JPWO2008111323A1 - 防水材用湿気硬化型ウレタン組成物及びウレタン防水材 - Google Patents

防水材用湿気硬化型ウレタン組成物及びウレタン防水材 Download PDF

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Abstract

ウレタンプレポリマー(A)、オキサゾリジン含有ウレタン化合物(B)、充填剤(E)、可塑剤(F)、及び溶剤(G)を含有してなるウレタン組成物であって、前記ウレタン組成物100重量部に対して、エチレン−α−オレフィンコオリゴマー(C)を0.01〜5重量部、およびアクリロニトリル又はその変性体からなる重合体であって、平均粒子径100μm以下である表面処理有機中空フィラー(D)を0.1〜5重量部含有し、前記エチレン−α−オレフィンコオリゴマー(C)の添加量と前記有機中空フィラー(D)との添加量の重量比が、(C)/(D)=0.01〜10であることにより、消泡性とレベリング性とに優れることで、防水性、表面の美観性に優れる防水層を与える防水材を提供する。

Description

本発明は、硬化時に塗膜の発泡がなく、硬化性に優れる防水材用一液湿気硬化型ウレタン組成物であり、特に消泡性とレベリング性とに優れることから表面の美観に優れる硬化物を与える防水材用湿気硬化型ウレタン組成物に関するものである。
従来、湿気硬化型ウレタン組成物は特許文献1として知られているが、硬化時に水分とイソシアネート基が反応する際に発生する炭酸ガスのためにしばしば塗膜の膨れが発生する問題があった。
そこで、膨れの原因となる炭酸ガスの発生を抑えるためにケチミン、エナミン等の湿気解離型の架橋剤が提案されており、その中でも、オキサゾリジン化合物を用いた組成物は炭酸ガスの発生がなく比較的性能バランスのとれた材料であり、防水材として塗布施工される。(特許文献2〜4)
湿気硬化型防水材は、施工現場で主剤と硬化剤を混合する必要がなく、缶を開封し直ぐに塗布施工が出来るが、充填剤の沈降及び充填剤と液成分との分離を防止するために、揺変性を高める必要があった。その結果、オキサゾリジン化合物を用いた一液湿気硬化型ウレタン組成物は、既存の二液硬化型ウレタンに比べて消泡性とレベリング性とに劣る問題があった。
また、ウレタン組成物の消泡剤としては、出願人の先願でエチレン−α−オレフィンコオリゴマーを使用するもの(特許文献5)が知られている。しかし、この消泡剤をオキサゾリジン系化合物を有する一液湿気硬化型ウレタン組成物に使用しても、実用的な消泡性が得られなかった。(比較例2参照)
特開昭57−94056号公報 特開平6−293821号公報 特開平7−33852号公報 特開平7−10949号公報 特開平5−247161号公報
本発明の目的は、オキサゾリジン系化合物を有するウレタン組成物の消泡性とレベリング性とを向上させることで、防水性、表面の美観性に優れる硬化物を与える防水材用一液湿気型ウレタン組成物及び防水材にある。
本発明者らは、こうした課題について鋭意研究の結果、特定の消泡剤と特定の中空フィラーを特定量添加することで、課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、ポリイソシアネートとポリオキシアルキレンポリオールを反応させて得られる末端にイソシアネート基を2個以上有するウレタンプレポリマー(A)、ポリイソシアネート又はポリイソシアネートとポリオキシアルキレンポリオールを反応させて得られる末端にイソシアネート基を2個以上含有するウレタンプレポリマー(b1)とN−2−ヒドロキシアルキルオキサゾリジン(b2)とを反応させて得られる末端に少なくとも一つ以上のオキサゾリジン基を有するオキサゾリジン含有ウレタン化合物(B)、充填剤(E)、可塑剤(F)、及び溶剤(G)を含有してなるウレタン組成物であって、前記ウレタン組成物100重量部に対して、エチレン−α−オレフィンコオリゴマー(C)を0.01〜5重量部、およびアクリロニトリル又はその変性体からなる重合体であって、平均粒子径100μm以下である表面処理有機中空フィラー(D)を0.1〜5重量部含有し、前記エチレン−α−オレフィンコオリゴマー(C)の添加量と前記有機中空フィラー(D)との添加量の重量比が、(C)/(D)=0.01〜10であることを特徴とする防水材用湿気硬化型ウレタン組成物及びそれを用いた防水材を提供するものである。
