説明

マイクロカプセル、組成物及び制振・防音部材

【課題】樹脂材料や無機材料等のバインダー成分中に含有させることにより作製した制振材料や防音材料に、共振振動が加えられることにより振動エネルギーが伝播する際に、該制振材料や防音材料を伝播する振動エネルギーを好適に制御することができ、これらの制振材料や防音材料に優れた防音性及び制振性を発現させることができるマイクロカプセル、及び、マイクロカプセルを用いてなる組成物、及び、制振・防音部材を提供する。
【解決手段】樹脂からなるシェル部分に高粘性流体が内包されているマイクロカプセル。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、制振材料や防音材料に用いたときに、該制振材料や防音材料に優れた防音性及び制振性を発現させることができるマイクロカプセル、該マイクロカプセルを用いてなる組成物、及び、制振・防音部材に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、防音材料や制振材料として各種素材が開発されてきている。例えば、アスファルトシートのような高比重の重量材を用いて、材料を伝播する振動伝播速度を低下させた制振遮音シートや、樹脂中に発泡剤を添加して発泡させた発泡体等を用いたクッション性を有する防音材や制振材等が知られている。
【0003】
しかしながら、高比重の重量材は、近年防音材料や制振材料に求められている軽量化への取り組みに対応することが難しいといった問題点があった。
また、発泡体は、充分な防音効果や制振効果を得られず、より性能の高い防音材料や制振材料を得ることができないことに加え、独立気泡発泡体でないと強度や耐水性に劣るため、独立気泡発泡体を用いなければならないといった材料の制約があった。これに対し、中空状のマイクロカプセルを樹脂中に含有させた、内部に独立気泡が形成された防音材料や制振材料は、充分な強度や耐水性を有するが、やはり防音効果や制振効果はいまだ充分ではなかった。
また、特許文献1には、遮音板、制振材等に用いられる中空のシェルに微小粒子がカプセル化されている鈴構造粒子、及び、その鈴構造粒子が混入・分散又は付着した振動吸収材が開示されている。しかし、このような鈴構造粒子であっても防音効果や制振効果は未だ充分とはいえなかった。
【特許文献1】特開2000−148156号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、上記現状に鑑み、制振材料や防音材料に用いたときに、該制振材料や防音材料に優れた防音性及び制振性を発現させることができるマイクロカプセル、該マイクロカプセルを用いてなる組成物、及び、制振・防音部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、樹脂からなるシェル部分に高粘性流体が内包されているマイクロカプセルである。
以下に本発明を詳述する。
【0006】
本発明のマイクロカプセルは、樹脂からなるシェル部分に高粘性流体が内包されている。
上記シェル部分とは、その内部に1つ以上の独立空孔を有する構造であり、その外形としては特に限定されず、任意の形状が挙げられるが、球状であることが好ましい。
【0007】
ここで、「独立空孔」とは、上記シェル部分の内部に形成された空孔がシェル部分の表面に露出していないことを意味し、後述する高粘性流体は、このシェル部分の独立空孔中に内包されている。
上記空孔の形状としては特に限定されず、上記シェル部分の外形に合わせて適宜決定される。例えば、上記シェル部分の外形が球状である場合、上記空孔も球状であることが好ましい。
【0008】
上記樹脂からなるシェル部分は、後述する高粘性流体を内部に密封できる材質であれば特に限定されず、例えば、ゼラチン、アラビアゴム、にかわ、カゼイン、アルブミン、デンプン及びその誘導体、セルロース誘導体、トラガントガム、アルギン酸ナトリウム等の多糖類、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、塩化ビニリデン等の重合体やこれらの共重合体、ポリビニルアルコール(ポバール)、エチレン・ビニルアルコール共重合体(エバール)、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルエーテル、尿素樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。
