JP6581123B2

JP6581123B2 - 被覆基材及びその製造方法

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Publication number: JP6581123B2
Application number: JP2017008530A
Authority: JP
Inventors: 敬太郎杉田; 岡本　肇; 肇岡本; 高橋　拡; 拡高橋; 長谷川　完; 完長谷川; 山本　正人; 正人山本; 健史井原; 奈央子中島; 長岡　勉; 勉長岡; 宏和大橋; 茂樹森井; 俊昭景山
Original assignee: Takenaka Corp; Nagase and Co Ltd
Current assignee: Takenaka Corp; Nagase and Co Ltd
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2019-09-25
Anticipated expiration: 2037-01-20
Also published as: JP2018115294A

Description

本発明は、被覆基材およびその製造方法に関する。

従来より、建築材料等の基材として、木質材料（木材を含む）などの可燃性基材が知られている。可燃性基材であっても防火性能が要求されるため、木質材料の表面に珪酸ナトリウム層などを付与して防火性能を与えることが知られている。

特開２０１３−１４２２４６号公報

しかしながら、従来の方法でも、可燃性基材に対して十分な防火性能、および可燃性基材の模様等の十分な視認性を同時に与えることはできなかった。例えば、石膏やセメントで可燃性基材を被覆することも考えられ、この手法により高い防火性能を付与することができるが、これらの材料は不透明なため、可燃性基材の模様等の外部からの視認性を確保することができなかった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高い防火性能を有し、且つ可燃性基材の表面を外部から視認可能な被覆基材、および、その製造方法を提供することを目的とする。

本発明に掛かる被覆基材は、可燃性基材、前記可燃性基材上に設けられたシリカを主成分とする中間層、及び、前記中間層上に設けられたアルカリ金属珪酸塩層を備える。

本発明にかかる被覆基材の製造方法は、可燃性基材の表面にシリカ粒子を主成分とする中間層を形成する工程、及び、前記中間層上にアルカリ金属珪酸塩水溶液を塗布してアルカリ金属珪酸塩層を形成する工程、を備える。

ここで、前記可燃性基材は木質材料（木材を含む）であることができる。

また、前記アルカリ金属珪酸塩層は珪酸ナトリウムを主成分とすることができる。

また、前記中間層の乾燥重量は、２ｇ／ｍ^２以上であることができる。前記アルカリ金属珪酸塩層の乾燥重量は、３００ｇ／ｍ^２以上であることができる。

本発明によれば、高い防火性能を有し且つ可燃性基材の表面が外部から視認可能な被覆基材、および、その製造方法が提供される。

図１は、本発明の実施形態にかかる被覆基材の模式断面図である。

図面を参照して本発明の実施形態にかかる被覆基材について説明する。

図１に示すように、本発明にかかる被覆基材１００は、可燃性基材１０、可燃性基材１０の表面上に設けられた中間層２０、及び、中間層２０上に設けられたアルカリ金属珪酸塩層３０、及び、アルカリ金属珪酸塩層３０上に設けられたトップ層４０を備える。

（可燃性基材）
可燃性基材１０は、可燃性材料から形成される物であれば特に限定はない。可燃性基材の例は、木材製材品、丸太、合板、ＬＶＬ（Laminated Veneer Lumber）、集成材、ＣＬＴ（CrossLaminated Timber）、構造用パネル（配向ストランドボード（ＯＳＢ））、パーティクルボード、ファイバーボード等の木質材料である。

可燃性基材１０の他の例は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ、ポリカーボネート、アクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル、ポリウレタン、天然ゴム、クロロプレンゴム、ＥＰＤＭ、ふっ素樹脂、ポリエステル、メラミン、ポリアミド等の樹脂材料であり、これらはバルク、発泡体、その他の形態でも構わない。

可燃性基材１０の厚みに特に制限は無い。たとえば、３μｍ〜３．５ｍとすることができる。

可燃性材料と中間層２０との間に接着性プライマー層（変性エポキシ樹脂など）等の樹脂層が介在しても良い。

（中間層）
中間層２０は、シリカ（ＳｉＯ_２）を主成分とする層である。主成分とは、シリカを５０質量％超含有することを意味する。中間層におけるシリカの質量割合は、６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上とすることができる。中間層２０には、たとえば、シリカ以外に、アルミナ、ジルコニア、シリカアルミナ、六方晶窒化ホウ素などを含むことができる。

中間層２０の厚みに限定は無いが、透明性を高める観点から２０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下とすることが好適であり、アルカリ金属珪酸塩層３０の欠陥を抑制する観点から２μｍ以上とすることが好適であり、５μｍ以上とすることがより好適である。