本発明は、オキサゾリジン化合物を含有する防水材用ウレタン組成物にエチレン−α−オレフィンコオリゴマー(C)およびアクリロニトリル又はその変性体からなる重合体であって、平均粒子径100μm以下である表面処理有機中空フィラー(D)を特定量含有させることで、消泡性とレベリング性とをバランス良く改良したことで、防水性と表面の美観に優れた防水性硬化物を与えることができるものである。
本発明に使用されるポリイソシアネートとポリオキシアルキレンポリオールとを反応させて得られる末端にイソシアネート基を2個以上有するウレタンプレポリマー(A)とは、ポリイソシアネートとポリオール、例えばポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシブチレングリコール等のポリオキシアルキレンポリオールをポリイソシアネートの過剰のもとで常法により調製されるウレタンプレポリマーである。
また、末端にイソシアネート基を2個以上有するウレタンプレポリマー(b1)とは、ポリイソシアネートと上記と同様のポリオキシアルキレンポリオールとをポリイソシアネートの過剰のもとで常法により調製されるウレタンプレポリマーである。
前記ポリオキシアルキレンポリオールとは、エチレングリコール、プロピレングリコール、水、グリセリン、TMP(トリメチロールプロパン)、ペンタエリスリトール等にエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドを単独又はそれらの2種以上を公知の方法で付加して得られるポリオールである。
本発明に使用されるポリイソシアネートとしては、例えば、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、一部をカルボジイミド化されたジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、水添ジフェニルメタンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート、脂環式ジイソシアネートの1種又は2種以上の混合物が挙げられる。
ウレタンプレポリマー(A)の構成成分であるポリオキシアルキレンポリオールは、好ましくは数平均分子量500〜16000のジオールまたはトリオールである。
特に、ウレタンプレポリマー(A)のポリオキシアルキレンポリオール成分は、エチレンエーテル結合0〜10重量%及びプロピレンエーテル結合10〜95重量%の範囲が好ましい。
ウレタンプレポリマー(A)の末端イソシアネート基数は、好ましくは2以上、より好ましくは2〜3である。更にイソシアネートとポリオールとのNCO/OH比は好ましくは1.4以上、更に好ましくは1.4〜5.0、特に好ましくは1.5〜3.0である。ウレタンプレポリマー(A)の残存NCO%は、好ましくは1〜20重量%であり、より好ましくは1〜5重量%である。
本発明で使用されるオキサゾリジン含有ウレタン化合物(B)は、ポリイソシアネート又はポリイソシアネートとポリオキシアルキレンポリオールとを反応させて得られる末端にイソシアネート基を2個以上含有するウレタンプレポリマー(b1)とN−2−ヒドロキシアルキルオキサゾリジン(b2)とを反応させて得られる末端に少なくとも一つ以上のオキサゾリジン基を有するものである。
かかるウレタンプレポリマーのポリオキシアルキレンポリオールは、オキシエチレン鎖を有することが好ましい。但し、オキシエチレン鎖を有さないポリオールとオキシエチレン鎖を有するポリオールとを混合したポリオールであっても(b1)成分として使用することが出来る。また、好ましくはオキシアルキレン鎖中のオキシエチレン鎖の平均含有量が1〜30重量%のものである。オキシエチレン鎖の含有量が上記の範囲であると硬化速度が高く、しかも硬化性、耐水性に優れている。ただし、(A)成分、(B)成分のオキシエチレン鎖量を計算して合計し、そのオキシエチレン鎖の含有量が(A)成分と(B)成分の合計量に対して10重量%未満であることが好ましい。この範囲であれば好ましい耐水性となる。
