JP4041149B2 - 熱膨張性パテ組成物 - Google Patents

Description

本発明は、熱膨張性パテ組成物に関する。より詳しくは、防火用目地材として用いられる熱膨張性パテ組成物に関する。

一般に、建築物等において建築基準法で定められた防火区画等に配管類や電力ケーブルや通信ケーブル等のケーブル類を貫通させる場合では、延焼防止等の観点から前記防火区画等には一定の耐火性能が求められている。そのため、建築物内の配管類・ケーブル類と防火壁等との間には、防火性能を付与した防火用目地材として、液状ポリマーに金属水和物等を配合したパテ状の防火剤等が用いられている（特許文献１参照）。

また、火災時に前記配管類が変形し、あるいはケーブル被覆材が燃焼して生じた隙間をもふさぐことが出来るパテ状防火材として、バーミキュライトや、熱膨張性黒鉛や、マイクロカプセル化したポリリン酸アンモニウムを有機樹脂に混合した樹脂組成物（例えば、特許文献２参照）や、ベース樹脂に熱膨張性黒鉛と共にポリカーボネート樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂等の形崩れ防止用樹脂を配合した熱膨張性の組成物（例えば、特許文献３参照）も提案されている。

しかし、防火用目地材としては、該防火用目地材自身の不燃性を備えていること（不燃性）や、火災発生時には自己の熱膨張により建築物壁面等の隙間を塞ぐこと（熱膨張性）や、火炎の熱等による防火用目地材自身の型崩れを防止できること（形状安定性）等のそれぞれの効果を十分に併せ持つことがより望ましく、延焼防止等の観点からは重要である。また、現場施工上の観点からは成形や加工が容易であること（現場施工性）も備えることが望ましい。従って、これらの効果を十分に併せ持つパテ組成物を提供することは防災・防火上の観点からも十分に意義がある。
特開平６−３０６３６４号公報。 特開平１０−８５９５号公報。 特開平９−１７６４９８号公報。

そこで、本発明では、不燃性、熱膨張性、形状安定性を備え、かつ成形や加工が容易であるという優れた現場施工性も備えた熱膨張性パテ組成物を提供することを主目的とする。

本発明は、まず、熱膨張性黒鉛と亜リン酸アルミニウムとを含む熱膨張性パテ組成物を提供する。これによって、火災等の高温条件下においてパテ組成物自らが熱膨張するとともに、炭化した炭化物等の表面にガラス状の被膜を形成させることができる。次に、本発明は、次の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含む熱膨張性パテ組成物を提供する。即ち、（Ａ）液状ゴム４０〜９０質量部、ブチルゴム１０〜６０質量部からなるベースゴム成分１００質量部、（Ｂ）熱膨張性黒鉛を１０〜１００質量部、（Ｃ）亜リン酸アルミニウムを５０〜２００質量部、及び（Ｄ）水酸化アルミニウムを５０〜２００質量部の各成分を含む熱膨張性パテ組成物である。これによって、不燃性、熱膨張性、形状安定性、現場施工性をより一層向上させることができる。

更に、前記液状ゴムが、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリブテンのうちの一種または２種以上の混合物である熱膨張性パテ組成物を提供する。また、酸素指数が４０以上で、同時に針入度が７０〜１５０である熱膨張性パテ組成物を提供する。これによって、少なくとも形状安定性と現場施工性をより一層向上させることができる。

本発明の熱膨張性パテ組成物は、少なくとも熱膨張性黒鉛と亜リン酸アルミニウムとを含むことにより、現場施工性に優れた不燃性の熱膨張性パテ組成物であって、火災時の熱で自ら熱膨張し、隙間を塞ぐことができる。

以下、本発明について説明する。なお、以下は本発明についての例示にすぎず、これにより本発明が狭く解釈されることはない。

本発明の熱膨張性パテ組成物は、熱膨張生黒鉛と亜リン酸アルミニウムとを含むことを特徴とする。まず、熱膨張性黒鉛とは、天然グラファイト、熱分解グラファイト等のグラファイト粉末を、硫酸や硝酸等の無機酸と、濃硝酸や過マンガン酸塩等の強酸化剤とを用いて表面処理したものであり、かつグラファイト層状構造を維持した結晶化合物である。これらは常圧下で２００℃程度以上の温度に曝されると、１００倍以上に熱膨張する。なお、前記天然グラファイト、熱分解グラファイト等のグラファイト粉末は、脱酸処理を施したものや、更に中和処理したもの等であってもよい。

