JP3455378B2

JP3455378B2 - 耐火塗料

Info

Publication number: JP3455378B2
Application number: JP28767196A
Authority: JP
Inventors: 圭一加藤
Original assignee: Kikusui Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Kikusui Kagaku Kogyo KK
Priority date: 1996-10-08
Filing date: 1996-10-08
Publication date: 2003-10-14
Anticipated expiration: 2016-10-08
Also published as: JPH10110121A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鉄骨造の柱，梁に使
用される鋼材を火災から保護する為に、使用される耐火
被覆材のうち火炎に晒された時に発泡して、断熱層を形
成する耐火塗料に関する。従って、利用分野は建築分野
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術としては、例えば特開平５−
１９４８８１号に記載されているように、発泡剤として
ポリリン酸塩、炭化層形成物質としてペンタエリスリト
ールなどの多価アルコール、バインダーとしてメラミン
樹脂を使用したものがある。しかし、この耐火塗料は燃
焼によって形成される発泡層の強度が脆弱な上、鉄骨な
どの鋼材に対する付着性が悪く、十分な耐火性能を発揮
できないという問題点があった。

【０００３】

【発明の目的】この発明では、鋼材に対する付着性を高
め、火炎に晒された時の性能の一つである発泡層の耐久
性が向上した耐火塗料の提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この出願の耐火塗料は、
請求項１の発明では、有機質結合材としての合成樹脂成
分、熱硬化型無機質結合材、分解発泡する充填材を主成
分とする耐火塗料であって、前記熱硬化型無機質結合材
が２００℃から硬化が始まり１０００℃までに完全硬化
し、発泡層を形成するものである。

【０００５】請求項２の発明では、前記合成樹脂を全重
量中固形分換算にて５〜４０重量％、熱硬化型無機質結
合材を全重量中固形分換算にて５〜４０重量％および分
解発泡する充填材を全重量中５〜５０重量％含んだもの
であり、これら三成分が全重量中３０重量％以上である
ものである。

【０００６】請求項３の発明では、前記熱硬化型無機質
結合材が、水溶液又は超微粒子を水中に分散させたコロ
イド溶液であり、水ガラス，シリカゾル，アルミナゾ
ル，ジルコニアゾル，コロイダルシリカなどのアルカリ
金属塩，有機シリケート，有機チタネート，酸性金属リ
ン酸塩，重クロム酸リン酸から任意に選択されるもので
ある。

【０００７】請求項４の発明では、分解発泡する充填材
が、ポリリン酸アンモニウム，リン酸アンモニウム，リ
ン酸二水素カリウムなどのリン酸塩、含窒素化合物から
任意に選択されるものである。

【０００８】請求項５の発明では、さらに、ペンタエリ
スリトール，ジペンタエリスリトール，トリペンタエリ
スリトールなどのイソパラフィンの多価アルコール，で
んぷん，デキストリン，膨張性黒鉛から任意に選択され
る炭化層形成剤を全重量中５〜５０重量％含んだもので
ある。

【０００９】以下、この発明の耐火塗料に、配合される
成分のそれぞれを詳しく説明する。ます、第１に有機質
結合材としての合成樹脂成分とは、従来より塗料の結合
材成分として用いられる合成樹脂が利用される。この合
成樹脂成分は、耐火塗料を塗装したあと、塗膜が火災に
晒されて樹脂が溶融あるいは焼失するまでの間、下地に
付着することのできる機能を有する。合成樹脂の例とし
て、メラミン樹脂，アクリル樹脂，アルキッド樹脂，塩
化ビニル樹脂，酢酸ビニル樹脂，ウレタン樹脂，エポキ
シ樹脂，シリコーン樹脂，ポリエステル樹脂等がある。
これらの樹脂は単独にて用いても良くあるいは共重合し
たものにして、またこれらを混合して用いることもでき
る。更に、これらの樹脂の形態として、溶媒に溶解させ
たものあるいはエマルションとして分散させたものも利
用される。

【００１０】有機質結合材は、耐火塗料の全重量中にお
いて、固形分換算で５〜４０重量％配合させる。この範
囲の中にある時、常温時における付着強度が充分あり、
ＪＩＳＡ１３０４の耐火試験にも耐えるものとなる。
５重量％未満の時は、常温時における塗膜強度、付着力
が小さく耐久性が良くない。逆に、４０重量％を越える
時は、耐火性能が劣り、ＪＩＳＡ１３０４の耐火試験
を満足しない。

