JP6893682B2

JP6893682B2 - 不燃化木質材料及びそれに用いる輻射熱反射性断熱シート

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Publication number: JP6893682B2
Application number: JP2017035635A
Authority: JP
Inventors: 加藤　圭一; 圭一加藤; 初実酒井; 夏樹後藤
Original assignee: 三商株式会社
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2021-06-23
Anticipated expiration: 2037-02-28
Also published as: JP2018140539A

Description

本発明は、木質材料の不燃化に関する。

従来、木質材料を不燃化する技術としては、例えば、木材を乾燥する乾燥工程と、木材を減圧する減圧工程と、減圧状態で木材に不燃処理剤を含浸させる減圧含浸工程と、加圧状態で木材に不燃処理剤を含浸させる加圧含浸工程と、をそれぞれ複数回含む不燃木材の製造方法（特許文献１参照。）、木材を温浴中で煮沸する温浴処理工程と、この木材を少なくとも燐酸を含む難燃薬剤溶液中に浸漬して木材に難燃薬剤を含浸する冷浴処理工程と、難燃薬剤が含浸された木材を乾燥する中間乾燥工程と、木材の表面を研削する研削工程と、この木材にアルコキシ金属塩系塗料を塗布する塗装工程と、塗装された木材を乾燥する最終乾燥工程とを備える方法（特許文献２参照。）、木材の木口を高速洗浄水で洗浄し、次いで、５０〜６０℃程度の温水プールに６０時間内外浸漬し、次いで、温水を抜き取った後に、（ａ）５０℃以上の温水にポリリン酸（Ｈ（ｎ＋２）ＰｎＯ（３ｎ＋１））を投入し、（ｂ）次いで、上記ポリリン酸が完全に溶解したら、温度を維持して、リン酸二アンモニウムを投入し、攪拌溶解させ、（ｃ）これが溶解したら、温度を維持したまま、ホウ酸を投入し、攪拌して溶解させ、（ｄ）次いで、上記溶解水にリン酸を投入して溶解させた薬剤を注入し、５０〜６０℃の温度を保って、６０時間〜１２０時間浸漬を続け、高速洗浄水で洗浄の後、天日で１０日間〜２０日間養生し、さらに、その後、３０℃〜４０℃の乾燥機内で７日〜２０日の強制乾燥処理を行った不燃処理木材（特許文献３参照。）、リン系やポリホウ酸系難燃薬剤が含浸された木質基材１の表面に、防水性及び防湿性を有するシーラー層と、モンモリロナイト含有率が８５重量％以上の高純度ベントナイトとエマルジョン樹脂とを含む塗料により透明性の高い粘土膜が形成されている。防水性及び防湿性を有するシーラー層によって木質基材に含浸された水系の難燃薬剤の溶出を抑制するようにする。また、木質基材に対する難燃薬剤の含浸不良が生じていて、その難燃薬剤のみでは確実な難燃性能が得られていない状態であっても、それを表面の粘土膜の難燃性が補うようにして、防火性木質材Ａの難燃性能を確実に安定して得るようにするもの（特許文献４参照。）等が提案されている。また、木材表面に石こうボードやケイ酸カルシウム板等の不燃材料を貼り付けることでも不燃性を確保することができる。

しかし、これらの難燃薬剤を木材表面に浸透させる方法にあっては、浸透させた薬剤が空気中の水蒸気が木材に吸収放出される過程で溶出し、木材表面に白く析出してしまう（以下、「溶脱」という。）という課題があり、この溶脱によって不燃化性能が低下する恐れもある。また、木材表面に石こうボードやケイ酸カルシウム板等の不燃材料を貼り付ける方法にあっては、石こうボードやケイ酸カルシウム板の厚さが１０ｍｍ前後と厚く、断面を見ても外観上も木材又は木質材料とは言い難いという課題があった。また重量が大きいため、建築物全体の重量が増加してしまうという課題があった。

