JP2000351954A - インシュレイティングガラス窓のシーリング方法 - Google Patents

インシュレイティングガラス窓のシーリング方法

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JP2000351954A
JP2000351954A JP2000113499A JP2000113499A JP2000351954A JP 2000351954 A JP2000351954 A JP 2000351954A JP 2000113499 A JP2000113499 A JP 2000113499A JP 2000113499 A JP2000113499 A JP 2000113499A JP 2000351954 A JP2000351954 A JP 2000351954A
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polysulfide
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sch
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JP2000113499A
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John Richard Gilmore
ジョン・リチャード・ギルモア
Steven John Hobbs
スティーブン・ジョン・ホッブズ
Keith Bradley Potts
キース・ブラッドリー・ポッツ
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Rohm and Haas Co
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Rohm and Haas Co
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    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/08Processes
    • C08G18/10Prepolymer processes involving reaction of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen in a first reaction step
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリスルフィドとポリウレタンを組み合わせ
た、丈夫なシーラントを用いてインシュレイティングガ
ラス窓をシーリングする方法の提供。 【解決手段】 ヒドロキシ基を末端基とするポリスルフ
ィド、触媒、およびNCO/OH比が約1:1から約
1.2:1の範囲となる量のポリイソシアネートとの混
合物で、窓の外辺に沿ったU型の溝および2枚の窓ガラ
スの間を充填し、ついで該混合物を硬化してポリスルフ
ィドベースのポリウレタンシーラントを形成することを
含む、インシュレイティングガラス窓のシーリング方
法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、ポリウレタンおよびポリスルフ
ィドの最も優れた特性を合わせ持つインシュレイティン
グガラス窓(insulating glass wi
ndow)のための改良されたシーラントに関する。さ
らに該ポリウレタンを形成するヒドロキシル基を末端基
とするポリスルフィドに関する。
【0002】「インシュレイティングガラス窓」とは、
構造にインシュレイティング特性を付与する2枚の窓ガ
ラスの間の間隔を作るために、両表面の間が間隔をあけ
られた位置関係になっている2枚の窓ガラスを含む構造
を示す。その最も広く用いられる型では、2枚の平行な
窓ガラスは、窓ガラスのガラス板上の周辺に沿って置か
れた金属のまたは有機物の樹脂スペーサーによって間隔
をあけられ、それによって窓ガラスの内部表面が脚であ
り、スペーサーの面が底であるU型の溝を形成する。概
して、スペーサーは、閉鎖された空隙を乾燥状態に保つ
ためモレキュラーシーブといった水吸着剤物質で充填さ
れたへこみを有する形をしている。窓の外辺に沿ったU
型の溝は、満足して使用するために必要な特性を合わせ
持つシーラントで満たされている。これらの特性のいく
つかを以下に示す。
