JP2005503475A - 水分硬化性ホットメルト接着剤 - Google Patents

水分硬化性ホットメルト接着剤 Download PDF

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Abstract

本発明は水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物に関する。本組成物は、(a)少なくとも本質的に半結晶質のヒドロキシ官能性材料(成分A)とポリイソシアネートとの反応生成物を含む第1のイソシアネート末端プレポリマーと、(b)少なくとも約1000の分子量を有する本質的に半結晶質のポリ(テトラメチレンエーテル)グリコール(成分B)とポリイソシアネートとの反応生成物を含む第2のイソシアネート末端プレポリマーと、(c)2.5未満の平均官能価および−20℃以下のTgを有する本質的に非晶質のヒドロキシ官能性材料(成分C)とポリイソシアネートとの反応生成物を含む第3のイソシアネート末端プレポリマーとを含む。本組成物中の本質的に非晶質のすべてのヒドロキシ官能性材料は−20℃以下のTgを有する。

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、良好な接着特性を有するイソシアネート末端ポリウレタンの混合物に関する。
【背景技術】
【0002】
イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー(以後、時には「ポリウレタンプレポリマー」または「プレポリマー」と呼ぶ)は、様々な用途において望ましい。例えば、それらは、反応性のホットメルトウレタン接着剤、塗料および/またはシーラント系の中で用いることが可能である。ホットメルトウレタン系は室温で固体であり、中程度の温度(例えば、55℃〜121℃)に加熱された時に粘性液体に溶融し、適切な基材に溶融状態で被着される。そして、ホットメルトウレタン系は固体状態に冷えて初期密着強度(時には「グリーン強度」と呼ぶ)をもたらし、周囲湿度による硬化反応において最終的に極限密着強度を達成する。
【0003】
高分子基材、例えば、耐衝撃性ポリスチレンに容易に接着できる接着剤は、こうした基材が以前には接着結合になじまなかったので有用である。結合になじみやすかった先行接着剤は、一般に、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネートまたはアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンのような高エネルギー表面を必要としていた。表面エネルギーの低いプラスチック、あるいは油、ワックスまたは他の分離物質により表面上で汚染されている高表面エネルギープラスチックさえも、劣った粘着力を有する傾向があった。低表面エネルギープラスチック、あるいは分離物質、例えば、ワックスで汚染されたプラスチックに対して良好な接着性を有する水分硬化性ホットメルト接着剤のような接着剤が必要とされている。さらに、低い被着温度(例えば、55℃〜90℃)で低表面エネルギープラスチックに対する良好な粘着力を達成することが必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明は、水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物に関する。本組成物は、(a)少なくとも本質的に半結晶質のヒドロキシ官能性材料(成分A)とポリイソシアネートとの反応生成物を含む第1のイソシアネート末端プレポリマーと、(b)少なくとも約1000の分子量を有する本質的に半結晶質のポリ(テトラメチレンエーテル)グリコール(成分B)とポリイソシアネートとの反応生成物を含む第2のイソシアネート末端プレポリマーと、(c)2.5未満の平均官能価および−20℃以下のTgを有する本質的に非晶質のヒドロキシ官能性材料(成分C)とポリイソシアネートとの反応生成物を含む第3のイソシアネート末端プレポリマーとを含む。本組成物中の本質的に非晶質のすべてのヒドロキシ官能性材料は−20℃以下のTgを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0005】
本発明は、接着剤、塗料および/またはシーラントとして有用であるとともに低表面エネルギー高分子基材に対して良好な粘着力を有するイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーのブレンドまたは混合物に関する。
【0006】
一般に、このブレンドは、第1のイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー、第2のイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーおよび第3のイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーを含む。各ポリウレタンプレポリマーは、ポリエステルポリオールなどのヒドロキシ官能性材料とポリイソシアネートとの反応生成物を含む。「官能価」は、ヒドロキシ官能性材料の分子当たりの反応性基(例えばヒドロキシル基)の数によって一般に定義される。
【0007】
第1のイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー
本発明の第1のイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーを製造する際に有用なヒドロキシ官能性材料(成分A)は、一般に、少なくとも本質的に半結晶質である本質的に線状の飽和脂肪族材料である。「本質的に半結晶質の」とは、成分Aが結晶融点(Tm)とガラス転移温度(Tg)の両方を示し、0.25より高い結晶化度を有することを意味する。幾つかの実施形態において、結晶化度は0.30より高い。
【0008】
