JP2005305654A

JP2005305654A - 注入発泡断熱パネルの製造方法

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Publication number: JP2005305654A
Application number: JP2004121466A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kobori; 健小堀; Yasutaka Suzuki; 泰隆鈴木; Masaaki Yoshioka; 雅明吉岡; Masahiro Hirano; 雅宏平野
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd; Nikkei Panel System Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd; Nikkei Panel System Co Ltd
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】発泡剤としてオゾンを破壊せず、地球温暖化の起因とならない炭素数５の飽和系炭化水素を使用し、ボイドの収縮を防いで、成形性及び品質の向上を図れるようにした注入発泡断熱パネルの製造方法を提供すること。
【解決手段】発泡剤として炭素数５の飽和系炭化水素例えばシクロペンタン３と、水を有するポリオール系原液１と、ポリイソシアネート系原液２と、を混合して、混合組成物を生成し、この混合組成物を一対の表面板間に注入し発泡・充填する。この場合、シクロペンタンと、水とイソシアネートと反応させて生成される炭酸ガスとのモル数での比を、５０／５０〜３０／７０とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、注入発泡断熱パネルの製造方法に関するもので、更に詳細には、一対の表面板間に例えば発泡ウレタンフォーム等の発泡断熱材を注入・充填してなる注入発泡断熱パネルの製造方法に関するものである。

従来、この種のパネルの製造方法においては、発泡剤を含むポリオール系原液と、ポリイソシアネート系原液とを混合し、この混合組成物を一対の表面板間に注入し発泡・充填する方法が知られている。この製造方法において、発泡剤として、ＣＣ１₃Ｆフロンが使用されていたが、このＣＣ１₃Ｆフロンは、現在「オゾンホール」の主原因であるため、使用が禁止されている。

上記ＣＣ１₃Ｆフロンに代わり、オゾンを破壊しにくいＣ₂Ｈ₃ＦＣｌ₂（ＣＣｌ₂Ｆ−ＣＨ₃）フロンが使用されていたが、２００３年に使用が禁止された。

その他の代替発泡剤としてフッ素含有炭化水素及び炭化水素がある。このうちフッ素含有炭化水素はオゾンを破壊しないが、地球温暖化の原因物質である。一方、炭化水素はオゾンを破壊せず、地球温暖化にも起因しないが、沸点の低いものは引火・爆発の虞がある。

そこで、上記問題を解決する手段として、フロンの代替発泡剤に高沸点の炭化水素、特に炭素数５の飽和系炭化水素が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１２１２４９（特許請求の範囲）

しかしながら、上記代替発泡剤を使用して断熱パネルを製造する際、その沸点が従来のＣＣ１₃Ｆフロン及びＣ₂Ｈ₃ＦＣｌ₂（ＣＣｌ₂Ｆ−ＣＨ₃）フロン発泡剤よりも高い（沸点：４９℃）。

そのため、断熱パネルを製造する際、上記混合組成物を一対の表面板間に発泡・充填する工程において、発泡剤の気化が遅れるため、相対的に硬化が先に進んでしまい、充填する前にフォームの膨張が止まり、所定量の混合組成物を注入しても完全に充填することができなくなる。

また、完全に充填できたとしても、充填末期には硬化の進んだフォームと表面板との間に発生する剪断力によりフォームが荒れてボイド（空隙）多数発生する。このボイドには、沸点の高い発泡剤が多量に含まれているため、反応熱が拡散してパネルが冷却されると、ボイド内の圧力が下がり、パネル表面に凹凸が生じて著しく外観を損ない、品質を低下させるという問題があった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、発泡剤としてオゾンを破壊せず、地球温暖化の起因とならない炭素数５の飽和系炭化水素を使用し、ボイドの収縮を防いで、成形性及び品質の向上を図れるようにした注入発泡断熱パネルの製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、発泡剤として炭素数５の飽和系炭化水素と、水を有するポリオール系原液と、ポリイソシアネート系原液と、を混合して、混合組成物を生成する工程と、上記混合組成物を一対の表面板間に注入し発泡・充填する工程と、を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、発泡剤として炭素数５の飽和系炭化水素と水を有するポリオール系原液と、ポリイソシアネート系原液と、を混合して、混合組成物を生成する工程と、上記混合組成物を一対の表面板間に注入し発泡・充填する工程と、を有することを特徴とする。

