JP2008144133A - 多段階または単段階硬化接着剤材料およびその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多段階または単段階硬化接着剤材料およびその使用方法を提供する。
【解決手段】第１の表面（３２）、第２の表面（３４）、またはそれらの両方に接合するための接着剤が提供される。この接着剤は、典型的に、硬化樹脂付き発泡テープを含む。
【選択図】図１

Description

優先権の主張

本願は、２００６年９月１３日に出願された米国仮特許出願第６０／８２５，４９４号、および２００７年７月２５日に出願された米国特許出願第１１／７８２，９５８号の出願日の利益を主張し、同出願の内容全体は、あらゆる目的で参照により本願明細書に援用されたものとする。

本発明は、一般に、接着剤材料に関する。特に、本発明は、１つ、２つ、またはそれ以上の手順に応じて硬化するのに適した接着剤材料に関する。

現在知られている接着剤材料には、多くの異なるものがあり、これらの接着剤材料は、複数の異なる手順に応じて硬化しうる。しかしながら、多くの場合、業界で必要とされているのは、変化が絶えない処理条件、製品の変化、あるプロセスおよび製品に望まれる性質および特性、それらの組み合わせなどに対応するために、新しく革新的な接着剤材料が作製され配合されることである。１つの例として、接着剤材料が、製品の組み立てまたは製造中に特定の温度で特定の所望の特性を与えることが望ましい場合がある。

したがって、本発明により、業界が望む１つ以上の特性を呈する革新的な接着剤材料が提供される。本発明により、さらに、または試みとして、効率、費用効果、速度、製造技術または他の技術の他の特性を高める助力となりうる接着剤材料を使用するプロセスが提供される。

接着プロセスが提供される。このプロセスによれば、第１の表面および第２の表面が与えられる。第１の表面および第２の表面は、典型的に、自動車の車両または別の製品の１つ以上の部材の部分である。また、接着剤材料も提供され、接着剤材料は、典型的に、硬化樹脂付き発泡テープを含む。第１および第２の表面は、接着剤材料と接触した状態にあり、硬化樹脂は、第１の接着レベルを第１および第２の表面を引き起こすように硬化される。１つの実施形態において、接着剤材料は、硬化樹脂付き発泡テープのみを含むか、または、実質的に、硬化樹脂付き発泡テープのみを含む。しかしながら、他の実施形態において、テープおよび樹脂は、基材と一体化される。基材は、エポキシ樹脂などの高分子材料、アミン硬化剤などの硬化剤、またはその両方を含みうる。硬化樹脂は、典型的に、イソシアネート、ポリオール、および／またはそれらか形成されたプレポリマーを含む。１つの好ましい実施形態において、硬化樹脂は、湿気に露出することで硬化しうる。

本発明の特徴および態様は、以下の詳細な記載、特許請求の範囲、および図面を参照することでより明らかになるであろう。

本発明は、新規な接着剤材料、接着剤材料の使用プロセス、またはその両方を提供することを想定している。この接着剤材料は、ほぼ任意の製品の１つ以上の表面に付着でき、その表面が、製品の同じ部材または異なる部材の部分であってもよいと考えられる。しかしながら、この接着剤材料は、航空宇宙航行体、建物、家具などの１つ以上の部材の１つ以上の表面に付着するために特に有用であることが分かっている。

この接着剤材料は、以下の１つまたは任意の組み合わせを含むが、これらに限定されるものではない。
１）湿気への露出などの第１の手順によって硬化可能な１つ以上の硬化樹脂を含有する高分子発泡テープ。
２）典型的に、１つ以上の高分子材料を含む可能な基材。基材は、以下のものを含みうる。
ａ）例えば、上昇温度への露出を含みうる第２の手順によって硬化するように活性化される二次硬化剤。
ｂ）泡を発生させ、および／または基材を発泡させるように活性化されることが好ましいか、または別の方法で活性化される発泡剤、および／または、
ｃ）充填剤、接着促進剤、衝撃改質剤、軟化剤、難燃材、表面活性剤、それらの任意の組み合わせなど。

接着剤材料を使用するプロセスは、典型的に、以下のステップの１つまたは任意の組み合わせを含む。
１）自動車の車両、航空宇宙航行体（例えば、飛行機）などの製品の１つ、２つ、またはそれ以上の部材のものである１つ、２つ、またはそれ以上の表面を設けるステップ。
２）その表面を接着剤材料に接触させるステップ。
３）第１の硬化度および／または表面への第１の接着度を達成するために、高分子発泡テープの硬化樹脂を硬化するステップであって、第１の手順は、例えば、湿気への露出を含む。
４）基材が用いられる状況で、表面への第２の接着度を達成するために、例えば、上昇温度への露出を含む第２の手順で二次硬化剤を活性化するステップ。

本発明の各実施形態において、接着剤材料が、典型的に、硬化樹脂を含有する発泡接着剤材料（すなわち、発泡タイプ）を含み、このような発泡接着剤材料が、接着剤材料として単独で用いられてもよく、さらに、単一の硬化のみを受けても、複数回の硬化を受けてもよく、または、発泡接着剤材料は、基材とともに、またはそれと一体化されたり組み込まれたりして用いられてもよく、さらに、硬化樹脂は、最初の硬化を受けた後に、基材をさらに硬化してもよいことを理解されたい。

（発泡材料またはテープ）
１つ以上の硬化樹脂を含有する高分子発泡材料またはテープは、高分子発泡テープの片面または両面に塗布された１つ以上の硬化樹脂を持つことができ、１つ以上の硬化樹脂は、典型的に、発泡担体に浸透し、この発泡担体は、典型的に、以下に記載するような発泡体である。ある応用では、高分子発泡テープは、厚みが約１／１２８インチ（約０．２ｍｍ）〜約３／１６インチ（約５ｍｍ）、幅が約１／２インチ〜約２４インチ、および長さが少なくとも約６インチでありうるが、特段の記載がない限り、より大きな寸法も、より小さな寸法も可能である。別の好ましい実施形態によれば、発泡テープは、付着する対象の表面間でテープを圧縮することができるように、厚みが少なくとも約１／４インチ、より典型的には、少なくとも約１インチ、さらに可能であれば、少なくとも約２〜３インチである。このような実施形態において、発泡体は、テープが圧縮することで、望ましくない量の１つ以上の硬化樹脂を発泡体から押し出してしまうことがないように、１つ以上の硬化樹脂で飽和された１００％未満、８０％未満、または、さらには、５０％未満であることが望ましいこともある。

