JP2022126907A - 被覆構造体及びその形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、施工性、耐熱保護性等が改善された被覆構造体を提供する。【解決手段】本発明は、基材の周囲が複数の積層体によって囲まれた被覆構造体であって、上記積層体は、少なくとも吸熱層、及び熱発泡層が積層されたものであることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、新規な被覆構造体及びその形成方法に関するものである。

従来、建築構造物においては、建築物を火災から保護する目的で、柱、梁等の主要構造物を耐熱構造にすることが求められている。耐熱構造を施す方法の一つとして、主要構造物等の基材に、熱によって発泡する材料（熱発泡性被覆材）を被覆する方法がある。熱発泡性被覆材は、平常時は薄くて軽量であり、火災等による温度上昇には、発泡・炭化して断熱層を形成し、耐熱保護性を発揮するものである。

このような熱発泡性被覆材を用いた被覆構造体について、種々の提案がなされている。その一例として、特許文献１には、断面矩形状の長尺木製基材の周囲を、熱発泡性被覆材で被覆し、さらにその外側の各面に接着剤を塗布した後、不燃性シート片を接合させることによって被覆構造体を得ることが記載されている。

特開２０１１－３８３１７号公報

しかし、上記特許文献では、被覆構造体を得る工程が繁雑であり、また耐熱保護性の点においても改善の余地がある。

本発明は、上述の課題に鑑みなされたもので、施工性、耐熱保護性等に優れた被覆構造体を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するため鋭意研究した結果、複数の特定積層体を用いた被覆構造体及びその形成方法に想到し、本発明の完成に到った。

すなわち、本発明は以下の特徴を有するものである。
１．基材の周囲が複数の積層体によって囲まれた被覆構造体であって、
上記積層体は、少なくとも吸熱層、及び熱発泡層が積層されたものであることを特徴とする被覆構造体。
２．上記基材は、断面四角形の角型基材であり、
上記角型基材の断面視において、上記角型基材の各辺の外側に沿って複数の上記積層体が設置され、
上記角型基材の角部では、一方の積層体の裏面と、他方の積層体の側面とが接している
ことを特徴とする１．記載の被覆構造体。
３．基材の周囲が複数の積層体によって囲まれた被覆構造体の形成方法であって、
上記積層体は、少なくとも吸熱層、及び熱発泡層が積層されたものであり、
上記基材の周囲に対し、複数の上記積層体を設置することを特徴とする被覆構造体の形成方法。
４．上記基材は、断面四角形の角型基材であり、
上記角型基材の断面視において、上記角型基材の各辺の外側に沿って複数の上記積層体を設置するとともに、
上記角型基材の角部では、一方の積層体の裏面と、他方の積層体の側面とが接するように設置する
ことを特徴とする３．記載の被覆構造体の形成方法。

本発明によれば、施工性、耐熱保護性等に優れた被覆構造体が得られる。

本発明の積層体の一例を示す断面図である。 本発明の積層体の一例を示す断面図である。 本発明の被覆構造体の一例を示す断面図である。 本発明の被覆構造体の一例を示す断面図である。 本発明の被覆構造体の一例を示す断面図である。

１，１１～１８：積層体
２：吸熱層
３，４：熱発泡層
５，６：接着材層
７：熱反射層
８：基材

以下、本発明を実施するための形態について説明する。

本発明の被覆構造体は、基材の周囲が複数の積層体によって囲まれたものであって、その積層体は、少なくとも吸熱層、及び熱発泡層が積層されたものであることを特徴とする。本発明では、このような特定の積層体を用いて、基材の周囲を囲むことにより、効率良く被覆構造体が得られるため、施工性に優れている。そして、積層体を構成する吸熱層、及び熱発泡層の複合的な作用によって、優れた耐熱保護性を発揮することができる。

［基材］
基材としては、建築物、土木構築物等の構造物を構成する、柱、梁等が挙げられる。このような基材としては、例えば、セメント系材料、プラスチック、木質材、金属等の材料からなるものが挙げられる。これら基材の形状は、長尺であること好ましく、その断面形状としては、例えば、円形、多角形（四角形等）が挙げられる。本発明は、基材が断面四角形の角型基材である場合に特に有用であり、例えば角型木質基材等に対し好ましく適用できる。

