JP2021113274A - 硬化性樹脂組成物およびその用途ならびにそれらの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】金属などの基材に対して高い密着性および耐久性を付与する上で有用な硬化性樹脂組成物を提供する。【解決手段】アミノ基を有するポリアミド系樹脂(A)と、ブロックポリイソシアネート(B)と、エポキシ化合物(C)とを組み合わせて硬化性樹脂組成物を調製する。前記ポリアミド系樹脂(A)は、融点170℃以上のポリアミド系樹脂(A1)と、融点150℃以下のポリアミド系樹脂(A2)とを含む。前記ポリアミド系樹脂(A1)と前記ポリアミド系樹脂(A2)との質量比は、前者/後者=65/35〜35/65である。【選択図】なし

Description

本開示は、金属などの基材に対して高い密着性および耐久性を付与する上で有用な硬化性樹脂組成物、基材の表面がこの硬化性樹脂組成物の硬化膜で被覆された複合部材、前記硬化膜に樹脂層が成形された複合成形部材、ならびにこれらの製造方法に関する。
金属の耐食性および耐久性などを向上させるため、流動浸漬法、静電塗装法などでコーティング層を形成することが行われている。特に、車両(自動車など)、飛行機などのベヒクルの構造部材などの高い耐久性が求められる用途では、金属をプライマー処理し、プライマー層(接着剤層)に樹脂をモールドしてハイブリッド化し、ハイブリッド部材を製造している。
特開2007−190917号公報(特許文献1)および対応する米国公開公報US2011/0143142A1には、金属とポリマーとからなるハイブリッド部材の製造方法において、金属とポリマーとを、コポリアミドを基礎とし、付加的にイソシアネートとエポキシドとを含有する溶融接着剤によって結合させることが記載されており、溶融接着剤が、ラウリンラクタムを基礎とするコポリアミドと、2.5〜15%のブロックイソシアネートと、2.5〜10%のエポキシドとを含有することが記載されている。この文献には、Degussa社のVESTAMELT X1038−P1[60%のラウリンラクタムと25%のカプロラクタムと15%のAH塩(50%のアジピン酸と50%のヘキサメチレンジアミンとからなる混合物)](95%)と、VESTAGON BF1540−P1(5%)と、AralditeGT7004(5%)とを含む溶融接着剤が記載され、最終工程で射出成形によりポリマー構造を形成することも記載されている。
特開2007−190917号公報
特許文献1の接着剤を静電塗装して加熱すると、金属との密着性の高い接着剤層を形成でき、この接着剤層に熱可塑性樹脂を射出成形することにより、耐久性の高いハイブリッド部材を製造できる。しかし、理由は明確ではないが、このようにして形成されたハイブリッド部材を熱水に浸漬すると、密着性が低下する場合がある。また、接着剤層に熱可塑性樹脂を射出成形すると、金属と接着剤層との界面にボイドが生成する場合がある。そのため、長期間に亘り高い耐食性および耐久性を維持できなくなる。
従って、本発明の目的は、金属などの基材に対して高い密着性および耐久性を付与する上で有用な硬化性樹脂組成物、基材表面がこの硬化性樹脂組成物のコーティング層(接着剤層または硬化膜)で被覆された複合部材、前記接着剤層に樹脂モールドされた複合成形部材、ならびにこれらの製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、金属などの基材に対して密着性が高く、耐熱性も優れている接着剤層(または硬化膜)を形成するのに有用な硬化性樹脂組成物、この樹脂組成物を用いた複合部材(硬化性樹脂組成物でプライマー処理された複合部材)、複合成形部材、ならびにこれらの製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、接着剤層(または硬化膜)に対して260℃以下の温度でポリアミド樹脂をモールドしても密着性および耐熱性の高い複合成形部材を得るのに適した硬化性樹脂組成物を提供することにある。
本発明者らは、前記課題を達成するため、鋭意検討の結果、アミノ基を有するポリアミド系樹脂(A)と、ブロックポリイソシアネート(B)と、エポキシ化合物(C)とを組み合わせ、さらに前記ポリアミド系樹脂(A)として、融点170℃以上のポリアミド系樹脂(A1)と、融点150℃以下のポリアミド系樹脂(A2)とを特定の割合で組み合わせることにより、金属などの基材に対して高い密着性および耐久性を付与できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本開示の硬化性樹脂組成物は、アミノ基を有するポリアミド系樹脂(A)と、ブロックポリイソシアネート(B)と、エポキシ化合物(C)とを含む樹脂組成物であって、前記ポリアミド系樹脂(A)が、融点170℃以上のポリアミド系樹脂(A1)と、融点150℃以下のポリアミド系樹脂(A2)とを含み、前記ポリアミド系樹脂(A1)と前記ポリアミド系樹脂(A2)との質量比が、前者/後者=65/35〜35/65である。前記ポリアミド系樹脂(A)は粒子状であってもよい。前記硬化性樹脂組成物は、粒子状混合物であってもよい。前記ポリアミド系樹脂(A1)と前記ポリアミド系樹脂(A2)との質量比は、前者/後者=60/40〜40/60であってもよい。前記ポリアミド系樹脂(A1)および前記ポリアミド系樹脂(A2)のアミノ基濃度は、いずれも80mmol/kg以上であってもよい。前記ブロックポリイソシアネート(B)は、ガラス転移温度60〜110℃、融点70〜130℃、および解離温度120〜200℃を有していてもよい。前記エポキシ化合物(C)は、軟化温度75℃以上のビスフェノール型エポキシ樹脂を含んでいてもよい。前記ポリアミド系樹脂(A)のアミノ基1モルに対して、前記ブロックポリイソシアネート(B)のイソシアネート基の割合は1.5〜5モルであり、前記エポキシ化合物(C)のエポキシ基の割合は0.1〜0.8モルであってもよい。前記ポリアミド系樹脂(A)のアミノ基に対して、前記ブロックポリイソシアネート(B)のイソシアネート基は、15〜450mmol/kg過剰であり、アミノ基、イソシアネート基およびエポキシ基の総モル数に対して、エポキシ基の濃度は3〜35モル%であってもよい。前記ポリアミド系樹脂(A)のアミノ基の全モル数に対して、前記ブロックポリイソシアネート(B)のイソシアネート基の全モル数は、1.3〜50倍であってもよい。前記ポリアミド系樹脂(A)100質量部に対して、前記ブロックポリイソシアネート(B)を5〜30質量部、前記エポキシ化合物(C)を5〜30質量部の割合で含んでいてもよい。
本開示には、基材の表面に前記硬化性樹脂組成物の接着剤層が形成されている複合部材も含まれる。また、本開示には、基材の表面を前記硬化性樹脂組成物でコーティングし、接着剤層を形成する複合部材の製造方法も含まれる。
本開示には、前記複合部材の接着剤層に、少なくとも熱可塑性樹脂を含む組成物がモールドまたは積層されている複合成形部材も含まれる。前記基材は金属基材であってもよい。前記熱可塑性樹脂は、前記ポリアミド系樹脂(A)よりも高い融点を有するポリアミド系樹脂を含んでいてもよい。また、本開示には、前記複合部材の接着剤層に、少なくとも熱可塑性樹脂を含む組成物をモールドまたは積層し、複合成形部材を製造する方法も含まれる。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、エポキシ樹脂も含め、単に「エポキシ化合物」と称し、ブロックポリイソシアネートの保護されたイソシアネート基を単に「イソシアネート基」と称する場合がある。また、グリシジル基も含め、単に「エポキシ基」という場合がある。
また、本明細書に開示された各々の態様は、本明細書に開示された他のいかなる特徴とともに組み合わせることができる。
本開示では、アミノ基を有するポリアミド系樹脂(A)と、ブロックポリイソシアネート(B)と、エポキシ化合物(C)とを組み合わせ、さらに前記ポリアミド系樹脂(A)として、融点170℃以上のポリアミド系樹脂(A1)と、融点150℃以下のポリアミド系樹脂(A2)とを特定の割合で組み合わせているため、金属などの基材に対して高い密着性および耐久性を有する接着剤層(または硬化膜)で被覆された複合部材を製造することができ、前記接着剤層に熱可塑性樹脂をモールドまたは積層することにより複合成形部材を製造できる。また、硬化性樹脂組成物でプライマー処理され、接着剤層(または反応性接着剤層)が形成された複合部材は、金属などの基材に対して密着性が高く、耐熱性も改善できる。そのため、接着剤層(または硬化膜)に対して280℃以下の温度でポリアミド樹脂モールドまたは積層しても、金属などの基材と接着剤層との界面にボイドが生成することなく、均一で耐久性の高い複合成形部材を得ることができる。
[アミノ基を有するポリアミド系樹脂(A)]
ポリアミド系樹脂(A)は、アミノ基を有しており、アミノ基を有することにより、硬化性樹脂組成物で形成された接着剤層の密着性を向上できる。
ポリアミド系樹脂(A)には、ポリアミド樹脂(ホモまたはコポリアミド樹脂を含む)とポリアミドエラストマー(ポリアミドブロック共重合体)とが含まれ、下記(a)〜(c)のいずれかのアミド形成成分で形成できる。
(a)アルキレンジアミン成分とアルカンジカルボン酸成分とを組み合わせた第1のアミド形成成分;
(b)ラクタム成分およびアミノカルボン酸成分のうち少なくとも一方の成分からなる第2のアミド形成成分;
