JP5715538B2 - 無機繊維集合体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、無機繊維をバインダーで結合した無機繊維集合体に関するものである。
自動車等の排気管に装着される消音器（マフラー）の吸音材としては、ガラス繊維をバインダーで結合したものが用いられている。
例えば、特許文献１に記載のように、フェノール樹脂等のバインダーでガラス繊維を結合したものがある。しかし、フェノール樹脂バインダーは、ホルムアルデヒドを原料としていることから、製造時及び使用時に、ホルムアルデヒド等の刺激臭の発生があり、自動車の分野では嫌われている。
使用時の臭気が少ないことから、無機バインダーでガラス繊維を結合することも考えられる。しかし、無機バインダーは、高温においても結合力が低下しないことから、硬くなりすぎる傾向がある。
特許文献２、３には、自動車内装部品の製造や、建築内装材の接着に用いられる、強固な密着性を有すると共に耐熱性に優れる熱硬化性のバインダーとして、澱粉等の糖類をポリイソシアネートで架橋するものが提案されている。ただし、特許文献２、３には、このバインダーをガラス繊維等の無機繊維の結合に用いる用途は記載されていない。
上記のように、フェノール樹脂バインダーは、製造時及び使用時に、ホルムアルデヒドの刺激臭が発生し、無機バインダーは、硬くなりすぎる傾向がある。
そこで、本発明は、ホルムアルデヒドの刺激臭が発生しない有機バインダーを用いた無機繊維集合体及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の無機繊維集合体は、集合された無機繊維の一部繊維間が、該一部繊維間に付着して熱により糖類がポリイソシアネートで架橋されたバインダーにより結合されている。
また、本発明の別の無機繊維集合体は、集合された無機繊維の一部繊維間が、該一部繊維間に付着して熱により糖類がポリイソシアネートで架橋されたバインダーにより結合され、前記バインダーの一部又は全部が炭化している。
上記課題を解決するために、本発明の無機繊維集合体の製造方法は、無機繊維を集合させるとともに、該無機繊維の一部繊維間に、糖類とポリイソシアネートとを含むバインダーを付着させるステップと、前記バインダーが付着した無機繊維を、前記糖類が前記ポリイソシアネートで架橋される架橋温度に加熱して、該架橋されたバインダーにより一部繊維間を結合するステップとを含む。
また、本発明の別の無機繊維集合体の製造方法は、無機繊維を集合させるとともに、該無機繊維の一部繊維間に、糖類とポリイソシアネートとを含むバインダーを付着させるステップと、前記バインダーが付着した無機繊維を、前記糖類が前記ポリイソシアネートで架橋される架橋温度に加熱して、該架橋されたバインダーにより一部繊維間を結合するステップと、前記バインダーにより結合された無機繊維を、前記バインダーが炭化する温度に加熱して、前記バインダーの一部又は全部を炭化させるステップとを含む。
本発明の無機繊維集合体及び無機繊維集合体の製造方法の各要素の態様を以下に例示する。
１．無機繊維集合体
無機繊維集合体の用途は、特に限定されないが、次のもの等が例示できる。
・消音器用吸音材
・オーブンレンジ用断熱材
・自動車用防音材
自動車用防音材の場合の使用場所は、特に限定されないが、ボンネットの裏等が例示できる。
・家電用パッキン
家電としては、特に限定されないが、電気ポット、炊飯器、ホットプレート、電子レンジ等が例示できる。
・ガス燃焼機器用パッキン
ガス燃焼機器としては、特に限定されないが、給湯器、ガスコンロ、ファンヒータ、ストーブ等が例示できる。
無機繊維集合体の用途は、特に限定されないが、次のもの等が例示できる。
・消音器用吸音材
・オーブンレンジ用断熱材
・自動車用防音材
自動車用防音材の場合の使用場所は、特に限定されないが、ボンネットの裏等が例示できる。
・家電用パッキン
家電としては、特に限定されないが、電気ポット、炊飯器、ホットプレート、電子レンジ等が例示できる。
・ガス燃焼機器用パッキン
ガス燃焼機器としては、特に限定されないが、給湯器、ガスコンロ、ファンヒータ、ストーブ等が例示できる。
２．無機繊維
