JP7116511B2 - 消火用積層体 - Google Patents

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Description

本発明は、火災の発生し得る場所、設備、装置、工具、建材、構造物等に用いることができ、初期消火機能を有する消火シートに関する。
燃焼によりエアロゾルを発生して火災を消火又は抑制するための消火剤組成物が知られている（例えば特許文献１）。かかる消火剤組成物は、例えば、分散体等の液体として、又は粉末や所望する形状の成形体等の固体として使用することができる。
国際公開第ＷＯ２０１７／１３４７０３号パンフレット
ここで、上記特許文献１に記載の成形体は、いわゆる自己消火性成形体ともいえるが、製造工程が確立しておらず、生産性・量産化・大量生産の観点からは、未だ改善の余地があった。
そこで、本発明は、火災の発生し得る場所、設備、構造物等に用いることができ初期消火機能を有する消火シートであって、生産性・量産化・大量生産に好適な消火シートを提供することを目的とする。
上述した課題を解決すべく、本発明は、所定温度に到達すると熱分解して消火成分を発生させる消火薬剤を含む消火シートを提供する。
本発明の消火シートでは、消火成分がエアロゾルであること、が好ましい。
また、本発明の消火シートでは、消火薬剤に少なくともカリウム化合物と結合剤を含むこと、が好ましい。
また、本発明の消火シートでは、カリウム化合物に少なくとも含カリウム有機化合物及び塩素酸カリウムを含むこと、が好ましい。
また、本発明の消火シートでは、結合剤がポリエステル樹脂、ポリスチレン、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイソシアネート、ポリイミド樹脂、アクリル系樹脂、セルロース系化合物、塩化ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリフッ化ビニリデン樹脂、フッ素樹脂バインダ、合成ラテックス、ロジン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、オレフィン系熱可塑性樹脂、ブタジエン系熱可塑性樹脂、スチレン系熱可塑性樹脂、スチレン－ブタジエン系熱可塑性樹脂、イソプレン系熱可塑性樹脂、ウレタン系熱可塑性樹脂、エステル系熱可塑性樹脂、アミド系熱可塑性樹脂、塩化ビニル系熱可塑性樹脂、プロセスオイルや粘着性付与樹脂等を混合した熱可塑性樹脂、アロイ型熱可塑性エラストマー、動的架橋型熱可塑性エラストマー、ベントナイト、バイオバインダー ビオポリーＢのうちの１種類あるいは２種類以上から構成されること、が好ましい。
また、本発明の消火シートでは、カリウム化合物として少なくともクエン酸三カリウム及び塩素酸カリウム、結合剤として少なくともポリビニルブチラールを含むこと、が好ましい。
本発明によれば、火災の発生し得る場所、設備、構造物等に用いることができ初期消火機能を有する消火シートであって、生産性・量産化・大量生産に好適な消火シートを実現できる。
以下、本発明の代表的な実施形態に係る消火シートを詳細に説明する。
本実施形態の消火シートは、所定温度に到達すると熱分解して消火成分を発生させる消火薬剤を含む。あるいは、消火シートは、シート状に成形された消火薬剤であると言ってもよい。そして、本実施形態の消火シートは、消火成分としてエアロゾルを発生させる。消火シートは、消火薬剤に少なくともカリウム化合物と結合剤を含む。
より具体的には、消火薬剤は例えば、結合剤（Ａ成分）０．５～３０質量％及び塩素酸塩（Ｂ成分）１０～７０質量％を含有し、更に前記結合剤及び前記塩素酸塩１００部質量に対して、３０～９００質量部のカリウム塩（Ｃ成分）を含有し、熱分解温度が９０℃超～４５０℃の範囲である。
かかるＡ成分の結合剤としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリスチレン、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイソシアネート、ポリイミド樹脂、アクリル系樹脂、セルロース系化合物、塩化ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリフッ化ビニリデン樹脂、フッ素樹脂バインダ、合成ラテックス、ロジン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、オレフィン系熱可塑性樹脂、ブタジエン系熱可塑性樹脂、スチレン系熱可塑性樹脂、スチレン－ブタジエン系熱可塑性樹脂、イソプレン系熱可塑性樹脂、ウレタン系熱可塑性樹脂、エステル系熱可塑性樹脂、アミド系熱可塑性樹脂、塩化ビニル系熱可塑性樹脂、プロセスオイルや粘着性付与樹脂等を混合した熱可塑性樹脂、アロイ型熱可塑性エラストマー、動的架橋型熱可塑性エラストマー、ベントナイト、バイオバインダー ビオポリーＢのうちの少なくとも１種類から選ばれるものが好ましい。なお、Ａ成分は燃料とも言える。
