JP4872295B2 - 湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤 - Google Patents
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- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
Description
この化粧造作部材に使用される化粧シート又はフィルムとしては、これまで、ポリエステル、ナイロン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール等の樹脂からなるものが使用されていたが、近年、コロナ処理などの表面処理が施されたオレフィン樹脂やABS樹脂(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂)などの、一般に難接着性とされている素材からなる化粧シートまたはフィルムが使用されるケースが増えてきた。
また、前記基材としても、木質基材上にオレフィン樹脂やABS樹脂等からなる発泡層が形成された基材や、オレフィン樹脂やABS樹脂等に、木質粉や繊維を混合、複合化して得られた、難接着性の基材が開発され、使用されるケースが生じてきた。
また、低温雰囲気下、具体的には、冬季の作業環境温度で、前記文献1に記載されている湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤を用いて、基材とシート等とを貼り合わせる場合、基材またはシート等上に塗布した加熱溶融状態の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤が、低作業環境温度の影響によって基材やシート等へ十分浸透する前に即固化してしまうため、それらを十分な接着強さをもって貼り合せることは困難であった。また、得られた化粧造作材に切削加工や穴開加工などを施した際に、シート等の部分的な剥離を生じさせるという問題があった。
しかし、前記組成の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤は、耐熱接着強さの著しい低下を引き起こすため、実用上使用することは困難であった。なお、ここでいう耐熱接着強さとは、接着された部材が、応力(負荷)の加えられた状態で、継続的に高温状態におかれても、接着面にはく離の発生等が無く、良好な接着状態が保持される性能を意味する。
本発明者らはさらに検討を進め、特定構造を有する長鎖脂肪族ポリエステルポリオールと、4000〜7000の数平均分子量を有し、かつ2,2−ジメチル−1,3−プロピレン基を有するポリエステルポリオールと、4000〜7000の数平均分子量を有する脂肪族ポリエーテルポリオールとを含むポリオールと、ポリイソシアネート(D)とを反応させて得られるウレタンプレポリマーを含有する湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤が、コロナ処理などの表面処理の施されたオレフィン樹脂やABS樹脂に対する優れた接着強さ及び耐熱接着強さを有し、かつ低温雰囲気下で使用した場合であっても優れた接着強さを有することを見出した。
さらに、本発明の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤を低温雰囲気下で使用した場合であっても、貼り合せ後にわずか数時間程度の期間だけ養生させることで、優れた接着強さを発現可能である。
本発明の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤は、前記したような優れた特徴を有することから、建築分野等をはじめとする広範な分野で、きわめて利用価値の高いものである。
本発明の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤を構成するウレタンプレポリマーとは、空気中やそれが塗布される基材中に存在する水分と反応して架橋構造を形成しうるイソシアネート基を分子内に有する化合物であって、常温で固体あるいは粘稠な性状を有するものである。一般に、ウレタンプレポリマーといわれるものは、比較的低分子量のものが多いが、当業者においては、数万の数平均分子量(Mn)を有するものもウレタンプレポリマーと称されており、本発明においても数万の数平均分子量を有するウレタンプレポリマーを使用することができる。
前記ウレタンプレポリマーが有する湿気架橋反応性は、ウレタンプレポリマーが有するイソシアネート基と湿気(水)が反応して開始する架橋反応に由来するものであり、ウレタンプレポリマーが有するイソシアネート基に起因する性質である。
本発明で使用するウレタンプレポリマーの軟化点は、好ましくは40〜120℃の範囲であり、前記ウレタンプレポリマーの軟化点がかかる範囲であれば、作業性も良好であり、接着強さに優れる湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤が得られる。なお、本発明でいう軟化点とは、ウレタンプレポリマーの温度を段階的に上昇させた場合に、熱流動し始め凝集力を失う温度をいう。
