JP2005098041A - 防火用パネル - Google Patents

Abstract

【課題】 優れた耐火性能、熱膨張性及び形崩れ防止性に優れた防火用パネルを提供する。
【解決手段】 特定量の熱可塑性エラストマーを含有したゴム成分又は軟質ウレタンフォームに膨張性黒鉛、ホウ酸、及び／又は無機充填剤を添加、配合することにより、難燃性を有する熱膨張性防火用成形体が得られる。この成形体を所定の構造物に貼付けあるいはサンドイッチ状に組み込むことによって、火災発生時には熱膨張し構造物の隙間を閉塞して延焼を防止し、しかも燃焼後の残渣が充分な形状保持性を有することを特徴とする防火用パネルを提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、新規な防火用パネルに関する。

建築物や船舶の通気部や廊下あるいは鉄道車両の連結部等では火災が発生した場合、火炎がこれら通気部や廊下あるいは連結部を介して急速に広がり、階上や隣室への延焼を助長させる。それを防ぐため防火扉や防火シャッターあるいは防火隔壁を設置する必要がある。これらの防火扉や防火シャッターあるいは防火隔壁は、薄板状の金属からなる表面材と裏面材の間に合成樹脂の発泡体を挿入してサンドイッチ状の構造体が一般に使用されている。

上記構造の防火扉、防火シャッターあるいは防火壁は火災時高熱下では、表面材と裏面材が熱伝導が異なるため大きく変形し連結部あるいは接続部に隙間が生じ、この隙間部分から熱、炎が反対側へ漏れ、火災の延焼を招く問題がある。そこで隙間が発生すると予想される部分にあらかじめ防火用膨張性材料を施工しておけば、火災時において加熱により膨張又は発泡して膨張層を形成し、これにより隙間部を閉塞して火災の延焼防止を図ることが可能である。このため、防火用膨張性材料としては、火災時に比較的低温で膨張を開始し膨張層により断熱作用を発現させ、膨張層の形成後には、膨張層が炎熱によって容易に形崩れを起こさず、所定の形状を出来るだけ長時間保持できることが条件となる。

これに関しては、例えばベース樹脂に無機系膨張剤及び又は有機系膨張剤と、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂等の形崩れ防止用樹脂とが同時に配合されている防火用膨張性樹脂組成物等が知られている（例えば特許文献１参照）。この防火用膨張性組成物によれば、特に形崩れ防止用樹脂が配合されていることから、炎熱を受けても膨張層が形崩れを起こさず、その形状を保持し続けることができるとされている。
しかしながら、上記の防火用膨張性組成物は、形崩れ防止用樹脂自身が溶融ひいては燃焼してしまうため、火災中に十分な耐火性能が得られなかったり、膨張層が容易に粉化して火災後の処理に支障をもたらすという問題がある。また形崩れ防止用樹脂は比較的高価であり、コスト面においても問題がある。また用途によっては弾性・柔軟性が十分でない面がある。
他方、弾性・柔軟性を有するポリウレタンに耐火性を付与するための技術として、ポリオールとポリイソシアネートに難燃剤として膨張性黒鉛を配合する耐火性弾性ポリウレタン軟質フォームの製造方法が知られている。（例えば特許文献２参照）しかしながら、上記の製造方法では、形崩れ防止効果はなお不十分である。またポリオールとポリイソシアネートの二液反応混合物からポリウレタンを製造する上記技術では、多量の膨張性黒鉛を配合することは極めて困難であり、十分な耐火性能を得ることができない。すなわち、より優れた耐火性能を付与するためには、膨張性黒鉛及び形崩れ防止剤をできるだけ多く配合することが必要となるが、上記技術ではスラリー粘度が高くなり、目的とするポリウレタンの製造そのものが困難となってしまう。
また、ドア枠や扉体に膨張体を収納あるいは貼付けて、加熱時に隙間部を閉塞させる方法が開示されている（例えば特許文献３、４参照）。しかし火災時の膨張倍率が劣っていたり、形崩れ防止性が十分でないという欠点があった。
特開平９−１７６４９８号公報（第２頁：請求項１〜４） 特許第２７３２４３５号（第１頁：請求項１〜９、第２頁請求項１０〜１２） 特開平８−２３２５５３号公報（第２頁：請求項１〜５） 特開２０００−５４７５２号公報（第２頁：請求項１〜２）

