(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）水硬性セメント、（Ｂ）ケイ酸及びケイ酸塩の少なくとも１種を含むケイ酸化合物、及び（Ｃ）金属水酸化物を含有する耐火用組成物であって、
（１）前記ケイ酸化合物は、アロフェン及び／又はアロフェンを含むものであり、平均粒子径が３０μｍ以下であり、比表面積（ＢＥＴ法）が１００ｍ２／ｇ以上であり、
（２）（Ａ）水硬性セメント１００重量部に対し、（Ｂ）ケイ酸化合物５〜１００重量部、（Ｃ）金属水酸化物５０〜８００重量部を含有する、
ことを特徴とする耐火用組成物。
【請求項２】
さらに、（Ｄ）再乳化形粉末樹脂を含有する請求項１に記載の耐火用組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐火性能が要求される部位に適用可能な組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火災等に対する耐久性を高めるため、建造物の内壁、外壁、天井、屋根、柱、梁、間仕切り、扉等の部位においては優れた耐火性能が要求される。これらの部位を構成するために使用される耐火用組成物としては、種々の材料が使用されている。例えば、セメント及びロックウールを主体とした組成物が挙げられる。しかし、この組成物では、耐火性能が不十分なため、所望の耐火性能を発揮できる材料とするためにはかなりの厚みが必要となる。また、この組成物は主成分がロックウールのような無機繊維であるため、材料自体の強度が著しく弱いという問題がある。ヒル石、パーライト等の軽量骨材をセメント等の無機質結合材に配合した軽量モルタルも、上記組成物と同様の欠点を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年では、上述の問題点を改善すべく、セメント又は石膏を結合材とし、水酸化アルミニウム等の吸熱性物質を配合した材料が提案されている。
【０００４】
しかしながら、このような材料においては、吸熱性物質を増量すれば耐火性能が向上する反面、材料強度が低下するという問題がある。逆に、結合材を増量すれば強度が向上するものの、耐火性能が低下するという問題が生じる。
【０００５】
従って、本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、優れた耐火性能とともに十分な強度を発揮できる材料を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、特定の成分からなる組成物が上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、下記の耐火用組成物に係るものである。
【０００８】
１．（Ａ）水硬性セメント、（Ｂ）ケイ酸及びケイ酸塩の少なくとも１種を含むケイ酸化合物、及び（Ｃ）金属水酸化物を含有する耐火用組成物であって、
（１）前記ケイ酸化合物は、アロフェン及び／又はアロフェンを含むものであり、平均粒子径が３０μｍ以下であり、比表面積（ＢＥＴ法）が１００ｍ２／ｇ以上であり、
（２）（Ａ）水硬性セメント１００重量部に対し、（Ｂ）ケイ酸化合物５〜１００重量部、（Ｃ）金属水酸化物５０〜８００重量部を含有する、
ことを特徴とする耐火用組成物。
２．さらに、（Ｄ）再乳化形粉末樹脂を含有する前記項１に記載の耐火用組成物。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の耐火用組成物は、（Ａ）水硬性セメント、（Ｂ）ケイ酸及びケイ酸塩の少なくとも１種を含むケイ酸系材料、及び（Ｃ）金属水酸化物を含有することを特徴とする。
【００１８】
水硬性セメント（以下「（Ａ）成分」ともいう。）は、特に限定されず、公知のもの又は市販品を使用することができる。例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント、アルミナセメント、超速硬セメント、膨張セメント、酸性リン酸塩セメント、シリカセメント、石灰混合セメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、キーンスセメント等が挙げられる。これらは１種又は２種以上で使用することができる。
【００１９】
ケイ酸及びケイ酸塩の少なくとも１種を含むケイ酸化合物（以下「（Ｂ）成分」ともいう。）は、カルシウム化合物と水和反応が可能なケイ酸化合物であれば限定的でなく、公知又は市販の材料を適宜使用することもできる。ケイ酸塩としては、例えばアルミノケイ酸塩等も包含される。上記（Ｂ）成分として具体的には、ゼオライト、珪藻土、非晶質シリカ、粘土鉱物カオリン、鹿沼土、モンモリロナイト、ハロイサイト、アロフェン等を挙げることができる。これらは１種又は２種以上で用いることができる。このうち、本発明では、耐火性、強度等の見地より、アロフェン及び／又はアロフェンを含むもの（特にアロフェン）を好適に用いることができる。
【００２０】
上記（Ｂ）成分の平均粒子径は通常５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下とすれば良い。平均粒子径の測定方法は、遠心沈降式粒度分布測定装置により実施した。（Ｂ）成分の比表面積（ＢＥＴ法）は通常１ｍ2／ｇ以上、好ましくは１０ｍ2／ｇ以上、さらに好ましくは１００ｍ2／ｇ以上である。（Ｂ）成分の平均粒子径及び比表面積を上記範囲内に設定すれば、より優れた強度と耐火性能とを発現することができる。
