JP4238192B2 - 防火用目地材及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、防火区画体に設けられた貫通口の隙間の一部もしくは全部、または建造物の免震装置と耐火パネルの間もしくはその耐火パネルの端部に使用される防火用目地材に関する。

防火区画体を貫通する電力ケーブル、通信ケーブル等のケーブル類や空調設備等の配管類と防火壁の間には目地材として防火用膨張材料が使用されてきている。防火用膨張材料は、火災時加熱により膨張して膨張層を形成し、これにより防火区画体にある貫通口の隙間を閉塞して火災の延焼防止を図るものである。このため防火用膨張材料からなる防火用目地材では、特に膨張層の形成後、膨張層が炎熱によって容易に形崩れを起こさず、所定の形状を出来るだけ長時間保持できることが要求される。×１０^４

防火用膨張材料では膨張層が炎熱によって形崩れを起こさず、所定の形状を長時間保持する配合として、ベース樹脂に、無機系膨張剤及び／又は有機系膨張剤と、形状安定化用樹脂としてポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂等が配合された樹脂組成物（例えば特許文献１参照）が提案されている。しかし用途によっては弾性・柔軟性が充分でなく施工性が悪かった。

弾性・柔軟性に優れた防火用膨張材料として、耐火性を付与したポリウレタンの製造方法も知られている（例えば特許文献２参照）。これは、ポリオールとポリイソシアネートに、難燃剤として膨張性黒鉛を配合し、粉末状カゼインを形状の安定化剤として使用することを特徴としているが、形状の安定化は十分とはいえなかった。更にポリオールとポリイソシアネートの２液反応混合物からポリウレタンを製造するこの技術では、多量の膨張性黒鉛を配合することは極めて困難であり、十分な耐火性能を得ることはできなかった。

また、ゴムと膨張性黒鉛、エポキシ樹脂及び無機充填剤からなる可撓性防火用ゴム目地材が開示されており（例えば特許文献３参照）、従来問題点であった脆さや耐火性が改善されたものの、膨張後の形状安定化のために配合しているエポキシ樹脂が混練時に混練機器内壁に固着し、この除去が極めて困難という問題があった。

更に、膨張後の形状の安定化を改善したものとして膨張性黒鉛を配合した軟質ウレタンフォームにホウ酸を添加した組成物が開示されているが（例えば特許文献４参照）、長期間高温下に曝されると加水分解により弾性が失われる問題があった。
特開平０９−１７６４９８号公報（第２頁：請求項１〜５） 特許第２７３２４３５号（第１頁：請求項１〜９、第２項請求項１０〜１２） 特開２００２−１８１２６２号公報（第２頁：請求項１） 特開２００１−３４８４７６号公報（第２頁：請求項１〜８）

近年、耐火性能としては単に材料自体が燃えにくいばかりでなく、火炎が部材の裏側に回らないような性能、すなわち防火性能も要求されている。ゴム成分や有機成分は、本質的にそれ自体が燃焼したり熱溶融する性質を有するので、いかに長時間このような状態になるのを防止できるか、あるいは、無機成分を含有する場合は、いかに長時間無機成分を脱落させずに保持できるかが重要な要素となる。

本発明は、前記の従来技術の問題点を解消し、火災発生時には熱膨張し、防火壁と電源ケーブル等の隙間を閉塞させて火炎の流入を防止すると共に、充分な形状保持性を有し断熱性を確保する防火用目地材であり、長期間の高温耐久性に優れる防火用目地材を提供するものである。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、軟質ウレタンフォームに特定量の熱膨張性黒鉛と特定量のエポキシ樹脂を含有させた組成物を防火用目地材として使用することにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明の防火用目地材は、従来技術よりも優れた防火性能を発揮することができる。すなわち火災時、熱膨張性黒鉛が膨張層を形成しエポキシ樹脂の形崩れ防止効果で長時間高温下にさらされても脆弱化しにくく安定した防火性能を得ることが出来る。

本発明で用いられる軟質ウレタンフォームには一液タイプで、水性ウレタンプレポリマーから得られる軟質ウレタンフォームを好適に用いることができる。水性ウレタンプレポリマーとしては、公知のもの又は市販品を使用できる。

本発明の防火用目地材は、まず熱膨張性黒鉛、エポキシ樹脂に水を加えてスラリーを調整した後、次いでスラリーに水性ウレタンプレポリマーを添加し、発泡が開始するまで攪拌混合を続け、次いで所定の形状を有する型に注入して発泡成形させ、更に約５０℃で養生して含有水分を蒸発させて得られる。養生時間は、防火用目地材である発泡成形体の大きさや養生温度に応じて適宜設定すればよい。

