(57)【要約】【課題】従来の吸音材よりもさらに薄く軽量であり、優れた吸音性と遮音性とを併せ持つ吸音材を提供すること。【解決手段】連続気泡を形成する母材樹脂と、その母材樹脂に分散され独立気泡を形成する膨張した有機中空粒子とからなる本発明の吸音材は、広い周波数域で高い吸音性を有し、かつ優れた遮音性を併せ持つ。また、従来重い材料以外は困難であった１０００Ｈｚ以下の低周波音についても、軽量でありながら、高い吸音率を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続気泡を形成する母材樹脂と、該母材樹脂に分散され独立気泡を形成する膨張した有機中空粒子とからなる吸音材。
【請求項２】
上記膨張した有機中空粒子を、上記母材樹脂１００重量部に対し０．１〜３０重量部含む請求項２記載の吸音材。
【請求項３】
上記膨張した有機中空粒子の平均粒径が０．１〜３０００μｍである請求項１又は２に記載の吸音材。
【請求項４】
上記母材樹脂のガラス転移温度が吸音材の使用温度範囲内にある請求項１から３のいずれか一つに記載の吸音材。
【請求項５】
上記膨張した有機中空粒子のガラス転移温度が吸音材の使用温度範囲内にある請求項１から４のいずれか一つに記載の吸音材。
【請求項６】
発泡剤を含む樹脂エマルジョンに熱膨張可能な有機中空粒子を混合して発泡させ、さらに加熱してその有機中空粒子を膨張させることを特徴とする吸音材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、騒音防止に用いる吸音材及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、配管、空調機器、電気冷蔵庫、電気器具、自動車、土木材料、建築用壁材、建築用床材、精密機器などの分野に用いられ、騒音防止に有効な吸音特性と吸遮音特性を有する吸音材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコンディショナー、電気冷蔵庫などのモーターや、車両のエンジンなどの駆動系は騒音を発し、使用者や乗員に不快感を与える。また、近隣の迷惑にもなる。それらの騒音を防止するために、配管の周り、電気製品のモーターの周囲、エンジンフード、ダッシュパネル、天井材、ドアトリム、キャブフロア、住宅の床などに連続気泡を持つ吸音材が用いられてきた。
【０００３】
吸音の機構は、音のエネルギーが毛細管状の材料の内部で空気を振動させ、細孔内壁面との摩擦で熱エネルギーに変換するものである。吸音材には、板状のものや膜状のものがあり、具体的にはグラスウールやロックウール、ポリエステル繊維等の繊維集合体や気泡が連通する連続気泡構造を有する軟質発泡ウレタン、発泡性粉体粒子を固めたものなどが用いられる。中でも、安価で軽量な繊維集合体が汎用されている。
【０００４】
遮音の機構は、質量則を用いて機械的な振動を減衰させる、あるいは高分子材料の内部で機械的な振動を熱エネルギーに変換するもので、前者では鉛のような比重の大きな材料を用い、後者ではポリマーのマトリックスに無機フィラーを分散させた材料が使用されている。
【０００５】
なお、本発明においては、特に断らない限り、吸音性が良いとは以下の式で定義される吸音率が高いこと、また残響時間が短いことを意味し、遮音性が良いとは以下の式で定義される遮音率が大きいことを意味する。
ここで、吸音率は、吸音率＝（入射音のエネルギー  −  反射音のエネルギー）／入射音のエネルギー）で定義される。
また、遮音率は、遮音率（音響透過損失）＝１０×log（入射音のエネルギー／透過音のエネルギー）で定義される。
【０００６】
これらの多孔質吸音材は、高周波数の音に対しては、高い吸音率が得られる。しかしながら、家屋の建具の振動等の物理的問題だけでなく、不眠、不安、頭痛等の心理的、生理的な問題を引き起こすと言われている、例えば１０００Ｈｚ以下の低周波音に対しては低い吸音率しか得られていない。そこで、吸音材料の厚みを大きくしたり、背後空気層を取ることで、すなわち、吸音材料の背後に空間を設けることで、低周波音を吸音するようにしている。しかし、一般に、可聴音領域における多孔質材料の吸音特性は、剛壁からの厚みとしては、吸音したい騒音の１／４波長程度の厚みが必要となる。例えば、音速を３４０ｍ／ｓとして計算すると、２００Ｈｚでは、波長は１．７ｍとなり、背後空気層には４２５ｍｍの厚みが必要となる。
【０００７】
そのため、薄く軽量な材料を用いて低周波音の吸音率を高める検討がなされている。例えば、不織布やウレタンフォーム、発泡ポリエチレンなどの多孔質材料からなる吸音層に、通気性がある不織布または樹脂などの表皮層を積層一体化した積層構造体を用いることが提案されている。
