JP2011031235A - 耐火断熱被覆材の吹付け塗装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二液性ポリウレタン発泡樹脂を主成分とした耐火断熱被覆材を、簡便に吹き付け施工ができるよう改良工夫した耐火断熱被覆材溶液の粘性調整方法と塗装方法を提供する。
【解決手段】高硬度且つ粗粒の粉末原料を配合した発泡ポリウレタンが、粉末原料により耐火断熱被覆材の溶液粘度は高粘度化する事を、特定条件を満たす有機溶剤による希釈によって、耐火断熱被覆材の吹付け塗装が可能となることを見出し、発泡ポリウレタン樹脂の発泡硬化に影響を及ぼすことなく、良好な断熱性と耐火性能の発泡層を形成する耐火断熱被覆材の吹付け塗装を可能とする。
【選択図】なし

Description

発明の詳細な説明

本発明は、耐火性能を付加した二液性ポリウレタン発泡樹脂を吹付け塗装する場合に、大きな設備投資を必要とせずに吹付け塗装機器の設計を可能とし、その耐火断熱被覆材の溶液粘度を容易に調整でき且つ簡単に良好な諸性能を有する耐火発泡断熱層を得ることができる耐火断熱被覆材吹付け方法の技術に関する。

従来の二液性ポリウレタン発泡樹脂は混合、攪拌の後は、発泡や硬化が秒単位で進行し短時間で高気密の断熱、接着性、軽量化した塗膜等が得られることから、建築や船舶、車両等に大量に利用されているが、その材料特性から作業には迅速なおかつ大面積の吹き付け塗装が出来る特殊な専用塗装機が使用されてきた。

二液性ポリウレタン発泡樹脂はこのような断熱性、軽量、接着性、加工性、速乾性、作業性などの優れた特長があるものの、唯一の短所は石化製品の宿命として火炎に弱く火災時の被害拡大が懸念されることで、特に溶接等の火気を多用する建築、造船、車輌製造現場においてはこの解決が長い間求められていた。

しかし、種々の性能において二液性ポリウレタン発泡樹脂を凌ぐ材料はなく、このため数々の優れた特長を保持するために、従来の二液性ポリウレタン発泡樹脂に様々な耐火材料を付加して耐火性能を向上させた耐火断熱被覆材の発明、考案が多数された。

特許第２７３２４３５号公報 特開２０００−２９７２４７号公報 特開２００１−３４８４８７号公報 特開２００２−３７１３号公報

これらの耐火断熱被覆材は耐火性能を付加するため難燃剤や膨張性黒鉛等が発泡ウレタン樹脂溶液に多量に配合されるため、元来の溶液粘度５００〜２０００ｍ．Ｐａ．ｓが、１００００ｍ．Ｐａ．ｓ以上に上昇することから、これらを吹付け塗装するにあたっては高圧力で溶液を圧送しうるポンプが必要である。従来の発泡ウレタン塗装機の圧送ポンプは、加圧効率を高めて圧損を避けるためにシリンダーやピストンによるプランジャー型ポンプが主流であるが、耐火断熱被覆材に配合される膨張性黒鉛等がこのシリンダーやピストンに咬みこんで短時間で故障し作動が不能になることから、従来の発泡ウレタン塗装機がこれらの耐火断熱被覆材に利用できない大きな要因であった。

また耐火断熱被覆材に配合される膨張性黒鉛等の咬みこみがないダイヤフラム式、スクリュー式ポンプでは、１００００ｍ．Ｐａ．ｓ以上の粘性の高い溶液に高圧力を与える場合、その機構上かなり困難であり、仮に可能であったとしても、非常に大掛かりな装置且つ大きな設備投資となり、長期間安定的に使用でき幅広く普及させるには大いに問題がある。

このように多くの発明、考案された二液性ポリウレタン発泡樹脂を主成分とした耐火断熱被覆材は、粘度、混合比率、耐火材料の粒度などが障害となり従来の発泡ウレタン塗装機による吹付けは極めて困難で、耐火断熱被覆材としての耐火性能は付加されたものの、有効な吹付け施工手段がないために建築をはじめその他の産業に実用化、貢献するには至っていない。