無機繊維としては、特に限定されないが、ガラス繊維、シリカ繊維、ロックウール繊維、セラミック繊維、アルミナ繊維、バサルト繊維等が例示できる。安全面で優れることから、ガラス繊維、シリカ繊維が好ましく、コストの面で優れることから、ガラス繊維がより好ましい。
無機繊維としては、特に限定されないが、ガラス繊維、シリカ繊維、ロックウール繊維、セラミック繊維、アルミナ繊維、バサルト繊維等が例示できる。安全面で優れることから、ガラス繊維、シリカ繊維が好ましく、コストの面で優れることから、ガラス繊維がより好ましい。
無機繊維の形態は、特に限定されないが、長繊維であってもよいし、短繊維であってもよい。無機繊維集合体が消音器用吸音材の場合には、無機繊維の飛散（特に使用時における）を防止できることから、繊維長が長い（５０ｍｍ以上）ものであることが好ましい。一方、無機繊維集合体が、レンジ用断熱材、自動車用防音材、家電用パッキン又はガス燃焼機器用パッキンの場合には、平均繊維長が５０〜１５０ｍｍのものであることが好ましい。５０ｍｍ未満では、繊維同士が絡み難いため、マット状になり難い。一方、１５０ｍｍを超えると、製造設備に繊維が巻き付き易いため、製造工程が安定しない。
無機繊維の太さは、特に限定されないが、３〜２４μｍが好ましい。３μｍ未満では、剛性が低いため、繊維が切れ易い。一方、２４μｍを超えると、剛性が高すぎるため、繊維同士が絡み難い。より好ましくは、５〜１２μｍである。
３．バインダー
バインダーは、糖類、ポリイソシアネート以外の成分、例えば、触媒等を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。架橋時間の短縮や架橋温度の低下のための触媒としては、特に限定されないが、アミン系化合物、有機金属化合物等のポリウレタンに用いられる触媒等が例示できる。温度（特に１００℃以上の温度）による結合力の変化が少ないことから、バインダーは、熱硬化性であることが好ましい。
バインダーは、糖類、ポリイソシアネート以外の成分、例えば、触媒等を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。架橋時間の短縮や架橋温度の低下のための触媒としては、特に限定されないが、アミン系化合物、有機金属化合物等のポリウレタンに用いられる触媒等が例示できる。温度（特に１００℃以上の温度）による結合力の変化が少ないことから、バインダーは、熱硬化性であることが好ましい。
バインダーの添加量は、特に限定されないが、無機繊維１００質量部に対し、２〜３０質量部が例示できる。
無機繊維集合体が消音器用吸音材の場合のバインダーの添加量は、無機繊維１００質量部に対し、３〜１５質量部であることが好ましい。
無機繊維集合体がオーブンレンジ用断熱材の場合のバインダーの添加量は、無機繊維９０質量部に対し、２〜１０質量部であることが好ましい。
無機繊維集合体が自動車用防音材の場合のバインダーの添加量は、無機繊維８０質量部に対し、１０〜２０質量部であることが好ましい。
無機繊維集合体が、家電用パッキン又はガス燃焼機器用パッキンの場合のバインダーの添加量は、無機繊維９０質量部に対し、２〜１０質量部であることが好ましい。
それぞれ、上記範囲の下限未満では結合力が弱くなり、上記範囲の上限を超えると硬くなりすぎるからである。
無機繊維集合体が消音器用吸音材の場合のバインダーの添加量は、無機繊維１００質量部に対し、３〜１５質量部であることが好ましい。
無機繊維集合体がオーブンレンジ用断熱材の場合のバインダーの添加量は、無機繊維９０質量部に対し、２〜１０質量部であることが好ましい。
無機繊維集合体が自動車用防音材の場合のバインダーの添加量は、無機繊維８０質量部に対し、１０〜２０質量部であることが好ましい。
無機繊維集合体が、家電用パッキン又はガス燃焼機器用パッキンの場合のバインダーの添加量は、無機繊維９０質量部に対し、２〜１０質量部であることが好ましい。
それぞれ、上記範囲の下限未満では結合力が弱くなり、上記範囲の上限を超えると硬くなりすぎるからである。
３−１．糖類
糖類としては、特に限定されないが、グルコース等の単糖類、スクロール、マルトース等の二糖類、オリゴ糖等の少糖類、澱粉、セルロース等の多糖類等が例示でき、これらの糖類を単独で用いてもよいし、二種以上を混ぜ合わせて（混合物として）用いてもよい。
