JP2006504826A

JP2006504826A - 優れた吸音特性を有するポリビニルブチラール中間層およびその製造方法

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Publication number: JP2006504826A
Application number: JP2004548612A
Authority: JP
Inventors: ジェイ．ベニソンスティーブン; エル．ライマードナルド
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2006-02-09
Also published as: EP1556211A1; US20060008648A1; AU2003290559A1; WO2004039581A1; MXPA05004456A; CA2503122A1; CN1708398A

Abstract

本発明は、単一の可塑剤で可塑化され、音響減衰特性を有するＰＶＢ中間層である。本発明の中間層は、ガラス積層体に使用されると、安全ガラス積層体として使用するに十分な強度を付与することができる。

Description

本発明は、遮音装置または物品に有用な音響減衰特性を有する中間層に関する。本発明は、特に、騒音低減用のガラス積層体に有用な音響減衰特性を有するポリビニルブチラール中間層に関する。

この出願は、２００２年１０月２９日に出願した米国仮出願第６０／４２１，９４５号の利益を主張するものである。

可塑化ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）シートは、例えば、自動車、オートバイ、ボート、飛行機などの車両のフロントガラスや、例えば、オフィスビル、アパート、家屋および／または商業ビルなどのビルの窓などの透明な積層構造体の製造に使用されている。

現代の車両、特に列車、飛行機および自動車では、乗客の快適性が、こうした車両を含む商業務において重要なセールスポイントになってきている。現代の車両における重要な特徴の一つは、車両の客室外部からの騒音を最小にする性能である。特に、自動車は、乗客に対する吸音特性を改善するターゲットとなっている。エンジンルームからの騒音、路面あるいは地面を回転するタイヤ音からの音響、および、車が空気を切り裂いて高速で走るときの風切り音は、全て、意図したように車が使われるときに発生する騒音である。

乗客の乗車時の静けさを改善するために、車には、新しいタイヤの設計や、外部から車両の客室へ侵入する音波を減衰させる高分子遮音材を含め、様々な改良や修正が加えられてきている。しかしながら、主な騒音源の一つは、車両の窓を通じて侵入してくる音であり、窓は、普通、音波、特に臨界可聴周波数の音波の良導体である。

さらに、オフィスその他のビルで、ビル外部から発せられた騒音が、ビル内部において不快なレベルに達する可能性がある場合、その音響を低減することが望まれる。図１は、ＩＳＯ１４０テストプロトコルにしたがって測定した、単層構造のガラス板の音の透過損失特性を示している。よく知られている臨界周波数での透過損失特性の低下は、コインシデンスディップとして知られており、ガラスの遮音性には特に有害である。このようなディップは、ポリマー中間層が２層の構成ガラスの振動を分断し、コインシデンスディップ周波数付近での振動を効果的に減衰させることができるだけの柔軟性を持つ積層構造体を形成することにより、緩和されることが知られている［（非特許文献１）］。従来の市販のＰＶＢ−ガラス積層体の透過損失もプロットされており、コインシデンスディップ領域での透過損失に若干の改善が認められる。図２は、単層構造のガラスと従来のＰＶＢをラミネートした積層ガラスの曲げ減衰特性を示している。曲げ減衰は、ＩＳＯＰＤＰＡＳ１６９４０により測定した。従来のＰＶＢ中間層は積層体の減衰特性を大きく増大させ、コインシデンスディップを緩和するのに寄与している。この種の減衰は、車両本体の構造振動を起源としフロントガラスを介して発生した騒音を減らすのにも寄与している。

