JPH08269397A - 耐火被覆材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 難燃性で安価であり、吹付又は塗り付けて施
工できる鉄骨建築用耐火被覆材の提供を目的とする。 【構成】 Li、Na、Ｋ、Ｂ、及びAlからなる群より選ば
れる金属の、水酸化物、酸化物、ケイ酸塩、炭酸塩、硫
酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩、ホウ酸塩、及びリン酸塩
からなる群より選ばれる一種又は二種以上の無機化合
物、水、並びに、イソシアネート類を含有してなる耐火
被覆材、及び、該耐火被覆材と、界面活性剤、反応触
媒、有機酸類、増粘剤、及び溶剤からなる群より選ばれ
た一種又は二種以上を含有してなる耐火被覆材を構成と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に鉄骨建築用耐火被
覆材に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来、鉄骨建築の鋼材は不燃
性であるが、火熱を受けて高温に曝されると著しく強度
が低下するため、一般的にはこのような鉄骨建築の鋼材
には耐火被覆材を施すことが必須となっている。このよ
うな耐火被覆材を用いて被覆する施工法としては、ロッ
クウールとセメントを混合した吹付け工法と、無機繊維
を混入したケイ酸カルシウム板の張り付け工法等がある
(建築の耐火被覆工法 鹿島出版会 昭和56年８月発
行)。

【０００３】吹付け工法は、セメントを用いるため、初
期強度発現性が低く表面の破損、剥離、及び剥落等が生
じやすく、十分な養生が必要となる等の課題があった。
また、張り付け工法では、無機繊維として石綿が用いら
れており、発ガン性物質であるとの理由で使用禁止にな
っており、ロックウールも同様な理由から使用しにくい
等の課題があった。

【０００４】一方、ポリウレタン樹脂を難燃化した材料
が、板状に成形して、建材の耐火材、建築物の断熱板や
防音壁用として提案されている(特開昭52-47895号公
報、特開昭51-58752号公報、及び特開昭51-77640号公
報)。しかし、これらは、ポリウレタン樹脂に難燃性を
付与する無機物を混合し、加熱加圧成形する方法やポリ
ウレタン樹脂と難燃性を付与する無機物を加熱して層状
構造となるように製造するなどの特別な製造方法であっ
たり、比較的製造コストが高く経済的ではないなどの課
題があった。

【０００５】本発明者は、種々検討した結果、特定の材
料を使用することによって、前記耐火被覆材の持つ課題
が解決できる知見を得て本発明を完成するに至った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、リチウ
ム、ナトリウム、カリウム、ホウ素、及びアルミニウム
からなる群より選ばれる金属の、水酸化物、酸化物、ケ
イ酸塩、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩、ホウ
酸塩、及びリン酸塩からなる群より選ばれる一種又は二
種以上の無機化合物、水、並びに、イソシアネート類か
らなる耐火被覆材であり、さらに、界面活性剤、反応触
媒、有機酸類、増粘剤、及び溶剤からなる群より選ばれ
た一種又は二種以上を含有してなる耐火被覆材である。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００８】本発明では、リチウム、ナトリウム、カリ
ウム、ホウ素、及びアルミニウムからなる群より選ばれ
る金属の、水酸化物、酸化物、ケイ酸塩、炭酸塩、硫酸
塩、硝酸塩、アルミン酸塩、ホウ酸塩、及びリン酸塩か
らなる群より選ばれる一種又は二種以上の無機化合物の
水溶液とイソシアネート類とが接触すると固化し、この
無機化合物の使用により、これを用いた硬化体の耐火性
能が向上する。さらに、これに界面活性剤を使用する
と、反応性が安定化し、得られる硬化体の強度特性の改
良が、反応触媒を使用すると反応時間の調整が、有機酸
類を使用すると反応で発生するアミン系臭気等を脱臭す
ることが、増粘剤を使用すると耐火被覆材の粘度を増加
することが、そして、溶剤を使用すると耐火被覆材の粘
度を低下することが可能となる。さらに、これらを二種
以上併用すると、これら単独の持つ効果をそれぞれ兼ね
備えた耐火被覆材にすることが可能である。

