現在、市場にはシリコーン系やポリウレタン系など、多くの種類の単成分反応性弾性シーラントが一般的に流通しています。これらの弾性シーラントは、活性官能基や硬化後の主鎖構造が異なるため、適用箇所や分野に多かれ少なかれ制約があります。本稿では、いくつかの一般的な単成分反応性弾性シーラントの硬化メカニズムを紹介し、それぞれの長所と短所を比較することで、実用化における理解を深め、適切な選択ができるよう解説します。
1. 一般的な一液型反応性弾性シーラントの硬化メカニズム
一般的な一液型反応性弾性シーラントには、シリコーン(SR)、ポリウレタン(PU)、シリル末端変性ポリウレタン(SPU)、シリル末端ポリエーテル(MS)などがあり、プレポリマーは異なる活性官能基と異なる硬化反応機構を有しています。
1.1シリコーンエラストマーシーラントの硬化メカニズム
図1.シリコーンシーラントの硬化メカニズム
シリコーンシーラントを使用する場合、プレポリマーは空気中の微量の水分と反応し、触媒の作用によって固化または加硫します。副生成物は低分子物質です。そのメカニズムを図1に示します。硬化中に放出される低分子物質の種類に応じて、シリコーンシーラントは脱酸型、脱ケトオキシム型、脱アルコール型に分類することもできます。これらのシリコーン接着剤の長所と短所を表1にまとめました。
表1.数種類のシリコーン接着剤の長所と短所の比較
ポリウレタン系シーラントのいくつかの欠点を踏まえ、近年、ポリウレタンをシランで改質して接着剤を製造する試みが行われており、ポリウレタン構造の主鎖とアルコキシシラン末端基を有する新しいタイプのシーリング接着剤、シラン改質ポリウレタン系シーラント(SPU)が開発されている。このタイプのシーラントの硬化反応はシリコーンと同様であり、アルコキシ基が水分と反応して加水分解および重縮合を起こし、安定したSi-O-Si三次元ネットワーク構造を形成する(図3)。ネットワークの架橋点および架橋点間は、ポリウレタンの柔軟なセグメント構造となっている。
1.4 シリル末端ポリエーテル系シーラントの硬化メカニズム
シリル末端ポリエーテルシーラント(MS)は、シラン変性をベースとした一液型弾性接着剤です。ポリウレタンとシリコーンの両方の利点を兼ね備えた新世代の接着シーラント製品であり、PVC、シリコーンオイル、イソシアネート、溶剤を含みません。MS接着剤は室温で空気中の水分と反応し、-Si(OR)または-SIR(OR)-構造のシラン化ポリマーが鎖末端で加水分解され、Si-O-Siネットワーク構造のエラストマーに架橋されて、シーリングおよび接着効果を発揮します。硬化反応プロセスは以下のとおりです。
図4.シリル末端ポリエーテルシーラントの硬化メカニズム
2. 一般的な単成分反応性弾性シーラントの長所と短所の比較
2.1 シリコーンシーラントの利点と欠点
⑴シリコーンシーラントの利点:
①優れた耐候性、耐酸素性、耐オゾン性、耐紫外線性。②優れた低温柔軟性。
⑵シリコーンシーラントの欠点:
①再装飾が難しく、塗装もできません。②引裂強度が低い。③耐油性が不十分です。④耐穿刺性がありません。⑤接着層から油性の浸出液が発生しやすく、コンクリート、石材、その他の緩い下地を汚染します。
2.2 ポリウレタン系シーラントの利点と欠点
⑴ポリウレタンシーラントの利点:
① さまざまな基材への良好な接着性。 ② 優れた低温柔軟性。 ③ 優れた弾性と優れた回復特性を持ち、動的な接合部に適しています。 ④ 高い機械的強度、優れた耐摩耗性、耐油性、および生物学的老化耐性。 ⑤ ほとんどの1液型湿気硬化型ポリウレタンシーラントは溶剤を含まず、基材や環境を汚染しません。 ⑥ シーラントの表面は塗装可能で、使いやすいです。
⑵ポリウレタンシーラントの欠点:
① 高温多湿の環境で比較的速い速度で硬化させると、気泡が発生しやすく、シーラントの性能に影響します。 ② ガラスや金属などの非多孔質基材の部品を接着・密封する場合、一般的にプライマーが必要です。 ③ 浅い色の配合は紫外線による劣化を受けやすく、接着剤の保管安定性は包装や外部環境に大きく影響されます。 ④ 耐熱性および耐老化性がやや不十分です。
2.3 シラン変性ポリウレタンシーラントの利点と欠点
⑴シラン変性ポリウレタンシーラントの利点:
① 硬化時に気泡が発生しません。② 優れた柔軟性、耐加水分解性、耐薬品安定性を備えています。③ 優れた耐候性、耐熱性、耐老化性、製品の保管安定性を備えています。④ 基材への適応性が高く、接着時に一般的にプライマーは不要です。⑤ 表面に塗装できます。
⑵シラン変性ポリウレタンシーラントの欠点:
① 耐紫外線性はシリコーン系シーラントほど良くない。 ② 耐引裂性はポリウレタン系シーラントよりやや劣る。
2.4 シリル末端ポリエーテル系シーラントの利点と欠点
⑴シリル末端ポリエーテルシーラントの利点:
① ほとんどの基材に対して優れた接着性を持ち、プライマー不要の活性化接着を実現できます。 ② 通常のポリウレタンよりも優れた耐熱性と耐紫外線老化性を備えています。 ③ 表面に塗装することができます。
⑵シリル末端ポリエーテルシーラントの欠点:
① 耐候性はシリコーンほど良くなく、経年劣化後に表面にひび割れが生じる。 ② ガラスへの接着性が悪い。
以上の説明を通して、一般的に使用されている数種類の単成分反応性弾性シーラントの硬化メカニズムについて概説し、それぞれの長所と短所を比較することで、各製品の全体像を把握することができました。実際の用途においては、接着部の実際の使用条件に応じてシーラントを選択することで、接着部の良好なシーリングや接着を実現できます。
投稿日時:2023年11月15日
