JP5082851B2 - 硬化性樹脂組成物 - Google Patents
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Description
該アルコキシシリル基としてメチルジメトキシシリル基を有し主鎖が実質的にポリオキシプロピレンである液状ポリマー(変成シリコーンと呼ばれる)、並びにアルコキシシリル基としてトリメトキシシリル基及び/又はメチルジメトキシシリル基を有するアクリル系コポリマーを配合したアクリル変成シリコーンは、一液常温硬化型接着剤のベースポリマーとして広く使用されている。該変成シリコーンやアクリル変成シリコーンに硬化触媒、シランカップリング剤、充填剤、老化防止剤等が配合されて湿気硬化型接着剤組成物となる。(特許文献1、2)
該グラフト共重合体は、中央鎖(オリゴマーに基づく柔軟な重合体単位)と、その両端の夫々に連結した末端鎖(ビニル重合体単位)(以下、「両端鎖」と総称する)とからなる所謂H型構造を有しており、ABA型ブロック共重合体と類似した分子構造を有している。両端鎖であるビニル重合体の末端には連鎖移動剤に由来する反応性基を有するため、架橋反応によって、弾性に優れた架橋体を得ることができる。
また、両端鎖中にもアルコキシシリル基を自由に導入することができ、アルコキシシリル基の数を増やすことにより、従来の直鎖構造のものと比較して、架橋によるポリマーのネットワーク化が容易であるため硬化速度を上げることができる。
本発明は、該グラフト共重合体をベースポリマーに用いることによって、速硬化性を大幅に改善し、また優れた接着強度を有する一液湿気硬化性樹脂組成物を提供する。
〔1〕(A)Si濃度として0.5質量%以上に相当するアルコキシシリル基を有するグラフト共重合体、及び、(B)硬化触媒、を含有する硬化性樹脂組成物。
〔2〕前記グラフト共重合体(A)が、分子鎖の両末端に二重結合を持つ数平均分子量2000〜30000のオリゴマー(a)、ビニル単量体(b)、および官能基含有連鎖移動剤(c)を含む単量体混合物をラジカル重合させたものである〔1〕に記載の硬化性樹脂組成物。
〔3〕前記成分(a)の一部または全部がポリエーテル、ポリエステル、ポリジエン、水素添加ポリジエン、ポリイソブチレンおよびポリジメチルシロキサンからなる群より選択された重合体からなる骨格を有する〔2〕に記載の硬化性樹脂組成物。
〔4〕前記アルコキシシリル基が、前記成分(b)及び/又は前記成分(c)に連結している〔2〕又は〔3〕に記載の硬化性樹脂組成物。
〔5〕前記アルコキシシリル基が、前記成分(b)及び/又は前記成分(c)としてアルコキシシリル基を含有するものを使用することによって導入されたものであるか、前記成分(b)及び/又は前記成分(c)としてアルコキシシリル基含有化合物と反応可能な基を含有するものを使用し、ラジカル重合後に該基とアルコキシシリル基含有化合物とを反応させることによって導入されたものである〔4〕に記載の硬化性樹脂組成物。
〔6〕アルコキシシリル基含有化合物と反応可能な基が、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、イソシアネート基およびアミノ基からなる群より選択された一つ以上である〔5〕に記載の硬化性樹脂組成物。
〔7〕前記アルコキシシリル基が、トリメトキシシリル基及び/又はメチルジメトキシシリル基である〔1〕乃至〔6〕いずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
〔8〕前記成分(B)がシラノール縮合触媒である〔1〕乃至〔7〕のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
〔9〕前記アルコキシシリル基が、前記成分(b)及び前記成分(c)としてアルコキシシリル基を含有するものを使用することによって導入されたものであるか、前記成分(b)及び前記成分(c)としてアルコキシシリル基含有化合物と反応可能な基を含有するものを使用し、ラジカル重合後に該基とアルコキシシリル基含有化合物とを反応させることによって導入されたものである〔5〕に記載の硬化性樹脂組成物。
〔10〕さらに(C)シランカップリング剤を含有する〔1〕乃至〔9〕のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
末端にヒドロキシル基を持つオリゴマーを原料とする場合は、分子内にイソシアネート基と二重結合の両方を持つ化合物を末端ヒドロキシル基に付加する方法が例示される。かかる方法に使用する分子内にイソシアネート基と二重結合の両方を持つ化合物としては、ジメチル−メタ−イソプロペニルベンジルイソシアネート(三井サイテック製、TMI(商品名))など、イソシアネートエチルメタクリレート(昭和電工製、カレンズMOI(商品名))などがある。
