JP2879605B2 - 多孔性構造プラスターフォーム及びその製造並びに使用方法 - Google Patents

多孔性構造プラスターフォーム及びその製造並びに使用方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多孔性構造を有するプラスターフォーム及
びその製造方法並びに使用方法に関する。
防音材料及び断熱材料は、建設産業において重要な役
割を果たす。断熱材料は建築物内において熱エネルギー
消費を減少させ、ゆえに燃料煤煙の排出を減少させるこ
とで、環境の保護に貢献する。防音材料は騒音の減少や
建築物及び空間の音響抑制のために使用される。
断熱材料はココナッツ繊維、木材繊維、ガラス繊維、
無機質繊維あるいはコルク等の低熱伝導率を有する多孔
性及び／または繊維状の有機材料及び無機材料、AEコン
クリートまたはプラスチックフォームのマット、パネル
または成形品の形態において使用される。使用吸音建築
材料は主に無機質繊維あるいは他のオープンセル化フォ
ームの吸音材料が用いられる。該吸音材料には設計上の
理由から音伝送被覆を設けてもよく、かつ非荷重軸受け
部品として基礎に固定されるか、構造部分間に導入され
るか、または荷重軸受け構造内に組み込まれてもよい。
材料が吸音するためには、多孔性構造でなければなら
ない。繊維材料（例えば、グラスウールあるいはロック
ウール）、あるいはオープンセル化フォームはかような
構造を有する。材料のセルは互いに通じているので（オ
ープンセル構造）、空気はセルを通って流れることがで
きる。吸音材料においては、音は多孔性構造ゆえに伝搬
され、音響エネルギーは繊維上のあるいはセルの境界で
の摩擦による局在損失によって熱エネルギーに変換され
る。
無機質繊維では、出発材料として用いられるガラスあ
るいは玄武岩を溶融するために多くのエネルギー消費が
要求される。延伸繊維は接着され、所望の密度及び厚さ
に製造される。そして、この目的のために用いられる接
着剤はかなりの時間、環境中に放出され続ける。一方、
出発材料は豊富に入手でき、廉価である。繊維マットが
切断あるいは研磨により仕上げられると、繊維マットは
短繊維部分を生じ、該短繊維部分は、衣服をひっかけた
り、かゆみを引き起こす。該短繊維部分は、ヒトの呼吸
性障害をも引き起こす。
非常に多くのフォームが、オゾン層の破壊に重要な役
割を果たすといわれているフルオロクロロハイドロカー
ボン（FCHC）によってのみ泡化するので、プラスチック
フォームはすべてが生態学的に無害ではないとはいえな
い。
プラスターは、建築物のインテリアのために広く用い
られる材料であり、天然産出物質からある程度得られ、
また発電所の脱硫プラントから多量に得られ、ドイツ共
和国の１年間の全プラスター要求量を発電所脱硫プラン
トからのプラスターだけで賄うことができる。大気中の
不純物レベルを減少させるために続けられている努力に
より、脱硫プラスター供給量は増加し、これらの物質を
処置する必要性は非常な困難を引き起こすだろう。故
に、従来、床、壁及び天井等のプラスター表面やプラス
ターボードとして使用されているより広い性質の範囲
で、新しいプラスター製品を市場に投じる緊急の必要性
がある。プラスターフォームはかような製品である。
構造単位として使用される多孔性プラスター部品は、
従来、市販の石膏をアルミニウム粉末やマグネシウム粉
末などの多様な骨剤とともに300℃〜800℃まで加熱する
ことにより製造されている。この製法は結果として、と
りわけ断熱材料として使用される閉鎖セルプラスターフ
ォームをもたらす。これらのプラスターフォームは、生
理学的に有害な金属を含むこと、及び製造に多量のエネ
ルギーを要する他に製造コストが高いという欠点があ
る。
セル壁における微小チャンネルにより相互に連絡して
いる多くの独立したセルを有する泡化プラスター製品
は、米国特許4330589号に記載される。この泡化プラス
ターは、過酸化水素及びコバルト化合物を含有するプラ
スタースラリーを泡化することにより得られる。該コバ
