シリコーン撥水剤の作用メカニズムは何ですか？

シリコーン、すなわち有機シリコン化合物は、Si-C結合を含み、少なくとも1つの有機基がシリコン原子に直接結合した化合物です。酸素、硫黄、窒素などを介して有機基がシリコン原子に結合した化合物も、慣例的にシリコーン化合物として扱われます。.

 

シリコーン樹脂の架橋高分子構造と水晶（例：石英）などシリカ結晶の構造は、非常に類似したシリコン-酸素結合を持ちます。この構造的特徴により、シリコーンはシリコン-酸素結合を含む無機鉱物材料に対して強い親和性を持ちます。シリコーンをレンガや石材などの無機材料の表面に塗布すると、皮膜は規則的かつ配向した配列を形成し、シリコーン分子のSi-O-Siが鉱物表面に吸着され、メチル基やその他のアルキル基が外側に整然と並びます（下図参照）。メチル基やその他のアルキル基は表面張力が非常に低く、疎水性基であるため、この配向したシリコーン分子の配列は非常に高い疎水性を示します。空気中の水蒸気や雨滴が材料表面に接触すると、材料の疎水性表面は撥水バリアとして機能し、液体の水が表面に留まりにくく、水滴となって転がり落ちるため、外部の湿気がセメント質材料に浸透するのを防ぎます。卓越した撥水性に加えて、シリコーン皮膜は「通気性」も有します（下図参照）。これにより、被覆材自体の水分バランスが維持され、皮膜の耐久性がさらに向上します。.

 

 

このシリコーン防水剤の撥水効果は、蓮の葉効果とは根本的に異なります。.

 

蓮の葉の表面微細構造は下図の通りです。.

 

 

蓮の葉の表面には、非常に複雑な複数のナノおよびミクロンサイズの超構造が存在します。超高解像度顕微鏡下では、蓮の葉の表面に多くの微小な乳頭状突起がはっきりと観察できます。平均的な突起のサイズは約10ミクロンで、平均間隔は約12ミクロンです。そして、それぞれの突起は直径約200 nmの蝋質の突起で構成されています。蓮の葉の表面は、一つ一つ隆起した「饅頭（まんじゅう）」に覆われており、その「饅頭」は産毛で覆われています。「饅頭」の頂上には凸型の「バンカー」のようなものが生え、「饅頭」同士の凹部は空気で満たされているため、葉面の直近領域にはわずか数ナノメートル厚の空気層が形成されます。塵や雨などのサイズがこの葉面構造よりもはるかに大きい場合、この非常に薄い空気層を隔てて、塵や雨は葉面の「バンカー」のような凸部の頂点としか点接触できません。雨滴は自身の表面張力によって球状を形成し、この水球は転がりながら塵を引き付け、葉面から転がり落ちることで自己洗浄を実現します。これが「蓮の葉効果」です。.

シリコーン防水剤の主な用途は何ですか？

シリコーン防水剤は、装飾モルタル、天然または人造大理石、天然または人造花崗岩、装飾コンクリート、打放しコンクリート、ブロックやレンガ、シリコン含浸レザーブーツ、シリコーンウォーターガード、スリーピングバッグ、建材等の表面塗装に使用できます。主に以下のような役割を果たします。.

1) 防汚と防塵

建物外壁の組積造表面、コンクリートやモルタル表面には、大量の微小ひび割れ、凹み、毛細管が存在し、吸水や塵の付着を引き起こします。大気降水が上記の表面に堆積した塵と混ざり、下流で黒い汚水を形成し、乾燥後に黒い筋や汚れとなって現れます。これにより、仕上げ材の装飾効果が著しく損なわれます。しかし、シリコーン防水剤を塗布すると、撥水膜の形成により、汚水は玉状になって転がり落ちます。これにより、汚水の浸透を防ぐだけでなく、転がり落ちる汚水玉が付着していた塵を一緒に落とします。したがって、大雨や小雨（または人工散水）の洗浄後、シリコーン処理された壁面と未処理の壁面は全く異なります。雨による汚染の深刻な状況が明らかに改善し、壁は新しい見た目を示します。.

2) 風化および白華現象の防止

風化は、無機塩溶液が壁面に移動して結晶を形成し、体積膨張によって壁にひび割れを生じ、この損傷が年々繰り返されることで引き起こされます。これにより、壁表面が膨れ、剥離し、最終的には機能を失います。壁表面に防水剤を塗布して形成される撥水層は、外部の降水が内部に浸透するのを防ぎ、内部の塩溶液が外部に移動するのを回避するため、塩類析出による風化を防ぎます。.

 

白華現象とは、建物の壁内部の遊離水酸化カルシウム溶液が外部に移動し、壁表面に堆積して乾燥し、徐々に二酸化炭素と反応して水に不溶性の炭酸塩を生成し、それが壁面に永久的に固着し、むらのある白い跡として現れる現象です。水酸化カルシウム溶液の不均一な移動により、壁面が白く、色むらを生じます。これは見た目を損なうだけでなく、大きな破壊的な影響を与えます。シリコーン皮膜が壁表面に形成する撥水層は、白華現象を回避するための効果的な対策です。.

