(57)【要約】建物の部品の設置前又は設置後に、塗膜形成性ポリマー、少なくとも１種の難燃剤又は発煙抑制剤、ガラス若しくはセラミック製マイクロバルーン、及び膨張性鱗状黒鉛を含有する水性塗料組成物を塗布し、柔軟かつ密着性の塗膜をもたらすことができる。熱に曝されると、この塗膜は膨張して断熱性を示すが、凝集性の層を形成し、その層がこの部品を火災が誘発する損傷から保護する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温で膨張して断熱性塗膜を形成する、柔軟で膨張性の防火塗料を、その上に配置した配電系の部品。
【請求項２】
前記塗料が、少なくとも１種の塗膜形成性ポリマー結合剤、ガラス又はセラミック製マイクロバルーン、及び熱膨張性無機材料を含む、請求項１に記載の部品。
【請求項３】
前記塗料が、
ａ）２０〜７０重量パーセントの塗膜形成性ポリマーを提供するのに十分な量の１種又は２種以上の塗膜形成性ポリマーの水性分散液、
ｂ）２０重量パーセント〜７０重量パーセントの量の難燃性組成物であって、その難燃性組成物は炭化剤、発泡剤、消火剤、及び溶融性無機物質を含むもの、
ｃ）平均粒径４０μｍ〜１５０μｍを有する、１〜１０重量パーセントのガラス又はセラミック製マイクロバルーン、
ｄ）５重量パーセント〜３０重量パーセントの膨張性鱗状黒鉛、及び
ｅ）任意選択的に、１〜約１０重量パーセントのリン系難燃剤
を含み、全ての重量パーセントが前記塗料組成物の全固体に基づくものであり、成分ａ）から成分ｅ）までについて合計１００％である、請求項１に記載の部品。
【請求項４】
少なくとも１種の塗膜形成性ポリマーが熱可塑性塗膜形成性ポリマーである、請求項３に記載の部品。
【請求項５】
前記難燃剤が、４〜１０重量パーセントの量で存在する非ハロゲン化有機リン難燃剤である、請求項３に記載の部品。
【請求項６】
難燃性組成物及びリン系難燃剤の両方を使用している、請求項３に記載の部品。
【請求項７】
無機及び／又は有機増粘剤、及び、任意選択的に充填材を更に含む、請求項３に記載の部品。
【請求項８】
前記塗料の成分が、前記部品上に塗装する前に、
ａ）硬化組成物に基づいて２０〜７０重量パーセントのポリマーを提供するのに十分な量の塗膜形成性ポリマーの水性分散液、
ｂ）５〜３０重量パーセントの量の膨張性無機材料であって、その膨張性無機材料は膨張性黒鉛及び膨張性雲母からなる群より選択され、その膨張性雲母は膨張性無機材料の５０重量％未満を占めるもの、
ｃ）平均粒径２０μｍ〜１５０μｍを有する、１〜約１０重量パーセントのガラス及び／又はセラミック製マイクロバルーン、
ｄ）前記建材を高温に曝すと、チャーを形成するのに有効な量の炭化剤、
ｅ）高温でガスを発生する発泡剤であって、その発泡剤は、その発泡剤を欠く以外は同様な組成物と比較して厚さの増加したチャー塗膜を生成するのに十分な量で存在するもの
を含み、前記重量パーセントが前記塗料の全重量に基づくものである、請求項１に記載の部品。
【請求項９】
金属製電線管を含む、請求項１に記載の部品。
【請求項１０】
前記金属製電線管の外周に配置された無機繊維のメッシュ材料を更に含み、前記塗料が前記メッシュ材料の開口部内に配置される、請求項９に記載の金属製電線管。
【請求項１１】
前記メッシュ材料がガラス繊維織物を含む、請求項１０に記載の金属製電線管。
【請求項１２】
前記電線管が鋼製配管、鉄製配管、又は可撓性金属製管路を含む、請求項９に記載の金属製電線管。
【請求項１３】
前記塗膜が膨張の前に０．５ｍｍ〜５ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載の部品。
【請求項１４】
前記塗膜が膨張の前に１ｍｍ〜５ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載の部品。
【請求項１５】
火災の際に電力又は電気信号を伝送する電線を保護するための方法であって、
高温に曝すと膨張して断熱性塗膜を形成する、柔軟な塗料をその上に配置した金属製配電用部品を通して、前記電線を配線するステップを含む、上記方法。
【請求項１６】
高温に曝されたときに断熱性である金属製配電用部品の調製するための方法であって、高温に曝すと膨張して断熱性塗膜を形成する、柔軟な塗料で前記部品を被覆するステップを含む、上記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柔軟であり、密着性であり、かつ高温に曝された場合、膨張して断熱性であるが凝集性の塗膜を形成する、電線管、給水ライン、及び構造用材料に使用するための塗料に関する。本発明は更に、設置前に本発明の塗料で被覆した物品にも、また設置後本発明の塗料で被覆した物品にも関する。
【背景技術】
【０００２】
火災による建物及び他の構造物の破壊をもたらす重大な原因は、構造部品、ユーティリティ部品、及び救命安全部品に対する損害である。火災及び／又は爆発により発生する高熱により、構造用鋼が著しく脆弱化され、建物の崩壊の一因となる恐れがある。この影響は、２００１年９月の世界貿易センターのタワーの崩壊における重要な因子になっていると考えられる。このような構造部品に対する損害を最小限に留めることが望ましいであろう。しかし、消火スプリンクラ系の給水ライン及び電線管などのユーティリティ並びに救命安全部品に対する損害を最小限に留めることも、最優先的に重要である。
