JPH11256720A

JPH11256720A - 吸音材

Info

Publication number: JPH11256720A
Application number: JP10073109A
Authority: JP
Inventors: Mikio Fukumura; 三樹郎福村; Yasuhiro Ueda; 靖博上田; Yasukazu Ishikawa; 泰計石川; Yasushi Kumagai; 康熊谷; Tsuyoshi Tomosada; 強友定
Original assignee: Sekisui Plastics Co Ltd; Sanyo Chemical Industries Ltd
Current assignee: Sanyo Chemical Industries Ltd; Sekisui Kasei Co Ltd
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1999-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】低周波数帯域において優れた吸音特性を有す
る吸音材を提供することを課題とする。【解決手段】熱硬化性樹脂に無機粒子を分散させた発
泡体からなり、無機粒子が実質的に発泡体を構成する気
泡間の気泡柱に存在する吸音材により上記課題を解決す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸音材に関する。
更に詳しくは、周波数１５００Ｈｚ以下の低周波数帯域
において優れた吸音特性を有する吸音材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から発泡ウレタン樹脂、グラスウー
ル、ロックウール等が柔軟性のある施工し易い吸音材と
して広く使用されている。このような吸音材は、建築物
の壁材や天井材の部材として、また騒音を生じる機器の
防音カバー、吸音ダクトの部材等として、又自動車内装
の吸音材等として使用されている。

【０００３】ところで上記発泡ウレタン樹脂、グラスウ
ール、ロックウールは、連通した複雑な気孔、気泡、断
面形状を有している。ここに入射した音波は伝搬してい
く過程でこれらの壁面との衝突或いは摩擦等によりその
エネルギーが吸収され、その結果音波が吸収されること
となる。上記の材料は優れた吸音材として広く用いられ
てはいるが、必ずしも音波の広い周波数の全域で吸音特
性が優れているわけではなく、特に１５００Ｈｚ以下の
低周波数帯域での性能は良くなかった。特に、肉厚の薄
い吸音材で性能が悪かった。

【０００４】従来、低周波数帯域での音波吸収は、例え
ば上記のような吸音材の背後に空間層を設けたり、或い
は穴あき石膏板を背後の空間層に設置すること等のよう
な構造的な工夫を行うことによりなされている。このよ
うな音波吸収法は、大きな設置空間を必要とし、また設
置工事も煩雑になる等の欠点があった。そこでこうした
欠点を軽減しながら、低周波数帯域での音波吸収特性改
善するために以下のような様々な試みがなされている。

【０００５】例えば、特開平５−８０７７５号公報にお
いて提案されている吸音材は、シリカやタルク等の微粉
体を通気性の袋に封入したものからなる。この吸音材
は、低周波数帯域で特異な吸収性能を示すが、吸収帯域
が狭くまた使用中に微粉体が散逸したり、偏ったりして
しまう欠点があった。特開平８−９５５７６号公報に提
案されている吸音材は、特定形状の粉体と繊維材料を樹
脂等のバインダーで固定する構造を有している。この構
造は、粉末と繊維材料を単独で使用した場合の欠点は、
改善されていると考えられるが、それでもなお粉体脱落
の可能性は高く、また吸音材内部の空間構造を自由に設
計することは困難である。

【０００６】上記の如き欠点を有しない吸音材として、
特開平２−１８７７９９号公報には、ウレタン樹脂等の
高分子発泡体とマイカ等の無機フレークからなる吸音材
が提案されている

