正直、退屈な内容ではありません。特に伸縮性のあるゴム製品が好きな方には特におすすめです。読み進めていただければ、ワンパートシリコーンシーラントについて知りたいことがほぼすべてわかるはずです。
1) それが何なのか
2) 作り方
3) どこで使うか
導入
一液型シリコンシーラントとは何ですか?
化学硬化型シーラントには多くの種類があり、シリコーン、ポリウレタン、ポリサルファイドが最もよく知られています。これらの名称は、使用される分子の骨格に由来しています。
シリコンバックボーンは以下のとおりです。
Si – O – Si – O – Si – O – Si
変性シリコーンは（少なくとも米国では）新しい技術であり、実際にはシラン化学で硬化した有機骨格を意味します。例としては、アルコキシシラン末端ポリプロピレンオキシドが挙げられます。
これらの化学反応はすべて1液型または2液型で、硬化に必要な成分の数によって決まります。つまり、1液型とは、チューブ、カートリッジ、またはバケツを開けるだけで硬化することを意味します。通常、これらの1液型システムは空気中の水分と反応してゴム状になります。
したがって、一液型シリコーンは、チューブ内では安定しており、空気に触れると硬化してシリコーンゴムを生成するシステムです。
利点
1 成分シリコーンには多くの独自の利点があります。
適切に配合すれば、優れた接着性と物理的特性を備え、非常に安定して信頼性があります。保存期間（使用前にチューブに入れて保管できる期間）は通常1年以上ですが、配合によっては数年も持続するものもあります。シリコーンは、間違いなく最高の長期性能を誇ります。その物理的特性は経時変化がほとんどなく、紫外線照射の影響も受けません。さらに、他のシーラントよりも少なくとも50℃高い優れた温度安定性を備えています。
-1液型シリコーンは比較的早く硬化します。通常5～10分以内に皮膜を形成し、1時間以内に粘着力がなくなり、1日も経たないうちに厚さ約1/10インチの弾性ゴムに硬化します。表面は心地よいゴムのような感触です。
- 半透明にすることができるという重要な特徴があるため（半透明は最もよく使用される色です）、任意の色に着色することが比較的簡単です。
制限事項
シリコーンには主に 2 つの制限があります。
1) 水性塗料では塗装できません。溶剤系塗料でも塗装は難しい場合があります。
2) 硬化後、シーラントはシリコン可塑剤を放出することがあり、建物の伸縮継ぎ目部分に使用すると、継ぎ目の端に沿って見苦しい汚れが生じることがあります。
もちろん、一体型という性質上、システムが空気と反応して上から下へ硬化していくため、深部まで迅速に硬化させることはできません。もう少し具体的に言うと、シリコーンは断熱ガラス窓の唯一のシール材として使用することはできません。シリコーンは大量の液体水分の侵入を防ぐのに優れていますが、硬化したシリコーンゴムは水蒸気を比較的容易に通過するため、断熱ユニットが曇ってしまいます。
市場分野と用途
一液型シリコーンは、あらゆる場所で使用されていますが、一部の建物所有者を困惑させるほど、前述の 2 つの制限により問題が発生する場合もあります。
建設および DIY 市場が大きな割合を占め、自動車、工業、エレクトロニクス、航空宇宙がそれに続きます。すべてのシーラントと同様に、1 成分シリコーンの主な機能は、2 つの類似または異なる基材の間の隙間を接着して埋め、水や隙間風の浸入を防ぐことです。場合によっては、流動性を高める以外は配合がほとんど変更されず、その上でコーティングになります。コーティング、接着剤、シーラントを区別する最も良い方法は簡単です。シーラントは 2 つの表面の間を密閉しますが、コーティングは 1 つの表面のみを覆って保護するのに対し、接着剤は 2 つの表面を広範囲に保ちます。シーラントは、構造用グレージングまたは断熱グレージングに使用される場合に接着剤に最も似ていますが、2 つの基材を一緒に保つだけでなく、密閉する機能も備えています。
基礎化学
未硬化状態のシリコーンシーラントは、通常、濃厚なペースト状またはクリーム状です。空気に触れると、シリコーンポリマーの反応性末端基が加水分解（水と反応）し、互いに結合して水を放出し、長いポリマー鎖を形成します。これらのポリマー鎖は互いに反応し続け、最終的にペーストは強力なゴム状になります。シリコーンポリマー末端の反応性基は、配合物（ポリマー自体を除く）の最も重要な部分、すなわち架橋剤に由来します。架橋剤は、シーラントに、匂いや硬化速度など直接的に、または色や接着性など間接的に、特定の架橋剤システムで使用される充填剤や接着促進剤などの他の原材料によって、その特徴的な特性を与えます。適切な架橋剤を選択することが、シーラントの最終的な特性を決定する鍵となります。
