JP6710577B2 - 耐摩耗性強化被覆材、耐摩耗性を備えた軽量薄板パネル及び耐摩耗性を備えた構造物の表面の形成方法 - Google Patents
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ポリイソシアネート成分とポリカーボネートポリオールを含有するポリオール成分とを反応させることによって得られたポリウレタン水系分散液、又は、
ポリイソシアネート成分とポリカーボネートポリオール及び酸性基含有ポリオールを含有するポリオール成分とを反応させることによって得られたウレタンプレポリマーを中和し、さらに二塩基酸ジヒドラジドを含む鎖延長剤と反応させることによって得られたポリウレタン水系分散液、
からなるものを用い、
硬化剤として水系ポリカルボジイミド化合物を用いて形成されたものからなる耐摩耗性強化被覆材が提供される。
まず、本発明の一態様の水性ポリウレタン塗料に用いられるポリウレタンについて説明する。このポリウレタンは、ポリイソシアネート成分とポリカーボネートポリオールを含有するポリオール成分とを反応させることによって得られるものである。
次に、本発明の別の態様の水性ポリウレタン塗料に用いられるポリイソシアネート成分と、ポリカーボネートポリオール及び酸性基含有ポリオールを含有するポリオール成分とを反応させることによって得られたウレタンプレポリマーと、二塩基酸ジヒドラジドを含む鎖延長剤とを反応させることによって得られるポリウレタンについて説明する。
本発明の一態様及び別の態様の水性ポリウレタン塗料における水性ポリウレタン水系分散体の含有率は、5〜60質量%であることが好ましく、より好ましくは10〜40質量%である。
1,4−シクロヘキサンジメタノール及び1,6−ヘキサンジオールと炭酸エステルとを反応させることによって得られたポリカーボネートジオール(宇部興産(株)製、商品名:ETERNACOLL(登録商標)UM90(3/1))1500質量部、2,2ジメチロールプロピオン酸220質量部、N−メチロールピロリドン1347質量部、4,4'−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート1445質量部、ジブチルスズジラウレート2.6質量部及びトリエチルアミンを窒素ガス雰囲気中にて混合し、得られた混合物を80〜90℃の温度で5時間加熱することにより、反応を行った。得られた反応混合物を80℃に調整した後、得られた反応混合物から4340質量部を取り出し、この反応混合物4340質量部に、強撹拌下で水道水6900質量部及びトリエチルアミン15質量部を添加することにより、混合物を得た。このようにして得られた混合物に、35質量%の2−メチル−1,5−ぺンタンジアミン水溶液626質量部を添加することにより、ポリウレタン水系分散体を得た。
水性ポリウレタン塗料の調製の場合と同様に調製されたポリウレタン水系分散体100質量部に平均粒形560μmの球状アルミナを20質量部とセラミックサンド((有)竹折砿業所製、セルベン、32meshパス品)10質量部の骨材及び沈降防止剤(ベントナイト)1質量部を添加して混練した以外は、水性ポリウレタン塗料の調製の場合と同様にしてセラミック粒子入りの水性ポリウレタン塗料を得た。
得られた水性ポリウレタン塗料からなる塗膜の弾性率及び破断時の伸びを、JIS K 7311に準拠し、温度23℃、相対湿度50%、引張速度10mm/分の測定条件下で膜厚が約50μmの塗膜に対し、精密万能試験機((株)島津製作所製、オートグラフAG−100KNG(商品名))を用いて測定した。その結果、塗膜の弾性率は1100MPaであり、塗膜の破断時の伸びは150%であった。
[実験例1]
上述のようにして調製された水性ポリウレタン塗料100質量部に対して、2液型塗料の架橋剤として水系ポリカルボジイミド(日清紡ケミカル(株)、SV−02)を5質量部添加・混合した。基材としては、縦75mm、横150mm、厚さ4mmの冷間圧延鋼板を用いた。架橋剤を混合した塗料は、保存安定性の点より24時間以内に基材の一方の表面への塗装を行い、塗装後、常温下で1週間、乾燥硬化させ、実験例1の試料を得た。
