(57)【要約】【課題】断熱材内での空気の対流及び無機繊維の熱伝達が抑制された、優れた断熱性能を有する無機繊維断熱材を提供する。【解決手段】複数の無機繊維マットが積層された無機繊維断熱材であり、無機繊維マットを構成する無機繊維の繊維径が３〜５μｍであり、その繊維長が２０ｍｍ以上であり、前記無機繊維同士がその接合点で熱硬化性結合剤により結合され、各無機繊維マットの目付が３００〜６００ｇ／ｍ２であり、無機繊維マットの、無機繊維断熱材の厚み方向と垂直な方向に対する配向角度が、０°より大きく２０°までで傾いている。【選択図】図５
2016022681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無機繊維マットが積層された無機繊維断熱材であり、
前記無機繊維マットを構成する無機繊維の繊維径が３〜５μｍであり、その繊維長が２０ｍｍ以上であり、
前記無機繊維同士がその接合点で熱硬化性結合剤により結合され、
前記各無機繊維マットの目付が３００〜６００ｇ／ｍ２であり、
前記無機繊維マットの、前記無機繊維断熱材の厚み方向と垂直な方向に対する配向角度が、０°より大きく２０°までで傾いている、
ことを特徴とする、無機繊維断熱材。
【請求項２】
前記無機繊維が、含まれる酸化物の総質量に基づき、６０〜７２質量％のＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３、１〜７質量％のＢ２Ｏ３、１４〜２２質量％のＮａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ、及び６〜１５質量％のＭｇＯ＋ＣａＯを含有するガラス繊維である、請求項１に記載の無機繊維断熱材。
【請求項３】
前記熱硬化性結合剤が、アミド化反応、イミド化反応、エステル化反応及びエステル交換反応のいずれかの反応で硬化する熱硬化性樹脂である、請求項１又は２に記載の無機繊維断熱材。
【請求項４】
前記熱硬化性結合剤が、アルデヒド縮合性樹脂である、請求項１又は２に記載の無機繊維断熱材。
【請求項５】
前記無機繊維断熱材の総質量中、３〜１０質量％の前記熱硬化性結合剤を含む、請求項1〜４のいずれか１項に記載の無機繊維断熱材。
【請求項６】
無機繊維断熱材の製造方法であって、以下の工程、
３〜５μｍの繊維径及び２０ｍｍ以上の繊維長を有する無機繊維を生成する工程、
前記無機繊維に熱硬化性結合剤を付与する工程、
前記熱硬化性結合剤を付与された無機繊維を堆積し、３００〜６００ｇ／ｍ２の目付を有する無機繊維マットを形成する工程、
前記無機繊維マットを積層する工程、
前記積層された無機繊維マットを圧縮しながら加熱し、前記熱硬化性結合剤により前記無機繊維を結合させて無機繊維断熱材を得る工程、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項７】
前記無機繊維マットを形成する工程において、前記無機繊維の堆積が、下方からの吸引及び上方からの空気流の吹き付けにより行われる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記無機繊維マットを積層する工程が、前記無機繊維マットを折り返すことにより行われる、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記無機繊維マットを積層する工程において、前記無機繊維マットが、垂直方向の積層数が４〜１２となるように積層される、請求項６〜８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機繊維断熱材及びその製造方法に関するものであり、詳しくは、高い断熱性能を有する、住宅、建築、設備用の無機繊維断熱材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無機繊維断熱材の製法として、（１）遠心法で成形した無機繊維を、高温の空気の噴出により下方に吹き飛ばし、未硬化の結合剤をスプレーで塗布し、（２）下方より吸引されているメッシュコンベアー上で、前記結合剤が塗布された無機繊維の集合体（比較的小さなガラス繊維の綿）を積層させて所定厚みの繊維マットを形成し（集綿工程）、そして（３）オーブン中で前記結合剤を硬化させて、所望の密度及び厚みを有する無機繊維断熱材を成形する方法が知られている。
【０００３】
無機繊維断熱材の断熱性能を向上させるためには、断熱材の厚みを厚くするだけでなく、無機繊維の繊維径を細くして、単位体積当たりの繊維の本数を多くし、且つ繊維の配向を熱の貫流方向に対して垂直（言い換えると、無機繊維断熱材の厚み方向に対して垂直）にすることが好ましい。
【０００４】
しかしながら、所望の目付１２００〜４０００ｇ／ｍ２、の無機繊維断熱材を製造する場合、繊維径を細くすると、繊維径が太い場合と比較して、集綿工程での滞留時間を長くする必要が生じると共に、均一な繊維密度を形成しようとすると、下部からの吸引により集綿できる量（繊維マットの目付に相当）に制約が生じる。これは、所望の目付の製品を得ようとする場合、繊維径を細くすると、単位体積当たりの繊維の本数が多くなり、これにより通気抵抗が上昇する（すなわち、吸引しづらくなる）ためである。また、その結果、下方からの吸引力と、上方からの高温空気の吹き付けとのバランスが崩れ、気流に乱れが生じ、無機繊維集合体（綿）を積層する際に、下方からの吸引力が充分及ばない部分では繊維が厚み方向に配向されることになる。
