JP4579543B2 - 防火用発泡組成物および方法 - Google Patents

Description

鋼構造体を組み立てる際、難燃化、外観改良および消音を含めた多数の目的を達成するために、一般に金属構造要素に薄い無機材料被膜を付与する。長年にわたってこれらの目的で数種類の配合物が多様な手段により付与されているが、これまで最も効果的なシステムは、本質的に焼セッコウ、ミックスの密度を低下させるための軽量無機凝固材料、たとえば剥離（exfoliated）バーミキュライトまたは細断発泡ポリスチレン、繊維材料、たとえば湿潤増量性の高いセルロース繊維とガラス繊維の混合物、および湿潤混合物をポンプ輸送適性にするためのＡＥ剤（air entraining agent）からなる凝結性水性ミックスを鋼表面に吹付けることにある。このタイプの組成物、および最も望ましい塗布技術、すなわち水性ミックスをポンプ輸送し、それを鋼に１層で直接吹き付ける方法を、ＢｒａｇｇがＵＳＰ３，７１９，５７３および３，８３９，０５９に記載している。そのようなスラリーは、一般に地上で調製されて塗布地点までポンプ輸送され、そこで支持体に吹付け塗布される。高層建築物の場合、塗布地点は２０または３０階を越えることがしばしばある。したがって、スラリーのポンプ輸送適性はそれらの配合および調製に際して重要な基準である。スラリーは、著しく高い位置まで容易にポンプ輸送できるように大量の水を保持できなければならず、なおかつ成分の凝離または沈降を阻止しかつ特定の厚さで適切なイールドまたは被覆面積を得るのに十分なコンシステンシーを維持しなければならない。また被覆用ミックスは、塗布中のスラリー状態でも、塗布後の乾燥または”凝結”した状態でも、支持体に接着しなければならない。さらにミックスは、乾燥被膜の断熱効果を著しく損なうひびわれ形成を生じる可能性のある過度の膨張または収縮を伴わずに凝結しなければならない。

一般的な方法では、防火ミックスを乾燥混合物として塗布場所へ輸送し、ミキサー内で適量の水を添加してポンプ輸送適性スラリーを調製する。スラリーは一時収容装置から塗布地点へポンプ輸送される。成分を長距離にわたってポンプ輸送する場合、最終目的地に到達する前に早期凝結が起きる可能性がある。さらに、調製と塗布の操作が何時間も隔たる場合がある。したがって、一般に凝結遅延剤を含有させてミックスの凝結時間を遅延させることにより、許容できる現場可使時間を得る。さらに、ＡＥ剤、たとえばα−オレフィンスルホナートおよびラウリル硫酸ナトリウムを用いて、スラリーのポンプ輸送適性を補助する。

さらに、下塗しない鋼支持体または下塗した鋼支持体のいずれに対しても、吹付け適性防火組成物は凝結または硬化の途中および後の接着および凝集が比較的乏しいため、防火材が凝結または硬化して支持体に十分に接着および凝集するまでは、吹き付けたデッキの床を作業員が歩くことができない。より具体的には、コンクリートを注入するまで（床について）、または屋根張り（断熱、ＨＶＡＣなど）が完成するまで、仕上がっていない床および／または屋根デッキに吹き付けることができない。デッキ上で行う活動によりデッキが撓み、防火材が離脱する可能性があるからである。デッキ上を歩くのに適した接着および凝集に達するまでに必要な時間は、一般に２４時間を超える。

また、ある種の鋼支持体は水硬結合剤（hydraulic binder）を含有する組成物が十分に接着または凝集しない材料で下塗される。そのような場合、支持体をサンドブラスチングする（経費がかかり、しばしば効果がない）か、あるいは前記組成物がより良く接着および凝集するトリコート（tricoat）で再び下塗しなければならない。

ＵＳＰ４，９０４，５０３（Ｈｉｌｔｏｎら）には、吹付け前に酸性凝結促進剤、たとえば硫酸アルミニウムをスラリーに注入することにより、凝結時間の短縮と前記のポンプ輸送および吹き付けした防火ミックスの”イールド（yield）”も得られると教示されている。この酸性物質は、凝結を促進する前に、ミックス中に存在する塩基性物質、たとえば炭酸カルシウムと反応して、二酸化炭素などのガスを発生する。発生したガスはスラリーを膨張または発泡させ、これによりさらに密度が低下し、使用した乾燥防火材の一定重量当たり塗布した防火材の凝結後の体積が増す。そのような”化学的に発泡させた”、”高イールド”の吹付け防火法は、世界的な商業化に成功した。

”イールド”、すなわち乾燥ミックスの重量当たり塗布された防火材の体積は、製品が商業的に成功する際の重要な要因である。イールドが高いほど、使用者は一定量の配合物について、より大きな被覆面積を得ることができる。イールドは一般に当技術分野で既知の方法により、組成物の乾燥重量当たりのボードフィートとして計算される。

ＵＳＰ３，９６３，５０７には、特定比率の水溶性低粘度セルロース誘導体、たとえばメチルセルロース、エチルメチルセルロースおよびヒドロキシエチルメチルセルロース；高粘度セルロース誘導体、および発泡促進剤としてのポリビニルアルコールを含有する発泡性モルタルが開示されている。