糖類としては、特に限定されないが、グルコース等の単糖類、スクロール、マルトース等の二糖類、オリゴ糖等の少糖類、澱粉、セルロース等の多糖類等が例示でき、これらの糖類を単独で用いてもよいし、二種以上を混ぜ合わせて（混合物として）用いてもよい。
３−２．ポリイソシアネート
ポリイソシアネートとしては、特に限定されないが、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、テトラメチレンキシリレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）等の芳香族系イソシアネート、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、水素添加（水添）ＭＤＩ、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（Ｈ１２ＭＤＩ）、水添ＸＤＩ（Ｈ６ＸＤＩ）等の脂環族系イソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、ダイマー酸ジイソシアネート（ＤＤＩ）、ノルボルネン・ジイソシアネート（ＮＢＤＩ）等の脂肪族系イソシアネート等、これらのビウレット化物、イソシアヌレート化物、カルボジイミド変性体等が例示でき、これらのポリイソシアネートを単独で用いてもよいし、二種以上を混ぜ合わせて（混合物として）用いてもよい。
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４．架橋温度
架橋温度は、糖類のヒドロキシ基とポリイソシアネートのイソシアネート基とが反応する温度以上であれば、特に限定されないが、１６０〜２３０℃が例示できる。
架橋温度は、糖類のヒドロキシ基とポリイソシアネートのイソシアネート基とが反応する温度以上であれば、特に限定されないが、１６０〜２３０℃が例示できる。
５．炭化
バインダーが炭化する温度（バインダーの炭化温度）は、有機物であるバインダーが分解炭化する温度以上（２７０℃以上）であれば、特に限定されないが、無機繊維への影響が少なく、効率的に炭化が行えることから、３００〜３５０℃であることが好ましい。
また、炭化は、バインダーによる結合力が残るよう、一部が炭化されていることが好ましい。
バインダーが炭化する温度（バインダーの炭化温度）は、有機物であるバインダーが分解炭化する温度以上（２７０℃以上）であれば、特に限定されないが、無機繊維への影響が少なく、効率的に炭化が行えることから、３００〜３５０℃であることが好ましい。
また、炭化は、バインダーによる結合力が残るよう、一部が炭化されていることが好ましい。
本発明によれば、ホルムアルデヒドの刺激臭が発生しない有機バインダーを用いた無機繊維集合体を提供することができる。
また、バインダーの一部又は全部を炭化することで、使用時にホルムアルデヒド以外のの臭気が減らせる無機繊維集合体を提供することができる。
また、バインダーの一部又は全部を炭化することで、使用時にホルムアルデヒド以外のの臭気が減らせる無機繊維集合体を提供することができる。
本発明の実施例１の消音器用吸音材１０について、図１、図２を用いて説明する。
消音器用吸音材１０は、図１に示すように、綿状に集合されたガラス繊維１２の一部の繊維間が、この一部の繊維間に付着して熱により澱粉がポリイソシアネートで架橋された熱硬化性バインダー１６により結合されたものである。ガラス繊維１２には、Ｅガラスの長繊維からなり、線径が約２４μｍの連続繊維を用いた。熱硬化性バインダーには、澱粉とポリイソシアネートとを含む大榮産業社の商品名「バイオプレポリマーＤＢＰ２３０１」を用いた。
次に、消音器用吸音材１０の製造方法について説明する。
図２に示すように、７０００ＴＥＸのロービング１３にした、ガラス繊維１２を噴射ノズル１４に供給し、約０．５ＭＰａのエアーと共に噴射ノズル１４の先端から形枠１５内に噴射する。ガラス繊維１２は、エアーと共に噴射されることで開繊され、形枠１５内に集積される。
また、粉末状の熱硬化性バインダー１６を吹付けノズル１７の先端からエアーにより開繊されたガラス繊維１２に向けて噴射して、ガラス繊維１２に吹付ける。熱硬化性バインダーの添加量は、ガラス繊維１００質量部に対し、約４質量部である。なお、熱硬化性バインダー１６の付着をよくするため、噴射ノズル１４に水を供給して、ガラス繊維１２を水で濡らしてもよい。