特開２００３−２２１４１２号公報特開２００６−２３１６５２号公報特開２０１２−０８１６０３号公報特開２０１６−４３６８５号公報

解決しようとする課題は、溶脱を生じない不燃化木質材料を提供する点である。

本発明は、木質基材の片表面に、金属箔層と断熱層とを積層させた厚さ０．３〜３．０ｍｍの輻射熱反射性断熱シートを形成し、最表面に厚さ０．２〜０．５ｍｍの突板を設けることを最も主要な特徴とする。

本発明の不燃化木質材料は、木材表面に難燃薬剤を浸透させる方法によらないため、溶脱を生じないという利点がある。

図１は本発明の不燃化木質材料の例を示した断面図である。図２は本発明の不燃化木質材料に使用する輻射熱反射性断熱シートの例を示した断面図である。図３は本発明の不燃化木質材料を天井材として用いる場合の例を示した概略図である。図４は本発明の不燃化木質材料の木口の別例を示した断面図である。図５は本発明の輻射熱反射性断熱シートを合板と合板の突合せ部（目地）を覆うように設置した例を示した断面図である。図６（１）〜（２）は本発明の不燃化木質材料の別例を示した断面図である。図７は本発明の不燃化木質材料を壁材として用いる場合の例を示した概略図である。

以下、本発明を実施するための具体的な形態について説明する。本発明の不燃化木質材料１は例えば以下のように構成される。
図１に示すように、木質基材２としての幅９１０ｍｍ、長さ１８２０ｍｍ、厚さ１２ｍｍのラワン合板の片表面に、断熱層３としての厚さ１ｍｍのシート状ロックウールと、金属箔層４としての厚さ２０μｍのアルミニウム箔とが積層された輻射熱反射性断熱シート５がシート接着剤により貼付して固定されている。前記アルミニウム箔とロックウールとの層間は層間接着剤としてのアクリル樹脂により接着されて構成されている。前記輻射熱反射性断３熱シートの表面には突板６としての厚さ０．４ｍｍの桐が突板接着剤としてのアクリル樹脂により貼付されている。
前記木質基材２は、合板に限らず任意に設定することができる。例えば、製材、単板積層板（ＬＶＬ）、集成材、直交集成板（ＣＬＴ）等が挙げられる。

前記木質基材２はラワンに限らず、樹種は任意に設定することができる。例えば、スギ、カラマツ、ヒノキ、イチイ等の針葉樹、サクラ、ケヤキ、ブナ、クヌギ、ナラ等の広葉樹が挙げられる。

前記木質基材２の幅、長さ、厚さは任意に設定することができる。

前記金属箔は火災時の燃焼による輻射熱を反射するために設けられる。

前記金属箔はアルミニウムに限らず、典型金属であれば任意に設定することができる。例えば、金、銀、銅、亜鉛、鉄等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、合金として用いても良い。これらの金属のうち、アルミニウムを用いることが好ましい。アルミニウムを用いることにより軽量な輻射熱反射性断熱シート５を得ることができる。

前記金属箔の厚さは好ましくは５〜５０μｍであり、より好ましくは１０〜３５μｍであり、最も好ましくは１５〜３０μｍである。この範囲にあるとき輻射熱反射性と軽量性と積層作業の容易性に優れる。

前記断熱層３は対流による伝熱を遅らせるために設けられる。前記断熱層３はシート状ロックウールに限らず、対流による伝熱を遅らせる効果のある材料であれば任意に設定することができる。例えば、セラミックファイバー、グラスウール等の無機繊維、石こう、セメント等の無機水硬材料及びそれらにシリカバルーン、バーミキュライト等の軽量骨材を混合した硬化体、発泡性耐火被覆等が挙げられる。前記無機繊維は紙すきの要領で抄造してシート状に成形して用いても良い。これらのうち、シート状ロックウールまたはセラミックファイバーを用いることが好ましい。前記セラミックファイバーはセラミックファイバーのバルクをシート状にしたものを用いることが好ましく、例えば、ニチアス株式会社のファインフレックスＢＩＯペーパー、イソライト工業株式会社の１２６０ペーパーＳ、１６００ペーパーイソウール、１２６０エースペーパー、イソウール１５００エースペーパー等が挙げられる。

