JP6787332B2 - 変性炭化水素樹脂及びその製造方法、並びにホットメルト粘接着剤組成物 - Google Patents
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Description
1.変性炭化水素樹脂及びその製造方法
本発明の変性炭化水素樹脂は、1,3−ペンタジエン単量体単位20〜70質量%、炭素数4〜6の脂環式モノオレフィン単量体単位10〜35質量%、炭素数4〜8の非環式モノオレフィン単量体単位5〜30質量%、脂環式ジオレフィン単量体単位0〜1質量%、及び芳香族モノオレフィン単量体単位10〜40質量%を含み、カルボキシル基又は酸無水物基を有する樹脂であり、かつ、
重量平均分子量(Mw)が1,000〜4,000であり、Z平均分子量(Mz)が2,500〜10,000であり、重量平均分子量に対するZ平均分子量の比(Mz/Mw)が1.5〜2.5であり、50質量%トルエン溶液のガードナー色数が5以下であり、軟化点が30℃以上であり、かつ酸価が1〜20KOHmg/gであることを特徴とする。
ハロゲン化アルミニウム(A)、並びに3級炭素原子にハロゲン原子が結合したハロゲン化炭化水素(B1)及び炭素−炭素不飽和結合に隣接する炭素原子にハロゲン原子が結合したハロゲン化炭化水素(B2)からなる群より選ばれるハロゲン化炭化水素(B)を重合触媒とし、
1,3−ペンタジエン20〜70質量%、炭素数4〜6の脂環式モノオレフィン10〜35質量%、炭素数4〜8の非環式モノオレフィン5〜30質量%、脂環式ジオレフィン0〜1質量%、及び芳香族モノオレフィン10〜40質量%を含む単量体混合物Aを65℃以下でカチオン重合する重合工程、前記重合工程で得られた樹脂に不飽和カルボン酸又は不飽和ジカルボン酸無水物を反応させることにより酸変性させる変性工程を有する方法が挙げられる。
ただし、本発明の変性炭化水素樹脂は、必ずしも上記好適な方法により製造される樹脂に限定されるものではない。
変性前樹脂は、少なくとも、1,3−ペンタジエン、炭素数4〜6の脂環式モノオレフィン、炭素数4〜8の非環式モノオレフィン、及び芳香族モノオレフィンをその原料とする。
1,3−ペンタジエン(ピペリレン)は、重合性成分(単量体混合物A)全体に対する割合として、20〜70質量%含有される必要があり、30〜65質量%含有されることが好ましく、35〜55質量%含有されることがより好ましい。重合性成分中の1,3−ペンタジエンが少なすぎると、変性炭化水素樹脂を含むホットメルト粘接着剤組成物(以下、特に断りのない限り、「ホットメルト粘接着剤組成物」とは、本発明の変性炭化水素樹脂を含む組成物を指すものとする。)が耐熱劣化性に劣るものとなる。一方、重合性成分中の1,3−ペンタジエンが多すぎると、ホットメルト粘接着剤組成物は、オープンタイムが短く、接着力が低く、塗工容易性に劣るものとなる。
なお、1,3−ペンタジエンにおけるシス/トランス異性体比は任意の比でよく、特に限定されない。
炭素数4〜6の脂環式モノオレフィンは、重合性成分(単量体混合物A)全体に対する割合として、10〜35質量%含有される必要があり、15〜30質量%含有されることが好ましく、20〜27.5質量%含有されることがより好ましい。重合性成分中の炭素数4〜6の脂環式モノオレフィンが少なすぎると、ホットメルト粘接着剤組成物が、オープンタイムが短く、接着力が低く、塗工容易性に劣るものとなる。一方、重合性成分中の炭素数4〜6の脂環式モノオレフィンが多すぎると、ホットメルト粘接着剤組成物が耐熱劣化性に劣るものとなる。
なお、炭素数4〜6の脂環式モノオレフィンにおいて、これに該当する各化合物の割合は任意の割合でよく、特に限定されないが、少なくともシクロペンテンが含まれることが好ましく、炭素数4〜6の脂環式モノオレフィン中にシクロペンテンの占める割合が50質量%以上であることがより好ましい。
