JP6755767B2

JP6755767B2 - 難燃性積層体

Info

Publication number: JP6755767B2
Application number: JP2016194956A
Authority: JP
Inventors: 俊輔柳井
Original assignee: Sekisui Jushi Corp
Current assignee: Sekisui Jushi Corp
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2020-09-16
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: JP2018058212A

Description

本発明は、樹脂と難燃材としての金属水酸化物とを含む発泡樹脂板からなる芯材に金属シートを接合して形成される難燃性積層体に関する。

主に樹脂からなる発泡樹脂板に金属シートを接合することにより形成されたカナッペ状やサンドイッチ構造の難燃性積層体は、樹脂板と比較して、極めて高い強度や弾性を具備しつつ、金属板と比較して軽量で且つ曲げ加工性が優れており、一般的に広く用いられている。また、この樹脂板に金属水酸化物や難燃剤を配合することにより難燃性能を具備させた難燃性積層体も提案されている。

難燃性能を付与するために難燃剤は、従来から様々なものが用いられている。その中で、廃棄の際に、難燃剤そのもの、あるいは難燃材に含まれる有害物質が問題となることがあり、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムのような金属水酸化物が難燃剤として用いられる。しかしながら、金属水酸化物は、一般的な樹脂より比重が重いため難燃性積層体が重くなり、持ち運びや取り扱いの点で難があった。

それらの問題を解決するために、例えば特許文献１では、ポリオレフィン系樹脂シートの両面にアルミニウム板を貼合された難燃性能複合板において、燃焼試験後にアルミニウム板表面に塗布した塗料が所定の面積以上剥離又は白化するようにすることによって、難燃性能を向上させている。

また、本出願人においても、樹脂板に接着剤を介して金属シートを接合する積層体において、その接着剤にも金属水酸化物を含ませることによって、難燃性能を向上させた難燃性積層体を提案している。

特開２００７−１２５７１５号公報特開２００４−３５８７７２号公報

ところで、特許文献１に記載の難燃性能複合板は、アルミニウム表面に塗布する塗料が制限されるため、塗料の種類、塗布方法や塗布条件、塗膜の構成や塗膜厚にも制限を受けるおそれがあった。

一方、上記のような難燃性能複合板において、芯材を発泡させれば芯材の比重が下がるので重量が軽くなるが、樹脂の絶対量が減ると芯材の形状を維持できなくなるおそれがあり、また、通常芯材の発泡箇所は製造時に空気を含む状態か、あるいは徐々に空気に置換され、芯材に含まれる樹脂が燃えやすくなる傾向があるとされている。

本発明は、前記の如き問題点を解消し、軽量で、難燃性能の高い難燃性積層体を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明者は鋭意研究した結果、樹脂板を軽量化するために発泡剤によって発泡させたものとする際、難燃材と樹脂の組成量を所定の関係としたうえで、所定の比重を超えるように発泡させれば、芯材の単位体積当たりの難燃材の量が少なくても所定の難燃性能を有することが可能となり、もって軽量で難燃性能の高い難燃性積層体となすことができることを知得し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る難燃性積層体は、ポリオレフィン系樹脂と難燃材とを含む発泡樹脂板からなる芯材の両面に積層された金属板とを備えた難燃性積層体であって、前記難燃材は、水酸化マグネシウムからなり、前記芯材中に６０〜６７重量％含み、前記金属板の厚さは０．１〜１ｍｍであり、当該難燃性積層体の厚さは１〜５ｍｍであり、発熱性試験における総発熱量が８ＭＪ／平方メートル以下であることを満たし、かつ、前記芯材の比重は０．６〜１．１であることを特徴とするものである。

本発明によれば、芯材として無発泡樹脂板を用いた場合と比べて、単位体積当たりの難燃材の重量を減らしても、難燃性は保持しつつ、軽量とすることができるので、輸送効率や施工性に優れたものとなる。

