JP2022155263A - Nonflammability coating agent - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、木材、特に合板に塗布することにより建築基準法に準拠した不燃性能を付与することが可能な不燃コート剤に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a noncombustible coating agent capable of imparting noncombustible performance conforming to the Building Standards Law by applying it to wood, particularly plywood.
近年、木造建築は、ＣＯ２の排出量が少ない、炭素の固定及び再生可能などの特徴から注目されており、その中でも合板は、伸び縮みが少ない、切断・釘打ちが容易である等の特徴から施工しやすく、そのうえ安価なため建築材料に幅広く用いられており、地球温暖化対策に有用な、いわゆるカーボンニュートラル材料（ＣＯＰ１７区分）であることも相俟って、その出荷量は年々増加する傾向にある。 In recent years, wooden buildings have attracted attention due to their characteristics such as low CO2 emissions, carbon fixation and recyclability. Among them, plywood has characteristics such as low expansion and contraction and easy cutting and nailing. It is widely used as a building material because it is easy to install from scratch and is inexpensive, and it is a so-called carbon-neutral material (COP17 classification) that is useful in combating global warming. There is a tendency.
しかしながら、合板は燃えやすいことから、そのままの使用では建築基準法に定める不燃材料には該当せず、台所等には施工できないという欠点がある。具体的には、建築基準法施行令第１０８条の２において、「建築材料に、通常の火災による火熱が加えられた場合に、加熱開始後２０分間、燃焼しないものであること（１号）、防火上有害な変形、溶融、き裂その他の損傷を生じないものであること（２号）及び避難上有害な煙又はガスを発生しないものであること（３号）の３つの要件を満たしたもの」を防火材料としており、さらに、加熱開始後、上記要件を満たす時間に応じて、２０分であれば「不燃材料」、１０分であれば「準不燃材料」、５分であれば「難燃材料」と３つにランク付けされている。 However, since plywood is flammable, it does not fall under the category of non-combustible materials as stipulated in the Building Standards Law, and cannot be used in kitchens and the like. Specifically, Article 108-2 of the Enforcement Ordinance of the Building Standards Law stipulates that "when building materials are exposed to the heat of a normal fire, they shall not burn for 20 minutes after the start of heating (Item 1). , Does not cause deformation, melting, cracking or other damage that is harmful for fire prevention (Item 2) and does not generate smoke or gas that is harmful for evacuation (Item 3) Furthermore, after the start of heating, depending on the time that satisfies the above requirements, if it is 20 minutes, it is a “noncombustible material”, if it is 10 minutes, it is a “quasi-noncombustible material”, and if it is 5 minutes It is ranked as a "flame-retardant material" and three.
このような事情があることから、建築基準法上、防火材料の使用が義務付けられている台所等においては、通常、石膏ボードが使用されている。しかしながら、石膏ボードはカーボンニュートラル材料ではないことから、木造建築においては、防火材料としてもなるべく木材・合板を使用したいとの要求がある。 Due to these circumstances, gypsum board is usually used in kitchens and the like where the use of fireproof materials is obligatory under the Building Standards Law. However, since gypsum board is not a carbon-neutral material, there is a demand to use lumber and plywood as much as possible as fireproof materials in wooden construction.
このような要求を満たすべく開発された不燃木材もあり、一般的には、液体不燃剤を木材に加圧含浸させることにより（以下、「加圧含浸製法」と言う）、火災に対して有効な不燃化或いは難燃化を実現している。しかしながら、この加圧含浸製法によって防火木材を製造する場合、製造設備が大型化し、そのうえその処理がバッチ式であるため大量生産には向かず、その結果、高コストとならざるを得ないという問題が生ずる。 There are noncombustible woods that have been developed to meet these requirements, and in general, by impregnating wood with a liquid noncombustible agent under pressure (hereinafter referred to as "pressure impregnation method"), it is effective against fire. Incombustible or flame-retardant. However, when producing fire-retardant lumber by this pressurized impregnation method, the production equipment becomes large-sized, and since the process is batch-type, it is not suitable for mass production. As a result, the cost is inevitably high. occurs.
