(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量でありながら高い強度を有する放射線遮蔽性の発泡体およびこのような発泡体の製造方法を提供する。【解決手段】３次元構造を有するマトリックス樹脂中に金属粒子Ｄが分散した、放射線遮蔽性を有する発泡体であって、金属粒子Ｄが、タングステン、ステンレス、鉄、タンタル、バリウムおよび硫酸バリウムからなる群から選択される一種以上である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元構造を有するマトリックス樹脂中に金属粒子が分散した、放射線遮蔽性を有する発泡体であって、
前記金属粒子が、タングステン、ステンレス、鉄、タンタル、バリウムおよび硫酸バリウムからなる群から選択される一種以上の金属を含む、発泡体。
【請求項２】
請求項１に記載の発泡体であって、
密度が０．１ｇ／ｃｍ３以上１０ｇ／ｃｍ３以下である、発泡体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発泡体であって、
体積空隙率が５％以上９０％以下である、発泡体。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の発泡体であって、
独立気泡構造を有する、発泡体。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の発泡体であって、
Ｘ線遮蔽率が９５％以上である、発泡体。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の発泡体であって、
繊維フィラーをさらに含む、発泡体。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の発泡体であって、
前記マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂の硬化体を含む、発泡体。
【請求項８】
請求項７に記載の発泡体であって、
前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂を含む、発泡体。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の発泡体であって、
発泡性抄造体の成形体からなる、発泡体。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の発泡体を製造するための方法であって、
マトリックス樹脂と、タングステン、ステンレス、鉄、タンタル、バリウムおよび硫酸バリウムからなる群から選択される一種以上を含有する前記金属粒子と、熱膨張性マイクロカプセルとを混合したスラリーを準備し、前記スラリーを抄造することにより発泡性抄造体を得る工程と、
金型の内部の一部に前記発泡性抄造体を配置し、前記熱膨張性マイクロカプセルを膨張させて、前記金型の内部の全体にまで前記発泡性抄造体を膨張させることにより、前記発泡性抄造体の成形体からなる発泡体を得る工程と、を含む、発泡体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡体および発泡体の製造方法に関する。より詳細には、放射線遮蔽性を有する発泡体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所の原子炉および関連施設、高エネルギー放射線を扱う医療施設および研究施設等の放射線発生設備、ならびに放射性廃棄物の運搬、保管、貯蔵のために用いられる容器や、その保管設備において、放射線遮蔽材が用いられる。中でも、セメントモルタルやコンクリートを基本とした放射線遮蔽材が多く用いられている。
【０００３】
建築物の放射線遮蔽材としては、例えば、特許文献１に記載の材料がある。同文献では、タングステン入り弾性充填剤を、建築材の接合部に充填することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１９５４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者は、従来の放射線遮蔽材は、放射線を効果的に遮蔽するために十分な厚みが必要であるため、重量が重く、使用時の取扱い性の点で改善の余地を有することを見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、軽量でありながら高い強度を有する放射線遮蔽性の発泡体およびこのような発泡体の製造方法を提供する。
【０００７】
本発明によれば、３次元構造を有するマトリックス樹脂中に金属粒子が分散した、放射線遮蔽性を有する発泡体であって、前記金属粒子が、タングステン、ステンレス、鉄、タンタル、バリウムおよび硫酸バリウムからなる群から選択される一種以上である、発泡体が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、上記発泡体を製造するための方法であって、マトリックス樹脂と、タングステン、ステンレス、鉄、タンタル、バリウムおよび硫酸バリウムからなる群から選択される一種以上を含有する金属粒子と、熱膨張性マイクロカプセルとを混合したスラリーを準備し、前記スラリーを抄造することにより発泡性抄造体を得る工程と、金型の内部の一部に前記発泡性抄造体を配置し、前記熱膨張性マイクロカプセルを膨張させて、前記金型の内部の全体にまで前記発泡性抄造体を膨張させることにより、前記発泡性抄造体の成形体からなる発泡体を得る工程と、を含む、発泡体の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、放射性遮蔽能を有し、軽量であり、優れた強度を備える発泡体が提供される。また、本発明によれば、このような発泡体の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る発泡性抄造体の一例を示す斜視模式図である。
