いいえ、正直言って、これは退屈ではありません - 特に伸縮性のあるゴム製のものが好きなら。読み進めれば、一液性シリコーンシーラントについて知りたかったほぼすべてのことがわかります。
1) それらは何ですか
2) 作り方
3) どこで使用するか
導入
一液性シリコーンシーラントとは何ですか?
化学硬化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、多硫化物が最もよく知られています。この名前は、関与する分子の骨格に由来しています。
シリコーンのバックボーンは次のとおりです。
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された有機主鎖を意味します。一例は、アルコキシシラン末端ポリプロピレンオキシドである。
これらすべての化学反応は 1 液または 2 液のいずれかであり、これは明らかに、硬化させるために必要な部品の数に関係します。したがって、1 つのパーツを単にチューブ、カートリッジ、またはバケツを開けるだけで、材料が硬化します。通常、これらの一液型システムは空気中の水分と反応してゴムになります。
したがって、一液性シリコーンは、空気にさらされて硬化してシリコーンゴムが生成されるまで、チューブ内で安定したシステムです。
利点
一液性シリコーンには多くのユニークな利点があります。
- 正しく配合すると、非常に安定で信頼性が高く、優れた接着力と物理的特性を備えます。保存期間 (使用する前にチューブに入れたままにしておくことができる期間) は少なくとも 1 年は通常であり、一部の製剤は何年も持続します。シリコーンはまた、疑いなく最高の長期パフォーマンスを発揮します。紫外線の影響を受けず物性の経時変化がほとんどなく、また、他のシール剤を50℃以上上回る優れた温度安定性を示します。
-一液性シリコーンは比較的急速に硬化し、通常 5 ～ 10 分以内に皮膚が形成され、1 時間以内に粘着性がなくなり、1 日以内に深さ約 1/10 インチの弾性ゴムに硬化します。表面はゴムのような触り心地です。
- それ自体が重要な特徴である半透明にすることができるため (半透明が最もよく使用される色です)、任意の色に着色するのが比較的簡単です。
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。溶剤系塗料でも同様に困難な場合があります。
2) 硬化後、シーラントはシリコーン可塑剤の一部を放出する可能性があり、建築物の伸縮継手に使用すると、継手の端に沿って見苦しい汚れが生じる可能性があります。
もちろん、1 つのパーツであるという性質上、システムは空気と反応する必要があるため、上から下に硬化するため、硬化によって深い部分を迅速に得ることは不可能です。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として使用できないためです。これらは大量の液体の水の侵入を防ぐのに優れていますが、水蒸気は硬化したシリコーンゴムを比較的容易に通過し、IG ユニットが曇る原因となります。
市場エリアと用途
一液性シリコーンは、ほとんどどこでもどこでも使用されており、一部の建物所有者をがっかりさせることもありますが、そこでは上記の 2 つの制限が問題を引き起こします。
建設市場と DIY 市場が主要な市場を占め、次いで自動車、産業、エレクトロニクス、航空宇宙が続きます。すべてのシーラントと同様、一液型シリコーンの主な機能は、2 つの類似または異なる基材間の隙間を接着して埋めることで、水や隙間風が侵入するのを防ぐことです。場合によっては、コーティングとなる流動性を高める以外に配合がほとんど変更されないことがあります。コーティング、接着剤、シーラントを区別する最良の方法は簡単です。シーラントは 2 つの表面の間をシールしますが、コーティングは 1 つの表面のみを覆って保護し、接着剤は 2 つの表面を広範囲に保持します。シーラントは、構造用ガラスや断熱ガラスに使用される場合は接着剤に最も似ていますが、2 つの基板を一緒に保持するだけでなく、シールする機能も果たします。
基礎化学
未硬化状態のシリコーンシーラントは通常、濃厚なペーストまたはクリームのように見えます。空気にさらされると、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）して互いに結合し、水を放出して長いポリマー鎖を形成し、最終的にペーストが立派なゴムに変わるまで互いに反応し続けます。シリコーンポリマーの末端の反応性基は、配合物の最も重要な部分（ポリマー自体を除く）、すなわち架橋剤に由来します。充填剤や接着促進剤などの特定の架橋剤システムとともに使用される可能性のある他の原材料により、臭気や硬化速度などの直接的、または色、接着などの間接的特性をシーラントに与えるのは架橋剤です。 。適切な架橋剤を選択することが、シーラントの最終特性を決定する鍵となります。
