JPH1067576A

JPH1067576A - 断熱材料、その製造方法、及びそれを用いた施工方法

Info

Publication number: JPH1067576A
Application number: JP22348696A
Authority: JP
Inventors: Akitoshi Araki; 昭俊荒木; Kenkichi Hirano; 健吉平野; Eishi Kawasaki; 栄資川崎; Kiyonobu Maruhashi; 清信丸橋
Original assignee: C R K Kk; Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: C R K Kk; Denka Co Ltd
Priority date: 1996-08-26
Filing date: 1996-08-26
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】建築構造物等への吹付けや注入工事で使用さ
れ、難燃性で施工中、引火せず安全性の面で優れている
断熱材料やその施工方法を提供すること。【解決手段】アルカリ金属炭酸塩を30重量％以上含有
する水溶液又は懸濁水液、イソシアネート類、特に、末
端にイソシアネート基を含有するプレポリマーであるイ
ソシアネート類、及び反応触媒、必要に応じ、ポリオー
ル類、整泡剤、及び無機充填材からなる群より選ばれた
一種以上を混合した断熱材料であり、該断熱材料を混合
し、発泡硬化させる断熱材料の製造方法であり、該断熱
材料を混合し、吹付けて又は注入して発泡硬化させた断
熱材料の施工方法を構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築構造物等への
吹付けや注入工事で使用される断熱材料及びその施工方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来、建築構造物等の断熱方
法は、発泡ポリウレタン樹脂の持つ低い熱伝導率や吹付
け施工を行った際の建築物への高い接着性から、発泡性
能を有するウレタン組成物を吹付けたり注入したりし
て、発泡した硬化体を形成させる方法が行われてきた。
ここで使用されている発泡ポリウレタン樹脂は、活性水
素含有基を２個以上持つポリエーテルやポリエステル
と、イソシアネート基を２個以上持つイソシアネート類
を反応させて得られる発泡した硬化体である。しかしな
がら、このような発泡ポリウレタン樹脂は、そのほとん
どが有機物で構成されるため、非常に燃えやすく、吹付
け作業中の引火や、施工された建築構造物の火災時の火
災の拡大や有毒ガス等の発生など、安全性に課題があっ
た。

【０００３】断熱材に限らずウレタン系材料に難燃性を
付与する試みとしては、従来のポリウレタンフォーム
に、リン系やハロゲン系などの難燃剤を添加する方法
や、粘土鉱物、パーライト、シリカ、及びケイ酸ナトリ
ウム等の無機系充填材を添加する方法などが提案された
（特開昭50−133264号公報、特開昭52− 47895号公報、
特開昭61−201680号公報、及び特開平 6−316621号公報
等）。しかしながら、このような方法では、充分な難燃
性が得られなかった。即ち、リン系やハロゲン系などの
難燃剤を使用する方法では、難燃剤自体が有機物であ
り、高価な材料であるために添加量も小さくしなければ
コストが高騰し、その効果が小さくなる課題があった。
また、リン系やハロゲン系などの難燃剤を使用して得ら
れる発泡した硬化体に着火すると煙が発生し、煙に含ま
れる成分としてハロゲン化合物やリン化合物の好ましく
ない成分が発生する可能性もある。さらに、無機系充填
材を添加する方法では、難燃性は、リン系やハロゲン系
などの難燃剤を添加する方法より向上するが、発泡ポリ
ウレタン樹脂自体の分解温度は、向上しないか、向上し
ても大きな向上は認められず、そのため、300 ℃ぐらい
で数分間燃焼した場合、ほとんどが無機系充填材の残査
だけが残り、燃焼前の形状を保つことが難しいという課
題があった。