ＵＳＰ４，５１８，６５２には、ポリビニルアルコールおよび水を含むフォームを製造し、そのフォームを水性セメント質スラリーに導入し、そのスラリーを紙カバーシート間に堆積させ、そしてスラリーを凝結させることによる、セッコウウォールボードの製造方法が開示されている。アスファルトとろうの乳剤をセメント質スラリーに添加して耐水性を付加することができる。

ＵＳＰ４，５１８，６５２では、予め生成したフォームをセッコウスラリーに取り込ませ、続いてこのフォーム−スラリーミックスを凝結させることにより、軽量セッコウウォールボードを形成する。フォームは、ポリビニルアルコールを水に溶解し、それを高剪断発泡装置に装入することにより形成される。

軽量凝固材料の必要性を排除または軽減する、ポンプ輸送適性、低密度、高イールドの吹付け適性防火組成物を調製するのが望ましいであろう。
さらに、高剪断発泡装置などを必要とせずに塗布場所で容易に調製でき、かつ塗布に際して卓越したイールドをもたらす、低密度、高イールド、ポンプ輸送適性、吹付け適性の防火組成物を調製することが望ましいであろう。

組成物が完全に凝結または硬化する前ですら、塗布される支持体への卓越した接着性および凝集性をもつ、ポンプ輸送適性かつ吹付け適性の防火組成物を調製することも望ましいであろう。

本発明は、発泡および非発泡セメント質組成物の調製に適した配合物、発泡セメント質組成物そのもの、水硬結合剤フォームの調製方法、得られたセメント質組成物を支持体へ搬送および塗布する方法、ならびに支持体へのセメント質組成物の接着および凝集を向上させる方法に関する。より具体的には、本発明の１態様において、ポンプ輸送適性セメント質スラリーを調製し、所望によりスラリーを空気などのガスと混合し、次いで所望により機械的に乱流を発生させ、気泡を発生させてフォームを形成し、これを好ましくはスラリー中に存在する気泡安定剤、たとえばポリビニルアルコールにより安定化する。支持体接着凝集増強剤（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ａｄｈｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ａｇｅｎｔ）、たとえば液体ラテックスを添加してもよい。次いで発泡および非発泡組成物をノズルその他の適切な分配地点へ搬送し、そこから被覆すべき支持体上へ、好ましくは均一に塗布する（たとえば吹き付ける）。分配前に、好ましくは凝結促進剤を注入する。これはフォームをゲル化させ、これにより支持体上での生成物の固着能（ｈａｎｇａｂｉｌｉｔｙ）が向上する。吹付け材料は支持体に接着し、硬化して支持体上に断熱性被膜を形成する。特に好ましい組成物は、約４３２０ｍ ^３ ／ｈｒ（約１８００ボードフィート／時）の一般的な商用塗布速度で支持体に塗布できる高イールドの防火材を提供することができる。

本発明はまた、水和性セメント質結合剤、機械的気泡安定剤および／または支持体接着凝集増強剤、ならびに所望により繊維成分、凝結遅延剤およびＡＥ剤を含む、乾燥組成物に関する。この組成物は、水を添加し、所望によりガスおよび機械的乱流を付与すると、鋼構造部材に吹付け塗布できる凝結性のフォームまたはスラリーを生成し、吹付け塗布後に凝結したのちその部材に発泡状態またはスラリー状態で接着する。フォームまたはスラリーは凝結後に部材上に防火耐熱性接着被膜を形成する。

支持体接着凝集増強剤は、組成物の凝結または硬化の途中および後の支持体への接着（adherence）を向上させる。そのような接着は、凝結または硬化に際して生成する結晶と支持体の間に生じる結合により形成される。支持体接着凝集増強剤は、組成物の凝結または硬化の途中および後の支持体への凝集（coherence）をも向上させる。この増強剤の存在は、周囲温度が約０℃付近またはそれ以下であるとき組成物を塗布する場合に特に有利である。そのような条件下では、支持体上の氷結は組成物が支持体上に留まる性能に不利な影響を与える。したがって、氷結を避けるために周囲温度が上昇するまで塗布を遅らせるか、あるいは人為的に周囲温度を上昇させる必要がある。本発明の支持体接着凝集増強剤を用いると、支持体を０℃より高く加熱する必要なしに組成物を効率的に塗布できる。

発明の詳細な説明
本発明のセメント質スラリーの調製に有用な適切な水硬結合剤には、ポルトランドセメント、アルミナセメント、ポゾランセメント（ｐｏｚｚｏｌａｎｉｃ ｃｅｍｅｎｔ）、グナイト（ｇｕｎｉｔｅ）、硫酸カルシウム２水和物（セッコウ、非水和および水和両方の焼セッコウ（Ｐｌａｓｔｅｒ ｏｆ Ｐａｒｉｓ））、およびその混合物が含まれ、セッコウが特に好ましい。ポルトランドセメントは、耐水性が重要な場合、または交通量が多く、より高密度（たとえば２４０．３〜４８０．６ｋｇ／ｍ ^３ （１５〜３０ｐｃｆ）、より一般的には３５２．４〜４１６．５ｋｇ／ｍ ^３ （２２〜２６ｐｃｆ））の被膜が望ましい地域で選択される結合剤として知られている。セッコウは高密度用途に使用できるが、通常は低密度（たとえば約８０．１〜３９４．４ｋｇ／ｍ ^３ （５〜１９ｐｃｆ）、好ましくは約１６０．２〜２４０．３ｋｇ／ｍ ^３ （１０〜１５ｐｃｆ））組成物に用いられる。好ましくは、結合剤は約１０〜約９８重量％、より好ましくは約９０〜約９５重量％の量で用いられる。好ましくは、水硬結合剤を微細に分割した乾燥粉末状で供給する。

