(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バインダー樹脂、発泡剤、炭素生成剤、無機充填剤を含有する発泡性耐火塗料において、無機充填剤は、
ＲＴｉＯ3 ［式中、Ｒはアルカリ土類金属］
で表されるチタン酸アルカリ土類金属と、
Ｍ2ＴｉnＯ2n+1 ［式中、Ｍはアルカリ金属、ｎは２〜８］
で表されるチタン酸アルカリ金属と、からなるチタン酸アルカリ土類金属複合チタン酸アルカリ金属である複合チタン酸化合物の多孔質粒子が配合されており、 前記複合チタン酸化合物は、チタン酸アルカリ土類金属/チタン酸アルカリ金属の複合量比（モル比）が１/４〜１０/１であり、多孔質粒子が１０〜５０％の空隙を有する球状体であって、該多孔質粒子の配合量は、樹脂、炭素生成剤及び発泡剤の固形分合計量１００重量部に対し、１〜５０重量部であることを特徴とする発泡性耐火塗料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物・建造物の鉄骨やコンクリート等に塗装され、火災時の高温火炎の熱により発泡層を形成して高温火炎の直接被爆を遮断する発泡性耐火塗料の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築物，構造物の構造駆体である鉄骨（柱、梁等）やコンクリート等の基材は、火災時の高温火炎による昇温に伴って機械強度が急激に低下することが知られている。火炎による基材の急激な強度低下は建築物等の倒壊を引き起こすおそれがある。その対策として基材の表面を発泡性耐火塗料で被覆することが行なわれている。これは火炎温度で塗膜を発泡させて発泡層を形成することにより、高温火炎の基材に対する直接被爆を遮断すると共にその断熱作用で基材の急激な昇温・強度低下を防止するものである。
【０００３】
発泡性耐火塗料は、バインダー樹脂、炭素生成剤、発泡剤及び無機質充填剤等を配合して調製される。その塗膜の耐火性能を効果的に発揮させるには、十分な発泡高さ（発泡層厚）を有し、かつ形成される発泡層に亀裂や剥落等がなく、基材表面を安定に被覆保護し得るものであることを要する。この耐火性能の改良に関してこれまで種々の工夫がなされ、例えば無機充填剤としてガラスフリットを配合したもの（特開平8-12908号公報）、二酸化チタンを配合したもの（特開2001-40290号公報，特開2001-115093号公報）、セラミックスフィラーを配合したもの（特開2001-72930号公報）、発泡剤として低温膨張性黒鉛とリン酸化合物とを特定量配合したもの（特開平9-183978号公報）等が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
耐火塗膜の発泡層の断熱性を高めるには、発泡高さをより大きくする必要がある。しかし発泡倍率を高めようとすると、形成される発泡層の強度低下を招き、発泡層に亀裂や剥落が生じ易く、基材に対する密着性も低くなり、結果として高温火炎に対する基材の保護機能（耐火性能）が損なわれることになる。
本発明は、塗膜の良好な発泡倍率を維持しながら、発泡層の耐亀裂性、耐剥離性等を高め、改良された耐火性能を発揮し得るようにした発泡性耐火塗料を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、バインダー樹脂、炭素生成剤、発泡剤、無機充填剤を含有する発泡性耐火塗料において、無機充填剤は、
ＲＴｉＯ3 ［式中、Ｒはアルカリ土類金属］
で表されるチタン酸アルカリ土類金属と、
Ｍ2ＴｉnＯ2n+1 ［式中、Ｍはアルカリ金属、ｎは２〜８］
