JP2011219745A - エポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物および多孔質体用接着剤 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の多孔質体用接着剤は、エポキシ樹脂を含有する主剤とエポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物とにより構成され、エポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物は、親水基および親油基の両方を有する水性ポリアミノアミド系硬化剤、または、親水基および親油基の両方を有する水性ポリアミド系硬化剤と、3級アミンと、水とを含有する。水性ポリアミノアミド系硬化剤は、ダイマー酸またはトリマー酸とポリアミノアミドとを縮合反応させて得た縮合物であり、前記水性ポリアミド系硬化剤は、ダイマー酸またはトリマー酸とポリアミドとを縮合反応させて得た縮合物であることが好ましい。
【選択図】なし
Description
しかしながら、フェノール樹脂水系接着剤は、排出規制が厳しいホルムアルデヒドを含んでおり、使用が避けられる傾向にある。
水性高分子−イソシアネート系接着剤は、架橋の際にガスが発生して発泡するため、被着体同士の圧締条件によっては接着力が低くなることがあった。しかも、可使時間が短い上に、粘度が高く、塗布作業性が低かった。
水性エポキシ樹脂系接着剤は、短時間では接着性が発現しない上に、得られる接着力(常態圧縮せん断接着強さ、耐熱せん断接着強さ、耐温水せん断接着強さ)が不充分であった。また、エポキシ樹脂のエマルジョンは粒子径が大きいため、分子レベルでの硬化剤との混合は困難であり、接着性が不充分になる傾向にあった。そこで、粒子径を小さくするためにエポキシ樹脂をエマルジョン化しないことが考えられるが、エポキシ樹脂と水とは混ざらないため、水は硬化剤に混ぜる必要がある。しかし、エポキシ樹脂の硬化剤としてアミン系硬化剤を使用した場合には、水によって不活性化しやすいため、充分な接着力が得られなかった。
[2]前記水性ポリアミノアミド系硬化剤は、ダイマー酸またはトリマー酸とポリアミノアミドとを縮合反応させて得た縮合物であり、前記水性ポリアミド系硬化剤は、ダイマー酸またはトリマー酸とポリアミドとを縮合反応させて得た縮合物である[1]に記載のエポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物。
[3]エポキシ樹脂を含有する主剤と、[1]または[2]に記載のエポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物とにより構成されることを特徴とする多孔質体用接着剤。
[4]多官能アクリルオリゴマーを含有する[3]に記載の多孔質体用接着剤。
[5]有機酸を含有する[3]または[4]に記載の多孔質体用接着剤。
本発明の多孔質体用接着剤は、ホルムアルデヒドを含まず、可使時間が長い上に、短時間で高い接着力(常態、耐水、耐熱)が得られる。
水性ポリアミノアミド系硬化剤および水性ポリアミド系硬化剤における親水基は、アミノ基であり、親油基は、炭化水素基、アミノ基である。
硬化剤における固形分濃度は38〜42%であることが好ましい。
両末端にアミノ基を有するアミン化合物としては、例えば、エチレンジアミン、テトラエチレンジアミン、ポリエチレンポリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、イソホロンジアミン、メタキシリレンジアミンなどが挙げられる。アミン化合物の中でも、硬化性に優れる点では、脂肪族ポリアミンが好ましく、得られる硬化物の機械的物性の点からは、トリエチレンテトラミン、イソホロンジアミン、メタキシリレンジアミンやそれらの変性物が好ましい。
上記ダイマー酸は、トール油脂肪酸等の炭素数18の不飽和脂肪酸(例えば、オレイン酸、リノール酸)から得た炭素数36のジカルボン酸のことである。ダイマー酸としては、例えば、[化1]に示す構造式を有する非環型、単環型、多環型、芳香環型のものが挙げられる。
上記トリマー酸は、トール油脂肪酸等の炭素数18の不飽和脂肪酸から得た炭素数54のトリカルボン酸のことである。
硬化剤固形分および3級アミンの合計と硬化剤組成物との質量比率は、21:51〜90:195であることが好ましく、22:52〜70:160であることがより好ましく、35:83〜56:131であることが特に好ましい。
