JP2010070725A - Adhesive member, method for producing the same and adhesion structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エポキシ系接着剤に接着が可能な高分子電解質膜等の各種被着体に、エポキシ系接着剤であっても良好な接着が得にくいプラスチック基材を接着するに際し、プラスチック基材を予め強固に接着した接着部材、その製造方法およびそれを被着体に接着してエポキシ系接着剤を硬化させた接着構造に関する。 The present invention provides a plastic substrate for bonding various plastic substrates such as a polymer electrolyte membrane that can be bonded to an epoxy adhesive to a plastic substrate that is difficult to obtain good adhesion even with an epoxy adhesive. The present invention relates to an adhesive member firmly bonded in advance, a manufacturing method thereof, and an adhesive structure in which an epoxy adhesive is cured by adhering the adhesive member to an adherend.
エポキシ系接着剤は、接着強度、耐水性や耐熱性が高く、適合する対象の範囲が広いので、各種の部材や基材の固定や積層等に用いられている。しかし、プラスチック基材、特に極性基を有しないプラスチック基材に対しては、接着性が十分でない場合がある。
そして、例えば、燃料電池のフッ素系樹脂や芳香族系樹脂からなる高分子電解質膜と極性基を有しないプラスチック基材を接着する場合、一般に、高分子電解質膜を形成する樹脂は、スルホン酸基を側鎖に有するので、エポキシ系接着剤との接着性に優れるが、極性基を有しないプラスチック基材は、エポキシ系接着剤を用いても高い接着強度が得られない場合がある。
また、このような高分子電解質膜に接着されたプラスチック基材は、プラスチック基材の接着界面が高分子電解質膜のスルホン酸基による強酸性の水溶液にさらされる。さらに、発電に伴い、高温になった水溶液にさらされる場合もある。
このため、強酸性や高温の水溶液にさらされても接着強度が低下しにくく耐久性の優れたプラスチック基材の接着技術が求められている。
Epoxy adhesives have high adhesive strength, water resistance and heat resistance, and have a wide range of applicable targets, and are therefore used for fixing and laminating various members and substrates. However, adhesiveness may not be sufficient for plastic substrates, particularly plastic substrates that do not have polar groups.
For example, when a polymer electrolyte membrane made of a fluorine-based resin or an aromatic resin of a fuel cell is bonded to a plastic substrate having no polar group, the resin forming the polymer electrolyte membrane is generally a sulfonic acid group. In the side chain, it is excellent in adhesiveness with an epoxy adhesive, but a plastic substrate having no polar group may not have high adhesive strength even when an epoxy adhesive is used.
In addition, the plastic substrate bonded to such a polymer electrolyte membrane is exposed to a strongly acidic aqueous solution due to the sulfonic acid group of the polymer electrolyte membrane at the bonding interface of the plastic substrate. Furthermore, it may be exposed to the aqueous solution which became high temperature with power generation.
For this reason, there is a need for a technology for bonding a plastic base material that is not easily lowered in adhesive strength even when exposed to a strong acidic or high-temperature aqueous solution and has excellent durability.
エポキシ系接着剤に限らず、一般に、高い接着強度が得られる接着方法としては、プライマーやアンカー剤等の下地処理剤を用いる化学的な表面処理や接着する基材の表面洗浄、微細凹凸の形成や官能基導入のための紫外線やプラズマの照射等の物理的な表面処理が行われる。物理的な表面処理として、例えば、空気中でのコロナ放電処理は、古くから、ポリオレフィンをはじめ各種の樹脂フィルムの濡れ性を改善して接着性を向上させるため用いられてきた。コロナ放電処理は、高周波電圧を用いて大気中にコロナ放電を発生させ、それに伴って発生する電子を樹脂フィルムの表面に照射し、樹脂フィルムの表面に酸素原子による官能基を付加することによって樹脂フィルムの表面改質を行うものである。 In general, not only epoxy adhesives but also adhesive methods that can provide high adhesive strength include chemical surface treatment using primer and anchoring agents and other surface treatments, surface cleaning of substrates to be bonded, and formation of fine irregularities. And physical surface treatment such as irradiation of ultraviolet rays or plasma for introducing functional groups. As a physical surface treatment, for example, corona discharge treatment in the air has been used for a long time to improve the wettability of various resin films including polyolefin and improve the adhesion. Corona discharge treatment uses a high-frequency voltage to generate corona discharge in the atmosphere, irradiates the surface of the resin film with electrons generated along with it, and adds functional groups due to oxygen atoms to the surface of the resin film. The surface of the film is modified.
また、接着する基材の表面洗浄や微細な凹凸形成のために酸素原子のプラズマを接触させ表面処理して接着性を向上させることもおこなわれている。例えば、特許文献1には、ポリエチレンからなるプラスチック成型体を、エポキシ系接着剤を介して接着する際、プラスチック成型体にポリフェニレンサルファイド(PPS)を含有させて低圧の空気雰囲気下プラズマ処理する方法が提案されている。この方法によれば、PPSの炭素−硫黄結合の一部が切断され、この硫黄に酸素原子が結合し、この酸素原子がエポキシ系接着剤の分子に結合して接着強度が高くなる。
しかし、この方法は、特許文献1の実施例から明らかなように、高い接着強度を得るためには、PPSの含有量を高くする必要がある。したがって、被着体を形成する樹脂の本来の性質が損なわれる場合がある。しかも、この方法は、初期の接着強度が高くても導入される官能基が硫黄−酸素の結合を有するので、熱水や強酸性の環境下では、耐久性が劣る。また、低圧プラズマ処理は、真空状態で放電させるので、真空設備を要することから装置が大掛かりとなり操作が煩雑であるという欠点があった。
In addition, in order to clean the surface of the base material to be bonded and to form fine irregularities, the surface is treated by bringing oxygen atom plasma into contact with the substrate to improve the adhesion. For example,
However, as is apparent from the example of
装置が大掛かりとなる問題点については、通常、真空状態でしか発生できないグロー放電状態を、雰囲気ガスとしてヘリウム、アルゴンなどの希ガスや窒素などの不活性ガスを用いることで安定してグロー放電を発生させ、大気圧近傍でプラズマ処理(大気圧プラズマ処理)する装置が開発されている。それにより生じる反応ラジカル、電子などを用いて表面改質を行う大気圧プラズマ処理が、ウェハーなどの表面洗浄や電子部品の接着向上に簡便に使用されるようになった。例えば、特許文献2には、金属材料の被着面にモノマーを塗工し、希ガスや窒素ガス等の不活性ガスと酸素含有ガス、窒素ガスや水素ガス等の処理ガスとの混合ガス中で大気圧プラズマ処理して、金属材料の被着面に親水性の厚いラジカル重合皮膜を形成させ、エポキシ系接着剤で接着させることが提案されている。
しかし、厚い親水性の皮膜は、高いアンカー効果が期待されるものの、熱水、強酸性や強アルカリ性の環境下では、耐久性に劣ることが懸念される。
As for the problems that require a large amount of equipment, a glow discharge state that can only be generated in a vacuum state is normally used, and a rare gas such as helium or argon or an inert gas such as nitrogen is used as the atmosphere gas to stably perform a glow discharge. An apparatus for generating and performing plasma processing (atmospheric pressure plasma processing) near atmospheric pressure has been developed. Atmospheric pressure plasma treatment, in which surface modification is performed using reaction radicals, electrons, and the like generated thereby, has come to be easily used for cleaning the surface of wafers and the like and improving the adhesion of electronic components. For example, in
However, although a thick hydrophilic film is expected to have a high anchoring effect, there is a concern that it is inferior in durability in a hot water, strongly acidic or strongly alkaline environment.
また、特許文献3には、延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)の両面に希ガスや窒素ガス等の不活性ガスや酸素ガス中で大気圧プラズマ処理して、エポキシ系接着剤やウレタン系接着剤を用いて塩化ビニル等の熱可塑性樹脂を押出して積層することが提案されている。
しかし、この方法も、初期の接着強度が高いが、導入される官能基が酸素原子によるものなので、熱水、強酸性や強アルカリ性の環境下では、耐久性に劣ることが懸念される。
In
However, this method also has a high initial adhesive strength, but since the introduced functional group is based on oxygen atoms, there is a concern that the durability is inferior in a hot water, strongly acidic or strongly alkaline environment.
さらに、特許文献4には、実質的に酸素を含まない窒素雰囲気下の放電により窒素原子で表面処理を行った第1の樹脂フィルムの処理面上に窒素官能基を生成させ、酸素ガスおよび/または窒素ガスを含む雰囲気下の放電により酸素原子および/または窒素原子で表面処理を行って処理面上に酸素官能基を生成させた第2の樹脂フィルムの処理面を、接着剤層を介すことなく圧着した積層構造を有する積層フィルムが提案されている。
特許文献1〜3に記載された方法は、いずれも被着体の接着表面に酸素官能基を導入するので、高い初期接着力が得られるものの、熱水や水蒸気に対して高い接着強度が得られるものではない。一方、特許文献4に記載された方法は、高い初期接着力が得られるとともに熱水や水蒸気に対して高い接着強度が得られるものであるが、強アルカリ性や強酸性の条件下における接着強度の低下を防ぐには、なお課題を有するものであった。
In any of the methods described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、エポキシ系接着剤であっても良好な接着が得にくいプラスチック基材を被着体に接着するに際し、プラスチック基材を予め強固に接着しておいて用いる、熱水や水蒸気に対して高い接着強度が得られるとともに強アルカリ性や強酸性に対する耐久性の優れた接着部材、その製造方法およびそれを被着体に接着してエポキシ系接着剤を硬化させた接着構造を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and when a plastic substrate that is difficult to obtain good adhesion even with an epoxy adhesive is adhered to an adherend, the plastic substrate is firmly adhered in advance. In addition, an adhesive member having high adhesive strength to hot water and water vapor and having excellent durability against strong alkali and strong acid, its manufacturing method, and an epoxy adhesive by adhering it to an adherend It is an object of the present invention to provide an adhesive structure obtained by curing the material.
