(57)【要約】【課題】  本発明は、有機溶剤を用いず、防火性に優れた、無機質の外観を呈する無機質系樹脂モルタル組成物及び無機質系樹脂モルタル被覆鋼材を提供する。【解決手段】  最頻度粒径が０．０８８〜２．５ｍｍである自然石粉砕物、バインダー成分及び水を少なくとも含有するモルタル組成物であって、該組成物の組成範囲が、前記自然石粉砕物１００質量部に対して、バインダー成分が１０〜１００質量部、水が0.１〜５０質量部であることを特徴とする無機質系樹脂モルタル組成物及びこれを被覆した鋼材である。【選択図】  なし 【特許請求の範囲】
【請求項１】
最頻度粒径が０．０８８〜２．５ｍｍである自然石粉砕物、バインダー成分及び水を少なくとも含有するモルタル組成物であって、該組成物の組成範囲が、前記自然石粉砕物１００質量部に対して、バインダー成分が１０〜１００質量部、水が０．１〜５０質量部であることを特徴とする無機質系樹脂モルタル組成物。
【請求項２】
前記バインダー成分が、エポキシ基を有するシランカップリング剤、アミン基を有するシランカップリング剤、アルコキシ基のみを有するシランカップリング剤の少なくとも１種である請求項１に記載の無機質系樹脂モルタル組成物。
【請求項３】
エポキシ基を有するシランカップリング剤が下記式（ｉ）で表され、アミン基を有するシランカップリング剤が下記式（ｉｉ）で表され、また、アルコキシ基のみを有するシランカップリング剤が下記式（ｉｉｉ）で表される請求項２に記載の無機質系樹脂モルタル組成物。
（Ｃn Ｈ2n+1Ｏ）3 Ｓｉ（ＣＨ2 ）m ＯＣＨ（Ｏ）ＣＨ2     …  （ｉ）
（但し、ｎ、ｍは３ｎ＋ｍ≦１５を満たす正数）
（Ｃn Ｈ2k+lＯ）3 Ｓｉ（ＣＨ2 ）l ＮＨ2                 …  （ｉｉ）
（但し、ｋ、ｌは３ｋ＋ｌ≦１５を満たす正数）
（Ｃx Ｈ2x+1Ｏ）2y+2Ｓｉy Ｏy-1                         …  （ｉｉｉ）
（但し、ｘ≧０、ｙ≧１を満たす正数）
【請求項４】
鋼材表面の少なくとも一部に、最頻度粒径が０．０８８〜２．５ｍｍである自然石粉砕物と無機質系樹脂から少なくともなる被覆層を平均膜厚０．５〜１０ｍｍ有することを特徴とする無機質系樹脂モルタル被覆鋼材。
【請求項５】
鋼材表面の少なくとも一部に、請求項１〜３のいずれかに記載の無機質系樹脂モルタル組成物を硬化させてなる被覆層を平均膜厚０．５〜１０ｍｍで有することを特徴とする無機質系樹脂モルタル被覆鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築材料に用いられる無機質系樹脂モルタル組成物及び無機質系樹脂モルタル被覆鋼材に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントの塗装作業性を改善したものをセメントモルタルといい、建築素材として広く用いられてきた。しかし、セメントモルタルは硬化が遅い、乾燥収縮が大きいため、ひび割れを生じやすい、引っ張り強度が小さい、耐薬品性が劣る、等の欠点がある。これを改善するために、樹脂を混和した樹脂モルタルが開発されている。これは、古くは１９２３年にイギリスで天然ゴムラテックスの混和による舗装材の特許が公告されているが、我が国では東京オリンピック以降普及した。
【０００３】
例えばポリマーセメントモルタル技術資料、ｐ．３（情報開発刊、１９８８）（非特許文献１）に示されるように、混和樹脂には、水性エマルジョン樹脂、再乳化形粉末樹脂、水溶性ポリマー、液状ポリマー等が挙げられる。その改質目的も様々である。また、特開昭５６−１３５０５９号公報（特許文献１）では、高炉スラグ、硅砂、セメントにポリビニアルアルコール等を配合した樹脂モルタルを、屋根又は外壁面に塗布することにより、耐久性、遮音性、遮熱性を改善する技術が開示されている。
【０００４】