また、末端ヒドロキシル基に二官能イソシアネートを付加させ、更に分子内にヒドロキシル基と二重結合の両方を持つ化合物を付加する方法も例示される。かかる場合に使用する二官能イソシアネートとしては、ト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、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートなどが挙げられる。
分子内にヒドロキシル基と二重結合の両方を持つ化合物としては、(メタ)アクリル酸ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリル酸エステル、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリル酸エステルなどが挙げられる。
なお、本発明においてメタクリル酸エステル及び/又はアクリル酸エステルを(メタ)アクリル酸エステルと表記する。
市販テレケリックオリゴマーの多くは末端にヒドロキシル基を持つタイプであるため、酸無水物を用いた官能基の変換反応により末端にカルボキシル基を持つオリゴマーに変換した後、同様の反応によって末端二重結合を導入することもできる。この際に用いる酸無水物としては無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチルテトラヒドロフタル酸、無水メチルヘキサヒドロフタル酸、無水メチルハイミック酸、無水トリメリット酸、無水メチルナジック酸、ドデシル無水コハク酸などが挙げられる。
それ以外にもアクリル酸、メタクリル酸、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N−ジアルキル(メタ)アクリルアミド、α−ヒドロキシメチルアクリル酸エステル等のα−置換アクリル酸とそのエステルを使用してもよい。
重合の容易さ、及び反応のし易さの点から、好ましくはアルコキシシリル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、エポキシ基が使用され、より好ましくはアルコキシシリル基又はヒドロキシル基であり、更に好ましくはアルコキシシリル基が使用される。各種の官能基含有ビニル単量体を使用する場合の好ましい使用量は、後に説明する官能基含有連鎖移動剤(c)の使用量に対し、0.05〜4倍モルであり、更に好ましくは0.1〜3倍モルである。
ヒドロキシル基含有ビニル単量体の例としては、(メタ)アクリル酸ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリル酸エステル、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリル酸エステルなどが挙げられる。
カルボキシル基含有ビニル単量体の例としては、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマル酸などが挙げられる。
エポキシ基含有ビニル単量体の例としては、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、不飽和モノカルボン酸のグリシジルエステル、アリルグリシジルエーテルなどの不飽和グリシジルエーテルなどが挙げられる。
(1)ヒドロキシル基の場合は、トリメトキシシリルプロピルイソシアネート、トリエチルシリルプロピルイソシアネート、メチルジメトキシシリルプロピルイソシアネートなどのイソシイネート基含有シランカップリング剤、
(2)カルボキシル基の場合は、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどのグリシジル基含有シランカップリング剤、
(3)エポキシ基の場合は、アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ基含有シランカップリング剤、
が挙げられる。
上記のアルコキシシリル基含有ビニル単量体以外の官能基含有ビニル単量体と、該アルコキシシリル基含有化合物の反応は、単量体の状態で反応させてからグラフト共重合をおこなってもよいし、該官能基含有ビニル単量体を使用してグラフト共重合体を得た後に、該アルコキシシリル基含有化合物と反応させてもよい。
具体的には、アルコキシシリル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、エポキシ基、イソシアネート基、アミノ基、テトラヒドロフタルイミド基などが挙げられ、好ましくはアルコキシシリル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、エポキシ基、アミノ基が使用され、より好ましくはアルコキシシリル基又はヒドロキシル基であり、更に好ましくはアルコキシシリル基が使用される。
なお、連鎖移動剤の官能基がアルコキシシリル基以外の場合は、官能基含有ビニル単量体の説明で述べた時と同様に、アルコキシシリル基含有化合物と反応させることができる。反応はラジカル重合前におこなってもよいし、ラジカル重合後におこなってもよい。