熱膨張性黒鉛の粒度は、２０〜４００メッシュ（ＪＩＳ Ｚ ８９０１による測定）であることが望ましい。前記熱膨張性黒鉛の粒度が４００メッシュよりも大きくなると、熱膨張性黒鉛の膨張度が小さくなってしまい、得られた熱膨張性目地材が火災時に十分に熱膨張しない場合があるからである。また、前記熱膨張性黒鉛の粒度が２０メッシュよりも小さくなると、分散性が減少してしまい、得られた熱膨張性目地材の弾性が低下する場合があるからである。なお、本発明では、前記熱膨張性黒鉛を所望の粒度にする手段については特に限定されない。例えば、粉砕機と分級機とを用いて所望の粒度にすることもできる。

なお、前記熱膨張性黒鉛を前記無機酸と前記強酸化剤とを用いて表面処理等を行う場合には、所望の粒度範囲を逸脱しないために、所望の処理方法や処理時間を選択することができる。これにより、所望の粒度範囲を逸脱した微細な熱膨張性黒鉛が、本発明に係る熱膨張性パテ組成物に含有されることを防止できる。

そして、亜リン酸アルミニウムを熱膨張性パテ組成物に配合することにより、火災時に熱膨張して、炭化した炭化物の表面にガラス状の強固な被膜を形成し、結果として燃焼残渣が容易に型崩れせず、それによって火炎や煙を遮断することができる。亜リン酸アルミニウムは、分散性の観点から、数平均粒径がレーザー回折法の測定値（ＪＩＳ Ｚ ８８２５−１による測定）で１〜１００μｍであることが好ましい。

また、本発明に係る熱膨張性パテ組成物は、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の成分比率であることが望ましい。（Ａ）液状ゴム４０〜９０質量部、ブチルゴム１０〜６０質量部からなるゴム成分１００質量部。（Ｂ）熱膨張性黒鉛を１０〜１００質量部。（Ｃ）亜リン酸アルミニウムを５０〜２００質量部。（Ｄ）水酸化アルミニウムを５０〜２００質量部。以下、各成分について説明する。

まず、ベースゴム成分として使用される前記液状ゴムは、液状のゴムであればよく、特にその化合物等については限定されない。好適には、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリブテン等であることが好ましい。なお、前記液状ゴムは単独で用いてもよいし、あるいは２種以上組み合わせて用いてもよい。ここで、複数の液状ゴムを組み合わせて用いる場合には、前記ベースゴム成分中の液状ゴムの含有量が、好適には４０〜９０質量部であることが好ましい。前記液状ゴムの含有量が４０質量部未満では、得られた熱膨張性パテ組成物の針入度が小さくなるので、硬くなりすぎるため加工性が低下するからである。一方、前記液状ゴムが９０質量部を超えると、粘着性が大きくなりすぎるため現場施工性が悪くなるからである。

次に、前記熱膨張性黒鉛の含有量については、ベースゴム成分の粘度や、所望の膨張倍率がどの程度か等により、好適な含有量が異なってくるが、ベースゴム成分１００質量部に対して１０〜１００質量部の範囲で適宜設定することが好ましい。そして、より好適には１０〜８０質量部、更に好ましくは２０〜６０質量部であることが望ましい。前記熱膨張性黒鉛の含有量が１０質量部未満であれば、得られた熱膨張性目地材が火災時に十分熱膨張しなくなってしまうからである。一方、前記熱膨張性黒鉛の含有量が１００質量部を超えると、熱膨張率は大きくなるものの、得られる熱膨張性パテ組成物の硬度が上昇し、加工性が低下するからである。

そして、前記亜リン酸アルミニウムの含有量は、ベースゴム成分１００質量部に対して５０〜２００質量部が好ましく、より好適には８０〜１５０質量部、更に好ましくは１００〜１４０質量部であることが望ましい。前記亜リン酸アルミニウムの含有量が５０質量部未満であれば、得られる熱膨張性パテ組成物の燃焼残渣の形状安定性が不十分なため火災時の防火性能が低下してしまうからである。一方、前記亜リン酸アルミニウムの含有量が２００質量部を超えると、得られる熱膨張性パテ組成物の硬度が上昇しすぎるため、加工性が低下してしまうからである。

また、本発明では、熱膨張性パテ組成物の難燃性をより向上させるために水酸化アルミニウムを用いることが望ましい。前記熱膨張性パテ剤に水酸化アルミニウムを含有させることで、加熱時の脱水反応によって生成する水によって吸熱反応が起こる。これにより、前記熱膨張性パテ材の温度上昇が控えられるからである。また、前記水酸化アルミニウムの分散性の観点から、その数平均粒径が、レーザー回折法を用いた測定値（ＪＩＳ Ｚ ８９０１による測定）で１〜５０μｍであることが好ましい。なお、前記水酸化アルミニウムは、ベースゴム成分１００質量部に対して５０〜２００質量部の範囲で含有させることが望ましい。前記水酸化アルミニウムの添加量が５０〜２００質量部の範囲を逸脱すると、得られる熱膨張性パテ組成物の硬度が高くなりすぎて、加工性が低下してしまうからである。

