JP2006062950A

JP2006062950A - 水系ウレタンモルタル組成物

Info

Publication number: JP2006062950A
Application number: JP2005206090A
Authority: JP
Inventors: Manabu Ikeda; 学池田; Masahiro Uchida; 昌宏内田; Satoshi Yamaguchi; 聖史山口; Fumio Asakawa; 文男浅川
Original assignee: Aica Kogyo Co Ltd
Current assignee: Aica Kogyo Co Ltd
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2025-07-14
Also published as: JP5283308B2; CN1746128A; CN1746128B

Abstract

【課題】硬化収縮を大きく下げることなく塗膜の収縮による、そり、ひび割れを防止しつつ、耐熱性や物性を保持して塗布作業性や表面外観を損なうことなく、塗膜厚みが１〜４ｍｍの薄膜層であっても、硬化収縮しても反り上がりや表層の亀裂を発生させない水系ウレタンモルタル組成物を得ること。
【解決手段】ポリエステルポリオール、イソシアネート化合物並びに水硬性モルタルを含む骨材を配合してなる水系ウレタンモルタル組成物において、圧縮強度が３０Ｎ／ｍｍ^２以上であり、かつ収縮応力が３．０〜１０．０Ｎ／ｍｍ^２である場合に、材料強度や表面強度が向上し、塗膜表面に傷がつきにくく、さらに、反り上がり現象や表層の亀裂誘発が無いことを見出した。
【選択図】なし

Description

本発明は、施工現場での混合作業が行いやすく、施工作業の作業性に優れ、仕上り後の性能や仕上がり外観にばらつきやムラが生じにくく、防水性、耐熱性、耐熱水性、耐磨耗性、耐熱衝撃性などの要求される床の施工に使用される水系ウレタンモルタル組成物に関する。

従来、厨房室、試験室、薬品・化学工場、電子回路の工場などの床には防水性、耐熱性、耐薬品性、耐熱水性並びに耐衝撃強度などが要求されるため、打設したコンクリート表面に強化樹脂を被覆した複合床が施工されたり、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂とモルタルとを配合した樹脂モルタル系の床が施工されていた（特公昭５６−５７０４号）。

しかしながら、強化樹脂系の施工は、ほぼ１ヶ月を要するコンクリートの硬化、乾燥を待って行う必要があるため工期が長くなるという問題や、コンクリートの乾燥が不完全であるとコンクリート中から揮発した水分が表面を被覆している樹脂防水層や強化樹脂層を突き上げるために膨れが生じて施工不良となるという問題や、強化樹脂層の施工では施工が多工程に亘るために施工期間が長くなるといった問題があった。

また、樹脂モルタル系の床の施工など、特にウレタン系樹脂を使用した施工の場合には、配合した直後から樹脂の硬化が進行するために可使時間が短く、施工しづらいという問題がある。さらに、ウレタン樹脂の硬化剤として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などが例示されるが、前者は毒性、刺激臭があり適さない、後者は前者より毒性は低いものの結晶化しやすく、冬季においては保温若しくは加熱あるいは溶剤に溶解した状態での使用が必要になる。更に、ＭＤＩプレポリマーなどは粘度が高くて作業性が悪い、耐熱性、耐磨耗性などの性能が良くないなどの課題があった。

エポキシ樹脂系の樹脂モルタルを使用した場合には硬化時間が長くて施工に適さないという問題や、施工後に硬化剤に使用するアミン類などが施工後に放出されるために、臭気が残り好かれないという問題があった。また、電子部品の工場などの床では硬化後に放出されるガスが電子部品の製造工程で悪影響を及ぼすなどの問題があった。

一方、施工現場での混合操作にて均一に分散しやすく、施工作業の作業性に優れ、施工後の性能や仕上がり外観にばらつきやムラが生じにくいモルタル組成物として、水硬性モルタル、水、モルタル減水剤、ポリオールおよび２個以上のイソシアネート基を含む化合物からなる水系ウレタンモルタル組成物（特開平８−１６９７４４号、特開平１１−７９８２０号）が提案されている。

しかし、実際の現場においては個々に施工環境が異なり、特に冬場の施工における低温硬化性や、工程上の養生時間の硬化時間短縮が要求される場合がある。上記のような複数の反応が同時に進行して硬化する系において、各反応を制御し、優れた機能を損なわず、かつ仕上がり外観や施工作業性に影響をあたえず様々な施工環境に対応するための適当な硬化反応調整剤が望まれていた。

さらに、水硬性モルタル、水、骨材、ひまし油系ポリオール等の疎水性のポリオール、及び、ジイソシアネート化合物の反応で得られるイソシアネート基末端プレポリマーを含有するイソシアネート成分からなる水系ウレタンモルタル組成物（特開２０００−７２５０７号）も提案されている。

