搬送される基材を上方から任意の圧力で押圧し、
   前記強化ガラスにより押圧された状態で、前記ベルトコンベアに搬送される基材に対し、前記強化ガラスを通して上方からＵＶを照射し、当該基材をＵＶ硬化させることで断熱ボードを製造する断熱ボードの製造方法。
6. 前記基材に対するＵＶの照射は、上下所定範囲で移動可能となっており、且つ、備えられた複数の載置部のうちから、任意の載置部に載置されるＵＶ照射装置によって行われることを特徴とする請求項５記載の断熱ボードの製造方法。
7. 前記強化ガラスは、上下所定範囲で移動可能となっており、前記基材の厚さに応じて、当該基材の押圧を調整することを特徴とする請求項５又は６記載の断熱ボード製造装置。
8. 前記無機繊維は、グラスウール、ロックウール、セラミックブランケット、カーボン繊維のうち、何れか、又は、これらの任意の組み合わせからなるものを用いることを特徴とする請求項５〜７何れか１項記載の断熱ボードの製造方法。

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