【００１１】次に、この発明のもう一つの主成分であ
る、熱硬化型無機質結合材とは、塗料中にあって合成樹
脂成分が溶融あるいは焼失した後も、下地に対する付着
力を維持し、発泡後の塗膜全体の形を保つことができ
る。熱硬化型無機質結合材の例としては、水ガラス，シ
リカゾル（コロイダルシリカを含む），アルミナゾル，
ジルコニアゾルなどのアルカリ金属塩，有機シリケー
ト，有機チタネート，酸性金属リン酸塩，重クロム酸リ
ン酸がある。

【００１２】上記の例にあるアルカリ金属塩とは、アル
カリ土類金属の酸化物とシリカ、アルミナまたはジルコ
ニアから生じる塩のことである。アルカリ金属塩の例と
して、Ｍをアルカリ土類金属として表したときケイ酸塩
（ｘＭ_２Ｏ・ｙＳｉＯ_２），アルミン酸塩（ｘＭ_２Ｏ・
ｙＡｌ_２Ｏ_３・ｚＨ_２Ｏ；但しｚ＝０を含む）、アルミ
ノケイ酸塩（ｘＭ_２Ｏ・ｙＡｌ_２Ｏ_３・ｚＳｉＯ_２・ｎ
Ｈ_２Ｏ；ｎ＝０を含む）、ジルコニウム酸塩（ｘＭ_２Ｏ
・ｙＺｒＯ_２）がある。水に対して溶解するか、不溶性
であるかは金属の種類によって異なる。ケイ酸塩の中で
特定の組成、形状のものについて水ガラス、シリカゾル
などと称している。

【００１３】上記の例にある水ガラスとは、アルカリ−
ケイ酸系ガラスの濃厚水溶液のことを言い、Ｎａ_２Ｏ・
ｎＳｉＯ_２（ｎ＝２〜４）あるいはＫ_２Ｏ・ｎＳｉ
Ｏ_２，Ｌｉ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２，（Ｒ_４Ｎ）_２Ｏ・ｎＳｉ
Ｏ_２により組成が表わされる。シリカゾルとは、水性シ
リカゾルのことを言い、高分子量の無水珪酸の超微粒子
を水中に分散させたコロイド溶液のことである。

【００１４】有機シリケートは、オルト珪酸Ｓｉ（Ｏ
Ｈ）_４とアルキルアルコールとのエステルであり、珪酸
アルキルＳｉ（ＯＲ）_４のことを指す。アルキル基を選
択することにより、多種類の有機シリケートがあり、例
としてメチルオルトシリケート，エチルオルトシリケー
ト，ｎ−プロピルオルトシリケート，ｎ−ブチルオルト
シリケート，ｎ−オクチルオルトシリケート，フェニル
オルトシリケート，ベンジルオルトシリケートなどがあ
る。更には、オルトシリケート類の脱水縮合によって得
られるポリシリケート類もある。

【００１５】有機チタネートとは、Ｔｉ−Ｏ−Ｃ型結合
をもつ、アルコキシチタニウムエステル，チタニウムキ
レートおよびチタニウムアシレートを指す。例えば、テ
トラ−i−プロピルチタネート，テトラ−ｎ−ブチルチ
タネート，ブチルチタネートダイマー，テトラステアリ
ルチタネート，トリエタノールアミンチタネート，チタ
ニウムアセチルアセテート，チタニムエチルアセトアセ
テート，チタニウムラクテート，テトラオクチレングリ
コールチタネートなどがある。

【００１６】酸性金属リン酸塩とは、ＭＯ・ｘＰ_２Ｏ_５
・ｙＨ_２Ｏにより表わされるＭがアルカリ金属である金
属酸化物とリン酸の錯塩である。この塩に対しては硬化
剤としてＭｇＯ，ＣａＯ，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｆｅ_２Ｏ_３，Ｔ
ｉＯ_２，Ｍｇ（ＯＨ）_２，Ｃａ（ＯＨ）_２，Ｚｎ（Ｏ
Ｈ）_２，Ａｌ（ＯＨ）_３，ＭｇＳｉＯ_３，ＣａＳｉ
Ｏ_３，ＢａＯ_３，第II族のホウ酸塩などを併用すること
もある。

