JP2021169715A - 耐火性木質複合材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また特許文献1〜3においては、燃えしろ層や燃え止まり層を構成する木材は縁切りされていないため、該木材が火災にさらされたときに、該木材に大きな割れが生じてしまう場合がある。
また、難燃薬剤は、水に高濃度で溶解させて使用することが一般的であるため、これを含浸させた不燃木材、耐火木材は水で濡れると薬剤が溶け出してしまう危険性があり、耐火性がない木材になってしまう場合がある。
本発明の好ましい一実施形態の耐火性木質複合材1は、図1に示すように、難燃薬剤保持層10が厚み方向に複数積層された構成を有する。耐火性木質複合材1は、難燃薬剤保持層10が厚み方向Zに3つ積層されている。耐火性木質複合材1は、平面視において第1方向X及び第1方向Xに直交する第2方向Yを有している。
木質基材を構成する木材、例えば単板の原料木材の樹種は、針葉樹でも広葉樹でも良く、例えば、オーク、チーク、ウォルナット、ファルカタ、バルサ、レッドラワン、タモ、ニレ、カバ、キリ、スギ、ヒノキ、カラマツ、エゾマツ、トドマツ、アカマツ、ヒバ、ホワイトウッド、オウシュウアカマツ、ダフリカカラマツ、ダグラスファー等を用いることができる。原料木材の樹種としては、上述した各種の樹種から選択した1種又は2種以上を組み合わせた積層体を木質基材20としてもよい。
これらの中でも、燃焼時の発熱量を軽減させることと、単板の原材料として確保し易いことの観点から、スギ、トドマツ等の、針葉樹で比較的軽く、原料確保が容易な樹種を用いることが好ましい。また同様の観点から、気乾密度が0.3〜0.6g/cm3であるものを用いることが好ましく、気乾密度が、0.4〜0.5g/cm3であるものを用いることが更に好ましい。気乾密度は、複数の単板積層体の平均値により決定される。
硬化性組成物は、所定の条件又は操作により硬化するものである。そのような硬化性組成物としては、所定の条件又は操作により硬化する成分を含むものが挙げられる。所定の条件又は操作としては、常温硬化、湿気硬化、40〜150℃加熱硬化、触媒存在下における化学反応による硬化等が挙げられる。また、硬化性組成物に鉄粉などの導電体を加えて、高周波加熱により硬化させてもよい。また硬化性組成物は、製造段階では溶媒を含む流動体となっていてもよい。この場合、時間経過や加熱等により溶媒を揮発させることにより、硬化性組成物を硬化物とすることができる。溶媒としては有機溶媒等を用いることができる。
SiR1 (4−n)R2 n(1)
(式中、R1は、それぞれ独立して、水素原子、または一つ以上のアミノ基、エポキシ基、酸無水物基、マレイミド基、ビニル基、アリル基、アクリル基、メタアクリル基、若しくはヘテロ環基で置換されていてもよい、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数6〜20のアリール基もしくは炭素原子数7〜20のアラルキル基を表し、R2 は、それぞれ独立して水酸基、炭素原子数1〜6のアルコキシ基、またはハロゲン原子を表し、nは、1〜4の整数を表す。)
前記nは、3であることが好ましい。前記R1の一部又は全部は、炭素原子数6〜20のアルキル基であることが好ましい。また前記R1の一部又は全部は、一つ以上のエポキシ基で置換された炭素原子数1〜20のアルキル基であることも好ましい。
また封止層4は、木質基材20と同様に、複数の単板の積層体により構成されていてもよい。封止層4を複数の単板の積層体により構成する場合、単板の原料木材の樹種は、木質基材20と同様のものを用いることができる。封止層4は、厚み方向Zにおける木質基材20の両側に配されていてもよい。封止層4は、木質基材20と同じ部材であってもよいし、別の部材であってもよい。
厚み方向Zに隣り合う難燃薬剤保持層10に存在する開孔21の50%以上100%以下が重ならないことが好ましく、厚み方向Zに隣り合う難燃薬剤保持層10に存在する開孔21の70%以上100%以下が重ならないことがより好ましく、厚み方向Zに隣り合う難燃薬剤保持層10に存在する開孔21の90%以上100%以下が重ならないことが更に好ましい。
このような構成により、例えば厚み方向Zに隣り合う難燃薬剤保持層10のうち上側の難燃薬剤保持層10における開孔21ではない部分が燃焼し、燃焼が厚み方向Z下側に進行したとしても、上側の難燃薬剤保持層10における開孔21ではない部分の厚み方向Z下側には、下側の難燃薬剤保持層10の難燃薬剤含有固形物30が配されているため、燃焼が厚み方向Z下側に進行することを防ぐことができるようになっている。
