WO2023095772A1

WO2023095772A1 - 水性発泡耐火塗料組成物

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Publication number: WO2023095772A1
Application number: PCT/JP2022/043123
Authority: WO
Inventors: オウエンモリス; 麗了江森
Original assignee: 関西ペイント株式会社
Priority date: 2021-11-25
Filing date: 2022-11-22
Publication date: 2023-06-01

Abstract

ハイスチレンエマルション（Ａ）、チャー形成補助剤（Ｂ）、炭素源（Ｃ）、発泡剤（Ｄ）及び水を含む水性発泡性耐火塗料組成物であって、前記ハイスチレンエマルション（Ａ）はスチレンを含む重合性不飽和モノマーの共重合体であり、前記ハイスチレンエマルション（Ａ）を構成する全重合性不飽和モノマー中のスチレンの割合が４０質量％以上にある、水性発泡耐火塗料組成物；基材表面に、前記水性発泡耐火塗料組成物を塗装することを含む、基材の塗装方法；及び基材表面に、前記水性発泡耐火塗料組成物を塗装することを含む、熱及び火災から構造物を保護する方法。

Description

水性発泡耐火塗料組成物

　本発明は水を希釈媒体として含む水性の発泡耐火塗料組成物に関する。

　鉄は５００℃付近で急激に強度を失うため、火災時には鉄骨造りの構造物は崩壊し、避難や消火活動が出来なくなる。このため、火災時でも定められた時間、強度を維持するために、構造物の鉄骨に断熱性を備えた耐火被覆を施工することが建築基準法によって義務付けられている。この耐火被覆材料としてはロックウール耐火被覆材と発泡耐火塗料がある。ロックウール耐火被覆材は安価であり、市場で多く流通されているが、耐火性能を発揮するには１ｃｍ～数ｃｍの厚みを要するものであり、吹き付け作業が困難であるという問題がある。

　一方、発泡耐火塗料は火災時の温度上昇によって塗膜が膨張して断熱性を発揮する被覆材料である。発泡耐火塗料を用いた耐火被覆はロックウールとは異なり平常時は薄膜で、構造物自体がもつ形状を損なうことがなく、火災時には膨張、炭化し、チャーと呼ばれる難燃性の断熱層によって鉄の温度上昇を抑制し、構造物の崩壊を遅延させることができる。

　この発泡耐火塗料として本出願人は特許文献１において、加水分解性シリル基含有樹脂、可塑剤、発泡剤、及び炭化剤を含む発泡耐火塗料を提案した。この塗料においては、厚塗りが容易であり、速乾性、内部硬化性、耐水性等の諸物性に優れた保護塗膜が得られ、そして火災の状況下においては耐火性に優れた発泡層を形成しうるものである。

　しかしながら特許文献１に記載の発泡耐火塗料は希釈媒体として有機溶剤を含むものであり、病院や学校等で施工する場合に臭気の問題がある。また、有機溶剤が飛散することにより電気工事との並行作業ができないなどの問題があり、水を希釈媒体とする水性発泡耐火塗料の要望が高まっている。

　これまで水性発泡耐火塗料のバインダー成分として種々の合成樹脂エマルションが検討されてきた。例えば特許文献２には合成樹脂エマルションとしてアクリル樹脂エマルションをバインダー成分として含む発泡耐火塗料組成物が開示されている。

特開２０１８－１５９０６５号公報特開２００５－８９６７０号公報

　建築物に塗装するための水性塗料は常温乾燥の条件でも耐久性を備えた塗膜を形成することが必要である。そのため、塗膜形成成分には耐久性が高いとされているアクリル樹脂エマルションが使用されることが一般的である。しかしながらアクリル樹脂エマルションを使用した水性発泡耐火塗料は火災時の塗膜の発泡が困難であり、耐火性能が不十分であるという問題がある。

　本発明の課題は、火災時における火炎又は熱に耐性のある発泡塗膜を形成可能な水性発泡耐火塗料組成物を提案することにある。

　本発明者らは上記課題について鋭意検討した。その結果、スチレンが多量に共重合されたハイスチレンエマルションを含む水性発泡耐火塗料組成物が耐火性に優れていることを見出した。

　すなわち、本発明は、以下の実施形態を包含する。
項１．
　ハイスチレンエマルション（Ａ）、チャー形成補助剤（Ｂ）、炭素源（Ｃ）、発泡剤（Ｄ）及び水を含む水性発泡性耐火塗料組成物であって、前記ハイスチレンエマルション（Ａ）はスチレンを含む重合性不飽和モノマーの共重合体を含み、前記共重合体を構成する前記重合性不飽和モノマーの合計中のスチレンの割合が４０質量％以上にある、水性発泡耐火塗料組成物。
項２．
　前記重合性不飽和モノマーは水酸基含有重合性不飽和モノマーを含む、項１記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項３．
　前記重合性不飽和モノマーは酸基含有重合性不飽和モノマーを含む、項１又は２記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項４．
　さらに可塑剤（Ｅ）及び／又は造膜助剤（Ｆ）を含む、項１～３のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項５．
　さらに共溶媒（Ｇ）を含む、項１～４のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項６．
　基材表面に、項１～５のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物を塗装することを含む、基材の塗装方法。
項７．
　基材表面に、項１～５のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物を塗装することを含む、熱及び火災から構造物を保護する方法。

