JP5189254B2 - 発泡樹脂断熱材 - Google Patents
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Description
一方、近年、住宅建築物等の高耐久性に対する要求が強まる中で、断熱性能は初期値のみならず経時後においても性能劣化が少なく高い断熱性能を保つ断熱材の開発が望まれている。
また、断熱性能の経時劣化を防ぐための方法としては、セル形状を球形および/または横長の楕円形状とし、大気からの空気の浸入に対して単位長さあたりの障壁を増やしてガスバリアー性を高めることが必要となる。
また、特許文献2には、独立気泡を有する発泡断熱材のセル全体を斜めに配向することで、断熱性能を高める方法が記載されている。
図1は、本発明の発泡樹脂断熱材の一実施の形態にかかる断面図であり、外層の両側に表面材を備えたものである。
発泡樹脂断熱材10の外層部分12の厚さが1/3を超えると、外層部分12の有する物性値の影響、例えばセル形状(縦/横比が0.8以上1.0以下)の影響が大きくなる一方、外層部分12の厚さが1/4未満であると、中心層部分13の有する物性値の影響、例えばセル形状(縦/横比が1.1以上1.5以下)の影響が大きくなるため、それぞれが持つ物性値の利点を両立させることができる厚さとしている。
また、断熱性能は、セルサイズによって影響を受けることから、ここでは最大セルサイズを用いて規定する。
圧縮強度および寸法安定性は、セル形状が縦長であると、横長あるいは丸形状よりもつぶれ難くなる等、これらの物性値に優れる。
外層部分12の縦/横比が0.8未満及び/又は中心層部分13の縦/横比が1.1未満では初期の断熱性能は良好となるものの、所望の圧縮強度が得られ難く、また寸法安定性が悪化したりする。寸法安定性の悪化に伴い経時の断熱性能が低下する場合もある。
外層部分12の縦/横比が1.0を超える場合及び/又は中心層部分13の縦/横比が1.5を超える場合は、圧縮強度や寸法安定性は良好となるものの、初期の断熱性能及び経時の断熱性能が低下する。
そこで、本発明の発泡樹脂断熱材においてフォーム(外層部分12および中心層部分13)の縦/横いずれか大きい方のセルサイズを250μm以下とする。フォームのセルサイズが250μmを超える場合には、フォームの微細化、均一化を図ることができず、熱伝導率を小さく抑えることができなくなり、必要な初期の断熱性能並びに経時の断熱性能を得ることができない傾向である。
なお、発泡樹脂断熱材のセルサイズとは、すでに説明したように、発泡後の板状の発泡樹脂断熱材における板の厚さ方向を縦方向(例えば直交座標のZ方向)とし、これと交差する水平方向の直交する2方向(例えば直交座標のX,Y方向)を横方向とした場合に、セル形状自体が縦長の楕円球状、横長の楕円球状、球状となることから、これらのセルが内接する直方体(球状の場合には、立方体)を想定し、縦辺(縦方向の辺)または2つの横辺(横方向の辺)のいずれか長い辺の長さをセルサイズとする。このセルサイズの測定は、硬質ポリウレタンフォームの発泡樹脂断熱材を切断した断面から光学顕微鏡で測定する。
そして、連続的に生産可能なラミネートボード製造設備、または非連続的生産可能な注入パネル設備のいずれをも用いることができ、特に、連続的に供給される下面材11bの上に(a)、(b)2成分を連続的に吐出し、その上に連続的に上面材11aを供給し,上下に対向して配置されたダブルコンベア間に圧接搬送して一体化する連続ラミネートボード製造設備を用いることがセル形状の制御および生産性の面で好ましい。
この圧力を制御する方法としては油圧、空気圧、水圧などの圧力制御システムを備える設備により発泡圧を自動検出し、これに基づき発泡圧を制御しても良いし、予め反応の進行にともなう発泡圧を測定し、測定結果に応じて予め圧接搬送圧力を定めておくようにしても良い。
非連続的な製造を行う注入パネル設備では、前者の発泡圧を検出しながら制御する方法が好ましく、連続的な生産を行うラミネートボード製造設備では、後者の予め定めた発泡圧とする方法が好ましい。
このポリエーテルポリオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、シュークローズ、ビスフェノールA、などの多価アルコール;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、エチレンジアミンなどの脂肪族アミン;トルエンジアミン、メチレンジアニリンなどの芳香族アミン類;マンニッヒ縮合物にエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなどのアルキレンオキサイドを1種または2種以上を付加重合して得られるポリエーテルポリオールなどが挙げられ、これらのポリエーテルポリオールは1種単独であるいは2種以上を適宜組み合わせ使用することができる。ポリエーテルポリオールとしては、芳香族ポリエーテルポリオールが熱伝導率を低下させるために特に好ましい。ポリエーテルポリオールの水酸基価は、特に限定しないが、300〜800mgKOH/gが好ましい。
発泡剤の使用量は、ポリオール成分100重量部当たり、5〜30重量部が好ましい。
金属触媒としては、例えばスタナスオクトエート;ジブチルチンジラウリレート;オクチル酸鉛;酢酸カリウムやオクチル酸カリウム等のカリウム塩等が使用できる。
これらのアミン触媒や金属触媒の他に、蟻酸や酢酸等の脂肪酸の第4級アンモニウム塩等も使用できる。
以上の触媒は、それぞれ1種単独で使用してもよいし、2種以上を適宜組み合わせて使用することもできる。本発明における触媒の使用量は、0.01〜15重量部程度が好ましい。
(実施例1)
(b)のポリオール成分
ポリオールA:トリレンジアミンを開始剤とする水酸基価460mgKOH/gのポリエーテルポリオールを60pbw(重量部、以下同じ)、
ポリオールB:ポリエチレンテレフタレートを開始剤とする水酸基価250mgKOH/gの芳香族ポリエステルポリオールを30pbw、
ポリオールC:グリセリンを10pbw、
難燃剤:大八化学社製、商品名”TMCPP”を15pbw、
整泡剤:ゴールドシュミット社製、商品名”B-8466”を2pbw、
水を1pbw、
触媒:N,N',N''-トリス(3-ジメチルアミノプロピル)ヘキサヒドロ-s-トリアジン、商品名“ポリキャット-41”(エアプロ社製)とN,N,N',N'',N''-ペンタメチルジエチレントリアミン、商品名“カオライザーNo.3”(花王社製)とトリエチレンジアミンの33%ジプロピレングリコール溶液、商品名“カオライザーNo.31”(花王社製)を1:1:2(重量比)で混合したもの2pbwにシクロペンタンを添加したもの、
(a)ポリイソシアネート成分
イソシアネート:ポリメリックジフェニルメタンジイソシアネート(住化バイエルウレタン社製商品名”スミジュール44V20”、NCO%:31.0) 173pbw(イソシアネートインデックスが110となる量)
これら(b)のポリオール成分に(a)ポリイソシアネート成分を加え、直ちに回転数4500rpmで5sec間、混合撹拌した。この際、シクロペンタンの添加量は製品密度が概ね34kg/m 3 となるように調整した。
40℃に温調した内面の長さ300mm×巾300mm×高さ50mmの枡状成形型の下面に表面材11bとして0.2mmのポリエチレンラミネート紙を敷き、その上に混合撹拌した液150gを撒き、下面と同様のポリエチレンラミネート紙を表面材11aとして被せた上面型を枡状成形型内に落とし込み、直ちに混合撹拌した液に接触させた。
まず、厚みが35mmとなるまでフォームを自然に発泡させ、厚さが35mmとなった所で上面側にフォームの体積変化を抑制するために十分な、発泡圧以上の圧力として1kg/cm 2 を加え、樹脂が高分子化(ポリマー化)する一般的にゲルタイム(ウレタン反応が70%前後完了している状態)と呼ばれる時間、ここでは38秒になるまで厚さを35mmに保った。
この後、圧力を解放し自由発泡させ厚さ50mmで長さ300mm×巾300mmの表面材付き発泡樹脂断熱材を得た。
そして、外層部分12および中心層部分13の縦/横比は、外層部分と中心層部分の境界が必ずしも明確でないことから、外層部分12の厚さを1)12.5mm(全厚さの1/4),2)14.6mm,3)16.6mm(全厚さの1/3)の3つの領域を想定し、これら3つの場合について、上記方法により測定した縦径と横径を用いて、それぞれの領域における縦径の平均値と横径の平均値を求め、これらのセルの縦および横の平均径から各領域のセル縦/横比を算出した。
