JP5436425B2 - ポリエステル−グラフト−ポリ(メタ)アクリレート−コポリマーを基礎とする接着剤 - Google Patents

ポリエステル−グラフト−ポリ(メタ)アクリレート−コポリマーを基礎とする接着剤 Download PDF

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Description

本発明は、接着剤として又は接着剤においてポリマータイプA、B及びABを包含する混合物の使用に関し、その際、ポリマータイプAは、不飽和脂肪族ジカルボン酸の共縮合下で製造されたコポリエステルであり、ポリマータイプBは、(メタ)アクリレートホモポリマー及び/又は(メタ)アクリレートコポリマーであり、且つポリマータイプABは、ポリマータイプA及びポリマータイプBとからのグラフトコポリマーである。
反応性溶融接着剤は室温で固体の物質である。それらは加熱によって溶融され、且つ接合されるべき基材上に施与される。冷却されると接着剤は再び固化し、ひいては基材を結合させる。付加的に、接着剤中に含有されるポリマーは湿分との反応によって架橋し、それによって最終的な、不可逆的な硬化が生じる。
多くの適用、例えばサンドイッチ要素を製造するための面積層において、反応性溶融接着剤は、貼り合わされるべき部分を接合し得るために長いオープンタイムを有している必要がある。オープンタイムとは、接着剤を加工することができる時間と解される。同時に接着剤は、更なる加工を直ちに可能にするために、塗布後に素早く固化し、且つ十分に初期強度を生ずるべきである。接着接合部は、可能な限り弾性であるべきである。硬化後、凝集力、耐熱性及び耐溶剤性は非常に高くあるべきである。これは、従来公知の反応性溶融接着剤の場合に問題となる。
反応性溶融接着剤は、例えばH.F.Huber及びH.Muellerにより、Adhesive Age,November 1987,第32頁〜第35頁の"Shaping Reactive Hotmelts Using LMW Copolyesters"の項目中で記載される。反応性溶融接着剤は、非晶質及び結晶性ポリエステル及び、それらとイソシアネートとの反応生成物とからの組み合わせから成る。
DE3827224には、ポリエステル主鎖が有利に純粋に脂肪族であり、且つジオール及びジカルボン酸とからの繰り返し単位中に少なくとも12個ないし最大26個までのメチレン基を含有する、特に高い固化速度を有する湿分硬化性のイソシアネート官能性溶融接着剤が記載され、その際、8〜12個のメチレン基を有するジカルボン酸が使用される。高い固化速度は、短いオープンタイムと相互に関連している。
US5,021,507には、初期強度及び接着特を改善するために、ウレタンプレポリマーがエチレン性不飽和モノマーからの非官能化ポリマーと混合される。典型的には、ポリマーとしてC1〜C12−アルキル基を有するポリアルキル(メタ)アクリレートが使用される。これらは相応するモノマーから、ウレタンプレポリマーへの添加前に又はそれらの存在下のいずれかで遊離ラジカル重合によって重合される。ポリアルキル(メタ)アクリレートは化学的に架橋しないので、接着剤の耐熱性及び耐溶剤性は不十分である。
US5,866,656及びWO99/28363は、室温で固体であり、ポリイソシアネート及びエチレン性不飽和モノマーからの低分子量ポリマー、その際、該ポリマーは、活性水素原子を有する、とからの反応生成物並びに少なくとも1つのポリオール及びポリイソシアネートとから製造された遊離イソシアネート基を有する少なくとも1つのポリウレタン−プレポリマーとから成る、溶剤不含の湿分硬化性ポリウレタン接着剤を記載する。ポリオールは、ポリエーテルジオール、ポリエーテルトリオール、ポリエステルポリオール、芳香族ポリオール又はそれらからの混合物であってよい。エチレン性不飽和モノマーからの低分子量ポリマーは、遊離ラジカル重合によって製造されるポリ(メタ)アクリレートである。典型的な組成物は、ポリプロピレングリコール、ヒドロキシル含有ポリ(メタ)アクリレート、4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート及びポリエステルジオールとから成る。そのようにして得られた反応性接着剤は、US5,021,507からのものと比べて、より長いオープンタイム及び金属もしくはフッ素化ポリエチレン又は硬化PVCへの改善された接着力によって特徴付けられる。硬化された接着剤中の抽出可能な割合は、たしかに低下されているが、しかし依然として非常に高い。なかでも、これは接着剤の耐溶剤性及び耐温性を減少させる。これらの接着剤の更なる欠点は、OH−又はNH官能基を有するポリアルキル(メタ)アクリレートがイソシアネートとの反応に際してゲル化する恐れがある点にある。そのうえ、これらの接着剤は130℃にて溶融物の形で十分な粘度安定性を有さず、それによって加工作業が困難となる。更なる問題は、ポリエーテルポリオール、例えばポリプロピレングリコールの高い含量である。ポリプロピレングリコールは、たしかに接着剤の弾性を高め、且つポリアルキル(メタ)アクリレート及びポリエステルジオールの相溶性促進剤(Vertraeglichkeitsvermittler)として作用するが、しかしポリエーテルポリオールは、耐酸化性及び耐熱性における欠点を有し、且つ初期強度及び凝集力を低下させる。
EP1678235は、1.8より小さい多分散性を有し、且つアニオン重合、RAFT又はATRPによって製造される、ヒドロキシル基及び/又はアミノ基及び/又はメルカプト基を有するポリ(メタ)アクリレートを含有する反応性溶融接着剤を記載する。該反応性溶融接着剤は、US5,866,656及びWO99/28363に開示された接着剤と比べて、加工安定性、引張剪断強度及び耐溶剤性に関して改善された特性を有する。しかし、狭い範囲で分布したポリアルキル(メタ)アクリレートの重合及び後処理は非常に煩雑である。