種々の特許が、車両および／またはビルの騒音低減の問題に対処しようと試みている。米国特許公報（特許文献１）および米国特許公報（特許文献２）には、従来のポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を含む車両用吸音積層ガラスが記載されている。そこに記載されているＰＶＢ減衰積層体の音響減衰特性は、温度依存性が高い。米国特許公報（特許文献３）には、ポリアクリレートなどの振動減衰層、ＰＶＢなどの少なくとも１つの柔軟性を有するプラスチック層および剛性のガラスまたはプラスチックシートを備えた音響減衰積層体が記載されている。米国特許公報（特許文献４）には、高吸音性フィルムと少なくとも１枚のＰＶＢなどの普通の吸音性を有するフィルムとを組み合わせた防音積層ガラス板が記載されている。米国特許公報（特許文献５）には、２種類のポリビニルアセタールフィルムを組み合わせた遮音積層ガラス用中間層、あるいは、遮音材用の２種類のポリビニルアセタールフィルムを組み合わせた中間層が記載されている。一方のポリビニルアセタールは、炭素が６〜１０のアルデヒドから生成され、他方は炭素が１〜４のアルデヒドから生成されている。米国特許公報（特許文献６）には、２枚のガラスシートの間にＰＶＢ／ＰＥＴ／アクリレート／ＰＥＴ／ＰＶＢの順で積層したポリマー層を配置した防音積層窓が記載されている。ＰＶＢ層は標準のＰＶＢである。（特許文献７）には、成分の１つとしてポリアルキレングリコールを３０〜７０重量％含有する、２０〜５０重量％の二成分可塑剤混合物で、ＰＶＢを軟化（可塑化）したガラス積層体が記載されている。この後者の出願には、加工の困難さにより音の減衰に適用するには不適切なものとして、単一成分の可塑剤で軟化したＰＶＢが記載されている。

米国特許第５，３６８，９１７号明細書米国特許第５，４７８，６１５号明細書米国特許第６，１３２，８８２号明細書米国特許第５，７７３，１０２号明細書米国特許第５，１９０，８２６号明細書米国特許第６，０７４，７３２号明細書国際公開第０１／１９７４７Ａ１号パンフレット米国特許第３，１５３，００９号明細書レオ・エル・ベラネック（ＬｅｏＬ．Ｂｅｒａｎｅｋ）（編）、イストバン・エル・ベア（ＩｓｔｖａｎＬ．Ｖｅｒ）（編）、「ノイズ・アンド・バイブレーション・コントロール・エンジニアリング：プリンシプルズ・アンド・アプリケーションズ（ＮｏｉｓｅａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」、第２版、１９９２年８月

標準安全ガラスの利益を有し、また、外部の音響を減衰する利益も有する、窓用ガラス積層体が望まれる。また、単一の可塑剤で可塑化したＰＶＢ中間層を使用して、すなわち、標準安全ガラスのように、１種類の中間層材料を使用して、そのような積層体を形成することが望まれる。

１つの態様では、本発明は、吸音積層体の製造に有用な音響減衰特性を有する中間層であって、（ｉ）約１７〜約２３の範囲のヒドロキシル価を有するポリビニルブチラール（ＰＶＢ）および（ｉｉ）単一の可塑剤として、約４０〜約５０ｐｐｈの範囲の量の一成分可塑剤テトラエチレングリコール２−ヘプタノエート、を含むか、または、それらから本質的になる中間層である。

別の態様では、本発明は、音響減衰特性を有するガラス積層体であって、２枚のガラスの間に配置されたポリビニルブチラールの均質な中間層を含むか、または、それから本質的になり、ＰＶＢは、約１７〜約２３の範囲のヒドロキシル価を有し、かつ、約４０〜約５０ｐｐｈの量の単一の可塑剤を含むガラス積層体である。

さらに別の態様では、本発明は、音響減衰特性を有する物品であって、音響減衰特性を有するガラス積層体を備え、その積層体は、２枚のガラスの間に配置されたポリビニルブチラールの均質な中間層を含むか、または、それから本質的になり、ＰＶＢは、約１７〜約２３の範囲のヒドロキシル価を有し、かつ、約４０〜約５０ｐｐｈの量の単一の可塑剤を含む物品である。