なお、外層部分12に対応する中心層部分13の厚さは、1)25mm(全厚さの2/4),2)20.8mm,3)16.8mm(全厚さの1/3)となる。
このような外層部分および中心層部分の厚みを想定した3つの領域におけるセル縦/横比の算出結果は、表1に示すように、1)0.8,2)0.9,3)1.0であり、これらのセル縦/横比の平均値は、表2に示すように、0.9であった。
また、発泡樹脂断熱材の各領域における中心層部分のセル縦/横比は、表1に示すように、1)1.3,2)1.2,3)1.1であり、これらのセル縦/横比の平均値は、表2に示すように、1.2であった。
なお、表2に示す各物性は、次のような方法により測定した。
密度(kg/m3):JIS A9511に準拠
熱伝導率(W/m・K):JIS A-1412に示される熱流計法により英弘精機社製オートλHC-074を用いて平均温度23℃で測定した。初期値は発泡断熱材作成後48時間後に測定した値とした。経時値はJIS Z8703に定める標準状態で6ヶ月間保管後に測定した値とした。
圧縮強度(MPa):JIS A9511に従い測定した。
寸法安定性:低温(−20℃)、高温(100℃)、湿熱(70℃、95%RH)に3日間暴露し、全ての体積変化が±5vol%以内を◎、いずれか一つが±5vol%を超えるが実用的に問題のないものを○、2つ以上が±5vol%を超えるものを△、2つ以上が±5vol%を超え著しい変形があるものを×とした。
実施例1において、反応がゲルタイムに達する5秒前(つまり、ここでは33秒)に圧力を解放した以外は実施例1と同様にして厚み50mm、長さ300mm×巾300mmの表面材付き発泡樹脂断熱材を得た。
この実施例2では、実施例1よりもウレタン反応が完了していない状態で解放することにより、中心部の樹脂の流動性が高く、反応熱により中心層部分のセル形状が実施例1のものに較べ、縦長になる。
得られた発泡樹脂断熱材のセルを実施例1と同じ方法により測定した。
その結果は、表1に示すように、発泡樹脂断熱材の外層部分のセル縦/横比が、1)0.8,2)0.9,3)1.0であり、セル縦/横比の平均値は、表2に示すように、0.9であった。
また、発泡樹脂断熱材の厚み方向の中心層部分のセル縦/横比は、表1に示すように、1)1.5,2)1.4,3)1.3であり、セル縦/横比の平均値は、表2に示すように、1.4であった。
この表面材付き発泡樹脂断熱材から端部を取り除き物性測定用の試料を作成し、各物性値について測定し、その結果を表2に示した。
実施例1において、反応がゲルタイムに達する10秒前(つまり、ここでは28秒)に圧力を解放した以外は実施例1と同様にして厚み50mm、長さ300mm×巾300mmの表面材付き発泡樹脂断熱材を得た。
この実施例3では、実施例2よりもさらに早くウレタン反応が完了していない状態で解放することにより、中心部の樹脂の流動性が高く、反応熱により中心層部分のセル形状が実施例2のものに較べ、さらに縦長になる。
得られた発泡樹脂断熱材のセルを実施例1と同じ方法により測定した。
その結果は、表1に示すように、発泡樹脂断熱材の外層部分のセル縦/横比が、1)0.8,2)0.85,3)0.9であり、セル縦/横比の平均値は、表2に示すように、0.85であった。
また、発泡樹脂断熱材の中心層部分のセル縦/横比は、表1に示すように、1)1.5,2)1.45,3)1.4であり、セル縦/横比の平均値は、表2に示すように、1.45であった。
この表面材付き発泡樹脂断熱材から端部を取り除き物性測定用の試料を作成し、各物性値について測定し、その結果を表2に示した。
実施例1において、厚みが45mmとなった所で上面側に発泡圧以上の圧力を加え、ゲルタイムになるまで45mmに保った後、圧力を解放した以外は実施例1と同様にして厚み50mm、長さ300mm×巾300mmの表面材付き発泡樹脂断熱材を得た。
得られた発泡樹脂断熱材のセルを実施例1と同じ方法により測定した。
その結果は、表1に示すように、発泡樹脂断熱材の外層部分のセル縦/横比が、1)0.8,2)0.85,3)0.9であり、セル縦/横比の平均値は、表2に示すように、0.85であった。