【０００８】
例えば、特許文献１や特許文献２には、表皮層と吸音層からなり、全部または一部が熱可塑性樹脂からなる不織布を表皮層として吸音層に熱融着させた吸音材が提案されている。また、特許文献３には、表皮層をホットメルトスプレー法によって不織布からなる吸音層に直接吹き付けた吸音材が提案されている。
【０００９】
また、特許文献４には、不織布からなる吸音層と表皮材層とを熱可塑性樹脂のパウダーを加熱溶融して接着した車輌用カーペットが提案されている。また、特許文献５には、繊維層に熱可塑性樹脂シート層を積層した自動車用内装基材が提案されている。
【００１０】
これらの提案は、音が伝わる空気層の孔の形状をコントロールするもので、単層の均一な吸音体より、複合化することによって、１０００〜２０００Ｈｚの低周波域でも吸音率を高めることができる。しかし、毛管現象による吸音メカニズムには限界があり、更に１０００Ｈｚ以下の低周波域でも吸音する吸音材が求められている。
【００１１】
１００〜３０００Ｈｚで吸音する吸音材として、樹脂発泡粒子を接着剤で接合して成形した吸音材が提案されている（特許文献６）。空隙率を大きくすると吸音率は上がるが、ピーク周波数が高くなるという問題がある。また、空隙率を下げるとピーク周波数は低くなるがピーク吸音率が低くなるという問題がある。また、この成形した吸音材では、繊維のように幅広い周波数で吸音することができないという問題もある。
【００１２】
これに対し、従来吸音材として用いられている繊維集合体は、吸音性は良好であるが遮音性が劣るという問題がある。そのため、例えば、不織布やウレタンフォーム、発泡ポリエチレンなどの多孔質材料からなる吸音層に通気性がないシートを積層した吸遮音材が提案されている（特許文献７）。通気性のないシートを挟むと遮音性は向上するが、毛管現象による吸音メカニズムが働きにくくなり、吸音性が低下するという問題がある。
【００１３】
また、吸音材内の空気の連続層を扁平な無機フィラーで遮ることにより、無機フィラーを振動させて、音のエネルギーを熱エネルギーに変換することにより、吸音性を向上させる方法が提案されている。例えば、特許文献８には、発泡した連続空気層と無機フィラーの組み合わせで、吸音率を改善し、更に遮音性も向上することが報告されている。しかし、さらに薄くしても１０００Ｈｚ以下の低周波域に対し優れた吸音性を有する吸音材が必要とされている。また、特許文献９には、吸音層を構成する不織布の繊維間の空隙に発泡性樹脂バインダーを介在させて粉体を保持することによって、１００〜４００Ｈｚの低周波域に対する吸音性を向上させる方法が提案されているが、その効果は十分ではない。
【特許文献１】特開平１０−９５０５９号公報
【特許文献２】特開２００３−２０５５５号公報
【特許文献３】特開２００７−２７９６４９号公報
【特許文献４】特開２００２−２１９９８９号公報
【特許文献５】特開２００５−２２６１７８号公報
【特許文献６】特開平７−１６８５７７号公報
【特許文献７】特開２００７−８６５０５号公報
【特許文献８】特開２００７−８５３８５号公報
【特許文献９】特開平８−３９５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前述のように、吸音性を向上させるためには、複雑な毛細管構造をとることが必要である。繊維集合体はそのような構造に適するものである。繊維を細くすることによって、あるいは、目付量の最適化により効果的な微細毛細管構造を形成することは可能であるが、繊維集合体を用いる限りにおいては、従来以上の吸音性を得ることは容易ではない。また、樹脂を発泡させた吸音材では、気泡の大きさは、繊維集合体の隙間に比べ大きくその大きさも概ね均一であり、繊維集合体に比べ効果的な微細毛細管構造を作製することは困難であった。
【００１５】
本発明は、上記課題を解決し、従来の吸音材よりもさらに薄く軽量であり、優れた吸音性と遮音性とを併せ持つ吸音材を提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、連続空気層を与える連続気泡を形成する母材樹脂に熱膨張可能な有機中空粒子を混合して発泡させた後、加熱してその有機中空粒子を膨張させることにより、連続空気層内の空隙が小さくなり、複雑な微細毛細管構造と独立気泡構造とを併せ持つ吸音材を作製できることを見出して本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の吸音材は、連続気泡を形成する母材樹脂と、該母材樹脂に分散され独立気泡を形成する膨張した有機中空粒子とからなることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明においては、上記膨張した有機中空粒子の含有量は、母材樹脂１００重量部に対し０．１〜３０重量部の範囲で用いることができる。