前記断熱層３１層あたりの厚さは０．３〜３．０ｍｍであることが好ましく、０．５〜２．３ｍｍであることがより好ましく、０．７〜２．０ｍｍであることが最も好ましい。

前記シート状ロックウールはロックウール繊維を抄造又は加圧等することによりシート状に成形したもので、結合材としてのポリビニルアルコール、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂等の合成樹脂を含有させても良い。また、ガラス繊維等の他の無機繊維や水酸化アルミニウム等の結晶水を含有する無機材料を含有させても良い。

前記輻射熱反射性断熱シート５の厚さは０．３〜５．０ｍｍであることが必要であり、０．５〜４．０ｍｍであることがより好ましい。輻射熱反射性断熱シート５の厚さがこの範囲にあるとき、合板の単板１枚分の厚さ以下であるため、不燃化木質材料１の断面を見たときに大部分が木質材料から構成されていることを視認することができる。

前記輻射熱反射性断熱シート５の積層構成は断熱層３の少なくとも片面を金属箔層４で積層させた構成（以下、「金属箔層４／断熱層３／金属箔層４」のように層名とスラッシュとで表現する。）に限らず、断熱層３と金属箔層４とが交互に積層されていれば任意に設定することができる。例えば、金属箔層４／断熱層３、断熱層３／金属箔層４、金属箔層４／断熱層３／金属箔層４／断熱層３、断熱層３／金属箔層４／断熱層３、断熱層３／金属箔層４、金属箔層４／断熱層３／金属箔層４／断熱層３／金属箔層４、断熱層３／金属箔層４／断熱層３／金属箔層４等が挙げられる。これらに用いる金属箔又は断熱層３は同じ材料を繰り返し用いても良いし、異なる材料を用いても良い。これらのうち、建築基準法に規定されている準不燃性能（ＩＳＯ５６６０−１コーンカロリーメータ法に規定されている発熱性試験において、加熱時間１０分間の総発熱量が８ＭＪ／ｍ^２以下、最大発熱速度２００ｋＷ／ｍ^２以下）を得るためには少なくとも金属箔層４と断熱層３との各１層ずつが必要であり、不燃性能（ＩＳＯ５６６０−１コーンカロリーメータ法に規定されている発熱性試験において、加熱時間２０分間の総発熱量が８ＭＪ／ｍ^２以下、最大発熱速度２００ｋＷ／ｍ^２以下）を得るためには断熱層３／金属箔層４の繰り返しが各３層（すなわち、断熱層３／金属箔層４／断熱層３／金属箔層４／断熱層３／金属箔層４または金属箔層４／断熱層３／金属箔層４／断熱層３／金属箔層４／断熱層３）以上積層されていることが必要である。

前記金属箔層４と断熱層３とを接着する層間接着剤はアクリル樹脂に限らず、任意に設定することができる。例えば酢酸ビニル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、レゾシノール樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。また、接着剤に限らず、両面テープ等で固定しても良い。

前記層間接着剤の輻射熱反射性断熱シート５中に占める不揮発性有機物の質量（以下、「有機量」という。）は好ましくは１５〜２００ｇ／ｍ^２であり、より好ましくは２５〜１００ｇ／ｍ^２であり、最も好ましくは３０〜６０ｇ／ｍ^２である。ここで、不揮発性有機物とは常温下で揮発しない有機物をいう。

前記輻射熱反射性断熱シート５の木質基材への固定方法は接着剤に限らず、任意に設定することができる。例えば、両面テープ、建築用ステープル（以下、「タッカー」という。）等で固定しても良い。前記シート接着剤としては輻射熱反射性断熱シート５を木質材料に接着するものであれば任意に設定することができる。例えば、エチレン酢酸ビニル樹脂接着剤、酢酸ビニル樹脂接着剤、アクリル樹脂接着剤、ポリビニルアルコール接着剤、ウレタン樹脂接着剤、エポキシ樹脂接着剤等が挙げられる。