特開平３−５０１４５号公報（特許文献２）では、セメント、骨材に、ガラス点移転の低い樹脂水性エマルジョン、エマルジョン破壊剤を配合し、厚塗を可能にする技術が開示されている。樹脂モルタルは、鋼材の塗装やコンクリートの補修・接着に用いられ（工法を除く）技術の多くは、有機樹脂、セメント、骨材の種類を特定することにより、塗装作業性の向上、硬化物の物理的化学的物性や耐食性・接着性の改善等を図ったものである。      
【０００５】
一方、樹脂モルタルを美観の目的で使用することを前提にした技術は稀である。実開昭６３−１１７８６６号公報（特許文献３）では、鋼製防護柵の表面にポリマーセメントモルタルを被覆することによって、起伏のある意匠性を付与している。さらに、特開平８−１５７２８２号公報（特許文献４）では、コンクリートの上に岩石調のポリマーセメントモルタル層を美観の目的から形成するための技術が開示されている。美観の目的が少ないのは、美観の度合いが十分ではないからであると思われる。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５６−１３５０５９号公報
【特許文献２】特開平３−５０１４５号公報
【特許文献３】実開昭６３−１１７８６６号公報
【特許文献４】特開平８−１５７２８２号公報
【非特許文献１】ポリマーセメントモルタル技術資料、ｐ．３（情報開発刊、１９８８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、これらの有機樹脂モルタルは、表面反射によって外観が濡れた感じになり、質感も爪で擦ると滑らかで、特に粒径が大きい場合、鉱石に特有の乾燥した外観、カリカリ感とも言うべき無機質な質感がしない。また、有機樹脂を含んでいるため、防火材という点から改良が望まれ、さらに、環境負荷の見地から、有機溶剤の使用量をなるべく少なくすることも望まれている。一方、セメントモルタルは燃焼せず、有機溶剤を使用しない、という点では優れているが、外観がセメント調のため、意匠性の点で平凡であり、ひび割れも目立つ。そこで、本発明は、有機溶剤を用いず、防火性に優れた、無機質の外観を呈する無機質系樹脂モルタル組成物及び無機質系樹脂モルタル被覆鋼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】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）最頻度粒径が０．０８８〜２．５ｍｍである自然石粉砕物、バインダー成分及び水を少なくとも含有するモルタル組成物であって、該組成物の組成範囲が、前記自然石粉砕物１００質量部に対して、バインダー成分が１０〜１００質量部、水が０．１〜５０質量部であることを特徴とする無機質系樹脂モルタル組成物。
（２）前記バインダー成分が、エポキシ基を有するシランカップリング剤、アミン基を有するシランカップリング剤、アルコキシ基のみを有するシランカップリング剤の少なくとも１種である前記（１）に記載の無機質系樹脂モルタル組成物。
【０００９】
（３）エポキシ基を有するシランカップリング剤が下記式（ｉ）で表され、アミン基を有するシランカップリング剤が下記式（ｉｉ）で表され、また、アルコキシ基のみを有するシランカップリング剤が下記式（ｉｉｉ）で表される前記（２）に記載の無機質系樹脂モルタル組成物。
（Ｃn Ｈ2n+1Ｏ）3 Ｓｉ（ＣＨ2 ）m ＯＣＨ（Ｏ）ＣＨ2     …  （ｉ）
（但し、ｎ、ｍは３ｎ＋ｍ≦１５を満たす正数）
（Ｃn Ｈ2k+lＯ）3 Ｓｉ（ＣＨ2 ）l ＮＨ2                 …  （ｉｉ）
（但し、ｋ、ｌは３ｋ＋ｌ≦１５を満たす正数）
（Ｃx Ｈ2x+1Ｏ）2y+2Ｓｉy Ｏy-1                         …  （ｉｉｉ）
（但し、ｘ≧０、ｙ≧１を満たす正数）
【００１０】
