JP6062099B1 - バインダー組成物、成形体、成形体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
従って、ホルムアルデヒドを用いることなく、強度や弾性率などの力学的特性が、フェノール樹脂系バインダーと同程度又は、フェノール樹脂系バインダーよりも優れたバインダーが望まれている。
本発明のバインダー組成物は、ホルムアルデヒドを含まないという利点を有し、グラスウール成形体やロックウール成形体などの成形体の製造に用いた場合に、強度や弾性率等の力学的特性が、フェノール樹脂系バインダーを用いた場合と同等である。従って、グラスウール成形体やロックウール成形体に対するバインダー組成物として使用すると、フェノール樹脂系バインダーを用いたときと同様の触感、堅さ、圧縮復元性が得られる。
また、本発明のバインダー組成物は、低湿度環境と高湿度環境との間で、力学的特性の変化が小さく、耐湿性もフェノール樹脂系バインダーと同程度である。
さらに、本発明のバインダー組成物は、溶液状態での保存安定性に優れるものであり、数ヶ月間安定である。
その中でもスクロースはサトウキビを原料とし、トレハロースはデンプンを原料としており、安価かつ容易に入手できる植物由来の天然物成分であり、人間にも環境にも優しい物質である。
オレイン酸、リノール酸、及びリノレン酸はオリーブオイル等の食用植物油に含有され、植物由来の天然物成分であり、人間にも環境にも優しい物質である。また、クラフト法の製紙工場では、マツ材からパルプを取り出す際に、副生成物としてトール脂肪酸が大量に生成される。トール脂肪酸にはオレイン酸、リノール酸が非常に高濃度で含まれており、工業用オレイン酸を製造する際の原料となっている。したがって、トール脂肪酸をそのまま使用することも可能である。
ロジン酸は、マツ科の植物の樹液である松脂(まつやに)から作られるロジンの主成分であり、工業的に広く利用されている植物由来の天然物成分であり、人間にも環境にも優しい物質である。ロジン酸は、アビエチン酸、パラストリン酸、イソピマール酸を主成分とする混合物であり、これらは全て不飽和モノカルボン酸である。
硫酸アンモニウムやリン酸水素2アンモニウムは、食品添加物として使用されている成分であり、人間に対して安心な物質である。また、無機酸のアンモニウム塩の使用量は、触媒量であるため、本発明のバインダー組成物は大半が天然物由来、植物由来であり、ホルムアルデヒドを含まないことに加え、環境にも優しいバインダーである。
当該モル比のバインダーは、熱硬化後の強度や弾性率などの力学的特性が良好である。
従来のノンホルムアルデヒドタイプのバインダー溶液は、強酸性のカルボン酸を使用しているため、バインダー溶液のpHが1〜6と酸性であり、酸による損傷を受け易い鉱物繊維等の材料に対して用いることが困難であった。
本発明のバインダー組成物を水溶液とした場合にpHが7以上9以下であることから、酸による損傷を受け易い鉱物繊維、例えばロックウール、ストーンウール、スラグウール、ミネラルウールを用いた成形体の製造にも好適に使用できる。
さらに、pHが7以上9以下であり、従来の製造装置に使用されている鋼材を錆びさせてしまうことがないため、ステンレス化などの対策を行うことなく、従来の製造装置を使用可能である。
このとき、前記無機繊維としてロックウール、ストーンウール、スラグウール、ミネラルウール、グラスウール、及びミネラルグラスウールからなる群より選択される少なくとも1種以上の鉱物繊維を含むとよい。
このとき、前記非還元糖が、二糖であるトレハロース、イソトレハロース、スクロース、イソスクロース、及び三糖であるラフィノースからなる群より選択される少なくとも1種以上であり、前記不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩が、オレイン酸アンモニウム、リノール酸アンモニウム、リノレン酸アンモニウム、及びロジン酸アンモニウムからなる群より選択される少なくとも1種以上であり、前記無機酸アンモニウム塩が、硫酸アンモニウム塩、リン酸アンモニウム塩、硝酸アンモニウム塩、及び炭酸アンモニウム塩からなる群より選択される少なくとも1種以上であるとよい。
本発明のバインダー組成物は、フェノール樹脂系バインダーの代替品として使用可能であり、グラスウール、ロックウールなど無機繊維用のバインダーとして使用する以外に、木質ボードに用いられる木材チップ用の接着剤、鋳型に用いられる鋳物砂用の接着剤としても使用可能である。
本実施形態は、非還元糖と、不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩と、無機酸アンモニウム塩と、を含むバインダー組成物、該バインダー組成物を用いた成形体、及び該バインダー組成物を用いた成形体の製造方法の発明に関するものである。
