JP5501004B2 - 耐熱性向上剤 - Google Patents

Description

本願発明は、耐熱性向上剤、これを用いた耐熱材、並びに耐熱加工方法に関するものである。

耐火材については、従来より種々の提案がなされている。例えば、鋸屑などの木質材料と、ケイ酸ナトリウムとを配合することにより、耐熱性が高いボードを得ることが特許文献１に示されている。具体的には、明ばん石及び粉末ケイ酸ナトリウムを主材とし、これに少量の珪弗化ソーダ、寒水石、珪石を含む硬化剤の適量と、大鋸屑、水ガラス及び水との均一混合物の成形物としたことを特徴とする大鋸屑を用いた遮音性、絶縁性、耐熱性を有する成形材が特許文献１に開示されている。

特許文献２にあっては、２０重量％以上の無機繊維と、無機充填材と、木材繊維及び／又は有機繊維と、有機樹脂材料と、１０重量％以上の水酸化アルミニウム粉末と、を含有していることを特徴とする断熱材料が開示されている。

また、従来の被膜材は耐火性、耐久性、断熱性、保温性からアスベストが主流であったが、現在アスベストを含有する建材の製造は禁止され、その代替品としてロックウール、スラグウール、ガラスウールが使用されるようになったが、これらの代替品も繊維質であることから、これらを塗布する作業時や塗布後の繊維質の飛散、粉塵の発生の問題や健康面において使用が懸念されている。

一方、特許文献３〜５に示すように、「見立礫岩」の用途開発に係る提案がなされている。
この「見立礫岩（Mitate conglomerate）」は、宮崎県の宮崎デジタルミュージアムのホームページに示されたとおり、宮崎県日之影町に産する岩石である（非特許文献１参照）。この見立礫岩を用いた発明は、特許文献３は岩盤浴用石材パネルおよびその製造方法に関するものであり、特許文献４は健康ミネラル水に関するものであり、特許文献５は遠赤放出、殺菌材の製造方法及びこの方法によって製造された遠赤放出、殺菌材並びにこの遠赤放出、殺菌材の使用方法に関するものであり、このように、遠赤外線を放出する特徴を活かしたものに限られていた。

特開平０８−２０８３０４号公報 特開２００２−２０６３５号公報 特開２００８−２６４２２０号公報 特開２００７−３１４４９９号公報 特開２００５−３１９３９９号公報

"みやざきデジタルミュージアム"、［online］、宮崎県、［平成２１年９月１日検索］、インターネット＜URL：http://www.miyazaki-archive.jp/d-museum/search/search/detail/?id=434＞

本願発明は、種々の材料と併用することによって、耐熱性を向上させることができる耐熱性向上剤の提供を目的とする。
本願発明の他の目的は、繊維質の飛散、粉塵の発生が少なく、人的環境、生活環境に配慮した安全な耐熱材、皮膜材を提供することにある。

本願発明者は、見立礫岩について鋭意研究した結果の知見に基づき完成させたものであり、特に、見立礫岩の粉末を用いることによって、６０００℃もの耐熱性を発揮させることができることを知見して本願発明を完成させたものである。
本願発明は、見立礫岩の粉末を含有する耐熱性向上剤を提供する。この見立礫岩の粉末以外の成分としては、耐熱性を有する無機物系フィラーと、ケイ酸ナトリウムとが配合される。そして、この無機フィラーとしては、
珪藻土、酸化亜鉛、及び硼酸を含有するものであるか、珪藻土、酸化アルミニウム、硼酸、及び水酸化アルミニウムを含有するものであるか、或いは、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、硼酸、及び水酸化アルミニウムを含有するものである。
また本願発明は、上記耐熱性向上剤と有機物とが配合されて板状に成形されたものであり、上記有機物が植物，繊維，及び紙からなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする耐熱材を提供する。
本願発明は、上記耐熱性向上剤を被保護物上に塗布して被膜を形成することを特徴とする耐熱性加工方法を提供する。

本願発明に係る見立礫岩の粉末は、他の無機物フィラーと併用することによって、その耐熱性を向上させることができる。この無機物フィラーは特に種類は限定されないが、例えば、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、ホウ酸、ケイ酸ナトリウム、水酸化アルミニウムを示すことができる。また、この耐熱性向上剤と珪藻土と有機物とが配合されて板状に成形することによって板状の耐熱材を得ることができる。また、本願発明の耐熱性向上剤を被保護物上に塗布することにより、被保護物の耐熱性を向上させることができる。
また、従来のケイ酸ナトリウムを用いた耐火ボードは、これが配置される環境により、特に水分、湿気、湿度に影響され、被膜材が溶け出して劣化する場合があったが、請求項３に係る耐熱材にあっては、水に対しても十分な耐久性を備えたものである。