しかし、このような水系ウレタンモルタル組成物の硬化物は、ポリイソシアネート化合物と水との反応で生成したポリウレアによって下地コンクリートよりも固い樹脂塗膜となるため、水系ウレタンモルタル組成物の硬化物の硬化収縮により、実際の現場においては表層に亀裂が発生したり、反り上がり変形などにより、水系ウレタンモルタル組成物の硬化物が下地コンクリートから剥離するという問題があった。

このような問題点を解決する手段として、ポリエステルポリオール、イソシアネート化合物並びに水硬性モルタルを含む骨材を配合してなる水系ウレタンモルタル組成物（特願２００３−２０２８１４）が提案されている。この水系ウレタンモルタル組成物においては、硬化収縮をできるだけ抑えるべく、その硬化物の収縮応力が４．０±２．０Ｎ／ｍｍ^２の範囲である時に、反り上がり現象や表層の亀裂誘発が無いことが開示されている。

一方で、硬化収縮をできるだけ抑えると材料強度や表面強度が低下し、塗膜表面に傷がつきやすくなる等の問題が発生するといった問題があった。
特公昭５６−５７０４号特開平８−１６９７４４号特開平１１−７９８２０号特開２０００−７２５０７号特願２００３−２０２８１４号

従来の水系ウレタンモルタル組成物は、通常３〜１０ｍｍの厚みで塗り広げるが、塗布してから硬化する間に樹脂成分が僅かに表面に浮き上がるので、平滑な表面に仕上がると考えられている。ところがこのとき、表面の樹脂成分だけからなる層と骨材を含む中心部の層の収縮率が異なるので、反り上がり現象や表層の亀裂誘発が潜在的に起きていることがわかった。

この反り上がりや表層の亀裂を防止するために、硬化収縮をできるだけ抑えるべく、水系ウレタンモルタル組成物における水やイソシアネート化合物の含有量を減らすことも考えられるが、これにより収縮は幾分低減できるものの、混合物の粘度が上昇するために塗布作業性や表面外観を著しく悪化させるのでむしろ好ましくない。

さらに、上記方法にて収縮応力を下げると材料強度や表面硬度が低下し、傷がつきやすい等の問題が発生する。そこで、塗膜厚みを変えることで、硬化収縮を大きく下げることなく塗膜の収縮による、そり、ひび割れを防止しつつ、耐熱性や物性を保持して塗布作業性や表面外観を損なうことなく、塗膜厚みが１〜４ｍｍの薄膜層であっても、硬化収縮しても反り上がりや表層の亀裂を発生させない水系ウレタンモルタル組成物を得ることを試みた。

本発明は、前記のような課題を解決するために、ポリエステルポリオール、イソシアネート化合物並びに水硬性モルタルを含む骨材を配合してなる水系ウレタンモルタル組成物に関するものである。特に、上記の水系ウレタンモルタル組成物において、硬化後の圧縮強度が３０Ｎ／ｍｍ^２以上で、かつ収縮応力が３．０〜１０．０Ｎ／ｍｍ^２である場合に、材料強度や表面強度が向上し、塗膜表面に傷がつきにくく、さらに、反り上がり現象や表層の亀裂誘発が無いことを見出した。以下詳細に説明する。

本発明に係わる主剤のポリオールとしては、分子量が１０００〜３０００で両末端に水酸基を持ち、アルキレン側鎖を持つポリエステルポリオール、好ましい具体例として、ブチルエチルプロパンジオール（２−ブチル−２エチル−１、３プロパンジオール）とアジピン酸の重縮合物がある。分子量が１０００未満であると耐熱性が劣り、３０００を超えると作業性が悪くなり仕上がりの劣るものとなる。また、その配合量は、主剤のポリオール成分中に２０重量％以下であり、好ましくは３〜１５重量％である。２０重量％を超えると組成物の粘度が高くなり、作業性や仕上がり観が悪くなる。具体的な製品として協和発酵（株）：キョ−ワポール２０００ＢＡなどがある。該縮合物は分子構造に起因して耐加水分解性に優れ、常温において１〜３０Ｐａ・Ｓの粘度であることから取り扱い性が容易である。

硬化剤のイソシアネート化合物としては下記の一般式で表される多核ポリフェニレンポリメチルポリイソシアネート（以下ポリメリックＭＤＩと略す）を含有するものが使用に適しており、具体的な製品として、日本ポリウレタン（株）：ＤＲＣ３４７６、ＷＣ−１０３、ＭＲ−２００、ＢＡＳＦＩＮＯＡＣポリウレタン（株）：ＭＢ−５Ｓなどがある。

