JP7624846B2

JP7624846B2 - 被覆構造体、及び膜厚測定方法

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Publication number: JP7624846B2
Application number: JP2021031319A
Authority: JP
Inventors: 康典田中; 英人軽賀
Original assignee: F Consultant Co Ltd
Current assignee: F Consultant Co Ltd
Priority date: 2021-03-01
Filing date: 2021-03-01
Publication date: 2025-01-31
Anticipated expiration: 2041-03-01
Also published as: JP2022132713A

Description

本発明は、新規な被覆構造体、及び膜厚測定方法に関する。

建造物を構成する鉄骨材料、鋼材等の下地を火災から保護する目的として、火災時等の温度上昇によって発泡し、炭化断熱層を形成する熱発泡性被覆材が種々提案されている。このような熱発泡性被覆材としては、合成樹脂に、発泡剤、炭化剤、難燃剤等を配合したものが知られている。熱発泡性被覆材は、その被膜厚によって、耐熱保護性能が決定されることが多く、目的の耐熱保護性能を得るためには、下地面に所定の被膜厚で均一に被膜を形成することが重要である。一般的に、鉄骨材料、鋼材等の下地面に形成された熱発泡性被覆材層の膜厚は、電磁式あるいは過電流式膜厚計を用いて測定されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。

一方、近年では、建造物のさらなる耐熱性保護性能を目的として、鉄骨材料、鋼材等の他に、例えば、コンクリート、モルタル、木材、合成樹脂、繊維質材料等の種々の下地に対して、熱発泡性被覆材層を形成することが検討されている。

特開２００３－０８８７９９号公報特開２０１８－１５９０６５号公報

しかしながら、下地の種類によっては、膜厚を測定できない場合や、膜厚を正確に測れない場合があった。本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、下地の種類に関係なく、熱発泡性被覆材の膜厚が測定可能な被覆構造体を提供することを目的とする。

このような課題を解決するために本発明者らは、下地に、熱発泡性被覆材層が積層された構造体において、下地面に特定の補助部材を固定することにより、下地の種類に関係なく、熱発泡性被覆材の膜厚が測定可能であることを見出し、本発明の完成に至った。

すなわち、本発明は以下の特徴を有するものである。
１．下地に、熱発泡性被覆材層が積層された被覆構造体であって、前記下地は、非金属材料であり、該非金属材料は、繊維系断熱材または発泡プラスチック系断熱材であり、前記下地の表面には、補助部材が止め具を用いて固定されており、前記補助部材は、少なくともその上面に金属材料を有するものであり、
前記止め具は、前記下地に突き刺して固定するものであり、前記下地上の前記補助部材を覆うように熱発泡性被覆材層が積層されていることを特徴とする被覆構造体。
２．前記頭部は、面積が１ｃｍ^２以上、かつ厚みが０．１μｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする１．に記載の被覆構造体。
３．前記止め具は、長さが５～１００ｍｍであり、前記下地の厚みよりも短いことを特徴とする１．に記載の被覆構造体。
４．上記１．から上記３．のいずれかに記載の被覆構造体における熱発泡性被覆材層の膜厚測定方法であって、電磁式あるいは過電流式膜厚計によって、前記熱発泡性被覆材層の表面から前記補助部材の頭部までの距離を測定することを特徴とする膜厚測定方法。
５．下地に、熱発泡性被覆材層が積層された被覆構造体の形成方法であって、前記下地の表面に、止め具を突き刺して補助部材を固定後、熱発泡性被覆材を塗装する工程を含み、前記下地は、非金属材料であり、該非金属材料は、繊維系断熱材または発泡プラスチック系断熱材であり、前記補助部材は、少なくともその上面に金属材料を有するものであり、
前記下地上に、前記補助部材を覆うように熱発泡性被覆材を塗付することを特徴とする被覆構造体の形成方法。

