JP2009024107A - 硬化性組成物およびその使用方法 - Google Patents

硬化性組成物およびその使用方法 Download PDF

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Abstract

【課題】作業性、汎用接着性、耐熱接着性に優れると共に施工時の可使時間が長く、毒性の少ない湿気硬化型反応性ホットメルト接着剤として有用な硬化性組成物を提供する。
【解決手段】組成物中に、反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)、(メタ)アクリル酸アルキルエステル系(共)重合体(B)、粘着付与樹脂(C)、充填剤(D)および/またはチクソ性付与剤(E)、硬化触媒(F)を含む硬化性組成物であって、反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)と(メタ)アクリル酸アルキルエステル系(共)重合体(B)の組成比が20/80〜65/35であり、且つ、((A)+(B))の合計量100重量部に対して、粘着付与樹脂(C)を10〜100重量部、充填剤(D)を5〜200重量部および/またはチクソ性付与剤(E)を1〜60重量部、硬化触媒(F)を0.1〜20重量部含む硬化性組成物を用いる。
【選択図】なし

Description

本発明は湿気硬化型反応性ホットメルト接着剤として有用な硬化性組成物に関し、更に詳しくは、作業性、汎用接着性、耐熱接着性に優れると共に施工時の可使時間が長く、さらには毒性の少ない湿気硬化型反応性ホットメルト接着剤として有用な硬化性組成物に関する。
一般にホットメルト接着剤は接着スピードが速く、生産ラインの自動化や省略化が可能であり、また無溶剤であるため環境適合性の面からも広く取り入れられている。しかしながら、ホットメルト接着剤は熱により溶融し、冷却により固化して接着力を発現するものであるため、接着力、特に耐熱性においては限界があり使用範囲が限られていた。
そこで近年、ホットメルト接着剤の問題点を改善する手段として、接着後の架橋反応を利用した反応性ホットメルト接着剤の開発が盛んに行われている。その代表的な例としては、分子中にイソシアネート基を有するプレポリマーを主成分とし、接着後、イソシアネート基の架橋反応を利用して耐熱性を向上させたウレタン系反応型ホットメルト接着剤がよく知られている。しかしながらウレタン系反応型ホットメルト接着剤では毒性の高いイソシアネート化合物を使用しており、それらが接着剤の製造工程や使用時に揮発するといった問題点があった。そこでイソシアネート化合物を除いた反応型ホットメルト接着剤として、反応性ケイ素基を有する重合体を用いた反応性ホットメルト接着剤が開発されている。
反応性ケイ素基を有する重合体を含む硬化性組成物を反応性ホットメルト接着剤として使用する場合には、被着体を貼り合せた直後の初期接着強度が高いこと、各種基材への接着性が良好であること、さらには高温条件下での接着性が優れることなどが望まれる。また、一般的にホットメルト接着剤は、塗工後はすぐに冷却固化するため、可使時間、すなわち被着体を貼り合せることができる時間が非常に短い傾向にあり、その改善が望まれている。
このような中、反応性ケイ素基を有する重合体を用いた反応性ホットメルト接着剤が特許文献1、2、3に開示されている。特許文献1には反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体と(メタ)アクリル酸アルキルエステル系(共)重合体により、加熱使用時の熱安定性および耐熱接着性に優れる反応型ホットメルト接着剤が得られることが記載されている。また、特許文献2には反応性ケイ素基を有する重合体と常温固化樹脂により汎用接着剤、耐熱接着性に優れる反応型ホットメルト接着剤が得られることが記載されている。またさらに、特許文献3には特定の反応性ケイ素基を有するビニル系重合体を用いることにより、短時間で初期接着強度が得られることが記載されている。
しかしながら、特許文献1、2に記載の組成物は該特許の実施例中にも記載されているように高温(80℃)での接着強度が常温(23℃)に比べて半分以下にまで低下し、耐熱接着性、特に耐熱保持性に関して課題の残るものであった。また、特許文献1,2、3において、実用上様々な用途への展開、多様な接着方法への展開を可能とする可使時間を長くする技術については、実用上非常に重要であるにも関わらず加味されていなかった。
以上のように毒性の少ない反応性ケイ素基を有する重合体を使用した反応性ホットメルト接着剤で、十分な耐熱接着性を有し、さらに可使時間が長く作業性に優れるものはこれまで得られていなかったのが現状である。
特開平4−335080 特開平6−271834 特開2004−292622
本発明は、毒性が少ない反応性ケイ素基を有する重合体を用いた硬化性組成物において、十分な初期接着強度、汎用接着性、耐熱接着性を発現するとともに、施工時の可使時間が長い、反応性ホットメルト接着剤として有用な硬化性組成物を提供する。
本発明者は、前記課題を解決する為に鋭意検討した結果、反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体と(メタ)アクリル酸アルキルエステル系(共)重合体を特定の比率で混合し、さらに粘着付与樹脂を添加することによって、高い初期接着強度を維持したまま、ホットメルト接着剤の欠点である可使時間の短さを改善できることを見出した。一方、粘着付与樹脂は高温で溶融するため、上記組成では高温条件下での接着強度が低下する傾向にあったが、さらに充填剤および/またはチクソ性付与剤を添加することによって、初期接着強度、可使時間を維持したまま、接着性能、特に高温条件下での接着性および接着保持性を大幅に向上できること等を見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、
(I).組成物中に、反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)、(メタ)アクリル酸アルキルエステル系(共)重合体(B)、粘着付与樹脂(C)、充填剤(D)および/またはチクソ性付与剤(E)、硬化触媒(F)を含むことを特徴とする硬化性組成物であって、反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)と(メタ)アクリル酸アルキルエステル系(共)重合体(B)の組成比が20/80〜65/35であり、且つ、((A)+(B))の合計量100重量部に対して、粘着付与樹脂(C)を10〜100重量部、充填剤(D)を5〜200重量部および/またはチクソ性付与剤(E)を1〜60重量部、硬化触媒(F)を0.1〜20重量部含むことを特徴とする硬化性組成物、
(II).反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)が、下記一般式(1)で表される基を有することを特徴とする(I)に記載の硬化性組成物、
−NR−C(=O)− (1)
(式中、Rは水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基または炭素数7〜20のアラルキル基からなる群より選択される少なくとも1つである。)
(III).反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)が、下記一般式(2)で表される基を有することを特徴とする(I)に記載の硬化性組成物、
−O−R−(Si(R 2−b)(X)−O)−SiR 3−a (2)
(式中、Rは炭素数2〜20のアルキレン基である。(m×(2−b))個のRおよび(3−a)個のRはそれぞれ独立に、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基または(RSiO−(3個のRは炭素数1〜20の1価の炭化水素である。)で示されるトリオルガノシロキシ基からなる群より選択される少なくとも1つである。Xは水酸基または加水分解性基である。aは0、1、2または3である。m個の(Si(R 2−b)(X)−O)中のbはそれぞれ独立に0、1または2である。mは0または、1〜19の整数である。)
(IV).反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)の数平均分子量が10,000〜45,000であることを特徴とする(I)〜(III)のいずれか1項に記載の硬化性組成物、
(V).反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)の分子量分布が1.6以下であることを特徴とする(I)〜(IV)のいずれか1項に記載の硬化性組成物、
(VI).反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)が、下記一般式(3)で表される基を有することを特徴とする(I)〜(V)のいずれか1項に記載の硬化性組成物、
−SiX (3)
(式中、Xは一般式(2)の表記に同じ。)
(VII).(メタ)アクリル酸アルキルエステル系(共)重合体(B)が下記一般式(4)で表される反応性ケイ素基を有することを特徴とする(I)〜(VI)のいずれか1項に記載の硬化性組成物、
−SiR 3−a (4)
(式中、R、a、Xは一般式(2)の表記に同じ。)
(VIII).(メタ)アクリル酸アルキルエステル系(共)重合体(B)が、下記一般式(3)で表される基を有することを特徴とする(I)〜(VII)のいずれか1項に記載の硬化性組成物、
−SiX (3)
(式中、Xは一般式(2)の表記に同じ。)
(XI).反応性ケイ素基を分子末端に有するビニル系重合体(G)を含むことを特徴とする(I)〜(VIII)のいずれか1項に記載の硬化性組成物、
(X). 反応性ケイ素基を分子末端に有するビニル系重合体(G)の主鎖が、(メタ)アクリル系モノマー、アクリロニトリル系モノマー、芳香族ビニル系モノマー、フッ素含有ビニル系モノマーおよびケイ素含有ビニル系モノマーからなる群より選択される少なくとも1種のモノマーを主として重合して製造されたものであり、その重合方法がリビングラジカル重合法、または原子移動ラジカル重合法であること特徴とする(I)〜(IX)のいずれか1項に記載の硬化性組成物、
(XI).反応性ケイ素基を分子末端に有するビニル系重合体(G)の分子量分布が1.8未満であることを特徴とする(I)〜(X)のいずれか1項に記載の硬化性組成物、
(XII).充填剤(D)が炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ、カオリン、クレー、タルクからなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする(I)〜(XI)のいずれか1項に記載の硬化性組成物、
(XIII).チクソ性付与剤(E)が水添ヒマシ油誘導体類、ポリアミドワックス類、金属石鹸類からなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする(I)〜(XII)のいずれか1項に記載の硬化性組成物、
(XIV).120℃における粘度が100Pa・s以下であり、かつ30℃における粘度が1000Pa・s以上であることを特徴とする(I)〜(XIII)のいずれか1項に記載の硬化性組成物、
(XV).(I)〜(XIV)のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる建築部材用の接着剤、
(XVI).(I)〜(XIV)のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる自動車部品用の接着剤、
(XVII).(I)〜(XIV)のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる電気・電子部品用の接着剤、
(XVIII).(I)〜(XIV)のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる繊維・皮革・衣料用の接着剤、
(XIX).(I)〜(XIV)のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる反応性ホットメルト接着剤であって、被着体を貼り合わせることのできる可使時間が23℃50%RH条件下において5分以上であることを特徴とする反応性ホットメルト接着剤、
(XX).(I)〜(XIV)のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる反応性ホットメルト接着剤を介して2種の被着体を接着する方法であって、該反応性ホットメルト接着剤を60〜180℃に加温した後、一方の被着体に塗布し、該反応性ホットメルト接着剤が60℃以下となった後に、他方の被着体を該反応性ホットメルト接着剤に圧着させることを特徴とする接着方法、
(XXI).(I)〜(XIV)のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる反応性ホットメルト接着剤を介して2種の被着体を接着する方法であって、該反応性ホットメルト接着剤を60〜180℃に加温した後、一方の被着体に塗布し、塗布後1分以上経過した後に、他方の被着体を該反応性ホットメルト接着剤に圧着させることを特徴とする接着方法、
(XXII).(I)〜(XIV)のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる反応性ホットメルト接着剤を介して2種の被着体を接着する方法であって、硬化性組成物を塗布し被着体を貼り合わせた後に、貼り合せた被着体の一方を一度剥がし、再度貼り合わせることを特徴とする接着方法、
(XXIII).(I)〜(XIV)のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる反応性ホットメルト接着剤を介して2種の被着体が接着された成形体の製造方法であって、該反応性ホットメルト接着剤を60〜180℃に加温した後、一方の被着体に塗布し、該反応性ホットメルト接着剤が60℃以下となった後に、他方の被着体を該反応性ホットメルト接着剤に圧着させた後、(加熱)成形することを特徴とする成形体の製造方法、
に関する。
本発明により、作業性、汎用接着性、耐熱接着性に優れると共に施工時の可使時間が長く、さらには毒性の少ない湿気硬化型反応性ホットメルト接着剤として有用な硬化性組成物を提供することが可能である。
本発明の硬化性組成物は、反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)(以下、オキシアルキレン系重合体(A)と記載する場合もある。)を必須成分とする。