また、前記ウレタンプレポリマーの軟化点の調整方法の(4)では、通常、ウレタン結合の含有量が多い程、軟化点が上昇する傾向がある。
前記ウレタンプレポリマーを製造する際に使用する長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A)は、一般式(I)で示される構造を有する。
前記R1及びR2が、それぞれ前記範囲の炭素原子数を有する直鎖のアルキレン基である長鎖脂肪族ポリエステルポリオールを使用することによって、得られるウレタンプレポリマーの結晶性が高まり、基材の複雑な形状部位における前記シート又はフィルムの剥離を防止できることが可能な湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤を得ることができる。
前記脂肪族ポリエーテルポリオール(C)としては、4000〜7000の範囲の数平均分子量を有する公知の脂肪族ポリエーテルポリオールを使用することができ、例えばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール等を使用することができる。
本発明で使用する脂肪族ポリエーテルポリオール(C)は、数平均分子量が4000〜7000と比較的高分子量のものを使用する必要があるが、一般に、前記ポリプロピレングリコール等の2級水酸基を分子末端に有するポリエーテルポリオールは、分子量が大きくなるにしたがってポリイソシアネート(D)との反応性が低下する傾向にある。
本発明で使用するウレタンプレポリマーは、公知慣用の方法で製造することができる。例えば、前記ポリイソシアネート(D)の入った反応容器に、水分を除去したポリオール、すなわち前記長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A)、前記脂肪族ポリエステルポリオール(B)、前記脂肪族ポリエーテルポリオール(C)、必要に応じて前記芳香族ポリエステルポリオール(E)や前記その他のポリオールを、それぞれ別々に滴下又はそれらの混合物を滴下した後に加熱し、前記ポリオールの有する水酸基が実質的に無くなるまで反応させる方法によって製造することができる。前記ウレタンプレポリマーは、通常、無溶剤で製造することができるが、有機溶剤中で反応させることによって製造してもよい。有機溶剤中で反応させる場合には、反応を阻害しない酢酸エチル、酢酸n−ブチル、メチルエチルケトン、トルエン等の有機溶剤を使用することができるが、反応の途中又は反応終了後に減圧加熱等の方法により有機溶剤を除去することが必要である。
前記基材としては、例えば、オレフィン樹脂やABS樹脂を発泡させた層を有する基材や、オレフィン樹脂やABS樹脂等に、木質粉や繊維を混合、複合化して得られた基材などの、一般に難接着性基材としてしられているものの他に、合板、MDF(ミディアム デンシティ ファイバーボード)、パーチクルボード等の木質基材や、アルミ、鉄等の金属基材等を使用することができる。前記基材は、溝部、R部、逆R部等の複雑な形状の部位を有していてもよい。
2リットルのフラスコに1,12−ドデカンジカルボン酸(分子量230.30)を1150質量部、1,6−ヘキサンジオール(分子量118.17)を615質量部、及びエステル化触媒としてテトライソプロポキシチタンを0.007質量部を添加し、120℃でそれらを溶融した。次いで、撹拌しながら3〜4時間かけて220℃へ昇温し4時間保持した後、100℃に冷却することによって、長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A−1)(数平均分子量3500、酸価0.4、水酸基価31.6)を調製した。
合成例1に記載の1,12−ドデカンジカルボン酸の代わりにセバシン酸を1000質量部使用する以外は、合成例1と同様の方法で反応させることによって長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A−2)(数平均分子量3000、酸価0.5、水酸基価31.5)を調製した。
合成例1に記載の1,12−ドデカンジカルボン酸の代わりにアジピン酸を720質量部使用する以外は、合成例1と同様の方法で反応させることによって脂肪族ポリエステルポリオール(A’−3)(数平均分子量4500、酸価0.1、水酸基価24.8)を調製した。
2リットルの四つ口フラスコ内に、エチレングリコールを100質量部、ネオペンチルグリコールを150質量部、1,6−ヘキサンジオールを200質量部、アジピン酸を610質量部、ブチル酸スズを0.03質量部加え220℃で反応させることによって、数平均分子量が5000で、2,2−ジメチル−1,3−プロピレン基を有するポリエステルポリオール(B−1)(数平均分子量5000、酸価0.1、水酸基価22.3)を調製した。
