JP2023150988A - ホットメルト接着シート - Google Patents

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Kazumasa Mukobata
聡寛 田渕
Akitomo Tabuchi
涼汰 ▲高▼畠
Ryota Takahata
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Abstract

【課題】耐熱水性、耐酸性、耐アルコール性に優れる接着剤層を有するホットメルト接着シートを提供する。【解決手段】本発明に係るホットメルト接着シートは、基材の少なくとも一方面にホットメルト接着剤で形成された接着剤層が積層されたホットメルト接着シートであって、前記ホットメルト接着剤は、架橋剤を含む接着剤組成物の架橋物を含み、かつ、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、及び、前記ポリウレタン樹脂の100質量部に対して6質量部以上14質量部以下のイソシアネート系架橋剤を含有し、前記ポリウレタン樹脂は、骨格の炭素数が8以上のポリオールに由来する構成単位を含有し、前記エポキシ樹脂は、エポキシ当量が、450g/eq以上3000g/eq以下のビスフェノールA型エポキシ樹脂である。【選択図】 図1

Description

本発明は、ホットメルト接着シートに関する。
従来、各種プラスチック用の接着剤として、低温域(例えば、-10℃~15℃)での接着安定性、並びに、常温域(25±10℃)での接着性、柔軟性、加工性、及び、各種分子設計の容易さから、ポリウレタン系の接着剤が多く使われている。
前記ポリウレタン系の接着剤としては、主剤として、ポリエステルポリオールやアクリルポリオールを含み、かつ、架橋剤として、ポリイソシアネートを含んでおり、前記主剤と前記架橋剤との間で架橋反応を進行させることによりウレタン結合を生成させて用いられるものや、主剤として、ある程度の鎖長を有するポリウレタン(いわゆる、ポリウレタンプレポリマー)を含み、かつ、架橋剤として、イソシアネート系架橋剤を含んでおり、前記主剤と前記架橋剤との間で架橋反応を進行させ硬化させることにより用いられるものがある。
また、主剤としてポリウレタン樹脂を含み、エポキシ樹脂、および、イソシアネート系架橋剤を含有した二液性の接着剤として、下記特許文献1には、耐湿熱性に優れた接着剤が記載されている。
近年、下記特許文献1に記載されたような液状の接着剤に比べて、取り扱い性に優れるとの観点から、部材の接着にホットメルト接着剤を利用する機会が増えている。
前記ホットメルト接着剤は、特に取り扱い性に優れるという観点から、ホットメルト接着シートの形態で用いられることが多い。
前記ホットメルト接着シートは、通常、ポリマーシートで形成された基材層と、該基材層上に積層され、前記ホットメルト接着剤で形成された接着剤層とを備えている。
国際公開第2013/157604号
耐湿熱性(耐熱水性)の向上を図ることは、引用文献1に記載されたような二液性の接着剤だけではなく、ホットメルト接着シートの接着剤層にも求められている。
また、ホットメルト接着シートの接着剤層には、耐酸性、耐アルコール性などを向上させることが求められているものの、そのような要望は満たされていない。
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、耐熱水性、耐酸性、耐アルコール性に優れる接着剤層を有するホットメルト接着シートを提供することである。
本発明に係るホットメルト接着シートは、
基材の少なくとも一方面にホットメルト接着剤で形成された接着剤層が積層されたホットメルト接着シートであって、
前記ホットメルト接着剤は、架橋剤を含む接着剤組成物の架橋物を含み、かつ、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、及び、前記ポリウレタン樹脂の100質量部に対して6質量部以上14質量部以下のイソシアネート系架橋剤を含有し、
前記ポリウレタン樹脂は、骨格の炭素数が8以上のポリオールに由来する構成単位を含有し、
前記エポキシ樹脂は、エポキシ当量が、450g/eq以上3000g/eq以下のビスフェノールA型エポキシ樹脂である。
斯かる構成によれば、前記ホットメルト接着シートの接着剤層は、耐熱水性、耐酸性、耐アルコール性に優れるものとなる。
前記ホットメルト接着シートにおいては、
前記エポキシ樹脂は、エポキシ当量が、450g/eq以上1000g/eq以下のビスフェノールA型エポキシ樹脂である、ことが好ましい。
斯かる構成によれば、前記ホットメルト接着シートの接着剤層は、耐熱水性、耐酸性、耐アルコール性により優れるものとなる。
前記ホットメルト接着シートにおいては、
前記ポリウレタン樹脂は、水酸基を有する水酸基含有ポリウレタン樹脂を含有し、
前記水酸基含有ポリウレタン樹脂の水酸基価は、0.1mgKOH/g以上20mgKOH/g以下である、ことが好ましい。
斯かる構成によれば、前記ホットメルト接着シートの接着剤層は、耐熱水性、耐酸性、耐アルコール性により優れるものとなる。
前記ホットメルト接着シートにおいては、
前記ポリウレタン樹脂は、芳香族ジイソシアネートを構成単位として有する、ことが好ましい。
斯かる構成によれば、前記ホットメルト接着シートの接着剤層は、耐熱水性、耐酸性、耐アルコール性により優れるものとなる。
前記ホットメルト接着シートにおいては、
前記ポリウレタン樹脂の質量平均分子量Mwは、1,000以上100,000以下である、ことが好ましい。
斯かる構成によれば、前記ホットメルト接着シートの接着剤層は、耐熱水性、耐酸性、耐アルコール性により優れるものとなる。
前記ホットメルト接着シートにおいては、
固体高分子型燃料電池の固体電解質膜に接着させて用いられる、ことが好ましい。
本発明によれば、耐熱水性、耐酸性、耐アルコール性に優れる接着剤層を有するホットメルト接着シートを提供することができる。
本発明の一実施形態に係るホットメルト接着シートの構成を示す概略断面図。 本発明の一実施形態に係るホットメルト接着シートを固体高分子型燃料電池の固体電解質膜に取り付けて使用した状態を示す概略断面図。
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係るホットメルト接着シートについて説明する。
以下では、本発明の一実施形態を、単に、本実施形態と称することがある。
図1に示したように、本実施形態に係るホットメルト接着シート10は、基材10aの一方面にホットメルト接着剤で形成された接着剤層10bが積層されたホットメルト接着シートである。
図1に示したホットメルト接着シート10では、基材10aの一方面にのみ接着剤層10bが積層されているが、接着剤層10bは基材10aの他方面に積層されていてもよい。
すなわち、ホットメルト接着シート10は、基材10aの両面に接着剤層10bが積層されたホットメルト接着シートであってもよい。
本実施形態に係るホットメルト接着シート10においては、前記ホットメルト接着剤は、架橋剤を含む接着剤組成物の架橋物を含み、かつ、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、及び、前記ポリウレタン樹脂の100質量部に対して6質量部以上14質量部以下のイソシアネート系架橋剤を含有する。
本実施形態に係るホットメルト接着シート10においては、前記ポリウレタン樹脂は、骨格の炭素数が8以上のポリオールに由来する構成単位を含有する。
本実施形態に係るホットメルト接着シート10においては、前記エポキシ樹脂は、エポキシ当量が、450g/eq以上3000g/eq以下のビスフェノールA型エポキシ樹脂である。