本発明の構造体は、下地の種類に関係なく、熱発泡性被覆材の膜厚を安定して測定することができる。これにより、火災時等による温度上昇に際し、目的とする耐熱保護性能を安定的に得ることができる。

本発明被覆構造体の一例を示す。本発明被覆構造体の一例を示す。本発明被覆構造体の一例（拡大図）を示す。本発明被覆構造体の一例を示す。本発明被覆構造体の一例（拡大図）を示す。本発明の膜厚測定方法の一例を示す。本発明被覆構造体の一例を示す。

１．下地
２．熱発泡性被覆材層
３．補助部材
３１．接着剤
３２．止め具
４．基材
４１．Ｈ型鉄骨
５．膜厚計

以下、本発明をその実施の形態に基づき詳細に説明する。

＜被覆構造体＞
図１（Ｉ）は、本発明の被覆構造体の一例を示す断面図である。図１（Ｉ）では、下地１に、熱発泡性被覆材層２が積層されている。また、下地１の表面には、補助部材３が固定されており、補助部材３を覆うように熱発泡性被覆材層２が積層されている。

図１（ＩＩ）は、本発明の被覆構造体の別の一例を示す断面図である。図１（ＩＩ）に示すように、下地１は建造物を構成する鉄骨材料や鋼材等の基材４等が積層されたものであってもよい。具体的に、図２には、Ｈ型鉄骨４１上に、下地１が被覆されており、下地１には、補助部材３が固定されており、補助部材３を覆うように熱発泡性被覆材層２が積層されている。

（下地）
本発明の下地１は、非金属材料であることを特徴とする。非金属材料としては、例えば、木質材料；軽量モルタル、軽量コンクリート、けい酸カルシウム板、ＡＬＣ板、サイディングボード、石膏ボード、スレート板、コンクリート、モルタル等の無機系材料；グラスウール、ロックウール、セルロースファイバー、インシュレーションボード等の繊維系断熱材や、ポリエチレンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリウレタンフォーム等の発泡プラスチック系断熱材等に例示される断熱材等が挙げられる。本発明は、特に、繊維系断熱材や発泡プラスチック系断熱材等の柔軟性のある材料であっても、その表面に形成した熱発泡被覆材層２の厚みを安定して測定することができるため、目的とする耐熱保護性能を安定的に得ることができる。

上記下地１の厚みは、特に限定されないが、好ましくは５～５００ｍｍ（より好ましくは１０～３００ｍｍ）である。本発明では、下地１が厚みを有する場合であっても、その表面に形成した熱発泡被覆材層の厚みを安定して測定することができるため、目的とする耐熱保護性能を安定的に得ることができる。なお、本発明において、「α～β」は「α以上β以下」と同義である。

（熱発泡性被覆材層）
本発明の熱発泡性被覆材層２は、火災等により周囲温度が上昇して被膜温度が所定の発泡温度（好ましくは１５０℃以上、より好ましくは１８０℃以上、さらに好ましくは２００～４００℃）に達すると発泡し、その温度領域において炭化断熱層を形成する熱発泡性被覆材により形成されるものである。このような熱発泡性被覆材としては、構成成分として樹脂成分、難燃剤、発泡剤、炭化剤、及び充填剤を含有するものが好適である。

樹脂成分としては、水分散型、水可溶型、ＮＡＤ型、溶剤可溶型、無溶剤型等が挙げられ、１液タイプ、２液タイプ等特に限定されず、用いることができる。具体的には、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニルエステル共重合樹脂、酢酸ビニル／エチレン共重合樹脂、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニルエステル／アクリル共重合樹脂、酢酸ビニル／アクリル共重合樹脂、アクリル樹脂、アクリル／スチレン樹脂共重合樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリブタジエン樹脂、アルキッド樹脂、塩化ビニル樹脂等の有機の合成樹脂が挙げられる。これらは単独又は２種以上で使用することもできる。

