JP2024526552A - 耐湿性二液型接着剤組成物 - Google Patents
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Abstract
二液型接着剤組成物は、疎水性ポリオール及びリン酸官能性接着促進剤を含むポリオール成分と、イソシアネートモノマーとダイマー酸ポリエステルポリオールとの反応生成物を含むイソシアネート成分と、の反応生成物を含む。
Description
本開示は、接着剤組成物に関し、より具体的には耐湿性二液型接着剤組成物に関する。
序論
近年、電気自動車(electrical vehicles、EV)の導入が世界中で勢いを増している。EV電池パックの一般的な設計では、電池セルと冷却プレートを接着するためにポリウレタン(polyurethane、PU)接着剤が必要である。接着強度は、重ね継手のせん断強度又は突き合わせ継手の引張強度により測定することができる。接合界面としては、アルミニウム合金、PETフィルム、ポリカーボネートなどが挙げられるが、その中でもアルミニウム合金同士の接合界面が最も有望である。
近年、電気自動車(electrical vehicles、EV)の導入が世界中で勢いを増している。EV電池パックの一般的な設計では、電池セルと冷却プレートを接着するためにポリウレタン(polyurethane、PU)接着剤が必要である。接着強度は、重ね継手のせん断強度又は突き合わせ継手の引張強度により測定することができる。接合界面としては、アルミニウム合金、PETフィルム、ポリカーボネートなどが挙げられるが、その中でもアルミニウム合金同士の接合界面が最も有望である。
また、塗布されるPU接着剤は、吸湿にも耐える必要があり、そうでなければ、接着機内で皮張りが蓄積したり、PU接着剤を混合して基材に塗布した後に気泡が発生したりする可能性がある。皮張りと気泡はどちらもラインの作業効率を低下させ、品質不良につながるため、生産では許容できない。
耐湿性を提供するために、PU接着剤(特に二液型接着剤)は通常、ヒマシ油、OH末端ポリブタジエンなどの疎水性化合物と共に配合される。これらの解決策は、Al-Al界面の接着力が非常に弱いのが特徴である。EV用途の場合、耐湿性及び接着強度に関する一般的な要件は、23℃/湿度45%での部分B(イソシアネート部分)の不粘着時間が15時間を超えること、3σレベルでの重ね継手の接着せん断強度の平均値が7MPaを超えること、及び3σレベルでの突き合わせ継手の接着引張強度の平均値が6.5MPaを超えることとして要約される。
現在の二液型PU接着剤がこれらの要件を同時に満たすことは困難である。
したがって、基材、特にAl合金-Al合金界面での接着強度が高く、接着剤塗布時の吸湿に対して不活性であり、接着強度の平均値が3σレベルの範囲に確実に収まるPU接着剤が必要である。
本開示の第1の態様では、本開示は、
A)疎水性ポリオール及びリン酸官能性接着促進剤を含むポリオール成分と、
B)(I)イソシアネートモノマーと(II)ダイマー酸ポリエステルポリオールとの反応生成物を含むイソシアネート成分と、の反応生成物を含む二液型接着剤組成物を提供する。
A)疎水性ポリオール及びリン酸官能性接着促進剤を含むポリオール成分と、
B)(I)イソシアネートモノマーと(II)ダイマー酸ポリエステルポリオールとの反応生成物を含むイソシアネート成分と、の反応生成物を含む二液型接着剤組成物を提供する。
本開示の第2の態様では、本開示は、
第1の基材と、
第2の基材と、
第1の基材と第2の基材との間にあり、本明細書に記載の二液型接着剤組成物から形成された接着剤層とを含む多層構造を提供する。
第1の基材と、
第2の基材と、
第1の基材と第2の基材との間にあり、本明細書に記載の二液型接着剤組成物から形成された接着剤層とを含む多層構造を提供する。
本開示の第3の態様では、本開示は、二液型接着剤組成物を形成する方法を提供し、この方法は、
(A)疎水性ポリオール及びリン酸官能性接着促進剤を含むポリオール成分A)を提供することと、
(B)(I)イソシアネートモノマーと(II)ダイマー酸ポリエステルポリオールとの反応生成物を含むイソシアネート成分B)を提供することと、
(C)イソシアネート成分B)をポリオール成分A)と反応させて本明細書に記載の二液型接着剤組成物を形成することとを含む。
(A)疎水性ポリオール及びリン酸官能性接着促進剤を含むポリオール成分A)を提供することと、
(B)(I)イソシアネートモノマーと(II)ダイマー酸ポリエステルポリオールとの反応生成物を含むイソシアネート成分B)を提供することと、
(C)イソシアネート成分B)をポリオール成分A)と反応させて本明細書に記載の二液型接着剤組成物を形成することとを含む。
本開示の第4の態様では、本開示は、電池パックにおける二液型接着剤組成物の使用を提供する。
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明はいずれも、例示的かつ説明的なものにすぎず、特許請求される本発明を限定するものではないことを理解されたい。
特に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。また、本明細書で言及されるすべての刊行物、特許出願、特許、及び他の参考文献は、参照により組み込まれる。
定義
本明細書に開示される数値範囲は、下限値から上限値までのすべての値(下限値及び上限値を含む)を含む。明示的な値を含む範囲(例えば1又は2又は3~5又は6又は7の範囲)の場合、任意の2つの明示的な値の間の任意の部分範囲が含まれる(例えば、上記の範囲1~7は、部分範囲1~2、2~6、5~7、3~7、5~6、などを含む)。
本明細書に開示される数値範囲は、下限値から上限値までのすべての値(下限値及び上限値を含む)を含む。明示的な値を含む範囲(例えば1又は2又は3~5又は6又は7の範囲)の場合、任意の2つの明示的な値の間の任意の部分範囲が含まれる(例えば、上記の範囲1~7は、部分範囲1~2、2~6、5~7、3~7、5~6、などを含む)。
反対の記載がない限り、文脈から暗示されていない限り、又は当該技術分野で慣習的でない限り、すべての部及びパーセントは、重量に基づいており、すべての試験方法は、本開示の出願日時点で最新のものである。
「組成物」という用語は、当該組成物を構成する材料の混合物、並びに当該組成物の材料から形成された反応生成物及び分解生成物を指す。
「含む(comprising)」、「含む(including)」、「有する(having)」という用語、及びそれらの派生語は、任意の追加の構成成分、工程、又は手順が本明細書において具体的に開示されているか否かにかかわらず、それらの存在を排除することを意図したものではない。疑義を避けるために、「含む(comprising)」という用語の使用を通じて特許請求されるすべての組成物は、特に反対の記載がない限り、ポリマーであるか否かにかかわらず、任意の追加の添加剤、アジュバント又は化合物を含み得る。対照的に、「から本質的になる」という用語は、操作性に必須ではないものを除き、あらゆる他の構成成分、工程、又は手順をあらゆる後続の説明の範囲から除外する。「からなる」という用語は、明確に描写又は列挙されていない任意の構成成分、工程、又は手順を除外する。「又は」という用語は、特に明記しない限り、列挙されたメンバーを個別に、及び任意の組み合わせで指す。単数形の使用には複数形の使用が含まれ、その逆もまた同様である。
「ジカルボン酸」は、2つのカルボキシル(-COOH)基を含む化合物である。
「イソシアネート」は、その構造に少なくとも1つのイソシアネート基を含む化学物質である。イソシアネート基は、式:-N=C=Oで表される。2つ以上又は少なくとも2つのイソシアネート基を含むイソシアネートは「ポリイソシアネート」である。2つのイソシアネート基を有するイソシアネートはジイソシアネートであり、3つのイソシアネート基を有するイソシアネートはトリイソシアネートであり、以下同様である。イソシアネートは芳香族であっても脂肪族であってもよい。
「ポリオール」は、複数のヒドロキシル(-OH)基を含む有機化合物である。言い換えれば、ポリオールは少なくとも2つのヒドロキシル基を含む。好適なポリオールの非限定的な例としては、ジオール(2つのヒドロキシル基を含む)、トリオール(3つのヒドロキシル基を含む)及び多ヒドロキシル含有ポリオールが挙げられる。
「ポリエーテル」は、原子の同じ直鎖に2つ以上のエーテル結合を含む化合物である。
「ポリエステル」は、原子の同じ直鎖に2つ以上のエステル結合を含む化合物である。
「ポリエステルポリオール」は、ポリエステルでありかつポリオールである化合物である。