【００１７】重クロム酸リン酸とは、重クロム酸マグネ
シウムとリン酸の混合物を言う。

【００１８】熱硬化型無機質結合材は、耐火塗料の全重
量中において、固形分換算で５〜４０重量％配合させ
る。この範囲の中にある時、高温に晒されて塗料が発泡
した時も、下地に対する付着力があり、塗膜が残るもの
となる。５重量％未満の時は、高温時の発泡後の塗膜の
強度が弱く、付着力も小さなものとなり、下地に付着で
きなかったり形を保つことができなくなる。逆に、４０
重量％を越える時は、ＪＩＳＡ１３０４の耐火試験を
満足しないものとなる。

【００１９】更に、この発明のもう一つの主成分である
分解発泡する無機質充填材とは、ポリリン酸アンモニウ
ム，リン酸アンモニウム，リン酸二水素カリウムなどの
リン酸塩あるいは含窒素化合物から任意に選択されるも
ののことを言う。含窒素化合物の例としては、２，２′
アゾビスイソブチロニトリル，ジニトロソペンタメチレ
ンテトラミン，アゾジカルボンアミド，Ｐ−トルエンス
ルホニルヒドラジド，メラミン，尿素，グアニジン，ジ
シアンジアミドなどの−（ＮＨ）_２−結合又は−Ｎ＝Ｎ
−結合を有するものがある。

【００２０】分解発泡する無機質充填材は、耐火塗料の
全重量中において、固形分換算で５〜５０重量％配合さ
せる。この範囲の中にある時、耐火試験を満足するもの
となるが、５重量％未満の時は、十分な発泡が得られ
ず、耐火試験を満足しないものとなる。逆に、５０重量
％を越える時は、高温時の発泡後の塗膜強度が弱く付着
力が小さなものとなり、下地に付着できなかったり、形
を保つことができなくなる。

【００２１】この発明の主成分である、合成樹脂成分，
熱硬化型無機質結合剤，分解発泡する充填材は、耐火塗
料の全重量中に３０重量％以上含まれることが必要であ
る。この割合が３０重量％未満の時には、加熱による耐
火試験において、ひび割れが生じたり、発泡が不均一で
あったり、加熱後の付着性が不充分であったり、表面を
含む強度が得られなくなったり、十分な発泡倍率が得ら
れないこととなる。

【００２２】この発明では、もう一つの成分として、炭
化層形成剤を利用している。炭化層形成剤は、塗膜中に
あって火災に晒された時に、炭素骨格が発泡後の塗膜中
に存在させる為のものである。炭化層形成剤に利用され
るものとして、ペンタエリスリトール，ジペンタエリス
リトール，トリペンタエリスリトールなどのイソパラフ
ィンの多価アルコール，でんぷん，デキストリン，膨張
性黒鉛から任意に選択されるものである。

【００２３】この発明において、炭化層形成剤を添加す
る場合は、耐火塗料の全重量中において、５〜５０重量
％配合される。この範囲の中にある時、高温による発泡
後により厚みのある耐火塗膜となる。５重量％未満の時
は、炭化層形成剤の添加による十分な効果が得られな
い。逆に５０重量％を越える時は、発泡層が脆弱にな
り、下地との十分な密着が得られない。

【００２４】炭化層形成剤を含んだ耐火塗料では、他の
主要三成分，合成樹脂成分，熱硬化型無機質結合剤，分
解発泡する充填材が、耐火塗料の全重量中に３０重量％
以上あることを満足しながら５重量％以上５０重量％以
下の割合の中で添加される。

【００２５】この発明の耐火塗料では、これら主成分以
外に、従来より耐火塗料に配合される下記の成分が、こ
の発明の趣旨を損なわない範囲内において添加される。
その成分としては、酸化チタン，炭酸カルシウム，アル
ミニウム粉末，水酸化アルミニウム，無機繊維，アルミ
ナ，シリカなどの充填剤および消泡剤，分散剤，湿潤剤
などの界面活性剤、造膜助剤，防凍剤などの溶剤、着色
の為の顔料，粘度，粘性調整の為の増粘剤あるいは防腐
剤，防黴剤など、通常の塗料に使用される成分がある。

【００２６】

【作用】この発明の耐火塗料では、鋼材に塗装した時か
ら高温に晒される条件下において、主成分のそれぞれが
特長的に機能している。まず、塗装条件下から無機質充
填材の発泡温度までの間では、有機質結合材が耐火塗料
の塗膜の結合材として作用する。次に、無機質充填材の
発泡温度から２００℃迄くらいは、有機質結合材が溶融
し、ほぼ同じ温度領域において無機質充填材が発泡を開
始し、ほぼ同時に熱硬化型無機質結合材が硬化を開始す
る。そして、２００℃より耐火試験の１０００℃迄くら
いは、熱硬化型無機質結合材が完全硬化し発泡層を形成
する。この時、有機質結合材は灰化している。