オキシアルキレン系重合体(A)は、反応性ケイ素基を1分子あたり平均して0.8個以上有する。ここで、反応性ケイ素基とは、ケイ素原子に結合した水酸基又は加水分解性基を有する有機基である。
反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)は、シラノール縮合触媒によって加速される反応によりシロキサン結合が形成され、架橋する特徴を有する。
反応性ケイ素基を有するポリオキシアルキレン系重合体(A)の主鎖骨格としては、
−R−O−(Rは炭素数2〜4の2価のアルキレン基を示す。)で示される繰り返し単位を有する重合体である。
前記Rは、炭素数2〜4の2価のアルキレン基であれば特に限定されず、例えば、−CH−、−CHCH−、−CH(CH)CH−、−CH(C)CH−、−CHCHCHCH−、−C(CHCH−などが挙げられる。これらのなかでも、入手が容易なことから、−CH(CH)CH−が好ましい。オキシアルキレン系重合体(A)は、1種類のみの繰り返し単位から構成されてもよく、複数種の繰り返し単位から構成されていてもよい。
前記オキシアルキレン系重合体(A)は、直鎖状であっても分岐状であってもよく、或いは、これらの混合物であってもよい。また、主鎖骨格中には−R−O−(Rは炭素数2〜4の2価のアルキレン基を表す)以外の繰り返し単位を含んでもよい。
また、−R−O−(Rは炭素数2〜4の2価のアルキレン基を表す)以外の繰り返し単位は重合体中に80重量%以下であることが好ましく、50重量%以下であることがより好ましい。また、前記−R−O−(Rは炭素数2〜4の2価のアルキレン基を表す)で示される繰り返し単位が重合体中に50重量%以上存在することが好ましく、80重量%以上存在することがより好ましい。
オキシアルキレン系重合体の主鎖骨格の製造方法としては、特に限定されず、例えば、(a1)2価アルコール、多価アルコール、水酸基を有する各種オリゴマーなどの開始剤と、KOH、NaOHなどのアルカリ触媒、酸性触媒、アルミノポルフィリン金属錯体やシアン化コバルト亜鉛−グライム錯体触媒など複合金属シアン化物錯体触媒、などのすでに公知である触媒の存在下、エチレンオキシドやプロピレンオキシドなどのモノエポキシドを開環重合することによって得る方法、
(a2)水酸基末端ポリエーテル系重合体をKOH、NaOH、KOCH、NaOCHなどの塩基性化合物の存在下、CHCl、CHBrなど2官能以上のハロゲン化アルキルと鎖延長反応させて得る方法、あるいは水酸基末端ポリエーテル系重合体を2つ以上のイソシアネート基を有する化合物と鎖延長反応させて得る方法などが挙げられる。
これらの中では、分子量分布が狭く、粘度の低い重合体が得られることから、前記(a1)の方法のうちの複合金属シアン化物錯体触媒を用いたモノエポキシドの開環重合が好ましい。
反応性ケイ素基としては、特に限定されず、例えば、一般式(5)で示される基が挙げられる。
−(Si(R 2−b)(X)−O)−SiR 3−a (5)
((m×(2−b))個のRおよび(3−a)個のRはそれぞれ独立に、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基または(RSiO−(3個のRはそれぞれ独立に炭素数1〜20の1価の炭化水素である。)で表わされるトリオルガノシロキシ基からなる群より選択される少なくとも1つである。Xは水酸基または加水分解性基を示し、Xが2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく異なっていてもよい。aは0、1,2または3、bは0、1または2をそれぞれ示す。また、m個の(Si(R 2−b)(X)−O)におけるbについて、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。mは0〜19の整数を示す。)
一般式(5)中に記載のRおよびRとしては、特に限定されず、例えば、メチル基、エチル基などのアルキル基;フェニル基などのアリール基;等が挙げられる。これらのなかでも、メチル基が特に好ましい。
一般式(5)中にXで示される加水分解性基としては、特に限定されず、従来公知の加水分解性基が挙げられ、例えば、水素原子、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基、ケトキシメート基、アミノ基、アミド基、アミノオキシ基、メルカプト基などが挙げられる。これらのなかでも、加水分解性が穏やかで取扱い易いということから、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基などのアルコキシ基が好ましい。
一般式(5)中にXで示される水酸基や加水分解性基は1個のケイ素原子に1〜3個結合することができ、オキシアルキレン系重合体(A)1分子中に含まれる加水分解性基や水酸基の総数を示す(a+Σb)は、3〜5であることが好ましい。なお、反応性ケイ素基中に存在する水酸基や加水分解性基は、同一であってもよく、異なっていてもよい。
反応性ケイ素基中のケイ素原子の数は1個でもよく2個以上でもよい。また、シロキサン結合などによりケイ素原子の連結された反応性ケイ素基の場合には20個程度でもよい。
なお、反応性ケイ素基としては、入手性の容易さから、下記一般式(4)で示される基が好ましく、具体的には、ジメトキシメチルシリル基、ジエトキシメチルシリル基、ジイソプロポキシメチルシリル基、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基、トリイソプロポキシシリル基などが挙げられる。これらのなかでも、活性が高く良好な硬化性が得られることから、ジメトキシメチルシリル基、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基が好ましい。さらに下記一般式(3)で示される基が接着強度の発現速度が早いことからさらに好ましく、具体的にはトリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基が挙げられる。
−SiR 3−a (4)
(式中、R、X、aは一般式(5)の表記と同じ。)
−SiX (3)
(式中、R、X、aは一般式(5)の表記と同じ。)
反応性ケイ素基は、オキシアルキレン系重合体(A)中に平均して少なくとも0.8個以上、好ましくは0.8〜3個、さらに好ましくは0.8〜1.5個存在することが好ましい。重合体1分子中に含まれる反応性ケイ素基の数が平均して0.8〜1.5個の場合、硬化性と架橋構造のバランスが良く、得られる硬化物は、良好な接着性、機械特性を有するものとなる。
反応性ケイ素基はオキシアルキレン系重合体(A)の分子鎖末端に存在していてもよく、内部に存在していてもよいが、反応性ケイ素基が分子鎖末端に存在すると、良好な機械特性を発現する硬化物が得られ易くなるので好ましい。
反応性ケイ素基をオキシアルキレン系重合体中に導入する方法としては、特に限定されず、種々の方法を用いることができる。
例えば、以下に示す方法が挙げられる。
(イ)分子中に水酸基、エポキシ基やイソシアネート基などの官能基を有する有機重合体に、この官能基に対して反応性を示す官能基および反応性ケイ素基を有する化合物を反応させる方法。
(ロ)分子中に水酸基等の官能基を有する有機重合体に、この官能基に対して反応性を示す活性基および不飽和基を有する有機化合物を反応させ、不飽和基を有する有機重合体を得る。もしくは、たとえばエポキサイドを開環重合して有機重合体を得る際に不飽和基を有するエポキサイドを開環共重合させ不飽和基含有有機重合体を得るなど重合反応に関与しない不飽和基を有するモノマーを共重合させて不飽和基を有する有機重合体を得る。ついで、得られた反応性生物に反応性ケイ素基を有するヒドロシランを反応させてヒドロシリル化する方法。
(ハ)(ロ)法と同様にして得られた不飽和基を含有する有機重合体にメルカプト基と反応性ケイ素基とを含有する化合物を反応させる方法。
さらに、(イ)の方法のうち、末端に水酸基を有する重合体とイソシアネート基および反応性ケイ素基を有する化合物を反応させる方法、あるいは末端にイソシアネート基を有する重合体とアミノ基および反応性ケイ素基を有する化合物を反応させる方法は、比較的短い反応時間で高い添加率が得られるために好ましい。このような反応で得られるオキシアルキレン系重合体は、反応性ケイ素基とともに、下記一般式(1)で表される基を有する重合体となる。
−NR−C(=O)− (1)
(式中、Rは水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基または炭素数7〜20のアラルキル基からなる群より選択される少なくとも1つである。)
なお、上記一般式(1)で表される基を有するオキシアルキレン系重合体(A)は、上記以外の方法でも得られ、たとえばトルエン(トリレン)ジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネートなどの芳香族系イソシアネート類;イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族系イソシアネート類;などのジイソシアネート化合物と、−R−O−(Rは炭素数2〜4の2価のアルキレン基を示す。)の繰り返し単位を有するポリオールとの鎖延長反応から得られるものがあげられる。これは、反応性ケイ素基の導入方法に係わらず、一般式(1)の基を有する重合体である。
(イ)の合成方法のうち末端に水酸基を有する重合体とイソシアネート基および反応性ケイ素基を有する化合物を反応させる方法としては、例えば特開平3−47825号公報に示される方法などが挙げられるが、特に限定されるものではない。前記イソシアネート基および反応性ケイ素基を有する化合物の具体例としては、例えば、γ−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルメチルジメトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルメチルジエトキシシランなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、末端にイソシアネート基を有する重合体とアミノ基および反応性ケイ素基を有する化合物を反応させる方法としては、特に限定されず従来公知の方法を用いることができる。前記アミノ基および反応性ケイ素基を有する化合物の具体例としては、例えば、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシランなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
(ロ)の方法において、反応性ケイ素基を高い導入率で導入するためには、下記一般式(6)で表される不飽和基を有する有機重合体に、下記一般式(7)で表されるヒドロシラン化合物を8族遷移金属触媒の存在下で反応させる方法が好ましい。8族遷移金属触媒としては、例えば、HPtCl・HO、白金−ビニルシロキサン錯体、白金−オレフィン錯体などを挙げることができる。
−O−R−CR=CH (6)
(式中、Rは水素原子または炭素数1〜10のアルキル基、Rは炭素数0〜20のアルキレン基)
H−(Si(R 2−b)(X)−O)−SiR 3−a (7)
(R、R、X、a、b、mは一般式(5)の表記に同じ。)
なお、一般式(6)中に記載のRが水素またはメチル基であることがより好ましい。また、一般式(7)で表されるヒドロシラン化合物の具体例としては、例えば、トリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルクロロシラン、フェニルジクロロシランのようなハロゲン化シラン類;トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、メチルジエトキシシラン、フェニルジメトキシシランのようなアルコキシシラン類;メチルジアセトキシシラン、フェニルジアセトキシシランなどのアシロキシシラン類;ビス(ジメチルケトキシメート)メチルシラン、ビス(シクロヘキシルケトキシメート)メチルシランのようなケトキシメートシラン類などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらのうちでは特に、アルコキシシラン類が得られる組成物の加水分解が穏やかで取扱いやすいために好ましい。
このような反応で得られるオキシアルキレン系重合体は、下記一般式(2)で表される基を有する重合体となる。
−O−R−(Si(R 2−b)(X)−O)−SiR 3−a (2)
(式中、Rは炭素数2〜20のアルキレン基である。(m×(2−b))個のRおよび(3−a)個のRはそれぞれ独立に、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基または(RSiO−(3個のRはそれぞれ独立に炭素数1〜20の1価の炭化水素である。)で表わされるトリオルガノシロキシ基からなる群より選択される少なくとも1つである。Xは水酸基または加水分解性基を示し、Xが2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく異なっていてもよい。aは0、1,2または3、bは0、1または2をそれぞれ示す。m個の(Si(R 2−b)(X)−O)中のbはそれぞれ独立に0、1または2である。mは0または、1〜19の整数である。)
(ハ)の合成法としては、たとえばラジカル開始剤および/またはラジカル発生源存在下で、メルカプト基および反応性ケイ素基を有する化合物をラジカル付加反応によって有機重合体の不飽和結合部位に導入する方法などが挙げられるが、特に限定されるものではない。前記メルカプト基および反応性ケイ素基を有する化合物の具体例としては、例えばγ−メルカプト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エトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジエトキシシランなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
以上の方法のなかで、(ハ)の方法で得られる重合体はメルカプトシランに起因する臭気が強いことから、(イ)の方法、または(ロ)の方法が好ましい。また、(イ)の方法と(ロ)の方法は一長一短である。(ロ)の方法で得られた反応性ケイ素基を有するポリオキシアルキレン系重合体は、(イ)の方法で得られる重合体よりも低粘度で作業性の良い組成物となり、またウレタン結合、ウレア結合などの耐熱性を低下させる有機基を有さない点、さらには毒性に問題のあるイソシアネート基を有する化合物を使用しない点において好ましい。一方、(イ)の方法は重合体へのシリル基の導入が安価かつ生産性良く準備できる点において好ましい。なお、(イ)、(ロ)、(ハ)の方法により得られるオキシアルキレン系重合体は単独で使用してもよく、また数種を混合して使用してもよい。