また、木材に不燃化或いは難燃化を付与するものとして特許文献１に記載の耐熱性向上剤もある。この耐熱性向上剤は、採掘地が宮崎県日之影町の見立礫岩の粉末と、珪藻土と、酸化アルミニウムと、酸化亜鉛と、ホウ酸と、水酸化アルミニウムと、ケイ酸ナトリウムとを含有して構成、あるいは、採掘地が宮崎県日之影町の見立礫岩の粉末と、酸化アルミニウムと、酸化亜鉛と、ホウ酸と、水酸化アルミニウムと、ケイ酸ナトリウムとを含有して構成されている。
There is also a heat resistance improver described in
この耐熱性向上剤は、上記と同様に加圧含浸製法を用いて木材に不燃化或いは難燃化を付与するだけでなく、フローコーター、ロールコーター、バキュームコーターなどの工業用塗装機（自動塗装機）を用いて木材状に塗布して被膜を形成することにより木材に不燃化あるいは難燃化を付与することができるとしている。このように、耐熱性向上剤を塗布することにより合板の不燃化或いは難燃化を実現できれば、合板製造工場には通常設置されている、合板の目止めや撥水剤コート用の塗工機を使用して耐熱性向上剤を塗布することができるので、上記加圧含浸製法によるものに比べて大幅にコストを抑えて不燃合板を製造することが可能となり、その結果、上述した製造設備の大型化や大量生産の問題を解決し得る。 This heat resistance improver not only imparts noncombustibility or flame retardancy to wood using the pressure impregnation method as described above, but also can be used with industrial coating machines such as flow coaters, roll coaters, and vacuum coaters (automatic coating It is possible to make wood non-combustible or flame-retardant by applying it to wood using a machine) to form a coating. In this way, if it is possible to make plywood non-combustible or flame-retardant by applying a heat resistance improver, it is possible to use a coating machine for plywood filling and water repellent coating, which is usually installed in plywood manufacturing factories. Since the heat resistance improver can be applied using the above-mentioned pressure impregnation method, it is possible to manufacture noncombustible plywood at a much lower cost than the above-mentioned pressure impregnation method. It can solve the problems of upsizing and mass production.
しかしながら、特許文献１に記載の耐熱性向上剤を使用しても建築基準法に定める防火材料で規定された「不燃材料」の要件を満たす不燃合板を製造することは出来ず、「準不燃材料」や「難燃材料」の要件を満たす不燃合板さえも製造することは出来ない。なぜなら、特許文献１においては、この不燃性向上剤を塗布することにより不燃化あるいは難燃化が実現できるとの記載があるものの、木材・合板に塗布して耐火試験を行ったことは記載されておらず、さらに、耐火試験に使用されたのはバーナーに過ぎず、建築基準法に定めるコーンカロリメータによる発熱性試験に相当するものではないからである。
However, even if the heat resistance improver described in
すなわち、建築基準法に定める発熱性試験は、バーナーの１０倍以上の火力をもつコーンカロリメータを使用した発熱性試験（約７００℃の高出力ヒーターで行う国土交通省が建築材料の不燃を認可するＩＳＯ規格の燃焼性試験）であり、５分、１０分あるいは２０分間、（１）総発熱量８ＭＪ/ｍ２以下、（２）最高発熱速度が１０秒を超えて連続して２００ｋｗ／ｍ２を超えることがないこと、及び（３）防炎上有害な裏面まで貫通する亀裂および穴がないことの３つの要件（以下「不燃要件」という。）をすべて満たすことにより、「難燃材料」、「準不燃材料」あるいは「不燃材料」として認められて、不燃材料の使用が要求される台所等に使用できるのであり、この不燃性向上剤は、この要件を満たす性能を有するか否か疑いがある。
In other words, the exothermic test stipulated by the Building Standards Law is an exothermic test using a cone calorimeter that has 10 times the heating power of a burner (performed with a high-output heater of about 700 ° C. The Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism approves noncombustible ISO standard flammability test), 5 minutes, 10 minutes or 20 minutes, (1) total
本発明は、このような問題点を解決するものであって、その目的とするところは、木材・合板などに塗布することにより、従来よりも容易かつ安価に、建築基準法に定める不燃材料としての要件を満たす木材・合板を製造することができる不燃コート剤を提供することにある。 The present invention solves such problems, and its purpose is to make it easier and cheaper than before by applying it to wood, plywood, etc. as a noncombustible material stipulated by the Building Standards Law. To provide a noncombustible coating agent capable of producing lumber and plywood satisfying the requirements of (1).
上記課題を解決するために、本発明は、水ガラスを含み、可燃性対象物に塗布することにより前記可燃性対象物に建築基準法に準拠した不燃性能を付与することが可能な不燃コート剤であって、前記水ガラスの固形分１００重量部に対し、３０～６０重量部の無機水酸化物と、シリカの粉体成分を含有せしめたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a noncombustible coating agent that contains water glass and can be applied to a combustible object to impart noncombustible performance in compliance with the Building Standards Act to the combustible object. It is characterized in that 30 to 60 parts by weight of inorganic hydroxide and silica powder component are included with respect to 100 parts by weight of the solid content of the water glass.
ここで、「建築基準法に準拠した不燃性能」とは、例えば、不燃コート剤を塗布した合板が、上述した「不燃材料」、「準不燃材料」あるいは「難燃材料」のいずれかの基準を満たすことを意味する。 Here, "noncombustible performance in accordance with the Building Standards Act" means, for example, that a plywood coated with a noncombustible coating agent meets any of the above-mentioned "noncombustible materials", "quasi-noncombustible materials", or "flame-retardant materials". means to satisfy
本発明の一実施形態における無機水酸化物は、水酸化マグネシウム及び／又は水酸化アルミニウムであってもよい。 The inorganic hydroxide in one embodiment of the invention may be magnesium hydroxide and/or aluminum hydroxide.
