JP2686833B2 - 鉄に対する付着力の優れた耐火被覆組成物 - Google Patents

鉄に対する付着力の優れた耐火被覆組成物

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本願は、鉄部分に対して施工する付着力の優れた耐火
被覆組成物に係るものである。
（従来技術） 従来より建築物の鉄部被覆する材料としては各種のも
のがあった。例えば、鉄筋コンクリート建築におけるコ
ンクリート、鉄骨柱や梁の防錆のための防錆塗料、火災
時に鉄骨を熱から保護し、その強度を保持させる耐火被
覆材などである。
この耐火被覆材料の施工方法には、大きく分けて２つ
の分類がある。１つは、珪酸カルシウム板石膏ボード、
ロックウール板、石綿板等のような、乾式板を鉄骨に貼
り付けていく乾式工法であり、もう一つは、ロックウー
ル、石綿等の無機質繊維やバーミキュライト、パーライ
ト等の耐熱性軽量骨材等をセメントや石膏プラスター等
の無機系バインダーとともにガン先で水と一緒に吹き付
けるか、あるいは一旦それらをミキサーで水と混練し
て、ペースト状になったものを圧送ポンプにて送り、吹
き付ける吹付耐火被覆材や、セメントモルタルのように
鏝塗りにて塗付する鏝塗り耐火被覆材や、特殊なものと
しては塗付後に発泡硬化して耐火被覆層を形成する常温
発泡耐火断熱被覆材、火災時にその熱で発泡膨張して防
火・耐火効果を示す耐火塗料等の湿式工法がある。
このようななかで、現在の耐火被覆工法の主流は、比
較的形状が複雑な鉄骨の梁・柱等に関しては施工性の優
れた湿式工法、特に吹付工法が採用されている。
湿式耐火被覆工法において、従来の耐火被覆工法とし
て以下のものが主に使用されている。
１）モルタル・コンクリート系 型枠を鉄骨回りにセットし、コンクリート、軽量コン
クリート、気泡コンクリートなどを打設したり、ラス下
地を施工した後、モルタルまたは軽量モルタルを鏝塗り
したりする。これら硬化物はそれら自体の熱容量が大き
いので、火災時における外部からの熱が、被覆材の昇温
分に消費され鉄骨面体に熱が伝わるのを遅らせる性質を
持つ。このような性質を耐火被覆材として活用している
ので充分な効果を出すためには、これらの被覆材の被覆
厚みは必然的に厚くしなければならない。従って、単位
面積当りの重量が重くなり、モルタル等は剥離の危険が
あるため、通常はメタルラスを鉄骨面に巻いてから施工
している。
２）岩綿・石綿系 岩綿や石綿のように内部に多量の細かな空気を含んだ
綿状のものは、特に断熱性によって熱の伝わり方を遅ら
せる働きに頼っている。したがって、上記１）の材料に
比較して軽量ではあるが、その耐火被覆厚みは厚い。
特にこれらは、材料強度及び付着強度が極端に弱いも
のが多く、物が接触したときや震動があったとき、結露
が発生したときなどには剥離、脱落、破損が生じやす
く、これらを防止するために下地に金網を使用したりし
ているが、満足すべき結果は得られていない。
本願発明者らは、長年にわたって湿式耐火被覆材につ
いて研究開発をつづけてきたが、上記のような材料が持
つ欠点を克服するために、さらに研究開発を行った結
果、水硬性セメントに対し、合成樹脂エマルション粉末
を配合した中に、水酸化アルミニウム粉末と300℃〜100
0℃で分解する炭酸塩物質、及び連通気泡が50％以上で
ある軽量骨材を特定量配合することによって得られる耐
火性組成物を先に出願した。この組成物は従来の耐火被
覆材料と比較して、さらに優れた付着力を有している。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、昨今、市場の要求が多面化して耐火被
覆材料に求められる性能も高いものとなってきた。即
ち、耐火被覆材には加熱後も鉄骨を被覆していること、
つまり加熱後にも鉄骨を付着していることが求められて
きているわけである。従来の耐火被覆材料では、もとも