したがって、上記硬化剤組成物によれば、エポキシ樹脂系接着剤の接着力を向上させることができる。
主剤と硬化剤組成物との混合においては、エポキシ樹脂100質量部に対して上記の硬化剤組成物が、好ましくは50〜200質量部、より好ましくは50〜170質量部、特に好ましくは80〜145質量部含まれるようにする。硬化剤組成物量が50質量部以上かつ200質量部以下であれば、せん断接着力をより向上させることができ、5MPa以上のせん断接着力を容易に得ることができる。
グリシジルエーテル型エポキシ樹脂としては、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、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルトクレゾール型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂などが挙げられる。
グリシジルエステル型エポキシ樹脂としては、例えば、ヘキサヒドロ無水フタル酸型エポキシ樹脂、テトラヒドロ無水フタル酸型エポキシ樹脂、ダイマー酸型エポキシ樹脂などが挙げられる。
グリシジルアミン型エポキシ樹脂としては、例えば、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルイソイアヌレート、アミノフェノール型エポキシ樹脂、アニリン型エポキシ樹脂などが挙げられる。
多官能アクリルオリゴマーとしては、トリメチロールプロパントリアクリレート、イソシアヌル酸エチレンオキシド変性ジアクリレート、イソシアヌル酸エチレンオキシドトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ペンタエリスリトールヘキサアクリレートなどが挙げられる。
充填材としては、無機充填材、有機充填材の何れも使用できる。無機充填材としては、例えば、炭酸カルシウム、タルク、シリカ、アルミナ、カオリン、クレー、ゼオライト、ベントナイト、アエロジル等が挙げられる。有機充填材としては、木粉、クルミ粉、小麦粉、米粉、もみがら、樹皮粉、やしがら、セルロール繊維等の有機繊維類、天然繊維類、炭粉等が挙げられる。これらの中でも、汎用的であることから、木粉、炭酸カルシウムが好ましい。
ただし、スプレー塗布を適用する場合には、塗布性が低下するおそれがあるため、充填材を含有させないことが好ましい。
ここで、粘度は、1000mPa・s以上の高粘度である場合には、BM型粘度計を用い、No.4ロータ、回転数6回転/分、25℃の条件で測定した値である。1000mPa・s以下の低粘度である場合には、BM型粘度計を用い、No.3ロータ、回転数12回転/分、25℃の条件で測定した値である。
接着剤の粘度は、水や有機溶媒の配合量により調整できる。
主剤には、エポキシ樹脂以外の成分を含有させてもよいが、エポキシ樹脂は親油性であるから、水を含有させることは好ましくない。また、エポキシ樹脂は反応性が高いが、硬化剤組成物に混ぜる前に反応が進むと、接着性が低下したり、可使時間が短くなったりするため、エポキシ樹脂と反応し得る成分を主剤に含有させることは好ましくない。なお、エポキシ樹脂と反応しにくい成分としては、充填材が挙げられる。
また、本発明の接着剤では、水性ポリアミノアミド系硬化剤、水性ポリアミド系硬化剤が親水基と親油基の両方を有するため、界面活性剤と同様の機能を果たす。そのため、乳化剤を含まなくてもエポキシ樹脂を水に高い分散性で分散させることができ、接着剤の可使時間を長く(例えば、20〜30℃で60分程度)できる。また、エポキシ樹脂の分子の周囲に硬化剤が存在しやすくなるため、分子レベルで混ざりやすくなり、短時間で高い接着力(常態圧縮せん断接着強さ、耐熱せん断接着強さ、耐温水せん断接着強さ)を得ることができる。さらに、本発明の接着剤は、塗布作業性および水洗性にも優れる。
木質材料としては、木質集成材、直交合板、平行合板(ラミネートベニアランバー、LVL)、パラレルストランドランバー(PSL)、ボード類(ミディアムデンシティファイバ(MDF)、パーティクルボード(PB)、オリエンティッドストランドボード(OSB)、バガスボード、バンブーボード、ストローボード等)等が挙げられる。布帛としては、例えば、織布、フェルトなどが挙げられる。
