JP2017218539A - 2液硬化型ウレタン接着剤組成物 - Google Patents
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- C08G18/792—Nitrogen characterised by the polyisocyanates used, these having groups formed by oligomerisation of isocyanates or isothiocyanates containing isocyanurate groups formed by oligomerisation of aliphatic and/or cycloaliphatic isocyanates or isothiocyanates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
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Abstract
Description
このような樹脂材料と異種材料(例えば、ガラス)との接着には、樹脂材料をフレーム処理した後、プライマーを用いて接着させるのが一般的であった。
しかしながら、プライマーには溶剤を多量に含むため、環境に悪影響を及ぼすという問題があった。
そこで、本発明は、作業性および接着性のいずれにも優れる2液硬化型ウレタン接着剤組成物を提供することを課題とする。
すなわち、本発明者らは、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。
1分子中に2個以上の活性水素基を有する化合物(D)、および、下記式(1)で表される芳香族化合物(E)を含有する硬化剤と、
を有する2液硬化型ウレタン接着剤組成物。
上記式(1)中、nは、1〜5の整数であり、Xは、水素原子、水酸基または炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
[2] 上記式(1)中のXが、炭素数1〜12のアルコキシ基である、[1]に記載の2液硬化型ウレタン接着剤組成物。
[3] 上記式(1)中のXが、炭素数3〜10のアルコキシ基である、[1]または[2]に記載の2液硬化型ウレタン接着剤組成物。
これは、詳細には明らかではないが、上記芳香族化合物が、硬化剤中の活性水素基を有する化合物(例えば、後述するポリオール化合物など)よりも速く、主剤中のウレタンプレポリマー等のイソシアネート基と反応することにより、イソシアネート基の一時的な保護基として作用し、活性水素基を有する化合物との硬化反応を穏やかに進行させることができたためと考えられる。
本発明の接着剤組成物の主剤は、ウレタンプレポリマー(A)、イソシアヌレート基含有ポリイソシアネート(B)、および、イソシアネートシラン(C)を含有する。
本発明の接着剤組成物の主剤に含有するウレタンプレポリマー(A)は、分子内に複数のイソシアネート基を分子末端に含有するポリマーである。
このようなウレタンプレポリマー(A)としては、従来公知のものを用いることができる。例えば、ポリイソシアネート化合物と1分子中に2個以上の活性水素基を有する化合物(以下、「活性水素化合物」と略す。)とを、活性水素基に対してイソシアネート基が過剰となるように反応させることにより得られる反応生成物等を用いることができる。
なお、活性水素基に対するイソシアネート基の当量比(NCO基/活性水素)は、1.2〜2.2であるのが好ましく、1.5〜1.8であるのがより好ましい。
ウレタンプレポリマー(A)の製造の際に使用されるポリイソシアネート化合物は、分子内にイソシアネート基を2個以上有するものであれば特に限定されない。
ポリイソシアネート化合物に使用されるイソシアネートとしては、具体的には、例えば、TDI(例えば、2,4−トリレンジイソシアネート(2,4−TDI)、2,6−トリレンジイソシアネート(2,6−TDI))、MDI(例えば、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4′−MDI)、2,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(2,4′−MDI))、1,4−フェニレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)、トリジンジイソシアネート(TODI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)、トリフェニルメタントリイソシアネートのような芳香族ポリイソシアネート;ペンタメチレンジイソシアネート(PDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMHDI)、リジンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート(NBDI)のような脂肪族ポリイソシアネート;トランスシクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン(H6XDI)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI)のような脂環式ポリイソシアネート;これらのカルボジイミド変性ポリイソシアネート;これらのイソシアヌレート変性ポリイソシアネート;等が挙げられる。
