(57)【要約】  本発明は、その一部がポリカーボネートシートの０．２５倍以上、１倍未満の厚さのガラス層に積層された少なくとも１つのポリカーボネートシートを含んでなる軽量爆発軽減ポリカーボネート積層体システムを提供する。積層体システムは、さらに、積層システムを爆発事態の場合の破損または剥離から防止するために位置付けられた、システムを建造物に添着させるファスナーを含んでいてもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリカーボネートシートおよびガラス層を含んでなる爆発軽減ポリカーボネート積層システムであって、
該ポリカーボネートシートの少なくとも一部が、該ガラス層に積層され、かつ、該ガラス層の厚さが、該ポリカーボネートシートの厚さの０．２５倍以上、１倍未満、好ましくは該ポリカーボネートシートの厚さの０．５〜０．７倍である、爆発軽減ポリカーボネート積層システム。
【請求項２】
前記ポリカーボネートシートの厚さが１．９ｃｍ〜２．１ｃｍである、請求項１に記載の爆発軽減ポリカーボネート積層システム。
【請求項３】
前記ポリカーボネートシートおよび前記ガラス層がそれぞれパネルの構成部品であり、該パネルの厚さが１．９ｃｍ〜７ｃｍ、好ましくは４．４ｃｍ〜５．７ｃｍである、請求項１または２に記載の爆発軽減ポリカーボネート積層システム。
【請求項４】
第二のポリカーボネートシートをさらに含んでなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の爆発軽減ポリカーボネート積層システム。
【請求項５】
前記ポリカーボネートシートおよび前記ガラス層がそれぞれパネルの構成部品であり、かつ、前記システムが、パネルを建造物に添着させるためのファスナーをさらに含んでなり、該ファスナーが該パネルの端から１．１ｘ〜１．６ｘ、好ましくは該パネルの端から１．２ｘ〜１．５ｘの距離に位置しており、ここで、ｘが該パネルの厚さである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の爆発軽減ポリカーボネート積層システム。
【請求項６】
前記ポリカーボネートシートおよび前記ガラス層がそれぞれパネルの構成部品であり、かつ、前記システムが、パネルを建造物に添着させるためのファスナーをさらに含んでなり、該ファスナーが別のファスナーから１．１ｘ〜１．６ｘ、好ましくは別のファスナーから１．２ｘ〜１．５ｘの距離に位置しており、ここで、ｘが該パネルの厚さである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の爆発軽減ポリカーボネート積層システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の参照】
【０００１】
本出願は、２０１５年２月９日に出願した米国特許出願第６２／１１３，８４８号の優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、爆発（blast）軽減システム、具体的には、少なくとも１つのポリカーボネートパネルを含んでなる軽量爆発軽減ポリカーボネート積層体システムに関する。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
本発明は、図解を目的として説明され、以下の図に結び付けて制限されることはない。
【図１】図１は、システムがシミュレーションされた爆発事態に曝される前に、パネルにボルトを、それを定位置に維持するために添着した、本発明の積層体システムのコンピューター・シミュレーションを示している図である。
【図２】図２は、システムが、爆発事態に曝された後の図１の積層体システムのコンピューター・シミュレーションを示し、パネルに対する種々の圧力の漸次的変化を示している図である。
【図３】図３は、図１の積層体システムのコンピューター・シミュレーションからのグラフを示している図であり、図２のような同一のシミュレーションされた爆発の間および後の、パネルの、その元の位置からのパネルの中央での移動を描写している。
【発明の具体的説明】
【０００４】
本明細書には、爆発耐性および／または弾丸（ballistic）耐性を建造物に与えるために、建造物およびその占有者への顕著な損傷を防止するために、建造物にパネルとして添着してもよい、幾つかの異なるシステムが記載されている。本発明のパネルは、少なくとも１つのモノリシック構造の、好ましくは２つ以上の重ね合わさった、積層されたかおよび／または積層体を形成するために互いに接着結合された、ポリカーボネートシートを含んでなる。
【０００５】
