JP2006326943A - 不燃発泡ポリウレタン断熱建材 - Google Patents

Abstract

【課題】断熱性能に優れるとともに耐熱性にも優れ、またシックハウス症候群の原因物質となるホルムアルデヒドを発生させることのない不燃性且つ有機系の断熱建材を提供する。
【解決手段】リグニン系物質を溶解状態で含むポリオール溶液とポリイソシアネートとを水の存在下に発泡を伴って重縮合させて成形した、リグニン系物質を全発泡ポリウレタン中２〜４０重量部で含有する発泡ポリウレタン層１２を芯材とし、発泡ポリウレタン層１２に対して金属膜（表面材）１４を発泡ポリウレタンの発泡の際の自己接着により接着剤を用いないで一体化して不燃性発泡ポリウレタン断熱建材１０を構成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は断熱建材に関し、詳しくは芯材として発泡ポリウレタン層を有する不燃性の断熱建材に関する。

従来より、断熱性を有する断熱建材が各種建物に広く使用されている。
この断熱建材には大きく分けて無機系のものと有機系のものとがあり、それぞれの特徴を生かして使用されている。
一般的に有機系の断熱建材は、無機系の断熱建材に比べて断熱性能は高いものの材料の特性上熱に弱く、建築基準法上使用に制限を受ける部分が多い。

これに対して無機系の断熱建材は、熱には強い特性があるが断熱性能が劣り、このため無機系の断熱建材の場合、有機系の断熱建材と同等の断熱性能を持たせようとすると、その厚みが２〜５倍の厚みとなってしまう。
このため、かかる無機系の断熱建材を住宅の内装用等として用いる場合、そのために大きな空間を建築躯体側に確保する必要がある。
しかしながら躯体側にこのような大きな空間を確保することは通常難しく、限られた空間内に厚みの厚い断熱建材を施工すると、必然的に室内が狭いものとなってしまう。

そこで有機系の断熱建材を熱に強いものとすることができれば、耐熱性を要求される個所にも使用することが可能となり、この場合その厚みを薄くすることができるため、建築躯体側に大きな空間を確保しなくても良く、或いは室内を広く確保できるようになって望ましい。
従来、熱に強い有機系断熱材として発泡ポリフェノールが知られているが（例えば下記特許文献１）、このものは反応剤として使用されるホルムアルデヒドがシックハウス症候群の原因物質として指摘されており、室内での使用を控える傾向にある。
尚、本願の先行技術として他に下記特許文献２に開示されたものがある。

特開平５−１６２２２４号公報 特開２００３−１２７３１５号公報

本発明はこのような事情を背景とし、断熱性能に優れるとともに耐熱性にも優れ、またシックハウス症候群の原因物質となるホルムアルデヒドを発生させることのない不燃性且つ有機系の断熱建材を提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１のものは、リグニン系物質を溶解状態で含むポリオール溶液とポリイソシアネートとを水の存在下に発泡を伴って重縮合させて成形した、リグニン系物質を全発泡ポリウレタン中２〜４０重量部で含有する発泡ポリウレタン層を芯材とし、該発泡ポリウレタン層に対して金属膜を表面材として該発泡ポリウレタンの発泡の際の自己接着により接着剤を用いないで一体化してあることを特徴とする。

請求項２のものは、請求項１において、前記発泡ポリウレタン層はかさ比重が０．１３５〜０．３であることを特徴とする。

請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記発泡ポリウレタン層は厚みが１２〜２５ｍｍであることを特徴とする。

請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記金属膜がアルミニウム箔であることを特徴とする。

発明の作用・効果

以上のように本発明は、リグニン系物質を含有する発泡ポリウレタン層を芯材として、金属膜を表面材として発泡の際の自己接着により発泡ポリウレタン層に一体化し、断熱建材を不燃発泡ポリウレタン断熱建材として構成したものである（請求項１）。
かかる本発明の断熱建材は、発泡ポリウレタン層による高い断熱性能に加えて、発泡ポリウレタン層に含有されるリグニン系物質により、更には金属膜が表面材として一体化されていることにより優れた耐熱性，防火性を有している。

詳しくは、このリグニン系物質は置換フェノールの縮合した複雑な高分子物質で官能基としての水酸基がイソシアネートと反応し、発泡ポリウレタンの分子鎖中に反応により結合状態で組み込まれている。
このようなベンゼン環を有するリグニン系物質が発泡ポリウレタン中に含有されることで、発泡ポリウレタン層に高強度と、これに加えて高い耐熱性が付与される。