可燃性基材１０の表面単位面積あたりのシリカの乾燥重量は、透明性を高める観点から２０ｇ／ｍ^２以下、より好ましくは１０ｇ／ｍ^２以下とすることが好適であり、アルカリ金属珪酸塩層３０の欠陥を抑制する観点から２ｇ／ｍ^２以上とすることが好適であり、５ｇ／ｍ^２以上とすることがより好適である。

中間層２０を構成するシリカ粒子の形状に限定は無く、球状粒子、無定型粒子、板状（鱗片状）粒子のいずれでもよい。

中間層２０が板状（鱗片状）粒子を含むことが好ましい。板状（鱗片状）粒子の一次粒子の厚みは０．１μｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下であることが好適である。また、その一次平均粒子径が０．２μｍ〜０．５μｍ好ましくは０．２μｍ、面直径が０．０５μｍ〜３μｍ、好ましくは０．０５μｍ〜１μｍであることが好適である。板状（鱗片状）粒子は、その厚み方向に多数積み重ねられ二次粒子を形成することができる。二次粒子厚は２０〜２００μｍであることができる。二次粒子径は、レーザー回折法による体積基準の粒度分布のＤ５０である。
このような粒子として、AGCエスアイテック株式会社のサンラブリー、日本板硝子のアイナフレックス等がある。

（アルカリ金属珪酸塩層）
アルカリ金属珪酸塩層３０は、Ｍ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２を主成分とする。ここで、Ｍは、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ、または、これらの組合せである。ｎは、Ｍ_２Ｏのモル数に対するＳｉＯ_２のモル数を示すモル比であり、２．０〜３．８である。また、ｎは、好ましくは２．０〜３．３であることができる。

なかでも、ＭがＮａである、すなわち、珪酸ナトリウムを主成分とすることが好適である。

アルカリ金属珪酸塩層３０におけるＭ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２の濃度は５０質量％を超え、６０質量％以上、７０質量％以上、８０質量％以上、９０質量％以上、９５質量％以上であることができる。アルカリ金属珪酸塩層は、リン酸塩、ホウ酸塩などを含んでもよい。

アルカリ金属珪酸塩層３０の厚みは、防火性能付与の観点から、３０μｍ以上、好ましくは９０μｍ以上、より好ましくは１５０μｍ以上とすることができる。厚みは、透明性及び作業性の観点から９００μｍ以下、好ましくは６００μｍ以下、より好ましくは４５０μｍ以下とすることができる。

アルカリ金属珪酸塩層３０の単位面積あたりの乾燥重量は、防火性能付与の観点から、６０ｇ／ｍ^２以上、好ましくは１８０ｇ／ｍ^２以上、より好ましくは３００ｇ／ｍ^２以上とすることができる。また、透明性及び施工性の観点から１８００ｇ／ｍ^２以下、好ましくは１２００ｇ／ｍ^２以下、より好ましくは９００ｇ／ｍ^２以下とすることができる。

（トップ層）
アルカリ金属珪酸塩層３０の上には、これを水等から保護するためのトップ層４０を備えることができる。トップ層４０の材料の例は、アルキド樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、アクリルシリコン樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニリデン共重合樹脂、塩化ビニル系樹脂等（水系、溶剤系を問わない）である。トップ層は、塗液として塗布するか、予め成膜したフィルムとして粘着剤等を介して貼り合わせることで積層でき、また存在しなくてもよい。

中間層２０及びアルカリ金属珪酸塩層３０の積層体は、可燃性基材１０の表面の少なくとも一部に形成されていれば良い。

続いて、上記被覆基材１００の製造方法について説明する。

まず、可燃性基材１０を用意する。続いて、可燃性基材１０の表面にシリカを主成分とする中間層２０を形成する。具体的には、シリカ粒子を分散した液を可燃性基材１０の表面に塗布し、その後乾燥させることが好適である。特にシリカ粒子を分散した水溶液を塗布することが好適である。分散液は、樹脂バインダーを含有することができる。一次粒子の厚みは０．１μｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下であることが好適である。また、その一次平均粒子径が０．２μｍ〜０．５μｍ好ましくは０．２μｍ、面直径が０．０５μｍ〜３μｍ、好ましくは０．０５μｍ〜１μｍである。

