JP2015507562A - 耐火複合構造 - Google Patents

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ロバート・シー・シエスリンスキ
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ルイージ・ベルトゥチェリ
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ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー
ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー
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Abstract

本発明は耐火複合構造に関する。一例として、耐火複合構造は、第１面と第２面との間にある発泡材と、発泡材上のバリア層を有し得る。バリア層は接着材および熱吸収材を含み得、ここでは、熱吸収材は４０℃から１４０℃の融点を有し、バリア層の１５重量％から９９重量％である。【選択図】なし

Description

本開示は一般に耐火複合構造に関し、より具体的には、発泡材およびバリア層を備える耐火複合構造に関する。
構造を絶縁するパネルは複合構成材料である。構造を絶縁するパネルは構造板の２つの層の間に挟まれた硬質発泡体の絶縁層を含む。構造板は有機物および／または無機物であり得る。例えば、構造板は、数あるタイプの板の中でも、金属、合金、石膏、合板、およびこれらの組み合わせであり得る。
構造を絶縁するパネルは、壁材、屋根葺き材、および／または床材のような多種多様の用途に使用され得る。構造を絶縁するパネルは、例えば、商業用ビル、住宅建物、および／または貨物コンテナにおいて利用され得る。
構造を絶縁するパネルは、構造を絶縁するパネルを使用していない他のビルまたはコンテナと比較して、このパネルを利用しているビルおよび／またはコンテナのエネルギー効率を高める手助けとなり得る。
構造を絶縁するパネルは所望される安定性および耐久性の特性を有する。例えば、構造を絶縁するパネルは、このパネルを使用しているビルまたはコンテナの有効寿命を通してずっと耐え得る。その後、パネルは再利用され得るか、または再生利用され得る。
本開示は、第１面と第２面との間にある発泡材および上記発泡材上のバリア層を備える耐火複合構造を提供する。バリア層は接着材および熱吸収材を含み、ここでは、熱吸収材は４０℃から１４０℃の融点を有し、バリア層の１５重量％から９９重量％である。
本開示は、第１面と第２面との間にある発泡材および上記発泡材上のバリア層を備える耐火複合構造を提供する。バリア層は接着材および熱吸収材を含み、ここでは、熱吸収材は反射コーティング、４０℃から１４０℃の融点を有し、バリア層の１５重量％から９９重量％である。
本開示の上記概要は、本開示の個々の開示される実施形態または全ての具体例を記載しているとは意図されない。以下の記述は、実例となる実施形態をさらに詳細に例証する。本出願全体を通じていくつかの場所では、実施例の列挙を通じて指針が提供され、これらの実施例は様々な組合せで使用され得る。各例においては、記載されるリストは代表的な群とされるにすぎず、排他的なリストと解釈されるべきではない。
本開示の多数の実施形態に係る耐火複合構造の一部を説明する図である。 図１Ａのカットライン１Ａ−１Ａによる図１Ａの断面図である。 本開示の多数の実施形態に係る耐火複合構造の断面図である。 本開示の多数の実施形態に係る耐火複合構造の断面図である。 本開示の多数の実施形態に係る耐火複合構造の断面図である。 本開示の多数の実施形態に係る耐火複合構造の断面図である。 実験温度対時間のデータを説明する。 実験温度対時間のデータを説明する。 実験温度対時間のデータを説明する。 実験温度対時間のデータを説明する。
詳細な説明
第１面と第２面との間にある発泡材、および上記発泡材上のバリア層を備える耐火複合構造であって、上記バリア層が接着材および熱吸収材を含み、上記熱吸収材は４０℃から１４０℃の融点を有し、バリア層の１５重量％から９９重量％である耐火複合構造が、本明細書中に記載される。
本開示の実施形態は、発泡材上のバリア層を備えていないパネルのような以前のパネルによるアプローチと比較して、高い耐火性を提供し得る。バリア層は接着材および熱吸収材を含み得る。熱吸収材は熱を吸収して発泡材の保護に役立ち得、そして高い耐火性を持つ耐火複合構造を提供し得る。例えば熱吸収材は、不顕性の熱事象、例えば、融解および／または別の相変化により熱を吸収し得る。
本開示の以下の詳細な説明においては、本開示の一部を構成する添付の図面が参照され、図面では、本開示の１つ以上の実施形態が実施され得る方法が実例として示される。これらの実施形態は当業者が本開示の実施形態を実施することを可能にするために十分に詳細に記載され、他の実施形態が利用され得ること、ならびにプロセスの、電気的、および／または構造的変更が本開示の範囲から逸脱することなく行われ得ることが理解されるものとする。
本明細書中の図は、最初の数字（単数または複数）が図面の番号に対応し、残りの数字がその図面の中の要素または構成要素を識別するナンバリングの慣習に従う。異なる図の間で類似する要素または構成要素は、類似する数字の使用により識別され得る。例えば、１０４は図１においては基準要素「４」であり得、類似する要素は図２においては２０４と呼ばれ得る。関連する数字を含む要素はまた、特定の図とは無関係に指定され得る。例えば、「要素４」が、特定の図とは無関係に説明の中で指定され得る。
