説明

無機繊維集合体及びその製造方法

【課題】ホルムアルデヒドの刺激臭が発生しない有機バインダー用いた無機繊維集合体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】無機繊維12を集合させるとともに、無機繊維12の一部繊維間に、糖類とポリイソシアネートとを含むバインダー16を付着させるステップと、バインダー16が付着した無機繊維12を、糖類がポリイソシアネートで架橋される架橋温度に加熱して、この架橋されたバインダー16により一部繊維間を結合するステップとを含む無機繊維集合体の製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無機繊維をバインダーで結合した無機繊維集合体に関するものである。
【背景技術】
【0002】
自動車等の排気管に装着される消音器(マフラー)の吸音材としては、ガラス繊維をバインダーで結合したものが用いられている。
【0003】
例えば、特許文献1に記載のように、フェノール樹脂等のバインダーでガラス繊維を結合したものがある。しかし、フェノール樹脂バインダーは、ホルムアルデヒドを原料としていることから、製造時及び使用時に、ホルムアルデヒド等の刺激臭の発生があり、自動車の分野では嫌われている。
【0004】
使用時の臭気が少ないことから、無機バインダーでガラス繊維を結合することも考えられる。しかし、無機バインダーは、高温においても結合力が低下しないことから、硬くなりすぎる傾向がある。
【0005】
特許文献2、3には、自動車内装部品の製造や、建築内装材の接着に用いられる、強固な密着性を有すると共に耐熱性に優れる熱硬化性のバインダーとして、澱粉等の糖類をポリイソシアネートで架橋するものが提案されている。ただし、特許文献2、3には、このバインダーをガラス繊維等の無機繊維の結合に用いる用途は記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平8−177461号公報
【特許文献2】特開2007−262366号公報
【特許文献3】特開2008−179736号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上記のように、フェノール樹脂バインダーは、製造時及び使用時に、ホルムアルデヒドの刺激臭が発生し、無機バインダーは、硬くなりすぎる傾向がある。
【0008】
そこで、本発明は、ホルムアルデヒドの刺激臭が発生しない有機バインダーを用いた無機繊維集合体及びその製造方法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】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明の無機繊維集合体は、集合された無機繊維の一部繊維間が、該一部繊維間に付着して熱により糖類がポリイソシアネートで架橋されたバインダーにより結合されている。
【0010】
また、本発明の別の無機繊維集合体は、集合された無機繊維の一部繊維間が、該一部繊維間に付着して熱により糖類がポリイソシアネートで架橋されたバインダーにより結合され、前記バインダーの一部又は全部が炭化している。
【0011】
上記課題を解決するために、本発明の無機繊維集合体の製造方法は、無機繊維を集合させるとともに、該無機繊維の一部繊維間に、糖類とポリイソシアネートとを含むバインダーを付着させるステップと、前記バインダーが付着した無機繊維を、前記糖類が前記ポリイソシアネートで架橋される架橋温度に加熱して、該架橋されたバインダーにより一部繊維間を結合するステップとを含む。
【0012】
また、本発明の別の無機繊維集合体の製造方法は、無機繊維を集合させるとともに、該無機繊維の一部繊維間に、糖類とポリイソシアネートとを含むバインダーを付着させるステップと、前記バインダーが付着した無機繊維を、前記糖類が前記ポリイソシアネートで架橋される架橋温度に加熱して、該架橋されたバインダーにより一部繊維間を結合するステップと、前記バインダーにより結合された無機繊維を、前記バインダーが炭化する温度に加熱して、前記バインダーの一部又は全部を炭化させるステップとを含む。
【0013】
本発明の無機繊維集合体及び無機繊維集合体の製造方法の各要素の態様を以下に例示する。
