JP2009041203A - 耐火断熱シート - Google Patents

Abstract

【課題】 建物の耐火性能を高めるために、建築材料に断熱被覆を施すための耐火断熱シートにおいて、熱膨張性材料の膨張に伴う耐火シートの伸びを確実に防止して建物構造物と耐火断熱シートの間に隙間を生じさせず、確実に耐火断熱層を形成できると共に、耐火断熱シートの基材層に使用可能な材料の選択の幅を広げうる耐火断熱シートを提供する。
【解決手段】 繊維材料からなるシート状素材からなる基材層の両面を、耐火性樹脂組成物からなる耐火層で挟み込むように一体化し、少なくとも一方の耐火層を、膨張材料を含む熱膨張性耐火層として耐火断熱シートを構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、耐火断熱シートに関する。

従来から、建築分野において建物の耐火性能を高めるために、建築材料に断熱被覆を施すための耐火断熱シートが使用されてきた。耐火断熱シートは、外壁と内部構造体の間の隙間に貼られたり、建物構造物の表面に貼付されたり、建物外壁の目地部に使用されたりする。このような耐火断熱シートに求められる特性としては、難燃性や断熱性、防炎性だけでなく、施工容易性、取り扱いのしやすさなどが求められていた。

そのような耐火断熱シートとして、特許文献１に開示されるようなものがある。特許文献１には、熱膨張性黒鉛を含む樹脂組成物からなる耐火被覆材を不燃性繊維材料からなるマットなどに含浸した耐火断熱シートや、耐火被覆材の片面又は両面に基材層を設けた耐火断熱シートが開示されている。
特開２００３−２９３４８２号公報

上記特許文献に開示のある耐火断熱シートに用いられるマットや基材層は、耐火断熱シートの取扱性・施工性を高め、耐火被覆材が膨張する際に耐火断熱シートがその面方向に伸びてしまうことを防止し、膨張した耐火被覆材の飛散を防止して耐火断熱層を確実に形成することを目的として設けられる。

しかしながら、従来の耐火断熱シートにおいては、基材層が外部に露出した構造となっているため、基材層には基本的に不燃材料を使用する必要があった。基材層に不燃性材料を使用しないと、火炎が基材層側に回りこむような場合に、基材層が容易に焼失してしまい、膨張した耐火被覆材が飛散してしまい、有効な耐火断熱層が形成されない虞があった。また、基材層に使用できるような不燃性繊維材料は、高価であったり、取扱性が悪かったりするものであり、基材層に使用可能な材料選択の幅を広げうる技術が待望されていた。

また、マットなどに耐火被覆材を含浸させた耐火断熱シートであっても、含浸させるには基材層としてのマットに嵩高いものを使用することが望ましいが、そのような嵩高い基材層を用いると、基材層の面方向の拘束力が不足する場合があった。その場合は熱膨張性材料の膨張に伴って耐火断熱シートが面方向に伸びてしまい、保護すべき構造物との間に隙間を生じ、隙間部分に火炎や空気が回りこんでしまうと、耐火断熱シートがその機能を充分に果たせなくなるという虞があった。

本発明は、熱膨張性材料の膨張に伴う耐火断熱シートの伸びを確実に防止できると共に、基材層に使用可能な材料の選択の幅を広げうる耐火シートを提供することを目的とする。

発明者は、鋭意検討の結果、繊維材料からなる基材層を、耐火性樹脂組成物からなる耐火層で挟み込むことによって、上記目的を達成できることを知見し、本発明を完成させた。

本発明は、繊維材料からなるシート状素材からなる基材層の両面を、耐火性樹脂組成物からなる耐火層で挟み込むように一体化し、少なくとも一方の耐火層を、膨張材料を含む熱膨張性耐火層とした耐火断熱シートである。

基材層のシート状素材は可燃性繊維材料を含んでいることが好ましい（請求項２）。また、基材層のシート状素材が熱可塑性樹脂材料の繊維材料を含むことが好ましい（請求項３）。さらに、可燃性繊維の材料の軟化点、融点及び分解温度は、膨張材料の膨張開始温度よりも高いことが好ましく（請求項４）、耐火層の一方は炭化耐火層であることが好ましい（請求項５）。