【０００４】本発明者は、前記課題を解決すべく種々検
討した結果、ある特定成分を混合した断熱材料を使用す
ることで前記課題が解決できる知見を得て本発明を完成
するに至った。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明とは、アル
カリ金属炭酸塩を30重量％以上含有する水溶液又は懸濁
水液、イソシアネート類、特に、末端にイソシアネート
基を含有するプレポリマーであるイソシアネート類、及
び反応触媒を混合してなる、また、これらに、ポリオー
ル類、整泡剤、及び無機充填材からなる群より選ばれた
一種又は二種以上を混合してなる断熱材料であり、該断
熱材料を混合し、発泡硬化させることを特徴とする断熱
材料の製造方法であり、該断熱材料を混合し、吹付けて
又は注入して発泡硬化させた断熱材料の施工方法であ
る。

【０００６】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００７】本発明で使用するアルカリ金属炭酸塩（以
下炭酸アルカリという）とは、発泡ポリウレタン樹脂に
難燃性を付与するもので、30重量％以上含有する水溶液
又は懸濁水液で使用するもので、具体的には、炭酸リチ
ウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素リチウ
ム、炭酸水素ナトリウム、及び炭酸水素カリウム等が挙
げられ、これらの一種又は二種以上の使用が可能であ
る。炭酸アルカリは、本発明では、水溶液又は懸濁液と
して使用し、水に溶解した炭酸アルカリは、水とイソシ
アネート類との反応で発生する炭酸ガスにより、その溶
解成分が炭酸化され、発泡ウレタンの硬化体内あるいは
表面に微粒子として析出する。その反面、通常のパーラ
イト、粘土鉱物、及びシリカ等の無機充填材は、水に溶
解せず、また粒子径も大きいため、発泡ポリウレタン樹
脂の硬化体表面近傍に濃縮しやすく、全体的に均一に粒
子が分散されにくい。また、粒度が比較的大きいことか
ら密な分散状態が得にくいものである。そのため、外部
からの熱で硬化体内部が加熱され分解しやすくなると考
えられる。炭酸アルカリの使用量は水との混合物中、30
重量％以上が好ましく、40〜60重量％がより好ましい。
30重量％より少ないと充分な難燃性を付与することが難
しくなる場合がある。

【０００８】本発明で使用するイソシアネート類として
は、１分子中に少なくとも２個のイソシアネート基を有
するアミン当量75〜250 の化合物であれば特に限定され
るものではない。ここで、アミン当量とは１ｇの２級ア
ミン（ジ- n-ブチルアミン）と反応して尿素結合をつく
るイソシアネートのグラム数である。具体的には、4-4'
- ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、2,4-
トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、1,3-キシリレン
ジイソシアネート（ＸＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシ
アネート（ＨＭＤＩ）、ポリメチレンポリフェニルポリ
イソシアネート（ポリメリックＭＤＩ）、及び1,5-ナフ
タレンジイソシアネート（ＮＤＩ）等のイソシアネート
類、これらイソシアネート類を水や低級１価ないし多価
アルコールで変性したイソシアネート類、これらイソシ
アネート類と各種ポリオール類と反応させた末端にイソ
シアネート基を含有するウレタンプレポリマーのイソシ
アネート類、これら末端にイソシアネート基を含有する
ウレタンプレポリマーを水や低級１価ないし多価アルコ
ールで変性したイソシアネート類、並びに、これら末端
にイソシアネート基を含有するウレタンプレポリマーと
各種イソシアネート類の一種又は二種以上の混合物のイ
ソシアネート類の使用が可能であり、これらイソシアネ
ート類のうちの一種又は二種以上の使用が可能である。
これらの中で反応性の面から、末端にイソシアネート基
を含有するウレタンプレポリマー、特に、ウレタンプレ
ポリマーに用いられる成分がヒドロキシル基を１個以上
含有するヒドロキシル基含有化合物である末端にイソシ
アネート基を含有するウレタンプレポリマーの使用が好
ましい。ここで、ウレタンプレポリマーに用いられる、
成分がヒドロキシル基を１個以上含有するヒドロキシル
基含有化合物とは、具体的には、1,3-ブタンジオール、
1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、プロピレ
ングリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコ
ール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコー
ル、グリセリン、ブチレングリコール、トリメチロール
プロパン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミ
ン、トリエタノールアミン、ジグッセリン、及びソルビ
トール等の水酸基を１個以上有するアルコール類、これ
らヒドロキシル基含有化合物に、プロピレンオキシドや
エチレンオキシドなどのアルキレンオキシドを付加重合
したポリオールやヒマシ油、並びに、アジピン酸や無水
フタル酸などの二塩基酸とエチレングリコール、ジエチ
レングリコール、及びトリメチロールプロパンなどのグ
リコールや、トリオールとの脱水縮合反応で得られるポ
リエステルポリオール等が挙げられ、これらの混合物の
使用も可能である。これらヒドロキシル基含有化合物の
分子量は40〜30,000が好ましい。これらヒドロキシル基
含有化合物と反応するポリイソシアネートとしては、例
えば、4-4'- ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤ
Ｉ）、2,4-トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、1,3-
キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、ヘキサメチレ
ンジイソシアネート（ＨＭＤＩ）、ポリメチレンポリフ
ェニルポリイソシアネート（ポリメリックＭＤＩ）、及
び1,5-ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）等が挙げ
られ、これらの混合物の使用も可能である。また、特殊
な界面活性剤を加えた変性ＭＤＩの使用も可能である。
これらヒドロキシル基含有化合物によるポリイソシアネ
ートの変性率は、反応性や硬化体の強度発現性の面から
２重量％以上が好ましい。イソシアネート類の使用量
は、炭酸アルカリ100 重量部に対して、100 〜1,000 重
量部が好ましく、150 〜700 重量部がより好ましい。10
0 重量部未満だと得られる硬化体の強度発現を阻害する
場合があり、1,000 重量部を越えると硬化体の難燃性が
低下する場合がある。

