JP2005060458A - 不燃塗料組成物、およびそれを用いた不燃化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機系基材の形状、製造の由来を問わず、容易に不燃化する方法、特に基材自身がガス透過性、吸着性、調湿性を有する木質系基材を表面加工することによって、上記性質を維持しつつ不燃化を達成する方法。
【解決手段】低軟化点ガラス粉末、およびガス透過性を有するバインダー成分を含む不燃塗料組成物、不燃塗料組成物を基材に塗布することからなる不燃化方法、および不燃塗料組成物の塗布された基材。
【選択図】 なし

Description

本発明は、低軟化点ガラス粉末を含有する不燃塗料組成物およびその使用方法に関し、詳細には、木材、木質系ボード、炭化物ボードのような可燃性基材の不燃化に好適な塗料組成物、およびそれを用いた不燃化方法に関する。

木質系材料は、加工性、美観および質感に優れ、経年変化せず、しかも、材料自体がガス吸放出特性を有するために環境の変化に順応するという優れた性質を有する。これらの性質を生かして、木質系材料は、角材やボードの形で、建築、装飾、家具、木工品など、さまざまな分野で活用されている。
しかし、木質系ボードは可燃性であるために、難燃性、不燃性の基準が設定されている用途への使用は制限されている。

可燃性の基材を難燃化する方法として、特開２００1-３０３０５９号公報および特開平７−３０９９７０号公報には、プラスチックの製造時に難燃化剤を添加する方法が開示されている。しかし、難燃化剤を樹脂中に添加する方法は、一定の難燃化効果を奏するものの、不燃化には至らない。また、難燃剤を添加し過ぎると、機械的強度などの物性を維持できなくなる場合がある。さらに、この方法を木質系材料に応用する際には、パーティクルボード、繊維ボードなど、特定の製造方法に由来するものに限られる。

特開平１０−３０６２３５号公報、特開平１０−３０６２３５号公報、および特開２００１−１３１４４７号公報には、木質系材料に難燃塗料を塗布または積層する技術が開示されている。しかし、いずれの発明にしても、基材を容易に不燃化するような表面処理技術は確立されていない。

本発明の目的は、有機系基材の形状、製造方法を問わず、容易に不燃化する方法を提供することにある。特に、基材自身がガス透過性、吸着性、調湿性を有し、表面加工した後もその特性が奪われないような不燃化方法を提供することにある。

本発明者は、上記課題を鋭意検討した結果、低軟化点ガラス粉末を、ガス透過性を有するバインダー成分と混合して基材に表面加工することによって、可燃性の基材を不燃材に変えられることを見出した。すなわち、本発明は、低軟化点ガラス粉末、およびガス透過性を有するバインダー成分を含む不燃塗料組成物を提供するものである。また、本発明は、前記不燃塗料組成物を基材に塗布することからなる、不燃化方法を提供する。さらに、本発明は、不燃塗料組成物が塗布された基材を提供する。なお、本明細書で使用する「不燃」または「不燃材」という用語は、建築基準法に規定する「準不燃」または「準不燃材」を含む意味である。

基材自身のコーンカロリーメータ試験での２０分後の総発熱量が８．１〜３５MJ/m²の有機系基材は、本発明の不燃塗料組成物を塗布することによって、不燃材となる。また、基材自身のコーンカロリーメータ試験での１０分後の総発熱量が８．１〜１００MJ/m²の有機系基材は、本発明の不燃塗料組成物を塗布することによって、準不燃材となる。したがって、本発明によれば、これらの有機系基材の用途範囲が著しく広がる。

特に、ガス透過性、吸着性、調湿性を有する基材に本発明の不燃塗料組成物を塗布した場合には、上記基材の性質は塗布後も維持される。したがって、本発明は木質系ボードや炭化物ボードなどのガス透過性、吸着性、調湿性を有する基材の不燃化に最適である。

また、本発明の不燃塗料組成物には、廃ガラスや高炉スラグを利用することもできるので、リサイクル技術としても有望である。

以下に、本発明の不燃塗料組成物およびそれを用いた不燃化方法を詳細に説明する。本発明の不燃塗料組成物に使用するガラス原料は、低軟化点ガラスである必要がある。低軟化点ガラス粉末は、高温下で溶解して基材上にガラスの薄膜を作る。このガラス薄膜は気密性であるため、基材からのガスの拡散と放出を遮断したり、基材への酸素の供給を妨げることができる。本発明において、低軟化点ガラスとは、通常、４００〜８００℃、好ましく４００〜６００℃で融解するガラスをいう。軟化点が低すぎると、生成したガラスの薄膜が熱によって流下したり、ひび割れを生じるなどの障害が発生したりする場合があり、逆に軟化点が高すぎても、ガラス薄膜が生成する前に基材が燃焼してしまったり、皮膜層を形成できないなどの不具合が生じる場合がある

