JP2002206082A - 接着剤およびこれを用いた木工製品 - Google Patents
接着剤およびこれを用いた木工製品Info
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Abstract
初期接着発現性が良好であり、常態接着強さ、耐熱性、
耐水性、接着耐久性に優れ、作業性にも優れる接着剤を
得る。 【解決手段】 ポリメリックMDI(A)、変性酢酸ビ
ニル樹脂エマルジョン(B)、ポリビニルアルコール水
溶液(C)、充填剤(D)を含む木材用接着剤である。
A:B:C:Dの質量比率が30:60〜160:50
〜160:10〜140であることが好ましい(ただ
し、ポリビニルアルコール水溶液(C)は10質量%濃
度とする)。
Description
などの接着に用いられる接着剤に関し、常温での初期接
着発現性が速く、接着後の耐久性に優れ、しかもホルム
アルデヒドなどの揮発性有害物質が発生しないようにし
たものである。
ア樹脂系、メラミン樹脂系、フェノール樹脂系、レゾル
シノール樹脂系、水性高分子イソシアネート系、α−オ
レフィン系、酢酸ビニルエマルジョン系などの接着剤が
知られている。しかしながら、これらの木工用の接着剤
にあっては、以下のような問題点がある。ユリア樹脂
系、メラミン樹脂系、フェノール樹脂系、レゾルシノー
ル樹脂系接着剤などは、作業中あるいは製品からホルム
アルデヒドなどの有害物質が発生する問題がある。水性
高分子イソシアネート系接着剤は、比較的高価であり、
高粘度で作業性に劣り、初期接着発現性が悪く、発泡性
がある。
り、高温での接着強さが劣る。酢酸ビニル樹脂エマルジ
ョン系接着剤は耐水性、耐熱性に劣る。このように、こ
れまでの木材用の接着剤は一長一短であり、その要求性
能を広い範囲で満足しうるものは少なかった。
る課題は、揮発性有害物質を発生することなく、常温で
初期接着発現性が速く、耐熱性、耐水性が良好で、接着
耐久性が良く、作業性にも優れ、発泡性の少ない接着剤
を得ることにある。
ックMDI(A)、変性酢酸ビニル樹脂エマルジョン
(B)、ポリビニルアルコール水溶液(C)、充填剤
(D)を配合した接着剤によって解決される。また、こ
れら成分の当量比A:(B+C)を1:(30〜12
0)とすることが好ましい。A:B:C:Dの質量比率
は、30:(60〜160):(50〜160):(1
0〜140)とすることが好ましい。(ただし、ポリビ
ニルアルコール水溶液(C)は10質量%濃度とす
る。)。また、充填剤(D)は鉱物スラグ微粉末、シリ
カから選ばれる少なくとも1種か、有機系材料粉末であ
ることが好ましい。さらに、充填剤(D)が鉱物スラグ
微粉末、シリカから選ばれる少なくとも1種である場合
には、これら成分の質量比率を、A:B:C:D=3
0:(70〜160):(50〜160):(50〜1
40)とすることが好ましい(ただし、ポリビニルアル
コール水溶液(C)は10質量%濃度とする)。充填剤
(D)が有機系材料粉末である場合には、これら成分の
質量比率を、A:B:C:D=30:(60〜16
0):(60〜160):(10〜40)とすることが
好ましい(ただし、ポリビニルアルコール水溶液(C)
は10質量%濃度とする)。また、このような接着剤を
用いて接着加工された木工製品は、接着強さ、接着耐久
性に優れたものとなる。
本発明の接着剤の主剤となるポリメリックMDI(ポリ
メチレンポリフェニレンポリイソシアネート)(A)と
しては、イソシアネート基含有率が28〜35%程度
で、粘度が100〜250mPa・s(25℃)程度の
ものが用いられる。
しては、乳化重合により合成された活性官能基を含む変
性酢酸ビニル樹脂エマルジョン等が用いられ、樹脂分4
0〜65%、粘度1000〜120000mPa・s
(25℃)のものが好ましく、また可塑剤無添加のもの
が好ましい。この変性酢酸ビニル樹脂エマルジョン
(B)は、常温初期接着発現性、耐水性、常態接着力を
高めるためのものである。
は、部分ケン化ポリ酢酸ビニルの10質量%水溶液が用
いられ、ケン化度は85〜92モル%が好適である。こ
のものは初期接着発現性および粘度を調整するためのも
のである。充填剤(D)としては、鉄鋼精錬時に産出さ