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平２−１８７７９９号公報に記載された方法では、無
機フレークが高分子発泡体に含まれているため、無機フ
レークが発泡の妨げとなり、高倍率の発泡体を得ること
が困難であった。更に、得られた吸音材の低周波数帯域
での音波吸収も十分でなかった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の発明者等は、上
記課題を解決し、低周波数帯域において優れた吸音特性
を有し、さらに広く或いはシャープな音域での任意の吸
音設計が可能で、二次加工或いは敷設施工の容易な、吸
音材を見いだし本発明に到った。かくして本発明によれ
ば、熱硬化性樹脂に無機粒子を分散させた発泡体からな
り、無機粒子が発泡体を構成する気泡間の気泡柱に実質
的に存在する吸音材が提供される。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の吸音材には、基材樹脂と
して熱硬化性樹脂が使用される。熱硬化性樹脂として
は、ウレタン系樹脂、メラミン系樹脂、エポキシ系樹
脂、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコン系
樹脂、ポリアクリルアミド系樹脂等が挙げられる。これ
ら基材樹脂は、二次加工或いは敷設施工の容易性の観点
から、発泡体として、軟質又は半硬質の性質を有するこ
とが好ましい。なお、軟質とは、例えば、ＡＳＴＭＤ
８８３によれば、発泡体の曲げ或いは引っ張り弾性が
７００ｋｇｆ／ｃｍ²より小さいことを意味し、半硬質
とは、７００〜７０００ｋｇｆ／ｃｍ²の範囲内である
ことを意味すると記載されている。特に好ましい熱硬化
性樹脂は、軟質のポリウレタン樹脂である。

【００１０】なお、メラミン系樹脂、エポキシ系樹脂、
フェノール系樹脂等は、そのままでは通常硬質である
が、発泡倍率を高めたり、架橋密度等の低減、他のモノ
マーによる変性等により、発泡体の弾性率を上記範囲に
制御すれば、本発明の軟質又は半硬質の樹脂として使用
することができる。次に、本発明の吸音材には無機粒子
が含まれている。無機粒子には、熱硬化性樹脂の発泡性
と硬化反応を極度に阻害しないものであれば、フィラー
として知られている公知の無機粒子をいずれも使用する
ことができる。無機粒子としては、例えば、黒鉛、カオ
リン、マイカ、ガラス微粉、ベントナイト、珪藻土、シ
ラスバルーン、ゼオライト、炭化珪素や、鉄や鉛等の各
種の金属粉、酸化鉄、二酸化チタン、酸化マグネシウム
等の金属酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニ
ウム等の金属水酸化物、燐酸マグネシウム、燐酸カルシ
ウム、硫酸カルシウム、珪酸カルシム、炭酸カルシウ
ム、炭酸マグネシウム等が挙げられる。

【００１１】これらの無機粒子は、単独でも、複数組み
合わせて使用してもよい。また、発泡前の添加時に無機
粉体の形状を有していなくてもよく、無機粉体の前駆体
を添加した後、熱硬化樹脂の発泡及び硬化反応に先立っ
て又はほぼ同時に析出させることにより得られた無機粒
子でもよい。無機粉体の前駆体としては、例えば水酸化
マグネシウム又は水酸化アルミニウムと燐酸との混合物
等が挙げられる。

【００１２】無機粒子の平均粒径は、発泡を阻害しない
限りどのような大きさでもよいが、特に５０μｍ以下で
あることが好ましい。また、真比重は１．５以上である
ことが好ましく、できるだけ真比重が高いことが好まし
い。無機粒子の真比重が、できるだけ高いことにより、
同じ効果を得るための無機粒子の配合割合を少なくする
ことができるためである。なお、真比重が１．５未満の
場合、工業的な生産が困難となるため好ましくない。

【００１３】無機粒子の配合割合は、水分を除く吸音材
全体に対して、実質的に３０〜９７重量％であることが
好ましい。このように、本発明の吸音材では、通常知ら
れている発泡体と比較して、はるかに多い割合で無機粒
子が添加されていることが好ましい。ここで、９７重量
％を越える場合は、圧縮弾性率が低下するため好ましく
ない。一方、３０重量％に達しない量では低周波数帯域
での吸音を効率的に行うことが難しいため好ましくな
い。なお、無機粒子が多い割合で添加されていることに
より、ＪＩＳ規格で規定する難燃性を有しているだけで
はなく、建築基準法に定める準不燃性及び不燃性を有す
る吸音材を得ることが可能である。

【００１４】また、本発明では、無機粒子は、発泡体を
構成する気泡間の気泡柱に実質的に存在している。ここ
で、実質的に存在するとは、発泡を妨げない程度に、無
機粒子の殆どが気泡柱内に存在していることを意味す
る。本発明の吸音材としての発泡体は、１．３〜４．５
の真比重を有していることが好ましい。従って、この範
囲内になるように基材樹脂と無機粒子の比重及び配合割
合を調整することが好ましい。ここで、真比重が１．３
より小さい場合、低周波数帯域での吸音を効率的に行う
ことが難しいため好ましくない。一方、４．５より大き
い発泡体は、工業的な生産が困難であるため好ましくな
い。