2リットルの四つ口フラスコ内に、エチレングリコールを50質量部、ネオペンチルグリコールを250質量部、1,6−ヘキサンジオールを100質量部、アジピン酸を510質量部、ブチル酸スズを0.03質量部加え220℃で反応させることによって、数平均分子量が3000で、2,2−ジメチル−1,3−プロピレン基を有するポリエステルポリオール(B’−2)(数平均分子量3000、酸価0.2、水酸基価37.2)を調製した。
2リットルの四つ口フラスコ内に、エチレングリコールを200質量部、ネオペンチルグリコールを100質量部、1,6−ヘキサンジオールを200質量部、アジピン酸を770質量部、ブチル酸スズを0.03質量部加え220℃で反応させることによって、数平均分子量が9000で、2,2−ジメチル−1,3−プロピレン基を有するポリエステルポリオール(B’−3)(数平均分子量9000、酸価0.05、水酸基価12.4)を調製した。
C−1、C’−2を使用した。なお、表3において、PPGは、ポリプロピレングリコールを表し、EO−PPGは、ポリプロピレングリコールの両末端にエチレンオキシドを開環付加させて得られたエチレンオキシド変性ポリプロピレングリコールを表す。
2リットルの四つ口フラスコ内に、ネオペンチルグリコールを450質量部、及びo−フタル酸を500質量部加え、ブチル酸スズを0.03質量部加え220℃で反応させることによって、芳香族ポリエステルポリオール(E−1)を調製した。
2リットルの四つ口フラスコ内に、エチレングリコールを125質量部、ネオペンチルグリコールを210質量部、イソフタル酸を350質量部、テレフタル酸を250質量部及びアジピン酸を20質量部、ブチル酸スズを0.03質量部加え220℃で反応させることによって、芳香族ポリエステルポリオール(E−2)を調製した。
2リットル4ツ口フラスコ内で脂肪族ポリエステルポリオール(B−1)300質量部、長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A−1)160質量部、長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A−2)80質量部、脂肪族ポリエーテルポリオール(C−1)50質量部、脂肪族ポリエーテルポリオール(C'−2)50質量部、芳香族ポリエステルポリオール(E−1)150質量部、及び酢酸ビニル由来の構造単位を45質量%有するエチレン−酢酸ビニル共重合体(F−1)(商品名 エバフレックス EV45X、三井デュポンポリケミカル株式会社製)50質量部を混合した後、100℃で減圧加熱することで4ツ口フラスコ内の全量に対する水分が0.05質量%となるまで脱水した。
2リットル4ツ口フラスコ内で脂肪族ポリエステルポリオール(B−1)270質量部、長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A−1)250質量部、脂肪族ポリエステルポリオール(A’−3)130質量部、脂肪族ポリエーテルポリオール(C−1)10質量部、芳香族ポリエステルポリオール(E−2)150質量部、及び酢酸ビニル由来の構造単位を45質量%有するエチレン−酢酸ビニル共重合体(F−1)(商品名 エバフレックス EV45X、三井デュポンポリケミカル株式会社製)30質量部を混合した後、100℃で減圧加熱することで、4ツ口フラスコ内の全量に対する水分が0.05質量%となるまで脱水した。
2リットル4ツ口フラスコ内で脂肪族ポリエステルポリオール(B−1)350質量部、長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A−1)160質量部、長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A−2)120質量部、脂肪族ポリエーテルポリオール(C−1)40質量部、脂肪族ポリエーテルポリオール(C'−2)120質量部、及び酢酸ビニル由来の構造単位を45質量%有するエチレン−酢酸ビニル共重合体(F−1)(商品名 エバフレックス EV45X、三井デュポンポリケミカル株式会社製)50質量部を混合した後、100℃で減圧加熱することで4ツ口フラスコ内の全量に対する水分が0.05質量%となるまで脱水した。
2リットル4ツ口フラスコ内で脂肪族ポリエステルポリオール(B−1)300質量部、長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A−1)250質量部、脂肪族ポリエステルポリオール(A'−3)100質量部、脂肪族ポリエーテルポリオール(C−1)10質量部、芳香族ポリエステルポリオール(E−2)150質量部を混合した後、100℃で減圧加熱することで4ツ口フラスコ内の全量に対する水分が0.05質量%となるまで脱水した。