れる廃スラグ、JIS A6206(1997)に規定
する高炉スラグ微粉末、アルミニウム精錬時の廃スラグ
(ブラックサンド)、ニッケル精錬時の廃スラグ(グリ
ーンサンド)などの鉱物スラグ微粉末、炭酸カルシウ
ム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、二酸化チタ
ン、シリカなどの平均粒径2〜20μmの微粉末または
これらの混合物が用いられ、なかでも鉱物スラグ微粉
末、シリカから選ばれる少なくとも1種であることが好
ましい。この充填剤(D)は、発泡を抑え、粘度の調整
の役割を担うものであり、鉱物スラグ微粉末やシリカを
用いれば、これに加えて耐熱性が向上する。また、充填
剤(D)として、繊維植物の粉末、または、穀類・雑穀
類の粉末などの有機系材料粉末を使用することも好まし
い。有機系材料粉末としては、コーンスターチ、ポテト
スターチ、タピオカスターチなどのでんぷん、クルミ
粉、小麦粉、椰子粉、籾殻、木粉や、動物性の粉末であ
るニカワ粉およびゼラチン粉などを例示できる。充填剤
(D)として有機材料粉末を使用すると、この木材用接
着剤を使用して得られた木工製品を切削しやすく、切削
機械の刃を痛めない。また、これらの有機材料粉末は無
機材料粉末よりも作業環境を悪化しにくく、環境管理基
準も比較的ゆるやかである。なお、充填剤(D)として
有機材料粉末を使用する場合には、必要に応じて防カビ
剤を併用してもよい。
以外に初期接着発現性向上の目的で、スチレンブダジエ
ンゴム(SBR)エマルジョン、天然ゴム(NR)エマ
ルジョン、クロロプレンゴム(CR)エマルジョン、ア
クリルエマルジョン、EVAエマルジョンなどの粘着剤
や、ロジン、水素添加ロジン、クマロン樹脂、テルペン
樹脂、エステルガムなどのタッキファイヤーと言われる
粘着付与剤を配合することができる。また、シランカッ
プリング剤を配合して、無機成分である充填剤(D)と
その他の有機成分との相互作用を高めることにより、接
着剤の接着強さを向上させてもよい。シランカップリン
グ剤は、充填剤(D)として少なくともシリカを使用す
る場合に特に効果的であり、シリカの質量に対して、
0.01〜0.4質量%の範囲で配合することが好まし
い。0.01質量%未満では、接着強さが十分に向上せ
ず、一方、0.4質量%を越えると、接着剤の粘度が高
くなりすぎて、実用性や保存性が低下する場合がある。
ましくは30〜120で、より好ましくは45〜100
とされる。本発明での当量比とは、以下のようにして算
出される。ポリメリックMDI(A)のNCO当量数
を、次のように算出する。ポリメリックMDIの質量に
そのNCO含有率(%)を乗じ、これを100に除して
NCO量を求め、NCO当量(42)で除してNCO当
量数とする。一方、変性酢酸ビニル樹脂エマルジョン
(B)およびポリビニルアルコール水溶液(C)に含ま
れる水分の総量を同様に求める。1分子の水は2個のN
CO基と反応するので、水の当量は18/2で9とな
る。水分の総量を水の当量9で割ると、OH当量数が求
められる。このようにして求められたOH当量数をNC
O当量数で除したものが当量比となる。この当量比が3
0未満では常態接着強さが不足し、初期接着発現性が不
足する。また、120を越えると粘度が大きくなりす
ぎ、発泡性も大きく、耐熱性が落ちる。また、当量比
は、さらに好ましくは46〜100である。当量比(B
+C)/Aを46〜100とすることによって、初期接
着発現性を50×0.1MPa以上とすることができ
る。なお、初期接着発現性とは、圧締接着後、22℃、
60%RHで40分経過した状態、いわゆる「初期40
分」における圧縮せん断接着強さの値である(JIS
K6852(1994))。
リックMDI(A):変性酢酸ビニル樹脂エマルジョン
(B):ポリビニルアルコール水溶液(C):充填剤
(D)=30:(60〜160):(50〜160):
(10〜140)が好ましい。特に、充填剤(D)とし
て、鉱物スラグ微粉末、シリカから選ばれる少なくとも
1種が使用される場合には、これらの配合比は30:
(70〜160):(50〜160):(50〜14
0)が好ましく、より好ましくは、30:(100〜1