【０００３】
消火スプリンクラ系に供給する水ラインへの損害は、その意図する目的のため作動するこのような系の不安定性を招く。電気系統への損害は、管路内に入っている電気ケーブルの短絡に起因して追加的な引火源となる可能性を開くだけでなく、通信機能及び非常用電力源をも破壊し、それにより次いで人身障害及び人命の損失につながる恐れがある。構造物が大きいほど、全ての部品に対する損害を最小限に留めることがより重要になる。
【０００４】
過去において、構造用鋼は無機結合剤を含有する断熱材料でしばしば被覆している。この材料は従来むしろ厚く、その場所で硬化すると直ぐに、比較的非柔軟性になる。使用されている結合剤系はしばしば年月と共に劣化し、或いは下地への不十分な密着性により、特に、その部品がかなり動き、かつ／又は屈曲されることが予想される高さのある建物では、その材料が下地から落下除去される原因となる。使用している結合剤系によって、衝撃の際断熱材料は容易に破壊を受け易くもなる。例えば、それを崩壊に導いた事故前の世界貿易センターの調査では、一度断熱材で被覆された大部分の構造体から、このような断熱材が実質的に無くなっている（見当たらない）ことが示された。残留していた断熱材は、衝撃又はその後の地獄により瞬時に破壊された。同じタイプの断熱材料が水ラインに使用されており、同様な問題を有している。
【０００５】
電線管は、特に、建物及びインフラストラクチャにおいて電線管の使用が高価なので、また引き回すための要求条件に合わせて管路が頻繁に屈曲されるので、特有の問題を提起する。過去において、構造及びユーティリティ部品共に、設置後に断熱材により被覆されているに過ぎない。予備断熱系の厚さ及び耐久性の不足、並びに、このような系が屈曲操作に耐えられないことのために、設置後の被覆が必須となる。
【０００６】
耐久性断熱系は、騒音減少又は断熱、すなわち高温輸送ラインから周囲への熱流を低減するためだけに、一般に使用されてきており、また断熱効率の不足又は高コストも欠点となって来ている。例えば、米国特許第３８７５９７１号において、セラミック被覆された金属製物品が開示されている。これらの物品は、セラミック琺瑯によって、粉末、繊維、テープ、又は織られた材料の形態におけるジルコニアを金属に付着させることにより製造される。しかし、このような物品は比較的高価であり、また屈曲させる操作に耐えることができない。
【０００７】
米国特許第６３３８３６６号において、ストラップ型クランプで固定された薄いスリーブの形態のパイプ断熱材が開示されている。しかし、このような断熱材は、設置後に施与しなければならず、また独特のかつ高価なクランプ手段がなければ構造用鋼に施与することはできない。類似のジャケット付きの断熱材が、水蒸気パイプに多年使用されている。このような断熱材は、耐火用を意図するものではない。
【０００８】
米国特許第５４００８３０号は、内側金属パイプと、セラミック断熱材料の層と、耐高温熱可塑性プラスチックの取巻きジャケットとを備える、変形可能なように見える車両排気パイプを開示している。その結果、外側熱可塑性プラスチックへの損傷を防ぐのに必要な断熱層の厚さのため、比較的嵩張る構造になっている。更に、高温熱可塑性材料が比較的高価である。このような製品は、内部に熱を保持するように、例えば触媒コンバータにおけるより急速な消火をもたらすように、設計されている。外側から高温に曝されると、高融点熱可塑性プラスチックであっても、急速に破壊されるであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
防火断熱系であって、比較的安価であり、嵩張らず、高度に密着性があり、設置前若しくは設置後のいずれでも施与することができ、また電線管などの部品を前もってこの断熱系で被覆して供給することができるように、変形させることが可能であり、かつ屈曲が原因でこの断熱系を減損せずに屈曲用具を使用して屈曲させることが可能である、断熱系を提供することが望ましいであろう。
【００１０】
柔軟な防火断熱系であって、火災に曝された場合、下地、すなわち構造部材、ユーティリティ、電力及び通信ラインなどを火災の損傷から保護しかつ断熱するチャーを形成する断熱系を提供することが更に望ましいであろう。
【００１１】
断熱系であって、実質的に無毒性であり、揮発性有機溶剤をほとんど又は全く使用せず、かつ高温に曝された場合、毒性のある副生物をほとんど放出しない断熱系を提供することが更に望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
設置前又は設置後いずれでも保護しようと所望される部品に塗布することが可能であり、かつ高い断熱効率をもたらす密着性かつ柔軟な塗料系を提供することができることをここに驚くべきことに発見している。本塗料系は、塗膜形成性ポリマーの水性分散液と、ガラス又はセラミック製マイクロバルーンと、１種又は２種以上の難燃性添加剤と、膨張性黒鉛とを含有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