【０００５】
また、下方からの吸引力の影響を強く受け、密度が高まる繊維マット下部と、吸引力の影響が少ないために密度が下がる繊維マット上部との間で密度に差が生じる。繊維が厚み方向に配向する部分や、密度が低い部分では空気の対流が生じやすいため熱伝導率が相対的に高くなるので、こうした部分を含む繊維マットを用いて製造された無機断熱材は、断熱材としての性能が低下するという問題が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、繊維径の細い無機繊維により構成され、均一な密度を有し、無機繊維が断熱材の厚み方向に対してほぼ垂直な方向に配向することにより、断熱材内での空気の対流及び無機繊維の熱伝達が抑制された、優れた断熱性能を有する無機繊維断熱材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題は、無機繊維が断熱材の厚み方向に対して垂直な方向に配向している低目付の無機繊維マットを積層することにより解決できることが見出された。すなわち、本発明は、下記１〜６に関するものである。
【０００８】
１．複数の無機繊維マットが積層された無機繊維断熱材であり、
前記無機繊維マットを構成する無機繊維の繊維径が３〜５μｍであり、その繊維長が２０ｍｍ以上であり、
前記無機繊維同士がその接合点で熱硬化性結合剤により結合され、
前記各無機繊維マットの目付が３００〜６００ｇ／ｍ２であり、
前記無機繊維マットの、前記無機繊維断熱材の厚み方向と垂直な方向に対する配向角度が、０°より大きく２０°までで傾いている、
ことを特徴とする、無機繊維断熱材。
【０００９】
２．前記無機繊維が、含まれる酸化物の総質量に基づき、６０〜７２質量％のＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３、１〜７質量％のＢ２Ｏ３、１４〜２２質量％のＮａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ、及び６〜１５質量％のＭｇＯ＋ＣａＯを含有するガラス繊維である、前記１に記載の無機断熱材。
【００１０】
３．前記熱硬化性結合剤が、アミド化反応、イミド化反応、エステル化反応及びエステル交換反応のいずれかの反応で硬化する熱硬化性樹脂である前記１又は２に記載の無機断熱材。
【００１１】
４．前記熱硬化性結合剤が、アルデヒド縮合性樹脂である、前記１又は２に記載の無機断熱材。
【００１２】
５．前記無機繊維断熱材の総質量中、３〜１０質量％の前記熱硬化性結合剤を含む、前記１〜４のいずれか１つに記載の無機断熱材。
【００１３】
６．無機繊維断熱材の製造方法であって、以下の工程、
３〜５μｍの繊維径及び２０ｍｍ以上の繊維長を有する無機繊維を生成する工程、
前記無機繊維に熱硬化性結合剤を付与する工程、
前記熱硬化性結合剤を付与された無機繊維を堆積し、３００〜６００ｇ／ｍ２の目付を有する無機繊維マットを形成する工程、
前記無機繊維マットを積層する工程、
前記積層された無機繊維マットを圧縮しながら加熱し、前記熱硬化性結合剤により前記無機繊維を結合させて無機繊維断熱材を得る工程、
を含むことを特徴とする、方法。
【００１４】
７．前記無機繊維マットを形成する工程において、前記無機繊維の堆積が、下方からの吸引及び上方からの空気流の吹き付けにより行われる、前記６に記載の方法。
【００１５】
８．前記無機繊維マットを積層する工程が、前記無機繊維マットを折り返すことにより行われる前記６又は７に記載の方法。
【００１６】
９．前記無機繊維マットを積層する工程において、前記無機繊維マットが、垂直方向の積層数が４〜１２となるように積層される、前記６〜８のいずれか１つに記載の方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、繊維径の細い無機繊維により構成され、均一な密度を有する無機繊維断熱材であって、無機繊維が断熱材の厚み方向に対してほぼ垂直な方向に配向している無機繊維断熱材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の無機繊維断熱材の好ましい製造方法のフローチャートを示す。
【図２】図２は、無機繊維を形成する工程、結合剤を付着する工程及び無機繊維マットを形成する工程に用いられる装置を示す。
【図３】図３は、無機繊維マットを積層する工程に用いられる装置を示す。
【図４】図４は、積層マットを圧縮しながら加熱する工程及び無機繊維断熱材を切断する工程に用いられる装置を示す。
【図５】図５は、無機繊維マットの積層数が６の無機繊維断熱材の、ベルト進行方向に沿って切断した断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、複数の無機繊維マットを積層された無機繊維断熱材であり、
前記無機繊維マットを構成する無機繊維の繊維径が３〜５μｍであり、その繊維長が２０ｍｍ以上であり、
前記無機繊維同士がその接合点で熱硬化性結合剤により結合され、
