JP4155595B2 - 発泡性パテ - Google Patents
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Description
発明の分野
本発明は、防火材料として開口部に使用し、火災時の火炎、煙、および蒸気の拡がりを阻止するための発泡性パテに関する。
関連技術の説明
防火製品は、完全貫通部での煙突作用を低減または除去するのに用いられる。一般的な商業用途に適切な防火材料の特性には、膨張および炭化する能力を含む。さらに、炭化材料は、好ましくは、ホース水流試験に十分に耐える強度を有する。
業界で認められ、防火材料を評価するために利用される耐火試験は、「ASTM E-814-83」として認定された米国試験材料協会規格である。この試験には、炭化材料を消火ホースからの水流の圧力に印加することも含む。
発明の大要
本発明は、発泡性材料、ゴム、および未加硫ゴムを含み、非水性で、不定適合性で、ハロゲンを含まない発泡性パテを提供し、前記ゴムおよび前記未加硫ゴムが前記パテに少なくとも4mm(好ましくは、少なくとも4.5mm、より好ましくは5mm、もっとより好ましくは、少なくとも6mm)を提供する。さらに、パテは本質的にゴム硬化剤を含まない(すなわち、ゴム硬化剤を0.25重量パーセント未満含む)。
別の態様では、本発明は、発泡性材料、ゴム、およびパテの全重量に基づいて少なくとも5重量パーセント(好ましくは少なくとも10重量パーセント、より好ましくは少なくとも15重量パーセント)の未加硫ゴムを含み、非水性で不定適合性でハロゲンを含まない発泡性パテを提供する。前記パテは、少なくとも4mm(好ましくは少なくとも4.5mm、より好ましくは少なくとも5mm、もっとより好ましくは少なくとも6mm)の軟度を有し、本質的にゴム硬化剤を含まない。
好ましくは、ゴムは天然ゴム、ブチルゴム、ポリブタジエンゴム、合成イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンアクリルゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、エチレンビニルアセテートゴムおよびそれら組み合わせから成る群から選択される。好ましくは、未加硫ゴムは、未加硫天然ゴム、未加硫ブチルゴム、未加硫ポリブタジエンゴム、未加硫スチレンブタジエンゴム、未加硫エチレンアクリルゴム、未加硫ニトリルゴム、未加硫ウレタンゴム、未加硫エチレンビニルアセテートゴム、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される。
任意に、本発明による発泡性パテは、1つ以上の可塑剤、炭化形成剤、充填剤、着色剤、ワックス、酸化防止剤、および/またはオゾン亀裂防止剤などを含む。
本願明細書では、
「パテ」は、実質的に室温(一般には、0℃乃至50℃の範囲の温度)では流れない凝集性成形用材料を意味し、
「不定適合性」は、パテが軟質であり、かつ、少なくとも1か月間(好ましくは、少なくとも1年間、より好ましくは、少なくとも5年間、もっとより好ましくは少なくとも10年間、最も好ましくは少なくとも20年間(一般には、0℃乃至50℃の範囲内で))取扱可能であることを意味し、
「ハロゲンを含まない」とは、パテの全重量に基づき、Cl、Fなどの元素を基礎として算出されるハロゲンの重量から判断して、本質的にハロゲンを含まない(すなわち、好ましくは0.25重量パーセント未満、より好ましくは0.01重量パーセント未満を含む)ことを意味し、
「非水性」とは、本質的に結合水以外の水を含まないことを意味し、この場合の結合剤とは、材料が100℃(好ましくは少なくとも150℃、より好ましくは少なくとも250℃)に加熱されるまで脱離しない水であり、
「発泡性」とは、約100℃を超えて加熱する場合には膨張する材料について説明する言葉であり、特定の発泡性材料が発泡する温度はその材料の組成によって異なり、
「発泡性パテ」とは、その(最初の)未膨張容量(すなわち、発泡する前の容量の)少なくとも2倍(好ましくは、少なくとも3倍)に発泡するパテについて説明する言葉であり、
「ゴム」は、硬化(あるいは加硫)された後に伸びおよび回復を示す天然材料および合成ゴム(または合成エラストマー)について説明する言葉であり、
「未加硫ゴム」とは、加硫(または硬化)時にゴムを提供する先駆物質材料について説明する言葉であり、
「ゴム硬化剤」とは、硫黄、アミン、二官能性酸などの顆粒剤、硬化剤または架橋剤、ジビニルベンゼン、または、未加硫ゴムで化合され活性化された場合にゴムを生成する過酸化ジクミルなどの遊離基開始剤について説明する言葉であり、この場合、硬化条件および試剤および/または遊離基開始剤の濃度によって加硫の程度が決まり、
「軟度」とは、パテの柔らかさの尺度であり、後述の「軟度測定」の見出し以下で判定され、
「成形用」とは、(例えば、パテでパイプをくるんだりするなどの)パテが適合性であることを意味し、
「付着力」は、パテが異なる材料に付着する能力であるが、皮膚に付着するほど大きな粘着付与力はない能力について説明する言葉であり(すなわち、構造用部材(コンクリート、乾式壁体、金属、プラスチック、ケーブルなど)の周囲に成形する場合に、適宜静止するための十分な粘着付与力を有する)、
「回収性」とは、ある位置に設置されるたパテを取り除き、別の位置に設置され、パテの発泡性、軟度特性、および難燃性に実質的に影響しない能力について説明する言葉であり、
「炭化強度」とは、約15分の間約350℃以上の温度に暴露した後、パテから形成される膨張残留炭質物の強度を示す尺度である。
本発明による発泡性パテは、一般に回収性であり、良好な付着性を示し、床および壁に貫通部(開口部)が形成された後に、床および壁の許容耐火性等級を回復するために使用することができる。こうした貫通部は、例えば、ケーブル、電線管、金属パイプ、プラスチックパイプおよび電話設備などの通路を収容するために形成される。貫通部を通過する設備周辺の貫通部あるいは開口部が十分にシールされていない場合、火炎、煙、および/または水がシールされていない場所を通過し、火災および/または水害による被害を拡大させる恐れがある。
好ましい態様の説明
本発明による発泡性パテは、軟質で、周南性があり、かつ、未膨張状態を、約100℃(華氏212度)を超える温度の熱に暴露されるまで維持する。約350℃(華氏662度)より高い温度に加熱された場合、パテは一般にその容量の約3倍まで膨張し、炭化を開始することによって、パテの難燃特性をさらに高める。パテは、材料を燃焼および/または溶融させることによって生じる完全貫通部の空隙をシールし、効果的に火炎、煙、蒸気、および水がある位置(部屋または床など)から別の位置に通過することを防止する。
別の態様では、本発明によるパテは、一般に、熱を印加された場合に流れに対して抵抗する。この流れ抵抗によって、パテては上昇した温度(すなわち、燃焼時に通常遭遇する温度)では完全な状態を維持することができる。温度が十分に(すなわち、火災の状態下で)上昇する場合、パテは炭化し膨張することができる。
軟度および流れ抵抗などの特性に対する本発明による特定のパテを調整するために使用される材料の量の一般的硬化は、本文に記載される開示内容を検討すれば、当業者には明らかになろう。
好ましくは、パテの全重量に基づいてパテは、約5乃至約50重量パーセント(好ましくは約15乃至約30重量パーセント)にわたる範囲のゴムおよび未加硫ゴムを含む。
他の態様では、パテの全重量に基づいて、パテは好ましくは、約10乃至50重量パーセント(好ましくは約10乃至25重量パーセント)にわたる範囲の未加硫ゴムを含む。
別の態様では、パテの全重量に基づいてパテは好ましくは約1乃至約15重量パーセント(好ましくは約2乃至8重量パーセント)を含む。
パテは、ゴムおよび未加硫ゴムを化合させる工程を含む方法によって製造することができるし、一般に製造されている。理屈を押しつけるわれではないが、理論を盾に取るつもりを無いが、ゴムおよび未加硫ゴムは、軟度および適合性と温度上昇時の流れ抵抗とを釣り合わせることができると考えられている。