１つ以上の樹脂用の担体として使用される高分子発泡体は、熱硬化性または熱可塑性のものでありえ、均一または可変の高分子組成構造を有しうる。高分子発泡体は、可撓性、半剛体、半可塑性、粘弾性、弾性、または剛性でありうる。高分子発泡体は、実質的に連続した気泡構造、実質的に独立した気泡構造、または実質的に網目状の気泡構造を含みえ、またはこのような構造の組み合わせが用いられてもよい。一般に、気泡構造の少なくとも一部分が連続していることが好ましい。ある応用において、高分子発泡体は、平均気泡密度が、約１０ｐｐｉ（１インチ当たりの孔数）より大きく、弾性が、約１％より大きい。高分子発泡体は、親水性から疎水性への範囲において、水に対して親和性を有する発泡体でありうる。本発明のある応用において使用する高分子発泡体の平均密度は、約１．６ｋｇ／ｍ^３〜約９６０ｋｇ／ｍ^３でありうる。

高分子発泡テープは、全体にわたって少なくとも１つの可変性を有する発泡体を含みえ、この可変性は、密度、気泡密度、気泡の形状、気泡サイズ、水に対する親和性、弾性、厚み、および幅からなる群から選択される。高分子発泡テープは、１つ以上のイソシアネートまたはイソシアネート含有化合物をベースにした発泡体を含みうる。１つ以上のイソシアネートまたはイソシアネート含有化合物は、脂肪族イソシアネート、芳香族イソシアネート、脂環式イソシアネート、またはそれらの混合物を含みうる。ある応用において、高分子発泡テープは、１つ以上のポリオールと、１つ以上のイソシアネートまたはイソシアネート含有化合物との反応生成物であるポリウレタン発泡体を含む。他の応用において、高分子発泡テープは、１つ以上のポリアミンと、１つ以上のイソシアネートまたはイソシアネート含有化合物との反応生成物であるポリ尿素発泡体を含む。非限定的な例として、高分子発泡テープは、ポリオレフィン系重合体、ポリエステル系重合体、ポリエーテル系重合体、ポリスチレン系重合体、およびそれらの混合物からなる群から選択されうる。

高分子発泡テープは、高分子発泡体の表面性質や１つ以上の硬化樹脂への接着性を変更するための１つ以上の添加物を含みうる。硬化樹脂は、樹脂と高分子発泡テープの重量比が、約９９／１〜１／９９の荷重で高分子発泡テープに適用されうる。

１つ以上の硬化樹脂は、二元エポキシ／アミンタイプ系、およびエポキシ／アミン潜在系、アクリレート系などを含み、熱、化学反応、湿気への露出、または他のものによって硬化されてもよい。ある望ましい応用において、１つ以上の硬化樹脂の少なくとも１つが、湿気または水硬化樹脂である。さらに、１つ以上の水硬化樹脂の少なくとも１つが、イソシアネート含有材料でありうる。

イソシアネート含有材料は、以下の群、すなわち、芳香族イソシアネート類、脂肪族イソシアネート類、脂環式イソシアネート類、イソシアネート系付加物、イソシアネート系誘導体、イソシアネートプレポリマー、イソシアネートオリゴマー、およびイソシアネート準プレポリマーからなる群から選択されうる。ある応用において、イソシアネート含有材料では、イソシアネートと活性水素との当量比が、約１より大きい。イソシアネート含有材料は、イソシアネートと水との反応を促す少なくとも１つの触媒を含有しうる。ある応用において、１つ以上の水硬化樹脂の少なくとも１つが、焼き石膏でありうる。１つ以上の硬化樹脂の少なくとも１つが、化学反応、ＵＶ光、レーザ光、放射線、または熱誘導反応を介して硬化されうる。

１つの実施形態において、水硬化樹脂は、ポリオールおよびイソシアネート含有材料から形成されたプレポリマーを含む。例えば、プリポリマーを形成するために、ジオール（例えば、ポリカーボネートジオール）を、トルエンジイソシアネートまたはメチレンジイソシアネート（例えば、ウレトニミン変性メチレンジフェニルジイソシアネート）などのイソシアネートと反応させることができる。このように、水硬化樹脂は、ポリオール、イソシアネート、および／またはポリオールおよびイソシアネートから形成されたプレポリマーの１つまたは任意の組み合わせを含みえ、水硬化樹脂の重量パーセントは、典型的に、硬化樹脂の少なくとも約４０重量％、より典型的に、少なくとも約７０重量％、さらに典型的に、少なくとも約９０％、または場合によっては、少なくとも約９５重量％である。また、水硬化樹脂は、本願明細書に記載する添加物の任意のものを含みうるが、好ましくは、触媒（例えば、スズ触媒）、接着促進剤（例えば、シラン）、および／または、保存寿命増強剤（例えば、ハロゲンや、ハロゲン化物などのハロゲン含有化合物）を含む。

米国特許第６，９８４，２１６号に、１つの特に適切な発泡材料または発泡テープが開示されており、同特許の内容全体は、あらゆる目的で参照により本願明細書に援用されたものとする。さらに、例示的目的のために、以下の表１に、発泡テープを形成するために、発泡材料に適用するための硬化樹脂の１つの例を示す。

上記に挙げた水硬化樹脂の配合は、例示的なものにすぎず、さまざまな成分の重量パーセントが、±５０％以上、または±３０％または±１０％変動してもよい。例えば、５０±１０％の値は、４５〜５５の範囲である。さらに、この配合から成分を追加したり除去したりしてもよい。