本明細書において”フォーム”という用語は、互いに薄膜で分離された気泡群であって、本発明に従ってフォームを搬送および吹付けするのに十分な有限長さの不変寿命をもつ凝固体を意味するために用いられる。

本発明に従って機械的に形成されたフォームを安定化するためには、界面活性剤、タンパク質化合物および／または親水性化合物、あるいは水に可溶性、混和性または分散性であるポリマーが適切である。好ましい気泡安定剤は、ポリビニルアルコール、最も好ましくは粉末状ポリビニルアルコールである。最終的に目的とする密度を得るために、気泡安定剤として用いるポリビニルアルコールの量は、好ましくは水の質量の約１〜１２％、より好ましくは約２〜１０％、さらに好ましくは約２〜８％、最も好ましくは約２〜３％である。用いるポリビニルアルコールの粘度が、非発泡状態からの発泡組成物の堆積増大に影響を与える。好ましいポリビニルアルコールは、７９〜９０％、好ましくは約８８％の加水分解度（モル％）、エステル価１４０ｍｇ ＫＯＨ／ｇ、および残留アセチル含量１０．７重量％をもつ、部分加水分解グレードのものである。適切なポリビニルアルコールの例は下記のものである：Ｍｏｗｉｏｌグレード（Ｃｌａｒｉｅｎｔが販売）４／８８〜４０／８８、これらは２０℃および水中５％濃度でそれぞれ下記の粘度をもつ：４／８８については８Ｐａ、５／８８については９ｍＰａ、８／８８については１２ｍＰａ、１８／８８については５５ｍＰａ（これが特に好ましい）、２３／８８については７５ｍＰａ、４０／８８については１００ｍＰａ；ならびにＣｅｌａｎｅｓｅ Ｃｅｌｖｏｌ ５２３Ｓおよび５２３ＳＦ。ポリビニルアルコールを粉末状で用いるのが最も好ましい。粉末は、ポリビニルアルコールが水に容易に溶解するのを保証するのに十分なほど小さな粒子からなるものでなければならない。平均８０〜４００ミクロンの粒子を含む粉末ポリビニルアルコールが適切であることが認められた。前記のほかに適切な市販のポリビニルアルコールは当業者が容易に判定できる。

他の適切な気泡安定剤には、フルオロ界面活性剤、たとえばデュポンから販売されるものが含まれ、これにはＺｏｎｙｌ ＦＳ３００が含まれる；これは有機溶剤を含まない汎用非イオンフルオロ界面活性剤であり、硬水またはｐＨにより影響されず、大きな湿潤容量をもつ。これらは水の質量の約０．００５〜約０．５％の量で使用できる。適切なタンパク質化合物には、加水分解タンパク質ベースの濃縮物が含まれる。タンパク質化合物は水の質量の約２〜約５％の量で使用できる。適切な親水性化合物またはポリマーには、化工デンプン、天然炭水化物、たとえばガムまたは海草コロイド、半合成ポリマー、たとえばセルロースエーテル、ヒドロゲル、たとえばアクリル酸およびメタクリル酸誘導体のホモポリマーおよびコポリマー、あるいはポリアクリルアミド−ポリアクリラートコポリマー、ならびにポリ酢酸ビニルおよびスチレン化アクリル樹脂などの分散液が含まれる。

前記ＵＳＰ４，９０４，５０３に記載され、現在商業的に用いられている、化学的発泡、ポンプ輸送および吹付けした防火材と対照的に、本発明のフォームは機械的に形成される。発泡装置、たとえばボード製造技術分野で既知の高剪断ミキサーを用いてもよい。しかし、そのような装置は不必要であり、ポンプ輸送および吹付け防火塗布に現在慣用されているチューブまたはホース中で、気泡を発生させることによりスラリーを発泡させるのに有効な乱流を機械的に発生させうることが見いだされた。このチューブまたはホースは、得られたフォームを分配地点、たとえば最終的に支持体に吹付け塗布するためのノズルまで搬送するのにも使用できる。スラリーを入れたホースまたはチューブに、ガス、好ましくは圧縮空気を、注入などにより導入することが好ましい。本発明の１態様においては、ホースまたはチューブにガスを導入する位置は分配地点の近くである。ガス導入位置以後のホースまたはチューブの長さが増すほど、フォームが定常状態（著しいガス脈動なしにホースから均一な速度で分配できる状態と定義）に達するのに長時間を要することが見いだされたからである。定常状態に達することが望ましい。さもなければ、フォームが均一な吹付けとしてではなくプラグとして分配地点から突き出される。脈動ガスは生成物が支持体上に吹き付けられると直ちにそれを支持体から”吹き飛ばす”傾向があるので、脈動分配はフォームを均一に支持体に塗布するのを困難にする。さらに、ガス導入位置を塗布地点に比較的近接して配置すると、フォームを搬送しなければならないホース長さが短かくなる。