本発明によれば、水ガラスを含み、可燃性対象物に塗布することにより前記可燃性対象物に建築基準法に準拠した不燃性能を付与することが可能な不燃コート剤であって、前記水ガラスの固形分１００重量部に対し、３０～６０重量部の無機水酸化物と、シリカの粉体成分を含有せしメータことにより、従来よりも容易かつ安価に、コーンカロリメータを使用した発熱性試験で基準を満たす不燃結果が得られるといった効果を奏する。 According to the present invention, a noncombustible coating agent that contains water glass and is capable of imparting noncombustible performance to a combustible object in accordance with the Building Standards Act by applying it to the combustible object, By adding 30 to 60 parts by weight of inorganic hydroxide and silica powder component to 100 parts by weight of the solid content of the glass, heat generation using a cone calorimeter is easier and cheaper than before. It has the effect of obtaining noncombustible results that meet the standards in tests.
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、最終的にはコーンカロリメータを使用した発熱性試験で基準を満たす不燃結果が得られる不燃コート剤を完成するに至った。以下においては、この不燃コート剤の製造方法及び発熱性試験等の測定結果について説明し、併せて本発明を完成するに至った過程についても説明する。 Embodiments of the present invention will be described below. As a result of intensive research, the present inventors finally completed a nonflammable coating agent that provides a nonflammable result that satisfies the standard in the exothermic test using a cone calorimeter. In the following, the manufacturing method of this nonflammable coating agent and the measurement results of exothermic tests and the like will be explained, together with the process that led to the completion of the present invention.
本実施形態においては、水ガラス（ＪＩＳ：Ｋ１４０８－１９６６）として１号水ガラス（５５％固形分）に純水を添加して４０％希釈の水ガラス水溶液とし、粉体試薬である水酸化マグネシウム及び／又は水酸化アルミニウムとシリカを以下の手順で添加して調整した。すなわち、１号水ガラス（Ｎａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２）に水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）及び／又は水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）を添加後攪拌し、さらにシリカを添加して攪拌する。その後、全体の固形分濃度が４５％になるように純水を添加し、高回転ミキサーで５分攪拌し均一に分散させて３つのタイプの不燃コート剤を作製し、これを塗布した合板について熱分析（ＴＧ－ＤＴＡ）及びコーンカロリメータを用いた発熱性試験を行った。 In the present embodiment, as water glass (JIS: K1408-1966), pure water is added to No. 1 water glass (55% solid content) to make a 40% diluted water glass aqueous solution, and magnesium hydroxide as a powder reagent And/or aluminum hydroxide and silica were added and adjusted according to the following procedure. That is, after adding magnesium hydroxide (Mg(OH) 2 ) and/or aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ) to No. 1 water glass (Na 2 O.nSiO 2 ), stirring was performed, and silica was further added. Stir. After that, add pure water so that the total solid content concentration is 45%, stir with a high-speed mixer for 5 minutes, and disperse uniformly to prepare three types of noncombustible coating agents. Thermal analysis (TG-DTA) and pyrogenicity test using cone calorimeter were performed.
熱分析は、示差熱分析（ＤＴＡ）が可能な熱分析装置（ＳＴＡ２００ＲＶ、株式会社日立ハイテク製）を用いて、これ不燃コート剤の３０℃～５５０℃までの加熱時の吸熱反応等の熱物性評価によって行った。 Thermal analysis is performed using a thermal analysis device (STA200RV, manufactured by Hitachi High-Tech Co., Ltd.) capable of differential thermal analysis (DTA). done by evaluation.
発熱性試験は、コーンカロリメータ（株式会社東洋精機製作所製コーンカロリメータ型式Ｃ４）を用いて、ＩＳＯ５６６０-１に準拠した発熱性試験方法により５分、１０分、２０分の総発熱量が８ＭＪ及び発熱速度、試験片の燃焼前後の外観検査によって行った。この発熱性試験は、材料を約７００℃のコーンヒーターで加熱することにより、発生したガスをスパーク点火器で添加燃焼させ、その燃焼性ガスの酸素濃度を測定することで発熱量や発熱速度を測定することにより行う。建築基準法では、防火材料・不燃材料等の認定（大臣認定水準）にはコーンカロリメータによる発熱性試験が義務付けられており、上述した３要件を所定時間（５分、１０分、２０分）満たさなければ、不燃材料、準不燃材料あるいは難燃材料として使用することはできない。 The exothermic test was carried out using a cone calorimeter (cone calorimeter model C4 manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.) according to the exothermic test method in accordance with ISO 5660-1 for 5 minutes, 10 minutes, and 20 minutes. Velocity was determined by visual inspection before and after combustion of the test piece. In this exothermic test, the material is heated with a cone heater at about 700°C, the generated gas is added and burned with a spark igniter, and the oxygen concentration of the combustible gas is measured to determine the calorific value and heat release rate. It is done by measuring. According to the Building Standards Act, a heat generation test using a cone calorimeter is obligatory for the certification of fireproof materials and noncombustible materials (minimum certification level). Otherwise, it cannot be used as a non-combustible material, semi-non-combustible material or flame-retardant material.
このような厳しい基準を満たす必要があることから、本発明者らは以下のようにして不燃コート剤の組成検討を行った。 Since it is necessary to satisfy such strict standards, the present inventors studied the composition of the nonflammable coating agent as follows.
