JP4122827B2

JP4122827B2 - 光硬化型シーリング用充填材

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Publication number: JP4122827B2
Application number: JP2002126439A
Authority: JP
Inventors: 保吉田; 昭彦池田; 純岡部
Original assignee: Unimatec Co Ltd
Current assignee: Unimatec Co Ltd
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP2003321669A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光硬化型シーリング用充填材に関する。更に詳しくは、樹脂成形品や金属などで構成される部品の間隙を封止するのに適した特性を有する光硬化型シーリング用充填材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、シール用充填材としてゴムを成形したものが用いられているが、これの充填では微小間隙などへの対応が困難であった。一方、シリコーン系シーラント、エポキシ樹脂、紫外線硬化型樹脂等のポッティング剤あるいはシーリング材は、これらを例えば自動車に用いる場合、連続的に熱や振動がかかったりあるいは油の存在する雰囲気中での耐久性が十分とはいえないという問題がみられる。また、シリコーン樹脂シーラントやエポキシ樹脂にあっては、硬化に長い時間を要するという問題もある。
【０００３】
具体的には、例えば特開平11-329570号公報に記載されているキャビティ内へのシール充填剤漏入を防ぐ防水コネクタでは、ポッティング樹脂がシーリング材として用いられており、この場合にはポッティング樹脂と相手材料との熱膨張係数の違いなどにより接着性が低下して漏れを発生させたり、また相手材と十分に接着していない場合、振動などの外力が働くとポッティング樹脂と相手材との界面から漏れが発生するようになる。さらに、特開昭64-63282号公報には、ゲル状成形材料を用いた封止方法が記載されており、この方法はゲル状のシーリング材が圧縮されることでシールされるというものであるが、ゲル状シーリング材を装着する際に封止剤に傷を付け、これによって封止性能が低下する場合がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、樹脂成形品や金属などを構成される部品の間隙を封止するのに適した特性、すなわち耐圧性、耐熱性、耐ヒートショック性、耐油性、耐衝撃性などにすぐれしかも硬化時間も短かい光硬化型シーリング用充填材を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる本発明の目的は、(A)カルボキシル基を有する重量平均分子量Mwが1000〜100000の液状アクリルエラストマー、(B)モノ(メタ)アクリル酸誘導体、(C)イソシアネート基含有不飽和化合物、(D)1,6- ヘキサンジオール、 1,9- ノナンジオール、ポリエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールまたはジペンタエリスリトールの完全アクリル酸エステル化物架橋剤および(E)光重合開始剤を含有してなる光硬化型シーリング用充填材によって達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
(A)成分のカルボキシル基を有する液状アクリルエラストマーとしては、アルキルアクリレート、アルコキシアルキルアクリレート、アルキルチオアルキルアクリレート、シアノアルキルアクリレート等のアルキルアクリレートまたはその誘導体の少くとも一種を主成分(約65〜98.9重量%、好ましくは約70〜95重量%)とし、これにカルボキシル基含有単量体を共重合させたものが用いられる。
【０００７】