【0014】
1.無機繊維集合体
無機繊維集合体の用途は、特に限定されないが、次のもの等が例示できる。
・消音器用吸音材
・オーブンレンジ用断熱材
・自動車用防音材
自動車用防音材の場合の使用場所は、特に限定されないが、ボンネットの裏等が例示できる。
・家電用パッキン
家電としては、特に限定されないが、電気ポット、炊飯器、ホットプレート、電子レンジ等が例示できる。
・ガス燃焼機器用パッキン
ガス燃焼機器としては、特に限定されないが、給湯器、ガスコンロ、ファンヒータ、ストーブ等が例示できる。
【0015】
2.無機繊維
無機繊維としては、特に限定されないが、ガラス繊維、シリカ繊維、ロックウール繊維、セラミック繊維、アルミナ繊維、バサルト繊維等が例示できる。安全面で優れることから、ガラス繊維、シリカ繊維が好ましく、コストの面で優れることから、ガラス繊維がより好ましい。
【0016】
無機繊維の形態は、特に限定されないが、長繊維であってもよいし、短繊維であってもよい。無機繊維集合体が消音器用吸音材の場合には、無機繊維の飛散(特に使用時における)を防止できることから、繊維長が長い(50mm以上)ものであることが好ましい。一方、無機繊維集合体が、レンジ用断熱材、自動車用防音材、家電用パッキン又はガス燃焼機器用パッキンの場合には、平均繊維長が50〜150mmのものであることが好ましい。50mm未満では、繊維同士が絡み難いため、マット状になり難い。一方、150mmを超えると、製造設備に繊維が巻き付き易いため、製造工程が安定しない。
【0017】
無機繊維の太さは、特に限定されないが、3〜24μmが好ましい。3μm未満では、剛性が低いため、繊維が切れ易い。一方、24μmを超えると、剛性が高すぎるため、繊維同士が絡み難い。より好ましくは、5〜12μmである。
【0018】
3.バインダー
バインダーは、糖類、ポリイソシアネート以外の成分、例えば、触媒等を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。架橋時間の短縮や架橋温度の低下のための触媒としては、特に限定されないが、アミン系化合物、有機金属化合物等のポリウレタンに用いられる触媒等が例示できる。温度(特に100℃以上の温度)による結合力の変化が少ないことから、バインダーは、熱硬化性であることが好ましい。
【0019】
バインダーの添加量は、特に限定されないが、無機繊維100質量部に対し、2〜30質量部が例示できる。
無機繊維集合体が消音器用吸音材の場合のバインダーの添加量は、無機繊維100質量部に対し、3〜15質量部であることが好ましい。
無機繊維集合体がオーブンレンジ用断熱材の場合のバインダーの添加量は、無機繊維90質量部に対し、2〜10質量部であることが好ましい。
無機繊維集合体が自動車用防音材の場合のバインダーの添加量は、無機繊維80質量部に対し、10〜20質量部であることが好ましい。
無機繊維集合体が、家電用パッキン又はガス燃焼機器用パッキンの場合のバインダーの添加量は、無機繊維90質量部に対し、2〜10質量部であることが好ましい。
それぞれ、上記範囲の下限未満では結合力が弱くなり、上記範囲の上限を超えると硬くなりすぎるからである。
【0020】
3−1.糖類
糖類としては、特に限定されないが、グルコース等の単糖類、スクロール、マルトース等の二糖類、オリゴ糖等の少糖類、澱粉、セルロース等の多糖類等が例示でき、これらの糖類を単独で用いてもよいし、二種以上を混ぜ合わせて(混合物として)用いてもよい。
【0021】
3−2.ポリイソシアネート
ポリイソシアネートとしては、特に限定されないが、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、トリレンジイソシアネート(TDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、ナフタレンジイソシアネート(NDI)、テトラメチレンキシリレンジイソシアネート(TMXDI)等の芳香族系イソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、水素添加(水添)MDI、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI)、水添XDI(H6XDI)等の脂環族系イソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ダイマー酸ジイソシアネート(DDI)、ノルボルネン・ジイソシアネート(NBDI)等の脂肪族系イソシアネート等、これらのビウレット化物、イソシアヌレート化物、カルボジイミド変性体等が例示でき、これらのポリイソシアネートを単独で用いてもよいし、二種以上を混ぜ合わせて(混合物として)用いてもよい。