前記各無機繊維マットの目付が３００〜６００ｇ／ｍ２であり、
前記無機繊維マットの、前記無機繊維断熱材の厚み方向と垂直な方向に対する配向角度が、０°より大きく２０°までで傾いている、
ことを特徴とする、無機繊維断熱材に関するものである。
【００２０】
無機繊維マットを構成する無機繊維としては、ガラス繊維、スラグ繊維、バサルト繊維、シリカ繊維、シリカ-アルミナ繊維が挙げられる。好ましくは、ガラス繊維である。カラス繊維としては、含まれる酸化物の総質量に基づき、６０〜７２質量％のＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３、１〜７質量％のＢ２Ｏ３、１４〜２２質量％のＮａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ、及び６〜１５質量％のＭｇＯ＋ＣａＯを含有することが好ましい。
この組成のガラス繊維であれば、遠心法で繊維を製造する際の、ガラスの溶融粘度の制御が容易となり、本発明の繊維径及び繊維長を有する無機繊維の製造が可能となる。
【００２１】
無機繊維の繊維径は、３〜５μｍであり、好ましくは３〜４μｍである。このような無機繊維の製造方法は、例えば、特開平２００９−１５５１７２号公報に開示の通り、既に公知である。本件明細書において、この公開公報を必要に応じて参照する。遠心法で繊維径３μｍ未満の繊維を製造しようとすると、遠心法での繊維化の際に、繊維が上方からの高温の空気の吹き付けにより、切れやすくなって、２０ｍｍ未満の長さの繊維が多く含まれるようになり、集綿工程で行われる下方からの吸引の影響から繊維が無機繊維マットの厚み方向に配向しやすくなり、得られる無機繊維断熱材の熱伝導率が上昇して、断熱材としての性能が低下する問題が生じる。
繊維径が５μｍを超えると、単位体積あたりの繊維の本数が少なくなり、無機繊維断熱材内の繊維の充填率が低くなり、空気の対流が生じやすくなる。これにより、得られる無機繊維断熱材の熱伝導率が上昇し、断熱性能が低下する。
【００２２】
無機繊維の繊維長は、２０ｍｍ以上であり、好ましくは、２５ｍｍ以上である。繊維長が２０ｍｍ未満であると、前述のように、繊維が無機繊維マットの厚み方向に配向しやすくなり、無機繊維断熱材の熱伝導率が上昇する場合がある。
本発明において、繊維長の上限はない。遠心法で製造できる範囲内で２０ｍｍ以上の繊維長であれば、本発明の目的とする断熱性の高い無機繊維断熱材を製造することができる。
無機繊維の配向角度は、マットの厚み方向と垂直な方向に対してほぼ平行な角度である。本発明において「マットの厚み方向」とは、マットの対向する最大の面積を有する２面間の距離を示す方向をいい、幅、奥行き、高さのうち、最も短いものに沿う方向をいう。
【００２３】
無機繊維マットにおいて、繊維はその交差する点において熱硬化性結合剤により結合されている。
本発明で用いられる熱硬化性結合剤は、アミド化反応、イミド化反応、エステル化反応及びエステル交換反応のいずれかの反応で硬化する熱硬化性樹脂であることが好ましい。
例えば、エチレン性不飽和単量体を重合したポリカルボン酸と、アミノ基又はイミノ基
を有するアルコールを含有する架橋剤とを含有する樹脂組成物を用いることができる。
上記ポリカルボン酸としては、例えば、エチレン性不飽和カルボン酸単量体より選択される１種以上の単量体を、単独あるいは、カルボキシル基を含有しないエチレン性不飽和単量体を併用して重合させて得られるものが用いられる。
【００２４】
上記カルボキシル基を含有しないエチレン性不飽和単量体としては、例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ‐ブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、ｔ‐ブチル（メタ）アクリレート、２‐エチルヘキシル（メタ）アクリレート、セチル（メタ）アクリレート、ｎ‐ステアリル（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールエトキシ（メタ）アクリレート、メチル‐３‐メトキシ（メタ）アクリレート、エチル‐３‐メトキシ（メタ）アクリレート、ブチル‐３‐メトキシ（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、イソボニル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、２‐ヒドロキシエチルアクリレート、２‐ヒドロキシプロピルアクリレート、４‐ヒドロキシブチルアクリレート、３価以上のポリオールのモノ（メタ）アクリレート、アミノアルキル（メタ）アクリレート、Ｎ‐アルキルアミノアルキル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ‐ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレート等のアクリル系単量体；ビニルアルキルエーテル、Ｎ‐アルキルビニルアミン、Ｎ，Ｎ‐ジアルキルビニルアミン、Ｎ‐ビニルピリジン、Ｎ‐ビニルイミダゾール、Ｎ‐（アルキル）アミノアルキルビニルアミン等のビニル系単量体；（メタ）アクリルアミド、Ｎ‐アルキル