カルボキシル基含有単量体としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸モノアルキルエステル、フマル酸モノアルキルエステル等が用いられ、これらは約1〜30重量%、好ましくは約5〜20重量%共重合させた共重合体として用いられる。これ以下の共重合割合では、得られるシーリング材の密着力が低下し、十分なシール性能が得られない。一方、これ以上の割合で共重合させると、シーリング材が硬くなりすぎ、やはり粘着力が低下して十分なシール性能が得られない。
【０００８】
液状アクリルエラストマーを形成する共重合体中には、シール性、光硬化性などを損わず、また製造コストなどを考慮した上で、他のビニル化合物、例えば酢酸ビニル、スチレン等を約30重量%以下の割合で共重合させることができる。
【０００９】
共重合反応は、乳化重合法、けん濁重合法、溶液重合法、塊状重合法など任意のラジカル重合法によって行うことができ、重合率は約90%以上であるので、共重合反応に用いた各共単量体の仕込重量比がほぼ組成重量比となる。
【００１０】
共重合反応に際しては、分子量調節剤が用いられる。分子量調節剤として用いられるメルカプタン類としては、例えば2-プロパンチオール、1-ブタンチオール、1-メチル-2-プロパンチオール、2-メルカプトエタノール、エチルメルカプトアセテート、チオフェノール、2-ナフタレンチオール、ドデシルメルカプタン、ラウリルメルカプタン等が用いられ、これらは共重合単量体成分との合計量中約0.1〜10重量%、好ましくは約1〜5重量%の割合で用いられる。これ以下の使用割合では、液状アクリルエラストマーを用いて調製される硬化前の組成物の粘度が高く、流動性に乏しくなる。一方、これ以上の割合で使用させると、この液状アクリルエラストマーを用いた硬化後のシーリング材が柔かくなりすぎて密封力が低下し、十分な封止性能が得られない。
【００１１】
得られるアクリルエラストマーは液状で、約1000〜100000、好ましくは約5000〜50000の重量平均分子量Mwを有するものが用いられる。Mwがこれ以下では、粘度が低すぎて充填の際に部品の隙間から流出したり、垂れ易くなるばかりではなく、硬化後のシーリング材が柔かくなりすぎるため十分なシール性能が得られない。一方、これ以上のMwのものを用いると、粘度が高くなりすぎるため注入や塗布作業性が悪くなる。
【００１２】
液状アクリルエラストマーの共重合反応に際し、2-ヒドロキシエチルアクリレート、グリシジルメタクリレート等のカルボキシル基以外の官能基を有する単量体を用いると、2-ヒドロキシエチルアクリレートを用いた場合には熱履歴時に大きく硬化劣化するため、履歴後の耐圧性能の低下がみられ、またグリシジルメタクリレートを用いた場合にはイソシアネート基含有不飽和化合物との反応が遅くあるいは反応しないため、ゴム状弾性体を形成し得ない。
【００１３】
(B)成分のモノ(メタ)アクリル酸誘導体は、反応性希釈剤として用いられる。モノ(メタ)アクリル酸誘導体としては、例えばn-オクチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、デシルアクリレート、ドデシルアクリレート等の C ₈ 〜 C ₁₂ の長鎖アルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステルが好んで用いられ、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、n-ブチルアクリレート等も適宜用いられる。
【００１４】
また、(B)成分のモノ(メタ)アクリル酸誘導体として、ω-カルボキシポリカプロラクトンモノアクリレート、2-アクリロイロキシエチルコハク酸、2-アクリロイロキシエチルフタル酸、2-メタクリロイロキシエチルコハク酸、2-メタクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸等も用いられる。これらのカルボキシル基含有単量体の添加は、凝集力(シーリング材そのものの強度アップ)や基材への密着性を高め、また耐熱性を悪化させないなどの効果を奏する。
【００１５】
これらの(B)成分は、1種以上が液状アクリルエラストマー100重量部当り約0.1〜48重量部、好ましくは約5〜40重量部の割合で用いられる。これ以下の使用割合では、粘度が高くなりすぎるため注入や塗布作業性が悪くなり、一方これ以上の割合で用いられると、粘度が低すぎて充填の際に部品の隙間から流出したり、垂れ易くなるばかりではなく、硬化後のシーリング材が柔かくなりすぎて十分なシール性能が得られなくなる。
