JP3910855B2 - 床暖房用断熱材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスチレン系樹脂発泡成形体からなる床暖房用断熱材、特に、住宅などにおいて、床暖房構造を形成すべく、床下地の上に敷き詰め、表面に形成した凹溝内に温水パイプや熱線ヒーターなどの発熱源を収容するようにしたスチレン系樹脂発泡成形体からなる床暖房用断熱材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、住宅などにおいて、板状に成形した合成樹脂発泡体を断熱材として配置することが行われる。温水パイプや熱線ヒーターを発熱源として用いる床暖房構造においても、やはり合成樹脂発泡体が断熱材として用いられる。図３は床暖房構造の一例であり、床下地６１の上に、好ましくは合成樹脂発泡体製の断熱材６２を敷き詰め、さらにその上に、合成樹脂発泡体製の床暖房用断熱材６３を敷き詰める。敷き詰めた断熱材６３の表面には凹溝６４が形成されており、該凹溝６４中に、温水循環用のパイプや熱線ヒーター６５を挿入し、さらにその上にアルミ箔のような均熱材６６などを敷設した後、最上位に適宜の床表面材６７を配置して床暖房構造６０を構築することが行われる（特開平１１−２１１１１９号公報など参照）。
【０００３】
床下地の上に敷き詰め断熱材は、当該住宅が設置される地域、当該住宅が鉄筋コンクリート住宅か木造住宅か、などを考慮して最適のものが選定されるのが望ましい。しかし、実際は合成樹脂発泡体の製造技術や製造コストの兼ね合いから、１０〜１００ｍｍ程度の厚みのスチレン系樹脂発泡成形体が断熱材として用いられることが多い。
【０００４】
一般的に使用されているスチレン系樹脂発泡成形体は、ブタンやペンタン等の有機化合物を発泡剤として含む発泡性スチレン系樹脂粒子を蒸気等により加熱して得た予備発泡粒子を型内発泡成形用型のキャビティ内に充填し、蒸気等で加熱して該予備発泡粒子を型内発泡成形することによって製造される。このような発泡成形体は、発泡剤にブタンやペンタン等を用いているため、経時的に寸法変化を起こすことがあり、寸法変化率を±０．４５％以下とする要望がある。
【０００５】
また、暖房を始めたときに、雰囲気温度が８０℃程度まで上昇することがあり、一般的なスチレン系樹脂発泡成形体では、その寸法変化率が±１．５％程度あるいはそれ以上となる場合があり、その寸法変化に起因して、表面床材に浮き上がりが発生したり、断熱材同士の継ぎ目に隙間が発生することが起こり得る。
【０００６】
一方、ブタンやペンタン等の有機化合物に替えて、発泡剤に炭酸ガスを用いた発泡性スチレン系樹脂粒子が提案されている（特開平４−３５１６４６号公報参照）。これを加熱して得た予備発泡粒子を型内発泡させた成形品は、発泡剤に炭酸ガスを用いていることから残留ガス量は少なく、一時的に８０℃前後の高温環境下にあっても、また長時間であっても寸法変化率を±０．８％程度に抑えることができる。しかし、発熱源を持つ床暖房構造で用いる断熱材として上記課題を解決するためには、８０℃で１８０時間加熱したときの寸法変化率を最大でも±０．４５％以下に抑えることが望まれる。
さらに、最近問題とされているシックハウス（室内空気汚染）に係わるとされる揮発性有機化合物の含有量を低減することも求められている。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、８０℃の温度環境下での寸法安定性に優れていると共に、発泡成形体に含まれる揮発性有機化合物の含有量を合計で１０００ｐｐｍ以下となる、環境にも優しいスチレン系樹脂発泡成形体からなる床暖房用断熱材を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手殿】
本発明によるスチレン系樹脂発泡成形体からなる床暖房用断熱材は、スチレン系樹脂粒子に炭酸ガスを含浸させて得たスチレン系樹脂予備発泡粒子を型内発泡成形して得た床暖房用断熱材であって、表面には発熱源を収容するための凹溝が形成されており、かつ、８０℃で１８０時間加熱したとき、その加熱前と加熱後における寸法変化率が±０．４５％以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明において、「８０℃で１８０時間加熱」なる環境において、寸法変化率が±０．４５％以下の条件を満足するものは、発熱源を備えた床暖房構造において用いる断熱材において生じていた上述したような問題を有効に解決することができる。
【００１０】
上記の範囲の寸法変化率を持つスチレン系樹脂発泡成形体（すなわち、床暖房用断熱材）は、以下のようにして製造されるスチレン系樹脂予備発泡粒子を型内発泡することにより得ることができる。すなわち、最初に、スチレン系樹脂粒子に炭酸ガスを含浸させて発泡性スチレン系樹脂粒子とし、次工程で蒸気投入ラインと排気ラインを備えた予備発泡機内に前記発泡性スチレン系樹脂粒子を投入し、蒸気投入ラインから蒸気を０．５〜５．０ｋｇ／ｃｍ2Ｇの投入圧力で供給すると共に、排気ラインから蒸気を含む雰囲気ガスを排気し、かつその間、発泡機内圧力を蒸気の投入圧力より０．０５〜１．０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ低く維持しながら予備発泡させて得られるスチレン系樹脂予備発泡粒子である。
【００１１】
上記の発泡性スチレン系樹脂粒子（以下、「発泡性粒子」という）を構成するスチレン系樹脂粒子（以下、「樹脂粒子」という）としては、一般に知られているスチレン系樹脂の粒状物を使用することができる。具体的には、このような樹脂粒子としては、スチレン、α−メチルスチレン、パラメチルスチレン、ｔ−ブチルスチレン、クロルスチレン、ジビニルベンゼン（２官能性単量体）などのスチレン系単量体の単独重合粒子又はこれら単量体を２種以上組み合わせた共重合体粒子、メチルアクリレート、ブチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、セチルメタクリレートなどのアクリル酸及びメタクリル酸のエステル、あるいはアクリロニトリル、ジメチルフマレート、エチルフマレート、アルキレングリコールジメタクリレート（２官能性単量体）などのスチレン系単量体以外の単量体との共重合体粒子などが挙げられる。更に、これらスチレン系樹脂粒子中のスチレン成分が５０重量％を超える範囲内でスチレン系樹脂以外の樹脂と押し出しブレンドして得られた樹脂粒子であってもよい。スチレン系樹脂以外の樹脂としては、ポリフェニルエーテル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ゴム成分などが挙げられる。特にスチレン系樹脂粒子としてはポリスチレン樹脂粒子が好ましい。樹脂粒子の粒径は、適宜選択でき、例えば、０．２〜５ｍｍの粒径のものを使用することができる。
【００１２】
更に、最近特に問題となっているシックハウス（室内空気汚染）は揮発性有機化合物が係わっているとされているため、その含有量をできるだけ小さくすることが望まれている。この観点から、樹脂粒子は、残留スチレン系単量体の量ができるだけ少ないことが好ましく、樹脂粒子中に含まれるスチレン系単量体の量は０〜５００ｐｐｍであることが好ましい。このような樹脂粒子を用いることにより、発泡成形体に含まれる揮発性有機化合物の量を１０００ｐｐｍ以下とすることがしたものを得ることが可能となる。
【００１３】
樹脂粒子中の残留スチレン系単量体を低減するには、例えば懸濁重合においては、スチレン系単量体に対して０．０５重量％以上の高温開始型の重合触媒を用い、最終の重合温度を１１５℃以上とするのが好ましい。高温開始型の重合触媒としては、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ｔ−ブチルパーオキシピバレート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、２、２−ｔ−ブチルパーオキシブタンなどの半減期１０時間を得るための温度が１００〜１１５℃のものが特に好ましい。ただし、これらを必要以上に用いるとｔ−ブタノールなど分解副生成物を含有することになるため、重合触媒の種類によって異なるが、使用量の上限は、０．５重量％であることが好ましい。