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ‐ジアルキル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ‐ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリルアミド、ジアセトン（メタ）アクリルアミド、Ｎ‐ビニルホルムアミド、Ｎ‐ビニルアセトアミド、Ｎ‐ビニルピロリドン等のアミド系単量体；エチレン、プロピレン、イソブチレン、イソプレン、ブタジエン等の脂肪族不飽和炭化水素；スチレン、α‐メチルスチレン、ｐ‐メトキシスチレン、ビニルトルエン、ｐ‐ヒドロキシスチレン、ｐ‐アセトキシスチレン当のスチレン系単量体；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル系単量体；アクリロニトリル、グリシジル（メタ）アクリレート等が挙げられる。これらは、１種又は２種以上を併用することができる。ただし、Ｎ‐メチロール（メタ）アクリルアミド、メチル‐Ｎ‐メチロール（メタ）アクリルアミドは、加熱すると、架橋反応を生じ、ホルムアルデヒドを放出するので、使用することは避ける。
【００２５】
上記エチレン性不飽和カルボン酸単量体としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸、２‐メチルマレイン酸、イタコン酸、２‐メチルイタコン酸、α‐β‐メチレングルタル酸、マレイン酸モノアルキル、フマル酸モノアルキル、無水マレイン酸、無水アクリル酸、β‐（メタ）アクリロイルオキシエチレンハイドロジエンフタレート、β‐（メタ）アクリロイルオキシエチレンハイドロジエンマレエート、β‐（メタ）アクリロイルオキシエチレンハイドロジエンサクシネート等が挙げられる。
【００２６】
熱硬化性樹脂に含まれる架橋剤は、既述のように、アミノ基及び／又はイミノ基を有するアルコールを含有する。
このようなアルコールとしては、例えば、エタノールアミン、イソプロパノールアミン、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン等のアルカノールアミン；脂肪族ポリアミン［例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、１，２‐ジアミノプロパン、１，３‐ジアミノプロパン、１，４‐ジアミノブタン、１，６‐ジアミノヘキサン、３，３’‐イミノビス（プロピルアミン）、３‐（メチルアミノ）プロピルアミン、３‐（ジメチルアミノ）プロピルアミン、３‐（エチルアミノ）プロピルアミン、３‐（ブチルアミノ）プロピルアミン、Ｎ‐メチル‐３，３’‐イミノビス（プロピルアミン）、ポリエチレンイミン等］、芳香族ポリアミン［例えば、フェニレンジアミン、ｏ‐トリジン、ｍ‐トルイレンジアミン、ｍ‐キシリレンジアミン、ジアニシジン、ジアミノジフェニルエーテル、１，４‐ジアミノアントラキノン、３，３’‐ジメチル‐４，４’‐ジアミノビフェニル、４，４’‐ジアミノベンズアニリド、４，４’‐ジアミノ‐３，３’‐ジエチルジフェニルメタン等］、複素環アミン［例えば、ピペラジン、２‐メチルピペラジン、１‐（２‐アミノエチル）ピペラジン、２，５‐ジメチルピペラジン、シス‐２，６‐ジメチルピペラジン、ビス（アミノプロピル）ピペラジン、１，３‐ジ（４‐ピペリジル）プロパン、３‐アミノ‐１，２，４‐トリアゾール、１‐アミノエチル‐２‐メチルイミダゾール等］等のアミン類に、エチレンオキサイド、あるいはプロピレンオキサイドを付加したポリアミン系ポリオールが挙げられる。
本発明においては、架橋剤として、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン等のジアルカノールアミンを少なくとも１種類以上含有することが好ましい。
ジアルカノールアミンは、上記ポリアミン系ポリオールと比較して、分子量が小さいながらも、沸点が２００℃以上であるので、ポリカルボン酸との反応性が高く、また、無機繊維断熱材の硬化工程での揮散が少なく、経済性に優れている。
【００２７】
また、熱硬化樹脂には、架橋剤として上記アルコール以外のポリオールがさらに含まれていてもよい。
このようなポリオールとしては、水溶性のポリオールであることが好ましく、具体的には、１，２‐エタンジオール（エチレングリコール）及びその二量体又は三量体、１，２‐プロパンジオール（プロピレングリコール）及びその二量体又は三量体、１，３‐プロパンジオール、２，２‐メチル‐１，３‐プロパンジオール、２‐ブチル‐２‐エチル‐１，３‐プロパンジオール、１，３‐ブタンジオール、１，４‐ブタンジオール、２‐メチル‐２，４‐ブタンジオール、１，５‐ペンタンジオール、３‐メチル‐１，５‐ペンタンジオール、２‐メチル‐２，４‐ペンタンジオール、１，６‐ヘキサンジオール、１，４‐シクロヘキサンジオール、２‐エチル‐１，３‐ヘキサンジオール、２‐ヒドロキシメチル‐２‐メチル‐１，３‐プロパンジオール、２‐エチル‐２‐ヒドロキシメチル‐２‐メチル‐１，３‐プロパンジオール、１，２，６‐ヘキサントリオール、２，２‐ビス（ヒドロキシメチル）‐２，３‐プロパンジオール等の脂肪族ポリオール；トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン等のトリアルカノールアミン；グルコース、フルクトース、マンニトール、ソルビトール、マルチトール等の糖類、及び上記ポリオールと、フタル酸、アジピン酸、アゼライン酸等のポリエステルポリオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、アクリル樹脂系ポリオール等が挙げられる。これらは、１種又は２種以上を併用することができる。そして、なかでも、高沸点であり、かつ、揮散しにくいという理由から、トリアルカノールアミンが好ましい。
