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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、長所と短所

現在、市場には多くの一般的なタイプの単一成分反応性弾性シーラント、主にシリコーンおよびポリウレタンのシーラント製品が市販されています。弾性シーラントの種類によって、活性官能基や硬化した主鎖構造が異なります。そのため、適用できる部品や分野には多かれ少なかれ制限が生じます。ここでは、理解を深めて実際の用途で適切に選択できるように、いくつかの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を紹介し、さまざまな種類の弾性シーラントの長所と短所を比較します。

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 1 液型反応性弾性シーラントには、主にシリコーン (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) が含まれます。プレポリマーには、異なる活性官能基と異なる硬化反応機構があります。

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と、プレポリマーが空気中の微量の水分と反応し、触媒の作用により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。シリコーンシーラントは、硬化中に放出される低分子物質の違いにより、脱酸タイプ、脱ケトキシムタイプ、脱アルコールタイプに分類できます。これらのタイプのシリコーン接着剤の長所と短所を表 1 にまとめます。

表 1. 数種類のシリコーン接着剤の長所と短所の比較

シリコン接着剤のメリットとデメリット

1.2 ポリウレタン弾性シーラントの硬化メカニズム

 

一液型ポリウレタンシーラント(PU)は、分子の主鎖に繰り返しのウレタンセグメント(-NHCOO-)を含むポリマーの一種です。硬化メカニズムは、イソシアネートが水と反応して不安定な中間体カルバメートを生成し、これが急速に分解してCO2とアミンを生成し、そのアミンが系内の過剰なイソシアネートと反応し、最終的に網目構造を有するエラストマーを形成します。硬化反応式は以下の通りです。

図1.ポリウレタンシーラントの硬化反応機構

 

1.3 シラン変性ポリウレタンシーラントの硬化メカニズム

 

図3 シラン変性ポリウレタンシーラントの硬化反応機構

 

ポリウレタンシーラントのいくつかの欠点を考慮して、最近ではポリウレタンをシランで変性して接着剤を調製し、ポリウレタン構造の主鎖とアルコキシシラン末端基を備えた新しいタイプのシーリング接着剤が形成されており、これはシラン変性ポリウレタンシーラント(SPU)と呼ばれます。このタイプのシーラントの硬化反応はシリコーンの硬化反応に似ており、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三次元網目構造を形成します(図3)。ネットワーク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です。

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、シラン修飾をベースとした単一成分の弾性接着剤です。ポリウレタンとシリコーンの両方の利点を組み合わせた、PVC、シリコーン オイル、イソシアネート、溶剤を含まない新世代の接着シーラント製品です。MS接着剤は室温で空気中の水分と反応し、-Si(OR) OR -SIR(OR)-構造を持つシラン化ポリマーが鎖末端で加水分解し、Si-O-で架橋してエラストマーとなります。 Siネットワーク構造により封止・接合効果を実現。硬化反応プロセスは次のとおりです。

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

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. 一般的な一液型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長所と短所

 

⑴シリコーンシーラントのメリット:

 

① 耐候性、耐酸素性、耐オゾン性、耐紫外線性に優れている。②低温柔軟性に優れています。

 

⑵シリコンシーラントのデメリット:

 

①再装飾が苦手で塗装ができない。②引き裂き強度が低い。③耐油性が不十分である。④耐突き刺し性がない。⑤粘着層は油性浸出液を生成しやすく、コンクリート、石材、その他の緩い下地を汚染します。

 

2.2 ポリウレタンシーラントの長所と短所

 

⑴ポリウレタンシーラントのメリット:

 

① さまざまな基材への接着​​性に優れています。②低温柔軟性に優れる。③ 弾性が良く、回復性に優れ、動的関節に適しています。④ 機械的強度が高く、耐摩耗性、耐油性、生物学的老化耐性に優れています。⑤ ほとんどの一液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。

 

⑵ポリウレタンシーラントのデメリット:

 

① 高温多湿環境下で比較的速い速度で硬化すると気泡が発生しやすくなり、シール剤の性能に影響を及ぼします。② 非多孔質基材(ガラス、金属など)のコンポーネントを接着およびシールする場合、一般にプライマーが必要です。③ 浅い カラーフォーミュラは紫外線による老化の影響を受けやすく、接着剤の保存安定性は包装や外部条件に大きく影響されます。④ 耐熱性、耐老化性が若干不十分です。

 

2.3 シラン変性ポリウレタンシーラントの長所と短所

 

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ない。② 柔軟性、耐加水分解性、耐薬品性安定性に優れています。③耐候性、耐熱性、耐老化性、製品の保存安定性に優れている。④ 接着時の被着体への適応性が広い 通常、プライマーは必要ありません。⑤表面塗装も可能です。

 

⑵シラン変性ポリウレタンシーラントのデメリット:

 

① 耐紫外線性はシリコーンシーラントほど良くありません。②耐引き裂き性はポリウレタンシーラントに比べて若干劣ります。

 

2.4 シリル末端ポリエーテルシーラントの長所と短所

 

⑴シリル末端ポリエーテル系封止剤の利点:

 

① ほとんどの基材に対して優れた接着特性を有し、プライマーフリー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 表面に塗装が可能です。

 

⑵シリル末端ポリエーテル封止剤の欠点:

 

① 耐候性はシリコーンに劣り、経年劣化により表面にクラックが発生します。②ガラスとの密着性が悪い。

 

上記の紹介により、一般的に使用されるいくつかのタイプの単一成分反応性弾性シーラントの硬化メカニズムを予備的に理解し、それらの長所と短所を比較することで、各製品の全体的な理解を得ることができます。実際の用途では、接着部分の実際の塗布条件に応じてシーラントを選択し、塗布部分の良好なシールまたは接着を実現できます。

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投稿日時: 2023 年 11 月 15 日