JPH03275774A - 耐久性に優れた膨張型耐火被覆材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、膨張型耐火被覆材に関する。さらに詳しくは
、例えば、鉄骨構造の建築物等において、鉄骨等に被覆
して耐火性を付与し、屋外環境での長期使用後も耐火性
能の維持および鉄骨等の下地の防食を図ることができ、
さらには装飾性も有する被覆材である。

（従来の技術） 従来、鉄骨等用の耐火被覆材料としては、吹付ロックウ
ールがもっばら使用されてきた。吹付ロックウールはロ
ックウールに少量のセメントを混入させた半湿式材料で
あり、これを鉄骨表面等に吹き付けることにより耐火被
覆が形成される。

しかし、このような吹付ロックウールによる被覆の施工
には次のような欠点がある。

■施工に手間を要する。吹き付は後のコテ押えやペース
ト吹きが必要である。

■所定の耐火性能を得るために必要な吹付厚さが大きく
　（通常３０〜６０ｍｍ）　、材料の使用量が多いため
コストがかかり、施工管理上不利である。

また、重量および空間占有体積も増加する。

■吹付時に粉塵が多量に発生し、環境衛生上問題がある
。

このような吹付ロックウールの問題点を解消した耐火被
覆組成物として、特開昭６１−１０１４７５号公報には
、粒状水ガラスに数種類の無機材料を配合した、無機系
の組成物が開示されている。

しかし、この耐火被覆組成物においては、粒状水ガラス
は高温粘結材として用いており、耐火性能は数種類の無
機材料の組合せによって確保される。そのため、この組
成物は吹付ロックウールの場合と比べて耐火被覆層の厚
さが半減できる程度のものであり、上記■の欠点が大幅
に改善されたとは言えない。

さらに、この耐火被覆組成物は施工時に多量の水を加え
てモルタル状にして塗布する。そのため、施工には、モ
ルタルミキサーなどの混線装置が別に必要となり、また
、使用する粒状水ガラスには耐水性向上被覆と耐炭酸化
被覆の２種類の被覆を設けておく必要があり、製造工程
が複雑化する。

これらの問題点を解決するため、本発明者らは、特願昭
６３−３２５２４７号に示すように、樹脂に特定量の未
発泡の粒状水ガラスを配合した膨張型耐火被覆組成物を
開発した。この組成物は、水ガラスが高温において吸熱
、発泡膨張するという性質を利用して、従来の吹付ロッ
クウールに比べ薄膜でも優れた耐火性能を示すものであ
り、腐食環境が穏やかな場所での使用には、このＡｌｌ
底物酸物の被覆で十分であった。

しかし、日光や風雨、特に雨滴が直接かかるような厳し
い腐食環境での長期間の使用には、さらに耐火性能の維
持および耐食性が要求される。というのは、そのような
環境では、日光や水分の影響で粒状水ガラスが劣化する
ことにより膨張倍率が低下し、従って耐火断熱性が低下
する傾向がみられる。さらに、皮膜を浸透してくる水分
により鋼面等に塗膜下腐食を生し、腐食の進行にともな
い皮膜の脱落が生じることがあると判明したためである
。

（発明が解決しようとする課題） 本発明では、屋外においても良好な耐食性を有し、さら
に長期間風雨に曝されても、その耐火性能を維持しうる
膨張型耐火被覆材を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、先に、有機樹脂に粒状水ガラスを混入し
たものは、スプレー塗装で容易に薄膜被覆でき、しかも
得られた被覆は高温で吸熱・膨張して、薄膜でも優れた
耐火性能を示すことを見出したが、さらに検討を重ねた
結果、この耐火被覆組成物により形成した被覆の上に、
防食性および耐候性に優れた有機樹脂からなる上層被覆
を設けることにより、下層耐火被覆の劣化を防止して、
長期間にわたる耐火性能の維持を可能にするとともに、
被塗布物に防食性および装飾性をも付与しうることを見
出し、本発明を完成するに至った。

ここに、本発明の要旨は、「組成物の全固形分の１０〜
８０重量％の未発泡の粒状水ガラスを樹脂に配合した膨
張型耐火被覆組成物からなる下層耐火被覆と、防食性お
よび耐候性に優れた有機樹脂からなる上層被覆とを有す
ることを特徴とする耐久性に優れた膨張型耐火被覆材」
である。