これらのうち、硬化性に優れる理由から、芳香族ポリイソシアネートであるのが好ましく、MDIであるのがより好ましい。
ウレタンプレポリマー(A)の製造の際に使用される1分子中に2個以上の活性水素基を有する活性水素化合物は特に限定されない。
ここで、芳香族ジオール類としては、具体的には、例えば、レゾルシン(m−ジヒドロキシベンゼン)、キシリレングリコール、1,4−ベンゼンジメタノール、スチレングリコール、4,4′−ジヒドロキシエチルフェノール;下記に示すようなビスフェノールA構造(4,4′−ジヒドロキシフェニルプロパン)、ビスフェノールF構造(4,4′−ジヒドロキシフェニルメタン)、臭素化ビスフェノールA構造、水添ビスフェノールA構造、ビスフェノールS構造、ビスフェノールAF構造のビスフェノール骨格を有するもの;等が挙げられる。
このようなポリエーテルポリオールの具体例としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリプロピレントリオール、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMEG)、ポリテトラエチレングリコール、ソルビトール系ポリオール等が挙げられる。
ここで、上記縮合系ポリエステルポリオールを形成する多塩基性カルボン酸としては、具体的には、例えば、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、フマル酸、マレイン酸、ピメリン酸、スベリン酸、セバシン酸、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ダイマー酸、ピロメリット酸、他の低分子カルボン酸、オリゴマー酸、ヒマシ油、ヒマシ油とエチレングリコール(もしくはプロピレングリコール)との反応生成物などのヒドロキシカルボン酸等が挙げられる。
また、上記ラクトン系ポリオールとしては、具体的には、例えば、ε−カプロラクトン、α−メチル−ε−カプロラクトン、ε−メチル−ε−カプロラクトン等のラクトンを適当な重合開始剤で開環重合させたもので両末端に水酸基を有するものが挙げられる。
これらのうち、得られるウレタンプレポリマー(A)を主剤に含有する本発明の接着剤組成物の硬度と破断伸びのバランスおよびコストに優れる理由から、ポリエーテルポリオールであるのが好ましく、ポリプロピレングリコールであるのがより好ましい。
これらのうち、ポリエーテル骨格のジアミン(ジェファーミン)、ヘキサメチレンジアミンであるのが好ましい。
ここで、数平均分子量は、ゲルパーミエションクロマトグラフィー(Gel permeation chromatography(GPC))により測定した数平均分子量(ポリスチレン換算)であり、測定にはテトラヒドロフラン(THF)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を溶媒として用いるのが好ましい。
本発明の接着剤組成物の主剤に含有するイソシアヌレート基含有ポリイソシアネート(B)は、少なくとも1つのイソシアヌレート基(環)と、2つ以上のイソシアネート基を有する化合物であれば特に限定されない。
市販品としては、具体的には、例えば、東ソー社製のコロネート系(コロネート2030、EH等)、住友コベストロウレタン社製のスミジュール系(スミジュールIL等)、同デスモジュール系(デスモジュールN3390、Z4370等)、三井化学社製のタケネート系(タケネート204、D170N、スタビオD376N等)、DIC社製のバーノック系(バーノックD800、DN980等)、エボニックジャパン社製のVESTANAT系(VESTANAT T1890/100等)等が挙げられる。
本発明の接着剤組成物の主剤に含有するイソシアネートシラン(C)は、イソシアネート基と加水分解性ケイ素含有基とを有する化合物である。
上記イソシアネートシラン化合物(C)としては、具体的には、例えば、MDI、TDI等のジイソシアネートと、アミノアルコキシシラン、メルカプトアルコキシシラン等のシランカップリング剤とを反応させて得られる化合物等が好適に挙げられる。
また、特開2002−53798号公報に記載のイソシアネート基含有化合物と、フェニル基またはその誘導体が窒素原子に直接結合したイミノ基を有するシランカップリング剤とを反応させて得られるイソシアネートシラン化合物も好適に用いられる。ここで、上記イソシアネート基含有化合物が、脂肪族または脂環式ポリイソシアネートであることが好ましい。また、上記イソシアネート基含有化合物と上記シランカップリング剤とをNCO/NH=3/1〜3/2の反応比で反応させて得ることが好ましい。
本発明の接着剤組成物の硬化剤は、1分子中に2個以上の活性水素基を有する化合物(D)、および、後述する式(1)で表される芳香族化合物(E)を含有する。
本発明の接着剤組成物の硬化剤に含有する1分子中に2個以上の活性水素基を有する化合物(D)は、上述した主剤に含有する上記ウレタンプレポリマー(A)を硬化させる成分(狭義の硬化剤成分)である。
