JP2019156958A

JP2019156958A - 水性塗料およびこれを塗布した被塗布物

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Publication number: JP2019156958A
Application number: JP2018044679A
Authority: JP
Inventors: 小林　康弘; Yasuhiro Kobayashi; 康弘小林
Original assignee: KSK Co Ltd
Current assignee: KSK Co Ltd
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2019-09-19

Abstract

【課題】可燃性対象物に塗布することにより、当該対象物の不燃性能を効果的に向上させる水性塗料を提供する。【解決手段】水性塗料が、２５０重量部〜３５０重量部のケイ酸塩と、２００重量部〜３００重量部のガラス粉末と、５０重量部〜１００重量部の水系ウレタン樹脂と、を含有する構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、可燃性対象物に塗布することにより、当該対象物に不燃性等を付与するための水性塗料およびこれを塗布した被塗布物に関する。

従来、可燃性対象物（例えば、紙、木材、樹脂、織布、及び不織布など）に塗布することにより、当該対象物に対して不燃性、準不燃性、難燃性、防炎性、及び防火性等を付与するための塗料が開発されている。

例えば、アルカリ金属ケイ酸塩を２５〜３５重量％含有する水溶液に、そのアルカリ金属ケイ酸塩の重量に対して１７０〜２１０重量％の二酸化ケイ素を混入して得られた水溶液に、無機質系充填剤を混入した構成が知られている（特許文献１参照）。

特開平７−２６１６６号公報

ところで、上記特許文献１に記載された従来技術によれば、水性塗料を可燃性対象物に塗布した後の乾燥時間を比較的短くし、かつ焼成を不要とすることができ、また、被塗布物（水性塗料を塗布された可燃性対象物）は、加熱によって炎焼した場合でも、その広がりを抑制することができるとされている。

しかしながら、そのような従来の水性塗料では、例えば、ＩＳＯ５６６０−１に準拠した発熱性試験において「不燃材料」に相当するような高い不燃性能を得ることは困難であった。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、可燃性対象物に塗布することにより、当該対象物の不燃性能を効果的に向上させることを可能とした水性塗料およびこれを塗布した被塗布物を提供することを主目的とする。

本発明の第１の側面では、可燃性対象物に塗布される水性塗料であって、２５０重量部〜３５０重量部のケイ酸塩と、２００重量部〜３００重量部のガラス粉末と、５０重量部〜１００重量部の水系ウレタン樹脂と、を含有することを特徴とする。

これによると、可燃性対象物に塗布することにより、当該対象物の不燃性能を効果的に向上させることが可能となる。

本発明の第２の側面では、前記水性塗料が、２重量部〜５重量部の界面活性剤を更に含有することを特徴とする。

これによると、可燃性対象物に対する水性塗料の塗布性を向上させることができる。

本発明の第３の側面では、前記ガラス粉末の平均粒径が５０ミクロン以下であることを特徴とする。

これによると、水性塗料にガラス粉末を混入させた場合でも、可燃性対象物に対する水性塗料の塗布性を良好に維持することができる。

本発明の第４の側面では、被塗布物であって、上記第１から第３の側面に係る水性塗料を可燃対象物に塗布してなることを特徴とする。

これによると、可燃性対象物に塗布することにより、加熱時には当該対象物の表面に塗膜層（不燃水性塗料）の膨出部が形成されるため、当該対象物の不燃性能を効果的に向上させることが可能となる。

本発明の第５の側面では、前記可燃対象物に対する前記水性塗料の塗膜厚が０．４ｍｍ以上であることを特徴とする。

これによると、可燃性対象物の表面に形成された塗膜層（不燃水性塗料）をより安定的に維持することが可能となる。

本発明の第６の側面では、前記可燃対象物が、段ボールであることを特徴とする。

これによると、可燃性対象物として段ボールを用いた場合に、段ボールの表面に形成された塗膜層をより安定的に維持することが可能となる。その結果、ＩＳＯ５６６０−１に準拠した発熱性試験において「不燃材料」に相当するような高い不燃性能を実現することが可能となる。

