PU フォームシーラントは乾燥後になぜ収縮するのでしょうか?

PU（ポリウレタン）フォームシーラント 建設や DIY プロジェクトの定番であり、優れた密閉性、断熱性、隙間充填性で知られています。.

しかし、フォームが完全に硬化した後に、目に見える収縮や表面からの剥離が見られると、ユーザーは不安を感じることがあります。この現象は密閉性の低下、断熱性の低下、隙間風や湿気の侵入につながる可能性があります。この収縮の原因を理解することは、プロフェッショナルで持続的な結果を得るために不可欠です。この記事では、PUフォームシーラントの収縮の科学的かつ実践的な原因を詳細に解説し、特に独立気泡構造であるPUフォーム構造と、その化学反応に焦点を当てます。.

収縮が起こる理由を理解するには、まず硬化したPUフォームの基本的な構造を理解する必要があります。ほとんどの発泡フォームシーラントは、独立気泡のPUフォーム構造を形成するように設計されています。.

独立気泡フォームでは、膨張時に形成される気泡（セル）はポリウレタンポリマーの壁に完全に閉じ込められています。個々のセルは互いに分離されており、ガスが充満した微小な区画のマトリックスを形成しています。この構造が、フォームの主な利点を生み出しています。

• 高い R 値 (断熱性): 閉じ込められたガス (多くの場合、低伝導率の発泡剤) は熱伝導率が低いため、優れた断熱性を発揮します。.
• 湿気および蒸気バリア: 連続ポリマー壁は、水や空気の浸入に対するバリアとして機能します。.
• 構造的剛性: セル壁はフォームの強度と圧縮に対する抵抗力に貢献します。.

しかし、この構造こそが、PUフォームシーラントの収縮を引き起こす原因でもあります。これらのセルの完全性と内部圧力は一定ではなく、時間の経過とともに変化し、寸法安定性を損ないます。.

ポリウレタンフォームの化学とセル構造に関する詳細な技術的説明については、アメリカ化学協会のポリウレタン部門が優れたリソースを提供しています。.

収縮は単一の問題ではなく、化学的要因と物理的要因の組み合わせによって生じます。最も重要な原因は、独立気泡PUフォーム構造内に閉じ込められたガスに関連しています。.

1. ガス拡散と熱平衡（最も一般的な原因）

これは、正常で最小限の収縮の主な科学的理由であり、より深刻なケースを説明することができます。.

• 硬化プロセス：缶から押し出されたフォームは液体状態です。缶内の推進剤と化学発泡剤（反応してガスを発生）によってフォームは急速に膨張します。この段階でセルに充填される主なガスは、多くの場合、CO₂（イソシアネートと水の反応で生成）と、場合によっては熱伝導率の低い他の発泡剤の混合物です。.
• フォームの「呼吸」：フォームが膨張し、スキンが形成されると、内部のガスは外部環境の影響を受け、安定し始めます。CO₂は溶解性が高く、フォームセルから比較的速やかに拡散します。同時に、大気中の空気（主に窒素と酸素）がセル内に拡散しますが、このプロセスはより遅くなります。.
• 圧力の不均衡：CO₂の急激な減少により、セル内に一時的に真空状態、つまり負圧が生じ、その後空気が完全に補充されます。これによりセルがわずかに収縮し、フォーム全体の体積が減少します。この拡散プロセスは継続的であり、温度の影響を受けます。フォームが大気圧とガス組成と平衡状態に達すると、収縮は安定します。.

高品質のフォームは、この影響を最小限に抑えるように配合されていますが、これは材料の基本的な特性です。配合が不十分なフォームや古いフォームは、過剰なガス拡散を引き起こし、PUフォームシーラントの収縮をより顕著にする可能性があります。.

2. 不適切または不完全な硬化

PU フォームは、空気中および塗布される基材から発生する水分との反応によって硬化します。.