【図２】本実施形態に係る発泡性抄造体の製造方法の一例を示す断面模式図である。
【図３】本実施形態に係る発泡体の製造方法の一例を示す断面模式図である。
【図４】実施例および比較例に係る発泡体のＸ線透過率測定におけるＣＴ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１２】
本実施形態に係る発泡体は、３次元構造を有するマトリックス樹脂中に金属粒子が分散した、放射線遮蔽性を有する発泡体であって、金属粒子が、タングステン、ステンレス、鉄、タンタル、バリウムおよび硫酸バリウムからなる群から選択される一種以上である。本実施形態の発泡体は、その中に金属粒子が分散された樹脂発泡体であり、放射性遮蔽能を有する。本発明者らは、放射線遮蔽能を有する材料として上記金属粒子を用いた場合、これらの金属粒子が発泡体中で沈降したり偏在することなく均一に分散することを見出した。また、上記金属粒子は、発泡体中に存在する場合であっても、その放射線遮蔽能を発揮することを見出した。このように、金属粒子が分散された発泡体は、放射線遮蔽能を有するとともに、軽量性と強度のバランスに優れるため、放射線遮蔽材として有用である。
【００１３】
一実施形態において、発泡体は、発泡体の密度は、０．１ｇ／ｃｍ３以上１０．０ｇ／ｃｍ３以下である。好ましくは、発泡体の密度の下限値は、０．５ｇ／ｃｍ３以上であり、より好ましくは、１．０ｇ／ｃｍ３以上である。また、発泡体の密度の上限値は、好ましくは、８．０ｇ／ｃｍ３以下であり、より好ましくは、６．０ｇ／ｃｍ３以下である。上記範囲内の密度を有する発泡体は、放射性遮蔽能を維持しつつ、軽量であり、機械的強度に優れるため、放射線遮蔽材として有用である。
【００１４】
一実施形態において、発泡体の体積空隙率は５％以上９０％以下である。好ましくは、体積空隙率の下限値は、１０％以上であり、より好ましくは、１５％以上である。また、体積空隙率の上限値は、好ましくは、８０％以下であり、より好ましくは、７０％以下である。上記範囲内の体積空隙率を有する発泡体は、放射性遮蔽能を維持しつつ、強度と軽量性のバランスが優れるため、放射線遮蔽材として有用である。
【００１５】
発泡体の体積空隙率は、例えば、画像解析法により算出することができる。具体的には、まず、発泡体の中央付近を切り出し、切り出した発泡体の断面の画像を二値化し、熱硬化性樹脂からなるマトリックス相の面積と、気泡からなる気泡相の面積を測定する。その後、測定した面積の比を体積空隙率として算出する。
【００１６】
一実施形態において、発泡体は、独立気泡構造または連続気泡構造を有する。好ましい実施形態において、発泡体は、独立気泡構造のみを有するか、または独立気泡構造と連続気泡構造との混合構造を有する。このような気泡構造を有する発泡体は、放射性遮蔽能を維持しつつ、軽量性と強度とのバランスに優れる。
【００１７】
本実施形態において、独立気泡構造とは、３次元構造を有するマトリックス樹脂により系外と隔離された空間（気泡）を複数有する構造を意味する。このような独立気泡構造においては、隣り合った空間の間で気体が通気することが抑制されているため、気密性に優た構造を実現できる。
【００１８】
発泡体が独立気泡構造を有する場合、気泡のサイズの下限値は、例えば、５μｍ以上としてもよく、１０μｍ以上としてもよい。一方、気泡のサイズの上限値は、特に限定されないが、例えば、５００μｍ以下としてもよく、４００μｍ以下としてもよい。
【００１９】
一実施形態において、発泡体のガラス転移温度（Ｔｇ）の下限値を、例えば、１００℃以上としてもよく、好ましくは、１２０℃以上としてもよく、より好ましくは、１５０℃以上とすることができる。これにより、発泡体の耐熱性を向上させることができる。このようなガラス転移温度を有する発泡体は、例えば、高温に曝される環境下で使用することができる。一方、上記発泡体のガラス転移温度（Ｔｇ）の上限値は、例えば、３５０℃以下としてもよい。上記ガラス転移温度（Ｔｇ）は、例えば、示差走査熱量計（ＤＳＣ−２９２０、ＴＡインスツルメント社製）により測定できる。
【００２０】
一実施形態において、発泡体のＸ線遮蔽率は９５％以上である。好ましくは、このＸ線遮蔽率は、９６％以上であり、より好ましくは、９８％以上である。このようなＸ線遮蔽率を有する発泡体は、放射性遮蔽材として有用である。
【００２１】
一実施形態において、発泡体は、繊維フィラーを含む。好ましくは、発泡体は、その中に繊維フィラーが分散された構成を有する。繊維フィラーを使用することにより、金属粒子がより均一に分散された発泡体を得ることができる。したがって、放射性遮蔽能を有し、強度と軽量性のバランスに優れた発泡体が提供される。
【００２２】
一実施形態において、発泡体の比曲げ強度（密度当たりの曲げ強度）は、２０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上３００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以下である。好ましくは、４０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上２５０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以下であり、より好ましくは、６０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上２００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以下である。上記範囲の比曲げ強度を有する発泡体は、建築物用の放射性遮蔽材として有用である。