一般に、本発明の接着剤材料が、発泡接着剤材料またはテープのみでありうると考えられる。しかしながら、接着テープとともに、基材が用いられることも可能である。このような実施形態において、発泡接着テープは、１つ以上の硬化樹脂を含み、基材は、１つ以上の硬化樹脂とは実質的に別に配合された材料である。

さらなる別の形態として、発泡テープの１つ以上の硬化樹脂が、基材を形成する同じ材料で形成されるか、または取り替えられると考えられる。このように、１つ以上の硬化樹脂は、エポキシ樹脂、エラストマーまたは付加物、１つ以上の添加物、硬化剤、および／または硬化促進剤、発泡剤、および／または発泡促進剤、または任意の他の成分などの基材に典型的な材料の任意のものを含みえ、このことに関しては、基材に関連して本願明細書に詳細に記述する。次いで、これらの成分は、１つ以上の硬化樹脂に関して上述したような高分子（例えば、ポリウレタン）発泡体と一体化されてもよい。このような場合、１つ以上の硬化樹脂は、本願明細書に記述する接着の任意のものを実行するために、好ましくは、単独で、使用可能な発泡テープを形成するために、好ましくは、高分子発泡体と一体化される。

１つ以上の硬化樹脂が、基材の成分で配合される場合、１つ以上の樹脂は、本願明細書に記載するように、熱によって硬化されてもよいが、上述した樹脂のいくつかのように、湿気に対して露出されることで硬化されてもよい。本願と同日に出願され、「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｏｒ Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｔａｇｅ Ｃｕｒｅ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｕｓｅ」という発明の名称の（米国特許出願明細書（代理人管理番号１００１−２５６））に、湿気に対して露出されることによって硬化可能であり、１つ以上の硬化樹脂として用いられてもよい１つの特定の材料について記載されている。

（可能な基材）
基材は、使用される場合、典型的に、硬化および／または熱硬化材料であり、ほとんどの場合、少なくとも部分的に、または実質的にすべて、高分子材料から構成される。本願明細書において使用する場合、「高分子材料」という用語は、基材および／または接着剤材料を硬化すると、高分子であるか、または高分子になる（すなわち、重合する）任意の材料を含む。高分子材料は、１つのタイプのみの重合体を含みうるか、または、２つ、３つ、４つ、またはいくつかの異なる重合体の混合材でありうる。高分子材料の混合材は、熱可塑性物質、エラストマー、プラストマー、それらの組み合わせなどの種々の異なる重合体（例えば、共重合体）を含みうる。例えば、高分子混合材に適切に組み入れられてもよい重合体は、ハロゲン化重合体、ポリカーボネート類、ポリオレフィン類（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン）、ポリエチレン類、ポリプロピレン類、ポリ（エチレンオキシド類）、ポリシロキサン、ポリエーテル類、ポリホスファジン類、ポリ（エチレンイミン類）、ポリアミド類、ポリケトン類、ポリウレタン類、ポリエステル類、ポリイミド類、ポリイソブチレン類、ポリアクリルニトリル類、ポリ（ビニルクロライド類）、ポリテトラフルオロエチレン類、ポリイソプレン類、ポリアクリルアミド類、シラン類、スルホン類、アリル類、オレフィン類、スチレン類、アクリレート類、メタクリレート類、エポキシ類、シリコーン類、フェノール類、ゴム類、ポリヘニレンオキシド類、テレフタレート類、アセテート類（例えば、ＥＶＡ）、アクリレート類、メタクリレート類（例えば、エチレンメチルアクリレートポリマー）、およびそれらの任意の組み合わせまたは混合物を含むが、これらに限定されるものではない。

高分子混合材は、典型的に、接着剤材料の実質的な部分（例えば、最大８５重量％以上）を含む。高分子混合材は、接着剤材料の約２５重量％〜約８５重量％、より好ましくは、約４０重量％〜約７５重量％、さらに好ましくは、約５０重量％〜約７０重量％を含む。

高分子混合材または基材は、典型的に、少なくとも部分的に、または実質的にすべて、エポキシ化学物質をベースにしたものでありえ、１つ以上のエポキシ材料を含みうる。本願明細書において、エポキシ樹脂または材料を使用する場合、少なくとも１つのエポキシ官能基を含む従来の単量体、二量体、低重合体、または重合体のエポキシ材料の任意のもの、またはそれらの組み合わせを意味する。重合体系材料は、開環反応によって重合可能な１つ以上のオキシラン環を有するエポキシ含有材料であってもよい。好ましい実施形態において、接着剤または基材は、最大約８０％のエポキシ樹脂を含む。より好ましくは、接着剤または基材は、約１０重量％〜７０重量％のエポキシ樹脂を含み、さらに好ましくは、約３０重量％〜５０重量％のエポキシ樹脂を含む。

エポキシは、脂肪族、脂環式、芳香族などであってもよい。エポキシは、固体（例えば、ペレット、チャンク、ピースなど）、液体（例えば、２３℃で液体であるエポキシ樹脂、またはそれらの組み合わせ）として供給されてもよい。エポキシは、αオレフィンを有することもあるエチレン共重合体または三元共重合体を含んでもよい。共重合体または三元共重合体として、重合体は、２つまたは３つの異なる単量体、すなわち、同様の分子と結合可能な高い化学反応性を有する小分子からなる。好ましくは、材料の接着性を高めるために、接着剤材料にエポキシ樹脂が添加される。１つの例示的なエポキシ樹脂は、ノバラックタイプまたは他のタイプの樹脂であってもよいフェノール樹脂であってもよい。他の好ましいエポキシ含有材料は、ビスフェノールＡエピクロロヒドリンエーテル重合体、または変性されたものであってもよいビスフェノールＡエポキシ樹脂を含んでもよい。

