JP5669813B2 - 2液型環境対応ウレタン防水材組成物 - Google Patents
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Description
また、マンション等の集合住宅のベランダ防水についても、ベランダが不定形および狭小部分であるため、特に改修工事にはウレタン防水材が使用される場合が多く、今後も改修物件の増大とともにさらに使用場面が増加する傾向にある。
2液型ウレタン防水材は、施工現場で2液を数分間混合してから金コテ、くしべラ、ゴムベラ等で塗布し施工されるが、その際2液を混合開始と同時に反応が始まり除々に粘度が上昇し、ある程度の施工しやすい低粘度状態の時間を経た後、施工しにくいほどの高粘度となる。
2液混合後の施工が可能な時間を一般的に可使時間と称しており、通常23℃で粘度が100,000mPa・sになるまでの時間を指標として用いている。
塗布作業上は、可使時間は長いほど良いが、可使時間を長くすると逆に硬化性が悪くなり翌日に塗膜材の上に乗れないという問題を生じる。
一般的な施工では、可使時間が30分程度は必要とされており、夏季の施工では材料温度が35℃程度となり塗膜の反応性が高くなるため、30分の可使時間を確保するには相応の配合技術が必要となり、一方冬季には材料温度が5℃程度となり塗膜の反応性は低下するために可使時間確保については問題ないが、翌日までに塗膜材を硬化させるのにやはり相応の配合技術が必要となる。
また、ウレタン防水材は材料自身の耐候性が良くないため、ウレタン塗膜材硬化後に耐候性のよいトップコートを塗布する工程が必須となっており、そのため翌日にはトップコートが塗布できるようにウレタン防水材が硬化することが必要であると同時に、塗布したトップコートについても塗布翌日にはしっかりとウレタン防水材と接着させて、軽歩行程度の作業では剥がれなくすることも必要となる。
そこで、2液型ウレタン防水材では夏と冬で配合の違う2種類を用意し、夏用は35℃近辺での可使時間確保を重要視した配合設計を行い、冬用は5℃近辺でも翌日にはできるだけ硬化することを重要視した配合設計とするのが一般的である。
また、ウレタン防水材の性能はJIS規格(JIS A 6021)により、伸び率、引張り強度、耐熱性等の詳細な規格が制定されており、このJIS規格を満したものでないと、官公庁等には採用されないのは勿論、商品として認められないのが現状である。
MOCA架橋型防水材は、主剤としてトリレンジイソシアナート(以下「TDI」ともいう。)とポリオールからなるイソシアナート基末端プレポリマーを用い、硬化剤の反応成分としては前述の穏やかな反応性を有した芳香族ポリアミンであるMOCAを主成分とし、さらにポリオールを反応成分として併用し、ウレタン防水材に必要とされる伸び率や可使時間を調整したものである。
しかし、MOCAの含有量が1質量%を超えた硬化剤については、以前より労働安全衛生法の特定化学物質として扱われ、施工時には作業主任者の選任および保護具の着用等が必要であり、さらにMOCAはIARC(国際がん研究機関)の発がん性評価ではグループ1(ヒトに対して発がん性を示す)に分類されるにいたっており、環境面からは使用を避けたい材料である。
また、MOCA架橋型防水材では、硬化剤中の反応成分として末端2級アルコール(低反応性)であるポリプロピレンポリオール(以下「PPG」ともいう。)が併用されているが、ポリプロピレンポリオールを主剤のイソシアナート基と反応させるためには2−エチルヘキシル酸鉛のような有機鉛触媒が必要とされている。
有機鉛触媒は低反応性である2級ポリオールとの反応を促進させ、水分との反応(炭酸ガス発生・発泡)をほとんど促進させないという選択性があるため、夏季の高温多湿時においてもウレタン防水材の発泡性を抑制する効果が高いため、必須成分として常用されている。
しかし、有機鉛触媒も世界的に使用が厳しく制限されつつある材料であり、また化学物質排出把握管理促進法(通称PRTR法)の特定第一種指定化学物質であり、環境面からはやはり使用を避けたい材料である。
TDIとしては、通常工業的に生産されている、2,4−TDIと2,6−TDIとが80/20の割合で存在するT−80(通称)を使用している。
上記のような反応生成物は一般的にTDIプレポリマーと称しており、末端に反応性のイソシアナート基(NCO基)を3.3〜4.0質量%含有しており(NCO含有量)、未反応のTDIモノマー(遊離TDI)を2.0質量%程度含有するのが一般的である。
従って、主剤についてもTDIモノマーが1質量%を超えて含有するため、労働安全衛生法上特定化学物質として扱われ、施工時には作業主任者の選任および保護具の着用等が必要となる。
以上のように、現在汎用的に使用されているMOCA架橋型防水材は多くの環境面での問題を抱えており、この問題を解決する防水材として、特許第3114557号公報に掲載されている、架橋剤として特定化学物質に該当しないジエチルトルエンジアミン(以下「DETDA」ともいう。)を主成分とするDETDA架橋型防水材も提案され、一部実用化されている。
DETDA架橋型防水材は、MOCAよりもかなり反応性の高い芳香族アミンであるDETDAを架橋剤とするもので、冬季においても実質的には触媒を必要とせずに十分な硬化性を得ることが出来るという、MOCA架橋型防水材よりも優れた部分もある。
T−100は100%が2,4−TDIであり、パラ位の反応性の高いNCO基とオルソ位の反応性の低いNCO基を持っているため、T−80のような2,6−TDIという同等の低反応性イソシアナート基を20%含有しているTDIを用いたプレポリマーよりも、プレポリマー化がスムースに進行するため分子量分布がシャープでしかも遊離TDIの少ないプレポリマーを合成することができ、その結果として可使時間を延長させるという効果を示すと思われる。
さらに、DETDA架橋型防水材の可使時間を確保するためには主剤のNCO含有率を3質量%以下程度に低く抑える必要があり、その結果T−100を用いた主剤の遊離TDI含有率は現行商品でも1質量%以下となっており、結果として主剤、硬化剤ともに特定化学物質に該当せず有機鉛触媒も使用しない、環境面で優れた防水材となっている。
