JP2012082366A - 活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物、それを用いた電子機器用部材、及びパッキン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 2,2−ジメチル−1,3−プロピレン基を有するグリコールをグリコール成分中90モル%以上含有する芳香族ポリエステルポリオール(a1)、前記(a1)と後記(a3)以外のポリオール(a2)、及びビスフェノールA含有ポリエステルポリオール(a3)を含むポリオール(A)と、ポリイソシアネート(B)を反応させて得られるNCO基末端ウレタンプレポリマー(C)のNCO基総数の50%を超えて100%以下を、反応性官能基含有(メタ)アクリル化合物(D)により、末端(メタ)アクリロイル基としたホットメルトウレタン(X)と活性エネルギー線重合開始剤(Y)を含む。
【選択図】 なし
Description
更に詳しくは、塗布後の冷却固化が速いホットメルト性と、紫外線、電子線、X線、赤外線、及び可視光線等の活性エネルギー線照射による速硬化性との2つの特性を兼ね備えた活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物であり、基材への塗布後の保型性、柔軟性、機械的強度、耐久性(特に耐加水分解性)、基材密着性(特に金属に対する密着性)(リワーク性を含む)、低アウトガス性に優れており、それを用いた電子機器用部材、及びパッキンに関する。
また、加熱塗布時には溶融状態に保つ必要があるため、一般に反応性ホットメルトウレタン接着剤では耐熱保持性に劣るという問題もあった。
HDDパッキンなどに用いられる樹脂組成物には、パッキン機能としての基材への塗布後の保型性、柔軟性、機械的強度、耐久性(特に耐加水分解性)、基材密着性(特に金属に対する密着性)、低アウトガス性等が要求特性として必須に求められているが、従来の樹脂組成物には、これらの要求特性をバランスよく全て満足できるものはなかった。
従来は、例えば、柔軟性や耐久性を得るために、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマーの合成原料に、ポリオールとしてポリテトラメチレングリコール(PTMG)が用いられていたが、PTMG単独使用では、初期凝集力が不足し、基材への塗布後の保型性に極めて劣るという問題があった。
そのため、本発明者らは、種々検討の結果、初期凝集力を向上させる目的で、2,2−ジメチル−1,3−プロピレン基を有するグリコールをグリコール成分中90モル%以上含有する芳香族ポリエステルポリオールと他のポリオールを含むポリオールを併用することにより、特に基材への塗布後の保型性、柔軟性、機械的強度などの良好な性能を有する活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物を得ることができることを見出し、出願した(特許文献5)。
しかしながら、このものは芳香族ポリエステルポリオールと他のポリオール(特にポリエーテルポリオール)との相溶性が不充分であるため、柔軟性や機械的強度などの特性において未だ満足できないという問題があった。
そのため、本発明では、初期凝集力の付与を目的に種々検討した結果、前記ポリオール(A)において、前記芳香族ポリエステルポリオール(a1)と前記ポリオール(a2)と共に、更に前記ビスフェノールA含有ポリエステルポリオール(a3)を「相溶化剤」として併用することにより、前記ポリオール(A)が均一な相溶系を形成できることにより、これにより、優れた柔軟性、機械的強度、基材への塗布後の保型性、耐久性(特に耐加水分解性)、低アウトガス性などの特性を得ることができることが判った。
また、この系に3官能化合物であるプロピレングリコール(PPG)を併用することにより、耐久性(耐加水分解性)を一層向上させることができることも明らかになった。
また、本発明では、特に断りのない限り、「部」は「質量部」、「%」は「質量%」である。
尚、本発明で用いた測定方法及び評価方法は、以下の通りである。
実施例及び比較例で得た夫々のイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)及び末端(メタ)アクリロイル基としたホットメルトウレタン(X)の溶融粘度(mPa・s)をコーンプレート粘度計(ICI社製)にて測定温度100℃で測定した。
