接着・原賀塾<第65回>

≪接着・原賀塾≫

講師：(株)原賀接着技術コンサルタント

首席コンサルタント、工学博士

原賀康介

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pdfファイル版（第1回～第56回）販売のお知らせ

・＜接着・原賀塾＞の第1回から第56回（第1章～第14章）を読みやすくまとめた「pdfファイル版」（A4カラー版　全304ページ、図表322点）です。
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15．接着剤の種類、特徴と使用上の注意点

15.4　代表的な接着剤の特徴、使用上の注意点

（２）エンジニアリング接着剤

(2-4)　シリコーン系接着剤・シール材

　シリコーン系の接着剤やシール材は、ゴム弾性を有し、低温から高温まで特性が変化しないなど、他の接着剤にはない多くの特徴を有していることから、建築・土木分野から人工衛星などの宇宙機器まで様々な分野で広く用いられています。

①　シリコーン系接着剤・シール材の種類

　＜シリコーン系＞と一言で言っても、図15-32に示すように、種々の種類があります。

図15-32　シリコーン系接着剤・シール材の種類

　硬化反応の種類としては、＜付加反応＞、＜縮合反応＞、＜ラジカル反応＞に大別されます。

　＜付加反応タイプ＞には、＜第58回＞の「15.3　接着剤の固化（硬化）の方式と注意点」の「（１）二液の混合による硬化」、「（２）一液の加熱による硬化」で述べたように、室温や加熱で硬化する二液型のものと、一液で加熱して硬化するものとがあります。ただし、シリコーン系の＜付加反応＞では、＜第58回＞でも述べたように、接触している物質によっては、添加してある触媒が先に触れている物質と反応して、シリコーンを硬化させるための触媒効果がなくなるため、硬化が阻害される場合があるので、事前に硬化するかどうかを確認しておくことが重要です。【硬化阻害物質の例】は、＜第58回＞でも述べましたが、以下に再掲します。

　【硬化阻害物質の例】

　　・硫黄化合物、燐化合物、窒素化合物

　　・有機ゴム（天然ゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭなど）

　　・軟質塩ビの可塑剤・熱安定剤

　　・アミン硬化系エポキシ樹脂、縮合タイプのシリコーン樹脂、ウレタン樹脂のイソシアネート類

　　・一部のビニルテープ粘着剤・接着剤・塗料（ポリエステル系塗料など）

　　・ワックス類、半田フラックス、松ヤニ、ゴム粘土・油粘土、など

　＜縮合反応タイプ＞は、チューブ入りやカートリッジ入りなどの一液型で、塗布後に空気中の水分と反応して硬化するもので、シール材としても多用されているものです。＜縮合反応＞については、＜第58回＞の「15.3　接着剤の固化（硬化）の方式と注意点」の「（４）空気中の水分との反応による硬化」に述べているので参照下さい。＜縮合反応＞では、水分と反応して硬化する過程で副生成物が生成して、樹脂中を拡散して接着剤の外に放出されます。副生成物としては、酢酸、アセトン、オキシム、アルコールなどあり、それぞれ、＜酢酸タイプ＞、＜アセトンタイプ＞、＜オキシムタイプ＞、＜アルコールタイプ＞と区別して販売されています。

す。

　＜ラジカル反応タイプ＞は、紫外線硬化型のシリコーンで、光照射によってラジカル連鎖反応によって硬化します。

②　シリコーン系接着剤・シール材の特徴

　・ゴム弾性を有する。

　・低温から高温まで物性の変化が少ない。

　　人工衛星の太陽電池の接着では、-150℃～+200℃のヒートサイクルに曝されますが、二液付加型シリコーン系接着剤が用いられています。260℃程度まで使用可能です。

　・硬化物がゴム状のため、硬化時の収縮応力や温度変化による熱応力がほとんど生じません。

　・硬化物の表面張力が低いため、液体の水を良くはじきます。

③　シリコーン系接着剤・シール材の使用上の注意点

　・＜付加反応タイプ＞では、接触している物質によっては、硬化が阻害される場合があるので、事前に硬化するかどうかを確認しておくことが重要です。【硬化阻害物質の例】は、①に記載してあります。

　・＜縮合反応タイプ＞では、種類によって、酢酸、アセトン、オキシム、アルコールなどの副生成物が発生します。

　酢酸は腐食性が有り、アセトンやオキシムは溶剤なので、部品の材料によっては腐食したり侵されることがあります。オキシムは銅化合物と錯体を作るので、変色や腐食に注意が必要です。