以下では、ポリウレタン樹脂をポリウレタン樹脂(A)と称し、エポキシ樹脂をエポキシ樹脂(B)と称し、イソシアネート系架橋剤をイソシアネート系架橋剤(C)と称する。
(ポリウレタン樹脂(A))
ポリウレタン樹脂(A)は、1分子中に2以上の水酸基を有するポリオール成分(a)と、1分子中に2以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート成分(b)とを含む反応成分をウレタン結合させて得られるものである。
本実施形態では、前記ポリウレタン樹脂(A)は、先に説明したように、前記ポリオール成分(a)として、骨格の炭素数が8以上のポリオール(a1)に由来する構成単位を有する。
前記ポリウレタン樹脂(A)は、イソシアネート系架橋剤(C)と反応するために、水酸基を有する水酸基含有ポリウレタン樹脂を含有することが好ましい。
また、前記水酸基含有ポリウレタン樹脂は、末端に水酸基を有していることが好ましい。
前記水酸基含有ポリウレタン樹脂の水酸基価は、0.1mgKOH/g以上20mgKOH/g以下であることが好ましく、1mgKOH/g以上15mgKOH/g以下であることがより好ましい。
本実施形態に係るホットメルト接着シート10の接着剤層10bにおいては、前記ポリウレタン樹脂(A)は、エポキシ樹脂(B)とともに、前記イソシアネート系架橋剤(C)によって架橋されている。
具体的には、本実施形態に係るホットメルト接着シート10の接着剤層10bにおいては、比較的低温(60℃以下の温度)にて、前記ポリウレタン樹脂(A)及び前記エポキシ樹脂(B)が、前記イソシアネート系架橋剤(C)によって架橋されている。
すなわち、本実施形態に係るホットメルト接着シート10の接着剤層10bにおいては、前記ポリウレタン樹脂(A)および前記エポキシ樹脂(B)は、比較的低温(60℃以下の温度)にて、前記イソシアネート系架橋剤(C)によって架橋された状態とされて含まれている。
このように、前記ポリウレタン樹脂(A)および前記エポキシ樹脂(B)が前記イソシアネート系架橋剤(C)によって架橋された状態となっていることにより、接着剤層10bを部材(被着体)に対して容易に熱圧着させることができる。
また、接着剤層10bを被着体(例えば、PENフィルムなど)に被着させた状態で、95℃の熱水中、95℃の希硫酸(pH2)中や、95℃の水-エチレングルコール混合溶液中(エチレングリコールの混合割合は50体積%)に1000時間という長時間浸漬させた後においても、接着剤層10bが前記被着体から剥離されることが抑制される。
すなわち、ホットメルト接着シート10の接着剤層10bは、長時間耐熱水性、長時間耐酸性、及び、長時間耐アルコール性に優れるものとなる。
ポリオール成分(a)は、骨格の炭素数が8以上を有するポリオール(a1)と共に一般的なポリオール(a2)を含有することが好ましい。
なお、以下では、一般的なポリオール(a2)を、単に、ポリオール(a2)と称することがある。
本明細書において、骨格の炭素数が8以上を有するポリオール(a1)とは、水酸基の間の炭素の数が8以上のポリオールを意味し、水酸基の間の8以上の炭素は、ヘテロ原子を介して結合していてもよく、隣り合う炭素どうしが飽和結合していても不飽和結合していてもよいポリオールを意味する。
骨格の炭素数が8以上を有するポリオール(a1)は、ポリカーボネートポリオールであることが好ましい。
また、骨格の炭素数が8以上を有するポリオール(a1)においては、8以上の炭素を含む部分に含まれるヘテロ原子の数は、2以下であることが好ましい。
さらに、骨格の炭素数が8以上を有するポリオール(a1)は、炭素数8以上の飽和または不飽和の炭化水素から複数の水素原子を除いた残基が分子中に存在していることが好ましい。
また、骨格の炭素数が8以上を有するポリオール(a1)は、炭素数6以上のアルキレン基を有していることが好ましい。
骨格の炭素数が8以上を有するポリオール(a1)としては、ジカルボン酸(セバシン酸(炭素数10)、アゼライン酸(炭素数9)、イソフタル酸(炭素数8)、テレフタル酸(炭素数8)など)と、グリコール(1,9-ノナンジオール(炭素数9)、1,4 -ビスヒドロキシメチルシクロヘキサン(炭素数8)など)と、を含むモノマーを縮重合した、ポリエステルポリオールなどが例示される。
また、骨格の炭素数が8以上を有するポリオール(a1)としては、ポリ(1,4-シクロヘキサンジメチレンカーボネート)ジオール(炭素数8)、ポリオクタメチレンカーボネートジオール(炭素数8)、ポリノナメチレンカーボネートジオール(炭素数9)、ポリデカメチレンカーボネートジオール(炭素数10)などのポリカーボネートポリオール、及び、これらを含むモノマーのランダム/ブロック共重合体などが挙げられる。
また、骨格の炭素数が8以上を有するポリオール(a1)としては、ダイマー酸に由来するポリオールも挙げることができる。
前記ダイマー酸は、オレイン酸やリノール酸等の炭素数18の不飽和脂肪酸を二量化して得られる炭素数36のジカルボン酸であり、植物由来の脂肪酸である。
前記ダイマー酸の代表的な構造は下記式(1)で表される。
前記ダイマー酸は、トリマー酸を含んでいてもよい。
トリマー酸は上記炭素数18の不飽和脂肪酸を三量化して得られる炭素数54のトリカルボン酸であり、ダイマー酸製造の際にも副生し、市販のダイマー酸は、通常、トリマー酸を含んでいる。
ダイマー酸に由来するポリオールであるダイマージオールは、上記ダイマー酸のカルボキシ基を水酸基に還元して得られる炭素数36のポリオールである。
該ポリオールは、その分子中に不飽和結合を有していてもよいし、有していなくてもよい。
このようなダイマーポリオールの具体例としては、ダイマージオール等を挙げることができる。
トリマートリオールも同様に、トリマー酸のカルボキシル基を水酸基に還元して得られるポリオールである。
市販のダイマージオールは、通常、トリマートリオールを含んでいる。
そのため、ダイマー酸由来のポリオール、ダイマーポリオール及びダイマージオールは、トリマートリオールを含んでいてもよい。
また、骨格の炭素数が8以上を有するポリオール(a1)としては、ポリオレフィンポリオールも挙げることができる。
ポリオレフィンポリオールは、複数の水酸基を有する1種以上のポリオレフィンどうしが重合された重合体である。
このようなポリオレフィンポリオールの具体例としては、ポリエチレンブチレンジオール、ポリブタジエンジオール、及び水素化ポリブタジエンジオール等を挙げることができる。
これらは炭素鎖同士が重合するため、炭素鎖が極めて長いポリオールである。
ホットメルト接着シート10の接着剤層10bが、ポリウレタン樹脂(A)として、上記のような、骨格の炭素数が8以上のポリオール(a1)に由来する構成単位を有することにより、骨格の炭素数が8以上のポリオール(a1)に由来する構成単位を有さないものと比べて、接着剤層10bの疎水性を向上させることができる。
これにより、このような接着剤層10bは、耐熱水性、耐酸性、及び、耐アルコール性に優れるものとなる。
前記ポリオール(a2)としては、ポリウレタン樹脂の合成の際に用いられる従来公知のポリオールを用いることができる。
前記ポリオール(a2)の具体例としては、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、その他のポリオールなどを挙げることができる。
ポリエステルポリオールとしては、脂肪族系ジカルボン酸(例えば、コハク酸、アジピン酸、グルタル酸など)と、低分子量グリコール(例えば、エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール、1,4-ブチレングリコール、1,6-ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコールなど)と、を縮重合したものが例示される。