【００２３】
一実施形態において、発泡体の室温における比曲げ弾性率（密度あたりの曲げ弾性率）は、１ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上２０ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以下である。好ましくは、発泡体の比曲げ弾性率は、２ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上１８ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以下であり、さらに好ましくは、４ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上１６ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以下である。上記範囲内の比曲げ弾性率を有する発泡体は、断熱材として有用である。この曲げ弾性率は、ＪＩＳ  Ｋ−７１７１に従って測定できる。
【００２４】
一実施形態において、発泡体を構成するマトリクス樹脂は、熱硬化性樹脂の硬化体である。熱硬化性樹脂を使用することにより、発泡体に機械的特性や耐熱性等の特性を付与することができる。また、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂が、優れた成形性を有するため好ましく用いられる。
【００２５】
上記の発泡体の特性は、用いる樹脂、繊維フィラーおよび発泡剤の種類および配合量を変更することにより、適宜調整することができる。
【００２６】
一実施形態において、発泡体は、発泡性抄造体の成形体から構成される。好ましくは、発泡体は、熱硬化性樹脂、繊維フィラー、金属粒子および発泡剤とを含む抄造体を加熱成形して得られる成形体である。発泡体として繊維フィラーを含む抄造体の成形体を用いることにより、金属粒子が偏在することなく均一に分散された発泡体を得ることができる。このような発泡体は、放射線遮蔽能、密度および強度のバランスに優れる。
【００２７】
以下、発泡体が、熱硬化性樹脂、繊維フィラー、金属粒子および発泡体を含む抄造体の成形体からなる態様を例に挙げて、本発明の発泡体を説明する。
【００２８】
＜発泡性抄造体１０＞
図１は、本実施形態における発泡性抄造体１０の一例を示す斜視模式図である。
図１に示すように、発泡性抄造体１０は、マトリックス樹脂としての熱硬化性樹脂Ａ、繊維フィラーＢ、熱膨張性マイクロカプセルＣおよび金属粒子Ｄを含む。
【００２９】
ここで、本明細書で使用される「抄造体」について説明する。抄造体は、繊維フィラーおよび樹脂のような材料を含む材料スラリーから、抄造法により得られる。抄造法とは、湿式抄紙法、すなわち製紙化技術の一つである紙抄きの技術のことをいう。
なお、抄造法および抄造体という用語は、例えば、特許公報１（特許第４６７５２７６号）および特許公報２（特許第５４２６３９９号）に記載されるように、繊維材料を抄く手法を使用して得られた物の状態を示す技術用語として一般的に使用される。同文献によれば、抄造体とは、繊維や樹脂等の原料を分散媒に分散させた原料スラリーをフィルターにとおり、液体分を脱液し、フィルター上に残った湿潤状態の固形分を指す、と記載されている。ここでいう湿潤状態とは、加熱処理を施す前の樹脂の未硬化状態、すなわち、ポストキュア前の未硬化状態を意味する。
【００３０】
本実施形態において、発泡性抄造体１０は、シート状であっても、所望の成型品形状を模倣した形状に加工された立体形状（すなわち素形体の形態）であってもよい。そして、この発泡性抄造体１０に対して、加熱処理等による発泡成形を行うことにより、発泡性抄造体１０の硬化体である成形体（発泡成形体５０）を得ることができる。
【００３１】
本実施形態に係る発泡性抄造体１０は、抄造法により得られる。
抄造法により得られた発泡性抄造体１０は、図１に示すように、以下の点において構造上の特徴１〜３を有する。
（特徴１）発泡性抄造体１０の表面の平面視において、繊維フィラーＢ、熱膨張性マイクロカプセルＣおよび金属粒子Ｄがランダムに配向している。
（特徴２）発泡性抄造体１０の厚み方向における断面視において、繊維フィラーＢの配向状態が高度に制御されており、繊維フィラーＢが特定方向に配向している。言い換えれば、発泡性抄造体１０の厚み方向におけて、繊維フィラーＢは積層した状態である。
（特徴３）繊維フィラーＢ同士が熱硬化性樹脂Ａにより結着されている。
このように図１に示す発泡性抄造体１０は、熱硬化性樹脂Ａと繊維フィラーＢと熱膨張性マイクロカプセルＣと金属粒子Ｄとが、面方向においてランダムに絡み合っており、このような面構造が厚み方向に重なるような、抄造構造を有している。
【００３２】
また、発泡性抄造体１０は、加熱処理による発泡・硬化により所望の形状に成形することができる。
発泡性抄造体１０における熱硬化性樹脂Ａは完全硬化していない状態、例えば、Ｂステージ状態にある。そのため、発泡性抄造体１０は、別の形状に変形することができる。詳細には、この発泡性抄造体１０を、熱硬化性樹脂Ａの硬化温度で加熱して、熱硬化性樹脂Ａを完全硬化するとともに、発泡性抄造体１０に含まれる熱膨張性マイクロカプセルＣを発泡させることにより、気泡が分散された発泡成形体５０を得ることができる。
【００３３】
次いで、発泡性抄造体１０を構成する成分について説明する。