炭素数4〜8の非環式モノオレフィンは、重合性成分(単量体混合物A)全体に対する割合として、5〜30質量%含有される必要があり、5〜25質量%含有されることが好ましく、5〜20質量%含有されることがより好ましい。重合性成分中の炭素数4〜8の非環式モノオレフィンが少なすぎると、ホットメルト粘接着剤組成物が、オープンタイムが短く、接着力が低く、塗工容易性に劣るものとなる。一方、重合性成分中の炭素数4〜8の非環式モノオレフィンが多すぎると、ホットメルト粘接着剤組成物が耐熱劣化性に劣るものとなる。
なお、炭素数4〜8の非環式モノオレフィンにおいて、これに該当する各化合物(異性体を含む)の割合は任意の割合でよく、特に限定されないが、少なくとも2−メチル−2−ブテン、イソブチレン及びジイソブチレンからなる群から選択される少なくとも一種が含まれることが好ましく、炭素数4〜8の非環式モノオレフィン中に2−メチル−2−ブテン、イソブチレン及びジイソブチレンの合計量が占める割合が50質量%以上であることがより好ましい。
芳香族モノオレフィンは、重合性成分(単量体混合物A)全体に対する割合として、10〜40質量%含有される必要があり、12〜30質量%含有されることが好ましく、13〜25質量%含有されることがより好ましい。重合性成分中の芳香族モノオレフィンが少なすぎると、ベースポリマーとの相溶性が悪化し、ホットメルト粘接着剤組成物に濁りが生じ、剥離接着力が低下する。一方、重合性成分中の芳香族モノオレフィンが多すぎると、ベースポリマーとの相溶性悪化によるホットメルト粘接着剤組成物の接着強度が低下する他、芳香族モノオレフィン由来の臭気が強くなり臭気悪化の原因となる。
なお、芳香族モノオレフィンにおいて、これに該当する各化合物(異性体を含む)の割合は任意の割合でよく、特に限定されないが、少なくともスチレンが含まれることが好ましく、芳香族モノオレフィン中にスチレンが占める割合が50質量%以上であることがより好ましい。
ただし、重合性成分(単量体混合物A)中の脂環式ジオレフィンの割合は特定割合以下である必要がある。具体的には、重合性成分(単量体混合物A)全体における脂環式ジオレフィンの割合は、0〜1質量%であることが必要であり、0〜0.8質量%であることが好ましく、0〜0.5質量%であることがより好ましい。重合性成分A中の脂環式ジオレフィンが多すぎると、ホットメルト粘接着剤組成物は、オープンタイムが短く、接着力が低く、塗工容易性に劣るものとなる。
但し、重合性成分(単量体混合物A)中の前記その他の単量体の割合は特定割合以下である必要があり、具体的に、重合性成分(単量体混合物A)全体におけるその他の単量体の割合は、0〜30質量%であることが必要であり、0〜25質量%であることが好ましく、0〜20質量%であることがより好ましい。重合性成分中のその他の単量体が多すぎると、ホットメルト粘接着剤組成物が、オープンタイムが短く、接着力が低いものとなる。
ハロゲン化アルミニウム(A)の使用量は、特に限定されないが、重合性成分(単量体混合物A)100質量部に対し、好ましくは0.05〜10質量部、より好ましくは0.1〜5質量部である。
3級炭素原子にハロゲン原子が結合したハロゲン化炭化水素(B1)の具体例としては、t−ブチルクロライド、t−ブチルブロマイド、2−クロロ−2−メチルブタン、トリフェニルメチルクロライドを挙げることができる。これらのなかでも、活性と取り扱いやすさとのバランスに優れる点で、t−ブチルクロライドが特に好適に用いられる。