【0022】
4.架橋温度
架橋温度は、糖類のヒドロキシ基とポリイソシアネートのイソシアネート基とが反応する温度以上であれば、特に限定されないが、160〜230℃が例示できる。
【0023】
5.炭化
バインダーが炭化する温度(バインダーの炭化温度)は、有機物であるバインダーが分解炭化する温度以上(270℃以上)であれば、特に限定されないが、無機繊維への影響が少なく、効率的に炭化が行えることから、300〜350℃であることが好ましい。
また、炭化は、バインダーによる結合力が残るよう、一部が炭化されていることが好ましい。
【発明の効果】
【0024】
本発明によれば、ホルムアルデヒドの刺激臭が発生しない有機バインダーを用いた無機繊維集合体を提供することができる。
また、バインダーの一部又は全部を炭化することで、使用時にホルムアルデヒド以外のの臭気が減らせる無機繊維集合体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の実施例1の消音器用吸音材の斜視図及び一部を拡大した模式図である。
【図2】同消音器用吸音材の製造工程の一部の模式図である。
【図3】本発明の実施例のオーブンレンジ用断熱材、自動車用防音材、家電用パッキン又はガス燃焼機器用パッキンの製造工程の一部の模式図である。
【図4】本発明の実施例の自動車用防音材の成形工程の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例1】
【0026】
本発明の実施例1の消音器用吸音材10について、図1、図2を用いて説明する。
【0027】
消音器用吸音材10は、図1に示すように、綿状に集合されたガラス繊維12の一部の繊維間が、この一部の繊維間に付着して熱により澱粉がポリイソシアネートで架橋された熱硬化性バインダー16により結合されたものである。ガラス繊維12には、Eガラスの長繊維からなり、線径が約24μmの連続繊維を用いた。熱硬化性バインダーには、澱粉とポリイソシアネートとを含む大榮産業社の商品名「バイオプレポリマーDBP2301」を用いた。
【0028】
次に、消音器用吸音材10の製造方法について説明する。
【0029】
図2に示すように、7000TEXのロービング13にした、ガラス繊維12を噴射ノズル14に供給し、約0.5MPaのエアーと共に噴射ノズル14の先端から形枠15内に噴射する。ガラス繊維12は、エアーと共に噴射されることで開繊され、形枠15内に集積される。
【0030】
また、粉末状の熱硬化性バインダー16を吹付けノズル17の先端からエアーにより開繊されたガラス繊維12に向けて噴射して、ガラス繊維12に吹付ける。熱硬化性バインダーの添加量は、ガラス繊維100質量部に対し、約4質量部である。なお、熱硬化性バインダー16の付着をよくするため、噴射ノズル14に水を供給して、ガラス繊維12を水で濡らしてもよい。
【0031】
開繊されたガラス繊維12は、形枠15内に綿状に充填される。形枠15は、内空間に金網18が設けられ、この金網18によりガラス繊維12が形枠15から出ないようにして、内空間を吸引により整流している。
【0032】
充填されたガラス繊維12は、200℃の温度、30分間の加熱時間の加熱条件で形枠15ごと加熱されることで、ガラス繊維12に付着した熱硬化性バインダー16の澱粉がポリイソシアネートで架橋され、一部のガラス繊維12同士を結合して、消音器用吸音材10が形成される。
【0033】
実施例1の消音器用吸音材10は、澱粉をポリイソシアネートで架橋する熱硬化性バインダーを用いることから、製造時及び使用時にホルムアルデヒドの臭気が発生することがなく、硬くなりすぎることもない。また、ガラスの連続繊維を用いることから、使用時等におけるガラス繊維の飛散を防止できる。
