JP3927162B2 - 発泡成形体 - Google Patents

Description

本発明は、発泡成形体に関する。

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に、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てしまう。この延焼を防止するために、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介在させた防火扉、防火シャッター、防火隔壁が一般に使用されている。

これら防火扉、防火シャッター、防火壁は、火災時の高熱下に曝されると、表面材と裏面材の熱伝導が異なるため大きく変形して連結部や接続部に隙間が生じ、この隙間から熱、炎が反対側へ漏れて火災の延焼を招いてしまうという問題があった。そこで、これらの隙間が発生すると予想される部分に予め防火用膨張性材料を施工しておき、火災時にこれら防火用膨張性材料が膨張又は発泡することで隙間を閉塞して、火災の延焼防止や煙の流出を遮断するという手段が考えられる。これら防火用膨張性材料は、断熱作用や、炎熱による形崩れ防止作用が求められている。

また、鉄骨建造物においては、鉄骨が火災により強度低下を引き起こしてしまうため、これら鉄骨の周囲を断熱材で被覆して強度低下を防止する工法が採用されている。建築資材用の鉄骨や壁材等の被覆材としては断熱性かつ軽量化が求められている。

これらの防火用膨張性組成物としては、例えば、ベース樹脂と、無機膨張剤及び／又は有機膨張剤と、形崩れ防止剤としての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、フェノール樹脂等を含有するものが知られている（例えば特許文献１参照）。この防火用膨張性組成物は、形崩れ防止用樹脂を含有していることから、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、これらの防火用膨張性組成物は、長時間の炎熱に曝されると形崩れ防止用樹脂自体が溶融あるい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った。また、形崩れ防止用樹脂が比較的高価であり、コスト面においても問題があった。さらに、用途によっては弾性や柔軟性が十分でないという問題があった。

弾性や柔軟性を付与させた防火用膨張性組成物としては、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含有させた耐火性弾性ポリウレタン軟質フォームが知られている（例えば特許文献２参照）。しかしながら、これらの手段では、形崩れ防止効果はなお不十分であるという問題があった。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手段では、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という問題があった。

また、ドア枠や扉体に膨張体を収納あるいは貼り付けて、加熱時に隙間部を閉塞させる手段が知られている（例えば特許文献３、４参照）。しかしながらこれらの手段は、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問題があった。
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）

本発明の課題は、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軽量性を有する、組成物及びこの組成物を使用した発泡成形体を提供することにある。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、特定量の熱可塑性エラストマーを含有するゴム成分に、特定組成物を含有させた組成物及びこの組成物を使用した発泡成形体により上記課題を解決できることを見出し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少なくとも２０質量％以上含有するゴム成分と、熱膨張性黒鉛と、マイクロカプセルと、形崩れ防止剤と、無機充填剤として水酸化アルミニウム及び／又は水酸化マグネシウムと、を含有する組成物を、前記熱膨張性黒鉛の膨張開始温度以下、且つ前記マイクロカプセルの膨張開始温度以上で成形することを特徴とする発泡成形体である。

本発明の発泡成形体は、含有させたマイクロカプセルを組成物中で膨張させることにより、断熱性及び軽量性を発揮し、更に高温下に曝された際に膨張性黒鉛が膨張して膨張層を形成するものであり、形崩れ防止剤を含有することにより長時間高温下にさらされても脆弱化しにくいという効果を有するものである。このため、火災において優れた耐火性能を安定して得ることができるとともに、膨張層が形崩れし難く火災後の処理も円滑且つ安全に行なうことができる。

ゴム成分は、その内部に熱可塑性エラストマーを含有したものであり、後述する熱膨張性黒鉛、マイクロカプセル、形崩れ防止剤、無機充填剤等をその内部に均一に分散保持させるためのものである。

これらゴム成分としては、例えば、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、天然ゴム及び合成ゴムがあり、これらの単体だけでなく、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種以上を混合して使用しても良い。

