JP4525963B2 - プライマー組成物 - Google Patents
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Description
このような背景から、前処理に係わる研究がなされ、以下のような先行技術が提案されている。
また、基材によってプライマーを変更しないと接着性を確保できないという問題もあった。従って、接着時に、FRP、ノルボルネン樹脂、ABS、AESなどの異なったポリマーを用いる場合、これらすべてに対応できる、優れたプライマー効果を持つものはなく、1種類のプライマーだけで効果を得ることはできなかった。このように、プライマー処理のみで充分な接着効果を得ることができ、しかも汎用性のあるプライマーは得られておらず、このようなプライマーの開発が望まれていた。
ここで、(B)成分としては、主鎖の片末端および/または両末端にヒドロキシル基を有し、側鎖にビニル基(ただし、芳香族ビニル基を除く)を有するポリマーが好ましい。
また、(C)成分としては、主鎖の片末端および/または両末端にヒドロキシル基を有し、側鎖に芳香族ビニル基を有するポリマーが好ましい。
本発明のプライマー組成物は、上記(A)+(B)+(C)成分の合計量100重量部に対し、(A)〜(C)成分を溶解可能な有機溶剤を90〜800重量部含有する。
本発明の組成物には、カーボンブラックを(A)+(B)+(C)成分の合計量100重量部に対し、25重量部以下含有させてもよい。
ここで、カーボンブラックの平均粒子経(流体力学的直径)は、40〜1,000nmが好ましい。
すなわち、本発明のプライマー組成物は、従来のプライマーに比べ、各種基材に対する汎用性が拡がり、本発明のプライマー組成物1種で、複数の樹脂の接着に際し適用できる。
さらに、基材に対する接着性が向上し、接着する際の前処理剤として極めて有効に活用することができ、優れたプライマー組成物である。
本発明のプライマー組成物に使用する(A)ポリイソシアネート化合物は、特に限定はなく、例えば、脂肪族、芳香族、脂環族などのポリイソシアネート化合物が挙げることができる。具体例としては、4,4´−ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリフェニルメタンジイソシアネート、2,4−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、キシレンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、ナフタレンジイソシアネートなどのイソシアネート化合物、あるいは、これらのポリイソシアネート化合物の付加物、例えばトリメチロールプロパンやグリコールなどを用いたアダクト体、これらのイソシアヌレート変性体、ビュレット変性体、カルボジイミド変性体、アロハネート変性体を挙げることができ、これらを1種単独、あるいは2種以上を併用して用いてもよい。
また、ポリオール化合物の一部は、あらかじめ、ポリイソシアネート化合物と反応させ、末端に水酸基を有するウレタン結合含有プレポリマーの形態としてもよく、これをポリイソシアネート化合物、あるいはイソシアネート末端ウレタンプレポリマーと反応させてもよい。
(B)の配合量は、(A)+(B)+(C)成分の合計量100重量部中、5〜40重量部が好ましく、さらに好ましくは10〜25重量部である。この量が5重量部未満では、基材との密着性が不十分となり、一方、40重量部を超える、とプライマー層とその上に塗布される接着剤との接着性を阻害する可能性が高くなる
なお、(C)成分は、芳香族ビニル基以外の他のビニル基を有していてもよい。
(C)の配合量は、(A)+(B)+(C)成分の合計量100重量部中、5〜40重量部が好ましく、さらに好ましくは10〜25重量部である。この量が5重量部未満では、基材に対する密着性が不十分となり、一方、40重量部を超えると、プライマー層とその上に塗布される接着剤との接着性を阻害する可能性が高くなる
なお、(B)および(C)成分のポリマーの分子量は、それぞれ、数平均分子量で1,000〜30,000が好ましく、さらに好ましくは数平均分子量3,000〜20,000である。この範囲とすることにより、基材との接着性が向上する。
このような有機溶剤は、上記(A)+(B)+(C)成分の合計量100重量部に対し、90〜800重量部、好ましくは180〜400重量部とすることが、基材表面への塗布などの点で望ましい。
なお、カーボンブラックを配合する場合は、有機溶剤にカーボンブラックを加え、所定の粒径(40〜1,000nm)まで、ビーズミルやボールミルで粉砕することが好ましい。
この量が25重量部を超えると、プライマー膜の凝集力が低下してしまうため、接着力が低下することがある。
