(57)【要約】本発明は建築及び自動車等の乗り物に使用する断熱材製いるは物に使用する断熱材に関する。さらに詳しくは生分解性を有し人体に影響のない天然物である木材パルプ、植物性澱粉を主体とした発泡ビーズを調製しこれを加熱溶融型接着剤を用いて１分〜３分の短時間で加熱接着し、強固な硬度の断熱性を持つ成形の自由度の高い壁材を製造する。【課題】現行の建材用断熱材は、施工時の安全性に問題があり、施工後にシックハウス等の影響がでる。また、生分解性も示さない。【解決手段】生分解性を有し人体に影響のない天然物である木材パルプ、澱粉を主体とした発泡ビーズをエクストルーダーにより調製し、これを加熱溶融型接着剤を用いて１分〜３分の短時間でマイクロ波および／または誘電加熱で加熱接着し、強固な硬度の断熱性を持つ成形の自由度の高い壁材を製造する。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エクストルーダーを用いて発泡成形した生分解性ビーズを２次的に接着することを特徴とする建材用断熱材。
【請求項２】
該生分解性発泡ビーズがセルロースとデンプンを主成分とする発泡体である特許請求項１記載の建材用断熱材。
【請求項３】
加熱溶融型接着剤を用いて加熱接着することを特徴とする請求項１記載の建材用断熱材。
【請求項４】
該接着剤が澱粉に対して水を新たに２〜２０％好ましくは５〜１５％添加した澱粉である請求項３記載の建材用断熱材。
【請求項５】
該接着剤が澱粉可塑剤を含有した低粘度化澱粉である請求項３記載の建材用断熱材。
【請求項６】
該澱粉可塑剤が尿素・グアニジン類および／または多価アルコール類である請求項５記載の建材用断熱材。
【請求項７】
該加熱方法がマイクロ波加熱および／または誘電加熱である請求項３記載の建材用断熱材。
【請求項８】
エクストルーダーを用いて発泡成形した生分解性ビーズを２次的に接着することを特徴とする建材用断熱材の製造方法。
【請求項９】
加熱溶融型接着剤を用いて加熱接着することを特徴とする請求項８記載の建材用断熱材の製造方法。
【請求項１０】
該接着剤が澱粉に対して水を新たに２〜２０％好ましくは５〜１５％添加した澱粉である請求項９記載の建材用断熱材の製造方法。
【請求項１１】
該接着剤が澱粉可塑剤を含有した低粘度化澱粉である請求項９記載の建材用断熱材の製造方法。
【請求項１２】
該澱粉可塑剤が尿素・グアニジン類および／または多価アルコール類である請求項１１記載の建材用断熱材の製造方法。
【請求項１３】
該加熱方法がマイクロ波加熱および／または誘電加熱である請求項９記載の建材用断熱材の製造方法。
【請求項１４】
加圧できるリテイナーを用いることを特徴とする請求項１３記載の建材用断熱材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建築及び自動車等の乗り物に使用する断熱材に関する。さらに詳しくは生分解性を有し人体に影響のない天然物である木材パルプ、植物性デンプンを主体とした発泡ビーズを調製しこれを１分〜３分の短時間で強固な硬度の断熱性を持つ成形の自由度の高い壁材、そしてこれを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、省エネルギーの観点から住宅の保温性を改善するために壁材、天井、及び床に空気の断熱層を持つ住宅が増えてきた。これらの断熱材は、通常、空気層を保つ綿状のガラス繊維や石綿やセルロース綿又は石油系の発泡体が使用される。ガラス繊維、石綿（ロックウール）は、本質的に発ガン性の危険を持つ。（『せきめん読本』（社）日本石綿協会編）石油系発泡材としては、ポリスチレン発泡体、ポリウレタン発泡体、ポリエチレン発泡体、ポリエチレンテレフタレート発泡体が使用される。ポリスチレン発泡体は発泡後少量のモノマーが残り、発ガン性を示す。ＩＡＲＣ（国際がん研究機関）はスチレンモノマーを２Ｂ（人に対し発ガン性の可能性が有る物質）と指定している。ポリウレタン発泡体は燃えると有害なガスが発生する。そのモノマーはＩＡＲＣで３（人に対し発ガン性を評価するには十分な証拠が得られていない物質）である。