いくつかの実施形態において、基材に用いられるエポキシ樹脂の１つ以上は、多官能性であり、および／または、比較的高い官能価を有する（例えば、エポキシ官能価）。このような比較的高い官能価の樹脂が用いられる場合、典型的には、少なくとも５％、より典型的には、少なくとも１０％、さらにより典型的には、少なくとも１５％、さらに少なくとも２０％のエポキシ樹脂の官能価が、約２より大きく（例えば、約２．６以上）、さらに、約３より大きい（例えば、約３．６以上）場合もあることが望まれる。有益には、官能価がこのように高くなると、場合によっては、高温性能の向上（例えば、二次硬化前、その間、またはその後のより高いＴ_ｇ）、重ねせん断強度の強化、またはそれらの組み合わせが得られる。

１つの好ましい実施形態において、高分子材料の少なくとも７０％、９０％、９５％、またはそれ以上は、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビスフェノールＦエポキシ樹脂、それらのグリシジルエーテル、またはそれらの任意の組み合わせからなる。

（二次硬化剤）
接着剤材料および、特に、基材に、１つ以上の二次硬化剤および／または硬化促進剤が添加されてもよい。このように、単一の硬化剤が用いられても、２つ以上の硬化剤が用いられてもよいと考えられる。２つ以上の硬化剤が用いられる場合、２つ以上の硬化剤が、同じ種類または異なる種類の硬化剤からのものでありえ、同じまたは異なる高分子材料に向けられたものであってもよいと考えられる。

二次硬化剤および硬化促進剤の量は、望まれる気泡構造のタイプ、接着剤材料が膨張性のものであれば、接着剤材料の望ましい膨張量または膨張率、接着剤材料の望ましい構造特性などに応じて、基材内で大きく異なる。接着剤材料にある硬化剤、硬化促進剤、またはそれらの両方の有効量の例示的な範囲は、基材の約０．１重量％〜約７重量％である。

好ましくは、二次硬化剤は、重合体、エポキシ樹脂、またはその両方の架橋による硬化のさい、接着剤、特に、基材の助力となる。また、硬化剤は、接着剤材料を熱硬化するさいの助力となることも好ましい。有用な種類の硬化剤は、脂肪族または芳香族アミン類またはそれらそれぞれの付加物、アミドアミン類、ポリアミド類、イミダゾール類、脂環式アミン類、無水物類、ポリカルボン酸ポリエステル類、イソシアネート類、フェノール系樹脂（フェノールまたはクレゾールノボラック樹脂、フェノールテルペン、ポリビニルフェノール、またはビスフェノールＡホルムアルデヒド共重合体などの共重合体、ビスヒドロキシフェニルアルカンなど）、過酸化物類、またはそれらの混合物から選択された材料である。特に好ましい二次硬化剤は、エチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、ジエチレントリアミン、テトラエチレンペンタミン、シアノグアニジン、ジシアンジアミド類などの変性および未変性ポリアミン類またはポリアミド類を含む。また、硬化剤用の促進剤（例えば、メチレンジフェニルビス尿素、イミダゾール、第三アミンまたはそれらの組み合わせなどの変性または未変性尿素）が、接着剤材料を調製するために与えられてもよい。

硬化時間を長くすることも可能であるが、本発明の配合では、５分未満、さらには、３０秒未満の硬化時間が可能である。さらに、このような硬化時間は、追加エネルギー（例えば、熱、光、放射線）が材料に適用されるか、または材料が室温で硬化されるか、および製品の所与の処理ステージで望ましい硬化温度に応じたものでありうる。

（発泡剤）
必要に応じて、基材、特に、使用されている場合の基材内に開環および／または閉環構造を形成する不活性ガスを発生させるために、接着剤材料および、特に、基材に、１つ以上の発泡剤が添加されてもよい。このようにして、この材料で作製される製品の密度をより低くすることが可能な場合もある。さらに、材料が膨張することで、密封性能、音響減衰、またはそれらの両方を高めやすくなる。

発泡剤は、アミド類、アミン類などの１つ以上の窒素含有基を含んでもよい。適切な発泡剤の例は、アゾジカルボンアミド、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、４，４_ｉ−オキシ−ビス−（ベンゼンスルホニルヒドラジド）、トリヒドラジノトリアジン、およびＮ，Ｎ_ｉ−ジメチル−Ｎ，Ｎｉージニトロソテレフタルアミドを含む。また、熱可塑性シェルに封入された溶剤などの物理発泡剤が使用されてもよい。このような発泡剤は、ＥＸＰＡＮＣＥＬという商標名で販売されており、Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌから市販されている。

また、接着剤材料および、特に、基材に、発泡剤用の促進剤が与えられてもよい。活性化温度を低下させ、および／または発泡剤が不活性ガスを形成する速度を高めるために、さまざまな促進剤が使用されてもよい。１つの好ましい発泡促進剤は、金属塩であり、または酸化物、例えば、酸化亜鉛などの金属酸化物である。他の好ましい促進剤は、尿素などの有機塩基およびアジピン酸または安息香酸などの有機酸を含む。また、亜鉛ベンゼンスルフィネートが、望ましい促進剤であってもよい。

発泡剤および発泡促進剤の量は、望まれる気泡構造のタイプ、接着剤材料の望ましい膨張量、望ましい膨張率などに応じて、基材内で大きく異なる。接着剤材料における発泡剤および発泡促進剤の量の例示的な範囲は、約０．００１重量％〜約５重量％であり、好ましくは、接着剤材料または基材にわずかな重量パーセント存在する。

１つの実施形態において、本発明は、発泡剤を省くことも想定している。しかしながら、本発明の材料、使用する場合、発泡剤、またはそれらの両方は、熱的に活性されることが好ましい。他の形態において、湿気、放射線などの他の手段、または別の方法で活性化を実現するために、他の薬剤が用いられてもよい。