「ポリマー」は、同じ種類又は異なる種類のモノマーを重合することによって調製されるポリマー化合物である。したしたがって、ポリマーという総称は、「ホモポリマー」という用語(微量の不純物がポリマー構造に組み込まれ得るという理解の下で、1種類のモノマーのみから調製されたポリマーを指すために使用される)を包含し、「インターポリマー」という用語(「コポリマー」という用語と同じ意味で使用される)には、バイポリマー(2種類の異なるモノマーから調製されたポリマーを指すために使用される)、ターポリマー(3種類の異なるモノマーから調製されるポリマーを指すために使用される)、及び4種類以上の異なるモノマーから調製されるポリマーが含まれる。微量の不純物、例えば触媒残留物が、ポリマー中及び/又はポリマー内に組み込まれる可能性がある。それはまた、例えば、ランダム、ブロックなど、あらゆる形態のコポリマーを包含する。ポリマーは、1つ以上の特定のモノマーから「作られている」、特定のモノマー又はモノマータイプに「基づいている」、特定のモノマー含有量を「含有している」などと称されることが多いが、この文脈では、「モノマー」という用語は、特定のモノマーの重合した残存物を指し、未重合の種を指していないと理解されることに留意されたい。一般に、本明細書におけるポリマーは、対応するモノマーの重合形態である「単位」に基づくものである。
A.ポリオール成分
二液型接着剤組成物は、A)ポリオール成分と、B)イソシアネート成分との反応生成物を含む。ポリオール成分A)は、疎水性ポリオール及びリン酸官能性接着促進剤を含む。ポリオール成分A)は、任意に、OHプレポリマー及び/又はポリエーテルポリオールを含んでもよい。
二液型接着剤組成物は、A)ポリオール成分と、B)イソシアネート成分との反応生成物を含む。ポリオール成分A)は、疎水性ポリオール及びリン酸官能性接着促進剤を含む。ポリオール成分A)は、任意に、OHプレポリマー及び/又はポリエーテルポリオールを含んでもよい。
疎水性ポリオール
疎水性ポリオールとは、少なくとも2つのヒドロキシル基を有する疎水性ポリオールを指す。
疎水性ポリオールとは、少なくとも2つのヒドロキシル基を有する疎水性ポリオールを指す。
一実施形態では、疎水性ポリオールは、ヒマシ油又はその誘導体である。
ポリオール成分Aは、ポリオール成分Aの総重量を基準として、20~60重量%、好ましくは25~50重量%、より好ましくは28~45重量%、更により好ましくは30~40重量%の疎水性ポリオール、好ましくはヒマシ油を含む。
リン酸官能性接着促進剤
リン酸官能性接着促進剤は、好ましくはリン酸変性ポリオール、より好ましくはリン酸エステルポリオールである。リン酸エステルポリオールは、三官能性プロピレングリコール、ポリリン酸、及びポリイソシアネートから製造することができる。本開示による使用に適した市販の三官能性プロピレングリコールの例としては、商品名VORANOL(商標)CP-450、VORANOL(商標)CP-260、VORANOL(商標)CP-755、及びVORANOL(商標)CP-1055で販売されている製品が挙げられ、これらは、それぞれDow Chemical Companyから入手可能である。いくつかの実施形態では、リン酸エステルポリオールは、リン酸エステルポリオールの重量を基準として4重量パーセント未満のリン酸含有量、又はリン酸エステルポリオールの重量を基準として0~3重量パーセントのリン酸含有量、又はリン酸エステルポリオールの重量を基準として1.5~2.5重量パーセントのリン酸含有量を有する。いくつかの実施形態では、リン酸エステルポリオールは、ASTM D2196の方法で測定した場合、25℃で40,000cps未満、又は25℃で30,000cps未満の粘度を有する。いくつかの実施形態では、リン酸エステルポリオールは、330g/mol未満のヒドロキシル当量を有する。いくつかの実施形態では、リン酸エステルポリオールは、リン酸エステルポリオールの重量を基準として、2,000g/mol未満の当量を有する三官能性ポリエーテルポリオールを0~100重量パーセント有する。
リン酸官能性接着促進剤は、好ましくはリン酸変性ポリオール、より好ましくはリン酸エステルポリオールである。リン酸エステルポリオールは、三官能性プロピレングリコール、ポリリン酸、及びポリイソシアネートから製造することができる。本開示による使用に適した市販の三官能性プロピレングリコールの例としては、商品名VORANOL(商標)CP-450、VORANOL(商標)CP-260、VORANOL(商標)CP-755、及びVORANOL(商標)CP-1055で販売されている製品が挙げられ、これらは、それぞれDow Chemical Companyから入手可能である。いくつかの実施形態では、リン酸エステルポリオールは、リン酸エステルポリオールの重量を基準として4重量パーセント未満のリン酸含有量、又はリン酸エステルポリオールの重量を基準として0~3重量パーセントのリン酸含有量、又はリン酸エステルポリオールの重量を基準として1.5~2.5重量パーセントのリン酸含有量を有する。いくつかの実施形態では、リン酸エステルポリオールは、ASTM D2196の方法で測定した場合、25℃で40,000cps未満、又は25℃で30,000cps未満の粘度を有する。いくつかの実施形態では、リン酸エステルポリオールは、330g/mol未満のヒドロキシル当量を有する。いくつかの実施形態では、リン酸エステルポリオールは、リン酸エステルポリオールの重量を基準として、2,000g/mol未満の当量を有する三官能性ポリエーテルポリオールを0~100重量パーセント有する。
ポリオール成分A)は、ポリオール成分Aの総重量を基準として、0.1~20重量%、好ましくは0.2~15重量%、より好ましくは0.5~12重量%、更により好ましくは1~10重量%、より好ましくは2~8重量%のリン酸官能性接着促進剤、好ましくはリン酸エステルポリオールを含む。
OHプレポリマー
ポリオール成分A)は、任意にOHプレポリマーを更に含んでもよい。プレポリマーは、(i)イソシアネートモノマー、(ii)ポリオール、及び(iii)ヒマシ油を含む反応混合物の反応生成物である。
ポリオール成分A)は、任意にOHプレポリマーを更に含んでもよい。プレポリマーは、(i)イソシアネートモノマー、(ii)ポリオール、及び(iii)ヒマシ油を含む反応混合物の反応生成物である。
「イソシアネートモノマー」は、少なくとも2つのイソシアネート基を含む分子である。イソシアネートモノマーは、ポリオールに化学的に結合して、プレポリマーを形成することができる。好適なイソシアネートモノマーの非限定的な例としては、芳香族イソシアネート、脂肪族イソシアネート、カルボジイミド変性イソシアネートモノマー、及びそれらの組み合わせが挙げられる。
「芳香族イソシアネートモノマー」は、1つ以上の芳香環を含むイソシアネートモノマーである。好適な芳香族イソシアネートモノマーの非限定的な例としては、メチレンジフェニルジポリイソシアネート(methylene diphenyl dipolyisocyanate、MDI)の異性体、例えば、4,4-MDI、2,4-MDI及び2,2’-MDI;カルボジイミド変性MDI又はアロファネート変性MDIなどの変性MDI;トルエン-ジポリイソシアネート(toluene-dipolyisocyanate、TDI)の異性体、例えば、2,4-TDI、2,6-TDI;ナフタレンジポリイソシアネート(naphthalene-dipolyisocyanate、NDI)の異性体、例えば1,5-NDI;及びそれらの組み合わせが挙げられる。
「脂肪族イソシアネートモノマー」は、イソシアネート部分(-NCO)が芳香環に直接結合していないイソシアネートモノマーである。好適な脂肪族イソシアネートモノマーの非限定的な例としては、ヘキサメチレンジポリイソシアネート(HDI)の異性体、イソホロンジポリイソシアネート(IPDI)の異性体、キシレンジポリイソシアネート(XDI)の異性体、メチレンビスシクロヘキシルイソシアネート(水素化MDI)(HMDI)及びシクロヘキサンジイソシアネートなどの他の脂環式イソシアネート、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。
一実施形態では、イソシアネートモノマーは、モノイソシアネートモノマー、ジイソシアネートモノマー、トリイソシアネートモノマー、及びそれらの組み合わせから選択される。更なる実施形態では、イソシアネートモノマーはジイソシアネートモノマーである。
一実施形態では、イソシアネートモノマーは、少なくとも2つのイソシアネート基、又は少なくとも3つのイソシアネート基を有する多官能性イソシアネートモノマーである。
一実施形態では、イソシアネートモノマーは、MDI、TDI、HDI、及びそれらの組み合わせから選択される。更なる実施形態では、イソシアネートモノマーは、MDIである。
一実施形態では、イソシアネートモノマーは、カルボジイミド変性MDI、カルボジイミド変性TDI、カルボジイミド変性HDI、及びそれらの組み合わせから選択される。更なる実施形態では、イソシアネートモノマーは、The Dow Chemical CompanyからのISONATE 143Lのようなカルボジイミド変性MDIである。
OHプレポリマーを調製するためのポリオールは、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、又はそれらの組み合わせであってもよく、好ましくはポリエーテルポリオールである。「ポリエーテルポリオール」は、ポリエーテルでありかつポリオールである化合物である。好適なポリエーテルポリオールの非限定的な例としては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン、ブチレンオキシドの重付加生成物及びそれらの共付加生成物とグラフト生成物、多価アルコールの縮合により得られるポリエーテルポリオール又はそれらの混合物、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。