生成するフォームの密度は、スラリーの流速、ならびにホースまたはチューブの長さおよび直径、ならびにフォームに注入されるガスの圧力およびガスの体積（ｃｆｍ）、ならびにホースまたはチューブ内でのスラリー（およびフォーム）の滞留時間の関数である。当業者は、目的とする最終生成物密度が達成されるようにこれらのパラメーターを調整できる。たとえばある適切なシステムは、直径１．９０ｃｍ（３／４インチ）、１５．２４ｍ（５０フィート）のホース、および速度４４．２ｍ ^３ ／ｈｒ（２６ｃｆｍ）、０．４８２ＭＰａ（７０ｐｓｉ）の空気注入を用いる。ホースまたはホース内組成物滞留時間が短かすぎると、起きる発泡が不十分であろう。ホースまたはホース内組成物滞留時間が長すぎると定常状態が実現せず、組成物はプラグを形成し、これが出口から”吐き出され（ｓｐｉｔ）”、前記のように容易に均一に支持体に吹付け塗布することはできない。目標は、スラリー状でホースに進入する組成物をガスで発泡させてスラリーがホースから出る前に定常状態に到達させるのに十分な長さおよび直径のホースを用意することである。当業者は、目的とするフォームコンシステンシーおよび密度が達成されるように、流速ならびにホースの長さおよび直径とホースに注入されるガスの圧力およびガスの体積とのバランスをとる。一定のホース直径および一定の空気圧については、ホースが短かいほど、長いホースより速やかに発泡生成物が平衡または定常状態に達することが見いだされた。たとえば直径１．２ｃｍ（０．５インチ）、長さ４５．７２ｍ（１５０フィート）のホースについての３００秒以上と比較して、直径１．２ｃｍ（０．５インチ）をもつ７．６２ｍ（２５フィート）のホース内では３０秒でフォームが平衡に達した。また直径１．９０ｃｍ（３／４インチ）、長さ７．６２および１５．２４ｍ（２５および５０フィート）のホース内では直ちにフォームが平衡状態に達し、一方、直径１．９０ｃｍ（３／４インチ）、長さ３０．４８ｍ（１００フィート）では５５秒かかり、同じ直径のもの４５．７２ｍ（１５０フィート）では３００秒以上かかった。

適切なホースまたはチューブ長さには４．５７〜４５．７２ｍ（１５〜１５０フィート）、直径には１．２、１．５７、１．９０および２．５４ｃｍ（１／２、５／８、３／４および１インチ）が含まれる。短かいホースほど、長いものより速やかに生成物が平衡または定常状態に到達できる。一定の配合物については、チューブがコイル巻されているか、または直線状に置かれているかに関係なく、生成物の密度は同じであった。本発明の利点は、一般に用いられているものより軽量のホースを用いて防火塗布することができ、塗装作業員に対する負担が軽減することである。

本発明の組成物は繊維成分を含むことができる。繊維成分は有機または無機のいずれであってもよい。好ましくは繊維成分は、湿潤増量性の高い有機繊維、好ましくはＵＳＰ３，７１９，５１３および３，８３９，０５９に記載のセルロース繊維と、強化をもたらす無機繊維、好ましくは鋼またはガラス繊維との混合物である。高分子強化繊維、たとえばポリプロピレン繊維も使用できる。他の適切な成分には、シリカ、ケイソウ土、膨張パーライト、剥離バーミキュライト、細断発泡ポリスチレン、アルミナ、グロッグ（ｇｒｏｇ）、コロイドシリカ、セラミック繊維、鉱物繊維、およびその組合わせが含まれる。組成物中の繊維成分の全量は、好ましくは約０〜約４０重量％である。特に好ましい組成物は、湿潤増量性の高いセルロース繊維を約４〜１０重量％、およびガラス繊維を約０．０〜約１重量％含み、約１％のセルロース繊維および約０．５％のガラス繊維が特に好ましい。他の任意添加剤には下記のものが含まれる：約０．１〜約５％の量のメチルセルロースもしくは他の適切な増粘剤、または当業者に既知の空気安定剤、約０．１〜約３％の量のＡＥ剤；約０〜約５％の量のポリ酢酸ビニル；約１〜約５％の量の粘土；約０〜約５％の量のガス発生剤、たとえば炭酸カルシウム；および細菌増殖を阻害するための殺菌薬。スラリー前駆材料または混合物を簡便に調製するために、可能ならば任意成分を乾燥状態で水硬結合剤に添加する。

支持体接着凝集増強剤を本発明の組成物に添加できる。有利には、好ましい支持体接着凝集増強剤はポリビニルアルコールであり、これは組成物を発泡させるために空気の添加および機械的乱流を用いる本発明の態様においては気泡安定剤としても作用する。支持体接着凝集増強剤として用いるポリビニルアルコールの適切な種類および量は、気泡安定剤に関して前記に開示したとおりである。他の支持体接着凝集増強剤には、ポリエチレングリコール；ポリ（酢酸ビニル）；ポリ（エチレン−酢酸ビニル）コポリマー；ポリ（アクリル酸エチル）；ポリ（メタクリル酸）；デンプン；天然増粘剤（たとえばグアーゴム）、およびその混合物が含まれる。