【０００９】本発明で使用する反応触媒とは、イソシア
ネート類と水あるいはポリオール類が反応し硬化体を得
る反応を促進させるもので、具体的には、アミン系触
媒、有機金属系触媒、及び無機系触媒等各種があり、そ
れぞれ使用することができるが、有機金属系触媒の触媒
活性が比較的小さいため、また、環境保全の面からアミ
ン系触媒の使用が好ましい。アミン系触媒としては、エ
チレンジアミン、トリエチレンジアミン、トリエチルア
ミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、及びヘ
キサメチレンジアミンもしくはこれらの誘導体又は溶剤
との混合物等が挙げられる。有機金属系触媒としては、
ジブチルスズラウレート、ジブチルスズジアセテート、
及び酢酸カリウム等が挙げられ、無機系触媒としては、
塩化スズ等が挙げられる。反応触媒の使用量は、イソシ
アネート類100 重量部に対して、0.02〜５重量部が好ま
しく、0.1 〜３重量部がより好ましい。0.02重量部未満
では反応速度が遅く実用的ではなく、５重量部を越える
と反応が速すぎて得られる硬化体の強度発現性を阻害す
る場合がある。

【００１０】本発明で使用するポリオール類とは界面活
性作用があり、硬化反応を促進する作用があるもので、
具体的には、ポリプロピレングリコール、ポリエチレン
グリコール、トリメチロールエタン、トリメチロールプ
ロパン、ヘキサメチレングリコール、及びヒマシ油等の
アルキレングリコール、グリセリン、ソルビトールもし
くは蔗糖にエチレンオキサイドやプロピレンオキサイド
を付加した付加物や、エチレンオキサイド−プロピレン
オキサイド共重合物、並びに、エチレンジアミン、ジエ
タノールアミン、トリエタノールアミン、及びトリエチ
レンジアミン等のアミン類に、エチレンオキサイドやプ
ロピレンオキサイドを付加した付加物等がある。これら
のうちで、ポリプロピレングリコール又はエチレンジア
ミンにプロピレンオキサイドを付加した付加物の使用が
好ましい。ポリオール類の使用量は、炭酸アルカリ100
重量部に対して、５〜200 重量部が好ましく、10〜120
重量部がより好ましい。５重量部未満では得られる硬化
体の強度を向上させることが難しく、200 重量部を越え
ると難燃性が低下する場合がある。