本発明の第７の側面では、前記可燃対象物に対する前記水性塗料の単位面積あたりの重量が５００ｇ／ｍ^２以上であることを特徴とする。

これによると、可燃性対象物の表面に形成された塗膜層をより安定的に維持することが可能となる。その結果、可燃対象物の不燃性能をより効果的に向上させることが可能となる。

本発明の第８の側面では、前記可燃対象物が、段ボールを含み、前記可燃対象物に対する前記水性塗料の単位面積あたりの重量が７５０ｇ／ｍ^２以上であることを特徴とする。

これによると、段ボールの表面に形成された塗膜層をより安定的に維持することが可能となる。その結果、段ボールの両面に塗膜層（各塗膜層の単位面積あたりの重量がそれぞれ７５０ｇ／ｍ^２以上）を形成した場合、ＩＳＯ５６６０−１に準拠した発熱性試験において「不燃材料」に相当するような高い不燃性能を実現することが可能となる。

このように本発明に係る水性塗料およびこれを塗布した被塗布物によれば、可燃性対象物に塗布することにより、当該対象物の不燃性能を効果的に向上させることが可能となる。

試験体Ｎｏ．１に関する発熱性試験の結果を示す説明図試験体Ｎｏ．２に関する発熱性試験の結果を示す説明図試験体Ｎｏ．３に関する発熱性試験の結果を示す説明図発熱性試験における被塗布物の一状態を示す説明図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

本実施形態に係る水性塗料（以下、「不燃水性塗料」という。）は、可燃性対象物の不燃性能を向上させることを目的として、種々の可燃性対象物に塗布される。ここで、不燃性能とは、燃えにくい性質のことであり、例えば、建築基準法（建築基準法施行令）に規定された不燃性能および消防法に規定された防炎性能に関する特性である。特に、本実施形態に係る不燃水性塗料によれば、不燃水性塗料が塗布された可燃性対象物（以下、「被塗布物」という。）の不燃性能を単に向上させるのみならず、当該被塗布物を建築基準法に規定された不燃材料として扱うことが可能となる。

可燃性対象物としては、例えば、紙（段ボールを含む）、木材（ベニヤ合板を含む）、樹脂、織布、及び不織布などが挙げられるが、これに限らず、少なくとも不燃水性塗料よりも燃えやすく、かつ不燃水性塗料を塗布可能な物体であればよい。

不燃水性塗料は、水を溶媒とし、少なくともケイ酸塩、ガラス粉末、及び水系ウレタン樹脂を含有する。また、不燃水性塗料には、さらに界面活性剤を添加してもよい。

ケイ酸塩としては、例えば、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸マグネシウム、及びケイ酸アルミニウムのうちの少なくとも１つを用いることができる。

ガラス粉末としては、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、リチウムガラス、及びホウケイ酸ガラスのうちの少なくとも１つ、またはそれらの混合物などを用いることができる。ガラス粉末は、原料のガラスを微細な粒子に粉砕したものであり、可燃性対象物に対する不燃水性塗料の塗布性を良好に維持するために、その平均粒子径を約５０ミクロン以下とすることが好ましい。ここで、「平均粒子径」は、例えば、レーザー回折・散乱法により測定された粒度分布における積算値５０％における粒径の値とすることができる。なお、原料のガラスとしては、公知の着色ガラスを用いることもできる。

水系ウレタン樹脂としては、塗料に使用可能な市販の樹脂を用いることができる。水系ウレタン樹脂として、例えば、アデカボンタイターHUXシリーズ（株式会社ADEKA製）、スーパーフレックス（登録商標）（第一工業製薬株式会社製）などを用いることができるが、これに限らず、他の水系ウレタン樹脂であってもよい。

