JP6243400B2 - 耐火性複合構造体 - Google Patents

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Description

本開示は、一般的には耐火性複合構造体に関し、より詳細には、発泡材料及びジオポリマー熱保護層を有する耐火性複合構造体に関する。
ジオポリマーは、無機ポリマーである。ジオポリマーは、アルミノケイ酸塩酸化物及びアルカリケイ酸塩などのジオポリマー前駆体を反応させることによって形成することができる。フライアッシュ、鉱くず、及び／又はボーキサイト残渣などの産業副生物を利用して、いくつかのジオポリマーを形成することが可能である。
ジオポリマーは、様々な用途に使用されてきた。ジオポリマーは、ジオポリマーが現在廃棄物として処理されている副生物を利用して、有用且つ価値のある製品を提供することができるとの点、及び／又は、ジオポリマーが建設資材市場全体で製品の特徴を高めることができるとの点で、いくつかの他の材料と比較して有利となることができる。更なるジオポリマーの使用が望まれる。
本開示は、発泡材料と、上記発泡材料に接着されたジオポリマー熱保護層と、上記ジオポリマー層に接着された表面材と、を有する耐火性複合構造体を提供する。上記ジオポリマー熱保護層は、１．０：０．１〜１．０：３．３の範囲のアルミニウムに対するケイ素のモル比を有するジオポリマー前駆体を硬化することにより形成することができる。
本開示は、第１の表面材と第２の表面材との間に位置する発泡材料と、上記発泡材料と第１の表面材料との間に位置する第１のジオポリマー熱保護層であって、１．０：０．１〜１．０：３．３の範囲のアルミニウムに対するケイ素のモル比を有するジオポリマー前駆体を硬化することにより形成される上記第１のジオポリマー熱保護層と、上記発泡材料と第２の表面材との間に位置する第２のジオポリマー熱保護層と、を有する耐火性複合構造体を提供する。
上記本開示の概要は、本開示の、各開示される実施形態又は実施の全てを記載することを意図するものではない。後述する説明は、例証のための実施形態をより詳細に例示する。本願を通していくつかの箇所で、例のリストを介して案内が提供され、これらの例は種々組み合わせて用いることができる。それぞれの場合において、引用されたリストは代表的な群としての役割を果たすのみであり、排他的なリストとして捉えられるべきではない。
本開示の多くの実施形態に係る耐火性複合構造体の一部を示す。 図１Ａの切断線１Ａ−１Ａに沿って描かれた図１Ａの断面図を示す。 本開示の多くの実施形態に係る耐火性複合構造体の断面図を示す。 本開示の多くの実施形態に係る耐火性複合構造体の断面図を示す。
本明細書では、発泡材料と、ジオポリマー熱保護層と、表面材とを有する耐火性複合構造体が説明される。本開示の実施形態は、ジオポリマー熱保護を有していないパネルなどの他のパネルの手法と比較して、改良された耐火性を提供することができる。加えて、本開示の実施形態は、本明細書に開示される耐火性複合構造体のジオポリマー熱保護層を形成するために用いられるジオポリマー前駆体とは異なる組成物から形成されるジオポリマー層を有するパネルなどの他のパネルの手法と比較して、改良された耐火性を提供することができる。例えば、上記ジオポリマー熱保護層は、１．０：０．１〜１．０：３．３の範囲のアルミニウムに対するケイ素のモル比を有するジオポリマー前駆体組成物から形成することができる。驚くべきことに、１．０：０．１〜１．０：３．３のアルミニウムに対するケイ素のモル比を有するジオポリマー前駆体組成物から形成されるジオポリマー、例えばジオポリマー熱保護層は、他のアルミニウムに対するケイ素のモル比を有する組成物から生成される他のジオポリマーに比較して、改良された強度及び／又は耐火性を有することができる。
本明細書に開示される耐火性複合構造体は様々な用途に対して有用であり得る。例えば、本耐火性複合構造体は構造用断熱パネルとして用いてもよい。構造用断熱パネルは建築材料として用いることができる。構造用断熱パネルは発泡材料、例えば第１の表面材と第２の表面材との間に挟持される剛直な発泡体、例えば構造用ボードの二つの層、を備えることができる。構造用ボードは有機及び／又は無機とすることができる。例えば、構造用ボードは、他の種類のボードの中でも金属、合金、石膏、合板、及びそれらの組み合わせとすることができる。
構造用断熱パネルは、壁材、屋根材、及び／又は床材などの種々の異なる用途に用い得る。構造用断熱パネルは、例えば、商業用建造物、住宅用建造物、及び／又は貨物運送コンテナに利用し得る。構造用断熱パネルは、構造用断熱パネルを用いない他の建造物及び／又はコンテナに比較して、当該パネルを利用する建造物及び／又はコンテナのエネルギー効率を増加させることを支援し得る。
構造用断熱パネルは望ましい安定特性及び耐久特性を有する。例えば、構造用断熱パネルは、当該パネルを用いる建造物又はコンテナの使用可能な寿命を通して耐用することができる。その後、パネルは再使用又は再生利用することができる。
以下の本開示の詳細な説明において、その一部を形成する添付の図面が参照され、該図面においては、１又は２以上の本開示の実施形態が如何にして実施され得るかが、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ができるように十分に詳細に記載されており、また、他の実施形態が利用し得ること、及び、本開示の範囲から逸脱することなく、プロセスの、電気的な及び／又は構造的な変更がなし得ることが理解されるべきである。
本明細書における図は、初めの１桁又は複数桁の数字が図面の図番号に対応し、残りの数字が図面における要素又は構成部分に結び付き得る番号付け変換法に従う。異なる図の間での同様の要素又は構成部分は、同様の数字を用いることによって結び付けられ得る。例えば、１０４は図１Ａ中の要素「０４」を指し、また、図２において類似の要素は２０４と付し得る。関連する数字を含む要素は、また、特定の図を参照することなくそう付し得る。例えば要素「０２」は、明細書中において特定の図を参照することなくそう付し得る。
図１Ａは本開示の多くの実施形態に係る耐火性複合構造体１０２の一部を図解する。様々な用途に対して、本明細書に開示される耐火性複合構造体は、他の呼び名がある中でも、サンドウィッチパネル、構造用断熱パネル、又は自立性断熱パネルと呼ばれ得る。耐火性複合構造体１０２は、多様な用途に利用され得る複合建設材料である。耐火性複合構造体１０２は発泡材料１０４、第１の表面材１０６、第２の表面材１０８、及びジオポリマー熱保護層１１０を備えることができる。
図１Ｂは図１Ａの切断線１Ａ−１Ａに沿って描かれた図１Ａの断面図である。図１Ｂに図解されるように、ジオポリマー１１２を含むジオポリマー熱保護層１１０は発泡材料１０４に接着することができる。
