(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡ポリウレタンと、
該発泡ポリウレタンのマトリックス中に均一に分散された水和反応により硬化したセメント粒子と、
前記水和反応によりセメント粒子表面に成長したエトリンジャイト針状結晶とからなり、
かつ、前記エトリンジャイト針状結晶が前記発泡ポリウレタンのマトリックス中に侵入するとともに、前記エトリンジャイト針状結晶の一部が近接するセメント粒子表面に成長したエトリンジャイト針状結晶の一部と相互に物理的結着されることによりセメント粒子が相互に結合された態様で、前記発泡ポリウレタンと一体化されていることを特徴とする断熱性不燃材。
【請求項２】
ポリイソシアネートと分子内に２個以上の活性水素基を有する化合物とを含有してなるウレタン原料組成物と、
該組成物１００重量部に対して、水硬性セメント５〜３００重量部と水１〜３００重量部とからなるセメントスラリーと、
を混合して得られる混合物を型枠内に充填し、前記セメントスラリーの水分によって、前記ウレタン原料組成物を発泡硬化させるとともに前記セメントを水和により硬化させ、該水和反応によりセメント粒子表面にエトリンジャイト針状結晶を成長させて、前記ウレタン原料組成物とセメントとを一体に硬化させて成形することを特徴とする断熱性不燃材の製造方法。
【請求項３】
ポリイソシアネートと分子内に２個以上の活性水素基を有する化合物とを含有してなるウレタン原料組成物と、
該組成物１００重量部に対して、水硬性セメント５〜３００重量部と水１〜３００重量部とからなるセメントスラリーと、
を混合して混合物を得、該混合物を壁面等の被施工面に塗布して、前記セメントスラリーの水分によって、前記ウレタン原料組成物を発泡硬化させるとともに前記セメントを水和により硬化させ、該水和反応によりセメント粒子表面にエトリンジャイト針状結晶を成長させて、前記ウレタン原料組成物とセメントとを一体に硬化させて、被施工面に断熱性不燃層を形成することを特徴とする断熱性不燃壁の施工法。
【請求項４】
前記ウレタン原料組成物と前記セメントスラリーとをノズル先端から混合させながら噴射して被施工面に吹き付ける請求項３に記載の断熱性不燃壁の施工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、断熱材、吸音材等として使用される断熱性不燃材及びその製造方法ならびに断熱性不燃壁の施工法、特に一般建築物などの断熱材や吸音材として好適に用いられる、断熱性不燃材及びその製造方法ならびに断熱性不燃壁の施工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種建築物における断熱材または吸音材としては、ウレタンフォームやスチレンフォーム等の有機発泡材や、水硬性セメントに配合した金属アルミニウム粉を発泡させた無機発泡材等が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記先行技術による場合、次のような問題があった。即ち、有機発泡材は、断熱性、吸音性に優れかつ軽量であるという長所がある反面、燃えやすいという欠点を有している。
【０００４】
例えば、一般建築物などに断熱材や防音材として使用される場合、その施工工程において、火花等の着火源等により有機発泡材が燃えて火災が発生することがあり、これにより負傷者あるいは死者が発生する事態に至ることもあることから、不燃性に優れた断熱材や防音材の開発が強く望まれていた。
【０００５】
一方、金属アルミニウム粉の発泡を利用した無機発泡材は、防火性は良好であるが、高倍率の発泡を意図して金属アルミニウム粉を多量に使用すると、爆発する恐れがありかつ急激に硬化するために、高倍率の発泡や発泡倍率の調節が困難であるという問題点があった。そのため、このような無機発泡材では、発泡倍率が３倍程度のものしかできず、断熱性、吸音性が不十分であった。
【０００６】
