(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イソシアネートとポリオールと膨張性黒鉛とリン酸系剤を混合した混合材が、拘束発泡された発泡ウレタン（４）の表裏面は、不燃材より成る表面被覆パネル（２）と裏面被覆パネル（３）で被覆され、
前記混合材は、イソシアネート３７〜３９質量％、ポリオール４１〜４３質量％、膨張性黒鉛１７〜１９質量％、リン酸系剤１〜３質量％であることを特徴とする不燃断熱パネル体。
【請求項２】
前記発泡ウレタン（４）は、前記イソシアネートとポリオールと膨張性黒鉛とリン酸系剤を混合した混合材が、前記表面被覆パネル（２）と前記裏面被覆パネル（３）との間で拘束発泡されたものである請求項１記載の不燃断熱パネル体。
【請求項３】
前記混合材は、ポリオールと膨張性黒鉛とリン酸系剤の混合材と、イソシアネートが混合された混合材である請求項１又は２記載の不燃断熱パネル体。
【請求項４】
前記表面被覆パネル（２）と前記裏面被覆パネル（３）は、繊維混入ケイ酸カルシウム板である請求項１又は２又は３記載の不燃断熱パネル体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅の外壁下地材、天井断熱材、防火区画壁、庫内区画壁などの建物用資材等として用いる発泡ウレタンを使用した不燃断熱パネル体に関する。
【背景技術】
【０００２】
発泡ウレタンは軽量で断熱性能は優れているが、発泡ウレタンは引火し易く、燃焼時に多量の燃焼ガス、煙が発生することから、発泡ウレタンの使用範囲は限られ、火災時の問題から建物用資材としては使用が制限されている。
発泡ウレタンのこれ等の問題を解決し、発泡ウレタンを不燃化できれば、発泡ウレタンの使用範囲が広くなり、火災時の問題が減少するので、発泡ウレタンを建物用資材として使用することが可能となる。
【０００３】
発泡ウレタンを使用したパネル体が種々提案されている。
例えば、特許文献１に開示した発泡ウレタンを使用したパネル体が提案されている。
この発泡ウレタンを使用したパネル体は、基材と硬質ポリウレタン系発泡層とエラストマ層を備えたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１４４３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の基材と硬質ポリウレタン系発泡層とエラストマ層を備えたものは、不燃性能が十分ではなく、火災時の問題から建物用資材として使用することが制限される。
【０００６】
本発明の目的は、不燃性能を向上し、建物用資材として使用することが可能である発泡ウレタンを使用した不燃断熱パネル体とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、発泡ウレタンの不燃化の研究、実験を鋭意実施した結果、ポリオールとイソシアネートと膨張性黒鉛とリン酸系剤を混合してウレタン基材とし、そのウレタン基材を拘束発泡した発泡ウレタンは不燃化の性能を保有させることができることを見出し、本発明に至った。
【０００８】
つまり、ポリオールとイソシアネートと膨張性黒鉛とリン酸系剤を混合したウレタン基材を拘束発泡した発泡ウレタンは、膨張性黒鉛が内部に分散して存在する。
そして、発泡ウレタンを加熱すると３００℃程度から発泡ウレタンが軟化し粘度性の液状化し、膨張性黒鉛は２５０℃〜３００℃で膨張開始し、多数の空洞を有した海綿状となり、液状化したウレタンは膨張性黒鉛の各空洞内に吸収する。この動作は持続し、膨張性黒鉛の膨張した空洞に吸収された液状化したウレタンが燃焼時に至った時点と膨張性黒鉛の膨張進行バランスが整った条件では、液状化したウレタンは熱膨張性黒鉛の中で燃焼されるので、ウレタンの燃焼時ガス、発煙は同時燃焼処理され、しかも膨張した空洞は小さく、膨張性黒鉛の空洞中の液状化したウレタンの量はわずかであるから、その液状化したウレタンが燃焼しても発火、発煙、ガスの発生がなく、不燃化の状態となるものと考察される。