Ｂ成分の塩素酸塩は、強力な酸化剤であり、Ｃ成分のカリウム塩との燃焼により熱エネルギーを発生させ、エアロゾル（カリウムラジカル）を発生させるための成分である。このエアロゾルは、消火成分のカリウムラジカル（カリウム化合物）を放出し、負触媒効果によって燃焼の連鎖を断ち切り、素早い消火を実現するものである。
Ａ成分の結合剤とＢ成分の塩素酸塩の合計１００質量％中の含有割合は、以下の通りである。
Ａ成分：０．５～３０質量％
好ましくは１～２０質量％
より好ましくは３～１０質量％
Ｂ成分：７０～９９．５質量％
好ましくは８０～９９質量％
より好ましくは９０～９７質量％
次に、Ｃ成分のカリウム塩は、Ｂ成分の燃焼により生じた熱エネルギーによりエアロゾル（カリウムラジカル）を発生させるための成分である。
かかるＣ成分のカリウム塩としては、例えば酢酸カリウム、プロピオン酸カリウム、クエン酸一カリウム、クエン酸二カリウム、クエン酸三カリウム、エチレンジアミン四酢酸三水素一カリウム、エチレンジアミン四酢酸二水素二カリウム、エチレンジアミン四酢酸一水素三カリウム、エチレンジアミン四酢酸四カリウム、フタル酸水素カリウム、フタル酸二カリウム、シュウ酸水素カリウム、シュウ酸二カリウム、炭酸水素カリウム及び重炭酸カリウムのうちの少なくとも１種から選ばれるものが好ましい。
Ｃ成分の含有割合は、Ａ成分とＢ成分の含有量１００質量部に対して、５０～５００質量部であるのが好ましく、より好ましくは１００～３００質量部である。
更に、本実施形態の消火薬剤組成物は、熱分解開始温度が９０℃超～４５０℃の範囲のものであり、好ましくは１５０℃～２６０℃のものである。このような熱分解開始温度の範囲は、上記のＡ成分、Ｂ成分及びＣ成分を上記の割合で組み合わせることで調製することができる。
なお、消火薬剤のシート等の成型体は、上記の消火薬剤組成物の各成分を混合して、塗工条件を管理しながらシート状に成型し、適宜乾燥することによって作製すればよい。当該シート状消火薬剤の厚さ及び面積等の寸法は、用いる設備、装置、機械、工具、構造物等の消火対象物及び用途等によって適宜調整すればよい。複数のシート状消火薬剤を積層して用いることも可能である。
また、本発明のシート状消火薬剤は、設備、装置、機械、工具、構造物等の消火対象物の発火し易い箇所に設置すればよい。例えば装置や工具であれば、不慮の事故等の何らかの不具合によって発火のおそれのあるリチウムイオン電池等の二次電池を含む電池セルやそのケース、電極、接続端子、回路基板等の発火し得る部材に接触乃至は隣接させて、シート状消火薬剤を配置すればよい。もちろん複数個所に配置してもよい。
本発明の消火薬剤は、上記のエアロゾルによって消火作用を発揮するために、設備、装置、機械、工具、構造物等の対象物において、内部に密封されていてもよい。また、上記のように発火し得る部材とともに密封されていてもよい。
本発明の消火シートの厚みは、消火シートの消火対象や設置場所、組成や配合割合等に応じて適宜設定することができ、例えば、１ｍｍ以下であればよく、１０～１０００μｍとすることができ、５０～５００μｍであってもよい。
更に、本発明は、上記の本発明の消火薬剤のシート（消火シート乃至は消火剤層）と、紙、樹脂又は金属等の基材と、をこの順に具備する消火用積層体にも関する（この場合、基材を剥離しても剥離しなくても使用可能）。また、一対の基材の間に上記消火剤層が積層された構造の消火用積層体であってもよい（この場合、一方の基材を剥離しても両方の基材を剥離しても使用可能）。
樹脂基材としては、例えばポリエステル（ＰＥＴ等）、ポリオレフィン（ＬＬＤＰＥ、ＰＰ、ＣＯＰ、ＣＰＰ等）、ＰＶＣ、ＰＶＡ、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ＥＦＥＰ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＣＴＦＥ等）等が挙げられる。水蒸気透過度が低く、上記Ｃ成分の劣化を抑制し易いという観点からは、ＰＥＴ、ＬＬＤＰＥ、ＰＰ、ＣＯＰ、ＣＰＰ、ＰＶＣ、ＰＣ、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ＥＦＥＰ、ＰＦＡ、ＦＥＰ又はＰＣＴＦＥが好ましい。