本発明によれば、耐火層で基材層を挟み込んだ構造の耐火断熱シートとしたので、耐火断熱シートが火炎にさらされた場合にも基材層の温度の上昇が遅くなるとともに、基材層への酸素の供給も遮断されているので、基材層に可燃性の繊維材料が使用できる。すなわち、熱膨張性材料の膨張に伴う耐火断熱シートの伸びを確実に防止しながら、基材層に使用可能な材料選択の幅が広がるという効果が得られる。また、耐火層の少なくとも一方が熱膨張性耐火層となっているので、火炎にさらされた場合には、熱膨張性耐火層が膨張して、耐火性・断熱性に優れた耐火断熱層を形成できる。

さらに、本発明の好ましい様態として基材層を可燃性の繊維材料とした場合には、耐火断熱シートをより安価で取り扱い性に優れたものとできる。また、基材層が熱可塑性の繊維材料を含む場合には、膨張した熱膨張性耐火層を確実に耐火断熱層として保持できるという効果が得られる。また、基材層に含まれる繊維材料の融点、軟化点及び分解温度を膨張材料の膨張開始温度よりも高くした場合には、膨張材料が膨張している間、基材層がシートの面方向に伸びてしまうことが確実に防止できると共に、シートの面直方向の膨張倍率を高めることができる。また、耐火層を炭化耐火層とすると、火災時に形成される耐火断熱層をより強固なものとできるので、耐火断熱層が構造物から剥離・脱落してしまうことを未然に防止できる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の耐火断熱シートの実施形態の断面を示す模式図である。耐火断熱シート１は繊維材料からなるシート状の基材層２の両側に、耐火性樹脂組成物からなる耐火層３、４を積層一体化したものである。本実施の形態においては、耐火層の一方は熱によって膨張する熱膨張性耐火層４であり、もう一方は熱によって炭化する炭化耐火層３である。以下、耐火性樹脂組成物のうち、熱膨張性耐火層に使用されるものを熱膨張性耐火材料と呼び、炭化耐火層４に使用されるものを炭化耐火材料と呼ぶ。

基材層２は、繊維材料からなるシート状の素材からなる層であり、繊維材料のシートの形態としては、不織布状、紙状、織布状、プレグリフ状のものが例示できる。

基材層２に使用できる繊維材料としては、不燃性繊維材料だけでなく、可燃性繊維材料も使用できる。不燃性繊維としては、鉱物繊維であるバサルト繊維・ロックウール・スラグウール・グラスウール・アルミナ繊維・シリカ繊維・シリカアルミナ繊維や、ステンレス繊維・スチールウールなどの金属繊維や、炭素繊維などが例示できる。また、可燃性繊維としては、モダクリル繊維やビニリデン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリクラール繊維などの難燃性繊維や、綿や麻、レーヨン繊維、キュプラ繊維、アセテート繊維、プロミックス繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維などの易燃性繊維や、毛や絹、ナイロン繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、ベンゾエート繊維などの繊維が例示できる。これら繊維を適宜混紡するなどして基材層に使用しても良い。

炭化耐火層３は、加熱により炭化する樹脂材料を含む樹脂組成物（炭化耐火材料）で構成される耐火層である。炭化耐火材料は、後述する膨張材料を含まない耐火性樹脂組成物である。炭化耐火材料を構成する樹脂としては、後述する熱膨張性耐火層４に使用できるような樹脂材料が使用できる。特にフェノール系樹脂は加熱により硬化・炭化するので、炭化耐火層３は特にフェノール系樹脂を混ぜて構成することが望ましい。また、炭化耐火層３には、後述するリン化合物や含水無機物を添加しても良い。

熱膨張性耐火層４は、樹脂材料と膨張材料を主成分とする樹脂組成物（以下、熱膨張性耐火材料という）で構成される耐火層である。

樹脂材料としては、ゴムや樹脂が使用される。弾力性に富む樹脂材料としては、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、熱可塑性エラストマー、α-オレフィン系コポリマー、エチレン系コポリマー等が例示される。
上記樹脂材料は単独で、あるいは適宜混合して使用しても良い。
さらに、上記樹脂材料に、弾力性に乏しいポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネイト系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、アクリロニトリルスチレンブタジエン系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂などの樹脂材料を混合しても良い。フェノール系樹脂は加熱により硬化・炭化するので、フェノール系樹脂を混合すると、耐火性樹脂組成物が火炎等にさらされた際に容易に軟化・変形・脱落・焼失してしまうことが防止できる。