実施例及び比較例で得た夫々のイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)の軟化温度(乾球式軟化点)(℃)を日本工業規格 K 2207に準拠して、昇温速度5℃/分の条件にて測定した。
実施例及び比較例で得た夫々の末端(メタ)アクリロイル基としたホットメルトウレタン(X)を100℃で加熱溶融させて、600μm内径シリンジに充填して、圧力:0.30MPa、加工速度:100mm/秒、塗布時間:10秒の条件にて、アルミ板上に塗布した時の吐出量(g)を下記の基準に従い評価した。
塗布作業性の評価基準。
○:0.25を越え0.50g以下。
△:0.10を越え0.25g以下。
×:0.10g以下。
実施例及び比較例で得た夫々の末端(メタ)アクリロイル基としたホットメルトウレタン(X)を100℃で加熱溶融させて、上記のような塗布条件(600μm内径シリンジ)にて吐出させ、基材(基材の種類:アルミ板A1050P)上に塗布した。
次いで、30秒後に紫外線照射〔照射条件:装置内を1回通過するごとに145mJ/cm2の紫外線が照射されるように設定したコンベアタイプの紫外線照射装置「CSOT−40」(日本電池株式会社製、高圧水銀ランプ使用、強度120W/cm、コンベアスピード10m/分、1回通過)〕し、硬化後の成形品の高さ(μm)を電子顕微鏡(SEM)にて測定し、下記の基準に従い評価した。
基材への塗布後の保型性の評価基準。
○:580を超え600μm。
△:540を超え580μm以下。
×:540μm以下。
実施例及び比較例で得た夫々の活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物を100℃で加熱溶融させて、100℃に加熱されたナイフコーターを用いて離型紙上に200μmの厚みに塗布した。
次いで、前記塗布面に、装置内を1回通過させるごとに145mJ/cm2の紫外線照射量となるように設定したコンベアタイプの紫外線照射装置CSOT―40(日本電池株式会社製、高圧水銀ランプ使用、強度120W/cm、コンベアスピード5m/分)内を1回通過させることによって紫外線照射を行い、次いで、温度23℃、相対湿度65%の恒温恒湿槽中で3日間放置し湿気硬化反応を進行させた。放置後に形成されたフィルムを離型紙上から剥離し、硬化フィルムを得た。
尚、上記の紫外線照射量は、UVチェッカーUVR−N1(日本電池株式会社製)を用いて、300〜390nmの波長域において測定した値である。
前記硬化フィルムを幅5mm×長さ70mm×厚み200μmにカットして得られた試験片の引張特性をJIS K−7311に準拠して、テンシロン〔(株)島津製作所製、ヘッドスピード:300mm/分〕を用いて評価した。硬化フィルムの柔軟性は、引張特性のうちの100%モジュラス(MPa)の値を下記の基準に従い評価した。
硬化後フィルムの柔軟性の評価基準。
◎:3.0MPa以下
○:3.0を超え4.0Mpa以下。
△:4.0を超え8.0Mpa以下。
×:8.0Mpaを超える。
上記で得た硬化フィルムを温度70℃、相対湿度95%に設定した恒温恒湿槽中に5週間放置した後、引張強度を測定した。なお、前記硬化フィルムを幅5mm×長さ70mm×厚み200μmにカットして得られた試験片の引張特性を、JIS K−7311に準拠して、テンシロン〔(株)島津製作所製、ヘッドスピード=300mm/分〕を用いて評価した。
前記硬化フィルムの耐久性は、試験後の引張特性のうちの引張強度の保持率(%)の値を下記の基準に従い評価した。
硬化フィルムの耐久性(耐加水分解性)の評価基準。
○:90%以上
△:60以上90%未満
×:60%未満
上記の基材への塗布後の保型性の評価を行なった成形品を温度120℃に設定した乾燥機中で5分間加熱処理を施した後、試料採取量:30mg、加熱脱離条件:90℃、30分間にて、VDA278(VOC)に準じたアウトガス成分の定量をGC−MASSを用いて測定した。
炭素数20のエイコ酸までの保持時間における検出成分面積の総計をトルエン換算した値をVOC値、即ちアウトガス量(ppm)とした。
成形品のアウトガス性は、VOC値をもとに評価した。
アウトガス性の評価基準。
○:10ppm以下
△:10を超え40ppm以下。
×:40ppmを超える。
上記の基材への塗布後の保型性の評価方法で作製したアルミ板A5052上に塗布した成形品の剥離強度をJIS K−7311に準拠して、テンシロン〔(株)島津製作所製、ヘッドスピード=200mm/分〕を用いて評価した。尚、基材密着性は、剥離強度の値(N)を以下の基準に従い評価した。
