JP2021095496A - 水性分散体、接着剤、積層体および履物 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、特許文献1においては、高温高湿または寒冷などに代表される過酷な環境下に曝された場合の接着性について、何ら検討されていない。
(1)酸変性ポリプロピレン樹脂(A)と、酸変性ポリエチレン樹脂(B)と、水性媒体とを含有する水性分散体であって、酸変性ポリプロピレン樹脂(A)と酸変性ポリエチレン樹脂(B)との質量比(A/B)が95/5〜50/50である、水性分散体。
(2)酸変性ポリプロピレン樹脂(A)のオレフィン成分がブテンを含有する、(1)の水性分散体。
(3)酸変性ポリエチレン樹脂(B)が、さらに(メタ)アクリル酸エステル成分を含有する、(1)または(2)の水性分散体。
(4)(1)〜(3)の何れかの水性分散体を含む、接着剤。
(5)基材の表面の一部に、(4)の接着剤からなる接着層が積層されてなる、積層体。(6)基材が履物構成部材である、(5)の積層体。
(7)(6)の積層体を含む、履物。
本発明の水性分散体は、酸変性ポリプロピレン樹脂(A)と、酸変性ポリエチレン樹脂(B)と水性媒体とを含有する。そして、酸変性ポリプロピレン樹脂(A)と酸変性ポリエチレン樹脂(B)との質量比(A/B)が95/5〜50/50である。
まず、酸変性ポリプロピレン樹脂(A)について説明する。
本発明における酸変性ポリプロピレン樹脂(A)は、プロピレン(a)を含有するオレフィン成分と不飽和カルボン酸成分とを共重合成分として含有するものである。オレフィン成分としては、プロピレン以外のオレフィン(b)を含有してもよい。
なお、酸変性ポリプロピレン樹脂(A)に導入されている不飽和カルボン酸成分は、乾燥状態では酸無水物構造を取りやすく、後述する塩基性化合物を含有する水性媒体中ではその一部または全部が開環し、カルボン酸またはその塩となる傾向がある。
これら他の成分の含有量は、特に限定されるものではないが、酸変性ポリプロピレン樹脂(A)中の10質量%以下であることが好ましい。
次に、酸変性ポリエチレン樹脂(B)について説明する。
本発明において、酸変性ポリエチレン樹脂(B)は、エチレンを含有するオレフィン成分と不飽和カルボン酸成分とを共重合成分として含有するものである。
本発明の水性分散体は、上記の酸変性ポリプロピレン樹脂(A)、酸変性ポリエチレン樹脂(B)および水性媒体を含有するものである。酸変性ポリプロピレン樹脂(A)および酸変性ポリエチレン樹脂(B)は、水性媒体中に分散または溶解されていることが好ましい。本発明において、水性媒体とは、水を主成分とする液体であり、後述する有機溶剤または塩基性化合物を含有していてもよい。以下、酸変性ポリプロピレン樹脂(A)および/または酸変性ポリエチレン樹脂(B)のことを、総称して「酸変性ポリオレフィン樹脂」という場合がある。
本発明の水性分散体は、上記の酸変性ポリプロピレン樹脂(A)と、酸変性ポリエチレン樹脂(B)とを水性媒体中に含有するものであり、上記のような有機溶剤、または塩基成分を含有してもよい。
本発明の水性分散体には、本発明の効果を損なわない範囲で、目的に応じて性能をさらに向上させるために、他の重合体、粘着付与剤、無機粒子、架橋剤、顔料、染料等の添加剤が含有されてもよい。
次に、水性分散体の製造方法について、一例を説明する。
本発明の水性分散体を製造する方法としては、酸変性ポリプロピレン樹脂(A)と酸変性ポリエチレン樹脂(B)とが水性媒体中に均一に混合・分散される方法であれば、限定されない。
例えば、それぞれ予め調製された、酸変性ポリプロピレン樹脂(A)の水性分散体と、酸変性ポリエチレン樹脂(B)の水性分散体とを混合し、さらに必要に応じて、水性媒体、有機溶剤、塩基性化合物等などを添加して加熱、攪拌する方法、酸変性ポリプロピレン樹脂(A)と酸変性ポリエチレン樹脂(B)とを混合し、さらに水性媒体、有機溶剤、塩基性化合物等を添加して加熱、攪拌を行う方法が挙げられる。前記いずれの方法でも、所望の成分比の水性分散体を簡便に調製できるが、前者の方法がより簡便であり好ましい。