樹脂粒子の分子量は、ＧＰＣ法による重量平均分子量で２０万〜４０万であるのが好ましい。２０万を下回ると、発泡成形体の強度が低下する場合があり、４０万を上回ると、十分な発泡性を得ることが難しいので好ましくない。
【００１４】
上記の樹脂粒子に発泡剤としての炭酸ガスを含浸させて発泡性粒子を得る。発泡剤としての炭酸ガスは、炭酸ガス１００％でもよいが、本発明の効果を阻害しない範囲で、他の発泡剤を加えてもよい。他の発泡剤としては、空気、窒素などの無機発泡剤、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサンなどの脂環族炭化水素、フッ化炭化水素などの有機発泡剤を混合することもできる。フッ化炭化水素としては、オゾン破壊係数がゼロであるジフルオロエタン、テトラフルオロエタンなどを使用することが好ましい。ここで、有機発泡剤は、発泡剤の全体量の２０重量％を超えない範囲で使用することが好ましい。発泡性粒子中の炭酸ガスの含有割合は、１〜１５重量％が好ましい。
【００１５】
樹脂粒子中に炭酸ガスを含浸させるには、例えば、耐圧密閉容器に樹脂粒子を入れた後、炭酸ガスを圧入して、樹脂粒子を加圧された炭酸ガスと接触させることによって行うことができる。含浸温度は、樹脂粒子どうしが互いに合着して団塊化しない温度まで高くしてもよいが、通常０〜４０℃である。樹脂粒子に炭酸ガスを含浸させるときの圧力は、１０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以上であることが好ましく、より好ましくは１５〜４０ｋｇ／ｃｍ2Ｇである。含浸時間は、樹脂粒子が前記の炭酸ガス含有量となるように適宜調整することができ、１〜２０時間が好ましく、２〜８時間がより好ましい。
【００１６】
樹脂粒子に炭酸ガスを含浸させるに際し、樹脂粒子の表面には各種の表面処理剤を塗布しておくことが好ましい。そのような表面処理剤としては、例えば加熱発泡時の予備発泡粒子の結合を防止する結合防止剤、成形時の融着促進剤、帯電防止剤、展着剤などが挙げられる。
【００１７】
結合防止剤としては、例えばタルク、炭酸カルシウム、シリカ、ステアリン酸亜鉛、水酸化アルミニウム、エチレンビスステアリン酸アミド、第三リン酸カルシウム、ジメチルシリコンなどが挙げられる。
【００１８】
融着促進剤としては、例えばステアリン酸、ステアリン酸トリグリセリド、ヒドロキシステアリン酸トリグリセリド、ステアリン酸ソルビタンエステル、ポリエチレンワックスなどが挙げられる。
【００１９】
帯電防止剤としては、例えばポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ステアリン酸モノグリセリドなどが挙げられる。展着剤としては、ポリブテン、ポリエチレングリコール、シリコンオイルなどが挙げられる。
【００２０】
また、他の添加剤として、樹脂粒子中には所望によりヘキサブロモシクロドデカン、テトラブロモシクロオクタンなどの難燃剤、メタクリル酸エステル系共重合ポリマー、エチレンビスステアリン酸アミド、ポリエチレンワックス、エチレン−酢酸ビニル共重合体などの気泡調整剤などを予め含有させておいてもよい。上記結合防止剤、成形時の融着促進剤、帯電防止剤、展着剤及び他の添加剤は、単独もしくは２種以上を混合して用いることができる。
【００２１】
また、上記した樹脂粒子には、難燃剤を含有していることが好ましい。難燃剤を含有した樹脂粒子を得る方法としては、例えば、樹脂粒子と水との懸濁液中、水中に溶解又は懸濁した難燃剤の融点以上の温度雰囲気下で樹脂粒子中に難燃剤を含有させる方法、あるいは押し出しブレンドにより樹脂粒子中に難燃剤を含有させる方法等が挙げられる。この時に使用できる難燃剤としては、ヘキサブロモシクロドデカン、テトラブロモシクロオクタンなどが挙げられる。難燃剤含有量としては樹脂粒子全体に対して０．１〜４重量％であることが好ましく、０．５〜３．０重量％であるのが特に好ましい。難燃剤含有量が０．１重量％を下回ると、充分な難燃効果を得ることが困難となるので好ましくない。また、難燃剤含有量が４重量％を上回ると予備発泡粒子同士が合着する傾向が強くなるので好ましくない。
【００２２】
予備発泡粒子は、以下のようにして製造される。上記したように、スチレン系樹脂粒子に炭酸ガスを含浸させて発泡性スチレン系樹脂粒子とし、次工程で、蒸気投入ラインと排気ラインを備えた予備発泡機内に、前記発泡性スチレン系樹脂粒子を投入し、蒸気投入ラインから蒸気を０．５〜５．０ｋｇ／ｃｍ2Ｇの投入圧力で供給すると共に、排気ラインから蒸気を含む雰囲気ガスを排気し、かつその間、発泡機内圧力を蒸気の投入圧力より０．０５〜１．０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ低く維持しながら予備発泡させてスチレン系樹脂予備発泡粒子を得る方法である。この方法において、炭酸ガスを含浸させる工程に次いで、直ちに予備発泡を行うことが好ましい。
【００２３】
この方法、すなわち本発明によるスチレン系樹脂予備発泡粒子を製造するのに使用できる予備発泡機の一例を図１により説明する。図中、１は予備発泡機、２は撹拌モーター、３は撹拌翼、４は邪魔棒、５は発泡槽上面検出器、６は発泡性粒子輸送器、７は発泡性粒子計量槽、８は発泡性粒子投入器、９は蒸気吹込制御弁、１０は蒸気チャンバー、１１は凝縮水排出弁、１２は排気制御弁、１３は予備発泡粒子排出口、１４は予備発泡粒子一時受器、１５は空気輸送設備、１６は内圧検出・制御装置、１７は蒸気吹込孔、１８は蒸気投入圧力計、１９は減圧弁、２０は蒸気元圧力計を意味する。
【００２４】
詳細には、一定量の蒸気が常に予備発泡機１内に供給されるように、排気制御弁１２などで予備発泡機１内の圧力（内圧検出・制御装置１６で圧力検出）が常に供給圧力を下回るように制御を行う。例えば、蒸気の投入圧力を１．２ｋｇ／ｃｍ2Ｇ（蒸気投入圧力計１８で検出）、予備発泡機内の圧力を０．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇに設定した場合、予備発泡機１内の圧力を内圧検出・制御装置１６にて検出し、制御信号が排気制御弁１２へ送られ、排気ラインから０．４ｋｇ／ｃｍ2Ｇ圧分の圧力を抜きながら圧力の制御を行うこととなる。このように、予備発泡機１内圧力と排気制御弁１２とをリンクさせて制御することにより、予備発泡機１内圧力の調整することができる。投入圧力と予備発泡機内圧力との差が、０．０５ｋｇ／ｃｍ2Ｇ未満であると低密度の予備発泡粒子が得られ難いばかりか、発泡成形体の外観、内部融着が悪く、非常に商品価値の低いものになってしまう。また、１．０ｋｇ／ｃｍ2Ｇを超えると予備発泡時の結合が増加するばかりか、表面光沢度が低く、発泡体表面の凹凸も大きくなり好ましくない。より好ましい圧力差は、０．２〜０．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇである。
【００２５】
予備発泡粒子の粒径は、０．３〜１０ｍｍ程度が好ましく、また、予備発泡粒子の嵩密度は、０．０１５〜０．５ｇ／ｃｍ3Ｇ程度が好ましい。そして、予備発泡機内の発泡性樹脂粒子は、通常１１０〜１６０℃程度に加熱されることが好ましく、より好ましい加熱温度は１１０〜１３０℃である。加熱温度が１１０℃を下回ると、嵩密度０．５ｇ／ｃｍ3以下の予備発泡粒子は得られ難いので好ましくない。また、加熱温度が１６０℃を上回ると予備発泡粒子同士が合着する傾向が強くなるので好ましくない。
【００２６】
上記の予備発泡粒子を発泡成形することで得られるスチレン系樹脂発泡成形体（すなわち、本発明における床暖房用断熱材）は、高温環境下でも長期にわたる寸法安定性に優れている。実施例にも記載したとおり、８０℃で１８０時間加熱したときの寸法安定性（加熱前と加熱後の寸法変化率）を±０．４５％以下にすることができる。また、揮発性有機化合物の含有量を１０００ｐｐｍ以下のものとすることができ、本発明による発泡成形体はシックハウス対策としても有望である。
【００２７】