本発明の組成物は一般に塗布場所へ乾燥混合物として輸送され、適量の水を添加してスラリーに調製されるので、調製操作と塗布操作が長時間または数日すら隔たることがあり、したがって許容できる現場”可使時間”を得るためにミックスの凝結時間を一般に著しく遅延させる。この遅延は、最終支持体に塗布した際に望ましい速やかな凝結時間と相反し、したがって遅延と促進の微妙なバランスを達成するのは困難である。混合物が早期に凝結すると、ポンプ輸送不適性となり、意図する用途に使用できなくなる。したがって、早期凝結を避けるためには遅延剤を用いて組成物の凝結時間を遅らせるのが好ましい。適切な遅延剤は当技術分野で一般的であり、無水マレイン酸が含まれ、これは水硬結合剤、ポリアクリル酸ナトリウムおよびポリアクリル酸のブレンドの質量の０．１〜０．７５％の量で用いられる。好ましい遅延剤は業界で用いられる標準的なタンパク質系遅延剤、たとえばGoldbond High Strength Retarderの名称で市販されるものである。遅延剤は、好ましくは乾燥状態で水硬結合剤に添加するのが好都合である。

構造体上での凝結時間を短縮するために、促進剤をセメント質組成物に添加できる。スラリーまたは塗布対象である支持体に有害作用を及ぼすことなくスラリーの遅延を十分に目的期間以内に相殺できる凝結促進剤は、いずれも使用できる。大部分の商業用途について、促進剤の種類および量は、凝結時間を速やかに約４〜約２０時間から約５〜１５分に変化させるものである。そのような凝結時間をもたらすのに必要な量は、促進剤に応じて、また遅延剤および結合剤の種類と量に応じて、異なるであろう。一般に防火材の乾燥重量に対して乾燥重量で約０．１〜２０％の量の促進剤を使用し、１〜５％が好ましい。適切な促進剤は、用いる水硬結合剤の凝結を促進することが知られているものである。セッコウベースの水硬結合剤に適した促進剤には、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、硝酸鉄（ＩＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩＩ）、塩化鉄（ＩＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩ）、硫酸カリウム、硫酸、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムおよび酢酸が含まれる。硫酸アルミニウムが好ましい促進剤である。それを溶液として使用できる。ポルトランドセメントが水硬結合剤である場合、一般的な凝結促進剤、たとえば塩化カルシウム、ギ酸カルシウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウム、アルミン酸アルカリ、およびケイ酸塩、たとえば水ガラスを使用できる。

発泡組成物への硫酸アルミニウムの導入を利用して、特に気泡安定剤としてのポリビニルアルコールおよび水硬結合剤としての硫酸カルシウム半水和物を含む配合物において、配合物のミクロ構造を改変することにより気泡安定性を制御できることが、さらに見いだされた。具体的には”安定性の高い”フォームほど微細な構造を形成するのに対し、”安定性の低い”フォームほど粗い構造を形成する。したがって、形成されるボイドまたはポアのサイズは重要であり、硫酸カルシウム半水和物と水が反応して硫酸カルシウム２水和物を形成する速度の制御により制御できる。硫酸アルミニウムを用いてこの反応を促進し、これによってたとえばより微細なミクロ構造をもつフォームを形成することにより、得られる気泡の安定性を制御できる。本質的に、硫酸アルミニウムをフォームに導入すると結合剤と反応してこれを凝結させ、これによりフォームのミクロ構造を”固定”する。好ましくは、硫酸アルミニウムの導入はフォームを支持体に吹き付けるノズルの位置またはその付近に、たとえばＵＳＰ４，９０４，５０３（その開示内容を本明細書に援用する）に記載のノズルを用いて行われる。

硫酸アルミニウムを添加した際にフォームのミクロ構造に生じる顕著な結果は、図１〜２を参照すれば分かる。図１のフォームは吹き付けノズル位置で硫酸アルミニウムを注入したのに対し、図２のフォームには硫酸アルミニウムを添加しなかったこと以外は、図１と２は同じ条件下で形成されたフォームである。得られた図１のフォームは図２のフォームより微細なミクロ構造を示す。

ポリビニルアルコールなどの気泡安定剤およびα−オレフィンスルホナートなどのＡＥ剤を含有する混合物に、硫酸アルミニウムなどの凝結促進剤を導入すると、フォームの”ゲル化”も起きる。凝結促進剤が導入されてフォーム中へ分散すると、フォームのコンシステンシーが”シェービングクリーム”状のコンシステンシーから”粘稠な”素材に変化する。ゲル形成により、生成物が凝結時間の前および途中に特に鋼ビームなどの支持体上に（接着および凝集）残留、すなわち”固着（hang）”する能力が増強される。塩基性物質、たとえば炭酸カルシウムを添加すると、ゲル化が増強される。したがって凝結促進剤は、ゲルを生成し、次いで水硬結合剤の凝結を促進するという両方の作用をもつ。