基材密着性の評価基準。
○:2.0N以上。
△:0.5以上2.0N未満。
×:0.5N未満。
上記の基材密着性にて評価した剥離後のアルミ板上の残存物の有無を目視観察し、速硬化性を以下の基準に従い評価した。
速硬化性の評価基準。
○:全く残存物が残っていない状態。
△:表面にごく微量の残存物が残っている状態。
×:表面に残存物が明らかに残っている状態。
≪イソシアネート基含有ウレタンプレポリマー(C−1)の合成≫
1リットル4ツ口フラスコにて、ネオペンチルグリコール(NPG)を55質量部と、ジエチレングリコール(DEG)を2.0質量部と、無水フタル酸(OPA)を43質量部とを反応させ、数平均分子量(Mn)が1000の2,2−ジメチル−1,3−プロピレン基を有する芳香族ポリエステルポリオール(a1−1)を得た。
次いで、1リットル4ツ口フラスコに、上記で合成した芳香族系ポリエステルポリオール(a1−1)20質量部と、Mnが2000のポリテトラメチレングリコール(PTMG)(a2−1)70質量部と、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド(PO)6モル付加体にセバシン酸とイソフタル酸を反応させて得たビスフェノールA含有ポリエステルポリオール(a3―1)10質量部とを、減圧条件下にて100℃に加熱して、水分率が0.05質量%となるまで脱水し、混合物であるポリオール(A)を得た。
次いで、70℃にまで冷却した前記ポリオール(A)中に、ポリイソシアネート(B)としてm−キシレンジイソシアネートを22質量部加えて、100℃まで昇温して、イソシアネート基含有量が一定となるまで3時間反応させ、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C−1)を得た。
前記ウレタンプレポリマー(C−1)の100℃における溶融粘度は1900mPa・sであり、イソシアネート基含有量(NCO%)は3.90質量%であった。合成例1で得たウレタンプレポリマー(C−1)の性状を第1表にまとめた。
第1表の配合に従い同様の操作にて、ウレタンプレポリマー(C−2)〜(C−16)を合成した。
合成例2〜16で得たウレタンプレポリマー(C−2)〜(C−16)の性状を第1表にまとめた。
(a1−1)芳香族ポリエステルポリオール
組成 :NPG/DEG/OPA
Mn :1000
グルコール :NPG/DEG=96.6/3.4モル%
芳香族カルボン酸:OPA=100モル%
(a1−2)芳香族ポリエステルポリオール
組成 :NPG/TPA
Mn :1000
グルコール :NPG=100モル%
芳香族カルボン酸:TPA=100モル%
≪活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物(UVHM1)の合成≫
合成例1で得た前記イソシアネート基含有ウレタンプレポリマー(C−1)100質量部を100℃で加熱溶融させ、反応性官能基含有(メタ)アクリル化合物(D)として2−ヒドロキシエチルアクリレート(HEA)5.3質量部とオクチル酸第一錫0.01質量部を加えて、内温80℃にてNCO%が一定となるまで反応させ、末端(メタ)アクリロイル基としたホットメルトウレタン(X−1)を得た。
前記ウレタンプレポリマー(C−1)の有するイソシアネート基総数に対して、反応性官能基含有(メタ)アクリル化合物(D)としてHEAが反応したNCO基の数の割合〔[OH/NCO]×100(%)〕は、NCO基総数の理論値が55%になるように仕込んだ。
前記ホットメルトウレタン(X−1)の組成及び性状を第1表にまとめた。前記ホットメルトウレタン(X−1)の100℃における溶融粘度は1920mPa・sであり、イソシアネート基含有量(NCO%)は1.93質量%であった。
次いで、前記末端(メタ)アクリロイル基としたホットメルトウレタン(X−1)と、活性エネルギー線重合開始剤(Y−1)として紫外線硬化剤であるイルガキュア 651(チバスペシャリティ株式会社製)2.0部を混合攪拌することにより、本発明の活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物(UVHM1)を得た。
