JP5121924B2 - ポリエステル樹脂成形体の処理方法、ポリエステル樹脂成形体、及び自動車用ｎｖｈ部品 - Google Patents

ポリエステル樹脂成形体の処理方法、ポリエステル樹脂成形体、及び自動車用ｎｖｈ部品 Download PDF

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Description

本願発明は、ポリエステルに難燃性及び形状維持性が付与できる組成物、これをポリエステル樹脂に適用する方法、及び前記組成物が適用されたポリエステル樹脂に関する。
現在の自動車市場では、人間の感性に相当する乗車感を左右するＮＶＨ機能はかなり強調される反面、環境問題によって素材の選択には制約がある。そのため、向上したＮＶＨ性能を有し、かつ環境問題を引き起こさない素材の開発が求められている。
「ＮＶＨ」とは、搭乗者の乗車感に影響を及ぼす要素、すなわち、英語で「Ｎｏｉｓｅ」、「Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ」、「Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ」のイニシャル（Ｉｎｉｔｉａｌ）を組み合わせた合成語である。したがって、ＮＶＨ部品とは、上の３つの要素を減少させて搭乗者が最適の乗車感を感じることができるように保障する自動車の部品を総称することである。
（１）Ｎｏｉｓｅ：外部及び自動車の駆動中に発生する不快な音、騒音
（２）Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ：自動車の駆動中に一定の周期で揺れる現象、振動
（３）Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ：自動車の走行時における凹凸などを通る時の路面の衝撃による振動／騒音
現在、自動車などの運搬具に用いられるＮＶＨ部品は、吸音断熱素材を金型を利用して熱又は冷プレスで圧着して成形するが、その素材には、ＥＶＲシート、ウレタンフォーム（ｕｒｅｔｈａｎｅ ｆｏａｍ）、ガラスウール（ｇｌａｓｓ ｗｏｏｌ）、レジンフェルト（ｒｅｓｉｎ ｆｅｌｔ）、ポリエステル（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）などが使用されている。特に、エンジン・ルーム（ｅｎｇｉｎｅ ｒｏｏｍ）のように高熱が生じる所では、一定水準以上の難燃性を要求するので、ガラスウールが主に使用されるが、ガラスウールは、粉塵の飛散、廃棄物の処理などによる公害問題を引き起こすから、その使用範囲に制約を受けているのが現状である。
ポリエステルは、人体に無害で風化により粉塵を発生させないので、親環境的であり、優れた断熱性と吸音性とを有している。しかしながら、難燃性が低く、強い復原力により成形する間だけでなく、成形後に製品の形状が不安定になるという短所がある。
この場合、製品の形状を安定にして維持するためには可塑剤の使用が必須であり、現在の形状維持のために使用される可塑剤は、有害物質と規定された鉛、６価クロム（Ｃｒ）、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）、ＰＶＣ、フェノール樹脂、尿素樹脂、Ｐ．Ｐ．などが含まれているか、又は火災時に有害ガスが出てくる等の問題点がある。
本願発明の目的とするところは、ポリエステルに難燃性及び形状維持性を付与する組成物、及びこのような組成物を製造する方法を提供することにある。
また、本願発明の他の目的とするところは、前記組成物をポリエステル樹脂に適用する方法、及び前記組成物が適用されて本然の性質である人体に無害で、かつ親環境的であり、優れた断熱性と吸音性とを有する特性を維持しつつ、難燃性及び形状維持性の強化されたポリエステル樹脂を提供することにある。