ガラス原料は、低軟化点の物性が得られる限り、ガラスの種類を問わない。一般には、酸化ケイ素を主成分とし、Ｎａ、Li、Be、Ca、Sr、B、Al、MgおよびPbからなる群から選ばれる少なくとも一種を含むガラス状の化合物である。ガラスの種別で示すと、ソーダライムガラス、ホウケイ酸塩ガラス、鉛ケイ酸塩ガラスなどである。

ガラス原料の粒径は、通常、０．１〜１００μｍであり、好ましくは０．５〜５０μｍ、より好ましくは５〜５０μｍである。ガラスは、ガラスフリット、ガラスバルーン、多孔質のいずれでもよい。

本発明の不燃塗料組成物に配合するガラス原料は、廃ガラスや高炉スラグの利用も可能である。廃ガラスの低軟化点でない場合、炭酸ナトリウム等の融剤を添加して再溶融することによって、所望の軟化点を有するガラスに再生すればよい。したがって、廃ガラスや高炉スラグのリサイクル技術としての利用価値も高い。

本発明の不燃塗料組成物に配合するガス透過性を有するバインダー成分は、前記ガラス粉末と基材とのバインダーになるものである。ガス雰囲気、温度、湿度などの環境条件の変化に応じて基材自体がガスや水分の吸放出作用を持つ木質系ボードや炭化物ボードに、本発明の不燃塗料組成物を塗布すると、基材の特性を維持したまま不燃化することができる。

バインダー成分には、塗布して得られる塗膜がガス透過性になるものであれば、特に制限無く使用できる。ここで、塗膜がガス透過性であるとは、塗膜がないときのガス透過速度を、６０％以上、好ましくは８０％以上、特に好ましくは９０％以上維持することを意味する。

具体的には、澱粉質、セルロース類、コラーゲン、アルギン酸ナトリウム、ポリ酢酸ビニル、カゼイン、グルコマンナンなどが挙げられる。得られる塗膜は、実用に耐える接着強度を確保すると共に、膜に空隙を作って、ガス透過性となる。図１に、澱粉質（バインダー成分）とガラス粉体とからなる塗膜（２ｍｍ厚）のガス透過性を示す。図１から、本発明から得られる塗膜の初期の吸湿速度は、未塗布のものと同等であり、そして２４時間後の吸湿量にもほとんど影響ないことがわかる。

上記バインダー成分は、ホルムアルデヒドのようなシックハウス症候群の原因とされる人体に有害な微量物質を環境中に放出しない点でも好ましい。さらには、本発明による塗膜は、吸着性、調湿性などの特性を有する基材への表面に形成された場合でも基材の特性を阻害することがなく、また、大気中の該有害微量物質を吸着する作用を有する。

澱粉質の例には、コーンスターチ、酸化澱粉、アルファー澱粉、アセチル化澱粉、カチオン化澱粉、リン酸エステル化澱粉、エーテル化澱粉、デキストリンなどがある。

セルロース類の例には、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）、ニトロセルロース（ＮＣ）、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）などがある。

本発明の不燃塗料組成物における、低軟化点ガラスとガス透過性バインダー成分との混合比は、硬化速度、空隙の大きさ、空隙率、表面硬度、耐剥離性などに応じて決める。一般的には、低軟化点ガラス／ガス透過性バインダー成分の重量割合で、通常、１００〜６００／１００であり、好ましくは４００〜５００／１００である。バインダー成分が多すぎると、ガラス薄膜が基材全面に生成されない場合がある。逆に、バインダー成分が少なすぎると、塗膜の通気性が低下する、塗工性が悪化する、塗膜が剥がれ落ちるなどの問題を生じる場合がある。

本発明の不燃塗料組成物には、さらに無機化合物からなる複合化添加剤を添加することが有利である。本発明の不燃塗料組成物が塗布された基材が高温に曝されると、ガラス粉末が軟化して基材表面を覆うが、その際に微細な亀裂を生じることがある。組成物に複合化添加剤を添加することにより、微細な亀裂の発生を抑制してガスの遮断性能を向上させ、さらに基材への酸素の供給を妨げるため、より効率的な不燃化が可能となる。

複合化添加剤は、ガラス粉体同士を高温下で複合化する無機化合物であればよく、例えば酸化ホウ素などのホウ素化合物；酸化ナトリウムなどのナトリウム化合物；酸化カリウムなどのカリウム化合物；ならびにアルミナなどのアルミニウム化合物が挙げられる。

