JP2022050157A - 湿気硬化型組成物、および該湿気硬化型組成物を使用する塗膜の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特にウレタンは高伸長や高強度などの様々な要求特性を満足さることが可能で処方設計自由度が非常に高いことから、塗膜防水材だけではなく、シーリング材や接着剤、塗料などのコーティング材といった様々な用途で使用され、実用化されて長年の実績のあるバインダーとして知られている。
しかし、ウレタンは反応性の高いイソシアネートを含有しているため、生態系や環境に対する有害性の観点から、脱イソシアネートが好まれる傾向にある。
しかし、加水分解性シリル基を有する重合体は、塗膜防水材に求められる高伸長かつ高強度といった機械物性を発現することが困難であった。
低粘度化を目的に有機溶剤を使用し作業性仕上がり性を改良することも考えられるが、生態系及び環境への有害性の観点から、無溶剤や水系タイプが求められる傾向にある。また有機溶剤は経時で硬化塗膜から揮発することによる塗膜収縮率が大きいため、コンクリートなどの基材への追従性が劣る場合、塗膜の亀裂や基材の密着性が劣るといった問題があった。
具体的には、所定の条件(例えばpH9の条件である)において、シラン変性ポリマー(A)のシラン含有基の半分量が加水分解される時間(シラン含有基の半減期)を1.0とした場合、同条件における反応性を有する材料(C)の反応性基の半分量が加水分解される時間(反応性基の半減期)が0.1~20倍であれば、(A)、(B)、(C)を混合して得られた湿気硬化型組成物を塗布、硬化後1週間程度の初期の段階で最大機械物性を発現することが可能となる。半減期を測定する温度は(A)および(B)が液体である温度であればよく、例えば20℃以上30℃以下の温度であってもよい。(A)のシラン含有基の半減期を測定する温度と、(C)の反応性基の半減期を測定する温度は同じであることが好ましいが、±5℃以内の差異があってもよい。
より具体的には、シラン変性ポリマー(A)がアルコキシシリル基を有するポリマーである場合、アルコキシシランの半分量がシラノールに加水分解される時間(半減期)を1.0とした場合、その0.1~20倍の半減期を有する反応性を有する材料を用いることで、経時でモジュラスなどの機械物性の変化が小さい湿気硬化型組成物を与えることが可能である。
反応性を有する材料は、シラン変性ポリマーと反応する反応性基を有する材料であればよく、反応性基の含有量は問わないが、塗膜の収縮を低減させる効果は、反応性を有する材料に含まれる反応性基の量が所定量以下(例えば10重量%以下)であることが特に好ましい。この範囲の反応性基の量であれば、反応性基の反応により副生する物質(例えば、アルコールである)が塗膜から蒸散する量が少ないため、塗膜の収縮低減がより少なくなるためである。
さらに前記反応性を有する材料中の反応性基の含有量が0.5重量%以上10重量%以下である場合においては、塗膜収縮がより小さい湿気硬化型組成物が実現可能となる。
また、反応性を有する材料により湿気硬化型組成物全体の粘度を低下させると、湿気硬化型組成物の塗布工程の作業性が向上し、塗膜の仕上がり性が向上することから、好適である。
本発明におけるシラン変性ポリマー(A)は、少なくとも1つの湿気反応性オルガノシリル基を含む。これは、ポリマー骨格の一端に連結した末端オルガノシリル基であってもよい。好ましくは、少なくとも1つのポリオキシアルキレン構造単位を含むシラン変性ポリマーである。
シラン変性ポリマー(A)は有機重合体であれば特に限定されず、例えばポリオキシプロピレン重合体、ポリオキシブチレン重合体、ポリイソブチレン重合体、(メタ)アクリル酸エステル系重合体、またはこれら重合体を複数用いた有機重合体等であってもよい。
Y-[(CR1 2)b-SiRa(OR2)3-a]x (1)
(式(1)中、Yは、窒素、酸素、硫黄または炭素を介して結合されているx価の有機ポリマー基であって、ポリマー鎖として、ポリオキシアルキレンまたはポリウレタンを含むx価の有機ポリマー基であり、
Rは、同じであっても異なってもよく、一価の、場合によって置換されているSiC-結合した炭化水素基であり、
R1は、同じであっても異なってもよく、水素原子、または炭素原子に窒素、リン、酸素、硫黄もしくはカルボニル基が結合することができる一価の、場合によって置換されている炭化水素基であり、
R2は、同じであっても異なってもよく、水素原子、または一価の、場合によって置換されている炭化水素基であり、
xは、1 から1 0 までの整数であり、
aは、0 、1 、もしくは2 であり、
bは、1 から1 0 までの整数である。)
-O-C(=O)-NH-(CR1 2)b-SiRa(OR2)3-a (2)
-NH-C(=O)-NR’-(CR1 2)b-SiRa(OR2)3-a (3)
