JP5221071B2 - 防燃断熱剤 - Google Patents

Description

本発明は木材等に染み込みやすく、浸透性に優れる防燃断熱剤に関する。

従来、建築物には木材や壁紙などの多くの可燃性材料が建築材料として使用されているため、火災等が発生した場合には、その大部分を焼失するという問題がある。そのため建築材料である木材や壁紙などに、容易に耐火性・防燃性を付与することのできる防燃剤が望まれている。
珪酸アルカリ水溶液は、炭酸ガスと反応することにより硬化し、難燃性の化合物となることが知られている。そのため、珪酸アルカリ水溶液が内部まで浸透しやすい、コンクリート、モルタル、煉瓦などの多孔質性の建築材料用の防燃・断熱剤として、従来より利用されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、木材は多孔質性であるものの、その多孔質組織（導管、細胞壁のセルロース、ヘミセルロース、リグニン等）は、コンクリート等に比べ非常に微細である。そのため、珪酸アルカリ水溶液をそのまま木材に塗布した場合は、表面に付着するのみで、内部には全く浸透せず、木材への防燃性・断熱性の付与はなされないという問題がある。
また近年、リサイクルに対する意識が高まり、古くなった家屋を取り壊す代わりに、既存の建築材料を補強することにより、耐用年数を延長し、再利用する方法が注目されている。

特開平６−２５６７０３号公報

本発明はこのような実情に鑑みなされたものであり、その解決しようとする課題は、木材等の建築材料に浸透しやすく、補強作用を有する防燃断熱剤を提供することにある。

本発明者らは上記課題を解決するために、セラミック化した火山噴出物発泡粒子集塊物が有する特性に着目し鋭意研究を重ねた結果、セラミック化した火山噴出物発泡粒子集塊物の放射する遠赤外線により、珪酸アルカリ水溶液のクラスター（２個以上の分子又は原子がファンデルワールス力や水素結合などの比較的に弱い相互作用で集まってなる集合体）を細かくし、該珪酸アルカリ水溶液の木材などへの浸透性を向上させることができることを見出した。本発明者らは、更に詳細に検討を行なったところ、上記の珪酸アルカリ水溶液に火山噴出物発泡粒子を含有させることにより、防燃作用・断熱作用をさらに向上させることができることを見出した。本発明者らは、これらの知見に基づき、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は以下の構成を有することにより、上記課題を解決するに至った。
（１）珪酸アルカリ水溶液に、セラミック化した火山噴出物発泡粒子集塊物を添加・混練してなることを特徴とする防燃断熱剤。
（２）火山噴出物の発泡粒子を含む上記（１）記載の防燃断熱剤。
（３）上記火山噴出物の発泡粒子の平均粒径が１０〜１００μｍである上記（２）記載の防燃断熱剤。
（４）セラミック化した火山噴出物発泡粒子集塊物の添加量が、珪酸アルカリ水溶液１００重量部に対して１０〜５０重量部である上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の防燃断熱剤。
（５）火山噴出物の発泡粒子の添加量が、珪酸アルカリ水溶液１００重量部に対して３〜５０重量部である上記（２）〜（４）のいずれか１つに記載の防燃断熱剤。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか１つに記載の防燃剤により、木材を処理することを特徴とする木材の補強・防燃断熱方法。
（７）上記（１）〜（５）のいずれか１つに記載の防燃処理剤を、建築材料に吹き付けることを特徴とする建築材料の補強・防燃断熱方法。
（８）上記建築材料が、内装壁紙、内装木材、外層壁紙、外層木材、屋根瓦、珪藻土壁材、土壁材、漆喰壁材のいずれか１つである上記（７）記載の建築材料の補強・防燃断熱方法。