【００１６】
(C)成分のイソシアネート基含有不飽和化合物としては、例えばメタクリロイルオキシエチルイソシアネート、アリルイソシアネート等が、液状アクリルエラストマー100重量部当り約0.1〜10重量部、好ましくは約0.3〜5重量部の割合で用いられる。これ以下の使用割合では、架橋密度が不足して弾性率が低下するため、十分な強度のシールが得られなくなり、一方これ以上の割合で用いられると、架橋密度が過剰となり、ゴムが硬すぎてヒートショック試験および耐衝撃試験時にシール性能が低下するようになる。
【００１７】
(D)成分としては、分子内に2個以上のポリオールのポリ ( メタ ) アクリレート基由来の不飽和基を有する架橋剤、 1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、1,9-ノナンジオールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートが、液状アクリルエラストマー100重量部当り約0.1〜40重量部、好ましくは約0.5〜10重量部の割合で用いられる。これ以下の使用割合では、架橋密度が不足して弾性率が低下するためシール性能が低下し、一方これ以上の割合で用いると、架橋密度が過剰となり、ゴムが硬すぎてやはりシール性能が低下するようになる。
【００１８】
これらの(B)、(C)、(D)各成分はまた、それらの合計量が液状アクリルエラストマー100重量部当り約5〜50重量部、好ましくは約10〜40重量部の割合で用いられる。合計量がこれ以下では、組成物の粘度が高くなり、注入や塗布作業性が悪化するばかりではなく、硬化物の伸びが低下し、シール性能も低下するようになる。一方、これ以上の合計量で用いられると、硬化時の発泡やヒケなどの問題が生じ易くなる。
【００１９】
以上の各成分を必須成分とする本発明のシーリング用充填材は、必要に応じて他の配合剤、例えば老化防止剤、充填剤、硬化促進剤、粘着付与剤、チキソトロピー性付与剤、消泡剤、レベリング剤、顔料などを適宜配合した後、光重合開始剤を添加して光硬化させる。
【００２０】
(E)成分の光重合開始剤としては、例えば1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フェニルフォスフィンオキサイド等が用いられ、特に厚みが厚い場合にはビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フェニルフォスフィンオキサイドが好んで用いられる。これらの光重合開始剤は、液状アクリルエラストマー100重量部当り約0.1〜5重量部、好ましくは約0.3〜3重量部の割合で用いられるが、光硬化型シーリング用充填材の組成や厚みによって適宜増減される。
【００２１】
また、他の配合剤の一種として、(F) 成分テルペン系樹脂が液状アクリルエラストマー100重量部当り30重量部以下の割合で添加される。テルペン系樹脂としては、例えばテルペンフェノール樹脂、テルペン系水素添加樹脂等が用いられ、組成物中へのこれらのテルペン系樹脂の添加は、相手基材によっては密着性の向上が図られるという効果を奏する。
【００２２】
組成物の調製は、例えば混合攪拌機等の攪拌機を用いて行われ、調製された組成物の光硬化は、例えば出力250Wの高圧水銀ランプ等の紫外線発生装置を用い、200mW/cm²(365nm)の照射光強度で約10〜30秒間程度光照射することによって行われる。その際、シーリング用充填材として好ましい組成物の粘度範囲(約60℃)は、約5〜250Pa・s、好ましくは約10〜150Pa・s、より好ましくは約20〜50Pa・sであり、これ以下の粘度のものでは、液状材料を充填する際に部品の隙間から垂れたり、塗布や十分なシール性能を発現するのに十分な厚みを得難く、一方これ以上の粘度のものでは、形状が複雑な部品に注入し難くなる。
【００２３】
