JP2022512801A - 建築部材の通路開口部および接合部をシールするための複合材料および防火要素 - Google Patents

Abstract

本発明は、複合材料と、それを製造するための方法と、火災の際に建築部材における通路開口部を保護するための本発明による複合材料を含有する防火要素、例えば、導管が中を通って誘導される建築部品と、に関する。本発明はさらに、建築部材における通路開口部および／または接合部をシールするための防火要素としての複合材料の使用に関する。

Description

本発明は、複合材料と、それを製造するための方法と、火災の際に建築部材の通路開口部を保護するための本発明による複合材料を含有する防火要素、例えば、導管が中を通って誘導される建築部品、に関する。本発明はさらに、部材の通路開口部および／または接合部をシールするための防火要素としての複合材料の使用に関する。

パイプライン、電気ケーブルなどの導管を設置する際には、それらは、建築部材における、特に壁および天井などの部材における通路開口部を通って誘導される。火災の際に火災および煙道ガスの通過を防ぐために、防火要素が、通路開口部の内壁と、そこを通って誘導されるラインとの間に導入され、接合部に入る。これらの防火要素は、通常は、泡沸性材料を備えているか、またはこれらから形成されているため、火災の際に発生するように、材料は、熱の影響下で膨張し、それによって導管をプレスし、部材の通路開口部を閉鎖する。

原則として、防火要素は、防火の目的で添加剤が添加される担体材料を含有する。これらの添加剤は、火災の際など高温で膨張または泡沸し、担体材料および任意選択のさらなる添加剤と共に絶縁層を形成し、したがって、発生し得る任意の開口部を閉鎖する。

既知の防火要素では、物理的に作用する発泡剤がしばしば使用される。この薬剤は、通常は、担体材料の表面の１つ以上の領域上および／または担体材料内にランダムに分配される。多くの場合、物理的に作用する発泡剤は、構造的異方性を有し、これは、それらが、例えば、フレークまたは繊維の形態であり得ることを意味している。この構造的異方性は、既知の防火要素では考慮されておらず、その結果、物理的に作用する発泡剤は、担体材料の表面の１つ以上の領域上および／または担体材料内にランダムに配向または整列される。したがって、物理的に作用する発泡剤は、好ましい配向を示さない。この場合、担体材料の表面の１つ以上の領域上および／または担体材料内において、物理的に作用する発泡剤の等方性または統計的な整列もしくは配向についても言及する。

キャリア材料内での物理的に作用する発泡剤のランダムな配向に起因して、火災の際、物理的に作用する発泡剤の膨張または泡沸は、３つの空間方向すべてで実質的に均一に起こる。しかしながら、例えば、通路開口部をシールするために使用される防火要素では、閉鎖される通路開口部の方向への増大した膨張が必要とされる。既知の防火要素における３つの空間方向すべてにおける膨張により、膨張した材料の大部分が通路開口部から横方向に押し出されるため、通路開口部の方向に加えられる圧力はごくわずかである。加えて、通路開口部から押し出された材料は保護されていないため、消火水ジェット、火災による気流などの機械的応力にさらされ、その押し出される膨張材料の部分は、火災の際および消火中に抵抗力がない。さらに、誘導される導管の圧縮率は、材料が通路開口部から横方向に押し出されることによって低減し、そのため、火災の際には、速い閉鎖速度は保証されない。

既存の防火要素では、防火要素のハウジングを適切に成形することによって、または膨張材料を取り囲む織布を使用することによって、膨張材料が横方向に押し出される問題を防ぐ試みがなされている。

例えば、特許文献１には、泡沸性材料の内層がその幅の少なくとも一部にわたって補強材を備え、その結果として、補強インサートの領域での屈曲が、外側にある補強インサートを囲む折り返し縁を形成する、ストリップ形状の防火要素が記載されている。

特許文献２には、サポートデバイスからガイドの内部に向かって火災の際に熱の影響下で膨張する材料を変位させる輸送デバイスが提供される防火スリーブが記載されている。

別のアプローチでは、防火要素のジオメトリーは、改善された入熱が達成されるように設計され、その結果として、泡沸性材料の早期の膨張が起こる。対応する防火要素は、例えば、特許文献３、特許文献４、および特許文献５に記載されている。

既知の防火要素を使用すると、膨張材料の横方向の押し出しは、減らすことが可能であるが、これは防ぐことはできない、したがって、これによってもなお材料が失われ、通路開口部の閉鎖のために利用することはできない。加えて、膨張材料が横方向に押し出されると、膨張材料が横方向に圧縮され、それによって、通路を閉鎖するために、物理的に作用する発泡剤が通路の中心へと膨張するのが妨げられる。さらに、これらの防火要素では、物理的に作用する発泡剤の圧縮は、防火要素の壁または織布領域における圧縮によって起こる。これらの圧縮領域は、膨張の可能性は低く、火災の際には、通路を閉鎖するためにもはや利用することができない。さらに、圧縮は、熱伝導率の増加を引き起こし、その結果として、火からは離れて面している側の温度がより急速に上昇し、それは火の侵入のリスクの増大と関連がある。

特許文献６は、耐火性の成形体を開示している。耐火性の成形体は、熱可塑性樹脂またはエラストマーに埋め込まれた膨張性黒鉛を含む。記載されている成形体は、機械方向（ＭＤ）に対する、個々の膨張性黒鉛粒子の長手方向の整列を特徴としており、１００倍の倍率では、個々の膨張性黒鉛フレークの縦方向の整列と機械方向の差は、最大±１０°である。この文書の教示によれば、膨張性黒鉛フレークは、機械方向に整列させる必要があり、機械加工レベルからの膨張性黒鉛粒子の垂直方向の起立は禁止される。しかしながら、機械加工レベル内で、膨張性黒鉛粒子は、その長手方向の整列（縦軸）に沿って３６０°自由に回転することができ、それにより、火災の際には、半径方向的に無方向の膨張が起こる。