このように、耐火性能を十分満足し、弾性と柔軟性とを兼ね備え、かつ高温で十分に膨張して隙間を埋めるとともに形崩れ防止性が良好で、高い難燃性を保有する材料は未だ開発されるにいたっていないのが現状である。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成させるに至った。

すなわち本発明は、熱可塑性エラストマーを特定量以上を含有するゴム成分、又は軟質ウレタンフォームと、膨張性黒鉛、ホウ酸、及び／又は無機充填剤とからなり、酸素指数が４０以上の難燃性を有し、火災発生時には熱膨張し、燃焼ガスや煙や火炎が隔壁の隙間から流入するのを防止し、且つ燃焼後の残渣が充分な形崩れ防止性を有する熱膨張性防火用成形体を不燃材に貼付した、これまでにない新規な防火用パネルに関わるものである。

本発明組成物によれば、特に、ホウ酸と熱膨張性黒鉛との組み合わせにより、従来技術よりも優れた耐火性能を発揮することができる。すなわち高温下で膨張性黒鉛が膨張層を形成しホウ酸の形崩れ防止効果で長時間高温下にさらされても脆弱化しにくい。その結果、火災においても優れた耐火性能を安定して得ることができる。また、火災後においても、膨張層が崩れにくいため、火災後の処理も円滑且つ安全に行うことができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いられるゴム成分は、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、イソプレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ポリブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ポリブテンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、アクリルゴム、クロルスルホン化ポリエチレン、シリコーンゴム、フッ素ゴム、天然ゴム及び熱可塑性エラストマーが使用できる。

これらのゴム成分は混練性、シート成形性、押出し成形性、プレス成形性等を改善するために２種以上をブレンド使用することができるが、更にこうした成形品の寸法安定性を保持し、成形品の強度及び可撓性のバランスを付与するために、ゴム成分中に熱可塑性エラストマーを少なくとも２０質量％以上含有して使用することが好ましい。２０質量％より少ないと成形性、強度、成形品の寸法安定性が充分でない。

熱可塑性エラストマーの添加効果は、成形加工時には熱可塑性エラストマー中のハードセグメントが溶融し流動性を発現して成形性に効果を発揮し、一方常温では熱可塑性エラストマー中のソフトセグメントによりゴム弾性を発現し強度及び可撓性に効果を発揮するとともに、ハードセグメントが成形品の寸法安定性を改善している。
火災発生時には熱によりハードセグメントは溶融し、熱膨張した膨張性黒鉛を一時的につなぎとめる役割も果たしている。

本発明で用いられる熱可塑性エラストマーは塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー等の各種熱可塑性エラストマーが使用できるが、これらの熱可塑性エラストマーの中で特にスチレン系熱可塑性エラストマーが好ましい。
スチレン系熱可塑性エラストマーとしては、ビニル芳香族化合物を主体とする重合体ブロックと共役ジエン化合物を主体とする重合体ブロックとからなるブロック共重合体で、ビニル芳香族化合物としては、例えばスチレン、ｐ−メチルスチレン、α−メチルスチレン、ビニルキシレン、モノクロロスチレン、ジクロロスチレン、モノブロモスチレン等が挙げられ、これらは単独又は２種以上組み合わせて使用される。これらのうち特に好ましいものはスチレンである。共役ジエン化合物としては１，３−ブタジエン、イソプレン、２，３−ジメチル−１，３−ブタジエン、１，３−ペンタジエン等が挙げられ、これらは単独又は２種以上組み合わせて使用される。これらのうち、好ましいものは１，３−ブタジエン、イソプレンであり、特に好ましいものは１，３−ブタジエンである。
熱可塑性エラストマーを構成するハードセグメントとソフトセグメントの比率は２０／８０〜６０／４０が好ましく、２５／７５〜４０／６０が特に好ましい。ハードセグイメントが２０％より少ないと成形性が低下し、６０％を越えると可撓性が低下して好ましくない。

