JP4054902B2 - 耐火二層管用目地材及び該耐火二層管用目地材からなるガスケット - Google Patents

Description

本発明は、内管及び内管を被覆する耐火性外管からなる耐火二層管を連結する際に、連結部分に用いられる耐火二層管用目地材及び該耐火二層管用目地材からなるガスケットに関する。

建築構造物の防火区画体には給水・排水管、ガス管、配電管等が貫通しており、特に給水・排水管には硬質塩化ビニル管が広く使用されている。しかし建築基準法によりこれら配管材料及びこれらを連結する際の目地材については金属製、セメントモルタル等の不燃材料を使用することが義務付けられてきた。この規定に基づき、例えば硬質塩化ビニル管等の合成樹脂からなる内管と、繊維強化モルタル等の被覆管からなる耐火二層管では、その接合部においてセメントモルタル、水ガラス、金属製バンド、不燃性の無機質繊維ガスケット等が用いられている。

しかしながら、セメントまたは水ガラスを主原料とする、いわゆる湿式目地工法においては、接合部に施された目地材が経時硬化して亀裂及び剥離が発生して目地材の脱落を誘発することがある。また炭酸化による劣化を招き長期にわたって安定した目地処理としての機能を確保するのが困難となる等、耐久性に問題を生じる事がある。ペースト状の目地材をチューブに充填したりテープ状にしたものを使用すると防水性が悪く、雨水に当たり軟化する問題もある。

一方、耐火二層管の接合部に金属製目地カバーを使用する乾式目地工法では、寸法形状があらかじめ設定されていることから、耐火二層管の製造上の寸法精度の誤差等に基づく形状変形への対応が難しくなり作業性に問題を生じることがある。また断熱性が劣るので、特に給水管等に使用した場合に結露し、金属を腐食させることがある。且つステンレス製バンドは高価であるという問題がある。

更にこれらの目地工法では建造物への配管作業が完了した後、実施することからその作業空間が制限され、作業がわずらわしく均一な目地処理機能の確保が得難く、また目地処理箇所を見落とすおそれがある。更に工期の長期化を招き、経費の増大を誘発することがある。且つ地震、建造物の振動及び湿潤、温度変化に起因する耐火二層管の長さ変化に伴い、耐火二層管の破損を誘発するおそれがある。

無機質ガスケットについては、セラミック繊維、ガラス繊維、ロックウール繊維、シリカ繊維等の不燃性を有する無機質断熱繊維からなる環状パッキンを圧縮状態に介装した接合部構造（例えば特許文献１参照）や繊維材と混和材及び連結材からなる不燃性耐火パッキンの製造法（例えば特許文献２参照）があるが、これらは脆く取り付け作業時に割れやすいという問題があり且つ高価でもある。また、ゴムと膨張性黒鉛、エポキシ樹脂及び無機充填剤からなる可撓性防火用ゴム目地材が開示されており（例えば特許文献３参照）、従来の問題点であった脆さ及び耐火性が改善されたものの、高温下で膨張性黒鉛をつなぎ止める機能を付与するために配合しているエポキシ樹脂が、混練時に混練機器内壁に固着し、この除去が極めて困難という問題があった。また高温時の形状保持性も必ずしも十分ではなかった。本発明の組成物については既に開示されているが（特許文献４参照）、本発明の用途に使用すると顕著な効果が得られることはこれまで知られていなかった。
特開平７−３０１３９３号公報（第２頁：請求項１〜１２） 特開平１０−２８１２９４号公報（第２頁：請求項１） 特開２００２−１８１２６２号公報（第２頁：請求項１） 特開２００１−３４８４８７号公報（第２頁：請求項１〜４）

建材分野において耐火性能は、従来より重要な性能のひとつであるが、近年、耐火性能としては単に材料自体が燃えにくいばかりでなく、火炎が部材の裏側に回らないような性能、すなわち防火性能も要求されている。ゴム成分や有機成分は、本質的にそれ自体が燃焼したり熱溶融する性質を有するので、いかに長時間このような状態になるのを防止できるか、あるいは、無機成分を含有する場合は、いかに長時間無機成分を脱落させずに保持できるかが重要な要素となる。

本発明は前記の従来技術の問題点を解消し、成形性が良好で、且つ上記の防火性能を備えた、すなわち、火災発生時には熱膨張し、しかも燃焼後の残渣が充分に形状保持性を有し、結露水に対しても不溶で一定形状が保持される安価な目地材を提供するものである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成させるに至った。