しかも本発明の断熱建材では、金属膜が表面材として一体化されていて、有機系断熱材である発泡ポリウレタン層が金属膜にて炎に対し遮断されており、万一火炎が断熱建材に対し当った場合にも良好な耐熱性，防火性を発揮する。
断熱建材を単に発泡ポリウレタン層のみにて構成した場合には、発泡ポリウレタン層がある程度高い耐熱性を有していたとしても火炎が直接当れば燃えてしまうが、本発明では金属膜が火炎に対する遮断膜として表面に一体化されているため良好な耐熱性，防火性を発揮する。
即ち本発明の断熱建材は、有機系断熱材でありながら不燃材としての特性を有する。
因みに本発明に従って構成した後述の実施例の発泡ポリウレタン断熱建材の場合、建築基準法第２条第９号に規定する不燃材としての認定を受けている。

本発明の断熱建材ではまた、表面材としての金属膜を発泡ポリウレタン層に一体化するに際し接着剤を用いておらず、発泡ポリウレタンの発泡の際の自己接着により金属膜が発泡ポリウレタン層に一体化されており、従ってこれを廃棄処理するに際し金属膜を簡単に発泡ポリウレタン層から剥すことができ、その処理が容易であるとともに、金属膜を容易にリサイクル使用することができる。
また加熱の際に接着剤が熱分解して有害なガスを発生させるといったことも無く、また接着剤が熱分解等することにより接着剥れを起してしまうといった問題も生じない。

更に本発明の断熱建材は、シックハウス症候群の原因物質であるホルムアルデヒドを発生させるといったことも無く、従ってホルムアルデヒドの発生量に対する規制を受けることで、断熱建材を内装材等として使用する際の使用量に制限を受けてしまうといったことも無く、任意の量でこれを使用することができる特長も有する。

また本発明の断熱建材は、有機系断熱建材でありながら優れた断熱性，耐熱性を有しているため、住宅の断熱パネルとして使用する際、その厚みを薄くできることによって躯体側の空間を大きく確保しておかなくても良く、或いはまた室内が狭くなってしまうといった問題も解決することができる。
本発明の断熱建材はまた、表面材としての金属膜の一体化により水分等のガスの透過を防止できる特長も有する。

尚、本発明ではリグニン系物質を全発泡ポリウレタン中２〜４０重量部で含有させる。
２重量部よりも少ないとリグニン系物質を含有させたことの効果が十分に得られず、或いはまた４０重量部を超えて含有させるとポリオールへの溶解が難しくなる。
尚このように発泡ポリウレタン中にリグニン系物質を含有させた点については特許文献２において開示されており、本発明ではこの特許文献２に開示の発泡ポリウレタン層を好適に使用可能である。

本発明においては、発泡ポリウレタン層のかさ比重を０．１３５〜０．３としておくことができ（請求項２）、またその厚みについては１２〜２５ｍｍとしておくことができる（請求項３）。

また上記の金属膜（表面材）としては、アルミニウム箔（例えば厚みは３０μｍ〜２００μｍ），溶融５５％アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板（厚みは例えば０．２〜０．５ｍｍ），溶融亜鉛−６％アルミニウム−３％マグネシウム合金めっき鋼板（厚みは例えば０．２〜０．５ｍｍ），溶融亜鉛めっき鋼板（厚みは例えば０．１〜０．５ｍｍ）等を用いることができるが、特に表面材としてアルミニウム箔を用いるのが好適である（請求項４）。

本発明の不燃発泡ポリウレタン断熱建材は、好適には無機質ボード等の下地ボードと積層せずに、単体のパネルとして用いることができ、また裏面材として、アルミニウム箔（厚みは例えば３０μｍ〜２００μｍ），溶融５５％アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板（厚みは例えば０．２〜０．５ｍｍ），溶融亜鉛−６％アルミニウム−３％マグネシウム合金めっき鋼板（厚みは例えば０．２〜０．５ｍｍ），溶融亜鉛めっき鋼板（厚みは例えば０．１〜０．５ｍｍ），普通紙等を必要に応じて一体化しておくことができる。
また裏面材を特に設けないようにすることもできる。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１及び図２（イ）において、１０は単体のパネル状をなす本実施形態の発泡ポリウレタン断熱建材で、硬質の発泡ポリウレタン層１２を芯材として、その表面に金属膜を表面材１４として接着剤を用いること無く発泡ポリウレタンの発泡の際の自己接着により一体化して構成してある。

