JP2546316B2 - 接着剤組成物 - Google Patents

接着剤組成物

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俊郎 広瀬
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【発明の詳細な説明】 (イ)発明の目的 [産業上の利用分野] 本発明は、自動車産業や家庭電化製品産業等の種々の
分野において、プラスチック材料、特にガラス繊維で強
化された各種プラスチック材料を、高周波誘導加熱を用
いて短時間に接着するのに好適な接着剤組成物に関する
ものである。

[従来技術] 強固な接着力と接着耐久性に優れた構造用接着剤とし
てエポキシ樹脂接着剤は、産業界で広く用いられてい
る。

ジシアンジアミド、イミダゾール等の潜在性硬化剤を
配合させたエポキシ樹脂を、オーブン等の加熱により硬
化させることは広く用いられている方法であるが、120
〜150℃の通常の加熱条件では、30〜120分の比較的長い
硬化時間を必要とし、流れ作業工程において短時間に接
着を完了する必要がある大量生産には適していない。

一方、高周波誘導加熱接着は、接着剤として熱可塑性
樹脂又は熱硬化性樹脂を用い、高周波誘導による導電体
或は強磁性体のヒステリシス損失及び/又はジュール効
果に基づく発熱を利用して接着剤を加熱することによっ
て、被着体を接着する方法であり、高速接着が可能であ
るという特長を有する。

従って、潜在性硬化剤を配合したエポキシ接着剤を高
周波誘導加熱により、接着剤内部から効率的に加熱すれ
ば、硬化時間を30〜120秒程度にまで短縮することがで
きるが、接着剤の温度を200〜250℃に維持する必要があ
る。

しかしながら、高周波誘導加熱により接着剤内部の温
度を200〜250℃の範囲内に制御をすることは容易ではな
く、度々接着剤内部の温度が上がり過ぎ、接着剤や被着
体の温度がそれらの軟化温度或は分解温度以上になり、
接着剤や被着体の変形或は分解を起こしてしまうという
問題がある。

上記問題点を解決するため、本発明者らにより、特定
の強磁性体を配合する接着剤が提案されたが(特開昭62
−205151号公報)、接着剤や被着体を損傷することなく
より短時間に硬化するという要求に未だ十分に答えるも
のではない。

[本発明が解決しようとする課題] 本発明は、エポキシ樹脂を用い高周波誘導による加熱
により接着を行う際、接着剤や被着体を何等損傷させる
ことなく、極めて短時間に接着を完了させることができ
る接着剤を提供しようとするものである。

(ロ)発明の構成 [課題を解決するための手段] 本発明者らは、エポキシ樹脂に、高周波誘導加熱によ
り発熱源となる導電体或は強磁性体と陽イオン重合触媒
を配合させることにより、接着剤や被着体を何ら損傷す
ることなく、極めて短時間でエポキシ樹脂を硬化させる
ことが可能であることを見出し、本発明を完成するに至
った。

即ち、本発明は、エポキシ樹脂、陽イオン重合触媒及
び導電体又は強磁性体からなることを特徴とする接着剤
組成物に関するものである。

以下、さらに詳しく本発明を説明する。

(導電体又は強磁性体) 本発明における導電体又は強磁性体とは、高周波磁場
の中で効率的にヒステリシス損失及び/又はジュール効
果により発熱するもの(以下発熱体という)であり、具
体的には、鉄、ニッケル、コバルト等の金属、BaFe
2O4、CoFe2O4、MnFe2O4、ZnFe2O4、CuFe2O4、NiFe2O4
Fe3O4等の一般式MO・Fe2O3(Mは2価の金属)で表され
るフェライト、γ−Fe2O3、NiMnO3、CrO2等の酸化物、
或はFeC等の炭化物が挙げられる。これらの発熱体は、
接着剤全体を均一に加熱するため、接着剤中に微細に且
つ高密度に充填されることが好ましいため、その大きさ
が0.05〜80μmであるものが好ましく、より好ましくは
0.05〜10μmである。発熱体の大きさが0.05μmより小
さいと、発熱体の凝集や飛散等が起こり、発熱体の取扱
が不便になり、発熱体の大きさが80μmより大きくなる
と、エポキシ樹脂中に均一に分散させ、接着剤全体を均
一に加熱することが困難になる恐れがある。尚、発熱体
の形状は粒状、薄片状、繊維状、棒状等何れでもよい。
上記の発熱体の中では、適当な大きさの化合物が容易に
得られること、加熱が可能な周波数域が広いこと、及び
エポキシ樹脂中への分散性が良いことから、粒状のγ−
Fe2O3、MnFe2O4、ZnFe2O4或いは薄片状のニッケル、が
最も好ましい。

