JP4125129B2 - 絶縁材を密閉するためのアイオノマーの使用 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁材を密閉するためのアイオノマーの使用に関する。特に、本発明は上記の目的のための、少なくとも一個のアイオノマー層を含む積層物の応用、並びにその様な積層物自体に関する。特に、本発明は、アイオノマーを含浸樹脂として含む平らな形態の含浸材料にまで及ぶ。

絶縁材、例えばフォームプラスチックやガラスウール、を、建物の広範囲な断熱に応用することは、多くの態様で一般的に公知である。最も多く用いられる実施態様では、厚さ約４〜４０ｃｍの絶縁材の板を壁構造の中または上に、あるいは屋根の下の垂木の間、下または上に固定する。

暖められた室内の空気が外に向かって拡散することにより大量の熱が失われるので、絶縁材は、その絶縁材を通り抜ける空気の交換を阻止した時にのみ、その効果を十分に発揮する。逆に夏には、熱気が内部に浸透し、建物を過度に加熱すると、場合により備え付けた空調設備のエネルギー需要を大幅に増加することになる。

そのため、空気を通さない材料、例えば厚いポリエチレンまたはＰＶＣフィルムで絶縁材を密閉することが先ず考えられたが、亀裂や穴などの損傷箇所を実際に避けることができず、そのために空気が絶縁材の中に入ってくるので、この方法は成功しなかった。空気が冷却すると、空気と共に入り込んだ湿分が凝縮するので、時間が経つにつれて、かなりの水が蓄積することがあり、乾燥によっては最早取り除くことができなくなる。そうしている間に、水は腐食による損傷を引き起こすのみならず、断熱効果も低下させる。

同じく一般的に知られている様に、空気およびその中に含まれる水蒸気の拡散を抑制するが、完全には阻止せず、水蒸気の逆拡散、従って絶縁材の乾燥を可能にする材料が優先される。

防湿材と呼ばれ、通常フィルムまたは積層物の形態で使用されるその様な材料は、ポリエチレン、ポリアミド、エチレンアクリル酸共重合物およびポリエステルの様な重合体の薄い層である。これに関しては、特許公開第ＤＥ−Ａ１９５１４４２０号および第１９９０２１０２号に記載されている。

これらの材料からなる防湿材には、だいたい、フィルムとして、または好適な積層物として、水蒸気の拡散に対する抵抗が空気の相対湿度に依存するという長所がある。空気の相対湿度が高い場合よりも、空気の相対湿度が低い場合にこの抵抗はより高い。その結果、ほとんどの湿った夏の空気中でも、濡れた絶縁材は容易に乾燥する。そのため、水蒸気拡散抵抗値（Ｓ_ｄ値）は、厚さ６０μｍのポリアミド−６−フィルムの場合、ＤＩＮ５２６１５により、空気の相対湿度３０％で約４．５ｍであり、８０％では約０．５ｍに過ぎない。

Ｓ_ｄ値は、拡散抵抗が試料、この例では薄いポリアミド−６−フィルム、の拡散抵抗と同じ位大きい静止した空気層の厚さに相当する。この値は、ＤＩＮ５２６１５により、通常はドライ−カップ法（乾燥範囲法）で空気湿度０％および５０％の間、平均２５％で、およびウエット−カップ法（湿範囲法）で空気湿度５０％および９５％の間、平均７２．５％で求められる。

防湿材用の材料には、上記の拡散特性に対する必要条件だけではなく、他の一連の条件も適用される。この材料は、熱的、化学的および機械的に安定しており、容易に加工できる必要がある。特に、材料は生理学的に安全であり、静電気的に全く、またはほんの僅かしか帯電せず、他の材料、とりわけ積層物の材料と相容性があり、積層物の分解を引き起こさない必要がある。材料は生態学的に相容性があり、火災の際にも、例えば防炎剤のハロゲン化合物によりダイオキシンおよびフランの形態で、あるいはポリアミドによりアンモニアおよびポリエタン青酸の形態で発生する様な毒性の高いガスを放出してはならない。無論、経済上の要件も満たすべきである。

この課題に応じて、アイオノマーを特に絶縁材の密閉に使用できることが分かり、さらにこの材料を少なくとも一層に不可欠な成分として含む新規な積層物が開発された。さらに、以下に記載する様に、本発明の特に適切な態様が見出された。

