(57)【要約】      （修正有）【課題】低周波領域における吸音性、特に６００Ｈｚ以下の領域における吸音性に優れた低周波吸音材を提供する。【解決手段】低周波吸音材は、シリコーン多孔質層１及び柔軟性構造層３を備える。シリコーン多孔質層１は、二置換のアルコキシシランと三置換のアルコキシシラン類とを含むシラン化合物の共重合により得られる、もしくは二置換のアルコキシシランと三置換のアルコキシシラン及び三置換以上のアルコキシシラン類とを含むシラン化合物の共重合により得られる。シリコーン多孔質層１と柔軟性構造層３との間に粘接着層２を備える。また、低周波吸音材のシリコーン多孔質層に粘接着性薄膜層４を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコーン多孔質層及び柔軟性構造層を備える低周波吸音材であって、前記シリコーン多孔質層が、二置換のアルコキシシランと三置換のアルコキシシラン類とを含むシラン化合物の共重合により得られるシリコーン多孔質層、もしくは二置換のアルコキシシランと三置換のアルコキシシラン及び三置換以上のアルコキシシラン類とを含むシラン化合物の共重合により得られるシリコーン多孔質層である、低周波吸音材。
【請求項２】
前記シリコーン多孔質層と柔軟性構造層との間に粘接着層を備える、請求項１に記載の低周波吸音材。
【請求項３】
前記低周波吸音材のシリコーン多孔質層に薄膜層を備える、請求項１又は請求項２に記載の低周波吸音材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低周波吸音材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、吸音材としては、グラスウールなどの繊維材や、ウレタンフォーム及びポリエチレンフォームなどのフォーム材が用いられている。これらの吸音材はいずれも１０００Ｈｚ以上の高周波領域において良好な吸音特性を有する。しかし、いずれの吸音材においても、１０００Ｈｚ以下の低周波領域での吸音性は低く、吸音材自体の厚みを増しても低周波領域の吸音性は上がりにくいという課題があった。
また、エアロゲルを利用した吸音材が知られている。特許文献１には、柔軟性構造体と断熱層を備え、断熱層がエアロゲル粒子と結合剤とを含む断熱吸音材が開示されている。
また、特許文献２には、エアロゲル及び繊維材料を含む断熱層と発泡体層とを有する断熱吸音材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１９７６６２号公報
【特許文献２】特開２０１７−７０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の断熱吸音材は、１０００Ｈｚ付近の音また、特許文献２の断熱吸音材は、２０００〜５０００Ｈｚ間の音の吸音を期待することはできるが、それらより低周波領域の吸音性は十分とは言えなかった。
本発明は、低周波領域における吸音性、特に６００Ｈｚ以下の領域における吸音性に優れた吸音材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、シリコーン多孔質層及び柔軟性構造層を備える低周波吸音材であって、前記シリコーン多孔質層が、二置換のアルコキシシランと三置換のアルコキシシラン類とを含むシラン化合物の共重合により得られるシリコーン多孔質層、もしくは二置換のアルコキシシランと三置換のアルコキシシラン及び三置換以上のアルコキシシラン類とを含むシラン化合物の共重合により得られるシリコーン多孔質層である、低周波吸音材に関する。
また、本発明は、前記シリコーン多孔質層と柔軟性構造層との間に粘接着層を備える、前記の低周波吸音材に関する。
さらに、本発明は、前記低周波吸音材のシリコーン多孔質層に薄膜層を備える上記の低周波吸音材に関する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、低周波領域における吸音性、特に６００Ｈｚ以下の領域における吸音性に優れる低周波吸音材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】低周波吸音材の一例を示す断面図である。
【図２】薄膜層を備える低周波吸音材の一例を示す断面図である。
【図３】図３は、実施例１の低周波吸音材の吸音率を示すグラフである。
【図４】図４は、実施例２の低周波吸音材の吸音率を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例３の低周波吸音材の吸音率を示すグラフである。