次に、本発明の水性分散体の用途について説明する。
本発明の水性分散体を基材表面に塗布し、加熱処理等により水性媒体を除去することにより、塗膜を形成することができる。
本発明の積層体は、基材の表面の一部に、上記のような接着層が積層されてなるものである。
本発明の水性分散体は、前処理を行わずとも、基材どうしを強固に接着することができる。ただし、本発明は、前処理を排除するものではない。また、本発明の水性分散体をプライマーとして用いることもできる。
本発明の用途としては、特に限定されないが、本発明の水性分散体の接着性は、過酷な環境下に曝されても優れているので、高温多湿の熱帯地または極寒の寒冷地で使用しても良好な接着性が要求される用途(例えば、履物またはアウトドア製品など)に好適に用いられる。
履物構成部材としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ゴム、エチレン/酢酸ビニル共重合体などが挙げられる。
各種の特性について、以下の方法で測定または評価した。
(1)構成
1H−NMR分析(日本電子社製、ECA500、500MHz)より求めた。テトラクロロエタン(d2)を溶媒とし、120℃で測定した。
酸変性ポリオレフィン樹脂10mgをサンプルとし、DSC(示差走査熱量測定)装置(パーキンエルマー社製、DSC7)を用いて昇温速度10℃/分の条件で測定を行って融点を求めた。
ISO1133記載(190℃、21.2N荷重)の方法で測定した。
(1)分散粒子の数体積平均粒子径
マイクロトラック粒度分布計(日機装社製、UPA150、MODEL No.9340、動的光散乱法)を用いて求めた。粒子径算出に用いる樹脂の屈折率は1.50とした。
各実施例および比較例の水性分散体を50℃で1週間保存し、水性分散体の状態を下記の指標により目視で評価した。
○:凝集、または液のゲル化が全くないか、少ない。
×:固形分のほとんどが凝集した。または液が完全にゲル化した。
各種試験片について、引張試験機(インテスコ社製、インテスコ精密万能材料試験機2020型)を用いて、引張速度50mm/分、180°剥離、25℃の条件で、試験片中の2種の基材を剥離するのに必要な強度(接着強度)を測定した。測定は、サンプル数5で行い、平均値を接着強度として接着性を評価した。
基材としてのアセトンにより表面を脱脂したポリプロピレン樹脂(以下、「PP」と称することがある)シート(サイズ:100mm×50mm×厚さ3mm)の片面、および他の基材としてのスチレン/ブタジエンゴムからなるゴムシート(サイズ:100mm×50mm×厚さ2mm)のバフ掛け面のそれぞれに、乾燥後の塗布量が100g/m2になるように水性分散体を刷毛でコーティングし、熱風乾燥機にて60℃で20分間乾燥し、接着層を積層した。乾燥後、速やかにPPおよびゴムの接着層同士を貼り合わせ、プレス機にて0.1MPaの圧力で20秒間圧着した。このようにして、PPとゴムとが接着された接着構造体を得た。この接着構造体を室温下で24時間静置した後、20mm幅で切り出し、20mm幅×100mm長の試験片を得た。
上記(I)において、PPシートをポリエチレン樹脂(以下、「PE」と称することがある)シート(サイズ:100mm×50mm×厚さ3mm)に変更した以外は同様の操作を行い、PEとゴムとが接着された接着構造体(20mm幅×100mm長)の試験片を得た。