(c)第1のアミド形成成分および第2のアミド形成成分。
すなわち、ポリアミド樹脂は、前記アミド形成成分(a)〜(c)のいずれか(第1のアミド形成成分;第2のアミド形成成分;第1のアミド形成成分と第2のアミド形成性成分との組み合わせ)で形成でき、ポリアミドエラストマーは前記(a)〜(c)のいずれかのアミド形成成分で形成されたポリアミドを用いて調製できる。なお、炭素数および分岐鎖構造が共通するラクタム成分およびアミノカルボン酸成分は、互いに等価な成分とみなすことができる。
ポリアミド樹脂は、脂環族ポリアミドであってもよいが、通常、脂肪族ポリアミドである場合が多い。また、ポリアミド樹脂は、ホモポリアミド樹脂またはコポリアミド樹脂(共重合ポリアミド樹脂)であってもよい。なお、コポリアミド樹脂は、例えば、炭素数の異なる第1のアミド形成成分で形成されたコポリアミド樹脂;第1のアミド形成成分と、第2のアミド形成成分とのコポリアミド樹脂;炭素数の異なる第2のアミド形成成分で形成されたコポリアミド樹脂などであってもよい。なお、炭素数の異なる第1のアミド形成成分および/または第2のアミド形成成分で形成されたコポリアミド樹脂を第1のコポリアミド樹脂と称し、前記第1のアミド形成成分および/または第2のアミド形成成分と共重合成分(脂環族または芳香族成分)とのコポリアミド樹脂を第2のコポリアミド樹脂と称する場合がある。
前記アルキレンジアミン成分としては、例えば、テトラメチレンジアミン、ヘキサンメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、デカンジアミン、ドデカンジアミン、テトラデカンジアミン、オクタデカンジアミンなどのC4−18アルキレンジアミンなどが例示できる。これらのジアミン成分は単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。好ましいジアミン成分は、少なくともC8−18アルキレンジアミン(好ましくはC10−16アルキレンジアミン、さらに好ましくはC11−16アルキレンジアミン、特に、ドデカンジアミンなどのC11−14アルキレンジアミン)を含んでいる。
アルカンジカルボン酸成分としては、例えば、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、オクタデカン二酸などのC4−36アルカンジカルボン酸などが挙げられる。これらのジカルボン酸成分は単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。好ましいジカルボン酸成分は、C8−18アルカンジカルボン酸(例えば、C10−16アルカンジカルボン酸、好ましくはC12−14アルカンジカルボン酸など)を含んでいる。
第1のアミド形成成分において、ジアミン成分は、ジカルボン酸成分1モルに対して0.8〜1.2モル、好ましくは0.9〜1.1モル程度の範囲で使用できる。
ラクタム成分としては、例えば、ε−カプロラクタム、ω−オクタンラクタム、ω−ノナンラクタム、ω−デカンラクタム、ω−ウンデカンラクタム、ω−ラウロラクタム(またはω−ラウリンラクタム若しくはドデカンラクタム)、ω−トリデカンラクタムなどのC4−20ラクタムなどが例示できる。アミノカルボン酸成分としては、例えば、ω−アミノデカン酸、ω−アミノウンデカン酸、ω−アミノドデカン酸、ω−アミノトリデカン酸などのC4−20アミノカルボン酸などが例示できる。これらのラクタム成分およびアミノカルボン酸成分も単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。
好ましいラクタム成分は、例えば、C8−18ラクタム、好ましくはC10−16ラクタム(例えば、C10−15ラクタム)、さらに好ましくはC10−14ラクタム(例えば、C11−13ラクタム)であり;好ましいアミノカルボン酸も上記好ましいラクタム成分と同様の炭素数を有している。特に、ラクタム成分および/またはアミノカルボン酸は、少なくともC11−12ラクタム成分および/またはアミノカルボン酸(ウンデカンラクタム、ラウロラクタム(またはラウリンラクタム)、アミノウンデカン酸、アミノドデカン酸など)、例えば、炭素数12のラクタム成分および/またはアミノカルボン酸を含んでいる場合が多い。
第1のアミド形成成分と、第2のアミド形成成分との割合(モル比)は、前者/後者=100/0〜0/100の範囲から選択でき、例えば90/10〜0/100(例えば80/20〜5/95)、好ましくは75/25〜10/90(例えば70/30〜15/85)、さらに好ましくは60/40〜20/80程度であってもよい。
好ましいポリアミド樹脂は、第1および/または第2のアミド形成成分として、少なくともC8−18アルキレン鎖(または直鎖状アルキレン鎖)、例えば、C8−16アルキレン鎖(例えば、C9−15アルキレン鎖)、好ましくはC10−14アルキレン鎖(例えば、C11−14アルキレン鎖)、さらに好ましくはC11−13アルキレン鎖(例えば、C11−12アルキレン鎖)を有する成分を含んでいる。
このような成分で形成されたポリアミド樹脂は、耐熱性が高いとともに、金属などの基材に対する密着性に優れており、基材表面に均一かつ強靱な接着剤層(プライマー層または反応性接着剤層)を形成するのに有用である。
なお、第1および/または第2のアミド形成成分として、前記C8−18アルキレン鎖を有する成分を用いたポリアミド樹脂は、ホモポリアミド樹脂(特定の炭素数のアルキレン鎖を有する成分のホモポリアミド樹脂)、または第1のコポリアミド樹脂(前記C8−18アルキレン鎖のうち炭素数の異なる複数の成分の共重合体;前記C8−18アルキレン鎖(または直鎖状アルキレン鎖)を有する成分と、短鎖の第1および/または第2のアミド形成成分との第1のコポリアミド樹脂)であってもよい。
なお、前記短鎖の第1のアミド形成成分としては、例えば、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミンなどの主鎖の炭素数C4−7アルキレンジアミン;アジピン酸、ピメリン酸などのC6−7アルカンジカルボン酸などが挙げられ、前記短鎖の第2のアミド形成成分としては、δ−バレロラクタム、ε−カプロラクタム、ω−ヘプタラクタムなどのC4−7ラクタムやC4−7アミノカルボン酸などが挙げられる。短鎖の第1および第2のアミド形成成分の使用量は、第1および第2のアミド形成成分全体に対して、少量、例えば0〜50モル%、好ましくは0〜40モル%、さらに好ましくは0〜30モル%程度であってもよい。
さらに、コポリアミド樹脂は、必要であれば、第1および/または第2のアミド形成成分と共重合可能な共重合成分との共重合体(第2のコポリアミド樹脂)であってもよく、共重合成分としてのジアミン成分は、脂環族ジアミン成分(ジアミノシクロヘキサンなどのジアミノC5−10シクロアルカン;ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタン、2,2−ビス(4−アミノシクロヘキシル)プロパンなどのビス(アミノC5−8シクロアルキル)C1−3アルカンなど;水添キシリレンジアミンなど)、芳香族ジアミン成分(メタキシリレンジアミンなど)などであってもよい。また、共重合成分としてのジカルボン酸成分は、脂環族ジカルボン酸成分(シクロヘキサン−1,4−ジカルボン酸、シクロヘキサン−1,3−ジカルボン酸などのC5−10シクロアルカン−ジカルボン酸など)、芳香族ジカルボン酸(テレフタル酸、イソフタル酸など)などであってもよい。なお、第1および/または第2のアミド形成成分との共重合成分として脂環族ジアミン成分および/または脂環族ジカルボン酸成分を用い、脂環族ポリアミド樹脂(透明ポリアミド)を形成してもよい。
ポリアミド樹脂において、第1および第2のアミド形成成分の割合は、成分全体に対して、60〜100モル%(例えば70〜100モル%)、好ましくは80〜100モル%(例えば85〜97モル%)、さらに好ましくは90〜100モル%程度であってもよい。
なお、ポリアミド樹脂は、少量のポリカルボン酸成分および/またはポリアミン成分を用い、分岐鎖構造を導入したポリアミドなどの変性ポリアミドであってもよい。
このようなポリアミド樹脂としては、例えば、ホモポリアミド樹脂(ポリアミド8、ポリアミド9、ポリアミド10、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド13、ポリアミド610、ポリアミド611、ポリアミド612、ポリアミド911、ポリアミド912、ポリアミド1010、ポリアミド1012など)、コポリアミド(ポリアミド6/10、ポリアミド6/11、ポリアミド6/12、ポリアミド6/66/12、ポリアミド6/12/612、ポリアミド10/12、ポリアミド11/12、ポリアミド12/13、ポリアミド12/18、ポリアミド14/18など)などが例示できる。これらのポリアミド樹脂は単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。なお、ポリアミド樹脂において、スラッシュ「/」で分離された成分は、第1のアミド形成成分におけるアルキレンジアミン成分またはアルカンジカルボン酸成分を意味するのではなく、第1のアミド形成成分または第2のアミド形成成分を意味する。