それゆえ、接着剤として、殊に溶融接着剤としての使用のために適している、改善された組成物を開発するための課題が存在していた。溶融接着剤のために使用される粗製物質は、容易且つ安価なコストで入手され得るべきである。個々のポリマー成分、特にポリアクリレート及びポリエステルのより良好な相溶性が、問題のない塗布に望まれている。意想外にも、該課題は、接着剤における特殊なポリマー混合物の使用及び特許請求の範囲に記載の接着剤の提供によって解決される。
それに従って、本発明の第一の対象は、接着剤として又は接着剤におけるポリマータイプA、B及びABを包含する混合物の使用であり、その際、
・ポリマータイプAは、不飽和脂肪族ジカルボン酸の共縮合下で製造されたコポリエステルであり、
・ポリマータイプBは、(メタ)アクリレートホモポリマー及び/又は(メタ)アクリレートコポリマーであり、且つ
・ポリマータイプABは、ポリマータイプA及びポリマータイプBとからのグラフトコポリマーである。
ポリマータイプA
ポリマータイプAとして、本発明により、モノマー構成単位としての不飽和脂肪族ジカルボン酸によって特徴付けられるコポリエステルが使用される。本発明の意味におけるコポリエステルは、線状又は分岐した構造を有し、且つ
−5〜150mg KOH/g、好ましくは10〜70mg KOH/gのOH価
−10mg KOH/gを下回る、有利には5mg KOH/gを下回る、及び特に有利には2mg KOH/gを下回る酸価
−700〜25000g/モル、好ましくは2000〜12000g/モルの数平均分子量
によって特徴付けられている。
ヒドロキシル価(OH価)は、DIN53240−2により測定される。この方法の場合、サンプルが、触媒としての4−ジメチルアミノピリジンの存在下で無水酢酸と反応され、その際、ヒドロキシル基がアセチル化される。その際、過剰量の無水酢酸の引き続く加水分解により2個の酢酸分子が供給される一方で、ヒドロキシル基1個につき1個の酢酸分子が生じる。酢酸の消費量は、主値と、並行して実施される空試験値との差分から滴定法により出される。
酸価は、DIN EN ISO2114により測定される。その際、酸価(SZ)は、物質(グラム)中に含有される酸の中和のために必要とされる水酸化カリウム(mg)の量と解される。試験されるべきサンプルは、ジクロロメタン中に溶解され、且つフェノールフタレインに対してメタノール性水酸化カリウム溶液0.1Nで滴定される。
分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定される。サンプルの特性は、DIN55672−1により溶離剤としてのテトラヒドロフラン中で調査された。
n(UV)=数平均分子量(GPC、UV検出器)、g/モルにおけるデータ
w(UV)=質量平均分子量(GPC、UV検出器)、g/モルにおけるデータ。
本発明によるコポリエステル中の不飽和脂肪族ジカルボン酸の含量は、使用されるポリカルボン酸の全量に対して、0.1モル%〜20モル%、有利には1モル%〜10モル%及び極めて有利には2モル%〜8モル%の範囲にある。その他に、コポリエステルのために使用されるポリカルボン酸の種類はそれ自体任意である。例えば、脂肪族及び/又は環状脂肪族及び/又は芳香族のポリカルボン酸及び/又はダイマー脂肪酸が含有されていてよい。ポリカルボン酸は、有利には1個を上回る、及び特に有利には2個のカルボキシル基を有する化合物と解される;一般的な定義とは異なり、特別な実施態様においてモノカルボン酸とも解される。
不飽和脂肪族ジカルボン酸のための例は、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸及びそれらのエステル化可能な誘導体である。
特に有利な一実施態様において、不飽和脂肪族ジカルボン酸はイタコン酸である。
脂肪族ポリカルボン酸のための例は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、オクタデカン二酸である。環状脂肪族ポリカルボン酸のための例は、シクロヘキサンジカルボン酸の異性体である。芳香族ポリカルボン酸のための例は、ベンゼンジカルボン酸及びトリメリット酸の異性体である。場合により、遊離ポリカルボン酸の代わりにそれらのエステル化可能な誘導体、例えば相応する低級アルキルエステル又は環状無水物も使用され得る。
本発明によるコポリエステルのために使用されるポリオールの種類は、それ自体任意である。例えば、脂肪族及び/又は環状脂肪族及び/又は芳香族のポリオールが含有されていてよい。ポリオールは、有利には1個を上回る、及び特に有利には2個のヒドロキシル基を有する化合物と解される;一般的な定義とは異なり、特別な実施態様においてモノヒドロキシ化合物とも解される。
ポリオールのための例は、エチレングリコール、プロパンジオール−1,2、プロパンジオール−1,3、ブタンジオール−1,4、ペンタンジオール−1,5、ヘキサンジオール−1,6、オクタンジオール−1,8、ノナンジオール−1,9、ドデカンジオール−1,12、ネオペンチルグリコール、ブチルエチルプロパンジオール−1,3、メチルプロパンジオール−1,3、メチルペンタンジオール、シクロヘキサンジメタノール、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール及びそれらからの混合物である。
芳香族ポリオールは、芳香族ポリヒドロキシ化合物、例えばヒドロキノン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ジヒドロキシナフタリン等と、エポキシド、例えばエチレンオキシド又はプロピレンオキシドとの反応生成物と解される。ポリオールとしてエーテルジオール、すなわち、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール又はブタンジオール−1,4を基礎とするオリゴマー又はポリマーも含有されていてよい。特に有利なのは、線状の脂肪族グリコールである。
ポリオール及びジカルボン酸以外に、ラクトンもコポリエステルの合成のために使用され得る。
