JP4264164B2

JP4264164B2 - 加熱膨張型無機質繊維フェルト

Info

Publication number: JP4264164B2
Application number: JP21943699A
Authority: JP
Inventors: 治山本; 康裕小倉; 博加藤
Original assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Current assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Priority date: 1998-11-04
Filing date: 1999-08-03
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2019-08-03
Also published as: JP2000199194A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防火ドア、耐火間仕切パネル、ケーブル貫通孔等の防耐火目地材や車両、船舶、プラントのガスケット等の耐火シール材、更には、鉄骨の耐火被覆材に関するものであって、火災等による火炎や熱に対し目地材やシール材が発泡膨張し、これによって耐熱性と防耐火性を有する発泡層を形成する無機質繊維フェルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、膨張黒鉛を配合した樹脂組成物からなる加熱膨張シートや、リン酸塩と多価アルコール及び樹脂エマルジョン組成物からなる加熱発泡塗料や、粒状水ガラスを配合した樹脂組成物からなる加熱発泡パテ等の加熱膨張型の目地材やシール材が防耐火シール材として使用されている。係る加熱膨張型のシール材は、加熱膨張性を有する成分が樹脂マトリックスに分散配合されたものが一般的であって、火炎や熱を受けると速やかに膨張し防耐火性のある断熱層を形成し、内部を保護する役目を発揮する。しかしながら、係るシール材は断熱層の形状保持力が弱く、耐風圧保持性が低く、また高温になると断熱層が分解飛散しやすく、防耐火性能に関し、使用時間や温度に制限があり用途範囲が限定されている等の技術課題が残されている。また、係るシール材は、加熱膨張に至るまでの発熱発煙が多くこの面での改善策に関する技術課題が残されている。これらの解決策としてシール材に難燃剤や無機繊維を配合させ火炎に対する発熱、発煙を低くおさえ、且つ防耐火性能の持続性を改善したシール材が上市されるようになったが、高温域での形状保持力及び発熱、発煙性がまだ満足できるレベルにないのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の加熱膨張型シール材と同様の作業性を有し、技術課題である膨張後の形状保持性の向上による時間・温度に関する防耐火性の大巾な改善と、且つ、柔軟性と不燃性を付与し作業性と膨張に至るまでの発熱、発煙性が極端に少ない無機質繊維フェルト系のシール材に関するもので、これにより長時間、低温から高温に至る広範囲での使用を可能にした耐熱・防耐火性の目地材、シール材の提供を目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の柔軟性、不燃性を有する加熱膨張型無機質繊維フェルトは、火炎、熱を受けると７００℃以下の温度域で少量の有機質結合材が軟化溶融、更に部分的に熱分解しつつ、同時に加熱膨張性無機質粉末が膨張する。膨張したフェルトの形状は、残存有機質結合剤と湿式抄造の特徴でもあるフェルトの二〜三次的に広がる無機繊維の絡み合いによって形状保持性を維持しているが安定したものでない。しかしながら、更に火炎、熱により７００℃以上の温度域に達するとフェルトの構成成分である焼結性無機質材がロックウール等の人造鉱物質短繊維と焼結一体化し、無機結合的な形状保持力が形成され、フェルトに安定した耐熱性と耐火性が付与されるようになる。この様にして柔軟性と不燃性を有する本発明の無機質繊維フェルトは、低温から高温に至る広範囲の温度域での長時間使用が可能となった。以下、本発明の加熱膨張型で柔軟性、不燃性を有する無機質繊維フェルトを構成する主要成分について詳述する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の無機質繊維フェルトを構成する人造鉱物質短繊維は、ロックウール又はセラミックウールであって、単独又は混合して使用される。