JP2502464B2 - 発泡性エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

発泡性エポキシ樹脂組成物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、環境問題を生ぜず、室
温で発泡硬化して、金属、コンクリートの接着にも良好
に適用され、かつ軽量で断熱、吸音効果に優れているエ
ポキシ樹脂発泡体を与える発泡性エポキシ樹脂組成物に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来室温で発泡させる発泡体としては、
フェノール樹脂発泡体とポリウレタン発泡体とが良く知
られている。しかしながら、これらの発泡体の製造にあ
たっては、現在大気汚染で問題になっているフレオンガ
スが使用されており、その代替品が種々検討されてい
る。しかも、前者のフェノール樹脂発泡体には、パラト
ルエンスルホン酸などで硬化させるため、金属を腐蝕す
る欠点があり、アルカリ性のコンクリートには使用でき
ない。後者のポリウレタン発泡体には、有毒な残留ポリ
イソシアネートを含む上に、火災時有害なシアンガスを
発生させ、耐アルカリ性がないので、コンクリート構造
物に適用できない欠点があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の室
温で発泡させる発泡体の製造には、大気汚染で問題とな
るフレオンガスが用いられ、また、フェノール樹脂発泡
体の製造にはパラトルエンスルホン酸などを使用するの
で、金属を腐蝕する欠点があり、またアルカリ性コンク
リートには使用できない問題点があった。またポリウレ
タン発泡体は、有毒なポリイソシアナートを含み、火災
時に有毒なシアンガスを発生させ、耐アルカリ性にも欠
けるので、コンクリート構造物に適用できない問題点が
あった。
【0004】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
し、環境問題を生ぜず、室温で発泡硬化して、軽量で断
熱、吸音効果に優れ、金属、コンクリートにも良く接着
するエポキシ樹脂発泡体を与える発泡性エポキシ樹脂組
成物を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記に鑑
み、酸性硬化剤を使用しないので金属を腐蝕させること
なく、また耐アルカリ性が良好であって、金属、コンク
リートに十分適用できる接着性および耐アルカリ性兼備
のエポキシ樹脂を使用するとともに、フレオンガスの代
りとしてのアルミニウム粉末を使用し、鋭意研究した結
果、本発明の発泡性エポキシ樹脂組成物を完成するに至
った。
【0006】すなわち、本発明の発泡性エポキシ樹脂組
成物は、固形分が40〜90重量%のエポキシ樹脂水性
エマルジョン100重量部と、そのエポキサイド当量に
相当するアミン当量のポリアミン硬化剤とを組合わせた
混合物に、アルミニウム粉末0.2〜2重量部および水
溶性高分子0.2〜2重量部を配合してなるものであ
る。
【0007】また、本発明の発泡性エポキシ樹脂組成物
は、上記の成分に加えて、さらに軽質フィラーの4.5
〜20重量部を配合したものであってもよい。本発明に
使用するアルミニウム粉末は、水の存在下でアルカリに
接触すると水素ガスを発生するものである。アルミニウ
ム粉末は発泡コンクリートボードの製造に従来から用い
られているが、その発泡機構は次の式(1)に示すよう
に、アルミニウム粉末は、水とセメント中のアルカリ
[主にCa(OH)2 ]によって、水素ガスを発生しセ
メントコンクリートが発泡硬化するのである。 2Al+2Ca(OH)2 +2H2 O→CaO・Al23 +8H2 (1) ここにおいて、エポキシ樹脂水性エマルジョンに、Ca
(OH)2 、少量のアルミニウム粉末、およびポリアミ
ドポリアミンを混合すると、予想どおり水素ガスが発生
して室温硬化してエポキシ樹脂発泡体が得られた。この
室温硬化した発泡体はその気泡が大きく、恰も海綿状の
発泡体となるが、この気泡を微少にするために、エポキ
シ樹脂水性エマルジョンに表面活性剤やポリビニールア
ルコールのような水溶性高分子を少量添加すると、微少
気泡が得られた。さらに、これらの実験において、Ca
(OH)2 を配合しない場合においても、水素ガスを発
生して発泡体が得られることが判明した。この水素ガス
発生の機構は定かではないが、次の式(2)に示すよう
に、水の存在下アミノ基が触媒となってアルミニウムか
