JP5984342B2 - 被覆材 - Google Patents

Description

本発明は、新規な被覆材に関するものである。

鋼材や、コンクリート、木材、合成樹脂等の基材を火災から保護する材料として、火災時の温度上昇によって熱膨張層を形成する熱膨張性被覆材が知られている。
このような被覆材は、成分中に、温度上昇により分解して不燃性のガスを発生する成分と、炭素化して多孔質の炭化断熱層を形成する成分を含有しており、不燃性のガスの発生で火災の消火効果を発揮し、炭素化成分による多孔質炭化断熱層の形成により断熱効果を発揮するものである。その利点としては、薄膜化が可能であり、圧迫感が少なくスッキリとした感じに仕上げられること等が挙げられる。

このような被覆材に関し、耐熱性等の諸物性向上を目的とした種々の提案がなされている。例えば、特開平１０-１７７９６号公報（特許文献１）には、多価アルコール、含窒素発泡剤、難燃性脱水剤、合成樹脂に加えて、さらに膨張性黒鉛を配合することが記載されている。特開２００１-４０２９０号公報（特許文献２）には、多価アルコール、含窒素発泡剤、難燃性発泡剤、合成樹脂、に加えて、さらに二酸化チタンを配合することが記載されている。特開２００１-３２３２１６号公報（特許文献３）においては、無機充填剤、リン系難燃剤等の固形分の平均粒度を１０〜５０μｍに調整することが記載されている。

特開平１０-１７７９６号公報 特開２００１-４０２９０号公報 特開２００１-３２３２１６号公報

しかしながら、上記被覆材では、その配合処方に種々工夫を凝らしても十分な耐熱保護性能が得られない場合がある。特に、配合する充填剤の種類によっては、炭化断熱層の膨張率、強度等が不十分となる場合があり、実用上改善の余地がある。

本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、十分な膨張率、強度等を有する炭化断熱層が形成でき、優れた耐熱保護性を具備する被覆材を提供することを目的とするものである。

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、被覆材を構成する成分のうち、充填剤としてＴｉＯ_２及び、相転移温度が１０００℃以上である無機粉体を用い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。

すなわち、本発明の被覆材は下記の特徴を有するものである。
１．結合材、難燃剤、発泡剤、炭化剤及び充填剤を含有する被覆材であって、
当該結合材が、酢酸ビニル樹脂を含み、
当該充填剤としてＴｉＯ_２及び、相転移温度が１０００℃以上の無機粉体を含み、
上記無機粉体が、焼成カオリン、焼成クレー、焼成ヒル石、フライアッシュ、ポルトランドセメント、ワラストナイトから選ばれるものであり、
上記結合材１００重量部（固形分）に対し、上記難燃剤を５０〜６００重量部、上記発泡剤を５〜６０重量部、上記炭化剤を５〜６０重量部、上記充填剤を１０〜３００重量部含み、
上記結合材１００重量部（固形分）に対し、上記無機粉体を２０重量部以上含むことを特徴とする被覆材。
２．上記結合材が、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニルエステル共重合樹脂、酢酸ビニル／エチレン共重合樹脂、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニルエステル／アクリル共重合樹脂、酢酸ビニル／アクリル共重合樹脂から選ばれるものであり、
上記難燃剤が、有機リン系化合物、塩素化合物、アンチモン化合物、リン化合物、ホウ素化合物から選ばれるものであり、
上記発泡剤が、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、アゾジカーボンアミド、尿素、チオ尿素から選ばれるものであり、
上記炭化剤が、多価アルコール、デンプン、カゼインから選ばれるものであることを特徴とする１．に記載の被覆材。
３．上記ＴｉＯ_２と上記無機粉体との重量比率は９５：５〜５０：５０であることを特徴とする１．または２．に記載の被覆材。

本発明の被覆材によれば、火災時において発泡性に優れた緻密な炭化断熱層が形成でき、鋼材等の基材の温度上昇を効果的に抑制することができる。

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

本発明の被覆材は、結合材、難燃剤、発泡剤、炭化剤及び充填剤を含有するものであり、充填剤がＴｉＯ_２及び、相転移温度が１０００℃以上である無機粉体を含むものである。