前記課題を解決するため、本発明の発明者は、鋭意検討した結果、プラスチック基材の接着する表面に窒素官能基を導入することにより、エポキシ接着剤の硬化剤と同様にその窒素官能基がエポキシ接着剤のエポキシ基と化学結合して、強固な接着が得られることを知見して、本発明がなされたのである。
すなわち、本発明は、プラスチック基材と未硬化のエポキシ系接着剤層とを有する接着用の部材であって、前記プラスチック基材において前記エポキシ系接着剤層と接する界面に表面処理により導入された窒素官能基と、前記エポキシ系接着剤のエポキシ基との化学結合を有することを特徴とする接着部材を提供する。
前記窒素官能基が、第1級アミン、第2級アミン、およびアミドから選ばれる少なくとも1つの窒素官能基であることが好ましい。
前記エポキシ系接着剤層を構成するエポキシ系接着剤が硬化剤を含有する一液型であることが好ましい。
前記プラスチック基材がフィルムまたはシートであることが好ましい。
前記エポキシ系接着剤層に剥離紙が積層されたことが好ましい。
前記エポキシ系接着剤に接着される被着体が、スルホン酸基を有する高分子電解質からなる高分子電解質膜であることが好ましい。
In order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have intensively studied. As a result, by introducing a nitrogen functional group to the surface to which the plastic base material is bonded, the nitrogen functional group is similar to the curing agent of the epoxy adhesive. The present invention was made based on the knowledge that a strong bond can be obtained by chemically bonding with the epoxy group of the epoxy adhesive.
That is, the present invention is an adhesive member having a plastic substrate and an uncured epoxy adhesive layer, and is introduced by surface treatment at an interface in contact with the epoxy adhesive layer in the plastic substrate. There is provided an adhesive member having a chemical bond between a nitrogen functional group and an epoxy group of the epoxy adhesive.
The nitrogen functional group is preferably at least one nitrogen functional group selected from a primary amine, a secondary amine, and an amide.
The epoxy adhesive constituting the epoxy adhesive layer is preferably a one-pack type containing a curing agent.
It is preferable that the plastic substrate is a film or a sheet.
It is preferable that release paper is laminated on the epoxy adhesive layer.
The adherend to be bonded to the epoxy adhesive is preferably a polymer electrolyte membrane made of a polymer electrolyte having a sulfonic acid group.
また、本発明は、上記の本発明の接着部材の製造方法であって、プラスチック基材の表面処理によりプラスチック基材の表面に窒素官能基を導入する窒素官能基導入工程と、前記窒素官能基が導入されたプラスチック基材の表面にエポキシ系接着剤層を形成するエポキシ系接着剤層形成工程とを有することを特徴とする接着部材の製造方法を提供する。
前記窒素官能基導入工程は、酸素濃度が容量比で1000ppm以下である窒素雰囲気下の放電処理による表面処理工程であることが好ましい。
前記窒素官能基導入工程は、大気圧下で行うことが好ましい。
前記窒素官能基導入工程は、コロナ放電処理であることが好ましい。
プラスチック基材がフィルムまたはシートであって、前記窒素官能基導入工程が、ロール・ツウ・ロールで連続して行われることが好ましい。
The present invention is also a method for producing the adhesive member of the present invention, wherein a nitrogen functional group introducing step of introducing a nitrogen functional group to the surface of the plastic substrate by surface treatment of the plastic substrate, and the nitrogen functional group And an epoxy-based adhesive layer forming step of forming an epoxy-based adhesive layer on the surface of the plastic substrate into which is introduced.
The nitrogen functional group introduction step is preferably a surface treatment step by discharge treatment under a nitrogen atmosphere in which the oxygen concentration is 1000 ppm or less by volume ratio.
The nitrogen functional group introduction step is preferably performed under atmospheric pressure.
The nitrogen functional group introduction step is preferably a corona discharge treatment.
It is preferable that the plastic substrate is a film or a sheet, and the nitrogen functional group introduction step is continuously performed by roll-to-roll.
また、本発明は、上記の本発明の接着部材を被着体に接着してエポキシ系接着剤を硬化させたことを特徴とする接着構造を提供する。
エポキシ系接着剤および前記プラスチック基材を構成するプラスチックのガラス転移温度がいずれも80℃以上であることが好ましい。
被着体が、接着界面に酸官能基を有するプラスチック材であることが好ましい。
被着体が、接着界面に表面処理による窒素官能基を有するプラスチック材であることが好ましい。
The present invention also provides an adhesive structure in which the above-mentioned adhesive member of the present invention is bonded to an adherend to cure the epoxy adhesive.
It is preferable that the glass transition temperature of the epoxy adhesive and the plastic constituting the plastic substrate is 80 ° C. or higher.
The adherend is preferably a plastic material having an acid functional group at the bonding interface.
The adherend is preferably a plastic material having a nitrogen functional group by surface treatment at the bonding interface.
本発明によれば、エポキシ系接着剤であっても高い接着強度が得られないプラスチック基材と被着体を高い接着強度で接着することができる。しかも、熱水や水蒸気に対して高い接着強度が得られるとともに接着界面が強アルカリ性、強酸性や高温の環境にさらされる場合であっても、耐久性の優れたプラスチック基材の接着構造を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it is an epoxy-type adhesive agent, the plastic base material and adherend which cannot obtain high adhesive strength can be adhere | attached with high adhesive strength. Moreover, high adhesion strength to hot water and water vapor is obtained, and even when the adhesion interface is exposed to a strong alkali, strong acidity or high temperature environment, a durable plastic base material adhesion structure is obtained. be able to.
以下、最良の形態に基づき、本発明を説明する。
本発明のプラスチック基材とエポキシ系接着剤層とを有する接着部材は、プラスチック基材の少なくとも一方の表面に表面処理により窒素官能基を導入し、該窒素官能基が導入された表面に接してエポキシ系接着剤層を形成することによって製造することができる。
The present invention will be described below based on the best mode.
The adhesive member having the plastic base material and the epoxy adhesive layer of the present invention has a nitrogen functional group introduced into at least one surface of the plastic base material by surface treatment, and is in contact with the surface into which the nitrogen functional group has been introduced. It can be manufactured by forming an epoxy adhesive layer.
本発明で用いるプラスチック基材を構成する樹脂は、特に限定されず、接着部材の用途に応じて適宜選択することができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリエチレンナフタレート(PEN)などのポリエステル、6−ナイロンや66−ナイロンなどのポリアミド(PA)、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等の熱可塑性樹脂;ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PPEK)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンエーテル(PPE)とポリスチレン(PS)とのアロイ(以下、PPE−PSアロイという場合がある。)等のスーパーエンジニアリングプラスチックと呼ばれる樹脂;ポリイミドやエポキシ樹脂等からなる硬化性の樹脂などが挙げられる。これらのうち、ポリオレフィン等の極性基を有しないプラスチック基材は、本発明の効果が顕著なことから、好適な対象となる。
本発明で用いるプラスチック基材の形態は、特に制限はないが、例えば、フィルムやシート(以下、これらを総称してフィルムという。)などが挙げられる。
耐熱性を向上するため、プラスチック基材を構成するプラスチックのガラス転移温度が80℃以上であることが好ましい。
Resin which comprises the plastic base material used by this invention is not specifically limited, According to the use of an adhesive member, it can select suitably. For example, polyesters such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN), polyamides (PA) such as 6-nylon and 66-nylon, polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), and ethylene-vinyl alcohol Polymers, thermoplastic resins such as polyvinylidene chloride, polystyrene, polyvinyl chloride; polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PPEK), polyether sulfone (PES), polyphenylene ether (PPE) and polystyrene (PS) Resins called super engineering plastics such as alloys (hereinafter sometimes referred to as PPE-PS alloys); curable resins made of polyimide, epoxy resin, and the like. Among these, a plastic substrate having no polar group such as polyolefin is a suitable target because the effect of the present invention is remarkable.
The form of the plastic substrate used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include films and sheets (hereinafter collectively referred to as films).
In order to improve heat resistance, the glass transition temperature of the plastic constituting the plastic substrate is preferably 80 ° C. or higher.
本発明のプラスチック基材の表面処理によりプラスチック基材の表面に窒素官能基を導入する表面処理工程で用いるプラスチック基材の表面処理は、窒素官能基として、第1級アミン(−NH2)、第2級アミン(−NH−)、およびアミド(−CONH−)から選ばれる少なくとも1つの窒素官能基をプラスチック基材の表面に導入することが可能な手法が好ましい。
そして、エポキシ系接着剤層をプラスチック基材に接着する面を表面処理して前記窒素官能基を導入すればよい。つまり、エポキシ系接着剤層を、例えば、フィルム状のプラスチック基材の両面に積層する場合は、両面とも表面処理をして前記窒素官能基を導入する。導入された窒素官能基が、エポキシ系接着剤のエポキシ基と反応し、化学結合を形成することによって、強固な接着力が得られる。
The surface treatment of the plastic substrate used in the surface treatment step of introducing a nitrogen functional group into the surface of the plastic substrate by the surface treatment of the plastic substrate of the present invention is performed by using a primary amine (—NH 2 ) as a nitrogen functional group, A technique capable of introducing at least one nitrogen functional group selected from a secondary amine (—NH—) and an amide (—CONH—) onto the surface of the plastic substrate is preferable.
And the surface which adhere | attaches an epoxy-type adhesive bond layer to a plastic base material should be surface-treated, and the said nitrogen functional group should just be introduce | transduced. That is, for example, when the epoxy adhesive layer is laminated on both surfaces of a film-like plastic substrate, the nitrogen functional group is introduced by performing surface treatment on both surfaces. The introduced nitrogen functional group reacts with the epoxy group of the epoxy adhesive to form a chemical bond, thereby obtaining a strong adhesive force.
(窒素官能基導入工程)
窒素官能基を導入する表面処理の方法としては、窒素ガスを含み、かつ実質的に酸素ガスを含まない窒素雰囲気下の放電処理により行うことができる。このように表面処理を行う方法は、上述した種々のプラスチックの表面に窒素官能基を導入することが可能なので好ましい。
酸素濃度が高いとプラスチック表面に導入される窒素官能基量が少なくなり、酸素濃度が低いと窒素官能基量が多くなり、接着が強くなる。窒素雰囲気の酸素濃度は、容量比で1000ppm以下が好ましい。なお、窒素官能基がプラスチックの表面に導入されたか否かは、後述するようにXPS(X線光電子分光法)のN(窒素原子)の1sにおける化学結合エネルギーによって確認する事ができる。
(Nitrogen functional group introduction process)
As a surface treatment method for introducing a nitrogen functional group, it can be performed by a discharge treatment in a nitrogen atmosphere containing nitrogen gas and substantially free of oxygen gas. Such a surface treatment method is preferable because nitrogen functional groups can be introduced on the surfaces of the various plastics described above.