塗膜形成性ポリマーの水性分散液は、水中に分散された微粒子の形態における熱可塑性又は熱硬化可能なポリマーの分散液を含む。ポリマーは自己分散させることができ、又は界面活性剤及びコロイド状安定剤が含まれる従来の分散剤の助けにより分散でき、また固体の形態におけるポリマー、すなわち好ましくはポリマーが可溶である溶剤のないポリマーを含有する。
【００１４】
塗膜形成性ポリマーのポリマーは、塗布する条件のもとで柔軟な塗膜として一体化させることが可能な任意のポリマーとすることができる。例えば、設置前塗料を企図する場合、また被覆した構造用鋼、水パイプ、若しくは管路などの部品の製造において高温が使用される場合、塗膜形成又は一体化温度は、室温では事実上全く一体化が起らないが高温における一体化が行われるようなものとすることができる。このようなポリマーの例には、ポリアミドポリマー、ポリエチレンポリマー、ポリプロピレンポリマー、及びある種のポリエステルポリマーの水性分散液が含まれる。室温における一体化が所望される場合、上記ポリマーのより低分子量オリゴマーが使用でき、或いはポリエステルポリマー、ビニルエステルオリマー、ビニルエステル／エチレンコポリマー、アクリレートポリマー、スチレン／アクリレートコポリマー、スチレン／ブタジエンコポリマー、並びに様々な天然及び合成ラテックスなどの従来の塗膜形成性ポリマーが使用できる。下地への付着性を増加させるため、例えばアクリルアミド、アクリル酸、マレイン酸、及び／又はフマル酸などのコモノマー若しくはターモノマーが含まれることにより、ポリマーは極性基を含有することが好ましい。ポリウレタン分散液も使用できる。特に好ましいものは、不飽和カルボン酸に由来する部分を含有するスチレン／アクリルコポリマーである。ハロゲン含有ポリマーは、少ない量で使用されるのが好ましく、また避けることが最も好ましい。
【００１５】
このような塗膜形成性ポリマーは、様々な供給源から市販されており、水中に再分散させることができる水性ラテックス並びに再分散可能なポリマー粉末が含まれる。好ましい塗膜形成性ポリマーは、サウスカロライナ州、Ｓｉｍｐｓｏｎｖｉｌｌｅの、Ｐａｒａ−Ｃｈｅｍ社により製造されているＰａｒａｎｏｌ（商標）ＳＡ２０７及びＰａｒａｎｏｌ（商標）ＳＡ２２０などのスチレン／アクリルエマルションである。
【００１６】
塗膜形成性ポリマーは、熱硬化可能なポリマーでも構成できる。例には、ＷＲ．Ｇｒａｃｅ  ＆  Ｃｏ．社から入手可能なＷＲＬ分散液、及びＳｈｅｌｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ，社から入手可能なＧＥＮ（商標）水性エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂分散液が含まれる。エポキシ樹脂は、塗布する直前までエポキシ分散液と分けておいた硬化剤分散液を有する２液配合物で使用することもできる。２液水性エポキシ組成物の例には、Ａｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｃｏ．社から入手可能なＡｎｃａｒｅｚ（登録商標）ＡＲ５５０が含まれる。共に１液及び２液品である硬化可能な不飽和ポリエステル分散液、並びに硬化可能なウレタン分散液も使用できる。熱硬化可能な塗膜形成性ポリマーは、従来の塗膜形成熱可塑性ポリマーと一緒に使用できる。例えば、エポキシ樹脂分散液は、塗料の付着を助け塗料の凝集力を増すために、スチレン／アクリレートコポリマー分散液に添加することができる。フェノール／ホルムアルデヒド縮合物などの比較的脆い塗膜を形成する熱硬化可能なポリマーは、より柔軟な熱可塑性若しくは熱硬化可能なポリマーと一緒に使用されない限り、一般に避けるべきである。
【００１７】
塗膜形成性ポリマーが十分な極性基、すなわちカルボキシル基、を含有する場合、自己分散性とすることができる。しかし、ポリマーを分散させるため又は安定な分散液を維持するためしばしば界面活性剤又は保護コロイドが添加される。適切な界面活性剤の例には、従来のアニオン、カチオン、双性イオン、及び非イオン界面活性剤が含まれる。適切な保護コロイドには、種々のデンプン、誘導体化セルロース、及び特に、部分若しくは完全水和されたポリ酢酸ビニルポリマー（ポリビニルアルコール）が含まれる。塗膜形成性ポリマー分散液は一般に、固体含量２０〜８０重量％、好ましくは５０〜８０重量％を与えられている。しかし、重要なのは塗膜内におけるポリマー固体量であり、分散液それ自体の固体含量ではない。塗膜は１０〜４５重量パーセント、より好ましくは２０〜４０重量パーセント、またより好ましくは２０〜３０重量パーセントの塗膜形成性ポリマー固体を含有する。
【００１８】
好ましい難燃剤は、下記の４種の機能性分類による成分からの、１つ又は複数の構成成分を含む。すなわち、酸生成触媒／開始剤；炭化剤又は炭素供給源；発泡剤、すなわち不燃性ガス若しくは水供給源；及び反応性若しくは非反応性としてよい無機成分である。本発明の好ましい組成物について、それぞれの成分はその配合物に特有の性質をもたらし、またそれぞれが、そのように処理した樹脂の燃焼し、発煙し、有毒ガスを発生し、又は熱を伝達する性向を低減させる点で、本発明を成功させるため重要である。適切な難燃性組成物は、参照により本明細書の記載の一部とする米国特許第５３５６５６８号及び第６２２８９１４号中に記載されている。
