JP4440287B2 - 建築用配管材およびこの建築用配管材の成形方法 - Google Patents
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Description
一方、上記特許文献3の耐火性樹脂組成物の場合、難燃性には優れているものの、無機充填剤、熱膨張性黒鉛、リン化合物などの比率が高いため、押出成形や射出成形等の成形性に劣るという問題があるとともに、ポリリン酸アンモニウム等のリン化合物が、押出成形や射出成形の際に分解して成形体の外観を損ねる恐れがある。リン化合物の分解を抑えるために低温で成形をした場合は、成形体の機械的強度や耐衝撃性が低下する恐れがある。
(1)配管材の燃焼速度を遅延させて、非加熱側に火炎を噴出させないこと。
燃焼速度を遅延させるには、配管材そのものの燃焼を防止するとともに、燃焼時に管壁を熱膨張させ、区画貫通部内への熱の流入をできるだけ防ぐようにすることが望ましい。すなわち、加熱側において、配管材を閉塞させて遮炎することが最良である。また、膨張後の残渣が脱落しないことがより好ましい。
(2)燃焼時に配管材とその外周のモルタルとのシールを保って、非加熱側へ発煙させないこと。
すなわち、請求項1記載の発明の建築用配管材は、ポリ塩化ビニル系樹脂に熱膨張性黒鉛と無機充填剤とを含有させた耐火性樹脂組成物で構成されており、その配合比が、ポリ塩化ビニル系樹脂100重量部に対して、熱膨張性黒鉛が1〜10重量部、無機充填剤が1〜50重量部であることを特徴とする。
請求項1記載の発明において、ポリ塩化ビニル系樹脂100重量部に対して熱膨張性黒鉛を1〜10重量部配合した理由としては、熱膨張性黒鉛が1重量部未満であると、燃焼時に、十分な熱膨張性が得られず、所望の耐火性が得られないし、10重量部を超えると、加熱により組織が熱膨張しすぎて、その形状を保持できずに残渣が脱落し、耐火性が低下してしまうからである。なお、熱膨張性黒鉛の配合比は、好ましくはポリ塩化ビニル系樹脂100重量部に対して1〜8重量部であり、さらに好ましくはポリ塩化ビニル系樹脂100重量部に対して2〜7重量部である。
また、ポリ塩化ビニル系樹脂100重量部に対して無機充填剤を1〜50重量部配合した理由としては、無機充填剤が1重量部未満であると、燃焼時に、骨材的な働きがなされず、その形状を保持できずに残渣が脱落して、耐火性が低下してしまう恐れがあるし、50重量部を超えると、組成物全体に対するポリ塩化ビニル系樹脂の割合が低くなるため、引張強度が低下してしまう恐れがあるからである。
なお、無機充填剤の好ましい配合比は、請求項2に記載するように、ポリ塩化ビニル系樹脂100重量部に対して2〜5重量部である。
の関係を満たしていることを特徴とするものである。
熱膨張性黒鉛の膨張は、黒鉛の層状構造の界面に注入された硫酸等が高温時に揮発して層間が広げられることに起因するため、熱重量分析によって、熱膨張性黒鉛の膨張開始温度を判断することができる。
しかしながら、熱膨張性黒鉛を加熱膨張させたときの各温度におけるガス発生量すなわち膨張量は、黒鉛の層間に処理する酸の種類などによって様々であるため、膨張開始温度から熱膨張性黒鉛の膨張特性は特定されにくい。
そこで、本願発明者らが実験を重ねて様々な熱膨張性黒鉛を分析し評価した結果、ポリ塩化ビニル系樹脂が溶融し分解(発泡)するまでの温度と、熱膨張性黒鉛が目に見えて膨張する温度との関係が重要であると判明したため、熱膨張性黒鉛を膨張開始温度ではなく、熱膨張性黒鉛の膨張がある程度目に見えて進行する温度で規定するのがよいとの結論に至ったのである。
そこで、本発明においては、熱膨張性黒鉛の膨張がある程度目に見えて進行する温度として、熱膨張性黒鉛の熱重量分析において、熱膨張性黒鉛の重量が5%減少するときの温度を熱膨張性黒鉛の膨張温度T1と規定したのである。
なお、熱重量分析は、熱重量分析装置を用いて、熱膨張性黒鉛の試料を白金パン開放容器に入れ、50ml/minの窒素フロー雰囲気の中、10℃/分の昇温速度で、30℃〜500℃まで昇温させて行った。
また、成形時の樹脂温度T2とは、樹脂の溶融時の最高温度をいうものとする。