ら、水酸化アルミニウムと水素ガスとが生成するものと
考えられる。2Al+6H2 O(R−NH2 触媒存在
下)→2Al(OH)3 +3H2 (2) このように
エポキシ樹脂の硬化剤のポリアミンによって、アルミニ
ウム粉末は、水中で水素ガスを発生し、その結果微小気
泡を有するエポキシ樹脂発泡体となることが判明した。
【0008】アルミニウム粉末は、水とアミノ基に接触
すると水素ガスを発生するもので、100メッシュ以下
の微粉末で、脂肪酸処理などの表面処理が無いか、極め
て微量表面処理したものが好ましい。その添加量は、エ
ポキシ樹脂水性エマルジョン100重量部当り0.2〜
2重量部で、疎水性の有機ベントナイトなどのフィラー
と予め混合しておくと便利である。ここに、0.2重量
部未満であると、組成物が発泡し難くなり、一方、2重
量部を越えると、組成物の粘度が高すぎたり、また、コ
スト高となって不経済である。
【0009】なお、アルミニウム粉末と同様に、水の存
在下、アルカリやアミンに接触すると水素ガスを発生す
る金属珪素などの金属粉末も有効である。本発明に用い
るエポキシ樹脂としては、室温で液状のものが望まし
く、ポリアミンの添加により室温または40℃〜80℃
で硬化するものが含まれる。例えば、ビスフェノールA
型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、多
官能フェノール型のノボラック型やレゾルシノール型の
エポキシ樹脂、これらをポリイソシアネートやポリアミ
ンで変性したエポキシ樹脂、不燃性とするためにハロゲ
ン化したエポキシ樹脂が挙げられる。
【0010】なお、エポキシ樹脂を低粘度にし乳化し易
くするために、フェニルグリシジルエーテルのような反
応性希釈剤やフタル酸ジブチル(DBP)のような非反
応性希釈剤をエポキシ樹脂水性エマルジョン100重量
部当り20重量部まで添加することもできる。
【0011】エポキシ樹脂を水中に乳化し、整泡効果を
良好とするために、ポリビニルアルコールなどの水溶性
高分子や非イオン性などの表面活性剤を、エポキシ樹脂
水性エマルジョン100重量部当り0.2〜2重量部配
合する。かかる水溶性高分子の添加により発泡体の気泡
が微小となる。エポキシ樹脂水性エマルジョンは、予め
工場内で高速撹拌機で乳化した市販品を用いることがで
きる。また、現場で樹脂中に乳化剤を混合し、これを、
水溶性高分子を溶解した水の中に添加し、簡易撹拌機で
撹拌して乳化し、水性エマルジョンとしてもよい。かか
るエポキシ樹脂水性エマルジョンの樹脂分(固形分)
は、40〜90重量%の範囲である。ここに40重量%
未満の樹脂分であると、硬化した発泡体の収縮変形が大
きく実用に適さない。一方、90重量%を越えた樹脂分
では殆ど発泡がみられない。
【0012】水溶性高分子としては、ポリビニールアル
コール(例えば株式会社クラレ製商品名クラレポバール
205)、ポリ酢酸ビニールエマルジョンの粉末(例え
ばヘキスト合成株式会社製商品名モビニールEm4
5)、メチルセルローズのような水溶性セルローズを、
水に溶解して使用するか、アルミニウム粉末と一緒に混
合する。水溶性高分子の量は、上記のようにエポキシ樹
脂水性エマルジョン100重量部当り0.2〜2重量部
であるが、0.2重量部未満であると、エマルジョンの
安定性が悪くなったり、整泡効果が少なくなる。一方、
2重量部を越えると、組成物が高粘度になり過ぎたり、
発泡体の耐水性が悪くなる。
【0013】なお、硬化剤として、後記の比較的高分子
のダイマー酸のような二塩基酸のポリアミドポリアミン
やポリアクリルポリアミンを用いた場合には、水溶性高
分子を添加しなくても、これらポリアミンに粘度調節お
よび整泡効果の役割を果たさせることもできる。また、
水溶性高分子のほか、非イオン性などの表面活性剤も上
記と同様の目的で本発明の組成物に配合することができ
る。
【0014】ポリアミン硬化剤としては、ジエチルトリ
アミン、トリジメチルアミノメチルフェノール(ACR
社製商品名DMP−30等)のような低分子のポリアミ
ンやダイマー酸のような二塩基酸のポリアミドポリアミ
ン、ポリアクリルポリアミン、エポキシ樹脂に付加した
ポリアミンのような比較的に高分子のポリアミンを用い
る。これらの使用量としてエポキサイド当量に相当する
アミン当量を用いる。
【0015】また、硬化促進剤として、サルチル酸のよ
うなフェノール類やDion−3−800L(ダイヤモ
ンド・シヤムロックケミカルス社製商品名)のようなポ
リチオールを必要量添加してもよい。