　・＜縮合反応タイプ＞は、水分を通さない部品の大面積での接着には不適です。

　　　接着剤のはみ出し部など空気に触れている部分は硬化しやすいですが、水分を通しにくい被着材の間に挟まれた接着部では、水分が接着部の内部まで届くのに時間がかかるので硬化には時間がかかります。

　・＜縮合反応タイプ＞では、空気中の水分量は天候や季節によって変化するので、高湿度時は速く硬化するが、低湿度時は硬化に非常に時間がかかります。低湿度時には加湿などで湿度管理をする必要があります。

　・＜縮合反応タイプ＞を水分で急速に硬化させて、反応で発生した縮合物が樹脂中を拡散する速度以上に生じると、接着部の内部で気泡となることもあるので注意が必要です。

　　また、発生する縮合物を通さない被着材同士を、面接合すると、発生した縮合物は接着面の端部からしか外部に放出されないため、リークパスが生じることがあります。

　・不純物による障害に注意

　　シリコーン樹脂中に含まれる不純物（低分子シロキサン）が接点などでの火花によって焼けて無機物のシリカになると、導通不良の原因となりうるので、電気・電子部品などでは不純物を極力少なくした電気・電子機器用グレードを使用する必要があります。また、揮散した低分子シロキサンが付着して光学部品などに曇りを生じさせることもあります。

　・撥水性に優れておりシール材として多用されていますが、高温の水蒸気はエポキシ樹脂に比べて通しやすいので、高温高湿環境でのシールへの適用には注意が必要です。

　・塗料の密着性が悪い。

　　シリコーン樹脂が、不要な部分に付着すると、後工程での接着や塗装に影響を及ぼすことがあるので、シリコーンの塗布作業は、できるだけ最終工程で行うのが好ましいです。

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　　第2章　接着のメカニズムと目標値達成のための方法

　　第３章　接着の機能・特性を損なう「内部応力」の発生メカニズムと影響諸因子、低減法　

　　第4章接着剤の種類と特徴、使⽤上の注意点

　　第5章設計、施⼯、管理のポイ

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(2-5)　変成シリコーン系接着剤（弾性接着剤）・シール材

　変成シリコーン系接着剤・シール材は、＜弾性接着剤＞とも呼ばれています。＜変成シリコーン＞という名称からシリコーンと間違われやすいですが、アクリル、ウレタン、エポキシなどの骨格樹脂の末端を変成シリコーンポリマーで変成した接着剤で、 (2-4)で述べた＜シリコーン系接着剤＞とは異なるものなので間違わないようにしてください。硬化は、空気中の水分による縮合反応で、縮合物としてアルコールが生じものが一般的です。

①　変成シリコーン系接着剤・シール材の特徴

　・柔軟性・弾力性がある。

　・難接着性材料への密着性に優れている。ポリエチレン、ポリプロピレンなどに使用できるものもあります。　

　・シール材としても多用されています。

　・硬化した樹脂への塗料の密着性は良好です。

②　変成シリコーン系接着剤・シール材の使用上の注意点

　・シリコーン系接着剤とは異なるものなので、高温下では強度が低下し、クリープを起こしやすくなります。

　・一液型は空気中の水分との＜縮合反応＞で硬化します。硬化の際にアルコールなどの副生成物が発生します。

　　二液型もあり、二液型は付加反応で硬化し、副成物は発生しません。

　・一液型は、空気中の水分で硬化するため、 (2-4) シリコーン系接着剤・シール材と同様に、水分を通さない部品の大面積での接着には不適です。

　　接着剤のはみ出し部など空気に触れている部分は硬化しやすいですが、水分を通しにくい被着材の間に挟まれた接着部では、水分が接着部の内部まで届くのに時間がかかるので硬化には時間がかかります。また、空気中の水分量は天候や季節によって変化するので、高湿度時は速く硬化するが、低湿度時は硬化に非常に時間がかかります。低湿度時には加湿などで湿度管理をする必要があります。水分で急速に硬化させた場合は、反応で発生した縮合物が接着部の内部で気泡となることもあるので注意が必要です。また、発生する縮合物を通さない被着材同士を、面接合すると、発生した縮合物は接着面の端部からしか外部に放出されないため、リークパスが生じることがあります。