木材に不燃性を付与するコート剤を目的とした場合、バインダーや配合する難燃剤が不燃であることが重要である。そこで無機の不燃バインダーに適用できる水ガラスを使用することを考えたが、その一方、木材の表面に塗布した場合には乾燥時にひび割れが生じる心配がある。そこで、汎用的に市販されている１号水ガラス（固形分５５％）と３号水ガラス（固形分４０％）をＪＩＳ塗装用鋼板に塗布して乾燥状態を確認した。３号水ガラスの塗膜は仕上がりが固くひび割れが確認されたが、一方、１号水ガラスは、塗膜が比較的柔軟でひび割れは確認されなかった（若干引けがあり表面にしわは出来た）。 When aiming at a coating agent that imparts noncombustibility to wood, it is important that the binder and the flame retardant to be blended are noncombustible. Therefore, we thought of using water glass, which can be applied as an inorganic noncombustible binder, but on the other hand, when applied to the surface of wood, there is a concern that cracks may occur during drying. Therefore, commercially available No. 1 water glass (solid content: 55%) and No. 3 water glass (solid content: 40%) were applied to a steel plate for JIS coating, and the dry state was confirmed. The coating film of No. 3 water glass had a hard finish and cracks were confirmed, while the coating film of No. 1 water glass was relatively flexible and no cracks were confirmed (there was some shrinkage and wrinkles were formed on the surface. ).
次に、高分子の無機系難燃剤として実績がある水酸化マグネシウムと水酸化アルミニウムを添加することを考え、さらに、断熱効果と難燃剤の沈降や流動性を改善するためにシリカを添加することを考え、各種配合を検討した。その検討結果を下記表１に示す。 Next, we considered adding magnesium hydroxide and aluminum hydroxide, which have been proven as high-molecular inorganic flame retardants, and added silica to improve the heat insulating effect and the sedimentation and fluidity of the flame retardant. Considering this, various formulations were examined. The examination results are shown in Table 1 below.
＜表１＞
表1においては、４０％希釈の１号水ガラス２４０ｇに対し、水酸化Ａｌ（水酸化アルミニウム）、水酸化Ｍｇ（水酸化マグネシウム）及びシリカの添加量を変えて不燃コート剤を作製し、この作製された不燃コート剤を合板に塗布して試験片を作製し、この試験片の表面の状態、具体的には、不燃コート剤が乾燥した際の表面のひび割れ状態、加熱した際の発泡状態を比較観察した結果を示している。 In Table 1, nonflammable coating agents were prepared by changing the amounts of Al hydroxide (aluminum hydroxide), Mg hydroxide (magnesium hydroxide) and silica added to 240 g of No. 1 water glass diluted 40%. The prepared noncombustible coating agent is applied to plywood to prepare a test piece, and the surface condition of this test piece, specifically, the cracked state of the surface when the noncombustible coating agent is dried, and the foamed state when heated. The results of comparative observation are shown.
表１の（ａ）は１号水ガラスのみを塗布した試験片の結果であり、乾燥時にひび割れはなかったが、加熱していくと１００℃付近で塗膜（表面の不燃コート剤）が著しく発泡してしまうため、コーンカロリメータでの測定が不能となること、塗膜が脆く壊れるため問題があった。 Table 1 (a) is the result of a test piece coated with only No. 1 water glass, and there were no cracks when dried, but when heated, the coating film (noncombustible coating agent on the surface) was remarkably observed at around 100 ° C. Since foaming occurs, measurement with a cone calorimeter is impossible, and the coating film is brittle and broken.
表１の（ｂ）は水酸化Ｍｇを２４ｇ、シリカ１２ｇ、（ｃ）は水酸化Ｍｇを（ｂ）と同量にしシリカを３６ｇに増加、（ｄ）はシリカの量は（ｄ）と同量の３６ｇ、水酸化Ｍｇを６０ｇに増加した結果であるが、水酸化Ｍｇ、シリカを増加したことにより加熱時の発泡の低下が見られた。 In Table 1, (b) contains 24 g of Mg hydroxide and 12 g of silica, (c) contains the same amount of Mg hydroxide as (b) and increases the amount of silica to 36 g, and (d) contains the same amount of silica as (d). Although the amount was increased to 36 g and the amount of Mg hydroxide was increased to 60 g, foaming during heating decreased due to the increase in Mg hydroxide and silica.
表１の（ｅ）は（ｄ）よりもさらに水酸化Ｍｇを１４０ｇまで増加した結果であるが、加熱時の発泡は収まったものの塗膜が割れる状態にあった。 (e) in Table 1 shows the result of increasing the amount of Mg hydroxide up to 140 g more than (d). Although foaming during heating subsided, the coating film was still cracked.