この発明において、上記炭素数５の飽和系炭化水素は、シクロペンタンである方が好ましい（請求項３）。この場合、上記炭素数５の飽和系炭化水素と、水とイソシアネートと反応させて生成される炭酸ガスとのモル数での比を、５０／５０〜３０／７０、好ましくは５０／５０〜４０／６０とする方がよい（請求項４）。

この発明によれば、発泡剤として炭素数５の飽和系炭化水素及び水を有するポリオール系原液とポリイソシアネート系原液とを混合し、混合組成物を一対の表面板間に注入し発泡・充填することにより、発泡剤としてオゾンを破壊せず、地球温暖化の起因とならない炭素数５の飽和系炭化水素を使用して、ボイドの収縮を防ぐことができると共に、成形性及び品質の向上を図ることができる（請求項１，２）。この場合、炭素数５の飽和系炭化水素であるシクロペンタンと、水とイソシアネートと反応させて生成される炭酸ガスとのモル数での比を、５０／５０〜３０／７０、好ましくは５０／５０〜４０／６０とすることにより、更に、ボイドの収縮を防ぐことができると共に、成形性及び品質の向上を図ることができる（請求項３，４）。

以下に、この発明に係る注入発泡断熱パネルの製造方法の最良の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、この発明に係る注入発泡断熱パネルの製造方法第１実施形態を具現化する発泡装置を示す概略構成図、図２は、第１実施形態の発泡プロセスの手順を示す工程図である。

上記発泡装置は、例えば硬質ウレタンフォームにて形成される断熱材の構成原料となる水を有するポリオール系原液１を収容する第１のタンク１１と、ポリイソシアネート系原液２を収容する第２のタンク１２と、発泡剤として炭素数５の飽和系炭化水素例えばシクロペンタン３を収容する第３のタンク１３とを具備している。この場合、第１及び第２のタンク１１，１２の底部と上部側方には、それぞれフィルタ４，弁５，ポンプ６及び熱交換器７を介設する循環管路８ａ，８ｂが接続されている。また、両循環管路８ａ，８ｂは、ポリオール系原液１とポリイソシアネート系原液２とを混合するミキシングヘッド２０に接続されている。なお、ミキシングヘッド２０には、高低圧切換ユニット２１が備えられている。また、第３のタンク１３は、フィルタ４，弁５及びポンプ６を介設した循環管路８ｃを介してミキシングヘッド２０に接続されている。このミキシングヘッド２０に図示しないノズルが接続されて、ノズルから一対の表面板間に上記シクロペンタン３及び両原液１，２の混合組成物が注入させるように構成されている。

なお、上記第１，２及び第３のタンク１１，１２，１３内には、それぞれ収容されるポリオール系原液１，ポリイソシアネート系原液２又はシクロペンタン３を攪拌する攪拌羽根１４が配設されている。この攪拌羽根１４は、タンク１１，１２，１３の上部に設置されるモータ１５によって回転される。

また、第１のタンク１１内に収容されるポリオール系原液１はブレンド装置１６ａによって予め混合・調製された後、第１のタンク１１内に収容される。このポリオール系原液１は、ポリオール（多価アルコール），整泡剤，難燃剤及び他助剤等を混合・調製したものである。このうち、ポリオールはポリウレタンフォームの性質に最も大きな影響を及ぼす原料である。また、整泡剤は気泡を均一あるいは安定させるもので例えばシリコン系界面活性剤にて形成される。触媒はポリウレタンフォームの生成時の諸反応を促進し、樹脂化と発泡のバランスをとりながら目的にあったフォームを生成するために使用される助剤で、例えば第３級アミン，有機錫化合物あるいは有機酸の金属塩等が使用される。また、難燃剤はフォームを難燃化するためのもので、添加型の難燃剤としてリン酸エステル，ハロゲン化リン酸エステルが使用され、更に難燃性を高めるために水酸化アルミニウム等の無機化合物が併用される。その他必要に応じて使用される他助剤には、例えば架橋剤，着色剤，充填剤，安定剤あるいは可塑剤等が使用される。

また、発泡剤は成形時のガス源となるもので、代替フロンであるシクロペンタンと水を有する。このシクロペンタンと、水とイソシアネートが反応して生成される炭酸ガス（ＣＯ2）との比を適宜選択することにより、発泡圧を調整することができる。