3) 微生物繁殖の防止

建物の表面における微生物の繁殖のための主要な条件は湿気であり、長期間にわたる湿潤表面は苔や様々なカビの発生を促進し、それが繁殖・増殖することで建物表面に損傷を与えます。シリコーン防水剤塗布後は撥水表面層が形成され、水の帯留が困難となるため、破壊的な生物は生存できません。.

4) 凍結による損傷の防止

北側壁面の表面気孔や亀裂に帯留した水が凍結する際、体積は約10%膨張します。この膨張が巨大な損傷応力を生み出しますが、防水バリアはこの凍結による損傷を除去します。.

 

5) 酸性雨による腐食の防止

シリコーン撥水膜は、大気酸性雨による壁面への腐食損傷をブロックします。前述のように、シリコーンコーティング膜は『通気性』を有しており、気体水分子がコーティング膜を通じて自由に出入りできるため、壁自体の水分バランスを維持します。壁内部の水分子は容易に外部へ逃散できるため、コーティング膜下の壁は自然な乾湿バランスを維持し、完全密閉型コーティング膜のように水分分散不能による水疱や表面剥離を引き起こしません。.

 

6) 色持ちと抗老化効果

色付きの壁面に対し、シリコーン膜は色調保持に使用できます。Si-O結合の高い結合エネルギーにより、光エネルギーによる破壊が困難です。光エネルギーがコーティング膜内のSi-O結合に吸収されると、シリコーンコーティング膜下の色素基団への損傷は生じなくなり、色彩は長期にわたり初期状態を維持します。.

 

シリコーン防水剤のスプレー（塗布）施工方法は何ですか？

シリコーン防水剤の施工は、一般的に下地表面清掃、亀裂修復、吹付け施工の3工程に分けられます。.

1) 基材表面の清掃

シリコーン防水剤を吹付ける前に、下地表面の塵埃・苔斑・その他の汚れを清掃します。一般的な塵埃・浮遊土は水洗いまたは雑巾拭きが可能ですが、油汚れ・錆染み・苔斑は洗浄剤を用いて丁寧に清掃し、その後水で残留洗浄剤を洗い流す必要があります。.

 

2) ひび割れの補修

基材の漏水は、毛細管吸収漏水と亀裂・穴・漏水の2種類に分類されます。シリコーン防水剤は毛細管吸収漏水の対策に極めて有効です。しかし下地に大きな亀裂や穴がある場合、単独でのシリコーン防水剤吹付けでは問題解決が困難な場合があります。強風を伴う降雨時には、風圧によって雨水が亀裂や穴から下地へ浸透する可能性があるためです。そのため、適切な材料を選択して亀裂・穴を埋修復し、その後シリコーン防水剤を吹付ける必要があります。.

 

3) シリコーン防水剤の噴霧

下地の清掃・修復・乾燥（含水率10％以下）完了後、シリコーン防水剤を吹付けることができます。.

 

a) シリコーン防水剤と水を1:（10-12）の比率（質量比）で均一に混合し、清潔な農薬散布ボトルまたは刷毛を用いて乾燥壁面に直接吹付け・塗布し、縦横連続2回施工します。.

 

b) 吹付け順序は標準化すべきであり、最適なのは下から上へ、または下端部分から始めて上方向へ区画施工する方法です。壁面吹付けの例では、施工面の下端から開始し、水平方向に左→右または右→左（風上側を向いて）吹付けを行い、水平施工塗膜を形成させつつ頂部まで徐々に吹付けて第1回施工を完了させます。続いて垂直方向に第2回吹付けを行い、2層の塗膜が『クロス』状になるように施工し、壁面が十分にエマルションを吸収するようにして吹付け漏れを防止します。吹付け時の注意点は2点：第一に、第1回と第2回の吹付け間隔は長くしすぎないこと（例：第1層完全硬化後第2回吹付けを行うと、硬化塗膜はすでに疎水性を示しているため、特に夏季高温時には吹付けが困難またはビード状にはじかれる現象が発生します）。第二に、吹付けは飛び飛び・無秩序・ランダムに行ってはならず、最大限の撥水性を得るために均一施工が必要です。そうでない場合、吹付け不足や吹付け漏れが生じ、施工品質に影響します。.

 

c) 壁面腰線・バルコニー・窓台などの突出部、およびタイル・大理石などの仕上げ材の目地部分は吹付け重点部位であり、十分な吹付けが必要です。.

 

d) 施工時は気温4℃以上、24時間以内に降雨・降雪・凍結がなく、風力6級以下、水で希釈した液体は当日中に使用する必要があります。.

 

e) エマルションと水の混合比率は厳密に管理し、過剰な濃厚または希薄は所望の防水効果を得られません。一般的なコンクリート・セメントモルタル・タイル・粗面花崗岩・ブラシ仕上げ石・素焼きレンガ壁面には1:（10-11）、研磨花崗岩・大理石壁面には1:12が最も適切です。.