この発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、断熱性、吸音性に優れるとともに、不燃性に優れた断熱性不燃材及びその製造方法ならびに断熱性不燃壁の施工法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者は、有機発泡材の有する優れた断熱性、吸音性と、セメント硬化体の有する優れた不燃性とを両立させるには、両材料の微小レベルでの複合化が必要であるとの着想のもとに、有機発泡材とセメント硬化体の微小レベルでの複合化を種々鋭意研究した結果、発泡ポリウレタンとセメント硬化体のある特定の複合化により、具体的には、水により発泡硬化して発泡ポリウレタンを形成するウレタン原料と水和硬化するセメント原料と水とを、ある特定の配合形態で配合させることにより、微小レベルでの複合化が可能となって前記両特性の両立を図り得ることを見出した。
【０００８】
上記ウレタン原料及びセメント原料は、ともに水が加えられることにより硬化するものであるが、予め両原料を混合してから水を加える場合には、両原料を混合した時点でセメント原料が有する若干の保有水によりウレタン原料の一部が硬化して発泡ポリウレタンとなってセメント原料表面を覆ってしまうこと、更にはこれに水を加えても、ウレタン原料は発泡硬化するものの、セメント原料はその表面を前記発泡ポリウレタンにほとんど被覆されてしまっているので、セメント原料はもはや水と接触することができずに、セメント原料はほとんど硬化せず、従って発泡ポリウレタンとセメント硬化体が微小レベルで複合化された複合体は得られず、得られた材料は燃えやすく不燃材料として使用し得ないものであり、また強度も不十分であった。
【０００９】
また、ウレタン原料と水を先に混合する場合には、ウレタン原料の発泡硬化の速度が速く、発泡ポリウレタンのマトリックスが先行して形成されてしまうため、もはやセメント原料を加えても両者の微小レベルでの複合化は達成し得ないものであり、得られた複合体は、燃えやすく強度的にも弱いものであった。
【００１０】
そこで、予めセメント原料と水を先に混合してセメント粒子表面が水で覆われた状態にあるセメントスラリーを形成させた後、該セメントスラリーとウレタン原料とを混合して、セメント原料とウレタン原料の一体硬化を試みたところ、セメントスラリーの水により前記ウレタン原料が発泡硬化するとともに前記セメントが水和硬化されて、前記組成物とセメントとが微小レベルで一体に複合硬化されて、優れた断熱性、吸音性と優れた不燃性の両立が可能となるとともに、優れた強度が得られることを見出すに至り、本発明を完成したものである。
【００１１】
すなわち、この発明にかかる断熱性不燃材は、発泡ポリウレタンと、該発泡ポリウレタンのマトリックス中に均一に分散された水和反応により硬化したセメント粒子と、前記水和反応によりセメント粒子表面に成長したエトリンジャイト針状結晶とからなり、かつ、前記エトリンジャイト針状結晶が前記発泡ポリウレタンのマトリックス中に侵入するとともに、前記エトリンジャイト針状結晶の一部が近接するセメント粒子表面に成長したエトリンジャイト針状結晶の一部と相互に物理的結着されることによりセメント粒子が相互に結合された態様で、前記発泡ポリウレタンと一体化されていることを特徴とするものである。
【００１２】
このように、発泡ポリウレタンとセメント粒子とが微小レベルで一体に複合化されているから、優れた断熱性、吸音性と優れた不燃性が確保される。また、針状結晶が発泡ポリウレタンのマトリックス中に侵入するアンカー効果により、発泡ポリウレタンとセメント粒子とが強固に一体化されて、十分な強度が付与される。
【００１３】
また、この発明にかかる断熱性不燃材の製造方法は、ポリイソシアネートと分子内に２個以上の活性水素基を有する化合物とを含有してなるウレタン原料組成物と、
該組成物１００重量部に対して、水硬性セメント５〜３００重量部と水１〜３００重量部とからなるセメントスラリーと、
を混合して得られる混合物を型枠内に充填し、前記セメントスラリーの水分によって、前記ウレタン原料組成物を発泡硬化させるとともに前記セメントを水和により硬化させ、該水和反応によりセメント粒子表面にエトリンジャイト針状結晶を成長させて、前記ウレタン原料組成物とセメントとを一体に硬化させて成形することを特徴とするものである。
【００１４】