界面活性剤としては、塗料に使用可能な市販の界面活性剤を用いることができる。界面活性剤として、洗剤や石けんなど用いてもよい。

このような不燃水性塗料には、約２５０重量部〜３５０重量部のケイ酸塩と、約２００重量部〜３００重量部のガラス粉末と、約５０重量部〜１００重量部の水系ウレタン樹脂とが含有される。

また、不燃水性塗料には、２重量部〜５重量部の界面活性剤を添加することができる。これにより、可燃性対象物に対する不燃水性塗料の接着性が向上し、また、可燃性対象物に対する不燃水性塗料の塗布性を向上させることができる。

不燃水性塗料は、それらケイ酸塩等の含有物を含め、全体として１０００重量部となるように水（すなわち、約２４５〜５００重量部の水）を含有する。ただし、不燃水性塗料における水の割合は、不燃水性塗料を塗布する対象や、使用環境等に応じて加減することが可能である。

ここで、ケイ酸塩が２５０重量部未満となると、被塗布物の不燃性能を向上させる効果が小さくなる。一方、ケイ酸塩が３５０重量部を超えると、被塗布物の残じん性が低下する。

また、ガラス粉末が２００重量部未満となると、後に詳述する被塗布物の加熱時に不燃水性塗料の塗膜による膨出部の形成を安定的に実現することが難しくなる。一方、ガラス粉末が３００重量部を超えると、可燃性対象物に対する不燃水性塗料の接着性が低下する。

また、水系ウレタン樹脂が５０重量部未満となるか、あるいは１００重量部を超えると、被塗布物の加熱時に不燃水性塗料の塗膜による膨出部の形成を安定的に実現することが難しくなる。

また、界面活性剤が２重量部未満となるか、あるいは５重量部を超えると、可燃性対象物に対する不燃水性塗料の接着性および塗布性が低下する。

このような不燃水性塗料の組成により、不燃水性塗料は、可燃性対象物に塗布した場合に、その対象物の不燃性能を効果的に向上させることが可能となる。特に、可燃性対象物の種類に応じて不燃水性塗料の塗膜厚を適切に設定することにより、ＩＳＯ５６６０−１に準拠した発熱性試験において「不燃材料」に相当するような高い不燃性能を実現することが可能となる。また、不燃水性塗料は、有機溶剤を含まないため、屋内作業等における溶剤の揮発による作業者の身体への悪影響も回避することができる。

可燃性対象物（例えば、可燃性の板材の少なくとも一方の面）に対する不燃水性塗料の塗布は、公知の手法（例えば、スプレー、ローラ、刷毛による塗布）によって実施することが可能である。

可燃性対象物に塗布される不燃水性塗料の乾燥後の塗膜厚（片面）は、平均して約２ｍｍ以下にするとよく、さらに、塗膜厚を平均して約０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ（両面に塗布される場合には、塗膜厚の和を約０．８ｍｍ〜３．０ｍｍ）とすることがより好ましい。塗膜厚は、例えば、ＪＩＳＫ５６００−１−７：２０１４に準拠した光学的方法に基づき測定することができる。これにより、可燃性対象物の表面に形成された塗膜層（不燃水性塗料）を安定的に維持することが可能となる。また、塗膜厚を過度に増大させることに起因する被塗布物のコストの増大や、被塗布物の重量の増大（すなわち、被塗布物の取扱い性の低下）を回避できるという利点もある。

ここで、可燃対象物として段ボールを用いる場合には、片面に対する塗膜厚を約０．４ｍｍ以上（両面に塗布される場合には、塗膜厚の和を約０．８ｍｍ以上）とすることで、後述するように、ＩＳＯ５６６０−１に準拠した発熱性試験において「不燃材料」に相当するような高い不燃性能を実現することが可能となる。