【実施例2】
【0034】
本発明の実施例2のオーブンレンジ用断熱材について説明する。
【0035】
オーブンレンジ用断熱材は、フェルト状に集合されたガラス繊維12の一部の繊維間が、この一部の繊維間に付着して熱により澱粉がポリイソシアネートで架橋された熱硬化性バインダー16により結合されたものである。熱硬化性バインダー16は炭化されている。ガラス繊維12には、Eガラスの長繊維のチョップからなり、線径が約5μmで繊維長が約75mmのものを用いた。熱硬化性バインダー16には、澱粉とポリイソシアネートとを含む大榮産業社の商品名「バイオプレポリマーDBP2301」を用いた。
【0036】
次に、オーブンレンジ用断熱材の製造方法について図3を用いて説明する。
【0037】
先ず、調合機コンベアに90質量部のガラス繊維12を並べ、その上から粉末の熱硬化性バインダー16を15質量部振り掛けて、ガラス繊維12に熱硬化性バインダー16を付着させる。その後、給綿機を用いて開繊する。なお、開繊が悪い場合には、給綿機による開繊を繰り返す。
【0038】
開繊されたものに、カード機を用いてウェブを作る。その後、クロスレイヤー機を用いて、所望の目付(例えば700g/m)になるように積層する。なお、積層されたものが所望の厚さ(例えば15mm)になるよう、ガラス繊維12の隙間を調整する。
【0039】
積層されたものを、加熱炉内を通過するコンベア(ヒーターコンベア)に載せて、200℃の温度で5分間の加熱を行って、ガラス繊維12に付着した熱硬化性バインダー16の澱粉がポリイソシアネートで架橋され、一部のガラス繊維12同士を結合して、マット状にする。その後、ロールに巻き取る。
【0040】
ロールに巻き取られたものを、350℃で1分間加熱して、少なくとも熱硬化性バインダー16の表面を炭化させた後、打抜機を用いてトムソン刃で打抜いてオーブンレンジ用断熱材が形成される。
【0041】
実施例2のオーブンレンジ用断熱材は、澱粉をポリイソシアネートで架橋する熱硬化性バインダーを用いたことから、製造時及び使用時にホルムアルデヒドの臭気が発生することがなく、硬くなりすぎることもない。また、少なくともバインダーの表面が炭化するまで加熱することから、バインダーの未反応物や、分解物等の揮発を低減でき、使用時の臭気を低減できる。
【実施例3】
【0042】
本発明の実施例3の自動車用防音材について説明する。
【0043】
自動車用防音材は、フェルト状に集合されたガラス繊維12の一部の繊維間が、この一部の繊維間に付着して熱により澱粉がポリイソシアネートで架橋された熱硬化性バインダー16により結合されたものである。ガラス繊維12には、Eガラスの長繊維のチョップからなり、線径が9μmで繊維長が約75mmのものを用いた。熱硬化性バインダー16には、澱粉とポリイソシアネートとを含む大榮産業社の商品名「バイオプレポリマーDBP2301」を用いた。
【0044】
次に、自動車用防音材の製造方法について図3、図4を用いて説明する。
【0045】
先ず、調合機コンベアに80質量部のガラス繊維12を並べ、その上から粉末の熱硬化性バインダー16を30質量部振り掛けて、ガラス繊維12に熱硬化性バインダー16を付着させる。その後、給綿機を用いて開繊する。なお、開繊が悪い場合には、給綿機による開繊を繰り返す。
【0046】
開繊されたものに、カード機を用いてウェブを作る。その後、クロスレイヤー機を用いて、所望の目付(例えば1500g/m)になるように積層する。
【0047】
積層されたものを、加熱炉内を通過するコンベア(ヒーターコンベア)に載せて、200℃の温度で1分間の加熱を行って、ガラス繊維12に付着した熱硬化性バインダー16の澱粉がポリイソシアネートで架橋され、一部のガラス繊維12同士を結合して、セミキュアマットにする。その後、ロールに巻き取る。
【0048】
ロールに巻き取られたセミキュアマットを所望の長さに切断した後、図4に示すように、油圧プレス機に取り付けた成形型を用いて230℃の温度、1分間の加熱時間の条件で成形を行い、ガラス繊維12に付着した熱硬化性バインダー16の澱粉がポリイソシアネートで架橋され、一部(セミキュアマットの状態よりは多い)のガラス繊維12同士を結合すると共に成形する。その後、成形されたものにトリミングを行い、自動車用防音材が形成される。