【0016】本発明の発泡性組成物においては、整泡
性、難燃性の付与や増量の目的で軽質フィラーをさらに
添加することができる。すなわち、コロイドシリカ、ベ
ントナイト(脂肪アミン処理を含む)、珪ソウ土、カオ
リン、タルク、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウ
ム、酸化アルミニウム、酸化アンチモン(Sb2
5 )、鉱物質バルーン等を使用することができる。ま
た、有機質フィラーとして、木粉、クルミ殻粉、モミ殻
粉、プラスッチクバルーン等も使用することができる。
これらの軽質フィラーの添加量は、エポキシ樹脂水性エ
マルジョン100重量部当り4.5〜20重量部であ
る。アルミニウム粉とフィラーは予め混合したほうが良
いが、フィラーの添加量が4.5重量部未満であると、
アルミニウム粉との混合が難しくなり、一方、フィラー
の添加量が20重量部を越えると、組成物の粘度が高す
ぎたり、発泡体の発泡度が悪くなる。
【0017】
【作用】本発明の発泡性エポキシ樹脂組成物は、エポキ
シ樹脂水性エマルジョンとその硬化剤とを組み合わせた
混合物に、微量のアルミニウム粉末および水溶性高分子
を配合したものであるが、この組成物は混合撹拌すると
室温で発泡硬化し、体積が2〜8倍、比重が0.15〜
0.42および圧縮強度が5〜60kg/cm2で微小
気泡内蔵のエポキシ樹脂発泡体を与え、この発泡体は金
属、コンクリートに良く接着する。また、本発明の組成
物は、室温で発泡硬化し、軽量で、断熱および吸音効果
に優れた発泡体を与えるので、軽量の成型品、建築用断
熱ボード、サンドイッチパネル等の工場生産を可能とさ
せる。さらに、本発明の組成物は、エポキシ樹脂特有の
接着性および耐アルカリ性を兼備しているので、コンク
リート構造物の亀裂や隙間等に室温で注入して発泡硬化
させることを可能とするほか、各種の用途に広く利用さ
れる。
【0018】
【実施例】
実施例1〜7および比較例1〜3 下記表1に示すエポキシ樹脂水性エマルジョン(実施例
3〜7の場合はエポキシ樹脂および水を別個に添加し発
泡時に乳化して水性エマルジョンとした)、ポリアミン
硬化剤、アルミニウム粉末、水溶性高分子および軽質フ
ィラーを、下記表1に示す配合量(夫々重量部にて示
す)にて配合した本発明の発泡性エポキシ樹脂組成物
を、混合撹拌し、この混合物を室温で発泡硬化させてエ
ポキシ樹脂発泡体を得た。得られた発泡体について各種
の特性につき測定し、その結果を下記表1に示した。
【0019】比較のために、下記表2に示す配合量にて
配合した、樹脂分(固形分)が90重量%を越えたエポ
キシ樹脂水性エマルジョンを用いた組成物(比較例
1)、および樹脂分(固形分)が40重量%未満のエポ
キシ樹脂水性エマルジョンを用いた組成物(比較例2)
につき、夫々の組成物を室温で発泡硬化させ、得られた
各発泡体について各種の特性を測定して、その結果を下
記表2に示した。なお、参考のために、発泡セメント
(比較例3)の各種特性についても、下記表2に比較し
て併記した。
【0020】
【表1】 注) 1)DIC社製商品名エピクロンEM85−75Wを使
用 2)油化シェルエポキシ社製商品名エピコート828を
使用 3)DIC社製商品名エピクロン830を使用 4)富士化成株式会社製商品名トーマイド290Fを使
用 5)ACR社製トリジメチルアミノメチルフェノールの
商品名 6)株式会社クラレ製商品名クラレポバール205を使
用 7)ヘキスト合成株式会社製商品名モビニールEm45
を使用 8)花王石鹸株式会社製非イオン界面活性剤の商品名 9)住友ナウガタック社製商品名KS405を使用 10)土屋カオリン株式会社製商品名ニューオルベンを
使用。
【0021】
【表2】 注)1)〜10) :表1の注)1)〜10)に同じ 上記表1及び表2の結果をまとめるとつぎのとおりであ
る。
【0022】(1)水分が10重量%未満の(樹脂分が
90重量%を越えた)エポキシ樹脂水性エマルジョンを
用いた場合の組成物(比較例1)からの発泡体は、殆ど
発泡がみられない。
【0023】(2)水分が60重量%を越えた(樹脂分
が40重量%未満の)エポキシ樹脂水性エマルジョンを
用いた場合の組成物(比較例2)からの発泡体は、収縮
と変形が大きく、実用に適さない。
【0024】(3)エポキシ樹脂を予めエマルジョンに
したもの(実施例1)より、発泡時に乳化したもの(実
施例6)を使用したほうが、同じ比重で強度の高い発泡
体となる。
【0025】(4)発泡体の圧縮強度は比重が大きいほ