ルト化合物は生理学的に無害ではなく、このプラスター
の製造は、温度45℃にて６時間の追加の乾燥工程を必要
とする。
炭素質材料を含み、かつ液状材料吸着能を有するオー
プンセル泡化プラスターは、ヨーロッパ特許0263975号
に記載される。この材料はフィルター材料として使用さ
れ、音響的もしくは熱学的応用は認識されていない。
とりわけフォームプラスターを含有する人造石は、ド
イツ特許第3804884号に記載される。この石は、断熱材
料としての使用に適するが、製造に際して高温にて炉内
での燃焼工程を必要とするという欠点がある。
プラスターフォーム及びプラスターフォームの構造要
素の製造方法は、ドイツ特許第2546181号に記載され
る。得られた材料は多孔性構造を有し、一般の泡化され
ていないプラスター製品に比較して改良された断熱性を
有する。該材料の密度は、0.45〜0.8g/cm3の範囲であ
る。この公知の製法では多種の添加剤の使用が要求され
る。プラスター液化剤の添加は不利である。使用するプ
ラスター液化剤は比較的高価なスルホン酸変性メラミン
樹脂が使用される。公知の製法において使用される石膏
及び水の混合物は、比較的低い粘性を有し、かつ製品は
液体であり、孔及び型内の露出した開放領域から漏洩す
るという欠点がある。さらに、該混合物はわずか５分の
クリーム化時間しかなく、これは人による取扱いにはや
や短く、工程を遂行するには充分でない。
ドイツ特許第2546181号によるプラスターのようでは
あるが、加えてポリビニルアルコール及びほう酸を含有
するフォームプラスターはドイツ特許第2940785号に記
載される。この公知のプラスターにおいて存在するほう
酸は、生理学的に有害であるという欠点がある。さら
に、このプラスターの製造はドイツ特許2546181に関連
して上述した欠点を付随する。
ドイツ公開特許第2250611号は、軽量補強構造材料の
製造方法に関する。該材料の圧縮抵抗、引っ張り強度及
び曲げ張力抵抗は構造パネルに対し有意値を有する。こ
れらの材料は良好な吸音特性及び熱伝導率を有するとも
いわれる。公知の熱伝導率測定装置は物理的な測定装置
を含まないので、実施例３で与えられたＫ値は、いかな
る測定装置にも適さない。実施例４で与えられた大きさ
は知られておらず、現存するいかなる装置にも配されて
いない。建築ボードか被覆材として用いられる紙の補強
シート間に配されるならば、該ボードの吸音特性は実質
的に減少する。
プラスター及び硬質フォームの粉末を含むプラスター
組成物は、ドイツ特許2716918号に記載される。これら
の組成物は、プラスター表面、プラスター厚紙パネル、
シール、模型物及び充填物の製造に使用される。音熱的
応用へのこれらの使用は認識されていない。
鉱山内の孔をシーリングするための多孔性細胞構造を
有する泡沫無水石膏を含むシーリング体は、ドイツ実用
新案第8313354.2号に記載される。これらの製品は、断
熱材料あるいは吸音材料には適さない。
ヨーロッパ特許公開第0256330号公報はプラスター
（半水化物）、任意の強化物質、好ましくはおがくず
（ソーダスト）などのセルロース粉及びポリイソシアネ
ートの混和物より作製される強化プラスタープレートの
製法に関する。この公知の製法により得られるプレート
は、オープンセル化構造を有さないため、吸音材料ある
いは断熱材料としては不適である。
本発明の目的は、優れた断熱性あるいは吸音性を有す
る吸音材料及び断熱材料を提供することにある。さらに
遮断材料の製造方法に関する。これらの製造は高温を要
求せず、またエネルギーを多量に消費せずに製造するこ
とができる。該遮断材料は、かゆみや呼吸障害などの不
愉快な反応を引き起こしがちな、いかなる短繊維部分も
含まない。該材料は廉価であり、衛生的である。
本発明の目的は、原材料として石膏、特に脱硫石膏が
使用し得る製法を提供することにある。
本発明の目的は、0.1〜0.4g/cm3の範囲に比重を有
し、オープンセル化されており、含有ポリウレアがジフ
ェニルメタン−4,4′−ジイソシアネートプレポリマー
と水との縮合物であり、プラスターを水に湿潤し、湿潤