アイオノマーとは、定義（例えばRoempps Chemielexikon, Georg Thieme Verlag, 9. Auflage, 1990参照）によれば、
ａ）モノオレフィン、
ｂ）モノオレフィン系不飽和酸、
ｃ）所望により、この共重合物の化学的および物理的特性を改良するための他のコモノマーからなり、
ｄ）この共重合物の酸基の全部または一部が無機陽イオンにより中和されている統計的な熱可塑性共重合体である。

数多くのこれらアイオノマー、並びにそれらの製造方法が専門文献から公知であり、それらの一連の製品がDuPont社のSurlyn（商品名）の名称で市販されており、包装および被覆目的に推奨されている。詳細は例えばＵＳ−Ａ３２６４２７２並びに２００１年１月の会社の宣伝用パンフレットSurlyn（商品名）に記載されている。

コモノマー（ａ）としては、特にエチレンの他に、プロピレンおよびブタ−１−エン、並びにこれらの化合物の混合物が挙げられる。アイオノマーにおけるコモノマー（ａ）の比率は原則的に５０〜９９、好ましくは８０〜９０モル％である。

適切なコモノマー（ｂ）は、とりわけメタクリル酸、およびその他にアクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸およびビニルスルホン酸であり、１〜５０、好ましくは１０〜２０モル％の比率で使用できる。

他のコモノマー（ｃ）としては、モノオレフィン系不飽和化合物、例えばアクリル酸およびメタクリル酸のＣ_１〜Ｃ_４アルキルエステル、さらにスチレン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリロニトリルおよびメタクリロニトリルを１０モル％までの比率で使用できる。また、少量の二官能性モノマー、例えばブタジエン、も、材料が熱可塑性である限り、フィルムの機械的および化学的特性にとって有利である。

好ましい無機陽イオン（ｄ）は、とりわけアルカリ金属、特にリチウム、ナトリウムおよびカリウム、並びにアルカリ土類金属、例えばカルシウムおよびマグネシウム、の陽イオンである。亜鉛の陽イオンも好適である。酸基の中和度は原則的に０．５〜１００、好ましくは１０〜７０％である。これは、アイオノマーの金属含有量約０．１〜１０、好ましくは１〜５重量％に相当する。

本発明の目的には、
ａ_１）５０〜９９モル％のエチレンおよび
ｂ_１）１〜５０モル％のメタクリル酸からなり、
ｄ_１）この共重合物の酸基が、０．５〜１００％まで、好ましくは１０〜７０％までリチウム−、ナトリウム−、マグネシウム−、カリウム−および／または亜鉛陽イオンにより中和されているアイオノマーが特に好適である。

これらのアイオノマーは、傑出した応用および加工技術特性を有し、その上、本発明により確認されている様に、有効な防湿材料に対する必要条件に適合する。これは、陽イオンとしてナトリウムを含むタイプ1605の様なSurlynタイプ、並びに8000シリーズのタイプ、例えば8120、8140および8220に特に当てはまる。これらの材料からなるフィルムは、厚さ１５μｍで、空気の相対湿度２５％におけるＳ_ｄ値が約３〜１０ｍであり、空気の相対湿度７２．５％におけるＳ_ｄ値が０．５〜４ｍであり、拡散特性に関して特徴的な差ΔＳ_ｄ２５／７２．５が２〜８ｍの範囲内にある。

一般的に、材料の極性が増加するにつれてΔＳ_ｄ２５／７２．５値は増加する。そのため、成分（ｄ）としてカリウムを含むアイオノマーはこの差の値が特に高いので、この材料からなる本発明の密閉材料は、過酷な温度差を有することが多い山岳地方の気象および熱帯および亜熱帯気象における建物、並びに平屋根および草屋根構造における建物の場合の様な、極端な条件にも適合する。

しかし、湿度によって変動する防湿材の能力に関しては、ΔＳ_ｄ値だけではなく、高い抵抗値Ｓ_ｄｈの低い抵抗値Ｓ_ｄｎに対する比ｆも重要な基準である。防湿材自体の湿度変動のみならず、その効率、すなわち単位時間あたりの蒸気量ｍの拡散も考慮すべきである。高い、ないし低い拡散抵抗値Ｓ_ｄｈおよびＳ_ｄｎにおける拡散していく蒸気量ｍ_ｈおよびｍ_ｎの比は、間接的な比例関係 ｆ＝Ｓ_ｄｈ／Ｓ_ｄｎ＝^ｍ／ｎ／_ｍ／ｈにあり、これは、単位時間あたりに通過する蒸気量が小さい程、拡散抵抗が大きく、逆の場合はその反対であることを意味する。