【図６】図６は、実施例４の低周波吸音材の吸音率を示すグラフである。
【図７】図７は、比較例１の吸音材の吸音率を示すグラフである。
【図８】図８は、比較例２の吸音材の吸音率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、シリコーン多孔質層及び柔軟性構造層を備える低周波吸音材であって、前記シリコーン多孔質層が、二置換のアルコキシシランと三置換のアルコキシシラン類とを含むシラン化合物の共重合により得られるシリコーン多孔質層、もしくは二置換のアルコキシシランと三置換のアルコキシシラン及び三置換以上のアルコキシシラン類とを含むシラン化合物の共重合により得られるシリコーン多孔質層である、低周波吸音材に関する。
上記構成を採ることにより、低周波領域、特に６００Ｈｚ以下の吸音性に優れる。この理由として、本願発明者らは以下のように考える。
すなわち、上記二置換のアルコキシシランと三置換のアルコキシシラン類とを含むシラン化合物の共重合により得られるシリコーン多孔質層、もしくは二置換のアルコキシシランと三置換のアルコキシシラン及び三置換以上のアルコキシシラン類とを含むシラン化合物の共重合により得られるシリコーン多孔質層は、一般のエアロゲルに比べ空孔サイズが大きく、高い柔軟性を有し、連続する空孔を有する。そのため、微細な振動による摩擦が生じ、熱エネルギーに変換される吸音機構と、空気ばねによる共鳴が生じることで、熱エネルギーに変換される吸音機構が、協奏的に機能することにより、低周波領域、特に６００Ｈｚ以下の波長が長い音源に対して、高い吸音効果を発揮する。また、シリコーン多孔質層で吸音されずに透過した音は、柔軟性構造層によっても吸音される。これらが総合的に機能し、６００Ｈｚ以下の音源に対して、本構成が有効に機能する。
【０００９】
図１及び図２は本発明における低周波吸音材の一例である。低周波吸音材は、二置換のアルコキシシランと、三置換のアルコキシシラン又は三置換以上のアルコキシシラン類とを含むシラン化合物の共重合により得られるシリコーン多孔質（以下、「特定シリコーン多孔質」ともいう）層１及び柔軟性構造層３を備えている。また、前記特定シリコーン多孔質層１と柔軟性構造層３は粘接着層２によって接着されていてもよい。さらに、低周波吸音材は、粘接着性薄膜層４をシリコーン多孔質層表面に備えていても良い。
【００１０】
（シリコーン多孔質層）
シリコーン多孔質層の形状は、シート状であることが好ましい。シートの厚みは、特に限定しない。しかし、シート厚みは１ｍｍ以上の範囲かつ均一であることが好ましい。
【００１１】
シリコーン多孔質層は、二置換のアルコキシシランと、三置換のアルコキシシラン類、もしくは二置換のアルコキシシランと三置換のアルコキシシラン及び三置換以上のアルコキシシラン類を出発原料とし、ゾルゲル反応によりこれらのシランを共重合させ、Ｓｉ−Ｏ結合によりネットワークを形成させると共に相分離を行い、連続貫通流路と化学種を溶解できるシリコーン骨格とを有するエアロゲル又はキセロゲルのシリコーン製モノリス体である。
二置換のアルコキシシランは、珪素の４本の結合基のうち重合に関与する置換基としてアルコキシ基を二つ有し、残りの反応に関与しない修飾基を二つ有するものである。
二置換のアルコキシシランにおけるアルコキシ基は、好ましくは炭素数１〜５のアルコキシ基である。加水分解反応速度の観点からは、メトキシ基、エトキシ基又はプロポキシ基であることが好ましく、メトキシ基又はエトキシ基であることがより好ましい。なお、二置換のアルコキシ基は同じであってもよく、異なっていてもよい。
二置換のアルコキシシランにおける修飾基としては、置換または非置換のアルキル基、アリール基、ビニル基、メルカプトアルキル基等が挙げられる。置換または非置換のアルキル基におけるアルキル基は、好ましくは炭素数１〜５のアルキル基であり、メチル基又はエチル基であることが好ましく、メチル基であることがより好ましい。置換基としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン元素等が挙げられる。置換されたアルキル基としては、フロロアルキル基が好ましい。アリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ビフェニリル基、ナフチル基等を挙げることができ、フェニル基であることが好ましい。メルカプトアルキル基としては、メルカプトメチル基、メルカプトエチル基、メルカプトプロピル基等が挙げられ、メルカプトプロピル基であることが好ましい。二置換のアルコキシシランにおける二つの修飾基は同じであってもよく、異なっていてもよい。