オキシアルキレン系重合体(A)の数平均分子量としては、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法によるポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)で10,000〜100,000が好ましく、10,000〜45,000がより好ましく、さらに15,000〜30,000が取扱いと、得られる接着性や機械特性などの物性バランスに優れることから、特に好ましい。
また、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、特に限定されず、2.0以下が好ましく、1.6以下がより好ましい。また、粘度が低くなり取扱いが容易となることから1.4以下であることが特に好ましい。
分子量分布は、各種の方法で測定可能であるが、通常はゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法による方法が一般的である。
本発明の硬化性組成物は、(メタ)アクリル酸アルキルエステル系(共)重合体(B)(以下、(共)重合体(B)と記載する場合もある。)を必須成分とする。
(メタ)アクリル酸アルキルエステル系(共)重合体とは、繰り返し単位として1種の(メタ)アクリル酸アルキルエステル系化合物からなる重合体、繰り返し単位として複数の(メタ)アクリル酸アルキルエステル系化合物からなる共重合体、および、繰り返し単位として1種または複数種の(メタ)アクリル酸アルキルエステル系化合物と、これと共重合可能な化合物からなる共重合体を示す。また、記載方法「(メタ)アクリル酸アルキルエステル」は、アクリル酸アルキルエステルおよび/または、メタクリル酸アルキルエステルを示すものであり、以後の記載方法においても同様の意味を示す。
繰り返し単位として使用される(メタ)アクリル酸アルキルエステル化合物としては、特に限定されず、従来から公知のものが挙げられ、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸tert−ブチル、アクリル酸n−ヘキシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸デシル、アクリル酸ウンデシル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸トリデシル、アクリル酸ミリスチル、アクリル酸セチル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸ベヘニル、アクリル酸ビフェニルなどを挙げられる。
また、メタクリル酸エステル化合物としては、特に限定されず、従来から公知のものが挙げられ、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸tert−ブチル、メタクリル酸n−ヘキシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸デシル、メタクリル酸ウンデシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ミリスチル、メタクリル酸セチル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸ベヘニル、メタクリル酸ビフェニルなどが挙げられる。
(メタ)アクリル酸アルキルエステル系(共)重合体(B)の主鎖骨格は、実質的に1種または2種以上の(メタ)アクリル酸アルキルエステル化合物からなるが、ここでいう実質的に前記の化合物からなるとは、(共)重合体(B)中に存在する(メタ)アクリル酸アルキルエステル化合物由来の繰り返し単位の割合が50%をこえることを意味する。また、(共)重合体(B)中に存在する(メタ)アクリル酸アルキルエステル化合物由来の繰り返し単位の割合は、70%以上が好ましい。
さらに前記(メタ)アクリル酸アルキルエステル化合物の中では、相溶性、安定性の点から、分子鎖が実質的に(b−1)炭素数1〜8のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル化合物と、(b−2)炭素数10以上のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル化合物からなる共重合体(以下、(共)重合体(B)−aと記載する場合もある)が好ましい。
(共)重合体(B)−aにおける(b−1)炭素数1〜8のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル化合物は、一般式(8):
CH=C(R)COOR (8)
(式中Rは水素原子またはメチル基、Rは炭素数1から8のアルキル基を示す)で示される。
一般式(8)中に記載のRとしては、特に限定されず、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、2ーエチルヘキシル基などの炭素数1〜8、好ましくは1〜4、さらに好ましくは1〜2のアルキル基を挙げられる。
なお、(共)重合体(B)−a中に含まれるRは必ずしも1種類のアルキル基に限定されるものでは無い。
また、(共)重合体(B)−aにおける(b−2)炭素数10以上のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル化合物は、一般式(9):
CH=C(R)COOR10 (9)
(式中Rは一般式(8)の表記と同じ。R10は炭素数10以上のアルキル基を示す。) で示される化合物である。
一般式(9)中に記載のR10としては、特に限定されず、例えば、ラウリル基、トリデシル基、セチル基、ステアリル基、炭素数22のアルキル基、ビフェニル基などの炭素数10以上、通常は10〜30、好ましくは10〜20の長鎖アルキル基が挙げられる。なお、(共)重合体(B)−a中に含まれるR10は必ずしも1種類のアルキル基に限定されるものでは無い。
(共)重合体(B)−aの分子鎖は実質的に(b−1)および(b−2)の化合物からなるが、ここでいう実質的に(b−1)および(b−2)の化合物からなるとは、(共)重合体(B)−a中に存在する(b−1)および(b−2)の化合物由来の繰り返し単位の割合が50%をこえることを意味する。
(共)重合体(B)−a中に存在する(b−1)および(b−2)の化合物由来の繰り返し単位の割合は、70%以上が好ましい。(共)重合体(B)−a中に存在する(b−1)および(b−2)の化合物由来の繰り返し単位の割合が50%未満になると反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)と(共)重合体(B)−aの相溶性が低下し、白濁する傾向があり、硬化物の接着特性が低下する傾向がある。
また、(共)重合体(B)−a中に存在する(b−1)、(b−2)の化合物由来の繰り返し単位の割合は、重量比((b−1)由来:(b−2)由来)で95:5〜40:60が好ましく、90:10〜60:40がより好ましい。前記割合が95:5より大きくなると相溶性が低下し、40:60より小さくなるとコスト的に不利になる傾向がある。
さらに、(共)重合体(B)中には、(メタ)アクリル酸アルキルエステル化合物由来の繰り返し単位に加えて、これらと共重合性を有する化合物由来の繰り返し単位を含んでもよい。(メタ)アクリル酸アルキルエステル化合物と共重合性を有する化合物としては、特に限定されず、例えば、アクリル酸、メタクリル酸などのアクリル酸;アクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドなどのアミド基、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレートなどのエポキシ基、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、アミノエチルビニルエーテルなどのアミノ基を含む化合物;その他アクリロニトリル、スチレン、α−メチルスチレン、アルキルビニルエーテル、塩化ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、エチレンなどに起因する化合物などが挙げられる。
(共)重合体(B)成分の分子量には特に制限はないが、GPCにおけるポリスチレン換算での数平均分子量が500から100,000のものが好ましく、1,000〜50,000のものがより好ましく、2,000〜20,000のものが、取扱いが容易なこと、粘着特性に優れることなどから特に好ましい。
(共)重合体(B)の製造方法としては、特に限定されず、通常のビニル重合の方法例えば、ラジカル反応による溶液重合法や塊重合法などが挙げられる。反応は、通常前記の化合物およびラジカル開始剤や連鎖移動剤、溶剤などを加えて50〜150℃で行われる。
前記ラジカル開始剤の例としては、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイドなど、連鎖移動剤の例としては、n−ドデシルメルカプタン,t−ドデシルメルカプタン、ラウリルメルカプタンなどのメルカプタン類や含ハロゲン化合物などが挙げられる。溶剤としては、例えば、エーテル類、炭化水素類、エステル類などの非反応性の溶剤を使用するのが好ましい。
(共)重合体(B)は、得られる硬化物の接着強度や耐熱性が優れることから、下記一般式(4)で表される反応性ケイ素基を有していることが好ましい。
−SiR 3−a (4)
(式中、R、a、Xは一般式(2)の表記に同じ。)
(共)重合体(B)に反応性ケイ素基を導入する方法としては、特に限定されず、種々の方法が挙げられ、例えば、
(ニ)、重合性不飽和結合と反応性ケイ素基を有する化合物を、化合物(b−1)、(b−2)とともに共重合させる方法、
(ホ)、重合性不飽和結合と反応性官能基(以下Y’基という)を有する化合物(例えば、アクリル酸)を化合物(b−1)、(b−2)とともに共重合させたのち、生成した共重合体を反応性ケイ素基およびY’基と反応しうる官能基(以下Y’’基という)を有する化合物(例えば、イソシアネート基と−Si(OCH基を有する化合物)と反応させる方法、
(へ)、連鎖移動剤として反応性ケイ素基を有するメルカプタンの存在下、化合物(b−1)、(b−2)を共重合させる方法、
(ト)、反応性ケイ素基を有するアゾビスニトリル化合物やジスルフィド化合物を開始剤として化合物(b−1)、(b−2)を共重合させる方法、
(チ)、リビングラジカル重合法によって化合物(b−1)、(b−2)を重合させ、分子末端に反応性ケイ素基を導入する方法、などが挙げられる。
また、(ニ)〜(チ)の方法を各々任意に組み合わせることも可能である。例えば、(ニ)と(へ)の組み合わせとして、連鎖移動剤として反応性ケイ素基を有するメルカプタンの存在下、重合性不飽和結合と反応性ケイ素基を有する化合物を、化合物(b−1)、(b−2)とともに共重合させる方法をとることも可能である。
(ニ)記載の重合性不飽和結合と反応性ケイ素基を有する化合物としては、一般式(10):
CH=C(R)−COOR11−(Si(R 2−b)(X)−O)−SiR 3−a (10)
(式中Rは一般式(8)の表記と同じ。R11は炭素数1〜6の2価のアルキレン基を示す。R、R、X、a、b、mは一般式(2)の表記と同じ。)で示される化合物、
または、一般式(11):
CH=C(R)−(Si(R 2−b)(X)−O)−SiR 3−a(11)
(式中Rは一般式(8)の表記と同じ、R、R、X、a、b、mは一般式(2)の表記と同じ。)で示される化合物があげられる。
一般式(10)中に記載のR11としては、特に限定されず、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基などの炭素数1〜6、好ましくは炭素数1〜4のアルキレン基が挙げられる。
一般式(10)または(11)記載の化合物は、共重合の際1種類のみを使用してもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。
一般式(10)または(11)記載の化合物としては、特に限定されず、例えば、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランなどのγ−メタクリロキシプロピルアルキルポリアルコキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリエトキシシランなどのγ−アクリロキシプロピルアルキルポリアルコキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランなどのビニルアルキルポリアルコキシシランなどが挙げられる。
(ホ)記載のY’基およびY’’基の例としては、種々の基の組み合わせが可能であるが、例えば、Y’基としてアミノ基、水酸基、カルボン酸基を、Y’’基としてイソシアネート基を挙げることができる。
また別の一例として、特開昭62−70405号公報、特開平09−272714号公報、特開昭59−168014号公報に記載されているように、Y’基としてはアリル基、Y’’基としては水素化ケイ素基(H−Si)を挙げることができる。この場合、VIII族遷移金属の存在下で、ヒドロシリル化反応によりY’基とY’’基は結合しうる。
(へ)記載の連鎖移動剤として使用する反応性ケイ素基を有するメルカプタンとしては、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシランなどを挙げることができる。また、特開昭60−228516号公報に記載されているように、化合物(b−1)および(b−2)を、2官能ラジカル重合性化合物および連鎖移動剤としてアルコキシシリル基を有するメルカプタンの存在下で共重合させる方法も可能である。
(ト)記載の、反応性ケイ素基を有するアゾビスニトリル化合物やジスルフィド化合物としては、例えば、特開昭60−23405号公報、特開昭62−70405号公報などに記載されている、アルコキシシリル基を有するアゾビスニトリル化合物やアルコキシシリル基を有するジスルフィド化合物が挙げられる。
(チ)記載の方法としては、特開平09−272714号公報などに記載されている方法が挙げられる。
その他、特開昭59−168014号公報、特開昭60−228516号公報などに記載されている、反応性ケイ素基をもつメルカプタンと反応性ケイ素基をもつラジカル重合開始剤を併用する方法も挙げられる。
(共)重合体(B)中の反応性ケイ素基の数は、特に限定されず、接着力への効果、コストの点から、(共)重合体(B)1分子中に平均0.1個以上4.0個以下、さらに好ましくは0.5個以上2.0個以下が好ましい。
また、下記一般式(3)で示される1個のケイ素原子上に3個の水酸基および/または加水分解性基有することが接着強度の発現速度の点から好ましい。