【００２８】
また、本発明に用いる熱硬化性結合剤は、アルデヒド縮合性樹脂であることが好ましい。アルデヒド縮合性樹脂は、レゾール型フェノール樹脂、アミノ樹脂、フラン樹脂が挙げられる。
フェノール樹脂は、フェノール類とアルデヒド類との付加反応によって得られる樹脂であり、フェノール類としては、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン及びこれらの変性物が例示でき、アルデヒド類としては、ホルムアルデヒドの他、アセトアルデヒド、フルフラール、パラホルムアルデヒドが例示できる。
アミノ樹脂は、尿素、及びメラミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン等の尿素から誘導されるアミノ基を有する化合物とアルデヒド類との付加反応によって得られる樹脂である。これに類似して、ポリアクリルアミド、アミノエタノール、ポリアミン類等のアミノ基を有する化合物とアルデヒド類との付加反応によって得られる樹脂も使用できる。
アルデヒド縮合性樹脂を使用する場合は、各樹脂を単独で使用しても、あるいは上記の樹脂を混合して使用しても構わない。例えば、フェノール樹脂の一部をメラミン樹脂、尿素樹脂に置き換えてもよい。
【００２９】
本発明に用いる熱硬化性結合剤には、主成分の熱硬化性樹脂以外にｐＨ調整剤、硬化促進剤、シランカップリング剤、着色剤、防塵剤、無機繊維から溶出するアルカリ成分を中和する中和剤等の添加剤を必要により加えても良い。結合剤は上記の各成分を常法に従って混合し、水を加えて所定の濃度に調整される。
無機繊維マットは、無機繊維マットの総質量に対して、３〜１０質量％、好ましくは３〜６質量％の熱硬化性結合剤を含む。
【００３０】
本発明の各無機繊維マットの目付は、３００〜６００ｇ／ｍ２、好ましくは３５０〜５５０ｇ／ｍ２である。
無機繊維マットの目付が３００ｇ／ｍ２未満になると、集綿工程での目付のばらつきが生じやすくなり、得られる無機繊維断熱材において、熱伝導率にばらつきが生じ、均質な断熱性が得られないという問題がある。
一方、目付が６００ｇ／ｍ２を超えると、集綿工程での滞留時間が長くなり、下方からの吸引により、無機繊維マット内の厚み方向で、密度のばらつきが生じやすくなる。つまり、下方からの吸引の影響を強く受ける無機繊維マットの下部は密度が高くなり、逆に、吸引の影響を受けにくい上部は、密度が低くなる。この密度の低い部分が無機繊維断熱材内に局在すると、その部分空気の対流を抑制しづらくなるため、無機繊維断熱材の断熱性が低下する場合がある。
無機繊維マットの目付が、３５０〜５５０ｇ／ｍ２であれば、より均質な断熱性の高い無機繊維断熱材を製造することができる。この範囲内の目付は、集綿ベルトの速度を調整することにより容易に調整することができる。
【００３１】
本発明の無機繊維断熱材は、以下で説明するように、集綿工程で得られる無機繊維マットを積層し、一体化したものである。最終的に得られる無機繊維断熱材においては、各マット層に対応する繊維層が若干見分けることができる。但し、圧縮及び結合剤による結合工程を経て、全体としては一体化している。
無機繊維マットの配向角度（すなわち、無機繊維の配向角度）は、無機繊維断熱材の厚み方向と垂直な方向に対して０°より大きく２０°までで傾いている。本発明において「無機繊維断熱材の厚み方向」とは、無機繊維断熱材の対向する最大の面積を有する２面間の距離を示す方向をいい、幅、奥行き、高さのうち、最も短いものに沿う方向をいう。
無機繊維マットの配向角度が無機繊維断熱材の厚み方向と垂直な方向に対して０°に近いほど、無機繊維断熱材内の繊維の配向が、熱の貫流方向に対して垂直に近くなり、より高い断熱性が得られると期待される。しかし、配向角度を０°とするためには、定寸の無機繊維マットを積層する以外の方法がないため、連続生産ができず、生産性に大きな問題を有する。
従って、本発明では、無機繊維を一方向に配向させた無機繊維マットを稼働中のコンベア等の移動要素の上に積層させ、移動要素の速度と無機繊維マットの幅を制御することにより、得られる無機繊維断熱材中の無機繊維マットの配向角度を制御するものである。
得れる積層無機繊維マットは、圧縮下に加熱され、繊維の交点において、熱硬化性結合剤により固定された状態で最終マットが得られ、最後に、規格化された大きさにカットされ、流通に付される。
無機繊維断熱材中の無機繊維マットの配向角度が２０°を超えると、無機繊維断熱材内の無機繊維による空気の対流抑制の効果が小さくなり、得られる無機繊維断熱材の断熱性が低下する問題がある。
【００３２】