図１Ａは、本開示の多数の実施形態に係る耐火複合構造１０２−１の一部を説明する。様々な用途について、本明細書中に開示される耐火複合構造は、数ある引用用語の中でも、サンドイッチパネル、構造を絶縁するパネル、または自立できる断熱パネルと呼ばれ得る。本明細書中に開示される耐火複合構造は様々な工程により形成され得る。例えば、耐火複合構造は、二重のベルト／バンド配置を利用する連続ラミネーション法のような連続製法により形成され得る。ここでは、バリア層の構成要素が第１面の表面上に付着させられ得る、例えば、注がれ得るかまたは噴霧され得る。これは可撓性であり得、また硬質でもあり得る。次に、発泡材を形成させるための反応混合物がバリア層の上に付着させられ得る、例えば、注がれ得るかまたは噴霧され得る。存在するならば、第２のバリア層の構成要素が、発泡材を形成させるための反応混合物上に、もしくは反応混合物の硬化が起こった場合には発泡材の上に付着させられ得る、例えば、注がれ得るかまたは噴霧され得る。次に、第２面の表面が第２のバリア層、発泡材を形成させるための反応混合物、または発泡材と接触させられ得る。様々な用途について、他の形成工程が利用され得る。例えば、存在するならば、第２のバリア層の構成要素が第２面の表面上に付着させられ得る、例えば、注がれ得るかまたは噴霧され得る。さらに、本明細書中に開示されるような耐火複合構造は、第１面および／または第２面上へのバリア層の構成要素の付着、例えば、注ぎ入れまたは噴霧を含む不連続製法により形成され得る。その後、第１面および第２面が圧力下に置かれ得、そして発泡材を形成させるための反応混合物が、第１面と第２面の間に付着させられ得る、例えば、注がれ得るかまたは注入され得る。
耐火複合構造１０２−１は複合構成材料であり、これは様々な用途に利用され得る。耐火複合構造１０２−１は、第１面１０６と第２面１０８との間にある発泡材１０４を含む。耐火複合構造１０２−１はバリア層１１０を含む。
発泡材１０４は熱硬化性発泡体、例えば、硬化した状態への不可逆的反応により形成されたポリマー発泡体であり得る。発泡材１０４は、数ある熱硬化性発泡体の中でも、ポリイソシアヌレート発泡体、ポリウレタン発泡体、フェノール系発泡体、およびこれらの組合せであり得る。一例として、発泡材１０４は、硬質ポリウレタン／ポリイソシアヌレート（ＰＵ／ＰＩＲ）発泡体であり得る。ポリイソシアヌレート発泡体は、ポリオール（例えば、ポリエステルグリコール）とイソシアネート（例えば、メチレンジフェニルジイソシアネートおよび／またはポリ（メチレンジフェニルジイソシアネート）とを反応させることにより形成され得る。ここでは、イソシアネート基の等量数はイソシアネート反応基の等量数よりも大きく、化学量論の余剰分はイソシアヌレート結合に変換される。例えば、この比は１．８より大きい場合がある。ポリウレタン発泡体は、ポリオール（例えば、ポリエステルポリオールまたはポリエーテルポリオール）とイソシアネート（例えば、メチレンジフェニルジイソシアネート）および／またはポリ（メチレンジフェニルジイソシアネート）とを反応させることにより形成され得る。ここでは、イソシアネート反応基の等量に対するイソシアネート基の等量の比は１．８未満である。フェノール系発泡体は、フェノール（例えば、カルボン酸）とアルデヒド（例えば、ホルムアルデヒド）とを反応させることにより形成され得る。発泡材１０４の形成にはまた、膨張剤、界面活性剤、および／または触媒の使用も含まれ得る。
図１Ｂは図１Ａのカットライン１Ａ−１Ａによる図１Ａの断面図である。図１Ｂで説明されるように、発泡材は、耐火複合構造１０２−１の第１面１０６と第２面１０８との間にある。第１面１０６および第２面１０８は複合構成材料に適している材料であり得る。例えば、本開示の多数の実施形態によると、第１面１０６および第２面１０８はそれぞれ個別に、数ある材料の中でも特に、アルミニウム、スチール、ステンレス鋼、銅、ガラス繊維強化プラスチック、石膏、またはこれらの組合せから形成され得る。第１面１０６および第２面１０８はそれぞれ個別に、０．０５ミリメートルから２５．００ミリメートルの厚みを有し得る。０．０５ミリメートルから２５．００ミリメートルまでの全ての個々の値および部分範囲が本明細書中に含まれ、本明細書中で開示される。例えば、第１面１０６および第２面１０８はそれぞれ個別に、２５．００ミリメートル、２０．００ミリメートル、または１５．００ミリメートルの上限から、０．０５ミリメートル、０．１０ミリメートル、または０．２０ミリメートルの下限までの厚みを有し得る。例えば、第１面１０６および第２面１０８はそれぞれ個別に、０．０５ミリメートルから２５．００ミリメートル、０．１０ミリメートルから２０．００ミリメートル、または１５．００ミリメートルから０．２０ミリメートルの厚みを有し得る。
発泡材１０４は、４０ミリメートルから３００ミリメートルの厚み１０５を有し得る。４０ミリメートルから３００ミリメートルまでの全ての個々の値および部分範囲が本明細書中に含まれ、本明細書中で開示される。例えば、発泡材は、３００ミリメートル、２５０ミリメートル、または２００ミリメートルからの上限から、４０ミリメートル、４５ミリメートル、または５０ミリメートルの下限までの厚みを有し得る。例えば、発泡材は、４０ミリメートルから３００ミリメートル、４５ミリメートルから２５０ミリメートル、または５０ミリメートルから２００ミリメートルの厚みを有し得る。