(式(2)、式(3)中、基および添字はそれらに対して上で特定された定義の一つを有し、
R’は、同じであっても異なってもよく、Rに対して与えられた定義を有する。)
塗布後に湿気により皮膜を形成する成分である。
シラン変性ポリマー(A)は、商業的な製品として購入することができ、または、化学的な一般的な方法によって調製することもできる。ポリマー(A)は単体であってもよく、2種類以上の混合物であってもよい。
メチレンスペーサーを介して隣接するウレタン単位に結合している反応性アルコキシシリル基を有するいわゆるα‐シラン末端のポリマーは、シラン変性ポリマー(A)として特に好適である。反応性が高く、空気と接触した際に高い硬化速度を達成することから、有毒なスズ触媒の配合の必要がないためである。市販のα―シラン末端ポリマーは、Wacker―Chemie AGからのGENIOSIL(登録商標)STP-E10またはSTP-E30である。
基Rは、好ましくは場合によってハロゲン原子によって置換されており1から6個の炭素原子を有している一価の炭化水素基を、より好ましくは1個または2個の炭素原子を有するアルキル基、より特定的にはメチル基を含む。
好ましくは、R1は、水素原子および1から20個までの炭素原子を有する炭化水素基であり、より特定的には水素原子である。
基R2は、好ましくは、水素原子、または場合によってハロゲン原子によって置換されており、1から10個までの炭素原子を有するアルキル基、より好ましくは1から4個までの炭素原子を有するアルキル基、より特定的にはメチルおよびエチル基である。
基R’は、好ましくは、基-CH(COOR”)-CH2-COOR”または1から20個までの炭素原子を有する、場合によって置換されている炭化水素基、より好ましくは1から20個までの炭素原子を有する直鎖の基、分枝した基もしくはシクロアルキル基、または6から20個の炭素原子を有しており、場合によってハロゲン原子によって置換されているアリール基である。
-O-C(=O)-NH-(CR1 2)b-SiRa(OR2)3-a (2)
-NH-C(=O)-NR’-(CR1 2)b-SiRa(OR2)3-a (3)
(式(2)、式(3)中、基および添字はそれらに対して上で特定された定義の一つを有し、
Rは、同じであっても異なってもよく、一価の、場合によって置換されているSiC-結合した炭化水素基であり、
R’は、同じであっても異なってもよく、Rに対して与えられた定義を有する。)
このポリオキシアルキレン基Yは、200から30,000、好ましくは1,000から20,000のMn(数平均分子量)を有する。そのようなシラン変性ポリマー(A)を調製するための適切な製造方法およびシラン変性ポリマー(A)の例それ自体も、既知であり、本明細書の開示内容に含まれるEP1535940B1またはEP1896523B1を含めた出版物に記載されている。対応するシラン末端ポリマーは、例えば、Wacker Chemie AGからGENIOSIL(登録商標)STP-Eの名称の下で市販されてもいる。
シリコーン樹脂(B)は、シリコーン樹脂(A)とともに用いられることにより、塗膜防水材のマトリックスに組み込まれ、高強度の機械物性を発現させるものである。
シリコーン樹脂(B)の形態は特に限定されず、例えば液体、粉体、分散液、ゾル等であってもよく、粉体に被覆されていてもよい。
上記のシリコーン樹脂(B)はの例は、典型的には、下記一般式(4)を含有する。
R3 c(R4O)dR5 eSiO(4-c-d-e)/2 (4)
(式(4)中、
R3は、同じであっても異なってもよく、水素原子、一価の、SiC-結合した、場合によって置換されている脂肪族炭化水素基、または式(4)の2つの単位を橋かけしている二価の、場合によって置換されている脂肪族炭化水素基であり、
R4は、同じであっても異なってもよく、メチル基またはエチル基であり、
R5は、同じであっても異なってもよく、一価の、SiC-結合した、場合によって置換
されている芳香族炭化水素基であり、
cは、0、1、2、もしくは3であり、
dは、0、1、2、3もしくは4であり、
eは、0、1、もしくは2であり、
c+d+e≠0である)
しかしながら、基R3は、好ましくは、ハロゲン原子により場合によって置換されており、1から18個までの炭素原子を有する一価のSiC-結合した脂肪族炭化水素原子群、より好ましくは1から8個までの炭素原子を有する脂肪族炭化水素基、より特定的にはメチル基を含む。
基R5は、好ましくは、場合によってハロゲン原子によって置換されており1から18までの炭素原子を有するSiC-結合した芳香族炭化水素基、例えば、エチルフェニル、トリル、キシリル、クロロフェニル、ナフチル、またはスチリル基、より好ましくはフェニル基を含む。