好適ｇ様にあっては、前記下層被覆を形成する膨張型耐
火被覆＆［ｌ酸物が、さらに全固形分の３〜２０重量％
の無１１１Ｒ料を含有し、この無機顔料と前記水ガラス
との合計重量が全固形分の８０重量％以下であることが
望ましい。また上層被覆を形成する有機樹脂が、鱗片形
状の顔料を含有することが望ましい。

本明細書において、上記の成分の配合量は、組成物の全
固形分、すなわち、希釈用の溶剤を除いた全成分の合計
量に基づいた量である。

（作用） 本発明の下層耐火被覆に用いる耐火被覆組成物は、樹脂
に粒状水ガラスを含有させたものであり、樹脂は主に結
合・造膜剤として作用し、耐火性能は粒状水ガラスによ
り得られる。

水ガラスは一般にＮａｎｏ・■ＳｉＯ□・ｎＨｚｏで示
される組成を有し、原料のケイ砂とソーダ灰の混合比率
を変化させることによりｍ値が広範囲に変化したものを
得ることできる。また、粒状水ガラスは、濃厚水溶液状
の水ガラスを慣用の方法により液清化し、乾燥すること
により製造できる。

未発泡の粒状水ガラスは、火災等で熱を受けると、含有
水分あるいはＯＨ基の縮合により生じる水分を放出して
吸熱するとともに、体積が３０〜７０倍に膨張する。こ
の膨張体が中空体の形状をなし、優れた断熱性を発揮す
る。従って、粒状水ガラスは、耐火断熱材として非常に
効果的な材料であり、耐火被覆組成物は粒状水ガラスの
この性質を最大限に生かしたものと云える。

耐火被覆組成物に含有させる粒状水ガラスとして特に好
ましいのは、ｍの値が１．５〜７で、平均粒径２１１ｍ
以下のものである０ｍが７を超えると発泡性が低下し、
ｍが１．５未満になると耐水性が悪くなり、経時劣化の
結果、発泡性が低下する傾向がある。水ガラスの粒径が
２■より大きくなると、スプレー塗装が困難になるとと
もに、発泡して中空体を形成した時に、膨張した粒子間
の間隙が広くなりすぎ、断熱性が低下する。

本発明で使用する耐火被覆組成物は、このような粒状水
ガラスを、樹脂中に全固形分の１０〜８０重量％の量で
配合したものである。粒状水ガラスの配合量が１０重量
％未満になると組成物の膨張倍率が不足し、充分な耐火
性能を得るには厚塗りする必要が生しる。一方、この配
合量が８０重量％を超えると、樹脂量が少なくなって造
膜性が不足するため、被覆が困難になる０粒状水ガラス
の好ましい配合量は、３０〜６５重量％である。

本発明で使用する粒状水ガラスは、前記特開昭６１−１
０１４７５号公報に記載のような耐水性向上のための表
面処理（耐水化処理）を施したものが好ましい。また、
ＮａｚＯ・ｍ５ｔｏｚ　・ｘＢｚ０２−　ｎＨｚｏ（ｘ
≦０．９）なる＆［ｌ或で示されるホウ素含有水ガラス
を使用することにより耐水性を高めることも可能である
。

この材料は、水ガラスの製造時にホウ砂もしくは酸化ホ
ウ素を添加することによって得られる。この場合、Ｘが
０．９を越えるものは、発泡膨張性が低下するため好ま
しくない。

上記耐火被覆組成物に使用する樹脂としては各種のもの
が使用できる。好ましい樹脂としては、エポキシ樹脂、
フェノール樹脂、シリコーン樹脂、塩化ゴム、ポリエス
テル樹脂、あるいはポリマーセメント等、常温乾燥型の
塗料の造膜成分あるいは結合剤として一般に利用されて
いる樹脂が挙げられる。また、樹脂がハロゲン化などに
より難燃化処理されているものであれば、さらに好まし
い。

加熱硬化型の樹脂も、硬化温度が１２０″Ｃ以下であれ
ば使用できる。硬化温度が１０００超の加熱硬化型樹脂
は、硬化時に粒状水ガラスの発泡が開始されてしまうた
め好ましくない。ただし、鉄骨等の熱容量が大きい部材
に対する耐火被覆の場合に、加熱により硬化させること
は、経済的に非常に不利である。

さらに、ポリマーセメント等の水系塗料として用いられ
る樹脂も使用できるが、この場合には粒状水ガラスに前
述のような耐水化処理を施す必要があり、そのままでは
貯蔵安定性に欠ける。