ポリアミドエラストマー(ポリアミドブロック共重合体)としては、ハードセグメント(またはハードブロック)としてのポリアミドセグメント(前記ポリアミド樹脂、例えば、ポリアミド11,ポリアミド12などに対応するポリアミドセグメント)とソフトセグメント(またはソフトブロック)とで形成されたポリアミドブロック共重合体が挙げられ、ソフトセグメントは、例えば、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネートなどで形成できる。代表的なポリアミドエラストマーは、ポリアミド−ポリエーテルブロック共重合体であり、例えば、ポリエーテルアミド[例えば、ジカルボキシル末端のポリアミドブロックとジオール末端のポリC2−6アルキレングリコールブロック(またはポリオキシアルキレンブロック)とのブロック共重合体など]などが挙げられる。なお、ポリアミドエラストマーは、エステル結合を有していてもよい。
ポリアミドエラストマーにおいて、ソフトセグメントの数平均分子量(ポリスチレン換算)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定したとき、例えば100〜10000程度の範囲から選択でき、300〜5000(例えば500〜5000)、好ましくは1000〜2000程度であってもよい。ポリアミドブロック(ポリアミドセグメント)と、ソフトセグメント(またはブロック)との割合(質量比)は、例えば、前者/後者=75/25〜10/90、好ましくは70/30〜15/85程度であってもよい。
これらのポリアミド系樹脂のうち、前記ポリアミド樹脂が好ましい。
ポリアミド系樹脂(A)は、前記ポリアミド系樹脂から選択され、融点170℃以上のポリアミド系樹脂(A1)と、融点150℃以下のポリアミド系樹脂(A2)との組み合わせを含む。
前記ポリアミド系樹脂(A1)の融点は、170℃以上であればよく、例えば170〜220℃程度であってもよく、例えば175〜210℃、好ましくは175〜200℃、さらに好ましくは175〜190℃(特に175〜185℃)程度であってもよい。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、融点は、示差走査熱量計(DSC)により測定でき、DSCで複数のピークが生じる場合、複数のピークのうち最も高温側のピークに対応する温度を意味する。
このような融点を有するポリアミド系樹脂(A1)は、前記ポリアミド樹脂のうち、C8−16アルキレン鎖(好ましくはC10−14アルキレン鎖、さらに好ましくはC11−13アルキレン鎖)を有する成分の割合が、ポリアミド系樹脂を形成する成分(単量体)(または第1および第2のアミド形成成分)の総量に対して、65〜100モル%(例えば65〜98モル%)、好ましくは70〜100モル%(例えば75〜98モル%)、さらに好ましくは80〜100モル%(例えば85〜100モル%)、特に90〜100モル%(例えば95〜100モル%)程度のホモポリアミド樹脂またはコポリアミド樹脂であってもよい。特に好ましいポリアミド系樹脂(A1)は、C11−13ラクタムおよび/またはC11−13アミノカルボン酸(例えば、ラウロラクタム、アミノウンデカン酸およびアミノドデカン酸)から選択された少なくとも一種をアミド形成成分とするホモまたはコポリアミド樹脂(特に、ホモポリアミド樹脂)である。具体的なポリアミド系樹脂(A1)としては、例えば、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリアミド1010、ポリアミド1012、ポリアミド10、ポリアミド11、ポリアミド12などが挙げられ、ポリアミド11、ポリアミド12(例えば、ラウリルラクタムの単独重合体)が汎用される。
ポリアミド系樹脂(A1)は、吸水性または吸湿性が低いのが好ましい。すなわち、ポリアミド系樹脂(A1)の吸水率は、1質量%以下(例えば0.01〜0.8質量%)、好ましくは0.75質量%以下(例えば0.05〜0.65質量%)、さらに好ましくは0.65質量%以下(例えば0.1〜0.55質量%)、特に0.5質量%以下(例えば0.1〜0.4質量%)程度であってもよく、0.1〜0.65質量%、好ましくは0.12〜0.55質量%、さらに好ましくは0.15〜0.45質量%、特に0.3質量%以下(例えば0.15〜0.25質量%)であってもよい。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、吸水率の測定は、ASTM D570に規定する吸水性試験に基づいて、乾燥した試料を、デシケータ内で冷却した後、試料の質量を測定し、23℃の水に24時間浸漬して取り出し、布を押さえて過剰な水分を拭き取り、質量を測定し、試験片の質量変化(増加率)を算出することにより求めることができる。なお、厚み0.125インチ(約0.32cm)の試料が利用できる。
ポリアミド系樹脂(A1)の平衡含水量は、ISO 62に従って測定したとき、相対湿度50%RH、室温23℃において、例えば2質量%以下(例えば0.1〜1.8質量%)、好ましくは1.5質量%以下(例えば0.3〜1.5質量%)、さらに好ましくは1.3質量%以下(例えば0.4〜1.3質量%)、特に1質量%以下(例えば0.5〜0.9質量%)程度であってもよく、0.5〜0.85質量%(例えば0.6〜0.8質量%)程度であってもよい。
ポリアミド系樹脂(A1)の飽和含水率は、ISO 62のA法に従って、23℃の水に1週間浸漬した後に測定したとき、5質量%以下(例えば0.5〜4.5質量%)、好ましくは0.5〜4質量%(例えば0.6〜3.8質量%)、さらに好ましくは0.8〜3.5質量%(例えば1〜3質量%)、特に1.1〜2.8質量%(例えば1.2〜2.7質量%)程度であってもよい。
ポリアミド系樹脂(A1)は、繰り返し単位当たりのアミド結合の平均濃度が少ないのが好ましく、前記アミド結合の平均濃度は、例えば1〜10モル/kg(例えば2〜9モル/kg)、好ましくは3〜8モル/kg(例えば4〜7モル/kg)、さらに好ましくは5〜7モル/kg程度であってもよい。
ポリアミド系樹脂(A1)は、金属などの基材に対する接着剤層の密着性を高めるため、アミノ基(特に、末端アミノ基)を有している。ポリアミド系樹脂(A1)のアミノ基濃度CNH2(単位:mmol/kg)は、5〜300程度の範囲から選択できるが、80以上が好ましく、例えば80〜250、好ましくは90〜200、さらに好ましくは100〜170、より好ましくは100〜160(特に125〜150)程度であってもよい。ポリアミド系樹脂(A1)のアミノ基濃度が高いと、硬化性樹脂組成物で形成された接着剤層の密着性を大きく向上できる。
ポリアミド系樹脂(A1)のカルボキシル基(末端カルボキシル基)の濃度(単位:mmol/kg)は、特に制限されず、例えば50以下(例えば0〜25)、通常20以下(例えば1〜15)、好ましくは10以下(例えば1.5〜7)、さらに好ましくは2〜5程度であってもよい。
ポリアミド系樹脂(A1)において、アミノ基とカルボキシル基との割合は特に制限されないが、カルボキシル基よりもアミノ基の濃度が高いのが好ましい。ポリアミド系樹脂(A1)のカルボキシル基に対するアミノ基の割合(モル比)は、例えば、60/40〜100/0(例えば70/30〜99.9/0.1)、好ましくは80/20〜100/0(例えば85/15〜99.5/0.5)、さらに好ましくは90/10〜99/1(例えば95/5〜98/2)程度であってもよい。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、アミノ基濃度およびカルボキシル基濃度は、慣用の方法、例えば、滴定法で測定できる。例えば、アミノ基濃度は、ポリアミド樹脂(試料)を、フェノールとエタノールとの体積比で10:1の混合溶媒に溶解して1質量%溶液を調製し、1/100規定HCl水溶液で中和滴定することにより測定できる。また、カルボキシル基濃度は、ポリアミド樹脂(試料)をベンジルアルコールに溶解して、1質量%ベンジルアルコール溶液を調製し、1/100規定KOH水溶液で中和滴定することにより測定できる。
ポリアミド系樹脂(A1)の数平均分子量(単位:×10)は、例えば0.5〜20(例えば0.7〜15)程度の範囲から選択でき、好ましくは0.8〜10(例えば0.9〜8)、さらに好ましくは1〜7(例えば1〜5)程度であってもよい。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、分子量は、HFIP(ヘキサフルオロイソプロパノール)を溶媒とし、ゲルパーミエーションクロマトグラフィにより、ポリメタクリル酸メチル換算で測定できる。
ポリアミド系樹脂(A1)のメルトフローレート(MFR、単位:g/10分)は、温度230℃および荷重2.16kgにおいて、1〜100(例えば2〜80)、好ましくは5〜75(例えば7〜60)、さらに好ましくは10〜50(例えば12〜35)程度であってもよい。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、MFRは、メルトフローレート測定器を用い、ISO 1133に従って測定できる。
ポリアミド系樹脂(A1)は、室温で固体であり、粒子状が好ましい。粒子状ポリアミド径樹脂(A1)の平均粒子径D50は、3μm以上であってもよく、例えば3〜100μm、好ましくは5〜80μm、さらに好ましくは10〜70μm(特に30〜60μm)程度であってもよい。