本開示の多数の実施形態によると、耐火複合構造１０２−１は発泡材１０４上にバリア層１１０を含む。バリア層１１０は、接着材１１２および熱吸収材１１４のような構成要素を含み得る。バリア層１１０の構成要素、例えば、１１２、１１４を合計すると、バリア層１００の１００重量％となる。
接着材１１２として、熱硬化性接着剤のような架橋型接着剤が挙げられ得る。例えば、接着材１１２として、数ある熱硬化性接着剤の中でも、ポリイソシアヌレート、ウレタン（例えば、ウレタン接着剤）、エポキシ系、またはスルホン化ポリスチレンが挙げられ得る。本開示の多数の実施形態によると、接着材１１２は熱吸収材１１４に結合してバリア層１１０を形成する。例えば、接着材１１２はバリア層１１０を通じて熱吸収材１１４を吊り下げ得るおよび／または支え得る。
接着材１１２はバリア層１１０の１重量％から８５重量％までであり得る。１重量％から８５重量％までの全ての個々の値および部分範囲が本明細書中に含まれ、本明細書中で開示される。例えば、接着材は、バリア層の８５重量％、８０重量％、または７５重量％の上限から、バリア層の１重量％、１０重量％、または１５重量％の下限までであり得、ここでは、重量％はバリア層の総重量に基づく。例えば、接着材は、バリア層の１重量％から８５重量％まで、バリア層の１０重量％から８０重量％まで、またはバリア層の１５重量％から７５重量％までであり得、ここでは、重量％はバリア層の総重量に基づく。
本明細書中で議論されるように、耐火複合構造１０２−１は、不顕性の熱事象、例えば、融解により熱を吸収し得て発泡材１０４の保護に役立つ、および／または高い耐火性を持つ耐火複合構造１０２−１を提供する熱吸収材１１４を含む。さらに、本開示の多数の実施形態によると、熱は、熱吸収材１１４の分解により吸収され得る。例えば、熱吸収材１１４の分解の間に、水が熱吸収材１１４から放出され得、放出された水が熱を吸収し得て発泡材１０４の保護に役立つ、および／または高い耐火性を持つ耐火複合構造１０２−１を提供する。
熱吸収材１１４は摂氏４０度（℃）から１４０℃の融点を有し得る。４０℃から１４０℃までの全ての個々の値および部分範囲が本明細書中に含まれ、本明細書中で開示される。例えば、熱吸収材は、１４０℃、１３８℃、または１３５℃の上限から、４０℃、５０℃、または６０℃の下限までの融点を有し得る。例えば、熱吸収材は、４０℃から１４０℃、５０℃から１３８℃、または６０℃から１３５℃の融点を有し得る。
４０℃から１４０℃の融点の融点を有することは、発泡材１０４の保護に役立ち得、そして高い耐火性を持つ耐火複合構造１０２−１を提供し得る。一例として、耐火性は、耐火性破壊機構を試験することにより決定され得る。例えば、上記試験には、試験されるパネルの露出していない側（例えば、発泡材または外板の表面）上の平均温度が１４０℃より高い温度に達すると起こる第１の耐火性破壊機構、ならびに／あるいは、試験されるパネルの露出していない側（例えば、発泡材またはいずれかの板の表面）上の位置の温度が、例えば、パネルの中での亀裂の発生およびこの亀裂に伴う熱伝動が原因で１８０℃を上回る温度に達すると起こる第２の耐火性破壊機構が含まれ得る。４０℃から１４０℃の融点を有することは、熱吸収材の融解および／または分解による熱吸収が耐火性の破壊前に起こることを提供する手助けとなり得、これにより高い耐火性が得られ得る。類似する加熱条件下で、別の構造についての温度と比較して、耐火複合構造の一部について低い温度に達することは、耐火性が改善されたと考えることができる。
熱吸収材１１４は、水和塩、ポリオール、パラフィン、高密度ポリエチレン、およびこれらの組合せからなる群より選択され得る。水和塩の例として、フッ化カリウム二水和物、酢酸カリウム水和物、リン酸カリウム七水和物、硝酸亜鉛四水和物、硝酸カルシウム四水和物、リン酸水素二ナトリウム七水和物、チオ硫酸ナトリウム五水和物、硝酸亜鉛二水和物、水酸化ナトリウム一水和物、酢酸ナトリウム三水和物、硝酸カドミウム四水和物、硝酸第二鉄六水和物、水酸化ナトリウム、テトラホウ酸ナトリウム十水和物、リン酸三ナトリウム十二水和物、ピロリン酸ナトリウム十水和物、水酸化バリウム八水和物、硫酸カリウムアルミニウム十二水和物、硫酸アルミニウム十八水和物、硝酸マグネシウム六水和物、硫酸アルミニウムアンモニウム六水和物、硫化ナトリウム水和物、臭化カルシウム四水和物、硫酸アルミニウム十六水和物、塩化マグネシウム六水和物、硝酸アルミニウム九水和物、酢酸リチウム二水和物、水酸化ストロンチウム八水和物、塩化リチウム水和物、水酸化アルミニウム水和物、硫酸カルシウム水和物、およびこれらの組合せからなる群より選択され得る。例えばポリオールは、グリコールまたは糖アルコールであり得る。グリコールの例としてポリエチレングリコールおよびメトキシポリエチレングリコールが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。糖アルコールの例として（（２Ｒ，３Ｓ）−ブタン−１，２，３，４−テトラオール）が挙げられるがこれに限定されるわけではない。これはエリスリトールとも呼ばれ得る。パラフィンの例として、２１から５０個の炭素原子とＣｎＨ２ｎ＋２の式とを有しているパラフィン、例えば、数あるパラフィンの中でも、ｎ−ヘキサデカン、ｎ−ヘプタデカン、ｎ−オクタデカン（ｎ−ｃｏｔａｄｅｃａｎｅ）、ｎ−エイコサン、ｎ−ヘンエイコサンのような直鎖状炭化水素が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。高密度ポリエチレンは０．９３グラム／ｃｍ３から０．９７グラム／ｃｍ３の密度を有し得る。