耐火被覆組成物は、前記粒状水ガラスおよび樹脂の他に
、全固形分の３〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量
％の量の無機顔料を含むことができる。

適当な無機顔料としては、タルク、マイカ、シリカ、ク
レー、炭酸カルシウム等の体を顔料、あるいはヘンガラ
のような着色顔料さらには二酸化アンチモンのような無
機系難燃性顔料が挙げられる。

無機顔料を添加した上記耐火被覆組成物により下層耐火
被覆を形成すると、火災時に、膨張した水ガラス粒子の
粒間に無ｆＲＲ料が存在するため、断熱性をさらに向上
させると共に、水ガラス粒子に対するバインダー的役割
も果たし、被覆の強度を向上させ、水ガラス粒子の脱落
を防止することができる。

無機顔料の配合量が３重量％未満では上記の効果が薄く
、２０重量％を越える量を配合してもそれ以上の効果は
期待できない。

無機顔料を添加する場合、粒状水ガラスと無機顔料との
合計量が、耐火被覆組成物の全固形分の８０重量％以下
となるようにする。前記のように、樹脂の含有量が全体
の２０重量％より少なくなると、造膜性が悪くなるため
である。従って、無ａｙｓ料を２０重量％を越えて配合
すると、耐火性能の発揮に大きく寄与する粒状水ガラス
の配合量が低下するので、その意味でも無機顔料の配合
量は２０重量％以下とすることがよい。

耐火被覆組成物には、断熱性の向上ならびに膨張後の被
覆強度向上を目的として、高融点の無機繊維（ガラスフ
ァイバー、セラミックファイバーカーボンファイバー等
）、あるいは高温で難燃性の炭化物を生成する、モノ、
ジまたはトリペンタエリスリトールのような多価アルコ
ールと、脱水炭化触媒として作用するリン酸塩との混合
物をさらに添加することもできる。このような添加剤は
、一般に２５重量％以下、好ましくは１０重量％以下の
量で添加され、これらを添加する場合も、造膜性を確保
するため、樹脂含有量が２０重量％以上となるようにす
る。ただし、多価アルコールを添加する場合には、樹脂
の配合量を１０％程度まで低下させても造膜できる。

下層を形成する耐火被覆組成物は、樹脂と粒状水ガラス
、および所望によりそれ以外の添加剤とを混合すること
により得られる。樹脂が固体であるか、あるいは高粘度
液体である場合には、トルエン、キシレン、メチルエチ
ルケトン等の適当な有１１１溶剤、あるいは水系塗料の
場合には水で希釈して、スプレー塗装可能な程度の粘度
の液状物にして使用する。また、樹脂がエポキシ樹脂等
の二液硬化型のものである場合には、施工現場で適当な
硬化剤を配合する。

次に、本発明の上層被覆について説明する。上層被覆に
は通常の有機防食被覆樹脂を使用できる。

防食被覆用樹脂としては、エポキシ樹脂、塩化ゴム樹脂
、アクリル樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、フッ素
樹脂、ポリエステル樹脂等の何れか１種または２種以上
の混合樹脂が例示される。これら以外の樹脂を用いるこ
ともできるが、耐食性、耐候性、経済性等の点で上記例
示の樹脂が望ましい。また、１２０°Ｃ超で硬化する樹
脂は、加熱硬化時に下層の耐火被覆を発泡膨張させる恐
れがあり不適当である。

上層被覆に用いる樹脂は、下層被覆と密着させるために
、下層被覆と密着性の良好な樹脂を選択するか、あるい
は上層と下層の間に両層を密着させるための中塗りを施
して３層被覆としてもよい。

この上層の防食層は、顔料を含むことができ、特に鱗片
形状の顔料を含むことが望ましい。鱗片形状の顔料とし
ては、ガラスフレーク、タルク、マイカ、アルミフレー
ク、ＭＩＯ等が例示され、これらは上層中に層状に配向
することにより表面から下層への水分透過を著しく抑制
し、耐水性を高める働きをする。従って、下層の耐火性
能の維持および防食性向上に一層効果的である。

鱗片形状顔料の配合率は防食被覆層の固形分１００重量
部中に１０〜７０重量部含むことが好ましく、２０〜５
０重量部がより好ましい。鱗片形状顔料が１０重量部よ
り少ないと前記耐水性向上効果が低く、７０重量部より
多いと皮膜が多孔質となり耐水性の向上がみられない。

