JPH05163080A - 先端混合方式無機系発泡軽量体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】断熱材や吸温材、防結露材に用いられる発泡軽
量体を製造でき、先端混合で吹付けや流し込みなどが容
易にできる２剤タイプの組成物を得る。 【構成】主成分として酸性リン酸塩水溶液に対して、酸
性に安定なエマルションをそれぞれの固形分比率で１０
０対５重量部から１００対３００重量部で混合したもの
をＡ剤とし、一方主成分として酸化マグネシウム１００
重量部に対して、金属炭酸塩５〜３００重量部配合した
Ｂ剤を、Ａ剤中の酸性リン酸塩固形分に対して、Ｂ剤中
の酸化マグネシウムが１００：１０〜１０００となるよ
うに先端混合することにより製造される先端混合方式無
機系発泡軽量体とその施工方法。 【効果】ポリウレタンフォームに代表される可燃性有機
発泡体に対して、同じような形態で効率的に作業ができ
る難燃性の先端混合発泡体を得られた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は住宅、倉庫などの建物や
熱を使用する装置の有効利用化をはかる断熱材やあるい
は吸音材、防結露材に用いられる発泡軽量体に関連する
もので、先端混合で吹付けや流し込みなどが容易にでき
る２剤タイプの組成物で不燃性もしくは難燃性の無機質
系断熱材を提供することにある。

【０００２】

【従来の技術】従来より熱に関連する分野においては、
その熱の省エネルギー化を図るべく、数多くの種類の断
熱材が開発され、また多量に使用されてきた。特に、住
宅や倉庫、工場などの建築物についても暖房や冷房の省
エネルギー対策として、壁や天井、床、屋根などに対
し、年々その断熱材の使用頻度は増える傾向にある。ま
たそれらは、防結露材として、あるいはその多孔質性を
生かして吸音材としても使われることもある。その軽量
体の種類としては、形態的に分類すると、ポリスチレン
フォームやポリエチレンフォーム、グラスウールマット
などのような板状やシート状、マット状に成形されてい
るものを接着材で貼ったりあるいはピンで取りつけた
り、他の板を複合化させて取りつけたりという、所謂成
形物の形で供給されるものと、現場発泡ポリウレタンフ
ォームや吹付けロックウールのように、施工部位に吹付
けや注入などの手法で断熱工事ができる、所謂現場吹付
けあるいは現場注入のできるものに分けられる。また防
火性能から見ると、特に建築物に適用する場合には、建
築基準法により火災時における安全性が材料に要求され
ており、不燃、準不燃、難燃などの防火性能基準が設け
られている。例えば、ポリウレタンフォームやポリスチ
レンフォームなどの有機系の断熱材は可燃性であり、防
火上から見れば好ましくない材料である。それに対し、
グラスウールやロックウールのような無機質の素材は本
来不燃性であり、使用原料により可燃性から不燃性に至
るまでの間にそれぞれの断熱材が分類される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上のような断熱材の
中にあって成形物の形で供給される断熱材では、曲面の
下地や複雑な形状の部位に対しては切断、貼り合わせな
ど手間がかかり、適用できないことが多く、また成形板
では必ず付き合わせ部に目地ができるため、その箇所が
熱の通り道（熱橋）となる欠点を有している。一方、そ
れらの欠点を避けようということで、ポリウレタンフォ
ームのように２液を先端で混合して即吹付け発泡あるい
は注入発泡させることで目地なし工法として且つ複雑な
部位への断熱施工が数多く採用されている。しかしこの
