スプレーフォーム

スプレーフォーム（英国では膨張フォーム）は、一般的にサイドAとサイドBと呼ばれる2つの成分の化学反応によって生成される化学製品です。^{[1]サイドAには、}イソシアネートと呼ばれる非常に反応性の高い化学物質が含まれています 。サイドBには、イソシアネートと反応してポリウレタンを作るポリオールと、触媒（反応を起こすのを助ける）、難燃剤、発泡剤、界面活性剤などの他の化学物質の混合物が含まれています。これらは互いに混合されると反応し、所定の位置にスプレーされた後、液体の体積の30〜60倍まで膨張します。この膨張により、梱包される製品の形状に合わせて形成され、実質的に空気の侵入がなく高い断熱値を生み出す特殊な梱包材として役立ちます。

オットー・バイエル（1902-1982）は1937年にポリウレタンを発明したとされています。彼は少量の化学物質を混合することで乾燥したフォーム材料を作ることができるという基本的なアイデアを探求し、ポリウレタンフォームの合成に成功しました。^[2]

ポリウレタンは、靴底やクッションから工業用途まで、さまざまな用途に開発されました。1940年代には硬質フォームが飛行機に使用され、^[3] 1979年にはポリウレタンが建物の断熱材として使用され始めました。^[4]

R 値とは、熱の流れに対する熱抵抗を表す用語です。断熱材の R 値が高いほど、断熱性が高くなります。スプレー ポリウレタン フォームには、さまざまな密度とセル構造があります。低密度フォームはオープン セル SPF と呼ばれ、高密度フォームはクローズド セル フォームと呼ばれます。1.8 ～ 2 ポンドのポリウレタン フォームは、住宅や建物で使用されている、すぐに入手できるスプレー フォーム断熱材の中で最も高い R 値を持っています。^[5]

ポリウレタンは、最初はセル内に低伝導性のガスを含む独立気泡フォーム断熱材です。^[6] ガスの熱抵抗が高いため、スプレーポリウレタン断熱材の初期R値は通常、1インチあたりR-3.4〜R-6.7程度です。^[6] 比較すると、グラスウールのR値は通常、1インチあたりR-3〜R-4しかありません。^[7]

フォーム断熱材は、3 つの熱伝達形式すべてをブロックします。

伝導熱伝達

物質内の高温領域から低温領域への熱エネルギーの流れ。フォーム熱硬化性プラスチックは、分子結合が非常に緩いため、伝導熱伝達が低下します。また、設置されたスプレーフォームのセルには、オープンセルフォームの場合は空気が充填され、クローズドセルフォームの場合は HFC (365mfc、227ea、245fa ) または H(C)FO (1336mzz(Z)、1233zd(E) ) が充填されます。

放射熱伝達

光の形の熱エネルギー (通常は赤外線ですが、基材が可視範囲で輝くほど高温の場合は除きます) が、温かい表面によってより強く放射され、特に赤外線反射率の低い他の材料 (マットブラック仕上げなど) によって吸収されるプロセスです。放射熱伝達には媒体は必要ありません。スプレーフォーム断熱材などのフォーム断熱材は、ほとんどの固体材料と同様に、熱放射に対して不透明です。

対流熱伝達

他の場所で発生した熱は、水やこの場合は空気などの流体によって運ばれます。スプレーフォーム断熱材の最も重要な特性は、建物構造内にカスタムの気密エンベロープを作成し、気密にする機能です。気密のさらなる利点は、暖房月には内部から外部への対流熱伝達をブロックし、冷房月にはその逆の対流熱伝達をブロックできることです。これは、輸送手段としての浸透による空気の動きの助けがなければ、熱は建物エンベロープの隙間から逃げることができないからです。

スプレーフォームは、非常に特殊な梱包材で、貴重で壊れやすい品物の輸送によく使用されます。エンジニアリングされた梱包原理は、彫刻、花瓶、大型の化石、ランプ台、胸像、コンピューター、家具、シャンデリア、その他の変わった形状の品物を保護するように設計されています。液体フォームは液体状態の 30 ～ 60 倍の体積に膨張するため、ほぼあらゆるサイズ、形状、重量を効果的に保護します。

上部と下部の型のカスタムフィットにより、対象物を安全かつ均一に保護します。より具体的なニーズに対応するために使用できる代替材料にはさまざまな種類があります。

スプレーフォーム断熱材またはスプレーポリウレタンフォーム (SPF)は、グラスファイバーなどの従来の建築断熱材の代替品です。イソシアネートとポリオール樹脂の 2 成分混合物がガンの先端で混合され、膨張フォームを形成します。このフォームは屋根瓦、コンクリートスラブ、壁の空洞、または完成した壁の空洞にドリルで開けた穴に吹き付けられます。

