JP2009051180A - 複層硬質ポリウレタンフォームパネル - Google Patents

Abstract

【課題】有機発泡剤を使用することなく有機発泡剤を使用した硬質ポリウレタンフォームと同等の低い熱伝導率を有し、軽量で剛性に優れた硬質ポリウレタンフォームパネルを提供する。
【解決手段】密度が２０〜４０ｋｇ／ｍ^３の水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）１２と密度が５０〜２００ｋｇ／ｍ^３、平均気泡径が５０μｍ以下の微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）１６が積層されている複層硬質ポリウレタンフォームパネルとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ペンタン類、フロン化合物、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）化合物等の有機発泡剤を使用することなくこれらの有機発泡剤を使用した場合と同レベルの低い熱伝導率を有する硬質ポリウレタンフォームパネルに関するものである。

硬質ポリウレタンフォームパネルは、断熱材、軽量構造材等として周知の材料である。係る硬質ポリウレタンフォームは、ポリオール化合物、発泡剤を必須成分として含有するポリオール組成物とポリイソシアネート成分とを混合して反応性組成物とし、これを発泡、硬化させることにより形成される。発泡剤としては、古くはＣＦＣ−１１等のフロン化合物が使用されていたが、ＣＦＣ化合物がオゾン層の破壊を引き起こすことから禁止され、ＨＣＦＣ−１４１ｂに切り換えられ、さらに２００４年からはオゾン層破壊係数がゼロであるＨＦＣ化合物への切り換えが行われているが、ＨＦＣ化合物はＧＷＰ（地球温暖化係数）が大きく、また現状では高価であるという問題を有する。

ＨＦＣ化合物等のハロゲン化炭化水素化合物に代えて、低コストの発泡剤としてｎ−ペンタン、ｉｓｏ−ペンタン、シクロペンタン等のペンタン類を使用する技術が公知であるが、ペンタン類は可燃性が高く、ペンタンを使用した硬質ポリウレタンフォームパネルの製造においては、火災防止のための設備に多大の費用が必要であるという問題を有する。

作業環境においても地球環境においても問題がなく、しかも低コストの発泡剤として水が知られており、発泡剤として水を使用した硬質ポリウレタンフォームは周知であるが、水とイソシアネート基との反応により生成する炭酸ガスにより発泡体を形成した硬質ポリウレタンフォームであって気泡を、有機発泡剤を使用したフォームと同じ独立気泡としたフォームは経時変化による寸法変化が大きいという問題を有する。

係る水発泡の独立気泡硬質ポリウレタンフォームの寸法変化が大きいという問題を解決する技術として特定のシリコーン化合物を使用する技術（特許文献１、２など）、並びに樹脂微粒子を分散したポリオール化合物を使用する技術（特許文献３、４など）が公知である。

しかるに上記の水発泡硬質ポリウレタンフォームは、フォームを構成する気泡に小さな孔を形成することにより経時変化による寸法変化を防止するものであるために、寸法安定性は良好であるが熱伝導率を、有機発泡剤を使用した場合ほどに低下させることができない。

有機発泡剤を使用しない別の硬質ポリウレタンフォームの製造技術として炭酸ガスを発泡剤として微細化した独立気泡のフォームが公知である（特許文献５）。

特開２０００−９５８６５号公報 特開２０００−１０９５２４号公報 特開平５−２５２４３号公報 特開２０００−２５６４３４号公報 特開２００２−０２０４４４号公報

しかし、炭酸ガスを発泡剤として使用し、微細化した独立気泡の硬質ポリウレタンフォームは、熱伝導率が低くて断熱性は良好であるが、低密度化すると寸法安定性が低下するという問題を有し、寸法安定性確保のために高密度のフォームとすると、フォームの厚さが薄い場合にはパネルの剛性が不足し、フォームの厚さを厚くして剛性を高めると製品重量が重くなって、硬質ポリウレタンフォームの有する軽量であるという特徴がなくなるという問題が生じる。

本発明は、上記公知技術の問題点に鑑み、有機発泡剤を使用することなく有機発泡剤を使用した硬質ポリウレタンフォームと同等の低い熱伝導率を有し、軽量で剛性に優れた硬質ポリウレタンフォームパネルを提供することを目的とする。

本発明の複層硬質ポリウレタンフォームパネルは、密度が２０〜４０ｋｇ／ｍ^３の水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）と密度が５０〜２００ｋｇ／ｍ^３、平均気泡径が５０μｍ以下の微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）が積層されていることを特徴とする。