好ましいゴムは、高度の架橋性を有するゴムとしてス製造業者によって特徴づけられているチレンブタジエンゴム(Polysar Rubeer Div.of Miles,Inc.から「POLYSAR S1018」の商品名で市販)である。低いムーニー粘度を有するゴムとして製造業者に特徴づけられているスチレンブタジエンゴム(Division of Uniroyal Godd Richn Tire Co.of Akron,OH)は、好ましい未加硫ゴムである。
好ましい実施例では、2種類のゴムを未加硫ゴムと併用する。第1のゴムは、好ましくは、スチレンブタジエンゴムであり、製造業者によって高度な架橋性を有するゴムとして特徴づけられているゴムである「POLYSAR S1018」。このゴムの量は、好ましくは、パテに含まれるゴムおよび未加硫ゴムの合計の約10乃至約40重量パーセントである。第2のゴム無は、好ましくは、「「適度に」架橋される」ゴムとして製造業者によって特徴づけられるブチルゴム(Polysar Rubber Div.of Miles,Inc.of Arkon,OHから「POLYSAR BUTYL XL 68102」の商品名で市販)である。この第2のゴムは、所望のレベルの伸びを提供すると考えられている。好ましくは、このゴムの量はパテに含まれるゴムおよび未加硫ゴムの合計の約1乃至約5重量パーセントにわたる範囲の量(より好ましくは約1乃至約2重量パーセント)。適度に架橋されたゴムの量が、5重量パーセントよりも多いと、材料は不要に粘着する傾向があり、用途によっては設置できないこともある。1重量パーセント未満の濃度では、一般に、伸びによる利益は、配合物に添加しても観察されない。
適切な発泡性材料は、水和アルカリ金属シリケート(結合水を有するケイ酸ナトリウム、ケイ酸リチウム、およびケイ酸カリウムなど)、発泡黒鉛、未発泡ひる石、および、分解してガスを放出するメラミン(すなわち、2,4,6-トリアミノ-1,3,5-トリアジン)、アゾカルボンアミド、ベンゼンスルニルヒドラジジドなどの有機発泡性化合物などが挙げられる。配合物中の発泡性材料の量は、選択される発泡性材料の量によって異なる。
好ましい発泡性材料は、結合水、式M2:xSIO2を有し、式中Mはアルカリ金属であり、xは約1.5乃至約4であり、少なくとも1つのアルカリ金属シリケート(ケイ酸ナトリウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸カリウムなど)、ならびに、群Iと群IIの硼酸および硼酸塩から成る群から選択される少なくとも1つのオキシ硼素化合物(メタ硼酸塩基、テトラ硼酸塩基、過硼酸塩基、ポリ硼酸塩基、硼酸、灰硼鉱、メタ硼酸カルシウム、硼酸マグネシウム、硼酸亜鉛)の混合物を含む顆粒状水和アルカリ金属シリケート発泡性組成物である(米国特許第4,521,333号(Graham,et al.)を参照)。
好ましくはMに対する硼素(オキシ硼素化合物に存在する)のモル比は、約0.2乃至約0.9である。水は、好ましくは、約5乃至約15重量パーセントの水、オキシ硼素化合物およびアルカリ金属シリケートの混合物を含む。
好ましくは発泡性材料は特定の形態でゴムおよび未加硫ゴムに添加され、パテが「火炎通過試験」の見出し以下で説明される火災試験に合格することは十分できるが、加熱されたパテが後述の火災ホース流れ試験に合格しないようにパテに柔軟性がなくなったり、火災時に形成される炭化物にに悪影響を与えない程度の量で添加される。
一般に、使用される発泡性水和アルカリ金属シリケートの量はゴムおよび未加硫ゴムの合計の約50乃至約200重量パーセント(好ましくは約100乃至約140重量パーセント)にわたる範囲である。別の態様では、水和アルカリ金属シリケートは、パテの全重量に基づいて、約5乃至約40重量パーセントにわたる範囲で存在する。
水和アルカリ金属シリケート粒子は、一般に75μm乃至約500μmのサイズである。
シリケート発泡性材料は、好ましくは、酸化硼素などシリケート融剤と併用される。このような融剤は、パテが加熱された場合に形成される炭化物を安定かするために使用する。好ましいシリケート融剤は、水和無水参加硼素(B2O3)であり、U.S.Borax of Valencia,CAから市販されている。酸化硼素は、難燃剤およびシリケート融剤として機能し得る。
発泡性材料が挿入黒鉛である場合、パテは、パテの全重量に基づいて好ましくは約50乃至約30重量パーセントなわたる範囲の発泡性材料を含む。
発泡性材料を使用すること(水和アルカリ金属シリケートおよび挿入黒鉛を使用することなど)は、本発明の範囲である。
好ましくは、十分な量の可塑剤は、所望の水準の軟度および成形適性が得るべきパテに含まれる。可塑剤は、材料の可撓性を高めて処理を容易にする化合物である。適切な可塑剤には、芳香油、ナフテン系石油、ワックス、時奥地留フタレート(DOP)またはジブチルフタレートなどのフタレートエステル、および2-エチルヘキシルジフェニルホスフェート(Monsanto of St.Louis,MOから「SANITIZER」の商品名で市販のものなど)などのホスフェートエステル、イソデシルジフェニルホスフェート、またはアリールホスフェートエステル(Monsantoから「SANITIZER」の商品名で市販の適切なエステルなど)が挙げられる。好ましい可塑剤は、Chicago,ILのAmco Oil Cp.から「INDOPOL」の商品名で市販のイソブチレン/ブタンコポリマー液である。
適切なワックスには、ペトロラタム(例えば、National Wax Division of Dussek Campmell,Inc.Skokie,ILから「6916ワックス」および「PAXWAX5324」の商品名で市販されているものや、Witco Chemical Corp.,New York,NYから「PETROLATUM RPB」として市販のもの)が挙げられる。
一般に、可塑剤は、パテのゴムおよび未加硫ゴムの全重量に基づいて、約30乃至約50重量パーセント(好ましくは、約35重量パーセント乃至45重量パーセント)の範囲で存在する。別の態様では、可塑剤は、パテの全重量に基づいて、約2乃至約25重量パーセントの範囲で存在する。
パテの配合に含まれ得るその他の任意の成分には、難燃剤、炭化形成剤(炭化形成樹脂など)、充填剤、着色剤、酸化防止剤、オゾン亀裂防止剤が挙げられる。
有用な難燃剤には、酸化硼素、硼酸亜鉛、アルミナ三水和物、エチレンジアミンホスフェート(たとえば、Allright & Wilson Ltd.,Richmond,VAから「AMGUARD EDAP」の商品名で市販のもの)、ジメラミンホスフェート(例えば、Allright & Wilson Ltd.「AMGUARD ND」の商品名で市販されているもの)、メラミンホスフェート(例えば、Allright & Wilson Ltd.「AMGUARD NH」の商品名で市販されているもの)、アンモニウムポリホスフェート(例えば、Monsantoから「PHOS CHEK P 30」および「PHOS CHEK P40」の商品名で市販されているもの)などの燐酸化窒素、および、ビスメラミニウムペンテートと多価酸化物のブレンド(Great Lakes Chemical Corp.,West Lafayette,INから「CHAR GUARD 329」の商品名で市販のもの)が挙げられる。
有用な炭化形成樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール系樹脂、ポリカルボイミド樹脂、ウレアホルムアルデヒド樹脂、およびメラミンホルムアルデヒド樹脂が挙げられる。一般用語「フェノール系」とは、フェノールホルムアルデヒド樹脂の他、その他のフェノール誘導化合物およびホルムアルデヒドを含む樹脂について説明する言葉である。好ましい炭化形成樹脂は、3M Company of St.Paul,MNから「SCOTCHCAST SR 265」の商品名で市販のエポキシ樹脂である。
充填剤を使用すれば、パテの硬度を調節すること(すなわち、充填剤は一般にパテをより剛化したり硬くしたりする)、強化剤として作用すること、あるいはコストを削減することができる。充填剤には、ヒュームドシリカ、クレー、フライアッシュ、着色剤、パーライト、ひる石、無機繊維(ガラス繊維や鉱物繊維)、および有機繊維が挙げられる。メラミンは、上述のように無機発泡性材料であるが、パテの粘着力を調節するのにも有用である。好ましい充填剤は、ミルドグラスファイバー(Owens-Corning Fiberglass Corp.,Toledo,OHから「731ED FIBERGLAS」として市販のもの)、または、チョップトファイバーグラスファイバー(例えば、Owens-Corning Fiberglas Corp.,Toledo,OHから「799AB」の商品名で市販のもの)である。