【００１８】
また、上記膨張した有機中空粒子の平均粒径が０．１〜３０００μｍの範囲のものを用いることができる。
【００１９】
また、上記母材樹脂のガラス転移温度が吸音材の使用温度範囲内にあるものを用いることができる。
【００２０】
また、上記膨張した有機中空粒子のガラス転移温度が吸音材の使用温度範囲内にあるものを用いることができる。
【００２１】
また、本発明の吸音材は、例えば以下の方法を用いて製造することができる。すなわち、本発明の吸音材の製造方法は、発泡剤を含む樹脂エマルジョンに熱膨張可能な有機中空粒子を混合して発泡させ、さらに加熱してその有機中空粒子を膨張させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の吸音材は、膨張した有機中空粒子が、母材樹脂中の連続気泡や母材樹脂相に独立気泡として分散して存在するものであり、従来に比べ、複雑な微細毛細管構造と独立気泡構造とを併せ持つものである。これにより、広い周波数域で高い吸音性を有し、かつ優れた遮音性を有する。一般には、吸音性を持たせるためには、５０以上の通気度が必要であり、遮音性を持たせるためには、通気量が２０以下と小さいことが必要であった。本発明の吸音材は、通気度を低下させても、吸音率の低下は少ない。また、従来重い材料以外は困難であった１０００Ｈｚ以下の低周波音についても、軽量でありながら、高い吸音率を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の吸音材は、連続気泡を形成する母材樹脂と、該母材樹脂に分散され独立気泡を形成する膨張した有機中空粒子とからなることを特徴とするものである。
【００２４】
連続空気層を与える連続気泡を形成する母材樹脂には、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、酢酸ビニル系共重合体、（メタ）アクリル共重合体、スチレンアクリル共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリイソプレン、アクリロニトリルーブタジエンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、スチレンーブタジエンゴム、ブタジエンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、ポリスチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリウレアなどの樹脂を用いることができる。より好ましくは、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂、酢酸ビニル系共重合体、（メタ）アクリル共重合体やスチレンアクリル共重合体などのアクリル系樹脂、ポリウレタン又はエチレン−プロピレン−ジエンゴム、さらに好ましくは酢酸ビニル系共重合体、（メタ）アクリル共重合体やスチレンアクリル共重合体などのアクリル系樹脂又はポリウレタンである。連続気泡体を作りやすいからである。
【００２５】
母材樹脂を発泡させて連続気泡を形成するが、発泡方法には、機械発泡による方法、発泡剤を添加する方法、バルーンを破裂させる、ウレタンなどの反応によるガスの放出等の方法を用いることができる。発泡倍率は、１．５〜１０が好ましい。発泡倍率が１．５より低いと吸音性が少なくなり、１０より大きいと遮音性が劣るからである。
なお、発泡倍率は、[（発泡後の体積／発泡前の体積）×１００]で定義される。
【００２６】
また、母材樹脂のガラス転移温度を吸音材の使用温度に合わせることにより、制振性を付与させ、吸音材の吸音性を向上させることもできる。すなわち、母材樹脂のガラス転移温度が吸音材の使用温度範囲内にあることが好ましい。例えば、使用温度が０〜４０℃である場合、０〜４０℃、より好ましくは１０〜３０℃の範囲にガラス転移温度を有する樹脂が好ましい。例えば、ガラス転移点を２０℃に調整したスチレンーブチルアクリレート共重合体、エチレンー酢ビ共重合体を挙げることができる。
【００２７】
本発明に用いる熱膨張可能な有機中空粒子とは、樹脂からなる連続相で囲まれた多数の独立気泡又は連続気泡からなる中空部を有する有機中空粒子である（以下、熱膨張性有機中空粒子という。）。熱膨張性有機中空粒子は、その中空部に炭素数２から８の直鎖状又は分岐状の脂肪族炭化水素等の低沸点炭化水素を含んでいるので、加熱により膨張する。膨張した熱膨張性有機中空粒子は、発泡させた母材樹脂の連続気泡及び樹脂相中に分散状態で存在し、複雑な微細毛細管構造及び独立気泡構造を形成する。さらに、その粘弾性により、振動エネルギーを吸収することができるので吸音性をさらに向上させることができる。