−SiX (3)
(式中、Xは水酸基または加水分解性基である。)
本発明の組成物における反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)と(共)重合体(B)の配合割合は、((A)+(B))の合計量100重量部のうち、(A)成分が20〜65重量部、(B)成分が35〜80重量部であることが必要であり、好ましくは、(A)成分が40〜60重量部、(B)成分が40〜60重量部である。オキシアルキレン系重合体(A)が65重量部を超えると、硬化性組成物を塗工した直後の初期凝集力が不足し得られる粘接着強度が低くなり、またオキシアルキレン系重合体(A)が20重量部未満になると塗工後に硬化性組成物が硬くなり過ぎ被着体を貼り合せられなくなったり、あるいは得られる硬化物が脆くなり、良好な接着性や耐久性が得られなくなる傾向になる。
本発明の硬化性組成物は、粘着付与樹脂(C)を必須成分とする。
本発明に使用される粘着付与樹脂(C)としては、特に制限はなく通常使用されているものを使うことが出来る。具体例としては、テルペン系樹脂、芳香族変性テルペン樹脂およびこれを水素添加した水素添加テルペン樹脂、テルペン類をフェノール類と共重合させたテルペン−フェノール樹脂、フェノール樹脂、変性フェノール樹脂、キシレン−フェノール樹脂、シクロペンタジエン−フェノール樹脂、クマロンインデン樹脂、ロジン系樹脂、ロジンエステル樹脂、水添ロジンエステル樹脂、キシレン樹脂、低分子量ポリスチレン系樹脂、スチレン共重合体樹脂、石油樹脂(例えば、C5炭化水素樹脂、C9炭化水素樹脂、C5C9炭化水素共重合樹脂等)、水添石油樹脂、DCPD樹脂等が挙げられる。これらは単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。
スチレン系ブロック共重合体及びその水素添加物としては、特に限定されず、例えば、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体(SBS)、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体(SIS)、スチレン−エチレンブチレン−スチレンブロック共重合体(SEBS)、スチレン−エチレンプロピレ−スチレンブロック共重合体(SEPS)、スチレン−イソブチレン−スチレンブロック共重合体(SIBS)などが挙げられる。
粘着付与樹脂(C)の使用量は、オキシアルキレン系重合体(A)と(共)重合体(B)の合計量100重量部に対して10〜100重量部である必要があり、20〜80重量部がより好ましく、また30〜70重量部がさらに好ましい。10重量部未満では硬化性組成物を塗工した直後に十分な接着強度や可使時間を確保できなくなる傾向にあり、また100重量部より多いと耐熱接着性が低下したり、硬化速度が遅くなる傾向にあり、さらには粘度が高くなるため作業性が低下する傾向がある。
本発明の硬化性組成物中には、充填剤(D)およびチクソ性付与剤(E)の少なくとも一方を必須成分とする。ここで充填剤(D)およびチクソ性付与剤(E)は硬化性組成物を塗工した直後の初期凝集力を高めるとともに、得られる硬化物の接着性や耐熱性をさらに高める役割を担う。
充填剤(D)としては、特に限定されず、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化チタン、カーボンブラック、溶融シリカ、沈降性シリカ、けいそう土、白土、カオリン、クレー、タルク、木粉、クルミ殻粉、もみ殻粉、無水ケイ酸、石英粉末、アルミニウム粉末、亜鉛粉末、アスベスト、ガラス繊維、炭素繊維、ガラスビーズ、アルミナ、ガラスバルーン、シラスバルーン、シリカバルーン酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素などの無機充填剤や、パルプ、木綿チップなどの木質充填剤、粉末ゴム、再生ゴム、熱可塑性あるいは熱硬化性樹脂の微粉末、ポリエチレンなどの中空体などの有機充填剤が挙げられる。これらのなかでも、炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ、カオリン、クレー、タルクが、得られる硬化性組成物の初期凝集力が高く、高い初期接着強度が得られること、さらには良好な接着性、耐熱性が得られることなどから好ましい。
充填剤(D)は、1種類のみを添加してもよく、複数種を組み合わせて添加してもよい。
充填剤(D)を配合する場合、その配合量は、オキシアルキレン系重合体(A)と(共)重合体(B)の合計量100重量部に対して5〜200重量部が必要であり、50〜180重量部がより好ましく、またさらに80〜160重量部が最も好ましい。配合量が200重量部をこえると粘度増加により作業性が低下する傾向があり、また、得られる硬化物の接着性能も低下する傾向がある。一方、5重量部より少ないと十分な効果が得られない傾向にある。
チクソ性付与剤(E)としては、特に限定されず、例えば、水添ヒマシ油誘導体類、ポリアミドワックス類、有機ベントナイト、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸バリウム等の金属石鹸類などがあげられ、これらチクソ性付与剤(E)は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、特に得られる硬化性組成物の初期凝集力が高く、高い初期接着強度が得られること、さらには良好な接着性、耐熱性が得られることなどから、水添ヒマシ油誘導体類、ポリアミドワックス類、金属石鹸類が好ましい。
チクソ性付与剤(E)を配合する場合、その配合量はオキシアルキレン系重合体(A)と(共)重合体(B)の合計量100重量部に対して1〜60重量部使用することが必要であり、2〜40重量部がより好ましく、またさらに5〜20重量部が最も好ましい。配合量が60重量部をこえると粘度増加により作業性が低下する傾向があり、また、得られる硬化物の接着性能も低下する傾向がある。一方、1重量部より少ないと十分な効果が得られない傾向にある。
本発明の硬化性組成物は、硬化触媒(F)を必須成分とする。
硬化触媒(F)としては、特に限定されず、通常使用される反応性ケイ素基の反応を促進するシラノール縮合触媒が挙げられ、例えば、テトラブチルチタネート、テトラプロピルチタネート、チタンテトラアセチルアセトナート、ビスアセチルアセトナトジイソプロポキシチタンなどのチタン化合物;ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫マレエート、ジブチル錫フタレート、ジブチル錫ジオクテート、ジブチル錫ジエチルヘキサノレート、ジブチル錫ジメチルマレエート、ジブチル錫ジエチルマレエート、ジブチル錫ジブチルマレエート、ジブチル錫ジオクチルマレエート、ジブチル錫ジトリデシルマレエート、ジブチル錫ジベンジルマレエート、ジブチル錫ジアセテート、ジオクチル錫ジエチルマレエート、ジオクチル錫ジオクチルマレエート、ジブチル錫ジメトキサイド、ジブチル錫ジノニルフェノキサイド、ジブテニル錫オキサイド、ジブチル錫ジアセチルアセトナート、ジブチル錫ジエチルアセトアセトナート、ジブチル錫オキサイドとシリケート化合物との反応物、ジブチル錫オキサイドとフタル酸エステルとの反応物などの4価の有機錫化合物;アルミニウムトリスアセチルアセトナート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、ジイソプロポキシアルミニウムエチルアセトアセテートなどの有機アルミニウム化合物類;ジルコニウムテトラアセチルアセトナートなどのジルコニウム化合物類が挙げられる。
また、前記の化合物に加えてアミン化合物、酸性リン酸エステル、酸性リン酸エステルとアミン化合物との反応物、飽和または不飽和の多価カルボン酸またはその酸無水物、カルボン酸化合物とアミン化合物との塩など反応物、オクチル酸鉛などが挙げられる。
硬化触媒(F)の配合量は、オキシアルキレン系重合体(A)と(共)重合体(B)の合計量100重量部に対して0.1〜20重量部である必要がある。配合量が0.1重量部未満では硬化速度が遅くなり、一方、20重量部以上では可使時間が短くなりすぎて、作業性が低下する傾向がある。適切な硬化速度を得る為には、配合量は0.5〜8重量部がより好ましく、1〜5重量部が特に好ましい。
本発明の硬化性組成物は、反応性ケイ素基を分子末端に有するビニル系重合体(G)(以下、ビニル系重合体(G)と記載する場合もある。)を配合することが望ましい。ビニル系重合体(G)の反応性ケイ素基が末端にあることにより(共)重合体(B)のみを使用した場合に比べ高い架橋点間分子量が得られ、本発明の硬化性組成物から得られる硬化物がより弾性的になり、高い耐久性、接着性が得られる傾向にある。一方、架橋点間分子量を上げるためにはオキシアルキレン系重合体(A)の配合量を増やすことでも可能であるが、その場合は凝集力の低下によって硬化性組成物の初期接着強度が低下する傾向にある。これに対してビニル系重合体(G)はモノマーの選択によって、凝集力を任意に調整することが可能であり、硬化性組成物の初期凝集力を損なうことなく使用することができる。
以下、本発明に使用されるビニル系重合体(G)について説明する。
<ビニル系モノマー>
本発明のビニル系重合体(G)の主鎖を構成するビニル系モノマーとしては、特に限定されず、各種のものを用いることができる。例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸n−ペンチル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸n−ヘプチル、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸−2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸トリル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸−2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸−3−メトキシブチル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸2−アミノエチル、γ−(メタクリロイルオキシプロピル)トリメトキシシラン、(メタ)アクリル酸のエチレンオキサイド付加物、(メタ)アクリル酸トリフルオロメチルメチル、(メタ)アクリル酸2−トリフルオロメチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチル−2−パーフルオロブチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチル、(メタ)アクリル酸パーフルオロメチル、(メタ)アクリル酸ジパーフルオロメチルメチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロメチル−2−パーフルオロエチルメチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロヘキシルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロデシルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロヘキサデシルエチル等の(メタ)アクリル系モノマー;スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン、クロルスチレン、スチレンスルホン酸及びその塩等の芳香族ビニル系モノマー;パーフルオロエチレン、パーフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン等のフッ素含有ビニル系モノマー;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のケイ素含有ビニル系モノマー;無水マレイン酸、マレイン酸、マレイン酸のモノアルキルエステル及びジアルキルエステル;フマル酸、フマル酸のモノアルキルエステル及びジアルキルエステル;マレイミド、メチルマレイミド、エチルマレイミド、プロピルマレイミド、ブチルマレイミド、ヘキシルマレイミド、オクチルマレイミド、ドデシルマレイミド、ステアリルマレイミド、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド等のマレイミド系モノマー;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のアクリロニトリル系モノマー;アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド基含有ビニル系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、安息香酸ビニル、桂皮酸ビニル等のビニルエステル類;エチレン、プロピレン等のアルケン類;ブタジエン、イソプレン等の共役ジエン類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、塩化アリル、アリルアルコール等が挙げられる。これらは、単独で用いても良いし、複数を共重合させても構わない。
ビニル系重合体(G)の主鎖が、(メタ)アクリル系モノマー、アクリロニトリル系モノマー、芳香族ビニル系モノマー、フッ素含有ビニル系モノマー及びケイ素含有ビニル系モノマーからなる群より選ばれる少なくとも1つのモノマーを主として重合して製造されるものであることが好ましい。ここで「主として」とは、ビニル系重合体(G)を構成するモノマー単位のうち50モル%以上、好ましくは70モル%以上が、上記モノマーであることを意味する。
なかでも、生成物の物性等から、スチレン系モノマー及び(メタ)アクリル酸系モノマーが好ましい。より好ましくは、アクリル酸エステルモノマー及びメタクリル酸エステルモノマーであり、初期接着強度発現の点から特に好ましくはアクリル酸エステルモノマーであり、更に好ましくは、アクリル酸ブチルである。本発明においては、これらの好ましいモノマーを他のモノマーと共重合、更にはブロック共重合させても構わなく、その際は、これらの好ましいモノマーが重量比で40%以上含まれていることが好ましい。なお、上記表現形式で(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸及び/又はメタクリル酸を表す。
<分子量および分子量分布>
