KR101227794B1

KR101227794B1 - 내화 배관재

Info

Publication number: KR101227794B1
Application number: KR1020107004422A
Authority: KR
Inventors: 마사시 오까베; 고지 이찌하라; 히데하루 기무라; 도시후미 산니
Original assignee: 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2013-01-29
Also published as: AU2007358402A1; EP2184320A1; US8962115B2; CN101796129A; US20100173109A1; WO2009028057A1; KR20100049091A; EP2184320B1; CA2695842A1; AU2007358402B2; CN101796129B; CA2695842C; EP2184320A4; HK1143174A1

Abstract

본 발명은 배관재 그 자체로 방화 조치가 가능한 시공성이 우수한 내화 배관재를 제공하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 단층 내화 배관재는, 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여, 열 팽창성 흑연 1 내지 10 중량부를 함유시켜 이루어지는 내화성 수지 조성물로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 복층 내화 배관재는 열 팽창성 내화 수지 조성물로 이루어지는 관상의 내화 팽창과, 이 내화 팽창층의 외측 또는 내측의 적어도 어느 한쪽을 피복하는 피복층을 구비하고, 상기 내화 팽창층이 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 열 팽창성 흑연을 1 내지 15 중량부의 비율로 포함하는 내화성 수지 조성물에 의해 형성되고, 상기 피복층이 열 팽창성 내화 재료 비함유의 폴리염화비닐계 수지 조성물로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

내화 배관재{FIRE-RESISTANT PIPING MATERIAL}

본 발명은, 특히 건축물의 구획부에 관통 시공되는 내화성이 우수한 내화 배관재에 관한 것이다.

건축물에는 건물 종류나 사양에 따라서 방화 구획이 정해져 있고, 방화 구획에는 사양에 따라서 건축 기준법에 의해 정해져 있는 내화 구조 또는 준내화 구조의 상재(床材)나 벽재가 이용된다. 건축 기준법에 의해 정해져 있는 내화 구조, 준내화 구조의 상재나 벽재란, 그의 재질, 구조가 국토 교통 장관이 정한 또는 국토 교통 장관의 인정을 받은 것으로, 예를 들면 철근 콘크리트, 철재에 의해서 보강된 콘크리트 블록 또는 연와조 또는 석조, 철재의 양면을 철망 모르타르 또는 콘크리트로 덮은 것, 경량 발포 콘크리트, 프리캐스트 콘크리트판, 합판과 석고 보드 또는 경질 목편 시멘트판 또는 경량 기포 콘크리트 등의 접합 등을 들 수 있다.

한편, 건축물 내에는 배관(전선관, 배수관, 덕트 등)이 설치되지만, 이러한 배관은 상기한 바와 같은 방화 구획을 관통하는 것도 있다.

상기 방화 구획에 배관 등을 관통시키는 관통 구멍(이하, 「구획 관통부」라고 기재함)을 설치한 경우, 화재가 발생하면, 이 구획 관통부를 통해 화재가 발생한 방에서 방화 구획을 사이에 둔 옆방에 불꽃이나 연기가 바로 들어가 단시간에 큰 화재 사고를 초래할 우려가 있다.

그 때문에, 건물 내의 구획 관통부를 관통하는 배관재는 구획 관통 내화 시험에 합격하여, 국토 교통성 인정 또는 소방 평정을 받은 것 밖에 설치할 수 없다고 건축 기준법에 정해져 있다.

따라서, 이 구획 관통부에는 배관을 관통시킨 후, 상기 구획 관통부와 배관과의 사이에 간극이 생기지 않도록, 간극을 불연 재료인 모르타르 등에 의해 폐색하는 방화 조치 공법이 행해지고 있다.

배관재가 금속제인 경우에는 그 자체에 내열성, 불연성을 갖기 때문에 상기한 바와 같이 간극을 불연 재료인 모르타르 등에 의해 폐색하는 것만으로 충분한 효과가 인정되지만, 관의 중량이 무거워지기 때문에 운반시나 시공시의 작업성이 떨어진다는 문제점이 있다.

한편, 배관재가 합성 수지 제조인 경우에는 금속제인 것에 비교하여, 경량으로 취급성이 우수하고, 접합이 간단한 등의 이점이 크지만, 내열성, 내화성이 떨어진다. 그 때문에, 화재시에 배관재가 연소에 의해서 소실되거나, 열 변형하여 구획 관통부와 배관재 사이에 간극이 생기고, 방화 구획의 한쪽측에서 발생한 열, 화염, 연기 등이 다른쪽측으로 도달하여 버릴 우려가 있다.

따라서, 예를 들면, 합성 수지제의 배관재의 외면에 내화 팽창성을 구비한 시트상 피복재를 휘감는 방화 조치 공법이 채용되고 있다. 시트상 피복재를 구성하는 내화성 수지 조성물로서는 염화비닐계 수지에 열 팽창성 흑연, 무기 충전제 및 가소제를 배합함과 동시에, 특정한 인 화합물을 배합한 것(예를 들면, 특허문헌 1 참조)이나, 고무나 열 가소성 엘라스토머나 액상 중합체 등의 베이스 수지에 무기계 팽창제로서 열 팽창성 흑연을 배합함과 동시에, 형태 무너짐 방지용 수지로서 폴리카보네이트 수지나 폴리페닐렌술피드 수지 등을 배합한 것(예를 들면, 특허문헌 2 참조)이 제안되어 있다.

그러나, 상기 시트상 피복재를 이용한 방화 조치 공법의 경우, 일단 합성 수지제의 배관재를 가배관하여, 시트상 피복재를 휘감는 부위의 위치 결정을 행한 후에 시트상 피복재를 배관재에 휘감아 배관재의 지지, 고정을 행하고 나서 개구부를 모르타르로 매립하여 돌아오도록 되어 있기 때문에, 작업 공정수가 많고 시공 시간이 오래 걸리는데다, 시트상 피복재를 배관재에 휘감은 후에는 배관의 위치 조정을 하기 어렵다는 문제가 있다.

따라서, 내화 팽창성을 갖는 수지 조성물을 이용하여 배관재를 직접 제조하면 상기 문제는 해결되는 것이지만, 상기 특허문헌 1의 내화성 수지 조성물의 경우 염화비닐계 수지에 무기 충전제와 가소제가 다량으로 배합되어 있기 때문에, 배관재를 성형한 경우 관으로서 필수적 조건인 기계적 강도가 얻어지지 않는다. 또한, 상기 특허문헌 2의 내화성 수지 조성물의 경우, 베이스 수지로서 고무나 열 가소성 엘라스토머나 액상 중합체 등이 이용되고 있기 때문에, 배관재를 성형한 경우, 상기 특허문헌 1의 내화성 수지 조성물의 경우와 같이, 관으로서 필수적 조건인 기계적 강도가 얻어지지 않는다.

일본 특허 공개 제2006-348228호 공보 일본 특허 제3133683호 공보

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 배관재 그 자체로 방화 조치가 가능한 내화 배관재를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1에 기재된 발명의 단층 내화 배관재는, 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여, 열 팽창성 흑연 1 내지 10 중량부를 함유시켜 이루어지는 내화성 수지 조성물로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 2에 기재된 발명의 단층 내화 배관재는, 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여, pH 1.5 내지 4.0으로 조정된 열 팽창성 흑연 1 내지 10 중량부를 함유시켜 이루어지는 내화성 수지 조성물로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 기재된 발명의 단층 내화 배관재는, 청구항 2에 기재된 발명에 있어서, 청구항 2에 기재된 내화성 수지 조성물이 성형시의 열 안정성을 부여하기 위한 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

청구항 4에 기재된 발명의 단층 내화 배관재는, 청구항 3에 기재된 발명에 있어서, 성형시의 열 안정성을 부여하기 위한 첨가제로서, 납계 안정제, 유기 주석계 안정제, 고급 지방산 금속염으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 1종을 포함하고, 그의 총 첨가 비율이 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 0.3 내지 5.0 중량부인 것을 특징으로 한다.

청구항 5에 기재된 발명의 단층 내화 배관재는, 청구항 4에 기재된 발명에 있어서, 성형시의 열 안정성을 부여하기 위한 첨가제로서 염기성 화합물을 추가로 포함하고, 그의 총 첨가 비율이 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 0.3 내지 5.0 중량부인 것을 특징으로 한다.

청구항 6에 기재된 발명의 단층 내화 배관재는, 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여, 팽창 용적이 100 내지 250(ml/g)의 범위인 열 팽창성 흑연 1 내지 10 중량부를 함유시켜 이루어지는 내화성 수지 조성물로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 7에 기재된 발명의 단층 내화 배관재는, 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여, 1.3배 팽창 온도가 180 ℃ 내지 240 ℃인 열 팽창성 흑연 1 내지 10 중량부를 함유시켜 이루어지는 내화성 수지 조성물로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 8에 기재된 발명의 단층 내화 배관재는, 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상재에 관재(管材)를 관통 시공하고, 관재의 일단부를 상재의 가열측의 면에서 가열측으로 300 mm 노출시키고, 관재의 타단부를 상재의 비가열측의 면에서 비가열측으로 800 mm 노출시킨 상태에서, 상(床) 아래에서 가열하는 내화 시험(ISO834-1에 따름)을 실시했을 때에, 연소 전의 관재의 가열측 단부에서의 관내 단면적을 S1, 연소 후의 관재의 최소 내경부에서의 관내 단면적을 S2로 하면, (S2/S1)×100≤50의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

청구항 9에 기재된 발명은, 열 팽창성 내화 수지 조성물로 이루어지는 관상의 내화 팽창층과, 이 내화 팽창층의 외측 또는 내측의 적어도 어느 한쪽을 피복하는 피복층을 구비하는 복층 내화 배관재로서, 상기 내화 팽창층이 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 열 팽창성 흑연을 1 내지 15 중량부의 비율로 포함하는 내화성 수지 조성물에 의해서 형성되고, 상기 피복층이 열 팽창성 내화 재료 비함유의 폴리염화비닐계 수지 조성물로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 10에 기재된 발명은, 열 팽창성 내화 수지 조성물로 이루어지는 관상의 내화 팽창층과, 이 내화 팽창층의 외측 또는 내측의 적어도 어느 한쪽을 피복하는 피복층을 구비하는 복층 내화 배관재로서, 상기 내화 팽창층이 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 pH 1.5 내지 4.0으로 조정된 열 팽창성 흑연을 1 내지 15 중량부의 비율로 포함하는 내화성 수지 조성물에 의해서 형성되고, 상기 피복층이 열 팽창성 내화 재료 비함유의 폴리염화비닐계 수지 조성물로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 11에 기재된 발명의 복층 내화 배관재는, 청구항 10에 기재된 발명에 있어서, 청구항 10에 기재된 내화성 수지 조성물이 성형시의 열 안정성을 부여하기 위한 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

청구항 12에 기재된 발명의 복층 내화 배관재는, 청구항 11에 기재된 발명에 있어서, 성형시의 열 안정성을 부여하기 위한 첨가제로서, 납계 안정제, 유기 주석계 안정제, 고급 지방산 금속염으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 1종을 포함하고, 그의 총 첨가 비율이 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 0.3 내지 5.0 중량부인 것을 특징으로 한다.