本発明で用いられるスチレン系熱可塑性エラストマーのブロック共重合体は、公知のアニオン重合により製造される。

本発明で用いられる軟質ウレタンフォームは一液タイプ、二液タイプ等いずれの原料から得られたものも使用できるが、特に一液タイプが好ましい。一液タイプのものは、例えば水性ウレタンプレポリマーから得られる軟質ウレタンフォームを好適に用いることができる。

水性ウレタンフォームを使用する場合には、まず膨張性黒鉛及びホウ酸に水を加えてスラリーを調整した後、このスラリーに水性ウレタンプレポリマーを混合し、発泡硬化させることにより製造することができる。
スラリー濃度は、最終製品の使用目的、用途等に応じて適宜設定することができるが、通常は２０〜９０質量％、好ましくは５０〜７０質量％である。水が多すぎる場合には、得られる成形体の形状安定性が低下するおそれがある。また水が少なすぎる場合には、スラリーの粘度が上昇するため、所望の発泡硬化体が得られなくなることがある。

また、スラリーには、必要に応じて他の添加剤を配合することもできる。例えば、界面活性剤、架橋剤、整泡剤、触媒、発泡剤、難燃剤、安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、顔料、フィラー等を用いることができる。スラリーはこれらの成分を同時又は順次配合した後、公知の攪拌機等で均一に混合する。次いでスラリーに水性ウレタンプレポリマーを添加し、発泡が開始するまで攪拌混合を続ける。必要に応じて所定の形状を有する型に注入し、発泡硬化させる。得られた成形体は必要に応じて例えば約５０℃で養生して含有水分を蒸発させることにより、形状安定性に優れた発泡硬化体を得ることができる。
これらの養生時間は、養生温度、発泡硬化体の大きさ等に応じて適宜設定すればよい。

本発明で用いられる膨張性黒鉛は、特に限定されない。膨張性黒鉛は天然グラファイト、熱分解グラファイト等の粉末を、硫酸、硝酸等の無機酸と濃硝酸、過マンガン酸塩等の強酸化剤とで処理されたもので、グラファイト層状構造を維持した結晶化合物である。これらは２００℃程度以上の温度に曝されると、１００倍以上に熱膨張する。粉末には脱酸処理に加え、更に中和処理したタイプ他、各種品種があるがいずれも使用できる。
粒度は、２０〜４００メッシュ程度が好ましい。４００メッシュより粒度が小さくなると黒鉛の熱膨張度が小さく、また２０メッシュより粒度が大きくなるとゴムに混練する際に分散性が悪くなり、強度等の物性低下が避けられない。

膨張性黒鉛の含有量は、ゴム成分又は軟質ウレタンフォームの種類、所望の膨張倍率等によって適宜設定することが出来るが、通常はゴム成分又は軟質ウレタンフォーム１００質量部に対し、５〜１００質量部を使用する。
５質量部より少ないと火災発生の高温時の熱膨張倍率が小さい。１００質量部を超えると熱膨張倍率は大きくなるものの、得られる配合物の硬度が上昇し、強度等の物性も低下する。またシート成形する場合には、成形性が劣り表面肌が悪くなる。

本発明では無機系形崩れ防止剤としてホウ酸を用いる。ホウ酸自体は、公知の製法により得られるもの又は市販品を用いることができる。ホウ酸は、オルトホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、メタホウ酸（ＨＢＯ２）等のいずれでも良いが、通常はオルトホウ酸を使用すれば良い。ホウ酸は、通常は粉末の形態で使用する。この場合、粉末の粒径は特に制限されないが、比較的粒径の小さなもの（通常１００μｍ程度以下、好ましくは２０μｍ程度以下）が好ましい。

ホウ酸の含有量は、使用する膨張性黒鉛の使用量によって適宜設定することができるが、通常はゴム１００質量部に対し１０〜２００質量部を使用する。
１０質量部より少ないと、膨張性黒鉛をつなぎとめる効果が小さく形崩れ防止性能が劣る。また２００質量部を超えて使用すると、配合物の硬度が高くなり可撓性が劣るので好ましくない。