上記の不利な点は、より大きな開口断面積の防火要素にとって特に関係がある。これらの防火要素では、火災の際に、通路開口部を確実に閉鎖するために、物理的に作用する大量の発泡剤が使用される。したがって、上記の問題は、より広範囲に観察される。加えて、これらの防火要素は、重量が重い場合があり、その結果として、設置が困難になる。さらに、物理的に作用する発泡剤を大量に使用することは、生態学的および経済的観点から不利である。

欧州特許出願公開第３２６０６７８号明細書 独国特許第２００４０５５９２８号明細書 欧州特許出願公開第１２７３８４１号明細書 独国特許出願公開第１０２００８０３１０１８号明細書 独国実用新案登録出願公開第２０２０１２００３４０５号明細書 国際公開第２０１８／０１６５８０号

したがって、火災の際に、通路開口部の内面と、そこを通って誘導される導管との間のギャップの、特に煙および火に対する信頼性の高いシーリングに関する解決策が必要であり、その解決策によって、物理的に作用する発泡剤は、当該発泡剤が膨張するときにギャップから押し出される程度が減少し、その結果、誘導される導管は、より大きくプレスされる。

加えて、本発明の目的は、防火要素中で、または防火要素として使用するための解決策を提供することであり、その解決策は、材料の使用を、特に、物理的に作用する発泡剤の量を、防火要素の性能を失わずに、特に、その閉鎖能力を火災の際に損なわずに、低減することを可能にすることにある。特に、本発明の目的は、防火要素において、物理的に作用する発泡剤の量の削減を可能にする解決策を提供することにあり、それによって、同時に、防火要素の改善された性能、特に改善された閉鎖能力を、火災の際に達成することができる。

この目的は、請求項１に記載の複合材料によって、請求項９に記載の方法によって、および請求項１０に記載の防火要素によって、達成される。

本発明の第１の態様によれば、
ｉ）担体材料を提供するステップと、
ｉｉ）少なくとも１つの層状の物理的に作用する発泡剤の複数の粒子を提供するステップと、
ｉｉｉ）担体材料と、層状の物理的に作用する発泡剤とを混合して前駆体を製造するステップと、
を含み、
その前駆体が、ステップｉｉｉ）の間または後に、機械的成形法にかけられ、層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子が、複合材料全体にわたって互いに実質的に平行に配置されている、
ことを特徴とする方法によって製造される複合材料が提供される。

上記の複合材料の１つの概念は、火災の際の膨張方向に影響を及ぼし、而して、的を絞った方法で制御できるようにするために、粒子の整列または配向によって、構造的に異方性の物理的に泡沸する材料（層状の物理的に作用する発泡剤）を担体材料と組み合わせて、物理的に泡沸する材料の構造異方性を使用することである。担体材料における層状の物理的に作用する発泡剤の粒子の整列または配向は、ステップｉｉｉ）の間または後に、前駆体が機械的成形法にかけられることにおいて達成される。本発明の文脈において使用される層状の物理的に作用する発泡剤の場合、膨張は、火災の際には、実質的に一方向に、具体的には、物理的に作用する発泡剤が形成される個々の層に対して直角に、起こる。層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子が、複合材料全体にわたって互いに実質的に平行に配置される場合、入熱の際には、膨張は、平行粒子に対して実質的に直角に起こり、所望の方向に膨張を制御することが可能である。

本発明をよりよく理解するために、本明細書で使用される用語の以下の説明が有用であると考えられる。本発明の文脈において、
－「複合材料」という用語は、異なる材料を堅固に組み合わせることによって製造中に得られ、化学的および物理的特性が個々の構成要素の特性を超える材料を記述している。
－「担体材料」という用語は、１つ以上のポリマーを含む組成物を記述している。担体材料は、１つ以上のポリマーが連続相を形成することを特徴としている。
－「堅固に結合した」という用語は、分子間力から生じ、それらが全体として固体を形成するように層を一緒に保持する２つの材料間の結合を記述している。堅固な結合の分離は、しばしば、堅固な結合によって相互に接続された要素を破壊することによってのみ可能である。
－「フォームフィッティング」という用語は、少なくとも２つの接続部品がインターロックすることによって生じる２つの材料間の接続を記述している。本発明の文脈において、フォームフィット接続は、特に、インターロックをもたらすために使用されるポリマー担体材料の塑性変形能によって生成され得る。
－「物理的泡沸」とは、２つの化合物間の化学反応が起こることなく、ガスを放出する化合物の膨張によってボリュームのある絶縁層が形成され、それにより、化合物の体積が元の体積の倍数だけ増加することを意味している。本発明の文脈において、「物理的に作用する発泡剤」という用語は、ある特定の温度、いわゆる活性化温度を超えるときに物理的泡沸を示すことができる材料または部材を意味している。
－「熱膨張」または単に「膨張」という用語は、物理的および／または化学的泡沸によって引き起こされる材料または部材の体積増加を意味している。
－「ポリマー」は、６つ以上の繰り返し単位を有する分子であり、線状、分岐状、星型、ねじれ、超分岐状、または架橋の構造を有することができ、ポリマーは、単一のタイプの繰り返し単位（「ホモポリマー」）を有することができるか、または複数のタイプの繰り返し単位（「コポリマー」）を有することができる。
－「固形分」という用語は、組成物の不揮発性配合の含有量を意味している。固形分は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ３２５１（２００８）に従って測定される。
－「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」は、言及したものに加えて、さらなる構成成分が存在し得ることを意味している。これらの用語は、包括的であることを意図しているため、「からなる」という用語を包含する。「からなる」は排他的であることを意図しており、さらなる構成成分が存在し得ないことを意味している。好ましい態様では、「含有する」および「含む」という用語は、「からなる」という用語を意味している。
－数によって制限される範囲、例えば、「５～６０重量％」とは、２つの極値およびこの範囲内の任意の値が個別に開示されることを意味している。