　本発明の水性発泡耐火塗料組成物によれば、火炎又は熱に耐性のある塗膜が形成できる。このため、鋼材等の基材の温度上昇を遅延することができる。

　本明細書において、単数形（a, an, the）は、本明細書で別途明示がある場合又は文脈上明らかに矛盾する場合を除き、単数と複数を含むものとする。
　本明細書において、「含有する（comprise）」は、「実質的にのみからなる（consist essentially of）」、及び「のみからなる（consist of）」も包含する概念である。

　本明細書において、「（メタ）アクリレート」は、アクリレート及び／又はメタクリレートを意味し、「（メタ）アクリル酸」は、アクリル酸及び／又はメタクリル酸を指す。「（メタ）アクリロイル」は、アクリロイル及び／又はメタクリロイルを指す。「（メタ）アクリルアミド」は、アクリルアミド及び／又はメタクリルアミドを指す。

　本発明の水性発泡耐火塗料組成物は、ハイスチレンエマルション（Ａ）、チャー形成補助剤（Ｂ）、炭素源（Ｃ）、発泡剤（Ｄ）及び水を含む。

　＜ハイスチレンエマルション（Ａ）＞
　本発明において、ハイスチレンエマルション（Ａ）は、スチレンを含む重合性不飽和モノマーの共重合体を含み、共重合体を構成する重合性不飽和モノマーの合計中のスチレンの割合が４０質量％以上の樹脂エマルションである。スチレンの割合が４０質量％未満では、形成塗膜の耐火性が不十分であり好ましくない。また、スチレンの割合は５５質量％以上であることが好ましく、７０～９５質量％の範囲内にあることがより好ましい。

　前記ハイスチレンエマルション（Ａ）は、スチレン以外の重合性不飽和モノマーを共重合体の構成成分として含むことができる。
前記その他の重合性不飽和モノマーとしては、例えば、
メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ－プロピル（メタ）アクリレート、イソプロピル（メタ）アクリレート、ｎ－ブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、ｔｅｒｔ－ブチル（メタ）アクリレート、ｎ－ヘキシル（メタ）アクリレート、ｎ－オクチル（メタ）アクリレート、２－エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ノニル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、イソステアリルアクリレート（大阪有機化学工業株式会社製、商品名）、シクロヘキシル（メタ）アクリレ－ト、メチルシクロヘキシル（メタ）アクリレ－ト、ｔ－ブチルシクロヘキシル（メタ）アクリレ－ト、シクロドデシル（メタ）アクリレ－ト等のアルキル又はシクロアルキル（メタ）アクリレート；
イソボルニル（メタ）アクリレート等のイソボルニル基を有する（メタ）アクリレート；アダマンチル（メタ）アクリレート等のアダマンチル基を有する（メタ）アクリレート；α－メチルスチレン、ビニルトルエン等のビニル芳香族化合物；
ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（２－メトキシエトキシ）シラン、γ－（メタ）アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ－（メタ）アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン等のアルコキシシリル基を有する重合性不飽和モノマー；
（メタ）アクリル酸、マレイン酸、クロトン酸、イタコン酸、β－カルボキシエチルアクリレート等のカルボキシル基を有する重合性不飽和モノマー；
パーフルオロブチルエチル（メタ）アクリレート、パーフルオロオクチルエチル（メタ）アクリレート等のパーフルオロアルキル（メタ）アクリレート；
フルオロオレフィン等のフッ素化アルキル基を有する重合性不飽和モノマー；
マレイミド基等の光重合性官能基を有するモノマー；
（メタ）アクリロニトリル、（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、グリシジル（メタ）アクリレートとアミン類との付加物等の含窒素重合性不飽和モノマー；
２－ヒドロキシエチル（メタ）アクリレ－ト、２－ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレ－ト、３－ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、４－ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸と炭素数２～８の２価アルコールとのモノエステル化物、（メタ）アクリル酸と炭素数２～８の２価アルコールとのモノエステル化物のε－カプロラクトン変性体、Ｎ－ヒドロキシメチル（メタ）アクリルアミド、アリルアルコ－ル、分子末端が水酸基であるポリオキシエチレン鎖を有する（メタ）アクリレート等の水酸基含有重合性不飽和モノマー；
グリシジル（メタ）アクリレート、β－メチルグリシジル（メタ）アクリレート、３，４－エポキシシクロヘキシルメチル（メタ）アクリレート、３，４－エポキシシクロヘキシルエチル（メタ）アクリレート、３，４－エポキシシクロヘキシルプロピル（メタ）アクリレート、アリルグリシジルエーテル等のエポキシ基含有重合性不飽和モノマー；
分子末端がアルコキシ基であるポリオキシエチレン鎖を有する（メタ）アクリレート；２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸、アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸ナトリウム、スルホエチルメタクリレート、及びそのナトリウム塩又はアンモニウム塩等のスルホン酸基含有重合性不飽和モノマー；
２－アクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、２－メタクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、２－アクリロイルオキシプロピルアシッドホスフェート、２－メタクリロイルオキシプロピルアシッドホスフェート等のリン酸基含有重合性不飽和モノマー；
アクロレイン、ダイアセトンアクリルアミド、ダイアセトンメタクリルアミド、アセトアセトキシエチルメタクリレート、ホルミルスチロール、４～７個の炭素原子を有するビニルアルキルケトン（例えば、ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルブチルケトン）等のカルボニル基含有重合性不飽和モノマー；
及びこれらの組み合わせが挙げられる。