以上の結果を踏まえ、水酸化Ｍｇの量、シリカの量を調整したところ、表１の配合Ａのように粉体の水酸化マグネシウムが固形分で４０％（９０ｇ）、シリカが２２％（５０ｇ）であり、バインダーとして用いた１号水ガラス水溶液（高アルカリタイプ）を３８％（固形分９６ｇ）の比率で混合した場合は、加熱時の発泡が少なく乾燥時のひび割れも生じない良好な塗膜組成が発現することを見出した。 Based on the above results, the amount of Mg hydroxide and the amount of silica were adjusted. ), and when the No. 1 water glass aqueous solution (high alkali type) used as a binder is mixed at a ratio of 38% (solid content 96 g), there is little foaming during heating and no cracks during drying. It was found that the film composition was revealed.
このような結果を得られたことから、水酸化Ａｌを使用した２つのタイプ、すなわち、水酸化Ｍｇの代わりに水酸化Ａｌを使用したもの（配合Ｃ）、水酸化Ｍｇと水酸化Ａｌを同量（４５ｇずつ）使用したもの（配合Ｂ）を作製して検査したが、これら２タイプに関しても同様に加熱時の発泡が少なく乾燥時のひび割れも生じていなかった。この乾燥時の試験片の外観の状態を図１に示す。なお、図中では配合Ａの試験片はＡ－１、配合Ｂの試験片はＣ－１、配合Ｃの試験片はＤ－１と表記している。 Based on these results, two types of Al hydroxide were used, i.e., one using Al hydroxide instead of Mg hydroxide (Formulation C), and one using Mg hydroxide and Al hydroxide at the same time. A quantity (45 g each) was used (formulation B) and tested. These two types similarly showed little foaming during heating and no cracking during drying. FIG. 1 shows the appearance of the test piece when dried. In the figure, the test piece of formulation A is denoted by A-1, the test piece of formulation B by C-1, and the test piece of formulation C by D-1.
このようにひび割れがなく加熱時の発泡が少ない塗膜形成が可能な配合Ａ乃至Ｃを見出せたのは、以下のような考察による。すなわち、
・水ガラスとシリカや水酸化Ｍｇ・水酸化Ａｌを高濃度で含有させると高温時の発泡は抑制される。
・水酸化Ｍｇ・水酸化Ａｌは不燃効果が高いが、粉体の比重が高く水ガラスと分離しやすくなり、高含有すると割れが生じやすい。
・シリカは、水ガラスと相性がよく、高アルカリ性に相溶性が良いため、添加する事で表面の割れを抑制し、水酸化Ｍｇ・水酸化Ａｌの分離も抑制できるうえ、比表面積が高いことで隙間をつくり発泡を抑制すると考えられる。
上記の複合的な効果により、配合Ａ乃至Ｃを見出し、発泡が少なく、ひび割れが生じない最適な組成を見出すに至った。
The following considerations have led to the discovery of formulations A to C that are capable of forming a coating film that is free from cracks and with little foaming during heating. i.e.
・Bubbling at high temperatures is suppressed when water glass and silica or Mg hydroxide/Al hydroxide are contained at a high concentration.
・Mg hydroxide and Al hydroxide have a high non-combustible effect, but the specific gravity of the powder is high and it is easy to separate from the water glass.
・Silica has good compatibility with water glass and is highly compatible with high alkalinity, so adding it suppresses cracking of the surface, suppresses the separation of Mg hydroxide and Al hydroxide, and has a high specific surface area. It is considered that a gap is created in the sintered body to suppress foaming.
Owing to the combined effects described above, the inventors have found formulations A to C, and have found an optimum composition that causes little foaming and does not cause cracks.
次に、吸熱反応が不燃性能に影響を及ぼすと考え、配合Ａ乃至Ｃについて熱分析による吸熱反応について調べるとともに、各組成についての吸熱反応に関しても調べた。 Next, considering that the endothermic reaction affects the noncombustible performance, the endothermic reaction was examined by thermal analysis of the mixtures A to C, and the endothermic reaction for each composition was also examined.
図２乃至図６は、ＴＧ曲線の微分値（ＤＴＧ曲線）、示差熱測定曲線（ＤＴＡ曲線）及び熱重量測定曲線（ＴＧ曲線）を図示したものである。 2 to 6 illustrate the derivative of the TG curve (DTG curve), the differential thermometry curve (DTA curve) and the thermogravimetry curve (TG curve).
図２は原料の１号水ガラス（液状物）の熱分析（ＤＴＡ曲線の吸熱反応）の測定結果を示したものである。ＤＴＡ曲線を見ると下に凸の吸熱反応ピークが１２１．４℃に見られる。 FIG. 2 shows the measurement results of thermal analysis (endothermic reaction of DTA curve) of the raw material No. 1 water glass (liquid). Looking at the DTA curve, a downward convex endothermic reaction peak can be seen at 121.4°C.
図３は原料の水酸化マグネシウム（粉末状態）の熱分析（ＤＴＡ曲線の吸熱反応）の測定結果を示したものである。ＤＴＡ曲線を見ると下に凸の吸熱反応ピークが３９７．８℃
に見られる。
FIG. 3 shows the measurement results of thermal analysis (endothermic reaction of DTA curve) of raw magnesium hydroxide (powder state). Looking at the DTA curve, the downward convex endothermic reaction peak is 397.8 ° C.
seen in
図４は原料のシリカ（粉末状態）の熱分析（ＤＴＡ曲線の吸熱反応）の測定結果を示したものである。ＤＴＡ曲線を見ると吸熱反応ピークは見られない。重量変化もほとんど見られない。シリカは加熱しても変化がない安定な物質であることが分かる。 FIG. 4 shows the measurement results of thermal analysis (endothermic reaction of DTA curve) of raw material silica (powder state). Looking at the DTA curve, no endothermic reaction peak is seen. Almost no weight change is seen. It can be seen that silica is a stable substance that does not change even when heated.