【００１１】本発明で使用する整泡剤とは、発泡時、そ
の泡を均一安定化しそれによって発泡倍率を増大するも
のである。整泡剤を使用しないと炭酸ガスの発生で生成
した泡は次々に破壊され、発泡倍率が低い硬化体しか得
られない場合がある。具体的には、ジメチルポリシロキ
サン、並びに、ポリエーテル変性シリコーン、エポキシ
変性シリコーン、アミン変性シリコーン、カルボキシル
変性シリコーン、メタクリル変性シリコーン、及びカル
ビノール変性シリコーン等の各種変性シリコーンのいず
れの使用も可能であり、これらのうち、気泡サイズを調
整しやすいジメチルポリシロキサン及び／又はジメチル
ポリシロキサン−ポリオキシプロピレン共重合体のよう
なポリエーテル変性シリコーンの使用が好ましい。整泡
剤の使用量は、炭酸アルカリ100 重量部に対して、0.02
〜５重量部が好ましく、0.07〜３重量部がより好まし
い。0.02重量部未満では発泡倍率が低下し、５重量部を
越えると発泡と硬化のバランスがくずれる場合がある。

【００１２】本発明で使用する無機充填材とは、炭酸ア
ルカリの水溶液又は懸濁水液と併用することでさらに難
燃性を向上させることができる粉状物質あるいは繊維状
物質のものであり、無機質の不燃性のものであれば特に
限定されるものではない。粉状物質としては、セメント
やカルシウムアルミネートなどの水硬性物質、ベントナ
イト、カオリン、ゼオライト、及び硅藻土等の粘土鉱
物、フライアッシュ、シリカヒューム、高炉スラグ、パ
ーライト、シリカ粉末、ケイ酸ソーダ等のケイ酸塩、ホ
ウ酸塩、硫酸塩、アルカリ土類金属化合物、水酸化アル
ミニウム、水硬性物質を水和させて生成したエトリンガ
イト生成物、並びに、砂等が挙げられる。粉状物質の粒
度は特に限定されるものではないが、５mm以下のもので
あれば良く、圧送性の面から２mm以下が好ましい。繊維
状物質として、鋼繊維、石綿、岩綿、セラミックファイ
バー、ガラスファイバー、及びアルミナ繊維等が挙げら
れる。繊維の長さは50mm以下であればよく、圧送性の面
から20mm以下が好ましい。無機充填材の使用量は、炭酸
アルカリ100 重量部に対して、３〜250 重量部が好まし
く、15〜200 重量部がより好ましい。３重量部未満では
難燃性の向上が認められない場合があり、250 重量部を
越えると施工を行う際の圧送性に支障を来す場合があ
る。

【００１３】本発明の断熱材料の施工方法は特に限定さ
れるものではないが、圧縮空気を利用して吹付ける方法
や、施工箇所に型枠を設けその隙間に注入する方法など
が挙げられる。吹付けを行う際の吹付け厚さは特に限定
されるものではないが、経済性や施工性などを考慮する
と、0.1 〜10mm程度であれば問題ない。また、注入厚さ
は特に限定されるものではないが、施工面と型枠との隙
間が１〜200 mm程度であれば問題ない。例えば、吹付け
を行う場合は、イソシアネート類と、炭酸アルカリの水
溶液又は懸濁水液と反応触媒の混合液とをそれぞれ別々
にギアポンプを用いて圧送し、先端に合流管を設け両者
を混合し、その合流管の先端で圧縮空気を通し吹付ける
方法等が挙げられる。この場合、混合性をより良好にす
るため、合流箇所と圧縮空気吐出口の間に静止ミキサー
を設けることが可能である。また、無機充填材を添加す
る場合は、粉状又は繊維状であるので、圧縮空気と一緒
に圧送し合流混合することができる。注入で施工する場
合は、圧縮空気を使用しないで静止ミキサーを通し、良
く混合して流し込めば良い。また、注入方式により型枠
で一定の厚みの断熱材料を作り、適した大きさに成形
し、建築構造物等に貼り付けることも可能である。本発
明は、コンクリート系や木造モルタル系建築構造物など
への断熱材料に限らず、バスタブ、低温用タンク機器、
パイプカバー、冷凍機器、車輌、及び船舶等の断熱にも
有効に活用できる。