光硬化させて得られるシーリング材のJIS A硬度は、50以下、好ましくは約10〜40であることが望ましい。50以下のJIS A硬度のものは柔らかいゴムであり、密着性、耐ヒートショック性、耐衝撃性などにすぐれており、一方これ以上の硬度のものは、ゴムが硬くなり、これらの特性が低下するようになる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明に係る光硬化型シーリング用充填材は、硬化前は液状で流動性があり、樹脂成形品や金属などで構成される部品の間隙に注入または塗布して用いられ、ゴムの加硫成形品と比べて、小型部品などの小さな隙間を封止する場合にも適しており、硬化後の充填材は耐熱性、耐ヒートショック性、耐油性および耐衝撃性にすぐれたゴム状シーリング材を形成する。
【００２５】
そして、シールされた間隙が振動などの外力や温度変化に伴う樹脂材料や金属材料の膨張によって変化する場合にあっても、本発明のゴム状シーリング用充填材は、その振動や変形を吸収するため、高いシール性能を発揮する。また、ポリオレフィン系樹脂を含めた各種樹脂材料や金属材料との密着性も良く、高いシール性能が得られる。
【００２６】
さらに、本発明の光硬化型シーリング用充填材は、光硬化性であるため、エポキシ樹脂やシリコーンシーラントと比べて硬化時間が極めて短かく、また従来のエポキシ樹脂、紫外線硬化型樹脂、シリコーンシーラント等にも無かった高いシール性能が得られる。
【００２７】
このような特徴を有する本発明の光硬化型シーリング用充填材は、自動車等耐熱性、耐振動性、耐油性などが要求される分野において、材料面間の密封材料として、熱、圧力、外力などの変位が加わる部分のガスケット等のシーリング材として有効に用いることができる。
【００２８】
【実施例】
次に、実施例について本発明を説明する。
【００２９】
実施例１
冷却器、滴下ロートおよび温度計を備えた容量3Lの四口フラスコ中に、
エチルアクリレート[EA] 16g
n-ブチルアクリレート[BA] 15g
アクリル酸[AA] 1.7g
ラウリルメルカプタン[RSH] 0.67g
の混合液(全モノマーの1/3量)を仕込み、そこに
EA 34g
BA 28g
AA 3.3g
RSH 1.33g
AIBN(アゾビスイソブチロニトリル) 0.1g
の混合液(全モノマーの2/3量)を滴下ロートを用い、10時間かけて滴下しながら、60〜70℃の温度で16時間反応させて、液状アクリルエラストマーを得た。
【００３０】
この液状アクリルエラストマーについて、次の各項目の測定を行った。
重量平均分子量Mw：ポリスチレンゲルおよび溶媒としてのテトラヒドロフランを用い、GPCにて測定
粘度：E型粘度計を用い、25℃に保持した状態で測定
【００３１】
このような液状アクリルエラストマーに次の各成分を添加し、攪拌脱泡器を用いて混合し、液状アクリルエラストマー組成物を調製した。

【００３２】
この液状アクリルエラストマー組成物を用い、次の各項目の試験を行った。
硬度：250W超高圧水銀灯(ウシオ電機製スポットキュア)を用い、200W/cm²(365nm)の照射光強度で20秒間露光して得られた硬化物について、JIS K-6253に準拠してJIS A硬度を測定
耐圧試験：内径4mmのポリアミド製またはポリエチレン製チューブに、約5mmの深さになるように上記組成物を注入し、上記条件の露光を行ない、ゴム材シーリング材で一端がシールされたチューブを得、これの開放他端側に圧力調整弁付きの空気配管を接続し、200kPaに達する迄徐々に圧力を上げ、漏れが発生する圧力でシール性能を評価(ただし、200kPa以上の圧力はかけていないので、測定値は200kPaが最高値となる)
耐熱試験：上記一端がシールされたポリアミド製チューブを150℃のオーブン中に70、140、300および500時間放置した後室温に放冷し、上記耐圧試験法により性能を評価
ヒートショック試験：上記一端がシールされたポリアミド製チューブを-40〜120℃を1サイクル(30分/30分)としたヒートショック試験を100、200、500および1000サイクル行った後室温に放冷し、上記耐圧試験法によりシール性能を評価
耐油試験：上記一端がシールされたポリアミド製チューブを150℃の標準試験油(IRM903)中に70、140、300および500時間浸せきした後室温に放冷し、上記耐圧試験法によりシール性能を評価
耐衝撃試験：上記一端がシールされたポリアミド製チューブを内径300mmのボールミルに入れ、500時間回転させた後室温に放冷し、上記耐圧試験法によりシール性能を評価
【００３３】
実施例２〜９