前記輻射熱反射性断熱シート５を木質基材２の片表面に設けることにより、木質基材２にフシがあっても不燃性に影響を与えることが少なく、木質基材２に均質な不燃性を付与することができる。

前記突板６は木材を刃物で薄く削そぎ取った板をいい、樹種は桐に限らず任意に設定することができる。例えば、スギ、カラマツ、ヒノキ、イチイ等の針葉樹、サクラ、ケヤキ、ブナ、クヌギ、ナラ等の広葉樹が挙げられる。

前記突板６の厚さは０．２〜０．５ｍｍであることが必要であり、より好ましくは０．２５〜０．４ｍｍである。この範囲にあるとき、単位面積当たりの最大発熱速度を２００ｋＷ／ｍ^２以下に抑制することができる。

前記突板接着剤は突板６を輻射熱反射性断熱シート５に接着するために用いられる。突板接着剤はアクリル樹脂接着剤に限らず任意に設定することができる。例えば、エチレン酢酸ビニル樹脂接着剤、酢酸ビニル樹脂接着剤、アクリル樹脂接着剤、ポリビニルアルコール接着剤、ウレタン樹脂接着剤、エポキシ樹脂接着剤等が挙げられる。

前記突板接着剤の有機量は好ましくは１５〜２００ｇ／ｍ^２であり、より好ましくは２５〜１００ｇ／ｍ^２であり、最も好ましくは３０〜６０ｇ／ｍ^２である。

前記突板６の表面には塗装をしても良い。特にクリヤー塗装をすることにより突板６の木目を生かしたまま耐久性を向上させることができる。

前記塗装に用いる塗料は任意に設定することができる。例えば、ウレタン樹脂塗料、アクリル樹脂塗料、メラミン樹脂塗料等が挙げられる。

前記突板６、輻射熱反射性断熱シート５、突板接着剤、表面塗装に用いられる有機量の合計は好ましくは２０〜４００ｇ／ｍ^２であり、より好ましくは３０〜３００ｇ／ｍ^２以下であり、最も好ましくは５０〜２５０ｇ／ｍ^２以下である。

前記シート接着剤に用いられる有機量は好ましくは２０〜４００ｇ／ｍ^２であり、より好ましくは３０〜３００ｇ／ｍ^２以下であり、最も好ましくは５０〜２５０ｇ／ｍ^２以下である。

前記シート接着剤に用いられる樹脂は任意に設定することができる。例えば、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、レゾシノール樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。また、接着剤に限らず、両面テープ等で固定しても良い。

以上のように構成された不燃化木質材料１は以下のように使用される。
（第一使用形態）
長さ１８２０ｍｍ、幅３８ｍｍ、高さ１２ｍｍ、厚さ１．２ｍｍの鋼製野縁受７がコンクリート天井面から吊りボルト８によって９１０ｍｍ間隔で平行に天井面全体に設置されている。前記野縁受７には、長さ１８２０ｍｍ、幅２５、高さ１９ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの鋼製シングル野縁９及び長さ１８２０ｍｍ、幅５０、高さ１９ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの鋼製ダブル野縁１０がシングル野縁９、シングル野縁９、ダブル野縁１０の順番で３０３ｍｍ間隔に固定されている。前記シングル野縁９及びダブル野縁１０には木質基材２としての長さ１８２０ｍｍ、幅９１０ｍｍ、厚さ１２ｍｍの合板製天井材がビスによって固定されており、該合板には厚さ１ｍｍの輻射熱反射性断熱シート５がタッカーによって４５５ｍｍ間隔で留められている。該輻射熱反射性断熱シート５の表面には厚さ０．２５ｍｍのヒノキ製突板６が突板接着剤としての酢酸ビニル樹脂接着剤により貼付されている。

火災時に天井まで炎が達するか、又は雰囲気温度が木材の発火温度である約２６０℃を超えると突板６が燃焼して消失する。該突板６が燃焼・消失しても輻射熱反射性断熱シート５の金属箔としてのアルミニウム箔が火災時の炎の輻射熱を反射して熱伝導を抑制する。続いて、断熱層３としてのシート状ロックウールが対流を遅らせることにより熱伝導を抑制する。アルミニウム箔とシート状ロックウールとが交互に積層されていることにより、輻射熱の反射及び対流の遅延が生じ、火災発生後２０分間にわたって木質基材２としての合板への火災時の燃焼熱の伝導を抑制することができ、該合板の延焼を防止することができる。