水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）の密度が２０未満ｋｇ／ｍ^３の場合には複層硬質ポリウレタンフォームパネルの強度が十分ではなくなり、４０ｋｇ／ｍ^３を超えるとパネルの重量が重くなり、好ましくない。微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）の密度が５０ｋｇ／ｍ^３未満の場合には複層パネルの寸法安定性が低下する。微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）の密度は高いほど剛性が高くなるが、複層パネルの重量が大きくなって好ましくない。微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）の密度は２００ｋｇ／ｍ^３以下であることが好ましく、１５０ｋｇ／ｍ^３以下であることがより好ましく、１２０ｋｇ／ｍ^３以下であることがさらに好ましい。複層硬質ポリウレタンフォームパネル全体としての密度は２５〜７０ｋｇ／ｍ^３であることが好ましく、３０〜６０ｋｇ／ｍ^３であることがより好ましい。

上記複層硬質ポリウレタンフォームパネルは、有機発泡剤を使用することなく有機発泡剤を使用した硬質ポリウレタンフォームと同等の低い熱伝導率を有し、軽量で剛性に優れた硬質ポリウレタンフォームパネルである。

上記の複層硬質ポリウレタンフォームパネルは、少なくとも３層以上の奇数層からなる積層構造を有し、外層構成材料が水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）同士又は微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）同士であることが好ましい。

上記構成の複層硬質ポリウレタンフォームパネルは、とりわけ寸法安定性に優れたパネルである。

また上記の複層硬質ポリウレタンフォームパネルにおいては、前記水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）の厚さをｔ１、前記微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）の厚さをｔ２とした場合、ｔ１＞ｔ２であることが好ましい。

係る構成の複層硬質ポリウレタンフォームパネルは、製造が容易で軽量性に優れたパネルである。

本発明の複層硬質ポリウレタンフォームパネルは、密度が２０〜４０ｋｇ／ｍ^３の水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）と密度が５０〜２００ｋｇ／ｍ^３、平均気泡径が５０μｍ以下の微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）が積層されたものであることを特徴とする。

密度が２０〜４０ｋｇ／ｍ^３の水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）は、公知のフォームを使用することができ、連続気泡硬質ポリウレタンフォームであっても独立気泡硬質ポリウレタンフォームであってもよい。

水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）としては、シリコーン重合体を整泡剤成分に含有させて独立気泡率を５０〜９０％にした硬質ポリウレタンフォーム（シリコーン重合体使用フォーム）、硬質ポリウレタンフォーム用のポリエーテルポリオールに樹脂微粒子を分散させた樹脂微粒子分散ポリオール（ポリマーポリオール）をポリオール成分として使用した独立気泡率が５０〜９０％の硬質ポリウレタンフォーム（樹脂微粒子分散ポリオールベースフォーム）、シリコーン重合体を整泡剤成分に含有させると共に樹脂微粒子分散ポリオールを使用した硬質ポリウレタンフォームを使用することが寸法安定性、断熱性に優れており、好ましい。

上記のシリコーン重合体使用フォームは、特開２００４−３１５５７９号公報、特開２００４−３１５５８０号公報、特開２００６−１３７８１０号公報等に開示されている。上記の樹脂微粒子分散ポリオールベースフォームは、特開２００６−３２８１７１号公報に開示されている。またシリコーン重合体を整泡剤成分に含有させると共に樹脂微粒子分散ポリオールを使用した硬質ポリウレタンフォームは特開２００７−４６０４３号公報等に開示されている。

本発明の複層硬質ポリウレタンフォームパネルを構成する密度が５０〜２００ｋｇ／ｍ^３、平均気泡径が５０μｍ以下の微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）としては、公知の硬質ポリウレタンフォームを使用することができ、具体的には上記特許文献５に記載された硬質ポリウレタンフォームを使用することができる。

本発明の複層硬質ポリウレタンフォームパネルは、複層パネルを構成する個々の硬質ポリウレタンフォームを、型を使用して製造した後に接着剤を使用して接着・積層して製造してもよいが、以下の方法で製造することもできる。
（１）射出成形法又は連続製造法により（Ｆ１）又は（Ｆ２）を２枚製造し、これを所定間隔で型内に配置し、その間に積層するべき（Ｆ２）又は（Ｆ１）を形成する反応性組成物を注入して発泡・硬化させて積層体である複層硬質ポリウレタンフォームパネルとする方法。
（２）射出成形法又は連続製造法により１枚の（Ｆ１）又は（Ｆ２）を製造し、連続硬質ポリウレタンフォームパネルの製造ラインにおいて下面材上に供給された（Ｆ２）又は（Ｆ１）を形成する反応性組成物の上に上面材として予め製造した（Ｆ１）又は（Ｆ２）を供給して積層体とする方法を２回以上繰り返して複層硬質ポリウレタンフォームパネルとする方法。