前記ウレタンプレポリマー(b1)は、好ましくは数平均分子量が500〜8000のものである。数平均分子量が、500〜8000の場合、下地追従性、硬化速度が満足される。また、ウレタンプレポリマー(b1)の末端の平均NCO基数は2.0〜2.6が好ましい。かかるNCO基数であれば、硬化性及び下地追従性によりよい結果となる。更にイソシアネートとポリオールとのNCO/OH比は、好ましくは1.6以上、更に好ましくは1.8〜4.0である。残存NCO%は、好ましくは1〜15重量%である。
又、ウレタンプレポリマー(b1)とN−2−ヒドロキシアルキルオキサゾリジン(b2)との反応モル比は、NCO/0H=0.95〜3.0が好ましい。NCO/0Hモル
比がかかる範囲であれば、未反応のN−2−ヒドロキシアルキルオキサゾリジンが残存する傾向が低く、貯蔵安定性に好結果を与え、しかも硬化速度の低下や粘度の上昇を抑えることが容易である。
また、オキサゾリジン含有ウレタン化合物(B)の合成に用いられるN−2−ヒドロキシアルキルオキサゾリジン(b2)は、例えばホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、ブチルアルデヒド、ベンズアルデヒド等のアルデヒド類と例えばジエタノールアミン、ジプロパノールアミン等のジヒドロキシアルキルアミン類との公知の縮合反応により得られる化合物である。
オキサゾリジン含有ウレタン化合物(B)の末端オキサゾリジン基の数は、好ましくは1〜3である。この範囲であると、硬化後の伸張性が高くなり好ましい。尚、ウレタンオキサゾリジンプレポリマー(B)の末端にオキサゾリジン基は1個以上あれば、その他の末端がイソシアネート基であってもよいことは言うまでもない。
プレポリマー(A)とオキサゾリジン含有ウレタン化合物(B)との割合は、プレポリマー(A)のNCO基とオキサゾリジン含有ウレタン化合物(B)が水で開環して発生する活性水素基との比が、0.4〜4.0の範囲が好ましい。この範囲であれば、炭酸ガスの発生が低く塗膜に膨れを抑えることができ、貯蔵安定性に優れる。この様な点を考慮すると(A)と(B)の混合比は重量比で60:1〜1:30の範囲が好ましい。
本発明の組成物は、前記(A)、(B)、(E)、(F)、(G)成分の他に、消泡性とレベリング性の為に(C)エチレン−α−オレフィンコオリゴマーと、(D)アクリロニトリル又はその変性体からなる重合体の特定量と、平均粒子径100μm以下である有機中空フィラーとを特定量と含有する必要がある。
本発明に用いられるエチレン−α−オレフィンコオリゴマー(C)は、好ましくは数平均分子量50〜3000、より好ましくは500〜2500になるようにエチレンとα−オレフィンを共重合させたものである。α−オレフィンコオリゴマーとしては、例えばプロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、2−メチル−1ペンテンが挙げられる。エチレン−α−オレフィンコオリゴマーの代表的性状としては、好ましくは比重0.80〜0.90、動粘度50〜50000cSt、ヨウ素価1.0以下であり、動粘度の低いものが混合性良好であるが分離しやすく、動粘度の高いものは混合性が悪いが分離し難いため、添加対象に対し、適宜混合性、分離性を考慮し選択される。上記の要件を満たすエチレン−α−オレフィンコオリゴマー(C)の市販品としては、例えば三井化学(株)製のルーカントHC−20、HC−40、HC−100、HC−600等が挙げられる。エチレン−α−オレフィンコオリゴマー(C)の添加量は、前記(A)、(B)、(E)、(F)、(G)の合計100重量部からなる組成物に対して、0.01〜5重量部であるが、好ましくは0.05〜3重量部である。0.01重量部未満であると消泡効果が少なく、5重量部を超えて配合すると、組成物の表面に多量に浮いてしまい、トップコートとの接着性を悪化させる。また組成物の表面に曇りも生じる。
