JP6251621B2

JP6251621B2 - 不燃性無機繊維マット

Info

Publication number: JP6251621B2
Application number: JP2014065104A
Authority: JP
Inventors: 和男小寺
Original assignee: NIHON GLASS FIBER INDUSTRIAL CO., LTD.
Current assignee: NIHON GLASS FIBER INDUSTRIAL CO., LTD.
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: JP2015187316A

Description

本発明は、建物の断熱材又は吸音材として用いられる不燃性の無機繊維マット（ボードを含む）に関するものである。

建物の断熱材又は吸音材として用いられるマットには、不燃性が求められる。このため、一般に無機繊維どうしを、発熱量が概ね２４．３ＭＪ／ｋｇと低いために燃えにくい水溶性フェノール樹脂を主成分とする結合剤によって固定し、マット状に成形して製造されている。

しかし、水溶性フェノール樹脂は、その架橋剤に含まれるホルムアルデヒドがマット製造後も残留したり、製造後の反応によってもホルムアルデヒドを発生させたりする。このホルムアルデヒドは、揮発して建築物内に拡散し、いわゆるシックハウス症候群や化学物質過敏症などの原因となるため、その放出量が法律で規制されている。

そこで、従来より、ホルムアルデヒドの放出の少ない無機繊維マットが提案されている。例えば、特許文献１には、グラスウール又はロックウールに、結合剤として特定のアクリル樹脂系エマルジョン（ｐＨが４〜８、皮膜時のガラス転移温度が１０〜６０℃、皮膜時の抗張力が１５ＭＰａ以上、皮膜時の伸度が１０〜８０％）を含有するものを付着させ、該結合剤を加熱硬化して得た無機繊維マットが記載されている。同マットは、ホルムアルデヒドの放出が極めて少ないとされている。

特許第４３５１１０９号公報

しかし、特許文献１の無機繊維マットにも、次のような問題がある。
（１）アクリル樹脂は、発熱量が概ね３０．５ＭＪ／ｋｇと高いために燃えやすく、不燃性の点で不利である。
（２）マットの製造方法は、アクリル樹脂系エマルジョンをスプレー法によって無機繊維に付与する湿式ステップの後、アクリル樹脂系エマルジョンを加熱硬化させるというものなので、乾燥加熱ロスが多く、高コストになる。

そこで、本発明の目的は、断熱性及び吸音性に優れるだけでなく、ホルムアルデヒド等の揮発性物質（ＶＯＣ）の放出が少なく、結合剤が低発熱量のため不燃性の点で有利であり、復元性にも優れる、という優れた効果を奏する無機繊維マットを提供することにある。本発明のさらなる目的は、同効果を奏する無機繊維マットを、少ない乾燥加熱ロスで、低コストに製造することができる方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、次の手段を採った。
（１）無機繊維どうしが結晶化度１５〜７０％のポリエステル樹脂からなる結合剤により結合されマット状に成形されてなり、建物の断熱材又は吸音材として用いられる無機繊維マットであって、結合剤は無機繊維と結合剤との合計に対して５質量％以上であり、無機繊維マットにおける全有機分が２０質量％以下であり、無機繊維マットの嵩密度が２４〜１００ｋｇ／ｍ³であり、建築基準法に定められた発熱性試験で判定される不燃材料であることを特徴とする不燃性無機繊維マット。ここで、結晶化度１５〜７０％のポリエステル樹脂は、単一種の樹脂でもよく、複数種の樹脂からなるものでもよく、複数種の樹脂からなる場合には、樹脂全体の結晶化度が１５〜７０％であるものとする（以下、同じ）。