（熱硬化性樹脂Ａ）
熱硬化性樹脂Ａは、加熱処理により硬化されるとともに、発泡体となり得る樹脂である。また発泡性抄造体１０に含まれる熱硬化性樹脂Ａは、繊維フィラーＢ同士の間をつなぐ結着剤（バインダー樹脂）として機能する。
このような熱硬化性樹脂Ａとしては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、必要に応じて、適宜選択して使用することが可能であり、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
発泡性抄造体１０を硬化して得られる発泡成形体５０の機械特性や耐熱性の観点から、フェノール樹脂またはエポキシ樹脂を用いることが好ましい。また、得られる発泡成形体耐熱性と強度の観点から、フェノール樹脂を用いることが好ましい。
【００３４】
熱硬化性樹脂Ａは、粒状または粉状の形態であってもよい。これにより、発泡性抄造体１０を発泡・硬化して得られた発泡成形体５０の強度を効果的に向上させることができる。この理由は明らかではないが、発泡性抄造体１０を加熱加圧して発泡させる際に、熱硬化性樹脂Ａが粒状または粉状の形態を有することにより、溶融時の繊維フィラーＢへの含浸性が向上し、繊維フィラーＢと熱硬化性樹脂Ａとの界面が良好に形成されるためと推定される。
【００３５】
熱硬化性樹脂Ａとして、例えば、平均粒径５００μｍ以下であり、室温で固体状態の樹脂を使用することが好ましい。これにより、発泡性抄造体１０の製造工程において、熱硬化性樹脂Ａが凝集しやすくなる。また、発泡性抄造体１０の製造工程において、ワニス状の材料組成物を得る観点から、熱硬化性樹脂Ａの平均粒径は１ｎｍ以上３００μｍ以下であることがより好ましい。
このような平均粒径を有する熱硬化性樹脂Ａは、例えば、未処理の熱硬化性樹脂をアトマイザー粉砕機を用いて粉砕処理することにより得ることができる。
なお、熱硬化性樹脂Ａの平均粒径は、例えば、株式会社島津製作所製のＳＡＬＤ−７０００等のレーザ回折式粒度分布測定装置を用いて、質量基準の５０％粒子径を平均粒径として求めることができる。
【００３６】
発泡性抄造体１０に含まれる熱硬化性樹脂Ａは半硬化状態であることが好ましい。半硬化の熱硬化性樹脂Ａは、発泡性抄造体１０は、加熱加圧による発泡および成形工程において、完全硬化される。これにより、強度と軽量性のバランスに優れた発泡成形体５０が得られる。
【００３７】
（繊維フィラーＢ）
本発明の発泡体に用いられる繊維フィラーＢは、所定の繊維長を有する繊維糸である。本発明において使用できる繊維フィラーＢとしては、炭素繊維、金属繊維、無機繊維、天然繊維、再生繊維、半合成繊維、および合成繊維が挙げられる。中でも、炭素繊維は強度に優れるため好ましく用いられる。
【００３８】
炭素繊維としては、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。
金属繊維としては、アルミニウム、銀、銅、マグネシウム、鉄、クロム、ニッケル、チタン、亜鉛、錫、モリブデンおよびタングステンからなる群から選択される少なくとも１種を含む繊維を用いることができる。金属繊維の具体例としては、例えば、日本精線（株）やベカルトジャパン（株）製のステンレス繊維、虹技（株）製の銅繊維、アルミニウム繊維、黄銅繊維、鋼繊維、チタン繊維、リン青銅繊維などが挙げられ、これらは市販品として入手可能である。
無機繊維としては、例えば、ガラス繊維、およびセラミック繊維が挙げられる。
天然繊維としては、例えば、木材繊維、木綿、麻、および羊毛が挙げられる。
再生繊維としては、例えば、レーヨン繊維が挙げられる。
半合成繊維としては、例えば、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ポリイミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、エチレンビニルアルコール繊維が挙げられる。これらの繊維フィラーＢは、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
【００３９】
繊維フィラーＢの平均繊維長は、抄造構造を得る観点から、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ以上であることがより好ましく、得られる抄造体または成形体の機械的強度を得る観点から、２．５ｍｍ以上であることがさらに好ましく、４ｍｍ以上であることが特に好ましい。一方、抄造体中での良好な分散性を得る観点から、２０ｍｍ以下であることが好ましく、１５ｍｍ以下であることがより好ましく、１２ｍｍ以下であることが更に好ましい。
【００４０】
繊維フィラーＢの含有量は、強度を上げる観点から、熱硬化性樹脂Ａに対して、例えば、１０重量％以上としてもよく、２０重量％以上としてもよい。また、強度と軽量性のバランスを向上させる観点から、繊維フィラーＢの含有量は、熱硬化性樹脂Ａに対して、例えば、８０重量％以下としてもよく、７５重量％以下としてもよく、７０重量％以下としてもよく、５０重量％以下としてもよい。
【００４１】
（熱膨張性マイクロカプセルＣ）
熱膨張性マイクロカプセルＣとは、揮発性の液体発泡剤を、ガスバリア性を有する熱可塑性シェルポリマーによりマイクロカプセル化した粒子である。熱膨張性マイクロカプセルＣは、次のようなメカニズムにより、発泡剤として機能する。すなわち、加熱によりカプセルの外殻が軟化しつつ、カプセルに内包した液体発泡剤が気化し圧力が増加する。その結果、粒子が膨張し、中空球状粒子（熱膨張性マイクロカプセルＣの発泡粒子）が形成され、これにより樹脂中に気泡が形成される。
【００４２】
