JP2004155889A

JP2004155889A - 発泡性耐火材料

Info

Publication number: JP2004155889A
Application number: JP2002322236A
Authority: JP
Inventors: Tomio Ouchi; 富夫大内; Keiichi Miyamoto; 圭一宮本; Tokuji Watanabe; 篤司渡辺; Kazuhiro Minami; 和洋南
Original assignee: Kajima Corp; SK Kaken Co Ltd
Current assignee: Kajima Corp; SK Kaken Co Ltd
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】発泡倍率が高く、かつ優れた強度を有する炭化断熱層が形成可能な発泡性耐火材料を提供する。
【解決手段】結合剤、難燃剤、炭化剤、及び発泡剤を含有する発泡性耐火材料であって、発泡剤が、１分子中の窒素含有量が７０ａｔ％以上である化合物を含む発泡性耐火材料。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な発泡性耐火材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建築構造物が火災によって高温に晒された場合には、柱、梁、床、屋根、壁等の主要構造の物理的強度が急激に低下するおそれがある。これに対し、建築構造物の主要構造を耐火被覆材で被覆して耐火性を高める方法が種々提案されている。
【０００３】
耐火被覆材としては、例えば、ロックウール、パーライト、アスベスト、バーミュキュライト等の無機質軽量骨材を含む材料がよく知られている。しかしながら、このような耐火被覆材を使用する場合は、十分な耐火性能を得るために２０〜５０ｍｍ程度の厚みで施工しなければならない。このため、施工時に多量の材料が必要となり、作業上の負担が大きく、また乾燥に時間を要する等の問題も発生しやすい。さらには、空間の有効利用を妨げたり、外観上圧迫感を与えたりするおそれもある。
【０００４】
そこで、近年これらの欠点を改良した発泡性耐火材料が注目されている。発泡性耐火材料は、火災時の温度上昇によって被膜が膨張し、炭化断熱層を形成することができるため、初期段階の被膜を薄膜化することが可能である。例えば、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂等の結合剤と、ポリリン酸アンモニウム等の難燃剤と、多糖類、多価アルコール等の炭化剤と、メラミン、ジシアンジアミド等の含窒素発泡剤とを主要成分とする発泡性耐火材料が挙げられる（例えば、特許文献１、特許文献２等参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特表平４−５０４１３５号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平７−３３１１２４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の発泡性耐火材料では、加熱時の発泡倍率や、発泡時の炭化層強度が不十分となるおそれがあり、高度な耐火性能が要求される部位においては不満足な結果しかえられない場合があった。
【０００８】
本発明は、発泡倍率が高く、かつ優れた強度を有する炭化断熱層が形成可能な発泡性耐火材料を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、発泡性耐火材料を構成する成分のうち、発泡剤として、１分子中の窒素含有量が７０ａｔ％以上である化合物を使用することによって、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の発泡性耐火材料は下記の特徴を有するものである。
項１結合剤、難燃剤、炭化剤、及び発泡剤を含有する発泡性耐火材料であって、
発泡剤が、１分子中の窒素含有量が７０ａｔ％以上である化合物を含む
発泡性耐火材料。
項２１分子中の窒素含有量が７０ａｔ％以上である化合物が、一般式（１）
【００１１】
【化５】

【００１２】
（式中、Ｒ^１、Ｒ^２及びＲ^３は、同一又は異なって、水素原子又はアミノ基を示す。）
で表される化合物、及び
一般式（２）
【００１３】
【化６】

【００１４】
［式中、Ｒ^４は、水素原子、アミノ基又はトリアミノメチル基を示す。Ｙは、水素原子、アミノ基、トリアミノメチル基、
【００１５】
【化７】

【００１６】
（式中、Ｒ^５は、水素原子、アミノ基、メチル基、アミノメチル基、ジアミノメチル基、トリアミノメチル基、アミノエチル基、ジアミノエチル基又はトリアミノエチル基を示す）又は、
【００１７】
【化８】

