JP4899047B2 - ポリイソシアネート構成成分内包微粒子、その製造方法、及び1液型ポリウレタン接着剤組成物 - Google Patents
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Description
(i) 分散安定剤の水溶液中に、ポリイソシアネートと、ポリオール、ポリアミン、及びポリチオールからなる群より選ばれる活性水素化合物とを含み、活性水素化合物の配合比率がポリイソシアネートに対して化学当量比で2〜25である混合物を分散させた後、ポリイソシアネートと活性水素化合物とを重付加反応させることにより、硬化したイソシアネート樹脂からなるシェル内に活性水素化合物が封入された微粒子が簡単に得られる。
(ii) 分散安定剤の水溶液中に分散させる混合物が、さらに、下記の性質を有する補助ポリマー又は補助溶媒を含む場合は、混合物中でポリイソシアネートと活性水素化合物とが反応してイソシアネート樹脂となり、このイソシアネート樹脂が水との界面に吸着される際に、ポリイソシアネート及び活性水素化合物とイソシアネート樹脂との相分離を促進するため、イソシアネート樹脂からなるシェル内にポリイソシアネート及び活性水素化合物を含む微粒子が容易に得られるようになる。このため、補助ポリマー又は補助溶媒を用いる場合は、ポリイソシアネート及び活性水素化合物の種類を広い範囲から任意に選択して使用できるようになる。
(iii) 上記(i)、(ii)の製法において、ポリイソシアネートを活性水素化合物に対して過剰とし、即ちポリイソシアネートの配合比率を活性水素化合物に対して化学当量比で2〜25とする場合は、イソシアネート樹脂からなるシェル内にポリイソシアネートが封入された微粒子が簡単に得られる。
(iv) 活性水素化合物内包微粒子とポリイソシアネートとを含む組成物は、使用時に押圧又は磨り潰すなどの刺激によりシェルを破壊すれば、或いは熱を加えて活性水素化合物を放出すれば、ポリイソシアネートと活性水素化合物とが接触して反応し硬化するため、1液型接着剤として使用できる。
(式中、rhは微粒子のイソシアネート樹脂構成成分含有部分の半径であり、rpは微粒子の半径である。)
項5. ポリオール、ポリアミン、及びポリチオールからなる群より選ばれる活性水素化合物が内包された項1〜4のいずれかに記載の微粒子。
分散安定剤の水溶液中に、ポリイソシアネートと、ポリオール、ポリアミン、及びポリチオールからなる群より選ばれる活性水素化合物とを含む混合物であって、活性水素化合物の配合比率がポリイソシアネートに対して化学当量比で2〜25であるか、又はポリイソシアネートの配合比率が活性水素化合物に対して化学当量比で2〜25である混合物を分散させる第1工程と、ポリイソシアネートと活性水素化合物とを重付加反応させる第2工程とを含む製造方法。
項10. 項5に記載の微粒子と、ポリイソシアネートとを含む1液型ポリウレタン接着剤組成物。
(I)イソシアネート樹脂構成成分内包微粒子の製造方法
本発明の製造方法は、シェル及び中空部分からなる中空微粒子の中空部分に、ポリオール、ポリアミン、及びポリチオールからなる群より選ばれる活性水素化合物又はポリイソシアネートが内包された微粒子の製造方法である。この方法は、分散安定剤の水溶液中に、ポリイソシアネートと上記活性水素化合物とを含む混合物を分散させる第1工程と;ポリイソシアネートと上記活性水素化合物とを重付加反応させる第2工程とを含む。この混合物は、ポリイソシアネートに対して化学当量比で2〜25程度になる比率で上記活性水素化合物を含むか、又は上記活性水素化合物に対して化学当量比で2〜25程度になる比率でポリイソシアネートを含む。
分散安定剤
分散安定剤としては、ポリイソシアネート、活性水素化合物、及び補助ポリマー又は補助溶媒の混合物を、水中に分散して形成した液滴が、合一しないようにする作用を有するものを広い範囲から使用できる。
ポリイソシアネート
ポリイソシアネートは、水難溶性であることが好ましいが、通常はこの要件は満たされる。
挙げられる。中でも、イソフォロンジイソシアネートがより好ましい。
活性水素化合物