無機繊維マットの積層数は、４〜１２であり、好ましくは６〜１０である。無機繊維マットの積層数が１２を超えると、無機繊維マットの配向角度が２０°を超える場合があり、無機繊維断熱材の断熱性を低下させ、好ましくない。
無機繊維マットの積層数が６〜１０であれば、無機繊維マットの目付は３５０〜５５０ｇ／ｍ２で均質で配向角度が３〜１０°となり、所望する高い断熱性の無機繊維断熱材を得ることができる。
【００３３】
本発明の無機繊維断熱材は、例えば、以下の工程、
無機繊維を形成する工程、
前記無機繊維に熱硬化性結合剤を付与する工程、
前記熱硬化性結合剤を付与された無機繊維を堆積し、無機繊維マットを形成する工程、
前記無機繊維マットを積層する工程、
前記積層された無機繊維マットを圧縮する工程、
前記圧縮された無機繊維マットを加熱し、前記熱硬化性結合剤により前記無機繊維を結合させて無機繊維断熱材を得る工程、
を含む方法により、製造することができる。
以下、本発明の無機質繊維断熱材の好ましい製造方法について図面に言及しながら説明する。
【００３４】
図１は、本発明の無機繊維断熱材の好ましい製造方法のフローチャートを示す。図１に示される製造方法には、無機繊維を形成する工程、結合剤を付与する工程、無機繊維マットを形成する工程、無機繊維マットを積層する工程、積層マットを圧縮する工程、積層マットを加熱する工程及び無機繊維断熱材を切断する工程を含む。
【００３５】
図２は、無機繊維を形成する工程、結合剤を付与する工程及び無機繊維マットを形成する工程に用いられる好ましい装置を示す。図２では、時計回りに移動する集綿ベルト４の上方に図において左から繊維化装置１、結合剤付着装置２及び気流噴射装置３が、集綿ベルト４の下方に吸引装置５が配置されている。繊維化装置１、結合剤付着装置２及び気流噴射装置３は、形成する無機繊維マットの密度、厚さ、幅等に応じて、複数設けることも可能である。図２では、繊維化装置１から紡出された無機繊維に、結合剤付着装置２によって噴霧される結合剤が付着し、次いで、無機繊維は、気流噴射装置３から吹き付けられる空気流及び吸引装置５による吸引によって、集綿ベルト４上にマット状に堆積し、無機繊維マットが形成される。
【００３６】
図３は、無機繊維マットを積層する工程に用いられる好ましい装置を示す。図３では、集綿ベルト４の下流端部に揺動装置６が、揺動装置６の下方にコンベアベルト７が配置されている。揺動装置６は、２つの揺動ベルト６ａ及び６ｂからなっていて、揺動ベルト６ａ及び６ｂは、駆動装置（図示せず）により振り子運動が可能なように、互いに平行に吊るされている。揺動ベルト６ａは時計回りに、揺動ベルト６ｂは反時計回りに回転し、揺動装置６は無機繊維マットを揺動ベルト６ａ及び６ｂの間に挟持して下方へ搬送する。図３において、コンベアベルト７は、上面が矢印に示す方向に進行するように回転している。図３に示される揺動装置６の振り子運動の方向はコンベアベルト７の幅方向であるが、揺動装置６の振り子運動の方向はコンベアベルト７の進行方向としてもよい。図３では、無機繊維マットは集綿ベルト４から揺動装置６へ搬送され、揺動装置６によってコンベアベルト７上に折り重なるように搬送される。
【００３７】
図４は、積層マットを圧縮しながら加熱する工程及び無機繊維断熱材を切断する工程に用いられる好ましい装置を示す。図４では、コンベアベルト７の下流端部に圧縮装置８が配置されている。圧縮装置８は、上下に平行に配置された圧縮ベルト８ａ及び８ｂからなる。図４において、圧縮ベルト８ａは反時計回りに、圧縮ベルト８ｂは時計回りに回転し、圧縮装置８は無機繊維マットを左から右に搬送する。圧縮装置８の中央部を覆うように、加熱装置９が配置されている。圧縮装置８の下流端部にはコンベアベルト１０が配置され、コンベアベルト１０の上方には、切断装置１１が配置されている。図３では、折り畳まれた無機繊維マットは、圧縮装置８によって所定厚さに圧縮成形されつつ、加熱装置９に導入される。加熱装置９において結合剤が硬化され、無機繊維断熱材が形成される。形成された無機繊維断熱材はコンベアベルト１０に搬送され、切断装置１１によって所望の大きさに切断される。
【００３８】
以下、各工程について詳細に説明する。
【００３９】
まず、従来より採用されているように、溶融ガラスを繊維化してグラスウール等の無機繊維を紡出させる。繊維化の方法としては、従来公知の遠心法や、火焔法、吹き飛ばし法等が例示でき、特にこれらの方法に限定されない。遠心法による繊維化方法及び繊維化装置の例としては、上記において言及した特開２００９−１５５１７２号公報に開示されるもの等がある。この公開公報には、本発明で使用される繊維径を有するガラス繊維の製造に適した方法が開示されている。他の無機繊維についても同様に製造することができる。
【００４０】
繊維化装置１から紡出された無機繊維は、次いで、結合剤付装置２によって、結合剤が付与される。結合剤の付与方法としては、従来公知のスプレー法等を用いることができる。結合剤は、繊維化装置１から紡出された無機繊維が冷えて固まった後に、噴霧される。結合剤を噴霧する前に、無機繊維に冷却水を噴霧して冷やしてもよい。
【００４１】