ゴム成分に含まれる熱可塑性エラストマーは、その内部にハードセグメントとソフトセグメントを有するものである。熱可塑性エラストマーにあっては、組成物を加熱して成形加工する際に、ハードセグメントが溶融し流動性を発現して成形性を向上させる一方、成形後の常温においては、このハードセグメントが成形品の寸法安定性を向上させるとともに、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を向上させるものである。さらに、火災発生時には熱によりハードセグメントが溶融し、膨張した膨張性黒鉛を一時的につなぎとめるという効果も有するものである。

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％より少ないと組成物の成形性が低下し、６０％を越えると可撓性が低下して好ましくない。

熱可塑性エラストマーのゴム成分に対する含有量は２０質量％以上が良い。熱可塑性エラストマーの含有量が２０質量％より少ないと、発泡成形体の寸法安定性を保持できなくなるとともに、その強度及び可撓性が不足してしまうため好ましくない。

これら熱可塑性エラストマーとしては、例えば、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、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、例えば、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がある。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があり、これらは単体だけでなく２種以上組み合わせて使用しても良い。これらビニル芳香族化合物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−ペンタジエン等があり、これらは単体だけでなく２種以上組み合わせて使用しても良い。これら共役ジエン化合物のうち、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。なお、これら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できるものである。

熱膨張性黒鉛は、２００℃程度以上の温度に曝された際に、その容積が１００倍以上に膨張するものである。熱膨張性黒鉛にあっては特に限定されるものではないが、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したもので、グラファイト層状構造を維持した結晶化合物である。なお、これら天然グラファイト、熱分解グラファイト等の粉末は、脱酸処理に加え、更に中和処理したタイプの他、各種品種があるがいずれも使用できる。

熱膨張性黒鉛の粒度は、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熱膨張性黒鉛の膨張度が小さく、また２０メッシュより粒度が大きくなるとゴム成分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。

熱膨張性黒鉛の含有量は、ゴム成分の種類、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１００質量部に対して５〜１００質量部が良い。熱膨張性黒鉛の含有量が５質量部より少ないと火災発生の高温時の膨張倍率が小さく、１００質量部を超えると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。またシート状に成形する場合には、成形性が劣り表面肌が悪くなる。

マイクロカプセルは、低沸点の液体や固体あるいは加熱によってガスを発生する化合物を熱可塑性樹脂の殻で内包したプラスチックの微小球体（平均粒子径５〜５０μｍ）で、加熱処理によって殻が軟化し、同時に内包されている物質がガス化あるいはガスを発生しカプセルの膨張が起こるものである。内包される物質としては、低沸点の炭化水素や重炭酸ナトリウム等の重炭酸塩等がある。

マイクロカプセルの含有量は、ゴム成分１００質量部に対し３〜５０質量部が良い。マイクロカプセルの含有量が３質量部より少ないと発泡成形体の軽量性及び断熱性が劣り、５０質量部を越えると発泡成形体の強度が低下し好ましくない。また、マイクロカプセルの膨張開始温度は熱膨張性黒鉛より低温であることが必要である。

形崩れ防止剤は、発泡成形体中の膨張性黒鉛を安定的に固定し、発泡成形体自体の形崩れを防止するためのものである。

形崩れ防止剤の含有量は、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５〜２００質量部を使用する。５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り、２００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るので好ましくない。

また、形崩れ防止剤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。

形崩れ防止剤としては、例えば、ホウ酸がある。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。これらホウ酸としては、例えば、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が良い。ホウ酸は、通常は粉末の形態で使用する。この場合、ホウ酸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。

無機充填剤は、組成物の成形性を向上させるものである。無機充填剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対し１０〜３００質量部を使用する。１０質量部より少ないと成形性を向上させる効果が小さく、３００質量部を超えて使用すると、組成物の硬度が高くなって可撓性が劣ってしまうばかりか、強度特性も低下するので好ましくない。