なお、本明細書および特許請求の範囲では、平均粒子径D50は、個数平均一次粒子径で表され、慣用の方法、例えば、レーザー回折・散乱法による粒度分布測定装置で測定できる。
前記ポリアミド系樹脂(A2)の融点は、150℃以下であればよく、例えば90〜150℃程度であってもよく、100〜150℃、好ましくは110〜145℃、さらに好ましくは110〜140℃(特に110〜130℃)程度であってもよい。
このような融点を有するポリアミド系樹脂(A2)は、前記ポリアミド樹脂のうち、C4−7アルキレン鎖(好ましくはC4−6アルキレン鎖、さらに好ましくはC5−6アルキレン鎖)を有する成分と、C8−16アルキレン鎖(好ましくはC10−14アルキレン鎖、さらに好ましくはC11−13アルキレン鎖)を有する成分とを組み合わせたコポリアミド樹脂であってもよい。C4−7アルキレン鎖を有する成分の割合は、ポリアミド系樹脂を形成する成分(単量体)(または第1および第2のアミド形成成分)の総量に対して、例えば30〜75モル%、好ましくは30〜70モル%、さらに好ましくは35〜65モル%(特に40〜60モル%)であってもよい。具体的なポリアミド系樹脂(A2)としては、例えば、ポリアミド6/10、ポリアミド6/11、ポリアミド6/12、ポリアミド6/66/12、ポリアミド6/12/612などが挙げられる。
ポリアミド系樹脂(A2)の吸水率は、例えば5質量%以下(例えば0.01〜5質量%)、好ましくは3質量%以下(例えば0.1〜2.5質量%)、さらに好ましくは2.5質量%以下(例えば0.5〜2質量%)、特に2質量%以下(例えば1〜2質量%)程度であってもよい。
ポリアミド系樹脂(A2)の平衡含水量は、射出成形によって成形された100mmx100mmx2mmの平板を23℃の水中に5日間浸漬したときに、例えば3.5質量%以下(例えば0.5〜3.5質量%)、好ましくは3.0質量%以下(例えば0.5〜3.0質量%)、さらに好ましくは2.5質量%以下(例えば0.5〜2.5質量%)、特に2.0質量%以下(例えば0.5〜2.0質量%)程度であってもよい。
ポリアミド系樹脂(A2)は、繰り返し単位当たりのアミド結合の平均濃度が少ないのが好ましく、前記アミド結合の平均濃度は、例えば3〜7モル/kg(例えば3.5〜7.0モル/kg)、好ましくは4〜7モル/kg(例えば4.5〜6.5モル/kg)、さらに好ましくは5.0〜6.5モル/kg程度であってもよい。
ポリアミド系樹脂(A2)は、金属などの基材に対する接着剤層の密着性を高めるため、アミノ基(特に、末端アミノ基)を有している。ポリアミド系樹脂(A2)のアミノ基濃度CNH2(単位:mmol/kg)は、5〜300程度の範囲から選択できるが、80以上が好ましく、例えば80〜260、好ましくは90〜250、さらに好ましくは100〜230、より好ましくは120〜220(特に150〜200)程度であってもよい。ポリアミド系樹脂(A2)のアミノ基濃度が高いと、硬化性樹脂組成物で形成された接着剤層の密着性を大きく向上できる。
ポリアミド系樹脂(A2)のカルボキシル基(末端カルボキシル基)の濃度(単位:mmol/kg)は、特に制限されず、例えば50以下(例えば0〜20)、通常、10以下(例えば0.5〜10)、好ましくは5以下(例えば0.8〜3)、さらに好ましくは1〜2程度であってもよい。
ポリアミド系樹脂(A2)において、アミノ基とカルボキシル基との割合は特に制限されないが、カルボキシル基よりもアミノ基の濃度が高いのが好ましい。ポリアミド系樹脂(A2)のカルボキシル基に対するアミノ基の割合(モル比)は、例えば、60/40〜100/0(例えば70/30〜99.95/0.05)、好ましくは80/20〜100/0(例えば90/10〜99.9/0.1)、さらに好ましくは95/5〜99.7/0.3(例えば99/1〜99.5/0.5)程度であってもよい。
ポリアミド系樹脂(A2)の数平均分子量(単位:×10)は滴定法による末端基量から計算でき、例えば0.5〜3.0(例えば0.5〜2.8)程度の範囲から選択でき、好ましくは0.5〜2.5(例えば0.6〜2.3)、さらに好ましくは0.6〜1.5(例えば0.6〜1.1)程度であってもよい。
ポリアミド系樹脂(A2)は、室温で固体であり、粒子状が好ましい。粒子状ポリアミド径樹脂(A2)の平均粒子径D50は、3μm以上であってもよく、例えば3〜100μm、好ましくは5〜80μm、さらに好ましくは10〜70μm(特に30〜60μm)程度であってもよい。
ポリアミド系樹脂(A1)とポリアミド系樹脂(A2)との質量比は、前者/後者=65/35〜35/65であり、好ましくは60/40〜40/60であり、さらに好ましくは55/45〜40/60、より好ましくは50/50〜40/60(特に50/50〜45/55)程度であってもよい。本開示では、ポリアミド系樹脂(A1)とポリアミド系樹脂(A2)とをこのような割合で組み合わせることにより、硬化性樹脂組成物の密着性と耐熱性とを両立できる。
ポリアミド系樹脂(A1)およびポリアミド系樹脂(A2)の合計割合は、ポリアミド系樹脂(A)中50質量%以上であってもよく、好ましくは70質量%以上、好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上であり、ポリアミド系樹脂(A1)およびポリアミド系樹脂(A2)のみ(100質量%)であってもよい。ポリアミド系樹脂(A1)およびポリアミド系樹脂(A2)の合計割合が少なすぎると、硬化性樹脂組成物の密着性を向上できない虞がある。
ポリアミド系樹脂(A)は、必要により、種々の添加剤、例えば、安定剤(耐熱安定剤、耐候安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤など)、着色剤、充填剤、可塑剤、滑剤、難燃剤、帯電防止剤、シランカップリング剤などを含んでいてもよい。添加剤は、単独でまたは2種以上組み合わせて使用できる。添加剤の割合は、ポリアミド系樹脂(A)中10質量%以下(例えば0.01〜10質量%程度)であってもよい。
[ブロックポリイソシアネート(B)]
ブロックポリイソシアネート(B)のポリイソシアネートは、芳香族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、複素環式ポリイソシアネートのいずれであってもよい。芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート(TDI)、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)、ナフタレンジイソシアネート(NDI)、ビス(イソシアナトフェニル)メタン(MDI)、1,3−ビス(イソシアナトフェニル)プロパン、ビス(イソシアナトフェニル)エーテル、ビス(イソシアナトフェニル)スルホン、トリジンジイソシアネート(TODI)などのジイソシアネートなどが例示できる。脂環族ポリイソシアネートとしては、例えば、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)、水添キシリレンジイソシアネート、水添ビス(イソシアナトフェニル)メタンなどのジイソシアネート;ビシクロヘプタントリイソシアネートなどのトリイソシアネートなどが例示できる。前記脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、プロピレンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、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(TMDI)、リジンジイソシアネート(LDI)などのC2−12アルカンジイソシアネート;1,3,6−ヘキサメチレントリイソシアネート、1,6,11−ウンデカントリイソシアネートメチルオクタンなどのアルカントリイソシアネートなどが例示できる。
これらのポリイソシアネートは、その誘導体、例えば、二量体、三量体(イソシアヌレート環を有するポリイソシアネート)、四量体などの多量体;アダクト体;ビウレット変性体、アロハネート変性体、ウレア変性体などの変性体;ウレタンオリゴマーなどであってもよい。具体的には、ポリイソシアネートの誘導体は、例えば、ポリイソシアネート(ヘキサメチレンジイソシアネートなどのアルカンポリイソシアネートなど)と多価アルコール(トリメチロールプロパンやペンタエリスリトールなど)とのアダクト体、前記ポリイソシアネートのビウレット体、前記イソシアヌレート環(イソシアヌル酸エステル骨格)を有するイソシアヌレート体(例えば、ヘキサメチレンジイソシアネートの三量体であるイソシアヌレート環を有するポリイソシアネートなど)、ウレチジオン(uretdione)骨格を有するポリイソシアネートなどが例示できる。
これらのポリイソシアネートのうち、脂肪族ポリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネート(TDI、MDIなど)またはそれらの誘導体(例えば、HDIまたはその三量体など)などを用いる場合が多い。