結合剤が付与された無機繊維は、集綿ベルト４に向かって降下しながら、下からの吸引力と上からの吹き付けられる空気とによって、繊維同士がもつれあい、集綿ベルト４上に到達する。この時の目付は、集綿ベルトの速度を調整することにより調整することによって所望の値とすることができる。繊維を均一に堆積させるために、集綿ベルト４は、下面に吸引装置を有する有孔のコンベアとなっている。集綿ベルト４における吸引により、無機繊維の配向角度は、集綿ベルト４の上面に対して０°となる。集綿ベルト４上で無機繊維が堆積され、無機繊維マットを形成する。
【００４２】
無機繊維マットは、集綿ベルト４により、揺動装置６へと搬送される。揺動装置においては、集綿ベルト４により連続的に搬送される無機繊維マットを揺動ベルト６ａ及び６ｂにより挟持して下方のコンベアベルト７上に搬送しつつ、これら揺動ベルト３及び４がコンベアベルト７の幅方向に振り子状に揺動する。図３に示すように、揺動装置６は無機繊維マットを下方のコンベア７上に振り落としながら折り畳み、無機繊維マットを積層する。コンベアベルト７の移動速度は、揺動装置６からの無機繊維マットの送出速度より遅くなっており、コンベアベルト７では、無機繊維マットは部分的に重なるように積層されていく。揺動装置６の揺動速度、揺動装置６からの無機繊維マットの送出速度及びコンベア７の移動速度を調節することにより、無機繊維マットの積層数を適宜変えることができる。
揺動装置６の揺動速度は、往復にて１０〜６５ｍ/分である。
揺動装置６からの無機繊維マットの送出速度は、一般に１０〜６５ｍ/分である。
揺動装置の揺動速度及び、無機繊維マットの送出速度は、製造する無機繊維断熱材の密度及び寸法、単位時間当たりの紡出量、積層数、加熱装置内での加熱速度により、適宜決定することが好ましい。
【００４３】
コンベアベルト７上に積層された無機繊維マットは、圧縮装置８によって圧縮されながら、加熱装置９に送られ、ここで無機繊維に付与された結合剤が加熱装置９内で加熱重合硬化されて、繊維間の接点を結合し、一定のマット状に固定された無機繊維断熱材が形成される。形成された無機繊維断熱材は、切断装置１１によって所定の製品寸法に切断される。
圧縮時の圧力は、例えば１００〜２５０ｋｇｆ/ｍ２であり、好ましくは、１５０〜２００ｋｇｆ/ｃｍ２である。また、加熱温度は、熱硬化性結合剤が反応する温度で行えばよく、例えば、１８０〜２７０℃、好ましくは、２００〜２６０℃が好適である。
【００４４】
図５は、無機繊維マットの積層数が６の無機繊維断熱材の、ベルト進行方向に沿って（Ａ−Ａ線又はＢ−Ｂ線）切断した断面を示す。マットの積層数とは、無機断熱材内の厚み方向に重なったマット層の数のうち、最大の数を言う。無機繊維断熱材内の１層の無機繊維マットに注目すると、図５に示されるように、無機繊維断熱材の表面部の一部が（下から１層目及び６層目となる部分）わずかに水平となるものの、ほとんどの部分（下から２〜５層目となる部分）は傾斜になっている。無機繊維マットの傾斜高さは、最終製品である無機繊維断熱材の厚みから、無機繊維マット１層分の厚みを引いた値であり、製品厚みが１０５ｍｍ、積層数６の場合、無機繊維マットの傾斜高さは８７．５ｍｍとなる。無機繊維マットの層の傾斜部の長さが１．３３ｍの場合、無機繊維マットの、無機繊維断熱材の厚み方向と垂直な方向に対する配向角度（図５における配向角θ）は、３．８度となる。
【００４５】
以下、本発明の無機繊維断熱材について、実施例により詳細に説明する。しかしながら、本発明は、実施例に制限されるものではない。
【００４６】
（結合剤  調合例１）
酸価７７０ｍｇＫＯＨ/ｇ、重量平均分子量２０００のポリアクリル酸を固形分換算で１００質量部と、架橋剤としてジエタノールアミンを４８．０質量部とを混合（架橋剤のイミノ基と水酸基の総モル量/ポリカルボン酸のカルボキシル基のモル量＝１．０）した水溶性組成物を得た。更に、シランカップリング剤として、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン０．３質量部を添加して撹拌した後、固形分が１５％となるように、水で希釈して、熱硬化性の結合剤１を得た。
【００４７】
（結合剤  調合例２）
水に分散された、単量体１０％以下、二量体８０％以上、遊離フェノール１％以下のレゾール型フェノール樹脂前駆体を固形分換算で７０質量部とジメチロール尿素を固形分換算で３０質量部の混合物に、シランカップリング剤として、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン０．２質量部を添加して撹拌した後、固形分が１５％となるように、水で希釈して、熱硬化性の結合剤２を得た。
【００４８】
（実施例１）
含まれる酸化物の総質量に基づき、６５．０質量％のＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３、５．０質量％のＢ２Ｏ３、１６．２質量％のＮａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ、及び１１．５質量％のＭｇＯ＋ＣａＯを含有するガラス組成物を溶融させ、特開２００９−１５５１７２号公報の図1に記載の繊維形成装置を使用して、遠心法にて、スピナーの周速度５０ｍ/ｓ、平均オリフィス径０．３mm、溶融ガラス温度１１５０℃の条件により、繊維径３μｍ、繊維長２０ｍｍ以上のガラス繊維を形成させた後に、結合剤１を噴霧し、下方からの吸引及び上方からの空気流の吹き付けにより、集綿ベルト上に目付３５０ｇ／ｍ２、幅２０００ｍｍのガラス繊維マットを形成した。