ロックウールは、ＳｉＯ₂３５〜５５ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃１０〜２０ｗｔ％、ＭｇＯ５〜４０ｗｔ％、ＣａＯ０．５〜４０ｗｔ％、ＦｅＯ０〜１０ｗｔ％、Ｃｒ₂Ｏ_３、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＴｉＯ₂、ＭｎＯ等の微量成分０〜１０ｗｔ％となる原料鉱物の混合物を、セラミックウールは、ＳｉＯ₂４７〜５２ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ_３４７〜５２ｗｔ％、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂等の微量成分の合計０〜１０ｗｔ％とからなる原料鉱物の混合物をキュポラ炉又は電気炉で、溶融し、ブローイング法や高速回転体によるスピニング法で繊維化して得られる。
【０００６】
繊維はウール状で繊維長が数ミリから数十ミリの範囲で、ショットと呼ばれる非繊維粒子を０〜４０ｗｔ％含有し、一般に粒状綿、細粒綿と呼ばれている。粒状綿、細粒綿は直接フェルトの原料としては使用困難で、脱ショットと解繊切断処理をし繊維長を調整した加工短繊維の形で使用される。係る処理は粒状綿、細粒綿を水に分散させパルパー、クリーナーによってなされ、実質的にショットを含まない繊維長１０ｍｍ以下の、必要に応じてシランカップリング剤等で表面処理された短繊維の形で使用される。
【０００７】
本発明の無機質繊維フェルトを構成する加熱膨張性無機質粉末は、加熱により膨張する無機質粉末であって、未焼成バーミキュライト粉末、シラス、真珠岩、黒曜石の粉末、天然のグラファイトを濃硫酸、過酸化水素混酸等の酸処理されて得られる熱膨張性黒鉛が挙げられる。フェルト中での配合割合は、５〜２５ｗｔ％の範囲であって、５ｗｔ％以下では加熱によるフェルトの膨張性が不十分であること、２５ｗｔ％以上では加熱によるフェルトの膨張性が大きく膨張後のフェルトの形状保持力が極端に小さく防耐火シール性が不十分となること、更には、他の主要成分の好ましい配合割合が維持できなくなることによる。加熱膨張性無機質粉末の粒度分布としては、０．２〜８ｍｍの範囲が好ましい。粒径が０．２ｍｍ以下では、無機質粉末の配合割合にもよるが、発泡膨張が小さくフェルトの膨張性が十分でないこと、又、８ｍｍ以上では発泡膨張性は良好であるが、フェルトの湿式抄造が悪く、フェルトの均一性、表面平滑性が損なわれ、外観及び品質上満足し得るフェルトが得られない事による。粒度分布としては０．２〜８ｍｍの範囲にあるが０．５〜４ｍｍの範囲がより好ましい。
【０００８】
本発明の無機質繊維フェルトを構成する焼結性無機質材は、７００℃以上の温度域で人造鉱物質短繊維と焼結一体化し、フェルトに耐熱性、耐火性を有する無機結合が形成され、これにより高温域での耐熱、防耐火性目地材、シール材としての使用を可能にする働きを発揮するものである。係る焼結性無機質材としては、メタホウ酸鉛等の鉛化合物やホウ酸、ホウ砂等のホウ素化合物、珪酸塩系の低融点フリット、セピオライト、アタパルジャイト等の天然無機質繊維、チタン酸カリウム繊維等のチタン酸アルカリ繊維を挙げる事が出来る。係る焼結性無機質材の配合割合は５〜１０ｗｔ％の範囲であって、この範囲の配合割合でロックウール、セラミックウールと焼結一体化し耐熱性、耐火性を有する無機結合を形成し、フェルトは安定した形状保持性を有する様になる。焼結性無機質材は単独又は混合して使用する事が可能であるが、湿式抄造性の点から繊維系無機材の配合が好適である。天然無機繊維系の場合は、解繊精製され、必要に応じてシランカップリング剤等で表面処理されたタイプを使用するとフェルトの強度、柔軟性が一段と向上する。
【０００９】
