(57)【要約】      （修正有）【課題】不燃材料の基準を満たしているグラスウールを用いた不燃性の成形体を提供する。【解決手段】グラスウールの中にバインダーを含浸する含浸工程、前記含浸工程で得られたバインダーを含むグラスウールを成形する成形工程、前記成形工程で成形したグラスウールから水分を除去する乾燥工程、を含み、前記バインダーが無機バインダーであり、、前記乾燥工程で得られた成形体が、ＪＩＳ  Ａ  １３２２の防炎１級相当の難燃性基準及び／又は建築基準法第２条第９号に規定される燃焼試験において不燃材料の基準を満たしている成形体。【選択図】図２
2016160553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラスウールとバインダーを含む成形体において、
前記バインダーが無機バインダーであり、ＪＩＳ  Ａ  １３２２の防炎１級相当の難燃性基準及び／又は建築基準法第２条第９号に規定される燃焼試験において不燃材料の基準を満たしている成形体。
【請求項２】
前記無機バインダーのｐＨが６〜１０．０である請求項1に記載の成形体。
【請求項３】
前記無機バインダーのｐＨが７．５〜８．５である請求項２に記載の成形体。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の成形体を用いた建築資材。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか一項に記載の成形体を用いた車両。
【請求項６】
請求項１〜３の何れか一項に記載の成形体を用いた船舶。
【請求項７】
請求項１〜３の何れか一項に記載の成形体を用いた航空機。
【請求項８】
請求項１〜３の何れか一項に記載の成形体を用いた電化製品。
【請求項９】
グラスウールの中にバインダーを含浸する含浸工程、
前記含浸工程で得られたバインダーを含むグラスウールを成形する成形工程、
前記成形工程で成形したグラスウールから水分を除去する乾燥工程、
を含み、
前記バインダーが無機バインダーであり、前記乾燥工程で得られた成形体が、ＪＩＳ  Ａ  １３２２の防炎１級相当の難燃性基準及び／又は建築基準法第２条第９号に規定される燃焼試験において不燃材料の基準を満たしている成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形体、該成形体を含む建築資材、車両、船舶、航空機及び電化製品、並びに成形体の製造方法に関し、特に、ＪＩＳ  Ａ  １３２２の防炎１級相当の難燃性基準及び／又は建築基準法第２条第９号に規定される燃焼試験において不燃材料の基準を満たす不燃性の成形体、該成形体を含む建築資材、車両、船舶、航空機及び電化製品、並びに不燃性の成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
グラスウールやロックウールを用いた成形体は、軽量性、断熱性、遮音性、吸音性等の機能を有するため、建築資材、車両、船舶、航空機、電化製品等の多分野で広く用いられている。これらの成形体は、バインダーを用いてグラスウールを成形して製造するのが一般的である。バインダーとしてはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、スターチなどの有機バインダーや、水ガラス、ホウ酸、コロイダルシリカなどの無機バインダーが知られている。
【０００３】
また近年では、グラスウール成形体を気密性のパック内に入れて、当該パック内を減圧状態として断熱性を高めた真空断熱材が広く用いられている。この場合には、長期に亘って真空を維持できるように、複数の層をラミネートした外皮に、グラスウール成形体からなる芯材を入れ、内部を真空状態にしており、ここでもハンドリング性を向上させるために、有機バインダーを用いたグラスウール成形体が用いられることもある。
【０００４】
しかしながら、有機バインダーを使用して断熱材を成形した場合、断熱材に炎が直接当たると有害燃焼ガスが発生したり、断熱材が燃焼するという問題がある。また有機バインダーを使用して真空断熱材を成形した場合、有機バインダーからの揮発成分により真空断熱材の真空度が低下し、断熱性能が悪化するという問題がある。一方、無機バインダー、特に、ホウ酸を使用した場合には吸湿性が大きく、一旦乾燥しても直ぐに吸湿し、この揮発により真空度が低下して断熱性能を維持できないという問題がある。このため、バインダーを使用する場合には、真空中で揮発し難いバインダーを使用することと、真空断熱材の性能を長期安定化させるため、ガス成分吸着剤の増量や高性能（すなわち高価格）吸着剤の充填を必要としていた。
【０００５】