着色剤(Fe3O4またはFe2O3などの酸化鉄)は、製品識別のために有用である。
酸化防止剤は、ゴムに添加され、酸素による分解にからゴムを保護する化合物である。このような化合物は、一般に、芳香族アミンを含む。オゾン亀裂防止剤を使用すれば、パテがオゾンによって崩壊することを防止することができる。ある種の化合物は、酸化防止剤とオゾン亀裂防止剤を兼ねることができる。好ましい酸化防止剤は、チオジエチレンビス-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシ)ヒドロシンナメート(Chiba-Geigy Corp.,Hawthorne,NYから「IRGANOX1035」の商品名で市販のもの)である。
好ましいオゾン亀裂防止剤は、ジアリールp-フェニレンジアミン(Goodyear Chemicals Division of Goddyear Tire and Rubeer Co.,Akron,OHから「WINGSTAY100」の商品名で市販のもの)を含む混合物である。
パテは、当業者に知られる従来の技術を用いてパテを製造するのに使用される成分を組み合わせることによって製造することができる。一般に、パテは、循環冷却水を備えたモーグルミキサを使用して各種成分を混合することによって製造される。冷却水は、成分の発熱反応から生じる発生および/または混合ブレードの作用を最低限にすることによって、発泡性材料が早期に膨張するのを防止する。
好ましくは、ゴムおよび未加硫ゴムは、混合室に添加され、完全にブレンドされるまで混合される。次に、充填剤、シリケート融剤、炭化形成樹脂、ワックス、着色剤、難燃剤、メラミン、参加帽剤およびオゾン亀裂防止剤を添加し、混合作業を続ける。可塑剤は、一般に、添加してから数分間の間に混合する。最後に加えらる成分は、通常は発泡性材料である。パテは、一般に、同質で滑らかになるまで(すなわち、粒粒がなくなるまで)混合される。混合後、パテはすぐに使用できる。
多くの防火用途の場合、パテは、一般にシートまたはパッド(通常は約0.635cm(0.25インチ)の厚さ)に押し出される。シートまたはパッドは、特定用途のために所望のサイズまたは形状に提供するために切断される。ある用途では、パテは棒状またはロープ状に形成される。
本発明の目的および利益は、以下の例によってさらに具体的に説明されるが、それらの例に記載されている特定の材料およびその量と、その条件および詳細については、不正に本発明を制限するものとして解釈してはならない。すべての部および割合は、別途指示されていない限り、重量を単位として示される。
軟度測定
パテの軟度は、針入度計(Precision Instruments,Chicago,ILからModel73510として市販のもの)で測定される。パテの軟度測定には、重り付き円錐状物体をパテに落下させてから、物体がパテを貫通する距離を測定する工程を含む。試験手続きは、ASTM D-1403-91に、「Standard Test Methods for Cone Penetration of Lubricating Grease Using One-Quarter and One-Half Scale Cone Equipment」の表題で記載されているものであり、貫通測定は、ASTM試験法に指定されるような4分の1大のステンレス鋼を用いて実施した。特にパテの軟度は、パテを両端が開いた管に、パテがその管の両端で水平になるように充填することによって測定した。充填された筒を室温で12時間放置してから、軟度を測定した。
円錐状物体とそれに接続されたシャフトの重量は、9.38±0.025gであった。さらに150gをシャフトの上部に加えた。円錐状物体の先端は、それが円筒に充填されたパテの表面に接触するように配置された。各測定ごとにシャフトを解放し、円錐をパテに5秒間印圧した。5秒間パテに印圧された距離を記録した。例1、2、および20に記録された軟度は、2回の測定値の平均に基づく。例3-19に記録された軟度は、10回の測定値の平均に基づく。
パテの流れ測定
パテを、両端が開いた管(2.5cmの直径、2.5cmの長さ)にパテが管の両端で平滑になるように充填した。次に、充填された管は、オーブンに200℃30分間、横倒しにして乗せた。30分間の加熱中に流れる量を目視によって、「優秀」(流れない)、「非常に良好」(若干流れる)、「良好」(ある程度流れるが、管がオーブンに置かれた面には流れない)、並、または「非常に不良」(材料が管から自由にかつ管がオーブンに設置された面に流れる)のいずれかに判定した。
火炎通過試験
火炎通過試験は、ASTM(米国試験材料協会規格)試験「E 814-83」の「Standard Method of Through-Penetration Fire Stops」に記載され、本文に参照として取り入れた手続きに従った。この試験を使用して、完全通過火災用途におけるパテの使用について評価した。
この試験では、11.4cm(4.5インチ)厚さおよび30.5cm(3フィート)平方の注入コンクリートスラブを準備した。4つの10.2cm(3ft)平方の開口部をスラブに形成した。開口部は均等に離隔した。2.5cm(1インチ)厚さの鉱物繊維絶縁材料(US Gypsum,Chicago,ILから「USG#4FIRE SAFING」の商品名で市販のもの)をスラブの各開口部に緊密に充填した。鉱物繊維をコンクリートの上部表面から約2.5cm陥凹させた。パテをコンクリートの上部表面と開口部がなめらかになるように充填した。パテの厚さは、約2.5cmだった。コンクリートスラブをガス燃焼炉(Armil C.F.S.,South Holland,ILから市販のもの)に配置した。鉱物繊維は、炉の熱源(火炎)に向けた。
ASTM E 814-83の図1に概説される時間および温度のパラメータに従って試験した。試験は、火炎通過が生じない限り、3時間行った。火炎通過は、火炎が開口部を通じてコンクリートスラブの「低温」面に達することによって示された。火炎通過が3時間未満の場合、試験された材料は試験に不合格であったものと思われる。開口部が3時間シールされた状態を維持した場合、防火剤を合格とした(「F」等級を有するとしてASTM E 814-83に述べてある)。
火災時ホース流れ試験
各例の1つのパテを使用する防火剤が「火炎通過試験」を合格した場合、ASTMに記載される以下の試験を行った。
「火炎通過試験」の直後に、スラブを炉から除去し、金属スタンドに垂直に配置した。6.1メートル(20ft)離隔した距離から、掃引動作をしながら水流を0.21MPa(30lbs/in2)の圧力でコンクリートの開口部の材料に対して噴射した。この試験に合格するには、完全貫通部をシールする材料は、炎による熱に暴露されて炭化物を形成した後、ホース流れに抵抗し、試験構造の0.09平方メートルあたり1.5秒間(すなわち、1.5秒/平方フィート)の間、パイプをシールし続けなければならない。例えば、0.84m2(9ft2)のアセンブリは、13.5秒間ホース流れに抵抗しなければならない。
各例に使用される成分を以下の表に記載した。
例1および例2
例1および例2の成分を以下の表2に記載した。
各例に対する成分は、シグマ混合ブレードを備えた内部ミキサ(C.W.Brabender Instruments,Inc.,South Hackensack,NJから市販のPrep Mixer,Part#02-22-000,350/420cm3の容量)を用いて化合した。ミキサは、モデルインタフェースFE-2000を備えたPlasticorderモデルDR-2071電子トルクレオメーター(いずれも、C.W.Brabender Instruments,INC.から市販)によって電力供給された。