無機充填剤としては、例えば、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、炭素繊維等があり、これらの単体だけでなく２種以上を混合して使用しても良い。また、無機充填剤の粒径は、ゴム成分への分散性の観点から１〜５０μｍが好ましい。

これら無機充填剤の中でも、水酸化アルミニウムや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吸熱効果により温度上昇が抑えられ、難燃性が向上するため好ましい。

熱膨張性黒鉛、マイクロカプセル、形崩れ防止剤及び無機充填剤のゴム成分に対する配合量の合計は、ゴム成分１００質量部に対して、５００質量部以下が良い。配合量の合計が５００質量部を超えてしまうと、組成物の硬度が高くなって可撓性が劣ってしまうばかりか、強度特性も低下するので好ましくない。

本発明の発泡成形体は、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と、熱膨張性黒鉛、マイクロカプセル、形崩れ防止剤、無機充填剤を含有する組成物を、熱膨張性黒鉛及びマイクロカプセルの膨張開始温度以下で混練し、（ａ）熱膨張性黒鉛の膨張開始温度以下且つマイクロカプセルの膨張開始温度以上の温度で成形する方法、（ｂ）熱膨張性黒鉛及びマイクロカプセルの膨張開始温度以下で成形した後、例えばギヤーオーブン等の加熱器中でマイクロカプセルの膨張開始温度以上かつ熱膨張性黒鉛の膨張開始温度以下の温度で加熱してマイクロカプセルを膨張させる方法によって得られるものである。

また、本発明の発泡成形体は、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と、熱膨張性黒鉛、予め加熱処理して膨張させたマイクロカプセル（平均粒径５０〜１５０μｍ）、形崩れ防止剤、無機充填剤を有する組成物を、熱膨張性黒鉛の膨張開始温度以下で混練、成形して得ることもできる。

これら組成物を混練する装置としては、従来公知のミキサー、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があり、混練した組成物を成形する装置としては、従来公知のプレス成形、ロール成形、押し出し成形、カレンダー成形、射出成形等の成形装置がある。また、発泡成形体の形状は、シート状やテープ状その他、設置場所に合わせて適宜設計すれば良い。

なお、本発明の発泡成形体は、その効果を阻害しない範囲で、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、併用しても良いものである。

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及び％は質量基準に基づく。

「実験例１〜５」
各実験例において、下記の材料を使用した。
（１）ゴム成分：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）マイクロカプセル：（松本油脂製薬（株）「Ｆ−５５」膨張開始温度１３５℃）
（３）膨張処理済みマイクロカプセル：（松本油脂製薬（株）「Ｆ−８０ＥＤ」）
（４）熱膨張性黒鉛：（住金ケミカル(株）製、「ＳＳ−３」、膨張開始温度２６０℃）
（５）形崩れ防止剤：ホウ酸（ＢＯＲ社製）
（６）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」)
（７）軟化剤：ナフテン系オイル（出光興産(株)製、「ＮＰ−２４」）
（８）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」）

「実施例１」
表１の配合の欄に示した成分を３リットルニーダーにて均一に混練し、得られた組成物を、ロールで厚さ５ｍｍのシート状に成形した。このシートを厚さ５ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの短冊形状に切り出し、１４０℃に調整したギヤーオーブン中で１０分間加熱処理してマイクロカプセルを膨張させ、厚さ８ｍｍ、幅４２ｍｍ、長さ１６８ｍｍの発泡成形体を得た。

「実施例２」
表１の配合の欄に示した成分を３リットルニーダーにて均一に混練し、得られた組成物を、１５５℃に調整した加熱ロールで、マイクロカプセルを膨張させながら厚さ５ｍｍのシート状に成形した。このシートを幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの短冊形状に切り出し、発泡成形体を得た。

「実施例３」
表１配合の欄に示した成分を３リットルニーダーにて均一に混練し、得られた組成物を、１２０℃に調整した加熱ロールで厚さ５ｍｍのシート状に成形した。このシートを幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの短冊形状に切り出し、発泡成形体を得た。