炭素−炭素不飽和結合に隣接する炭素原子にハロゲン原子が結合したハロゲン化炭化水素(B2)における不飽和結合としては、炭素−炭素二重結合および炭素−炭素三重結合が挙げられ、芳香族環などにおける炭素−炭素共役二重結合も含むものである。このような化合物の具体例としては、ベンジルクロライド、ベンジルブロマイド、(1−クロロエチル)ベンゼン、アリルクロライド、3−クロロ−1−プロピン、3−クロロ−1−ブテン、3−クロロ−1−ブチン、ケイ皮クロライドが挙げられる。これらのなかでも、活性と取り扱いやすさとのバランスに優れる点で、ベンジルクロライドが好適に用いられる。
なお、ハロゲン化炭化水素(B)は、1種類で用いても、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
ハロゲン化炭化水素(B)の使用量は、ハロゲン化アルミニウム(A)に対するモル比で、好ましくは0.05〜50、より好ましくは0.1〜10の範囲である。
混合物aの調製方法は特に限定されず、それぞれ純粋な化合物を混合して目的の混合物aを得てもよいし、例えばナフサ分解物の留分などに由来する、目的の単量体を含む混合物を用いて、目的の混合物aを得てもよい。例えば、混合物aに1,3−ペンタジエンなどを配合するためには、イソプレンおよびシクロペンタジエン(その多量体を含む)を抽出した後のC5留分を好適に用いることができる。
混合物aと混合物Mと共に、ハロゲン化炭化水素(B)をさらに混合することが好ましい。これら3者の投入順序は特に制限されない。
重合反応時間は、適宜選択できるが、通常10分間〜12時間、好ましくは30分間〜6時間の範囲で選択される。
変性前樹脂を、不飽和カルボン酸又は不飽和ジカルボン酸無水物で処理することにより、カルボキシル基又は酸無水物基を変性前樹脂に導入し、変性炭化水素樹脂を製造する。すなわち、上記により得られた樹脂に不飽和カルボン酸又は不飽和ジカルボン酸無水物を反応(酸変性反応)させて酸変性させ、所望の変性炭化水素樹脂を得る。
カルボキシル基導入に用いられる不飽和カルボン酸の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸などの炭素数8以下のエチレン性不飽和カルボン酸、及び3,6−エンドメチレン−1,2,3,6−テトラヒドロフタル酸のような共役ジエンと炭素数8以下のα,β−不飽和ジカルボン酸とのディールス・アルダー付加物が挙げられる。
酸無水物基の導入に用いられる不飽和ジカルボン酸無水物の例としては無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸などの炭素数8以下のα,β−不飽和ジカルボン酸無水物、及び3,6−エンドメチレン−1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸のような共役ジエンと炭素数8以下のα,β−不飽和ジカルボン酸無水物とのディールス・アルダー付加物などが挙げられる。
反応の容易さ、経済性などの面では炭素数8以下のα,β−不飽和脂肪族ジカルボン酸無水物が好ましく、無水マレイン酸が特に好ましい。これらの酸変性剤は単独でまたは二種以上を組合せて用いることができる。
本発明における上記ガードナー色数の測定例は以下の通りである。試料となる変性炭化水素樹脂について50質量%トルエン溶液を調製し、当該溶液のガードナー色数をJIS K 0071−2に従い測定する。
本発明における軟化点は、例えば、変性炭化水素樹脂についてJIS K 6863に従い測定する値である。
本発明における酸価は、例えば、変性炭化水素樹脂についてJIS K 0070に従い測定する値である。
本発明のホットメルト粘接着剤組成物は、前記変性炭化水素樹脂と、エチレン−酢酸ビニル共重合体とを含有することを特徴とする。本発明のホットメルト粘接着剤組成物において、エチレン−酢酸ビニル共重合体はベースポリマーとして用いられる。