セメント粒子表面が水で覆われた状態にあるセメントスラリーとウレタン原料組成物とを混合して得られる混合物が用いられるから、セメントスラリーの水分によって、ウレタン原料組成物とセメント粒子とが微小レベルで分散された状態で、ウレタン原料組成物の発泡硬化およびセメント粒子の水和硬化が進行されて、発泡ポリウレタンとセメントとが微小レベルで一体に複合硬化される。
【００１５】
また、この発明にかかる断熱性不燃壁の施工法は、ポリイソシアネートと分子内に２個以上の活性水素基を有する化合物とを含有してなるウレタン原料組成物と、
該組成物１００重量部に対して、水硬性セメント５〜３００重量部と水１〜３００重量部とからなるセメントスラリーと、
を混合して混合物を得、該混合物を壁面等の被施工面に塗布して、前記セメントスラリーの水分によって、前記ウレタン原料組成物を発泡硬化させるとともに前記セメントを水和により硬化させ、該水和反応によりセメント粒子表面にエトリンジャイト針状結晶を成長させて、前記ウレタン原料組成物とセメントとを一体に硬化させて、被施工面に断熱性不燃層を形成することを特徴とするものである。
【００１６】
上記同様に、ウレタン原料組成物とセメント粒子とが微小レベルで分散された状態で、両者の硬化が進行されて、発泡ポリウレタンとセメントとが微小レベルで一体に複合硬化される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明における水硬性セメントは、不燃性と機械的強度を発現させることを目的として配合されるものである。水硬性セメントとしては、特に限定されるものではないが、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色セメント等の最も一般的に用いられるポルトランドセメントの他、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント等の混合セメント、アルミナセメント、超速硬セメント、コロイドセメント、油井セメント等の特殊セメント、水硬性石灰、ローマンセメント、天然セメントなどが挙げられる。
【００１８】
この発明において、発泡ポリウレタンは、ポリイソシアネートと、分子内に２個以上の活性水素基を有する化合物とを含有してなるウレタン原料組成物が、少なくとも水を発泡剤として発泡硬化して得られるものであり、このような発泡構造により優れた断熱性、吸音性等が付与されるものである。
【００１９】
上記ポリイソシアネートとしては、分子内に２個以上のイソシアネート基を有するものであれば特に限定されず、例えば、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、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）、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、水添キシリレンジイソシアネート（水添ＸＤＩ）、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（水添ＭＤＩ）等が挙げられる。これらポリイソシアネートは単独で使用しても良いし、２種以上併用して使用することもできる。
【００２０】
上記分子内に２個以上の活性水素基を有する化合物としては、特に限定されるものではないが、例えばポリオール、ポリアミン等が挙げられる。
【００２１】
中でもポリオールが好適に用いられ、このようなポリオールとして、特に限定されるものではないが、例えばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のポリエーテルポリオールや、ポリエステルポリオール、エチレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトールあるいはこれらの変性体、などを挙げることができる。もちろん、これらポリオールは単独でも２種以上の併用でも使用できる。
【００２２】