硬化の種類
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（酸性酢臭）
2) オキシム
3) アルコキシ
4) ベンズアミド
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 (ヨーロッパでより広く使用されている) 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、通常は自動車および工業分野、または特定の屋外建築用途で多く使用されます。
原材料
配合物にはいくつかの異なる成分が含まれており、その一部は意図する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だけです。ただし、充填剤、接着促進剤、非反応性 (可塑化) ポリマー、および触媒は、ほぼ常に添加されます。さらに、カラーペースト、防カビ剤、難燃剤、熱安定剤など、他の多くの添加剤を使用できます。
基本的な配合
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 |
| 表面積150平方メートル/gのヒュームドシリカ | 8 | フィラー |
| ジブチル錫ジラウレート | 0.1 | 触媒 |
| 合計 | 100 |
物理的特性
典型的な物理的特性には次のものがあります。
| 伸長 （％） | 550 |
| 引張強さ(MPa) | 1.9 |
| 100伸長時の弾性率(MPa) | 0.4 |
| ショアA硬度 | 22 |
| 経時的な皮膚 (分) | 10 |
| タックフリー時間 (分) | 60 |
| スクラッチ時間 (分) | 120 |
| 硬化まで(24時間でmm) | 2 |
他の架橋剤を使用した配合物は、おそらく架橋剤レベル、接着促進剤の種類、および硬化触媒が異なるだけで、同様に見えます。鎖延長剤が関与しない限り、それらの物理的特性はわずかに異なります。大量のチョークフィラーを使用しないと、システムによっては簡単に作成できないものもあります。この種の製剤は当然、透明や半透明のタイプでは製造できません。
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) ラボでの構想、生産、テスト - 非常に少量
ここでは、研究室の化学者が新しいアイデアを思いつき、通常はシーラントがどのように硬化し、どのような種類のゴムが生成されるかを確認するために、約 100 グラムのシーラントを手作業でバッチすることから始めます。現在、FlackTek Inc. から新しいマシン「The Hauschild Speed Mix」が入手可能です。この特殊なマシンは、空気を排出しながらこれらの 100g の小さなバッチを数秒で混合するのに最適です。これにより、開発者はこれらの小さな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、重要です。ヒュームドシリカまたは沈降チョークなどの他の充填剤は、約 8 秒でシリコーンに混合できます。脱気には約 20 ～ 25 秒かかります。この機械は、基本的に粒子自体を独自の混合アームとして使用する二重非対称遠心分離機構によって動作します。最大混合サイズは 100 グラムで、使い捨てなど数種類のカップが用意されているため、洗浄は一切不要です。
調合プロセスで重要なのは、材料の種類だけでなく、加える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、シーラントが内部から硬化する原因となるため、製品の保存寿命を保つためには、空気を排除または除去することが重要です。
化学者が特定の用途に必要な種類のシーラントを入手したら、約 3 ～ 4 本の小さな 110 ml (3oz) チューブを製造できる 1 クォートのプラネタリー ミキサーまでスケールアップします。これは、初期の保存寿命テストと接着テストに加えて、その他の特別な要件を行うのに十分な材料です。
その後、さらに詳細なテストと顧客サンプリングのために、1 ガロンまたは 2 ガロンの機械で 8 ～ 12 個の 10 オンスのチューブを製造します。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内に押し出され、包装シリンダーにフィットします。これらのテストの後、スケールアップの準備が整いました。
2) スケールアップと微調整 - 中量
スケールアップでは、ラボ配合物は、通常 100 ～ 200 kg の範囲または約ドラム缶の大型機械で製造されるようになりました。このステップには主に 2 つの目的があります