本発明に係る難燃性積層体の実施の一形態を示す斜視図である。図１のＡ−Ａ断面における拡大詳細断面である。

本発明の実施の形態にについて、図面に基づき以下に具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。

図１は本発明に係る難燃性積層体の実施の一形態を示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面における拡大詳細断面図である。難燃性積層体１は、板状の発泡樹脂板からなる芯材２の表裏に金属板３が積層されて、金属板３、３の間に芯材２が配された構造となっており、芯材２と金属板３とを接着するために接着層４が設けられている。難燃性積層体１の厚さは、１〜５ｍｍ程度が好適であり、芯材２の厚さは０．５〜４ｍｍ、金属板３の厚さは０．１〜１ｍｍが好適である。

芯材２は、難燃材とポリオレフィン系樹脂とを含むものである。難燃材は、水酸化マグネシウムを主成分とするものである。具体的には、ブルーサイトのような水酸化マグネシウムを主成分とする天然鉱石を粉砕したものや、海水に含まれるマグネシウム成分から水酸化マグネシウムを合成したもの、水酸化ナトリウム水溶液にマグネシウム塩を加えて、沈澱した水酸化マグネシウムのコロイドを原料として用いるもの等を挙げることができる。このうち、海水由来のものは、不純物の含有量を比較的少なく、粒径を揃えやすいので、好適に利用することができる。難燃材の粒径は、小さいほど単位表面積が増えるので難燃性能が効果的に発現されるとされるが、粒径が小さくなるほどポリオレフィン系樹脂との相溶性が低下する傾向があり、芯材２の成形性が低下するおそれがある。したがって、難燃材の粒径は、その平均粒径が１〜１０μｍが好ましい。

ポリオレフィン系樹脂は、エチレン、プロピレン、ブテン等のα―オレフィンの重合体を用いてもよく、エチレンにα―オレフィンを重合させたものなどを用いてもよく、他にはエチレンに酢酸ビニル、メタクリル酸またはそのエステル、アクリル酸またはそのエステルを共重合させたもの、ポリエチレン末端を無水マレイン酸等で修飾したもの等を用いてもよい。更に、これらの樹脂を単独で用いてもよく、２種類以上を用いてもよい。一般に、難燃剤に含まれる水酸化マグネシウムは２５０℃から分解が始まるとされており、それより低い温度で成形可能な樹脂が好ましく、ポリエチレン又はポリエチレンを主成分とするものが好適に用いられる。ポリエチレン樹脂を用いた場合には、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン及び直鎖状低密度ポリエチレンを単一で用いてもよく、複数用いてもよい。

また、芯材２において、金属水酸化物の分散性を向上させるために、分散剤を用いてもよく、分散剤により金属水酸化物を樹脂中に均一に分散させやすくなり、難燃性能を向上させることができる。分散剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛等の飽和脂肪酸金属塩などを用いることができる。また、芯材２の成形性や平滑性を向上させるために、滑剤を用いても良く、飽和脂肪酸のエステルやアミドが用いられる。

芯材２の発泡に用いる発泡剤としては、加熱分解や化学反応により窒素ガスや炭酸ガス等を放出する化学発泡剤、熱により体積膨張するものを挙げることができる。前者の化学発泡剤において無機系化学発泡剤としては、炭酸ナトリウム等の重炭酸塩、亜硝酸ナトリウム等の亜硝酸塩等を挙げることができ、有機系化学発泡剤としては、アゾ化合物、ヒドラジド系化合物等を挙げることができ、更に具体的には、アゾ化合物である２，２’−アゾビスイソブチロニトリルやアゾジカルボンアミド、アゾヘキサヒドロベンゾニトリル、ヒドラジド系化合物であるベンゼンスルホニルヒドラジドやジフェニルスルホン−３，３’−ジスルホニルヒドラジドを挙げることができる。後者としては、熱膨張性マイクロカプセルを挙げることができる。

熱膨張性マイクロカプセルは、通常、殻体に熱膨張性物質を封入したものである。殻体としては、塩化ビニリデン、アクリロニトリル、アクリロニトリルと塩化ビニリデンとの共重合体、アクリロニトリルやメタクリロニトリル等のニトリル系樹脂とメチルメタクリレートやエチルメタクリレート等のメタクリル酸エステルとの共重合物、ニトリル系樹脂とメチルアクリレートやエチルアクリレート等のアクリル酸エステルとの共重合体等が用いられる。また熱膨張性物質としては、イソブタン、ノルマルブタン、ノルマルペンタン、イソペンタン、石油エーテル系の低沸点炭化水素が用いられる。また熱膨張性マイクロカプセルの、発泡前の平均粒径は、１５〜５０μｍ程度である。