本実施形態の成形体は、住宅等の建物において外壁と内壁との間に配置される断熱材や工場等の配管の外側に配置される断熱材に好適に用いられる。
本実施形態に係るバインダー組成物は、非還元糖と、不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩と、無機酸アンモニウム塩と、を含む。以下に、各成分について詳述する。
(非還元糖)
本実施形態のバインダー組成物は1種以上の非還元糖を含み、該非還元糖としては、オリゴ糖、多糖、それらの誘導体等が挙げられる。
本明細書において、「非還元糖」とは、還元性を示さない等であり、還元糖ではない糖を指す。ここで、「還元糖」とは、開放鎖形態でアルデヒド基を有するアルドース又はケトン基を有するケトースを意味し、単糖はすべて還元糖である。
オリゴ糖とは2以上10以下の単糖が結合したものを指し、多糖とは11以上の単糖が結合したものを指す。
特にスクロースは、世界中の家庭で広く使用されており、容易に大量に入手可能であり、高い安全性を有し、保存安定性にも優れた化合物であるため、本実施形態のバインダー組成物に好適に用いることができる。
非還元糖として用いることができる四糖としては、スタキオースなどが挙げられる。
非還元糖として用いることができる五糖としては、ベルバスコースなどが挙げられる。
さらに、バインダー組成物に用いる非還元糖として、天然および合成の非還元糖の立体異性体又は光学異性体も用いることが可能である。
非還元糖は、いずれか1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
本実施形態のバインダー組成物に含まれる、不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩は、1つ以上の不飽和の炭素結合を有する一価のカルボン酸のアンモニウム塩である。
具体的には、カルボキシル基の炭素原子を除いた炭素原子数が10〜30で、分子内に1〜6個の炭素−炭素二重結合が存在し、1つのカルボキシル基を有するカルボン酸のアンモニウム塩を用いると良いがこれに限定されるものではない。
さらには、ロジン酸(rosin acid)の主成分である、アビエチン酸(abietic acid)、パラストリン酸(palustric acid)、イソピマル酸(isopimaric acid)などの不飽和モノカルボン酸が挙げられるが、これに限定されるものではない。
例えば、アラキドン酸(arachidonic acid、20:4(n−6))、エイコサペンタエン酸(eicosapentaenoic acid、20:5(n−6))、ドコサヘキサエン酸(docosahexaenoic acid、22:6)などの不飽和モノカルボン酸のアンモニウム塩を用いることも可能である。
オレイン酸は、オリーブオイルの主成分であり、食用に用いられている人間にも環境にも優しい物質である。
オレイン酸は、オリーブオイル以外にも含まれており、牛脂等の油脂を加水分解した脂肪酸を液体酸と固体酸に分別後、得られた液体酸を蒸留し、全留出物を取得することにより製造されており、容易に入手可能である。もしくは、オレイン酸は、マツ材からパルプを取り出す際の副生成物であるトール脂肪酸にも非常に高濃度で含まれており、トール脂肪酸から分離抽出して取得することにより製造されており、容易に入手可能である。
不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩は、いずれか1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
このことは、カラメル反応重合物とメラノイジン重合物が生成される前に生成される中間体の存在が大きく関与している。すなわち、中間体であるフルフラールやヒドロキシメチルフルフラール等のフルフラール類、又は、ピラリンやピロールアルデヒドなどピロール類と、不飽和モノカルボン酸の二重結合部分が熱的な反応(Diels−Alder反応やヘテロDiels−Alder反応)を起こすことにより、カラメル反応重合物とメラノイジン重合物中にカルボキシル基が導入される。
そして、異なる重合物間のカルボキシル基と水酸基が脱水反応することでエステル結合を形成し、架橋構造が生成することで、本実施形態に係るバインダー組成物が硬化する。
なお、不飽和モノカルボン酸類を添加しなかった場合は、カラメル反応重合物やメラノイジン重合物は生成するが、架橋構造が形成されないため、非常に脆い力学的特性を有するとともに、湿度環境下での劣化してしまう特性も有するものとなってしまう。