ところが、前述のように夏季施工時の可使時間がMOCA架橋型防水材よりも短くなってしまうことと、もう一つの欠点であるウレタン防水材の上に次工程で塗布するトップコート(アクリルウレタン系塗料)との接着性が不十分であるという問題があるため、いまだ汎用化されるに至っていない。
さらに最近になり、DETDA架橋型防水材のプレポリマーに使用されているT−100の安定的生産および供給が難しくなってきており、DETDA架橋型防水材を汎用化する上での障害になりつつある。
[1]トリレンジイソシアナートとポリオールとの反応によって得られるイソシアナート基末端プレポリマーを含む主剤と、芳香族ポリアミンおよびポリオールを反応成分として含む硬化剤とからなり、硬化剤中の芳香族ポリアミンがジエチルトルエンジアミンを含み、硬化剤中の芳香族ポリアミンとポリオールの当量比が20/80〜90/10の範囲内にあり、さらにウレタン化触媒を含む、2液型環境対応ウレタン防水材組成物。
[2]硬化剤中のポリオールが、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオールおよびアルキルポリオールからなる群から選ばれる少なくとも一種である、[1]に記載の2液型環境対応ウレタン防水材組成物。
[3]ウレタン化触媒が有機第2錫化合物または/および1位と2位に置換基を有するイミダゾール化合物である、[1]または[2]に記載の2液型環境対応ウレタン防水材組成物。
[4]ウレタン化触媒が有機第2錫化合物である、[1]または[2]に記載の2液型環境対応ウレタン防水材組成物。
[5]主剤中の遊離のトリレンジイソシアナートの含有量が1質量%以下である、[1]〜[4]のいずれか1つに記載の2液型環境対応ウレタン防水材組成物。
[6]トリレンジイソシアナートとポリオールとからなるイソシアナート基末端プレポリマーを構成するポリオールの80当量%以上がジオールであり、該イソシアネート基末端プレポリマーのイソシアナート基1当量に対し、平均官能基数が2を超える脂肪族または脂環族ポリイソシアナートを0.05〜0.8当量含有する、[1]〜[5]のいずれか1つに記載の2液型環境対応ウレタン防水材組成物。
[7]トリレンジイソシアネートとポリオールとからなるイソシアネート基末端プレポリマーを構成するポリオールの80当量%未満がジオールであり、硬化剤中の芳香族ポリアミン/ポリオールの当量比が20/80〜70/30である、[1]〜[5]のいずれか1つに記載の2液型環境対応ウレタン防水材組成物。
[8]主剤中の全NCO基と硬化剤中の芳香族ポリアミンのアミノ基との当量比(NCO/NH2)が2.0超5.0未満である、[1]〜[7]のいずれか1つに記載の2液型環境対応ウレタン防水材組成物。
[9]硬化剤中のポリオールが1級水酸基ポリオールである、[1]〜[8]のいずれか1つに記載の2液型環境対応ウレタン防水材組成物。
その理由は、主剤中のイソシアナート基との反応性において、ポリオールよりもDETDAの方が格段に速く、両者を併用することにより反応性の高いDETDAの使用量が減少するために可使時間を延長することはできるが、その結果として反応性の低いポリオールが未反応で残ってしまい、そのためにトップコートとの接着性低下および塗膜の物性低下を招いてしまうからである。
この問題を解決するためにウレタン化触媒を添加してポリオールとの反応を促進させようとすると、ウレタン化触媒がポリオールの反応を促進すると同時に、DETDAとイソシアナート基との反応をも促進してしまうために、ポリオールを併用することにより延長されていた可使時間がかえって従来よりも短くなってしまうため、この方法は実用化されるに至っていない。
また、たとえウレタン化触媒によりポリオールを完全に反応させたとしても、高凝集性の芳香族ポリアミンの一部を低凝集性のポリオールに置き換えるため、ウレタン塗膜材に必要とされる引張り強度および引裂き強度等の物性を極端に低下させ、JIS性能をクリアーさせることが難しくなってしまうことも、ポリオールを併用できないもう一つの理由である。
従来のMOCA架橋型ウレタン防水材の技術ではウレタン塗膜材の夏場の施工時に発生する発泡現象を防止するためには、発泡の原因となる水分との反応を抑制し、ポリオールとの反応を選択的に促進する有機鉛触媒以外には実用性がないとされてきたが、本発明のように架橋剤の主成分を反応性の高いDETDAとした場合におけるポリオール併用系では、有機鉛触媒以外の有機金属触媒を使用しても発泡抑制性のあるウレタン防水材が提供できることを見出した。
有機鉛触媒は世界的に使用規制が厳しくなっている材料であり、本発明では鉛フリーの防水材という環境対応面で一歩前進した防水材を提供することができる。
さらに上記の中で、有機錫触媒の1種である有機第2錫触媒がウレタン防水材の可使時間を短縮させることなしに硬化性を向上させ、同時にトップコートとの接着性を良好にさせることができるさらに好ましい触媒であることを見出した。
この理由は、有機第2錫以外の有機金属触媒は、ポリオールとの反応を促進すると同時に反応性の高いDETDAとイソシアナート基との反応をも促進してしまうため、可使時間を短縮させてしまうのに対し、有機第2錫触媒はDETDAとイソシアナート基との反応を促進させずに反応性の低いポリオールとの反応のみを促進するため、実質的には可使時間をほとんど短縮させないという結果になると推察される。
以上のように、有機第2錫触媒は可使時間をほとんど短縮させずにトップコートとの接着性を向上させるため、特に可使時間を必要とするウレタン防水材の夏季使用配合として用いるのがもっとも好ましい。
添加量は、0.03〜1.0質量%が好ましい。1.0質量%以上添加すると可使時間が短くなりすぎると同時に耐熱性を低下させる。
冬季配合についても、前述の有機錫触媒、有機亜鉛触媒、有機ビスマス触媒、有機ジルコニウム触媒、有機銅触媒等の有機金属触媒を使用することはできるが、低温での硬化促進性がやや不十分である。また、有機第2錫触媒についても使用することはできるが、低温時の硬化促進性はやはりやや不十分である。
