JP4185115B2 - 断熱サッシ用ポリウレタン樹脂 - Google Patents
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Description
しかし、電着塗装されたアルミニウム型材とポリウレタン樹脂の接着性が悪いことや、成型したポリウレタン樹脂の自己収縮等もあり、一体成型後、電着塗装されたアルミニウム型材とポリウレタン樹脂間で剥離が生じたりする。
しかしこれらの方法であっても、断熱サッシが寒冷下や高温下に繰り返し置かれた場合、電着塗装されたアルミニウム型材とポリウレタン樹脂の線膨張率が大きく異なるため、これらが収縮と膨張を繰り返した時、電着塗装されたアルミニウム型材とポリウレタン樹脂が剥離し、剥離による隙間(以後「ズレ」と記述する)が生じる。
その結果、窓枠として使用した場合、ズレから雨水が浸入したりする問題が生じることになり、窓枠用の断熱サッシとして満足できるものではない。
このため、電着塗装されたアルミニウム型材とポリウレタン樹脂の線膨張率の差が小さくなるようなポリウレタン樹脂が望まれるようになってきた。
(A)ポリオール成分、架橋剤、触媒、必要に応じて整泡剤を含んでなる主剤、および
(B)有機ポリイソシアネート化合物からなる硬化剤
を含んでなり、主剤(A)、硬化剤(B)およびワラストナイトの合計重量に対して3〜20重量部のワラストナイトを含有する、断熱サッシにおいてアルミニウム型材と一体成型される断熱材として使用されるポリウレタン組成物を提供する。
本発明は、接着処理された電着塗装膜を有する断熱サッシのアルミニウム型材と一体成型されるポリウレタン樹脂組成物(「ポリウレタン樹脂」ともいう。)であって、ポリウレタン樹脂が3〜20重量%のワラストナイトを含有することを特徴とする断熱サッシ用ポリウレタン樹脂組成物をも提供する。
このことから、窓枠用の断熱サッシとして使用した場合、アルミニウム型材(電着塗装膜)とウレタン樹脂との間のズレが発生しなくなる。
ワラストナイトの主成分であるメタケイ酸カルシウム(CaSiO3)が、95重量%以上含むものであって良く、好ましくは96重量%以上含むものである。特に好ましいのは98重量%以上含むものである。
平均粒子径は5〜40μmが好ましい。
平均繊維長と平均粒子径の比(アスペクト比)は、0.5〜160の範囲であって良い。
1.2〜140の範囲が好ましく、更に好ましいのは2.5〜130である。
好ましくは表面処理剤で表面処理されていないものである。表面処理剤で表面処理されているものは、その表面処理に高い費用を要しているので、コスト面から使用しないのが好ましい。
ポリウレタン樹脂中に含まれるワラストナイトの量が3〜20重量%の範囲であれば、W含有ポリウレタン樹脂の線膨張率が、電着塗装されたアルミニウム型材の線膨張率に近づき差が小さくなる。
このことにより、断熱サッシが寒冷下や高温下に繰り返し置かれた場合でも、W含有ポリウレタン樹脂と電着塗装されたアルミニウム型材との部分にズレが生じなくなる。
またポリウレタン樹脂原液(主剤Wと硬化剤の混合液)の粘度も上がり過ぎることが無く、電着塗装されたアルミニウム型材の中空凹部への注入および流動性を疎外することがないので好ましい。
主剤Wの粘度は、1000〜4000mPas/25℃の範囲が好ましい。特に好ましい粘度の範囲は1500〜3200mPas/25℃である。
ワラストナイトの量が3重量%以下では、W含有ポリウレタン樹脂の線膨張率を小さくする効果が期待するほど得られない。20重量%以上であると主剤Wの粘度が高くなるので、ポリウレタン樹脂原液の混合性が悪くなり、一定した性状のポリウレタン樹脂が得られにくい。
ワラストナイトの主剤への混合方法は、常温下で、初めにポリオールへ架橋剤、触媒、整泡剤を加えて撹拌しながら、ポリウレタン樹脂中に必要な含有量になるようにワラストナイトを添加し、10〜20分間、撹拌混合するのが良い。