本発明の難燃剤は、一般に火災時に脱水冷却効果、不燃性ガス発生効果、炭化促進効果等の少なくとも１つの効果を発揮し、樹脂成分の燃焼を抑制する作用を有するものである。本発明で用いる難燃剤としては、このような作用を有する限り特に制限されず、公知の難燃剤が使用できる。例えば、トリクレジルホスフェート、ジフェニルクレジルフォスフェート、ジフェニルオクチルフォスフェート、トリ（β－クロロエチル）フォスフェート、トリブチルフォスフェート、トリ（ジクロロプロピル）フォスフェート、トリフェニルフォスフェート、トリ（ジブロモプロピル）フォスフェート、クロロフォスフォネート、ブロモフォスフォネート、ジエチル－Ｎ，Ｎ－ビス（２－ヒドロキシエチル）アミノメチルフォスフェート、ジ（ポリオキシエチレン）ヒドロキシメチルフォスフォネート等の有機リン系化合物；塩素化ポリフェニル、塩素化ポリエチレン、塩化ジフェニル、塩化トリフェニル、五塩化脂肪酸エステル、パークロロペンタシクロデカン、塩素化ナフタレン、テトラクロル無水フタル酸等の塩素化合物；三酸化アンチモン、五塩化アンチモン等のアンチモン化合物；三塩化リン、五塩化リン、リン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム等のリン化合物；その他ホウ酸亜鉛、ホウ酸ソーダ等のホウ素化合物等が挙げられる。これらは１種又は２種以上を組み合わせて使用することができる。また、未被覆品を使用することができるが、被覆処理品等を用いることもできる。

難燃剤の混合比率は、樹脂成分１００重量部（固形分）に対し、好ましくは５０～１０００重量部、より好ましくは１００～８００重量部、より好ましくは２００～６００重量部である。本発明では、このように難燃剤が比較的高比率で含まれることにより、耐熱保護性において良好な性能を得ることができる。

本発明の発泡剤は、一般に、火災時に不燃性ガスを発生させて、炭化していく樹脂成分及び炭化剤を発泡させ、気孔を有する炭化断熱層を形成させる作用を有するものである。発泡剤は、かかる作用を有する限り特に制限されず、公知の発泡剤が使用できる。例えば、メラミン及びその誘導体、ジシアンジアミド及びその誘導体、アゾジカーボンアミド、尿素、チオ尿素等が挙げられる。これらは１種又は２種以上を組み合わせて使用することができる。発泡剤の混合比率は、樹脂成分１００重量部（固形分）に対し、好ましくは５～５００重量部、より好ましくは３０～２００重量部である。このような範囲であることにより、優れた発泡性を発揮し、耐熱保護性において良好な性能を得ることができる。

本発明の炭化剤は、一般に、火災による樹脂成分の炭化とともにそれ自体も脱水炭化していくことにより、断熱性に優れた厚みのある炭化断熱層を形成する作用を有するものである。本発明で用いる炭化剤としては、このような作用を有する限り特に制限されず、公知の炭化剤が使用できる。例えば、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン等の多価アルコール；デンプン、カゼイン等が挙げられる。これらは１種又は２種以上を組み合わせて使用することができる。炭化剤の混合比率は、樹脂成分１００重量部（固形分）に対し、好ましくは５～６００重量部、より好ましくは１０～４００重量部である。このような範囲であることにより、脱水冷却効果と炭化断熱層形成作用を発揮し、耐熱保護性において良好な性能を得ることができる。

本発明の充填剤は、一般に炭化断熱層の強度を維持する作用を有するものである。本発明では、充填剤としては、例えば二酸化チタン、炭酸カルシウム、無機繊維等が挙げられる。これらは１種又は２種以上を組み合わせて使用することができる。充填剤の混合比率は、樹脂成分１００重量部（固形分）に対し、好ましくは５～６００重量部、より好ましくは１０～４００重量部である。