なお、本発明のホットメルト粘接着剤組成物は、溶剤を含まない、無溶剤の組成物であることが好ましい。
本発明のホットメルト粘接着剤組成物において、これらの重合体の含有量は、ホットメルト粘接着剤組成物の全量に対して、20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましい。
各種の測定については、以下の方法に従って行った。
試料となる変性炭化水素樹脂について、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー分析し、標準ポリスチレン換算値の重量平均分子量(Mw)およびZ平均分子量(Mz)を求め、分子量分布はMz/Mwの比で示した。なお、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー分析は、測定装置として、東ソー社製「HLC−8320GPC」を使用し、カラムは東ソー社製「TSKgel SuperMultiporeHZ」を3本連結したものを用い、テトラヒドロフランを溶媒として、40℃、1.0mL/minの流量で測定した。
〔50質量%トルエン溶液のガードナー色数〕
試料となる変性炭化水素樹脂について、50質量%トルエン溶液を調製し、当該溶液のガードナー色数をJIS K 0071−2に従い測定した。値が小さいものほど、色相に優れる。
〔軟化点(℃)〕
試料となる変性炭化水素樹脂について、JIS K 6863に従い測定した。
〔酸価(KOHmg/g)〕
試料となる変性炭化水素樹脂について、JIS K 0070に従い測定した。
〔溶融粘度(mPa・s)〕
試料となるホットメルト粘接着剤組成物を加熱溶融させ、180℃における溶融粘度(mPa・s)を、ローターNo.27を使用し、サーモセル型ブルックフィールド粘度計により測定した。値が小さいものほど、塗工容易性に優れる。
〔曇点(℃)〕
試料となるホットメルト粘接着剤組成物を試験管に入れ、温度計を底部まで差し込んだ後、180℃まで加熱溶融させた。その後、放冷して、試験管底部に曇りを生じた温度を曇点として記録した。値が低いものほど、ホットメルト粘接着剤組成物を構成する成分同士の相溶性に優れ、その結果として、ホットメルト粘接着剤組成物が、オープンタイムが長く、接着力が高いものとなる。
〔剥離接着力(N/25mm)〕
23℃で、被着体としてアルミ基材を使用してPSTC−1(粘着テープ委員会(米)による180°剥離接着試験)に準じて測定した。値が高いほど良好である。
〔臭気評価試験〕
ホットメルト粘接着剤組成物の官能試験は、臭気対策研究協会発行の臭気の嗅覚測定法における臭気強度表示法に従って行った。
具体的には、まず、1粒の大きさを約10mm×5mm×5mmとしたホットメルト粘接着剤組成物10gを120mLの耐熱性容器に入れて、アルミ箔でフタをした。そして、このホットメルト粘接着剤組成物の入った耐熱性容器を、オーブンに入れて、温度150℃、30分間の条件で加熱し、加熱後の臭気の確認を行った。
臭気の確認は、石油樹脂の臭気に慣れていない(すなわち、普段の生活において、石油樹脂の臭気に触れることのない)6人のパネルにより行った。本試験においては、嗅覚疲労を防ぐため、6人のパネルを3人ずつの2班に分けて、1班ずつ臭気を嗅ぐという方法を採用した。また、臭気を嗅ぐサンプルの順番は、無作為とした。
0:無臭
1:わずかに臭う
2:臭いがはっきり分かる
3:強く臭う
4:強烈に臭う
なお、官能試験の結果は、6人のパネルの判定値のうち、最大値と最小値をそれぞれ除き、残りの4人の判定値を平均することにより求めた。官能試験の値は、小さいほうが好ましい。
