JP4081983B2 - 接着剤およびこれを用いた木工製品 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、木材、木質材料などの接着に用いられる接着剤に関し、常温での初期接着発現性が速く、接着後の耐久性に優れ、しかもホルムアルデヒドなどの揮発性有害物質が発生しないようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
木工用の接着剤としては、従来よりユリア樹脂系、メラミン樹脂系、フェノール樹脂系、レゾルシノール樹脂系、水性高分子イソシアネート系、α−オレフィン系、酢酸ビニルエマルジョン系などの接着剤が知られている。
しかしながら、これらの木工用の接着剤にあっては、以下のような問題点がある。
ユリア樹脂系、メラミン樹脂系、フェノール樹脂系、レゾルシノール樹脂系接着剤などは、作業中あるいは製品からホルムアルデヒドなどの有害物質が発生する問題がある。水性高分子イソシアネート系接着剤は、比較的高価であり、高粘度で作業性に劣り、初期接着発現性が悪く、発泡性がある。
【0003】
また、α−オレフィン系は比較的高価であり、高温での接着強さが劣る。酢酸ビニル樹脂エマルジョン系接着剤は耐水性、耐熱性に劣る。
このように、これまでの木材用の接着剤は一長一短であり、その要求性能を広い範囲で満足しうるものは少なかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、揮発性有害物質を発生することなく、常温で初期接着発現性が速く、耐熱性、耐水性が良好で、接着耐久性が良く、作業性にも優れ、発泡性の少ない接着剤を得ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
かかる課題は、ポリメリックMDI(A)、変性酢酸ビニル樹脂エマルジョン(B)、ポリビニルアルコール水溶液(C)、充填剤(D)として鉱物スラグ微粉末、シリカから選ばれる少なくとも1種を含み、当量比A:(B+C)が1:(30〜120)である接着剤によって解決される。
また、ポリメリックMDI(A)、変性酢酸ビニル樹脂エマルジョン(B)、ポリビニルアルコール水溶液(C)、充填剤(D)として籾殻を含み、当量比A:(B+C)が1:(30〜120)である接着剤によっても解決される。
A:B:C:Dの質量比率は、30:(60〜160):(50〜160):(10〜140)とすることが好ましい(ただし、ポリビニルアルコール水溶液(C)は10質量%濃度とする)。
また、このような接着剤を用いて接着加工された木工製品は、接着強さ、接着耐久性に優れたものとなる。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の接着剤の主剤となるポリメリックMDI(ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート)(A)としては、イソシアネート基含有率が28〜35%程度で、粘度が100〜250mPa・s(25℃)程度のものが用いられる。
【0007】
変性酢酸ビニル樹脂エマルジョン(B)としては、乳化重合により合成された活性官能基を含む変性酢酸ビニル樹脂エマルジョン等が用いられ、樹脂分40〜65%、粘度1000〜120000mPa・s(25℃)のものが好ましく、また可塑剤無添加のものが好ましい。
この変性酢酸ビニル樹脂エマルジョン(B)は、常温初期接着発現性、耐水性、常態接着力を高めるためのものである。
【0008】
ポリビニルアルコール水溶液(C)としては、部分ケン化ポリ酢酸ビニルの10質量%水溶液が用いられ、ケン化度は85〜92モル%が好適である。このものは初期接着発現性および粘度を調整するためのものである。
充填剤(D)としては、鉄鋼精錬時に産出される廃スラグ、JIS A6206(1997)に規定する高炉スラグ微粉末、アルミニウム精錬時の廃スラグ(ブラックサンド)、ニッケル精錬時の廃スラグ(グリーンサンド)などの鉱物スラグ微粉末、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、二酸化チタン、シリカなどの平均粒径2〜20μmの微粉末またはこれらの混合物が用いられるが、本発明では、鉱物スラグ微粉末、シリカから選ばれる少なくとも1種を選択する。
