JP7128006B2 - 樹脂製透明継手 - Google Patents
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Description
しかし、特許文献1に記載の配管材に用いられる樹脂管継手は透明ではない。
そこで、本発明は、耐火性に優れ、かつ、透明な樹脂管継手(樹脂製透明継手)を目的とする。
さらに、本発明者等は、樹脂組成物を導入するゲートの位置を従来の継手本体部から、継手受口部に変更することで、より耐火性に優れる樹脂製透明継手が得られることを見出した。
即ち、本発明は以下の態様を有する。
[2]前記塩素化塩化ビニル系樹脂の含有量が、樹脂成分の総質量に対して、5質量%以上100質量%以下である、[1]に記載の樹脂製透明継手。
[3]射出成形品であり、前記受口部にゲート痕を有する、[1]又は[2]に記載の樹脂製透明継手。
本明細書において、耐火性は、平成12年6月1日に施行された改正建築基準法の耐火性能試験の評価方法によって評価される。
以下、本発明の実施の形態による樹脂製透明継手について、図面に基づいて説明する。
図1の樹脂製透明継手1は、排水管の接続に使用されるチーズ型の樹脂製透明継手である。樹脂製透明継手1は、二つの管軸O1及びO2を有し、内部に流路を有する。二つの管軸O1及びO2は、略直交する。
受口部12には、受口部12の内径とほぼ同外径の管部材が挿入される。受口部12の開口部12bの内径は、本体部10の開口部の内径より大きい。
また、三つの受口部12のうち、二つは第1の管軸O1と同軸の管状である。第1の管軸O1の一端側の受口部を第1の受口部12A、他端側の受口部を第2の受口部12Bということもある。残りの一つは第2の管軸O2と同軸の管状であり、第3の受口部12Cということもある。
図1において、位置X及びYは、樹脂製透明継手1を射出成形する際に用いられる射出成形用金型のキャビティ内(空間)に樹脂組成物を導入するゲートの位置を示す。樹脂製透明継手1には、ゲート位置X又はYに対応する位置にゲート痕が形成される。
ゲート痕は、図1の位置X及びYから選択されるいずれか1箇所又は2箇所に形成される。
ゲート位置を位置Xとした場合、熱により変形しやすいゲート痕が本体部10にないため、防火区画の貫通部に樹脂製透明継手1の本体部10が埋設されている場合に、耐火性を向上しやすい。ゲート位置を位置Yとした場合、ゲートから各受口部12までの距離が等しく、樹脂製透明継手1を射出成形しやすい。なお、位置Xは、受口部12A、12B、12Cの何れにあってもよく、例えば、受口部12Aに位置Xがある場合、2箇所のうちいずれか一方、または両方をゲートとして用いることができる。また、位置X及びYは例示であって、位置Xは受口部12の端面部分ではなく側面にあってもよく、位置Yは受口部12A、12B、12Cからの距離が等しくなる位置であれば本体部10のどこにあってもよい。
各受口部12A、12B、12Cの厚さは、特に限定されないが、例えば、2mm以上8mm以下が好ましく、4mm以上6mm以下がより好ましい。各受口部12A、12B、12Cの厚さが上記下限値以上であると、受口部12の加熱による穿孔を抑制しやすい。上記上限値以下であると、受口部12の視認性を向上しやすい。
本体部10の厚さは、特に限定されず、例えば、6mm以上12mm以下が好ましく、8mm以上10mm以下がより好ましい。本体部10の厚さが上記下限値以上であると、本体部10の加熱による穿孔を抑制しやすい。上記上限値以下であると、本体部10の残留応力を抑制しやすい。
樹脂製透明継手1は、樹脂製透明継手1の全体が樹脂組成物からなる単層構造でもよいし、複数の層からなる複層構造でもよい。
樹脂組成物は、塩素化塩化ビニル系樹脂(CPVC)を含有する。CPVCは、ポリ塩化ビニル系樹脂(PVC)の塩素化物である。
CPVCには、熱塩素化塩化ビニル系樹脂と光塩素化塩化ビニル系樹脂とがある。熱塩素化塩化ビニル系樹脂は、加熱により塩素化されたCPVCで、分子中の塩素原子の分布が均一になりやすい。光塩素化塩化ビニル系樹脂は、紫外線により塩素化されたCPVCで、樹脂表面の塩素原子の分布が高くなりやすい。
CPVCの塩素含有率は、60質量%以上72質量%以下であり、62質量%以上70質量%以下が好ましく、64質量%以上68質量%以下がより好ましい。CPVCの塩素含有率が上記下限値以上であると、樹脂製透明継手1の耐火性を向上しやすい。CPVCの塩素含有率が上記上限値以下であると、樹脂組成物の成形性に優れる。