実験例1の水性ポリウレタン塗料に換えて白色ウレタン塗料(大日本塗料(株)製、商品名:DNTビューウレタン)を用いたこと以外は、実験例1と同様にして実験例2の試料を得た。
実験例1の水性ポリウレタン塗料に換えて水性ポリウレタン塗料に換えて、白色アクリル樹脂系塗料((株)フェクト製、商品名:SL100(WB))を用いたこと以外は、実験例1と同様にして実験例3の試料を得た。
ここでの耐摩耗性は、JIS K 7204に記載の摩耗輪による摩耗試験方法に準じて評価した。気温18〜19℃、相対湿度55〜58%の雰囲気中で、テーバー摩耗試験機(東洋精機(株)製、MODEL5130Jに摩耗輪:H−22を取り付け、荷重500gで250回ごとに1000回まで試験片を回転させ、250回転ごとに試験片の質量を測定し、摩耗損失量を求めた。
摩耗指数 = (1000÷(試験片の回転数))×(摩耗損失量)
◎:摩耗指数が250以下
○:摩耗指数が250を超え350以下
×:摩耗指数が350を超過
実験例1〜3の各試験片を、温度20±1℃、相対湿度75±2%の恒温恒湿室内で24時間放置した後、JIS K 5600−5−3(1999)に規定のデュポン衝撃試験器を用いて試験片の塗膜を上向きにし、質量300gのおもりを100cmの高さから撃心(1/2インチ=12.7mm)の上に落とし、塗膜に割れ又は剥がれが発生しているかどうかを確認し、以下の評価基準に基づいて評価した。結果を纏めて表1に示した。
○:形成されている塗膜に割れ及び剥がれの発生が認められない。
×:形成されている塗膜に少なくとも割れ又は剥がれの発生が認められる。
[実験例4]
まず、縦横各300mm、厚さ4mmのフレキシブルボードの一方側の表面に下塗りとして弾性モルタルを厚さ0.8〜1mmの範囲内となるように塗布・乾燥した。次いで、弾性モルタルの表面に実験例1で用いたのと同様の塗料を塗装後、常温下で1週間、乾燥硬化させ、実験例4の試料を得た。
上述のようにして調製されたセラミック粒子入り水性ポリウレタン塗料100質量部に対して、2液型塗料の架橋剤として水系ポリカルボジイミド(日清紡ケミカル(株)、SV−02)を4質量部添加・混合し、実験例5で用いるセラミック粒子入り架橋型水性ポリウレタン塗料を得た。次いで、実験例4の場合と同様にして、横各300mm、厚さ4mmのフレキシブルボードの一方側の表面に下塗りとして弾性モルタルを厚さ0.8〜1mmの範囲内となるように塗布・乾燥し、この弾性モルタルの表面にセラミック粒子入り架橋型水性ポリウレタン塗料を塗装後、常温下で1週間、乾燥硬化させ、実験例5の試料を得た。
比較対象として、市販の圧縮強度47.2N/mm2の高強度コンクリート平板をそのまま実験例6の試料として用いた。
実験例5の試料において、下塗りとしての弾性モルタルを塗布しなかった以外は実験例5の試料の場合と同様にして実験例7の試料を作成した。
次に、実験例4〜7の各試料を用い、これらの試料に形成されている塗膜(実験例4、4及び7)ないし比較対象(実験例6)の耐摩耗性を、ASTM C 779 「Standard Test Method for Abrasion of Horizontal Concrete Surfaces 」(A法)に記載の摩耗輪による摩耗試験方法に準拠して評価した。結果は、実験例6の高強度コンクリート平板の摩耗深さを100%とした相対値で比較することで、実験例4、5及び7の耐摩耗性を評価した。
[実験例8]
実験例8の試料としては、実験例1の場合と同様にして作成した試料を用いた。すなわち、実験例8の試料は、下塗りとしての弾性モルタル塗膜を有しておらず、冷間圧延鋼板の一方側の表面に水系ポリカルボジイミドからなる架橋剤を混合した水性ポリウレタン塗膜を形成したものである。
実験例9の試料としては、基材としてフレキシブルボートに換えて冷間圧延鋼板を用いた以外は実験例4の場合と同様にして作成した試料を用いた。すなわち、実験例9の試料は、冷間圧延鋼板の一方側の表面に下塗りとしての弾性モルタル塗膜と、上塗りとしての水系ポリカルボジイミドからなる架橋剤を混合した水性ポリウレタン塗膜とを形成したものである。
