JP6307502B2 - 防火塗料 - Google Patents

Description

本発明は、表面上にスプレーすることによって用いることができる、耐火性または防火性塗料に関する。この塗料は、化学的に剥離されたバーミキュライトと、熱的に剥離されたバーミキュライトとの混合物よりなる、安定した分散懸濁液である。前記塗料は、ＢＳ４７６ Ｐｔ ６および７に従うクラス“Ｏ”の耐火性に対して要求される性能、または、それと同等のＥｕｒｏ ＢＳＥＮ １１９２５ ＢＳＥＮ １３８２３ 試験に対して要求される性能を十分に超える性能を与えることができる。

耐火塗料は、船や潜水艦の甲板のような危険性の高い領域、または、建物内の危険性が高い領域や、例えば、定期客船、地下鉄もしくは空港などの火の拡大が破局的である他の構造物内の危険性が高い領域に用いることができる。耐火塗料は、建設過程で用いることができるが、例えば、既存の商業環境や木像の保護が求められる遺産環境での、火に対する保護のための既設面に用いることもできる。

分散バーミキュライト保護コーティングの性能を破壊することなく、美観上の理由から、耐火塗料の吹付け層の上面にカラー塗料を塗ることは可能である。

本発明は、微細膨積バーミキュライト粒子が配合されている水性懸濁液の使用であって、当該懸濁液を表面上にスプレーすることによって当該表面の防火対策が大いに改善されるように用いることができる使用に関する。懸濁液は、当該混濁液が供給される容器内で安定化しないように、塗布される表面に対する付着力が良好であるように、そして、垂直面に対する流れが最小となるように、配合されることが好ましい。

耐火塗料の水性懸濁液のための基材は、化学式（Ｍｇ,Ｆｅ,Ａｌ）₃（Ａｌ,Ｓｉ）₄Ｏ₁₀（ＯＨ）_2.4Ｈ₂Ｏの天然に存在する鉱物であるバーミキュライトである。バーミキュライトは、剥離（膨積）バーミキュライトを形成するために、熱処理または化学処理によって膨張させることができる。この耐火塗料は、５％ 〜３５％の固形分の剥離バーミキュライト、より好ましくは、１５％ 〜２５％の剥離バーミキュライト、例えば、約２０ ％である。

剥離バーミキュライト粒子は、安定した水分散液内で懸濁化させることができる。膨積バーミキュライトの水性懸濁液は、紙や布のような柔軟性のある材料を耐火するために使用されている。米国特許第６，３０９，７４０は、膨積バーミキュライトの水性懸濁液を製造するための方法を見出し、主要なセメント系耐火構造コーティングに対する補助層としての、化学的に剥離されたバーミキュライトの水性懸濁液のスプレーコーティングの使用を開示している。

本発明は、耐火性を高める必要のある基材の表面のためのスプレー塗料としての、微細膨積バーミキュライトの水性懸濁液の使用に関する。懸濁液中のバーミキュライト内容物は、好ましくは、スプレー塗布のために、また、垂直面に用いられたときの流れを最小にするために配合される。

バーミキュライトは、１ｎｍ〜１０００μｍの粒度、好ましくは、３００μｍ以下の粒度の、非常に微細なものであることが好ましい。粒度Ｄ９０の分散体は、１００μｍから３００μｍの範囲、より好ましくは、１４０μｍから２５０μｍの範囲、特に、１６０μｍから２００μｍの範囲であることが好ましい。バーミキュライト固形分は、化学的に剥離されたバーミキュライトと熱的に剥離されたバーミキュライトとの混合物である。好ましくは、化学的に剥離されたバーミキュライトは、全バーミキュライト含有量の７５重量％〜９９重量％であり、より好ましくは、８８重量％〜９６重量％、例えば、９５重量％、また、熱的に剥離されたバーミキュライト含有量は、全バーミキュライト含有量の２５重量％〜１重量％、より好ましくは、１２重量％〜４重量％、例えば、５重量％である。

