JP6334793B1 - 廃材を利用したホットメルト接着剤の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ポリウレタンの廃材は特に限定されず、各種のものを本発明に適用できる。産業資材として大量に利用される硬質ポリウレタンや発泡ポリウレタンを好ましく挙げることができる。特にリサイクルが困難とされている硬質ポリウレタンの廃材にも好ましく適用できる。例えば、後述の実験例で使用した三洋化成工業株式会社製のサンモジュール等として上市されているような各種の合成木材の廃材をリサイクル処理することができる。こうした合成木材は、削り易く加工し易い、水分による反りがない等の点から、製品開発における試作の型やモデルとして使用されるものである。合成木材の加工性の良さは、硬質ポリウレタン中にタルク(滑石)と呼ばれる無機物を添加することで得られるものであり、タルクはモース硬度から最も柔らかい鉱物とされていて、これにより削り易くなっている。
不飽和ポリエステルの廃材も特に限定されず、各種のものを本発明に適用できる。不飽和ポリエステルは、樹脂成形物として産業資材に利用されている。特にガラス繊維やカーボンブラック等の無機物を含有する複合材料は、リサイクルが困難な廃材であるが、こうした複合材料にも好ましく適用できる。例えば、後述の実験例で使用したフドー株式会社製の不飽和ポリエステル樹脂成形材料として上市されているような各種の樹脂成形材料で成形した樹脂成形物の廃材をリサイクル処理することができる。こうした樹脂成形物は、熱硬化性で反応性もよいものが多く、射出成形により各種製品や部品として利用されているが、極めて硬いものも多く、埋め立てするしか処理方法がなかった。
アミン分解工程は、ポリウレタンの廃材又は不飽和ポリエステルの廃材をアミン分解する工程であり、ポリウレタン又は不飽和ポリエステルを減容化できると共に熱可塑性に変化させることができる。下記の化学反応式は、ポリウレタン又は不飽和ポリエステルをアミンの存在下で加温してアミン分解物とする反応式である。
アミック酸形成工程は、アミン分解物をポリ尿素アミック酸又はポリアミドアミック酸にする工程である。このアミック酸形成工程では、アミック酸形成化合物を存在させることにより、アミン分解物をポリ尿素アミック酸又はポリアミドアミック酸とすることができる。下記の化学反応式は、アミン分解物をアミック酸形成化合物の存在下で加温してポリ尿素アミック酸又はポリアミドアミック酸とする反応式である。
イミド化工程は、ポリ尿素アミック酸又はポリアミドアミック酸をイミド化する工程である。このイミド化工程では、加温下での脱水反応により、イミド環を有したポリ尿素イミド系化合物又はポリアミドイミド化合物とすることができる。イミド環は軟化温度を高めるのに有効であり、こうしたイミド環を有するポリ尿素イミド系化合物又はポリアミドイミド化合物は、熱可塑性であり、軟化温度を高めたホットメルト接着剤として好ましく利用できる。下記の化学反応式は、ポリ尿素アミック酸又はポリアミドアミック酸をイミド化する脱水反応である。
5mm程度に粉砕した硬質ポリウレタンの廃材100gを500mL三つ口セパラブルフラスコに入れ、さらに、モノアミンであるベンジルアミン50g及びジアミンである1,2−ビス(2−アミノエトキシ)エタン10g(硬質ポリウレタン100質量部に対してそれぞれ50質量部と10質量部)を加えた。そのフラスコを180℃のオイルバスに浸し、メカニカルスターラーを用いて1時間加温撹拌した。こうしたアミン分解工程によってアミン分解物を得た。なお、硬質ポリウレタンの廃材は、三洋化成工業株式会社製のサンモジュールとして上市されている合成木材の廃材である。
上記実験1ではアミック酸形成化合物と粘着付与剤を別々に投入しているが、ここでは、アミック酸形成化合物と粘着付与剤を同時に投入した。それ以外は、実験1と同様とした。このとき得られたポリ尿素イミド系ホットメルト接着剤は、実験1で得られたポリ尿素イミド系ホットメルト接着剤と同様であった。
上記実験1では硬質ポリウレタンの廃材は100gであったが、ここでは300gとし、三つ口セパラブルフラスコは2000mLのものを用いた。硬質ポリウレタン100質量部に対して投入する他の化合物等(アミン、アミック酸形成化合物、粘着付与剤等)はそれぞれ実験1と同じ割合とした。得られたポリ尿素イミド系ホットメルト接着剤は、実験1で得られたポリ尿素イミド系ホットメルト接着剤と同様であった。また、最後のイミド化工程でも、激しい発泡現象はなかった。