樹脂基材は、水蒸気バリア性の観点から水蒸気透過度（ＪＩＳＫ７１２９準拠、４０℃／９０％ＲＨ条件下）が制御されていてもよく、従来公知の技術にしたがって、例えば厚さ、樹脂の分子量、表面処理、金属酸化物層（例えばアルミナ蒸着層やシリカ蒸着層）の形成等により適宜調整することはできる（例えば２００ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下）。燃焼によってエアロゾルを発生する消火成分を用いる観点からは、例えば０．０１ｇ／ｍ２／ｄａｙ～１５０ｇ／ｍ２／ｄａｙとすればよい。
金属基材としては、例えばアルミニウム、鉄、銅、それら合金のステンレス、ジュラルミン、亜鉛メッキ鋼等が挙げられる。このような金属基材はシート状でも箔状であってもよい。
上記の基材は、例えば有機リン化合物（ＦＲ）、エポキシ化合物、アラミド化合物、アミド化合物、ケイ素化合物、炭素、アラミド化合物、アミド化合物、ケイ素化合物、炭素の繊維等を含んでいてもよく、また、凹凸形状の被処理面を有していてもよい。このような凹凸形状の被処理面を有していれば、基材と消火剤層との密着性・接着性を向上させることができる。かかる凹凸形状は、基材の製造工程における成型方法（例えば射出成型法又はプレス成型法等）によって形成できる。
また、基材は、例えば高強度耐熱性を有する有機繊維及び／又は無機繊維を含む繊維層で構成された基材であってもよい。この場合、当該繊維層からなる基材に消火剤層の一部が含浸していてもよい。したがって、本発明の消火用積層体は、繊維層及び樹脂層を具備し、当該繊維層及び樹脂層の少なくとも一方に上記消火薬剤が含まれている構成を有していてもよい。
上記の基材と消火剤層との間には接着層（接着剤で形成された層）が設けられていてもよい。この場合、消火剤層の端面と接着層の端面とは面一であってもなくてもよい。接着剤を消火剤層の端面より外側にはみ出す場合は、はみ出した接着剤が最外層となる基材同士を接着しかつ封止することができる。
かかる接着層を構成する接着剤としては、従来公知のものを使用でき、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂又はウレタン樹脂等の接着剤を用いることができる。このうち、水蒸気バリア性の観点からエポキシ樹脂を用いてもよい。なお、接着層の厚さは、例えば１～１００μｍ、好ましくは２～５０μｍとすればよい。
更に本発明は、例えば上記の本発明の消火シートの製造において消火シート又は消火剤層の原料として用いられる消火薬剤スラリー（消火薬剤塗料）にも関する。この消火薬剤スラリーは、保存性、安定性及び取扱性等を考慮し、例えばせん断速度５０ｓ－１にて１０～２０００００Ｐａ・ｓ（好ましくは５００～２０００Ｐａ・ｓ）の粘度、及び、２０～８０質量％（好ましくは４０～６０質量％）の固形分濃度を有するように調整しておくのが好ましい。
以下において、実施例及び比較例を用いて本発明をより具体的に説明する。これら実施例及び比較例では、シート状消火薬剤を下記（１）のように作製した。
（１）シート状消火薬剤の作製
（１－１）結合剤準備
結合剤であるポリビニルブチラールを溶剤Ｎ－メチルピロリドンに溶解してポリビニルブチラール１８質量％溶液を調製する。
（１－２）粉末粉砕による消火薬剤スラリー作製
クエン酸三カリウム（Ｃ成分：エアロゾル発生剤としての含カリウム化合物）１８７．５ｇ、塩素酸カリウム（Ｂ成分：酸化剤）１１２．５ｇ、Ｎ－メチルピロリドン（Ａ成分：結合剤）２００ｇ、および分散メディアとして粒径５ｍｍのアルミナボール２ｋｇを２リットル容器に入れ、６０ｒｐｍに設定されたボールミルで、２４時間程度撹拌粉砕して消火薬剤スラリーを得る。
（１－３）塗料化（消火薬剤スラリーに結合剤を添加）
上記（１－２）の消火薬剤スラリー総量に上記（１－１）のポリビニルブチラール１８質量％溶液１１１ｇを添加し、６０ｒｐｍに設定されたボールミルによりさらに２４時間程度混合することでチクソ性を有するペースト状（マヨネーズ性状）の塗料を得る。生成される塗料の粘度は、Ｂ型粘度計において負荷（トルク）を５０％と設定し２０００－３０００ｍＰａ・Ｓの範囲におさまれば次の分離工程に進める。
（１－４）分離（分散メディア除去）