発泡成形法としては、特に限定されず、公知の方法をいずれも使用することができる。例えば、予備発泡粒子を成形用型内に充填し、蒸気により加熱する。蒸気との接触によって予備発泡粒子が加熱されると、予備発泡粒子は膨張するが、成形用型によって発泡できる空間が限定されているので、互いに密着すると共に融着一体化して所望の発泡成形体を得ることができる。発泡成形体（すなわち、本発明における床暖房用断熱材）の密度は、０．０１５〜０．５ｇ／ｃｍ3程度が好ましく、特に、０．０２〜０．２ｇ／ｃｍ3程度が好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明によるスチレン系樹脂発泡成形体からなる床暖房用断熱材は、表面に温水パイプな熱線ヒーターのような発熱源を収容するための凹溝が形成されていることを条件に、全体の形状に特に制限はない。また、前記凹溝の形状も任意である。図２はそのいくつかの例を示しており、図２ａの床暖房用断熱材５０ａは、表面に２条の曲線状の凹溝５１、５１が形成されており、図２ｂの床暖房用断熱材５０ｂは、表面に２条の直線状の凹溝５２、５２が形成されている。床暖房用断熱材５０ａと床暖房用断熱材５０ｂは、図２ｃに示すように、他の形状の床暖房用断熱材５０ｃ，５０ｄ等と共に、各凹溝５１と５２とが連続するようにして、コンクリートあるいは捨て張り合板（不図示）の上に所要枚数が敷き詰められ、敷き詰めた床暖房用断熱材５０ａ〜５０ｄの表面に形成した凹溝５１、５２中に、温水循環用のパイプや熱線ヒーター等の発熱源（不図示）を挿入し、さらにその上にアルミ箔のような均熱材（不図示）などを敷設した後、最上位に適宜の床表面材（不図示）を配置して床暖房構造が構築される。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例に基づき更に詳しく説明するが、本発明はこれらにより限定されることはない。なお、以下に示す実施例において、寸法変化率、揮発性有機化合物の含有量、及び難燃剤含有率の評価は以下のようにして行った。
【００３０】
＜寸法変化率＞
発泡成形用型から取り出した発泡成形体（実際には、図２に示す形状の長さａ：１０００ｍｍ，幅ｂ：３０３ｍｍ，厚さｃ：２０ｍｍである床暖房用断熱材５０ｂ）を、温度２３℃、相対湿度５０％の恒温恒湿室（ＪＩＳ−Ｋ７１００の標準温湿度状態）に２４時間放置した後、ＪＩＳ−Ｋ６７６７に従う試験サンプルとした。
【００３１】
この試験サンプルを８０℃に保った熱風循環式乾燥機の中に水平に置き、１８０時間加熱した後に取り出し、再び恒温恒湿室に１時間放置した。加熱試験前後における寸法測定はＪＩＳ−Ｋ６７６７に準拠して実施し、寸法変化率Ｐは試験サンプルの長さ寸法ａの変化率で測定した。
寸法変化率Ｐ（％）＝（ａ２−ａ１）×１００／ａ１
（ただし、ａ１は、型内成形後に２３℃、相対湿度５０％で２４時間放置された試験サンプルの長さ方向の寸法、ａ２は該試験サンプルを８０℃で１８０時間加熱した後の試験サンプルの長さ方向の寸法である）。
【００３２】
＜揮発性有機化合物の含有量＞
試験サンプルを５０℃の恒温室で７日間乾燥させた後、以下に示す三種類の測定法によって得られた値を合計して求めた。
ａ．（炭素数５以下の炭化水素の測定）
乾燥後の試験サンプルを１５０℃の熱分解炉に入れ、揮発した炭化水素をガスクロマトグラフィーにて測定した。
【００３３】
ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）：島津製作所社製 ＧＣ−１４Ｂ
熱分解炉：島津製作所社製 ＰＹＲ−１Ａ
カラム：ポラパックＱ ８０／１００（３ｍｍφ×１．５ｍ）
カラム温度：１００℃
検出器（ＦＩＤ）温度：１２０℃
【００３４】
ｂ．（炭素数６以上の炭化水素であって、ガスクロマトグラムに現われるスチレンのピークまでの炭化水素の測定）
乾燥後の試験サンプルをジメチルホルムアミドに溶解し、内部標準液（シクロペンタノール）を加えてＧＣにより測定した。ただし、特定できないピークについてはトルエンの検出量に換算して定量した。
ＧＣ：島津製作所社製 ＧＣ−１４Ａ
カラム：ＰＥＧ−２０Ｍ ＰＴ２５％ ６０／８０（２．５ｍ）
カラム温度：１０５℃
検出器（ＦＩＤ）温度：２２０℃
【００３５】
ｃ．（ガスクロマトグラムに現われるスチレンの次のピークから炭素数１６（ｎ−ヘキサデカン）までの炭化水素の測定）
乾燥後の試験サンプルをクロロホルムに溶解し、ガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣＭＳ）にて測定した。ただし、試験サンプルを溶解しない溶剤のみの空試験を行い、空試験の検出物質量を差し引いた。更に、特定できないピークについてはトルエンの検出量に換算して定量した。
ＧＣＭＳ：島津製作所社製 ＱＰ５０００
カラム：Ｊ＆Ｗ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製 ＤＢ−１（１μｍ×６０ｍ ０．２５ｍｍφ）
測定条件：カラム温度（６０℃で１分保持した後、１０℃／分で３００℃まで昇温）
スプリット比：１０
キャリヤガス：Ｈｅ（１ｍｌ／ｍｉｎ）
インターフェイス温度：２６０℃
【００３６】
＜難燃剤の含有量＞
難燃剤含有後の樹脂粒子約３０ｇをテフロンシートではさみ、２００℃で熱プレスする。その後、得られたプレス試料を５ｃｍ角に切断し、その比重を測定した後に３０ｍｍホルダーにセットし、ＦＰ（ファンダメンタルパラメーター）薄膜法にて測定されるＸ線強度から元素量を換算し、得られた値から次式より難燃剤含有量を算出した。
【００３７】
例えば、臭素元素を含有する難燃剤の場合、
難燃剤含有量（重量％）＝臭素元素量測定値×（難燃剤全体の分子量／全体中の臭素元素量）
装置：リガク社製 蛍光Ｘ線 ＲＩＸ−２１００
Ｘ線管：縦形Ｒｈ／Ｃｒ管
ｋＶ−ｍＡ：５０−６０
ターゲット：Ｒｈ
分光結晶：ＬｉＦ
検出器：ＳＣ
分析径：３０ｍｍΦ（２５ｍｍΦ）
【００３８】
〔実施例１〕
１００リットルの反応器に、純水４０ｋｇ、ドデシルベンゼンスルホン酸ソーダ２．１ｇ、ピロリン酸マグネシウム６５ｇを入れ水性媒体とした。次にベンゾイルパーオキサイド（純度７５％）１５５ｇ、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート３３ｇ及びポリエチレンワックス（分子量１０００）２２ｇを溶解したスチレン４４ｋｇを撹拌しながら加えて懸濁させ、９０℃に昇温して重合を開始した。比重法で測定した重合転化率が９５重量％まで進行した時点で、反応器を１２５℃に昇温して２．５時間保持した後、常温まで冷却して、スチレン樹脂粒子［Ａ］を取り出した。ここで得られたスチレン樹脂粒子中の残留スチレンをガスクロマトグラフで測定したところ、４１１ｐｐｍであり、また、ＧＰＣ法で測定した重量平均分子量は２４６０００であった。
【００３９】
スチレン樹脂粒子［Ａ］のうち、粒径０．７〜１．０ｍｍのもの１５ｋｇを、内容量が３０リットルの回転式耐圧容器に入れた後、展着剤としてポリエチレングリコール３００を７．５ｇ、グリセリンモノステアリン酸エステルを７．５ｇ、結合防止剤として炭酸カルシウム３０ｇを添加して容器を回転させ、樹脂粒子の表面に付着させた。次いで回転を停止してから容器内に炭酸ガスを圧入して、２５℃、３０ｋｇ／ｃｍ2Ｇに６時間保って樹脂粒子内に炭酸ガスを含浸させ、発泡性スチレン樹脂粒子を得た。
【００４０】
こうして得られた発泡性スチレン樹脂粒子を耐圧容器から取り出し、次工程で攪拌機付き発泡機内に投入した後、投入圧力が１．２ｋｇ／ｃｍ2Ｇの蒸気を発泡機缶内に導入した。この時の発泡機内の圧力は０．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇになるように、排気制御弁の開度を電気信号でコントロールしながら、排気ラインを使って余分な圧力を外部に逃がした（投入圧力と発泡機内圧力との差は０．４ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）。このように、蒸気を発泡機内に連続して導入しながら予備発泡させてスチレン樹脂予備発泡粒子とした。この予備発泡粒子の粒径は２．３〜４．０ｍｍであった。
【００４１】
予備発泡してから６時間後、型締め後のキャビティ形状が、図２ｂで示す床暖房用断熱材の形状に設計された発泡成形用型内に、予備発泡粒子を充填し蒸気で加熱して図２ｂに示す形状の発泡成形体（床暖房用断熱材）を得た。密度は０．０２０ｇ／ｃｍ3であった。得られた発泡成形体について、上記の評価方法により寸法変化率及び揮発性有機化合物の含有量を評価した。得られた結果を表１に示す。
【００４２】
〔実施例２〕