【００１９】
好ましい実施形態において、難燃剤の一次炭化剤はジペンタエリトリトール又はトリペンタエリトリトールである。炭化剤は、簡単に言うと、炭素の供給源である。より大きな熱損傷から下側にある未燃焼の樹脂及び仕上げ構造体を断熱するために、炭素チャー層を生成させるのが炭化剤の目的である。難燃性添加剤が混合される樹脂それ自体も炭素供給源、したがって炭化剤、となることができると理解すべきである。したがって、樹脂が炭化剤である場合、その樹脂が燃焼過程について炭化剤としても信頼できるものならば、一次炭化剤の量を下方調整することができる。他の実施形態において、炭化作用材料はジペンタエリトリトール、ペンタエリトリトールポリウレタン、フェノール、トリエチレングリコール、レゾルシノール、並びに、イノシトール、ソルビトール、デキストリン、及びデンプンなどの単糖と二糖及び多糖との中から選択できる。
【００２０】
発泡剤は、残留する塗膜成分、好ましくは難燃性組成物の残留する成分、の存在において、高温に曝されるとガスを発生する１種又は２種以上の化合物である。好ましい発泡剤は、主としてメラミンから構成される。しかし、様々なメラミン誘導体及びそのホルムアルデヒド縮合物でも、メラミンの熱分解によりアンモニア、尿素、水、二酸化炭素などが生成される。アゾジカルボンアミド、オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジン、及び５−フェニルテトラゾールなどの、一般に窒素ガスを発生させるアゾ型発泡剤が、常温で安定である他の発泡剤が有用であるように、有用である。燃焼の間、発生されるガスが作用して樹脂の体積を膨張させる。このガスは多孔質泡状樹脂の生成を助け、それが樹脂及び構造体を断熱し、かつ追加的な熱から保護する。さらなる実施形態において、熱活性化される発泡剤は、尿素、ブチル尿素、ジシアンジアミド、ベンゼンスルホニル−ヒドラジド、メラミン、グアニジン、及びグリシンからなる群より選択される。
【００２１】
ハロゲン含有材料が難燃剤の成分であることが好ましい。ハロゲン含有材料は、塩素化パラフィンであることが好ましく、約７０重量％の塩素を含有する塩素化パラフィンと、約４０重量％の塩素を含有する塩素化パラフィンとの混合物であることが最も好ましい。７０％塩素化パラフィンの、４０％塩素化パラフィンに対する重量比は、約１：２からであることが好ましい。
【００２２】
ハロゲン含有材料は、いくつかの機能を提供する。ハロゲン含有材料は、炭化剤、発泡剤、及び消火剤として作用する。熱に曝されると、ハロゲン含有材料は還元されてチャーになって（炭化剤）ハロゲンガスを発生し（発泡剤）、それが急速な酸化の間に発生したフリーラジカルと結合し若しくはフリーラジカルを捕捉し、したがって炎を消すのを助ける（消火剤）。
【００２３】
難燃剤は、およそ１０：１の比率におけるポリリン酸アンモニウム及びリン酸トリス（βクロロエチル）などのリン含有材料を含有するのが好ましい。リン含有材料は、メラミン発泡剤を活性化する触媒としての役割を果し、また炭化剤と結合し、更にそれを消費して、炭素を発生する。火災又は他の状態による熱の影響下で触媒が分解し、リン酸を生じる。触媒の分解により生成された反応性リン酸が、メラミンのアミン官能基、及び炭化剤のヒドロキシ官能基の両方と反応して、水を生成させる。更に、熱の適用及び発生下において、樹脂複合体の有機成分が劣化し、更に追加の断熱性チャーを生成させる。他の実施形態においてリン酸塩又はエステル材料は、ポリリン酸アンモニウム、リン酸トリス（２，３−ジブロモプロピル）、リン酸トリス（β−クロロエチル）、リン酸グアニジン、リン酸尿素、リン酸メラミン、リン酸モノアンモニウム、リン酸ジアンモニウム、及びそれらの混合物からなる群より選択される。
【００２４】
耐熱性無機材料には、任意の適切な耐熱性材料例えばシリカフラワー、耐熱及び難燃材料例えばガラスビーズなど、並びにアルミン酸カルシウムセメントの混合物が含まれることができる。無機材料は多機能性でもある。樹脂組成物において無機材料は、組成物樹脂で作った仕上り製品の全体強度及び耐衝撃性を高めることができる。本発明の利点として、付着性、難燃性、及び柔軟性に関して無機材料を適応させることができる。無機物は、熱デフレクタとしての役割を果すこともできる。極高温において、無機材料は溶融してフリットを形成し、それが高度に断熱性かつ耐熱性である。どんな特定の理論にも捉われようとするわけではないが、高温の放射熱源、熱ガス、又は裸火に曝されると、好ましい発煙抑制剤が段階的に活性化されると考えられる。活性化の最早期の様相において、ポリリン酸アンモニウム及びリン酸トリス（β−クロロエチル）などの酸生成物質が分解して強酸副生物を生成し、それが利用可能なポリマーを脱水し、また炭化剤と反応して、エステル系である開始剤を発生する。全面的には理解されない複雑な一連の反応及び分解の後、残留する強酸分解生成物若しくは活性化の第１段階において最初に包含されたもの、又はその両方が原因となって有機成分から不飽和化合物が生成し、それがその後チャー化する。温度が上がると、炭化剤、例えば４０％〜７０％塩素化パラフィン及びジペンタエリトリトールが分解し始める。この分解は、触媒作用を受けているので、通常予期されるよりも低温で起る。炭化作用材料及び／又はその分解生成物は脱水したポリマーと結合して炭素質材料のマトリックスをもたらしそれによりチャー層に構造完全性が導入される。発泡剤すなわちメラミンが分解し始め、さらなるチャーのほかに大量の不燃性ガス及び水を生じる。固体メラミンの最初の溶融、その分解、及び発生した水の全てが熱を吸収して、したがって影響を受けた環境を冷却する役割を果す。