上記の製造方法において、サンドイッチパネルの製造に使用される連続製造方式により製造することが、均一性の高い複層硬質ポリウレタンフォームパネルが得られる観点より好ましい。

図１は、本発明の複層硬質ポリウレタンフォームパネルを例示した部分断面を含む斜視図である。複層硬質ポリウレタンフォームパネル１０は、厚さがｔ２の微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）１６の上面側に、厚さがｔ１の水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）１２が、また下面側に厚さがｔ１水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）１４が積層された３層構造に形成されている。上面側の水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）１２と水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）１４とは同一のフォームであってもよく、また異なったフォームであってもよいが同一のフォームであることがより寸法安定性に優れた複層硬質ポリウレタンフォームパネルが形成されるので好ましい。図１においては、フォーム（Ｆ１）１２と１４は同じ厚さであるが、異なった厚さであってもよい。

図１に例示された複層硬質ポリウレタンフォームパネルは、各層を構成する硬質ポリウレタンフォームパネルを作製し、接着剤で貼り合わせて製造することも可能であるが、例えば以下の方法により接着剤を使用することなく製造することができる。
（１．１）公知のサンドイッチパネルの製造方法にて紙面材を備えた所定厚さの水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）１２、１４を製造する。２枚の（Ｆ１）１２、１４を型枠内において所定間隔に配置し、空隙に（Ｆ２）１６を形成する反応性組成物を供給し、反応させて（Ｆ２）１６を形成すると同時に複層硬質ポリウレタンフォームパネル１０とする方法。
（１．２）公知のサンドイッチパネルの製造方法にて紙面材を備えた所定厚さの微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）１６を製造する。公知のサンドイッチパネルの製造方法において下面材として離型シート、紙面材等を供給してその上に水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）１２を形成する反応性組成物を供給し、その上にフォーム（Ｆ２）１６を供給する。フォーム（Ｆ１）１２を形成する反応性組成物を発泡硬化させて所定厚さの水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）１２を積層形成し、２層構造のパネルを作製する。サンドイッチパネルの製造方法において下面材として離型シート、紙面材等を供給してその上に水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）１４を形成する反応性組成物を供給し、その上に前記の２層構造のパネルを、フォーム（Ｆ２）が反応性組成物に接するように供給し、フォーム（Ｆ１）１４を形成する反応性組成物を発泡硬化させて所定厚さの水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）１４を積層形成して３層構造の複層硬質ポリウレタンフォームパネル１０とする方法。

図２は、本発明の別の複層硬質ポリウレタンフォームパネルを例示した断面図である。複層硬質ポリウレタンフォームパネル２０は、厚さがｔ２の２枚の微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）１６の間に厚さがｔ１の水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）１２がサンドイッチ状に積層された３層構造に形成されている。

図２に例示された複層硬質ポリウレタンフォームパネルは、各層を構成する硬質ポリウレタンフォームパネルを作製し、接着剤で貼り合わせて製造することも可能であるが、例えば以下の方法により接着剤を使用することなく製造することができる。
（２．１）公知のサンドイッチパネルの製造方法にて紙面材を備えた所定厚さの水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）１２を製造する。フォーム（Ｆ１）１２を型枠内において所定位置に配置し、フォーム（Ｆ１）１２の両面外側の型枠により形成された空隙に（Ｆ２）１６を形成する反応性組成物を供給し、反応させて（Ｆ２）１６を形成すると同時にフォーム（Ｆ１）１２の両面にフォーム（Ｆ２）が積層された複層硬質ポリウレタンフォームパネル２０とする方法。
（２．２）公知のサンドイッチパネルの製造方法にて紙面材を備えた所定厚さの微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）１６を製造する。公知のサンドイッチパネルの製造方法において下面材として離型シート、紙面材等を供給してその上に水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）１２を形成する反応性組成物を供給し、その上にフォーム（Ｆ２）１６を供給する。フォーム（Ｆ１）１２を形成する反応性組成物を発泡硬化させて所定厚さの水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）１２を積層形成し、２層構造のパネルを作製する。サンドイッチパネルの製造方法において下面材として離型シート、紙面材等を供給してその上に水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）１６を形成する反応性組成物を供給し、その上に前記の２層構造のパネルを、フォーム（Ｆ１）１２が反応性組成物に接するように供給し、フォーム（Ｆ２）１６を形成する反応性組成物を発泡硬化させて所定厚さの水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）１６を積層形成して３層構造の複層硬質ポリウレタンフォームパネル２０とする方法。