前記不燃化木質材料１は天井材に限らず壁材、床材、柱材、梁材、扉等の建築材料、椅子、机等の家具等に用いても良い。また、施工方法はそれぞれの材料に適した通常の建築材料の施工方法に準じて施工することができる。

前記突板６は輻射熱反射性断熱シート５にあらかじめ接着して用いても良い。

前記輻射熱反射性断熱シート５は合板にあらかじめ固定して用いても良い。

前記輻射熱反射性断熱シート５は合板と合板の突合せ部（目地）を覆うように設置しても良い。このように構成することにより、火災時の燃焼熱が合板と合板の突合せ部を通して侵入することを抑制することができる。

前記輻射熱反射性断熱シート５を合板の木口を覆うように設けても良い。このように構成することで合板の木口から火災時の燃焼熱が侵入することを抑制することができる。

前記タッカーの留め付け間隔は好ましくは１００〜１０００ｍｍ、より好ましくは１５０〜８００ｍｍ、最も好ましくは２００〜５００ｍｍである。

前記野縁受７の吊りボルト８への固定方法は、吊りボルト８に設けたハンガ等に固定しても良い。

前記野縁受７、シングル野縁９、ダブル野縁１０の長さ、幅、高さは任意に設定することができる。

前記野縁は鋼製に限らず通常の野縁に用いられる建築材料を任意に設定することができる。例えば、木製、アルミニウム製、プラスチック製等が挙げられる。また、形状も任意に設定することができる。

前記天井材の野縁への留付方法はビスに限らず、通常の建築材料を任意に設定することができる。例えば釘等が挙げられる。

（第二使用形態）
長さ１８２０ｍｍ、幅６７ｍｍ、高さ４０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの鋼製ランナー１１がコンクリート天井面１２及び床面１３に設置されており、該ランナー１１には垂直方向に長さ１８２０ｍｍ、幅６５ｍｍ、高さ４５ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの鋼製スタッド１４が３０３ｍｍ間隔で設けられている。該スタッド１４にはランナー１１に対して平行に長さ１８２０ｍｍ、幅２５、高さ１０ｍｍ、厚さ１．２ｍｍの鋼製振れ止め１５がビス留めされており、開口部１６のスタッド１４及び振れ止め１５には開口部１６の形状に合わせて幅６０、高さ３０ｍｍ、折り曲げ部１０ｍｍ、厚さ２．３ｍｍのリップ溝型鋼１７が接合されている。前記スタッド１４には木質基材２としての長さ１８２０ｍｍ、幅９１０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの合板製壁材がビスによって固定されており、該合板には厚さ２．３ｍｍの輻射熱反射性断熱シート５がタッカーによって４５５ｍｍ間隔で留められている。該輻射熱反射性断熱シート５の表面には厚さ０．４ｍｍの桐製突板６が両面テープにより貼付されている。