本発明においては、活性水素化合物として、ポリオール、ポリアミン、及びポリチオールからなる群より選ばれる化合物を用いる。ポリオールはポリイソシアネートと反応してポリウレタン樹脂を与え、ポリアミンはポリイソシアネートと反応してポリウレア樹脂を与え、ポリチオールはポリイソシアネートと反応してポリチオウレタン樹脂を与える。
<ポリオール>
ポリオールとしては、ポリウレタンの製造原料として公知の油溶性のポリアルコールを広く使用できる。具体的には、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール(1,3−または1,4−ブチレングリコール)、テトラメチレンエーテルグリコール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサメチレングリコール、デカメチレングリコール、ノナンジオール,ドデカンジオール,ビスフェノールA、ビスフェノールF、p−キシリレングリコール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。
<ポリアミン>
ポリアミンの種類も特に限定されず、ポリウレア製造に通常用いられるポリアミンを制限無く使用できる。
<ポリチオール>
ポリチオールとしては、例えば、1,2−エタンジチオール、1,2−プロパンジチオール、1,3−プロパンジチオール、1,4−ブタンジチオール、1,5−ペンタンジチオール、1,6−ヘキサンジチオール、1,7−ヘプタンジチオール、1,8−オクタンジチオール、1,9−ノナンジチオール、1,10−デカンジチオール、1,12−ドデカンジチオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジチオール、3−メチル−1,5−ペンタンジチオール、2−メチル−1,8−オクタンジチオール、1,4−シクロヘキサンジチオール、1,4−ビス(メルカプトメチル)シクロヘキサン、2−メルカプトエチルエーテル、2−メルカプトエチルスルフィド、2−メルカプトエチルジスルフィド、2,5−ビス(メルカプトメチル)−1,4−ジオキサン、2,5−ビス(メルカプトメチル)−1,4−ジチアン、1,1,1−トリス(メルカプトメチル)エタン、2−エチル−2−メルカプトメチル−1,3−プロパンジチオール、テトラキス(メルカプトメチル)メタン、3,3’−チオビス(プロパン−1,2−ジチオール)、2,2’−チオビス(プロパン−1,3−ジチオール)、ペンタエリスリトールテトラキス(メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(メルカプトアセテート)等の脂肪族ポリチオール や;
1,2−ベンゼンジチオール、1,3−ベンゼンジチオール、1,4−ベンゼンジチオール、1,3,5−ベンゼントリチオール、1,2−ビス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,3−ビス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,4−ビス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(メルカプトメチル)ベンゼン、トルエン−3,4−ジチオール等の芳香族ポリチオールが挙げられる。
ポリイソシアネートと活性水素化合物との組み合わせ
ポリイソシアネートと活性水素化合物との好ましい組み合わせとしては、イソフォロンジイソシアナートと変性脂肪族アミンとの組み合わせ、イソフォロンジイソシアナートとドデカンジオールとの組み合わせ、メチレンジイソシアネート(例えばミリオネートMR−200(商品名))と変性脂肪族アミンとの組み合わせ、コロネートHX(商品名)と変性脂肪族アミンとの組み合わせ、イソフォロンジイソシアナートと3,9-ジプロパンアミン-2,4,8,10−テトラオキサスピロドウンデカンとの組み合わせ等が挙げられる。
補助ポリマー・補助溶媒
分散安定剤の水溶液中に分散させる混合物は、ポリイソシアネート、活性水素化合物に加えて、下記の補助ポリマー又は補助溶媒を含むことが好ましい。
第1工程(分散工程)
本発明では、分散安定剤の水溶液中に、ポリイソシアネート、活性水素化合物、並びに補助ポリマー又は/及び補助溶媒を前記使用割合で含有する混合物を分散させ、懸濁架橋反応を行う。
第2工程(懸濁重付加反応工程)