また、可燃性対象物（片面または１つの面）に塗布される不燃水性塗料の単位面積あたりの重量は、約５００ｇ／ｍ^２〜１０００ｇ／ｍ^２（平板状の可燃性対象物の両面に塗布される場合には、単位面積あたりの重量の和が１０００ｇ／ｍ^２〜２０００ｇ／ｍ^２）とするとよい。これにより、可燃対象物の不燃性能をより効果的に向上させることが可能となる。また、不燃水性塗料の単位面積あたりの重量を過度に増大させることに起因する被塗布物のコストの増大や、被塗布物の重量の増大を回避できるという利点もある。

ここで、可燃対象物として段ボールを用いる場合には、当該段ボール（片面）に対する不燃水性塗料の単位面積あたりの重量が７５０ｇ／ｍ^２以上（両面に対する単位面積あたりの重量の和が１５００ｇ／ｍ^２以上）とするとよい。これにより、以下に示すように、ＩＳＯ５６６０−１に準拠した発熱性試験において「不燃材料」に相当するような高い不燃性能を実現することが可能となる。

不燃水性塗料の製造にあたり、１ｋｇ（２４５重量部）の水に、３５０重量部のケイ酸ナトリウム、３００重量部のガラス粉末、１００重量部の水系ウレタン樹脂、及び５重量部の界面活性剤を攪拌しながら順次加えた。その後、約１５分〜２０分程度の攪拌を継続的に実施することにより不燃水性塗料を得た。

このように製造された不燃水性塗料を、波状に成形した紙の両面に厚紙を貼り合せた１０ｍｍ厚の段ボール（可燃性対象物）の両面に対し、以下に示す複数の異なる塗膜厚および単位面積あたりの重量で塗布することにより、被塗布物（試験体Ｎｏ．１〜３）を得た。不燃水性塗料が塗布される試験体の面積は、０．００８８４０ｍ^２である。
試験体Ｎｏ．１：塗膜厚０．４０ｍｍ、単位面積あたりの重量７００ｇ／ｍ^２
試験体Ｎｏ．２：塗膜厚０．３７５ｍｍ、単位面積あたりの重量７５０ｇ／ｍ^２
試験体Ｎｏ．３：塗膜厚０．４５ｍｍ、単位面積あたりの重量８５０ｇ／ｍ^２

なお、上記の塗膜厚は、段ボール（可燃性対象物）の片面に対するものであり、その両面に対する塗膜厚（塗膜厚の和）は上記の値の２倍となる。同様に、段ボールの両面に対する単位面積あたりの重量（重量の和）は上記の値の２倍となる。

それら被塗布物に対し、ＩＳＯ５６６０−１に準拠した発熱性試験を実施した。試験装置としては、コーンカロリーメータIII 型式C4（東洋精機製作所製）を用いた。

図１〜図３は、それぞれ試験体Ｎｏ．１〜３に関する発熱性試験の結果（加熱時間に対する総発熱量および発熱速度の変化）を示す。

ここで、輻射量５０ｋＷ／ｍ^２、加熱時間２０分の条件下において、試験体Ｎｏ．１〜３の被塗布物の総発熱量は、それぞれ１１．１ＭＪ／ｍ^２、５．６ＭＪ／ｍ^２、６．７ＭＪ／ｍ^２であった。その結果、試験体Ｎｏ．２、３の被塗布物については、「不燃材料」の基準となる８ＭＪ／ｍ^２以下となり、それらは、「不燃材料」に相当することがわかった。

例えば、図４に示すように、試験体Ｎｏ．２の被塗布物１において、段ボール２に塗布された塗膜層３（図４では被塗布物１の上面側の塗膜層３のみを示し下面側の塗膜層の図示を省略している）は、約５００℃〜１０００℃の温度範囲において、段ボール２の表面から図示しない火炎の方向（図４の上方）に徐々に隆起（膨張）し、最終的に膨出部３ａを形成する。膨出部３ａの形状は、被塗布物１の加熱範囲（すなわち、温度分布）に応じて変化し、最終的にドーム状、円錐状、又は円錐台状をなす。ただし、これに限らず、膨出部３ａは、可燃性対象物の表面から塗膜層が離間した状態となる限りにおいて種々の形態をとり得る。この膨出部３ａは、不燃水性塗料の含有物がセラミック化したものであると考えられ、これにより、被塗布物１の表面が加熱（火炎）から保護され、総発熱量の増大が抑制される。