上記のようなポリエステルポリオールを、炭素数が8以上のジカルボン酸やグリコールと共重合させてもよい。
このようなポリエステルポリオールの具体例としては、ポリエチレンアジペートジオール、ポリブチレンアジペートジオール、ポリヘキサメチレンアジペートジオール、ポリネオペンチルアジペートジオール、ポリエチレン/ブチレンアジペートジオール、ポリネオペンチル/ヘキシルアジペートジオール、ポリ-3-メチルペンタンアジペートジオール、ポリブチレンイソフタレートジオール、ポリカプロラクトンジオール、ポリ-3-メチルバレロラクトンジオールなどを挙げることができる。
ポリエステルポリオールは、ポリエーテルポリオールに比べ、耐熱性に優れている。
従って、ポリエステルポリオールは、得られる接着剤層10bを耐熱性に優れたものとする上において、ポリエーテルポリオールよりも有利である。
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、ポリテトラメチレングリコール、及びこれらのランダム/ブロック共重合体などを挙げることができる。
ポリエーテルポリオールは、ポリエステルポリオールに比べ、耐加水分解性に優れている。
従って、ポリエーテルポリオールは、得られる接着剤層10bを耐加水分解性に優れたものとする上において、ポリエステルポリオールよりも有利である。
ポリカーボネートポリオールの具体例としては、ポリテトラメチレンカーボネートジオール、ポリペンタメチレンカーボネートジオール、ポリネオペンチルカーボネートジオール、ポリヘキサメチレンカーボネートジオール及びこれらのランダム/ブロック共重合体などを挙げることができる。
上記のようなポリカーボネートポリオールを、炭素数が8以上のジオールと共重合させてもよい。
ポリカーボネートポリオールとして、上記のごとき各種ポリカーボネートジオールを用いることにより、前記ポリウレタン樹脂(A)にカーボネートジオールの構成単位を備えさせることができる。
ポリカーボネートポリオールは、耐加水分解性および耐熱性に優れる。
そのため、得られる接着剤層10bを、耐加水分解性および耐熱性に優れるものとする点において有利である。
ポリカーボネートポリオールの中でも、ポリヘキサメチレンカーボネートが、コストの観点や、材料としての入手のし易さの観点から好適である。
その他のポリオールの具体例としては、アクリルポリオール、エポキシポリオール、ポリエーテルエステルポリオール、シロキサン変性ポリオール、α,ω-ポリメチルメタクリレートジオール、α,ω-ポリブチルメタクリレートジオール、シロキサン変性ポリオールなどを挙げることができる。
前記ポリオール(a2)について上で説明した内容をまとめると、得られるホットメルト接着シート10の接着剤層10bを耐熱水性に優れるものとする観点から、耐加水分解性及び耐熱性に優れたポリカーボネートポリオールを用いることが好ましい。
また、コストや材料としての入手し易さの観点から、前記ポリカーボネートポリオールの中でも、ポリヘキサメチレンカーボネートを用いることが特に好ましい。
前記ポリオール(a1)及び前記ポリオール(a2)の数平均分子量Mn(末端官能基定量法による)は、特に限定されないが、500以上6000以下であることが好ましい。
前記ポリオール(a1)及び前記ポリオール(a2)の数平均分子量Mnが上記のごとき数値範囲内であることにより、本実施形態のホットメルト接着シート10の接着剤層10bにおいて、ウレタン結合による凝集力が発現し易くなる。
これにより、本実施形態の接着剤は、機械特性が高いものとなる。
また、結晶性ポリオールは、数平均分子量Mnが大きすぎると、接着剤層10bのような被膜状とした際に、接着剤層10bに白化現象が引き起こされることがある。
そのため、前記ポリオール(a1)及び前記ポリオール(a2)として、結晶性ポリオールを単独で使用する場合には、数平均分子量Mnが3,000以下のものを使用することが好ましい。
なお、前記ポリオール(a1)及び前記ポリオール(a2)は、それぞれ一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記ポリオール(a1)は、前記ポリオール成分(a)を100質量%としたときに、10質量%以上60質量%以下の割合で配合されていることが好ましい。
前記ポリオール(a1)が10質量%以上の割合で配合されていることにより、本実施形態に係るホットメルト接着剤を十分な耐熱水性、耐酸性、耐アルコール性を有するものとすることができる。
また、前記ポリオール(a1)が60質量%以下の割合で配合されていることにより、ウレタン樹脂(A)とエポキシ樹脂(B)との相溶性が良好となるとともに、得られるホットメルト接着剤を、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリブチレンテレフタレートフィルム、及び、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂で形成された樹脂フィルムに対する密着性に優れたものとすることができる。
なお、前記ポリオール成分(a)が骨格の炭素数が8以上を有するモノマーと骨格の炭素数が7以下を有するモノマーの共重合体の場合は、骨格の炭素数が8以上を有するモノマーの質量部を前記ポリオール(a1)の質量部として算出し、骨格の炭素数が7以下を有するモノマーの質量部を前記ポリオール(a2)の質量部として算出する。
前記ポリオール成分(a)としては、前記ポリオール(a1)及び前記ポリオール(a2)に加えて、必要に応じて、短鎖ジオール(a3)を用いることができる。
前記短鎖ジオール(a3)の具体例としては、エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール、1,3-ブチレングリコール、1,4-ブチレングリコール、1,6-ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコールなどの脂肪族グリコールやそのアルキレンオキシド低モル付加物(末端官能基定量法による数平均分子量Mn500未満);1,4-ビスヒドロキシメチルシクロヘキサン、2-メチル-1,1-シクロヘキサンジメタノールなどの脂環式グリコールやそのアルキレンオキシド低モル付加物(数平均分子量Mn500未満、同上);キシリレングリコールなどの芳香族グリコールやそのアルキレンオキシド低モル付加物(数平均分子量Mn500未満、同上);ビスフェノールA、チオビスフェノール、スルホンビスフェノールなどのビスフェノールやそのアルキレンオキシド低モル付加物(数平均分子量Mn500未満、同上)などを挙げることができる。
上記のごとき短鎖ジオール(a3)の中でも、エチレングリコール、1,3-プロピレングリコール、1,3-ブチレングリコール、1,4-ブチレングリコール、1 ,6-ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコールなどを用いることが好ましく、エチレングリコール、1,3-ブチレングリコール、1,4-ブチレングリコールを用いることが特に好ましい。
これらの短鎖ジオール(a3)は、一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、前記ポリウレタン樹脂(A)を生成する際には、前記ポリウレタン樹脂(A)の材料として、前記短鎖ジオール(a3)と同様に、多価アルコール系化合物を用いることもできる。
