JP5691182B2

JP5691182B2 - 無機繊維マットの製造方法

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Publication number: JP5691182B2
Application number: JP2010016948A
Authority: JP
Inventors: 貴幸林; 一郎谷井; 廉香平野
Original assignee: ONEWORLD CORPORATION; Nissin Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: ONEWORLD CORPORATION; Nissin Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2030-01-28
Also published as: JP2011153395A; CN102190843A; CN102190843B

Description

本発明は、無機繊維用バインダー、特に、建築用の断熱材、吸音材等として好適に用いられる無機繊維マットに対して、揮発性有機化合物の放出が極めて少なく、十分な厚みを持ち、かつ優れた復元性を与える無機繊維用バインダーで処理された無機繊維マットの製造方法に関する。

従来、グラスウール、ロックウール等の無機繊維からなる無機繊維マットは、産業用や住宅用の断熱材や吸音材に広く用いられている。無機繊維マットは、一般に水溶性フェノール樹脂を主成分とするバインダーによって無機繊維同士が固定され、マット状に成形されて製造されている（例えば、特開昭５８−０７０７６０号公報：特許文献１）。

しかし、上記バインダーの主成分として用いられている水溶性フェノール樹脂は、架橋剤として一般的にホルムアルデヒドが使用されているため、バインダーを加熱硬化する際に、未反応のホルムアルデヒドが無機繊維マットに残留してしまうという問題がある。また、硬化後も、バインダーの加水分解や縮合反応の進行によってホルムアルデヒドが発生するという問題がある。この場合、上記ホルムアルデヒドが、製造後の無機繊維マットの表面や側面から放出されることになる。

ホルムアルデヒドのように常温常圧で空気中に容易に揮発する揮発性有機化合物に関して、近年、揮発性有機化合物による室内空気の汚染が顕在化するとともに、揮発性有機化合物が原因のひとつとされるシックハウス症候群などの健康被害が問題となっている。そのため、建築材料からのホルムアルデヒドの放出量が法律で規制されている。よって、建築材料からのホルムアルデヒド及びその他の揮発性有機化合物の放出量を極めて少なくするために、これらの含有量を極めて少なくすることが有効であると考えられる。

無機繊維マットから放出される揮発性有機化合物とは、主にバインダーに含まれるホルムアルデヒドであるため、上記問題点を解決するためには、バインダーに用いる組成物をホルムアルデヒド非含有組成物とする必要がある。しかし、従来のフェノール樹脂を主成分とするバインダーを用いた無機繊維マットは、原料コストが安く、更にマットの復元率や表面強度等が非常に優れたものであった。そのため、ホルムアルデヒド非含有組成物を主成分とするバインダーを用いてもこれらの性能を有する必要があるが、同等の性能を具備させることは困難であった。

上記問題に対応するために、特開２００５−２９９０１３号公報（特許文献２）では、アクリル樹脂系エマルジョンを主成分とするバインダー、また、特開２００６−０８９９０６号公報（特許文献３）では、カルボキシル基等の官能基を持ったビニル共重合体からなるバインダーが提案されている。しかし、これらのバインダーを用いて得られる無機繊維マットの復元率や表面強度等は、水溶性フェノール樹脂を含むバインダーを用いて得られる無機繊維マットと比較して劣るものであった。

特開昭５８−０７０７６０号公報特開２００５−２９９０１３号公報特開２００６−０８９９０６号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、揮発性有機化合物の放出が極めて少なく、かつ、十分な厚みと復元性に優れた無機繊維マットを製造することが可能な無機繊維用バインダーで処理された無機繊維マットの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、ヒドロキシル基を持つ水溶性高分子とホウ素系化合物を含有するバインダーが、フェノール樹脂を主成分とするバインダーで処理した無機繊維マットと同等の復元率や表面強度等を無機繊維マットに与え、かつ極めて少ない揮発性有機化合物放出量を実現することができることを見出し、本発明をなすに至った。

従って、本発明は、下記の無機繊維マットの製造方法を提供する。
請求項１：
繊維化装置から紡出された無機繊維に
（Ａ）重合度が５００〜３，５００のポリビニルアルコール：１００質量部、及び
（Ｂ）ホウ素系化合物：５〜２５質量部
を含有する２５℃の粘度が１〜５０ｍＰａ・ｓである無機繊維用バインダー水溶液を噴霧し、無機繊維同士の交点に該バインダー水溶液を付着させ、加熱してバインダーを硬化させることを特徴とする無機繊維マットの製造方法。
請求項２：
無機繊維が、グラスウール又はロックウールである請求項１記載の無機繊維マットの製造方法。