　共重合体を構成する重合性不飽和モノマーの合計中のスチレン以外の重合性不飽和モノマーは特に限定されないが、例えば５～６０質量％である。好ましい実施形態では、スチレン以外の重合性不飽和モノマーはアルキル又はシクロアルキル（メタ）アクリレートを含み、が重合性不飽和モノマーの合計中のアルキル又はシクロアルキル（メタ）アクリレートの割合が５～６０質量％である。

　本発明において、耐火性の観点から前記ハイスチレンエマルション（Ａ）は水酸基を有することが好ましい。この場合、水酸基価としては０．１～１００ｍｇＫＯＨ／ｇにあることが好ましく、２～６０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲内にあることが特に好ましい。ここで水酸基価とは、樹脂不揮発分１ｇに含まれる水酸基と等モルの水酸化カリウムのｍｇ数によって表される値（ｍｇＫＯＨ／ｇ）である。

　前記水酸基を有するハイスチレンエマルションを製造するに際して、共重合体の構成成分となる重合性不飽和モノマーは水酸基含有重合性不飽和モノマーを含むことが好ましい。

　前記水酸基含有重合性不飽和モノマーとしては上述のスチレン以外の重合性不飽和モノマーのうちの水酸基を有するモノマーが挙げられ、その共重合される量としては、全重合性不飽和モノマー中に水酸基含有重合性不飽和モノマーが０．０５～１０質量％であることが好ましく、０．１～５質量％の範囲内にあることが特に好ましい。

　また、前記ハイスチレンエマルション（Ａ）は、水性発泡耐火塗料組成物の貯蔵安定性などの観点から酸基を有することが好ましい。酸基としてはカルボキシル基が挙げられる。この場合、酸価としては、３～１００ｍｇＫＯＨ／ｇであることが好ましく、５～８０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲内にあることが特に好ましい。酸価とは、樹脂不揮発分の質量１ｇ中に含まれる酸基を中和するのに必要な水酸化カリウムのｍｇ数を、アルカリ中和滴定に基づく常法により求めたものである。

　酸基含有重合性不飽和モノマー、特にはカルボキシル基含有重合性不飽和モノマーとしては上述の化合物が挙げられ、その共重合量としては、全重合性不飽和モノマー中に１～２０質量％が好ましく、３～１０質量％の範囲内が特に好ましい。

　前記ハイスチレンエマルション（Ａ）は、樹脂エマルションの通常の製造方法を採用することで得ることができるが、形成される塗膜の耐水性の点から乳化重合法によるものが好ましい。乳化重合法において、共重合体を構成するモノマー成分を、水及び乳化剤の存在下、重合開始剤を用いて重合することにより、共重合体の水分散液であるハイスチレンエマルション（Ａ）を得ることができる。

　前記ハイスチレンエマルション（Ａ）は、水性発泡耐火塗料組成物中の不揮発分の全質量を基準として、水性発泡耐火塗料組成物中に、不揮発分質量で好ましくは５～５０質量％、より好ましくは１０～３５質量％の範囲内で存在することができる。

　本明細書では不揮発分とは揮発成分を除いた残存物を意味するものであり、残存物は常温で固形状であっても液状であっても差し支えない。例えば、０．３ｇの試料を１０５℃、３０分間加熱し乾燥させた際に残存する成分を不揮発分として取り扱う。

　＜チャー形成補助剤（Ｂ）＞
　チャー形成補助剤（Ｂ）は、水性発泡耐火塗料組成物により形成される塗膜が火に曝されたときにチャーの形成を促進するための物質である。一般的にルイス酸はチャーを形成する補助機能を果たすと考えられており、具体的にはリン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム、リン酸等のリン含有化合物が使用される。リン含有化合物の中でも、リン酸又はポリリン酸のアンモニウム塩であるリン酸アンモニウム化合物が好ましく、ポリリン酸アンモニウムがより好ましい。本発明では、リン含有化合物の代わりに又はリン含有化合物に加えて、他のチャー形成補助剤を使用することも可能である。例えばポリリン酸アンモニウムとトリス－（２－ヒドロキシエチル）イソシアヌレート（ＴＨＥＩＣ）の組み合わせはその一例である。