スラリー中の固形分は、最終製品の使用目的、用途等に応じて適宜設定することができるが、通常は２０〜９０質量％であり、好ましくは５０〜７０質量％が好ましい。固形分が２０質量％未満の場合には、得られる成形体の形状安定性が低下するおそれがある。また９０質量％を超える場合は、スラリーの粘度が上昇し、所望の防火用目地材が得られなくなることがある。

また、スラリーには、必要に応じて他の添加剤を配合することもできる。例えば、界面活性剤、架橋剤、整泡剤、触媒、発泡剤、難燃剤、安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、顔料、フィラー等である。スラリーはこれらの成分を同時あるいは順次配合した後、公知の攪拌機等で均一に混合する。

本発明で用いられる熱膨張性黒鉛は、天然グラファイト、熱分解グラファイト等の粉末を、硫酸や硝酸等の無機酸と、濃硝酸や過マンガン酸塩等の強酸化剤とで処理されたもので、グラファイト層状構造を維持した結晶化合物である。これらは２００℃程度以上の温度に曝されると、１００倍以上に熱膨張するものである。なお、これら天然グラファイト、熱分解グラファイト等の粉末は、脱酸処理に加え、更に中和処理したタイプ他、各種品種があるがいずれも使用できる。
熱膨張性黒鉛の粒度は、２０〜４００メッシュ程度が好ましい。４００メッシュより粒度が小さくなると熱膨張性黒鉛の膨張度が小さく、得られた防火用目地材が火災時に充分熱膨張しない場合があり、また２０メッシュより粒度が大きくなると分散性が悪くなり得られた防火用目地材の弾性が低下する場合がある。

熱膨張性黒鉛の含有量は、軟質ウレタンフォームの種類や所望の膨張倍率等によって適宜設定することができるが、通常は軟質ウレタンフォーム１００質量部に対して１０〜１００質量部を使用し、好ましくは２０〜８０質量部である。熱膨張性黒鉛の含有量が１０質量部より少ないと、得られた防火用目地材が火災時に充分熱膨張しない場合があり、１００質量部を超えると熱膨張倍率は大きくなるものの、得られる防火用目地材の硬度が上昇し、強度等の物性も低下する傾向にある。

本発明では、形崩れ防止のための形状安定化剤としてエポキシ樹脂を用いる。本発明で用いられるエポキシ樹脂は、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、多官能エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂等が使用可能であり、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が汎用性に優れる点で好ましい。また、エポキシ樹脂を水性ウレタンフォームに均一に分散させるためにはエマルジョン又は粉体で使用することが好ましく、特に作業性の面からエマルジョンが好ましい。

エポキシ樹脂の含有量は、軟質ウレタンフォーム１００質量部に対して２０〜２００質量部であり、２０質量部より少ないと得られた防火用目地材の形状安定化性能が不十分で２００質量部を超えると得られた防火用目地材の硬度が高くなり可撓性が低下するので好ましくない。

本発明では、防火用目地材の難燃性をより向上させるために無機充填剤を用いることが出来る。無機充填剤は、例えば、シリカ、珪藻土、アルミナ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化鉄、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、ホウ酸亜鉛、ホウ酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、炭酸バリウム、ハイドロタルサイト、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ケイ酸カルシウム、タルク、クレー、マイカ、ベントナイト、活性白土、セピオライト、ガラス繊維、ガラスビーズ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、カーボンブラック、グラファイト等であり、これらは２種以上を併用しても良い。これらの中では、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムは加熱時の脱水反応によって生成する水によって吸熱反応が起こり、温度上昇が抑えられるという点で好ましい。
また、分散性の観点から充填材の平均粒径は、レーザー回折法の測定値で１〜５０μｍが好ましい。

無機充填剤の含有量は、軟質ウレタンフォーム１００質量部に対して１０〜５０質量部が良い。５０質量部を超えて使用すると、発泡成形体の硬度が高くなって可撓性が劣り、施工性が悪くなる場合がある。

本発明の熱膨張性防火用成形体は酸素指数４０以上であることを特徴とする。４０未満では、火災時の難燃性が不十分で形崩れ防止性も劣るので好ましくない。酸素指数の調整は膨張性黒鉛及び無機充填剤の配合量によって調整される。

本発明の防火用目地材は、その弾性、柔軟性、熱膨張性、断熱性、耐火性、制振性、防音性等の特性が要求される様々な分野に利用できるが、防火膨張性材料を用いる公知の工法にも適用でき、各工法における使用方法に従って用いればよい。使用部位も特に制限されず、防火性が要求される箇所に幅広く用いることができる。