【０００９】本発明で使用する無機化合物は、リチウ
ム、ナトリウム、カリウム、ホウ素、及びアルミニウム
からなる群より選ばれる金属の、水酸化物、酸化物、ケ
イ酸塩、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩、ホウ
酸塩、及びリン酸塩からなる群より選ばれた一種又は二
種以上である。具体的には、水酸化物として、水酸化リ
チウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸
化アルミニウム等が、酸化物として、酸化ナトリウム、
酸化カリウム、酸化ホウ素、及び酸化アルミニウム等
が、ケイ酸塩として、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウ
ム、及び水ガラス等が、炭酸塩として、炭酸リチウム、
炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素リチウム、及
び炭酸水素ナトリウム等が、硫酸塩として、硫酸ナトリ
ウム、硫酸カリウム、硫酸アルミニウム、硫酸水素ナト
リウム、及び硫酸水素カリウム等の他、亜硫酸塩、ピロ
硫酸塩、及びチオ硫酸塩が、硝酸塩としては硝酸ナトリ
ウム、硝酸カリウム、亜硝酸ナトリウム、及び亜硝酸カ
リウム等が、アルミン酸塩としてはアルミン酸ナトリウ
ムやアルミン酸カリウムなどが、ホウ酸塩としてはホウ
酸ナトリウム等が、並びに、リン酸塩としてはリン酸ナ
トリウムやトリポリリン酸ナトリウムなどが挙げられ
る。また、これらの複塩や錯塩が、さらには、モンモリ
ロナイト、バーミキュライト、カオリナイト、及び珪藻
土等の粘土鉱物が使用可能である。これらの中で、炭酸
リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、アルミン酸
ナトリウム、アルミン酸カリウム、水ガラス、及びホウ
酸ナトリウムの使用が好ましく、中でも、反応性や経済
性の面から炭酸カリウムやアルミン酸ナトリウムの使用
がより好ましい。

【００１０】無機化合物の粉末度は、特に限定されるも
のではないが、通常市販されているものであれば問題な
く使用可能である。

【００１１】無機化合物の使用量は、イソシアネート類
100重量部に対して、１〜500重量部が好ましく、10〜20
0重量部がより好ましい。１重量部未満では硬化反応が
遅すぎる場合があり、500重量部を越えると硬化反応が
早すぎる場合がある。

【００１２】本発明において、無機化合物を粉末状ある
いはそのままで配合する方法、また、無機化合物をいっ
たん水溶液あるいはスラリー状として配合する方法のい
ずれも可能である。

【００１３】本発明で使用する水の量は、イソシアネー
ト類100重量部に対して、30〜500重量部が好ましく、50
〜300重量部がより好ましい。30重量部未満では未反応
のイソシアネート類が残りやすく、硬化不良を起こす場
合があり、500重量部を越えると未反応の水が残りやす
くなる場合がある。

【００１４】本発明で使用するイソシアネート類として
は特に限定されるものではないが、4,4-ジフェニルメ
タンジイソシアネート(ＭＤＩ)、2,4-トリレンジイソシ
アネート(ＴＤＩ)、1,3-キシリレンジイソシアネート
(ＸＤＩ)、ヘキサメチレンジイソシアネート(ＨＭＤ
Ｉ)、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(ポ
リメリックＭＤＩ)、及び1,5-ナフタレンジイソシアネ
ート(ＮＤＩ)等、これらポリイソシアネートを水や低
級１価ないし多価アルコールで変性したもの、これら
ポリイソシアネートと各種ポリオールとを反応させた末
端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマー、これ
ら末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマーを水
や低級１価ないし多価アルコールで変性したもの、並び
に、これら末端イソシアネート基含有ウレタンプレポ
リマーと各種ポリイソシアネートの一種又は二種以上の
混合物が使用可能であり、さらに、〜のイソシアネ
ート類のうちの一種又は二種以上の使用が可能であり、
これらの中で、安全性や経済性の面からポリメリックＭ
ＤＩの使用がより好ましい。

