JP7286915B2 - 2液型ポリウレタン樹脂形成性組成物、2液型ポリウレタン樹脂接着剤組成物 - Google Patents
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Description
前記A液が、
ポリオール(A-a)と、
水酸基以外の極性基を含有していてもよいラジカル重合性化合物(A-b)と、
水酸基を含有する水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)と、からなり、
前記B液が、
イソシアネート基末端化合物(B-a)と、
ラジカル重合開始剤(B-b)と、からなり、
前記ポリオール(A-a)は、平均官能基数が2よりも大きく、
前記2液型ポリウレタン樹脂形成性組成物中の前記ポリオール(A-a)に由来する架橋点の量が、前記ポリオール(A-a)と、前記ラジカル重合性化合物(A-b)と、前記水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)と、イソシアネート基末端化合物(B-a)と、からなる樹脂成分の質量の総和(Rw)に対して、0.3mmol/g以上1.6mmol/g以下であり、
前記ラジカル重合性化合物(A-b)と、前記水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)と、からなる成分の質量の総和(Aw)が、前記樹脂成分の質量の総和(Rw)に対して、2質量%以上50質量%以下である。
本発明の他の態様にかかる2液型ポリウレタン樹脂接着剤組成物は、上記2液型ポリウレタン樹脂形成性組成物のA液と、B液と、の混合物である。
ポリウレタン樹脂形成性組成物にウレタンアクリレートを用いた場合、架橋成分は1,6-ヘキサンジオールジアクリレートなどの多官能アクリレートを用いることで導入可能である。しかしながら、アクリル成分由来の架橋を用いると、架橋点間距離が短くなることで、ウレタン本来の柔軟性を存分に活かすことができず、脆性破壊特性の劣化に繋がると本発明者らは推測している。これに対して、ウレタン成分由来の架橋であれば、架橋点間距離が長くなり、耐脆性破壊特性が良好となると本発明者らは推測している。
前記A液が、
ポリオール(A-a)と、
水酸基以外の極性基を含有していてもよいラジカル重合性化合物(A-b)と、
水酸基を含有する水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)と、からなり、
前記B液が、
イソシアネート基末端化合物(B-a)と、
ラジカル重合開始剤(B-b)と、からなり、
前記ポリオール(A-a)は、平均官能基数が2よりも大きく、
前記2液型ポリウレタン樹脂形成性組成物中の前記ポリオール(A-a)に由来する架橋点の量が、前記ポリオール(A-a)と、前記ラジカル重合性化合物(A-b)と、前記水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)と、イソシアネート基末端化合物(B-a)と、からなる樹脂成分の質量の総和(Rw)に対して、0.3mmol/g以上1.6mmol/g以下であり、
前記ラジカル重合性化合物(A-b)と、前記水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)と、からなる成分の質量の総和(Aw)が、前記樹脂成分の質量の総和(Rw)に対して、2質量%以上50質量%以下である。
ポリオール(A-a)は、平均官能基数が2よりも大きい。
ポリオール(A-a)としては、例えばポリカーボネートポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、低分子ポリオール等が挙げられる。
ポリカーボネートポリオールとしては、例えばエチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、3,3-ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサン-1,4-ジオール、シクロヘキサン-1,4-ジメタノール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ダイマー酸ジオール、ビスフェノールAのエチレンオキサイドやプロピレンオキサイド付加物、ビス(β-ヒドロキシエチル)ベンゼン、キシリレングリコール等の低分子ポリオールの1種類以上と、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のジアルキルカーボネート類、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のアルキレンカーボネート類、ジフェニルカーボネート、ジナフチルカーボネート、ジアントリルカーボネート、ジフェナントリルカーボネート、ジインダニルカーボネート等のジアリールカーボネート類の1種類以上との重合物が挙げられる。