工法自体は極めて有効であるが、現状その工法ができる
材料はポリウレタンフォームなど限られている。しかも
その場合は素材自体が有機性の可燃材料であり、施工工
事中の火災や有害ガスへの対応が要求され、更に防火性
を要求される建築物に対してはその難燃化、不燃化が望
まれているが、今もってまだ適切な材料は開発されてい
なかった。また最近の地球環境の保全の観点から、ポリ
ウレタンフォームの場合その発泡ガスにオゾン層を破壊
すると言われているフロンガスを使用しているため、そ
れへの早急な対応も迫られている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】これに対して、本発明者
らは上記のポリウレタンフォームのように先端で混合し
て即発泡させる形態の作業性が得られ、且つ防火性能上
不燃性もしくは難燃性を有する先端混合形式無機質発泡
体を発明した。すなわち主成分として酸性リン酸塩水溶
液に対して酸性に安定なエマルションをそれぞれの固形
分比率で１００：５〜３００重量部で混合したものをＡ
剤とし、一方主成分として酸化マグネシウムに対して金
属炭酸塩を１００：５〜３００重量部配合したＢ剤から
なることを特徴とする先端混合用無機系発泡軽量体であ
る。本発明では、このような組成を適用することによ
り、Ａ剤、Ｂ剤をそれぞれ安定に貯蔵し、使用にあたっ
てはＡ剤及びＢ剤をそれぞれ別系列のポンプで定量圧送
し、ホース先端の混合部で短時間に混合できるようにな
ったもので、その混合液を注入、あるいは吹付けにより
施工すると発泡硬化して、軽量断熱層もしくは軽量吸音
層を形成するものである。酸性リン酸塩としては例えば
第一リン酸アルミニウム、第一リン酸マグネシウム、第
一リン酸カルシウムなどが水溶液あるいは粉末の形で入
手できる。実際の適用にあたってはそれらを単独で、あ
るいは混合して水溶液の形で使うことができるが、一般
にはその中でも、第一リン酸アルミニウム水溶液が特に
入手し易く使い易い。この酸性リン酸塩はＡ剤中では通
常、固形分濃度を５〜４０重量％程度に調整して使用す
る。固形分濃度が高いと発泡硬化後の断熱材の強度が強
化されるが、反面、Ａ剤としては粘度が高くなり過ぎて
ポンプ圧送性に支障をきたす。更にＡ剤としての貯蔵安
定性に欠けて固形分が析出してくることもあるので最高
濃度は自ずと限定される。一方逆に燐酸塩の固形分濃度
を薄くした場合には、反応硬化後の発泡体の強度が弱く
なり、更にはエマルションとの混合比率によっては難燃
性の付与に不十分となることにもなり、本発明の目的を
達することができないことなる。本発明では酸性に安定
なエマルションを配合することも一つの特徴である。エ
マルションを配合することで特に無機質特有の脆さをカ
バーするものである。これはあらかじめ酸性リン酸塩水
溶液と混合しておいても良いし、あるいは使用直前に混
合しても良い。しかし使用面から言えば、荷姿が単純に
なるのであらかじめ混合されている方が使いやすい。組
成的にはアクリルあるいはスチレンあるいはその共重合
体などが挙げられるが酸性リン酸塩水溶液中ですぐにゲ
ル化を生じないエマルション組成であれば特に組成を限
定するものではない。その配合量は酸性リン酸塩水溶液
に対して酸性に安定なエマルションをそれぞれの固形分
比率で１００：５〜３００重量部の範囲が望ましい。ま
た発泡硬化後の軽量体として考えるとすれば、エマルシ
ョンの樹脂分がＡ剤、Ｂ剤を混合した後の発泡硬化体全
固形分に対し、１〜３０重量％の範囲に入ることが望ま
しい。配合量が少ないと、樹脂の持つ柔軟性が発揮され
ず、発泡後の軽量体の脆さが改善できない。一方逆に樹