【００１４】

【実施例】以下、実施例に基づき詳細に説明する。

【００１５】実施例１表１に示す濃度の炭酸アルカリ水溶液又は懸濁水液100
重量部、反応触媒を0.1 重量部、及びイソシアネート類
αを100 重量部を混合し、発泡硬化させ、その時の硬化
体の分解温度と難燃性を評価した。結果を表１に併記す
る。なお、比較のため、イソシアネート類β、反応触
媒、及び水の反応で得られる硬化体１、ポリオール類と
イソシアネート類βの反応で得られる有機系ウレタン硬
化体（硬化体２）、並びに、ポリオール類、イソシアネ
ート類β、及びベントナイトの反応で得られるベントナ
イト含有硬化体（硬化体３）についても同様に評価し
た。結果を表１に併記する。

【００１６】＜使用材料＞炭酸アルカリａ：炭酸カリウム、市販品炭酸アルカリｂ：炭酸ナトリウム、市販品イソシアネート類α：分子量2,000 のポリエチレングリ
コール 180重量部とポリメリックＭＤＩ 820重量部とを
反応させた末端にイソシアネート基を含有するウレタン
プレポリマーイソシアネート類β：ポリメリックＭＤＩ、市販品反応触媒：市販３級アミン、ヘキサメチレンジアミン
誘導体硬化体１：イソシアネート類β100 重量部、反応触媒
0.5 重量部、及び水100重量部を混合して硬化させたも
の硬化体２：二液発泡タイプ、主成分ポリプロピレング
リコールと反応触媒からなるＡ液と、主成分ポリメリッ
クＭＤＩのＢ液とを重量比１：１で混合し、反応硬化さ
せたもの硬化体３：二液発泡タイプ、主成分ポリプロピレング
リコール100 重量部とベントナイト30重量部のＡ液と、
主成分ポリメリックＭＤＩのＢ液とを重量比１：１で混
合し、反応硬化させたもの

【００１７】＜測定方法＞難燃性：JIS A 7201に基づき３mm厚みのシートを作
成し、酸素指数が30以上の場合を◎、25以上の場合を
○、22以上の場合を△、22未満の場合を×とした。分解温度：昇温速度10℃／分、測定範囲20〜500 ℃で
測定したＴＧ曲線で、重量減少が最も大きくなる温度

【００１８】

【表１】

【００１９】実施例２炭酸アルカリａの50重量％水溶液100 重量部、表２に示
す反応触媒、及びイソシアネート類α100 重量部を混合
し、発泡硬化させ、その硬化体のライズタイムと難燃性
を評価した。結果を表２に併記する。

【００２０】＜測定方法＞ライズタイム：混合してから発泡が終了するまでの時間

【００２１】

【表２】

【００２２】実施例３炭酸アルカリａの50重量％水溶液100 重量部、反応触媒
0.1 重量部、イソシアネート類α100 重量部、及び表３
に示すポリオール類を混合し、発泡硬化させ、その硬化
体のライズタイムと難燃性を評価した。結果を表３に併
記する。

【００２３】＜使用材料＞ポリオール類：エチレンジアミンのプロピレンオキサイ
ド付加物、市販品

【００２４】

【表３】

【００２５】実施例４炭酸アルカリａの50重量％水溶液100 重量部、反応触媒
0.1 重量部、イソシアネート類α100 重量部、及び表４
に示す整泡剤を混合し、発泡硬化させ、その硬化体の発
泡倍率と難燃性を評価した。結果を表４に併記する。