청구항 13에 기재된 발명의 복층 내화 배관재는, 청구항 12에 기재된 발명에 있어서, 성형시의 열 안정성을 부여하기 위한 첨가제로서 염기성 화합물을 추가로 포함하고, 그의 총 첨가 비율이 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 0.3 내지 5.0 중량부인 것을 특징으로 한다.

청구항 14에 기재된 발명은, 열 팽창성 내화 수지 조성물로 이루어지는 관상의 내화 팽창층과, 이 내화 팽창층의 외측 또는 내측의 적어도 어느 한쪽을 피복하는 피복층을 구비한 복층 내화 배관재로서, 상기 내화 팽창층이 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 팽창 용적이 100 내지 250(ml/g)의 범위인 열 팽창성 흑연 1 내지 15 중량부를 함유시켜 이루어지는 내화성 수지 조성물로 구성되고, 상기 피복층이 열 팽창성 내화 재료 비함유의 폴리염화비닐계 수지 조성물로 구성되고, 상기 피복층이 열 팽창성 내화 재료 비함유의 폴리염화비닐계 수지 조성물로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 15에 기재된 발명은, 열 팽창성 내화 수지 조성물로 이루어지는 관상의 내화 팽창층과, 이 내화 팽창층의 외측 또는 내측의 적어도 어느 한쪽을 피복하는 피복층을 구비한 복층 내화 배관재로서, 상기 내화 팽창층이 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 1.3배 팽창 온도가 180 ℃ 내지 240 ℃인 열 팽창성 흑연 1 내지 15 중량부를 함유시켜 이루어지는 내화성 수지 조성물로 구성되고, 상기 피복층이 열 팽창성 내화 재료 비함유의 폴리염화비닐계 수지 조성물로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 16에 기재된 발명의 복층 내화 배관재는, 청구항 9 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상재에 관재를 관통 시공하고, 관재의 일단부를 상재의 가열측의 면에서 가열측으로 300 mm 노출시키고, 관재의 타단부를 상재의 비가열측의 면에서 비가열측으로 800 mm 노출시킨 상태에서, 상 아래에서 가열하는 내화 시험(ISO834-1에 따름)을 실시했을 때에, 연소 전의 관재의 가열측 단부에서의 관내 단면적을 S1, 연소 후의 관재의 최소 내경부에서의 관내 단면적을 S2로 하면,

(S2/S1)100≤50

의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

청구항 17에 기재된 발명의 복층 내화 배관재는, 청구항 9 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 내화 팽창층의 외측 및 내측에 피복층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 열 팽창성 흑연을 1 내지 10 중량부 배합한 이유로서는, 열 팽창성 흑연이 1 중량부 미만이면 연소시에 충분한 열 팽창성이 얻어지지 않아, 관내를 충분히 폐색할 수 없게 되어, 관내를 통하여 열기가 상승하고 내화 성능이 나빠지기 때문이다. 한편, 열 팽창성 흑연이 10 중량부를 초과하면, 가열에 의해 조직이 지나치게 열 팽창하여, 그의 형상을 유지하지 못하고 잔사가 탈락하여, 내화성이 저하되어 버리기 때문이다. 또한, 열 팽창성 흑연의 배합비는 바람직하게는 1 내지 8 중량부이고, 더욱 바람직하게는 2 내지 7 중량부이다.

청구항 9 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 열 팽창성 흑연을 1 내지 15 중량부 배합한 이유로서는, 열 팽창성 흑연이 1 중량부 미만이면 연소시에 충분한 열 팽창성이 얻어지지 않아, 관내를 충분히 폐색할 수 없게 되어, 관내를 통하여 열기가 상승하고 내화 성능이 나빠지기 때문이다. 한편, 열 팽창성 흑연이 15 중량부를 초과하면, 가열에 의해 조직이 지나치게 열 팽창하여, 그의 형상을 유지하지 못하고 잔사가 탈락하여, 내화성이 저하되어 버리기 때문이다. 또한, 열 팽창성 흑연의 배합비는 바람직하게는 1 내지 12 중량부이고, 더욱 바람직하게는 2 내지 10 중량부이다.

본 발명에서 이용되는 열 팽창성 흑연은 천연 비늘상 흑연, 열 분해 흑연, 키쉬 흑연 등의 분말을 진한 황산, 질산, 셀레늄산 등의 무기산과 진한 질산, 과염소산, 과염소산염, 과망간산염, 중크롬산염, 과산화수소 등의 강산화제로 흑연의 층간에 무기산을 삽입하는 산 처리를 하여 얻어지는 탄소의 층상 구조를 유지한 채의 결정 화합물이다.

또한, pH 1.5 내지 4.0으로 조정된 열 팽창성 흑연은 상기한 산 처리를 한 후, pH 조정하여 얻어진다. 열 팽창성 흑연의 pH 조정 방법은 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로 상기한 바와 같이, 원료 흑연의 층간에 무기산을 삽입하는 산 처리를 한 상태에서는 pH 1 이하로 되어 있기 때문에, 예를 들면 산 처리 후의 흑연을 물로 세정하여, 흑연의 표면에 잔존하는 산을 제거한 후, 건조시키는 방법을 들 수 있다. 즉, 열 팽창성 흑연의 pH를 상승시키기 위해서는 수세와 건조를 반복할 수 있다.

청구항 2 내지 청구항 5, 청구항 10 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 산성으로 조정된 열 팽창성 흑연을 이용하는 이유로서는 폴리염화비닐계 수지가 산 존재하에서 염화수소 이탈 반응을 반복하고, 난연성의 탄화물을 생성하는 성질을 이용하여 연소시에 폴리염화비닐 수지를 효과적으로 탄화시켜, 연소를 억제함으로써 내화 성능을 향상시키는 데에 있다. 그러나, 열 팽창성 흑연의 pH가 1.5 미만이면, 산성이 너무 강하여 성형 장치의 부식 등을 야기할 우려가 있다. 한편, 열 팽창성 흑연의 pH가 4.0을 초과하면, 폴리염화비닐계 수지의 탄화 촉진 효과가 약해져, 충분한 내화 성능이 얻어지지 않을 우려가 있다. 따라서, pH 1.5 내지 4.0으로 조정된 열 팽창성 흑연을 이용하는 것으로 하였다.

청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 기재된 발명에서 이용되는 폴리염화비닐계 수지로서는, 예를 들면 폴리염화비닐단독 중합체; 염화비닐 단량체와, 상기 염화비닐 단량체와 공중합 가능한 불포화 결합을 갖는 단량체와의 공중합체; 염화비닐 이외의 (공)중합체에 염화비닐을 그래프트 공중합한 그래프트 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 사용될 수도 있고, 2종 이상이 병용될 수도 있다. 또한, 필요에 따라서 상기 폴리염화비닐계 수지를 염소화할 수도 있다.

상기 염화비닐 단량체와 공중합 가능한 불포화 결합을 갖는 단량체로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌 등의 α-올레핀류; 아세트산비닐, 프로피온산비닐 등의 비닐에스테르류; 부틸비닐에테르, 세틸비닐에테르 등의 비닐에테르류; 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, 부틸아크릴레이트 등의 (메트)아크릴산에스테르류; 스티렌, α-메틸스티렌 등의 방향족 비닐류; N-페닐말레이미드, N-시클로헥실말레이미드 등의 N-치환 말레이미드류 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 사용될 수도 있고, 2종 이상이 병용될 수도 있다.

상기 염화비닐을 그래프트 공중합하는 (공)중합체로서는 염화비닐을 그래프트 (공)중합하는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 에틸렌-아세트산비닐-일산화탄소 공중합체, 에틸렌-에틸아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-부틸아크릴레이트-일산화탄소 공중합체, 에틸렌-메틸메타크릴레이트 공중합체, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체, 폴리우레탄, 염소화폴리에틸렌, 염소화폴리프로필렌 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 사용될 수도 있고, 2종 이상이 병용될 수도 있다.

상기 폴리염화비닐계 수지의 평균 중합도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 작아지면 성형체의 물성 저하가 발생하고, 커지면 용융 점도가 높아져 성형이 곤란해지기 때문에 400 내지 1600이 바람직하고, 600 내지 1400이 특히 바람직하다. 또한, 상기 평균 중합도란, 복합 염화비닐계 수지를 테트라히드로푸란(THF)에 용해시켜, 여과에 의해 불용 성분을 제거한 후, 여액 중의 THF를 건조 제거하여 얻은 수지를 시료로 하고, JIS K-6721 「염화비닐 수지 시험 방법」에 준거하여 측정한 평균 중합도를 의미한다.

상기 폴리염화비닐계 수지의 중합 방법은 특별히 한정되지 않으며, 종래 공지된 임의의 중합 방법이 채용될 수 있고, 예를 들면 괴상 중합 방법, 용액 중합 방법, 유화 중합 방법, 현탁 중합 방법 등을 들 수 있다.

상기 폴리염화비닐계 수지의 염소화 방법으로서는 특별히 한정되지 않으며, 종래 공지된 염소화 방법이 채용될 수 있고, 예를 들면 열 염소화 방법, 광 염소화 방법 등을 들 수 있다.

상기 폴리염화비닐계 수지는 모두, 수지 조성물로서의 내화 성능을 저해하지 않는 범위에서 가교, 변성하여 이용할 수도 있다. 이 경우, 미리 가교, 변성한 수지를 이용할 수도 있고, 첨가제 등을 배합할 때에 동시에 가교, 변성할 수도 있고, 또는 수지에 상기 성분을 배합한 후에 가교, 변성할 수도 있다. 상기 수지의 가교 방법에 대해서도 특별히 한정은 없고, 폴리염화비닐계 수지의 통상의 가교 방법, 예를 들면 각종 가교제, 과산화물을 사용하는 가교, 전자선 조사에 의한 가교, 수가교성 재료를 사용한 방법 등을 들 수 있다.

청구항 4 또는 청구항 12에 기재된 발명에 있어서, 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여, 납계 안정제, 유기 주석계 안정제, 고급 지방산 금속염으로 이루어지는 군의 총 첨가 비율을 0.3 내지 5.0 중량부로 한 이유는, 납계 안정제, 유기 주석계 안정제, 고급 지방산 금속염으로 이루어지는 군의 총 첨가 비율이 0.3 중량부 미만이면, 성형시에 있어서의 폴리염화비닐계 수지의 열 안정성이 확보되기 어렵고, 성형 중에 탄화물이 나오기 쉬워져 버리는 우려가 있기 때문이다. 한편, 납계 안정제, 유기 주석계 안정제, 고급 지방산 금속염으로 이루어지는 군의 총 첨가 비율이 5.0 중량부를 초과하면, 연소시에 있어서의 폴리염화비닐계 수지의 탄화 촉진을 저해하게 되어, 충분한 내화 성능이 얻어지지 않을 우려가 있기 때문이다.

상기 납계 안정제로서는, 예를 들면 연백, 염기성 아황산연, 삼염기성 황산납, 이염기성 아인산연, 이염기성 프탈산연, 삼염기성 말레산연, 실리카 겔 공침 규산연, 이염기성 스테아르산납, 스테아르산납, 나프텐산연을 들 수 있다.