撹拌混合が終了した後は、真空下(10〜30トール)で30〜90分間の脱泡(撹拌混合の時に混入した空気およびワラストナイトの空隙に含まれていた空気を取り去ること)を行うのが好ましい。
30〜90分間の脱泡を行えば、ポリウレタン樹脂原液を電着塗装されたアルミニウム型材の中空凹部に注入成型し反応硬化させるときに、空気の泡の膨張による発泡を起さない。
ポリエーテルポリオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、蔗糖などの水酸基含有化合物、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアミノ基や水酸基を含有する化合物、あるいはエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ジアミノトルエンなどのアミノ基含有化合物を開始剤として、エチレンオキシド、プロピレンオキシドなどのアルキレンオキシドを付加した分子中に2 〜8 個の水酸基を含有し、平均水酸基当量が100〜5000 のポリエーテルポリオールなどが用いられる。
トリレンジイソシアネートは、作業環境など安全衛生面を考慮すると用いないのが好ましい。
金属触媒の例としては、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、オクタン酸錫などの有機錫化合物、カリウムアセテート等の金属化合物が用いられる。
触媒の量は、ポリオール成分100重量部に対して0.01〜3重量部が好ましい。
主剤は、他の添加剤(例えば、着色剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤)を含んでもよい。他の添加剤の量は、ポリオール成分100重量部に対して、5重量部以下、例えば0.1〜3重量部であることが好ましい。
ポリウレタン樹脂が非発泡であると、電着塗装されたアルミニウム型材の形状維持のためのポリウレタン樹脂の強度が得られ易く、用途である断熱サッシの変形を防止することが出来る。
2液反応硬化型ポリウレタン樹脂(主剤と硬化剤)の反応性は、ライズ タイムで10〜100秒にするのが好ましい。特に好ましくは15〜60秒である。更に好ましいのは20〜50秒である。(ライズ タイムとは、25℃液温で、主剤と硬化剤の混合開始から反応硬化までの時間を言う)
電着塗装膜に接着処理を行うことが好ましい。
電着塗装されたアルミニウム型材への水性プライマーの塗布方法は、刷毛塗り、スプレー等公知の方法で塗布すれば良く特に制限されない。均一に塗布することを考慮すればスプレーが好ましい。
水性プライマーの塗布量としては、出来るだけ少量で均一塗布できることが望ましく、1g/m2〜300g/m2、特に10g/m2〜100g/m2であることが好ましい。
成型品の用途は断熱サッシである。この断熱サッシは、寒冷下や高温下に繰り返し置かれた場合でも、電着塗装表面を接着処理したアルミニウム型材とW含有ポリウレタン樹脂の接着(剥離)強度を高く維持することができ、電着塗装表面を接着処理したアルミニウム型材とW含有ポリウレタン樹脂の部分にズレが生じなくなり好都合である。
これにより、ズレから雨水が浸入したりすることがないので、窓枠用の断熱サッシとして好ましい。
次の2液反応硬化型ポリウレタン樹脂用原料を使用した。
(1)主剤
ポリオキシプロピレントリオール(3f、MW450) 100 重量部
[住化バイエルウレタン(株)社製・スミフェンTM]
トリエチレンジアミン33重量%含有ジプロピレングリコール溶液 2.0 重量部
ジブチル錫ジラウレート 0.1 重量部
(2)硬化剤
ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート
[住化バイエルウレタン(株)社製・スミジュール44V20]
(3)(1)主剤と(2)硬化剤の混合比
主剤/硬化剤=102.1/71 重量部
(当量比、NCOインデックス、イソシアネート基/水酸基=0.85)
(4)反応性(25℃原料温度/ハンドミキシング)
ライズ タイム 30秒