更に、本発明に係る熱膨張性パテ組成物は、酸素指数（ＪＩＳ Ｋ７２０１による測定）が４０以上であることが望ましい。酸素指数４０未満では火災時の難燃性が不十分となるため、前記熱膨張性パテ組成物の型崩れ防止性も低下するからである。その際、膨張性黒鉛及び水酸化アルミニウムの配合量を適宜調整することで、酸素指数の調整を行うことができる。

また、本発明に係る熱膨張性パテ組成物は、針入度（ＪＩＳ Ｋ２２０７による測定）が７０〜１５０であることが好ましい。前記熱膨張性パテ組成物の針入度が７０未満では硬くなりすぎるため、その加工性が低下してしまうからである。一方、前記針入度が１５０を超えると、前記熱膨張性パテ組成物を防火用目地材として実際に使用した際に、火炎の熱等によるダレ現象（熱ダレ現象）が起きてしまうからである。

更に、熱膨張性パテ組成物は、前述のように適宜その柔軟性、熱膨張性、断熱性、耐火性等を調整することで様々な分野で利用することができる。即ち、本発明では、前記熱膨張性パテ組成物をどのように使用するかという工法については特に限定しないが、より好適には、防火膨張性材料として使用する工法に利用することができる。

そして、前記熱膨張性パテ組成物は、好適には、防火区画体に設けられた貫通口の隙間の一部もしくは全部を閉塞するために用いられる。具体的には、防火壁、床スラブ等の防火区画体に設けられた貫通口を通る電源ケーブルや通信ケーブル、パイプ等と防火壁の隙間に本発明の熱膨張性パテ組成物を充填して用いることができる。

また、前記熱膨張性パテ組成物を得る方法についても本発明では限定されない。例えば、市販のミキサー、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方法によって得ることもできる。また、混練された前記熱膨張性パテ組成物は、プレス成形や押出成形等の手法によって所望の形状に成形することで、現場への携行性を更に向上させることもできる。その際、例えば、前記熱膨張性パテ組成物をゴム用押出機で角柱形状に押出して、所定の長さで裁断することでブロック状の成形体とすることもできる。あるいは、金型に前記熱膨張性パテ組成物を充填してプレスすることで、所望の形状を得ることも出来る。

更に、本発明に係る熱膨張性パテ組成物には、その効果を阻害しない範囲で、可塑剤、軟化剤、老化防止剤、加工助剤、滑剤、粘着付与剤等を配合することができる。加えて、前記熱膨張性パテ組成物の成形性の調整に有効な軟化剤や可塑剤の例としては、パラフィン系やナフテン系等のプロセスオイル、流動パラフィンやその他のパラフィン類、ワックス類、フタル酸やアジピン酸系、セバシン酸系やリン酸系等のエステル系可塑剤類、ステアリン酸やそのエステル類や粘着付与剤等が挙げられる。

以上より、本発明に係る熱膨張性パテ組成物によれば、現場施工性に優れた不燃性の熱膨張性パテ組成物として使用することができるとともに、火災時の熱で自ら熱膨張し、隙間をふさぐ効果を有しながら、長時間火災に晒されても、その加熱残渣が十分にその形状を保持し、火炎や煙が隙間を通過することを阻止すること等ができる。

以下、本発明を実施例及び比較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はない。なお、以下の説明における「部」及び「％」は質量基準に基づくものである。

表３に示す配合量で、ベースゴム成分、熱膨張性黒鉛、亜リン酸アルミニウム、水酸化アルミニウム及び加工助剤を容量３リットルのニーダーミキサー（（株）モリヤマ製、ＤＳ３−Ｓ型）を用いて回転速度３０ｒｐｍで３分間混練した後、押出機（（株）三葉製作所製、６０Ｋ型ゴム押出し機）で幅７ｃｍ、厚さ３．５ｃｍの板状成形体を押出し、長さ２０ｃｍで裁断し熱膨張性パテ成形体の評価用試料を得た。

実施例において使用した材料は、それぞれ表１に示したものである。

＜実施例・比較例の各成分比率と物性の評価方法＞
まず、実施例として使用したものを説明する。各素材はベースゴム成分として液状ゴム（ポリブタジエン）、液状ゴム（ポリイソプレン）、ブチルゴムを一種類又は複数種類使用した。参考例１は、ポリイソプレンを６０質量部、亜リン酸アルミニウムを２００質量部含有したものである。実施例１は、液状ゴムとしてポリイソプレンを６０質量部含有したものである。実施例２は、液状ゴムとしてポリブタジエン３０質量部とポリイソプレン３０質量部とを含有したものである。実施例３は、液状ゴムとしてポリイソブタンを６０質量部含有したものである。参考例２は、液状ゴムとしてポリイソプレンを３５質量部含有し、ブチルゴムを６５質量部含有したものである。