前記第一及び第二使用形態は例であり、本発明の使用形態を限定するものではない。

以下、実施例及び比較例を用いて本発明の効果を説明する。
試験は不燃試験としてＩＳＯ５６６０−１コーンカロリーメータ法に規定されている発熱性試験を行い、総発熱量と最大発熱速度を測定することにより行った。加熱時間は準不燃仕様については１０分、不燃仕様については２０分とした。評価は所定の加熱時間経過時の総発熱量が７．２ＭＪ／ｍ^２以下であるものを○、８ＭＪ／ｍ^２以下であるものを△、８ＭＪ／ｍ^２超であるものを×とした。また、最大発熱速度については２００ｋＷ／ｍ^２以下であるものを○、２００ｋＷ／ｍ^２を超えた時間が１０秒以内であるものを△、２００ｋＷ／ｍ^２を超えた時間が１０秒超であるものを×とした。続いて、溶脱の促進試験として、乾湿繰り返し試験を行った。乾湿繰り返し試験は試験体を２３℃３０ＲＨ％の恒温槽に４時間静置し、２３℃９０ＲＨ％の恒温槽に４時間静置するサイクルを２０サイクル行った後、外観変化を確認することにより行った。評価は、試験前後の外観変化がないものを○、表面の２０％以内が白くなっているものを△、表面の２０％超が白くなっているものを×とした。また、試験体質量から木質基材２の質量を除いた質量を測定し、準不燃仕様の試験体にあっては1ｍ２当たりの質量が１．２ｋｇ／ｍ^２未満のものを○、１．２ｋｇ／ｍ^２以上のものを△、１．５ｋｇ／ｍ^２以上のものを×とし、不燃仕様の試験体にあっては1ｍ２当たりの質量が２．３ｋｇ／ｍ^２未満のものを○、２．３ｋｇ／ｍ^２以上のものを△、３．０ｋｇ／ｍ^２以上のものを×とした。加えて、木質基材２の厚みを除いた試験体厚みについても測定を行うとともに、試験体の総厚みに占める木材厚さ（木質基材２及び突板６の合計厚さ）の割合についても計算した。施工性の評価として、丸鋸で試験体を切断したときの切断容易性についても評価を行った。容易に切断できたものを○、まっすぐに切断できたものの抵抗があったものを△、まっすぐに切断できなかったものを×とした。なお、試験に使用したなお、試験に使用したロックウールシートはロックウール７９質量％、パルプ６質量％、ガラス繊維９質量％、ポリビニルアルコール６％のものを使用し、セラミックファイバーは１２６０ペーパーＳ（イソライト工業社製）を使用した。

試験体の構成及び結果を表１及び表２に示す。表１は準不燃仕様（加熱時間１０分間）、表２は不燃仕様（加熱時間２０分間）の実施例である。表１及び表２の試験体の構成は、特に指定のない限り上の行から下の行にかけて積層されており、最下行（突板６）側が火災時に加熱を受ける面である。また、ロックウールシートとアルミ箔との接着及び輻射熱反射性断熱シート５と突板６との接着にはアクリル樹脂を用い、それぞれの有機量は４５ｇ／ｍ^２とした。輻射熱反射性断熱シート５の木質基材２への固定はタッカーを用いた試験体にあっては、留付間隔は１００ｍｍとした（発熱性試験の試験体は１００ｍｍ角であるため、真ん中にタッカーを打ち込んだ。）。輻射熱反射性断熱シート５の木質基材２への固定をシート接着剤によって接着させた試験体にあっては、アクリル樹脂接着剤を用いて、その有機量は５０ｇ／ｍ^２とした。なお、木質材料と石こうボード又はケイ酸カルシウム板との接着及び石こうボード又はケイ酸カルシウム板と突板６との接着には前期と同じアクリル樹脂を用い、それぞれの有機量は４５ｇ／ｍ^２とした。

１不燃化木質材料
２木質基材
３断熱層
４金属箔層
５輻射熱反射性断熱シート
６突板

Claims

木質基材の片表面に、金属箔層と抄造シート状ロックウールとを積層させた厚さ０．７〜２．０ｍｍの輻射熱反射性断熱シート（加熱により金属箔層が分離し空隙が生ずるものを除く）を形成し、最表面に厚さ０．２〜０．５ｍｍの突板を設けることを特徴とする不燃化木質材料。
前記輻射熱反射性断熱シートが抄造シート状ロックウールの少なくとも片面に金属箔層を設けた積層体であることを特徴とする請求項１に記載の不燃化木質材料。
請求項１又は請求項２に記載の不燃化木質材料に用いる輻射熱反射性断熱シート（加熱により金属箔層が分離し空隙が生ずるものを除く）であって、該輻射熱反射性断熱シートが厚さ１０〜５０μｍのアルミニウム箔と厚さ０．７〜２．０ｍｍの抄造シート状ロックウールとを積層させたものであることを特徴とする輻射熱反射性断熱シート。