　上記チャー形成補助剤（Ｂ）は、水性発泡耐火塗料組成物中の不揮発分の全質量を基準として、水性発泡耐火塗料組成物中に好ましくは１０～７０質量％、より好ましくは２０～４５質量％の量で存在することができる。

　＜炭素源（Ｃ）＞
　水性発泡耐火塗料組成物は、炭素源（Ｃ）を含有する。炭素源（Ｃ）の例としては、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ポリビニルアルコール、デンプン、セルロース粉末等が挙げられる。

　炭素源（Ｃ）は、水性発泡耐火塗料組成物中の不揮発分の全質量を基準として、水性発泡耐火塗料組成物中に好ましくは１～５０質量％、より好ましくは５～３０質量％の量で存在することができる。

　＜発泡剤（Ｄ）＞
　本発明の水性発泡耐火塗料組成物は、発泡剤（Ｄ）を含有する。発泡剤（Ｄ）とは、熱（通常は火）に暴露されると、分解して膨張ガスを提供する１つ以上の化合物である。発泡剤が分解し、ガスを発生するのに十分な熱は、通常約９０℃以上である。

　発泡剤（Ｄ）がガスを放出する温度としては、有機ポリマーが軟らかくなる温度で、且つチャーが形成される温度よりも低い温度であることが望ましい。このようにして形成された水性発泡耐火塗料組成物は十分に発泡してからチャーを形成、より良好な断熱体となることができる。

　発泡剤（Ｄ）としてはメラミン、メラミンホルムアルデヒド、メチロール化メラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、メラミンモノホスフェート、メラミンジ燐酸、メラミンポリ燐酸ホスフェート、メラミンピロ燐酸、メラミンシアヌレート、尿素、ニトロウレア、ジメチル尿素、ジシアンジアミド、グアニル尿素ホスフェート、グリシン、アミンリン酸塩、アゾジカルボンアミド、４，４´－オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）、ｐ－トルエンヒドラジド、ｐ－トルエンスルホニルセミカルバジド、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、５－フェニルテトラゾール、ジアゾアミノベンゼン等が使用可能である。上記化合物は、熱に暴露されると分解し、窒素ガスを放出する。また、ホウ酸アンモニウム、炭酸カリウム、クエン酸誘導体など、熱に曝されると二酸化炭素、水蒸気及び/又はアンモニアを放出する化合物、膨張性グラファイトも発泡剤として使用することができる。

　本発明において好ましい発泡剤は、メラミン又はその誘導体であることができ、単独で又は組み合わせて使用される。

　前記発泡剤（Ｄ）は、水性発泡耐火塗料組成物中の不揮発分の全質量を基準として、好ましくは１～３０質量％、より好ましくは５～２５質量％の範囲内で存在することができる。

　本発明の水性発泡耐火塗料組成物は、水を含有する。水は希釈媒体である。水性発泡耐火塗料組成物中の水の量は、当業者が適宜選択し得るが、水性発泡耐火塗料組成物中の不揮発分の全質量を基準として、好ましくは５～６０質量％、より好ましくは１０～５０質量％の範囲内である。

　＜可塑剤（Ｅ）及び／又は造膜助剤（Ｆ）＞
　本発明の水性発泡耐火塗料組成物は、任意に、可塑剤（Ｅ）及び／又は造膜助剤（Ｆ）を含むことができる。

　前記可塑剤（Ｅ）は塗膜に残存する成分であり、耐火性の点から、重量平均分子量が好ましくは２５０以上、より好ましくは３００以上であり、かつ重量平均分子量が好ましくは２０００以下、より好ましくは１９００以下にある物質である。

　一方、造膜助剤（Ｆ）は、ハイスチレンエマルション（Ａ）に相溶可能な高沸点の有機溶剤であり、水が揮発した後に塗膜内に残り、ハイスチレンエマルション（Ａ）粒子の融合を促進しながら徐々に揮発する成分である。造膜助剤（Ｆ）の重量平均分子量は例えば２５０未満である。

　なお、本明細書において、化学式が明らかな物質の重量平均分子量は化学式から算出される分子量とする。また、化学式が明らかでない物質の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ（ＧＰＣ）を用いて測定した保持時間（保持容量）を、同一条件で測定した分子量既知の標準ポリスチレンの保持時間（保持容量）によりポリスチレンの分子量に換算して求めた値である。具体的には、ゲルパーミエーションクロマトグラフ装置として、「ＨＬＣ－８１２０ＧＰＣ」（商品名、東ソー株式会社製）を使用し、カラムとして、「ＴＳＫｇｅｌＧ４０００ＨＸＬ」、「ＴＳＫｇｅｌＧ３０００ＨＸＬ」、「ＴＳＫｇｅｌＧ２５００ＨＸＬ」及び「ＴＳＫｇｅｌＧ２０００ＨＸＬ」（商品名、いずれも東ソー株式会社製）の計４本を使用し、検出器として、示差屈折率計を使用し、移動相：テトラヒドロフラン、測定温度：４０℃、流速：１ｍＬ／ｍｉｎの条件下で測定することができる。