ポリエステルポリオールとしては、例えばフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、コハク酸、酒石酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、グルタコン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,4-シクロヘキシルジカルボン酸、α-ハイドロムコン酸、β-ハイドロムコン酸、α-ブチル-α-エチルグルタル酸、α,β-ジエチルサクシン酸、マレイン酸、フマル酸等のジカルボン酸、又はこれらの無水物等の1種類以上と、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、3,3-ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサン-1,4-ジオール、シクロヘキサン-1,4-ジメタノール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ダイマー酸ジオール、ビスフェノールAのエチレンオキサイドやプロピレンオキサイド付加物、ビス(β-ヒドロキシエチル)ベンゼン、キシリレングリコール等の分子量500以下の低分子ポリオール類の1種類以上との縮重合反応から得られるものが挙げられる。また、低分子ポリオールの一部をヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン、モノエタノールアミン等の低分子ポリアミンや低分子アミノアルコールに代えて得られるポリエステル-アミドポリオールを使用することもできる。
ポリエーテルポリオールとしては、例えばエチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、3,3-ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサン-1,4-ジオール、シクロヘキサン-1,4-ジメタノール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ダイマー酸ジオール、ビスフェノールA、ビス(β-ヒドロキシエチル)ベンゼン、キシリレングリコール等の低分子ポリオール類、またはエチレンジアミン、プロピレンジアミン、トルエンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、キシリレンジアミン等の低分子ポリアミン類等の活性水素基を2個有する化合物を開始剤として、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等のアルキレンオキサイド類を付加重合させることによって得られるポリエーテルポリオール;メチルグリシジルエーテル等のアルキルグリシジルエーテル類、フェニルグリシジルエーテル等のアリールグリシジルエーテル類、テトラヒドロフラン等の環状エーテルモノマーを開環重合することで得られるポリエーテルポリオール等が挙げられる。
低分子ポリオールとしては、例えばN,N-ビスヒドロキシプロピル-N-ヒドロキシエチルアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、エチレンジアミンプロピレンオキサイド変性体等の第3級アミノ基を含有するポリオール;エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、3,3-ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサン-1,4-ジオール、シクロヘキサン-1,4-ジメタノール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ダイマー酸ジオール、ビスフェノールAのエチレンオキサイドやプロピレンオキサイド付加物、ビス(β-ヒドロキシエチル)ベンゼン、キシリレングリコール;等が挙げられる。
また、室温での硬化性の観点から平均官能基数が2より大きい架橋成分となるポリオールとしては、第3級アミノ基を含有する平均官能基数3以上のポリオールを使用することが好ましい。換言すると、ポリオール(A-a)の一部が、第3級アミノ基を含有する平均官能基数3以上のポリオールからなることが好ましい。
2液型ポリウレタン樹脂形成性組成物中の前記ポリオール(A-a)に由来する架橋点の量が、ポリオール(A-a)、水酸基を除く極性基を含有していてもよいラジカル重合性化合物(A-b)と、水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)と、イソシアネート基末端化合物(B-a)と、からなる樹脂成分の質量の総和(Rw)に対して、0.3mmol/g以上1.6mmol/g以下であることが好ましく、0.3mmol/g以上0.7mmol/g以下であることがより好ましい。ポリオール(A-a)に由来する架橋点の量が0.3mmol/g以上であると、得られるポリウレタン樹脂硬化物の堅牢性に優れ、より優れた接着強度を得ることができる。一方、ポリオール(A-a)に由来する架橋点の量が1.6mmol/g以下であると、得られるポリウレタン樹脂硬化物の耐脆性破壊特性に優れ、より優れた接着強度を得ることができる。
架橋点の量(架橋濃度)の算出方法については後述する。なお、架橋点とは架橋に寄与する点である。例えば3官能のポリオールの場合、3つの水酸基のうちのいずれか1つの水酸基は架橋に寄与し、残りの2つの水酸基は架橋に寄与しないため、架橋点は1つである。
水酸基以外の極性基を含有していてもよいラジカル重合性化合物(A-b)としては、例えば、極性基を有しない(メタ)アクリレート化合物、炭素、水素以外の原子を含む置換基がエステル結合する(メタ)アクリレート化合物が挙げられる。該置換基としては、リン酸エステル基、カルボキシル基、エポキシ基、グリシジルエーテル基、テトラヒドロフルフリル基、アルコキシシリル基、テトラヒドロピラニル基、スルホン酸基等が挙げられる。ラジカル重合性化合物(A-b)は、リン酸基含有(メタ)アクリレート化合物であることが好ましい。