モノマー（イソシアネート）は容易に加水分解されるが、分解生成物である芳香族ジアミンはＡＣＧＩＨ（米国産業専門家会議）評価でＡ２（人に対する発ガン性が、限られた疫学調査又は動物実験にて疑われる物質）である。ポリエチレン発泡体、ポリエチレンテレフタレート発泡体は今のところ発ガン性の報告はないが生分解されないため、廃棄されると分解されずゴミとして永久に残る。またガラスウールの熱伝導率　０．０４３ｋｃａｌ／ｍｈ℃に比較し、ポリエチレン発泡体は０．０３５ｋｃａｌ／ｍｈ℃、ポリエチレンテレフタレート発泡体は０．０３３ｋｃａｌ／ｍｈ℃と低い値である。また熱により容易に変形するためこの断熱性が変化する可能性がある。
【０００３】
そしてこれらの断熱材を施工するには壁や天井裏等の狭い場所に綿状物質を接着剤と共に吹き込み、接着させる必要がある。その際、作業員は労働災害や健康のためマスクや防塵のための重装備をする必要がある。また、施工後も断熱材のモノマーや接着剤が部屋の中にこもり、シックハウス症候群の原因をつくっている。これらの課題を解決するために、一部（特願２０００−２８９５９０号公報）多孔質の炭をこれまでの断熱材に混合しモノマーガスや接着剤のアルデヒド等を吸着する試みもなされているが本質的には解決していない。また、発泡プラスチックは引火性が大きく施工現場の火災の原因となり易い。
【０００４】
上記の課題を解決するためおよび古紙の供給が過多でありその用途開発のために、パルプの発泡ビーズを用いる方法が検討されている。例えば、特許第３２４０６７６号公報、特許第３２４０６６４号公報には、パルプを増粘剤と共に分解型発泡剤の存在下で加熱発泡させ同時に接着剤で接着成形する方法が記載されている。この方法は、発泡を開始させるために加熱温度が１８０〜２００℃と高くパルプ及び増粘剤を劣化させる。また、加熱が枠型の外部よりなされるため建材など比較的大きな成型物を得ようとした場合は、内部まで充分な熱が行き届かないという問題点がある。特開２０００−２４８１０６号公報に少なくとも澱粉を含む発泡ビーズの表面に有機溶媒を内包したマイクロカプセルを含む熱可塑性樹脂層を設けたものを加熱発泡させ接着成形する方法が記載されている。この方法は、前述の２つの公報に記載された課題だけでなく、マイクロカプセルに含まれる有機溶媒が引火性および／または毒性が強いものが使用されているという問題点がある。さらに熱可塑性樹脂層に難生分解性のポリマーが使用されており廃棄の際の分解性に問題がある。上記のように安全かつ生分解性が良好で成型性の良い建材用の断熱材がないのが現状である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記課題を解決できる建材用断熱材について鋭意検討した結果、エクストルーダーにより発泡押し出されたセルロースと澱粉を主剤とするビーズを、澱粉を主剤とする加熱溶融型接着剤を用いてマイクロ波加熱および／または誘電加熱により加圧下で加熱成形したものが良好に使用できること見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に使用出来るビーズは、セルロースおよび澱粉をエクストルーダーで押し出すことで製造される。本発明に使用出来るセルロースはバージンパルプでも良いが、古紙、鋸屑、キノコ培地に使用したオガクスでも良い。これらのセルロースは、単独または混合して使用することが出来る。均一なビーズを得るためにエクストルーダーに供給する際は、微粉末に粉砕されたセルロースが望ましい。粒度は、５０〜１０００μｍ（好ましくは１００〜５００μｍ）である。セルロースの粉砕方法は、湿式、乾式のどちらでも良い。
【０００７】
ビーズを製造するのに使用出来る澱粉は、馬鈴薯澱粉、トウモロコシ澱粉、ワキシトウモロコシ澱粉、タピオカ澱粉、サゴ澱粉、緑豆澱粉等の生澱粉およびそれらをエステル化、エーテル化等の誘導体化したもの、それらをアルファー化したもの、さらにそれらを酸化、酸処理、デキストリン化等の低粘度化したもの等が挙げられる。これらは、単独又は組み合わせて使用することができる。澱粉とセルロースの混合比率は２：８〜９：１（好ましくは３：７〜５：５）である。