本発明においては、1分子中に2個以上の活性水素基を有する化合物(D)としては、上記ウレタンプレポリマー(A)の生成に用いる活性水素化合物と同様の化合物が挙げられる。なかでも、ポリオール化合物であるのが好ましい。
特に、ポリオール化合物として、ポリブタジエンジオールなどの疎水骨格を有するポリオール化合物を用いることが、樹脂材料との接着性がより良好となり、特に耐温水接着性が良好となる理由から好ましく、また、ロジンジオールを併用することが樹脂材料との接着性が更に良好となる理由から好ましい。
本発明の接着剤組成物の硬化剤に含有する芳香族化合物(E)は、下記式(1)で表される化合物である。
ここで、上記式(1)中のnは、2〜4の整数であることが好ましく、3であることがより好ましい。
また、上記式(1)中のXは、接着性がより良好となる理由から、炭素数1〜12のアルコキシ基であることが好ましく、炭素数3〜10のアルコキシ基であることがより好ましい。
なかでも、没食子酸メチル、没食子酸エチル、没食子酸プロピル、没食子酸オクチル、没食子酸ドデシルが好ましく、没食子酸プロピル、没食子酸オクチルがより好ましい。
上記芳香族化合物(E)の硬化剤における含有量は、硬化剤において0.1〜10質量%であることが好ましく、0.5〜5質量%であることがより好ましい。
本発明の接着剤組成物の硬化剤は、本発明の接着剤組成物の接着性がより良好となる理由から、シランカップリング剤を含有しているのが好ましい。
シランカップリング剤としては、活性水素基を有しているのが好ましく、例えば、アミノアルコキシシラン、メルカプトアルコキシシラン等が挙げられる。
上記アミノアルコキシシランとしては、具体的には、例えば、N,N−ビス[(3−トリメトキシシリル)プロピル]アミン、N,N−ビス[(3−トリエトキシシリル)プロピル]アミン、N,N−ビス[(3−トリプロポキシシリル)プロピル]アミン、3−(n−ブチルアミノ)プロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等が好適に挙げられる。
メルカプトアルコキシシランとしては、具体的には、例えば、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が好適に挙げられる。
本発明の接着剤組成物は、必要に応じて本発明の目的を損なわない範囲で、主剤または硬化剤に、充填剤、硬化触媒、可塑剤、老化防止剤、酸化防止剤、顔料(染料)、揺変性付与剤、紫外線吸収剤、難燃剤、界面活性剤(レベリング剤を含む)、分散剤、脱水剤、接着付与剤、帯電防止剤などの各種添加剤等を含有することができる。
上記酸化防止剤としては、具体的には、例えば、ブチルヒドロキシトルエン(BHT)、ブチルヒドロキシアニソール(BHA)等が挙げられる。
上記接着付与剤としては、具体的には、例えば、フェノール樹脂、ロジン樹脂、キシレン樹脂等が挙げられる。
帯電防止剤としては、具体的には、例えば、第四級アンモニウム塩;ポリグリコール、エチレンオキサイド誘導体等の親水性化合物等が挙げられる。
また、本発明においては、調製された主剤を窒素ガス等で置換された容器に、調製された硬化剤を別の容器にそれぞれ充填し保存することができ、使用時に主剤と硬化剤とを十分に混合して調製することもできる。
数平均分子量5000のポリプロピレンエーテルトリオール200g(G−5000、商品名「EXCENOL5030」、旭硝子株式会社製)と、数平均分子量2000のポリプロピレンエーテルジオール600g(D−2000、商品名「EXCENOL2020」、旭硝子株式会社製)とをフラスコに投入して、100℃〜130℃に加熱し、脱気しながら攪拌して水分率が0.01%以下になるまで脱水した。その後、90℃まで冷却し、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI、商品名「スミジュール44S」、住化バイエルウレタン株式会社製)を、NCO基/OH基のモル比が1.80となる量162gを添加した後、約24時間、窒素雰囲気下で反応を進めNCO含有量が2.5%のウレタンプレポリマーA−1を合成した。
HDIのビュレット体(タケネート D165N、三井化学社製)と、3−(N−フェニル)アミノプロピルトリメトキシシラン(Y9669、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製)とを反応させることにより、イソシアネートシランC−1を合成した。
下記表1に示す主剤および硬化剤の各成分を、同表に示す配合量(質量部)で配合し、混合機(5Lレベル)にて脱気しながら約1時間均一に混合して、表1に示される主剤を調製した。主剤および硬化剤における各成分の配合量(質量部)を表1に示す。
調製した主剤および硬化剤を表1に示す配合量で混合し、接着剤組成物を得た。
得られた各接着剤組成物について、下記の方法により接着性を評価した。結果を表1に示す。
ポリプロピレン複合材料(R−200G、プライムポリマー社製)からなる基材(第1部材)(ポリプロピレンの含有量:80質量%、無機物(ガラスフィラー)の含有量:20%質量%)(幅:25mm、長さ:120mm、厚み:3mm)の一方の表面にプラズマ処理を施すことにより、被着体を2枚作製した。
