スプレーフォーム
ダクトから押し出されたスプレーフォーム断熱材。

スプレーフォーム（英国では膨張フォーム）は、建設および土木工学において、主に断熱材および充填材として使用される化学製品です。液体として生産されますが、すぐに膨張して硬化し、硬くて軽量な構造になります。これは、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ます。[ 1 ]サイド A には、イソシアネートと呼ばれる反応性の高い化学物質が含まれます 。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生成するポリオールと、触媒（反応を促進する）、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ます。これらは、互いに混合されると反応し、所定の位置に噴霧された後、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い高い断熱値を生み出す特殊な梱包材として役立ちます。

歴史

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発泡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、様々な用途に開発が進められました。1940年代には硬質フォームが航空機に使用され[ 3 ]、1979年には建物の断熱材として使用されるようになりました[ 4 ] 。

プロパティ

熱抵抗

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、断熱効果が高くなります。スプレーポリウレタンフォームには、様々な密度とセル構造のものがあります。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。住宅や建物で使用されている市販のスプレーフォーム断熱材の中で、1.8～2ポンドのポリウレタンフォームが最も高いR値を有しています。[ 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 ] これと比較して、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 つの形式の熱伝達をすべて遮断します。

伝導熱伝達
物質中を高温領域から低温領域へと熱エネルギーが流れる現象。熱硬化性プラスチック発泡体は、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は、オープンセルフォームの場合は空気で満たされ、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)）で満たされます。
放射熱伝達
光（通常は赤外線ですが、基材が可視光線で発光するほど高温の場合は除きます）の形で表される熱エネルギーが、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。放射伝熱は媒質を必要としません。スプレーフォーム断熱材などの発泡断熱材は、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輸送されます。スプレーフォーム断熱材の最も重要な特性は、気密性を高め、建物構造内にカスタムメイドの気密外皮を形成することです。気密性を高めることで、暖房時には室内から屋外への対流熱伝達を、冷房時にはその逆の対流熱伝達を遮断できるという利点もあります。これは、熱が外皮の隙間から逃げるには、空気の流れによる浸透が不可欠であるためです。

アプリケーション

包装用途

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。彫刻、花瓶、大型の化石、ランプ台、胸像、コンピューター、家具、シャンデリアなど、特殊な形状の物品を保護するために、工学的に設計された梱包原理を採用しています。液状フォームは液体の状態から最大30～60倍の体積に膨張するため、ほぼあらゆるサイズ、形状、重量の物品を効果的に保護します。

上部と下部の金型のカスタムフィットにより、対象物を安全かつ均一にクッションします。より特殊なニーズに対応するために、様々な代替素材もご用意しております。

アプリケーションの構築

ウォールタイト断熱フォームの吹き付け
訓練を受けた設置者によって閉鎖セルスプレーフォームが塗布されています。

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からなる2成分混合物がガンの先端で混合され、膨張する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、または仕上げ壁の空洞にドリルで開けた穴に吹き付けられます。

閉気泡ポリウレタン（PU）フォームは、汎用性の高い素材として広く認識されており、従来の壁や屋根の断熱材以外にも幅広い用途で使用されています。屋根、床、窓、壁の断熱材として広く利用されているほか、コンテナ、ボート、床下、地下室などの断熱材としても広く使用されています。断熱性に加えて、窓や壁の結露防止、空洞を埋めることによる騒音の低減、熱橋の最小化にも役立ちます。また、その緻密な構造により、閉気泡PUフォームはひび割れや建築継ぎ目のシール材としてもよく使用され、気密性と構造の健全性の向上に貢献しています。[ 8 ]

「スプレーフォーム」は、建築工事において断熱性と空気の侵入を最小限に抑えるために使用される様々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。この用途で使用されるフォームには、ポリウレタンとポリイソシアヌレートの2種類があります。

種類

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からなる熱硬化性発泡プラスチックです。[ 9 ]

壁の空洞にオープンセル スプレー ポリウレタン フォーム断熱材を適用しています。

オープンセル断熱材は手で潰すことができ、断熱性能は低くなります。クローズドセル断熱材は触ると硬く、各気泡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。[ 10 ]

中密度閉気泡スプレーフォーム（ccSPF）

中密度閉気泡フォーム断熱材は、しばしば2ポンド（2 lb）フォームと呼ばれます。これは硬質断熱材で、長期熱抵抗（LTTR）R値は1インチあたり5.1～6の範囲です[ 11 ]。必要な最小厚さ50 mmで施工すると、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、カナダにおけるccSPFの設置業者は全員、免許を取得し、写真付き身分証明書を携帯することが義務付けられています。[ 12 ]