本発明の結合材としては、水分散型、水可溶型、ＮＡＤ型、溶剤可溶型、無溶剤型等が挙げられ、１液タイプ、２液タイプ等特に限定されず、用いることができる。具体的には、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニルエステル共重合樹脂、酢酸ビニル／エチレン共重合樹脂、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニルエステル／アクリル共重合樹脂、酢酸ビニル／アクリル共重合樹脂、アクリル樹脂、アクリル／スチレン樹脂共重合樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリブタジエン樹脂、アルキッド樹脂、塩化ビニル樹脂等の有機の合成樹脂が挙げられる。これらは単独又は２種以上で使用することもできる。本発明では特に、酢酸ビニル樹脂を含むことが好ましく、これによって発泡性の点において優れた効果を得ることができる。

本発明の難燃剤は、一般に火災時に脱水冷却効果、不燃性ガス発生効果、結合材炭化促進効果等の少なくとも１つの効果を発揮し、結合材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、公知の難燃剤が使用できる。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。また、未被覆品を使用することができるが、被覆処理品等を用いることもできる。

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。

難燃剤の混合比率は、結合材１００重量部（固形分）に対し、好ましくは５０〜１０００重量部、より好ましくは１００〜８００重量部、より好ましくは２００〜６００重量部である。本発明では、このように難燃剤が比較的高比率で含まれることにより、耐熱保護性において良好な性能を得ることができる。

本発明の発泡剤は、一般に、火災時に不燃性ガスを発生させて、炭化していく結合材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作用を有するものである。発泡剤は、かかる作用を有する限り特に制限されず、公知の発泡剤が使用できる。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、アゾジカーボンアミド、尿素、チオ尿素等が挙げられる。これらは単独で又は２種以上で使用することができる。これらの中では、メラミン、ジシアンジアミド、アゾジカーボンアミド等が不燃性ガスの発生効率に優れていることから好ましい。特にメラミンがより好適である。発泡剤の混合比率は、結合材１００重量部（固形分）に対し、好ましくは５〜５００重量部、より好ましくは３０〜２００重量部である。このような範囲であることにより、優れた発泡性を発揮し、耐熱保護性において良好な性能を得ることができる。

本発明の炭化剤は、一般に、火災による結合材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、断熱性に優れた厚みのある炭化断熱層を形成する作用を有するものである。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、公知の炭化剤が使用できる。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、ペンタエリスリトール、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。炭化剤の混合比率は、結合材１００重量部（固形分）に対し、好ましくは５〜６００重量部、より好ましくは１０〜４００重量部である。このような範囲であることにより、脱水冷却効果と炭化断熱層形成作用を発揮し、耐熱保護性において良好な性能を得ることができる。

本発明の充填剤は、一般に炭化断熱層の強度を維持する作用を有するものである。本発明では、充填剤として、ＴｉＯ_２及び、相転移温度が１０００℃以上の無機粉体を含むものを使用する。なお、本発明において「相転移」とは、例えば、以下を含むものである。
・無機粉体の脱水反応（結晶水・水和水の脱離）
・無機粉体の結晶構造の変化（多形転移）
・無機粉体の融解または分解反応

上記の相転移温度が１０００℃以上である無機粉体を用いることにより、難燃剤や発泡剤の効果を阻害せず、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、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、発泡性を従来品と同等程度に設定する場合には、従来品に比べて、難燃剤、発泡剤、炭化剤の量を減量することができる。

上記の作用機構は明らかではないが、概ね以下のように推定される。
無機粉体が相転移を生じる際には、少なからず体積あるいは形状の変化を伴う。また、このとき相転移熱を生じる。一般に、無機粉体の強度は高いため、燃焼時に形成される微細な空隙を有する炭化断熱層の構造骨格中に無機粉体が存在すると、炭化断熱層の強度は高くなると予想される。
しかし、体積あるいは形状変化を生じる無機粉体が炭化断熱層の構造骨格中に存在する場合は、その構造中の炭化物と無機粉体界面において接着力低下が起こり、結果的に炭化断熱層全体の強度低下を招く。また、相転移熱により発泡剤や難燃剤の熱分解を阻害したり、熱分解で発生したガス成分が、炭化機構に作用しにくくなるため、炭化断熱層の発泡性が低下し、本来の目的である断熱性が低くなるものと推測される。

これに対し、相転移温度が１０００℃以上である無機粉体の場合は、火災時の温度上昇によって相転移が生じないため、発泡剤や難燃剤の熱分解を阻害することはない。また、形成された炭化断熱層は緻密な構造を維持し、高発泡による優れた断熱性が発現されるとともに、高強度の炭化断熱層を形成することができるものと考えられる。