【0009】
また、上記シェル部分を構成する樹脂は架橋されていることが好ましい。例えば、上記シェル部分を構成する樹脂の材料がゼラチンである場合、架橋ゼラチンであることが好ましく、このような架橋ゼラチンは、ホルムアルデヒド、グルタールアルデヒド、尿素等を架橋剤として用いてゼラチンを架橋することで得ることができる。
また、上記シェル部分を構成する樹脂の材料がアクリロニトリル、メタアクリロニトリル、塩化ビニリデン等の重合性モノマーを重合させて得られる重合体又は共重合体である場合、多官能重合性モノマーを架橋剤として用いて架橋された架橋体であることが好ましい。
【0010】
上記シェル部分を構成する樹脂が架橋されている場合、上記シェル部分を構成する架橋樹脂のゲル分率の好ましい下限は70%である。このようなゲル分率を有するシェル部分は、架橋密度が充分に高く、成形加工に際して強い剪断力が加わっても製造する本発明のマイクロカプセルの破壊を抑制することができる。より好ましい下限は80%、更に好ましい下限は90%である。
【0011】
なお、本明細書において、上記シェル部分のゲル分率は、熱水、テトラヒドロフラン(THF)、ジメチルホルムアミド(DMF)等の上記樹脂からなるシェル部分を溶解することができる溶剤に、マイクロカプセルを潰した破砕物を加えて攪拌した後、未溶解物(上記高粘性流体に金属粉及び/又はガラス粉を含有する場合、これらを遠心分離した分離液に含まれる未溶解物)を乾燥させ、未溶解物の乾燥重量を測定し下記式(1)により算出した値である。
【0012】
ゲル分率(%)=未溶解物の乾燥重量/樹脂からなるシェル部分の重量×100 (1)
【0013】
上記高粘性流体としては特に限定されず、例えば、鉱物油、石油オイル、シリコーンオイル、可塑剤等が挙げられる。
【0014】
上記高粘性流体は、B型粘度計を用いて測定した25℃における粘度の好ましい下限が500mPa・s、好ましい上限が1万mPa・sである。500mPa・s未満であると、上記高粘性流体の粘性抵抗が低く、本発明のマイクロカプセルを用いてなる制振材料や防音材料に伝播した振動エネルギーの損失が起こりにくくなり、充分な制振性や防音性が得られないことがある。1万mPa・sを超えると、上記高粘性流体の摩擦抵抗が高く自由運動が拘束されるため、本発明のマイクロカプセルを用いてなる制振材料や防音材料に伝播した振動エネルギーの損失が起こりにくくなり、充分な制振性や防音性が得られないことがある。
【0015】
B型粘度計を用いて測定した25℃における粘度が上記範囲となる高粘性流体としては特に限定されず、例えば、東亜合成社製のアクリルオリゴマー可塑剤(「UP−1000」粘度:1000mPa・s(25℃))、「UP−1070」粘度:3800mPa・s(25℃)、鉱油(粘度:1000mPa・s(25℃))、新日本石油社製「日石ハイゾールSAS−LH」粘度:5000mPa・s(25℃))、グリセリン(粘度:約1000mPa・s(25℃))等が挙げられる。
【0016】
また、本発明のマイクロカプセルを用いてなる制振材料や防音材料は、その使用環境温度が高くなった場合であっても、制振性や防音性が低下しないことが必要である。そのため、上記高粘性流体は、B型粘度計を用いて測定した40℃における粘度の好ましい下限が180mPa・s、好ましい上限が1万mPa・sである。上記高粘性流体の40℃における粘度がこのような範囲内にあることで、本発明のマイクロカプセルを用いてなる制振材料や防音材料は、充分な制振性や防音性を有することとなる。
【0017】
B型粘度計を用いて測定した40℃における粘度が上記範囲となる高粘性流体としては特に限定されず、例えば、東亜合成社のアクリルオリゴマー可塑剤(「UP−1000」粘度:約450mPa・s(40℃)、「UP−1070」粘度:約450mPa・s(40℃))、鉱油(粘度:約500mPa・s(40℃)、新日本石油社製「日石ハイゾールSAS−LH」粘度:180mPa・s(40℃))、グリセリン粘度:約460mPa・s(40℃)、信越化学工業社製のシリコーンオイル(ジメチルシリコーンオイル「KF96−1000」粘度:約450mPa・s(40℃)、メチルフェニルシリコーンオイル「KF50−1000」粘度:約450mPa・s(40℃))等が挙げられる。