［積層体］
本発明の積層体は、少なくとも吸熱層、及び熱発泡層が積層されたものである。本発明の積層体では、これら各層を１層ずつ有する態様、あるいは、いずれかの層を複数層有する態様等を採用することができる。

本発明において、吸熱層は、温度上昇時に吸熱作用を示すものを用いることができる。吸熱層としては、結合水及び／又は自由水を有する層が好ましく、このような吸熱層は、温度上昇の際、結合水及び／又は自由水の脱水（蒸発等）により熱を吸収する性能を発揮することができる。ここで、結合水とは、吸熱層を構成する成分に結合した状態にある水であり、例えば、水和水、結晶水、吸着水等が挙げられる。一方、自由水とは、吸熱層を構成する成分との結びつきがない状態で吸熱層に含まれる、結合水以外の水である。

吸熱層を構成する材料としては、例えば、セメント、石膏等を原料とする硬化物（例えば、モルタル、コンクリート、石膏ボード等）、珪酸カルシウム等を原料とする硬化物（例えば、珪酸カルシウム板等）、あるいは、吸水性ポリマー、ハイドロゲル等を内包する板、シート、硬化物等が挙げられる。これらは１種又は２種以上で使用できる。

本発明では、吸熱層を構成する好適な材料の一例として、例えば、石膏ボードが挙げられる。石膏ボードは、通常、硫酸カルシウム２水和物を主成分とすることから、結合水を多く含んでおり、１００～２００℃の温度領域内で吸熱作用を示す。そのため、炎や熱等による温度上昇の際に、安定した吸熱作用を発揮することができる。石膏ボードとしては、一般的な石膏ボードの他、不燃積層石膏ボード（表紙として不燃性の原紙を用いた石膏ボード）、強化石膏ボード（ガラス繊維等の無機繊維を混入した石膏を芯材とする石膏ボード）、ガラス繊維不織布入石膏ボード（ガラス繊維を混入した石膏を芯材とし、その表裏面にガラス繊維不織布を挿入した石膏ボード）等が使用できる。

吸熱層の厚みは、断熱性、耐熱保護性、強度、軽量性等の点から、好ましくは１～３０ｍｍ、より好ましくは３～２８ｍｍであり、さらに好ましくは５～２５ｍｍである。なお、本発明において「ａ～ｂ」は、「ａ以上ｂ以下」と同義である。

熱発泡層としては、火災等により周囲温度が上昇して、熱発泡層の温度が所定の発泡温度に達すると、熱発泡層を構成する各原料等の作用によって発泡し、炭化断熱層を形成するものが使用できる。

熱発泡層の発泡温度は、炎や熱等による温度上昇の点から、好ましくは１５０℃以上であり、より好ましくは１８０℃以上、さらに好ましくは２００～４００℃である。

熱発泡層は、例えば、熱発泡性コーティング材や熱発泡性シート等によって形成することができ、これらを組み合わせて使用することもできる。

熱発泡層は、構成成分として樹脂成分、難燃剤、発泡剤、炭化剤、及び充填剤を含有する各成分の混合物からなるものが好適である。このうち、樹脂成分としては、例えば、アクリル樹脂、アクリルスチレン樹脂、酢酸ビニル樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられる。難燃剤としては、例えばポリリン酸アンモニウム等が挙げられ、発泡剤としては、例えばメラミン、ジシアンジアミド、アゾジカーボンアミド等が挙げられる。また、炭化剤としては、例えばペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等が挙げられ、充填剤としては、例えば二酸化チタン、炭酸カルシウム、無機繊維等が挙げられる。これら各成分は、１種又は２種以上で使用できる。

熱発泡層を構成する各成分の混合比率（重量比率）は、固形分換算で、樹脂成分１００重量部に対して、難燃剤２００～６００重量部、発泡剤４０～１５０重量部、炭化剤４０～１５０重量部、及び充填剤５０～１６０重量部であることが耐熱保護性等の点から好ましい。

熱発泡層を形成する混合物は、上記各成分に加え、必要に応じて、各種添加剤を含むことができる。添加剤としては、本発明の効果を著しく阻害しないものであればよく、例えば、顔料、繊維、湿潤剤、可塑剤、滑剤、防腐剤、防黴剤、防藻剤、抗菌剤、増粘剤、分散剤、消泡剤、架橋剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、希釈溶媒等が挙げられる。