【００１５】また、本発明の吸音材としての発泡体は、
０．０２〜０．６５の見かけ比重を有することが好まし
い。ここで、見かけ比重が０．０２より小さい場合、低
周波数帯域における吸音特性が十分でないため好ましく
ない。０．６５より大きい場合、連続気泡率が十分高く
ないので、その結果として十分な吸音特性を得ることが
できないので好ましくない。

【００１６】更に、本発明の吸音材としての発泡体は、
０．０２〜０．３ｍｍの範囲の平均気泡径、０．０１〜
０．２ＭＰａの範囲の圧縮弾性率を有することが好まし
い。これら範囲以外の発泡体は、低周波数帯域での吸音
を効率的に行うことが難しいため好ましくない。更にま
た、本発明の吸音材としての発泡体は、連続気泡率が高
いことが好ましく、特に５０〜９９．６％の連続気泡率
を有していることが好ましい。本発明でいう連続気泡率
とは、発泡体の全体積に対する外界へ通じている気泡の
体積の割合を意味する。なお、本発明の吸音材の性質を
妨げない範囲で、独立気泡を含んでいてもよい。

【００１７】ここで発泡体の気泡形状は、通常多面体で
あり、本明細書において、多面体の面の部分を気泡膜と
称し、多面体の稜線の部分を気泡柱と称する。本発明の
吸音材としての発泡体は、少なくとも気泡柱を有してい
る。更に、上記所定の連続気泡率を示すように、気泡膜
が存在し、かつ気泡膜に発泡工程時又は別工程で穴が形
成されている。ここで発泡工程時に穴を形成した場合に
は、円形の穴が形成され、発泡工程とは別工程で穴を形
成した場合には、亀裂状の穴が形成される（本発明にお
いて、穴が形成された後の気泡膜を気泡残膜を称す
る）。また、これら穴の形状は、特に限定されるもので
はなく、連通していさえすれば、どのような形状の穴が
形成されていてもよい。更に、本発明の吸音材としての
発泡材には、気泡膜を有さず、気泡柱のみを有するもの
を含んでいてもよい。また更に、気泡柱は多面体の稜線
の部分に樹脂が集中することにより太くなった、所謂リ
ブ状の柱であってもよい。

【００１８】ここで、図１に本発明の吸音材としての発
泡体の断面の顕微鏡写真を示す。図１から判るように、
本発明の吸音材としての発泡体は、気泡柱と一部に円形
及び／又は亀裂状の穴が形成された気泡残膜から構成さ
れている。なお、気泡残膜は、吸音材が音波と接触する
面積の増加に寄与すると共にそれ自体振動板として働く
ため、より高い吸音効率を提供する役割をする。

【００１９】ここで、本発明の吸音材としての発泡体
は、該発泡体を切断し、切断面の全面積に対して、切断
面の気泡柱及び気泡残膜の存在しない部分の面積が占め
る割合が、７０％以下であることが好ましい。７０％以
下であれば、気泡柱及び気泡残膜が残る面積が多くなる
ので、吸音効率が低下しないためである。なお、上記パ
ラメーターは、製造条件の調整したり、気泡調節剤、触
媒、発泡補助剤等の添加剤を加えることにより所望の吸
音特性が得られるように、調整することができる。

【００２０】本発明の吸音材は、低周波数帯域において
優れた吸音特性を有する。本発明において、低周波数帯
域とは、１５００Ｈｚ以下の帯域を意味し、特に、本発
明の好適な吸音材は、周波数１５０〜１５００Ｈｚの範
囲に吸音特性のピークを有している。このような吸音特
性が得られるのは、以下の理由によると考えられる。即
ち、発泡体における吸音効果の発現は、連通した複雑な
気泡に入射した音波が伝搬していく過程でこれらの気泡
を構成する壁面との衝突及び摩擦等によりそのエネルギ
ーが吸収されることによると考えられている。