この触媒の具体例として、例えばステアリン酸亜鉛、ジブチル錫ジウラレート、オクチル酸錫、銅アセチルアセトネート、鉄アセチルアセトネート、ニッケルアセチルアセトネート、マンガンアセチルアセトネート、亜鉛アセチルアセトネート、コバルトアセチルアセトネート、などの有機金属化合物類、2−メチルトリエチレンジアミン、トリエチレンジアミン、N,N,N´−トリメチルアミノエチル−エタノールアミン、N・(N´,N−ジメチルアミノエチル)−モルホリン、N,N´−ジメチルピペラジン、1,8−ジアザ−ビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(以下「DBU」と記載する。)、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(以下「DABCO」と記載する。)などのアミン類、DBUのフェノール塩、DBUの2−エチルヘキサン酸塩、DBUのオレイン酸塩、DBUのギ酸塩、並びにこれらの混合物、2−メチルDABCOならびにDABCO、酸類、有機金属類、グリコール類などの混合物などを挙げることができる。
また、触媒の使用割合は、上記(A)+(B)+(C)成分の合計量100重量部に対し、通常、0.01〜2重量部であり、触媒の割合が2重量部を超える場合は、プライマーの保存安定性が低下しやすくなる。
さらに、本発明のプライマー組成物には、塗布時の乾燥性を速くするために、あるいは特定のプラスチックに対する接着性を高くするために、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体などの特性改良剤を添加することもできる。
また、他の方法として、(B)、(C)成分、ポリイソシアネート化合物、必要により触媒を有機溶剤に加えこれらを反応させ、その後、ウレタンプレポリマーの原料であるポリオール化合物、ポリイソシアネート化合物、必要により他の成分、触媒を加え、反応させ、2段階に分けて行ってもよい。
例えば、ガラス繊維強化プラスチック(FRP)には、スチレンモノマーが使用されているケースがあり、密着性を向上させるためにプライマー成分中に(C)成分として側鎖にスチレン基を有するポリマーを使用する。アクリル樹脂の場合は、(B)成分として側鎖にアクリル基を有するポリマーを使用し密着性の向上を図ることができる。従って、このようにすれば、本発明のプライマー組成物は、FRPにもアクリル樹脂にも適用することができ、この2種を接着するには非常に有用である。
さらには、主成分の(A)ポリイソシアネート化合物またはイソシアネート末端ウレタンプレポリマーと、(B)、(C)のポリマーの主鎖にあるヒドロキシル基などの活性水素が反応するため、プライマー層の靭性もあげることができる。
すなわち、本発明のプライマー組成物は、従来のプライマーに比べ、各種基材に対する汎用性が拡がり、さらに基材に対する接着性が向上し、接着する際の前処理剤として極めて有効に活用することができる。各種基材については、特にガラス繊維強化ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ABS樹脂、AES樹脂、ナイロン、ノルボルネン系樹脂に対し、有効であり、接着する際のプライマー組成物として好適に用いることができる。
なお、実施例中で用いた原料は以下のものである。
ポリイソシアネート化合物
「スミジュール 44V20」 クルードMDI 4,4´−ジフェニルメタンジイソシアネートの重合体(住化バイエルウレタン社製)
「ルプラネート MM103」 カルボジイミド変性MDI 4,4´−ジフェニルメタンジイソシアネートのカルボジイミド変性体(三井武田ケミカル社製)
ポリオール化合物
「エクセノール 510」数平均分子量 4,000のポリエーテルポリオール(旭硝子社製)
「クラポール P4010」数平均分子量 4,000のアジピン酸系ポリエステルポリオール(クラレ社製)
「アデカニューエースF1212−29」数平均分子量1900のテレフタル酸/イソフタル酸系ポリエステルポリオール(旭電化工業社製)
ポリマー
「マクロモノマー HS−6」 主鎖に一方の分子末端もしくは両末端に2個のヒドロキシル基を有し、側鎖にスチレンを含有する数平均分子量6,000のグラフトポリマー(東亞合成社製)
「マクロモノマー HA−6」 主鎖に一方の分子末端もしくは両末端に2個のヒドロキシル基を有し、側鎖にアクリルを含有する数平均分子量6,000のグラフトポリマー(東亞合成社製)
触媒
Me−DABCO 2−メチル−1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(三共エアプロダクト社製)
カーボンブラック
カーボンブラック#2200B 酸性処理品 (三菱化学社製)
アサヒサーマルブラック サーマルブラック(旭カーボン社製)
カーボンブラック#3350B 多孔質品 (三菱化学社製)
カーボンブラック#MA600 通常品 (三菱化学社製)
表1に示す各成分を用い、表1に示す配合で、プライマー組成物の調製した。すなわち、有機溶剤中にポリオール化合物とポリマーを加え混合し、ポリイソシアネート化合物を加え、触媒を混合し反応を終結させ、プライマー組成物を得た。この組成物について下記に示す評価試験を行なった。結果を表2に示す。
表1に示す各成分を用い、表1に示す配合で、プライマー組成物を調製した。すなわち、有機溶剤中にカーボンブラックを加え、規定の粒径までビーズミルで粉砕した。なお、表1に示す粒径は、流体力学的直径である。常温で、その溶液にポリオール化合物とポリマーを加え混合し、ポリイソシアネート化合物と触媒を加え混合し、30分間、反応を終結させ、プライマー組成物を調製した。この組成物について下記に示す評価試験を行なった。結果を表2〜5に示す。
