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第95号 平成11年６月 三 菱 電 線 工 業 時 報 建築用耐火シーリング材の開発 Development of Flame-retardant Sealants for Sealing in Buildings ＊1 出 村 剛 T. Demura ＊1 宮 下 芳 次 Y. Miyashita 青 木 健 治 ＊2 K. Aoki 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，2 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『D F 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。D F 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，JIS A 1304 の 2 時間耐火試験に合格する耐火性を有しているほか，2 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 9030 をも達成した。 DF 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 Sealants for sealing in buildings are used to fill up gaps between building materials, and to keep water and air tightness. Though flame-retardancy differs with the number of floors in a building, sealants on the market is combustible, and flame-retardant is a weak point. Therefore, the development of flame-retardant sealants was in much demand. We have succeeded in developing flame-retardant sealants by applying the technology of flame-retardant polymer that has been cultivated so far. This sealant shows flame-retardancy for two hours without using any vice-material such as gaskets for joints in panels of buildings. As for the durability it shows excellent character which has been difficult so far with polyurethane materials. By using this sealant, it is no longer neccessary to apply flame-retardant material over the gaps, thus allowing the reduction of material and execution fees. Key words： Sealants, Flame-retardant, Durability, Polyurethane １．まえがき 性を持つことが要求されている。 建築用シーリング材は建築物の部材と部材の隙間（目地 びその工法の開発に取り組んできた。それらは『DF シリー 部）をふさぎ，水密性や気密性を確保することを目的とし ズ』として上市されており，あらゆる形態のケーブル線路 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 に対応できるようパテ，シール，シート，テープ，コート で，その後放置することによって硬化し固体となる。建築 からなるシステマティックな製品構成となっている。 物を構成する金属，コンクリート等の部材は，温度変化に 今回，これまで蓄積してきた D F シリーズの難燃技術を 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 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 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 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 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 リング材『DFタイカシーラント』 （当社商品名）を開発し 当社は 1 9 7 0 年代よりケーブル線路の防火処理材料およ た。 ＊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 − 64 − 建築用耐火シーリング材の開発 ２．開発の背景 シリコーン系 変成シリコーン系 2成分形 1 建物の耐火時間については建築基準法施行令第 107 条に ポリサルファイド系 混合反応硬化 アクリルウレタン系 建物の階および部分と耐火時間の関係として Table 1 のよ うに規定されている。Table 1 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 2 時間の耐火時間が要求される。 ポリウレタン系 シリコーン系 シーリング材 変成シリコーン系 湿気硬化 ポリサルファイド系 現在市販されているほとんどのシーリング材は可燃性 ポリウレタン系 であり，火炎に接すると容易に溶融・脱落して火炎の貫通 1成分形 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 変成ポリサルファイド系 酸素硬化 エマルションタイプ 乾燥硬化 溶剤タイプ 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 工程が増える上に，目地の構造が制限されたり，作業精度 Fig. 1 によって性能がばらつくといった問題点があった。 SBR系 ブチルゴム系 シリコーン系マスチック 2 非硬化 るなどして処理してきた。しかし，これらの方法では作業 アクリル系 油性コーキング材 Classification of sealants for sealing in buildings 建築用シーリング材の分類 = 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。 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。 Table 1 Relations between the floor of the building and 当社は，これらの問題を解決すべくポリマーについて検 flame-retardant time 討した結果，2 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 2 成分形ポリウレタンが比較的安 建築物の階・部分と耐火時間の関係 建築物の階 最上階及び 最上階から 最上階から 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 最上階から 数えた階数 数えた階数 数えた階数 が 5 以上で が 15以上の 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 が2以上で4 階 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。 以内の階 建築物の部分 壁 14 以内の階 間仕切壁 1 時間 2 時間 2 時間 ポリウレタンの主原料は分子末端にイソシアネート基 外壁 耐力壁 1 時間 2 時間 2 時間 （-NCO）を持つプレポリマー（半重合体）である。