PVCの平均重合度が上記下限値以上であると、機械的強度を充分に高めることができ、上記上限値以下であると、充分な成形性を確保できる。
樹脂組成物において、樹脂成分の総質量に対するCPVCの含有量は、5質量%以上100質量%以下が好ましく、10質量%以上90質量%以下がより好ましく、20質量%以上80質量%以下がさらに好ましい。CPVCの含有量が上記下限値以上であると、耐火性を向上しやすい。CPVCの含有量が上記上限値以下であると、樹脂製透明継手1を透明にしやすい。
樹脂組成物において、CPVCとPVCとの含有量の合計は、樹脂成分の総質量に対して、85質量%以上100質量%以下が好ましく、90質量%以上100質量%以下がより好ましい。CPVCとPVCとの含有量の合計が上記数値範囲内であると、耐火性を向上しやすく、樹脂製透明継手1を透明にしやすい。
ビカット軟化温度が75℃未満であると、成形性は優れるものの耐火性に劣る。一方、ビカット軟化温度が110℃を超えると、難燃性には優れるものの、成形しにくく残留応力が大きくなる。このため、火災時の熱による変形量が大きく、変形により延焼防止機能が損なわれるため、結果として耐火性に劣る。
ビカット軟化温度は、熱可塑性樹脂が急速に軟化し始める温度で、JIS K7206:2016に準じて測定できる。
樹脂組成物は、着色剤を含有してもよい。着色剤に含まれる色素成分としては、青色染料や顔料が挙げられる。
青色染料又は顔料としては、樹脂の青色着色剤として知られている無機又は有機の青色染料又は顔料を用いることができる。青色染料又は顔料としては、500~750nmの波長域、特に550~700nmの波長域に吸収極大を有するものが好ましく、例えば、アンスラキノン系、アゾメチン系、フタロシアニン系、インディゴ系等の青色染料や、群青、紺青、コバルトブルー、インダスレンブルー、セルリアンブルー等の顔料が挙げられる。
樹脂組成物は、無機難燃剤を含有してもよい。無機難燃剤としては、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムやハイドロタルサイト等の無機水酸化物、カオリナイト、セピオライト、ベントナイト等のケイ酸塩鉱物が挙げられる。これらの無機水酸化物やケイ酸塩鉱物は、加熱された際に吸熱作用を有して温度上昇を抑制する。このため、これらの無機水酸化物やケイ酸塩鉱物は、難燃剤として機能する。
水酸化マグネシウムは、脱水反応が300℃以上で生じるため、吸熱剤として水酸化マグネシウムを用いた場合には、樹脂組成物を成形して樹脂製透明継手1を作製する際に脱水反応が生じることを抑制できる。
水酸化アルミニウムは、脱水反応が200℃程度で生じるため、吸熱剤として水酸化アルミニウムを用いた場合には、火災の際に樹脂製透明継手1に伝わった熱を早めに吸熱することができる。そのため、配管材が熱膨張する前に樹脂製透明継手1が変形して耐火性を損なうことをより抑制できる。
[M2+ 1-xM3+ x(OH)2]x+[An- x/n・mH2O]x-
M2+:Mg2+、Zn2+などの2価金属イオン。
M3+:Al3+、Fe3+などの3価金属イオン。
An-:CO3 2-、Cl-、NO3 -などのn価アニオン。
X:0<X≦0.33。
ハイドロタルサイトは、分子間に有している結晶水が約180℃から脱水を開始し、その結晶水は約300℃で完全に脱離する。この状態までは合成ハイドロタルサイトは結晶構造を保持しているが、約350℃を超えると結晶構造が崩壊し始め、水と二酸化炭素を放出する。そして、合成ハイドロタルサイトは、PVCの熱分解温度である約200℃~300℃よりも60℃~75℃低い温度で吸熱分解を開始するため、PVCの熱分解をハイドロタルサイトの吸熱分解で効率的に抑制することができる。
例えば、カオリナイトは、白陶土やカオリンなどとも呼ばれ、Al2Si2O5(OH)4で表されるケイ酸アルミニウム塩の水和物である。ディカイト、ナクライト、ハロイサイト、メタハロイサイト、パイロフィライト等は、化学式がカオリナイトと若干異なるものの、カオリナイトと同様にケイ酸アルミニウム塩の水和物である。このため、ディカイト、ナクライト、ハロイサイト、メタハロイサイト、パイロフィライト等は、カオリナイトの一種に含まれることがあり、本実施形態においてもカオリナイトに含むものとする。
樹脂製透明継手1は、無機難燃剤を含有することにより耐火性に優れる。
そこで、本実施形態では、上記の着色剤として波長550nm~750nmの光を吸収するものを使用し、波長380nm~480nmの吸収よりも波長550nm~750nmの吸収の方が大きくなるように調整することでヤケによる黄色を目立たなくし、色ムラの少ない継手としている。