ブロックポリイソシアネート(B)のブロック剤(保護剤)としては、例えば、イソプロパノール、2−エチルヘキサノールなどのアルコール類;フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシンなどのフェノール類;アセトキシム、メチルエチルケトオキシム、シクロヘキサンオキシムなどのオキシム類;ε−カプロラクタムなどのラクタム類;アセト酢酸エチルなどの活性メチレン化合物などが挙げられる。これらのブロック剤は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのブロック剤は、ポリイソシアネートの種類、解離温度などに応じて選択でき、フェノール類、オキシム類、ε−カプロラクタムや活性メチレン化合物などを用いる場合が多い。
ブロックポリイソシアネート(B)のイソシアネート基(ブロックイソシアネート基)の含有率は、例えば5〜30質量%(例えば7.5〜25質量%)、好ましくは10〜20質量%(例えば12.5〜17.5質量%)程度であってもよく、13〜20質量%(例えば14〜18質量%、好ましくは15〜17質量%)程度であってもよい。
ブロックポリイソシアネート(B)のイソシアネート当量(単位:g/eq.)は、例えば150〜350、好ましくは175〜300、さらに好ましくは200〜280(例えば230〜275)程度であってもよい。
ブロックポリイソシアネート(B)において、イソシアネート基(ブロックイソシアネート基)の濃度CNCO(単位:mmol/kg)は、例えば500〜5500(例えば750〜5250)、好ましくは1000〜5000(例えば1500〜4500)、さらに好ましくは2000〜4500(例えば2500〜4000)程度であってもよく、3000〜4000程度であってもよい。
ブロックポリイソシアネート(B)は、通常、室温で固体であり、ブロックポリイソシアネート(B)のガラス転移温度(glass transition temperature)は、例えば50〜120℃、好ましくは60〜110℃(例えば65〜95℃)、さらに好ましくは70〜100℃(例えば75〜85℃)程度であってもよく、通常65〜100℃(例えば70〜90℃)程度であってもよい。
ブロックポリイソシアネート(B)の融点は、例えば70〜130℃、好ましくは80〜120℃、さらに好ましくは90〜115℃程度であってもよく、80〜125℃(例えば95〜115℃)程度であってもよい。
ブロックポリイソシアネート(B)の解離温度(ブロック剤が脱離してイソシアネート基が再生する温度)は、例えば100〜220℃(例えば120〜200℃)、好ましくは130〜190℃(例えば140〜180℃)、さらに好ましくは150〜170℃(例えば155〜165℃)程度であってもよい。解離温度が低すぎると、硬化性樹脂組成物の保存安定性が低下しやすく、高すぎると、塗膜形成温度または焼き付け温度が高くなり、作業性が低下するとともに、接着剤層の接着性が低下する虞がある。
なお、解離温度を調整するため、解離触媒、例えば、ジブチルスズラウレートなどのスズ化合物、N−メチルモルホリンなどの第三級アミン類、アルカリ金属酢酸塩、アルカリ土類金属酢酸塩などの金属有機酸塩などを添加してもよい。
ブロックポリイソシアネートは、通常、粉末状の形態である場合が多い。
[エポキシ化合物(C)]
エポキシ化合物(またはエポキシ樹脂)(C)としては、例えば、グリシジルエーテル化合物、グリシジルエステル化合物、グリシジルアミン化合物、複素環式エポキシ化合物、脂環式エポキシ化合物などが挙げられ、複数のグリシジル基またはオキシラン環を有している。グリシジルエーテル化合物(グリシジルエーテル型エポキシ樹脂)としては、例えば、ビスフェノール型エポキシ樹脂(ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ビスフェノールAD型、ビスフェノールS型、ビスフェノールフルオレン型などのビスフェノール類をベースとするエポキシ樹脂)、ナフトール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂(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など)、変性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化合物(グリシジルエステル型エポキシ樹脂)としては、例えば、フタル酸ジグリシジルエステル、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸などの多価カルボン酸グリシジルエステルが例示できる。
グリシジルアミン化合物(グリシジルアミン型エポキシ樹脂)としては、テトラグリシジルアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノールなどが例示できる。
複素環式エポキシ化合物(複素環式エポキシ樹脂)としては、例えば、トリグリシジルイソシアヌレート(トリアジン型エポキシ樹脂)、ヒダントイン型エポキシ樹脂などが例示できる。脂環式エポキシ化合物(脂環式エポキシ樹脂)としては、シクロヘキセン環がエポキシ化されたエポキシ樹脂が例示できる。
これらのエポキシ化合物は単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。好ましいエポキシ化合物は、軟化点または融点の高いエポキシ樹脂、例えば、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂であり、特に、ビスフェノールAなどのビスフェノール類をベースとするグリシジルエーテル型エポキシ樹脂(ビスフェノール型エポキシ樹脂)である。さらに、エポキシ化合物は、単量体であってもよいが、2量体、3量体、4量体、5量体、10量体などの多量体(例えば、3量体以上の多量体)を含んでいるのが好ましい。このような多量体は多量化に伴ってヒドロキシル基を有する場合が多い。多量体の割合は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィにおいて、面積比で45〜99.9%、好ましくは50〜99%、さらに好ましくは55〜98%程度であってもよい。
エポキシ化合物(C)のエポキシ当量(単位:g/eq.)は、250〜5000程度の範囲から選択でき、例えば300〜3000(例えば400〜2500)、好ましくは500〜2000(例えば600〜1700)、さらに好ましくは650〜1000(例えば700〜800)程度であってもよく、450〜1500(例えば500〜1200)、好ましくは550〜1000(例えば600〜900)、さらに好ましくは650〜800(例えば700〜770)程度であってもよい。
エポキシ化合物(C)のエポキシ基の濃度CEP(単位:mmol/kg)は、例えば100〜1000(例えば150〜900)、好ましくは200〜800(例えば250〜750)、さらに好ましくは300〜700(例えば350〜650)程度であってもよく、400〜600(例えば450〜570)程度であってもよい。
また、エポキシ化合物(またはエポキシ樹脂)(C)のヒドロキシル基濃度(単位:mmol/kg)は、例えば500〜5500(例えば750〜5250)、好ましくは1000〜5000(例えば1500〜4500)、さらに好ましくは2000〜4500(例えば2500〜4000)程度であってもよく、3000〜4000(例えば3300〜3800)程度であってもよい。
エポキシ化合物(C)の軟化点または融点は、例えば75℃以上(例えば75〜125℃)、好ましくは80℃以上(例えば80〜115℃)、さらに好ましくは85℃以上(例えば90〜110℃)程度であってもよく、95〜105℃程度であってもよい。
エポキシ化合物(C)は、通常、室温で固体であり、粉末状の形態である場合が多い。
エポキシ化合物(C)は、金属などの基材に対する密着性を向上させるとともに、ポリアミド系樹脂(A)のアミノ基とも反応性を有しているため、金属などの基材に対する密着性を大きく改善する。また、多量体(二量体、三量体などを含む)のエポキシ化合物は、ヒドロキシル基(2級ヒドロキシル基)を有している場合があり、このヒドロキシル基は金属などの基材との密着性に関与するとともに、ブロックポリイソシアネート(B)との反応性も有しており、基材に対する密着性をさらに改善する。
[各成分の割合]
本開示では、前記ポリアミド系樹脂(A)のアミノ基(ならびにカルボキシル基)、前記ブロックポリイソシアネート(B)のイソシアネート基および前記エポキシ化合物(C)のエポキシ基(ならびにヒドロキシル基)が複雑に反応し、金属などの基材に対して高い密着力で密着するようである。例えば、代表的には、ブロックポリイソシアネート(B)のイソシアネート基は、ポリアミド系樹脂(A)のアミノ基(ならびにエポキシ化合物(C)のヒドロキシル基)と反応し、エポキシ化合物(C)のエポキシ基は、ポリアミド系樹脂(A)のアミノ基(ならびにカルボキシル基)と反応して、基材に接着剤層(硬化膜またはプライマー層)を形成するようである。そのため、各成分の割合および各成分の前記反応性基の割合も複雑化する。
ポリアミド系樹脂(A)の量的割合は、各成分の反応性基の濃度などに応じて選択でき、例えば、ポリアミド系樹脂(A)、ブロックポリイソシアネート(B)およびエポキシ化合物(C)の総量100質量%に対して、50〜95質量%(例えば60〜90質量%)程度であってもよいが、通常65〜90質量%(例えば65〜85質量%)、好ましくは67〜83質量%(例えば70〜80質量%)程度であってもよく、70〜90質量%(例えば75〜85質量%)程度であってもよい。ポリアミド系樹脂(A)の割合が、少なすぎたり、多すぎると、基材との密着性が低下しやすくなる。