3級アミン系触媒の中でも、イミダゾール化合物が好ましく、低温硬化性が良好な非発泡性の塗膜が提供できる。
その中でも、1位と2位に置換基を有するイミダゾール触媒は低温時においてもDETDA、ポリオール、湿気(水分)との反応をバランス良く促進し、冬季においても高強度で高耐熱性の塗膜を提供することができるより好ましい触媒である。
従来のMOCA架橋型防水材で使用される有機鉛触媒に代表されるように、一般的にウレタン化触媒は反応促進剤であると同時に熱劣化促進剤の作用をも併せ持つとされている。
従って、有機鉛触媒の配合量の多くなる冬季用配合は夏季用配合よりも耐熱性が低下するのが一般的であるが、本発明での1位と2位に置換基を有するイミダゾール触媒においてはそのような傾向は発現され難く、冬季用配合においても夏季用配合と同等の耐熱性を保持することができ、従来のウレタン防水材の欠点を改善することができる。
また、1位と2位に置換基を有するイミダゾール触媒は有機金属触媒と併用することもでき、中でも有機第2錫触媒と併用することが好ましく、トップコートとの接着性を低下させることなく、非常に硬化性の良い高物性・高耐熱性の防水材を提供できる。
さらには年間を通しての現場添加型硬化促進剤として、施工現場で添加して使用することもできる。
前述のように、従来のDETDA架橋型防水材では可使時間確保の面よりポリイソシアナート成分としてT−100を使用しており、T−100は工業的には汎用品であるT−80からの分別精製により生産されている。
T−100は2,4−TDI100%であり、プレポリマー製造時に反応性の高い4位のNCOが優先的にポリオールと反応するため、NCO基/OH基の当量比が2.0前後のプレポリマー化反応では、比較的分子量分布がシャープで遊離TDI(未反応TDI)が少なく高分子量体も少ないプレポリマーが合成できる。
一方、汎用品であるT−80は、同等の反応性でしかも低反応性である2つのイソシアナート基を持った2,6−TDIを20%含有しているため、T−100を使用した場合よりもプレポリマー化反応が速やかに進行せず、アロファネート体等の高分子量体および遊離TDI(未反応で残るTDI)が多いプレポリマーとなる傾向がある。
その結果、T−80を使用したプレポリマーはT−100を使用したプレポリマーに比べ、可使時間が半分程度にまで短縮されたプレポリマーとなってしまう傾向があり、DETDA架橋型防水材の主剤としては不適当とされている。
しかし最近になり、T−100の安定的供給は難しくなってきており、これから汎用化する塗膜材の原料としては不適当な原料となってきている。
その中でも、ポリオキシプロピレンポリオール、ポリオキシエチレンポリオールとポリオキシプロピレンポリオールの共重合物が好ましく、使用するポリオールの分子量の平均値は1500〜5000であることが好ましい。
主剤中のTDIプレポリマーのNCO含有量は可使時間確保のためには出来るだけ低く抑えることが重要であり、NCO含有量が3.3質量%〜1.5質量%の範囲とすることが好ましく、3.0質量%〜1.8質量%とすることがさらに好ましい。NCO含有量が3.3以上では可使時間を確保することが難しくなり、1.5質量%未満ではウレタン塗膜材に必要とされる物性が得がたくなる。
遊離TDIを1質量%以下とすることで主剤も労働安全衛生法の特定化学物質の該当外となり、環境対応面でさらに1歩前進した防水材とすることができる。
主剤中のプレポリマー含有量は施工面および物性面より90質量%以上であることが好ましい。
一方、トリオール以上のポリオールを多くすると、硬化剤と反応する時の分枝点が多くなるため可使時間は比較的短くなる傾向となり、初期物性は高硬度・高強度となり伸び率が低下し耐熱性が向上する傾向となる。
上記のような、2種類の主剤について検討を行った結果、各々についての最適硬化剤配合を見出すことができた。
まず、主剤を構成するポリオールの80当量%以上がジオールである場合は、硬化剤中の芳香族ポリアミン/ポリオールの当量比を50/50〜90/10となるよう芳香族ポリアミンを多く配合することが好ましく、さらには、主剤の分枝点の少ないことをカバーすると同時に可使時間を確保するためには、主剤中のTDIプレポリマーのイソシアナート基1当量に対し、平均官能基数が2を超える脂肪族または脂環族ポリイソシアナートを0.05〜0.8当量添加することが好ましい。この方法ではトリレンジイソシアナートよりも反応性の低いイソシアナート基で分枝点を設けるため、可使時間を確保しつつ初期物性および耐熱性を向上させることができる。
具体的には、できるだけジオールで構成されるTDIプレポリマーに対し、脂肪族または脂環族ポリイソシアナートのモノマー、ダイマー、アロファネート体、イソシアヌレート体、アダクト体、プレポリマーを平均官能基数が2を超えるように調整し、TDIプレポリマーのイソシアナート基1当量に対し脂肪族または脂環族ポリイソシアナートのイソシアナート基が0.05から0.8当量となるよう配合することが好ましい。
プレポリマーにより分枝点を設ける方法については、脂肪族または脂環族ポリイソシアナート類の平均官能基数を2超としてもよいし、ポリオールの平均官能基数を2超とする方法でもよく、両者に分枝点を設け平均官能基数を2超とする方法でもよい。
さらにはHMDIのアロファネート体、イソシアヌレート体およびこれらを用いたプレポリマーが硬化塗膜の物性面および硬化性が良好な面より特に好ましい。
さらには、硬化剤中の反応成分であるポリオールを増加させアミノ基/ポリオールの当量比を40/60〜70/30の範囲として、主剤中の全イソシアナート基/硬化剤中の反応成分(アミノ基+ポリオール基)の当量比を通常の1.0〜1.4とすることで、可使時間を確保しつつ夏季においても発泡性の少ないより好ましいウレタン塗膜材を提供することができる。
さらには芳香族ポリアミン/ポリオール比を20/80〜49/51とポリオールを主成分とした方が、トップコートとの接着性はもとよりウレタン防水材同士の層間接着性をも非常に良好にさせるためより好ましい。また、上記配合においては主剤中のトリオール以上のポリオールにより分枝点が得られ耐熱が向上するため、官能基数が2.0超以上の脂肪族または脂環族ポリイソシアナート類を配合しなくともよいし、配合してもかまわない。