主剤のポリエステルポリオール、硬化剤のポリメリックＭＤＩの配合割合は、主剤１００重量部に対して硬化剤８０〜１２０重量部が適している。８０重量部以下では作業性、塗膜硬化物の物性が劣るため好ましくない。一方、１２０重量部以上では発泡などの問題があり適さない。

主剤と硬化剤とともに配合される骨材には、水硬性モルタル、硅砂などの細骨材、消石灰、ガイシ粉末、流動化剤などが必要に応じて単一または、組み合わせて使用され、前記骨材に含まれる水硬性モルタルは、全骨材中の１０〜３０重量％、前記主剤１００重量部に対して７０〜１５０重量部であることが好ましい。これらの範囲を超えると、発泡により仕上がり表面がゆず肌状なったり、塗布作業性が悪くなる。前記水硬性モルタルは、ポルトランドモルタル、アルミナモルタル、高炉モルタル、早強ポルトランドモルタル、白色ポルトランドモルタルなどが単体若しくは混合して使用される。なお、施工床の色調を特定色に設定したい場合には白色ポルトランドモルタルが使用されれば、淡色の床に仕上ることが可能になり、又各種の顔料を添加することによって各種の着色床に仕上ることが容易に実施できる。

上記配合の水系ウレタンモルタル組成物では、主剤のポリエステルポリオールの長い鎖状の両末端にのみ水酸基があり、かつアルキレン側鎖が存在するために立体的に反応が抑制されるほか、水硬性モルタルによる吸水、細骨材などが官能基の周囲に存在するため反応が抑制される。その結果、塗膜の収縮応力を減少させ、さらに、塗膜の圧縮強度を増加させることができ、後述する耐熱衝撃性が付与される。

本発明になる水系ウレタンモルタル組成物を床などに施工するには、コンクリートなど基体上にそのまま、若しくはプライマー塗布したのち、該モルタル系組成物をコテ、ブラシ、ローラー等の塗布手段により厚み１〜４ｍｍにならし塗布して塗布層を形成するとともに硬化させて樹脂モルタル硬化層とすることができる。

コンクリートなどの基体に樹脂防水材を塗工して床として仕上た時に、基体の含水率が１０％以上と高い場合には、基体中の水分が揮発して樹脂防水層を突き上げるために基体と樹脂防水材の層間に膨れが生じることが頻発しているが、本発明になる水系ウレタンモルタル組成物では密着性に優れるためにコンクリートなどの基体の含水率が１０％以上と高い状態で施工しても施工後に基体との層間に膨れや剥離が発生しない点に利点がある。また、該樹脂モルタル硬化層の上に、更に樹脂塗料、樹脂コーテイング材、強化樹脂防水材、樹脂防水材などを塗工して重層構造に仕上ることもできる。

以下、本発明について実施例、比較例により詳細に説明する。配合について重量部を単に部として記載する。また、本発明は当然これに限定されるものではない。

本発明の水系ウレタンモルタル組成物は均一な混合物となり、混合作業、塗工作業が容易になり、塗膜厚みが１〜４ｍｍの薄膜層であっても、耐熱性に優れ、反り上がりを生じない。かつエポキシ樹脂を使用した樹脂モルタルでは問題となっている硬化剤成分などに起因するアウトガスの問題がなくなるため、厨房室、各種試験室・測定室、化学工場、電子機器工場、浴室、温泉などの床などの用途において問題なく利用できる。

実施例１
主剤として、水分散型ポリエステルポリオール（住化バイエル：ＶＰＬＳ２２４８）７３部及びポリエステルポリオール{協和発酵（株）：キョ−ワポール２０００ＢＡ}１２部、トナー５部、シリコーン系消泡剤１０部を配合した。硬化剤としてＷＣ−１０３、７５部及びＭＢ-５Ｓ、２５部を配合した。さらに、表１の配合例１の水硬性モルタルを含む骨材４００部を配合して実施例１の水系ウレタンモルタル組成物を調製した。
実施例２
主剤として、水分散型ポリエステルポリオール（住化バイエル：ＶＰＬＳ２２４８）９０部及びポリエステルポリオール{協和発酵（株）：キョ−ワポール２０００ＢＡ}５部、トナー５部、シリコーン系消泡剤１０部、硬化剤としてＭＲ−２００、１００部を配合した。さらに、表１の配合例２の水硬性モルタルを含む骨材９５０部を配合して実施例２の水系ウレタンモルタル組成物を調製した。

実施例３
実施例２の配合において、主剤にＶＰＬＳ２２４８のみを１００部、硬化剤にＤＲＣ３４７６を５０部、ＷＣ−１０３を５０部使用した。さらに、表１の配合例２の水硬性モルタルを含む骨材９５０部に配合変更して実施例３の水系ウレタンモルタル組成物を調製した。