【００２６】＜使用材料＞整泡剤：シリコーン系高弾性フォーム用、市販品

【００２７】＜測定方法＞発泡倍率：混合液の容積に対する最大発泡時の容積

【００２８】

【表４】

【００２９】実施例５炭酸アルカリａの50重量％水溶液100 重量部、反応触媒
0.1 重量部、イソシアネート類α100 重量部、及び表５
に示す無機充填材を混合し、発泡硬化させ、その硬化体
の難燃性を評価した。結果を表５に併記する。

【００３０】＜使用材料＞無機充填材：水酸化アルミニウム、市販品

【００３１】

【表５】

【００３２】実施例６炭酸アルカリａの50重量％水溶液100 重量部、反応触媒
0.1 重量部、並びに、表６に示すイソシアネート類α、
ポリオール類、整泡剤、及び無機充填材を混合し、発泡
硬化させ、その硬化体の難燃性を評価した。結果を表６
に併記する。

【００３３】

【表６】

【００３４】実施例７炭酸アルカリａの50重量％水溶液100 重量部、反応触媒
0.1 重量部、及び整泡剤0.5 重量部の混合物と、イソシ
アネート類α100 重量部を別々にギアポンプを使用して
圧送し、合流管で、各々重量比で１：１になるように合
流し、その先端から圧縮空気を吹き込みコンクリート壁
に吹付け施工を行った。その結果、吹付け厚さは約２mm
であり、発泡硬化後、約30mmの厚さになっていた。その
発泡した硬化体に１分間着火したところ、炎が発生せ
ず、焦げる程度であった。また、煙の発生も少なかっ
た。

【００３５】実施例８炭酸アルカリａの50重量％水溶液100 重量部、反応触媒
0.1 重量部、及び整泡剤0.5 重量部の混合物と、イソシ
アネート類α100 重量部を別々にギアポンプを使用して
圧送し、合流管で、各々重量比で１：１になるように合
流し、静止ミキサーを通して、30mmの型枠とコンクリー
ト壁の隙間に注入した。得られた発泡した硬化体に１分
間着火したところ、炎が発生せず焦げる程度で、また、
煙の発生も少なかった。

【００３６】実施例９イソシアネート類αからなるＡ液100 重量部と、炭酸ア
ルカリａの50重量％水溶液100 重量部、反応触媒0.1 重
量部、及び整泡剤0.5 重量部の混合物からなるＢ液を別
々にギアポンプで圧送し、合流管で各々重量比で１：１
になるように合流し、静止ミキサーを通し、混合する。
その先端から、炭酸アルカリａ100 重量部に対して、30
重量部となるように、無機充填材を圧縮空気とともに吹
き込み、コンクリート壁に吹付施工を行った。その結
果、吹付厚さは約２mmであり、発泡硬化後は約25mmにな
っていた。

【００３７】

【発明の効果】本発明の断熱材料を使用することで、従
来以上に発泡ポリウレタン樹脂に難燃化を付与すること
が可能であり、施工中、引火することがないので安全性
の面で優れている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川崎栄資群馬県高崎市小八木町306番地シー・アール・ケイ株式会社内 (72)発明者丸橋清信群馬県高崎市小八木町306番地シー・アール・ケイ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリ金属炭酸塩を30重量％以上含有
する水溶液又は懸濁水液、イソシアネート類、及び反応
触媒を混合してなる断熱材料。
【請求項２】イソシアネート類が末端にイソシアネー
ト基を含有するプレポリマーであることを特徴とする請
求項１記載の断熱材料。
【請求項３】ポリオール類、整泡剤、及び無機充填材
からなる群より選ばれた一種又は二種以上を混合してな
る請求項１又は２記載の断熱材料。
【請求項４】請求項１〜３のうちの１項記載の断熱材
料を混合し、発泡硬化することを特徴とする断熱材料の
製造方法。
【請求項５】請求項１〜３のうちの１項記載の断熱材
料を混合し、吹付けて発泡硬化することを特徴とする断
熱材料の施工方法。
【請求項６】請求項１〜３のうちの１項記載の断熱材
料を混合し、注入して発泡硬化することを特徴とする断
熱材料の施工方法。