通常、泡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義務があります。[ 13 ]

軽量密度オープンセルスプレーフォーム（ocSPF）

低密度オープンセル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、施工時に膨張し、二酸化炭素を充填した小さなオープンセルを形成します。施工中に膨張する性質により、ひび割れ、隙間、空隙を埋め、凹凸のある表面や基材に密着して気密性の高い断熱材を形成します。[ 14 ]

R値は製品によって異なりますが、ほとんどのocSPF製品のR値は1インチあたり約3.8です。中密度クローズドセルSPFとは異なり、ocSPFの薄い層は、空気がオープンセル構造から侵入するため、防湿バリアとして特に効果的ではありません。しかし、5.5インチ以上の厚さで設置すると、ocSPFは空気バリアとして機能します。ocSPFは、空気の漏れを遮断・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。

応募方法

アジア

東南アジア諸国では非常に一般的な使用方法として、スプレーガンを用いて高圧で屋根瓦の底部に泡を吹き付ける方法があります。こうして硬質でありながら柔軟な硬質泡の層が形成され、瓦同士、そして鉄骨構造物と密着します。

この噴霧方法は、特にタイで非常に人気があり、ひどい漏水の防止だけでなく、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。

この熱帯の猛暑により、この地域の多くの屋根を支える鋼鉄製の基礎構造が継続的に膨張と収縮を繰り返し、その上に載っている瓦の位置がわずかに変化します。この変位により、瓦と基礎構造の間に小さな隙間が生じ、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、その他屋根を支える建物の部材に損傷を与える可能性があります。

ヨーロッパ

2023年8月24日以降、英国を含む欧州の規制により、ポリウレタン（PU）製品を使用するすべてのユーザーは、ジイソシアネートを含む材料の安全な取り扱いに関する研修と認定を受けることが義務付けられています。この研修を修了した者のみが、当該製品の使用を継続できます。[ 15 ]

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ます。既存および新築物件への使用が英国建築協定委員会（British Board of Agreement）の承認を受けており、建築規制への適合性を示すことができるシステムもあります。しかし、不適切な施工や湿気の多い場所で施工された場合、スプレーフォーム断熱材は湿気を閉じ込め、屋根を破損させる可能性があります。[ 16 ] そのため、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を使用した住宅の売買や借り換えに融資を提供する住宅ローン業者は非常に少ないです。[ 16 ]

クローズドセルスプレーフォームは、ボート、バンの改造、キャビン、別棟の断熱など、特殊な用途にも広く使用されています。耐熱性と防湿性を兼ね備えているため、温度や湿度の変動が激しい環境に適しています。[ 17 ]

北米

カナダ国家建築基準法（National Building Code）は、CAN/ULC S705.2 国家施工基準を参照しており、2ポンド中密度クローズドセルポリウレタンフォームの施工においては、必ずこの基準を遵守する必要があります。CAN/ULC-S705.1 準拠の中密度スプレー塗布フォームの施工業者は、スプレー塗布を行うための資格を取得し、品質保証プログラム（QAP）提供者が発行する有効な写真付き身分証明書を所持している必要があります。この身分証明書は、資格が有効なことを証明するものです。

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用いて、既存の壁構造を改修する技術が普及しています。この技術は、構造物の骨組みにある壁のスタッド間に小さな穴を開け、その隙間を低膨張性の水性フォームで充填することで実現します。これにより、既存の住宅所有者や事業主は、既存の構造物に断熱層を形成することでエネルギーを節約できます。

利点

スプレーフォーム断熱材は、他の断熱材と同様に、エネルギーコストと光熱費を節約します。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、従来の断熱材に比べて最大50%も断熱性が向上します。

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調節に加え、スプレーフォーム断熱材は騒音を低減する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遮断材として機能し、断熱されていない構造物と比較して、建物の屋根、床、壁を介した空気伝搬音の伝達を低減します。 [ 18 ]

アメリカ合衆国では、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。[ 19 ]

あらゆる種類の断熱材は、エネルギー損失を大幅に防ぎます。スプレーフォームなど一部の断熱材は、空気の漏れを防ぐ効果もあります。また、暑い気候では、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。

発泡剤の歴史と気候への影響

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、それによってもたらされる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はすべて、環境に優しくない発泡剤の段階的廃止と代替の要件を含んでいます。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年初頭から、いくつか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。 [ 20 ]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）を含まない代替フォーム発泡剤は、ギ酸メチルをベースとしている。