本発明の無機質繊維フェルトを構成する有機質結合剤として使用される樹脂は、アクリル樹脂、変性アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂、塩化ビニリデン樹脂等の樹脂エマルジョンやフェノール樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性の粉末樹脂や無機物配合樹脂、更にはポリエチレンパルプの様なパルプ状の有機質結合材を挙げる事ができる。又、有機質結合剤の一種として利用される熱融着性有機質繊維としては、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレン・ポリプロピレン複合繊維を挙げる事が出来、特にポリエチレン・ポリプロピレン複合繊維は、ウエットフェルトの抄造性、移送性を高め乾燥時に部分的に無機短繊維に融着するので、生産性と品質面から好適である。無機質繊維フェルトの不燃性を得るためには、有機質結合材の配合量を１０ｗｔ％以下、好ましくは６ｗｔ％以下とする必要がある。
【００１０】
本発明の加熱膨張型で柔軟性と不燃性を有する無機質繊維フェルトの主要構成成分は、人造鉱物質短繊維、加熱膨張性無機質粉末、焼結性無機質材、樹脂及び熱融着性有機繊維からなる有機質結合剤である。人造鉱物質短繊維はフェルトの不燃性、耐熱性、耐火性、柔軟性を付与する働きがある。加熱膨張性無機質粉末は火炎、熱により膨張し、フェルトを目地材、シール材に使用した場合の間隙部の密閉性を高め目地部の防耐火性が維持される。焼結性無機質材は、７００℃以上の温度域で人造鉱物質短繊維と焼結一体化し、安定した形状保持力を形成し、これによってフェルトに長時間使用可能な耐熱、防耐火性を付与する働きがある。以上説明した様に、本発明の無機質繊維フェルトは長時間、広範囲の温度域で耐熱、防耐火性を発揮するため、防耐火目地材、耐熱シール材としての用途が大幅に拡大する事が理解される。
【００１１】
本発明の無機質繊維フェルトの製造方法は、人造鉱物質短繊維、加熱膨張性無機質粉末、焼結性無機材と有機質結合剤からなる組成物を水に分散させたスラリーを円網又は長網タイプの製紙用抄造機と同様の抄造方式でフェルト状に抄造し、乾燥硬化させる事により製造する事ができる。本発明の無機質繊維フェルトの主要構成成分と製造方法は以上説明したとおりであるが、フェルトの防水性の向上を目的にワックスエマルジョンやシリコン樹脂撥水剤を少量配合したり、防火性の向上、コストダウンを目的に有機質結合材に難燃剤や無機物を少量配合する事は可能である。
【００１２】
湿式抄造法で製造される本発明の無機質繊維フェルトは、二次元的な方向での強度、柔軟性、均一性は良好であるが、フェルトの厚み方向に体する層間強度が不十分で厚み方向の引張り外力に対し層間剥離を起こしやすい欠点がある。フェルトの層間強度を向上させるためには、フェルト中の有機質結合剤を増量すれば達成出来るが、不燃性が損なわれる。この課題について検討した結果、目付け５０ｇ／ｍ²以下、好ましくは３０ｇ／ｍ²以下の不燃性に影響を与えない程度の薄手のポリエステル繊維等の有機繊維系の不織布をフェルトの片面又は両面に積層し、ニードルパンチ加工を施す事で不燃性を損なわず層間強度を向上させる事が可能となった。この様な加工工程を経て得られる無機質繊維フェルトは、柔軟性と不燃性を有し、厚み方向の引張り外力に体し、実用レベルでの層間剥離を防止する事が出来る。
【００１３】
本発明の無機質繊維フェルトを耐火目地材、耐熱シール材等の用途に応じて種々の形態に加工する事は可能である。例えば、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂、ウレタン樹脂、アクリルウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の接着剤を介してアルミニウム箔を貼合わせたり、フェルト裏面に離型紙付き粘着シートを貼合わせる事の加工は可能である。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の加熱膨張型で柔軟性と不燃性を有する無機質繊維フェルトを実施例をもって説明する。
【００１５】
［実施例１］
ＳｉＯ₂４８ｗｔ％、ＣａＯ１ｗｔ％、ＭｇＯ２８ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃１９ｗｔ％、その他微量成分の合計４ｗｔ％の組成からなるニッケルスラグ系ロックウール粒状綿を水に分散しパルパーで解繊切断し、続いてクリーナーで脱ショット処理をした繊維長１００〜１０００μｍのロックウール７１ｗｔ％、粒度分布が０．５〜２．０ｍｍの未焼成バーミキュライト１０ｗｔ％、解繊精製したセピオライト１０ｗｔ％、チタン酸カリウム繊維２ｗｔ％、繊維長１０ｍｍ、３デニールのポリエチレン・ポリプロピレン複合繊維２ｗｔ％、ガラス転移温度−１４℃で固形分４５ｗｔ％の熱自己架橋型アクリル樹脂エマルジョン５ｗｔ％からなる組成物をミキサーで分散し、約１ｗｔ％の水性スラリーを調製する。係る水分散スラリーをロートフォーマー抄造機で抄造し、吸引脱水後１５０℃、２０分乾燥し厚み１０ｍｍのフェルトを製造する。続いて２０ｇ／ｍ²のポリエステル不織布をフェルト表面に乗せ５ｍｍピッチ間隔でニードルパンチ加工しと無機質繊維フェルトＡを製造した。フェルトＡの性能を表１に示す。