【００１８】
（式中、Ｒ^６は、水素原子、アミノ基、アミノメチル基、ジアミノメチル基又はトリアミノメチル基を示す）を示す。］
で表される化合物
からなる群より選ばれる少なくとも１種である項１に記載の発泡性耐火材料。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に基づき詳細に説明する。
【００２０】
本発明の発泡性耐火材料は、結合剤、難燃剤、炭化剤、及び発泡剤を含有するものであり、発泡剤が，１分子中の窒素含有量が７０ａｔ％以上である化合物を含むものである。
【００２１】
発泡剤は、一般に、火災時に不燃性ガスを発生させて、炭化していく結合剤及び炭化剤を発泡させ、気孔を有する炭化断熱層を形成させる役割を果たす。本発明では、発泡剤として、１分子中の窒素含有量が７０ａｔ％以上程度、好ましくは７５ａｔ％以上程度、さらに好ましくは７８ａｔ％以上程度である化合物を含むものを使用する。このような化合物を使用することにより、発泡倍率が高く、かつ優れた強度を有する炭化断熱層を得ることができる。また、不均一な空洞等の発生が防止され、均一な気泡を有する炭化断熱層を得ることができる。さらに、発泡倍率を従来品と同程度に設定しようとする場合には、従来品に比べ発泡剤の量を減量することができる。
【００２２】
なお、本発明における「１分子中の窒素含有量」とは、化合物１分子中に含まれる窒素原子の質量比を百分率で表したものである。この値は、化合物を構成する各元素の原子量から計算によって求めることができる。計算においては、酸素の原子量を１６、窒素の原子量を１４、炭素の原子量を１２、水素の原子量を１、硫黄の原子量を３２．１とした。
【００２３】
１分子中の窒素含有量が７０ａｔ％以上の発泡剤としては、下記一般式（１）及び（２）で表される化合物が好適である。
【００２４】
１分子中の窒素含有量が７０ａｔ％以上である化合物が、一般式（１）
【００２５】
【化９】

【００２６】
（式中、Ｒ^１、Ｒ^２及びＲ^３は、同一又は異なって、水素原子又はアミノ基を示す。）
で表される化合物、及び
一般式（２）
【００２７】
【化１０】

【００２８】
［式中、Ｒ^４は、水素原子、アミノ基又はトリアミノメチル基を示す。Ｙは、水素原子、アミノ基、トリアミノメチル基、
【００２９】
【化１１】

【００３０】
（式中、Ｒ^５は、水素原子、アミノ基、メチル基、アミノメチル基、ジアミノメチル基、トリアミノメチル基、アミノエチル基、ジアミノエチル基又はトリアミノエチル基を示す）又は、
【００３１】
【化１２】

【００３２】
（式中、Ｒ^６は、水素原子、アミノ基、アミノメチル基、ジアミノメチル基又はトリアミノメチル基を示す）を示す。］
で表される化合物。
【００３３】
このような含窒素発泡剤としては、例えば、ビステトラゾール・ジグアニジン、アゾビステトラゾール・ジグアニジン、アゾビステトラゾール・ジアミノグアニジン（例えば、それぞれ、製品名セルテトラＢＨＴ−２ＧＡＤ、セルテトラＡＢＧ、セルテトラＡＢＡＧとして永和化成工業（株）から入手可能）等が挙げられる。このうち、本発明の発泡剤としては、特にアゾビステトラゾール・ジグアニジン及び／又はアゾビステトラゾール・ジアミノグアニジン（ＣＡＳ番号２４５０−００−２）が好適である。
【００３４】
アゾビステトラゾール・ジグアニジンは下記式（３）で表される化合物であり、アゾビステトラゾール・ジアミノグアニジンは下記式（４）で表される化合物である。
【００３５】
【化１３】

