JP2007076078A - ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面凹凸が小さく、裁断して所定形状のパネルとしたときに廃棄物となる裁断ロスの少ないガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの製造方法を提供する。
【解決手段】下面材１１Ｌを供給する下面材供給工程、下面材１１Ｌ上にガラス繊維マット２０を供給するガラス繊維マット供給工程、ガラス繊維マット２０の上に網状シート４１を供給する網状シート供給工程、網状シート４１層を有するガラス繊維マット２０に硬質ポリウレタンフォーム発泡原液５を供給する原液供給工程、及び硬質ポリウレタンフォーム発泡原液５を反応、発泡させてガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームＢとする発泡工程を有するガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの製造方法とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォーム、具体的には超低温用断熱パネル、とりわけＬＮＧ、液化ヘリウム、液化窒素等の沸点の低い物質、特にＬＮＧを貯蔵する貯蔵設備の断熱に好適な断熱パネルとして使用可能なガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの製造方法に関するものである。

ガラス繊維を使用して強化した、超低温用断熱材として好適に使用できる硬質ポリウレタンフォームは、一般的には下面材上にガラス繊維マットを載置し、硬質ポリウレタンフォームを形成する発泡原液組成物を供給、含浸し、次いで上面材を供給した後、ニップロールにてニッピングを行い、反応、発泡させる方法により製造されている。

製造に際して、ガラス繊維マットを複数枚供給してガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームを製造する技術は公知である（特許文献１）。特許文献１においては、ガラス繊維マットを発泡の進行に応じて持ち上げてガラス繊維の不均一を低減する技術が開示されている。

特開２００１−１５０５５８号公報

しかし、特許文献１に記載の技術によりガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームを製造すると、フォームの表面に凹凸が発生する。超低温用断熱パネルは高い寸法精度が要求されるものであるために裁断して所定寸法形状のガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームパネルが製造されるが、係る凹凸は廃棄物となるため、原料ロスと廃棄物低減の要請から、表面の凹凸低減が求められる。

また、ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームに使用するガラス繊維マットとしては、補強性に優れていることからガラス長繊維を使用したコンティニュアスストランドマットが最も一般的に使用される。係るコンティニュアスストランドマットは、１ないし複数本の連続したヤーンが幅方向にアットランダムに蛇行して所定の目付量となるように構成されており、ヤーンの交点をバインダーで結着して厚さ方向の嵩高さを抑制し、ロール状に巻き取って市販品として供給される。他のガラス繊維マットにおいても、厚さ方向の嵩高さ抑制のために、バインダーが使用されている。

特許文献１に開示のガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの製造方法によれば、コンティニュアスストランドマット等のガラス繊維マットは、市販品をそのままロール状原反から巻き戻して供給している。ヤーンの交点を結着しているバインダーは、発泡原液組成物に溶解し、或いはニップロールによるニッピングにて幾分は結着が解除され、発泡原液組成物の発泡と硬化の進行により厚さ方向に広げられるが、多くはヤーンの交点をバインダーで結合されたままで発泡原液組成物の発泡硬化が進行する。そのため、供給したガラス繊維マットは、ガラス繊維マットを発泡の進行に応じて持ち上げられて複数のガラス繊維マットは得られるガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの厚さ方向に均一に存在するが、個々のガラス繊維マットを構成するガラス繊維が厚さ方向に均一に広がらず、形成されたガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォーム中においてガラス繊維マットの層間などにガラス繊維濃度の高い部分と低い部分とが生じ、均一性が十分ではなく、強度のばらつきが生じる傾向にある。

係る問題を解決する技術として、個々のガラス繊維マットを、幅方向に波状の屈曲変形を与える２本のローラーを通過させ、該屈曲変形によってバインダーの結合を解除してほぐす方法が考えられる。

しかるに、実際にほぐし後のガラス繊維マットを使用すると、得られるガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームにおけるガラス繊維の分布は均一になるが、表面の凹凸はさらに大きいものとなる。