膨張材料としては、熱膨張性黒鉛や発泡性窒素化合物などの加熱により膨張する膨張材料が使用できる。中でも、従来公知の熱膨張性黒鉛を膨張材料として使用するのが、組成物の膨張倍率を高くできるので望ましい。熱膨張性黒鉛は、後述するリン化合物と反応したりすることがないように、中和処理されたものを使用するのが望ましい。本発明における膨張材料の好ましい膨張倍率は、体積膨張率で２．５倍〜２００倍、更に好ましくは５倍〜１５０倍である。

本発明における耐火性樹脂組成物には、その他、必要に応じて以下のものを適宜加えることができる。

赤リンやリン酸エステル、リン酸金属塩、ポリリン酸アンモニウム類などのリン化合物を加えると、難燃性を高め、耐火断熱効果を向上させることができる。特にポリリン酸アンモニウムの添加が好適である。

水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの含水無機物を加えると、加熱時に脱水反応が起こり、生成した水の吸熱作用によって耐火断熱性能を向上させることができる。

本発明における熱膨張性耐火材料の加熱時の体積膨張率の好ましい範囲は２倍〜４０倍であり、より好ましくは、５倍〜３０倍である。膨張倍率が低いと、防火性能を確保するために多量の熱膨張性耐火材料が必要となるために不経済であり、膨張倍率が高すぎると、膨張した熱膨張性耐火材料が散逸しやすくなり、形成される耐火断熱層がもろくなる。

以下、本発明の耐火断熱シートの製造方法について説明する。
必要な材料成分をバンバリーミキサーやニーダーによって、調製、混練した耐火性樹脂組成物は、押し出し成形や射出成形やロール成形など、ベースとなる樹脂材料に適した成形方法によりシート状に成形される。

それらシート状に成形された耐火性樹脂組成物を、熱膨張性耐火層や炭化耐火層として、シート状の基材層の両面に配置して、接着剤などによって一体化することによって、本発明の耐火断熱シートを製造できる。接着剤としては、加熱された際に接着剤自体が炭化して炭化耐火層の一部となりうるフェノール樹脂系接着剤を使用することが望ましい。また、基材層と耐火層の一体化は必ずしも接着剤によるものではなく、耐火性樹脂組成物や基材層が熱可塑性材料を含むものであれば、接着剤を使用せずに、耐火層や基材層の表面を加熱溶融させて、溶融した樹脂の粘着性によって一体化し、その後冷却して本発明の耐火断熱シートを得ても良い。

本発明の耐火断熱シート１は、耐火性が要求される建築物の壁や柱などの構造物の表面側に炭化耐火層が面し、熱膨張性耐火層４の側が構造物と反対側となるように、巻きつけたり貼り付けたりして使用する。構造物表面への固定は、ボルトや釘、取り付け治具やタッカーなどの仮保持具を用いて取り付けても良いが、粘着剤や接着剤によって取り付けても良い。

火災発生時には、火炎や熱風が本発明の耐火断熱シートに達すると、熱によって熱膨張性耐火層４が膨張して耐火断熱層を形成し、構造物を火炎や熱から保護する。基材層２は熱膨張性耐火層４が膨張する間、シートの形態を保持する。すなわち、基材層２が機能しなければ熱膨張性耐火層４が膨張する際に耐火断熱シートが面方向に伸びてしまい、シート面直方向に充分な膨張倍率が得られなくなるだけでなく、耐火断熱シートが伸びて構造物の表面から離れてしまうと、その隙間に火炎や熱風が侵入して、構造物の保護が充分にできなくなる虞があるが、本発明においては、熱膨張性耐火層４が膨張する間、基材層２がその機能を失わないようにすることができる。

すなわち、本発明では、基材層２を耐火層で挟み込むように一体化しており、基材層２が露出していないので、火炎や熱風が耐火断熱シート１の裏側に回りこんだ場合でも、基材層が容易に溶融・焼失してその機能を失ってしまうことが未然に防止できる。すなわち、本発明においては、基材層は火炎や熱風から耐火層によって隔てられており、基材層の温度上昇が耐火層よりも遅くなるので、繊維が溶融するなどして基材層としての機能を失うタイミングを遅らせることができる。また、基材層は耐火層によって両側を挟みこまれているので、空気から遮断されており、容易に焼失してしまうこともない。従って、従来、基材層２には使用できなかった可燃性繊維材料や易燃性の繊維材料を基材層に使用しても、熱膨張性耐火層４が膨張する間、基材層２としての役割を十分に果たすことができるようになり、基材層に使用できる繊維材料の選択の幅を拡大できる。特に基材層に木綿や麻やポリエステル繊維等の織布が使用できるので、耐火断熱シートを安価で、柔軟で、取扱性・施工性に優れたものとできる。