When the oxygen concentration is high, the amount of nitrogen functional groups introduced into the plastic surface is reduced, and when the oxygen concentration is low, the amount of nitrogen functional groups is increased and adhesion is enhanced. The oxygen concentration in the nitrogen atmosphere is preferably 1000 ppm or less by volume ratio. Whether or not the nitrogen functional group is introduced on the surface of the plastic can be confirmed by the chemical bond energy in 1 s of N (nitrogen atom) in XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) as described later.
この窒素雰囲気下の放電処理は、プラズマ処理でも良いし、コロナ放電処理でも良い。また、プラズマ処理は、低圧(真空)プラズマ処理であっても良いし、大気圧プラズマ処理であっても良い。これらの放電処理の内、この窒素官能基導入工程においては、装置が簡易なこと、および、プラスチック基材がフィルムである場合に、窒素官能基導入工程をロール・ツウ・ロールで連続して行うことが容易となることから、コロナ放電処理が好ましい。なお、後述する本発明に好適な窒素雰囲気下の表面処理をロール・ツウ・ロールで連続して行う場合は、コロナ放電処理装置をフィルムが通過可能な狭い入口および出口を設けたハウジングで覆い、窒素ガス等の処理ガスで陽圧を維持して、放電処理することで連続して処理することができる。
そして、後述するエポキシ系接着剤層形成工程で、公知のフィルム塗工装置を用いて、ロール・ツウ・ロールで連続して塗布する場合は、このフィルム塗工装置の接着剤塗工部より上流にハウジングで覆われたコロナ放電処理装置を設置しておけば、表面処理工程とエポキシ系接着剤層形成工程とを順次連続して行うことができる。
The discharge treatment under the nitrogen atmosphere may be a plasma treatment or a corona discharge treatment. The plasma treatment may be a low-pressure (vacuum) plasma treatment or an atmospheric pressure plasma treatment. Among these discharge treatments, in this nitrogen functional group introduction step, the apparatus is simple, and when the plastic substrate is a film, the nitrogen functional group introduction step is continuously performed by roll-to-roll. Therefore, corona discharge treatment is preferable. In addition, when performing a surface treatment under a nitrogen atmosphere suitable for the present invention described later in a roll-to-roll manner, the corona discharge treatment device is covered with a housing provided with a narrow inlet and outlet through which the film can pass, A positive pressure can be maintained with a treatment gas such as nitrogen gas, and the discharge treatment can be performed continuously.
And in the epoxy-based adhesive layer forming step described later, when applying continuously with a roll-to-roll using a known film coating device, it is upstream from the adhesive coating portion of this film coating device. If a corona discharge treatment apparatus covered with a housing is installed, the surface treatment step and the epoxy-based adhesive layer forming step can be successively performed.
ところで、通常の空気雰囲気下で行なわれるコロナ放電表面処理では、活性酸素原子(酸素ラジカル)が発生する。空気中においては酸素ガスの方が窒素ガスに比べて遙かに含有率が小さいにも関わらず、コロナ放電処理したプラスチック基材の表面は、この活性酸素原子で表面処理される。即ち、プラスチック基材の表面が酸化され、プラスチック基材の表面において、高分子の主鎖や側鎖に、カルボニル基(>CO)やカルボキシル基(−COOH)などの酸素官能基が主として形成される。
そして、これらの官能基は、エポキシ系接着剤との接着性能に寄与するが、熱水や水蒸気に対しては高い接着強度が得られない。また、強酸性の条件における接着強度の低下を防ぐこともできない。この理由は定かではないが、この活性酸素原子が官能基を生成する際に高分子を切断して低分子化する作用も強いため、プラスチック基材の表面において、酸素原子を含む低分子化合物が極めて薄い層状に生成する。この低分子化合物層は分子量が比較的小さいので、親水性を呈しやすくなるとともに凝集力などの物理的強度が小さいためと考えられる。
By the way, in the corona discharge surface treatment performed in a normal air atmosphere, active oxygen atoms (oxygen radicals) are generated. Although the content of oxygen gas in air is much smaller than that of nitrogen gas, the surface of the plastic substrate treated with corona discharge is surface-treated with this active oxygen atom. That is, the surface of the plastic substrate is oxidized, and oxygen functional groups such as a carbonyl group (> CO) and a carboxyl group (—COOH) are mainly formed on the main chain and side chain of the polymer on the surface of the plastic substrate. The
And although these functional groups contribute to the adhesive performance with an epoxy-type adhesive agent, high adhesive strength is not obtained with respect to hot water or water vapor | steam. In addition, it is impossible to prevent a decrease in adhesive strength under strongly acidic conditions. The reason for this is not clear, but since this active oxygen atom has a strong action of cutting a polymer to lower the molecular weight when generating a functional group, a low molecular compound containing an oxygen atom is formed on the surface of a plastic substrate. Produced in a very thin layer. This low molecular weight compound layer has a relatively small molecular weight, and thus is likely to be hydrophilic and has a low physical strength such as cohesive force.
これに対して、本発明の表面処理工程で好適に用いられる実質的に酸素ガスを含まない窒素雰囲気でのコロナ放電処理は、基材表面の高分子の主鎖や側鎖に、窒素原子によるアミノ基(−NH2)等の窒素官能基が主として生成する。そして、この窒素雰囲気でのコロナ放電処理は、通常の空気雰囲気でのコロナ放電処理と異なり、実質的に酸素ガスを含まない窒素雰囲気中で放電が起こるために活性酸素原子の発生量が少なく、かつ、活性窒素原子が官能基を生成する際に高分子を切断して低分子化する作用も弱いため、空気雰囲気でのコロナ放電処理を行った場合に発生する低分子化合物の発生が抑えられると考えられる。
つまり、酸素濃度の低い窒素雰囲気でのコロナ放電処理時に生成する低分子化合物は、空気雰囲気でのコロナ放電処理時に生成する低分子化合物より分子量が大きく、この低分子物層の凝集力などの物理的強度も大きくなる。このことから、本発明の表面処理工程をプラスチック基材へ適用することでエポキシ系接着剤層との接着性向上の効果が得られると考えられる。
On the other hand, the corona discharge treatment in a nitrogen atmosphere substantially free of oxygen gas, which is preferably used in the surface treatment process of the present invention, is caused by nitrogen atoms in the polymer main chain or side chain on the substrate surface. Nitrogen functional groups such as amino groups (—NH 2 ) are mainly produced. And this corona discharge treatment in the nitrogen atmosphere is different from the corona discharge treatment in the normal air atmosphere, so that the discharge occurs in the nitrogen atmosphere substantially not containing oxygen gas, so the generation amount of active oxygen atoms is small, In addition, since the active nitrogen atom generates a functional group, the action of cutting the polymer to lower the molecular weight is weak, so the occurrence of low molecular weight compounds that occur when corona discharge treatment is performed in an air atmosphere can be suppressed. it is conceivable that.
In other words, the low molecular weight compound produced during corona discharge treatment in a nitrogen atmosphere with a low oxygen concentration has a higher molecular weight than the low molecular weight compound produced during corona discharge treatment in an air atmosphere. The mechanical strength is also increased. From this, it is considered that the effect of improving the adhesiveness with the epoxy adhesive layer can be obtained by applying the surface treatment process of the present invention to the plastic substrate.
本発明においては、耐水性や耐酸性の観点から、アミド基よりアミノ基を多く導入することが望ましいので、コロナ放電処理の窒素雰囲気に酸素ガスを極力含まないようにすることが好ましい。コロナ放電処理するプラスチック基材や処理条件等にもよるが、酸素濃度を、容量比で1000ppm以下、より好ましくは50ppm以下、更に好ましくは20ppm以下に制御する。そして、それと共に、プラスチック基材以外には酸素原子を供給する材料(例えばCO2やNO2など)を窒素雰囲気中へ混入させないことが好ましい。また、さらに積極的にアミノ基を導入するためには、酸素原子を吸収する材料(例えばH2、NH3やCH4など)を窒素雰囲気中に添加しても良い。 In the present invention, from the viewpoint of water resistance and acid resistance, it is desirable to introduce more amino groups than amide groups. Therefore, it is preferable that the nitrogen atmosphere of the corona discharge treatment contains as little oxygen gas as possible. Although depending on the plastic substrate to be subjected to corona discharge treatment and processing conditions, the oxygen concentration is controlled to 1000 ppm or less, more preferably 50 ppm or less, and still more preferably 20 ppm or less in terms of volume ratio. At the same time, it is preferable not to mix a material that supplies oxygen atoms (for example, CO 2 or NO 2 ) other than the plastic substrate into the nitrogen atmosphere. In order to introduce amino groups more actively, a material that absorbs oxygen atoms (for example, H 2 , NH 3 , CH 4, etc.) may be added to the nitrogen atmosphere.
なお、本発明においては、意図的にCO2をコロナ放電処理の窒素雰囲気中に混入して、アミノ基ではなくアミド基(−NHCO−)を形成させることもできる。窒素雰囲気中ではCO2がラジカルとなり、COラジカルおよび酸素ラジカルが生成するため、アミノ基よりアミド基が優先的に生成される。
本発明の表面処理工程においては、窒素雰囲気の大気圧プラズマ処理も使用できる。この場合には、安定したグロー放電のために希ガスが混入されても良い。そして、希ガスの比率は、半分を超えることもできる。
In the present invention, CO 2 can be intentionally mixed in the nitrogen atmosphere of the corona discharge treatment to form an amide group (—NHCO—) instead of an amino group. In the nitrogen atmosphere, CO 2 becomes a radical, and a CO radical and an oxygen radical are generated, so that an amide group is preferentially generated over an amino group.
In the surface treatment process of the present invention, atmospheric pressure plasma treatment in a nitrogen atmosphere can also be used. In this case, a rare gas may be mixed for stable glow discharge. And the ratio of a noble gas can also exceed half.