なお、膨出部３ａが形成される際には、段ボール２と塗膜層３との間の空気を放出する小さい孔が膨出部３ａに形成される場合がある。しかし、その場合でも膨出部３ａ内には、酸素が殆ど存在しないため、被塗布物１の表面（膨出部３ａ内）に火炎が到達することはない。

また、可燃性対象物として段ボールを用いる場合には、上述のような両面段ボールに限らず、片面段ボール、複両面段ボール、複々両面段ボールなど種々の形態の段ボールを用いることができる。段ボールをＩＳＯ５６６０−１に準拠した「不燃材料」として用いる場合には、その両面に不燃水性塗料を塗布する必要があるが、少なくとも不燃性能を向上させる効果は、段ボールの片面（露出面）のみに不燃水性塗料を塗布した場合にも得られる。

このように実施形態に係る不燃水性塗料は、加熱により可燃性対象物の表面から隆起した膨出部を形成するため、可燃性対象物は加熱（火炎）から保護され、被塗布物の不燃性能を効果的に向上させることが可能となる。また、塗膜層の熱伝導率は、例えば０．２６Ｗ／ｍ・ｋ程度となり、このような比較的低い熱伝導率によって可燃性対象物の保護が助長されるという利点もある。

以上、本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、不燃水性塗料が塗布される可燃性対象物は、発熱性試験に用いられるような比較的小さいサイズに限らず、任意のサイズの可燃性対象物（例えば、９１０ｍｍ×１８２０ｍｍの矩形の板状材料）とすることが可能である。また、不燃水性塗料は、その塗膜厚および単位面積あたりの重量を適切に設定することにより、段ボールに限らず、他の可燃性対象物に対しても不燃性能を効果的に向上させることが可能となる。また、不燃水性塗料が塗布される可燃性対象物の面は、平面であることが好ましいが、これに限らず、平面以外（例えば、湾曲した面）であってもよい。また、不燃水性塗料が塗布される可燃性対象物の面は、上述のように面上に塗布層を形成可能な限りにおいて、ある程度の表面粗さを有していてもよい。なお、上記実施形態に示した本発明に係る水性塗料およびこれを塗布した被塗布物の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１被塗布物
２段ボール（可燃性対象物）
３塗膜層（不燃水性塗料）
３ａ膨出部

Claims

可燃性対象物に塗布される水性塗料であって、
２５０重量部〜３５０重量部のケイ酸塩と、
２００重量部〜３００重量部のガラス粉末と、
５０重量部〜１００重量部の水系ウレタン樹脂と、
を含有することを特徴とする水性塗料。
２重量部〜５重量部の界面活性剤を更に含有することを特徴とする請求項１に記載の水性塗料。
前記ガラス粉末の平均粒径が５０ミクロン以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水性塗料。
請求項１から請求項３に記載の水性塗料を可燃対象物に塗布してなることを特徴とする被塗布物。
前記可燃対象物に対する前記水性塗料の塗膜厚が０．４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載の被塗布物。
前記可燃対象物が、段ボールであることを特徴とする請求項５に記載の被塗布物。
前記可燃対象物に対する前記水性塗料の単位面積あたりの重量が５００ｇ／ｍ^２以上であることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれかに記載の被塗布物。
前記可燃対象物が、段ボールを含み、
前記可燃対象物に対する前記水性塗料の単位面積あたりの重量が７５０ｇ／ｍ^２以上であることを特徴とする請求項７に記載の被塗布物。