発泡剤において、熱膨張性マイクロカプセルは、殻体の軟化温度又は溶融温度を芯材２に含まれるポリオレフィン樹脂より高くすることにより、膨張した後の形状を保持しやすいので好ましい。すなわち、ポリオレフィン樹脂が溶融温度以上であり、かつ、殻体は軟化温度又は溶融温度以下の状態を容易形成することができる。そのため、溶融状態の芯材２を曲げたり、溶融状態の芯材２に金属板３を貼り合わせたりする作業により、芯材２に圧力が加わったとしても、殻体は容易には変形しないので、熱膨張性マイクロカプセルが壊れることなく、芯材２の発泡倍率の低下を抑えることができる。また、殻体同士の合泡が生じにくいので、部分的に大きな発泡が生じたり、芯材２の表裏面や側面からの発泡ガスが流出したりすることを抑えることができる。

芯材２は、独立気泡構造を有することが好ましい。独立気泡構造とは、芯材２を発泡させる発泡剤として熱膨張性マイクロカプセルを用いて芯材２中で独立した発泡部が形成されたものか、化学発泡剤を用いた場合においては、芯材２中で発泡した発泡部があまり合泡しておらず、独立気泡様の形態を有するものである。

この芯材２の両面に金属板３を積層した積層体は、後述の発熱性試験において、所定の性能を有することができる。

金属板３は、一般には、アルミニウム合金、ステンレス鋼、鉄、チタン等が用いられる。芯材２の表裏の金属板３は通常は同じものを用いるが、設置場所や用途等を考慮して、別種類の金属板を表裏に用いてもよい。

接着層４は、芯材２と金属板３とを接着するためのものであり、芯材２の成形時もしくは成形後に、ウレタン系、エポキシ系等の接着剤を塗布して形成するものでもよいが、芯材２としてポリエチレンを用いる場合は、ポリオレフィン系樹脂又はポリオレフィン系樹脂との相溶性の高い樹脂をベースとして、金属板３との接着力を付与させた変性樹脂を用いて芯材２の成形時に同時に押出成形することで形成させてもよい。

発熱性試験は、ＩＳＯ５６６０−１に基づく試験方法で、試験体を９９ｍｍ±１ｍｍの正方形状とし、試験体表面に輻射熱を照射し電気スパークを作動させる試験を一定時間行って総発熱量を測定するものである。総発熱量に関しては、建築基準法第２条第９号、及び同法施行令第１０８条の２に基準が規定されており、かかる発熱性試験を２０分間行い、総発熱量が８ＭＪ／平方メートルを超えていなければ、いわゆる、不燃性材料としての１つの基準を満足できるというものである。

芯材２の独立気泡構造を有するためには、芯材２の比重は０．６以上が好ましく、更に好ましくは０．７以上である。比重が０．６未満となると、芯材２中に占める発泡部の体積が大きくなり過ぎて、発泡部が破泡して合泡が生じやすく、芯材２中の難燃材の分布に粗密が生じて、難燃性複合板の難燃性が低下したり、場所による難燃性の偏りが大きくなったりするおそれがある。

一方、芯材２の比重は１．１以下が好ましい。比重が１．１を超えると、芯材２を構成するポリオレフィン系樹脂の含有量が相対的に減少して、熱膨張性マイクロカプセルを均一に分散させにくく、熱膨張性マイクロカプセル自体の発泡の径もある程度分布をもっているので、これらが相まって、芯材２の場所による樹脂の比重の振れ幅が大きくなりやすい。更に、軽量感を実感しにくい。

芯材２が独立気泡構造を有するためには、発泡部の直径は５００μｍ以下が好ましい。発泡部の直径が５００μｍを超えると、発泡部が破泡したり、発泡部同士が合泡したりして大きな直径となりやすく、難燃性積層体１の成型時に発泡部が潰れやすく、想定していた比重ほど下がりにくくなる。また、芯材２中の難燃材の分散状態が不均一となりやすく、難燃性能が低下するおそれがある。