上記問題を解決するため、（１）スピンナー法によってグラスウールを製造する際に、スピンナーの小孔から噴出して堆積する前の空中を舞っている状態のグラスウールに霧状の水をかけることで、グラスウール表面に水分を付着させ、（２）付着した水分でグラスウールを成形するガラス中に含まれる酸化ナトリウムを溶出させ、溶出した酸化ナトリウムは周囲の付着水に溶けて水酸化ナトリウムを生成し、（３）この水酸化ナトリウムがグラスウールの主成分である二酸化珪素と容易に反応して珪酸ナトリウムを生成し、（４）この珪酸ナトリウムは無機バインダーとしてよく知られる水ガラスであるので、バインダーを添加することなく繊維同士が結合することができる、製造方法が知られている（特許文献１及び２参照）。
【０００６】
また、含水率が所定量であるグラスウールを熱プレス成形することでグラスウール成形体を作製する方法が知られている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３７１２１２９号公報
【特許文献２】特開２００７−８４９７１号公報
【特許文献３】特開２０１４−２１０９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、グラスウールは、国土交通省告示「平１２建告第１４００号」で不燃材料として示されているものの、耐火・耐熱性能は融点の違いからロックウールに劣る。また、安全使用温度は、グラスウール＝３５０℃、ロックウール＝６５０℃となっている。そのため、６５０度以上の断熱には、主にセラミックファイバーが一般的に使用され、耐火・耐熱性に優れたグラスウールを用いた成形体は知られていない。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、鋭意研究を行ったところ、（１）グラスウール、ロックウールの成形に使用されている無機バインダーは、接着性能及びコスト面から従来はリン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、水ガラス等が使用されていた、（２）しかしながら、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウムは強酸性で、また、水ガラスは強アルカリ性で、グラスウールやロックウールの繊維を著しく劣化し耐火性、耐熱性を向上できないこと、（３）コロイダルシリカを含む中性〜弱アルカリ性の無機バインダーを用いるとグラスウールやロックウールの耐火性、耐熱性を著しく向上できること、を新たに見出した。
【００１０】
すなわち、本発明の目的は、成形体、該成形体を含む建築資材、車両、船舶、航空機及び電化製品、並びに成形体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、以下に示す、成形体、該成形体を含む建築資材、車両、船舶、航空機及び電化製品、並びに成形体の製造方法に関する。
【００１２】
（１）グラスウールとバインダーを含む成形体において、
前記バインダーが無機バインダーであり、ＪＩＳ  Ａ  １３２２の防炎１級相当の難燃性基準及び／又は建築基準法第２条第９号に規定される燃焼試験において不燃材料の基準を満たしている成形体。
（２）前記無機バインダーのｐＨが６〜１０．０である上記（１）に記載の成形体。
（３）前記無機バインダーのｐＨが７．５〜８．５である上記（２）に記載の成形体。
（４）上記（１）〜（３）の何れか一に記載の成形体を用いた建築資材。
（５）上記（１）〜（３）の何れか一に記載の成形体を用いた車両。
（６）上記（１）〜（３）の何れか一に記載の成形体を用いた船舶。
（７）上記（１）〜（３）の何れか一に記載の成形体を用いた航空機。
（８）上記（１）〜（３）の何れか一に記載の成形体を用いた電化製品。
（９）グラスウールの中にバインダーを含浸する含浸工程、
前記含浸工程で得られたバインダーを含むグラスウールを成形する成形工程、
前記成形工程で成形したグラスウールから水分を除去する乾燥工程、
を含み、
前記バインダーが無機バインダーであり、前記乾燥工程で得られた成形体が、ＪＩＳ  Ａ  １３２２の防炎１級相当の難燃性基準及び／又は建築基準法第２条第９号に規定される燃焼試験において不燃材料の基準を満たしている成形体の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の成形体は、グラスウールやロックウールのバインダーとして不燃性の無機バインダーを使用しているので、成形体が燃焼することはない。そのため、ＪＩＳ  Ａ  １３２２の防炎１級相当の難燃性基準及び／又は建築基準法第２条第９号に規定される燃焼試験において不燃材料の基準を満たしており、建築資材、車両、船舶、航空機及び電化製品等の断熱材として利用することが可能である。
【００１４】