本発明におけるビニル系重合体(G)の分子量分布、すなわち、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、特に限定されないが、好ましくは1.8未満であり、より好ましくは1.6以下であり、特に好ましくは1.3以下である。本発明でのGPC測定においては、通常、移動相としてクロロホルムを用い、測定はポリスチレンゲルカラムにておこない、数平均分子量等はポリスチレン換算で求めることができる。
本発明におけるビニル系重合体(G)の数平均分子量は特に制限はないが、GPCで測定した場合、500〜1,000,000の範囲が好ましく、より好ましくは5,000〜50,000、さらに作業性および初期接着強度のバランスに優れることから15,000〜40,000が最も好ましい。
<主鎖の合成法>
本発明における、ビニル系重合体(G)の合成法は、限定はされず、フリーラジカル重合でも構わないが、分子量分布の狭い重合体が得られることから、制御ラジカル重合が好ましく、リビングラジカル重合がより好ましく、原子移動ラジカル重合が特に好ましい。以下にこれらについて説明する。
リビングラジカル重合および原子移動ラジカル重合
原子移動ラジカル重合法は、ラジカル重合法、さらにはリビングラジカル重合法の一種である。
ラジカル重合は一般に重合速度が高く、ラジカル同士のカップリングなどによる停止反応が起こりやすいため制御の難しいとされる。しかしリビングラジカル重合や原子移動ラジカル重合は、ラジカル重合でありながら、停止反応が起こりにくく、分子量分布の狭い(Mw/Mnが1.1〜1.5程度)重合体が得られるとともに、モノマーと開始剤の仕込み比によって分子量は自由にコントロールすることができる。従ってリビングラジカル重合法は、分子量分布が狭く、粘度が低い重合体を得ることができる上に、特定の官能基を有するモノマーを重合体のほぼ任意の位置に導入することができるため、本発明のビニル系重合体(G)の製造方法として特に好ましい。
なお、リビング重合とは狭義においては、末端が常に活性を持ち続けて分子鎖が生長していく重合のことをいうが、一般には、末端が不活性化されたものと活性化されたものが平衡状態にありながら生長していく擬リビング重合も含まれる。本発明における定義も後者である。このリビング重合、特に原子移動ラジカル重合法としては、例えばMatyjaszewskiら、ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカルソサエティー(J.Am.Chem.Soc.)1995年、117巻、5614頁、マクロモレキュールズ(Macromolecules)1995年、28巻、7901頁,サイエンス(Science)1996年、272巻、866頁、WO96/30421号公報,WO97/18247号公報あるいはSawamotoら、マクロモレキュールズ(Macromolecules)1995年、28巻、1721頁、特開2000−44626号公報、特開2000−72809号公報、特開2000−191728号公報などが挙げられる。
・重合触媒
この重合法で用いられる触媒としては、例えば周期律表第7族、第8族、第9族、第10族または第11族元素、好ましくは第8族、第9族、第10族または第11族元素を中心金属とする遷移金属触媒が用いられる。前記中心金属としては、例えば鉄、ニッケル、ルテニウム、銅などが挙げられ、この中でも1価の銅、2価のルテニウム、2価の鉄が重合制御の容易さ等の観点から好ましい。
前記遷移金属触媒を構成する配位子としては、たとえば2,2’−ビピリジル 、その誘導体、1,10−フェナントロリン、その誘導体、トリブチルアミンなどのアルキルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、ヘキサメチルトリエチレンテトラアミンなどのポリアミン、トリフェニルホスフィンなどがあげられる。これらは単独で使用してもよく2種以上を組み合わせて使用してもよい。これらのうちではポリアミン、さらにはペンタメチルジエチレントリアミンが反応制御の面から好ましい。
・重合開始剤
この重合法で用いられる重合開始剤としては、例えば有機ハロゲン化物、とくに反応性の高い炭素−ハロゲン結合を有する有機ハロゲン化物(たとえばα位にハロゲン原子を有するエステル化合物や、ベンジル位にハロゲン原子を有する化合物)、ハロゲン化スルホニル化合物などが挙げられる。
また、重合を開始する基以外の官能基を併せ持つ有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物を用いると、末端に官能基が導入された重合体が得られる。このような官能基としては、アルケニル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、アミノ基、アミド基、シリル基等が挙げられる。
さらに、2つ以上の開始点を持つ有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物を開始剤として用いると、末端を2つ以上有する重合体(例えば多分岐/星形重合体)が得られる。
・溶媒
この重合は無溶剤または各種の溶剤中で行うことができる。これらは特に限定されないが、例示するならば、ベンゼン、トルエン等の炭化水素系溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒;塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、n−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール等のアルコール系溶媒;アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒等が挙げられ、単独又は2種以上を混合して用いることができる。また超臨界流体を用いてもよい。
なお重合温度は、特に限定されないが、0〜200℃の範囲で行うことができ、50〜150℃で行うことがより好ましい。
<官能基>
・反応性ケイ素基の数
ビニル系重合体(G)は、少なくとも1個の反応性ケイ素基を有する。また、組成物の硬化性、及び粘着、接着特性さらには機械特性の観点から、反応性ケイ素基の数は、好ましくは1.1個以上4.0個以下、より好ましくは1.2個以上3.0個以下である。
・反応性ケイ素基の位置
本発明の硬化性組成物を硬化させてなる硬化物が弾性的になり高い耐久性、接着性が得られるため、反応性ケイ素基は末端にある必要がある。
上記反応性ケイ素基を分子末端に有するビニル系重合体、中でも(メタ)アクリル系重合体を製造する方法は、特公平3−14068号公報、特公平4−55444号公報、特開平6−211922号公報等に開示されている。しかしながらこれらの方法は上記「連鎖移動剤法」を用いたフリーラジカル重合法であるので、得られる重合体は、架橋性官能基を比較的高い割合で分子鎖末端に有する一方で、Mw/Mnで表される分子量分布の値が一般に2以上と大きく、粘度が高くなるという問題を有している。従って、分子量分布が狭く、粘度の低いビニル系重合体であって、高い割合で分子鎖末端に架橋性官能基を有するビニル系重合体を得るためには、上記「リビングラジカル重合法」を用いることが好ましい。
以下にこれらの官能基について説明する。
・反応性ケイ素基
本発明におけるビニル系重合体(G)の反応性ケイ素基としては、一般式(12);
−[Si(R122−d(X)O]−Si(R133−c(X) (12)
{式中、R12、R13は、いずれも炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、又は(R’)SiO−(R’は炭素数1〜20の1価の炭化水素基であって、3個のR’は同一であってもよく、異なっていてもよい)で示されるトリオルガノシロキシ基を示し、R12又はR13が2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。Xは水酸基又は加水分解性基を示し、Xが2個以上存在するときそれらは同一であってもよく、異なっていてもよい。cは1,2,又は3を、また、dは0,1,又は2を示す。lは0〜19の整数である。ただし、c+ld≧1であることを満足するものとする。}
で表される基が挙げられる。
加水分解性基としては、例えば、水素原子、アルコキシ基、アシルオキシ基、ケトキシメート基、アミノ基、アミド基、アミノオキシ基、メルカプト基、アルケニルオキシ基等の一般に使用されている基が挙げられる。これらのうちでは、アルコキシ基、アミド基、アミノオキシ基が好ましいが、加水分解性がマイルドで取扱い易いという点から、アルコキシ基が特に好ましい。
加水分解性基や水酸基は、1個のケイ素原子に1〜3個の範囲で結合することができ、(c+Σd)は1〜5個の範囲が好ましい。加水分解性基や水酸基が反応性ケイ素基中に2個以上結合する場合には、それらは同じであってもよいし、異なってもよい。反応性ケイ素基を形成するケイ素原子は1個以上であるが、シロキサン結合等により連結されたケイ素原子の場合には、20個以下であることが好ましい。特に、一般式(13)
−Si(R133−c(X) (13)
(式中、R13、X、cは前記と同じ。)で表される反応性ケイ素基が、入手が容易であるので好ましい。
なお、特に限定はされないが、硬化性を考慮するとcは2個以上が好ましい。また、cが3のもの(例えばトリメトキシ官能基)と2のもの(例えばジメトキシ官能基)を併用することが、貯蔵安定性と硬化性および粘着、接着特性に優れる場合があり好ましい。
・反応性ケイ素基導入法
以下に、本発明のビニル系重合体(G)への反応性ケイ素基導入法について説明するが、これに限定されるものではない。
反応性ケイ素基を少なくとも1個有するビニル系重合体(G)の合成方法としては、
(リ)アルケニル基を少なくとも1個有するビニル系重合体に、反応性ケイ素基を有するヒドロシラン化合物を、ヒドロシリル化触媒存在下に付加させる方法、
(ヌ)水酸基を少なくとも1個有するビニル系重合体に、一分子中に反応性ケイ素基とイソシアネート基を有する化合物のような、水酸基と反応し得る基を有する化合物を反応させる方法、
(ル)ラジカル重合によりビニル系重合体を合成する際に、1分子中に重合性のアルケニル基と反応性ケイ素基を併せ持つ化合物を反応させる方法、
(ヲ)反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体に、1分子中に反応性ケイ素基と安定なカルバニオンを有する化合物を反応させる方法
等が挙げられる。
(リ)の方法で用いるアルケニル基を少なくとも1個有するビニル系重合体は、種々の方法で得られる。以下に合成方法を例示するが、これらに限定されるわけではない。
(リ−a)ラジカル重合によりビニル系重合体を合成する際に、例えば下記の一般式(14)に挙げられるような一分子中に重合性のアルケニル基と重合性の低いアルケニル基を併せ持つ化合物を第2のモノマーとして反応させる方法。
C=C(R14)−R15−R16−C(R17)=CH (14)
(式中、R14は水素又はメチル基を示し、R15は−C(O)O−、又はo−,m−,p−フェニレン基を示し、R16は直接結合、又は炭素数1〜20の2価の有機基を示し、1個以上のエーテル結合を含んでいてもよい。R17は水素、又は炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基又は炭素数7〜20のアラルキル基を示す)
なお、一分子中に重合性のアルケニル基と重合性の低いアルケニル基を併せ持つ化合物を反応させる時期に制限はないが、特にリビングラジカル重合で、ゴム的な性質を期待する場合には重合反応の終期あるいは所定のモノマーの反応終了後に、第2のモノマーとして反応させるのが好ましい。
(リ−b)リビングラジカル重合によりビニル系重合体を合成する際に、重合反応の終期あるいは所定のモノマーの反応終了後に、例えば1,5−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン等のような重合性の低いアルケニル基を少なくとも2個有する化合物を反応させる方法。
(リ−c)反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体に、例えばアリルトリブチル錫、アリルトリオクチル錫等の有機錫のようなアルケニル基を有する各種の有機金属化合物を反応させてハロゲンを置換する方法。
(リ−d)反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体に、一般式(15)に挙げられるようなアルケニル基を有する安定化カルバニオンを反応させてハロゲンを置換する方法。
C−(R18)(R19)−R20−C(R17)=CH (15)
(式中、R17は上記に同じ、R18、R19はともにカルバニオンC−を安定化する電子吸引基であるか、又は一方が前記電子吸引基で他方が水素又は炭素数1〜10のアルキル基、又はフェニル基を示す。R20は直接結合、又は炭素数1〜10の2価の有機基を示し、1個以上のエーテル結合を含んでいてもよい。Mはアルカリ金属イオン、又は4級アンモニウムイオンを示す)
18、R19の電子吸引基としては、−COR、−C(O)R及び−CNの構造を有するものが特に好ましい。
(リ−e)反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体に、例えば亜鉛のような金属単体あるいは有機金属化合物を作用させてエノレートアニオンを調製し、しかる後にハロゲンやアセチル基のような脱離基を有するアルケニル基含有化合物、アルケニル基を有するカルボニル化合物、アルケニル基を有するイソシアネート化合物、アルケニル基を有する酸ハロゲン化物等の、アルケニル基を有する求電子化合物と反応させる方法。
(リ−f)反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体に、例えば一般式(16)あるいは(17)に示されるようなアルケニル基を有するオキシアニオンあるいはカルボキシレートアニオンを反応させてハロゲンを置換する方法。
C=C(R17)−R21−O−M (16)
(式中、R17、Mは上記に同じ。R21は炭素数1〜20の2価の有機基で1個以上のエーテル結合を含んでいてもよい)
C=C(R17)−R22−C(O)O−M (17)
(式中、R17、Mは上記に同じ。R22は直接結合、又は炭素数1〜20の2価の有機基で1個以上のエーテル結合を含んでいてもよい)
等が挙げられる。
上述の反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体の合成法は、前述のような有機ハロゲン化物等を開始剤とし、遷移金属錯体を触媒とする原子移動ラジカル重合法が挙げられるがこれらに限定されるわけではない。
またアルケニル基を少なくとも1個有するビニル系重合体は、水酸基を少なくとも1個有するビニル系重合体から得ることも可能であり、以下に例示する方法が利用できるが、これらに限定されるわけではない。