【００２１】
上記（Ｂ）成分は、主として、カルシウム化合物との水和反応（すなわち、ポゾラン反応）により水和化合物を生成する。この水和化合物は結合成分として硬化体の強度向上に寄与するとともに、加熱時にはその脱水吸熱作用によって温度上昇を大幅に抑制し、優れた耐火性能を発揮させる。本発明組成物では、カルシウム化合物は主として（Ａ）成分によって供給されるが、その供給源として石膏、消石灰、生石灰等を必要に応じて添加することもできる。
【００２２】
生成する水和化合物は、用いる原料、組成等によってさまざまであり、その一例を次に掲げる。
【００２３】
１）反応性の高いアルミナが少ない場合…カルシウムシリケート系水和物等
２）反応性の高いアルミナが多く、かつ石膏が少量存在する場合…モノサルフェート（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣａＳＯ4・１２Ｈ2Ｏ）等
３）多量に石膏が存在する場合…エトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・３ＣａＳＯ4・３２Ｈ2Ｏ）等
４）石膏が存在しない場合…カルシウムシリケート系水和物のほか、４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・１３Ｈ2Ｏ−３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣａＣＯ3・１２Ｈ2Ｏ、２ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2・８Ｈ2Ｏ、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2・２Ｈ2Ｏ等
金属水酸化物（以下、「（Ｃ）成分」ともいう。）は、加熱の際、水蒸気等の不燃性ガスを多量に発生させ得るものであり、その吸熱作用により温度上昇を大幅に抑制する効果をもつものである。（Ｃ）成分としては、例えば水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化ストロンチウム、水酸化スカンジウム等を挙げることができる。これらは１種又は２種以上で用いることができる。本発明では、このうち、水酸化アルミニウム及び水酸化マグネシウムの少なくとも１種がより好適に用いられる。
【００２４】
本発明組成物の混合比率は限定的でなく、用いる成分の種類、最終製品の用途等に応じて適宜設定すれば良いが、通常は（Ａ）成分１００重量部に対し、（Ｂ）成分を５〜１００重量部程度（特に１０〜６０重量部）、（Ｃ）成分を５０〜８００重量部程度（特に１００〜４００重量部）とすることが望ましい。かかる範囲内において、より優れた耐火性能と高い強度を得ることができる。
【００２５】
本発明組成物では、必要に応じて、さらに合成樹脂を配合することができる。合成樹脂の形態としては、ラテックス、合成樹脂エマルション、粉末樹脂等のいずれであっても良い。とりわけ、プレミックスが可能であり、加水後の分散性に優れるという点で再乳化形粉末樹脂（以下「（Ｄ）成分」ともいう。）を好適に用いることができる。樹脂成分としては、最終的に得られる硬化体の強度向上、耐火被覆材として用いる場合の鉄骨等への付着性の向上等を図ることができるものであれば限定的でなく、公知のもの又は市販品を使用することができる。例えば、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、プロピオン酸ビニル樹脂、ベオバ樹脂、アクリル酢酸ビニル樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。これらの樹脂成分を添加することにより、強度等の向上を図ることができる。樹脂成分の添加量は限定的ではないが、通常は水硬性セメント１００重量部に対し、固形分換算で３〜５０重量部程度とすることが強度向上の点で望ましい。
【００２６】
上述の成分のほか、本発明の効果を妨げない範囲内で、珪砂、砂等の骨材、膨張パーライト、膨張バーミキュライト、シラスバルーン等の軽量骨材；炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩；ガラス繊維、ロックウール、パルプ等の繊維物質；セルロース類等の水溶性樹脂；その他にも界面活性剤、減水剤、消泡剤、防錆剤、低融点無機質物質等の公知の添加剤を配合しても良い。
【００２７】
本発明組成物は、これらの成分を各種の混合機で均一に混合することによって製造することができる。これらの成分は順次又は同時に添加することができる。
【００２８】
本発明組成物を使用する場合は、公知の水硬性組成物と同様にして用いれば良い。本発明組成物に水を配合してなる混練物（スラリー）を成形、養生硬化させれば良い。
【００２９】
具体的には、本発明組成物に水を配合して混練し、所定の形状に成形して得られた硬化体を建造物の内壁、外壁、天井、屋根、柱、梁、間仕切り、扉等の部位に適用すれば良い。あるいは、本発明組成物に水を配合して得られる混練物を所定の部位表面に塗付積層し、耐火被覆材として使用することもできる。  本発明では、混練物を調製する際の水の配合量は特に限定されないが、通常は本発明組成物１００重量部に対して、概ね５０〜２００重量部程度の比率とすれば良い。