また、発泡樹脂断熱材の中心層部分のセル縦/横比は、表1に示すように、1)1.2,2)1.15,3)1.1であり、セル縦/横比の平均値は、表2に示すように、1.15であった。
この表面材付き発泡樹脂断熱材から端部を取り除き物性測定用の試料を作成し、各物性値について測定し、その結果を表2に示した。
実施例1において、使用した原料の量を95%の142.5g(実施例1の原料の量よりも少ない量で、かつ成形型は同一のもの)に減量したこと以外は実施例1と同様にして厚み50mm、長さ300mm×巾300mmの表面材付き発泡樹脂断熱材を得た。
得られた断熱材のセルを実施例1と同じ方法により測定した。
その結果は、表1に示すように、発泡樹脂断熱材の外層部分のセル縦/横比が、1)0.9,2)0.95,3)1.0であり、セル縦/横比の平均値は、表2に示すように、0.95であった。
また、発泡樹脂断熱材の中心層部分のセル縦/横比は、表1に示すように、1)1.35,2)1.3,3)1.25であり、セル縦/横比の平均値は、表2に示すように、1.3であった。
この表面材付き発泡樹脂断熱材から端部を取り除き物性測定用の試料を作成し、各物性値について測定し、その結果を表2に示した。
実施例1において、混合撹拌を回転数1500rpmで3sec間とした以外は実施例1と同様にして厚み50mm、長さ300mm×巾300mmの表面材付き発泡樹脂断熱材を得た。
得られた断熱材のセルを実施例1と同じ方法により測定した。
その結果は、表1および表2に示すように、発泡樹脂断熱材の外層部分のセル縦/横比が、1)0.8,2)0.9,3)1.0であり、セル縦/横比の平均値が0.9であった。
また、発泡樹脂断熱材の中心層部分のセル縦/横比が、1)1.2,2)1.3,3)1.4であり、セル縦/横比の平均値が1.3であった。
この表面材付き発泡樹脂断熱材から端部を取り除き物性測定用の試料を作成し、各物性値について測定し、その結果を表2に示した。
実施例1で用いたものと同一の原料を使用し、回転数4500rpmで5sec間混合撹拌した。
40℃に温調した厚み50mmの端部フリー成形型(つまり、下面型と上面型のみであり、側面には何もない)の下面に表面材としてポリエチレンラミネート紙を敷き、その上に混合撹拌した液を実施例1で用いた使用量の130%の195g(実施例1の原料よりも多い)撒き、下面と同様の表面材としてポリエチレンラミネート紙を被せた上面型を予め厚み50mmに固定した。
この比較例1では、自由発泡して上面型に接触したフォームは強制的に横方向へ発泡し、樹脂が完全に硬化して体積の成長が終了するまで放置して、厚み50mm、長さ300mm×巾300mmの表面材付き発泡樹脂断熱材を得た。
得られた発泡樹脂断熱材のセルを実施例1と同じ方法により測定した。
その結果は、表1および表2に示すように、発泡樹脂断熱材の外層部分のセル縦/横比が、1)0.5,2)0.6,3)0.7であり、セル縦/横比の平均値が0.6であった。
また、発泡樹脂断熱材の中心層部分のセル縦/横比が、1)0.7,2)0.6,3)0.5であり、セル縦/横比の平均値が0.6であった。
この表面材付き発泡樹脂断熱材から端部を取り除き物性測定用の試料を作成し、各物性値について測定し、その結果を表2に示した。
実施例1で用いたものと同一の原料を使用し、回転数4500rpmで5sec間混合撹拌した。
40℃に温調した厚み50mmの枡状成形型の下面に表面材としてポリエチレンラミネート紙を敷き、その上に混合撹拌した液を実施例1で用いた使用量の95%の142.5gを撒き、下面と同様のポリエチレンラミネート紙を表面材として被せた上面型を予め厚み50mmに固定した。
そして、自由発泡し、樹脂が完全に硬化して体積の成長が終了するまで放置して、厚み50mm、長さ300mm×巾300mmの表面材付き発泡樹脂断熱材を得た。
得られた発泡樹脂断熱材のセルを実施例1と同じ方法により測定した。
その結果は、表1および2に示すように、発泡樹脂断熱材の外層部分のセル縦/横比が、1)1.3,2)1.4,3)1.5であり、セル縦/横比の平均値が1.4であった。
また、発泡樹脂断熱材の中心層部分のセル縦/横比が、1)1.5,2)1.4,3)1.3であり、セル縦/横比の平均値が1.4であった。