また、上層被覆には、種々の色調により装飾性を出すた
めに着色顔料を添加することもできる。

着色顔料としては、二酸化チタン、ベンガラ、酸化クロ
ム等の無機顔料、フタロシアニンブルーフタロシアニン
グリーン等の有機顔料のいずれを用いてもよい。これら
の着色顔料の添加量は通常、固形分１００重量部中に１
０重量部以下である。

さらに、上層被覆には一般に日光が直射するため、熱や
光による劣化を防止する目的で安定化剤を含有させても
よい。安定化剤としては、カーボンブラック、２−ヒド
ロキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシフェニルサリシ
レート、２−ヒドロキノフェニルベンゾトリアゾール等
の紫舛線吸収剤、ヒンダードフェノールやヒンダードア
ミン等の酸化防止剤を添加することができる。

本発明の耐火被覆材は、耐火被覆を必要とする被塗布物
、例えば鉄骨等の部材に、前述の、下層耐火被覆および
上層防食被覆を施すことにより得ることができる。上層
および下層からなる２層の被覆を施す部材としては特に
制限されないが、例えばアートリウム構造の支柱等の外
部鉄骨等に適用できる。他の有用な例としては、ケーブ
ル、ケーブル保護管、防火シャッターもしくは扉および
その目地材などが挙げられる。

第１図に、防食層１に鱗片形状の顔料３を配合した本発
明被覆材の１例の模式的断面図を示す。

同図において、２は耐火被覆層、４は粒状水ガラスを示
す。

下層を形成するための耐火被覆組成物および上層を形成
するための防食塗料は、ロール塗装、スプレー塗装など
の任意の慣用の塗装法により施工することができるが、
建設現場で鉄骨等に現地施工する場合には、下層被覆は
モルタルガンやリシンガン等によるスプレー塗装が、上
層被覆は通常のエアースプレーあるいはエアレススプレ
ー塗装が有利である。また、鉄骨等に本発明の耐火被覆
＆＋１底物および防食塗料を予め被覆しておき、これを
現地で組立てる、いわゆる先付は工法を採用することも
できる。

下層被覆と上層被覆の塗装間隔は、特に制限されないが
、通常２時間以上とることが好ましい。

塗装間隔が短すぎると、上層と下層の樹脂が交しり合い
色ムラを発生し、装飾性を損なう原因となることがある
。

下層の耐火被覆組成物の被覆量は、要求される耐火性能
によっても異なるが、一般に乾燥膜厚で１〜１〇−程度
で十分である。本発明の組ｒＩｉ、物から形成した被覆
は、高温では前述した水ガラスの発泡が起こって約５〜
３０倍に膨張し、またその際の吸熱も寄与して、非常に
高い断熱性を示す。そのため、従来の吹付ロックウール
の１１５〜１／１０程度の薄い被覆でこれと同等の耐火
性能を発揮することができる。

上層被覆の乾燥膜Ｎｒｇ、は５０ｍ以上が好ましい。

５０ｐｌｈより薄くなると下層被覆を保護する効果は低
下する。上層被覆の被覆厚の上限は特にないが、５００
μを超えてもこの保護ｍ能のそれ以上の向上は望めず、
経済的に不利である。

上層被覆は、下層への透水を防止するとともに、下地の
鋼材をも防食する。下層の耐火被覆層のみの被覆では透
水が著しいため、鋼材表面、即ち被覆／鋼材界面の鋼材
部分に腐食が発生し、腐食の進行とともに被覆／鋼材量
の接着力が低下し被覆が脱落することがある。本発明の
２層被覆によれば、鋼材等の被塗布物の耐火と防食を同
時に行うことが可能になる。しかも、上層により下層耐
火被覆等の経時劣化を抑制して厳しい環境下でも長期間
その耐火性能を維持できる。さらに上層に着色顔料を添
加して所望の表面装飾性をも付与できる。

従って、下層耐火被覆と上層被覆を有する本発明耐火被
覆材は、屋外環境で使用する鉄骨等の建築資材に応用す
るのに非常に適した実用的な耐火材となる。

以下、実施例により本発明の詳細な説明する。

％は、重量％を示す。

裏施五土 第１表に示す平均粒径０．８　ｍｙＩの粒状水ガラス３
種類を使用して、第２表に示す配合組成の耐火被覆＆１
ｌｌｌ金物製した。これに溶剤（キシレン）を加えてス
プレー塗布可能な程度に粘度調整を行った後、３．２　
ａｍ厚の鋼板の片面にモルタルガンで乾燥Ｍ厚が３ｍｓ
になるようにスプレー塗装した。

