特許 7489243 紙モールド材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-15

(45)【発行日】2024-05-23

(54)【発明の名称】紙モールド材

(51)【国際特許分類】

   D21J 3/00 20060101AFI20240516BHJP

   D21H 13/50 20060101ALI20240516BHJP

   D21H 21/34 20060101ALI20240516BHJP

   C09K 21/02 20060101ALI20240516BHJP

【ＦＩ】

D21J3/00

D21H13/50

D21H21/34

C09K21/02

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020117545

(22)【出願日】2020-07-08

(65)【公開番号】P2022014980

(43)【公開日】2022-01-21

【審査請求日】2023-04-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000166432

【氏名又は名称】戸田建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】597047163

【氏名又は名称】日本モウルド工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002033

【氏名又は名称】弁理士法人東名国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】栗木 茂

(72)【発明者】

【氏名】一條 真人

(72)【発明者】

【氏名】大塚 洋之

(72)【発明者】

【氏名】小泉 穂高

(72)【発明者】

【氏名】市川 菜奈絵

(72)【発明者】

【氏名】右田 周平

(72)【発明者】

【氏名】山本 拓弥

(72)【発明者】

【氏名】小田 健人

(72)【発明者】

【氏名】長尾 周作

(72)【発明者】

【氏名】清水 幸浩

【審査官】河内 浩志

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０７７３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－３０２８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００１６９５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０８３９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０３１１３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｄ２１Ｈ１１／００－２７／４２

Ｄ２１Ｊ １／００－ ７／００

Ｃ０９Ｋ２１／００－２１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

紙材料を主原料として含有し、
更に、所定量のカーボン及び水溶性の難燃剤を含み、
前記紙材料が５５～７０質量％、前記カーボンが７～１２質量％、前記難燃剤が１８～３８質量％で配合され、
前記カーボンが、長さが１～５ｍｍの繊維状のカーボンである、紙モールド材。

【請求項2】

前記難燃剤が、ホウ素化合物である、請求項１に記載の紙モールド材。

【請求項3】

前記ホウ素化合物が、ホウ酸とホウ砂または無機塩との組み合わせからなるホウ素化合物である、請求項２に記載の紙モールド材。

【請求項4】

前記無機塩が、ナトリウムを含む無機塩である、請求項３に記載の紙モールド材。

【請求項5】

建材として用いる、請求項１～４のいずれか１項に記載の紙モールド材。

【請求項6】

凹凸形状を有し、５００Ｈｚ～４ｋＨｚの周波数範囲において０．４以上の吸音率を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の紙モールド材。

【請求項7】

凹凸形状を有し、その外周端部において、スチールバーから構成されるシステム天井下地に載置される、請求項１～５のいずれか１項に記載の紙モールド材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は紙モールド材に関し、特に、古紙などの紙材料を用い、軽量で不燃化された紙モールド材に関するものである。

【背景技術】

【0002】

パルプモールドは、古紙などの紙材料を水に溶かして、金網で抄き上げた後、乾燥してできる紙成形品である。この紙成形品は、紙の繊維同士の自己接着性を利用して成形していることから、接着剤が不要であり、食品や機械、電気製品等の梱包材、包装材等に広く利用されている。

【0003】

しかしながら、紙を原材料としているため、燃えやすいという欠点があり、建材としては使用することができなかった。

【0004】

そこで、紙モールド材に難燃性を付与すべく、珪藻土を含有したモールド材が提案されているが（特許文献１，２を参照）、不燃性は付与されるものの、加熱状況下において収縮が生じるという現象が発生する。従って、このようなモールド材を建材として使用するには更なる改善が必要であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１０－３１１３６号公報

【文献】特開２０１０－１０１１４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで、本発明は、上記の従来技術における問題に鑑み、軽量で不燃化され、しかも加熱状況下においても収縮が抑制され、建材として好適に利用できる紙モールド材を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者らは、上記した従来の課題に鑑みて種々検討を重ねた結果、通常不燃化のために用いられるセラミック材料を使用せず、カーボンを所定量配合した紙モールド成形体が、不燃化とともに加熱状況下でも収縮が極めて抑制されるという作用効果を奏することを見出し、本発明に至ったものである。

【0008】

すなわち、本発明は、次の紙モールド材を提供するものである。

【0009】

［１］紙材料を主原料として含有し、
更に、所定量のカーボン及び水溶性の難燃剤を含み、
前記紙材料が５５～７０質量％、前記カーボンが７～１２質量％、前記難燃剤が１８～３８質量％で配合され、
前記カーボンが、長さが１～５ｍｍの繊維状のカーボンである、紙モールド材。