本発明の防燃断熱剤は、セラミック化した火山噴出物発泡粒子集塊物を混合・混練していることにより、珪酸アルカリ水溶液のクラスターが細かくなっているため、木材などの建築材料に深く浸透させることができ、その結果、優れた防燃断熱処理効果を示すものである。また建築材料に深く浸透した珪酸アルカリが、炭酸ガスと反応し硬化することにより、建築材料の強度を向上させることができる。また、含有する微細な火山噴出物発泡粒子が、処理建築材料の表面に多数付着すること及び内部に浸透することにより、当該処理を施した建築材料の防燃性・断熱性をさらに向上させることができる。
また本発明の防燃断熱剤は、床材又は屋根裏等に塗布することにより、優れた防蟻効果および防腐効果も発揮できる。さらに本発明の防燃断熱剤に含まれる珪酸アルカリ水溶液は、空気中の炭酸ガスと反応し、多量の炭酸ガスを吸着するため、地球温暖化防止に大いに寄与できる。

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。

本発明の「珪酸アルカリ」としては、例えば、珪酸カリウム、珪酸ソーダ、珪酸リチウムが例示され、中でも珪酸カリウムが好適に使用される。なお、本発明においては、珪酸カリウムと珪酸ソーダの両方を含む珪酸アルカリ水溶液を用いてもよく、またはコロイダルシリカを用いてもよい。
珪酸カリウムの場合、例えば、ＳｉＯ_２濃度が２５．５〜２７．５重量％、Ｋ_２Ｏ濃度が１２．５〜１４．５重量％の珪酸カリウム水溶液や、ＳｉＯ_２濃度が２７〜２９重量％、Ｋ_２Ｏ濃度が２１〜２３重量％の珪酸カリウム水溶液が好適に使用される。
他方、珪酸ソーダの場合、濃度が２８〜４８重量％（好ましくは３６〜３８重量％）のアルカリ珪酸塩の濃厚水溶液が使用され、市販されているＮＯ．１号〜ＮＯ．４号の水ガラスを使用してもよい。水ガラスの主成分は、一般式Ｎａ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２（ｎ＝２〜４）で表される。なお、ＮＯ．１号の水ガラスは、比重が３８〜５９ボーメであり、組成がＳｉＯ_２分２１〜３８重量％、Ｎａ_２Ｏ分１０〜１８重量％である。ＮＯ．２号の水ガラスは、比重が４２〜４９ボーメであり、組成がＳｉＯ_２分２６．５〜３２重量％、Ｎａ_２Ｏ分１０．５〜１２．７重量％である。ＮＯ．３号の水ガラスは、比重が４０ボーメ以上であり、組成がＳｉＯ_２分２８〜３０重量％、Ｎａ_２Ｏ分９〜１０重量％である。ＮＯ．４号の水ガラスは、比重が３０ボーメ以上であり、組成がＳｉＯ_２分２３〜２５重量％、Ｎａ_２Ｏ分６〜７重量％である。

本発明の「火山噴出物発泡粒子」としては、火山噴出物の細粒を、７００℃〜１１００℃（好ましくは８００〜１１００℃）で加熱し発泡させたものが挙げられる。火山噴出物としては、ＳｉＯ_２を主成分とし、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ等を含有する複合化合物であって、内部に細孔を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、シラス、軽石、ボラ、パーライト等が例示される。これらは、単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。なお、火山噴出物発泡粒子は単孔性でも、多孔性であってもよい。また、火山噴出物の発泡時において、過発泡により一部が欠損したものや、未発泡のものが一部に含まれていてもよい。

また、火山噴出物発泡粒子は、平均粒径が好ましくは通常１０〜３００μｍ、より好ましくは１０〜２００μｍ、特に好ましくは１０〜１００μｍのものである。木材などの珪酸アルカリ水溶液が浸透しにくい建築材料には、１０〜１５μｍの火山噴出物発泡粒子が好ましく、珪藻土壁材又は土壁材、漆喰壁材などの浸透しやすい建築材料には、１５〜３００μｍの火山噴出物発泡粒子が好ましい。本発明においては、安価で広く流通しているシラスの発泡粒子（シラスバルーン）が好適に使用される。

