JP4158880B2

JP4158880B2 - 複合耐火板

Info

Publication number: JP4158880B2
Application number: JP2001392461A
Authority: JP
Inventors: 康次郎稲森
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2021-12-25
Also published as: JP2003191376A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、難燃性ポリオレフィン系樹脂発泡シートの両面にアルミ板を貼り合わせた複合耐火板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複合耐火板として難燃性樹脂発泡シートをアルミ板で挟んだものが知られている。このような複合耐火板は、未発泡シートを用いた複合耐火板に比べて軽量であり、例えば天井材、ドア材、ベランダの目隠し板などとして広く用いられている。
【０００３】
従来、発泡シートの原料樹脂としては、難燃性の高さからフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられてきたが、価格と成形加工性の点で問題があった。そこで、近年は熱可塑性樹脂であるポリオレフィン系樹脂発泡体が広く用いられている。しかし、ポリオレフィン系樹脂は易燃性であるため、複合耐火板としての難燃性を高めるためにはアルミ板を厚くしなければならず、その場合には樹脂発泡シートの軽量性という最大の利点が犠牲になるという問題がある。
【０００４】
高い難燃性を保ちながらアルミ板の厚みを薄くするためには、ポリオレフィン系樹脂の難燃化が必要である。従来、ポリオレフィン系樹脂の難燃化は、樹脂に難燃剤を配合するという方法で広く行われてきた。例えば特開平５−７０６２３号公報では、ポリエチレン樹脂にハロゲン化含リン化合物を混合した難燃性樹脂発泡体用組成物が提案されている。しかし、ハロゲン化合物からなる難燃剤を用いた場合、燃焼すると有毒で腐食性の含ハロゲンガスが発生することから、人体に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００５】
一方、含ハロゲン化合物のような有毒ガスが発生しない難燃剤として、例えば特開平６−１８２９１６号公報、特開平８−２１６３０９号公報、特開平８−３００５６３号公報では、金属水酸化物からなる無機系難燃剤が提案されている。しかし、金属水酸化物を用いて高い難燃性を得るためには、樹脂への添加量を多くする必要があり、その場合には発泡性、流動性、曲げ、引っ張り特性などの低下の原因となるうえに、金属水酸化物自体の比重が大きいために樹脂発泡シートの利点である軽量性が損なわれるという問題があった。
【０００６】
有害なハロゲンを含まず、少ない添加量で難燃効果の高い難燃剤として、ポリリン酸アンモニウム系難燃剤が知られている。この難燃剤を用いて難燃化したポリオレフィン系樹脂を発泡シートに適用した例は多数あり、例えば特開平８−５２８３９号公報、特開平８−１６４５７９号公報、特開平９−２７２１７９号公報などが挙げられる。ポリリン酸アンモニウムは少ない添加量で難燃効果が高いため、樹脂の発泡性は損なわれず、結果として軽量で、しかもアルミ板が薄い複合耐火板が得られる。