硬化剤の反応成分であるポリオールの当量比が少ない場合等、硬化剤の配合によっては防水材同士の層間接着がやや低下する場合もあるため、このような場合は、主剤中のTDIプレポリマーのイソシアナート基1当量に対し、官能基数が2の脂肪族または脂環族イソシアナート類を0.05〜0.8当量添加することが好ましい。官能基数が2の脂肪族または脂環族イソシアナート類としては、具体的にはIPDIモノマーおよびIPDIとジオールとのプレポリマー等が挙げられる。
当量比が5.0以上となると初期物性および耐熱性が低下しウレタン防水材として必要とされる性能が得られない。
また、両者を併用することもでき、特に冬季配合においては両者を併用することにより、硬化性が良くしかもトップコートとの接着性に優れたウレタン防水材を提供できるため、より好ましい。
一般的にDETDAには、3,5−ジエチル−2,4−トルエンジアミン、3,5−ジエチル−2,6−トルエンジアミンなどの異性体が存在するが、本発明においては、いずれの異性体を用いてもよく、またそれらの混合物を用いてもよい。異性体含有率の異なるものが市販されており、工業品としては例えば“エタキュア100”(2,4−異性体/2,6−異性体の重量比80/20)などが入手使用できる。
その中でもエタキュア420を併用することがより好ましく、やや耐熱性を低下させる傾向があるが、硬化性を悪くすることなしに可使時間を更に延長することができ、高温多湿時の発泡抑制効果もあるため特に夏季配合に適している。
また、本発明では硬化剤中の反応成分としてポリオールをDETDAと併用することにより、従来よりも可使時間を確保できるため、可塑剤量を低減することも可能となる。
可塑剤量が低減できることにより、可塑剤の移行性を減少させる効果があり、その結果としてウレタン防水材どうしの接着性が向上し、また塩ビ防水との複合工法においてはウレタン防水層と塩ビ防水層との接着性改善等、異種材料との接着性向上あるいは可塑剤が塩ビ等の他材料へ移行することによる汚染性や軟質化も防止することもできる。
尚、可塑剤としては一般的にウレタン樹脂に用いられる可塑剤を使用することができる。
その結果、従来塗膜材に使用されてきたポリオキシプロピレンポリオールまたはEOキャップドポリプロピレンポリオールといった汎用ポリエーテルを使用することができる。また、末端一級アルコール基を50%以上保有する高性能ポリオキシプロピレンポリオールや、共重合等により低結晶化したポリテトラメチレンエーテルグリコールといったポリエーテルも使用することができる。
しかしながらポリエーテルポリオールよりも、ポリエステルポリオール、アルキルポリオールの方が物性低下は少なく、しかもトップコートとの接着性改善効果が高く、併用するポリオールとしては好ましい。
ポリエステルポリオールの中でも常温で液状であり、耐加水分解性の良いポリエステルポリオールが好ましく、結晶性のないMPD(3−メチル−1,5−ペンタンジオール)、MOD(2−メチル−1,8−オクタンジオール)等といった側鎖を有するジオールを主成分としたポリオールとコハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、テトラヒドロ(無水)フタル酸、ヘキサヒドロ(無水)フタル酸等の脂肪族または脂環族ジカルボン酸との反応によって得られる低結晶性で耐加水分解性の良いポリエステルポリオールが好ましい。具体的には、株式会社クラレ製のクラレポリオールP−510(数平均分子量500)、クラレポリオールP−1010(数平均分子量1000)、クラレポリオールP−1510(数平均分子量1500)、クラレポリオールP−2010(数平均分子量2000)、クラレポリオールP−3010(数平均分子量3000)、クラレポリオールP−1050(数平均分子量1000)、クラレポリオールP−2050(数平均分子量2000)、クラレポリオールP−3050(数平均分子量3000)、PNOA−2014(数平均分子量2000)等が挙げられる。
さらには、MPD、MOD等といった側鎖を有するジオールとフタル酸や無水フタル酸等の芳香族ジカルボン酸との反応によって得られる低結晶性芳香族ポリエステルポリオールは耐加水分解性および機械的強度に優れ、塗膜の物性低下が少なくしかもトップコートとの接着性向上が高いため、さらに好ましい。具体的には、株式会社クラレ製のクラレポリオールP−520(数平均分子量500)、クラレポリオールP−530(数平均分子量500)等が挙げられる。
MPD、MOD等といった側鎖を有するジオールと、前記脂肪族または脂環族ジカルボン酸と前記芳香族ジカルボンの混合物との反応によって得られる低結晶性のポリエステルポリオールも好ましい。具体的には株式会社クラレ製のクラレポリオールP−1011(数平均分子量1000)、クラレポリオールP−2011(数平均分子量2000)クラレポリオールP−1012(数平均分子量1000)、クラレポリオールP−2012(数平均分子量2000)等が挙げられる。
MPD、MODといった側鎖を有するジオールと、前記脂肪族または脂環族ジカルボン酸と、トリメチロールプロパンとの反応によって得られる3官能のポリエステルポリオールも好ましい。具体的には株式会社クラレ製のクラレポリオールF−510(数平均分子量500)、クラレポリオールF−1010(数平均分子量1000)、クラレポリオールF−2010(数平均分子量2000)、クラレポリオールF−3010(数平均分子量3000)等が挙げられる。
ε−カプロラクトンを開環することによって得られるポリカプロラクトンジオールのようなポリエステルポリオールも好ましい。具体的には、ダイセル化学工業株式会社製のプラクセル205U(分子量530)、プラクセルL205AL(分子量500)、プラクセルL212AL(分子量1250)、プラクセル220EB(分子量2000)、プラクセルL220AL(分子量2000)等が挙げられる。