この充填剤(D)は、発泡を抑え、粘度の調整の役割を担うものであり、鉱物スラグ微粉末やシリカを用いれば、これに加えて耐熱性が向上する。
また、充填剤(D)として、繊維植物の粉末、または、穀類・雑穀類の粉末などの有機系材料粉末を使用することも好ましい。有機系材料粉末としては、コーンスターチ、ポテトスターチ、タピオカスターチなどのでんぷん、クルミ粉、小麦粉、椰子粉、籾殻、木粉や、動物性の粉末であるニカワ粉およびゼラチン粉などを例示できるが、本発明では籾殻を選択する。充填剤(D)として有機材料粉末を使用すると、この木材用接着剤を使用して得られた木工製品を切削しやすく、切削機械の刃を痛めない。また、これらの有機材料粉末は無機材料粉末よりも作業環境を悪化しにくく、環境管理基準も比較的ゆるやかである。なお、充填剤(D)として有機材料粉末を使用する場合には、必要に応じて防カビ剤を併用してもよい。
【0009】
また、本発明の接着剤では、上記配合成分以外に初期接着発現性向上の目的で、スチレンブダジエンゴム(SBR)エマルジョン、天然ゴム(NR)エマルジョン、クロロプレンゴム(CR)エマルジョン、アクリルエマルジョン、EVAエマルジョンなどの粘着剤や、ロジン、水素添加ロジン、クマロン樹脂、テルペン樹脂、エステルガムなどのタッキファイヤーと言われる粘着付与剤を配合することができる。また、シランカップリング剤を配合して、無機成分である充填剤(D)とその他の有機成分との相互作用を高めることにより、接着剤の接着強さを向上させてもよい。シランカップリング剤は、充填剤(D)として少なくともシリカを使用する場合に特に効果的であり、シリカの質量に対して、0.01〜0.4質量%の範囲で配合することが好ましい。0.01質量%未満では、接着強さが十分に向上せず、一方、0.4質量%を越えると、接着剤の粘度が高くなりすぎて、実用性や保存性が低下する場合がある。
【0010】
上記配合成分の当量比(B+C)/Aは好ましくは30〜120で、より好ましくは45〜100とされる。本発明での当量比とは、以下のようにして算出される。
ポリメリックMDI(A)のNCO当量数を、次のように算出する。ポリメリックMDIの質量にそのNCO含有率(%)を乗じ、これを100に除してNCO量を求め、NCO当量(42)で除してNCO当量数とする。
一方、変性酢酸ビニル樹脂エマルジョン(B)およびポリビニルアルコール水溶液(C)に含まれる水分の総量を同様に求める。1分子の水は2個のNCO基と反応するので、水の当量は18/2で9となる。水分の総量を水の当量9で割ると、OH当量数が求められる。
このようにして求められたOH当量数をNCO当量数で除したものが当量比となる。
この当量比が30未満では常態接着強さが不足し、初期接着発現性が不足する。また、120を越えると粘度が大きくなりすぎ、発泡性も大きく、耐熱性が落ちる。また、当量比は、さらに好ましくは46〜100である。当量比(B+C)/Aを46〜100とすることによって、初期接着発現性を50×0.1MPa以上とすることができる。なお、初期接着発現性とは、圧締接着後、22℃、60%RHで40分経過した状態、いわゆる「初期40分」における圧縮せん断接着強さの値である(JIS K6852(1994))。
【0011】
上記配合成分の配合比は、質量比でポリメリックMDI(A):変性酢酸ビニル樹脂エマルジョン(B):ポリビニルアルコール水溶液(C):充填剤(D)=30:(60〜160):(50〜160):(10〜140)が好ましい。
特に、充填剤(D)として、鉱物スラグ微粉末、シリカから選ばれる少なくとも1種が使用される場合には、これらの配合比は30:(70〜160):(50〜160):(50〜140)が好ましく、より好ましくは、30:(100〜150):(50〜160):(80〜140)である(ただし、ポリビニルアルコール水溶液(C)は10質量%濃度とする)。配合比を30:(100〜150):(50〜160):(80〜140)とすることによって、初期接着発現性を80×0.1MPa以上とすることができる。
