JP4817041B2

JP4817041B2 - 吸音断熱材

Info

Publication number: JP4817041B2
Application number: JP2005154557A
Authority: JP
Inventors: 豊高福原; 賢一米田; 宏尾上
Original assignee: エンデバーハウス株式会社
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2005-04-26
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2025-04-26
Also published as: JP2006307608A

Description

本発明は、吸音性、断熱性および使用時の作業性に優れる吹き込み用吸音断熱材に関するものである。

住宅を建てる際に床、壁、屋根等に断熱材を施工することは日常的に行われている。多くの場合、マット状に成形された不織布構造体を適宜切り分けて壁の隙間などにはめ込む方法が取られている。この方法だと、巨大な不織布構造体を製造する必要があり、運搬が不便であるだけでなく、施工現場で必要な大きさに切り分けて使う必要があり、切りくずが発生するという問題があった。

そこで、グラスウールの破砕品やグラスウールにフェノール樹脂等で固めてブロック状に切断したものなどを、施工現場で型枠に吹き込んで成形する吹き込み成形タイプの断熱材が使用されている。この方法は、上述した運搬上の問題がないことや廃棄物の発生が全くないというメリットがある。しかしながら、グラスウール製断熱材は、たとえば、壁体内に充填した後、経時的に壁体に作用する振動によって充填した断熱材の沈み込みが発生するという問題がある。このような断熱材の沈み込みを防止する工法として、米国特許第４，４８７，３６５号公報に開示されている。この工法は、施工現場で断熱材をホースを介してブロワーにて吹き込む際に、ホースの先端に設けたノズルから接着剤を供給し、接着剤と共に壁体内の空間に吹き込むようにしている。また、日本国特許第３，００４，５６９号公報には、平均繊維径が５．７μｍ以下の繊維状断熱材を見かけ密度を１８．０ｋｇ／ｍ３以上として充填密度が４５ｋｇ／ｍ３以上となるように接着剤を介さずに圧縮空気と共に吹き込むようにしている。しかしグラスウール製断熱材は、肌に触れるとチクチクとした刺激性があるうえ、吹き込み作業時には大量の破砕粉が発生し、これを吸い込んだり目に入ったりすると大変なことになるので、作業時には厳重な安全対策が必要である。また、フェノール樹脂から放散されるホルムアルデヒド等の揮発性有機化合物は、シックハウス症候群の原因物質とされている。更には断熱性能はあるものの、吸音性能までは考慮されておらず別途他の吸音材料を施工する必要があった。そこで、施工時の作業性を向上させ、更にはより快適な居住性を得るために、グラスウールからの素材転換が要望されている。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、軽量で吸音性、断熱性に優れ、経時的に沈み込まない、シックハウス症候群の原因物質の放散もなく、施工時の作業性にも優れた吸音断熱材を提供することにある。

本発明の繊維集合体は、前記課題を解決するために以下のような構成を有する。

すなわち、請求項１にかかる発明は、２種類以上の短繊維集合体からなる吸音断熱材であって、該短繊維集合体がマトリックス繊維およびマトリックス繊維の融点よりも低い融点を有する成分を含む低融点繊維からなり、該マトリックス繊維の少なくとも１種類が中空型構造であり、さらに該マトリックス繊維の少なくとも１種類を繊維径０．５〜７ｄｔｅｘの範囲内のものを使用することにより単位体積あたりの繊維本数及び総表面積をより多くさせた構造で垂直入射法吸音率（１０００Ｈｚ）が８０％以上であり、該低融点繊維の含量が５〜９５ｗｔ％であり、該繊維集合体が繊維の長さ方向に引き揃えたスライバーを熱成形し、カットした塊状であることを特徴とする吹き込み用吸音断熱材。

また、請求項２にかかる発明は、２種類以上の短繊維集合体からなる吸音断熱材が、少なくとも１種類が異型断面構造からなることを特長とする請求項１に記載の吹き込み用吸音断熱材である。

また、請求項３にかかる発明は、２種類以上の短繊維集合体からなる吸音断熱材が、少なくとも１種類が難燃性からなることを特長とする請求項１乃至２いずれかに記載の吹き込み用吸音断熱材である。

また、請求項４にかかる発明は、スライバー熱成形品をカットした塊状が、直径３ｍｍ〜５０ｍｍ、高さ３ｍｍ〜５０ｍｍの柱状である請求項１乃至３いずれかに記載の吹き込み用吸音断熱材である。

また、請求項５にかかる発明は、スライバー熱成形品をカットした塊状が、密度が１ｋｇ／ｍ３〜２００ｋｇ／ｍ３である請求項１乃至４いずれかに記載の吹き込み用吸音断熱材である。