このような無機粉体としては、相転移温度が１０００℃以上であれば、特に限定されずＴｉＯ_２以外の公知の無機粉体を使用することができる。例えば、α−アルミナ、焼成カオリン、焼成クレー、焼成ケイソウ土、焼成シリカ、焼成ヒル石、シラス、シラスバルーン、フライアッシュ、ポルトランドセメント、焼成ケイソウ土、融剤焼成ケイソウ土、ワラスナイト等が挙げられる。また、上記以外にも、公知の鉱物や無機化合物等を、相転移温度が１０００℃以上となるように予め処理した無機粉体も使用することができる。本発明では相転移温度が１０００℃以上の無機粉体として、特に、予め１０００℃以上の温度で焼成処理された無機粉体が好適である。無機粉体は、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。
このうち、炭化断熱層の強度向上のために、少なくともＳｉＯ_２またはＡｌ_２Ｏ_３を含むものが好ましく、さらにはＳｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３を含むものが好ましい。このような無機粉体として、焼成カオリン、焼成クレー等が好適である。

また、上記無機粉体の形状としては、特に限定されないが、例えば、球状、粒状、板状、棒状、リン片状、針状、繊維状等が挙げられ、これらは単独又は２種以上で使用することもできる。本発明では、特に、板状、リン片状、針状、繊維状のものが好ましい。

本発明においてＴｉＯ_２としては、アナターゼ型、ルチル型等が使用できるが、特にルチル型が好ましい。
充填剤におけるＴｉＯ_２と上記無機粉体との重量比率は、好ましくは９５：５〜５０：５０、より好ましくは８５：１５〜６０：４０である。

本発明では、上記の充填剤の粒子径が、好ましくは８００μｍ以下、より好ましくは０．０１μｍ以上５００μｍ以下である。なお、充填剤の形状が繊維状の場合は、繊維長が上記範囲内であればよい。
また、充填剤の配合比率は、結合材１００重量部（固形分）に対し、好ましくは１０〜３００重量部、更に好ましくは２０〜２５０重量部である。このような範囲であることにより、炭化断熱層の強度を維持することができ、耐熱保護性において良好な性能を得ることができる。

本発明の被覆材には、上記以外の成分として、各種添加剤等を配合することもできる。このような成分としては、例えば顔料、繊維、増粘剤、造膜助剤、レベリング剤、湿潤剤、可塑剤、凍結防止剤、ｐＨ調整剤、防腐剤、防黴剤、防藻剤、抗菌剤、分散剤、消泡剤、吸着剤、架橋剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、触媒等が挙げられる。また、膨張性黒鉛、未膨張バーミキュライト等の膨張性物質を配合することもできる。

本発明の被覆材は、以上のような成分を常法により均一に混合することで製造することができる。本発明の被覆材の形態としては、上記構成成分を含む塗材、あるいは該塗材を予めシート状に成形したもの、等が挙げられる。

本発明の被覆材は、耐火性を付与すべき被塗物に塗付または貼着することによってその効果を発揮することができる。被塗物としては、例えば、壁、柱、床、梁、屋根、階段の各部位が挙げられる。このような被塗物は、コンクリート、鋼材等の基材で形成されており、防錆処理等が施されていてもよい。本発明の被覆材は、コンクリート、鋼材だけでなく、木質部材、樹脂系部材等への基材に適用することも可能である。

被覆材（塗材）を被塗物に塗付する際には、スプレー、ローラー、刷毛、こて、へら等の塗装器具を使用して、一回ないし数回塗り重ねて塗装すれば良い。塗付時には、必要に応じ水や溶剤等で塗料を希釈することもできる。

また、被覆材を予めシート状に成型する際には、上述の各成分を均一に混合して得られる混合物を、公知の方法によって成形すればよい。各成分の混合時には、必要に応じ溶剤を混合したり、加熱したりすることも可能である。ビーズ状、ペレット状等の結合材を使用する場合は、この結合材の軟化温度まで加熱装置によって加熱し、ニーダー等によって混練しながら、各成分を混合すればよい。得られたシート状の被覆材は、接着剤、釘、鋲等を用いて貼着することができる。

本発明の被覆材の厚みは、適用部位用等に応じて適宜設定すれば良いが、好ましくは０．２〜１０ｍｍ、より好ましくは０．５〜６ｍｍ程度である。このような、被覆材を積層することにより、火災時等の高温に晒された場合に、優れた耐熱性を発揮することができる。