また、ポリエステルポリオールの1種であるポリカーボネートポリオールも耐加水分解性および機械的強度にすぐれているため、特に前記のような非結晶性ポリオールより構成されたものは好ましく使用できる。具体的には株式会社クラレ製の、クラレポリオールC−590(数平均分子量500)、クラレポリオールC−1050(数平均分子量1000)、クラレポリオールC−1070(数平均分子量1000)、クラレポリオールC−1090(数平均分子量1000)、クラレポリオールC−2050(数平均分子量2000)、クラレポリオールC−2050R(数平均分子量2000)、クラレポリオールC−2070(数平均分子量2000)、クラレポリオールC−2070R(数平均分子量2000)、クラレポリオールC−2090(数平均分子量2000)、クラレポリオールC−2090R(数平均分子量2000)、クラレポリオールC−3090(数平均分子量3000)、クラレポリオールC−3090R(数平均分子量3000)等が挙げられる。
以下の実施例および比較例で用いた原材料は、次のとおりである。
サンニックスGH−5000: ポリオキシプロピレントリオール、平均分子量5000、OH価:33.7mgKOH/g、三洋化成工業株式会社製
サンニックスPP−2000: ポリオキシプロピレンジオール、平均分子量2000、OH価56.1mgKOH/g、三洋化成工業株式会社製
サンニックスGP−3000: ポリオキシプロピレントリオール、平均分子量3000、OH価:56.1mgKOH/g、三洋化成工業株式会社製
サンニックスGP−600: ポリオキシプロピレントリオール、平均分子量600、OH価:280.5mgKOH/g、三洋化成工業株式会社製
ポリハードナT−500: ポリオキシプロピレントリオール、平均分子量5000、OH価:33.2mgKOH/g、第一工業製薬株式会社製
ニューポールBP−5P: ポリオキシプロピレンジオール、平均分子量500、OH価:209mgKOH/g、三洋化成工業株式会社製
サンニックスPP−600: ポリオキシプロピレンジオール、平均分子量600、OH価:190mgKOH/g、三洋化成工業株式会社製
T−80: コロネートT−80、2,4−トリレンジイソシアナート/2,6−トリレンジイソシアナート=80/20(質量比)の混合物、NCO含有量48.3質量%、日本ポリウレタン工業株式会社製
T−100: コロネートT−100、2,4−トリレンジイソシアナート100%含有品、NCO含有量48.3質量%、日本ポリウレタン工業株式会社製
石油系炭化水素溶剤: ノルマルパラフィン、イソパラフィン混合物、シェルケミカルズジャパン株式会社製
コロネートHXLV: ヘキサメチレンジイソシアナートのイソシアヌレート体、NCO含有量23.2質量%、NCO官能基数3.2、日本ポリウレタン工業株式会社製
デュラネートTMD101: ヘキサメチレンジイソシアナートのアロファネート体、NCO含有量19.7質量%、NCO官能基数2.2、旭化成ケミカルズ株式会社製
VESTANAT(登録商標)IPDI: イソホロンジイソシアナート単体、NCO含有量37.8質量%、NCO官能基数約2.0、エボニックデグサジャパン株式会社製
VESTANAT(登録商標)T 1890E: イソホロンジイソシアナートのイソシアヌレート体/酢酸ブチル=70/30(質量比)の混合物、NCO含有量12.0質量%、NCO官能基数約3.0、エボニックデグサジャパン株式会社製
プレポリマーA: 四つ口フラスコにサンニックスPP−2000を56.71質量%、PGM−Ac(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、株式会社クラレ製)を7.00質量%、ジオクチル錫ジラウレートを0.003質量%仕込み、次いでデュラネートTMD101を36.29質量%仕込み(NCO/OH=3.0(当量比))、攪拌しながら70〜80℃で4時間反応させたもの。NCO含有量4.77質量%
MOCA: イハラキュアミンMT、4,4′−ジアミノ−3,3′−ジクロロジフェニルメタン、イハラケミカル工業株式会社製
DETDA: エタキュア100、ジエチルトルエンジアミン、ロンザジャパン株式会社製
クラレポリオールP−530: 3−メチル−1,5−ペンタンジオールとイソフタル酸との反応によって得られる芳香族系ポリエステルジオール、平均分子量500、OH価:224.4mgKOH/g、株式会社クラレ製
エタキュア420: 4,4′−メチレンビス(N−sec−ブチルアニリン)、芳香族二級ジアミン、アルベマール社製
1,4−BD: 1,4−ブタンジオール、試薬、ナカライテスク株式会社製
MPD: 3−メチル−1,5−ペンタンジオール、株式会社クラレ製
クラレポリオールC−590: ポリカーボネートジオール、平均分子量500、OH価224.4mgKOH/g、株式会社クラレ製
クラレポリオールP−510: 3−メチル−1,5−ペンタンジオールとアジピン酸との反応により得られる脂肪族系ポリエステルジオール、平均分子量500、OH価224.4mgKOH/g、株式会社クラレ製
クラレポリオールP−2010: 3−メチル−1,5−ペンタンジオールとアジピン酸との反応により得られる脂肪族系ポリエステルジオール、平均分子量2000、官能基数2、OH価56.1mgKOH/g、株式会社クラレ製
プラクセルL205AL: ε−カプロラクトンを開環することによって得られるポリカプロラクトンジオール、分子量500、OH価224.4、ダイセル化学工業株式会社製
1,3−BD: 1,3−ブタンジオール、試薬、ナカライテスク株式会社製
サンニックスPP−400: ポリオキシプロピレンジオール、平均分子量400、OH価280.5、三洋化成工業株式会社製
DINP: サンソサイザーDINP、ジイソノニルフタレート、新日本理化株式会社製
脂環族炭化水素溶剤: 三協化学株式会社製
2−エチルヘキシル酸鉛(Pb20%): ニッカオクチックス鉛20%TS、2−エチルヘキシル酸鉛とノルマルパラフィン、イソパラフィン混合物との混合物、Pbとして20%含有、日本化学産業株式会社製
ジブチル錫ジラウレート: KS−1260、共同薬品株式会社製
ジオクチル錫ジラウレート: KS−1200A−1,共同薬品株式会社製
ナフテン酸亜鉛(Zn8%): ナフテックス亜鉛8%(T)、ナフテン酸亜鉛とミネラルスピリットの混合物、Znとして8.0%含有、日本化学産業株式会社製