開繊されたガラス繊維１２は、形枠１５内に綿状に充填される。形枠１５は、内空間に金網１８が設けられ、この金網１８によりガラス繊維１２が形枠１５から出ないようにして、内空間を吸引により整流している。
充填されたガラス繊維１２は、２００℃の温度、３０分間の加熱時間の加熱条件で形枠１５ごと加熱されることで、ガラス繊維１２に付着した熱硬化性バインダー１６の澱粉がポリイソシアネートで架橋され、一部のガラス繊維１２同士を結合して、消音器用吸音材１０が形成される。
実施例１の消音器用吸音材１０は、澱粉をポリイソシアネートで架橋する熱硬化性バインダーを用いることから、製造時及び使用時にホルムアルデヒドの臭気が発生することがなく、硬くなりすぎることもない。また、ガラスの連続繊維を用いることから、使用時等におけるガラス繊維の飛散を防止できる。
本発明の実施例２のオーブンレンジ用断熱材について説明する。
オーブンレンジ用断熱材は、フェルト状に集合されたガラス繊維１２の一部の繊維間が、この一部の繊維間に付着して熱により澱粉がポリイソシアネートで架橋された熱硬化性バインダー１６により結合されたものである。熱硬化性バインダー１６は炭化されている。ガラス繊維１２には、Ｅガラスの長繊維のチョップからなり、線径が約５μｍで繊維長が約７５ｍｍのものを用いた。熱硬化性バインダー１６には、澱粉とポリイソシアネートとを含む大榮産業社の商品名「バイオプレポリマーＤＢＰ２３０１」を用いた。
次に、オーブンレンジ用断熱材の製造方法について図３を用いて説明する。
先ず、調合機コンベアに９０質量部のガラス繊維１２を並べ、その上から粉末の熱硬化性バインダー１６を１５質量部振り掛けて、ガラス繊維１２に熱硬化性バインダー１６を付着させる。その後、給綿機を用いて開繊する。なお、開繊が悪い場合には、給綿機による開繊を繰り返す。
開繊されたものに、カード機を用いてウェブを作る。その後、クロスレイヤー機を用いて、所望の目付（例えば７００ｇ／ｍ２）になるように積層する。なお、積層されたものが所望の厚さ（例えば１５ｍｍ）になるよう、ガラス繊維１２の隙間を調整する。
積層されたものを、加熱炉内を通過するコンベア（ヒーターコンベア）に載せて、２００℃の温度で５分間の加熱を行って、ガラス繊維１２に付着した熱硬化性バインダー１６の澱粉がポリイソシアネートで架橋され、一部のガラス繊維１２同士を結合して、マット状にする。その後、ロールに巻き取る。
ロールに巻き取られたものを、３５０℃で１分間加熱して、少なくとも熱硬化性バインダー１６の表面を炭化させた後、打抜機を用いてトムソン刃で打抜いてオーブンレンジ用断熱材が形成される。
実施例２のオーブンレンジ用断熱材は、澱粉をポリイソシアネートで架橋する熱硬化性バインダーを用いたことから、製造時及び使用時にホルムアルデヒドの臭気が発生することがなく、硬くなりすぎることもない。また、少なくともバインダーの表面が炭化するまで加熱することから、バインダーの未反応物や、分解物等の揮発を低減でき、使用時の臭気を低減できる。
本発明の実施例３の自動車用防音材について説明する。
自動車用防音材は、フェルト状に集合されたガラス繊維１２の一部の繊維間が、この一部の繊維間に付着して熱により澱粉がポリイソシアネートで架橋された熱硬化性バインダー１６により結合されたものである。ガラス繊維１２には、Ｅガラスの長繊維のチョップからなり、線径が９μｍで繊維長が約７５ｍｍのものを用いた。熱硬化性バインダー１６には、澱粉とポリイソシアネートとを含む大榮産業社の商品名「バイオプレポリマーＤＢＰ２３０１」を用いた。
次に、自動車用防音材の製造方法について図３、図４を用いて説明する。
先ず、調合機コンベアに８０質量部のガラス繊維１２を並べ、その上から粉末の熱硬化性バインダー１６を３０質量部振り掛けて、ガラス繊維１２に熱硬化性バインダー１６を付着させる。その後、給綿機を用いて開繊する。なお、開繊が悪い場合には、給綿機による開繊を繰り返す。
開繊されたものに、カード機を用いてウェブを作る。その後、クロスレイヤー機を用いて、所望の目付（例えば１５００ｇ／ｍ２）になるように積層する。