【0012】

［２］前記難燃剤が、ホウ素化合物である、［１］に記載の紙モールド材。

【0013】

［３］前記ホウ素化合物が、ホウ酸とホウ砂または無機塩との組み合わせからなるホウ素化合物である、［２］に記載の紙モールド材。

【0014】

［４］前記無機塩が、ナトリウムを含む無機塩である、［３］に記載の紙モールド材。

【0016】

［５］建材として用いる、［１］～［４］のいずれかに記載の紙モールド材。

【0017】

［６］凹凸形状を有し、５００Ｈｚ～４ｋＨｚの周波数範囲において０．４以上の吸音率を有する、［１］～［５］のいずれかに記載の紙モールド材。

【0018】

［７］凹凸形状を有し、その外周端部において、スチールバーから構成されるシステム天井下地に載置される、［１］～［５］のいずれかに記載の紙モールド材。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、軽量で不燃化され、しかも加熱状況下において収縮が抑制され、建材として好ましく適用できる紙モールド材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明に係る紙モールド材で、天井材の一例を示す上方から見た斜視図である。

【図2】本発明に係る紙モールド材の一例（実施例１）に対し、コーンカロリーメータによる試験結果を示すグラフである。

【図3】本発明に係る紙モールド材で、図１に示す天井材を下方から見た斜視図である。

【図4】図１に示す紙モールド材の端部拡大図である。

【図5】既存のシステム天井下地に本発明に係る紙モールド材を載せた状態を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＺ－Ｚ断面図、（ｃ）は（ｂ）の端部拡大図である。

【図6】本発明の紙モールド材の吸音率を示すグラフである。

【図7】本発明に係る紙モールド材の他の実施形態を模式的に示す図であり、実施例３の吸音率の測定に使用した紙モールド材の厚さ方向の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明をその実施の形態に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に従って、以下の実施の形態を適宜変更、改良などを加えたものも、本発明の範囲に入るものと理解されるべきものである。

【0022】

本発明の紙モールド材は、紙材料を主原料として含有し、更に、所定量のカーボン及び難燃剤を含むものである。本発明の紙モールド材は、古紙などの紙材料とカーボンと難燃剤を所定量配合して得られるモールド成形品である。

【0023】

一般に、パルプモールドは、金網付きの金型を用い減圧吸引等により抄き上げて製造される紙成形品である。本発明では、このパルプモールド（紙成形品）において、燃えやすいという欠点を解消するために、紙材料に対してカーボンと難燃剤を所定量配合して構成した紙モールド材が、不燃性とともに収縮が抑制されるという効果を奏することを見出したものである。

【0024】

本発明に係る紙モールド材は、軽量であり、不燃性で且つ収縮が抑制されているという特徴を備えることから、建材として好ましく使用することができる。

【0025】

本発明に係る紙モールド材はモールド成形により作製することができ、これにより、多彩な形状のものを作製することができる。例えば、凹凸形状とすることにより、吸音性能を持たせることができる。また、角錐台や円錐台に類似した形状とすることで、システム天井や壁の装飾材として好ましく使用することができる。

【0026】

本発明の紙モールド材に用いる紙材料としては、新聞、雑誌、ＯＡ用紙、段ボール紙などの古紙が好ましく用いられる。なお、当然ながら、新しい紙であるバージン材を用いることもでき、この場合は、バージン材の種類や古紙との配合割合を適宜変更することで、得られる紙モールド材の強度や色艶を向上させることができる。なお、本明細書において、主原料とは、紙モールド材の５０質量％以上含有するものであることを意味する。紙材料は、５０～７０質量％とすることができる。

【0027】

紙材料に配合されるカーボンとしては、特にその種類は限定されない。また、粉末状、繊維状、切片状など様々な形状のものを用いることができるが、紙材料の紙繊維との相互の絡み、繊維同士の自己接着性に鑑みると、繊維状のカーボンを用いることが好ましい。具体的には、カーボンは繊維状のもので、長さを１～５ｍｍ程度に切断したものが好ましい。

【0028】

紙材料に配合される難燃剤としては、水溶性のものが好ましく使用することができる。具体的には、ホウ酸、グアニジン化合物や、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物などが好ましいが、この中でホウ酸が特に好ましい。

【0029】

本発明は、上記したように、不燃性を付与することを主な目的として、紙材料に対してカーボンと難燃剤をそれぞれ所定量配合して構成した紙モールド材であるが、一般的に不燃性付与の材料として通常考えられるセラミック材料を使用していない。本発明者らが実験などで確認したところ、後述するが、セラミックを配合した紙モールド材は、不燃性は付与されるものの、加熱時に収縮が発生して所望の形状が保持できないという問題が発生することが分かったからである。

