(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗膜形成性成分としてのアクリル樹脂と、
発泡剤と、
ポリアマイド系揺変剤とを含み、
前記発泡剤は、低温膨張性黒鉛とリン酸化合物とを含んでいる、
耐火塗料組成物。
【請求項２】
前記発泡剤は、前記低温膨張性黒鉛（Ａ）と前記リン酸化合物（Ｂ）との混合割合が重量比（Ａ／Ｂ）で１０／１００〜２５／１００に設定されており、かつ前記塗膜形成性成分の固形分１００重量部に対して１１０〜５００重量部の範囲で含まれている、請求項１に記載の耐火塗料組成物。
【請求項３】
前記発泡剤は、発泡性含窒素化合物をさらに含んでいる、請求項１または２に記載の耐火塗料組成物。
【請求項４】
炭化剤をさらに含む、請求項１、２または３に記載の耐火塗料組成物。
【請求項５】
体質顔料をさらに含む、請求項１、２、３または４に記載の耐火塗料組成物。
【請求項６】
基材に対し、請求項１から５のいずれかに記載の耐火塗料組成物を塗布する工程を含む、
耐火塗膜の形成方法。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載の耐火塗料組成物を用いて形成された耐火塗膜。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗料組成物、塗膜の形成方法および塗膜、特に、耐火塗料組成物、耐火塗膜の形成方法および耐火塗膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築物の構造駆体である鉄骨やコンクリートなどの基材は、火災時の高熱により機械的強度が急激に低下することが知られている。このような基材の機械的強度の急激な低下は、建築物の倒壊等を招くおそれがあるため、基材に対して耐火被覆を形成し、火災時における基材の機械的強度の急激な低下を防ぐ試みが種々行われている。
【０００３】
上述のような目的で用いられる耐火被覆には、通常、無機系のものと有機系のものとがある。無機系の耐火被覆は、セメント等の無機質バインダーにロックウール等の無機質繊維状質やバーミキュライト等の軽量骨材を混合し、水と混練してペースト状またはスラリー状に調製したものが一般的である。一方、有機系の耐火被覆は、塗料であり、一般に、塗膜形成性樹脂成分と発泡剤とを含んでいる（例えば、特開平５−７０５４０号、特開平５−８６３１０号）。このような有機系の耐火塗料による耐火塗膜は、それに含まれる発泡剤の作用により火災時に発泡して断熱作用を発揮し、基材が高温に曝されるのを防止することができる。
【０００４】
ところで、上述のような無機系の耐火被覆は、通常、基材に対して１〜３ｃｍ程度の厚膜に設定される。耐火被覆がこのような厚膜になると、基材の重量が増大するため、建築物、特に高層建築物の構造強度を耐火被覆の重量をも加味して十分に高める必要がある。これに対し、上述の有機系の耐火塗料は、火災時に発泡して膨張するため、数ｍｍ単位の薄膜の耐火塗膜を形成した場合でも、無機系の耐火被覆の場合と同等の耐火性を発揮することができる。このため、有機系の耐火塗料を用いた場合は、無機系の耐火被覆を用いる場合のように建築物の構造強度を高めなくても、良好な耐火性を実現することができる。したがって、建築物の構造強度を考えると、耐火被覆としては有機系のものを用いるのが有利である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の有機系の耐火塗料による塗膜の耐火性を高める場合は、通常、当該耐火塗料の成分比率を調整したり、塗膜の膜厚を大きく設定したりしている。しかし、前者の手法によれば、塗膜の耐火性は僅かしか改善されず、耐火性を高めるのに限界がある。一方、後者の手法によれば、膜厚を大きくすればするほど塗膜の耐火性は高まる。例えば、耐火塗膜の膜厚を通常の１．５〜２．０倍程度に設定すると、耐火性を５割程度高めることができる。しかし、このように耐火塗膜の膜厚を大きくする場合は、大量の耐火塗料を用いる必要があり、コストアップとなって経済的ではない。
【０００６】
