建築用耐火シーリング材の開発第95号 三 菱 電 線 工 業 時 報 平成11年6月...
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三 菱 電 線 工 業 時 報 第95号 平成11年6月
建築用耐火シーリング材の開発�������������� ����� �� ��� � ������� ���������������
出 村 剛*1 宮 下 芳 次*1 青 木 健 治*2
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要 約
建築用シーリング材は建築物の部材と部材の隙間 目地部!をふさぎ,水密性や気密性を確保することを目的として使用される材料である。建築物にはその階数に応じて耐火性が要求されるが,一般的なシーリング材は可燃性で
火炎に接すると溶融・脱落するおそれがあるため耐火上の弱点となりやすい。そのため最近ではシーリング材本来の特性である弾性に優れ,かつ耐火性をあわせもったシーリング材の開発が望まれていた。
このたび当社は,"成分形ポリウレタンをベースに従来培ってきた難燃技術を応用することによって,耐火性を有する建築用シーリング材『�� タイカシーラント』 当社商品名!を開発することに成功した。�� タイカシーラントは他の副材料を一切使用することなく,#$��%&'(の "時間耐火試験に合格する耐火性を有しているほか,"成分
形ポリウレタン系シーリング材では従来困難であった耐久性区分 )'&'をも達成した。 ��タイカシーラントを使用することにより従来必要であった目地部の耐火処理が不必要になり,材料費・施工費
の大幅なコストダウンが可能である。キーワード:シーリング材,耐火性,耐久性,ポリウレタン
Summary
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Key words: �� � ��,�� ����� �� �,��� *����,1������� ��
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*1 技術本部 中央研究所 材料研究部
*2 電力・電線事業部 技術部
1.まえがき
建築用シーリング材は建築物の部材と部材の隙間(目地
部)をふさぎ,水密性や気密性を確保することを目的として使用される材料である。一般的には充填時はペースト状
で,その後放置することによって硬化し固体となる。建築物を構成する金属,コンクリート等の部材は,温度変化によって常に伸び縮みを繰りかえしているため,それにつれ
て目地の幅も変化する。そのため目地部にひび割れや亀裂等の故障を起こさないために,シーリング材には十分な弾
性を持つことが要求されている。 当社は %)2' 年代よりケーブル線路の防火処理材料およびその工法の開発に取り組んできた。それらは『��シリー
ズ』として上市されており,あらゆる形態のケーブル線路に対応できるようパテ,シール,シート,テープ,コート
からなるシステマティックな製品構成となっている。 今回,これまで蓄積してきた�� シリーズの難燃技術を建築用シーリング材に応用することにより,シーリング材
本来の特性である弾性に優れ,かつ耐火性にも優れたシーリング材『��タイカシーラント』(当社商品名)を開発し
た。
建築用耐火シーリング材の開発
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2.開発の背景
建物の耐火時間については建築基準法施行令第 %'2条に
建物の階および部分と耐火時間の関係として �������のように規定されている。�������によるとシーリング材が主に
使用される壁の場合は最高 " 時間の耐火時間が要求される。 現在市販されているほとんどのシーリング材は可燃性であり,火炎に接すると容易に溶融・脱落して火炎の貫通
を招く。そのため耐火性を確保するためにはロックウールやセラミックウールといった無機材料を別途充填したり,
二次シール材である建築用ガスケットに耐火性をもたせるなどして処理してきた。しかし,これらの方法では作業工程が増える上に,目地の構造が制限されたり,作業精度
によって性能がばらつくといった問題点があった。 こうような状況の中,従来,シーリング材本来の特性で
ある弾性に加えて耐火性をも併せ持ったシーリング材の開発が望まれていた。
3.材料開発
3.1 ベースポリマー
現在,市販されている建築用シーリング材には ����に
示すような様々な種類のものがあり�,ムーブメントの大きさや種類,被着体の種類等によって使い分けられてい
る。しかし,これらのシーリング材は耐火性についてほとんど考慮されておらず,比較的耐火性に優れるとされるシリコーン系でさえ,単独で "時間耐火性を示す商品は開発
されていない。これは,一定以上の耐火性を与えようとすると多量の難燃剤を添加しなければならず,その場合,
シーリング材本来の特性である弾性が低下して,シール性能が発揮できなくなるためである。この両者のバランスを取るのは非常に難しく,これまで十分な耐火性を持った
シーリング材が開発されなかった原因のひとつになってきた。
当社は,これらの問題を解決すべくポリマーについて検討した結果," 成分形ポリウレタン系をベースポリマーと
することにした。これは "成分形ポリウレタンが比較的安価であることに加えて,硬化剤の選定により硬化物の分子設計が自由に行えるため,難燃剤を多量に添加したとして
も弾性に優れた硬化物を作り出すことが可能であったためである。
ポリウレタンの主原料は分子末端にイソシアネート基(�345)を持つプレポリマー(半重合体)である。%成分
形は空気中の水分と反応して硬化するが," 成分形はポリオール等の活性水素含有硬化剤と反応することによって硬化し,ゴム状弾性体となる。