官能基含有連鎖移動剤(c)の使用量は、両末端型マクロモノマー(a)とビニル単量体(b)と官能基含有連鎖移動剤(c)との合計量を100質量部に対し、0.5〜15質量部であり、2〜10質量部が好ましい。官能基含有連鎖移動剤の使用量がこの範囲にあると、グラフト共重合体の粘度が適当であり作業性が良く、グラフト共重合体の硬化物の強度が大きく接着物性も優れている。
該アルコキシシリル基は、例えば、アルコキシシリル基を含有するビニル単量体(b)とアルコキシシリル基を含有する連鎖移動剤(c)のうち少なくとも一方を使用して前記ラジカル重合を行うことにより導入される。または、アルコキシシリル基含有化合物と反応可能な基を含有するビニル単量体(b)とアルコキシシリル基と反応可能な基を含有する官能基含有連鎖移動剤(c)のうち少なくとも一方を使用し、この反応可能な基とアルコキシシリル基含有化合物とを反応せしめてアルコキシシリル基を含有せしめた後、前記ラジカル重合を行うことによって導入される。あるいは、アルコキシシリル基含有化合物と反応可能な基を含有するビニル単量体(b)とアルコキシシリル基と反応可能な基を含有する官能基含有連鎖移動剤(c)のうち少なくとも一方を使用して前記ラジカル重合を行った後に、この反応可能な基とアルコキシシリル基含有化合物とを反応せしめて導入しても良い。
グラフト共重合体(A)の合成の簡略化や共重合体の安定性の点から、アルコキシシリル基を含有するビニル単量体(b)とアルコキシシリル基を含有する連鎖移動剤(c)を使用することが好ましい。
これらの原料成分を、30〜300℃の温度でラジカル重合させることによりグラフト共重合体が得られる。好ましい重合温度は50〜200℃である。かかる重合温度の時に生成効率がよく、末端官能基の導入効率も向上する。反応時間は10分〜24時間が好ましく、30分〜15時間が更に好ましい。反応時間が短すぎると反応率が低くなる場合があり、長すぎると生産効率が低下する場合がある。
(1)両末端型マクロモノマー(a)に基づく柔軟な重合体単位(中央鎖)。
(2)官能基含有連鎖移動剤(c)の存在下でビニル単量体(b)を重合せしめて生成した重合体単位(末端鎖)。
該グラフト共重合体(A)の主成分は、中央鎖(1)の両端に末端鎖(2)が結合したH型構造であり、分子構造的にABA型ブロック共重合体と類似であるため、類似の機能・物性が発現する。更には末端鎖(2)のビニル重合体末端に連鎖移動剤に由来する反応性基を含むため、架橋反応によって弾性に優れた架橋体を得ることができる。
本発明におけるグラフト共重合体(A)の重量平均分子量(Mw)は10000〜50000の範囲が好ましい。分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ−(以下、GPCと省略する)によって測定されるポリスチレン換算の分子量を意味する。
さらに、可塑剤としてアクリルポリマーも使用することができる。かかるアクリルポリマーは、耐候性や耐熱性が必要な用途に好適であり、「ARUFON UP1000」「UP1110」「US6110」、「UG4010」(いずれも商品名、東亞合成製)が挙げられる。
(1)両末端に水酸基を有するポリプロピレングリコール(旭硝子製、プレミノール S4012(商品名)、OH価が12.0mgKOH/g、ポリスチレン換算のGPCで求めた数平均分子量が15700、重量平均分子量が16600のもの)2000質量部(0.43当量)及びジブチル錫ジラウレート2.5ppmを3Lの耐圧ガラス製フラスコに秤量し、オイルバスにて加熱攪拌して内溶液温度を85℃に設定した。これを85℃、2.66×104Paで2時間減圧脱水した後、窒素雰囲気下でトリレンジイソシアネート(日本ポリウレタン製、T−100(商品名))74.5質量部(0.86当量)を入れ2時間加熱攪拌した。次にメタクリル酸2−ヒドロキシエチル61.25質量部(0.47当量)及び、重合禁止剤として4−メトキシフェノール0.21質量部を加え、さらに2時間反応させて両末端に二重結合を持つマクロモノマー(両末端型マクロモノマー)(1−1)を得た。反応の終点はIR(赤外吸収スペクトル)により、イソシアネートに由来する2270cm−1付近のピークの消失を確認した。GPCから求めた生成物の分子量は、数平均分子量22000、重量平均分子量23400であった。
該グラフト共重合体を燃焼しSiO2まで灰化させてSiの濃度を測定したところ、2.25質量%であった。
(1)両末端に水酸基を有するポリプロピレングリコール(旭硝子製、プレミノールS4012(商品名)、OH価が12.0mgKOH/g、ポリスチレン換算のGPCで求めた数平均分子量が15700、重量平均分子量が16600のもの)2000質量部(0.43当量)及びジブチル錫ジラウレート60ppmを3Lのガラスフラスコに秤量し、加熱攪拌して内溶液温度を85℃に設定した。これを85℃、2.66×104Paで2時間減圧脱水し、ここに、メタクリロイルオキシエチルイソシアネート(昭和電工製、カレンズMOI(商品名))69.7質量部(0.45当量)及び重合禁止剤として4−メトキシフェノール0.21質量部を加え、さらに2時間加熱攪拌させて両末端型マクロモノマー(2−1)を得た。反応の終点はIR(赤外吸収スペクトル)により、イソシアネートに由来する2270cm−1付近のピークの消失を確認した。GPCから求めた生成物の分子量は、数平均分子量16100、重量平均分子量17000であった。