使用されるポリカルボン酸の全量に対して、0.1モル%〜20モル%、有利には1モル%〜10モル%及び極めて有利には2モル%〜8モル%の不飽和脂肪族ジカルボン酸の含量を有する本発明によるコポリエステルは、(重)縮合反応のための定着された技法によって製造される。それらは、例えば"Methoden der Organischen Chemie (Houben−Weyl)",Bd.14/2,1−5,21−23,40−44,Georg Thieme Verlag,Stuttgart,1963(C.R.Martens),Alkyl Resins,51−59,Reinhold Plastics Appl.,Series,Reinhold Publishing Comp.,New York,1961に又はDE2735497及び3004903に記載されているように、例えばポリオール及びポリカルボン酸又はそれらのエステル、無水物又は酸クロリドの縮合によって、不活性ガス雰囲気中で、100〜260℃、好ましくは130〜240℃の温度で、溶融して又は共沸運転において取得され得る。
本発明による混合物中でのグラフト反応前に使用されるポリマータイプAの量は、10質量%〜90質量%、有利には20質量%〜80質量%及び極めて有利には25質量%及び60質量%である。
反応後の本発明による混合物中でのポリマータイプAの量は、1質量%〜80質量%、有利には1質量%〜60質量%及び極めて有利には5質量%及び40質量%である。
ポリマータイプB
ポリマーBは、グラフトコポリマーABの合成に際しての副生成物として生じ得る。生成物構成単位ABにおけるB鎖の組成は、同様に以下の記載に相当する:
(メタ)アクリレートホモポリマー及び/又は(メタ)アクリレートコポリマーは、定義によれば、ポリアクリレート連鎖及び/又はポリメタクリレート連鎖から成る。
ポリ(メタ)アクリレートは、一般的に50質量%を上回って、好ましくは80質量%〜100質量%が式I
Figure 0005436425
[式中、R1は、水素又はメチルであり、且つR2は、アルキル基、炭素原子1〜30個、好ましくは炭素原子1〜20個を有する脂肪族又は芳香族の基である]のモノマーから構成されている。
そのうえまた、ポリ(メタ)アクリレート中には構成単位として:
式II
Figure 0005436425
[式中、R'1は、水素又はメチルである]のモノマー及び/又は重合性酸無水物及び/又は式III
Figure 0005436425
[式中、R''1は、水素又はメチルであり、且つZは、−C(O)R3基、−OC(O)R3基、−OR4基又は塩素原子を意味し、且つ、その際、R3及びR4は、炭素原子1〜20個を有する、場合により分岐したアルキル基又はフェニル基であり、且つnは、0又は1である]のモノマー及び/又は式IV
Figure 0005436425
[式中、R5及びR6は、水素又は基−COOR'7を意味し、R6は、水素又は基−CH2COOR''7を意味し、但し、式IVの化合物は2個のカルボキシル含有基を含有していなければならず、且つ、その際、R7、R'7及びR''7は、水素又は炭素原子1〜20個を有する、場合により分岐したアルキル基又はフェニルである]のモノマーが含有されていてよい。
ポリ(メタ)アクリレートは、場合によりなお式V
Figure 0005436425
[式中、R'''1は、R1の意味を有し、且つBsは、窒素含有官能基、例えば−CN基、基−CONR910、その際、R9及びR10は、互いに無関係に水素又は炭素原子1〜20個を有するアルキル基であり、又はR9及びR10は、窒素を含めて複素環式の5員環又は6員環を形成する、であり、又は式中、Bsは、(不活性)複素環式基、殊にピリジン基、ピロリジン基、イミダゾール基、カルバゾール基、ラクタム基もしくは前記基のアルキル化された誘導体であり、又はBsは、−CH2OHの意味を有し、又は式中、Bsは、
−COO−Q−R11
の意味を有し、その際、Qは、炭素原子2〜8個を有する場合によりアルキル置換されたアルキレン基であり、且つR11は、−OH、OR'''7又は基−NR'9R'10であり、その際、R'''7、R'9及びR'10は、R7、R8及びR9と同一の意味を有し、例えば窒素原子と一緒に、場合により更なるヘテロ原子を含めて5員環〜6員環の複素環を形成する]のモノマーの成分をなお含有していてよい。
ポリ(メタ)アクリレートは、場合によりなお式VI
Figure 0005436425
[式中、R''''1は、R1の意味を有し、且つArは、芳香族化合物である]のモノマーの成分をなお含有していてよい。この芳香族化合物は、1つ以上の環から成り、且つアルキル基及び/又は官能基を有していてよい。
式Iのモノマーのための例として、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、エチルヘ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及びイソブチルアクリレートが挙げられる。式Iのモノマーは、標準(メタ)アクリレートとも呼ばれる。
式IIのモノマーのための例として、アクリル酸又はメタクリル酸が挙げられる。
式IIIもしくはIVのモノマーための例として、特にビニルクロリド、ビニルアセテート、ビニルステアレート、ビニルメチルケトン、ビニルイソブチルエーテル、アリルアセテート、アリルクロリド、アリルイソブチルエーテル、アリルメチルケトン、ジブチルマレイネート、ジラウリルマレイネート、ジブチルイタコネートが挙げられる。式Vのモノマーとして、C−ビニルピリジン及びN−ビニルピリジン並びにビニルピロリジン、ビニルピロリドン、ビニルカルバゾール、ビニルイミダゾール並びにそれらのアルキル誘導体、殊にN−ビニル化合物、同じようにアクリル酸もしくはメタクリル酸のヒドロキシル−及びジアルキルアミノアルキルエステル、特にはジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート又はヒドロキシエチル(メタ)アクリレートが挙げられる。(メタ)アクレートの表記法は、その際、アクリル酸のエステルのみならずメタクリル酸のエステルも表す。式VIのモノマーのための例として、特にスチレン及びメチルスチレンが挙げられる。