しかし、現状では、ポリリン酸アンモニウム系難燃剤で難燃化した樹脂発泡シートを用いた複合耐火板よりも、さらに難燃性を改善してアルミ板の厚みを薄くすることが要求されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、難燃性発泡ポリオレフィン系樹脂に貼り合わせるアルミ板を従来よりも薄くすることができ、しかも燃焼時に有毒なガスを発生せず、軽量で高い剛性を持つ複合耐火板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合耐火板は、ポリオレフィン系樹脂１００重量部に対して膨張性黒鉛３〜１５重量部および赤燐２〜１０重量部を混合して発泡させた、１５０〜５００ｋｇ／ｍ³の密度を有する難燃性ポリオレフィン系樹脂発泡シートの両面に、０．１２〜０．５０ｍｍの厚さを有するアルミ板を貼り合わせた複合耐火板であって、建築基準法施行令第１条第５号の準不燃防火性能試験において加熱開始後１０分間の総発熱量が５．４〜７．８ＭＪ／ｍ ² 以下であることを特徴とする。
本発明の他の複合耐火板は、ポリオレフィン系樹脂１００重量部に対して膨張性黒鉛３〜１５重量部および赤燐２〜１０重量部を混合して発泡させた、１５０〜５００ｋｇ／ｍ ³ の密度を有する難燃性ポリオレフィン系樹脂発泡シートの両面に、０．１２〜０．５０ｍｍの厚さを有するアルミ板を貼り合わせた複合耐火板であって、建築基準法施行令第１条第５号の準不燃防火性能試験において準不燃認定が得られることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明者は、膨張性黒鉛と赤燐を組み合わせた難燃剤は、ポリリン酸アンモニウム難燃剤を用いた場合よりもアルミ板の厚みを薄くできることを見出した。その理由は以下の通りである。
【００１０】
建築基準法施行令第１条第５号の準不燃防火性能試験によれば、準不燃認定を得るための基準の１つとして、コーンカロリー燃焼試験において５０ｋＷ／ｍ²の輻射熱で加熱した際、加熱開始後１０分間の総発熱量が８ＭＪ／ｍ²以下であることが要求されている。
【００１１】
ポリオレフィン系樹脂は、燃焼すると熱分解してできた低分子量成分が燃料となって燃焼を促進するため、この総発熱量の基準を満たせずに準不燃認定に不合格となることが多い。
【００１２】
上記総発熱量を低減する方法は２つある。１つはアルミ板を厚くして着火時間を遅らせること、もう１つは着火してからの発熱速度を低く抑えることである。上述したように、アルミ板を厚くすることは樹脂発泡シートの軽量性を損なうため、本発明者は後者の方法で総発熱量を抑えてアルミ板を薄くすることを検討した。その結果、図１に示すように、ポリリン酸アンモニウム系難燃剤で難燃化した樹脂よりも、膨張性黒鉛および赤燐を組み合わせた難燃剤を使用した樹脂の方が、着火してからの発熱速度の増加率が低いことを見出した。このことから、膨張性黒鉛と赤燐を組み合わせた難燃剤を使用すれば、アルミ板を薄くしても総発熱量を低く抑えられることが期待できる。
【００１３】
なお、特開平７−１１８４３５号公報には、膨張性黒鉛と赤燐を組み合わせた難燃剤でポリオレフィン樹脂発泡体を難燃化することが示されている。しかし、この公報は、難燃剤として膨張性黒鉛および赤燐を添加する利点として、非ハロゲンである点、およびＵＬ９４垂直試験法にて自消性（Ｖ０）を示す点を述べているにすぎない。また、この公報は、発泡性について発泡体を目で見た外観と手で触ったときの柔軟性を述べているだけで具体的な発泡体の密度や発泡倍率については記述されていない。さらに、この公報は難燃性ポリオレフィン樹脂発泡体をシート状に成形し、シートの両面にアルミ板を貼り合わせて複合耐火板とする用途については何ら述べられていない。これに対して、本発明は、膨張性黒鉛と赤燐の組み合わせにより着火後の発熱速度が低く抑えられる点を新たに見出し、この現象を利用して貼り合わせるアルミ板の厚さを薄くしようとするものである。したがって、本発明は上記公報と目的が異なっている。
【００１４】