本発明の熱発泡性被覆材には、上記以外の成分として、各種添加剤等を配合することもできる。このような成分としては、例えば顔料、繊維、増粘剤、造膜助剤、レベリング剤、湿潤剤、可塑剤、凍結防止剤、ｐＨ調整剤、防腐剤、防黴剤、防藻剤、抗菌剤、分散剤、消泡剤、吸着剤、架橋剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、触媒等が挙げられる。また、膨張性黒鉛、未膨張バーミキュライト等の膨張性物質を配合することもできる。

本発明の熱発泡性被覆材層２の厚みは、目的の耐熱保護性能によって設定されるものであるが、好ましくは０．２～１０ｍｍ、より好ましくは０．５～６ｍｍ程度である。このような、熱発泡性被覆材層２を積層することにより、火災時等の高温に晒された場合に、優れた耐熱保護性を発揮することができる。

（補助部材）
本発明の補助部材３は、下地１に固定されるものであり、下地１に積層された熱発泡性被覆材層２の膜厚を測定するための補助部材である。

補助部材３は、少なくともその上面（下地面とは反対側の面）に金属材料を有することを特徴とする。このような補助部材３としては、例えば、金属材料、あるいは樹脂、木材、繊維材料、紙等から選ばれる少なくとも１種の表面に金属材料が積層されたもの等も使用できる。金属材料としては、磁性金属、非磁性金属等が挙げられ、例えば、鉄、鋼、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮等が挙げられる。これらは、１種または２種以上で使用することができる。また、これらの金属材料の表面には、本発明の効果を阻害しない範囲で何らかの表面処理がなされたものであってもよい。このような補助部材３を使用することにより、下地１に積層された熱発泡性被覆材層２の膜厚を電磁式あるいは過電流式膜厚計によって容易に測定することができる。

補助部材３は、面積が好ましくは１ｃｍ^２以上（より好ましくは１ｃｍ^２以上２５ｃｍ^２以下、さらに好ましくは１ｃｍ^２以上１０ｃｍ^２以下）、かつ厚みが、好ましくは０．１μｍ以上５ｍｍ以下（より好ましくは０．５μｍ以上３ｍｍ以下）であることを特徴とする。このような場合、膜厚を安定して測定することができる。また、面積及び厚みが上記範囲を満たす場合、下地１へ熱が伝わるのを抑制し、十分な耐熱保護性を確保することができる。

補助部材３の上面は平らであることが好ましく、例えば、フィルム状、シート状、板状のものを使用できる。また、その平面形状は、特に限定されないが、例えば、三角形、四角形（長方形、台形、ひし形、等）、多角形、円形、楕円形、等が挙げられ、その角部が丸くなっているものであってもよい。

本発明の補助部材３を固定する方法としては、下地１に応じて適宜設定すればよいが、例えば、接着剤、止め具等を使用することができる。
図３は、本発明の被覆構造体の拡大図であり、補助部材３を接着剤３１で固定した際の一例を示す。接着剤３１で固定する場合には、例えば、下地１及び／または補助部材３下面（下地面側）に接着剤３１を塗付し、下地面に補助部材を貼着すればよい。また、予め補助部材３の片面に接着剤３１を積層したもの（例えば、金属テープ）を使用することもできる。

図４（Ｉ）（ＩＩ）は、本発明の被覆構造体の一例を示す断面図である。図４では、下地１に、補助部材３が止め具３２を用いて固定されており、補助部材３を覆うように熱発泡性被覆材層２が積層されている。また、図５は、本発明の被覆構造体の拡大図であり、補助部材３を止め具３２で固定した際の一例を示す。止め具３２で固定するには場合、例えば、補助部材３に設けた穴に止め具３２を嵌めて固定する方法、（図５（Ｉ））、あるいは補助部材３と止め具３２が予め接合されて一体化した補助部材３で固定する方法（図５（ＩＩ））等があげられる。また、止め具３２は、２つ以上（複数）で使用してもよい（図５（ＩＩＩ））。さらに、本発明では、接着剤３１と止め具３２を併用することもできる。