ポリマーBにおける式II〜VIのモノマーの割合は、一般的に(ポリマーBのモノマーに対して)0質量%〜50質量%、好ましくは0質量〜20質量%である。ポリ(メタ)アクリレートにおける式II及び/又はIV及び/又はVのモノマーの割合は、一般的に20質量%を超過せず、一般に該割合は、0質量%〜10質量%、好ましくは0質量%〜5質量%である。
有利な一実施態様において、式Vのモノマーは含有されておらず、殊に有利には、ヒドロキシル含有アルキル基を有するモノマーの使用が省かれる。
これらは、場合により反応性溶融接着剤の加工安定性を低下させ得るヒドロキシル基を側鎖にもたらす。
好ましくは、式VIのモノマーは含有されておらず、すなわち、殊に有利には、スチレン又はスチレン誘導体の使用が省かれる。重合されなかったスチレンモノマーは接着剤から蒸発し得、且つ強い臭気並びに高められたフォギング値をもたらす。
本発明により使用されるポリ(メタ)アクリレートは、塊状重合、乳化重合、懸濁重合、ミニ懸濁重合もしくはミクロ懸濁重合又は溶液重合によって製造され得る。
重合は調節剤の使用下でも行われ得る。これらの調節剤は、例えばメルカプタン、例えばn−ドデシルメルカプタン、チオグリコール酸、メルカプトエタノール又はエチルヘキシルメルカプタンであってよい。
本発明による混合物中でポリマータイプBを形成する重合において使用されるモノマーの量は、10質量%〜90質量%、有利には20質量%〜80質量%及び極めて有利には40質量%〜75質量%である。
反応後の本発明による混合物中に存在するポリマータイプBの量は、1質量%〜80質量%、有利には1質量%〜60質量%及び極めて有利には5質量%及び40質量%である。
特別な一実施態様において、本発明による混合物中でポリマータイプBを形成する重合において使用されるモノマーは、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート及びエチルヘキシル(メタ)アクリレートを包含する群から選択される。
ポリマータイプAB
グラフトコポリマーABの製造
本発明により使用されるグラフトコポリマーABの製造法は、下記で更に説明される適した開始剤と、タイプAのポリマーにおける不飽和脂肪族ジカルボン酸の繰り返し単位の二重結合との反応によって、(メタ)アクリレートのラジカル重合のための複数の反応(ラジカル)中心が形成されることを特徴とする。これらの反応中心は、同時に又は時間的にずらしても形成され得る。従って、ポリエステル中の二重結合はまた、ポリエステル中の他の二重結合に形成されるラジカルが停止反応によって失活された後に初めて完全に活性化され得る。それゆえ好ましくは、ポリマーAは開始剤と装入され、且つ10分〜60分の間加熱され、その後、記載されたモノマーI〜VIの1つ以上がタイプBの形成のために添加される。しかし、タイプAのポリマー及びタイプBを形成するためのモノマーI〜VIも一緒に供給してよく、その後、重合が開始される。
一般にグラフトポリマーABの製造は、成分A上に成分Bを、そのために適した反応条件下でグラフトさせることによって行われる。ポリマータイプABは、ポリエステル主鎖及びポリ(メタ)アクリレート側鎖を有するグラフトコポリマーである。
そのために、不飽和脂肪族ジカルボン酸の繰り返し単位を含有する本発明によるポリエステルの10質量%〜50質量%溶液、好ましくは20質量%〜30質量%溶液が、重合条件下で不活性の、通常、処理温度より高い沸点を有する、適した溶剤中で製造される。溶剤として、相応するエステルのために適している、溶液重合のための慣例の溶剤が使用される。例えば、酢酸エチル、酢酸プロピル又は酢酸ブチルのような酢酸エステル、脂肪族溶剤、例えばイソオクタン、環状脂肪族化合物、例えばシクロヘキサン及びカルボニル系化合物、例えばブタノンが考慮される。
ポリエステル溶液に、式Iのモノマーもしくは、必要に応じて他のモノマーII〜VIが所定の比率で加えられ、且つ1つ以上の、好ましくは過酸化物系ラジカル開始剤の添加下で、−10℃〜100℃の温度にて、普通4〜8時間以内に重合される。可能な限り完全な反応が求められる。好ましくは、アゾ化合物、例えばAIBN、又は過酸エスエル、例えばt−ブチルペルオクトエートがラジカル開始剤として使用される。開始剤濃度は、所望のグラフト位置の数及びセグメントBの所望の分子量に従う。一般的に、開始剤濃度は、重合体に対して0.1〜質量%〜3質量%である。
場合により、セグメントBの所望の分子量を調整するためになお調節剤を併用してよい。調節剤として、例えば硫黄調節剤、殊にメルカプト基含有調節剤、例えばドデシルメルカプタンが適している。調節剤の濃度は、全ポリマーに対して、一般的に0.1質量%〜1.0質量%までである。
記載される溶液重合の方法以外に、タイプABのグラフトコポリマーの合成は、懸濁重合、乳化重合、ミニ乳化重合又はミクロ乳化重合又はバルク重合によっても行われ得る。
例えば、バルク重合に際して、ポリエステルはラジカル重合の開始前に(メタ)アクリル系モノマー混合物中に溶解される。
代替的に、ラジカル開始剤はポリエステルの溶融物中にも装入され、且つ引き続きモノマー混合物と混合され得る。
グラフト反応後の本発明により使用される混合物中でのポリマータイプABの量は、ポリマータイプA、B、及びABの全質量に対して、10質量%〜98質量%、有利には20質量%〜70質量%及び極めて有利には30質量%及び60質量%である。
全混合物のポリマー成分におけるポリ(メタ)アクリレートの平均的な割合は、10質量%〜90質量%、有利には20質量%〜80質量%及び極めて有利には40質量%〜75質量%である。これらのデータは、タイプBのポリ(メタ)アクリレートとタイプABのグラフトコポリマー中のポリ(メタ)アクリレート成分との合計に対するものである。