ブルックフィールド社製の試験機ナンバー６ボブで回転速度２０ｒｐｍとして計測したときに５，５００ｃｐｓ〜１０，０００ｃｐｓの範囲の粘度を有する、化学的に剥離されたバーミキュライトと機械的に剥離されたバーミキュライトとの混合物の懸濁液は、良好な付着力および非流れ特性を有する耐火塗料または防火塗料として、スプレー塗布のために好適である。好ましくは、計測粘度は、それ故、８，０００ｃｐｓ以上、より好ましくは、８，４００ｃｐｓ以上、例えば、少なくとも８，５００ｃｐｓである。好ましくは、粘度は、９，０００ｃｐｓ以下、より好ましくは、８，７００ｃｐｓ以下、例えば、最大８，６００ｃｐｓである。

添加剤を含まない、バーミキュライトの適当な水性懸濁液が耐火塗料を提供する一方、前記懸濁液は、付加的に、長期間にわたって懸濁液中に残存するためのバーミキュライトの能力を邪魔しないまたは耐火特性を破壊しないための性能を高めるために、従来スプレー塗料に使用されている沈降防止剤および非凝集剤のような、他の添加剤を含んでもよい。バーミキュライトは、５℃〜３５℃くらいの室温、例えば２０℃で、少なくとも６ヶ月の期間、より好ましくは少なくとも１２ヶ月の期間、特に２４ヶ月以上の期間、そのままの状態に置いたときに懸濁液中に残存することが好ましい。

従来の耐火塗料は、当該耐火塗料が用いられる可燃性表面に対するバリアを形成する不活性化合物の存在と、熱および火にさらされている間、耐火塗料が用いられる前記表面から当該耐火塗料が容易に分離しない事実とに依存している。

水性分散バーミキュライトスプレー塗料は、耐火および防火特性を４つの方法で達成する。
(1) 乾燥したバーミキュライト水性分散液は、当該乾燥バーミキュライト水性分散液が用いられる前記表面を遮断し、それにより、前記表面が熱にさらされているとき、当該表面がそれ自体の発火温度に到達することを防止する。
(2) 乾燥バーミキュライト水性分散液は、抗酸化バリアを形成し、耐火塗料でコートされている可燃性材料が発火温度に到達していても酸素が欠乏しているために、当該可燃性材料は燃焼しない。
(3) 乾燥バーミキュライト水性分散液は不活性であり、また、劣化することなく、摂氏１，２００度の高温度に耐える。
摂氏１，３５０度でさえ、燃焼しないで自己フリット化し、そのフリットは、遮断し続ける範囲は少ないけれども、さらに火災侵入に対するバリアを形成する。
(4) 上記(3)で述べたフリッティング工程の間、バーミキュライトは、その表面の任意の開口部を、酸素透過に対するバリアが維持されるように、自己回復するための性質を有する。これは、バーミキュライト粒子のプレートレット構造の性質によるものであり、当該バーミキュライト粒子は、電子顕微鏡の下、低温状態で見られるように、互いに結合する。

本発明は、以下の説明および例示としてのみ与えられた図面から、より明確に理解されるであろう。

図１は、デュプレミネラル社製のバーミキュライト分散液ＤＭ６５１に対する、例示的な粒度分布チャートである。

ＤＭ６５１は、制御された粒度範囲で９５％〜５％の割合の化学的膨積バーミキュライトと熱的膨積バーミキュライトとの混合物であって、これら固形分が水溶液の２０重量％を構成するものであり、スプレー塗布の目的のために、デュプレミネラル社によって開発された。バーミキュライトは、こうした分散液内の懸濁液中に、長期間、例えば、数ヶ月または１年または２年以上、保持させることができる。デュプレミネラル社製のＤＭ６５１は、図１に示す例示的な効果のための粒度分布を有する。粒子は、ｎｍサイズから１０００μｍまでの範囲にわたり、バーミキュライトの大半は、粒径が約３００μｍである。耐火塗料媒体をスプレーすることの目的のため、粒度分布は、バーミキュライトが長期間にわたって懸濁液内に維持されるべきであり、従来のスプレー設備で空気の有無を管理したときに適当な噴霧を与え、スプレーされたときに良好なコーティング能力を維持し、そして、スプレーされたときに良好な断熱を与えるとともに酸素バリア特性を形成する。