適当なステンレス製金ザルを用いて、上記（１－３）で得られた塗料と分散メディアを分離する。５０－６０％の範囲で収率であれば次のろ過工程に進める。
（１－５）ろ過（大粒径薬剤、ゴミの分離）
上記（１－４）の分離工程で得られた塗料をステンレス製１００メッシュ（目開き約２００μｍ）の篩いで濾し、粗大粒子やごみを取り除く。
（１－６）塗工（塗料のシート化）
株式会社康井精機製塗工機「βコータ」のテーブル上にＳｉやＦなどの被膜を有した離形処理済み１００μｍ厚みのＰＥＴフィルムを敷き、消火薬剤スラリーを塗布する。塗工治具（アプリケータ）として４００μｍのギャップを有する丸型アプリケータを設置した。０．５ｍｍ／ｍｉｎ程度の塗工速度にてＰＥＴシート（樹脂基材）へ塗布する。
（１－７）乾燥工程（溶媒の除去）
一般的な循環恒温槽を使用して溶媒を除去する。薬剤がＰＥＴフィルム上に塗布された状態で１００℃の設定温度にて乾燥工程を行い平均厚みが２２０μｍのシートを得た。
（１－８）裁断工程
ＰＥＴフィルムに塗布された状態の薬剤を冷却後Ａ４サイズ（横２１０ｍｍ×縦２９７ｍｍ）に裁断機にて切り出し、評価試験に供する。
（２）シート状消火薬剤の評価試験
上記（１）の手順で作成した消火薬剤を次のように試験した。
（２－１）リチウムイオン電池セルの載置
横３００ｍｍ×縦３００ｍｍ×高さ１００ｍｍで板厚１．２ｍｍのＳＵＳ３０４から成る箱型容器の中央に横１００ｍｍ×縦１００ｍｍ×高さ５ｍｍの３Ａｈのリチウムイオン電池セルを置く。
（２－２）消火シートの貼付け
横３５０ｍｍ×縦３５０ｍｍ×１０ｍｍで板厚５ｍｍで中心にΦ１０の穴が開いたアクリル板を、上記（２－１）の箱型容器の天板とした。このアクリル板の片面中央に、上記（１）で作成したＡ４サイズの消火シートをスプレー糊で貼り付けた。
（２－３）アクリル板の固定
消火シートの貼り付け面を下にしてアクリル板を箱型容器に載せて固定した。
（２－４）釘差し
アクリル製天板の開口部にΦ５の鉄製の釘を一定速度にて挿入し、内部セルを貫通させた。短絡した一瞬は閃光を放ったが、すぐに消火シート由来の白煙を発生し、火災は拡大せずに消火された。
 比較例
上記（２）の評価試験において上記（２－２）のＡ４消火シートをアクリル天板に貼り付けずに上記（２－４）の通り一連のリチウムイオン電池セルの釘差し評価試験操作を実施したところ、ＳＵＳ容器内のリチウムイオン電池セルは激しく爆燃して火災を発生拡大し、容器内は火炎に覆われて５分間燃え続けた。
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それらも本発明に含まれる。
例えば、本発明の消火シート、積層体、消火薬剤及びスラリーは、上記したように、設備、装置、機械、工具、構造物、電池等に適用可能であり、例えば電極、接続端子、回路基板等の発火し得る部材に接触乃至は隣接させて装備すればよい。
本発明の消火シート、積層体、消火薬剤及びスラリーは、その他にも、例えば各種電源、モーター、配電盤、制御盤、厨房用部材、建装材、自動車部材、航空機部材、エレクトロニクス部材等の各種の産業資材に用いられる部材にも、好適に利用することができる。

Claims (2)

  1. 所定温度に到達すると熱分解して消火成分を発生させる消火薬剤を含み、
    前記消火成分がエアロゾルであり、
    前記消火薬剤が、クエン酸三カリウムと、塩素酸カリウムと、ポリアセタール樹脂又はセルロース系化合物と、を含む消火シートからなる消火剤層と；
    前記消火剤層に積層された基材と；
    を具備し、
    前記基材が、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート又はフッ素樹脂で構成されており、
    前記基材が、０．０１ｇ／ｍ ２ ／ｄａｙ～１５０ｇ／ｍ ２ ／ｄａｙの水蒸気透過度を有すること、
    を特徴とする消火用積層体。
  2. 所定温度に到達すると熱分解して消火成分を発生させる消火薬剤を含み、
    前記消火成分がエアロゾルであり、
    前記消火薬剤が、クエン酸三カリウムと、塩素酸カリウムと、ポリアセタール樹脂又はセルロース系化合物と、を含む消火シートからなる消火剤層と；
    前記消火剤層に積層された基材と；
    を具備し、
    前記消火剤層と前記基材との間に設けられた接着層を具備すること、
    を特徴とする消火用積層体。
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