で表されるチタン酸アルカリ金属と、からなるチタン酸アルカリ土類金属複合チタン酸アルカリ金属である複合チタン酸化合物の多孔質粒子が配合されており、 前記複合チタン酸化合物は、チタン酸アルカリ土類金属/チタン酸アルカリ金属の複合量比（モル比）が１/４〜１０/１であり、多孔質粒子が１０〜５０％の空隙を有する球状体であって、該多孔質粒子の配合量は、樹脂、炭素生成剤及び発泡剤の固形分合計量１００重量部に対し、１〜５０重量部であることを特徴としている。
【０００６】
チタン酸化合物は断熱性の良好な物質であり、その配合効果として耐火塗膜の発泡倍率を過度に大きくすることなく、形成される発泡層に高い断熱性をもたせることができる。しかも複合チタン酸化合物の多孔質の粒子を使用したことにより、断熱性がより高められる。このため、発泡層厚（発泡高さ）を大きくすることに付随する不具合、特に発泡層の脆弱化とそれに伴う亀裂・剥離等を回避すると共に、基材に対する十分な密着性を維持することができ、この高い断熱性と層形態の安定性とにより改良された耐火性能が発揮される。
【００１０】
本発明の発泡性耐火塗料に配合される複合チタン酸化合物は、
Ｍ２ＴｉｎＯ２ｎ+１  
［式中、ＭはＬｉ,Ｎａ,Ｋ等のアルカリ金属、ｎは2〜8］
で表されるチタン酸アルカリ金属と、
ＲＴｉＯ３
［式中、ＲはＢａ，Ｃａ，Ｓｒ等のアルカリ土類金属］
で表されるチタン酸アルカリ土類金属とが分散混在した複合チタン酸化合物[チタン酸アルカリ土類金属複合チタン酸アルカリ金属（RTiO３-M２TiｎO２ｎ＋１）]である。
【００１２】
複合チタン酸化合物［RTiO３-M２TiｎO２ｎ＋１］の一方の構成分である、チタン酸アルカリ金属=M２TiｎO２ｎ＋１には、トンネル型の結晶構造を有するものと層状の結晶構造を有するものとがある。トンネル構造のチタン酸アルカリ金属として、六チタン酸カリウム(K２Ti６Ｏ１３), 六チタン酸ナトリウム(Na２Ti６Ｏ１３), 八チタン酸カリウム(K２Ti８Ｏ１７), 八チタン酸ナトリウム(Na２Ti８Ｏ１７)等、層状構造のチタン酸アルカリ金属として、三チタン酸ナトリウム(Na２Ti３Ｏ７),四チタン酸カリウム(K２Ti４Ｏ９), 二チタン酸カリウム(K２Ti２Ｏ５)等が挙げられる。トンネル型結晶構造のものは、層状構造に比べて高い断熱性を有する点でより有利である。
【００１４】
複合チタン酸化合物［チタン酸アルカリ土類金属複合チタン酸アルカリ金属（RTiO３-M２TiｎO２ｎ＋１）］は、チタン酸アルカリ金属とペロブスカイト型構造のチタン酸アルカリ土類金属の複合体であることにより発泡層の強化に効果的に寄与する。チタン酸アルカリ金属はトンネル構造（六チタン酸カリウム,八チタン酸カリウム等）が断熱性の点でより有利である。好ましい例として、CaTiO３-K２Ti６O１３, SrTiO３-K２Ti６O１３, BaTiO３-K２Ti６O１３等が挙げられる。チタン酸アルカリ土類金属とチタン酸アルカリ金属の複合量比（RTiO３/M２TiｎO２ｎ＋１モル比）は１/４〜１０/１の範囲が適当である。
【００１５】
複合チタン酸化合物は、チタン酸アルカリ土類金属粒子とチタン酸アルカリ金属粒子との粒子間に空隙が介在した多孔質粒子として入手することができる。従ってこの多孔質チタン酸化合物は、チタン酸化合物自身の断熱性に加え、多孔質であることによる断熱効果を併せ有している。断熱効果の点からは空隙率が高いほど有利であるが、脆弱化(強度の低下)を伴うので、空隙率は１０〜５０％であるのが好ましい。
【００１７】
複合チタン酸化合物は、前記のように多孔質の粒子形態を有する粉末が好ましく使用され、その粒子サイズは、塗料への均一分散性や発泡層の強度改善効果の点から、粒径１〜100μmであるのがよい。
【００１８】