製造例1と同様の方法で該グラフト共重合体中のSi濃度を測定したところ1.54質量%であった。
本発明の(A)成分であるグラフト共重合体として製造例1で得られた共重合体(1−2)又は製造例2で得られた共重合体(2−2)の各々100質量部に対し、表1に示す化合物を同表に示す割合で混合し硬化性樹脂組成物を得た。
該硬化性樹脂組成物を用い、木材(カバ)の引張りせん断接着強さを測定した。接着、硬化養生、強度測定は全て温度(23±2)℃、湿度(50±5)%RHで行い、接着1時間後と1週間後の強度を引張り速度10mm/minで測定した。結果を表1に示した。
製造例1、2で得たグラフト共重合体の代わりに、市販の架橋性シリル基を有するポリエーテル系重合体3種(カネカ製、MA−440、SAT−200、SAT−350(いずれも商品名))を用い、実施例1〜6と同様にして硬化性樹脂組成物を得た。
実施例1〜6と同様に試験をおこない、結果を表1に示した。
なお、表1中、各略号は下記を意味する。
MA−440:カネカ製ポリエーテル系重合体MA−440(商品名)、
SAT−200:カネカ製ポリエーテル系重合体SAT−200(商品名)、
SAT−350:カネカ製ポリエーテル系重合体SAT−350(商品名)、
KBM−1003:ビニルトリメトキシシラン(信越シリコーン製、KBM−1003(商品名))、
A−1120:N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン(日本ユニカー製、A−1120(商品名))、
A−1100:γ−アミノプロピルトリエトキシシラン(日本ユニカー製、A−1100(商品名))、
SCAT−1:有機錫系硬化触媒(三共有機合成製、SCAT−1(商品名))、
FTR−6100:高純度芳香族樹脂(三井化学製、FTR−6100(商品名))、
CF0007−05B:ガラスフィラー(タカラスタンダード、CF0007−05B(商品名))、
アエロジル#200:二酸化ケイ素(日本アエロジル製、アエロジル#200(商品名))。
Claims (7)
- (A)Si濃度として0.5質量%以上に相当するアルコキシシリル基を有するグラフト共重合体、及び、
(B)硬化触媒、
を含有する硬化性樹脂組成物であって、前記グラフト共重合体(A)が、ポリエーテルからなる骨格を有する分子鎖の両末端に二重結合を持つ数平均分子量2000〜30000のオリゴマー(a)、ビニル単量体(b)、および官能基含有連鎖移動剤(c)を含む単量体混合物をラジカル重合させたもので、前記アルコキシシリル基が、前記成分(b)及び/又は前記成分(c)に連結しているものである硬化性樹脂組成物。 - 前記アルコキシシリル基が、前記成分(b)及び/又は前記成分(c)としてアルコキシシリル基を含有するものを使用することによって導入されたものであるか、前記成分(b)及び/又は前記成分(c)としてアルコキシシリル基含有化合物と反応可能な基を含有するものを使用し、ラジカル重合後に該基とアルコキシシリル基含有化合物とを反応させることによって導入されたものである請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
- アルコキシシリル基含有化合物と反応可能な基が、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、イソシアネート基およびアミノ基からなる群より選択された一つ以上である請求項2に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記アルコキシシリル基が、トリメトキシシリル基及び/又はメチルジメトキシシリル基である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記成分(B)がシラノール縮合触媒である請求項1乃至4のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記アルコキシシリル基が、前記成分(b)及び前記成分(c)としてアルコキシシリル基を含有するものを使用することによって導入されたものであるか、前記成分(b)及び前記成分(c)としてアルコキシシリル基含有化合物と反応可能な基を含有するものを使用し、ラジカル重合後に該基とアルコキシシリル基含有化合物とを反応させることによって導入されたものである請求項2に記載の硬化性樹脂組成物。
- さらに(C)シランカップリング剤を含有する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
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