JPS5841307B2 - タイカタイネツセイゴウセイジユシタイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規な無機質組成物を混在せしめた耐火耐熱性
合成樹脂体に関するものである。

合成樹脂に耐火不燃性の無機質の粉粒物または泡状粒子
を添加混入し難燃化を計ることは既知である。

この既知の添加物は硼酸、硅酸またはこれらの金属塩、
硼砂、炭酸カルシウム、シリカ、アルミナ、パーライト
粒、気泡硝子等であって、合成樹脂の耐熱温度以下の温
度に熱せられたとき発泡膨張する性質のものも含まれて
いる。

この発泡膨張性を有する物質の内で例えば硼砂即ち四硼
酸ソーダの半水化物の融点は約７５℃であり且つ発泡開
始温度は１２０〜１６０℃であって比較的低温度にて断
熱性を有する軟質の発泡層を形成するが、この発泡層の
主成分である無水硼砂の融点は約７４０℃であるため火
災時の高熱に充分耐えることを期待できない。

またメタ硼酸ソーえ等も発泡膨張性を有するが、これら
の物質はそれぞれ一定の物性を有しているためその水の
存在下における融点と水の不存在下における融点とを所
望温度に変化させること、および温度変化に追従して常
に充分な発泡膨張を行わせることが不可能なばかりか、
発泡層は一般に高粘度であるため流動性に乏しく、合成
樹脂の表面および内部への拡散、侵入を行わせ合成樹脂
を完全に包被させることができず耐火耐熱性能を完全に
は期待できない等の欠点を有している。

本発明はこのような欠点を除去するため、硼素化合物と
アルカリと水とを混合して得られ、一般式ＸＮａ２Ｏ・
ｙＢ２０３・ｚＨ２０で表わしたとき０．５０≦ｘ ／
ｙ≦１．５０．０．８（ｘ＋ｙ）≦２≦５（ｘ＋ｙ）
なる範囲の組成物（但し硼酸化合物単独の場合を除く）
と合成樹脂とからなる耐火耐熱性合成樹脂体を提供する
ものである。

本発明において使用される硼素化合物としては酸化硼素
、オルト硼酸、メタ硼酸、ピロ硼酸、アルカリ硼酸塩等
の無水物または水化物が例示され、アルカリとしては力
性ソーダ、炭酸ソーダ等の無水物または水化物が例示さ
れ、また水は水化物の結晶水を用いるかまたは特に添加
する。

この場合、硼素化合物およびアルカリは混合して得られ
た塊状物の純度が発泡膨張および流動性にさほど影響を
与えないことから例えば天然の採掘したままの粗原料を
そのまま使用することもできる。

また、硼素化合物とアルカリに水を加えて混合するとき
は常温下で塊状物を生成し、また水化物を用いその結晶
水を利用するときは約５０〜９０℃に加温して混合する
ことによりこれが冷却したときに塊状物を生成する。

この塊状物は一般式 ＸＮａ２０−ｙＢ２０３・ＺＨ２０で表わされる複数種
の反応生成物からなる組成物を主成分として居り、′原
料に含まれる不純物の他に原料と前記組成物との中間生
成物、未反応の原料および結晶水以外の自由水のいずれ
かまたは全部を含有しているものと考えられる。

例えば硼素化合物として硼砂を、またアルカリとして力
性ソーダを使用した場合、これらを水と混合すると反応
熱によってゲル状を呈し冷却したとき塊状に硬化するも
ので、なる式で表わされる反応を行う。

もしこれが化学当量反応であれば、過剰の水の存在下で
上式の右辺はメタ硼酸ソーダ（ＮａＢＯ２・４Ｈ２０）
であるが、配合比を変えることによって前記一般式で表
わされる如きメタ硼酸ソーダ、オルト硼酸ソーダ、ピロ
硼酸ソーダその他各種の硼酸ソーダおよび前述の中間生
成物等が混然一体化した塊状物を生成するものである。

或いは硼素化合物を結晶水または特に添加した水の存在
下で加熱溶解し、これにアルカリを添加混合することに
より塊状物を生成する。

従って、前記一般式で表わされる組成物は一定の物性を
有する単一物質からなるものでないことが明らかであっ
て、Ｎａ２０１Ｂ２０３、Ｈ２Ｏの三つの成分の比率に
よって軟化、溶融温度が変化するため、加熱温度の高低
、温度上昇速度等に応じていかなる加熱条件下でもすぐ
れた流動性と発泡性とを示し、合成樹脂を完全に包被し
て熱と火災とを安定よく遮断する機能を期待できるもの
である。