効率に関して、空気の相対湿度２５％におけるＳ_ｄｈは１〜２０ｍ、好ましくは１〜４ｍであり、Ｓ_ｄｎは０．０２〜４、好ましくは０．０２〜２ｍにある筈であるが、湿度変動のために、好ましくは＞２、特に＞５であるファクターｆで明らかに異なっている。

この条件は、特にカリウム−アイオノマーにより満たされる。

その様な特徴を有する防湿材は、湿度変動し得る様に機能するのみならず、その他に急速な乾燥過程にも寄与する。

そのため、冬の気候では、本発明の防湿材が例えば相対的空気湿度２５％〜５０％の範囲内にある場合、約１〜１０ｇ／ｍ^２２４ｈの湿分流が絶縁材中に入り込むだけであるが、これに対して夏の気候では、本発明の防湿材が例えば相対的空気湿度６０％〜１００％の範囲内にある場合、３００ｇ／ｍ^２２４ｈを超えるまでの湿分が乾燥して構造から外に出ることができる。

上記の特性を備え、例えば相対的周囲空気湿度２５％で１．２〜２．５ｍの低い拡散抵抗を有する防湿材は、屋根構造に特に有利であり、高い拡散抵抗を有する防湿材は壁構造に特に有利である。

無論、様々なアイオノマー、特にカリウム−アイオノマーとナトリウム−アイオノマーの、カリウム−アイオノマーの割合が好ましくは５〜９５、特に５０〜８０重量％である混合物も適している。この混合物は、優れた蒸気抑制特性を有するのみならず、積層物や含浸材料に特に効果的に加工できる。

上記の様に、本発明により使用するアイオノマーの化学的および物理的特性を、それ自体公知の様式でコモノマー（ｃ）を使用することにより、例えば骨格材料および支持材料との相容性、特定Ｓ_ｄ値の調節に関して、あるいは屈曲性、剛性または引張強度に関して、特殊な必要条件に適合させることができる。

その様な特殊な応用技術特性は、アイオノマー同士を混合するだけではなく、無論、アイオノマーと他の重合体、例えばポリアミド、ポリエステル、ポリウレタンおよびポリオレフィン、を混合することによっても達成できる。とりわけ、エチレンと酢酸ビニルの共重合体と、並びにエチレンとアクリル酸ブチルまたはエチレンとアクリル酸またはエチレンとメタクリル酸またはエチレンアクリル酸共重合体と、またはエチレンとアクリル酸メチルの共重合体と、それぞれナトリウムアイオノマーおよび特にカリウムアイオノマーとの混合物が非常に良く適合していることが分かった。重合体混合物中、アイオノマーの割合は好ましくは３０〜９５、特に５０〜８０重量％である。

この場合、アイオノマーとしては、アイオノマー相互の、並びにサーモプラストとの混合物、また無論、２種類以上のアイオノマーおよび２種類以上の他の重合体を含む混合物も有効である。

本発明により使用するアイオノマーは、水性分散液または溶融物の形態で断熱材の上に、例えば多数回の刷毛塗りまたはスプレーにより、５〜１００、好ましくは１０〜３０μｍの十分な厚さを有する層が形成されるまで塗布することができる。この方法は、絶縁材部品の表面が大きく湾曲しているか、または平ではなく、フィルムの貼り付けが困難であるか、または例えば屋内における様に光学的な理由から好ましくない場合にのみ使用する。

平らな、または円筒形の表面の場合、アイオノマーフィルムを使用できるが、フィルムは、たいていの場合、接着剤を使用して絶縁材の上に固定しなければならないが、これは、非常に薄いフィルム（フィルムはたいていの場合厚さが５〜１００、好ましくは１０〜３０μｍである）は、それ自体では、ほとんどの場合、自由に張るのに十分な引張強度を有していないためである。

