JP2008149520A - 接着体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化チタンコーティングされた無機材料に透明な被着体を接着する場合に、紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤を使用して、良好な接着性を発揮し、充分な接着強度を有する接着体を製造する方法を提供する。
【解決の手段】酸化チタンコーティングされた無機材料と透明被着体とを紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤で接着する際に、無機材料の酸化チタンコーティング上にシランカップリング剤を塗布し、つぎに、シランカップリング剤塗布面にＵＶオゾン処理、コロナ放電処理、プラズマ処理等を施し、その後に、無機材料の酸化チタンコーティングされた面に透明被着体を、紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤を介して貼り合わせ、さらに、透明被着体を通して紫外線を照射することにより前記接着剤を硬化させる酸化チタンコーティングされた無機材料と透明被着体とを接着してなる接着体の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、酸化チタンコーティングされた無機材料と被着体とを接着してなる接着体の製造方法に関する。

酸化チタンは、一般には白色顔料として知られており、塗料、化粧品、食品、樹脂等に使用されている無機化合物である。また、酸化チタンは、その光触媒としての機能に着目して、脱臭、防黴、抗菌、防藻、防汚、腐敗防止、防曇等の用途に適用されている。酸化チタンを用いたコーティング剤の塗布や酸化チタン分散液の電気泳動電着等の方法により無機材料に酸化チタンコーティングを施し、光触媒等の機能を付与した機能性表面を有する材料とすることが知られている。このような材料は、例えば、エアコン、空気清浄機、照明器具、浄化装置、太陽電池、屋外標識、建築材料等の用途に使用されている。

このような酸化チタンコーティングされた無機材料に他の部材を接着する必要がある場合に、一般に使用可能な方法としては、二液性の室温硬化型の接着剤を使用する方法がある。しかし、この場合、主剤、硬化剤を混合し、脱泡、塗布する多工程が必要であり、しかも、硬化までに一般には長時間（例えば、室温で１２時間以上）必要である。

一液型の熱硬化性接着剤を使用すれば、室温硬化型接着剤に比べて硬化時間は短くて済む。しかしながら、加熱する工程が必要であるので、接着時に位置ずれを起こしやすく、また、熱硬化にある程度の時間が必要である。

これに対して、酸化チタンコーティングされた無機材料に他の部材、特に、透明な被着体を接着する場合に、紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤を使用することができれば、硬化時間や位置ずれ等の問題のない迅速かつ正確な接着が可能となる。しかしながら、このような材料の接着に紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤を使用した場合、良好な接着性を得ることができないという問題がある。

一方、材料表面の接着性を改善する方法として、表面改質を接着すべき表面に施すことが知られている。表面改質には、化学的表面改質、物理的表面改質、物理化学的表面改質があり、例えば、化学的表面改質としてカップリング剤を塗布する方法等があり、物理的表面改質として表面を粗面化する方法等があり、物理化学的表面改質としてＵＶオゾン処理やプラズマ処理する方法等が知られている。このような表面改質を接着に適用する技術としては、例えば、スズメッキした鋼板に有機樹脂フィルムを積層する際に、スズメッキした鋼板にシランカップリング剤を塗布し、一方、有機樹脂フィルムの方にはコロナ放電処理をしておき、シランカップリング剤を塗布した面に対して有機樹脂フィルムのコロナ放電処理をした面が接するように樹脂被覆する方法が特許文献１に記載されている。また、特許文献２には、フッ素系樹脂層の表面をまず粗面化し、その粗面化した表面をつぎにカップリング剤処理した後、ポリアミド系熱可塑性樹脂層を積層する方法が記載されている。

特開２００４−３４５２１４号公報 特開平７−９６５７５号公報

しかしながら、酸化チタンコーティングされた無機材料と他の部材との接着に紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤を使用する場合、紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤は液状であるので、接着剤の硬化前にその樹脂表面を処理することはできず、また、カップリング剤の塗布のみでは充分な接着性が発揮されないので、これらの従来技術では上述の問題を解決することができない。