また、基材層２に不燃性繊維材料や難燃性繊維材料を使用する場合であっても、本発明においては、基材層２が耐火層によって両側を挟みこまれているので、基材層２の温度上昇は比較的緩やかなものとなり、空気の供給も遮断されているので、基材層２として必要となる繊維材料を節約することができる。また、その場合は基材層２を薄くすることができるので、耐火断熱シートを柔軟にしやすくなり、得られる耐火断熱シートを取り扱い性に優れたものとできる。

以下、本発明の実施形態において、さらに好ましい形態について説明する。

繊維材料からなるシート状の基材層２は、シートの面方向に伸縮しにくいものであることが望ましく、紙状の基材層、織布状の基材層、プレグリフ状の基材層であることが特に望ましい。基材層が伸縮しにくければ、火災時に耐火断熱シートが伸びて、保護すべき構造物と耐火断熱シートとの間に隙間が生じてしまうことを、確実に防止できる。

さらに、基材層２に使用される繊維材料としては、熱膨張性耐火層４の膨張開始温度よりも高い温度まで、繊維としての強度や剛性といった機能を維持できる繊維材料であることが望ましい。すなわち、高温で溶融・軟化する合成樹脂からなる繊維であれば、樹脂の融点や軟化点が、熱膨張性の膨張材料の膨張開始温度よりも高いことが望ましい。その他の合成樹脂からなる繊維や綿や麻等の天然繊維であれば、繊維材料の分解温度が熱膨張性の膨張材料の膨張開始温度よりも高いことが望ましい。かかる繊維材料を用いることにより、熱膨張性耐火層４が膨張する間、確実に基材層２がその機能を果たすことができる。

また、基材層２に使用される繊維材料として熱可塑性の樹脂を含む繊維材料を使用した場合には、膨張した熱膨張性耐火層４に、基材層２の熱可塑性の繊維材料が溶融して粘着するようになるので、膨張した熱膨張性耐火層４により構成される耐火断熱層の飛散や剥落を防止する効果が高められ、耐火断熱性が高まる。

本発明の耐火断熱シートの建物構造物側に面する耐火層は、上述した炭化耐熱層３であってもよいが、熱膨張性耐火層４（この場合は、図２に示すように基材層２の両面を熱膨張性耐火層４、４で挟み込んだ構成となる）であっても良い。建物構造物側に面する耐火層も熱膨張性耐火層４とする場合には、耐火断熱シートとしての膨張倍率が高くなるので、耐火断熱シートを建物構造物の隙間部分に用いて、火災発生時にその隙間を閉塞させる用途に特に適している。

一方、第１の実施の形態のように、建物構造物側に面する耐火層を、炭化耐火層３とした場合には、火炎や熱風にさらされた際に炭化耐火層３が比較的強固な炭化層として残存するので、膨張した耐火断熱層の飛散・脱落を防止し確実に構造物の表面に保持できる。従って、柱や壁などの構造物表面に本発明の耐火断熱シートを使用する場合には、一方を炭化耐火層３とすることが望ましい。更に、炭化耐火層３を構成する耐火性樹脂組成物に、熱可塑性の樹脂を混合して使用すれば、加熱された際に炭化耐火層３の一部が溶融して柱などの建物構造物表面に粘着するようになり、耐火断熱シートと構造物表面との間に隙間が生じたり、隙間が拡大したりすることをさらに防止できる。炭化耐火材料に含ませる熱可塑性樹脂の融点は、基材層を構成する繊維材料の融点、軟化点及び分解点よりも低いことが好ましく、その場合は、基材層２がその機能を失うよりも早く炭化耐火材料中の熱可塑性樹脂が溶融し、耐火断熱シート１を建物構造物に粘着させることができる。

以下に本発明の実施例をあげるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（熱膨張性耐火材料の調製）
中和処理された熱膨張性黒鉛（５０メッシュ）を５０重量部、ポリリン酸アンモニウムを５０重量部、熱可塑性ウレタンエラストマー１００重量部を混練して、熱膨張性耐火材料を得た。熱膨張性黒鉛の膨張開始温度は２００℃のものを使用した。