飽和モノカルボン酸を使用した場合は非常に強度が弱く、柔らかい力学特性を有するものとなってしまう。
本実施形態のバインダー組成物に含まれる、無機酸アンモニウム塩としては、例えば、硫酸アンモニウム塩、リン酸アンモニウム塩、硝酸アンモニウム塩、炭酸アンモニウム塩、等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
硫酸アンモニウム塩として、具体的には、硫酸アンモニウム(NH4)2SO4、又は硫酸水素アンモニウムNH4HSO4を用いることが可能である。
リン酸アンモニウム塩として、具体的には、リン酸2水素アンモニウムNH4H2PO4、リン酸水素2アンモニウム(NH4)2HPO4、リン酸アンモニウム(NH4)3PO4、亜リン酸アンモニウム(NH4)2HPO3、又は次亜リン酸アンモニウムNH4H2PO2を用いることが可能である。
硝酸アンモニウムとして、具体的には、硝酸アンモニウムNH4NO3を用いることが可能である。
炭酸アンモニウム塩として、具体的には、炭酸アンモニウム(NH4)2CO3、又は重炭酸アンモニウムNH4HCO3を用いることが可能である。
これらの無機酸アンモニウム塩は、いずれか1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
硫酸アンモニウムは、豆乳を固める豆腐用凝固剤、中華麺の食感や風味を出すためのかんすい、ハムやソーセージの組織の改良のための結着剤など、食品添加物として使用されており、リン酸水素2アンモニウムも、ワインの製造などに使用されている食品添加物であるため、人間にも環境にも優しい物質である。
不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩のモル比を1としたときに、無機酸アンモニウム塩のモル比が0.1以上のバインダー組成物を用いると、所定の温度及び時間で硬化を完了させることが可能となる。
無機酸のアンモニウム塩は、工業的に製造されるが、非還元糖及び不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩に対して、触媒量の使用で十分であるため、本発明のバインダー組成物は大半が天然物由来、植物由来であり、ホルムアルデヒドを含まないことに加え、人間にも環境にも優しいバインダーである。
本実施形態に係るバインダー組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲で必要により、密着性向上剤、粘度調整剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、安定剤、可塑剤、ワックス、顔料若しくは染料、帯電防止剤、抗菌剤、防かび剤、香料、難燃剤、分散剤、造膜助剤及び湿潤剤からなる群から選ばれる1種又は2種以上のその他の添加剤を併用してもよい。
バインダー組成物中のこれら添加物の含有量は、硬化後のバインダー組成物の力学的特性に影響を与えない範囲である必要があり、非還元糖と不飽和モノカルボン酸、及び無機酸アンモニウム塩とから構成される混合物の総重量の5重量%以下、好ましくは2重量%以下であるとよい。
本実施形態のバインダー組成物は、バインダー水溶液とした際のpHが7以上9以下であることを特徴とする。バインダー組成物のpHが、pHが7.0以上8.5以下であることがより好ましく、特に、7.5以上8.5以下であることが好ましい。
一方、本実施形態のバインダー組成物は、水溶液とした際のpHが7以上9以下の中性〜アルカリ性領域にあるため、ロックウールが溶解せず、ロックウールを用いた成形体の製造にも好適に使用できる。
また、従来のノンホルムアルデヒドタイプのバインダーは、ロックウール以外の酸による損傷を受け易い鉱物繊維、例えば、ストーンウール、スラグウール、ミネラルウールにも使用することが困難であったが、本実施形態のバインダー組成物は、水溶液とした際のpHが7以上9以下の中性〜アルカリ性領域にあるため、酸による損傷を受け易い鉱物繊維にも好適に適用できる。
また、酸性のバインダー溶液に、過剰な水酸化ナトリウムを加えることにより、pHを中性〜アルカリ性領域にすることも可能であるが、ナトリウムが残ることにより、バインダーを塗付した材料の表面が、強アルカリ性になってしまうことがあった。
本実施形態のバインダー組成物は、水溶液とした際のpHが7以上9以下の中性〜アルカリ性領域にあるため、過剰なアンモニアや水酸化ナトリウムを添加することなく用いることが可能である。