硬化タイプ
いくつかの異なる硬化システムがあります。
1) アセトキシ（酸性の酢の匂い）
2) オキシム
3)アルコキシ
4) ベンザミド
5) アミン
6) アミノキシ
オキシム、アルコキシ、ベンズアミド（ヨーロッパではより広く使用されています）は、いわゆる中性または非酸性系です。アミンおよびアミノキシ系はアンモニア臭があり、主に自動車や工業分野、あるいは特定の屋外建設用途で使用されます。
原材料
配合物はいくつかの異なる成分で構成されており、その一部は最終用途に応じてオプションとなります。
絶対に必要な原材料は、反応性ポリマーと架橋剤のみです。ただし、充填剤、接着促進剤、非反応性（可塑化）ポリマー、触媒はほぼ必ず添加されます。さらに、着色ペースト、防カビ剤、難燃剤、熱安定剤など、他の多くの添加剤も使用できます。
基本的な処方
典型的なオキシム構造または DIY シーラントの配合は次のようになります。
| % | ||
| ポリジメチルシロキサン、OH末端50,000cps | 65.9 | ポリマー |
| ポリジメチルシロキサン、トリメチル末端、1000cps | 20 | 可塑剤 |
| メチルトリオキシミノシラン | 5 | 架橋剤 |
| アミノプロピルトリエトキシシラン | 1 | 接着促進剤 |
| 150平方メートル/g表面積のヒュームドシリカ | 8 | フィラー |
| ジブチルスズジラウレート | 0.1 | 触媒 |
| 合計 | 100 |
物理的特性
一般的な物理的特性は次のとおりです。
| 伸長 （％） | 550 |
| 引張強度(MPa) | 1.9 |
| 100伸長時の弾性率（MPa） | 0.4 |
| ショアA硬度 | 22 |
| スキンの経時変化（分） | 10 |
| タックフリータイム（分） | 60 |
| スクラッチ時間（分） | 120 |
| 完全硬化（24時間でmm） | 2 |
他の架橋剤を使用した配合は、架橋剤の含有量、接着促進剤の種類、硬化触媒が異なるものの、見た目は似ています。鎖延長剤を使用しない限り、物理的特性は若干異なります。大量のチョークフィラーを使用しない限り、容易に製造できないシステムもあります。このような配合は、当然ながら透明または半透明の状態で製造することはできません。
シーラントの開発
新しいシーラントの開発には 3 つの段階があります。
1) 研究室での構想、製造、テスト - 非常に少量
ここで、研究室の化学者は新しいアイデアを思いつき、通常は約100グラムのシーラントを手作業で混ぜ合わせ、硬化の仕方やどのようなゴムが生成されるかを確かめます。FlackTek社から新しい機械「The Hauschild Speed Mix」が登場しました。この特殊な機械は、100グラムの少量バッチを空気を抜きながら数秒で混合するのに最適です。開発者が少量バッチの物理的特性を実際にテストできるようになるため、これは重要です。フュームドシリカや沈殿チョークなどの充填剤を約8秒でシリコーンに混ぜることができます。脱気は約20～25秒かかります。この機械は、基本的に粒子自体をミキシングアームとして利用する、二重非対称遠心分離機構によって動作します。最大混合量は100グラムで、使い捨てカップを含む数種類のカップが用意されており、使い捨てカップは洗浄が一切不要です。
配合工程において重要なのは、成分の種類だけでなく、添加順序や混合時間も重要です。当然のことながら、気泡には水分が含まれており、シーラントを内部から硬化させるため、製品の保存期間を確保するには空気の排除が重要です。
化学者が特定の用途に必要なシーラントを入手したら、1クォート（約1.7リットル）のプラネタリーミキサーにスケールアップし、110ml（3オンス）の小型チューブを3～4本製造します。これは、初期の保存期間試験や接着試験、その他の特別な要件を満たすのに十分な材料です。
その後、1ガロンまたは2ガロンの機械に移り、10オンスチューブを8～12本製造します。より詳細なテストと顧客へのサンプル提供のため、シーラントはポットから金属シリンダーを通ってカートリッジに押し出され、包装シリンダーに装着されます。これらのテストを経て、スケールアップの準備が整います。