本発明の建築用防護パネル（structural insulated panel）に有用なポリカーボネートシートは、透明であることが好ましいが、本発明の発明者らは、それらが半透明または不透明である状況も意図している。本発明の建築用防護パネルに有用なシートを製造するために好適なポリカーボネート樹脂は、ホモポリカーボネートおよびコポリカーボネートであり、両方とも直鎖状または分岐状の樹脂であり、かつそれらの混合物である。
【０００６】
ポリカーボネートは、好ましくは１０，０００〜２００，０００、より好ましくは２０，０００〜８０，０００の重量平均分子量を有し、３００℃でのＡＳＴＭ  Ｄ−１２３８によるそのメルトフロー率は、好ましくは１〜６５ｇ／１０分、より好ましくは２〜３５ｇ／１０分である。それらは、例えば、重縮合によるホスゲンおよびジヒドロキシ化合物等の炭酸誘導体から公知の二相界面法によって製造してもよい（ドイツ出願公開２，０６３，０５０；２，０６３，０５２；１，５７０，７０３；２，２１１，９５６；２，２１１，９５７および２，２４８，８１７；フランス特許１，５６１，５１８；およびH. Schnellによるモノグラフ, “Chemistry and Physics of Polycarbonates”, Interscience Publishers, New York, New York, 1964を参照のこと）。
【０００７】
本明細書において、本発明のポリカーボネートの製造に好適なジヒドロキシ化合物は、下記の構造式（１）または（２）：
【化１】
2018505800.tif 000003
［式中、
Ａは、１〜８個の炭素原子を有するアルキレン基、２〜８個の炭素原子を有するアルキリデン基、５〜１５個の炭素原子を有するシクロアルキレン基、５〜１５個の炭素原子を有するシクロアルキリデン基、カルボニル基、酸素原子、硫黄原子、−ＳＯ−または−ＳＯ２または式（３）：
【化２】
2018505800.tif 000004
に適合する基を意味し；
ｅおよびｇは、両方とも０〜１の数を意味し；
Ｚは、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒまたはＣ１−Ｃ４アルキルを意味し、幾つかのＺ基が１つのアリール基の置換基である場合、それらは同一であるかまたは互いに異なっていてもよく；
ｄは、０〜４の整数を意味し；かつ
ｆは、０〜３の整数を意味する。］
に適合する。
【０００８】
ジヒドロキシ化合物の中で本発明の実行に有用なものは、ハイドロキノン、レゾルシノール、ビス−（ヒドロキシフェニル）−アルカン類、ビス−（ヒドロキシフェニル）−エーテル類、ビス−（ヒドロキシフェニル）−ケトン類、ビス−（ヒドロキシフェニル）−スルホキシド類、ビス−（ヒドロキシフェニル）−スルフィド類、ビス−（ヒドロキシフェニル）−スルホン類、およびα，α−ビス−（ヒドロキシフェニル）−ジイソプロピルベンゼン類、同様にそれらの核アルキル化化合物である。これらおよびさらに好適な芳香族ジヒドロキシ化合物は、例えば、米国特許５，４０１，８２６，５，１０５，００４；５，１２６，４２８；５，１０９，０７６； ５，１０４，７２３；５，０８６，１５７；３，０２８，３５６；２，９９９，８３５；３，１４８，１７２；２，９９１，２７３；３，２７１，３６７；および２，９９９，８４６に記載され、それらは本明細書に参照することによって組み込まれている。
【０００９】
好適なビスフェノール類のさらなる例は、２，２−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）−プロパン（ビスフェノールＡ）、２，４−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）−２−メチル−ブタン、１，１−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）−シクロヘキサン、α，α’−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−ジイソプロピルベンゼン、２，２−ビス−（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−プロパン、２，２−ビス−（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）−プロパン、４，４’−ジヒドロキシ−ジフェニル、ビス−（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−メタン、２，２−ビス−（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−プロパン、ビス−（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−スルフィド、ビス−（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−スルホキシド、ビス−（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−スルホン、ジヒドロキシ−ベンゾフェノン、２，４−ビス−（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−シクロヘキサン、α，α’−ビス−（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−ジイソプロピル−ベンゼンおよび４，４’−スルホニルジフェノールである。