ここで表面材１４としては下記の１）〜４）の何れかを好適に用いることができる。
１）アルミニウム箔（JIS H 4160）
ａ．厚さ：３０μｍ〜２００μｍ（図２（イ）中ｔ_１。以下同）
ｂ．質量：０．０８１ｋｇ／ｍ^２〜０．５４ｋｇ／ｍ^２
２）溶融５５％アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板（JIS G 3321）
ａ．厚さ：０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ
ｂ．質量：１．５８ｋｇ／ｍ^２〜３．９５ｋｇ／ｍ^２
３）溶融亜鉛−６％アルミニウム−３％マグネシウム合金めっき鋼板
ａ．厚さ：０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ
ｂ．質量：１．５８ｋｇ／ｍ^２〜３．９５ｋｇ／ｍ^２
４）溶融亜鉛めっき鋼板（JIS G 3302）
ａ．厚さ：０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ
ｂ．質量：０．７９ｋｇ／ｍ^２〜３．９５ｋｇ／ｍ^２

一方発泡ポリウレタン層１２については、好適にはその厚さ及びかさ比重，質量を次のようなものとすることができる。
１）硬質発泡ポリウレタン層
ａ．厚さ：１２ｍｍ〜２５ｍｍ（図２（イ）中ｔ_２）
ｂ．かさ比重：０．１３５〜０．３
ｃ．質量：１．６２ｋｇ／ｍ^２〜７．５ｋｇ／ｍ^２

この発泡ポリウレタン層１２は、リグニン系物質を溶解状態で含むポリオール，ポリイソシアネート，水（発泡剤）の混合物をウレタン化反応させることで形成することができる。その際充填剤を含ませておくこともできる。

前記ポリオールとしては、例えばエチレングリコール，ジエチレングリコール，トリエチレングリコール，１，４−ブタンジオール，１，６−ヘキサンジオール，ネオペンチルグリコール，トリメチロールプロパン，グリセリン，トリエタノールアミン，ソルビトール等の低分子量ポリオール：ポリエチレングリコール，ポリプロピレングリコール，ポリテトラメチレングリコール，エチレンオキシド／プロピレンオキシド共重合体等のポリエーテルポリオール：ポリカプロラクトン，ポリ−β−メチル−δ−ブチロラクトン，ジオールと二塩基酸からのポリエステル等が挙げられる。
その他、水酸基含有液状ポリブタジエン，ポリカーボネートジオール，アクリルポリオール等が挙げられる。

前記ポリイソシアネートとしては、脂肪族系ポリイソシアネート，脂環族系ポリイソシアネート及び芳香族系ポリイソシアネートの他、それらの変性体が包含される。
脂肪族系ポリイソシアネートとしては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート，リジンジイソシアネート，リジントリイソシアネート等が挙げられ、脂環族系ポリイソシアネートとしては、例えば、イソホロンジイソシアネートが挙げられる。
芳香族系ポリイソシアネートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート，キシリレンジイソシアネート，ジフェニルメタンジイソシアネート，ポリメリックジフェニルメタンジイソシアネート，トリフェニルメタントリイソシアネート，トリス（イソシアネートフェニル）チオホスフェート等が挙げられる。
ポリイソシアネート変性体としては、例えば、ウレタンプレポリマー，ヘキサメチレンジイソシアネートビューレット，ヘキサメチレンジイソシアネート，トリマー，イソホロンジイソシアネートトリマー等が挙げられる。

また触媒としては従来公知のウレタン化反応用触媒、通常、スズ系やアミン系の触媒が用いられる。
ポリオールに対して溶解性のリグニン系物質としては、リグニンスルホン酸，リグニンスルホン酸部分中和塩等が挙げられる。
リグニンスルホン酸部分中和塩は、リグニンスルホン酸塩を酸を用いて部分的に加水分解するか又はイオン交換法でイオン交換することにより得ることができる。
この場合、そのリグニンスルホン酸塩には、ナトリウム塩やカリウム塩，アンモニウム塩，カルシウム塩，マグネシウム塩等が包含される。
その部分加水分解の程度は、通常その５％水溶液のｐＨが１〜８、好ましくは２．５〜８、より好ましくは３〜７を示す程度であり、ポリオールに溶解する程度であれば良い。