表1に示す配合で、表1に示す有機溶剤中に、常温で、ポリオール化合物とポリイソシアネート化合物を加え、触媒を混合し、30分間、反応を終結させ、プライマー組成物を得た。この組成物について下記に示す評価試験を行なった。結果を表2〜5に示す。
縦25mm、横70mm、厚み3mmの被着体の表面に表1に示すプライマー組成物を刷毛で塗布し、約15分間風乾して被着体試料を調製した。
そして2液型ウレタン系接着剤『MIGHTYGRIP 4000/4044』(イーテック社製、以下MG4000と略)、『MG5000/5070』(イーテック社製、以下、MG5000と略)、および1液型ウレタン系接着剤『MIGHTYSEAL 720』(イーテック社製、以下MS720と略)を用い、2枚の被着体試料の一方のプライマー層上にこれらの接着剤を塗布し、ガラスビーズを使用し接着剤層の厚みを0.5mmに調整した。
この接着剤層に他方の被着体試料のプライマー層を貼り合わせた。
貼り合わせた被着体試料を、温度20℃で5日間養生し、その各々について引張り試験機「オートグラフAG5000B」(島津製作所製)を用い、温度20℃、引張りスピード 5mm/分の条件でクロスピール強度を測定し、その破壊状態を観察した。なお、接着性能試験は下記の試験方法により行った。
A1:プライマー/被着体間の界面破壊
B1:被着体の材料破壊
C1:接着剤の凝集破壊
P1:プライマーの凝集破壊
接着性能試験
クロスピール引張り試験法
JASO M406−87 クロスピール接着強さ試験に準拠して実施
剪断引張り試験法
JIS K6850に準拠し実施
実施例1:比較例1に対し、所定のポリマーを用いたプライマー組成物
実施例2〜4:カーボンブラックの粒径の比較
実施例5〜7:カーボンブラックの種類の比較
実施例8:比較例1に対し、所定のポリマー、カーボンブラックを用いたプライマー組成物
実施例9:比較例1に対し、イソシアネート化合物を代え、所定のポリマー、カーボンブラックを用いたプライマー組成物
比較例1〜2:ポリマー、カーボンブラックを用いないプライマー組成物
アクリル樹脂:アクリライト001 三菱レイヨン社製
変性PP樹脂:TSOP(トヨタスーパーポリオレフィン)
ノルボルネン系樹脂:メトン 帝人社製
表3では、比較例2に比べ(B)、(C)のポリマー、カーボンブラック(標準品、サーマルブラック、酸性処理品)を使用することにより接着性が向上することを示している。
表4では、比較例1に比べ、(B)、(C)のポリマーを使用することにより、接着性が向上することを示している。また、実施例2にあるように(B)、(C)ポリマー、カーボンブラックを使用することにより同じく接着性が向上することを示している。
表5では、(B)、(C)のポリマーを組み合わせることにより、様々な被着体に対応できることを確認した。
Claims (6)
- (A)ポリイソシアネート化合物および/またはイソシアネート末端ウレタンプレポリマー、(B)主鎖の片末端または両末端にヒドロキシル基を有し、かつ側鎖にメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、へキシルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、およびへキシルアクリレートから選ばれた単量体から構成されるメタクリレート基またはアクリレート基を有するグラフト共重合体からなるポリマー、ならびに(C)主鎖の片末端または両末端にヒドロキシル基を有し、かつ側鎖にスチレン、ベンジルアクリレート、およびベンジルメタクリレートから選ばれた単量体から構成される芳香族基を有するグラフト共重合体からなるポリマーを含有し、しかも、(A)+(B)+(C)成分の合計量100重量部中、(A)成分が30〜80重量部、(B)成分が10〜40重量部、(C)成分が10〜40重量部であることを特徴とするプライマー組成物。
- (A)+(B)+(C)成分の合計量100重量部に対し、(A)〜(C)成分を溶解可能な有機溶剤を90〜800重量部含有する請求項1に記載のプライマー組成物。
- さらに、カーボンブラックを、(A)+(B)+(C)成分の合計量100重量部に対し、6〜25重量部含有する請求項1または2に記載のプライマー組成物。
- カーボンブラックの平均粒子径(流体力学的直径)が、40〜1,000nmである請求項3に記載のプライマー組成物。
- さらに、湿硬化を促進するための触媒を、(A)+(B)+(C)成分の合計量100重量部に対して、0.01〜2重量部含有する請求項1〜4いずれかに記載のプライマー組成物。
- 前記触媒が、2−メチルトリエチレンジアミン、トリエチレンジアミン、N,N,N´−トリメチルアミノエチル−エタノールアミン、N・(N´,N−ジメチルアミノエチル)−モルホリン、N,N´−ジメチルピペラジン、1,8−ジアザ−ビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(DBU)、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)、DBUのフェノール塩、DBUの2−エチルヘキサン酸塩、DBUのオレイン酸塩、DBUのギ酸塩、2−メチルDABCOから選ばれた請求項5に記載のプライマー組成物。
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