発泡性スチレン樹脂粒子を耐圧容器から取り出して直ちに、投入圧力が１．０ｋｇ／ｃｍ2Ｇの蒸気を発泡機内に導入し、発泡機内の圧力が０．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇになるように（投入圧力と発泡機内圧力との差は０．２ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）調整したこと以外は実施例１と同様にして予備発泡粒子及び発泡成形体を得た。得られた発泡成形体の寸法変化率及び揮発性有機化合物の含有量の評価を表１に示す。なお、予備発泡粒子の粒径は２．３〜４．０ｍｍで、発泡成形体の密度は０．０２５ｇ／ｃｍ3であった。
【００４３】
〔実施例３〕
スチレン系樹脂粒子［Ａ］のうち、粒径０．５〜０．７ｍｍのもの１１ｋｇを１０リットルの反応器に、純水４０ｋｇ、ドデシルベンゼンスルホン酸ソーダ８ｇ、ピロリン酸マグネシウム１２０ｇ入れ水性媒体とした。ヘキサブロモシクロドデカンを４４０ｇ投入した後、ジクミルパーオキサイドを９０ｇ、ベンゾイルパーオキサイド（純度７５％）１６０ｇ、ｔ−ブチルクミルパーオキシベンゾエート２０ｇを溶解したスチレン３３ｋｇを撹拌しながら加えて懸濁させ、９０℃に昇温して重合を開始した。比重法で測定した重合転化率が９５重量％まで重合が進行した時点で、反応器を１２０℃に昇温して２時間保持した後、常温まで冷却して、難燃剤含有スチレン樹脂粒子［Ｂ］を取り出した。次いで、得られたスチレン樹脂粒子［Ｂ］のうち、粒径０．７〜１．０ｍｍのもの１５ｋｇを含浸させたこと以外は実施例１と同様にして予備発泡粒子及び発泡成形体を得た。スチレン樹脂粒子中の残留スチレン単量体の量をガスクロマトグラフで測定したところ、４８０ｐｐｍであった。また、ＦＰ薄膜法にて難燃剤含有量を測定したところ０．７重量％であった。一方、予備発泡粒子の粒径は２．３〜４．０ｍｍで、発泡成形体の密度は０．０２０ｇ／ｃｍ3であった。得られた発泡成形体の寸法変化率及び揮発性有機化合物の含有量の評価を表１に示す。
【００４４】
〔比較例１〕
発泡性スチレン樹脂粒子［Ａ］を耐圧容器から取り出して直ちに、投入圧力が２．０ｋｇ／ｃｍ2Ｇの蒸気を発泡機内に導入し、発泡機内の圧力は０．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇになるように（投入圧力と発泡機内圧力との差は１．２ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）調整したこと以外は実施例１と同様にして予備発泡粒子及び発泡成形体を得た。得られた発泡成形体の寸法変化率及び揮発性有機化合物の含有量の評価を表１に示す。なお、予備発泡粒子の粒径は２．２〜３．８ｍｍで、発泡成形体の密度は０．０２５ｇ／ｃｍ3であった。
【００４５】
〔比較例２〕
発泡性スチレン樹脂粒子［Ａ］を耐圧容器から取り出して直ちに、投入圧力が０．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇの蒸気を発泡機内に導入し、発泡機内の圧力は０．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇになるように（投入圧力と発泡機内圧力との差は０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）調整したこと以外は実施例１と同様にして予備発泡粒子及び発泡成形体を得た。得られた発泡成形体の寸法変化率及び揮発性有機化合物の含有量の評価結果を表１に示す。なお、得られた予備発泡粒子の粒径は１．５〜２．１ｍｍで、発泡成形体の密度は０．５００ｇ／ｃｍ3であった。
【００４６】
〔比較例３〕
内容積５リットルの攪拌機付き耐圧容器に、実施例１で得られたスチレン樹脂粒子［Ａ］のうち、粒径０．７〜１．０ｍｍのもの２．０ｋｇ、イオン交換水２．２リットル、第三りん酸カルシウム６．０ｇ、及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．２ｇを入れて攪拌を開始した。次に９０℃に昇温した後、ブタン１４０ｇを圧入して５時間保持した。次いで、３０℃まで冷却し、発泡性スチレン樹脂粒子を得た。取り出した粒子を乾燥後、１５℃の恒温室で５日間熟成させた。そして、予備発泡時の結合防止剤としてジンクステアレート、融着促進剤としてヒドロキシステアリン酸トリグリセライドを粒子表面に被膜処理した後、攪拌機付き発泡機内に投入した後、投入圧力が０．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇの蒸気を発泡機内に導入した。この時の発泡機内の圧力は０．４ｋｇ／ｃｍ2Ｇになるように、排気制御弁の開度を電気信号でコントロールしながら、排気ラインを使って余分な圧力を外部に逃がした（投入圧力と発泡機内圧力との差は０．４ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）。このように、蒸気を発泡機内に連続して導入しながら予備発泡させてブタン含有のスチレン樹脂予備発泡粒子とした。この予備発泡粒子の粒径は２．２〜３．８ｍｍであった。
【００４７】
予備発泡してから６時間後、実施例１で用いたと同じ成形用型を使用して発泡成形し、密度０．０２０ｇ／ｃｍ3である実施例１と同じ形状の発泡成形体を得た。得られた発泡成形体の寸法変化率及び揮発性有機化合物の含有量の評価結果を表１に示す。
【００４８】
〔比較例４〕
投入圧力が１．０ｋｇ／ｃｍ2Ｇの蒸気を発泡機内に導入し、発泡機内の圧力が０．４ｋｇ／ｃｍ2Ｇになるように（投入圧力と発泡機内圧力との差は０．２ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）調整したこと以外は比較例１と同様にしてブタン含有の予備発泡粒子をえ、実施例１と同様にして発泡成形体を得た。得られた発泡成形体の寸法変化率及び揮発性有機化合物の含有量の評価結果を表１に示す。なお、得られた予備発泡粒子の粒径は１．５〜２．１ｍｍで、発泡成形体の密度は０．０２５ｇ／ｃｍ3であった。
【００４９】
【表１】
【００５０】
以上の結果から、スチレン系樹脂粒子に炭酸ガスを含浸させて得たスチレン系樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形品において、スチレン系樹脂予備発泡粒子として、炭酸ガスを有する発泡性スチレン系樹脂粒子を投入圧力と発泡機内圧力との差を調整して予備発泡粒子としたものを用いて発泡成形することにより、高温環境下においても長期にわたって寸法安定性が優れたスチレン系樹脂成形体が得られることがわかる。また、揮発性有機化合物の含有量も極めて少なくすることができる。特に、８０℃で１８０時間加熱したときの、その加熱前と加熱後における寸法変化率Ｐは、−０．４５％以下であり、上記発泡成形品は、高温環境下での高い寸法安定性が要求される床暖房用断熱材としてきわめて有効である。
【００５１】
【発明の効果】
本発明による床暖房用断熱材は、高温環境下において寸法が非常に安定している。そのために、この床暖房用断熱材を用いることにより、その寸法変化に起因して、表面床材に浮き上がりが発生したり、断熱材同士の継ぎ目に隙間が発生すのを効果的に阻止することができる。また、環境にも優しい床暖房用断熱材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用できるチレン系樹脂予備発泡粒子を製造するのに用いられる予備発泡機の概略説明図である。
【図２】本発明による床暖房用断熱材のいくつかの形態を示す図。
【図３】床暖房構造の一例を説明する図。
【符号の説明】
２ 撹拌モーター
３ 撹拌翼
４ 邪魔棒
５ 発泡槽上面検出器
６ 発泡性粒子輸送器
７ 発泡性粒子計量槽
８ 発泡性粒子投入器
９ 蒸気吹込制御弁
１０ 蒸気チャンバー
１１ 凝縮水排出弁
１２ 排気制御弁
１３ 予備発泡粒子排出口
１４ 予備発泡粒子一時受器
１５ 空気輸送設備
１６ 内圧検出・制御装置
１７ 蒸気吹込孔
１８ 蒸気投入圧力計
１９ 減圧弁
２０ 蒸気元圧力計
５０ 床暖房用断熱材
【発明の属する技術分野】