「実施例４」
表１の配合の欄に示した成分を３リットルニーダーにて均一に混練し、得られた組成物を、１２０℃に調整した加熱ロールで厚さ５ｍｍのシート状に成形した。このシートを幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの短冊形状に切り出し、発泡成形体を得た。なお、実験例３における「Ｆ−５５を膨張処理したマイクロカプセル」は、実施例１で使用したマイクロカプセル「Ｆ−５５」を、１４５℃に調整したギヤーオーブン中で５分間加熱処理して得られたものである。

「比較例１」
表１の配合の欄に示した成分を３リットルニーダーにて均一に混練し、得られた組成物をロールで厚さ５ｍｍのシート状に成形した。このシートを幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの短冊形状に切り出し、熱膨張性成形体を得た。

「比較例２」
表１の配合の欄に示した成分を３リットルニーダーにて均一に混練し、得られた組成物をロールで厚さ５ｍｍのシート状に成形した。このシートを幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの短冊形状に切り出し、熱膨張性成形体を得た。

実施例及び比較例において下記の各特性を評価し、それぞれ表１の評価の欄にまとめた。
各特性の測定方法を以下に示す。
比重：ＪＩＳ Ｋ ６２２０に準じて電子比重計（Ｍｉｒａｇｅ Ｔｒａｄｉｎｇ社製：ＥＷ１２０ＳＧ）で測定した値である。
耐火性：厚さ１０ｍｍの石膏ボードと厚さ１ｍｍの鉄板の間に発泡成形体又は熱膨張性成形体を挟んだ試験体を、電気炉内に石膏ボード面が内側となるようにセットして、ＪＩＳ Ａ１３０４に準じて炉内温度を１時間で所定温度まで昇温させた際に、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かったものを○、火炎の噴出が発生したものを?としたものである。
形状保持性：耐火性の試験を終了させたサンプルについて、その形状保持性を指触と目視で評価したものであり、指触で形崩れしにくく変形の小さかったものは○、指触ですぐに形崩れし変形してしまったものは?とした。

Claims (8)

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と、熱膨張性黒鉛と、マイクロカプセルと、形崩れ防止剤と、無機充填剤として水酸化アルミニウム及び／又は水酸化マグネシウムと、を含有する組成物を、
   前記熱膨張性黒鉛の膨張開始温度以下、且つ前記マイクロカプセルの膨張開始温度以上で成形することを特徴とする発泡成形体。
2. 比重が０．３２以下であることを特徴とする請求項１記載の発泡成形体。
3. 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又は２記載の発泡成形体。
4. ゴム成分１００質量部に対して、熱膨張性黒鉛５〜１００質量部、マイクロカプセル３〜５０質量部、形崩れ防止剤５〜２００質量部、無機充填剤１０〜３００質量部を、各成分の配合量の合計が５００質量部以下になるように配合したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の発泡成形体。
5. 形崩れ防止剤が、ホウ酸であることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項記載の発泡成形体。
6. 形崩れ防止剤と熱膨張性黒鉛が、質量比で１：５〜１０：１の割合で配合されたことを特徴とする請求項１〜５いずれか一項記載の発泡成形体。
7. 前記マイクロカプセルが、予め膨張処理を施したものであることを特徴とする請求項１〜６いずれか一項記載の発泡成形体。
8. 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と、熱膨張性黒鉛と、マイクロカプセルと、形崩れ防止剤と、無機充填剤として水酸化アルミニウム及び／又は水酸化マグネシウムと、を含有する組成物を、
   前記熱膨張性黒鉛及び前記マイクロカプセルの膨張開始温度以下で成形した後、前記熱膨張性黒鉛の膨張開始温度以下且つ前記マイクロカプセルの膨張開始温度以上で加熱処理して得られる発泡成形体。