脂量を多くすると、本発明の目的のひとつでもある難燃
性に劣り、可燃性を帯びてくるので望ましくない。以上
Ａ剤は上記２成分を基本とし、１００センチポイズ以上
の粘度に調整するが、あまり粘度が高いとＢ剤との安定
した配合比率のものが得られないことになる。その他に
この系に強度補強のために繊維状物質を入れて置いても
良いし、あるいは粘性調整剤、粘度付与剤などを加えて
も良い。一方、Ｂ剤として配合される酸化マグネシウム
の中には、炭酸マグネシウムや水酸化マグネシウムなど
のマグネシア原料を原料として、比較的低温で焼成して
作られて軽焼マグネシアや、１５００℃以上で焼成した
マグネシアクリンカー（硬焼、あるいは死焼、重焼マグ
ネシアとも呼ばれる）が含まれる。また酸化マグネシウ
ムを主成分とする鉱物、例えばマグネサイトや蛇紋岩な
ども酸性リン酸塩水溶液と硬化反応して不溶性の硬化物
となる点で適用できる。これらの中でマグネシアクリン
カーは特に硬化反応速度が本発泡硬化体としては適当で
あり、優先的に選ばれる。いずれにしても、これら酸化
マグネシウムは使用にあたっては、一旦粉砕して粉末状
にしたものが用いられる。その粒度はあまり粗いとＢ剤
スラリーとした場合に沈降し易くなり、また発泡硬化体
となった時に強度発現が劣る傾向になるので、望ましく
は１ｍｍ以下とする方が良い。金属炭酸塩としては炭酸
マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウムなど水に
対して難溶性、もしくは不溶性の炭酸塩が選定される。
それらはＡ剤と混合された時にＡ剤の酸性リン酸塩に接
触して分解し、炭酸ガスを発生させることで、発泡ガス
源として作用する。なお反応後は不溶性のカルシウム塩
を生成する。粉末の粒度は粗過ぎると反応が遅くなり、
また硬化後の強度発現に劣る。一方細か過ぎると反応が
早くなり、先端混合部での混合時間の確保ができず即発
泡することになり、作業に支障をきたすことになる。そ
のため自ずと使用最適粒度が規定される。その範囲は
０．００１ｍｍ〜１ｍｍが望ましい。但しこの範囲以外
の粒径のものが少量混入することを妨げるものではな
い。繊維状物質としては岩綿、ウォラストナイト、石
綿、カーボン繊維、セラミック繊維、ガラス繊維など無
機質系の天然鉱物繊維や人造繊維の他、パルプ繊維やポ
リプロピレン繊維、ビニロン繊維、テトロン繊維などの
有機質繊維が挙げられる。その他にチタン酸カリウムの
ようなウイスカーもまた本発明の目的に供せられる。こ
れら繊維状物質はこれを添加することで発泡体の強度を
補強するものである。その使用に供される繊維の長さは
数十ｍｍのものも使用可能であるが、混合性や圧送性、
あるいは先端混合性などを考慮すると約５ｍｍ以下程度
の長さが望ましいと言える。１ｍｍ以下のものも使用さ
れる。あるいはそれら長さの異なった繊維や材質の異な
った繊維同士を混合して使用しても別に差し支えはな
い。特にウイスカーなどの短繊維状物質はそうした形で
使用することも多い。添加量については少ない場合は目
的とする補強効果が得られず、また一方多すぎた場合
は、添加時に粘度が高く過ぎてポンプ圧送に支障をきた
したり、あるいは先端混合部で繊維の絡みによる詰まり
が生じたりするので自ずと限定される。使用する繊維の
種類にもよるが、通常は最終発泡硬化体１００重量部に
対し、０．５〜４０重量部の範囲が望ましい。なおこの
繊維状物質はＡ剤、あるいはＢ剤何れの方に配合しても
良い。ただ何れに配合するかは、それぞれの中に入れた
場合にどちらが安定して貯蔵できるか、反応を起こさな
いかで決められる。また実際の作業性から見て、Ａ剤、