発泡材料１０４は、例えば硬化状態への不可逆な反応により形成された高分子発泡体である、熱硬化発泡体であってもよい。発泡材料１０４は、他の熱硬化性発泡体がある中でも、ポリイソシアヌレート発泡体、ポリウレタン発泡体、フェノール樹脂発泡体、及びそれらの組み合わせであってもよい。一つの例として、発泡材料１０４は剛直なポリウレタン／ポリイソシアヌレート（ＰＵ／ＰＩＲ）発泡体であってもよい。ポリイソシアヌレート発泡体は、例えばポリエステルグリコールであるポリオールと、例えばメチレンジフェニルジイソシアネート及び／又はポリ（メチレンジフェニルジイソシアネート）であるイソシアネートとを、イソシアネート基の当量数がイソシアネートの反応する基の当量数よりも多く、化学量論上の過剰分がイソシアヌレート結合に転化される、例えば比が１．８よりも大きくてもよい状態で反応させることによって形成することができる。ポリウレタン発泡体は、例えばポリエステルポリオール又はポリエーテルポリオールであるポリオールと例えばメチレンジフェニルジイソシアネート及び／又はポリ（メチレンジフェニルジイソシアネート）であるイソシアネートとを、イソシアネート基の当量数のイソシアネートの反応する基の当量数に対する比が１．８未満の状態で反応させることによって形成することができる。フェノール樹脂発泡体は、例えば石炭酸であるフェノールと、例えばホルムアルデヒドであるアルデヒドとを反応させることにより形成することができる。発泡材料１０４の形成は、また、発泡剤、界面活性剤、及び／又は触媒の使用を含んでもよい。
発泡材料１０４は５ミリメートル〜３００ミリメートルの厚さ１０５を有することができる。５ミリメートル〜３００ミリメートルの全ての個々の数値及び部分範囲は本明細書中に含まれ且つ本明細書中に開示され、例えば、上記発泡材料は、下限である５ミリメートル、７．５ミリメートル、又は１０ミリメートルから、上限である３００ミリメートル、２５０ミリメートル、又は２００ミリメートルまでの厚さを有することができる。例えば、上記発泡材料は、５ミリメートル〜３００ミリメートル、７．５ミリメートル〜２５０ミリメートル、又は１０ミリメートル〜２００ミリメートルの厚さを有することができる。
図１Ｂに図解されるように、発泡材料１０４は、耐火性複合構造体１０２の第１の表面材１０６と第２の表面材１０８との間に位置する。第１の表面材１０６及び第２の表面材１０８は複合建築材料に好適な材料であってよい。例えば、本開示の多くの実施形態によれば、第１の表面材１０６及び第２の表面材１０８は、それぞれ独立に、他の材料がある中でも、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、銅、ガラス繊維強化プラスチック、石膏、又はそれらの組み合わせから形成することができる。第１の表面材１０６及び第２の表面材１０８は、それぞれ独立に、０．０５ミリメートル〜２５．００ミリメートルの厚さを有することができる。０．０５ミリメートル〜２５．００ミリメートルの全ての個々の数値及び部分範囲は本明細書中に含まれ且つ本明細書中に開示され、例えば、第１の表面材１０６及び第２の表面材１０８は、それぞれ独立に、下限である０．０５ミリメートル、０．１０ミリメートル、又は０．２０ミリメートルから、上限である２５．００ミリメートル、２０．００ミリメートル、又は１５．００ミリメートルまでの厚さを有することができる。例えば、第１の表面材１０６及び第２の表面材１０８は、それぞれ独立に、０．０５ミリメートル〜２５．００ミリメートル、０．１０ミリメートル〜２０．００ミリメートル、又は０．２０ミリメートル〜１５．００ミリメートルの厚さを有することができる。
本開示の多くの実施形態によれば、ジオポリマー熱保護層１１０は、ジオポリマー前駆体、例えばジオポリマー前駆体組成物中に含まれるジオポリマー前駆体を硬化することにより形成することができる。ジオポリマー前駆体は他のジオポリマー前駆体と反応して、ジオポリマー１１２を生成することができる。
ジオポリマー前駆体組成物はアルミノケイ酸塩反応剤を含むことができる。アルミノケイ酸塩反応剤はジオポリマー前駆体である。アルミノケイ酸塩反応剤はアルミノケイ酸塩である。アルミノケイ酸塩はアルミニウム原子、ケイ素原子、及び酸素原子を含む化合物である。アルミノケイ酸塩反応剤はフライアッシュ、焼成クレー、冶金スラグ、及びそれらの組み合わせからなる群より選択することができる。
フライアッシュは石炭の燃焼から生成する副生物である。例えば、発電プラントの多種燃料炉（ｕｔｉｌｉｔｙ ｆｕｒｎａｃｅｓ）は微粉化石炭を燃焼することができ、フライアッシュを生成する。フライアッシュの構造、組成、及びその他の特性は、石炭の組成及びフライアッシュが生成する燃焼プロセスに依存し得る。米国試験材料協会（ＡＳＴＭ） Ｃ６１８規格は、クラスＣフライアッシュ及びクラスＦフライアッシュなどの異なる分類のフライアッシュを認定している。クラスＣフライアッシュは亜炭又は亜瀝青炭の燃焼から生成することができる。クラスＦフライアッシュは無煙炭又は瀝青炭の燃焼から生成することができる。１又は２以上の実施形態に関し、フライアッシュはクラスＦフライアッシュ、クラスＣフライアッシュ、及びそれらの組み合わせからなる群より選択することができる。
本明細書で用いられる「クレー」とは、水和フィロケイ酸アルミニウムをいう。クレーは変化し得る量の鉄、マグネシウム、アルカリ金属、及び／又はアルカリ土類金属を含むことができる。クレーの例としては、これらに限定されないが、アンチゴライト、温石綿、リザルダイト、ハロイサイト、カオリナイト、イライト、モンモリロナイト、バーミキュライト、タルク、パリゴルスカイト、葉蝋石、黒雲母、白雲母、金雲母、リシア雲母、マーガライト、海緑石、及びそれらの組み合わせが挙げられる。クレーは焼成を受け、焼成クレーを生成することができる。焼成としては、クレーを５００℃〜１０００℃の温度に１時間〜２４時間の間晒すことを挙げることができる。
冶金スラグは、溶鉱炉を用いるいくつかのプロセスを始めとする多くのプロセスで生成することができる。例えば、冶金スラグは鉄鉱石から銑鉄を生成するプロセスにおいて生成することができる。一部の冶金スラグは２７重量パーセント〜３８重量パーセントのＳｉＯ２及び７重量パーセント〜１２重量パーセントのＡｌ２Ｏ３を含むことができる。冶金スラグは、また、例えばＣａＯ、ＭｇＯ、Ｆｅ２Ｏ３、及びＭｎＯも含むことができる。