前記無機繊維が、平均繊維径３〜２４μｍ、平均繊維長２０〜３００ｍｍのガラス繊維であることが好ましい。

前記結合剤が、結合用繊維であり、該結合用繊維の一部が溶融してから固化して無機繊維どうしを結合していることが好ましい。

前記結合用繊維が、芯と該芯よりも低融点の鞘とで芯鞘構造をなす繊維であることが好ましい。芯の樹脂と鞘の樹脂との樹脂全体で結晶化度が１５〜７０％であるものとする。

本発明の無機繊維マットによれば、結合剤に結晶化度１５〜７０％の樹脂を使い、フェノール樹脂を使わないため、ホルムアルデヒド等の揮発性物質の放出が少ない。また、ポリエステル樹脂は、発熱量が概ね２３．４ＭＪ／ｋｇと低いために燃えにくく、従来のフェノール樹脂の概ね２４．３ＭＪ／ｋｇにほぼ匹敵し、優れた不燃性と少ない発炎性が得られる。

但し、樹脂の結晶化度が１５％未満の場合、耐熱性が低くなり、無機繊維マットの剛性及び復元性（反発保持率）も低下する。また、樹脂の結晶化度が７０％を超える場合、無機繊維マットの製造が困難になり、無機繊維マットの剛性が高すぎてロール巻きが困難になる。そこで、結晶化度１５〜７０％の樹脂を用い、適度な剛性と優れた復元性に優れた無機繊維マットを得たものである。

（２）断熱材又は吸音材として用いられる無機繊維マットの製造方法であって、
無機繊維と、結晶化度１５〜７０％の樹脂からなる結合用繊維とを混繊するステップと、
混繊したものを、加熱して結合用繊維の一部を溶融させるステップと、
加熱したものを、マット状に成形し、冷却して前記溶融した一部を固化させ無機繊維どうしを結合させるステップと
を含む無機繊維マットの製造方法。

ここで、前記無機繊維が、平均繊維径３〜２４μｍ、平均繊維長２０〜３００ｍｍのガラス繊維であることが好ましい。

前記結合剤が、結合用繊維であり、該結合用繊維の一部を溶融させてから固化させて無機繊維どうしを結合させること好ましい。

前記結合用繊維が、繊度１〜１０デニール、平均繊維長２０〜３００ｍｍであることが好ましい。

本発明の無機繊維マットの製造方法によれば、基本的に液に含浸したり液を塗布したりする湿式でなく、乾式で製造できるため、乾燥加熱ロスが少ない。よって、上記効果を奏する無機繊維マットを、低コストに製造することができる。

断熱性及び吸音性に優れるだけでなく、ホルムアルデヒド等の揮発性物質（ＶＯＣ）の放出が少なく、結合剤が低発熱量のため不燃性の点で有利であり、復元性にも優れる、という優れた効果を奏する無機繊維マットを提供することができる。また、同効果を奏する無機繊維マットを乾式で、乾燥加熱ロスが少なく、低コストに製造することができる方法を提供することができる。

本発明による実施例の、（ａ）は製造途中の積層体を示す部分拡大断面図、（ｂ）は製造した無機繊維マットの部分拡大断面図である。同無機繊維マットの製造方法を示す図である。

本発明の構成要素の態様を、以下に例示する。
１．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、ロックウール繊維、セラミック繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、バサルト繊維、炭素繊維等を例示できる。価格と安全性の面でガラス繊維が好ましい。
ガラス繊維の材質としては、特に限定されないが、Ｅガラス、ＡＲガラス、Ｃガラス、Ａガラス、Ｓガラス、Ｔガラス等を例示できる。汎用性のあるＥガラス繊維が好ましい。
ガラス繊維は、ガラスヤーンのみならず、例えばガラスヤーンにガラスロービングやガラス糸を混合したものでもよい。
無機繊維のサイズとしては、特に限定されないが、平均繊維径１０〜３２μｍ、平均繊維長２０〜３００ｍｍが好ましく、平均繊維径１４〜２７μｍ、平均繊維長５０〜１００ｍｍがより好ましい。