【００１０】
特に好適な芳香族ビスフェノール類の例は、２，２−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）−プロパン、２，２−ビス−（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−プロパン、１，１−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）−シクロヘキサンおよび１，１−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサンである。最も好ましいビスフェノールは、２，２−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）−プロパン（ビスフェノールＡ）である。
【００１１】
本発明の建築用防護パネルを生産するために有用なポリカーボネートは、その構造内に１つ以上の好適なビスフェノールに由来する単位を伴っていてもよい。
【００１２】
樹脂の中で、本発明の実行に有用なものは、フェノールフタレイン系ポリカーボネート、コポリカーボネート類およびターポリカーボネート類であって、例えば、米国特許３，０３６，０３６および４，２１０，７４１に記載されたとおりのものであり、両方とも本明細書に参照することによって組み込まれている。この組み込みは、フェノールフタレイン系ポリカーボネート類、コポリカーボネート類およびターポリカーボネート類の構造、成分および成分の比に関して特異的であることが好ましい。
【００１３】
本発明の建築用防護パネルを製造するために有用なポリカーボネートは、少量、例えば、０．０５〜２．０ｍｏｌ％（ビスフェノールに対して）のポリヒドロキシル化合物をその中に縮合させることによって分岐させてもよい。この種のポリカーボネートは、例えば、ドイツ出願公開１，５７０，５３３；２，１１６，９７４および２，１１３，３７４；イギリス特許８８５，４４２および１，０７９，８２１ならびに米国特許３，５４４，５１４において記載されていて、それらは本明細書に参照することによって組み込まれている。次に記載されているのは、本目的に使用してもよいポリヒドロキシ化合物の幾つかの例である：フロログルシノール；４，６−ジメチル−２，４，６−トリ−（４−ヒドロキシフェニル）−ヘプタン；１，３，５−トリ−（４−ヒドロキシフェニル）−ベンゼン；１，１，１−トリ−（４−ヒドロキシフェニル）−エタン；トリ−（４−ヒドロキシフェニル）−フェニル−メタン；２，２−ビス−［４，４−（４，４’−ジヒドロキシジフェニル）］−シクロヘキシル−プロパン；２，４−ビス−（４−ヒドロキシ−１−イソプロピリジン）−フェノール；２，６−ビス−（２’−ジヒドロキシ−５’−メチルベンジル）−４−メチル−フェノール；２，４−ジヒドロキシ安息香酸；２−（４−ヒドロキシフェニル）−２−（２，４−ジヒドロキシ−フェニル）−プロパンおよび１，４−ビス−（４，４’−ジヒドロキシトリ−フェニルメチル）−ベンゼン。その他の多官能化合物の幾つかは、２，４−ジヒドロキシ−安息香酸、トリメシン酸、塩化シアヌルおよび３，３−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）−２−オキソ−２，３−ジヒドロインドールである。
【００１４】
前述の重縮合方法に加えて、本発明のポリカーボネート製造のためのその他の方法は、均一相における重縮合およびエステル交換である。好適な方法は、米国特許３，０２８，３６５；２，９９９，８４６；３，１５３，００８；および２，９９１，２７３に記載され、それらは本明細書に参照することによって組み込まれている。
【００１５】
ポリカーボネートの製造に好ましい方法は、界面重縮合法である。本発明のポリカーボネート生成のためのその他の合成方法には、本明細書に参照することによって組み込まれている米国特許３，９１２，６８８に開示されているものなどを使用してもよい。好適なポリカーボネート樹脂は、例えば、ＭＡＫＲＯＬＯＮ（商標）で、ペンシルベニア州、ピッツバーグ、Ｃｏｖｅｓｔｒｏ  ＬＬＣより入手可能である。ポリカーボネートは、本明細書の建築用防護パネルにおいてシートまたはフィルムの形態で用いられることが好ましい。好適なポリカーボネートシートは、ＨＹＧＡＲＤ（商標）で同様にＣｏｖｅｓｔｒｏ  ＬＬＣから入手可能である。