(エポキシ系接着剤層形成工程)
前記窒素官能基が導入されたプラスチック基材の表面に、エポキシ系接着剤を塗布してエポキシ系接着剤層を形成する。塗布には、浸漬、スプレーコートやスピンコート、あるいは刷毛塗りなどを採用することができる。プラスチック基材がフィルムである場合は、グラビアコートやドクターコートなど公知のフィルム塗工方法を採用することができ、公知のフィルム塗工装置を用いて、ロール・ツウ・ロールで連続して塗布することができる。
塗布されるエポキシ系接着剤としては、主剤と硬化剤を含有し、塗布する際には硬化していないか、一部硬化していても被着体に塗布し得る程度の粘度を有するもの等が挙げられる。エポキシ系接着剤は、予め硬化剤が配合された一液型でも使用時に硬化剤を配合する二液型でも使用可能である。これらのうち、硬化剤を配合する手間が省けることから、一液型であることが好ましい。特に、プラスチック基材がフィルムである場合は、硬化剤は、一液型であることが好ましい。
(Epoxy adhesive layer forming process)
An epoxy adhesive is applied to the surface of the plastic substrate into which the nitrogen functional group has been introduced to form an epoxy adhesive layer. For application, dipping, spray coating, spin coating, brush coating, or the like can be employed. When the plastic substrate is a film, a known film coating method such as gravure coating or doctor coating can be adopted, and it is continuously applied with a roll-to-roll using a known film coating apparatus. be able to.
As an epoxy adhesive to be applied, it contains a main agent and a curing agent, and is not cured when applied, or has a viscosity that can be applied to an adherend even if partially cured, etc. Is mentioned. The epoxy adhesive can be used in a one-pack type in which a curing agent is blended in advance or a two-pack type in which a curing agent is blended in use. Of these, the one-pack type is preferred because it eliminates the trouble of blending the curing agent. In particular, when the plastic substrate is a film, the curing agent is preferably a one-component type.
塗布されたエポキシ系接着剤には、表面を他の物品との接触やほこり等の付着から保護するために剥離紙が積層されることが好ましい。剥離紙は、シリコーン等の剥離剤で剥離処理されたものでもよいが、剥離剤がエポキシ系接着剤層に移行して接着力に影響を及ぼすことがあるため、剥離処理していないポリオレフィンやフッ素系の樹脂からなるフィルムを用いることが好ましい。これらのフィルムは、エポキシ系接着剤との接着性が良くないので、剥離紙として機能させることができる。
剥離紙を用いる場合は、剥離紙にエポキシ系接着剤を塗布してプラスチック基材を合わせてもよい。
The applied epoxy adhesive is preferably laminated with release paper in order to protect the surface from contact with other articles and adhesion of dust and the like. The release paper may be peel-treated with a release agent such as silicone, but the release agent may move to the epoxy adhesive layer and affect the adhesive force. It is preferable to use a film made of a resin. Since these films do not have good adhesion to an epoxy adhesive, they can function as release paper.
When using release paper, an epoxy adhesive may be applied to the release paper to match the plastic substrate.
主剤としては、エポキシ基を含有する化合物が用いられる。例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂などのグリシジルエーテル系エポキシ樹脂;脂環式オレフィンの二重結合をエポキシ化した脂環式エポキシ樹脂;ポリオール、水酸基含有シリコーン樹脂等とエピハロヒドリンと反応によって得られるポリグリシジル化合物類等;N,N−ジグリシジルアニリン、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジル−p−アミノフェノールなどのグリシジルアミン系樹脂;フタル酸ジグリシジルエステル、テトラヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、ジグリシジル−p−オキシ安息香酸などのグリシジルエステル系樹脂などが挙げられる。
エポキシ系接着剤は、2種類以上の主剤を含有するものでもよい。主剤としては、中でもグリシジルエーテル系エポキシ樹脂およびグリシジルアミン系樹脂が好ましく、とりわけビスフェノールA型エポキシ樹脂が好適である。
As the main agent, a compound containing an epoxy group is used. For example, glycidyl ether type epoxy resins such as bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolak type epoxy resin, brominated epoxy resin; epoxidized double bond of alicyclic olefin Cycloaliphatic epoxy resins; polyglycidyl compounds obtained by reaction of polyols, hydroxyl group-containing silicone resins and epihalohydrins; glycidylamines such as N, N-diglycidylaniline, tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidyl-p-aminophenol Resin: glycidyl such as phthalic acid diglycidyl ester, tetrahydrophthalic acid diglycidyl ester, hexahydrophthalic acid diglycidyl ester, diglycidyl-p-oxybenzoic acid And ester resins.
The epoxy adhesive may contain two or more kinds of main agents. As the main agent, glycidyl ether epoxy resin and glycidyl amine resin are preferable, and bisphenol A type epoxy resin is particularly preferable.
エポキシ系接着剤に配合される硬化剤としては、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジプロピレンジアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ピペリジン、N−アミノエチルピペラジン、メンセンジアミン、m−キシレンジアミンなどの脂肪族ポリアミン;2−(ジメチルアミノメチル)フェノール、ビス(ジメチルアミノエチル)フェノール、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等のジメチルアミノアルキルフェノール類;メタンフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォンなどの芳香族アミン;無水トリメット酸、エチレングリコールビス(アンヒドロトリメリテート)、グリセロールトリス(アンヒドロトリメリテート)、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタル酸などの酸無水物;ダイマー酸にポリアミンを反応させるポリアミノポリアミド;2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾールなどのイミダゾール類;三フッ化ホウ素−アミン錯体;ジシアンジアミド;芳香族ジアゾニウム塩;ポリスルフィド類などが挙げられる。硬化剤として芳香族アミン等を用い、熱硬化性の一液型としたエポキシ系接着剤を用いることもできる。熱硬化性の一液型としたエポキシ系接着剤は、硬化装置が簡易で、効果操作も容易なので好ましい。
なお、エポキシ系接着剤は、2種類以上の硬化剤を含有するものでもよい。硬化剤として、中でもポリアミン系硬化剤、ジメチルアミノアルキルフェノール類、ポリアミノポリアミド等が好適である。
Examples of the curing agent blended in the epoxy adhesive include diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, dipropylenediamine, diethylaminopropylamine, piperidine, N-aminoethylpiperazine, mensendiamine, and m-xylenediamine. Aliphatic polyamines such as; dimethylaminoalkylphenols such as 2- (dimethylaminomethyl) phenol, bis (dimethylaminoethyl) phenol, 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol; methanephenylenediamine, diaminodiphenylmethane, Aromatic amines such as diaminodiphenylsulfone; trimetic anhydride, ethylene glycol bis (anhydro trimellitate), glycerol tris (anhydro trimellitate) Acid anhydrides such as pyromellitic anhydride, maleic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, etc .; polyaminopolyamides that react diamine with polyamines; 2-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-undecylimidazole, etc. Examples thereof include imidazoles; boron trifluoride-amine complexes; dicyandiamide; aromatic diazonium salts; polysulfides. It is also possible to use a thermosetting one-component epoxy adhesive using an aromatic amine or the like as the curing agent. A thermosetting one-component epoxy adhesive is preferable because the curing device is simple and the effect operation is easy.
The epoxy adhesive may contain two or more kinds of curing agents. As the curing agent, polyamine-based curing agents, dimethylaminoalkylphenols, polyaminopolyamides and the like are particularly preferable.
エポキシ系接着剤には、接着性を損なわない範囲で他の樹脂、炭酸カルシウムなどの無機充填剤、有機充填剤、だれ防止剤、染料、顔料、増粘剤、消泡剤、分散剤、難燃剤、光沢剤、チキソ性付与剤、密着付与剤、界面活性剤などの表面調整剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤および帯電防止剤などの配合剤などを含有させてもよい。
ここで、含有させてもよい他の樹脂としては、不飽和ポリエステルなどの重合性二重結合含有モノマー類およびそのプレポリマー類;ポリブタジエン、マレイン化ブタジエン、エポキシ化ブタジエン、マレイン化ブタジエン、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体およびそのカルボキシル基含有樹脂、ポリクロロプレン、マレイン化ブタジエン、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体およびそのカルボキシル基含有樹脂、ポリクロロプレン、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリイソプレン、ブチルゴム、フッ素ゴム、天然ゴムなどの低分子量液状ないし高分子量エラストマー;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ−4−メチルペンテン、ポリスチレン、AS樹脂、MBS樹脂、ABS樹脂、ポリエチレン−プロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体など;ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエステル、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィドなどの高分子量ポリマーおよびそれらの低分子量プレポリマーもしくはオリゴマー;ポリウレタン、多官能性マレイミド類などが例示される。
Epoxy adhesives include other resins, inorganic fillers such as calcium carbonate, organic fillers, anti-sagging agents, dyes, pigments, thickeners, antifoaming agents, dispersants, as long as adhesion is not impaired. You may contain compounding agents, such as surface modifiers, such as a flame retardant, a brightener, a thixotropy imparting agent, adhesion imparting agent, and surfactant, a ultraviolet absorber, antioxidant, and an antistatic agent.
Here, other resins that may be contained include polymerizable double bond-containing monomers such as unsaturated polyesters and prepolymers thereof; polybutadiene, maleated butadiene, epoxidized butadiene, maleated butadiene, and butadiene-acrylonitrile. Copolymer and its carboxyl group-containing resin, polychloroprene, maleated butadiene, butadiene-acrylonitrile copolymer and its carboxyl group-containing resin, polychloroprene, butadiene-styrene copolymer, polyisoprene, butyl rubber, fluororubber, natural rubber Low molecular weight liquid or high molecular weight elastomers such as polyethylene, polypropylene, polybutene, poly-4-methylpentene, polystyrene, AS resin, MBS resin, ABS resin, polyethylene-propylene Polymers, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymers, etc .; high molecular weight polymers such as polycarbonate, polyphenylene ether, polysulfone, polyester, polyimide, polyphenylene sulfide and their low molecular weight prepolymers or oligomers; polyurethanes, multifunctional maleimides, etc. Is exemplified.