【００１５】本発明で使用する界面活性剤とは、反応性
を高め、無機化合物とイソシアネート類の反応で得られ
る硬化体の強度発現性を向上するものである。具体的に
は、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコ
ール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパ
ン、ヘキサメチレングリコール、及びヒマシ油等のアル
キレングリコール、グリセリン、ソルビトール、及び
蔗糖にエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付
加した付加物等、エチレンオキサイド−プロピレンオ
キサイド共重合物、並びに、エチレンジアミン、ジエ
タノールアミン、トリエタノールアミン、及びトリエチ
レンジアミン等のアミン類にエチレンオキサイドやプロ
ピレンオキサイドを付加した付加物等の非イオン性界面
活性剤、アルキルサルフェート、アルキルベンゼンス
ルホネート、エトキシアルキルサルフェート、及びエト
キシアルキルベンゼンサルフェート等のナトリウム塩、
アンモニウム塩、並びに、アルキルリン酸塩等の陰イオ
ン性界面活性剤である。また、〜等の非イオン性界
面活性剤やの陰イオン性界面活性剤の二種以上の混合
物の使用も可能である。さらに、陽イオン性界面活性
剤、両イオン性界面活性剤、及びポリシロキサン−ポリ
エーテル系共重合体のようなシリコーン変性オイル等の
使用も可能である。これらの中で、ポリプロピレングリ
コール又はエチレンジアミンにプロピレンオキサイドを
付加した付加物の使用が好ましい。

【００１６】界面活性剤の使用量は、イソシアネート10
0重量部に対して、５〜100重量部が好ましく、10〜50重
量部がより好ましい。５重量部未満では硬化体が脆くな
る場合があり、100重量部を越えると難燃性が低下する
場合がある。

【００１７】本発明で使用する反応触媒とはイソシアネ
ート基が反応して硬化するのを促進させる作用のある物
質である。反応触媒としては、アミン系触媒、有機金属
系触媒、及び無機系触媒等各種があり、それぞれの使用
が可能であるが、有機金属系触媒の活性が比較的小さい
ため、また、環境保全の面からアミン系触媒の使用が好
ましい。アミン系触媒としては、エチレンジアミン、ト
リエチレンジアミン、トリエチルアミン、エタノールア
ミン、ジエタノールアミン、及び、ヘキサメチレンジア
ミンもしくはこれらの誘導体または溶剤との混合物等が
挙げられる。有機金属系触媒としては、ジブチルスズジ
ラウレート、ジブチルスズジアセテート、及び酢酸カリ
ウム等が挙げられる。無機系触媒としては、塩化スズ等
が挙げられる。

【００１８】反応触媒の使用量は、特に制限されるもの
ではないが、イソシアネート類100重量部に対して、0.1
〜10重量部が好ましく、0.5〜５重量部がより好まし
い。0.1重量部未満では反応速度が遅く実用的でない場
合があり、10重量部を越えると反応速度が速すぎて得ら
れる硬化体の強度発現性を阻害する場合がある。

【００１９】本発明で使用する有機酸類とは、反応過程
中、発生するアミン系臭気等を脱臭する効果があるもの
である。具体的には、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸等
の脂肪族カルボン酸類、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、
乳酸等のオキシカルボン酸類、安息香酸、ベンゼンスル
ホン酸等の芳香族カルボン酸類、また、遊離のカルボキ
シル基を持つアルギン酸又はこれらのナトリウム、カリ
ウム塩の使用が可能である。これらの中で、耐火被覆材
の増粘効果、反応の安定化、脱臭効果が大きいアルギン
酸ナトリウムの使用が好ましい。

【００２０】有機酸類の使用量は、イソシアネート類10
0重量部に対して、0.1〜10重量部が好ましく、0.3〜５
重量部がより好ましい。0.1重量部未満では脱臭効果を
期待することが難しい場合があり、10重量部を越えると
硬化反応を阻害し、硬化不良を起こす場合がある。

【００２１】本発明で使用する増粘剤とは耐火被覆材の
粘度を増加させるものである。具体的には、メチルセル
ロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチ
ルセルロースナトリウム、ポリビニルアルコール等が挙
げられる。

【００２２】増粘剤の使用量は、イソシアネート類100
重量部に対して、0.05〜５重量部が好ましく、0.1〜３
重量部がより好ましい。0.05重量部未満では増粘効果が
期待できない場合があり、５重量部を越えると粘度が増
大しすぎ、イソシアネート類との混合性が不良となる場
合がある。