重合反応器にシクロペンタン56.1部及びシクロペンテン24.6部の混合物を重合反応器に仕込み、60℃に昇温した後、塩化アルミニウム0.6部を添加した(混合物M1)。引き続き、1,3−ペンタジエン41.4部、イソブチレン8.4部、スチレン22.0部、C4−C6不飽和炭化水素0.5部、及びC4−C6飽和炭化水素7.2部からなる混合物a1と、t−ブチルクロライド0.2部とを、それぞれ、別のラインを通して、60分間に亘り温度(60℃)を維持して、前記混合物M1を含む重合反応器に連続的に添加しながら重合を行った。その後、水酸化ナトリウム水溶液を重合反応器に添加して、重合反応を停止した。なお、重合反応時の重合反応器中の成分の種類及び量を表1にまとめて示した。重合停止により生成した沈殿物をろ過により除去した後、得られた重合体溶液を蒸留釜に仕込み、窒素雰囲気下で加熱し、重合溶媒と未反応単量体を除去した。
次いで、240℃以上で、飽和水蒸気を吹き込みながら、低分子量のオリゴマー成分を留去した。
重合反応器に添加する成分の種類及び量、並びに重合温度を下記表1に示すとおりにそれぞれ変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜4及び比較例1〜4の変性炭化水素樹脂をそれぞれ得た。なお、実施例1に記載のないジイソブチレン、ジシクロペンタジエン、トルエン、及びベンジルクロライドは、1,3−ペンタジエン等と共にt−ブチルクロライドと混合し、重合に供した。
得られた実施例2〜4及び比較例1〜4の変性炭化水素樹脂については、実施例1と同様の測定を行った。これらの測定結果は、下記表1にまとめて示した。
下記表2は、原料混合物中の重合性成分(単量体混合物A)について、その組成比をまとめたものである。
実施例1の変性炭化水素樹脂50部、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂(三井・デュポンポリケミカル社製、商品名:EVAFLEX EV220)40部、パラフィンワックス(融点:63℃)10部及び酸化防止剤(BASF社製、イルガノックス1010(商品名))1.25部を、180℃で、1時間混練して、実施例5のホットメルト粘接着剤組成物を得た。この実施例5のホットメルト粘接着剤組成物については、溶融粘度、曇点、及び剥離接着力を測定し、また、臭気評価試験に供した。これらの測定結果および試験結果は、表3にまとめて示した。
用いる炭化水素樹脂の種類を、実施例1の炭化水素樹脂から、表3に示すとおり、実施例2〜4及び比較例1〜4の炭化水素樹脂にそれぞれ変更したこと以外は、実施例5と同様にして、実施例6〜8及び比較例5〜8のホットメルト粘接着剤組成物を得た。得られた実施例6〜8及び比較例5〜8のホットメルト粘接着剤組成物については、実施例5と同様の測定及び試験に供した。これらの測定結果及び試験結果を、下記表3に示す。
まず、ホットメルト粘接着剤組成物(比較例5)は、曇点が160℃を超えて高く、かつ剥離接着力が低い(8.1N/25mm)。これは、原料である変性炭化水素樹脂(比較例1)の酸価が低すぎる(0KOHmg/g)ためである。
次に、ホットメルト粘接着剤組成物(比較例6)は剥離接着力が低い(9.1N/25mm)。これは、原料である変性炭化水素樹脂(比較例2)中に含まれるスチレン単量体単位が少なすぎる(6.5質量%)ためである。
続いて、ホットメルト粘接着剤組成物(比較例7)は溶融粘度が高く(4,200mPa・s)、曇点が120℃を超えて高く、かつ剥離接着力が低い(8.5N/25mm)。さらに、当該組成物は、臭気評価も低い。これは、原料である変性炭化水素樹脂(比較例3)の重量平均分子量及びZ平均分子量がいずれも高すぎる(4,500及び11,000)ためである。
次に、ホットメルト粘接着剤組成物(比較例8)は、原料である変性炭化水素樹脂(比較例4)のガードナー色数が9と高すぎるため、目視による色相に劣る。また、当該組成物は臭気評価も低い。これは、重合温度が高め(70℃)であったためと考えられる。