バーミキュライト粒子は、粒径が最大２０００μｍであり、好適には、１０００μｍ未満、さらに好適には３００μｍ以下の範囲がこの目的に対して適当である。好ましくは、バーミキュライト粒子の少なくとも９０重量％、そして、より好ましくは９５重量％は、３００μｍ以下、そして、より好ましくは、３００μｍ〜１μｍ未満にすべきである。好適な実施例では、バーミキュライト粒子は、５０μｍ〜３００μｍのＤ９０を有し、好ましくは、１００μｍ〜２５０μｍ、より好適には、１５０μｍ〜２００μｍである。バーミキュライトは、１重量％〜４０重量％で適当な懸濁液中に存在させることができ、好適には、１０〜３０重量％、そして、より好適には１５重量％〜２５重量％、特に約２０重量％である。

添加剤を有しないバーミキュライトの水性懸濁液、そして、特に脱イオン化水または蒸留水中の懸濁液は、優れた無毒のスプレー媒体を提供し、前記懸濁液は、付加的に、性能を高めるために従来スプレー塗料システムに使用されている沈降防止剤および凝集剤や懸濁液の安定性を高めるための添加剤等の、他の添加剤を含むことができる。添加剤は好適には、逆に、長期間にわたって懸濁液に残存するバーミキュライトの能力を邪魔しないもの、または、好適には、スプレーされるときに、耐火性および断熱性を有する不活性の防護コーティングを形成するための懸濁液の能力を邪魔しないものであるべきである。

以下の例は、スプレー可能な火災バリア材としての、バーミキュライト懸濁液の利点を例示する。

〔実施例１〕（ウォリントンブルーボードテスト）
エクソバウォリントンでの、ブルーボードＢＳ４７６Ｐａｒｔ６および７火災実験を行った。
〔調整方法〕
ブルーボードは、工業エアレススプレーガン４２９ノズルを使用してスプレーされ、当該スプレーガンの３つのパスによって、ＤＭ６５１バーミキュライト懸濁液を使用する。
それから、試験前に重量減少が止まるまでサンプルを外気温度で乾燥させる。
〔試験方法−ＢＳ ４７６ Ｐａｒｔ６〕
Ｐａｒｔ ６に関しては、ブルーボードサンプルを火の中に置いて、完全に閉じられた試験装置内にボルト止めする。ラジエントヒータを付ける前にテストサンプルを発火させるために、試験装置の底部にあるバーナーを介して試験片に火を当てる。試験片を燃やすとき、温度上昇を所定の間隔で計測して記録する。測定された温度から較正温度を差し引き、さらに１０を乗じて指標値とする。Ｐａｒｔ６試験に合格するために、３分後に加えられたときのこれらの値は、６を超えてはならず、また、２０分後に合計するときは１２を超えてはならない。
〔試験方法−ＢＳ ４７６ Ｐａｒｔ７〕
コートされたブルーボードを、大型ラジエントヒータに対して直角に保持された金属フレームに懸架する。最初の１分半の間、試験片を発火させるべく、当該試験片の底部左手隅にあるガスバーナーチューブを介して、前記試験片の底部左手隅にガス炎を当てる。ラジエントヒータを付け、１０分経過後、火炎の移動距離を記録する。１０分試験の終了において、デュプレＤＭ６５１でコートされたボードは発火せず、または、コーティングは、完全にそのまま残った。コーティングは、表面下の可燃性コーティングが発火しなかったので、火災伝播長はゼロであった。ｌｅｖｅｌ１に合格するために、ガスラジエントヒータに最も近い縁からの火炎伝播長は、１６５ｍｍを超えてはならない。さらに、それは、熱出力を測定するｐａｒｔ６に関連するｌｅｖｅｌ“Ｏ”に合格し、また、ボードが発火しなかったので熱出力試験基準を楽に合格した。
〔試験結果〕
火炎はなく、それゆえ、計測されるべき火炎伝播はなかった。３つのサンプルボード全ては、ＵＫ ｃｌａｓｓ１およびｃｌａｓｓ０に合格する性能を与えるＰａｒｔ６および７試験に楽々と合格した。さらに、３つのコート試験片は、十分な保護を与えるのに十分であったので、特別なコートを付加することに利点がないことを現わしている。