本発明の発泡性耐火塗料は、バインダー樹脂、炭素生成剤、発泡剤および無機充填剤等を構成成分とし、無機充填剤として前記複合チタン酸化合物の多孔質粒子を(所望により他の無機充填剤と共に)配合することにより調製される。
【００１９】
バインダー樹脂は、塗膜層を形成すると共に、塗膜の基材表面に対する付着性を与える成分である。これには、アクリル樹脂，アルキド樹脂，メラミン樹脂，酢酸ビニル樹脂，ウレタン樹脂，エポキシ樹脂，シリコーン樹脂，ポリエステル樹脂等が挙げられ、有機溶媒に溶解し又はエマルジョンとして水に分散して使用される。
【００２０】
炭素生成剤は、火災時の高温加熱により炭化し発泡層の骨格を形成する物質であり、多糖類（グルコース，マルトース等）、多価アルコール（ペンタエリスリトール，ジペンタエリスリトール，トリペンタエリスリトール，ポリペンタエリスリトール，）、酢酸ビニル、アミド樹脂、グラファイト等が挙げられる。殊に、ペンタエリスリトール，ジペンタエリスリトール，トリペンタエリスリトール，ポリペンタエリスリトールは炭化層形成作用に優れている。
【００２１】
発泡剤は、高温加熱により分解して不燃性のガス（窒素，二酸化炭素，アンモニア等）を発生し、その膨圧作用により炭化層を発泡させる働きを有する。これには、ジシアンジアミド，メラミン及びメラミン誘導体（ブチルメラミン，トリメチロールメラミン，ヘキサメチロールメラミン等），ウレア，ジメチルウレア，アミノ酢酸，グアニジン等の含窒素発泡剤、および第一リン酸アンモニウム，第二リン酸アンモニウム，ポリリン酸アンモニウム等の難燃性発泡剤が好ましく使用される。含窒素発泡剤では、殊にメラミンとその誘導体が好適である。難燃性発泡剤である上記リン酸塩は、加熱分解により不燃性ガス（アンモニア）を発生すると共に、多価アルコール等の構成樹脂との結合（吸熱反応）により材料温度を下げ、また発泡層の網目構造の形成を助長する働きを有する。
【００２２】
本発明の発泡性耐火塗料は、無機充填剤として複合チタン酸化合物の多孔質粒子が配合される点を除いて、従来の発泡性耐火塗料と同じように調製することができる。その組成配合におけるチタン酸化合物の配合量比は、好ましくは、樹脂,炭素生成剤及び発泡剤の固形分合計量１００重量部に対し、１〜５０重量部の範囲に調整される。配合量がこれより少ないと、チタン酸化合物の添加効果が少なく、他方これを超えると効果は飽和して増量の利益はなく、また発泡層の脆弱化を招くおそれがあるからである。なお、バインダー樹脂,炭素生成剤,発泡剤の配合量比の調整は通常のそれと同様に行なえばよく、例えば樹脂（固形分）：炭素生成剤：発泡剤=100：20-400：50-500に調整される。
【００２３】
本発明の発泡性耐火塗料は、本発明の効果を損なわない範囲内で、従来の発泡性耐火塗料と同じように、添加剤として使用されている各種成分、例えば、炭酸カルシウム，水酸化アルミニウム，アルミナ，シリカ，無機繊維，ロックウール等の無機充填剤、ハロゲン系，リン酸系等の難燃剤、消泡剤，分散剤，潤滑剤等の界面活性剤、防凍剤、防黴剤、着色顔料、粘度・粘性調整剤等が所望により適宜配合される。
【００２４】
本発明の発泡性耐火塗料の基材に対する塗布施工は、通常のそれと同様に、刷毛塗り，スプレー塗布，ローラコーティング等を適用して行なえばよい。適用対象は、鉄骨等のみならず、アルミニウム，亜鉛等の金属材料，木材，合板等にも有効である。
【００２５】
【実施例】
(1)供試材の調製
バインダー樹脂，発泡剤，炭素生成剤，及び無機充填剤等を所定組成に配合し攪拌機で均一に混合して発泡性耐火塗料を調製した。表１に組成配合を示す。この発泡性耐火塗料を、溶媒で希釈し粘度調整したうえ、ブラスト処理した鋼板（300×300×3.2，ｍｍ）の片側面にスプレー塗装し、２週間養生（自然乾燥）して試験体を得た。塗装厚さ（乾燥厚さ）は各試験材とも約２ｍｍに設定した。