「スプレーフォーム」は、断熱性を高め、空気の浸入を最小限に抑えるために建築工事で使用されるさまざまなプラスチックフォーム材料を指す非公式な用語でもあります。ポリウレタンとポリイソシアヌレートは、この用途で使用される 2 種類のフォームです。

スプレーポリウレタンフォーム（SPF）断熱材は、低密度オープンセルスプレーフォーム断熱材と中密度クローズドセルスプレーフォーム断熱材の2種類に分類できます。どちらのタイプのSPFも、数百万個の小さなセルで構成される熱硬化性セルラープラスチックです。^[8]

オープンセル断熱材は手で潰すことができ、断熱値も低くなります。クローズドセルは触ると硬く、各空気セルは完全に密閉されています。クローズドセルフォームはR値が高いですが、購入コストが高くなります。^[9]

中密度クローズドセルスプレーフォーム（ccSPF）

中密度クローズドセルフォーム断熱材は、2ポンド（2 lb）フォームとも呼ばれます。これは、長期熱抵抗（LTTR）R値が1インチあたり5.1～6の範囲にある硬質断熱材です^[10]。必要な最小厚さ50 mmで設置すると、ccSPFは蒸気バリアと空気バリアの両方の役割を果たします。

カナダでは、国家建築基準法において、ccSPFの製造と設置に適用される2つの基準、CAN/ULC S705.1材料基準とCAN/ULC S705.2国家適用基準が参照されています。設置基準では、カナダでccSPFを設置するすべての業者に免許の取得と写真付き身分証明書の所持が義務付けられています。^[11]

通常、フォームの自然な色は黄色ですが、カナダではCCMCに登録されているすべてのccSPFは、現場での識別のために固有の色を付ける必要がある。^[12]

軽量オープンセルスプレーフォーム（ocSPF）

軽量オープンセルSPFは、一般的にハーフポンドフォームとして知られています。スポンジのような外観を持つ半硬質材料で、施工中に膨張し、二酸化炭素で満たされた小さなオープンセルを形成します。施工中に膨張する能力があるため、亀裂、割れ目、空隙を埋め、不規則な表面や基材に付着して気密断熱材を形成します。^[13]

R 値はさまざまですが、ほとんどの ocSPF 製品の R 値は 1 インチあたり約 3.8 です。中密度のクローズドセル SPF とは異なり、ocSPF の薄い層は、オープンセル構造を通して空気が浸透するため、特に防湿層として効果的ではありません。ただし、5.5 インチ以上に取り付けると、ocSPF は空気バリアとして機能します。空気の漏れをブロックして吸収することで遮音効果を発揮するため、内壁によく使用されます。通常は屋内用途にのみ推奨されます。

東南アジア諸国でよく知られている使用法は、スプレーガンで高圧下で屋根瓦の底に泡を吹き付けて塗布する方法です。こうすると、硬くて柔軟な硬質フォームの層が形成され、すべての瓦を互いに、また鉄骨構造に密着させます。

この噴霧方法は、特にタイで非常に人気があり、ひどい漏水を防ぐだけでなく、屋根が常にさらされている膨大な熱に対する断熱材としても役立ちます。

この熱帯の暑さにより、この地域の多くの屋根を支える鋼鉄の下部構造が継続的に膨張と収縮を起こし、その上に載っている瓦の位置がわずかに変化します。このずれにより、瓦と下部構造の間に小さな隙間ができ、そこから雨水が浸入して雨漏りが発生し、漆喰塗りの天井、電気配線、および屋根を支える建物のその他の部品が損傷する可能性があります。

英国では約15万件の住宅にポリウレタンフォーム断熱材が施されている。既存および新築の建物での使用が英国協定委員会の承認を受けており、建築規制に準拠していることが証明できるシステムもある。しかし、誤って使用したり湿気の多い場所に使用したりすると、スプレーフォーム断熱材は湿気を閉じ込めて屋根を破損させる可能性がある。^[14] その結果、英国では、特にクローズドセルタイプのスプレーフォーム断熱材が使用されている住宅の購入や借り換えに融資を提供する住宅ローン業者はほとんどない。^[14]

カナダ国家建築基準法は、2 ポンドの中密度クローズドセルポリウレタンフォームのすべての設置時に従わなければならない CAN/ULC S705.2 国家適用基準を参照しています。CAN/ULC-S705.1 準拠の中密度スプレー塗布フォームのすべての設置者は、フォームをスプレーするためにライセンスを取得し、ライセンスが良好な状態であることを示す品質保証プログラム (QAP) プロバイダーによって発行された有効な写真付き ID を保持している必要があります。