（エラストマーまたは付加物）
接着剤材料および、特に、基材は、非反応状態で接着剤または基材に混合されたエラストマー、または別の材料（例えば、付加物）と反応したエラストマー、またはその両方の組み合わせを含みうる。適切なエラストマーの例は、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、イソプレン−ブタジエン共重合体、ネオプレン、ブタジエンニトリルゴム（例えば、カルボキシル末端ブタジエンニトリル）、ブチルゴム、ポリスルファイドエラストマー、アクリルエラストマー、アクリルニトリルエラストマー、シリコーンゴム、ポリシロキサン類、ポリエステルゴム、ジイソシネート結合縮合エラストマー、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレンジエンゴム）、クロロスルホン化ポリエチレン、フッ素化炭化水素などを含むが、これらに限定されるものではない。１つの実施形態において、再利用タイヤのゴムが用いられる。

非常に好ましい実施形態において、エラストマー含有付加物が、本発明の接着剤材料または基材に、好ましくは、比較的高い濃度で（例えば、エポキシ樹脂と同じ程度に）用いられる。付加物は、接着剤材料または基材の最大約８０重量％に含まれてもよい。より好ましくは、エラストマー含有付加物は、接着剤材料または基材のおよそ２０〜６０重量％であり、より好ましくは、約３５重量％〜５５重量％である。エラストマー含有付加物は、２つ以上の特定の付加物の組み合わせであってもよく、付加物は、２３℃の温度で固体付加物または液体付加物であってもよく、またはそれらの組み合わせであってもよい。

好ましいエポキシ／エラストマー付加物は、一般に、エポキシとエラストマーの割合が、約１：５〜５：１であり、より好ましくは、エポキシとエラストマーの割合が、約１：３〜３：１である。より典型的には、付加物は、少なくとも約５％、より典型的には、少なくとも約１２％、およびさらにより典型的には、少なくとも約１８％のエラストマーを含み、また、典型的に、約５０％以下、より典型的には、少なくとも約４０％、およびさらにより典型的には、約３０％以下のエラストマーを含むが、これらよりも高いまたは低い比率も可能である。エラストマー化合物は、熱硬化性エラストマーなどの任意の適切な開示されたエラストマーであってもよい。本発明において使用するのに適した追加のまたは別のエポキシ／エラストマーまたは他の付加物の例が、米国特許出願公開第２００４／０２０４５５１号明細書に開示されており、この内容全体は、あらゆる目的で本願明細書に参照により援用されたものとする。

エラストマー含有付加物は、接着剤材料または基材に添加される場合、強度、靱性、剛性、曲げ係数などの材料の構造的特性に添加されることが好ましい。

（充填剤）
接着剤材料および、特に、基材は、粒子材料（例えば、粉末）、ビーズ、微小球、ナノ粒子などを含むが、これらの限定されるものではない１つ以上の充填剤を含んでもよい。充填剤は、接着剤材料または基材にある他の成分と一般に非反応性である比較的低密度の材料を含むことが好ましい。

充填剤の例は、シリカ、珪藻土、ガラス、粘土、タルク、顔料、着色剤、ガラスビーズまたは気泡、ガラス、カーボンセラミックファイバ、酸化防止剤などを含む。このような充填剤、特に、粘土は、接着剤材料を流している間、接着剤材料を平らにする助力となりうる。充填剤として使用されてもよい粘土は、カオリナイト、イライト、クロリテム、スメシタイト、またはセピオライト基からの１つおよび／または複数の粘土のナノ粒子を含んでもよく、焼成されてもよい。適切な充填剤の例は、タルク、バキュームライト、パイロフィライト、ソーコナイト、サポナイト、ノントロナイト、モンモリロナイト、ウォラストナイト、またはそれらの混合物を含むが、これらに限定されるものではない。粘土はまた、炭酸塩、長石、雲母、および石英などの他の成分を微量含んでもよい。二酸化チタンが用いられてもよい。本発明の１つ以上の実施形態において、充填剤（例えば、ウォラストナイトなどの無機充填剤など）の実質的な部分（例えば、４０％、７０％、またはそれ以上）のアスペクト比が、２：１に等しいか、またはそれ以上の比較的高いものであることが望ましいが、３または４：１より低いか、より典型的には高く、可能性として、８：１、１２：１、２０：１、またはそれ以上に等しいか、またはそれ以上もありうる。

１つの好ましい実施形態において、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウムなどの１つ以上の無機または石タイプの充填剤が、充填剤として使用されてもよい。別の好ましい実施形態において、雲母などのシリケート鉱物が充填剤として使用されてもよい。

接着剤材料または基材に充填剤を用いる場合、充填剤は、接着剤材料の１重量％〜９０重量％のものでありうる。いくつかの実施形態によれば、接着剤材料または基材は、約３重量％〜約３０重量％、より好ましくは、約１０重量％〜約２０重量％の粘土または同様の充填剤を含んでもよい。

材料の充填剤または他の成分の１つが、材料の流れ、さらには、引張り、圧縮、せん断強度などの性質を制御する助力となるように、揺変性のものであってもよいと考えられる。

（他の添加物）
接着剤材料および、特に、基材に、必要に応じて、耐ＵＶ性薬剤、難燃剤、衝撃改質剤、コア／シェル重合体、粒子ゴム、熱安定剤、ＵＶ光開始剤、着色剤、加工助剤、酸化防止剤、潤滑剤、共薬剤、強化剤（例えば、細断または連続グラス、ガラス繊維、セラミックおよびセラミック繊維、アラミド繊維、アラミドパルプ、カーボン繊維、アクリレート繊維、ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、またはそれらの組み合わせなど）を含むが、これらに限定されたものではない他の添加物、薬剤、または性能変性剤が含まれてもよい。１つの好ましい実施形態において、例えば、硬化密度を高めるために、アクリレート補助薬剤が用いられてもよい。また、接着剤材料または基材は、酸化、硬化速度、またはその両方を制御する助力となるために、約０．１０〜約５．００重量パーセントのプロピオネートなどの酸化防止剤（例えば、ペンタエリトリトールテトラキス（３−（３，５−ジ−テルト−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート））を含んでもよいと考えられる。このような酸化防止剤の１つの例は、ＩＲＧＡＮＯＸ（登録商標）という商標名で販売されており、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｃｏｍｐａｎｙ（１４１ Ｋｌｙｂｅｃｋｓｔｒａｓｓｅ、Ｐｏｓｔｆａｃｈ、４００２ Ｂａｓｅｌ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）から市販されている。