まず、難燃薬剤含有固形物30として硬化物を有する耐火性木質複合材1を製造する場合について説明する。
まず、開孔21が形成されていない木質基材20に、第1方向X及び第2方向Yのそれぞれに等間隔に開孔21を形成する。これとは別に、硬化性組成物を開孔21と略同一形状の容器に入れ、該容器内で硬化性組成物を硬化させる。このようにして硬化物である難燃薬剤含有固形物30を得る。次に、開孔21に難燃薬剤含有固形物30を充填する。開孔21に難燃薬剤含有固形物30を充填するに先立って、難燃薬剤含有固形物30の表面に又は開孔21の周面に接着剤を塗布しておいてもよい。こうすることで、難燃薬剤含有固形物30が開孔21から抜けてしまうことを防止することができる。そして、木質基材20の厚み方向Zの片側に封止層4を配し、開孔21の一方の開口を封止する。このようにして難燃薬剤保持層10を製造する。このようにして製造した難燃薬剤保持層10どうしを、開孔21の中心点21aどうしが重ならないように第1方向X及び第2方向Yにずらした状態に積層し、耐火性木質複合材1を製造する。
封止層4の木質基材20への接合及び難燃薬剤保持層10どうしの接合は、木質複合材の製造に従来用いられている各種公知の接着剤を用いることができ、例えば、水性高分子−イソシアネート系接着剤、レゾルシノール樹脂接着剤、レゾルシノール・フェノール樹脂接着剤、メラミン樹脂接着剤、メラミンユリア樹脂接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤等が挙げられる。これらのなかでも、レゾルシノール樹脂接着剤又はレゾルシノール・フェノール樹脂接着剤が好ましい。
まず、開孔21が形成されていない木質基材20に、第1方向X及び第2方向Yのそれぞれに等間隔に開孔21を形成する。次に、木質基材20の厚み方向Zの片側に封止層4を配し、開孔21の一方の開口を封止する。そして、硬化性組成物を開孔21に充填する。硬化性組成物を硬化させて、硬化物である難燃薬剤含有固形物30とすることにより、難燃薬剤保持層10が製造される。このようにして製造した難燃薬剤保持層10どうしを、第1方向X及び第2方向Yにずらした状態に積層し、耐火性木質複合材1を製造する。封止層4を配した後に、難燃薬剤含有固形物30を開孔21に充填することにより、難燃薬剤含有固形物30が充填時に液体状態であっても、難燃薬剤含有固形物30を開孔21に容易に充填することができる。硬化性組成物を硬化させる方法は特に制限されず、上述した方法等を用いることができる。
まず、開孔21が形成されていない木質基材20に、第1方向X及び第2方向Yのそれぞれに等間隔に開孔21を形成する。これとは別に、固体難燃剤を含む粉体を、開孔21と略同一形状に圧粉成型し、圧粉体である難燃薬剤含有固形物30を得る。その後、難燃薬剤含有固形物30として硬化物を用いる場合と同様に、開孔21に難燃薬剤含有固形物30を充填して難燃薬剤保持層10を製造し、該難燃薬剤保持層10どうしを、開孔21の中心点21aどうしが重ならないように第1方向X及び第2方向Yにずらした状態に積層し、耐火性木質複合材1を製造する。
まず、開孔21が形成されていない木質基材20に、第1方向X及び第2方向Yのそれぞれに等間隔に開孔21を形成する。次に、木質基材20の厚み方向Zの片側に封止層4を配し、開孔21の一方の開口を封止する。そして、固体難燃剤を含む粉体を開孔21に充填する。そして、開孔21に充填された粉体を圧粉成型し、圧粉体である難燃薬剤含有固形物30とすることにより、難燃薬剤保持層10を製造する。その後、難燃薬剤含有固形物30として硬化物を用いる場合と同様にして、難燃薬剤保持層10を製造し、該難燃薬剤保持層10どうしを、開孔21の中心点21aどうしが重ならないように第1方向X及び第2方向Yにずらした状態に積層し、耐火性木質複合材1を製造する。