その理由は、熱膨張性黒鉛の膨張温度T1が、成形時の樹脂温度T2よりも低い場合や、成形時の樹脂温度T2との差がほとんどない場合には、配管材を成形する過程において、熱膨張性黒鉛の膨張が開始してしまうため、耐火性を十分に発現できない恐れがあるからである。
一方、熱膨張性黒鉛の膨張温度T1が、押出成形時の樹脂温度T2よりも格段に高い場合には、配管材を成形する過程において、熱膨張性黒鉛の膨張が開始してしまう恐れはないものの、燃焼時には、ポリ塩化ビニル系樹脂が溶融して分解(発泡)が進行し、ポリ塩化ビニル系樹脂の柔軟性が低下した後に、熱膨張性黒鉛の膨張が起こるため、ポリ塩化ビニル系樹脂が熱膨張性黒鉛の膨張に耐えきれなくなり、バラバラに崩壊してしまうことがあるからである。
また、成形時の樹脂温度T2とは、樹脂の溶融時の最高温度をいうものとする。
その理由は、熱膨張性黒鉛の1.3倍膨張温度T3が、成形時の樹脂温度T2よりもかなり高い温度であると、成形時の安定性には優れているものの、燃焼時に必要な耐火性が得られず、管が崩落してしまうという問題が生じる恐れがあるからである。
一方、熱膨張性黒鉛の1.3倍膨張温度T3が、成形時の樹脂温度T2とほぼ同じ温度であると、成形中に熱膨張性黒鉛が膨張を開始してしまい、管の外観不良を引き起こす上、燃焼時の耐火性が低下してしまう恐れがあるからである。
内部滑剤は、成形加工時の溶融樹脂の流動粘度を下げ、摩擦発熱を防止する目的で使用される。上記内部滑剤としては特に限定されず、例えば、ブチルステアレート、ラウリルアルコール、ステアリルアルコール、エポキシ大豆油、グリセリンモノステアレート、ステアリン酸、ビスアミド等が挙げられる。これらは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
上記外部滑剤は、成形加工時の溶融樹脂と金属面との滑り効果を上げる目的で使用される。外部滑剤としては特に限定されず、例えば、パラフィンワックス、ポリオレフィンワックス、エステルワックス、モンタン酸ワックスなどが挙げられる。これらは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
また、ポリ塩化ビニル系樹脂は、自己消火性があるので、燃焼速度の遅延が効果的に行われ、燃焼時の火炎の伝播速度を抑えることができる上、燃焼初期に発泡するので、熱膨張性黒鉛が膨張しやすいという利点もある。
また、熱膨張性黒鉛は、それ自体が燃えにくく、かつ熱により膨張して断熱効果が発現するので、燃焼速度の遅延がさらに効果的に行われる。
さらに、無機充填剤が、燃焼時に骨材的な働きをするため、燃焼時の管壁を強固に保つことができ、残渣が脱落しにくいため、燃焼速度の遅延がさらに効果的に行われる。
したがって、本発明の建築用配管材は、それ自体が優れた耐火膨張性を備えており、燃焼時には配管材自体が膨張するとともに、燃焼速度の遅延効果を発揮して、区画貫通部で仕切られた他の側に火炎や煙が回るのを阻止することができ、従来のように、配管材の周囲に他の耐火部材を設ける必要がない。また、施工時の仮配管時に、位置確認のためにマーキングするなどの作業が不要となり、単に、区画貫通部に前記建築用配管材を挿通させるだけでよいので、作業を大幅に軽減でき、現場施工性を飛躍的に向上させることができる。さらに、本発明の建築用配管材は、塩化ビニル樹脂製パイプの外周に繊維強化モルタルを被覆した、いわゆる耐火二層管に比べて、管外径が大きくならないので、貫通口を複数設ける場合に、各貫通口の間隔を小さく取れる上、床下に配管する場合に、勾配がとりやすくなるなど、画期的に施工性が向上する。
また、建築用配管材の成形時に、熱膨張性黒鉛が膨張を開始してしまうのを効果的に抑制し、良好に成形できる。
すなわち、本発明の建築用配管材の成形方法によれば、配管材そのもので防火措置を行うことのできる耐火性に優れた建築用配管材を良好に成形することができる。
また、建築用配管材の成形時に、熱膨張性黒鉛が膨張を開始してしまうのを効果的に抑制し、良好に成形できる。