Ｂ剤のそれぞれの粘度、粘性の差が大きく異ならないよ
うに調整することが重要である。これら組成物について
は、その混合時の粘度や発泡速度、硬化時間などを調整
することで、発泡軽量体を形成させることができるが、
更には気泡安定剤を添加して、より一層の発泡安定化、
気泡の均一化をはかることが望ましい。その例として、
無機粉末系では、シリカゲル、活性炭、ゼオライト、カ
ーボンブラックのような多孔性無機質粉末やマイカ、タ
ルク、セピオライト、パリゴルスカイトのような層状結
晶を有する鉱物粉末、更には有機質系では界面活性剤な
どの所謂発泡安定剤を適時配合することができる。その
配合量は発泡硬化後の軽量体固形分に対して気泡安定剤
を１００：０．１〜６０重量部の範囲が好ましい。添加
量の多い方は一部増量材としても働くので、かなり多く
添加しても良いが、これ以上の量を入れると、混合前の
液の粘度が高くなり過ぎたり、あるいは硬化後の軽量体
強度が低下して実用に耐えない。当然添加量が少な過ぎ
ても、添加する目的の気泡の均一安定化が得られない。
なおこれも繊維状物質と同様、系の安定性を損なわない
限り、Ａ剤、あるいはＢ剤何れの方に配合しても良い。
その他、Ａ剤の場合と同様、Ｂ剤にさらに沈降防止剤や
流動化剤などを添加することができる。以上、Ｂ剤の主
要成分を水で混合して、少なくとも１００センチポイズ
以上の粘度になるように調整する。あまり水を多くして
粘度を低く設定し過ぎると、Ｂ剤中の粉末が分離沈降す
ることになり、Ａ剤との安定した配合比率のものが得ら
れないことになる。当然混合する水の量が少ないとＢ剤
全体の粘度が高くなり、ポンプ圧送性が悪くなったり、
一定比率での混合ができなくなったりすることが出てく
るので、少なくとも８００ポイズ以下に押さえておく必
要がある。その他、本発明の目的を損じない範囲内にお
いては、他の粉末、例えばタルクやベントナイト、粘土
鉱物、あるいは発泡パーライト、膨張ひる石、マイクロ
バルーン、シラスバルーンなどの軽量骨材なども添加で
きる。以上本発明組成物をＡ剤とＢ剤のふたつに調合に
たものを基本として、それぞれの液またはスラリーの状
態でそれぞれをポンプなどを使用して別々にホース中を
圧送し、ホース先端部に混合部を設置し、そこに誘導さ
れてきたＡ剤、Ｂ剤を混合した後、注入、流し込み、あ
るいは吹付けなどの手段で所定の箇所に施工するもので
ある。このときＡ剤とＢ剤の混合比率は、Ａ剤中の酸性
リン酸塩固形分に対して、Ｂ剤中の酸化マグネシウムが
１００：１０〜１０００重量部となるようにすることが
望ましい。酸化マグネシウムが１０重量部より少ないと
きは、発泡硬化物の酸性度が高く、また耐水性が劣る。
一方、１０００重量部より大きいときは、発泡硬化物の
重量が重くなり、本発明の目的の一つである軽量体が得
られない。これら組成物は混合されると短時間で反応を
開始し、発泡そして硬化し、その後の水分の蒸発乾燥に
伴い、更にその強度を増していく。使用されるポンプ
は、プランジャー式やスネーク式、スクイズ式、ダイヤ
フラム式など特に粉末を含む当配合物を支障なく圧送で
きる形式のポンプが選定される。またＡ剤については液
自体が酸性であるため、その接液部は耐酸性の素材、例
えばステンレスや耐酸ゴムなどの配慮が必要である。ホ
ース先端の混合部は、エアモーターなどを使用して機械
的に混合する方法やＡ、Ｂ別々のノズルから吹き出させ
て気中、または被塗物面で混合させる方法などが適用で
きるが、本組成の場合にはある程度粘度が高いため、よ
り均一に混合しようとすれば、メンテナンスの点からも
スタティックミキサーがより適当である。またその混合