図３を参照すると、本発明に従ってセメント質スラリーを調製するために、水硬結合剤、凝結遅延剤、気泡安定剤、および／または支持体接着凝集増強剤、および水を、任意成分、たとえば繊維材料と共に、ホッパー１１２内で混合する。発泡により得られる本来の軽量性からみて、軽量凝固材料は不必要である。発泡を採用しない場合、軽量凝固材料を添加してもよい。適切な軽量凝固材料は当業者に周知であり、これには膨張した、または膨張していないバーミキュライト、パーライト、ガラスビーズおよび細断ポリスチレンが含まれる。各種成分の添加順序は重要ではない。組成物の早期凝結を避けかつ調製したスラリーを搬送しなければならない距離を制限するために、好ましくは塗布場所またはその近くで混合を行う。乾燥材料、たとえば水硬結合剤、遅延剤および他の任意成分を、ホッパー１１２または他の適切な混合容器内で混合する。水、および気泡安定剤および／または支持体接着凝集増強剤を一緒にまたは個別に添加して、セメント質スラリーを調製する。本発明の好ましい態様において、粉末ポリビニルアルコールが気泡安定剤および／または支持体接着凝集増強剤である場合、粉末ポリビニルアルコールを乾燥状態の水硬結合剤、遅延剤および任意成分と混合する。次いでこの乾燥混合物に水を添加して、ポンプ輸送適性セメント質スラリーを調製する。こうして形成されたスラリーを、好ましくはポンプオーガー１１０でポンプ輸送することにより、前記に述べたようにホースまたはチューブ１００へ搬送する。スラリーの搬送は商業に適した速度、一般に約４３２０ｍ ^３ ／ｈｒ（１８００ボードフィート／時）とすべきである。変速ロータースターターポンプ、たとえばＰｕｔｚｍｅｉｓｔｅｒ Ｓ−５がこの目的に適する。

本発明による最も好ましい乾燥ミックス配合物であって、水を添加するとスラリーを形成するものは、９０〜９５％のスタッコ、１〜３％の粉末ポリビニルアルコール（Ｍｏｗｉｏｌ １８−８８ Ｇ−２粉末）、１％のセルロース繊維、０．５％のガラス繊維、０〜２％の炭酸カルシウム、０．２５％のα−オレフィンスルホナート、０．１〜０．３％の遅延剤、および０〜２％のポルトランドセメントを含む。この配合物、特に炭酸カルシウムを含むものに水を添加すると、機械的なフォーム形成、および吹付けノズルの位置またはその付近に硫酸アルミニウムを添加することによる凝結促進により、向上した固着性（鋼支持体上２．５４〜３．８ｃｍ（１〜１．５インチ）の厚さ）を示す低密度生成物（乾燥密度０．０６ＭＰａ（９．３ｐｃｆ））が低コストで得られる。少量の塩基性物質、たとえばポルトランドセメントを添加して、硫酸アルミニウムと炭酸塩の反応により起きる著しい二酸化炭素発生を抑制または阻止することができる。ポルトランドセメントはミックスのｐＨを上昇させ、酸性促進剤と塩基の反応を阻止する。前記の好ましい条件は、目的とする生成物の最終密度に応じて異なるであろう。

ガス、好ましくは空気を、圧縮機２２と連絡したパイプまたはチューブ２１でホースに導入する（好ましくは注入による）。スラリーを発泡させ、かつ生成するフォームをノズル１０へ搬送するのに十分なガスを導入する。スラリーを機械的に発泡させて生成したフォームを搬送するためのこの空気導入が、開放系内で空気を取り込ませてポンプ輸送適性を向上させる一般的な化学的ＡＥ剤の使用と異なることは、当業者には自明であろう。１カ所でガスを導入するのが好ましいが、所望によりホースに沿って数箇所でガスを導入してもよい。

フォームがホースから吹き付けられるのに伴って起きる可能性のある脈動をさらに抑制または排除するために、ホース内圧を多様な方法で制御できる。ホース内圧の制御により、吹付け操作に対する制動効果が得られる。圧力を利用してノズル１０からの吹付け速度を制御することもできる。さらに、圧力を利用して生成物の最終密度を制御できる。最も簡単な形態においては、ホースからガス（空気）抜きしてホース内圧を制御するために、放圧弁などをホース内に設けることができる。より好ましい他の態様においては、膨張体積（ホースに対比した）を規定する空気分離およびフォーム流動制御のための閉鎖容器１２をインライン設置することにより、ホース内のフォームを閉鎖容器の入口に供給し、ノズルまでの残りの長さのホース内へ閉鎖容器の出口から押し出す。閉鎖容器は、内部圧力を調節するために制御ベントを備えていてもよい。スラリーをホースへ送入するポンプにより閉鎖容器への素材流入速度を制御し、閉鎖容器内の圧力により閉鎖容器からの素材流出速度を制御する。ホース内のフォームを搬送するために用いるガスの速度は高いため、フォームを効果的に吹き付けるのは困難である。閉鎖容器１２は、フォームを搬送しているガスをフォームから分離でき、ガスの速度に関係なくフォームの流速を制御することができる。