水酸基を少なくとも1個有するビニル系重合体の水酸基に、
(リ−g)ナトリウムメトキシドのような塩基を作用させ、塩化アリルのようなアルケニル基含有ハロゲン化物と反応させる方法、
(リ−h)アリルイソシアネート等のアルケニル基含有イソシアネート化合物を反応させる方法、
(リ−i)(メタ)アクリル酸クロリドのようなアルケニル基含有酸ハロゲン化物をピリジン等の塩基存在下に反応させる方法、
(リ−j)アクリル酸等のアルケニル基含有カルボン酸を酸触媒の存在下に反応させる方法、等が挙げられる。
本発明では(リ−a)、(リ−b)のようなアルケニル基を導入する方法にハロゲンが直接関与しない場合には、リビングラジカル重合法を用いてビニル系重合体を合成することが好ましい。制御がより容易である点から(リ−b)の方法がさらに好ましい。
反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体のハロゲンを変換することによりアルケニル基を導入する場合は、反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有する有機ハロゲン化物、又はハロゲン化スルホニル化合物を開始剤、遷移金属錯体を触媒としてビニル系モノマーをラジカル重合すること(原子移動ラジカル重合法)により得る、末端に反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体を用いるのが好ましい。制御がより容易である点から(リ−f)の方法がさらに好ましい。
また、反応性ケイ素基を有するヒドロシラン化合物としては特に制限はないが、代表的なものを示すと、一般式(18)で示される化合物が例示される。
H−[Si(R122−d(X)O]−Si(R133−c(X) (18)
{式中、R12、R13は、いずれも炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、又は(R’)SiO−(R’は炭素数1〜20の1価の炭化水素基であって、3個のR’は同一であってもよく、異なっていてもよい)で示されるトリオルガノシロキシ基を示し、R12又はR13が2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。Xは水酸基又は加水分解性基を示し、Xが2個以上存在するときそれらは同一であってもよく、異なっていてもよい。cは1,2,又は3を、また、dは0,1,又は2を示す。lは0〜19の整数である。ただし、c+ld≧1であることを満足するものとする。}
これらヒドロシラン化合物の中でも、特に一般式(19)
H−Si(R133−c(X) (19)
(式中、R13、X、cは前記に同じ)
で示される架橋性基を有する化合物が入手容易な点から好ましい。
上記の反応性ケイ素基を有するヒドロシラン化合物をアルケニル基に付加させる際には、遷移金属触媒が通常用いられる。遷移金属触媒としては、例えば、白金単体;アルミナ、シリカ、カーボンブラック等の担体に白金固体を分散させたもの;塩化白金酸;塩化白金酸とアルコール、アルデヒド、ケトン等との錯体;白金−オレフィン錯体;白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体等が挙げられる。白金化合物以外の触媒の例としては、RhCl(PPh,RhCl,RuCl,IrCl,FeCl,AlCl,PdCl・HO,NiCl,TiCl等が挙げられる。
(ヌ)及び(リ−g)〜(リ−j)の方法で用いる、水酸基を少なくとも1個有するビニル系重合体の製造方法は、以下のような方法が例示されるが、これらの方法に限定されるものではない。
(ヌ−a)ラジカル重合によりビニル系重合体を合成する際に、例えば下記の一般式(20)に挙げられるような一分子中に重合性のアルケニル基と水酸基を併せ持つ化合物を第2のモノマーとして反応させる方法。
C=C(R14)−R15−R16−OH (20)
(式中、R14、R15、R16は上記に同じ)
なお、一分子中に重合性のアルケニル基と水酸基を併せ持つ化合物を反応させる時期に制限はないが、特にリビングラジカル重合で、ゴム的な性質を期待する場合には重合反応の終期あるいは所定のモノマーの反応終了後に、第2のモノマーとして反応させるのが好ましい。
(ヌ−b)リビングラジカル重合によりビニル系重合体を合成する際に、重合反応の終期あるいは所定のモノマーの反応終了後に、例えば10−ウンデセノール、5−ヘキセノール、アリルアルコールのようなアルケニルアルコールを反応させる方法。
(ヌ−c)例えば特開平5−262808号公報に示される水酸基含有ポリスルフィドのような水酸基含有連鎖移動剤を多量に用いてビニル系モノマーをラジカル重合させる方法。
(ヌ−d)例えば特開平6−239912号公報、特開平8−283310号公報に示されるような過酸化水素あるいは水酸基含有開始剤を用いてビニル系モノマーをラジカル重合させる方法。
(ヌ−e)例えば特開平6−116312号公報に示されるようなアルコール類を過剰に用いてビニル系モノマーをラジカル重合させる方法。
(ヌ−f)例えば特開平4−132706号公報等に示されるような方法で、反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体のハロゲンを、加水分解あるいは水酸基含有化合物と反応させることにより、末端に水酸基を導入する方法。
(ヌ−g)反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体に、一般式(21)に挙げられるような水酸基を有する安定化カルバニオンを反応させてハロゲンを置換する方法。
C−(R18)(R19)−R20−OH (21)
(式中、R18、R19、R20は上記に同じ)
18、R19の電子吸引基としては、−COR、−C(O)R及び−CNの構造を有するものが特に好ましい。
(ヌ−h)反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体に、例えば亜鉛のような金属単体あるいは有機金属化合物を作用させてエノレートアニオンを調製し、しかる後にアルデヒド類、又はケトン類を反応させる方法。
(ヌ−i)反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体に、例えば一般式(22)あるいは(23)に示されるような水酸基を有するオキシアニオンあるいはカルボキシレートアニオンを反応させてハロゲンを置換する方法。
HO−R21−O−M (22)
(式中、R21及びMは前記に同じ)
HO−R22−C(O)O−M (23)
(式中、R22及びMは前記に同じ)
(ヌ−j)リビングラジカル重合によりビニル系重合体を合成する際に、重合反応の終期あるいは所定のモノマーの反応終了後に、第2のモノマーとして、一分子中に重合性の低いアルケニル基及び水酸基を有する化合物を反応させる方法。
このような化合物としては特に限定されないが、一般式(24)に示される化合物等が挙げられる。
C=C(R14)−R21−OH (24)
(式中、R14及びR21は前記に同じ)
上記一般式(24)に示される化合物としては特に限定されないが、入手が容易であるということから、10−ウンデセノール、5−ヘキセノール、アリルアルコールのようなアルケニルアルコールが好ましい。
本発明では(ヌ−a)〜(ヌ−e)及び(ヌ−j)のような水酸基を導入する方法にハロゲンが直接関与しない場合には、リビングラジカル重合法を用いてビニル系重合体を合成することが好ましい。制御がより容易である点から(ヌ−b)の方法がさらに好ましい。
反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体のハロゲンを変換することにより水酸基を導入する場合は、有機ハロゲン化物、又はハロゲン化スルホニル化合物を開始剤、遷移金属錯体を触媒としてビニル系モノマーをラジカル重合すること(原子移動ラジカル重合法)により得る、末端に反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体を用いるのが好ましい。制御がより容易である点から(ヌ−i)の方法がさらに好ましい。
また、一分子中に反応性ケイ素基とイソシアネート基のような水酸基と反応し得る基を有する化合物としては、例えばγ−イソシアナートプロピルトリメトキシシラン、γ−イソシアナートプロピルメチルジメトキシシラン、γ−イソシアナートプロピルトリエトキシシラン等が挙げられ、必要により一般に知られているウレタン化反応の触媒を使用できる。
(ル)の方法で用いる一分子中に重合性のアルケニル基と反応性ケイ素基を併せ持つ化合物としては、例えばγ−トリメトキシシリルプロピル(メタ)アクリレート、γ−メチルジメトキシシリルプロピル(メタ)アクリレート等のような、下記一般式(25)で示すものが挙げられる。
C=C(R14)−R15−R23−[Si(R122−d(X)O]−Si(R133−c(X) (25)
(式中、R12、R13、R14、R15、X、c、d、lは前記に同じ。R23は、直接結合、又は炭素数1〜20の2価の有機基で1個以上のエーテル結合を含んでいてもよい。ただし、c+ld≧1であることを満足するものとする。)
一分子中に重合性のアルケニル基と反応性ケイ素基を併せ持つ化合物を反応させる時期に特に制限はないが、特にリビングラジカル重合で、ゴム的な性質を期待する場合には重合反応の終期あるいは所定のモノマーの反応終了後に、第2のモノマーとして反応させるのが好ましい。
(ヲ)の方法で用いられる、上述の反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体の合成法は、前述のような有機ハロゲン化物等を開始剤とし、遷移金属錯体を触媒とする原子移動ラジカル重合法が挙げられるがこれらに限定されるわけではない。
一分子中に反応性ケイ素基と安定化カルバニオンを併せ持つ化合物としては一般式(26)で示すものが挙げられる。
C−(R18)(R19)−R24−C(H)(R25)−CH−[Si(R122−d(X)O]−Si(R133−c(X) (26)
(式中、R12、R13、R18、R19、X、c、d、l、Mは前記に同じ。R24は直接結合、又は炭素数1〜10の2価の有機基で1個以上のエーテル結合を含んでいてもよい、R25は水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基又は炭素数7〜10のアラルキル基を示す。ただし、c+ld≧1であることを満足するものとする。)
18、R19の電子吸引基としては、−COR、−C(O)R及び−CNの構造を有するものが特に好ましい。
反応性ケイ素基を分子末端に有するビニル系重合体(G)を配合する場合、その配合量は、オキシアルキレン系重合体(A)と(共)重合体(B)とビニル系重合体(G)の合計量100重量部のうち、(A)成分が20〜60重量部、(B)成分が35〜75重量部、(G)成分が5〜45重量部である。より好ましくは、(A)成分が20〜60重量部、(B)成分が35〜75重量部、(G)成分が5〜20重量部である。(G)成分が45重量部を超えると(A)成分と(B)成分に由来する特性が失われる傾向にある。
本発明の硬化性組成物では、120℃における粘度が100Pa・s以下であり、かつ30℃における粘度が1,000Pa・s以上であることが好ましい。
120℃における粘度が100Pa・sを超えるとになると塗出性や作業性が低下し、あるいは塗出性や作業性を確保するためにより高い温度で塗布する必要が生じる。その場合は耐熱性の低い基材等への使用が困難になるなど使用範囲が限定される。より好ましくは120℃での温度が50Pa・s以下であり、さらに好ましくは20Pa・s以下である。
また、30℃における粘度が1,000Pa・s未満になると、硬化性組成物を塗布した直後の初期凝集力が不足し、高い粘接着強度が得られない傾向にある。より好ましくは10,000Pa・s以上であり、さらに好ましくは50,000Pa・s以上である。
本発明の硬化性組成物は低粘度の重合体や感温特性の高い重合体、樹脂を使用するために、ホットメルト接着剤としては比較的低温度で塗布することが可能である。良好な作業性を確保する為には60〜180℃に加温して塗工することが好ましく、70〜160℃が更に好ましく、90℃〜140℃が特に好ましい。60℃より低いと十分な作業性が確保できず、また180℃より高いと硬化性組成物の安定性が低下したり、耐熱性の低い基材へ使用出来なくなるなど使用範囲が限定される。硬化性組成物を加熱して使用する場合、その加熱方法は特に制限なく従来公知の方法を用いることができる。
本発明の硬化性組成物は、塗工した後の可使時間が23℃50%RH条件下において5分以上であることが好ましい。ここで、可使時間とは塗布してから被着体を貼り合せることのできる時間のことであり、一般的なホットメルト接着剤では塗工後、冷却により固化した後は、被着体を貼り合わせることが出来なくなり、また貼り合わせたとしても十分なぬれ性が確保できないため最終的に十分な接着性が得られないなどの問題があるため、可使時間は冷却固化するまでの数分に限られるのが通常であった。これに対し、本発明の硬化性組成物は冷却後に粘着力のある半固化状態を5分以上経由してから固化し、半固化状態の間は任意に被着体を貼り合せることができるため可使時間を長く確保できることが特徴である。また、この間の粘着力は被着体を固定するのに十分高いだけでなく、粘着剤のように被着体を一度剥がしてから再度貼り直すことができるため、位置直しが可能であるなど、作業性を向上させられる。
なお、本発明における可使時間は下記のように定義する。
(I)硬化性組成物を塗布し、塗布後任意の時間経過後に被着体を貼り合わせた複数のサンプルにおいて、被着体を貼り合わせ直後のせん断接着強度が0.5Mpa以上発現し、(硬化性組成物の厚み;100μm、基材;アルミ−アルミ(一方の基材へ硬化性組成物を塗布し、各時間経過後にもう一方の基材を貼り合せ接着強度を測定)、引張速度;50mm/min)
(II)さらに、その後23℃、50%RHで2週間養生した後に、凝集破壊となる時間帯を可使時間とする。
可使時間の長さは、5分以上であることが望ましく、15分以上であることがより好ましく、30分以上であることが更に好ましい。また更に好ましくは60分以上である。可使時間を長くし過ぎると最終的な接着強度に達するまでの時間が長くなる傾向にある。また、硬化性組成物を塗布し被着体を貼り合わせ直後のせん断接着強度は0.5MPa以上であることが好ましく、より好ましくは0.8MPa以上、さらに好ましくは1.0MPa以上である。
本発明の硬化性組成物は反応性ホットメルト接着剤として種々の用途や基材の貼り合せに用いられる。用途は特に限定されるものではないが例えば、建築、自動車、電気・電子、繊維・皮革・衣料用途などが挙げられる。その中でも、本発明の硬化性組成物は無溶剤で環境適合性に優れること、塗工後すぐに高い接着強度が得られること、各種被着体への接着性に優れること、耐熱接着性に優れるなどの特徴を有しているため、前記用途のうち建築用途、自動車用途として使用することが好ましく、自動車用途としての使用が最も好ましい。