凹凸の除去のために発泡工程においてダブルコンベアによりフォーム表面を平滑にしようとすると、断熱材に強度が要求される超低温用断熱パネルにおいては、フォームが座屈して却って強度が低下するという問題が発生する。

本発明は上記の従来技術の問題点に鑑み、表面凹凸が小さく、裁断して所定形状のパネルとしたときに廃棄物となる裁断ロスの少ないガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの製造方法を提供することを目的とする。

本発明のガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの製造方法は、下面材を供給する下面材供給工程、前記下面材上にガラス繊維マットを供給するガラス繊維マット供給工程、前記ガラス繊維マットの上に網状シートを供給する網状シート供給工程、網状シート層を有する前記ガラス繊維マットに硬質ポリウレタンフォーム発泡原液を供給する原液供給工程、及び前記硬質ポリウレタンフォーム発泡原液を反応、発泡させてガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームとする発泡工程を有することを特徴とする。

係る構成のガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの製造方法によれば、表面凹凸が小さく、裁断して所定形状のパネルとしたときに廃棄物となる裁断ロスの少ないガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームを製造することができる。

上述のガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの製造方法においては、さらに前記網状シート層を有する前記ガラス繊維マットを押えローラーにて押圧して前記原液供給工程に供給する押圧工程を有することが好ましい。

係る構成の製造方法によって、さらに表面の凹凸の小さなガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームを製造することができる。

また上述のガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの製造方法においては、前記網状シートは、樹脂処理をしたものであることが好ましい。

係る構成の製造方法によっても、さらに表面の凹凸の小さなガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームを製造することができる。

本発明のガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームを構成する硬質ポリウレタンフォームは、公知の低温断熱性能に優れた硬質ポリウレタンフォーム原液を使用して形成される。硬質ポリウレタンフォーム原液は、ポリオール化合物、発泡剤、触媒等を含有する成分（ポリオール成分）と、ポリイソシアネート化合物を主成分とする成分（イソシアネート成分）を使用し、発泡機（ミキサー）を使用してポリオール成分とイソシアネート成分とを混合して発泡原液組成物として断熱パネルの成形に供される。

イソシアネート成分を構成するポリイソシアネート化合物としては、硬質ポリウレタンフォームの技術分野において周知のジないしポリイソシアネート化合物は全て使用可能であり、取扱の容易性、反応の速さ、得られる硬質ポリウレタンフォームの物理特性が優れていること、低コストであることなどから、クルードＭＤＩの使用が最も好適である。

ポリオール成分の主成分である活性水素基含有化合物としては、一般にポリオール化合物として知られている化合物が使用可能である。特に硬質ポリウレタンフォーム用のポリオールとしては、以下に例示する脂肪族ポリオール、芳香族ポリオール、アミン系ポリオール等が公知である。

脂肪族ポリオール化合物は、ポリオール開始剤として脂肪族ないし脂環族多官能性活性水素化合物にアルキレンオキサイド、具体的にはプロピレンオキサイド（ＰＯ）、エチレンオキサイド（ＥＯ）などから選択される少なくとも１種を開環付加重合させて得られる多官能性のオリゴマーが例示される。

アミン系ポリオールは、ポリオール開始剤として第１級ないしは第２級アミンを使用し、上記脂肪族ポリオール化合物と同様にアルキレンオキサイドの１種以上を開環付加重合させて得られる多官能性のポリオール化合物である。

芳香族ポリオールとしては、分子内に芳香環を有する多官能性の活性水素化合物に上述のアルキレンオキサイドを付加して得られる芳香族ポリエーテルポリオールや、芳香族ポリカルボン酸と多価アルコールのエステルである芳香族エステルポリオール等が例示される。

芳香族ポリカルボン酸と多価アルコールのエステルとしては、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸等とエチレングリコール、ジエチレングリコール等との水酸基末端のエステルポリオールが具体的に例示される。

本発明の硬質ポリウレタンフォームの製造方法においては、当業者に周知の触媒、難燃剤、発泡剤、着色剤、酸化防止剤等が使用可能である。

硬質ポリウレタンフォーム形成用の原液としては、上記の成分から選択される成分を使用した市販の原液を使用することも可能であり、具体的にはソフランＲ１１５−９０Ｆ、ソフランＲ１１５−９０Ｈ等（東洋ゴム工業（株））等が例示される。