図４には、フォームを搬送しているガスと連絡する入口１４、および入口１４と離れた位置にある出口１６を備えた、閉鎖容器１２を示す。ホース内を圧縮空気により搬送されているフォームは、入口１４から閉鎖容器１２に進入する。フォーム／空気混合物が閉鎖容器１２に進入するのに伴って、過剰の（すなわち搬送している）空気はフォームから分離し、フォームは閉鎖容器１２の底へ落下し、ここで閉鎖容器１２内の圧力により閉鎖容器の出口１６から残りの長さのホース１８内へ押し出され、最終的にノズル１０から排出される。ゲート弁のような弁２２と連絡した空気抜き２０により、閉鎖容器１２内の圧力を目的レベルに制御できる。圧力は手動または自動制御できる。圧力ゲージ１９は閉鎖容器１２の圧力を表示する。目的速度および排出ホースの直径と長さに応じて、閉鎖容器１２内の適切な圧力を約０．０７〜約０．４５ＭＰａ（約１０〜約６５ｐｓｉ）に制御できる。１態様においては約０．２７ＭＰａ（約４０ｐｓｉ）の圧力が特に適切なことが認められた。これは、フォームを出口１６から押し出してホース１８内を移動させ、そしてノズル１０から許容できる速度で吹き付けるのに十分な圧力であることが認められた。他の利点は、フォームが加圧下にあるためさらに空気がフォーム中へ押し込まれるので、追加の空気取込みが起きることである。その結果、閉鎖容器１２を用いない状態で同じ配合物を吹き付ける場合と比較して、さらに低い密度の生成物が得られる。

好ましくは、閉鎖容器１２の出口１６からノズル１０までのホースの長さは約４．５７〜９．１４ｍ（約１５〜３０フィート）である。吹付けしやすいようにホースに柔軟性を付与するために、ホース１８の直径は可能な限り細くすべきである。しかし、直径が小さくなるほど、ホース内でフォームを搬送するために、より高い圧力が必要になり、圧力が高まるのに伴って吹付け材料はより速い速度でノズルから出る傾向がある。これは望ましくない。２．５〜３．８ｃｍ（１〜１．５インチ）の直径が適切であり、閉鎖容器１２が塗装作業員の妨げにならないのを保証するためには約７．６２ｍ（約２５フィート）のホース長さが特に好ましいことが認められた。たとえば、塗装作業員が高層ビルで作業している場合、好ましくは閉鎖容器１２は作業員と同じ階にあるのに対し、スラリーを混合およびポンプ輸送するための混合およびポンプ輸送装置は一般にそのビルの地上階にある。

本発明のシステムでは、生成物に含有される空気の量が、一般的なポンプ輸送吹付け防火組成物より実質的に多い。一般に本発明の生成物に含有される空気の量は、一般的なポンプ輸送吹付け防火生成物に含有される量の少なくとも約２倍、好ましくはその量の少なくとも約４倍である。

実施例１〜６
すべての場合、表１に挙げた水以外のすべての材料を３分間乾式ブレンドして均一な混合物を得た。次いでこの混合物を標準的な櫂形撹拌機に添加し、水を添加した。この組み合わせを２分間混合した。生成したスラリーをローター／スターター式ポンプ（Ｐｕｔｚｍｅｉｓｔｅｒ Ｓ−５）のポンプホッパーに注入した。次いでスラリーを他の位置へポンプ輸送し、ここでホース内のスラリーに空気を注入した。この空気注入により、スラリーは９．１ｍ（３０フィート）、１．９０ｃｍ（３／４インチ）の発泡用ホース内でフォームに変化した。

表１の配合物１および２においては、フォームは０．２６ＭＰａ（３７ｐｓｉ）に加圧した空気分離およびフォーム流動制御のための閉鎖容器に導入された。次いでフォームを閉鎖容器から押し出し、７．６２ｍ（２５フィート）、２．５４ｃｍ（１インチ）のホースおよび標準的な吹付けノズルを通過させた。フォームが吹付けノズルを通過する際に、硫酸アルミニウムをフォームに注入した。

配合物３、４、５および６においては、空気分離およびフォーム流動制御のための閉鎖容器を用いなかった。標準的な吹付けノズルを９．１４ｍ（３０フィート）、１．９０ｃｍ（３／４インチ）のホースの末端に直接取り付け、ここで発泡を行わせた（上記節の末尾を参照）。１および２の場合と同様に、フォームが吹付けノズルを通過する際に、硫酸アルミニウムをフォームに注入した。

表１に、生成物の最終密度を示す。配合物６は、主な水硬結合剤としてポルトランドセメントを含有する高密度生成物である。

実施例７
”ショットクリート（shotcrete）”塗布（トンネルや鉱道の壁のシーリング）に用いるのに適した本発明のポンプ輸送および吹付けしたフォームの例においては、表１の配合物６に用いたスタッコおよび遅延剤の代わりに、ポルトランドセメントを追加する。配合物６に用いたセルロースおよびガラス繊維の代わりに、ショットクリート塗布に用いられる一般的な鋼繊維を用い、得られた配合物を前記実施例１〜６と同様に処理し、ただしアルミン酸ナトリウムを凝結促進剤として硫酸アルミニウムの代わりに用いる。

実施例８
この例は、ポリビニルアルコールの支持体接着凝集増強特性を証明する。ポリビニルアルコールをセッコウベースの市販防火用製品（試料１）に添加した。用いた配合物を次表に示す。

この目的は、組成物にポリビニルアルコールの添加により未処理鋼板および下塗り鋼板への結合が増大するかを調べることである。結合は試験法ＡＳＴＭ Ｅ７３６を用いて測定された。前記配合物を用いて２種類の試験を実施した；一方は接着性、他方は凝集性。試料を３日間オーブン乾燥した。結果を次表に示す。