또한, 상기 유기 주석계 안정제로서는, 예를 들면 디부틸주석머캅토, 디옥틸주석머캅토, 디메틸주석머캅토 등의 머캅티드류; 디부틸주석말레이트, 디부틸주석말레이트, 디옥틸주석말레이트, 디옥틸주석말레이트 중합체 등의 말레이트류; 디부틸주석머캅토, 디부틸주석라우레이트, 디부틸주석라우레이트 중합체 등의 카르복실레이트류를 들 수 있다.

또한, 상기 고급 지방산 금속염(금속 비누)으로서는, 예를 들면 스테아르산리튬, 스테아르산마그네슘, 스테아르산칼슘, 라우르산칼슘, 리시놀산칼슘, 스테아르산스트론튬, 스테아르산바륨, 라우르산바륨, 리시놀산바륨, 스테아르산카드뮴, 라우르산카드뮴, 리시놀산카드뮴, 나프텐산카드뮴, 2-에틸헥소인산카드뮴, 스테아르산아연, 라우르산아연, 리시놀산아연, 2-에틸헥소인산아연, 스테아르산납, 이염기성 스테아르산납, 나프텐산연을 들 수 있다.

청구항 5 또는 청구항 13에 기재된 발명에 있어서, 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 염기성 화합물의 첨가 비율을 0.3 내지 5.0 중량부로 한 이유는, 염기성 화합물의 첨가 비율이 0.3 중량부 미만이면, 성형시에 있어서의 폴리염화비닐계 수지의 열 안정성이 확보되기 어렵고, 성형 중에 탄화물이 나오기 쉬워져 버리는 우려가 있기 때문이다. 한편, 염기성 화합물의 첨가 비율이 5.0 중량부를 초과하면, 연소시에 있어서의 폴리염화비닐계 수지의 탄화 촉진을 저해하게 되어, 충분한 내화 성능이 얻어지지 않을 우려가 있기 때문이다.

상기 염기성 화합물로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 탄산칼슘, 규산칼슘, 수산화칼슘, 산화칼슘, 탄산마그네슘, 수산화마그네슘, 산화마그네슘, 탄산바륨, 수산화알루미늄, 산화아연, 수산화아연, 산화철을 들 수 있다.

청구항 6 또는 청구항 14에 기재된 발명에 있어서, 열 팽창성 흑연의 팽창 용적이란, 열 팽창 후에 있어서의 열 팽창성 흑연 1 g 당의 용적의 것이다.

그리고, 열 팽창성 흑연의 팽창 용적은 이하의 방법에 의해 구해진다.

1) 시료 1 g을 사전에 가열로 내에서 20분 이상 가열한 500 cc의 비이커에 넣고, 가열로(노내 온도: 1000 ℃) 내에서 가열한다.

2) 30초 경과 후, 가열로 내에서 비이커를 취출한다.

3) 비이커 내의 시료를 실온까지 냉각한다.

4) 팽창 후의 시료의 중량과 용적을 측정한다.

5) (팽창 후의 시료의 용적)/(팽창 후의 시료의 중량)을 산출한다.

열 팽창성 흑연의 팽창 용적은 열 팽창성 흑연의 층간 화합물의 종류나 양, 열 팽창성 흑연 자체의 입경에 의존하여 변화하는 양이고, 내화성을 발현시키기 위해서 매우 중요한 인자가 된다.

청구항 6 또는 청구항 14에 기재된 발명에 있어서, 열 팽창성 흑연의 팽창 용적을 100 내지 250(ml/g)으로 한 이유로서는, 열 팽창성 흑연의 팽창 용적이 100(ml/g) 미만이면, 팽창 용적이 작고 충분한 내화성을 발현할 수 없고, 내화성을 올리기 위해서 대량의 열 팽창성 흑연을 첨가할 필요가 있어, 물성이나 성형성 등에 문제점이 생길 우려가 있기 때문이다. 한편, 열 팽창성 흑연의 팽창 용적이 250(ml/g)을 초과하면, 가열에 의해 조직이 지나치게 열 팽창하여, 그의 형상을 유지하지 못하고 잔사가 탈락하여, 내화성이 저하되어 버릴 우려가 있기 때문이다. 또한, 열 팽창성 흑연의 팽창 용적은 바람직하게는 120 내지 230(ml/g)이고, 더욱 바람직하게는 140 내지 220(ml/g)이다.

청구항 7 또는 청구항 15에 기재된 발명에 있어서, 열 팽창성 흑연의 1.3배 팽창 온도란, 가열로 내를 일정 온도로 하여, 열 팽창성 흑연의 시료를 30분 가열한 후의 열 팽창성 흑연의 팽창 배율이 1.3 이상이 되는 온도이다.

또한, 팽창 배율=(가열 후의 시료의 부피/가열 전의 시료의 부피)이다.

또한, 성형시의 수지 온도란, 수지의 용융시의 최고 온도를 말하는 것으로 한다.

청구항 7 또는 청구항 15에 기재된 발명에 있어서, 열 팽창성 흑연의 1.3배 팽창 온도가 180 ℃ 내지 240 ℃인 이유는, 열 팽창성 흑연의 1.3배 팽창 온도가 180 ℃ 미만이면, 성형 중에 열 팽창성 흑연이 팽창하여 버리는 경우가 있고, 관의 외관 불량을 야기하기 때문에, 연소시의 내화성이 저하되어 버릴 우려가 있기 때문이다. 한편, 열 팽창성 흑연의 1.3배 팽창 온도가 240 ℃를 초과하면, 성형 중에 열 팽창성 흑연의 팽창이 개시되어 버릴 우려는 없지만, 연소시에 있어서 폴리염화비닐계 수지의 열 분해(발포)가 진행되어 폴리염화비닐계 수지의 유연성이 저하되어 버린 후에, 열 팽창성 흑연이 팽창하기 때문에 폴리염화비닐계 수지가 열 팽창성 흑연의 팽창에 견뎌내지 못하게 되어, 조각 조각으로 붕괴되어 버리는 경우가 있기 때문이다.

청구항 8 또는 청구항 16에 기재된 발명에 있어서의 내화 시험은, 2000년 6월 1일에 시행된 개정 건축 기준법에 기초하는 방화 구획 등을 관통하는 관의 성능 시험의 평가 방법에 따라, 상재에는 건축 기준법에 의해서 정해지고 있는 내화 구조, 준내화 구조의 상재인 PC(프리캐스트 콘크리트)판(길이 600 mm, 폭 1200 mm, 두께 100 mm)을 사용하였다.

사용되는 상재로서는, 상기 PC판 외에

예를 들면

1) 구조용 합판(두께 12 mm) 위에 석고 보드(두께 9.5 mm)를 깔고, 하면에 강화 석고 보드(두께 15 mm)를 깔은 목제 패널 제조의 부재

2) 구조용 합판(두께 12 mm) 위에 석고 보드(두께 12.5 mm)를 깔고, 하면에 강화 석고 보드(두께 12.5 mm)를 2장 깔은 목제 패널 제조의 부재

3) 두께 100 mm 이상의 경량 발포 콘크리트(ALC)판

4) 두께 70 mm 이상의 프리캐스트 콘크리트(PC)판

등이 이용되지만, 특히 두께 100 mm 이상의 ALC판, PC판이 바람직하다.

배관재와 구획 관통부의 간극은 모르타르로 폐색하였다. 배관재는 일단부를 상재의 가열측 면에서 가열측으로 300 mm 노출시키고, 배관재의 타단부를 상재의 비가열측의 면에서 비가열측으로 800 mm 노출시켰다.

또한, 내화 시험로는 상재의 한쪽면을 가열할 수 있는 구조의 것으로 하여, 상재의 가열측의 한쪽면을 시험면으로 했을 때에, ISO834-1의 규정에 따라 하기의 수학식 1에 기초하는 온도의 시간적 변화를 상재의 시험면의 전면에 거의 한결같이 부여하는 것으로 하였다.

즉, 내화 시험로에 노내 온도를 측정하기 위한 열전쌍(이하, 「노내 열전쌍」이라 함)의 열 접점 1 내지 10개를 상재의 시험면에 대하여 균등하게 배치되도록, 상재로부터 100 내지 300 mm 떨어진 위치에 설치하였다.

그리고, ISO834-1의 규정에 따라, 열전쌍에 의해서 측정한 온도(이하, 「가열 온도」라고 함)의 시간 경과가 하기의 수학식 1로 표시되는 수치가 되도록, 내화 시험로를 가열하였다.

상기 수학식 1에 있어서, T는 평균 노내 온도(℃), t는 시험의 경과 시간(분)으로 한다. 또한, 온도 측정은 1분 이내마다 행하는 것으로 하였다.

또한, 연소 전의 관재의 가열측 단부에서의 관내 단면적 (S1)은 내화 시험 개시 전에 관재의 내치수를 적어도 2방향 이상으로 측정하여, 평균 내경을 낸 후, 관내 단면적 (S1)을 산출한다.

연소 후의 관재의 최소 내경부에서의 관내 단면적 (S2)는 내화 시험 개시 후, 구획 관통부와 배관재의 간극에서 비가열측으로 연기가 나온 시점에서, 내화 시험로의 연소를 정지한 후 바로 상재 패널을 내화로로부터 떼어내고, 관이 냉각된 후에 폐색된 관의 가열측에서 관찰하여, 투영 면적을 (S2)로 한다. S2의 측정 방법으로서는 이하와 같이 다양한 것을 들 수 있다.

ㆍ가열측에서 관찰한 사진을 이용한 화상 해석하는 방법

ㆍ투영부를 종이에 스케치하고, 스케치한 부분을 오려 내어 무게를 측정하고, 이미 단위 면적당의 무게를 알고 있는 종이의 값으로부터 비례 계산으로 산출하는 방법

연기가 2시간 나오지 않은 경우에는 2시간 후에 시험을 정지하여, 상기한 방법으로 측정한다.

청구항 8 또는 청구항 16에 기재된 발명에 있어서, (S2/S1)×100의 수학식으로부터 얻어지는 값은 연소 후의 관내 단면적 비율(％)을 나타내고 있다. 청구항 8 또는 청구항 16에 기재된 발명에 있어서, 관내 단면적 비율을 50％ 이하로 규정한 이유로서는, 관내 단면적 비율이 50％를 초과하면 연소 후의 관내 관통부를 효과적으로 폐색할 수 없어, 원하는 내화 성능이 얻어지지 않을 우려가 있기 때문이다.

또한, 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 기재된 발명에는, 그의 물성을 손상시키지 않는 범위에서 난연제, 안정제, 윤활제, 가공 보조제, 충격 개질제, 내열 향상제, 산화 방지제, 광 안정제, 자외선 흡수제, 안료, 가소제, 열 가소성 엘라스토머 등의 첨가제가 첨가되어 있을 수도 있다.