また、充填剤(D)として、有機系材料粉末が使用される場合には、これらの配合比は30:(60〜160):(60〜160):(10〜40)が好ましい。配合比をこのようにすることによって、初期接着発現性を50×0.1MPa以上とすることができる。
変性酢酸ビニル樹脂エマルジョン(B)が60未満では初期接着発現性、耐水性、常態接着強さが不十分となり、160を越えると耐水性、耐熱性が低下する。
【0012】
また、ポリビニルアルコール水溶液(C)10質量%の配合量が50未満では、粘度が高くなり、作業性が低下し、可使時間が短くなる。160を越えると耐水性、耐熱性が低下する。
さらに、充填剤(D)の配合量が10未満では発泡抑制力が十分に得られずに、耐熱性向上効果が得られない。140を越えると粘度が高くなり、作業性が低下する。
【0013】
本発明の接着剤は、上述の各配合成分を所定量計量し、混合、撹拌することによって得られ、水分を含む水性のペースト状の形態を有するものとなる。この配合品の粘度は1000〜60000mPa・s(25℃)、好ましくは1000〜45000mPa・s(25℃)とされ、可使時間は25分以上、好ましくは60分以上となるように配合量比を定めることが好ましい。粘度が1000mPa・s未満であると、接着剤が木材へ多くしみ込み、接着強さが低下する。
この接着剤は、ポリメリックMDI(A)中のイソシアネート基と変性酢酸ビニル樹脂エマルジョン(B)およびポリビニルアルコール水溶液(C)に含まれる水分及びその他の水酸基とが反応することで硬化し、接着力を発現するものである。
【0014】
このような接着剤にあっては、常温で速やかに接着性が発現し、接着圧締後短時間で十分な接着強さが得られる。また、混合、撹拌、接着時に発泡が少なく、粘度も適度であり、可使時間も長いので、作業性が良好となる。さらに、接着強さが高く、耐熱性、耐水性も高く、接着耐久性に富む。
また、ホルムアルデヒドの発生源であるユリア樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、レゾルシノール樹脂などのホルムアルデヒド系縮合重合樹脂が含まれていないので、接着後の製品からホルムアルデヒドなどの揮発性有害物質が発散することがない。
そして、この木材用接着剤では「常態」、「耐水60℃」、「耐熱100℃」、「初期40分」、粘度などの特性に優れ、特に、成分の当量比A:(B+C)を1:30〜120とすると、後述する具体例からも明らかなように、以下の接着性能を示すものとなる。
「常態」:130×0.1MPa以上
「耐水60℃」:40×0.1MPa以上
「耐熱100℃」:90×0.1MPa以上
「初期40分」:50×0.1MPa以上
粘 度 1000〜60000mPa・s
【0015】
なお、「常態」とは、22℃、60RH%で5〜10kg/cm2 にて2時間圧締接着後解圧し、72時間以上放置した後そのまま測定したものを示す。
また、「耐水60℃」とは、圧締接着後22℃、60%RHで72時間以上放置した試験片を60℃の温水に3時間浸せきしたのち取り出し、冷却後室温22℃で接着強さを測定したものを示す。
また、「耐熱100℃」とは、圧締接着後22℃、60%RHで72時間以上放置した試験片を100℃のオーブン中に24時間放置したものを測定温度100℃で測定したものを示す。
さらに、「初期40分」とは、22℃、60RH%で40分圧締接着後、試験片をただちに測定したものを示す。
【0016】
このため、この木材用接着剤は、木材、合板、パーティクルボード、MDF、OSBなどの木質材料の接着に広く使用することができ、特にブナ、ナラ、カバ、カエデ、ウォールナット、マトワ、ナトー、チークなどの比重0.6以上の硬木材の集成接着、楽器等の木工製品の練り矧ぎ接着、化粧貼り、部品組み付けおよび、木材とプラスチック、金属、ガラス、セラミックなどの異種材料との接着にも好適に用いられる。
【0017】
本発明の木工製品は、上述の接着剤によって接着加工された種々の木工製品、例えば楽器、家具、建材などであって、接着部の機械的強度が高く、耐久性に富むものとなる。