以上の効果は、原料である変性炭化水素樹脂(実施例1〜4)が、1,3−ペンタジエン単量体単位20〜70質量%、炭素数4〜6の脂環式モノオレフィン単量体単位10〜35質量%、炭素数4〜8の非環式モノオレフィン単量体単位5〜30質量%、脂環式ジオレフィン単量体単位0〜1質量%、及び芳香族モノオレフィン単量体単位10〜40質量%を含む樹脂に不飽和カルボン酸又は不飽和ジカルボン酸無水物を反応させて得られたものであり、かつ、重量平均分子量(Mw)が1,000〜4,000であり、Z平均分子量(Mz)が2,500〜10,000であり、重量平均分子量に対するZ平均分子量の比(Mz/Mw)が1.5〜2.5であり、50質量%トルエン溶液のガードナー色数が5以下であり、軟化点が30℃以上であり、かつ酸価が1〜20KOHmg/gであることによるものである。
Claims (6)
- 1,3−ペンタジエン単量体単位20〜70質量%、
炭素数4〜6の脂環式モノオレフィン単量体単位10〜35質量%、
炭素数4〜8の非環式モノオレフィン単量体単位5〜30質量%、
脂環式ジオレフィン単量体単位0〜1質量%、及び
芳香族モノオレフィン単量体単位10〜40質量%を含み、カルボキシル基又は酸無水物基を有する樹脂であり、かつ、
重量平均分子量(Mw)が1,000〜4,000であり、Z平均分子量(Mz)が2,500〜10,000であり、重量平均分子量に対するZ平均分子量の比(Mz/Mw)が1.5〜2.5であり、50質量%トルエン溶液のガードナー色数が5以下であり、軟化点が30℃以上であり、かつ酸価が1〜20KOHmg/gであり、
前記炭素数4〜8の非環式モノオレフィンが、2−メチル−2−ブテン、イソブチレン及びジイソブチレンからなる群から選択される少なくとも1種を50質量%以上の割合で含むことを特徴とする変性炭化水素樹脂。 - 前記請求項1に記載の変性炭化水素樹脂を製造する方法であって、ハロゲン化アルミニウム(A)、並びに
3級炭素原子にハロゲン原子が結合したハロゲン化炭化水素(B1)及び炭素−炭素不飽和結合に隣接する炭素原子にハロゲン原子が結合したハロゲン化炭化水素(B2)からなる群より選ばれるハロゲン化炭化水素(B)
を重合触媒とし、
1,3−ペンタジエン20〜70質量%、
炭素数4〜6の脂環式モノオレフィン10〜35質量%、
炭素数4〜8の非環式モノオレフィン5〜30質量%、
脂環式ジオレフィン0〜1質量%、及び
芳香族モノオレフィン10〜40質量%を含む単量体混合物Aを65℃以下でカチオン重合する重合工程、
前記重合工程で得られた樹脂に不飽和カルボン酸又は不飽和ジカルボン酸無水物を反応させることにより酸変性させる変性工程を有することを特徴とする変性炭化水素樹脂の製造方法。 - 前記重合工程において、
まず、前記ハロゲン化アルミニウム(A)と前記脂環式モノオレフィンとを混合することにより混合物Mを調製し、
次に、少なくとも前記1,3−ペンタジエン、前記非環式モノオレフィン及び前記芳香族モノオレフィンを含む混合物aと、前記混合物Mとを混合することを特徴とする請求項2に記載の変性炭化水素樹脂の製造方法。 - 前記重合工程において、
前記混合物a及び前記混合物Mと共に、前記ハロゲン化炭化水素(B)をさらに混合することを特徴とする請求項3に記載の変性炭化水素樹脂の製造方法。 - 前記請求項1に記載の変性炭化水素樹脂と、エチレン−酢酸ビニル共重合体とを含有することを特徴とするホットメルト粘接着剤組成物。
- 前記エチレン−酢酸ビニル共重合体の酢酸ビニル単量体単位含有量が15〜35質量%であることを特徴とする請求項5に記載のホットメルト粘接着剤組成物。
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