ジオポリマー前駆体はアルカリ活性化剤を含むことができる。アルカリ活性化剤はジオポリマー前駆体である。アルカリ活性化は、苛性環境におけるケイ酸アルミニウム及び／又はアルカリ及び／若しくはアルカリ土類元素を含む化合物間の反応を伴う。１又は２以上の実施形態に関して、アルカリ活性化剤はケイ酸ナトリウムを含む。本明細書で用いるケイ酸ナトリウムとは、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）及びシリカ（ＳｉＯ２）を含む化合物をいう。ケイ酸ナトリウムは１．０〜１０．０のＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ重量比を有することができ、但し該重量比はＳｉＯ２の重量をＮａ２Ｏの重量で除した商として表される。１．０を含む１．０〜１０．０の全ての個々の数値及び部分範囲は本明細書中に含まれ且つ本明細書中に開示され、例えば、ケイ酸ナトリウムは、１．０、１．２５、又は１．５の下限を有し、１０．０、８．０又は６．０の上限までの範囲のＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ重量比を有することができ、但し該重量比はＳｉＯ２の重量をＮａ２Ｏの重量で除した商として表される。例えば、ケイ酸ナトリウムは、１．０〜１０．０、１．２５〜８．０、又は１．５〜６．０の範囲のＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ重量比を有することができ、但し該重量比はＳｉＯ２の重量をＮａ２Ｏの重量で除した商として表される。ケイ酸ナトリウムの例としては、これらに限定されないが、オルトケイ酸塩（Ｎａ４ＳｉＯ４）、メタケイ酸塩（Ｎａ２ＳｉＯ３）、二ケイ酸塩（Ｎａ２Ｓｉ２Ｏ５）、四ケイ酸塩（Ｎａ２Ｓｉ４Ｏ９）、及びそれらの組み合わせが挙げられる。ケイ酸ナトリウムは固体、溶液、又はそれらの組み合わせとして利用し得る。ケイ酸ナトリウム溶液は水を含むことができる。ケイ酸ナトリウム溶液の水は、ケイ酸ナトリウム溶液の酸化ナトリウムの重量パーセント、シリカの重量パーセント、及び水の重量パーセントの合計がケイ酸ナトリウム溶液の１００重量パーセントとなるようにして、ケイ酸ナトリウム溶液の４０重量パーセント〜７５重量パーセントである値を有する量で用い得る。４０重量パーセントを含む４０重量パーセント〜７５重量パーセントの全ての個々の数値及び部分範囲は本明細書中に含まれ且つ本明細書中に開示され、例えば、ケイ酸ナトリウム溶液の水は、ケイ酸ナトリウム溶液の酸化ナトリウムの重量パーセント、シリカの重量パーセント、及び水の重量パーセントの合計がケイ酸ナトリウム溶液の１００重量パーセントとなるようにして、４０重量パーセント、４３重量パーセント、又は４５重量パーセントの下限を有し、７５重量パーセント、７０重量パーセント、又は６５重量パーセントの上限までの範囲とすることができる。例えば、ケイ酸ナトリウム溶液の水は、ケイ酸ナトリウム溶液の酸化ナトリウムの重量パーセント、シリカの重量パーセント、及び水の重量パーセントの合計がケイ酸ナトリウム溶液の１００重量パーセントとなるようにして、４０重量パーセント〜７５重量パーセント、４３重量パーセント〜７０重量パーセント、又は４５重量パーセント〜７０重量パーセントの範囲とすることができる。上記アルカリ活性化剤はアルカリ水酸化物を含むことができる。アルカリ水酸化物の例としては、これらに限定されないが、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムが挙げられる。アルカリ活性化剤は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及びそれらの組み合わせからなる群より選択することができる。アルカリ水酸化物を含む実施形態に関して、アルカリ水酸化物は、ケイ酸ナトリウム溶液の酸化ナトリウムの重量パーセント、シリカの重量パーセント、水の重量パーセント、及びアルカリ水酸化物の重量パーセントの合計がケイ酸ナトリウム溶液の１００重量パーセントとなるようにして、ケイ酸ナトリウム溶液の５０重量パーセントまでの値を有する量で用い得る。０重量パーセントより大きく、５０重量パーセントを含む全ての個々の数値及び部分範囲は本明細書中に含まれ且つ本明細書中に開示され、例えば、アルカリ水酸化物は、ケイ酸ナトリウム溶液の酸化ナトリウムの重量パーセント、シリカの重量パーセント、水の重量パーセント、及びアルカリ水酸化物の合計がケイ酸ナトリウム溶液の１００重量パーセントとなるようにして、０重量パーセントより大きい下限を有し、５０重量パーセント、４５重量パーセント、又は４０重量パーセントの上限までの範囲で用いることができる。例えば、アルカリ水酸化物は、ケイ酸ナトリウム溶液の酸化ナトリウムの重量パーセント、シリカの重量パーセント、水の重量パーセント、及びアルカリ水酸化物の重量パーセントの合計がケイ酸ナトリウム溶液の１００重量パーセントとなるようにして、０重量パーセントより大きく５０重量パーセントまで、０重量パーセントより大きく４５重量パーセントまで、又は０重量パーセントより大きく４０重量パーセントまでの範囲の値を有する量で用い得る。
ジオポリマー前駆体組成物は分散媒を含むことができる。分散媒は水を含むことができる。分散媒は１種又は２種以上のジオポリマー前駆体の溶解及び／又は加水分解のために用いることができる。
ジオポリマー前駆体組成物は、異なる用途に対して異なる量の成分を含むことができる。アルミノケイ酸塩反応剤は、アルミノケイ酸塩反応剤の重量パーセント、アルカリ活性化剤の重量パーセント、及び分散媒の重量パーセントの合計が組成物重量の１００重量パーセントになるようにして、組成物重量の２０重量パーセント〜８０重量パーセントとすることができる。２０重量パーセントを含む２０重量パーセント〜８０重量パーセントの全ての個々の数値及び部分範囲は本明細書中に含まれ且つ本明細書中に開示され、例えば、アルミノケイ酸塩反応剤は、２０重量パーセント、２５重量パーセント、又は３０重量パーセントの下限を有し、８０重量パーセント、７５重量パーセント、又は７０重量パーセントの上限までの範囲とすることができる。アルカリ活性化剤は、アルミノケイ酸塩反応剤の重量パーセント、アルカリ活性化剤の重量パーセント、及び分散媒の重量パーセントの合計が組成物重量の１００重量パーセントになるようにして、組成物重量の２０重量パーセント〜８０重量パーセントとすることができる。２０重量パーセントを含む２０重量パーセント〜８０重量パーセントの全ての個々の数値及び部分範囲は本明細書中に含まれ且つ本明細書中に開示され、例えば、アルカリ活性化剤は、２０重量パーセント、２５重量パーセント、又は３０重量パーセントの下限を有し、８０重量パーセント、７５重量パーセント、又は７０重量パーセントの上限までの範囲とすることができる。分散媒は、アルミノケイ酸塩反応剤の重量パーセント、アルカリ活性化剤の重量パーセント、及び分散媒の重量パーセントの合計が組成物重量の１００重量パーセントになるようにして、組成物重量の２０重量パーセント〜８０重量パーセントとすることができる。２０重量パーセントを含む２０重量パーセント〜８０重量パーセントの全ての個々の数値及び部分範囲は本明細書中に含まれ且つ本明細書中に開示され、例えば、分散媒は、２０重量パーセント、２５重量パーセント、又は３０重量パーセントの下限を有し、８０重量パーセント、７５重量パーセント、又は７０重量パーセントの上限までの範囲とすることができる。
