JP6440686B2 - エポキシ接着剤のための多重促進剤系 - Google Patents
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Description
用語「a」、「an」、および「the」は、「少なくとも1種の」と同義的に用いられ、1種以上の記載される要素を意味する。
実施形態1.一液型硬化性エポキシ組成物であって、
a.熱硬化性エポキシ樹脂と;
b.
(i)ジシアンジアミドおよびその誘導体から選択される潜在性硬化剤を含む少なくとも1種のエポキシ樹脂混和性の第1の硬化剤、および
(ii)置換尿素、置換イミダゾール、およびそれらの組合せの少なくとも1種から選択される2以上の潜在性促進剤を含む、エポキシ樹脂を硬化させるために十分な量の潜在性硬化剤系と
を含む、一液型硬化性エポキシ組成物。
(a)2つの基材と;
(b)前記2つの基材間に配置された接着剤組成物の層とを備える物品であって、前記接着剤組成物が、
(i)熱硬化性エポキシ樹脂;および
(ii)エポキシ樹脂を硬化させるために十分な量の、
(A)ジシアンジアミドおよびその誘導体から選択される潜在性硬化剤を含む少なくとも1種のエポキシ樹脂混和性の第1の硬化剤と、
(B)置換尿素、置換イミダゾール、およびそれらの組合せの少なくとも1種から選択される2以上の潜在性促進剤と
を含む、潜在性硬化剤系、
を含む、一液型硬化性エポキシ組成物を含む、物品。
剥離抵抗
各々の接着剤配合物の剥離抵抗は、ASTM D1876−08に記載されるように25mm×150mm×0.8mmの鋼クーポンをT型剥離試験片の中に接着することによって測定した。剥離抵抗を測定するために使用した鋼クーポンは、溶融亜鉛めっき鋼(HDG G70U70)であり、ACT Test Panels LLC社より入手した。鋼クーポンは、それらをアセトンで拭い、5分間風乾させることによって調製した。接着剤のビーズを塗布し、2つの基材を整合させた後、使い捨てのバインダークリップを用いて定位置に固定した。硬化するとすぐ(下記参照)、クリップを取り外し、剃刀を用いて各々のサンプルから過剰な接着剤をこすり落とした。T型剥離試験片を引張試験機(10,000ポンド(0.04MN)のロードセルを装備したInstron 5581型)のあご部に固定し、その後50mm/分のクロスヘッド速度で接着剤層が破損するまで引き離した。結果は幅1ミリメートルあたりのニュートン(N/mm)で報告される。
各々の接着剤配合物のオーバーラップ剪断強度は、SAE J1523に記載されるように25mm×100mm×1.6mmの鋼クーポンを試験片の中に接着することによって測定した。剪断強度を測定するために使用した鋼クーポンは、冷間圧延鋼(Q−パネル、RS−14)であり、Q−Lab社より入手した。鋼クーポンは、それらをアセトンで拭い、5分間風乾させることによって調製した。接着剤のビーズを塗布し、2つの基材を整合させた後、使い捨てのバインダークリップを用いて定位置に固定した。硬化するとすぐ(下記参照)、クリップを取り外した。オーバーラップ剪断試験片を引張試験機(10,000ポンド(0.04MN)のロードセルを装備したInstron 5581型)のあご部に固定し、その後12.5mm/分のクロスヘッド速度で接着剤層が破損するまで引き離した。結果はメガパスカル(MPa)で報告される。
未硬化の接着した基材を、硬化温度に設定したLFD−1−42−3型強制空気オーブン(デスパッチ社)に入れた。接着した基材をオーブンの中で合計40分間保持した後に取り出し、周囲温度に放冷した。
示差走査熱量測定(DSC)は、TAインスツルメンツ社製Q2000 DSCを用いて実施した。典型的なDSC実験は、エポキシ配合物の6〜20mgサンプルをアルミニウム製T−ゼロサンプルパンに密閉し、1分当たり5℃の速度で25℃から250℃までサンプルを加熱することを伴った。温度に対する熱流の図を分析に使用した。主要な発熱の開始温度(℃)は、熱硬化が開始する最低温度の尺度である。ガラス転移温度(Tg)は、硬化されたエポキシ配合物の調節された熱走査によって、25℃から300℃まで1分あたり1℃の調節された間隔で測定した。報告されるTgは、転移の中点値を表す。
レオロジー分析は、アントン・パール社製MCR 302レオメータを用いて実施した。測定は、25mmステンレス鋼板および1mmの一定の隙間を用いて実施した。接着剤を鋼板の上に載せ、隙間を設定し、過剰な材料を除去した。0.5s−1で60秒の予備剪断を、3s−1で60秒間隔での測定の前に適用した。粘度は、この間隔での平均粘度として報告される。
各々の接着剤の一部をプラスチック製容器の中に入れ、次に再封式プラスチックバッグの中に入れた。接着剤を38℃で7日間貯蔵し、硬化すると、各々の配合物の初期粘度を上記のように求めた。次に、接着剤を38℃でさらに18日間貯蔵し、分析して、老化に際する粘度の変化を求めた。初期材料に対する老化材料の粘度の変化率が報告され、各々の配合物の貯蔵性を評価するために使用される。