一つの実施形態では、本発明は音響減衰特性を有するポリビニルブチラール（ＰＶＢ）中間層材料である。本発明の音響減衰ＰＶＢ中間層は、約１０℃〜約３０℃の範囲の温度において、約１０Ｈｚ〜約１０，０００Ｈｚの周波数範囲で、音響減衰特性を示す。好ましくは、中間層は、約１０℃〜約３０℃の範囲の温度において、約１０００Ｈｚ〜約５０００Ｈｚの範囲で、音響減衰特性を示す。より好ましくは、中間層は、約１５℃〜約２５℃の範囲の温度において上記の音響減衰特性を示す。

本発明のＰＶＢは、柔軟で、追随性および粘弾性を示すＰＶＢ中間層が得られるような量の単一（一成分）の可塑剤によって可塑化される。本発明のＰＶＢ中間層を得るには、百部当たり約４０部（ｐｐｈ）から約５０ｐｐｈでＰＶＢを可塑化すればよい。好ましくは約４１ｐｐｈ〜約４９ｐｐｈで、より好ましくは約４２ｐｐｈ〜約４９ｐｐｈで、最も好ましくは、約４４ｐｐｈ〜約４７ｐｐｈで、中間層を可塑化する。中間層が追随性を示し、かつ、ここでの使用に適したものとするために必要な可塑剤の量は、使用する可塑剤の量のほか、その他の因子にも依存する。

本発明の使用に適した可塑剤は、従来からＰＶＢに使用されているものであればよい。可塑化ＰＶＢの製造に有用な従来から知られる可塑剤としては、例えば、トリエチレングリコールジ（２−エチルヘキサノエート）（３ＧＯ）、テトラエチレングリコールジヘプタノエート（４Ｇ７）、トリエチレングリコールジ（２−エチルブチレート）およびジ−ヘキシルアジペートなどのポリエチレングリコールのジエステルなどが挙げられる。可塑剤は、上記の量において、ヒドロキシル価（ＯＨ価）が約１７〜約２３のＰＶＢと相溶性を有する（すなわち、中間層と単一相を形成する）ものであることが好ましい。本発明のＰＶＢは、約１８〜約２１のＯＨ価を有することが好ましく、ＯＨ価が約１８〜約１９．５であることがより好ましく、約１８〜約１９であることが最も好ましい。ここで使用される特に好ましい可塑剤は、好ましいいかなる範囲においてもＰＶＢと相溶性を有するものである。

本発明の実施にあたって、ＰＶＢ中間層の音響減衰特性を十分に発現させるため、ＰＶＢの可塑化に単一の可塑剤を使用する。特に好ましい実施形態では、本発明は、１８．５のヒドロキシル価を有し、約４０ｐｐｈ〜５０ｐｐｈの量の単一の可塑剤で可塑化されたＰＶＢ中間層を含む、音響減衰特性を有するガラス積層体である。

これまで、ＰＶＢは、多層の中間層を有する吸音ガラス積層体、または、複数の可塑剤を組み合わせてＰＶＢを可塑化した単一の中間層を有する積層体にのみ使用されてきたが、本願特許出願人らは、従来の安全ガラスとしても、また、音響減衰ガラス積層体としても有用な単一の均質中間層ガラス積層体を提供することができるだけの、音響減衰能と、十分な接着力および強度を有するＰＶＢ中間層を見出した。さらに、請求項に記載した中間層は、確立されている積層体製造技術により、ガラスとともに処理して積層体を製造することも可能である。「単一の均質中間層」は、中間層が、１枚のＰＶＢであるか多層のＰＶＢであるか（すなわち、少なくとも１層のＰＶＢ）にかかわらず、１枚のガラスの内表面から第２のガラスの内表面まで同一の組成を有することを意味する。「同一の組成」は、ガラスシート間の少なくとも１層のＰＶＢ中間層のそれぞれの組成が、本発明で定義された組成からなることを意味する。言い換えれば、本発明の「単一の均質中間層」は、本発明の１枚のＰＶＢ中間層であってもよく、または、各中間層シートが、本発明の特許請求の範囲に定義された組成を有するＰＶＢである限り、多層のＰＶＢであってもよいことを意味する。