なお、樹脂製透明継手1に成形された後に無機難燃剤の粒子径を測定する場合には、透過電子顕微鏡(TEM)や走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて樹脂製透明継手1の断面を測定し、断面に存在する無機難燃剤の粒子50個について外径の長さの平均値を算出することで、無機難燃剤の体積平均粒子径が求められる。
無機難燃剤のBET比表面積は1m2/g以上40m2/g以下であることが好ましく、1m2/g以上20m2/g以下であることが好ましい。ここで、BET比表面積は、窒素吸着を利用して求めた値である。
無機難燃剤の体積平均粒子径及びBET比表面積が上記数値範囲内であると、難燃剤としての効果を充分に発揮でき、樹脂製透明継手1の耐火性を向上できる。加えて、ヤケの発生を抑制し、色ムラを抑制できる。
無機難燃剤を高級脂肪酸やシランカップリング剤により表面処理する場合、高級脂肪酸やシランカップリング剤の含有量は無機難燃剤100質量部に対して0.05質量部以上2質量部以下であることが好ましい。高級脂肪酸やシランカップリング剤の含有量が上記下限値以上であると、PVCに対する無機難燃剤の分散性を充分に高くできる。高級脂肪酸やシランカップリング剤の含有量が上記上限値以下であると、経済性の低下を抑制できる。
他の難燃剤としては、二酸化アンチモン、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン等の酸化アンチモン;三酸化モリブデン、二硫化モリブデン、アンモニウムモリブデート等のモリブデン化合物;テトラブロモビスフェノールA、テトラブロムエタン等の臭素系化合物;トリフェニルフォスフェート、アンモニウムポリフォスフェート等のリン系化合物;ホウ酸カルシウム、ホウ酸亜鉛等のホウ酸系化合物が挙げられる。前記他の難燃剤のなかでも、PVCの燃焼抑制効果が高いことから、三酸化アンチモンが好ましい。
樹脂組成物の酸素指数は、無機難燃剤の種類や配合量、CPVCの塩素含有量や配合量等により調整できる。
樹脂組成物の酸素指数は、樹脂組成物が燃焼を持続するのに必要な最低酸素濃度(体積%)を表し、JIS K7201-2:2007に準じて測定できる。
樹脂組成物は、PVCの熱分解を抑制する目的で安定剤を含有することが好ましい。安定剤としては、例えば、スズ系安定剤、Ca-Zn系安定剤、高級脂肪酸金属塩等が挙げられる。安定剤は1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
スズ系安定剤としては、例えば、ジブチル錫メルカプト、ジオクチル錫メルカプト、ジメチル錫メルカプト等のメルカプチド類;ジブチル錫マレート、ジブチル錫マレートポリマー、ジオクチル錫マレート、ジオクチル錫マレートポリマー等のマレート類;ジブチル錫メルカプトジブチル錫ラウレート、ジブチル錫ラウレートポリマー等のカルボキシレート類が挙げられる。
Ca-Zn系安定剤はカルシウムの脂肪酸塩と亜鉛の脂肪酸塩との混合物である。脂肪酸としては、ベヘニン酸、ステアリン酸、ラウリン酸、オレイン酸、パルミチン酸、リシノール酸、安息香酸等が挙げられ、これらを2種以上組み合わせて用いてもよい。
高級脂肪酸金属塩としては、例えば、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、リシノール酸カルシウム、ステアリン酸ストロンチウム、ステアリン酸バリウム、ラウリン酸バリウム、リシノール酸バリウム、ステアリン酸カドミウム、ラウリン酸カドミウム、リシノール酸カドミウム、ナフテン酸カドミウム、2-エチルヘキソイン酸カドミウム、ステアリン酸亜鉛、ラウリン酸亜鉛、リシノール酸亜鉛、2-エチルヘキソイン酸亜鉛、ステアリン酸鉛、二塩基性ステアリン酸鉛、ナフテン酸鉛等が挙げられる。
これらの中でも、樹脂製透明継手1を透明にする場合にはスズ系安定剤またはCa-Zn系安定剤が好ましい。スズ系安定剤としてはマレート類、カルボキシレート類などの硫黄を含まないものがさらに好ましい。Ca-Zn系安定剤としては成形加工時の滑性とプレートアウトのバランスからステアリン酸塩であるものがさらに好ましい。
樹脂組成物は、充填剤を含有してもよい。充填剤としては、非熱膨張性黒鉛や炭酸カルシウム等が挙げられる。非熱膨張性黒鉛としては、人造黒鉛、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛、球状黒鉛等を用いることができる。