同実施形態の発泡ポリウレタン断熱建材１０は、例えば図４に示す方法にて製造することができる。
詳しくは（Ｉ）に示しているように成形型１８のキャビティ内に表面材１４をセットし、そして（II）に示しているようにその上に発泡ポリウレタンの原料混合液２０を供給して、（III）に示すように成形型１８を型締めして原料混合液２０を発泡反応させ、発泡ポリウレタン層１２を成形すると同時に、その際の自己接着により発泡ポリウレタン層１２と表面材１４とを一体化させる。
そして（IV）に示しているように成形型１８を型開きして発泡成形品即ち発泡ポリウレタン断熱建材１０を取り出す。

図２（ロ）は、発泡ポリウレタン層１２に対し、表面材１４とは反対側に裏面材１６を貼着一体化して発泡ポリウレタン断熱建材１０を構成した場合の例である。
ここで裏面材１６としては下記の１）〜５）の何れかを好適に用いることができる。
１）アルミニウム箔（JIS H 4160）
ａ．厚さ：３０μｍ〜２００μｍ（図２（ロ）中ｔ_３。以下同）
ｂ．質量：０．０８１ｋｇ／ｍ^２〜０．５４ｋｇ／ｍ^２
２）溶融５５％アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板（JIS G 3321）
ａ．厚さ：０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ
ｂ．質量：１．５８ｋｇ／ｍ^２〜３．９５ｋｇ／ｍ^２
３）溶融亜鉛−６％アルミニウム−３％マグネシウム合金めっき鋼板
ａ．厚さ：０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ
ｂ．質量：１．５８ｋｇ／ｍ^２〜３．９５ｋｇ／ｍ^２
４）溶融亜鉛めっき鋼板（JIS G 3302）
ａ．厚さ：０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ
ｂ．質量：０．７９ｋｇ／ｍ^２〜３．９５ｋｇ／ｍ^２
５）普通紙
ａ．質量：２００ｇ／ｍ^２以下

以上のような本実施形態の発泡ポリウレタン断熱建材１０は、発泡ポリウレタン層１２による高い断熱性能に加えて、発泡ポリウレタン層１２に含有されるリグニン系物質により、更には金属膜が表面材１４として一体化されていることにより優れた耐熱性，防火性を有している。

しかも本実施形態の発泡ポリウレタン断熱建材１０では、金属膜が表面材１４として一体化されていて、有機系断熱材である発泡ポリウレタン層１２が金属膜にて炎に対し遮断されており、優れた耐熱性，防火性を有する。

また本実施形態の発泡ポリウレタン断熱建材１０では、表面材１４としての金属膜を発泡ポリウレタン層１２に一体化するに際し接着剤を用いておらず、発泡ポリウレタンの発泡の際の自己接着により金属膜が発泡ポリウレタン層１２に一体化しており、従ってこれを廃棄処理するに際し、図３に示すように金属膜（表面材１４）を簡単に発泡ポリウレタン層１２から剥すことができ、その処理が容易であるとともに金属膜を容易にリサイクル使用することができる。
また加熱の際に接着剤が熱分解して有害なガスを発生させるといったことも無く、また接着剤が熱分解等することにより接着剥れを起してしまうといった問題も生じない。

更に本実施形態の発泡ポリウレタン断熱建材１０は、シックハウス症候群の原因物質であるホルムアルデヒドを発生させるといったことも無く、従ってホルムアルデヒドの発生量に対する規制を受けることで、断熱建材を内装材等として使用する際の使用量に制限を受けてしまうといったことも無く、任意の量でこれを使用することができる。

また本実施形態の発泡ポリウレタン断熱建材１０は、有機系断熱建材であっても優れた断熱性，耐熱性を有しているため、住宅の断熱パネルとして使用する際、その厚みを薄くできることによって躯体側の空間を大きく確保しておかなくても良く、或いはまた室内が狭くなってしまうといった問題も解決することができる。
本実施形態の発泡ポリウレタン断熱建材１０はまた、表面材１４としての金属膜の一体化により水分等のガスの透過を防止できる特長も有する。