(被着体との接着)
本発明の接着部材は、エポキシ系接着剤が一液型の場合はそのまま、二液型の場合は硬化剤を配合して、エポキシ系接着剤層を被着体との接着に用いることができる。被着体との接着方法は、通常の感圧接着剤を用いる接着と同様であるが、接着するプラスチック基材と被着体がともにフィルムである場合は、接着部材のエポキシ系接着剤層と被着体を重ね合わせて加熱圧着する熱ラミネートが好ましい。
熱ラミネートは、接着部材と被着体とを重ね合わせた状態で加熱して熱圧着することによりラミネートする。熱圧着する条件は、目標とする接着強度が得られる条件を適宜選定すればよい。接着強度は、熱圧着温度、時間、圧力を上げることで向上する。
被着体がプラスチック材である場合は、耐熱性の観点から、プラスチック材のガラス転移温度Tgが80℃以上であることが好ましい。
そして、被着体に接着したエポキシ系接着剤を硬化させて、本発明の接着構造を形成することができる。エポキシ系接着剤が熱硬化型である場合は、熱圧着と同時に硬化処理を行ってもよい。
硬化させたエポキシ系接着剤のガラス転移温度Tgは、80℃以上である事が好ましい。なぜなら、発電時に電池自体が熱発生する場合もあり、更に電池を設置する場所の雰囲気が60℃を越える場合がある可能性もあるので、エポキシ接着剤の熱変形や寸法変化があると長期使用において、密封性の低下による電池性能劣化が発生する可能性がある。よって、エポキシ系接着剤の耐熱性の上でガラス転移温度が80℃以上である事が好ましい。
(Adhesion with adherend)
The adhesive member of the present invention can be used as it is when the epoxy adhesive is a one-pack type, or in the case of a two-pack type, with a curing agent, and the epoxy adhesive layer can be used for bonding to an adherend. . The adhesion method to the adherend is the same as the adhesion using a normal pressure-sensitive adhesive. However, when both the plastic substrate to be adhered and the adherend are films, the epoxy adhesive layer of the adhesive member and A thermal laminate in which adherends are superposed and thermocompression bonded is preferable.
The thermal lamination is performed by heating and thermocompression bonding with the adhesive member and the adherend overlapped. The conditions for thermocompression bonding may be appropriately selected as long as the target adhesive strength can be obtained. The adhesive strength is improved by increasing the thermocompression bonding temperature, time, and pressure.
When the adherend is a plastic material, the glass transition temperature Tg of the plastic material is preferably 80 ° C. or higher from the viewpoint of heat resistance.
And the epoxy-type adhesive agent adhere | attached on the to-be-adhered body can be hardened, and the adhesive structure of this invention can be formed. When the epoxy adhesive is a thermosetting type, the curing treatment may be performed simultaneously with the thermocompression bonding.
The glass transition temperature Tg of the cured epoxy adhesive is preferably 80 ° C. or higher. This is because the battery itself may generate heat during power generation, and the atmosphere in the place where the battery is installed may exceed 60 ° C. In this case, battery performance may be deteriorated due to a decrease in sealing performance. Therefore, the glass transition temperature is preferably 80 ° C. or higher in view of heat resistance of the epoxy adhesive.
本発明の接着部材が好ましく適用される被着体としては、特に制限はないが、被着体がプラスチック材である場合は、酸官能基を含有するプラスチック材であるとエポキシ系接着剤との接着性に優れるので好ましい。
酸官能基を含有するプラスチック材としては、スルホン酸基やカルボキシル基を有する樹脂や、カルボン酸変性ポリオレフィン樹脂等のカルボン酸変性樹脂からなるプラスチック材のほか、酸素ガスを含有する雰囲気で放電処理を行うことにより酸官能基を導入したプラスチック材などが挙げられる。
スルホン酸基を有する樹脂を含有するプラスチック材として、具体的には、スルホン酸基を有する高分子電解質からなる高分子電解質膜が挙げられる。
高分子電解質膜は、燃料電池の固体高分子電解質膜に用いられるものが本発明に好ましく適用でき、例えばパーフルオロアルキレンスルホン酸高分子化合物(例えば、デュポン社製ナフィオン(商品名)など)やスルホン化ポリアリーレン化合物等の固体高分子電解質が挙げられる。
The adherend to which the adhesive member of the present invention is preferably applied is not particularly limited. However, when the adherend is a plastic material, the plastic material containing an acid functional group may be used as an epoxy adhesive. It is preferable because of its excellent adhesiveness.
Plastic materials containing acid functional groups include plastic materials made of carboxylic acid-modified resins such as sulfonic acid groups and carboxyl groups, carboxylic acid-modified polyolefin resins, and discharge treatment in an atmosphere containing oxygen gas. A plastic material into which an acid functional group has been introduced can be mentioned.
Specific examples of the plastic material containing a resin having a sulfonic acid group include a polymer electrolyte membrane made of a polymer electrolyte having a sulfonic acid group.
The polymer electrolyte membrane used for the solid polymer electrolyte membrane of a fuel cell can be preferably applied to the present invention. For example, a perfluoroalkylenesulfonic acid polymer compound (for example, Nafion (trade name) manufactured by DuPont) or sulfone can be used. Solid polymer electrolytes such as modified polyarylene compounds.
カルボン酸変性ポリオレフィン樹脂は、ポリオレフィンをカルボキシル基および/またはその誘導体(エステルや酸無水物、塩など)をグラフト重合などにより導入して変性させた樹脂、オレフィンとカルボキシル基を有するモノマーの共重合体やそれらの誘導体である。カルボン酸変性ポリオレフィン樹脂は、加水分解性がないため、水分によって分解しないし、化学的にも安定なので本発明の適用対象として好ましい。
カルボン酸変性ポリオレフィン樹脂として好適な樹脂の具体例としては、エチレン―アクリル酸共重合体(EAA)、エチレン―メタクリル酸共重合体(EMAA)、エチレン―アクリル酸エチル共重合体(EEA)などのエチレン不飽和カルボン酸共重合体;無水マレイン酸をグラフト重合して変性したポリエチレンやポリプロピレン(接着性レジン);EMAAやEAAをナトリウムや亜鉛などの金属イオンで中和したアイオノマーなどが挙げられる。
Carboxylic acid-modified polyolefin resin is a resin in which a polyolefin is modified by introducing a carboxyl group and / or a derivative thereof (ester, acid anhydride, salt, etc.) by graft polymerization or the like, a copolymer of an olefin and a monomer having a carboxyl group And their derivatives. Since the carboxylic acid-modified polyolefin resin is not hydrolyzable, it is not decomposed by moisture and is chemically stable, so that it is preferable as an application target of the present invention.
Specific examples of resins suitable as the carboxylic acid-modified polyolefin resin include ethylene-acrylic acid copolymer (EAA), ethylene-methacrylic acid copolymer (EMAA), and ethylene-ethyl acrylate copolymer (EEA). Examples thereof include ethylene unsaturated carboxylic acid copolymers; polyethylene and polypropylene (adhesive resin) modified by graft polymerization of maleic anhydride; ionomers obtained by neutralizing EMAA and EAA with metal ions such as sodium and zinc.
本発明においては、プラスチックの被着体がエポキシ系接着剤との接着性が劣る場合、接着剤層と接する界面に表面処理による酸素官能基が導入されたプラスチック材を用いることで接着性を改善することができる。
さらに、本発明においては、プラスチックの被着体との接着構造が熱水や強酸性の環境下における接着界面の接着強度が低下して耐久性に劣る場合、接着剤層と接する界面に表面処理による窒素官能基が導入されたプラスチック材を用いることで接着性を改善することができる。すなわち、この場合には、界面に表面処理による窒素官能基が導入されたプラスチック基材2枚の間にエポキシ系接着剤層が介在した積層構造が得られる。
被着体がプラスチック材である場合のその表面処理方法は、上述した接着部材のプラスチック基材の表面処理方法と同様である。
被着体のプラスチック材は、材料、厚み、形状などが接着部材のプラスチック基材と同じでもよく、異なってもよい。
In the present invention, when the plastic adherend is inferior in adhesion to the epoxy adhesive, the adhesion is improved by using a plastic material having an oxygen functional group introduced by surface treatment at the interface in contact with the adhesive layer. can do.
Furthermore, in the present invention, when the adhesion structure with the plastic adherend is inferior in durability due to a decrease in adhesion strength at the adhesion interface in a hot water or strongly acidic environment, the surface treatment is performed on the interface in contact with the adhesive layer. Adhesiveness can be improved by using a plastic material in which a nitrogen functional group is introduced. That is, in this case, a laminated structure in which an epoxy adhesive layer is interposed between two plastic base materials having nitrogen functional groups introduced by surface treatment at the interface is obtained.
The surface treatment method when the adherend is a plastic material is the same as the surface treatment method of the plastic substrate of the adhesive member described above.
The plastic material of the adherend may be the same as or different from the plastic base material of the adhesive member in terms of material, thickness, shape, and the like.
本発明の接着構造は、本発明の接着部材を被着体の片面に接着したもの(例えば、プラスチック基材/エポキシ系接着剤層/被着体の3層構成)に限定されるものではなく、本発明の接着部材を被着体の両面に接着したもの(例えば、プラスチック基材/エポキシ系接着剤層/被着体/エポキシ系接着剤層/プラスチック基材の5層構成)、プラスチック基材の両面にエポキシ系接着剤層を設けた本発明の接着部材の両面に被着体を接着したもの(例えば、被着体/エポキシ系接着剤層/プラスチック基材/エポキシ系接着剤層/被着体の5層構成)や、さらに多数の層を有する構成などが挙げられ、特に限定されない。 The adhesive structure of the present invention is not limited to a structure in which the adhesive member of the present invention is bonded to one side of an adherend (for example, a three-layer structure of a plastic substrate / epoxy adhesive layer / adherend). The adhesive member of the present invention is bonded to both surfaces of an adherend (for example, a plastic base / epoxy adhesive layer / adherent / epoxy adhesive layer / plastic base five-layer structure), plastic base A material in which an adherend is adhered to both surfaces of an adhesive member of the present invention in which an epoxy adhesive layer is provided on both surfaces of the material (for example, adherend / epoxy adhesive layer / plastic substrate / epoxy adhesive layer / There are no particular limitations, and examples include a five-layer structure of the adherend and a structure having a larger number of layers.
本発明の接着部材を用いた本発明の接着構造は、各種の部材等として用いることができる。本発明の接着部材によれば、プラスチック基材がエポキシ系接着剤層と接する界面に表面処理による窒素官能基を有するので、窒素官能基がエポキシ系接着剤層のエポキシ基と反応して強固な接着力が得られる。
実質的に酸素を含まない窒素雰囲気下の放電処理による表面処理を用いることにより、プラスチック基材が接着剤層と接する界面のみに窒素官能基を導入することが可能となり、接着剤層と接しない内部に窒素官能基を有しない構造となる。このため、本発明の接着部材またはこれを被着体に接着してなる接着構造が強酸性物質に接しても、プラスチック基材の窒素官能基が塩基として強酸性物質と反応することがない。したがって、強酸性物質が生成する燃料電池等の強酸性媒質に接する部材として用いるときに、内容物や媒質を変質させるおそれがない。
The adhesive structure of the present invention using the adhesive member of the present invention can be used as various members. According to the adhesive member of the present invention, since the plastic substrate has a nitrogen functional group by surface treatment at the interface contacting the epoxy adhesive layer, the nitrogen functional group reacts with the epoxy group of the epoxy adhesive layer and is strong. Adhesive strength is obtained.