〔実施例２〕
化学的に９５％および機械的に５％に剥離させた２０重量％固形分の微細分散バーミキュライト懸濁液 デュプレＤＭ６５１を、木製ボードに対して垂直方向に、工業エアレススプレーガン４２９ノズルを使用してスプレーした。その結果は、流れの傾向がほとんどない優れた付着力だった。スプレーされた材料は乾燥して規則的で無傷のコーティングを形成した。

対照的に、広範囲のテスト中、１００％化学的に剥離させた懸濁液は、スプレー目詰まり防止および流れまたは垂れ防止の両方を填補できるものではなかった。ほぼデュプレＤＭ６５１と同一であるが、１００％化学的に剥離されたバーミキュライトを含む懸濁液は、スプレーで用いられたときにボードに付着しなかった。より高い重量％固形分を含む１００％化学的に剥離されたバーミキュライトを含む懸濁液は、ボードに付着するが、バーミキュライトが高濃度であるため、すぐにスプレーが目詰まりしてスプレーできなくなった。それゆえ、化学的および機械的に剥離されたバーミキュライトの混合物を使用することによって、基材にスプレーすることによってうまく用いることができ、また、垂直に若しくは傾斜させてまたは不規則に形成された表面を流れることなく付着する懸濁液を製造することができる。

ブルックフィールド社試験機ナンバー６ボブで回転速度２０ｒｐｍとして計測したときのデュプレＤＭ６５１懸濁液の粘度は、８６００ｃｐｓであった。これは、デュプレＤＭ３３８Ｓと対比することができる。デュプレＤＭ３３８Ｓは、化学的に剥離されたバーミキュライトの比較可能な懸濁液であり、同様の粒径形状を有して、１５６０ｃｐｓの同一基準で規定される粘度を有する。好ましくは、ブルックフィールド試験機ナンバー６ボブで回転速度２０ｒｐｍとして計測したときの塗料の粘度は、８，０００ｃｐｓ以上であり、より好ましくは、８，４００ｃｐｓ以上、例えば８，５００ｃｐｓである。好ましくは、ブルックフィールド試験機ナンバー６ボブで回転速度２０ｒｐｍとして計測したときの塗料の粘度は、９，０００ｃｐｓ以下であり、より好ましくは、８，７００ｃｐｓ以下、例えば８，６００ｃｐｓである。

Claims (24)