ポリマーの結晶化度は、ポリマーのサンプル中に存在する結晶材料の割合として定義される。1.0の値は100%結晶質を表し、零の値は完全非晶質材料に対応する。X線回折データは、フィリップス(Philips)垂直回折計(マサチューセッツ州ナティックのフィリップス・アナリティカル(Philips Analytical(Natick,MA))によって販売されている)、銅Kα(「Kalpha」)放射線および散乱放射線の比例検出器登録を用いて集めた。回折計は、可変入口スリット、回折ビームグラファイトモノクロメータおよび固定出口スリットが装備されていた。X線発生器は、銅ターゲットを用いる密封チューブ源を備え、45キロボルト(kV)および30ミリアンペア(mA)で運転した。データは、0.04度のステップサイズおよび8秒の滞留時間を用いて5〜55度(「2シータ」の角度に対応する)の反射配置(geometry)で集めた。サンプルは、単結晶石英から製造された零バックグラウンド試験片ホールダー上の薄いスメアとして調製した。側面の当てはめ(profile fitting)を行うとともにピーク面積値を測定するために、プログラム「オリジン」(ORIGIN)(商標)(マサチューセッツ州ノースハンプトンのミクロカル・ソフトウェア・インコーポレーテッド(Microcal Software Incorporated(Northhampton,MA))によって販売されているバージョン4.1)を用いた。個々の結晶質ピークおよび非晶質ピークの寄与を表現するためにガウスピーク形状モデルおよび線状バックグラウンドモデルを用いた。結晶化度は、6〜36度(「2シータ」の角度に対応する)散乱角範囲内の結晶質ピーク面積対合計(結晶質+非晶質)散乱ピーク面積の比として計算した。
【0009】
成分Aは、約5℃〜120℃の間(一般には約40℃〜105℃の間)のTmおよび約0℃より低いTgを有してもよい。本質的に結晶質の材料は、「本質的に半結晶質の」材料の範囲内に含まれる。成分Aがポリエステルポリオールの形で提供される場合、成分Aは、ポリオール、例えばジオールと、多酸、例えばジカルボン酸との反応生成物を含んでもよい。
【0010】
成分Aは、典型的には少なくとも約2000、一般には少なくとも約2200〜約10,000の間、特定の実施形態において約2500〜約8500の間の数平均分子量(Mn)を有する。約2000未満のMnにおいては、得られたプレポリマーは柔らかく、未硬化状態で凝集強度に乏しい場合がある。約10,000より大きいMnにおいては、得られたプレポリマーは粘性である傾向があり、それは基材上に接着剤の薄い線を許容できるように沈着させる難しさを高める。
【0011】
ヒドロキシ官能性材料である成分Aを調製する際に有用な適するジオールには、例えば、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオールおよび1,10デカンジオールなどの2〜12個のメチレン基を有するものが挙げられる。例えば、1,4−シクロヘキサンジオールおよび1,4−シクロヘキサンジメタノールなどの脂環式ジオールも用いてよい。
【0012】
成分Aのヒドロキシ官能性材料を調製する際に有用な適するジカルボン酸には、例えば、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸および1,12−ドデカン二酸などの2〜10個のメチレン基を有するものが挙げられる。酸無水物、酸ハロゲン化物などの酸誘導体、ならびに例えばメチルエステルおよびエチルエステルなどのアルキルエステルは有用な酸の範囲内に含まれる。
【0013】
本発明の適する成分Aの幾つかの例には、例えば、ポリヘキサメチレンセバケート、ポリヘキサメチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリヘキサメチレンドデカンジオエート、ポリ−イプシロン−カプロラクトンおよびそれらの組み合わせが挙げられる。幾つかの実施形態において、本質的に半結晶質のポリエステルポリオールは、ポリヘキサメチレンセバケートまたはポリヘキサメチレンアジペートである。特定の実施形態において、本質的に半結晶質のポリエステルポリオールは1,6−ポリヘキサンメチレンセバケートである。1,6−ポリヘキサンメチレンセバケートは1,6−ヘキサンジオールとセバシン酸との反応生成物である。
【0014】
本発明において有用な市販の本質的に半結晶質のポリエステルポリオールの例には、例えば、ニューヨーク州ヒックスヴィルのルコ・ポリマー・コーポレーション(Ruco Polymer Corporation(Hicksville,NY))によって販売されている「ルコフレックス」(RUCOFLEX)S−1074P−30およびニューヨーク州ヒックスヴィルのルコ・ポリマー・コーポレーション(Ruco Polymer Corporation(Hicksville,NY))によって販売されている「ルコフレックス」(RUCOFLEX)S−105P−30が挙げられる。
【0015】
第2のイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー
適する第2のイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーは、約1.2:1〜10:1のイソシアネート価を有するイソシアネート末端プレポリマーであってもよく、少なくとも約1000の分子量を有する本質的に半結晶質のポリ(テトラメチレンエーテル)グリコール(成分B)とポリイソシアネートとの反応生成物を含んでもよい。ポリ(テトラメチレンエーテル)グリコールの数平均分子量(Mn)は一般に少なくとも約1000である。本発明において有用な市販のポリ(テトラメチレンエーテル)グリコールの例には、テネシー州メンフィスのペン・スペシャルティ・ケミカルズ(Penn Specialty Chemicals,Inc.(Memphis,TN))によって販売されている「ポリメグ」(POLYMEG)2000、デラウェア州ウィルミントンのE.I.デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー(E.I.duPont de Nemours and Company(Wilmington,DE)、ニュージャージー州マウントオリーブのバスフ・コーポレーション(BASF Corporation(Mount Olive,NJ))によって販売されている「ポリテフ」(POLYTHF)、およびそれらの組み合わせまたは混合物が挙げられる。
【0016】
第3のイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー
第3のイソシアネート末端プレポリマーを調製するために用いられる適するヒドロキシ官能性材料(成分C)は一般に本質的に非晶質である。「非晶質」とは、ヒドロキシ官能性材料がTgを示すが、Tmがないことを意味する。「本質的に非晶質の」材料は、すべての非晶質材料および0.25以下の結晶化度を示し、場合によって0.20以下の結晶化度を示すすべての材料を包含する。本質的に非晶質の材料は弱いTmを示してもよい。幾つかの実施形態において、Tgは約−20℃より低い。Tgが−20℃より高い材料は、一般に、低表面エネルギー基材に対する低い粘着力および好ましくないジッピー(zippy)剥離挙動を引き起こし、よって低密着領域または密着がない領域を示す。幾つかの実施形態において、第3のプレポリマーのヒドロキシ官能性材料は、ポリエーテルポリオールの形で提供される。ヒドロキシ官能性材料は、重合中のゲル化を避けるために2.5未満の平均官能価を有する。一般に、ヒドロキシ官能性材料は、約2.0〜約2.1の間の平均官能価を有する。本質的に非晶質ポリオールは少なくとも約1000のMnを有するべきである。得られたプレポリマーが高度に粘性であることを避け、作業温度でブレンドし被着させる難しさを避けるために、Mnは一般に8500より低い。幾つかの実施形態において、Mnは約2000〜約5000の間である。特定の実施形態において、Mnは3000より大きい。
【0017】
幾つかの実施形態において、第3のイソシアネート末端プレポリマーを調製するために用いられる本質的に非晶質の成分Cは脂肪族である。本質的に非晶質の成分Cを調製する際に有用なポリオールには、例えば、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコールなどのポリエーテルポリオールが挙げられる。他のポリオールには、1,3−プロパンジオール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノールおよびネオペンチルグリコールが挙げられる。
【0018】
ポリオールと反応されうる多酸には、例えば、コハク酸、アジピン酸およびセバシン酸などの線状脂肪族ジカルボン酸、イソフタル酸、オルトフタル酸およびテレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸が挙げられる。酸無水物および酸ハロゲン化物などの酸誘導体は有用な酸の範囲内に含まれる。必要ならば、芳香族官能基は、ジオールを脂肪族ジカルボン酸と芳香族ジカルボン酸のブレンドと反応させることにより本質的に非晶質のヒドロキシ官能性材料に導入してもよい。
【0019】
本発明において有用な適する本質的に非晶質のヒドロキシ官能性材料には、エチレンオキシドでキャップされたか、またはエチレンオキシドと共重合されたプロピレンオキシドまたはブチレンオキシドの反応生成物も挙げられる。ポリエーテルグリコールは、エチレンオキシドと共重合されたプロピレンオキシドの反応生成物、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、1,4−ブチレンオキシドおよびそれらの混合物を含む一種以上の原料から形成されたホモポリマーまたはコポリマーである化合物であってもよい。これらの材料はランダム構成またはブロック構成を有してもよい。得られたポリエーテルポリオールの数平均分子量は、モル当たり約1000〜約8000グラム、一般にはモル当たり約2000〜約4000グラムである。
【0020】
場合によって、例えば、混合物の粘着性、凝集強度および/または適合性を改善するために、第4のイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーを本発明のブレンドに添加することが望ましいことがある。第4のイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーは、本質的に非晶質、本質的に半結晶質または本質的に結晶質のヒドロキシ官能性材料(成分D)から形成してもよい。第4のイソシアネート末端プレポリマーを本質的に非晶質のヒドロキシ官能性材料によって調製する場合、本質的に非晶質のヒドロキシ官能性材料は、低表面エネルギー材料に対する良好な粘着力を維持するとともに「ジッピー」剥離挙動を避けるために−20℃より低いTgをもたなければならない。第4のイソシアネート末端プレポリマーをTgが−20℃より高い非晶質ヒドロキシ官能性材料から調製する場合、剥離は「ジッピー」になる場合があり、低表面エネルギー基材に対する粘着力の損失がありうる。
【0021】
結晶質ポリエステルポリオールおよび非晶質ポリエステルポリオールがTgおよび/またはTmを示すか否かを基準としてある程度結晶質ポリエステルポリオールおよび非晶質ポリエステルポリオールを定義できることを上で記載してきた。ガラス転移温度および結晶融点の存在および/または不在は、半結晶質ポリマーおよび非晶質(ガラス状)ポリマーを特徴付けるために用いられることが多い技術である。二種の熱転移、TgおよびTmは、示差走査熱分析(DSC)などの許容された分析手順を通して比体積および熱容量の変化を測定することにより定量的に決定することができる。吸熱転移の中点がTgであると考えた。Tmは吸熱ピークの頂点での温度であると考えた。これらの技術は、エディス.A.チューリ(Edith A.Turi)によって編集された「高分子材料の熱的キャラクタリゼーション(Thermal Characterization of Polymeric Materials)」(ニューヨーク州ニューヨークのアカデミック・プレス(Academic Press(New York,NY))によって1981年に刊行された)の中でより完全に記載されている。さらに、結晶化度は、上で記載されたように決定してもよい。
【0022】
ポリイソシアネート