【０００９】
本発明の不燃断熱パネル体は、イソシアネートとポリオールと膨張性黒鉛とリン酸系剤を混合した混合材が、拘束発泡された発泡ウレタン４の表裏面は、不燃材より成る表面被覆パネル２と裏面被覆パネル３で被覆され、前記混合材は、イソシアネート３７〜３９質量％、ポリオール４１〜４３質量％、膨張性黒鉛１７〜１９質量％、リン酸系剤１〜３質量％であることを特徴とする不燃断熱パネル体である。
【００１０】
本発明の不燃断熱パネル体においては、その発泡ウレタン４は、前記イソシアネートとポリオールと膨張性黒鉛とリン酸系剤を混合した混合材が、前記表面被覆パネル２と前記裏面被覆パネル３との間で拘束発泡されたものにできる。
【００１１】
このようにすれば、発泡ウレタン４と表面被覆パネル２、裏面被覆パネル３が密着して一体化し、剥離などすることがない。
【００１２】
本発明の不燃断熱パネル体においては、その混合材は、ポリオールと膨張性黒鉛とリン酸系剤の混合材と、イソシアネートが混合された混合材とすることができる。
【００１３】
このようにすれば、イソシアネートとポリオールと膨張性黒鉛とリン酸系剤が良好に混合する。
【００１４】
本発明の不燃断熱パネル体においては、その表面被覆パネル２と前記裏面被覆パネル３は、繊維混入けい酸カルシウム板にできる。
【００１５】
このようにすれば、表面被覆パネル２、裏面被覆パネル３が加熱時に変形したり、発熱することがない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の不燃断熱パネル体によれば、不燃性能が向上し、建物用資材として使用することが可能である発泡ウレタンを使用した不燃断熱パネル体とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の不燃断熱パネル体の断面図である。
【図２】加熱炉の断面図である。
【図３】第１試験体の加熱試験結果を示す図表である。
【図４】第２試験体の加熱試験結果を示す図表である。
【図５】第３試験体の加熱試験結果を示す図表である。
【図６】第４試験体の加熱試験結果を示す図表である。
【図７】発熱性試験装置の断面図である。
【図８】第１の試験体の試験結果を示す図表である。
【図９】第２の試験体の試験結果を示す図表である。
【図１０】第３の試験体の試験結果を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の不燃断熱パネル体の断面図で、不燃断熱パネル体１は、表面被覆パネル２と、表面被覆パネル２と間隔を空けて対向した裏面被覆パネル３と、表面被覆パネル２と裏面被覆パネル３との間に設けられた発泡ウレタン４を有し、発泡ウレタン４の表裏面を表面被覆パネル２と裏面被覆パネル３で被覆している。
表面被覆パネル２と裏面被覆パネル３は不燃材より成る。
発泡ウレタン４は、ウレタン基材と膨張性黒鉛とリン酸系剤を混合した混合材を拘束発泡したものである。
ウレタン基材は、イソシアネートとポリオール（発泡剤を含む）である。
【００２１】
実施形態の不燃断熱パネル体１は、表面被覆パネル２、裏面被覆パネル３が繊維混入ケイ酸カルシウム板である。
イソシアネートとポリオールと膨張性黒鉛とリン酸系剤を混合した混合材を、表面被覆パネル２と裏面被覆パネル３との間に注入して拘束発泡することで不燃断熱パネル体１とする。
【００２２】