2リットル4ツ口フラスコ内で長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A−1)220質量部、長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A−2)110質量部、脂肪族ポリエーテルポリオール(C−1)100質量部、脂肪族ポリエーテルポリオール(C'−2)100質量部、芳香族ポリエステルポリオール(E−1)200質量部、及び酢酸ビニル由来の構造単位を45質量%有するエチレン−酢酸ビニル共重合体(F−1)(商品名 エバフレックス EV45X、三井デュポンポリケミカル株式会社製)100質量部を混合した後、100℃で減圧加熱することで、4ツ口フラスコ内の全量に対する水分が0.05質量%となるまで脱水した。
2リットル4ツ口フラスコ内で脂肪族ポリエステルポリオール(B’−2)270質量部、長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A−1)240質量部、脂肪族ポリエステルポリオール(A’−3)130質量部、脂肪族ポリエーテルポリオール(C−1)10質量部、芳香族ポリエステルポリオール(E−2)140質量部、及び酢酸ビニル由来の構造単位を45質量%有するエチレン−酢酸ビニル共重合体(F−1)(商品名 エバフレックス EV45X、三井デュポンポリケミカル株式会社製)30質量部を混合した後、100℃で減圧加熱することで4ツ口フラスコ内の全量に対する水分が0.05質量%となるまで脱水した。
2リットル4ツ口フラスコ内で脂肪族ポリエステルポリオール(B−1)270質量部、長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A−1)220質量部、長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A−2)110質量部、脂肪族ポリエーテルポリオール(C’−2)100質量部、芳香族ポリエステルポリオール(E−1)100質量部、及び酢酸ビニル由来の構造単位を45質量%有するエチレン−酢酸ビニル共重合体(F−1)(商品名 エバフレックス EV45X、三井デュポンポリケミカル株式会社製)50質量部を混合した後、100℃で減圧加熱することで、4ツ口フラスコ内の全量に対する水分が0.05質量%となるまで脱水した。
2リットル4ツ口フラスコ内で脂肪族ポリエステルポリオール(B'−3)300質量部、長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A−1)240質量部、脂肪族ポリエステルポリオール(A’−3)130質量部、脂肪族ポリエーテルポリオール(C−1)10質量部、芳香族ポリエステルポリオール(E−2)140質量部、及び酢酸ビニル由来の構造単位を45質量%有するエチレン−酢酸ビニル共重合体(F−1)(商品名 エバフレックス EV45X、三井デュポンポリケミカル株式会社製)30質量部を混合した後、100℃で減圧加熱することで、4ツ口フラスコ内の全量に対する水分が0.05質量%となるまで脱水した。
各ウレタンプレポリマーに過剰のアミンを添加することで、ウレタンプレポリマーが有するイソシアネート基とジブチルアミンとを反応させた後、残ったアミンを塩酸で滴定する、いわゆる逆滴定法により測定した。
温度23℃、相対湿度65%の環境下、表面には木目模様が印刷され、裏面にはプライマー処理が施された厚さ180μmのポリプロピレンからなるシートの裏面に、120℃で加熱溶融した各湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤を厚さ40μmに塗布した後、直ちに該塗布面に、厚み1mmのABS樹脂(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂)からなる基材を貼り合わせ、圧着ローラーを用いて約10kg/cm2で圧着することで試験片を作製した。
また、前記厚み1mmのアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂(ABS樹脂)からなる基材の代わりに、厚み2.5mmのミディアム デンシティ ファイバーボード(MDF)からなる基材を、前記と同様の方法で貼り合せ、圧着することで試験片を作製した。
また、前記厚み1mmのアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂(ABS樹脂)からなる基材の代わりに、厚み1mmのコロナ処理が施された、木質粉とオレフィン樹脂からなるウッドプラスチック基材を、前記と同様の方法で貼り合せ、圧着することで試験片を作製した。
前記方法で作製した各試験片を、温度23℃、相対湿度65%の環境下で1時間養生した後、同環境下で、180°剥離試験を行い、その剥離強さを評価した。前記180°剥離試験は、同環境下で引張試験器(株式会社今田製作所社製 STD−201NA)を用いて引張速度200mm/分、剥離幅25mmの条件で行った。湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤に求められる初期接着強さとしては、使用する用途によって異なるものの、概ね10N/25mm以上であることが好ましいとされている。