1 成分 1 時間 1 時間 1 時間 形は空気中の水分と反応して硬化するが，2 成分形はポリ 延焼のおそれ 非耐 力壁 のある部分 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 延焼のおそれ 30 分 30 分 30 分 柱 1 時間 2 時間 3 時間 床 1 時間 2 時間 2 時間 はり 1 時間 2 時間 3 時間 のある部分以 硬化し，ゴム状弾性体となる。 外の部分 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 TDI（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 30 分 屋根 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，DF タイカシーラントには TDI にかえて MDI（ジフェニルメタン-4,4- ジイソシアネート）を採用し， ３．材料開発 労働安全性の改善を図った。 3.1 ベースポリマー 3.2 難燃剤 現在，市販されている建築用シーリング材には Fig. 1 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 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 きさや種類，被着体の種類等によって使い分けられてい ある。この場合，ポリマー自身の難燃性をアップさせても， る。しかし，これらのシーリング材は耐火性についてほと 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 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 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 リコーン系でさえ，単独で 2 時間耐火性を示す商品は開発 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 されていない。これは，一定以上の耐火性を与えようとす 遮断する方法が有効である。 ると多量の難燃剤を添加しなければならず，その場合， そこで，開発にあたっては従来 D F シリーズに使用して 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 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 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 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 取るのは非常に難しく，これまで十分な耐火性を持った 填材を添加した。さらに，ガラス繊維を添加することに − 65 − 第95号 平成11年６月 三 菱 電 線 工 業 時 報 , 構成材のいずれもが加熱中著しい発炎をせず，加熱終 よって，形成される不燃層を強固なものとし，崩落をふせ 了後 10 分間以上，火気が残存しないこと。 ぐことに成功した。 以上のような検討により完成した D F 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。 以下に1998年3月に建材試験センターに依頼して行った ) シーリング材表面に火炎が接近しても，容易には着火 耐火試験の様子を記載する。 試験体は Fig. 3(a) に示すように厚さ 150mm の ALC(軽 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 量気泡コンクリート) 板に幅 2 0 m m の目地を 2 ヶ所設け， 1ヶ所の目地は屋外加熱用（A 目地） ，他の1ヶ所の目地は屋 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 内加熱用（B 目地）となるように取り付けたものである。各 成する。このセラミック層は崩落することなく被着体 目地部には Fig. 3(b) に示すように DF タイカシーラントお に強固に接着し，裏面への熱の伝達や火炎の貫通を防 よびバックアップ材（発泡ポリエチレン製）のみを使用し， ぐ。 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 Table 2, 3 にそれぞ ４．DFタイカシーラントの特性評価 れ示す。試験中，A 目地は 5 分で着火し 33 分まで継続した 耐火試験はJIS A 1304『建築構造部分の耐火試験方法』に 準拠して行われる。Fig. 2 に示す JIS A 1304 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。 1,100 1,000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 温度（℃） 4.1 耐火性 0 + 壁および床は裏面温度が 260°C を超えないこと。ただ 30 60 Fig. 2 し，外壁で屋内から加熱した場合の裏面温度について 150 120 時間（分） 90 180 200 A standard heating curve 標準加熱曲線 はこの限りではない。 20 DFタイカシーラント バックアップ材 20 加熱側（屋外側） 150 目地部A（屋外加熱側） セラミックウール充填 2400 裏面側（屋内側） ALC板 （厚さ150） 目地部A 目地部B（屋外加熱側） 加熱側（屋内側） セラミックウール充填 600 20 20 600 2480 600 20 20 300 150 裏 面 側 加 熱 側 300 20 裏面側（屋外側） 150 DFタイカシーラント 20 目地部B （a）whole （b）part 全体図 目地構造 Fig. 3 Flame-retardant test body 耐火試験体 − 66 − バックアップ材 240 建築用耐火シーリング材の開発 Table 2 Flame-retardant test result(observation) 耐火試験結果（観察状況） 屋外側加熱 項 目 加熱 中 観察 記録 屋内側加熱 加熱側 裏面側 加熱側 5分 ：シーリング材に着火した。 25分：中央部近傍において、白 21分：バックアップ材に着火し 煙が出始めた。 た。 33分：シーリング材からの炎が 35分：バックアップ材が溶融し 84分：バックアップ材からの炎 消えた。 始めた。 裏面側 45 分：シーリング材の一部が膨 らみ始めた。 85 分：シーリング材表面がうす 茶色に変色し，白煙が出 が消えた。 53分：上部近傍においてシーリ 始めた。 90 分：シーリング材の表面が一 ング材が赤熱し始めた。 部はがれた。 その後 120 分までに特に大きな変化は認められなかった。 加熱終了後 シーリング材は，白く灰化した バックアップ材は，上下端部以 が，厚さ約18mm ∼ 20mm まで 外は，溶融していた。 バックアップ材は焼失してい 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。 たが，厚さ約 15mm ∼ 18mm ま 残っていた。 で残っていた。 変形・破壊・脱落・割れ 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。 目等 なし 火気の残存 Table 3 Flame-retardant test result(the degree of back Classification by the durability of sealants for extreme high temperature) sealing in buildings 耐火試験結果（裏面最高温度） シーリング材の耐久性による区分 測定位置 目地部 Table 4 耐久性による区分 最高温度（°C） 到達時間（分） A（屋外側加熱） 192 105 B（屋内側加熱） 443 120 圧縮加熱温度 74 169 目地幅の拡大・縮小（%） 一般部（ALC） 試験条件 が，その後一切火気は生じていない。