本発明はガラス繊維に替わる性能を有し、中空型構造繊維の使用および異型断面構造繊維により断熱性能に優れた性能を有するうえ、繊維径０．５〜７ｄｔｅｘの範囲の繊維の使用により吸音性能に優れた性能を有し、設置作業性、作業環境を著しく改善した、特に使用条件が過酷な天井等の建築材料用などの吸音断熱材に適した繊維集合体である。また、本発明に開示した方法のうちポリエステル単一素材からなる繊維集合体なら再び本発明の吸音断熱材としてリサイクルができ、地球環境の保全にも極めて有用である。

以下に本発明の吹き込み用吸音断熱材の部材である繊維集合体について説明する。本発明の吹き込み用吸音断熱材を構成する繊維について説明する。利用可能な素材としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート（ＰＥＮ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）やこれらの共重合体に代表されるポリエステル、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド、その他ポリオレフィン、アクリル、モダクリル等の合成繊維や、ウール、絹、綿、麻等の天然繊維が挙げられる。合成繊維の場合、ＰＥＴボトル等からのリサイクル繊維を用いても良い。

本発明に用いる繊維集合体は、上記繊維を２種類以上含むが、マトリックス繊維として少なくとも１種類は繊維径０．５〜７ｄｔｅｘの範囲内である繊維を使用することにより、吸音性能にも優れた繊維集合体を得ることが可能である。これは０．５〜７ｄｔｅｘの範囲内である繊維からなる繊維集合体と、一般的な断熱材に使用される７ｄｔｅｘ以上からなる繊維集合体を同密度で比較した場合、単位体積あたりの繊維本数及び総表面積がより多くなる。このため繊維集合体中の繊維表面に入射した音エネルギーの熱エネルギーへの変換がより効率的となり吸音性能が大幅に改善される。

また、マトリックス繊維は、少なくとも１種類は中空型構造の繊維を使用することにより、軽量であるだけでなく断熱性にも優れた繊維集合体を得ることが可能である。これは中空型構造の繊維の場合、繊維の中空部分に空気が保持されるためである。通常、繊維集合体を断熱材として使用する場合、繊維集合体中に発生する空気対流によって熱が移動するが、中空型構造の繊維を使用することによりこれを抑える効果がある。

また、マトリックス繊維は、少なくとも１種類が異型断面構造の繊維を使用することにより、繊維間の空間を細かく分割でき、繊維集合体中に発生する空気対流を抑える効果があり好ましい。例えば三角型、Ｙ型、偏平型の異型断面繊維が挙げられ、中でもＹ型は好ましい。

また、マトリックス繊維は、難燃性繊維も好ましく用いられる。ダウンライトを用いるような天井用の吹込み吸音断熱材に好ましい。

また、マトリックス繊維は、単独ポリマーからなるものだけでなく、複合繊維も好ましく用いられる。例えば、サイドバイサイドの構造を有し自己捲縮発現性を有する繊維等である。また、サイドバイサイド構造と上記中空型構造を組み合わせた繊維も好ましく用いられる。マトリックス繊維は１種類のみでなく、複数の種類を組み合わせてもよい。

本発明では、マトリックス繊維の融点よりも低い融点を有する成分を含む低融点繊維を使用することが必要である。このような、低融点成分（あるいは融着成分ともいう）は、通常数十℃から百数十℃の温度で溶融又は軟化する。低融点成分のみが溶融又は軟化し、他の繊維成分には影響のない温度で繊維構造体を熱処理し、低融点成分により繊維相互間の接触部の一部で実質的に接着させる。これにより、繊維集合体の形態が保持される。

このような低融点成分を含む繊維の例としては、イソフタル酸を共重合したＰＥＴとホモＰＥＴからなる複合繊維、ポリオレフィンとＰＥＴからなる複合繊維等が挙げられる。

低融点繊維の混率は任意であるが、繊維集合体中の耐熱性や形態保持性の観点から５〜９５ｗｔ％の利用が好ましい。

本発明の好ましい態様として、繊維集合体を構成する繊維が全てポリエステル繊維であるものが挙げられる。素材をポリエステルに統一する事は、特にリサイクル面で優位である。例えば、マトリックス繊維としてＰＥＴ、ＰＥＮ等のホモポリマーからなるものや、ホモポリエステルを１成分とするサイドバイサイド繊維と、共重合ポリエステルを低融点成分とする単独又は複合ポリエステルからなる繊維集合体を例示することが出来る。更に、断熱性能と弾性性能の面から、繊維径の大きいものと小さいものを混合して用いる事は好ましい。