상기 난연제로서는 연소시의 난연성을 높이기 위한 것이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 등의 수산화물, 히드로탈사이트, 이산화안티몬, 삼산화안티몬, 오산화안티몬 등의 산화안티몬, 삼산화몰리브덴, 이황화몰리브덴, 암모늄몰리브덴 등의 몰리브덴 화합물, 테트라브로모비스페놀 A, 테트라브롬에탄, 테트라브롬에탄, 테트라브롬에탄 등의 브롬계 화합물, 트리페닐포스페이트, 암모늄폴리포스페이트 등의 인계 화합물, 붕산칼슘, 붕산아연 등을 들 수 있지만, 폴리염화비닐의 연소 억제 효과로서는 삼산화안티몬이 특히 바람직하다. 안티몬 화합물은 할로겐계 화합물의 존재하에서는 고온 조건하에 할로겐화안티몬 화합물을 만들어서 연소 사이클을 억제시키는 효과가 매우 강하고, 상승 효과가 현저하기 때문이다.

난연제를 병용함으로써, 연소시에 있어서 열 팽창성 흑연의 팽창에 의한 단열 효과와 난연제에 의한 연소 지연 효과가 상승 효과를 발휘하여, 보다 효율적으로 내화 성능을 향상시킬 수 있다. 난연제의 첨가 부수는 특별히 한정되지 않지만, 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 1 중량부 이상 20 중량부 이하, 첨가되어 있는 것이 바람직하다. 난연제가 1 중량부 미만이면, 충분한 상승 효과가 얻어지기 어려운 경우가 있고, 난연제가 20 중량부를 초과하여 첨가되면, 성형성이나 물성이 현저히 저하되어 버리는 우려가 있기 때문이다.

상기 안정제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 열 안정제, 열 안정화 보조제 등을 들 수 있다. 상기 열 안정제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 디부틸주석머캅토, 디옥틸주석머캅토, 디메틸주석머캅토, 디부틸주석머캅토, 디부틸주석말레이트, 디부틸주석말레이트 중합체, 디옥틸주석말레이트, 디옥틸주석말레이트 중합체, 디부틸주석라우레이트, 디부틸주석라우레이트 중합체 등의 유기 주석계 안정제; 스테아르산납, 이염기성 아인산연, 삼염기성 황산납 등의 납계 안정제; 칼슘-아납계 안정제; 바륨-아납계 안정제; 바륨-카드뮴계 안정제 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.

상기 열 안정화 보조제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 에폭시화 대두유, 인산에스테르, 폴리올, 히드로탈사이트, 제올라이트 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.

상기 윤활제로서는 내부 윤활제, 외부 윤활제를 들 수 있다.

내부 윤활제는 성형 가공시의 용융 수지의 유동 점도를 내려, 마찰 발열을 방지하는 목적으로 사용된다. 상기 내부 윤활제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 부틸스테아레이트, 라우릴알코올, 스테아릴알코올, 에폭시 대두유, 글리세린모노스테아레이트, 스테아르산, 비스아미드 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.

상기 외부 윤활제는 성형 가공시의 용융 수지와 금속면과의 슬립 효과를 올리는 목적으로 사용된다. 외부 윤활제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 파라핀 왁스, 폴리올레핀 왁스, 에스테르 왁스, 몬탄산 왁스 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.

상기 가공 보조제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 중량 평균 분자량 10만 내지 200만의 알킬아크릴레이트-알킬메타크릴레이트 공중합체 등의 아크릴계 가공 보조제 등을 들 수 있다. 상기 아크릴계 가공 보조제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 n-부틸아크릴레이트-메틸메타크릴레이트 공중합체, 2-에틸헥실아크릴레이트-메틸메타크릴레이트-부틸메타크릴레이트 공중합체 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.

상기 충격 개질제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 메타크릴산메틸-부타디엔-스티렌 공중합체(MBS), 염소화폴리에틸렌, 아크릴 고무 등을 들 수 있다.

상기 내열 향상제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 α-메틸스티렌계, N-페닐말레이미드계 수지 등을 들 수 있다.

상기 산화 방지제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 페놀계 항산화제 등을 들 수 있다.

상기 광 안정제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 힌더드 아민계 등의 광 안정제 등을 들 수 있다.

상기 자외선 흡수제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 살리실산에스테르계, 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 시아노아크릴레이트계 등의 자외선 흡수제 등을 들 수 있다.

상기 안료로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 아조계, 프탈로시아닌계, 스렌계, 염료 레이크계 등의 유기 안료; 산화물계, 크롬산 몰리브덴계, 황화물ㆍ셀레늄화물계, 페로시아닌 화물계 등의 무기 안료 등을 들 수 있다.

또한, 상기 폴리염화비닐계 수지에는 가소제가 첨가되어 있을 수도 있지만, 성형품의 내열성이나 내화성을 저하시키는 경우가 있기 때문에, 다량으로 사용하는 것은 그다지 바람직하지 않다.

상기 가소제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 디부틸프탈레이트, 디-2-에틸헥실프탈레이트, 디-2-에틸헥실아디페이트 등을 들 수 있다.

상기 열 가소성 엘라스토머로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 아크릴니트릴-부타디엔 공중합체(NBR), 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(EVA), 에틸렌-아세트산비닐-일산화탄소 공중합체(EVACO), 염화비닐-아세트산비닐 공중합체나 염화비닐-염화비닐리덴 공중합체 등의 염화비닐계 열 가소성 엘라스토머, 스티렌계 열 가소성 엘라스토머, 올레핀계 열 가소성 엘라스토머, 우레탄계 열 가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열 가소성 엘라스토머, 폴리아미드계 열 가소성 엘라스토머 등을 들 수 있다. 이들 열 가소성 엘라스토머는 단독으로 이용될 수도 있고, 2종 이상이 병용될 수도 있다.

상기 첨가제를 상기 폴리염화비닐계 수지에 혼합하는 방법으로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 핫 블렌드에 의한 방법, 콜드 블렌드에 의한 방법 등을 들 수 있다.

본 발명의 내화 배관재로서는, 예를 들면 내화관이나 내화관 이음매를 들 수 있다. 또한, 본 발명의 내화 배관재는 일반적으로 이용되는 압출 성형기나 사출 성형기에 의해서 성형된다. 성형기의 종류나 스크류 형상 등은 특별히 한정되지 않으며, 인장 강도나 충격을 고려하여 충분히 혼련할 수 있는 것이면 되지만, 연속 성형 가능한 압출 성형기가 바람직하다.

청구항 1에 기재된 발명의 단층 내화 배관재는, 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 열 팽창성 흑연 1 내지 10 중량부를 함유시켜 이루어지는 내화성 수지 조성물로 구성되어 있기 때문에, 성형성이 우수하고, 예를 들면 사출 성형이나 압출 성형 등에 의해서 높은 치수 정밀도로 연속적으로 생산할 수 있다.

또한, 폴리염화비닐계 수지는 자기 소화성을 갖고 있기 때문에, 연소 속도의 지연이 효과적으로 행해져, 연소시의 화염의 전파 속도를 억제할 수 있다. 게다가, 연소 초기에 발포하기 때문에, 열 팽창성 흑연이 팽창되기 쉽다는 이점도 있다.

또한, 열 팽창성 흑연은 그것 자체가 불타기 어렵고, 또한 열에 의해 팽창하여 단열 효과가 발현하기 때문에, 연소 속도의 지연이 보다 한층 효과적으로 행해진다.

따라서, 본 발명의 단층 내화 배관재는 그것 자체가 우수한 내화 팽창성을 구비하고 있고, 연소시에는 배관재 자체가 팽창함과 동시에, 연소 속도의 지연 효과를 발휘하여 구획 관통부에서 구획된 다른 측으로 화염이나 연기가 퍼지는 것을 저지할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명의 단층 내화 배관재는, 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 pH 1.5 내지 4.0으로 조정된 열 팽창성 흑연 1 내지 10 중량부를 함유시켜 이루어지는 내화성 수지 조성물로 이루어지는 내화 팽창층을 구비하고 있기 때문에, 이하의 우수한 효과를 갖는다.

즉, 본 발명의 단층 내화 배관재는 pH 1.5 내지 4.0으로 조정된 열 팽창성 흑연이 배합되어 있기 때문에, 연소시에는 열 팽창성 흑연의 층간에 삽입되어 있는 산 뿐만 아니라, 열 팽창성 흑연의 표면에 남아 있는 산도 방출된다. 따라서, 중화 처리된 열 팽창성 흑연에 비교하여, 산의 방출량이 많고, 폴리염화비닐계 수지의 염화수소 이탈 반응이 활발해져, 연소시에 있어서의 폴리염화비닐계 수지의 탄화를 효과적으로 진행시킬 수 있다. 그 결과, 연소시에는 팽창된 열 팽창성 흑연과 폴리염화비닐계 수지의 탄화물이 강력하게 조합되어 생긴 잔사에 의해서, 관의 가열측 단부를 확실하게 폐색할 수 있다.

게다가, 열 팽창성 흑연의 pH가 1.5 내지 4.0의 범위이기 때문에, 배관재를 성형하기 위한 성형 장치를 손상시킬 우려도 없다.

청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 2에 기재된 발명에 있어서, 청구항 2에 기재된 내화성 수지 조성물이 성형시의 열 안정성을 부여하기 위한 첨가제를 포함하기 때문에, 성형시에 있어서의 폴리염화비닐계 수지의 염화수소 이탈 반응이 억제되어, 성형시에 있어서의 수지의 열화나 탄화를 방지할 수 있다.

청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 3에 기재된 발명에 있어서, 성형시의 열 안정성을 부여하는 첨가제가 납계 안정제, 유기 주석계 안정제, 고급 지방산 금속염, 염기성 화합물로 이루어지는 군의 적어도 어느 1종을 포함하고, 그의 총 첨가 비율이 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 0.3 내지 5.0 중량부이기 때문에, 이하의 1) 내지 4) 중 어느 하나의 기능에 의해서 성형시에 있어서의 폴리염화비닐계 수지의 염화수소 이탈 반응이 억제되어, 성형시의 수지의 열화나 탄화를 방지할 수 있다.

1) 염화수소의 포착, 중화

2) 염소 원자와의 치환

3) 라디칼의 포착, 실활

4) 공액 이중 결합의 고립

또한, 납계 안정제, 유기 주석계 안정제, 고급 지방산 금속염은 성형시의 열 안정성을 부여하는 다른 첨가제에 비교하여, 보다 한층 성형시의 열 안정성이 우수하기 때문에, 제품의 수율이 좋아, 압출 성형시의 롱런성도 우수하다.

또한, 납계 안정제, 유기 주석계 안정제, 고급 지방산 금속염은 소량이라도 성형 안정성을 발휘하기 때문에, 성형시의 열 안정성을 부여하는 다른 첨가제에 비교하여 폴리염화비닐계 수지에 대한 첨가 비율이 적어도 되고, 관의 인장 강도나 내화성이 저하되기 어렵다.

청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 4에 기재된 발명에 있어서, 성형시의 열 안정성을 부여하기 위한 첨가제로서 염기성 화합물을 추가로 포함하고, 그의 총 첨가 비율이 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 0.3 내지 5.0 중량부이기 때문에, 보다 확실하게 성형시의 열 안정성, 관의 인장 강도, 및 내화성을 확보할 수 있다.