ホウ酸と膨張性黒鉛の割合は、成形性、強度特性等のバランスを考慮すると、好ましくは質量比で１：５〜１０：１、より好ましくは１：２〜５：１である。

本発明で用いられる無機充填剤は、成形性等を改善する。
シリカ、珪藻土、アルミナ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化鉄、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、炭酸バリウム、ハイドロタルサイト、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ケイ酸カルシウム、タルク、クレー、マイカ、ベントナイト、活性白土、セピオライト、ガラス繊維、ガラスビーズ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維等が使用できる。これらは２種以上を併用しても良い。
また粒径はゴム中への分散性の観点から、１〜５０μｍが好ましい。

上記無機充填剤の中では、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムは加熱時の脱水反応によって生成する水のために吸熱が起こり、温度上昇が抑えられるという点で難燃性が改善され好ましい。特に水酸化アルミニウムが低価格で使いやすい。

無機充填剤は、ゴム成分１００質量部に対して１０〜３００質量部添加使用する。
１０質量部より少ないと、シート成形性、打ち抜き性を改善する効果が小さい。３００質量部を超えて使用すると、組成物の硬度が高くなり可撓性が劣り、強度特性も低下するので好ましくない。

更に本発明では、ゴムに一般に使用される可塑剤、軟化剤、老化防止剤、加工助剤、滑剤、粘着付与剤、加硫剤等を、適宜併用することが可能である。

上記ゴム配合物は、上記各成分を公知のミキサー、バンバリーミキサー、ニーダーミキサー、二本ロール等の混練装置を用いて混練することにより得ることができ、これを例えば、プレス成型、ロール成型、押し出し成型、カレンダー成型等の従来公知の成型方法によりシート状あるいはテープ状成形体にして得ることが出来る。

本発明の熱膨張性防火用成形体を組み込むパネルに使用される不燃材としては、石膏ボード、ケイ酸カルシウム板等の無機系不燃材、鉄、アルミニウム、銅、ステンレス、亜鉛合金メッキ鋼板、ホーロー鋼板、サンドイッチ鋼板等の金属薄板が用いられる。熱膨張性防火用成形体は市販の両面テープや接着剤で不燃材からなる扉部、シャッターや壁部の縁部分に貼付けるか、熱膨張性防火用成形体の両面を不燃材でサンドイッチ状に積層させて取り付ける。
本発明の不燃材と熱膨張性防火用成形体の組込み方法は上記方法に限定されるものではなく、例えば接着剤を用いて接着してもよく、釘打、ビス止め等によって結合されてもよい。

本発明の熱膨張性防火用成形体は、酸素指数が４０以上であることを特徴とする。４０未満では、火災時の難燃性が不十分で形崩れ防止性も劣るので好ましくない。

本発明において、この熱膨張性防火用成形体はパネルの両端部、パネルの枠部の両端部、あるいはパネルと枠部の両方に取り付けられる。両方に取り付けた場合、熱膨張性防火用成形体が向かい合った状態になって、火災時に加熱されると、この向かい合っている成形体が両側から熱膨張して隙間部を塞ぐので、より効果的である。

以下本発明を実施例により具体的に説明するが、これらの実施例は本発明を限定するものでない。なお、以下の説明における部および％は質量基準に基づく。

「実験例１〜５」
実験例において、下記の材料を使用した。
（１）ゴム：ブチルゴム（ＪＳＲ(株）製、「ブチル２６８」）、ＥＰＤＭ（ＤＳＭジャパン(株）製、「ケルタン２６３０Ａ」）、ＳＢＳ（ＪＳＲシェル(株）、「クレイトンＤ１１０１」）
（２）水性ウレタンプレポリマー：（三井化学製、「ＥＧＨ−４０１」）
（３）膨張性黒鉛：（住金ケミカル(株）製、「ＳＳ−３」、膨張開始温度２６０℃）
（４）ホウ酸：（ＢＯＲ社製）
（５）無機充填剤：水酸化アルミニウム(昭和電工(株）製、「ハイジライトＨ−４２」)
（６）軟化剤：ナフテン系オイル（出光興産(株)製、「ＮＰ−２４」）
（７）加工助剤：エステル系潤滑剤（理研ビタミン（株）製、「エマスター５１０Ｐ」）