さらに、従来のノンホルムアルデヒドタイプのバインダーは、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などの反応性が高い石油由来の強酸性のカルボン酸を主原料として用いることにより、取り扱いが困難であることがあったが、本実施形態のバインダー組成物は、そのような成分を含まないため、取り扱いが容易である。
本実施形態に係るバインダー組成物は、無機酸アンモニウム塩及び不飽和カルボン酸アンモニウム塩がアンモニアの供給源として機能する。加熱により、非還元糖がカラメル化反応を起こし、カラメル化反応性生物および非還元糖がアンモニアとメイラード反応して、メイラード反応生成物が得られる。これら生成物はフルフラールやヒドロキシメチルフルフラール等のフルフラール類やピラリンやピロールアルデヒドなどピロール類である。
次に、カラメル化反応生成物とメイラード反応生成物と不飽和モノカルボン酸の二重結合部でDiels−Alder反応やヘテロDiels−Alder反応が起き、カラメル化反応重合物およびメラノイジン重合物を形成する。このため、これら重合物は、未反応のカルボキシル基を有している(図1の上図)。そして、異なる重合物間のカルボキシル基と水酸基が脱水反応することでエステル結合を形成し、重合物の架橋構造が生成することで、本実施形態に係るバインダー組成物が硬化する(図1の下図)。
不飽和モノカルボン酸類を添加しなかった場合は、カラメル化反応重合物およびメラノイジン重合物が生成するが、架橋構造が形成されないため、弾性率が高く非常に脆いものとなってしまい、力学的特性が劣る。また、湿度環境下での劣化が激しく、さらに強度および弾性率の低下が見られる。すなわち、耐湿度性に劣る構造体となってしまう。
本実施形態に係るバインダー組成物を用い、グラスウール、ロックウール、セラミックファイバー等の無機繊維を用いた断熱材、防音材などの成形体を製造することができるが、これに限定されるものではない。例えば、フェノール樹脂系バインダーに代表される熱硬化性バインダーが用いられる各種用途、例えば鋳造用、摩擦材用、砥石用、ろ紙用、成形材料用、合板加工用、化粧板用、積層板用に使用することが可能である。
本実施形態に係る成形体は、例えば梱包のための表皮材等の、該成形体以外の他の部材をさらに備えるものであってもよい。
(無機繊維成形体の製造方法)
本実施形態に係る成形体は、バインダーとして、本実施形態に係るバインダー組成物を用いる以外は、従来、無機繊維成形体の製造に用いられている公知の方法を利用することができる。
例えば、本実施形態に係る、非還元糖と、不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩と、無機酸アンモニウム塩と、を含むバインダー組成物を調製する工程(以下、バインダー組成物調製工程)と、無機繊維に本実施形態に係るバインダー組成物を付着させる工程(以下、付着工程)と、前記バインダー組成物が付着した無機繊維を集積し、集積体とする工程(以下、集積工程)と、前記集積体を、所望の無機繊維成形体に対応した形状に成形する工程(以下、成形工程)と、前記成形された集積体を加熱し、バインダー組成物を架橋反応させる工程(以下、加熱・硬化工程)と、前記加熱工程で架橋したバインダー組成物を冷却する工程(以下、冷却工程)と、を順次行う方法が挙げられる。
以下、各工程について図2を参照して詳細に説明する。
バインダー組成物調製工程では、本実施形態に係る、非還元糖と、不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩と、無機酸アンモニウム塩と、を含むバインダー組成物を調製する(ステップS1)。
この時、バインダー組成物を、水、アルコール等の溶媒を用いてバインダー溶液として調製する。
付着工程では、無機繊維に本実施形態に係るバインダー組成物を付着させる(ステップS2)。
無機繊維としては、グラスウール、ロックウール、セラミックファイバー等を用いることができ、無機繊維の繊維長や繊維径は、無機繊維成形体に応じて選択すればよく、通常、繊維径が3〜10μmの範囲内のものが用いられるが、これに限定されるものではない。
無機繊維は、市販のものを用いてもよく、公知の方法により製造したものをそのまま用いてもよい。無機繊維は、一般的には、溶融した原料(ガラス、玄武岩等の鉱物、鉄炉スラグなど)を繊維化することにより製造され、繊維化方法としては、火炎法、遠心法等が挙げられる。
無機繊維に付着させるバインダー組成物の量は、特に限定されないが、無機繊維を100質量%としたときに、バインダー組成物の固形成分が、0.5〜20質量%の範囲内であるとよい。バインダー組成物の量は、無機繊維成形体の性質に影響し、バインダー組成物の量が多いほど、無機繊維成形体の機械的強度が強くなる。
集積工程では、前記付着工程において、バインダー組成物が付着した無機繊維を集積し、集積体とする(ステップS3)。