すなわち、本発明の建築用配管材の成形方法によれば、配管材そのもので防火措置を行うことのできる耐火性に優れた建築用配管材を良好に成形することができる。
その上、熱膨張性黒鉛の1.3倍膨張温度T3と成形時の樹脂温度T2とをごく狭い温度範囲に限定して成形することにより、ポリ塩化ビニル系樹脂と熱膨張性黒鉛以外の物質、例えば、無機充填剤や難燃剤、成形助剤等の配合量を抑えることができ、配管材としての物性も良好となるという利点もある。
以下、実施例を挙げて詳細に説明する。
いずれの配合においても、押出成形するために、安定剤(堺化学株式会社製 商品名SL-1000)2部と滑剤(三井化学株式会社製 商品名ハイワックス4202E)0.5部を加えた。
そして、得られた樹脂組成物を一般的に用いられる押出成形機によって押出成形して、耐火性評価に用いる建築用配管材Pを作製した。また、この建築用配管材Pから性能評価に用いる試験片を作製した。試験片は、前記建築用配管材Pの管壁の一部を切り出した後、荷重200kgf、190℃で3分間プレス成形して得られた厚さ3mmのプレス板より作製した。
いずれの配合においても、押出成形するために、安定剤(堺化学株式会社製 商品名SL-1000)2部と滑剤(三井化学株式会社製 商品名ハイワックス4202E)0.5部を加えた。
そして、上記実施例と同様に、得られた樹脂組成物から建築用配管材Pと試験片とを作製した。
図2に示す耐火試験炉Xにより、耐火試験(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 ISO834-1に従う)を実施した。
床材Yは、100mm厚さのPC(プレキャストコンクリート)パネルを用いた。建築用配管材Pは、床材Yに設けられた区画貫通部Rに貫通させ、加熱室Z内に300mm露出させ、床材Yの外部に800mm露出させた。
なお、加熱室Zの側壁にはバーナーV,Vが設置されている。また、建築用配管材Pの先端部近傍に温度測定用の熱電対Qが設置されている。
加熱開始後、区画貫通部Rと建築用配管材Pとの隙間から煙が出るまでの時間(発煙時間)を測定した。消防法の令8区画の判定基準に従って、発煙時間が130分以上の場合を◎(優秀)、120分以上の場合を○(合格)、120分未満の場合を×(不合格)とした。
得られた試験片について、JISK7113に規定される引張試験(評価温度23℃)を行った。なお、管としての実用的な性能を満たしているかを判定するため、23℃で引張強度が45(MPa)以上のものを◎(優秀)、30(MPa)以上のものを○(合格)、30(MPa)未満のものを×(不合格)とした。
また、成形性については、押出成形ができ、かつ、目視による外観観察においてパイプ外観が良好であったものを○(合格)とし、押出成形できないものや、パイプ外観に異変が見られたものを×(不合格)とした。
(表1)に示すように、(比較例1)(比較例3)は、熱膨張性黒鉛を配合しなかったため、発煙時間が早く、(耐火性評価)は不合格であった。また、(比較例2)は、熱膨張性黒鉛の配合割合が大きすぎたため、発煙時間が早く、(耐火性評価)は不合格であった。
また、(表2)に示すように、(比較例4)は、無機充填剤を配合しなかったため、発煙時間が120分未満であり、(耐火性評価)が不合格であった。(比較例5)(比較例6)は、無機充填剤の配合割合が大きすぎたため、引張強度が30MPa未満であり、(性能評価)が不合格であった。さらに、(比較例6)については、配管材を押出成形できなかった。
また、(表3)に示すように、(比較例7)(比較例8)は、熱膨張性黒鉛の配合割合が不適当であったため、発煙時間が120分未満であり、(耐火性評価)が不合格であった。
したがって、(耐火性評価)、(性能評価)および(成形性)のすべてを満足する建築用配管材を得るためには、塩化ビニル樹脂100重量部に対して、熱膨張性黒鉛1〜10重量部、および無機充填剤1〜50重量部の範囲で含有させる必要があることがよくわかった。
さらに、(表2)の(実施例4)(実施例5)は、耐火性と引張強度の点で、(実施例3)(実施例6)〜(実施例10)よりもさらに優れている。したがって、塩化ビニル樹脂100重量部に対して、無機充填剤2〜5重量部の範囲で含有させたとき、より一層、耐火性、引張強度、成形性のいずれの点においてもバランスの取れた管が得られることがわかった。
