JP5912265B2 - 断熱性積層体 - Google Patents

Description

本発明は、断熱性積層体に関する。

一般に、建築物の省エネルギー化を図る手段の一つとして、コンクリート壁面に断熱施工を行うことが挙げられる。鉄筋コンクリート造や鉄骨鉄筋コンクリート造において断熱施工に用いる断熱材としては、例えば、特許文献１に記載の型枠兼用断熱材のような、フェノール発泡体等の硬質合成樹脂の発泡体が多く使われている。

また、例えば特許文献２にあるように、密度が０．０５ｇ／ｃｍ^３〜０．２０ｇ／ｃｍ^３のケイ酸カルシウム板を利用した型枠兼用断熱材もある。

特許第２６５５９４７号公報 特開平０９−８８２１４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の型枠兼用断熱材は、所定の断熱性能は得られるものの、断熱材が燃えやすい。このため、防火設備等の内装制限を受ける場所に用いる場合には、後工事が必要となるという問題点がある。また、特許文献２に記載の型枠兼用断熱材は、無機質であるため不燃性は優れているものの、断熱性能が劣っている。このため、厚くせざるを得なくなり、設計に制約が生じる上、重く取り扱いに不便で施工性に劣るという問題点がある。

そこで本発明は、軽量でありながら高い不燃性能を示す断熱性積層体を提供することを目的としている。

すなわち、本発明は以下の［１］〜［５］を提供する。

［１］樹脂フォーム層（Ａ）上に金属層（Ｂ）、加熱時に発泡又は膨張する材料を含む加熱膨張層（Ｃ）、及び無機物シート（Ｄ）がこの順に積層されており、加熱膨張層（Ｃ）が、接着剤と、加熱時に発泡又は膨張する材料としての３０〜５０ｇ／ｍ ^２ の熱膨張性黒鉛とを含む、断熱性積層体（不燃材料）。
［２］加熱膨張層（Ｃ）において、接着剤と熱膨張性黒鉛との合計量が１００〜１３０ｇ／ｍ ^２ である、［１］に記載の断熱性積層体。
［３］加熱膨張層（Ｃ）の合計量が１００〜３８０ｇ／ｍ ^２ である、［１］又は［２］に記載の断熱性積層体。
［４］接着剤が、酢酸ビニル系接着剤またはエポキシ系接着剤である、［１］〜［３］のいずれか一項に記載の断熱性積層体（不燃材料）。
［５］樹脂フォーム層（Ａ）は、フェノール樹脂フォームである、［１］〜［４］のいずれか一項に記載の断熱性積層体（不燃材料）。
［６］金属層（Ｂ）は、アルミニウムである、［１］〜［５］のいずれか一項に記載の断熱性積層体（不燃材料）。
［７］無機物シート（Ｄ）側から２０分間５０ｋＷ／ｍ^２の輻射熱を与えたときの総発熱量が８ＭＪ／ｍ^２未満である、［１］〜［６］のいずれか一項に記載の断熱性積層体。
［８］樹脂フォーム層（Ａ）上に金属層（Ｂ）を積層し、次いで、加熱時に発泡又は膨張する材料を金属層（Ｂ）上に塗布して加熱膨張層（Ｃ）を作製し、さらに無機物シート（Ｄ）を積層し、加熱膨張層（Ｃ）が、接着剤と、加熱時に発泡又は膨張する材料としての３０〜５０ｇ／ｍ ^２ の熱膨張性黒鉛とを含む、［１］〜［７］のいずれか一項に記載の断熱性積層体の製造方法。

本発明によれば、軽量でありながら高い不燃性能を示す断熱性積層体を提供することが可能である。

本発明に係る断熱性積層体の一実施形態を示す模式断面図である。 本発明に係る断熱性積層体の別の実施形態を示す模式断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の断熱性積層体の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。なお、図面において、同一の要素については同一の符号を付し、同一の要素の符号の一部は省略する。各断熱性積層体の寸法比は図面に示すものに限定されない。