図５は原料の水酸化アルミニウム（粉末状態）の測定結果を示したものである。ＤＴＡ曲線を見ると下に凸の吸熱反応ピークが２９５．５℃に見られる。 FIG. 5 shows the measurement results of raw material aluminum hydroxide (powder state). Looking at the DTA curve, a downward convex endothermic reaction peak can be seen at 295.5°C.
図６は原料の１号水ガラス（乾燥物）の熱分析（ＤＴＡ曲線の吸熱反応）の測定結果を示したものである。ＤＴＡ曲線を見ると下に凸の吸熱反応ピークが１２４．８℃に見られる。吸熱反応については、原料の１号水ガラス（液状物）が１２１．４℃だったのに対して加熱乾燥することで乾燥固化した水ガラス塗膜の吸熱反応ピークは１２４．８℃であり、１成分での乾燥固化では吸熱反応はほとんど変化がないことが確認できる。 FIG. 6 shows the measurement results of thermal analysis (endothermic reaction of DTA curve) of the raw material No. 1 water glass (dried matter). Looking at the DTA curve, a downward convex endothermic reaction peak can be seen at 124.8°C. Regarding the endothermic reaction, while the raw material No. 1 water glass (liquid) was 121.4°C, the endothermic reaction peak of the water glass coating film that was dried and solidified by heating and drying was 124.8°C. It can be confirmed that there is almost no change in the endothermic reaction by drying and solidifying with one component.
図７乃至図９は、配合Ａ乃至Ｃの熱分析（ＤＴＡ曲線の吸熱反応）と各原料の熱分析（DTA曲線の吸熱反応）の測定結果を示したものである。 7 to 9 show the measurement results of thermal analysis (endothermic reaction of DTA curve) of formulations A to C and thermal analysis of each raw material (endothermic reaction of DTA curve).
図７は配合Ａに関するものであり、各原料の吸熱反応ピークは、水ガラス１２１．４℃、水酸化マグネシウム３９７．８℃、シリカはピーク無しで合計２か所であるが、ナノ分散混合後乾燥した配合Ａの塗膜の吸熱反応（図中では「［配合Ａ］３成分無機複合体乾燥物のＤＴＡ曲線」と表記）は、１４４．４℃、１６７．１℃及び４６６．１℃と、１３０℃から５５０℃の間に幅広く３か所の吸熱ピークが表れるとともに、そのピークも各原料の吸熱反応ピークよりも高温側にシフトしている。このように幅広い温度域で吸熱反応があれば、燃焼温度を下げる効果が期待できる。 Fig. 7 relates to Formulation A. The endothermic reaction peaks of each raw material are water glass at 121.4°C, magnesium hydroxide at 397.8°C, and silica has no peaks and a total of two peaks. The endothermic reaction of the dried coating film of Formulation A (denoted as “[Formulation A] DTA curve of ternary inorganic composite dried product” in the figure) was 144.4 ° C., 167.1 ° C. and 466.1 ° C. , three endothermic peaks appear in a wide range from 130° C. to 550° C., and these peaks are also shifted to higher temperatures than the endothermic reaction peaks of the raw materials. If there is an endothermic reaction in such a wide temperature range, the effect of lowering the combustion temperature can be expected.
木材は１５０℃から２００℃で分解が起こり、可燃性ガスが発生する。そのガスに引火して燃焼がスタートする。さらにその後、４５０℃以上の温度で自然発火することから、木材表面を冷却する効果につながると期待される結果であった。 Wood decomposes at 150°C to 200°C, generating combustible gas. Ignite the gas and start burning. Furthermore, after that, it spontaneously ignites at a temperature of 450° C. or higher, which is expected to lead to the effect of cooling the surface of the wood.
図８は配合Ｂに関するものであり、各原料の吸熱反応ピークは、水ガラス１２１．４℃、水酸化アルミニウム２９５．５℃、水酸化マグネシウム３９７．８℃、シリカはピーク無しで合計３か所であるが、ナノ分散混合後乾燥した配合Ｂの塗膜の吸熱反応（図中では「［配合Ｂ］４成分無機複合体乾燥物のＤＴＡ曲線」と表記）は、１５３．０℃、１７６．３℃、４５５．６℃及び４８０．２℃と、１３０℃から５５０℃の間に幅広く４か所の吸熱ピークが表れるとともに、そのピークも各原料の吸熱反応ピークよりも高温側にシフトしている。このように幅広い温度域で吸熱反応があれば、燃焼温度を下げる効果が期待できる。 Fig. 8 relates to Formulation B. The endothermic reaction peaks of each raw material are water glass at 121.4°C, aluminum hydroxide at 295.5°C, magnesium hydroxide at 397.8°C, and no peaks for silica. However, the endothermic reaction of the coating film of Formulation B dried after nano-dispersion mixing (denoted as "[Formulation B] DTA curve of 4-component inorganic composite dried product" in the figure) was 153.0 ° C., 176.0 ° C. 3°C, 455.6°C and 480.2°C, and four endothermic peaks appear widely between 130°C and 550°C, and these peaks are also shifted to higher temperatures than the endothermic reaction peaks of the raw materials. there is If there is an endothermic reaction in such a wide temperature range, the effect of lowering the combustion temperature can be expected.