熱発泡層の形成に用いられる熱発泡性コーティング材は、上記各成分や添加剤を含有する液状の混合物として用いることができる。また、熱発泡層の形成に用いられる熱発泡性シートは、上記各成分や添加剤を含有する混合物がシート状に成形されたものを用いることができる。

熱発泡層の厚みは、用途等により適宜設定すれば良いが、耐熱保護性、軽量性等の点から、好ましくは０．１～１０ｍｍであり、より好ましくは０．３～８ｍｍであり、さらに好ましく０．５～６ｍｍである。

熱発泡層は、上記各成分や添加剤を含む混合物のみから構成されたものであってもよいが、熱発泡層の表面ないし裏面に繊維質シート等が積層されたものであってもよい。このような繊維質シートとしては、例えば、有機繊維及び／又は無機繊維等を含む公知のシートを使用することができる。

図１には、本発明の積層体の一例（断面図）を示す。図１（ａ）、（ｂ）の積層体では、吸熱層２、及び熱発泡層３が順に積層されている。

図１（ａ）では、接着材層５を介して吸熱層２と熱発泡層３とが貼り合わされている。この場合、熱発泡層３としては、熱発泡性シート等が使用できる。

図１（ｂ）では、吸熱層２の表面に、熱発泡性コーティング材の塗装によって熱発泡層３が形成されている。

本発明では、例えば、図１（ａ）のように、接着材等を用いて各層を貼り合わせることができる。接着材としては、例えば、アクリル樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、パラフィン等を主原料とした水分散型、水溶性型、溶剤型の接着材等、公知のものを使用することができる。接着材には、必要に応じて、上述の熱発泡性層に配合されるような難燃剤、発泡剤、炭化剤、充填剤等の添加剤を配合することができる。なお、本発明において、接着材には粘着材も包含される。

図１（ａ）、（ｂ）の積層体では、熱発泡層が発泡して炭化断熱層を形成した際に、炭化断熱層の形状を保持して脱落を防止する性能等を発揮することができ、耐熱保護性等の効果を安定的に得ることができる。

図２には、本発明の積層体の別の一例（断面図）を示す。図２（ｃ）、（ｄ）の積層体では、熱反射層７、吸熱層２、及び熱発泡層３が順に積層されている。本発明では、熱反射層を積層することにより、その遮熱作用等によって耐熱保護性をいっそう高めることができる。

熱反射層としては、例えば、熱反射性の高い金属製の板、シート、テープ等を用いることができる。熱反射層を構成する金属としては、例えば、アルミニウム、銅、銀等が挙げられ、この中でもアルミニウムが好適である。具体的に熱反射層としては、例えば、アルミニウム箔、アルミニウムテープ、アルミニウムクロス、アルミニウム箔・ガラス不織布積層シート、アルミニウム箔・メッシュ積層シート、アルミニウム箔・合成樹脂積層シート等が挙げられる。例えば、アルミニウムテープを使用する際は、アルミニウム層の片面に粘着材層が形成されているテープなどを使用することができる。これらは１種又は２種以上で使用できる。

熱反射層の厚みは、熱反射性、耐熱保護性、軽量性等の点から、好ましくは０．０１～１ｍｍ、より好ましくは０．０２～０．５ｍｍであり、更に好ましくは、０．０３～０．１ｍｍである。

図２（ｃ）では、接着材層６を介して熱反射層７と吸熱層２とが貼り合わされ、接着材層５を介して吸熱層２と熱発泡層３とが貼り合わされている。この場合、熱発泡層３としては、熱発泡性シート等が使用できる。

図２（ｄ）では、接着材層６を介して熱反射層７と吸熱層２とが貼り合わされ、吸熱層２の表面には、熱発泡性コーティング材の塗装によって熱発泡層３が形成されている。

図２（ｃ）、（ｄ）の積層体では、熱発泡層が発泡して炭化断熱層を形成した際に、炭化断熱層の形状を保持して脱落を防止する性能等を発揮することができ、耐熱保護性等の効果を安定的に得ることができる。