【０００８】
エクストルーダーのスクリューの形状によっては、滑り剤を添加しても良い。使用可能な滑り剤としては、グリセリン、エチレングライコール等の多価アルコール、ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレングライコール（ＰＥＧ）等のポリマー、アルキルグリコシド、シュガーエステル、グリセリン脂肪酸エステル等である。添加量は１〜３０％（好ましくは１〜１０％）である。ポリプロピレン等を使用した場合でも、これらは生分解性ではないが、添加量が少量であるために廃棄時に良好な崩壊性を示す。発泡により表面積が広くなり分解しやすくなっていると思われる。これらの原料は、エクストルーダーに供給される前にミキサー等であらかじめ充分に混合しておく。
【０００９】
混合された原料は、フィーダー等を用いてエクストルーダーに供給される。スクリューの回転数は、５０〜３００ｒｐｍである。フィード量および回転数は、目的のビーズの大きさにより適時選択される。バレル温度は搬送バレルでは常温、圧縮バレルでは８０〜１００℃、圧力８０Ｍｐａ〜２００Ｍｐａが良く　ダイ温度は１００〜２００℃（好ましくは１２０〜１６０℃）が安定した発泡ビーズを製造できる。ダイ直後にはカッターを備え付けてダイより出た高温の発泡体を高速でカットし、ビーズに整形する。カッターの回転数は膨化径と同じ長さになるように速度を調整しカットする事で球形の発泡ビーズが出来る。
【００１０】
エクストルーダーにより調製された発泡ビーズを加熱溶融型接着剤を用いて加圧下で加熱接着成型して建材用断熱材を得る。加熱溶融型接着剤としては、ＰＶＡ等も使用できるが、生分解性を考慮すれば澱粉系のものが好適に用いられる。水を添加した澱粉および重合度が１０以下の糖類が挙げられる。使用できる澱粉としては、馬鈴薯澱粉、トウモロコシ澱粉、ワキシトウモロコシ澱粉、タピオカ澱粉、サゴ澱粉、緑豆澱粉等の生澱粉およびそれらをエステル化、エーテル化等の誘導体化したもの、それらをアルファー化したもの、さらにそれらを酸化、酸処理、デキストリン化等の低粘度化したもの等が挙げられる。これらは、単独又は組み合わせて使用することができる。糊化のし易さおよびペレットに対する流動性から低粘度化したものが好適に用いられる。使用できる重合度が１０以下の糖類としては、グルコース、ガラクトース等の単糖類、蔗糖、麦芽糖等のニ糖類、マルトトリオース、マルトテトラオース等のオリゴ糖類が挙げられる。水は澱粉が本来含有する水分にさらに糊化するのに必要な量が加えられる。その添加量としては、澱粉に対して２〜２０％、好ましくは５〜１５％である。水の添加方法としては、あらかじめビーズに水を含浸させておく、水を澱粉に含浸させてからペレットに分散させる、ペレットに澱粉を分散させてから水を噴霧する等が挙げられる。重合度が１０以下の糖類の場合も澱粉と同様に水が加えられる。
【００１１】
次に澱粉可塑剤を含有する澱粉系の加熱溶融型接着剤が挙げられる。これは、澱粉を澱粉可塑剤と共に一度糊化したものを噴霧乾燥、凍結乾燥などの乾燥工程を経て粉末状にしたものである。使用できる澱粉原料は生澱粉、各種澱粉誘導体等が挙げられるが、接着剤としたときに加熱溶融時の粘度の低い澱粉が被着体への流動性が良く接着性が良い。低粘度の澱粉としては焙焼デキストリン、酸処理澱粉、酸化澱粉等があげられるがこれに限定されるものではない。
【００１２】
澱粉可塑剤としては、澱粉を糊化出来、かつ糊化物に可塑性を付与できるものであれば特に制限はなく、たとえば尿素類、チオ尿素、グアニジン類、パラトルエンスルホンアミド、メラミン等や、ポリオール類ではエチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ヘキサメチレングリコール、グリセリン、ジグリセリン、ポリグリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニトール等の多価アルコール類が挙げられる。これらの中では尿素類およびポリグリセリン等が好ましい。