【0018】
本発明のマイクロカプセルは、上記高粘性流体中に金属粉及び/又はフィラーを含有してもよい。
上記高粘性流体中に金属粉及び/又はフィラーが含有された本発明のマイクロカプセルを用いてなる制振材料や防音材料に振動エネルギーが加えられると、該振動エネルギーは、上記高粘性流体中の金属粉及び/又はフィラーを振動させることとなるため、伝播する振動エネルギーの損失がより大きくなり、制振材料や防音材料の制振性や防音性がより優れたものとなる。
【0019】
上記金属粉としては、例えば、アルミニウム、銅、亜鉛等の金属微粒子や、磁性粉として汎用されている酸化鉄、二酸化マンガン、二酸化クロム、フェライト、鉄、ニッケル、鉄−ニッケル合金等の磁性微粒子が挙げられる。
また、上記フィラーも特に限定されず、従来公知の各種フィラーを用いることができる。
上記金属粉やフィラーの形状としては特に限定されず、例えば、無定形の粉末状であっても、球状の微粒子であってもよい。
【0020】
上記高粘性流体が上記金属粉及び/又はフィラーを含有する場合、上記金属粉及び/又はフィラーの個数としては特に限定されないが、複数の振動数からなる振動エネルギーを広い周波数にわたって運動エネルギーに変換することができることから、複数個含有されていることが好ましい。なかでも、粒子径が1〜5μmの金属粉及び/又はフィラーが複数個含有されていることが好ましい。このような金属粉及び/又はフィラーを含有する高粘性流体が封入された本発明のマイクロカプセルは、振動吸収性能が高いものとなる。
【0021】
また、上記高粘性流体が上記金属粉及び/又はフィラーを含有する場合、上記高粘性流体に占める金属粉及び/又はフィラーの量としては特に限定されないが、上記金属粉及び/又はフィラーを添加した効果を高めるために、好ましい下限は20重量%、好ましい上限は50重量%である。
【0022】
本発明のマイクロカプセルの粒子径としては特に限定されないが、好ましい下限は50μm、好ましい上限は500μmである。50μm未満であると、本発明のマイクロカプセルを用いてなる制振材料や防音材料に得られる制振効果や防音効果が高くなく、500μmを超えると、本発明のマイクロカプセルを用いてなる制振材料や防音材料の強度を低下させる恐れがあり、また、マイクロカプセル自体の強度が低下することがある。
【0023】
本発明のマイクロカプセルの圧縮強度としては特に限定されないが、好ましい下限は100mNである。100mN未満であると、加工時にマイクロカプセルが破壊する恐れがある。
なお、本発明のマイクロカプセルの圧縮強度は、フィッシャーインストルメンツ社製の微小硬度計を用いて、圧子100μφ、負荷速度10mN/sec、クリープ5sec、除荷速度10mN/secの測定条件で測定した値である。
【0024】
本発明のマイクロカプセルの製造方法としては特に限定されないが、例えば、オリフィス法等の機械的方法;insitu重合法、相分離法等の物理化学的方法;界面重合法等の化学的方法等、従来公知の方法で製造することができる。
具体的には、例えば、シェル部分に内包させる高粘性流体、又は、上記金属粉及び/又はフィラーを含有する高粘性流体を、シェル部分を構成する樹脂の原料となるモノマー成分とともに、ラウリル硫酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、コロイダルシリカ、ジオキサン、アルコール、アラビアゴム等の相分離誘起剤を加えた水と混合し、攪拌装置等の分散装置を用いて分散させ、上記高粘性流体がシェル部分を構成する樹脂の原料モノマー成分で被覆したマイクロカプセル状液滴を作製し、このマイクロカプセル状液滴の高粘性流体を被覆するシェル部分を構成する樹脂の原料モノマーを重合することで、シェル部分内に高粘性流体若しくは金属粉及び/又はフィラーを含有する高粘性流体を内包するマイクロカプセルを製造する方法等が好適である。なお、マイクロカプセル状の液滴を作製する工程において、水分散液とせずに有機溶剤を用いて有機溶剤中に分散させマイクロカプセル状の液滴を形成させてもよい。