さらに、添加物および充填剤は、発泡テープの１つ以上の硬化樹脂において適切である場合、これらの１つ以上の硬化樹脂が、基材とは異なる材料から配合されている場合であっても、例えば、その１つ以上の硬化樹脂が、ポリオールおよびイソシアネートで配合されている場合、使用可能であるということに留意されたい。

（配合）
基材が用いられる場合、接着剤材料の配合が、種々の新技術または既知の技術により達成されうる。１つの実施形態によれば、接着剤材料は、ペレット、チャンクなどの固形形態、液体形態、またはそれらの組み合わせで、基材の成分を供給することで形成される。成分は、典型的に、大きな箱または他の容器などの１つ以上の容器において組み合わされる。容器は、容器を回転させたり、別の方法で動かしたりすることで、成分を混ぜ合わせるために使用されうることが好ましい。その後、攪拌または別の方法で単一の均質な組成へと成分を混ぜ合わせることができるように、成分を軟化または液化するために、熱、圧力、またはそれらの組み合わせが適用されてもよい。硬化樹脂付きの発泡テーブは、混合中またはその後、均質な組成と一体化されうる。

別の実施形態によれば、基材が用いられる場合、基材は、１つ以上の成分を加熱することによって形成されてもよく、この成分は、一般に、これらの成分を混合可能な状態に誘導するために、重合体系材料などを軟化または液化しやすいものである。その後、残りの成分は、軟化された成分と混ぜ合わせられてもよい。この場合も、発泡テープは、混合中または混合後、形成された組成と一体化されてもよい。

使用する成分に応じて、成分の温度が、接着剤材料および／または基材を活性化（例えば、ガス形成、膨張、流れ、硬化、熱硬化、または他の活性化）させうるある活性化温度より確実に低い状態にすることが重要な場合がある。とりわけ、接着剤材料および／または基材が、発泡剤またはある種の硬化剤を含有する場合、材料の形成中または材料が表面に適用される前に、発泡剤または硬化剤を活性化させる温度より低い温度に材料の温度を維持することが望ましい。接着剤材料および／または基材をより低い温度で維持することが望ましい状況において、材料の成分を混ぜ合わせるために、圧力、または圧力および熱の組み合わせを使用して、半固体または粘弾性状態で成分を維持することが望ましい場合もある。熱、圧力、またはその両方を材料に適用するために、さまざまな機械が設計されてきた。

接着剤材料および／または基材は、液体、半固体、固体、またはそれらの組み合わせで形成されうる。このようにして、接着剤材料および／または基材は、吹き付け可能な液体、ペースト、固体または半固体の固まりなどに形成されてもよく、ペースト、テープ、フィルムなどとして供給されうる。

提示したように、１つ以上の硬化樹脂付きの発泡材料またはテープは、接着剤材料として単独で使用されうるし、基材および接着剤材料の他の可能性のある成分からなる組成と一体化されうる。一体化される場合、発泡テープは、組成の１つ以上の表面上の層でありえ、または、例えば、組成の層間にテープを挟んだり、テープを組成に混合させたりすることで、組成に一体化されうる。

１つの好ましい実施形態において、接着剤材料は、基材と発泡テープとが互いに別々である（すなわち、それらが互いに混ぜ合わされておらず、または層間化されていない）場合、基材および発泡テープからなる。このような実施形態において、基材および発泡テープは、図１に関して以下に記載する表面などの２つ以上の表面に独立して付着する。基材および発泡材料は、２つの表面間で互いに対して並列し隣接した位置にありうる。前文で使用する隣接という言葉は、わずかな距離だけ間隔を空けた位置にあるか（例えば、３０、２０、１０、または４センチメートル未満）、互いに接触しているという意味でありうる。基材が、発泡テープに接触している場合、２つが、その境界でわずかな程度で混ざり合うこともある。

（応用）
接着剤材料は、典型的に、１つ以上の表面と接触し、１つ以上の表面と付着する。本発明の接着剤材料は、典型的に、第１の程度またはレベルの接着性で１つ以上の表面と付着し、次いで、第２の程度またはレベルの接着性で１つ以上の表面と付着する。しかしながら、第１の程度またはレベルの接着性だけで、表面と付着させてもよい。

１つの好ましい実施形態において、発泡テープの硬化樹脂は、湿気に対して露出することで硬化するように活性化される。これは、特に、接着剤材料が、本質的に、硬化樹脂付きテープからなる場合、接着剤材料の唯一の硬化となりうる。しかしながら、この硬化は、第２のレベルまたは程度の接着性をもたらす二次硬化（例えば、基材の硬化）が続く一次硬化にすぎないこともありうる。

図１を参照すると、接着剤材料３０は、少なくとも１つ、２つ、３つ、またはそれ以上の表面と接触するが、同図では、第１の表面３２および第２の表面３４と接触するように示されている。これらの表面は、１つ、２つ、３つ、またはそれ以上の部材によって与えられてもよいが、同図では、製品の第１の部材３６および第２の部材３８として示されている。その後、接着剤材料３０は、表面３２、３４に対する接着剤３０の接着性を高め、および／または、表面３２、３４間、部材３６、３８間、またはその両方の接続強度（例えば、引張または重ねせん断強度）を高めるために、少なくとも部分的または実質的に完全に硬化される。

接着剤材料が、表面への接着性の助力となるように、ある程度の自然な粘着性を備えるように配合されてもよく、または湿気または他の硬化手順に露出される前に、実質的に、不粘着性であることが理解される。また、発泡剤の１つが、硬化中、接着剤材料を膨張させ、接着剤材料を発泡させ、表面に作用するさいの接着剤材料の助力となり、またはそれらの任意の組み合わせの目的のために用いられてもよいと考えられる。