上記実験1において、アミック酸形成工程でのオイルバスの温度を180℃にして1時間加温し、アミック酸形成工程とイミド化工程(脱水反応)を一緒に行った。このとき、激しい発泡現象が生じ、反応の継続は困難であった。3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物を添加することでアミノ基と無水環が反応し、前駆体であるポリアミック酸を経由してイミド環を形成するが、ポリアミック酸からのイミド環形成は脱水閉環を伴う反応であることから、水がこの温度(180℃)では水蒸気となって激しく発泡し、調製物と共にあふれ出てしまった。
得られたポリ尿素イミド系ホットメルト接着剤の接着強度を測定した。測定は、万能引張試験機(AGS−5kNX、株式会社島津製作所製)を用いて行った。図1はその測定形態であり、2枚の試験プレート2,2をポリ尿素イミド系ホットメルト接着剤で接着して測定した。比較として、市販のEVA系ホットメルト接着剤(セリア株式会社製、商品名:グルースティック20P)を用いて対比した。試験プレート2としては、金属プレート(長さ70mm・幅20mm・厚さ1mmの銅板、鉄板、アルミニウム板)、木材プレート(長さ100mm・幅30mm・厚さ3mmのアガチス材)、ダンボール(長さ100mm・幅30mm・厚さ3mm)を用い、Y方向への動作速度は300mm/分とした。なお、貼り合わせ面積は約9cm2とした。
得られたポリ尿素イミド系ホットメルト接着剤のIRスペクトル測定を行い、化学構造を観察した。得られたIRスペクトルでは、1645cm−1に尿素結合由来のC=O伸縮振動の吸収が確認された。このことから、ポリウレタンの廃材はアミン分解され,尿素結合を形成したと判断される。また,1773cm−1にイミド環由来のC=Oの逆対称伸縮振動に帰属できる吸収が確認され,1717cm−1にイミド環由来の対称伸縮振動に帰属できる吸収が確認され、さらに,1390cm−1にイミド環のC−N伸縮振動の吸収が確認された。このことから,アミック酸形成化合物(好ましくはテトラカルボン酸二無水物)を加えたことで,アミン分解物内でアミック酸経由のイミド環形成反応が起きたと判断できる。また,ジアミンは,片側のアミノ基が尿素結合を形成し,もう片側のアミノ基がイミド環を形成するという反応も同時に起きていると思われる。
実験4では、5mm程度に粉砕した不飽和ポリエステル廃材を用いた。不飽和ポリエステル廃材10gを500mL三つ口セパラブルフラスコに入れ、さらに、モノアミンであるベンジルアミン5g及びジアミンである1,2−ビス(2−アミノエトキシ)エタン1g(不飽和ポリエステル廃材100質量部に対してそれぞれ50質量部と10質量部)を加えた。そのフラスコを180℃のオイルバスに浸し、メカニカルスターラーを用いて6時間加温撹拌した。こうしたアミン分解工程によってアミン分解物を得た。なお、不飽和ポリエステル廃材は、フドー株式会社製の不飽和ポリエステル樹脂成形材料で成形した射出成形部品の廃材である。
実験4で得られたポリアミドイミド系ホットメルト接着剤の接着強度を、試験プレートとして鉄プレート(長さ70mm・幅20mm・厚さ1mm)と木材プレート(長さ100mm・幅30mm・厚さ3mmのアガチス材)を用いた以外は、実験1等で行った方法と同様に測定した。その結果を図3に示した。図3の結果から明らかなように,実験4で得られたポリアミドイミド系ホットメルト接着剤は、特に鉄プレートに対して著しく大きな引張強度を示していた。
2 試験プレート
Y 引張方向
Claims (4)
- ガラス繊維やカーボンブラック等の無機物を含有する不飽和ポリエステル系複合材料の廃材をアミン分解物とするアミン分解工程と、該アミン分解物をポリアミドアミック酸とするアミック酸形成工程と、該ポリアミドアミック酸をイミド化合物とするイミド化工程とを有し、
前記アミック酸形成工程において、アミック酸形成化合物の存在下で反応させるとともに、ポリアミド系粘着付与剤をさらに投入し、
前記イミド化工程において、発泡現象を抑制して短時間で効率的に反応させるために前記ポリアミドアミック酸を薄くのばして加温する、ことを特徴とするホットメルト接着剤の製造方法。 - 前記アミック酸形成工程での反応温度よりも前記イミド化工程での反応温度を高くする、請求項1に記載のホットメルト接着剤の製造方法。
- 前記ポリアミド系粘着付与剤は、(i)前記アミック酸形成化合物と共に同時に投入する、又は、(ii)同時に投入せず、前記アミック酸形成化合物の存在下で前記アミン分解物をポリアミドアミック酸とした後に、前記アミック酸形成化合物とは別に投入する、請求項1又は2に記載のホットメルト接着剤の製造方法。
- 前記不飽和ポリエステル系複合材料に含まれる無機物は、前記アミン分解工程後で前記アミック酸形成工程の前に、前記アミン分解物を溶媒で溶かした後の残渣を濾過して分離する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のホットメルト接着剤の製造方法。
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