従って、本発明は、酸化チタンコーティングされた無機材料に透明な被着体を接着する場合に、紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤を使用して、良好な接着性を発揮し、充分な接着強度を有する接着体を製造する方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、酸化チタンコーティングされた無機材料と透明被着体とを紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤で接着する際に、無機材料の酸化チタンコーティング上にシランカップリング剤を塗布し、つぎに、シランカップリング剤塗布面に物理化学的表面改質処理を施し、その後に、無機材料の酸化チタンコーティングされた面に透明被着体を、紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤を介して貼り合わせ、さらに、透明被着体を通して紫外線を照射することにより前記接着剤を硬化させることを特徴とする酸化チタンコーティングされた無機材料と透明被着体とを紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤で接着してなる接着体の製造方法である。

本発明は、上述の構成により、以下の効果を発揮する。
（１）従来困難であった酸化チタンコーティング面と他の部材とを紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤を使用して高い接着強度で接着することが可能であり、少なくとも、二液性の室温硬化型接着剤と同程度の接着性能を発揮することができる。
（２）紫外線硬化型接着剤を使用することができるので、迅速かつ正確な接着が可能である。
（３）透明な被着体を容易かつ精密に接着可能となるので、酸化チタンコーティングされた機能性無機材料の応用分野を拡大することができる。
以下、本発明を詳細に説明する。

本発明においては、酸化チタンコーティングされた無機材料と透明被着体とを紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤で接着する際に、無機材料の酸化チタンコーティング上にシランカップリング剤を塗布する。酸化チタンコーティングされた無機材料としては、例えば、金属（例えば、鋼、ステンレススチール、アルミニウム、銅等）、金属酸化物（例えば、アルミナ、ジルコニア、フェライト等）、半導体、無機化合物の成形体（例えば、ガラス、陶磁器、炭化ケイ素、窒化ケイ素等）等の無機材料に酸化チタンコーティングしたものを挙げることができる。酸化チタンコーティングは、基材上で直接酸化チタンを結晶化する方法であってもよく、又は、公知の他の方法で行うことができ、例えば、粉末、スラリー、ゾル等の形態のものを使用したコーティングが可能であり、例えば、酸化チタンを用いたコーティング剤の塗布や酸化チタン分散液の電気泳動電着等の方法を用いることができる。

上記透明被着体としては、有機又は無機の透明材料からなる部材を挙げることができ、例えば、透明プラスチック（特に限定はなく、各種熱可塑性又は熱硬化性樹脂を使用可能であり、例えば、ポリカーボネート、アクリル、オレフィンポリマー、ポリイミド、エポキシ等）の部材、ガラス（例えば、アルカリガラス、無アルカリガラス等）やマイカ等の無機材料部材を挙げることができ、また、その形状としては特に限定はなく、例えば、フィルム状、板状等の各種形状であってよい。

上記紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤としては、樹脂成分とカチオン重合開始剤等を配合した公知のものを使用することができ、例えば、樹脂成分としては、エポキシ樹脂、オキセタン化合物、ポリオール化合物等を使用したものを挙げることができる。また、シリカやタルク等の無機充填材が含まれていてもよい。

上記シランカップリング剤としては、ビニル系、アクリル系、エポキシ系、アミノ系、メルカプト系、メタクリロキシ系、ケチミン系、ウレイド系、イソシアネート系、ポリスルフィド系、等のものを挙げることができる。具体的には、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリトメキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（１，３−ジメチルブチリデン）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、等を挙げることができる。これらのうち、エポキシ系シランカップリング剤が好ましい。