まず、開孔21が形成されていない木質基材20に、第1方向X及び第2方向Yのそれぞれに等間隔に開孔21を形成する。次に、木質基材20の厚み方向Zの片側に封止層4を配し、開孔21の一方の開口を封止する。そして、複数の開孔21のそれぞれに、硬化性組成物又は粉体を充填する。そして、硬化性組成物を硬化させて硬化物である難燃薬剤含有固形物30を形成する。また、粉体を圧粉成型し、圧粉体である難燃薬剤含有固形物30を形成する。このようにして、硬化物である難燃薬剤含有固形物30及び圧粉体である難燃薬剤含有固形物30の両方を有する難燃薬剤保持層10を製造する。このようにして製造した難燃薬剤保持層10どうしを、開孔21の中心点21aどうしが重ならないように第1方向X及び第2方向Yにずらした状態に積層し、耐火性木質複合材1を製造する。
厚み方向Zの両端に位置する難燃薬剤保持層10のうち少なくとも1つにおける別の難燃薬剤保持層10が存在する側とは反対側に化粧層5が配されていることにより、耐火性木質複合材1の意匠性を向上させることが可能となる。
厚み方向Zの両端に位置する難燃薬剤保持層10は、複数の難燃薬剤保持層10のうち、厚み方向の端部又は最も端部に寄りに位置する難燃薬剤保持層である。
化粧層5や難燃薬剤保持層10に塗布する難燃薬剤は、難燃薬剤含有固形物30に含まれる固体難燃剤や、封止層4を構成する板材に用いられる難燃薬剤と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
耐火性木質複合材1の外側を構成する面に難燃薬剤が塗布されていることにより、耐火性木質複合材1の耐火性能をより向上させることが可能となる。
本発明の難燃薬剤保持体及び耐火性木質複合材は、例えば壁、床又は天井等に張り付けて用いることができる。
荷重支持部8は角材であり、単独で、固定荷重、積載荷重等の長期に生ずる荷重(長期荷重)に対して構造耐力上安全であるようにその断面設計がなされている。斯かる断面設計は公知である。荷重支持部8の横断面形状は四角形状であり、耐火木製構造材7Aの横断面における、荷重支持部8の縦方向の長さ及び横方向の長さは、梁や柱の形状、或いは大きさ等によって適宜に変更することができる。
図2に示す難燃薬剤保持層10と同様の構成を有する難燃薬剤保持体を製造した。具体的には、木質基材として、縦方向の長さが100mmであり、横方向の長さが100mmであり、厚みが15mmである、針葉樹合板を使用した。開孔の直径は10mmであり、第1方向及び第2方向における開孔の間隔は20mmであった。開孔に、以下の組成を有する硬化性組成物を充填した後、該硬化性組成物を温度:20〜25℃、湿度:40%RH以下、硬化時間:10日間の条件により硬化させ、硬化物である難燃薬剤含有固形物を形成した。
・固体難燃剤:ホウ酸、70質量%
・硬化性化合物:3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、23質量%
・硬化触媒:アルミニウム系硬化触媒(ACS、ホープ製薬株式会社製)、7質量%
・他の成分:なし
実施例1において、硬化性組成物の組成を以下のように変更した以外は、実施例1と同様にして実施例2の試験体を製造した。
<硬化性組成物の組成>
・固体難燃剤:ホウ酸、70質量%
・硬化性化合物:3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、9質量%;メチル系シロキサンオリゴマー(KC−89S、信越化学工業株式会社製、n=3)、18質量%
・硬化触媒:アルミニウム系硬化触媒(ACS、ホープ製薬株式会社製)、3質量%
・他の成分:なし
縦方向の長さが3950mmであり、横方向の長さが120mmであり、厚みが30mmであるスギ材に190kg/m3の難燃薬剤を加圧注入した難燃処理済みスギ材を厚み方向に積層して接着して得られた集成材から、縦方向の長さが100mmであり、横方向の長さが100mmであり、厚みが15mmである小片を採取して試験体とした。難燃薬剤としては、ポリリン酸アンモニウムを用いた。
まず、実施例1,2及び比較例1で得られた試験体の質量を測定した。そして、各試験体を24時間流水に暴露させた。その後、オーブンを用いて105℃で24時間乾燥し、各試験体の質量を再度測定した。各試験体について、流水に暴露させる前の難燃薬剤の質量に対する流水に暴露させた後の難燃薬剤の溶脱量の割合を算出し、算出された値を溶脱率とした。