水酸基を含有する水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)としては、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシヘプチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、ヒドロキシオクチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、および2-ヒドロキシ-3-クロロプロピル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの水酸基含有(メタ)アクリレート化合物は1種を使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
ラジカル重合性化合物(A-b)と、水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)と、からなる成分の質量の総和(Aw)は、ポリオール(A-a)と、ラジカル重合性化合物(A-b)と、水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)と、イソシアネート基末端化合物(B-a)と、からなる樹脂成分の質量の総和(Rw)に対して、2質量%以上50質量%以下であることが好ましい。2質量%以上であると、ラジカル重合性化合物(A-b)および水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)がポリオール(A-a)と、イソシアネート基末端化合物(B-a)と、からなるウレタン成分に十分に複合化され、より優れた接着強度を得ることができる。一方、50質量%以下であると得られるポリウレタン樹脂硬化物の耐脆性破壊特性に優れ、より優れた接着強度を得ることができる。
イソシアネート基末端化合物(B-a)は、イソシアネート基を末端に有する化合物であれば特に制限はない。イソシアネート基末端化合物(B-a)としては、例えば、脂肪族イソシアネート、脂環族イソシアネート、芳香族イソシアネート、芳香脂肪族イソシアネート等の未変性イソシアネート;及び、イソシアネートをポリオールで変性して得られるイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー;からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。
これらのうち、反応性や粘度の観点から、芳香族イソシアネートと、前記ポリオール(A-a)で示したポリオールのうち、平均官能基数3以下のポリオールとを反応させて得られるイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーが好ましい。
脂肪族イソシアネートとしては、例えばヘキサメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、2-メチル-ペンタン-1,5-ジイソシアネート、3-メチル-ペンタン-1,5-ジイソシアネート、リジンジイソシアネート、トリオキシエチレンジイソシアネート、エチレンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、オクタメチレンジイソシアネート、ノナメチレンジイソシアネート、2,2’-ジメチルペンタンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサンジイソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、ブテンジイソシアネート、1,3-ブタジエン-1,4-ジイソシアネート、2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,6,11-ウンデカントリイソシアネート、1,3,6-ヘキサメチレントリイソシアネート、1,8-ジイソシアネート-4-イソシアネートメチルオクタン、2,5,7-トリメチル-1,8-ジイソシアネート-5-イソシアネートメチルオクタン、ビス(イソシアネートエチル)カーボネート、ビス(イソシアネートエチル)エーテル、1,4-ブチレングリコールジプロピルエーテル-α,α’-ジイソシアネート、リジンジイソシアネートメチルエステル、2-イソシアネートエチル-2,6-ジイソシアネートヘキサノエート、2-イソシアネートプロピル-2,6-ジイソシアネートヘキサノエート等が挙げられる。