【００３０】
本発明は、本発明組成物及び水を含む混練物を硬化して得られる硬化体も包含する。本発明の硬化体は、優れた耐火性と強度を発揮することができる。特に、強度面においては、後記の実施例１の「（３）加熱前の圧縮強度」及び「（４）加熱後の圧縮強度」で示すように、加熱前の圧縮強度４Ｎ／ｍｍ2以上であり、かつ、硬化体の中心部分の温度が５５０℃に達するまで加熱した後の圧縮強度が０．３Ｎ／ｍｍ2以上という優れた性能を発揮することができる。
【００３１】
また、本発明硬化体は、吸放湿特性を有する。特に、後記の実施例１の「（５）吸放湿特性（調湿性）」の試験における吸放湿特性値が５０ｇ／ｍ2以上という優れた性能を発揮することも可能である。このため、本発明硬化体は、耐火性に加えて調湿性が要求される材料としても好適に使用することができる。
【００３２】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を示し、本発明の特徴をより明確にする。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００３３】
なお、各配合例におけるスラリー調製で用いた水量は、配合例１〜１０及び１３では各組成物１００重量部に対して６０重量部、配合例１１及び１２では各組成物１００重量部に対して１９０重量部の割合とした。
【００３４】
実施例１
ポルトランドセメント１００重量部、大分産未焼成珪藻土（平均粒子径１０μｍ、比表面積２０ｍ2／ｇ）３０重量部、水酸化アルミニウム３００重量部、エチレン酢酸ビニル系再乳化形粉末樹脂（表１中では「エチレン酢酸ビニル粉末樹脂」と略記する。）１５重量部、膨張バーミキュライト３０重量部及びガラス繊維（平均繊維長６ｍｍ）６重量部からなる組成物を水とともに混合し、十分に攪拌してスラリー状にした。得られたスラリー（配合例１）を用い、下記のようにそれぞれ試験体を作製し各試験を行った。その結果を表１に示す。
（１）比重
上記スラリーを型枠（１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×３０ｍｍ）に流し込み、温度２０℃及び湿度６５％下（以下「標準状態」という）にて２８日間乾燥・養生させた後脱型し、さらに温度５０℃の乾燥器中で７日間、標準状態にて１日間放置することにより試験体を作製した。得られた試験体について、重量を測定して比重を算出した。
（２）耐火性
上記（１）と同様の手順で作製した試験体をセラミックボード型枠にはめ込み、予め１０００℃に設定した電気炉開口部に蓋をするように固定し、試験体裏面中心部分の温度が５５０℃に達するまでの時間を測定した。評価は、７０分以上を「◎」、６０分以上７０分未満を「○」、５０分以上６０分未満を「△」、５０分未満を「×」として示した。
（３）加熱前の圧縮強度
上記（１）と同様の手順で作製した試験体について、圧縮試験機を用いて圧縮強度を測定した。なお、圧縮面積は４０ｍｍ×４０ｍｍ、試験速度は５０ｍｍ／分とした。
（４）加熱後の圧縮強度
上記（２）の手順によって耐火性試験を行った後の試験体について、圧縮試験機を用いて圧縮強度を測定した。なお、圧縮面積は４０ｍｍ×４０ｍｍ、試験速度は５０ｍｍ／分とした。
（５）吸放湿特性（調湿性）
得られたスラリーを型枠（１６０ｍｍ×８０ｍｍ×１０ｍｍ）に流し込み、標準状態で２８日乾燥・養生した後、脱型した。成型体を温度５０℃の乾燥器中で７日間放置し、次いで標準状態で１日間放置した後、その裏面及びすべての側面をエポキシ樹脂で塗り包み（露出面積ｔ＝１２８００ｍｍ2）、温度２０℃・湿度４５％で４８時間放置したものを試験体とした。
【００３５】
上記試験体の重量ＷD0を測定した後、これを温度２０℃・湿度９０％で２４時間放置した後の重量ＷW1を測定し、続いて温度２０℃・湿度４５％で２４時間放置した後の重量ＷD1を測定した。同様の操作をもう一度繰り返し、湿潤状態での重量ＷW2と乾燥状態での重量ＷD2とを測定した。
【００３６】
次に、図１に示すように横軸に時間、縦軸に重量をとり、吸放湿曲線を作成し、下式に従って吸放湿特性値を算出し、その平均値を求めた。
【００３７】
吸湿量Ｗ1（ｇ）＝ＷW1−ＷD0
放湿量Ｗ2（ｇ）＝ＷW1−ＷD1
吸湿量Ｗ3（ｇ）＝ＷW2−ＷD1
放湿量Ｗ4（ｇ）＝ＷW2−ＷD2
吸放湿特性値（ｇ／ｍ2）＝（Ｗ1＋Ｗ2＋Ｗ3＋Ｗ4）／（４×ｔ）
【００３８】
【表１】
0004424891.tif 000002
【００３９】
表１の結果より、配合例１の組成物によれば、いずれの試験においても良好な結果を得ることができ、優れた耐火性能と強度とを発揮できる材料を提供できることがわかる。また、吸放湿特性値が５０ｇ／ｍ2以上であり、良好な調湿性を有することもわかる。
【００４０】
実施例２
表１に示す配合例２によって得られるスラリーを用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行ったところ、いずれの試験においても良好な結果を得ることができた。なお、配合例２で用いたモンモリロナイトは、平均粒子径６μｍ、比表面積３０ｍ2／ｇであった。
【００４１】
実施例３