非熱膨張性黒鉛は、CPVC、PVCへの混合前に熱乾燥処理されているものが好ましい。
すなわち、市販の黒鉛には、揮発分が付着しており、この揮発分が成形時の温度上昇により揮発し、成形品外観が悪化する不具合が発生するおそれがある。成形品の外観を良好に保つために、熱乾燥処理によって揮発分を事前に除去することが好ましい。
非熱膨張性黒鉛の体積平均粒子径は、レーザー回折散乱法粒子径分布測定装置を用いて測定できる。
これらの添加剤(任意成分)は1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
樹脂製透明継手1は、射出成形により製造される。
例えば、樹脂組成物を加熱溶融して金型内に射出し、次いで、冷却することによって、CPVCを含有する樹脂製透明継手1が得られる。
金型で成形するときの時間は、1分以上10分以下が好ましい。上記下限値以上であると、充分に硬化させることができ、上記上限値以下であると、樹脂製透明継手1の生産性を向上しやすい。
樹脂製透明継手としては、例えば、エルボやニップル、クロス等、受口部の数が2つや4つである樹脂製透明継手であってもよい。
塩素化塩化ビニル系樹脂(CPVC、塩素含有率67質量%)100質量部と、着色剤0.01質量部と、スズ系安定剤2質量部と、ポリエチレン系滑剤0.5質量部と、を配合した後、内容積200リットルのヘンシェルミキサー(川田工業株式会社製)を用い、攪拌混合して樹脂組成物を得た。
前記樹脂組成物を、射出成形して、図1に示した形状のチーズ(ティー)型の継手を製造した。成形温度は180℃、金型温度は40℃、成形時間は120秒とした。このとき、ゲートの位置は受口部12Aの端面部分(図1のXの2箇所)とした。継手のビカット軟化温度は100℃、継手の酸素指数は52体積%であった。
塩素化塩化ビニル系樹脂を95質量部とし、ポリ塩化ビニル系樹脂(PVC、塩素含有率52質量%)5質量部を配合した以外は、実施例1と同様に継手を製造した。継手の塩素含有率、ビカット軟化温度、酸素指数は、表1に示すとおりであった。
ゲートの位置を本体部10の中央部分(図1のY)とした以外は、実施例2と同様に継手を製造した。継手の塩素含有率、ビカット軟化温度、酸素指数は、表1に示すとおりであった。
CPVC、PVCの含有量を表1に示す組成とし、ゲートの位置を表1に示す位置(図1のX又はY)とした以外は、実施例1と同様に継手を製造した。継手の塩素含有率、ビカット軟化温度、酸素指数は、表1に示すとおりであった。
CPVC、PVCの含有量を表2に示す組成とし、表2に示す充填剤又は難燃剤を配合した以外は、実施例1と同様に継手を製造した。継手の塩素含有率、ビカット軟化温度、酸素指数は、表2に示すとおりであった。
得られた各例の継手に、ポリ塩化ビニル系樹脂製の樹脂管(積水化学工業株式会社製「エスロン耐火VPパイプ」)を挿入して、継手と樹脂管との接続部分を目視で観察することにより透明性(視認性)の評価を行った。下記評価基準に従って、透明性を評価した。結果を表1~2に示す。
(評価基準)
○:接続部分が良好に視認できる。
×:視認しにくい部分が目立ち、接続部分が良好に視認できない。
得られた各例の継手を用いて、耐火性能試験を行った。下記評価基準に従って、耐火性を評価した。結果を表1~2に示す。
(評価基準)
◎:耐火性能2時間以上。
○:耐火性能1時間以上2時間未満。
×:耐火性能1時間未満。
一方、CPVCを含有しない比較例1は、耐火性の評価が「×」だった。
10 本体部
12 受口部
12A 第1の受口部
12B 第2の受口部
12C 第3の受口部
12b 開口部
O1 第1の管軸
O2 第2の管軸
Claims (4)
- 本体部と2以上の受口部とを有し、塩素含有率が60質量%以上72質量%以下である塩素化塩化ビニル系樹脂を含有し、
前記塩素化塩化ビニル系樹脂の含有量が、樹脂成分の総質量に対して、5質量%以上90質量%以下である、樹脂製透明継手。 - 塩素含有率が、樹脂成分の総質量に対して、55質量%以上65質量%以下であり、
ビカット軟化温度が77℃以上94℃以下であり、
酸素指数が45体積%以上である、請求項1に記載の樹脂製透明継手。 - 難燃剤をさらに含む、請求項1又は2に記載の樹脂製透明継手。
- 射出成形品であり、前記受口部にゲート痕を有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の樹脂製透明継手。
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