前記活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物(UVHM1)を100℃に加熱溶融して、100℃に加熱された0.6mmφ内径のディスペンサーヘッドを用いて、吐出圧力:0.30MPa、加工速度100mm/秒、塗布時間:10秒にてアルミ板上にビード状に塗布した後、装置内を1回通過するごとに145mJ/cm2の紫外線(UV)が照射されるように設定したコンベアタイプの紫外線照射装置「CSOT−40」(日本電池株式会社製、高圧水銀ランプ使用、強度120W/cm、コンベアスピード30m/分)内を1回通過させることで紫外線照射を行い、次いで、温度23℃、相対湿度65%の恒温恒湿槽内で3日間放置することにより、湿気硬化後の成形品1を得た。 本発明の活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物を用いた成形品1の特性評価結果を第1表に示した。前記成形品1は、UV照射後に表面タックが消失して、適度な柔軟性と機械的強度があり、基材への塗布後の保型性、耐久性(耐加水分解性)、低アウトガス性などの優れた性能を有していた。
実施例2及び実施例3は、反応性官能基含有(メタ)アクリル化合物(D)としてHEAの使用量を夫々9.9質量部と13.2質量部に変更した以外は、実施例1と同様の操作で行い、本発明の活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物(UVHM2)及び(UVHM3)を得た。
なお、ウレタンプレポリマー(C−1)の有するイソシアネート基総数に対して、反応性官能基含有(メタ)アクリル化合物(D)としてHEAが反応したNCO基の数の割合〔[OH/NCO]×100(%)〕は夫々NCO基総数の理論値が75%(実施例2)と100%(実施例3)になるように仕込んだ。
次いで、実施例2及び実施例3において、実施例1と同様の操作で、本発明の活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物(UVHM2)及び(UVHM3)を用いて、湿気硬化後の成形品2及び成形品3を得た。
前記成形品2と成形品3の評価結果を第1表に示した。前記成形品2及び成形品3は、UV照射後に表面タックが消失し、適度な柔軟性と機械的強度があり、基材への塗布後の保型性、耐久性(耐加水分解性)、低アウトガス性などの優れた性能を有していた。
第1表及び第2表の配合に従い、同様の反応手順で〔実施例4〕〜〔実施例17〕及び〔比較例1〕〜〔比較例10〕を行なった。そこで得たウレタンプレポリマー(C−2)〜(C−16)、ホットメルトウレタン(X−4)〜(X−23)、及び活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物(UVHM4)〜(UVHM27)の評価結果を第1表と第2表に示した。
アクリレート成分として2−エチル−2−ブチルプロパンジオールジアクリレートを5部、イソノニルアクリレートを95部、SIBSTAR 072T(商品名、株式会社カネカ製、トリブロック構造のスチレン−イソブチレン−スチレン共重合体、スチレン含量23重量%)を35部、光重合開始剤としてイルガキュア651(チバスペシャリティ株式会社製)を2部、及びアエロジル200(商品名、日本アエロジル株式会社製、表面無処理ヒュームドシリカ)を6質量部の配合物を、60℃に加熱したプラネタリーミキサーで混合攪拌して、紫外線硬化型樹脂組成物(X−24)を得た。
前記紫外線硬化型樹脂組成物(X−24)を上記実施例、比較例と同様にUV照射することにより、柔軟性、耐久性、塗布作業性、保型性、アウトガスの測定、基材密着性、速硬化性などの評価を行なった。得られた成形品は、柔軟性はあるものの、アウトガス発生量が多く、UV硬化後の基材密着性や速硬化性に劣るものであった。
NPG :ネオペンチルグリコール
DEG :ジエチレングリコール
OPA :無水フタル酸
TPA :テレフタル酸
PTMG :ポリテトラメチレングリコール
アクトコールMN700:商品名、3官能プロピレングリコール(分子量700、三井化学株式会社製)
BIS−A+6PO:ビスフェノールAのプロピレンオキサイド6モル付加物
PO :プロピレンオキサイド
SEBA :セバシン酸
IPA :イソフタル酸
XDI :キシリレンジイソシアネート
MDI :4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネ−ト
HEA :2−ヒドロキシエチルアクリレート
4HBA :4−ヒドロキシブチルアクリレート