図９は配合Ｃに関するものであり、各原料の吸熱反応ピークは、水ガラス１２１．４℃、水酸化アルミニウム２９５．５℃、シリカはピーク無しで合計２か所であるが、ナノ分散混合後乾燥した配合Ｃの塗膜の吸熱反応（図中では「［配合Ｃ］３成分無機複合体乾燥物のＤＴＡ曲線」と表記）は、１４６．２℃、１６１．５℃、２４２．２℃及び４５３．１℃と、１３０℃から５５０℃の間に幅広く４か所の吸熱ピークが表れるとともに、そのピークも各原料の吸熱反応ピークよりも高温側にシフトしている。このように幅広い温度域で吸熱反応があれば、燃焼温度を下げる効果が期待できる。 Fig. 9 relates to Formulation C. The endothermic reaction peaks of each raw material are water glass at 121.4 °C, aluminum hydroxide at 295.5 °C, and silica has no peaks, a total of two. The endothermic reaction of the dried coating film of Formulation C (denoted as “[Formulation C] DTA curve of ternary inorganic composite dried product” in the figure) was 146.2 ° C., 161.5 ° C., 242.2 ° C. and Four endothermic peaks appear at 453.1° C. and widely between 130° C. and 550° C., and these peaks are also shifted to higher temperatures than the endothermic reaction peaks of the raw materials. If there is an endothermic reaction in such a wide temperature range, the effect of lowering the combustion temperature can be expected.
さらに、塗布対象物であって可燃性対象物である木材に関しても熱分析を行った。図１０は、木材から取り出したセルロースの熱分析結果であり、ＴＧ曲線の微分値（ＤＴＧ曲線）、示差熱測定曲線（ＤＴＡ曲線）及び熱重量測定曲線（ＴＧ曲線）を図示したものである。ＤＴＡ曲線を見ると吸熱反応ピークは見られない。３５６．９℃及び４４７．７℃に熱分解（燃焼反応）による発熱ピークが見られる。この温度域でセルロースが燃焼することが確認された。通常、有機物の加熱は上に凸の発熱反応であることが分かる（吸熱反応を示す部材は特徴的なもので多くは存在しない）。 Furthermore, a thermal analysis was also performed on wood, which is an application target and a combustible target. FIG. 10 shows the results of thermal analysis of cellulose extracted from wood, showing the differential value of the TG curve (DTG curve), the differential thermal measurement curve (DTA curve), and the thermogravimetry curve (TG curve). Looking at the DTA curve, no endothermic reaction peak is seen. Exothermic peaks due to thermal decomposition (combustion reaction) are observed at 356.9°C and 447.7°C. It was confirmed that cellulose burns in this temperature range. It can be seen that the heating of an organic substance is usually an exothermic reaction that is convex upward (members exhibiting an endothermic reaction are characteristic and not many exist).
以上のような考察のもと、コーンカロリメータによる発熱性試験を行ったので、その結果を本発明者らの考察とともに以下に説明する。 Based on the above considerations, a heat build-up test was conducted using a cone calorimeter, and the results will be described below together with the considerations of the present inventors.
図１１は、市販の不燃塗料を塗布（２ｍｍ）した合板の不燃性について、総発熱量の時間経過と発熱した際の状態を図示したものである。総発熱量は、４分から急激に上昇、８.８分には基準値の８ＭＪ／ｍ2を超えている。発熱速度は、４分に可燃性ガスに引火、８分くらいから木材が燃えだして燃焼による急激な発熱が確認できる。 FIG. 11 shows the time course of the total calorific value and the state when heat is generated with respect to the noncombustibility of plywood coated with commercially available noncombustible paint (2 mm thick). The total calorific value increased sharply from 4 minutes and exceeded the standard value of 8 MJ/m 2 at 8.8 minutes. As for the rate of heat generation, the combustible gas ignites in 4 minutes, and the wood begins to burn in about 8 minutes.
次に、配合Ａの不燃コート剤を塗布した試験片（合板）表面の状態とコーンカロリメータによる発熱性試験の結果を図１２、図１３に示す。 Next, FIG. 12 and FIG. 13 show the state of the surface of the test piece (plywood) coated with the incombustible coating agent of formulation A and the results of the exothermic test with a cone calorimeter.