次に本発明の吹き込み用断熱材の製造方法について説明する。最初に前述したマトリックス繊維と低融点繊維を任意の混率で混合する。混綿、カーディングを行い、カードの出口でトランペットと呼ばれる集束管を用いてウェブをスライバーとし、これに熱処理を施す。熱処理は低融点繊維中の低融点成分が軟化又は溶融する温度より高く、他の繊維成分が溶融する温度より低い温度で行う。これにより、低融点繊維（の一部）が溶融し、繊維集合体は構成繊維の相互間の接触部の一部で実質的に接着する。これにより、吸音断熱材の構造が保持される。

熱的処理は、カーディングを行ってスライバーとした後の工程で、例えば赤外線ヒータの輻射熱による間接的な加熱処理を上下両面から施し、直後に円筒や、円をくりぬいた板状物を通過させることにより円柱状に固定された成形スライバーを得る。このとき成形直後に空気等で冷却して成形性を向上させることが可能である。

また、スライバーを直接、加熱した板あるいは加熱したチューブによる接触加熱で、表面を溶融させて成形スライバーにすることも可能である。

このとき、円筒や円をくりぬいた板状物もしくは加熱した板あるいは加熱したチューブ等の円の直径を変えることによって、スライバーの直径を任意に変更する事が出来る。また、断面形状は円形のみでなく四角形、三角形など適宜選択出来る。

赤外線ヒータ等による間接加熱、あるいは熱板等による接触加熱のいずれの場合も、表面を加熱処理して溶融させる温度は１１０〜２２０℃であることが好ましい。この範囲内であると、スライバーを成形するのに十分であるほか、マトリックス繊維に与える影響も少ない。このためマトリックス繊維のポリマー劣化等が引き起こす物性変化などが抑制され好ましい。

本発明の吹込み断熱材の大きさは、直径３ｍｍ〜５０ｍｍ、長さ３ｍｍ〜５０ｍｍであることが好ましい。小さすぎても大きすぎても吹込み施工性が悪くなる傾向がある。また、その形状は直円柱でなくても、斜めになっていてもかまわない。

また、本発明の吹込み吸音断熱材の密度は、１ｋｇ／ｍ３〜２００ｋｇ／ｍ３であることが好ましい。しかし、本発明の吹込み吸音断熱材の大きさや密度は、使用目的、使用部位や必要とされる吸音性能、断熱性能に応じて適宜変更が可能である。

吹き込み用吸音断熱材の熱伝導率は、ＪＩＳ−Ａ−１４１２による平板直接法で、英弘精機製熱伝導率測定装置「ＨＣ−０７４」で測定した。

また吹き込み用吸音断熱材の吸音率は、ＪＩＳ−Ａ−１４０５による垂直入射法吸音率で測定した。

実施例１
サイドバイサイドの構造を有し自己捲縮発現性を有する中空構造型ポリエステル繊維「Ｈ５８８」（大島産業（株）製；繊度７ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ）２０重量％、レギュラー機械捲縮ポリエステル繊維「３１０」（大島産業（株）製；繊度１．５ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ）６０重量％、芯鞘型の複合繊維であってその鞘部を構成する成分の融点が、レギュラー機械捲縮ポリエステル繊維より融点が約１４０℃低いポリエステル繊維「４０８０」（ユニチカファイバー（株）製；繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ）２０重量％を混綿し、カーディングを行ったウェブを集束管（トランペット）を通してスライバーを作製した後、通常の遠赤外線照射による均一な加熱処理をスライバー全体に施し、ゲレン７ｇ／ｍ、直径１７ｍｍの成形スライバーを得た。この成形スライバーをギロチン式カッターにて長さ１７ｍｍにカットし、密度３１ｋｇ／ｍ３の吹込み用吸音断熱材を得た。この吹込み用吸音断熱材は、吹込み密度１３ｋｇ／ｍ３に調整した試料の熱伝導率が０．０４６Ｗ／ｍ・Ｋ、１００ｍｍ厚さ時の垂直入射法吸音率（１０００Ｈｚ）が８８％の性能であった。更にこの吹込み用吸音断熱材を実際に天井に吹込み施工を行なったところ、飛散する塵が少なく、皮膚のチクチク感がなく作業性が良好であった。