従来のＰＶＢの所期の性能を発現するのに必要な特性を与えるには、音響減衰ＰＶＢ中間層に、従来のＰＶＢ中間層シートより厚いシートを使用する必要がある。本発明の音響減衰ＰＶＢは、約１５ｍｉｌ〜約７０ｍｉｌの範囲の厚さで使用される。中間層シートの厚さは、好ましくは約２０ｍｉｌ〜約６０ｍｉｌであり、より好ましくは約３０ｍｉｌ〜約４５ｍｉｌである。所望の厚さは、所望の厚さを有する１枚のＰＶＢシートを使用することで得られるが、代わりに、中間層を、各シートを重ね合わせたときに中間層全体の厚さが所望の厚さになるような個々の厚さを有する本発明のＰＶＢからなる多層シートとしてもよい。

本発明のＰＶＢ中間層は、従来からガラスの代替として透明な積層体を提供し、また、従来の試験や測定で安定した構造を有する積層体を提供することができるだけのＰＶＢに対する接着力を有する、他の透明な剛性材料の中間層として、使用することができる。例えば、ポリカーボネート、ポリエステル、およびポリアクリル酸もしくはポリアクリル酸エステルは、本発明の実施にあたって、ガラスの有用な代替物である。

本発明の吸音積層体は、自動車、列車、飛行機、またはその他の原動機付き車両に有用である。例えば、本発明の積層体は、自動車のフロントガラス、リアウィンドウおよびサイドウィンドウとして、列車や飛行機の窓として、リムジンまたは他の高級車両のガラス仕切りとして使用することができる。本発明の吸音積層体は、また、建築用途の使用にも適している。例えば、本発明の吸音積層体は、透明積層体がもたらす美的な特性に加えて音響減衰が必要な、また、安全ガラスの構造保全性が必要な、ビルの窓、ドア、ガラスの仕切り、手すり、ガラスの床、またはその他の用途に使用することができる。

以下の実施例および比較例は、本発明をさらに詳しく説明するためのものである。実施例は、本発明の特許請求の範囲を決して限定するものではなく、また、本発明および／またはここに記載されていることに矛盾するように請求項または明細書を定義するために使用されるものでもない。

ヒドロキシル価を求める分析試験および吸音特性の測定は、下記方法により、それぞれの試料について行った。
ヒドロキシル価：ＡＳＴＭＤ１３９６−９２

（実施例１）
ポリ（ビニルブチラール）シートを次のようにして製造した。９０℃で、商業的に入手可能なポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）の平均重合度６１８のＰＶＡ３２重量部と平均重合度１００５のＰＶＡ６８重量部からなる混合物を、６１５重量部の脱イオン水に溶解した。この溶液に、１．３重量部の８８％パラ−トルエンスルホン酸およびＰＶＡ溶液のｐＨを２とするに十分な量の硫酸を加えた。米国特許公報（特許文献８）に記載の方法を使用して、ヒドロキシル価を１８．５とするに十分な量のｎ−ブチルアルデヒドを加え、乾燥ＰＶＡ重量基準で０．３３％のＤＯＳＳ（ジ−オクチルスルホコハク酸ナトリウム）とこのＰＶＡとを、９０℃に維持した反応器に仕込んだ。１時間保持し、スラリーを得た。消泡のために表面張力調節剤を加え、水酸化ナトリウム溶液で混合物のｐＨをｐＨ１１に増大させ、スラリーを安定化させた。その後、脱イオン水でスラリーを洗浄し、冷却した。残留ヒドロキシル価１８．５の、粒状の白色ＰＶＢ樹脂が得られた。このフレークに、１リットル当たり４グラムのチヌビン（Ｔｉｎｕｖｉｎ）（登録商標）Ｐ、１．２グラムのチヌビン（Ｔｉｎｕｖｉｎ）（登録商標）１２３および１リットル当たり８グラムのオクチルフェノール酸化防止剤を含有する４Ｇ７可塑剤を混合し、押出機内の滞留時間が１０〜２５分になるように押出した。可塑剤の乾燥フレークに対する供給比は、４４：１００（重量：重量）であった。押出し中に酢酸カリウム：酢酸マグネシウムが３：１の水溶液を注入し、カリウム濃度が５０〜１００ｐｐｍとなるように分散させた。スロットダイの位置で測定した溶融温度は１９０℃〜２１５℃であった。記載した改良ＰＶＢで製造した４ｍｍガラス／１ｍｍ吸音ＰＶＢ／４ｍｍガラス積層体の透過損失を測定し、図１に示した。改良ＰＶＢを用いて製造した積層体ビームの曲げ減衰率を図２に示す。