未加硫ゴム(Ameripol Synpol 8107)およびゴム(Polysar S1018およびPOLYSAR BUTYL XL68102)をミキサの混合室に添加してから、約60rpmで約6分間ブレンドした。次に混合ブレードのスピードを40rpmまで低減し、酸化防止剤(チオジエチレンビス3.5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシ)ヒドロシンナメート)、オゾン亀裂防止剤(ジアリールp-フェニレンジアミンを含む混合物)、ヒュームドシリカ、エポキシ樹脂、酸化鉄、硼酸、メラミン、およびミルドグラスファイバーを混合しながら添加した。成分を約3分間混合した後、混合速度を約60rpmに加速した。次に、可塑剤(INDOPOLH-100)を添加し、約13分間混合を継続した。次にペトロラタムを徐々に添加し、約5分間混合した。最後に、水和ケイ酸シリケートを添加し、約5分間混合した。例1および例2のバッチサイズは、それぞれ約477gと約462gであった。
パテの軟度を上述の「軟度測定」の見出し以下で記載したように測定した。例1および例2の軟度は、5mmであった。
各例の炭化強度および膨張比(すなわち、最初の容量で炭化容量を除算する)は以下のように測定した。第1に各パテの一部を約0.635cm(1/4”)の厚さに圧締した。次に、2.5cm(1インチ)の直径のディスクを各(圧締シート)から打ち抜いた。
各ディスクの最初の容量は、ディスクの重量を計り、ディスクにワックスを溶融パラフインワックスに浸漬することによってコーティングし、水に浸漬し、(被覆)ディスクを脱イオン水に入れて計量してから、以下の式を用いて算出することによつて測定した。
容量＝乾量−液内量
(式1)水の密度
次にディスクを約350℃で約15分間マツフル炉に配置し、発泡し炭化させた。次に、結果として生じた炭化された膨張ディスクを計量し、ワックスを塗布し、次に水に浸漬視て脱イオン水中で計量した。炭化膨張ディスクは、上述の式1を用いて算出した。
膨張比は、以下の式を用いて算出した。
容量＝ 炭化膨張ディスクの容量
(式2) 初期(未炭化)ディスクの容量
例1および例2の膨張比は、2つの測定結果の平均に基づいており、それぞれ2.84と5.22だった。例1および例2のパテの流れ特性はともに優秀だった。
例1および例2は、「火炎通過試験」および「火災時ホース流れ試験」に合格した。
例3-10
例3-10の成分は、以下の表3に記載した。
例3-10は、例1および例2に関して記載したように調製した。各例のバッチサイズは約477gだった。
例3-10の膨張比は、(例1および2で記載したように測定したところ)それぞれ3.06、2.96、3.05、2.96、3.02、3.00、3.07および3.10であった。例3-10のパテの軟度は、上述の「軟度測定」以下で記載されているように測定した。例3-10の軟度は、5.6mm、5.7mm、5.6mm、5.8mm、6.0mm、5.9mmおよび5.9mmだった。例3-10のパテの流れ特性は、優秀、優秀、優秀、優秀、非常に良好、非常に良好、良好、並であった。
例11-14
例11-14の成分を以下の表4に記載した。
例11-14は、スチレンブタジエンゴム(POLUSAR SおよびPOLYSAR XL 68102)、約4.35%の未加硫スチレンゴム(AMERIPOLSYNPOL 8107)を40.6cm(16インチ)のゴムミル上でブレンドしてから、約30分間約20rpmで混合した。次に、約3.75%の可塑剤(INDOPOL H-100)を。ゴム/未加硫ゴム混合物に添加する一方、混合し続けた。
結果として生成された「プレバッチ」をゴムミルから除去し、モーグルミキサ(No.59821、APV Chemical Machinery Inc.,Saginaw MIから市販)に、未加硫チレンブタジエンゴム(AMERIPOLSYNPOL 8107)とバランスを整えながら充填し、約2分間混合した。
混合を継続する一方、酸化防止剤(すなわち、チオジエチレンビス-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシ)ヒドロシンナメート)、オゾン亀裂防止剤(ジアリールp-フェニレンジアミンを含む混合物)、ヒュームドシリカ、エポキシ樹脂、酸化鉄、酸化硼素(配合に含まれる場合)、硼酸亜鉛(配合に含まれる場合)、メラミン、およびミルドグラスファイバーを10分以上かけてミキサに添加した。次に、可塑剤(INDOPOL H-100)を添加し、約5分間混合した。最後にペトロラタム(PAXWAX5324)を添加し、パテが滑らかになるまで、約10分間混合した。例11-14のバッチサイズは、それぞれ、約1.35kg、約1.35kg、約1.24kg、および約1.47kgだった。
例11-14の膨張比は、それぞれ、(例1および例2に記載したように)測定の結果、2.77、2.77、3.20および2.64だった。例11-14のパテの軟度背は、上述の「軟度測定」の見出し以下で説明したように測定した。例11-14の軟度は、それぞれ、5.4mm、5.5mm、5.5mmおよび5.10mmであった。例11-14のパテの流れ特性は、優秀、良好、良好、および非常に良好であった。
「火炎通過試験」および「ホース流れ試験」は、各ロットの4試料について実行した。例11、例13および例14のすべての4つの試料は、「火炎通過試験」に合格した。ただし、4つの例12の試料の2しか「火炎通過試験」には合格しなかった。「ホース流れ試験」については、例11の4つの試料、例12の1つの試料が合格し、例13の試料は合格せず、例14の3つの試料が合格した。
例15-19
例15-19の成分を以下の表5に記載した。
例15-19は、例1および例2に記載したように調製した。例15、例16、例17、例18、および例19のバッチサイズは、それぞれ、約492g、約487g、約477g、約467g、約462gだった。
例15、16、17、18、および19の膨張比の測定結果は、それぞれ2.97、2.93、3,02、2.97および2,93だった。例3-10のばての軟度は、上述の「軟度測定」以下に説明したように測定した。例15、16、17、18、および19の軟度は、それぞれ、6.1mm、5.9mm、6.0mm、5.4mmおよび5.1mmであった。例15、16、17、18、および19のパテの流れ特性は、それぞれ、並、良好、非常に良好、非常に良好、非常に良好だった。
以下の観測は、例15-19の各々を扱ったとき行われた。例15は、非常に粘着力があり、皮膚に残分が残った。例16は、粘着性があり、ある程度残分が残った。例17、18、および19は、すべての良好な水準の粘着力を有し、目視可能な残分は皮膚に残らなかった。
例20
例20の成分は、以下の表6に記載した。
例20は、例1および例2のに記載されたように調製した。バッチサイズは、439gであった。
例20の膨張比は、(例1および例2に記載したように)測定値が7.05だった。軟度は、上述の「軟度測定」の見出し以下で記載されたように測定したところ、5.6mmであった。パテの流れ特性は、良好だった。
例20は「火炎通過試験」および「火災時ホース流れ試験」に合格した。
例21
例21の成分は、以下の表7に記載した。
成分は、例1に記載された内部ミキサを用いて化合した。
未加硫ゴム(Amperipol)およびゴム(Polysar s1018およびPOLYSAR BUTYL XL 68102)をミキサの混合室に添加してから、約60rpmで約6分間ブレンドした。
混合ブレンドの速度を40rpmまで減速し、酸化防止剤(チオジエチレンビス-3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシ)ヒドロキシンナメート、ヒュームドシリカ、エポキシ樹脂、酸化鉄、硼酸、メラミン、およびミルドグラスファイバーを添加する一方、かき混ぜ続けた。成分は、約3分間混合した後、混合速度を60rpmに加速した。次に、可塑剤(INDOPOLH100)を添加し、混合を約13分間継続した。次に、ペトロラタムを徐々に添加し、約5分間混合した。最後に、水和ケイ酸ナトリウムを添加し、約5分間混合した。バッチサイズは約466.66gだった。
パテの軟度は、上述の「軟度測定」の見出し以下に説明される方法を用いて測定したところ、6.32mmだった。例21の膨張比は、2つの測定の平均に基づき2.76だった。パテの流れ特性は、2.76だった。パテの流れ特性は優秀だつた。さらに、「火炎通過試験」および「火災時ホース流れ試験」の結果も優秀だった。