接着剤の塗布方法としては、例えば、刷毛塗り、ヘラ塗り、スプレー塗布、ロール塗布、ナイフコート、含浸塗布などが挙げられる。
塗布後は、加熱して接着剤を硬化させてもよいが、本発明の接着剤は室温でも硬化する。そのため、本発明の接着剤は加熱できない材料にも適用できる。
本発明の接着剤を用いて接着した多孔質体接着材料は、接着力(常態圧縮せん断接着強さ、耐熱せん断接着強さ、耐温水せん断接着強さ)のいずれも優れる。
表1に示すエポキシ樹脂と多官能アクリルオリゴマーとを混合して主剤(A)を調製した。また、表1に示す水性ポリアミノアミド系硬化剤(水溶液、固形分濃度40質量%)と3級アミンと炭酸カルシウムと有機酸とを水に添加し、混合して硬化剤組成物(B)を調製した。
次いで、主剤(A)と硬化剤組成物(B)とをさらに混合することにより、液状の接着剤を得た。
表2に示すエポキシ樹脂からなる主剤に、水性ポリアミノアミド系硬化剤(水溶液、固形分濃度40質量%)と3級アミンと多官能アクリルオリゴマーと水とを含む硬化剤組成物を混合して、液状の接着剤を得た。
主剤から多官能アクリルオリゴマーを除いたこと以外は実施例1と同様にして、液状の接着剤を得た。
ジャパンエポキシレジン社製エポキシ樹脂エマルジョン(W2801)100質量部に変性脂肪族ポリアミン系硬化剤(ジャパンエポキシレジン社製JERキュア8060)100質量部を配合して、液状の接着剤を得た。
常態圧縮せん断接着強さは、JIS K6852(ISO6238)に従って圧縮状態での接着強さを測定した。表3には、5回測定の平均値を示した。
耐熱せん断接着強さを、JIS K6831(ISO19212)に従い、100℃の環境下に放置後の接着強さを測定した。表3には、5回測定の平均値を示した。
耐温水せん断接着強さは、JIS K6857に従い、60℃、3時間、温水浸漬後の接着強さを測定した。表3には、5回測定の平均値を示した。
なお、接着条件は、実施例1,2では、温度100℃、接着時間10分、圧締圧0.1MPaとし、比較例1では、実施例1,2と同じ条件では接着しないため、100℃、60分とした。
せん断接着強さが高い程、耐久性に優れるものとなり、5MPa以下では実用性に乏しくなる。
また、実施例1の接着剤を用いたブナ集成材(幅150mm、長さ300mm、厚さ30mm、ブナ無垢材、3プライ)において、ISO 26842−2のデラミネーションレジスタンスグレード 3−A2の耐久性試験をしたところ、総接着はく離長さ%が10%未満の良好な結果が得られた。
また、実施例1,2の接着剤を、2枚のカバ材(300mm×300mm、厚さ10mm、2プライ)にロール塗布し、温度100℃、接着時間10分、圧締圧1MPaで接着した後、75mm×75mmに切断し、JAS普通合板二類の浸せきはく離試験を行ったところ、接着層のはく離長さ%が0であり、本試験に合格した。
また、実施例2の接着剤をフェルトにスプレー塗布し、これとは別のフェルトを圧着し、加熱して接着剤を硬化させた後、両フェルトにはく離方向の力を加えたところ、フェルト材料が破壊し、接着が強固であることが確認できた。
実施例2の接着剤は、接着強さは実施例1と同等であったが、可使時間は約2時間であった。
Claims (5)
- 親水基および親油基の両方を有する水性ポリアミノアミド系硬化剤、または、親水基および親油基の両方を有する水性ポリアミド系硬化剤と、3級アミンと、水とを含有することを特徴とするエポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物。
- 前記水性ポリアミノアミド系硬化剤は、ダイマー酸またはトリマー酸とポリアミノアミドとを縮合反応させて得た縮合物であり、前記水性ポリアミド系硬化剤は、ダイマー酸またはトリマー酸とポリアミドとを縮合反応させて得た縮合物である請求項1に記載のエポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物。
- エポキシ樹脂を含有する主剤と、請求項1または2に記載のエポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物とにより構成されることを特徴とする多孔質体用接着剤。
- 多官能アクリルオリゴマーを含有する請求項3に記載の多孔質体用接着剤。
- 有機酸を含有する請求項3または4に記載の多孔質体用接着剤。
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