時間は、本発明の発泡硬化時間から数秒ないし長くても
数十秒以内に収めるのが望ましい。さもないと混合部内
で硬化して詰まらせることになる。このようにして混合
された組成物はそのまま注入あるいは流し込みしたり、
または混合部出口に吹付けノズルを取りつけて、混合直
後の組成物を所定の部位にエアでもって吹付けることも
できる。このようにして混合後発泡硬化した後はその乾
燥後の嵩密度が０．６〜０．０５ｇ／ｃｍ３の軽量な難
燃性の発泡体として形成された。

【０００５】

【実施例】

（実施例１）固形分濃度４０％の第一リン酸アルミニウ
ム水溶液１０ｋｇに対し固形分濃度５０％のアクリルス
チレン共重合体のエマルションを８ｋｇ、長さ２mmのビ
ニロン繊維を０．６kg混合してＡ剤とした。混合しても
ゲルなどを生じることなく安定していた。その粘度をＢ
型粘度計で測定したところ、５３ポイズであった。一方
平均粒径１００ミクロンのマグネシアクリンカー粉末５
ｋｇと平均粒径３００ミクロンの炭酸カルシウム粉末６
ｋｇ、タルク粉末４ｋｇをそれぞれ計量しておき、容器
に準備した６ｋｇの水に、撹拌しながら順次上記粉体を
投入、混合していき、最終的にＢ剤を得た。その粘度は
２６ポイズであった。これらのＡ剤、Ｂ剤をポンプのホ
ッパーに移した。計量圧送ポンプとしてはステンレス製
プランジャーポンプ２台を準備し、その配合比率に見合
うようにそれぞれ調整した。長さ１０ｍの２本のホース
の先にスタティックミキサーを取りつけ、更にその先端
に吹付けノズルも取りつけた。同時にポンプのスイッチ
を入れると、ミキサー端部から出てきた混合物は均一に
混ざっており、出た時点から発泡までの時間を測定した
ところ５秒後に発泡を開始し、間もなく硬化して軽量体
となった。更にそのミキサー端部に吹付けノズルを取り
つけ、エアと共に壁面に吹付けた。塗布物はその面で発
泡開始して、一回の塗布で約３０mmの厚みまで発泡して
硬化した。こうした軽量体を５０℃の乾燥器に入れ２日
間乾燥した後にその嵩密度を測定したところ０．１９ｇ
／ｃｍ３であった。表面のもろさを吹付けロックウール
面と比較すると良好であった。またその軽量体を１００
×１００×３０mmの寸法に２個切り出し、京都電子工業
株式会社製の熱線式熱伝導率測定装置にかけ、０．０４
５kcal/m.hr.℃の値を得た。またＪＩＳ Ａ １３２１
に規定されている防火性能試験の中の表面加熱試験を行
い、排気温度、発煙係数などの数値より難燃２級の性能
を得た。 （実施例２）固形分濃度４０％の第一リン酸アルミニウ
ム水溶液１０ｋｇに対し固形分濃度５０％にアクリルス
チレン共重合体のエマルションを１ｋｇ、長さ０．３mm
のガラス繊維を３kg、更に水を３kgを加えて混合しＡ剤
とした。その粘度をＢ型粘度計で測定したところ、１０
ポイズであった。一方実施例１と同じマグネシアクリン
カー粉末６ｋｇと炭酸マグネシウム粉末３ｋｇ、タルク
粉末１０ｋｇ、両性イオン界面活性剤（ビスコールＮ：
第一工業製薬）０．２kg、ヒドロキシエチルセルロース
（ＨＥＣ）０．１kgをそれぞれ計量しておき、容器に準
備した１０ｋｇの水に、撹拌しながら順次上記粉体など
を投入、混合していき、最終的にＢ剤を得た。その粘度
は８ポイズであった。これらのＡ剤、Ｂ剤を実施例１と
同様の操作で混合、吹付け作業を行ったところ２秒後に
発泡を開始し、間もなく硬化して軽量体となった。こう
して得られた軽量体の嵩密度は０．１０ｇ／ｃｍ３と更
に軽量であった。表面のもろさは実施例１と比較すると
劣っていた。また熱伝導率は０．０３７kcal/m.hr.℃の
値を得た。また表面加熱試験を行ったところ難燃１級の