【0030】

本発明の紙モールド材において、それぞれの材料の配合割合は、紙材料が５０～７０質量％、カーボンが７～１２質量％、難燃剤が１８～４３質量％であることが好ましい。また、紙材料が５５～６５質量％、カーボンが８～１１質量％、難燃剤が２４～３７質量％であることがより好ましく、紙材料が５７～６３質量％、カーボンが９～１１質量％、難燃剤が２６～３４質量％であることが特に好ましい。

【0031】

本発明の紙モールド材は、軽量で、凹凸形状など多彩な形状が可能であり、不燃性かつ加熱状況下で収縮が極めて小さいという特徴を備えているため、例えば天井材、壁の装飾材などの建材として好ましく使用することができる。また、半球、角錐、角錐台、円錐、円錐台等の凹凸形状とすれば、吸音性能が高まるという優れた効果も生じる。

【0032】

具体的には、本発明の紙モールド材が、半球、角錐、角錐台、円錐、円錐台などの凹凸形状を有し、その形状について、例えば図７に示すような半球状の凹凸形状とし、その外寸を５０ｍｍ×５０ｍｍ～１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、高さを３０ｍｍ～１００ｍｍにした場合、後述する実施例３（図６を参照）のように高い吸音率を示す。具体的には、５００Ｈｚ～４ｋＨｚの周波数範囲において０．４以上の吸音率を有し、特に６３０Ｈｚ付近（５５０～８００Ｈｚ）では１．０に近い（０．７以上）吸音率を発揮する。また、角錐、角錐台、円錐、円錐台などの凹凸形状を有する場合も上記と同様の吸音率を示す。なお、本発明の紙モールド材を岩綿吸音板（厚さ９ｍｍ）と比較すると、図６に示すように、本発明の紙モールド材の吸音率は、１ｋＨｚ以上の周波数においては岩綿吸音板に劣るが、この周波数帯はカーペット等の薄い繊維系材料で容易に吸音することができる。図７は、紙モールド材の厚さ方向の断面の一部を拡大して模式的に示す断面図であり、半球状の凹凸形状を有する紙モールド材の例を示している。

【0033】

また、本発明の紙モールド材は、凹凸形状を有し、その外周端部において、スチールバーから構成されるシステム天井下地に載置されるような形状に成形すると、固定治具などを必要とせず、天井に簡便に備え付けることができる。天井が石膏ボードで作製されている場合には直接貼り付けてもよいし、壁掛けや壁に貼り付けることもできる。凹凸形状としては、特に制限はなく、例えば、半球、角錐、角錐台、円錐、円錐台などを挙げることができる。

【0034】

図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、既存のシステム天井下地（スチールバー）に本発明の紙モールド材を載せた状態を示している。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、システム天井下地（スチールバー）は、所定の間隔を空けて各々平行に配置された複数本のメインスチールＴバー１００と、各メインスチールＴバー１００の間にこれに平行に設けられたクロススチールＴバー１０２と、メインスチールＴバー１００及びクロススチールＴバー１０２に直交し、所定の間隔を空けて各々平行に配置された複数本のサブメインスチールＴバー１０４とから構成され、天井から吊り下げられている。そして、図１に示す紙モールド材１０と同じ構造の天井材２００は、その端部２００ａにおいて、メインスチールＴバー１００、クロススチールＴバー１０２及びサブメインスチールＴバー１０４により載置される。なお、図４は、図１に示す紙モールド材１０の端部を拡大して示す拡大図である。

【0035】

図１は、本発明に係る紙モールド材で、天井材の一例を示す斜視図である。図１の紙モールド材１０は、表面部に四角錐台状の台部１２を４×４の計１６個設けたものである。また、図３は本発明に係る紙モールド材で、図１に示す天井材を下方から見た斜視図である。図１及び図３に示す紙モールド材は、例えば、金網付き金型で吸引成形した（抄き上げた）後、乾燥することで、作製することができる。

【実施例】

【0036】

以下、本発明を実施例、比較例を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0037】

（比較例１～１０）
古紙を水に溶かした後、セラミック（アルカリアースシリケート（ＡＥＳ）からなり、繊維状で長さ３．０ｍｍに切断されたもの）、カーボン（繊維状で長さ３．０ｍｍに切断されたもの）及び難燃剤（ホウ酸、ノンネン：丸菱油化工業社販売の難燃剤の商品名でリン・窒素系化合物）を、表１に示す配合量で混合し撹拌した。これを成形した後、乾燥し、９９ｍｍ×９９ｍｍのシート状である紙モールド材（厚さ１．５ｍｍ±１ｍｍ）の試験品１０個（比較例１～１０）を得た。この紙モールド材の試験品１０個について、不燃化実験を行った。