この発明において、断熱性不燃材または断熱性不燃層を形成するための材料としては、ウレタン原料組成物、水硬性セメント、水が必須成分であるが、前述した理由から、水硬性セメントと水からなるセメントスラリーを作製し、このセメントスラリーとウレタン原料組成物を混合して得られる混合物を使用する必要がある。
【００２３】
この際、ウレタン原料組成物１００重量部に対して、水硬性セメント５〜３００重量部と水１〜３００重量部とからなるセメントスラリーを混合する必要がある。水硬性セメントの配合量が５重量部未満では、十分な不燃性が得られず、材料強度も低下する。一方水硬性セメントの配合量が３００重量部を超えると、十分な断熱性が得られない。また、水の配合量が１重量部未満では、水硬性セメントが十分に硬化しないため、十分な材料強度が得られず、一方３００重量部を超えると、セメントの硬化を完了させるのに必要となる養生期間が大きく延伸されてしまう。中でも、ウレタン原料組成物１００重量部に対して、水硬性セメント３０〜２００重量部と水３０〜２００重量部とからなるセメントスラリーを混合するのが好ましく、より好ましくはウレタン原料組成物１００重量部に対して、水硬性セメント５０〜１２０重量部と水５０〜１２０重量部とからなるセメントスラリーを混合する。
【００２４】
しかして、上記セメントスラリーとウレタン原料組成物を所定量混合して得られる混合物を型枠内に充填すれば、セメントスラリーの水分によって、ウレタン原料組成物が発泡硬化するとともに、水硬性セメントも水和により硬化し、ウレタン原料組成物と水硬性セメントとを一体に硬化させることができる。この時、ウレタン原料組成物の硬化は、通常１０〜３０分程で完了して、発泡ポリウレタンが得られる。一方、水硬性セメントの硬化はほぼ同時に開始されるものの、その硬化が完了するまでの養生期間は、通常２０〜４０日程度である。
【００２５】
このようにして得られる断熱性不燃材は、図１に示すように、水和反応により硬化したセメント粒子が、発泡ポリウレタンのマトリックス中に均一に分散されている。そして、水和反応によりセメント粒子表面に成長したエトリンジャイト針状結晶が発泡ポリウレタンのマトリックス中に突き刺さるように侵入しているから、そのアンカー効果により発泡ポリウレタンとセメント粒子とが強固に一体化されて、十分な強度が付与される。さらに、前記エトリンジャイト針状結晶の一部が近接するセメント粒子表面に成長したエトリンジャイト針状結晶の一部と相互に物理的結着されることにより、これらセメント粒子が発泡ポリウレタンマトリックス中において３次元網目状に結合されているから、一段と優れた強度が付与されるものである。そして、このように発泡ポリウレタンとセメント粒子とが微小レベルで一体に複合化されているから、発泡ポリウレタンの有する優れた断熱性、吸音性と、セメント硬化体の有する優れた不燃性の両立が可能となったものである。
【００２６】
また、断熱性不燃壁の施工に際しては、前記同様のセメントスラリーとウレタン原料組成物を所定量混合して得られる混合物を、壁面等の被施工面に塗布し、硬化させて被施工面に断熱性不燃層を形成すれば良い。前記同様に、セメントスラリーの水分によって、ウレタン原料組成物と水硬性セメントとを一体に硬化させることができ、得られる断熱性不燃壁は、発泡ポリウレタンとセメント粒子とが微小レベルで一体に複合化されているので、優れた断熱性、吸音性が得られるとともに、優れた不燃性が得られる。加えて、材料強度にも優れる。
【００２７】
上記において、ウレタン原料組成物とセメントスラリーとをノズル先端から混合させながら噴射して被施工面に吹き付けるのが望ましい。これにより、別工程でウレタン原料組成物とセメントスラリーとを混合する必要がなくなるから、工程数削減による製造コストの低減を図ることができるのみならず、ノズル先端から混合させながら噴射するので、短時間で極めて均質に混合することができ、さらにはノズル先端から噴射して被施工面に吹き付けるので、施工時間を大幅に短縮することができる。
【００２８】
なお、この発明の製造方法および施工法において、ウレタン原料組成物とセメントスラリーとを混合して得られる混合物には、ウレタン原料組成物の発泡硬化反応およびセメントの水和硬化反応を阻害しない範囲で、各種添加剤を適宜配合することができる。また、この発明の断熱性不燃材には、諸性質の向上を目的として、断熱性不燃材の特性を阻害しない範囲で、各種添加剤を含有させることもできる。