ブロックポリイソシアネート(B)は、ポリアミド系樹脂(A)のアミノ基と反応して、接着剤層の機械的強度および熱的特性を大きく改善し、基材に対する密着性を向上するようである。そのため、ポリアミド系樹脂(A)とブロックポリイソシアネート(B)との量的割合は、各成分の官能基(反応性基)の濃度、反応性などに応じて選択でき、ポリアミド系樹脂(A)アミノ基濃度1モルに対して、ブロックポリイソシアネート(B)のイソシアネート基(ブロックイソシアネート基)の割合は、例えば0.5〜7モル(例えば0.7〜6モル、好ましくは1〜5モル)程度であってもよいが、通常、過剰モル、例えば1.1〜5.5モル程度の範囲から選択でき、1.5〜5モル(例えば1.75〜4.5モル)、好ましくは2〜4モル(例えば2.25〜3.75モル)、さらに好ましくは2.5〜3.5モル(例えば2.75〜3.4モル)程度であってもよい。ブロックポリイソシアネートの割合が少なすぎると、金属などの基材に対する密着性、耐熱性が低下する虞があり、多すぎると、遊離のポリイソシアネートが残存し、接着剤層の特性を低下させるようである。また、過剰量のブロックポリイソシアネート(B)を用いると、前記接着剤層が硬化していても活性なプライマー層(活性中間層)として機能するためか、複合成形部材でのモールド樹脂(例えば、ヒドロキシル基、アミノ基などの反応性基を有する熱可塑性樹脂、例えば、ポリエステル樹脂、ポリアミド系樹脂など)に対する反応性も向上でき、モールド樹脂との密着性も改善できる。
具体的には、ブロックポリイソシアネート(B)のイソシアネート基(NCO)の濃度CNCO(mmol/kg)と、ポリアミド系樹脂(A)のアミノ基の濃度CNH2(mmol/kg)との割合は特に制限されず、アミノ基の濃度が過剰であってもよいが、通常、イソシアネート基の濃度が高い場合が多く、例えば、アミノ基(NH)の濃度(mmol/kg)に対して、イソシアネート基(NCO)の濃度(mmol/kg)は、過剰量である場合が多い。イソシアネート基の濃度(CNCO)とアミノ基濃度(CNH2))との差(△(CNCO−CNH2))は、例えば15〜450mmol/kg(例えば20〜400mmol/kg)、好ましくは30〜300mmol/kg(例えば35〜250mmol/kg)、さらに好ましくは40〜200mmol/kg(例えば45〜185mmol/kg)程度であってもよく、20mmol/kg以上、好ましくは30mmol/kg以上、より好ましくは40mmol/kg以上であってもよい。ポリアミド系樹脂のアミノ基の全モル数に対して、ブロックポリイソシアネート(B)のイソシアネート基の全モル数は、例えば1.3〜50倍(例えば1.5〜40倍)、好ましくは2〜35倍(例えば2.5〜25倍)、さらに好ましくは2.7〜15倍(例えば3〜10倍)程度であってもよく、2.7〜10倍(例えば3〜8.5倍)程度であってもよい。
ブロックポリイソシアネート(B)の割合は、ポリアミド系樹脂(A)100質量部に対して2.5〜35質量部、好ましくは5〜30質量部(例えば7.5〜25質量部)、さらに好ましくは10〜20質量部(例えば10〜15質量部)程度であってもよい。
エポキシ化合物(C)のエポキシ基の割合は、ポリアミド系樹脂(A)のアミノ基濃度1モルに対して、例えば、0.1〜1モル(例えば0.2〜0.9モル)、好ましくは0.2〜0.8モル(例えば0.25〜0.7モル)、さらに好ましくは0.3〜0.6モル(例えば0.35〜0.55モル)程度であってもよく、0.35〜0.6モル(例えば0.4〜0.5モル)程度であってもよい。なお、ポリアミド系樹脂(A)のカルボキシル基とエポキシ化合物(C)のエポキシ基との割合(mmol/kg)は、例えば、前者/後者=0.01/1〜0.5/1(例えば0.02/1〜0.4/1)、好ましくは0.03/1〜0.3/1(例えば0.04/1〜0.2/1)、さらに好ましくは0.05/1〜0.2/1(例えば0.06/1〜0.15/1)程度であってもよい。
ブロックポリイソシアネート(B)のイソシアネート基とエポキシ化合物(C)のヒドロキシル基(2級ヒドロキシル基)との割合(mmol/kg)は、例えば、前者/後者=0.5/1〜1.5/1(例えば0.7/1〜1.3/1)、好ましくは0.8/1〜1.2/1(例えば0.9/1〜1.1/1)程度であってもよい。
なお、ブロックポリイソシアネート(B)とエポキシ化合物(C)との質量割合は、前者/後者=20/80〜80/20、好ましくは30/70〜70/30、さらに好ましくは40/60〜60/40程度であってもよい。
アミノ基、イソシアネート基およびエポキシ基の総量(総モル数)(mmol/kg)に対して、エポキシ基の濃度CEPは、例えば2〜40モル%(例えば3〜35モル%)であってもよいが、通常5〜30モル%(例えば5〜25モル%)、好ましくは7〜25モル%(例えば8〜20モル%)、さらに好ましくは10〜20モル%(例えば10〜18モル%)程度であってもよく、少なくとも6モル%以上、より好ましくは8モル%以上であってもよい。特に、アミノ基の濃度CNH2に対してイソシアネート基の濃度CNCOが前記のように過剰量であり、かつエポキシ基の濃度CEPが前記割合であると、耐熱性も向上できる。
エポキシ化合物(C)の割合は、ポリアミド系樹脂(A)100質量部に対して、例えば2.5〜35質量部、好ましくは5〜30質量部(例えば7.5〜25質量部)、さらに好ましくは10〜20質量部(例えば10〜15質量部)程度であってもよく、10〜22質量部程度であってもよい。エポキシ化合物(C)の割合が少なすぎると、金属などの基材との密着性が低下しやすく、多すぎると、エポキシ化合物(C)が残存し、接着剤層の特性を低下させるようである。なお、過剰量のエポキシ化合物(C)を用いると、前記接着剤層が硬化していても活性なプライマー層(活性中間層)として機能するためか、複合成形部材でのモールド樹脂(例えば、カルボキシル基、アミノ基などの反応性基を有する熱可塑性樹脂、例えば、ポリエステル樹脂、ポリアミド系樹脂など)に対する反応性も向上でき、モールド樹脂との密着性も改善できる場合がある。
[硬化性樹脂組成物の形態]
本開示の硬化性樹脂組成物は、溶媒を含む液体組成物(溶液状組成物または分散体)であってもよく、粉末状または粉粒状の形態を有していてもよい。硬化性樹脂組成物は、通常、粒子状(粉末状)の前記ポリアミド系樹脂(A)と、粒子状のブロックポリイソシアネート(B)と、粒子状のエポキシ化合物との混合物(粉末混合物または粒子状混合物)であってもよく、前記成分(前記ポリアミド系樹脂(A)、ブロックポリイソシアネート(B)およびエポキシ化合物(C))を混合した組成物(一体に固化した組成物)の粉末または粉粒体の形態を有していてもよい。
粉末または粉粒体の形態の各成分(前記ポリアミド系樹脂(A)、ブロックポリイソシアネート(B)、エポキシ化合物(C))の平均粒子径D50は、例えば、塗膜の均一性を損なわない限り、1〜300μm程度の範囲から選択でき、通常、2〜200μm(例えば5〜150μm)、好ましくは10〜100μm(例えば15〜80μm)、さらに好ましくは20〜70μm程度であってもよい。
本開示の硬化性樹脂組成物は、溶液状であってもよいが、固体状(粉末状または粉粒状の形態)とすると、前記ポリアミド系樹脂(A)のアミノ基、ブロックポリイソシアネート(B)のイソシアネート基、エポキシ化合物(C)のエポキシ基が互いに反応性を有していても、各成分の反応を抑制でき、保存安定性が高い。また、前記のように、基材(金属などの基材)に対して高い接着性または密着性を示す。そのため、本開示の硬化性樹脂組成物は、基材(または部材)を被覆またはコーティングし、コーティング塗膜で基材を保護し、耐食性および耐久性などを向上させるのに有効である。
本開示の硬化性樹脂組成物は、慣用の添加剤をさらに含んでいてもよい。慣用の添加剤としては、ポリアミド系樹脂(A)の項で例示された添加剤の他、例えば、硬化剤、硬化促進剤などが例示できる。これらの添加剤は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。添加剤の割合は、組成物中10質量%以下(例えば0.01〜10質量%程度)であってもよい。
[複合部材およびその製造方法]
複合部材は、基材(または部材)の表面に前記硬化性樹脂組成物(接着性樹脂組成物)をコーティングし、接着剤層(硬化膜またはプライマー層)を形成することにより製造できる。
前記基材の種類は、特に制限されず、金属(例えば、鉄または鉄合金(ステンレススチールなど)、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅、亜鉛など)、セラミックス(例えば、陶器、磁器、酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックス、ホウ化物系セラミックスなど)、プラスチック(エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性または光硬化性樹脂:ポリアルキレンアリレート系樹脂、ポリアリレート系樹脂、芳香族ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリウレタン系樹脂、熱可塑性ポリイミド系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、液晶プラスチックなどの耐熱性熱可塑性樹脂(エンジニアリングプラスチックなど)の成形体など)、木材などなどが例示でき、基材は複合化した基材(例えば、蒸着膜などを備えた基材、前記金属と耐熱性熱可塑性樹脂との積層体などの積層基材など)であってもよい。