脂環族イソシアネートとしては、例えばイソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルジイソシアネート、ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、ジシクロヘキシルジメチルメタンジイソシアネート、2,2’-ジメチルジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ビス(4-イソシアネート-n-ブチリデン)ペンタエリスリトール、水素化された水添ダイマー酸ジイソシアネート、2-イソシアネートメチル-3-(3-イソシアネートプロピル)-5-イソシアネートメチル-ビシクロ〔2.2.1〕-ヘプタン、2-イソシアネートメチル-3-(3-イソシアネートプロピル)-6-イソシアネートメチル-ビシクロ〔2.2.1〕-ヘプタン、2-イソシアネートメチル-2-(3-イソシアネートプロピル)-5-イソシアネートメチル-ビシクロ〔2.2.1〕-ヘプタン、2-イソシアネートメチル-2-(3-イソシアネートプロピル)-6-イソシアネートメチル-ビシクロ〔2.2.1〕-ヘプタン、2-イソシアネートメチル-3-(3-イソシアネートプロピル)-5-(2-イソシアネートエチル)-ビシクロ-〔2.2.1〕-ヘプタン、2-イソシアネートメチル-3-(3-イソシアネートプロピル)-6-(2-イソシアネートエチル)-ビシクロ-〔2.2.1〕-ヘプタン、2-イソシアネートメチル-2-(3-イソシアネートプロピル)-5-(2-イソシアネートエチル)-ビシクロ-〔2.2.1〕-ヘプタン、2-イソシアネートメチル-2-(3-イソシアネートプロピル)-6-(2-イソシアネートエチル)-ビシクロ-〔2.2.1〕-ヘプタン、2,5-ビス(イソシアネートメチル)-ビシクロ〔2.2.1〕-ヘプタン、水素化された水添ジフェニルメタンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、水素化された水添トリレンジイソシアネート、水素化された水添キシレンジイソシアネート、水素化された水添テトラメチルキシレンジイソシアネート等が挙げられる。
芳香族イソシアネートとしては、例えば2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート/2,6-トリレンジイソシアネート混合物、2,4’-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/4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート混合物、m-キシリレンジイソシアネート、p-キシリレンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルエーテルジイソシアネート、2-ニトロジフェニル-4,4’-ジイソシアネート、2,2’-ジフェニルプロパン-4,4’-ジイソシアネート、3,3’-ジメチルジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート、4,4’-ジフェニルプロパンジイソシアネート、m-フェニレンジイソシアネート、p-フェニレンジイソシアネート、ナフチレン-1,4-ジイソシアネート、ナフチレン-1,5-ジイソシアネート、3,3’-ジメトキシジフェニル-4,4’-ジイソシアネート等が挙げられる。
芳香脂肪族イソシアネートとしては、例えば1,3-または1,4-キシリレンジイソシアネート若しくはその混合物、1,3-または1,4-ビス(1-イソシアナト-1-メチルエチル)ベンゼン若しくはその混合物、ω,ω’-ジイソシアナト-1,4-ジエチルベンゼン等が挙げられる。
ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエステルポリオールの具体例としては、前記ポリオール(A-a)で示したポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエステルポリオールが挙げられる。
これらのなかでも、優れた物性を発現する点から、テトラヒドロフラン等の環状エーテルモノマーを開環重合することで得られるポリテトラメチレングリコールが好ましい。
ラジカル重合開始剤(B-b)としては、熱重合開始剤、光重合開始剤、電子線重合開始剤等が挙げられ、これらのなかでも熱重合開始剤が好ましい。
熱重合開始剤としては、有機過酸化物等が挙げられ、例えばケトンパーオキサイド類、パーオキシケタール類、ハイドロパーオキサイド類、ジアルキルパーオキサイド類、ジアシルパーオキサイド類、パーオキシジカーボネート類、パーオキシエステル類等を用いることができる。
ケトンパーオキサイド類としては、メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド、3,3,5-トリメチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルアセトアセテートパーオキサイド、およびアセチルアセトンパーオキサイド等が挙げられる。
パーオキシケタール類としては、1,1-ビス(ターシャリーブチルパーオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、1,1-ビス(ターシャリーブチルパーオキシ)シクロヘキサン、2,2-ビス(ターシャリーブチルパーオキシ)オクタン、ノルマルブチル-4,4-ビス(ターシャリーブチルパーオキシ)バレレート、および2,2-ビス(ターシャリーブチルパーオキシ)ブタン等が挙げられる。
ハイドロパーオキサイド類としては、ターシャリーブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、パラメンタンハイドロパーオキサイド、2,5-ジメチルヘキサン-2,5-ジハイドロパーオキサイド、および1,1,3,3-テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド等が挙げられる。