また、本願発明のさらに他の目的とするところは、このように製造されたポリエステル樹脂を利用して、環境問題を起こさずに自動車の乗車感を向上させることのできるＮＶＨ部品を製造することにある。
本願発明は、上記の目的を達成すべく、下記の構成成分を含むポリエステルに難燃性及び形状維持性を付与するための組成物を提供する。このような組成物は、（ｉ）ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏのモル比が２．１〜２．９であるケイ酸ナトリウム溶液５５〜７５質量％と、（ｉｉ）カルボキシルメチルセルロース０．５〜７質量％と、（ｉｉｉ）メチレンジフェニルイソシアネート７０〜８０質量％ポリメチルグリコール２０〜３０質量％のウレタン系樹脂０．７〜１０質量％と、（ｉｖ）ブチルアクリレートモノマー３６〜４０質量％、メチルメタクリルレート１０〜１３質量％、乳化剤１〜２質量％、アクリル酸３〜５質量％、及び残り水を含むアクリル系樹脂混合物０．７〜１０質量％と、（ｖ）１００質量％を満たす残りの水と、を含む。
組成物のうち、ケイ酸ナトリウム溶液は、ポリエステルに難燃性を付与するための構成成分であって、かなり以前から難燃剤の主成分として広く用いられてきた。ケイ酸ナトリウム溶液は、高温に露出する場合、酸化ナトリウムと二酸化硅素間の反応によって炭化ケイ素膜を形成させ、このように形成された炭化ケイ素膜は、燃焼時に二酸化炭素及び一酸化炭素ガスを発生させつつ膨脹されて、断熱性を向上させる機能を行うようになる。
本発明では、使用されるケイ酸ナトリウム溶液のＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏのモル比は、２．１〜２．９であることが好ましい。前記モル比は、酸化ナトリウムに対する二酸化硅素のモル比を意味し、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ質量比に整数１．０３２をかけて求めることができる。２．１〜２．９のモル比範囲のケイ酸ナトリウム溶液を使用する理由は、この範囲の組成物がポリエステルに適用する時に塗布及び脱水が容易で乾燥効率が高くて生産性を向上させ、ポリエステル合成繊維の表面に均一な難燃膜を形成させて、高い難燃性を提供するためである。
ケイ酸ナトリウム溶液の含有量は、最終的なポリエステル製品の質量及び難燃の程度に影響を及ぼす。そのため、ケイ酸ナトリウム溶液は、総組成物に対して５５〜７５質量％含まれることが好ましいが、これは、５５質量％未満に含まれる場合には、難燃性の付与効果が充分でなくなり、７５質量％を超過して含む場合には、組成物の粘度が高まって難燃化のための塗布及び乾燥工程などを遂行し難くして、生産性が低下するためである。
組成物のうち、カルボキシルメチルセルロースは、前記ケイ酸ナトリウム溶液の粘度を下げて、前記組成物が難燃処理素材によく侵入できるようにし、組成物の保管安定性を高める機能を果たす。
カルボキシルメチルセルロースは、組成物全体の含有量を基準に０．５〜７質量％含むことが好ましい。これは、カルボキシルメチルセルロースの含有量が０．５質量％未満である場合には、組成物の粘度を低下させる程度が低いから、組成物をポリエステル樹脂に適用する時に塗布及び乾燥を容易にし、保管安全性を高める本然の機能を十分に発揮できず、７質量％を超える場合には、他の成分、特にケイ酸ナトリウム溶液の含有量低下により難燃性が充分でなくなるという問題点があるためである。
組成物のうち、ウレタン系樹脂及びアクリル系樹脂は、熱を加えて硬化成形すると、再度熱を加えても形態が変わらない熱硬化性樹脂であって、ポリエステルの熱可塑性性質を抑制して、成形の形態を維持させる機能を果たす。