健康への影響

スプレーフォーム断熱材は、通常、硬化後にのみ 無毒になります。硬化中に発生するガスにより、視界がぼやけたり呼吸困難になったりすることがあります。製品を塗布する際は、顔全体を覆う保護具と呼吸保護具の着用をお勧めします。

イソシアネートは、目、消化管、そして呼吸器系に対して強力な刺激を与えます。イソシアネートが皮膚に直接接触すると、重度の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覚を感じる人もいます。また、腕、胸、首に発疹が出る人もいます。

イソシアネートへの過剰曝露は作業員を感作させ、再び曝露すると喘息発作を起こしやすくなります。呼吸器への刺激は化学性気管支炎へと進行する可能性があります。さらに曝露されると、発作の開始に必要なイソシアネート量が減少し、発作の発症が早まる可能性があります。

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）の散発例も報告されています。症状はインフルエンザに似ており、発熱、筋肉痛、頭痛などが見られます。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を発症した人は、呼吸困難、倦怠感、体重減少が徐々に進行することがよくあります。急性HPを発症した人は、通常、曝露後4～6時間で症状が現れます。[ 5 ]

新世代のスプレーフォーム断熱材は硬化時間が非常に短く、硬化後は完全に不活性で無毒性となります。

参照

参考文献

  1. ^ 「スプレーポリウレタンフォームの化学物質と製造 - なぜそれが重要なのか」 2015年8月14日。
  2. ^ AG, Bayer. 「オットー・バイエル – バイエルの歴史における重要人物」www.bayer.com。2016年7月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年8月3日閲覧。
  3. ^シーモア, レイモンド B.;カウフマン, ジョージ B. (1992). 「ポリウレタン：現代の多用途材料」. J. Chem. Educ. 69 (11): 909. Bibcode : 1992JChEd..69..909S . doi : 10.1021/ed069p909 .
  4. ^ 「ポリウレタンのタイムラインにおけるポリウレタン」。ポリウレタン。2016年8月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年8月3日閲覧。
  5. ^ a b「断熱材の代替品：スプレーフォーム断熱材」。2013年4月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年9月3日閲覧。
  6. ^ a b「ポリウレタン断熱材」。2012年8月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年9月3日閲覧。
  7. ^ 「特定の材料の断熱値」。2013年7月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年9月3日閲覧。
  8. ^ 「スプレーフォーム断熱材が抵当権設定不可物件に最適な理由：誤解を解き、適性を評価する」 AB Building Products. 2025年7月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2025年8月26日閲覧。
  9. ^スプレー塗布硬質ポリウレタン断熱材施工者トレーニングプログラムマニュアル。CUFCA。2014年10月1日。5ページ。
  10. ^ 「クローズドセルスプレーフォームが住宅断熱材の選択肢としてトップに」モントリオール・ガゼット。2016年9月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年1月29日閲覧。
  11. ^ 「技術文書 | CUFCA」www.cufca.ca。 2016年7月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年8月3日閲覧。
  12. ^ 「What Foam Do I Ask For? / How Do I Know If I Received What I Asked For? | CUFCA」 cufca.ca . 2016年8月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年8月3日閲覧。
  13. ^ 「CMC建設製品評価登録簿」カナダ国立研究評議会。2015年3月27日。2016年8月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年8月3日閲覧。
  14. ^低密度半剛性オープンセルトレーニングマニュアルカナダ：CUFCA 2014年 p.3.
  15. ^ 「スプレーフォーム断熱材が抵当権設定不可物件に最適な理由：誤解を解き、適性を評価する」 AB Building Products. 2025年7月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2025年8月26日閲覧。
  16. ^ a bヒュー・グラハム. 「スプレーフォーム断熱材を使用しているため、家が売れない」 .ザ・タイムズ. ISSN 0140-0460 . 2022年10月16日閲覧。 
  17. ^ 「スプレーフォーム断熱材が抵当権設定不可物件に最適な理由：誤解を解き、適性を評価する」 AB Building Products. 2025年7月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2025年8月26日閲覧。
  18. ^ 「スプレーフォーム断熱材の利点」。2019年10月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年10月18日閲覧。
  19. ^ 「消費者のエネルギー効率向上のための連邦税額控除」。2009年12月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年9月3日閲覧。
  20. ^ギブソン、スコット（2017年2月9日）「次世代スプレーフォームが市場に浸透」グリーンビルディングアドバイザー、トーントンプレス社。2021年1月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年1月4日閲覧。
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