と微小な付着力が加熱によってますます減少し、現在の
基準温度である350℃まで付着力を有している材料はほ
とんどない。
また、最近では従来の岩綿系の耐火被覆材料では施工
できなかった、常時雨曝しになる部分や完全な屋外の部
分に本願発明者らの先の出願における耐火組成物を使用
したいとの要望が増加してきている。このような部位に
施工するには今まで以上に下地と密着せねばならず、耐
火性組成物の密着力を向上させねば安心してこのような
部位に施工できない状況がでてきた。
（問題点を解決する方法） 本発明者は上記問題点を解決すべく鋭意研究に勤めた
ところ、カルボキシル基と水酸基をそれぞれ少なくとも
１つ以上含む有機酸もしくは有機酸塩を本願発明者らの
出願した先の耐火性組成物にさらに、添加することによ
って従来の湿式耐火被覆材に比較して数倍の密着力を発
現することを見出した。
すなわち、 ・水硬性セメント、 ・合成樹脂エマルション粉末、 ・水酸化アルミニウム ・300℃から1000℃の間で分解する炭酸塩物質、 及び ・連通気胞が50％以上である軽量骨材、 さらに ・カルボキシル基と水酸基をそれぞれ、少なくとも１つ
以上有する有機酸または、有機酸塩を有効成分とし、そ
の配合比率が、 ・水硬性セメント100重量部に対し、 ・合成樹脂エマルション粉末が３〜50重量部、 ・水酸化アルミニウム粉末と300℃〜1000℃の間で分解
する炭酸塩物質との重量比が15〜85:85〜15の比率で混
合された粉体が50〜600重量部、 ・連通気胞が50％以上である軽量骨材が20〜300重量
部、 ・カルボキシル基と水酸基とをそれぞれ少なくとも１つ
以上有する有機酸もしくは有機酸塩が0.01〜50重量部で
あり、 これらの成分を含む混合物を加水混練し、乾燥して得
られた、鉄に対する付着力の優れた耐火被覆組成物であ
る。
ここで、本発明において用いられる水硬性セメント
は、ポルトランドセメント、アルミナセメント、石灰混
合セメント、高炉セメント、シリカセメント、フライア
ッシュセメント、メーソンリーセメント、高硫酸塩スラ
グセメント等の一般に知られているセメントを包含す
る。これらは、耐火被覆材に強度を付与するものであ
る。
次に、合成樹脂エマルション粉末とは、乳化重合によ
って得られた合成樹脂エマルションを粒子状態で乾燥し
て得られたもの、後乳化して得た合成樹脂エマルション
を粒子状態で乾燥して得られたもの等があり、水に添加
すると容易に乳化するものである。通常は、ビニル樹脂
系の合成樹脂エマルションがこのような形態に調整さ
れ、アクリル酸エステル、バーサチック酸エステル、ス
チレン、塩化ビニル、酢酸ビニル等が代表的な物質とし
て例示でき、就中エチレン−酢酸ビニル系及び酢酸ビニ
ル−ビニルバーサテート系の樹脂が、水硬性セメントと
の良好な混和性、及び実際の耐火被覆における優れた作
業性の上から、また工業製品として入手しやすいところ
から最も好ましい。用いられる粉末の粒子径は、特に制
限されないが、通常は60メッシュ全通のものが使用され
る。
本発明において合成樹脂エマルション粉末は、施工時
の軽量骨材の飛散を防止するとともに、施工作業性を向
上させ、密着性を向上させ、耐火被覆材の比較的低温加
熱下での剥離を防止し、化粧仕上材の仕上がり安定性を
長期間維持する等の種々の利点を付与する。
また、ここに水酸化アルミニウムとは、Al2O3・x H2O
なる化学式でしめされるものを意味し、産出状況又は製
法によって水和度ｘの値が異なる。天然鉱物としてはベ
ーマイト、ギブサイト、ダイアスポアなどがあり、ま
た、バイヤー法等によって作られた合成水酸化アルミニ
ウムも使用される。特にギバサイトなどのように水和度
の大きいものが望ましい。粒度はその最大径が1mm以下
であれば特に限定するものではない。通常は、0.3mm以
下のものが利用される。
300℃〜1000℃の間で分割する炭酸塩物質とは、石灰
石、方解石、大理石等の天然鉱物から得られる重質炭酸