上記液体発泡剤としては、例えば、イソペンタン、イソブタン、イソプロパン等の低沸点の炭化水素が挙げられる。
上記熱可塑性シェルポリマーとしては、例えば、ポリアクリロニトリル、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体、塩化ビニリデン−メチルメタクリレート共重合体、塩化ビニリデン−エチルメタクリレート、アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルメタクリレート等が挙げられる。これらは単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４３】
熱膨張性マイクロカプセルＣとしては、例えば、エクスパンセル（日本フィライト社製）、マイクロスフェアーＦ５０、マイクロスフェアーＦ６０（松本油脂製薬社製）、アドバンセルＥＭ（積水化学工業社製）等の市販品を用いることができる。
【００４４】
熱膨張性マイクロカプセルＣの含有量は、発泡成形体５０の強度の低下をまねくことなく発泡成形体５０の密度を低減する観点から、熱硬化性樹脂Ａに対して、０．０５重量％以上としてもよく、０．１重量％以上としてもよい。また、発泡成形体５０に適度強度を付与する観点から、熱硬化性樹脂Ａに対して、１０重量％以下としてもよく、５重量％以下としてもよい。
【００４５】
（金属粒子Ｄ）
本発明の発泡体は、タングステン、ステンレス、鉄、タンタル、バリウムおよび硫酸バリウムからなる群から選択される一種以上の金属粒子Ｄを含む。これらの金属粒子Ｄは、発泡性抄造体１０中で均一に分散する。また、これらの金属粒子Ｄは、発泡性抄造体１０を加熱処理してその中に含まれる熱膨張性マイクロカプセルＣを発泡させる工程において、沈降したり偏在したりすることなく均一に分散する。そのため、金属粒子Ｄが均一に分散された発泡体を得ることができる。また、このような発泡体は、その全体にわたって均一な放射線遮蔽能を有する。
【００４６】
その他、本実施形態における発泡性抄造体１０は、上記成分の他に、パルプ、凝集剤、および各種添加剤などの他の成分を必要に応じて含み得る。
【００４７】
（パルプ）
本実施形態の発泡性抄造体１０は、パルプを含んでもよい。パルプとは、フィブリル構造を有する繊維であり、上記繊維フィラーＢとは異なる繊維を指す。パルプは、例えば、繊維材料を機械的または化学的にフィブリル化することによって得ることができる。
発泡性抄造体１０を抄造法により得る工程において、パルプを用いることにより、バインダー樹脂Ａ、繊維フィラーＢ、熱膨張性マイクロカプセルＣ、および金属粒子Ｄをより効果的に凝集させることができる。そのため、より安定的な発泡性抄造体１０の製造を実現することが可能となる。
【００４８】
上記パルプとしては、例えば、リンターパルプ、木材パルプ等のセルロース繊維、ケナフ、ジュート、竹等の天然繊維、パラ型全芳香族ポリアミド繊維（アラミド繊維）およびその共重合体、芳香族ポリエステル繊維、ポリベンザゾール繊維、メタ型アラミド繊維およびそれらの共重合体、アクリル繊維、アクリロニトリル繊維、ポリイミド繊維、ポリアミド繊維等の有機繊維をフィブリル化したものが挙げられる。パルプは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００４９】
パルプの含有量は、熱硬化性樹脂Ａに対して、０．５重量％以上としてもよく、１重量％以上としてもよく、２重量％以上としてもよい。これにより、抄造工程において、上記材料の凝集がより容易となる。一方、パルプの含有量は、熱硬化性樹脂Ａに対して、１０重量％以下としてもよく、８重量％以下としてもよく、５重量％以下としてもよい。これにより、強度等の機械的特性を損なうことなく、目的の発泡成形体５０を得ることができる。
【００５０】
（凝集剤）
本実施形態の発泡性抄造体１０は、凝集剤を含んでもよい。凝集剤は、発泡性抄造体１０の製造時において、バインダー樹脂Ａ、繊維フィラーＢ、熱膨張性マイクロカプセルＣおよび金属粒子Ｄをフロック状に凝集させる機能を有する。このため、より安定的な発泡性抄造体１０の製造を実現することができる。
【００５１】
凝集剤としては、例えば、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、および両性高分子凝集剤等が挙げられる。より具体的には、例えば、カチオン性ポリアクリルアミド、アニオン性ポリアクリルアミド、ホフマンポリアクリルアミド、マンニックポリアクリルアミド、両性共重合ポリアクリルアミド、カチオン化澱粉、両性澱粉、ポリエチレンオキサイド等を挙げることができる。これらの凝集剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、凝集剤において、そのポリマー構造や分子量、水酸基やイオン性基等の官能基量等は、必要特性に応じて調整することが可能である。
【００５２】
凝集剤の含有量は、熱硬化性樹脂Ａに対して、０．０１重量％以上としてもよく、０．０５重量％以上としてもよく、０．１重量％以上としてもよい。これにより、発泡性抄造体１０の製造において、収率の向上を図ることができる。一方、凝集剤の含有量は、熱硬化性樹脂Ａに対して、１．５重量％以下としてもよく、１重量％以下としてもよく、０．５重量％以下としてもよい。これにより、抄造法を用いた発泡性抄造体１０の製造において、脱水処理等をより容易に行うことができる。
【００５３】