［被覆構造体］
本発明の被覆構造体は、上記積層体を複数用いて、基材の周囲を被覆したものである。

本発明では、積層体の吸熱層側が基材に向き、熱発泡層側が外側に向くようにして、基材に積層体を設置する。各積層体は、例えば、釘、ネジ、鋲、ピン、ボルト、ステープル等の固定具を用いて、基材に設置することができる。これにより、基材に対し、少なくとも吸熱層、及び熱発泡層が順に積層された被覆構造体を効率的に得ることができ、施工性の点で有利である。そして、上記順で各層が積層されることにより、火災等の熱による温度上昇を抑制する効果が高まり、耐熱保護性等において優れた効果が発揮され、基材の強度低下を抑制することができる。さらに、炭化断熱層の脱落防止性能等を発揮することもでき、耐熱保護性等の効果を安定的に得ることができる。

図３、図４に、本発明の被覆構造体の一例（断面図）を示す。図３、図４では、断面四角形の角型基材の周囲に対し、その断面視において、角型基材の各辺の外側に沿って複数の積層体を設置している。そして、積層体どうしが接する角型基材の角部では、一方の積層体の裏面と、他方の積層体の側面とが接するように積層体を設置している。なお、図３、図４では、図２（ｃ）の積層体を設置した被覆構造体の例を示しているが、図１（ａ）、図１（ｂ）、図２（ｄ）等の積層体についても同様の方法で被覆構造体を得ることができる。

具体的に、図３の被覆構造体では、断面視において、基材８（角型基材）の四辺の外側に沿って４枚の積層体を設置している。このうち、積層体１１及び１３は、角型基材の一辺（左辺、右辺）の長さに等しいサイズを有するものであり、積層体１２及び１４は、角型基材の一辺（上辺、下辺）の長さと、積層体２枚分（積層体１１及び１３）の厚みとの和に等しいサイズを有する。

そして、積層体１１と１２が接する左上角部では、積層体１２の裏面と、積層体１１の側面とが接している。積層体１２と１３が接する右上角部では、積層体１２の裏面と、積層体１３の側面とが接している。積層体１３と１４が接する右下角部では、積層体１４の裏面と、積層体１３の側面とが接している。積層体１４と１１が接する左下角部では、積層体１４の裏面と、積層体１１の側面とが接している。これにより、角型基材の周囲全体が、積層体によって覆われている。

図３の被覆構造体が、火災等によって高温に晒された場合には、熱発泡層３が発泡して炭化断熱層を形成するとともに、吸熱層２が断熱作用を示し、さらに熱反射層７が遮熱作用を示すことにより、基材８の温度上昇を抑制し、その強度を保持することができる。

図４の被覆構造体では、断面視において、基材８（角型基材）の四辺の外側に沿って４枚の積層体１５～１８を設置している。各積層体は、角型基材の一辺の長さと、積層体１枚分の厚みとの和に等しいサイズを有する。

そして、積層体どうしが接する角型基材の各角部では、一方の積層体の裏面と、他方の積層体の側面とが接している。これにより、角型基材の周囲全体が、積層体によって覆われている。図４では、基材８の断面が正方形である場合、４枚の積層体（積層体１５～１８）を同じサイズに設定することができ、施工性の点でいっそう有利である。

このような被覆構造体は、例えば以下の方法により得ることができる。
（１）厚さ８ｍｍの石膏ボード（吸熱層）の裏面側に、厚さ５０μｍのアルミニウムシート（熱反射層）を接着材を介して貼り付け、当該石膏ボードの表面側には、厚み３ｍｍの熱発泡性シート（熱発泡層）をアクリル系接着材を介して貼り付けて、図２（ｃ）に示す積層体を作製する。
（２）図４に示すように、当該積層体４枚を、ステープルを用いて断面正方形の角型木質基材に固定する。

図４の被覆構造体が、火災等によって高温に晒された場合には、熱発泡層３が発泡して炭化断熱層を形成するとともに、吸熱層２が断熱作用を示し、さらに熱反射層７が遮熱作用を示すことにより、基材８の温度上昇を抑制し、その強度を保持することができる。

図３では、積層体１２及び１４の側面（吸熱層）が外部に露出している。図４では、積層体１５～１８それぞれの一方の側面（吸熱層）が外部に露出している。本発明では、このように外部に露出した側面に、熱反射層、熱発泡層等を設けることもできる。例えば、上記側面に、熱発泡層を設ける態様、熱反射層を設ける態様、あるいは、熱反射層及び熱発泡層を設ける態様等を採用することができる。