上記範囲であれば、ポリマーマトリックスを形成する成分以外の成分が大量に組成物に残存することがなく、組成物としての十分な性能が発揮され、形成するポリマーマトリックスの量が十分で、求められる引張強さや伸び、引裂強度などの機械的特性が十分になり、接着不良、皮膜の割れ、など硬化物としての欠陥発生が少なく、かつ、他成分による弊害を起す可能性が低くなるからである。
反応性を有する材料(C)は、所定の半減期を有する、シラン変性ポリマー(A)と反応する反応性基を含むものであれば特に限定されない。アルコール系、オキシム系、カルボン酸系、アミン系、アミド系等であってもよい。これらの反応性を有する材料はスズ化合物等の触媒存在下でシラン変性ポリマー(A)と反応する。
シラン変性ポリマー(A)を希釈する意味において、反応性を有する材料(C)の粘度はシラン変性ポリマー(A)よりも低いことが望ましい。反応性を有する材料(C)の粘度が2,200mPa・sよりも低い粘度であれば、さらに好適である。
R3 c(R4O)dR5 eSiO(4-c-d-e)/2 (4)
(式(4)中、
R3は、同じであっても異なってもよく、水素原子、一価の、SiC-結合した、場合によって置換されている脂肪族炭化水素基、または式(4)の2つの単位を橋かけしている二価の、場合によって置換されている脂肪族炭化水素基であり、
R4は、同じであっても異なってもよく、メチル基またはエチル基であり、
R5は、同じであっても異なってもよく、一価の、SiC-結合した、場合によって置換されている芳香族炭化水素基であり、
cは、0、1、2、もしくは3であり、
dは、0、1、2、3もしくは4であり、
eは、0、1、もしくは2であり、
c+d+e≠0である)
Y-[(CR51 2)g-SiR50 f(OR52)3-f]w (5)
(式(5)中、Yは、窒素、酸素、硫黄または炭素を介して結合されているw価の、ポリマー鎖として、ポリオキシアルキレンまたはポリウレタンを含む有機ポリマー基であって、
R50は、同じであっても異なってもよく、一価の、場合によって置換されているSiC-結合した炭化水素基であり、
R51は、同じであっても異なってもよく、水素原子、または炭素原子に窒素、リン、酸素、硫黄もしくはカルボニル基が結合することができる一価の、場合によって置換されている炭化水素基であり、
R52は、同じであっても異なってもよく、水素原子、または一価の、場合によって置換されている炭化水素基であり、
wは、1であり、
fは、0 、1 、もしくは2 であり、
gは、1 から1 0 までの整数である。)
上記式(5)における反応性を有する材料(C)は、反応性を有する材料(C)の1分子に、平均して1個のシラン変性基を有する。シラン変性基を、1つの末端にのみ有する片末端変性タイプである場合において、末端の一部が未反応で残る場合もある。
R22-O-Z1-O-CO-NH-(CH2)-SiR20 v(OR21)3-v (6)
R24-O-Z2-O-CO-NH-(CH2)3-Si(OR23)3 (7)
(式(6)、式(7)中
Z1は、C結合したヒドロキシル基を含まない二価のポリマー基を示し、
Z2は、C結合したヒドロキシル基を含まない二価のポリマー基を示し、
R20は、同一であっても異なっていてもよく、一価のSiC結合した置換されていてもよいヒドロカルビル基を表し、
R21は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子又は一価の置換されていてもよいヒドロカルビル基を表し、
R23は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子又は一価の置換されていてもよいヒドロカルビル基を表し、
R22は、一価の置換されていてもよいヒドロカルビル基を表し、
R24は、一価の置換されていてもよいヒドロカルビル基を表し、
vは、0又は1、好ましくは0である)
R22-O-Z1-OH (8)
のポリマーと以下の式
OCN-(CH2)-SiRv(OR21)3-v (9)
のシランとを反応させることにより調製され、式中全ての基及び添え字は、上記一般式(6)、(7)の定義の1 つを有する。
R24-O-Z2-OH (10)
のポリマーと以下の式
OCN-(CH2)3-Si(OR23)3 (11)
のシランとを反応させることにより調製され、式中全ての基及び添え字は、上記の定義の1 つを有する。
上記一般式(1)に示すシラン変性ポリマー(A)を含有する湿気硬化型組成物を、各種用途において各種基材にコーティングする際のコーティング材組成物としての形態、組成物内容は限定されない。
典型的な用途である、建築建材や工業構造物などの基材にシラン変性ポリマーを含有する湿気硬化型組成物を塗布する場合は、下記の組成物であることが好ましい。
シラン変性ポリマー(A): 5~90質量部
シリコーン樹脂(B): 5~90量部
反応性を有する材料(C): 5~80質量部
無機粒子(D):0~20質量部
揺変剤(E):0~10質量部
アミン化合物(F): 0.01~10質量部
脱水剤(G): 0~10質量部
