JP2014159713A - 複合建築材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】断熱性、防音性及び防耐火性能に優れ、しかも軽量である複合建築材料の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、一対の基材間に芯材を有する複合建築材料の製造方法であって、前記芯材が、平均粒子径が１ｍｍ以上の無機発泡粒子を一方の基材上に敷き詰めた後、その表面に発泡樹脂の原料液を塗布して発泡硬化させることによって形成されることを特徴とする複合建築材料の製造方法である。また、前記無機発泡粒子は、連続気泡を有することが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、壁材や屋根材等に用いられる複合建築材料の製造方法に関する。

壁材や屋根材等の外装建材に用いられる複合建築材料には、居住性の向上や省エネ等の観点から断熱性が要求されると共に、雨音や騒音を防止する観点から防音性が要求される。また、複合建築材料には、建築基準法に基づき一定の防耐火性能も要求される。このような要求を満たすものとして、一対の基材間に芯材が設けられた金属サイディングが一般に知られている。

この金属サイディングに用いる芯材としては、石膏ボードや発泡樹脂等が一般に知られている。しかしながら、石膏ボードを芯材とする金属サイディングは、防耐火性能は良好であるものの、重いために施工性が悪いという問題がある。また、発泡樹脂を芯材とする金属サイディングは、軽量であって施工性が良好であるものの、防耐火性能が十分得られるものが少ないという問題がある。
そこで、施工性と防耐火性能とのバランスを考慮し、無機粒子を添加した発泡樹脂を芯材として用いた金属サイディングが提案されている（例えば、特許文献１）。さらに、軽量化によって施工性を向上させる観点から、芯材に添加する無機粒子として無機発泡粒子を用いることも提案されている（例えば、特許文献２）。

特許第３３７６４０１号公報 特開２０００−１１９４２４号公報

しかしながら、無機粒子を添加した発泡樹脂を芯材として用いる従来の方法では、無機粒子を配合した発泡樹脂の原料液を一対の基材間に注入して発泡硬化させているため、発泡樹脂の原料液に配合することが可能な無機粒子の量が制限され、防耐火性能が十分に向上しないという問題がある。特に、壁や屋根材等の外装建材に用いられる金属サイディングにおいては、少なくとも準不燃材料としての認定が必要とされているところ、従来の方法では準不燃材料としての認定が得られる程度の防耐火性能を有する複合建築材料を得ることが難しいという問題がある。

ここで、本明細書において「準不燃材料」とは、ＩＳＯ５６６０−１の規程に基づく準不燃材料に適合する材料であり、具体的には、ＩＳＯ５６６０−１に準拠したコーンカロリー燃焼試験により、総発熱量及び時間に対する発熱速度を求めた際に、（ｉ）加熱開始後１０分間の総発熱量が８ＭＪ／ｍ^２以下であり、（ｉｉ）加熱開始後１０分間、最大発熱速度が１０秒以上継続して２００ｋＷ／ｍ^２を超えず、且つ（ｉｉｉ）加熱開始後１０分間、防火上有害な裏面まで貫通する亀裂及び穴がない材料のことを意味する。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、断熱性、防音性及び防耐火性能に優れ、しかも軽量である複合建築材料の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、特定の平均粒子径を有する無機発泡粒子を一方の基材上に敷き詰めた後、その表面に発泡樹脂の原料液を塗布して発泡硬化させることによって芯材を形成することにより、芯材中に占める無機発泡粒子の量を増大させると共に、無機発泡粒子同士の間や無機発泡粒子の気泡（空隙）内に発泡樹脂を均一に充填させることができ、その結果として上記の問題を全て解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、一対の基材間に芯材を有する複合建築材料の製造方法であって、前記芯材が、平均粒子径が１ｍｍ以上の無機発泡粒子を一方の基材上に敷き詰め、その表面を平滑化した後、前記平滑化した表面に発泡樹脂の原料液を塗布して発泡硬化させることによって形成されることを特徴とする複合建築材料の製造方法である。

本発明によれば、断熱性、防音性及び防耐火性能に優れ、しかも軽量である複合建築材料の製造方法を提供することができる。特に、この製造方法によれば、軽量でありながら、少なくとも準不燃材料としての認定が得られる程度の防耐火性能を有する複合建築材料を得ることができる。