なお,これまでシーリング材用途ではイソシアネートとして,主として反応速度の問題から ��$(トリレンジイソ
シアネート)が多く使用されてきたが,労働安全衛生法の特定化学物質に指定されているため,環境衛生上の制限がある。そのため,��タイカシーラントには��$にかえて
��$(ジフェニルメタン�(,(�ジイソシアネート)を採用し,労働安全性の改善を図った。
3.2 難燃剤
シーリング材に本来の特性である弾性を持たせるため
には,ベースポリマーそのものはゴム状物質である必要がある。この場合,ポリマー自身の難燃性をアップさせても,
火炎に直接さらされた場合の燃焼はまぬがれない。このため,耐火性を確保するためにはポリマーが燃焼した後の燃焼残渣が不燃層となって目地をふさぎ,熱や火炎の貫通を
遮断する方法が有効である。 そこで,開発にあたっては従来�� シリーズに使用して
きた金属水酸化物等を添加してベースポリマー自身の耐火性をアップさせるとともに,不燃層形成のために無機充填材を添加した。さらに,ガラス繊維を添加することに
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�� ����� �� ����
建築物の階・部分と耐火時間の関係
壁
最上階から数えた階数
が%7以上の
階
最上階及び最上階から
数えた階数が"以上で(
以内の階
最上階から数えた階数
が 7 以上で
%(以内の階
建築物の階
建築物の部分
間仕切壁
外壁 耐力壁
非耐力壁
延焼のおそれ
のある部分
延焼のおそれのある部分以
外の部分柱
床
はり屋根
%時間
%時間
"時間
"時間
"時間
"時間
&'分
%時間
&'分
%時間
%時間%時間
%時間
&'分
"時間"時間
"時間
%時間
&'分
&時間"時間
&時間
シーリング材�
2成分形�
湿気硬化�
酸素硬化�
乾燥硬化�エマルションタイプ�
溶剤タイプ�
油性コーキング材�
シリコーン系マスチック�
ブチルゴム系�
SBR系�
アクリル系�
変成ポリサルファイド系�
シリコーン系�
変成シリコーン系�
ポリウレタン系�
シリコーン系�
ポリウレタン系�
ポリサルファイド系�
ポリサルファイド系�
アクリルウレタン系�
変成シリコーン系�
非硬化�
混合反応硬化�1
2
1成分形�
注: 1 着色剤を別にしたタイプがある� 2 シリコーン系マスチックには3成分形もある�
���� 4� �����- ������� � ������� ������*��������
建築用シーリング材の分類�
三 菱 電 線 工 業 時 報 第95号 平成11年6月
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よって,形成される不燃層を強固なものとし,崩落をふせぐことに成功した。 以上のような検討により完成した��タイカシーラント
の難燃機構をまとめると以下のようになる。�シーリング材表面に火炎が接近しても,容易には着火
しない。�着火しても溶融・脱落することなく,急速に発泡炭化し断熱層を形成する。
�さらに加熱が継続すると灰化してセラミック層を形成する。このセラミック層は崩落することなく被着体
に強固に接着し,裏面への熱の伝達や火炎の貫通を防ぐ。
4.��タイカシーラントの特性評価
4.1 耐火性
耐火試験は#$��%&'(『建築構造部分の耐火試験方法』に準拠して行われる。��� に示す #$��%&'(の標準加熱曲
線によって試験体を加熱し,下記の判定基準に合致するものが合格となる。
�加熱中,耐火上または構造強度上有害と認められる変形・破壊・脱落などの変化を生じないこと。
�加熱中,火炎を通すような亀裂が入らないこと。
�壁および床は裏面温度が "8'94を超えないこと。ただし,外壁で屋内から加熱した場合の裏面温度について
はこの限りではない。
�構成材のいずれもが加熱中著しい発炎をせず,加熱終了後 %'分間以上,火気が残存しないこと。
以下に%)):年&月に建材試験センターに依頼して行った
耐火試験の様子を記載する。 試験体は�������に示すように厚さ %7'��の �;4 軽量気泡コンクリート!板に幅 " ' � � の目地を "ヶ所設け,
%ヶ所の目地は屋外加熱用(�目地),他の%ヶ所の目地は屋内加熱用(�目地)となるように取り付けたものである。各
目地部には�������に示すように��タイカシーラントおよびバックアップ材(発泡ポリエチレン製)のみを使用し,建築用ガスケット等他の材料は一切使用していない。
試験中の観察結果と裏面最高温度を������ ���にそれぞれ示す。試験中,�目地は 7分で着火し &&分まで継続した
( )+����
全体図(*)� �
目地構造
���� �� ����� �� ���*���
耐火試験体
目地部A(屋外加熱側)�
目地部B(屋外加熱側)�
セラミックウール充填�
セラミックウール充填�
300 600 600 600 300
ALC板�(厚さ150)�
バックアップ材�DFタイカシーラント�
加熱側(屋外側)�
裏面側(屋内側)�
目地部A
20
20
150
2400
20 150202020 2480
加熱側�
裏面側�
バックアップ材�DFタイカシーラント�
裏面側(屋外側)�
加熱側(屋内側)�
目地部B
20
20
150
��� �� �� ���� ���-����
標準加熱曲線
1,1001,000
900800700600500400300200100
0 30 60 90 120時間(分)
温度(℃)
150 180 200 240
建築用耐火シーリング材の開発
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�0������������� ���!