本発明は、耐火二層管の連結部分に用いられる耐火二層管用目地材及び該耐火二層管用目地材からなるガスケットにおいて、熱可塑性エラストマーを特定量以上含有するゴム成分、膨張性黒鉛、ホウ酸、及び無機充填剤とからなり、難燃性を有し、火災発生時には熱膨張し、しかも燃焼後の残渣が充分な形状保持性を有する、これまでにない新規な可撓性防火用ゴムを使用することを特徴とする。

本発明の耐火二層管用目地材及び該耐火二層管用目地材からなるガスケットは、熱可塑性エラストマーを特定量以上含有したゴム成分に膨張性黒鉛、ホウ酸及び無機充填剤を添加配合した可撓性防火用ゴムを使用することにより、成形性が良好で、且つ火災発生時には熱膨張し、しかも燃焼後の残渣が充分に形状保持性を有する、安価な目地材を得ることが出来る。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明で用いられるゴム成分は、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、天然ゴム及び熱可塑性エラストマーが使用できる。

これらのゴム成分は混練性、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種以上をブレンド使用することができるが、更にこうした成形品の寸法安定性を保持し、成形品を二層管に装着する際の強度及び可撓性のバランスを付与するためにゴム成分中に熱可塑性エラストマーを少なくとも２０質量％以上含有して使用することが好ましい。２０質量％より少ないと成形性、強度、成形品の寸法安定性が充分でない。

熱可塑性エラストマーの添加効果は、成形加工時には熱可塑性エラストマー中のハードセグメントが溶融し流動性を発現して成形性に効果を発揮し、一方常温では熱可塑性エラストマー中の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に効果を発揮するとともにハードセグメントが成形品の寸法安定性を改善する。そして火災発生時には熱によりハードセグメントは溶融し、熱膨張した膨張性黒鉛を一時的につなぎとめる役割も果たしている。

本発明で用いられる熱可塑性エラストマーは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るが、これらの熱可塑性エラストマーの中で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、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で、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等が挙げられ、これらは単独又は２種以上組み合わせて使用される。これら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−ペンタジエン等が挙げられ、これらは単独又は２種以上組み合わせて使用される。これらのうち、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。

本発明で用いられる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される。

本発明で用いられる膨張性黒鉛は、特に限定されない。膨張性黒鉛は天然グラファイト、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されたもので、グラファイト層状構造を維持した結晶化合物であり、２００℃程度以上の温度に曝されると１００倍以上に熱膨張する。粉末には脱酸処理に加え、更に中和処理したタイプ他、各種品種があるがいずれも使用可能である。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黒鉛の熱膨張度が小さく、また２０メッシュより粒度が大きくなるとゴムに混練する際に分散性が悪くなり、強度等の物性低下がさけられない。

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１００質量部に対し５〜１００質量部を使用する。５質量部より少ないと火災発生時の熱膨張倍率が小さい。１００質量部を超えると熱膨張倍率は大きくなるものの、得られるゴム配合物の硬度が上昇し、強度等の物性も低下する。またシート成形性が劣りリングの表面肌が悪くなる。

本発明で用いられる無機系形崩れ防止剤としては、ホウ酸を用いる。ホウ酸自体は、公知の製法により得られるものや市販品を用いることができる。ホウ酸は、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を使用すれば良い。

ホウ酸は、通常は粉末の形態で使用される。この場合、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）が好ましく使用できる。

ホウ酸の含有量は、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１０〜１００質量部を使用する。１０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る。また１００質量部を超えて使用すると、配合物の硬度が高くなり可撓性が劣り、耐火二層管への装着作業時に折れたり、欠損し易くなるので好ましくない。

ホウ酸と膨張性黒鉛の割合は、製造時のシート成形性、リング状への打ち抜き性、製品リングの可撓性、防水性、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。

本発明で用いられる無機充填剤としては、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、炭素繊維等が使用でき、シート成形性、リング状への打ち抜き性等を改善する。これらは２種以上を併用しても良い。また粒径はゴム中への分散性の観点から１〜５０μｍが好ましい。

上記無機充填剤の中では、水酸化アルミニウム、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ために吸熱が起こり、温度上昇が抑えられるという点で難燃性が改善され好ましい。特に水酸化アルミニウムが低価格で使いやすい。

無機充填剤は、ゴム成分１００質量部に対して１０〜３００質量部添加使用する。１０質量部より少ないと、シート成形性、打ち抜き性を改善する効果が小さい。３００質量部を超えて使用すると、シートの硬度が高くなり得られたリング状製品の可撓性が劣り、強度特性も低下するのでリング装着時に折れたり欠損し易くなり好ましくない。

更に本発明では、ゴムに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、加硫剤等を適宜併用することが可能である。