図１は、本発明に係る断熱性積層体１０の好適な一実施形態を示す模式断面図である。図１に示すように、断熱性積層体１０は、樹脂フォーム層１上に、金属層２、加熱時に発泡又は膨張する材料を含む加熱膨張層３、及び無機物シート４がこの順が積層された構成を有している。

このような構成を採用した断熱性積層体では、樹脂フォーム層１に金属層２を積層することにより、断熱性能を損なわずに高い不燃性能を示すことができる。この結果、断熱性積層体自体を厚くしなくても断熱性能を維持できるため、軽量でありながら高い不燃性能を示す断熱性積層体が得られる。しかしながら、コンクリート壁面に用いられる断熱材には、コンクリートに似た色彩の灰色〜白色であることが強く要求される。そこで、断熱性積層体１０では、金属層２に、加熱時に発泡又は膨張する材料を含む加熱膨張層３、及び無機物シート４を更に積層した構成を採用している。

本発明者らは、以下に述べるように加熱膨張層３の予想外の機能を見出し上記構成に至った。すなわち、樹脂フォーム層１に金属層２を積層した断熱材をそのままコンクリート壁面の仕上げ面として使用する場合には、金属層２上に、灰色もしくは白色の無機物シート４を更に積層させるという構成が考えられる。ところが、本発明者らは、このような構成の断熱材を用いると、加熱した際に無機物シート４、又は無機物シート４と金属層２間の接着剤が燃焼した場合、樹脂フォーム層１が熱せられることで発生する分解ガスが燃焼し、不燃性能が得られなくなることを見出した。その結果、本発明者らは、この知見に基づき上記構成を採用するに至った。

以下、それぞれの層について詳細に説明する。

樹脂フォーム層１としては、フェノール樹脂フォーム、ポリウレタン樹脂フォーム、ポリイソシアヌレート樹脂フォーム、エポキシ樹脂フォーム、ポリエチレン樹脂フォーム、ポリフェニレン樹脂フォーム、又はポリスチレン樹脂フォーム等を使用でき、中でもフェノール樹脂フォームを使用することが好ましい。樹脂フォーム層１の厚さは５〜１５０ｍｍが好ましく、密度は２０〜６０ｋｇ／ｍ^３が好ましい。樹脂フォーム層１は、上述した樹脂フォームの片面あるいは両面に、樹脂製、無機物製、あるいは紙製の面材が接着されていてもよい。

金属層２としては、金属単体をシート状、箔状、板状、及び蒸着膜等に加工したものが挙げられる。また、金属層２を構成する金属の種類としては、鉄、アルミニウム、ステンレススチール、銅、及びチタン等が使用でき、防錆性能、及びコスト面等からアルミニウムが好ましい。金属層２を設けることで、断熱性積層体１０を無機物シート４側から加熱した時に、樹脂フォーム層１が分解することで発生する分解ガスが加熱面側（無機物シート４側）に漏れ出すのを抑えることができる。金属層２は、片面あるいは両面が、ガラスメッシュ、ガラスファイバー、及びセラミックスファイバー等で補強されていても良い。金属層２の厚さは、１μｍ〜１ｍｍのものを使用でき、２μｍ〜５００μｍが好ましく、４μｍ〜２００μｍがより好ましい。金属層２の厚さが１μｍよりも薄い場合には、断熱性積層体１０を無機物シート４側から加熱した時に、樹脂フォーム層１の分解ガスが加熱面側に漏れ出すのを抑制する働きが不十分になる。また、金属層２の厚さが１ｍｍよりも大きい場合には、切断等の加工が不便になる。

金属層２を樹脂フォーム層１上に積層させる方法としては、接着剤を用いて接着させる方法を用いてもよいし、リベットのようなものを用いて機械的に接合させる方法を用いてもよい。接着剤としては、例えば、酢酸ビニル系接着剤、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤、ゴム系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、メラミン樹脂系接着剤、セメント系接着剤、水ガラス系接着剤等の接着剤が使用できる。