【００３６】
【化１４】

【００３７】
一般式（１）及び（２）で表される化合物は、上記（３）及び（４）のような化合物として用いられてもよい。
【００３８】
本発明の発泡性耐火材料には、発泡剤として、上記した特定の発泡剤以外に、本発明の効果を阻害しない範囲内であれば、公知の発泡剤を併用することも可能である。このような含窒素発泡剤としては、上記した特定の発泡剤以外の含窒素発泡剤、例えば、メラミン及びその誘導体、ジシアンジアミド及びその誘導体、アゾジカルボンアミド、尿素、チオ尿素等が挙げられる。
【００３９】
結合剤としては、公知の発泡性耐火材料で採用されているものを使用することができる。このような結合剤としては、例えば、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、石油樹脂、塩化ビニル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アルキッド樹脂、メラミン樹脂、プロピレンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、イソブチレンゴム等の有機質結合剤が挙げられる。結合剤は、単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。また、必要に応じ、セメント、石膏、水ガラス、シリコーン樹脂等の無機質結合剤を併用することも可能である。
【００４０】
難燃剤は、一般に火災時に脱水冷却効果、不燃性ガス発生効果、結合剤炭化促進効果等の少なくとも１つの効果を発揮し、結合剤の燃焼を抑制する作用を有するものである。本発明で用いる難燃剤としては、このような作用を有する限り特に制限されず、公知の発泡性耐火材料における難燃剤と同様のものが使用できる。例えば、トリクレジルホスフェート、ジフェニルクレジルフォスフェート、ジフェニルオクチルフォスフェート、トリ（β−クロロエチル）フォスフェート、トリブチルフォスフェート、トリ（ジクロロプロピル）フォスフェート、トリフェニルフォスフェート、トリ（ジブロモプロピル）フォスフェート、クロロフォスフォネート、ブロモフォスフォネート、ジエチル−Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシエチル）アミノメチルフォスフェート、ジ（ポリオキシエチレン）ヒドロキシメチルフォスフォネート等の有機リン系化合物；塩素化ポリフェニル、塩素化ポリエチレン、塩化ジフェニル、塩化トリフェニル、五塩化脂肪酸エステル、パークロロペンタシクロデカン、塩素化ナフタレン、テトラクロル無水フタル酸等の塩素化合物；三酸化アンチモン、五塩化アンチモン等のアンチモン化合物；三塩化リン、五塩化リン、リン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム等のリン化合物；その他ホウ酸亜鉛、ホウ酸ソーダ等のホウ素化合物等が挙げられる。難燃剤は、単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００４１】
本発明では、難燃剤として、特にポリリン酸アンモニウムを用いるのが好ましい。ポリリン酸アンモニウムを使用する場合には、脱水冷却効果と不燃性ガス発生効果とをより効果的に発揮することができる。
【００４２】
炭化剤は、一般に、火災による結合剤の炭化とともにそれ自体も脱水炭化していくことにより、断熱性により優れた厚みのある炭化断熱層を形成する作用を有する。本発明で用いる炭化剤としては、このような作用を有する限り特に制限されず、公知の発泡性耐火材料における炭化剤と同様のものが使用できる。例えば、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン等の多価アルコール；デンプン、カゼイン等が挙げられる。炭化剤は、単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。本発明では、特に、ジペンタエリスリトールが脱水冷却効果と炭化断熱層形成作用に優れている点で好ましい。
【００４３】
本発明における各成分の配合比率は、火災発生時に十分な断熱性を有する炭化断熱層が形成可能である限り、特に限定はされることなく、各成分の種類などに応じて適宜設定することができる。配合比率は、通常、結合剤の固形分１００重量部に対して、難燃剤２００〜６００重量部程度、炭化剤４０〜１５０重量部程度、発泡剤４０〜１５０重量部程度（好ましくは４０〜１００重量部程度）とすればよい。この範囲内においては、特に、炭化断熱層の発泡倍率が高く、発泡が均一であり、しかもより優れた断熱効果、強度等を得ることができる。
【００４４】
本発明の発泡性耐火材料には、充填剤を配合することもできる。充填剤としては、例えば、タルク等の珪酸塩；炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム等の炭酸塩；酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物；粘土、クレー、シラス、マイカ、シリカ等の天然鉱物類等が挙げられる。