（実施例２）
界面活性剤としてＤＯＳＳの代わりに０．２重量部のラウリル硫酸ナトリウムを使用し、また、他のいかなる表面調節剤も添加しなかった以外は、実施例１と同様にしてＰＶＢフレークを調製した。残留ヒドロキシル価２２．１の、粒状の白色ＰＶＢ樹脂が得られた。このフレークを使用して、実施例１と同様にしてシートを製造した。図２に、この実施例に記載した改良ＰＶＢを用いて製造した積層体ビームの曲げ減衰率を示す。

（実施例３）
実施例１と同様にＰＶＢフレークを調製した。このフレークに、４ｇ／リットルのチヌビン（Ｔｉｎｕｖｉｎ）（登録商標）３２６、４ｇ／リットルのチヌビン（Ｔｉｎｕｖｉｎ）（登録商標）１２３および８ｇ／リットルのオクチルフェノールを含有する４Ｇ７可塑剤を混合し、押出機内の滞留時間が１０〜２５分になるように押出した。可塑剤の乾燥フレークに対する供給比は、４７：１００（重量：重量）であった。押出し中に酢酸カリウム：酢酸マグネシウムが３：１の水溶液を注入し、カリウム濃度が３５〜１００ｐｐｍとなるように分散させた。スロットダイの位置で測定した溶融温度は１９０℃〜２１５℃であった。

（実施例４）
実施例１と同様にしてＰＶＢ樹脂を調製し、可塑剤の乾燥フレークに対する供給比を４９：１００（重量：重量）とした以外は実施例３と同様に配合し、押出した。

（比較例Ｃ１）
実施例１に記載のフレークを使用して、同じ添加剤を含有する３ＧＯ可塑剤を使用し、３ＧＯ可塑剤の乾燥フレークに対する供給比を３７：１００とした以外は、実施例１と同様にしてシートを製造した。音の透過損失特性を図１に、曲げ減衰特性を図２に示す。これらの特性は、これらの図において標準ＰＶＢとして表示されている。