ナフテン酸ジルコニル(Zr4%): ナフテックスジルコニウム4%(T)、ナフテン酸ジルコニルとミネラルスピリットとの混合物、Zrとして4.0%含有、日本化学産業株式会社製
ナフテン酸銅(Cu5%): ナフテックス銅5%(T)、ナフテン酸銅とミネラルスピリットとの混合物、Cuとして5.0%含有、日本化学産業株式会社製
2−エチルヘキシル酸第一錫(Sn28%): ニッカオクチックス錫28%、Snとして28%含有、日本化学産業株式会社製
1,2−ジメチルイミダゾール: 試薬、Aldrich製
1−イソブチル−2−メチルイミダゾール: DABCO NC−IM、エアープロダクツジャパン株式会社製
添加剤類: 楠本化成株式会社製
炭酸カルシウム: NS#100、日東粉化工業株式会社製
トナー: 大日精化工業株式会社製
表1〜11の配合に従って、四つ口フラスコにポリオールと溶剤を仕込み、次いでTDIを仕込んだ。その後攪拌しながら90〜100℃で7時間反応させて主剤を得た。なお、冷却後、実施例9、13、15、16、17はコロネートHXLVを、実施例10はデュラネートTMD101を、実施例11はVESTANAT(登録商標)T1890Eを、実施例12はプレポリマーAを、表の配合に従って添加した。
表1〜11の配合に従って、金属容器に液物を仕込み、攪拌機(ディゾルバー羽根)で低速混合し均一にした後、炭酸カルシウム、トナーを配合し1500rpmで15分間混合して硬化剤を得た。なお、比較例1、2のMOCAは、あらかじめ所定量のポリオールに溶解したものを使用した。
比較例1はMOCA架橋型防水材の夏季配合の例、比較例2はMOCA架橋型防水材の冬季配合の例である。比較例2は冬場での硬化性向上のために、2−エチルヘキシル酸鉛を比較例1より多く配合しているため耐熱性が劣っていた。比較例1、2ともに遊離TDI、MOCAは1質量%を超え、また有機鉛触媒を配合しているため、環境面からは好ましくない。
比較例3は、DETDA架橋型防水材の例であり、硬化剤の反応成分がDETDAのみである。可使時間が43分と夏季に使用するには短く、トップコートの接着性も悪かった。
比較例4は、硬化剤の反応成分を、DETDA/クラレポリオールP−530=70/30(当量比)にしたポリオール併用系で、硬化触媒を使用しない例である。可使時間は63分と夏季に使用するのには適切であるものの、23℃での硬化が遅く、夏季配合として適してなく、トップコートの接着性も悪かった。
実施例1は、比較例4において、硬化触媒にジブチル錫ジラウレートを0.01質量%配合した夏季配合の例、実施例2は硬化触媒にジオクチル錫ジラウレートを0.01質量%配合した夏季配合の例である。いずれも可使時間は63分と硬化触媒を使用しない比較例4と同じであり、有機第2錫触媒を使用しても可使時間は短縮されず、夏季配合として有効であった。また、トップコートの接着性も良好であった。
実施例1において、有機第2錫触媒以外の有機金属触媒を使用した夏季配合の例である。実施例1、2と比較すると可使時間がやや短く、硬化性もやや劣るが、夏用として実用できるレベルではあった。トップコート接着性はいずれも良好であった。
実施例7は、実施例1において、硬化触媒に1,2−ジメチルイミダゾールを使用した冬季配合の例、実施例8は、実施例1において硬化触媒に1,2−ジメチルイミダゾールとジブチル錫ジラウレートを併用した冬季配合の例である。いずれも可使時間は38分と冬季配合としては十分であり、5℃での硬化性も良好であった。トップコートの接着性は、実施例7は実用できるレベル、実施例8はジブチル錫ジラウレートを併用しているためか良好であった。
主剤のプレポリマーをT−80で合成し、硬化剤の反応成分をDETDAのみとした例であり、可使時間は24分とT−100で合成した主剤の可使時間の半分位になっており、トップコートの接着性も悪かった。
ポリイソシアナートにT−80、ポリオールにジオールのみ使用したプレポリマーに、HMDIのイソシアヌレート体であるコロネートHXLVを配合した主剤を使用し、反応成分がDETDA/クラレポリオールP−530=70/30(当量比)である硬化剤を使用した例である(NCO/(OH+NH2)=1.52(当量比)、NCO/NH2=2.17(当量比))。可使時間は52分、23℃での硬化性も良好であり、夏季配合として実用できるレベルであった。
実施例9においてコロネートHXLVの代わりに、実施例10はHMDIのアロファネート体であるデュラネートD101を(NCO/(OH+NH2)=1.64(当量比)、NCO/NH2=2.35(当量比))、実施例11はIPDIのイソシアヌレート体であるVESTANAT(登録商標)T 1890Eを(NCO/(OH+NH2)=1.45(当量比)、NCO/NH2=2.08(当量比))、実施例12はプレポリマーAを(NCO/(OH+NH2)=1.53(当量比)、NCO/NH2=2.19(当量比))配合した例である。いずれも可使時間は50分台と、夏場の施工でも実用できるレベルであった。23℃での硬化性については、実施例9、10、12は良好であり、実施例11はやや劣るが実用上の範囲であった。トップコート接着性はいずれも良好であった。
実施例9において反応成分のDETDA/クラレポリオールP−530=55/45(当量比)である硬化剤を使用した例である(NCO/(OH+NH2)=1.25(当量比)、NCO/NH2=2.29(当量比))。可使時間は50分、23℃での硬化性も夏季配合として実用できるレベルであった。トップコートの接着性も良好であり、硬化塗膜の物性も防水材としての十分な性能を示した。
比較例5と同様にポリオールがジオール/トリオール=95/5であるプレポリマーを主剤とし、反応成分がDETDA1当量に対してクラレポリオールP−530が1.0当量、さらに二級ジアミンであるエタキュア420が0.4当量、触媒がジオクチル錫ジラウレートである硬化剤を使用した例である((DETDA+エタキュア420)/クラレポリオールP−530=58/42(当量比)、(NCO/(OH+NH2)=1.25(当量比)、NCO/NH2=2.16(当量比))。可使時間は52分、23℃での硬化性も良好であり、夏季配合として実用できるレベルであった。トップコートの接着性も良好であり、硬化塗膜の物性も防水材としての十分な性能を示した。