好適なポリエーテルポリオールの非限定的な例としては、ポリプロピレングリコール(polypropylene glycol、PPG)、ポリエチレングリコール(polyethylene glycol、PEG)、ポリブチレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(polytetramethylene ether glycol、PTMEG)、及びそれらの組み合わせが挙げられる。一実施形態では、ポリエーテルポリオールは、ポリプロピレングリコール(PPG)である。
好適なポリエーテルポリオールの非限定的な例としては、VORANOL(商標)1010 L(PPG)、及び、VORANOL(商標)CP450(グリセリンプロポキシル化ポリエーテルトリオール)が挙げられる(それぞれ、The Dow Chemical Companyから入手可能である)。
一実施形態では、ポリエーテルポリオールは、50g/mol又は100g/mol又は400g/mol又は450g/mol~1,000g/mol又は1,500g/mol又は2,000g/mol又は4,000g/mol又は5,000g/molのMwを有する。
一実施形態では、ポリエーテルポリオールは、30mg KOH/g又は50mg KOH/g又は75mg KOH/g又は100mg KOH/g~115mg KOH/g又は125mg KOH/g又は150mg KOH/g又は200mg KOH/g又は300mg KOH/g又は350mg KOH/g又は400mg KOH/g又は450mg KOH/g又は500mg KOH/gのヒドロキシル価を有する。
一実施形態では、ポリエーテルポリオールは、(i)50g/mol~5,000g/mol、又は100g/mol~2,000g/mol、又は400g/mol~1,500g/mol、又は400g/mol~1,000g/molのMw、及び/又は、(ii)30mg KOH/g~500mg KOH/g、又は100mg KOH/g~400mg KOH/g、又は100mg KOH/g~150mg KOH/g、又は350mg KOH/g~400mg KOH/gのヒドロキシル価の一方又は両方の特性を有する。
ポリオール成分A)は、ポリオール成分A)の総重量を基準として、0~30重量%、好ましくは2~28重量%、より好ましくは4~25重量%、更により好ましくは6~20重量%、又は8~18重量%又は10~15重量%のOHプレポリマーを含む。
ポリエーテルポリオール
ポリオール成分A)は、ポリエーテルポリオールを更に含んでもよい。「ポリエーテルポリオール」は、ポリエーテルでありかつポリオールである化合物である。好適なポリエーテルポリオールの非限定的な例としては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン、ブチレンオキシドの重付加生成物及びそれらの共付加生成物とグラフト生成物、多価アルコールの縮合により得られるポリエーテルポリオール又はそれらの混合物、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。
ポリオール成分A)は、ポリエーテルポリオールを更に含んでもよい。「ポリエーテルポリオール」は、ポリエーテルでありかつポリオールである化合物である。好適なポリエーテルポリオールの非限定的な例としては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン、ブチレンオキシドの重付加生成物及びそれらの共付加生成物とグラフト生成物、多価アルコールの縮合により得られるポリエーテルポリオール又はそれらの混合物、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。
好適なポリエーテルポリオールの非限定的な例としては、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリブチレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMEG)、及びそれらの組み合わせが挙げられる。一実施形態では、ポリエーテルポリオールは、ポリプロピレングリコール(PPG)である。
好適なポリエーテルポリオールの非限定的な例としては、VORANOL(商標)1010 L(PPG)、及び、VORANOL(商標)CP450(グリセリンプロポキシル化ポリエーテルトリオール)が挙げられる(それぞれ、The Dow Chemical Companyから入手可能である)。
一実施形態では、ポリエーテルポリオールは、50g/mol又は100g/mol又は400g/mol又は450g/mol~1,000g/mol又は1,500g/mol又は2,000g/mol又は4,000g/mol又は5,000g/molのMwを有する。
一実施形態では、ポリエーテルポリオールは、30mg KOH/g又は50mg KOH/g又は75mg KOH/g又は100mg KOH/g~115mg KOH/g又は125mg KOH/g又は150mg KOH/g又は200mg KOH/g又は300mg KOH/g又は350mg KOH/g又は400mg KOH/g又は450mg KOH/g又は500mg KOH/gのヒドロキシル価を有する。
一実施形態では、ポリエーテルポリオールは、(i)50g/mol~5,000g/mol、又は100g/mol~2,000g/mol、又は400g/mol~1,500g/mol、又は400g/mol~1,000g/molのMw、及び/又は、(ii)30mg KOH/g~500mg KOH/g、又は100mg KOH/g~400mg KOH/g、又は100mg KOH/g~150mg KOH/g、又は350mg KOH/g~400mg KOH/gのヒドロキシル価の一方又は両方の特性を有する。
ポリオール成分A)は、ポリオール成分Aの総重量を基準として、1~20重量%、好ましくは2~15重量%、より好ましくは4~12重量%、更により好ましくは6~10重量%のポリエーテルポリオール、好ましくはグリセリンプロポキシル化ポリエーテルトリオールを含む。
鎖延長剤
ポリオール成分A)は、任意に鎖延長剤を含んでもよい。好適な鎖延長剤の非限定的な例としては、グリセリン、トリメチロールプロパン、ジエチレングリコール、プロパンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール(BDO)、及びそれらの組み合わせ、好ましくは1,4-ブタンジオール(BDO)が挙げられる。
ポリオール成分A)は、任意に鎖延長剤を含んでもよい。好適な鎖延長剤の非限定的な例としては、グリセリン、トリメチロールプロパン、ジエチレングリコール、プロパンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール(BDO)、及びそれらの組み合わせ、好ましくは1,4-ブタンジオール(BDO)が挙げられる。
ポリオール成分A)は、ポリオール成分Aの総重量を基準として、1~20重量%、好ましくは2~15重量%、より好ましくは4~10重量%、更により好ましくは2~6重量%の連鎖延長剤、好ましくは1,4-ブタンジオール(BDO)を含む。
ポリオール成分A)は、任意に、水分捕捉剤、触媒、難燃剤、レオロジー調整剤、充填剤などを含むことができる。
水分捕捉剤は、接着剤中のNCO含有基と反応して気泡形成の問題を引き起こす前に、環境から水分を吸収する。ポリウレタン接着剤でよく使用される水分捕捉剤の例は、モレキュラーシーブである。
触媒は、プロセス要件を満たすように反応速度を調整する。より多くの触媒を装填すると、初期の接着強度の増強に役立つが、ポットライフは短くなる。バランスのとれた触媒パッケージは、Zn、Bi、Sn含有触媒を含む有機金属である。
イソプロピル化リン酸フェノールなどの難燃剤は、電池セルが電気ショートにさらされているときの耐火性を向上させる。
レオロジー調整剤は、多くの場合、接着剤組成物のポリオール成分A)若しくはイソシアネート成分B)のいずれか、又はその両方に含まれ、様々な用途のニーズに合わせてチキソトロピー特性を提供する。
接着剤組成物のポリオール成分A)若しくはイソシアネート成分B)のいずれか、又はその両方に充填剤を添加して、機械的強度を向上させ、コストを低減することができる。充填剤は、シリカ、CaCO3、カオリン、タルク、ATHなどから選択することができる。
B.イソシアネート成分
二液型接着剤組成物は、A)ポリオール成分と、B)イソシアネート成分との反応生成物を含む。イソシアネート成分B)は、(I)イソシアネートモノマーと、(II)NCO末端プレポリマーであるダイマー酸ポリエステルポリオールとの反応生成物を含む。
二液型接着剤組成物は、A)ポリオール成分と、B)イソシアネート成分との反応生成物を含む。イソシアネート成分B)は、(I)イソシアネートモノマーと、(II)NCO末端プレポリマーであるダイマー酸ポリエステルポリオールとの反応生成物を含む。
「NCO末端プレポリマー」は、イソシアネートモノマーと少なくとも1つのポリオールとの反応生成物であり、ただし、少なくとも1つのポリオールはダイマー酸ポリエステルポリオールを含む。イソシアネートプレポリマーは、モノマーと最終ポリマーの間の中間体である。