本発明において用いられるプレポリマーを形成するためにヒドロキシ官能性材料(成分A、成分Bおよび成分C)と反応させうるポリイソシアネートは脂肪族または芳香族であってもよい。幾つかの実施形態において、ポリイソシアネートは、ジフェニルメタン−2,4’−ジイソシアネートおよび/またはジフェニルメタン4,4’−ジイソシアネート(MDI)、トリレン−2,4−ジイソシアネートならびにトリレン−2,6−ジイソシアネート(TDI)およびそれらの混合物などの芳香族ジイソシアネートであってもよい。その他の例には、ナフチレン−1,5−ジイソシアネート、トリフェニルメタン−4,4’,4’’−トリイソシアネート、フェニレン−1,3−ジイソシアネートおよびフェニレン−1,4−ジイソシアネート、ジメチル−3,3’−ビフェニレン−4,4’−ジイソシアネート、ジフェニルイソプロピリデン−4,4’−ジイソシアネート、ビフェニレンジイソシアネート、キシレン−1,3−ジイソシアネートおよびキシレン−1,4−ジイソシアネートが挙げられる。
【0023】
有用な市販ポリイソシアネートの一覧表は、カーク・オスマー(Kirk−Othmer)著「化学技術エンサイクロペディア(Encyclopedia of Chemical Technology)」、インターサイエンス・パブ(Interscience Pub.)出版、第2版、Vol.12,pp.46〜47,N.Y.(1967)に見られる。この刊行物は本明細書に引用して援用する。イソシアネートの幾つかの例には、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネートおよびその異性体ならびにそれらの混合物が挙げられる。
【0024】
融点調節剤(例えば、ダウ・ケミカル・カンパニー(Dow Chemical Company)によって販売されている「イソネート」(ISONATE)143Lなどのポリカーボジイミド付加体とMDIとの混合物)とイソシアネート官能性誘導体の液体混合物などのMDIおよびTDIのイソシアネート官能性誘導体を用いてもよい。全イソシアネート成分の一般に10重量%以下の少量の高分子ジフェニルメタンジイソシアネート(例えば、ダウ・ケミカル・カンパニー(Dow Chemical Company)によって販売されているPAPIおよびシリーズPAPI20、モベイ・ケミカル・コーポレーション(Mobay Chemical Corp.)によって販売されているイソシアネートの「モンデュール(MONDUR)MRシリーズおよびMRSシリーズ、ならびにICIケミカルズ・インコーポレーテッド(ICI Chemicals,Inc.)によって販売されている「ルビネート」(RUBINATE)M)を含めてもよい。芳香族イソシアネートまたは上述したイソシアネート官能性誘導体と、ケトキシムなどの遮断剤とを反応させることにより形成された遮断イソシアネート化合物も本発明内に含まれる。
【0025】
プレポリマーの調製
本明細書において有用なプレポリマーは、当業界で公知の技術によって調製してもよい。例えば、本発明において適するプレポリマーは、適する容器内での成分A、成分Bおよび成分Cの混合物とポリイソシアネートの反応によって形成してもよい。あるいは、プレポリマーは、成分Aポリマー、成分Bポリマーおよび成分Cポリマーの各々を別個にポリイソシアネートと反応させ、得られたプレポリマーをブレンドすることにより調製してもよい。なおさらに、プレポリマーは、一プレポリマーを形成し、その後、他のプレポリマーを最初に形成することにより調製してもよい。
【0026】
典型的には、成分は従来の混合技術を用いて高温で混合される。幾つかの実施形態において、成分は無水条件下で混合される。一般に、プレポリマーは、必要ならば溶媒を用いてもよいけれども溶媒を使用せずに調製される。
【0027】
イソシアネートは、ヒドロキシ官能性材料より多い量で反応混合物中に存在するのがよい。イソシアネート対ヒドロキシの当量比(以後、時には「イソシアネート価」と呼ぶ)は、一般には約1.2/1〜約10/1であり、特定の実施形態において、イソシアネート価は約1.5/1〜2.2/1であってもよい。
【0028】
本発明のブレンドは、一般に、約30〜約60重量部の成分A、約10〜約40重量部の成分Bおよび約15〜約50重量部の成分Cを含んでもよい。特定の実施形態において、三成分ブレンドは、約30〜約50重量部の成分A、約20〜約35重量部の成分Bおよび約20〜約50重量部の成分Cを含む。
【0029】
本発明の組成物は、上述したプレポリマー以外のイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーをさらに含んでもよい。別のプレポリマーは、得られた混合物の開放時間、グリーン強度増大、粘着性、最終強度、適合性、粘着力などを調節するためのような様々な目的で本発明のプレポリマーブレンドに添加してもよい。
【0030】
同様に、他のモノマー材料をプレポリマーのヒドロキシ官能性材料またはプレポリマー自体のいずれかに直接導入するために、他のモノマー材料を重合混合物中に含めてもよい。ポリエステルポリオールを変性するために用いてもよいこうした他のモノマー材料の例には、ネオペンチルグリコール、エチレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、コハク酸、セバシン酸、テレフタル酸、オルトフタル酸などが挙げられる。ポリ(テトラメチレンエーテル)グリコールを変性するために用いられるモノマーの例はエチレンオキシドである。用いられる「他のモノマー」の厳密なレベルは、組成物の粘着力に実質的に悪い影響を及ぼさないかぎり本発明にとって重要ではない。典型的には、他のモノマーは重合混合物の50モル%までを構成してもよい。
【0031】
組成物の特定の特性を付与するために、または特定の特性を改質するために、他の原料または補助剤を本発明のブレンドと合わせて用いてもよい。これらの原料は、構成成分に導入するのでなく本発明の全体的なブレンドまたは混合物中に含められる。補助剤は、組成物の粘着力を実質的に不利に妨げないレベルでのみ添加されるべきである。補助剤は、個々に、または組み合わせで組成物の50重量%までを構成してもよい。硬化時間、開放時間、グリーン強度増大、粘着性、可撓性、粘着力などを改良するために、例えば、連鎖延長剤(例えば、エチレングリコールまたはブタンジオールなどの短鎖ポリオール)、充填剤(例えば、カーボンブラック、ガラス、セラミック、金属またはプラスチック気泡、酸化亜鉛などの金属酸化物、タルク、白土、シリカ、シリケートなどの鉱物)、熱可塑性樹脂、可塑剤、酸化防止剤、顔料、UV吸収剤、およびシランなどの定着剤などを含めてもよい。
【0032】