【0003】2枚の窓ガラスの間の乾燥した間隔に湿気
が入るのを妨ぐため、シーラントは非常に低い透湿度
(MVT)を有さなければならない。そのような間隔に
存在する湿気は、視界および外観上の問題を起こしなが
ら、インシュレイティング価(insulating
value)を減少させる傾向にあり、窓ガラスの内部
表面で凝縮しうる。もし、シーラントが満足な透湿度を
有さないなら、インシュレイティングユニットの寿命は
著しく減じられるだろう。
【0004】ガラスの応力を軽減するため、温度変化に
よって引き起こされるインシュレイティングガラス構造
の収縮および膨張の際にシーラントがたわむよう、優れ
た伸び率およびフレキシビリティー(flexibil
ity)をシーラントは有さなければならない。
【0005】日光、湿気、および大きな温度変化に曝さ
れる長い期間の使用の間に劣化しない、ガラスとの優れ
た結合もシーラントは形成しなければならない。ラップ
剪断強度(lap shear strength)お
よび引張接着強度(tensile adhesion
strength)は、結合強度の重要な要因であ
る。
【0006】米国特許第3,386,963号で、サン
タニエロ(Santaniello)はシーラントおよ
び接着剤を形成するためにポリオールと硬化するあるイ
ソシアネート基を末端基とするポリスルフィドプレポリ
マーを開示している。該プレポリマーは以下の式を有す
るヒドロキシル基を末端基とするポリスルフィド: HO−R’SS(R’’SS)R’OH [式中、R’およびR’’は同じ2価の脂肪族の基であ
り、炭素鎖は酸素原子でさえぎられてもよく、分子量は
500から9000である]から形成される。しかしな
がら、R’がポリメチレンである場合のポリスルフィド
主鎖を有するポリウレタンの特性に関する教示はない。
【0007】そのようなポリウレタンが、両方のポリマ
ーの最も悪い特性ではなく、各々の最も優れた特性のい
くつかを示すことは予想外のことである。
【0008】それゆえ、本発明の目的は、低いアルゴン
マイグレーション、フリーラジカル酸化に対する優れた
耐性、および優れた加工性を有する優れた液体ポリスル
フィドと、低い透湿度、低い水膨潤度、優れた電気抵
抗、溶媒および木材防腐剤への優れた耐性、およびイン
シュレイティングガラス窓の有機成分への優れた接着性
を特徴とするポリウレタンを組み合わせた、丈夫なシー
ラントを用いてインシュレイティングガラス窓をシーリ
ングする方法を提供することである。
【0009】本発明の別の目的は、分子量および架橋結
合密度が同じである公知のポリスルフィドベースのポリ
ウレタンシーラントより硬いシーラントを提供すること
である。
【0010】インシュレイティングガラスシーラントの
生成において中間体または先駆物質として用いられるこ
とができるイソシアネート基を末端基とするポリスルフ
ィドを提供することは、本発明の目的に関係する。
【0011】一般に以下の式Iで表されるポリスルフィ
ド: HSCHCHOCHOCHCHS〔SCH
CHOCHOCH CHS〕CHCH
OCHOCHCHSH [式中、xは平均1.25]を水中ラテックスディスパ
ージョンとしてジチオジアルキレングリコールおよび亜
硫酸ナトリウム水溶液と還流温度で反応させることによ
りS−S結合において分裂させ、さらに過酸化水素を
加えてスルフヒドリル残基を有する鎖を酸化カップリン
グさせることで、本発明の以下の記述から明白になるこ
れらおよび他の目的は達成される。これにより、初期の
値の約3%の平均分子量を有し、式IIで表される一般
的な構造を有するヒドロキシル基を末端基とするポリス
ルフィド: RCHCHOCHOCHCHS〔SCH
OCHOCHCHS〕SCHCHOC
OCHCHR [式中、R=HO(CHSS、yは2から6、n
は分子量が約2500から約4000になる値であり、
n<<<式Iのm]の混合物が生成する。
【0012】式Iおよび式IIで表される一般的な構造
は、商標LPとして知られている公知の液体ポリスルフ
ィドの調製における第1段の生成物に、限られた程度の
架橋を導入することで変性されることができる。1,
2,3−トリクロロプロパンといった架橋剤を約2重量
%まで用いることができる。液体ポリスルフィドの2段
調製は、米国特許第2,789,958号に開示されて
おり、かかる開示は本明細書中に組み込まれ参照され
る。
【0013】本発明の改良されたシーラントは、式II
のヒドロキシル基を末端基とするポリスルフィドがポリ
イソシアネートと当量基準で約1:1から約1:1.