【0025】
本発明のマイクロカプセルを樹脂材料や無機材料等のバインダー成分に含有させてなる組成物は、制振材料や防音材料として用いることができる。このようなバインダー成分と本発明のマイクロカプセルとを含有する組成物もまた、本発明の1つである。
【0026】
本発明の組成物は、上述した本発明のマイクロカプセルをバインダー成分に含有させてなる。上記バインダー成分としては、例えば、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ABSゴム、SBRゴム等のゴム等が挙げられる。また、上記バインダー成分には、上記樹脂材料や無機材料に加えて、充填材や減粘剤、増粘剤、マイナスイオンを発生する金属微粒子等の各種添加剤も加えてもよい。
【0027】
上記バインダー成分に含有させる本発明のマイクロカプセルの含有割合としては特に限定されないが、好ましい下限は1重量%、好ましい上限は80重量%である。1重量%未満であると、本発明の組成物を用いてなる制振材料や防音材料に充分な制振性、防音性を付与することができないことがあり、80重量%を超えると、本発明の組成物の強度を低下させる恐れがある。より好ましい下限は10重量%、より好ましい上限は60重量%、更に好ましい下限は20重量%、更に好ましい上限は55重量%である。
【0028】
また、本発明の組成物からなる制振・防音部材もまた、本発明の1つである。
本発明の制振・防音部材は、上述した本発明の組成物からなるため、優れた制振性及び防音性を有する。
本発明の制振・防音部材としては特に限定されず、例えば、自動車を含む各種車両用部品、各種建築材料等制振性及び防音性が要求される従来公知の部材が挙げられる。
【0029】
本発明の制振・防音部材は、中央加振法による1000Hzの損失係数の好ましい下限は0.08である。0.08未満であると、本発明の制振・防音部材の制振性や防音性が不充分となることがある。より好ましい下限は0.09である。なお、「1000Hz」としたのは下記の理由による。
自動車や車両で対象とする80〜8000Hzの領域では、一般の材料特性は概略、測定周波数(Hz)の対数と材料の損失係数(η)の対数が一次式の関係にある。一方、騒音や聴感特性の物理では、1000Hzを中心とした表記が用いられている。よって1000Hzの損失係数の値でもって材料の制振性や防音性の指標となる損失係数のレベルを表現できる。そこで、本明細書では、1000Hzの値を代表値として用いた。
【0030】
本発明の制振・防音部材は、振動を受け振動エネルギーが伝播するときに含有する本発明のマイクロカプセル中の高粘性流体が基体であるシェル部分の振動とはまったく独立に振動、又は、まったく独立に自由変形するため、伝播する振動エネルギーは、高粘性流体の運動エネルギーに変換、又は、形状変形に費やされる。これにより、本発明の制振・防音部材は、振動の伝達を抑制することができ、充分な制振性や防音性が得られることとなる。
従って、本発明の制振・防音部材は、騒音の激しい付近における建造物や高速道路等の防音壁や、自動車のアンダーコート塗料や耐チッピング塗料等の塗料や、押出成形品や射出成形品等の樹脂成形品の制振や防音に好適に用いることができる。また、必ずしも騒音、音、振動の激しいところでない静穏環境でもよりよい制振性・防音性を得ることができる。更に、本発明の組成物をテープ製品に用いることにより防音テープとして用いることもできる。
【発明の効果】
【0031】
本発明によれば、制振材料や防音材料に用いたときに、該制振材料や防音材料に優れた防音性及び制振性を発現させることができるマイクロカプセル、該マイクロカプセルを用いてなる組成物、及び、制振・防音部材を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0032】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【0033】
(実施例1)