本発明による複合材料を製造するためのステップｉ）は、担体材料を提供することを含む。担体材料は、好ましくは、水または溶媒ベースのポリマー分散液、特に、水性ポリマー分散液を含む。特に有用であることが証明されている水性ポリマー分散液の例は、水性アクリレート分散液、尿素樹脂、ホルムアルデヒド樹脂またはメラミン樹脂、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、アクリロニトリル、スチレンアクリレートおよびそれらのコポリマーの水性の分散液またはエマルジョンである。

本発明による複合材料の担体材料は、好ましくは、水性アクリレート（コポリマー）分散液、より好ましくは、ポリアルキル（メタ）アクリレートおよび／またはアルキル（メタ）アクリレートコポリマーの水性分散液を含む。これらは、好ましくは、重合によって、特に、アルキル（メタ）アクリレートのエマルジョン重合によって、および／またはアルキル（メタ）アクリレートとそれら自体との共重合によって、および／または共重合性コモノマーとの、例えば、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリルアミド、スチレン、イタコン酸、アクリロニトリルおよび／もしくはシトラコン酸との共重合によって得られる水性分散液であり、アルキル（メタ）アクリレートのアルキル基は、好ましくは１～６個のＣ原子、より好ましくは１～４個のＣ原子を有する。ポリブチルアクリレート、ポリエチルヘキシルアクリレート、またはアルキル（メタ）アクリレート－スチレンコポリマーの水性分散液は、本発明に従って特に好ましい。アクリレート（コポリマー）分散液は、ホモポリマーおよびコポリマーの両方、またはホモポリマーおよび／またはコポリマーの混合物を含むことができ、好ましくは７～９の範囲のｐＨ、好ましくは８のｐＨを有し、必要に応じて、希水酸化ナトリウム溶液または希アンモニア溶液で調整され、他の構成成分と混合される。この水性アクリレート（コポリマー）分散液は、好ましくは４０～９０重量％、より好ましくは５０～８０重量％の固形分を有する。本発明に従って好ましくは使用されるアクリレート（コポリマー）分散液は、当業者に知られており、市販されている。硬化は、乾燥によって物理的に起こる。

さらに、担体材料は、８０℃～５００℃、好ましくは９０℃～４００℃、より好ましくは１１０℃～３００℃の温度範囲で軟化点または分解点を有することが好ましい。担体材料の軟化または分解温度を適切に選択することにより、本発明による複合材料の膨張特性に影響を及ぼすことができる。火災の際に担体材料の早期の軟化または分解が起こる場合、これは、担体材料の変形および／または溶融によって、層状の物理的に作用する発泡剤の粒子の再配向をもたらす可能性がある。担体材料の軟化または分解温度が高すぎる場合、層状の物理的に作用する発泡剤の膨張が妨げられる。

担体材料は、ガラス繊維、セラミック繊維、炭素繊維、ポリアミド繊維、金属繊維、ホウ素繊維、天然繊維、岩石繊維、およびそれらの混合物からなる群から特に選択される少なくとも１つの有機および／または無機の繊維をさらに含み得る。担体材料中の有機および／または無機繊維の存在は、層状の物理的に作用する発泡剤の担体材料への組み込みおよび配向を容易にする。特に好適な繊維は、ガラス繊維および／または金属繊維であり、特に、Ｅガラス、ケイ酸塩繊維、または鉱物ウール繊維からなる。

有機または無機繊維は、好ましくは、１ｍｍ～２５ｍｍ、より好ましくは２ｍｍ～２０ｍｍ、特に好ましくは３ｍｍ～１５ｍｍの長さを有する。例として、ここでは、ＳＴＷのガラス繊維を挙げることができる。

有機繊維または無機繊維は、好ましくは、複合材料の固形分の総重量に基づいて、０．１～２５．０重量％、好ましくは０．５～１５．０重量％、特に好ましくは１．０～６．０重量％の量で担体材料に含有される。

有機および／または無機繊維の長手方向の広がりが、層状の物理的に作用する発泡剤の粒子に対して実質的に平行であることが特に好ましい。この場合、有機および／または無機繊維は、火災の際に、１つの空間方向に向けられる膨張の効果を支援する。

火災の際に形成される灰分殻（ａｓｈ ｃｒｕｓｔ）は、あまりに不安定であり得るため、その密度と構造に応じて、気流によって吹き飛ばされる場合があり、防火要素のシーリング効果に悪影響を及ぼし、担体材料は、少なくとも１つの灰分殻安定剤を含有し得る。

「灰分殻安定剤」は、物理的に作用する発泡剤と担体材料から形成される炭素骨格（灰分殻）を安定化させる、いわゆる骨格形成化合物である。これに関連して、その基本的な作用様式は、形成される本質的に非常に柔らかい炭素層が無機化合物によって機械的に強化されるということである。このような灰分殻安定剤の添加は、これらの添加剤が、泡沸層の機械的強度を高め、かつ／またはそれが低下するのを防ぎ、その結果として、断熱効果が維持または強化されるため、火災の際に泡沸殻の有意な安定化に寄与する。