２．結合剤
結晶化度１５〜７０％のポリエステル樹脂からなる結合剤の形態としては、特に限定されないが、結合用繊維、エマルジョン、粉体等を例示できる。無機繊維マットを乾式で、乾燥加熱ロスが少なく、低コストに製造することができる点で、結合用繊維の形態が好ましい。
結合剤は、単一種の結晶性樹脂からなるものでもよいし、複数種の結晶性樹脂からなるものでもよいし、結晶性樹脂とそれ以外の材料を含有するものでもよい。
結合剤は、無機繊維と結合剤との合計に対して、５〜４０質量％が好ましく、７〜３５質量％がより好ましい。５質量％未満では無機繊維の結合性が低下し、４０質量％を超えると無機繊維マットの耐熱性が低下する。

２−１．結晶性樹脂
結晶性樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等を含むポリエステルを用いる。価格と易溶融性、低発熱量で自己消火性があることから、ポリエステルが好ましい。

２−２．結合用繊維
結合用繊維としては、特に限定されないが、結晶性樹脂からなる単体繊維、結晶性樹脂からなる芯と結晶性樹脂又は非結晶性樹脂からなる鞘とで芯鞘構造をなす繊維、結晶性樹脂繊維と非結晶性樹脂繊維との混繊、結晶性樹脂繊維の表面に非結晶性樹脂粉を付着させた繊維を例示できる。
結晶性ポリエステル樹脂は、融解後急冷すると、ほとんど結晶化せず、非結晶状態となりやすいため、加熱硬化させる際は、非結晶状態とならないように温度や冷却速度に配慮が必要となる。
結晶化ポリエステル樹脂を含有する繊維の場合、結晶性ポリエステル樹脂からなる芯と、該芯よりも低融点の結晶性ポリエステル樹脂からなる鞘とで芯鞘構造をなす繊維を用いることが好ましい。鞘よりも高融点の芯を残した状態で、芯よりも低融点の鞘を融解させて、無機繊維どうしを結合することが、結晶性ポリエステル樹脂の結晶化度を維持できる点で適している。
結合用繊維のサイズとしては、特に限定されないが、繊度は１〜１０デニールが好ましく、２〜７デニールがより好ましく、平均繊維長は２０〜３００ｍｍが好ましく、５０〜１００ｍｍがより好ましい。

３．無機繊維マット
無機繊維マットは、特に限定されないが、嵩密度１０〜１００ｋｇ／ｍ³、厚さ５〜１００ｍｍが好ましい。
無機繊維マットは、主に無機繊維からなるマットであり、結晶化度１５〜７０％の結晶性樹脂以外の有機繊維または有機物を含んでもよい。
有機繊維または有機物の材料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、アクリル、ビニロン、レーヨン等の樹脂、あるいは、これらの成分を含む各種共重合体あるいは混合樹脂を例示できる。有機繊維としては、これらの樹脂からなる長繊維のほか、アラミド繊維、天然繊維、ポリ乳酸繊維、耐炎化繊維を含めてもよい。
有機繊維のサイズとしては、繊度は１〜１０デニールが好ましく、２〜７デニールがより好ましく、平均繊維長は２０〜３００ｍｍが好ましく、５０〜１００ｍｍがより好ましい。

無機繊維マットは、そのまま断熱材又は吸音材として用いることができるが、表皮を貼り付けたり袋状に囲ったりしてもよい。表皮としては、特に限定されないが、樹脂フィルム、不織布、織布、紙、金属箔、金属箔積層樹脂フィルム、金属箔積層クラフト紙、金属箔積層ガラスクロス等を例示できる。樹脂フィルムや不織布の材料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ウレタン等を例示できる。金属箔としては、アルミニウム箔を例示できる。
表皮の厚さは、特に限定されない。樹脂フィルムの厚さとしては、１０〜５０μｍを例示でき、１５〜２５μｍが汎用性があり好ましい。
表皮が多数の通気孔を有しているものは、無機繊維マットを袋状に囲った時にその後の脱気性から適している。
表皮に防カビ剤を混合または表面塗布したものは、無機繊維マットを多湿環境下となる場所に施工する場合に好ましい。
表皮に静電防止処理又は帯電防止処理を施したものでも良い。