ジアルキルパーオキサイド類としては、ジターシャリーブチルパーオキサイド、ターシャリーブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、α,α’-ビス(ターシャリーブチルパーオキシ-メタ-イソプロピル)ベンゼン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(ターシャリーブチルパーオキシ)ヘキサン、および2,5-ジメチル-2,5-ジ(ターシャリーブチルパーオキシ)ヘキシン-3等が挙げられる。
ジアシルパーオキサイド類としては、アセチルパーオキサイド、イソブチルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、ラウリノイルパーオキサイド、3,3,5-トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、サクシニックアシッドパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、および2,4-ジクロロベンゾイルパーオキサイド、メタ-トルオイルパーオキサイド等が挙げられる。
パーオキシジカーボネート類としては、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ-2-エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジノルマルプロピルパーオキシジカーボネート、ビス(4-ターシャリーブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ-2-エトキシエチルパーオキシジカーボネート、ジメトキシイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ(3-メチル-3-メトキシブチル)パーオキシジカーボネート、およびジアリルパーオキシジカーボネート等が挙げられる。
パーオキシエステル類としては、ターシャリーブチルパーオキシアセテート、ターシャリーブチルパーオキシイソブチレート、ターシャリーブチルパーオキシピヴァレート、ターシャリーブチルパーオキシネオデカノエート、クミルパーオキシネオデカノエート、ターシャリーブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、ターシャリーブチルパーオキシ-3,3,5-トリメチルヘキサノエート、ターシャリーブチルパーオキシラウレート、ターシャリーブチルパーオキシベンゾエート、ジターシャリーブチルパーオキシイソフタレート、2,5-ジメチル-2,5-ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、ターシャリーブチルパーオキシマレイックアシッド、ターシャリーブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、クミルパーオキシオクトエート、ターシャリーヘキシルパーオキシネオデカノエート、ターシャリーヘキシルパーオキシピヴァレート、ターシャリーブチルパーオキシネオヘキサノエート、ターシャリーヘキシルパーオキシネオヘキサノエート、およびクミルパーオキシネオヘキサノエート等が挙げられる。
その他の有機過酸化物としては、アセチルシクロヘキシルスルフォニルパーオキサイドおよびターシャリブチルパーオキシアリルカーボネート等が挙げられる。
熱重合開始剤としては、有機過酸化物以外の化合物もあり、例えば、アゾニトリル化合物類、アゾアミジン化合物類、サイクリックアゾアミジン化合物類、アゾアミド化合物類、アルキルアゾ化合物類等を用いることができる。
アゾニトリル化合物類としては、アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルヴァレロニトリル)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、1-[(1-シアノ-1-メチルエチル)アゾ]ホルムアミド、および2-フェニルアゾ-4-メトキシ-2,4-ジメチルヴァレロニトリル等が挙げられる。
アゾアミジン化合物類としては、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)ジハイドロクロライド等が挙げられる。
サイクリックアゾアミジン化合物類としては、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]等が挙げられる。
アゾアミド化合物類としては、2,2’-アゾビス{2-メチル-ノルマル-[1,1-ビス(ヒドロキシメチル)-2-ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}および2,2’-アゾビス{2-メチル-ノルマル-[1,1-ビス(ヒドロキシメチル)エチル]プロピオンアミド}等が挙げられる。
アルキルアゾ化合物類としては、2,2’-アゾビス(2,4,4-トリメチルペンタン)等が挙げられる。
ポリウレタン樹脂形成性組成物は、有機過酸化物と、金属錯体と、を含有するレドックス硬化系であってもよい。レドックス硬化系のポリウレタン樹脂形成性組成物は、アクリル成分などのラジカル重合性化合物に室温硬化性が付与される。
金属錯体としては、例えば、銅化合物および/またはバナジウム化合物等を用いることができる。他の金属化合物に比べて高い反応性が得られるため、銅化合物および/またはバナジウム化合物が好ましい。