さらに、本発明の組成物は、第三アミン、金属−有機化合物および共硬化剤などの有効量の触媒または反応促進剤を含んでもよい。触媒の有効量は、例えば、全プレポリマー重量の約0.005〜2重量%である。特定の実施形態において、触媒は、用いられるプレポリマーの全重量を基準にして約0.01〜約0.5%のレベルで存在する。
【0033】
本発明の理解を助けるために以下の実施例を提供する。こうした実施例は本発明の範囲を限定するとして解釈されるべきではない。特に指定がない限り、すべての部は重量による。
【0034】
試験方法
イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー組成物の粘度
イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマー組成物の粘度は、加熱したブルックフィールド粘度計(スピンドル27)(マサチューセッツ州ストートンのブルックフィールド・エンジニアリング・ラボラトリーズ(Brookfield Engineering Laboratories(Stoughton,MA))によって販売されている「サーモセル(Thermosell)」)を用いて250°F(121℃)で決定した。結果をセンチポイズで報告している。
【0035】
成分Cのガラス転移温度
成分Cのガラス転移温度(Tg)は示差走査熱分析(DSC)を用いて測定した。Tgは吸熱転移の変曲中点として定義される。走査した温度範囲はTgに応じて異なったが、Tgより少なくとも30℃低い温度からTgより少なくとも90℃高い温度まで走査(run)した。20℃/分で走査した「プリプラスト」(Priplast)3192およびS−108−46を除いて、すべてのサンプルについて10℃/分の走査速度を用いた。
【0036】
引き剥がし接着強度
引き剥がし粘着力は、ASTM D−903の修正版を用いて測定した。修正版において、軟質基材はキャンバス(綿帆布)であり、硬質基材は耐衝撃性変性ポリスチレン(HIPS)(テキサス州ヒューストンのアトフィナ・ペトロケミカルズ・インコーポレーテッド(ATOFINA Petrochemicals Incorporated(Houston,TX))によって販売されている「フィナ」(FINA)825)であった。幅1インチ(2.5センチメートル)×長さ4インチ(10.2センチメートル)×厚さ0.125インチ(0.3センチメートル)のチーズクロスぶきHIPS基材片の中心部分上に接着剤を250°F(121℃)で分配した。100ポンド/インチ2(psi)(0.7MPa)で約15秒にわたりプレスを用いて、幅1.5インチ(3.8センチメートル)×長さ8インチ(20.3センチメートル)のキャンバス片をHIPS基材の接着剤被覆面に直ちに接着させた。これは、接着剤を押し付けて接着面全体を覆うようにするとともに接着面の端から過剰の接着剤を絞り出すのに十分な圧力であった。得られた試験クーポンを77°F(25℃)および相対湿度50%で3〜7日の間にわたり状態調節した。その後、キャンバスを幅1インチ(2.5センチメートル)に切り取り、「シンテック」(SINTECH)10引張試験器(ミネソタ州エデンプレーリーのMTSシステムズ・コーポレーション(MTS Systems Corporation(Eden Prairie,MN))によって販売されている)を用いて、得られたクーポンの引き剥がし粘着力を180度の引き剥がし角度および2インチ/分(5.1センチメートル/分)のクロスヘッド速度で試験した。6個の試験クーポンを評価し、その結果を用いて、接着強度に関する「最高の高」値(以後、高値と呼ぶ)、「最低の低」値(以後、低値と呼ぶ)および「平均値の平均」(以後、平均値と呼ぶ)を報告した。ポンド/インチ幅(piw)(kN/m)で結果を報告している。本発明の幾つかの実施形態は、20piw(3.5kN/m)の「平均」引き剥がし接着強度を示している。特定の望ましい実施形態においては、結果は少なくとも20piw(3.5kN/m)の「低い」引き剥がし接着強度を示している。
【0037】
引き剥がし試験後、クーポンの「ジッピー」剥離挙動を検査した。接着剤によって浸潤されていなかった基材表面上の領域の存在によって、こうした挙動が示された。これは、通常、引き剥がし強度の突然の低下、その後の引き剥がし強度の突然の増加によって引き剥がし試験中に現れた。こうした挙動は、「スリップ−スティック」挙動とも呼ばれている。ジッピー剥離挙動の兆候を示した実施例は「不合格」と採点された。本発明の組成物は、この挙動を示さず、「合格」と採点された。
【0038】
結晶質化度
ポリマーの結晶化度は、ポリマーのサンプル中に存在する結晶材料の割合として定義される。1.0の値は100%結晶質を表し、零の値は完全非晶質材料に対応する。X線回折データは、フィリップス(Philips)垂直回折計(マサチューセッツ州ナティックのフィリップス・アナリティカル(Philips Analytical(Natick,MA))によって販売されている)、銅Kα(「Kalpha」)放射線および散乱放射線の比例検出器登録を用いて集めた。回折計は、可変入口スリット、回折ビームグラファイトモノクロメータおよび固定出口スリットが装備されていた。X線発生器は、銅ターゲットを用いる密封チューブ源を備え、45キロボルト(kV)および30ミリアンペア(mA)で運転した。データは、0.04度のステップサイズおよび8秒の滞留時間を用いて5〜55度(「2シータ」の角度に対応する)の反射配置で集めた。サンプルは、単結晶石英から製造された零バックグラウンド試験片ホールダー上の薄いスメアとして調製した。側面の当てはめを行うとともにピーク面積値を測定するために、プログラム「オリジン」(ORIGIN)(商標)(マサチューセッツ州ノースハンプトンのミクロカル・ソフトウェア・インコーポレーテッド(Microcal Software Incorporated(Northhampton,MA))によって販売されているバージョン4.1)を用いた。個々の結晶質ピークおよび非晶質ピークの寄与を表現するためにガウスピーク形状モデルおよび線状バックグラウンドモデルを用いた。結晶化度は、6〜36度(「2シータ」の角度に対応する)散乱角範囲内の結晶質ピーク面積対合計(結晶質+非晶質)散乱ピーク面積の比として計算した。
【0039】
イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーの一般的調製