なお、熱膨張性黒鉛が10重量部を超えると、図3に示すように、加熱により組織が熱膨張しすぎて、その形状を保持できずに残渣2が脱落してしまった。
また、実施例、比較例とも、成形時の樹脂温度T2は、180℃であった。
また、熱膨張性黒鉛の膨張温度T1の測定には、セイコーインスツル株式会社製の熱重量分析装置「TG/DTA 320」を使用した。
図2に示す耐火試験炉Xにより、耐火試験(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 ISO834-1に従う)を実施した。
床材Yは、100mm厚さのPC(プレキャストコンクリート)パネルを用いた。建築用配管材Pは、床材Yに設けられた区画貫通部Rに貫通させ、加熱室Z内に300mm露出させ、床材Yの外部に800mm露出させた。
なお、加熱室Zの側壁にはバーナーV,Vが設置されている。また、建築用配管材Pの先端部近傍に温度測定用の熱電対Qが設置されている。
加熱開始後、区画貫通部Rと建築用配管材Pとの隙間から煙が出るまでの時間(発煙時間)を測定し、消防法の令8区画の判定基準に従って、発煙時間が130分以上の場合を◎(優秀)120分以上の場合を○(合格)、120分未満の場合を×(不合格)とした。
得られた試験片について、JISK7113に規定される引張試験(評価温度23℃)を行った。なお、管としての実用的な性能を満たしているかを判定するため、23℃で引張強度が45(MPa)以上のものを◎(優秀)、30(MPa)以上のものを○(合格)、30(MPa)未満のものを×(不合格)とした。
また、成形性については、押出成形ができ、かつ、目視による外観観察においてパイプ外観が良好であったものを○(合格)とし、押出成形できないものや、パイプ外観に異変が見られたものを×(不合格)とした。
(表4)に示すように、(実施例17)は、熱膨張性黒鉛の膨張温度T1が190℃で、成形時の樹脂温度T2よりも10℃高い場合であり、すべての評価項目で良好であった。
これに比べて、(比較例11)は、熱膨張性黒鉛の膨張温度T1が180℃で、膨張温度T1と押出成形時の樹脂温度T2とが同じ温度の場合であり、成形時に、ポリ塩化ビニルの分解による管表面の発泡が見られたため、成形性の面で不合格であった。
また、(実施例18)は、熱膨張性黒鉛の膨張温度T1が240℃で、成形時の樹脂温度T2よりも60℃高い場合であり、すべての評価項目で良好であった。これに比べて、(比較例12)は、熱膨張性黒鉛の膨張温度T1が250℃で、成形時の樹脂温度T2よりも70℃高い場合であり、(耐火性評価)が不合格であった。また、(比較例13)は、熱膨張性黒鉛の膨張温度T1が300℃であり、(耐火性評価)が不合格であった。
したがって、熱膨張性黒鉛の膨張温度T1と成形時の樹脂温度T2とが、T1≦240℃、かつ、(T2+10℃)≦T1≦(T2+60℃)である必要があることがよくわかった。
そして、上記実施例と同様に、得られた樹脂組成物を(表5)に示す成形時の樹脂温度T2で押出成形して、建築用配管材Pと試験片とを作製した。
図2に示す耐火試験炉Xにより、耐火試験(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 ISO834-1に従う)を実施した。
床材Yは、100mm厚さのPC(プレキャストコンクリート)パネルを用いた。建築用配管材Pは、床材Yに設けられた区画貫通部Rに貫通させ、加熱室Z内に300mm露出させ、床材Yの外部に800mm露出させた。
なお、加熱室Zの側壁にはバーナーV,Vが設置されている。また、建築用配管材Pの先端部近傍に温度測定用の熱電対Qが設置されている。
加熱開始後、区画貫通部Rと建築用配管材Pとの隙間から煙が出るまでの時間(発煙時間)を測定し、消防法の令8区画の判定基準に従って、発煙時間が130分以上の場合を◎(優秀)120分以上の場合を○(合格)、120分未満の場合を×(不合格)とした。