ポリマータイプA、B及びABの混合物は、5000〜100000、有利には7500〜80000及び極めて有利には10000〜60000の分子量Mwの質量平均を有していてよい。分子量Mwの質量平均は、IR検出器を用いたゲル浸透クロマトグラフィーによってDIN55672−1により溶離剤としてのテトラヒドロフランを用いて測定される。
ポリマータイプA、B及びABの混合物は、好ましくは、0.5〜150mg KOH/g、有利には1〜80mg KOH/g及び特に有利には2〜50mg KOH/gのヒドロキシル価(OH価)を有する。ヒドロキシル価はDIN53240−2により測定される。
意想外にも、ポリマータイプABは、ポリ(メタ)アクリレートとポリエステルとの間の際立った相溶性促進剤であることが見出された。
ポリ(メタ)アクリレートとポリエステルとの相溶性の改善により、新規の接着剤、殊にプラスとなる特性改善を有する溶融接着剤がもたらされる。該溶融接着剤は、調整可能な長いオープンタイムにて高い初期強度を有する。そのうえ、該接着剤は溶融物の形で良好な加工安定性及び粘度安定性を提供する。該接着剤は弾性であり、且つ高い凝集力、耐熱性及び耐溶剤性を有する。それらは多数の基材に対して幅広い接着スペクトルを有する。
本発明の更なる一対象は、ポリマーA、B及びABの混合物を包含する接着剤であり、その際、ポリマータイプAは、不飽和脂肪族ジカルボン酸、好ましくはイタコン酸の共縮合下で製造されたコポリエステルであり、ポリマータイプBは、(メタ)アクリレートホモポリマー及び/又は(メタ)アクリレートコポリマーであり、且つポリマータイプABは、ポリマータイプA及びポリマータイプBとからのグラフトコポリマーである。
基本的に、本発明による接着剤は、当業者に公知の各種接着剤、殊に溶融接着剤(ホットメルト)である。極めて有利には、溶融接着剤は、反応性溶融接着剤(反応性ホットメルト、RHM)、殊に湿分架橋性の溶融接着剤である。
殊に、本発明による湿分架橋性の溶融接着剤は、付加的にイソシアネート及び/又はポリイソシアネートを含有する。
有利な接着剤中での、OH含有成分対イソシアネート及び/又はポリイソシアネートのOH:NCOの比率は、1:1.2〜1:15、好ましくは1:1.4〜1:3である。
この組成物中で、OH含有成分は、本発明による混合物のみならず、OH基を有する接着剤の全ての構成単位のことを言う。
ポリイソシアネートは、二官能性及び/又は多官能性の、芳香族、脂肪族又は/及び環状脂肪族のイソシアネートであってよい。芳香族ポリイソシアネートが特に有利である。ポリイソシアネートのための例は、4,4′−ジ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、トルエンジイソシアネート異性体、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、4,4′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート及びそれらからの混合物である。殊に、4,4'−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と2,4'−ジフェニルメタンジイソシアネートとからの混合物である。
反応性溶融接着剤中での、ポリエステル−グラフト−ポリアクリレートを含有する本発明による混合物の割合は、1〜99質量%、有利には1〜70質量%及び極めて有利には1〜50質量%である。
有利な実施態様において、溶融接着剤中には、ポリエステル−グラフト−ポリアクリレートを含有する本発明により使用される混合物以外に、他のポリオールも存在しており、該ポリオールは、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール及び任意のヒドロキシル官能性成分と解される。
混合されたポリエステルポリオールは、1000g/モル〜30000g/モル、有利には2000g/モル〜10000g/モルの(ヒドロキシル価から計算された)分子量Mnを有する任意の構造の液状及び/又は固体の非晶質及び/又は(部分)結晶性のポリエステルであってよく、その際、線状ポリエステルポリオールが有利には使用される。混合されたポリエーテルポリオールは、ポリエーテルジオール及びポリエーテルトリオールである。このための例は、エチレングリコール、プロピレングリコール及びブタンジオール−1,4からのホモポリマー及びエチレングリコール、プロピレングリコール及びブタンジオール−1,4とからのコポリマーである。混合されたポリエーテルポリオールの分子量Mnは、200g/モル〜10000g/モルの範囲、有利には400g/モル〜6000g/モルである。
任意のヒドロキシ官能性成分のための例は、官能化された(H酸)、熱可塑性ポリウレタン(TPU)及び/又はポリアクリレート及び/又はエチレン−ビニルアセテート−コポリマー(EVA)である。
本発明による溶融接着剤は、更なる添加剤を50質量%まで含有していてよい。これらの添加剤は:非官能化ポリマー、例えば熱可塑性ポリウレタン(TPU)及び/又はポリアクリレート及び/又はエチレン−ビニルアセテート−コポリマー(EVA);顔料もしくは充填剤、例えばタルク、二酸化珪素、二酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、カーボンブラック又は有色顔料;粘着性付与剤、例えばコロホニウム樹脂、炭化水素樹脂、フェノール樹脂;及び/又は老化防止剤及び助剤であってよい。
本発明による接着剤は、簡単な方法で製造され得る。有利な実施態様により、更なる成分が本発明により使用される混合物と一緒に用いられる場合、接着剤の製造は、最も簡単な場合には、該混合物と付加的な成分との混合によって行われる。混合は溶剤を用いて又は溶剤なしに、好ましくは溶剤なしに、及び極めて有利には溶融して行われ得る。混合は、例えば攪拌容器、混練機又は押出機中で行われ得る。溶融温度は、構成成分の粘度に従う。通常、該温度は100〜180℃の範囲にある。