断熱性、軽量、作業性などの諸性能に優れるものの火炎に弱く火災時の被害拡大という大きな欠点を有する二液性ポリウレタン発泡樹脂を、耐火材料の混合でその最大の欠点を解消し得る耐火断熱被覆材ではあるが、逆に配合された耐火材料により粘度の上昇、耐火材料によるポンプへの影響などの問題が発生し、従来の発泡ウレタン塗装機では霧化されないばかりか短時間に塗装機に故障を招くことが判っている。この相反する特性、欠点の解決が、これら耐火断熱被覆材の吹付け塗装実用化のポイントである。

本発明者は、耐火断熱被覆材の吹付け塗装を実用化するにあたり、様々な検討を行った結果、霧化を阻害している最大の要因である異常に高くなった粘度の低下とコントロール及び吹付けに最適な溶液の圧送方法の検討が不可避であるとの結論に達した。その方策として、有機溶剤を使用することは至極当然の方法であるが、有機溶剤の単純な希釈は耐火断熱被覆材の発泡倍率の著しい低下や発泡硬化後の収縮、さらには極端な物理的強度の低下を招く場合がある。これは発泡ウレタンの最大の利点である断熱機能を損ねて結果的に実用化できないという新たな問題が発生する。また、有機溶剤は可燃性であるために、従来では常識的に耐火性能を求める本材料に混合する発想はなかった。

本発明者は、この問題解決にあたり無数に存在する有機溶剤の種類及びそれらの組合せについて、スクリーニングテストを繰り返し行い、沸点が１３０℃以下の炭化水素類、アルコール類、エーテルアルコール及びエーテル類、エステル及びエーテルエステル類、ケトン類、クロル系、テトラヒドロフラン、を含む単体溶剤もしくは混合溶剤で希釈し吹付ければ、吹付け塗装の霧化時の塗料圧力や空気圧力によって、そのほとんどが瞬時に揮発し、懸念された発泡硬化の阻害、収縮、機械強度の低下を起こさないことを見出した。また、ごく揮発しやすい有機溶剤を使用するため、吹付け塗布後３０ｍｍ程度の厚みで発泡硬化した発泡層であっても、１５〜２０℃で２４時間経過した後は残存していた溶剤もほぼ完全に揮発して、着火、燃焼は起こらないことを確認した。

従って、本施工方法で使用する低沸点の有機溶剤は、吹付け塗装機の系内では低粘度化に効果的に寄与してその圧送を容易にし、吹付け塗装機より排出され被塗装物に塗着し発泡硬化する時点ではそのほとんどが瞬時に揮発することから、前述の発泡倍率低下、発泡層の硬化後収縮、物理的強度の著しい低下といった様々な欠点を起こす要因とはならないことが見出された。

また、粘度のコントロールが極めて容易となることから、耐火材の咬みこみがない、低出力・低圧力のダイヤフラム式、スクリュー式等のポンプが使用可能となる。さらには吹付け塗装機の軽量・小型化が実現でき、低コスト且つ現場塗装で有利となる機動的な塗装機設計が可能となる。

発明の実施するための形態

本発明は、従来多くの発明考案がされた二液性ポリウレタン発泡樹脂を主成分とした耐火断熱被覆材を、簡便に吹き付け施工ができるように改良工夫した耐火断熱被覆材溶液の粘性調整方法と塗装方法であり、これにより従来から求められていた建築はじめ船舶、車両、什器等で実用化できるようになる。

以下に本発明の実施例を述べるが、例示は単に本発明の説明のためであり、発明思考の限定を意図するものではない。

二液性ポリウレタン発泡樹脂を主成分として耐火性能を向上させた耐火断熱被覆材の配合は従来から多々あるが、中でも望ましい配合の一例は下記の通り。主剤のポリオール側には、加熱発泡させていない黒曜石粉末、膨張性黒鉛、難燃剤、整泡剤、発泡剤等さらに必要に応じ、硼砂、硼酸、（ポリ）燐酸アンモニウム、セピオライト、カオリン、クレー、超微粉粒子状無水シリカ、ホワイトカーボンから選ばれた１種または２種以上を配合する。また主剤と反応する硬化剤は有機イソシアネート成分とする。

また、吹付け塗装機に使用するガンは、粒径が大きい耐火材料が問題なく吐出されるような口径の３ｍｍ程度が必要で、また混合方法もミキサーや衝突混合など２液が混合されて発泡反応されるものであれば特定するものではないが、二液性ポリウレタン発泡樹脂の発泡硬化までの時間は極めて短いことから二頭ガンの筒先で混合される外部衝突混合が簡素な形状でメンテナンスの面からも良い。