２４時間放置乾燥後、その上に別途調製した第３表に示
す防食被覆組成物を第４表に示す乾燥膜厚（５０〜５０
０　％）になるようにエアースプレー塗装を行った。−
週間常温乾燥後、２層液Ｎ鋼板を得た。

各被覆鋼板の供試材の被覆面側を、ＪＩＳ　Ａ　１３０
４に示される１時間耐火試験の加熱条件で加熱し、この
時のｆｉＩＦｉ裏面温度を測定すると、いずれも１８０
°Ｃであった。また、この時被覆は約１５倍に膨張して
約４５ｍ＋ｎの膜厚になっていた。

次に、各供試材について、屋外暴露試験を１年および３
年、ならびに塩水噴霧試験を９０日間行い、その時の被
覆面側の下地鋼面の腐食状況を調べるとともに上記の耐
火試験を実施し、被覆の膨張率と鋼材裏面温度を測定し
た。

結果を第４表にまとめて示す。試験Ｎ（１１０〜１２は
、耐火被覆層のみで上塗り防食被覆層を行わなかったも
のである。

第１表 粒状水ガラス 第２表 耐火被覆層（下層）組成 （注）＊：たれ止め剤 （微粉シリカ＋有機アマイド） 第３表 防食被覆層（上層）組成 半安定化剤（ヒンダードフェノール） 本発明例である上層被覆を設けた試験Ｎα１〜９では、
屋外暴露３年後においても、下地鋼面に異常は見られな
い。膨張率の変化はないか、あってもわずかであり、鋼
板裏面温度も低いことから、耐火性能が維持されている
ことが判る。塩水噴霧試験の結果も良好であり、防食性
にすぐれていることが判明した。特に、粒状水ガラスに
耐水化処理を行った場合、および防食被覆層に鱗片形状
顔料を配合した場合、屋外暴露試験および塩水噴霧試験
の結果が優れている。

これに対し、上層被覆を設けない比較例である試験Ｎ［
ｌｌＯ〜１２では、屋外暴露１年ではあまり変化はない
ものの、３年後は耐火性が低下し、防食性も劣っている
。

このように、上層被覆により下層耐火被覆層の水分によ
る劣化が防止できるとともに鋼材の防食も同時に行うこ
とができる。

（発明の効果） 本発明によれば、耐久性に優れた膨張型耐火被覆材を提
供できる。本発明の耐火被覆材は、下層に、膨張倍率の
著しく高い粒状水ガラスを配合したｍ酸物からなる耐火
被覆を有するため、吹付ロックウールの１７５〜１／１
０程度の薄い皮膜で、吹付ロックウール等と同等の優れ
た耐火断熱性を発揮するものである。さらに上層の防食
被覆層が下層耐火被覆層を保護することにより、屋外環
境等の苛酷な条件下でも長期に耐火性能を維持できると
ともに、下地の防食性にも優れ、また装飾性も有するも
のであり、鉄骨等の鋼材の被覆をはしめどする各種の用
途に対して非常に有用である。

また、下層に用いる耐火被覆＆１１底物はスプレー塗装
が可能なように容易に粘度調節できるため、吹付ロック
ウールやケイカル板の貼付は等と比べて施工性にも優れ
ており、施工時の粉塵の発生もないという利点を有する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明被覆材の１例を示す断面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）組成物の全固形分の１０〜８０重量％の未発泡の
   粒状水ガラスを樹脂に配合した膨張型耐火被覆組成物か
   らなる下層耐火被覆と、防食性および耐候性に優れた有
   機樹脂からなる上層被覆とを有することを特徴とする耐
   久性に優れた膨張型耐火被覆材。
2. （２）下層耐火被覆を形成する膨張型耐火被覆組成物が
   、さらに全固形分の３〜２０重量％の無機顔料を含有し
   、この無機顔料と前記水ガラスとの合計重量が全固形分
   の８０重量％以下である、請求項（１）記載の膨張型耐
   火被覆材。
3. （３）上層被覆を形成する有機樹脂が、鱗片形状の顔料
   を含有する、請求項（１）または（２）記載の膨張型耐
   火被覆材。