【0038】

［１］不燃化実験：
不燃化実験は、具体的には、ＩＳＯ ５６６０－１に準拠する試験方法を採用した。即ち、各試験品をコーンヒータで加熱し、発生したガスをスパーク点火器で点火・燃焼させ、その燃焼ガスの酸素濃度を測定する。これにより発熱量や発熱速度を得る。なお、不燃材料の場合、総発熱量８ＭＪ／ｍ^２以下で、防炎上有害な裏面まで貫通する亀裂および穴がないこと等が性能要求事項となる。

【0039】

表１に比較例１～１０の重量、総発熱量、試験後外寸、及び亀裂の有無を示した。なお、試験品の総発熱量はコーンカロリーメータ（東洋精機製作所社製）を用いて求めた。

【0040】

【表1】

【0041】

（実施例１～２、比較例１１～１６）
比較例１と同様にして、同じ寸法（縦９９ｍｍ、横９９ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ±１ｍｍ）のシート状の紙モールド材の試験品８個（実施例１～２、比較例１１～１６）を得た。得られた紙モールド材の試験品８個について、比較例１と同様に不燃化実験を行った。また、表２に実施例１～２、比較例１１～１６の重量、総発熱量、試験後外寸、及び亀裂の有無を示した。なお、実施例１の総発熱量、発熱速度を図２に示す。不燃化実験において、試験後外寸が縦９５ｍｍ×横９５ｍｍ以上であれば合格となり、これよりも収縮した場合（縦９５ｍｍ×横９５ｍｍ未満まで収縮した場合）は不合格となる。

【0042】

【表2】

【0043】

（考察）
上記の実施例１～２、比較例１～１６の結果から明らかなように、古紙にセラミック、カーボン、及びホウ酸やノンネン等の難燃剤を加え、抄き上げて作製した紙モールド材（比較例１～１０）は加熱状況下において比較例５を除いて亀裂は発生しなかったが、いずれも収縮が大きいことが分かる。一方、古紙にカーボン、及びホウ酸の難燃剤を加え、抄き上げて作製した紙モールド材については、カーボンとホウ酸の配合割合により加熱状況下における収縮状況が変わることが分かった。

【0044】

カーボンを５質量％配合した紙モールド材（比較例１１～１６）においては、そのうちホウ酸を２５質量％、３０質量％配合した（残部は古紙）紙モールド材（比較例１３～１６）では、加熱状況下において亀裂が発生するとともに収縮が大きかった。ホウ酸を３５質量％配合した紙モールド材（比較例１１～１２）では、加熱状況下において亀裂は発生しなかったが収縮が大きかった。これに対し、カーボンを１０質量％、ホウ酸を３０質量％、古紙を６０質量％となるように配合した紙モールド材（実施例１～２）においては、加熱状況下で亀裂の発生がなく、収縮も極めて小さく抑制されていることが分かる。

【0045】

（実施例３）
次に、図７に示すような形状の紙モールド材２０の吸音率を測定した。この紙モールド材２０は、半球の外寸Ｗを１１５ｍｍ×１１５ｍｍ、半球の高さＨを５５ｍｍ、半球と半球の間隔Ｙを４５ｍｍ、厚さを１．５ｍｍとした。その結果を図６に示す。図６から分かるように、５００Ｈｚ～４ｋＨｚの広い周波数で０．４以上、特に６３０Ｈｚ付近では１．０に近い吸音率を発揮することができる。また、半球の外寸を５０ｍｍ×５０ｍｍ～１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、高さを３０ｍｍ～１００ｍｍの範囲で変更した場合においても、吸音率はほぼ同様の結果が得られることを確認した。なお、参照例として、岩綿吸音板（厚さ９ｍｍ）の吸音率を図６に示す。

【0046】

［２］吸音率の測定方法：
ＪＩＳ Ａ １４０９（残響室法吸音率の測定方法）に従い、残響室の残響時間を試料（紙モールド材、岩綿吸音板）の有り無しのそれぞれについて測定し、吸音率を算出した。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明によれば、軽量で不燃化され、加熱状況下において収縮が小さく抑制された紙モールド材が提供できるため、その利用分野として、例えば天井材、壁の装飾材などの建材分野に好ましく適用することができ、産業上の利用可能性は極めて高いものである。

【符号の説明】

【0048】

１０，２０・・・紙モールド材
１２・・・台部
１００・・・メインスチールＴバー
１０２・・・クロススチールＴバー
１０４・・・サブメインスチールＴバー
２００・・・天井材
２００ａ・・・天井材の端部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】