試験終了後は灰化層 Table 5 10030 9030 8020 100 90 80 （°C） ± 30 7020 7010 70 ± 20 ± 10 The test process of the durability examination が約 20mm 残っており，これが断熱層となって裏面への熱 (grade:9030) の伝達と火炎の貫通を防ぐことができた。その結果，温度 耐久性試験の試験工程（耐久性区分 9030） も 192°C と規定の 260°C を大きく下回った。一方，B 目地 9030 試験工程 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443℃まで上昇したが屋内側加熱であり判 定外） 24 1 目地幅を 12mm に固定し 50°C の温水中に浸せき（h） 2 目地幅の固定解除後標準状態に置く （h） 24 3 圧縮加熱 (mm) 8.4 （%） -30 以上のように前述の判定基準を十分満足しており，当 目地幅 90 温 度 （°C） シーリング材は 2 時間耐火性能をもつといえる。 4.2 耐久性 168 4 時 間 （h） （h） 目地幅の固定解除後、標準状態に置く 5 引張冷却 (mm) 15.6 目地幅 24 （%） +30 目地によってムーブメントの種類，大きさは異なるた 温 度 （°C） -10 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 時 間 （h） 24 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 Table 4 のように耐久性による区分 6 目地幅の固定解除後標準状態に置く 7 工程の繰り返し 24 （h） 試験工程 1 ∼ 6 繰り返し 1 回 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 8 目地幅を 12mm に固定し標準状態に置く 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 9 目地幅の拡大・縮小 る。 目地幅 24 以上 (mm) 8.4 ∼ 15.6 （%） -30 ∼ +30 回 数 （回） 試験方法は JIS A 1439『建築用シーリング材の試験方法』 2000 の中に定められており，試験体をTable 5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 に合格となる。 化要因（水濡れ，夏季の圧縮加熱と冬季の引張冷却，種々 D F タイカシーラントは従来 2 成分形ポリウレタン系の のムーブメント）を組み合わせて構成されている。判定は 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 3個の試験体について行われ，試料の溶解，膨潤，ひび割れ， 9030に合格しており，カーテンウォール目地等ワーキング 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 ジョイントにも十分に対応できると考えられる。 − 67 − 第95号 平成11年６月 三 菱 電 線 工 業 時 報 4.3 一般特性 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 建築用シーリング材の種類と品質については JIS A 5758 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 『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 Table 6 に示す。 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 その結果，D F タイカシーラントは規格値を全て満足し， 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 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 の目安となる。 であることが判った。 Table 7 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。 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 ５．む す び Table 7 にまとめて示す。 2 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，Table 7に示される各項目の中でも特に施工性に関 以上述べてきたように，耐火性を持ちかつ弾性にも優れ する項目（押出し性，可使時間，タックフリー）は非常に た建築用シーリング材『DF タイカシーラント』を開発する 重要であるといえる。 ことができた。 押出し性試験はシーリング材を試験用カートリッジに DF タイカシーラントは JIS A 1304 の 2 時間耐火試験に 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 合格する耐火性をもつうえに，耐久性区分9030に合格する 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 優れた弾性を持つ。また，一般特性についても JIS A 5758 悪く現場での施工性が悪い。 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 また，2 成分形シーリング材の場合は混練直後から徐々 同等の良好なものである。 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 このDFタイカシーラントを使用することによって，耐火 難となる。そのため，施工が可能である時間（可使時間）を 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 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 解決され，材料費，施工費を大幅に抑えることができる。ま に押し出し時間を測定し，押し出すのにちょうど20 秒かか 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 Table 6 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 Properties of new flame-retardant sealants(1) るものと思われる。 DF タイカシーラントの一般特性 規格値 項目 単位 特性値 種類 − F-25LM − 縦 mm 1 3 以下 横 mm 0 3 以下 % 92 70 以上 スランプ 弾性復元性 23℃ 引張特性 -20℃ 破断時の伸び M100 破断時の伸び M100 % 500 − N/mm 2 0.3 0.4 以下 % 600 − N/mm 2 0.5 0.6 以下 参考文献 = 会 , 1997, p.11 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 定伸長下での接着性 − 破壊せず 破壊してはならない 圧縮加熱・引張冷却後の接着性 − 破壊せず 破壊してはならない 水浸せき後の定伸長下での接着性 − 破壊せず 破壊してはならない 体積損失 % 0 建築用シーリング材ハンドブック . シーリング材工業 防火材，電線被覆材料の研究・開発に従事 電気学会会員 10 以下 宮下芳次（みやした よしつぐ） Table 7 技術本部 中央研究所 材料研究部 電気絶縁グループ Properties of new flame-retardant sealants(2) 電線ケーブル用 被覆材料の研究・開発に従事 その他の特性 5℃ 押出し性 電気学会，日本ゴム協会，高分子学会会員 単位 項 目 23℃ 秒 5℃ 23℃ 可使時間 測定値 6 4 350 分 35℃ 300 青木健治（あおき けんじ） 280 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 タックフリー 分 138 1.46 比重 − 加熱減量 % 0.8 耐オゾン性 − 合格 − 68 −