2) スケールアップと微調整 - 中規模ボリューム
スケールアップでは、実験室で調製した製剤を、通常100～200kg、あるいはドラム缶1本程度の大型機械で製造します。この工程には主に2つの目的があります。
a) 4ポンドサイズとこの大きなサイズの間に、混合および分散速度、反応速度、混合物のせん断量の違いによって生じる可能性のある大きな変化があるかどうかを確認する。
b) 見込み客のサンプルとして十分な資料を作成し、実際の現場でのフィードバックを得る。
この 50 ガロン マシンは、少量または特殊な色が必要で、一度に各タイプにつき約 1 ドラムのみを生産する必要がある場合の工業製品にも非常に便利です。
混合機にはいくつかの種類があります。最も一般的に使用されるのは、プラネタリーミキサー（上記参照）と高速分散機です。プラネタリーミキサーは高粘度の混合物に適しており、分散機は特に低粘度の流動性システムに優れています。一般的な建築用シーラントでは、混合時間と高速分散機の発熱量に注意すれば、どちらの機械も使用できます。
3) フルスケール生産量
最終生産はバッチ式でも連続式でも構いませんが、スケールアップ段階で得られた最終処方をそのまま再現できれば理想的です。通常、比較的少量（2～3バッチ、または1～2時間の連続）の材料をまず製造装置で製造し、通常の生産に移る前に検査を行います。
テスト - 何をどのようにテストするか。
何
物理的特性 - 伸び、引張強度、弾性率
適切な基材への接着
保存期間 - 加速保存および室温保存の両方
硬化速度 - スキンオーバータイム、タックフリータイム、スクラッチタイム、硬化全体、色温度安定性、または油などのさまざまな液体に対する安定性
さらに、粘稠度、低臭性、腐食性、全体的な外観など、その他の重要な特性も確認または観察されます。
どうやって
シーラントシートを剥がし、1週間硬化させます。その後、特殊なダンベル型に切り出し、引張試験機にセットして、伸び、弾性率、引張強度などの物理的特性を測定します。また、特別に用意したサンプルの接着力／凝集力の測定にも用いられます。簡単な接着試験は、対象となる基材上に硬化させた材料のビーズを引っ張ることで行います。
ショアA硬度計はゴムの硬度を測定します。この装置は、硬化したサンプルに押し付けるための先端が付いた重りとゲージのような形状をしています。先端がゴムに深く入り込むほどゴムは柔らかくなり、数値は低くなります。一般的な建築用シーラントの硬度は15～35の範囲です。
スキンオーバータイム、タックフリータイム、その他の特殊なスキン測定は、指または重しをつけたプラスチックシートを用いて行います。プラスチックシートがきれいに剥がれるまでの時間を測定します。
保存期間については、チューブ入りシーラントを室温で熟成させる（室温では1年間の保存期間を証明するのに1年かかります）か、高温（通常は50℃で1、3、5、7週間など）で熟成させます。熟成期間（加速熟成の場合はチューブを冷却）後、材料をチューブから押し出し、シート状に成形して硬化させます。このシートに成形されたゴムの物理的特性は、前述と同様に試験されます。その後、これらの特性を配合したばかりの材料の特性と比較し、適切な保存期間を決定します。
必要なほとんどのテストの具体的な詳細な説明は、ASTM ハンドブックに記載されています。
最後のヒント
一液型シリコーンは、入手可能な最高品質のシーラントです。ただし、限界があり、特別な要件が求められる場合は、特別に開発されることもあります。
すべての原材料が可能な限り乾燥していること、配合が安定していること、そして製造工程で空気が除去されていることを確認することが重要です。
開発とテストは、種類に関係なく、基本的にどの部品のシーラントでも同じプロセスです。生産量を開始する前に、考えられるすべての特性をチェックし、アプリケーションのニーズを明確に理解していることを確認してください。
用途要件に応じて、適切な硬化剤を選択できます。例えば、シリコーンを選択し、臭気、腐食、接着性は重要ではなく、低コストが求められる場合は、アセトキシが最適です。ただし、腐食の可能性がある金属部品を使用する場合、または独特の光沢のある色でプラスチックへの特殊な接着が必要な場合は、オキシムが必要です。
[1] デール・フラケット. ケイ素化合物：シランとシリコーン [M]. Gelest Inc: 433-439
* OLIVIAシリコンシーラントの写真
投稿日時: 2024年3月31日