次にアルカリと水の量が前記の塊状物を破砕して得た粉
粒物の発泡膨張作用に及ぼす影響について述べる。

アルカリは主に発泡膨張の程度に関係があり、化学当量
以上に増量すると発泡膨張の程度が減少する反面発泡層
は耐熱性に富み融点が高いという利点があり、反対に減
量すると化学当量使用の場合を最大にして発泡膨張の程
度が減少すると共に融点が低下するという難点があるの
で実際には化学当量の約１５％の重量の範囲内で増減し
て使用するのがよい。

水は主に発泡膨張の速度に関係があり、増量すると蒸発
熱による温度上昇阻止作用が太き（発泡速度が低下する
傾向があり、従って反対に減量すると発泡膨張が急速度
で行われるが、発泡膨張の程度には殆んど無関係である
。

また、粉粒物に結晶水と自由水とが含有されている場合
、加熱初期に自由水が蒸発し蒸発熱を奪って温度上昇を
妨害し、その後に結晶水が蒸発して発泡開始時刻を遅延
させ、温度上昇の妨害可能な限界を超えたときに発泡膨
張が開始するに至るもので、その後も蒸発熱を奪うため
に比較的緩徐に発泡が進行するのである。

発泡膨張は加熱されたとき水の蒸発温度以下の所定温度
に達したとき一般式ＸＮａ２０−ｙＢ２０３で示される
固形成分が結晶水または自由水に溶解して軟化し、温度
が上昇するに従って軟化現象が粉粒物の粒子の内層部に
進行すると共に表層部の既に軟化している部分の水分が
蒸発してその部分の水分を次第に減少させ、これが成る
水分に達し被膜形成可能な硬度となったとき内層部から
発生する水蒸気によって膨張させられるという現象によ
って行われるもので、内層部においてもそれより深部か
ら発生する水蒸気による発泡膨張が行われ発泡層を形成
するもので、その表面部分は最終的に水分を含有しない
固形部分のみによって形成される被膜で覆われる。

この発泡層を形成する被膜は水に易溶であるため、一旦
冷却して再度加熱され内部或いは外部から水蒸気が供給
されたときこの被膜が溶解軟化すると同時は再び発泡膨
張させられるという反覆性を有して居り、水の供給源が
少くとも内部に存在する限りは発泡層を形成するのであ
る。

これらの場合、水の量が多いと溶解軟化したときその流
動性を増大すると共に温度上昇を抑制して発泡開始時刻
の遅延、発泡速度の低下をもたらすので粉粒物の粒子の
溶解軟化した部分が順次流動して広範囲に拡がり発泡層
を形成するという利点がある。

本発明においては先に述べたように一般式ＸＮａ２０−
ｙＢ２０３・ＺＨ２０で表わしたとき０．５０≦ｘ／ｙ
≦１．５０．０．８ （ｘ ＋ｙ ）≦２≦５（ｘ十ｙ
）なる範囲の組成としたもので、この範囲内にｘ ／
ｙを定めることによって発泡膨張の程度が比較的大きく
且つ耐熱性に比較的すぐれた発泡層を形成する粉粒物が
得られ、またこの範囲内に２を定めることによって塊状
物が相分離し或いは原料混合に支障を来たすことなく作
られ且つ蒸発温度以下の温度で固形成分を溶解軟化させ
ることが可能な水を保有する粉粒物が得られるのであっ
て、この範囲は領域図解図の斜線部分で示されている。

塊状物を破砕した粉粒物は微粉末乃至最大直径２０ミリ
メートル程度の粒子の任意粒度のものとされ、これをそ
のまま或いは適当な粒度のものを選別して使用するが、
粒度の大きい方が発泡膨張が緩徐である。

尚、原料を混合してそのまま所要粒度の粉粒物を硬化形
成することもある。

また、原料として異なる物質を使用して得た粉粒物、ま
たは異なる量を反応させて得た粉粒物の二種以上を適宜
混合して使用することもある。

このような粉粒物を混入する合成樹脂としては、メラミ
ン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ウ
レタン樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエチレン、ポリスチ
レン、アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂のいずれもが用い
られるが、常温硬化型のウレタン樹脂が望ましく、更に
これらの発泡体も用いられることは勿論である。