可塑剤の使用量は、澱粉１００重量部当たり１０〜１００重量部の可塑剤を用いることが、澱粉を充分に糊化させ、かつ糊化物に充分な流動性を付与できるという観点から適当である。さらに、好ましくは、澱粉１００重量部当たり２０〜７０重量部である。また、必要に応じてアラビアガム等の水溶性糊剤を添加しても差し支えない。
【００１３】
加熱溶融型の接着剤の添加量は、ビーズの表面を覆う程度の量すなわちビーズ重量の１〜５％（好ましくは２〜３％）が好適に用いられる。これらは、粉体の状態で添加される。ビーズが油分を含んでいる場合は、処理なしにまぶせるが、油分がない場合はビーズ表面を軽く水で濡らす等の処理が必要である。
【００１４】
加熱は、マイクロ波および／または誘電加熱により行われる。マイクロ波は、実験的には電子レンジを用いて行った。加熱時間は、目的とする大きさ、澱粉可塑剤の有無により異なるが、例えば消費電力８００Ｗで５秒から１０分である。５秒以下だと接着が充分でなく、１０分以上だと焦げが生じて好ましくない。目安としてビーズ７０ｇの場合には、水を添加した澱粉では３分間、澱粉可塑剤を含む低粘度化澱粉では２分３０秒である。澱粉可塑剤を含む方が加熱時間は短く好適である。
誘電加熱は、発泡ビーズに加熱溶融型の接着剤を添加し電極を有するリテイナーにいれ、これに電流を流す。電気が流れる間、発熱し加熱溶融型の接着剤が溶融し接着が開始する。水分が蒸発すると電流が流れなくなる。電流計を用いて電流が流れなくなったところで通電を終了する。使用する電流は商用で使用される１００Ｖ、５０／６０Ｈｚのものでよい。
【００１５】
リテイナーとしては、任意の形状および大きさのものが使用可能である。材質は、マイクロ波加熱が可能なものであれば特に制限はないが、例えば、ポリプロピレン等の合成樹脂、木材、厚紙およびセラミックス等が挙げられる。接着を強固にするために蓋などで簡易に加圧しても良い。また、リテイナーからの脱着を容易にするためシリコン層等の離形層をもうけても良い。また、水を添加した場合には、蒸気を抜くための小孔を開けておいても良い。
誘電加熱の場合は、プラスチック、セラミックス等の絶縁性の高い材質を用いる。また、両端に電極を設けておく必要がある。
【００１６】
以下、本発明を実施例にて更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００１７】
実施例１
〔ビーズの調製〕
各セルロース原料を粉砕機を用いて１００〜３００μｍに調整した。ミキサーを用いてセルロースおよび澱粉、必要ならば滑り剤を混合した。これを下記の条件で押し出し発泡させ高速カッターで切断してビーズを得た。
〔発泡条件〕
エクストルーダー：スエヒロＥＰＭ製　アルファー１００
原料供給量：１５０ｋｇ／ｈｒ
温度条件：送りバレル　５０℃、加熱バレル　８０℃、加熱ダイ　１２０℃
スクリューパターン：ａｌｌ　ｆｏｒｗａｒｄ　組
加水量：２Ｌ／ｈｒ
バレルリード：送りバレル　Ｌ／Ｄ８０　圧縮バレル　Ｌ／Ｄ５０、　Ｌ／Ｄ４０、　Ｌ／Ｄ３０
加圧方式：順送り加圧　ダイ圧力　１２０ｂａ　ダイ孔径　３ｍｍ　発泡長さ　平均８ｍｍ（カッターの回転スピードにて調整した。）
スクリュー回転数：１２０ｒｐｍ
【００１８】
表１に嵩密度、成形適性、発泡の状態を示した。なお、表中における記載については以下の通りである。
ＨＰ化：ヒドロキシプロピルエーテル化、ＯＳＡ化：オクテニルコハク酸エステル化、ハイアミ：ハイアミロースコーンスターチ、モノグリ：グリセリンモノステアレート。
成型適性については以下の通りである。
圧縮する際割れる：×、部分的に割れる：△、３０％圧縮しても割れない：○、５０％圧縮可能：◎。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１より澱粉単品の添加ではアラレ状の堅い発泡体になるが、これにグリセリンやＰＥＧ、ＰＰ等の滑り剤を入れると腰のある圧縮しても壊れないビーズが得られる。滑剤の発泡効果をＰＰで確認した。ＰＰは生分解緩衝剤に多用されている。使用した結果が８、９である。澱粉を減らしＰＰを多量に添加しても発泡しないことがわかる。この結果澱粉を約３０％添加すれば発泡し軽いビーズが得られる。すなわちセルロース澱粉混合物を用いたビーズには最低３０％の澱粉が必要なことが解る。