前記方法で作製した各試験片を、温度23℃、相対湿度65%の環境下で72時間養生した後、同環境下で、180°剥離試験を行い、その剥離強さを評価した。前記180°剥離試験は、同環境下で引張試験器(株式会社今田製作所社製 STD−201NA)を用いて引張速度200mm/分、剥離幅25mmの条件で行った。湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤に求められる常態接着強さとしては、使用する用途によって異なるものの、概ね20N/25mm以上であれば、建築部材用途に使用するうえで十分な性能であるとされている。
前記方法で作製した各試験片を温度23℃、相対湿度65%の環境下で72時間養生した後、60℃に調整した恒温器中で、剥離角度90°、荷重500g/25mm、測定時間24時間の条件で耐熱クリープ特性を測定し剥離長さを測定した。
温度5℃、相対湿度30%の低温環境下において、表面には木目模様が印刷され、裏面にはプライマー処理が施された厚さ180μmのポリプロピレンからなるシートの裏面に、120℃で加熱溶融した各湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤を厚さ40μmに塗布した後、直ちに該塗布面に、厚み2.5mmのミディアム デンシティ ファイバーボード(MDF)からなる基材を貼り合わせ、圧着ローラーを用いて約10kg/cm2で圧着することで試験片を作製した。
次いで前記試験片を温度5℃、相対湿度30%の低温環境下で72時間養生した後、前記と同様の評価方法に従い、初期接着強さ、常態接着強さ、耐熱接着強さを評価した。
Claims (6)
- 下記一般式(I)で示される長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A)、4000〜7000の数平均分子量を有し、かつ2,2−ジメチル−1,3−プロピレン基を有する脂肪族ポリエステルポリオール(B)、及び4000〜7000の数平均分子量を有する脂肪族ポリエーテルポリオール(C)を含むポリオールと、ポリイソシアネート(D)とを反応させて得られるウレタンプレポリマーを含有してなる湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤であって、前記ウレタンプレポリマーが、前記ポリオールと前記ポリイソシアネート(D)との合計量100質量部に対して、前記長鎖脂肪族ポリエステルポリオール(A)を5〜40質量部、前記脂肪族ポリエステルポリオール(B)を27〜40質量部、及び前記脂肪族ポリエーテルポリオール(C)を0.1〜10質量部含むポリオールとポリイソシアネート(D)とを反応させて得られるものであることを特徴とする湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤。
- 前記ポリイソシアネート(D)が、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート及び/またはカルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネート、及び4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートである、請求項1に記載の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤。
- 前記ポリオールが、さらに2,2−ジメチル−1,3−プロピレン基を有する芳香族ポリエステルポリオール(E)を含有してなる、請求項1又は2に記載の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤。
- さらに酢酸ビニル由来の構造単位を40〜50質量%含むエチレン−酢酸ビニル共重合体(F)を含有してなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤。
- 前記ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート及び前記カルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネートが、前記ポリイソシアネート(D)の全量100質量部に対して5〜30質量部含まれる、請求項2に記載の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤。
- 前記脂肪族ポリエステルポリオール(B)中における2,2−ジメチル−1,3−プロピレン基の質量割合が10〜20質量%である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト接着剤。
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