図５では、積層体１５～１８それぞれの一方の側面に熱発泡層４（細幅の熱発泡層）を設けている。熱発泡層４としては、熱発泡層３と同様の熱発泡性コーティング材や熱発泡性シート、あるいは熱発泡性テープ等が使用できる。熱発泡層４は、積層体製造時に予め設けておいてもよいし、図４のような被覆構造体を形成した後に設けることもできる。熱発泡層３と熱発泡層４とは、連続した形態にすることもできる。

積層体どうしの継ぎ目（積層体どうしが接する箇所）は、適宜処理することができる。このような継ぎ目の処理方法としては、例えば、熱発泡性コーティング材や熱発泡性シート等で継ぎ目を覆う（跨ぐ）方法、熱発泡性パテ材等で継ぎ目を充填する方法、継ぎ目を跨ぐように繊維状補強材を設置する方法、等が挙げられる。これら処理方法は、２種以上を組み合わせることもできる。また、積層体の側面に熱発泡層（細幅の熱発泡層）を設ける場合は、積層体の厚みよりも幅の広い熱発泡層を用いて、積層体どうしの継ぎ目を跨ぐように熱発泡層を設置することもできる。継ぎ目を跨いだ熱発泡層や繊維状補強材等は、加熱、押圧等の処理によって平坦化することもできる。

基材の長尺方向では、積層体どうしが隣接するように突き合わせて設置することができる。積層体どうしの継ぎ目は、必要に応じ処理することができる。継ぎ目の処理方法としては、上述の方法等が採用できる。

本発明の被覆構造体では、必要に応じ、熱発泡層の外側に化粧層を設けることができる。化粧層は、熱発泡層の発泡性を阻害しないものであればよい。化粧層としては、透明ないし不透明、無色ないし着色、無光沢ないし有光沢、単色ないし多色、平坦ないし凹凸等、種々の外観を呈するものが使用できる。本発明では、化粧層を設けることにより、被覆構造体の美観性、耐水性、耐候性等を高めることができる。

化粧層は、例えば、積層体製造時に予め設けておくこともできるし、図３～５のような被覆構造体を形成した後に設けることもできる。化粧層は公知の方法で形成することができ、例えば、各種コーティング材を塗装する方法、あるいはフィルム、シート等を貼り付ける方法等を採用することができる。化粧層として、複数の材料を積層することもできる。

本発明の被覆構造体は、例えば、建築、土木等の各分野において耐熱保護性が要求される用途に適用することができる。建築材料として用いる場合は、例えば、柱、梁等に適用することができる。本発明の被覆構造体は、例えば、ＪＩＳ Ａ１３０４：２０１７に規定される試験において所定の条件を満たす耐熱保護性（耐火性）を発揮することができる。このような性能は、例えば、吸熱層、熱発泡層、熱反射層の種類、厚み等を選定することにより、適宜調整することができる。

Claims (4)

1. 基材の周囲が複数の積層体によって囲まれた被覆構造体であって、
   上記積層体は、少なくとも吸熱層、及び熱発泡層が積層されたものであることを特徴とする被覆構造体。
2. 上記基材は、断面四角形の角型基材であり、
   上記角型基材の断面視において、上記角型基材の各辺の外側に沿って複数の上記積層体が設置され、
   上記角型基材の角部では、一方の積層体の裏面と、他方の積層体の側面とが接している
   ことを特徴とする請求項１記載の被覆構造体。
3. 基材の周囲が複数の積層体によって囲まれた被覆構造体の形成方法であって、
   上記積層体は、少なくとも吸熱層、及び熱発泡層が積層されたものであり、
   上記基材の周囲に対し、複数の上記積層体を設置することを特徴とする被覆構造体の形成方法。
4. 上記基材は、断面四角形の角型基材であり、
   上記角型基材の断面視において、上記角型基材の各辺の外側に沿って複数の上記積層体を設置するとともに、
   上記角型基材の角部では、一方の積層体の裏面と、他方の積層体の側面とが接するように設置する
   ことを特徴とする請求項３記載の被覆構造体の形成方法。
   
   

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