防火配合物で一般的に使用され、当業者に知られている化合物は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、鉄、および亜鉛などの粒子状金属は、灰分殻安定剤または骨格形成物質と見なし得る。粒子状金属は、粉末、フレーク、スケール、繊維、糸、および／またはウィスカーの形態で存在することができ、粉末、フレーク、またはスケールの形態の粒子状金属は、≦５０μｍ、好ましくは０．５～１０μｍの粒径を有する。粒子状金属が、繊維、スレッド、および／またはウィスカーの形態で使用される場合、０．５～１０μｍの厚さおよび１０～５０μｍの長さが好ましい。代替的または追加的に、アルミニウム、マグネシウム、鉄、または亜鉛を含む群の金属の酸化物または化合物を、灰分殻安定剤、特に、酸化鉄、好ましくは三酸化鉄、二酸化チタン、および／またはホウ酸塩、例えば、ホウ酸亜鉛として、使用してもよい。かかる添加剤の例は、米国特許出願公開第４４４２１５７号、米国特許出願公開第３５６２１９７号、英国特許出願公開第７５５５５１号、および欧州特許出願公開第１３８５４６号においても見出される。

好ましくは、灰分殻安定剤は、リンのオキソ酸の塩および誘導体から選択されるリン含有化合物である。リンのオキソ酸は、それらの範囲が非常に広いため、使用される。

リン酸化合物の例としては、リン酸一アンモニウム、リン酸二アンモニウム、リン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム、リン酸メラミン、メラミン樹脂ホスフェート、リン酸カリウム、リン酸ポリオール、例えば、リン酸ペンタエリスリトール、リン酸グリセロール、リン酸ソルビトール、リン酸マンニトール、リン酸ダルシトール、リン酸ネオペンチルグリコール、リン酸エチレングリコール、リン酸ジペンタエリスリトールなどを挙げることができる。好ましくは、ポリリン酸塩またはポリリン酸アンモニウムがリン酸化合物として使用される。この点に関しては、メラミン樹脂ホスフェートは、Ｌａｍｅｌｉｔｅ Ｃ（メラミン－ホルムアルデヒド樹脂）とリン酸との反応生成物などの化合物であると理解される。

灰分殻安定剤は、好ましくは、複合材料の固形物含有量の総重量に基づいて、約５～３５重量％、好ましくは７～３０重量％、特に好ましくは１０～２８重量％の量で、担体材料に含有される。

加えて、他の防火添加剤、特に、化学的泡沸を引き起こすもの、および切除的に（ａｂｌａｔｉｖｅｌｙ）作用するものが、組成物に含有され得る。「化学的泡沸」とは、互いに整合し、かつ熱の影響下で互いに反応する化合物による、多量の断熱灰分層の形成を意味している。これらは、一般に、炭素源、酸形成剤、およびガス形成剤である。

「炭素源」とは、不完全燃焼により炭素骨格を残し、不完全燃焼して二酸化炭素および水を生成する有機化合物である（炭化）。これらの化合物は「炭素骨格形成物質」としても知られている。「酸形成剤」は、熱の影響下で、すなわち、約１５０℃超で、例えば、分解に起因して不揮発性酸を形成し、それによって炭化のための触媒として作用する化合物である。加えて、それは、担体材料の溶融物の粘度を低下させることに寄与することができ、「脱水素触媒」という用語は、この文脈では同義語として使用される。「ガス形成剤」は、不活性、すなわち、不燃性のガスの発生と共に高温で分解し、炭化によって形成された炭素骨格および任意選択で軟化した結合剤を、発泡体に膨張させる化合物である（泡沸）。

任意選択で、担体材料は、他の従来の添加剤、例えば、可塑剤、充填剤、顔料、レオロジー特性を調整するための添加剤、増粘剤、分散剤、乳化剤、殺生物剤、殺菌剤、防腐剤および老化防止剤、凍結防止剤、湿潤剤、消泡剤、および／またはスキン形成遅延剤を含有し得る。これらの他の添加剤は、当業者に知られている市販の製品である。

使用することができる充填剤は、一般的に使用され、当業者に知られている充填剤である。以下は、例として、充填剤として言及することができる：チョーク、硫酸バリウム、石英、タルク、カオリン、硫酸カルシウムおよび／またはケイ酸カルシウム。充填剤は、単独で、または２つ以上の混合物として使用することができる。

顔料として、担体材料は、好ましくは、酸化鉄、二酸化チタン、硫化亜鉛、酸化亜鉛、および／または有機または無機の着色顔料を含有し得る。

担体材料は、例えば、レオロジー特性を調整するための添加剤として、高度に分散されたシリカ、ベントナイト、または変性ベントナイト、ポリアクリレートおよび／またはセルロース誘導体、例えば、セルロースエーテルを含有し得る。

添加剤は、複合材料の固形分の合計に基づいて、約０．２５～２．５重量％、好ましくは０．５～１．７重量％、特に好ましくは０．８～１．６重量％の量で、担体材料に含有され得る。

本発明による複合材料を製造するためのステップｉｉ）は、少なくとも１つの層状の物理的に作用する発泡剤の複数の粒子を提供することを含む。本発明の文脈において、「層状」という用語は、層の形態で構造的に異方性である材料を意味すると理解される。層状構造は、層内の相互作用が層間よりもはるかに顕著であるという事実に起因している。本発明の文脈において、これは、特に、共有結合が層内に存在し、層間では、静電力および／またはファンデルワールス力の形態でのほんの弱い相互作用が作用することを意味している。層状の物理的に作用する発泡剤は、複数の粒子を含む。層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子が、機械的成形法によって複合材料全体にわたって互いに実質的に平行に配置されることは、本発明には不可欠である。