図１２は、加熱前の試験片の表面及び裏面の状態と、コーンカロリメータを使用して７００℃コーンヒーターで２０分間間加熱後の表面及び裏面を撮影した画像であり、図１３はコーンカロリメータによる発熱性試験の結果を図示したものである。 FIG. 12 shows the state of the front and back surfaces of the test piece before heating, and the images of the front and back surfaces after heating for 20 minutes with a 700 ° C. cone heater using a cone calorimeter, and FIG. 13 is a cone calorimeter. FIG. 2 illustrates the results of exothermic tests. FIG.
図１２を参照すると、加熱前と比較して、加熱後においては表面は発泡しているものの、裏面に関しては全く変化していない。 Referring to FIG. 12, the front surface is foamed after heating compared to before heating, but the back surface is completely unchanged.
図１３の発熱性試験の総発熱量の測定結果を見ても、２０分間加熱後の総発熱は１ＭＪ／ｍ2以下に留まっており、前記基準値上限の８ＭＪ／ｍ2を大幅に下回っていた。 Looking at the measurement results of the total calorific value of the exothermic test in FIG. 13, the total calorific value after heating for 20 minutes remains at 1 MJ/m 2 or less, which is significantly below the upper limit of the standard value of 8 MJ/m 2 . rice field.
同様に、添加する無機水酸化物を水酸化アルミニウムとした場合の配合Ｃの不燃コート剤を塗布した試験片（合板）に関しても、その表面の状態の観察とコーンカロリメータによる発熱性試験を行った。 Similarly, with respect to the test piece (plywood) coated with the incombustible coating agent of formulation C when the inorganic hydroxide to be added is aluminum hydroxide, the surface condition was observed and the exothermic test was performed using a cone calorimeter. .
図１４は発熱性試験を図示したものであり、図１５は加熱前と加熱後の試験片の表面状態を撮影した画像である。なお、図中では配合Ｃの試験片はＤ－１と表記している。 FIG. 14 illustrates the exothermic test, and FIG. 15 is an image of the surface state of the test piece before and after heating. In the figure, the test piece of formulation C is indicated as D-1.
前記配合Ａの場合と同様に、２０分間加熱後の総発熱は１ＭＪ／ｍ2以下に留まっており、前記基準値上限の８ＭＪ／ｍ2を大幅に下回っていた。 As in the case of Formulation A, the total heat generation after heating for 20 minutes remained at 1 MJ/m 2 or less, which was significantly below the upper limit of the standard value of 8 MJ/m 2 .
一方、試験片の表面の状態に関しては、配合Ａの場合と異なり、加熱後の裏面側に焦げが見られた。ただし、燃焼して燃えているわけではなく（焦げ）、木材の強度は保たれていたことから、十分不燃材料として使用可能と考えられる。 On the other hand, with respect to the state of the surface of the test piece, unlike the case of formulation A, scorching was observed on the back side after heating. However, it did not burn and burn (burn), and the strength of the wood was maintained, so it is considered that it can be used as a sufficiently noncombustible material.
従来、塗布厚１０ｍｍ以下の不燃材コートで木材に不燃性を付与させる事は困難であり、不燃効果が高い粉体（水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム）をコート剤に添加する場合には１０％以下でないと塗膜にひび割れ起こすため高濃度の配合できなかった。これに対し、本発明においては、水ガラスと２種の不燃効果が高い粉体を４０％以上と高含有させて作製した不燃コート剤を、３ｍｍ以下の膜厚で、ひび割れなくコートすることに成功した。 Conventionally, it is difficult to impart noncombustibility to wood with a noncombustible material coating with a coating thickness of 10 mm or less. If the amount is not less than the above, cracks will occur in the coating film, so that high-concentration blending was not possible. On the other hand, in the present invention, a non-combustible coating agent made by containing water glass and two kinds of highly non-combustible powders at a high content of 40% or more is coated with a film thickness of 3 mm or less without cracking. Successful.
また、作製された不燃コート剤は、各原料の持つ独自の吸熱反応ピークの数の合計数よりもそのピーク数を増加させることができ、さらに、そのピーク値も１３０℃から５５０℃の間に幅広く高温側にシフトしている。 In addition, the produced nonflammable coating agent can increase the number of peaks more than the total number of endothermic reaction peaks unique to each raw material, and the peak value is also between 130 ° C. and 550 ° C. Widely shifted to the high temperature side.
このような組成、性質を備えることにより、本発明の不燃コート剤は、建築基準法で定められた国土交通省大臣認定に係る最も良い不燃材料の性能を満たすものとすることができた。
By having such a composition and properties, the noncombustible coating agent of the present invention was able to satisfy the performance of the best noncombustible material according to the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism Minister's certification stipulated by the Building Standards Act.
Claims (2)
前記水ガラスの固形分１００重量部に対し、３０～６０重量部の無機水酸化物と、シリカの粉体成分を含有せしめたことを特徴とする不燃コート剤。 A noncombustible coating agent that contains water glass and is capable of imparting noncombustible performance to a combustible object in accordance with the Building Standards Act by applying it to the combustible object,
A nonflammable coating agent characterized by containing 30 to 60 parts by weight of an inorganic hydroxide and a silica powder component with respect to 100 parts by weight of the solid content of the water glass.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Country Status (1)
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- 2021-03-30 JP JP2021058681A patent/JP2022155263A/en active Pending
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