本発明のさまざまな変更および修正は、本発明の範囲および精神から逸脱せずに行われ、本発明は本文に記載された具体的な実施例に不正に制限されないことは、当業者に明らかであろう。
本発明は、防火材料として開口部に使用し、火災時の火炎、煙、および蒸気の拡がりを阻止するための発泡性パテに関する。
関連技術の説明
防火製品は、完全貫通部での煙突作用を低減または除去するのに用いられる。一般的な商業用途に適切な防火材料の特性には、膨張および炭化する能力を含む。さらに、炭化材料は、好ましくは、ホース水流試験に十分に耐える強度を有する。
業界で認められ、防火材料を評価するために利用される耐火試験は、「ASTM E-814-83」として認定された米国試験材料協会規格である。この試験には、炭化材料を消火ホースからの水流の圧力に印加することも含む。
発明の大要
本発明は、発泡性材料、ゴム、および未加硫ゴムを含み、非水性で、不定適合性で、ハロゲンを含まない発泡性パテを提供し、前記ゴムおよび前記未加硫ゴムが前記パテに少なくとも4mm(好ましくは、少なくとも4.5mm、より好ましくは5mm、もっとより好ましくは、少なくとも6mm)を提供する。さらに、パテは本質的にゴム硬化剤を含まない(すなわち、ゴム硬化剤を0.25重量パーセント未満含む)。
別の態様では、本発明は、発泡性材料、ゴム、およびパテの全重量に基づいて少なくとも5重量パーセント(好ましくは少なくとも10重量パーセント、より好ましくは少なくとも15重量パーセント)の未加硫ゴムを含み、非水性で不定適合性でハロゲンを含まない発泡性パテを提供する。前記パテは、少なくとも4mm(好ましくは少なくとも4.5mm、より好ましくは少なくとも5mm、もっとより好ましくは少なくとも6mm)の軟度を有し、本質的にゴム硬化剤を含まない。
好ましくは、ゴムは天然ゴム、ブチルゴム、ポリブタジエンゴム、合成イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンアクリルゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、エチレンビニルアセテートゴムおよびそれら組み合わせから成る群から選択される。好ましくは、未加硫ゴムは、未加硫天然ゴム、未加硫ブチルゴム、未加硫ポリブタジエンゴム、未加硫スチレンブタジエンゴム、未加硫エチレンアクリルゴム、未加硫ニトリルゴム、未加硫ウレタンゴム、未加硫エチレンビニルアセテートゴム、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される。
任意に、本発明による発泡性パテは、1つ以上の可塑剤、炭化形成剤、充填剤、着色剤、ワックス、酸化防止剤、および/またはオゾン亀裂防止剤などを含む。
本願明細書では、
「パテ」は、実質的に室温(一般には、0℃乃至50℃の範囲の温度)では流れない凝集性成形用材料を意味し、
「不定適合性」は、パテが軟質であり、かつ、少なくとも1か月間(好ましくは、少なくとも1年間、より好ましくは、少なくとも5年間、もっとより好ましくは少なくとも10年間、最も好ましくは少なくとも20年間(一般には、0℃乃至50℃の範囲内で))取扱可能であることを意味し、
「ハロゲンを含まない」とは、パテの全重量に基づき、Cl、Fなどの元素を基礎として算出されるハロゲンの重量から判断して、本質的にハロゲンを含まない(すなわち、好ましくは0.25重量パーセント未満、より好ましくは0.01重量パーセント未満を含む)ことを意味し、
「非水性」とは、本質的に結合水以外の水を含まないことを意味し、この場合の結合剤とは、材料が100℃(好ましくは少なくとも150℃、より好ましくは少なくとも250℃)に加熱されるまで脱離しない水であり、
「発泡性」とは、約100℃を超えて加熱する場合には膨張する材料について説明する言葉であり、特定の発泡性材料が発泡する温度はその材料の組成によって異なり、
「発泡性パテ」とは、その(最初の)未膨張容量(すなわち、発泡する前の容量の)少なくとも2倍(好ましくは、少なくとも3倍)に発泡するパテについて説明する言葉であり、
「ゴム」は、硬化(あるいは加硫)された後に伸びおよび回復を示す天然材料および合成ゴム(または合成エラストマー)について説明する言葉であり、
「未加硫ゴム」とは、加硫(または硬化)時にゴムを提供する先駆物質材料について説明する言葉であり、
「ゴム硬化剤」とは、硫黄、アミン、二官能性酸などの顆粒剤、硬化剤または架橋剤、ジビニルベンゼン、または、未加硫ゴムで化合され活性化された場合にゴムを生成する過酸化ジクミルなどの遊離基開始剤について説明する言葉であり、この場合、硬化条件および試剤および/または遊離基開始剤の濃度によって加硫の程度が決まり、
「軟度」とは、パテの柔らかさの尺度であり、後述の「軟度測定」の見出し以下で判定され、
「成形用」とは、(例えば、パテでパイプをくるんだりするなどの)パテが適合性であることを意味し、
「付着力」は、パテが異なる材料に付着する能力であるが、皮膚に付着するほど大きな粘着付与力はない能力について説明する言葉であり(すなわち、構造用部材(コンクリート、乾式壁体、金属、プラスチック、ケーブルなど)の周囲に成形する場合に、適宜静止するための十分な粘着付与力を有する)、
「回収性」とは、ある位置に設置されるたパテを取り除き、別の位置に設置され、パテの発泡性、軟度特性、および難燃性に実質的に影響しない能力について説明する言葉であり、
「炭化強度」とは、約15分の間約350℃以上の温度に暴露した後、パテから形成される膨張残留炭質物の強度を示す尺度である。
本発明による発泡性パテは、一般に回収性であり、良好な付着性を示し、床および壁に貫通部(開口部)が形成された後に、床および壁の許容耐火性等級を回復するために使用することができる。こうした貫通部は、例えば、ケーブル、電線管、金属パイプ、プラスチックパイプおよび電話設備などの通路を収容するために形成される。貫通部を通過する設備周辺の貫通部あるいは開口部が十分にシールされていない場合、火炎、煙、および/または水がシールされていない場所を通過し、火災および/または水害による被害を拡大させる恐れがある。
好ましい態様の説明
本発明による発泡性パテは、軟質で、周南性があり、かつ、未膨張状態を、約100℃(華氏212度)を超える温度の熱に暴露されるまで維持する。約350℃(華氏662度)より高い温度に加熱された場合、パテは一般にその容量の約3倍まで膨張し、炭化を開始することによって、パテの難燃特性をさらに高める。パテは、材料を燃焼および/または溶融させることによって生じる完全貫通部の空隙をシールし、効果的に火炎、煙、蒸気、および水がある位置(部屋または床など)から別の位置に通過することを防止する。
別の態様では、本発明によるパテは、一般に、熱を印加された場合に流れに対して抵抗する。この流れ抵抗によって、パテては上昇した温度(すなわち、燃焼時に通常遭遇する温度)では完全な状態を維持することができる。温度が十分に(すなわち、火災の状態下で)上昇する場合、パテは炭化し膨張することができる。
軟度および流れ抵抗などの特性に対する本発明による特定のパテを調整するために使用される材料の量の一般的硬化は、本文に記載される開示内容を検討すれば、当業者には明らかになろう。
好ましくは、パテの全重量に基づいてパテは、約5乃至約50重量パーセント(好ましくは約15乃至約30重量パーセント)にわたる範囲のゴムおよび未加硫ゴムを含む。
他の態様では、パテの全重量に基づいて、パテは好ましくは、約10乃至50重量パーセント(好ましくは約10乃至25重量パーセント)にわたる範囲の未加硫ゴムを含む。
別の態様では、パテの全重量に基づいてパテは好ましくは約1乃至約15重量パーセント(好ましくは約2乃至8重量パーセント)を含む。
パテは、ゴムおよび未加硫ゴムを化合させる工程を含む方法によって製造することができるし、一般に製造されている。理屈を押しつけるわれではないが、理論を盾に取るつもりを無いが、ゴムおよび未加硫ゴムは、軟度および適合性と温度上昇時の流れ抵抗とを釣り合わせることができると考えられている。
好ましいゴムは、高度の架橋性を有するゴムとしてス製造業者によって特徴づけられているチレンブタジエンゴム(Polysar Rubeer Div.of Miles,Inc.から「POLYSAR S1018」の商品名で市販)である。低いムーニー粘度を有するゴムとして製造業者に特徴づけられているスチレンブタジエンゴム(Division of Uniroyal Godd Richn Tire Co.of Akron,OH)は、好ましい未加硫ゴムである。