濃度3.6%のゼラチン水溶液に濃度3.6%のアラビアゴム水溶液を添加してシェル部分用水溶液を得た。得られたシェル部分用水溶液を50℃に加熱攪拌した後、シェル部分用水溶液100重量部に対して、新日本石油社製「日石ハイゾールSAS−LH」(粘度:5000mPa・s(25℃))90重量部と新日本石油社製「日石ハイゾールSAS−296」(粘度:10mPa・s(25℃))10重量部とを混合してなる高粘性流体を25重量部加え、攪拌することでシェル部分用水溶液中に分散した液滴を調製した。その後攪拌しながら冷却して液滴の表面にゼラチン膜を析出させてマイクロカプセル状液滴を調製した。なお、高粘性流体の粘度を東機産業社製、B型粘度計を用いて測定したところ、25℃における粘度は720mPa・sであり、40℃における粘度は250mPa・sであった。
【0034】
次いで、濃度20%のホルムアルデヒド水溶液を添加してマイクロカプセル状液滴のゼラチン膜を架橋させた。
その後、製造したマイクロカプセルを取り出し、粒子径を測定したところ、平均粒子径は390μm、標準偏差は125μmであった。なお、粒子径の測定は、堀場製作所社製のレーザ回折/散乱式粒度分布測定装置により測定した。乾燥後、篩を用いて粒子径が100μm未満のものと500μmを超えるものとを除去した。
得られたマイクロカプセルは、架橋されたゼラチンからなるシェル部分内に高粘性流体を内包する構造であった。
【0035】
(実施例2)
酸化鉄(マグネタイト、粒子径0.3μm)12重量部、新日本石油社製「日石ハイゾールSAS−LH」79.2重量部、及び、新日本石油社製「日石ハイゾールSAS−296」8.8重量部を混合してなる高粘性流体を用いた以外は、実施例1と同様にしてマイクロカプセルを製造した。
得られたマイクロカプセルは、架橋されたゼラチンからなるシェル部分内に酸化鉄を含有する高粘性流体が内包された構造であった。
【0036】
(実施例3)
新日本石油社製「日石ハイゾールSAS−LH」のみからなる高粘性流体を用いた以外は、実施例1と同様にしてマイクロカプセルを製造した。
得られたマイクロカプセルは、架橋されたゼラチンからなるシェル部分内に高粘性流体を内包する構造であった。
【0037】
(実施例4)
合成ロープ油(佐藤特殊製油社製、粘度6300mPa・s(25℃))36重量部と、新日本石油社製「日石ハイゾールSAS−LH」)4重量部とを混合してなる高粘性流体を用いた以外は、実施例1と同様にしてマイクロカプセルを製造した。
得られたマイクロカプセルは、架橋されたゼラチンからなるシェル部分内に高粘性流体を内包する構造であった。
【0038】
(実施例5〜8)
マイクロカプセル状液滴のゼラチン膜を架橋させる際に、濃度25%のホルムアルデヒド水溶液に代えて、濃度25%のグルタールアルデヒドを用いた以外は、実施例1〜4と同様にしてマイクロカプセルを製造し、それぞれ実施例5〜8とした。
得られたマイクロカプセルは、それぞれ架橋されたゼラチンからなるシェル部分内に高粘性流体(実施例6については、酸化鉄を含有する高粘性流体)を内包する構造であった。
【0039】
(実施例9)
濃度25%のヘキサメチレンジイソシアネート水溶液を用いてシェル部分用水溶液を調製した以外は、実施例1と同様にしてマイクロカプセルを製造した。
得られたマイクロカプセルは、架橋されたヘキサメチレンジイソシアネートからなるシェル部分内に高粘性流体を内包する構造であった。
【0040】
(実施例10)
濃度25%のメラミン水溶液を用いてシェル部分用水溶液を調製した以外は、実施例1と同様にしてマイクロカプセルを製造した。
得られたマイクロカプセルは、架橋されたメラミンからなるシェル部分内に高粘性流体を内包する構造であった。
【0041】
(実施例11)
信越化学工業社製シリコーンオイル(ジメチルシリコーンオイル「KF96−1000」、粘度:1100mPa・s(25℃))を高粘性流体として用いた以外は、実施例1と同様にしてマイクロカプセルを製造した。
得られたマイクロカプセルは、架橋されたゼラチンからなるシェル部分内に高粘性流体が内包された構造であった。
【0042】
(シェル部分のゲル分率の測定)
