JPH0931887A - 耐火性シート材料 - Google Patents
耐火性シート材料Info
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Abstract
含有する押圧されたセルローズ繊維の形で提供される。
このシート材料は、建築に使用される木材製品などの引
火性製品の耐火性を増大するためにこれらの材料に適用
する事ができる。
Description
るものである。さらに詳しくは、本発明は耐火性被覆と
して引火性製品に適用される層間挿入(intercalate )
された、即ち膨脹(intumescent )した黒鉛の分散され
た粒子を含む紙様の押圧(press )されたセルローズ繊
維シートに関するものである。接着性結合剤として作用
するように紙の中に熱硬化性樹脂が含有される。
(パーティクル・ボード、配向ストランドボード)、壁
板、出荷用箱、バッグなどの引火性建築材料または関連
材料の耐火性を改良することに不断の努力が傾けられて
いる。このような努力の結果、引火性材料の結合剤シス
テムに対するホウ酸塩およびリン酸塩などの薬品添加を
伴なったが、これらの薬剤添加はしばしば建材の特性お
よび寿命の劣化を生じた。
よび関連材料の耐火性を改良する必要が残っている。
としても知られる天然層間挿入黒鉛粒子を含有する紙シ
ートの形の押圧されたセルローズ繊維シートに関するも
のである。これらの粒子は高温、例えば火炎に露出され
た時に、その体積が50乃至100倍に膨張し、すなわ
ち毛虫状構造に展開する(いわゆる「ウォーム(worms
)」)。膨張性黒鉛すなわち層間挿入黒鉛の粒子を含
有するセルローズ紙シートは、火炎露出の結果として展
開した際に黒鉛粒子の伝熱率の低下の故に高度に耐火性
となる。展開した毛虫状黒鉛粒子、すなわちウォームは
実際上露出紙面を覆い火炎バリヤを成す。このような紙
を結合された基板、またはこのような紙によって包囲さ
れた製品は火炎損傷から防護される。
術は公知である。一般にセルローズ繊維、例えば木材、
麦わら、バガス、アマ、綿および類似物がパルプ処理さ
れる。すなわち、水性スラリの中に分離され懸濁され
る。無機顔料、のり剤、染料およびその他の着色材料、
デンプンまたはその他の結合材料などの材料がパルプに
加えられ、次に排水すなわち脱水させ、押圧し、乾燥す
る。一般に公知の長網抄紙機を使用し湿潤紙面上に加熱
面を押圧する事によって蒸発乾燥してセルローズ紙シー
トを形成する。
すなわち膨張黒鉛の粒子をセルローズ繊維パルプ(これ
は前記のような他の添加剤を含む事ができる)の中に添
加し、パルプスラリの中に分散させる。添加される層間
挿入黒鉛粒子はその大部分が、すなわち60重量%また
はこれ以上が、30乃至80メッシュのサイズ範囲(米
国スクリーンシリーズ)の中にあり、その添加量は、代
表的には厚さ0.006乃至0.060インチの範囲内
に製造される紙平方メートルあたり40乃至80グラム
の範囲が適当である。紙シートは通常のように脱水、押
圧および乾燥処理によって製造される。得られた製品を
図1に図示し、この図1は本発明による紙シートの表面
の1:1スケール平面図である。図2は本発明による紙
シートの拡大断面図または端面図であり、図3は図2の
表面の拡大平面図である。図1乃至図3に図示の紙シー
ト10は押圧されたセルローズ繊維シート20から成
り、この繊維シートは同時に押圧された層間挿入黒鉛粒
子30の分散系を含む。層間挿入黒鉛粒子を含むセルロ
ーズ繊維の湿ったシートを押圧すると、特に300で図
示のようにシート10の表面において層間挿入黒鉛粒子
のある程度の平坦化を生じる。その結果、シート10の
表面積の少なくとも一部、例えば5−25%が露出され
た層間挿入黒鉛粒子の形となり、他の部分が本質的にセ
ルローズ繊維となる。高温、例えば火炎を受けると、表
面の露出された層間挿入黒鉛粒子の体積が500倍にま
で拡大し、火炎露出面を実質的にに覆う熱バリヤをな