好ましい実施例では、2種類のゴムを未加硫ゴムと併用する。第1のゴムは、好ましくは、スチレンブタジエンゴムであり、製造業者によって高度な架橋性を有するゴムとして特徴づけられているゴムである「POLYSAR S1018」。このゴムの量は、好ましくは、パテに含まれるゴムおよび未加硫ゴムの合計の約10乃至約40重量パーセントである。第2のゴム無は、好ましくは、「「適度に」架橋される」ゴムとして製造業者によって特徴づけられるブチルゴム(Polysar Rubber Div.of Miles,Inc.of Arkon,OHから「POLYSAR BUTYL XL 68102」の商品名で市販)である。この第2のゴムは、所望のレベルの伸びを提供すると考えられている。好ましくは、このゴムの量はパテに含まれるゴムおよび未加硫ゴムの合計の約1乃至約5重量パーセントにわたる範囲の量(より好ましくは約1乃至約2重量パーセント)。適度に架橋されたゴムの量が、5重量パーセントよりも多いと、材料は不要に粘着する傾向があり、用途によっては設置できないこともある。1重量パーセント未満の濃度では、一般に、伸びによる利益は、配合物に添加しても観察されない。
適切な発泡性材料は、水和アルカリ金属シリケート(結合水を有するケイ酸ナトリウム、ケイ酸リチウム、およびケイ酸カリウムなど)、発泡黒鉛、未発泡ひる石、および、分解してガスを放出するメラミン(すなわち、2,4,6-トリアミノ-1,3,5-トリアジン)、アゾカルボンアミド、ベンゼンスルニルヒドラジジドなどの有機発泡性化合物などが挙げられる。配合物中の発泡性材料の量は、選択される発泡性材料の量によって異なる。
好ましい発泡性材料は、結合水、式M2:xSIO2を有し、式中Mはアルカリ金属であり、xは約1.5乃至約4であり、少なくとも1つのアルカリ金属シリケート(ケイ酸ナトリウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸カリウムなど)、ならびに、群Iと群IIの硼酸および硼酸塩から成る群から選択される少なくとも1つのオキシ硼素化合物(メタ硼酸塩基、テトラ硼酸塩基、過硼酸塩基、ポリ硼酸塩基、硼酸、灰硼鉱、メタ硼酸カルシウム、硼酸マグネシウム、硼酸亜鉛)の混合物を含む顆粒状水和アルカリ金属シリケート発泡性組成物である(米国特許第4,521,333号(Graham,et al.)を参照)。
好ましくはMに対する硼素(オキシ硼素化合物に存在する)のモル比は、約0.2乃至約0.9である。水は、好ましくは、約5乃至約15重量パーセントの水、オキシ硼素化合物およびアルカリ金属シリケートの混合物を含む。
好ましくは発泡性材料は特定の形態でゴムおよび未加硫ゴムに添加され、パテが「火炎通過試験」の見出し以下で説明される火災試験に合格することは十分できるが、加熱されたパテが後述の火災ホース流れ試験に合格しないようにパテに柔軟性がなくなったり、火災時に形成される炭化物にに悪影響を与えない程度の量で添加される。
一般に、使用される発泡性水和アルカリ金属シリケートの量はゴムおよび未加硫ゴムの合計の約50乃至約200重量パーセント(好ましくは約100乃至約140重量パーセント)にわたる範囲である。別の態様では、水和アルカリ金属シリケートは、パテの全重量に基づいて、約5乃至約40重量パーセントにわたる範囲で存在する。
水和アルカリ金属シリケート粒子は、一般に75μm乃至約500μmのサイズである。
シリケート発泡性材料は、好ましくは、酸化硼素などシリケート融剤と併用される。このような融剤は、パテが加熱された場合に形成される炭化物を安定かするために使用する。好ましいシリケート融剤は、水和無水参加硼素(B2O3)であり、U.S.Borax of Valencia,CAから市販されている。酸化硼素は、難燃剤およびシリケート融剤として機能し得る。
発泡性材料が挿入黒鉛である場合、パテは、パテの全重量に基づいて好ましくは約50乃至約30重量パーセントなわたる範囲の発泡性材料を含む。
発泡性材料を使用すること(水和アルカリ金属シリケートおよび挿入黒鉛を使用することなど)は、本発明の範囲である。
好ましくは、十分な量の可塑剤は、所望の水準の軟度および成形適性が得るべきパテに含まれる。可塑剤は、材料の可撓性を高めて処理を容易にする化合物である。適切な可塑剤には、芳香油、ナフテン系石油、ワックス、時奥地留フタレート(DOP)またはジブチルフタレートなどのフタレートエステル、および2-エチルヘキシルジフェニルホスフェート(Monsanto of St.Louis,MOから「SANITIZER」の商品名で市販のものなど)などのホスフェートエステル、イソデシルジフェニルホスフェート、またはアリールホスフェートエステル(Monsantoから「SANITIZER」の商品名で市販の適切なエステルなど)が挙げられる。好ましい可塑剤は、Chicago,ILのAmco Oil Cp.から「INDOPOL」の商品名で市販のイソブチレン/ブタンコポリマー液である。
適切なワックスには、ペトロラタム(例えば、National Wax Division of Dussek Campmell,Inc.Skokie,ILから「6916ワックス」および「PAXWAX5324」の商品名で市販されているものや、Witco Chemical Corp.,New York,NYから「PETROLATUM RPB」として市販のもの)が挙げられる。
一般に、可塑剤は、パテのゴムおよび未加硫ゴムの全重量に基づいて、約30乃至約50重量パーセント(好ましくは、約35重量パーセント乃至45重量パーセント)の範囲で存在する。別の態様では、可塑剤は、パテの全重量に基づいて、約2乃至約25重量パーセントの範囲で存在する。
パテの配合に含まれ得るその他の任意の成分には、難燃剤、炭化形成剤(炭化形成樹脂など)、充填剤、着色剤、酸化防止剤、オゾン亀裂防止剤が挙げられる。
有用な難燃剤には、酸化硼素、硼酸亜鉛、アルミナ三水和物、エチレンジアミンホスフェート(たとえば、Allright & Wilson Ltd.,Richmond,VAから「AMGUARD EDAP」の商品名で市販のもの)、ジメラミンホスフェート(例えば、Allright & Wilson Ltd.「AMGUARD ND」の商品名で市販されているもの)、メラミンホスフェート(例えば、Allright & Wilson Ltd.「AMGUARD NH」の商品名で市販されているもの)、アンモニウムポリホスフェート(例えば、Monsantoから「PHOS CHEK P 30」および「PHOS CHEK P40」の商品名で市販されているもの)などの燐酸化窒素、および、ビスメラミニウムペンテートと多価酸化物のブレンド(Great Lakes Chemical Corp.,West Lafayette,INから「CHAR GUARD 329」の商品名で市販のもの)が挙げられる。
有用な炭化形成樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール系樹脂、ポリカルボイミド樹脂、ウレアホルムアルデヒド樹脂、およびメラミンホルムアルデヒド樹脂が挙げられる。一般用語「フェノール系」とは、フェノールホルムアルデヒド樹脂の他、その他のフェノール誘導化合物およびホルムアルデヒドを含む樹脂について説明する言葉である。好ましい炭化形成樹脂は、3M Company of St.Paul,MNから「SCOTCHCAST SR 265」の商品名で市販のエポキシ樹脂である。
充填剤を使用すれば、パテの硬度を調節すること(すなわち、充填剤は一般にパテをより剛化したり硬くしたりする)、強化剤として作用すること、あるいはコストを削減することができる。充填剤には、ヒュームドシリカ、クレー、フライアッシュ、着色剤、パーライト、ひる石、無機繊維(ガラス繊維や鉱物繊維)、および有機繊維が挙げられる。メラミンは、上述のように無機発泡性材料であるが、パテの粘着力を調節するのにも有用である。好ましい充填剤は、ミルドグラスファイバー(Owens-Corning Fiberglass Corp.,Toledo,OHから「731ED FIBERGLAS」として市販のもの)、または、チョップトファイバーグラスファイバー(例えば、Owens-Corning Fiberglas Corp.,Toledo,OHから「799AB」の商品名で市販のもの)である。