安定化剤(H): 0.01~5質量部
充填剤(I): 0~80質量部
硬化触媒(J): 0~5質量部
ただし、各成分の質量部は、湿気硬化型組成物全体を100質量部とした場合の質量部である。
その親水性基と疎水性基の比率を調整することにより、系における無機粒子の凝集性や溶解性を制御できる。
フュームドシリカ粒子は、多次の凝集構造を取っている。そのため、凝集レベルに応じて表面の親水基と疎水基のバランスを制御したり、凝集単位を組み換えたりすることができる。
また、フュームドシリカ粒子は、多孔質構造を有しているので、表面積が大きくなり、より会合や吸着の機能が大きくなるため、系をより安定、均一に生成できるからである。
度の大きさであり、1次粒子が凝集して1次凝集体、すなわち2次粒子を形成している。
1次凝集体の大きさは、通常、100~400ナノメートル程度である。1次粒子同士は
化学結合により融合しているので、1次凝集体を分離するのは通常困難である。さらに、1次凝集体同士が凝集構造を形成しており、これを2次凝集体、すなわち3次粒子と称する。2次凝集体の大きさは概ね10μm程度である。2次凝集体における1次凝集体間の凝集形態は、通常、化学結合ではなく、水素結合やファンデルワールス力によるものである。
アミン化合物(F)は、構造や分子量は特に限定されず、商業的な製品として購入することができ、または、化学な一般的な方法によって調製することもできる。
アミン化合物(F)は単体であっても、2種類以上の混合物のいずれでも構わない。
DhSi(OR31)iR32 jO(4-i-j-h)/2 (12)
(式(12)中、R31は、同じであっても異なってもよく、水素原子または場合によって置換されている炭化水素基を示し、
Dは、同じであっても異なってもよく、塩基性窒素を含む一価のSiC-結合した基を示し、
R32は、同じであっても異なってもよく、塩基性窒素を含んでいない場合によって置換されている一価のSiC-結合した有機基を示し、
iは、0、1、2、または3、好ましくは1または0であり、
jは、0、1、2、または3、好ましくは1、2、または3、より好ましくは2または3であり、
hは、1、2、3、または4、好ましくは1であり、ただし、f+g+hの合計は、4以下であり、分子当り少なくとも1つの基Dが存在する。)
0.01質量部未満だと、硬化不良および/または接着不良が起きる可能性があるからである。10質量部を超えると、必要のない反応を起こさせたり、皮膜表面にしわの発生、塗膜形成後に周囲の材料を変質させるなどの弊害を起す可能性があり、また可使時間が短くなることにより施工不良が起きる可能性がある。また、保存安定性で増粘・ゲル化・硬化などの不具合が生じ可能性があるからである。より好ましくは、0.5~3.0質量部の範囲である。
脱水剤(G)は、商業的な製品として購入することができ、または、化学的な一般的な方法によって調製することもできる。
成分(G)は単体であっても、2種類以上の混合物のいずれでも構わない。
安定化剤(H)は、商業的な製品として購入することができ、または、化学的な一般的な方法によって調製することもできる。
安定化剤(H)は単体であっても、2種類以上の混合物のいずれでも構わない。
充填剤(I)は、商業的な製品として購入することができ、または、化学的な一般的な方法によって調製することもできる。
充填剤(I)は単体であっても、2種類以上の混合物のいずれでも構わない。
上記の充填剤は、例えば、オルガノシランおよび/もしくはオルガノシロキサンによる、または、ステアリン酸による処理によって、またはヒドロキシル基のアルコキシ基へのエーテル化によって疎水化されていてもよい。
硬化触媒(J)は、商業的な製品として購入することができ、または、化学的な一般的な方法によって調製することもできる。
硬化触媒(J)は単体であっても、2種類以上の混合物であってもよい。
シラン変性ポリマー(A)および反応性を有する材料(C)の半減期は、市販の緩衝液を含むNMR溶媒に測定対象物質((A)または(C)である)を添加し、これら混合溶液を撹拌することで加水分解反応を開始させ、撹拌直後から所定時間に、これら混合溶液の1H―NMRスペクトルを測定することにより、測定した。
例えば実施例1、実施例2で用いられるシラン変性ポリマー(A)および反応性を有する材料(C)はいずれも、-Si-O-CH3の構造を有する。この場合、加水分解前(-Si-O-CH3)と、加水分解後(CH3OH)の比率を計測し、加水分解前の物質が半分量となるまでの時間を半減期とする。
pH 4.0:メルク社バッファー溶液サーティピュア(登録商標)(クエン酸/水酸化ナトリウム/塩酸)
pH7.0:JT Baker社製緩衝液(リン酸二水素カリウム/リン酸水素ナトリウム)
pH 9.0:メルク社バッファー溶液サーティピュア(登録商標)pH 9.0(ホウ酸/塩化カリウム/水酸化ナトリウム)