組成物が支持体から分離する場合、接着破壊（界面破壊）が起きる。組成物が内部破断する場合、凝集破壊が起きる。これらのデータは、２％のポリビニルアルコールにより試料１の接着強度および凝集強度が有意に増大していることを示す。

硫酸アルミニウムをフォームに注入した本発明の１態様によるフォームのミクロ構造の電子顕微鏡画像である。 硫酸アルミニウムをフォームに注入しない本発明の１態様によるフォームのミクロ構造の電子顕微鏡画像である。 組成物を本発明の１態様に従って混合、発泡させ、分配地点へ搬送するのに適した装置の模式図である。 本発明の１態様に従った空気分離およびフォーム流動制御のための閉鎖容器の模式図である。

Claims (22)

1. 吹付け塗布に有効な安定化フォームの形成方法であって、
   水硬結合剤、支持体へのフォームの接着および凝集を増強するのに有効な量で存在するポリビニルアルコールおよび凝結遅延剤を含む配合物を乾式混合し；
   この乾燥混合物に十分な量の水を添加することによりポンプ輸送適性スラリーを調製し；
   当該ポンプ輸送適性スラリーを、直径１．２ｃｍ〜２．５４ｃｍ、長さ４．５７ｍ〜４５．７２ｍを有するホースへ搬送し；
   当該ホースにガスを圧力２６２〜６８９ｋＰａ、流速４５．９〜１０２ｍ ^３ ／ｈｒで導入して、当該ポンプ輸送適性スラリーを発泡させるのに十分な乱流を機械的にホース内で発生させてフォームを形成し；そして
   当該フォームを前記ホースにより搬送し、当該ホースを出る前に当該フォームを定常状態に到達させる
   ことを含む方法。
2. さらに凝結促進剤をフォームに導入して、フォームの凝結を促進し、かつ得られるフォームを安定化することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 凝結促進剤が硫酸アルミニウムである、請求項２に記載の方法。
4. フォームをゲル化させるのに十分な硫酸アルミニウムをフォームに添加する、請求項３に記載の方法。
5. 水硬結合剤が、ポルトランドセメント、セッコウ、およびポルトランドセメントとセッコウの組み合わせよりなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
6. 水硬結合剤が硫酸カルシウム半水和物である、請求項１に記載の方法。
7. ポリビニルアルコールが粉末ポリビニルアルコールである、請求項１に記載の方法。
8. 水硬結合剤が硫酸カルシウム半水和物であり、ポリビニルアルコールが粉末ポリビニルアルコールであり、さらに硫酸アルミニウムを前記ホース内でフォームに導入することを含む、請求項１に記載の方法。
9. 硫酸カルシウム半水和物と粉末ポリビニルアルコールを乾燥状態で混和し、この硫酸カルシウム半水和物と粉末ポリビニルアルコールを混和したものに水を添加してスラリーを調製する、請求項８に記載の方法。
10. さらに凝結遅延剤を硫酸カルシウム半水和物および粉末ポリビニルアルコールと混和することを含む、請求項９に記載の方法。
11. さらに、ホースに対比した膨張体積を規定する閉鎖容器にホース内のフォームを供給し、フォームを目的速度で閉鎖容器から押し出すように閉鎖容器内の圧力を制御することを含む、請求項１に記載の方法。
12. フォームを閉鎖容器から残りの長さのホース内へ押し出す、請求項１１に記載の方法。
13. ガスが空気である、請求項１に記載の方法。
14. 生じるフォームをホースにより搬送するのに十分なガスをスラリーに導入する、請求項１に記載の方法。
15. 支持体が、下塗した鋼および下塗しない鋼よりなる群から選択される、請求項１４に記載の方法。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の形成方法により得られるフォームを支持体に吹付け塗布し、支持体上で硬化させることを含む方法。
17. 水硬結合剤、支持体へのフォームの接着および凝集を増強するのに有効な量で存在するポリビニルアルコールおよび凝結遅延剤を含む配合物に水を添加して形成されるポンプ輸送適性スラリーを含有する、直径１．２ｃｍ〜２．５４ｃｍ、長さ４．５７ｍ〜４５．７２ｍのホースにガスを圧力２６２〜６８９ｋＰａ、流速４５．９〜１０２ｍ ^３ ／ｈｒで導入することによって機械的乱流を付与してスラリーを発泡させ、当該ホースを出る前に定常状態に到達させることによって形成される、鋼製支持体に吹付け塗布後に当該支持体に接着する凝結性フォーム。
18. ポリビニルアルコールが粉末ポリビニルアルコールである、請求項１７に記載の凝結性フォーム。
19. 水硬結合剤がスタッコである、請求項１７又は１８に記載の凝結性フォーム。
20. 乾燥混合物がさらに炭酸カルシウムを含む、請求項１７又は１８に記載の凝結性フォーム。
21. 乾燥混合物がさらにα−オレフィンスルフェートを含む、請求項１７又は１８に記載の凝結性フォーム。
22. 乾燥混合物がさらにガラス繊維およびセルロース繊維を含む、請求項１７又は１８に記載の凝結性フォーム。

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