【００２３】本発明で使用する溶剤とは、耐火被覆材の
粘度を低下させたり、反応性を改善するものであり、ア
セトン、トルエン、及びキシレンや、モノエステル類、
ジエステル類、環状エステル類、並びに、炭酸の誘導体
等が使用可能である。モノエステル類としては、酢酸エ
チルやプロピオン酸エチルなどが、ジエステル類として
は、マロン酸ジエステル、シュウ酸ジエステル、コハク
酸ジエステル、及びアジピン酸ジエステル等が、環状エ
ステル類としては、無水コハク酸やプロピレンカーボネ
ートなどが、また、炭酸の誘導体としては炭酸エチル等
が挙げられる。

【００２４】溶剤の使用量は、イソシアネート類100重
量部に対して、５〜100重量部が好ましく、10〜60重量
部がより好ましい。５重量部未満では粘度低下効果が期
待できない場合があり、100重量部を越えると反応を阻
害する場合がある。

【００２５】本発明の耐火被覆材の使用方法は特に限定
されるものではないが、例えば、無機化合物、イソシア
ネート類、水、界面活性剤、反応触媒、有機酸類、増粘
剤、溶剤を一つの容器で撹拌混合して耐火被覆材を調製
し、その耐火被覆材を塗り付ける方法や吹き付ける方
法、無機化合物と水を混合し、水溶液あるいはスラリー
状としたものをＡ液とし、イソシアネート類をＢ液と
し、施工直前にＡ液とＢ液を混合して耐火被覆材を調製
し、塗り付ける方法、Ａ液とＢ液をそれぞれ単独でポン
プ圧送し、圧送途中に合流管を設け、ミキサーを通すこ
とでＡ液とＢ液を混合して耐火被覆材を調製し吹き付け
る方法、並びに、型の中に耐火被覆材を流し込み成形
後、得られた硬化体を張り付ける方法等が挙げられ、
る。

【００２６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに説明
する。

【００２７】実施例１ イソシアネート100重量部に対して、水50重量部、無機
化合物の種類及び量を表に示すように変え、硬化状況、
耐火性能を評価した。結果を表１に示す。

【００２８】＜使用材料＞ イソシアネート：市販ポリメリックＭＤＩ 無機化合物ａ：市販炭酸カリウム 無機化合物ｂ：市販アルミン酸ナトリウム 無機化合物ｃ：市販水酸化ナトリウム

【００２９】＜測定方法＞ 硬化状況 ：混合５日後に硬化する場合は○、硬化する
が軟らかい場合は△、硬化しない場合は×とした。 重量減少率：耐火性能を評価するもので、硬化体を作製
し、300℃で１時間保持したときの硬化体の重量減少率
を求めた。重量減少率が25％以上では分解が激しく、耐
火被覆材としては使用できないと判断

【００３０】

【表１】

【００３１】実施例２ イソシアネート100重量部に対して、無機化合物を表２
に示すように変化したこと以外は実施例１と同様に行っ
た。結果を表２に併記する。

【００３２】＜使用材料＞ 無機化合物ｄ：市販水酸化リチウム 無機化合物ｅ：市販酸化ホウ素 無機化合物ｆ：市販硫酸アルミニウム 無機化合物ｇ：市販ケイ酸ナトリウム 無機化合物ｈ：市販硝酸ナトリウム 無機化合物ｉ：市販メタホウ酸ナトリウム 無機化合物ｊ：市販リン酸一ナトリウム

【００３３】

【表２】

【００３４】実施例３ イソシアネート100重量部と無機化合物ａ50重量部を配
合し、水の量を表３に示すようにしたこと以外は実施例
１と同様に行った。結果を表３に併記する。

【００３５】

【表３】

【００３６】実施例４ イソシアネート100重量部に対して、炭酸カリウム50％
水溶液を100重量部加え、それに界面活性剤を表４に示
すように加えたこと以外は実施例１と同様に行った。結
果を表４に併記する。

【００３７】＜使用材料＞ 界面活性剤：市販ポリプロピレングリコール

【００３８】＜測定方法＞ 圧縮強度：硬化体を３×３×３cmの立方体とし測定

【００３９】

【表４】

【００４０】実施例５ 反応触媒を表５に示すように加えたこと以外は実施例１
と同様に行った。結果を表５に併記する。

【００４１】＜使用材料＞ 反応触媒 ：市販テトラメチルヘキサメチレンジアミン

【００４２】＜測定方法＞ 硬化速度 ：混合を開始してから発砲硬化反応が終了す
るまでの時間

【００４３】

【表５】

【００４４】実施例６ 有機酸類を表６に示すように加え、脱臭効果の有無を確
認したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表６
に併記する。