緩衝液2250μLに、シフト試薬兼内部標準である3-(トリメチルシリル)プロピオン酸ナトリウム-2,2,3,3-d4(Na-TSP-d4)を含む重水450μLと、測定対象物質5μLを加え、5mmのNMRサンプルチューブに導入する。
Bruker社製NMR Avance DPX400を使用し、25℃で、5分毎に1H-NMRを測定した。
実施例、比較例で得られた湿気硬化型組成物について、粘弾性測定装置(Physica MCR 301/アントンパール社製)を使用し、せん断速度(10 (1/s))における60秒後の測定値を粘度とした。
粘度が30,000mPa・sより小さい場合、作業性および仕上がり性は良好である。
実施例1~3および比較例1~5の湿気硬化型組成物を、金型に流し込み、へらで平滑に均し、23℃±2℃、湿度50%±5%の条件下で養生することで150mmx150mmx2mmの硬化シートを作成し、28日養生した後の塗膜(硬化物)の線形収縮率(150mmの線形方向に対して収縮した割合)を評価した。
線収縮率が2%未満の場合、塗膜の収縮率は特に良好である。
実施例1~3および比較例1~5の塗膜のJIS K6249に記載の方法(3号ダンベル)で、一週間、2週間、4週間養生後の引張強さおよび伸びをそれぞれ評価した。
引張強さが2.3以上、および伸びが450以上場合、塗膜の機械物性は特に良好であると評価した。
実施例1~3および比較例1~5の塗膜のJIS K6249に記載の方法(3号ダンベル)で、所定期間養生した50%モジュラス(試験片を50%伸長した際の引張応力)を評価した。
実施例1~3および比較例1~5の塗膜について、7日間養生後の50%モジュラスに対する、28日以内の50%モジュラスの最大値と最小値の差の割合が20%未満である場合、最大機械物性を初期の段階で発現したと判断し、機械物性変化率は良好であると評価した。
湿気硬化型組成物の粘度が低く、得られる塗膜の28日後の線収縮率が2%未満であり、かつ、50%モジュラスの変化率が±20%未満であることを、施工後の塗膜の最大機械物性の初期段階での発現と、収縮の小さい塗膜を得るという本発明の課題を解決するための基準とした。
引張強さおよび伸びが大きい塗膜がえられれば、さらに好適である。
湿気硬化型組成物として次の各成分を用いた。
シラン変性ポリマー(A)として、Wacker Chemie AG社製のGENIOSIL(登録商標) STP-E30(粘度が25℃において30、000 mPa・s、上述の一般式(1)においてYはポリマー鎖としてオキシアルキレン基を含むウレタン基を介して結合されている2価の有機ポリマー基であり、R、R1、R2はいずれもメチル基であり、a=1であり、b=1であり、x=2である)を25.0質量部に対して、同社製のGENIOSIL(登録商標) STP-E10(粘度が25℃において10、000 mPa・s、上述の一般式(1)においてYはポリマー鎖としてオキシアルキレン基を含むウレタン基を介して結合されている2価の有機ポリマー基であり、R、R1、R2はいずれもメチル基であり、a=1であり、b=1であり、x=2である)を10.0質量部、シリコーン樹脂(B)として、同社製のSILRES(登録商標)IC 678(フェニル官能性T単位のみから成り、15重量%のメトキシ基含量および900g/molの平均モル質量を有する液体フェニルシリコーン樹脂)を15.0質量部、反応性を有する材料(C)として同社製のGENIOSIL XM20(反応性基の含有量は1.2重量%である)を20.0質量部、ビニルシラン系脱水剤(G)として、同社製のGENIOSIL(登録商標)XL10(ビニルトリメトキシシラン)を0.7質量部、安定化剤(H)として、同社製のGENIOSIL(登録商標)Stabilizer Fを2.50質量部を添加し均一に撹拌する。
Y-[(CR1 2)b-SiRa(OR2)3-a]x (1)
さらにアミン化合物(F)として、Wacker Chemie AG社製のGENIOSIL(登録商標) GF96(3-アミノプロピルトリメトキシシラン)を2.00量部を添加し、均一に撹拌し湿気硬化型組成物1を調製した。
したがって、反応性を有する材料(C)の反応性基半減期は、シラン変性ポリマー(A)のシラン含有基の半減期の1倍であった。
得られた塗膜の4週間経過後の線収縮率は0.3%であり、得られた塗膜の収縮は特に小さかった。
塗膜の引張強さは1週間経過時に3.1MPa、4週間経過時に3.3Mpaであり、いずれも2.3MPaを上回り、特に十分な引張強さを有していた。
塗膜の伸びは、1週間経過時、2週間経過時、4週間経過時のいずれにおいても450を上回り、特に良好な特性を示した。
塗膜の50%モジュラスを測定した結果、1週間経過時は0.8であり、28日以内の最大値が0.8、最小値が0.7であった。すると、変化率は12.5%であり、基準値である20%未満であった。したがって、初期の段階から良好な機械物性を発現していたといえる。