本発明の成形体の製造方法は、水溶性の無機バインダーを使用している。したがって、有機溶剤から発生するガスに対する製造装置機器の防爆対策が不要であり、また、有機溶剤による臭気も発生しないことから、作業環境が優れる。また、製造装置等の洗浄も水で簡易に行うことができる上、洗浄水はバインダー希釈水としてリサイクル可能なため、廃液処理の問題が発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、図面代用写真で、実施例１で作製した成形体の写真である。
【図２】図２は、図面代用写真で、図２Ａは実施例１で作製した成形体の表面付近のＳＥＭ写真、図２Ｂは図２Ａを拡大した写真である。また、図２Ｃは成形体の内部のＳＥＭ写真、図２Ｄは図２Ｃを拡大した写真である。
【図３】図３は、図面代用写真で、ＪＩＳ  Ａ  １３２２の試験条件である４５度に傾斜させ取付けサンプルに約５ｃｍの距離から接炎している写真である。
【図４】図４は、図面代用写真で、接炎前後の接炎面と非接炎面の写真である。
【図５】図５は、実施例３のコーンカロリーメーターIIIの試験結果を表すチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の成形体、該成形体を含む建築資材、車両、船舶、航空機及び電化製品、並びに成形体の製造方法について詳しく説明する。
【００１７】
先ず、本発明において、グラスウールとは、繊維径が約１〜７μｍのガラス繊維が綿状になったものを意味し、繊維径１０〜１８μｍの単繊維を５０〜２００本集めたグラスファイバーを所定の長さに切断したものであるチョップドストランドとは全く異なる。
【００１８】
グラスウールは、周囲に１ｍｍ程度の小孔を多数設けたスピナを高速回転させて溶融したガラスを噴出することにより製造される。この製造プロセスは一般に遠心法と呼ばれ、溶融したガラスの粘度及び回転スピードを調整することで、１〜７μｍ程度の細いグラスウールを経済的に製造することができる。本発明の成形体は、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂の場合と同様、繊維化直後に無機バインダー水溶液をスプレーした後にオーブンで加熱・加圧して製造、又は、不燃無機バインダーの水溶液にグラスウールを浸漬し、乾燥することで作製することもできる。したがって、グラスウールの長さは特に制限はなく、遠心法で製造したグラスウールをそのまま用いればよい。或いは、グラスウール、ロックウールを解砕機で繊維を短くしたあと湿式抄造法（紙すき）を用いてシートを形成し、当該シートを不燃無機バインダーの水溶液に浸漬してもよい。更に、必要に応じてシランカップリング剤等で処理してもよい。
【００１９】
また、グラスウールは、上記の方法で製造することもできるが、市販品を用いることもでき、例えば、マグ・イゾベール株式会社ＷＲ８００（平均繊維径４．０μｍ、平均繊維長１５ｍｍ）等が挙げられる。
【００２０】
本発明においては、バインダーとして不燃性の無機バインダーを用いることが望ましい。無機バインダーとしては、ケイ素化合物を主成分とするバインダーが挙げられる。溶媒としては、有機溶剤系と水系が選択できるが、上記のとおり、防爆設備が不要であること、環境負荷や健康影響を考慮した場合、水系無機バインダーが望ましい。また、本発明者らは、グラスウールを成形体にする場合、バインダーのｐＨが成形体の性能に大きな影響を及ぼすことを新たに見出している。バインダーのｐＨは６．０〜１０．０の中性〜弱アルカリ性が好ましく、６．５〜９．０がより好ましく、７．５〜８．５が特に好ましい。無機バインダーのアルカリ性が強くなると、成形体中のグラスウール物性が劣化することで、成形体の強度などが著しく低下するので好ましくない。
【００２１】
上記ｐＨ条件を満たす水系無機バインダーは、ケイ素化合物を主成分とし、必要に応じてグラスウールへの浸透剤、浸透助剤、接着向上剤及び粘性調整剤を含んでいても良い。ケイ素化合物としては、コロイダルシリカ等が挙げられる。グラスウールへの浸透剤としては、アニオン系界面活性剤や表面調整剤等が挙げられる。浸透助剤としては、イソプロピルアルコールやメタノール等の低級アルコール類が挙げられる。なお、浸透助剤として低級アルコールを添加する場合は、不燃特性に影響を与えない程度の量とする必要がある。接着向上剤としては、シランカップリング剤等が挙げられる。粘性調整剤としては、水等が挙げられる。
【００２２】