発泡性抄造体１０は、その製造条件や目的の特性に応じて、他の添加剤を含み得る。添加剤としては、例えば、熱可塑性樹脂、特性向上を目的とした無機粉末、金属粉、酸化防止剤や紫外線吸収剤等の安定剤、難燃剤、離型剤、可塑剤、樹脂の硬化触媒や硬化促進剤、顔料、乾燥紙力向上剤、湿潤紙力向上剤等の紙力向上剤、歩留まり向上剤、濾水性向上剤、サイズ定着剤、酸性抄紙用ロジン系サイズ剤、中性製紙用ロジン系サイズ剤、アルキルケテンダイマー系サイズ剤、アルケニルコハク酸無水物系サイズ剤、特殊変性ロジン系サイズ剤等のサイズ剤、硫酸バンド、塩化アルミ、ポリ塩化アルミ等の凝結剤が挙げられる。
【００５４】
中でも、発泡性抄造体１０は、添加剤として、アラミド微小繊維を含むことが好ましい。アラミド微小繊維を用いることにより、発泡性抄造体１０を乾燥して得られる抄造素形体のハンドリング性を改善することができる。
【００５５】
＜発泡性抄造体１０の製造方法＞
図２は、発泡性抄造体１０の製造工程を示す断面模式図である。
本実施形態の発泡性抄造体１０の製造方法は、バインダー樹脂（熱硬化性樹脂）Ａ、繊維フィラーＢ、熱膨張性マイクロカプセルＣおよびお金属粒子Ｄを混合し、次いで、得られた混合物を抄造法により処理することにより発泡性抄造体１０を得る工程を含む。
【００５６】
以下、図２を参照して、湿式抄造法による発泡性抄造体１０の製造方法について詳述する。
【００５７】
まず、図２（ａ）に示すように、バインダー樹脂Ａ、繊維フィラーＢ、熱膨張性マイクロカプセルＣおよび金属粒子Ｄを溶媒中へ添加して撹拌、混合し、分散させる。このとき、上述した成分のうち、凝集剤を除く他の成分を溶媒中に添加する。上記工程により、発泡性抄造体１０を形成するためのワニス状の材料組成物（スラリー）を得ることができる。
【００５８】
各成分を溶媒に分散させる方法としては、例えば、ディスパーザーを用いて撹拌する方法が挙げられる。
【００５９】
材料スラリーを作製するための溶媒としては、上記材料を分散させる過程において揮発しにくいことと、抄造体中の残存を低減するために脱溶媒をしやすいこと、脱溶媒によるエネルギーの増大を抑制できること、等の観点から、沸点が５０℃以上２００℃以下の溶媒が好ましい。このような溶媒としては、たとえば水；エタノール、１−プロパノール、１−ブタノール、エチレングリコールなどのアルコール類；アセトン、メチルエチルケトン、２−ヘプタノン、シクロヘキサノンなどのケトン類；酢酸エチル、酢酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸メチルなどのエステル類；テトラヒドロフラン、イソプロピルエーテル、ジオキサン、フルフラールなどのエーテル類などが挙げられる。これらの溶媒は、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、供給量が豊富であり、安価であり、環境負荷が低く、安全性が高く扱いやすいという理由から、水を用いることがとくに好ましい。
【００６０】
続いて、好ましくは、得られたスラリー中に、上述した凝集剤を添加する。これにより、より容易に、溶媒中のバインダー樹脂Ａと、繊維フィラーＢと、熱膨張性マイクロカプセルＣと、金属粒子Ｄとをフロック状に凝集させて凝集物Ｆを得ることができる（図２（ｂ））。
【００６１】
続いて、バインダー樹脂Ａ、繊維フィラーＢ、熱膨張性マイクロカプセルＣおよび金属粒子Ｄ等を混合したスラリーを、フィルターで抄くことにより、発泡性抄造体１０を得る。
【００６２】
具体的には、図２（ｂ）に示すように、底面にシート状のメッシュ３０（フィルター）を備える容器に、上述のスラリーを導入する。そして、スラリー中の溶媒をメッシュ３０に通し容器の外に排出させるとともに、スラリー中の凝集物Ｆをメッシュ３０（フィルター）上に残存させる。これにより、凝集物Ｆと溶媒とを互いに分離することができる。
ここで、メッシュ３０の形状を適宜選択することによって、得られる発泡性抄造体１０の形状を調整することが可能である。
その後、フィルター（メッシュ３０）上に得られた凝集物Ｆに対して、例えば乾燥炉内に入れて乾燥処理を行い、凝集物Ｆ中に残存する溶媒をさらに除去してもよい。
以上により、図２（ｃ）に示す発泡性抄造体１０が製造される。
【００６３】
図２（ｂ）に示すような抄造法を用いることにより、発泡性抄造体１０は、フィルターの表面に沿って形成される。このような発泡性抄造体１０は、図１を参照して上述したように、繊維フィラーＢが、発泡性抄造体１０の厚み方向おいて積層するとともに、面方向においてランダムに交絡した構造を有する。
また、抄造法を用いることにより、発泡性抄造体１０中の熱膨張性マイクロカプセルＣや金属粒子Ｄの分散性を向上することができる。
【００６４】
＜発泡成形体５０＞
本実施形態の発泡成形体５０は、発泡性抄造体１０の成形体であり、熱膨張性マイクロカプセルＣが発泡してなる気泡Ｅが当該成形体中に分散した気泡構造を有する。
【００６５】
＜発泡成形体５０の製造方法＞
本実施形態の発泡成形体５０の製造方法は、熱硬化性樹脂Ａ、フィラー（繊維フィラーＢ）、および熱膨張性マイクロカプセルＣを混合したスラリーを準備し、このスラリーを抄造することにより発泡性抄造体１０を得る工程と、
金型４０、４１の内部の一部に発泡性抄造体１０を配置し、熱膨張性マイクロカプセルＣを膨張させて、金型４０，４１の内部の全体にまで発泡性抄造体１０を膨張させることにより、発泡性抄造体１０の成形体からなる発泡体（発泡成形体５０）を得る工程と、を含むことができる。
【００６６】
図３は、本実施形態に係る発泡体の製造方法の一例を示す断面模式図である。
以下、図３を参照して、発泡成形体５０の製造方法について詳述する。
【００６７】
まず、図３（ａ）に示すように、発泡性抄造体１０を、金型４０、４１の内部（金型キャビティ）に配置する。このとき、金型４０および金型４１からなる金型キャビティの容積は、発泡性抄造体１０の体積よりも大きいものとする。これにより、金型４０，４１の内部が完全に充填されない状態、いわゆるショートショットで、発泡性抄造体１０を配置することができる。