耐火試験結果(裏面最高温度)
目地部
一般部(�;4)
測定位置
�(屋外側加熱)�(屋内側加熱)
最高温度(94)%)"
((&
2(
到達時間(分)%'7
%"'
%8)
が,その後一切火気は生じていない。試験終了後は灰化層が約 "'��残っており,これが断熱層となって裏面への熱
の伝達と火炎の貫通を防ぐことができた。その結果,温度も %)"94と規定の "8'94を大きく下回った。一方,�目地についても脱落,ひび割れ等なく火炎の貫通を防ぐことが
できた。(温度は((&℃まで上昇したが屋内側加熱であり判定外)
以上のように前述の判定基準を十分満足しており,当シーリング材は " 時間耐火性能をもつといえる。
4.2 耐久性
目地によってムーブメントの種類,大きさは異なるた
め,それぞれに応じたシーリング材を選択することは目地部の故障を防ぐ上で大変重要である。シーリング材の変位追従性の目安としては �������のように耐久性による区分
が定められており,ムーブメントの大きい目地に施工されるシーリング材にはより高いレベルの耐久性が要求され
る。 試験方法は#$��%(&)『建築用シーリング材の試験方法』の中に定められており,試験体を�������に示す手順に従っ
て処理するもので,シーリング材が実際に受ける様々な劣化要因(水濡れ,夏季の圧縮加熱と冬季の引張冷却,種々
のムーブメント)を組み合わせて構成されている。判定は&個の試験体について行われ,試料の溶解,膨潤,ひび割れ,被着体からの剥離などの明確な異常が認められない場合
������� ��������-���������� *�����0 ��� ���
�� ��<)'&'!
耐久性試験の試験工程(耐久性区分 ����)
%
"
&
(
7
8
2
:
)
)'&'
"(
"(
:�(
-&'
)'
%8:
"(
%7�8
+&'
-%'"(
"(
試験工程 %~ 8
繰り返し %回
"(以上:�(~ %7�8
-&'~+&'
"'''
試験工程(�)(�)
引張冷却
圧縮加熱
(�)
目地幅
目地幅の固定解除後標準状態に置く
工程の繰り返し
目地幅を %"��に固定し標準状態に置く目地幅の拡大・縮小
目地幅
目地幅
(94)
(�)
温 度
時 間
回 数
��!
(=)
��!
(=)
��!
(=)
目地幅を %"��に固定し 7'94 の温水中に浸せき目地幅の固定解除後標準状態に置く
目地幅の固定解除後、標準状態に置く
温 度時 間
(94)
(�)
(回)
(�)
������� 4� �����- ���*������ *�������� � �����
�� ������*��������
シーリング材の耐久性による区分
試験条件耐久性による区分
:'"'
:'
)'&'
)'
%''&'
%''
2'"' 2'%'
(94)(=)
2'
± &' ± "' ± %'
圧縮加熱温度
目地幅の拡大・縮小
に合格となる。
�� タイカシーラントは従来 " 成分形ポリウレタン系のシーリング材ではほとんど達成されなかった耐久性区分)'&'に合格しており,カーテンウォール目地等ワーキング
ジョイントにも十分に対応できると考えられる。
������ �� ����� �� �������� �*���� ���!