청구항 6에 기재된 발명의 단층 내화 배관재는, 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여, 팽창 용적이 100 내지 250(ml/g)의 범위인 열 팽창성 흑연 1 내지 10 중량부를 함유시켜 이루어지는 내화성 수지 조성물로 구성되어 있기 때문에, 연소시에는 열 팽창성 흑연이 효과적으로 팽창하므로, 잔사의 형상 유지성이 우수하다. 또한, 폴리염화비닐계 수지가 탈염산을 반복하고, 폴리염화비닐계 수지의 탄화가 촉진됨으로써 강고한 잔사를 형성하기 때문에, 열 팽창성 흑연과의 상승 효과에 의해서 연소 속도의 우수한 지연 효과가 얻어진다.

청구항 7에 기재된 발명의 단층 내화 배관재는, 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여, 1.3배 팽창 온도가 180 ℃ 내지 240 ℃인 열 팽창성 흑연 1 내지 10 중량부를 함유시켜 이루어지는 내화성 수지 조성물로 구성되어 있기 때문에, 열 팽창성 흑연이 1.3배 팽창 온도에 도달하더라도, 폴리염화비닐계 수지의 용융ㆍ열 분해(발포)는 진행되지 않고, 폴리염화비닐계 수지의 신장 점도가 유지되고 있다. 그 때문에, 열 팽창성 흑연의 팽창에 아울러, 폴리염화비닐계 수지가 효과적으로 신장하여, 내화 팽창층이 형성된다. 이어서, 폴리염화비닐계 수지가 탄화하기 때문에, 열 팽창성 흑연을 대량으로 배합하지 않더라도, 매우 우수한 내화성을 발현할 수 있다.

청구항 8에 기재된 발명의 단층 내화 배관재는, 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상재에 관재를 관통 시공하고, 관재의 일단부를 상재의 가열측의 면에서 가열측으로 300 mm 노출시키고, 관재의 타단부를 상재의 비가열측의 면에서 비가열측으로 800 mm 노출시킨 상태에서, 상 아래에서 가열하는 내화 시험(ISO834-1에 따름)을 실시했을 때에, 연소 전의 관재의 가열측 단부에서의 관내 단면적을 S1, 연소 후의 관재의 최소 내경부에서의 관내 단면적을 S2로 하면, (S2/S1)×100≤50의 관계를 만족시키기 때문에, 연소시에는 관내 단면적이 연소 전의 관내 단면적 S1의 50％ 이하가 된다.

그 결과, 본 발명의 단층 내화 배관재를 상면(床面)에 관통시킨 경우에는 상하면(床下面)에서 1000 ℃ 이상의 열이 가해져도, 상하면에서 잔사가 탈락하지 않고, 관을 폐색하는 것에 가까운 상태가 장시간 계속된다. 즉, 연소시에 관내 단면적이 작아짐으로써, 관내를 열기가 상승하는 것을 방지하여, 상면에 대하여 비가열측의 배관재의 온도 상승을 완화할 수 있기 때문에, 배관재가 연소하기 시작하거나, 배관재가 연화하여 모르타르 계면과의 간극이 생겨 비가열측으로 발연하기도 하는 것을 방지할 수 있고, 차염성, 차열성, 차연성이 향상된다.

이와 같이, 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 발명에 따른 단층 내화 배관재는 그 자체가 우수한 내화 팽창성을 구비하고 있고, 연소시에는 배관재 자체가 팽창함과 동시에, 연소 속도의 지연 효과를 발휘하여, 구획 관통부에서 구획된 다른 측으로 화염이나 연기가 퍼지는 것을 저지할 수 있다. 그 때문에, 종래와 같이, 배관재의 주위에 다른 내화 부재를 설치할 필요가 없다.

또한, 시공시의 가배관시에 위치 확인을 위해 마킹하는 등의 작업이 불필요하게 되고, 단순히 구획 관통부에 상기 단층 내화 배관재를 삽입 관통시키는 것만으로 되기 때문에, 작업을 대폭 경감할 수 있고, 현장 시공성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 단층 내화 배관재는 염화비닐 수지제 파이프의 외주에 섬유 강화 모르타르를 피복한, 이른바 내화 2층관에 비해 관 외경이 커지지 않기 때문에, 관통구를 복수 설치하는 경우에 각 관통구의 간격을 작게 취할 수 있는데다 상 아래에 배관하는 경우에 경사를 취하기 쉽다는 것 등, 획기적으로 시공성이 향상된다.

청구항 9 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 기재된 발명의 복층 내화 배관재는, 내화 팽창층의 외측 또는 내측의 적어도 어느 한쪽에, 열 팽창성 흑연 비함유의 폴리염화비닐계 수지 조성물로 형성된 피복층을 구비하고 있기 때문에, 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 발명의 효과에 더하여, 보다 한층 성형성이 우수하고, 예를 들면 사출 성형이나 압출 성형 등에 의해서 높은 치수 정밀도로 연속적으로 생산할 수 있다.

또한, 내화 팽창층이 폴리염화비닐계 수지를 주성분으로 하고 있기 때문에, 배관재로서 필요한 기계적 강도나 내약성을 충분히 구비하고 있다.

또한, 배관재를 구성하는 내화 팽창층과 피복층이 모두 폴리염화비닐계 수지를 베이스 수지로 하고 있기 때문에, 층끼리의 익숙함이 좋고, 각 층의 계면이 밀착되어 있고, 지수성이 우수하다. 그 때문에, 본 발명의 복층 내화 배관재끼리를 관 이음매에 의해서 접속할 때에 배관재의 관단 처리가 불필요하게 되고, 시공성이 비약적으로 향상된다.

또한, 내화 팽창층의 외측이 열 팽창성 내화 재료 비함유의 폴리염화비닐계 수지 조성물로 형성된 피복층으로 피복된 것으로서는 배관재의 외주면이 접착성이 우수하고, 예를 들면 관 이음매 등의 다른 부재를 용이하고 확실하게 접합시킬 수 있다.

또한, 내화 팽창층의 내측이 열 팽창성 내화 재료 비함유의 폴리염화비닐계 수지 조성물로 형성된 피복층으로 피복된 것으로서는 배관재의 내주면이 평활하고, 유체를 원활하게 통과시킬 수 있는데다, 배관재의 내주면이 내약품성이 우수하고 유체의 종류가 한정되기 어렵고, 범용성이 있다.

청구항 17에 기재된 발명의 복층 내화 배관재는, 청구항 9 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 내화 팽창층의 외측 및 내측에 피복층을 구비하고 있기 때문에, 배관재의 외주면이 접착성이 우수하고, 예를 들면 관 이음매 등의 다른 부재를 용이하고 확실하게 접합시킬 수 있는데다, 배관재의 내주면이 내약품성이 우수하고 유체의 종류가 한정되기 어렵고, 범용성이 있다.

[도 1] 본 발명의 일실시 형태에 관한 단층 내화 배관재 (P1)의 단면도이다.
[도 2] 본 발명의 일실시 형태에 관한 복층 내화 배관재 (P2)의 단면도이다.
[도 3] 본 발명의 일실시 형태에 관한 복층 내화 배관재 (P3)의 단면도이다.
[도 4] 본 발명의 일실시 형태에 관한 복층 내화 배관재 (P4)의 단면도이다.
[도 5] 내화 시험에 사용하는 내화 시험로 (X)의 구조를 간단히 나타내는 설명도이다.
[도 6] 청구항 8 또는 청구항 16에 기재된 발명의 배관재 (P)의 연소 전의 관내 단면적 (S1)을 나타내는 설명도이다.
[도 7] 청구항 8 또는 청구항 16에 기재된 발명의 배관재 (P)의 연소 후의 관내 단면적 S2를 나타내는 설명도이다.
[도 8] 종래의 배관재 (P)가 가열에 의해 열 팽창한 후, 그의 형상을 유지하지 못하고 잔사가 탈락하는 모습을 나타내는 설명도이다.
[도 9] 상재에 관통 시공한 종래의 배관재 (P)의 연소 모습을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 10] 상재에 관통 시공한 본 발명에 따른 배관재 (P)의 연소 모습을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 11] 본 발명에 따른 배관재 (P)가 가열에 의해 열 팽창한 후, 그의 형상을 유지하여 내화성을 유지하고 있는 모습을 나타내는 설명도이다.

본 발명에 따른 제1의 실시 형태의 단층 내화 배관재 (P1)은, 도 1에 나타내는 바와 같이 내화성 수지 조성물만을 포함한다.

[실시예]

이하, 실시예를 들어 상세히 설명한다.

(실시예 1) 내지 (실시예 16)(비교예 1) 내지 (비교예 5)에 대해서는 이하의 재료를 준비하였다.

염화비닐 수지(다이요 엔비사 제조, 상품명 「TH1000」)

열 팽창성 흑연(도소사 제조, 상품명 「GREP-EG」)

탄산칼슘(시라이시 칼슘사 제조, 상품명 「화이톤 SB」)

납계 안정제(사카이 가가꾸사 제조, 상품명 「SL-1000」)

윤활제(미쓰이 가가꾸사 제조, 상품명 「하이 왁스 4202E」)

(실시예 17) 내지 (실시예 41)(비교예 6) 내지 (비교예 15)에 대해서는 이하의 재료를 준비하였다.

염화비닐 수지(도쿠야마 세키스이 고교사 제조 상품명 「TS1000R」)

열 팽창성 흑연(츄에쓰 고꾸엔 고교사 제조, 상품명 「SFF」)

납계 안정제: 스테아르산납(미즈사와 가가꾸사 제조, 상품명 「스타비넥스(Stabinex)NC18」)

유기 주석계 안정제: 옥틸주석머캅토(산쿄 유키사 제조, 상품명 「ONE-100F」)

고급 지방산 금속염: Ca/Zn계 복합 안정제(사카이 가가꾸사 제조, 상품명 「NWP-6000」)

염기성 화합물: 탄산칼슘(시라이시 칼슘사 제조, 상품명 「화이톤 SB」)

:수산화마그네슘(교와 가가꾸 고교사 제조, 상품명 「KISUMA5A」)

히드로탈사이트(교와 가가꾸 고교사 제조, 상품명 「DHT-4A」)

에폭시화 대두유(아데카(ADEKA)사 제조, 상품명 「아데카 사이저 O130P」)

윤활제(미쓰이 가가꾸사 제조 상품명 「하이 왁스 4202E」)

상기 열 팽창성 흑연의 pH는 이하의 방법에 의해서 확인하였다.

1) 열 팽창성 흑연의 시료 5 g에 이온 교환수 25 ml를 첨가하여 흑연 혼합액을 제조한다.

2) 제조한 흑연 혼합액을 유리 막대로 30초간 섞는다.

3) 20분 방치한 후, pH 측정기(가부시끼가이샤 호리바 세이사꾸쇼 제조, 상품명 「pH/ION METER F-23」)에 의해서, 흑연 혼합액의 pH를 측정한다.

또한, 상기 열 팽창성 흑연의 pH 조정은 이하의 방법에 의해서 행하였다.