前記表面処理有機中空フィラー(D)としては、アクリロニトリル又はその変性体からなる重合体を外皮とする中空球状粒子であり、平均粒子径100μm以下の粒状物である。しかしながら、本発明の効果を損なわない範囲で、ガラスバルーン、シリカバルーン、シラスバルーンなどの無機バルーンを併用しても良い。好ましくは塩化ビニリデン、アクリロニトリルなどを共重合させた有機バルーンである。無機バルーンは一般的に製造の際の混合時にバルーンが破壊されることが多く、本発明では用いないほうが望ましい。また、平均粒子径が100μmを越えると中空フィラー(D)が組成物中で分離する傾向があるため用いることは望ましくない。平均粒子径が、100μm以下であれば分離はしないが、より好ましくは80μm以下で、10μm以上である。市販品としては、MFL−80GCA、MFL−80CA(松本油脂製品)等が挙げられる。
前記平均粒子径100μm以下である表面処理有機中空フィラー(D)は、前記エチレン−α−オレフィンコオリゴマー(C)と併用することにより、組成物のレベリング性、消泡性を飛躍的に向上させることが出来る。
更に、前記中空フィラー(D)は、表面が処理されているものであり、その処理剤としては、炭酸カルシウム、タルク又は酸化チタンの少なくとも1種で被覆された前記中空フィラー(D)であり、この中空フィラー(D)はウレタン樹脂との比重の差が少なくなり、組成物中で分離しにくいことから好ましく用いられる。特に炭酸カルシウムで表面処理被覆されたものが好ましい。
前記中空フィラー(D)の添加量は、前記(A)、(B)、(E)、(F)、(G)の合計100重量部に対して、0.1〜5.0重量部用いるが、好ましくは0.2〜3重量部である。添加量が、0.1重量部未満では消泡性、レベリング性の効果が少なく、5.0重量部を越えると組成物の粘度が高くなり、作業性が低下するので好ましくない。
本発明で使用する無機充填剤(E)としては、例えば炭酸カルシウム、酸化カルシウム、クレー、タルク、酸化チタン、硫酸アルミニウム、カオリン、硅そう土等の無機化合物の粉粒体が挙げられる。その添加量は、組成物中に好ましくは5〜70重量%、より好ましくは10〜60重量%である。
本発明で使用する可塑剤(F)としては、例えばジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、ジウンデシルフタレート、ジラウリルフタレート、ブチルベンジルフタレート、ジイソデシルフタレート、ジブチルアジペート、ジオクチルアジペート、ジイソノニルアジペート、ジオクチルアゼレート、ジオクチルセバケート等のエステル系可塑剤やトリオクチルホスフェート、トリフェニルホスフェート等の燐酸エステル系可塑剤が挙げられる。
本発明で使用する溶剤(G)としては、例えば、キシレン、トルエン、石油系高沸点芳香族系留分,石油樹脂等が挙げられ、1種以上を混合しても良い。
本発明の組成物は、これらの用途で使用する際に必要に応じて触媒、揺変剤、体質顔料、耐侯性の維持向上のための紫外線防止剤、安定剤等各種添加剤などを含んでいてもよい。これら混合物が均一に混合でき、且つ保存性が確保できるのに十分なる混合、混練装置により製造する事ができる。
前記揺変剤としては、表面処理炭酸カルシウム、ポリ塩化ビニルパウダー、微粉末シリカ、ベントナイト等があげられる。
触媒としては、公知のオクチル酸やプロピオン酸、テレフタル酸、サルチル酸、鉛、DBTDL等の触媒を用いることが出来る。
安定剤としては、例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤等が挙げられ、組成物に添加することができる。
本発明の防水材は、ベランダ、屋上等のコンクリート面、既存の床壁面に塗布する建築物の防水材として有用であり、スプレー、ハケ等で塗布されるものである。
