ポリイソシアヌレートフォームとは？特性と製造工程

ポリイソシアヌレートフォーム (PIR） は、ポリイソシアネートとポリオールの発熱反応によって形成される熱硬化性独立気泡プラスチックフォームです。熱的に安定なイソシアヌレート環を高濃度に含むユニークな分子構造により、標準的なポリウレタン・フォーム（PUR）に比べて優れた断熱性と耐火性を持つ。1960年代に開発されたPIRフォームは、建築、LNG輸送、航空宇宙、工業用断熱材などにおいて、その断熱性と耐火性の高さから重要な材料となっている。 -196°C および +150°C 構造的な完全性を維持しながら。

コア特性とパフォーマンス指標

PIRフォームの分子構造は、従来の硬質フォームにはない物理的特性と熱的特性の組み合わせを可能にする。

熱性能

低熱伝導率:新鮮なPIR発泡体サンプルは、熱伝導率が以下の値を示す。 0.019 W/(m-K)経年劣化サンプル：≤0.0218 W/(m・K))。これはPURフォームやミネラルウールよりも優れている。

高R値:PIRのR値（1インチあたりの熱抵抗）は、一般的に以下の範囲にあります。 R-6.0およびR-7.0最も効率的な断熱材のひとつである。

広い使用温度:PIRは過酷な温度下でもその特性を維持します。 極低温条件 (-196°C) LNG貯蔵庫で +150°C ルーフィング用途

機械的強度

圧縮抵抗:常温では、PIRフォームは10%の変形で200kPa以上の圧縮強度に耐える。液体窒素（-196℃）に8時間浸漬すると、圧縮強度は280kPa以上になり、極低温環境での信頼性が証明された。

寸法安定性:線熱膨張は最小（≤70×10-⁶ m/m・K）で、温度変化による反りや収縮を防ぎます。

耐火性と安全性

炎の広がり:PIRは最大火炎伝播率 <25を満たしている。 耐火等級B1 (GB8264規格に準拠）、煙の発生を抑える。

酸素指数:酸素指数≥26のPIRは、着火源が取り除かれると自己消火する。

低毒性:初期のPURフォームとは異なり、最新のPIRフォームは、最適化された硬化によって芳香族アミンなどの有毒な副生成物を最小限に抑えている。

環境耐久性

防水性:吸水率の上限 ≤5%また、クローズド・セル構造により、蒸気透過性が制限されている（≤0.8 g/m²）。

化学的安定性:不活性ポリマーマトリックスにより、腐食、カビ、溶剤に強い。

製造プロセス化学と製造

原材料

イソシアネート:メチレンジフェニルジイソシアネート（MDI）は、その反応性と熱安定性から主成分となっている。

ポリオール:石油系ポリオール（OH価200以上）またはバイオ系代替品（菜種油由来ポリオールなど）が共反応剤として作用する。

触媒:酢酸カリウムまたは第4級アンモニウム塩が イソシアヌレート三量化反応堅牢なリング構造を形成する。

発泡剤:水はイソシアネートと反応してCO₂を発生させるが、GWPの低いハイドロフルオロオレフィン（HFO）の使用が増加している。

反応メカニズム

PIRの合成は 三量体化反応ここで3つのイソシアネート基（NCO）が環化してイソシアヌレート環になる。この反応は、触媒を最適化すると、ウレタンの生成（70%以上の転化率）よりも優位になる。得られた構造には、ウレタン、ウレア、ビウレット、イソシアヌレート結合が含まれる。

生産方法

連続ラミネーション:について インシュレーションボード化学薬品は混合され、フェイサー（アルミホイルなど）に蒸着され、ダブルコンベアオーブンで硬化される。温度センサーが泡の上昇（140～160℃）をモニターし、品質を保証する。

スプレー／注泡:現場での用途（屋根材やLNGタンクなど）には、2液スプレーシステムにより、数秒で膨張・硬化するフォームを供給します。NASAが開発したスペースシャトル・タンク用の配合は、極低温でアルミニウムに接着する注型フォームを使用している。

バッチ生産:発泡スチロールを型に流し込み、オーブンで硬化させることで、特注の形状を作る。

環境に優しいイノベーション

バイオポリオール:エポキシ化またはトランスエステル化によって合成された菜種油ベースのポリオールは、化石燃料への依存を低減する。

難燃剤:膨張性黒鉛(3-9wt.%)は、ハロゲン系添加剤を使用せずに耐火性を向上させます。

業界を超えたアプリケーション

建築・建設

PIRボードは、その高いR値と火災安全性により、平らな屋根や壁の断熱材を支配しています。厚さはCNC加工で精密にカットされ、サーマルブリッジを最小限に抑えます。

工業用極低温断熱材

液化天然ガス（LNG）のパイプラインと貯蔵タンク（-196℃）は、液体窒素暴露下での熱安定性と圧縮強度でPIRに依存しています。

航空宇宙および特殊用途

NASAのスペースシャトル外部タンク 防寒用PIRフォーム.最近の配合では、アルミニウムとの接着性と極低温性能が向上しています。

ポリイソシアヌレートとポリウレタンフォームの比較：決定的な違い

どちらもスプレー塗布またはボードストック断熱材だが、PIRの分子構造には明確な利点がある：

表：PIRとPURの性能比較

プロパティ	PIRフォーム	PURフォーム
熱伝導率	0.019-0.022 W/(m-K)	0.022-0.025 W/(m-K)
サービス温度	-196°C ～ +150°C	-50°C～+120°C
圧縮強度	≥200-280 kPa以上	100-150 kPa
耐火性	B1等級、酸素指数≥26	B2等級、酸素指数～22
一般的なコスト	10-15%より高い	より低い基本コスト

表：PIRフォームの技術仕様（業界標準による）

パラメータ	単位	価値
密度	kg/m³	≥35
熱伝導率	W/(m-K)	≤0.019（フレッシュ）
圧縮強度	kPa	≥200以上（周囲温度）
酸素指数	-	≥26
吸水	%	≤5
塩化物含有量	ppm	≤60

ポリイソシアヌレートフォーム のブレンドにより、硬質熱硬化性断熱材のベンチマークとなっています。 超低熱伝導率, 卓越した耐火性そして 機械的耐久性.バイオ原料や低GWP発泡剤の技術革新は、その持続可能性を高めており、製造の進歩は、LNGインフラから航空宇宙まで、重要な用途での精度を保証している。PURよりもコストは高いが、そのライフサイクル効率と安全性は、重要な熱管理のための投資を正当化する。