本発明による接着剤は、特に接着物及びシーラント(Verklebungen und Dichtstoffen)の製造のために適している。殊に、本発明による溶融接着剤は、多数の基材の接着のために、殊に金属基材、種々のプラスチック、木材、繊維複合体、紙、織物及び皮革の接着のために適している。その際、接着の種類及び範囲は制限されていない。殊に、接着は、建築産業、木材産業及び家具産業における、窓建築における、自動車領域における、織物産業、グラフィック産業、包装産業における及び/又は製靴産業における接着である。
更なる説明なくしても、当業者は上述の記載を最も広い範囲で利用できることが前提とされる。それゆえ有利な実施態様及び実施例は、単に説明するものとしてあり、何らかの形で限定する開示内容として把握されるべきでない。
以下に、本発明は実施例を手がかりにして詳説される。本発明の代替的な実施態様が相応して得られる。
実施例:
本発明によるコポリエステル(ポリマータイプA)の製造
比較例V1:
イソフタル酸(434g、2.6モル);テレフタル酸(290g、1.7モル)、モノエチレングリコール(120g、1.9モル)、ネオペンチルグリコール(129g、1.2モル)及びヘキサンジオール−1,6(211g、1.8モル)を、塔及び蒸留アタッチメントを備えた2lのフラスコ中で窒素流中で溶融する。170℃の温度に達したら、水の留去を開始する。2時間以内に、温度を継続的に240℃に高める。この温度で、およそ更に4時間後に水の脱離はゆっくりとなる。チタンテトラブトキシド150mgを攪拌導入し、且つ真空中で更に処理し、それは反応の過程で依然として留出物が発生するように適合させる。所望のヒドロキシル価範囲及び酸価範囲に達した後に停止させる。ポリエステルV1の特性は、第1表に示している。
実施例1:
イソフタル酸(453g、2.73モル);テレフタル酸(216g、1.30モル)、モノエチレングリコール(130g、2.1モル)、ネオペンチルグリコール(190g、1.83モル)及びヘキサンジオール−1,6(154g、1.31モル)を、塔及び蒸留アタッチメントを備えた2lのフラスコ中で窒素流中で溶融する。180℃の温度に達したら、水の留去を開始する。2時間以内に、温度を継続的に240℃に高める。この温度で、およそ更に4時間後に水の脱離はゆっくりとなる。温度を215℃に低める。次いでイタコン酸(40g、0.31モル)及びMEHQ100mgを、1時間のあいだ攪拌導入する。引き続きTegokat 129 300mgを攪拌導入し、且つ真空中で更に処理し、それは反応の過程で依然として留出物が発生するように適合させる。所望のヒドロキシル価範囲及び酸価範囲に達した後に停止させる。ポリエステル1の特徴は、第1表に示している。
実施例2
アジピン酸(577g、3.95モル);イタコン酸(39g、0.30モル)、ヘキサンジオール−1,6(546g、4.63モル)及びMEHQ100mgを、塔及び蒸留アタッチメントを備えた2lのフラスコ中で窒素中で溶融する。160℃の温度に達したら、水の留去を開始する2時間以内に、温度を継続的に215℃に高める。この温度で、およそ更に3時間後に水の脱離はゆっくりとなる。Tegokat 129 300mgを攪拌導入し、且つ真空中で更に処理し、それは反応の過程で依然として留出物が発生するように適合させる。所望のヒドロキシル価範囲及び酸価範囲に達した後に停止させる。ポリエステル2の特徴は、第1表に示している。
実施例3
イソフタル酸(464g、2.80モル);テレフタル酸(221g、1.33モル)、モノエチレングリコール(127g、2.05モル)、ネオペンチルグリコール(186g、1.78モル)及びヘキサンジオール−1,6(150g、1.27モル)を、塔及び蒸留アタッチメントを備えた2lのフラスコ中で窒素流中で溶融する。185℃の温度に達したら、水の留去を開始する。2時間以内に、温度を継続的に245℃に高める。この温度で、およそ更に3時間後に水の脱離はゆっくりとなる。温度を215℃に低める。次いでイタコン酸(41g、0.31モル)及びMEHQ500mgを、1時間のあいだ攪拌導入する。引き続きTegokat 129 300mgを攪拌導入し、且つ真空中で更に処理し、それは反応の過程で依然として留出物が発生するように適合させる。所望のヒドロキシル価範囲及び酸価範囲に達した後に停止させる。ポリエステル3の特徴は、第1表に示している。
Figure 0005436425
ITA=1H−NMR−分光学により測定した、モル%記載における、ポリカルボン酸の全量に対するコポリエステル中のイタコネート繰り返し単位の含量
OHZ=DIN53240−2により測定した、mg KOH/g記載におけるヒドロキシル価
SZ=DIN EN ISO2114により測定した、mg KOH/g記載における酸価
w(UV)=g/モル記載における質量平均分子量(GPC、UV検出器)
n(UV)=g/モル記載における数平均分子量(GPC、UV検出器)
PMI(UV)=溶離剤としてのテトラヒドロフラン中でのDIN55672−1により測定した、多分子性指数=Mw(UV)/Mn(UV)MEHQ=4−メトキシフェノール
Tegokat 129=錫(II)オクトエート;Goldschmidt TIB Mannheim GmbHの製品。
ポリマータイプA、B及びABからの混合物の製造
溶液重合に関する例
実施例4
サーモスタット、還流冷却器、パドル型攪拌機及び内部温度計を備え付けたジャケット付き容器中に、プロピルアセテート25g及び実施例1からのポリエステル13gを装入する。攪拌下で、ポリエステルを85℃で完全に溶解し、且つ引き続きt−ブチル−ペル−2−エチルヘキサノエート0.06gと混合する。ポリエステル鎖に沿って遊離ラジカルの最適な収量を生じさせるために、この溶液を30分の時間にわたり85℃で攪拌し、その後、配量ポンプによってメチルメタクリレート12.8g、n−ブチルアクリレート6.4g、2−エチルヘキシルチオグリコレート0.38g及び更なるt−ブチル−ペル−2−エチルヘキサノエート0.2gを3h以内に計量供給する。引き続き、更なるt−ブチル−ペル−2−エチルヘキサノエート0.15gを120分の時間にわたり計量供給する。更に85℃で60分後及び100℃で60分後に、ポリマー溶液を冷却し、且つ回転蒸発器によって乾燥する。