シランカップリング剤を酸化チタンコーティング上に塗布する方法としては特に限定されず、例えば、スプレー噴射、ヘラ塗布、ディピング塗布等を用いることができる。塗布膜厚は、単分子層でカップリング剤が無機材料表面に塗布されることが好ましく、例えば、５０μｍ以下が好ましい。膜厚がこれ以上であると、表面改質処理後もシランカップリング剤が液状物として残り、接着強度低下の原因となる可能性がある。塗布後、充分に乾燥させるか、又は、８０〜１２０℃程度の温度で１〜１０分程度熱処理することが好ましい。こうすることにより、シランカップリング剤の塗布厚みを均一に薄くすることができる。

本発明においては、つぎに、シランカップリング剤塗布面に物理化学的表面改質処理を施す。上記物理化学的表面改質は電磁波、荷電粒子、放電等により表面に官能基や極性基を生成し、表面を化学的に活性化させる方法であり、表面に凹凸が生成する等の物理的変化を伴うこともあるが、化学薬品で処理する方法や機械的に粗面化する方法と異なる。具体的には、例えば、ＵＶオゾン処理、コロナ放電処理、プラズマ処理等が挙げられる。これらの処理は、それぞれ、ＵＶオゾン装置、コロナ放電処理装置、プラズマ照射装置を使用することにより実施することができる。ＵＶオゾン装置は、通常、エネルギーの高い紫外線を照射する低圧水銀ランプ又はキセノンエキシマランプが使用される。コロナ放電処理やプラズマ処理は表面の凹凸を生成することがあるがＵＶオゾン処理はそのようなことがない。しかしながら、コロナ放電処理やプラズマ処理であっても処理条件によって粗面化の程度は異なる。また、一概にはいえないが、コロナ放電処理は平板状の物体の処理に向き、プラズマ処理は複雑な形状の表面処理に向く。従って、当業者はこれらのことを考慮しつつ、適宜の方法を使用することが望ましい。

本発明においては、その後に、無機材料の酸化チタンコーティングされた面に透明被着体を、紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤を介して貼り合わせ、さらに、透明被着体を通して紫外線を照射することにより前記接着剤を硬化させる。紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤は、無機材料のシランカップリング剤処理された酸化チタンコーティングされた面に塗布してもよく、透明被着体に塗布してもよく、又は、両者に塗布してもよい。塗布厚みは、一般には、１〜５０μｍが好ましく、５〜２０μｍがより好ましい。硬化のための紫外線照射は透明被着体を通して行うことができる。硬化のための紫外線照射条件としては、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等を用いて、通常、例えば、３０〜１２０秒、照射距離５〜２０ｃｍ、照度５０〜２００ｍＷ／ｃｍ^２である。

本発明の製造方法により、酸化チタンコーティングされた無機材料と透明被着体とを紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤で接着してなる接着体を得ることができる。この接着体としては、例えば、エアコン、空気清浄機、照明器具、浄化装置、太陽電池、屋外標識、建築材料等においてガラスや樹脂フィルム等を酸化チタンコーティング面の少なくとも一部に接着してなる、各種部品、部材等を挙げることができる。このような部品や部材は、ガラス等を保護材として有するものであったり、又は、発光性、若しくは、吸光性の素子を具備するものであったりすることができる。

以下に実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例１
ステンレススチールに酸化チタンコーティングをした試験板（１０ｍｍ×５０ｍｍ）にシランカップリング剤（γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、日本ユニカー株式会社製Ａ１８７）を塗布厚み５μｍになるように塗布し、室温で乾燥させた。つぎに、シランカップリング剤塗布面にＵＶオゾン処理を施した。ＵＶオゾン処理は、ＵＶオゾン照射装置（セン特殊光源株式会社製ｐｈｏｔｏ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ＰＬ１２−２００、低圧水銀ランプ使用）を使用し、１分間照射した。その後、接着剤Ａ（無機フィラー含有紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤ＸＮＲ５５７１、ナガセケムテックス社製）を試験板に塗布し（塗布面積１０ｍｍ×３ｍｍ）、ガラス板を貼り合わせた。ガラス板の上から紫外線を照射し、接着剤を硬化させた。硬化条件は、６Ｊ／ｃｍ^２とし、紫外線照射装置（３６５ｎｍ、５０ｍＷ／ｃｍ^２出力、ジーエスユアサライティグ社製ＦＬ−１００１−２Ｐ）を使用した。