本発明はスチレン系樹脂発泡成形体からなる床暖房用断熱材、特に、住宅などにおいて、床暖房構造を形成すべく、床下地の上に敷き詰め、表面に形成した凹溝内に温水パイプや熱線ヒーターなどの発熱源を収容するようにしたスチレン系樹脂発泡成形体からなる床暖房用断熱材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、住宅などにおいて、板状に成形した合成樹脂発泡体を断熱材として配置することが行われる。温水パイプや熱線ヒーターを発熱源として用いる床暖房構造においても、やはり合成樹脂発泡体が断熱材として用いられる。図３は床暖房構造の一例であり、床下地６１の上に、好ましくは合成樹脂発泡体製の断熱材６２を敷き詰め、さらにその上に、合成樹脂発泡体製の床暖房用断熱材６３を敷き詰める。敷き詰めた断熱材６３の表面には凹溝６４が形成されており、該凹溝６４中に、温水循環用のパイプや熱線ヒーター６５を挿入し、さらにその上にアルミ箔のような均熱材６６などを敷設した後、最上位に適宜の床表面材６７を配置して床暖房構造６０を構築することが行われる（特開平１１−２１１１１９号公報など参照）。
【０００３】
床下地の上に敷き詰め断熱材は、当該住宅が設置される地域、当該住宅が鉄筋コンクリート住宅か木造住宅か、などを考慮して最適のものが選定されるのが望ましい。しかし、実際は合成樹脂発泡体の製造技術や製造コストの兼ね合いから、１０〜１００ｍｍ程度の厚みのスチレン系樹脂発泡成形体が断熱材として用いられることが多い。
【０００４】
一般的に使用されているスチレン系樹脂発泡成形体は、ブタンやペンタン等の有機化合物を発泡剤として含む発泡性スチレン系樹脂粒子を蒸気等により加熱して得た予備発泡粒子を型内発泡成形用型のキャビティ内に充填し、蒸気等で加熱して該予備発泡粒子を型内発泡成形することによって製造される。このような発泡成形体は、発泡剤にブタンやペンタン等を用いているため、経時的に寸法変化を起こすことがあり、寸法変化率を±０．４５％以下とする要望がある。
【０００５】
また、暖房を始めたときに、雰囲気温度が８０℃程度まで上昇することがあり、一般的なスチレン系樹脂発泡成形体では、その寸法変化率が±１．５％程度あるいはそれ以上となる場合があり、その寸法変化に起因して、表面床材に浮き上がりが発生したり、断熱材同士の継ぎ目に隙間が発生することが起こり得る。
【０００６】
一方、ブタンやペンタン等の有機化合物に替えて、発泡剤に炭酸ガスを用いた発泡性スチレン系樹脂粒子が提案されている（特開平４−３５１６４６号公報参照）。これを加熱して得た予備発泡粒子を型内発泡させた成形品は、発泡剤に炭酸ガスを用いていることから残留ガス量は少なく、一時的に８０℃前後の高温環境下にあっても、また長時間であっても寸法変化率を±０．８％程度に抑えることができる。しかし、発熱源を持つ床暖房構造で用いる断熱材として上記課題を解決するためには、８０℃で１８０時間加熱したときの寸法変化率を最大でも±０．４５％以下に抑えることが望まれる。
さらに、最近問題とされているシックハウス（室内空気汚染）に係わるとされる揮発性有機化合物の含有量を低減することも求められている。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、８０℃の温度環境下での寸法安定性に優れていると共に、発泡成形体に含まれる揮発性有機化合物の含有量を合計で１０００ｐｐｍ以下となる、環境にも優しいスチレン系樹脂発泡成形体からなる床暖房用断熱材を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手殿】
本発明によるスチレン系樹脂発泡成形体からなる床暖房用断熱材は、スチレン系樹脂粒子に炭酸ガスを含浸させて得たスチレン系樹脂予備発泡粒子を型内発泡成形して得た床暖房用断熱材であって、表面には発熱源を収容するための凹溝が形成されており、かつ、８０℃で１８０時間加熱したとき、その加熱前と加熱後における寸法変化率が±０．４５％以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明において、「８０℃で１８０時間加熱」なる環境において、寸法変化率が±０．４５％以下の条件を満足するものは、発熱源を備えた床暖房構造において用いる断熱材において生じていた上述したような問題を有効に解決することができる。
【００１０】
上記の範囲の寸法変化率を持つスチレン系樹脂発泡成形体（すなわち、床暖房用断熱材）は、以下のようにして製造されるスチレン系樹脂予備発泡粒子を型内発泡することにより得ることができる。すなわち、最初に、スチレン系樹脂粒子に炭酸ガスを含浸させて発泡性スチレン系樹脂粒子とし、次工程で蒸気投入ラインと排気ラインを備えた予備発泡機内に前記発泡性スチレン系樹脂粒子を投入し、蒸気投入ラインから蒸気を０．５〜５．０ｋｇ／ｃｍ2Ｇの投入圧力で供給すると共に、排気ラインから蒸気を含む雰囲気ガスを排気し、かつその間、発泡機内圧力を蒸気の投入圧力より０．０５〜１．０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ低く維持しながら予備発泡させて得られるスチレン系樹脂予備発泡粒子である。
【００１１】
上記の発泡性スチレン系樹脂粒子（以下、「発泡性粒子」という）を構成するスチレン系樹脂粒子（以下、「樹脂粒子」という）としては、一般に知られているスチレン系樹脂の粒状物を使用することができる。具体的には、このような樹脂粒子としては、スチレン、α−メチルスチレン、パラメチルスチレン、ｔ−ブチルスチレン、クロルスチレン、ジビニルベンゼン（２官能性単量体）などのスチレン系単量体の単独重合粒子又はこれら単量体を２種以上組み合わせた共重合体粒子、メチルアクリレート、ブチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、セチルメタクリレートなどのアクリル酸及びメタクリル酸のエステル、あるいはアクリロニトリル、ジメチルフマレート、エチルフマレート、アルキレングリコールジメタクリレート（２官能性単量体）などのスチレン系単量体以外の単量体との共重合体粒子などが挙げられる。更に、これらスチレン系樹脂粒子中のスチレン成分が５０重量％を超える範囲内でスチレン系樹脂以外の樹脂と押し出しブレンドして得られた樹脂粒子であってもよい。スチレン系樹脂以外の樹脂としては、ポリフェニルエーテル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ゴム成分などが挙げられる。特にスチレン系樹脂粒子としてはポリスチレン樹脂粒子が好ましい。樹脂粒子の粒径は、適宜選択でき、例えば、０．２〜５ｍｍの粒径のものを使用することができる。
【００１２】
更に、最近特に問題となっているシックハウス（室内空気汚染）は揮発性有機化合物が係わっているとされているため、その含有量をできるだけ小さくすることが望まれている。この観点から、樹脂粒子は、残留スチレン系単量体の量ができるだけ少ないことが好ましく、樹脂粒子中に含まれるスチレン系単量体の量は０〜５００ｐｐｍであることが好ましい。このような樹脂粒子を用いることにより、発泡成形体に含まれる揮発性有機化合物の量を１０００ｐｐｍ以下とすることがしたものを得ることが可能となる。
【００１３】
樹脂粒子中の残留スチレン系単量体を低減するには、例えば懸濁重合においては、スチレン系単量体に対して０．０５重量％以上の高温開始型の重合触媒を用い、最終の重合温度を１１５℃以上とするのが好ましい。高温開始型の重合触媒としては、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ｔ−ブチルパーオキシピバレート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、２、２−ｔ−ブチルパーオキシブタンなどの半減期１０時間を得るための温度が１００〜１１５℃のものが特に好ましい。ただし、これらを必要以上に用いるとｔ−ブタノールなど分解副生成物を含有することになるため、重合触媒の種類によって異なるが、使用量の上限は、０．５重量％であることが好ましい。
樹脂粒子の分子量は、ＧＰＣ法による重量平均分子量で２０万〜４０万であるのが好ましい。２０万を下回ると、発泡成形体の強度が低下する場合があり、４０万を上回ると、十分な発泡性を得ることが難しいので好ましくない。
【００１４】
上記の樹脂粒子に発泡剤としての炭酸ガスを含浸させて発泡性粒子を得る。発泡剤としての炭酸ガスは、炭酸ガス１００％でもよいが、本発明の効果を阻害しない範囲で、他の発泡剤を加えてもよい。他の発泡剤としては、空気、窒素などの無機発泡剤、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサンなどの脂環族炭化水素、フッ化炭化水素などの有機発泡剤を混合することもできる。フッ化炭化水素としては、オゾン破壊係数がゼロであるジフルオロエタン、テトラフルオロエタンなどを使用することが好ましい。ここで、有機発泡剤は、発泡剤の全体量の２０重量％を超えない範囲で使用することが好ましい。発泡性粒子中の炭酸ガスの含有割合は、１〜１５重量％が好ましい。