二置換のアルコキシシランとしては、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１２】
三置換のアルコキシシランは、珪素の４本の結合基のうち重合に関与する置換基としてアルコキシ基を三つ有し、残りの反応に関与しない修飾基を一つ有するものである。
三置換のアルコキシシランのアルコキシ基としては、二置換のアルコキシシランのアルコキシ基と同様のものを挙げることができる。また、三置換のアルコキシシランの修飾基についても、二置換のアルコキシシランの修飾基と同様のものを挙げることができる。なお、三置換のアルコキシシランとしては、１種のみを単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
また、二置換のアルコキシシラン及び三置換のアルコキシシランと共に、三置換以上のアルコキシシラン類をさらに共重合させてもよい。ここで、三置換以上のアルコキシシラン類とは、重合に関与する置換基としてアルコキシ基が三つ以上のものをさす。三置換以上のアルコキシシラン類としては、例えば−Ｓｉ−Ｃ−Ｃ−Ｓｉ−構造または−Ｓｉ−フェニル−Ｓｉ−構造を持つアルコキシシランが挙げられ、これらは最大六つの置換基を有する。これらのアルコキシシランを架橋剤として使用併用することにより、より緻密なシリコーンのネットワークを形成することができる。
二置換のアルコキシシランと三置換のアルコキシシランの重合比は、目的とするシリコーン多孔質体の特性等を考慮して適宜選択することができ、特に限定されないが、それらの重合比（二置換のアルコキシシラン：三置換のアルコキシシラン）は、容積比で、好ましくは２：８〜６：４であり、より好ましくは３：７〜５：５である。前記重合比が２：８以上であると（二置換のアルコキシシランが２０〜６０体積％）、得られる多孔質体への柔軟性付与といった点で好ましい。また、前記重合比が６：４以下であると（二置換のアルコキシシランが６０〜２０体積％）、機械強度維持といった点で好ましい。
なお、二置換のアルコキシシラン及び三置換のアルコキシシランと共に、三置換以上のアルコキシシラン類をさらに共重合させる場合、三置換以上のアルコキシシラン類の重合比は特に限定されないが、たとえば、二置換のアルコキシシラン及び三置換のアルコキシシランの合計に対する容積比（二置換のアルコキシシラン及び三置換のアルコキシシランの合計：三置換以上のアルコキシシラン類）として、例えば６：４〜４：６である。
【００１３】
次に、シリコーンモノリス体の製造例を示す。
５ｍＭの酢酸水溶液９０ｍＬに、界面活性剤としての臭化ｎ−ヘキサデシルトリメチルアンモニウム４．８ｇと尿素３０ｇを添加し、ポリプロピレン容器中で攪拌混合した。
次いで前駆体としての三置換のアルコキシシランとしてメチルトリメトキシシラン１８ｍＬと、二置換のアルコキシシランとしてジメチルジメトキシシラン１２ｍＬを加え、６０分間スターラーで攪拌した。攪拌後に、この溶液を２５μｍのフッ素系シート敷いた密封容器に移し、６０℃で４８時間加熱することにより、尿素を加水分解して塩基性条件下としつつ、加水分解前駆体をゾル−ゲル反応により重縮合させた。
続いて、得られた湿潤ゲルを、水／メタノール（２：３）溶液に含浸させ、その後、メタノールにて洗浄し未反応試薬や界面活性剤を除去し、室温で４８時間乾燥させ、１５０℃で２時間乾燥させた。フッ素系シートを剥離することにより、シリコーン多孔質層をシート状で得た。
【００１４】
（柔軟構造層）
柔軟性構造層は、柔軟性を有する構造を備えている。柔軟性構造層は、板状、シート状、フィルム状などの形状を有する。
柔軟性構造層は、空気を含有する構造を有することが好ましい。空気含有構造とは、柔軟性構造体の中に空気が含まれる構造である。空気含有構造は、柔軟性構造層の中に空気の粒が配置されることによって形成される。
空気を含む構造は、音の振動を吸収することが可能なため、吸音性を発揮しうる。そのため、柔軟性構造層自体も吸音性を有し得る。
柔軟性構造層は、樹脂発泡体であることが好ましい。樹脂発泡体はフォーム材であることが好ましい。樹脂発泡体は、発泡性樹脂原料の重合により形成され、気泡を含有する。また、樹脂原料に発泡剤を混合し、加熱して発泡剤を分解して発生したガスにより発泡を行い、並行して電子線などのエネルギー線や架橋剤等の架橋手段を講じ架橋樹脂発泡体とすることもできる。樹脂発泡体としては、メラミンフォーム、ポリウレタンフォーム、ポリエチレンプロピレン・ジエンゴムフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリイミドフォーム、フェノールフォームなどが例示される。