本開示の多くの実施形態によれば、ジオポリマー前駆体組成物は、１．０：０．１〜１．０：３．３のアルミニウムに対するケイ素のモル比を有することができる。換言すれば、ジオポリマー熱保護層は、１．０：０．１〜１．０：３．３のアルミニウムに対するケイ素のモル比を有するジオポリマー前駆体組成物を硬化することにより形成される。１．０：０．１を含む１．０：０．１〜１．０：３．３の、アルミニウムに対するケイ素のモル比の全ての個々の数値及び部分範囲は本明細書中に含まれ且つ本明細書中に開示され、例えば、ジオポリマー前駆体組成物は、１．０：０．１、１．０：０．５、又は１．０：１．０の下限を有し、１．０：３．３、１．０：３．１、又は１．０：２．９の上限までの範囲のアルミニウムに対するケイ素のモル比を有することができる。例えば、ジオポリマー熱保護層は、１．０：０．１〜１．０：３．３、１．０：０．５〜１．０：３．１、又は１．０：１．０〜１．０：２．９の範囲のアルミニウムに対するケイ素のモル比を有するジオポリマー前駆体組成物を硬化することにより形成することができる。議論したように、１．０：０．１〜１．０：３．３のアルミニウムに対するケイ素のモル比を有するジオポリマー前駆体組成物から生成されるジオポリマー、例えばジオポリマー熱保護層は、他のアルミニウムに対するケイ素のモル比を有する組成物から生成される他のジオポリマーと比較して、改良された強度及び／又は耐火性を有することができる。理論に拘束されるものではないが、アルミニウムに対してより多くのケイ素を有するいくつかの組成物が２次元構造を形成するのに対して、１．０：０．１〜１．０：３．３のアルミニウムに対するケイ素のモル比を有するジオポリマー前駆体組成物から生成されるジオポリマーは、３次元構造を形成すると考えられる。
ジオポリマー前駆体組成物は骨材を含むことができる。本明細書において用いる骨材とは、不活性材料、例えば、ジオポリマー前駆体組成物のジオポリマー前駆体と実質的に反応性をもたない材料をいう。骨材はジオポリマー化反応の間、変化せずにそのまま残る。骨材の例としては、これらに限定されないが、砂、砂利、砕石、又はそれらの組み合わせが挙げられる。骨材は、例えば分離した個別の粒子である微粒子とすることができる。骨材は様々な用途に対して異なる大きさ及び／又は異なる形状であってよい。骨材は、例えば、０．０６２５ミリメートル〜２．０ミリメートルのＩＳＯ １４６８８で規定される平均直径をもつ粒子径分布を有することができる。０．０６２５ミリメートルを含む０．０６２５ミリメートル〜２．０ミリメートルの全ての個々の数値及び部分範囲は本明細書中に含まれ且つ本明細書中に開示され、例えば、骨材は、０．０６２５ミリメートル、０．０７ミリメートル、又は０．０８ミリメートルの下限を有し、２．０ミリメートル、１．９０ミリメートル、又は１．８０ミリメートルの上限までの範囲の平均直径をもつ粒子径分布を有することができる。例えば、骨材は、０．０６２５ミリメートル〜２．０ミリメートル、０．０７ミリメートル〜１．９０ミリメートル、又は０．０８ミリメートル〜１．８０ミリメートルの範囲の平均直径をもつ粒子径分布を有することができる。本開示の多くの実施形態によれば、骨材は実質的に球状とすることができる。但し、実施形態はそのようには限定されない。本開示の多くの実施形態によれば、骨材は実質的に非球状とすることができる。実質的に非球状の骨材の例としては、これらに限定されないが、立方体形状、多角形形状、細長い形状、不規則な形状及びそれらの組み合わせが挙げられる。骨材を含む実施形態に関し、ジオポリマー熱保護層の全重量がアルミノケイ酸塩反応剤、アルカリ活性化剤、分散媒、及び骨材の重量の合計であるとして、骨材はジオポリマー熱保護層の全重量の７０重量パーセントまでの値を有する量で用いることができる。０重量パーセント超を含み、０重量パーセントより大きく７０重量パーセントまでの全ての個々の数値及び部分範囲は本明細書中に含まれ且つ本明細書中に開示され、例えば、骨材は、０重量パーセントより大きい、１０重量パーセント、又は１５重量パーセントの下限を有し、７０重量パーセント、６５重量パーセント、又は６０重量パーセントの上限までの範囲で用いることができる。例えば、ジオポリマー熱保護層の全重量がアルミノケイ酸塩反応剤、アルカリ活性化剤、分散媒、及び骨材の重量の合計であるとして、骨材はジオポリマー熱保護層の全重量の０重量パーセントより大きく７０重量パーセントまで、１０重量パーセント〜６５重量パーセント、又は１５重量パーセント〜６０重量パーセントの範囲で用い得る。骨材は、例えば骨材を含まない他のジオポリマーに比較して、ジオポリマー中のき裂の生成を低減することを支援し得る。いくつかの用途に対して、ジオポリマー中のき裂が望ましくないことがあり得る。一例として、き裂は、ジオポリマー前駆体の硬化の間及び／又は硬化が完了した後にジオポリマー中に形成し得る。
本開示の多くの実施形態によれば、ジオポリマー前駆体組成物は、他の追加成分がある中でも、中空のケイ酸塩材料などの追加成分を含むことができる。中空のケイ酸塩材料の例としては、これらに限定されないが、ガラス球、エアロゲル、セノスフェア、ゼオライト、メソポーラスケイ酸塩構造体、及びそれらの組み合わせが挙げられる。エアロゲルとしてはゾル−ゲルプロセスによって製造される低密度ケイ酸塩構造体が挙げられる。セノスフェアは、例えばフライアッシュを産生するプロセスの間に生成することができる。中空のガラス球は、例えばアルミナなどの添加剤を含んでもよい。ゼオライトとしては、例えば天然及び合成のアルミナ／ケイ酸塩が挙げられ、金属カチオンを含んでもよい。メソポーラスケイ酸塩構造体としては、ケイ酸塩が生成した後に除去することができる有機テンプレートの周囲にケイ酸塩を生成させることによって得られる構造体が挙げられる。異なる用途に対して、追加成分は様々な量で用い得る。
本明細書中で議論されたように、ジオポリマー前駆体組成物は硬化されてジオポリマー１１２、例えばジオポリマー熱保護層１１０、を生成することができる。ジオポリマー１１２、例えばジオポリマー熱保護層１１０、は式Ｉにより表すことができる。
（式Ｉ）
（Ｍ）ｙ［−（ＳｉＯ２）ｚ−ＡｌＯ２］ｘ・ｗＨ２Ｏ