剤の存在下においてプラスターペーストをジフェニルメ
タン−4,4′−ジイソシアネートと反応させることによ
り製造されることを特徴とするポリイソシアネート及び
湿潤剤から結果として生じるポリウレアを含有する多孔
性構造プラスターフォームに関する。
さらに本発明は、石膏を水で湿潤し、ジフェニルメタ
ン−4,4′−ジイソシアネートポリマー及び湿潤剤を生
成スラリーに添加し、該成分を完全に混合し、所望の型
に導入し、固めることを特徴とするプラスターフォーム
の製造法に関する。
さらに本発明は、吸音及び／または断熱材としてのプ
ラスターフォームの使用に関する。
本発明において使用される石膏は、反応時に中性もし
くは微酸性であり、水により凝固可能な粉末度の通常の
程度の微粉形態におけるいかなる硫化カルシウム変性物
であってもよい。水−石膏係数0.3を有する品質の一般
の市販石膏が、好ましく使用される。α−石膏あるいは
脱硫石膏を使用することが特に好ましい。脱硫石膏は、
脱硫装置の煙道ガスから得られる。煙道ガスは湿った二
水和物からなるけれども、量によって半水和物の形態で
得られてもよい。
本発明によれば、石膏をジフェニルメタン−4,4′−
ジイソシアネートプレポリマーと混合する。ジフェニル
メタン−4,4′−ジイソシアネートプレポリマーは無溶
媒であり、プレポリマーとして一定のNCO含有量を有
し、モノマーの0.5％未満を含むという特別の利点を有
する。使用製品は、12〜20重量％、特に14〜18重量％が
好ましく、最も好ましくは16重量％のイソシアネート含
有量を有するものが好ましく、このような製品は市販さ
れている。これらは、20℃で10,000mPa/sの粘度を有す
る。
ジイソシアネートプレポリマーは、公知の態様にて、
プラスターを調製するために使用される水及び石膏の結
晶水とが反応し、カルバミン酸誘導体を形成し、該カル
バミン酸誘導体は、二酸化炭素の除去により第一アミン
に転化される。第一アミンはイソシアネートと反応し、
尿素誘導体あるいはウレイドを形成し、該誘導体及びウ
レイドはさらに反応を受けてもよい。本出願では、「ポ
リウレア」なる語句は、ジフェニルメタン−4,4′−ジ
イソシアネートプレポリマーと水からなる縮合物を含む
ことを理解されたい。本発明によるプラスターフォーム
は、0.1〜0.4g/cm3、好ましくは0.15〜0.35g/cm3、最も
好ましくは0.2〜0.3g/cm3の範囲の比重を有する。プラ
スターフォームはオープンセル化されており、セルの少
なくとも80％は0.3〜2mmの寸法である。本発明によるプ
ラスターフォームにおいて、できるだけ多くのセルが0.
8〜1.2mmの寸法であることが好ましい。比重は、ジフェ
ニルメタン−4,4′−ジイソシアネートプレポリマーの
使用量により調節される。使用量が多くなるほど、比重
は小さくなる。当業者は、簡単な予備試験の補助によ
り、特定の比重を有するプラスターフォームを得るため
に要求されるジイソシアネートプレポリマーの量を決定
することができる。
本発明によるプラスターフォームは石膏55〜90重量
％、ポリウレア45〜10重量％及び湿潤剤0.1〜2.0重量％
を含む。本発明によるプラスターフォームは、石膏、ポ
リウレア及び湿潤剤の乾燥重量を基準として0.1〜２重
量％の量で慣用の添加剤を含んでもよいが、他のいかな
る添加剤も含む必要がない。
本発明によるプラスターフォームを調製するには、石
膏、好ましくはα−石膏を水に湿潤させる。生成スラリ
ーに、ジフェニルメタン−4,4′−ジイソシアネートプ
レポリマー及び湿潤剤を添加し、該混合物を完全に混合
する。得られた混合物のクリーム状時間は10〜15分間で
ある。混合した後、物質を所望の型に導入し、硬化する
まで放置する。硬化は室温にて、30分〜２時間行われ
る。硬化後、材料を型から除去してもよい。後硬化は、
型の内部、あるいは外部にて行ってもよいが、通常、８
〜12時間の期間で完了する。
本発明によれば、石膏50〜70重量％、好ましくは55〜
66重量％、水10〜25重量％、好ましくは15〜25重量％、