本発明の目的は、有機系の耐火塗膜について、膜厚を増大させること無しに耐火性を高めることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る耐火塗料組成物は、塗膜形成性成分としてのアクリル樹脂と、発泡剤と、ポリアマイド系揺変剤とを含んでいる。ここで、発泡剤は、低温膨張性黒鉛とリン酸化合物とを含んでいる。この耐火塗料組成物において、発泡剤は、通常、低温膨張性黒鉛（Ａ）とリン酸化合物（Ｂ）との混合割合が重量比（Ａ／Ｂ）で１０／１００〜２５／１００に設定されており、かつ塗膜形成性成分の固形分１００重量部に対して１１０〜５００重量部の範囲で含まれている。また、発泡剤は、例えば、発泡性含窒素化合物をさらに含んでいる。この耐火塗料組成物は、炭化剤をさらに含んでいてもよい。また、この耐火塗料組成物は、体質顔料をさらに含んでいてもよい。
【０００８】
本発明に係る耐火塗膜の形成方法は、基材に対し、本発明の耐火塗料組成物を塗布する工程を含んでいる。
【００１０】
本発明に係る耐火塗膜は、本発明の耐火塗料組成物を用いて形成されたものである。
【００１１】
【発明の実施の態様】
耐火塗料用発泡性組成物
本発明において用いられる耐火塗料用発泡性組成物は、有機系の耐火塗料に用いられるものであり、当該耐火塗料による耐火塗膜が高熱に曝されたときに発泡、膨張して、当該耐火塗膜に断熱性を付与するためのものである。
【００１２】
この発泡性組成物は、低温膨張性黒鉛とリン酸化合物とを含んでいる。低温膨張性黒鉛は、炭素元素による六角網状平面が積み重なった結晶構造を有し、かつこの六角網状平面の層間に各種の物質を挿入させた黒鉛層間化合物である。このような黒鉛層間化合物は、高温で加熱したときに六角網状平面の層間に挿入させた各種物質が分解してガス化し、その圧力で層間が層面と垂直な方向に大きく膨張し得る。
【００１３】
このような黒鉛層間化合物は、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの粉末に硫酸と酸化剤との混酸を添加して撹拌し、黒鉛の層状結晶の層間に硫酸を挿入させることにより調製することができる。なお、酸化剤としては、硝酸などの一般的な各種酸化剤を用いることができる。
【００１４】
本発明では、上述の低温膨張性黒鉛として、約１，０００〜１，２００℃において膨張性能を示す一般的な膨張性黒鉛よりもより低温で膨張し得る黒鉛、具体的には約２００〜５００℃、より好ましくは２５０〜３００℃で膨張し得る黒鉛が用いられる。このような低温膨張性黒鉛としては、例えば、中央化成株式会社製のエキスパンダブルグラファイト（グレードＮｏ．８０９９、８０９９−ＬＴＥ、８０９９−ＬＴＥ−ｕおよび１９４等）が挙げられる。
【００１５】
耐火塗料用発泡性組成物に用いられるリン酸化合物は、特に限定されるものではないが、一般に、正リン酸、ポリリン酸、リン酸アンモニウム、リン酸メラミン、ポリリン酸アンモニウムである。但し、耐水性および耐火性の良好な耐火塗膜を形成することができる点で、ポリリン酸アンモニウムをメラミン樹脂によりコーティングしたものを用いるのが好ましい。なお、リン酸化合物は、２種以上のものを併用することもできる。
【００１６】
このようなリン酸化合物は、約３００℃以上の高温を受けた際に、耐火塗膜成分中の有機物を脱水する脱水触媒として作用し、これにより炭化物の生成を促進して塗膜の燃焼を抑制することができる。同時に、自らも防火性の無機質リン酸膜を形成し、耐火塗膜の耐火性を高めることができる。
【００１７】
耐火塗料用発泡性組成物は、上述の低温膨張性黒鉛およびリン酸化合物の他に、発泡性含窒素化合物を含んでいてもよい。発泡性含窒素化合物としては、加熱すると窒素やアンモニア等のガスを多量に発生し得るものであれば種々のものを用いることができるが、例えば、メラミン、ジシアンジアミド、アゾジカルボンアミド、尿素等が用いられる。なお、発泡性含窒素化合物は、２種以上のものを併用することもできる。
【００１８】
このような発泡性含窒素化合物は、加熱すると窒素やアンモニア等のガスを多量に発生し、これにより耐火塗膜の燃焼をより効果的に防止することができる。また、耐火塗膜の燃焼により生成した炭化物をより一層膨張させることができ、これにより耐火塗膜の断熱性をより高めることができる。
【００１９】
耐火塗料用発泡性組成物において、上述の低温膨張性黒鉛（Ａ）およびリン酸化合物（Ｂ）の混合割合は、重量比（Ａ／Ｂ）で１０／１００〜２５／１００が好ましく、１６／１００〜２１／１００がより好ましい。低温膨張性黒鉛の割合が１０より小さい場合は、耐火塗膜に十分な断熱性を付与することができない場合がある。逆に、低温膨張性黒鉛の割合が２５を超えると、耐火塗膜の機械的強度が低下する。また、発泡した耐火塗膜の緻密性が低下し、結果として耐火塗膜の断熱性が低下する場合がある。