【００１５】
樹脂粒子中に炭酸ガスを含浸させるには、例えば、耐圧密閉容器に樹脂粒子を入れた後、炭酸ガスを圧入して、樹脂粒子を加圧された炭酸ガスと接触させることによって行うことができる。含浸温度は、樹脂粒子どうしが互いに合着して団塊化しない温度まで高くしてもよいが、通常０〜４０℃である。樹脂粒子に炭酸ガスを含浸させるときの圧力は、１０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以上であることが好ましく、より好ましくは１５〜４０ｋｇ／ｃｍ2Ｇである。含浸時間は、樹脂粒子が前記の炭酸ガス含有量となるように適宜調整することができ、１〜２０時間が好ましく、２〜８時間がより好ましい。
【００１６】
樹脂粒子に炭酸ガスを含浸させるに際し、樹脂粒子の表面には各種の表面処理剤を塗布しておくことが好ましい。そのような表面処理剤としては、例えば加熱発泡時の予備発泡粒子の結合を防止する結合防止剤、成形時の融着促進剤、帯電防止剤、展着剤などが挙げられる。
【００１７】
結合防止剤としては、例えばタルク、炭酸カルシウム、シリカ、ステアリン酸亜鉛、水酸化アルミニウム、エチレンビスステアリン酸アミド、第三リン酸カルシウム、ジメチルシリコンなどが挙げられる。
【００１８】
融着促進剤としては、例えばステアリン酸、ステアリン酸トリグリセリド、ヒドロキシステアリン酸トリグリセリド、ステアリン酸ソルビタンエステル、ポリエチレンワックスなどが挙げられる。
【００１９】
帯電防止剤としては、例えばポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ステアリン酸モノグリセリドなどが挙げられる。展着剤としては、ポリブテン、ポリエチレングリコール、シリコンオイルなどが挙げられる。
【００２０】
また、他の添加剤として、樹脂粒子中には所望によりヘキサブロモシクロドデカン、テトラブロモシクロオクタンなどの難燃剤、メタクリル酸エステル系共重合ポリマー、エチレンビスステアリン酸アミド、ポリエチレンワックス、エチレン−酢酸ビニル共重合体などの気泡調整剤などを予め含有させておいてもよい。上記結合防止剤、成形時の融着促進剤、帯電防止剤、展着剤及び他の添加剤は、単独もしくは２種以上を混合して用いることができる。
【００２１】
また、上記した樹脂粒子には、難燃剤を含有していることが好ましい。難燃剤を含有した樹脂粒子を得る方法としては、例えば、樹脂粒子と水との懸濁液中、水中に溶解又は懸濁した難燃剤の融点以上の温度雰囲気下で樹脂粒子中に難燃剤を含有させる方法、あるいは押し出しブレンドにより樹脂粒子中に難燃剤を含有させる方法等が挙げられる。この時に使用できる難燃剤としては、ヘキサブロモシクロドデカン、テトラブロモシクロオクタンなどが挙げられる。難燃剤含有量としては樹脂粒子全体に対して０．１〜４重量％であることが好ましく、０．５〜３．０重量％であるのが特に好ましい。難燃剤含有量が０．１重量％を下回ると、充分な難燃効果を得ることが困難となるので好ましくない。また、難燃剤含有量が４重量％を上回ると予備発泡粒子同士が合着する傾向が強くなるので好ましくない。
【００２２】
予備発泡粒子は、以下のようにして製造される。上記したように、スチレン系樹脂粒子に炭酸ガスを含浸させて発泡性スチレン系樹脂粒子とし、次工程で、蒸気投入ラインと排気ラインを備えた予備発泡機内に、前記発泡性スチレン系樹脂粒子を投入し、蒸気投入ラインから蒸気を０．５〜５．０ｋｇ／ｃｍ2Ｇの投入圧力で供給すると共に、排気ラインから蒸気を含む雰囲気ガスを排気し、かつその間、発泡機内圧力を蒸気の投入圧力より０．０５〜１．０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ低く維持しながら予備発泡させてスチレン系樹脂予備発泡粒子を得る方法である。この方法において、炭酸ガスを含浸させる工程に次いで、直ちに予備発泡を行うことが好ましい。
【００２３】
この方法、すなわち本発明によるスチレン系樹脂予備発泡粒子を製造するのに使用できる予備発泡機の一例を図１により説明する。図中、１は予備発泡機、２は撹拌モーター、３は撹拌翼、４は邪魔棒、５は発泡槽上面検出器、６は発泡性粒子輸送器、７は発泡性粒子計量槽、８は発泡性粒子投入器、９は蒸気吹込制御弁、１０は蒸気チャンバー、１１は凝縮水排出弁、１２は排気制御弁、１３は予備発泡粒子排出口、１４は予備発泡粒子一時受器、１５は空気輸送設備、１６は内圧検出・制御装置、１７は蒸気吹込孔、１８は蒸気投入圧力計、１９は減圧弁、２０は蒸気元圧力計を意味する。
【００２４】
詳細には、一定量の蒸気が常に予備発泡機１内に供給されるように、排気制御弁１２などで予備発泡機１内の圧力（内圧検出・制御装置１６で圧力検出）が常に供給圧力を下回るように制御を行う。例えば、蒸気の投入圧力を１．２ｋｇ／ｃｍ2Ｇ（蒸気投入圧力計１８で検出）、予備発泡機内の圧力を０．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇに設定した場合、予備発泡機１内の圧力を内圧検出・制御装置１６にて検出し、制御信号が排気制御弁１２へ送られ、排気ラインから０．４ｋｇ／ｃｍ2Ｇ圧分の圧力を抜きながら圧力の制御を行うこととなる。このように、予備発泡機１内圧力と排気制御弁１２とをリンクさせて制御することにより、予備発泡機１内圧力の調整することができる。投入圧力と予備発泡機内圧力との差が、０．０５ｋｇ／ｃｍ2Ｇ未満であると低密度の予備発泡粒子が得られ難いばかりか、発泡成形体の外観、内部融着が悪く、非常に商品価値の低いものになってしまう。また、１．０ｋｇ／ｃｍ2Ｇを超えると予備発泡時の結合が増加するばかりか、表面光沢度が低く、発泡体表面の凹凸も大きくなり好ましくない。より好ましい圧力差は、０．２〜０．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇである。
【００２５】
予備発泡粒子の粒径は、０．３〜１０ｍｍ程度が好ましく、また、予備発泡粒子の嵩密度は、０．０１５〜０．５ｇ／ｃｍ3Ｇ程度が好ましい。そして、予備発泡機内の発泡性樹脂粒子は、通常１１０〜１６０℃程度に加熱されることが好ましく、より好ましい加熱温度は１１０〜１３０℃である。加熱温度が１１０℃を下回ると、嵩密度０．５ｇ／ｃｍ3以下の予備発泡粒子は得られ難いので好ましくない。また、加熱温度が１６０℃を上回ると予備発泡粒子同士が合着する傾向が強くなるので好ましくない。
【００２６】
上記の予備発泡粒子を発泡成形することで得られるスチレン系樹脂発泡成形体（すなわち、本発明における床暖房用断熱材）は、高温環境下でも長期にわたる寸法安定性に優れている。実施例にも記載したとおり、８０℃で１８０時間加熱したときの寸法安定性（加熱前と加熱後の寸法変化率）を±０．４５％以下にすることができる。また、揮発性有機化合物の含有量を１０００ｐｐｍ以下のものとすることができ、本発明による発泡成形体はシックハウス対策としても有望である。
【００２７】
発泡成形法としては、特に限定されず、公知の方法をいずれも使用することができる。例えば、予備発泡粒子を成形用型内に充填し、蒸気により加熱する。蒸気との接触によって予備発泡粒子が加熱されると、予備発泡粒子は膨張するが、成形用型によって発泡できる空間が限定されているので、互いに密着すると共に融着一体化して所望の発泡成形体を得ることができる。発泡成形体（すなわち、本発明における床暖房用断熱材）の密度は、０．０１５〜０．５ｇ／ｃｍ3程度が好ましく、特に、０．０２〜０．２ｇ／ｃｍ3程度が好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明によるスチレン系樹脂発泡成形体からなる床暖房用断熱材は、表面に温水パイプな熱線ヒーターのような発熱源を収容するための凹溝が形成されていることを条件に、全体の形状に特に制限はない。また、前記凹溝の形状も任意である。図２はそのいくつかの例を示しており、図２ａの床暖房用断熱材５０ａは、表面に２条の曲線状の凹溝５１、５１が形成されており、図２ｂの床暖房用断熱材５０ｂは、表面に２条の直線状の凹溝５２、５２が形成されている。床暖房用断熱材５０ａと床暖房用断熱材５０ｂは、図２ｃに示すように、他の形状の床暖房用断熱材５０ｃ，５０ｄ等と共に、各凹溝５１と５２とが連続するようにして、コンクリートあるいは捨て張り合板（不図示）の上に所要枚数が敷き詰められ、敷き詰めた床暖房用断熱材５０ａ〜５０ｄの表面に形成した凹溝５１、５２中に、温水循環用のパイプや熱線ヒーター等の発熱源（不図示）を挿入し、さらにその上にアルミ箔のような均熱材（不図示）などを敷設した後、最上位に適宜の床表面材（不図示）を配置して床暖房構造が構築される。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例に基づき更に詳しく説明するが、本発明はこれらにより限定されることはない。なお、以下に示す実施例において、寸法変化率、揮発性有機化合物の含有量、及び難燃剤含有率の評価は以下のようにして行った。