この目付は、集綿ベルト速度を２０ｍ/分とすることによって、調整した。このガラス繊維マットをマット搬送速度２０ｍ/分にて集綿ベルトにより揺動装置へ搬送させ、揺動速度２０ｍ/分で、揺動装置にて６層積層して、２００ｋｇｆ/ｍ２で加圧しながら、２４０℃のオーブンで結合剤を硬化させ、密度２０kg/ｍ３、厚さ１０５ｍｍ、結合剤の付着量５質量％のガラス繊維断熱材を成形した。
成形後のガラス繊維断熱材内の積層したガラス繊維マットの配向角度を分度器で測定したところ、４°であった。
（実施例２）
実施例１と同じ繊維化工程を経た後、結合剤２を塗布し、集綿ベルト上に目付５３０ｇ／ｍ２幅１０００ｍｍのガラス繊維マットを形成した。このガラス繊維マットを集綿ベルトにより揺動装置へ搬送させ、揺動装置にて４層積層して、２４０℃のオーブンで結合剤を硬化させ、密度２０kg/ｍ３、厚さ１０５ｍｍ、結合剤の付着量５質量％のガラス繊維断熱材を成形した。
成形後のガラス繊維断熱材内の積層したガラス繊維マットの配向角度を分度器で測定したところ、９°であった。
(比較例１)
目付を１０５０ｇ／ｍ２としたこと以外は実施例１と同様にして、ガラス繊維マットを形成した。この目付は、集綿ベルトの速度を７ｍ/分にすることによって、調整した。このガラス繊維マットをマット搬送速度７ｍ/分にて集綿ベルトにより揺動装置へ搬送させ、揺動速度７ｍ/分で、揺動装置にて２層積層して、２４０℃のオーブンで結合剤を硬化させ、密度２０kg/ｍ３、厚さ１０５ｍｍ、結合剤の付着量５質量％のガラス繊維断熱材を成形した。
成形後のガラス繊維断熱材内の積層したガラス繊維マットの配向角度を分度器で測定したところ、５°であった。
【００４９】
(実施例３)
目付を４７０ｇ／ｍ２としたこと以外は実施例１と同様にして、ガラス繊維マットを形成した。この目付は、集綿ベルトの速度を１６ｍ/分とすることによって、調整した。このガラス繊維マットをマット搬送速度１６ｍ/分にて集綿ベルトにより揺動装置へ搬送させ、揺動速度１６ｍ/分で、揺動装置にて８層積層して、２４０℃のオーブンで結合剤を硬化させ、密度３６kg/ｍ３、厚さ１０５ｍｍ、結合剤の付着量７質量％のガラス繊維断熱材を成形した。
成形後のガラス繊維断熱材内の積層したガラス繊維マットの配向角度を分度器で測定したところ、４°であった。
(比較例２)
目付を３７８０ｇ／ｍ２としたこと以外は実施例１と同様にして、ガラス繊維マットを形成した。この目付は、集綿ベルトの速度を２ｍ/分とすることによって、調整した。このガラス繊維マットを積層させずに、マット搬送速度２ｍ/分にて搬送し、直接２４０℃のオーブンで結合剤を硬化させ、密度３６kg/ｍ３、厚さ１０５ｍｍ、結合剤の付着量７質量％のガラス繊維断熱材を成形した。
(比較例３)
目付を９４０ｇ／ｍ２、幅を４００ｍｍとしたこと以外は実施例１と同様にして、ガラス繊維マットを形成した。この目付は、集綿ベルトの速度を０．９ｍ/分とすることによって、調整した。このガラス繊維マットを集綿ベルトにより揺動装置へ搬送させ、揺動装置にて４層積層して、２４０℃のオーブンで結合剤を硬化させ、密度３６kg/ｍ３、厚さ１０５ｍｍ、結合剤の付着量７質量％のガラス繊維断熱材を成形した。
成形後のガラス繊維断熱材内の積層したガラス繊維マットの配向角度を分度器で測定したところ、２３°であった。
【００５０】
（厚み方向の密度ばらつき評価）
実施例１〜３、比較例１〜３で得られたガラス繊維断熱材より、３００ｍｍ角の切片を切り出し、更に厚み方向に３等分に分割して、３つの試験片を得た。各試験片の密度を測定した。n=５の平均値での厚み方向の密度のばらつきを表１及び２に示す。
（熱伝導率測定）
実施例１〜３、比較例１〜３で得られたガラス繊維断熱材より、９００ｍｍ角の試験片を得た。この試験片について、熱貫流法にて、平均温度２５℃での熱伝導率を測定した。
評価結果を表１及び表２に示す。
（表１）
2016022681.tif 000003
（表２）
2016022681.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の無機繊維断熱材は、戸建住宅、集合住宅、ビルディング、倉庫における壁、床、天井及び屋根裏の断熱材、意匠加工を施した天井材、設備機器用断熱材等への適用において有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１    繊維化装置
２    結合剤付着装置
３    気流噴射装置
４    集綿ベルト
５    吸引装置
６    揺動装置
６ａ  揺動ベルト
６ｂ  揺動ベルト
７    コンベアベルト
８    圧縮装置
８ａ  圧縮ベルト
８ｂ  圧縮ベルト
９    加熱装置
１０  コンベアベルト
１１  切断装置
【図１】
2016022681.tif 000005
【図２】
2016022681.tif 000006
【図３】
2016022681.tif 000007
【図４】
2016022681.tif 000008
【図５】
2016022681.tif 000009