イソシアナートがT−80、ポリオールがジオール/トリオール=95/5であるプレポリマーを主剤とし、反応成分がDETDA/クラレポリオールP−530=70/30(当量比)、触媒がジオクチル錫ジラウレートである硬化剤を使用した例である。可使時間は40分と冬用としては十分であり、5℃での硬化性も良好であった。
実施例15において、実施例16は主剤にコロネートHXLVを配合、硬化剤の触媒に1,2−ジメチルイミダゾールを使用し、実施例17は主剤にコロネートHXLVを配合、硬化剤の触媒に1−イソブチル−2−メチルイミダゾールを使用し、実施例18は主剤にコロネートHXLVを配合、硬化剤の触媒にジオクチル錫ジラウレートと1−イソブチル−2−メチルイミダゾールを併用した例である。いずれも可使時間は30分台で冬用として実用できるレベルであった。また、実施例16、17、18のいずれも冬季配合にかかわらず耐熱性良好であった。トップコート接着性は実施例16と17はやや劣るが実用の範囲であり、ジオクチル錫ジラウレートを硬化剤に配合した実施例18は良好だった。
実施例15では、クラレポリオールP−530を使用したが、実施例19は1,4−BD、実施例20はMPD、実施例21はクラレポリオールC−590、実施例22はクラレポリオールP−510、実施例23はクラレポリオールP−2010、実施例24はプラクセルL205ALを使用した例である。いずれも可使時間は40分前後で有り、硬化性、発泡性、トップコート接着性、硬化塗膜の物性において防水材として十分な性能を示した。
実施例15においてクラレポリオールP−530を1,3−BDに変更した例である。1,3−BDは片末端が2級OHであるためか、硬化性、発泡性、トップコート接着性、強度はやや劣っているが、実用上問題ないレベルである。
実施例15においてクラレポリオールP−530をサンニックスPP−400に変更した例である。サンニックスPP−400は両末端が2級OHであり、硬化性、発泡性、トップコート接着性、強度はやや劣っているが、実用上問題ないレベルである。
実施例15において主剤ジオールとしてサンニックスPP−2000およびニューポールBP−5P、トリオールとしてポリハードナT−500をジオール/トリオール=20/80に変更した例である。可使時間は30分と冬用としては十分であり、5℃での硬化性も良好であった。トップコートの接着性も良好であり、硬化塗膜の物性も防水材としての十分な性能を示した。
実施例27において反応成分のDETDA/クラレポリオールP−530=50/50(当量比)である硬化剤に変更した例である。可使時間は42分と冬用としては十分であり、5℃での硬化性も良好であった。また、トップコートの接着性は良好であり、硬化塗膜の物性も防水材としての十分な性能を示した。
実施例27において反応成分のDETDA/クラレポリオールP−530=35/65(当量比)である硬化剤に変更した例である。可使時間は54分、23℃での硬化性も良好であり、夏季配合として実用できるレベルであった。また、トップコートの接着性は良好であり、硬化塗膜の物性も防水材としての十分な性能を示した。
ジオール/トリオール=70/30(当量比)であるプレポリマーを主剤とし、反応成分がDETDA1当量に対してクラレポリオールP−530が1.57当量、さらに二級ジアミンであるエタキュア420が0.29当量、触媒がジオクチル錫ジラウレートである硬化剤を使用した例である((DETDA+エタキュア420)/クラレポリオールP−530=(35+10)/55(当量比)、(NCO/(OH+NH2+NH)=1.30(当量比)、NCO/(NH2+NH)=2.89(当量比))。可使時間は52分、23℃での硬化性も良好であり、夏季配合として実用できるレベルであった。トップコートの接着性も良好であり、硬化塗膜の物性も防水材としての十分な性能を示した。
実施例27の主剤に官能基数2の脂環族ポリイソシアネートモノマーであるVESTANAT(登録商標)IPDIを2質量%添加したものを主剤とし、反応成分がDETDA1当量に対してクラレポリオールP−530が0.91当量、さらに二級ジアミンであるエタキュア420が0.94当量、触媒がジオクチル錫ジラウレートである硬化剤を使用した例である((DETDA+エタキュア420)/クラレポリオールP−530=68/32(当量比)、(NCO/(OH+NH2+NH)=1.50(当量比)、NCO/(NH2+NH)=4.19(当量比))。可使時間は56分、23℃での硬化性も良好であり、夏季配合として実用できるレベルであった。トップコートの接着性および防水材同士の層間接着も良好であり、硬化塗膜の物性も防水材としての十分な性能を示した。
実施例29において可塑剤のDINPの添加量を減らした例である。可使時間は63分、23℃での硬化性も良好であり、夏季配合として実用できるレベルであった。トップコートの接着性および防水材同士の層間接着も良好であり、硬化塗膜の物性も防水材としての十分な性能を示した。
実施例28において主剤のジオール/トリオール=40/60、9/91に変更した例である。可使時間は各々43分、42分と冬用としては十分であり、5℃での硬化性も良好であった。また、トップコートの接着性は良好であり、硬化塗膜の物性も防水材としての十分な性能を示した。
実施例33において主剤ジオールとしてニューポールBP−5Pのみを使用し、ジオール/トリオール=4/96に変更した例である。可使時間は40分と冬用としては十分であり、5℃での硬化性も良好であった。また、トップコートの接着性は良好であり、硬化塗膜の物性も防水材としての十分な性能を示した。
実施例34において主剤ジオールとしてニューポールBP−5Pに変えてサンニックスPP−600を使用した例である可使時間は42分と冬用としては十分であり、5℃での硬化性も良好であった。また、トップコートの接着性は良好であり、硬化塗膜の物性も防水材としての十分な性能を示した。