즉, 상기 열 팽창성 흑연을 비이커에 넣고, 이온 교환수를 가하여 교반하고, 상기 pH 측정기로 흑연 혼합액의 pH를 확인하면서, 열 팽창성 흑연의 표면에 잔존하는 산을 세정 제거한 후, 흑연 혼합액을 여과하여 항온조에 넣고 건조시켜, 원하는 pH의 열 팽창성 흑연을 얻었다. 일회의 세정으로 원하는 pH가 되지 않는 경우에는 세정, 건조 공정을 반복하여 행하였다.

(실시예 42) 내지 (실시예 57)(비교예 16) 내지 (비교예 18)에 대해서는 이하의 재료를 준비하였다.

열 팽창성 흑연(팽창 용적 65(ml/g)):(산요 보에끼사 제조, 상품명 「SYZR1003」)

열 팽창성 흑연(팽창 용적 100(ml/g)):(입도 제조품)

열 팽창성 흑연(팽창 용적 150(ml/g)):(산요 보에끼사 제조, 상품명 「SYZR1002」)

열 팽창성 흑연(팽창 용적 180(ml/g)): (츄에쓰 고꾸엔 고교사 제조, 상품명 「SFF」)

열 팽창성 흑연(팽창 용적 190(ml/g)):(산요 보에끼사 제조, 상품명 「SYZR502」)

열 팽창성 흑연(팽창 용적 200(ml/g)):(산요 보에끼사 제조, 상품명 「SYZR502」)

열 팽창성 흑연(팽창 용적 250(ml/g)):(입도 제조품)

열 팽창성 흑연(팽창 용적 275(ml/g)):(산요 보에끼사 제조, 상품명 「SYZR322」)

탄산칼슘(시라이시 칼슘사 제조, 상품명 「화이톤 SB」)

유기 주석계 안정제(산쿄 유키사 제조 상품명 「ONZ-142F」)

윤활제(미쓰이 세끼유 가가꾸 고교사 제조 상품명 「하이 왁스 220MP」)

스테아르산(카오사 제조 상품명 「S-30」)

(실시예 58) 내지 (실시예 70)(비교예 19) 내지 (비교예 20)에 대해서는 이하의 재료를 준비하였다.

열 팽창성 흑연(나카고시 고꾸엔사 제조, 상품명 「SFF」, 팽창 용적 180(ml/g))

탄산칼슘(시라이시 칼슘사 제조, 상품명 「화이톤 SB」)

납계 안정제(사카이 가가꾸사 제조, 상품명 「SL-1000」)

윤활제(미쓰이 가가꾸사 제조 상품명 「하이 왁스 4202E」)

(실시예 71) 내지 (실시예 75)(비교예 21)(비교예 22)에 대해서는 이하의 재료를 준비하였다.

염화비닐 수지(다이요 엔비사 제조, 상품명 「TH1000」)

열 팽창성 흑연(1.3배 팽창 온도 제조품)

납계 안정제(사카이 가가꾸사 제조, 상품명 「SL-1000」)

윤활제(미쓰이 가가꾸사 제조, 상품명 「하이 왁스 4202E」)

그리고, 상기한 각 재료를 (표 1) 내지 (표 14)에 나타내는 비율로 배합하고, 내용적 200 리터의 헨셀 믹서(가와다 고교사 제조)로 교반 혼합하여, 수지 조성물을 얻은 후, 일반적으로 이용되는 압출 성형기에 의해서 압출 성형하여, 내화성 평가에 이용하는 시험용 배관재 (P)를 제작하였다. 성형시의 수지 온도는, 표 중 특별히 규정하지 않는 것에 대해서는 180 ℃로 하였다.

시험용 배관재 (P)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 길이 1200 mm, 외경 114 mm, 두께 6.6 mm, 호칭경 100A로 제작하였다.

또한, 이 시험용 배관재 (P)로부터 성능 평가 및 열 팽창성 평가에 이용하는 시험편을 제작하였다. 시험편은 상기 시험용 배관재 (P)의 관벽의 일부를 잘라낸 후, 하중 200 kgf, 190 ℃에서 3분간 프레스 성형하여 두께 3 mm의 프레스판을 각변 1 cm로 잘라서 제작하였다.

본 발명에 있어서의 제2의 실시 형태의 복층 내화 배관재 (P2)는, 도 2에 나타내는 바와 같이 내화 팽창층 (11)과, 이 내화 팽창층 (11)의 내주면을 피복하는 내측 피복층 (12)로 구성되어 있다.

또한, 본 발명에 있어서의 제3의 실시 형태의 복층 내화 배관재 (P3)은, 도 3에 나타내는 바와 같이 내화 팽창층 (11)과, 이 내화 팽창층 (11)의 내주면을 피복하는 내측 피복층 (12)와, 상기 내화 팽창층 (11)의 외주면을 피복하는 외측 피복층 (13)으로 구성되어 있다.

또한, 본 발명에 있어서의 제4의 실시 형태의 복층 내화 배관재 (P4)는, 도 4에 나타내는 바와 같이 내화 팽창층 (11)과, 이 내화 팽창층 (11)의 외주면을 피복하는 외측 피복층 (13)으로 구성되어 있다.

이하, 실시예를 들어 상세히 설명한다.

(실시예 76) 내지 (실시예 98)(비교예 23) 내지 (비교예 32)에 대해서는 이하의 재료를 준비하였다.

염화비닐 수지(다이요 엔비사 제조, 상품명 「TH1000」)

열 팽창성 흑연(도소사 제조, 상품명 「GREP-EG」, 1.3배 팽창 온도 210 ℃)

납계 안정제(사카이 가가꾸 가부시끼가이샤 제조, 상품명 「SL-1000」)

윤활제(미쓰이 가가꾸 가부시끼가이샤 제조, 상품명 「하이 왁스 4202E」)

탄산칼슘(시라이시 칼슘사 제조, 상품명 「화이톤 SB」)

폴리인산암모늄(스미또모 가가꾸사 제조, 상품명 「스미세프 P」)

(실시예 99) 내지 (실시예 120)(비교예 33) 내지 (비교예 35)

염화비닐 수지(다이요 엔비사 제조, 상품명 「TH1000」)

열 팽창성 흑연(1.3배 팽창 온도 제조품)

탄산칼슘(시라이시 칼슘사 제조, 상품명 「화이톤 SB」)

그리고, 얻어진 수지 조성물을 일반적으로 이용되는 압출 성형기에 의해서 공압출 성형하여, 내화성 평가에 이용하는 시험용 배관재 (P)를 제작하였다. 성형시의 수지 온도는, 표 중 특별히 규정하지 않는 것에 대해서는 190 ℃로 하였다.

시험용 배관재 (P)는 길이 1200 mm, 외경 114 mm, 두께 6.6 mm, 호칭경 100A로 하였다. 내화 팽창층 (11), 내측 피복층 (12), 외측 피복층 (13)의 각 층의 두께는 (표 15) 내지 (표 20)에 나타내는 값으로 하였다.

또한, 이 시험용 배관재 (P)로부터 성능 평가 및 열 팽창성 평가에 이용하는 시험편을 제작하였다. 시험편은 상기 시험용 배관재 (P)의 관벽의 일부를 잘라낸 후, 하중 200 kgf, 190 ℃에서 3분간 프레스 성형하여 얻어진 두께 3 mm의 프레스판을 각변 1 cm로 잘라서 제작하였다.

(내화성 평가)

도 5에 나타내는 내화 시험로 (X)에 의해, 내화 시험(2000년 6월 1일에 시행된 개정 건축 기준법의 내화 성능 시험의 평가 방법, ISO834-1에 따름)을 실시하였다.

상재 (Y)에는 프리캐스트 콘크리트판(길이 1200 mm, 폭 600 mm, 두께 100 mm)을 사용하였다. 방화 조치 공법으로서는 시험용 배관재 (P)와 구획 관통부 (R)과의 간극을 모르타르로 폐색하였다.

또한, 시험용 배관재 (P)의 일단부를 상재 (Y)의 가열측의 면에서 가열측으로 300 mm 노출시키고, 시험용 배관재 (P)의 타단부를 상재 (Y)의 비가열측의 면에서 비가열측으로 800 mm 노출시켰다.

또한, 내화 시험로 (X)의 가열실 (Z)의 내부의 측벽에는 버너 (V), (V)가 설치되어 있다. 또한, 가열실 (Z)의 내부에는 노내 열전쌍 (Q)의 열 접점 2개가 상재의 시험면에 대하여 균등하게 배치되도록, 상재 (Y)로부터 300 mm 떨어진 위치에 설치되어 있다. 또한, 내화 시험로 (X)에는 도시하지 않지만, 로내 압력을 측정하는 장치가 설치되어 있다.

가열 개시 후, 구획 관통부 (R)과 시험용 배관재 (P)와의 간극에서 연기가 나오기까지의 시간(발연 시간)을 측정하였다. 연기의 발생의 유무에 대해서는 육안으로 판단하였다. 발연 시간이 130분 이상의 경우를 ◎(우수), 120분 이상의 경우를 ○(합격), 75분 이상의 경우를 △, 75분 미만의 경우를 ×(불합격)로 하였다.

관내 단면적 비율의 구하는 방법은 이하와 같다.

우선, 내화 시험로 (X)는 가열 온도의 시간 경과가 상기한 수학식 1로 표시되는 수치가 되도록 가열하였다.

그리고, 관찰용 창 (G)에서 시험용 배관재 (P)의 연소 모습을 육안 관찰하여, 구획 관통부 (R)과 시험용 배관재 (P)와의 간극에서 연기가 나온 시점에 내화 시험로 (X)의 연소를 정지하였다.

그리고, 도 6에 나타내는 바와 같이 연소 전의 시험용 배관재 (P)의 가열측 단부에서의 관내 단면적을 (S1)로 하고, 도 7에 나타내는 바와 같이 연소 후의 시험용 배관재 (P)의 최소 내경부에서의 관내 단면적을 (S2)로 하여, 이하의 계산식에 의해 연소 후의 시험용 배관재 (P)의 관내의 폐색 정도를 연소 후 관내 단면적 비율로서 산출하였다.

연소 후 관내 단면적 비율=(S2/S1)×100

또한, 관내 단면적 (S1)은 내화 시험 개시 전에 관재의 내치수를 2 방향(직각)으로 측정하여, 평균 내경을 낸 후 산출하였다.

연소 후의 관재의 최소 내경부에서의 관내 단면적 (S2)는, 내화 시험 개시 후 구획 관통부와 배관재의 간극에서 비가열측으로 연기가 나온 시점에서, 내화 시험로의 연소를 정지한 후, 바로 상재 패널을 내화로로부터 떼어 내어, 관이 냉각된 후에 폐색된 관의 가열측에서 관찰하여 투영 면적을 (S2)로 하였다.

S2의 측정 방법은, 가열측에서 관찰한 사진으로 관내 최소 내경부를 종이에 스케치하여, 스케치한 부분을 오려 내어 무게를 측정하고, 이미 면적과 무게를 알고 있는 종이의 값으로부터 비례 계산으로 산출하였다.

또한, 잔사의 신장 길이 (L)은, 내화 시험 개시 후 구획 관통부와 배관재의 간극에서 비가열측으로 연기가 나온 시점에 내화 시험로의 연소를 정지하고, 바로 상재 패널을 내화로로부터 떼어 내어, 관이 냉각된 후에 상재의 가열측의 면에 대하여 수직으로 측정하였다.