本発明の「セラミック化した火山噴出物発泡粒子集塊物」としては、遠赤外線を放射するものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、特許公報第２９５８５６０記載の方法により火山噴出物発泡粒子をセラミック化したものが挙げられる。またＳＧＢ（豊和直（株）製）等の市販の火山噴出物発泡粒子セラミックスを用いてもよい。セラミック化した火山噴出物発泡粒子集塊物は、平均粒径が好ましくは通常１〜２０ｍｍ、より好ましくは３〜１５ｍｍ、特に好ましくは３〜１０ｍｍのものである。平均粒径が、１ｍｍ未満であると、スプレーの目詰まりを起こすことがあり、他方、２０ｍｍを超えると容器等が限定され、使用が困難になることがある。

「セラミック化した火山噴出物発泡粒子集塊物」の使用量は、珪酸アルカリ水溶液１００重量部に対して、好ましくは１０〜５０重量部、より好ましくは１０〜４０重量部、特に好ましくは１５〜３０重量部である。１０重量部未満であると、珪酸アルカリ水溶液のクラスターが細かくなるのに時間がかかり、他方、５０重量部を超えると経済的に不利になる。

「火山噴出物の発泡粒子」の使用量は、珪酸アルカリ水溶液１００重量部に対して、好ましくは３〜５０重量部、より好ましくは１０〜５０重量部、特に好ましくは１５〜３０重量部である。３重量部未満であると、断熱性が損なわれ、他方、５０重量部を超えると経済的に不利になり、また噴霧する際に噴霧器から出にくくなる。また火山噴出物は必ずしも含まなくてもよい。

本発明において、上記セラミック化した火山噴出物発泡粒子集塊物又は火山噴出物の発泡粒子と、珪酸アルカリ水溶液の混練作業は、空気に触れないタイプの密閉型の混練機内で行うことが好ましい。その理由は、炭酸ガスと珪酸アルカリが反応して固化し、可塑性の良くないものとなるためである。

本発明においては、本発明の目的を阻害しない範囲内において上記以外の各種添加剤を配合することができる。具体的には、顔料、骨材、粘性調整剤、可塑剤、造膜助剤、緩衝剤、分散剤、架橋剤、ｐＨ調整剤、防腐剤、防黴剤、抗菌剤、防藻剤、湿潤剤、消泡剤、発泡剤、レベリング剤、顔料分散剤、沈降防止剤、たれ防止剤、凍結防止剤、滑剤、脱水剤、艶消し剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、光安定剤、繊維類、香料、化学物質吸着剤、光触媒、吸放湿性粉粒体、アルミナセメントが例示され、これらを単独で又は２種以上組み合わせて使用することができる。また、各種添加剤の配合量は、使用目的に応じて、本発明の目的を阻害しない範囲内において適宜設定することが可能である。

本願の防燃断熱剤は、液剤を用いた処理を施工するに際して一般的な方法、例えば、吹き付け、コテ塗り、ローラー塗装、刷毛塗り、含漬により施工することが可能であるが、少ない労力で短時間に広い面積を処理することができる、吹き付けによる施工が好適である。また建築材料への塗布後、通常、空気中の炭酸ガスと反応することにより硬化するが、急速に反応させたい場合は、炭酸ガスの吹き付け等の処理を併せて行ってもよい。

本発明の「建築材料」としては、例えば、内装壁紙、内装木壁、外層壁紙、外層木壁、屋根瓦、珪藻土壁材、土壁材、漆喰壁材などが挙げられる。また本発明の処理対象である建築材料は、特に可燃性の材料に限定されず、例えば、コンクリート及び煉瓦などの建築材料の処理にも利用される。

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、本実施例で使用する材料は以下のとおりである。
珪酸カリウム水溶液（製品名：１Ｋ珪酸カリ、ＳｉＯ_２濃度２７〜２９重量％、Ｋ_２Ｏ濃度２１〜２３重量％、日本化学工業（株）製）、
シラスバルーンセラミックス（製品名；ＳＧＢ、平均粒径１０ｍｍ、豊和直（株）製）、
シラスバルーンＡ（製品名：ＦＴＢ、平均粒径１２μｍ、嵩比重０．１８、豊和直（株）製）、
シラスバルーンＢ（製品名：ＳＹＢ−５０００、平均粒径７０μｍ、嵩比重０．１４、豊和直（株）製）、
シラスバルーンＣ（製品名：ＳＳＢ−４０００、平均粒径９５μｍ、嵩比重０．２８、豊和直（株）製）、