2、好ましくは約1:1.15(例えば、約1:1.0
8)の間の比で反応させられる1段で調製されることが
できる。部分的に硬化したシーラントを窓の決まった場
所に置いた後、反応の最終段を起こらせることができ
る。あるいは、シーラントの生成は、イソシアネート基
を末端基とするポリスルフィドが最初に形成され、その
後化学量論的に必要な追加のヒドロキシル基を末端基と
するポリスルフィドが先駆物質と混合される2段調製で
行われることができる。
【0014】アルキレン基が2から6個の炭素原子を含
むジチオジアルキレングリコールは、米国特許第2,5
27,378号に示されている方法を用いて調製され、
かかる開示も本明細書に組み込まれ参照される。しばし
ば単にジチオジグリコールと呼ばれる最も単純なジチオ
ジアルキレングリコールは好ましいものであるが、他の
例としては例えばジチオジプロピレングリコール、ジチ
オジブチレングリコール、およびジチオジヘキシレング
リコールが挙げられる。
【0015】式IIにおいて、n=11−23、または
ヒドロキシル基を末端基とするポリスルフィドの分子量
が約2000から約4000、好ましくは約2500−
3500になる値である。
【0016】本発明で見いだされた優れたインシュレイ
ティングガラスシーラントになるポリスルフィドベース
のポリウレタンを調製するために非常に様々なポリイソ
シアネートを、上記のヒドロキシル基を末端基とするポ
リスルフィドと好適に反応させることができる。概し
て、ポリウレタン樹脂の調製において以前に提案されて
いるいかなる有機ポリイソシアネートも本発明中で用い
ることができる。適したポリイソシアネートとしては、
例えば(IPDIと略す)イソホロンジイソシアネー
ト;トリレン−、メタフェニレン−、(MDIと略し、
商標 RUBINATE 9310で売られている)メ
チレン−ビス−(フェニレン−4−)、ビフェニレン−
4,4’−;3,3’−ジメトキシビフェニレン−4,
4’;3,3’−ビフェニレン−4,4’−;および
(MTMXDIと略す)メチレン−(テトラメチルキシ
レン−)といったアリーレンポリイソシアネート;エチ
レン−、エチリデン−、プロピレン−1,2−、ブチレ
ン−1,4−;ブチレン−1,3−;シクロヘキシレン
−1,4−;メチレン−ビス(シクロヘキシル−4,
4’)−;および(HDIと略す)ヘキサメチレン−
1,6−ジイソシアネートといったアルキレンポリイソ
シアネートが挙げられる。商標 RUBINATE 1
790で売られているMDIプレポリマーのような、商
業的に入手できるイソシアネート基を末端基とするプレ
ポリマーも本発明の硬化剤として適している。
【0017】本発明のインシュレイティングガラスシー
ラントを作るのに適した方法には、ヒドロキシル基を末
端基とするポリスルフィド、硬化触媒、連鎖停止剤、可
塑剤、充填剤、脱水剤、およびチキソトロピック剤を混
合することでシーラントベースを始めに作ることが含ま
れる。2枚の窓ガラスのU型の溝の周囲付近に置かれる
少し前に混ぜ合わせる2つのパッケージで、シーラント
ベース(A剤)は硬化剤(B剤)と一緒に売られてい
る。シーラントベースを作るための一般的な手順には、
ポリスルフィド、連鎖停止剤、および可塑剤をスウィー
プブレード(sweep blade)を用いているロ
ス(ROSS)、ホックメイヤー(HOCKMEYE
R)、またはシャー(SHAR)ミキサーといった容器
の中で配合することが含まれる。チキソトロピック剤、
充填剤、および脱水剤を配合物中に分散させ、ヘグマン
グラインド(Hegman grind)が2ミルより
小さくなるまで完全真空下、高速で粉砕する。湿気は、
トルエンとの共沸蒸留により400ppmより低くされ
る。接着促進剤、触媒、および必要であるなら追加のチ
キソトロピック剤がシーラントベースを仕上げるために
配合される。B剤を作るために、1つまたはそれ以上の
ポリイソシアネート硬化剤が窒素雰囲気下、顔料の存在
下又は非存在下で、混合される。
【0018】本発明のヒドロキシル基を末端基とするポ
リスルフィドは、ポリイソシアネートを該ポリスルフィ
ドとNCO:OH比が1.2:1を越える、好ましくは
約2:1またはそれを越える比で反応させることで、本
発明のプレポリマーとして用いるための、容易に硬化す
るイソシアネート基を末端基とするポリスルフィドに変