透過損失特性を示す。曲げ減衰特性を示す。

Claims

吸音積層体の製造に有用な音響減衰特性を有する中間層であって、（ｉ）約１７〜約２３の範囲のヒドロキシル価を有するポリビニルブチラール（ＰＶＢ）および（ｉｉ）１００部当たり約４０〜約５０部（ｐｐｈ）の範囲の量の単一の可塑剤、を含むか、または、それらから本質的になることを特徴とする中間層。
前記ＰＶＢは、約１８〜約２１の範囲のヒドロキシル価を有することを特徴とする請求項１に記載の中間層。
前記ＰＶＢは、約１８〜約１９．５の範囲のヒドロキシル価を有することを特徴とする請求項２に記載の中間層。
前記可塑剤は、ポリエチレングリコールのジエステルよりなる群の可塑剤から選択されることを特徴とする請求項３に記載の中間層。
前記可塑剤は、トリエチレングリコールジ（２−エチルヘキサノエート）（３ＧＯ）、テトラエチレングリコールジヘプタノエート（４Ｇ７）、トリエチレングリコールジ（２−エチルブチレート）およびジ−ヘキシルアジペートよりなる群の可塑剤から選択されることを特徴とする請求項４に記載の中間層。
前記可塑剤は、３ＧＯであることを特徴とする請求項５に記載の中間層。
前記可塑剤が、約４４ｐｐｈ〜約４７ｐｐｈの量で存在することを特徴とする請求項５に記載の中間層。
音響減衰特性を有するガラス積層体であって、２枚のガラスの間に配置されたポリビニルブチラールの均質な中間層を含むか、または、それから本質的になり、前記ＰＶＢは、約１７〜約２３の範囲のヒドロキシル価を有し、かつ、約４０〜約５０ｐｐｈの量の単一の可塑剤を含むことを特徴とするガラス積層体。
前記ＰＶＢは、約１８〜約２１の範囲のヒドロキシル価を有することを特徴とする請求項８に記載のガラス積層体。
前記ＰＶＢは、約１８〜約１９．５の範囲のヒドロキシル価を有することを特徴とする請求項９に記載のガラス積層体。
前記可塑剤は、ポリエチレングリコールのジエステルよりなる群の可塑剤から選択されることを特徴とする請求項８に記載のガラス積層体。
前記可塑剤は、トリエチレングリコールジ（２−エチルヘキサノエート）（３ＧＯ）、テトラエチレングリコールジヘプタノエート（４Ｇ７）、トリエチレングリコールジ（２−エチルブチレート）およびジ−ヘキシルアジペートよりなる群の可塑剤から選択されることを特徴とする請求項１１に記載のガラス積層体。
前記可塑剤は、３ＧＯであることを特徴とする請求項１２に記載のガラス積層体。
前記可塑剤が、約４４ｐｐｈ〜約４７ｐｐｈの量で存在することを特徴とする請求項１２に記載のガラス積層体。
音響減衰特性を有するガラス積層体を含む物品であって、前記積層体は、２枚のガラスの間に配置されたポリビニルブチラールの均質な中間層を含むか、または、それから本質的になり、前記ＰＶＢは、約１７〜約２３の範囲のヒドロキシル価を有し、かつ、約４０〜約５０ｐｐｈの量の単一の可塑剤を含むことを特徴とする物品。
前記ＰＶＢは、約１８〜約２１の範囲のヒドロキシル価を有することを特徴とする請求項１５に記載の物品。
前記ＰＶＢは、約１８〜約１９．５の範囲のヒドロキシル価を有することを特徴とする請求項１６に記載の物品。
前記可塑剤は、ポリエチレングリコールのジエステルよりなる群の可塑剤から選択されることを特徴とする請求項１７に記載の物品。
前記可塑剤は、トリエチレングリコールジ（２−エチルヘキサノエート）（３ＧＯ）、テトラエチレングリコールジヘプタノエート（４Ｇ７）、トリエチレングリコールジ（２−エチルブチレート）およびジ−ヘキシルアジペートよりなる群の可塑剤から選択されることを特徴とする請求項１８に記載の物品。
前記可塑剤は、３ＧＯであることを特徴とする請求項１９に記載の物品。
前記可塑剤が、約４４ｐｐｈ〜約４７ｐｐｈの量で存在することを特徴とする請求項１９に記載の物品。
前記物品は、原動機付き車両であることを特徴とする請求項１８に記載の物品。
前記車両は、自動車、列車および飛行機よりなる群から選択されることを特徴とする請求項２２に記載の車両。
前記物品は、ビルであることを特徴とする請求項１８に記載の物品。
前記ガラス積層体は、窓ガラスユニットであることを特徴とする請求項２４に記載の物品。
前記ガラス積層体は、仕切り、壁、床または天井であることを特徴とする請求項２４に記載の物品。