好ましくは、層状の物理的に作用する発泡剤は、フレークの形態であり、隣接するフレークは、複合材料全体にわたって互いに実質的に平行に配置される。

層状の物理的に作用する発泡剤の平均粒径は、用途に応じて、広い範囲内であり得る。好ましくは、層状の物理的に作用する発泡剤は、５０μｍ～４．０ｍｍ、好ましくは８０μｍ～３．５ｍｍ、特に好ましくは１００μｍ～３．０ｍｍの平均粒径を有する。平均粒径は、当業者に知られている方法によって、例えば、ＤＩＮ ６６１６５（２０１６）によるふるい分析によって、測定することができる。

層状の物理的に作用する発泡剤は、好ましくは、黒鉛層間化合物（膨張性黒鉛としても知られる）、フィロケイ酸塩層間化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され、黒鉛層間化合物または膨張性バーミキュライトが好ましい。

黒鉛におけるＳＯ_ｘ、ＮＯ_ｘ、ハロゲン、酢酸、硝酸および／または強酸の既知の層間化合物は、黒鉛層間化合物の例と考えることができる。これらは、黒鉛塩とも称される。例えば、１２０～３５０℃の温度（活性化温度）で膨張しながらＳＯ_２、ＳＯ_３、ＮＯおよび／またはＮＯ_２を放出する黒鉛層間化合物が好ましい。本発明に好適な膨張性黒鉛は市販されている。

好ましくは、黒鉛層間化合物は、５０μｍ～１．０ｍｍ、好ましくは７０μｍ～０．７ｍｍ、特に好ましくは９０μｍ～０．５ｍｍの平均粒径を有する。

好適なフィロケイ酸塩層間化合物（膨張性フィロケイ酸塩）は、例えば、層間化合物を天然の膨張性フィロケイ酸塩、特に天然のバーミキュライトに組み込むことによって得ることができる化合物である。陽イオン交換によって天然のフィロケイ酸塩に組み込まれる、リチウムおよびカリウムのアルコラート、ならびにリチウム、ナトリウム、およびカリウムと有機酸および／またはそれらの水溶液との塩の代表例は、層間化合物として好ましい。これに関して、独国特許出願公開第１０２９０８３号およびそこで引用されている文献、例えば、欧州特許出願公開第０４２９２４６号が参照され、その内容は、本出願に組み込まれる。

フィロケイ酸塩層間化合物は、好ましくは、１００μｍ～４．０ｍｍ、好ましくは１２０μｍ～３．５ｍｍ、特に好ましくは１５０μｍ～３．０ｍｍの平均粒径を有する。

本発明による複合材料を製造するためのステップｉｉｉ）は、担体材料と、層状の物理的に作用する発泡剤とを混合して前駆体を製造することを含む。前駆体を生成するために、担体材料と、層状の物理的に作用する発泡剤とを混合することは、好ましくは多建築部材混合システムで行われる。層状の物理的に作用する発泡剤が、担体材料内に均一かつ等方的に分配されている前駆体が得られる。

用途に応じて、層状の物理的に作用する発泡剤は、非常に広い重量パーセントの範囲で、前駆体に存在することができ、それに対応して複合材料にも存在することができる。しかしながら、層状の物理的に作用する発泡剤は、複合材料の固形分の総重量に基づいて、１０～９０重量％、好ましくは１５～７０重量％、より好ましくは２０～５５重量％の量で、複合材料中に含有されることが好ましい。

本発明による複合材料を製造するために、前駆体は、ステップｉｉｉ）の間または後に、機械的成形法にかけられ、層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子は、複合材料全体にわたって互いに実質的に平行に配置される、ことが不可欠である。

層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子が、複合材料全体にわたって互いに実質的に平行に配置されることは、本発明には不可欠である。火災の発生の際には、層状の物理的に作用する発泡剤は、それが構成される層に対して実質的に直角に膨張する。複合材料全体にわたる隣接粒子の実質的に平行な整列は、膨張が実質的に１つの空間方向に起こることを保証する。したがって、粒子の実質的に平行な整列は、火災の際の膨張挙動の空間的制御を可能にする。本発明による複合材料を防火要素としてまたは防火要素中で使用するとき、閉鎖される通路開口部の方向に補強法で膨張を操作することから、通路開口部からの横方向への押し出しを低減または防止することが可能である。使用される層状の物理的に作用する発泡剤は、通路の開口部の閉鎖のために大いに利用可能であり、その結果、閉鎖能力は全体的に改善され、それは、層状の物理的に作用する発泡剤に関する材料の使用を大幅に削減することと関連がある。

本発明の文脈において「複合材料全体にわたって」という用語は、層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子の配向を考慮すると、複合材料の全体的な考慮が必要であり、隣接粒子の実質的に平行な配向は、本発明による不可欠な効果をもたらすために、複合材料の体積全体にわたって実質的に存在しなければならない、ことが理解される。複合材料の一部における隣接粒子の局所的でランダムな平行配置は、本発明の文脈において、方向付けられた膨張に関する本発明に不可欠な効果をもたらさない。しかしながら、配向は、個々の粒子およびそれらの隣接粒子のレベルで考慮されるという事実によれば、層状の物理的に作用する発泡剤のすべての粒子が実質的に平行な整列を有することが絶対的に必要なわけではない。例えば、適用中に複合材料の曲げが存在する場合、層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子は、実質的に平行に配置されるが、複合材料の曲げが原因で、すべての粒子が、互いに実質的に平行に配置されているわけではない。