【0018】
以下、具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
表1〜4に示す配合組成(質量比)の26種の接着剤を調製し、被着材としてカバを使用し、JIS K6852(1994)に準じて接着試験を行った。
なお、試験例10、11、17、18は比較例である。
ポリメリックMDIとして住友バイエルウレタン社製を、ポリビニルアルコール水溶液として10質量%溶液(ユニチカ社製)を使用した。
充填剤には、高炉スラグ微粉末(新日鐵中部エスメント社製、エスメントスーパー6000、平均粒径8μm)またはシリカ(シベルコ社製、シベライトM3000、純度99%、平均粒径12μm)または籾殻(セーロンフィラー株式会社製セーロンファイバーAAタイプ 200メッシュ以下)を使用した。
接着条件は、塗布量190〜200g/m2、温度22〜23℃、湿度55〜60%RH、5〜7kg/cm2 の圧力で2時間圧締して接着した。
試験は、JIS K6852(1994)の「接着剤の圧縮せん断接着強さ試験方法」に準拠して実施した。また、接着剤の混合、撹拌後の可使時間、粘度も測定した。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】
【表3】
【0022】
【表4】
【0023】
試験結果を表5〜7に示す。
【0024】
【表5】
【0025】
【表6】
【0026】
【表7】
【0027】
表5〜7において、「耐水60℃」、「耐熱100℃」、「初期40分」、 「常態」とは上述したとおりである。また、「可使時間」とは、接着性能基準値を満足する混合、撹拌後の最長経過時間である。
【0028】
表5には、対比のため、従来の木材用接着剤4種による測定結果をあわせて示してある。
表5〜7から、試験例のなかでも、試験例4、5、6、13、14、15、22の接着剤が優れた性能を発揮することがわかる。
【0029】
上述の試験例3の接着剤を用い、集成材を作製した。幅100mm、長さ600mm、厚さ25mmのブナ材を用意し、1接着層あたり接着剤を200〜250g/m2 塗布し、8枚重ね、1.5MPaで室温22℃、湿度60%RH、2時間圧締し、7日間放置した。この集成材について、冷熱試験(−20℃、16時間〜+50℃、8時間のヒートサイクルを10回繰り返す)、耐湿耐乾試験(35℃、95%RH、2日間〜35℃、20%RH、5日間のサイクルを2回繰り返す)を行ったが、接着層の接着はがれはなく、接着耐久性の良好な集成材が得られた。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の木材用接着剤にあっては、ホルムアルデヒドなどの揮発性有害物質の発生がなく、常温での初期接着発現性にすぐれ、発泡が抑えられて作業性が良く、常態接着強さ、耐熱性、耐水性、接着耐久性に優れたものが得られる。
このため、ブナ、ナラ、カバ、カエデ、ウォールナット、マトワ、ナトー、チークなどの比重0.6以上の硬木材の接着加工を始め、一般の木材、合板、パーチィクルボード、MDF、OSBなどの木質材料の接着加工に広く用いることができる。
Claims (4)
- ポリメリックMDI(A)、変性酢酸ビニル樹脂エマルジョン(B)、ポリビニルアルコール水溶液(C)、充填剤(D)として鉱物スラグ微粉末、シリカから選ばれる少なくとも1種を含み、当量比A:(B+C)が1:(30〜120)であることを特徴とする接着剤。
- ポリメリックMDI(A)、変性酢酸ビニル樹脂エマルジョン(B)、ポリビニルアルコール水溶液(C)、充填剤(D)として籾殻を含み、当量比A:(B+C)が1:(30〜120)であることを特徴とする接着剤。
- A:B:C:Dの質量比率が30:(60〜160):(50〜160):(10〜140)であることを特徴とする請求項1または2に記載の接着剤(ただし、ポリビニルアルコール水溶液(C)は10質量%濃度とする。)。
- 請求項1ないし3のいずれかに記載の接着剤で部材が接着加工されたことを特徴とする木工製品。
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