JPH10500182A - グラスファイバーマットの機械的特性を改良する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 フェノール縮合樹脂結合剤を含有するグラスファイバーマットにおいて、前記結合剤が硬化する前に弱酸を付与することにより、復元力を向上し加熱処理による引張り強度の低下を改良する。

Description

【発明の詳細な説明】 グラスファイバーマットの機械的特性を改良する方法 本発明は水溶性フェノール縮合樹脂を含有する結合剤をマットに加えるととも に、この結合剤を硬化させることによって得られるグラスファイバーマットの機 械的特性を改良する方法に関するものである。 グラスファイバーマットは主に断熱材として使用される。これに用いる結合剤 は、結合組織を得るために繊維を互いに強固に結合させるものである。結合剤は 同時にまた断熱材の充分な弾性及び圧縮後の高い復元力を保証するものであり、 結果として断熱材を貯蔵保管、輸送でき、また最終目的地で使用のために形状を 変えることができる。 米国特許第４６６３４１９号明細書はグラスファイバーマット用として、塩基 性触媒の存在下で縮合されたフェノール、ホルムアルデヒド及び尿素及び追加の 尿素と別の添加物、例えばシラン、鉱物油、アンモニア及び硫酸アンモニウムか ら成る縮合生成物を含有する結合剤の使用を開示している。結合剤は水溶液とし て未加工のマット上にスプレーされ、次に加圧されて断熱材用の所望の形状に、 例えばパネルまたはパイプに加工され、その後、硬化オーブン(curing oven)に 供給されて結合剤は硬化される。 米国特許第４１７６１０５号明細書はグラスファイバーマット用のための、フ ェノール−ホルムアルデヒド−尿素縮合樹脂をホウ酸及び尿素と反応させて得ら れる結合剤を開示している。フェノールーホルムアルデヒド−尿素縮合樹脂１０ ０重量部に対して１２〜１６重量部のホウ酸及び尿素が添加される。樹脂が硬化 する時にホウ酸錯体が形成される。これは高温でのパンキング（劣化）に対する 結合剤の耐久性を高める役目を果たす。 しかしながら、公知の結合剤には、グラスファイバーマットの機械的強度、特 にマットを圧縮した後、実質的にしばらくの間貯蔵保管されていた後の引張り強 度及び復元力に関して問題が残されている。 従って本発明はグラスファイバーマットの機械的特性を改良することを目的と するものである。 本発明によれば、この課題は結合剤が硬化する前にグラスファイバーマットに ｐＫ値４以上、特に５以上の弱酸を加えることにより達成される。 このｐＫ値は、２５℃における酸の解離定数の対数の負値(negative decadic logarithm)と定義される。 弱酸は結合剤のフェノール縮合樹脂の固形物に対して、好ましくは０．５〜１ ０重量％、特に１〜５重量％の量で添加される。弱酸が０．５重量％未満の量で 加えられると、機械的特性の向上は全く観察されない。一方、弱酸の量が１０重 量％を越えると、改良されるどころか実際には機械的特性は低下する。 添加剤及び弱酸を含む硬化後の結合剤の量は、マットの総重量に対して３〜７ 、好ましくは４〜６重量％である。結合剤が硬化した後の弱酸の量は、マットの 総重量に対して０．０５〜１、好ましくは０．０８〜０．６重量％である。 好適な弱酸は特にｐＫ値４以上、特に５以上のホウ酸及びカルボキシル酸であ る。 カルボキシル酸は、一塩基性又は多塩基性カルボキシル酸でヒドロキシル基を 含むものでも含まないものでもよく、例えば、クエン酸又は脂肪酸を使用できる 。例えばラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸又はオレイン酸等の炭素原子 数８以上を有する脂肪酸が特に好適であることが判っており、オレイン酸等の１ 個又はそれ以上のＣ＝Ｃ二重結合を有する脂肪酸が特に適している。 結合剤中のフェノール縮合樹脂は、好ましくはフェノール及びホルムアルデヒ ド、又はフェノール、ホルムアルデヒド及び尿素から成る水溶性縮合生成物であ り、この縮合物は塩基性触媒、特にアルカリ又はアルカリ土類金属水酸化物、例 えばナトリウム、カリウム、カルシウム又はバリウム水酸化物の存在下にて反応 する。フェノール縮合樹脂は例えば米国特許第４６６３４１９号明細書に従って 生成することができる。 加えて、この縮合樹脂の他に結合剤には尿素及び添加剤、特にシラン、鉱物油 、アンモニア及び／又は硫酸アンモニウムが含まれる。 例えば結合剤は下記の組成を有することができる。： ５５〜７０重量部の水溶性フェノール樹脂（固形物に対して） ４５〜３０重量部の尿素 ０．１〜０．