本発明の無機繊維用バインダーを用いれば、フェノール樹脂を主成分とするバインダーで処理した場合と同等の復元率や表面強度等を持つ無機繊維マットを作製することができ、またその無機繊維マットからの揮発性有機化合物の放出量は極めて少ない。

本発明の無機繊維用バインダーを使用して無機繊維マットを製造する工程の一実施形態を示す模式図である。本発明の無機繊維用バインダーを無機繊維に付与する工程の一実施形態を示す斜視図である。

以下、本発明を具体的に説明する。
本発明の無機繊維用バインダーは、
（Ａ）ヒドロキシル基を持つ水溶性高分子、及び
（Ｂ）ホウ素系化合物
を含有するものである。

（Ａ）成分のヒドロキシル基を持つ水溶性高分子は、本発明の無機繊維用バインダーの主剤である。（Ａ）成分のヒドロキシル基を持つ水溶性高分子としては、特に限定されないが、好ましくはポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、澱粉などである。これらの中でも、ポリビニルアルコールが特に好ましい。

上記（Ａ）成分の水溶性高分子としては、重合度が５００〜３，５００のものが好ましく、１，５００〜３，０００のものが更に好ましい。重合度が５００未満であると、得られる無機繊維マットに十分な復元性が得られないなどの不具合が生じる場合があり、３，５００を超えると、バインダーのゲル化などの不具合が生じる場合がある。上記重合度は、重量平均重合度として、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ（ＧＰＣ）分析によるポリスチレン換算値として求めることができる。なお、上記水溶性高分子としては、市販品を使用し得る。

（Ｂ）成分のホウ素系化合物は、本発明において架橋剤として機能する。（Ｂ）成分のホウ素系化合物としては、特に限定されず、ホウ砂、ホウ酸、ホウ酸錯体などが挙げられる。（Ｂ）成分のホウ素系化合物の含有量は、（Ａ）成分のヒドロキシル基を持つ水溶性高分子１００質量部に対し、５質量部以上、好ましくは５〜２５質量部、更に好ましくは５〜２０質量部である。ホウ素系化合物の含有量が５質量部未満であると、架橋性不足などの不具合が生じる場合があり、２５質量部を超えた場合は、（Ａ）成分のヒドロキシル基を持つ水溶性高分子との混和性や性能には問題はないが、大幅な性能向上が見られないうえ、コストアップにも繋がる。上記ホウ素系化合物としては、市販品を使用し得る。

更に、本発明の無機繊維用バインダーには、（Ａ）ヒドロキシル基を持つ水溶性高分子及び（Ｂ）ホウ素系化合物以外に、シランカップリング剤、撥水剤、ｐＨ調整剤、着色剤などの添加剤を必要により加えてもよい。これらの添加剤の添加量は、本発明の効果を損なわない範囲で任意とすることができる。

本発明の無機繊維用バインダーは、水に溶解して無機繊維用バインダー水溶液として使用することが好ましい。上記無機繊維用バインダー水溶液の粘度は、２５℃において１〜１００ｍＰａ・ｓであることが好ましく、特に好ましいのは、１〜５０ｍＰａ・ｓである。なお、この粘度値は、回転粘度計による測定値である。粘度が１００ｍＰａ・ｓを超えると噴霧、加工時にバインダーが分散せず、本発明の効果が発揮できない場合がある。

また、上記無機繊維用バインダー水溶液のｐＨは、６〜１２であることが好ましく、７〜１０がより好ましい。ｐＨが上記範囲から外れると、十分な架橋性が得られない場合がある。

本発明の無機繊維用バインダーは、様々な無機繊維に使用可能であり、特にグラスウール、ロックウールに対して優れた効果を発揮する。

本発明の無機繊維マットは、無機繊維を上記無機繊維用バインダーで処理して形成されるものである。上記無機繊維マットに用いられる無機繊維としては、特に限定されないが、グラスウールやロックウールであることが好ましい。

無機繊維の繊維化方法としては、遠心法、吹き飛ばし法など従来公知の方法を採用できる。更に、無機繊維マットの密度も通常の断熱材や吸音材に使用されている密度でよく、好ましくは４０ｋｇ／ｍ³以下、より好ましくは３０ｋｇ／ｍ³以下である。

無機繊維用バインダーの使用量は、無機繊維に対して固形分比率で２〜６質量％が好ましく、３〜５質量％がより好ましい。２質量％未満であると、復元性の乏しい無機繊維マットが成形されるなどの不具合が生じる場合があり、６質量％を超えると、硬く潰れた無機繊維マットが成形されるなどの不具合が生じる場合がある。

本発明の無機繊維用バインダーを使用して無機繊維マットを製造する方法の一例を、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明の無機繊維用バインダーを使用して無機繊維マットを製造する工程の一実施形態を示す模式図であり、図２は、本発明の無機繊維用バインダーを無機繊維に付与する工程の一実施形態を示す斜視図である。