1. 微細膨積バーミキュライト粒子の水性懸濁液を含む、耐火および／または防火特性を有するスプレー塗料であって、前記バーミキュライト粒子が、化学的に剥離されたバーミキュライトと熱的に剥離されたバーミキュライトとの混合物よりなり、化学的に剥離されたバーミキュライトは、全バーミキュライト含有量の７５重量％〜９９重量％であり、熱的に剥離されたバーミキュライト含有量が、全バーミキュライト含有量の２５重量％〜１重量％である、スプレー塗料。
2. 請求項１のスプレー塗料において、化学的に剥離されたバーミキュライトは、全バーミキュライト含有量の８８重量％〜９６重量％であり、熱的に剥離されたバーミキュライト含有量が、全バーミキュライト含有量の１２重量％〜４重量％である、スプレー塗料。
3. 請求項１又は２のいずれか一項に記載のスプレー塗料において、化学的に剥離されたバーミキュライトは、全バーミキュライト含有量の９５重量％であり、熱的に剥離されたバーミキュライト含有量が、全バーミキュライト含有量の５重量％である、スプレー塗料。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のスプレー塗料において、前記バーミキュライト粒子が、１ｎｍ〜１０００μｍの粒度を有している、スプレー塗料。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のスプレー塗料において、前記バーミキュライト懸濁液が、３００μｍ以下の最大粒度を有する膨積バーミキュライトを含んでいる、スプレー塗料。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のスプレー塗料において、前記バーミキュライト粒子は、５０μｍ〜３００μｍのＤ９０を有する、スプレー塗料。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のスプレー塗料において、前記バーミキュライト粒子が、１００μｍ〜２５０μｍのＤ９０を有する、スプレー塗料。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のスプレー塗料において、前記バーミキュライト粒子が、１５０μｍ〜２００μｍのＤ９０を有する、スプレー塗料。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のスプレー塗料において、前記バーミキュライト懸濁液が、３重量％〜４０重量％のバーミキュライトを含む、スプレー塗料。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載のスプレー塗料において、前記バーミキュライト懸濁液が、１０重量％〜３０重量％のバーミキュライトを含む、スプレー塗料。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載のスプレー塗料において、前記バーミキュライト懸濁液が、１５重量％〜２５重量％のバーミキュライトを含む、スプレー塗料。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載のスプレー塗料において、前記バーミキュライト懸濁液が、２０重量％のバーミキュライトを含む、スプレー塗料。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のスプレー塗料が、ブルックフィールド試験機ナンバー６ボブで回転速度２０ｒｐｍとして計測したときに５，５００ｃｐｓ〜１０，０００ｃｐｓの範囲の粘度を有する、スプレー塗料。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載のスプレー塗料が、ブルックフィールド試験機ナンバー６ボブで回転速度２０ｒｐｍとして計測したときに８，０００ｃｐｓ〜９，０００ｃｐｓの範囲の粘度を有する、スプレー塗料。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載のスプレー塗料が、ブルックフィールド試験機ナンバー６ボブで回転速度２０ｒｐｍとして計測したときに８，４００ｃｐｓ〜８，７００ｃｐｓの範囲の粘度を有する、スプレー塗料。
16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載のスプレー塗料が、ブルックフィールド試験機ナンバー６ボブで回転速度２０ｒｐｍとして計測したときに８，５００ｃｐｓ〜８，６００ｃｐｓの範囲の粘度を有する、スプレー塗料。
17. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載のスプレー塗料であって、少なくとも６か月の間は懸濁液中にバーミキュライトが残留し、保管中に安定である、スプレー塗料。
18. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載のスプレー塗料であって、少なくとも１２か月の間は懸濁液中にバーミキュライトが残留し、保管中に安定である、スプレー塗料。
19. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載のスプレー塗料であって、少なくとも２４か月の間は懸濁液中にバーミキュライトが残留し、保管中に安定である、スプレー塗料。
20. 請求項１〜１９のいずれか一項に記載のスプレー塗料が、３つの層にスプレーすることによって用いられるとき、ＢＳ４７６Ｐａｒｔ６および／または７の最も厳しい試験に合格する、スプレー塗料。
21. 基材に対して耐火または防火特性を付与するための方法であって、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のスプレー塗料を前記基材にスプレーすることを含む、方法。
22. 請求項２１に記載の方法であって、前記基材が木である、方法。
23. 請求項２１又は２２のいずれか一項に記載の方法であって、前記スプレー塗料が、１以上のコーティングとして前記基材に適用される、方法。
24. 請求項１〜２０のいずれか一項に記載のスプレー塗料の１以上のコーティングによってコートされた基材。
    

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