表１に示す配合例３によって得られるスラリーを用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行ったところ、いずれの試験においても良好な結果を得ることができた。なお、配合例３で用いたゼオライトは、平均粒子径１５μｍ、比表面積２５ｍ2／ｇである。
【００４２】
実施例４
表１に示す配合例４によって得られるスラリーを用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行ったところ、いずれの試験においても良好な結果を得ることができた。
【００４３】
実施例５
表１に示す配合例５によって得られるスラリーを用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行ったところ、いずれの試験においても良好な結果を得ることができた。
【００４４】
実施例６
表１に示す配合例６によって得られるスラリーを用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行ったところ、いずれの試験においても優れた結果を得ることができた。なお、配合例６で用いた鹿沼土はアロフェンとハロイサイトの混合物で、平均粒子径１５μｍ、比表面積１４０ｍ2／ｇである。
【００４５】
実施例７
表１に示す配合例７によって得られるスラリーを用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行ったところ、いずれの試験においても優れた結果を得ることができた。なお、配合例７で用いたアロフェンは、平均粒子径８μｍ、比表面積２５０ｍ2／ｇである。
【００４６】
比較例１
表１に示す配合例８によって得られるスラリーを用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行った。配合例８は、ポルトランドセメントの代わりに焼石膏を用いたものであるが、実施例に比べ圧縮強度が劣る結果となった。また、吸放湿特性値が５０ｇ／ｍ2を下回っていた。
【００４７】
比較例２
表１に示す配合例９によって得られるスラリーを用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行ったところ、実施例に比べ圧縮強度が劣る結果となった。また、吸放湿特性値も５０ｇ／ｍ2未満であった。
【００４８】
比較例３
表１に示す配合例１０によって得られるスラリーを用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行ったところ、実施例に比べ圧縮強度が劣る結果となった。また、吸放湿特性値も５０ｇ／ｍ2未満であった。
【００４９】
比較例４
表１に示す配合例１１によって得られるスラリーを用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行ったところ、実施例に比べ耐火性及び圧縮強度のいずれも劣る結果となった。
【００５０】
比較例５
表１に示す配合例１２によって得られるスラリーを用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行ったところ、実施例に比べ耐火性及び圧縮強度のいずれも劣る結果となった。
【００５１】
比較例６
表１に示す配合例１３によって得られるスラリーを用いた以外は、実施例１と同様にして試験を行ったところ、実施例に比べ圧縮強度が劣る結果となった。なお、配合例１３で用いた珪砂は、平均粒子径６５μｍ、比表面積０．５ｍ2／ｇ以下である。
【００５２】
これらの結果より、本発明組成物が優れた耐火性及び強度を達成できることがわかる。特に、加熱後圧縮強度は、本発明組成物ではいずれも０．３Ｎ／ｍｍ2以上と優れていることがわかる。ケイ酸化合物としてアロフェンを用いた場合には、０．５Ｎ／ｍｍ2以上という加熱後圧縮強度を示し、本発明の中でもより優れた効果を発揮できることがわかる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明組成物によれば、耐火性能が良好であり、しかも優れた強度（圧縮強度等）を発揮する材料（耐火材）を提供することができる。特に、加熱後も一定水準以上の高い強度を確保することができ、崩落、脱落等の危険性を確実に回避することが可能となる。
【００５４】
また、本発明組成物による硬化体は、良好な吸放湿特性を有しており、調湿材として使用することもできる。従って、上記硬化体を内装材として使用する場合には、室内の大幅な湿度変動を抑制ないしは緩和することができる。また、結露防止効果、カビ発生抑止効果等も得ることができる。
【００５５】
このような本発明組成物は、耐火性、調湿性能等が要求される各種建材に適しており、例えば建造物の内壁、外壁、天井、屋根、柱、梁、間仕切り、扉等において好適に用いることができる。また、これら建造物あるいは鉄骨、鋼板等を基材とするこれら建造物の各部位に用いる耐火被覆材（耐火被覆用組成物）としても好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例において、吸湿性特性値の測定方法を示すグラフである。
【符号の説明】
１：吸放湿曲線
２：ＷD0
３：ＷW1
４：ＷD1
５：ＷW2
６：ＷD2
【図１】
0004424891.tif 000003