好ましい基材は、金属、例えば、鉄(鋼板など)、アルミニウムまたはそれらの合金(ステンレススチールなど)である。これらの基材は、基材の種類に応じて、表面処理、例えば、金属基材では、脱脂処理、研磨加工、電解加工、粗面加工処理などの処理を施してもよい。
前記硬化性樹脂組成物による基材のコーティングには、慣用の塗布またはコーティング法が採用でき、粉末状硬化性樹脂組成物では、粉体塗装法、例えば、流動浸漬法(加熱した金属などの基材を粉粒体の流動相に浸漬して塗膜を形成する方法)、静電粉体塗装、電着塗装(カチオン電着塗装など)などが利用できる。なお、溶融工程を経てコーティングする溶射法などでは、溶融加熱に伴って、塗膜を形成する前に、各成分の反応性基が反応する可能性がある。静電粉体塗装法は、粉体静電スプレー法、静電流動浸漬法(流動浸漬法において、静電気により粉体を吸引付着させて塗膜を形成する方法)などであってもよい。基材の表面に均一な塗膜(接着剤層)を形成するためには、熱履歴が少なく各成分の反応性基の消費を抑制可能な静電粉体塗装法を採用してもよい。
塗膜は、ポリアミド系樹脂(A)、ブロックポリイソシアネート(B)、エポキシ化合物(C)を反応させるため、通常、加熱(または焼き付け)により形成でき、硬化膜を形成してもよい。加熱温度(または焼き付け温度)は、例えば150〜250℃、好ましくは170〜230℃、さらに好ましくは175〜200℃、より好ましくは180〜190℃程度であってもよい。また、加熱時間(または焼き付け時間)は、例えば1〜10分、好ましくは2〜8分、さらに好ましくは3〜6分程度であってもよい。
このようにして形成された塗膜(接着剤層または硬化膜)の厚みは、例えば1〜500μm程度であってもよく、通常5〜250μm、好ましくは10〜200μm、さらに好ましくは25〜175μm(例えば50〜150μm)程度であってもよい。
このような接着剤層は、基材または部材に対して高い密着性を示すだけでなく、耐熱性なども高い。そのため、熱可塑性樹脂をモールドしても、モールド条件に拘わらず、基材と接着剤層(または硬化膜)との界面にボイドが生成することがなく、均一で密着性および耐久性の高いモールド部を形成するのに有用である。
[複合成形部材およびその製造方法]
複合成形部材は、前記複合部材(前記金属基材などの基材と、この基材の表面に形成された前記接着剤層とを備えた複合部材)の接着剤層に、少なくとも熱可塑性樹脂を含む組成物をモールドまたは積層することにより製造できる。
熱可塑性樹脂の種類は特に制限されず、例えば、オレフィン系樹脂(ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、変性または共重合オレフィン系樹脂、環状オレフィン系樹脂など)、スチレン系樹脂(アクリロニトリル−スチレン系樹脂(AS樹脂)などのスチレン系共重合体、耐衝撃性ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン系樹脂(ABS樹脂)などのゴム強化スチレン系樹脂など)、(メタ)アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂(またはその誘導体、例えば、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂など)、塩化ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂(ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリエチレンナフタレート系樹脂などのポリアルキレンアリレート系樹脂、ポリアリレート系樹脂など)、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリウレタン系樹脂、熱可塑性ポリイミド系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリエーテル系樹脂(ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂など)、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリスルホン系樹脂(ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂など)、液晶プラスチック(液晶性芳香族ポリエステル系樹脂など)、熱可塑性エラストマー(オレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマーなど)などが例示でき、用途によっては、エチレン−プロピレン−ジエンゴムなどのゴム(または未加硫ゴム組成物)も利用できる。これらの熱可塑性樹脂は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。
熱可塑性樹脂は、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基、ブロックドイソシアネート基などの官能性(反応性基)を有していてもよい。なお、接着剤層が活性であるためか、モールド樹脂または積層シートとの反応による密着性の向上も期待できる。特に、前記接着剤層に、アミノ基、イソシアネート基および/またはエポキシ基(特に、少なくともイソシアネート基)などの反応性基を残存させると、硬化しても前記接着剤層が活性であるため、前記接着剤層に残存する反応性基と前記熱可塑性樹脂の官能性(反応性基)と反応させ、モールド樹脂または積層シートとの密着性を向上させてもよい。
本実施形態では、前記硬化性樹脂組成物のポリアミド系樹脂の融点以下の融点またはガラス転移温度を有する熱可塑性樹脂をモールドすることも可能であるが、前記ポリアミド系樹脂よりも高い融点を有する熱可塑性樹脂をモールドしても、金属などの基材と接着剤層との界面にボイドが生成することがなく、高い密着性および耐久性で樹脂モールド部またはラミネート部を形成できる。そのため、耐熱性、耐久性の高い樹脂モールド部またはラミネート部を形成するためには、熱可塑性樹脂は、前記ポリアミド系樹脂の融点以上の融点またはガラス転移温度を有していてもよい。このような熱可塑性樹脂の融点またはガラス転移温度は、熱可塑性樹脂の種類に応じて、例えば100〜350℃(例えば160〜330℃)、好ましくは170〜300℃(例えば、200〜280℃)程度であってもよく、通常、180〜270℃(例えば190〜260℃)、好ましくは200〜250℃(例えば、200〜240℃)程度であってもよい。特に、熱可塑性樹脂(特に、ポリアミド樹脂)の融点は、例えば200〜250℃、好ましくは210〜240℃、さらに好ましくは215〜230℃(特に220〜230℃)程度であってもよい。
好ましい熱可塑性樹脂は、末端にヒドロキシル基および/またはカルボキシル基を有していてもよいポリアルキレンアリレート系樹脂、ポリアリレート系樹脂などの芳香族ポリエステル樹脂、アミノ基および/またはカルボキシル基を有していてもよいポリアミド系樹脂であってもよく、特にアミノ基を有するポリアミド系樹脂であってもよい。ポリアミド系樹脂は、例えば、ポリアミド46、ポリアミド6、ポリアミド66、前記脂環族ジアミン成分および/または脂環族ジカルボン酸成分を重合成分として含む脂環族ポリアミド、ポリアミドMXD−6(少なくともキシリレンジアミンおよびアジピン酸を反応成分として含むポリアミド樹脂)、非結晶性ポリアミド(少なくともテレフタル酸およびトリメチルヘキサメチレンジアミンを反応成分として含むポリアミド樹脂など)などであってもよい。なお、ポリアミド系樹脂のアミノ基濃度およびカルボキシル基濃度は、前記と同様である。これらのうち、脂肪族ポリアミドが好ましく、ポリアミド6が特に好ましい。
熱可塑性樹脂は、必要により、種々の添加剤、例えば、安定剤(耐熱安定剤、耐候安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤など)、着色剤、磁性体(フェライトなど常磁性体、磁石などの強磁性体)、充填剤、補強剤、可塑剤、滑剤、難燃剤、帯電防止剤、シランカップリング剤などを含んでいてもよい。添加剤は、単独でまたは2種以上組み合わせて使用できる。補強剤は、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタン、シリカ、アルミナ、マイカ、クレー、タルク、カーボンブラックなどの粉粒状補強剤であってもよく;レーヨン、ナイロン、ビニロン、アラミドなどの有機繊維、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、ウィスカーなどの無機繊維などの繊維状補強剤であってもよい。好ましい補強剤はガラス繊維などの繊維状補強剤である。補強剤の含有量は、例えば、熱可塑性樹脂100質量部に対して、5〜50質量部、好ましくは10〜40質量部程度であってもよい。