【００２１】
〔断熱材の調製〕
参考例１
酸化澱粉２００質量部に尿素６０質量部、ポリグリセリン＃３１０（阪本薬品工業（株）製）１０質量部および水８８０質量部を加え攪拌した。８０〜９５℃でスラリーが完全に糊になるまで加熱した。糊液を６０℃で保温しながらスプレー乾燥機を用いて噴霧乾燥して粉末加熱溶融型接着剤を得た。
参考例２
尿素の代わりに炭酸グアニジンを使用する以外は、参考例１と同様にして粉末加熱溶融型接着剤を得た。
【００２２】
実施例２
実施例１で調製されたビーズ７０ｇに水を５〜７ｇ噴霧し吸着させた。これに表２記載の各種澱粉を２．１ｇ粉末で添加混合し１／５の量をリテイナー（木製１２０×３８×２０ｍｍ）に入れた。厚み方向に３０％圧縮されるように蓋をして電子レンジを用いて８００Ｗで１５０秒間加熱し、室温まで冷却後リテイナーから取り出し成型物を得た。
【００２３】
実施例３
参考例１および参考例２により得られた粉末加熱溶融型接着剤を用いて加熱時間を１２０秒間とする以外は実施例２と同様にして成型物を得た。
【００２４】
実施例４
澱粉２．１ｇの代わりに蔗糖２．５ｇを用いる以外は実施例２と同様にして成型物を得た。
【００２５】
実施例５
ＰＶＡ（ＵＲＭ−１０Ｍ　ユニチカ（株）製）を用いる以外は実施例３と同様にして成型物を得た。
【００２６】
実施例６
噴霧する水の量を０．７ｇにする以外は、実施例３と同様にして成型物を得た。
【００２７】
比較例１
噴霧する水の量を０．７ｇにする以外は、実施例２と同様に成型したが、リテイナーから取り出す際に崩れた。
【００２８】
実施例７
実施例１で調製されたビーズ７０ｇに水を５〜７ｇ噴霧し吸着させた。これに表２記載の各種澱粉を２．１ｇ粉末で添加混合し絶縁性リテイナー（１２０×３８×２０ｍｍ）に入れ上下をチタン電極で厚み方向に３０％圧縮されるように蓋をした。家庭用の１００Ｖ、５０Ｈｚの交流電流を直接電極につなぎ通電した。通電は電流計を用いて電流が流れなくなるまで行った。室温まで冷却後リテイナーから取り出し成型物を得た。
【００２９】
実施例８
参考例１および参考例２により得られた粉末加熱溶融型接着剤を用いる以外は実施例７と同様にして成型物を得た。
【００３０】
実施例９
澱粉２．１ｇの代わりに蔗糖２．５ｇを用いる以外は実施例７と同様にして成型物を得た。
【００３１】
実施例１０
ＰＶＡ（ＵＲＭ―１０Ｍ　ユニチカ（株）製）を用いる以外は実施例７と同様にして成型物を得た。
【００３２】
実施例１１
噴霧する水の量を０．７ｇにする以外は、実施例８と同様にして成型物を得た。
【００３３】
比較例２
噴霧する水の量を０．７ｇにする以外は、実施例７と同様に成型したが、リテイナーから取り出す際に崩れた。
【００３４】
実施例１２
実施例２〜１１で得られた成型物について曲げ試験を行い、５回平均の結果を表２に示した。曲げ試験条件は、支点間距離が６０ｍｍ、クロスヘッド移動速度が５０ｍｍ／ｍｉｎであった。
【００３５】
実施例１３
実施例２〜１１で得られた成型物について熱伝導率をＪＩＳ　Ｋ６９００により測定し表２に示した。
【００３６】
【表２】
2004018799.tif 000003
【００３７】
表２よりエクストルーダーにより発泡押し出されたセルロースと澱粉を主剤とするビーズを、澱粉を主剤とする加熱溶融型接着剤を用いてマイクロ波加熱および／または誘電加熱により加圧下で加熱成形したものが充分な強度を有し、住宅用ガラス繊維の熱伝導率は０．０３〜０．０４ｋｃａｌ／ｍｈ℃であることからこれとほぼ同程度の断熱性を示していることがわかる。充分に建材用断熱材として使用できることがわかった。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の建材用断熱材は、施工時の有害性もなく廃棄時には天然物を主剤としているので生分解性も良好である。成形に必要な加熱時間も比較的短時間である。強度、断熱性も充分に使用できる範囲である。また、古紙も使用できるので古紙リサイクルにも有効である。