実施例5
実施例4と同様の、そこで記載した量の代わりにメチルメタクリレート9.6g及びn−ブチルアクリレート9.6gの使用下での実施。
実施例6
サーモスタット、還流冷却器、パドル型攪拌機及び内部温度計を備え付けたジャケット付き容器中に、プロピルアセテート33g及びポリエステル1 12gを装入する。攪拌下で、ポリエステルを85℃で完全に溶解し、且つ引き続きt−ブチル−ペル−2−エチルヘキサノエート0.08gと混合する。ポリエステル鎖に沿って遊離ラジカルの最適な収量を生じさせるために、この溶液を30分の時間にわたって85℃で攪拌し、その後、配量ポンプによってメチルメタクリレート18.7g、n−ブチルアクリレート9.3g、2−エチルヘキシルチオグリコレート0.56g及び更なるt−ブチル−ペル−2−エチルヘキサノエート0.25gを3h以内に計量供給する。引き続き、更なるt−ブチル−ペル−2−エチルヘキサノエート0.25gを120分の時間にわたり計量供給する。更に85℃で60分後及び100℃で60分後に、ポリマー溶液を冷却し、且つ回転蒸発器によって乾燥する。
実施例7
サーモスタット、還流冷却器、パドル型攪拌機及び内部温度計を備え付けたジャケット付き容器中に、プロピルアセテート25g及び実施例2からのポリエステル13gを装入する。攪拌下で、ポリエステルを85℃で完全に溶解し、且つ引き続きt−ブチル−ペル−2−エチルヘキサノエート0.06と混合する。ポリエステル鎖に沿って遊離ラジカルの最適な収量を生じさせるために、この溶液を30分の時間にわたって85℃で攪拌し、その後、配量ポンプによってn−ブチルメタクリレート12.8g、エチルヘキシルメタクリレート6.4g、2−エチルヘキシルチオグリコレート0.38g及び更なるt−ブチル−ペル−2−エチルヘキサノエート0.2gを3h以内に計量供給する。引き続き、更なるt−ブチル−ペル−2−エチルヘキサノエート0.15gを120分の時間にわたり計量供給する。更に85℃で60分後及び100℃で60分後に、ポリマー溶液を冷却する。引き続き、溶媒を回転蒸発器によって取り除く。混合物は、DSC法、2度目の加熱値(DIN53765)に従って測定した、30℃の融点を有する。
実施例8
実施例6と同様の、実施例1からのポリエステルの代わりに実施例3からのポリエステルの使用下での実施。
比較例V2
実施例4と同様の、実施例1からのポリエステルの代わりに比較例V1からのポリエステルの使用下での実施。
第2表には、実施例4〜8からの及び比較例V2のグラフト試験の結果をまとめている:
Figure 0005436425
ITAgraft1H−NMR−分光学により測定した、モル%記載における、ポリカルボン酸の全量に対するグラフト生成物のコポリエステル(−ブロック)中のイタコネート繰り返し単位の含量
w(RI)=g/モル記載における質量平均分子量(GPC、RI検出器)
n(RI)=g/モル記載における数平均分子量(GPC、RI検出器)
PMI(RI)=溶離剤としてのテトラヒドロフランを用いたDIN55672−1により測定した、多分子性指数=Mw(RI)/Mn(RI)
OHZ=DIN53240−2により測定した、mg KOH/g記載におけるヒドロキシル価
Tg=DIN53765により測定した、℃記載におけるガラス転移温度。
本発明による溶融接着剤の製造及び特性調査
後続の実施例において記載される湿分硬化性の溶融接着剤(RHM)は、130℃でのそれらの溶融粘度(Brookfield Thermosel,Spindel Nr.27)、カートリッジ中での24hの貯蔵後の粘度上昇、それらのオープンタイム及び固化時間、溶融物の視覚的評価並びに7日間20℃及び相対湿度65%で硬化した500μmのフイルムのDIN53504による引張強度及び伸び率を手がかりにして特徴付ける。
オープンタイムの測定のために、130℃の熱さの接着剤溶融物から0.5mmの厚さのフィルムを塗布する。該時間に依存して、連続気泡紙のストリップをフィルムに押圧する。
接着剤フィルムの表面の粘着性がなくなった後、該ストリップを取り去る。オープンタイムは、紙ストリップがもはや十分には湿っておらず、且つ繊維の亀裂がもはや観察されない時点である。
固化時間の測定のために、130℃の熱さの接着剤を25mm×25mの面積を有する木材直方体の面に薄く塗り、且つ即座に、同じ底面の第2の木材直方体とつなぎ合わせる。固化時間は、どのくらいの長さで木材片が手で相互にずらされ得るかを示す。動かされる時間が少なければ少ないほど、それだけ一層、溶融接着剤の固化挙動は好ましい。
実施例 RHM−番号1
平面すり合わせフラスコ500ml中で、実施例4からの混合物33質量部、DYNACOLL7231 33質量部及びDYNACOLL7360 33質量部を140℃で溶融する。真空中で130℃にて乾燥した後、Lupranat MEを1/2.2のOH/NCO−モル比において添加し、且つ迅速に均質化する。反応相手を完全に反応させるために、130℃で45分間保護ガス雰囲気下で攪拌する。引き続き、湿分硬化性の溶融接着剤を移し詰める。結果生じる溶融接着剤は、溶融物の形で濁っており、且つ17Pasの溶融粘度(130℃)を有する。粘度上昇率は200%である。接着剤は480時間のオープンタイム及び50秒の固化時間を有する。引張強度は24N/mm2であり、伸び率は780%である。
比較例 RHM−番号2
実施例RHM−番号1と同様の形で実施し、その際、実施例4からの混合物を比較例V2からの混合物で代用する。結果生じる溶融接着剤はゲル粒子を含有し、不均一であり、且つ2つの相に分離される。更なる特性調査は可能でない。
2つの前述の実施例の比較は、本発明による混合物を使用した場合のポリエステル及びポリアクリレートとの明らかに改善された相溶性を示す。
比較例 RHM−番号3