前記熱可塑性樹脂を含む組成物は、接着剤層に対して、モールド(オーバーモールドまたは成形)してもよく、シートの形態で積層してもよい。熱可塑性樹脂組成物のモールドは、慣用のインサート成形に準じて行うことができ、熱可塑性樹脂組成物を溶融して射出成形などにより成形することにより、前記複合部材の接着剤層に積層形態で熱可塑性樹脂組成物のモールド部が形成された複合成形部材を得ることができる。例えば、熱可塑性樹脂組成物、前記磁性体を含む熱可塑性樹脂組成物、ガラス繊維などの補強剤を含む熱可塑性樹脂組成物などを溶融混練して、前記接着剤層に対して射出成形して、金属などの基材に樹脂層、磁性体層、補強層などを形成した複合成形体を調製してもよい。
また、熱可塑性樹脂組成物は、シート状の形態で溶融押し出し成形して、前記接着剤層に対して溶融シートの形態で直接的に積層またはラミネートしてもよく;ガラス繊維などの補強剤を含む熱可塑性樹脂組成物のシートまたはテープ(例えば、繊維状補強剤が所定の方向に配向した配向シートまたはテープ(一軸配向(Uni-Directional)材など)の形態に成形し、この成形シートまたはテープを、前記接着剤層に対して直接的に積層(加熱して積層)してもよい。なお、配向シートまたはテープなどを積層することにより、金属などの基材の厚みが小さくても、機械的特性に優れた複合成形体を製造できる場合がある。
本実施形態では、熱可塑性樹脂をモールドまたは積層するための加熱温度が比較的低温であっても、基材に対して熱可塑性樹脂を含む組成物強固で安定に接着できる。加熱温度(例えば、射出成形のシリンダー温度)は、280℃以下であってもよく、例えば230〜280℃、好ましくは240〜275℃、さらに好ましくは250〜270℃、より好ましくは260〜270℃程度であってもよい。
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。以下の実施例および比較例では、以下の材料を用いた。
[基材]
鋼板(日本テストパネル(株)から販売されているステンレス鋼板SUS430)を脱脂処理して用いた。
[ポリアミド系樹脂]
PA12:ポリアミド12(ダイセル・エボニック(株)製、吸水率0.25%、アミノ基濃度145mmol/kg、カルボキシル基濃度4mmol/kg、数平均分子量13423、粉体:平均粒子径47μm)
coPA:コポリアミド6/66/12(ダイセル・エボニック(株)製、吸水率1.5%、アミノ基濃度187mmol/kg、カルボキシル基濃度1.5mmol/kg、数平均分子量10610、粉体:平均粒子径42μm)
なお、吸水率は、ASTM D570に規定する吸水性試験により測定した。また、アミノ基濃度およびカルボキシル基濃度は前記中和滴定法により測定した。また、平均粒子径は、ポリアミド樹脂を冷凍粉砕し、レーザー回折・散乱法による粒度分布測定装置を用いて測定した。
[ブロックイソシアネート]
b−NCO:ブロックイソシアネート(Evonik社製「VESTAGONBF1540」ウレチジオン(Uretdione)ポリイソシアネートアダクト、イソシアネート基濃度3600mmol/kg、ガラス転移温度84℃以下、粉体)
なお、イソシアネート基の濃度は、イソシアネート含量から算出した。
[エポキシ化合物]
epoxy:ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱ケミカル(株)製、エポキシ基濃度500mmol/kg、ヒドロキシル基濃度3600mmol/kg、粉体)
エポキシ基の濃度は、エポキシ当量から算出し、ヒドロキシル基濃度は、エポキシ樹脂の分子量から得られた繰り返し単位の数に基づいて算出した。
[モールド樹脂]
PA6:東レ(株)製「CM1011GF30」、23℃、50%RHでの平衡吸水率(東レ法/エンプラ技術連合会 2015年4月第12版)2.5%。
実施例および参考例
ポリアミド樹脂の粉体、ブロックポリイソシアネートの粉体およびエポキシ樹脂の粉体を表1に示す割合で混合して粉体混合物を調製し、脱脂処理した基材に約100μmの厚みで静電塗装し、オーブン中、185℃で5分間加熱し、塗膜を形成し、複合部材を調製した。
この複合部材の塗膜に対して、射出成形機(東洋機械金属(株)製「ET40V」)を用い、モールド樹脂PA6をシリンダー温度280℃または270℃で射出成形(インサート成形)し、厚さ3mmの樹脂層を形成し、複合成形体を調製した。
[接着強度]
得られた複合成形体の基材に対する樹脂層の接着強度を、ISO 19095−2 Type Bに従って接着試験温度23〜80℃で測定した。
結果を表1に示す。
Figure 2021113274
表1の結果から明らかなように、実施例の樹脂組成物では、シリンダー温度270℃および280℃において接着試験温度を上昇させても高い接着強度を示した。
本開示の硬化性樹脂組成物は、金属などの基材と樹脂とが複合化(ハイブリッド化)した複合成形体(ハイブリッド部材)を製造するための接着用樹脂組成物として適している。得られた本実施形態の複合成形体は、高い耐久性が求められる用途、例えば、車両(自動車など)、列車、飛行機または航空機、船舶などのベヒクルまたはビヒクル(輸送機器または輸送手段)の構造部材や足回り部材(サスペンション、車輪、ブレーキ装置など)、軌条構造などの部品または部材(構造部材など)に利用できる。具体的には、複合成形部材は、例えば、フロントエンド(バンパー)などのベヒクルの構造部材(自動車部品または部材など)などに適用できる。

Claims (14)

  1. アミノ基を有するポリアミド系樹脂(A)と、ブロックポリイソシアネート(B)と、エポキシ化合物(C)とを含む樹脂組成物であって、前記ポリアミド系樹脂(A)が、融点170℃以上のポリアミド系樹脂(A1)と、融点150℃以下のポリアミド系樹脂(A2)とを含み、前記ポリアミド系樹脂(A1)と前記ポリアミド系樹脂(A2)との質量比が、前者/後者=65/35〜35/65である硬化性樹脂組成物。
  2. 前記ポリアミド系樹脂(A)が粒子状である請求項1記載の硬化性樹脂組成物。
  3. 粒子状混合物である請求項1または2記載の硬化性樹脂組成物。
  4. 前記ポリアミド系樹脂(A1)と前記ポリアミド系樹脂(A2)との質量比が、前者/後者=60/40〜40/60である請求項1〜3のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
  5. 前記ポリアミド系樹脂(A1)および前記ポリアミド系樹脂(A2)のアミノ基濃度が、いずれも80mmol/kg以上である請求項1〜4のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
  6. 前記ブロックポリイソシアネート(B)が、ガラス転移温度60〜110℃、融点70〜130℃、および解離温度120〜200℃を有し、かつ前記エポキシ化合物(C)が、軟化温度75℃以上のビスフェノール型エポキシ樹脂を含む請求項1〜5のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
  7. 前記ポリアミド系樹脂(A)のアミノ基1モルに対して、前記ブロックポリイソシアネート(B)のイソシアネート基の割合が1.5〜5モルであり、前記エポキシ化合物(C)のエポキシ基の割合が0.1〜0.8モルである請求項1〜6のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
  8. 前記ポリアミド系樹脂(A)のアミノ基に対して、前記ブロックポリイソシアネート(B)のイソシアネート基が、15〜450mmol/kg過剰であり、アミノ基、イソシアネート基およびエポキシ基の総モル数に対して、エポキシ基の濃度が3〜35モル%である請求項1〜7のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
  9. 前記ポリアミド系樹脂(A)のアミノ基の全モル数に対して、前記ブロックポリイソシアネート(B)のイソシアネート基の全モル数が、1.3〜50倍であり、前記ポリアミド系樹脂(A)100質量部に対して、前記ブロックポリイソシアネート(B)を5〜30質量部、前記エポキシ化合物(C)を5〜30質量部の割合で含む請求項1〜8のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
  10. 基材の表面に請求項1〜9のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物の接着剤層が形成されている複合部材。
  11. 基材の表面を請求項1〜9のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物でコーティングし、接着剤層を形成する複合部材の製造方法。
  12. 請求項10記載の複合部材の接着剤層に、少なくとも熱可塑性樹脂を含む組成物がモールドまたは積層されている複合成形部材。
  13. 前記基材が金属基材であり、前記熱可塑性樹脂が、前記ポリアミド系樹脂(A)よりも高い融点を有するポリアミド系樹脂を含む請求項12記載の複合成形部材。
  14. 請求項10記載の複合部材の接着剤層に、少なくとも熱可塑性樹脂を含む組成物をモールドまたは積層し、複合成形部材を製造する方法。
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