50):(50〜160):(80〜140)である
(ただし、ポリビニルアルコール水溶液(C)は10質
量%濃度とする)。配合比を30:(100〜15
0):(50〜160):(80〜140)とすること
によって、初期接着発現性を80×0.1MPa以上と
することができる。また、充填剤(D)として、有機系
材料粉末が使用される場合には、これらの配合比は3
0:(60〜160):(60〜160):(10〜4
0)が好ましい。配合比をこのようにすることによっ
て、初期接着発現性を50×0.1MPa以上とするこ
とができる。変性酢酸ビニル樹脂エマルジョン(B)が
60未満では初期接着発現性、耐水性、常態接着強さが
不十分となり、160を越えると耐水性、耐熱性が低下
する。
10質量%の配合量が50未満では、粘度が高くなり、
作業性が低下し、可使時間が短くなる。160を越える
と耐水性、耐熱性が低下する。さらに、充填剤(D)の
配合量が10未満では発泡抑制力が十分に得られずに、
耐熱性向上効果が得られない。140を越えると粘度が
高くなり、作業性が低下する。
定量計量し、混合、撹拌することによって得られ、水分
を含む水性のペースト状の形態を有するものとなる。こ
の配合品の粘度は1000〜60000mPa・s(2
5℃)、好ましくは1000〜45000mPa・s
(25℃)とされ、可使時間は25分以上、好ましくは
60分以上となるように配合量比を定めることが好まし
い。粘度が1000mPa・s未満であると、接着剤が
木材へ多くしみ込み、接着強さが低下する。この接着剤
は、ポリメリックMDI(A)中のイソシアネート基と
変性酢酸ビニル樹脂エマルジョン(B)およびポリビニ
ルアルコール水溶液(C)に含まれる水分及びその他の
水酸基とが反応することで硬化し、接着力を発現するも
のである。
かに接着性が発現し、接着圧締後短時間で十分な接着強
さが得られる。また、混合、撹拌、接着時に発泡が少な
く、粘度も適度であり、可使時間も長いので、作業性が
良好となる。さらに、接着強さが高く、耐熱性、耐水性
も高く、接着耐久性に富む。また、ホルムアルデヒドの
発生源であるユリア樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹
脂、レゾルシノール樹脂などのホルムアルデヒド系縮合
重合樹脂が含まれていないので、接着後の製品からホル
ムアルデヒドなどの揮発性有害物質が発散することがな
い。そして、この木材用接着剤では「常態」、「耐水6
0℃」、「耐熱100℃」、「初期40分」、粘度など
の特性に優れ、特に、成分の当量比A:(B+C)を
1:30〜120とすると、後述する具体例からも明ら
かなように、以下の接着性能を示すものとなる。 「常態」:130×0.1MPa以上 「耐水60℃」:40×0.1MPa以上 「耐熱100℃」:90×0.1MPa以上 「初期40分」:50×0.1MPa以上 粘 度 1000〜60000mPa・s
で5〜10kg/cm2 にて2時間圧締接着後解圧し、
72時間以上放置した後そのまま測定したものを示す。
また、「耐水60℃」とは、圧締接着後22℃、60%
RHで72時間以上放置した試験片を60℃の温水に3
時間浸せきしたのち取り出し、冷却後室温22℃で接着
強さを測定したものを示す。また、「耐熱100℃」と
は、圧締接着後22℃、60%RHで72時間以上放置
した試験片を100℃のオーブン中に24時間放置した
ものを測定温度100℃で測定したものを示す。さら
に、「初期40分」とは、22℃、60RH%で40分
圧締接着後、試験片をただちに測定したものを示す。
板、パーティクルボード、MDF、OSBなどの木質材
料の接着に広く使用することができ、特にブナ、ナラ、
カバ、カエデ、ウォールナット、マトワ、ナトー、チー
クなどの比重0.6以上の硬木材の集成接着、楽器等の
木工製品の練り矧ぎ接着、化粧貼り、部品組み付けおよ
び、木材とプラスチック、金属、ガラス、セラミックな
どの異種材料との接着にも好適に用いられる。
て接着加工された種々の木工製品、例えば楽器、家具、
建材などであって、接着部の機械的強度が高く、耐久性
に富むものとなる。
定されるものではない。表1〜4に示す配合組成(質量