【0049】
実施例3の自動車用防音材は、澱粉をポリイソシアネートで架橋する熱硬化性バインダーを用いたことから、製造時及び使用時にホルムアルデヒドが発生することがなく、硬くなりすぎることもない。
【実施例4】
【0050】
本発明の実施例4の家電用又はガス燃焼機器用パッキンについて説明する。
【0051】
家電用又はガス燃焼機器用パッキンは、フェルト状に集合されたガラス繊維12の一部の繊維間が、この一部の繊維間に付着して熱により澱粉がポリイソシアネートで架橋された熱硬化性バインダー16により結合されたものである。ガラス繊維12には、Eガラスの長繊維のチョップからなり、線径が5μmで繊維長が約100mmのものを用いた。熱硬化性バインダー16には、澱粉とポリイソシアネートとを含む大榮産業社の商品名「バイオプレポリマーDBP2301」を用いた。
【0052】
次に、家電用又はガス燃焼機器用パッキンの製造方法について図3を用いて説明する。
家電用又はガス燃焼機器用パッキンは、セミキュアマットの作り方が自動車用防音材のセミキュアマットの作り方と略同じである(90質量部のガラス繊維12に15質量部の熱硬化性バインダー16を振り掛ける点と、目付が500g/mである点のみが異なる)。そこで、セミキュアマットから家電用又はガス燃焼機器用パッキンを成形する工程について説明する。
【0053】
ロールに巻き取られたセミキュアマットを所望の長さ(1m)に切断した後、油圧加熱装置を用い、230℃の温度、2分間の加熱時間の条件で成形を行い、ガラス繊維12に付着した熱硬化性バインダー16の澱粉がポリイソシアネートで架橋され、一部(セミキュアマットの状態よりは多い)のガラス繊維12同士を結合すると共に、厚さ2mの平板状(密度は250Kg/m)に成形する。その後、打抜機を用いてトムソン刃で打抜いて家電用又はガス燃焼機器用パッキンが形成される。
【0054】
実施例4の家電用又はガス燃焼機器用パッキンは、澱粉をポリイソシアネートで架橋する熱硬化性バインダーを用いたことから、製造時及び使用時にホルムアルデヒドが発生することがなく、硬くなりすぎることもない。
【0055】
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
【符号の説明】
【0056】
10 消音器用吸音材
12 ガラス繊維
16 熱硬化性バインダー

【特許請求の範囲】
【請求項1】
無機繊維を集合させるとともに、該無機繊維の一部繊維間に、糖類とポリイソシアネートとを含むバインダーを付着させるステップと、
前記バインダーが付着した無機繊維を、前記糖類が前記ポリイソシアネートで架橋される架橋温度に加熱して、該架橋されたバインダーにより一部繊維間を結合するステップとを含む無機繊維集合体の製造方法。
【請求項2】
無機繊維を集合させるとともに、該無機繊維の一部繊維間に、糖類とポリイソシアネートとを含むバインダーを付着させるステップと、
前記バインダーが付着した無機繊維を、前記糖類が前記ポリイソシアネートで架橋される架橋温度に加熱して、該架橋されたバインダーにより一部繊維間を結合するステップと、
前記バインダーにより結合された無機繊維を、前記バインダーが炭化する温度に加熱して、前記バインダーの一部又は全部を炭化させるステップとを含む無機繊維集合体の製造方法。
【請求項3】
集合された無機繊維の一部繊維間が、該一部繊維間に付着して熱により糖類がポリイソシアネートで架橋されたバインダーにより結合されている無機繊維集合体。
【請求項4】
集合された無機繊維の一部繊維間が、該一部繊維間に付着して熱により糖類がポリイソシアネートで架橋されたバインダーにより結合されて、前記バインダーの一部又は全部が炭化している無機繊維集合体。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−79471(P2013−79471A)
【公開日】平成25年5月2日(2013.5.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−220635(P2011−220635)
【出願日】平成23年10月5日(2011.10.5)
【出願人】(390029735)日本グラスファイバー工業株式会社 (20)
【Fターム(参考)】