米国では、スプレーフォーム断熱材とウォールインジェクションと呼ばれる新技術を使用して、構造フレームの壁スタッド間に小さな穴を開け、その隙間をあまり膨張しない水性フォームで埋めることで、既存の壁構造を改修するようになりました。これにより、既存の住宅所有者や事業主は、既存の構造に断熱エンベロープを作成し、エネルギーを節約できます。

スプレーフォーム断熱材は、他の断熱材と同様に、エネルギーコストを節約し、光熱費を下げます。米国エネルギー省の調査によると、住宅のエネルギーの 40% は、壁、窓、出入り口からの空気の侵入によって失われています。スプレーフォーム断熱材で処理された建物は、従来の断熱材製品よりも 50% も断熱性が優れています。

適切に設置された断熱材は、湿気から保護するように設計されたシステムの一部となり、有害なカビや木材の腐敗 の可能性を減らすという利点があります。

建物の温度と湿度のコントロールに加えて、スプレーフォーム断熱材は騒音を減らすためにもよく使用されます。フォーム断熱材は空気伝搬音の障壁として機能し、断熱されていない構造と比較して、建物の屋根、床、壁を通る空気伝搬音の伝達を減らします。 ^[15]

米国では、スプレーフォーム断熱材を使用した住宅は、州税および連邦税の控除の対象となることが多い。^[16]

あらゆるタイプの断熱材は、かなりのエネルギー損失を防ぎます。スプレーフォームなどの一部のタイプは、空気の漏れも防ぎます。断熱材は、暑い気候でもエアコンの使用を減らすことでエネルギーを節約できます。

ほとんどのクローズドセルスプレーフォームは、地球温暖化係数の高いハイドロフルオロカーボン（HFC）発泡剤を使用して形成されており、それらがもたらすエネルギー節約による気候への利点が部分的または完全に相殺されています。モントリオール議定書、京都議定書、キガリ改正、パリ気候協定などの国際条約にはすべて、環境に優しくない発泡剤を段階的に廃止し、代替する要件が含まれています。米国では、米国環境保護庁（EPA）の重要新代替政策（SNAP）プログラムに基づく2015年の規則により、特定の高GWP発泡剤の段階的廃止と低GWP製品への移行が規制されました。この規則により代替品リストが増加し、フォーム発泡における高GWPハイドロフルオロカーボン（HFC）の使用が制限されました。

2017年初頭現在、数社のスプレーフォーム供給業者が、 この問題のないハイドロフルオロオレフィン（HFO）発泡剤で吹き付けられたスプレーフォームの供給を開始している。 ^[17] 2002年に、Foam Supplies Incorporatedは、クロロフルオロカーボン（CFC）、ハイドロクロロフルオロカーボン（HCFC）、ハイドロフルオロカーボン（HFC）を含まないエコメイト®と呼ばれる新世代の環境に優しいフォーム発泡剤で世界的な特許を取得しました。これは天然に存在するメチルメタノエートに基づいています。

スプレーフォーム断熱材は、硬化後にのみ 通常は無毒になります。硬化中にスプレーフォームからガスが放出され、視界がぼやけたり呼吸が困難になったりします。製品を塗布する際には、顔全体と呼吸器を保護する保護具を着用することをお勧めします。

イソシアネートは、目、胃腸、呼吸器官に強い刺激を与えます。イソシアネートが直接皮膚に接触すると、著しい炎症を引き起こすこともあります。症状が現れると、目に砂が入っているような感じがすると言う人もいます。腕、胸、首に発疹が出る人もいます。

イソシアネートに過剰にさらされると、作業員は過敏症になり、再びさらされると喘息発作を起こしやすくなります。呼吸器の炎症は化学性気管支炎に進行する場合があります。さらにさらされると、発作を起こすために必要なイソシアネートの量が少なくなり、発作が起こりやすくなります。

イソシアネートに曝露した労働者において、過敏性肺炎（HP）の散発的な症例も報告されています。症状は発熱、筋肉痛、頭痛など、インフルエンザに似ています。その他の症状としては、乾いた咳、胸の圧迫感、呼吸困難などがあります。慢性HPの患者は、呼吸困難、疲労、体重減少が徐々に進行することがよくあります。急性HPの患者は、曝露後4～6時間で症状が現れるのが一般的です。^[5]

新世代のスプレーフォーム断熱材の硬化時間は非常に短く、硬化するとフォームは完全に不活性で無毒になります。

• 建築断熱材
• 断熱材（断熱材一覧）
• R値（断熱）

• Khazabi, Mustafa (2015 年 7 月 23 日)。「天然繊維で強化したバイオポリオール スプレー フォーム断熱材の調査」(PDF)。トロント大学。2021年1 月 4 日閲覧。