本発明の接着剤組成物における上記発熱体の割合を多
くする程同一の磁場における昇温速度を高くすることが
できるが、接着剤全体の凝集力を低下させる傾向がある
ため、配合量はエポキシ樹脂100重量部に対し50〜150重
量部であることが好ましく、より好ましくは80〜100重
量部である。

〈エポキシ樹脂〉 エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型、ビスフ
ェノールF型、ノボラック型、脂環式、ポリオレフィン
型、グリセリン型その他、これらをウレタンや合成ゴム
で変性したもの等を挙げることができる。

上記エポキシ樹脂の中で、ビスフェノール型エポキシ
樹脂は、接着剤硬化物に適度な柔軟性を付与するという
特長を有し、ノボラック型や脂環式エポキシ樹脂は、陽
イオン重合性が優れるという特長を有するので、本発明
におけるエポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型又
はビスフェノールF型とノボラック型又は脂環式エポキ
シ樹脂の併用系が好ましく、その配合割合としてはビス
フェノール型とノボラック型又は脂環式エポキシ樹脂の
重量比が2/8〜8/2の範囲が好ましい。

〈陽イオン重合触媒〉 陽イオン重合触媒とは、加熱或は光照射により生成し
た陽イオンラジカルにより、エポキシ樹脂の陽イオン重
合を促進するものであり、ゲル化時間が20秒以下のもの
が好ましい。

ゲル化時間の測定は、次の操作により行う。

エピコート828(油化シェルエポキシ(株)製)、100
重量部に対し、陽イオン重合触媒、1重量部を配合し、
均一な組成物を調製する。この組成物の1重量部を、20
0℃に加熱した十分に大きな熱容量を有する熱板上で、
加熱を開始してからガラス棒で組成物の表面に触れた時
にタッチが無くなるまでの時間を測定する。

尚、陽イオン重合触媒は、その取扱上、エポキシ系樹
脂と混合する前の原料状態で室温(25℃)において放置
したとき30日以上ゲル化しないものが好ましい。尚、ゲ
ル化の判定は、その表面をガラス棒で触れた時のタック
の有無により行う。

具体的なものとしては、PF6-、BF6-As6-、SbF6-等を
アニオンとするトリフェニルスルホニウムヘキサフルオ
ロホスフェート(φ3S+・PF6 -)但し、φはフェニル基
を表す)等のスルホニウム塩、その他、以下に示すもの
が挙げられる。

φ2S+−φ−S−φ−S+φ・2PF6 - φ2S+−φ−S−φ−S+φ・2SbF6 - 上記の陽イオン重合触媒の中では、エポキシ樹脂と混
合し200℃で加熱した時のゲル化時間が短いこと及び原
料状態での室温安定性の点から、PF6 -、SbF6 -をアニオ
ンとする脂肪族のスルホニウム塩が最も好ましい。

本発明に用いる陽イオン重合触媒の添加量は、エポキ
シ樹脂100重量部に対し1.0〜10重量部が好ましい。その
理由としては、本発明においては、発熱体として用いる
金属、金属酸化物等による濃度希釈、重合阻害の影響の
ため、オーブン等による従来の加熱方法において用いら
れているエポキシ樹脂100重量部に対し0.1〜2.0重量部
という添加割合より多くすることが好ましいからであ
る。

〈所望成分〉 エポキシ樹脂の硬化を促進し、同時にまた、硬化した
接着剤の可とう性を高めるために、本発明組成物に接着
剤成分として分子末端に活性水酸基を持つ化合物を添加
するとより好ましい組成物が得られる。なお、接着剤を
加熱硬化する際、接着剤が発泡することは好ましくない
ため、上記添加剤としては分子量800以上で沸点が250℃
以上のものが好ましく、さらに好ましくは300℃以上の
ものである。具体的な化合物としては、ポリエステルポ
リオール、ポリエーテルポリオール、ポリエチレングリ
コール等が挙げられ、エポキシ樹脂100重量部に対し、
3〜20重量部添加することが好ましい。