a) 4 ポンドのサイズとこの大きなサイズの間に、混合速度、分散速度、反応速度、および混合物中の異なる量の剪断力から生じる可能性のある重大な変化があるかどうかを確認する。
b) 見込み顧客をサンプリングし、実際の現場でのフィードバックを得るのに十分な資料を作成する。
この 50 ガロンの機械は、少量または特殊な色が必要で、一度に各タイプのドラムを約 1 つだけ製造する必要がある工業製品にも非常に役立ちます。
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 2 つは、プラネタリー ミキサー (上に示したもの) と高速分散機です。プラネタリーは高粘度の混合物に適していますが、ディスパーサーは特に低粘度の流動性システムでより優れた性能を発揮します。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潜在的な発熱に注意を払う限り、どちらの機械も使用できます。
3) 本格的な生産量
最終生産は、バッチまたは連続であってもよく、スケールアップステップからの最終配合を単純に再現することが望ましい。通常、比較的少量 (2 ～ 3 バッチまたは連続 1 ～ 2 時間) の材料が最初に生産設備で生産され、通常の生産が続く前にチェックされます。
テスト - 何をどのようにテストするか。
何
物理的特性 - 伸び、引張強さおよび弾性率
適切な基材への接着性
保存期限 - 加速および室温の両方
硬化速度 - 経時的な皮膚、タックフリー時間、スクラッチ時間および完全硬化、色温度 安定性または油などのさまざまな液体中での安定性
さらに、粘稠度、低臭気、腐食性、一般的な外観など、他の重要な特性もチェックまたは観察されます。
どうやって
シーラントのシートを引き出し、1週間硬化させます。特殊なダンベルを切り出し、引張試験機に入れて、伸び、弾性率、引張強さなどの物性を測定します。特別に準備されたサンプルの接着力/凝集力を測定するためにも使用されます。単純な「はい/いいえ」接着テストは、問題の基材上で硬化した材料のビーズを引っ張ることによって実行されます。
Shore-A メーターはゴムの硬度を測定します。この装置は、硬化サンプルに押し込まれた先端を備えた重りとゲージのように見えます。ポイントがゴムに突き刺さるほどゴムは柔らかくなり、値は低くなります。一般的な建築用シーラントは 15 ～ 35 の範囲になります。
皮膚の経時測定、タックフリー時間、およびその他の特別な皮膚の測定は、指または重りを付けたプラスチックシートを使用して実行されます。プラスチックをきれいに剥がすことができるまでの時間を測定します。
保存期間を確保するために、シーラントのチューブは室温 (1 年の保存期間を証明するには当然 1 年かかります)、または通常 50℃ の高温で 1、3、5、7 週間などのいずれかでエージングされます。プロセス (加速ケースでチューブを冷却) では、材料がチューブから押し出され、シートに引き抜かれ、そこで硬化させられます。これらのシートに形成されたゴムの物理的特性は、前述のようにテストされます。これらの特性は、新たに配合された材料の特性と比較され、適切な保存期間が決定されます。
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シーラントの中で最高品質です。これらには制限があり、特定の要件が要求される場合は特別に開発される場合があります。
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、製造プロセス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、タイプに関係なく、どの 1 液型シーラントでも基本的に同じプロセスです。量産を開始する前に、考えられるすべての特性を確認し、用途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。
用途の要件に応じて、適切な硬化化学物質を選択できます。たとえば、シリコンを選択し、臭気、腐食、密着性は重要視されないが、低コストが必要な場合は、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が含まれている場合、または独特の光沢のある色でプラスチックへの特別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。シリコン化合物: シランおよびシリコーン [M]。ゲレスト株式会社：433-439
*写真はOLIVIAシリコンシーラントより
投稿時刻: 2024 年 3 月 31 日