【００２８】
熱膨張性有機中空粒子の大きさは、膨張時の平均粒径が０．１〜３０００μｍ、より好ましくは１〜３００μｍである。３０００μｍより大きいと吸音効果が低下し、０．１μｍより小さいと、取扱いが困難になるからである。なお、膨張時の平均粒径が上記の範囲にあれば、膨張前の平均粒径は特に限定されない。
【００２９】
また、熱膨張性有機中空粒子の含有量は、母材樹脂１００重量部に対し０．１〜３０重量部、より好ましくは１〜１０重量部である。３０重量部より多いと、独立気泡の吸音材と変わらなくなり、吸音性能が低下する。また、０．１重量部より少ないと、効果がない不十分だからである。
【００３０】
また、熱膨張性有機中空粒子の組成は特に限定されないが、スチレン系樹脂、オレフィン系樹脂、（メタ）アクリル共重合体、塩化ビニリデン−アクリル共重合体等を用いることが好ましい。
【００３１】
また、母材樹脂と熱膨張性有機中空粒子との好ましい組み合わせとしては、母材樹脂に連続気泡を形成するウレタン発泡体を用い、熱膨張性有機中空粒子に（メタ）アクリル共重合体、塩化ビニリデン−アクリル共重合体からなる有機中空粒子を用いることが好ましい。
【００３２】
また、熱膨張性有機中空粒子のガラス転移温度を吸音材の使用温度に合わせることにより、熱膨張性有機中空粒子にも制振性を付与して、吸音材の吸音性を向上させることもできる。さらに、母材樹脂と熱膨張性有機中空粒子が使用温度に合わせたガラス転移温度を有することが好ましい。母材樹脂と熱膨張性有機中空粒子とが共振することにより吸音性や遮音性をさらに高めることができる。例えば、使用温度が０〜４０℃である場合、０〜４０℃、より好ましくは１０〜３０℃の範囲にガラス転移温度を有する母材樹脂と熱膨張性有機中空粒子を用いることが好ましい。
【００３３】
また、本発明の吸音材には、さらに吸音性を向上させるため、無機フィラーを添加しても良い。例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、アルミナ、硫酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、クレー、シリカ、カーボンブラック、酸化チタン、ハイドロサルタイト、カオリン、ハロイサイト、鉄粉などの金属粉、タルク、マイカ、セリサイト、スメクタイト、バーミキュライトおよび、グラファイト等が挙げられる。ここで、スメクタイトには、モンモリロナイト、サポナイト、ハイデライト、ノントロナイト、ヘクタイトが含まれる。無機フィラーの含有量は、０〜５００重量％である。
【００３４】
本発明の吸音材の製造方法としては、発泡剤を含む樹脂エマルジョンに熱膨張可能な有機中空粒子を混合して発泡させ、さらに加熱してその有機中空粒子を膨張させることにより製造することができる。例えば、母材樹脂を含む樹脂エマルジョンに、発泡剤や整泡剤と熱膨張性有機中空粒子を加えて機械発泡させ、所定の発泡倍率となるように発泡させる。その後、発泡後の樹脂エマルジョンを基材に塗布して乾燥させるが、有機中空粒子が所望の大きさに膨張するように所定の温度で加熱しながら乾燥させることにより製造することができる。必要に応じて、無機フィラー、カップリング剤、架橋剤、熱安定剤、劣化防止剤、光安定剤などを添加することができる。
【００３５】
上記の基材には、ウレタンやポリエチレンなど、有機ポリマーの発泡体、ハニカム、段ボール、繊維製品、無機繊維製品などを用いることができる。発泡後の樹脂エマルジョンを基材に塗布することにより、あるいは基材をその発泡後の樹脂エマルジョンに浸漬することにより、あるいは乾燥させた発泡後の樹脂エマルジョンの塗膜を基材に積層あるいは挿入することにより複合化させて吸音材を製造することもできる。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例を用いて本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例中、特に断らない限り、「部」は「重量部」を表す。
【００３７】
（実施例１）
スチレンと（メタ）アクリル酸エステルモノマーを用いて製造したガラス転移温度がー２０℃の水性アクリルエマルジョン樹脂と、整泡剤（ＳＮフォーム２００、サンノプコ社製）と、粘度調整剤とからなる機械発泡用樹脂１００部に有機中空粒子（松本油脂製薬社製熱膨張性マイクロカプセルＦ−７９）を５部添加し、電動ミキサーで攪拌し、３倍に発泡させた。その樹脂組成物を離型紙に、厚みが１ｍｍになるように塗布した。さらに、塗膜を乾燥させるためと熱膨張性マイクロカプセルＦ−７９を膨張させるため、１３０℃で５分間乾燥し、フィルムを得た。