水系無機バインダーにおける各成分の含有量は、上記ｐＨ条件が満たされれば特に制限はないが、例えば、ケイ素化合物のコロイダルシリカ（２０重量％の二酸化ケイ素を含む）は８０〜９５重量％、グラスウールへの浸透剤は０．１〜０．５重量％、浸透助剤は０．５〜１０．０重量％、接着向上剤は０．５〜２重量％、粘性調整剤は１〜５重量％程度混合すればよい。無機バインダー混合溶液は、１５０〜２００℃で主成分のケイ素化合物が脱水縮合反応することによって、グラスウールと強固に接着し固化物に堅牢性を与えるとともに、耐水性などの耐久性を付与する。また、後述する実施例で示すとおり、耐火性能を格段に向上することができる。
【００２３】
なお、不燃性の観点からは無機バインダーのみを用いることが好ましいが、グラスウールボードに柔軟性を持たせたい場合、有機バインダーを少量、例えば、３重量％以下となるように加えてよい。有機バインダーとしては、例えば、水溶性ポリシロキサン含有アクリル樹脂エマルション等が挙げられる。有機バインダーの混合量が３重量％以下であれば、作製した成形体の不燃性能を損なうことなく成形体に柔軟性を付与できる。
【００２４】
また、無機バインダーの他に不燃性有機−無機複合型バインダーも使用する事ができる。不燃性の有機−無機複合型バインダーは、無機バインダーに比べ不燃性能は劣るが、不燃材料、例えば、水酸化アルミニウムを５〜１０重量％、リン化合物１０〜３５重量％、無機骨材を１０〜１５重量％加えることによって不燃性能を向上できる。有機−無機複合型バインダーとしては、樹脂成分中にポリシロキサンを１０〜３０重量％含有した水溶性ポリシロキサン含有アクリル樹脂が望ましく、前記無機骨材に加え、必要に応じて、グラスウールへの浸透性、消泡性、粘性コントロールを目的とした添加剤を数質量％加えた液剤とで構成される。
【００２５】
上記の無機バインダー、不燃性有機−無機複合型バインダーは、適宜、水やアルコールで希釈することによって、固化するグラスウール形状物の使途に応じてグラスウールへの浸透度や含浸量を調節すればよい。
【００２６】
なお、成形体を構成する材料としては、融点が高い綿状の材料であればグラスウールに限定はされず、例えば、ロックウール等を用いてもよい。また、グラスウール、ロックウールは単独で用いても良いし、グラスウールとロックウールを混合して用いても良い。更に、グラスウール及び／又はロックウールに、ビーナスライト(黒曜石パーライト；黒曜石を約１０００℃で高熱焼成発泡した無機質超軽量れき状骨材)を添加して、ハイブリッドとしても良い。
【００２７】
成形体の製造方法は、グラスウール及び／又はロックウールの中にバインダーを含浸する含浸工程、前記含浸工程で得られたバインダーを含むグラスウールを成形する成形工程、前記成形工程で成形したグラスウールから水分を除去する乾燥工程を少なくとも含んでいる。
【００２８】
含浸工程は、グラスウールの内部にバインダーが浸透すればよく、マット状のグラスウールにバインダー液を噴霧しても良いし、バインダー液の中にマット状のグラスウールを浸漬しても良い。また、遠心法で作製したグラスウールに無機バインダーを噴霧してもよい。
【００２９】
成形工程は、バインダーを含むマット状のグラスウールを型枠等で所望の形状に成形すればよい。その際、マット状のグラスウールを圧縮する力を調整することで、最終的な成形体の空隙率を調整することができる。また、グラスウールを板状の成形体として使用する場合は、ロールプレスで成形することが好ましく、メッシュコンベア等により厚さを均一に調整できる。また、成形金型を用いてプレス成形、並びに加熱成形することで任意形状の成形体を製造することもできる。
【００３０】
乾燥工程は、マット状のグラスウール中の水分を蒸発することができれば特に制限はなく、公知の真空乾燥加熱装置、恒温乾燥加熱装置等を用いればよい。
【００３１】
製造した成形体は、単独で用いてもよいし、他の材料と組み合わせて用いてもよい。例えば、建築物の断熱性外壁材として用いる場合は、模様を施した金属板、不燃ボードでサンドイッチ状にして用いればよい。また、外壁と内壁に間に断熱材として配置する場合は、成形体を真空パックにして用いてもよい。
【００３２】
本発明の成形体は軽量であり断熱性、防音性、不燃性能に優れていることから、不燃性能が要求される様々な物に用いることができる。例えば、建築資材、車両、船舶、航空機及び電化製品等の分野に使用できる。
【００３３】
車両としては、自動車、二輪車、特殊車両等の天井材、ドアや車内の内張り、エンジン、トランク内張り等の断熱材、吸音材、防音材として利用することができる。
【００３４】
船舶としては、船舶の天井材、壁板、ドアや船内の内張り、エンジン回りの断熱材、吸音材、防音材として利用することができる。
【００３５】
航空機としては、天井材、胴体、客室の壁板等の断熱材、吸音材、防音材として利用することができる。
【００３６】
電化製品であれば、冷蔵庫、冷凍庫、ＩＨヒーター、テレビ、暖冷房機器、照明機器、電気ポット、アイロン、ＯＡ機器、事務用機器等の断熱材、吸音材、防音材として利用することができる。