上記シクロペンタン３及びポリオール系原液１の構成原料のおおよその配合割合は、以下の通りである。

・ポリオール：７５〜８０％
・触媒：１〜２％
・難燃剤：１０％
・発泡剤（シクロペンタン）＋水：８〜１２％
・整泡剤：０．５〜１．５％
一方、第２のタンク１２に収容されるポリイソシアネート系原液２は、ブレンド装置１６ｂによって予め混合・調製された後、第２のタンク１２内に収容される。このポリイソシアネート系原液２は、ポリイソシアネートと界面活性剤等他助剤とを混合・調製したものである。

上記第１のタンク１１に収容されるポリオール系原液１と、第２のタンク１２に収容されるポリイソシアネート系原液２と、第３のタンク１３に収容されるシクロペンタン３は、それぞれ計量されて所定の割合例えばシクロペンタン：ポリオール系原液：ポリイソシアネート系原液は、５．５：７５：１００の割合で配合された後、高低圧切換ユニット２１によって所定の圧力に調整されてミキシングヘッドへ供給され、ミキシングヘッド１４で所定の割合に攪拌・混合された後、その混合組成物は図示しないノズルから適宜間隔をおいて配置された一対の表面板間に注入されて発泡し、その後硬化して断熱材（フォーム）が成形される。なお、混合組成物の注入時の雰囲気温度（室温）を発泡温度（３５℃）に設定しておく方が好ましい。

上記のように、混合組成物を構成するポリオール系原液１、ポリイソシアネート系原液２及びシクロペンタン３を、それぞれ第１，第３及び第３のタンク１１，１２，１３に収容して、ミキシングヘッド２０に供給し、混合して混合組成物を生成することにより、ポリオール系原液１、ポリイソシアネート系原液２及びシクロペンタン３を別々に管理することができ、これらポリオール系原液１、ポリイソシアネート系原液２及びシクロペンタン３を安全に取り扱うことができる。

＜第２実施形態＞
図３は、この発明に係る注入発泡断熱パネルの製造方法の第２実施形態を具現化する発泡装置を示す概略構成図、図４は、第２実施形態の発泡プロセスの手順を示す工程図である。

上記第１実施形態の発泡装置では、水を有するポリオール系原液１を収容する第１のタンク１１と、ポリイソシアネート系原液２を収容する第２のタンク１２と、発泡剤として炭素数５の飽和系炭化水素例えばシクロペンタンを収容する第３のタンク１３とを具備する場合について説明したが、第２実施形態の発泡装置は、予め、シクロペンタン３及び水を有するポリオール系原液１を収容する第１のタンク１１Ａと、ポリイソシアネート系原液２を収容する第２のタンク１２Ａとを具備する点で相違する。なお、第２実施形態において、第１のタンク１１Ａ内に収容されるシクロペンタン３とポリオール系原液１はブレンド装置１６ａによって予め混合・調製された後、第１のタンク１１内に収容される。その他の部分は、第１実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して、説明は省略する。

第２実施形態において、上記第１のタンク１１Ａに収容されるシクロペンタン及びポリオール系原液１と、第２のタンク１２に収容されるポリイソシアネート系原液２は、それぞれ計量されて所定の割合例えばシクロペンタン３及びポリオール系原液：ポリイソシアネート系原液の割合が、８０：１００の割合で配合された後、高低圧切換ユニット２１によって所定の圧力に調整されてミキシングヘッドへ供給され、ミキシングヘッド２０で所定の割合に攪拌・混合された後、その混合組成物は図示しないノズルから適宜間隔をおいて配置された一対の表面板間に注入されて発泡し、その後硬化して断熱材（フォーム）が成形される。

第２実施形態によれば、シクロペンタン３及び水を有するポリオール系原液１を収容する第１のタンク１１Ａと、ポリイソシアネート系原液２を収容する第２のタンク１２Ａとを具備することにより、第１実施形態に比べてタンクの数を減らすことができるので、装置の小型化が図れる。

なお、上記実施形態では、発泡剤として炭素数５の飽和系炭化水素例えばシクロペンタンを用いた場合について説明したが、シクロペンタンの他に、シクロペンタンにシクロペンタンより沸点の低い飽和系炭化水素例えばブタン（沸点：−１℃）やノルマルペンタン（沸点：３６℃）等を添加して発泡剤の沸点を下げるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、注入発泡について説明したが、注入発泡を連続して行う場合にも適用可能である。