反応性を有する材料(C)として同社製のSILRES(登録商標) BS1316(イソオクチルトリメトキシシランであり、反応性基の含有量は40重量%である)を20.0質量部用いた他は、すべて実施例1と同じ成分、同じ質量部数と調製方法を用い、湿気硬化型組成物2を得て、同様の評価を行った。
したがって、反応性を有する材料(C)の反応性基半減期は、シラン変性ポリマー(A)のシラン含有基の半減期の17倍であった。
得られた塗膜の4週間経過後の線収縮率は1.9%であり、得られた塗膜の収縮は特に小さかった。反応性を有する材料(C)として使用したSILRES(登録商標) BS1316の反応性基含有量が10%を上回り、加水分解により生成したアルコールの減少分について、実施例1よりは収縮率がやや増加したと考えられる。
塗膜の引張強さは1週間経過時に4.3MPa、4週間経過時にも4.3Mpaであり、いずれも2.3MPaを上回り、特に十分な引張強さを有していた。
塗膜の伸びは、1週間経過時、2週間経過時、4週間経過時のいずれにおいても450を上回り、特に良好な特性を示した。
塗膜の50%モジュラスを測定した結果、1週間経過時は1.3であり、28日以内の最大値が1.3、最小値が1.1であった。すると、変化率は15.4%であり、基準値である20%未満であった。したがって、初期の段階から良好な機械物性を発現していたといえる。
シラン変性ポリマー(A)として同社製のGENIOSIL(登録商標) STP-E35(粘度が25℃において30、000 mPa・s、上述の一般式(1)においてYはポリマー鎖としてオキシアルキレン基を含むウレタン基を介して結合されている2価の有機ポリマー基であり、R1、R2はいずれもメチル基であり、a=0であり、b=3であり、x=2である)を25.0質量部に対して、同社製のGENIOSIL(登録商標) STP-E15(粘度が25℃において10、000 mPa・s、上述の一般式(1)においてYはポリマー鎖としてオキシアルキレン基を含むウレタン基を介して結合されている2価の有機ポリマー基であり、R1、R2はいずれもメチル基であり、a=0であり、b=3であり、x=2である)を10.0質量部を用いた。
反応性を有する材料(C)として同社製のGENIOSIL(登録商標) XM25を20.0質量部用いた。XM25の反応性基の含有量は1.9重量%である。
その他は、すべて実施例1と同じ成分、同じ質量部数と調製方法を用い、湿気硬化型組成物3を得て、同様の評価を行った。
したがって、反応性を有する材料(C)の反応性基半減期は、シラン変性ポリマー(A)のシラン含有基の半減期の1倍であった。
得られた塗膜の4週間経過後の線収縮率は0.3%であり、得られた塗膜の収縮は特に小さかった。
塗膜の引張強さは1週間経過時に4.0MPa、4週間経過時に4.3Mpaであり、いずれも2.3MPaを上回り、特に十分な引張強さを有していた。
塗膜の伸びは450を上回り、特に良好な特性を示した。
塗膜の50%モジュラスを測定した結果、1週間経過時は1.0であり、28日以内の最大値が1.1、最小値が1.0であった。すると、変化率は10%であり、基準値である20%未満であった。したがって、初期の段階から良好な機械物性を発現していたといえる。
反応性を有する材料(C)を添加しなかった他は、実施例1と同じ成分、同じ質量部数と調製方法を用い、同様の評価を行った。
線収縮率および引張強さや伸び、いずれも塗膜の物性は良好であったものの、湿気硬化型組成物の粘度が高すぎる点において好ましくない。
希釈剤としてシェルケミカルズジャパン株式会社製のシェルゾールMC421(炭化水素系溶剤であり、反応性基を含まない)を20.0質量部数用いた他は、すべて実施例1と同じ成分、同じ質量部数と調製方法を用い、同様の評価を行った。
一方で、線収縮率測定の結果は2.0であり、基準値を上回る結果となった。希釈剤として使用したシェルゾールMC421は、反応性基を有しないため、塗膜のマトリックス中に取り込まれないことから、経時で揮発し、当該減少分について収縮率が増加したと考えられる。
引張強さや伸び測定の結果、いずれも塗膜物性は良好であった。
50%モジュラス測定の結果、基準値を上回り不良であった。すなわち1週間経過時は2.8であり、28日以内の最大値が3.5、最小値が2.8であった。すると、変化率は25%であり、基準値である20%を上回っていた。したがって、初期の段階から良好な機械物性を発現することができなかったといえる。
希釈剤として使用したシェルゾールMC421は、反応性基を有しないため、塗膜のマトリックス中に取り込まれないことから、経時で揮発し、それに伴い50%モジュラスも経時で変化したと考えられる。
反応性を有する材料(C)としてWacker Chemie AG社製のSILRES(登録商標) BS1701(イソオクチルトリエトキシシラン、反応性基の含有量は49%である)を20.0質量部数用いた他は、すべて実施例1と同じ成分、同じ質量部数と調製方法を用い、同様の評価を行った。