ジフェニルメタン−4,4′−ジイソシアネートプレポリ
マー10〜30重量％、好ましくは15〜25重量％及び湿潤剤
0.1〜2.0重量％、好ましくは0.1〜１重量％を一緒に混
合する。
本発明によって使用される湿潤剤は、公知の湿潤剤、
たとえば、脂肪族スルホン酸アルコール、第４アンモニ
ウム化合物あるいは他のカチオン、非イオンまたはアニ
オン剤などの市販の製品でもよい。湿潤剤の具体例はエ
チレンオキサイド／プロピレンオキサイドポリグリコー
ル、ベタインシロキサン表面活性剤、低分子量アクリル
共重合体及びアルキルフェノールオキシエチレートを含
む。後者が好ましい。湿潤剤は、硬化中及び弾性付与工
程に影響を及ぼす。湿潤剤は0.1〜2.0重量％の量で、好
ましくは0.5〜1.0重量％の量で、最も好ましくは0.5重
量％の量で使用される。湿潤剤は、孔径を調節するため
に使用される。湿潤剤の存在比が高いほど、孔径は小さ
くなる。
本発明によるプラスターフォームは吸音材料及び／ま
たは断熱材料として使用される。本発明を実施する好ま
しい方法において、得られたプラスタースラリーを特定
の型に注入し、該型内で泡化し、特に形成された建築要
素を与える。本発明によるプラスターフォームを組立式
室割システムに組み込むこと、あるいは音響天井または
音響壁要素（壁や天井での仕上げ表面の下に随意に）と
して使用することが特に好ましい。プラスターフォーム
はパネル、管及び種々の幾何学的な形態のエレメントの
製造に使用されてもよい。本発明によるプラスターフォ
ームは釘あるいはジベルの挿入に適し、接着することが
できる。切断、鋸引き、研磨及びブラッシングにより機
械的に仕上げてもよい。
これは特にプラスターフォームが吸音材料として使用
されるべき際に必要である。プラスターフォームは形成
工程の完了後、非セル化皮膜を有するので、孔を開ける
ために表面を剥すことが必要である。これは上記の機械
的な後処理工程のいずれの手段により達成されてもよ
い。望むならば、同一の作業片に前記工程のうちいくつ
かを行ってもよい。例えば、パネルの場合に、表面をブ
ラッシングにより擦り、側面を切断してもよい。
機械的後処理により得られた材料を再利用してもよ
い。比較的大きな片のフォームが得られたならば、大き
さを小さくし、次いで粉砕してもよい。次いで微粉材料
をジフェニルメタン−4,4′−ジイソシアネートプレポ
リマー、石膏、水及び湿潤剤の出発混合物に加える。混
合物を基準にして、廃物より得られた粉末５〜15重量
％、好ましくは８〜12重量％、最も好ましくは10重量％
を出発物に加えてもよい。
材料の機械的強度を増すために、また水蒸気拡散（蒸
気バリア）抵抗を調節するために、材料を膜または箔を
張ってもよいし、被覆してもよい。仮に適切な厚さの膜
が使用され、サンドイッチパネルとして使用されても、
音響特性は損なわれることはないだろう。本発明による
工程は連続的に行われても、断続的に行われてもよい。
断続的工程において得られたプラスタースラリーを型、
例えば箱型に注入する。サンドイッチパネルを製造する
ために、底板あるいは天板を箱型に導入してもよい。連
続的工程は、例えばプラスタースラリーを連続帯（ベル
ト）状にて型に連続的に供給し、次いで、カバー板で帯
（ベルト）を被覆することにより行われてもよい。こう
して得られたエンドレスパネルを所望の形状及び大きさ
に切り分けても鋸引きしてもよい。
本発明により製造されたプラスターは、以下の利点を
有する。
（ａ）本発明によるプラスターフォームは優れた吸音性
を有する。種々の周波数について厚さ38mmの試料体での
直角入射音の吸音度（DIN52 215により測定）を表１に
示す。同一厚さのグラスウール試料で得られた結果を比
較のために示す。
（ｂ）本発明によるプラスターフォームは、優れた断熱
性を有する。λ値は0.045W/mKであった。ポリスチレン
フォーム及びミネラルウール（硬質綿）はλ＝0.035W/m
K〜0.05W/mKの熱伝導率を有する。ゆえに本発明による
材料で得られた値は著しく良好である。
（ｃ）公知の建築材料に比較して、本発明によるプラス