熱吸収材１１４はバリア層１１０の１５重量％から９９重量％までであり得る。１５重量％の水から９９重量％までの全ての個々の値および部分範囲が本明細書中に含まれ、本明細書中で開示される。例えば、熱吸収材は、バリア層の９９重量％、９０重量％、または８５重量％の上限から、バリア層の１５重量％、２０重量％、または２５重量％の下限までであり得、ここでは、重量％はバリア層の総重量に基づく。例えば、熱吸収材はバリア層の１５重量％から９９重量％まで、バリア層の２０重量％から９０重量％まで、またはバリア層の２５重量％から８５重量％までであり得、ここでは、重量％はバリア層の総重量に基づく。
熱吸収材１１４は微粒子、例えば、分離した粒子および離生粒子（ｓｅｐａｒａｔｅ ａｎｄ ｄｉｓｔｉｎｃｔ ｐａｒｔｉｃｌｅ）であり得る。本開示に係る熱吸収材１１４は、様々な用途のための様々な大きさおよび／または形状であり得る。例えば、本開示の多数の実施形態によると、熱吸収材１１４は実質的に球形であり得る。しかし、実施形態はそのように限定されるわけではない。本開示の多数の実施形態によると、熱吸収材１１４は実質的には非球形であり得る。実質的に非球形の形状の例として、立方体の形状、多角形の形状、細長い形状、およびこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
図１Ｂで説明されるように、バリア層１１０は、例えば、発泡材１０４および第２面１０８上に隣接している。ここでは、接着材１１２がバリア層１１０を発泡材１０４および／または第２面１０８に対して固着し得る。しかし、本明細書中で議論されるように、実施形態はそのように限定されるわけではない。
図２は本開示の多数の実施形態に係る耐火複合構造２０２−２の断面図である。図２に示されるように、バリア層２１０はシーリング用接着材２１６を含み得る。シーリング用接着材２１６は、例えば、シーリング用接着材がバリア層２１０を発泡材２０４に対して固着するように、第１の接着材２１２と熱吸収材２１４とをカプセル化し得る。シーリング用接着材は本明細書中で議論されるような接着材であり得る。
シーリング用接着材２１６はバリア層２１０の１重量％から３０重量％までであり得る。１重量％の水から３０重量％までの全ての個々の値および部分範囲が本明細書中に含まれ、本明細書中で開示される。例えば、シーリング用接着材２１６は、バリア層２１０の３０重量％、２５重量％、または２０重量％の上限から、バリア層２１０の１重量％、２重量％、または３重量％の下限までであり得、ここでは、重量％はバリア層２１０の総重量に基づく。例えば、シーリング用接着材２１６はバリア層２１０の１重量％から３０重量％まで、バリア層２１０の２重量％から２５重量％まで、またはバリア層２１０の３重量％から２０重量％までであり得、ここでは、重量％はバリア層２１０の総重量に基づく。
図２に示されるように、バリア層２１０はライニング材２１８を含み得る。図２に示されるように、ライニング材２１８は第１の接着材２１２とシーリング用接着材２１６とを分離し得る。例えば、ライニング材２１８は第１の接着材２１２をカプセル化することができる。様々なライニング材が異なる用途に適用可能であり得る。例えば、ライニング材は、数あるライニング材の中でも、アルミニウム箔のような箔であり得る。
バリア層１０は、２ミリメートルから１００ミリメートルまでの厚み１１を有し得る。２ミリメートルから１００ミリメートルまでの全ての個々の値および部分範囲が本明細書中に含まれ、本明細書中で開示される。例えば、バリア層１０は、１００ミリメートル、８０ミリメートル、または６０ミリメートルの上限から、２ミリメートル、３ミリメートル、または５ミリメートルの下限までの厚み１１を有し得る。例えば、バリア層１０は、２ミリメートルから１００ミリメートル、３ミリメートルから８０ミリメートル、または５ミリメートルから６０ミリメートルの厚み１１を有し得る。
再び図１Ｂに関して、本開示の多数の実施形態によると、第１面１０６は、熱源１２０、例えば、数ある熱源の中でも火に面するように構成され得る。さらに、本開示の多数の実施形態によると、バリア層１１０は第２面１０８に隣接し得る。この例においては、熱は、熱源１２０から発泡材１０４へ、バリア層１１０へと伝わり得る。熱源１２０に対して、発泡体層１０４の裏側にバリア層１１０を配置すること、および／または熱源１２０に面するように構成された第１面１０６は、発泡材１０４の保護に役立つ、ならびに／あるいは高い耐火性を持つ耐火複合構造１０２−１を提供するためのバリア層１１０の望ましい有効性を提供する手助けとなり得る。例えば、熱源１２０および／または熱源１２０に面するように構成された第１面１０６に対して、発泡体層１０４の裏側にバリア層１１０を配置することは、例えば、不顕性の熱事象による熱の吸収が、熱源１２０により近い位置にある温度勾配と比較した低い温度勾配によって、引き延ばされることをもたらす手助けとなり得る。