着色剤(Fe3O4またはFe2O3などの酸化鉄)は、製品識別のために有用である。
酸化防止剤は、ゴムに添加され、酸素による分解にからゴムを保護する化合物である。このような化合物は、一般に、芳香族アミンを含む。オゾン亀裂防止剤を使用すれば、パテがオゾンによって崩壊することを防止することができる。ある種の化合物は、酸化防止剤とオゾン亀裂防止剤を兼ねることができる。好ましい酸化防止剤は、チオジエチレンビス-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシ)ヒドロシンナメート(Chiba-Geigy Corp.,Hawthorne,NYから「IRGANOX1035」の商品名で市販のもの)である。
好ましいオゾン亀裂防止剤は、ジアリールp-フェニレンジアミン(Goodyear Chemicals Division of Goddyear Tire and Rubeer Co.,Akron,OHから「WINGSTAY100」の商品名で市販のもの)を含む混合物である。
パテは、当業者に知られる従来の技術を用いてパテを製造するのに使用される成分を組み合わせることによって製造することができる。一般に、パテは、循環冷却水を備えたモーグルミキサを使用して各種成分を混合することによって製造される。冷却水は、成分の発熱反応から生じる発生および/または混合ブレードの作用を最低限にすることによって、発泡性材料が早期に膨張するのを防止する。
好ましくは、ゴムおよび未加硫ゴムは、混合室に添加され、完全にブレンドされるまで混合される。次に、充填剤、シリケート融剤、炭化形成樹脂、ワックス、着色剤、難燃剤、メラミン、参加帽剤およびオゾン亀裂防止剤を添加し、混合作業を続ける。可塑剤は、一般に、添加してから数分間の間に混合する。最後に加えらる成分は、通常は発泡性材料である。パテは、一般に、同質で滑らかになるまで(すなわち、粒粒がなくなるまで)混合される。混合後、パテはすぐに使用できる。
多くの防火用途の場合、パテは、一般にシートまたはパッド(通常は約0.635cm(0.25インチ)の厚さ)に押し出される。シートまたはパッドは、特定用途のために所望のサイズまたは形状に提供するために切断される。ある用途では、パテは棒状またはロープ状に形成される。
本発明の目的および利益は、以下の例によってさらに具体的に説明されるが、それらの例に記載されている特定の材料およびその量と、その条件および詳細については、不正に本発明を制限するものとして解釈してはならない。すべての部および割合は、別途指示されていない限り、重量を単位として示される。
軟度測定
パテの軟度は、針入度計(Precision Instruments,Chicago,ILからModel73510として市販のもの)で測定される。パテの軟度測定には、重り付き円錐状物体をパテに落下させてから、物体がパテを貫通する距離を測定する工程を含む。試験手続きは、ASTM D-1403-91に、「Standard Test Methods for Cone Penetration of Lubricating Grease Using One-Quarter and One-Half Scale Cone Equipment」の表題で記載されているものであり、貫通測定は、ASTM試験法に指定されるような4分の1大のステンレス鋼を用いて実施した。特にパテの軟度は、パテを両端が開いた管に、パテがその管の両端で水平になるように充填することによって測定した。充填された筒を室温で12時間放置してから、軟度を測定した。
円錐状物体とそれに接続されたシャフトの重量は、9.38±0.025gであった。さらに150gをシャフトの上部に加えた。円錐状物体の先端は、それが円筒に充填されたパテの表面に接触するように配置された。各測定ごとにシャフトを解放し、円錐をパテに5秒間印圧した。5秒間パテに印圧された距離を記録した。例1、2、および20に記録された軟度は、2回の測定値の平均に基づく。例3-19に記録された軟度は、10回の測定値の平均に基づく。
パテの流れ測定
パテを、両端が開いた管(2.5cmの直径、2.5cmの長さ)にパテが管の両端で平滑になるように充填した。次に、充填された管は、オーブンに200℃30分間、横倒しにして乗せた。30分間の加熱中に流れる量を目視によって、「優秀」(流れない)、「非常に良好」(若干流れる)、「良好」(ある程度流れるが、管がオーブンに置かれた面には流れない)、並、または「非常に不良」(材料が管から自由にかつ管がオーブンに設置された面に流れる)のいずれかに判定した。
火炎通過試験
火炎通過試験は、ASTM(米国試験材料協会規格)試験「E 814-83」の「Standard Method of Through-Penetration Fire Stops」に記載され、本文に参照として取り入れた手続きに従った。この試験を使用して、完全通過火災用途におけるパテの使用について評価した。
この試験では、11.4cm(4.5インチ)厚さおよび30.5cm(3フィート)平方の注入コンクリートスラブを準備した。4つの10.2cm(3ft)平方の開口部をスラブに形成した。開口部は均等に離隔した。2.5cm(1インチ)厚さの鉱物繊維絶縁材料(US Gypsum,Chicago,ILから「USG#4FIRE SAFING」の商品名で市販のもの)をスラブの各開口部に緊密に充填した。鉱物繊維をコンクリートの上部表面から約2.5cm陥凹させた。パテをコンクリートの上部表面と開口部がなめらかになるように充填した。パテの厚さは、約2.5cmだった。コンクリートスラブをガス燃焼炉(Armil C.F.S.,South Holland,ILから市販のもの)に配置した。鉱物繊維は、炉の熱源(火炎)に向けた。
ASTM E 814-83の図1に概説される時間および温度のパラメータに従って試験した。試験は、火炎通過が生じない限り、3時間行った。火炎通過は、火炎が開口部を通じてコンクリートスラブの「低温」面に達することによって示された。火炎通過が3時間未満の場合、試験された材料は試験に不合格であったものと思われる。開口部が3時間シールされた状態を維持した場合、防火剤を合格とした(「F」等級を有するとしてASTM E 814-83に述べてある)。
火災時ホース流れ試験
各例の1つのパテを使用する防火剤が「火炎通過試験」を合格した場合、ASTMに記載される以下の試験を行った。
「火炎通過試験」の直後に、スラブを炉から除去し、金属スタンドに垂直に配置した。6.1メートル(20ft)離隔した距離から、掃引動作をしながら水流を0.21MPa(30lbs/in2)の圧力でコンクリートの開口部の材料に対して噴射した。この試験に合格するには、完全貫通部をシールする材料は、炎による熱に暴露されて炭化物を形成した後、ホース流れに抵抗し、試験構造の0.09平方メートルあたり1.5秒間(すなわち、1.5秒/平方フィート)の間、パイプをシールし続けなければならない。例えば、0.84m2(9ft2)のアセンブリは、13.5秒間ホース流れに抵抗しなければならない。
各例に使用される成分を以下の表に記載した。
例1および例2の成分を以下の表2に記載した。
未加硫ゴム(Ameripol Synpol 8107)およびゴム(Polysar S1018およびPOLYSAR BUTYL XL68102)をミキサの混合室に添加してから、約60rpmで約6分間ブレンドした。次に混合ブレードのスピードを40rpmまで低減し、酸化防止剤(チオジエチレンビス3.5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシ)ヒドロシンナメート)、オゾン亀裂防止剤(ジアリールp-フェニレンジアミンを含む混合物)、ヒュームドシリカ、エポキシ樹脂、酸化鉄、硼酸、メラミン、およびミルドグラスファイバーを混合しながら添加した。成分を約3分間混合した後、混合速度を約60rpmに加速した。次に、可塑剤(INDOPOLH-100)を添加し、約13分間混合を継続した。次にペトロラタムを徐々に添加し、約5分間混合した。最後に、水和ケイ酸シリケートを添加し、約5分間混合した。例1および例2のバッチサイズは、それぞれ約477gと約462gであった。