本発明の硬化性組成物を使用してなる反応性ホットメルト接着剤を自動車用途に使用する例としては、例えば、自動車内装材への使用が挙げられる。自動車内装材は、表皮材と基材が接着剤層を介して積層されるもので、本発明の硬化性組成物を使用してなる反応性ホットメルト接着剤は、前記接着剤層として好適に使用される。
ここで、本発明の硬化性組成物を使用してなる反応性ホットメルト接着剤を介して表皮材と基材を貼り合せる方法としては、
(i)硬化性組成物を表皮材と基材の少なくとも一方の部材の被積層面上に塗布し、硬化性組成物が冷却固化する前にもう一方の部材と貼り合せる方法、
(ii)硬化性組成物を、表皮材と基材の少なくとも一方の部材の被積層面上で冷却固化させた後、他方の部材の被積層面を張り合わせる方法等が挙げられる。
一般的なホットメルト接着剤の場合、冷却固化後は被着体を貼り合わせることは困難であるが、本発明の硬化性組成物では(ii)の方法のように冷却固化後も被着体を貼り合わせることができ、さらに貼り合せ直後から高い接着強度が得られるため、生産性や作業性の向上に繋げることが可能となる。
本方法により得られる自動車内装材は、インストルメントパネル、ドア材、座席シート、天井材、リアトレイ、ピラーなどに好適に用いることができる。
表皮材としては特に限定されず、例えば、ポリ塩化ビニル(PVC)、サーモプラスチックラバー、サーモプラスチックオレフィン等のプラスチックスシートや布、不織布等の繊維材料、またはこれらの上記各種の材料と各種の発泡体、たとえばPP、ポリエチレン(PE)、PVC、ポリウレタン等の発泡体を積層してなる材料を使用できる。
基材としては特に限定されず、例えば、ABS、ポリプロピレン(PP)、ポリカーボネート、ナイロン等の各種のプラスチックス;鋼、鉄、アルミなどの金属類;材木チップを熱硬化性樹脂で固められた木質ボード;ケナフ繊維、サイザル麻、段ボール等の植物性繊維シート、ボード等を用い適宣所用形状成形された成形体あるいは単なる平板からなる物を使用できる。
本発明の硬化性組成物は、上記以外に必要に応じてシランカップリング剤、可塑剤、安定剤などを添加することができる。
シランカップリング剤の具体例としては、例えば、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ基含有シラン類;γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプト基含有シラン類;γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどのエポキシ基含有シラン類;ビニルトリメトキシシランなどのビニル型不飽和基含有シラン類;γ−イソシアネートプロピルトリメトキシシランなどのイソシアネート基含有シラン類などをあげることができ、これらシランカップリング剤は1種類のみで使用してもよいし、2種類以上を混合して使用してもよい。特に接着性の点より、アミノシランやその反応物、エポキシシラン、イソシアネートシランが好ましい。
シランカップリング剤は、オキシアルキレン系重合体(A)と(共)重合体(B)とビニル系重合体(G)の合計量100重量部に対して1〜20重量部使用することが好ましく、2〜10重量部使用することがさらに好ましい。
可塑剤の具体例はとしては、例えば、ジオクチルフタレート、ジイソデシルフタレートなどのフタル酸エステル類;アジピン酸ジオクチルなどの脂肪族二塩基酸エステル類;エポキシ化大豆油、エポキシ化アマニ油などのエポキシ可塑剤類;ポリプロピレングリコールやその誘導体などのポリエーテル類;ビニル系モノマーを種々の方法で重合して得られるビニル系重合体などがあげられる。これらの可塑剤は単独または2種類以上を併用してもよい。
可塑剤の使用量は、オキシアルキレン系重合体(A)と(共)重合体(B)とビニル系重合体(G)の合計量100重量部に対して5〜100重量部使用することが好ましく、10〜70重量部使用することがさらに好ましい。5重量部未満では可塑剤としての効果が発現しなくなり、100重量部を超えると硬化物の機械強度が不足したり、塗工後に十分な粘接着強度が得られなくなる。
安定剤の具体例としては、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤などがあげられる。
酸化防止剤を使用すると硬化物の耐候性、耐熱性を高めることができる。酸化防止剤としてはヒンダードフェノール系、モノフェノール系、ビスフェノール系、ポリフェノール系が例示できるが、特にヒンダードフェノール系が好ましい。
酸化防止剤の使用量は、オキシアルキレン系重合体(A)と(共)重合体(B)とビニル系重合体(G)の合計量100重量部に対して0.1〜10重量部使用することが好ましく、0.2〜5重量部使用することがさらに好ましい。
光安定剤を使用すると硬化物の光酸化劣化を防止することができる。光安定剤としてはベンゾトリアゾール系、ヒンダードアミン系、ベンゾエート系化合物などが例示できるが、特にヒンダードアミン系が好ましい。
光安定剤の使用量は、オキシアルキレン系重合体(A)と(共)重合体(B)とビニル系重合体(G)の合計量100重量部に対して0.1〜10重量部使用することが好ましく、0.2〜5重量部使用することがさらに好ましい。
紫外線吸収剤を使用すると硬化物の表面耐候性を高めることができる。紫外線吸収剤としてはベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、サリチレート系、置換トリル系及び金属キレート系化合物などが例示できるが、特にベンゾトリアゾール系が好ましい。
紫外線吸収剤の使用量は、オキシアルキレン系重合体(A)と(共)重合体(B)とビニル系重合体(G)の合計量100重量部に対して0.1〜10重量部使用することが好ましく、0.2〜5重量部使用することがさらに好ましい。
また、フェノール系やヒンダードフェノール系酸化防止剤とヒンダードアミン系光安定剤とベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤を併用して使用することが好ましい。
さらに、本発明の硬化性組成物には、硬化性組成物又は硬化物の諸物性の調整を目的として、必要に応じて各種添加剤を添加してもよい。このような添加物の例としては、例えば、難燃剤、硬化性調整剤、ラジカル禁止剤、金属不活性化剤、オゾン劣化防止剤、リン系過酸化物分解剤、滑剤、顔料、発泡剤、溶剤、防かび剤などがあげられる。これらの各種添加剤は単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
本発明の硬化性組成物は、すべての配合成分を予め配合密封保存し、施工後空気中の湿気により硬化する1成分型として調製することも可能であり、硬化剤として別途硬化触媒、充填剤、可塑剤、水等の成分を配合しておき、該配合材と重合体組成物を使用前に混合する2成分型として調製することもできる。
本発明の塗布方法により塗布する硬化性組成物の調整法には特に限定はなく、例えば上記した成分を配合し、ミキサー、ロール、ニーダーなどを用いて常温または加熱下で混練したり、適した溶剤を少量使用して成分を溶解させ、混合したりするなどの通常の方法を用いることができる。
本発明の硬化性組成物を実施例に基づいて説明する。
以下合成例、製造例、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの合成例、製造例、実施例に限定されるものではない。
以下に反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)の合成例を示す。
(合成例1)
数平均分子量2,000のポリオキシプロピレンジオールを開始剤とし、亜鉛ヘキサシアノコバルテートグライム錯体触媒を用いてプロピレンオキシドを重合することにより数平均分子量14,500(GPCより求めたポリスチレン換算値)のポリオキシプロピレンジオールを得た。得られたポリオキシプロピレンジオールとナトリウムメトキシドを反応させた後、塩化アリルを反応させて、末端水酸基を不飽和基に変換した。
この不飽和基末端ポリオキシプロピレン重合体の不飽和基1モルに対して、メチルジメトキシシラン0.75モルを白金ジビニルジシロキサン錯体の存在下反応させて、分子末端にメチルジメトキシシリル基を有する数平均分子量15,000(GPCより求めたポリスチレン換算値)、分子量分布が1.20の反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体を得た(ポリマーA)。
(合成例2)
数平均分子量2,000のポリオキシプロピレンジオールを開始剤とし、亜鉛ヘキサシアノコバルテートグライム錯体触媒を用いてプロピレンオキシドを重合することにより数平均分子量25,500(GPCより求めたポリスチレン換算値)のポリオキシプロピレンジオールを得た。得られたポリオキシプロピレンジオールとナトリウムメトキシドを反応させた後、塩化アリルを反応させて、末端水酸基を不飽和基に変換した。
この不飽和基末端ポリオキシプロピレン重合体の不飽和基1モルに対して、メチルジメトキシシラン0.70モルを白金ジビニルジシロキサン錯体の存在下反応させて、分子末端にメチルジメトキシシリル基を有する数平均分子量26,000(GPCより求めたポリスチレン換算値)、分子量分布が1.30の反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体を得た(ポリマーB)。
(合成例3)
数平均分子量2,000のポリオキシプロピレンジオールを開始剤とし、亜鉛ヘキサシアノコバルテートグライム錯体触媒を用いてプロピレンオキシドを重合することにより数平均分子量20,000(GPCより求めたポリスチレン換算値)のポリオキシプロピレンジオールを得た。得られたポリオキシプロピレンジオールとナトリウムメトキシドを反応させた後、塩化アリルを反応させて、末端水酸基を不飽和基に変換した。
この不飽和基末端ポリオキシプロピレン重合体の不飽和基1モルに対して、トリメトキシシラン0.65モルを白金ジビニルジシロキサン錯体の存在下反応させて、分子末端にトリメトキシシリル基を有する数平均分子量21,000(GPCより求めたポリスチレン換算値)、分子量分布が1.28の反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体を得た(ポリマーC)。
(合成例4)
数平均分子量2,000のポリオキシプロピレンジオールを開始剤とし、亜鉛ヘキサシアノコバルテートグライム錯体触媒を用いてプロピレンオキシドを重合することにより数平均分子量14,500(GPCより求めたポリスチレン換算値)のポリオキシプロピレンジオールを得た。得られたポリオキシプロピレンジオールの水酸基1モルに対してγ−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン0.7モルを加えてウレタン化反応を行い、分子末端にトリメトキシシリル基を有する数平均分子量15,500(GPCより求めたポリスチレン換算値)、分子量分布が1.40の反応性ケイ素基を有するポリオキシアルキレン系重合体を得た(ポリマーD)。
以下に(メタ)アクリル酸アルキルエステル系(共)重合体(B)の合成例を示す。
(合成例5)
105℃に加熱したトルエン40g中に、メタクリル酸メチル67g、アクリル酸ブチル5g、メタクリル酸ステアリル15g、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン5g、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン8g、および重合開始剤として2,2’−アゾビスイソブチロニトリル3gをトルエン15gに溶かした溶液を5時間かけて滴下した後、2時間撹拌した。さらに、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.3gをトルエン10gに溶かした溶液を追加して2時間撹拌することにより、固形分濃度60重量%、数平均分子量が3,000(GPCより求めたポリスチレン換算値)、分子量分布が1.62のアクリル系共重合体を得た(ポリマーE)。
(合成例6)
105℃に加熱したトルエン40g中に、メタクリル酸メチル67g、アクリル酸ブチル5g、メタクリル酸ステアリル15g、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン5g、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン8g、および重合開始剤として2,2’−アゾビスイソブチロニトリル3gをトルエン15gに溶かした溶液を5時間かけて滴下した後、2時間撹拌した。さらに、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.3gをトルエン10gに溶かした溶液を追加して2時間撹拌することにより、固形分濃度60重量%、数平均分子量が3,100(GPCより求めたポリスチレン換算値)、分子量分布が1.66のアクリル系共重合体を得た(ポリマーF)。
以下に反応性ケイ素を分子末端に有するビニル系重合体(G)の合成例を示す。
(合成例7)
(末端にアルケニル基を有するアクリル酸n−ブチル重合体の製造方法)
攪拌機、ジャケット付きの250L反応機を窒素置換し、CuBr(1.09kg)、アセトニトリル(11.4kg)、アクリル酸n−ブチル(26.0kg)及び2,5−ジブロモアジピン酸ジエチル(2.28kg)を加え、70℃で30分程度撹拌した。これにトリアミン(43.9g)を加え、反応を開始した。反応途中アクリル酸n−ブチル(104kg)を連続的に滴下した。アクリル酸n−ブチルの滴下途中にトリアミン(176g)を分割添加した。反応開始から4時間後に80℃で減圧下、加熱攪拌することにより未反応のモノマー、アセトニトリルを脱揮した。濃縮物にアセトニトリル(45.7kg)、1,7−オクタジエン(14.0kg)、トリアミン(439g)を添加して8時間撹拌を続けた。混合物を80℃で減圧下、加熱攪拌することによりアセトニトリル、未反応の1,7−オクタジエンを脱揮させ、濃縮した。濃縮物にトルエン(130kg)を加え、重合体を溶解させた。重合体混合物中の固体銅をバグフィルター(HAYWARD製、公称濾布孔径1μm)によりろ過した。ろ液にキョーワード500SH(協和化学製:重合体100重量部に対して0.5重量部)、キョーワード700SL協和化学製:重合体100重量部に対して0.5重量部)を添加し、酸素窒素混合ガス雰囲気下(酸素濃度6%)で100℃、3時間加熱攪拌した。混合物中の不溶分をろ別した。ろ液を濃縮し、重合体を得た。重合体を180℃で12時間加熱脱揮(減圧度10torr以下)することにより重合体中からBr基を脱離させた。