次に、比較例として使用したものを説明する。熱膨張黒鉛を含有しないものを比較例１とした。そして、亜リン酸アルミニウムを含有しないものを比較例２とした。これらの実施例１〜３、比較例１，２及び参考例１，２として使用した各試料について、表２の方法に基づき特性を評価した。表３に各実施例・比較例・参考例の成分比と各物性の結果をまとめた。

＜熱膨張倍率と形状安定性＞
熱膨張倍率と形状安定性について検討した。表３に示すように、熱膨張黒鉛と亜リン酸アルミニウムとを含む実施例１〜３の全てにおいて、熱膨張倍率が７倍であり、かつ形状安定性も「良」であった。これにより、いずれの実施例でも熱膨張倍率、形状安定性ともに優れているであることが示唆された。一方、最も高い熱膨張倍率を示したのは参考例１（８倍；表３参照）であったが、参考例１は後述するように酸素指数が劣っていた。また、液状ゴムの含有量を３５質量部に減らし、ブチルゴムを６５質量部に増やした参考例２は、熱膨張倍率が最も低かった（５倍；表３参照）。

一方、比較例区では、亜リン酸アルミニウムを含まない比較例１は、形状安定性は良好であったものの、熱膨張が認められなかった。そして、亜リン酸アルミニウムを含まない比較例２は、熱膨張倍率は７倍と良好であったものの、形状安定性が「不可」であった。従って、少なくとも、熱膨張黒鉛と亜リン酸アルミニウムとを含有させることで熱膨張倍率と形状安定性は向上することが示唆された（参考例２、比較例１，２等；表３参照）。

＜酸素指数＞
次に、酸素指数について検討した。酸素指数に関しては、熱膨張黒鉛と水酸化アルミニウムの配合量が最も多い参考例２が、最も高い酸素指数であった（酸素指数＝６０；表３参照）。そして、水酸化アルミニウムの配合量が最も少ない参考例１が、最も低い酸素指数であった（酸素指数＝４０；表３参照）。従って、熱膨張性黒鉛と水酸化アルミニウムの配合量を適宜増やすことで酸素指数をある程度上昇させることが示唆された。

＜針入度＞
更に、針入度について検討した。液状ゴムの質量部数が最も低い参考例２（液状ゴム＝３５質量部；表３参照）が、最も低い針入度であった（針入度＝４０ｍｍ；表３参照）。また、比較例区では、ゴム成分が液状ゴムのみである比較例２が最も高い針入度であった（針入度＝２４０ｍｍ；表３参照）。これらより、ベースゴム成分中の液状ゴムが少ないと針入度が低下し、液状ゴムの含有量が多すぎると針入度が大きくなることが示唆された。

以上より、本実施例に係る熱膨張性パテ組成物が、防火用目地材としての不燃性を備えていること（不燃性）や、火災発生時には自己の熱膨張により建築物壁面等の隙間を十分に塞ぐこと（熱膨張性）や、火炎の熱等による防火用目地材自身の型崩れを十分に防止できること（形状安定性）等の効果を併せ持つことが示された。また、現場施工上の観点からは成形や加工が容易であること（現場施工性）も示された。そして、本発明に係る熱膨張性パテ組成物では、前述のように材料の配合比を適宜調整することで、前記熱膨張倍率、形状安定性、針入度、酸素指数等の物性を調整できることも示唆された。

本発明は、熱膨張性パテ組成物に関する。より詳しくは、防火用目地材に用いられる熱膨張性パテ組成物等として利用することができる。

Claims (3)

1. 以下の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含むことを特徴とする熱膨張性パテ組成物。
   （Ａ）液状ゴム４０〜９０質量部と、ブチルゴム１０〜６０質量部と、からなるゴム成分１００質量部
   （Ｂ）熱膨張性黒鉛１０〜１００質量部
   （Ｃ）亜リン酸アルミニウム５０〜２００質量部
   （Ｄ）水酸化アルミニウム５０〜２００質量部。
2. 前記液状ゴムが、ポリブタジエン、ポリイソプレン、及びポリブテンのいずれか一種、又は２種以上の混合物であることを特徴とする請求項１記載の熱膨張性パテ組成物。
3. 酸素指数が４０以上であり、針入度が７０〜１５０であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱膨張性パテ組成物。