【００４５】＜使用材料＞ 有機酸類 ：市販アルギン酸ナトリウム

【００４６】＜測定方法＞ 臭気 ：有機酸類を加えたものと、無添加のものの
臭気を比較し、試験員10人中、７人以上が臭わないと判
断したら○、４〜６人が臭わないと判断したら△、３人
以下が臭わないと判断したら×

【００４７】

【表６】

【００４８】実施例７ 増粘剤を炭酸カリウム50％水溶液に表７に示すように加
えたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表７に
併記する。

【００４９】＜使用材料＞ 増粘剤 ：市販メチルセルロース

【００５０】＜測定方法＞ 粘度 ：増粘剤を加えた炭酸カリウム水溶液をＢ型
粘度計で測定

【００５１】

【表７】

【００５２】実施例８ 溶剤をイソシアネートに表８に示すように加えたこと以
外は実施例１と同様に行った。結果を表８に併記する。

【００５３】＜使用材料＞ 溶剤 ：市販プロピレンカーボネート

【００５４】＜測定方法＞ 粘度 ：溶剤を加えたイソシアネート液をＢ型粘度
計で測定

【００５５】

【表８】

【００５６】実施例９ 無機化合物ａを使用し、界面活性剤、反応触媒、有機酸
類、増粘剤、溶剤を表９に示すように二種以上併用し
た。結果を表９に併記する。

【００５７】＜測定方法＞ 発泡倍率 ：混合液の比重と得られた硬化体の比重の比
較、発泡倍率＝混合液の比重／硬化体の比重

【００５８】

【表９】

【００５９】実施例１０ 高さ50cm、幅50cm、厚さ４cmの鋼板の全面に実施例７の
実験No.7- 2の耐火被覆材を塗布し、被覆厚さが15mmと
なるように発泡硬化させ、JIS A 1304 「建築構造部分の
耐火試験方法」に準じ、熱源を都市ガスとした加熱装置
で加熱試験を行った。その結果、最高で450℃以下又は
平均鋼材許容温度350℃以下という１時間加熱での耐火
基準に対して、被覆した鋼材の平均鋼材許容温度は、よ
り低温の340℃であった。加熱試験終了後、供試体を取
り出したところ、約10mmの炭化被覆層が鋼材に付着して
おり、この炭化被覆層が鋼材の温度上昇を緩和したと考
えられる。

【００６０】

【発明の効果】本発明の耐火被覆材は、無機化合物と水
とイソシアネート類の反応で有機−無機複合体を形成
し、難燃性硬化体を得ることができる。また、耐火被覆
材を吹付けてあるいは塗り付けて施工することが十分可
能であるため、施工が簡単である。そして、界面活性剤
の使用で、反応の安定化、硬化体の強度発現性の向上が
可能となり、反応触媒の使用で硬化速度のコントロール
が容易となり、有機酸類の使用で硬化反応過程で生ずる
アミン系臭気を低減することができ、増粘剤や溶剤の使
用で、粘度を増加させたり、低下させたり、耐火被覆材
の粘性を調整することができ、混合性やポンプ圧送性も
改善することができる等の効果を奏する。また、本発明
の耐火被覆材は、無機化合物の占める割合が大きいの
で、難燃性であり、低価格な材料であるなどの効果が期
待できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒木 昭俊 新潟県西頸城郡青海町大字青海2209番地 電気化学工業株式会社青海工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リチウム、ナトリウム、カリウム、ホウ
   素、及びアルミニウムからなる群より選ばれる金属の、
   水酸化物、酸化物、ケイ酸塩、炭酸塩、硫酸塩、硝酸
   塩、アルミン酸塩、ホウ酸塩、及びリン酸塩からなる群
   より選ばれる一種又は二種以上の無機化合物、水、並び
   に、イソシアネート類を含有してなる耐火被覆材。
2. 【請求項２】 請求項１記載の耐火被覆材と、界面活性
   剤、反応触媒、有機酸類、増粘剤、及び溶剤からなる群
   より選ばれた一種又は二種以上を含有してなる耐火被覆
   材。