下の表1に記載されるエポキシ配合物Aを、エポキシ、希釈剤、およびコアシェル型ゴムを1ガロン(3.8L)の金属容器中で実験室用ミキサー(高粘度混合ブレードを装備したNetzsch Premier Mill、2005型)を用いて15分間混合することによって調製した。この容器を100〜130℃に設定したオーブンに入れ、約2時間加熱した。容器をオーブンから取り出し、実験室用ミキサーを用いて均一な分散体が得られるまで混合物を撹拌した。次に、充填剤、増粘剤、およびガラスビーズを添加し、均一な分散体が得られるまで混合物を撹拌した。Pbwは重量部を示す。
実施例1〜3は、表2に示されるように、上記のエポキシ配合物Aと、変動量の硬化剤および促進剤とを混合することによって調製した。サンプルをDSCによって分析し、3つの異なる温度(例、130℃、150℃、および190℃)で硬化するとすぐに剥離抵抗および剪断強度について試験した。38℃で貯蔵時の粘度の変化を測定し、実施例1〜3の貯蔵性を評価するために使用した。比較例C1〜C3は、米国特許第4670533号に報告される硬化剤系をモデル化する。比較例C4は、本明細書において調査したレベルで米国特許第4670533号に報告される硬化剤系の実証として役立つ。実施例1〜3は促進剤の組合せの使用を実証するものであり、本発明を説明する。比較例C5は、促進剤を全く含まない対照配合物である。実施例1〜3は、全ての硬化条件で優れたオーバーラップ剪断強度を与える。実施例1から3は、190℃で硬化した場合に比較例と同等の剥離抵抗を与えるが、これらの実施例は、130℃および150℃で硬化した場合に比較例に対して優れた性能を与える。さらに、実施例1〜3は、比較例C1〜C4と比較して老化に際する粘度の変化%が小さいことで示されるように、優れた耐老化性を与える。
実施例4〜6は、下の表3に示されるように、上記のエポキシ配合物Aと、変動量の硬化剤および促進剤とを混合することによって調製した。2種の置換イミダゾール促進剤を組み合わせて使用することにより、バランスの取れた低温硬化時の機械的性能の向上と貯蔵性の向上が得られる。比較例C6〜C13は、実施例4〜6のように、同じ合計促進剤濃度かまたは同じ個々の促進剤濃度のいずれかで1種の促進剤を特徴づける対照として機能する。実施例4の剪断強度は、130℃および150℃で硬化した場合に、比較例C6〜C9の剪断速度を上回る。実施例4の剥離抵抗も、130℃で硬化した場合に、比較例C6〜C9の剥離抵抗を上回る。C6は各温度で硬化した場合に許容される性能を与えるが、この材料は老化するとゲルを形成する。C8は130℃で硬化した場合に許容される剪断強度および優れた貯蔵性を与えるが、この材料は130℃で硬化した場合に許容される剥離抵抗をもたらさない。実施例5は、実施例4および比較例C6と比較して、130℃で硬化した場合に適度の剥離抵抗を与える、が、実施例5は、150℃および190℃で硬化した場合に改良された剥離抵抗を与える。また、実施例5はまた、実施例4および比較例C6と比較して改良された貯蔵性を与える。実施例5は、比較例C10と比較して130℃で硬化した場合に優れた性能を与える。実施例6は、比較例C12およびC13と同様の剪断強度および貯蔵性を有するが、比較例C12およびC13と比較して実質的により良好な剥離抵抗を与える。イミダゾール促進剤の組合せ使用は、低温硬化時の良好な機械的性質と許容される貯蔵性の望ましいバランスを提供する。
実施例1〜3は、下の表4に示されるように、上記のエポキシ配合物Aと、変動量の硬化剤および促進剤とを混合することによって調製した。1種の置換イミダゾールと1種の置換尿素促進剤の組合せ使用により、バランスの取れた低温硬化時の機械的性能の向上が得られる。実施例3は、置換尿素促進剤を1種類だけ含む比較例C14およびC15と比較して優れた剪断強度および剥離抵抗を与える。置換イミダゾールを1種類だけ含有する比較例C12およびC13は、通常、実施例3と同等の性能を与えるが、実施例3は、150および190℃で硬化した場合に向上した剥離抵抗、および130℃で硬化した場合に向上した剪断強度を与える。実施例1は、150℃および190℃で硬化した場合に比較例C16と比較して向上した剥離抵抗を与える。また、実施例1は、130℃で硬化した場合に比較例C10およびC11よりも向上した剪断強度および剥離抵抗を与える。比較例C16およびC17は、置換尿素を含有し、C10およびC11は置換イミダゾールを含有する。実施例2は、各温度で硬化した場合に比較例C8およびC9と比較して向上した剥離抵抗を与え、130℃で硬化した場合に向上した剪断強度を与える。また、実施例2は、150℃および190℃で硬化した場合に比較例C16と比較して向上した剥離抵抗を与える。