しかしながら、１つの好ましい実施形態において、発泡テープの硬化樹脂は、接着剤材料および、特に、発泡テープを湿気に露出することで硬化（例えば、架橋結合）するように活性化される。本願明細書において、湿気に対して露出するという表現は、典型的に、水に対する任意の形態の露出をさすが、他の液体に対する露出も同様に可能である。このように、水に対する露出ということには、特段の記載がない限り、水分、蒸気、液体水、水を含む任意の材料、またはそれらの組み合わせなどに対する露出が含まれうる。

発泡テープは、接着剤材料の１つ以上の表面上に湿気の層を配置すること（例えば、塗布、ブラシがけ、吹き付け、スワビング）によって湿気に露出されうる。接着剤材料は、接着剤材料を水を含む液体に浸水させることによって、湿気に対して露出されてもよい。接着剤材料が、液体状態で、ペーストとして、流動可能な状態で、混合可能な状態で、半固体状態で、またはそれらの任意の組み合わせの状態で供給されれば、水を接着剤材料に混ぜ合わせることができる。

このように、単独で用いられる硬化樹脂付き発泡材料またはテープが、接着剤材料の組成または基材の表面上に配置されようとも、接着剤材料の組成または基材に混ぜ合わせられようとも、または基材とともに（例えば、並列して）使用されようとも、湿気に対して発泡材料またはテープを露出するために、複数の技術が用いられうる。また、接着剤材料に水を動かすさいの助力となり、湿気に対する発泡材料およびその硬化樹脂の露出を高めることで、硬化樹脂の硬化の程度を潜在的に高めるために、開口（例えば、キャビティまたは貫通孔）、繊維や他の材料などの材料、またはその両方が用いられうると考えられる。さらに、接着剤発泡材料またはテープを含む接着剤材料は、接着剤材料に水を移動させるさいの助力となるように、上昇温度に加熱可能であると考えられる。このような上昇温度は、典型的に、少なくとも約３０℃、より典型的には、少なくとも約４０℃であり、典型的には、約１２０℃未満であり、より典型的には、約１００℃未満であるが、これらより高い温度も、低い温度も可能である。

前述したように、特に、基材を用いていなければ、発泡テープの樹脂の硬化は、唯一の硬化な場合もある。しかしながら、１つの好ましい実施形態によれば、接着剤材料は、二次硬化剤による、少なくとも基材の効果を伴う二次活性化段階を受ける。

二次硬化剤は、さまざまな異なる手順によって活性化されてもよく、それらのいくつかについては、本願明細書において記述した。１つの好ましい実施形態において、接着剤材料は、上昇温度に露出されることで、膨張、発泡、硬化（例えば、架橋結合、熱効果）、作用、付着、またはそれらの任意の組み合わせの動きをして活性化される。れ二次硬化の例示的な上昇温度は、望ましくは、約８０℃〜約２００℃、より典型的には、約１００℃〜約１４０℃であるが、特段の記載がない限り、これより高い温度または低い温度が用いられてもよい。このような温度は、例えば、オートクレーブや炉で受けることができ、または、例えば、ブランケットの加熱、ＩＲランプ、誘導加熱により生じさせうる。

接着剤材料が、二段階硬化材料である場合、一次硬化は、単独で、または他の接続（例えば、機械的締め付け具）とともに、表面を与える部材を、さらに処理することができる（例えば、搬送、移動、さらなる組み立て）のに十分な接続強度を、１つの表面、または２つ以上の表面間に与えるうることが有益である。次いで、二次硬化は、単独で、または他の接続（例えば、機械的締め付け具）とともに、製品を使用するのに十分な強度の接続を与えうる。例えば、航空宇宙航行体または自動車車両の部材の場合、一次硬化は、部材が、接続を解除されることなく、さらなる組み立てや他の処理をうけることができる程度に十分強い接続を与える。次いで、二次硬化は、飛行中や車両の運転中にうけるであろう力に十分に耐性がある接続を与える。この場合も、これらの接着剤接続の各々は、単独で、または他の接続（例えば、機械的締め付け具）との使用で十分な場合がある。

図２に、本発明の接着剤材料５０を使用するプロセスの１つの好ましい実施形態を示す。図示するように、接着剤材料は、第１の表面５２と第２の表面５４との間に配置されそれらと接触する。図示した実施形態において、第１の表面５２は、第１の部材５８（例えば、パネル）の一部であり、第２の表面５４は、第２の部材６０（例えば、パネル）の一部である。１つの実施形態において、第１および第２の部材は、航空宇宙航行体の一部である。適切な部品または部材となりうるものは、スキン、リブ、スパー、ブラケット、または任意の組み合わせなどを含みうるが、これらに限定されるものではない。好ましい部品は、昇降舵、方向舵、翼可動部（例えば、内側または外側の下げ翼および／または補助翼）、安定板（例えば、水平安定板）、フィン（例えば、垂直フィン）などの航空宇宙制御表面または構造の部品であることが好ましい「箱型のコンポーネント」またはトンネル形成コンポーネントである。

表面５２、５４との接触中または接触後、接着剤は、発泡材料またはテープの硬化樹脂の硬化を伴う第１段階硬化を受ける。その後、部材５８、６０は、さらに処理されてもよい。例えば、図示するように、開口（例えば、貫通孔）が、第１の部材、第２の部材、接着剤、またはそれらの任意の組み合わせに、および／またはそれらを貫通して形成されうる（例えば、穴があけられる）。また、リベットなどの締め付け具が、第１の部材を第２の部材に取り付けるさいの助力となるように、開口内に配置されてもよい。さらに、さらなる処理の前、その最中、またはその後、接着剤の接着剤材料５０は、基材が用いられれば、二次硬化を受けうる。例えば、接着剤材料は、基材の二次硬化で、約８０℃〜約２００℃、より典型的には、約１００℃〜約１４０℃の上昇温度に露出されうる。