200mLの三角フラスコに主剤約1gを精秤し、これに0.5Nジ−n−ブチルアミン(トルエン溶液)10mL、トルエン10mLおよび適量のブロムフェノールブルーを加えた後メタノール約100mLを加え溶解する。この混合液を0.25N塩酸溶液で滴定する。NCO(質量%)は以下の式によって求められる。
NCO(質量%)=(ブランク滴定値−0.5N塩酸溶液滴定値)×4.202×0.25N塩酸溶液のファクター×0.25÷サンプル重量
主剤をナス型フラスコに20g精秤し、イソアミル安息香酸を100mL加えて溶解させ、ロータリーエバポレーターによって蒸留する(イソアミル安息香酸とTDIを共沸させる)。蒸発がとまったところでイソアミル安息香酸を50mL追加してさらに蒸留する。回収した蒸留分に0.5Nジ−n−ブチルアミン(トルエン溶液)10mLとトルエン10mLを加え、0.25N塩酸溶液で滴定する。遊離TDI量は以下の式によって求められる。
遊離TDI量(質量%)=[(ブランク滴定値−回収した蒸留分の滴定値)×0.25N塩酸溶液のファクター×0.25÷(主剤重量×TDI1gあたりの当量)]×100
23℃、湿度50%の空気循環型環境試験室内において、主剤と硬化剤を所定の割合で攪拌・混合開始から、BH型粘度計で2rpmにおける粘度が60,000mPa・sになるまでの時間を測定した。
23℃あるいは5℃、湿度50%の空気循環式型環境試験室内において、主剤と硬化剤を所定の割合で攪拌・混合した防水材を2kg/m2塗布し、16時間後に硬化したかどうかをチェックした。
評価○:完全に硬化しており靴で歩行できる。
評価○△:完全には硬化していないが、靴で歩行できる。
評価△:ある程度硬化しているが、靴での歩行には無理がある。
評価×:硬化不十分で靴での歩行はできない。
主剤と硬化剤を所定の割合で攪拌・混合した防水材を150ccの紙コップ(商品名:紙コップSM−150ホット無地、東罐興業株式会社製、底面の直径:47mm、上面の直径:60mm、高さ:73mm)の上面いっぱいに入れ、60℃の乾燥機に24時間放置した後の盛り上がりの状態をチェックした。
評価○:ほとんど発泡が認められない。
評価○△:盛り上がりが5mm以下の発泡があるが、実用上問題ない。
評価△:盛り上がりが5mm以上の発泡があり、実用上発泡の危険性がある。
評価×:明らかに発泡している。
23℃、湿度50%の空気循環型環境試験室内において、主剤と硬化剤を所定の割合で攪拌・混合した防水材を2kg/m2塗布した。その3日後、トップコート(OTコートQ、田島ルーフィング株式会社製)を0.15kg/m2塗布した。さらにその翌日、接着性試験を行った。接着試験は、トップコート面を2mmの碁盤目(25マス)にカットした部分を、ゴムベラ先端を厚さ5mmにカットした角の部分で10往復(5cm巾で移動)こすった後のトップコートの剥れを観察するラビング試験で行った。
評価○:全く剥れない。
評価○△:10%以下剥れるが実用上問題ない。
評価△:一部分(30%以下)剥れる。
評価×:30%以上剥れる。
JIS A 6021に基づいて測定を行った(JIS規格では引張強さは2.3N/mm2以上)。
JIS A 6021に基づいて測定を行った(JIS規格では破断時の伸び率は450%以上)。
80℃の乾燥機に4週間入れて加熱処理した試験片について、JIS A 6021に基づいて引張強さの測定を行い、処理前に対する引張強さ比を求めた。
Claims (8)
- トリレンジイソシアナートとポリオールとの反応によって得られるイソシアナート基末端プレポリマーを含む主剤と、芳香族ポリアミンおよびポリオールを反応成分として含む硬化剤とからなり、硬化剤中の芳香族ポリアミンがジエチルトルエンジアミンを含み、硬化剤中の芳香族ポリアミンとポリオールの当量比が20/80〜90/10の範囲内にあり、さらにウレタン化触媒を含み、ウレタン化触媒が有機第2錫化合物または/および1位と2位に置換基を有するイミダゾール化合物である、塗り工法用2液型環境対応ウレタン防水材組成物。
- 硬化剤中のポリオールが、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオールおよびアルキルポリオールからなる群から選ばれる少なくとも一種である、請求項1に記載の2液型環境対応ウレタン防水材組成物。
- ウレタン化触媒が有機第2錫化合物である、請求項1または2に記載の2液型環境対応ウレタン防水材組成物。
- 主剤中の遊離のトリレンジイソシアナートの含有量が1質量%以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の2液型環境対応ウレタン防水材組成物。
- トリレンジイソシアナートとポリオールとからなるイソシアナート基末端プレポリマーを構成するポリオールの80当量%以上がジオールであり、該イソシアネート基末端プレポリマーのイソシアナート基1当量に対し、平均官能基数が2を超える脂肪族または脂環族ポリイソシアナートを0.05〜0.8当量含有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の2液型環境対応ウレタン防水材組成物。
- トリレンジイソシアネートとポリオールとからなるイソシアネート基末端プレポリマーを構成するポリオールの80当量%未満がジオールであり、硬化剤中の芳香族ポリアミン/ポリオールの当量比が20/80〜70/30である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の2液型環境対応ウレタン防水材組成物。
- 主剤中の全NCO基と硬化剤中の芳香族ポリアミンのアミノ基との当量比(NCO/NH2)が2.0超5.0未満である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の2液型環境対応ウレタン防水材組成物。
- 硬化剤中のポリオールが1級水酸基ポリオールである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の2液型環境対応ウレタン防水材組成物。
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