換されることができる。該プレポリマーは以下の式: OCN−〔RNH−C(O)−R−CHCH
CHOCHCHS−[SCHCHOCH
CHCHS]SCHCHOCHOCH
(O)CNH〕NCO [式中のRおよびRは、アルキレン、アルアルキレ
ン基またはアルカアリーレン基;RおよびRは、−
(OCHSS−;xは2から6;zは1から約1
5;nは11から23]で表される。
【0019】プレポリマーは、貯蔵および所望の場所に
安全に運送されることができる。ポリウレタンの分野で
公知であるように、プレポリマーを化学量論的に必要な
量の何らかのポリオールと混合し、混合物を2枚の窓ガ
ラスの間のU型の溝の周囲に置くことで、完全に硬化し
たシーラントを得られる。しかしながら、式IIのヒド
ロキシル基を末端基とするポリスルフィドを硬化反応に
おけるポリオールとして用いるのが好ましい。
【0020】本発明のシーラントは、本発明のポリスル
フィドベースのポリウレタンを約20重量%から約30
重量%、好ましくは約24重量%から約28重量%含
む。
【0021】第三アミンを含む様々な触媒は、ポリスル
フィドベースのプレポリマーの対応するポリウレタンへ
の硬化を促進するために用いられることができるが、好
適な触媒としては、例えばジブチルスズジラウレートと
いった、有機錫部分の炭素原子が約1個から4個および
炭酸塩部分の炭素原子が約8個から約12個であるジオ
ルガノ錫カルボン酸塩(diorganotin ca
rboxylate)があげられる。触媒は、単独また
は混合して、配合された反応混合物の重量に基づいて約
0.0001重量%から約0.1重量%の量で用いるこ
とができる。所望な際には、オレイン酸等の調節剤を約
0.005から約0.1重量%加えることで、反応速度
を遅くすることができる。ポリスルフィドベースのポリ
ウレタンの分子量は、シーラントパッケージのA剤にn
−デシルメルカプタンといった連鎖停止剤を加えること
で調節されることができる。
【0022】本発明に従って調製したシーラントの硬化
時間は、大きくは用いたヒドロキシル基を末端基とする
ポリスルフィドの分子量、温度、および触媒のタイプ、
またはもし用いたのであれば調節剤によって、20から
90分の範囲で変化する。
【0023】本発明のシーラントは、約50から約60
重量%の炭酸カルシウム、タルク、マイカ、板状クレー
といった充填剤も含む。該シーラントは、約0.4から
約1重量%の例えばアミノプロピルトリメトキシシラン
といったシランのようなガラス接着促進剤も任意に含む
ことができる。本発明のシーラント中に約15から約2
5%の可塑剤も存在させることができる。可塑剤の例と
しては、アルキルベンジルフタレート(例えば、アルキ
ルはオクチル)および塩素化パラフィンが挙げられる。
本発明のシーラント中に含まれる他の任意成分として
は、着色剤、紫外線安定剤、およびレオロジー調整剤
(rheology control agent)が
挙げられる。
【0024】本発明のシーラントは、ASTM F−1
249で測定される透湿度が20以下、好ましくは10
−14以下グラム/m/日である。
【0025】本発明のシーラントは、ガラス、アルミニ
ウム、マイラーフィルムと優れた結合を形成する。AS
TM C−961で測定されるラップ剪断強度が、約1
00から約150ポンド/平方インチであることが好ま
しい。ASTM C−1135で測定される引張接着強
度は、少なくとも約80、好ましくは少なくとも約11
0ポンド/平方インチである。
【0026】本発明のシーラントは、ASTM−D41
2で測定される伸び率が少なくとも約100%、好まし
くは200%である。
【0027】以下の実施例は、ヒドロキシル基を末端基
とするポリスルフィドの調製および本発明のインシュレ
イティングガラスシーラントを例示する。
【0028】0.2%架橋ポリスルフィドの調製 還流凝縮器、攪拌器、および熱電対の装備された12リ
ットルの3つ口フラスコに、モル濃度2.03およびラ
ンク(rank)2.26のポリスルフィドナトリウム
水溶液7520mlを満たした。5重量%のAEROS
OL OS界面活性剤水溶液70gを続けて加えた(モ
ノマーのモルあたり5gの溶液)。256.6gの2
0.8%塩化マグネシウム水溶液(0.56モル)(モ
ノマー比4モル%)が混合物に加えられ、コロイド懸濁