上記式中、各Ｍは独立に元素の周期表の第１族のカチオンであり、ｘは２以上の整数であってポリシアル酸基繰り返し単位の数を表し、ｙは、ｘに対するｙの比がゼロよりも大きい（ｙ／ｘ＞０）、好ましくはゼロより大きく２以下（０＜ｙ／ｘ≦２）となるように選択される有理数又は無理数であり、ｚは１〜３５の有理数又は無理数であり、ｗは、ｘに対するｗの比（ｗ／ｘ）がポリシアル酸基繰り返し単位当たりの水のモル比を表す有理数又は無理数である。ｚはポリシアル酸基におけるアルミニウム原子のモル数に対するケイ素原子のモル数（Ｓｉ／Ａｌ）に等しいモル比を表す。ジオポリマー中におけるＳｉＯ２官能基の分布はランダムであると特徴付けられ得る。従って、ｚは有理数又は無理数となり得る。別段の断りがない限りにおいて、語句「元素の周期表」は、国際純正・応用化学連合（ＩＵＰＡＣ）により出版された、２００７年６月２２日付版の公式な周期表をいう。
ジオポリマー１１２、例えばジオポリマー熱保護層１１０、はジオポリマー前駆体組成物を２０℃〜１５０℃の温度で硬化することによって生成される。２０℃を含む２０℃〜１５０℃の全ての個々の数値及び部分範囲は本明細書中に含まれ且つ本明細書中に開示され、例えば、ジオポリマーは、２０℃、２５℃、又は３０℃の下限を有し、１５０℃、１４０℃、又は１３０℃の上限までの範囲の温度において、ジオポリマー前駆体組成物を硬化することによって生成することができる。例えば、ジオポリマー１１２は、２０℃〜１５０℃、２５℃〜１４０℃、又は３０℃〜１３０℃の範囲の温度において、ジオポリマー前駆体組成物を硬化することによって生成することができる。様々な用途に対して、ジオポリマー１１２は、ジオポリマー前駆体組成物を異なる時間間隔の間で硬化することによって生成することができる。ジオポリマー１１２は、ジオポリマー前駆体組成物を、例えば１分未満から２８日間の時間間隔の間で硬化することによって生成することができる。１分未満を含む１分未満〜２８日間の全ての個々の数値及び部分範囲は本明細書中に含まれ且つ本明細書中に開示され、例えば、ジオポリマーは、１分未満、１分間、又は５分間の下限を有し、２８日間、２４日間、又は２０日間の上限までの範囲の時間間隔の間において、ジオポリマー前駆体組成物を硬化することによって生成することができる。例えば、ジオポリマー１１２は、１分未満〜２８日間、１分間〜２４日間、又は５分間〜２０日間の時間間隔の間において、ジオポリマー前駆体組成物を硬化することによって生成することができる。１又は２以上の実施形態に関して、ジオポリマー前駆体組成物は基材、例えば本明細書で議論された発泡材料１０４及び／又は表面材１０６、１０８など、に塗工し、その基材上で硬化することができる。ジオポリマー前駆体組成物は浸漬、吹付け、ローリング、コテ塗工、又は別な操作などの種々の操作により基材に塗工することができる。
図１Ｂに図解されるように、ジオポリマー１１２を含むジオポリマー熱保護層１１０は、発泡材料１０４に対して、例えば接続界面１１４を介して接着することができる。１又は２以上の実施形態に関して、接続界面１１４は接着性材料を含むことができる。接着性材料としては、熱硬化性接着剤などの架橋接着剤を挙げることができる。例えば、接着性材料としては、他の架橋接着剤がある中でも、ポリイソシアヌレート、例えばウレタン糊であるウレタン、エポキシ系、又はスルホン化ポリスチレンを挙げることができる。本開示の多くの実施形態によれば、接着性材料はジオポリマー熱保護層１１０を発泡材料１０４に結合することができる。接着性材料を含む実施形態に関し、接着性材料は様々な量、例えばジオポリマー熱保護層１１０を発泡材料１０４に接着するために十分な量で用い得る。但し、実施形態はそのように限定はされない。１又は２以上の実施形態に関して、例えば接続界面１１４である接着性材料を用いずに発泡材料１０４に接着されたジオポリマー熱保護層１１０は、接着性材料を含まない。
ジオポリマー熱保護層１１０は０．５ミリメートル〜１００ミリメートルの厚さ１１１を有することができる。０．５ミリメートル〜１００ミリメートルの全ての個々の数値及び部分範囲は本明細書中に含まれ且つ本明細書中に開示され、例えば、ジオポリマー熱保護層１１０は、１００ミリメートル、８０ミリメートル、又は６０ミリメートルの上限から、０．５ミリメートル、１ミリメートル、又は２ミリメートルの下限までの厚さ１１１を有することができる。例えば、ジオポリマー熱保護層１１０は、０．５ミリメートル〜１００ミリメートル、１ミリメートル〜８０ミリメートル、２ミリメートル〜６０ミリメートルの厚さ１１１を有することができる。
本明細書で議論されたように、ジオポリマー熱保護層１１０は、本明細書に開示されるジオポリマー熱保護層１１０を有していないパネルなどの他のパネルの手法と比較して、耐火性複合構造体１０２に対して改良された耐火性を提供し得る。例えば、ジオポリマー熱保護層１１０は、ジオポリマー−アエロゲル複合層１１０を有していないパネルと比較して、同様の加熱に晒された際に、発泡材料１０４がより少ない熱エネルギーを受けるように支援することができる。一例として、耐火性は、材料、例えば耐火性複合構造体１０２、を炉からの加熱に晒し、その後、当該材料の炉と反対側上及び／又は当該材料の厚さ方向の一定の距離における温度上昇を経時的に計測することによって測定することができる。同様の炉による加熱条件下での別な材料の相当する温度と比較して、当該材料の部位上及び／又は部位内においてより低い温度が得られることは、耐火性が改良されたと見なすことができる。いくつかの用途に関し、ジオポリマー熱保護層の厚さを変えること及び／又は追加のジオポリマー熱保護層を組み込むことで、改良された耐火性を提供することを支援することができる。
図１Ｂに図解されるように、ジオポリマー熱保護層１１０は、例えば第２の接続界面１１６を介して、第１の表面材１０６に接着することができる。１又は２以上の実施形態に関して、接続界面１１６は本明細書で議論された接着性材料を含むことができる。但し、実施形態はそのように限定はされない。１又は２以上の実施形態に関して、例えば接続界面１１６である接着性材料を用いずに第１の表面材１０６に接着されたジオポリマー熱保護層１１０は、接着性材料を含まない。
再度図１Ｂを参照して、本開示の多くの実施形態によれば、第１の表面材１０６は、他の熱源がある中でも、例えば火である熱源１２０に面するように構成することができる。図１Ｂに図解される例において、熱は熱源１２０から第１の表面材１０６に、その後ジオポリマー熱保護層１１０に、その後発泡材料１０４に伝わり得る。ジオポリマー熱保護層１１０を熱源１２０に対して相対的に発泡材料１０４の前に配置することによって、望ましいジオポリマー熱保護層１１０の効力を提供して発泡材料１０４を保護すること、及び／又は本明細書で議論された改良された耐火性を有する耐火性複合構造体１０２を提供することを支援し得る。
図２は本開示の多くの実施形態に係る耐火性複合構造体２０２の断面図である。図２に示されるように、耐火性複合構造体２０２は第１のジオポリマー熱保護層２１０−１及び第２のジオポリマー熱保護層２１０−２を備えてもよい。第２のジオポリマー熱保護層２１０−２は、本明細書中で議論されたような、第１のジオポリマー熱保護層２１０−１の特性と類似の特性を有することができる。第２のジオポリマー熱保護層２１０−２は、例えば、本明細書中で議論されたジオポリマー前駆体組成物の硬化によって形成することができる。