この表面材付き発泡樹脂断熱材から端部を取り除き物性測定用の試料を作成し、各物性値について測定し、その結果を表2に示した。
実施例1で用いたものと同一の原料を使用し、回転数4500rpmで5sec間混合撹拌した。
80℃に温調した厚み50mmの枡状成形型の下面に表面材としてポリエチレンラミネート紙を敷き、その上に混合撹拌した液を実施例1で用いた使用量の95%の142.5gを撒き、下面と同様のポリエチレンラミネート紙を表面材として被せた上面型を予め厚み50mmに固定した。
自由発泡して樹脂が完全に硬化し、体積の成長が終了するまで放置して、厚み50mm、長さ300mm×巾300mmの表面材付き発泡樹脂断熱材を得た。
この比較例3では、ウレタン樹脂は、温度が高いと発泡しようとするため、型の温度を80℃と高く温調した場合、特に放熱性の悪い中心部の熱量が大きくなり、中心部のセルのサイズが大きくなる。
得られた発泡樹脂断熱材のセルを実施例1と同じ方法により測定した。
その結果は、表1および表2に示すように、発泡樹脂断熱材の外層部分のセル縦/横比が、1)0.9,2)1.0,3)1.1であり、セル縦/横比の平均値が1.0であった。
また、発泡樹脂断熱材の中心層部分のセル縦/横比が、1)2.6,2)2.5,3)2.4であり、セル縦/横比の平均値が2.5であった。
この表面材付き発泡樹脂断熱材から端部を取り除き物性測定用の試料を作成し、各物性値について測定し、その結果を表2に示した。
実施例1で用いたものと同一の原料を使用し、回転数4500rpmで5sec間混合撹拌した。
40℃に温調した厚み50mmの枡状成形型の下面に表面材としてポリエチレンラミネート紙を敷き、その上に混合撹拌した液を実施例1で用いた使用量の80%の120gを撒き、下面と同様のポリエチレンラミネート紙を表面材として被せた上面型を予め厚み50mmに固定した。
フォームは上方向への発泡挙動を示し、上面型にちょうど接触する状態となり樹脂が完全に硬化して体積の成長が終了するまで放置して、厚み50mm、長さ300mm×巾300mmの表面材付き発泡樹脂断熱材を得た。
得られた発泡樹脂断熱材のセルを実施例1と同じ方法により測定した。
その結果は、表1および表2に示すように、発泡樹脂断熱材の外層部分のセル縦/横比が、1)1.4,2)1.5,3)1.6であり、セル縦/横比の平均値が1.5であった。
また、発泡樹脂断熱材の中心層部分のセル縦/横比が、1)2.1,2)2.0,3)1.9であり、セル縦/横比の平均値が2.0であった。
この表面材付き発泡樹脂断熱材から端部を取り除き物性測定用の試料を作成し、各物性値について測定し、その結果を表2に示した。
11a,11b 表面材
12 外層部分
13 中心層部分
Claims (4)
- (a)ポリイソシアネート成分と、(b)ポリオール、発泡剤、触媒、整泡剤及びその他助剤からなるポリオール成分の少なくとも2成分(a),(b)からなる原料を反応させて得られる硬質ポリウレタンフォームの板状の発泡樹脂断熱材であって、
この板状の発泡樹脂断熱材の厚みに対して両側の1/4〜1/3をそれぞれ外層部分として残りを中心層部分とする一方、
前記板状の発泡樹脂断熱材の厚み方向を縦、これに直交する水平方向を横とし、発泡樹脂のセルが内接する直方体を仮定したときの前記縦の辺の長さをセルの縦辺の長さ、前記横の辺のうち長い方の辺の長さをセルの横辺の長さと規定し、
前記発泡樹脂断熱材を縦に切った断面の厚み方向全長にわたり1mm間隔の1mm 2 の面積中に含まれるセルの縦辺と横辺それぞれの長さの平均値を用い、前記両側の外層部分のセルの縦/横比が0.8以上1.0以下、中心層部分のセルの縦/横比が1.1以上1.5以下であることを特徴とする発泡樹脂断熱材。 - 前記セルの縦辺と横辺の長さの大きい方の長さをセルサイズと規定し、上記外層部分および上記中心層部分のセルサイズが250μm以下であることを特徴とする請求項1記載の発泡樹脂断熱材。
- 上記発泡剤が炭素数6以下の炭化水素であることを特徴とする請求項1または2記載の発泡樹脂断熱材。
- 上記炭化水素が、シクロペンタン、イソペンタン、ノルマルペンタンであることを特徴とする請求項3記載の発泡樹脂断熱材。
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