1ピント(0.47リットル)の塗料缶内でヒドロキシ官能性材料(成分A、成分Bおよび成分C)を組み合わせ、その後、塗料缶を250°F(121℃)の炉内に入れて、塗料缶内の材料を溶融させた。一旦溶融すると、混合物を木製舌圧子で攪拌して、完全なブレンディングを確保した。その後、容器を250°F(121℃)で3時間にわたり真空炉内に入れて、ブレンドを乾燥させた。次に、乾燥させたブレンド入りの容器をホットプレート(イリノイ州バーリントンのバーナント・カンパニー(Barnant Company(Barrington,IL))によって販売されているモデル(Model)700−5011)上に置き、「低」で設定して約200〜230°F(93〜110℃)の間の表面温度を与え、ステンレススチール製プロペラ羽根が装着された空気モーターを用いて攪拌した。その後、「ユニリン」(UNIRIN)550(テキサス州シュガーランドのベーカー・ペトロライト・ポリマーズ・ディビジョン(Baker Petrolite,Polymers Division(Sugar Land,TX))によって販売されている数平均分子量550のモノヒドロキシ官能性ポリエチレンワックス)を攪拌しながら一回の投入で添加した。一旦ワックスが溶融し、よく分散すると、フレーク状の4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)を添加し、似たように混合した。最後に、2,2’−ジモルホリノジエチルエーテル(テキサス州ヒューストンのハンツマン・ケミカル・コーポレーション(Huntsman Chemical Corporation(Houston,TX))によって販売されているエンドキャップ・硬化促進触媒であるファストキャット・ドムディー(FASTCAT DMDEE)を攪拌しながら添加した。ワックスと触媒の量は、用いた三種のヒドロキシ官能性材料、MDI、ワックスおよびDMDEEの組み合わせ重量を基準にして、それぞれ0.1重量%および0.2重量%であった。混合物を30秒にわたり攪拌し、その後、250°F(121℃)で2〜3分の間にわたり真空炉内に入れた。脱気した混合物を0.1ガロン(0.38リットル)のアルミニウムカートリッジに注ぎ、密封した。充填されたカートリッジを160°F(71℃)で24時間にわたり熟成して、ヒドロキシ官能性材料とMDIとの完全な反応を確実にして、イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーの混合物を形成させた。
【実施例】
【0040】
実施例1〜3
上の「イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーの一般的調製」(ワックスおよび触媒の使用を含む)に記載された通り、以下の表1に示した材料および量(重量部、pbw)を用いて実施例1〜3を調製した。成分Aは、本明細書でPHSe(「ルコフレックス」(RUCOFLEX)S−1074−30という商品名で、ニューヨーク州ヒックスビルのルコ・ポリマー・コーポレーション(Ruco Polymer Corporation(Hicksville,NY))によって販売されている27〜33の間のヒドロキシ価および0.58の結晶化度を有するもの)と呼ぶ結晶質ヒドロキシ官能性材料であるポリ(ヘキサメチレンセバケート)を指す。本明細書でPTHFと呼ぶ成分Bは、ポリ(テトラメチレンエーテル)グリコール(「ポリメグ」(POLYMEG)2000という商品名で、テネシー州メンフィスのペン・スペシャルティ・ケミカルズ(Penn Specialty Chemicals(Memphis,TN))によって販売されている約1900〜2100の間の分子量および53〜59の間のヒドロキシル価を有するもの)を指す。成分Cは、非晶質ジヒドロキシ官能性材料を指す。成分Cに関しては、PPG1000(ペンシルバニア州ニュータウン・スクエアのライオンデル・ケミカル・カンパニー(Lyondell Chemical Company(Newtown Square,PA))によって販売されている約1000の分子量および約111のヒドロキシル価を有するポリエーテル系ジオール)および「アクレイム」(ACCLAIM)4200(ペンシルバニア州ニュータウン・スクエアのライオンデル・ケミカル・カンパニー(Lyondell Chemical Company(Newtown Square,PA))によって販売されている約4000の分子量および約26.5〜29.5のヒドロキシル価を有するポリエーテル系ジオール)を用いた。プレポリマー組成物の粘度、引き剥がし接着強度およびジッピー剥離挙動を上の試験方法に記載された通り評価した。結果を以下の表2に示している。
【0041】
【表1】
Figure 2005503475
【0042】
【表2】
Figure 2005503475
【0043】
実施例1〜3は、成分Aが30から50pbwまで有用であることが可能であり、成分Cが20から50pbwまで有用であることが可能であることを示している。さらに、成分CのTgは−20℃未満である。
【0044】
実施例4〜10
上の「イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーの一般的調製」(ワックスおよび触媒の使用を含む)に記載された通り、以下の表3および4に示した材料および量(重量部、pbw)を用いて実施例4〜10を調製した。成分Aは、本明細書でPHA(「ルコフレックス」(RUCOFLEX)S−105P−30という商品名で、ニューヨーク州ヒックスビルのルコ・ポリマー・コーポレーション(Ruco Polymer Corporation(Hicksville,NY))によって販売されている約3620の分子量および約27〜約33の間のヒドロキシ価ならびに0.51の結晶化度を有するもの)と呼ぶ結晶質ヒドロキシ官能性材料であるポリ(ヘキサメチレンアジペート)を指す。成分Bは実施例1〜3で定義されたのと同じである。