　前記可塑剤（Ｅ）の具体例としては脂肪酸エステル系可塑剤、リン酸エステル系可塑剤が挙げられる。脂肪酸エステル系可塑剤としては、アジピン酸エステル系、クエン酸エステル系、安息香酸エステル系、ミリスチン酸エステル系、酢酸エステル系、コハク酸エステル系、グルタル酸エステル系、セバシン酸エステル系、及びこれらの組み合わせが挙げられる。特にアジピン酸又はクエン酸を原料として使用した可塑剤が好ましい。

　リン酸エステル系可塑剤としては、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリプロピルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリペンチルホスフェート、トリヘキシルホスフェート、トリシクロヘキシルホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリキシレニルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、ジクレジルフェニルホスフェート、ジメチルエチルホスフェート、メチルジブチルホスフェート、エチルジプロピルホスフェート、イソデシルジフェニルホフェート、ヒドロキシフェニルジフェニルホスフェート、レゾルシノールビスジフェニルホスフェート、リン酸トリアリールイソプロピル化物、これらを各種置換基で変性させた化合物、これらの各種の縮合タイプ等が挙げられる。

　造膜助剤（Ｆ）の具体例としては、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノ２－エチルヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノベンジルエーテル、ジエチレングリコールモノ２－エチルヘキシルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ポリエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル等のグリコールエーテル系化合物；２－イソブトキシエチルベンゾエート、２，２，４－トリメチルペンタンジオールモノイソブチレート、２，２，４－トリメチルペンタンジオールジイソブチレート等のエステル系化合物等が挙げられる。

　本発明の水性発泡耐火塗料組成物が可塑剤（Ｅ）及び／又は造膜助剤（Ｆ）を含む場合、その場合の含有量は、水性発泡耐火塗料組成物中の不揮発分を基準として好ましくは可塑剤（Ｅ）の量が耐火性の点から好ましくは０．１～１５質量％、より好ましくは０．５～１０質量％の範囲内であり、造膜助剤（Ｆ）の量が、タック性の点から、好ましくは０．１～１５質量％、より好ましくは０．５～１０質量％の範囲内である。

　＜共溶媒（Ｇ）＞
　本発明の水性発泡耐火塗料組成物は、任意に、共溶媒（Ｇ）を含むことができる。
共溶媒（Ｇ）の存在によって、本発明の水性発泡耐火塗料組成物により形成される塗膜のタック性及び耐クラック性の向上に効果がある。本発明では、分子量が２５０未満で蒸発速度が水よりも大きい有機溶剤を共溶媒（Ｇ）、分子量が２５０未満で蒸発速度が水よりも小さい溶媒を造膜助剤（Ｆ）とするものとする。

　本明細書において、蒸発速度は、例えば、ＡＳＴＭＤ３５３９に準じて測定することができる。具体的には温度が２５℃及び相対湿度が５５％ＲＨのときの酢酸ブチルの単位時間当たりの重量減少量に対する相対速度として求められる。酢酸ブチルの蒸発速度は１であり、この数値が大きいほど蒸発しやすいということになる。このような共溶媒（Ｇ）の具体例としては、例えば、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール、ｎ－ブチルアルコール、ｔ－ブチルアルコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸イソアミル、エチレングリコールモノエチルエーテル、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン、ｎ－ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、キシレンなどを挙げることができる。

　本発明の水性発泡耐火塗料組成物が共溶媒（Ｇ）を含む場合、その場合の含有量は、水性発泡耐火塗料組成物中の不揮発分を基準として好ましくは共溶媒（Ｇ）の量が０．１～２０質量％、より好ましくは０．５～１５質量％の範囲内である。

　＜水性発泡耐火塗料組成物＞
　本発明の水性発泡耐火塗料組成物は、他の成分、例えば、顔料、顔料分散剤、触媒、繊維、有機溶剤、溶融粘度を変えるための添加剤、レオロジー調整剤、硬化剤を任意選択で含むことができるが、これらに限定されない。

　これらのうち顔料としては二酸化チタン（白色顔料）、カーボンブラック、酸化鉄等の有色顔料；バライト、タルク、炭酸カルシウム、カオリン、クレー等のフィラー顔料等が挙げられる。

　前記顔料は、水性発泡耐火塗料組成物中の不揮発分の全質量を基準として、水性発泡耐火塗料組成中に好ましくは１～４０質量％、より好ましくは５～３０質量％の範囲で存在することができる。

　＜塗装方法＞
　本発明はさらに、基材表面に、上記水性発泡耐火塗料組成物を塗装することを含む、基材の塗装方法に関する。

　本発明の水性発泡耐火塗料組成物は、周囲温度、例えば－５℃～４０℃で硬化及び／又は乾燥することができる。よって、加熱硬化が実用的でない大きな構造物に適用するのに適している。