前記多価アルコール系化合物の具体例としては、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、トリス-(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、1,1,1-トリメチロールエタン、1,1,1-トリメチロールプロパンなどを挙げることができる。
必要に応じて、カルボキシル基を有する水酸基含有化合物(a4)を使用してもよい。
前記カルボキシル基を有する水酸基含有化合物(a4)は、通常、1分子中に2以上の水酸基を有する。
また、前記カルボキシル基を有する水酸基含有化合物(a4)は、通常、1分子中に2以上の水酸基を有するので、1分子中に2以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート成分(b)と反応し、ポリウレタン樹脂が得られる。
前記カルボキシル基を有する水酸基含有化合物(a4)としては、ジメチロールプロパン酸、ジメチロールブタン酸、それらのアルキレンオキシド低モル付加物(数平均分子量Mn500未満)や、γ-カプロラクトン低モル付加物(数平均分子量Mn500未満)、酸無水物とグリセリンから誘導されるハーフエステル類、水酸基と不飽和基を含有するモノマーと、カルボキシル基及び不飽和基を含有するモノマーとをフリーラジカル反応させることにより誘導される化合物などが挙げられる。
これらの各種化合物の中でも、ジメチロールプロパン酸やジメチロールブタン酸を使用することが好ましく、ジメチロールプロパン酸を使用することが特に好ましい。
これらの化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ここで、前記数平均分子量Mnは、末端官能基定量法で測定した値を意味する。
なお、上記した各種化合物は、本発明において好ましい化合物の例示である。
したがって、本発明において使用される前記カルボキシル基を有する水酸基含有化合物(a4)は、上記した各種化合物に限定される訳ではない。
そのため、上記した各種化合物以外にも、現在市販されていて、市場において容易に入手できるカルボキシル基を有する水酸基含有化合物(a4)は、いずれも本発明において使用できる。
前記ポリイソシアネート成分(b)としては、ポリウレタン樹脂の製造に用いられている従来公知のポリイソシアネート成分を用いることができる。
前記ポリイソシアネート成分(b)の具体例としては、トルエン-2,4-ジイソシアネート、トルエン-2,6-ジイソシアネート、それらの混合体、4-メトキシ-1,3-フェニレンジイソシアネート、4-イソプロピル-1,3-フェニレンジイソシアネート、4-クロル-1,3-フェニレンジイソシアネート、4-ブトキシ-1,3-フェニレンジイソシアネート、2,4-ジイソシアネートジフェニルエーテル、4,4’-メチレンビス(フェニレンイソシアネート)(MDI)、及びクルード又はポリメリックMDI、ジュリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート(XDI)、1,5-ナフタレンジイソシアネート、ベンジジンジイソシアネート、o-ニトロベンジジンジイソシアネート、4,4-ジイソシアネートジベンジルなどの芳香族ジイソシアネート;メチレンジイソシアネート、1,4-テトラメチレンジイソシアネート、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、1,10-デカメチレンジイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネート;1,4-シクロヘキシレンジイソシアネート、4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、1,5-テトラヒドロナフタレンジイソシアネート、イソフォロンンジイソシアネート、水添XDIなどの脂環式ジイソシアネート;これらのジイソシアネートと、低分子量のポリオールとを、末端がイソシアネートとなるように反応させて得られるポリウレタンプレポリマーなどを挙げることができる。
これらポリイソシアネート成分(b)の中でも、工業上安定的に、廉価で耐熱性に優れるホットメルト接着シート10の接着剤層10bを得るといった観点から、芳香族イソシアネートを用いることが好ましく、トルエン-2,4-ジイソシアネート、トルエン-2,6-ジイソシアネート、それらの混合体、4,4’-メチレンビス(フェニレンイソシアネート)(MDI)、及びクルード又はポリメリックMDIを用いることが特に好ましい。
前記ポリイソシアネート成分(b)として、芳香族イソシアネートを用いることにより、前記ポリウレタン樹脂(A)に芳香族ジイソシアネートの構成単位を備えさせることができる。
これらのポリイソシアネート成分(b)は、一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
(ポリウレタン樹脂(A)の製造方法)
ポリウレタン樹脂(A)は、従来公知のポリウレタンの製造方法により製造することができる。
具体的には、まず、分子内に活性水素を含まない有機溶剤の存在下又は不存在下で、反応成分として、前記骨格の炭素数が8以上を有するポリオール(a1)と、前記ポリオール(a2)と、前記ポリイソシアネート成分(b)と、鎖伸長剤として必要に応じて用いられる短鎖ジオール(a3)と、を含む反応用組成物を反応させてポリウレタン樹脂(A)を得る。
また、前記ポリウレタン樹脂(A)を得るに際しては、必要に応じて、前記カルボキシル基を有する水酸基含有化合物(a4)用いてもよい。
前記反応用組成物は、一般的にはイソシアネート基と水酸基の当量比が0.8~1.25の配合組成とすればよい。
また、反応はワンショット法又は多段法により、通常20~150℃、好ましくは60~110℃で実施すればよい。
上記のようにして得られるポリウレタン樹脂(A)の質量平均分子量Mwは、1,000以上100,000以下であることが好ましい。
前記ポリウレタン樹脂(A)の質量平均分子量Mwが上記数値範囲内であることにより、該ポリウレタン樹脂(A)を含むホットメルト接着剤は、基材への密着性、耐熱水性、耐酸性、及び、耐アルコール性などの特性がより有効に発揮されるものとなる。
なお、前記ポリウレタン樹脂(A)の質量平均分子量Mwは、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定した値を意味する。
前記ポリウレタン樹脂(A)の質量平均分子量Mwは、例えば、以下の装置、条件にて測定することができる。

測定装置及び測定条件
・機器装置:商品名「HLC-8020」(東ソー社製)
・カラム:商品名「TSKgel G2000HXL」、「G3000HXL」、「G4000GXL」(東ソー社製)
・溶媒:THF
・流速:1.0ml/min
・試料濃度:2g/L
・注入量:100μL
・温度:40℃
・検出器:型番「RI-8020」(東ソー社製)
・標準物質:TSK標準ポリスチレン(東ソー社製)
本実施形態では、ポリウレタン樹脂の合成において、必要に応じて触媒を使用できる。
前記触媒としては、例えば、ジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレート、スタナスオクトエート、オクチル酸亜鉛、テトラn-ブチルチタネートなどの金属と有機酸又は無機酸との塩、有機金属誘導体、トリエチルアミンなどの有機アミン、ジアザビシクロウンデセン系触媒などが挙げられる。
前記触媒は、ポリウレタン樹脂の合成反応を促進する。
一方で、前記触媒を過剰に使用すると、ポリウレタン樹脂以外の物質を分解する分解反応を誘発するおそれがあり、その結果、得られるホットメルト接着剤が、長時間の耐熱性に劣るものとなるおそれがある。
そのため、前記触媒を用いる場合には、前記触媒を適量用いることが好ましい。