イソシアネートモノマー
イソシアネート成分は、(i)イソシアネートモノマーと、(ii)ダイマー酸ポリエステルポリオールとの反応生成物を含む。
イソシアネート成分は、(i)イソシアネートモノマーと、(ii)ダイマー酸ポリエステルポリオールとの反応生成物を含む。
「イソシアネートモノマー」は、少なくとも2つのイソシアネート基を含む分子である。イソシアネートモノマーは、ポリオールに化学的に結合して、プレポリマーを形成することができる。好適なイソシアネートモノマーの非限定的な例としては、芳香族イソシアネート、脂肪族イソシアネート、カルボジイミド変性イソシアネートモノマー、及びそれらの組み合わせが挙げられる。
「芳香族イソシアネートモノマー」は、1つ以上の芳香環を含むイソシアネートモノマーである。好適な芳香族イソシアネートモノマーの非限定的な例としては、メチレンジフェニルジポリイソシアネート(methylene diphenyl dipolyisocyanate、MDI)の異性体、例えば、4,4-MDI、2,4-MDI及び2,2’-MDI;カルボジイミド変性MDI又はアロファネート変性MDIなどの変性MDI;トルエン-ジポリイソシアネート(toluene-dipolyisocyanate、TDI)の異性体、例えば、2,4-TDI、2,6-TDI;ナフタレンジポリイソシアネート(naphthalene-dipolyisocyanate、NDI)の異性体、例えば1,5-NDI;及びそれらの組み合わせが挙げられる。
「脂肪族イソシアネートモノマー」は、イソシアネート部分(-NCO)が芳香環に直接結合していないイソシアネートモノマーである。好適な脂肪族イソシアネートモノマーの非限定的な例としては、ヘキサメチレンジポリイソシアネート(HDI)の異性体、イソホロンジポリイソシアネート(IPDI)の異性体、キシレンジポリイソシアネート(XDI)の異性体、メチレンビスシクロヘキシルイソシアネート(水素化MDI又はHMDI)及びシクロヘキサンジイソシアネートなどの他の脂環式イソシアネート、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。
一実施形態では、イソシアネートモノマーは、モノイソシアネートモノマー、ジイソシアネートモノマー、トリイソシアネートモノマー、及びそれらの組み合わせから選択される。更なる実施形態では、イソシアネートモノマーはジイソシアネートモノマーである。
一実施形態では、イソシアネートモノマーは、少なくとも2つのイソシアネート基、又は少なくとも3つのイソシアネート基を有する多官能性イソシアネートモノマーである。
一実施形態では、イソシアネートモノマーは、MDI、TDI、HDI、及びそれらの組み合わせから選択される。更なる実施形態では、イソシアネートモノマーは、MDIである。
一実施形態では、イソシアネートモノマーは、カルボジイミド変性MDI、カルボジイミド変性TDI、カルボジイミド変性HDI、及びそれらの組み合わせから選択される。更なる実施形態では、イソシアネートモノマーはカルボジイミド変性MDIである。
一実施形態では、イソシアネートモノマーは、20%以上、好ましくは25%以上、好ましくは28%以上のNCO含有量を有する。
ダイマー酸ポリエステルポリオール
イソシアネート成分B)は、(i)イソシアネートモノマーと、(ii)ダイマー酸ポリエステルポリオールとの反応生成物を含む。「ダイマー酸ポリエステルポリオール」(又は「DAPP」又はダイマー酸系ポリエステルポリオール)は、ダイマー酸に由来する単位を含むポリエステルポリオールである。一実施形態では、DAPPは、(i)ダイマー酸と、(ii)ポリオールと、(iii)任意にジカルボン酸との反応生成物である。
イソシアネート成分B)は、(i)イソシアネートモノマーと、(ii)ダイマー酸ポリエステルポリオールとの反応生成物を含む。「ダイマー酸ポリエステルポリオール」(又は「DAPP」又はダイマー酸系ポリエステルポリオール)は、ダイマー酸に由来する単位を含むポリエステルポリオールである。一実施形態では、DAPPは、(i)ダイマー酸と、(ii)ポリオールと、(iii)任意にジカルボン酸との反応生成物である。
i.ダイマー酸
一実施形態では、DAPPは、(i)ダイマー酸と、(ii)ポリオールと、(iii)任意にジカルボン酸とを含む反応混合物の反応生成物である。
一実施形態では、DAPPは、(i)ダイマー酸と、(ii)ポリオールと、(iii)任意にジカルボン酸とを含む反応混合物の反応生成物である。
「ダイマー酸」とは、2~4個のエチレン性二重結合と14~22個の炭素原子を有する脂肪酸(以下「不飽和脂肪酸A」という)と、1~4個のエチレン性二重結合と14~22個の炭素原子を有する脂肪酸(以下、「不飽和脂肪酸B」という)とを二量体化反応において二重結合上で反応させることによって得られるジカルボン酸化合物である。一実施形態では、不飽和脂肪酸Aは、2つのエチレン性二重結合及び14~22個の炭素原子を有し、不飽和脂肪酸Bは、1つ又は2つのエチレン性二重結合と14~22個の炭素原子を有する。好適な不飽和脂肪酸Aの非限定的な例としては、テトラデカジエン酸、ヘキサデカジエン酸、オクタデカジエン酸(リノール酸など)、エイコサジエン酸、ドコサジエン酸、オクタデカトリエン酸(リノレン酸など)、エイコサテトラエン酸(アラキドン酸など)、及びそれらの組み合わせが挙げられる。好適な不飽和脂肪酸Bの非限定的な例としては、上記の例に加えて、テトラデセン酸(ツズ酸、フィセテル酸、ミリストレイン酸)、ヘキサデセン酸(パルミトール酸など)、オクタデセン酸(オレイン酸、エライジン酸、バクセン酸など)、エイコセン酸(ガドレイン酸など)、及びドコセン酸(エルシン酸、セトレイン酸、及びブラシジン酸など)、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。
得られるダイマー酸は、二重結合の結合部位又は異性化に応じて構造が異なるダイマー酸の混合物である。好適なダイマー酸構造の非限定的な例は、以下の構造(A)、構造(B)、構造(C)、構造(D)、又は構造(E)である:
一実施形態では、ダイマー酸はC36ダイマー酸である。更なる実施形態では、C36ダイマー酸は、構造(A)を有する。
一実施形態では、得られるダイマー酸は、0重量%~2重量%若しくは4重量%若しくは6重量%のモノマー酸、及び/又は、0重量%~2重量%若しくは4重量%若しくは6重量%のポリマー酸を含み、三量体酸の重合度以上の重合度を有する。
一実施形態では、ダイマー酸は不飽和である。「不飽和ダイマー酸」は、少なくとも1つの炭素-炭素二重結合を含む。構造(A)は不飽和ダイマー酸である。好適なダイマー酸の非限定的な例は、Aturex Groupから入手可能なATUREXTM 1001(CAS 61788-89-4)である。
一実施形態では、ダイマー酸は、150mg KOH/g、又は160mg KOH/g、又は170mg KOH/g、又は180mg KOH/g、又は190mg KOH/g、又は194mg KOH/g~200mg KOH/g、又は210mg KOH/g、又は220mg KOH/g、又は230mg KOH/g、又は240mg KOH/g、又は250mg KOH/gの酸価を有する。別の実施形態では、ダイマー酸は、150mg KOH/g~250mg KOH/g、又は180mg KOH/g~220mg KOH/g、又は190mg KOH/g~200mg KOH/gの酸価を有する。
一実施形態では、ダイマー酸は構造(A)を有し、150mg KOH/g~250mg KOH/g、又は180mg KOH/g~220mg KOH/g、又は190mg KOH/g~200mg KOH/gの酸価を有する。更なる実施形態では、ダイマー酸は、Aturex Groupから入手可能なATUREXTM 1001(CAS 61788-89-4)である。
ダイマー酸は、本明細書に開示される2つ以上の実施形態を含み得る。
ii.ポリオール
一実施形態では、DAPPは、(i)ダイマー酸と、(ii)ポリオールと、(iii)任意にジカルボン酸とを含む反応混合物の反応生成物である。
一実施形態では、DAPPは、(i)ダイマー酸と、(ii)ポリオールと、(iii)任意にジカルボン酸とを含む反応混合物の反応生成物である。
好適なポリオールの非限定的な例としては、ジオール(2つのヒドロキシル基を含む)、トリオール(3つのヒドロキシル基を含む)、及びそれらの組み合わせが挙げられる。一実施形態では、ポリオールは、ジオール及びトリオールを含む。
好適なジオールの非限定的な例としては、3-メチル1,5-ペンタンジオール(MPD)、2-メチル-1,3-プロパンジオール(MPG)、エチレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール(DEG)、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、並びにネオペンチルグリコール(NPG)が挙げられる。
好適なトリオールの非限定的な例は、トリメチロールプロパン(TMP)である。
一実施形態では、ポリオールはジオールである。更なる実施形態では、ジオールはMPDである。
ポリオールは、本明細書に開示される2つ以上の実施形態を含み得る。
iii.任意のジカルボン酸