本発明の複合建築材料の製造方法は、一対の基材間に芯材を有する金属サイディングの製造方法である。この製造方法は、芯材を形成する工程に主な特徴があるため、当該工程以外は、従来の複合建築材料の製造方法に準じて行うことができる。
以下、本発明の複合建築材料の製造方法について詳細に説明する。

本発明の製造方法では、まず、複合建築材料を構成する一対の基材のうちの一方の基材上に無機発泡粒子を敷き詰める。無機発泡粒子を用いることにより、無機発泡粒子を芯材中に高充填化させても重くなり過ぎないため、軽量化を図ることができる。

無機発泡粒子の種類としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。無機発泡粒子の例としては、発泡ガラス、パーライト、シラスバルーン、フライアッシュバルーン、セラミックスバルーン、バーミキュライト、イソライト等が挙げられる。これらの無機発泡粒子は、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

無機発泡粒子の比重としては、特に限定されないが、好ましくは０．７未満、より好ましくは０．６以下である。ここで、本明細書において「無機発泡粒子の比重」とは、４℃の水の体積密度に対する無機発泡粒子の体積密度の比を意味する。

また、無機発泡粒子の気泡の種類は、特に限定されず、独立気泡であってもよいが、連続気泡を有することが好ましい。ここで、本明細書において「連続気泡」とは、隣接する気泡同士が繋がっている構造、すなわち、気泡を構成する壁が破れて繋がっている構造を意味する。また、「独立気泡」とは、隣接する気泡同士が繋がっていない構造、すなわち、気泡が壁に囲まれて独立している構造を意味する。無機発泡粒子が連続気泡を有していれば、無機発泡粒子の気泡（空隙）中に発泡樹脂が充填され易くなり、芯材の安定性が高くなる。

連続気泡を有する無機発泡粒子としては、特に限定されないが、発泡ガラスが挙げられる。発泡ガラスは、一般に、ガラス粉末に、炭酸カルシウム、炭化珪素及び増粘剤としての硼砂を加え、加熱炉を用いて室温から約１０００℃まで１時間程度で加熱し、ガラスが融体化した時点で、炭化珪素の分解による発泡及び炭酸カルシウムの分解による発泡を行わせると共に、増粘剤である硼砂によって粘性を高めておき、これらの発泡した気泡をガラスの中に保持させた後、加熱炉から取り出して急冷したり、或いは加熱炉から取り出すと共に水を噴霧する等して急冷したりすることによって製造される。そして、発泡ガラスの気泡の種類は、発泡剤の選択及び加熱条件等によって調整することができる。
なお、発泡ガラスは、ミラクルソルやスーパーソルという商品名で市販されているため、これらの市販品を本発明に用いることも可能である。

無機発泡粒子の平均粒子径は１ｍｍ以上である必要がある。このような平均粒子径を有する無機発泡粒子は、例えば、所定のメッシュ粗さの篩を用いた分級により得ることができる。ここで、本明細書において「平均粒子径」とは、篩法によって測定した粒子径のヒストグラム中、粒子径の小さいほうから質量の和が総質量の５０％に達する粒子の粒子径のことを意味する。無機発泡粒子の平均粒子径が１ｍｍ未満であると、敷き詰められた無機発泡粒子間の空隙が狭くなり、発泡樹脂の原料液の発泡性を阻害してしまう。具体的には、発泡樹脂の原料を発泡硬化させる際に、無機発泡粒子間の空隙に発泡樹脂が浸透する時の抵抗力が増大する。その結果、発泡樹脂の発泡圧によって無機発泡粉末が動き易くなり、無機発泡粉末の均一な分散状態（充填性）が得られなくなる。また、発泡樹脂の発泡倍率（発泡樹脂の原料液の体積に対する発泡硬化後の発泡樹脂の体積の比）が小さくなるため、発泡樹脂の密度が大きくなり、可燃成分の増加によって防耐火性能が低下してしまう。

無機発泡粒子の平均粒子径の上限は、特に限定されず、基材上に敷き詰める無機発泡粒子の層の厚さに応じて適宜調整すればよい。例えば、基材上に敷き詰める無機発泡粒子の層の厚さを１５〜２５ｍｍとする場合、無機発泡粒子の平均粒子径は１〜１０ｍｍであることが好ましい。また、基材上に敷き詰める無機発泡粒子の層の厚さを２５ｍｍよりも大きくする場合、１０ｍｍよりも大きい平均粒子径を有する無機発泡粒子を用いることができる。