• 水分不足：フォームを非常に乾燥した環境（低湿度）または低温で乾燥した表面に塗布すると、硬化反応が遅くなったり停止したりします。外側は皮膜を形成しますが、内部は柔らかく未硬化のままです。内部構造が十分な強度を発揮しないため、ガス拡散による内部圧力に耐えられず、崩壊や著しい収縮につながります。.
• 塗布厚さ：フォームビーズを厚く塗布しすぎると問題が生じる可能性があります。外層が硬化して硬い皮膜を形成し、水分を効果的に遮断し、内層が完全に反応・硬化するのを妨げます。この芯材のない部分は強度が弱く、時間の経過とともに収縮する可能性があります。.

3. 塗布中および塗布後の温度変動

温度は PU フォームの挙動において重要な要素です。.

• 施工中：フォームキャニスターは室温（通常20～25℃）に保ってください。キャニスターまたは基材の温度が低すぎると、化学反応が阻害されます。フォームは適切に膨張せず、セル構造が弱くなるため、その後の温度上昇時に収縮しやすくなります。.
• 硬化後（熱膨張／収縮）：ほとんどの材料と同様に、硬化した独立気泡PUフォームは温度変化によって膨張および収縮します。非常に寒い日にフォームの大きなビーズを塗布し、周囲温度が大幅に上昇した場合、最初の塗布時はフォームが最も冷たい状態にある可能性があります。温まるにつれて気泡内のガスが膨張しますが、主な動きは硬化中に固定されます。逆に、高温で硬化した後に急激な寒波に見舞われると、フォームが予想以上に収縮することがあります。これは正常な物理的反応ですが、収縮不良と誤認される可能性があります。.

4. 品質が悪い、または期限切れの製品

フォームシーラントの化学組成には保存期間があります。時間の経過とともに、缶内のプレミックス成分は劣化したり、予備反応を起こしたりする可能性があります。古い缶や適切に保管されていない缶を使用すると、フォームのセル構造が不安定になり、過度の収縮や性能低下を引き起こす可能性があります。.

原因を理解することは、効果的な解決策に直接つながります。施工環境と施工技術を管理することで、PUフォームシーラントの収縮の問題をほぼ解消できます。.

1. 表面の準備：表面は常に清潔で、埃や油分がないことを確認してください。特に重要なのは、フォームを塗布する前に、表面に軽く水を吹きかけることです。これにより、迅速かつ完全な硬化に必要な水分が供給されます。.
2. 温度管理：フォームキャニスターは使用前に少なくとも24時間室温で保管してください。周囲温度と下地温度が5℃～27℃のときにフォームを塗布してください。直射日光や高温の場所、または霜が降りた表面への塗布は避けてください。.
3. 施工方法：フォームを層状に塗布します。深い空洞の場合は、段階的に開口部を埋めていきます。最初の層を塗布し、完全に硬化するまで待ちます（薄茶色に変わります）。その後、2層目を上に塗布します。こうすることで、大きな未硬化のコアが形成されるのを防ぎます。.
4. 適切な製品を選びましょう：高品質でプロ仕様のフォームシーラントを選びましょう。これらのシーラントは、より安定した発泡剤を使用した優れた配合で、寸法安定性の高い独立気泡PUフォームを実現しています。缶に記載されている使用期限を必ずご確認ください。.
5. 製造元の指示に従ってください: 特定の製品の化学的性質に合わせて調整された、キャニスター上の指示に厳密に従ってください。.

ポリウレタン産業センター (CPI) は、ポリウレタン製品の適切な使用と適用に関する広範なガイドを提供しており、これは専門家と DIY 愛好家の両方にとって非常に役立ちます。.

乾燥後にPUフォームシーラントが収縮するのを観察すると、不安を感じるかもしれませんが、これは材料の挙動として予測可能であり、対処可能な側面であることが多いです。根本的な原因は主に、独立気泡PUフォーム構造内のガス交換プロセスにあり、不完全な硬化や極端な温度といった要因が加わって発生します。.

フォームが平衡状態に達すると、わずかな収縮（通常 1-5%）は正常であると考えられますが、著しい収縮は、適用エラー、環境要因、または標準以下の製品を示す危険信号です。.

PU フォームの化学的性質を尊重し、表面を湿らせ、温度を制御し、層状に塗布するなどのベストプラクティスに従うことで、フォームが完全に硬化し、収縮を最小限に抑え、今後何年にもわたって断熱および隙間充填の機能を効果的に実行する、強力で長持ちするシールを確実に形成できます。.