実験例10の試料としては、基材として冷間圧延鋼板を用い、その一方側の表面に上述のようにして調整されたポリウレタン水系分散体をそのまま塗布し、塗膜を形成したものである。すなわち、実験例10の試料は、実験例8の試料において、架橋剤を混合した水性ポリウレタン塗膜に換えて架橋剤を混合しない水性ポリウレタン塗膜を形成したものである。
摩耗指数は、耐摩耗性の測定1の場合と同様にして測定した。
耐酸性は、5%硫酸水溶液0.2mlを塗装表面に滴下し、20℃、1時間放置後に外観を評価(スポットテスト法)した。
耐アルカリ性は、1%苛性ソーダ水溶液0.2mlを塗装表面に滴下し、20℃、1時間放置後に外観を評価(スポットテスト法)した。
耐溶剤性は、エタノールを含んだ綿布に荷重500g/cm2を印加して所定回数往復させて塗膜の表面をこすり、塗膜の表面状態を評価した。
異常がないもの :○
傷つきがあるもの :△
表面が溶解したもの:×
として表した。
結果を纏めて表3に示した。
Claims (12)
- 下地の表面に耐摩耗性を付与するための耐摩耗性強化被覆材であって、
前記耐摩耗性強化被覆材が、弾性モルタルから形成された下塗り塗膜と、水性ポリウレタン塗料から形成された上塗り塗膜と、を有し、
前記上塗り塗膜が、水性ポリウレタン塗料として、
ポリイソシアネート成分とポリカーボネートポリオールを含有するポリオール成分とを反応させることによって得られたポリウレタン水系分散液、又は、
ポリイソシアネート成分とポリカーボネートポリオール及び酸性基含有ポリオールを含有するポリオール成分とを反応させることによって得られたウレタンプレポリマーを中和し、さらに二塩基酸ジヒドラジドを含む鎖延長剤と反応させることによって得られたポリウレタン水系分散液、
からなるものを用い、
硬化剤として水系ポリカルボジイミド化合物を用いて形成されたものであることを特徴とする、耐摩耗性強化被覆材。 - 前記上塗り塗膜はセラミックス粒子を含んでいることを特徴とする、請求項1に記載の耐摩耗性強化被覆材。
- 前記上塗り塗膜は、弾性率が700〜1500MPaであり、破断時の伸びが70〜200%であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の耐摩耗性強化被覆材。
- 前記上塗り塗膜は、テーバー摩耗試験機で摩耗輪H−22を使用し、荷重500gにて1000回転させた際の摩耗指数が350以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の耐摩耗性強化被覆材。
- 前記上塗り塗膜は、前記硬化剤としてカルボジイミド当量が330〜600である水系ポリカルボジイミド化合物を用いて形成されたものであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の耐摩耗性強化被覆材。
- 下地材としてのフレキシブルボードと、
前記フレキシブルボードの表面に設けられた請求項1〜5のいずれかに記載の耐摩耗性強化被覆材と、
を有することを特徴とする、耐摩耗性を備えた軽量薄板パネル。 - 下地材としての構造物の表面を、請求項1〜5のいずれかに記載の耐摩耗性強化被覆材によって被覆することからなる、耐摩耗性を備えた構造物の表面の形成方法。
- 前記構造物がコンクリート構造物であることを特徴とする、請求項7に記載の耐摩耗性を備えた構造物の表面の形成方法。
- 前記コンクリート構造物がコンクリート製水路であることを特徴とする、請求項8に記載の耐摩耗性を備えた構造物の表面の形成方法。
- 下地材としての構造物の表面に請求項6に記載の耐摩耗性を備えた軽量薄板パネルを配置することを特徴とする耐摩耗性を備えた構造物の表面の形成方法。
- 前記構造物がコンクリート構造物であることを特徴とする、請求項10に記載の耐摩耗性を備えた構造物の表面の形成方法。
- 前記コンクリート構造物がコンクリート製水路であることを特徴とする、請求項11に記載の耐摩耗性を備えた構造物の表面の形成方法。
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