【００３７】
建築資材としては、天井用ボード、外壁、外壁と内壁の間の断熱材、床下断熱材等が挙げられる。
【００３８】
上記の例示は本発明の成形体が利用できる典型的な例であって、その他、コンテナ、配管の断熱材等、耐火性、耐熱性が求められる部分であれば特に制限は無い。
【００３９】
以下に実施例を掲げ、本発明を具体的に説明するが、この実施例は単に本発明の説明のため、その具体的な態様の参考のために提供されているものである。これらの例示は本発明の特定の具体的な態様を説明するためのものであるが、本願で開示する発明の範囲を限定したり、あるいは制限することを表すものではない。
【実施例】
【００４０】
＜実施例１＞
〔成形体の作製〕
グラウスールは、マグ・イゾベール社製ＷＲ８００を用いた。バインダーとしては、２０重量％のＳｉＯ2を含むコロイダルシリカを約９０重量％、浸透剤及び接着向上剤を含む水系無機バインダーを用いた。なお、水系無機バインダーのｐＨは８．０であった。水系無機バインダー中にグラスウールを浸漬し、ロールプレスを用いて無機バインダーが浸漬したグラスウールをプレスし、次いで、乾燥することで、成形体を作製した。図１は、作製した成形体の写真で、寸法は、１９５ｍｍ×３２７ｍｍ×１６ｍｍであった。重量は１３４．８ｇ、密度は１３２．１ｋｇ／ｍ3、２５℃における熱伝導率は０．０３４７９Ｗ／（ｍ．ｋ）であった。
【００４１】
次に、成形体をカットし、ＳＥＭ（Ｍｉｎｉｃｓｏｐｅ  ＴＭ３０００、日立ハイテク社製）写真を撮影した。図２Ａは作製した成形体の表面付近のＳＥＭ写真、図２Ｂは図２Ａを拡大した写真である。また、図２Ｃは成形体の内部のＳＥＭ写真、図２Ｄは図２Ｃを拡大した写真である。ＳＥＭ写真から明らかなように、グラスウールの表面のみでなく、グラスウールの内部まで無機バインダーが浸透していた。また、無機バインダーは、グラスウールの繊維を被覆するように接着していた。このことが、後述する耐火性能実験の結果が示すように、グラスウールの耐火性能が格段に向上する原因と考えられる。
【００４２】
〔耐火性能実験〕
＜実施例２＞
次に、作製した成形体の耐火性能を調べた。耐火性能は、建築材料の難燃性（防炎性）を確認する試験であるＪＩＳ  Ａ  １３２２とほぼ同じ条件で実施した。表１は、ＪＩＳ  Ａ  １３２２の試験条件と実施例２の試験条件を示している。また、表２は、ＪＩＳ  Ａ  １３２２の難燃性判定基準を示している。
【００４３】
【表１】
2016160553.tif 000003
【００４４】
【表２】
2016160553.tif 000004
【００４５】
図３は、４５度に傾斜させ取付けサンプルに約５ｃｍの距離から接炎している写真で、図４は接炎前後の接炎面と非接炎面の写真である。図４から明らかなように、１０分間接炎後の接炎面には僅かに変色部分が観察されたが、１０分間接炎しても発煙等は観察されず、また、試験後も残炎・残じんは観察されなかった。以上の結果より、少なくとも、ＪＩＳ  Ａ  １３２２の防炎１級相当の難燃性基準を満たしていることが明らかとなった。
【００４６】
＜実施例３＞
次に、実施例１の成形体が、建築基準法第２条第９号および建築基準法施行令第１０８条の２に基づく防耐火試験方法と性能評価規格に従うコーンカロリーメーター試験機による発熱性試験において、不燃材料の基準を満たしているのか確認を行った。なお、不燃材料の基準は、加熱開始後の最大発熱速度が１０秒以上継続して２００ｋＷ／ｍ2を超えず、総発熱量が８ＭＪ／ｍ2以下であり、加熱開始後２０分間にわたり、防火上有害な裏面まで貫通する亀裂および穴が生じないことである。試験は、一般社団法人電線総合技術センターに委託した。表３は試験条件、表４は換算パラメータ、表５は試験結果を表す。また、図５はコーンカロリーメーターIIIの試験結果を表すチャートである。
【００４７】
【表３】
2016160553.tif 000005
【００４８】
【表４】
2016160553.tif 000006
【００４９】
【表５】
2016160553.tif 000007
【００５０】
表５及び図５から明らかなように、実施例１で作製した成形体は、不燃材料の基準を満たしていた。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の成形体は、不燃性能を満たしている。したがって、建築資材、車両、船舶、航空機及び電化製品等の不燃材料として有用である。
【図１】
2016160553.tif 000008
【図２】
2016160553.tif 000009
【図３】
2016160553.tif 000010
【図４】
2016160553.tif 000011
【図５】
2016160553.tif 000012