具体的には次のようにして不燃断熱パネル体１とする。
繊維混入ケイ酸カルシウム板より成る表面被覆パネル２と裏面被覆パネル３を、所定の間隔を空けて対向して動かないように保持する。
ポリオールと膨張性黒鉛とリン酸系剤を混合した混合材と、イソシアネートを混合して混合材とする。
この混合材を表面被覆パネル２と裏面被覆パネル３との間に注入して拘束発泡することで発泡ウレタン４とする。
【００２３】
このようにすることで、イソシアネートとポリオールと膨張性黒鉛とリン酸系剤が良好に混合する。
発泡ウレタン４の表面と表面被覆パネル２が密着し、発泡ウレタン４の裏面と裏面被覆パネル３が密着するので、発泡ウレタン４と表面被覆パネル２、裏面被覆パネル３が一体化し、剥離などすることがない。
【００２４】
本発明の不燃断熱パネル体は、イソシアネートとポリオールと膨張性黒鉛とリン酸系剤を混合した混合材を拘束板を利用して拘束発泡することで発泡ウレタン４とし、その発泡ウレタン４の表面に表面被覆プレート２を接着剤などで接着し、発泡ウレタン４の裏面に被覆プレート３を接着剤などで接着することで、不燃断熱パネル体１とすることができる。
【００２５】
本発明の不燃断熱パネル体の不燃性能について説明する。
イソシアネートとポリオールと膨張性黒鉛とリン酸系剤を混合した混合材を拘束発泡して発泡ウレタンとしたことで、その発泡ウレタンの内部に膨張性黒鉛が分散して存在する。
本発明の不燃断熱パネル体１を加熱すると、３００℃程度で発泡ウレタン４が軟化しだし溶解することで、発泡ウレタン４は粘度性の液状化、つまりタール状になり、ガス化して燃焼発火することになる。
膨張性黒鉛は３００℃〜３２０℃で膨張する。
リン酸系剤は、発泡ウレタン４の初期の燃焼発火を遅くし、膨張性黒鉛が膨張するタイミングに合わせて燃焼発火するように調整する。
そして、膨張性黒鉛は３００℃〜３２０℃で繊維状に膨らんで固まった小さな空洞を多数有した海綿形状になり、タール状のウレタンを各空洞内に分散して吸収する。
タール状のウレタンは、膨張性黒鉛の各空洞内において微量ごとに分散して加熱燃焼されるため、発火、発煙、ガスの発生に至ることがなく、発泡ウレタン４が不燃化される。
【００２６】
発泡ウレタン4の表面、裏面が不燃材より成る表面被覆パネル２、裏面被覆パネル3で被覆されているので、本発明の不燃断熱パネル体１は不燃性能、断熱性能に優れたパネル体である。
【００２７】
つまり、表面被覆パネル２、裏面被覆パネル3を有していない発泡ウレタン4担体を加熱すると、加熱温度３００℃経過で、初期のウレタン燃焼状態の融解、発煙となり、膨張性黒鉛は自由方向に繊維状に延びながら膨張拡大し、膨張性黒鉛は極めて軽量化して一部は発泡ウレタン4の周囲に飛散しながら形状破壊する。
このために、表面被覆パネル２、裏面被覆パネル３を設けることが必要である。
【００２８】
表面被覆パネル２、裏面被覆パネル３の材質について説明する。
表面被覆パネル２、裏面被覆パネル３の材質は不燃材であれば良いが、不燃材の種類によっては加熱時に変形したり、ひび割れが発生したりすることがあり、そのような不燃材は表面被覆パネル２、裏面被覆パネル３に好ましくない。
【００２９】
表面被覆パネル２、裏面被覆パネル３として、不燃材であるステンレス鋼板（厚さ０．７ｍｍ）、スレート板（厚さ１０ｍｍ）、石膏ボード（厚さ１２ｍｍ）、繊維混入ケイ酸カルシウム板（厚さ１０ｍｍ）を用いて不燃断熱パネル体を作成し、表面被覆パネル２、裏面被覆パネル３の性能試験を、図２に示す試験装置を用いて実施した。
【００３０】
図２に示す試験装置５は炉５ａと、炉５ａ内の試験体６を加熱するバーナー５ｂと、試験体６の加熱表面の温度を測定する加熱温度計５ｃと、試験体６の発泡ウレタン４の加熱側と反対側である裏面の温度を測定するウレタン裏面温度計５ｄを有する。