したがって、反応性を有する材料(C)の反応性基半減期は、シラン変性ポリマー(A)のシラン含有基の半減期の46倍であった。
得られた塗膜の4週間経過後の線収縮率は3.0%であり、基準値を上回る結果となった。
反応性を有する材料(C)として使用したSILRES(登録商標) BS1701の反応性基含有量が10%を上回り、加水分解により生成したアルコールの減少分について収縮率が増加したと考えられる。
引張強さや伸び測定の結果、いずれも塗膜物性は良好であった。
50%モジュラス測定の結果、基準値を上回り不良であった。すなわち、1週間経過後は1.3、28日以内の最大値が2.7、最小値が1.3であった。すると変化率は、108%であり、基準値である20%を上回っていた。
反応性を有する材料(C)として使用したSILRES(登録商標) BS1701の加水分解が遅く、それに続くシラノールの縮合反応も遅くなり50%モジュラスが経時で変化したと考えられる。
反応性を有する材料(C)としてWacker Chemie AG社製のSILRES(登録商標) IC678(シリコーン樹脂であり、反応性基の含有量は15重量%である)を20.0質量部数用いた他は、すべて実施例1と同じ成分、同じ質量部数と調製方法を用い、同様の評価を行った。
したがって、反応性を有する材料(C)の反応性基半減期は、シラン変性ポリマー(A)のシラン含有基の半減期の50倍であった。
線収縮率測定の結果、4週間経過後の線収縮率は1.3であった。
反応性を有する材料(C)として使用したSILRES(登録商標) IC678の反応性基含有量が10%を上回り、加水分解により生成したアルコールの減少分について収縮率が実施例1よりは増加したと考えられる。
引張強さは良好であったが、伸びは、1週間経過時、2週間経過時、4週間経過時のいずれにおいても450の基準値を下回った。反応性を有する材料(C)として使用したSILRES(登録商標) IC678により架橋点が大幅に増加したと考えられる。
一方、50%モジュラス測定の結果、基準値を上回り不良であった。すなわち、1週間経過後は5.3、28日以内の最大値が14.0、最小値が5.3であった。すると変化率は、164%であり、変化率は20%を上回っていた。反応性を有する材料(C)として使用したSILRES(登録商標) IC678の加水分解が遅く、それに続くシラノールの縮合反応も遅くなり50%モジュラスが経時で変化したと考えられる。
反応性を有する材料(C)としてWacker Chemie AG社製のSILRES(登録商標) IC368(シリコーン樹脂であり、反応性基の含有量は15重量%である)を20.0質量部数用いた他は、すべて実施例1と同じ成分、同じ質量部数と調製方法を用い、同様の評価を行った。
したがって、反応性を有する材料(C)の反応性基半減期は、シラン変性ポリマー(A)のシラン含有基の半減期の50倍であった。
線収縮率測定の結果、4週間経過後の線収縮率は1.3であった。
反応性を有する材料(C)として使用したSILRES(登録商標) IC368の反応性基含有量が10%を上回り、加水分解により生成したアルコールの減少分について収縮率が増加したと考えられる。
引張強さは良好であったが、伸びは基準値を下回った。反応性を有する材料(C)として使用したSILRES(登録商標) IC368により架橋点が増加したと考えられる。
50%モジュラス測定の結果、4週間経過後は伸びが50%を下回る結果となり、当該データが得られなかった。測定が可能であった2週間経過後の50%モジュラスとの比較を行うと変化率は20%を上回っていた。反応性を有する材料(C)として使用したSILRES(登録商標) IC368の加水分解が遅く、それに続くシラノールの縮合反応も遅くなり50%モジュラスが経時で変化し、かつ架橋点が大幅に増加したと考えられる。
Claims (10)
- シラン変性ポリマー(A)と、
シリコーン樹脂(B)と、
反応性を有する材料(C)とを含み、
前記反応性を有する材料(C)は前記シラン変性ポリマー(A)と反応する反応性基を有し、
前記反応性基の半減期が前記シラン変性ポリマー(A)のシラン含有基の半減期の0.1~20倍である湿気硬化型組成物。 - 前記反応性を有する材料(C)中の反応性基の含有量が0.5重量%以上10重量%以下である、請求項1に記載の湿気硬化型組成物。
- 前記シラン変性ポリマー(A)は下記の一般式(1)で表される、請求項1または請求項2に記載の湿気硬化型組成物。
Y-[(CR1 2)b-SiRa(OR2)3-a]x (1)
(式(1)中、Yは、窒素、酸素、硫黄または炭素を介して結合されているx価の、ポリマー鎖として、ポリオキシアルキレンまたはポリウレタンを含む有機ポリマー基であって、