本発明の文脈において、「実質的に平行」という用語は、隣接粒子が平行平面の厳密な数学的要件を満たす必要はなく、むしろ平面のわずかな傾斜も許容されることを意味すると理解される。平面がわずかに傾いても、実質的に一空間方向に起こる膨張の上記効果は依然として確保される。さらに、本発明の文脈において、「実質的に平行」という用語はまた、少数の隣接粒子は平行に配置される必要がない状態も含み、それは、例えば、製造関連の理由であり得る。好ましくは、層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子の少なくとも７５％、より好ましくは少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも８５％、より好ましくは少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％が、平行配置を示す。

複合材料全体にわたる層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子の実質的に平行な配置は、任意選択で顕微鏡の助けを借りる複合材料の当業者による目視検査によって、判定することができる。

存在し得る粒子の任意の傾斜の定量化は、層状の物理的に作用する発泡剤の任意に選択された粒子に関して直角（９０°）を適用することによって理論的に記述することができる。この粒子に隣接している粒子に関してこの直角が変位している場合、好ましくは、９０°～２５°、より好ましくは１５°、より好ましくは１０°、より好ましくは５°、さらにより好ましくは２°の最大角度偏差が存在する。

本発明の文脈において、「隣接粒子」という用語は、３つの空間方向すべてにおいて特定の粒子に近接している、すなわち、ある粒子の周囲に存在する第１のスフェアー（ｓｐｈｅｒｅ）内に配置されている粒子を意味すると理解される。好ましくは、「隣接粒子」という用語は、直接に隣接する粒子だけでなく、粒子に直接に隣接する粒子に対して直接に隣接している粒子、すなわち、第１のスフェアーを超えて、第２のスフェアー内にある粒子の周囲に配置される粒子も意味している。

本発明による複合材料の製造中に、層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子は、機械的成形法によって、複合材料全体にわたって互いに実質的に平行に配置される。複合材料内で、層状の物理的に作用する発泡剤のすべての粒子は、互いに実質的に平行に配置することができる。これは、本発明の好ましい態様を構成する。

しかしながら、層状の物理的に作用する発泡剤のすべての粒子の実質的に平行な整列は、実質的に１つの空間方向における標的膨張の発明に不可欠な効果を達成するために、絶対に必要なわけではない。これは、例えば、本発明による複合材料が、例えば、通路開口部を通る導管ガイドの周囲に巻かれる長いバンデージ形態のときである。この場合、層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子は、実質的に平行に配置されるが、バンデージの巻取りおよび関連の曲げに起因して、すべての粒子が、互いに実質的に平行に配置されているわけではない。この場合、隣接粒子が、複合材料全体にわたって互いに実質的に平行にバンデージの長手方向に配置される場合、火災の際の膨張は、通路開口部の中心の方向に実質的に起こる。

好ましくは、機械的成形法は、特定のジオメトリーの成形マウスピースを用いた押出、射出成形、スキージング、カレンダー成形、引抜成形、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。好ましくは、機械的成形法は、特定のジオメトリーの成形マウスピースおよび／またはカレンダー成形を用いた押出から選択される。

本発明の文脈内で、「押出」という用語は、圧力下で成形開口部から塊を押出すことを意味すると理解される。成形開口部はまたマウスピースとも称される。好ましくは、押出は、ピストン押出機またはスクリュー押出機を使用して実施される。高さと長さの比が可能な限り小さい特殊なジオメトリーを有するマウスピースを使用すると、複合材料全体にわたって、層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子を整列させることができる。有利には、マウスピースの寸法（長さ：高さ）は、３１０ｍｍ：１０ｍｍ～７ｍｍ：０．５ｍｍの範囲である。マウスピースの最大高さは、≦１０ｍｍ、より好ましくは≦５ｍｍ、特に≦２ｍｍ、より好ましくは≦１．５ｍｍ、特に好ましくは≦１．０ｍｍであることがさらに好ましい。

本発明の文脈において、「スキージング」という用語は、スキージを使用して前駆体を表面に適用する方法を意味していると理解される。

本発明の文脈において、「カレンダー成形」という用語は、１つ以上のローラーを含むカレンダーが使用される方法を意味していると理解される。ステップｉｉｉ）で調製された前駆体は、ローラーのギャップを１回または数回通される。このステップは、数回、例えば、４回または５回行うと有利である。この場合、各ステップごとにローラー間の間隔を少しずつ小さくすることも有利である。好ましくは、ロールは、≦１０ｍｍの間隔、より好ましくは０．５ｍｍ～８ｍｍ、より好ましくは１．０ｍｍ～５．０ｍｍ、最も好ましくは１．０～３．０ｍｍの範囲の間隔を有する。

本発明の文脈において、「引抜成形」という用語は、前駆体がガラス繊維織布などの引張り用の材料に適用され、次いでこの材料に引張力が加えられる方法を意味していると理解される。

本発明の文脈において、「射出成形」という用語は、前駆体が射出成形機で液化され、加圧下で金型に射出される方法を意味していると理解される。

好ましい態様によれば、本発明による複合材料は、成形可能な塊であるか、または成形部品として、特に、ストリップ、リング、またはプレートの形態である。

複合材料は、好ましくは、≦１０ｍｍ、より好ましくは≦８ｍｍ、特に好ましくは≦５ｍｍの最大平均層厚を有する。好ましい態様では、複合材料は、０．５ｍｍ～４．６ｍｍの平均層厚を有する。

添付の図面を参照して、実施例をより詳細に説明する。

本発明による複合材料の実施例の断面図である。 本発明による好ましい複合材料の概略図である。 ポリマー担体材料に埋め込まれた膨張性黒鉛を備えた従来技術から知られている防火要素の写真である。 試験設定の写真である。 先行技術から知られている防火要素と比較した、本発明による複合材料の膨張試行の評価を示すグラフである。