５重量部のシラン ６〜１５重量部の鉱物油 １〜 ５重量部の硫酸アンモニウム ２〜１０重量部のアンモニア（ＮＨ₃として） 使用されるシランは好ましくはアミン基(amine group)を有するシランであり 、これは縮合樹脂中のフェノール基と反応することができる。 しかしながら、鉱物油６〜１５重量部のうち０．４〜１．２重量部だけは、通 常最終生成マットの中に残留する。アンモニアは水溶液で、例えば約２０％水溶 液として加えられる。 マットは、紡糸されたグラスファイバー糸が搬送帯の全方向に統計的に分配さ れたマットとして積層されながら連続的に製造される。ファイバーが搬送帯上に 落ちて行く間に液状結合剤がスプレーされる。次いでマットは結合剤を硬化させ るために硬化オーブン(curing oven)に供給される。 弱酸は液状結合剤に加えることができ、このようにすれば結合剤と混合して搬 送帯上に落下するグラスファイバー上にスプレーすることができる。しかし、結 合剤と弱酸を別々に落下するグラスファイバー上にスプレーすることもできる。 即ち一方の側に液状結合剤のためのスプレーノズルを設け、他方の側に弱酸水溶 液のスプレーノズルを各々設けることもまた可能である。弱酸は、特に弱酸と結 合剤組成物、例えば炭素原子数８以上の脂肪酸のように両者の間に親和性がない 場合には別々に供給される。 本発明の方法は、特に圧縮後の、更に特にマットがしばらくの間貯蔵保管され ていた時の引張り強度及び復元力を改良できる。 結局、本発明は８〜２５モル％のアルカリ酸化物を含有するグラスファイバー 、特に１６モル％以上の高割合の酸化ナトリウムを含有するグラスファイバー、 例えば１６．５〜１９モル％の酸化ナトリウム、０．２〜０．５モル％の酸化カ リウム及び８〜１８モル％の酸化ホウ素を含有するグラスファイバーから成るマ ットの引張り強度及び復元力を特に改良できる。これらのグラスファイバーから 作られたマットは経時的に、即ち長い貯蔵保管を経た後の機械的特性の低下、特 に復元力に関しては極度に少ないことを示している。 以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明する。実施例では下記の表１ で示されている組成物を有するグラスファイバーを使用する。 マットの引張り強度、熱処理(aging)後の引張り強度及び圧縮されたマットの 復元力を測定するために以下の試験を実施する。 ａ）引張り強度及び熱処理後の引張り強度の測定 同じサイズのドーナツ形状の２個のサンプルが特定のマットから切断され、そ の重量が測定される。第１番目のドーナツ形状のサンプルを引き裂くと、その引 裂力がグラム当りのグラム力(gf/g)として引張り強度を表す（RT オリジナル） 。第２番目のドーナツ形状のサンプルを温度１０５℃で湿度１００％のオートク レーブ内に１５分間入れておく。次いで、その引張り強度（RTオートクレーブ） が、gf/gとして測定される。 ｂ）貯蔵保管時間に対する復元力の測定 サンプルがマットから切断され、その厚さが測定される。サンプルは圧力によ り元の厚さの６分の１に圧縮される。この圧縮状態を１時間、２４時間、１２日 間及び１ケ月間保持しておく。各期間の経過後、圧縮を解除すると共に圧縮解除 されたマットの厚さの増加分を測定する。圧縮実験したマットを室温にて保管し ておく。 復元力（ＲＥ）は次式のように測定される。 復元力（％）＝［測定厚さ／呼称厚さ(Nominal thickness)］×１００ ３５℃に保たれた湿度９５％の加湿室で１日圧縮状態にてマットが保持される 以外は、加熱処理後の復元力を測定するために上記試験を繰返し行う。圧縮され たままのサンプルを上記の各同じ期間で室温にて貯蔵保管する。次いで、両方の サンプルの圧力を解除し、圧縮解除されたマットの厚さの増加分を７日後に測定 する。 加速された加熱処理(RE aging)後の復元力は、保持サンプルと加熱処理された サンプルとの間の厚さの差によって測定される。 【実施例１】 以下の組成物を有する結合剤が製造される： ５５重量部のフェノール−ホルムアルデヒド縮合樹脂（固形物に対する重量） ４５重量部の尿素 ９．５重量部の鉱物油 ０．３重量部のシラン ２０重量部の水酸化アンモニウム（２０％水溶液として） ３重量部のホウ酸 水で希釈された結合剤が搬送帯上に落下するＡグラスファイバー上にスプレー される。搬送帯上で形成された結合剤混合マットは、次いでキュアリングオーブ ン内で硬化される。スプレー定着された結合剤の量は、グラスファイバー重量に 対して５重量％（硬化後で）である。ホウ酸の量はグラスファイバー重量に対し て０．１７１重量％である。 【比較例１】 以下の組成物を有する結合剤がグラスファイバー上にスプレーされる以外は、 実施例１が繰返して行われる。 ５５重量部のフェノール−ホルムアルデヒド縮合樹脂（固形物に対する重量） ４５重量部の尿素 ９．５重量部の鉱物油 ０．３重量部のシラン ３重量部の硫酸アンモニウム ６重量部の水酸化アンモニウム（約２０％水溶液として） 【実施例２】 ホウ酸が結合剤とは別々にスプレーされる以外は、実施例１が繰返して行われ る。 【実施例３】 Ａグラスファイバーに代えてＢグラスファイバーが用いられて実施例１が繰返 して行われる。試験ａ），ｂ）が得られたマットを用いて実施された。その結果 は以下の表２に要約される。 【実施例４、５及び比較例２】 引張り強度を測定するための試験ａ）が、実際に実施例１及び２に従って製造 された２つの新たなマットと、実際に比較例１に従って製造された新たなマット とを用いて行われ、この試験では３分の１大のドーナツ形状のサンプルが温度１ ０５℃、湿度１００％のオートクレーブ内に４５分間保持された点で変更されて いる。その結果は以下の表３に示されている。 表３が示しているように、実施例４及び５に従って得られたマットの引張り強 度は、比較例２によるマットよりもオートクレーブ内の人工的な熱処理により、 緩やかに下がることが明白である。 【実施例６〜９】 以下の組成物を有する結合剤を用いて実施例１を繰返し実施した。 ５５重量部のフェノールーホルムアルデヒド縮合樹脂（固形物に対する重量） ４５重量部の尿素 ９．５重量部の鉱物油 ３重量部の硫酸アンモニウム ０．３重量部のシラン ６重量部の水酸化アンモニウム（約２０％水溶液として） 結合剤とは別々に以下のカルボキシル酸がグラスファイバー上にスプレーされ た： クエン酸（実施例６）、 ラウリン酸（実施例７）、及び オレイン酸（実施例８） 吹き付け定着されたカルボキシル酸の量は、グラスファイバー重量に対して約 ０．４％である。 上記の試験ａ）及びｂ）が実施例６〜９に従って得られたマットを用いて実施 された。試験結果は下記の表４に比較例１の対応する試験結果と共に示される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｄ０６Ｍ 13/184 7633−3Ｂ Ｄ０６Ｍ 11/02 15/41 7633−3Ｂ 13/20

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．フェノール縮合樹脂を含有する水溶性結合剤をマットに供給すると共に結合 剤を硬化させることによって得られるグラスファイバーマットであって、４．０ 以上のｐＫ値を有する弱酸が、結合剤が硬化する前にマットに添加されることを 特徴とするグラスファイバーマットの機械的特性を改良する方法。 ２．弱酸が結合剤中のフェノール縮合樹脂固形物に対して０．５〜１０重量％の 割合で加えられることを特徴とする請求項１の方法。 ３．弱酸がマット中のグラスファイバー重量に対して０．０１〜３．０重量％の 割合量で適用されることを特徴とする請求項１または２の方法。 ４．弱酸がホウ酸又はカルボキシル基を有する酸であることを特徴とする上記請 求項のいずれかの方法。 ５．カルボキシル基を有する酸が炭素原子数８以上を有する脂肪酸であることを 特徴とする請求項４の方法。 ６．カルボキシル基を有する酸が不飽和カルボキシル酸であることを特徴とする 請求項４の方法。 ７．フェノール縮合樹脂が塩基性触媒の存在下でフェノール及びホルムアルデヒ ドとの、又はフェノール、ホルムアルデヒド及び尿素との反応生成物であること を特徴とする上記請求項のいずれかの方法。 ８．結合剤がフェノール縮合樹脂だけでなく、尿素、シラン、鉱物油、アンモニ ア及び／または硫酸アンモニウムもまた含有することを特徴とする上記請求項の いずれかの方法。 ９．シランがアミン基を有することを特徴とする請求項８の方法。 １０．結合剤がスプレーによってマット上に適用されることを特徴とする請求項 １の方法。 １１．弱酸が結合剤との混合状態でスプレーされることを特徴とする請求項１０ の方法。 １２．弱酸が結合剤とは別個にスプレーされることを特徴とする請求項１０の方 法。 １３．マットが８〜２５モル％のアルカリ酸化物を有するグラスファイバーから 成ることを特徴とする上記請求項のいずれかの方法。 １４．グラスファイバーが１６．５〜１９モル％の酸化ナトリウム、０．２〜０ ．５モル％の酸化カリウム及び８〜１８モル％の酸化ホウ素を含有することを特 徴とする請求項１３の方法。 １５．改良された機械的特性が加熱処理に従って生じる引張り強度の低下を減少 させることを特徴とする請求項１の方法。 １６．改良された機械的特性が加熱処理に従って生じる圧縮マットの復元力の低 下を減少させることを特徴とする請求項１の方法。