まず、繊維化装置１によりグラスウール等の無機繊維を紡出させる繊維化工程が行われる。ここで、繊維化装置１による繊維化の方法としては、特に限定されず、従来公知の遠心法、吹き飛ばし法などが挙げられる。また、繊維化装置１は、製造する無機繊維マット７の密度、厚さ、及び幅方向の長さに応じて複数設けることも可能である。

次いで、図２で示すように、バインダー付与装置２によって、繊維化装置１から紡出された無機繊維３に、本発明のバインダーを付与する。バインダーの付与方法としては、従来公知の方法を採用することができ、例えば、上記バインダー水溶液を用いて、スプレー法などで付与することができる。繊維の上層部より直接又は斜め方向から繊維同士の交点部分をメインに交点以外の部分にもバインダーを付着させて処理する。

コンベア４１は、未硬化のバインダーが付着した無機繊維３を有孔のコンベア上に積層する装置であり、繊維を均一に積層させるために、コンベア４１は吸引装置を有する有孔のコンベアであることが好ましい。

ここで、本発明におけるバインダーの付着量とは、強熱減量法又はＬＯＩ（ＬｏｓｓｏｆＩｇｎｉｔｉｏｎ）と呼ばれる方法により測定される量であり、約５５０℃でバインダー付着後の無機繊維マットの乾燥試料を強熱し、減量することにより失われる物質の質量を意味する。

上記工程によって、バインダーが付与された無機繊維３は、繊維化装置１の下方に配置されたコンベア４１に堆積され、連続して、ライン方向に沿って設けられているコンベア４２に移動する。そして、コンベア４２及びコンベア４２上に所定間隔で対向配置されたコンベア５によって、堆積した無機繊維３は所定の厚さに圧縮されつつ、コンベア４２、及びコンベア５の位置に配設された成形炉６に入る。

成形炉６において、無機繊維３に付与された本発明のバインダーが加熱硬化して、所定の厚さの無機繊維マット７が形成される。なお、加工条件は、ラインの長さ等で大きく変わるため、適宜設定すればよい。例えば、本願実施例の場合は、加熱温度は、好ましくは１５０〜３００℃、より好ましくは１８０〜２５０℃である。加熱温度が１５０℃よりも低いと、無機繊維マット７の水分が完全に蒸発しないことがあり、３００℃よりも高いと無機繊維マット７に処理されたバインダーが炭化することがある。また、加熱時間は、好ましくは３０〜１２０秒、より好ましくは４５〜９０秒である。加熱温度が３０秒よりも短いと、無機繊維マット７の水分が完全に蒸発しないことがあり、１２０秒よりも長いと無機繊維マット７に処理されたバインダーが炭化することがある。そして、形成された無機繊維マット７は、コンベア４３の部分に設置された切断機８によって所定の製品寸法に切断された後、コンベア４４によって運ばれ、包装、梱包される。

このようにして製造された本発明の無機繊維マットは、フェノール樹脂を主成分とするバインダーを用いて製造された無機繊維マットと同等の復元率や熱的性能及び表面強度等を持ちながらも、無機繊維マットからの揮発性有機化合物の放出量は極めて少ないものである。

なお、ＪＩＳによって、ホルムアルデヒド放散速度は、数段階に区別されている。たとえばＪＩＳ−Ａ９５０４ではＦ☆☆〜Ｆ☆☆☆☆の３段階に区分されており、それぞれ、ホルムアルデヒド放散速度が５μｇ／ｍ²・ｈ以下の場合がＦ☆☆☆☆タイプ、５μｇ／ｍ²・ｈを超えて２０μｇ／ｍ²・ｈ以下の場合がＦ☆☆☆タイプ、２０μｇ／ｍ²・ｈを超えて１２０μｇ／ｍ²・ｈ以下の場合がＦ☆☆タイプである。Ｆ☆☆☆☆タイプが最も優れており、本発明の無機繊維用バインダーを用いた場合、ＪＩＳ−Ａ１９０１のチャンバー法に基づいた試験において、Ｆ☆☆☆☆タイプの無機繊維マットを製造することができる。

また、本発明における無機繊維マットの復元率とは、外力を加えて圧縮させた後、外力を除いて復元させた後の無機繊維マットの厚さと、圧縮前の無機繊維マットの厚さの比で表される。無機繊維マットは保管や輸送の効率を上げるために、一定数量以上の無機繊維マットをまとめて圧縮して梱包する場合がある。そのため、開梱して得られる無機繊維マットが圧縮前の厚さを確保できない場合、すなわち、無機繊維マットの復元率が悪い場合には、断熱性や吸音性などの性能が充分に得られない場合がある。

以下、製造例と実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、下記の例において、部及び％はそれぞれ質量部、質量％を示す。