無機繊維マットを断熱材又は吸音材として施工場所に接着するために、無機繊維マットの裏面に、予め接着層を設けてもよく、施工時に接着剤を塗布してもよい。予め接着層を設ける場合は、合成ゴム系接着剤が好ましく、ホットメルト接着剤をロールコートやスプレー方式にて塗布し、離型紙を貼り合せることで、施工時まで接着面を保護することができる。あるいは、粘着性フィルムや加熱によって接着できる接着フィルムを貼り合せてもよい。

無機繊維マットにおける全有機含有量は、２００ｇ／ｍ²以下とすることが、火災時の発生ガス抑制の点で好ましい。

無機繊維マットのサイズは、特に限定されないが、嵩密度２４〜１００ｋｇ／ｍ³、厚さ１０〜１００ｍｍが好ましい。

本発明を具体化した実施例１〜６の無機繊維マットについて、表１に配合等を示し、図１に一部の断面を拡大して示し、図２に製造装置（表皮貼りも含む）を示す。また、表紙１に比較例１〜４の配合等も示す。なお、実施例で記す材料、構成、数値は例示であって、適宜変更できる。

無機繊維には、平均繊維径９μｍ、平均繊維長５０ｍｍのＥガラス繊維を用いた。但し、比較例４の無機繊維には、短繊維のＥガラス繊維を用いた。
結合剤には、結晶性ポリエステル樹脂（ＰＥＴ）からなる芯鞘構造の結合用繊維を用いた。これは、高融点（２５０℃以上）の結晶性ポリエステル樹脂からなる芯と、低融点（１７５℃）の結晶性ポリエステル樹脂からなる鞘とで芯鞘構造をなすものであり、全体の結晶化度は２０〜３０％、繊度は、芯が２デニール、鞘が３．５デニール、平均繊維長は５０ｍｍである。

実施例１〜６については、繊維を表１に示す各配合（単位は質量％）に配合し、図２に示すように混繊機１１に投入し、図１（ａ）に示すようにウェブ３に形成しそのウェブ３を複数枚積層した積層体４を混繊機１１からコンベア１２上に連続的に取り出した。図１において、１は無機繊維であり、便宜上太線で表した２は結合用繊維である。

この積層体４の表面に不織布６を重ね、加熱炉１３を通すことにより１９０℃で加熱し、結合用繊維２の一部（本例では低融点の結晶性ポリエステル樹脂からなる鞘）を溶融させた。

加熱したものを、圧着機１４に通すことにより厚さ方向に圧縮してマット状に成形し、冷却して前記溶融した一部を固化させ無機繊維１どうしを結合させるとともに、無機繊維１と不織布６も結合して、図１（ｂ）に示す無機繊維マット５を得た。各実施例の形態（嵩密度、目付、厚さ）は表１に示すとおりである。

なお、比較例は、結合用繊維の配合を実施例よりも増やしたものである。
比較例２はガラス繊維のみで実施例と同様の工程で作製したものである。
比較例３はニードルパンチ法で繊維を絡めたガラスニードルマットである。
比較例４は市販の湿式製法による黄色い短繊維グラスウールであり、主に軟化点の低いＡガラス繊維を用いているため、耐熱性（軟化点・熱収縮で判断）が低い。ホルマリンキャッチャー剤を表面塗布加工し、ホルムアルデヒドの放散を抑制している。しかし、製造する作業環境からフェノール臭やホルムアルデヒドの放散が生じる。