図３は本開示の多数の実施形態に係る耐火複合構造３０２−３の断面図である。図３に示されるように、耐火複合構造３０２−３は発泡材３０４上に２つ以上のバリア層１０、例えば、バリア層３１０−１と第２のバリア層３１０−２とを含み得る。第２のバリア層３１０−２は、本明細書中に記載されるように、第１のバリア層と類似する特性を有し得る。例えば、第２のバリア層３１０−２は第２の接着材３１２−２および第２の熱吸収材３１４−２を含み得、ここでは、第２の接着材３１２−２は第１の接着材３１２と類似する特性を有し得、第２の熱吸収材３１４−２は第１の熱吸収材３１４と類似する特性を有し得る。それぞれは本明細書中に各々記載されるとおりである。図３に示されるように、第２のバリア層３１０−２が、発泡材３０４上に、かつ第１面３０６に隣接して存在し得る。例えば、第２のバリア層３１０−２は発泡材３０４上に、第１のバリア層３１０−１の反対側に存在し得る。第２のバリア層３１０−２はさらに、発泡材３０４を保護するために役立ち得、そして高い耐火性を持つ複合構造３０２−３を提供し得る。
図４は本開示の多数の実施形態に係る耐火複合構造４０２−４の断面図である。図４に説明される例においては、熱吸収材４１４が反射コーティング４２２を含む。反射コーティング４２２は、数ある反射コーティングの中でも、油性塗料またはエポキシ粉末塗料のような塗料であり得る。反射コーティング４２２は、例えば、赤外（ＩＲ）バンドおよび／または近赤外（ＮＩＲ）バンドにおいて熱ヒート（ｔｈｅｒｍａｌ ｈｅａｔ）を反射し得て、発泡材４０４を保護する手助けとなり得、そして高い耐火性を持つ複合構造４０２−４を提供し得る。反射コーティング４２２としては、数ある反射材料の中でも、金属（例えば、アルミニウムもしくは銀）またはガラスのような反射材料が挙げられ得る。反射コーティング４２２は、タンブルコーティング（ｔｕｍｂｌｅ ｃｏａｔｉｎｇ）、噴霧塗装、およびロールコーティングを含むがこれらに限定されない様々な処理により熱吸収材４１４に塗布され得る。熱吸収材（ｈｅａｔ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ）４１４の分離した粒子および離生粒子は、それぞれが反射コーティング４２２で完全にコーティングされ得る。しかし、実施形態はそのように限定されるわけではない。例えば、熱吸収材（ｈｅａｔ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ）４１４の分離した粒子および離生粒子は、反射コーティング４２２で一部がコーティングされ得る。
議論されるように、第１面０６は熱源２０に面するように構成され得る。図４に説明されるように、反射コーティング４２２を有している熱吸収材４１４を含むバリア層４１０が第１面４０６に隣接して存在し得る。この例においては、熱が熱源４２０からバリア層４１０へと伝わり得、ここで熱の一部が熱吸収材４１４上の反射コーティング４２２により反射され得る。さらに有利であるのは、例えば、熱源４２０からまたは（例えば、バリア層４１０および／もしくは発泡材４０４の塗布の間の）接着材４１２の硬化により生じた熱からのいずれかの熱の伝導に反応して、熱吸収材４１４が早まって溶けてしまわないように、あるいは早まって水を放出してしなわないように、反射コーティング４２２が熱吸収材４１４を維持するために役立つことである。
図５は本開示の多数の実施形態に係る耐火複合構造の断面図である。図５に示されるように、耐火複合構造５０２−４は２つ以上のバリア層１０、例えば、バリア層３１０−１を含み得る。ここでは、熱吸収材５１４は、発泡材５０４上に反射コーティング５２２および第２のバリア層５１０−２を含む。第２のバリアが発泡材５０４上に、かつ第２面５０８に隣接して存在し得る。
本開示の多数の実施形態によると、本明細書中で開示されるバリア層１０は中空のケイ酸塩材料のようなさらなる構成要素を含み得る。中空のケイ酸塩材料の例として、ガラススフェア、エアロゲル、セノスフェア、ゼオライト、メソ多孔性のケイ酸塩構造、およびこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。エアロゲルは、ゾル−ゲル工程により産生された低密度ケイ酸塩構造を含む。セノスフェアは中空のガラススフェアを含む。中空のガラススフェアは、例えばアルミナのような添加剤を含み得る。ゼオライトは例えば、天然および合成のアルミナ／ケイ酸塩を含み、そして金属陽イオンを含み得る。メソ多孔性のケイ酸塩構造は、有機物の鋳型の周りにシリカを形成させることにより得られる構造を含む。有機物の鋳型はシリカが形成した後に取り除くことができる。
さらなる構成要素は、立方センチメートルあたり１．０グラム（ｇ／ｃｍ３）未満である容積密度を有し得る。例えば、さらなる構成要素は、０．５ｇ／ｃｍ３未満の容積密度を有し得る。いくつかの用途については、さらなる構成要素は０．２ｇ／ｃｍ３未満の容積密度を有し得る。
さらなる構成要素は、バリア層１０の１重量％から５０重量％までであり得る。１重量％の水から５０重量％までの全ての個々の値および部分範囲が本明細書中に含まれ、本明細書中で開示される。例えば、さらなる構成要素は、バリア層１０の５０重量％、４０重量％、または３０重量％の上限から、バリア層１０の１重量％、２重量％、または３重量％の下限までであり得、ここでは、重量％はバリア層１０の総重量に基づく。例えば、さらなる構成要素は、バリア層１０の１重量％から５０重量％まで、バリア層１０の２重量％から４０重量％まで、またはバリア層１０の３重量％から３０重量％までであり得、ここでは、重量％はバリア層１０の総重量に基づく。