図３は、本発明の別の複層硬質ポリウレタンフォームパネルを例示した断面図である。複層硬質ポリウレタンフォームパネル３０は、２枚の微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）１６と３枚の水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）１２が、フォーム（Ｆ１）１２／フォーム（Ｆ２）１６／フォーム（Ｆ１）１２／フォーム（Ｆ２）１６／フォーム（Ｆ１）１２の配置にてサンドイッチ状に積層された５層構造に形成されている。

本発明の複層硬質ポリウレタンフォームパネルは、（図１）、（図２）及び（図３）に例示のように奇数層にて構成されていることが好ましく、最外層は同じフォームで構成されていることが好ましい。係る構成によれば、パネルの反りがより抑制され、とりわけ優れた寸法安定性を有する複層硬質ポリウレタンフォームパネルが得られる。

上記の複層硬質ポリウレタンフォームパネルにおけるフォーム（Ｆ２）層の厚さｔ２は特に限定されるものではないが、５〜８０ｍｍであることが好ましく、５〜６０ｍｍであることがより好ましく、５〜４０ｍｍであることがさらに好ましい。またフォーム（Ｆ１）層の厚さｔ１も特に限定されるものではないが、１０〜１００ｍｍであることが好ましく、１０〜８０ｍｍであることがより好ましく、１０〜６０ｍｍであることがさらに好ましい。

（実施例）
図２に例示した構成の複層硬質ポリウレタンフォームパネルを（２．２）に記載の方法により製造した。

連続生産方式のサンドイッチパネルの製造装置を使用し、紙面材を備えた厚さ１０ｍｍ，密度７０ｋｇ／ｍ^３，熱伝導率が０．０２００Ｗ／ｍ・Ｋの微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）を製造し裁断して幅１０００ｍｍ長さ１８００ｍｍのパネル１６とした。同様なサンドイッチパネルの製造装置を使用し、下面材として紙面材を供給してその上に樹脂微粒子分散ポリオールを使用した水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）を形成する反応性組成物を供給し、その上に上記フォーム（Ｆ２）のパネル１６を供給し、フォーム（Ｆ１）１２を形成する反応性組成物を発泡硬化させて厚さ２０ｍｍ，密度３０ｋｇ／ｍ^３，熱伝導率が０．０３３０Ｗ／ｍ・Ｋ の水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）１２を積層形成し、２層構造のパネルを作製した。最初のサンドイッチパネルの製造装置を使用し、下面材として紙面材を供給してその上に微細気泡炭酸ガス硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）１６を形成する反応性組成物を供給し、その上に前記の２層構造のパネルを、フォーム（Ｆ１）１２が反応性組成物に接するように供給し、フォーム（Ｆ２）１６を形成する反応性組成物を発泡硬化させて所定厚さ１０ｍｍ、熱伝導率が０．０２００Ｗ／ｍ・Ｋの微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）１６を積層形成して３層構造で厚さが４０ｍｍの複層硬質ポリウレタンフォームパネル２０とした。

得られた３層構造の複層硬質ポリウレタンフォームパネル２０は、平均密度が５０ｋｇ／ｍ^３、熱伝導率は０．０２５０Ｗ／ｍ・Ｋであり、経時変化による反りなどの変形が発生せず、断熱性と寸法安定性に優れ、剛性が高く曲げ強度にも優れたものであった。

本発明の複層硬質ポリウレタンフォームパネルの好適な態様を例示した斜視図 本発明の複層硬質ポリウレタンフォームパネルの別の好適な態様を例示した断面図 本発明の複層硬質ポリウレタンフォームパネルの別の好適な態様を例示した断面図

符号の説明

１０ 複層硬質ポリウレタンフォームパネル
１２ 水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）
１６ 微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）

Claims (3)

1. 密度が２０〜４０ｋｇ／ｍ^３の水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）と密度が５０〜２００ｋｇ／ｍ^３、平均気泡径が５０μｍ以下の微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）が積層されたことを特徴とする複層硬質ポリウレタンフォームパネル。
2. 少なくとも３層以上の奇数層からなる積層構造を有し、外層構成材料が水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）同士又は微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）同士であることを特徴とする請求項１記載の複層硬質ポリウレタンフォームパネル。
3. 前記水発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ１）の厚さをｔ１、前記微細気泡炭酸ガス発泡硬質ポリウレタンフォーム（Ｆ２）の厚さをｔ２とした場合、ｔ１＞ｔ２であることを特徴とする請求項１又は２に記載の複層硬質ポリウレタンフォームパネル。

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