得られた試験片について、JISK7113に規定される引張試験(評価温度23℃)を行った。なお、管としての実用的な性能を満たしているかを判定するため、23℃で引張強度が45(MPa)以上のものを◎(優秀)、30(MPa)以上のものを○(合格)、30(MPa)未満のものを×(不合格)とした。
また、成形性については、押出成形ができ、かつ、目視による外観観察においてパイプ外観が良好であったものを○(合格)とし、押出成形できないものや、パイプ外観に異変が見られたものを×(不合格)とした。
(比較例16)は、押出成形時の樹脂温度T2が、熱膨張性黒鉛の1.3倍膨張温度T3よりも10℃高く、成形途中で熱膨張性黒鉛が膨張してしまったため、全ての項目で不合格であった。なお、(比較例16)と(実施例21)とを比較してみると、成形時の樹脂温度T2に問題がないことが分かる。
また、(比較例17)は、熱膨張性黒鉛の1.3倍膨張温度T3が高すぎて、燃焼中に区画貫通部内の樹脂が膨張に耐え切れずに崩落してしまったため、(耐火性評価)が不合格であった。すなわち、(比較例17)は、加熱によって、塩化ビニル樹脂の分解反応が起こり、発泡と炭化が進んだ後に、熱膨張性黒鉛が膨張したことにより、組織が膨張に耐え切れずに崩壊してしまった。その結果、区画貫通部内の樹脂が崩落して、配管材の加熱側端部を閉塞できなくなり、燃焼室内の熱気が、区画貫通部内に流入してしまったのである。
したがって、熱膨張性黒鉛の1.3倍膨張温度T3は、180℃〜240℃であることが必要であり、成形時の樹脂温度T2は、熱膨張性黒鉛の1.3倍膨張温度T3よりも5℃以上低く、かつ、170℃〜210℃である必要があることがよくわかった。
以上、実施例を提示して詳述したとおり、本実施形態の建築用配管材Pは、成形性、管としての機械的強度、耐火性のいずれの面においても優れており、燃焼時には、耐火性樹脂組成物で構成された層が膨張して、図4に示すように、建築用配管材Pと区画貫通部Rとの隙間を残渣2で閉塞することができ、床材Yで仕切られた他の側に火炎や煙が回るのを阻止することができる。
また、従来の耐火膨張性のシート状被覆材で区画貫通部にだけ耐火処置した配管構造と違って、本発明では、配管全体に耐火性を付与することができる。
今回の耐火性評価は、耐火炉内に配管材の一端部を300mm突出させた状態で加熱する代用評価法によって耐火性を比較したが、本発明の配管材を建物内の各階のスラブ間あるいは建物内の各フロアの仕切壁間を貫通させて配管させる実施工状態で火災になった場合には、さらに耐火性の差が顕著になるものと思われる。
すなわち、本発明の配管材は、燃焼時には、区画貫通部を迅速かつ確実に閉塞する上、管全体が長時間の燃焼に耐えることができる。万一、燃焼中に配管材の一部が脱落しても、配管材の開口部分が速やかに閉塞し、その形状を保持するため、燃焼室外に炎や煙が回りにくく、類焼を効果的に阻止できると思われる。
Claims (4)
- ポリ塩化ビニル系樹脂に熱膨張性黒鉛と無機充填剤とを含有させた耐火性樹脂組成物で構成されており、
その配合比が、ポリ塩化ビニル系樹脂100重量部に対して、熱膨張性黒鉛が1〜10重量部、無機充填剤が1〜50重量部であることを特徴とする建築用配管材。 - ポリ塩化ビニル系樹脂100重量部に対して、無機充填剤が2〜5重量部の割合で配合されていることを特徴とする請求項1に記載の建築用配管材。
- 熱膨張性黒鉛の膨張温度T1と成形時の樹脂温度T2とが、
T1≦240℃ かつ
(T2+10℃)≦T1≦(T2+60℃)
であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の建築用配管材の成形方法。 - 熱膨張性黒鉛の1.3倍膨張温度T3が180℃〜240℃であり、成形時の樹脂温度T2が、熱膨張性黒鉛の1.3倍膨張温度T3よりも5℃以上低く、かつ、170℃〜210℃であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の建築用配管材の成形方法。
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