【００２１】本発明の吸音材が、例えばガラスウールや
ロックウール等の従来の吸音材より吸音特性が優れてい
るのは、従来の吸音材と比較してより低周波数帯域の音
波の吸収により適した高い比重、気泡径、比較的低い弾
性率、連続気泡率等の吸音要素を有しているためである
と考えられる。なお、本発明の吸音材は発泡体からなる
ため、吸音要素の調整が容易であり、所望の吸音特性を
得ることができる。

【００２２】本発明の吸音材は、二次加工性に優れてい
るため、折り曲げ、圧縮、切削、他の部材との接着等を
容易に行うことができる。そのため吸音材の形状は、特
に限定されず、使用する用途に応じて適宜成形すること
ができる。つまり、本発明の吸音材は、そのままで十分
吸音特性を有しており、従来のように吸音材の背後に空
間層を設けたりする必要がないと共に従来付設が困難で
あった複雑な形状にも容易に成形することができる。ま
た、吸音材自体に複数の孔を開けることにより、吸音帯
域を変化させてもよい。

【００２３】また、本発明の吸音材は、無機粒子の配合
割合等を異ならせることにより得られた異なる帯域の音
波を吸音する複数種の発泡体を、モザイク状に貼り合わ
せたり、積層した構成を有していてもよい。更に、ロッ
クウール、穴あき吸音板等の公知の吸音材と任意に組み
合わせてもよい。更に、本発明の吸音材を、強度、装飾
性等の種々の機能を補完するために、紙、各種不織布、
セラミック紙、プラスチックフィルム、金属箔、石膏ボ
ード等と積層してもよい。

【００２４】本発明の吸音材は、吸音が必要な用途であ
れば、どの様な用途でも使用することができる。特に、
土木建築物の壁、天井等、自動車等の乗り物の内装、エ
ンジンフード、騒音を生じる機器のカバー、消音ダクト
等に有用に使用できる。吸音材の製造方法としては、特
に限定されることなく、公知の発泡方法を使用すること
ができる。例えば、熱硬化性樹脂前駆体を溶融した反応
性組成物に、無機粒子又は無機粒子の前駆体を配合し
て、発泡とほぼ同時に反応硬化することにより本発明の
吸音材を得ることができる。

【００２５】なお、本発明の吸音材は、通常知られるフ
ィラー入り発泡体の場合に比較して添加される無機粉体
の量がはるかに多いため、反応性組成物中の液状物質の
体積が相対的に少なくなり、粘度が上昇する。そのた
め、発泡剤との混合や発泡が、困難な場合がある。この
場合、水を大過剰に加えることにより液体の体積割合を
増やして粘度を下げて、混合及び発泡させ、発泡後に水
を除去することにより、発泡体を得ることができる。

【００２６】発泡剤としては、特に限定されず、公知の
化学反応性発泡剤又は揮発性物理発泡剤を使用すること
ができる。また、無機粒子の前駆体として、液状のもの
を使用すれば、反応性組成物の粘度が下がり、混合及び
発泡性を向上させることができるので好ましい。更に、
無機粒子生成の際に化学反応により気体を発生する前駆
体を使用すれば、発泡性をより高めることができる。

【００２７】ここで、ポリウレタン系樹脂は、連続気泡
率の調整を比較的容易に行うことができるため、本発明
の基材樹脂として好ましい樹脂である。以下、ポリウレ
タン系樹脂を使用した場合について説明する。なお、連
続気泡率の調整は、製造条件を調整することにより発泡
時に行ってもよく、発泡後に発泡体を減圧処理して行っ
てもよい。

【００２８】ポリウレタン系樹脂は、一般に多官能ポリ
オールと多官能イソシアネートのモノマー又はウレタン
系樹脂のプレポリマーを架橋重合させて合成することが
できる。このとき反応系に発泡剤として水を添加すると
共に大過剰の多官能イソシアネートを使用することによ
り、水とイソシアネート又はプレポリマーとを反応させ
て二酸化炭素を発生させれば、水により反応性組成物中
の液状物質の体積を高めることができる。更に、発泡剤
として水と二酸化炭素の両方を使用することができるの
で、より高倍率の発泡体を得ることができる。