さらに吹付け塗装機は、配合されている耐火材料の粒径、硬度などが従来発泡ウレタン塗装機に多用されているプランジャーポンプに対して、つまり、咬みこみ、磨耗などの悪影響を及ぼすことから使用できないため、圧送ポンプはこのように粒径や硬度にも耐えられ問題の起きないダイヤフラム、スクリュー、スクイズポンプ等を用いる。

吹付け塗装機の構造の簡素化及び混合の均一性を上げるためには、主剤：硬化剤の混合比は１：１とするのが望ましいことから、本耐火断熱被覆材が１：１となるように耐火材料を主剤側と硬化剤側に按分し添加する方式とするのが良い。但し、イソシアネート樹脂は極めて反応性に富んだ樹脂であることから、分散配合する耐火材料は、予め主剤側にだけ配合して、硬化剤側のみ吹付け塗装直前に混合すべきである。

この時点での主剤側粘度及び硬化剤側粘度は１００００ｍ．Ｐａ．ｓを超える高粘度であるため、本発明の骨子である有機溶剤で希釈する必要がある。有機溶剤の種類は幅広く選択できるが、ウレタン反応や発泡硬化性を阻害せず、瞬時に揮発でき、少量の添加で希釈効果が得られる、という視点での選択が必要である。

また、吹付け塗装機のポンプに負担をかけず、安定的な吹付け作業を行うためには、３，０００〜４０００ｍ．Ｐａ．ｓ程度以下とするのが望ましい。１００００ｍ．Ｐａ．ｓ以上の溶液粘度である耐火断熱被覆材を、適正な吹付け粘度とし、吹付け時に揮発しやすく、より良い性能の発泡層を形成させる有機溶剤で５〜１５％の希釈をするのが適切である。本発明者らのテストでは、沸点７０℃程度のエステル系及びケトン系の溶剤が適切であった。特に、ノンフロン型発泡ウレタン樹脂では、主剤側には水を配合することより、アセトンで希釈するのが、液剤の安定化の意味でも望ましい。また、アルコール類はアセトン同様に水との混合が可能であるが、硬化剤と容易に結合し主剤との反応を阻害するおそれがあるため、アルコール類を希釈剤とすることは十分に注意が必要である。

この耐火断熱被覆材は、優れた耐火性能を得るために発泡倍率は１０〜２０倍程度に抑えた配合設計が望ましく、また、その程度の発泡倍率では加温する必要は無く常温で吹き付け塗装ができる。

発明の効果

本発明は上述の構成により従来困難であった耐火断熱被覆材の吹付け塗装を、溶液加温装置や大出力の圧送装置を必要とせず、迅速かつ大面積を、耐火断熱施工を可能とする目的を達成した。すなわち、従来では耐火断熱被覆材として開発されていた多くの製品が、その材料特性から吹付け塗装を主とした実用に供することが極めて困難であった問題点を解決することにより、断熱性と耐火性を併せ求められる建築、船舶、車両、什器などの用途に提供することができるようになった。またさらには、この吹付け塗装機は廉価且つコンパクトな設計を可能とし、少ない設備投資で、機動性の求められる現場でも非常に取り回しの良い機械を提供できる。

Claims (3)

1. 二液性ポリウレタン発泡樹脂に耐火性能を付加した耐火断熱被覆材の吹付け施工において、沸点が１３０℃以下の炭化水素類、アルコール類、エーテルアルコール及びエーテル類、エステル及びエーテルエステル類、ケトン類、クロル系、テトラヒドロフラン、を含む単体溶剤もしくは混合溶剤で希釈し、所定の粘度に調節することで、低出力の圧送装置を利用した塗装機でも吹付け塗装を可能とする耐火断熱被覆材の吹付け粘度調整方法とその塗装方法。
2. 吹付け塗装時の塗料圧力や空気圧力により、耐火断熱被覆材を希釈した請求項１に関する各種有機溶剤を瞬時に揮発させることにより、有機溶剤が二液性ポリウレタン発泡樹脂の安定的な発泡硬化を阻害させることなく、良好な機械的強度と耐火断熱性能を有する層を形成させる吹付け塗装方法。
3. 請求項１、２の耐火断熱被覆材を圧送し吹付け塗装する時に、耐火断熱被覆材に配合される粒径の大きな硬質の耐火材料によって、圧力ポンプが損傷しないようダイヤフラム、スクリュー、スクイズポンプ等を使用することを特徴とする吹付け塗装方法。