加熱膨張層３は、加熱時に発泡又は膨張する材料を含む層である。加熱膨張層３は、加熱時に発泡あるいは膨張することで断熱層として機能し、無機物シート４側を加熱した場合に、無機物シート４側から樹脂フォーム層１側への熱伝導を妨いで樹脂フォーム層１が高温になることを防ぐことができる。これにより、樹脂フォーム層１から発生する分解ガスが劇的に低減して樹脂フォーム層１を燃焼させにくくなるため、断熱性積層体１０の発熱量を著しく低下させることができる。加熱時に発泡又は膨張する材料としては、例えば、メラミン等のメラミン系化合物、尿素、チオ尿素、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、Ｎ，Ｎ−ジニトロソ−Ｎ，Ｎ−ジメチルテレフタルアミド等のＮ−ニトロソ化合物、アゾビスイソブチロニトリル、アゾジカルボンアミド等のアゾ化合物、ベンゼンスルホニルヒドラジド、ｐ−トルエンスルホニルヒドラジド、ｐ，ｐ−オキシ−ビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）等のスルホンヒドラジド化合物、塩素化パラフィン、あるいはこれらの誘導体、熱膨張性黒鉛、ヒル石、真珠岩、黒曜石等が挙げられる。これらは、単独で使用しても良いし、二種以上併用しても良い。これらの中でも、取り扱いや入手の容易性から、メラミン等のメラミン系化合物、熱膨張性黒鉛が好ましく、熱膨張性黒鉛がより好ましい。なお、ここでいう「熱膨張性黒鉛」とは、加熱時に膨張する性質を持った黒鉛を指す。熱膨張性黒鉛としては、膨張開始温度１６０〜３００℃のものを用いることが好ましく、膨張度１００〜３００ｃｃ／ｇを示す熱膨張性黒鉛を用いることが好ましい。ここで言う膨張開始温度とは、１００℃から＋５℃／分で温度を上昇させ、体積が１．１倍になった時の温度を言う。また、ここで言う膨張度とは、１０００℃で１０秒間保持した際の１ｇあたりの体積（ｃｃ）を言う。加熱時に発泡あるいは膨張する材料の量は、５〜２００ｇ／ｍ^２が好ましく、１５〜１００ｇ／ｍ^２がより好ましく、２０〜８０ｇ／ｍ^２が更に好ましい。５ｇ／ｍ^２よりも少ないと、加熱時に発泡あるいは膨張して断熱層を形成する効果が不十分である。また、２００ｇ／ｍ^２よりも多いと、加熱時に膨張しすぎて加熱膨張層３の形状が保たれなくなり、崩落してしまうため不燃性能が不十分になる。

加熱膨張層３を作製する手段としては、加熱時に発泡又は膨張する材料を上述した接着剤と混ぜた組成物を金属層２と無機物シート４との間に挟む方法を用いてもよいし、加熱時に発泡又は膨張する材料を公知の方法にてシート状にしたものを、金属層２と無機物シート４との間に、接着剤あるいは機械的接合方法により挟む方法を用いてもよい。

また、加熱膨張層３には、これらの成分の他、本発明の効果を低減させない範囲内で必要に応じて、例えば、充填剤、希釈剤、難燃剤、及び炭化剤等の各種添加剤が含まれていてもよい。充填剤としては例えば、二酸化チタン、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、フライアッシュ、シリカフューム、タルク、粘土、クレー、カオリン、シラス、マイカ、パーライト、珪藻土、ガラス繊維、ガラスフレーク、珪砂、珪石粉、及び砂等が挙げられる。また、希釈剤としては例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、ミネラルスピリット、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アルコール類、及び水等が挙げられる。また、難燃剤としては例えば、テトラブロモビスフェノールＡ、デカブロモジフェニルエーテル、ヘキサブロモシクロドデカン、トリブロモフェノール、エチレンビステトラブロモフタルイミド、臭素化ポリスチレン、エチレンビスペンタブロモジフェニール等の臭素系難燃剤、塩素化パラフィン、塩素化ポリエチレン、塩素化脂環化合物、含塩素リン酸エステル等の塩素系難燃剤、赤リン、三塩化リン、五塩化リン、リン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム等の無機リン系難燃剤、リン酸エステル等の有機リン系難燃剤、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン等のアンチモン系難燃剤、及び水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ホウ酸塩化合物、モリブデン化合物、スズ化合物、金属酸化物等の無機系難燃剤が挙げられる。また、炭化剤としては例えば、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、ポリペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン等の多価アルコール、デンプン、及びカゼイン等が挙げられる。