積層されたものを、加熱炉内を通過するコンベア（ヒーターコンベア）に載せて、２００℃の温度で１分間の加熱を行って、ガラス繊維１２に付着した熱硬化性バインダー１６の澱粉がポリイソシアネートで架橋され、一部のガラス繊維１２同士を結合して、セミキュアマットにする。その後、ロールに巻き取る。
ロールに巻き取られたセミキュアマットを所望の長さに切断した後、図４に示すように、油圧プレス機に取り付けた成形型を用いて２３０℃の温度、１分間の加熱時間の条件で成形を行い、ガラス繊維１２に付着した熱硬化性バインダー１６の澱粉がポリイソシアネートで架橋され、一部（セミキュアマットの状態よりは多い）のガラス繊維１２同士を結合すると共に成形する。その後、成形されたものにトリミングを行い、自動車用防音材が形成される。
実施例３の自動車用防音材は、澱粉をポリイソシアネートで架橋する熱硬化性バインダーを用いたことから、製造時及び使用時にホルムアルデヒドが発生することがなく、硬くなりすぎることもない。
本発明の実施例４の家電用又はガス燃焼機器用パッキンについて説明する。
家電用又はガス燃焼機器用パッキンは、フェルト状に集合されたガラス繊維１２の一部の繊維間が、この一部の繊維間に付着して熱により澱粉がポリイソシアネートで架橋された熱硬化性バインダー１６により結合されたものである。ガラス繊維１２には、Ｅガラスの長繊維のチョップからなり、線径が５μｍで繊維長が約１００ｍｍのものを用いた。熱硬化性バインダー１６には、澱粉とポリイソシアネートとを含む大榮産業社の商品名「バイオプレポリマーＤＢＰ２３０１」を用いた。
次に、家電用又はガス燃焼機器用パッキンの製造方法について図３を用いて説明する。
家電用又はガス燃焼機器用パッキンは、セミキュアマットの作り方が自動車用防音材のセミキュアマットの作り方と略同じである（９０質量部のガラス繊維１２に１５質量部の熱硬化性バインダー１６を振り掛ける点と、目付が５００ｇ／ｍ２である点のみが異なる）。そこで、セミキュアマットから家電用又はガス燃焼機器用パッキンを成形する工程について説明する。
家電用又はガス燃焼機器用パッキンは、セミキュアマットの作り方が自動車用防音材のセミキュアマットの作り方と略同じである（９０質量部のガラス繊維１２に１５質量部の熱硬化性バインダー１６を振り掛ける点と、目付が５００ｇ／ｍ２である点のみが異なる）。そこで、セミキュアマットから家電用又はガス燃焼機器用パッキンを成形する工程について説明する。
ロールに巻き取られたセミキュアマットを所望の長さ（１ｍ）に切断した後、油圧加熱装置を用い、２３０℃の温度、２分間の加熱時間の条件で成形を行い、ガラス繊維１２に付着した熱硬化性バインダー１６の澱粉がポリイソシアネートで架橋され、一部（セミキュアマットの状態よりは多い）のガラス繊維１２同士を結合すると共に、厚さ２ｍの平板状（密度は２５０Ｋｇ／ｍ３）に成形する。その後、打抜機を用いてトムソン刃で打抜いて家電用又はガス燃焼機器用パッキンが形成される。
実施例４の家電用又はガス燃焼機器用パッキンは、澱粉をポリイソシアネートで架橋する熱硬化性バインダーを用いたことから、製造時及び使用時にホルムアルデヒドが発生することがなく、硬くなりすぎることもない。
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
１０ 消音器用吸音材
１２ ガラス繊維
１６ 熱硬化性バインダー
１２ ガラス繊維
１６ 熱硬化性バインダー
Claims (2)
- 無機繊維を集合させるとともに、該無機繊維の一部繊維間に、糖類とポリイソシアネートとを含むバインダーを付着させるステップと、
前記バインダーが付着した無機繊維を、前記糖類が前記ポリイソシアネートで架橋される架橋温度に加熱して、該架橋されたバインダーにより一部繊維間を結合するステップと、
前記バインダーにより結合された無機繊維を、前記バインダーが炭化する温度に加熱して、前記バインダーの一部又は全部を炭化させるステップとを含む無機繊維集合体の製造方法。 - 集合された無機繊維の一部繊維間が、該一部繊維間に付着して熱により糖類がポリイソシアネートで架橋されたバインダーにより結合されて、前記バインダーの一部又は全部が炭化している無機繊維集合体。
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