(5)密度 1.05g/cm3
(6)硬度 ショアーD 65
主剤Wと硬化剤の温度を25℃に調整し、ハンドミキシングによって混合したポリウレタン樹脂原液を、35℃に温調したテフロン(登録商標)被覆アルミニウム枠型(75×5×5mm)に注入反応硬化させて、注入後15分で脱型した。
アクリル樹脂が電着塗装され、35℃に温調されたアルミニウム窓枠型材に、水性プライマーを1回スプレーし、水性プライマーを乾かさずに、15分後に、ハンドミキシングによって混合したポリウレタン樹脂原液(主剤Wと硬化剤の温度を25℃に調整)をアルミニウム窓枠型材の中空凹部に注入し、反応硬化させ、一体成型品の作製を行った。
測定用ポリウレタン樹脂の寸法を75×5×5mmにした以外は、JIS K 7197(プラスチックの熱機器分析による線膨張率試験方法)に準拠した。
ポリウレタン樹脂の縦(L)方向で測定し、3本の平均値を線膨張率とした。
(1)電着塗装されたアルミニウム材の線膨張率
電着塗装するアクリル樹脂やフッ素樹脂の厚みが薄い(数十μm)ので、素アルミニウム材の線膨張率と同様の値を示すものと想定した。
(2)素アルミニウム材の線膨張率
2.37×10−5mm/mm/℃
(岩波:理化学辞典、東京化学同人:化学大辞典、軽金属協会:アルミニウム金属加工学入門より)
下記の条件にて熱冷サイクル試験を行い、熱冷サイクル試験後の接着(せん断剥離)強
度を測定し、初期の接着強度からの低下率が大きいとズレが生じていると判断した。
作成1日後の一体成型品を、80℃乾燥オーブンに4時間投入後、取り出し、直ちに−20℃の冷凍庫に4時間投入する条件を1サイクルとし、これを30サイクル行った。
初期の接着強度は、作成1日後にオートグラフにより、20℃の雰囲気下で、せん
断剥離速度(引張速度)5mm/分の条件で測定した。
接着状態の評価基準として、接着強度が700N/cm以上の値であれば良好である
と判断した。
また熱冷サイクル試験後の接着強度の測定は、(1)の熱冷サイクル試験終了後、室
温(20℃)で1日放置した後に、初期の接着強度測定と同じ条件で行った。
○:接着強度の低下率が15%未満であればズレ(剥離)無し
×:接着強度の低下率が15%以上であればズレ(剥離)有り
ワラストナイトAをポリオキシプロピレントリオール100重量部に対し、10重量部配合(ポリウレタン樹脂中にワラストナイトAが5.5重量%)した。このときの主剤Wの粘度は1500mPas/25℃であった。硬化剤のポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートとの混合性は良好で、線膨張率測定用のW含有ポリウレタン樹脂および一体成型品の作製を行った。電着塗装表面を接着処理したアルミニウム型材中空凹部への注入も問題なく流動性も良好であった。
W含有ポリウレタン樹脂の線膨張率は8.15×10−5mm/mm/℃で、電着塗装されたアルミニウム型材の線膨張率に対し3.44であった。
一体成型品の熱冷サイクル試験終了後の接着強度低下率もズレが発生していないと判断できる5.9%であり良好であった。
ワラストナイトAをポリオキシプロピレントリオール100重量部に対し、20重量部配合(ポリウレタン樹脂中にワラストナイトAが10.4重量%)した。このときの主剤Wの粘度は2500mPas/25℃であった。硬化剤のポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートとの混合性は良好で線膨張率測定用のW含有ポリウレタン樹脂および一体成型品の作製を行った。電着塗装表面を接着処理したアルミニウム型材中空凹部への注入も問題なく流動性も良好であった。
W含有ポリウレタン樹脂の線膨張率は5.28×10−5mm/mm/℃で、電着塗装されたアルミニウム型材の線膨張率に対し2.23であった。
一体成型品の熱冷サイクル試験終了後の接着強度低下率もズレが発生していないと判断できる1.3%であり良好であった。