本願発明による耐熱性向上剤及び耐熱材は、ホルムアルデヒドなどの有害物質を含まず、有害物質を発散、放出することがなく、当耐熱材を製造、塗布する作業時においても作業環境は安全である。また、当耐熱材を使用した建物においてもシックハウス症候群などの症状を引き起こす心配がなく、人的環境、生活環境に対しても安全である。さらに、この耐熱性向上剤及び耐熱材に増量材、骨材を混入することにより、アスベスト、ロックウール、スラグウール、ガラスウールなどを含有した耐火材、断熱材、被膜材および吹き付け材の代替品にもなる。この耐熱性向上剤及び耐熱材にあっては、飛散、粉塵の発生が少なく、また、耐火被膜材として使用が可能である。

本願発明において、見立礫岩は、宮崎県西臼杵郡日之影町見立で採取される有機質を多く含む礫岩で、大崩山を中心としたマグマの熱変成を受けてホルンフェルス化しているものである。この見立礫岩は、「天照石」「天降石」とも呼ばれるもので、昔から不思議な石として地元で語り継がれており、透過波長であるテラヘルツ（10の12乗ヘルツ）光線と呼ばれるパワーを発するとも言われている。この見立礫岩の宮崎県工業試験所による見立礫岩の成分分析結果を表１に示すが、自然石である以上、全ての見立礫岩がこの成分分析結果に一致するものではない。また、この見立礫岩は、遠赤外線を放出する他、種々の特性を備えていると考えられるが、未だ未解明な点が多く、本願発明にあっても、この成分分析に表れる各成分の配合のみから予想される以上の耐熱性を発揮した。この見立礫岩は、粉体にして用いられるもので、望ましくは２５０メッシュより微細な粉体とする。粒子を細かくすることは、可能な限り望ましいものである。

前記の耐熱性を有する無機物系フィラーとしては、珪藻土、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、ホウ酸、水酸化アルミニウムの他、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、ベントナイトなどの鉱物性無機系材料あるいは炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、三酸化アンチモン、五酸化アンチモンなどの難燃性を有する無機系材料あるいは変性粘土類成分を例示できる。

このうち前記の酸化アルミニウムは、工業的にはアルミナと呼ばれるもので、γ（ガンマ）アルミナであってもよいが、α（アルファ）アルミナの方が、結晶構造が緻密であり、高温で溶解して耐熱性を示す点で、望ましい。この酸化アルミニウムも、望ましくは２５０メッシュ以下の粉体とする。粒子を細かくすることは、可能な限り望ましいものである。

前記の酸化亜鉛は、水に不溶な白色の微粒子で耐熱性を示す。

前記のホウ素系難燃剤としては、窒化ホウ素、ホウ砂、無水ホウ砂、ホウ酸、無水ホウ酸、ホウ酸亜鉛等を例示できる。

前記のケイ酸ナトリウムは、ケイ酸のナトリウム塩で、メタケイ酸ナトリウムの他、オルトケイ酸ナトリウムや、メタ二ケイ酸ナトリウムなどのポリケイ酸ナトリウムであってもよい。これらのケイ酸ナトリウムは、ケイ酸ソーダと呼ばれ、濃水溶液にして水ガラスとして用いる。このケイ酸ナトリウムは、日本工業規格K1408で規定されているように、水あめ状の液体、粉体、結晶体などの性状で供給されるが、そのいずれのものを選択して用いてもよい。

前述の水酸化アルミニウムは、断熱性のある無機材料として知られており、同様に、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウムを用いることもできる。

有機物は、植物，繊維，及び紙からなる群から選ばれる少なくとも１種であり、具体的には、賦形材として用いることができる廃材、間伐材、樹木、木片、枝などの木材、竹、藁、脱穀皮、樹皮、等の植物、植物実、植物葉を含み、天然繊維、化学繊維、動物繊維、合成繊維、混合繊維などの各種繊維、紙、から選ばれる少なくとも１種で、単独で使用しても良いし、また２種以上を任意に組み合わせてもよい。