上記は実例において行われており、限定的な例ではない。本開示の様々な実施形態の範囲は、上記を吟味することにより当業者に明らかである他の用途および／または構成要素を含む。
本明細書中で使用される全ての熱吸収材は、特に断りのない限りは、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ（登録商標）から入手することができる。
実施例１〜４
耐火複合構造、実施例１〜４を以下のように組み立てた。熱吸収材と接着材とを十分に混合し、発泡材に塗布し、硬化させて、所望する厚みのバリア層を得た。実施例１〜４については、０．３ミリメートルの厚みの鋼板を、発泡材に対して、実験手順を容易にするために使用したバリア層の構成要素ではない非起泡性ポリウレタン（３Ｍ（商標）から入手可能なＦｏａｍＦａｓｔ ７４）を備えたバリア層の反対側に接着させた。実施例１〜４については、発泡材はポリイソシアヌレート発泡体（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な、ＶＯＲＡＴＨＥＲＭ（商標）ＣＮ６０４ポリイソシアヌレートシステムを用いて作製されたもの）とした。実施例１〜３については、接着材はエポキシ系（Ｈｅｎｋｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＬｏｃｔｉｔｅ（登録商標）Ｅｐｏｘｙ Ｑｕｉｃｋ Ｓｅｔ（商標））とした。実施例４については、接着材は１，０００，０００の平均分子量を有しているポリスチレン（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ（登録商標）から入手可能）とした。表１のデータは実施例１〜４の特性を示す。
Figure 2015507562
実施例５〜６
耐火複合構造、実施例５〜６を以下のように組み立てた。実施例５については、熱吸収材に、アルミニウム油性塗料（Ａｃｅ Ｐａｉｎｔから入手可能なＲｕｓｔ Ｓｔｏｐ油性エナメル塗料２２５Ａ１１０ Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）の反射コーティングをタンブルコーティングした。ここでは、塗料は熱吸収材の総重量に基づいて１から４重量％であった。実施例６については、熱吸収材に、アルミニウムエポキシ粉末塗料（ａｌｍｉｎｉｕｍ ｅｐｏｘｙ ｐｏｗｅｒ ｐａｉｎｔ）（Ｅａｓｔｗｏｏｄから入手可能なＡｌｍｉｎｉｕｍ Ｐｏｗｄｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ）の反射コーティングをタンブルコーティングした。反射コーティングを施した熱吸収材それぞれを、それぞれの接着材と混合し、発泡材に塗布し、硬化させて、所望する厚みのバリア層を得た。実施例５〜６については、０．３ミリメートルの厚みの鋼板を、実験手順を容易にするために使用したバリア層の構成要素ではない非起泡性ポリウレタン（３Ｍ（商標）から入手可能なＦｏａｍＦａｓｔ ７４）を備えたバリア層に接着させた。実施例５〜６については、発泡材はポリイソシアヌレート発泡体（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な、ＶＯＲＡＴＨＥＲＭ（商標）ＣＮ６０４ポリイソシアヌレートシステムを用いて作製されたもの）とした。実施例５〜６については、接着材はエポキシ系（Ｈｅｎｋｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＬｏｃｔｉｔｅ（登録商標）Ｅｐｏｘｙ Ｑｕｉｃｋ Ｓｅｔ（商標））とした。表２のデータは実施例５〜６の特性を示す。
Figure 2015507562
実施例７
耐火複合構造、実施例７を以下のように組み立てた。熱吸収材と接着材とを混合し、発泡材に塗布し、硬化させて、所望する厚みのバリア層を得た。実施例７については、０．３ミリメートルの厚みの鋼板を、発泡材に対して、実験手順を容易にするために使用したバリア層の構成要素ではない非起泡性ポリウレタン（３Ｍ（商標）から入手可能なＦｏａｍＦａｓｔ ７４）を備えたバリア層の反対側に接着させた。実施例７については、発泡材は、ポリイソシアヌレート発泡体（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＶＯＲＡＴＨＥＲＭ（商標）ＣＮ６０４ポリイソシアヌレートシステムを用いて作製されたもの）とした。実施例７については、接着材は、５部のＥＰＯＸＩＣＵＲＥ（登録商標）エポキシ樹脂（Ｂｕｅｈｌｅｒ，Ｌｔｄ．から入手可能）と１部のＥＰＯＸＩＣＵＲＥ（登録商標）硬化剤（Ｂｕｅｈｌｅｒ Ｌｔｄ．から入手可能）とを含むエポキシ系とした。表３のデータは実施例７の特性を示す。
Figure 2015507562
比較例Ａ〜Ｃ
比較例Ａ〜Ｃを以下のように組み立てた。０．３ミリメートルの厚みの鋼板を、実験手順を容易にするために使用した、比較例Ａ〜Ｃのいずれについてもバリア層の構成要素ではない非起泡性ポリウレタン（３Ｍ（商標）から入手可能なＦｏａｍＦａｓｔ ７４）を備えたそれぞれのポリイソシアヌレート発泡体（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な、ＶＯＲＡＴＨＥＲＭ（商標）ＣＮ６０４ポリイソシアヌレートシステムを用いて作製されたもの）に対して接着させた。比較例Ａについては、ポリイソシアヌレート発泡体は８０ミリメートルの厚みを有していた。比較例Ｂについては、ポリイソシアヌレート発泡体は１００ミリメートルの厚みを有していた。比較例Ｃについては、ポリイソシアヌレート発泡体は７６ミリメートルの厚みを有していた。
