JP5186104B2 - イソシアネート硬化型シーリング材組成物 - Google Patents
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Description
これらのうちでも、ポリサルファイド系、アクリルウレタン系、ポリウレタン系、すなわち「イソシアネート硬化型シーリング材」は、成分中にウレタンプレポリマー(以下、単に「プレポリマー」と記載することがある)が含まれており、このプレポリマーの設計自由度が高いために、要求性能に合わせた物性調整が可能であるという特徴を有する。さらに、これらポリサルファイド系、アクリルウレタン系、ポリウレタン系シーリング材のなかで、ポリウレタン系シーリング材は経済性に最も優れるために、シーリング材分野における主力シーリング材として拡販されるに至っている。
(1)耐候性
屋外に暴露される形態で使用された場合には、硬化物の劣化が早く起きてしまい、クラック等が生じる。
(2)耐熱性
ポリウレタン系シーリング材において、硬化速度を速めるために、公知であるスズ触媒や3級アミノ基を有するモルホリン系触媒の添加量を増やすと、添加量の増加に従って硬化速度は速くなる一方、耐熱性が著しく低下する。
(3)耐熱試験後の物性低下
ポリウレタン系シーリング材のなかでも硬化速度が速くかつ低モジュラスタイプのものの場合、設計上プレポリマーの架橋密度およびウレタン基濃度が低いために特に耐熱試験後の物性低下が著しい。
これらの問題点は、ポリウレタン系シーリング材において特に顕著であるが、他のイソシアネート硬化型シーリング材においても、主鎖構造により若干の改善は見られるものの、基本的にはウレタン結合を有することから、同様の問題を潜在的に抱えている。
また、使用されるプレポリマーとして、通常のプレポリマー(主鎖骨格がプロピレングリコール)に代えて耐候性に優れたポリエステル系やアクリル系のものを用いるといったこと(例えば、特許文献1)や、脂肪族系のイソシアネート等いわゆる無黄変タイプのイソシアネートを用いるといったこともなされている。
また、硬化速度が速いタイプで耐熱試験後の物性低下を抑制するためには、プレポリマーの架橋密度およびウレタン基濃度を高く設計するといった手法が一般的である。
また、硬化速度が速いタイプで耐熱試験後の物性低下を抑制するために、プレポリマーの架橋密度およびウレタン基濃度を高く設計すると、製品のモジュラスが高くなりいわゆる硬くて伸びにくい物性となる。モジュラスが高いと、施工後目地が伸縮した場合に、シーリング材と目地界面でのはく離といった事故につながる。一方で、モジュラスを低く設定し硬化速度を速めると、加熱後の物性低下が著しくなる。
シーリング材は、使用されるポリマーの種類によって、ポリウレタン系、シリコーン系、変成シリコーン系、ポリイソブチレン系、アクリルウレタン系、ポリサルファイド系等の分類がなされる。これらは、化学的な架橋反応により硬化するものであるが、硬化反応の種類で分類すると、(1)イソシアネート硬化型として、ポリウレタン系、アクリルウレタン系およびポリサルファイド系が、(2)シラノール硬化型として、変成シリコーン系およびポリイソブチレン系が、(3)脱ヒドロキシルアミン硬化型としてシリコーン系がある。また、製品形態としては、現場にて基剤と硬化剤を混合して用いる2成分形シーリング材と、混合を要さず紙管カートリッジ等の形態で供給され、直接目地部に施工可能な1成分形シーリング材とがある。
上記シーリング材が用いられる用途としては、土木・建築分野や車両(例えばトラック架装部)等の目地部や窓枠周り、連結部などの気密、水密用途等がある。これらは適用される部材の種類、適応箇所、必要とされる性能等により適宜選択して使用される。
イソシアネート硬化型シーリング材について、代表的なポリウレタン系シーリング材を例にとり、説明する。
2成分形イソシアネート硬化型シーリング材は、「基剤」と「硬化剤」の2成分からなり、これら基剤と硬化剤は、建築・工事・組み立ての現場等においてシーリング材用混合機で均一に混合され、各種目地等に充填施工され、最終的に反応・硬化してゴム状のシーリング材組成物となる。基剤と硬化剤の反応・硬化機構は、ウレタンプレポリマーがその分子内に1以上、通常は複数有するイソシアネート基と、ポリオール化合物が有する水酸基との反応を利用したものである。
ウレタンプレポリマーと硬化剤の配合比率は、ウレタンプレポリマーのイソシアネート含有量からイソシアネート基数を算出し、硬化剤中のポリオール成分の水酸基含有量から水酸基数を算出し、その比率(NCO/OH比)が0.90〜1.30、好ましくは、1.05〜1.25の範囲になるように、各々の配合量を決定する。