１又は２以上の実施形態に関して、第２のジオポリマー熱保護層２１０−２は発泡材料２０４と第２の表面材２０８との間に位置することができる。第２のジオポリマー熱保護層２１０−２を発泡材料２０４と第２の表面材２０８との間に配置することで、第２の表面材２０８から発泡材料２０４に伝わり得る熱から発泡材料２０４を保護することを支援し得る。加えて、第２のジオポリマー熱保護層２１０−２を発泡材料２０４と第２の表面材２０８との間に配置することで、例えば、第２の表面材２０８が熱源に晒された場合に、発泡材料２０４と第２の表面材２０８との間に第２のジオポリマー熱保護層２１０−２を有することのないパネルと比較して、第１の表面材２０６の表面上の温度をより低くすることを支援し得る。
図３は本開示の多くの実施形態に係る耐火性複合構造体３０２の断面図である。図３に示されるように、耐火性複合構造体３０２は、発泡材料３０４−１と第１の表面材３０６との間に複数のジオポリマー熱保護層３１０−１、３１０−３を備えることができる。図３に図解される例は発泡材料３０４−１と第１の表面材３０６との間に二つのジオポリマー熱保護層３１０−１、３１０−３を備えるが、実施形態はそのように限定はされない。例えば、耐火性複合構造体３０２は、発泡材料３０４−１と第１の表面材３０６との間に３、４、５、６、７、８、９、１０、又は更に多くのジオポリマー熱保護層を備えることができる。
図３に示されるように、耐火性複合構造体３０２は、発泡材料３０４−１と第２の表面材３０８との間に複数のジオポリマー熱保護層３１０−２、３１０−４を備えることができる。図３に図解される例は発泡材料３０４−１と第２の表面材３０８との間に二つのジオポリマー熱保護層３１０−２、３１０−４を備えるが、実施形態はそのように限定はされない。例えば、耐火性複合構造体３０２は、発泡材料３０４−１と第２の表面材３０８との間に３、４、５、６、７、８、９、１０、又は更に多くのジオポリマー熱保護層を備えることができる。
図３に示されるように、耐火性複合構造体３０２は複数の発泡材料３０４−１、３０４−２、３０４−３を備えることができる。１又は２以上の実施形態に関して、発泡材料３０４−１、３０４−２、３０４−３のそれぞれは、二つのジオポリマー熱保護層を、例えばそれらの間に位置して、分離する。図３に図解される例は三つの発泡材料３０４−１、３０４−２、３０４−３を備えるが、実施形態はそのように限定はされない。例えば、耐火性複合構造体３０２は４、５、６、７、８、９、１０、又は更に多くの発泡材料を備えることができる。
本明細書に開示される耐火性複合構造体０２は様々なプロセスによって形成し得る。例えば、耐火性複合構造体０２は、二台のコンベアの配置を用いる連続積層プロセスなどの連続プロセスによって形成されてもよく、該連続積層プロセスでは、ジオポリマー熱保護層１０の成分が、例えば注ぎ込まれ又は噴霧されて、柔軟であっても剛直であってもよい第１の表面材０６の表面上に堆積することができ、その後、発泡材料０４を形成するための反応混合物が、例えば注ぎ込まれ又は噴霧されて、硬化しているジオポリマー熱保護層の成分上に堆積することができ、その後第２の表面材０８の表面が発泡材料０４を形成するための反応混合物に接触することができる。様々な用途に対して、他の形成プロセスが用いられてもよい。例えば、第２のジオポリマー熱保護層１０の成分は、例えば注ぎ込まれ又は噴霧されて、第２の表面材０８の内側の表面上、又はその代わりに、上記硬化しているジオポリマー熱保護層成分を、第２の表面材の内側の表面と硬化発泡体を形成する組成物の間に担持することとなる基材上に直接堆積させることができる。その結果、上記基材は、発泡体−ジオポリマー界面に組み込まれたまま残ることとなる。更に、本明細書に開示される耐火性複合構造体０２は、ジオポリマー熱保護層の成分を、例えば注ぎ込む又は噴霧して、第１の表面材０６上及び／又は第２の表面材０８上に堆積させることを含む不連続なプロセスによって形成されてもよい。その後、第１の表面材及び第２の表面材は、それらのジオポリマー熱保護層と共にプレス中に載置されてもよく、発泡材料０４を形成するための反応混合物が、例えば注ぎ込まれる又は噴霧されて、第１及び第２の表面材０６、０８の間に堆積することができる。
上記説明は例証の形態でなされたものであり、限定的なものではない。本開示の様々な実施形態の範囲は、当業者にとって上記説明を検証することにより明らかとなる他の用途及び／又は他の構成要素を含む。
実施例において、例えば以下を始めとする材料に対する種々の用語及び定義が用いられた。
ケイ酸ナトリウム溶液（アルカリ活性化剤、ケイ酸ナトリウム溶液 グレード５２、Ｏｃｃｉｄｅｎｔａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎより入手可能）、クラスＦフライアッシュ（アルミノケイ酸塩反応剤、ＢＯＲＡＬ（登録商標）より入手可能）、分散媒（水、脱イオン、実験室で作製）、表面材（厚さ０．３ｍｍのステンレス鋼３０４板）、追加成分（セノスフェア、ＣＴＢ１５０、Ｃｅｎｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．より入手可能）。
ジオポリマー前駆体組成物
ジオポリマー前駆体組成物を以下のようにして調製した。水（１２．５グラム）及びケイ酸ナトリウム溶液（３７．５グラム）を容器に添加し混合した。クラスＦフライアッシュ（１６２．５グラム）及びケイ砂（５０．０グラム）を上記容器の内容物に添加し、毎分７００〜９００回転で高せん断混合機（Ｌ１Ｕ０８型混合機、ＬＩＧＨＴＮＩＮ（登録商標）より入手可能）により混合した。このジオポリマー前駆体組成物は、１．００：２．６８のアルミニウムに対するケイ素の比を有していた。
実施例１
耐火性複合構造体 実施例１を以下のようにして作製した。上記の調製したジオポリマー前駆体組成物をダイに注型し、次に、注型されたジオポリマー前駆体組成物に発泡材料を圧入した。注型されたジオポリマー前駆体組成物を６０℃で２４時間硬化し、厚さ１０ミリメートルの、発泡材料に結合したジオポリマー熱保護層を形成した。上記発泡材料は、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙより入手可能な、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厚さ１６０ミリメートルのポリイソシアヌレート発泡体であった。厚さ０．３ｍｍのステンレス鋼３０４板を、非発泡のポリウレタン（ＦｏａｍＦａｓｔ ７４、３Ｍ（商標）より入手可能）を用いてジオポリマー熱保護層に貼り付けた。目視において注型ジオポリマーにき裂は観察されなかった。