基材としては、特に限定されず、各種用途に応じて適切なものを選択すればよい。基材の例としては、鉄板、アルミニウム板、銅板、ステンレス板、チタン板、亜鉛メッキ鋼板、アルミ・亜鉛合金メッキ鋼板、その他の合金メッキ鋼板、ホーロー鋼板、クラッド鋼板、フッ素樹脂塗装鋼板、ポリエステル系塗装鋼板、若しくはこれらを各種色調に塗装したカラー金属板やカラー鋼板、クラフト紙、アルミ蒸着紙、アスベスト紙、ガラス繊維紙、ガラス繊維／合成樹脂複合紙、アスファルトフェルト、金属箔（Ａｌ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｃｕ）、合成樹脂シート、ゴムシート、布シート、石膏紙、水酸化アルミ紙、不織布、又は石膏ボード等の無機質板の１種以上からなるものであり、これをロール成形、プレス成形、押出成形等によって各種形状に成形したものである。
また、無機発泡粒子を敷き詰める基材には、無機発泡粒子を敷き詰めるために隆起部（凸部）を端部に予め形成してもよい。或いは、基材の端部に枠を別途配置してもよい。

基材上に無機発泡粒子を敷き詰める方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の粉末充填装置を用いて行うことができる。その中でも、粉末を供給する供給ホッパーと、スリット状の吐出口を有し且つ供給ホッパーから供給された粉末を吐出する粉末吐出スリットとを備えたスリット式粉末充填装置は、無機発泡粒子を安定且つ連続的に基材上に敷き詰めると同時に、敷き詰められた無機発泡粒子の表面を平滑化させることができるため好ましい。このスリット式粉末充填装置は、基材と粉末吐出スリットとの間のクリアランスを調整することにより、敷き詰められる無機発泡粒子の層の厚さを制御することができる。また、基材を運搬コンベア上に載せて移送しながらスリット式粉末充填装置から無機発泡粒子を連続的に供給して敷き詰めることにより、複合建築材料の連続的な製造も可能となる。

次に、本発明の製造方法では、上記のようにして敷き詰められた無機発泡粒子の表面に発泡樹脂の原料液を塗布する。
発泡樹脂としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。発泡樹脂の例としては、ポリウレタンフォーム、フェノールフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリイソシアヌレートフォーム等が挙げられる。これらは単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

発泡樹脂の原料液としては、硬化時に発泡樹脂を与える原料成分であれば特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。例えば、ポリウレタンフォーム及びポリイソシアヌレートフォームの原料液は、ポリオール及びポリイソシアネートを主成分とし、発泡剤（例えば、水、フルオロカーボン）、整泡剤（例えば、シリコーンオイル）、触媒（例えば、アミン化合物）等を配合した組成物である。また、フェノールフォームの原料液は、フェノール樹脂、硬化剤（例えば、レゾール型の場合は有機酸又は無機酸、ノボラック型の場合はアミン等）、発泡剤（例えば、レゾール型の場合はハイドロカーボン、ノボラック型の場合は有機発泡剤等）等を配合した組成物である。

発泡樹脂の原料液の塗布方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。具体的には、当該技術分野において一般に用いられている発泡樹脂の原料液の塗布装置を用いて塗布すればよい。
また、発泡樹脂の原料液は、硬化時に発泡することによって体積膨張することから、敷き詰められた無機発泡粒子の表面全体に塗布するのではなく、直線状に複数列塗布することが好ましい。具体的には、運搬コンベアによって移送される基材上の無機発泡粒子の表面に、運搬コンベアの移送方向と垂直方向に発泡樹脂の原料液を直線状に複数列塗布することにより、複合建築材料の連続的な製造が可能となる。敷き詰められた無機発泡粒子の表面全体に発泡樹脂の原料液を塗布すると、芯材における発泡樹脂の割合（特に、発泡樹脂のみから形成される層の割合）が多くなりすぎてしまい、所望の防耐火性能が得られないことがある。