本発明においてウレタン系樹脂として使用されうるものは、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、及びメチレンジフェニルイソシアネート（ＭＤＩ）などのようなイソシアネート類化合物７０〜８０質量％とポリメチルグリコール２０〜３０質量％との混合物である。イソシアネート類の化合物の中では、毒性の弱いメチレンジフェニルイソシアネートを使用することが好ましい。
アクリル系樹脂混合物は、ブチルアクリレートモノマー３６〜４０質量％、メチルメタクリルレート１０〜１３質量％、乳化剤１〜２質量％、アクリル酸３〜５質量％、及び残り水を含む。
このようなウレタン系樹脂及びアクリル系樹脂混合物は、全体組成物に対して０．７〜１０質量％含まれることが好ましい。０．７質量％未満に含まれる場合には、充分な形状維持性をポリエステルに付与できず、成形後にポリエステルの強度が低く、１０質量％を超えて含まれる場合には、素材の質量が高くなり、吸音性も低下するという問題点があるためである。
本願発明の前記組成物は、前記構成成分の他に１００質量％を満たす水を含む。
また、本願発明は、下記のステップを含む前記組成物を製造する方法を提供する。このような組成物の製造方法は、（ａ）ケイ酸ナトリウム溶液とウレタン系樹脂とを混ぜるステップと、（ｂ）アクリル系樹脂混合物と水とを混ぜるステップと、（ｃ）（ｂ）ステップから得た混合物を（ａ）ステップから得た混合物にゆっくり加えつつ混ぜるステップと、（ｄ）カルボキシルメチルセルロースを（ｃ）ステップから得た混合物に混ぜるステップとを含む。
ケイ酸ナトリウム溶液を水と直接混合させる場合、部分的凝固などが発生して均質な混合物を形成させることができない。これにウレタン系樹脂とアクリル系樹脂混合物とをその媒介体として、アクリル系樹脂混合物と水とをまず混ぜた後、ケイ酸ナトリウム溶液とウレタン系樹脂とを混ぜた混合物にゆっくり攪拌しながら加えると、均質な混合物の形成が可能になり、生成された組成物の貯蔵安定性も高まる。
また、本願発明は、このように製造された組成物をポリエステル樹脂に適用する方法を提供する。ポリエステル樹脂の一つ一つに前記組成物を完全に塗布させることができるように、含浸の方法を使用することが好ましい。含浸の方法を使用する場合、含浸、脱水、及び乾燥の工程を経てエステル樹脂に適用できるが、含浸工程は、高圧ノズル方式で行われることができ、脱水は、ローラプレス、真空吸込、及び振動の方法で行われることができ、乾燥工程は、高温の硬化過程及び低温乾燥過程に分けられて行われることができる。
組成物が含浸したポリエステル樹脂に熱を加えると、組成物の粘度と比重とが低くなり、その組成物が下へかたよるという傾向がある。したがって、乾燥工程の初期には、１６０℃以上の高温で熱空気圧（３〜７ｋｇ／ｃｍ２）を加えて、組成物の下部へのかたよりを防止すると同時に瞬間硬化させる。この高温硬化過程の間にポリエステル樹脂は、乾燥率約７０％以上に乾燥させた後、１１０〜１３０℃の低温で残余水分を乾燥し、形態維持のために冷却工程を経るようになる。
また、本願発明は、前記組成物が適用されたポリエステル樹脂を提供する。組成物が適用されるポリエステル樹脂の形態には制約がないが、二重密度構造を有した板状ポリエステル樹脂であることが好ましい。これは、二重密度にして強く接着させた場合、これを利用して成形することが成形後製品の形状をさらに安定に維持させるためである。
このような二重密度構造の板状ポリエステル樹脂は、一次に繊維をウェブ（ＷＥＢ）状態にして積層させた後、パンチング針を打って繊維同士編む方法で製作できる。編まれた繊維上に再度繊維をウェブ状態にして熱融着させてシート状にする。厚さを生かすために、繊維をウェブ状態にして上面のみをパンチングで編む方式であるセミパンチング方法を適用しうる。
二重密度のポリエステルボードは、その用途により各々の密度の範囲を自由に調節できる。一例として、本発明の樹脂組成物が適用された後、密度を基準に７０ｋｇ／ｍ３以上の高密度のポリエステルと１０ｋｇ／ｍ３以上の低密度のポリエステルとを全体平均密度が１５〜５０ｋｇ／ｍ３になるように付着させたボードを使用することができる。