粉粒物はこの合成樹脂１００重量部に対し約３０〜３０
０重量部の範囲で添加する。

また、本発明では塊状物を生成する際に硅酸塩、燐酸塩
の一種または二種以上を加えることがある。

硅酸塩としては粉末硅酸ソーダ、メタ硅酸ソーダ、水硝
子その他の金属塩が用いられ、これらはアルカリと溶融
して水に可溶の且つ高融点にして硝子質化するアルカリ
硅酸塩となり、またそれ自身発泡性を有すると共に粉粒
物の主成分の一つである酸化硼素と協働して発泡膨張し
た被膜の硝子質化な助ける。

燐酸塩としては第−塩、第二塩、正塩およびこれらの水
化物の内で好ましくはナトリウム塩が用いられ、これら
は発泡性を有すると共に酸化硼素と協働して発泡膨張し
た被膜の硝子質化を助ける。

これらは塊状物を作る硼素化合物とアルカリと水との合
計量１００重量部に対し約２００重量部以下の任意の範
囲で加えるもので、粉粒物の発泡膨張程度の助長、被膜
の硝子質化の補助作用の他に軟化温度の調整を行う。

尚、本発明では水を含んだ硬質乃至ゲル質の物質を塊状
物に含有させることができる。

硬質の物質としては石膏等の無機物質の水化物が用いら
れ、またゲル質の物質としてはポリビニルアルコール、
カルボキシメチルセルロース等の有機物質の水溶液が用
いられる。

先に述べたように水は発泡膨張作用、温度上昇抑制作用
、溶解軟化部分の流動性に重要な関係がある他に、表面
に流出した水蒸気が火炎に遮蔽するという効果をもたら
す反面、過度に用いると液相と固相とに分離して塊状物
が形成されず、これより固形物を得るには更に分離、乾
燥等の処理を施さねばならないという欠点が生じるが、
前記物質は塊状物の生成に際し予め原料に混合すること
により過剰の水を吸収してその生成に影響を与えること
なく充分な量の水分を保有して前記の詩作用を助長する
もので、この物質は塊状物の接着剤としても働く。

この物質は例えばポリビニルアルコールの１５％水溶液
の場合塊状物の原料１００重量部に対し約３００重量部
以下の任意の範囲で加えられるもので、他の物質の場合
も同様である。

このような塊状物を破砕して得た粉粒物は合成樹脂と適
宜の手段で混合し所要の形状に成形し建築物、船舶、工
業設備等の部材として使用するもので、その表面の少く
とも＝部に耐火不燃性の板またはフィルムを積層するこ
ともある。

この場合、硼砂、メタ硼酸ソーダ、硅酸ソーダ等熱によ
り発泡する性質を有する無機物質、水酸化アルミニウム
、アルミナ、硅砂、炭酸ソーダ等熱により発泡しない無
機物質、硝子繊維、石綿等の無機質の短繊維、パーライ
ト粒、気泡硝子等の無機質の泡状粒子その他既知の難燃
化剤等を前記粉粒物と併用することもできる。

以上のように本発明は硼素化合物とアルカリと水とから
生成した特殊な組成物と合成樹脂とからなるもので、組
成物は先に述べた各種硼酸ソーダからなる複数種の反応
生物によって構成され、更に場合により原料、中間生成
物が残存して混入しているため、従来の単一物質のもの
では得られない発泡性能と耐熱性とをいかなる加熱条件
下でもも発揮するものであり、このようにすぐれた発泡
膨張性と耐熱性を有する発泡層を形成する粉粒物によっ
てきわめて信頼性の高い耐火耐熱性を発揮するのである
。

特に前記粉粒物は硼砂、メタ硼酸ソーダ等の既知の物質
に比べ低品位の原料を混合して製造できるため安価に提
供できるばかりか、原料の種類、配合割合、更に粉粒物
の粒度によって発泡膨張の規模、速度を任意に調整でき
ることから、合成樹脂の種類、使用条件に応じた粉粒物
を用いさまざまな温度変化即ち温度上昇速度、加熱温度
の高低に追従して常に充分な発泡膨張を行わせ安定した
発泡層を作って完全な耐火断熱性能を期待できるのであ
る。

次に本発明の試験結果を述べる。

〔試験１〕 一般式ＸＮａ２Ｏ・ｙＢ２０３・ｚＨ２０で表わされる
組成物のｘ／ｙを変化させ発泡状態を観察する。

硼素化合物として酸化硼素、アルカリとして力性ソーダ
を用い、発泡状態は観察により小規模（−）、中規模（
＋）、大規模（＋＋）の判定を行い、耐熱性は被膜の溶
融温度を測定した。