比較例１
実施例１において、ＶＰＬＳ２２４８を６３部及び２０００ＢＡを２２部に配合変更し、比較例１の水系ウレタンモルタル組成物を調製した。

比較例２
実施例１において、表１の配合例１の水硬性モルタルを含む骨材３００部に配合変更して比較例２の水系ウレタンモルタル組成物を調製した。

比較例３
実施例２において、表１の配合例２の水硬性モルタルを含む骨材５００部に配合変更して比較例３の水系ウレタンモルタル組成物を調製した。

比較例４
実施例２の配合において、表１の配合例３の水硬性モルタルを含む骨材９５０部に配合変更して比較例４の水系ウレタンモルタル組成物を調製した。

評価はまず各材料について耐熱衝撃性の評価を行い、次に塗膜が熱を受け、冷却された際の収縮を応力として測定した。

耐熱衝撃性試験
試験体
市販の３００×３００×厚み６０ｍｍコンクリート平板（含水率12％）を１５０×１５０×６０ｍｍにカットして＃２４０サンドペーパーにて表面を研磨したものを下地とし、各材料を所定厚みに塗布した。この試験体を２３℃、湿度５０％雰囲気下にて７日間養生後、試験体側面及び底面をエポキシ樹脂にてシールし、実験に供した。なお、塗膜厚みは１、２、３、４ｍｍの４種類とした。
試験方法
１サイクルにつき所定温度の熱水を５分間と、２０℃の冷水を５分間繰り返し流すこととし、２０００サイクルまで実施し、塗膜の剥離、反り上がり、塗膜クラック等の異常が現れるまでのサイクルを測定した。なお、熱水の温度は９５℃とした。

収縮応力試験
試験方法
上記養生により変化した試験体の長手方向の収縮歪み量Ｌ（ｍｍ）を測定する。次に、長さ１６０×幅１５×厚み８ｍｍ試験体を長手方向にヘッドスピード１ｍｍ／分で引張り、引張り弾性係数Ｅ（Ｎ／ｍｍ^２）を測定する。最後に、引張り弾性係数と収縮歪み量から次式により収縮応力を算出した。

圧縮強度試験
試験方法
圧縮強度の測定はＪＩＳＫ６９１１と同様の方法で試験を行った。１２．７×１２．７×２５ｍｍの試験体を作製して、２３℃、湿度５０％雰囲気下にて７日間養生後、インストロン万能試験機を用いヘッドスピード１ｍｍ／分で圧縮強度を測定した。

耐磨耗性試験
試験方法
上記試験体に各材料を２ｍｍの厚みに塗布した後、２３℃、湿度５０％雰囲気下にて７日間養生後、試験体側面及び底面をエポキシ樹脂にてシールし、実験に供した。
耐磨耗性試験はＪＩＳＫ７２０４プラスチック‐磨耗輪による磨耗と同様の方法で試験を行った。磨耗輪ＣＳ１７に１Ｋｇの負荷をかけて試験片と接触させ、１０００回回転させた後、試験片の表面状態を測定した。結果は表２の通りであった。

耐久性
実施例及び比較例の水系ウレタンモルタル組成物を塗膜厚み１、２、３、４ｍｍに塗布し、９５℃の熱水を５分間と、２０℃の水を５分間繰り返しにおける耐熱衝撃試験サイクル数を測定した。結果は表３の通りであった。

耐薬品性
実施例及び比較例の水系ウレタンモルタル組成物を硬化させた塗膜に、表４に示す薬品溶液を用いてＪＩＳＡ５７０５に準拠した４８時間スポット試験を行い、試験後の外観を評価した。結果は表４の通りであった。

表２〜４の結果より、総合評価を表５に示す。

Claims

ポリエステルポリオール、イソシアネート及び水硬性モルタルを含む骨材を主成分とすることを特徴とする水系ウレタンモルタル組成物。
前記ポリエステルポリオールに、分子量が１０００〜３０００で両末端に水酸基を持ち、かつアルキレン側鎖を持つポリエステルポリオールが含有されていることを特徴とする請求項１記載の水系ウレタンモルタル組成物。
前記イソシアネートがポリフェニレンポリメチルポリイソシアネートであることを特徴とする請求項１または２に記載の水系ウレタンモルタル組成物。
請求項１〜３に記載の水系ウレタンモルタル組成物の硬化後、圧縮強度が３０Ｎ／ｍｍ^２以上であり、かつ収縮応力が３．０〜１０．０Ｎ／ｍｍ^２であることを特徴とする水系ウレタンモルタル組成物。