集積工程は、公知の方法により実施することができる。バインダー組成物が付着した無機繊維を回転するベルトに堆積させ、フリースを形成させるなどして、集積体とすればよい。
成形工程では、前記集積体を、所望の無機繊維成形体に対応した形状に成形する(ステップS4)。
成形工程は、公知の方法により実施することができる。無機繊維成形体として板状のものを製造する場合を例に挙げると、コンベア上に集積体を積層させればよい。このとき、積層した集積体を鉛直方向から押圧して圧縮する圧縮工程を行ってもよい。
加熱・硬化工程では、成形された集積体を加熱し、前記バインダー組成物を架橋反応させる(ステップS5)。
成形された集積体を硬化炉へと送り、加熱して前記バインダー組成物を反応させることにより、異なる重合物(メラノイジン重合物やカラメル化反応重合物)間がエステル結合で架橋した構造を形成させる。
加熱・硬化工程における加熱温度は、バインダー組成物が架橋する範囲内であればよく、110℃以上300℃以下の範囲内であることが好ましい。110℃未満の場合、バインダー組成物の架橋が不充分となり、機械的強度が不足する可能性がある。300℃を超えると、バインダー組成物が分解し、機械的強度が低下する可能性がある。
冷却工程では、前記加熱工程で架橋した、前記バインダー組成物を冷却する(ステップS6)。
具体的には、硬化炉から送出される無機繊維成形体を室温まで冷却する。
得られた無機繊維成形体は、そのまま製品としてもよく、必要に応じてさらに、切断する切断工程や、表皮材による梱包等を施す梱包工程を行ってもよい。
本実施形態に係るバインダー組成物を用いた成形体の製造方法の具体例として、ロックウールマットの製造方法を説明する。図3は、本発明の一実施形態にかかるロックウールマットの製造方法を示す図である。
本実施形態のロックウールマットは、ロックウールの積層体からなるマットであり、ロックウールは硬化したバインダーにより互いに付着している。
溶融した原料1を、高速で回転するロール11に垂らす。原料1が周囲に伝わって流れるロール11に、エアーと共にバインダーを吹きかけ、原料1を繊維化して、スチールベルト(第1のベルト)13に吹き飛ばす。スチールベルト13上に繊維が堆積してフリース3が形成される。このフリース3はスチールベルト13の移動と共に移動し、所定の位置でペンジュラム(第2のベルト)15に移る。その後、フリース3はさらに移動して、所定の位置でコンベア(第3のベルト)17上に移る。コンベア17上でフリースを重ねて積層体5とする。この積層体5を硬化炉19に通して、バインダーを硬化させ、ロックウールマット7が得られる。
(比較例1及び比較例2)
バインダー性能の指標として、市販の無機繊維製品用のフェノール樹脂系バインダー(レヂトップ、群栄化学工業社製)を、比較例1のバインダーとした。
また、市販の無機繊維製品用のアクリル樹脂系バインダー(グラスパール、三洋化成工業社製)を、比較例2のバインダーとした。
非還元糖としてスクロースを、不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩としてオレイン酸アンモニウムを、無機酸アンモニウム塩としてリン酸水素2アンモニウム又は硫酸アンモニウムを用い、表1に記載の配合量(モル比)で混合して、実施例1〜実施例8のバインダー組成物をバインダー水溶液として調製した。
糖として、還元糖であるグルコース又は非還元糖であるスクロースを用い、表2に記載の各成分と配合量(モル比)で混合して、比較例3〜7のバインダー組成物をバインダー水溶液として調製した。
非還元糖としてスクロースを、不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩としてオレイン酸アンモニウムを用いた。実施例9及び実施例10では無機酸アンモニウム塩としてリン酸水素2アンモニウムを用い、実施例11及び実施例12では無機酸アンモニウム塩として硫酸アンモニウムを用いた。これらの成分を、表3に記載の配合量(モル比)で混合して、実施例9〜実施例12のバインダー組成物をバインダー水溶液として調製した。なお、表3には実施例3及び実施例4の結果を併せて示している。
以下の手順に従い、成形体の作製及び引張強度の測定を行った。
1)ガラス濾紙(ワットマン社製、グレードGF/A、120mm×25mm)をバインダー液に含浸させた。バインダー組成物が付着したガラス濾紙の重量を100重量%としたときに、バインダー組成物の付着重量が70重量%となるようにした。
2)バインダー組成物が付着したガラス濾紙を100℃で1時間乾燥した。
3)バインダー組成物を硬化温度(200℃)で30分硬化させた。