し、このバリヤが瞬間的に紙の燃焼部分を消火する。
は、熱硬化性樹脂、例えば水溶性フェノール樹脂がセル
ローズ繊維と層間挿入黒鉛粒子とから成る水性スラリの
中に、このスラリ中の水重量の望ましくは2乃至6重量
%の量添加される。パルプスラリの脱水、押圧および乾
燥から生じる樹脂含有紙シートの中において、60乃至
100℃の乾燥温度に露出して樹脂を部分的に硬化させ
る事により、セルローズ繊維と層間挿入黒鉛粒子が相互
接着して結合される。平たい球状の部分的硬化樹脂の一
部が図4と図5に400で図示のように表面に露出され
る。層間挿入黒鉛粒子と部分的硬化樹脂とを含む紙を、
引火性要素、例えば木製壁板の表面と接触させ、約70
乃至120℃の温度で樹脂含有紙シートに対して圧力を
加えて樹脂を完全に硬化させ、層間挿入黒鉛粒子含有紙
シートを引火性要素の表面に対して接着結合させる。図
6について述べれば、引火性基板500の外側面510
上に層間挿入黒鉛粒子含有紙シート10’を重ね合せて
加熱押圧すると、熱可塑性樹脂の接着層520が形成さ
れ、紙シート10’を木製基板500上に結合する。得
られた製品は、引火性木製要素の外側面上に紙シートを
接着性樹脂で結合した構造であって、紙シート10’は
その外側面上に層間挿入黒鉛粒子300’を分散されて
いる。火炎に露出すると、層間挿入黒鉛粒子300’が
膨張して、図7に図示の「ウォーム」3000を形成し
て火炎を抑制して基板500を火炎損傷から防止する。
子は本質的に米国特許第5,176,863号に記載の
黒鉛複合体壁体の被覆材の中に使用される層間挿入黒鉛
粒子である。この特許においては、使用される黒鉛は結
晶性炭素であって、炭素が平坦な層面に結合し、層面間
の結合が弱い。天然黒鉛フレーク粒子を例えば硫酸/硝
酸溶液の層間挿入によって処理する事により、黒鉛の結
晶構造が反応して黒鉛と層間挿入物質との化合物を形成
する。このようにして処理された黒鉛粒子を以下におい
て「層間挿入黒鉛粒子」と呼ぶ。高温に露出すると、層
間挿入黒鉛粒子はその初体積の80倍までC方向に、す
なわち黒鉛の結晶面に対して直角方向にアコーデオン状
に膨張する。展開された層間挿入黒鉛粒子は毛虫のよう
な外観を有し、従って一般にウォームと呼ばれる。
常の方法が米国特許第3,404,061号においてシ
ェーンほかによって記載されている。この開示を引例と
する。シェーンほかの方法の代表的な実施法において、
天然黒鉛フレークを例えば硝酸と硫酸の混合物から成る
酸化剤を含む溶液の中に分散する事によって層間挿入す
る。この層間挿入法は業界公知の酸化剤およびその他の
層間挿入剤を含む。その例は酸化剤および酸化性混合
物、例えば、硝酸、塩酸カリウム、クロム酸、過マンガ
ン酸カリウム、クロム酸カリウム、二クロム酸カリウ
ム、過塩素酸、および類似物を含有する溶液、または例
えば濃硝酸と塩酸、クロム酸とリン酸、硫酸と硝酸など
の混合物、または強有機酸、例えばトリフルオロ酢酸と
この有機酸に可溶の強酸化剤との混合物を含む。
よびリン酸と、酸化剤、すなわち硝酸、過塩素酸、クロ
ム酸、過マンガン酸カリウム、過酸化水素、ヨウ素酸ま
たは過ヨウ素酸などとの混合物の溶液である。これより
望ましくないが、層間挿入溶液は、塩化第二鉄または塩
化第二鉄と硫酸との混合物などの金属ハライド、または
臭素の如きハライド、例えば有機溶剤中の臭素と硫酸の
溶液または臭素溶液を含む事ができる。
ークから余分溶液が除去される。水で洗浄した後に、層
間挿入されたフレークを乾燥し、そこで700℃以上、
さらに代表的には1000℃またはこれ以上の温度の火
炎に数秒間だけ露出すると、フレークは80倍またはこ
れ以上に膨張して「ウォーム」状に展開する。
り10乃至50重量部の間に限定する事ができ、このよ
うにして米国特許第4,895,713号に記載のよう
に洗浄段階を省略する事ができる。この特許を引例とす
る。
子は実質的な遅炎特性を有する。これは火炎のような高
温に露出された時の熱伝導率の低下による。このような