次に、本発明を、実施例、比較例により詳細に説明するが本発明はこれら実施例に限定されるものではない。以下において部および%は特に断りのない限り、すべて重量基準であるものとする。
<(A)成分の合成>
(ウレタンプレポリマーの作製例1)
数平均分子量2000のポリブチレンエーテルジオール700g(0.35モル)、数平均分子量3000のポリプロピレンエーテルトリオール300g(0.1モル)に2,4−トリレンジイソシアネート 191.4g(1.1モル)、すなわちNCO/OHの当量比2.2にて窒素気流下で80℃にて15時間フラスコ中で撹拌しながら反応させNCO%が4.25%のウレタンプレポリマー(A−1)を得た。
(ウレタンプレポリマーの作製例2)
ウレタンプレポリマーの作製例1において数平均分子量2000のポリブチレンエーテルジオール700g(0.35モル)の代わりに数平均分子量2000のポリプロピレンエーテルジオール700g(0.35モル)を用いたこと以外は同様の方法で合成し、NCO%が4.28%のウレタンプレポリマー(A−2)を得た。
<オキサゾリジン基含有ウレタン化合物(B)成分の合成>
(ウレタンオキサゾリジンプレポリマーの作製例1)
数平均分子量4800、オキシエチレン鎖の含有量15%のポリエチレンプロピレンエーテルトリオール500g(0.104モル)と数平均分子量2000のポリプロピレンエーテルジオール500g(0.25モル)を混合してオキシエチレン鎖の平均含有量7.5%、平均官能基数2.29、数平均分子量2820のポリオールを得た。さらにヘキサメチレンジイソシアネート143.3g(0.853モル)、すなわちNCO/OHの当量比2.1にて窒素気流下で80℃にて48時間フラスコ中で撹拌しながら反応させNCO%が3.28%、1分子当たりの末端NCO基数2.29のウレタンプレポリマー(b1−1)を得た。
ウレタンプレポリマー(b1−1)140.8gと2−イソプロピル3(2ヒドロキシエチル)1,3オキサゾリジン15.9g、すなわちNCO/OHの当量比1.1にて窒素気流下で60℃にて48時間フラスコ中で撹拌しながら反応させ、ウレタンオキサゾリジンプレポリマー(OXZ−1)を得た。本組成物のGPCを測定した結果、残存している2−イソプロピル−3−(2ヒドロキシエチル)−1,3オキサゾリジンの含有率は1%以下であることを確認した。
<コンパウンドの配合>
次に密閉型プラネタリーミキサー中に表で記載した原料を仕込み、均一に混合した後に、50トールで5分間脱泡し、サンプルを得た。
尚、炭酸カルシウム粉体(NS-200、日東粉化製)は予め120℃で乾燥して水分が500ppm以下であることを確認したものを用いた。
[試験方法]
(粘度の測定)
サンプルを25℃に調整し、BM型回転粘度計を用いて粘度を測定する。
(消泡性試験)
四方を囲ったスレート板(30cm×30cm)上に厚さ1.5mmの割合でサンプルを塗布し、室温25℃×湿度50%の条件下でコテを用いて全面を泡立てる。泡が全部破泡し消えるまでの時間を測定する。
(中空フィラー分離性試験)
サンプル200gを200CCのガラス容器に密閉し、50℃雰囲気で7日間養生した後、中空フィラーの分離があるか否か目視で観察する。
(レベリング性試験)
サンプルを150mLポリカップ(容量200cc)に採取した後、ポリカップをスレート板(30×30cm)上にサンプルがポリカップから漏れないよう、逆さまにして伏せる。次にポリカップを垂直に持ち上げ、サンプルが円形状に自然に広がるようにする。ポリカップを持ち上げてから10分経過後に、円形状に広がったサンプルの平均直径を測定し(cm)、以下の判定基準により判定を行なう。
判定基準: ○:30cm以上、
△:25〜30cm未満、
×:25cm未満
(硬化性試験)
四方を囲った舗道板(30×30cm)上に厚さ1.5mmの割合でサンプルを塗布し、室温25℃×湿度50%の条件下で養生して塗膜表面を歩行できる(靴底に粘着しなくなる状態)までの時間を硬化時間とする。
(防水性能試験)