そのため、通常の場合、アイオノマーを、層の一つが規定の厚さを有するアイオノマーフィルムであるか、またはアイオノマー層である、自己支持型の積層物の形態で使用する。この、本発明の目的にとって最も重要な層を、製造や施工の際にほとんど完全には避けられない様な損傷から保護するために、この層を積層物の他の層間に閉じ込めるのが有利である。

主として機械的な理由から、および取り扱い易さからも推奨されるこれらの他の層は、原則的に、層の形態ではアイオノマー層よりも高いＳ_ｄ値を有していないどの様な材料からでも製造することができる。

その様な層は、第一に、不活性材料、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ガラス繊維またはビスコース、から製造された、ブリース（不織布）、織物または格子の様な骨格層である。ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリエステル製の穴の開いたフィルムも使用できる。積層物の縦および横方向における高い安定性は紙製の層で達成できる。

さらに、この積層物に助剤、例えば防炎剤、を加えることができ、例えば紙の層に含浸させることができる。

本発明のアイオノマー層から見て、その様な積層物並びにその製造、例えば接着による、あるいは積層方法または押出方法による製造、は多くの実施態様で公知であるので、ここでこれ以上説明する必要はなく、特にアイオノマーに特別な加工上の問題は無い。

例として、上層、中層，下層の順に下記の構造を有する積層物が効果的であることが分かった。

１）紙 ８０〜１２０μｍ
アイオノマー １０〜２０μｍ
紙 ８０〜１２０μｍ
２）ポリエチレン紡糸不織布 ２０〜６０μｍ
アイオノマー １０〜２０μｍ
ポリエチレン紡糸不織布 ２０〜６０μｍ
３）ビスコース不織布 ２０〜６０μｍ
アイオノマー １０〜２０μｍ
ビスコース不織布 ２０〜６０μｍ
４）ポリエステル紡糸不織布 ２０〜６０μｍ
アイオノマー １０〜２０μｍ
ポリエステル紡糸不織布 ２０〜６０μｍ
５）強度を増加するためにポリエステル、ガラス繊維またはポリエチレン製の不織布または織物を追加層として含む上記（１）〜（４）の積層物
本発明の目的には、不織布または織物が骨格層を形成し、骨格層にアイオノマーが含浸樹脂として含浸されている平面形態の含浸材料が特に好適である。骨格材料としては、ポリエチレン紡糸不織布、ポリアミド紡糸不織布およびセルロース含有材料、特に吸収性のある紙が考えられる。これらの含浸材料は、対応する積層物の良好な特性を有するのみならず、特に経済的な様式で製造することもできる。これには、不織布または織物にアイオノマーの溶融物を単純に含浸させた後、冷却によりアイオノマーを固化させればよい。

音響絶縁材としても好適である断熱材を密閉するための従来の積層物と同様に、本発明の積層物ないし含浸材料は、シートロールとして供給される。絶縁材の壁にシートを貼り付け、屋根の下に垂直または斜めに備え付けた板に、片持ち式に、幾つかの中間固定具で積層物ないし含浸材料を下張りすることができ、その際、絶縁材と防湿材の間の空隙は、防湿材が側面を密閉していると仮定して、通常、その効果を損なうことはない。絶縁材の両側を密閉することは可能であるが、たいていの場合、その必要はない。

例
DuPont社のパンフレット２００１年１月によるSurlynタイプの幾つかのエチレン／メタクリル酸−アイオノマーに対して、試料フィルムのＳ_ｄ値をＤＩＮ規則５２６１５により、１５μｍの厚さの方向でドライカップおよびウェットカップで測定した。これらのアイオノマーは、陽イオンとしてナトリウムないしカリウム陽イオンを含んでいた。金属イオン含有量はＤＩＮ３８４０６−Ｅ１４により測定した。

結果を下記の表に示す。

アイオノマー 相対空気湿度におけるＳ_ｄ値[m] ΔS_d
ドライカップ ウェットカップ 25/72.5(m) ｆ３）
２５％ ７２．５％
SurlynR8150１）
Ｎａタイプ ５．５ １．４ ４．１ ３．９
2.2重量％Ｎａ
SurlynR8220１）
Ｎａタイプ ５．０ １．５ ３．５ ３．６
1.9重量％Ｎａ
SurlynR8945１）
Ｎａタイプ ７．５ ３．１ ４．４ ２．４
1.8重量％Ｎａ
HimilanRMK154２）
Ｋタイプ １．４ ０．０９ １．３ １６
4.2重量％Ｋ
１） DuPont社のアイオノマー
２） DuPont Mitsui Petrochemicals社のアイオノマー
３） ｆ＝Ｓ_ｄ２５／Ｓ_{ｄ７２．５}
これらの値は、これらのアイオノマーが防湿材用の材料として非常に適していることを立証している。