重合体にトルエン(重合体100重量部に対して100重量部)、キョーワード500SH(協和化学製:共重合体100重量部に対して1重量部)、キョーワード700SL協和化学製:重合体100重量部に対して1重量部)、ヒンダードフェノール系酸化防止剤(Irganox1010;チバスペシャリティケミカルズ0.01部)を添加し、酸素窒素混合ガス雰囲気下(酸素濃度6%)で150℃、4時間加熱攪拌した。混合物中の不溶分をろ別した。ろ液を濃縮し、アルケニル基末端アクリル酸n−ブチル重合体を得た。得られた重合体の数平均分子量は24300、分子量分布は1.2であった。共重合体1分子当たりに導入された平均のアルケニル基の数を1H NMR分析により求めたところ、1.8個であった。
(末端に架橋性シリル基を有するアクリル酸n−ブチル重合体の製造方法)
攪拌機、ジャケット付きの140L反応機耐圧反応容器に前記で得られたアルケニル基末端アクリル酸n−ブチル重合体(65kg)、ジメトキシメチルヒドロシラン(1.1kg)、オルトぎ酸メチル(0.55kg)、および0価白金の1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ジビニルジシロキサン錯体のキシレン溶液(重合体1kgに対して白金として10mg)を仕込んだ。混合物を窒素雰囲気下、100℃で1時間加熱攪拌した。混合物の揮発分を減圧留去することにより、反応性シリル基末端アクリル酸n−ブチル重合体(ポリマーG)を得た。得られたポリマーGの数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により24600、分子量分布は1.3であった。重合体1分子当たりに導入された平均のシリル基の数を1H NMR分析により求めたところ、1.8個であった。
以下に硬化性組成物の製造例を示す。
(一液硬化性組成物製造例1〜13)
(A)、(B)、(D)、(E)、(G)成分、トルエンに溶解した(C)成分および安定剤を表1に示す割合で混合した後((B)成分はトルエンを除いた固形分の量を記載)、120℃での加熱減圧によりトルエンを脱揮した。次に表1に示すシランカップシング剤を添加して5分間攪拌し、続いて(F)成分を添加して5分間攪拌した。最後に減圧脱泡し、金属容器に硬化性組成物を充填した(配合物1〜13)。
以下に実施例および比較例を示す。
(実施例1〜8、比較例1〜5)
得られた一液硬化性組成物1〜13を用いて下記の評価を行った。
なお、評価は全て温度23±2℃、相対湿度50±10%の雰囲気下で実施した。
●粘度測定;
30および120℃での組成物の粘度を測定した。
●接着性
・初期接着強度
120℃に加温した硬化性組成物をアルミ板へ塗布し(厚み100μm、幅25mm、長さ25mm)、5分、15分、30分、60分のオープンタイムを取った後にアルミ板を貼り合わせ5kgの重りを1分間のせて圧着したのちに、引張試験機によりせん断接着強度を測定した(引張速度50mm/min)。
・接着強度の発現速度
120℃に加温した硬化性組成物をアルミ板へ塗布し(厚み100μm、幅25mm、長さ25mm)、5分のオープンタイムを取った後にアルミ板を貼り合わせ5kgの重りを1分間のせて圧着した。重りを除いたあと、3時間放置した後のせん断接着強度を引張試験機により測定した(引張速度50mm/min)。
・最終接着強度
120℃に加温した硬化性組成物をアルミ板へ塗布し(厚み100μm、幅25mm、長さ25mm)、5分、15分、30分、60分のオープンタイムを取った後にアルミ板を貼り合わせ5kgの重りを1分間のせて圧着した。重りを除いたあと、23℃50%RHで14日間養生した後に、せん断接着強度を引張試験機により測定した(引張速度50mm/min)。
・耐熱接着強度
120℃に加温した硬化性組成物をアルミ板へ塗布し(厚み100μm、幅25mm、長さ25mm)、5分のオープンタイムを取った後にアルミ板を貼り合わせ5kgの重りを1分間のせて圧着した。重りを除いたあと、23℃50%RHで14日間養生した後に、80℃条件下でのせん断接着強度を引張試験機により測定した(引張速度50mm/min)。
・可使時間
前記の初期接着強度の試験において0.5Mpa以上の強度を発現し、かつ最終接着強度の試験で凝集破壊となるオープンタイムを可使時間とした。
・自動車内装材用基材への接着性
120℃に加温した硬化性組成物を自動車内装材用下地(PPボード)に塗布し、アプリケーターにより100μmに厚み調整した。5分のオープンタイムを取った後に、自動車内装材用表皮材(表面;TPO、裏面;PP発泡体)の裏面に貼り合わせて、さらに5kgローラーを2回かけた。引続き23℃、50%RHの雰囲気下で14日間養生し自動車内装材の積層体を得た。得られた積層体を25mm幅の短冊状に切断し評価用サンプルとし、後述する方法で表皮材と基材の間に積層される硬化物の耐クリープ性(接着保持力)を測定した。
(耐クリープ性(保持力)の評価)
基材を水平に固定した後、表皮材の一端を剥がし、その先に接着面に対して90度方向に荷重がかかるように錘(500g/25mm)をぶら下げて、24時間後に剥離した距離を23℃および90℃で測定した。但し、24時間以内に60mm以上剥離したものに関しては60mm剥離するのに要した時間を測定した。
得られ評価結果を表1に示す。
Figure 2009024107
表1に示すように、実施例に記載の硬化性組成物は塗工後に十分な可使時間を確保することができるとともに、最終接着強度や耐熱接着性能に優れる硬化物を得ることができる。また、3つの加水分解性基をもつ反応性ケイ素基を導入したオキシアルキレン系重合体(A)あるいは(共)重合体(B)を使用した場合では(実施例2、3、4)、被着体を貼り合わせてからの接着強度の発現速度が特に早く、3時間後には十分に実用に耐え得る強度を発現している。さらに、ビニル系重合体(G)を配合した場合では、粘度が低く良好な作業性が得られると共に高い接着強度、耐熱接着性が得られていることが分かる。また、さらに本発明の硬化性組成物は自動車内装材表皮材に対しても良好な接着性を示しており、本用途向け接着剤として有用であることがわかった。

Claims (23)

  1. 組成物中に、反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)、(メタ)アクリル酸アルキルエステル系(共)重合体(B)、粘着付与樹脂(C)、充填剤(D)および/またはチクソ性付与剤(E)、硬化触媒(F)を含むことを特徴とする硬化性組成物であって、反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)と(メタ)アクリル酸アルキルエステル系(共)重合体(B)の組成比が20/80〜65/35であり、且つ、((A)+(B))の合計量100重量部に対して、粘着付与樹脂(C)を10〜100重量部、充填剤(D)を5〜200重量部および/またはチクソ性付与剤(E)を1〜60重量部、硬化触媒(F)を0.1〜20重量部含むことを特徴とする硬化性組成物。
  2. 反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)が、下記一般式(1)で表される基を有することを特徴とする請求項1に記載の硬化性組成物。
    −NR−C(=O)− (1)
    (式中、Rは水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基または炭素数7〜20のアラルキル基からなる群より選択される少なくとも1つである。)
  3. 反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)が、下記一般式(2)で表される基を有することを特徴とする請求項1に記載の硬化性組成物。
    −O−R−(Si(R 2−b)(X)−O)−SiR 3−a (2)
    (式中、Rは炭素数2〜20のアルキレン基である。(m×(2−b))個のRおよび(3−a)個のRはそれぞれ独立に、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基または(RSiO−(3個のRは炭素数1〜20の1価の炭化水素である。)で示されるトリオルガノシロキシ基からなる群より選択される少なくとも1つである。Xは水酸基または加水分解性基である。aは0、1、2または3である。m個の(Si(R 2−b)(X)−O)中のbはそれぞれ独立に0、1または2である。mは0または、1〜19の整数である。)
  4. 反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)の数平均分子量が10,000〜45,000であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  5. 反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)の分子量分布が1.6以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  6. 反応性ケイ素基を有するオキシアルキレン系重合体(A)が、下記一般式(3)で表される基を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
    −SiX (3)
    (式中、Xは一般式(2)の表記に同じ。)
  7. (メタ)アクリル酸アルキルエステル系(共)重合体(B)が下記一般式(4)で表される反応性ケイ素基を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
    −SiR 3−a (4)
    (式中、R、a、Xは一般式(2)の表記に同じ。)
  8. (メタ)アクリル酸アルキルエステル系(共)重合体(B)が、下記一般式(3)で表される基を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
    −SiX (3)
    (式中、Xは一般式(2)の表記に同じ。)
  9. 反応性ケイ素基を分子末端に有するビニル系重合体(G)を含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  10. 反応性ケイ素基を分子末端に有するビニル系重合体(G)の主鎖が、(メタ)アクリル系モノマー、アクリロニトリル系モノマー、芳香族ビニル系モノマー、フッ素含有ビニル系モノマーおよびケイ素含有ビニル系モノマーからなる群より選択される少なくとも1種のモノマーを主として重合して製造されたものであり、その重合方法がリビングラジカル重合法、または原子移動ラジカル重合法であること特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  11. 反応性ケイ素基を分子末端に有するビニル系重合体(G)の分子量分布が1.8未満であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  12. 充填剤(D)が炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ、カオリン、クレー、タルクからなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  13. チクソ性付与剤(E)が水添ヒマシ油誘導体類、ポリアミドワックス類、金属石鹸類からなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  14. 120℃における粘度が100Pa・s以下であり、かつ30℃における粘度が1000Pa・s以上であることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  15. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる建築部材用の接着剤。
  16. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる自動車部品用の接着剤。
  17. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる電気・電子部品用の接着剤。
  18. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる繊維・皮革・衣料用の接着剤。
  19. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる反応性ホットメルト接着剤であって、被着体を貼り合わせることのできる可使時間が23℃50%RH条件下において5分以上であることを特徴とする反応性ホットメルト接着剤。
  20. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる反応性ホットメルト接着剤を介して2種の被着体を接着する方法であって、該反応性ホットメルト接着剤を60〜180℃に加温した後、一方の被着体に塗布し、該反応性ホットメルト接着剤が60℃以下となった後に、他方の被着体を該反応性ホットメルト接着剤に圧着させることを特徴とする接着方法。
  21. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる反応性ホットメルト接着剤を介して2種の被着体を接着する方法であって、該反応性ホットメルト接着剤を60〜180℃に加温した後、一方の被着体に塗布し、塗布後1分以上経過した後に、他方の被着体を該反応性ホットメルト接着剤に圧着させることを特徴とする接着方法。
  22. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる反応性ホットメルト接着剤を介して2種の被着体を接着する方法であって、硬化性組成物を塗布し被着体を貼り合わせた後に、貼り合せた被着体の一方を一度剥がし、再度貼り合わせることを特徴とする接着方法。
  23. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の硬化性組成物を使用してなる反応性ホットメルト接着剤を介して2種の被着体が接着された成形体の製造方法であって、該反応性ホットメルト接着剤を60〜180℃に加温した後、一方の被着体に塗布し、該反応性ホットメルト接着剤が60℃以下となった後に、他方の被着体を該反応性ホットメルト接着剤に圧着させた後、(加熱)成形することを特徴とする成形体の製造方法。
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