本発明では、被覆材の表面を保護するために、必要に応じ上塗層を積層することもできる。このような上塗層は、公知の水性型あるいは溶剤型の塗料を塗付することによって形成することができる。上塗層としては、例えば、アクリル樹脂系、ウレタン樹脂系、アクリルシリコン樹脂系、フッ素樹脂系等の塗料を用いることができる。これらの塗装は、公知の塗装方法によれば良く、スプレー、ローラー、刷毛等の塗装器具を使用することができる。

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。ただし、本発明の範囲は、これら実施例に限定されるものではない。

（被覆材１〜１０）
表１に示す配合に従い、各原料を常法により混合・攪拌することによって被覆材１〜１０を製造した。なお、原料としては以下のものを使用した。
・結合材Ａ：アクリル／スチレン共重合樹脂エマルション
・結合材Ｂ：酢酸ビニル／バーサチック酸ビニルエステル共重合樹脂エマルション
・発泡剤：メラミン
・炭化剤：ジペンタエリスリトール
・難燃剤：ポリリン酸アンモニウム
・充填材Ａ：酸化チタン（ＴｉＯ_２、ルチル型、平均粒子径０．３μｍ）
・充填剤Ｂ：焼成クレー（Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２、平均粒子径１．４μｍ、焼成処理温度：１０００℃以上）
・充填剤Ｃ：重質炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３、平均粒子径５０μｍ、分解温度８２５℃）
・充填剤Ｄ：カオリンクレー（Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２・２Ｈ_２Ｏ、平均粒子径１．４μｍ、脱水温度４００〜６００℃）

（試験例１）
被覆材１を熱間圧延鋼板（３００×３００×９ｍｍ）に刷毛を用いて、乾燥膜厚が約２ｍｍとなるように塗装を行い、温度２０℃・相対湿度６５％下で１週間乾燥させたものを試験体１とした。試験体１について、以下の評価を行った。結果を表２に示す。

・評価
試験体１を、ＩＳＯ８３４の標準加熱曲線に準じて一定時間（１時間）加熱し、試験体を室温に冷却した後、炭化断熱層の発泡倍率の測定を行った。また、発泡層の緻密性を目視にて評価した。その後、試験体を垂直にし、炭化断熱層の強度を目視にて評価した。評価基準はそれぞれ以下のとおりである。結果はそれぞれ表２に示す。

＜発泡倍率＞
Ａ：発泡倍率２０倍以上
Ｂ：発泡倍率１０倍以上２０倍未満
Ｃ：発泡倍率５倍以上１０倍未満
Ｄ：発泡倍率５倍未満
＜緻密性＞
Ａ：炭化断熱層の内部が緻密
Ｂ：炭化断熱層の内部一部空隙が認められた

＜強度＞
Ａ：脱落なし
Ｂ：表層が一部脱落
Ｃ：全て脱落

（試験例２〜１０）
試験例１の被覆材１に代えて被覆材２〜１０を使用した以外は、試験例１と同様にして試験体２〜１０を作製し、試験体１と同様の評価を行った。結果を表２に示す。

Claims (3)

1. 結合材、難燃剤、発泡剤、炭化剤及び充填剤を含有する被覆材であって、
   当該結合材が、酢酸ビニル樹脂を含み、
   当該充填剤としてＴｉＯ_２及び、相転移温度が１０００℃以上の無機粉体を含み、
   上記無機粉体が、焼成カオリン、焼成クレー、焼成ヒル石、フライアッシュ、ポルトランドセメント、ワラストナイトから選ばれるものであり、
   上記結合材１００重量部（固形分）に対し、上記難燃剤を５０〜６００重量部、上記発泡剤を５〜６０重量部、上記炭化剤を５〜６０重量部、上記充填剤を１０〜３００重量部含み、
   上記結合材１００重量部（固形分）に対し、上記無機粉体を２０重量部以上含むことを特徴とする被覆材。
2. 上記結合材が、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニルエステル共重合樹脂、酢酸ビニル／エチレン共重合樹脂、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニルエステル／アクリル共重合樹脂、酢酸ビニル／アクリル共重合樹脂から選ばれるものであり、
   上記難燃剤が、有機リン系化合物、塩素化合物、アンチモン化合物、リン化合物、ホウ素化合物から選ばれるものであり、
   上記発泡剤が、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、アゾジカーボンアミド、尿素、チオ尿素から選ばれるものであり、
   上記炭化剤が、多価アルコール、デンプン、カゼインから選ばれるものであることを特徴とする請求項１に記載の被覆材。
3. 上記ＴｉＯ_２と上記無機粉体との重量比率は９５：５〜５０：５０であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の被覆材。