4)試験を行うガラス濾紙を、試験環境下(温度23℃/相対湿度20%RH、又は温度23℃/相対湿度80%RH)に5分間静置し、荷重フルスケール200N、引張り速度25.4mm/分の条件で、万能材料試験機(オリエンテック社製、RTC−1150A)を用いて、引張試験を行い、引張強度及び引張弾性率を得た。
なお、ガラス濾紙は、評価を簡便に行うために無機繊維の代替品として使用したものであり、グラスウール等の無機繊維を用いた場合の結果と同様の傾向を示すと推定される。
試験例1で得られた引張強度及び引張弾性率の測定結果を、バインダー水溶液のpHと共に、表1〜3に示す。
表1に示すように、フェノール樹脂系バインダー(比較例1)及びアクリル樹脂系バインダー(比較例2)を用いた場合の引張強度及び引張弾性率の値は、適切な値を示しており、湿度による数値の変化も許容範囲内であった。以下、比較例1及び比較例2の引張強度及び引張弾性率の値を、バインダー性能を判断する際の指標とした。
pHは、フェノール樹脂系バインダー(比較例1)で7.4、アクリル樹脂系バインダー(比較例2)で4.5であった。
表1に示すように、実施例1〜実施例8のバインダー組成物を用いた場合、引張強度が8.6〜11.2MPa、引張弾性率が1007〜1572MPaの範囲内であり、適切な力学的特性を示し、湿度による数値の変化も小さかった。
実施例1〜8の結果から、オレイン酸アンモニウムのモル比を1としたときのスクロースのモル比は2〜5であればよく、2.5〜4.0であることが特に好ましいことがわかった。
無機酸アンモニウム塩として、リン酸水素2アンモニウム及び硫酸アンモニウムのいずれを用いても良好な引張強度及び引張弾性率の値が得られた。
また、pHは8.1〜8.9であり、中性〜アルカリ性領域であった。
表2に示すように、クエン酸アンモニウムを用いた比較例3では、pHが5.3と低いものであった。
炭素−炭素二重結合を有していない飽和モノカルボン酸であるラウリン酸アンモニウムを用いた場合(比較例4)、pHは8.9であったが、引張強度及び引張弾性率の値が小さすぎるものとなり、バインダーとして不適切であることがわかった。
不飽和モノカルボン酸を用いなかった場合(比較例5〜7)、弾性率の値が大きく、硬く脆いものであった。また、湿度の変化によって引張弾性率が大きく変化し、耐湿度性が低いことがわかった。
表3に示すように、実施例9〜実施例12の結果を実施例3及び実施例4の結果と併せて判断すると、引張強度及び引張弾性率の値は、無機酸アンモニウム塩の種類及び含有割合に依存しないことがわかった。
また、pHは7.9〜8.9であり、中性〜アルカリ性領域であった。
(鉱物繊維マット試験片の作製)
図3の装置を用いて上述した方法で、バインダー組成物の固形成分が1.0〜2.0重量%となるようにバインダー溶液を供給してロックウールマットを作製した。作製したロックウールマットの厚みは、76mm、密度は29kg/m3であった。
この際に使用した、実施例13、比較例8のバインダー組成物の配合は、表4及び表5に示す配合量(モル比)とし、溶媒として水を使用した。
バインダー性能の指標として、市販の無機繊維製品用のフェノール樹脂系バインダー(レヂトップ、群栄化学工業社製)を、比較例1のバインダー溶液とした。
作製したロックウールマットから、縦×横×厚さが60mm×60mm×76mmの試験片5枚を切り出し、該試験片の厚さをノギスを用いて測定し、圧縮復元試験体を得た。
この圧縮復元試験体を、厚さが19.00mmになるように圧縮して、1ヶ月間放置した。放置した環境は、温度23℃/相対湿度20%RH、及び温度23℃/相対湿度80%RHであった。
その後、圧縮復元試験体を圧縮状態から開放して、試験体の厚みを、ノギスを用い1mm単位まで計測した。下記の式から復元率(%)を求め、試験片5枚の平均値を算出した。
復元率(%)=(圧縮後の試験片の厚み/圧縮前の試験片の厚み)×100
温度23℃/相対湿度20%RHで放置した結果を表4に、温度23℃/相対湿度80%RHで放置した結果を表5に示す。
実施例13のバインダーは湿度の影響を受けることなく、従来用いられているフェノール樹脂(比較例1)と同程度の高い圧縮復元性を示した。一方、オレイン酸アンモニウムの代わりに、飽和モノカルボン酸であるラウリン酸アンモニウムを用いた比較例8では、復元率の値が小さく、バインダーとして圧縮復元性が不十分であり、高湿度下で復元率が低く、耐湿度性が低いことがわかった。
3 フリース
5 積層体
7 ロックウールマット
11 ロール
13 スチールベルト(第1のベルト)
15 ペンジュラム(第2のベルト)
17 コンベア(第3のベルト)
19 硬化炉
Claims (11)
- 非還元糖と、