　本発明において、水性発泡耐火塗料組成物の層の乾燥フィルムの厚さは、用途に応じて適宜選択することができる。典型的には、セルロース系の耐火用途（例えばオフィスビルなどの建築物に適用）の場合、好ましくは１００μｍ～８ｍｍ、より好ましくは２００μｍ～４ｍｍである。

　本発明はさらに、基材表面に、上記水性発泡耐火塗料組成物を塗装することを含む、火炎又は熱から構造物を保護する方法に関する。

　本発明の水性発泡耐火塗料組成物は、様々な基材に適用することができる。

　基材の例としては、鉄骨、アルミニウム、亜鉛鉄板等の金属だけでなく、壁紙、合板、木材、無機質ボード、コンクリート、モルタル、ＦＲＰ、プラスチック類、紙、布、繊維、合成樹脂、ゴム、シリコン、電線ケーブル等が挙げられる。構造物は基材を備える。構造物としては、地上構造物、海洋構造物等が挙げられ、特に好適な構造物としては建築基準法第21条及び第27条に規定される建物等が挙げられる。その具体例の一部としては、ビル、学校、病院、ホテル、映画館、店舗、倉庫、空港等が挙げられる。

　本発明の水性発泡耐火塗料組成物を既存構造物の鉄骨に適用する場合は、錆除去等の下地処理をした後、必要に応じて下塗り塗料を塗装したあとに本発明の水性発泡耐火塗料組成物を塗装してもよい。また、本発明の水性発泡耐火塗料組成物を塗装したあとに公知の上塗り塗装をしてもよい。

　塗装方法としては特に限定されず、刷毛、コテ、ローラ、スプレー等の一般の方法で簡単に塗布することができ、平滑塗布だけでなく、厚膜で凹凸のあるパターンを形成することも可能である。これらの塗装方法は、基材の使用目的に応じて適宜選択される。

　本発明の水性発泡耐火塗料組成物は、以下の構成を有することもできる。
項１．
　ハイスチレンエマルション（Ａ）、チャー形成補助剤（Ｂ）、炭素源（Ｃ）、発泡剤（Ｄ）及び水を含む水性発泡性耐火塗料組成物であって、前記ハイスチレンエマルション（Ａ）はスチレンを含む重合性不飽和モノマーの共重合体を含み、前記共重合体を構成する重合性不飽和モノマーの合計中のスチレンの割合が４０質量％以上にある、水性発泡耐火塗料組成物。
項２．
　前記重合性不飽和モノマーは水酸基含有重合性不飽和モノマーを含む、項１に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項３．重合性不飽和モノマーは酸基含有重合性不飽和モノマーを含む、項１又は２に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項４．
　さらに可塑剤（Ｅ）及び／又は造膜助剤（Ｆ）を含む、項１～３のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項５．
　さらに共溶媒（Ｇ）を含む、項１～４のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物。

項６．
　前記ハイスチレンエマルション（Ａ）がスチレン以外の重合性不飽和モノマーを共重合体の構成成分として含む項１～５のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項７．
　ハイスチレンエマルション（Ａ）を構成する全重合性不飽和モノマー中のスチレン以外の重合性不飽和モノマーの割合が５～６０質量％である項６に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項８．
　前記スチレン以外の重合性不飽和モノマーが、アルキル又はシクロアルキル（メタ）アクリレート、イソボルニル基を有する（メタ）アクリレート、アダマンチル基を有する（メタ）アクリレート、ビニル芳香族化合物、アルコキシシリル基を有する重合性不飽和モノマー、カルボキシル基を有する重合性不飽和モノマー、パーフルオロアルキル（メタ）アクリレート、フッ素化アルキル基を有する重合性不飽和モノマー、光重合性官能基を有するモノマー、含窒素重合性不飽和モノマー、水酸基含有重合性不飽和モノマー、エポキシ基含有重合性不飽和モノマー、スルホン酸基含有重合性不飽和モノマー、リン酸基含有重合性不飽和モノマー、カルボニル基含有重合性不飽和モノマー、及びこれらの組み合わせを含む項６又は７に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項９．
　前記チャー形成補助剤（Ｂ）がリン含有化合物を含む項１～８のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項１０．
　前記チャー形成補助剤（Ｂ）を、水性発泡耐火塗料組成物中の不揮発分の全質量を基準として、水性発泡耐火塗料組成物中に１０～７０質量％含む項１～９のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物。