前記ポリウレタン樹脂(A)は、有機溶剤を用いずに合成してもよいし、有機溶剤を用いて合成してもよい。
前記有機溶剤としては、イソシアネート基に対して不活性な有機溶剤、又はイソシアネート基に対して反応成分よりも低活性な有機溶剤を用いることができる。
前記有機溶剤の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶剤;トルエン、キシレン、スワゾール(商品名、コスモ石油社製)、ソルベッソ(商品名、エクソン化学社製)などの芳香族系炭化水素溶剤;n-ヘキサンなどの脂肪族系炭化水素溶剤;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶剤;ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチルなどのエステル系溶剤;炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチレンなどの炭酸エステル系溶剤;エチレングリコールエチルエーテルアセテ-ト、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、エチル-3-エトキシプロピオネートなどのグリコールエーテルエステル系溶剤;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶剤;N-メチル-2-ピロリドンなどのラクタム系溶剤などを挙げることができる。
特にトルエン、メチルエチルケトン、酢酸エチルが、ポリウレタン樹脂の溶解性を高める観点や、ホットメルト接着剤を得るときに揮発させ易い観点などから好ましい。
(エポキシ樹脂(B))
エポキシ樹脂(B)は、エポキシ当量が450g/eq以上3000g/eq以下のビスフェノールA型エポキシ樹脂である。
このようなビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、例えば、三菱化学社製の商品名「jER1001」、「jER1002」、「jER1003」、「jER1055」、「jER1004」、「jER1004AF」、及び、「jER1007」などが挙げられる。
前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂においては、前記エポキシ当量の上限値は、100g/eqであることが好ましい。
また、前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂においては、前記エポキシ当量の上限値は、900g/eqであることが好ましく、800g/eqであることがより好ましく、700g/eqであることがさらに好ましく、600g/eqであることが特に好ましい。
このようなビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、上記した各種市販品のうち、「jER1007」を除外したものが挙げられる。
なお、前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品は、いずれも、常温(23±2℃)において固体である。
上記エポキシ当量は、JIS K 7236により求めることができる。
本実施形態に係るホットメルト接着シート10の接着剤層10bにおいては、前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂は、前記ポリウレタン樹脂(A)の100質量部に対して、10質量部以上含まれていることが好ましく、15質量部以上含まれていることがより好ましく、20質量部以上含まれていることがさらに好ましい。
また、本実施形態に係るホットメルト接着シート10の接着剤層10bにおいては、前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂は、前記ポリウレタン樹脂(A)の100質量部に対して、50質量部以下含まれていることが好ましく、40質量部以下含まれていることがより好ましく、30質量部以下含まれていることがさらに好ましい。
(イソシアネート系架橋剤(C))
前記イソシアネート系架橋剤(C)としては、特に限定されるものではないが、イソシアヌレート体、ビューレット体、アダクト体、ポリメリック体といった多官能のイソシアネート基を有するもの等、従来から使用されている公知のものを使用することができる。
例えば、2,4-トルイレンジイソシアネートの二量体、トリフェニルメタントリイソシアネート、トリス-(p-イソシアネートフェニル) チオフォスファイト、多官能芳香族イソシアネート、多官能芳香族脂肪族イソシアネート、多官能脂肪族イソシアネート、脂肪酸変性多官能脂肪族イソシアネート、ブロック化多官能脂肪族イソシアネートなどのブロック型ポリイソシアネート、ポリイソシアネートプレポリマーなどが挙げられる。
これらのイソシアネート系架橋剤(C)のうち、芳香族系のものであれば、ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシアネートおよびキシリレンジイソシアネートが好ましい。
脂肪族系のものであれば、ヘキサメチレンジイソシアネートおよびイソホロンジイソシアネートなどの変性体が好ましい。
また、イソシアネート系架橋剤(C)としては、1分子中にイソシアネート基を3個以上含むものが好ましい。
さらに、イソシアネート系架橋剤(C)としては、前記ポリイソシアネートの多量体や他の化合物との付加体、さらには低分子量のポリオールとポリアミンとを分子末端がイソシアネートとなるように反応させたウレタンプレポリマーなども好ましく使用される。
上記各種のイソシアネート系架橋剤(C)の中でも、キシリレンジイソシアネートを用いることが好ましい。
前記キシリレンジイソシアネートの市販品としては、例えば、三井武田ケミカル社製の商品名「タケネートD-110N」が挙げられる。
本実施形態に係るホットメルト接着シート10の接着剤層10bにおいては、前記イソシアネート系架橋剤(C)は、前記ポリウレタン樹脂(A)の100質量部に対して、6質量部以上14質量部以下含まれている。
前記イソシアネート系架橋剤(C)は、前記ポリウレタン樹脂(A)の100質量部に対して、7質量部以上含まれていることが好ましく、8質量部以上含まれていることがより好ましく、9質量部以上含まれていることがさらに好ましい。
また、前記イソシアネート系架橋剤(C)は、前記ポリウレタン樹脂(A)の100質量部に対して、13質量部以下含まれていることが好ましく、12質量部以下含まれていることがより好ましく、11質量部以下含まれていることがさらに好ましい。
次に、図2を参照しながら、本実施形態に係るホットメルトシート10の接着剤層10bを接着させる被着体を、固体高分子型燃料電池の膜/電極接合体(MEA)20とする場合を例に挙げてさらに説明する。
前記被着体たる膜/電極接合体(MEA)20は、負極側から正極側に向けて水素ガスを透過させるとともに正極側に供給された酸素と前記水素とを反応させて電気を生じさせることができるように構成されている。
図2に示したように、膜/電極接合体(MEA)20では、固体電解質膜201の互いに対向する両面に、正極202及び負極203がそれぞれ積層されている。
正極202は、正極触媒層202aと正極触媒層202a上に積層された正極ガス拡散層202bとを備えており、正極触媒層202aが固体電解質膜201の一方面に積層されている。
負極203は、負極触媒層203aと負極触媒層203a上に積層された負極ガス拡散層203bとを備えており、負極触媒層203aが固体電解質膜201の他方面に積層されている。