【００３０】
＜寸法変化率＞
発泡成形用型から取り出した発泡成形体（実際には、図２に示す形状の長さａ：１０００ｍｍ，幅ｂ：３０３ｍｍ，厚さｃ：２０ｍｍである床暖房用断熱材５０ｂ）を、温度２３℃、相対湿度５０％の恒温恒湿室（ＪＩＳ−Ｋ７１００の標準温湿度状態）に２４時間放置した後、ＪＩＳ−Ｋ６７６７に従う試験サンプルとした。
【００３１】
この試験サンプルを８０℃に保った熱風循環式乾燥機の中に水平に置き、１８０時間加熱した後に取り出し、再び恒温恒湿室に１時間放置した。加熱試験前後における寸法測定はＪＩＳ−Ｋ６７６７に準拠して実施し、寸法変化率Ｐは試験サンプルの長さ寸法ａの変化率で測定した。
寸法変化率Ｐ（％）＝（ａ２−ａ１）×１００／ａ１
（ただし、ａ１は、型内成形後に２３℃、相対湿度５０％で２４時間放置された試験サンプルの長さ方向の寸法、ａ２は該試験サンプルを８０℃で１８０時間加熱した後の試験サンプルの長さ方向の寸法である）。
【００３２】
＜揮発性有機化合物の含有量＞
試験サンプルを５０℃の恒温室で７日間乾燥させた後、以下に示す三種類の測定法によって得られた値を合計して求めた。
ａ．（炭素数５以下の炭化水素の測定）
乾燥後の試験サンプルを１５０℃の熱分解炉に入れ、揮発した炭化水素をガスクロマトグラフィーにて測定した。
【００３３】
ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）：島津製作所社製 ＧＣ−１４Ｂ
熱分解炉：島津製作所社製 ＰＹＲ−１Ａ
カラム：ポラパックＱ ８０／１００（３ｍｍφ×１．５ｍ）
カラム温度：１００℃
検出器（ＦＩＤ）温度：１２０℃
【００３４】
ｂ．（炭素数６以上の炭化水素であって、ガスクロマトグラムに現われるスチレンのピークまでの炭化水素の測定）
乾燥後の試験サンプルをジメチルホルムアミドに溶解し、内部標準液（シクロペンタノール）を加えてＧＣにより測定した。ただし、特定できないピークについてはトルエンの検出量に換算して定量した。
ＧＣ：島津製作所社製 ＧＣ−１４Ａ
カラム：ＰＥＧ−２０Ｍ ＰＴ２５％ ６０／８０（２．５ｍ）
カラム温度：１０５℃
検出器（ＦＩＤ）温度：２２０℃
【００３５】
ｃ．（ガスクロマトグラムに現われるスチレンの次のピークから炭素数１６（ｎ−ヘキサデカン）までの炭化水素の測定）
乾燥後の試験サンプルをクロロホルムに溶解し、ガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣＭＳ）にて測定した。ただし、試験サンプルを溶解しない溶剤のみの空試験を行い、空試験の検出物質量を差し引いた。更に、特定できないピークについてはトルエンの検出量に換算して定量した。
ＧＣＭＳ：島津製作所社製 ＱＰ５０００
カラム：Ｊ＆Ｗ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製 ＤＢ−１（１μｍ×６０ｍ ０．２５ｍｍφ）
測定条件：カラム温度（６０℃で１分保持した後、１０℃／分で３００℃まで昇温）
スプリット比：１０
キャリヤガス：Ｈｅ（１ｍｌ／ｍｉｎ）
インターフェイス温度：２６０℃
【００３６】
＜難燃剤の含有量＞
難燃剤含有後の樹脂粒子約３０ｇをテフロンシートではさみ、２００℃で熱プレスする。その後、得られたプレス試料を５ｃｍ角に切断し、その比重を測定した後に３０ｍｍホルダーにセットし、ＦＰ（ファンダメンタルパラメーター）薄膜法にて測定されるＸ線強度から元素量を換算し、得られた値から次式より難燃剤含有量を算出した。
【００３７】
例えば、臭素元素を含有する難燃剤の場合、
難燃剤含有量（重量％）＝臭素元素量測定値×（難燃剤全体の分子量／全体中の臭素元素量）
装置：リガク社製 蛍光Ｘ線 ＲＩＸ−２１００
Ｘ線管：縦形Ｒｈ／Ｃｒ管
ｋＶ−ｍＡ：５０−６０
ターゲット：Ｒｈ
分光結晶：ＬｉＦ
検出器：ＳＣ
分析径：３０ｍｍΦ（２５ｍｍΦ）
【００３８】
〔実施例１〕
１００リットルの反応器に、純水４０ｋｇ、ドデシルベンゼンスルホン酸ソーダ２．１ｇ、ピロリン酸マグネシウム６５ｇを入れ水性媒体とした。次にベンゾイルパーオキサイド（純度７５％）１５５ｇ、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート３３ｇ及びポリエチレンワックス（分子量１０００）２２ｇを溶解したスチレン４４ｋｇを撹拌しながら加えて懸濁させ、９０℃に昇温して重合を開始した。比重法で測定した重合転化率が９５重量％まで進行した時点で、反応器を１２５℃に昇温して２．５時間保持した後、常温まで冷却して、スチレン樹脂粒子［Ａ］を取り出した。ここで得られたスチレン樹脂粒子中の残留スチレンをガスクロマトグラフで測定したところ、４１１ｐｐｍであり、また、ＧＰＣ法で測定した重量平均分子量は２４６０００であった。
【００３９】
スチレン樹脂粒子［Ａ］のうち、粒径０．７〜１．０ｍｍのもの１５ｋｇを、内容量が３０リットルの回転式耐圧容器に入れた後、展着剤としてポリエチレングリコール３００を７．５ｇ、グリセリンモノステアリン酸エステルを７．５ｇ、結合防止剤として炭酸カルシウム３０ｇを添加して容器を回転させ、樹脂粒子の表面に付着させた。次いで回転を停止してから容器内に炭酸ガスを圧入して、２５℃、３０ｋｇ／ｃｍ2Ｇに６時間保って樹脂粒子内に炭酸ガスを含浸させ、発泡性スチレン樹脂粒子を得た。
【００４０】
こうして得られた発泡性スチレン樹脂粒子を耐圧容器から取り出し、次工程で攪拌機付き発泡機内に投入した後、投入圧力が１．２ｋｇ／ｃｍ2Ｇの蒸気を発泡機缶内に導入した。この時の発泡機内の圧力は０．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇになるように、排気制御弁の開度を電気信号でコントロールしながら、排気ラインを使って余分な圧力を外部に逃がした（投入圧力と発泡機内圧力との差は０．４ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）。このように、蒸気を発泡機内に連続して導入しながら予備発泡させてスチレン樹脂予備発泡粒子とした。この予備発泡粒子の粒径は２．３〜４．０ｍｍであった。
【００４１】
予備発泡してから６時間後、型締め後のキャビティ形状が、図２ｂで示す床暖房用断熱材の形状に設計された発泡成形用型内に、予備発泡粒子を充填し蒸気で加熱して図２ｂに示す形状の発泡成形体（床暖房用断熱材）を得た。密度は０．０２０ｇ／ｃｍ3であった。得られた発泡成形体について、上記の評価方法により寸法変化率及び揮発性有機化合物の含有量を評価した。得られた結果を表１に示す。
【００４２】
〔実施例２〕
発泡性スチレン樹脂粒子を耐圧容器から取り出して直ちに、投入圧力が１．０ｋｇ／ｃｍ2Ｇの蒸気を発泡機内に導入し、発泡機内の圧力が０．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇになるように（投入圧力と発泡機内圧力との差は０．２ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）調整したこと以外は実施例１と同様にして予備発泡粒子及び発泡成形体を得た。得られた発泡成形体の寸法変化率及び揮発性有機化合物の含有量の評価を表１に示す。なお、予備発泡粒子の粒径は２．３〜４．０ｍｍで、発泡成形体の密度は０．０２５ｇ／ｃｍ3であった。
【００４３】
〔実施例３〕