性能を得た。 （比較例１）ポリウレタンフォームのＡ液、Ｂ液がセッ
トになっているボンベを、吹付け用の専用ノズルを取り
つけて壁面に吹付けて軽量体を得た。それらを実施例１
と同様の項目について測定したところ、表１の比較例１
の値を得た。特に防火性能試験では試験開始後すぐに燃
え出し、危険なため試験を中止した。 （比較例２）岩綿とセメントミルク（セメント粉末と大
量の水の混合液）をそれぞれ準備して専用の機械で別々
に圧送、先端部で混合しながら壁面に吹付けて、３０mm
の断熱層を得た。作業中、かなりの粉塵の飛散が見られ
た。それらを実施例１と同様の項目について測定したと
ころ、表１の比較例２の値を得た。特に吹付け表面のも
ろさが目立ち、手でこするとボロボロと表面から繊維が
剥がれてきた。

【表１】

【０００６】

【発明の効果】以上の本発明成分及び工法を適用するこ
とによりこれまでにない以下の効果が得られた。 １．これまで先端混合、短時間発泡タイプの断熱材とし
てはポリウレタンフォームに代表される可燃性有機発泡
体が主体であった。それに対し、同じような形態で効率
的に作業ができる難燃性の先端混合発泡体を得ることが
できるようになった。 ２．しかもポリウレタンフォームの場合はその発泡ガス
に地球を取り巻くオゾン層を破壊すると言われるフロン
ガスを使用しているのに対し、本発明は炭酸ガスを発泡
ガスとしており、地球環境保護の点で極めて有効であ
る。 ３．当然、ポリスチレンフォームなどのような成形断熱
材と異なり、断熱性能の弱点となるつなぎ目を生じない
工法が取れ、断熱上有効である。 ４．ロックウールやグラスウールのような繊維質系の断
熱材とは異なり、表面からの繊維の飛散などがなく、室
内環境を汚さない。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主成分として酸性リン酸塩水溶液に対し
   て、酸性に安定なエマルションをそれぞれの固形分比率
   で１００:５〜３００重量部で混合したものをＡ剤と
   し、一方主成分として酸化マグネシウムに対して、金属
   炭酸塩を１００：５〜３００重量部配合したＢ剤を、Ａ
   剤中の酸性リン酸塩固形分に対して、Ｂ剤中の酸化マグ
   ネシウムが１００：１０〜１０００重量部となるように
   先端混合することにより製造されることを特徴とする先
   端混合方式無機系発泡軽量体。
2. 【請求項２】発泡硬化後の軽量体固形分に対し、繊維状
   物質が１００：０．５〜４０重量部または（及び）気泡
   安定剤が１００：０．１〜６０重量部含有されるよう
   に、あらかじめＡ剤または（及び）Ｂ剤にそれぞれを配
   合することを特徴とする請求項第１項に記載の先端混合
   方式無機系発泡軽量体。
3. 【請求項３】酸性リン酸塩水溶液が第一リン酸アルミニ
   ウム水溶液であることを特徴とする請求項第１項に記載
   の先端混合方式無機系発泡軽量体。
4. 【請求項４】酸化マグネシウムがマグネシアクリンカー
   であることを特徴とする請求項第１項に記載の先端混合
   方式無機系発泡軽量体。
5. 【請求項５】主成分として酸性リン酸塩水溶液に対して
   酸性に安定なエマルションをそれぞれの固形分比率で１
   ００：５〜３００重量部で混合したものをＡ剤とし、一
   方主成分として酸化マグネシウムに対して金属炭酸塩を
   １００：５〜３００重量部配合したＢ剤を、Ａ剤中の酸
   性リン酸塩固形分に対して、Ｂ剤中の酸化マグネシウム
   が１００：１０〜１０００重量部となるように先端混合
   することを特徴とする発泡軽量体の施工方法。