Claims (13)

1. 絶縁材を密閉するための積層構造防湿材であって、前記積層体が、
   アイオノマーを含有するフィルム、および、
   前記フィルムを支持または保護するように構成される、前記フィルムの側面に配置された少なくとも１つの材料層、
   を含み、
   前記アイオノマーフィルムが、蒸気拡散抵抗性を有し、前記蒸気拡散抵抗性が、周囲大気の相対湿度の関数として変化し、
   前記アイオノマーフィルムが、相対湿度２５％において１〜２０ｍ、および、相対湿度７２．５％において０．０２〜４ｍ、の少なくとも一方の蒸気拡散抵抗性値（但し、該蒸気拡散抵抗性値は、ドイツ標準ＤＩＮ５２６１５にしたがって測定される。）を有し、
   前記防湿剤の形態が、骨格材料およびアイオノマーからなる含浸材料の形態であって、
   前記骨格材料が、ポリエチレン紡糸繊維、ポリプロピレン紡糸繊維、ポリエステル紡糸繊維、セルロース繊維、ポリアミドまたは紙からなる不織布または布織物である、ことを特徴とする、絶縁材を密閉するための積層構造防湿材。
2. 前記アイオノマーが、
   − ５０〜９９モル％のエチレンおよび
   − １〜５０モル％のメタクリル酸
   からなる共重合体であり、前記共重合体の酸基が、０．５〜１００％まで無機陽イオンより中和されている、請求項１に記載の防湿材。
3. 前記無機陽イオンが、リチウムおよび／または、ナトリウムおよび／または、マグネシウムおよび／または、亜鉛および／または、カルシウムの陽イオンである、請求項２に記載の防湿材。
4. 前記無機陽イオンが、カリウムの陽イオンである、請求項２に記載の防湿材。
5. 前記フィルムの厚さが５〜１００μｍである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の防湿材。
6. 中間層がアイオノマーのフィルムからなり、前記中間層が２つの外側材料層に挟まれている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の防湿材。
7. 両方の外側層が紙、ポリエチレン不織布、ポリプロピレン不織布、ポリエステル不織布またはビスコース不織布からなる、請求項６に記載の防湿材。
8. ポリエステル、ガラス繊維、ポリエチレンまたはポリプロピレン製の不織布、布織物または格子からなる追加の中間層を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の防湿材。
9. アイオノマーの量が２〜１００ｇ／ｍ^２である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の防湿材。
10. 前記防湿材が、相対湿度２５％における蒸気拡散抵抗性値（但し、該蒸気拡散抵抗性値は、ドイツ標準ＤＩＮ５２６１５にしたがって測定される。）と、相対湿度７５．５％における蒸気拡散抵抗性値（但し、該蒸気拡散抵抗性値は、ドイツ標準ＤＩＮ５２６１５にしたがって測定される。）と、の比が２を超えるものである、請求項１に記載の防湿材。
11. 前記防湿材が、相対湿度２５％における蒸気拡散抵抗性値（但し、該蒸気拡散抵抗性値 は、ドイツ標準ＤＩＮ５２６１５にしたがって測定される。）と、相対湿度７５．５％における蒸気拡散抵抗性値（但し、該蒸気拡散抵抗性値は、ドイツ標準ＤＩＮ５２６１５にしたがって測定される。）と、の比が５を超えるものである、請求項１に記載の防湿材。
12. 前記フィルムが、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリオレフィン、エチレンと酢酸ビニルの共重合体、エチレンとアクリル酸ブチル共重合体、エチレンとアクリル酸共重合体、エチレンとメタクリル酸共重合体、エチレンアクリル酸共重合体と、エチレンとアクリル酸メチルの共重合体、の少なくとも１つを前記アイオノマーとの混合物として含有し、前記混合物中アイオノマーを３０〜９５重量％含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の防湿材。
13. 前記混合物中、アイオノマーを５０〜８０重量％含む、請求項１２に記載の防湿材。