熱伝導率の低下は高温における層間挿入黒鉛粒子の膨張
による。展開されていない層間挿入黒鉛粒子の厚さの1
−5倍の厚さの膨張が実現された。
のものである。
ング・ブレンダーの中で、アシュランド 72115W
55 フェノールベース樹脂の4重量%水溶液の中に3
0秒間スラリ化した。天然膨張黒鉛から処理されたフレ
ーク粒子(層間挿入黒鉛粒子)、UCAR グレード
TG−388を添加し、5秒間混合した。混合物から余
分溶液をろ過してケークを形成し、これを60℃でオー
ブン乾燥して水分を除去した。次にこのケークを加熱さ
れたプラテン(60℃)の間において厚さ約0.04イ
ンチの紙状に平坦化した。
れ4、6および8グラムの処理されたフレーク(層間挿
入フレーク)から成り、セルローズ16グラム/紙シー
ト平方フート、また樹脂含有量約2グラム/紙シート平
方フートであった。層間挿入フレークは、50%が40
メッシュ(米国スクリーンシリーズ)を通る粒径の粒状
であった。テストの目的から、これらの紙シートは約1
20℃でプラテン間に押圧する事によって木材、OSB
(配向ストランドボード)または合板に対して結合する
事ができた。
プを火炎の中に保持してその一端(約1/2×3/4イ
ンチの面積)に点火し、燃焼部分を下にして水平および
垂直に保持して火炎の拡大を評価した。
煉瓦によって2×2インチの平方区域に閉じ込められら
3kwhバーナ火炎を阻止するためのシャッターとして
使用した。
ンプルのテスト結果。
おいても急速に点火し燃焼。
に配置すると非常にゆっくり燃焼し、しばしばほとんど
鎮火した。垂直に配置されると燃焼。
に保持すると1/3以下で鎮火、垂直に保持すると約半
分で鎮火。
れの配向に保持しても急速に鎮火。
されたサンプルの3kwバーナの火炎の中でテストされ
た結果。
なされるので、8グラム/平方フートのサンプルは明ら
かに「良好」であり、従ってテストされなかった。
る。また製造された紙は熱間加圧硬化段階で板製品に対
して結合できる。
ートの表面の平面図。
よる紙シートの縁部分を示す拡大端面図。
す断面図。
Claims (9)
- 【請求項1】押圧された層間挿入黒鉛粒子の分散系を含
む押圧されたセルローズ繊維シートにおいて、前記シー
トは一対の対向外側面を有し、これらの外側面の少なく
とも一部が押圧された層間挿入黒鉛粒子から成る事を特
徴とするセルローズ繊維シート。 - 【請求項2】さらにセルローズ繊維と層間挿入黒鉛粒子
とを相互に結合するためにシート中に分散された接着剤
を含有する事を特徴とする請求項1に記載のシート。 - 【請求項3】さらにセルローズ繊維と層間挿入黒鉛粒子
とを相互に結合するためにシート中に分散された熱硬化
性樹脂を含有し、前記樹脂はシートの一方の表面が前記
樹脂によって接触木質面に結合されうる量存在する事を
特徴とする請求項1に記載のシート。 - 【請求項4】前記層間挿入黒鉛粒子の大部分が30乃至
80メッシュ(米国シリーズ)の範囲内の粒径を有する
事を特徴とする請求項1に記載のシート。 - 【請求項5】前記層間挿入黒鉛粒子は厚さ0.006乃
至0.06インチを有するシートの平方フートあたり約
4乃至8グラムの量存在する事を特徴とする請求項1に
記載のシート。 - 【請求項6】押圧された層間挿入黒鉛粒子の分散系を含
む押圧されたセルローズ繊維シートに接着される引火性
面を有する製品において、前記シートは一対の対向面を
有し、これらの面の少なくとも一部が押圧された層間挿
入黒鉛粒子によって形成され、前記面の一方が前記製品
の前記引火性面に接触し、前記面の他方が前記製品の外
側面を成す事を特徴とする製品。 - 【請求項7】前記面が木材である事を特徴とする請求項
6に記載の製品。 - 【請求項8】前記面が配向ストランドボードである事を
特徴とする請求項6に記載の製品。 - 【請求項9】前記面が壁板である事を特徴とする請求項
6に記載の製品。
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