By using surface treatment by discharge treatment in a nitrogen atmosphere that does not substantially contain oxygen, it becomes possible to introduce nitrogen functional groups only at the interface where the plastic substrate contacts the adhesive layer, and does not contact the adhesive layer. The structure has no nitrogen functional group inside. For this reason, even if the adhesive member of the present invention or an adhesive structure formed by adhering the adhesive member to an adherend is in contact with a strongly acidic substance, the nitrogen functional group of the plastic substrate does not react with the strongly acidic substance as a base. Therefore, when used as a member in contact with a strongly acidic medium such as a fuel cell in which a strongly acidic substance is generated, there is no possibility of altering the contents or medium.
したがって、本発明の接着部材は、高分子電解質型燃料電池用電解質膜に好適に用いることができる。
図1に示すように、接着部材1は、開口部5を有する枠状のプラスチック基材2の表面4に窒素官能基を導入し、その上にエポキシ系接着剤層3を形成したものである。図2に示す本発明の接着構造を有する貼合体は、図1の接着部材1を被着体6の周縁部に表裏両面から接着しエポキシ系接着剤を硬化したものである。図2において、高分子電解質膜を被着体6とすることにより、本発明を高分子電解質型燃料電池用電解質膜に適用することができる。
Therefore, the adhesive member of the present invention can be suitably used for a polymer electrolyte fuel cell electrolyte membrane.
As shown in FIG. 1, the
被着体6となる高分子電解質膜としては、スルホン酸基を含有する高分子電解質からなる高分子電解質膜が挙げられる。高分子電解質としては、例えばパーフルオロアルキレンスルホン酸高分子化合物(例えば、デュポン社製ナフィオン(商品名))やスルホン化ポリアリーレン化合物等の高分子電解質が挙げられる。高分子電解質膜6の表面には、表面粗さの最大高さRmaxが3〜20μmの範囲にある凹凸(「しぼ(皺)」と呼ばれる。)が形成されることが好ましい。この凹凸は、表面粗さの最大高さRmaxが5〜50μmの範囲にある金型を加熱下に押圧し、金型の表面形状を転写することによって形成することができる。
Examples of the polymer electrolyte membrane to be the
本形態例の高分子電解質型燃料電池用電解質膜を用いて燃料電池を製造する場合、高分子電解質膜の表裏両面にそれぞれ触媒層が積層され、両触媒層の上に多孔質拡散層が積層された膜−電極構造体を構成することが好ましい。このような膜−電極構造体においては、触媒層と多孔質拡散層とにより形成される電極が、高分子電解質膜の両側に配置された構成を有する。 When a fuel cell is produced using the polymer electrolyte fuel cell electrolyte membrane of this embodiment, catalyst layers are laminated on both the front and back surfaces of the polymer electrolyte membrane, and a porous diffusion layer is laminated on both catalyst layers. It is preferable to constitute the formed membrane-electrode structure. Such a membrane-electrode structure has a configuration in which the electrodes formed by the catalyst layer and the porous diffusion layer are disposed on both sides of the polymer electrolyte membrane.
触媒層は、高分子電解質膜の外周縁よりも内周側に位置するように積層され、触媒層の上には、多孔質拡散層が積層される。多孔質拡散層は、例えばカーボンペーパー(炭素繊維からなる)と、該カーボンペーパー上に形成された図示しない下地層とから構成することができる。下地層は、例えば、カーボンブラックと、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粒子との4:6(重量比)の混合物からなる。下地層の形成方法としては、カーボンブラックとPTFE粒子との混合物をエチレングリコールに均一に分散させたスラリーを、カーボンペーパーの片面に塗布、乾燥させる方法が挙げられる。 The catalyst layer is stacked so as to be positioned on the inner peripheral side of the outer peripheral edge of the polymer electrolyte membrane, and a porous diffusion layer is stacked on the catalyst layer. The porous diffusion layer can be composed of, for example, carbon paper (made of carbon fiber) and a base layer (not shown) formed on the carbon paper. The underlayer is made of, for example, a 4: 6 (weight ratio) mixture of carbon black and polytetrafluoroethylene (PTFE) particles. Examples of a method for forming the underlayer include a method in which a slurry in which a mixture of carbon black and PTFE particles is uniformly dispersed in ethylene glycol is applied to one side of carbon paper and dried.
触媒層は、例えば触媒粒子とイオン導伝性バインダーとからなる。触媒層の形成方法としては、高分子電解質溶液からなるイオン導伝性バインダーに触媒粒子を均一に分散させることで調製した触媒ペーストの塗布・乾燥により形成する方法が挙げられる。前記触媒粒子としては、例えば、カーボンブラック(ファーネスブラック)に白金粒子を、白金:カーボン粒子=1:1(重量比)となるように担持させたものを用いることができる。また、イオン導伝性バインダーとしては、前記高分子電解質膜と同様の高分子電解質を用いることができる。 The catalyst layer is composed of, for example, catalyst particles and an ion conductive binder. Examples of the method for forming the catalyst layer include a method of forming the catalyst layer by applying and drying a catalyst paste prepared by uniformly dispersing catalyst particles in an ion conductive binder made of a polymer electrolyte solution. As the catalyst particles, for example, carbon black (furnace black) on which platinum particles are supported so that platinum: carbon particles = 1: 1 (weight ratio) can be used. In addition, as the ion conductive binder, a polymer electrolyte similar to the polymer electrolyte membrane can be used.
触媒層と多孔質拡散層とにより電極を形成する方法としては、例えばカーボンペーパーの片面に下地層を形成し、さらに下地層の上に触媒層を形成する方法が挙げられる。膜−電極構造体は、触媒層を高分子電解質膜の側に向けて、2枚の電極で高分子電解質膜を挟み込み、積層することによって製造することができる。図1に示すように、接着部材1が内部に開口部5を有する枠状としておけば、その開口部5を通して、高分子電解質膜6の表面に触媒層を接触させることができる。多孔質拡散層は、その外周縁が接着部材1と重なり合うように積層されていても良い。
Examples of the method of forming the electrode by the catalyst layer and the porous diffusion layer include a method of forming a base layer on one side of carbon paper and further forming a catalyst layer on the base layer. The membrane-electrode structure can be manufactured by sandwiching and laminating the polymer electrolyte membrane with two electrodes with the catalyst layer facing the polymer electrolyte membrane side. As shown in FIG. 1, if the
膜−電極構造体は、一方の電極を燃料極(アノード)として、アノード側の多孔質拡散層を介して触媒層に水素やメタノール等の還元性ガスを導入する一方、他方の電極を酸素極(カソード)として、カソード側の多孔質拡散層を介して触媒層に空気や酸素等の酸化性ガスを導入する。このようにすると、燃料極(アノード)側では、触媒層に含まれる触媒の作用により、前記還元性ガスからプロトン及び電子が生成し、前記プロトンは固体高分子電解質膜を介して、前記酸素極(カソード)側の触媒層に移動する。そして、前記プロトンは、触媒層に含まれる触媒の作用により、触媒層に導入される前記酸化性ガス及び電子と反応して水を生成する。従って、前記燃料極と酸素極とを導線を介して接続することにより、前記燃料極で生成した電子を前記酸素極に送る回路が形成され、電流を取り出すことができる。このようにして、膜−電極構造体を用いて燃料電池を構成することができる。 In the membrane-electrode structure, one electrode is used as a fuel electrode (anode), and a reducing gas such as hydrogen or methanol is introduced into a catalyst layer through a porous diffusion layer on the anode side, while the other electrode is used as an oxygen electrode. As the (cathode), an oxidizing gas such as air or oxygen is introduced into the catalyst layer through the porous diffusion layer on the cathode side. In this way, on the fuel electrode (anode) side, protons and electrons are generated from the reducing gas by the action of the catalyst contained in the catalyst layer, and the protons pass through the solid polymer electrolyte membrane and the oxygen electrode. It moves to the catalyst layer on the (cathode) side. The protons react with the oxidizing gas and electrons introduced into the catalyst layer by the action of the catalyst contained in the catalyst layer to generate water. Therefore, by connecting the fuel electrode and the oxygen electrode via a conducting wire, a circuit for sending electrons generated at the fuel electrode to the oxygen electrode is formed, and a current can be taken out. In this way, a fuel cell can be constructed using the membrane-electrode structure.
以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。
(参考例1:XPSによる窒素存在量の測定)
PPSフィルム(厚み12μm)の表面に、表面処理工程として、自社製のバッチ式コロナ放電処理装置を用いて窒素雰囲気下でコロナ放電処理を実施し、XPS(X線光電子分光法)にて表面の窒素(N)、炭素(C)および硫黄(S)の元素存在量(Atomic%)を測定した。窒素雰囲気下のコロナ処理の酸素濃度(容量比)は、0.2%、0.09%、0.075%(2000ppm、900ppm、750ppm)の3通りとした。その結果を表1に示す。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
(Reference Example 1: Measurement of nitrogen abundance by XPS)
The surface of the PPS film (thickness 12 μm) is subjected to corona discharge treatment in a nitrogen atmosphere using a batch corona discharge treatment device manufactured in-house as a surface treatment step, and the surface is subjected to XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). Nitrogen (N), carbon (C) and sulfur (S) element abundances (atomic%) were measured. The oxygen concentration (volume ratio) of the corona treatment in a nitrogen atmosphere was set to three types of 0.2%, 0.09%, and 0.075% (2000 ppm, 900 ppm, 750 ppm). The results are shown in Table 1.
表1において、「N(%)」は表面のN存在量であり、「N/C」は表面のN存在量/C存在量の比であり、「N/S」は表面のN存在量/S存在量の比である。
また、比較のため、大気下でコロナ処理したPPSおよび未処理のPPSについても、XPSにて表面の窒素(N)の存在量を測定したが、N存在量は0であった。
表1から、窒素官能基は、空気雰囲気下での表面処理では導入されず、酸素濃度の低い窒素雰囲気下での表面処理で導入されること、および、窒素雰囲気中の酸素濃度の低下に伴い窒素官能基の導入量が増えることがわかる。
In Table 1, “N (%)” is the N abundance on the surface, “N / C” is the ratio of the N abundance / C abundance on the surface, and “N / S” is the N abundance on the surface. / S abundance ratio.
