JP7106185B2 - 無機材料用水性接着剤 - Google Patents
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Description
また、上記特許文献2のバインダーは、少なくとも2個のカルボン酸基、酸無水物基またはこれらの塩を含有するポリ酸と、少なくとも2個のヒドロキシル基を含有するポリオールおよび炭素数5以上のアルキル基を含有するエチレン性不飽和アクリルモノマーを共重合単位とするエマルションポリマーからなるバインダーであるが、エマルションポリマーを含むため、バインダーのスプレー性が劣るため、接着性が十分でないという問題があった。
本発明の目的は、上記課題を解決し、無機材料の接着性に優れる無機材料用水性接着剤を提供することにある。
(1)無機材料用水性接着剤に優れた接着性を付与する。
(2)無機材料の接着物(とくに無機繊維積層体)に、優れた耐水性を付与する。
(3)無機材料の接着物(とくに無機繊維積層体)に、優れた剛性を付与する。
本発明における不飽和(ポリ)カルボン酸(無水物)(a1)は、重合性不飽和基を1個有する炭素数[以下においてCと略記することがある]3~30の(ポリ)カルボン酸(無水物)である。なお、本発明において不飽和(ポリ)カルボン酸(無水物)は、不飽和モノカルボン酸、不飽和ポリカルボン酸および/または不飽和ポリカルボン酸無水物を意味する。
該(a1)のうち、不飽和モノカルボン酸としては、脂肪族(C3~24、例えばアクリル酸、メタクリル酸、α-エチルアクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸)、脂環含有(C6~24、例えばシクロヘキセンカルボン酸);不飽和ポリ(2~3またはそれ以上)カルボン酸(無水物)としては、不飽和ジカルボン酸(無水物)[脂肪族ジカルボン酸(無水物)(C4~24、例えばマレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、およびこれらの無水物)、脂環含有ジカルボン酸(無水物)(C8~24、例えばシクロヘキセンジカルボン酸、シクロヘプテンジカルボン酸、ビシクロヘプテンジカルボン酸、メチルテトラヒドロフタル酸、およびこれらの無水物)等]等が挙げられる。(a1)は1種単独でも、2種以上併用してもいずれでもよい。
本発明における(共)重合体(A)は、前記不飽和(ポリ)カルボン酸(無水物)(a1)を構成単量体[以下、構成単位と記載することがある]として含む(共)重合体である。
不飽和モノマー(x)としては、(メタ)アクリル酸メチル、ヒドロキシアルキル(C1~5)(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、スチレン、アリルアミン、(メタ)アクリロニトリル等が挙げられる。
上記(x)は、(a1)の重量に基づいて、好ましくは20重量%以下、さらに好ましくは5重量%以下、とくに好ましくは1重量%以下である。
該Mwが6,000未満では、接着性が不十分となり、一方、Mwが200,000を超えると、取り扱い、剛性が不十分となる。
<GPC測定条件>
[1]装置 :ゲルパーミエイションクロマトグラフィー
[型番「HLC-8120GPC」、東ソー(株)製]
[2]カラム :「TSKgelG6000PWxl」、「TSKgel
G3000PWxl」[いずれも東ソー(株)製]を直列に連結。
[3]溶離液 :メタノール/水=30/70(容量比)に
0.5重量%の酢酸ナトリウムを溶解させたもの。
[4]基準物質:ポリエチレングリコール(以下PEGと略記)
[5]注入条件:サンプル濃度0.25重量%、カラム温度40℃
有機溶剤を使用する場合は、重合後脱溶剤して水に溶解させても、脱溶剤せずにそのまま用いてもいずれでもよい。単独で、または水と共に使用できる有機溶剤としては、水性溶剤(25℃での水への溶解度が10g以上/100g水)、例えばケトン(アセトン、メチルエチルケトン(以下MEKと略記)、ジエチルケトン等)、アルコール(メタノール、エタノール、イソプロパノール等)等が挙げられ、生産性の観点から好ましいのはアセトン、MEK、イソプロパノールである。有機溶剤は1種または2種以上で使用することができる。
該(A)は、例えば、溶液(工業上の観点から好ましいのは水溶液)として得られ、溶液中の(A)の含有量(重量%)は、生産性および後工程の水性接着剤の製造時のハンドリング性の観点から好ましくは5~80%、さらに好ましくは10~70%、とくに好ましくは20~60%である。
重合時間は、製品中の残存モノマー含量の低減および生産性の観点から好ましくは1~10時間、さらに好ましくは2~8時間である。
重合反応の終点は残存モノマー量で確認できる。残存モノマー量は、無機材料に対する接着性の観点から、(A)の重量に基づいて好ましくは5%以下、さらに好ましくは3%以下である。残存モノマー量はガスクロマトグラフィー法により測定できる。