カルシウム、工業的に合成される軽質炭酸カルシウム、
工業的に合成される軽質炭酸カルシウム、マグネサイ
ト、菱鉄鋼、菱マンガン鋼、ドロマイト等が具体的に例
示でき、就中、重質炭酸カルシウムが、安価でかつ入手
しやすい利点を持つ。その望ましい粒子径は、1mm以下
であれば特に限定されない。
水酸化アルミニウム粉末と炭酸塩物質との配合比率
は、水酸化アルミニウム粉末と炭酸塩物質との混合物10
0重量部中の比が15〜85:85〜15である必要があり、さら
に好ましくは、20〜80:80〜20である。水酸化アルミニ
ウム粉末単独または炭酸塩物質単独の場合には、軽量か
つ薄膜で十分な耐火性能を得るという本発明の目的を達
することはできず、水酸化アルミニウム粉末と炭酸塩物
質とを上記の特定比率で配合した場合にのみ、本発明の
目的を達することができる。そして、これら水酸化アル
ミニウム粉末と炭酸塩物質の合計重量は水硬性セメント
100重量部に対して、50〜600重量部とする必要がある。
50重量部より少ない場合には、目的の耐火性能を得るこ
とができず、また、600重量部より多くした場合には、
結合材である水硬性セメント、及び、合成樹脂エマルシ
ョンの相対的に占める割合が小さくなり、強度が低下し
て、実用に耐え難いものとなる。
次に、連通気泡が50％以上である軽量骨材とは、天然
鉱物または合成物の発泡、または膨張により形成される
物質であり、粒充填密度が1.2kg/以下のものを指す。
また、粒径は特に限定するものではないが、吹付などに
用いる場合を考慮すると、吹付ノズルが詰まらない程
度、約10mm以下のものが望ましい。具体的には、膨張パ
ーライト、膨張頁岩、膨張バーミキュライト、軽石等の
他、シリカゲルを発泡させたものや、粘土を造粒、発泡
させたもの等の内で、特に全気胞中の連通気胞が50％以
上を占める軽量骨材をいう。更に望ましくは多くの連通
気泡から成り立っていて、且つ、かさ比重の小さいもの
（粒充填密度0.3kg/以下）が好ましく、例えば、真珠
岩径の膨張パーライトや、膨張バーミキュライトがあげ
られる。又、一胞、独立気泡の軽量骨材であっても、破
断や破砕等によって、見掛け上、連通気胞状のものが50
％以上になったものも使用できる。これら連通気泡が50
％以上である軽量骨材の組成物中に占める量は、水硬性
セメント100重量部に対し20〜300重量部である。20重量
部より少ない場合には本発明の目的であるところの軽量
化を達成できず、また300重量部を超えると、被覆材の
機械的強度が脆くなり、付着性不良、表面強度不足等に
より、剥離、破損が生じて好ましくない。
さらに、本発明の最も重要な目的である付着力の向上
のために必要な化合物として添加するカルボキシル基と
水酸基をそれぞれ、少なくとも１つ以上有する有機酸ま
たは、有機酸塩とは、グルコン酸、グルコン酸ナトリウ
ム、グルコン酸カルシウム、グルコン酸カリウム、グル
コン酸アンモニウム、クエン酸、クエン酸ナトリウム、
クエン酸カルシウム、、クエン酸カリウム、クエン酸ア
ンモニウム、酒石酸、酒石酸カリウム、酒石酸カルシウ
ム、酒石酸ナトリウム、酒石酸アンモニウム、リンゴ
酸、リンゴ酸ナトリウム、リンゴ酸カリウム、リンゴ酸
カルシウム、リンゴ酸アンモニウム、タンニン酸、サリ
チル酸、サリチル酸ナトリウム、サリチル酸カルシウ
ム、サリチル酸カリウム、サリチル酸アンモニウム、乳
酸、乳酸ナトリウム、乳酸カリウム、乳酸カルシウム、
乳酸アンモニウム、グルコノデルタラクトン等があげら
れる。
これらの、カルボキシル基と水酸基をそれぞれ、少な
くとも１つ以上有する有機酸または、有機酸塩の組成物
中に占める量は、水硬性セメント100重量部に対して0.0
1〜50重量部である。このとき0.01重量部より少ない場
合には本発明の目的であるところの付着力の向上が表れ
ず、50重量部以上になると硬化が遅くなり、初期乾燥時
の強度が弱くなる等の悪影響を及ぼす。