銅化合物の具体例としては、塩化銅、酢酸銅、ナフテン酸銅、銅アセチルアセトネートなどが挙げられる。
バナジウム化合物の具体例としては、バナジルアセチルアセトネート、バナジウムステアレート、バナジウムナフテート、五酸化バナジウムなどが挙げられる。
有機過酸化物と金属錯体との反応を向上させる目的で、ポリウレタン樹脂形成性組成物は硬化促進剤を含んでいてもよい。硬化促進剤として、例えば、3級アミン類、ポリアミン類、チオ尿素類等を用いることができる。
3級アミン類としては、サッカリン、1-アセチル-2-フェニル-ヒドラジン、N,N-ジメチル-p-トルイジン、N,N-ジメチルアニリン、ジイソプロパノール-P-トルイジン、トリエチルアミン等が挙げられる。
ポリアミン類としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ペンタエチレンヘキサミン等が挙げられる。
チオ尿素類としては、チオ尿素、エチレンチオ尿素、ベンゾイルチオ尿素、アセチルチオ尿素、テトラメチルチオ尿素等のチオ尿素類などが挙げられる。
ポリオール(A-a)、ラジカル重合性化合物(A-b)、水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)からなるA液は、必要に応じてウレタン化反応時において作用する触媒を含有してもよい。
触媒としては、例えばイソシアヌレート化触媒、アロファネート化触媒、ウレタン化触媒等を用いることができ、1種類を用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
2液型ポリウレタン樹脂形成性組成物は、さらに必要に応じて、添加剤として、酸化防止剤、消泡剤等を含んでいてもよい。
2液型ポリウレタン樹脂形成性組成物は、A液および/またはB液が、さらに無機フィラーを含んでいてもよい。
本発明の一実施形態にかかる2液型ポリウレタン樹脂接着剤組成物は、上述した2液型ポリウレタン樹脂形成性組成物のA液と、B液と、の混合物である。
次に、架橋点の量の算出方法について説明する。
2液型ポリウレタン樹脂形成性組成物における各種架橋点の量は、以下に示す式1で求めることができる。式1は、ポリウレタン樹脂形成性組成物中における、ポリオール(A-a)、ラジカル重合性化合物(A-b)、水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)とイソシアネート基末端化合物(B-a)からなる樹脂成分の質量の総和に対する、ポリオール(A-a)に由来する架橋点の量(mmol/g)を求める式である。
式1における略号は以下の通り。
・W1:ポリオール(A-a)の合計質量中の平均官能基数が2より大きい架橋成分となるポリオールの含有量(g)
・M1:平均官能基数が2より大きい架橋成分となるポリオールの平均分子量
・F1:平均官能基数が2より大きい架橋成分となるポリオールの平均官能基数
・T :ポリオール(A-a)、ラジカル重合性化合物(A-b)、水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)とイソシアネート基末端化合物(B-a)からなる樹脂成分の合計質量(g)
常温において極めて優れた接着力をもって接着されていることが好ましい。したがって、25℃の環境下においてJIS K 6850:1999(接着剤-剛性被接着材の引張せん断接着強さ試験方法)に基づいて測定した引張せん断強度が、15MPa以上であることが好ましい。
(A-a)ポリオール
・「MA-170」;レオコンMA-170(ライオンスペシャリティケミカルズ社製)、N,N-ビスヒドロキシプロピル-N-ヒドロキシエチルアミン、水酸基価=950KOHmg/g、f=3
・「EDP-300」;アデカポリエーテルEDP-300(ADEKA社製)、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、水酸基価=760KOHmg/g、f=4
・「PCD-500」;Kuraray Polyol C-590(クラレ社製)、ポリカーボネートポリオール、水酸基価=224KOHmg/g、f=2
・「PCD-1000」;ニッポラン965(東ソー社製)、ポリカーボネートポリオール、水酸基価=112KOHmg/g、f=2
・「PES-1000」;クラレポリオールP-1010(クラレ社製)、ポリエステルポリオール[アジピン酸/3-メチルペンタンジオール]、水酸基価=112KOHmg/g、f=2
・「TMP」;トリメチロールプロパン(三菱ガス化学社製)トリメチロールプロパン、水酸基価=1255KOHmg/g、f=3
・「MAA」;メタクリル酸(東京化成工業社製)
・「MR-200」;リン酸2-(メタクリロイルオキシ)エチル(大八化学工業社製)
・「HPA」;2-ヒドロキシプロピルアクリレート(東京化成工業社製)
・「HEA」;2-ヒドロキシエチルアクリレート(東京化成工業社製)
・「HEMA」;2-ヒドロキシエチルメタクリレート(東京化成工業社製)
金属錯体
・「塩化銅(I)」;塩化銅(I)(和光純薬工業社製)
・「NM」;ミリオネートNM(東ソー社製)、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の混合物、NCO含有量=33.5%
・「PTMG-850」;PTMG850(三菱ケミカル社製)、ポリテトラメチレングリコール、水酸基価132KOHmg/g、f=2。