【００１６】
［実施例２］
実施例１のロックウール７３ｗｔ％、平均粒度１．５ｍｍの膨張黒鉛８ｗｔ％、その他の成分及び製造法は実施例１と同様にして、厚み５ｍｍのフェルトＢを製造した。フェルトＢの性能を表１に示す。
【００１７】
［実施例３］
ＳｉＯ₂５２ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃４８ｗｔ％からなるセラミックウール・バルクファイバーを実施例１のロックウールと同様の方法で処理し、脱ショットした繊維長１００〜５００μｍのセラミックウール３０ｗｔ％、実施例１のロックウール４１ｗｔ％、その他の成分及び製造法は実施例１と同様の方法で厚み５ｍｍのフェルトＣを製造した。フェルトＣの性能を表１に示す。
【００１８】
［実施例４］
実施例１組成物で製造した厚み２ｍｍのフェルトの表面に、８０μｍの軟質アルミ箔をニトリルゴム系の接着剤（日立化成ポリマー、ハイボン２０２０Ｓ）で貼り合わせた。又、裏面は離型紙付きアクリル樹脂系粘着テープ（コニシ、ボンドテープＷＦ７３１）で貼り合わせて耐火シートを作成した。係る耐火シートを使用した木質防火ドアの表裏面及び周縁に取り付け図１に示す構成の防火ドアを作成し、ドア耐火１時間（甲種防火戸）の試験を実施した。火炎の貫通及び非加熱面の発火、ドアの反り変形もなく甲種防火戸の試験に合格した。
【００１９】
防火ドアの構成：図１に構成断面を示す。芯材１は鉱物質繊維ボード（日東紡績（株）製、ファイヤロックＮＴＳ、密度１５０ｋｇ／ｍ³、厚さ２５ｍｍ）。骨組み材２は、厚さ２５ｍｍ、巾６０ｍｍの集成木材。芯材１、骨組み材２の表裏両面に前記耐火シート３を水性ビニルウレタン接着剤で接合し、かつ耐火シート３を挟む様に表裏両面に表面材４として厚さ４ｍｍの天然木突板化粧板を合わせ、且つ、ドアの周縁に凹状溝を刻設し内部に前記１５ｍｍ巾にカットした耐火シートを取り付けた構成。
【００２０】
［試験］
防火性：ＪＩＳ１３２１の基材試験及び表面試験による評価。
膨張率：表面試験前後のフェルトの厚み方向の変化より算出。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【発明の効果】
表１の結果のとおりフェルトＡ、Ｂ、Ｃはいずれも難燃一級に合格し、柔軟性も良好である。又膨張率も３〜７倍あり、加熱膨張によるシール性も十分あり、その１例として耐火シート、周縁目地材として使用した木質防火ドアは、甲種に合格した。以上の様に本発明の無機質繊維フェルトは、軽量且つ柔軟性があり作業性も良好で、且つ、火炎、熱に対し不燃であるため発熱、発煙もほとんどなく、加熱発泡膨張によるシール性と高温焼結による優れた形状保持性が形成されることにより高温域で安定した寸法安定性と強度を有するものであることが理解される。この結果、本発明の無機質繊維フェルトは、間仕切り壁の耐火目地材や、防火ドアの耐火シート、ケーブル貫通部の耐火シール材、鉄骨耐火被覆材、車両、船舶、プラントのガスケット等の耐熱シール材等、低温から高温に至る広範囲で、従来のシール材と比較し用途を大幅に拡大した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一態様の構成断面図
【符号の説明】
１芯材
２骨組み材
３耐火シート
４表面材

Claims

ロックウール又はセラミックウールの、単独又は混合ウールからなる人造鉱物短繊維５０〜９０ｗｔ％、粒度分布が０．２〜８ｍｍである加熱膨張性無機質粉末５〜２５ｗｔ％、焼結性無機質材５〜１０ｗｔ％、有機質樹脂又は有機質樹脂と熱融着性有機質繊維からなる有機質結合剤２〜１０ｗｔ％組成物の水分スラリーを湿式抄造して得られることを特徴とする加熱膨張型無機質繊維フェルト。
前記無機質繊維フェルトに目付け５０ｇ／ｍ²以下の有機繊維系不織布を積層しニードルパンチ加工することを特徴とする請求項１記載の加熱膨張型無機質繊維フェルト。