（実施例１）
珪酸カリウム水溶液１００重量部に、シラスバルーンセラミックス２０重量部を混入攪拌し、防燃断熱剤を得た。

（実施例２）
珪酸カリウム水溶液１００重量部に、平均粒径７０μｍのシラスバルーンＢ２０重量部を混入攪拌し、さらにシラスバルーンセラミックス１２重量部を混入攪拌し、防燃断熱剤を得た。

（実施例３）
珪酸カリウム水溶液１００重量部に、平均粒径７０μｍのシラスバルーンＣ４０重量部を混入攪拌し、さらにシラスバルーンセラミックス２８重量部を混入攪拌し、防燃断熱剤を得た。

（実施例４）
珪酸カリウム水溶液１００重量部に、平均粒径１２μｍのシラスバルーンＡ２０重量部を混入攪拌し、さらにシラスバルーンセラミックス３６重量部を混入攪拌し、防燃断熱剤を得た。

（評価試験）
（１）浸透性
実施例１で得られた防燃断熱剤を杉間伐材に塗布した際の、浸透部分の長さを計測した。その結果、シラスバルーンセラミックスを混入攪拌していない珪酸カリウム水溶液が表面に付着したままで全く浸透しなかったのに対し、実施例１の防燃断熱剤は１ｃｍ浸透した。当該結果より、本発明の防燃断熱材の浸透性が向上していることが分かった。

（２）難燃性
実施例１で得た防燃断熱剤を新聞紙に塗布した後、室温で２４時間放置し空気中の炭酸ガスと反応させ、該新聞紙にライターの直火を１分間当てた際の着火の有無を評価した。その結果、着火は見られなかった。

実施例２で得た防燃断熱剤を木造外壁塗布した後、４８時間放置し空気中の炭酸ガスと反応させ、該木造外壁にガスバーナーの直火を１分間当てた際の着火の有無を評価した。その結果、着火は見られなかった。

（３）断熱性
実施例３で得られた防燃断熱剤を屋根瓦に塗布した後、４８時間放置し空気中の炭酸ガスと反応させ、該屋根瓦を備えた家屋の室内温度の変化を評価した。
上記塗布前の室温は３０℃（外気温３５℃、晴れ）であったのに対し、塗布後は２５℃（外気温３５℃、晴れ）であり、室内温度の上昇が５℃抑制されていた。

（４）補強性
実施例４で得られた防燃断熱剤を珪藻土内壁に塗布した後、３６時間放置し空気中の炭酸ガスと反応させ、該珪藻土内壁を爪で削った際の壁紙などの剥離の有無を評価した。その結果、剥離は見られなかった。

Claims (8)

1. 珪酸アルカリ水溶液に、セラミック化した火山噴出物発泡粒子集塊物を混合・混練してなることを特徴とする防燃断熱剤。
2. さらに火山噴出物の発泡粒子を含む、請求項１記載の防燃断熱剤。
3. 上記火山噴出物の発泡粒子の平均粒径が１０〜３００μｍである、請求項２記載の防燃断熱剤。
4. セラミック化した火山噴出物発泡粒子集塊物の添加量が、珪酸アルカリ水溶液１００重量部に対して１０〜５０重量部である請求項１〜３のいずれか１項に記載の防燃断熱剤。
5. 火山噴出物発泡粒子の添加量が、珪酸アルカリ水溶液１００重量部に対して３〜５０重量部である請求項２〜４のいずれか１項に記載の防燃断熱剤。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の防燃断熱剤により、木材を処理することを特徴とする木材の補強・防燃断熱方法。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の防燃断熱剤を、建築材料に吹き付けることを特徴とする建築材料の補強・防燃断熱方法。
8. 上記建築材料が、内装壁紙、内装木材、外層壁紙、外層木材、屋根瓦、珪藻土壁材、土壁材、漆喰壁材のいずれか１つである請求項７記載の建築材料の補強・防燃断熱方法。