木質基材として、縦方向の長さが430mmであり、横方向の長さが325mmであり、厚みが15mmである、スギ有孔合板を使用した。開孔の直径は10mmであり、第1方向及び第2方向における開孔の間隔は20mmであった。開孔に、以下の組成を有する硬化性組成物を充填した後、60℃に加熱して6時間硬化させ、硬化物である難燃薬剤含有固形物を形成した。このようにして製造した難燃薬剤保持体を、開孔どうしが重ならないように、厚み方向に3つ積層した。積層した難燃薬剤保持体の厚み方向における一方の面に、縦方向の長さが430mmであり、横方向の長さが325mmであり、厚みが24mmである、針葉樹からなる合板を配した。難燃薬剤保持体及び合板の接着には、レゾルシノール系接着剤を使用した。このようにして製造した、難燃薬剤保持体及び合板の積層体における難燃薬剤保持体側の面以外の面をセラミックブランケットと石膏ボードで養生し、実施例3の試験体とした。
<硬化性組成物の組成>
・固体難燃剤:ホウ酸、70質量%
・硬化性化合物:3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、23質量%
・硬化触媒:アルミニウム系硬化触媒(ACS、ホープ製薬株式会社製)、7質量%
・他の成分:なし
実施例3において、硬化性組成物を木質基材の開孔と同形状の容器に充填し、60℃に加熱して6時間硬化させ、硬化物である難燃薬剤含有固形物を形成した。そして、形成した難燃薬剤含有固形物を木質基材の開孔に充填した。これ以外は、実施例3と同様にして、実施例4の試験体を製造した。
実施例4において、以下の組成を有する粉体を圧粉成形し、圧粉体である難燃薬剤含有固形物を形成した。そして、形成した難燃薬剤含有固形物を木質基材の開孔に充填した。これら以外は、実施例3と同様にして、実施例5の試験体を製造した。
<粉体の組成>
・固体難燃剤:ホウ酸、95質量%
・硬化性化合物:メチル系ポリシロキサン樹脂(KR−220LP、信越化学工業株式会社製、n=3)、5質量%
難燃薬剤保持体を3つ積層した積層体に代えて、縦420mm、横350mm、厚み24mmのラワン合板を2つ積層した積層体を用いた以外は、実施例3と同様の手順で試験体を製造した。
実施例3ないし5及び比較例2で得られた試験体を燃焼試験炉に収容した。試験体においては、難燃薬剤保持体側の面が一面加熱される加熱面である。そして通常の火災を想定したISO834標準加熱により1時間加熱を行い、加熱終了後、加熱時間の3倍以上の時間(3時間以上、約4時間)の炉内放冷を行った。
その際、実施例3では、鉛直方向の上側の面から100mmの位置において加熱面からの深さが30mm、45mm、60mmとなる位置(図6中、それぞれの位置を上30、上45、上60と表記する)、及び鉛直方向の下側の面から100mmの位置において加熱面からの深さが30mm、45mm、60mmとなる位置(図6中、それぞれの位置を下30、下45、下60と表記する)における温度変化を計測し、各位置における温度の継時的変化を確認した。
実施例4及び5並びに比較例2では、鉛直方向の上側の面から100mmの位置において加熱面からの深さが15mm、30mm、45mmとなる位置(図7〜9の各図中、それぞれの位置を上15、上30、上45と表記する)、及び鉛直方向の下側の面から100mmの位置において加熱面からの深さが15mm、30mm、45mmとなる位置(図7〜9の各図中、それぞれの位置を下15、下30、下45と表記する)における温度変化を計測し、各位置における温度の継時的変化を確認した。
また、実施例3ないし5及び比較例2の加熱面の状態を目視により確認した。実施例3ないし5及び比較例2について温度を測定した結果をそれぞれ、図6ないし9に示す。
10 難燃薬剤保持層
20 木質基材
21 開孔
21a 開孔の中心点
30 難燃薬剤含有固形物
4 封止層
5 化粧層
7 耐火木製構造材
8 荷重支持部
9 耐火被覆層
40 難燃薬剤保持層積層部
X 第1方向
Y 第2方向
Z 厚み方向
Claims (15)
- 平面視において第1方向及び第1方向に直交する第2方向を有し、難燃薬剤保持層が厚み方向に複数積層されている耐火性木質複合材であって、
前記難燃薬剤保持層は、複数の開孔を有する木質基材と、該開孔内に充填された難燃薬剤含有固形物とを備えており、
前記厚み方向に隣り合う前記難燃薬剤保持層どうしは、前記開孔の中心点の位置を、第1方向若しくは第2方向又はその両方にずらした状態に積層されており、
前記難燃薬剤含有固形物が、固体難燃剤を含む硬化性組成物の硬化物、及び固体難燃剤を含む圧粉体の何れか一方又は両方である、耐火性木質複合材。 - 前記硬化性組成物が前記固体難燃剤を65質量%以上80質量%以下含むか、又は前記圧粉体が前記固体難燃剤を80質量%以上含む、請求項1に記載の耐火性木質複合材。