【００２５】
本発明による粉末化組成物は「活性」である。活性であることにより、本組成物は、特定の温度に達すると膨張し又は発泡する潜在能力を有する。これは、本組成物の一部である発泡剤の特性のためである。好ましい実施形態において、難燃又は熱抑制性となるその温度は２５０℃である。この温度、及びこれを超える温度において、硬化され（ｃｕｒｅｄ）若しくは硬化した（ｈａｒｄｅｎｅｄ）樹脂／複合体構造物は燃焼に耐え、消火器を直接適用することなしで自己消火し、かつ、本発明を使用せず製作された同様な部品よりも少量の、より毒性の少ない煙を発生する。
【００２６】
好ましい実施形態において、難燃性添加剤組成物の重量による組成は次の通りである：
【表１】
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【００２７】
本添加剤の成分は、完全に混合されるまで周囲（室内）温度で混合しブレンドされる。その最終的な形態における本添加剤は白色微細粉末である。
【００２８】
メラミンから水が発生する結果として、アルミン酸カルシウムセメント及びシリカフラワーなどの反応可能な無機化合物が反応し、堅い、接着性構造をもたらして、剛性及び強度を増す。非反応性の無機マイクロバルーン及び固体無機球状粒子がこの構造内に封入されて、断熱能力を増す。これらのセラミック成分は、極高温に耐え；下地を断熱し；チャーにより剛性及び強度を増し；ＩＲ放射線を反射し又はＩＲを吸収し再放射し；また、残り火の光輝を抑制する。反応サイクルが完結した後、分散されたセラミック／無機成分は、高い温度及び圧力勾配が下地に貫入するのを緩和する役割を果す。
【００２９】
本難燃性組成物は、２０重量パーセント〜約７０重量パーセント、好ましくは２５重量パーセント〜６０重量パーセント、また最も好ましくは３０〜６０重量パーセントの量で一般に使用され、全てのこれらの重量パーセントは、全塗料固体に基づくものである。
【００３０】
本塗料は、１種又は２種以上の補助的難燃性組成物を含有できる。適切な追加的難燃剤には、アルミナ三水和物及びアルカリ土類金属水酸化物、ポリリン酸塩及び炭酸塩などの無機化合物が含まれる。しかし、難燃剤は、有機リン化合物であることが好ましく、有機リン酸エステル又はホスホン酸エステルが最も好ましい。適切なリン含有難燃剤には、アルキルホスホン酸ジアルキル及びトリアルキルリン酸ジアルキルが含まれる。好ましい補助用液体リン含有難燃剤は、１〜１０重量％、好ましくは４〜１０重量％、の量で存在するメチルホスホン酸ジメチルである、Ａｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌ社から入手可能なＦｙｒｏｌ（登録商標）ＤＭＭＰ難燃剤である。
【００３１】
本塗料は、１〜約１２重量パーセント、好ましくは２〜１０重量パーセント、またより好ましくは３〜７重量パーセント、のガラス若しくはセラミックマイクロバルーン、好ましくは後者、４０μｍ〜１５０μｍ、好ましくは６０μｍ〜１２０μｍ、またより好ましくは８０μｍ〜１１０μｍ、の平均直径を有するもの、を含有する。マイクロバルーンの粒径範囲は重要ではなく、例えば５〜２００μｍ（広い分布）から、例えば９０〜１００μｍ（狭い分布）まで変動できる。これらの粒径範囲は、平均粒径９５μｍを有するマイクロバルーンについての例示的なものである。平均粒径８０〜１１０μｍ及び狭い粒径分布を有するマイクロバルーンが好ましい。最も好ましいものは、ＰＱ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手可能なＥｘｔｅｎｄｏｓｐｈｅｒｅｓ（商標）ＴＧである。マイクロバルーンは、燃焼可能な材料を供給せずに塗料の体積を増やすこと、そのより低い密度のため塗料を軽量にすること、並びに最初の、燃焼前の断熱材料として作用することが含まれる、数多い目的に適合する。非常な高温に曝されると、マイクロバルーンは、残留する成分向けの非放散性結合剤としての役割を果すことができる。固体セラミック球状体も同様に含まれてよい。マイクロバルーンの重量百分率には、難燃性組成物と一緒に供給される任意の量が含まれる。
【００３２】
膨張性鱗状黒鉛は、本塗料の最も重要な成分である。膨張性鱗状黒鉛は、普通の黒鉛と区別することができ、結晶性鱗状黒鉛の酸化又は電解処理により調製され、加熱すると、その最初の体積の多数倍に膨潤し又は膨張する独特の剥脱性状を有する。膨張度合は、その膨張前密度について１０〜５００倍（かさ密度で測定して）が好ましく、その元の密度について１２〜２０倍が好ましい。更に、剥脱した黒鉛粒子は、一緒にくっつく傾向があり、高温を受けた場合、塗料の損失を防止する。剥脱した粒子は、下地の上に実質的に不燃性の、高度に断熱性の層をもたらす。適切な膨張性鱗状黒鉛は、ニュージャージー州、Ａｓｂｕｒｙの、Ａｓｂｕｒｙ  Ｇｒａｐｈｉｔｅ  Ｍｉｌｌｓ，Ｉｎｃ．社から入手可能である。膨張性鱗状黒鉛は、５〜３０重量パーセント、好ましくは８〜２０重量パーセント、また最も好ましくは１０〜１５重量パーセント、の量で使用される。