Rは、同じであっても異なってもよく、一価の、場合によって置換されているSiC-結合した炭化水素基であり、
R1は、同じであっても異なってもよく、水素原子、または炭素原子に窒素、リン、酸素、硫黄もしくはカルボニル基が結合することができる一価の、場合によって置換されている炭化水素基であり、
R2は、同じであっても異なってもよく、水素原子、または一価の、場合によって置換されている炭化水素基であり、
xは、1 から1 0 までの整数であり、
aは、0 、1 、もしくは2 であり、
bは、1 から1 0 までの整数である。) - 前記シラン変性ポリマー(A)の末端基のうち、少なくとも1つが、下記の一般式(2)または一般式(3)である、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の湿気硬化型組成物。
-O-C(=O)-NH-(CR1 2)b-SiRa(OR2)3-a (2)
-NH-C(=O)-NR’-(CR1 2)b-SiRa(OR2)3-a (3)
(式(2)、式(3)中、基および添字はそれらに対して上で特定された定義の一つを有し、
R’は、同じであっても異なってもよく、Rに対して与えられた定義を有する。) - 前記一般式(2)または前記一般式(3)において、aが1 、bが1である、請求項4に記載の湿気硬化型組成物。
- 前記シリコーン樹脂(B)が下記の一般式(4)に示す単位を含むシリコーン樹脂であることを特徴とする、請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の湿気硬化型組成物。
R3 c(R4O)dR5 eSiO(4-c-d-e)/2 (4)
(式(4)中、
R3は、同じであっても異なってもよく、水素原子、一価の、SiC-結合した、場合によって置換されている脂肪族炭化水素基、または式(4) の2 つの単位を橋かけしている二価の、場合によって置換されている脂肪族炭化水素基であり、
R4は、同じであっても異なってもよく、メチル基またはエチル基であり、
R5は、同じであっても異なってもよく、一価の、SiC-結合した、場合によって置換されている芳香族炭化水素基であり、
cは、0、1、2、もしくは3であり、
dは、0、1、2、3もしくは4であり、および
eは、0 、1 、もしくは2であり、
c+d+e≠0である) - 前記シリコーン樹脂(B)の前記シラン変性ポリマー(A)に対する含有量が、2.5倍未満であることを特徴とする、請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の湿気硬化型組成物。
- 前記反応性を有する材料(C)が、下記の一般式(4)または一般式(5)であることを特徴とする、請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の湿気硬化型組成物。
R3 c(R4O)dR5 eSiO(4-c-d-e)/2 (4)
(式(4)中、
R3は、同じであっても異なってもよく、水素原子、一価の、SiC-結合した、場合によって置換されている脂肪族炭化水素基、または式(4)の2つの単位を橋かけしている二価の、場合によって置換されている脂肪族炭化水素基であり、
R4は、同じであっても異なってもよく、メチル基またはエチル基であり、
R5は、同じであっても異なってもよく、一価の、SiC-結合した、場合によって置換
されている芳香族炭化水素基であり、
cは、0、1、2、もしくは3であり、
dは、0、1、2、3もしくは4であり、
eは、0、1、もしくは2であり、
c+d+e≠0である)
Y-[(CR51 2)g-SiR50 f(OR52)3-f]w (5)
(式(5)中、Yは、窒素、酸素、硫黄または炭素を介して結合されているw価の、ポリマー鎖として、ポリオキシアルキレンまたはポリウレタンを含む有機ポリマー基であって、
R50は、同じであっても異なってもよく、一価の、場合によって置換されているSiC-結合した炭化水素基であり、
R51は、同じであっても異なってもよく、水素原子、または炭素原子に窒素、リン、酸素、硫黄もしくはカルボニル基が結合することができる一価の、場合によって置換されている炭化水素基であり、
R52は、同じであっても異なってもよく、水素原子、または一価の、場合によって置換されている炭化水素基であり、
wは、1であり、
fは、0 、1 、もしくは2 であり、
gは、1 から1 0 までの整数である。) - 硬化触媒を含む請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の湿気硬化組成物を硬化させて塗膜とすることを特徴とする塗膜の製造方法。
- 前記塗膜は引張強さが2.0N/mm2以上、破断時の伸びが450%以上であることを特徴とする請求項8に記載の塗膜の製造方法。
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