ウレタンプレポリマーについて説明する。本発明におけるウレタンプレポリマーは、従来公知のポリイソシアネート化合物と、ポリオール、ポリアミン、ポリチオール等1分子中に2個以上の活性水素を有する化合物とを公知の方法で遊離イソシアネート基が残存するように反応せしめたものであり、公知の製造方法により得られる。
これらのなかでも、低粘度で液状であり、取り扱いが容易なことからポリエーテル系ポリオールである、ポリオキシアルキレンジオール類およびポリオキシアルキレントリオール類の使用が好ましい。
この際、任意の段階で少量のジブチル錫ラウリレート(DBTDL)のような重合触媒を配合してもよい。
得られたウレタンプレポリマーのNCO含有率は、0.7〜4.0%、好ましくは0.9〜2.2%の範囲にあることが好ましい。
本発明における、ポリスルフィドシラン化合物とは、分子中央部にポリスルフィド部があり、分子末端に加水分解性アルコシキシリル基を有する化合物を指し、以下の一般式(1)で示される。
本発明に係るイソシアネート硬化型シーリング材組成物は、ポリスルフィドシラン化合物を含有するものであるが、更に従来公知の任意成分が含有されていてもよい。例えば、重質炭酸カルシウム、表面処理炭酸カルシウム、カオリン、クレー、タルク、珪砂、シリカ等の充填剤、酸化チタン、カーボンブラック、その他の染料或いは顔料等の着色剤、フタル酸系エステルやアジピン酸系エステル等の可塑剤、有機錫系触媒、アミン系触媒等の硬化触媒、ケトン類、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素等の希釈剤、粘接着付与剤、増粘剤、シランカップリング剤、光硬化性アクリル系オリゴマー、顔料分散剤、消泡剤、チタンカップリング剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤等の任意成分が含有されていてもよい。
本発明は、ポリスルフィドシラン化合物をイソシアネート硬化型シーリング材組成物に配合することにより、耐候性、耐熱性、耐熱試験後の物性低下抑制に優れたイソシアネート硬化型シーリング材組成物が得られるという知見に基づくものとして解釈されるべきである。
離型板上に幅20mm、深さ5mm、長さ150mmの目地を作成し、1液湿気硬化型ポリウレタン系シーリング材組成物を充填し、23℃/50%RHの環境下で3日間養生後、引き続き50℃4日間の養生を行い試験に供した。このときの値を「養生後物性値」とする。この試験には、JIS−K−6301に準じた3号ダンベル状試験片を用い、引張速度を200mm/minとした。50%モジュラス(M50)、最大引張応力(Tmax)および破断時の伸び(Emax)を求めた。
上記で得られたダンベル状試験片を、80℃の環境下に14日間暴露した。暴露後の試験片について、上記と同様の硬化物物性の測定試験に供した。このときの値を「耐熱試験後物性値」とする。
<評価>
下記の計算式において求められる、最大引張応力(Tmax)の変化率の値が65%以上のもの(すなわち養生後と耐熱試験後における物性値の低下度合いの少ないもの)を○、65%以下のもの(すなわち養生後と耐熱試験後における物性値の低下度合いの大きいもの)を×とした。耐熱試験後において破断時伸びの値が著しく低下した場合には、長期暴露後の可動目地への追従性の低下、目地切れ等の諸問題の原因となる場合があるため好ましくない。
[変化率(%)]=( [耐熱試験後Tmax]/[養生後Tmax] )×100
上記と同様に得た1液湿気硬化型ポリウレタン系シーリング材組成物の硬化物を、JIS−A−1415に準拠してサンシャインウェザーメーター(スガ試験機製WEL−SUN−HC型)を用いて照射し、経時での表面劣化を目視で観察した。
<評価>
目視による観察において試験体表面にクラックが発生するまでの時間を記録した。すなわち、クラックが入るまでの時間が長いほど、耐候性が良好であると判断した。
以下の実施例、比較例で調製される1液湿気硬化型ポリウレタン系シーリング材組成物に用いたウレタンプレポリマーは、主鎖骨格がポリプロピレンオキサイドであり、分子末端にMDIに由来するイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(NCO含有率=1.65%)である。
2軸混連ミキサーに、ウレタンプレポリマーを500質量部、ジイソノニルフレタレートを350質量部、モルホリン系触媒としてUcat 660M(サンアプロ(株)製)を12質量部、パラトルエンスルホニルイソシアネートを7.5質量部、炭酸カルシウムを700質量部、酸化カルシウムを40質量部、酸化チタンを30質量部、粘度調整剤としてキシレン100質量部を順次投入し、真空状態で撹拌・混練し、その後脱泡を行い、1液湿気硬化型ポリウレタン系シーリング材ベース組成物(以下、単に「シーリング材ベース組成物」と記載する)を得た。