［実施例１〜４］
表１に記載したポリビニルアルコール１００部とホウ砂１０部をイオン交換水に溶解し１．５％の濃度である無機繊維用バインダー水溶液を調製した。無機繊維としてグラスウールを用い、調製した無機繊維用バインダー水溶液を用いてスプレー塗布してグラスウールを処理し、実施例における処理条件、２２０℃、６０秒で加熱乾燥して無機繊維マットを作製した。無機繊維マットへの無機繊維用バインダーの処理量は、処理後の無機繊維マットを質量基準として、無機繊維への付着量が無機繊維用バインダーの固形分比率で４％となるようにした。

［実施例５〜８］
実施例１において、ホウ砂の量をそれぞれ５部、２０部、２５部、３５部とした以外は、実施例１と同様の製造方法により無機繊維用バインダー水溶液を調製し、無機繊維マットを作製した。

［比較例１］
ポリビニルアルコールに代えて、フェノール樹脂ショーノールＢＲＬ−１０１５（水溶性フェノール：昭和高分子（株）製）を使用した以外は、実施例１と同様の方法により無機繊維用バインダー水溶液を調製し、無機繊維マットを作製した。

［比較例２，３］
実施例１において、ホウ砂の量をそれぞれ０部、３部とした以外は、実施例１と同様の方法により無機繊維用バインダー水溶液を調製し、無機繊維マットを作製した。

［比較例４，５］
ホウ砂に代えて、それぞれカルボジライトＶ−０２（カルボジイミド系架橋剤：日清紡（株）製）、メイカネートＴＰ−１２０（イソシアネート系架橋剤：名成化学工業（株）製）を使用した以外は、実施例１と同様の方法により無機繊維用バインダー水溶液を調製し、無機繊維マットを作製した。

［評価方法］
実施例１〜８、比較例１〜５の無機繊維マットの復元率及びホルムアルデヒド放散速度を測定した。なお、ホルムアルデヒド放散速度はＪＩＳ−Ａ１９０１に基づいて測定した。

無機繊維マットの復元率
無機繊維マットの梱包体製造時に、１０ｃｍ×１０ｃｍのサンプルを取り出し、２０ｋｇの加重を１時間かけ、加重後の無機繊維マットの厚み（ｄｘ）を測定し、下記式（１）により復元率を求めた（ｎ＝５）。結果を表１に併記した。
Ｒ＝（ｄｘ／ｄ）×１００（１）
Ｒ：復元率（％）
ｄｘ：復元後の無機繊維マットの厚み（ｍｍ）
ｄ：試験前の無機繊維マットの呼び厚み（ｍｍ）

ホルムアルデヒド放散速度
また、無機繊維マットの梱包体を適宜切断し、表面積を４４０ｃｍ²に調整したものを、ホルムアルデヒドの放散速度の測定用試験体とした。ホルムアルデヒド放散速度の測定条件について、測定日数は７日間として、チャンバー内の温度を２８℃、相対湿度を５０％として、チャンバー体積を２０Ｌ、換気回数を１時間当り０．５回とした。サンプリングには、ＤＮＰＨ（２，４−ジニトロフェニルヒドラジン）シリカショートボディ（Ｗａｔｅｒｓ社製）を用いて、捕集体積は１０Ｌとし、捕集流量は１６７ｍＬ／ｍｉｎとした。結果を表１に併記した。

１）ＪＣ−２５：ポリビニルアルコール（ケン化度９８．５、重合度２，５００：日本酢ビポバール（株）製）
２）ＪＦ−０５：ポリビニルアルコール（ケン化度９８．５、重合度５００：日本酢ビポバール（株）製）
３）ＪＭ−１７：ポリビニルアルコール（ケン化度９６．０、重合度１，７００：日本酢ビポバール（株）製）
４）ＪＰ−２４：ポリビニルアルコール（ケン化度８８．０、重合度２，４００：日本酢ビポバール（株）製）
５）（株）松葉薬品製

１繊維化装置
２バインダー付与装置
３無機繊維
４１，４２，４３，４４，５コンベア
６成形炉
７無機繊維マット
８切断機

Claims

繊維化装置から紡出された無機繊維に
（Ａ）重合度が５００〜３，５００のポリビニルアルコール：１００質量部、及び
（Ｂ）ホウ素系化合物：５〜２５質量部
を含有する２５℃の粘度が１〜５０ｍＰａ・ｓである無機繊維用バインダー水溶液を噴霧し、無機繊維同士の交点に該バインダー水溶液を付着させ、加熱してバインダーを硬化させることを特徴とする無機繊維マットの製造方法。
無機繊維が、グラスウール又はロックウールである請求項１記載の無機繊維マットの製造方法。