（４）鋼材表面の少なくとも一部に、最頻度粒径が０．０８８〜２．５ｍｍである自然石粉砕物と無機質系樹脂から少なくともなる被覆層を平均膜厚０．５〜１０ｍｍ有することを特徴とする無機質系樹脂モルタル被覆鋼材。
（５）鋼材表面の少なくとも一部に、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の無機質系樹脂モルタル組成物を硬化させてなる被覆層を平均膜厚０．５〜１０ｍｍで有することを特徴とする無機質系樹脂モルタル被覆鋼材である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の被覆鋼材は、ひび割れせず、また有機樹脂モルタルのように濡れた感じはなく自然であり、爪で擦るとカリカリ感の質感が得られ、まるで本物の鉱砂でできている雰囲気を実現できた。また、消炎性が従来の樹脂モルタルよりも優れている。また、本発明の樹脂モルタル組成物は、基本的に有機溶剤を含まなくて良い組成物であるため、製造時の環境への負荷も小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のモルタル組成物は、硅砂等の自然鉱物質の粒子とバインダー及び水を少なくとも含有している。本発明に用いる粒子は、天然の質感を出すために自然石を粉砕したもので、最頻度粒径が０．０８８〜２．５ｍｍであるものを用いる。一般に粒径は分布しているので、最頻度粒径とは、頻出率−粒径グラフ上で最大値である最頻度粒径値のことである。最頻度粒径が２．５ｍｍ超であると、ヘラ等で塗布することが困難であり、０．０８８ｍｍ未満であると、質感が粘土に近づき、意匠性の点から有意性がなくなる。
【００１３】
自然石粉砕物とバインダーの質量比は、組成物が垂直の表面に塗装したときに垂れることなく保持されていれるように選択しなくてはならないが、自然石粉砕物１００質量部に対して、バインダーが１０質量部より小さいと塗装性が悪く、１００質量部より大きいと分離して、混合比を規定する意味がなくなる。
【００１４】
シランカップリング剤は、珪素原子にアルコキシ基及び有機官能基が結合した物質である。エポキシ基は、−ＣＨ（Ｏ）ＣＨ2 で表される有機官能基である。アミン基は、水素と結合を有する窒素原子（アミノ基−ＮＨ2 あるいはイミノ基＞ＮＨ）が例示でき、アルコキシ基の加水分解触媒として、また、エポキシ基を有するシランカップリング剤と混合した場合、硬化剤として作用する。エポキシ基を有するシランカップリング剤とアミン基を有するシランカップリング剤は、有機樹脂成分を含んでいるが、これにアルコキシ基のみを有するシランカップリング剤を加えることにより、バインダー硬化物中の有機樹脂成分に対する無機成分（シリカ成分）の比率が大きくなり、防火性が向上する。
【００１５】
エポキシ基を有するシランカップリング剤とアミン基を有するカップリング剤の望ましい混合質量比は、１：１〜０．２５である。また、無機成分を増加させるために加えるアルコキシル基のみを有するシランカップリング剤の望ましい添加量は１０〜３０ｍａｓｓ％である。
【００１６】
エポキシ基を有するシランカップリング剤として奨められる物質は、
（Ｃn Ｈ2n+1Ｏ）3 Ｓｉ（ＣＨ2 ）m ＯＣＨ（Ｏ）ＣＨ2     …  （ｉ）
（但し、ｎ、ｍは３ｎ＋ｍ≦１５を満たす正数）である。
式（ｉ）において、ｎ、ｍが大きくなると、物質は使用環境温度で固体になり、無溶剤塗料液を呈さなくなるため、３ｎ＋ｍ≦１５を満たす正数という制限を設けたが、３−グリシドキシプロピルエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルメトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、等が例示できる。
【００１７】
アミン基を有するシランカップリング剤として奨められる物質は、
（Ｃn Ｈ2k+lＯ）3 Ｓｉ（ＣＨ2 ）l ＮＨ2                 …  （ｉｉ）