【００１６】
本発明のパネルには、さらなる弾丸耐性を与えるために、少なくとも１つのガラス層を場合により含んでいてもよい。その１つ以上のガラス層は、ポリカーボネートシートに対してまたは任意の２つのポリカーボネートシートの間に積層してもよい。さらに、ポリカーボネートシートとガラス層との間に接着層があってもよい。ガラスは、はめ込みとして追加しても、あるいはポリカーボネート層の全体の長さおよび幅に沿って延長させて追加しても、どちらでもよい。
【００１７】
以前は、システムに十分な爆発耐性を付与するために、最低で厚さ１インチのポリカーボネートが必要であると信じられていた。全体の費用およびパネルの重量およびそれらが添着している建造物に対するそれぞれの重量負荷を低減するためには、より薄いおよび／またはより軽いパネルが望ましい。しかしながら、そのような材料で出来たより薄いおよび／またはより軽いパネルをどのように達成するか、以前は知られていなかった。本明細書で記載されているように、十分な爆発耐性または爆発耐性および弾丸耐性が付与された、より薄いおよび／またはより軽いパネルを生産し得る。
【００１８】
本発明の一態様において、パネルに、ポリカーボネートおよびガラス両方のより薄いおよびより軽い層が用いられ、ポリカーボネートの厚さ約３／４インチ〜約１３／１６インチ（約１．９ｃｍ〜約２．１ｃｍ）が達成される。このような薄いパネルを作るにあたり遭遇する１つの課題は、パネル全体にわたってガラスを適用することである。その理由は、ガラスがポリカーボネートおよび接着ラミネートシステムに適用された場合、システムは「たわむ（bow）」または曲がるかもしれない（即ち、パネルは平坦に維持されないかもしれない）からである。その結果として、パネルは伝統的な様式で組み入れることができず、それは恐らく必要とされている爆発耐性および弾丸耐性の最低レベルに満たないであろう。
【００１９】
しかしながら、ガラス厚さのポリカーボネート厚さに対する比を調整することによって、ガラスの、ポリカーボネートおよび接着層システムに適用した際のたわみまたは曲がりの課題が解決され得ることが見出された。具体的には、ポリカーボネート厚さに比例してより少ない厚さのガラスを用いることが好ましいことが見出された。特に、ガラス／ポリカーボネートの厚さ比が約１倍未満、約０．２５倍以上であることが好ましいことが見出された。本発明の別の態様において、ガラス／ポリカーボネートの厚さ比約０．５〜約０．７も好ましい。
【００２０】
パネルの全体的な厚さを最小化することが軽量な爆発軽減ポリカーボネートシステムを生産するために重要であることも見出された。即ち、ポリカーボネートシートおよびガラス層を有するラミネートシステムの全体的な厚さを制限することが発見され、ここでガラスの厚さはポリカーボネートの厚さより小さく、２．７５インチ（7.0ｃｍ）以下であるべきである。２．７５インチ以下の厚さを有するこの種の積層体システムは、軽量であると考えられる。
【００２１】
加えて、爆発耐性および／または爆発耐性および弾丸耐性の十分なレベルを維持するために、パネルは、十分な量のポリカーボネートおよび／またはガラス材を依然として維持しなければならない。本発明の好ましい態様において、パネルの厚さは、約０．７５インチ〜約２．７５インチ（約１．９ｃｍ〜約７．０ｃｍ）である。本発明の別の態様において、パネルの厚さは、約１．７５インチ〜約２．２５インチ（約４．４ｃｍ〜約５．７ｃｍ）である。本発明のさらに別の好ましい態様において、厚さは約２．０インチ（約５．１ｃｍ）である。
【００２２】
爆発耐性および弾丸耐性のために、より薄いパネルを使用する試みの中で遭遇した別の課題は、パネルを建造物へ添着させているファスナーからそのようなパネルが剥がれやすくなる傾向であり、従ってそれらが添着していた建造物を防護し損ねることである。この課題は、パネルと接続して使用されるより強固なボルトまたはその他のファスナーの場合でさえも、繰り返されるようである。このようなボルトまたはファスナーの位置調整をすることで、パネルの爆発攻撃または弾丸攻撃に耐える能力に驚くべき効果があり得ることが発見された。具体的には、パネルの端からより遠くの距離でボルトまたはその他のファスナーを位置調整することによって、パネルが攻撃された後にファスナーから剥がれるのを防止することが見出された。特に、本発明の軽量バリアに対するコンピューターでモデリングした爆発によって、ボルトまたはファスナーが、パネルの厚さの少なくとも１．１倍、好ましくはパネルの厚さの１．１〜１．６倍、より好ましくはパネルの厚さの１．２〜１．５倍の端からの距離に位置された際に効果的であることが証明された。加えて、ボルト間またはその他のファスナー間の距離は、少なくともそれらがパネルの端から離れている距離と同一の距離で互いに離れているべきであることも見出された。