実施例２
繊維断面形状がＹ形状をした異型ポリエステル繊維「ＳＰ８８０５」（小島（株）製；繊度５．５ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ）２０重量％、レギュラー機械捲縮ポリエステル繊維「３１０」（大島産業（株）製；繊度１．５ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ）６０重量％、芯鞘型の複合繊維であってその鞘部を構成する成分の融点が、レギュラー機械捲縮ポリエステル繊維より融点が約１４０℃低いポリエステル繊維「４０８０」（ユニチカファイバー（株）製；繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ）２０重量％を混綿し、カーディングを行ったウェブを集束管（トランペット）を通してスライバーを作製した後、通常の遠赤外線照射による均一な加熱処理をスライバー全体に施し、ゲレン６ｇ／ｍ、直径３０ｍｍの成形スライバーを得た。この成形スライバーをギロチン式カッターにて長さ３０ｍｍにカットし、密度８ｋｇ／ｍ３の吹込み用吸音断熱材を得た。この吹込み用吸音断熱材は、吹込み密度１３ｋｇ／ｍ３に調整した試料の熱伝導率が０．０４４Ｗ／ｍ・Ｋ、１００ｍｍ厚さ時の垂直入射法吸音率（１０００Ｈｚ）が９１％の性能であった。更にこの吹込み用吸音断熱材を実際に天井に吹込み施工を行なったところ、飛散する塵が少なく、皮膚のチクチク感がなく作業性が良好であった。

実施例３
繊維断面形状がＹ形状をした異型ポリエステル繊維「ＳＰ８８０５」（小島（株）製；繊度５．５ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ）２０重量％、レギュラー機械捲縮ポリエステル繊維「３１０」（大島産業（株）製；繊度１．５ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ）５０重量％、難燃性ポリエステル繊維「ハイム」（東洋紡績（株）製；繊度３．３ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ）１０重量％、芯鞘型の複合繊維であってその鞘部を構成する成分の融点が、レギュラー機械捲縮ポリエステル繊維より融点が約１４０℃低いポリエステル繊維「４０８０」（ユニチカファイバー（株）製；繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ）２０重量％を混綿し、カーディングを行ったウェブを集束管（トランペット）を通してスライバーを作製した後、通常の遠赤外線照射による均一な加熱処理をスライバー全体に施し、ゲレン８ｇ／ｍ、直径２０ｍｍの成形スライバーを得た。この成形スライバーをギロチン式カッターにて長さ２０ｍｍにカットし、密度２５ｋｇ／ｍ３の吹込み用吸音断熱材を得た。この吹込み用吸音断熱材は、吹込み密度１３ｋｇ／ｍ３に調整した試料の熱伝導率が０．０４５Ｗ／ｍ・Ｋ、１００ｍｍ厚さ時の垂直入射法吸音率（１０００Ｈｚ）が８８％の性能であった。更にこの吹込み用吸音断熱材を実際に天井に吹込み施工を行なったところ、飛散する塵が少なく、皮膚のチクチク感がなく作業性が良好であった。

比較例１
吹込み用の破砕グラスウール断熱材を実施例と同様に密度１８ｋｇ／ｍ３に調整した試料の熱伝導率が０．０５２Ｗ／ｍ・Ｋ、１００ｍｍ厚さ時の垂直入射法吸音率（１０００Ｈｚ）が５８％の性能であった。更にこの吹込み用破砕グラスウール断熱材を実際に天井に吹込み施工を行なったところ、飛散する塵が多く、皮膚のチクチク感があり、作業するには防塵マスクや気密性の高い作業服が必要であった。また、経時的に壁体に作用する振動によって充填した断熱材の沈み込みの発生が見られた。

Claims

２種類以上の短繊維集合体からなる吸音断熱材であって、該短繊維集合体がマトリックス繊維およびマトリックス繊維の融点よりも低い融点を有する成分を含む低融点繊維からなり、該マトリックス繊維の少なくとも１種類が中空型構造であり、さらに該マトリックス繊維の少なくとも１種類を繊維径０．５〜７ｄｔｅｘの範囲内のものを使用することにより単位体積あたりの繊維本数及び総表面積をより多くさせた構造で垂直入射法吸音率（１０００Ｈｚ）が８０％以上であり、該低融点繊維の含量が５〜９５ｗｔ％であり、該繊維集合体が繊維の長さ方向に引き揃えたスライバーを熱成形し、カットした塊状であることを特徴とする吹き込み用吸音断熱材。
前記マトリックス繊維の少なくとも１種類が異型断面構造である請求項１乃至２いずれかに記載の吹き込み用吸音断熱材。
前記マトリックス繊維の少なくとも１種類が難燃性である請求項１乃至３いずれかに記載の吹き込み用吸音断熱材。
直径３ｍｍ〜５０ｍｍ、高さ３ｍｍ〜５０ｍｍの柱状である請求項１乃至４いずれかに記載の吹き込み用吸音断熱材。
密度が１ｋｇ／ｍ３〜２００ｋｇ／ｍ３である請求項１乃至５いずれかに記載の吹き込み用吸音断熱材。