サンプルを用いて1mm厚のシートを作成する(30cm×30cm)。ピンホールテスターを用いてシートに電圧をかけ、ピンホール(貫通穴)による電流の流れの有無を確認し、電流の流れがない場合を防水性能良好「○」とし、電流の流れがある場合防水性能悪い「×」と判断した。
表-1 配合条件及び試験結果
Figure 2008111323
備考
HC-40、HC-600 :三井化学製「ルーカント」、エチレン−α−オレフィンオリゴマー
MFL-80GCA :松本油脂製、表面を炭酸カルシウム処理したアクリロニトリル系中空フィラー、平均粒子径20μm
MFL-80CA :松本油脂製、表面を炭酸カルシウム処理したアクリロニトリル系中空フィラー、平均粒子径100μm
炭カルNS-200 :日東粉化製、炭酸カルシウム粉体
DOP :ジオクチルフタレート
RY-200S :日本アエロジル製、疎水性シリカ粉末
表-2 配合条件及び試験結果
Figure 2008111323
比較例1は、アクリロニトリル系中空フィラーとエチレン−α−オレフィンコオリゴマーをいずれも含有していないため実施例に比べて消泡時間が長く、レベリング性に劣る結果となった。
比較例2は、エチレン−α−オレフィンコオリゴマーを含有しているもののアクリロニトリル系中空フィラーを含有していないために実施例に比べて消泡時間が長く、レベリング性に劣る結果となった。
比較例3は、アクリロニトリル系中空フィラーを含有しているもののエチレン−α−オレフィンコオリゴマーを含有していないために実施例に比べて消泡時間が長く、レベリング性に劣る結果となった。
比較例4は、アクリロニトリル系中空フィラーを含有しているもののエチレン−α−オレフィンコオリゴマーが少ないために実施例に比べて消泡時間が長く、レベリング性に劣る結果となった。
比較例5は、アクリロニトリル系中空フィラーとエチレン−α−オレフィンコオリゴマーを含有しているものの、エチレン−α−オレフィンコオリゴマー/アクリロニトリル系中空フィラーの比が小さすぎるため、実施例に比べて消泡時間が長く、レベリング性に劣る結果となった。
比較例6は、アクリロニトリル系中空フィラーとエチレン−α−オレフィンコオリゴマーを含有しているものの、エチレン−α−オレフィンコオリゴマー/アクリロニトリル系中空フィラーの比が大きすぎるため、実施例に比べて消泡時間が長く、レベリング性に劣る結果となった。
本発明は、オキサゾリジン系化合物を有するウレタン組成物の消泡性とレベリング性とを向上させることできたので、土木建築物に塗布して、表面の美観性、防水性に優れる防水層を形成することができる。

Claims (3)

  1. ポリイソシアネートとポリオキシアルキレンポリオールを反応させて得られる末端にイソシアネート基を2個以上有するウレタンプレポリマー(A)、
    ポリイソシアネート又はポリイソシアネートとポリオキシアルキレンポリオールを反応させて得られる末端にイソシアネート基を2個以上含有するウレタンプレポリマー(b1)とN−2−ヒドロキシアルキルオキサゾリジン(b2)とを反応させて得られる末端に少なくとも一つ以上のオキサゾリジン基を有するオキサゾリジン含有ウレタン化合物(B)、
    充填剤(E)、可塑剤(F)、及び溶剤(G)を含有してなるウレタン組成物であって、
    前記ウレタン組成物100重量部に対して、エチレン−α−オレフィンコオリゴマー(C)を0.01〜5重量部、および
    アクリロニトリル又はその変性体からなる重合体であって、平均粒子径100μm以下である表面処理有機中空フィラー(D)を0.1〜5重量部含有し、前記エチレン−α−オレフィンコオリゴマー(C)の添加量と前記有機中空フィラー(D)との添加量の重量比が、(C)/(D)=0.01〜10であることを特徴とする防水材用湿気硬化型ウレタン組成物。
  2. 前記中空フィラー(D)の表面処理が、炭酸カルシウム、タルク又は酸化チタンの1種以上で被覆されたものである請求項1記載の防水材用湿気硬化型ウレタン組成物。
  3. 請求項1、又は2いずれかに記載の湿気硬化型ウレタン防水材。
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