実施例1〜11で得られたマイクロカプセルを潰した粉砕物をTHFに添加して攪拌、溶解させた後、未溶解物(高粘性流体に酸化鉄を含有する実施例2及び6については、該酸化鉄を遠心分離した分離液に含まれる未溶解物)を乾燥させ、未溶解物の乾燥重量を測定し、下記式(1)によりシェル部分のゲル分率を算出した。結果を表1に示す。
ゲル分率(%)=未溶解物の乾燥重量/樹脂からなるシェル部分部分の重量×100 (1)
【0043】
(圧縮強度の測定)
フィッシャーインストルメンツ社製の微小硬度計を用いて、圧子100μφ、負荷速度10mN/sec、クリープ5sec、除荷速度10mN/secの測定条件で、実施例1〜11で製造したマイクロカプセルの圧縮強度を測定した。結果を表1に示す。
【0044】
(損失係数の測定)
ポリプロピレン系樹脂(三井化学社製「LA880」)を200℃でプラストミル混練し、実施例1〜11で得られたマイクロカプセルを40重量%添加し、更に60秒間混練した。得られた混練物を加熱プレス装置を用いて180℃、1分間加熱プレスして、長さ300mm、幅2.5mm、厚さ5mmの樹脂プレートを作製した。
作製した各実施例にかかる樹脂プレートを、20℃の環境下でリオン社製の損失係数測定器(RION sound and vibration signal analyzer SA−74)で、周波数500、1000、5000Hz近辺における損失係数(η)を測定した。結果を表1に示す。
【0045】
【表1】

【産業上の利用可能性】
【0046】
本発明によれば、制振材料や防音材料に用いたときに、該制振材料や防音材料に優れた防音性及び制振性を発現させることができるマイクロカプセル、該マイクロカプセルを用いてなる組成物、及び、制振・防音部材を提供することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
樹脂からなるシェル部分に高粘性流体が内包されていることを特徴とするマイクロカプセル。
【請求項2】
高粘性流体は、B型粘度計を用いて測定した25℃における粘度が500〜1万mPa・sであることを特徴とする請求項1記載のマイクロカプセル。
【請求項3】
高粘性流体は、B型粘度計を用いて測定した40℃における粘度が180〜1万mPa・sであることを特徴とする請求項1又は2記載のマイクロカプセル。
【請求項4】
シェル部分は、架橋された樹脂からなることを特徴とする請求項1、2又は3記載のマイクロカプセル。
【請求項5】
シェル部分を構成する樹脂は、ウレタン、ゼラチン、メラミン、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、及び、塩化ビニリデンからなる群より選択される少なくとも1種からなる重合体又は共重合体、若しくは、エチレンビニルアルコール共重合体又はポリビニルアルコールからなることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載のマイクロカプセル。
【請求項6】
粒子径が50〜500μmであることを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載のマイクロカプセル。
【請求項7】
圧縮強度が100mN以上であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6記載のマイクロカプセル。
【請求項8】
バインダー成分と、請求項1、2、3、4、5、6又は7記載のマイクロカプセルとを含有することを特徴とする組成物。
【請求項9】
請求項8記載の組成物からなることを特徴とする制振・防音部材。
【請求項10】
中央加振法により測定した1000Hzの損失係数が0.08以上であることを特徴とする請求項9記載の制振・防音部材。



【公開番号】特開2006−336786(P2006−336786A)
【公開日】平成18年12月14日(2006.12.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−163548(P2005−163548)
【出願日】平成17年6月3日(2005.6.3)
【出願人】(000002174)積水化学工業株式会社 (5,781)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】