成分Cに関しては、「プリプラスト」(PRIPLAST)3192(デラウェア州ウィルミントンのユニケマ(Uniqema(Wilmington,DE))によって販売されている0.17の結晶化度、45℃のTm、約−58℃のTg、約2000の分子量および52〜60の間のヒドロキシル価を有するダイマー酸系ポリエステルポリオール)、PPG1000、「アクレイム」(ACCLAIM)4220(ペンシルバニア州ニュータウン・スクエアのライオンデル・ケミカル・カンパニー(Lyondell Chemical Company(Newtown Square,PA))によって販売されている約4000の分子量および26.5〜29.5のヒドロキシル価を有するエーテルコポリマー系ジオール)、DEGアジペート(Adipate)(「ポリライト」(Polylite)34149−50という商品名で、ノースカロライナ州トライアングル・パークのライヒホールド・リサーチ(Reichhold,Research(Triangle Park,NC))によって販売されている約48〜約52の間のヒドロキシル価、約2150〜約2350の間の分子量、約2.05の官能価を有するポリエステル−ポリエーテル系ポリオール)、DPGアジペート(Adipate)(ノースカロライナ州トライアングル・パークのライヒホールド・リサーチ(Reichhold,Research(Triangle Park,NC))によって販売されている2183の分子量および51.5のヒドロキシル価を有するポリエステル−ポリエーテル系ポリオール)、およびS−108−46(ニューヨーク州ヒックスビルのルコ・ポリマー・コーポレーション(Ruco Polymer Corporation(Hicksville,NY))によって販売されている約2500の分子量および約51のヒドロキシ価を有するポリエステル系ポリオール)を用いた。プレポリマー組成物の粘度、引き剥がし接着強度およびジッピー剥離挙動を上の試験方法に記載された通り評価した。結果を以下の表5および6に示している。
【0045】
【表3】
Figure 2005503475
【0046】
【表4】
Figure 2005503475
【0047】
【表5】
Figure 2005503475
【0048】
【表6】
Figure 2005503475
【0049】
実施例4〜10は、−20℃未満のTgを有する様々な非晶質ヒドロキシ官能性材料を成分Cとして用いてもよく、PHAを結晶質ヒドロキシ官能性材料として用いてもよいことを実証している。
【0050】
比較例1〜5
上の「イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーの一般的調製」(ワックスおよび触媒の使用を含む)に記載された通り、以下の表7に示した材料および量(重量部、pbw)を用いて比較例1〜5を調製した。成分A、BおよびCは前に定義した通りである。成分Cを用いる時、成分Cは、「ダイナコル」(DYNACOLL)RP7111(ニュージャージー州サマセットのクレノバ・インコーポレーテッド(Creanova Incorporated(Somerset,NJ))によって販売されている3500の分子量および27〜34の間のヒドロキシル価を有するコポリエステル系ポリオール)または「ステパン」(STEPAN)PN110(イリノイ州ノースフィールドのステパン・カンパニー(Stepan Company(Northfield,IL))によって販売されている約935〜約1120の分子量および約100〜約120の間のヒドロキシル価を有するポリエステルポリオール)の内の一種であった。プレポリマー組成物の粘度、引き剥がし接着強度およびジッピー剥離挙動を上の試験方法に記載された通り評価した。結果を以下の表8に示している。
【0051】
【表7】
Figure 2005503475
【0052】
【表8】
Figure 2005503475
【0053】
比較例1〜4は、ジッピー剥離挙動が存在せずに所望の引き剥がし接着強度の組み合わせを提供するために、−20℃未満のTgを有する成分Cの存在が必要であることを実証している。
【0054】
比較例6
上の「イソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーの一般的調製」(ワックスおよび触媒の使用を含む)に記載された通り、以下の表9に示した材料および量(重量部、pbw)を用いて比較例6を調製した。成分A、BおよびCは前に定義した通りである。プレポリマー組成物の粘度、引き剥がし接着強度およびジッピー剥離挙動を上の試験方法に記載された通り評価した。結果を以下の表10に示している。
【0055】
【表9】
Figure 2005503475
【0056】
【表10】
Figure 2005503475
【0057】
比較例6は、−20℃より高いTgを有する第4のイソシアネート末端プレポリマーの添加がジッピー剥離挙動を引き起こすことを実証している。
【0058】
本発明の種々の修正および変更は本発明の精神および範囲を逸脱せずに当業者に明らかになるであろう。

Claims (20)

  1. (a)少なくとも本質的に半結晶質のヒドロキシ官能性材料とポリイソシアネートとの反応生成物を含む第1のイソシアネート末端プレポリマーと、
    (b)少なくとも約1000の分子量を有する本質的に半結晶質のポリ(テトラメチレンエーテル)グリコールとポリイソシアネートとの反応生成物を含む第2のイソシアネート末端プレポリマーと、
    (c)2.5未満の平均官能価および−20℃以下のTgを有する本質的に非晶質のヒドロキシ官能性材料とポリイソシアネートとの反応生成物を含む第3のイソシアネート末端プレポリマーと
    を含む水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物であって、