【００４５】
本発明の発泡性耐火材料には、結合剤、難燃剤、炭化剤、発泡剤、充填剤以外にも、必要に応じて、着色顔料、繊維、可塑剤、分散剤等を配合することもできる。さらに、膨張性黒鉛、未膨張バーミキュライト等を配合することもできる。
【００４６】
本発明の発泡性耐火材料は、発泡性耐火塗料または発泡性耐火シートとして使用することができる。いずれの場合においても、上述の各成分に、必要に応じて溶剤等を配合し、公知の方法に従って均一に混合すればよい。シートを製造する場合には、当該混合物を公知の成型方法でシート化すればよい。
【００４７】
本発明の発泡性耐火材料は、建築物・土木構築物等の構造物において耐火構造とすべき部分、又は防火性が要求される部分に適用することができる。具体的には、壁、柱、床、梁、屋根、階段、天井、戸等に施工することができる。適用可能な基材としては、例えば、金属、コンクリート、木質材、樹脂等が挙げられる。これら基材は、何らかの下地処理（防錆処理、難燃処理等）が施されたものであってもよい。
【００４８】
本発明材料を塗料として使用する場合は、適用部位に対し、スプレー、ローラー、刷毛等の塗装器具を使用して塗装すればよい。本発明材料をシートとして使用する場合は、予めシート化した材料を、接着剤等を使用して適用部位に貼り付ければよい。
【００４９】
発泡性耐火材料の厚み（塗装後又はシート化した際の乾燥膜厚）は、所望の耐火性能、適用部位等により適宜設定すればよいが、通常は０．２〜５ｍｍ程度である。
【００５０】
発泡性耐火材料を施工した後には、必要に応じて化粧層を形成させることもできる。
【００５１】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を示し、本発明の特徴をより明確にする。
【００５２】
以下の実施例及び比較例において、発泡倍率、炭化断熱層の発泡状態及び強度については、下記の通りに評価した。
【００５３】
発泡倍率：得られた試験体について、ＩＳＯ８３４の標準加熱曲線に準じて１時間加熱試験を行い、形成された炭化断熱層について初期膜厚に対する発泡倍率を測定した。
【００５４】
炭化断熱層の発泡状態：炭化断熱層の断面を肉眼で観察することにより評価した。
【００５５】
炭化断熱層の強度：炭化断熱層に一定荷重５００ｋｇ／ｍ^２をかけたときの状態を確認することによって下記の基準により評価した。
【００５６】
○：異常なし，×：崩壊。
【００５７】
（実施例１）
結合剤としてアクリル樹脂（ビニルトルエン−アクリル酸エステル共重合物、固形分４０重量％）２５０重量部、難燃剤としてポリリン酸アンモニウム３２０重量部、炭化剤としてジペンタエリスリトール６５重量部、発泡剤としてアゾビステトラゾール・ジグアニジン６５重量部、充填剤として酸化チタン１２０重量部を常法で均一に混合することにより発泡性耐火塗料を製造した。
【００５８】
この発泡性耐火塗料を、予め錆止め塗料が塗付された黒皮鋼板（１５０ｍｍ×１５０ｍｍ）上に乾燥膜厚が２ｍｍとなるように塗付し、標準状態（温度２３℃、湿度５０％ＲＨ）で７日間養生することにより試験体を作製した。
【００５９】
得られた試験体について、発泡倍率を測定し、炭化断熱層の発泡状態及び強度を評価した。
【００６０】
結果を表１に示す。実施例１では発泡倍率が高く、発泡状態及び強度についても良好な結果となった。
【００６１】
（実施例２）
発泡剤としてアゾビステトラゾール・ジアミノグアニジンを使用した以外は、実施例１と同様の配合で塗料を製造して、同様の試験を行った。実施例２では発泡倍率が高く、発泡状態及び強度についても良好な結果となった。
【００６２】
（比較例１〜５）
発泡剤として表１に示すものを使用した以外は、実施例１と同様の配合で塗料を製造して、同様の試験を行った。比較例１〜５では、実施例に比べ発泡倍率が低く、発泡状態や強度にも劣る結果となった。
【００６３】
【表１】

【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、発泡倍率が高く、かつ優れた強度を有する炭化断熱層が形成可能な発泡性耐火材料を得ることができる。

Claims

結合剤、難燃剤、炭化剤、及び発泡剤を含有する発泡性耐火材料であって、
発泡剤が、１分子中の窒素含有量が７０ａｔ％以上である化合物を含む
発泡性耐火材料。
１分子中の窒素含有量が７０ａｔ％以上である化合物が、一般式（１）

（式中、Ｒ^１、Ｒ^２及びＲ^３は、同一又は異なって、水素原子又はアミノ基を示す。）
で表される化合物、及び
一般式（２）

［式中、Ｒ^４は、水素原子、アミノ基又はトリアミノメチル基を示す。Ｙは、水素原子、アミノ基、トリアミノメチル基、

（式中、Ｒ^５は、水素原子、アミノ基、メチル基、アミノメチル基、ジアミノメチル基、トリアミノメチル基、アミノエチル基、ジアミノエチル基又はトリアミノエチル基を示す）又は、

（式中、Ｒ^６は、水素原子、アミノ基、アミノメチル基、ジアミノメチル基又はトリアミノメチル基を示す）を示す。］
で表される化合物
からなる群より選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の発泡性耐火材料。