【００２７】
使用した複合チタン酸化合物の多孔質粒子(後記「チタン酸化合物の製造例」による)は次のようである。
チタン酸カルシウム複合六チタン酸カリウム(CaTiO３-K２Ti６O１３)の多孔質球状粉末。
CaTiO３/K２Ti６O１３複合量比(モル比)＝５/１
平均粒径35μｍ,  空隙率20％  
【００２８】
(2)耐火試験
各試験体を、ＪＩＳ  Ａ１３０４(建築構造部分の耐火試験方法)に規定された標準加熱曲線に基づいて電気炉内で加熱昇温し、鋼板の裏面温度が４５０℃以上に達するまでの時間（耐火時間）を測定した。また、加熱試験後の発泡層の目視観察により亀裂・剥離の有無および基材（鋼板）表面に対する密着状態を評価した。試験結果を表１下段に示す。「発泡層」欄の記号は次のとおりである。
「亀裂の有無」欄：〇…亀裂なし、△…亀裂幅１mm未満、×…亀裂幅１mm超
「剥離の有無」欄：〇…剥離なし、△…20％以下（試験体面積率）の剥離発生
「密着性」欄    ：〇…界面の剥離/膨れなし、△…界面に部分的浮上り発生
【００２９】
【表１】
0004056761.tif 000002
【００３０】
表１に示したように、発明例を比較例（従来材）と対比すると、発明例のものは耐火時間が増加し良好な断熱性を有すると共に、加熱後の発泡層の亀裂・剥離等もなく（発生しても軽微である）、基材に対する健全な密着状態を維持しており、改良された耐火性能を有している。
【００３３】
＜複合チタン酸化合物の製造例＞
精製酸化チタン（TiO２）、炭酸カルシウム（CaCO３）及び炭酸カリウム（K２CO３）の各粉末を、TiO２/ CaO/ K２O=11/5/1（モル比）となる割合で配合し、水を加えてスラリーとしたうえスプレードライヤーで造粒する。造粒粉（乾燥物）をアルミナるつぼに入れ電気炉中、1150℃で焼成処理する。焼成反応物を解砕処理し、下記の複合チタン酸化合物粉末を得た。
チタン酸カルシウム複合六チタン酸カリウム(CaTiO３-K２Ti６O１３)の多孔質粒子
CaTiO３/K２Ti６O１３複合量比（モル比）：５/１
平均粒子径：35μm
空隙率    ：20％
【００３７】
本発明の実施態様の具体例を以下に示す。
(1)バインダー樹脂、発泡剤、炭素生成剤、無機充填剤を含有する発泡性耐火塗料において、無機充填剤としてチタン酸化合物が配合されている。
(2)チタン酸化合物はＲＴｉＯ３［Ｒは前記と同義］で表されるチタン酸アルカリ土類金属とＭ２ＴｉｎＯ２ｎ+１［Ｍ及びｎは前記と同義］で表されるチタン酸アルカリ金属とからなる複合チタン酸化合物である上記1の発泡性耐火塗料。
(3)ＲがＣａである上記2の発泡性耐火塗料。
(4)ＲがＳｒである上記2の発泡性耐火塗料。
(5)ＲがＢａである上記2の発泡性耐火塗料。
(6)ＭがＫである上記2,3,4又は5の発泡性耐火塗料。
(7)複合チタン酸化合物は10〜50％の空隙率を有する多孔質球状粒子である上記2,3,4,5又は6の発泡性耐火塗料。
(8)チタン酸化合物の配合量は、樹脂,炭素形成剤及び発泡剤の固形分合計量１００重量部に対し、１〜５０重量部である上記1〜7のいずれか１項の発泡性耐火塗料。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の発泡性耐火塗料は、チタン酸化合物の配合効果として、大きい発泡高さを維持しながら、発泡層の亀裂や剥離を生じ難く、基材に対する良好な密着状態を保持して基材を安定に被覆保護することができ、改良された耐火性能を発揮するものである。