一実施形態では、DAPPは、(i)ダイマー酸と、(ii)ポリオールと、(iii)任意にジカルボン酸とを含む反応混合物の反応生成物である。
一実施形態では、DAPPは、(i)ダイマー酸と、(ii)ポリオールと、(iii)任意にジカルボン酸とを含む反応混合物の反応生成物である。
(iii)ジカルボン酸はダイマー酸ではない。言い換えれば、(iii)ジカルボン酸は、反応混合物中の(i)ダイマー酸とは構造上及び/又は組成上異なる。
好適なジカルボン酸の非限定的な例としては、脂肪酸、芳香族酸、及びそれらの組み合わせが挙げられる。好適な芳香族ジカルボン酸の非限定的な例としては、フタル酸、イソフタル酸、及びテレフタル酸が挙げられる。好適な脂肪族ジカルボン酸の好適な非限定的な例としては、シクロヘキサンジカルボン酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、グルタル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、マロン酸、スベリン酸、2-メチルコハク酸、3,3-ジエチルグルタル酸、2,2-ジメチルコハク酸、及びトリメリット酸が挙げられる。本明細書で使用される場合、「酸」という用語は、当該酸の任意の無水物をも含む。飽和脂肪族酸及び/又は芳香族酸、例えば、アジピン酸又はイソフタル酸も好適である。
一実施形態では、ジカルボン酸は、4個、又は5個、又は6~7個、又は8個、又は9個、又は10個の炭素原子を有する。別の実施形態では、ジカルボン酸は、4~10個の炭素原子、又は6~8個の炭素原子を有する。更なる実施形態では、ジカルボン酸は、8個の炭素原子を有する。
一実施形態では、ジカルボン酸は、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、及びそれらの組み合わせから選択される。
ジカルボン酸は、本明細書に開示される2つ以上の実施形態を含み得る。
iv.任意の添加剤
一実施形態では、DAPPは、(i)ダイマー酸と、(ii)ポリオールと、(iii)任意にジカルボン酸と、(iv)任意に添加剤とを含む反応混合物の反応生成物である。
一実施形態では、DAPPは、(i)ダイマー酸と、(ii)ポリオールと、(iii)任意にジカルボン酸と、(iv)任意に添加剤とを含む反応混合物の反応生成物である。
好適な任意の添加剤の非限定的な例としては、接着促進剤、鎖延長剤、触媒、及びそれらの組み合わせが挙げられる。
好適な接着促進剤の非限定的な例は、アミノシランである。
好適な鎖延長剤の非限定的な例としては、グリセリン、トリメチロールプロパン、ジエチレングリコール、プロパンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、及びそれらの組み合わせが挙げられる。
好適な触媒の非限定的な例としては、チタン酸テトラ-n-ブチル、硫酸亜鉛、有機スズ触媒、及びそれらの組み合わせが挙げられる。
一実施形態では、反応混合物は鎖延長剤を除外する。
任意の添加剤は、本明細書に開示される2つ以上の実施形態を含み得る。
イソシアネート成分B)は、任意に、可塑剤、難燃剤、接着促進剤、レオロジー調整剤、充填剤などを含むことができる。
フタル酸ジイソノニルなどの可塑剤は、イソシアネート成分B)の塗布中に蓄積される皮張りを減少させるのに役立つ。
イソプロピル化リン酸フェノールなどの難燃剤は、電池セルが電気ショートにさらされているときの耐火性を向上させる。
エポキシシランなどの従来の接着促進剤も使用することができる。
ヒュームドシリカなどのレオロジー調整剤は、様々な用途のニーズに合わせてチキソトロピー特性を提供するために接着剤組成物に含まれることがよくある。イソシアネート成分B)では、疎水性表面処理を施したヒュームドシリカがレオロジー調整剤として使用されることが多い。
機械的強度を向上させ、コストを低減するために、接着剤組成物に充填剤が添加される。充填剤は、シリカ、CaCO3、カオリン、タルクなどから選択することができる。
(i)イソシアネートモノマーと、(ii)ダイマー酸ポリエステルポリオール(NCO末端プレポリマーとも呼ばれる)との反応生成物を調製するための混合物は、典型的には、(i)イソシアネートモノマーと、(ii)ダイマー酸ポリエステルポリオールとの反応生成物を調製するための混合物の総重量を基準として、60~95重量%、好ましくは65~85重量%、より好ましくは70~80重量%の芳香族イソシアネートと、5~40重量%、好ましくは15~35重量%、より好ましくは20~30重量%のダイマー酸ポリエステルポリオールとを含む。
イソシアネート成分B)は、典型的には、イソシアネート成分B)の総重量を基準として、30~100重量%、好ましくは35~95重量%、より好ましくは40~90重量%、更により好ましくは40~80重量%又は50~75重量%又は60~75重量%の、(i)イソシアネートモノマーと(ii)ダイマー酸ポリエステルポリオールとの反応生成物と、任意に0~20重量%、好ましくは1~10重量%、より好ましくは0.5~8重量%、更により好ましくは1~5重量%又は2~4重量%の可塑剤と、0~20重量%、好ましくは0.1~10重量%、より好ましくは0.5~8重量%、更により好ましくは0.8~5重量%又は1~3重量%の難燃剤と、0~10重量%、好ましくは1~8重量%、より好ましくは0.5~6重量%、更により好ましくは0.8~5重量%又は1~4重量%の接着促進剤と、0~10重量%、好ましくは0.5~8重量%、更により好ましくは1~5重量%又は2~4重量%のレオロジー調整剤と、0~70重量%、好ましくは5~65重量%、より好ましくは10~50重量%、更により好ましくは18~45重量%又は20~40重量%又は20~30重量%の充填剤とを含む。
C.二液型接着剤組成物
二液型接着剤組成物は、溶媒を含まないか、又は実質的に含まない。
二液型接着剤組成物は、溶媒を含まないか、又は実質的に含まない。
一実施形態では、二液型接着剤組成物は、任意の従来の添加剤を含む。任意の添加剤は、可塑剤、鎖延長剤、難燃剤、接着促進剤、レオロジー調整剤、充填剤、水分捕捉剤、触媒など、本明細書に開示されるいずれかの任意の添加剤であり得る。
二液型接着剤組成物は、イソシアネート成分の-NCO基とポリオール成分のヒドロキシル基とを反応させるのに適した条件下で、ポリオール成分A)とイソシアネート成分B)を混合することによって形成される。一実施形態では、ポリオール成分A)及びイソシアネート成分B)は、15℃又は20℃又は25℃又は30℃又は35℃又は40℃~45℃又は50℃又は55℃の温度で、静的混合装置又は動的混合装置(メーターミックスディスペンサーなど)を介して混合される。
イソシアネート指数又は(「NCO指数」)は、ポリオール成分中のヒドロキシル基の量に対するイソシアネート成分中のイソシアネート基のモル比である。NCO指数は、下記の式(2)に従って算出される:
一実施形態では、二液型接着剤組成物は、1.00又は1.05又は1.10又は1.15~1.50又は1.40又は1.30又は1.25のNCO指数を有する。別の実施形態では、二液型接着剤組成物は、1.00~1.50、又は1.05~1.40、又は1.10~1.30、又は1.15~1.25のNCO指数を有する。
一実施形態では、二液型接着剤組成物は、ポリオール成分A)及びイソシアネート成分B)を、イソシアネート成分B):ポリオール成分A)の体積比120:100~80:100、又は115:100~90:100、又は110:100~95:100、又は105:100~98:100で含む。
二液型接着剤組成物は、本明細書に開示される2つ以上の実施形態を含み得る。
D.多層構造
本開示は、多層構造を提供する。多層構造は、第1の基材と、第2の基材と、第1の基材と第2の基材との間の接着剤層とを含む。接着剤層は、二液型接着剤組成物から形成される。
本開示は、多層構造を提供する。多層構造は、第1の基材と、第2の基材と、第1の基材と第2の基材との間の接着剤層とを含む。接着剤層は、二液型接着剤組成物から形成される。
二液型接着剤組成物は、本明細書に開示される任意の二液型接着剤組成物であり得る。
第1の基材及び第2の基材
多層構造は、第1の基材と、第2の基材とを含む。
多層構造は、第1の基材と、第2の基材とを含む。
第1の基材及び第2の基材は、同じであっても異なっていてもよい。一実施形態では、第1の基材及び第2の基材は同じであり、したがって、それらは同一の組成及び同一の構造を有する。
一実施形態では、第1の基材及び第2の基材は、組成上及び/又は構造上互いに異なる。
「基材」に言及する以下の説明は、第1の基材及び第2の基材を個別に及び/又は集合的に指すことが理解される。
好適な基材の非限定的な例はフィルムである。フィルムは、単層フィルム又は多層フィルムであってもよい。多層フィルムは、2つの層又は3つ以上の層を含む。例えば、多層フィルムは、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、又はそれ以上の層を有し得る。一実施形態では、多層フィルムは、2層のみ、又は3層のみを含む。
一実施形態では、フィルムは、1つの層のみを有する単層フィルムである。