発泡樹脂の原料液の塗布量は、特に限定されることはなく、無機発泡粒子の種類及び量等によって適宜調整する必要があるが、一般的に、発泡樹脂の原料液に対する無機発泡粒子の質量比（無機発泡粒子の質量／発泡樹脂の原料液の質量）が１．３〜４．０、好ましくは１．５〜３．０、より好ましくは１．８〜２．８となる量である。当該質量比が１．３未満であると、無機発泡粒子の割合が少なすぎてしまい、所望の防耐火性能が得られないことがある。一方、当該質量比が４．０を超えると、芯材の耐久性が低下することがある。

発泡樹脂の原料液の塗布後、芯材の厚さが所定の厚さとなるように他方の基材を配置し、発泡樹脂の原料液を発泡硬化させる。
発泡硬化の際の条件は、特に限定されることはなく、使用する発泡樹脂の原料液の種類に応じて適宜調整すればよいが、一般的に４０〜２００℃で３０秒〜６０分間加熱すればよい。

上記のようにして発泡樹脂の原料液を発泡硬化させることにより、発泡樹脂が、無機発泡粒子同士の間や無機発泡粒子の気泡（空隙）内に侵入し、発泡樹脂のマトリックスに無機発泡粒子が高充填された芯材を形成することができる。そして、このような芯材を有する複合建築材料であれば、断熱性、防音性及び防耐火性能に優れ、しかも軽量化が可能となる。特に、この複合建築材料は、軽量でありながら、少なくとも準不燃材料としての認定が得られる程度の防耐火性能を有している。

なお、発泡樹脂の原料液を基材上に塗布した後に無機発泡粒子を敷き詰める方法も考えられるが、この場合、発泡樹脂の原料液の種類によっては、無機発泡粒子を敷き詰める前に発泡が始まることがあるため好ましくない。また、この方法では、無機発泡粒子を平滑に敷き詰めることも難しくなり、結果として発泡樹脂が無機発泡粒子同士の間や無機発泡粒子の気泡（空隙）内に十分に侵入しない。さらに、この方法では、発泡硬化の際に、敷き詰められた無機発泡粉末が発泡樹脂の発泡圧によって浮き上がり、芯材中で無機発泡粉末が傾斜的な分散状態で存在することになる。具体的には、基材近傍では発泡樹脂のみの層が形成されると共に、基材から離れるにつれて芯材中の無機発泡粉末の含有量が高くなる。このような芯材を有する複合建築材料では、火災等により温度上昇した際に、基材界面や基材近傍部において発泡樹脂が熱分解して、芯材中に亀裂、収縮及び空洞化が生じ易くなり、所望の耐防火性能が得られない。

以下、実施例及び比較例により本発明を詳細に説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。
まず、所定の形状に成形した０．２７ｍｍの塗装溶融Ｚｎ−Ａｌ合金めっき鋼板上に、スリット式粉末充填装置を用いて、粒径の異なる無機発泡粉末を厚さが１６ｍｍとなるように均一に敷き詰めた。無機発泡粉末としては、株式会社こっこー製のスーパーソル（見掛比重：０．２２ｇ／ｃｍ^３、絶対比重０．４〜０．５ｇ／ｃｍ^３）を用い、メッシュの大きさを調整することによって所定の平均粒子径に篩い分けしたものを用いた。

次に、敷き詰めた無機発泡粉末の表面に発泡樹脂の原料液を直線状に複数列塗布した。発泡樹脂の原料液の塗布量は、発泡樹脂の原料液に対する無機発泡粒子の質量比（無機発泡粒子の質量／発泡樹脂の原料液の質量）が２．０となる量に調整した。ここで、発泡樹脂をウレタンフォームとする場合は、ウレタンフォームの原料液としてポリイソシアネートとポリオールと発泡剤とを含む組成物を用いた。発泡樹脂をポリイソシアヌレートフォームとする場合は、ポリイソシアヌレートフォームの原料液としてポリイソシアヌレートとポリオールと発泡剤とを含む組成物を用いた。発泡樹脂をフェノールフォームとする場合は、フェノールフォームの原料液としてレゾール型のポリフェノールとポリオールと発泡剤と硬化剤とを含む組成物を用いた。また、各組成物は、ディスパーミキサーにて７０００ｒｐｍで１０秒撹拌した後に用いた。