次に、上記発泡剤ガス組成とパネル表面外観及び接着性との関係、注入時の表面板温度とパネル表面外観及び接着性との関係、原液（シクロペンタン３、ポリオール系原液１及びポリイソシアネート系原液２）とパネル外観及びフォーム性状との関係等を調べるための実験結果について説明する。

発泡剤ガス組成とパネル表面外観及び接着性との関係を調べるために、以下の条件の下で実験を行ったところ、表１に示すような結果が得られた。

＜実施例＞
シクロペンタン及びポリオール系原液
・ポリオール：７５〜８０％
・触媒：１〜２％
・難燃剤：１０％
・発泡剤（シクロペンタン）＋水：８〜１２％
・整泡剤：０．５〜１．５％
イソシアネート系原液
＜パネル製造条件＞
・表面板：カラー鋼板厚さ＝０．４ｍｍ
・注入時の表面板温度：３５℃
・パネル寸法（幅×長さ×厚さ）：９００ｍｍ×３０００ｍｍ×１００ｍｍ
・注入フォーム設定密度：３５Ｋｇ／ｍ3
・注入方式：高圧発泡機による横うち一点注入
｛高圧発泡機吐出時のＧＴ（ゲルタイム）が７０〜７５秒になるように触媒量を微調整した。｝
上記パネル製造条件の下で、発泡剤（シクロペンタン）と、水とイソシアネートと反応させて生成される炭酸ガスとのモル数での比を、７０／３０，６０／４０，５５／４５，５０／５０，４０／６０，３０／７０，２５／７５について常温保管状態及び低温経過状態におけるパネル外観及び接着性について観察及び測定したところ、表１に示すような結果が得られた。

上記実験の結果、発泡剤／ＣＯ_２（モル数）比率が、５５／４５以上では、パネルの外観が悪くなり、２５／７５以下では、表面板とフォームが接着せず、パネルが成形できなかった。これに対して、発泡剤／ＣＯ_２（モル数）比率が、３０／７０においては、一部に剥離が見られたものの、発泡剤／ＣＯ_２（モル数）比率が、５０／５０〜３０／７０においては、パネル外観及びフォーム状態が良好であった。これにより、発泡剤／ＣＯ_２（モル数）比率を、５０／５０〜３０／７０とする方が好ましく、更に好ましくは発泡剤／ＣＯ_２（モル数）比率を、５０／５０〜４０／６０とする方がよいことが判った。

この発明に係る注入発泡断熱パネルの製造方法の第１実施形態を具現化する発泡装置を示す概略構成図である。第１実施形態の発泡プロセスの手順を示す工程図である。この発明に係る注入発泡断熱パネルの製造方法の第２実施形態を具現化する発泡装置を示す概略構成図である。第２実施形態の発泡プロセスの手順を示す工程図である。

符号の説明

１ポリオール系原液
２イソシアネート系原液
３シクロペンタン（発泡剤）
１１第１のタンク
１２第２のタンク
１３第３のタンク
２０ミキシングヘッド

Claims

発泡剤として炭素数５の飽和系炭化水素と、
水を有するポリオール系原液と、
ポリイソシアネート系原液と、を混合して、混合組成物を生成する工程と、
上記混合組成物を一対の表面板間に注入し発泡・充填する工程と、を有することを特徴とする注入発泡断熱パネルの製造方法。
発泡剤として炭素数５の飽和系炭化水素と水を有するポリオール系原液と、
ポリイソシアネート系原液と、を混合して、混合組成物を生成する工程と、
上記混合組成物を一対の表面板間に注入し発泡・充填する工程と、を有することを特徴とする注入発泡断熱パネルの製造方法。
請求項１又は２記載の注入発泡断熱パネルの製造方法において、
上記炭素数５の飽和系炭化水素は、シクロペンタンであることを特徴とする注入発泡断熱パネルの製造方法。
請求項３記載の注入発泡断熱パネルの製造方法において、
上記炭素数５の飽和系炭化水素と、水とイソシアネートと反応させて生成される炭酸ガスとのモル数での比を、５０／５０〜３０／７０、好ましくは５０／５０〜４０／６０としたことを特徴とする注入発泡断熱パネルの製造方法。