実施例１〜７および比較例Ａ〜Ｂの耐火性を以下のように試験した。７６．２ミリメートル×７６．２ミリメートルの穴をＴｈｅｒｍｏｌｙｎｅ ＦＤ １５３５Ｍ炉の扉の中で形成した。炉を、ＥＮ１３６１−１試験標準において使用されたものに従う温度対時間曲線が得られるように加熱する。これは、ＩＳＯ−８３４−１と同じ加熱曲線である。実施例１〜７および比較例Ａ〜Ｂのそれぞれを、炉の扉の中の穴に対して各々クランプした。熱電対をそれぞれ、発泡体の表面ならびに／または実施例１〜７および比較例Ａ〜Ｂのそれぞれについては実験用熱源の反対側である耐火バリアの表面に配置して、温度を記録し、耐火性を決定した。
実施例１〜４および実施例７については、バリア層を、実験用熱源に対して発泡材の裏側に配置した。実験の目的のために、実施例１〜４および実施例７には、第２面を含めなかった。実施例５〜６については、バリア層を、実験用熱源に対して発泡材の前面に配置した。実験の目的のために、実施例５〜６には第２面を含めなかった。
図６Ａは実験温度対時間のデータを説明する。プロット６５０は実施例１について得られたデータを示す。プロット６５２は実施例２について得られたデータを示す。そして、プロット６５４は比較例Ａについて得られたデータを示す。図６Ａのデータは、実施例１〜２のそれぞれについての実験用熱源の反対側にある発泡体および／またはバリア層の表面の温度が、実験が進行した場合、例えば、およそ８５０秒の時間の後にも、比較例Ａについての実験用熱源の反対側にある発泡体および／またはバリア層の表面の温度と比較して、低いままであったことを示す。特に、実施例１〜２のそれぞれについて、実験用熱源の反対側にある発泡体の表面の温度は、少なくとも６０分間の期間、１４０℃を下回ったままであった。実施例１〜２とは対照的に、図６Ａのデータは、比較例Ａについて、実験用熱源の反対側にある発泡体の表面の温度が６０分間の期間の間に１７０℃に達したことを示している。図６Ａのデータは、比較例Ａと比較して、実施例１〜２がそれぞれ改善された耐火性を有することを示している。
図６Ｂは実験温度対時間のデータを説明する。プロット６５６は実施例３について得られたデータを示す。プロット６５８は実施例４について得られたデータを示す。そして、プロット６６０は比較例Ｂについて得られたデータを示す。図６Ｂのデータは、実施例３〜４のそれぞれについての実験用熱源の反対側にある発泡体および／またはバリア層の表面の温度が、実験が進行した場合、例えば、およそ１３００秒の時間の後にも、比較例Ｂについての実験用熱源の反対側にある発泡体の表面の温度と比較して、低いままであったことを示している。図６Ｂのデータは、比較例Ｂと比較して、実施例３〜４がそれぞれ改善された耐火性を有することを示している。
図６Ｃは実験温度対時間のデータを説明する。プロット６６２は実施例５について得られたデータを示す。そしてプロット６６４は実施例６について得られたデータを示す。図６Ｃのデータは、実施例５〜６のそれぞれについての実験用熱源の反対側にある発泡体および／またはバリア層の表面の温度が、少なくとも６０分間の期間、１４０℃を下回ったままであったことを示している。図６Ｃのデータは、実施例５〜６がそれぞれ、本明細書中に記載されるように耐火性破壊機構を凌ぐ耐火性を有することを示している。
図６Ｄは実験温度対時間のデータを説明する。プロット６６８は実施例７について得られたデータを示す。そして、プロット６７０は比較例Ｃについて得られたデータを示す。図６Ｄのデータは、実施例７についての実験用熱源と反対側にある発泡体の表面の温度が、実験が進行した場合、例えば、およそ４７５秒の時間の後にも、比較例Ｃについての実験用熱源の反対側にある発泡体および／またはバリア層の表面の温度と比較して、低いままであったことを示している。図６Ｄのデータは、実施例７が比較例Ｃと比較して改善された耐火性を有することを示している。

Claims (20)

  1. 第１面と第２面との間にある発泡材；および
    前記発泡材上のバリア層
    を備える耐火複合構造であって、
    前記バリア層が接着材および熱吸収材を含み、前記熱吸収材が４０℃から１４０℃の融点を有し、前記バリア層の１５重量％から９９重量％である、
    耐火複合構造。
  2. 熱吸収材が、水和塩、ポリオール、パラフィン、高密度ポリエチレン、およびこれらの組合せからなる群より選択される、請求項１に記載の構造。
  3. 熱吸収材が、フッ化カリウム二水和物、酢酸カリウム水和物、リン酸カリウム七水和物、硝酸亜鉛四水和物、硝酸カルシウム四水和物、リン酸水素二ナトリウム七水和物、チオ硫酸ナトリウム五水和物、硝酸亜鉛二水和物、水酸化ナトリウム一水和物、酢酸ナトリウム三水和物、硝酸カドミウム四水和物、硝酸第二鉄六水和物、水酸化ナトリウム、テトラホウ酸ナトリウム十水和物、リン酸三ナトリウム十二水和物、ピロリン酸ナトリウム十水和物、水酸化バリウム八水和物、硫酸カリウムアルミニウム十二水和物、硫酸アルミニウム十八水和物、硝酸マグネシウム六水和物、硫酸アルミニウムアンモニウム六水和物、硫化ナトリウム水和物、臭化カルシウム四水和物、硫酸アルミニウム十六水和物、塩化マグネシウム六水和物、硝酸アルミニウム九水和物、酢酸リチウム二水和物、水酸化ストロンチウム八水和物、塩化リチウム水和物、水酸化アルミニウム水和物、硫酸カルシウム水和物、およびこれらの組合せからなる群より選択される水和塩である、請求項１〜２のいずれか一項に記載の構造。