【００３３】
断熱系において、本組成物中に分散された膨張性結晶性黒鉛は、その元の体積の多数倍に膨潤し、黒鉛粒子の積重なった層の間に触媒作用された炭化剤を捕捉し、発泡剤と共に、構造体積の急速な増加をもたらす。膨張した組成物は、熱貫入に対する十分な断熱障壁を形成する。
【００３４】
本塗料組成物中に追加的成分も存在できる。好ましい追加的成分は増粘剤である。無機及び有機増粘剤の両方を含む、様々な増粘剤が使用できる。適切な無機増粘剤には、２μｍ未満、好ましくは１μｍ未満、の平均粒径、及び、２０ｍ２／ｇ〜５００ｍ２／ｇ、より好ましくは５０ｍ２／ｇ〜３００ｍ２／ｇ、の範囲にあるＢＥＴ表面積を有する、非常に小粒径の無機微粒子が一般に含まれる。好ましい無機増粘剤には、コロイド状シリカ及びシリカフュームが含まれ、後者が好ましい。使用する量は変動できるが、有機増粘剤の場合においてもそうであるように、流動可能な粘性のある塗料組成物が得られるような範囲まで本組成物を増粘するのに十分なものとする。増粘剤はまた、本塗料組成物の貯蔵寿命（非沈降性）にも寄与している。
【００３５】
有機増粘剤には、メチルセルロース、エチルセルロース、プロピルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、及びカルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体；グアールガム、ガムトラガカントなどの種々のガム；ポリビニルアルコールポリマー、ポリビニルピロリドンポリマー、及び特に、ポリアクリル酸、ポリマレイン酸などのポリカルボン酸ポリマー、並びに、スチレン／アクリル酸コポリマーなどの高い割合の酸基を含有するコポリマーなどが含まれる。カルボキシル官能性増粘剤は一般に、分散粘性を顕著に増加させるためアンモニア又は水酸化ナトリウム若しくはカリウムなどの塩基による処理を要する。Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ社から入手可能なＡｃｒｙｓｏｌ（商標）ポリマーなどのカルボキシル官能性塗膜形成性ポリマーも増粘剤として機能させることができ、したがって２つの機能を提供できる。好ましい増粘剤は、サウスカロライナ州、Ｓｉｍｐｓｏｎｖｉｌｌｅの、Ｐａｒａ−Ｃｈｅｍ社により製造されているＰＧ５００である。
【００３６】
充填材も同様に添加できる。この意味において、充填材は、無機増粘剤よりも大きい粒径の、かつ小さい表面積の固体無機材料である。このような充填材は、例えば、比較的大量に使用される場合を除いて、分散粘性の増加をほとんど示さない。粒径は、１０μｍ〜５００μｍの範囲とすることができ、４０μｍ〜２００μｍの範囲における粒径が好ましい。その量は、１重量パーセント以下〜約２０重量パーセント、好ましくは１重量パーセント〜１０重量パーセントとすることができる。
【００３７】
膨張性雲母又は剥脱した（膨張した）雲母も使用できる。膨張性雲母を使用する場合、使用した膨張性黒鉛の半分までを置換できる。膨張性雲母の好ましい量は、１重量パーセント未満〜約１０重量パーセントの範囲とすることができる。膨張した雲母は、好ましくは１重量パーセント未満〜約５重量パーセントの範囲とすることができる。
【００３８】
本塗料は、種々の成分を混合するステップにより調製する。塗膜形成性ポリマー分散液は、８〜９の範囲にある塩基性ｐＨに調節することが好ましく、この調節は塗膜形成性ポリマー、及び、何らかの増粘剤を使用する場合、使用している増粘剤に依存し、それに続いて難燃剤を添加し、かつ完全に混合する。膨張性黒鉛は、塗膜形成性ポリマーと同一の分散液中に供給するのが好ましく、又はこの段階で添加する。次いで、難燃剤及び発煙抑制剤を添加し、続いてマイクロバルーンを添加する。次いで、所望の粘性をもたらすため増粘剤を添加し、必要な場合、ｐＨを調節しなければならない。黒鉛のように、増粘剤は塗膜形成性ポリマーと同一の分散液中に供給できる。仕上り配合物は、一般に適切なフィルタ、すなわち４０〜１２０メッシュ、好ましくは約４０〜６０メッシュのフィルタ、を通して濾過し、容器に詰める。
【００３９】
本発明の断熱性塗料組成物は、構造部品及びユーティリティ部品の設置前又は設置後塗装に使用できる。用語「構造部品」とは、断熱塗装を有することを所望される、建物又は他の構造物の構造に寄与する物品をいうものとする。例には、構造用鋼、すなわちＩ形ビーム、溝形鋼、鋼板など、同様の構造用アルミニウム品目、壁、柱、ビームなどを含む鉄筋入り又は無筋両方の打設コンクリート構造物、屋根材料、床材料、防火ドアなどが含まれるが、それらに限定されない。可燃材料には、一般に塗料は塗布していない。
【００４０】