For comparison, the amount of nitrogen (N) on the surface of the PPS that was corona-treated in the atmosphere and the untreated PPS was also measured by XPS, but the amount of N was 0.
From Table 1, the nitrogen functional group is not introduced by the surface treatment under an air atmosphere, but is introduced by the surface treatment under a nitrogen atmosphere with a low oxygen concentration, and with a decrease in the oxygen concentration in the nitrogen atmosphere. It can be seen that the amount of nitrogen functional group introduced increases.
図3および図4に、酸素濃度900ppmの窒素雰囲気下でコロナ処理した場合のXPS分析チャートを示す。
図3は、F(1s)、O(1s)、N(1s)、C(1s)およびS(2p)に対応するピークを含むチャートである。
また、図4は、N(1s)ピークを拡大して、アミン(NH2)のピークとアミド(NHCO)のピークの比率を解析した様子を示す。N存在量のうち、NHCOの窒素は約65%、NH2の窒素は約35%であった。
3 and 4 show XPS analysis charts when corona treatment is performed in a nitrogen atmosphere with an oxygen concentration of 900 ppm.
FIG. 3 is a chart including peaks corresponding to F (1s), O (1s), N (1s), C (1s), and S (2p).
FIG. 4 shows an analysis of the ratio of the peak of amine (NH 2 ) and the peak of amide (NHCO) by enlarging the N (1s) peak. Of the N abundance, NHCO nitrogen was about 65% and NH 2 nitrogen was about 35%.
(参考例2:XPSによるエポキシ樹脂の観測)
臭素元素を指標とするために、ビスフェノールAに臭素原子を導入した臭素化エポキシ接着剤の主剤のみを酸素濃度900ppmの窒素雰囲気下でコロナ処理して窒素官能基を導入したPPSフィルムに塗布して、150℃で20分間、熱処理をした。その後、臭素化エポキシ接着剤の主剤を溶解可能なMEK(メチルエチルケトン)に熱処理したPPSフィルムを浸漬し、2時間、超音波洗浄した。そして、そのまま2日間、MEKに浸漬し、取り出す直前に再度、2時間、超音波洗浄した。そのようにしてPPSフィルムの表面から未反応の臭素化エポキシ接着剤を完全に除去して取り出したサンプルを乾燥後、PPSフィルムの臭素化エポキシ接着剤と接した面をXPSで表面分析した。結果を図5に示す。
(Reference Example 2: Observation of epoxy resin by XPS)
In order to use elemental bromine as an index, only the main component of brominated epoxy adhesive in which bromine atoms are introduced into bisphenol A is corona-treated in a nitrogen atmosphere with an oxygen concentration of 900 ppm and applied to a PPS film into which nitrogen functional groups have been introduced. And heat treatment at 150 ° C. for 20 minutes. Then, the heat-treated PPS film was immersed in MEK (methyl ethyl ketone) capable of dissolving the main component of the brominated epoxy adhesive, and ultrasonically cleaned for 2 hours. Then, it was immersed in MEK for 2 days as it was, and ultrasonically washed again for 2 hours immediately before taking out. The sample taken out by completely removing the unreacted brominated epoxy adhesive from the surface of the PPS film was dried, and the surface of the PPS film in contact with the brominated epoxy adhesive was subjected to surface analysis by XPS. The results are shown in FIG.
図5から、臭素化エポキシ接着剤に存在していた臭素原子による化学結合の発現が確認された。
このことから、臭素化エポキシ樹脂がPPSフィルムの表面に存在していることがわかる。つまり、PPSフィルムの表面に導入された窒素官能基と臭素化エポキシ接着剤のエポキシ基が化学結合してPPSフィルムの表面に結合したものと推測される。したがって、PPSに導入された窒素官能基が臭素化エポキシ接着剤の硬化剤と同様な働きをして、エポキシ基一部がこれと反応してMEKに不溶となり、PPSフィルムに固定化されたものと推測される。
From FIG. 5, the expression of the chemical bond by the bromine atom which existed in brominated epoxy adhesive was confirmed.
This shows that the brominated epoxy resin is present on the surface of the PPS film. That is, it is presumed that the nitrogen functional group introduced on the surface of the PPS film and the epoxy group of the brominated epoxy adhesive were chemically bonded and bonded to the surface of the PPS film. Therefore, the nitrogen functional group introduced into the PPS functions in the same manner as the curing agent of the brominated epoxy adhesive, and a part of the epoxy group reacts with this to become insoluble in MEK and is fixed to the PPS film. It is guessed.
また、臭素化エポキシ接着剤で処理した後のN存在量を示す図6と、同処理前のN存在量を示す図4から、PPSフィルム表面に導入された窒素原子の結合量の比率の減少が、および図5から、硫黄原子の結合量比率の減少が確認された。
このことは、大多数の窒素原子や硫黄原子がPPSフィルムの表面に露出しなくなったことを意味する。したがって、ごく微量のMEKに溶解しないPPSフィルムに固定化された臭素化エポキシ樹脂が皮膜の様にPPSフィルムの表面を覆っていると推定される。
そして、本発明の接着部材においては、プラスチック基材の表面を覆うようにエポキシ系接着剤のエポキシ基と窒素官能基が結合しており、被着体に接着してエポキシ系樹脂を硬化させた時、固定化されたエポキシ樹脂に残っている未反応のエポキシ基が硬化剤と反応して、熱水、酸やアルカリに対して耐性の高い接着界面の形成が可能となると推測される。
6 shows the N abundance after the treatment with the brominated epoxy adhesive, and FIG. 4 shows the N abundance before the treatment, and the reduction in the ratio of the bonding amount of nitrogen atoms introduced to the PPS film surface. From FIG. 5 and FIG. 5, it was confirmed that the bond amount ratio of sulfur atoms was decreased.
This means that the majority of nitrogen and sulfur atoms are no longer exposed on the surface of the PPS film. Therefore, it is estimated that the brominated epoxy resin fixed to the PPS film that does not dissolve in a very small amount of MEK covers the surface of the PPS film like a film.
In the adhesive member of the present invention, the epoxy group of the epoxy adhesive and the nitrogen functional group are bonded so as to cover the surface of the plastic substrate, and the epoxy resin is cured by bonding to the adherend. At that time, it is presumed that the unreacted epoxy group remaining in the immobilized epoxy resin reacts with the curing agent to form an adhesive interface highly resistant to hot water, acid and alkali.
(実施例1)
PPSからなる厚み12μmの基材を2枚用意し、それぞれの片面に、表面処理工程として、自社製のバッチ式コロナ放電処理装置を用い、窒素ガスで充満し酸素濃度を900ppmに保持した窒素雰囲気下でコロナ放電処理を実施し、窒素官能基を導入した。なお、本基材をXPSにて表面の窒素量を測定したところ、6.5%導入されている事が判明した。
窒素官能基を導入したそれぞれの基材の表面に、ポリアミン系硬化剤を15重量%配合したビスフェノールA型エポキシ樹脂を主剤とするエポキシ系接着剤(ナガセケムテックス株式会社製、T812/R001)を20μmの厚さで塗布し、2枚の表面処理した基材の間に接着剤層を形成した後、150℃、10分間加熱してエポキシ系接着剤を硬化させ、基材/接着剤層/基材の3層の接着構造を有する貼合体を作製した。
エポキシ系接着剤の硬化後のガラス転移温度は、105℃であった。
Example 1
Nitrogen atmosphere in which two 12 μm-thick PPS base materials were prepared, and each side was filled with nitrogen gas and maintained at an oxygen concentration of 900 ppm as a surface treatment process using a batch corona discharge treatment device manufactured in-house. Under the corona discharge treatment, nitrogen functional groups were introduced. In addition, when the amount of nitrogen on the surface of this substrate was measured by XPS, it was found that 6.5% was introduced.
An epoxy adhesive (manufactured by Nagase ChemteX Corp., T812 / R001) containing a bisphenol A type epoxy resin containing 15% by weight of a polyamine curing agent on the surface of each base material into which nitrogen functional groups have been introduced. After coating with a thickness of 20 μm and forming an adhesive layer between two surface-treated substrates, the epoxy adhesive was cured by heating at 150 ° C. for 10 minutes, and the substrate / adhesive layer / A bonded body having a three-layer adhesive structure of the substrate was produced.
The glass transition temperature after curing of the epoxy adhesive was 105 ° C.
本実施例の貼合体の一部を幅15mmに切り取り、180°剥離(JIS Z 0238による。以下同じ。)により初期接着強度を測定したところ、9.0N/15mmであった。
また、本実施例の貼合体の別の一部を幅15mmに切り取り、圧力釜中で100℃の熱水に浸漬し、1000時間加熱した後で180°剥離により接着強度を測定したところ、
9.0N/15mmであった。
同様に、本実施例の貼合体の別の一部を幅15mmに切り取り、pH1.0の硫酸水溶液(95℃)中に1000時間浸漬した後で180°剥離により接着強度を測定したところ、9.0N/15mmであった。
実施例1の3通りの剥離試験において、PPS基材とエポキシ系接着剤層との間の剥離は、基材側の表面が薄く剥離するPPSに特有の基材の凝集破壊であり、PPS基材とエポキシ系接着剤層との界面の接着強度は9.0N/15mmより高いと考えられる。
さらに、本実施例の貼合体の別の一部を幅15mmに切り取り、1N水酸化ナトリウム溶液(25℃)に浸漬し、上述したPPSフィルムの表面から未反応の臭素化エポキシ接着剤を完全に除去するのと同様な超音波洗浄を10分間行ったが、剥離せず、外観上の変化も無かった。
このことから、実施例1では、熱水中や強酸性あるいは強アルカリ条件でも接着力が劣化しにくい貼合体が得られたことが分かる。
A part of the bonded body of this example was cut to a width of 15 mm, and the initial adhesive strength was measured by 180 ° peeling (according to JIS Z 0238, the same shall apply hereinafter), and it was 9.0 N / 15 mm.
Moreover, when another part of the bonded body of this example was cut to a width of 15 mm, immersed in 100 ° C. hot water in a pressure cooker, and heated for 1000 hours, the adhesive strength was measured by 180 ° peeling,
It was 9.0 N / 15 mm.