ｘ ／ ｙが０．２５より小さいときおよび１．５０よ
り大きいときいずれも発泡状態は一１耐熱性は５００℃
であった。

また、本発明においてはこの試験結果から発泡性と耐熱
性とを総合判断して０．５０≦ｘ／ｙ≦ 斗＊１．５０
の範囲に規定した。

〔試験２〕 ｘ／ｙ＝１．ｏＯと一定にし 状態を判定した。

２を変化させて発泡 ２が０．８（ｘ＋ｙ）より小さいときは発泡状態は−で
あると共に水分不足のため原料混合に支障があり、５（
ｘ＋ｙ）より大きいときは相分離して塊状物を形成しな
い。

〔試験３〕 硼素化合物として異なるものを用い、アルカリとして力
性ソーダを用いると共にｘ／ｙ＝ １．００１Ｚ＝Ｓと
一定にして組成物の発泡状態を観察した所、発泡速度に
若干の差が認められたがいずれも大規模に発泡した。

組成物は全て〔試験４〕 硼素化合物として酸化硼素を用い、アルカリの種類を変
えると共にｘ／ｙ＝１．ｏｏ、ｚ＝４（ｘ＋ｙ）と一定
にして組成物の発泡状態を観察した。

組成物は全てＮａ２０−Ｂ２Ｏ３・８Ｈ２０で表わされ
る。

〔試験５〕 酸化硼素７０？、−ｈ性７−ダｓｏｙ、水２１６ｔの原
料は水の最大限度１６２グを超過している１が、これに
粉末ポリビニルアルコール５？を添加し常温で攪拌混合
した所、相分離することなく塊状物が得られた。

〔試験６〕 硼素化合物として硼砂、アルカリとして力性ソーダを用
いて作った組成物および比較品として硼砂をそれぞれ硬
質ウレタン樹脂に混合して２２×２２×１．３（ｃｆｒ
Ｌ）の板を作り耐火、耐熱性を試験した。

組成物および硼砂はウレタン樹脂１００（重量部）に添
加する量を変え、板は電熱輻射より３分間予熱し次で都
市ガスバーナによる約９００℃の直火炎で加熱した所次
表の結果を得た。

添加物はいずれも良好に発泡した。

尚、組成物の粒度は７０〜１５０メツシユ、硼砂の粒度
は１００〜１８０メツシユである。

〔試験７〕 ウレタン樹脂と試験６と同一原料からなる組成物、硼砂
とを重量比で１：１の割合で混合し試験６と同一寸法の
板を作り同一条件で加熱したときの表面温度を測定した
所、第２図の結果を得た。

但し、曲線のＡはｘ ／ ｙ ＝ ０．５、Ｚ＝９、Ｂ
はＸ／ｙ＝ １．０、Ｚ＝８、Ｃはｘ ／ ｙ ＝ １
．５、ｚ−１５、Ｄは比較品で硼砂を用いた場合である
。

〔試験８〕 ウレタン樹脂と試験６と同一原料からなる組成物、硼砂
とを混合し試験６と同一寸法の板を作り同一条件で加熱
したときの裏面温度を測定した新築３図の結果を得た。

但し、曲線のＡはｘ／ｙ−※※０．５、Ｚ＝９、ウレタ
ン樹脂と組成物との重量比１：３、ＢはＸ／ｙ＝１．０
．ｚ＝８、重量比１：２．５、ＣはＸ／ｙ＝１．５、ｚ
−１５、重量比１：３、Ｄは比較品で硼砂を重量比で１
：３の割合で用いた場合である。

〔試験９〕 組成物の流動性、発泡性を調べた。

流動性は試料の長さ１６Ｃｒｎの試験管へ入れ加熱軟化
させ水平に対し３０度傾げて管ロヘ達する時間を測定し
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の組成範囲を示す領域図解図第２図およ
び第３図は加熱による温度変化を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 硼素化合物とアルカリと水とを混合して得られ、一
   般式ＸＮａ２０−ｙＢ２０３・ｚＨ２０で表わしたとき
   ０．５０≦ｘ／ｙ≦１．５０．０．８０ （ｘ＋ｙ）≦
   ２≦５（ｘ十ｙ）なる範囲の組成物（但し硼酸化合物単
   独の場合を除く）と合成樹脂とからなることを特徴とす
   る耐火耐熱性合成樹脂体。