次に、他方のガラス繊維紙を配置し、芯材の厚さが１６ｍｍとなるようにギャップ調整可能な発泡装置内にて６０℃で７分間加熱することによって発泡硬化させることにより、複合建築材料を作製した。
また、比較のために、無機発泡粉末を用いずに発泡樹脂のみを芯材として用いた複合建築材料を作製した。

上記で作製した複合建築材料の芯材について、以下の評価を行った。
（１）発泡樹脂の充填性評価
上記で作製した複合建築材料を任意の箇所で切断し、その断面を目視観察することにより、無機発泡粒子同士の間や無機発泡粒子の気泡（空隙）内に発泡樹脂が均一に充填されているか否かを評価した。この評価において、未充填部が１０％未満であるものを○、未充填部が１０％を超えるものを×として表す。

（２）総発熱量の評価
上記で作製した複合建築材料の芯材のほぼ中央部から１０ｃｍ角（厚み１６．３ｍｍ）の試験片を切り出した。この試験片について、ＩＳＯ５６６０−１に準拠したコーンカロリーメーター試験機を用いて、加熱開始後１０分間の総発熱量（ＭＪ／ｍ^２）を求めた。この評価において、総発熱量が８ＭＪ／ｍ^２以下のものを○、総発熱量が８ＭＪ／ｍ^２を超えるものを×として表す。

（３）最大発熱速度の評価
総発熱量の評価で用いた試験片について、ＩＳＯ５６６０−１に準拠したコーンカロリーメーター試験機を用いて、加熱開始後１０分間の最大発熱速度として、２００ｋＷ／ｍ^２を超える時間を秒単位で求めた。この評価において、１０秒以上継続して２００ｋＷ／ｍ^２を超えなかったものを○、１０秒以上継続して２００ｋＷ／ｍ^２を超えたものを×として表す。

（４）亀裂及び穴の評価
総発熱量の評価で用いた試験片について、ＩＳＯ５６６０−１に準拠したコーンカロリーメーター試験機を用いて、加熱開始後１０分間の試験終了後に亀裂及び穴の有無を確認した。この評価において、裏面まで貫通する亀裂及び穴がなかったものを○、裏面まで貫通する亀裂及び穴が多数あったものを×として表す。なお、裏面まで貫通する亀裂及び穴が発生していなくても、厚みなどの形状の変化があった場合も×とした。
上記の（１）〜（４）の評価結果を表１に示す。

表１の結果に示されているように、平均粒子径が１ｍｍ以上の無機発泡粒子を基材上に敷き詰めた後、その表面に発泡樹脂の原料液を塗布して発泡硬化させることによって芯材を形成した実施例１〜６の複合建築材料では、上記の各評価が良好であった。これに対して、同様の方法であっても、平均粒子径が１ｍｍ未満の無機発泡粒子を用いて芯材を形成した比較例１〜３では、発泡樹脂の充填性が十分ではないと共に、総発熱量が高く、防耐火性能が十分ではなかった。また、発泡樹脂のみを芯材として用いた比較例４〜６では、総発熱量が高いと共に、亀裂及び穴が多数あるか又は厚みなどの形状の変化があり、防耐火性能が十分ではなかった。

上記の結果からわかるように、本発明によれば、断熱性、防音性及び防耐火性能に優れ、しかも軽量である複合建築材料の製造方法を提供することができる。

Claims (6)

1. 一対の基材間に芯材を有する複合建築材料の製造方法であって、
   前記芯材が、平均粒子径が１ｍｍ以上の無機発泡粒子を一方の基材上に敷き詰めた後、その表面に発泡樹脂の原料液を塗布して発泡硬化させることによって形成されることを特徴とする複合建築材料の製造方法。
2. 前記無機発泡粒子が連続気泡を有することを特徴とする請求項１に記載の複合建築材料の製造方法。
3. 前記無機発泡粒子が発泡ガラス粒子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合建築材料の製造方法。
4. 前記発泡樹脂の原料液は、前記発泡樹脂の原料液に対する前記無機発泡粒子の質量比が１．３〜４．０となる量で塗布されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の複合建築材料の製造方法。
5. スリット式粉末充填装置を用いて前記無機発泡粒子を敷き詰めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の複合建築材料の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法によって得られる複合建築材料。