液がすぐに形成された。よく撹拌しながら、懸濁液は8
2℃まで加熱され、2417.7g(13.972モ
ル)のビス−2−クロロエチルホルマール中の0.2モ
ル%の1,2,3−トリクロロプロパン(4.1289
g、0.28モル)溶液が1時間かけて加えられた。添
加中の始めの0.5時間の間、発熱反応により温度が還
流温度まで上昇した。ポリマーの白濁したオレンジ色の
懸濁液が形成し始め、還流温度(約104℃)でさらに
7時間かけて反応を終えた。
【0029】冷却後、結果として生成したラテックス
を、洗浄および吸引による上澄みの除去の間にラテック
スを沈降させながら、6リットルの水道水で9回洗浄し
た。塩の入っていない懸濁液中の固形物の重量%を測定
して決定したラテックス固形物の収量は、2304.1
g(13.22モル)またはホルマールおよびトリクロ
ロプロパンの重量を基準にして94.4%であった。
【0030】ヒドロキシル基を末端基とするポリスルフ
ィドの調製 2272.6g(13.04モル)の固形物を含む洗浄
したラテックスを、攪拌器、還流凝縮器、および熱電対
の装備された12リットルの4つ口フラスコに満たし、
85℃まで加熱した。亜硫酸ナトリウム(616.4
g、4.89モル)およびジチオジグリコール(22
3.g、1.45モル)が連続的に速く加えられ、懸濁
液は約3時間の間100℃に加熱された。分裂されたポ
リマー(split polymer)の懸濁液を、残
留した亜硫酸塩を除去するために6リットルの水で8回
洗浄した。分裂されたポリマーの懸濁液は、44mlの
アンモニア水(0.6512モル)を加えながら攪拌さ
れ、その後21℃で190.2gの35%過酸化水素溶
液(1.956モル)が加えられた。過酸化水素は、微
量の残留メルカプタン末端基を酸化してジスルフィドに
し、ポリマーにヒドロキシル基末端のみを残す。
【0031】懸濁液は室温で22時間放置され、19
0.1g(1.825モル)の亜硫酸水素ナトリウムが
ポリマーを単離するために加えられた。懸濁液は、6リ
ットルの水で6回洗浄され、その後水を除去し、218
4.5gのヒドロキシル基を末端基とするオリゴマーポ
リスルフィド(oligomeric polysul
fide)が得られた、ラテックスとジチオジグリコー
ルのモル数の合計を基準にして91%の収率であった。
生成物は、37の水酸基価(3030の分子量に対応す
る)および0.09重量%のSHを有していた。
【0032】実施例1 上記の手順に従って調製された23,115g(24.
3当量)のヒドロキシル基を末端基とするオリゴマーポ
リスルフィドをホックメイヤーミキサーに投入し、続け
て9725gの可塑剤(SANTICIZER 26
1)、連鎖停止剤として56.7g(0.8当量)のn
−デシルメルカプタン、354.6gのフェノール樹脂
系接着促進剤(METHYLON 75−108)、チ
キソトロピック剤として10931.6gの沈降炭酸カ
ルシウム(HAKUENKA CC)、その後の硬化の
触媒として7.04gのカルボン酸錫(T−12)、充
填剤として23414.4gの粉砕した炭酸カルシウム
(GAMMASPERSE255)、および脱水剤とし
て1061.4gのモレキュラーシーブパウダー(粒径
3オングストローム)を順に加えることでシーラントパ
ッケージのA剤が調製された。混合物を、真空下、高速
で約1時間粉砕した。真空を解除した後トルエンを加
え、水を除去するために粉砕を続けながら共沸蒸留を約
2時間、反応容器の温度が179°Fになるまで行っ
た。熱い残留物に709.4gのシランA−1100
(Silane A−1100)接着促進剤が加えら
れ、混合物は部分真空下、約20分間攪拌された。十分
に低いスランプ(slump)を有するA剤物質を得る
ために、得られた物質を、226.8gのコロイドシリ
カ(CAB−O−SIL TS−720)と真空下、室
温で約0.5時間混合した。
【0033】47972g(20.42当量)のA剤
を、NCO/OH比が1.15:1(the Inde
x)で硬化するのに十分な量の硬化剤が、1000gの
MDIプレポリマー(RUBINATE 1790)、
3000gのMDI(RUBINATE 9310)を
均一混合物が得られるまで、窒素ガスシール下、密閉容
器で配合することにより調製された。当量は、170.