前記複合添加剤の使用量は、ガラス粉末／添加剤の重量割合で、通常１００／１〜１００／２０、好ましくは１００／１〜１００／１０である。

本発明の不燃塗料組成物には、公知の塗料添加剤を、本発明に対して弊害を及ぼさない範囲で添加することができる。その代表例は、顔料、湿潤剤、分散剤、乳化剤、増粘剤、沈降防止剤、皮張り防止剤、たれ防止剤、消泡剤、色分かれ防止剤、レベリング剤、乾燥剤、可塑剤、防カビ剤、抗菌剤、殺虫剤、防腐剤、光安定化剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、導電性付与剤などである。

顔料には、着色顔料、体質顔料、金属粉顔料などがあり、着色、塗装作業性、塗膜の強度、物性などに応じて適宜選択する。

本発明の不燃塗料組成物には、塗料業界で公知の難燃化剤、例えばハロゲン系、リン系、無機系またはシリコーン系の難燃化剤を添加することも可能である。これらの添加量は、本発明の効果を阻害しない範囲に限定される。

本発明の不燃塗料組成物は、低軟化点ガラス粉末、バインダー成分および添加剤を無溶剤で、または溶剤とともに混合することによって得られる。溶剤は、石油系混合溶剤、ミネラルスピリット、トルエン、キシレン、エタノール、ブタノール、ＩＰＡ、ブチルセロソルブ、ケトン、シクロヘキサン、酢酸ブチル、酢酸エチルなとの有機溶剤、または水である。

本発明の不燃塗料組成物は、塗料組成物の一部を別体とし、使用の際に混合するタイプでもよい。混合は、常温で行なえばよい。その際、適宜、混合機を用いる。

本発明の不燃塗料組成物を塗布する方法としては、従来公知の塗布方法を特に制限無く使用することができる。具体的には、ディッピング法、スピンコート法、フローコート法、ロールコート法、スプレーコート法、ブレードコート法、エアーナイフコート法などがある。このうち、膜厚の制御を容易に行うことができることから、スプレー法、ロールコート法、およびブレードコート法が好ましい。

本発明の不燃塗料組成物を塗布する対象は、可燃性の基材であり、特に可燃性の有機系ボード、具体的には木材、木質系ボード、炭化物ボードなどである。コーンカロリーメータ試験での２０分後の総発熱量が８．１〜３５MJ/m²の有機系ボードは、本発明の不燃塗料組成物を塗布することによって、不燃材となる。また、同試験での２０分後の総発熱量が８．１〜２００MJ/m²の有機系基材は、本発明の不燃塗料組成物を塗布することによって、準不燃材となる。

本発明の不燃塗料組成物を塗布する基材の表面性状は、特に制限ないが、好ましくは微細な凹凸があるものが、基材への塗膜の接着性をよくする点で好ましい。

本発明の不燃塗料組成物の塗布量は、塗布する基材の種類に応じて変わり得る。通常は、１０〜１０００g/m²、好ましくは１５０〜８００g/m²である。本発明の組成物によって基材表面に形成される塗膜の厚みは、上記塗布量に依存する。通常、０．０１〜３mmであり、好ましくは０．５〜１mmである。

塗布後、常温下、または適宜の加温下で放置することにより、塗膜を得る。

得られる塗膜は、冷間時にはガス透過性を有する。しかし、例えば８００℃の高温に曝されると、ガラス粉末が軟化して、ガラスの薄膜を形成する。この薄膜によって、基材内部から発生する可燃ガスの拡散と放出が抑制されたり、基材への酸素の供給を妨げることができるため、基材は燃焼しない。

本発明の不燃塗料組成物を下塗塗料として用い、得られた塗膜の上に、適宜、公知の塗料を上塗りすることも可能である。その成分には、アクリル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ニトリルゴム、ポリクロロプレン、メラミン樹脂、ケイ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリルシリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリブテン樹脂、ポリアミド樹脂、ビニル樹脂、塩素化オレフィン樹脂、スチレン・ブタジエン共重合樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、アミノアルキド樹脂、クマロン樹脂、シリコーンゴム、塩化ゴムなどが挙げられる。

以下に、実施例を示して、本発明をより詳細に説明する。
〔実施例１〜３〕
（試料の準備）
使用した低軟化点ガラス粉末の組成を表１に示す。

上記ガラスの軟化温度は５００〜７００℃の範囲にあり、そして粒径は０．５〜３０μｍであった。

市販の澱粉質（商品名：ルーアマイルド）１００重量部に対し、上記ガラス粉末４００〜４５０重量部を添加し、常温で混合して、塗料組成物を得た。

上記塗料組成物を塗布する基材として、炭化温度が７５０℃(公称値)の木質系炭化物に超微細化天然繊維を添加（重量比：８／２）して成型した炭化物ボード（形状：１００ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍ）を用意した。なお、超微細化天然繊維は、セルロース繊維／コラーゲン繊維からなる接着剤である。