本願発明の組成物が適用されたポリエステル樹脂は、自動車用ＮＶＨ部品の素材として利用されることができる。ＮＨＶ部品の例には、図１に示したように、インシュレイションフード（ＩＮＳＵＬＡＴＩＯＮ ＨＯＯＤ）、ダッシュインナー／アウター（ＤＡＳＨ ＩＮＮＥＲ／ＯＵＴＥＲ）、フェンダーシール（ＦＥＮＤＥＲ ＳＥＡＬ）、ヘッドライナー（ＨＥＡＤ ＬＩＮＥＲ）、トランクリッド（ＴＲＵＮＫ ＬＩＤ）、トランクフローア（ＴＲＵＮＫ ＦＬＯＯＲ）、ホイールハウス（ＷＨＥＥＬ ＨＯＵＳＥ）、バックプレート（ＢＡＣＫ ＰＬＡＴＥ）、リアーフロア（ＲＥＡＲ ＦＬＯＯＲ）、フロントフロア（ＦＲＯＮＴ ＦＬＯＯＲ）、インテグレイトカーペット（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＲＰＥＴ）などがあるが、これに限定されるものではない。本願発明の組成物が適用されたポリエステル樹脂は、このうち、特に耐熱及び断熱を要するエンジン・ルーム（Ｅｎｇｉｎｅ Ｒｏｏｍ）の吸音断熱材として利用されるので適している。
本発明の組成物は、ポリエステルに難燃性及び形状維持性を同時に付与できる。また、本発明の組成物が適用されたポリエステルは、本然の性質である人体に無害で、かつ親環境的であり、優れた断熱性と吸音性とを有する特性を維持しつつ難燃性及び形状維持性が強化されて、環境問題を起こさずに自動車の乗車感を向上させうるＮＶＨ部品を製造するのに使用されることができる。
本発明の組成物が適用されたポリエステル樹脂を利用して製造できる自動車用ＮＶＨ部品を例示した図である。
以下、本願発明の好ましい実施の形態について説明する。しかしながら、これは、本願発明を例示するためのものに過ぎず、本願発明の範囲がこれに限定されるものではない。
（実施例１）
（１）組成物の製造
ケイ酸ソーダ（ｓｏｄａ）溶液は、市販中の液状ケイ酸ナトリウム２号（２０℃のＢｅ’ ５２〜５４質量％、Ｎａ２Ｏ １４〜１５質量％、ＳｉＯ２ ３４〜３５質量％、Ｆｅ２Ｏ３ ０．０５質量％以下、水不溶分０．２質量％以下）と液状ケイ酸ナトリウム３号（２０℃のＢｅ´ ４０〜４２質量％、Ｎａ２Ｏ ９〜１０質量％、ＳｉＯ２ ２８〜３０質量％、Ｆｅ２Ｏ３ ０．０３質量％以下、水不溶分０．２質量％以下）をモル比（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ質量比×１．０３２）が２．５になるように配合して製造した。
ここに、カルボキシルメチルセルロース５質量％；メチレンジフェニルイソシアネート（ＭＤＩ）７０質量％及びポリメチルグリコール３０質量％のウレタン系樹脂５質量％；ブチルアクリレートモノマー３６質量％、メチルメタクリルレート１０質量％、乳化剤１質量％、アクリル酸３質量％、及び残り水を含むアクリル系樹脂混合物５質量％；及び１００質量％を満たす残り水を付加して、ポリエステルに難燃性及び形状維持性を付与するための組成物を製造した。
（２）ポリエステルボードの製造及び（１）の組成物の適用
１５．５ｋｇ／ｍ３の低密度層と４７ｋｇ／ｍ３の高密度層のポリエステルとを接着させた後、（１）で製造した組成物を含浸乾燥させて、厚さ２７ｍｍと密度３２．５ｋｇ／ｍ３の低密度層と厚さ３ｍｍと密度７４ｋｇ／ｍ３の高密度層とを有する全体厚さ３０ｍｍ全体平均密度３７ｋｇ／ｍ３の二重密度ポリエステルボードを製造した。
（３）難燃性テスト
ＫＳＦ ２２７１テスト
（２）で製造したポリエステルボードの難燃性をＫＳＦ ２２７１（建造物の内装材料及び構造の難燃性試験方法）の基準に従って韓国防災試験研究院で実施した。テスト結果は、表１に示した。（２）で製造したポリエステルボードがＫＳＦ ２２７１で規定した難燃２級基準値以上の難燃性を示すことを確認した。
Figure 0005121924
ＵＬ ９４ Ｖ−０テスト