本発明の無機材料水性接着剤用接着性向上剤(J)は、前記(共)重合体(A)を含有してなる。(J)の重量に基づく、(A)の重量は、工業上および取扱いの観点から、好ましくは10~80重量%、さらに好ましくは20~60重量%である。
この接着性向上剤(J)は、後述の無機材料用水性接着剤(X)用の接着性向上剤として好適に用いられる。
本発明における糖(B)としては、例えば、糖アルコール(キシリトール、ソルビトール、マンニトール、マルチトール、ラクチトール、エリスリトール等)、(多)糖類(デキストリン等)が挙げられる。
上記(B)のうち、接着性の観点から、好ましいのは糖アルコールである。
なお、上記(B)は、1種使用でも、2種以上を併用してもよい。
本発明における多価カルボン酸(C)としては、例えば、炭素数[以下、Cと略記することがある]4~24のもの、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、シクロヘキセンジカルボン酸、シクロヘプテンジカルボン酸、ビシクロヘプテンジカルボン酸、メチルテトラヒドロフタル酸、クエン酸、リンゴ酸、トリメリット酸およびこれらの無水物が挙げられる。
上記多価カルボン酸(C)のうち、接着性の観点から、好ましいのは3価カルボン酸、さらに好ましいのはクエン酸である。
なお、多価カルボン酸(C)は、1種でも単独使用でも、2種以上を併用してもよい。
本発明の無機材料用水性接着剤(X)は、前記接着性向上剤(J)と、糖(B)と、多価カルボン酸(C)と、水とを含有してなる。
この無機材料用水性接着剤(X)は、無機材料(ガラス、セラミック、金属)用の水性接着剤として用いることができ、とりわけグラスウール、ロックウール等の無機繊維用の水性接着剤(いわゆる無機繊維用水性バインダー)として好適に用いることができる。
なお、上記(A)、(B)、(C)、硬化促進剤は、それぞれ、溶液、好ましくは水溶液の形態で混合して、水性接着剤(X)を得てもよい。
無機繊維としては、ガラス繊維、スラグ繊維、岩綿、石綿、金属繊維等が挙げられる。
本発明の無機材料接着物は、無機材料が無機材料用水性接着剤(X)の硬化物で接着したものである。なお、無機材料が、無機繊維である場合、好ましくは後述の無機繊維積層体である。
無機繊維積層体は、前記水性接着剤(X)の硬化物が無機繊維積層物に付着した無機繊維積層体である。すなわち、例えば、無機繊維に前記水性接着剤(X)を付着させ、これを積層して積層物とした後、これを加熱、成形するか、あるいは、該無機繊維またはそのストランド(繊維束)を積層して積層物とし、これに前記水水性接着剤(X)を散布し付着させて、これを加熱、成形することにより得られる。
水性接着剤(X)の該無機繊維またはその積層物への付着方法としては、例えばエアスプレー法またはエアレススプレー法、パッディング法、含浸法、ロール塗布法、カーテンコーティング法、ビーターデポジション法、凝固法等の公知の方法が挙げられる。
加熱温度は、該積層体の、接着性、耐水性および該積層体の着色抑制、工業上の観点から好ましくは100~400℃、さらに好ましくは200~350℃である。
加熱時間は、反応率および該無機材料接着物(好ましくは無機繊維積層体)の着色抑制の観点から好ましくは2~90分、さらに好ましくは5~40分である。
オートクレーブに、水170部[溶媒]を仕込み、撹拌下窒素を通気してオートクレーブ内の窒素置換を行った(気相酸素濃度500ppm以下)。窒素を吹き込みながら100℃に昇温した後、次亜リン酸ナトリウム36.4部[還元剤]を水145部に溶解させた溶液[開始剤]と、過酸化水素水(30%水溶液)13.3部[酸化剤]とアクリル酸(a1-1)310部を同時に3時間かけて滴下し、さらに100℃で2時間撹拌して重合反応を行った。
その後、不揮発分が40%になるように水を加え、(共)重合体(A-1)を含有してなる無機材料水性接着剤用接着性向上剤(J-1)[水溶液]を得た。なお、(A-1)はMw9,400、酸価780であった。
オートクレーブに、イソプロパノール505部[溶媒]を仕込み、撹拌下窒素を通気してオートクレーブ内の窒素置換を行った(気相酸素濃度500ppm以下)。窒素を吹き込みながら82℃に昇温した後、3-メルカプトプロピオン酸[連鎖移動剤]0部と2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.75部をイソプロパノール85部に溶解させた溶液[開始剤]と、アクリル酸(a1-1)330部を同時に2時間かけて滴下し、さらに82℃で2時間撹拌して重合反応を行った。
その後、溶液中のイソプロパノールを脱溶剤し、不揮発分が40%になるように水を加え、(共)重合体(A-2)を含有してなる無機材料水性接着剤用接着性向上剤(J-2)[水溶液]を得た。なお、(A-2)はMw15,000、酸価778であった。
実施例2において、表1の反応組成(部)にしたがった以外は、実施例2と同様にして、各接着性向上剤(J)を得た。結果を表1に示す。
容器に、水46.7部を仕込み、撹拌しながら、マルビット[物産フードサイエンス(株)製、糖アルコール75%液]53.3部を1時間かけて仕込んだ。さらに1時間撹拌して、(B-1)の40%水溶液を得た。