用語「ユーティリティ部品」とは、一般に、建物自体の構造に寄与していないが、その構造物にユーティリティを提供するため使用される物品をいうものとし、水ライン、スプリンクラーライン、ＨＶＡＣ（暖房、換気、空調）走路、電気ケーブル（すなわち「Ｇｒｅｅｎｆｉｅｌｄ」）及び／又は管路（すなわち「ＥＭＴ」）、通信管路、ガスラインなどが含まれるが、それらに限定されない。
【００４１】
構造及びユーティリティ部品の設置前塗装を実施するのが好ましい。この用途では、従来の塗装技術により下地を被覆し、乾燥する。水を除去する乾燥の間又は乾燥後、温度を調節して、塗膜形成性ポリマーを確実に一体化させる。塗膜形成温度が低い場合、塗膜を形成するのに室温で十分である。そうでない場合、高い温度、すなわち３０〜２００℃、好ましくは５０〜１００℃を使用してよい。塗膜の厚さは、特定の用途の必要とされる断熱の度合につき調節できる。例えば、構造用鋼は通常設置の間著しく変形されず、したがってより厚い塗膜を許容することができるので、構造用鋼は電線管よりも厚い塗膜を受容できる。同様に、鋳鉄又は「冷えた鉄（ｂｌａｃｋ  ｉｒｏｎ）」製ねじ付管路、ガスライン、水ラインなどは一般に直線部分に設置され、したがってより厚い塗膜を許容することができる。塗装は、厚さ０．１ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、より好ましくは０．８ｍｍ〜５ｍｍ、また最も好ましくは１ｍｍ〜３ｍｍ、の範囲とするのが好ましい。約４７ミル（１．１９ｍｍ）の塗装が最も有用であることがわかっており、一方１５〜２０ミル（０．３８〜０．５１ｍｍ）の塗装は、中程度の絶縁能力が要求され、しかし耐食性が必要な場合にだけ好結果であることがわかっている。同様に、本塗料は優れた防食塗料であることが判明している。
【００４２】
本塗料は、吹付け、ロール塗装、ナイフエッジ若しくはドクターブレード塗装などにより平坦な表面に塗布し、続いて、特定の塗膜形成性ポリマーにより指示される室温又は高い温度で乾燥して、密着性の、耐久性塗膜を形成できる。非平面的な表面は、ダイ塗装、吹付け、はけ塗り、浸し塗りなどにより被覆し、同様に乾燥できる。１回又は複数の塗布で所望の塗装厚さを生じる任意の塗装方法が使用できる。このタイプの設置前塗装は、好ましくは製品の製造業者又は配給業者により、建築現場から遠い所で塗布されるので、「製造塗装」と名付けることもできる。このタイプの製造、設置前塗装が高度に好ましい。
【００４３】
設置前塗装は、現場でも実施できる。この方法は、熱硬化可能な又は低塗膜形成温度のポリマー分散液を使用し、したがって加熱乾燥（又は硬化）を必要としない塗料で特に有用である。吹付け塗布又ははけ塗りが好ましい塗布方法である。このタイプの設置前塗装は、「製造後」塗装と名付けることもできる。
【００４４】
設置後塗装は、現場で構造部品又はユーティリティ部品を少なくとも部分的に設置した後、実施する。塗布方法は重要ではないが、好ましい塗布方法には、吹付け、及びはけ若しくはローラ塗装が含まれる。１種又は２種以上の塗料を塗布できる。設置後塗装は、塗装厚さを増すため、又は設置中の取扱いの結果として損傷した領域を補修するためのいずれかで、設置前塗装の上に施与することもできる。
【００４５】
本組成物は、鋼製管路、鋼製ビーム、冷鉄製パイプなどの下地に例外的に良好に付着するが、火災条件下での亜鉛めっきした下地への本組成物の付着性は完全に満足されるものではないことが発見されている。このような用途では、例えば亜鉛めっきした管路が、海水又は淡海水への曝露が予想できる橋梁及びトンネルにしばしば使用され、完全に一体化したチャー／断熱体を容易に得るため、ガラス繊維又はセラミック、若しくは他の無機繊維（すなわち、炭素／黒鉛繊維）製メッシュ材料を使用することが好ましい。メッシュ材料は、追加的な塗装なしで、又は追加的な塗料の塗布前若しくは塗布後のいずれかに、難燃性組成物で飽和させ、次いで下地の周りを包み込むことができる、粗目に織った材料であることが好ましく、或いは、下地を最初塗装し、次いでメッシュを施与する。別法として、塗装なしでメッシュを施与し、その後塗料を塗布できる。未硬化の組成物を究極的にメッシュに含浸できれば、任意の塗装方法が許容可能である。すなわち例えば、火災に曝された場合、本組成物が膨張するのをメッシュが部分的に妨害する恐れがあるので、一般に、下地上の本組成物の乾燥（硬化）に続いてメッシュを施与すべきではない。乾燥前に組成物が実質的に含浸されている粗目のメッシュを使用することにより、組成物の有効性が高いまま残留することが見出されている。塗料はメッシュ材料の開放空間の少なくとも一部にこのように含有され、また同様にメッシュ材料内及び外のいずれにも存在できる。塗料及びメッシュは、複数層として施与できる。
【００４６】
メッシュ材料は、織られた繊維補強材、好ましくはガラス繊維、の連続的さや又は「ソックス状カバー（ｓｏｃｋ）」の形態にあることが好ましい。チューブ、パイプ、若しくは管路の外側に適用する前に、さやには膨張性塗料を予め含浸でき、又は最初に塗布し、次いで含浸できる。配管、パイプなどを塗装で実質的に取り囲み、又は塗装材料がメッシュの断面にも見出されるように、塗装材料が配管、パイプなどに結合していることが好ましい。
【００４７】