PPペレットと、スチレン系エラストマー(クレイトンポリマージャパン社製、クレイトンFG1901X、マレイン酸変性したスチレン/エチレンブチレン/スチレンブロック共重合体、以下「M−SEBS」と称することがある)ペレットとを、質量比PP/M−SEBS=50/50として、220℃の2軸押出機に供し、溶融混練してポリプロピレン系樹脂(以下、「ブレンド1」と称する)のペレットを得た。このブレンド1のペレットを、220℃の熱プレス機にて3mmの厚みにプレスしてシートを作製し、このシートを100mm×50mm×3mmのサイズのシートに加工した。
上記(I)において、PPシートをブレンド1シートに変更した以外は同様の操作を行い、ブレンド1とゴムとが接着された接着構造体(20mm幅×100mm長)試験片を得た。
プロピレン/1−ブテン/エチレンランダム共重合体(重量比:プロピレン/1−ブテン/エチレン=65/25/10、以下「PO」と称する)ペレットと、M−SEBSペレットとを、質量比でPO/M−SEBS=50/50として、200℃の2軸押出機に供し、溶融混練してポリプロピレン系樹脂(以下、「ブレンド2」と称する)のペレットを得た。このブレンド1のペレットを、200℃の熱プレス機にて3mmの厚みにプレスしてシートを作製し、このシートを100mm×50mm×3mmのサイズのシートに加工した。
上記(I)において、PPシートをブレンド2シートに変更した以外は同様の操作を行い、ブレンド2とゴムとが接着された接着構造体(20mm幅×100mm長)の試験片を得た。
上記(I)において、ゴムシートのバフ掛け面を発泡EVAシート(エチレン/酢酸ビニル共重合体の発泡体、サイズ:100mm×50mm×厚さ5mm)のアセトン脱脂面に変更した以外は同様の操作を行い、ブレンド2とゴムとが接着された接着構造体(20mm幅×100mm長)の試験片を得た。
上記(I)にて作製された試験片について、接着強度が20N/20mm以上であった実施例または比較例について、下記(4−1)または(4−2)の処理を施した後の接着性を測定した。測定方法として、引張試験機(インテスコ社製、インテスコ精密万能材料試験機2020型)を用いて、引張速度50mm/分、180°剥離、25℃の条件で、試験片中の2種の基材を剥離するのに必要な強度(接着強度)を測定した。測定は、サンプル数5で行い、平均値を採用した。
上記「(I)ポリプロピレン樹脂(PP)/ゴムの試験片作製」で得られた試験片のうち接着強度が50N/20mm以上のものを、温度70℃、湿度75%RHに保たれた恒温恒湿機に入れ、2000時間後に取り出した。取り出し後、室温で24時間静置した。
また高温高湿処理後の接着強度を用い、下記式に従って「高温高湿処理後の接着強度保持率」算出した。
高温高湿処理後の接着強度保持率(%)=(高温高湿処理後の接着強度/高温高湿処理前の接着強度)×100
高温高湿処理後の接着強度保持率が高いほど、高温高湿の環境下での接着保持性に優れることを意味する。
また、高温高湿処理後の接着強度保持率を以下の基準で評価した。
○:接着強度保持率が80%以上
△:接着強度保持率が70%以上80%未満
×:70%未満
本発明においては、高温高湿処理後の評価が○または△であることが好ましい。
上記「(IV)ポリプロピレン系樹脂(ブレンド2)/ゴムの試験片作製」で得られた試験片のうち接着強度が50N/20mm以上のものについて、下記の冷間屈曲処理を3回行った。
(冷間屈曲処理)
試験片を−40℃の冷蔵室に2時間静置した。その後、−40℃の環境下で、半径5mm円柱に、試験片の20mmの辺が円柱の軸方向と平行になるようにして、試験片の全体を巻きつけて、すぐに巻き出した。この巻きつけと巻き出し作業を200回繰り返した後、室温で24時間静置した。
冷間屈曲処理後の接着強度保持率(%)=(冷間屈曲処理後の接着強度/冷間屈曲処理前の接着強度)×100
この冷間屈曲処理後の接着強度保持率が高いほど、氷点下の環境下での接着保持性に優れることを意味する。
○:接着強度保持率が100%
△:接着強度保持率が85%以上100%未満