スチレン系樹脂粒子［Ａ］のうち、粒径０．５〜０．７ｍｍのもの１１ｋｇを１０リットルの反応器に、純水４０ｋｇ、ドデシルベンゼンスルホン酸ソーダ８ｇ、ピロリン酸マグネシウム１２０ｇ入れ水性媒体とした。ヘキサブロモシクロドデカンを４４０ｇ投入した後、ジクミルパーオキサイドを９０ｇ、ベンゾイルパーオキサイド（純度７５％）１６０ｇ、ｔ−ブチルクミルパーオキシベンゾエート２０ｇを溶解したスチレン３３ｋｇを撹拌しながら加えて懸濁させ、９０℃に昇温して重合を開始した。比重法で測定した重合転化率が９５重量％まで重合が進行した時点で、反応器を１２０℃に昇温して２時間保持した後、常温まで冷却して、難燃剤含有スチレン樹脂粒子［Ｂ］を取り出した。次いで、得られたスチレン樹脂粒子［Ｂ］のうち、粒径０．７〜１．０ｍｍのもの１５ｋｇを含浸させたこと以外は実施例１と同様にして予備発泡粒子及び発泡成形体を得た。スチレン樹脂粒子中の残留スチレン単量体の量をガスクロマトグラフで測定したところ、４８０ｐｐｍであった。また、ＦＰ薄膜法にて難燃剤含有量を測定したところ０．７重量％であった。一方、予備発泡粒子の粒径は２．３〜４．０ｍｍで、発泡成形体の密度は０．０２０ｇ／ｃｍ3であった。得られた発泡成形体の寸法変化率及び揮発性有機化合物の含有量の評価を表１に示す。
【００４４】
〔比較例１〕
発泡性スチレン樹脂粒子［Ａ］を耐圧容器から取り出して直ちに、投入圧力が２．０ｋｇ／ｃｍ2Ｇの蒸気を発泡機内に導入し、発泡機内の圧力は０．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇになるように（投入圧力と発泡機内圧力との差は１．２ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）調整したこと以外は実施例１と同様にして予備発泡粒子及び発泡成形体を得た。得られた発泡成形体の寸法変化率及び揮発性有機化合物の含有量の評価を表１に示す。なお、予備発泡粒子の粒径は２．２〜３．８ｍｍで、発泡成形体の密度は０．０２５ｇ／ｃｍ3であった。
【００４５】
〔比較例２〕
発泡性スチレン樹脂粒子［Ａ］を耐圧容器から取り出して直ちに、投入圧力が０．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇの蒸気を発泡機内に導入し、発泡機内の圧力は０．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇになるように（投入圧力と発泡機内圧力との差は０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）調整したこと以外は実施例１と同様にして予備発泡粒子及び発泡成形体を得た。得られた発泡成形体の寸法変化率及び揮発性有機化合物の含有量の評価結果を表１に示す。なお、得られた予備発泡粒子の粒径は１．５〜２．１ｍｍで、発泡成形体の密度は０．５００ｇ／ｃｍ3であった。
【００４６】
〔比較例３〕
内容積５リットルの攪拌機付き耐圧容器に、実施例１で得られたスチレン樹脂粒子［Ａ］のうち、粒径０．７〜１．０ｍｍのもの２．０ｋｇ、イオン交換水２．２リットル、第三りん酸カルシウム６．０ｇ、及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．２ｇを入れて攪拌を開始した。次に９０℃に昇温した後、ブタン１４０ｇを圧入して５時間保持した。次いで、３０℃まで冷却し、発泡性スチレン樹脂粒子を得た。取り出した粒子を乾燥後、１５℃の恒温室で５日間熟成させた。そして、予備発泡時の結合防止剤としてジンクステアレート、融着促進剤としてヒドロキシステアリン酸トリグリセライドを粒子表面に被膜処理した後、攪拌機付き発泡機内に投入した後、投入圧力が０．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇの蒸気を発泡機内に導入した。この時の発泡機内の圧力は０．４ｋｇ／ｃｍ2Ｇになるように、排気制御弁の開度を電気信号でコントロールしながら、排気ラインを使って余分な圧力を外部に逃がした（投入圧力と発泡機内圧力との差は０．４ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）。このように、蒸気を発泡機内に連続して導入しながら予備発泡させてブタン含有のスチレン樹脂予備発泡粒子とした。この予備発泡粒子の粒径は２．２〜３．８ｍｍであった。
【００４７】
予備発泡してから６時間後、実施例１で用いたと同じ成形用型を使用して発泡成形し、密度０．０２０ｇ／ｃｍ3である実施例１と同じ形状の発泡成形体を得た。得られた発泡成形体の寸法変化率及び揮発性有機化合物の含有量の評価結果を表１に示す。
【００４８】
〔比較例４〕
投入圧力が１．０ｋｇ／ｃｍ2Ｇの蒸気を発泡機内に導入し、発泡機内の圧力が０．４ｋｇ／ｃｍ2Ｇになるように（投入圧力と発泡機内圧力との差は０．２ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）調整したこと以外は比較例１と同様にしてブタン含有の予備発泡粒子をえ、実施例１と同様にして発泡成形体を得た。得られた発泡成形体の寸法変化率及び揮発性有機化合物の含有量の評価結果を表１に示す。なお、得られた予備発泡粒子の粒径は１．５〜２．１ｍｍで、発泡成形体の密度は０．０２５ｇ／ｃｍ3であった。
【００４９】
【表１】
以上の結果から、スチレン系樹脂粒子に炭酸ガスを含浸させて得たスチレン系樹脂予備発泡粒子の型内発泡成形品において、スチレン系樹脂予備発泡粒子として、炭酸ガスを有する発泡性スチレン系樹脂粒子を投入圧力と発泡機内圧力との差を調整して予備発泡粒子としたものを用いて発泡成形することにより、高温環境下においても長期にわたって寸法安定性が優れたスチレン系樹脂成形体が得られることがわかる。また、揮発性有機化合物の含有量も極めて少なくすることができる。特に、８０℃で１８０時間加熱したときの、その加熱前と加熱後における寸法変化率Ｐは、−０．４５％以下であり、上記発泡成形品は、高温環境下での高い寸法安定性が要求される床暖房用断熱材としてきわめて有効である。
【００５１】
【発明の効果】
本発明による床暖房用断熱材は、高温環境下において寸法が非常に安定している。そのために、この床暖房用断熱材を用いることにより、その寸法変化に起因して、表面床材に浮き上がりが発生したり、断熱材同士の継ぎ目に隙間が発生すのを効果的に阻止することができる。また、環境にも優しい床暖房用断熱材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用できるチレン系樹脂予備発泡粒子を製造するのに用いられる予備発泡機の概略説明図である。
【図２】本発明による床暖房用断熱材のいくつかの形態を示す図。
【図３】床暖房構造の一例を説明する図。
【符号の説明】
２ 撹拌モーター
３ 撹拌翼
４ 邪魔棒
５ 発泡槽上面検出器
６ 発泡性粒子輸送器
７ 発泡性粒子計量槽
８ 発泡性粒子投入器
９ 蒸気吹込制御弁
１０ 蒸気チャンバー
１１ 凝縮水排出弁
１２ 排気制御弁
１３ 予備発泡粒子排出口
１４ 予備発泡粒子一時受器
１５ 空気輸送設備
１６ 内圧検出・制御装置
１７ 蒸気吹込孔
１８ 蒸気投入圧力計
１９ 減圧弁
２０ 蒸気元圧力計
５０ 床暖房用断熱材
Claims (2)
- スチレン系樹脂粒子に炭酸ガスを含浸させて得たスチレン系樹脂予備発泡粒子を型内発泡成形して得た床暖房用断熱材であって、前記スチレン系樹脂予備発泡粒子は、蒸気投入ラインと排気ラインを備えた予備発泡機内に炭酸ガスを含浸させた発泡性スチレン系樹脂粒子を投入し、蒸気投入ラインから蒸気を０．５〜５．０ｋｇ／ｃｍ ２ Ｇの投入圧力で供給すると共に、排気ラインから蒸気を含む雰囲気ガスを排気し、発泡機内圧力を蒸気の投入圧力より０．０５〜１．０ｋｇ／ｃｍ ２ Ｇ低く維持しながら予備発泡させたスチレン系樹脂予備発泡粒子であり、前記床暖房用断熱材の表面には発熱源を収容するための凹溝が形成されており、かつ、８０℃で１８０時間加熱したとき、その加熱前と加熱後における寸法変化率が±０．４５％以下であることを特徴とするスチレン系樹脂発泡成形体からなる床暖房用断熱材。
- 揮発性有機化合物の含有量が１０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のスチレン系樹脂発泡成形体からなる床暖房用断熱材。
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