液中のシリカ粒子の形状に限定は無く、球状粒子、無定型粒子、板状（鱗片状）粒子のいずれでもよい。中でも、シリカ粒子の一次粒子の形状が板状（鱗片状）であることが好適である。板状（鱗片状粒子の）一次粒子の厚みは０．１μｍ以下で、好ましくは５０ｎｍ以下であることができる。

板状（鱗片状）の一次粒子は、互いに積み重なって板状（鱗片状）の二次粒子を形成することができ、二次粒子の粒径は２０〜１００μｍであることが好適である。二次粒子の粒径は、レーザ回折式粒度分布測定法による体積基準の粒度分布のＤ５０である。このような粒子を含む水分散液の１例として、AGCエスアイテック株式会社のサンラブリー、日本板硝子のアイナフレックス等がある。

分散液の塗布方法は特に限定されず、刷毛、ローラー刷毛、スプレー等を利用できる。

分散液の塗布量は、上述の厚み又は重量の中間層が形成できるように適宜調節できる。

続いて、中間層２０上に、アルカリ金属珪酸塩水溶液（水ガラス）を塗布して、乾燥してアルカリ金属珪酸塩層３０を形成する。アルカリ金属珪酸塩水溶液（水ガラス）は、上述のＭ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２の水溶液である。

アルカリ金属珪酸塩水溶液として、ＪＩＳＫ１４０８に規定された、水ガラス１号〜３号を好適に利用できる。また、水ガラス１号から３号ではｎは２．０〜３．３であるが、ｎが２．０〜３．８の水ガラスも好適に利用できる。

アルカリ金属珪酸塩水溶液の塗布量は、上記のアルカリ金属珪酸塩層３０の厚みや重量を実現できるように適宜設定できる。たとえば、１００ｇ／ｍ^２以上であることができ、３００ｇ／ｍ^２以上であることができ、５００ｇ／ｍ^２以上であることができる。また、３０００ｇ／ｍ^２以下であることができ、２０００ｇ／ｍ^２以下であることができ、１５００ｇ／ｍ^２以下であることができる。

その後、必要に応じてアルカリ金属珪酸塩層３０上にトップ層４０を形成すれば良い。

本実施形態にかかる被覆基材１００によれば、アルカリ金属珪酸塩層３０と可燃性基材１０との間に、シリカを主成分とする中間層２０を備えている。これにより、被覆基材１００の防火性能が向上する。

この理由は明らかでは無いが、以下の点が寄与しているものと考えられる。可燃性基材１０において、表面の性質は均一では無い。特に、木質材料ではその傾向が顕著である。しがたって、可燃性基材に直接アルカリ金属珪酸塩水溶液を塗布すると、アルカリ金属珪酸塩層３０の一部の厚みが周りよりも薄くなったりする。そして、アルカリ金属珪酸塩層３０の厚みが薄い場所が存在すると、アルカリ金属珪酸塩層３０による防火性能が十分発揮されなくなる。

これに対して、本実施形態にかかる被覆基材では、シリカを主成分とする中間層２０が可燃性基材１０上に設けられており、可燃性基材１０の表面の性質の均一性が高められることになる。また、シリカは、アルカリ金属珪酸塩との親和性も非常に高い。したがって、中間層２０上に水ガラスを塗布した場合、アルカリ金属珪酸塩層３０の厚みの均一性が高められる。したがって、高い防火特性を発揮できることが考えられる。

なお、可燃性基材１０の表面に、アルカリ金属珪酸塩層３０との密着性を高めるために有機系プライマーなどの樹脂層を予め形成しておくことも考えられるが、樹脂層の存在により発熱量が大きくなって防火性能が低下する上に、火災などの高温環境下でアルカリ金属珪酸塩層３０に比べて樹脂層は膨張しやすく、膨らんでアルカリ金属珪酸塩層３０を破壊するので好ましくない。

なお、本実施形態において、一般的な難燃剤、例えばリン酸エステル系、フォスファゼン系、臭素系、無機系（水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等）の各種難燃剤を併用する事を否定しない。

また、本実施形態の中間層２０とアルカリ金属珪酸塩層３０は透明性に優れているため、可燃性基材１０の木目などの模様を表面から容易に視認可能である。よって、本発明の被覆基材１００は美観性にも優れ、基材の美観が要求される建築用途等に特に好適である。なお、本明細書でいう「透明」とは、可燃性基材の木目や絵柄などの模様が目視で視認できる程度の状態のことを言い、無色透明の他、着色透明及び半透明も含むものである。

このような防火性能に優れた被覆基材１００は、たとえば、柱、梁、床、壁、屋根材等の建築物の構造体、天井材、内壁材、外装材、階段、建具等の建築物の仕上げ材料、自動車、鉄道、船舶等の内装材料、家具の材料として利用できる。