次に、本発明に係る難燃性積層体１の実施例を示す。

（実施例１）
水酸化マグネシウム（キンセイマテック株式会社製：ＭａｓＳｈｉｅｌｄＳ、平均粒径：３〜５μｍ）６７重量％と、ポリオレフィン系樹脂（日本ポリエチレン株式会社製：ＵＲ９５１直鎖状低密度ポリエチレン、ＭＦＲ＝３．５（ｇ／１０ｍｉｎ））３０重量％、滑材として、ステアリン酸亜鉛（日本油脂株式会社製：ジンクステアレートG）０．７５重量％、エチレンビスステアロアミド（コグニスジャパン株式会社製：ＬＯＸＡＭＩＤ）２．２５重量％との混合物を混練して粒状体を作成した。次にこの粒状体を基本配合として、粒状体１００部に対して発泡剤として熱膨張性マイクロカプセル（積水化学製：アドバンセル）を１部混合して、単軸押出機でシリンダー温度：１４０〜１６０℃、Ｔダイの温度：１４０℃としてシート状に押出成形し、発泡樹脂板を作成した。この発泡樹脂板を芯材として用いて、続いて接着層として芯材の両面に変性ポリエチレン樹脂シートを配して、更に金属板として厚さ０．２ｍｍのアルミニウム板を配して、加熱接着により総厚４ｍｍの積層体を作成した。なお、芯材中の難燃材の配合量は、発泡剤の添加により減少するので、芯材に含まれる難燃材の配合量も表１に記載した。

（比重）
芯材の比重は、難燃性積層体の金属板及び接着層を除去して、芯材のみを取出し、比重測定器（新光電子株式会社：ＤＭＥ−２２０Ｈ）を用いて測定した。測定結果を表１に示す。

（難燃性能）
難燃性積層体の難燃性能を評価する試験として前記発熱性試験を実施した。実施例１で作成した難燃性積層体から１０ｃｍ角の試料を３個作成し、３個ともに発熱性試験２０分後の総発熱量が８ＭＪ／平方メートルを超えなければ高い難燃性能を備えており合格と判断して評価を「○」とし、総発熱量が基準を超えた試料が一つでもあれば、難燃性能にばらつきがあるか、難燃性能が不足しており、不合格と判断して評価を「×」とした。この難燃性能の評価結果を表１に示す。

（単位体積当たりの難燃材の重量）
単位体積当たりの難燃材の重量は、次の方法によって測定した。積層体の金属板及び接着層を除去して、芯材のみを取出し、裁断した後、磁性るつぼに入れ、８００℃で３時間加熱した。磁性るつぼ中に灰分として酸化マグネシウムが残存していると仮定して、加熱による重量変化量から水酸化マグネシウムの含有量を算出した。一方、芯材の比重の測定結果を用いて算出した単位体積当たりの芯材重量と、前記水酸化マグネシウムの含有量から単位体積当たりの難燃材の重量を算出した。その結果を表１に示す。

（実施例２）
実施例１において、発泡剤を３部とした以外は、実施例１と同様にして積層体を得た。実施例１と同様に比重の測定結果、難燃性能の評価試験結果、単位体積当たりの難燃材の重量の算出結果を表１に示す。

（実施例３）
実施例１において、発泡剤を４部とした以外は、実施例１と同様にして積層体を得た。実施例１と同様に比重の測定結果、難燃性能の評価試験結果、単位体積当たりの難燃材の重量の算出結果を表１に示す。

（実施例４）
実施例１において、水酸化マグネシウム６２重量％、ポリオレフィン系樹脂３５重量％とし、発泡剤を２部とした以外は、実施例１と同様にして積層体を得た。実施例１と同様に比重の測定結果、難燃性能の評価試験結果、単位体積当たりの難燃材の重量の算出結果を表１に示す。

（比較例１）
実施例１において、発泡剤を５部混練した以外は、実施例１と同様にして積層体を得た。実施例１と同様に比重の測定結果、難燃性能の評価試験結果、単位体積当たりの難燃材の重量の算出結果を表１に示す。

（比較例２）
実施例１において、水酸化マグネシウム５０重量％、ポリオレフィン系樹脂４７重量％とし、発泡剤を混練しなかったこと以外は、実施例１と同様にして積層体を得た。実施例１と同様に比重の測定結果、難燃性能の評価試験結果、単位体積当たりの難燃材の重量の算出結果を表１に示す。