耐火試験結果(観察状況)
項 目屋外側加熱 屋内側加熱
加熱側
観察記録
裏面側 加熱側 裏面側
加熱中 7分:シーリング材に着火した。
&&分:シーリング材からの炎が消えた。
"7分:中央部近傍において、白煙が出始めた。
&7分:バックアップ材が溶融し始めた。
7&分:上部近傍においてシーリ
ング材が赤熱し始めた。
"%分:バックアップ材に着火した。
:(分:バックアップ材からの炎が消えた。
(7分:シーリング材の一部が膨
らみ始めた。
:7分:シーリング材表面がうす茶色に変色し,白煙が出
始めた。)'分:シーリング材の表面が一
部はがれた。
加熱終了後
その後%"'分までに特に大きな変化は認められなかった。シーリング材は,白く灰化した
が,厚さ約%:��~"'��まで残っていた。
バックアップ材は,上下端部以
外は,溶融していた。
バックアップ材は焼失してい
た。
シーリング材の表面は,うす茶色に変色し,内部は炭化してい
たが,厚さ約%7��~ %:��ま
で残っていた。
変形・破壊・脱落・割れ
目等
火気の残存
目地部において,耐火上有害な変形,破壊,脱落,割れ目等はみとめられなかった。
なし
三 菱 電 線 工 業 時 報 第95号 平成11年6月
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4.3 一般特性
建築用シーリング材の種類と品質については #$��727:
『建築用シーリング材』に規定されている。これに基づいて評価した結果を�������に示す。 その結果,��タイカシーラントは規格値を全て満足し,
シーリング材としての一般特性についても問題ないものであることが判った。
4.4 施工性(押出し性,可使時間,タックフリー)
その他,これまでに調査検討した試験項目について
�������にまとめて示す。 " 成分形シーリング材は主に施工現場で混練・充填され
るため,�������に示される各項目の中でも特に施工性に関する項目(押出し性,可使時間,タックフリー)は非常に重要であるといえる。
押出し性試験はシーリング材を試験用カートリッジに充填しエアガンで押し出してカートリッジ内の試料を全
量押し出すまでの時間をいう。時間が長いほど押出し性が悪く現場での施工性が悪い。 また," 成分形シーリング材の場合は混練直後から徐々
に硬化が始まり,ある時間を経過すると押し出すことが困難となる。そのため,施工が可能である時間(可使時間)を
求める試験が規定されており,混練時から一定時間経過毎に押し出し時間を測定し,押し出すのにちょうど"'秒かか
������� 1������������+�� ����� �� ��� � �� "!
その他の特性
項 目 単位 測定値
8
(
&7'
&''
":'
%&:
%�(8
'�:
合格
押出し性7℃"&℃
7℃
"&℃&7℃
秒
分
-=
-
分可使時間
タックフリー
比重加熱減量
耐オゾン性
������� 1������������+�� ����� �� ��� � �� %!
��タイカシーラントの一般特性
破断時の伸び
�%''
破断時の伸び
�%''
単位
-��
��
=
=
3>��"
=
3>��"
--
-=
特性値
��"7;�
%
'
)"
7''
'�&
8''
'�7
破壊せず破壊せず
破壊せず'
規格値
-&以下
&以下
2'以上-
'�(以下-
'�8以下
破壊してはならない破壊してはならない
破壊してはならない%'以下
項目種類
スランプ
弾性復元性
定伸長下での接着性
圧縮加熱・引張冷却後の接着性水浸せき後の定伸長下での接着性
体積損失
引張特性
縦横
-"'℃
"&℃
出村剛(でむら つよし)
技術本部 中央研究所 材料研究部 電気絶縁グループ防火材,電線被覆材料の研究・開発に従事
電気学会会員
宮下芳次(みやした よしつぐ)
技術本部 中央研究所 材料研究部 電気絶縁グループ電線ケーブル用 被覆材料の研究・開発に従事
電気学会,日本ゴム協会,高分子学会会員
青木健治(あおき けんじ)
電力・電線事業部 技術部 東京技術課防火材,バスダクト等の非電線製品の技術開発に従事
る時の混練時点からの経過時間を可使時間としている。施工上は同時に大量の混練を行う方が効率がよく,可使時間は長い方が好ましい。
タックフリーはシーリング材を充填してから,指先で触れて付着しなくなるまでの時間をいう。施工後の硬化時間
の目安となる。 ������ �に示されるこれらの試験の値は一般的なシーリング材の値と大差ないものであり,施工性についても問題
ないものであることが判った。
5.む す び
以上述べてきたように,耐火性を持ちかつ弾性にも優れ
た建築用シーリング材『��タイカシーラント』を開発することができた。
��タイカシーラントは #$��%&'(の "時間耐火試験に合格する耐火性をもつうえに,耐久性区分)'&'に合格する優れた弾性を持つ。また,一般特性についても #$��727:
の規格値を満足するほか,施工上も従来のシーリング材と同等の良好なものである。
この��タイカシーラントを使用することによって,耐火目地のシーリング工事に関わる種々の施工上の問題点は解決され,材料費,施工費を大幅に抑えることができる。ま
た,外壁,間仕切壁以外にも,ダクトまわり等弾性と耐火性を併せ持った材料を必要とする場所は数多く存在する
ため,耐火性シーリング材のニーズはますます高まってくるものと思われる。
参考文献
� 建築用シーリング材ハンドブック �シーリング材工業
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