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日本建築学会大会学術講演梗概集（東海） 2012 年 9 月

防水材料の耐候性試験 その４１
FT-IR を利用した「高強度形ウレタン防水材」の表面分析 その１
防水材料
ウレタン
FT-IR

耐候性
高強度正会員
正会員
正会員
正会員

屋外暴露
表面分析

1.はじめに防水材料促進耐候性試験方法小委員会では，2002 年から防水材料の屋外暴露試験と促進暴露試験を，同じ材料により同時並行で開始した。屋外暴露試験は 3 年目，7 年目に試験体の回収・評価を行い，次回は 15 年目（2017 年）に行う計画である。
ウレタン防水材の屋外暴露 3 年目の結果については，前報「防水材料の耐候性試験その 15」(2006 年)，「防水材料の耐候性試験その 21」(2007 年)，屋外暴露 7 年目の結果については，「防水材料の耐候性試験その 31」，「防水材料の耐候性試験その 32」（2010 年）
，促進暴露試験との対比について
は，「防水材料の耐侯性試験その 38」（2011 年）で報告した。
これまでの評価方法は，引張試験による機械的物性測定法を標準としているが，この方法では物性値に顕著な差が見受けられない上，測定に大きな試験体を必要とする。
そこで，少量の試験体で簡便に防水層の経時変化の評価が可能な試験方法を検討した結果，本報では， FT-IR（フーリエ変換赤外分光分析装置）を利用した表面分析法について報告する。
使用する試験体については，前報と比較するため，同じ高強度形ウレタンタイプの「B-1」，「B-2」とした。
2.FT-IR 法採用の背景
ウレタンの経時的変化を追跡するため，引張試験による機械的物性の変化を調べることも一つの方法ではあるが，直接的にウレタンの変化を捉える手段があれば，さらに有効と考 えられ る。そこ で注目し たのが 赤外分光 法（ InfraredSpectroscopy）である。今回は，物質の表面状態を調べるた
めに FT-IR を用いて，ATR 法（全反射法）による分析を行なった。FT-IR 法を用いた測定を採用した背景としては，以下のウレタン特有の変化が上げられる。
1)防水層の経時変化：ウレタン塗膜防水における経時変化としては，保護仕上材（トップコート）やウレタン防水材中の成分バランスの変化や構成成分の分解等が考えられる。
2) 成分バランスの変化：トップコート，ウレタン防水材は数種類の材料の混合物であり，ポリマー成分（ウレタン系，アクリルウレタン系，フッ素系等），充填剤，可塑剤，顔料等が含まれている。これらの成分の一部が，経時で消失することにより，成分バランスが変化する。例えば，ポリマー分と可塑剤分の比率の変化を知ることで，経時変化を追跡する

Weatherability Test Result of Waterproofing Materials Part 41
Polyurethane Membrane:○武田 剛*1
若林秀幸*1
鈴木 博*1
竹本喜昭*2

正会員
正会員
正会員
正会員

清水市郎*3
松村 宇*4
高根由充*5田中享二*6ことができる。
3)構成成分の分解：ポリマー成分は，縮合重合することで高分子化しているが，光・熱・水・酸・アルカリ等の影響により，経時で結合部分の局部的な分解を起こす可能性がある。
3.分析に使用した屋外暴露試験体
3.1 試験体の種類試験体として用いたのは，高強度形ウレタンのスプレータイプであり，平均膜厚を 3mm とした。またトップコートによる耐久性の差を確認する目的で，試験体はトップコート有り無しの 2 種類とした。塗布量は 0.2kg／m2 とした。屋外
暴露試験体一覧を表 1 に，初期物性を表 2 に示す。
表 1 屋外暴露試験体一覧
トップコート12なし

アクリルウレタン

高強度形

ブランク

B-1-0

B-2-0

スプレー

3 年暴露

B-1-3

B-2-3タイプ

7 年暴露

B-1-7

B-2-7

ウレタン防水材

B

表 2 初期物性
試験体

B-1-0

B-2-0引張強さ(N/mm2)

10.5

8.6

破断時の伸び率(%)

365277

引裂強さ(N/mm)

5659

3.2 試験体形状
縦 300mm，横 300mm の試験体を，ステンレスベルトでコンクリート舗道板に機械的に固定したものを屋外暴露した。
3.3 屋外暴露地域
暴露地域一覧を表 3 に示す。
表 3 屋外暴露地域地域
暴露地

寒冷地域 (N)

温暖地域 (C)亜熱帯地域 (S)

旭川

銚子

宮古島

（北海道）

（千葉県）

（沖縄県）

4.FT-IR による測定
4.1 測定方法
各種サンプル表面を，FT-IR 分析装置を使用し，ATR 法（全反射法）にて 400cm-1〜4,000cm-1 の赤外線吸収スペクトルを測定した。また，比較のために，断面状態を光学顕微鏡（100 倍）にて確認した。