本発明においてポリオレフィン系樹脂とは、低密度ポリエチレン、直鎖低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエン三元共重合体、スチレンブタジエンゴム、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンビニルアルコール樹脂、エチレンエチルアクリレート樹脂、エチレンアクリル酸樹脂などが挙げられるが、これらに限られるものではない。さらに上記各樹脂のシラン変性、カルボン酸変性などの変性体なども用いることができ、またこれらの樹脂は単独または２種以上の混合物として使用される。上述した樹脂のうち、複合耐火板の剛性を高める目的からいえば、ポリプロピレンが特に好ましい。
【００１５】
ポリプロピレンを使用する場合、押出成形の加工性と発泡性を考慮すると、樹脂のメルトフローレート（ＭＦＲ）（２３０℃、２．１６ｋｇｆ）は、０．０５〜１０．０ｇ／１０ｍｉｎが望ましい。さらに加工性と発泡性のバランスを良くするには、ＭＦＲは０．５〜３．０ｇ／１０ｍｉｎが望ましい。
【００１６】
複合耐火板の芯材となる発泡ポリオレフィン系樹脂の密度は１５０〜５００ｋｇ／ｍ³の範囲にあることが望ましい。発泡ポリオレフィン系樹脂の密度が１５０ｋｇ／ｍ³未満ではアルミ板を厚くしなければ高い剛性を得ることができない。発泡ポリオレフィン系樹脂の密度が５００ｋｇ／ｍ³を超えると発泡ポリオレフィン系樹脂の重量が重くなり、複合耐火板全体としての重量も重くなる。複合耐火板の剛性と重量のバランスを考えると、発泡ポリオレフィン系樹脂の密度は２００〜４００ｋｇ／ｍ³の範囲にあることがさらに好ましい。
【００１７】
上述したように本発明においては、難燃剤として膨張性黒鉛および赤燐を用いる。膨張性黒鉛の配合量はポリオレフィン系樹脂１００重量部に対し３〜１５重量部である。膨張性黒鉛の配合量が３重量部未満では得られる発泡体の難燃性が劣り、また１５重量部を超えると得られる発泡体の柔軟性が劣るうえにコストが上昇する。赤燐の配合量はポリオレフィン系樹脂１００重量部に対し２〜１０重量部である。赤燐の配合量が２重量部未満では得られる発泡体の難燃性が劣り、また１０重量部を超えると発泡体の柔軟性が劣るうえにコストが上昇する。
【００１８】
建築基準法施行令第１条第５号に基づき準不燃材料を認定する際の判定基準は以下の通りである。すなわち、複合耐火板の表面を５０ｋＷ／ｍ²の輻射熱で加熱したときに、
（１）加熱開始後１０分間の総発熱量が８ＭＪ／ｍ²以下であること、
（２）加熱開始後１０分間、防火上有害な、裏面まで貫通する亀裂や貫通穴がないこと、
（３）加熱開始後１０分間、最高発熱温度が１０秒以上継続して２００ｋＷ／ｍ²を超えないこと、
という条件を満たすことが要求される。本発明では、難燃剤として膨張性黒鉛および赤燐を用いたことにより上記（１）〜（３）の条件を満たすことができる。
【００１９】
また、本発明のように有機物を１００ｇ／ｍ²以上含む難燃材料の場合はさらにガス有毒性試験にも合格する必要があるが、本発明ではこの条件を満たすことができる。なお、ガス有毒性試験に合格する範囲内で、ハロゲン系難燃剤を配合しても差しつかえない。
【００２０】
難燃性樹脂シートを発泡させる方法としては、押出機に難燃性樹脂コンパウンドとともに発泡剤を供給し、ダイから無架橋の樹脂を押し出すと同時に発泡させる方法がある。この場合、樹脂が無架橋のため、発泡倍率を上げて発泡体を軽くするためには難燃剤の配合量を少なくする必要がある。例えば、発泡体の密度を４００ｋｇ／ｍ³以下にするためには、膨張性黒鉛と赤燐を合わせた難燃剤の量を１０重量部以下にすることが好ましい。
【００２１】