  4. バリア層が、前記バリア層の１重量％から５０重量％までである中空のケイ酸塩材料を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の構造。
  5. 発泡材が熱硬化性発泡体である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の構造。
  6. 熱硬化性発泡体がポリイソシアヌレート発泡体またはポリウレタン発泡体である、請求項５に記載の構造。
  7. 接着材が熱硬化性接着剤であり、バリア層の１重量％から８５重量％である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の構造。
  8. 発泡材が４０ミリメートルから３００ミリメートルの厚みを有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の構造。
  9. バリア層が２ミリメートルから１００ミリメートルの厚みを有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の構造。
  10. 第１面が熱源に面するように構成され、バリア層が第２面に隣接する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の構造。
  11. 第１面が熱源に面するように構成され、バリア層が前記第１面に隣接する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の構造。
  12. 発泡材上にあり、かつ第１面に隣接する第２のバリア層をさらに備えた、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の構造であって、前記第２のバリア層が第２の接着材および第２の熱吸収材を含み、前記第２の熱吸収材が４０℃から１４０℃の融点を有し、前記第２のバリア層の１５重量％から９９重量％である、構造。
  13. 第１面と第２面との間にある発泡材；および
    前記発泡材上のバリア層
    を備える耐火複合構造であって、
    前記バリア層が接着材および熱吸収材を含み、前記熱吸収材が反射コーティング、４０℃から１４０℃の融点を有し、前記バリア層の１５重量％から９９重量％である、
    耐火複合構造。
  14. 反射コーティングが金属を含む、請求項１３に記載の構造。
  15. 第１面が熱源に面するように構成され、バリア層が前記第１面に隣接する、請求項１３〜１４のいずれか一項に記載の構造。
  16. 熱吸収材が水和塩、ポリオール、パラフィン、高密度ポリエチレン、およびこれらの組合せからなる群より選択される、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の構造。
  17. 熱吸収材が、フッ化カリウム二水和物、酢酸カリウム水和物、リン酸カリウム七水和物、硝酸亜鉛四水和物、硝酸カルシウム四水和物、リン酸水素二ナトリウム七水和物、チオ硫酸ナトリウム五水和物、硝酸亜鉛二水和物、水酸化ナトリウム一水和物、酢酸ナトリウム三水和物、硝酸カドミウム四水和物、硝酸第二鉄六水和物、水酸化ナトリウム、テトラホウ酸ナトリウム十水和物、リン酸三ナトリウム十二水和物、ピロリン酸ナトリウム十水和物、水酸化バリウム八水和物、硫酸カリウムアルミニウム十二水和物、硫酸アルミニウム十八水和物、硝酸マグネシウム六水和物、硫酸アルミニウムアンモニウム六水和物、硫化ナトリウム水和物、臭化カルシウム四水和物、硫酸アルミニウム十六水和物、塩化マグネシウム六水和物、硝酸アルミニウム九水和物、酢酸リチウム二水和物、水酸化ストロンチウム八水和物、塩化リチウム水和物、水酸化アルミニウム水和物、硫酸カルシウム水和物、およびこれらの組合せからなる群より選択される水和塩である、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の構造。
  18. バリア層が、前記バリア層の１重量％から５０重量％までである中空のケイ酸塩材料を含む、請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の構造。
  19. 発泡材が４０ミリメートルから３００ミリメートルの厚みを有している熱硬化性発泡体であり、バリア層が２ミリメートルから１００ミリメートルの厚みを有する、請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の構造。
  20. 発泡材上にあり、かつ第２面に隣接する第２のバリア層を備える請求項１３〜１９のいずれか一項に記載の構造であって、前記第２のバリア層は第２の接着材および第２の熱吸収材を含み、前記第２の熱吸収材は４０℃から１４０℃の融点を有し、前記第２のバリア層の１５重量％から９９重量％である、構造。

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