本発明の硬質ポリウレタンフォームの製造方法において使用するガラス繊維マットは、アスペクト比の大きいガラス繊維にて構成されていることが好ましく、好適な材料としてガラス長繊維のマット状の製品、具体的にはチョップストランドマット、コンティニュアスストランドマット等が例示され、フォームの補強性に優れていることから、コンティニュアスストランドマットの使用が最も好ましい。

本発明の硬質ポリウレタンフォームの製造方法において使用する面材としては、公知の面材は限定なく使用可能であるが、上下の面材層はパネル製造時に裁断除去されるものであるため、低コストの紙面材を使用することが好ましい。

網状シートは、ガラス繊維マットの上に供給してその凹凸を押さえ、かつ上から供給される硬質ポリウレタンフォーム発泡原液のガラス繊維マット層への浸透を阻害しない材料は限定なく使用することができる。網の目は小さすぎると硬質ポリウレタンフォーム発泡原液のガラス繊維マット層への浸透が阻害され、大きすぎるとガラス繊維マットの凹凸が抑制できない。網目の形状は限定されないが四角形や六角形が一般的である。網状シート構成材料は限定されるものでなく、樹脂、ガラス、金属等が使用可能である。これらの中でも取り扱いの容易さ、低コストであることから、ガラスメッシュ、網状繊維などの使用が好ましい。

上記の網状シートは樹脂処理を施したものであることが好ましく、係る樹脂処理により網状シートの目の変形が防止されて取り扱いが容易になると共に剛性が高くなり、ガラス繊維マットの表面凹凸の低減に有効である。樹脂処理は糊付けや樹脂エマルジョンを使用した繊維処理などの公知の繊維樹脂処理が例示される。

図１は、本発明の製造方法の実施に好適な製造装置と該製造装置を使用したガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの製造方法の概略構成を示したものである。図２は、網状シート供給工程の部分を拡大した図である。この例においては、ガラス繊維マットを３層供給する例を示した。

下面材１１Ｌを、下面材供給装置１０Ｌから巻き戻してコンベア７上に供給し（下面材供給工程）、その上に補強用のガラス繊維材料として３層のガラス繊維マット６（６ａ，６ｂ，６ｃ）をそれぞれ原反から連続的に巻き戻して供給、載置する（ガラス繊維マット供給工程）。ガラス繊維マット層の上には、網状シート４１が網状シート供給装置４０から巻き戻して供給され（網状シート供給工程）、網状シート層が形成されたガラス繊維マット層に発泡機（ミキサー）のミキシングヘッド３からノズル４を通じて硬質ポリウレタンフォーム発泡原液組成物５をキャスティング法により供給する（原液供給工程）。次いで上面材１１Ｕを上面材供給装置１０Ｕから巻き戻して硬質ポリウレタンフォーム発泡原液組成物５を供給した網状シート層が形成されたガラス繊維マット層の上に供給し（上面材供給工程）、その後、ニップロール２２によって硬質ポリウレタンフォーム発泡原液をガラス繊維マットに十分含浸させ（ニッピング工程）、加熱オーブン１９に送り、発泡硬化させて（発泡工程）ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームＢを作製する。

ガラス繊維マット６（６ａ，６ｂ，６ｃ）は、原反から巻き戻して供給する際に、ほぐしローラー２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）にてほぐしが行われる（ほぐし工程）。

またガラス繊維マット層２０の上に供給された網状シート４１、押えローラー４３にて押さえられる。該押えは、ガラス繊維マット層の表面の凹凸を小さくすることができればよい。

使用するガラス繊維マットの層数は、製造するフォームの厚さ、要求される強度、使用するガラス繊維マットの厚さや目付量等を考慮して適宜設定されるが、一般には２〜６層程度である。ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームのガラス繊維含有率は、５〜２０重量％であることが好ましい。