（１）ゴム成分含有成形体
表１に示す成分を３リットルニーダーを用いて均一に混練することによって、熱膨張性防火用組成物を調整した。次いで、各混合物をロールで厚さ５ｍｍのシート状に成形した。このシートから５×３０×１５０ｍｍの形状に切り出し成形体を得た。
（２）水性ウレタンプレポリマー含有成形体
表２に示す配合量でホウ酸、膨張性黒鉛の混合物に、水を加えてスラリーを調製した。このスラリーに水性ウレタンプレポリマーを加えて攪拌混合し、寸法１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×１７０ｍｍの型に注入して発泡成形させ、型とともにオーブン中１００℃で１時間養生した後、脱型した。得られた発泡硬化体をさらにオーブン中５０℃で２日間養生することにより、水分を蒸発させてスポンジ状の成形体を得た。このスポンジ状成形体を切削し、２０×３０×１７０ｍｍの成形体を得た。
（３）防火用パネル
図１および図２に示すように不燃材（厚さ０．３ｍｍの亜鉛鉄板）、ウレタン樹脂発泡体からなるパネルの両端部と枠部の両端部に成形体を組み込んで、耐火性の評価用試験体を作製した。

「実施例１〜２」「比較例１〜３」
実施例及び比較例において下記の各特性を評価し、表３にまとめた。
各特性の測定方法を以下に示す。
酸素指数：成形体を長さ１５０ｍｍ×６．５×３ｍｍに調製し酸素指数式燃焼試験機（スガ試験機製：ＯＮ−１Ｄ型）にてＪＩＳ Ｋ７２０１に準拠して行った。酸素指数が大きいほど難燃性に優れる。
耐火性：ＪＩＳ Ａ１３０４に準じて電気炉にパネル試験体を組み込み、炉内温度を１時間で所定温度まで昇温させ、パネルの加熱側から非加熱側へ１０秒を超えて連続する火炎の噴出が無い場合を○、火炎の噴出が発生した場合を×とし、結果を表３にまとめた。
形状保持性：耐火性試験終了後の形状保持性を、指触と目視で評価した。指触で形崩れしにくく変形の小さい場合は○、指触ですぐに形崩れし変形する場合は×と評価し、結果を表３にまとめた。

本発明に関わる防火用パネルを模式的に示した正面図 本発明に関わる防火用パネルを模式的に示した水平断面図

符号の説明

１ パネル枠
２ パネル
３ 不燃材
４ ウレタン樹脂発泡体
５ 熱膨張性防火用成形体

Claims (7)

1. 熱可塑性エラストマーを少なくとも２０質量％以上含有するゴム成分、又は軟質ウレタンフォームと、膨張剤として膨張性黒鉛、無機系形崩れ防止剤としてホウ酸及び／又は無機充填剤とからなり、かつ酸素指数が４０以上である熱膨張性防火用成形体を扉枠部、扉体の縁部又は壁体の縁部に貼付又は不燃材でサンドイッチ状に積層し、火災時に成形体を膨張させて扉又は壁の隙間部を閉塞させることを特徴とする防火用パネル。
2. 熱可塑性エラストマーがビニル芳香族化合物を主体とする重合体ブロックと共役ジエン化合物を主体とする重合体ブロックとからなるスチレン系エラストマーであることを特徴とする請求項１に記載された防火用パネル。
3. 軟質ウレタンフォームが水性ウレタンプレポリマーから得られるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された防火用パネル。
4. ゴム成分又は軟質ウレタンフォーム１００質量部に対し、膨張性黒鉛５〜１００質量部、ホウ酸１０〜２００質量部、及び／又は無機充填剤１０〜３００質量部からなり、かつ合計が５００質量部以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載された防火用パネル。
5. 無機充填剤が水酸化アルミニウムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載された防火用パネル。
6. 形崩れ防止剤及び膨張剤の合計量が、軟質ウレタンフォーム１００質量部に対して５０質量部以上である請求項１〜５のいずれか１項に記載された防火用パネル。
7. 形崩れ防止剤と膨張剤の割合が質量比で１：５〜１０：１である請求項１〜６のいずれか１項に記載された防火用パネル。
   

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