（基材層）
ポリエステル繊維（融点２６０℃）からなる織布（厚さ０．５ｍｍ）を基材層として用いた。

（耐火断熱シートの製造）
上記熱膨張性耐火材料を１４０℃で加熱溶融させて、厚さ２ｍｍのシート状に押出し、熱膨張性耐火層を形成した。押し出された熱膨張性耐火層がまだ熱く粘着性を持っている間に、基材層となるポリエステル繊維から成る織布を重ね合わせ、ロールによってプレスして両者を一体化した。その後、１８０℃で加熱溶融させた熱可塑性のポリエステル系エラストマーとフェノールノボラック樹脂の混合組成物を厚さ１ｍｍのシート状に押し出して基材層の反対側に重なるように一体化させて炭化耐火層を形成し、図１に示すような本発明の耐火断熱シートを得た。

（比較例）
上記熱膨張性耐火材料を１４０℃で加熱溶融させて、厚さ２ｍｍのシート状に押出し、熱膨張性耐火層を形成した。押し出された熱膨張性耐火層がまだ熱く粘着性を持っている間に、基材層となるポリエステル繊維から成る織布を重ね合わせ、ロールによってプレスして両者を一体化して、比較例の耐火断熱シートを得た。

（耐火性能評価）
実施例及び比較例の耐火断熱シートに対し、以下の耐火性能評価を行った。それぞれの耐火断熱シートを５０ｃｍ四方の正方形状にカットし、略鉛直に設けられた鉄板に、熱膨張性耐火層が外側を向くように、接着剤によって取り付けた。耐火性能評価は、耐火断熱シートの正面からシートの中央部に向かってバーナーで加熱し、膨張した耐火断熱層の形成状況を観察することにより行った。

実施例の耐火断熱シートにおいては、加熱を開始すると共に、熱膨張性耐火層が膨張を開始し、膨張した耐火断熱層が形成された。加熱を続けても、耐火断熱シートが面方向に伸びるようなことは観察されず、耐火断熱シートと鉄板の間の隙間が拡大してしまったり、シートが鉄板から浮き上がったりするようなことはなかった。試験終了後に調査してみると、耐火断熱シートの基材層であるポリエステル繊維の織布は一部が炭化しているものの、その原形をとどめており、炭化耐火層であるポリエステル系エラストマーとフェノールノボラック樹脂の混合組成物は炭化しながら、その一部が鉄板に粘着しており、耐火断熱シートは全体として鉄板の表面にくっついた耐火断熱層となっていた。

比較例の耐火断熱シートにおいては、加熱を開始すると共に、熱膨張性耐火層が膨張を開始し、膨張した耐火断熱層が形成されていったが、試験を進めるにつれて基材層であるポリエステル織布が徐々にその機能を喪失していき、バーナーで加熱した部位の上側の耐火断熱シートが鉄板から離れて垂れ下がったり、耐火断熱シートが鉄板から浮き上がったりすることがあった。また、バーナーの火炎や熱風が直撃する部分では、耐火断熱シートの形状が大きく崩れ、膨張した熱膨張性耐火材料が飛散・脱落してしまい、鉄板の一部が露出してしまうことがあった。

本発明によれば、建築材料に断熱被覆を施すための耐火断熱シートであって、熱膨張性材料の膨張に伴う耐火断熱シートの伸びを確実に防止して、建物構造物と耐火断熱シートの間に隙間を生じさせず、建物構造物表面に確実に耐火断熱層を形成できると共に、基材層に使用可能な材料の選択の幅を広げうる耐火断熱シートを提供できる。

本発明の耐火断熱シートの実施の形態を示す断面模式図である。 本発明の耐火断熱シートの他の実施の形態を示す断面模式図である。

符号の説明

１ 耐火断熱シート
２ 基材層
３ 炭化耐火層
４ 熱膨張性耐火層

Claims (5)

1. 繊維材料からなるシート状素材からなる基材層の両面を、
   耐火性樹脂組成物からなる耐火層で挟み込むように一体化し、
   少なくとも一方の耐火層を、膨張材料を含む熱膨張性耐火層とした耐火断熱シート。
2. 基材層に可燃性繊維材料を含むことを特徴とする請求項１記載の耐火断熱シート。
3. 基材層が熱可塑性樹脂材料の繊維材料を含むことを特徴とする請求項２記載の耐火断熱シート。
4. 可燃性繊維の材料の軟化点、融点及び分解温度が、膨張材料の膨張開始温度よりも高いことを特徴とする請求項２記載の耐火断熱シート。
5. 耐火層の一方を炭化耐火層とした請求項１記載の耐火断熱シート。

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