Similarly, another part of the bonded body of this example was cut to a width of 15 mm, immersed in a sulfuric acid aqueous solution of pH 1.0 (95 ° C.) for 1000 hours, and then measured for adhesive strength by 180 ° peeling. 0.0 N / 15 mm.
In the three peel tests of Example 1, the peel between the PPS base material and the epoxy adhesive layer is a cohesive failure of the base material peculiar to PPS in which the surface on the base material side peels thinly. The adhesive strength at the interface between the material and the epoxy adhesive layer is considered to be higher than 9.0 N / 15 mm.
Further, another part of the bonded body of this example was cut to a width of 15 mm and immersed in a 1N sodium hydroxide solution (25 ° C.) to completely remove the unreacted brominated epoxy adhesive from the surface of the PPS film described above. Ultrasonic cleaning similar to the removal was performed for 10 minutes, but no peeling occurred and there was no change in appearance.
From this, it can be seen that in Example 1, a bonded body was obtained in which the adhesive strength hardly deteriorates even under hot water, strong acidity or strong alkali conditions.
(比較例1)
大気中でコロナ放電処理を実施したこと以外は、実施例1と同様に表面処理を行った。本基材の表面をXPSにて表面分析したところ、窒素原子による化学結合が見当たらず、窒素官能基の導入が見られなかった。
実施例1と同様に、基材/接着剤層/基材の3層の接着構造を有する貼合体を作製し、初期接着強度を測定したところ、9.0N/15mmであった。
しかしながら、実施例1と同様に、熱水浸漬後の接着強度を測定したところ、接着強度が1.5N/15mmに低下した。
また、実施例1と同様に、硫酸水溶液に浸漬したところ、浸漬中に剥離してしまった。
比較例1の剥離試験において、基材と接着剤層との間の剥離は、初期接着強度の測定時は基材の凝集破壊であったが、熱水浸漬後の剥離は、基材と接着剤層との界面の接着剥離であった。
このことから、熱水中や強酸性条件では界面の接着力が劣化したことが分かる。
(Comparative Example 1)
Surface treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that the corona discharge treatment was performed in the air. When the surface of the substrate was analyzed by XPS, no chemical bonds due to nitrogen atoms were found, and no introduction of nitrogen functional groups was observed.
As in Example 1, a bonded body having a three-layer adhesive structure of base material / adhesive layer / base material was prepared, and the initial adhesive strength was measured. As a result, it was 9.0 N / 15 mm.
However, when the adhesive strength after immersion in hot water was measured in the same manner as in Example 1, the adhesive strength was reduced to 1.5 N / 15 mm.
Moreover, when it immersed in the sulfuric acid aqueous solution similarly to Example 1, it peeled during immersion.
In the peel test of Comparative Example 1, the peel between the base material and the adhesive layer was a cohesive failure of the base material at the time of measuring the initial adhesive strength, but the peel after immersion in hot water was bonded to the base material. It was adhesive peeling at the interface with the agent layer.
From this, it can be seen that the adhesive strength at the interface deteriorated under hot water or strongly acidic conditions.
(比較例2)
表面処理をしないこと以外は、実施例1と同様に、基材/接着剤層/基材の3層の接着構造を有する貼合体を作製した。
実施例1と同様に、初期接着強度を測定したところ、3.0N/15mmであった。
また、実施例1と同様に、熱水に浸漬したところ、浸漬中に剥離してしまった。
また、実施例1と同様に、硫酸水溶液に浸漬したところ、浸漬中に剥離してしまった。
このことから、未処理の基材では、十分な接着強度が得られないことが分かる。
(Comparative Example 2)
A bonded body having a three-layer adhesive structure of base material / adhesive layer / base material was produced in the same manner as in Example 1 except that the surface treatment was not performed.
As in Example 1, the initial adhesive strength was measured and found to be 3.0 N / 15 mm.
Moreover, when it immersed in hot water like Example 1, it peeled during immersion.
Moreover, when it immersed in the sulfuric acid aqueous solution similarly to Example 1, it peeled during immersion.
From this, it is understood that a sufficient adhesive strength cannot be obtained with an untreated substrate.
(実施例2)
下記のプラスチック基材および被着体の組み合わせについて、エポキシ系接着剤を介在させて貼合体を作成し、幅15mmでの180°剥離接着強度を測定した。
プラスチック基材として、PPS(厚み12μm)、PEEK(厚み100μm)、無水マレイン酸変性PP(厚み100μm)、PEN(厚み100μm)、PPE/PS(厚み100μm)の5種類を用意し、いずれも酸素濃度1000ppmの窒素雰囲気下でコロナ処理したものを用いた。
被着体として、ナフィオン(厚み50.8μm)、PPS(厚み12μm)、PEEK(厚み100μm)、無水マレイン酸変性PP(三井化学株式会社製、アドマーQE060をTダイキャストフィルム機で単層製膜した厚み100μmのフィルム)、PEN(厚み100μm)、PPE−PSアロイ(厚み100μm)の6種類を用意した。ナフィオンおよび酸変性PPについては、表面処理しない未処理品と窒素雰囲気下でコロナ処理した処理品の2種類を用い、その他の被着体については、窒素雰囲気下でコロナ処理したものを用いた。
(Example 2)
About the combination of the following plastic base material and a to-be-adhered body, the adhesive body was created by interposing an epoxy-type adhesive agent, and 180 degree peeling adhesive strength in width 15mm was measured.
Five types of PPS (thickness: 12 μm), PEEK (thickness: 100 μm), maleic anhydride-modified PP (thickness: 100 μm), PEN (thickness: 100 μm), and PPE / PS (thickness: 100 μm) are prepared as plastic substrates. What was corona-treated in a nitrogen atmosphere having a concentration of 1000 ppm was used.
As an adherend, Nafion (thickness 50.8 μm), PPS (thickness 12 μm), PEEK (thickness 100 μm), maleic anhydride modified PP (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc., Admer QE060) is formed into a single layer by a T-die cast film machine. 6 types of PEN (thickness 100 μm) and PPE-PS alloy (thickness 100 μm) were prepared. For Nafion and acid-modified PP, two types were used: an untreated product that was not surface-treated and a treated product that was corona-treated in a nitrogen atmosphere, and the other adherends were those that were corona-treated in a nitrogen atmosphere.
上記基材および被着体の表面処理には、実施例1のコロナ放電処理装置を用い、窒素ガスで充満し酸素濃度を1000ppmに保持した窒素雰囲気下でコロナ放電処理を実施し、窒素官能基を導入した。
プラスチック基材の窒素官能基を導入した表面にエポキシ接着剤(ナガセケムテックス株式会社製、2液型エポキシ接着剤;XNR3305/XNH3305)を20μmの厚さで塗布して被着体を接着し、120℃、1時間加熱して接着剤を硬化させることで各貼合体のサンプルを作製した。180°剥離接着強度の測定には、硬化処理後、40℃で3日間保管した後、圧力釜中で、100℃の熱水に浸漬し、100時間加熱した後のサンプルを用いた。
エポキシ系接着剤の硬化後のガラス転移温度は、105℃であった。
For the surface treatment of the substrate and the adherend, the corona discharge treatment apparatus of Example 1 was used, and the corona discharge treatment was performed in a nitrogen atmosphere filled with nitrogen gas and maintained at an oxygen concentration of 1000 ppm. Was introduced.
An epoxy adhesive (manufactured by Nagase Chemtex Co., Ltd., two-pack type epoxy adhesive; XNR3305 / XNH3305) is applied to the surface of the plastic substrate with the nitrogen functional group introduced thereto to a thickness of 20 μm, and the adherend is adhered. The sample of each bonding body was produced by heating at 120 degreeC for 1 hour, and hardening an adhesive agent. The 180 ° peel adhesion strength was measured by using a sample after being cured and stored at 40 ° C. for 3 days, then immersed in hot water at 100 ° C. in a pressure cooker and heated for 100 hours.
The glass transition temperature after curing of the epoxy adhesive was 105 ° C.
表2および表3に示すように、種々の基材と被着体の組み合わせについて、圧力釜試験(100℃、100時間)後の接着強度が優れる貼合体が得られたことが分かる。なお、表2および表3では、無水マレイン酸変性PPを単に「酸変性PP」と記した。 As shown in Table 2 and Table 3, it can be seen that, for various combinations of substrates and adherends, bonded bodies having excellent adhesive strength after a pressure cooker test (100 ° C., 100 hours) were obtained. In Tables 2 and 3, maleic anhydride-modified PP is simply referred to as “acid-modified PP”.
本発明は、接着剤で接合しづらい被着体、例えば、フッ素系樹脂や芳香族系樹脂からなる高分子電解質型燃料電池(PEFC)の電解質膜や水の電気分解に用いる分離膜に接着させる接着部材として好適に用いることができる。 The present invention adheres to an adherend that is difficult to bond with an adhesive, for example, an electrolyte membrane of a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) made of a fluorine resin or an aromatic resin, or a separation membrane used for electrolysis of water. It can be suitably used as an adhesive member.
1…接着部材、2…プラスチック基材、3…エポキシ系接着剤層、4…界面(プラスチック基材の表面)、5…開口部、6…被着体(高分子電解質膜等)。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記プラスチック基材において前記エポキシ系接着剤層と接する界面に表面処理により導入された窒素官能基と、前記エポキシ系接着剤のエポキシ基との化学結合を有することを特徴とする接着部材。 A bonding member having a plastic substrate and an uncured epoxy adhesive layer,
An adhesive member having a chemical bond between a nitrogen functional group introduced by surface treatment at an interface in contact with the epoxy adhesive layer in the plastic substrate and an epoxy group of the epoxy adhesive.
プラスチック基材の表面処理によりプラスチック基材の表面に窒素官能基を導入する窒素官能基導入工程と、前記窒素官能基が導入されたプラスチック基材の表面にエポキシ系接着剤層を形成するエポキシ系接着剤層形成工程とを有することを特徴とする接着部材の製造方法。 A method for producing an adhesive member according to any one of claims 1 to 6,
Nitrogen functional group introduction step for introducing nitrogen functional group into the surface of plastic base material by surface treatment of plastic base material, and epoxy system for forming epoxy adhesive layer on the surface of plastic base material into which said nitrogen functional group has been introduced A method for producing an adhesive member, comprising: an adhesive layer forming step.
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