HEMA :2−ヒドロキシエチルメタクリレート
PPG :プロピレングリコール
SIBSAR 072T:商品名、株式会社カネカ製、トリブロック構造のスチレン−イソブチレン−スチレン共重合体、スチレン含量23重量%
パーロイルTCP:商品名、日本油脂株式会社製
アエロジル200:商品名、日本アエロジル株式会社製、表面無処理ヒュームドシリカ
イルガキュア651:商品名、チバスペシャリティ株式会社製
サイリシア350:商品名、富士シリシア株式会社製
Claims (8)
- 2,2−ジメチル−1,3−プロピレン基を有するグリコールをグリコール成分中90モル%以上含有する芳香族ポリエステルポリオール(a1)、前記(a1)及び後記(a3)以外のポリオール(a2)、及びビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物とポリカルボン酸とを縮合反応させてなるポリエステルポリオール(a3)を含むポリオール(A)と、ポリイソシアネート(B)を反応させて得られるイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)のイソシアネート基総数の50%を超えて100%以下を、反応性官能基含有(メタ)アクリル化合物(D)により、末端(メタ)アクリロイル基としたホットメルトウレタン(X)と、活性エネルギー線重合開始剤(Y)を含有してなることを特徴とする活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物。
- 前記2,2−ジメチル−1,3−プロピレン基を有する芳香族ポリエステルポリオール(a1)が、グリコール成分と芳香族カルボン酸成分を縮合反応させて得られるものであって、前記グリコール成分が、2,2−ジメチル−1,3−プロピレン基を有するグリコールを前記グリコール成分中90モル%以上含有し、且つ、前記芳香族カルボン酸成分が、(無水)フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸から選択される少なくとも一種を90モル%以上含有するものである請求項1に記載の活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物。
- 前記ポリオール(a2)が、ポリエーテルポリオールである請求項1に記載の活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物。
- 前記ポリオール(a2)が、ポリテトラメチレングリコールである請求項1に記載の活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物。
- 前記ポリオール(A)が、全量100質量部中に、前記芳香族ポリエステルポリオール(a1)20〜70質量部、前記ポリオール(a2)30〜80質量部、及び前記ビスフェノールA含有ポリエステルポリオール(a3)5〜50質量部を含有してなるポリオールである請求項1に記載の活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物。
- 日本工業規格 K 2207にて測定した前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)の軟化温度が、30〜120℃の範囲である請求項1に記載の活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物。
- 請求項1〜6の何れか一項に記載の活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物を成形してなることを特徴とする電子機器用部材。
- 請求項1〜6の何れか一項に記載の活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物を成形してなることを特徴とするパッキン。
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JP2010231490A JP5488386B2 (ja) | 2010-10-14 | 2010-10-14 | 活性エネルギー線硬化性ホットメルトウレタン樹脂組成物、それを用いた電子機器用部材、及びパッキン |
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