또한, 연기가 2시간 나오지 않은 경우에는 2시간 후에 내화 시험을 정지하고, 관내 단면적 (S2) 및 잔사의 신장 길이 (L)을 상기한 방법으로 측정하였다.

(성능 평가)

얻어진 시험편에 대해서, 관으로서의 성능을 만족시키고 있는지를 판정하기 위해서, JISK 7113에 규정되는 인장 시험(평가 온도 23 ℃)을 행하였다.

또한, 관으로서의 실용적인 성능을 만족시키고 있는지를 판정하기 위해서, 23 ℃에서 인장 강도가 45(MPa) 이상인 것을 ◎(우수), 30(MPa) 이상인 것을 ○(합격), 30(MPa) 미만인 것을 ×(불합격)로 하였다.

(성형성 평가)

압출 성형을 할 수 있고, 육안에 의한 외관 관찰에 있어서 파이프 외관이 양호하였던 것을 ○(합격)로 하였다. 압출 성형할 수 없는 것을 ×(불합격)로 하였다. 파이프 외관에 이변이 보인 것을 △로 하였다.

(장치 부식성 평가)

3시간 제조한 후, 그대로 3일간 방치하여, 원료 투입부의 금속 호퍼부의 부식 정도를 육안으로 관찰하였다. 이상 없음의 경우에는 ○(합격), 적녹이 확인된 경우에는 ×(불합격)로 하였다.

(압출 성형 안정성 평가)

3시간 연속 운전 중, 압출 성형기 선단으로부터 토출되는 수지 조성물을 육안에 의해 확인하였다. 그리고, 탄화물 없음, 그을림(황변) 없음의 경우에는 ◎(우수), 탄화물 없음의 경우에는 ○(합격), 탄화물 있음의 경우에는 ×(불합격)로 하였다.

(열 팽창성 평가)

시험편에 대해서 내화 시험을 실시하였다. 시험 방법으로서는, 우선 시험편을 500 ℃로 가열한 전기로 내에 넣고, 40분간 방치하였다. 그리고, 시험편을 로로부터 취출하여 방냉한 후에, 시험편의 두께를 측정하였다.

내화 시험 후의 시험편의 두께(팽창 후 두께)가 4 mm 이상이면 합격, 4 mm 미만이면 불합격으로 하였다.

(실험 결과)

(표 1)에 나타내는 바와 같이, (비교예 1)(비교예 3)은 열 팽창성 흑연을 배합하지 않았기 때문에 발연 시간이 빠르고, (내화성 평가)는 불합격이었다. 또한, (비교예 2)는 열 팽창성 흑연의 배합 비율이 너무 크기 때문에 발연 시간이 빠르고, (내화성 평가)는 불합격이었다.

또한, (표 3)에 나타내는 바와 같이, (비교예 4)는 열 팽창성 흑연을 배합하지 않았기 때문에, 발연 시간이 빠르고, (내화성 평가)는 불합격이었다. (비교예 5)는 열 팽창성 흑연의 배합 비율이 너무 크기 때문에, 발연 시간 120분을 달성할 수 없었다.

따라서, (내화성 평가)(성능 평가)(성형성 평가)의 전부를 만족하는 단층 내화 배관재를 얻기 위해서는, 염화 비닐 수지 100 중량부에 대하여 열 팽창성 흑연 1 내지 10 중량부의 범위에서 함유시킬 필요가 있는 것을 알 수 있었다.

또한, (표 2)의 (실시예 4)(실시예 5)는, 내화성과 인장 강도 면에서 (실시예 3)(실시예 6) 내지 (실시예 10)보다도 더욱 우수하다. 따라서, 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여 열 팽창성 흑연 1 내지 10 중량부의 범위에서 함유시키고, 추가로 무기 충전제 2 내지 5 중량부의 범위에서 함유시켰을 때, 보다 한층 내화성, 인장 강도, 성형성의 어느 면에서도 균형이 잡힌 관이 얻어지는 것을 알 수 있었다.

또한, 열 팽창성 흑연이 10 중량부를 초과하면, 도 8에 나타내는 바와 같이 가열에 의해 조직이 지나치게 열 팽창하여, 그의 형상을 유지하지 못하고 잔사 2가 탈락하여 버렸다.

(실험 결과)

(표 4)에 있어서, (비교예 6)(비교예 7)은 열 팽창성 흑연의 산성이 너무 강하기 때문에, 장치의 부식이 보였다. (비교예 8)(비교예 9)는 열 팽창성 흑연의 산성이 너무 약하기 때문에, 연소시에 있어서의 염화비닐 수지의 탄화가 촉진되기 어렵고, 내화성 평가에 있어서 발연 시간 120분을 달성할 수 없었다.

이 결과로부터, 장치의 부식의 걱정이 없고, 우수한 내화성을 발휘하기 위해서는 열 팽창성 흑연의 pH는 1.5 내지 4.0의 범위인 것이 필요함을 알 수 있었다.

(표 5)에 있어서, (비교예 10)(비교예 11)은 열 팽창성 흑연의 배합 비율이 너무 적기 때문에, 내화성 평가에 있어서 발연 시간 120분을 달성할 수 없었다. 또한, (비교예 12)(비교예 13)은 열 팽창성 흑연의 배합 비율이 너무 많기 때문에, 내화성 평가에 있어서 발연 시간 120분을 달성할 수 없었다.

이 결과로부터, 관으로서 필요한 강도를 갖고, 우수한 내화성을 발휘하기 위해서는 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여 pH 1.5 내지 4.0의 열 팽창성 흑연을 1 내지 10 중량부 배합할 필요가 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 열 팽창성 흑연이 10 중량부를 초과하면, 도 8에 나타내는 바와 같이, 가열에 의해 조직이 지나치게 열 팽창하여, 그의 형상을 유지하지 못하고 잔사 2가 탈락하여 버렸다.

(표 6)에 있어서, (실시예 31)은 안정제의 첨가 비율이 너무 많기 때문에, (실시예 26) 내지 (실시예 30)에 비교하여 인장 강도가 저하하였다.

(표 7)에 있어서, (실시예 34)는 성형시의 열 안정성을 부여하기 위한 첨가제로서 에폭시화 대두유를 배합한 것이다. 그러나, 에폭시화 대두유는 성형시의 열 안정성을 부여하는 능력이 그다지 높지 않고, 가소 효과가 높다. 그 결과, (실시예 34)는 압출 성형 안정성이 불합격인데다, (표 7)에 나타내는 다른 실시예에 비교하여 인장 강도와 내화성이 약간 저하되어 버렸다.

이 결과로부터, 인장 강도와 내화성이 우수하고, 성형 안정성이 우수한 관을 얻기 위해서는 성형시의 열 안정성을 부여하기 위한 첨가제로서, 납계 안정제, 유기 주석계 안정제, 고급 지방산 금속염으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 1종을 포함하고, 그의 총 첨가 비율이 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 0.3 내지 5.0 중량부인 것이 바람직함을 알 수 있었다.

(표 8)에 있어서, (실시예 35)는 염기성 화합물로서의 탄산칼슘이 첨가되어 있지 않기 때문에, (표 8)에 나타내는 다른 실시예에 비교하여 압출 성형 안정성이 약간 낮았다. 또한, (실시예 39)는 염기성 화합물로서의 탄산칼슘의 첨가 비율이 너무 많기 때문에, (표 8)에 나타내는 다른 실시예에 비교하여 인장 강도가 약간 낮았다.

(표 9)에 있어서, (실시예 41)은 성형시의 열 안정성을 부여하기 위한 첨가제로서 안정제는 배합하지 않고, 히드로탈사이트만을 배합한 것이다. 히드로탈사이트에는 열 안정성을 부여하는 능력이 있지만, 단독으로는 충분한 열 안정성이 얻어지지 않기 때문에, 압출 성형 안정성에 대해서는 불합격이었다.

이 결과로부터, 인장 강도와 내화성이 우수하고, 성형 안정성이 우수한 관을 얻기 위해서는, 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여, 성형시의 열 안정성을 부여하기 위한 첨가제로서 상기한 안정제를 0.3 내지 5.0 중량부 배합하고, 추가로 염기성 화합물을 0.3 내지 5.0 중량부 배합하는 것이 보다 바람직함을 알 수 있었다.

(실험 결과)

(표 11)(표 13)에 나타내는 바와 같이, (비교예 16)(비교예 19)는 열 팽창성 흑연이 전혀 배합되어 있지 않기 때문에, 배관재가 다 타버렸다. 그 결과, 가열측에서의 배관재의 온도 상승이 빠르고, 발연 시간이 빨랐다.

(비교예 17)(비교예 20)은 열 팽창성 흑연의 배합 비율이 너무 크기 때문에, 배관재가 팽창한 후, 그의 형상을 유지하지 못하고 낙하하여 버렸다. 그 결과, 가열측에서의 배관재의 온도 상승이 빠르고, 발연 시간이 빨랐다.

또한, 열 팽창성 흑연이 10 중량부를 초과하면, 도 8에 나타내는 바와 같이 가열에 의해 조직이 지나치게 열 팽창하여, 그의 형상을 유지하지 못하고 잔사가 탈락하여 버렸다.

따라서, (열 팽창성 평가)(성능 평가)(내화성 평가)의 전부를 만족하는 단층 내화 배관재를 얻기 위해서는, 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여, 팽창 용적이 100 내지 250(ml/g)인 열 팽창성 흑연을 1 내지 10 중량부 배합시킬 필요가 있음을 알 수 있었다.

또한, (실시예 42) 내지 (실시예 70)은 관으로서 필요한 인장 강도를 갖는 것은 물론, 비교예에 비교하여 발연 시간이 비약적으로 길어졌다. 그 이유는 (실시예 42) 내지 (실시예 70)에서는 잔사에 의해서 관내 단면이 폐색되어, 관의 온도 상승이 억제된 것으로 생각된다.

또한, (실시예 59)(실시예 60)은, (실시예 58)(실시예 61)에 비교하여 관내 단면적 비율 뿐만 아니라 잔사 (H)의 신장 길이 (L)에서도 우수하다. (실시예 63)(실시예 64)는, (실시예 62)(실시예 65)에 비교하여 관내 단면적 비율 뿐만 아니라 잔사 (H)의 신장 길이 (L)에서도 우수하다. 또한, (실시예 67) 내지 (실시예 69)는, (실시예 66)(실시예 70)에 비교하여 관내 단면적 비율 뿐만 아니라 잔사 (H)의 신장 길이 (L)에서도 우수하다. 그 결과, 다른 실시예에 비교하여 발연 시간이 더욱 향상하였다.

그런데, 상재에 관통 시공한 합성 수지제의 배관재가 상 아래에서 가열되면, 우선 배관재는 상면으로부터 하부로 뚫고 나와 있는 부분이 직접 가열되어, 연화, 연소하기 시작한다. 그리고, 상 배관재는 구조 내에 있는 부분과 연소 부분과의 사이에 경도의 차이가 생겨, 급격히 연화한다. 그렇게 하면, 배관재는 연소 개시 후 5 내지 20분 정도로, 상면으로부터 하부로 뚫고 나와 있는 부분이 상면으로부터 떨어져 하부로 탈락(낙하)한다. 남은 배관재의 하면은 상의 하면과 거의 동일면이 된다. 추가로 열이 가해진 경우, 배관재의 배합 조성에 의해 현상이 변한다.