【００６８】
次に、発泡性抄造体１０に対して発泡成形を行う。例えば、図３（ｂ）に示すように、加熱処理により、熱膨張性マイクロカプセルＣを膨張させて、発泡性抄造体１０を膨張させる。膨張した発泡性抄造体１０は、金型キャビティ全体に充填される。このとき、熱膨張性マイクロカプセルＣの発泡による内圧（金型４０、４１からの応力）により、発泡性抄造体１０が成形されて発泡成形体５０が得られる。これにより、所定の形状を有する発泡成形体５０に成形することができる。
上述の発泡成形工程において、熱硬化性樹脂Ａの硬化反応が進み、発泡成形体５０中に、３次元網目構造を有する樹脂硬化体が形成される。また、熱膨張性マイクロカプセルＣは、上記加熱処理により膨張し、気泡Ｅ（中空球状粒子）が形成される。
このように、本実施形態の発泡成形体５０は、ショートショット法により製造することができる。ショートショット法を用いることにより、熱膨張性マイクロカプセルＣの気泡拡大により生じる発泡圧を利用して、発泡性抄造体１０を成形することができる。
【００６９】
上記加熱処理は、特に限定されないが、例えば、約１６０〜２５０℃、約１０〜３０分間としてもよい。本実施形態の発泡成形体５０の製造方法においては、外部から成形圧を加えてはいないが、金型４０，４１中の内圧は、例えば、約１．５〜５ＭＰａとなる。
【００７０】
ここで、外部から成形圧を加える方法として、射出成形法等がある。しかし、射出成形法では、充填圧や保持圧により、熱膨張性マイクロカプセルが発泡しないか、または気泡の破壊が生じる。
これに対して、本実施形態の発泡成形体５０の製造方法においては、外部から成形圧を加えていないため、熱膨張性マイクロカプセルＣの未発泡や気泡Ｅの破壊を十分抑制することができる。
【００７１】
本実施形態の発泡体の放射線遮蔽能、密度および機械特性は、発泡性抄造体１０に用いる熱硬化性樹脂Ａ、繊維フィラーＢ、熱膨張性マイクロカプセルＣおよび金属粒子Ｄ等の成分の種類や量を変更することにより、または発泡性抄造体１０および発泡成形体５０の製造条件を変更することにより、所望の値に調整することができる。これらの中でも、たとえば、金属粒子Ｄとしてタングステン粒子を使用すること、繊維フィラーＢとして炭素繊維を使用すること、抄造法により繊維フィラーＢ、熱膨張性マイクロカプセルＣおよび金属粒子Ｄの分散性を向上させること、ショートショット法により気泡の倍率やサイズを適切に制御する方法等が、上記特性を所望の範囲内とするために有効な方法である。
【００７２】
本実施形態の発泡体は、例えば、建築材、電子機器、車載部品等に用いられる断熱材として用いることができる。
【００７３】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【実施例】
【００７４】
以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。
【００７５】
実施例および比較例に用いた材料は、以下の通りである。
（熱硬化性樹脂）
熱硬化性樹脂１：フェノール樹脂（フェノールレジン、「ＰＲ５１７２３」、住友ベークライト株式会社製）
（フィラー）
繊維フィラー１：炭素繊維（テナックス「ＨＴ  Ｃ１１０」、東邦テナックス株式会社製）
（発泡剤）
発泡剤１：熱膨張性マイクロカプセル（「アドバンセル（登録商標）ＥＭ−３０４」、積水化学工業社製）
（金属粒子）
金属粒子１：タングステン粒子（タングステン粉「Ｗ−Ｌ」、日本新金属株式会社製）
（その他の添加剤）
アラミド微小繊維１：アラミド微小繊維（「ティアラ」、ダイセルファインケム株式会社製）
【００７６】
＜実施例１，３＞
（発泡性抄造体の製造）
実施例１および３において、表１に示す配合割合（発泡成形後の原料体積分率［Ｖｏｌ％］）で、次のようにして発泡性抄造体を製造した。
まず、アトマイザー粉砕機で平均粒径１００μｍ（質量基準の５０％粒子径）に粉砕した熱硬化性樹脂、フィラー、発泡剤および金属粒子、ならびに添加剤を水に添加して、ディスパーザーで３０分撹拌して混合物を得た。ここでは、熱硬化性樹脂、フィラー、金属粒子、発泡剤および添加剤からなる構成材料の合計１００重量部に対して、１００００重量部の水に添加した。
次いで、あらかじめ水に溶解させた凝集剤（合成スメクタイト：スメクトン（クニミネ工業社製））を、上述した構成材料の合計に対して０．２重量％添加し、構成材料をフロック状に凝集させた。
続けて、得られた凝集物を３０メッシュの金属網で水と分離した。この後、金属網上に残存した凝集物を、脱水プレスし、さらに７０℃の乾燥器に３時間入れて乾燥させて、発泡性抄造体を得た。収率は９７％であった。
【００７７】
（発泡体の製造）
実施例１および３において、得られた発泡性抄造体を１ｍｍ厚の金型内に配置し、１８０℃、１０分間、加熱処理を施し、発泡成形体からなる発泡体を製造した。このとき金型中の内圧は２ＭＰａであった。実施例１および３は、ショートショット法による発泡成形を行った。これにより金属粒子が全体に分散された発泡体が得られた。得られた発泡体について、以下の評価を行った。結果を表１および図４に示す。なお、表１中における発泡剤の発泡成形後の原料体積分率は、発泡体の体積空隙率を示す。
【００７８】
＜実施例２、４＞
まず、実施例１および３と同様の方法で、発泡形成後に厚みが０．５ｍｍとなるような金属粒子含有した発泡性抄造体を得た（実施例２および４における金属粒子の発泡成形後の原料体積分率は、それぞれ、２０Ｖｏｌ％、４０Ｖｏｌ％である）。次いで、金属粒子を含有させない点を除いて、実施例１および３と同様の方法で、発泡形成後に厚みが０．２５ｍｍとなるような金属粒子を含有しない発泡性抄造体を得た。
【００７９】