多数のジオポリマー熱保護層
上記のジオポリマー前駆体組成物をダイに注型し、６０℃で２４時間硬化した。硬化したジオポリマーを切断して、多数の厚さ２ミリメートルのジオポリマー熱保護層、多数の厚さ３ミリメートルのジオポリマー熱保護層、及び多数の厚さ５ミリメートルのジオポリマー熱保護層を形成した。
多数の発泡材料
Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙより入手可能な、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ポリイソシアヌレート発泡体である発泡材料を、多数の厚さ８ミリメートルの発泡材料、多数の厚さ２１ミリメートルの発泡材料、多数の厚さ５９ミリメートルの発泡材料、多数の厚さ６５ミリメートルの発泡材料、及び多数の厚さ８５ミリメートルの発泡材料に切断した。
実施例２
耐火性複合構造体 実施例２を以下のようにして作製した。順に、厚さ５ミリメートルのジオポリマー熱保護層、厚さ２１ミリメートルの発泡材料、厚さ３ミリメートルのジオポリマー熱保護層、厚さ２１ミリメートルの発泡材料、厚さ３ミリメートルのジオポリマー熱保護層、厚さ２１ミリメートルの発泡材料、厚さ３ミリメートルのジオポリマー熱保護層、厚さ２１ミリメートルの発泡材料、厚さ３ミリメートルのジオポリマー熱保護層、及び厚さ５９ミリメートルの発泡材料を耐熱テープで共に固定した。厚さ０．３ｍｍのステンレス鋼３０４板を、非発泡のポリウレタン（ＦｏａｍＦａｓｔ ７４、３Ｍ（商標）より入手可能）を用いて厚さ５ミリメートルのジオポリマー熱保護層に貼り付けた。
実施例３
耐火性複合構造体 実施例３を以下のようにして作製した。順に、厚さ５ミリメートルのジオポリマー熱保護層、厚さ８ミリメートルの発泡材料、厚さ２ミリメートルのジオポリマー熱保護層、厚さ８ミリメートルの発泡材料、厚さ２ミリメートルのジオポリマー熱保護層、厚さ８ミリメートルの発泡材料、厚さ２ミリメートルのジオポリマー熱保護層、厚さ８ミリメートルの発泡材料、厚さ２ミリメートルのジオポリマー熱保護層、厚さ８ミリメートルの発泡材料、厚さ２ミリメートルのジオポリマー熱保護層、厚さ８ミリメートルの発泡材料、厚さ２ミリメートルのジオポリマー熱保護層、厚さ８ミリメートルの発泡材料、厚さ２ミリメートルのジオポリマー熱保護層、厚さ８ミリメートルの発泡材料、厚さ２ミリメートルのジオポリマー熱保護層、厚さ８ミリメートルの発泡材料、厚さ２ミリメートルのジオポリマー熱保護層、及び厚さ６５ミリメートルの発泡材料を耐熱テープで共に固定した。厚さ０．３ｍｍのステンレス鋼３０４板を、非発泡のポリウレタン（ＦｏａｍＦａｓｔ ７４、３Ｍ（商標）より入手可能）を用いて厚さ５ミリメートルのジオポリマー熱保護層に貼り付けた。
比較例Ａ
比較例Ａを以下のようにして作製した。発泡材料を形成した。発泡材料はＴｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙより入手可能な、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厚さ１６０ミリメートルのポリイソシアヌレート発泡材料であった。厚さ０．３ミリメートルのステンレス鋼３０４板を、非発泡のポリウレタン（ＦｏａｍＦａｓｔ ７４、３Ｍ（商標）より入手可能）を用いて発泡材料に貼り付けた。
実施例１〜３及び比較例Ａの耐火性を以下のようにして試験した。ＴＨＥＲＭＯ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ（登録商標）Ｔｈｅｍｏｌｙｎｅ ４８０００型炉の扉に７６．２ミリメートル×７６．２ミリメートルの孔を形成した。炉を１０００℃に加熱し、ＩＳＯ−８３４−１における加熱曲線と同等である、ＥＮ １３６１−１試験規格に用いられる温度対時間曲線に準拠する温度対時間曲線を追跡した。実施例１〜３及び比較例Ａの各鋼板を、それぞれ炉の扉の孔に固定した。実施例１の発泡材料中の、熱源に晒されるステンレス鋼板から測定して１０ミリメートル、８０ミリメートル、及び１２０ミリメートルの位置に熱電対を配置し、温度を記録して耐火性を測定した。実施例２の発泡材料中の、熱源に晒されるステンレス鋼板から測定して８０ミリメートル及び１２０ミリメートルの位置に熱電対を配置し、温度を記録して耐火性を測定した。実施例３の発泡材料中の、熱源に晒されるステンレス鋼板から測定して８０ミリメートル、１００ミリメートル、及び１２０ミリメートルの位置に熱電対を配置し、温度を記録して耐火性を測定した。実験目的であるために、実施例１〜３は第２の表面材を備えていなかった。表１は、１時間後に測定された、実施例１〜３に関する各熱電対の位置での温度に対応するデータを示す。比較例Ａの発泡材料中の、熱源に晒されるステンレス鋼板から測定して１０ミリメートル、８０ミリメートル、及び１２０ミリメートルの位置に熱電対を配置し、温度を記録して耐火性を測定した。比較例Ａは第２の表面材を備えていなかった。表２は、１時間後に測定された、比較例Ａに関する各熱電対の位置での温度に対応するデータを示す。
Figure 0006243400
Figure 0006243400
表１〜２のデータは、実施例１〜３の各熱電対の位置における温度が、同一の試験時間に対して、比較例Ａの相当する各熱電対の温度よりもより低いことを示している。実施例１〜３の温度が比較例Ａの温度に比較してより低いことは、各実施例１〜３は比較例Ａに比較して改良された耐熱性を有することを示している。
実施例４
耐火性複合構造体 実施例４を以下のようにして作製した。
ジオポリマー前駆体組成物を以下のようにして調製した。水（１２．５グラム）及びケイ酸ナトリウム溶液（３７．５グラム）を容器に添加し混合した。クラスＦフライアッシュ（１６２．５グラム）及びケイ砂（５０．０グラム）を上記容器の内容物に添加し、毎分７００〜９００回転で高せん断混合機（Ｌ１Ｕ０８型混合機、ＬＩＧＨＴＮＩＮ（登録商標）より入手可能）により混合した。このジオポリマー前駆体組成物は、１．００：２．６８のアルミニウムに対するケイ素の比を有していた。２バッチの各ジオポリマー前駆体組成物のそれぞれをダイ中に注型し、６０℃で２４時間硬化した。硬化したジオポリマーは立方センチメートル当たり２．０３グラムの密度を有していた。硬化したジオポリマーをそれぞれ二つの厚さ７．５ミリメートルのジオポリマー熱保護層に成形した。順に、厚さ７．５ミリメートルのジオポリマー熱保護層、厚さ８５ミリメートルの発泡材料、及び厚さ７．５ミリメートルのジオポリマー熱保護層を耐熱テープで共に固定した。厚さ０．３ミリメートルのステンレス鋼３０４板を、非発泡のポリウレタン（ＦｏａｍＦａｓｔ ７４、３Ｍ（商標）より入手可能）を用いて７．５ミリメートルのジオポリマー熱保護層に貼り付けた。
実施例５