ワラストナイトAをポリオキシプロピレントリオール100重量部に対し、30重量部配合(ポリウレタン樹脂中にワラストナイトAが14.8重量%)した。このときの主剤Wの粘度は3000mPas/25℃であった。硬化剤のポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートとの混合性は良好で線膨張率測定用W含有ポリウレタン樹脂および一体成型品の作製を行った。電着塗装表面を接着処理したアルミニウム型材中空凹部への注入も問題なく流動性も良好であった。
W含有ポリウレタン樹脂の線膨張率は3.94×10−5mm/mm/℃で、電着塗装されたアルミニウム型材の線膨張率に対し1.66であった。
一体成型品の熱冷サイクル試験終了後の接着強度低下率もズレが発生していないと判断できる10.1%であり良好であった。
ワラストナイトBをポリオキシプロピレントリオール100重量部に対し、10重量部配合(ポリウレタン樹脂中にワラストナイトBが5.5重量%)した。このとき主剤Wの粘度は1600mPas/25℃であった。硬化剤のポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートとの混合性は良好で線膨張率測定用のW含有ポリウレタン樹脂および一体成型品の作製を行った。電着塗装表面を接着処理したアルミニウム型材中空凹部への注入も問題なく流動性も良好であった。
W含有ポリウレタン樹脂の線膨張率は6.91×10−5mm/mm/℃で、電着塗装されたアルミニウム型材の線膨張率に対し2.92であった。
一体成型品の熱冷サイクル試験終了後の接着強度低下率もズレが発生していないと判断できる5.0%であり良好であった。
ワラストナイトBをポリオキシプロピレントリオール100重量部に対し、20重量部配合(ポリウレタン樹脂中にワラストナイトBが10.4重量%)した。このときの主剤Wの粘度は2600mPas/25℃であった。硬化剤のポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートとの混合性は良好で線膨張率測定用のW含有ポリウレタン樹脂および一体成型品の作製を行った。電着塗装表面を接着処理したアルミニウム型材中空凹部への注入も問題なく流動性も良好であった。
W含有ポリウレタン樹脂の線膨張率は5.42×10−5mm/mm/℃で、電着塗装されたアルミニウム型材の線膨張率に対し2.29であった。
一体成型品の熱冷サイクル試験終了後の接着強度低下率もズレが発生していないと判断できる3.3%であり良好であった。
ワラストナイトBをポリオキシプロピレントリオール100重量部に対し、30重量部配合(ポリウレタン樹脂中にワラストナイトBが14.8重量%)した。このときの主剤Wの粘度は3200mPas/25℃であった。硬化剤のポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートとの混合性は良好で線膨張率測定用のW含有ポリウレタン樹脂および一体成型品の作製を行った。電着塗装表面を接着処理したアルミニウム型材中空凹部への注入も問題なく流動性も良好であった。
W含有ポリウレタン樹脂の線膨張率は4.35×10−5mm/mm/℃で電着塗装されたアルミニウム型材の線膨張率に対し1.84であった。
一体成成型品の熱冷サイクル試験終了後の接着強度低下率もズレが発生していないと判断できる9.9%であり良好であった。
ワラストナイトを主剤に配合しないで線膨張率測定用のポリウレタン樹脂および一体成型品の作製を行った。このときの主剤の粘度は1400mPas/25℃であった。ポリウレタン樹脂の線膨張率は8.55×10−5mm/mm/℃で電着塗装されたアルミニウム型材の線膨張率に対し3.61であった。一体成型品の熱冷サイクル試験終了後の接着強度低下率は、ズレが起きていると思われ35.1%と大きく不良であった。