上記ゴム配合物は、上記各成分を、バンバリーミキサー、ニーダーミキサー、二本ロール等公知の混練装置を用いて混練することにより得ることができ、これを例えば、プレス成型、ロール成型、押し出し成型、カレンダー成型等の従来公知の成型方法により、可撓性防火用ゴムシートを得ることが出来る。更にこのシートから、従来公知の抜き打ち刃を有した装置を用いてリング状に打ち抜き、耐火二層管用目地材を得る。この耐火二層管用目地材はリング状の成形品を施工時に二層管に組み込んで使用される挿入タイプが一般的だが、二層管製造時にテープ状形態の成形品を塩化ビニル製内管に予め巻きつけて、セメントモルタル製外管と一体化成形した耐火二層管を製造することも可能である。

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および％は質量基準に基づく。

「実施例１〜３」「比較例１〜４」
実施例及び比較例において、下記の材料を使用した。
(1)ゴム：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Ｄ１０１１）。
(2)膨張性黒鉛（住金ケミカル(株）製：ＳＳ−３）。
(3)ホウ酸（ＢＯＲ社製）
(4)無機充填剤（昭和電工(株）製：ハイジライトＨ−４２；水酸化アルミニウム Ａｌ(ＯＨ)３）。
(5)軟化剤：ナフテン系オイル（出光興産(株)製；ＮＰ−２４）。
(6)加工助剤（理研ビタミン（株）製：エマスター５１０Ｐ；グリセリン脂肪酸エステル）。

上記各成分を３リットルニーダーを用いて混練し、二本ロール上にて５ｍｍ厚さにシート化した。約８０〜１００℃の熱い状態のシートから、５ｍｍ厚×５０ｍｍ幅×７０ｍｍ長さの寸法に試験片を打ち抜き刃で打ち抜いた。直ちに水に１０秒間浸漬し冷却した。その後取り出して風乾、更に５０℃ギアオーブン中にて約３時間乾燥させた。

上記シートについて可撓性、耐水性、成形性、熱膨張性及び形状保持性を、更に下記のようにプレス成型したシートについて引張り応力、硬度を、それぞれ下記の方法で評価した。

引張り応力：プレス成型した５ｍｍ厚シートから、３号ダンベルに打ち抜き、速度５００ｍｍ／分で引張り、最大応力を求めた。

硬度：上記シートについて、デュロメーターＡ硬度計を使用し、押し当て直後の値を読み取った。

可撓性：ロール上でシート成型した５ｍｍ厚シートから１号ダンベルに打ち抜き、両端を４５度の角度に持ち上げ、曲がった時の亀裂発生の程度を、亀裂なしの場合を○（良）、亀裂ありの場合を×（悪）として評価した。

成形性：試験片の厚さ、幅、長さの寸法変化が、それぞれ２％以下であれば○（良）、２〜５％であれば△、５％以上であれば×（悪）と評価した。

熱膨張性：耐火レンガと耐火レンガの隙間１０ｍｍの間に試験片の下部５０ｍｍが埋まるように上部２０ｍｍが突き出るように挿入し設置し、この状態のままギアオーブン中にて、３００℃で１時間熱処理した。１０ｍｍの隙間が完全に閉塞した場合は○（良）、そうでない場合は×（悪）と評価した。

形状保持性：熱膨張性評価治具を用いて、上部に突き出た２０ｍｍの試験片の３００℃で１時間熱処理後の形状安定性と変形度合いを、指触と目視で評価した。指触で形崩れしにくく変形の小さい場合は○、指触ですぐに形崩れし変形する場合は×、その中間を△と評価した。結果を表１，表２にまとめた。

Claims (5)

1. 耐火二層管の外管の開口端縁とこれに対向する管継手の外管の開口端縁との間に装着使用される、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スチレン系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、熱膨張剤として膨張性黒鉛、無機系形崩れ防止剤としてホウ酸及び無機充填剤とからなり、成形前と成形後の厚さ、幅、長さの寸法変化率がそれぞれ２％以下であることを特徴とする耐火二層管用目地材。
2. ゴム成分１００質量部に対し、膨張性黒鉛５〜１００質量部、ホウ酸１０〜１００質量部、及び無機充填剤１０〜３００質量部からなり、かつ合計が５００質量部以下であることを特徴とする請求項１記載の耐火二層管用目地材。
3. 無機充填剤が水酸化アルミニウムであることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐火二層管用目地材。
4. ホウ酸と膨張性黒鉛との質量比率が１：５〜１０：１であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の耐火二層管用目地材。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載の耐火二層管用目地材からなるガスケット。