(実施例1)
上記シーリング材ベース組成物1739.5質量部(すなわち、ウレタンプレポリマー500質量部を含む組成物)に対し、ポリスルフィドシラン化合物としてZ−6940(東レ・ダウコーニング(株)製)2.5質量部を添加し、真空状態で撹拌・混練し、その後脱泡を行い、1液湿気硬化型ポリウレタン系シーリング材組成物を得た。
(実施例2)
実施例1におけるポリスルフィドシラン化合物2.5質量部を5.0質量部に増量したこと以外は、実施例1と同様に1液湿気硬化型ポリウレタン系シーリング材組成物を得た。
(実施例3)
実施例1におけるポリスルフィドシラン化合物2.5質量部を10質量部に増量したこと以外は、実施例1と同様に1液湿気硬化型ポリウレタン系シーリング材組成物を得た。
(実施例4)
実施例1におけるポリスルフィドシラン化合物2.5質量部を20質量部に増量したこと以外は、実施例1と同様に1液湿気硬化型ポリウレタン系シーリング材組成物を得た。
(実施例5)
実施例1におけるポリスルフィドシラン化合物2.5質量部を60質量部に増量したこと以外は、実施例1と同様に1液湿気硬化型ポリウレタン系シーリング材組成物を得た。
(比較例1)
上記のシーリング材ベース組成物をそのまま用いた。
(比較例2)
実施例1におけるポリスルフィドシラン化合物2.5質量部を、ヒンダードアミン系光安定剤であるTINUVIN765(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)10質量部に替えた以外は、実施例1と同様に1液湿気硬化型ポリウレタン系シーリング材組成物を得た。
(比較例3)
実施例1におけるポリスルフィドシラン化合物2.5質量部を、ヒンダードアミン系光安定剤であるアデカスタブLA−62を7.5質量部およびベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤であるアデカスタブLA−36を2.5質量部(いずれも(株)アデカ製)に替えた以外は、実施例1と同様に1液湿気硬化型ポリウレタン系シーリング材組成物を得た。
(比較例4)
実施例1におけるポリスルフィドシラン化合物2.5質量部を、ヒンダードフェノール系酸化防止剤であるアデカスタブAO−60((株)アデカ製)10質量部に替えた以外は、実施例1と同様に1液湿気硬化型ポリウレタン系シーリング材組成物を得た。
(比較例5)
実施例1におけるポリスルフィドシラン化合物2.5質量部を、ヒンダードアミン系光安定剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤およびヒンダードフェノール系酸化防止剤の3種が予め混合調製されたTINUVIN B75(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)10質量部に替えた以外は、実施例1と同様に1液湿気硬化型ポリウレタン系シーリング材組成物を得た。
(比較例6)
実施例1におけるポリスルフィドシラン化合物2.5質量部を、シランカップリング剤である3−イソシアネートプロピルトリエトキシシランを7.7質量部に替えた以外は、実施例1と同様に1液湿気硬化型ポリウレタン系シーリング材組成物を得た。
(比較例7)
実施例1におけるポリスルフィドシラン化合物2.5質量部を、チオエーテル系酸化防止剤であるアデカスタブAO−503((株)アデカ製)である10質量部に替えた以外は、実施例1と同様に1液湿気硬化型ポリウレタン系シーリング材組成物を得た。
表1に示す結果によれば、本発明に係るポリスルフィドシラン化合物を配合した1液湿気硬化型ポリウレタン系シーリング材組成物(実施例1〜5)は、従来技術に係る光安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等を配合したもの(比較例2〜5)、もしくは配合しないもの(比較例1)、シランカップリング剤である3−イソシアネートプロピルトリエトキシシランを配合したもの(比較例6)、チオエーテル系(すなわちS−S結合(ポリスルフィド部)を含まない)酸化防止剤であるアデカスタブAO−503を配合したもの(比較例7)と比較して、耐候性に優れることがわかる。
Claims (4)
- イソシアネート硬化型シーリング材組成物が、1液湿気硬化型ポリウレタン系シーリング材組成物であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のイソシアネート硬化型シーリング材組成物。
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