柔軟性構造層は、シリコーン多孔質層を使用してもよいが、密度の異なる樹脂発泡層であることが好ましい。
【００１５】
（粘接着層）
本発明における粘接着層は、特定シリコーン多孔質層と柔軟性構造層との間に設けられることが好ましい。これにより、シリコーン多孔質層で吸音されずに透過した音は、粘接着層で反射し、再度シリコーン多孔質層内で吸音される、もしくは粘接着層の膜振動を生じることにより、運動エネルギーに変換され、吸音される。
前記粘接着層は、一般に市販されている液状粘接着剤や両面粘接着テープ等を使用することが好ましい。液状粘接着剤としては、アクリル系粘接着剤、シリコーン系粘接着剤、ゴム系粘接着剤などが例示される。また、両面粘接着テープは、支持体の両面に粘接着剤を備えるテープであってもよく、粘接着剤によって形成された粘接着フィルムであってもよい。また、両面粘接着テープの支持体としては、例えば、不織布、発泡体、ＰＥＴ、ＰＥが挙げられる。良好な吸音性の観点から両面粘接着テープを用いることが好ましい。
【００１６】
（薄膜層）
本発明における薄膜層は、特定シリコーン多孔質層表面に設けられることが好ましい。薄膜層は、その表面に粘接着層を設けた粘接着性薄膜層であることが好ましい。これにより、粘接着性薄膜層とシリコーン多孔質層との間の材質差により膜振動を生じ、運動エネルギーに変換され、吸音機能を発揮する。さらに、意匠性向上のためにも好ましい。前記粘接着性薄膜層は、例えば、０．０１〜０．５ｍｍの範囲の不織不や繊維であることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００１７】
（低周波吸音材の製造方法）
低周波吸音材は、次のように製造することができる。まず、柔軟性構造層に粘接着層を塗布、貼付けなどして設ける。その上に、粉末もしくはシート状のシリコーン多孔質層を貼り付ける。粘接着層は、液状粘接着材に限らず、両面粘着テープを使用してもよい。また、シリコーン多孔質層表面に粘接着性薄膜層を有しても良い。
【実施例】
【００１８】
（シリコーン多孔質層の製造方法）
５ｍＭの酢酸水溶液９０ｍＬ（和光純薬工業株式会社製）に、界面活性剤として臭化ｎ−ヘキサデシルトリメチルアンモニウム４．８ｇ（和光純薬工業株式会社製）と尿素３０ｇ（和光純薬工業株式会社製）を添加し、ポリプロピレン容器中で攪拌混合した。
次いで前駆体として三置換のアルコキシシランとしてメチルトリメトキシシラン１８ｍＬ（「ＫＢＭ−１３」、信越化学工業株式会社製）と、二置換のアルコキシシランとしてジメチルジメトキシシラン１２ｍＬ（「ＫＢＭ−２２」、信越化学工業株式会社製）を加え、室温（２５℃）条件下にて６０分間スターラーで攪拌した。攪拌後に、この溶液を２５μｍのフッ素系シート（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、「ネオフロンＦＥＰ」、ダイキン工業株式会社製）を敷いた密封容器に移し、６０℃で４８時間加熱することにより、尿素を加水分解して塩基性条件下としつつ、加水分解前駆体をゾル−ゲル反応により重縮合させた。
続いて、得られた湿潤ゲルを、水／メタノール（２：３体積比）溶液に含浸させ、その後、メタノールにて洗浄し未反応試薬や界面活性剤を除去し、室温で４８時間乾燥させ、１５０℃で２時間乾燥させた。フッ素系シートを剥離することにより、シリコーン多孔質シートを得た。得られたシリコーン多孔質シートを、金属製円形リング（内径＝１００ｍｍ）を用いてカットし、直径１００ｍｍに成形し、シリコーン多孔質層を製造した。
【００１９】
（実施例１）
上記で作製したシリコーン多孔質層（直径×高さ＝１００ｍｍ×８ｍｍ）に、両面粘着シート（「スコッチ 一般用両面テープ」ＰＧＤ−１００、スリーエムジャパン株式会社製、基材；不織布、粘着剤；アクリル系、厚み０．１２ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ２０ｍ巻）を貼り付けることで粘接着層（直径×高さ＝１００ｍｍ×０．１２ｍｍ）を形成した。その後、柔軟性構造層として、上記で作製したシリコーン多孔質（直径×高さ＝１００ｍｍ×８ｍｍ）を粘着層に貼り合わせることで、低周波吸音材を得た。
【００２０】
（実施例２）
上記で作製したシリコーン多孔質層（直径×高さ＝１００ｍｍ×８ｍｍ）に、両面粘着シート（「スコッチ 一般用両面テープ」ＰＧＤ−１００、スリーエムジャパン株式会社製）を、気泡を含まないように貼り付けることで粘接着層（直径×高さ＝１００ｍｍ×０．１２ｍｍ）を形成した。その後、柔軟性構造層（直径×高さ＝１００ｍｍ×１０ｍｍ）として、ウレタンフォーム（「カームフレックス−Ｆ２」、株式会社イノアックコーポレーション 製）を粘接着層に貼り合わせることで、低周波吸音材を得た。