図2に示したように、正極触媒層202a及び負極触媒層203aは、固体電解質膜201よりも平面寸法が小さくなるように形成され、正極ガス拡散層202b及び負極ガス拡散層203bは、正極触媒層202a及び負極触媒層203aとも平面寸法が小さくなるように形成されている。
すなわち、膜/電極接合体(MEA)においては、正極202及び負極203の平面寸法が、固体電解質膜201の平面寸法よりも小さくなっている。
上記のように、正極202の平面寸法が固体電解質膜201の平面寸法よりも小さくなることにより、膜/電極接合体(MEA)20の正極側(一方面側)には、固体電解質膜201が正極触媒層202aよりも外側に延出して固体電解質膜201が表面露出している正極側電解質膜露出領域201aが外周部に形成されている。
また、負極203の平面寸法が固体電解質膜201の平面寸法よりも小さくなることにより、膜/電極接合体(MEA)20の負極側(他方面側)には、固体電解質膜201が負極触媒層203aよりも外側に延出して固体電解質膜201が表面露出している負極側電解質膜露出領域201bが外周部に形成されている。
また、膜/電極接合体(MEA)20の正極側には、正極触媒層202aが正極ガス拡散層202bよりも外側に延出して正極触媒層202aが表面露出している正極側触媒層露出領域202a1が形成されている。
正極側触媒層露出領域202a1は、正極側電解質膜露出領域201aの内側、かつ、正極ガス拡散層202bの外側に形成されている。
本実施形態においては、正極側電解質膜露出領域201aは、膜/電極接合体(MEA)20の外周部を周回するように環状に形成されている。
正極側触媒層露出領域202a1は、正極側電解質膜露出領域201aよりも小さい環状に形成されている。
すなわち、膜/電極接合体(MEA)の正極側には、正極側電解質膜露出領域201aと正極側触媒層露出領域202a1との境界線である第1境界線L1の内側に、正極側触媒層露出領域202a1と正極ガス拡散層202bとの境界線である第2境界線L2が形成されている。
膜/電極接合体(MEA)20の負極側には、負極触媒層203aが負極ガス拡散層203bよりも外側に延出している負極触媒層203aが表面露出している負極側触媒層露出領域203a1が形成されている。
負極側触媒層露出領域203a1は、負極側電解質膜露出領域201bの内側、かつ、負極ガス拡散層203bの外側に形成されている。
本実施形態においては、負極側電解質膜露出領域201bは、膜/電極接合体(MEA)20の外周部を周回するように環状に形成されている。
負極触媒層露出領域203a1は、負極側電解質膜露出領域201bよりも小さい環状に形成されている。
すなわち、膜/電極接合体(MEA)20の負極側には、負極側電解質膜露出領域201bと負極側触媒層露出領域203a1との境界線である第3境界線L3の内側に負極側触媒層露出領域203a1と負極ガス拡散層203bとの境界線である第4境界線L4が形成されている。
図2に示された使用状態においては、膜/電極接合体(MEA)20の正極側に接着される第1のホットメルト接着シート10と、膜/電極接合体(MEA)20の負極側に接着される第2のホットメルト接着シート10との2枚のホットメルト接着シート10が、固体高分子型燃料電池のサブガスケット材として用いられている。
第1のホットメルト接着シート10は、環状であり、膜/電極接合体(MEA)20に重ねた際に外周縁が膜/電極接合体(MEA)20よりも外側になり、かつ、内周縁が正極側触媒層露出領域202a1及び負極側触媒層露出領域203a1に収まる形状を有している。
すなわち、第1のホットメルト接着シート10の中抜き部分は、正極ガス拡散層202bよりも一回り大きな形状を有している。
第2のホットメルト接着シート10も、第1のホットメルト接着シート10と同様の形状を有している。
本実施形態においては、第1のホットメルト接着シート10と第2のホットメルト接着シート10とが、膜/電極接合体(MEA)20よりも外側において接着剤層10bの外周部を直に接着させて、前記サブガスケット材として用いられる。
第1のホットメルト接着シート10は、第2のホットメルト接着シート10と接着している外周部以外の内周部が膜/電極接合体(MEA)20の外周部に接着されており、正極側電解質膜露出領域201aから第1境界線L1を越えて正極側触媒層露出領域202a1に至る範囲に接着されている。
第2のホットメルト接着シート10も、第1のホットメルト接着シート10と同様に接着されている。
ホットメルト接着シート10を、上記のように、膜/電極接合体(MEA)20に接着(被着)させることにより、正極ガスの一部が正極側電解質膜露出領域を透過でき、負極ガスの一部が負極側電解質膜露出領域201bを透過できるので、固体高分子型燃料電池としての性能が低下することを抑制できる。
先に説明したように、固体高分子型燃料電池では、膜/電極接合体(MEA)20において、水素と酸素とが反応して電気が生成される。
そして、上記のように、水素と酸素とが反応すると、膜/電極接合体(MEA)20は、比較的高温(例えば、95℃)に達するようになる。
前記固体高分子型燃料電池が自動車の動力源として搭載される場合においては、膜/電極接合体(MEA)20の中央部分は、管路を経由してラジエータに収容された不凍液を循環させることにより十分に冷却されるものの、通常、膜/電極接合体(MEA)20の端縁部分までは前記管路は配されていないので、膜/電極接合体(MEA)20の端縁部分は、高温を維持し続けるようになる。
また、前記不凍液を循環させているときに、前記不凍液の一部が前記管路から漏れ出てしまって、前記管路から漏れ出した前記不凍液が固体電解質膜201の端縁側に取り付けられた接着剤層10bと接触してしまうことがある。
前記不凍液は、通常、液分として、ポリエチレングリコール及び水を含んでいることから、このような場合には、接着剤層10bは、高温において、ポリエチレングルコール及び水と接触された状態となる。
さらに、先に説明した、電気が生成される反応においては、膜/電極接合体(MEA)20中を水素イオン(H)が物質移動するため、膜/電極接合体(MEA)20は、0.1~0.5M程度の希硫酸に相当する強酸性を示すようになる。
このような場合、固体電解質膜201の端縁側に取り付けられた接着剤層10bは、高温において、強酸性下に曝されるようになる。
ここで、本実施形態に係るホットメルト接着シート10では、接着剤層10bは先に説明したように構成されているので、接着剤層10bは、長時間耐熱水性、長時間耐酸性、及び、長時間耐アルコール性に優れるものとなっている。
したがって、自動車に搭載された固体高分子型燃料電池において、本実施形態に係るホットメルト接着シートをサブガスケット材として用いた場合に、上記のように、95℃といった高温で接着剤層10bが水やアルコールと接触したり、95℃といった高温で接着剤層10bが強酸性下に曝されたりしても、長時間(1000時間)に亘って、固体電解質膜201との接着性を維持することができる。
なお、固体電解質膜201は、後述するように、通常、パーフルオロカーボンスルホン酸などのフッ素樹脂で形成されたものである。
なお、膜/電極接合体(MEA)20において、正極触媒層202a及び負極触媒層203aは、一般に、触媒を担持した炭素材料などの触媒担持材料、プロトン伝導性ポリマー、及び、溶媒を含む触媒インキ組成物を用いて形成されるものである。
膜/電極接合体(MEA)20の固体電解質膜201は、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂などのフッ素樹脂で形成されている。
前記パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂としては、デュポン社製の商品名「ナフィオン」、旭化成株式会社製の商品名「フレミオン」、旭硝子株式会社製の商品名「アシプレックス」などが挙げられる。
パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂は、例えば、下記式(1)に示されるポリマー構造を有する樹脂である。
下記式(1)におけるm、n、および、xについて、例えば、前記「ナフィオン」では、m≧1、n=2、x=5~13.5であり、前記「アシプレックス」では、m=0,1、n=2~5、x=1.5~14であり、前記「フレミオン」では、m=0,1、n=1~5である。
正極触媒層202a及び負極触媒層203aは、触媒粒子を含有する層である。
正極触媒層202aに含有される触媒粒子としては、白金が挙げられる。
負極触媒層203aに含有される触媒粒子としては、白金化合物が挙げられる。
前記白金化合物としては、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、及び、鉄からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属と、白金との合金が挙げられる。
正極ガス拡散層202b及び負極ガス拡散層203bは、多孔質の導電性基材から構成されている。
前記多孔質の導電性基材としては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロスなどが挙げられる。
また、本実施形態に係るホットメルト接着シート10は、レドックス・フロー電池においても用いることができる。
レドックス・フロー電池に用いるホットメルト接着シートは、電解液の透過を抑えるために用いられる。
本発明に係るホットメルト接着シートは、上記実施形態に限定されるものではない。また、本発明に係るホットメルト接着シートは、上記した作用効果によって限定されるものでもない。本発明に係るホットメルト接着シートは、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
[ポリウレタン樹脂(A)の合成]
撹拌機、還流冷却管、温度計、窒素吹き込み管、及びマンホールを備えた反応容器を用意した。
反応容器の内部を窒素で置換しながら、両末端水酸基のポリヘキサメチレンカーボネートジオール(デュラノール:T6002 旭化成ケミカルズ(株)製)300.0g、ポリシクロヘキサンジメタノール/ヘキサンジオール共重合カーボネートジオール(商品名「ETERNACOLLUM-90(3/1)」、宇部興産社製、水酸基価=112.2mgKOH/g、シクロヘキサンジメタノール/ヘキサンジオール=3/1モル比)200.0g、1,3-ブチレングリコール10.0gを仕込んだ。
次いで、溶剤としてメチルエチルケトン(MEK)207.3g を仕込み、系内を撹拌した。
系内が均一となった後、50℃下で4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)111.8gを仕込み、80℃で反応させて反応液を得た。
反応液を溶剤たるメチルエチルケトン(MEK)で希釈することにより反応液の粘度を調整し、赤外吸収スペクトル分析で測定される遊離イソシアネート基による2,270cm-1の吸収が消失するまで反応を進行させ、ポリウレタン樹脂Aを含む樹脂溶液AAを得た。
得られた樹脂溶液AAは、固形分が30質量%であり、ポリウレタン樹脂Aは、水酸基価が2.5mgKOH/g、骨格の炭素数が8以上を有するポリオール(a1)が29.7質量%であった。
また、GPCにより測定したポリウレタン樹脂Aの質量平均分子量は72,000 であった。
[エポキシ樹脂(B)の溶解例]
<エポキシ樹脂の溶解例:B1>
撹拌機、還流冷却管、温度計、窒素吹き込み管、及びマンホールを備えた反応容器を用意した。
反応容器の内部を窒素で置換しながら、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量:450g/eq 、jER1001:三菱化学(株)製。以下、エポキシ樹脂B1という)400.0 gを仕込み、撹拌しながら溶剤としてメチルエチルケトン(MEK)600.0gを仕込み、系内を60℃に昇温しエポキシ樹脂B1を完全溶解させて、エポキシ樹脂B1の溶解品BB1(以下、エポキシ樹脂溶液BB1という)を得た。
得られたエポキシ樹脂溶液BB1の固形分は40質量% であった。
<エポキシ樹脂の溶解例:B2>
撹拌機、還流冷却管、温度計、窒素吹き込み管、及びマンホールを備えた反応容器を用意した。
反応容器の内部を窒素で置換しながら、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量:1975g/eq 、jER1007:三菱化学(株)製。以下、エポキシ樹脂B2という)400.0 gを仕込み、撹拌しながら溶剤としてメチルエチルケトン(MEK)600.0gを仕込み、系内を60℃に昇温しエポキシ樹脂B2を完全溶解させて、エポキシ樹脂B2の溶解品BB2(以下、エポキシ樹脂溶液BB2という)を得た。
得られたエポキシ樹脂溶液BB2の固形分は40質量%であった。
<エポキシ樹脂の溶解例:B3>
撹拌機、還流冷却管、温度計、窒素吹き込み管、及びマンホールを備えた反応容器を用意した。
反応容器の内部を窒素で置換しながら、ビスフェノールA型フェノキシ樹脂(エポキシ当量:8500g/eq 、jER1256:三菱化学(株)製。以下、エポキシ樹脂B3という)400.0gを仕込み、撹拌しながら溶剤としてメチルエチルケトン(MEK)600.0gを仕込み、系内を60℃に昇温しエポキシ樹脂B3を完全溶解させて、エポキシ樹脂B3の溶解品BB3(以下、エポキシ樹脂溶液BB3という)を得た。
得られたエポキシ樹脂溶液BB3の固形分は40質量%であった。
<エポキシ樹脂の溶解例:B4>
撹拌機、還流冷却管、温度計、窒素吹き込み管、及びマンホールを備えた反応容器を用意した。
反応容器の内部を窒素で置換しながら、ビスフェノールAノボラック型のエポキシ樹脂(3官能以上)(エポキシ当量:200g/eq、jER157S70:三菱化学(株)製。以下、エポキシ樹脂B5という)800.0gを仕込み、撹拌しながら溶剤としてメチルエチルケトン(MEK)200.0gを仕込み、系内を60℃に昇温しエポキシ樹脂B4を完全溶解させて、エポキシ樹脂B4の溶解品BB4(エポキシ樹脂溶液BB4)を得た。
得られたエポキシ樹脂溶液BB4の固形分は80質量%であった。
(実施例1)
ポリウレタン樹脂Aを含む樹脂溶液AAと、エポキシ樹脂溶液BB1とを、下記表1に示した配合割合で混ぜ合せて混合溶液を得て、さらに、前記混合溶液にイソシアネート系架橋剤(C)として、三井武田ケミカル社製の商品名「タケネートD-110N」を下記表1に示した配合割合で加えて、実施例1に係るホットメルト接着剤層用組成物を得た。
(実施例2)
エポキシ樹脂溶液BB1に代えてエポキシ樹脂溶液BB2を用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例2に係るホットメルト接着剤用組成物を得た。
(比較例1)
エポキシ樹脂溶液BB1に代えてエポキシ樹脂溶液BB3を用いた以外は、実施例1と同様にして、比較例1に係るホットメルト接着剤層用組成物を得た。
(比較例2)
エポキシ樹脂溶液BB1に代えてエポキシ樹脂溶液BB4を用いた以外は、実施例1と同様にして、比較例2に係るホットメルト接着剤層用組成物を得た。
(比較例3)
イソシアネート系架橋剤(C)の配合割合を表1に示したように替えた以外は、実施例1と同様にして、比較例3に係るホットメルト接着剤層用組成物を得た。
(比較例4)
イソシアネート系架橋剤(C)の配合割合を表1に示したように替えた以外は、実施例1と同様にして、比較例4に係るホットメルト接着剤層用組成物を得た。