구체적으로는 (비교예 19)에 나타내는 조성물로 이루어지는 배관재는, 도 9에 나타내는 바와 같이 상면으로부터 하부로 뚫고 나와 있는 부분이 탈락한 후, 수지가 흘러 내려 가열측의 단부를 일단 폐색하지만, 열 팽창성 흑연이 배합되어 있지 않기 때문에 내화성이 없고, 재차 가열측의 배관재의 단부가 탈락하여 버렸다. 그 결과, 배관재의 관통부 내에 열기가 유입하여, 상 구조 내에 있는 부분이 다 타버려, 비가열측으로 발연하여 버렸다.

(비교예 20)에 나타내는 조성물로 이루어지는 배관재는, 열 팽창성 흑연이 다량으로 배합되어 있기 때문에 가열에 의해 조직이 지나치게 팽창하여, 그의 형상을 유지할 수 없게 되고, 탈락하여 버렸다.

한편, (실시예 66) 내지 (실시예 70)에 나타내는 조성물로 이루어지는 배관재는, 도 10에 나타내는 바와 같이 상면으로부터 하부로 뚫고 나와 있는 부분이 탈락한 후, 남은 부분이 가열되면 하부에서 연화하여 관이 수축하는 방향으로 내경이 간신히 직경 축소하였다. 그 후, 열 팽창성 흑연이 가열 팽창을 개시하여, 연소 후의 관내 단면적이 연소 전의 관내 단면적의 50％ 이하가 될 때까지, 관의 단면 중심 방향으로 팽창하여 간다. 팽창 후의 잔사는 흑연(그라파이트)의 결정물이 주성분이라고 생각되고, 상하면에서 가열측으로 신장하는 매우 강고한 난연성의 잔사 (H)가 되어, 그것 자체의 탈락이나 연소를 방지할 수 있다. 그 결과, 상하면에서 1000 ℃ 이상의 열이 가해지더라도 상하면에서 잔사 (H)가 탈락하지 않고, 관을 폐색하는 것에 가까운 상태가 장시간 계속되었다. 또한, 연소시에 관내 단면적이 작아지는데다, 잔사가 가열측으로 신장하고 있기 때문에, 관내를 열기가 상승하는 것을 방지하고, 상면에 대하여 비가열측의 배관재의 온도 상승을 완화할 수 있다. 그 결과, 배관재가 불타기 시작하거나, 배관재가 연화하여 모르타르 계면과의 간극이 생겨 비가열측으로 발연하기도 하는 것을 방지할 수 있었다.

따라서, 관으로서의 강도, 성형시의 안정성, 가열시의 관의 가열측 단부의 폐색성의 모두를 만족하는 단층 내화 배관재를 얻기 위해서는, 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여, 팽창 용적이 100 내지 250(ml/g)의 범위인 열 팽창성 흑연을 1 내지 10 중량부의 비율로 포함하는 것이 필요한 것을 알 수 있었다.

그리고, 더욱 바람직한 배합 비율로서는, 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여, 팽창 용적이 100 내지 250(ml/g)의 범위인 열 팽창성 흑연 4 내지 7 중량부, 무기 충전제로서의 탄산칼슘 1 내지 5 중량부, 안정제 0.3 내지 5 중량부의 비율인 것을 알 수 있었다.

(실험 결과)

관으로서 필요한 강도를 갖고, 우수한 내화성을 발휘하기 위해서는, 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여, 1.3배 팽창 온도 T3이 180 ℃ 내지 240 ℃의 열 팽창성 흑연을 1 내지 10 중량부 배합할 필요가 있다는 것을 알 수 있었다.

(실험 결과)

(표 15) 내지 (표 19)에 나타내는 바와 같이, (비교예 23) 내지 (비교예 28)(비교예 30)은 발연 시간이 짧고, (내화성 평가)가 불합격이었다. 또한, (비교예 29)는 인장 강도가 약간 낮았다. 따라서, (내화성 평가)(성능 평가)를 모두 만족하는 복층 내화 배관재를 얻기 위해서는, (실시예 76) 내지 (실시예 90)에 나타내는 바와 같이 열 팽창성 내화 수지 조성물로 이루어지는 관상의 내화 팽창층과, 이 내화 팽창층의 외측 또는 내측의 적어도 어느 한쪽을 피복하는 피복층을 구비하고, 내화 팽창층이 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여 열 팽창성 흑연을 1 내지 15 중량부의 비율로 포함하는 내화성 수지 조성물로 형성되고, 피복층이 열 팽창성 내화 재료 비함유의 염화비닐 수지 조성물로 형성되어 있는 것이 필요하다.

또한, 열 팽창성 흑연이 15 중량부를 초과하면, 도 8에 나타내는 바와 같이, 시험용 배관재 (P)는 가열에 의해 조직이 지나치게 열 팽창하여, 그의 형상을 유지하지 못하고 잔사가 탈락하여 버렸다.

(실험 결과)

(표 20)에 나타내는 바와 같이, (비교예 31)은 (실시예 99) 내지 (실시예 101)에 비교하여, 발연 시간이 매우 짧고, (내화성 평가)가 불합격이었다.

(실시예 102)(실시예 106)은 (실시예 100)(실시예 103)(실시예 104)(실시예 105)에 비교하여 발연 시간이 약간 짧고, (내화성 평가)가 약간 떨어졌다.

따라서, (내화성 평가)(성능 평가)를 모두 만족하기 위해서는 내화 팽창층 (11)이, 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여, 1.3배 팽창 온도가 180 ℃ 내지 240 ℃의 범위인 열 팽창성 흑연을 5 내지 15 중량부의 비율로 포함하는 내화성 수지 조성물로 형성되어 있는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.

(실험 결과)

(표 21)에 나타내는 바와 같이, (실시예 112)는 내측 피복층 (12), 외측 피복층 (13)의 층 두께가 극히 얇은 0.1 mm였기 때문에, 다른 실시예에 비교하여 인장 강도가 약간 떨어졌다. 한편, (실시예 113)은 내측 피복층 (12), 외측 피복층 (13)의 층 두께가 극히 두꺼운 2.2 mm였기 때문에, 다른 실시예에 비교하여 내화성이 약간 떨어졌다.

따라서, 내측 피복층 (12), 외측 피복층 (13)의 층 두께는 0.2 mm 내지 2.0 mm의 범위인 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.

(실험 결과)

(표 22)에 나타내는 바와 같이, (비교예 32)는 성형시의 수지 온도가 너무 낮기 때문에, 인장 강도가 약간 떨어졌다. 또한, (비교예 33)은 성형시의 수지 온도가 너무 높았기 때문에, 인장 강도가 약간 떨어졌다. 따라서, 상기 수지 조성물의 성형시의 수지 온도는 170 ℃ 내지 210 ℃인 것이 바람직하다.

(실험 결과)

(표 23)에 나타내는 바와 같이, (비교예 34)는 열 팽창성 흑연의 1.3배 팽창 온도가 성형시의 수지 온도보다도 10 ℃ 낮았기 때문에, (실시예 117) 내지 (실시예 120)에 비교하여, 인장 강도가 낮아져 버렸다. 또한, (실시예 120)은 열 팽창성 흑연의 1.3배 팽창 온도가 240 ℃보다도 높기 때문에, (실시예 117) 내지 (실시예 119)에 비교하여 발연 시간이 약간 짧고, 또한 인장 강도가 약간 떨어졌다.

따라서, 성형시의 수지 온도는 열 팽창성 흑연의 1.3배 팽창 온도보다도 5 ℃ 이상 낮고, 또한 170 ℃ 내지 210 ℃로 하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.

(결론)

이상, 실시예를 제시하여 상술한 대로, 본 발명에 따른 단층 내화 배관재 및 복층 내화 배관재는 연소시에는 내화성 수지 조성물로 구성된 층이 효과적으로 팽창하여, 도 11에 나타내는 바와 같이, 배관재와 구획 관통부의 간극 및 배관재의 내부를 잔사로 폐색하고, 상재로 구획된 다른 측으로 화염이나 연기가 퍼지는 것을 저지할 수 있고, 내화성이 우수한데다 성형성이 우수하고, 관으로서의 기계적 강도도 충분히 구비하고 있다.

또한, 종래의 내화 팽창성의 시트상 피복재로 구획 관통부에만 내화 처치한 배관 구조와는 달리, 본 발명에서는 배관 전체에 내화성을 부여할 수 있다.

이번의 내화성 평가는 내화로 내에 배관재의 일단부를 300 mm 뚫고 나오게 한 상태로 가열하는 대용 평가법에 의해서 내화성을 비교했지만, 본 발명의 배관재를 건물 내의 각 층의 슬래브 사이 또는 건물 내의 각 플로어의 칸막이 벽 사이를 관통시켜 배관시키는 실시공 상태에서 화재가 된 경우에는 추가로 내화성의 차가 현저하게 되는 것으로 생각된다.

즉, 본 발명의 배관재는 연소시에는 구획 관통부를 신속하고 확실하게 폐색하는데다, 관 전체가 장시간의 연소에 견딜 수 있다. 만일, 연소 중에 배관재의 일부가 탈락하더라도, 배관재의 개구 부분이 빠르게 폐색하여 그의 형상을 유지하기 때문에, 연소실 외에 화염이나 연기가 퍼지기 어렵기 때문에, 유소(類燒)를 효과적으로 저지할 수 있다고 생각된다.

또한, 내측 피복층을 구비한 복층 내화 배관재는 배관재의 내주면이 평활하여, 유체를 원활하게 통과시킬 수 있는데다 배관재의 내주면이 내약품성이 우수하고, 유체의 종류가 한정되기 어렵기 때문에 범용성이 있다.

또한, 외측 피복층을 구비한 복층 내화 배관재는 배관재의 외주면이 접착성이 우수하고, 예를 들면 관 이음매 등의 다른 부재를 용이하고 확실하게 접합시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 복층 내화 배관재는 상기 실시예로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기한 실시예에서는 배관재의 호칭경이 100A였지만, 다른 직경이라도 물론 상관없다.

Claims

열 팽창성 내화 수지 조성물로 이루어지는 관상의 내화 팽창층과, 이 내화 팽창층의 외측을 피복하는 외측 피복층과, 상기 내화 팽창층의 내측을 피복하는 내측 피복층을 구비한 3층 구조의 복층 내화 배관재로서,
상기 내화 팽창층이 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여 1.3배 팽창 온도가 180 ℃ 내지 240 ℃인 열 팽창성 흑연 1 내지 15 중량부를 함유시켜 이루어지는 내화성 수지 조성물로 구성되고, 상기 피복층이 열 팽창성 내화 재료 비함유의 폴리염화비닐계 수지 조성물로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 복층 내화 배관재.
제1항에 있어서, 상기 내화 팽창층, 상기 외측 피복층 및 상기 내측 피복층의 각 층이 공압출 성형에 의해 형성되는 것인 복층 내화 배관재.
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