バーナー５ｂはプロパンガスを燃焼させるものである。
【００３１】
試験体６は、表面被覆パネル２、裏面被覆パネル３、発泡ウレタン４を有し、厚さ５０ｍｍ、幅と長さが１００ｍｍである。
発泡ウレタン４は、イソシアネートとポリオールと膨張性黒鉛とリン酸系剤の混合材を、拘束発泡したものである。
【００３２】
図２に示す試験装置５を用い、試験体６をバーナー５ｂで３００℃に加熱したときの表面被覆パネル２、裏面被覆パネル３の形状変化と、試験体６をバーナー５ｂで７００℃に加熱したときの表面被覆パネル２、裏面被覆パネル３の形状変化を試験した。
試験結果は表１の通りであった。
【００３３】
【表１】
0005950312.tif 000002
【００３４】
試験結果から、表面被覆パネル２、裏面被覆パネル３としては繊維混入ケイ酸カルシウム板が好ましいことが判明した。
なお、フェノール板でも繊維混入ケイ酸カルシウム板と同様な試験結果を得た。
【００３５】
図２に示す試験装置５を用いてパネル体の燃焼試験を実施した。
表面被覆パネル２、裏面被覆パネル３を厚さ１０ｍｍの繊維混入ケイ酸カルシウム板とし、発泡ウレタン４の材質を種々変えることで、厚さ５０ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ１００ｍｍの試験体を作製し、各試験体を図２に示す試験装置５を用いて燃焼試験を実施した。
【００３６】
第１試験体は、発泡ウレタンの材質が、イソシアネート３８質量％、ポリオール（発泡材含む）３８質量％、膨張性黒鉛９質量％、水酸化アルミニウム７質量％、雲母４質量％、ホウ酸４質量％である。
【００３７】
第２試験体は、発泡ウレタンの材質が、イソシアネート４０質量％、ポリオール（発泡材含む）４０質量％、膨張性黒鉛８質量％、リン酸系剤６質量％、雲母６質量％である。
【００３８】
第３試験体は、発泡ウレタンの材質が、イソシアネート４１質量％、ポリオール（発泡材含む）４１質量％、膨張性黒鉛１２質量％、リン酸系剤６質量％である。
【００３９】
第４試験体は、発泡ウレタンの材質が、イソシアネート３７質量％、ポリオール（発泡材含む）４２質量％、膨張性黒鉛１８質量％、リン酸系剤２質量％である。
各試験体のポリオールに含まれる発泡剤は、５〜７質量％である。
【００４０】
第１・第２・第３・第４試験体を図２に示す試験装置５にて加熱することで、各試験体の表面温度と各試験体の発泡ウレタン内温度を加熱経過時間（分）ごとに測定した。
【００４１】
試験結果は次のようであった。
第１試験体の加熱温度、発泡ウレタン内温度は、表２及び図３の図表に示すとおりであった。
【００４２】
【表２】
0005950312.tif 000003
【００４３】
第２試験体の加熱温度、発泡ウレタン内温度は、表３及び図４の図表に示すとおりであった。
【００４４】
【表３】
0005950312.tif 000004
【００４５】
第３試験体の加熱温度、発泡ウレタン内温度は、表４及び図５の図表に示すとおりであった。
【００４６】
【表４】
0005950312.tif 000005
【００４７】
第４試験体の加熱温度、発泡ウレタン内温度は、表５及び図６の図表に示すとおりであった。
【００４８】
【表５】
0005950312.tif 000006
【００４９】
試験結果から、第１試験体は、加熱後４分で発煙し、加熱後８分で火炎が発生し、加熱後１６分で形状破壊した。
このことから、イソシアネートとポリオール（ウレタン基材）に、難燃剤として膨張性黒鉛、水酸化アルミニウム、雲母、ホウ酸を混合し、その混合材を拘束発泡した発泡ウレタンを用いたものは、不燃のパネル体にならない。しかも、発泡ウレタンが強く弾性がないことから、断熱性能が低いと考察される。