【００２０】
また、耐火塗料用発泡性組成物が上述の発泡性含窒素化合物を含む場合、その混合割合は、低温膨張性黒鉛１００重量部に対して１００〜６００重量部に設定するのが好ましく、２００〜４００重量部に設定するのがより好ましい。この割合が１００重量部未満の場合は、加熱時の発泡が不十分になり、発泡性含窒素化合物を用いることによる十分な効果が得られにくい。逆に、６００重量部を超える場合は、発泡した耐火塗膜の緻密性が低下し、却って耐火塗膜の断熱性を低下させてしまう場合がある。
【００２１】
耐火塗料組成物
本発明の耐火塗料組成物は、塗膜形成性成分と、発泡剤としての上述の耐火塗料用発泡性組成物とを含んでいる。
本発明で用いられる塗膜形成性成分は、所謂樹脂成分であり、ポリウレタン樹脂やエポキシ樹脂等の塗膜形成性成分を用いた場合よりも塗装作業性を高めることができることから、アクリル樹脂が好ましい。アクリル樹脂としては、例えば、スチレン−アクリル系樹脂や酢酸ビニル−アクリル系樹脂等を用いることができる。なお、アクリル樹脂として、ガラス転移温度が−１５〜−５０℃のものを用いると、可撓性を有する耐火塗膜を形成することもできる。
【００２３】
なお、上述の塗膜形成性成分の分子量は、重量平均分子量で８０，０００〜２００，０００程度が好ましい。分子量が８０，０００未満の場合は、本発明の耐火塗料組成物による耐火塗膜が加熱時にタレ落ちを起こしやすくなり、当該塗膜が基材から脱落して断熱性を発揮しない場合がある。逆に、分子量が２００，０００を超える場合は、塗装作業性、特にスプレー塗装作業性が低下する場合がある。
【００２４】
本発明の耐火塗料組成物は、通常、上述の塗膜形成性成分の固形分１００重量部に対して上述の発泡剤を１１０〜５００重量部、好ましくは２５０〜３５０重量部含んでいる。発泡剤の割合が１１０重量部未満の場合は、本発明の組成物による耐火塗膜が加熱時に十分に発泡しにくくなり、当該塗膜が十分な断熱性、耐熱性を示しにくくなる。逆に、発泡剤の割合が５００重量部を超えると、耐火塗膜が加熱時に発泡し過ぎ、当該塗膜の機械的強度および基材に対する付着性が低下する。また、発泡後の耐火塗膜の緻密性が低下し、耐火塗膜の耐熱性が却って不十分になる場合がある。
【００２５】
なお、本発明の耐火塗料組成物で用いられる発泡剤は、既述の理由により、低温膨張性黒鉛に対して既述の割合で発泡性含窒素化合物を含んでいてもよい。この場合、発泡剤の混合量は、塗膜形成性成分の固形分１００重量部に対して３０〜１００重量部に設定するのが好ましく、５０〜８０重量部に設定するのがより好ましい。発泡剤の混合量が上述の範囲外の場合は、上述と同様の不都合が発生するおそれがある。
【００２６】
また、本発明の耐火塗料組成物は、炭化剤を含んでいてもよい。この炭化剤は、発泡剤の構成要素である、脱水触媒として機能するリン酸化合物により脱水され、加熱された耐火塗膜に炭化層を形成するための成分である。このような炭化剤を含む場合、本発明の耐火塗料組成物はより耐火性の良好な耐火塗膜を形成することができる。
【００２７】
炭化剤としては、従来からの耐火塗料用として用いられる一般的なものを用いることができる。具体的には、第４級炭素原子を有する多価アルコール、例えば、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、テトラペンタエリスリトール等が用いられる。
【００２８】
炭化剤は、塗膜形成性成分の固形分１００重量部に対して、通常、３０〜１００重量部、好ましくは５０〜８０重量部用いられる。３０重量部未満の場合は、炭化剤を添加することによる十分な効果が得られず、耐火塗膜の耐火性が十分に高まりにくい。逆に、１００重量部を超えると、耐火塗膜が加熱されたときに、当該塗膜の軟化が著しくなり、塗膜のタレ落ちが生じて耐火機能を失う場合がある。
【００２９】
本発明の耐火塗料組成物は、上述の各種成分の他、ポリアマイド系揺変剤を含んでいる。また、二酸化チタン等の体質顔料等を含んでいてもよい。ポリアマイド系揺変剤を含む本発明の耐火塗料組成物は、塗膜形成性成分としてのアクリル樹脂とポリアマイド系揺変剤とを用いない場合に比べて塗装作業性が格段に向上し、垂直面に塗布した塗料組成物のタレ落ちが２，０００〜３，０００％改善され得る。なお、ポリアマイド系揺変剤の添加量は、通常、塗膜形成性成分の固形分１００重量部に対して１〜５重量部に設定される。
【００３０】