得られた接着体の接着強度（引っ張り剪断強さＮ／ｍｍ^２）を測定した。結果を表１に示した。

実施例２
紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤を、接着剤Ｂ（無機フィラーを含有しない紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤ＸＮＲ５６２３、ナガセケムテックス社製）にしたこと以外は実施例１と同様にして接着体を得、測定した。結果を表１に示した。

実施例３
シランカップリング剤塗布面を熱処理（１２０℃、１時間）したこと以外は実施例１と同様にして接着体を得、測定した。結果を表１に示した。

比較例１〜４
表１に示した接着剤を使用し、表１に示した条件で行ったこと以外は実施例１と同様にして接着体を得、測定した。結果を表１に示した。

参考例１
接着剤として二液混合型アミン硬化タイプエポキシ樹脂接着剤（ＡＷ１０６／ＨＶ９５３Ｕナガセケムテックス社製）を使用したこと以外は比較例４と同様にして接着体を得、測定した。その結果、接着強度は１２Ｎ／ｍｍ^２であった。

実施例４、５
ＵＶオゾン処理の代わりに、コロナ放電処理（実施例４）、プラズマ処理（実施例５）を行ったこと以外は実施例１と同様にして接着体を得、測定した。コロナ放電処理はコロナ放電処理装置（ＧＳ日本電気社製ＳＰＡＪＥＴＧＣ−２００）を用いて１分間照射した。プラズマ照射処理はプラズマ照射装置（松下電工マシンアンドビジョン社製Ａｉｐｌａｓｍａスーパースリムタイプ）を用いて１分間照射した。その結果、接着強度はいずれも１２Ｎ／ｍｍ^２であった。

実施例１〜５と参考例１を比べると、本願発明の製造方法によれば、接着体の接着強度は二液混合型アミン硬化タイプエポキシ樹脂接着剤と同程度の水準を達成することができたことがわかる。一方、比較例１〜４の結果から、シランカップリング剤処理のみ、又は、ＵＶオゾン処理のみでは、紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤を用いて酸化チタンコーティングとガラス板とを充分な接着強度で接着することができないことが示された。従って、従来行われていたに酸化チタンに対するシランカップリング剤処理では紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤による接着は困難であることがわかる。また、従来、樹脂フィルム等の表面の処理に使用されていたＵＶオゾン処理は、紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤には使用できないのであるが、酸化チタンコーティングに対して直接このようなＵＶオゾン処理を施しても効果が見られないことも示された。

Claims (4)

1. 酸化チタンコーティングされた無機材料と透明被着体とを紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤で接着する際に、無機材料の酸化チタンコーティング上にシランカップリング剤を塗布し、つぎに、シランカップリング剤塗布面に物理化学的表面改質処理を施し、その後に、無機材料の酸化チタンコーティングされた面に透明被着体を、紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤を介して貼り合わせ、さらに、透明被着体を通して紫外線を照射することにより前記接着剤を硬化させることを特徴とする酸化チタンコーティングされた無機材料と透明被着体とを紫外線硬化型カチオン重合樹脂接着剤で接着してなる接着体の製造方法。
2. シランカップリング剤を塗布した後、熱処理し、その後、物理化学的表面改質処理を施す請求項１記載の製造方法。
3. 物理化学的表面改質処理は、ＵＶオゾン処理、コロナ放電処理及びプラズマ処理からなる群から選択される少なくとも１種である請求項１又は２記載の製造方法。
4. 透明被着体の材料はガラス又はプラスチックである請求項１〜３のいずれか記載の製造方法。