止め具３２としては、下地１に固定することができるものであれば特に限定されず、複数の止め具３２を有することもできる。止め具３２は、下地１に突き刺して固定することが好ましく、その形状は、先鋭状であることが好ましい。また、止め具３２は、ネジ部を有するものであってもよい。止め具３２の長さ（Ｈ３２）は、好ましくは５～１００ｍｍ（より好ましくは８～５０ｍｍ）であり、止め具３２の太さは、好ましくは０．５～５ｍｍ（より好ましくは１～４ｍｍ）である。このような場合、下地１に補助部材３を十分に固定することができる。特に、下地１が柔軟性を有する材料や、経年劣化を生じているような既設材料であっても補助部材３を安定に固定することができる。これにより、本発明の被膜構造体が、火災時等の高温に晒された場合に、熱発泡性被覆材層は安定して発泡し、炭化断熱層を形成することができるとともに、形成された炭化断熱層が下地１から脱落することを抑制することができる。

さらに、止め具３２の長さ（Ｈ３２）は、下地１の厚みよりも短いことが好ましい。具体的には、針部３２の長さ（Ｈ３２）は、下地１の厚み（Ｈ１）よりも５ｍｍ以上（さらに好ましくは８ｍｍ以上）短いことが好ましい。このような場合、下地１へ熱が伝わりにくく、目的とする耐熱保護性を十分に得ることができる。

止め具３２の材質としては、特に限定されず、例えば、金属材料、あるいは樹脂、木材等が挙げられる。本発明では、不燃性のものが好ましく、特に金属材料が好ましい。

以下、本発明の被覆構造体の構成について具体的に説明する。

（被覆構造体の形成方法）
本発明の被覆構造体は、例えば、下地１に、補助部材３を固定後、熱発泡性被覆材を塗装して熱発泡性被覆材層２を形成することにより得ることができる。

補助部材３は、接着剤３１及び／または止め具３２を用いて下地１の表面に補助部材３が沿うように固定することが好ましい。これにより、下地１に安定して固定することができ、熱発泡性被覆材層の厚みを安定して測定することができる。また、補助部材３は、下地１の形状、大きさに応じて、複数で使用することが好ましい。これにより、均一な厚みの熱発泡性被覆材層を形成することができる。

熱発泡性被覆材層２は、上記下地１に補助部材３が固定された状態で熱発泡性被覆材を塗付して形成される。熱発泡性被覆材の塗装においては、スプレーガン、エアレススプレーガン、圧送機等による吹付塗装、コテ塗り、刷毛塗り、ローラー塗り等を採用することができる。塗装時には、希釈溶剤で粘性を適宜調整することもできる。

熱発泡性被覆材層２の厚みは、耐熱保護性能、適用部位等に応じて適宜設定できるが、通常０．１～２０ｍｍ、好ましくは０．３～１０ｍｍ程度である。熱発泡性被覆材の塗装においては、塗膜が所定の厚みとなるように重ね塗りを行うこともできる。

本発明の被覆構造体は、補助部材３のアンカー効果により、火災時等の高温に晒された場合には、熱発泡性被覆材層２は安定して発泡し、炭化断熱層を形成することができるとともに、形成された炭化断熱層が下地１から脱落することを抑制することができる。また、補助部材３の固定部を除く下地１と熱発泡性被覆材層２は、優れた密着性を有し、目的とする耐熱保護性を十分に得ることができる。

＜膜厚測定方法＞
本発明の被覆構造体は、図６に示すように、下地１に積層された熱発泡性被覆材層２の膜厚を、電磁式あるいは過電流式膜厚計を用いて測定することができる。下地１に、上記補助部材３を固定し、該補助部材３を覆うように熱発泡性被覆材層２が積層されていることにより、前記熱発泡性被覆材層２の表面から前記補助部材３までの距離Ｘを測定することにより、熱発泡性被覆材層２の膜厚を測定することができる。