耐火塗膜
本発明の耐火塗膜は、上述の耐火塗料組成物を用いて形成されたものである。上述の耐火塗料組成物を用いて耐火塗膜を形成する場合には、建築物の構造駆体となる基材、例えば、鉄骨やコンクリートなどに対して当該塗料組成物を塗布する。塗布方法としては、刷毛塗りやスプレー塗装等の一般的な方法を採用することができるが、比較的厚塗りが容易なスプレー塗装法を採用するのが好ましい。
【００３１】
なお、上述の耐火塗料組成物は、上述のように塗装作業性が格段に向上するので、塗重ね回数が少なくても必要な膜厚の耐火塗膜を容易に形成することができる。したがって、この場合は、塗重ね回数の増加によるコストアップを防止することができるので、耐火塗膜をより安価に形成することができる。
【００３２】
また、上述のようなガラス転移温度が−１５〜−５０℃のアクリル樹脂を塗膜形成性成分として含む耐火塗料組成物を用いて耐火塗膜を形成する場合は、当該耐火塗膜を不織布、アルミホイルなどの可撓性を有するシート状物上に形成することもできる。この場合は、耐火塗膜が外側に位置するように当該シート状物を基材に対して巻き付けることができ、これにより当該基材に対して耐火性を付与することが可能になる。
【００３３】
本発明の耐火塗膜の膜厚は、通常、０．５〜４．０ｍｍ程度に設定される。膜厚が０．５ｍｍ未満の場合は、耐火塗膜が十分な耐火性を発揮しないおそれがある。逆に、膜厚が４．０ｍｍを超える場合は、それに見合うだけの耐火効果が発揮されにくく、経済的でない。このように、本発明の耐火塗膜は、膜厚を小さく設定しても高い耐熱性を発揮し得るため、建築物の基材に対して過剰な荷重を加えにくい。
【００３４】
本発明の耐火塗膜は、火災時において、その高熱に曝されると２０〜５０倍程度に発泡して膨張し、やがて炭化層を形成する。この炭化層は、良好な断熱性を示し、基材の機械的強度が高熱により低下するのを効果的に抑制することができる。
【００３５】
【実施例】
参考例１〜６および比較例１
表１に示す塗膜形成性成分および低温膨張性黒鉛、リン酸化合物としてのポリリン酸アンモニウム（ヘキストジャパン株式会社製のホスタフラムＡＰ４６２）、発泡性含窒素化合物としてのメラミン、炭化剤としてのジペンタエリスリトール（広栄化学株式会社製のジペンタリット３００Ｍ）、並びに体質顔料としての二酸化チタン（石原産業株式会社製のタイペークＣＲ９５）を表２に示す割合で混合し、耐火塗料組成物を調製した。
【００３６】
得られた耐火塗料組成物を、錆止め塗料を塗装した３００×３００×３．２ｍｍのサイズのブラスト鉄板に乾燥膜厚が２ｍｍになるよう塗布し、耐火塗膜を形成した。この耐火塗膜をＪＩＳ  Ａ  １３０４に規定する標準加熱曲線に基づいてガス焼却炉で加熱し、ブラスト鉄板裏面の温度が４５０℃以上になるまでの時間（耐火時間）を測定した。結果を表２に示す。この時間が長いほど、耐火塗膜の耐火性が良好なことを示している。
【００３７】
【表１】
0003784445.tif 000002
【００３８】
【表２】
0003784445.tif 000003
【００３９】
実施例
参考例５で得られた耐火塗料組成物に対してポリアマイド系揺変剤（共栄社油脂株式会社製のフローノンＳＨ−２９０）２５重量部をさらに添加し、得られた塗料の塗装作業性を調べた。塗装作業性は、ビスコメーターを用いて塗料の粘度を２５℃で１５０ポイズに調整後、これをサジングテスターを用いてガラス板に塗布し、当該ガラス板を垂直に起立させた際に塗料がタレ落ちない限界の塗布厚さを測定することにより調べた。結果は４，０００〜６，０００μｍであった。因に、参考例５で得られた耐火塗料組成物について同様に塗装作業性を調べたところ、結果は２５０〜３００μｍであった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の耐火塗料組成物は、塗膜形成性成分としてのアクリル樹脂、上述の耐火塗料用発泡性組成物およびポリアマイド系揺変剤を含んでいるので、膜厚を小さく設定しながら耐火性の高い有機系の耐火塗膜を実現することができる。
【００４１】
また、本発明に係る耐火塗膜の形成方法は、基材に対して上述の耐火塗料用組成物を塗布しているため、膜厚を小さく設定しながら耐火性の高い有機系の耐火塗膜を基材に形成することができる。
【００４２】
さらに、本発明に係る耐火塗膜は、上述の耐火塗料組成物を用いて形成されているので、膜厚が小さく設定されている場合でも耐火性が良好である。