【００５０】
第２試験体は、発泡ウレタン内温度が加熱後６分で２００℃となり、加熱後２０分で４００℃となるので、難燃性を有するが、不燃とは言えない。
【００５１】
第３試験体と第４試験体は不燃性能が優れたものである。このことからイソシアネートとポリオール（ウレタン基材）に、難燃材として膨張性黒鉛とリン酸系剤を混合し、その混合材を拘束発泡した発泡ウレタンを用いることで、不燃のパネル体となることが判る。
【００５２】
これらのことから、水酸化アルミニウム、ホウ酸、膨張性黒鉛、雲母は難燃剤であるが、それらを全てウレタン基材に混入して拘束発泡した発泡ウレタンを用いたパネル体は不燃性能に優れたものとはならないことが判る。
その理由は、次のようであると考察される。
発泡ウレタンに混入した水酸化アルミニウムは気泡空間を充填してしまうので発泡ウレタンが硬くなり、本来の発泡ウレタン形状とはならずに断熱性能は失われる。
ホウ酸は発泡ウレタンの燃焼過程でタール化（液状化）した内部に取り込まれてしまうので、液状化したウレタンの燃焼時に発生する煙の阻止はできない。
雲母は本来板状では耐熱性に優れているが、微粉加工されたものでは発泡ウレタン内に分散され耐熱性も火炎を阻止する性能も持たなくなる。
【００５３】
膨張性黒鉛とリン酸系剤のみをウレタン基材に混合して拘束発泡した発泡ウレタンを用いたパネル体は不燃性能に優れたものであることが判る。
【００５４】
また、第４試験体は発泡ウレタン内温度が加熱後２０分経過しても２００℃まで上昇せず、第４試験体は第３試験体よりも不燃性能に優れている。
このことから、膨張性黒鉛の配合量を多く、リン酸系剤の配合量を少なくすることで、不燃性能が向上することが判る。
なお、膨張性黒鉛の配合量を多くすると発泡ウレタンが膨張しすぎて形状を維持できないことがあるし、ウレタン基材の配合量が少なくなりすぎるので、膨張性黒鉛の配合量は１８質量％程度が好ましく、リン酸系剤の配合量は２質量％程度が好ましい。
【００５５】
現在、防火規格を必要とする建物にあっては、定められた規格を満足するもの以外使用できない。
例えば、発泡ウレタンを用いた材料は、防火規格を必要とする建物で使用するためには、火災時の発熱量等が規格を合格する必要がある。
【００５６】
そこで、本発明は、ＩＳＯ５６６０−１コーンカロリーメータ法に準拠した試験方法による発熱性試験の判定基準を合格する不燃断熱パネル体とすることで、防火規格を必要とする建物に使用できる不燃断熱パネル体とした。
【００５７】
ＩＳＯ５５６６０−１コーンカロリーメータ法による発熱性能試験装置は、図７に示すとおりである。
つまり、試験体ホルダ１０、点火用プラグ１１、輻射電気ヒータ１２、排気フード１３、遠心式排気ファン１４、熱電対１５、流量測定用オリフィスプレート１６等を備えている。
試験体ホルダ１０に試験体２０を置き、輻射電気ヒータ１２による一定の輻射熱を放射した状態で、試験体２０の燃焼で消費された酸素の減少量から酸素消費法に基づき発熱量を求めるものである。
【００５８】
発熱性試験の判定基準は次のとおりである。
ａ．加熱開始後２０分間の総発熱量が８ＭＪ／ｍ２であること。つまり、総発熱量８ＭＪ／ｍ２以下であること。
ｂ．加熱開始後２０分間、最高発熱速度が１０秒以上継続して２００ＫＷ／ｍ２を越えないこと。つまり、最高発熱速度１０秒間２００ＫＷ／ｍ２以下であること。
ｃ．加熱終了時初期形状が保全されていること。例えば、表裏面に貫通した穴等が形成されないこと。
【００５９】