より一層高度の断熱効率を要する用途のため、本主題の発明の塗料は、不織断熱製品と一緒に使用できる。用語「不織」は、織られていない無数の絡み合わせた繊維による断熱材料としてのその慣用的意味で使用している。このような材料の例には、建物を断熱するのに従来使用されているガラス繊維断熱材、すなわち、ガラス繊維のストランドを撚り合わせ（ｌａｙｉｎｇ  ｄｏｗｎ）、また、かぎ付き針で広範囲にニードルパンチングして繊維をほぐし絡み合わせ、凝集性の「嵩高く弾性のある（ｌｏｆｔｙ）」製品を作ることにより製造している、紡糸ガラス繊維並びに「フェルト」製品が含まれる。
【００４８】
このような不織断熱材を使用する場合、本発明の組成物で完全に又は部分的に飽和させ、かつ１つ又は複数の層として施与できる。不織断熱材は、断熱材内に残存する空気ポケットの量が多くなるように、一部分だけ飽和させることが好ましい。空気ポケットはそれ自体効率的な断熱体である。例えば、２層構造体を使用する場合、本主題の発明の組成物によって、第１の層では、第１の不織層の両表面を浸潤させ、また第２の層を第１の層に密着させることができる。同様に、第２の層の隣接する表面に本組成物を塗布することにより、必要な場合、密着性の増加を達成できる。
【００４９】
設置前、設置後、又はこれらの組合せのどれかを使用して、耐久性を増加させ、又は表面特性を変更するために、更に塗料をオーバーレイできる。例えば、設置中ビームの歩行を容易にするため、構造用鋼Ｉ形ビームに、砂の粒子を含有するものなどのスリップ防止塗料をオーバーレイできる。より硬質な、かつ／又はより一層耐久性のある表面を付与する塗料も塗布できる。このような塗料は、熱硬化可能なポリマー又は塗膜形成性ポリマーの水性分散液の形態のものとしてよい。後者の分散液は、断熱塗料の分散液と同様であるが、より高い塗膜形成性ポリマーの含量を有するもの、或いは１種又は２種以上の断熱成分及び／又は難燃性若しくは発煙抑制成分のないものとしてよい。このような塗膜は一般にかなり薄く、例えば０．５ｍｍ未満、好ましくは０．２５ｍｍ未満、またより好ましくは０．１ｍｍ未満である。
【実施例】
【００５０】
例１
塗料の調製
サウスカロライナ州、Ｓｉｍｐｓｏｎｖｉｌｌｅの、Ｐａｒａ−Ｃｈｅｍ  Ｃｏｒｐ．社から入手可能なアクリル酸／スチレン／アクリルコポリマーＰａｒａｎｏｌ（登録商標）ＳＡ２０７の１５．７３部を、Ａｓｂｕｒｙ  Ｇｒａｐｈｉｔｅ  Ｍｉｌｌｓ社から入手可能な、膨張性黒鉛７．８１部、及びテネシー州、Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔの、Ｅａｓｔｍａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から入手可能な中和可能なアルカリ可溶ポリマー増粘剤０．６２５部と混合することにより、断熱性塗料組成物を調製する。得られた水性組成物は、約４０重量パーセントの固体を含有していた。
【００５１】
軽せん断力ブレードを使用し、上記の組成物６２５部に、Ａｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌ社から入手可能なＦｙｒｏｌ（登録商標）ＤＭＭＰの５０部を添加する。混合するのを継続しながら、表１の難燃剤組成物３００部を添加し、均質になるまで混合する。次いで、Ｔｈｅ  ＰＱ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手可能なＥｘｔｅｎｄｏｓｐｈｅｒｅｓ  ＴＧの２５部を添加し、均質になるまで混合するが、マイクロバルーンの過剰の破裂を避けるため最小限に留める。４０メッシュのフィルタを通して仕上り配合物を濾過し、容器に詰めている。
【００５２】
例２
大きさ１４”×１４”（３５．６×３５．６ｃｍ）があり、厚さ約０．６２５インチ（１．６ｃｍ）を有するシート鋼片を、十分な例１の塗料で被覆して、乾燥厚さ４７ミル（１．２ｍｍ）を有する塗膜を形成している。この試験用プラークを１７００°Ｆのトーチの炎に８６分間曝し、炎は被覆した表面の方におく。塗膜は元の厚さの１４〜１６倍に膨張し、また曝露８６分後でさえも、炎から遠い側面の比較的低い温度（１０００°Ｆ）により示されるように、高度に断熱性となっている。塗膜は、プラークに付着したまま残っている。
【００５３】
例３
標準軟鋼製電線管の一部分を、例１の塗料混合物で被覆し、乾燥して厚さ６５ミル（１．６５ｍｍ）の乾燥塗膜を形成させた。被覆した管路を、慣用的な管路屈曲装置で屈曲させている。屈曲させる操作にも拘わらず塗膜は無傷で残存している。直接炎に曝すと、塗膜は元の厚さの１４〜１６倍に膨張し、その管路に付着したまま残っている。塗膜は高度に断熱性である。
【００５４】
本発明の実施形態が例示され、記述されて来ているが、これらの実施形態は、本発明の全ての可能な形態を例示しまた記述することを意図していない。むしろ、本明細書に使用されている言葉は、限定するよりもむしろ記述する言葉であり、本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに、種々の変更が実施できると理解される。
【国際調査報告】
2005539111.tif 000003
2005539111.tif 000004