実施例１において、共重合モノマー量および連鎖移動剤量(重量%)を表1の如くに変更した。この表1には、実施例1の共重合モノマー量および連鎖移動剤量も併記されている。
(略号) BA：n-ブチルアクリレート
MEA：2-メトキシエチルアクリレート

【００３４】
また、得られた液状アクリルエラストマーに表2に示される各成分(重量部)を添加して液状アクリルエラストマー組成物の調製が行われた。この表2には、実施例1の各配合成分も併記されている。
(略号) 液状ゴム：液状アクリルエラストマー
HTR：テルペン系水素添加樹脂(ヤスハラケミカル製品クリアロン P-125)

【００３５】
実施例1および実施例2〜9の測定結果は、次の表3に示される。

【００３６】
比較例１
実施例１において、アクリル酸の代りに2-ヒドロキシエチルアクリレートが同量共重合反応に用いられ、重量平均分子量Mwが2.5×10⁴、粘度が20Pa・sの液状アクリルエラストマーが得られた。
【００３７】
比較例２
実施例１において、アクリル酸の代りにグリシジルメタクリレートが同量共重合反応に用いられ、重量平均分子量Mwが2.0×10⁴、粘度が20Pa・sの液状アクリルエラストマーが得られた。しかしながら、20秒間光硬化時間では硬化せず、諸特性の測定はできなかった。
【００３８】
比較例３
実施例１において、液状アクリルエラストマー組成物の代りに、エポキシ樹脂系シーリング材(スリーボンド社製品スリーボンド2022)が用いられた。
【００３９】
比較例４
実施例１において、液状アクリルエラストマー組成物の代りに、エポキシ樹脂系シーリング材(同社製品スリーボンド2021)が用いられた。
【００４０】
比較例５
実施例１において、液状アクリルエラストマー組成物の代りに、光硬化性樹脂(同社製品スリーボンド3014C)が用いられた。
【００４１】
比較例６
実施例１において、液状アクリルエラストマー組成物の代りに、光硬化性樹脂(同社製品スリーボンド3016E)が用いられた。
【００４２】
比較例７
実施例１において、液状アクリルエラストマー組成物の代りに、シリコーン樹脂系シーラント(信越化学製品KE441)が用いられた。
【００４３】
比較例８
実施例１において、液状アクリルエラストマー組成物の代りに、シリコーン樹脂系シーラント(同社製品KE3494)が用いられた。
【００４４】
以上の各比較例の測定結果は、次の表4に示される。なお、硬化時間は比較例1、比較例5〜6については20秒間(露光)、他は24時間(室温に1日間放置)であり、また比較例3〜4の組成物の硬化物硬度はJIS A硬度(JIS K-6253準拠)として測定された。

Claims

(A)カルボキシル基を有する重量平均分子量Mwが1000〜100000の液状アクリルエラストマー、(B)モノ(メタ)アクリル酸誘導体、(C)イソシアネート基含有不飽和化合物、(D)1,6- ヘキサンジオール、 1,9- ノナンジオール、ポリエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールまたはジペンタエリスリトールの完全アクリル酸エステル化物架橋剤および(E)光重合開始剤を含有してなる光硬化型シーリング用充填材。
(A)成分100重量部に対し(B)、(C)、(D)各成分が合計量として5〜50重量部の割合で用いられた請求項１記載の光硬化型シーリング用充填材。
さらに (F) テルペン系樹脂が 30 重量部以下添加された請求項２記載の光硬化型シーリング用充填材。
JIS A 硬度が 50 以下のシーリング材を形成させる請求項１、２または３記載の光硬化型シーリング用充填材。
樹脂成形品または金属で形成される部品の間隙封止用に用いられる請求項１、２または３記載の光硬化型シーリング用充填材。
(A) カルボキシル基を有する重量平均分子量 Mw が 1000 〜 100000 の液状アクリルエラストマー、 (B) モノ ( メタ ) アクリル酸誘導体、 (C) イソシアネート基含有不飽和化合物、 (D)1,6- ヘキサンジオール、 1,9- ノナンジオール、ポリエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールまたはジペンタエリスリトールの完全アクリル酸エステル化物架橋剤および (E) 光重合開始剤を含有してなるシーリング用組成物。