その後、上記金属粒子含有した発泡性抄造体の両面を、上記金属粒子を含有しない発泡抄造体で挟むことにより、サンドイッチ構造の金属粒子偏在試料を準備し、この金属粒子偏在試料を、１ｍｍ厚の金型内に配置し、１８０℃、１０分間、加熱処理を施し、発泡成形体からなる発泡体を製造した。このとき金型中の内圧は２ＭＰａであった。実施例２および４は、ショートショット法による発泡成形を行った。これにより、金属粒子が中心偏在した発泡体が得られた。結果を表２および図４に示す。なお、表２には、発泡体全体における発泡成形後の原料体積分率を示す。このうち発泡剤の発泡成形後の原料体積分率は、発泡体全体の体積空隙率を示す。なお、実施例２および４の発泡体は、それぞれ実施例１、３の金属粒子濃度と比べて、その中央における金属粒子の濃度が高いものであった。
【００８０】
＜比較例１＞
比較例１において、表１に示す配合割合で、上記実施例１および３と同様の方法で、発泡性抄造体を作製した。続いて、得られた発泡性抄造体を、上記実施例１および３と同様の方法で、加熱処理して、発泡成形体からなる発泡体を製造した。得られた発泡体について、以下の評価を行った。結果を表１および図４に示す。
【００８１】
＜比較例２＞
比較例２において、表１に示す配合割合（コンプレッション成形後の原料体積分率［Ｖｏｌ％］）で、次のようにして抄造体を製造した。
まず、アトマイザー粉砕機で平均粒径１００μｍ（質量基準の５０％粒子径）に粉砕した熱硬化性樹脂と、フィラーと、添加剤とを水に添加して、ディスパーザーで３０分撹拌して混合物を得た。ここでは、熱硬化性樹脂、フィラー、および添加剤からなる構成材料の合計１００重量部に対して、１００００重量部の水に添加した。
次いで、あらかじめ水に溶解させた凝集剤（合成スメクタイト：スメクトン（クニミネ工業社製））を、上述した構成材料の合計に対して０．２重量％添加し、構成材料をフロック状に凝集させた。
続けて、得られた凝集物を３０メッシュの金属網で水と分離した。この後、金属網上に残存した凝集物を、脱水プレスし、さらに７０℃の乾燥器に３時間入れて乾燥させて、抄造体を得た。収率は９７％であった。
【００８２】
（無発泡体の製造）
比較例２において、得られた抄造体を１ｍｍ厚の金型内に配置し、１８０℃、１０分間、加熱処理を施し、コンプレッション成形により、抄造体の成形体からなる無発泡体を製造した。このとき成形圧は１０ＭＰａであった。得られた無発泡体について、以下の評価を行った。結果を表１および図４に示す。
【００８３】
（放射線遮蔽率の測定）
実施例１および実施例３では、タングステン粒子が全体均一に分散された発泡体を作製し、そのＸ線遮蔽率を測定した。具体的には、１００ｍｍ角、厚さ１ｍｍの上記発泡体をサンプル板とした。表１に示す「成形後サンプル密度」は、当該サンプル板自体の密度を示す。
【００８４】
実施例２および４では、上記の通り、タングステン粒子がサンドイッチ構造の中央に偏在した発泡体を作製し、そのＸ線遮蔽率を測定した。具体的には、１００ｍｍ角、厚さ１ｍｍの上記発泡体を、サンプル板とした。表２に示す「成形後サンプル密度」は、このようにして得られたサンプル板全体の質量から求めた密度である。
【００８５】
【表１】
2017181375.tif 000003
【００８６】
【表２】
2017181375.tif 000004
【００８７】
（評価）
・密度：ＪＩＳ  Ｋ−７１１２  Ａ法に準拠した方法で測定した。単位はｇ／ｃｍ３
・放射線遮蔽率：寸法１００ｍｍ角、厚さ１ｍｍのサンプル板にＸ線を入射させ、その透過率をＸ線ＣＴ画像の輝度値として測定した。具体的には、Ｘ線源から３００ｍｍの位置にサンプル板を設置し、５０ｋＶ、７０μＡの条件でＸ線を照射しＣＴ画像を撮影した。得られたＣＴ画像から観察範囲３８ｍｍ内の輝度値（平均、最大、最小）を算出した。そして、遮蔽物がない場合の空気中の輝度値に対するサンプル板の輝度値の比から透過率を算出した。得られた透過率を用い、遮蔽率（％）＝［１−（透過率）］×１００の式にしたがい、遮蔽率を算出した。Ｘ線ＣＴ装置として、ＴＤＭ−１０００Ｈ  ＩＩ（２Ｋ）（ヤマト科学株式会社製）を用い、フィラメントとしてタングステンを使用した。ここで、表１中、「遮蔽率（平均値基準）（％）」は、サンプル板の輝度値の平均値を用いて算出した遮蔽率であり、「遮蔽率（最大値基準）（％）」は、サンプル板の輝度値の最大値を用いて算出した遮蔽率である。得られるＣＴ画像が暗いほど遮蔽率が高く、明るいほど遮蔽率が低い、すなわちＸ線透過量が大きい。得られたＣＴ画像を図４に示す。
上記測定は室温（２５℃）で行った。
【００８８】
実施例１〜４の発泡体は、放射線遮蔽性と軽量性のバランスに優れていることが分かった。また、実施例１〜４の発泡体の断面観察を行った結果、独立気泡構造を有していることが分かった。一方、比較例１の発泡体は、放射線遮蔽性を有さなかった。また、比較例２の無発泡体は、密度が高かった。
【００８９】
以上、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明したが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００９０】
１０    発泡性抄造体
３０    メッシュ
４０    金型
４１    金型
５０    発泡成形体
Ａ    バインダー樹脂（熱硬化性樹脂）
Ｂ    繊維フィラー
Ｃ    熱膨張性マイクロカプセル
Ｄ    金属粒子
Ｅ    気泡
Ｆ    凝集物
【図１】
2017181375.tif 000005
【図２】
2017181375.tif 000006
【図３】
2017181375.tif 000007
【図４】
2017181375.tif 000008