耐火性複合構造体 実施例５を以下のようにして作製した。
ジオポリマー前駆体組成物を以下のようにして調製した。水（７．０グラム）及びケイ酸ナトリウム溶液（１４．３グラム）を容器に添加し混合した。クラスＦフライアッシュ（３１．０グラム）及びセノスフェア（８．６グラム）を上記容器の内容物に添加し、毎分７００〜９００回転で高せん断混合機（Ｌ１Ｕ０８型混合機、ＬＩＧＨＴＮＩＮ（登録商標）より入手可能）により混合した。このジオポリマー前駆体組成物は、１．００：２．６５のアルミニウムに対するケイ素の比を有していた。２バッチの各ジオポリマー前駆体組成物のそれぞれをダイ中に注型し、６０℃で２４時間硬化した。硬化したジオポリマーをそれぞれ二つの厚さ７．５ミリメートルのジオポリマー熱保護層に成形した。順に、厚さ７．５ミリメートルのジオポリマー熱保護層、厚さ８５ミリメートルの発泡材料、及び厚さ７．５ミリメートルのジオポリマー熱保護層を耐熱テープで共に固定した。厚さ０．３ミリメートルのステンレス鋼３０４板を、非発泡のポリウレタン（ＦｏａｍＦａｓｔ ７４、３Ｍ（商標）より入手可能）を用いて７．５ミリメートルのジオポリマー熱保護層に貼り付けた。
実施例６
耐火性複合構造体 実施例６を以下のようにして作製した。
ジオポリマー前駆体組成物を以下のようにして調製した。水（８．０グラム）及びケイ酸ナトリウム溶液（２０．０グラム）を容器に添加し混合した。クラスＦフライアッシュ（２１．５グラム）及びセノスフェア（１３．９グラム）を上記容器の内容物に添加し、毎分７００〜９００回転で高せん断混合機（Ｌ１Ｕ０８型混合機、ＬＩＧＨＴＮＩＮ（登録商標）より入手可能）により混合した。このジオポリマー前駆体組成物は、１．００：２．７４のアルミニウムに対するケイ素の比を有していた。２バッチの各ジオポリマー前駆体組成物のそれぞれをダイ中に注型し、６０℃で２４時間硬化した。硬化したジオポリマーは立方センチメートル当たり０．９２グラムの密度を有していた。硬化したジオポリマーをそれぞれ二つの厚さ７．５ミリメートルのジオポリマー熱保護層に成形した。順に、厚さ７．５ミリメートルのジオポリマー熱保護層、厚さ８５ミリメートルの発泡材料、及び厚さ７．５ミリメートルのジオポリマー熱保護層を耐熱テープで共に固定した。厚さ０．３ミリメートルのステンレス鋼３０４板を、非発泡のポリウレタン（ＦｏａｍＦａｓｔ ７４、３Ｍ（商標）より入手可能）を用いて７．５ミリメートルのジオポリマー熱保護層に貼り付けた。
実施例４〜６の耐火性を、実施例１〜３及び比較例Ａに対して行ったように、以下のようにして試験した。実施例４〜６のそれぞれに対して、発泡材料中の、熱源に晒されるステンレス鋼板から測定して１００ミリメートルの位置に熱電対を配置し、温度を記録して耐火性を測定した。実験目的であるために、実施例４〜６は第２の表面材を備えていなかった。表３は、１時間後、２時間後、及び２．５時間後に測定された、実施例４〜６に関する各熱電対の位置での温度に対応するデータを示す。
Figure 0006243400
実施例４は二つのジオポリマー熱保護層を備えていた。本明細書で議論し及び示したように、ジオポリマー熱保護層は、例えば比較例Ａであるジオポリマー熱保護層を有さないパネルなどの他のパネルの手法と比較して、耐熱性の向上をもたらすことができる。表３のデータは、実施例５〜６の１００ミリメートルの熱電対の位置における温度が、同一の試験時間に対して、実施例４の１００ミリメートルの熱電対の位置における温度に対してより低い及び／又は同等であったことを示している。実施例５〜６の温度が、実施例４に比較してより低い及び／又は同等であったことは、例えば比較例Ａであるジオポリマー熱保護層を有さないパネルなどの他のパネルの手法と比較して、実施例４〜６のそれぞれが改良された耐火性を有することを示している。

Claims (10)

  1. 発泡材料と、
    前記発泡材料に接着されたジオポリマー熱保護層であって、１．０：２．６５〜１．０：３．３の範囲のアルミニウムに対するケイ素のモル比を有するジオポリマー前駆体を硬化することにより形成される上記ジオポリマー熱保護層と、
    前記ジオポリマー層に接着された表面材と、
    を備える耐火性複合構造体。
  2. 前記ジオポリマー前駆体がアルミノケイ酸塩反応剤及びアルカリ活性化剤を含み、前記アルカリ活性化剤がケイ酸ナトリウムを含む請求項１の構造体。
  3. 前記アルミノケイ酸塩反応剤が、石炭フライアッシュ、焼成クレー、冶金スラグ、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項２の構造体。
  4. 前記アルカリ活性化剤が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及びそれらの組み合わせからなる群より選択されるアルカリ性水酸化物を含む、請求項２の構造体。
  5. 第１の表面材と第２の表面材との間に位置する発泡材料と、
    前記発泡材料と第１の表面材料との間に位置する第１のジオポリマー熱保護層であって、１．０：２．６５〜１．０：３．３の範囲のアルミニウムに対するケイ素のモル比を有するジオポリマー前駆体を硬化することにより形成される上記第１のジオポリマー熱保護層と、
    前記発泡材料と第２の表面材との間に位置する第２のジオポリマー熱保護層と、
    を備える耐火性複合構造体。
  6. 前記第１のジオポリマー熱保護層が、アルミノケイ酸塩反応剤、アルカリ活性化剤、及び分散媒を有するジオポリマー前駆体組成物を硬化することにより形成される、請求項５の構造体。
  7. 前記アルミノケイ酸塩反応剤の重量パーセント、前記アルカリ活性化剤の重量パーセント、及び前記分散媒の重量パーセントの合計が組成物重量の１００重量パーセントになるようにして、前記アルミノケイ酸塩反応剤が組成物重量の２０重量パーセント〜８０重量パーセント、前記アルカリ活性化剤が組成物重量の２０重量パーセント〜８０重量パーセント、及び前記分散媒が組成物重量の２０重量パーセント〜８０重量パーセントである、請求項６の構造体。
  8. 前記アルミノケイ酸塩反応剤が、石炭フライアッシュ、焼成クレー、冶金スラグ、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、前記アルカリ活性化剤がケイ酸ナトリウムを含む、請求項６または７の構造体。
  9. 前記第１のジオポリマー熱保護層と第３のジオポリマー熱保護層との間に位置する第２の発泡材料を更に備える、請求項５〜８のいずれか一項の構造体。
  10. 前記第２のジオポリマー熱保護層と第４のジオポリマー熱保護層との間に位置する第３の発泡材料を更に備える、請求項５〜９のいずれか一項の構造体。
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