ポリイソシアネート、活性水素化合物、並びに補助ポリマー又は/及び補助溶媒の混合物が分散された分散安定剤の水溶液を、撹拌しながら加熱することにより、液滴中のポリイソシアネートと活性水素化合物とを反応させる。
(II)イソシアネート樹脂構成成分内包微粒子
このようにして得られる微粒子は、シェル及び中空部分からなる中空微粒子の中空部分に、ポリオール、ポリアミン、及びポリチオールからなる群より選ばれる活性水素化合物又はポリイソシアネートが内包された微粒子であって、シェルが、実質的に、内包された成分と同種の成分とポリイソシアネート又は上記活性水素化合物との重付加反応により得られるイソシアネート樹脂からなるものである微粒子である。
(式中、rhは微粒子のイソシアネート樹脂構成成分内包部分の半径であり、rpは微粒子の半径である。)
ここで、イソシアネート樹脂構成成分内包部分とは、微粒子からイソシアネート樹脂構成成分を除去した場合の中空部分をいう。イソシアネート樹脂構成成分内包部分の容積比率が上記範囲であればシェルの厚みが大きくなりすぎず1液型接着剤用成分としての使用に際して適当な力でシェルを破壊することができるものとなる。また、イソシアネート樹脂構成成分の含有量が十分になり1液型接着剤の調製時に微粒子量が少なくて済む。
(III)1液型イソシアネート樹脂接着剤組成物
本発明の1液型イソシアネート樹脂接着剤組成物は、上記説明した本発明のイソシアネート樹脂構成成分内包微粒子と、微粒子に封入された成分と重付加反応してイソシアネート樹脂を形成できる対成分とを含むものである。即ち、微粒子にポリイソシアネートが封入されている場合はこの微粒子と活性水素化合物とを含む組成物であり、微粒子に活性水素化合物が封入されている場合はこの微粒子とポリイソシアネートとを含む組成物である。
実施例
以下、本発明を実施例を示してより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
<平均粒径>
光学顕微鏡を用いて100個の微粒子について測定し、平均値を求めた。
<イソシアネート樹脂構成成分内包部分の容積比率>
製造に使用したポリイソシアネートと活性水素化合物との反応性比を1/1と仮定して、両者の使用比率から内包成分の容積比率を算出した。この比率を、内包成分を除外した場合の微粒子の中空部分の容積比率とみなした。
実施例1(ポリイソシアネートが過剰である場合)
分散安定剤としてポリビニルアルコール 300mgを水に溶解させて得た水溶液30gに、ポリイソシアネートとしてイソフォロンジイソシアネート(和光純薬工業株式会社、094−03025)1709mg、活性水素化合物として変性脂肪族ポリアミン(ジャパンエポキシレジン株式会社、YLH1204 244mg、補助ポリマーとしてポリメタクリル酸メチル(分子量:120,000)8.5mgを均一混合してなる溶液を懸濁させた。
実施例2(ポリイソシアネートが過剰である場合;補助ポリマー不使用)
分散安定剤としてポリビニルアルコール 450mgを水に溶解させて得た水溶液45gに、ポリイソシアネートとしてイソフォロンジイソシアネート(和光純薬工業株式会社,094−03025)2800mg、活性水素化合物として変性脂肪族ポリアミン(ジャパンエポキシレジン株式会社,YLH1204)250mgを均一混合してなる溶液を懸濁させた。
実施例3(ポリイソシアネートが過剰である場合;補助ポリマー不使用)
分散安定剤としてポリビニルアルコール 450mgを水に溶解させて得た水溶液45gに、ポリイソシアネートとしてイソフォロンジイソシアネート(和光純薬工業株式会社,094−03025)2800mg、活性水素化合物として変性脂肪族ポリアミン(ジャパンエポキシレジン株式会社,YLH1204)100mgを均一混合してなる溶液を懸濁させた。
実施例4(ポリイソシアネートが過剰である場合;補助ポリマー不使用)
分散安定剤としてポリビニルアルコール 300mgを水に溶解させて得た水溶液30gに、ポリイソシアネートとしてイソフォロンジイソシアネート(和光純薬工業株式会社,094−03025)1400mg、活性水素化合物として変性脂肪族ポリアミン(ジャパンエポキシレジン株式会社,YLH1204)500mgを均一混合してなる溶液を懸濁させた。