【００２９】
この発明の断熱性不燃材および断熱性不燃壁は、一般建築物などの断熱材や吸音材として好適に使用できるが、使用形態は特に限定されるものではない。更に、この発明は、断熱材や吸音材に限らず、軽量構造材等としても構成することができる。
【００３０】
【実施例】
次に、この発明の具体的実施例について説明する。
【００３１】
＜使用材料＞
ウレタン原料組成物…ジフェニルメタンジイソシアネートとポリプロピレングリコールの等モル混合物
水硬性セメント…ポルトランドセメント
水
＜実施例１＞
ポルトランドセメント６０重量部と水４０重量部とを混合してセメントスラリーを得た。このセメントスラリーと上記ウレタン原料組成物とをノズル先端から重量混合比１００：１００で混合させながら噴射して建築物の壁面に吹き付けて硬化させ、該壁面に断熱性不燃層を形成した。
【００３２】
＜実施例２＞
ポルトランドセメント１０重量部と水５重量部とを混合してセメントスラリーを得た。このセメントスラリーと上記ウレタン原料組成物とをノズル先端から重量混合比１５：１００で混合させながら噴射して建築物の壁面に吹き付けて硬化させ、該壁面表面に断熱性不燃層を形成した。
【００３３】
＜実施例３＞
ポルトランドセメント２５０重量部と水２９０重量部とを混合してセメントスラリー５４０重量部を得た。このセメントスラリー５４０重量部と上記ウレタン原料組成物１００重量部とを混合して得られる混合物を型枠内に充填した。充填後養生させることにより、前記混合物を完全に硬化させ、所定形状の断熱性不燃材を得た。
【００３４】
＜実施例４＞
ポルトランドセメント９０重量部と水６０重量部とを混合してセメントスラリー１５０重量部を得た。このセメントスラリー１５０重量部と上記ウレタン原料組成物１００重量部とを混合して得られる混合物を型枠内に充填した。充填後養生させることにより、前記混合物を完全に硬化させ、所定形状の断熱性不燃材を得た。
【００３５】
＜比較例１＞
表１に示す割合で材料を混合した以外は、実施例１と同様にして建築物の壁面に断熱性不燃層を形成した。
【００３６】
＜比較例２＞
表１に示す割合で材料を混合した以外は、実施例３と同様にして断熱性不燃材を得た。
【００３７】
＜比較例３＞
予めウレタン原料組成物１００重量部とポルトランドセメント９０重量部とを混合し、これに水６０重量部を混合して得られる混合物を型枠内に充填した。充填後養生させることにより、前記混合物を完全に硬化させ、所定形状の断熱性不燃材を得た。
【００３８】
＜比較例４＞
上記ウレタン原料組成物１００重量部と水１０重量部とを混合して型枠内に充填し、発泡硬化させて所定形状の発泡ポリウレタンを得た。
【００３９】
＜試験方法および評価方法＞
上記のように作製された各材料（不燃材及び不燃層）に対し、下記に示す不燃性試験法、熱伝導率測定方法、圧縮強度試験法、比重試験法に準拠して評価を行った。その結果を表１に示す。
【００４０】
Ａ．不燃性試験法
ＪＩＳ  Ａ１３２１−１９７５に記載の方法に基づき、各材料について基材試験、表面試験を行い、両試験共に合格と評価されるものを「合格」とし、どちらか一方又は両方が不合格と評価されるものを「不合格」とした。建築基準法において、「不燃材料」は、上記基材試験、表面試験を行い、それぞれの試験に合格したもの、と規定されているから、本実施例で「合格」と評価されるものは、建築基準法で規定される「不燃材料」となるものである。なお、表中においては合格を「○」、不合格を「×」と表記した。
【００４１】
Ｂ．熱伝導率測定方法
ＪＩＳ  Ａ１４１３−１９７７に記載の方法に基づき、各材料について熱伝導率を測定した。
【００４２】
Ｃ．圧縮強度試験法
ＪＩＳ  Ｋ７２２０−１９９５に準拠して、各材料について圧縮試験を行い、圧縮強度を測定し、圧縮強度が１０ｋｇｆ／ｃｍ2以上であるものを「合格」とし、圧縮強度が８ｋｇｆ／ｃｍ2以上１０ｋｇｆ／ｃｍ2未満であるものを「準不合格」とし、圧縮強度が８ｋｇｆ／ｃｍ2未満であるものを「不合格」とした。「合格」と判定されるものを良とした。なお表中においては合格を「○」、準不合格を「△」、不合格を「×」と表記した。