比)の26種の接着剤を調製し、被着材としてカバを使
用し、JIS K6852(1994)に準じて接着試
験を行った。ポリメリックMDIとして住友バイエルウ
レタン社製を、ポリビニルアルコール水溶液として10
質量%溶液(ユニチカ社製)を使用した。充填剤には、
高炉スラグ微粉末(新日鐵中部エスメント社製、エスメ
ントスーパー6000、平均粒径8μm)またはシリカ
(シベルコ社製、シベライトM3000、純度99%、
平均粒径12μm)または籾殻(セーロンフィラー株式
会社製セーロンファイバーAAタイプ 200メッシュ
以下)を使用した。接着条件は、塗布量190〜200
g/m2、温度22〜23℃、湿度55〜60%RH、
5〜7kg/cm2 の圧力で2時間圧締して接着した。
試験は、JIS K6852(1994)の「接着剤の
圧縮せん断接着強さ試験方法」に準拠して実施した。ま
た、接着剤の混合、撹拌後の可使時間、粘度も測定し
た。
熱100℃」、「初期40分」、「常態」とは上述した
とおりである。また、「可使時間」とは、接着性能基準
値を満足する混合、撹拌後の最長経過時間である。
剤4種による測定結果をあわせて示してある。表5〜7
から、試験例のなかでも、試験例4、5、6、13、1
4、15、22の接着剤が優れた性能を発揮することが
わかる。
作製した。幅100mm、長さ600mm、厚さ25m
mのブナ材を用意し、1接着層あたり接着剤を200〜
250g/m2 塗布し、8枚重ね、1.5MPaで室温
22℃、湿度60%RH、2時間圧締し、7日間放置し
た。この集成材について、冷熱試験(−20℃、16時
間〜+50℃、8時間のヒートサイクルを10回繰り返
す)、耐湿耐乾試験(35℃、95%RH、2日間〜3
5℃、20%RH、5日間のサイクルを2回繰り返す)
を行ったが、接着層の接着はがれはなく、接着耐久性の
良好な集成材が得られた。
着剤にあっては、ホルムアルデヒドなどの揮発性有害物
質の発生がなく、常温での初期接着発現性にすぐれ、発
泡が抑えられて作業性が良く、常態接着強さ、耐熱性、
耐水性、接着耐久性に優れたものが得られる。このた
め、ブナ、ナラ、カバ、カエデ、ウォールナット、マト
ワ、ナトー、チークなどの比重0.6以上の硬木材の接
着加工を始め、一般の木材、合板、パーチィクルボー
ド、MDF、OSBなどの木質材料の接着加工に広く用
いることができる。
Claims (8)
- 【請求項1】 ポリメリックMDI(A)、変性酢酸ビ
ニル樹脂エマルジョン(B)、ポリビニルアルコール水
溶液(C)、充填剤(D)を含むことを特徴とする接着
剤。 - 【請求項2】 当量比A:(B+C)が1:(30〜1
20)であることを特徴とする請求項1に記載の接着
剤。 - 【請求項3】 A:B:C:Dの質量比率が30:(6
0〜160):(50〜160):(10〜140)で
あることを特徴とする請求項1または2に記載の接着剤
(ただし、ポリビニルアルコール水溶液(C)は10質
量%濃度とする。)。 - 【請求項4】 充填剤(D)が、鉱物スラグ微粉末、シ
リカから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とす
る請求項1ないし3のいずれかに記載の接着剤。 - 【請求項5】 充填剤(D)が、有機系材料粉末である
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の
接着剤。 - 【請求項6】 A:B:C:Dの質量比率が30:(7
0〜160):(50〜160):(50〜140)で
あることを特徴とする請求項4に記載の接着剤(ただ
し、ポリビニルアルコール水溶液(C)は10質量%濃
度とする。)。 - 【請求項7】 A:B:C:Dの質量比率が30:(6
0〜160):(60〜160):(10〜40)であ
ることを特徴とする請求項5に記載の接着剤(ただし、
ポリビニルアルコール水溶液(C)は10質量%濃度と
する。)。 - 【請求項8】 請求項1ないし7のいずれかに記載の接
着剤で部材が接着加工されたことを特徴とする木工製
品。
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