項１１．
　前記炭素源（Ｃ）がペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ポリビニルアルコール、デンプン、又はセルロース粉末を含む項１～１０のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項１２．
　前記炭素源（Ｃ）を、水性発泡耐火塗料組成物中の不揮発分の全質量を基準として、水性発泡耐火塗料組成物中に１～５０質量％含む項１～１１のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項１３．
　前記発泡剤（Ｄ）がメラミン、メラミンホルムアルデヒド、メチロール化メラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、メラミンモノホスフェート、メラミンジ燐酸、メラミンポリ燐酸ホスフェート、メラミンピロ燐酸、メラミンシアヌレート、尿素、ニトロウレア、ジメチル尿素、ジシアンジアミド、グアニル尿素ホスフェート、グリシン、アミンリン酸塩、アゾジカルボンアミド、４，４´－オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）、ｐ－トルエンヒドラジド、ｐ－トルエンスルホニルセミカルバジド、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、５－フェニルテトラゾール、又はジアゾアミノベンゼンを含む項１～１２のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項１４．
　前記発泡剤（Ｄ）を、水性発泡耐火塗料組成物中の不揮発分の全質量を基準として、１～３０質量％含む項１～１３のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項１５．
　可塑剤（Ｅ）が脂肪酸エステル系可塑剤又はリン酸エステル系可塑剤を含む項４に記載の水性発泡耐火塗料組成物。

項１６．
　前記可塑剤（Ｅ）を、水性発泡耐火塗料組成物中の不揮発分を基準として０．１～１５質量％含む項４に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項１７．
　造膜助剤（Ｆ）がグリコールエーテル系化合物又はエステル系化合物を含む項４に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項１８．
　前記造膜助剤（Ｆ）を、水性発泡耐火塗料組成物中の不揮発分を基準として０．１～１５質量％含む項４に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
項１９．
　基材表面に、項１～１８のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物を塗装することを含む、基材の塗装方法。
項２０．
　基材表面に、項１～１８のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物を塗装することを含む、熱及び火災から構造物を保護する方法。

　以下、実施例を挙げて本発明をさらに説明する。ここで、『部』及び『％』はそれぞれ『質量部』及び『質量％』を意味する。

　水性発泡耐火塗料組成物の製造
　実施例１
　容器に下記成分を入れてプラネタリーミキサを用いて均一になるまで攪拌混合し、水性発泡耐火塗料組成物（Ｘ－１）を得た。
脱イオン水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１７部
分散剤　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．２４部
メラミン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　８．６部
ペンタエリスリトール　　　　　　　　　　　　　　８．６部
酸化チタン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　８．５部
ポリリン酸アンモニウム　　　　　　　　　　　　２５．８部
アルミニウムシリケートファイバー　　　　　　　　３．２部
４８％樹脂エマルション（Ａ３）（注１）　　　　　　２０部
可塑剤Ｅ１（注２）　　　　　　　　　　　　　　　　　２部
造膜助剤Ｆ１（注３）　　　　　　　　　　　　　　　　３部
増粘剤（注４）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１部
（注１）４８％樹脂エマルション（Ａ３）：スチレン／２－エチルヘキシルアクリレート／メタクリル酸＝４１／５１／８、乳化重合体、不揮発分４８％の水分散体
（注２）可塑剤Ｅ１：「Ｄ６２０」、商品名、株式会社ジェイ・プラス製、アジピン酸系ポリエステル、重量平均分子量８００
（注３）造膜助剤Ｆ１：トリプロピレングリコール－ｎ－ブチルエーテル。蒸発速度０．０１以下、水の蒸発速度は０．４
（注４）セルロース増粘剤

　実施例２～７及び比較例１～２
　上記実施例１において、使用する樹脂エマルション（Ａ３）を下記表１に記載の樹脂エマルションに変更する以外は実施例１と同様にして水性発泡耐火塗料組成物（Ｘ－２）～（Ｘ～９）を得た。各樹脂エマルションのモノマー組成は表２の通りである。

評価試験
　耐火性評価：
　１００ｍｍ×１００ｍｍ×３．２ｍｍのブラスト鋼板に、実施例及び比較例で得られた各水性発泡耐火塗料組成物（Ｘ－１）～（Ｘ－９）を乾燥膜厚が１．０ｍｍとなるように塗装し、２３℃で７日間乾燥させたものを試験パネルとし、コーンカロリーメーターによる簡易的な耐火性試験に供した。具体的には、試験パネルの裏面側に熱電対を取り付け、加熱強度が５０ｋｗ／ｍ^２のコーンカロリーメーターを用いた着火試験に供し、２０分後の熱電対の温度を記録した。結果を表１に示す。表中、数値が低いほど良好な結果である。

　実施例８～１５
　上記実施例１において、配合を下記表３に記載の通りとする以外は実施例１と同様にして水性発泡耐火塗料組成物（Ｘ－１０）～（Ｘ－１７）を得た。表３は実配合表示である。

（注５）ポリエーテル化合物
（注６）造膜助剤Ｆ２：ジエチレングリコールモノブチルエーテル、蒸発速度０．００４
（注７）造膜助剤Ｆ３：プロピレングリコールモノブチルエーテル、蒸発速度０．０９
（注８）造膜助剤Ｆ４：プロピレングリコールモノプロピルエーテル、蒸発速度０．２１
（注９）共溶媒Ｇ１：プロピレングリコールモノメチルエーテル、蒸発速度０．６
（注１０）共溶媒Ｇ２：イソプロピルアルコール、蒸発速度１．５