（比較例３）
実施例１において、水酸化マグネシウム４５重量％、ポリオレフィン系樹脂５２重量％とし、発泡剤を混練しなかったこと以外は、実施例１と同様にして積層体を得た。実施例１と同様に比重の測定結果、難燃性能の評価試験結果、単位体積当たりの難燃材の重量の算出結果を表１に示す。

（比較例４）
実施例１において、水酸化マグネシウム４０重量％、ポリオレフィン系樹脂５７重量％とし、発泡剤を混練しなかったこと以外は、実施例１と同様にして積層体を得た。実施例１と同様に比重の測定結果、難燃性能の評価試験結果、単位体積当たりの難燃材の重量の算出結果を表１に示す。

（比較例５）
実施例１において、水酸化マグネシウム３５重量％、ポリオレフィン系樹脂６２重量％とし、発泡剤を混練しなかったこと以外は、実施例１と同様にして積層体を得た。実施例１と同様に比重の測定結果、難燃性能の評価試験結果、単位体積当たりの難燃材の重量の算出結果を表１に示す。

（比較例６）
実施例１において、水酸化マグネシウム７２重量％、ポリオレフィン系樹脂２５重量％とし、発泡剤を２部としたこと以外は、実施例１と同様にして積層体を得た。実施例１と同様に比重の測定結果、難燃性能の評価試験結果、単位体積当たりの難燃材の重量の算出結果を表１に示す。

（比較例７）
実施例１において、水酸化マグネシウム５７重量％、ポリオレフィン系樹脂４０重量％とし、発泡剤を２部としたこと以外は、実施例１と同様にして積層体を得た。実施例１と同様に比重の測定結果、難燃性能の評価試験結果、単位体積当たりの難燃材の重量の算出結果を表１に示す。

表１において、比較例２と比較例３より、十分な不燃性能を有するためには、単位体積当たりに含まれる難燃材の重量が比較例２と同程度必要と考えられるが、実施例１のそれは、比較例２より十分に少なく、不燃性能が不合格であった比較例３よりも若干少なかった。これより、樹脂板を発泡させることによって、難燃材の重量を減らしつつ、難燃性能を維持することができる。従って、同等の難燃性能を備えた実施例１と比較例２を比べると、例えば、輸送する際は、実施例１の方が比重が軽い分、積載効率が高まり、また、使用場所においても、作業者は持ち上げたり、運んだりしやすいので、作業の施工性を高めることができる。

また、表１において、実施例１に対して、発泡剤の添加量を増やした実施例２，実施例３においては、十分な難燃性能を有しているが、比重の低下の度合いは添加量の増加に比べ大きくなく、更に発泡剤の添加量を増やした比較例１においては、難燃性能の低下が発生している。これより、比重が０．６以上となるように、発泡剤を添加することが好ましい。

更に、表１において、芯材に含まれる難燃材の配合量は、６０〜７０重量％が好ましい。より好ましくは、６０〜６８重量％である。また、芯材の比重としては、十分な難燃性能を備える比較例２の比重よりも軽量を実感できる程度が好ましく、具体的には、１０％を超える程度軽量化を図ることが好ましく、１０％以上の軽量化が図られように芯材の比重が１．２以下であることが好ましい。

本発明に係る難燃性積層体によれば、高い難燃性能を保持しつつ、軽量化を図ることができるので、建築物の内装材、外装材、天井材として好適に利用することができる。

１難燃性積層体
２芯材
３金属板
４接着層

Claims

ポリオレフィン系樹脂と難燃材とを含む発泡樹脂板からなる芯材の両面に積層された金属板とを備えた難燃性積層体であって、
前記難燃材は、水酸化マグネシウムからなり、前記芯材中に６０〜６７重量％含み、
前記金属板の厚さは０．１〜１ｍｍであり、
当該難燃性積層体の厚さは１〜５ｍｍであり、
発熱性試験における総発熱量が８ＭＪ／平方メートル以下であることを満たし、
かつ、前記芯材の比重は０．６〜１．１であることを特徴とする難燃性積層体。