主要成果
研究チームは、シリカエアロゲルとナノグラフェンフレークを添加した改良型シリコンシーラントを開発し、標準的な耐火試験（KS F 2845）において、60分以上の遮炎性および断熱性の基準を満たすことを実証した。対照群として用いた従来の配合では、非加熱面の温度上昇が約37分で臨界点に達し、約40分で火炎の貫通が確認され、基準を満たさなかった。特に表面修飾を施したナノ材料を用いた「実験グループ4」は、耐火性能だけでなく、機械的特性においても顕著な向上を示した。
技術・詳細
本技術の核心は、相補的な役割を持つ2つのナノ材料の活用にある。まず、空隙率が90%を超え、室温で約0.013 W/(m·K)という極めて低い熱伝導率を持つシリカエアロゲルが、熱伝達経路を遮断し、接合部非加熱面の温度上昇を抑制する。次に、厚さ約1ナノメートルのナノグラフェンフレークが物理的な障壁となり、ガスや熱の移動を妨げるとともに、酸素の侵入や可燃性分解ガスの流出を防ぐ緻密なチャー（炭化層）の形成を促進する。
ナノ材料特有の凝集問題に対しては、大気圧プラズマ処理による表面修飾を行い、シリカエアロゲルをリン酸アンモニウム水溶液に、ナノグラフェンフレークをシランエマルジョンに浸漬させることで、樹脂との化学的架橋を誘導した。この結果、実験グループ4の引張強度は41 kgf/cm²に達し、対照群の28 kgf/cm²から46.43%向上した。また、密着強度についても30 kgf/cm²まで上昇し、対照群比で約15.38%の改善が見られた。
熱分析においては、200 °C以上の高温分解段階での質量減少率が、対照群の15.15%に対し、実験グループでは約0.1%程度にまで抑制された。また、UL-94垂直燃焼試験では最高等級のV-0を達成し、200 °Cで4週間の加速熱老化後も、実験グループ4は初期引張強度の85%以上を維持した。
背景・業界の文脈
高層ビルの防火区画における接合部や設備貫通部のシーラントラインは、火災エンジニアにとって長年の弱点であった。従来の耐火シーラントは、水酸化アルミニウムや酸化鉄などの無機充填剤を大量に配合することで耐火性を高めていたが、これはシーラントに不可欠な弾性や密着性を低下させ、建物の日常的な挙動や経年劣化への耐性を損なうというトレードオフの関係にあった。
今後の展望
本研究で提案された防御メカニズムは、段階的な複合防御として機能する。初期段階ではエアロゲルが内部温度を約200 °C以下に抑え、次いで約220 °C以上で水酸化アルミニウムが吸熱分解して冷却水蒸気を放出し、さらに300〜600 °Cの間でナノグラフェンがチャー骨格を形成して酸素を遮断し、600 °C以上の高温下でもエアロゲルの構造崩壊を防ぐ。本成果は試験片によるラボスケールの結果であり、今後は現場での検証が期待される。
元記事: https://bioengineer.org/hybrid-silicone-sealant-withstands-fire-for-over-an-hour-in-building-joints/
毎週の技術動向レポートを無料でお届け
各分野の分析レポートを読む価値があるかどうか一目で判断できるインフォグラフィックをメールで受け取れます。
📢 メールマガジンに無料登録（週刊・技術動向レポート）
ご登録いただくと、Troy-Technical から週刊で技術動向レポート（メールマガジン）をお届けします。
- 取得したメールアドレス・選択分野は配信目的にのみ使用します。
- 第三者へ提供することはありません。
- 配信はいつでも解除できます（各メール下部のリンクから）。
詳しくはプライバシーポリシーをご覧ください。
登録は1分・いつでも解除できます