（但し、ｋ、ｌは３ｋ＋ｌ≦１５を満たす正数）である。
式（ｉｉ）において、ｋ、ｌが大きくなると、物質は使用環境温度で固体になり、無溶剤塗料液を呈さなくなるため、３ｋ＋ｌ≦１５を満たす正数という制限を設けたが、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン等が例示できる。
【００１８】
無機的性質を向上させるアルコキシル基のみのシランカップリング剤は、
（Ｃx Ｈ2x+1Ｏ）2y+2Ｓｉy Ｏy-1                         …  （ｉｉｉ）
（但し、ｘ≧０、ｙ≧１を満たす正数）で表すことができる。
なお、式（ｉｉｉ）中のｘ、ｙの上限は２０未満であることが好ましく、これ以上であると、液状組成物の構成要素にならず、固形物として残る恐れがある。通常はｘ＝０〜３が望ましく、ｘ＝０であれば、ＯＨ基を表し、シランカップリング剤の加水分解物を表す。この場合、溶媒に水／アルコール溶液を用いていても構わない。ｙは１〜１０が望ましい。ｙが２以上で、シランカップリング剤縮合物になる。代表的なシランカップリング剤は、ｘ＝２、ｙ＝１の場合であり、これと、エポキシ基あるいはアミン基を有するシランカップリング剤と水から構成されるバインダーは、有機溶剤を必要とせず、相溶させることが可能である。また、アルコキシ基を有するシランカップリング剤と水から成る組成物を用いると、高い耐熱性を得ることができる。
【００１９】
シランカップリング剤は、加水分解により、重合反応をするシラノール基を生成するので、水が必要である。加水分解は、空気中の水分でも起きるが、水を添加することにより加水分解の反応速度を増大させ、加熱することなく塗膜を硬化させることが出来る。水の比率は、バインダー１００質量部に対し、１〜５０質量部の範囲で調整する。水が１質量部未満であると、添加の効果は顕著ではなく、５０質量部超では、バインダーと相溶あるいは懸濁しない。さらに、自然石粉砕物がポーラスの場合や粒径が小さい場合は吸水するので、これを考慮するために、水の最適比率をあらかじめ実験で決定しておくことが奨められる。
【００２０】
自然石粉砕物がポーラスでもなく、粒径も小さくない場合、水の添加量は、バインダー１００部に対して５〜２５質量部奨められる。さらに、アミン基を有するシランカップリング剤以外は、水と相溶性があまりないため、１〜５０質量部でも水が分離することがある。この場合、無有機溶剤型でなくてよければ、アルコール等の極性有機溶剤を若干加えて、相溶させてもよい。加える水は、純水、水道水、又は、硬化速度を速めるために必要に応じてアンモニア水等で、ｐＨが５〜１１に調整するのが望ましい。
【００２１】
本発明の無機質系樹脂モルタル被覆鋼材は、鋼材表面の少なくとも一部に、最頻度粒径が０．０８８〜２．５ｍｍである自然石粉砕物とシリコン系樹脂から少なくともなる被覆層を平均膜厚０．５〜１０ｍｍ有する。樹脂モルタルの被覆層の厚さは、下地を隠蔽するために、ある程度以上の厚みが必要であり、その厚さは、粉砕石の透明度や粒径に応じて、０．５〜１０ｍｍの範囲で調整する。０．５ｍｍ未満では、下地隠蔽力が無く、１０ｍｍ超では、質感・隠蔽力が飽和すると共に不経済となる。
【００２２】
平均膜厚は、電磁式膜厚計を用いると容易に求められるが、被覆に用いた自然石粉砕物の粒径が０．５ｍｍを超えると、表面起伏が激しく、電磁式膜厚計では測定が困難になってくるので、その場合は、自然石粉砕物の見かけの体積を被覆面積で除することによって求めることができる。
本発明に用いる鋼材は、特に限定するものではないが、普通鋼、低合金鋼、ステンレス鋼等の鋼種が挙げられる。形状としては、厚板、薄板、管、杭等が例示できる。これにめっき、化成処理等の表面処理を施したものでもよいが、その表面にブラスト処理を行なった場合、めっき、塗装等は除去されてしまう恐れがある。
【００２３】