無機物シート４は、金属単体を除く無機物を主成分とするシートである。無機物シート４を備えることで、断熱性積層体１０が加熱しても、加熱膨張層３の形状を保つことができる。また、断熱性積層体１０をそのまま仕上げ面として使用する場合もあるため、コンクリートに似た色彩の灰色〜白色であることが求められ、色彩については、ＪＩＳ Ｚ８７２９に規定されるＬ^＊値が７０以上であることが必須である。また、無機物シート４は、金属光沢のないことが好ましい。無機物シート４の材料としては、例えば、二酸化チタン紙、二酸化ケイ素紙、酸化アルミニウム紙、酸化亜鉛紙、炭酸カルシウム紙、炭酸バリウム紙、硫酸カルシウム紙、硫酸バリウム紙、ケイ酸カルシウム紙、ケイ酸マグネシウム紙、水酸化アルミニウム紙、水酸化マグネシウム紙、フライアッシュ紙、タルク紙、カオリン紙、及びガラスペーパー等が挙げられる。無機物シート４は、シート自体を成形するための、パルプその他の有機繊維やバインダー等の有機成分を含んでいても良い。また、無機物シート４の厚さは、５０μｍ〜１ｍｍが好ましく、１００μｍ〜５００μｍがより好ましい。無機物シート４の厚さが５０μｍよりも小さいと、引張りに対し破れやすくなり、加熱膨張層３の形状を保つ効果が得られなくなる。一方、無機物シート４の厚さが１ｍｍよりも大きいと、加熱時の発熱量が大きくなり、不燃性能が劣る。

以上、本発明に係る断熱性積層体１０の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。図２は、本発明に係る断熱性積層体の別の実施形態を示す模式断面図である。断熱性積層体１０の変形例としては、図２に示すように、樹脂フォーム層１の両面に樹脂フォーム層１から近い順に金属層２、加熱膨張層３、及び無機物シート４が積層された構成を有する断熱性積層体２０が挙げられる。

以下に、実施例及び比較例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

なお、実施例及び比較例で用いた原料は下記のとおりである。
樹脂フォーム層：フェノール樹脂フォーム 旭化成建材、ネオマフォーム、２５ｍｍ厚、 密度４０ｋｇ／ｍ^３、両面にポリエチレンテレフタレート面材貼り
接着剤（樹脂フォーム層-金属層間）：
エポキシ接着剤1 コニシ、ＥＰ４３１Ｃ
エポキシ接着剤２ セメダイン、ＥＰ２０
ポリリン酸アンモニウム クラリアントジャパン、ＡＰ４２２
金属層：金属層（ＡＬ） ３０μｍ厚アルミニウム箔
金属層（ＧＦＡＬ） ２０μｍ厚アルミニウム箔、ガラス繊維補強８５ｇ／ｍ^２
加熱膨張層：酢ビ接着剤 Ｊケミカル、イソシア変性酢酸ビニル系接着剤
熱膨張黒鉛 鈴裕化学、ＧＲＥＰ−ＥＧ、膨張開始温度２００〜２２０℃、膨張度１８０〜２３０ｃｃ／ｇ
炭酸カルシウム 日東粉化工業、ＳＳ＃３０
カオリン 林化成、ＡＳＰ４００Ｐ
ケイ酸マグネシウム 巴工業、セピオライト
ホウ酸亜鉛 早川商事、ファイヤーブレイクＺＢ
無機物シート：無機物シート１ グランデックス、不燃紙（ＧＰ）、主成分はケイ酸マグネシウム、色彩値Ｌ^＊＝８３．５、金属光沢なし
無機物シート２ オリベスト、ＧＴ−２、主成分はケイ酸マグネシウム、色彩値Ｌ^＊＝８２．９、金属光沢なし
無機物シート３ 阿波製紙、無機物シート試作品、色彩値Ｌ^＊＝９４．４、金属光沢なし