[ホットメルト接着剤層用組成物の塗工]
各例のホットメルト接着剤層用組成物を固形分30質量%となるように、メチルエチルケトン(MEK)を用いて希釈した。
各例では、希釈したホットメルト接着剤層用組成物をPENフィルム(縦:210mm、横:150mm、厚み:100μm、テオネックス:東洋紡フィルムソリューション(株)製)の片面側全面に塗布し、塗布後100℃で1分間乾燥させた後、40℃のオーブン中に48時間放置して硬化反応(架橋反応)を進行させて、ホットメルト接着剤層付のPENフィルムを得た。
塗工は、乾燥後のホットメルト接着剤層の厚みが20μmとなるように実施した。
[第1接着シートの作製]
各例のホットメルト接着剤層付のPENフィルムを2枚用意し、ホットメルト接着剤層どうしが当接するように前記2枚のホットメルト接着剤層付のPENフィルムを重ね合せた。
140℃に調整したラミネータを用いて、各例のホットメルト接着剤層付のPENフィルム2枚を熱圧着することで貼り合わせて、各例に係る第1接着シートを作製した。
[第2接着シートの作製]
各例のホットメルト接着剤層付のPENフィルムのホットメルト接着剤層の露出面とパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂シート(テトラフルオロエチレン/ パーフルオロ[2-(フルオスルホニルエトキシ)プロビルビニルエーテル]共重合体膜(デュポン社製、商品名“NAFIONN-115”))(該接ホットメルト着剤層付きフィルムと同形状)の一方面とが当接するように、各例のホットメルト接着剤層付のPENフィルムとパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂シートとを重ね合わせた。
140℃に調整したラミネータを用いて、各例のホットメルト接着剤層付のPENフィルムとパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂シートとを熱圧着することで貼り合せて、各例に係る第2接着シートを作製した。
[耐熱水性1]
各例の第1接着シートについて、各例の第1接着シートから幅10mm×長さ80mmの大きさの試験体を切り出して、該試験体を95℃の熱水中に1000時間浸漬させ、室温に冷却後各試験体について、以下の基準で、耐熱水性を評価した。
・〇: 浸漬後に、剥離が認められない。
・△: 浸漬後に、剥離が認められないものの、一部浮きが見られる。
・×: 浸漬後に、剥離が認められる。
[耐酸性1]
各例の第1接着シートについて、各例の第1接着シートから幅10mm×長さ80mmの大きさの試験体を切り出して、該試験体を95℃のpH2の希硫酸に1000時間浸漬させ、室温に冷却後各試験体について、以下の基準で、耐酸性を評価した。
・〇: 浸漬後に、剥離が認められない。
・△: 浸漬後に、剥離が認められないものの、一部浮きが見られる。
・×: 浸漬後に、剥離が認められる。
[耐アルコール性1]
各例の第1接着シートについて、各例の第1接着シートから幅10mm×長さ80mmの大きさの試験体を切り出して、該試験体を95℃の水-エチレングルコール混合溶液(エチレングルコールの混合割合は50体積%)に1000時間浸漬させ、室温に冷却後各試験体について、以下の基準で、耐アルコール性を評価した。
・○: 浸漬後に、剥離が認められない。
・△: 浸漬後に、剥離が認められないものの、一部浮きが見られる。
・×: 浸漬後に、剥離が認められる。
[耐熱水性2]
各例の第2接着シートについて、各例の第2接着シートから幅10mm×長さ80mmの大きさの試験体を切り出して、該試験体を95℃の熱水中に1000時間浸漬させ、室温に冷却後各試験体について、以下の基準で、耐熱水性を評価した。
・〇: 浸漬後に、剥離が認められない。
・△: 浸漬後に、剥離が認められないものの、一部浮きが見られる。
・×: 浸漬後に、剥離が認められる。
[耐酸性2]
各例の第2接着シートについて、各例の第2接着シートから幅10mm×長さ80mmの大きさの試験体を切り出して、該試験体を95℃のpH2の希硫酸に1000時間浸漬させ、室温に冷却後各試験体について、以下の基準で、耐酸性を評価した。
・〇: 浸漬後に、剥離が認められない。
・△: 浸漬後に、剥離が認められないものの、一部浮きが見られる。
・×: 浸漬後に、剥離が認められる。
[耐アルコール性2]
各例の第2接着シートについて、各例の第2接着シートから幅10mm×長さ80mmの大きさの試験体を切り出して、該試験体を95℃の水-エチレングルコール混合溶液(エチレングルコールの混合割合は50体積%)に1000時間浸漬させ、室温に冷却後各試験体について、以下の基準で、耐アルコール性を評価した。
・○: 浸漬後に、剥離が認められない。
・△: 浸漬後に、剥離が認められないものの、一部浮きが見られる。
・×: 浸漬後に、剥離が認められる。
上記の各評価結果を以下の表2に示した。
上記表2より、実施例1においては、第1接着シート及び第2接着シートともに、いずれの評価項目も〇という結果となっていた。
また、実施例2においては、第1接着シートは、耐熱水性、耐酸性、及び、耐アルコール性に優れていた。
これに対し、比較例1~4においては、第1接着シート及び第2接着シートともに、いずれの評価項目も×という結果となっていた。
10 ホットメルト接着シート、20 膜/電極接合体(MEA)、201 固体電解質膜、202 正極、203 負極、
10a 基材、10b 接着剤層、201a 正極側電解質膜露出領域、201b 負極側電解質膜露出領域、202a 正極触媒層、202b 正極ガス拡散層、203a 負極触媒層、203b 負極ガス拡散層、202a1 正極側触媒層露出領域、203a1 負極側触媒層露出領域、
L1 第1境界線、L2 第2境界線、L3 第3境界線、L4 第4境界線。

Claims (6)

  1. 基材の少なくとも一方面にホットメルト接着剤で形成された接着剤層が積層されたホットメルト接着シートであって、
    前記ホットメルト接着剤は、架橋剤を含む接着剤組成物の架橋物を含み、かつ、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、及び、前記ポリウレタン樹脂の100質量部に対して6質量部以上14質量部以下のイソシアネート系架橋剤を含有し、
    前記ポリウレタン樹脂は、骨格の炭素数が8以上のポリオールに由来する構成単位を含有し、
    前記エポキシ樹脂は、エポキシ当量が、450g/eq以上3000g/eq以下のビスフェノールA型エポキシ樹脂である
    ホットメルト接着シート。
  2. 前記エポキシ樹脂は、エポキシ当量が、450g/eq以上1000g/eq以下のビスフェノールA型エポキシ樹脂である
    請求項1に記載のホットメルト接着シート。
  3. 前記ポリウレタン樹脂は、水酸基を有する水酸基含有ポリウレタン樹脂を含有し、
    前記水酸基含有ポリウレタン樹脂の水酸基価は、0.1mgKOH/g以上20mgKOH/g以下である
    請求項1または2に記載のホットメルト接着シート。
  4. 前記ポリウレタン樹脂は、芳香族ジイソシアネートを構成単位として有する
    請求項1乃至3のいずれか1項に記載のホットメルト接着シート。
  5. 前記ポリウレタン樹脂の質量平均分子量Mwは、1,000以上100,000以下である
    請求項1乃至4のいずれか1項に記載のホットメルト接着シート。
  6. 固体高分子型燃料電池の固体電解質膜に接着させて用いられる
    請求項1乃至5のいずれか1項に記載のホットメルト接着シート。
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