【００２９】また、発泡方法としては、押出発泡成形、
型内発泡成形等のいずれの方法も使用することができ
る。また、吸音材の成形は、大サイズに自由発泡したス
ラブから適宜に切り出してもよく、また目的形状に型内
発泡したものでもよく、また板状に連続発泡成型しても
よい。但し、発泡体の少なくとも音波入射面に相当する
側の表皮層は、取り除くことがより好ましい。これは、
表皮層が、内部より早く冷却されるため、気泡径等のパ
ラメーターが内部と異なる場合があるからである。

【００３０】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に説明する。実施例１〜４末端がイソシアネート基であるウレタンプレポリマーと
して、ＴＤＩ（日本ポリウレタン（株）社製、商品名：
コロネートＴ−８０）１００重量部に対して、ポリオキ
シエチレンポリオキシプロピレングリコール（三洋化成
工業（株）社製）、商品名：ニューポールＰＥ−６２）
４２０重量部を反応させプレポリマーとしたもの（プレ
ポリマーのＮＣＯ含量は６．２％）を使用し、これと無
機粉体、水（発泡剤）を使用して型内発泡して吸音剤を
得た。表１に、得られた吸音材に含まれるウレタンポリ
マーの量、無機粉体の種類及び量を示した。

【００３１】

【表１】

【００３２】得られた吸音剤の発泡体としての特性を表
２に示した。なお、真比重測定は、空気比較式比重計を
用いて測定し、発泡体中に孤立した気泡が含まれること
があってもこの測定値をもって算出した値を真比重とみ
なしている。平均気泡径は、ＡＳＴＭＤ２８４２−
６９に準拠し、発泡体の切断平面において６０ｍｍの間
に存在する気泡数を数え算式により計算されている。圧
縮弾性率は、ＪＩＳＫ７２２０に準拠して測定した値
を意味する。

【００３３】

【表２】

【００３４】比較例１〜３公知のウレタンフォーム（積水ウレタン加工社製のセキ
スイウレタン−比較例１）、メラミンフォーム（メッツ
ェラーシァウム社製のメツォノール（Metzonor）−比
較例２）及びグラスウール（旭ファイバーグラス社製の
グラスロンウール−比較例３）の特性をそれぞれ表３に
示した。

【００３５】

【表３】

【００３６】上記実施例１〜４及び比較例１〜３の吸音
材の吸音率を測定した。結果を図２及び３に示す。な
お、吸音率（垂直入射吸音率）は、ＪＩＳＡ１４０
５の垂直入射法に準じて、試料（吸音材）厚み３０ｍ
ｍ、背後空気層なしの条件にて測定した。図２及び３よ
り明らかなように、実施例の吸音材は、周波数１５０〜
１５００Ｈｚの範囲に吸音特性のピークを有している。

【００３７】

【発明の効果】本発明の吸音材は、周波数１５００Ｈｚ
以下の低周波数帯域において優れた吸音特性を有する。
また、従来のように大きな設置空間を必要とせず、設置
工事も簡便にすることができる。また、所望の形状に容
易に成形することができるため、従来付設が困難であっ
た、複雑な形状の吸音材も容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吸音材としての発泡体の断面の電子顕
微鏡写真である。

【図２】実施例１〜４の吸音率を示すグラフである。

【図３】比較例１〜３の吸音率を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石川泰計奈良市紀寺町384番地の５ (72)発明者熊谷康京都市東山区一橋野本町11番地の１三洋化成工業株式会社内 (72)発明者友定強京都市東山区一橋野本町11番地の１三洋化成工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱硬化性樹脂に無機粒子を分散させた発
泡体からなり、無機粒子が発泡体を構成する気泡間の気
泡柱に実質的に存在する吸音材。
【請求項２】発泡体が、真比重１．３〜４．５、見か
け比重０．０２〜０．６５、圧縮弾性率０．０１〜０．
２ＭＰａ、平均気泡径０．２〜３．０ｍｍである請求項
１に記載の吸音材。
【請求項３】発泡体が、５０〜９９．６％の連続気泡
率を有する請求項１又は２に記載の吸音材。
【請求項４】吸音材が、周波数１５０〜１５００Ｈｚ
の範囲に吸音特性のピーク曲線を有する請求項１〜３い
ずれか１つに記載の吸音材。
【請求項５】熱硬化樹脂が、ウレタン系樹脂、メラミ
ン系樹脂、ポリイミド系樹脂又はシリコン系樹脂である
請求項１〜４いずれか１つに記載の吸音材。