【００２１】
（実施例３）
上記で作製したシリコーン多孔質層（直径×高さ＝１００ｍｍ×８ｍｍ）に、両面粘着シート（「スコッチ 一般用両面テープ」ＰＧＤ−１００、スリーエムジャパン株式会社製）を、気泡を含まないように貼り付けることで粘接着層（直径×高さ＝１００ｍｍ×０．１２ｍｍ）を形成した。その後、柔軟性構造層（直径×高さ＝１００ｍｍ×１０ｍｍ）として、メラミンフォーム（「バソテクトＧ」、株式会社イノアックコーポレーション 製）を粘接着層に貼り合わせることで、低周波吸音材を得た。
【００２２】
（実施例４）
上記で作製したシリコーン多孔質層（直径×高さ＝１００ｍｍ×８ｍｍ）に、市販不織布に両面粘着シート貼り付けた材料を作製し（直径×高さ＝１００ｍｍ×１ｍｍ）、上記で作製したシリコーン多孔質層（直径×高さ＝１００ｍｍ×８ｍｍ）に、気泡を含まないように貼り付け、シリコーン多孔質層の片面に粘接着性薄膜層を形成した。また、シリコーン多孔質層の他面に、両面粘着シート（「スコッチ 一般用両面テープ」ＰＧＤ−１００、スリーエムジャパン株式会社製）を、気泡を含まないように貼り付けることで粘接着層（直径×高さ＝１００ｍｍ×０．１２ｍｍ）を形成した。その後、柔軟性構造層（直径×高さ＝１００ｍｍ×１０ｍｍ）として、メラミンフォーム（「バソテクトＧ」、株式会社イノアックコーポレーション製）を粘接着層に貼り合わせることで、低周波吸音材を得た。
【００２３】
（比較例１）
粘接着層及び柔軟性構造層を設けないこと以外は実施例１と同様に行い、吸音材を得た（シリコーン多孔質層（直径×高さ＝１００ｍｍ×８ｍｍのみを用いた。）。
【００２４】
（比較例２）
柔軟性構造層（直径×高さ＝１００ｍｍ×１０ｍｍ）として、メラミンフォーム（「バソテクトＧ」、株式会社イノアックコーポレーション製）に、両面粘着シート（「スコッチ  一般用両面テープ」ＰＧＤ−１００、スリーエムジャパン株式会社製）を、気泡を含まないように貼り付けることで粘接着層（直径×高さ＝１００ｍｍ×０．１２ｍｍ）を形成した。その後、柔軟性構造層（直径×高さ＝１００ｍｍ×１０ｍｍ）として、メラミンフォーム（「バソテクトＧ」、株式会社イノアックコーポレーション製）を粘接着層に貼り合わせることで、吸音材を得た。
【００２５】
（吸音率の測定）
垂直入射吸音率は、音響管（「４２０６−Ｔ型」、管の内径１００ｍｍ、Ｂｒｕｅｌ＆Ｋｊａｅｒ（ブリュエル・ケアー）社製）及びＰＵＬＳＥアナライザ（ハードウェア「３５６０Ｂ」、ソフトウェア「ＰＵＬＳＥ  Ｌａｂｓｈｏｐ  Ｔｙｐｅ７７５８  ＭＳ１０２１」、Ｂｒｕｅｌ＆Ｋｊａｅｒ社製）を用いて測定した。音源が音響管の一方の端に取り付けられており、作製した吸音材を他方の端に取り付けた。音源により、音響管内に平面波を生成させ、二つのマイクロホンによって音圧を測定し、信号の複素音圧伝達関数を計算することによって垂直入射吸音率を求めた。
【００２６】
実施例１〜４及び比較例１〜２の吸音材の構成と、吸音率測定結果を示す図をまとめて表１に示す。
【００２７】
【表１】
2018146603.tif 000003
【００２８】
図３〜図８は、実施例、比較例の吸音材の吸音率を示している。
図３〜図６のグラフから、実施例１〜４は、６００Ｈｚ付近の周波数の音を効果的に吸音していることが確認される。
ここで、図３の実施例１と図７の比較例１を比較すると、低周波数への吸音率のシフトと垂直入射吸音率の向上が確認される。また、図３の実施例１と図８の比較例２を比較すると、積層構造の効果のみならず、シリコーン多孔質層の効果が顕著であることが確認される。
【符号の説明】
【００２９】
１：特定シリコーン多孔質層
２：粘接着層
３：柔軟性構造層
４：粘接着性薄膜層又は薄膜層
【図１】
2018146603.tif 000004
【図２】
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【図３】
2018146603.tif 000006
【図４】
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【図５】
2018146603.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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