平面すり合わせフラスコ500ml中で、Elvacite2901 24質量部を180℃で溶融する。その後、Voranol200L 44質量部及びDYNACOLL7360 18質量部を添加する。混合物を130℃に冷却し、且つ真空中で乾燥する。Lupranat MEを1/1.65のOH/NCOモル比において添加し、且つ迅速に均質化する。反応相手を完全に反応させるために、130℃で45分間保護ガス雰囲気下で攪拌する。引き続き、湿分硬化性の溶融接着剤を移し詰める。結果生じる溶融接着剤は透明であり、且つ10Pasの溶融粘度(130℃)を有する。粘度上昇率は340%である。接着剤は460時間のオープンタイム及び150秒の固化時間を有する。引張強度は9N/mm2であり、伸び率は780%である。
RHM−実施例番号4〜10
実施例RHM−No.1と同様に、第3表に記載の組成物に従って実施する。
Figure 0005436425
Lupranat MEは、BASF社の4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネートである。
DYNACOLL7231は、Tg=−30℃及びヒドロキシル価30mg KOH/gを有するDegussa社の液状ポリエステルである。
DYNACOLL7250は、Tg=−50℃及びヒドロキシル価20mg KOH/gを有するDegussa社の液状ポリエステルである。
DYNACOLL7360は、融点55℃及びヒドロキシル価30mg KOH/gを有するDegussa社の結晶性ポリエステルである。
DYNACOLL7380は、融点70℃及びヒドロキシル価30mg KOH/gを有するDegussa社の結晶性ポリエステルである。
Elvacite2901は、OH価6mg KOH/g、Lucite社のヒドロキシル基含有ポリアルキル(メタ)アクリレートである。
Voranol2000Lは、Dow社の約2000g/モルの分子量を有するポリプロピレングリコールである。
実施例は、本発明による混合物を使用した場合、従来技術による長いオープンタイムを有するポリエステル混合物を基礎とする組成物と比べて明らかに短縮された固化時間を示す。それはまた、本発明による混合物を使用した場合、従来技術によるポリアクリレート、ポリエーテル及びポリエステルを基礎とする組成物と比べて短縮された固化時間、改善された加工安定性及び凝集力も示す。

Claims (14)

  1. 応性溶融接着剤におけるポリマータイプA、B及びABを包含する混合物の使用であって、前記反応性溶融接着剤がさらにイソシアネート及び/又はポリイソシアネートを含有し、その際、ポリマータイプAが、不飽和脂肪族ジカルボン酸とポリオールとの共縮合下で製造されたコポリエステルであり、ポリマータイプBが、(メタ)アクリレートホモポリマー及び/又は(メタ)アクリレートコポリマーであり、且つポリマータイプABが、ポリマータイプA及びポリマータイプBとからのグラフトコポリマーである、前記使用
  2. 不飽和脂肪族ジカルボン酸が、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸及びそれらのエステル化可能な誘導体から選択されていることを特徴とする、請求項1記載の使用。
  3. 不飽和脂肪族ジカルボン酸がイタコン酸であることを特徴とする、請求項1又は2記載の使用。
  4. ポリマータイプA、B、ABの全質量に対して、ポリマータイプAの量が5〜80質量%であり、ポリマータイプBの量が5〜80質量%であり、且つポリマータイプABの量が10〜98質量%であって、これらの合計が100質量%となることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項記載の使用。
  5. ポリマータイプAが、使用されるポリカルボン酸の全量に対して不飽和脂肪族ジカルボン酸の割合が0.1モル%〜20モル%であるコポリエステルであることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項記載の使用。
  6. 生成物がスチレン又はスチレン誘導体を含有しないことを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項記載の使用。
  7. ポリマータイプABが、ポリエステル主鎖及びポリ(メタ)アクリレート側鎖を有するグラフトコポリマーであることを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項記載の使用。
  8. 反応性溶融接着剤が湿分架橋性の溶融接着剤であることを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項記載の使用。
  9. ポリマータイプA、B及びABの混合物とイソシアネート及び/又はポリイソシアネートを含有する反応性溶融接着剤であって、その際、ポリマータイプAが、不飽和脂肪族ジカルボン酸とポリオールとの共縮合下で製造されたコポリエステルであり、ポリマータイプBが、(メタ)アクリレートホモポリマー及び/又は(メタ)アクリレートコポリマーであり、且つポリマータイプABが、ポリマータイプA及びポリマータイプBとからのグラフトコポリマーである、前記反応性溶融接着剤。
  10. 不飽和脂肪族ジカルボン酸がイタコン酸であることを特徴とする、請求項9記載の反応性溶融接着剤。
  11. 湿分架橋性の溶融接着剤であることを特徴とする、請求項9又は10記載の反応性溶融接着剤。
  12. 付加的に他のポリオール、非官能化ポリマー、顔料もしくは充填剤、粘着性付与剤、及び/又は老化防止剤及び助剤を含有することを特徴とする、請求項9から11までのいずれか1項記載の反応性溶融接着剤。
  13. 接着物及びシーラントを製造するための、請求項9から12までのいずれか1項記載の反応性溶融接着剤の使用。
  14. 接着物が、木材産業及び家具産業における、自動車領域における、建築産業、製靴産業、包装産業及び織物産業、グラフィック産業及び/又は窓建築における接着物であることを特徴とする、請求項13記載の使用。
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