表面被覆パネル２、裏面被覆パネル３は厚さ１０ｍｍの繊維混入ケイ酸カルシウム板とし、発泡ウレタンの材質を種々変えることで、厚さ５０ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ１００ｍｍの試験体を作製し、各試験体を図７に示す発熱性試験装置を用いて発熱性試験を実施した。リン酸系剤としてリン酸グアニジンを用いた。
【００６０】
第１の試験体Ａは、発泡ウレタンの材質がイソシアネート４０質量％、ポリオール（発泡材含む）４０質量％、膨張性黒鉛８質量％、リン酸系剤６質量％、雲母６質量％である。つまり、燃焼試験をした第２試験体である。
【００６１】
第２の試験体Ｂは、発泡ウレタンの材質がイソシアネート４１質量％、ポリオール（発泡材含む）４１質量％、膨張性黒鉛１２質量％、リン酸系剤６質量である。つまり、燃焼試験をした第３試験体である。
【００６２】
第３の試験体Ｃは、発泡ウレタンの材質がイソシアネート３８質量％、ポリオール（発泡材含む）４２質量％、膨張性黒鉛１８質量％、リン酸系剤２質量％である。つまり、燃焼試験をした第４試験体である。
【００６３】
試験結果は次のようであった。
第１の試験体Ａの試験結果は表６及び図８に示す図表のとおりであった。
【００６４】
【表６】
0005950312.tif 000007
【００６５】
第２の試験体Ｂの試験結果は表７及び図９に示す図表のとおりであった。
【００６６】
【表７】
0005950312.tif 000008
【００６７】
第３の試験体Ｃの試験結果は表８及び図１０に示す図表のとおりであった。
【００６８】
【表８】
0005950312.tif 000009
【００６９】
試験結果より、第１の試験体Ａは、総発熱量が２１．１ＭＪ／／ｍ２で不合格である。加熱終了時に収縮があり不合格である
第２の試験体Ｂは、総発熱量が１４．３／ｍ２で不合格である。
【００７０】
第３の試験体Ｃは、総発熱量が３．４ＭＪ／ｍ２で合格である。最高発熱速度１０秒間２００ＫＷ／ｍ２以下で合格である。加熱終了時初期形状を保全しているので合格である。
【００７１】
このことから、発泡ウレタンの材質が、イソシアネート３８質量％、ポリオール（発泡材含む）４２質量％、膨張性黒鉛１８質量％、リン酸系剤２質量％であるパネル体は、ＩＳＯ５６６０−１コーンカロリーメータ法による試験の判定基準を合格した不燃断熱パネル体である。
なお、イソシアネート、ポリオール、膨張性黒鉛、リン酸系剤の配合量は、±２％程度差があってもＩＳＯ５６６０−１コーンカロリーメータ法による試験の判定基準を合格した不燃断熱パネル体となる。
【００７２】
つまり、発泡ウレタンの材質が、イソシアネート３７〜３９質量％、ポリオール（発泡材含む）４１〜４３質量％、膨張性黒鉛１７〜１９質量％、リン酸系剤１〜３質量％で、表面被覆パネル２、裏面被覆パネル３が繊維混入ケイ酸カルシウム板又はフェノール板であるパネル体は、ＩＳＯ５６６０−１コーンカロリーメータ法に準拠した試験方法による発熱性試験の判定基準を合格した不燃断熱パネル体であることが判る。
【符号の説明】
【００７３】
２…表面被覆パネル、３…裏面被覆パネル、４…発泡ウレタン。
【図１】
0005950312.tif 000010
【図２】
0005950312.tif 000011
【図３】
0005950312.tif 000012
【図４】
0005950312.tif 000013
【図５】
0005950312.tif 000014
【図６】
0005950312.tif 000015
【図７】
0005950312.tif 000016
【図８】
0005950312.tif 000017
【図９】
0005950312.tif 000018
【図１０】
0005950312.tif 000019