作製した各実施例及び比較例について、次の方法で性能試験を行った。その結果を表１に示す。
強熱減量は、ＪＩＳ−Ｒ３４２０７．３に準拠した。
熱収縮率は、ＪＡＳＯＭ４０５−８７の７．５に準拠した。
垂直入射吸音率は、ＪＩＳ−Ａ１４０５−１に規定される円板形状の試験片に刃物で打ち抜き、管内法による垂直入射吸音率測定法に従って各周波数における吸音率を測定した。
圧縮の反発保持率は、試験体のサイズを５０ｍｍ角とし、圧縮試験機にて初圧１０Ｐａの厚さｔ０、全圧１００ｋＰａの厚さｔ１、復元圧１０Ｐａの厚さｔ２を求め、下記の式にて算出した。
反発保持率：（ｔ２−ｔ１）／（ｔ０−ｔ１）×１００（％）

復元率は、厚さが１／４となるように圧縮して梱包し、ＪＩＳＡ９５２１に準拠した。前述した特許文献１の段落００７３、００７４と同じ測定方法である。
熱伝導率は、ＪＩＳ−Ｒ２６１６熱線法に準拠した。１００℃での測定は、高温炉内にて加熱し、定常状態で測定した。
発熱性試験は、建築基準法に定められた発熱性試験であり、ＩＳＯ５６６０−１コーンカロリーメータ法に準拠した。
発熱性試験での不燃材料の判定基準は、次のとおりである。
１．加熱開始後２０分間の総発熱量が、８ＭＪ／ｍ²以下であること。
２．加熱開始後２０分間、防火上有害な裏面まで貫通する亀裂及び穴がないこと。
３．加熱開始後２０分間、最高発熱速度が１０秒以上継続して２００ｋＷ／ｍ²を超えないこと。
ホルムアルデヒド放散速度は、ＪＩＳ−Ａ１９０１チャンバー法に準拠した。

本発明による実施例１〜６の無機繊維マットによれば、次の作用効果が得られる。
１．揮発性物質（ＶＯＣ）が少ない
特に、フェノール樹脂を使わないため、ホルムアルデヒドの放出が極めて少ない。
２．低発熱量のため、無機繊維マットにおける全有機分が２０質量％以下であれば、建材の不燃評価基準を概ね満足できる。
アクリル樹脂の発熱量は概ね３０．５ＭＪ／ｋｇと高いが、ポリエステル樹脂は概ね２３．４ＭＪ／ｋｇであり、フェノール樹脂の概ね２４．３ＭＪ／ｋｇにほぼ匹敵し、優れた不燃性と少ない発炎性が得られる。
３．低コスト
基本的に液に含浸したり、液を塗布する湿式でなく、乾式で製造できるため、乾燥加熱ロスが少ない。
４．熱伝導率が低いため、高断熱
ニードルパンチングにより繊維を絡める製法でないため、ニードル針の孔がなく、繊維長が短繊維と比較し長いので、厚さ方向で繊維の固体伝導が抑制され、熱伝導率が低くなり、断熱性能が高い。
５．復元性に優れる

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ができる。

１無機繊維
２結合用繊維
３ウェブ
４積層体
５無機繊維マット
６不織布
１１混繊機
１２コンベア
１３加熱炉
１４圧着機

Claims

無機繊維どうしが結晶化度１５〜７０％のポリエステル樹脂からなる結合剤により結合されマット状に成形されてなり、建物の断熱材又は吸音材として用いられる無機繊維マットであって、
結合剤は無機繊維と結合剤との合計に対して５質量％以上であり、無機繊維マットにおける全有機分が２０質量％以下であり、無機繊維マットの嵩密度が２４〜１００ｋｇ／ｍ³であり、建築基準法に定められた発熱性試験で判定される不燃材料であることを特徴とする不燃性無機繊維マット。
前記無機繊維が、平均繊維径３〜２４μｍ、平均繊維長２０〜３００ｍｍのガラス繊維である請求項１記載の不燃性無機繊維マット。
前記結合剤が、結合用繊維であり、該結合用繊維の一部が溶融してから固化して無機繊維どうしを結合している請求項１又は２記載の不燃性無機繊維マット。
前記結合用繊維が、芯と該芯よりも低融点の鞘とで芯鞘構造をなす繊維である請求項３記載の不燃性無機繊維マット。