TAKEDA Tsuyoshi, WAKABAYASHI Hideyuki,SUZUKI Hiroshi, TAKEMOTO Yoshiaki, SHIMIZU Ichiro,
MATSUMURA Takashi, TAKANE Yoshimitsu, TANAKA Kyoji― 935 ―

4.2 ブランクの測定結果
1) トップコートなしブランク(B-1-0)の測定
図 1 に測定したトップコートなしブランク(B-1-0)の赤外線吸収スペクトルを示す。
100.0090.080.0

図 3 の吸収スペクトルを比較すると，暴露したサンプル
では殆ど吸収が見られず，正常な測定ができていない。その理由としては、写真 1，2 にトップコートなし屋外暴露品（宮古島：3 年，7 年）の断面写真を示すが，いずれの試験体も表面が劣化し，極めて顕著な凹凸となっていることが分かる。このような状態だと FT-IR では、正確な測定が困難であると考えられる。

70.0%T

60.0

50.0

40.0

30.0

20.00
4000.0

3500

3000

2500

2000

1750
cm-11500

1250

1000

750

500

400.0

図 1 トップコートなしブランクの測定結果
B-1-0 はウレタンゴムであるため，特徴的な 2,950，2,850cm-1 付近の脂肪族 C-H 伸縮振動，1,080cm-1 付近のエーテルの C-O-C 伸縮振動の吸収スペクトルが見られる。
2) トップコートありブランク(B-2-0)の測定結果
図 2 に測定したトップコートありブランク(B-2-0)の赤外線吸収スペクトルを示す。

写真 1 B-1-3(宮古島 3 年)
写真 2 B-1-7(宮古島 7 年)
4) トップコートありの屋外暴露サンプルの測定結果
図 4 に測定した B-2 とその暴露品（宮古島：3 年，7 年）の赤外線吸収スペクトルを示す。
100.00B-2-3，B-2-7

90.0

（宮古島）

100.00
80.0

90.0
70.0

80.0

%T

70.0

60.0

50.0

%T

60.0

40.0

50.0

40.0

30.0

30.0

20.00
4000.020.00
4000.0

3500

3000

2500

2000

1750
cm-115001250

1000

750

500400.0

図 2 トップコートありブランクの測定結果
B-2-0 の表面はアクリルウレタン系トップコートが塗布されているため，特徴的な，1,730cm-1 付近のエステル基のC=O 収縮振動，1,260~1,170cm-1 付近の O=C-O と C-OH の伸縮振動，800~500cm-1 付近での酸化チタン（ルチル型）の吸収スペクトルが見られる。
3) トップコートなし屋外暴露サンプルの測定結果
図 3 に測定したトップコートなしの屋外暴露品（宮古島：3 年，7 年）の赤外線吸収スペクトルを示す。
100.00

90.0

80.0

70.0

%T

60.0

B-1-3，B-1-750.0

（宮古島）
40.0

B-1-0

30.0

20.00
4000.0

3500

3000

2500

2000

1750
cm-11500

1250

1000

750

500 400.0

図 3 トップコートなし屋外暴露サンプルの測定結果*1 日本ウレタン建材工業会*2 清水建設 技術研究所*3 建材試験センター 中央試験所*4 北海道立総合研究機構 北方建築総合研究所*5 日本ウェザリングテストセンター銚子試験場*6 東京工業大学名誉教授

B-2-0
3500

3000

2500

2000

1750
cm-11500

1250

1000

750500400.0

図 4 トップコートあり屋外暴露サンプルの測定結果
図 4 の吸収スペクトルを比較すると，1,730cm-1 付近と，1,260~1,170cm-1 付近のピークの減少が見られ，800cm-1 以下の酸化チタンのピークが増大している。実物でも表面の白亜化の兆候が見られ，アクリルウレタンの特徴は確認できる。
写真 3 に B-2 屋外暴露品（宮古島 7 年）の断面写真を示す。写真 3 より，屋外暴露 7 年後でもトップコートは残存しており，FT-IR の結果と整合している。
写真 3 B-2-7（宮古島 7 年）
5.まとめ
トップコートありでは，経時による変化が測定できた。
また，ATR 法による FT-IR を活用するためには，試験体の表面状態の管理が必要である。さらに検討を行ないたい。
（参考文献）塗料用合成樹脂の赤外線吸収スペクトル（(財)日本塗料検査協会著：2004 年 5 月改訂 3 版）

*1 Japan Urethane Waterproofing Industry Association.
*2 Shimizu Corporation, Institute of Technology.
*3 Japan Testing Center for Construction Materials, Central Test Laboratory.
*4 Hokkaido Research Organization, Northern Regional Building
Research Institute.
*5 Japan Weathering Test Center, Choshi test field.
*6 Emeritus professor of Tokyo Institute of Technology.

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