実施例7は、表5に示されるように、上記のエポキシ配合物Aと、硬化剤および促進剤とを混合することによって調製した。1種の置換イミダゾールと2種の置換尿素促進剤の組合せ使用により、バランスの取れた低温硬化時の機械的性能の向上が得られる。比較例C6〜C7およびC14〜C17は、実施例7のように、同じ合計促進剤濃度かまたは半分の合計促進剤濃度のいずれかで各々の促進剤を特徴づける対照として機能する。実施例7は、比較例C14と比較して150℃および190℃で硬化した場合に向上した剥離抵抗を与え、各温度で硬化した場合に向上した剪断強度を与える。実施例7は、比較例C16と比較して150℃で硬化した場合に向上した剥離抵抗および剪断強度を与える。比較例C6は老化するとゲルを形成し、実施例7よりも実質的に低い貯蔵性を有し、130℃で硬化した場合に低い剥離および剪断性能を有する。比較例C15、C17、およびC7は、130℃で硬化した場合に許容される剪断強度または剥離抵抗を展開しない。
実施例8は、表6に示されるように、上記のエポキシ配合物Aと、硬化剤および促進剤とを混合することによって調製した。2種の置換イミダゾールと1種の置換尿素促進剤の組合せ使用により、バランスの取れた低温硬化時の機械的性能の向上が得られる。比較例C8〜C11およびC16〜C17は、実施例8のように、同じ合計促進剤濃度かまたは半分の合計促進剤濃度のいずれかで各々の促進剤を特徴づける対照として機能する。実施例8は、比較例C16と比較して150℃および190℃で硬化した場合に向上した剥離抵抗を与え、また、各々の個々の促進剤を同じ合計濃度で含有する比較例C16、C8、およびC10よりも向上した貯蔵性を与える。実施例8は、比較例C8、C9、C10、およびC11と比較して130℃で硬化した場合に向上した剥離抵抗および剪断強度を与える。また、実施例8は、比較例C8およびC9と比較して、150℃および190℃で硬化した場合に向上した剥離抵抗を与える。比較例C17、C9、およびC11は、130℃で硬化した場合に許容される剪断強度または剥離抵抗を展開しない。
実施例9は、表7に示されるように、上記のエポキシ配合物Aと、硬化剤および促進剤とを混合することによって調製した。2種の置換イミダゾールと1種の置換尿素促進剤の組合せ使用により、バランスの取れた低温硬化時の機械的性能の向上が得られる。比較例C6〜C9およびC16〜C17は、実施例9のように、同じ合計促進剤濃度かまたは半分の合計促進剤濃度のいずれかで各々の促進剤を特徴づける対照として機能する。実施例9は、比較例C16と比較して、150℃で硬化した場合に向上した剪断強度、および150℃および190℃で硬化した場合に向上した剥離抵抗を与える。実施例9は、比較例C6と比較して、130℃および190℃で硬化した場合に向上した剥離抵抗、130℃および150℃で硬化した場合に向上した剪断強度、および向上した貯蔵性を与える。また、実施例9は、比較例C17、C7、C8、およびC9と比較して130℃で硬化した場合に向上した性能を与える。
Claims (5)
- a.熱硬化性エポキシ樹脂と、
b.前記エポキシ樹脂を硬化させるために十分な量の潜在性硬化剤系と、を含む、一液型硬化性エポキシ組成物であって、
前記潜在性硬化剤系が、
(i)ジシアンジアミドおよびその誘導体から選択される潜在性硬化剤を含む少なくとも1種のエポキシ樹脂混和性の第1の硬化剤、および
(ii)置換尿素、置換イミダゾール、およびそれらの組合せの少なくとも1種から選択される2以上の潜在性促進剤を含み、
前記2以上の潜在性促進剤が、前記一液型硬化性エポキシ組成物の総重量に基づいて1重量%以下の量で存在する、一液型硬化性エポキシ組成物。 - 前記熱硬化性エポキシ樹脂が、ビスフェノールAのジグリシジルエーテル、ビスフェノールFのジグリシジルエーテル、およびそれらの組合せの少なくとも1種から選択される、請求項1に記載の組成物。
- 請求項1に記載の一液型硬化性エポキシ組成物を含む、接着剤組成物。
- 硬化された請求項3に記載の接着剤組成物を含む、組成物。
- (a)2つの基材と、
(b)前記2つの基材間に配置された接着剤組成物の層と、を備える物品であって、
前記接着剤組成物が、一液型硬化性エポキシ組成物を含み、
前記一液型硬化性エポキシ組成物が、
(i)熱硬化性エポキシ樹脂、および
(ii)前記エポキシ樹脂を硬化させるために十分な量の潜在性硬化剤系を含み、
前記潜在性硬化剤系が、
(A)ジシアンジアミドおよびその誘導体から選択される潜在性硬化剤を含む少なくとも1種のエポキシ樹脂混和性の第1の硬化剤と、
(B)置換尿素、置換イミダゾール、およびそれらの組合せの少なくとも1種から選択される2以上の潜在性促進剤と、を含み、
前記2以上の潜在性促進剤が、前記一液型硬化性エポキシ組成物の総重量に基づいて1重量%以下の量で存在する、物品。
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