8であった。
【0034】実施例2 SANTICIZER−261のかわりに塩素化可塑剤
(OXY 54−120)を用いた以外は実施例1の一
般的な手順に従って調製されたインシュレイティングガ
ラスシーラントの透湿度を、ASTM F−1249−
90法で、パーミアンス(permeance)および
パーミアビリティー(permeability)と一
緒に測定した。結果を以下の表に示す。
【0035】
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーブン・ジョン・ホッブズ アメリカ合衆国イリノイ州60098,ウッド ストック,セント・ジョンズ・ロード・ 408・ディー (72)発明者 キース・ブラッドリー・ポッツ アメリカ合衆国イリノイ州60123,エルジ ン,イエローストーン・ドライブ・593

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】以下の式で表されるヒドロキシ基を末端基
    とするポリスルフィド: RCHCHOCHOCHCHS〔SCH
    OCHOCHCHS〕SCHCHOC
    OCHCHR [式中、R=HO(CHSS−、yは2から6、
    nは分子量が約2500から約4000になる値であ
    る] 触媒、およびNCO/OH比が約1:1から約1.2:
    1の範囲となる量のポリイソシアネートとの混合物で、
    窓の外辺に沿ったU型の溝および2枚の窓ガラスの間を
    充填し、ついで該混合物を硬化してポリスルフィドベー
    スのポリウレタンシーラントを形成することを含む、イ
    ンシュレイティングガラス窓のシーリング方法。
  2. 【請求項2】該ポリイソシアネートがジイソシアネート
    である、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】該分子量が約2500から約3500であ
    る、請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】該NCO/OH比が約1:1から約1.1
    5:1である、請求項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】以下の式で表されるヒドロキシ基を末端基
    とするポリスルフィド: RCHCHOCHOCHCHS〔SCH
    OCHOCHCHS〕SCHCHOC
    OCHCHR [式中、R=HO(CHSS−、xは2から6、
    n=11−23]とポリイソシアネートを、NCO/O
    H比が約1:1から約1.2:1の範囲で反応させるこ
    とにより調製されるポリスルフィドベースのポリウレタ
    ンを含む、インシュレイティングガラスシーラント。
  6. 【請求項6】該ポリイソシアネートがジイソシアネート
    である、請求項5に記載のシーラント。
  7. 【請求項7】該n=14−20である、請求項5に記載
    のシーラント。
  8. 【請求項8】該NCO/OH比が約1:1から約1.1
    5:1である、請求項5に記載のシーラント。
  9. 【請求項9】可塑剤およびガラス接着を促進するシラン
    がさらに存在する、請求項5に記載のシーラント。
  10. 【請求項10】以下の式で表されるイソシアネート基を
    末端基とするポリスルフィド: OCN−〔RNH−C(O)−R−CHCH
    CHOCHCHS−[SCHCHOCH
    CHCHS]SCHCHOCHOCH
    (O)CNH〕NCO [式中、RおよびRは、アルキレン、アルアルキレ
    ン基、またはアルカアリーレン基;RおよびRは、
    −(OCHSS−;xは2から6;zは1から約
    15;nは11から23である]。
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