高分子テープの硬化後、接着剤材料の重ねせん断強度は、少なくとも約０．７ＭＰａであるが、これよりも低いものも可能であり、より典型的には、少なくとも約１．６ＭＰａ、さらに、少なくとも約２．４ＭＰａのものもありうると考えられる。また、二次硬化後、接着剤材料の重ねせん断強度は、約１００ＭＰａより低いが、より高いものも可能であり、より典型的には、約１０ＭＰａまたは７ＭＰａより低く、さらに、４．５ＭＰａより低いものもありうると考えられる。二次硬化後、接着剤材料の重ねせん断強度は、少なくとも約１０ＭＰａであるが、より低いものも可能であり、少なくとも約１５ＭＰａであり、より典型的には、少なくとも約２０ＭＰａであり、さらに、少なくとも約２５ＭＰａでありうると考えられる。高分子テープの単一硬化の場合、強度は、より典型的には、二次硬化後に関して記述したものと同じである。本発明の重ねせん断強度は、「Ａｐｐａｒｅｎｔ Ｓｈｅａｒ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｌａｐ−Ｊｏｉｎｔ Ａｄｈｅｓｉｖｅｌｙ Ｂｏｎｄｅｄ Ｍｅｔａｌ Ｓｐｅｃｉｍｅｎｔｓ ｂｙ Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｌｏａｄｉｎｇ （Ｍｅｔａｌ−ｔｏ Ｍｅｔａｌ）」というタイトルのＡＳＴＭ Ｄ１００２−０１や、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｐ Ｓｈｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｊｏｉｎｔｓ ｂｙ Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｌｏａｄｉｎｇ」というタイトルのＡＳＴＭ Ｄ３５２８−９６に従って計算できる。

本願明細書で使用する場合、接着剤材料は、硬化樹脂を上部に有するテープのみを含みえ、または硬化樹脂を有するテープと組み合わせた基材を含みうる（例えば、互いに一体化される、互いに混ぜ合わされる、積層化される、または並列に配置される）。いずれの場合も、接着剤材料および、特に、接着剤材料の特定のストリップは、自動車産業（すなわち、自動車車両用）や他の産業において、または製品において、多くの場面で接着用に使用することができる。１つの例として、接着剤材料は、表面および／または部材を１つ以上のアタッチメント（例えば、締め付け具、溶接など）で互いに取り付ける場合、表面および／または部材を互いに付着するために用いられる。このような状況において、部材を違いに取り付けるために使用される接着剤材料のアタッチメント以外のアタッチメント数は、より少なくされてもよい。別の例として、接着剤材料は、アタッチメント（例えば、リベットなどの締め付け具、溶接、またはそれらの組み合わせなど）の使用が困難または不可能である場合、表面および／または部材を違いに付着するために使用されうる。熱などの刺激が、典型的に、二次硬化で利用不可である状況では、硬化樹脂を上部に有するテープのみを含む単一硬化材料として接着剤材料を使用することが望まれる。このような状況の１つの例は、タイル床または壁を形成するために、床や壁にタイルを接着する場合を含む。

特段の記載がない限り、本願明細書に記載したさまざまな構造の寸法および幾何学的形状は、本発明を制限することを意図したものではなく、他の寸法または幾何学的形状も可能である。複数の構造部材は、単一の一体構造によって与えられうる。他の形態において、単一の一体構造が、別々の複数の部品に分割されてもよい。さらに、例示的な実施形態の１つのみの文脈において、本発明の特徴について記載したが、このような特徴は、任意の所与の応用に対して、他の実施形態の１つ以上の他の特徴と組み合わされてもよい。また、本願明細書に固有の構造の作製およびその動作は、本発明による方法を構成することも認識されたい。

本発明の好ましい実施形態が開示される。しかしながら、当業者であれば、ある修正が本発明の教示内のものであることを認識するであろう。したがって、特許請求の範囲は、本発明の真の範囲および内容を決定するために検討されるべきである。

本発明の１つの態様による部材の表面に付着した１つの例示的な接着剤材料の断面図を示す。 本発明の１つの態様による１つの例示的なアセンブリプロセスを示す。

Claims (12)

1. 接着プロセスであって、
   自動車の車両の１つ以上の部材の部分である、第１の表面および第２の表面を与えるステップと、
   硬化樹脂付き発泡テープを含む接着剤材料を与えるステップと、
   前記接着剤材料を前記第１の表面および前記第２の表面と接触させるステップと、
   前記第１および第２の表面に第1の接着レベルを引き起こすように前記硬化樹脂を硬化させるステップとを含むプロセス。
2. 前記硬化樹脂を硬化させるステップが、前記硬化樹脂を湿気に露出することを含む、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記第１の表面が、前記接着剤材料ではなく、１つ以上のアタッチメントで前記第２の表面に取り付けられる、請求項１または２に記載のプロセス。
4. 前記１つ以上のアタッチメントが、溶接である、請求項１から３のいずれか一項に記載のプロセス。
5. 前記接着剤材料が、前記発泡テープ付き基材を含み、前記プロセスが、前記第１および第２の表面に第２の接着レベルを引き起こすように前記接着剤材料の基材を硬化させるステップをさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のプロセス。
6. 前記基材が、エポキシ樹脂を含み、前記基材の硬化が、上昇温度への露出で達成される、請求項５に記載のプロセス。
7. 前記基材が、アミン硬化剤を含む、請求項５または６に記載のプロセス。
8. 前記基材が、発泡剤を含む、請求項５から７のいずれか一項に記載のプロセス。
9. 前記上昇温度が、自動車コーティングプロセス中に与えられる、請求項５から８のいずれか一項に記載のプロセス。
10. 前記硬化樹脂が、ポリオール、イソシアネート、またはそれらから形成されたプレポリマーを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のプロセス。
11. 前記硬化樹脂がスズ触媒を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のプロセス。
12. 前記硬化樹脂が、接着促進剤を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載のプロセス。

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