不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩と、
無機酸アンモニウム塩と、
を含むことを特徴とするバインダー組成物。 - 前記非還元糖が、二糖であるトレハロース、イソトレハロース、スクロース、イソスクロース、及び三糖であるラフィノースからなる群より選択される少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項1に記載のバインダー組成物。
- 前記不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩が、オレイン酸アンモニウム、リノール酸アンモニウム、リノレン酸アンモニウム、及びロジン酸アンモニウムからなる群より選択される少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載のバインダー組成物。
- 前記無機酸アンモニウム塩が、硫酸アンモニウム塩、リン酸アンモニウム塩、硝酸アンモニウム塩、及び炭酸アンモニウム塩からなる群より選択される少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載のバインダー組成物。
- 前記不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩のモル比を1としたときに、前記非還元糖のモル比が2〜5であることを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項に記載のバインダー組成物。
- 前記バインダー組成物の水溶液のpHが7以上9以下であることを特徴とする請求項1乃至5いずれか1項に記載のバインダー組成物。
- 非還元糖と、不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩と、無機酸アンモニウム塩と、を含むことを特徴とするバインダー組成物と、
無機繊維、木材、鋳物砂から選択される1種以上と、
を含むことを特徴とする成形体。 - 前記無機繊維としてロックウール、ストーンウール、スラグウール、ミネラルウール、グラスウール、及びミネラルグラスウールからなる群より選択される少なくとも1種以上の鉱物繊維を含むことを特徴とする請求項7に記載の成形体。
- 前記非還元糖が、二糖であるトレハロース、イソトレハロース、スクロース、イソスクロース、及び三糖であるラフィノースからなる群より選択される少なくとも1種以上であり、
前記不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩が、オレイン酸アンモニウム、リノール酸アンモニウム、リノレン酸アンモニウム、及びロジン酸アンモニウムからなる群より選択される少なくとも1種以上であり、
前記無機酸アンモニウム塩が、硫酸アンモニウム塩、リン酸アンモニウム塩、硝酸アンモニウム塩、及び炭酸アンモニウム塩からなる群より選択される少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項7又は8に記載の成形体。 - 成形体を製造する方法であって、
非還元糖と、不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩と、無機酸アンモニウム塩と、を含むバインダー組成物を調製するバインダー組成物調製工程と、
無機繊維に前記バインダー組成物を付着させる付着工程と、
前記バインダー組成物が付着した無機繊維を集積し、集積体とする集積工程と、
前記集積体を、所望の無機繊維成形体に対応した形状に成形する成形工程と、
前記成形された集積体を加熱し、前記バインダー組成物を架橋反応させる加熱・硬化工程と、
前記バインダー組成物を冷却する冷却工程と、
を行うことを特徴とする成形体の製造方法。 - 前記バインダー組成物調製工程において、
前記非還元糖が、二糖であるトレハロース、イソトレハロース、スクロース、イソスクロース、及び三糖であるラフィノースからなる群より選択される少なくとも1種以上であり、
前記不飽和モノカルボン酸アンモニウム塩が、オレイン酸アンモニウム、リノール酸アンモニウム、リノレン酸アンモニウム、及びロジン酸アンモニウムからなる群より選択される少なくとも1種以上であり、
前記無機酸アンモニウム塩が、硫酸アンモニウム塩、リン酸アンモニウム塩、硝酸アンモニウム塩、及び炭酸アンモニウム塩からなる群より選択される少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項10に記載の成形体の製造方法。
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