以下に実施例を示し、本発明の特徴をより明確にする。

（熱発泡性被覆材）
アクリル樹脂溶液（固形分４０重量％）２５０重量部と、希釈溶剤９０重量部を投入した後、これをディゾルバーで混合攪拌した。次いで、メラミン１００重量部、ジペンタエリスリトール１００重量部、ポリリン酸アンモニウム４００重量部、及び酸化チタン１２０重量部を投入し、均一となるまで攪拌して、熱発泡性被覆材を作製した。

（試験例１）
図２に示すようにＨ型鉄骨４１（Ｈ４００×２００×８×１３ｍｍ、長さ１２００ｍｍ）の表面に厚み２５ｍｍの繊維系断熱材が被覆された下地に対し、補助部材として、アルミニウムテープ［１．５ｃｍ×１．５ｃｍ×厚み８０μｍ（アルミニウム層５０μｍ、粘着剤層３０μｍ）］を貼着して固定した。このとき、Ｈ方鉄骨４１の長さ方向には、補助部材を３００ｍｍ間隔で固定した。次いで、熱発泡性被覆材をローラーにて塗装し熱発泡性被覆材層を形成したものを試験体とした。この際、試験体の補助部材を固定した部分において、過電流式膜厚計を用いて膜厚を測定しながら、均一な膜厚（３．７ｍｍ）となるように熱発泡性被覆材層を形成した。
作製した試験体につき、ＩＳＯ８３４の標準加熱曲線に準じて３時間加熱試験を行った。その結果、炭化断熱層は脱落することなく、ほぼ均一な炭化断熱層が形成され、良好な耐熱性能を示した。

（試験例２）
図７に示すようにＨ型鉄骨４１（Ｈ４００×２００×８×１３ｍｍ、長さ１２００ｍｍ）の表面に厚み２５ｍｍの繊維系断熱材が被覆された下地に対し、止め具が予め接合された補助部材［図５（ＩＩ）に示す補助部材（鉄製、長方形板状：１．５ｃｍ×１．５ｃｍ×厚み０．６ｍｍ、面積２．２５ｃｍ^２、止め具（鉄製、長さ１５ｍｍ、太さ１．２ｍｍ）］を突き刺して固定した。このとき、Ｈ方鉄骨４１の長さ方向には、補助部材を３００ｍｍ間隔で固定した。次いで、熱発泡性被覆材をローラーにて塗装し熱発泡性被覆材層を形成したものを試験体とした。この際、試験体の補助部材を固定した部分において、電磁式膜厚計を用いて膜厚を測定しながら、均一な膜厚（３．７ｍｍ）となるように熱発泡性被覆材層を形成した。
作製した試験体につき、ＩＳＯ８３４の標準加熱曲線に準じて３時間加熱試験を行った。その結果、炭化断熱層は脱落することなく、ほぼ均一な炭化断熱層が形成され、良好な耐熱性能を示した。

Claims

下地に、熱発泡性被覆材層が積層された被覆構造体であって、前記下地は、非金属材料であり、該非金属材料は、繊維系断熱材または発泡プラスチック系断熱材であり、前記下地の表面には、補助部材が止め具を用いて固定されており、前記補助部材は、少なくともその上面に金属材料を有するものであり、
前記止め具は、前記下地に突き刺して固定するものであり、前記下地上の前記補助部材を覆うように熱発泡性被覆材層が積層されていることを特徴とする被覆構造体。
前記補助部材は、面積が１ｃｍ^２以上、かつ厚みが０．１μｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の被覆構造体。
前記止め具は、長さが５～１００ｍｍであり、前記下地の厚みよりも短いことを特徴とする請求項１に記載の被覆構造体。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の被覆構造体における熱発泡性被覆材層の膜厚測定方法であって、電磁式あるいは過電流式膜厚計によって、前記熱発泡性被覆材層の表面から前記補助部材までの距離を測定することを特徴とする膜厚測定方法。