上記発泡剤としては、ガス発泡剤、蒸発型発泡剤、化学発泡剤を用いることができる。ガス発泡剤としては窒素ガスや炭酸ガスなどが挙げられる。蒸発型発泡剤としてはブタン、ペンタン、メタノール、水などが挙げられる。化学発泡剤としては、アゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリル、Ｎ，Ｎ−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、ｐ−トルエンスルホニルヒドラジド、ｐ，ｐ’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）などが挙げられる。ただし、発泡剤はこれらに限られるものではない。環境への影響や難燃剤との相互作用の影響を考慮すると、窒素や炭酸ガスなどのガス発泡剤が特に好ましい。
【００２２】
上記ダイとしては、例えばＴダイを用いてシート状に押し出してもよいし、サーキュラーダイを用いて円筒状に押し出した後、一端以上を切断することでシート状に加工してもよい。ただし、本発明のように固い板を作製する場合には、一度サーキュラーダイを通すと曲げぐせがつくおそれがあるので、Ｔダイを用いる方が好ましい。
【００２３】
別の発泡方法として、化学発泡剤とポリオレフィン系樹脂とのコンパウンドをダイから押し出し、ダイを出た直後の樹脂に電子線を照射して樹脂を架橋させた後、連続的に加熱炉にシートを供給し加熱、発泡させる方法がある。
【００２４】
また、樹脂に予め架橋開始剤を加えておき、ダイから出た樹脂を加熱して化学架橋させた後、加熱炉でシートを加熱して発泡させてもよい。ただし、樹脂を架橋させると、発泡倍率を高めやすくなる反面、発泡倍率が高くなりすぎて発泡シートの剛性が損なわれるおそれがある。剛性を考慮して発泡体の密度を１５０ｋｇ／ｍ³以上にするためには、発泡剤の種類に応じて化学発泡剤の量を調節する。例えば、化学発泡剤としてアゾジカルボンアミドを用いた場合は、樹脂１００重量部に対して発泡剤量を２重量部以下にすることが好ましい。上記架橋開始剤としては、ベンゾイルペルオキシド、オクタノイルペルオキシド、デカノイルペルオキシド、アセチルペルオキシド、ｔ−ブチルペルオキシイソブチレート、クメンヒドロペルオキシドなどが挙げられるが、これらに限られるものではない。
【００２５】
発泡シートを形成するポリオレフィン系樹脂には、必要に応じて、熱安定剤、加工助剤、滑剤、衝撃改質剤、充填剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、顔料などを適宜添加してもよい。
【００２６】
本発明で使用するアルミ板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる薄板である。腐食性の問題から、これらのアルミ板の内側面（発泡シートとの接着面）にクロメートまたはアルマイトなどの防食処理を施しておくことが好ましい。さらにアルミ板の外側面（積層複合体表面）に例えば塗装／防食処理などを施してもよい。これらの塗装・防食剤が難燃化されていない場合、複合耐火板の難燃性を損なわないように、塗布される塗装・防食剤の固形量を２００ｇ／ｍ²以下、さらには１００ｇ／ｍ²以下とすることが好ましい。
【００２７】
本発明において、アルミ板の厚みは０．１２〜０．５０ｍｍであることが好ましい。アルミ板厚が０．１２ｍｍ未満では燃焼試験において総発熱量の基準を満たすことが難しく、剛性も低くなる。アルミ板厚が０．５０ｍｍを超えると、複合耐火板全体が重くなるので、軽量性という利点が損なわれる。軽量で難燃性の高い複合耐火板を得るためには、アルミ板厚を０．１２〜０．４０ｍｍ、さらに０．１２〜０．２５ｍｍとすることが好ましい。
【００２８】
発泡樹脂シートとアルミ板とは接着剤によって接着してもよいし、接着剤を用いずに熱融着してもよい。上記接着剤としては、エポキシ化合物系またはウレタン化合物（イソシアネート）系の接着剤等を使用することができるが、これらに限られるものではない。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００３０】