【００４３】
Ｄ．比重試験法
１００ｍｍ（縦）×１００ｍｍ（横）×５ｍｍ（厚さ）のシートを試験片とし、この試験片の重量を測定した。重量（ｇ）÷体積（ｃｍ3）により比重を求めた（厳密には４℃の水の密度は０．９９９９７３ｇ／ｃｍ3であるが、実質的に１ｇ／ｃｍ3であるとして計算した）。
【００４４】
【表１】
0003652968.tif 000002
【００４５】
＜評価結果＞
表１の結果から明らかなように、この発明にかかる施工法で施工された実施例１、２の断熱性不燃壁の断熱性不燃層、及びこの発明の実施例３、４の断熱性不燃材は、いずれも不燃性に優れるのみならず、熱伝導率が低くて、優れた断熱性能を具備していることを確認し得た。また、これらは軽量である上に、十分な圧縮強度を有しており、強度面においても優れている。
【００４６】
これに対し、この発明の範囲を逸脱する比較例１〜３はいずれも、不燃性か断熱性のどちらか一方に問題があり、両性能を両立し得ないものであった。また、比較例４の発泡ポリウレタンのみからなるものでは、断熱性に優れるものの、不燃性に劣っている。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、この発明にかかる断熱性不燃材は、水和反応により硬化したセメント粒子が、発泡ポリウレタンのマトリックス中に均一に分散されているのであるが、この水和反応によりセメント粒子表面に成長したエトリンジャイト針状結晶が発泡ポリウレタンのマトリックス中に侵入しているから、そのアンカー効果により発泡ポリウレタンとセメント粒子とが強固に一体化されて、十分な強度が付与される。さらに、前記エトリンジャイト針状結晶の一部が近接するセメント粒子表面に成長したエトリンジャイト針状結晶の一部と相互に物理的結着されて、これらセメント粒子が発泡ポリウレタンマトリックス中において３次元網目状に結合されているから、一段と優れた強度が付与される。そして、このように発泡ポリウレタンとセメント粒子とが微小レベルで一体に複合化されているから、セメント硬化体固有の優れた不燃性により、複合材料として優れた不燃性が確保されるとともに、発泡ポリウレタンの有する優れた断熱性、吸音性がそのまま維持されるものであるから、この材料に優れた断熱性、吸音性と、優れた不燃性を両立させて付与することができる。更に、この断熱性不燃材は軽量であるから、例えば建築物などの軽量構造材として使用することもできる。
【００４８】
また、この発明の断熱性不燃材の製造方法は、セメント粒子表面が水で覆われた状態にあるセメントスラリーとウレタン原料組成物とを混合して得られる混合物を用いるから、セメントスラリーの水分によって、ウレタン原料組成物とセメント粒子とが微小レベルで分散された状態で、ウレタン原料組成物の発泡硬化およびセメント粒子の水和硬化を進行させることができ、従って発泡ポリウレタンとセメントとが微小レベルで一体に複合硬化され、断熱性、吸音性に優れるのみならず、不燃性にも優れた材料を提供することができる。
【００４９】
また、この発明の断熱性不燃壁の施工法は、上記と同様に、ウレタン原料組成物とセメント粒子とが微小レベルで分散された状態で、両者の硬化を進行させることができるから、発泡ポリウレタンとセメントとを微小レベルで一体に複合硬化させることができ、断熱性、吸音性に優れるのみならず、不燃性にも優れた断熱性不燃壁を施工することができる。
【００５０】
上記において、ウレタン原料組成物とセメントスラリーとをノズル先端から混合させながら噴射して被施工面に吹き付ける場合には、別工程でウレタン原料組成物とセメントスラリーとを混合する必要がなくなるから、工程数削減によるコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかる断熱性不燃材の微細構造を拡大して模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１…発泡ポリウレタン
２…気泡
３…セメント粒子
４…エトリンジャイト針状結晶
【図１】
0003652968.tif 000003