さらに、本発明においては、硬化物に可とう性を付与
し、接着強度を高めるため、炭素数6以上の脂肪族ジカ
ルボン酸とエチレングリコール、1,4ブタンジオール、
ヘキサンジオール等のポリエステル樹脂を、エポキシ樹
脂100重量部に対し、10〜40重量部添加した組成物とす
ることが好ましい。

[作用] 本発明により、良好な接着強度を有するエポキシ樹脂
硬化物が極めて短時間に得られる理由は、次の様に考え
られる。

エポキシ樹脂の陽イオン重合は、反応速度の温度依存
性が大きいため、温度が高くなるにつれて急速に硬化が
進行するものであり、一方、本発明の接着剤組成物は、
エポキシ樹脂と陽イオン重合触媒と発熱体からなるもの
であるため、高周波誘導加熱によりエポキシ樹脂と陽イ
オン重合触媒を共に急激に加熱することが可能で、効率
的な加熱効果と陽イオン重合触媒によるエポキ樹脂の硬
化促進性との相乗作用により、極めて短時間のうちに接
着剤の硬化が完了するものと考えられる。

また、良好な接着強度が得られる理由としては、通常
のオーブン加熱の場合と異なり、前記の様に接着剤自体
が加熱されるため、被着体の接着面が高温に加熱され、
被着体と接着体とのなじみ、反応性が高まること、さら
にエポキシ樹脂の陽イオン重合は開環重合であるため、
硬化時の堆積収縮が少なく、接着界面での残留応力が小
さいことが挙げられる。

以上の理由により、本発明では良好な接着が短時間の
うちに完了するものと推定されるが、詳細は不明であ
る。

[実施例] 以下実施例により本発明を説明する。

実施例1. まず、次のエポキシ樹脂を調製した。

・エピコート828(油化シェルエポキシ(株)製、ビス
フェノールA型)50重量部 ・エピコート1009(油化シェルエポキシ(株)製、ビス
フェノールA型)20重量部 ・DEN−431(ダウケミカル製、ノボラック型)30重量部 次に、計100重量部の上記エポキシ樹脂に対し、ポリ
エステル樹脂としてPES−140HP(東亞合成化学工業
(株)製)20重量部、陽イオン重合触媒として下記に示
したオプトンCP−66(旭電化工業(株)製)4重量部、
発熱体として大き さ0.1〜0.5μmのγ−Fe2O3100重量部を混合し、ペース
ト状とした組成物を三本ロールに三回通して練合し、エ
ピコート1009、PES−140HP、γ−Fe2O3の粉体が均一に
分散したペースト状の接着剤を作製した。

内径6mm、外径8mmの銅パイプを楕円状に2回巻きした
コイルを使用し、出力1kW、周波数400kHz、発振時間12
秒の条件で高周波誘導加熱を行い、上記接着剤を用いて
貼合わせた厚さ3mmのポリエステルFRPテストピースを接
着した。このようにして作製した5個のテストピースは
何れも接着剤と被着体共に何等変形、変質がなく、その
引張剪断強度をJIS−K−6850に従って測定した結果、
平均値が47.4kg/cm2であった。

実施例2,実施例3. 実施例1と同様の操作により、表−1に示される各種
接着剤成分を配合した接着剤を作製し、発振時間が、実
施例2において9秒、実施例3において6秒の条件で高
周波誘導加熱を行い、テストピースを接着した。何れの
場合も、接着剤と被着体は、共に何等変形、変質がな
く、引張剪断強度の平均値は、実施例2において51.1Kg
/cm2、実施例3において45.8Kg/cm2であった。

比較例1〜3. 硬化剤としてイソフタル酸ジヒドラジト等の潜在性硬
化剤を用いた以外は実施例1と同様の操作により、各種
接着剤成分を配合した接着剤を作製し、高周波誘導加熱
によりテストピースを接着後、引張剪断強度を測定し
た。

何れの場合も、接着剤と被着体は共に何等変形、変質
がなかったが、実施例1〜3と同様の発振時間では接着
剤の硬化が十分でなく、接着剤を硬化するためには20秒
以上の発振時間が必要であった。

上記した実施例2〜比較例3の結果を表1にまとめて
示した。

[発明の効果] 本発明の接着剤を用いて高周波誘導加熱により接着を
行えば、接着剤や被着体を熱で損傷することがなく、急
速に加熱された接着剤で、極めて短時間に接着すること
ができるという優れた特長を有する。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エポキシ樹脂、陽イオン重合触媒及び導電
    体又は強磁性体からなることを特徴とする接着剤組成
    物。
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