ブラスト処理は、現場で簡便に確実に鋼材表面の酸化物層、スケールを除去できる手段であり、サンドブラスト、ショットブラスト等が例示できる。表面調製の程度は、鋼面の赤錆、黒錆、その他のスケールを除去したレベル（Ｓａ２  １／２以上）が望ましい。ブラスト処理によってフレッシュな表面が得られ、この上に塗装することにより、信頼性の高い無機質系樹脂モルタル被覆鋼材を得ることができる。この塗装は、上述の無機質系樹脂モルタル組成物を塗布、乾燥することで、簡便に行うことができる。
【００２４】
ここで、無機質系樹脂とは、有機系樹脂と対比して用いたが、その樹脂分子中に炭素−炭素間の結合を主鎖とするもの以外のものを含む樹脂を指し、具体的には、金属−酸素間の結合によりネットワークを形成する樹脂である。上述したようなシランカップリング剤の珪素−酸素の結合以外にも、チタン、ゲルマニウム等との結合も例示できる。これらを含む無機質系樹脂は、その元素のアルコキシ化合物を加水分解・縮重合させることにより得ることができる。
【００２５】
なお、鋼材表面と樹脂モルタルの密着力と耐食性を向上させるために、有機接着樹脂層を中間層として設けることもできる。その種類は限定するものではないが、防錆顔料入りエポキシ系プライマーが例示できる。プライマーの膜厚は１０〜１００μｍが奨められる。１０μｍ以下だと、ブラスト処理による鋼材の起伏が通常１０μｍ以上あるので、均質に被覆されない。１００μｍ以上では、密着力は飽和し、耐食性は十分となる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明を表１による実施例によって具体的に説明する。
普通鋼材をＳａ２  １／２のブラスト処理をした。これに、表１に示す本発明例Ｎｏ．１以外は防錆顔料入りエポキシ系プライマーを５０μｍ塗布・乾燥した。この表面に、３−グリシドキシプロピルメトキシシランを１０質量部、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシランを２．５質量部、テトラエトキシシランを０．５質量部、水を１質量部の組成物に対して、最頻度粒径の異なる硅砂４０質量部を混和したものを、へらで塗布、乾燥した。被覆１日後、それぞれのサンプルの外観、質感を観察した。同様に、最頻度粒径が０．０５ｍｍ、３ｍｍの硅砂を用いたものを比較例Ｎｏ．２およびＮｏ．６とした。
【００２７】
さらに、比較として、市販品の有機樹脂モルタル、セメントモルタルを使用書通りに作製し、同様に塗布・乾燥し、比較例Ｎｏ．７、８とした。また、硅砂４０質量部に対し、バインダーを２質量部、５０質量部を混合したものを、それぞれ比較例Ｎｏ．９、１０とした。また実施例で水を除いたもの及び水を３０部加えたものを、それぞれ比較例Ｎｏ．１１、１２とした。得られた鋼材について、外観等の官能評価をした。また、消炎性試験は、ガスバーナーを用い、炎の長さを８ｃｍに調整し、サンプルに対して角度４５°、距離５ｃｍ離し、１分間あてた後、バーナーを瞬時に離し、３秒以上炎が認められたものを×、認められなかったものを○とした。
【００２８】
【表１】
2005194124.tif 000002
【００２９】
結果を表１にまとめて示す。Ｎｏ．１、３〜５は本発明例であり、Ｎｏ．２、Ｎｏ．６〜１２は比較例である。本発明例Ｎｏ．１、３〜５のいずれも、外観、質感、消炎性、ともに優れた性能を示した。比較例Ｎｏ．２では、硅砂を添加した質感が得られず、しかも下地が透けてしまい、また、比較例Ｎｏ．６では、大粒径の硅砂が一部脱離して、その部分から下地が透けて見え、外観上問題があった。比較例Ｎｏ．７、８では、従来のセメントモルタル外観しか得られず、意匠性の付与ができていない。比較例Ｎｏ．９〜１２では、そもそも作製した塗布液が塗装に適さない状態であり、美麗な外観の塗装を行うことができなかった。
出願人  新日本製鉄株式会社
代理人  弁理士  椎名  彊  他１