図１は、本発明による複合材料（１）の実施例の断面図である。複合材料（１）は、担体材料（２）および少なくとも１つの層状の物理的に作用する発泡剤（３）を含む。層状の物理的に作用する発泡剤（３）の隣接粒子は、互いに実質的に平行に配置されている。層状の物理的に作用する発泡剤（３）は、担体材料（２）内に埋め込まれ、担体材料（２）内に実質的に均一に分配されている。

図２は、本発明による好ましい複合材料（１）の三次元図である。層状の物理的発泡剤（３）の粒子は、平らな直方体の形で示されている。層状の物理的発泡剤（３）の隣接粒子は、複合材料（１）全体にわたって互いに平行に配置されている。図２は、層状の物理的発泡剤（３）のすべての隣接粒子が、複合材料（１）全体にわたって互いに平行に配置されている好ましい実施例を示している。

図３は、防火スリーブ（Ｈｉｌｔｉ、ＣＰ６４４防火スリーブ、複合材料の層厚４．５ｍｍ）において泡沸インレイとして使用される先行技術から知られている複合材料（４）の顕微鏡分析（倍率２５倍）の写真である。インレイは、標準的なダイを使用した押出によって製造され、ポリマー担体材料（５）に埋め込まれた複数の膨張性黒鉛粒子（６）を含む。顕微鏡分析は、個々の膨張性黒鉛粒子（６）が機械方向に整列していることを示している。インレイ全体を観察すると、加工面に沿った個々の膨張性黒鉛粒子（６）は等方性でランダムな整列を示しており、そこでは、隣接する膨張性黒鉛粒子は、個々の局所点で互いに平行に配置され得る。写真は、インレイ全体にわたって隣接する膨張性黒鉛部品（６）の実質的に平行な配向が存在しないことを示している。

図４は、層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子の実質的に平行な配置を確立することができる試験設定の写真である。

図５は、先行技術から知られている防火要素と比較した、本発明による複合材料の膨張試行のグラフによる評価を示している。

本発明は、示した実施例に限定されない。特に、一実施例の個々の特徴は、本発明によるさらなる実施例では、対応する実施例の他の特徴とは独立して含有され得る、すなわち、記載の特徴は、必要に応じて互いに組み合わせることができる。

本発明の第２の態様に従って、以下のステップ：すなわち、
ｉ）担体材料を提供するステップと、
ｉｉ）少なくとも１つの層状の物理的に作用する発泡剤の複数の粒子を提供するステップと、
ｉｉｉ）担体材料と、層状の物理的に作用する発泡剤とを混合して前駆体を製造するステップと、
を含み、
その前駆体が、ステップｉｉｉ）の間または後に、機械的成形法にかけられ、層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子が、複合材料全体にわたって互いに実質的に平行に配置されている、
ことを特徴とする本発明による複合材料を製造するための方法が提供される。

本発明による複合材料の製造に関する上の記述は、本発明による方法に同様に適用される。

本発明による複合材料は、防火要素としての使用、または防火要素への統合に好適である。したがって、本発明の第３の態様に従って、本発明による複合材料を含む防火要素を提供する。

本発明による防火要素は、防火要素としての使用を幾何学的に可能にするすべての例で構成することができる。好ましい実施例では、防火要素は、ストリップ形状であり、無限のバンデージの形態である。

本発明による防火要素は、本発明による１つ以上の複合材料を含み得る。防火要素が、複数の複合材料を含む場合、２つ以上の複合材料が層状になっている場合、複合材料間に機能層を配置することが有利である。機能層は、好ましくは、２つ以上の複合材料の間で連続的に拡張する。好ましくは、機能層は、少なくとも１つの半硬質材料を含むか、または機能層は、好ましくは、少なくとも１つの半硬質材料からなる。本発明の文脈において、「半硬質材料」という用語は、破壊されることなく複合材料から発する膨張圧力を吸収することができるほど十分な機械的強度と、層状の物理的に作用する発泡剤の膨張が妨げられないような十分な柔軟性との両方を有する材料を意味していると理解される。半硬質材料が、エキスパンドメタル、ガラス繊維、アルミホイル、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されることが有利であることが証明されている。

本発明はさらに、建築部材における通路開口部および／または接合部をシールするための防火要素としての本発明による複合材料の使用に関する。

本発明は、以下の実施例を参照にすることで、より詳細に説明されよう。

以下の表１に掲げる構成成分を使用して配合物を調製した。示した成分は一緒に混合した。調製した配合物は、担体材料ならびに層状の物理的に作用する発泡剤を含み、本発明による複合材料の製造のための出発材料として使用することができる。

本発明による複合材料を製造するために、規定量の上記配合物を、滑らかな表面を有するＰＥフィルムに適用し、次いで、ＰＥフィルムを包むことによって、両側を、その出発材料で被覆した。ＰＥフィルム（層厚１０ｍｍ）で被覆された出発材料をカレンダーにかけた（カレンダーにおけるローラー間の距離は０．５ｍｍ～１０．０ｍｍ）。カレンダーのローラー間の距離を１ｍｍずつ減らし、所望の層厚に達するまで前述のステップを繰り返した。表面を滑らかにするために、最後の処理ステップはカレンダーで２回実行した。あるいは、このステップは、ローラーを介して圧力を加えることによって行った。このようにして製造された複合材料は、担体材料内で、層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子の実質的に平行な整列を示し、それは顕微鏡下での目視検査によって判明した。

さらに、本発明による複合材料（複合材料２）は、上記の説明に従って製造され、Ｈｉｌｔｉからの製品ＣＰ６４８－Ｅの出発材料を配合物として使用した。この配合物は、担体材料（水性アクリレート分散液）および層状の物理的に作用する発泡剤を含む。