本発明においては上記６成分のほかに、必要に応じて
増量材として、耐火粘土、耐火性酸化物、硅砂、石灰等
の粉末や、被覆硬化層の亀裂防止材として、ガラス繊
維、岩綿、パルプ繊維等の繊維状物、粘性調整剤として
のセルロース系水可溶性樹脂粉末、流動調整剤としての
界面活性剤等、耐火性能を阻害せず、機械的強度や付着
性を低下させない範囲内で、適量配合させることができ
る。
（作用） 本発明組成物の鉄に対する付着力が優れている理由に
ついてその作用は定かではないが、鉄骨表面の水酸基と
有機酸、更に有機酸とエマルションとの間に何等かの化
学反応がおこり化学的に結合し、この二つの反応によっ
て従来では考えられなかった付着力が得られたものと考
えられる。
（実施例） 以下、本願発明を実施例及び比較例をあげて説明す
る。
（１）試験体の作成方法 それぞれの配合粉末を計量した後、モルタルミキサー
で空練り混合して均一な混合粉末を調整する。これに吹
付けまたは、鏝塗り作業が可能となるまで水を適当量加
えて、モルタルミキサーで混練して混合ペーストとす
る。該ペーストの一部は、かさ密度及び圧縮強度測定の
ためJIS A 5210に定められた金型（40mm×40mm×160m
m）に入れた後、温度20℃、湿度65％の養生室で２日間
養生した後、脱型し、次いで26日間同様にして養生し、
合計289日間養生して試験体とした。
一方、熱間圧延鋼板（300mm×300mm×5mm）に、厚さ1
0mmに塗布して前記同様の養生を行い、付着強さ陽試験
体（常温用）とした。
また、前記と同様に付着強さ試験体を作成し、鋼板裏
面の温度が350℃に達するまでガス炉にてJIS A 1304標
準加熱曲線に基づいて被覆材側より加熱していき、その
後常温まで放置したものを付着強さ用試験体（加熱後
用）とした。
（２）かさ密度 試験体のかさ密度は、上記条件で養生したかさ密度試
験体について、外寸法をノギスで測定し、体積（Ｖ）を
求めるとともに、重量（Ｗ）を測定し、かさ密度を下記
の式により求める。
（３）圧縮強度 上記（１）の試験体を40mm×40mmの加圧板とし、加圧
速度は原則として１〜2kg f/秒として加圧する。圧縮強
度は、試験体が破壊したときの最大荷重から次の式によ
り求める。
（４）付着強さ 付着については40mm×40mm角の支具をエポキシ樹脂で
表面に付着させて、荷重速度150〜200kg f/分で引張試
験を行い、破断するまでの最大荷重を測定し、次式から
付着強さを求めた。
表−１には各実施例において使用した各成分を示す。
それらを用いて配合した実施例を、表−２に、比較例を
表−３に示す。
（実施例１） 表−２の組成物から得られた試験体の諸物性を測定し
たところ、かさ密度0.70g/cm3、圧縮強度31kg f/cm2、
常温での付着強さ3.0kg f/cm2、加熱後の付着強さ0.8kg
f/cm2と加熱後も付着力を維持し剥離が起こらなかっ
た。
（実施例２） 実施例１のグルコン酸ナトリウムをクエン酸にて行っ
た以外は同様にして諸物性を測定したところ、かさ密度
0.70g/cm3、圧縮強度23kg f/cm2、常温での付着強さ3.1
kg f/cm2、加熱後の付着強さ0.6kg f/cm2と加熱後も付
着力を維持し剥離が起こらなかった。
（実施例３） 実施例１のグルコン酸ナトリウムを酒石酸カルシウム
にて行った以外は同様にして諸物性を測定したところ、
かさ密度0.70g/cm3、圧縮強度34kg f/cm2、常温での付
着強さ3.0kg f/cm2、加熱後の付着強さ0.8kg f/cm2と加
熱後も付着力を維持し剥離が起こらなかった。
（実施例４） 実施例１のグルコン酸ナトリウムをタンニ酸にて行っ
た以外は同様にして諸物性を測定したところ、かさ密度
0.70g/cm3、圧縮強度35kg f/cm2、常温での付着強さ2.7
kg f/cm2、加熱後の付着強さ0.7kg f/cm2と加熱後も付