実施例5(ポリイソシアネートが過剰である場合;補助ポリマー不使用)
分散安定剤としてポリビニルアルコール 300mgを水に溶解させて得た水溶液30gに、ポリイソシアネートとしてジャパンエポキシレジン株式会社,コロネートHX 1975mg、活性水素化合物として変性脂肪族ポリアミン(ジャパンエポキシレジン株式会社,YLH1204)100mgを均一混合してなる溶液を懸濁させた。
実施例6(ポリイソシアネートが過剰である場合補助ポリマー不使用)
分散安定剤としてポリビニルアルコール 300mgを水に溶解させて得た水溶液30gに、ポリイソシアネートとしてメチレンジイソシアネート(ジャパンエポキシレジン株式会社,ミリオネートMR-200)1975mg、活性水素化合物として変性脂肪族ポリアミン(ジャパンエポキシレジン株式会社,YLH1204)100mgを均一混合してなる溶液を懸濁させた。
実施例7(ポリイソシアネートが過剰である場合)
分散安定剤としてポリビニルアルコール 300mgを水に溶解させて得た水溶液30gに、ポリイソシアネートとしてイソフォロンジイソシアネート(和光純薬工業株式会社,094−03025)1750mg、活性水素化合物としてドデカンジオール(ナカライテスク株式会社,14204−52)320mgを溶解性が悪いためテトラヒドロフラン(ナカライテスク株式会社,33113)3700mgに溶解させたものを均一混合してなる溶液を懸濁させた。
比較例1(活性水素化合物に対してポリイソシアネートが少なすぎる場合;補助ポリマー不使用)
分散安定剤としてポリビニルアルコール 450mgを水に溶解させて得た水溶液45gに、ポリイソシアネートとしてイソフォロンジイソシアネート(和光純薬工業株式会社,094−03025)1709mg、活性水素化合物として変性脂肪族ポリアミン(ジャパンエポキシレジン株式会社,YLH1204)1220mgを均一混合してなる溶液を懸濁させた。
比較例2(活性水素化合物に対してポリイソシアネートが多すぎる場合;補助ポリマー不使用)
分散安定剤としてポリビニルアルコール 450mgを水に溶解させて得た水溶液45gに、ポリイソシアネートとしてイソフォロンジイソシアネート(和光純薬工業株式会社,094−03025)7000mg、活性水素化合物として変性脂肪族ポリアミン(ジャパンエポキシレジン株式会社,YLH1204)100mgを均一混合してなる溶液を懸濁させた。
実施例8(活性水素化合物が過剰である場合)
分散安定剤としてポリビニルアルコール 300mgを水に溶解させて得た水溶液30gに、ポリイソシアネートとしてイソフォロンジイソシアネート(和光純薬工業株式会社,094−03025)200mg、活性水素化合物として変性脂肪族ポリアミン(ジャパンエポキシレジン株式会社,YLH1204)715mgを均一混合してなる溶液を懸濁させた。
1液型イソシアネート樹脂接着剤組成物の処方例・接着性試験
<処方例1>
実施例1で得られたポリイソシアネート含有カプセル化高分子微粒子と変性脂肪族アミン(ジャパンエポキシレジン株式会社製,YLH1204)を化学当量比1:1(ポリイソシアネート:カプセル化活性水素化合物)になるように混合して一液型接着剤とした。
<処方例2>
比較例2で得られた微粒子と変性脂肪族アミン(ジャパンエポキシレジン株式会社製,YLH1204)を化学当量比1:1(ポリイソシアネート:カプセル化活性水素化合物)になるよう混合し一液型接着剤とした。この接着剤を処方例1と同様にして接着力を評価したが、全く接着力を示さなかった。
Claims (1)
- シェル及び中空部分からなる中空微粒子の中空部分に、イソシアネート樹脂構成成分が内包された微粒子の製造方法であって、
分散安定剤の水溶液中に、ポリイソシアネートと、ポリオール、ポリアミン、及びポリチオールからなる群より選ばれる活性水素化合物とを含む混合物であって、活性水素化合物の配合比率がポリイソシアネートに対して化学当量比で2〜25であるか、又はポリイソシアネートの配合比率が活性水素化合物に対して化学当量比で2〜25である混合物を分散させる第1工程と、ポリイソシアネートと活性水素化合物とを重付加反応させる第2工程とを含む製造方法。
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