一実施形態では、フィルムは、エチレン系ポリマー(PE)、プロピレン系ポリマー(PP)、ポリアミド(ナイロンなど)、ポリエステル、エチレンビニルアルコール(EVOH)コポリマー、ポリエチレンテレフタレート(PET)、エチレンアクリル酸ビニル(EVA)コポリマー、エチレンアクリル酸メチルコポリマー、エチレンアクリル酸エチルコポリマー、エチレンアクリル酸ブチルコポリマー、エチレンアクリル酸コポリマー、エチレンメタクリル酸コポリマー、エチレンアクリル酸のイオノマー、メタクリル酸のイオノマー、無水マレイン酸グラフトエチレン系ポリマー、ポリ乳酸(PLA)、ポリスチレン、金属箔、セルロース、セロファン、不織布、及びそれらの組み合わせから選択される成分を含有する層を含む。好適な金属箔の非限定的な例は、アルミニウム箔である。多層フィルムの各層は、同じ成分から形成されてもよく、又は異なる成分から形成されてもよい。
一実施形態では、フィルムは、金属箔を含有する層を含む。
一実施形態では、フィルムは、エチレン系ポリマー層である単一層を有する単層フィルムである。更なる実施形態では、フィルムは、ポリエチレン層である単一層を有する単層フィルムである。
基材、更にフィルムは、2つの対向する表面を有する連続構造である。
一実施形態では、基材は、5μm又は10μm又は12μm又は15μm又は20μm又は21μm~23μm又は24μm又は25μm又は30μm又は35μm又は40μm又は45μm又は50μm又は100μm又は150μm又は200μm又は250μm又は300μm又は350μm又は400μm又は450μm又は500μmの厚さを有する。
一実施形態では、基材は、紙や木材などのセルロース系の基材を除外する。
一実施形態では、第1の基材は、PE層である単一層を有する単層フィルムであり、第2の基材は、金属箔層である層を有するフィルムである。
フィルムは、本明細書に開示される2つ以上の実施形態を含み得る。
第1の基材は、本明細書に開示される2つ以上の実施形態を含み得る。
第2の基材は、本明細書に開示される2つ以上の実施形態を含み得る。
二液型接着剤組成物は、例えば、Nordmeccanica Labo Combi 400ラミネーターを用いて、第1の基材と第2の基材との間に塗布される。一実施形態では、二液型接着剤組成物は、20℃又は30℃又は40℃~50℃又は60℃又は70℃又は80℃又は90℃の温度で、第1の基材と第2の基材との間に塗布される。
好適な塗布方法の非限定的な例としては、刷毛塗り、流し込み(pouring)、噴霧、コーティング、ローリング、散布、及び注入(injecting)が挙げられる。
一実施形態では、二液型接着剤組成物は、従来のコーティング方法によって第1の基材と第2の基材との間に塗布される。
一実施形態では、二液型接着剤組成物は、第1の基材と第2の基材との間に均一に塗布される。「均一な塗布」とは、基材の表面にわたって連続的(断続的ではない)であり、基材の表面にわたって同じ又は実質的に同じ厚さの組成物の層である。言い換えれば、基材に均一に塗布される組成物は基材表面に直接接触し、組成物は基材表面と同一の広がりを有する。
二液型接着剤組成物及び第1の基材は、互いに直接接触している。本明細書で使用される場合、「直接接触」という用語は、基材が二液型接着剤組成物又は接着剤層に直接隣接して配置され、基材と二液型接着剤組成物又は接着剤層との間に介在層又は介在構造が存在しない層構成である。二液型接着剤組成物は、第1の基材の表面に直接接触する。
二液型接着剤組成物及び第2の基材は、互いに直接接触している。二液型接着剤組成物は、第2の基材の表面に直接接触する。
第1の基材、第2の基材、及び二液型接着剤組成物を含む構造は、以下の構造(P)を有する:
構造(P)の接着剤層は、二液型接着剤組成物を硬化させることにより形成される。二液型接着剤組成物は、ポリオール成分A)とイソシアネート成分B)を混合して反応させることによって形成される。
一実施形態では、二液型接着剤組成物は、10℃、20℃又は35℃~40℃又は45℃又は50℃の温度でオーブン中で硬化される。
一実施形態では、二液型接着剤組成物は、20℃~30℃、好ましくは25℃の温度で、1日~2日、又は4日、又は7日、又は10日間硬化される。
一実施形態では、二液型接着剤組成物は、光開始剤が存在しない状態、又は実質的に存在しない状態で硬化される。
一実施形態では、二液型接着剤組成物は、水が存在しない状態、又は実質的に存在しない状態で硬化される。
一実施形態では、構造(P)を硬化させて、第1の基材と第2の基材との間に接着剤層を形成し、それによって多層構造を形成する。多層構造は、以下の構造(Q)を有する:
多層構造は、接着剤層と直接接触する第1の基材と、接着剤層と直接接触する第2の基材とを含む。
多層構造は、交互の基材層と接着剤層を含む。多層構造は、基材層と接着剤層を含む合計少なくとも3つの層を含む。一実施形態では、多層構造は、合計3~4層、又は5層、又は6層、又は7層、又は8層、又は9層、又は10層を含む。
一実施形態では、第1の基材は金属箔層である単一層を有する単層フィルムであり、第2の基材は金属箔層である単一層を有する単層フィルムであり、多層構造は、7MPa若しくは7.5MPa若しくは8MPa~15MPa若しくは13MPa若しくは12MPaの重ねせん断強度を有し、及び/又は6.5MPa若しくは7.0MPa若しくは7.5MPa~15MPa若しくは13MPa若しくは12MPaの十字引張強度を有する。
一実施形態では、第1の基材は金属箔層である単一層を有する単層フィルムであり、第2の基材は金属箔層である層を有するフィルムであり、多層構造は、3σレベルでの重ね継手の接着せん断強度の平均値が>7MPa又は7.5MPa、又は8MPa~15MPa、又は13MPa又は12MPaであり、3σレベルでの突き合わせ継手の接着引張強度の平均値が6.5MPa又は6.7MPa又は7.0MPa又は7.5MPa~15MPa又は13MPa又は12MPaである。
E.二液型無溶剤接着剤組成物を形成する方法
本開示はまた、二液型接着剤組成物を形成する方法を提供し、この方法は、
(A)疎水性ポリオール及びリン酸官能性接着促進剤を含むポリオール成分A)を提供することと、
(B)(I)イソシアネートモノマーと(II)ダイマー酸ポリエステルポリオールとの反応生成物を含むイソシアネート成分B)を提供することと、
(C)イソシアネート成分B)をポリオール成分A)と反応させて二液型接着剤組成物を形成することとを含む。
本開示はまた、二液型接着剤組成物を形成する方法を提供し、この方法は、
(A)疎水性ポリオール及びリン酸官能性接着促進剤を含むポリオール成分A)を提供することと、
(B)(I)イソシアネートモノマーと(II)ダイマー酸ポリエステルポリオールとの反応生成物を含むイソシアネート成分B)を提供することと、
(C)イソシアネート成分B)をポリオール成分A)と反応させて二液型接着剤組成物を形成することとを含む。
多層構造は、ゼリーロール又は積層体の形態であってよく、好ましくは電池パッケージ内にある。
本開示はまた、多層構造を含む物品を提供する。好適な物品の非限定的な例としては、電池パッケージなどのパッケージが挙げられる。
限定ではなく例として、ここで、本開示のいくつかの実施形態を、以下の実施例で詳細に説明する。
実施例で使用した材料を、以下の表1に示す。
ダイマー脂肪酸系ポリエステルジオール-Aの合成:
100gのネオペンチルグリコール、99gのアジピン酸、及び81.5gのATUREX-1001を500mlのガラス反応器に投入し、完全に混合した。混合物を100℃に加熱した。原材料が液体になったところで撹拌を開始した。温度を適切な位置に制御し、プロセス全体で監視した。ガラスコンデンサの最高温度が103℃を超えた場合は、反応器をできるだけ早く冷却した。反応温度が220℃に上昇し、最高温度が100℃を下回ったとき、30分かけてゆっくりと真空を開始して30mm Hgまで下げた。酸価を30分ごとにチェックした。酸価が10未満になるまで、一定量の触媒Tyzor TBTを添加した。触媒を添加し、反応系のOH価が理論値に達するまで、反応系を30mmHgの真空条件で1時間以上維持した。混合物を60~70℃に冷却し、最終生成物をダイマー脂肪酸系ポリエステルジオール-Aとして収集した。
100gのネオペンチルグリコール、99gのアジピン酸、及び81.5gのATUREX-1001を500mlのガラス反応器に投入し、完全に混合した。混合物を100℃に加熱した。原材料が液体になったところで撹拌を開始した。温度を適切な位置に制御し、プロセス全体で監視した。ガラスコンデンサの最高温度が103℃を超えた場合は、反応器をできるだけ早く冷却した。反応温度が220℃に上昇し、最高温度が100℃を下回ったとき、30分かけてゆっくりと真空を開始して30mm Hgまで下げた。酸価を30分ごとにチェックした。酸価が10未満になるまで、一定量の触媒Tyzor TBTを添加した。触媒を添加し、反応系のOH価が理論値に達するまで、反応系を30mmHgの真空条件で1時間以上維持した。混合物を60~70℃に冷却し、最終生成物をダイマー脂肪酸系ポリエステルジオール-Aとして収集した。
ダイマー脂肪酸系ポリエステルジオール-Bの合成:
100gの1,6-ヘキサンジオール及び353gのATUREX-1001を500mlのガラス反応器に投入し、完全に混合した。混合物を100℃に加熱した。原材料が液体になったところで撹拌を開始した。温度を適切な位置に制御し、プロセス全体で監視した。ガラスコンデンサの最高温度が103℃を超えた場合は、反応器をできるだけ早く冷却した。反応温度が220℃に上昇し、最高温度が100℃を下回ったとき、30分かけてゆっくりと真空を開始して30mm Hgまで下げた。酸価を30分ごとにチェックした。反応系の酸価が10未満になるまで一定量の触媒Tyzor TBTを添加した。触媒を添加し、反応系のOH価が理論値に達するまで、反応系を30mmHgの真空条件で1時間以上維持した。混合物を60~70℃に冷却し、最終生成物をダイマー脂肪酸系ポリエステルジオール-Bとして収集した。
100gの1,6-ヘキサンジオール及び353gのATUREX-1001を500mlのガラス反応器に投入し、完全に混合した。混合物を100℃に加熱した。原材料が液体になったところで撹拌を開始した。温度を適切な位置に制御し、プロセス全体で監視した。ガラスコンデンサの最高温度が103℃を超えた場合は、反応器をできるだけ早く冷却した。反応温度が220℃に上昇し、最高温度が100℃を下回ったとき、30分かけてゆっくりと真空を開始して30mm Hgまで下げた。酸価を30分ごとにチェックした。反応系の酸価が10未満になるまで一定量の触媒Tyzor TBTを添加した。触媒を添加し、反応系のOH価が理論値に達するまで、反応系を30mmHgの真空条件で1時間以上維持した。混合物を60~70℃に冷却し、最終生成物をダイマー脂肪酸系ポリエステルジオール-Bとして収集した。
リン酸変性ポリオールの合成
リン酸変性ポリオールの合成は、国際公開第2015/168670(A1)号の実施例5に記載されている:1Lの多口丸底フラスコをオーブン中で乾燥させ、乾燥N2で30分間フラッシュし、次に、VORANOL(商標)CP 450ポリエーテルポリオール(150g)を充填し、70mL/分のN2スイープ下に置いた。シリンジに、ALDRICH CHEMICAL Co.製の115%ポリリン酸(PPA)(4g)を充填した。PPAを、強く撹拌しながらポリエーテルポリオールに滴下した。最小限の温度上昇が観察された。反応器の内容物を100℃まで1時間加熱し、その後45℃まで冷却した。ISONATE(商標)125Mポリイソシアネート(50g)を添加した。反応熱により温度は約95℃まで上昇した。また、粘度の増加と黄色の発色があった。次に、反応器を65℃にし、酢酸エチル(40g)を添加して粘度を低下させ、撹拌を改善した。1時間後、反応器を冷却し、内容物を包装した(粘度:42,750mPa.s)。
リン酸変性ポリオールの合成は、国際公開第2015/168670(A1)号の実施例5に記載されている:1Lの多口丸底フラスコをオーブン中で乾燥させ、乾燥N2で30分間フラッシュし、次に、VORANOL(商標)CP 450ポリエーテルポリオール(150g)を充填し、70mL/分のN2スイープ下に置いた。シリンジに、ALDRICH CHEMICAL Co.製の115%ポリリン酸(PPA)(4g)を充填した。PPAを、強く撹拌しながらポリエーテルポリオールに滴下した。最小限の温度上昇が観察された。反応器の内容物を100℃まで1時間加熱し、その後45℃まで冷却した。ISONATE(商標)125Mポリイソシアネート(50g)を添加した。反応熱により温度は約95℃まで上昇した。また、粘度の増加と黄色の発色があった。次に、反応器を65℃にし、酢酸エチル(40g)を添加して粘度を低下させ、撹拌を改善した。1時間後、反応器を冷却し、内容物を包装した(粘度:42,750mPa.s)。
OH末端プレポリマーの合成:
通常のポリウレタンプレポリマー調製プロセスとして1,000mlのガラス反応器中でOH末端プレポリマーを合成した。12gのISONATE OP 50を反応器に投入し、窒素保護しながら60℃に維持し、次に44gのヒマシ油及び44gのVORANOL P 400を反応器に投入して、ISONATE OP 50と混合した。温度をゆっくりと80℃まで上げ、2時間保持した。最後に、プレポリマーを、更なる使用のために、窒素保護された十分に密封された容器に充填した。
通常のポリウレタンプレポリマー調製プロセスとして1,000mlのガラス反応器中でOH末端プレポリマーを合成した。12gのISONATE OP 50を反応器に投入し、窒素保護しながら60℃に維持し、次に44gのヒマシ油及び44gのVORANOL P 400を反応器に投入して、ISONATE OP 50と混合した。温度をゆっくりと80℃まで上げ、2時間保持した。最後に、プレポリマーを、更なる使用のために、窒素保護された十分に密封された容器に充填した。
NCO末端プレポリマー1の合成:
75gのISONATE 143Lを1,000mlのガラス反応器に投入し、窒素保護しながら60℃に維持し、次に25gのダイマー脂肪酸系ポリエステルジオールAを反応器に投入してISONATE 143Lと混合した。温度をゆっくりと80℃まで上げ、NCO含有量が理論値に達するまで2~3時間保持した。最後に、プレポリマーを、更なる適用のために、窒素保護された十分に密封された容器に投入した。
75gのISONATE 143Lを1,000mlのガラス反応器に投入し、窒素保護しながら60℃に維持し、次に25gのダイマー脂肪酸系ポリエステルジオールAを反応器に投入してISONATE 143Lと混合した。温度をゆっくりと80℃まで上げ、NCO含有量が理論値に達するまで2~3時間保持した。最後に、プレポリマーを、更なる適用のために、窒素保護された十分に密封された容器に投入した。
NCO末端プレポリマー2の合成:
75gのISONATE 143Lを1,000mlのガラス反応器に投入し、窒素保護しながら60℃に維持し、次に25gのダイマー脂肪酸系ポリエステルジオールBを反応器に投入してISONATE 143Lと混合した。温度をゆっくりと80℃まで上げ、NCO含有量が理論値に達するまで2~3時間保持した。最後に、プレポリマーを、更なる適用のために、窒素保護された十分に密封された容器に投入した。
75gのISONATE 143Lを1,000mlのガラス反応器に投入し、窒素保護しながら60℃に維持し、次に25gのダイマー脂肪酸系ポリエステルジオールBを反応器に投入してISONATE 143Lと混合した。温度をゆっくりと80℃まで上げ、NCO含有量が理論値に達するまで2~3時間保持した。最後に、プレポリマーを、更なる適用のために、窒素保護された十分に密封された容器に投入した。
NCO末端プレポリマー3の合成:
75gのISONATE 143Lを1,000mlのガラス反応器に投入し、窒素保護しながら60℃に維持し、次に25gのヒマシ油を反応器に投入してISONATE 143Lと混合した。温度をゆっくりと80℃まで上げ、NCO含有量が理論値に達するまで2~3時間保持した。最後に、プレポリマーを、更なる適用のために、窒素保護された十分に密封された容器に投入した。
75gのISONATE 143Lを1,000mlのガラス反応器に投入し、窒素保護しながら60℃に維持し、次に25gのヒマシ油を反応器に投入してISONATE 143Lと混合した。温度をゆっくりと80℃まで上げ、NCO含有量が理論値に達するまで2~3時間保持した。最後に、プレポリマーを、更なる適用のために、窒素保護された十分に密封された容器に投入した。
NCO末端プレポリマー4の合成:
73gのISONATE 143Lを1,000mlのガラス反応器に投入し、窒素保護しながら60℃に維持し、次に24gのダイマー脂肪酸系ポリエステルジオールA及び3gのリン酸変性ポリオールを反応器に投入してISONATE 143Lと混合した。温度をゆっくりと80℃まで上げ、NCO含有量が理論値に達するまで2~3時間保持した。最後に、プレポリマーを、更なる適用のために、窒素保護された十分に密封された容器に投入した。
73gのISONATE 143Lを1,000mlのガラス反応器に投入し、窒素保護しながら60℃に維持し、次に24gのダイマー脂肪酸系ポリエステルジオールA及び3gのリン酸変性ポリオールを反応器に投入してISONATE 143Lと混合した。温度をゆっくりと80℃まで上げ、NCO含有量が理論値に達するまで2~3時間保持した。最後に、プレポリマーを、更なる適用のために、窒素保護された十分に密封された容器に投入した。
純粋なISONATE 143Lを対照として、4種類のNCO末端プレポリマーの配合成分と理論上のNCOを表2にまとめた。
部分Bをイソシアネート成分(表2)に従って配合し、表3にまとめた。
表3は、芳香族イソシアネートがダイマー脂肪酸系ポリエステルポリオールで変性されていない場合(実施例A)に、不粘着時間が非常に短いことを示した。ダイマー脂肪酸系ポリエステルポリオールをヒマシ油に置き換えるか、又はリン酸変性ポリオールと共に組み込むと、不粘着時間が短縮されすぎて要件を満たすことができなかった。
接着剤配合物を、部分Aの詳細及び部分Bの対応する実施例と共に表4aにまとめた。接着剤塗布機は、ほとんどの場合、体積混合比1:1で利用できる。また、接着剤の完全な硬化を確実にするために、2K PU接着剤の化学量論比は、通常、1.15~1.35の範囲に設定される。したがって、配合はこれらの要件を満たすように設計されている。体積混合比及び化学量論比を計算し、表4aに示した。
以下の手順に従って部分Bのイソシアネートプレポリマーを調製した。
ステップ1 NCO末端プレポリマーを容器に投入し、次に他の液体成分(DINP、IPPP、Z-6040)を添加する。