ど一般に高くなる。 (5)発泡体の発泡度の調節法としては、水を増加する
と発泡度が大きくなり、また、アルミニウムの量を少な
くすると発泡度が小さくなる傾向が見られる。 (6)エポキシ樹脂発泡体は、発泡セメント(比較例
3)より極めて軽くて圧縮強度が一般に高い。
【0026】
【発明の効果】本発明の発泡性エポキシ樹脂組成物は、
室温で発泡硬化し、軽量で断熱、吸音効果に優れ、金属
やコンクリートにも良く接着する発泡体を与える。した
がって、本発明の組成物から、軽量成型品、建築用断熱
ボード、サンドイッチパネルなどの発泡体製品を工場で
生産することができる。また、本発明の組成物から得ら
れる発泡体は、プレハブパネル、カーテンウォール、雨
戸などの接着性心材、冷蔵庫、冷凍コンテナー、冷凍車
両、船舶、冷暖房ダクトなどに好適に利用され、とくに
本発明の組成物は複雑な形状の隙間の充填発泡接着に利
用することができる。さらに、コンクリート構造物の大
きい亀裂や隙間、Vカットなどに、現場で本発明の組成
物を注入して発泡硬化させて、これらを接着させること
もできる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08L 63/00 NJN C08L 63/00 NJN NKA NKA NKC NKC C09J 163/00 JFK C09J 163/00 JFK

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固形分が40〜90重量%のエポキシ樹
    脂水性エマルジョン100重量部と、そのエポキサイド
    当量に相当するアミン当量のポリアミン硬化剤とを組合
    わせた混合物に、アルミニウム粉末0.2〜2重量部お
    よび水溶性高分子0.2〜2重量部を配合してなる発泡
    性エポキシ樹脂組成物。
  2. 【請求項2】 固形分40〜90%のエポキシ樹脂水性
    エマルジョン100重量部と、そのエポキサイド当量に
    相当するアミン当量のポリアミン硬化剤とを組合わせた
    混合物に、アルミニウム粉末0.2〜2重量部、水溶性
    高分子0.2〜2重量部および軽質フィラー4.5〜2
    0重量部を配合してなる発泡性エポキシ樹脂組成物。
  3. 【請求項3】 エポキシ樹脂が、ビスフェノールA型エ
    ポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、多官能
    フェノール型のノボラック型およびレゾルシノール型の
    エポキシ樹脂、これらをポリイソシアネートやポリアミ
    ンで変性したエポキシ樹脂ならびにハロゲン化したエポ
    キシ樹脂から選ばれたものである請求項1又は2記載の
    発泡性エポキシ樹脂組成物。
  4. 【請求項4】 ポリアミン硬化剤が、低分子のポリアミ
    ンおよび比較的に高分子のポリアミンから選ばれたもの
    である請求項1又は2記載の発泡性エポキシ樹脂組成
    物。
  5. 【請求項5】 低分子のポリアミンが、ジエチルトリア
    ミンおよびトリジメチルアミノメチルフェノールから選
    ばれたものである請求項4記載の発泡性エポキシ樹脂組
    成物。
  6. 【請求項6】 比較的に高分子のポリアミンが、ポリア
    ミドポリアミン、ポリアクリルポリアミンおよびエポキ
    シ樹脂に付加したポリアミンから選ばれたものである請
    求項4記載の発泡性エポキシ樹脂組成物。
  7. 【請求項7】 アルミニウム粉末が100メッシュ以下
    の微粉末のものである請求項1又は2記載の発泡性エポ
    キシ樹脂組成物。
  8. 【請求項8】 水溶性高分子が、ポリビニールアルコー
    ル、ポリ酢酸ビニールエマルジョンの粉末およびメチル
    セルローズから選ばれたものである請求項1又は2記載
    の発泡性エポキシ樹脂組成物。
  9. 【請求項9】 軽質フィラーが、コロイドシリカ、ベン
    トナイト、珪ソウ土、カオリン、タルク、水酸化カルシ
    ウム、水酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ア
    ンチモン(Sb25 )、鉱物質バルーン、木粉、クル
    ミ殻粉、モミ殻粉およびプラスッチクバルーンから選ば
    れたものである請求項2記載の発泡性エポキシ樹脂組成
    物。
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