×:85%未満
本発明においては、冷間屈曲処理験後の評価が○または△であることが好ましい。
PPシートのアセトン脱脂面に、乾燥後の塗布量が100g/m2になるように水性分散体を刷毛でコーティングし、熱風乾燥機にて80℃で10分間乾燥させた。このようにして接着層を積層したPPシートを40℃の温水中に24時間浸漬した。その後、接着層の塗膜表面を目視で観察し、以下の指標で耐水性を評価した。
○:塗膜に変化なし。
×:塗膜の一部または全てが剥がれている。
<製造例1−1:酸変性ポリプロピレン樹脂(A)P−1の製造>
プロピレン−ブテン共重合体(質量比:プロピレン/1−ブテン=80/20)280gを4つ口フラスコ中、窒素雰囲気下でキシレン470gに加熱溶解させた。その後、系内温度を140℃に保って攪拌下、不飽和カルボン酸としての無水マレイン酸40.0gと、ラジカル発生剤としてのジクミルパーオキサイド28.0gをそれぞれ2時間かけて加え、その後6時間反応させた。反応終了後、得られた反応物を多量のアセトン中に投入し、樹脂を析出させた。
製造例1−1において、質量比がプロピレン/1−ブテン=65/35であるプロピレン−ブテン共重合体を用いた以外は、同様の操作を行って、酸変性ポリプロピレン樹脂(A)P−2を得た。
製造例1−1において、プロピレン−ブテン共重合体に代えて、プロピレン−ブテン−エチレン共重合体(質量比:プロピレン/1−ブテン/エチレン=65/24/11)を用いた以外は、同様の操作を行って、酸変性ポリプロピレン樹脂(A)P−3を得た。
製造例1−1において、質量比がプロピレン/1−ブテン=97/3であるプロピレン−ブテン共重合体を用いた以外は、同様の操作を行って、酸変性ポリプロピレン樹脂(A)P−4を得た。
ヒーター付きの密閉できる耐圧1L容ガラス容器を備えた撹拌機を用いて、60.0gの酸変性ポリプロピレン樹脂(A)P−1、45.0gのエチレングリコール−n−ブチルエーテル、8.0gのN,N−ジメチルエタノールアミン(DMEA)および137.0gの蒸留水を、ガラス容器内に仕込み、撹拌翼の回転速度を300rpmとして撹拌したところ、容器底部には樹脂の沈澱は認められず、浮遊状態となっていることが確認された。そこでこの状態を保ちつつ、10分後にヒーターの電源を入れ加熱した。そして系内温度を160℃に保ってさらに60分間撹拌した。
製造例2−1において、酸変性ポリプロピレン樹脂(A)P−1に代えて、製造例2−2ではP−2を、製造例2−4ではP−4を用いた以外は同様の操作を行って、酸変性ポリプロピレン樹脂(A)水性分散体A−2、A−4を得た。
ヒーター付きの密閉できる耐圧1L容ガラス容器を備えた撹拌機を用いて、60.0gの酸変性ポリプロピレン樹脂(A)P−2、45.0gのエチレングリコール−n−ブチルエーテル、12.0gのN,N−ジメチルエタノールアミン(DMEA)および137.0gの蒸留水を、ガラス容器内に仕込み、撹拌翼の回転速度を300rpmとして撹拌したところ、容器底部には樹脂の沈澱は認められず、浮遊状態となっていることが確認された。そこでこの状態を保ちつつ、10分後にヒーターの電源を入れ加熱した。そして系内温度を160℃に保ってさらに60分間撹拌した。
<製造例3−1:酸変性ポリエチレン樹脂(B)水性分散体B−1の製造>
ヒーター付きの密閉できる耐圧1リットル容ガラス容器を備えた撹拌機を用いて、60.0gの酸変性ポリエチレン樹脂(住友化学工業社製、ボンダインHX−8290)、60.0gのイソプロパノール、2.2gのトリエチルアミン、および177.8gの蒸留水をガラス容器内に仕込み、密閉した後、撹拌翼の回転速度を300rpmとして撹拌したところ、容器底部には樹脂粒状物の沈澱は認められず、浮遊状態となっていることが確認された。そこでこの状態を保ちつつ、10分後にヒーターの電源を入れ加熱した。そして系内温度を120℃に保ってさらに20分間撹拌した。