次いで、一方の被着体の表面(プラズマ処理を施した面)に、調製(混合)直後の各接着剤組成物を厚み3mmとなるように塗布し、15分(オープンタイム)放置した後に、他方の被着体の表面(プラズマ処理を施した面)と張り合わせ、圧着させることで試験体を作製した。
(1)成形性
オープンタイム後、他方の被着体を貼り合わせて圧着した後に、規定の試験片の大きさ(幅:25mm、長さ:120mm、厚み:3mm)に整える際に、圧着によってはみ出した接着剤を、ヘラを用いた掻き取りで成形(除去)可能であるか否かを評価した。成形可能であったものを「○」と評価し、成形不能であったものを「×」と評価した。結果を下記表1に示す。
(2)接着性
作製した試験体について、以下の条件で放置した後に、23℃下でJIS K6850:1999に準じた引張試験を行い、以下の基準で評価した。結果を下記表1に示す。
なお、比較例1は、試験体が成形不能であったため、接着性の評価をしておらず、下記表1では「−」と表記している。
(条件)
・20℃で72時間放置
・90℃のオーブンで336時間放置
(評価基準)
◎:破壊状態を目視で確認し、接着剤が凝集破壊しているものを「CF」と評価し、CFが95%以上のもの。
○:破壊状態を目視で確認し、CFが90%以上95%未満のもの。
ポリプロピレン複合材料(R−200G、プライムポリマー社製)からなる基材(第1部材)(ポリプロピレンの含有量:80質量%、無機物(ガラスフィラー)の含有量:20%質量%)(幅:25mm、長さ:120mm、厚み:3mm)の一方の表面にプラズマ処理を施すことにより、被着体を2枚作製した。
次いで、一方の被着体の表面(プラズマ処理を施した面)に、調製(混合)直後の各接着剤組成物を厚み3mmとなるように塗布した後、他方の被着体の表面(プラズマ処理を施した面)と張り合わせ、圧着させることで試験体を作製した。
作製した試験体について、作製後、23℃で1時間経過した後に、23℃下でJIS K6850:1999に準じた引張試験を行い、引張強度を測定した。
また、作製した試験体について、以下の条件で放置した後に、23℃下でJIS K6850:1999に準じた引張試験を行い、以下の基準で評価した。
これらの結果を下記表1に示す。
(条件)
・初期:20℃で72時間放置
・耐熱1:90℃のオーブンで336時間放置
・耐熱2:80℃のオーブンで30日間放置
・耐温水:試験体を40℃の温水に浸漬させて20日放置
(評価基準)
◎:破壊状態を目視で確認し、接着剤が凝集破壊しているものを「CF」と評価し、CFが95%以上のもの。
○:破壊状態を目視で確認し、CFが90%以上95%未満のもの。
△:破壊状態を目視で確認し、CFが50%以上90%未満のもの。
×:破壊状態を目視で確認し、被着体−接着剤間で界面剥離しているものを「AF」と評価し、AFが50%以上のもの。
・ウレタンプレポリマーA−1:上記で得られたウレタンプレポリマー
・イソシアヌレート基含有ポリイソシアネートB−1:PDIのイソシアヌレート体(スタビオ D376N、三井化学社製)
・イソシアネートシランC−1:上記で得られたイソシアネートシラン
・カーボンブラック:MA600(三菱化学社製)
・炭酸カルシウム:スーパーS(丸尾カルシウム社製)
・可塑剤:DINP(ジェイプラス社製)
・硬化触媒:DMDEE(サンアプロ社製)
・活性水素化合物D−1:ポリブタジエンジオール(R−15HT、出光興産社製)
・芳香族化合物E−1:没食子酸オクチル
・芳香族化合物E−2:没食子酸プロピル
・芳香族化合物E−3:没食子酸メチル
・芳香族化合物E−4:2,3,4−トリヒドロキシベンズアルデヒド
・炭酸カルシウム:スーパー#2000(丸尾カルシウム社製)
・硬化触媒:TEDA(DABCO)(東ソー社製)
これに対し、特定の芳香族化合物を配合して調製した接着剤組成物は、作業性に優れ、また、プライマーを用いずとも樹脂材料に対して接着性が良好であることが分かった(実施例1〜4)。
特に、実施例1〜3と実施例4の対比から、芳香族化合物の構造式(1)中のXが炭素数1〜12のアルコキシ基であると、接着性(特に耐水接着)がより良好となることが分かり、実施例1〜3の対比から、芳香族化合物の構造式(1)中のXが炭素数3〜10のアルコキシ基であると、接着性(特に耐熱接着)が更に良好となることが分かった。
Claims (3)
- ウレタンプレポリマー(A)、イソシアヌレート基含有ポリイソシアネート(B)、および、イソシアネートシラン(C)を含有する主剤と、
1分子中に2個以上の活性水素基を有する化合物(D)、および、下記式(1)で表される芳香族化合物(E)を含有する硬化剤と、
を有する2液硬化型ウレタン接着剤組成物。
前記式(1)中、nは、1〜5の整数であり、Xは、水素原子、水酸基または炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。 - 前記式(1)中のXが、炭素数1〜12のアルコキシ基である、請求項1に記載の2液硬化型ウレタン接着剤組成物。
- 前記式(1)中のXが、炭素数3〜10のアルコキシ基である、請求項1または2に記載の2液硬化型ウレタン接着剤組成物。
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