実施例１から１０および比較例２から４については、１００ｍｍ×１００ｍｍに切り出したフェノール樹脂フォームの片面に、表１に示す種類、量の接着剤を用いて、同じく１００ｍｍ×１００ｍｍに切り出した表１に示す種類の金属層を接着した。更に、その上に、表１に示す配合で加熱膨張層を金属層上に塗布し、１００ｍｍ×１００ｍｍに切り出した表１に示す無機物シートを接着した。加熱膨張層の配合の中で、酢ビ接着剤を用いたものについては、塗布しやすいよう、希釈剤として適当な量の水を添加して流動性を上げた。その後、接着剤、加熱膨張層を硬化させて断熱性積層体を完成させた。

比較例１については、１００ｍｍ×１００ｍｍに切り出したフェノール樹脂フォームの片面に、表１に示す配合で加熱膨張層をフェノール樹脂フォーム上に塗布し、１００ｍｍ×１００ｍｍに切り出した表１に示す無機物シートを接着した。加熱膨張層については、塗布しやすいよう、希釈剤として適当な量の水を添加して流動性を上げた。その後、接着剤、加熱膨張層を硬化させて断熱性積層体を完成させた。

（不燃性能）
実施例及び比較例で得られた断熱性積層体について、発熱量測定を行い、これらの発熱しにくさ（不燃性能）を評価した。具体的には、断熱性積層体に無機物シート側から５０ｋＷ／ｍ^２の輻射熱を与え、加熱開始後２０分間における断熱性積層体の総発熱量をコーンカロリーメーターで測定した。２０分間の総発熱量が８ＭＪ／ｍ^２未満の場合には、不燃性を有するとし（合格：○）、２０分間の総発熱量が８ＭＪ／ｍ^２以上の場合には場合に不燃性を有しない（不合格：×）とした。

発熱量測定の結果、実施例１から１０については総発熱量が８ＭＪ／ｍ^２未満であり、合格であったが、比較例１から４については総発熱量が８ＭＪ／ｍ^２を大きく超えてしまい、不合格であった。

１…樹脂フォーム層、２…金属層、３…加熱膨張層、４…無機物シート、１０，２０…断熱性積層体。

Claims (8)

1. 樹脂フォーム層（Ａ）上に、金属層（Ｂ）、加熱時に発泡又は膨張する材料を含む加熱膨張層（Ｃ）、及び無機物シート（Ｄ）がこの順に積層されており、
   前記加熱膨張層（Ｃ）が、接着剤と、加熱時に発泡又は膨張する材料としての３０〜５０ｇ／ｍ ^２ の熱膨張性黒鉛とを含む、断熱性積層体。
2. 前記加熱膨張層（Ｃ）において、前記接着剤と前記熱膨張性黒鉛との合計量が１００〜１３０ｇ／ｍ ^２ である、請求項１に記載の断熱性積層体。
3. 前記加熱膨張層（Ｃ）の合計量が１００〜３８０ｇ／ｍ ^２ である、請求項１または２に記載の断熱性積層体。
4. 前記接着剤が、酢酸ビニル系接着剤またはエポキシ系接着剤である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の断熱性積層体。
5. 前記樹脂フォーム層（Ａ）は、フェノール樹脂フォームである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の断熱性積層体。
6. 前記金属層（Ｂ）は、アルミニウムである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の断熱性積層体。
7. 前記無機物シート（Ｄ）側から２０分間５０ｋＷ／ｍ^２の輻射熱を与えたときの総発熱量が８ＭＪ／ｍ^２未満である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の断熱性積層体。
8. 樹脂フォーム層（Ａ）上に金属層（Ｂ）を積層し、次いで、加熱時に発泡又は膨張する材料を金属層（Ｂ）上に塗布して加熱膨張層（Ｃ）を作製し、さらに無機物シート（Ｄ）を積層し、
   前記加熱膨張層（Ｃ）が、接着剤と、加熱時に発泡又は膨張する材料としての３０〜５０ｇ／ｍ ^２ の熱膨張性黒鉛とを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の断熱性積層体の製造方法。

Images