これらは、下記の表２に示す配合比で混合される。添加される水は、軟水、硬水、鉱水、精製水、雨水等の種類を問わず、水道水であってもよく浄水器等を通過した水でもよい。より好ましくはｐＨ５．８からｐＨ８．６の電解水が好ましく、更に好ましくはｐＨ６からｐＨ８の電解水がよい。

これらの配合物は、攪拌槽内に投入されて電動攪拌機等の適宜攪拌機によって攪拌混合される。水を加える場合には、配合物に１度に添加しても良いし、また、複数回に分けて添加しても良い。

本願発明の耐熱性向上剤は、被保護物上に塗布して被膜を形成するものとして用いることもできる。その際、他の樹脂成分を併用することもできる。塗布の方法は、特に限定されるものではなく、刷毛、ローラーによる塗装や、スプレーガンなどの噴霧、コテ、ヘラ、フローコーター、ロールコーター、バキュームコーターなどの工業用塗装機（自動塗装機）を用いた方法など種々の方法を用いることができディッピングなどであってもよい。被保護物の種類は限定されず、木材、合成樹脂、コンクリート、金属などを例示でき、用途についても建築物や構築物の他、家具、車両、機械装置などを例示できる。

本願発明の耐熱性向上剤を、木材チップやおが屑などの上記有機物と混合して板状の耐熱材を製造することもできる。製造に際しては、上記の配合物と水を混合し、形成金型や木枠などに注入し加圧圧縮する。加圧圧縮方法は特に限定されない。押圧後乾燥することによって硬化する。乾燥には、自然乾燥法、通風乾燥法、強制乾燥法または加熱乾燥法のいずれもが使用できる。ボードの大きさや厚みは、用意できる金型の大きさなどによって変更して実施され得る。大きさは成形型の可能な範囲で適宜変更できるが、縦３００〜２０００mm、横３００〜２０００mm、厚さ２〜５０mmの大きさを例示できる。なお、ボードの形状は、曲線を有するもの凹凸を有するものなど、任意の形に成形することが可能である。本発明の効果を奏することを限度として、他の助材や着色成分を配合することもでき、また、表面に種々の装飾を施すことも可能である。

上記の耐熱材の製造方法の一例を説明する。自転式の攪拌槽を備えた攪拌装置の投入口から攪拌槽内に粉粒体状の各配合物を投入して、攪拌槽を自転させて配合物を十分に攪拌する。次に、同攪拌槽を開いて、水を噴霧することによって供給し、さらに攪拌する。攪拌終了後、有底の型枠内に攪拌混合された配合物を注入する。同型枠内で平板状に均らして、加圧装置によって型枠の上部開口から加圧圧縮し、乾燥室にて乾燥、硬化する。

本願発明の板状の耐熱材は、単独の一枚のみを使用することもできるが、複数枚を接合して用いてもよい。また、他の板材と併用することもできる。これらの板材には、木質板、合成樹脂板、金属板、各種耐熱板等を例示できる。

以下、実施例を参照しつつ本願発明をより具体的に説明する。ただし、これらの実施例などは本願発明の一態様にすぎず、本願発明はこれらの実施例に限定して理解されるべきではない。

実施例１
表３に示す粉粒体状の各配合物を、回転攪拌装置の攪拌槽内に投入して、攪拌槽を回転させてこれらの配合物を満遍なく攪拌させる。この攪拌槽を開いて水を噴霧機で噴霧することにより供給した。さらに十分に攪拌した後、有底の型枠内に攪拌混合された配合物を注入した。同型枠内で平板状に均らして、加圧装置によって型枠の上部開口から加圧圧縮し、乾燥室にて乾燥、硬化させ、厚さ１５mm、縦２００mm、横２００mmの平板状の耐熱材を得た。配合した水は、表３の配合物総量１００重量部に対して、水２０重量部であった。

実施例１について耐火試験を行なった。その試験方向と結果を以下に示す。
実施例１に対する試験
実施例１の耐熱材ａを表面に配位し、その裏側に４５mmの間隔を隔ててポリプロピレン発泡体ｂを配位した。両者ａ、ｂ間のスペーサとして、厚み１５mmの木材で、矩形状の筒状体ｃ（外法寸法は１８０mm×１８０mm）を形成し、両者ａ、ｂにネジ止めした。
実験方法は、耐熱材ａの表面から８０mm離した場所にバーナーを固定設置し、筒状体ｃの内部空間に温度計を差込、バーナーで燃焼させた時の耐熱材の状態と温度を測定した。また、実験開始３０分後より、耐熱ボードとバーナーの距離を５０mmにした。耐熱材ａの表面状態の目視結果を表４に表す。