容器に、水42.9部を仕込み、撹拌しながら、スイートG2[物産フードサイエンス(株)製、糖アルコール70%液]57.1部を1時間かけて仕込んだ。さらに1時間撹拌して、(B-3)の40%水溶液を得た。
表2に示した配合組成(部)に従って、容器に仕込み、混合して、各無機材料用水性接着剤(X)を調製した。得られた水性接着剤(X)を用いて下記要領で無機繊維積層体の試験片を作成し、それぞれ後述の方法で評価した。結果を表2示す。
タテ×ヨコ×厚みが30cm×30cm×2cm、密度が0.035g/cm3のガラス繊維積層物を、離型処理したタテ×ヨコ×深さが30cm×30cm×5cmの平板金型内に載置した。
次に、硬化物付着量が該積層物の重量に対して15%相当量となる水性接着剤をエアスプレーを使用して該積層物に均一噴霧した。その後、220℃の循風乾燥機で50分間熱処理(乾燥、硬化)を行い、厚み約2cm、密度0.040g/cm3の積層体(S-1)を得た。同様にして積層体(S-1)を合計5個作成した。
各積層体(S-1)から、長さ×幅×厚みが10cm×1.5cm×2cmの試験片を5個切り出した。これらをオートグラフ[型番「AGS-500D」、(株)島津製作所製]を用いてJISR3420「ガラス繊維一般試験方法」の「7.4引張強さ」に準拠して引張強さを測定し、試験片5個の平均値を下記の基準で接着性を評価した。
<評価基準>
☆:500N/m2以上
◎:450N/m2以上500N/m2未満
○:400N/m2以上450N/m2未満
△:300N/m2以上400N/m2未満
×:300N/m2未満
各積層体(S-1)から長さ×幅×厚みが10cm×1.5cm×2cmの試験片を5個切り出した。それらを25℃の水道水に10分間浸漬した。その後取り出し、30℃、40%RHで60分間、目開き400μmの篩の上に静置した。
その耐水性試験後の試験片について前記(1)と同様に引張り強度を測定して、耐水性試験後の強度×100/上記(1)の強度(単位:%)を算出し、以下の評価基準で耐水性の評価を行った。
<評価基準>
☆:90%以上
◎:80%以上、90%未満
○:70%以上、80%未満
△:60%以上、70%未満
×:60%未満
各積層体(S-1)から長さ×幅×厚みが30cm×1cm×0.5cmの試験片を5個切り出した。
試験片を支点間距離25cmの台に置き、25℃の試験片のたわみ率を測定し、試験片5個の平均値を下記の基準で剛性を評価した。
試験片のたわみ率(%)=たわみ(mm)×100/250
<評価基準>
☆:たわみ率1.0%未満
◎:たわみ率1.0%以上、2.0%未満
○:たわみ率2.0%以上、3.0%未満
△:たわみ率3.0%以上、5.0%未満
×:たわみ率5.0%以上
Claims (4)
- 不飽和(ポリ)カルボン酸(無水物)(a1)(但し、C 5 以上のアルキル基を含有するエチレン性不飽和アクリルモノマーを除く)を構成単量体として含む(共)重合体(A)と、
糖(B)と、
炭素数4~24の多価カルボン酸(C)と、
水と、を含有する無機材料用水性接着剤(X)であって、
前記(共)重合体(A)の重量平均分子量が6,000~200,000であり、
前記(共)重合体(A)の構成単量体は、前記不飽和(ポリ)カルボン酸(無水物)(a1)と、前記不飽和(ポリ)カルボン酸(無水物)(a1)以外の不飽和モノマー(x)と、からなり、前記不飽和モノマー(x)の含有率は、前記不飽和(ポリ)カルボン酸(無水物)(a1)の重量に基づいて0から5重量%であり、
前記糖(B)と多価カルボン酸(C)との重量比[(B)/(C)]が、25/75~75/25である無機材料用水性接着剤(X)。 - 前記糖(B)と多価カルボン酸(C)との合計重量に基づいて、前記(共)重合体(A)の重量が1~20重量%である請求項1に記載の無機材料用水性接着剤。
- 前記不飽和(ポリ)カルボン酸(無水物)(a1)が、アクリル酸、メタクリル酸、α-エチルアクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、シクロヘキセンカルボン酸、マレイン酸、マレイン酸無水物、フマル酸、フマル酸無水物、イタコン酸、イタコン酸無水物、シトラコン酸、シトラコン酸無水物、メサコン酸、メサコン酸無水物、シクロヘキセンジカルボン酸、シクロヘキセンジカルボン酸無水物、シクロヘプテンジカルボン酸、シクロヘプテンジカルボン酸無水物、ビシクロヘプテンジカルボン酸、ビシクロヘプテンジカルボン酸無水物、メチルテトラヒドロフタル酸、およびメチルテトラヒドロフタル酸無水物からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1または2に記載の無機材料用水性接着剤。
- 請求項1~3のいずれか一項に記載の無機材料用水性接着剤の硬化物で接着された無機材料接着物。
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