評価試験
（１）耐火性
　１００ｍｍ×１００ｍｍ×３．２ｍｍのブラスト鋼板に、各水性発泡耐火塗料組成物を乾燥膜厚が１．０ｍｍとなるように塗装し、２３℃で７日間乾燥させたものを試験パネルとし、コーンカロリーメーターによる簡易的な耐火試験に供した。具体的には、試験パネルの裏面側に熱電対を取り付け、加熱強度が５０ｋｗ／ｍ^２のコーンカロリーメーターを用いた着火試験に供し、耐火性とチャーの発泡状態を下記基準で評価した。
着火してから２０分後の熱電対の温度を記録し、下記基準で評価した。
評価Ａ、Ｂの場合は耐火性が良好であり、評価Ｃ、Ｄの場合は耐火性が不良であると判定
した。
Ａ：２０分後の熱電対温度が３４０℃未満
Ｂ：２０分後の熱電対温度が３４０℃～３５０℃未満
Ｃ：２０分後の熱電対温度が３５０℃～３６０℃未満
Ｄ：２０分後の熱電対温度が３６０℃以上。
（２）タック感
　ガラス板に、各水性耐火塗料組成物を乾燥膜厚２ｍｍとなるように塗装し２３℃で７日間乾燥させその上に「コスモシリコン」（商品名、関西ペイント株式会社製、水性反応硬化型アクリルシリコン塗料）を乾燥膜厚が５０μｍとなるように塗装し、２３℃７日間乾燥させたものを試験片とし、ＪＩＳＫ　５６００－３－６　：　１９９９　不粘着乾燥性試験に準じて実施した。
　具体的には試験片を４０℃恒温室に塗面を上にして水平に置き、その上にガーゼを載せ、ガーゼの上に５００ｇのおもりを載せ、その状態で２時間保持する。その後、ガーゼを塗面から引きはがし、ガーゼ跡を目視で観察した。
Ａ：ガーゼ跡はまったくなし
Ｂ：点状のガーゼ跡が若干認められるが線状のガーゼ跡は認められない
Ｃ：点状及び線状のガーゼ跡が多く認められるが格子状のガーゼ跡は認められない
Ｄ：点状、線状及び格子状のガーゼ跡が認められる。
（３）耐クラック性
　長方形状のブリキ板の両短辺を直角に折り曲げたものを基材とし、これに各水性発泡耐火塗料組成物を乾燥膜厚が２ｍｍとなるように塗装し、２３℃で７日間乾燥させ、折り曲げ部のひびの状態を観察した。
Ａ：折り曲げ部にひび全くなし
Ｂ：折り曲げ部に短辺の長さ１０％未満の長さのひびが認められる。
Ｃ：折り曲げ部に短辺の長さ１０～５０％の長さのひびが認められる。
Ｄ：折り曲げ部に短辺の長さ５０％を超える長さのひびが認められる。

　＜考察＞
　表１の結果より、本発明の効果について以下に考察する。

　実施例１～１５は、本発明で規定したスチレンリッチなエマルションを使用した水性発泡耐火塗料組成物である。
　比較例１及び２はスチレン共重合量の点で本発明範囲から外れる水性発泡耐火塗料組成物である。

　以上により調製された水性発泡耐火塗料組成物による耐火性試験結果より、以下のことが言える。

　水性発泡耐火塗料組成物に含まれる樹脂エマルション中の共重合体を構成する重合性不飽和モノマーの合計に対するスチレンの量が増えるにつれて耐火性が向上する。（実施例１～７及び比較例１～２）
　耐火性が向上する境目となるスチレン共重合量は４０質量％である。（実施例１と比較例２との対比）
　水性発泡耐火塗料組成物が共溶媒を含むことによって、耐火性を損なうことなく、タック性及び耐クラック性が向上する。（実施例８～１４）

Claims

　ハイスチレンエマルション（Ａ）、チャー形成補助剤（Ｂ）、炭素源（Ｃ）、発泡剤（Ｄ）及び水を含む水性発泡性耐火塗料組成物であって、前記ハイスチレンエマルション（Ａ）はスチレンを含む重合性不飽和モノマーの共重合体を含み、前記共重合体を構成する前記重合性不飽和モノマーの合計中のスチレンの割合が４０質量％以上にある、水性発泡耐火塗料組成物。
　前記重合性不飽和モノマーは水酸基含有重合性不飽和モノマーを含む、請求項１に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
　前記重合性不飽和モノマーは酸基含有重合性不飽和モノマーを含む、請求項１又は２に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
　さらに可塑剤（Ｅ）及び／又は造膜助剤（Ｆ）を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
　さらに共溶媒（Ｇ）を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物。
　基材表面に、請求項１～５のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物を塗装することを含む、基材の塗装方法。
　基材表面に、請求項１～５のいずれか１項に記載の水性発泡耐火塗料組成物を塗装することを含む、熱及び火災から構造物を保護する方法。