本発明の防火用目地材は、防火区画体に設けられた貫通口の隙間の一部もしくは全部を閉塞するために用いられる。また、建造物の免震装置の防火部位にも好適に用いられる。具体的には、防火壁、床スラブ等の防火区画体に設けられた貫通口を通る電源ケーブルや通信ケーブル、パイプ等と防火壁の隙間を本発明の防火用目地材で被覆したり、施工部分に適合する形状に成形したガスケットを装着して用いることが出来る。また、本防火用目地材は、免震装置本体とそれを覆う耐火パネルの間もしくはその耐火パネルの端部に使用され、粘着剤や接着剤で貼り付けたり、ボルトや釘などで固定して用いられる。

以下、本発明を実施例及び比較例により具体的に説明するが、これらの実施例は本発明を限定するものでない。なお、以下の説明における部及び％は質量基準に基づく。

表１〜表２に示す配合量で、エポキシ樹脂、熱膨張性黒鉛、無機充填剤の混合物に水を加えてスラリーを調整した。このスラリーに水性ウレタンプレポリマーを加えて攪拌混合し、寸法１２ｃｍ×１２ｃｍ×１７ｃｍの型に注入して発泡成形させ、型と共にオーブン中１００℃で１時間で養生した後、脱型した。得られた発泡硬化体をさらにオーブン中５０℃で２日間養生することにより水分を蒸発させてスポンジ状の成形体を得た。

実施例において使用した材料は、それぞれ以下に示したものである。
（１） 水性ウレタンプレポリマー：（三井化学（株）製、「ＥＧＨ−４０１」）
（２） ホウ酸：（ＢＯＲＡＸ（株）製）
（３） エポキシ樹脂：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂エマルジョン（ＪＥＲ（株）、「エピレッツ８８０ＳＡＷ６５」）、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂パウダー（ＪＥＲ（株）、「エピコート４０１０Ｐ」）、多官能エポキシ樹脂エマルジョン（ＪＥＲ（株）、「エピレッツ６００６Ｗ７０」）
（４）熱膨張性黒鉛：（エア・ウォーター・ケミカル（株）製「ＳＳ−３」、膨張開始温度２６０℃）
（５）無機充填剤：水酸化アルミニウム（昭和電工（株）製、「ハイジライトＨ−４２」）

「実施例１〜４」「比較例１〜４」
実施例及び比較例において下記の各特性を評価し、表１〜表２にまとめた。
各特性の測定方法を以下に示す。
スラリー状態：エポキシ樹脂、熱膨張剤、無機充填剤および水のスラリーの状態を調べ、流動可能な状態を○、パサパサした状態で流動しないものを×と評価した。
表面硬度：発泡成形体にＣ型ゴム硬度計（高分子計器（株）製）を当てた直後の硬度計の指示を読み取ることにより測定した。
圧縮永久歪：発泡成形体を体積率で１０％圧縮し、７０℃で２２時間放置後の体積を測定し、当初の体積に対する割合を求めてその体積の回復状態を調べた。
膨張倍率：発泡成形体を３００℃で保持された雰囲気内に０．５時間放置した後の膨張倍率を測定した。
形状保持性：発泡成形体を３００℃で保持された雰囲気内に０．５時間放置し膨張させた後、その膨張体の硬さを手指感触により調べた。膨張体が硬くしっかりしているものを◎、形状を保持できているものを○、形状をなんとか保持しているものを△、形状保持性の無いもの又は溶融したものを×とした。
耐久性：発泡成形体から５ｃｍ角の試験片を切り出し、１００℃のギヤーオーブン中に５日間加熱処理した後、室温で１日間放置しスポンジの加水分解状況を観察した。
手指感触で弾性に変化の無いものを○、加水分解が起こり、弾性が失われたものを×とした。

Claims (3)

1. 水性ウレタンプレポリマーから得られた軟質ウレタンフォーム１００質量部、エポキシ樹脂２０〜２００質量部および熱膨張性黒鉛１０〜１００質量部からなり、酸素指数が５０以上であり、かつ、発泡成形体を３００℃雰囲気下で３０分放置した後の膨脹倍率が３．９〜４．５である防火用目地材。
2. エポキシ樹脂エマルジョンを使用することを特徴とする請求項１記載の防火用目地材。
3. 熱膨張性黒鉛１０〜１００質量部、エポキシ樹脂２０〜２００質量部に水を加えてスラリーを調製した後、次いでスラリーに水性ウレタンプレポリマー１００質量部を添加し、発泡が開始するまで攪拌混合を続け、次いで所定の形状を有する型に注入して発泡成形させ、含有水分を蒸発させる工程を含む防火用目地材の製造方法。