実験の結果から、着火直後から中心部の温度が上昇するも、耐熱ボードの表面が燃焼することなく、木材が燃焼することもなかった。また、実験開始３０分後より耐熱ボードとバーナーの距離を縮め中心部が赤くなるも燃焼することはなかった。実験終了後、実験使用した耐熱ボードを確認しても発明の耐熱ボードは表面が若干炭化しただけで、燃焼することはなかった。

実施例２ 前記の表３に示す配合物に水２０重量％を加えたものを攪拌し、厚さ０．３mmのステンレス板表面に塗布し、４mm厚の塗膜を得た。

実施例２に対する試験
実施例２に係る塗装体を、財団法人近畿高エネルギー加工技術研究所にて、プラズマ（約６０００℃）で焼き切る実験を行なった。実験方法は＋−の電流移動をするように設備し、裏面のステンレス部分から照射した。結果は、ステンレス面は燃焼し切断され黒く焦げたが、耐火材被膜面は燃焼の跡が見られなかった。このことから、当発明による耐火材は塗膜材としても充分な効果を発揮することが確認された。特に、６０００℃の耐火性能は、従来の耐火材の常識を覆すものであった。

実施例３〜実施例１２
表５と表６に示す各成分を配合し、実施例１と同じ製法によって、厚さ１３mm、縦２００mm、横２００mmの平板状の耐熱材を得た。

実施例１、実施例３〜実施例１２に対する試験
これらの実施例に対する試験を行い、その結果を表５と表６に示した。
「耐火性」の試験については、各実施例の耐熱板の表面から６cmの位置に、バーナーの火炎口を配位し、火炎温度約１２００℃のバーナーの火炎を、当該耐熱板に約１分間当てて、その燃焼の有無を確認した。表には示さなかったが、実施例１についても同様の試験を行なったところ、結合性、耐火性とも「◎」であった。
×…燃焼した
△…耐火板の表面が、強く炭化した（指で触ると、炭が落ちる）
○…耐火板の表面が、少し炭化した（指で触ると、炭が指先に着く）
◎…耐火板の表面が、炭化しなかった（指で触れても、炭が指先に着かない）

「結合性」の試験については、各実施例の耐熱板を水の中に１２時間浸漬し、その変化の程度を視認で確認した。
×…溶けた（全体が溶けた）
△…ふやけた（厚みが約１．５〜２．５倍に膨れた）
○…少しふやけた（厚みが１．２倍程度に膨れた）
◎…ふやけなかった（全く変化なし）

比較例１〜７
実施例１、実施例３〜実施例８の比較のために、これらの成分中の岩見礫岩を長石（福島産の長石）の粉末に置換したものを上記各実施例と同様の製法で製造し、これを比較例１〜７とした。これらの比較例１〜７は、表５において実施例１、実施例３〜実施例８の隣に表示した。なお比較例に用いた長石は、金属およびアルカリ土類金属などのアルミノケイ酸塩を主成分とする三次元構造のテクトケイ酸塩の一種であり、地殻中に普遍的に存在する鉱物で、もっとも存在量が多く、ほとんどの岩石（火成岩、変成岩、堆積岩）に含まれる造岩鉱物であり、特に花崗岩には６０％前後含まれ、玄武岩にも５０％前後含まれると言われるものである。
これらの実施例及び比較例から、岩見礫岩の粉末を配合したものは、配合しないものや長石を配合したものに比して耐熱性が改善されたことが確認された。また、水に対する結合性についても、岩見礫岩の粉末を配合したものは、配合しないものや長石を配合したものに比して、改善の傾向を示した。

Claims (3)

1. 見立礫岩の粉末と、耐熱性を有する無機物系フィラーと、ケイ酸ナトリウムとが配合され、
   前記無機フィラーとして、
   珪藻土、酸化亜鉛、及び硼酸を含有するものであるか、
   珪藻土、酸化アルミニウム、硼酸、及び水酸化アルミニウムを含有するものであるか、
   或いは、
   酸化アルミニウム、酸化亜鉛、硼酸、及び水酸化アルミニウムを含有するものである
   ことを特徴とする耐熱性向上剤。
2. 請求項１記載の耐熱性向上剤と有機物とが配合されて板状に成形されたものであり、上記有機物が植物，繊維，及び紙からなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする耐熱材。
3. 請求項１記載の耐熱性向上剤を被保護物上に塗布して被膜を形成することを特徴とする耐熱性加工方法。