ステップ2 真空を適用し、中程度の撹拌速度で30分間混合する。
ステップ3 シリカ606を容器に投入し、粉末を混ぜた後に真空を適用し、高速撹拌で30分間混合する。
ステップ4 ヒュームドシリカを容器に投入し、粉末を混ぜた後に真空を適用し、高速撹拌で1時間混合する。
ステップ5 温度浴を80℃に設定し、温度を維持するために、中程度から低速の撹拌速度で30分間混合し続ける。
ステップ6 温度浴を20℃に設定して、40℃未満に冷却する。
ステップ1 NCO末端プレポリマーを容器に投入し、次に他の液体成分(DINP、IPPP、Z-6040)を添加する。
ステップ2 真空を適用し、中程度の撹拌速度で30分間混合する。
ステップ3 シリカ606を容器に投入し、粉末を混ぜた後に真空を適用し、高速撹拌で30分間混合する。
ステップ4 ヒュームドシリカを容器に投入し、粉末を混ぜた後に真空を適用し、高速撹拌で1時間混合する。
ステップ5 温度浴を80℃に設定し、温度を維持するために、中程度から低速の撹拌速度で30分間混合し続ける。
ステップ6 温度浴を20℃に設定して、40℃未満に冷却する。
以下の手順に従って不粘着時間を試験した。
10gの部分Bを50mlのプラスチックビーカーに入れ、ビーカーを湿度45%、温度23℃のオーブンに入れる。時間の記録を開始する。定期的にビーカーを取り出し、プラスチック棒で部分Bの表面を軽く触れる。部分Bと水分との反応が進むにつれて、表面粘度が増加する。部分Bの表面がベタベタしなくなったら、時間の記録を停止する。この期間を部分Bの不粘着時間として記録する。
10gの部分Bを50mlのプラスチックビーカーに入れ、ビーカーを湿度45%、温度23℃のオーブンに入れる。時間の記録を開始する。定期的にビーカーを取り出し、プラスチック棒で部分Bの表面を軽く触れる。部分Bと水分との反応が進むにつれて、表面粘度が増加する。部分Bの表面がベタベタしなくなったら、時間の記録を停止する。この期間を部分Bの不粘着時間として記録する。
以下の手順に従って部分Aのポリオール混合物を調製した。
ステップ1 ヒマシ油、OH末端プレポリマー、CP450、及びBDOを容器に投入し、次に、リン酸変性ポリオールを添加する。
ステップ2 80℃まで加熱し、真空を適用し、中程度の撹拌速度で1時間混合して脱気する。
ステップ3 シリカ606を容器に投入し、粉末を混ぜた後に真空を適用し、高速撹拌で15分間混合する。
ステップ4 モレキュラーシーブ3Aを容器に投入し、粉末を混ぜた後に真空を適用し、高速撹拌で15分間混合する。
ステップ5 AEROSIL R974を容器に投入し、粉末を混ぜた後に真空を適用し、高速撹拌で1時間混合する。
ステップ6 40℃未満まで冷却する。
ステップ1 ヒマシ油、OH末端プレポリマー、CP450、及びBDOを容器に投入し、次に、リン酸変性ポリオールを添加する。
ステップ2 80℃まで加熱し、真空を適用し、中程度の撹拌速度で1時間混合して脱気する。
ステップ3 シリカ606を容器に投入し、粉末を混ぜた後に真空を適用し、高速撹拌で15分間混合する。
ステップ4 モレキュラーシーブ3Aを容器に投入し、粉末を混ぜた後に真空を適用し、高速撹拌で15分間混合する。
ステップ5 AEROSIL R974を容器に投入し、粉末を混ぜた後に真空を適用し、高速撹拌で1時間混合する。
ステップ6 40℃未満まで冷却する。
試験方法:
以下の手順で重ね継手試験クーポンを作製した。
1.寸法25mmX12.5mmの3003アルミニウム合金で基材を作製した。
2.基材表面をエタノールで拭き取ってきれいにする。
3.感圧テープを使用して、25mmX12mmの接着領域をマスクする。
4.接着剤の部分Aと部分Bを混合し、1000rpmのスピードミキサーに1分間入れて完全に混合する。
5.基材の接着領域に0.5g~1.5gの接着剤を塗布する。直径0.2mmの銅線を2本入れて接着剤の厚さを調整する。
6.長さ方向に沿って、マスクされた別の基材を、同じ接着領域が頭と頭で接触するように積み重ねる。2つのクリッパーを並べて接着面を押して固定する。
7.接着剤を25℃で7日間硬化させる。
以下の手順で重ね継手試験クーポンを作製した。
1.寸法25mmX12.5mmの3003アルミニウム合金で基材を作製した。
2.基材表面をエタノールで拭き取ってきれいにする。
3.感圧テープを使用して、25mmX12mmの接着領域をマスクする。
4.接着剤の部分Aと部分Bを混合し、1000rpmのスピードミキサーに1分間入れて完全に混合する。
5.基材の接着領域に0.5g~1.5gの接着剤を塗布する。直径0.2mmの銅線を2本入れて接着剤の厚さを調整する。
6.長さ方向に沿って、マスクされた別の基材を、同じ接着領域が頭と頭で接触するように積み重ねる。2つのクリッパーを並べて接着面を押して固定する。
7.接着剤を25℃で7日間硬化させる。
以下の手順で突き合わせ継手試験クーポンを作製した。
1.高さ60mm、直径15mmの寸法の3003アルミニウム合金で基材を作製した。
2.基材表面をエタノールで拭き取ってきれいにする。
3.接着剤の部分Aと部分Bを混合し、1000rpmのスピードミキサーに1分間入れて完全に混合する。
4.基材の平らな表面に0.5g~1gの接着剤を塗布する。直径0.25mmの銅線を2本入れて接着剤の厚さを調整する。
5.洗浄した別の基材を、平らな表面が互いに接合された状態で積み重ねる。積み重ねた基材を垂直に保ち、接合表面が重力によって常に固定されるようにする。
6.接着剤を25℃で7日間硬化させる。
1.高さ60mm、直径15mmの寸法の3003アルミニウム合金で基材を作製した。
2.基材表面をエタノールで拭き取ってきれいにする。
3.接着剤の部分Aと部分Bを混合し、1000rpmのスピードミキサーに1分間入れて完全に混合する。
4.基材の平らな表面に0.5g~1gの接着剤を塗布する。直径0.25mmの銅線を2本入れて接着剤の厚さを調整する。
5.洗浄した別の基材を、平らな表面が互いに接合された状態で積み重ねる。積み重ねた基材を垂直に保ち、接合表面が重力によって常に固定されるようにする。
6.接着剤を25℃で7日間硬化させる。
試験クーポンをインストロン試験機(モデル:インストロン5566)の固定具上に組み立て、5mm/分のひずみ速度で重ね継手のせん断強度と突き合わせ継手の引張強度を試験した。
Claims (12)
- A)疎水性ポリオール及びリン酸官能性接着促進剤を含むポリオール成分と、
B)(I)イソシアネートモノマーと(II)ダイマー酸ポリエステルポリオールとの反応生成物を含むイソシアネート成分と、の反応生成物を含む二液型接着剤組成物。 - 前記ダイマー酸ポリエステルポリオール成分は、
A)ダイマー酸と、
B)ポリオールと、を含む反応混合物の反応生成物を含む、請求項1に記載の二液型接着剤組成物。 - 前記ダイマー酸ポリエステルポリオール成分は、
A)ダイマー酸と、
B)ポリオールと、
C)ジカルボン酸と、を含む反応混合物の反応生成物を含む、請求項1に記載の二液型接着剤組成物。 - 前記疎水性ポリオールがヒマシ油である、請求項1に記載の二液型接着剤組成物。
- 前記リン酸官能性接着促進剤がリン酸変性ポリオールである、請求項1に記載の二液型接着剤組成物。
- NCO指数が1.15~1.30である、請求項1に記載の二液型接着剤組成物。
- 前記ダイマー酸が、以下の構造(A)、構造(B)、構造(C)、構造(D)、又は構造(E)を有する、請求項2に記載の二液型接着剤組成物:
- 多層構造であって、
第1の基材と、
第2の基材と、
前記第1の基材と前記第2の基材との間にあり、請求項1に記載の二液型接着剤組成物から形成された接着剤層と、を含む多層構造。 - 前記第1の基材及び前記第2の基材はそれぞれ、エチレン系ポリマー(PE)、プロピレン系ポリマー(PP)、ポリアミド(ナイロンなど)、ポリエステル、エチレンビニルアルコール(EVOH)コポリマー、ポリエチレンテレフタレート(PET)、エチレンアクリル酸ビニル(EVA)コポリマー、エチレンアクリル酸メチルコポリマー、エチレンアクリル酸エチルコポリマー、エチレンアクリル酸ブチルコポリマー、エチレンアクリル酸コポリマー、エチレンメタクリル酸コポリマー、エチレンアクリル酸のイオノマー、メタクリル酸のイオノマー、無水マレイン酸グラフトエチレン系ポリマー、ポリ乳酸(PLA)、ポリスチレン、金属箔、セルロース、セロファン、不織布、及びそれらの組み合わせから選択される成分を含有する層を含むフィルムである、請求項8に記載の多層構造。
- 前記第1の基材は金属箔層である単一層を有する単層フィルムであり、前記第2の基材は金属箔層である単一層を有する単層フィルムである、請求項8に記載の多層構造。
- 二液型接着剤組成物を形成する方法であって、
A)疎水性ポリオール及びリン酸官能性接着促進剤を含むポリオール成分A)を提供することと、
B)イソシアネートモノマーとダイマー酸ポリエステルポリオールとの反応生成物を含むイソシアネート成分B)を提供することと、
(C)前記イソシアネート成分B)を前記ポリオール成分A)と反応させて前記二液型接着剤組成物を形成することとを含む、方法。 - 電池パックにおける請求項1に記載の二液型接着剤組成物の使用。
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