（実施例１）
可燃性基材としてスギ板材を用意した。スギ板材の表面に、AGCエスアイテック株式会社サンラブリーを塗布し乾燥させてシリカの中間層を形成した。サンラブリーは、厚み０．１μｍ以下の鱗片状シリカ一次粒子の積層体（二次粒子：粒径２０〜２００μｍ）の水分散体である。塗布量は乾燥前７０ｇ／ｍ^２、乾燥後７ｇ／ｍ^２となるように調整した。

その後、中間層上に水ガラスを塗布し乾燥させて、珪酸ナトリウム層を形成し、被覆木材を得た。水ガラスとしては、ｎ＝３．１〜３．３の珪酸ナトリウム水溶液を用いた。塗布量は乾燥前７００ｇ／ｍ^２、乾燥後４２０ｇ／ｍ^２となるようにした。

（実施例２）
水ガラスの塗布量を乾燥前５００ｇ／ｍ^２、乾燥後３００ｇ／ｍ^２とする以外は、実施例１と同様にした。

（実施例３）
水ガラスの塗布量を乾燥前３００ｇ／ｍ^２、乾燥後１８０ｇ／ｍ^２とする以外は、実施例１と同様にした。

（比較例１）
シリカ中間層を形成しない以外は実施例１と同様にした。

（比較例２）
シリカ中間層に代えて、７０ｇ／ｍ_２のプライマー樹脂（シラン系）層を形成した以外は実施例１と同様にした。なおプライマー樹脂は乾燥減量がほとんど無い。

（比較例３）
何も処理していない可燃性基材としてのスギ板材を評価した。

（評価：表面欠陥及び透明性）
発熱性試験前に、被覆基材を目視で観察し、中間層及びアルカリ金属珪酸塩層を通して外部から可燃性基材の表面が視認できるか（透明性）、及び、可燃性基材への吸い込みによるアルカリ金属珪酸塩層の厚みのムラ（表面欠陥）の有無を確認した。結果を表１に示す。

（評価：発熱性試験）
各例で得られた３つ又は２つの被覆木材に対して、ISO 5660-1:2002に準拠したコーンカロリーメータによる発熱性試験をおこなった。結果を表１に示す。

１０分間の発熱量が８ＭＪ／ｍ^２以下であれば、準不燃材料の基準を満たすことになる。実施例１では、比較例１、２に比べて表面欠陥も少なく、発熱量も極めて低くなった。また、可燃性基材１０の表面の木目を十分に外部から視認できた。実施例１と比較して塗布量が少ない実施例２および実施例３も防火性能が向上し、いずれの実施例も無処理の比較例３と比較して発熱量が低かった。特に乾燥前重量５００ｇ／ｍ^２、乾燥後重量３００ｇ／ｍ^２とすると、準不燃材料の基準を満たすレベルを発現し、特に良好であった。

１０…可燃性基材、２０…中間層、３０…アルカリ金属珪酸塩層、１００…被覆基材。

Claims

可燃性基材、前記可燃性基材上に設けられたシリカを主成分とする中間層、及び、前記中間層上に設けられたアルカリ金属珪酸塩層を備え、
前記アルカリ金属珪酸塩層は、Ｍ _２Ｏ・ｎＳｉＯ _２を主成分とし、
ＭがＮａ、Ｋ及びＬｉからなる群から選ばれる少なくとも一種であり、ｎが２．０〜３．８である、被覆基材。
前記可燃性基材は木質材料である、請求項１記載の被覆基材。
前記アルカリ金属珪酸塩層は珪酸ナトリウムを主成分とする、請求項１又は２記載の被覆基材。
前記アルカリ金属珪酸塩層の量は、乾燥重量で３００ｇ／ｍ^２以上である、請求項１〜３のいずれか１項記載の被覆基材。
前記可燃性基材の表面が視認可能である、請求項１〜４のいずれか１項記載の被覆基材。
可燃性基材の表面にシリカ粒子を主成分とする中間層を形成する工程、及び、前記中間層上にアルカリ金属珪酸塩水溶液を塗布してアルカリ金属珪酸塩層を形成する工程、を備え、
前記アルカリ金属珪酸塩層は、Ｍ _２Ｏ・ｎＳｉＯ _２を主成分とし、
ＭがＮａ、Ｋ及びＬｉからなる群から選ばれる少なくとも一種であり、ｎが２．０〜３．８である、被覆基材の製造方法。