ターフォームは、実質的に低い比重を有する。公知のプ
ラスターフォームは0.6〜0.7g/cm3の比重を有する。ゆ
えに、本発明によるプラスターフォームは取扱い、特に
工程及び運搬が容易であり、これは使用に際して非常に
実用上重要である。
（ｄ）本発明によるプラスターフォームは、ジベルで合
わせることも、釘打ちすることも接着することもでき、
また切断、鋸引き、研磨あるいはブラッシングによる機
械的後処理にかけてもよい。
本発明による製法は以下の利点を有する。
（ａ）石膏、イソシアネート及び湿潤剤に追加して、い
かなる添加剤をも使用することを必要としない。特に金
属は要求されない。ゆえに、環境は汚染されない。
（ｂ）本発明による製法は、石膏液化剤の添加を要求し
ない。ゆえに本発明による製法は高粘性の石膏水スラリ
ーで行われるために、孔及び型からの漏洩を防ぐことが
できる。
（ｃ）本発明による製法において、クリーム状時間は少
なくとも10分であり、最も多くの場合15分である。この
ことは、早期硬化のリスクなしに、作業者が成分を完全
に混合し、型に混合物を導入することを可能にする。
（ｄ）泡化促進剤を使用することを必要としない。公知
の製法においては、上記したように生理学的に有害な金
属化合物を使って泡化を促進した。
（ｅ）公知の製法との対比において、スラリーを調製す
るために使用する水を予熱する必要はない。このこと
は、本発明による製法が複雑な装置を要求しないので、
小企業及び小工場において容易に行われることを意味す
る。
（ｆ）本発明による製法は、ドイツ特許第2546181号に
開示される公知の製法におけるようにフルオロクロロ炭
化水素などの泡化剤の添加を要求しない。フルオロクロ
ロ炭化水素の使用は影響に悪影響を与える。
（ｇ）本発明による製法は、脱硫から得られる石膏の大
余剰を有効な建築材料の製造に用いることにより、処理
することを可能にする。
（ｈ）本発明による製法は、高価な装置も莫大なエネル
ギーも大きな仕事力も要求しないので、非常にコスト効
果的である。
以下の実施例により本発明を説明する。
実施例１ α−石膏66.5重量部を水16.5重量部に湿潤させる。NC
O16重量％を含有する無溶媒ジフェニルメタン−4,4′−
ジイソシアネートプレポリマー16.5重量部並びに湿潤剤
である非イオン性アルキルフェノールオキシエチレート
0.5重量％を加える。
全ての成分を完全に混合し、所望の型に注入する。
反応は約10〜12分後に始まり、約１時間で終了する。
得られた製品は良好な表面硬度を有する板である。
実施例２ α−石膏65重量部を水21.5重量部、湿潤剤として用い
る市販のアルキルフェノールオキシエチレート0.4重量
％、及びNCO16重量％含有無溶媒ジフェニルメタン−4,
4′−ジイソシアネートプレポリマー13.1重量部を混合
する。
成分を完全に混合し、混合物を所望の型に導入する。
反応は10〜12分後に始まり、約１時間で終了する。得
られた製品は良好な表面硬度を有する板である。
実施例３ 実施例１において記述された手順を用いて、下記の成
分を使用した： α−石膏59.4重量％、 水15.0重量％、 NCO16重量％含有ジフェニルメタン−4,4′−ジイソシ
アネートプレポリマー16.0重量％、 湿潤剤としてカチオン活性脂肪族アミン塩0.4重量％
及び既に反応された石膏残渣9.0重量％、 成分を混合した後、全混合物を箱型に導入する。反応
は約10分後に始まり、約１時間で終了する。
実施例４ α−石膏60重量部を水20重量部、湿潤剤として市販の
アルキルフェノールオキシエチレート0.5重量部、NCO16
重量％含有ジフェニルメタン−4,4′−ジイソシアネー
トプレポリマー16重量部、及び実施例３により粉末状で
得られた予め反応したプラスターフォーム４重量部と混
合する。
成分を混合した後、全混合物を箱型に導入する。反応
は約10分後に始まり、約１時間で終了する。
実施例１、２、３及び４によって製造された板及び部
品を切断しても、鋸で引いてもよい。製造中に表面に形
成された吸音特性に影響を及ぼす膜を、研磨によって除