製造された複合材料の膨張特性を測定するために、機能的置換試験（ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｔｅｓｔｉｎｇ）のためのデバイスを使用して膨張量（膨張の上方方向）を測定した。比較のために、いわゆる膨張係数を、これらの測定値から決定することができ、それは、複合材料の総重量に対する複合材料の膨張高さの比率を表している。機能的置換試験を行うための測定デバイスは、水平に配置された２枚の加熱可能なプレートからなっていた。天板は一定の重量を有していた。測定される複合材料（直径４５ｍｍの円形）を加熱可能なプレートの間に配置し、温度プログラム（開始温度５０℃、加熱速度２０℃／分、中間温度１００℃（５分）、加熱速度２０℃、最終温度５００℃（保持時間１５分）にかけた。天板は膨張の高さを記録することができた。

複合材料全体にわたって、層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子の実質的に平行な整列を示すために、以下の試験設定を選択した。厚さ４．５ｍｍおよび５．００ｍｍのストリップを、関連する複合材料から切り取り、これらのストリップを図２に示すように巻き取った。ストリップは、膨張がｘ方向（＝高さ）において起こるように巻き取り（実施例２）、また、ストリップが、膨張が平面方向において起こるように９０°だけ回転させた（実施例１）。
実施例１：試料を９０°だけ回転させた、仮定：主に平面膨張。
実施例２：圧延試料、仮定：主に高さにおける膨張。
実施例３：打ち抜いた参照試料、直径４５ｍｍ。

膨張高さに加えて、膨張した試料の総表面積を、写真を参照してソフトウェアによって測定した。

実施例１によるすべての試料は、低い膨張高さしか有しないが、総表面積の大幅な増加を示したことが見出された。実施例２および３による複合材料１および２の試料は、比較して高さが有意に大きく膨張したが、総表面積は有意に小さいままであった。

さらに、本発明の複合材料２の膨張特性を、機能的置換試験のための上記デバイスを使用し、積水化学社（日本）から市販されている製品Ｆｉ－Ｂｌｏｃｋ（登録商標） Ｆｉｒｅｗｒａｐ（２つの厚さで入手可能：０．９ｍｍおよび２．４５ｍｍ）の膨張特性と比較して、調べた。この製品は、膨張性黒鉛が埋め込まれているポリマー担体材料に基づいている。市販のＦｉ－Ｂｌｏｃｋ（登録商標） Ｆｉｒｅｗｒａｐの膨張特性を測定するために、１．６０ｇ（厚さ０．９ｍｍ）および６．３３ｇ（厚さ２．４５ｍｍ）の円形試料を打ち抜いた。これらの試料を、機能的置換試験のためにデバイスに配置し、温度プログラムを開始し、上方への膨張を測定した。本発明による複合材料の膨張の結果と比較した結果を図５に示す。本発明に従わない試料は、本発明による複合材料よりも実質的により低い膨張高さを示すことが示された。さらに、本発明に従わない試料における負の膨張高さの発生は、膨張性黒鉛の膨張が発生する前に起こるポリマー担体材料の溶融によって説明することができる。

Claims (11)

1. ｉ）担体材料を提供するステップと、
   ｉｉ）少なくとも１つの層状の物理的に作用する発泡剤の複数の粒子を提供するステップと、
   ｉｉｉ）前記担体材料と、前記層状の物理的に作用する発泡剤とを混合して前駆体を製造するステップと、
   を含み、
   前記前駆体が、ステップｉｉｉ）の間または後に、機械的成形法にかけられ、前記層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子が、前記複合材料の全体にわたって互いに実質的に平行に配置されている、
   ことを特徴とする方法によって製造される複合材料。
2. 前記層状の物理的に作用する発泡剤が、黒鉛層間化合物、層状シリコン層間化合物、およびそれらの混合物からなる群から選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の複合材料。
3. 前記機械的成形法が、押出、射出成形、スキージング、カレンダー成形、引抜成形、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の複合材料。
4. 前記機械的成形法が、押出および／またはカレンダー成形からなる群から選択される、ことを特徴とする請求項３に記載の複合材料。
5. 前記担体材料が、水または溶媒ベースのポリマー分散液を含む、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の複合材料。
6. 前記担体材料が、少なくとも１つの有機および／または無機の繊維を含む、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１つに記載の複合材料。
7. 前記複合材料が、≦１０ｍｍの最大層厚を有する、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１つに記載の複合材料。
8. 前記層状の物理的に作用する発泡剤が、５０μｍ～４ｍｍの平均粒径を有する、ことを特徴とする請求項１～７のいずれか１つに記載の複合材料。
9. ｉ）担体材料を提供するステップと、
   ｉｉ）少なくとも１つの層状の物理的に作用する発泡剤の複数の粒子を提供するステップと、
   ｉｉｉ）前記担体材料と、前記層状の物理的に作用する発泡剤とを混合して前駆体を製造するステップと、
   を含み、
   前記前駆体が、ステップｉｉｉ）の間または後に、機械的成形法にかけられ、前記層状の物理的に作用する発泡剤の隣接粒子が、前記複合材料の全体にわたって互いに実質的に平行に配置されている、
   ことを特徴とする複合材料を製造するための方法。
10. 請求項１～８のいずれか１つに記載の、または請求項９に記載の方法によって製造される、少なくとも１つの複合材料を含む、防火要素。
11. 建築部材における通路開口部および／または接合部をシールするための防火要素としての、請求項１～８のいずれか１つに記載の、または請求項９に記載の方法によって製造される、複合材料の使用。
    
    

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