発泡ポリウレタン断熱建材１０を以下の構成とし、建築基準法第２条第９号に規定する不燃材認定のための発熱性試験，ガス有害性試験に供した。
・表面材１４
アルミニウム箔（JIS H 4160）
ａ．厚さ：３０μｍ
ｂ．質量：０．０８１ｋｇ／ｍ^２
・芯材（発泡ポリウレタン層１２）
硬質ウレタンフォーム
ａ．厚さ：２５ｍｍ
ｂ．かさ比重：０．１３５
ｃ．質量：３．３８ｋｇ／ｍ^２
ｄ．組成（質量％）：
イソシアネート・・・７１．４
ポリオール・・・・・２８．６
ｅ．発泡剤：水
・裏面材１６
普通紙
ａ．質量：２００ｇ／ｍ^２

但し発泡ポリウレタン層１２は以下のようにして構成した。
即ち、リグニンスルホン酸（ＬＳ）１５部をジエチレングリコール３５部に溶解してリグニンスルホン酸ポリオール（ＬＳＰ）を調製した。
このＬＳＰ５０部をトリエチレングリコール３０部とショ糖ベースのポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）２０部と混合してポリオール混合物をつくった。
次に、このポリオール混合物１００部に３級アミン触媒，水１．５部及びシリコン整泡剤を適量加えて良く撹拌し、更に、ＮＣＯ／ＯＨモル比が１．２になるように秤量したジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を加えて室温で撹拌して混合物を得た。
この混合物（原料混合物２０）を図４の方法に従って成形型１８にセットした表面材１４の上に供給し、型締後その状態で一夜放置した。
このようにして製造した発泡ポリウレタン断熱建材１０を不燃性試験に供した。

その結果は以下のようなものであった。
［発熱性試験］
（１）加熱開始後２０分間の総発熱量が８ＭＪ／ｍ^２以下であった。
（２）加熱開始後２０分間、防火上有害な裏面まで貫通する亀裂及び穴は無かった。
（３）加熱開始後２０分間、最高発熱速度が１０秒以上継続して２００ｋＷ／ｍ^２を超えなかった。

［ガス有害性試験］
次の式によって求めたマウスの平均行動停止時間（Ｘｓ）の値が６．８分以上であった。
Ｘｓ＝Ｘ−σ
上式においてＸ及びσは、それぞれ次の数値を表す。
Ｘ：８匹のマウスの行動停止までの時間（マウスが行動を停止するに至らなかった場合は１５分とする）の平均値（単位：分）
σ：８匹のマウスの行動停止までの時間（マウスが行動を停止するに至らなかった場合は１５分とする）の標準偏差（単位：分）

以上の結果、本実施例の発泡ポリウレタン断熱建材１０は建築基準法第２条第９号の不燃材料の認定を得た。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。

本発明の一実施形態である不燃性発泡ポリウレタン断熱建材を示す斜視図である。 （イ）断熱建材に表面材のみを形成した場合及び（ロ）表面材と裏面材とを形成した場合を示す断熱建材の断面図である。 表面材を発泡ポリウレタン層から一部剥した状態を示す図である。 図１の発泡ポリウレタン断熱建材の製造方法の一例を示した説明図である。

符号の説明

１０ 発泡ポリウレタン断熱建材
１２ 発泡ポリウレタン層
１４ 表面材（金属膜）

Claims (4)

1. リグニン系物質を溶解状態で含むポリオール溶液とポリイソシアネートとを水の存在下に発泡を伴って重縮合させて成形した、リグニン系物質を全発泡ポリウレタン中２〜４０重量部で含有する発泡ポリウレタン層を芯材とし、該発泡ポリウレタン層に対して金属膜を表面材として該発泡ポリウレタンの発泡の際の自己接着により接着剤を用いないで一体化してあることを特徴とする不燃発泡ポリウレタン断熱建材。
2. 請求項１において、前記発泡ポリウレタン層はかさ比重が０．１３５〜０．３であることを特徴とする不燃発泡ポリウレタン断熱建材。
3. 請求項１，２の何れかにおいて、前記発泡ポリウレタン層は厚みが１２〜２５ｍｍであることを特徴とする不燃発泡ポリウレタン断熱建材。
4. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記金属膜がアルミニウム箔であることを特徴とする不燃発泡ポリウレタン断熱建材。

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