    前記組成物中の本質的に非晶質のすべてのヒドロキシ官能性材料が−20℃以下のTgを有する水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  2. 前記少なくとも本質的に半結晶質のヒドロキシ官能性材料は本質的に線状の飽和脂肪族構造を有する、請求項1に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  3. 前記少なくとも本質的に半結晶質のヒドロキシ官能性材料は約5℃〜120℃の間の結晶融点および約0℃未満のガラス転移温度を有する、請求項2に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  4. 前記少なくとも本質的に半結晶質のヒドロキシ官能性材料は約40℃〜105℃の間の結晶融点を有する、請求項3に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  5. 前記少なくとも本質的に半結晶質のヒドロキシ官能性材料は、約2〜10個のメチレン基を有するジオールと約2〜10個のメチレン基を有するジカルボン酸との反応生成物を含む、請求項1に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  6. 前記ジオールは、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,10−デカンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノールおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項5に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  7. 前記ジカルボン酸は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、1,12−ドデカン二酸、それらの誘導体およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項5に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  8. 前記少なくとも本質的に半結晶質のヒドロキシ官能性材料は、ポリヘキサメチレンアジペートまたはポリヘキサメチレンセバケートあるいはそれぞれの組み合わせのいずれかである、請求項5に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  9. 前記本質的に非晶質のヒドロキシ官能性材料は0.20未満の結晶化度を有する、請求項1に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  10. 前記本質的に非晶質のヒドロキシ官能性材料はポリオールと多酸との反応生成物である、請求項1に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  11. 前記ポリオールは、ポリエーテルポリオール、1,3−プロパンジオール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ネオペンチルグリコールまたはそれらの組み合わせである、請求項10に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  12. 前記ポリエーテルポリオールは、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコールまたはそれらの組み合わせである、請求項11に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  13. 前記多酸は、線状脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸またはそれらの組み合わせである、請求項10に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  14. 前記線状脂肪族ジカルボン酸は、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸またはそれらの組み合わせである、請求項13に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  15. 前記芳香族ジカルボン酸は、イソフタル酸、オルトフタル酸、テレフタル酸またはそれらの組み合わせである、請求項13に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  16. 前記本質的に非晶質のヒドロキシ官能性材料は、エチレンオキシドでキャップされたか、またはエチレンオキシドと共重合されたプロピレンオキシドまたはブチレンオキシドの反応生成物である、請求項1に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  17. 前記本質的に非晶質のヒドロキシ官能性材料は、約2.0〜約2.1の間の平均官能価を有する、請求項1に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  18. 約30〜約60重量部の前記第1のプレポリマー、約10〜約40重量部の前記第2のプレポリマーおよび約15〜約50重量部の前記第3のプレポリマーを含む前記ブレンドである、請求項1に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  19. 約30〜約50重量部の前記第1のプレポリマー、約20〜約35重量部の前記第2のプレポリマーおよび約20〜約50重量部の前記第3のプレポリマーを含む前記ブレンドである、請求項1に記載の水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
  20. (a)少なくとも本質的に半結晶質のヒドロキシ官能性材料とポリイソシアネートとの反応生成物を含む第1のイソシアネート末端プレポリマーと、
    (b)少なくとも約1000の分子量を有するポリ(テトラメチレンエーテル)グリコールとポリイソシアネートとの反応生成物を含む第2のイソシアネート末端プレポリマーと、
    (c)3000より大きい数平均分子量および−20℃以下のTgを有する本質的に非晶質のヒドロキシ官能性材料とポリイソシアネートとの反応生成物を含む第3のイソシアネート末端プレポリマーと
    を含む水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物であって、
    前記組成物中の本質的に非晶質のすべてのヒドロキシ官能性材料が−20℃以下のTgを有する水分硬化性ホットメルト接着剤塗料および/またはシーラント組成物。
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