去してもよい。吸音特性は、種々の材料で製品を覆うこ
とにより周波数に従って特に影響を受け得る。部品を釘
付けしてもジベルで合わせてもよい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−109926（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 38/00 - 38/10

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】0.1〜0.4g/cm3の範囲の比重を有し、オー
    プンセル化されており、含まれるポリウレアがジフェニ
    ルメタン−4,4′−ジイソシアネート及び水の縮合物で
    あり、プラスターを水に湿潤させ、湿潤剤の存在下にて
    プラスターペーストをジフェニルメタン−4,4′−ジイ
    ソシアネートプレポリマーと反応させることにより製造
    されることを特徴とするポリイソシアネート及び湿潤剤
    から結果として生じるポリウレアを含有する多孔性構造
    プラスターフォーム。
  2. 【請求項２】少なくともセルの80％が0.3〜2mmの寸法で
    あることを特徴とする請求項１のプラスターフォーム。
  3. 【請求項３】石膏55〜90重量％、ポリウレア45〜10重量
    ％、湿潤剤0.1〜2.0重量％及び石膏、ポリウレア及び湿
    潤剤の乾燥重量を基準として他の従来の添加剤0.1〜２
    重量％を含むことを特徴とする請求項１または請求項２
    のプラスターフォーム。
  4. 【請求項４】石膏を水に湿潤させ、生成スラリーにジフ
    ェニルメタン−4,4′−ジイソシアネートプレポリマー
    及び湿潤剤を添加し、該組成物を完全に混合し、所望の
    型に注入し、硬化させることを特徴とする請求項１から
    ３のうち少なくとも一つのプラスターフォームの製造方
    法。
  5. 【請求項５】得られた製品の表面を切断、鋸引き、研磨
    またはブラッシング処理、あるいは該処理のいくつかを
    行い、孔を開くことを特徴とする請求項４の製法。
  6. 【請求項６】混合物全量を基準として、石膏50〜70重量
    ％、水10〜25重量％、ジフェニルメタン−4,4′−ジイ
    ソシアネートプレポリマー10〜30重量％及び湿潤剤0.1
    〜２重量％を一緒に混合し、前記％は全混合物を基準と
    することを特徴とする請求項４または５の製法。
  7. 【請求項７】大きさを小さくし、及び／または、粉砕し
    た後、任意に、切断、鋸引き、研磨またはブラッシング
    により除去された材料を石膏、水、ジフェニルメタン−
    4,4′−ジイソシアネートプレポリマー及び湿潤剤に混
    合物を基準として５〜15重量％の量で添加することを特
    徴とする請求項４から６のうち少なくとも一つの製法。
  8. 【請求項８】イソシアネート12〜20重量％含むジフェニ
    ルメタン−4,4′−ジイソシアネートプレポリマーを使
    用することを特徴とする請求項４から７のうち少なくと
    も一つの製法。
  9. 【請求項９】使用する石膏がα−石膏であることを特徴
    とする請求項４から８のうち少なくとも一つの製法。
  10. 【請求項１０】室温及び常圧にて硬化することを特徴と
    する請求項４から９のうち少なくとも一つの製法。
  11. 【請求項１１】使用する湿潤剤が市販のアルキルフェノ
    ールオキシエチレートであることを特徴とする請求項４
    から10のうち少なくとも一つの製法。
  12. 【請求項１２】請求項１から３のうち少なくとも一つの
    プラスターフォームの吸音材料及び／または断熱材料と
    しての使用。
  13. 【請求項１３】組立式室割システム及び吸音天井におけ
    る請求項12の使用。
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