パテの軟度を上述の「軟度測定」の見出し以下で記載したように測定した。例1および例2の軟度は、5mmであった。
各例の炭化強度および膨張比(すなわち、最初の容量で炭化容量を除算する)は以下のように測定した。第1に各パテの一部を約0.635cm(1/4”)の厚さに圧締した。次に、2.5cm(1インチ)の直径のディスクを各(圧締シート)から打ち抜いた。
各ディスクの最初の容量は、ディスクの重量を計り、ディスクにワックスを溶融パラフインワックスに浸漬することによってコーティングし、水に浸漬し、(被覆)ディスクを脱イオン水に入れて計量してから、以下の式を用いて算出することによつて測定した。
容量＝乾量−液内量
(式1)水の密度
次にディスクを約350℃で約15分間マツフル炉に配置し、発泡し炭化させた。次に、結果として生じた炭化された膨張ディスクを計量し、ワックスを塗布し、次に水に浸漬視て脱イオン水中で計量した。炭化膨張ディスクは、上述の式1を用いて算出した。
膨張比は、以下の式を用いて算出した。
容量＝ 炭化膨張ディスクの容量
(式2) 初期(未炭化)ディスクの容量
例1および例2の膨張比は、2つの測定結果の平均に基づいており、それぞれ2.84と5.22だった。例1および例2のパテの流れ特性はともに優秀だった。
例1および例2は、「火炎通過試験」および「火災時ホース流れ試験」に合格した。
例3-10
例3-10の成分は、以下の表3に記載した。
例3-10の膨張比は、(例1および2で記載したように測定したところ)それぞれ3.06、2.96、3.05、2.96、3.02、3.00、3.07および3.10であった。例3-10のパテの軟度は、上述の「軟度測定」以下で記載されているように測定した。例3-10の軟度は、5.6mm、5.7mm、5.6mm、5.8mm、6.0mm、5.9mmおよび5.9mmだった。例3-10のパテの流れ特性は、優秀、優秀、優秀、優秀、非常に良好、非常に良好、良好、並であった。
例11-14
例11-14の成分を以下の表4に記載した。
結果として生成された「プレバッチ」をゴムミルから除去し、モーグルミキサ(No.59821、APV Chemical Machinery Inc.,Saginaw MIから市販)に、未加硫チレンブタジエンゴム(AMERIPOLSYNPOL 8107)とバランスを整えながら充填し、約2分間混合した。
混合を継続する一方、酸化防止剤(すなわち、チオジエチレンビス-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシ)ヒドロシンナメート)、オゾン亀裂防止剤(ジアリールp-フェニレンジアミンを含む混合物)、ヒュームドシリカ、エポキシ樹脂、酸化鉄、酸化硼素(配合に含まれる場合)、硼酸亜鉛(配合に含まれる場合)、メラミン、およびミルドグラスファイバーを10分以上かけてミキサに添加した。次に、可塑剤(INDOPOL H-100)を添加し、約5分間混合した。最後にペトロラタム(PAXWAX5324)を添加し、パテが滑らかになるまで、約10分間混合した。例11-14のバッチサイズは、それぞれ、約1.35kg、約1.35kg、約1.24kg、および約1.47kgだった。
例11-14の膨張比は、それぞれ、(例1および例2に記載したように)測定の結果、2.77、2.77、3.20および2.64だった。例11-14のパテの軟度背は、上述の「軟度測定」の見出し以下で説明したように測定した。例11-14の軟度は、それぞれ、5.4mm、5.5mm、5.5mmおよび5.10mmであった。例11-14のパテの流れ特性は、優秀、良好、良好、および非常に良好であった。
「火炎通過試験」および「ホース流れ試験」は、各ロットの4試料について実行した。例11、例13および例14のすべての4つの試料は、「火炎通過試験」に合格した。ただし、4つの例12の試料の2しか「火炎通過試験」には合格しなかった。「ホース流れ試験」については、例11の4つの試料、例12の1つの試料が合格し、例13の試料は合格せず、例14の3つの試料が合格した。
例15-19
例15-19の成分を以下の表5に記載した。
例15、16、17、18、および19の膨張比の測定結果は、それぞれ2.97、2.93、3,02、2.97および2,93だった。例3-10のばての軟度は、上述の「軟度測定」以下に説明したように測定した。例15、16、17、18、および19の軟度は、それぞれ、6.1mm、5.9mm、6.0mm、5.4mmおよび5.1mmであった。例15、16、17、18、および19のパテの流れ特性は、それぞれ、並、良好、非常に良好、非常に良好、非常に良好だった。
以下の観測は、例15-19の各々を扱ったとき行われた。例15は、非常に粘着力があり、皮膚に残分が残った。例16は、粘着性があり、ある程度残分が残った。例17、18、および19は、すべての良好な水準の粘着力を有し、目視可能な残分は皮膚に残らなかった。
例20
例20の成分は、以下の表6に記載した。
例20の膨張比は、(例1および例2に記載したように)測定値が7.05だった。軟度は、上述の「軟度測定」の見出し以下で記載されたように測定したところ、5.6mmであった。パテの流れ特性は、良好だった。
例20は「火炎通過試験」および「火災時ホース流れ試験」に合格した。
例21
例21の成分は、以下の表7に記載した。
未加硫ゴム(Amperipol)およびゴム(Polysar s1018およびPOLYSAR BUTYL XL 68102)をミキサの混合室に添加してから、約60rpmで約6分間ブレンドした。
混合ブレンドの速度を40rpmまで減速し、酸化防止剤(チオジエチレンビス-3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシ)ヒドロキシンナメート、ヒュームドシリカ、エポキシ樹脂、酸化鉄、硼酸、メラミン、およびミルドグラスファイバーを添加する一方、かき混ぜ続けた。成分は、約3分間混合した後、混合速度を60rpmに加速した。次に、可塑剤(INDOPOLH100)を添加し、混合を約13分間継続した。次に、ペトロラタムを徐々に添加し、約5分間混合した。最後に、水和ケイ酸ナトリウムを添加し、約5分間混合した。バッチサイズは約466.66gだった。
パテの軟度は、上述の「軟度測定」の見出し以下に説明される方法を用いて測定したところ、6.32mmだった。例21の膨張比は、2つの測定の平均に基づき2.76だった。パテの流れ特性は、2.76だった。パテの流れ特性は優秀だつた。さらに、「火炎通過試験」および「火災時ホース流れ試験」の結果も優秀だった。
本発明のさまざまな変更および修正は、本発明の範囲および精神から逸脱せずに行われ、本発明は本文に記載された具体的な実施例に不正に制限されないことは、当業者に明らかであろう。
Claims (2)
- 発泡性水和アルカリ金属シリケート、ゴム、および未加硫ゴムを含むブレンドを含んで成る不定適合性発泡性パテであって、前記ゴムおよび前記未加硫ゴムが少なくとも４mmの軟度を有するパテを提供し、前記パテが0.25重量パーセント未満のハロゲンおよび結合水以外に0.25重量パーセント未満の水を含有し、前記パテを少なくとも100℃に加熱するまで結合水が脱離せず、前記パテが前記パテの全重量に基づいて0.25重量パーセント未満のゴム硬化剤を含有する不定適合性発泡性パテ。
- 発泡性水和アルカリ金属シリケート、ゴム、未加硫ゴム、難燃剤、可塑剤、炭化形成樹脂、充填剤および少なくとも１つの酸化防止剤またはオゾン亀裂防止剤のブレンドを含んで成る不定適合性発泡性パテであって、前記パテが、該パテのゴムおよび未加硫ゴムの合計に基づいて50乃至200重量パーセントの発泡性材料および前記パテの総重量に基づいて少なくとも10重量パーセントの未加硫ゴムを含み、前記パテが、少なくとも４mmの軟度を有し、0.25重量パーセント未満のハロゲンを含み、および結合水以外に0.25重量パーセント未満の水を含有し、結合水が前記パテを少なくとも100℃に加熱するまで脱離しない水であり、および前記パテが、前記パテの全重量に基づいて0.25重量パーセント未満のゴム硬化剤を含む、不定適合性発泡性パテ。
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