- 前記固体難燃剤が、有機リン化合物、リン酸、リン酸エステル、リン酸塩、有機ホウ素化合物、ホウ酸、ホウ酸エステル及びホウ酸塩からなる群から選ばれる一種以上である、請求項1又は2に記載の耐火性木質複合材。
- 前記固体難燃剤がホウ酸である、請求項1〜3の何れか1項に記載の耐火性木質複合材。
- 前記硬化性組成物又は前記圧粉体が硬化性化合物を含み、
前記硬化性化合物のうち50質量%以上が、下記一般式(1)で表される化合物若しくはその加水分解縮合物又はその両方である、請求項1〜4の何れか1項に記載の耐火性木質複合材。
SiR1 (4−n)R2 n(1)
(式中、R1は、それぞれ独立して、水素原子、または一つ以上のアミノ基、エポキシ基、酸無水物基、マレイミド基、ビニル基、アリル基、アクリル基、メタアクリル基、若しくはヘテロ環基で置換されていてもよい、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数6〜20のアリール基もしくは炭素原子数7〜20のアラルキル基を表し、R2 は、それぞれ独立して水酸基、炭素原子数1〜6のアルコキシ基、またはハロゲン原子を表し、nは、1〜4の整数を表す。) - 前記nが3である、請求項5に記載の耐火性木質複合材。
- 前記R1の一部又は全部が、炭素原子数6〜20のアルキル基である、請求項5又は6に記載の耐火性木質複合材。
- 前記R1の一部又は全部が、一つ以上のエポキシ基で置換された炭素原子数1〜20のアルキル基である、請求項5又は6に記載の耐火性木質複合材。
- 前記硬化性組成物又は前記圧粉体が硬化触媒を含む、請求項1〜8の何れか1項に記載の耐火性木質複合材。
- 請求項1〜9の何れか1項に記載の耐火性木質複合材の製造方法であって、
前記硬化性組成物を硬化させ、硬化物である難燃薬剤含有固形物を形成する工程、及び、前記固体難燃剤を含む粉体を圧粉成型し、圧粉体である難燃薬剤含有固形物を形成する工程の何れか一方又は両方と、
前記難燃薬剤含有固形物を前記開孔に充填する工程とを含む、耐火性木質複合材の製造方法。 - 請求項1〜9の何れか1項に記載の耐火性木質複合材の製造方法であって、
前記硬化性組成物を前記開孔に充填した後に該硬化性組成物を硬化させ、硬化物である難燃薬剤含有固形物を形成する工程、及び、固体難燃剤を含む粉体を前記開孔に充填した後に該粉体を圧粉成型し、圧粉体である難燃薬剤含有固形物を形成する工程の何れか一方又は両方を含む、耐火性木質複合材の製造方法。 - 開孔を有する木質基材と該開孔に充填された難燃薬剤含有固形物とを備えており、
前記難燃薬剤含有固形物が、固体難燃剤を含む硬化性組成物の硬化物、及び固体難燃剤を含む圧粉体の何れか一方又は両方である、難燃薬剤保持体。 - 請求項12に記載の難燃薬剤保持体の製造方法であって、
前記硬化性組成物を硬化させ、硬化物である難燃薬剤含有固形物を形成する工程、及び、記固体難燃剤を含む粉体を圧粉成型し、圧粉体である難燃薬剤含有固形物を形成する工程の何れか一方又は両方と、
前記難燃薬剤含有固形物を前記開孔に充填する工程とを含む、難燃薬剤保持体の製造方法。 - 請求項12に記載の難燃薬剤保持体の製造方法であって、
前記硬化性組成物を前記開孔に充填した後に該硬化性組成物を硬化させ、硬化物である難燃薬剤含有固形物を形成する工程、及び、固体難燃剤を含む粉体を前記開孔に充填した後に該粉体を圧粉成型し、圧粉体である難燃薬剤含有固形物を形成する工程の何れか一方又は両方を含む、難燃薬剤保持体の製造方法。 - 角材からなる荷重支持部と、該荷重支持部の軸方向に沿う3側面又は4側面を被覆する耐火被覆層とを備える耐火木製構造材であって、
前記耐火被覆層は、難燃薬剤保持層が厚み方向に複数積層されている難燃薬剤保持層積層部を有しており、
前記難燃薬剤保持層積層部は、平面視において第1方向及び第1方向に直交する第2方向を有しており、
前記難燃薬剤保持層は、複数の開孔を有する木質基材と、該開孔に充填された難燃薬剤含有固形物とを有しており、
前記厚み方向に隣り合う前記難燃薬剤保持層どうしは、前記開孔の中心点の位置を、第1方向及び/又は第2方向にずらした状態に積層されており、
前記難燃薬剤含有固形物が、固体難燃剤を含む硬化性組成物の硬化物、及び固体難燃剤を含む圧粉体の何れか一方又は両方である、耐火性木製構造材。
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