【００３８】
（実施例２）
スチレンと（メタ）アクリル酸エステルモノマーを用いて製造したガラス転移温度がー２０℃の水性アクリルエマルジョン樹脂と、整泡剤と、粘度調整剤とからなる機械発泡用の樹脂１００部に有機中空粒子（松本油脂製薬社製熱膨張性マイクロカプセルＦ−７９）を５部添加し、電動ミキサーで攪拌し、３倍に発泡させた。その樹脂組成物を厚みが１０ｍｍ、目付量が４００ｇ／ｍ２の不織布に厚みが１ｍｍになるように塗布した。さらに、塗膜を乾燥させるためと熱膨張性マイクロカプセルＦ−７９を膨張させるため、１３０℃で５分間乾燥し、塗布物を得た。
【００３９】
（実施例３）
ポリオール成分として三洋化成工業社製のサニックスＧＰ−３７００Ｍを５０部、サニックスＦＡ−１０３を５０部、整泡剤として東レ・ダウコーニング社製のＳＨ−１９３を０．５部、触媒として東ソー社製ＴＥＤＡ−Ｌ３３Ｂを０．５部にトリレンジイソシアネートを１．０５当量加え、有機中空粒子（松本油脂製薬社製熱膨張性マイクロカプセルＦ−３０）を５部添加し、発泡剤として水を２．５部加え、面密度が２００ｇ／ｍ２の軟質ウレタンフォームを作った。その後、１００℃で５分間加熱し、熱膨張性マイクロカプセルＦ−３０を膨張させた。
【００４０】
（実施例４）
スチレンと（メタ）アクリル酸エステルモノマーを用いて製造したガラス転移温度が２０℃の水性アクリルエマルジョン樹脂と、整泡剤、粘度調整剤とからなる機械発泡用の樹脂１００部に有機中空粒子（松本油脂製薬社製熱膨張性マイクロカプセルＦ−７９）を５部添加し、電動ミキサーで攪拌し、３倍に発泡させた。その樹脂組成物を離型紙に、厚みが１ｍｍになるように塗布した。さらに、塗膜を乾燥させるためと熱膨張性マイクロカプセルＦ−７９を膨張させるため、１３０℃で５分間乾燥し、フィルムを得た。
【００４１】
（比較例１）
有機中空粒子を添加しなかった以外は、実施例１と同様の方法で行った。
【００４２】
（比較例２）
機械発泡させなかった以外は、実施例１と同様の方法で行った。
【００４３】
（比較例３）
有機中空粒子を添加しなかった以外は、実施例３と同様の方法で行った。
【００４４】
（比較例４）
実施例４の有機中空粒子に代えて、膨張した有機中空粒子（松本油脂製薬社製Ｆ−５０ＥＤ）を用いた以外は、実施例４と同様の方法で行った。なお、用いた膨張した有機中空粒子は、乾燥のため１３０℃に加熱しても再膨張はしないものである。
【００４５】
（比較例５）
有機中空粒子に代えて無機バルーンを用いた以外は、実施例１と同様の方法で行った。
【００４６】
（比較例６）
実施例１の有機中空粒子に代えて非膨張性の有機中空粒子であるＰＭＭＡ粒子（ガンツ化成社製ガンツパール）を用いた以外は、実施例１と同様の方法で行った。
【００４７】
（吸音性及び遮音性評価）
実施例１〜４及び比較例１〜６で得た発泡体のフィルムをポリエステルの不織布（目付４００ｇ／ｍ２、厚さ１０ｍｍ）に点接着し、試験体を作製した。
【００４８】
試験体の吸音性は垂直入射吸音率をＪＩＳ−Ａ１４０５に順じて測定して評価した。
【００４９】
試験体の遮音性は音響透過損失を測定して評価した。すなわち、残響室と無響室の間に７０ｃｍ角の試料を設置し、残響室の音源音圧レベルを測定し、無響室側に透過してくる音響インテンシティの計測を行った。音源音圧レベルと透過音響インテンシティから音響透過損失を算出した。
【００５０】
表１に、実施例１〜４及び比較例１〜６の試験体の目付量と通気量を示す、ここで、通気量は、ＪＩＳ  Ｌ  １０９６‐Ａに準じて測定した。表２に吸音率の測定結果、表３に透過損失の測定結果を示す。さらに、図１には、基材の不織布のみの場合と実施例１と比較例２についての垂直入射吸音率と周波数との関係を示す。
【００５１】
【表１】
2010002617.tif 000003
【００５２】
【表２】
2010002617.tif 000004
【００５３】
【表３】
2010002617.tif 000005
【００５４】
以上説明したように、本発明によれば、広い周波数域で優れた吸音性と遮音性を有する吸音材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明における垂直入射吸音率と周波数との関係の一例を示すグラフである。
【図１】
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