図３にほぐしローラーの構成を例示した。ほぐしローラー２０は、フレーム３３に第１ローラー３５ａ，第２ローラー３５ｂが、ベアリング３９を使用して平行に配設されている。第１ローラー３５ａには円板体３７ａが，第２ローラー３５ｂには円板体３７ｂが、それぞれ間欠的に配設されており、第１ローラー３５ａの円板体３７ａと第２ローラー３５ｂの円板体３７ｂとは交互に位置し（図３（ａ））、かつ軸芯方向視にて重複部Ｐを有するように構成されている（図３（ｂ））。

図３に示した例では、第１ローラーに駆動モーター３１が連設されている。間欠的に配設された円板体の大きさ（直径）、間隔、並びに重複部の大きさ等は特に限定されるものではなく、ほぐし対象であるガラス繊維マットの厚さ、種類（ガラス繊維の太さなど）に応じて適宜設定される。図３に示した例において、少なくとも第２ローラー３５ｂは、第１ローラー３７ａとの間隔を変更できるように、フレーム３３への固定位置を変更可能に構成されていることが好ましい。

円板体３７は厚さが均一な円板であってもよく、中心方向に厚さが厚い円板であってもよいが、厚さが均一な円板であることが製造が容易であり、好ましい。円板体は周縁端部は円弧状に面取りをしたもの（図３（ａ）），ないし周縁端部全体が円弧状（図３（ｂ））としたものであることが、屈曲変形時にガラス繊維マットを損傷することがなく、好ましい。

図３に示したほぐしローラーを使用してガラス繊維マットをほぐす状況を図４に部分断面図にて示した。平坦なシート状で供給されるガラス繊維マットをほぐしローラー２０を通過させると、２本のローラーに交互に間欠的に配設され、かつ軸芯方向視にて重複部を有する円板体３７ａ、３７ｂによりガラス繊維マット６がジグザグ状に屈曲変形を受け、ガラス繊維マットを構成するヤーンの結着が解消されてふわふわした状態となる。結着が解消されたガラス繊維は、発泡の進行に従って硬質ポリウレタンフォームの厚さ方向に均一に広がる。

図１に例示した製造方法により、ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームを製造した。使用したガラス繊維は目付量が６５０ｇ／ｍ^２のコンティニュアスストランドマットであり、使用した硬質ポリウレタンフォーム原料はソフランＲ１１５−９０Ｈ等（東洋ゴム工業（株））である。得られたガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの密度は１３０ｋｇ／ｍ^３であり、ガラス繊維の含有率は１０重量％であった。図１に示したように、目付量が６５０ｇ／ｍ^２のガラス繊維メッシュを供給した場合には、得られた裁断前のガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの表面の凹凸は、平均して２ｃｍであった。

これに対して網状シートを供給する工程を除いて全く同様にして製造した裁断前のガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの表面の凹凸は、平均して５ｃｍであった。

本発明の製造方法の実施に好適な製造装置と該製造装置を使用したガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの製造方法の構成を示した概略正面図 網状シート供給工程の部分を拡大した概略正面図 ほぐしローラーを使用してガラス繊維マットをほぐす状況を示した部分断面図 ほぐしローラーを使用してガラス繊維マットをほぐす状況を示した部分断面図

符号の説明

５ 硬質ポリウレタンフォーム発泡原液
１１Ｌ 下面材
２０ ガラス繊維マット
４１ 網状シート
Ｂ ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォーム

Claims (3)

1. 下面材を供給する下面材供給工程、前記下面材上にガラス繊維マットを供給するガラス繊維マット供給工程、前記ガラス繊維マットの上に網状シートを供給する網状シート供給工程、網状シート層を有する前記ガラス繊維マットに硬質ポリウレタンフォーム発泡原液を供給する原液供給工程、及び前記硬質ポリウレタンフォーム発泡原液を反応、発泡させてガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームとする発泡工程を有するガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの製造方法。
2. さらに前記網状シート層を有する前記ガラス繊維マットを押えローラーにて押圧して前記原液供給工程に供給する押圧工程を有する請求項１に記載のガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの製造方法。
3. 前記網状シートは、樹脂処理をしたものである請求項１又は２に記載のガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームの製造方法。

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