ヒーター付きの密閉できる耐圧1リットル容ガラス容器を備えた撹拌機を用いて、60.0gの酸変性ポリエチレン樹脂(住友化学工業社製、ボンダインHX−8290)、50.0gのイソプロパノール、6.0gの28%−アンモニア水溶液、および187.0gの蒸留水をガラス容器内に仕込み、密閉した後、撹拌翼の回転速度を300rpmとして撹拌したところ、容器底部には樹脂粒状物の沈澱は認められず、浮遊状態となっていることが確認された。そこでこの状態を保ちつつ、10分後にヒーターの電源を入れ加熱した。そして系内温度を120℃に保ってさらに20分間撹拌した。
製造例3−2において、28%−アンモニア水溶液の添加量を6.0gから4.0gに変更し、濃縮前に添加するDMEAの量を7.0gから5.0gに変更した以外は、同様の操作を行い、乳白色の均一な酸変性ポリエチレン樹脂(B)水性分散体B−3を得た。
製造例3−1において、酸変性ポリエチレン樹脂(B)として、住友化学工業社製ボンダインHX−8290に代えて、住友化学工業社製ボンダインTX−8030を使用した以外は、同様の操作を行い、乳白色の均一な酸変性ポリエチレン樹脂(B)水性分散体B−4を得た。
ヒーター付きの密閉できる耐圧1L容ガラス容器を備えた撹拌機を用いて、60.0gの酸変性ポリエチレン樹脂(ダウ・ケミカル社製、プリマコール5980I)、16.8gのトリエチルアミン、および223.2gの蒸留水をガラス容器内に仕込み、撹拌翼の回転速度を300rpmとして撹拌したところ、容器底部には樹脂粒状物の沈澱は認められず、浮遊状態となっていることが確認された。そこでこの状態を保ちつつ、10分後にヒーターの電源を入れ加熱した。そして系内温度を130℃に保ってさらに30分間撹拌した。
架橋剤:オキサゾリン基含有化合物の水性溶液(日本触媒社製、エポクロスWS−700、固形分濃度25質量%)
架橋剤:エポキシ基含有化合物の水性分散体(ADEKA社製、アデカレジンEM−0517、固形分濃度51質量%)
ポリウレタン樹脂:ポリエーテル型ポリウレタン樹脂水性分散体(楠本化成社製、NeoRezR−600、固形分濃度33質量%)
酸変性ポリプロピレン樹脂(A)水性分散体A−1と酸変性ポリエチレン樹脂(B)水性分散体B−1とを固形分質量比が95/5になるように配合し、室温で5分間、混合攪拌し、水性分散体を得た。得られた水性分散体を用いて各種性能評価を行った。評価結果は表3に示す。
表3、4に示したように、酸変性ポリエチレン樹脂(A)水性分散体と酸変性ポリプロピレン樹脂(B)水性分散体の種類および固形分質量比を変更し、また実施例10〜12では添加物を添加した以外は、得られた水性分散体を用いて各種性能評価を行った。
特に比較例4については、酸変性ポリプロピレン樹脂(A)として、プロピレン成分の割合が本発明の好ましい範囲よりも多いものを用いた結果、粒子の凝集が発生し液安定性が悪かった。
Claims (7)
- 酸変性ポリプロピレン樹脂(A)と、酸変性ポリエチレン樹脂(B)と、水性媒体とを含有する水性分散体であって、
酸変性ポリプロピレン樹脂(A)と酸変性ポリエチレン樹脂(B)との質量比(A/B)が95/5〜50/50である、水性分散体。
- 酸変性ポリプロピレン樹脂(A)のオレフィン成分がブテンを含有する、請求項1に記載の水性分散体。
- 酸変性ポリエチレン樹脂(B)が、さらに(メタ)アクリル酸エステル成分を含有する、請求項1または2に記載の水性分散体。
- 請求項1〜3の何れか1項に記載の水性分散体を含む、接着剤。
- 基材の表面の一部に、請求項4に記載の接着剤からなる接着層が積層されてなる、積層体。
- 基材が履物構成部材である、請求項5に記載の積層体。
- 請求項6に記載の積層体を含む、履物。
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