図２は、本発明に係る複合耐火板の一例を示す斜視図である。図２に示すように、複合耐火板２は、難燃性ポリオレフィン系樹脂発泡シート２１の両面に、アルミ板２２を貼り合わせて構成されている。なお、アルミ板２２の厚みは両面とも同じである必要はなく、異なっていてもよい。
【００３１】
次に、図３に複合耐火板の製造装置の一例を示し、本発明に係る複合耐火板の製造方法を説明する。ポリオレフィン系樹脂、難燃剤、および必要に応じて発泡剤と他の添加剤を押出機３１のホッパー３１１に供給し、Ｔダイ３１２からポリオレフィン系樹脂発泡シートを押出成形する。ガス発泡剤を使用する場合は、押出機の側面に設けられたガス注入弁３１３からガスを注入してもよい。なお、押出機３１としては単軸押出機および二軸押出機のいずれを用いることもできるし、両者を組み合わせてタンデム押出システムとしてもよい。発泡性を考慮すれば、タンデム押出システムを用いることが望ましい。
【００３２】
続いて、押し出された発泡シート２２の表面をサイジングダイ３２で平滑に成形する。サイジングダイの代わりにサイジングロールを用いてもよい。次に、接着剤塗布装置３３によって発泡シート２２の表面に接着剤を塗布し、アルミ貼合装置３４においてアルミ板を貼り合わせ、得られた板を切断機３５により適当な長さに切断し、最終的な複合耐火板２を得る。
【００３３】
上記に示した方法は連続的に複合耐火板を得る方法であるが、アルミ貼合装置３４と切断機３５の間で十分な距離が取れない場合には、切断時に接着剤が十分に乾いておらず、アルミ板と発泡シートが剥離するおそれがある。その場合は、図３においてサイジングダイ３２を出た後の発泡シート２２を適当な長さに切断し、得られた発泡シート２２の両面に接着剤を塗布し、アルミ板を貼り合わせた後に接着剤が乾くまで放置してから、必要な大きさに切断すればよい。
【００３４】
ポリオレフィン系樹脂シートに架橋を施す場合は、例えば押出機３１を出た直後に図示しない電子線架橋装置を用いて架橋処理を行えばよい。また、化学架橋を施す場合には、ホッパー３１１にポリオレフィン系樹脂、難燃剤、発泡剤、他の添加剤などとともに架橋開始剤を供給し、Ｔダイ３１２を出た直後の樹脂シートを図示しない加熱炉に通して化学架橋させればよい。
【００３５】
なお、以上の製造方法は一例であり、本発明の複合耐火板を製造できる方法であれば特に限定されない。
【００３６】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００３７】
（実施例１）
ポリプロピレン（出光石油化学製：Ｅ２０３ＧＭＦＲ＝２．４ｇ／１０ｍｉｎ（２３０℃、２．１６ｋｇｆ））１００重量部、膨張性黒鉛（東ソー社製：フレームカットＧＲＥＰ−ＥＧ）６重量部、赤燐３重量部（東ソー社製：ノーバレッド）、およびタルク（日本タルク社性：タルクＭＧ）１重量部からなる発泡シート成形材料を調製した。
【００３８】
押出機としてタンデム押出システムを用いた。タンデム押出システムの１段目押出機はφ４０ｍｍ単軸押出機、２段目押出機はφ６５ｍｍ単軸押出機である。ダイとしては幅４００ｍｍのＴダイを用いた。１段目押出機のシリンダー温度を１７０〜２２０℃に、２段目押出機のシリンダー温度を１７５〜２２０℃に、ダイ温度を１７５℃に設定した。
【００３９】
上記の発泡シート成形材料を１段目押出機に供給し、１段目押出機の側面に設けられたガス供給弁から炭酸ガスを押出量に対して１重量％の割合で供給し、Ｔダイより樹脂発泡シートを押し出した。サイジングロールにより樹脂発泡シートの表面を平滑に成形した後、切断機を用いて１０００ｍｍの長さに切断した。高して、厚さ４ｍｍ、幅４００ｍｍ、長さ１０００ｍｍの難燃性ポリプロピレン樹脂発泡シートを得た。