上記炭化物ボードの表面に、前記塗料組成物を塗布量４００g/m²（実施例１）、６００g/m²（実施例２）、および８００g/m²（実施例３）で塗布し、温度１０５℃で１２時間以上、乾燥させた。乾燥後の塗膜の厚みは、０．５ｍｍ（実施例１）、０．８ｍｍ（実施例２）、および１．０ｍｍ（実施例３）であった。

（発熱性試験方法）
上記の塗布されたボードの不燃性を、ＩＳ０５６６０発熱性試験方法に準拠して測定した。測定装置には、Fire Testing Technology社製のコーンカロリーメータを使用した。そして、放射熱強度：５０kWm²（試料に約８００℃の表面温度を与える）、および試験時間：２０分の発熱試験条件下で、基材の総発熱量を測定した。

（試験結果）
試験結果を表２に示す。ガラス粉末を塗布した実施例１〜３は、総発熱量が低かった。この数値は、準不燃材または不燃材としての基準を満足するものであった。炭化物ボードの表面層は、塗布されたガラス粉末が熱で軟化して、薄いガラス層を形成されていた。そして、ガラスの薄層の下の炭化物は、実施例１〜３ともに、黒色のままであり、燃焼していないことが確認された。

〔実施例４〕
実施例３において、塗料組成物にさらに塗膜量８０ｇ／ｍ^２相当分の酸化ホウ素からなる複合化添加剤を添加して塗布した以外は、実施例３と同一の手順の操作を行った。その結果を表２に示す。表２から、複合化添加剤の添加によって、不燃化特性がさらに改善されたことがわかる。

〔比較例１〕
実施例１において、塗料組成物を塗布しない以外は実施例１と同様の操作を行った。試験結果を表２に示す。この炭化物は、その総発熱量が３２MJ/m²であり、燃焼により灰化して白色となった。

〔比較例２〕
実施例１と同一の炭化物の粉体１００重量部に、実施例１の塗料組成物を３０重量部添加して混合した後、炭化物ボードに成型した。この炭化物ボードの発熱性試験を、実施例１と同様の操作で行った。試験の結果、炭化物自身が燃焼してしまい、基材への混入では効果がなかった。

本発明の不燃塗料組成物は、可燃性の有機系基材の不燃化、難燃化に有用である。木材、木質系ボードなどの木質系基材は、ガス吸放出特性を有するために、建築、建材、木工製品などに汎用されているところ、本発明の不燃塗料組成物を塗布すれば、準不燃化または不燃化されるので、防火性、難燃性または不燃性の要求される分野への用途へ展開可能となる。

炭化物ボードは、炭化物が天然繊維接着剤によって成形したボードである。このボードは、炭の持つ吸着性、脱臭性、調湿性などに優れる。本発明の不燃塗料組成物を塗布すれば、炭化物ボードの優れた特徴を維持しつつ、難燃化または不燃化機能を付与することができる。

なお、本発明の塗料組成物は、電気・電子用品、繊維製品などの分野で多用されている合成樹脂の難燃化にも有効である。

本発明の不燃塗料組成物を塗布した基材のガス透過性を示すグラフである。

Claims (9)

1. 低軟化点ガラス粉末、およびガス透過性を有するバインダー成分を含有する不燃塗料組成物。
2. さらに無機化合物からなる複合化添加剤を含有する、請求項１に記載の不燃塗料組成物。
3. 前記低軟化点ガラス粉末の軟化点が４００〜８００℃の範囲にある、請求項１または２に記載の不燃塗料組成物。
4. 前記バインダー成分が澱粉質である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の不燃塗料組成物。
5. 低軟化点ガラス粉末、およびガス透過性を有するバインダー成分を含有する不燃塗料組成物を可燃性基材に塗布することからなる、不燃化方法。
6. 前記不燃塗料組成物が、さらに無機化合物からなる複合化添加剤を含有する、請求項５に記載の不燃化方法。
7. 基材が、木材、木質系ボードまたは炭化物ボードである、請求項５または６に記載の不燃化方法。
8. 低軟化点ガラス粉末、およびガス透過性を有するバインダー成分を含有する不燃塗料組成物の塗布された基材。
9. 前記基材が、木材、木質系ボードまたは炭化物ボードである、請求項８に記載の基材。

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