その理由は、添付の図に示されているように、爆発によってまずパネルがボルトやその他のファスナーから引き離されると思われ、その後爆発の力によって、パネルがボルトまたはその他のファスナーから取り外されるか、またはパネルが全体的に崩壊するのに十分なほどパネルがひび割れるようであるからである。本明細書に記載された様式でボルトまたはその他のファスナーを再位置調整することによって、パネルが、約３/４〜約１３／１６インチ（約１．９ｃｍ〜約２．１ｃｍ）のポリカーボネートの厚さを有するパネルについて先行技術において公知であったかまたは期待されていたものより大きな爆発力および／または弾丸力に耐えることができるであろう。
【００２３】
加えて、ガラス層の厚さをポリカーボネートの厚さの０．２５倍以上、約１倍未満、好ましくは約０．５〜約０．７倍とし、パネルの全体的な厚さを約０．７５インチ〜約２．７５インチ（約１．９ｃｍ〜約７．０ｃｍ）、好ましくは約１．７５インチ〜約２．２５インチ（約４．４ｃｍ〜約５．７ｃｍ）、より好ましくは２．０インチ（約５．１ｃｍ）とし、かつボルトまたはその他のファスナーをパネルの端から以上に記載したとおりに離して再位置調整して、ポリカーボネートおよびガラス両方の層を有するパネルを組み合わせることによって、厚さに相対してパネルの爆発耐性および／または弾丸耐性に対する相乗効果があることが信じられている。ボルトの位置調整と合わさった材料と全体的な厚さのこの組み合せによって、以前より知られていたかまたはむしろ期待されていたものより驚くべき水準の爆発耐性および／または爆発耐性および弾丸耐性を産出することが信じられている。
【００２４】
図１において示すように、ボルトは本発明の厚さのパネルに添着されている。図２は、爆発の図１に示したパネルに対する圧力およびそのような圧力の起こし得る効果を示す、爆発のコンピューター・シミュレーションである。図２において示すように、パネルは、爆発の結果として、爆発によってボルトの位置が、パネルが位置に留まるか否か決定的な違いをもたらし得、従って建造物を防護すると考えられるように曲げられている。図３は、図２に示した爆発シミュレーションに起因する、破壊されていない、または剥がれていない成功したパネルの折り曲げを示す。
【００２５】
ガラス被覆ポリカーボネートパネルは、非対称ガラス被覆パネルまたは絶縁ガラス被覆パネルを含んでなっていてもよい。上記に言及したように、各パネル層は、さらに１つ以上からなっていてもよい。
【００２６】
本発明の好ましい態様を以下にまとめる。
【００２７】
事項１．以下を含んでなる爆発軽減ポリカーボネート積層システム：
−ポリカーボネートシート；および
−ガラス層；
ここで、該ポリカーボネートシートの少なくとも一部が、該ガラス層に積層され、かつ、該ガラス層の厚さが、該ポリカーボネートシートの厚さの０．２５倍以上、１倍未満、好ましくは該ポリカーボネートシートの厚さの０．５〜０．７倍である。
【００２８】
事項２．前記ポリカーボネートシートの厚さが１．９ｃｍ〜２．１ｃｍである、事項１の爆発軽減ポリカーボネート積層システム。
【００２９】
事項３．前記ポリカーボネートシートおよび前記ガラス層がそれぞれパネルの構成部品であり、該パネルの厚さが１．９ｃｍ〜７ｃｍ、好ましくは４．４ｃｍ〜５．７ｃｍである、事項１、２のいずれかの爆発軽減ポリカーボネート積層システム。
【００３０】
事項４．第二のポリカーボネートシートをさらに含んでなる、事項１〜３のいずれかの爆発軽減ポリカーボネート積層システム。
【００３１】
事項５．前記ポリカーボネートシートおよび前記ガラス層が、それぞれパネルの構成部品であり、かつ、前記システムが、パネルを建造物に添着させるためのファスナーをさらに含んでなり、該ファスナーが該パネルの端から１．１ｘ〜１．６ｘ、好ましくは該パネルの端から１．２ｘ〜１．５ｘの距離に位置しており、ここで、ｘが該パネルの厚さである、事項１〜４のいずれかの爆発軽減ポリカーボネート積層システム。
【００３２】
事項６．前記ポリカーボネートシートおよび前記ガラス層がそれぞれパネルの構成部品であり、かつ、前記システムが、パネルを建造物に添着させるためのファスナーをさらに含んでなり、該ファスナーが別のファスナーから１．１ｘ〜１．６ｘ、好ましくは別のファスナーから１．２ｘ〜１．５ｘの距離に位置しており、ここで、ｘが該パネルの厚さである、事項１〜５のいずれかの爆発軽減ポリカーボネート積層システム。
【図１】
2018505800.tif 000005
【図２】
2018505800.tif 000006
【図３】
2018505800.tif 000007
【国際調査報告】
2018505800.tif 000008
2018505800.tif 000009
2018505800.tif 000010