【００４０】
次に、得られた難燃性ポリプロピレン樹脂発泡シートの両面に接着剤（イソシアネート系ウレタン化合物）を塗布し、接着剤を塗布した面に厚さ０．２０ｍｍのアルミ板を貼り合わせた。こうして難燃性ポリプロピレン発泡シートの両面にアルミ板を貼り合わせた複合耐火板を得た。
【００４１】
（実施例２）
樹脂、添加剤および複合板の製造方法は実施例１と同様とし、難燃剤の量を増やし、アルミ板厚を薄くして複合板を得た。
【００４２】
（実施例３）
樹脂、添加剤および複合板の製造方法は実施例２と同様とし、難燃剤の量のみを膨張性黒鉛３部、赤燐１０部に変更して複合板を得た。
【００４３】
（実施例４）
樹脂、添加剤および複合板の製造方法は実施例２と同様とし、難燃剤の量のみを膨張性黒鉛１５部、赤燐２部に変更して複合板を得た。
【００４４】
（比較例１）
樹脂、添加剤、アルミ板厚および複合板の製造方法は実施例２と同様とし、難燃剤の量を増やして複合板を得た。
【００４５】
（比較例２）
樹脂、添加剤、アルミ板厚および複合板の製造方法は実施例１と同様とし、難燃剤を添加せずに複合板を得た。
【００４６】
（比較例３）
樹脂、添加剤、複合板の製造方法は実施例１と同様とし、難燃剤のみをポリリン酸アンモニウムに変更して複合板を得た。
【００４７】
（比較例４）
樹脂、添加剤、難燃剤および複合板の製造方法は実施例１と同様とし、アルミ板の厚みのみを０．１０ｍｍに変更して複合板を得た。
【００４８】
実施例１〜４および比較例１〜４で得られた複合板について、発泡体密度、１０分間の燃焼試験における総発熱量、準不燃認定基準を比較した結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】

【００５０】
【発明の効果】
本発明の複合板は、上記の如き構成とされているので、アルミ板厚が薄いにもかかわらず準不燃性能試験に合格し、軽量で比強度が高く、燃焼の際に有害なハロゲンガス等を発生せず、建築、車両等の内外装材として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポリリン酸アンモニウム系難燃剤を使用した樹脂と、膨張性黒鉛および赤燐を組み合わせた難燃剤を使用した樹脂について、着火してからの発熱速度を示す図。
【図２】本発明に係る複合耐火板の一例を示す斜視図。
【図３】本発明に係る複合耐火板の製造に用いられる装置の一例を示す構成図。
【符号の説明】
２…複合耐火板
２１…ポリオレフィン系樹脂発泡シート
２２…アルミ板
３１…押出機
３１１…ホッパー
３１２…Ｔダイ
３１３…ガス注入弁
３２…サイジングダイ（サイジングロール）
３３…接着剤塗布装置
３４…アルミ貼合装置
３５…切断機

Claims

ポリオレフィン系樹脂１００重量部に対して膨張性黒鉛３〜１５重量部および赤燐２〜１０重量部を混合して発泡させた、１５０〜５００ｋｇ／ｍ³の密度を有する難燃性ポリオレフィン系樹脂発泡シートの両面に、０．１２〜０．５０ｍｍの厚さを有するアルミ板を貼り合わせた複合耐火板であって、建築基準法施行令第１条第５号の準不燃防火性能試験において加熱開始後１０分間の総発熱量が５．４〜７．８ＭＪ／ｍ ² 以下であることを特徴とする複合耐火板。
ポリオレフィン系樹脂１００重量部に対して膨張性黒鉛３〜１５重量部および赤燐２〜１０重量部を混合して発泡させた、１５０〜５００ｋｇ／ｍ ³ の密度を有する難燃性ポリオレフィン系樹脂発泡シートの両面に、０．１２〜０．５０ｍｍの厚さを有するアルミ板を貼り合わせた複合耐火板であって、建築基準法施行令第１条第５号の準不燃防火性能試験において準不燃認定が得られることを特徴とする複合耐火板。