着力を維持し剥離が起こらなかった。
（比較例１） 実施例１のグルコン酸ナトリウムを除いた以外は同様
にして諸物性を測定したところ、かさ密度0.71g/cm3、
圧縮強度34kg f/cm2、常温での付着強さ2.2kg f/cm2で
あり加熱後の付着強さは、剥離のため測定不可能であっ
た。
（比較例２） 表−３に示した湿式ロックウール耐火被覆材の一般的
な配合にて諸物性を測定したところ、かさ密度0.53g/cm
3、圧縮強度4kg f/cm2常温での付着強さは微小のため測
定できず加熱後の付着強さは、剥離のため測定不可能で
あった。
（比較例３） 実施例１のグルコン酸ナトリウムをモリブデン酸ナト
リウムにて行った以外は同様にして諸物性を測定したと
ころ、かさ密度0.71g/cm3、圧縮強度32kg f/cm2、常温
での付着強さ2.0kg f/cm2であり加熱後の付着強さは、
剥離のため測定不可能であった。
（比較例４） 実施例１のグルコン酸ナトリウムを本願発明の含有量
より少ない0.005重量部にして行った以外は同様にして
諸物性を測定してところ、かさ密度0.70g/cm3、圧縮強
度33kg f/cm2常温での付着強さ2.2kg f/cm2であり加熱
後の付着強さは、剥離のため測定不可能であった。
（比較例５） 実施例１のグルコン酸ナトリウムをヒドロキシル基を
もたないコハク酸ナトリウムにして行った以外は同様に
して諸物性を測定したところ、かさ密度0.71g/cm3、圧
縮強度31kg f/cm3常温での付着強さ2.1kg f/cm2であり
加熱後の付着強さは、剥離のため測定不可能であった。
（効果） 第１図に常温付着強さと加熱後の付着強さの比較を示
した。これより分かるように本発明組成物は350℃加熱
後において鉄部に対して剥離しない程度の付着力を有す
る。本発明によって、より過酷な条件下においても使用
に耐え得るようになるばかりでなく、施工後においての
剥離、脱落、破損等が少なくなり、機械的な衝撃が加わ
った場合でも、従来の耐火被覆材では剥がれてしまって
いたものが、より剥がれ難くなった。そして、火災発生
時においても、従来の耐火被覆材では加熱下もしくは加
熱後に剥がれ易かったものが、剥がれ難くなる。
【図面の簡単な説明】
第１図は常温付着強さと加熱後付着強さの比較について
示している。
フロントページの続き (72)発明者 藤原 武士 大阪府茨木市南清水町４番５号 四国化 研工業株式会社内 審査官 城所 宏 (56)参考文献 特開 昭59−146984（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−311379（ＪＰ，Ａ) 国際公開88／2740（ＷＯ，Ａ１)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】水硬性セメント、 ・合成樹脂エマルション粉末、 ・水酸化アルミニウム ・300℃から1000℃の間で分解する炭酸塩物質、 及び ・連通気胞が50％以上である軽量骨材、 さらに ・カルボキシル基と水酸基をそれぞれ、すくなくとも１
    つ以上有する有機酸または、有機酸塩を有効成分とし、
    その配合比率が、 ・水硬性セメント100重量部に対し、 ・エマルション粉末が３〜50重量部、 ・水酸化アルミニウム粉末と300℃〜1000℃の間で分解
    する炭酸塩物質との重量比が15〜85:85〜15の比率で混
    合された粉体が50〜600重量部、 ・連通気胞が50％以上である軽量骨材が20〜300重量
    部、 ・カルボキシル基と水酸基とをそれぞれ少なくとも１つ
    以上有する有機酸もしくは有機酸塩が0.01〜50重量部で
    あり、 これらの成分を含む混合物を加水混練し、乾燥して得ら
    れた鉄に対する付着力の優れた組成物。
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