ＵＬ ９４（Ｖ０規格）は、試片を装置し、１０秒間バーナで火を付けた後バーナを除去し、試片に火がついた火が消えるまでの時間、すなわち試片が燃える時間が１０秒を超えてはならず、５つの試片を１セットにしたものに１０回にかけて同一試験を行い、合計燃焼時間が５０秒を超えてはならない。このとき、燃焼時溶けて落ちる火の粉により約３０ｃｍ下に置かれている脱脂綿に火が発火されてはならない。このとき、万一５つの試片のうち、何れか一つでも要求条件を満たさない場合、もう一つの５個の試片で同一試験を行わなければならず、この場合、合計燃焼時間は、５１〜５５秒以内でなければならない。
（２）で製造したポリエステルボードで上記のようなテストを行った結果、ＵＬ９４（Ｖ０規格）の基準にも符合することが確認できた。
（実施例２）
（２）で製造したポリエステルボードを乾燥して、不織布及びアルミニウム（ＡＬ）箔をつけて１６０〜２２０℃で金型の装着された熱プレスで１５〜４５秒圧着することにより、最終製品を完成した。
このように本願発明の組成物を適用させたポリエステル樹脂は、難燃特性が強化され、この樹脂を利用して製造したＮＨＶ部品は、その形状維持性に優れていることが確認できた。
現在、ＮＨＶ部品の素材として多く使用するガラスウールと本願発明のポリエステルの特性を要約比較すると、下記の表２のとおりである。
Figure 0005121924

Claims (7)

  1. （ｉ）ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏのモル比が２．１〜２．９である５５〜７５質量％の水ガラスと、
    （ｉｉ）０．５〜７質量％のカルボキシルメチルセルロースと、
    （ｉｉｉ）７０〜８０質量％のメチレンジフェニルイソシアネート及び２０〜３０質量％のポリメチルグリコールの０．７〜１０質量％のウレタン系樹脂と、
    （ｉｖ）３６〜４０質量％のブチルアクリレートモノマー、１０〜１３質量％のメチルメタクリルレート、１〜２質量％の乳化剤、３〜５質量％のアクリル酸、及び残りの水を含む０．７〜１０質量％のアクリル系樹脂混合物と、
    （ｖ）１００質量％を満たす残りの水と、を含む組成物を、多孔質のポリエステル樹脂成形体に含浸させるステップを含むことを特徴とする、ポリエステル樹脂成形体の処理方法。
  2. （ａ）水ガラス及びウレタン系樹脂を混ぜるステップと、
    （ｂ）アクリル系樹脂混合物及び水を混ぜるステップと、
    （ｃ）（ｂ）ステップから得た混合物を（ａ）ステップから得た混合物にゆっくり加えつつ混ぜるステップと、
    （ｄ）カルボキシルメチルセルロースを（ｃ）ステップから得た混合物に混ぜるステップと、
    を含むことを特徴とする、請求項１の記載のポリエステル樹脂成形体の処理方法。
  3. 前記組成物を前記多孔質のポリエステル樹脂成形体に含浸させた後、脱水及び乾燥の後続工程を順次行うことを特徴とする、請求項１の記載のポリエステル樹脂成形体の処理方法。
  4. 前記含浸の工程は、高圧ノズル方式で行われ、
    前記脱水の工程は、ローラプレス、真空吸込、及び振動の方法で行われ、
    前記乾燥の工程は、高温の硬化過程及び低温乾燥過程に分けられて行われることを特徴とする、請求項３に記載のポリエステル樹脂成形体の処理方法。
  5. 前記ポリエステル樹脂成形体は、二重密度構造を有するボード形態であることを特徴とする、請求項３に記載のポリエステル樹脂成形体の処理方法。
  6. 請求項１〜５のうちの何れか１項の方法で処理されたことを特徴とする、難燃性及び形状維持性が同時に付与されたポリエステル樹脂成形体。
  7. 請求項６に記載のポリエステル樹脂成形体を利用してプレス成形して得られることを特徴とする、自動車用ＮＶＨ部品。
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