ワラストナイトAをポリオキシプロピレントリオール100重量部に対し、3重量部配合(ポリウレタン樹脂中にワラストナイトAが1.7重量%)した。このときの主剤Wの粘度は1400mPas/25℃であった。硬化剤のポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートとの混合性は悪くなく線膨張率測定用のW含有ポリウレタン樹脂および一体成型品の作製を行ったが、W含有ポリウレタン樹脂の線膨張率が8.50×10−5mm/mm/℃で、電着塗装されたアルミニウム型材の線膨張率に対し3.59であった。
また電着塗装表面を接着処理されたアルミニウム型材中空凹部への注入および流動性に問題はなかったが、一体成型品の熱冷サイクル試験終了後の接着強度低下率はズレが起きていると判断できる25.0%と大きく不良であった。
ワラストナイトAをポリオキシプロピレントリオール100重量部に対し、45重量部配合(ポリウレタン樹脂中にワラストナイトAが20.6重量%)した。このときの主剤Wの粘度は5200mPas/25℃であった。主剤Wの粘度が高いため、硬化剤のポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートとの混合性が悪くW含有ポリウレタン樹脂表面も悪い状態であった。電着塗装表面を接着処理されたアルミニウム型材中空凹部への注入は難しくまた注入しても中空凹部での流動性に乏しく不良であった。
ワラストナイトBをポリオキシプロピレントリオール100重量部に対し、3重量部配合(ポリウレタン樹脂中にワラストナイトBが1.7重量%)した。このときの主剤Wの粘度は1400mPas/25℃であった。
硬化剤のポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートとの混合性は悪く無く線膨張率測定用W含有ポリウレタン樹脂および一体成型品の作製を行ったが、W含有ポリウレタン樹脂の線膨張率が8.31×10−5mm/mm/℃で電着塗装されたアルミニウム型材の線膨張率に対し3.51であった。電着塗装表面を接着処理されたアルミニウム型材中空凹部への注入および流動性に問題はなかったが、一体成型品の熱冷サイクル試験終了後の接着強度低下率はズレが起きていると判断できる27.2%と大きく不良であった。
ワラストナイトBをポリオキシプロピレントリオール100重量部に対し、45重量部配合(ポリウレタン樹脂中にワラストナイトBが20.6重量%)した。このときの主剤Wの粘度は5400mPas/25℃であった。主剤Wの粘度が高いため、硬化剤のポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートとの混合性が悪くW含有ポリウレタン樹脂表面も悪い状態であった。電着塗装表面を接着処理されたアルミニウム型材中空凹部への注入は難しくまた注入しても中空凹部での流動性に乏しく不良であった。
Claims (5)
- (A)ポリオール成分、架橋剤、触媒、必要に応じて整泡剤を含んでなる主剤、および
(B)有機ポリイソシアネート化合物からなる硬化剤
を含んでなり、主剤(A)、硬化剤(B)およびワラストナイトの合計重量に対して3〜20重量部のワラストナイトを含有する、断熱サッシにおいてアルミニウム型材と一体成型される断熱材として使用されるポリウレタン組成物。 - ワラストナイトが、平均繊維長が20〜800μmで、平均粒子径が5〜40μmである請求項1記載のポリウレタン組成物。
- 接着処理された電着塗装膜を有する断熱サッシのアルミニウム型材と一体成型されるポリウレタン樹脂組成物であって、ポリウレタン樹脂組成物が3〜20重量部のワラストナイトを含有することを特徴とする断熱サッシ用ポリウレタン樹脂組成物。
- ポリウレタン樹脂組成物が非発泡である請求項3に記載の断熱サッシ用ポリウレタン樹脂組成物。
- 請求項1に記載のポリウレタン組成物を硬化させて得られるポリウレタン樹脂組成物が、接着処理された電着塗装膜を有するアルミニウム型材に一体成型されている断熱サッシ。
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