【００２７】

【実施例】以下、実施例および比較例の配合を示し、こ
の発明の耐火塗料を説明する。

【００２８】

【表１−１】

【表１−２】

【００２９】試験方法まず、塗料を７０ｍｍ×７０ｍｍ×２．３ｍｍのＳＳ４
００鋼板の片面に、スプレーで２ｍｍ厚に塗り付け、２
０℃，６５％ＲＨ条件下に２８日間置くことを養生とし
て試験体とした。この試験体をガス炉炉内に水平に設置
し、ＪＩＳＡ１３０４の標準曲線に従って、６０分間
加熱する。加熱後、室温まで放冷し試験に供する。

【００３０】試験結果を下記表２に示す。

【表２】

【００３１】加熱後の外観については、ひび割れの有
無，発泡の均一性を目視にて確認した。外観評価におけ
る○は、ひび割れ発生が無いもの。△は、ひび割れが発
生し、ひび割れの巾が１ｍｍ未満のもの。×は、ひび割
れの巾が１ｍｍ以上のもの示す。発泡の均一性における
○は、発泡が均一であったもの、△は、部分的に発泡の
小さい所ができたもの、×は、発泡の大きい部分と未発
泡に近い部分ができたものを示す。発泡層の付着性につ
いては、表面に粘着テープを貼り付けた後、勢いよく剥
し、層の破壊状態を確認した。加熱後の付着性はテープ
テストを１０ｍｍ角のクロスカットにより行い、評価に
おける○は、テスト後の残り量がおおよそ９／９以下７
／９の間にあり、△は７／９未満より５／９の間にあ
り、×は５／９未満のことを表す。発泡層の強度につい
ては、表層から高さ３０ｃｍの位置より、重さ１０ｇの
鋼球を床上３０ｃｍの高さから落として鋼球の進入量に
より評価した。評価における○は、進入量が０〜５ｍｍ
にあり、△は５ｍｍを越え１０ｍｍ以下にあり、×は１
０ｍｍを越えることを表す。また、発泡高さについて
は、発泡層の厚さ（ｍｍ）を測定した。

【００３２】

【発明の効果】この発明の塗料組成物によれば、常温時
および加熱試験を行った後の鋼材に対する付着性に優
れ、発泡後の塗膜の均一性、強度に優れ、耐火被覆材料
として十分機能できるものとなる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】有機質結合材としての合成樹脂成分、水
溶液又は超微粒子を水中に分散させたコロイド溶液であ
る熱硬化型無機質結合材、分解発泡する充填材を主成分
とする耐火塗料であって、前記熱硬化型無機質結合材が２００℃から硬化が始まり
１０００℃までに完全硬化し、発泡層を形成することを
特徴とする耐火塗料。
【請求項２】前記合成樹脂を全重量中固形分換算にて
５〜４０重量％、熱硬化型無機質結合材を全重量中固形
分換算にて５〜４０重量％および分解発泡する充填材を
全重量中５〜５０重量％含んだものであり、これら三成
分が全重量中３０重量％以上であることをを特徴とする
請求項１に記載の耐火塗料。
【請求項３】前記熱硬化型無機質結合材が、水ガラ
ス，シリカゾル，アルミナゾル，ジルコニアゾル，コロ
イダルシリカなどのアルカリ金属塩，有機シリケート，
有機チタネート，酸性金属リン酸塩，重クロム酸リン酸
から任意に選択されるものであることを特徴とする請求
項１または請求項２記載の耐火塗料。
【請求項４】分解発泡する充填材が、ポリリン酸アン
モニウム，リン酸アンモニウム，リン酸二水素カリウム
などのリン酸塩、含窒素化合物から任意に選択されるも
のであることを特徴とする請求項１，請求項２または請
求項３記載の耐火塗料。
【請求項５】さらに、ペンタエリスリトール，ジペン
タエリスリトール，トリペンタエリスリトールなどのイ
ソパラフィンの多価アルコール，でんぷん，デキストリ
ン，膨張性黒鉛から任意に選択される炭化層形成剤を全
重量中５〜５０重量％含んだものであることを特徴とす
る請求項１，請求項２，請求項３または請求項４記載の
耐火塗料。