・「クメンハイドロパーオキサイド」;クメンヒドロパーオキシド溶液(キシダ化学社製)
無機フィラー
・「ゼオライト」;ゼオラムA-3(東ソー社製)
・「タルク」;クラウンタルクR(松村産業社製)
(1)ポリウレタン樹脂接着剤組成物(接着剤)の調製
ポリオール(A-a)、ラジカル重合性化合物(A-b)、水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)からなるA液と、任意成分である金属錯体とを、ポリプロピレン製カップ内でステンレス鋼製ヘラを用いて均一になるまで混合し、A液と任意成分である金属錯体との混合物を得た。一方、イソシアネート基末端化合物(B-a)、ラジカル重合開始剤(B-b)からなるB液と、任意成分である無機フィラーと、を公転自転撹拌機(商品名:カクハンター、写真化学社製)を使用して混合し、B液と任意成分である無機フィラーとの混合物を得た。A液と任意成分である金属錯体との混合物と、B液と任意成分である無機フィラーとの混合物と、を、表1および表2に示す配合処方に従って、ポリプロピレン製カップ内でステンレス鋼製ヘラを用いて均一になるまで混合し、2液型ポリウレタン樹脂接着剤組成物(以下、接着剤組成物とも言う)を得た。
接着剤組成物を、縦100mm×横25mm×厚さ1mmのアルミニウム板(ユタカパネルサービス社製、A5052P)に均一に塗布し、JIS K 6850:1999に準拠した接着試験片を作製した。試験片は、基材の重なり領域が縦12.5mm×横25mmとなるように接着させ、スペーサーとしてガラスビーズを使用することで接着剤層の厚みを0.25mmに調整し、試験片を作製した。アルミニウム基材同士の試験片の他、アルミニウム基材とCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic;ABC HOBBY社製)とを使用した接着試験片も作製した。
作製した接着試験片は、引張試験機(商品名:テンシロンUTA-500、オリエンテック社製)により、接着部の引張せん断強度を測定した。この測定は、前述した測定方法で、すなわち、JIS K 6850:1999の接着剤-剛性被接着材の引張せん断接着強さ試験方法に準拠して行った。また、測定条件はチャック間距離を115mm、テストスピードは10mm/分とした。
製造工程を想定して接着性評価を行うため、試験を行う際に養生の条件を下記(i)~(iii)の3種類に分けて評価を行った。
(i)120℃硬化
前記(2)に記載の方法にて試験片を作製し、前記(1)で作製した接着剤組成物を120℃で5時間反応させ、反応後の接着試験片を25℃に戻してから25℃下で測定した。
(ii)加熱時
前記(2)に記載の方法にて試験片を作製し、前記(1)で作製した接着剤組成物を120℃で5時間反応させた後、170℃恒温槽で20分静置し、そのまま恒温槽内170℃下で測定した。
(iii)室温硬化
前記(2)に記載の方法にて試験片を作製し、前記(1)で作製した接着剤組成物を25℃で10時間反応させた直後に25℃下にて測定した。
実施例および比較例は表3~6に示す。
実施例1~9を表3、比較例1~5を表4に示す。実施例1~9では接着強度が15MPa以上の良好な値を示し、すべてにおいて樹脂の凝集破壊により接着試験片が破壊した。樹脂の凝集破壊から、アルミニウム基材またはCFRPと良好な接着性を有していることが分かる。
一方、比較例1、2ではラジカル重合性化合物(A-b)、水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)を含有していないことから基材と十分な相互作用を得られず、接着強度が不十分であり、かつアルミニウム基材との界面破壊となった。比較例3では、水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)を含有していないことでラジカル重合性化合物(A-b)がウレタン成分と複合化されることがなく、接着強度が不十分であった。このとき、基材にはアルミニウム基材とCFRPとを用いているが、ポリウレタン樹脂接着剤組成物はアルミニウム基材との相互作用の方が弱く、アルミニウム基材とポリウレタン樹脂接着剤組成物間で界面破壊となった。比較例4、5は2液型ポリウレタン樹脂形成性組成物中のポリオール(A-a)に由来する架橋点の量が、樹脂成分の質量の総和(Rw)に対して0.3mmol/g以上1.6mmol/g以下の範囲外であり、接着強度が不十分であった。架橋点の量が0.3mmol/g未満であった比較例4では架橋が不十分であり、樹脂の強度が低いため、樹脂の凝集破壊となり、接着強度が不十分であった。一方、架橋点の量が1.6mmol/gを超えた比較例5では架橋量が多すぎることにより、樹脂の脆性が増したことにより、樹脂の凝集破壊となり、接着強度が不十分であった。
実施例10~13を表5に示す。実施例12、13はラジカル重合性化合物(A-b)としてカルボン酸を有するメタクリル酸を用いたところ、ポリウレタン樹脂接着剤組成物との相互作用が弱いアルミニウム基材とポリウレタン樹脂接着剤組成物間で界面破壊となった。
一方、ラジカル重合性化合物(A-b)としてリン酸エステル類を使用した実施例10、11では自動車の塗装工程を想定した170℃の測定温度下でも良好な接着強度を示した。基材としてアルミニウム基材、CFRPのどちらを使用しても樹脂の凝集破壊となり、170℃の測定温度下でも基材と良好な接着性を有していることがわかる。この点から、ラジカル重合性化合物(A-b)としてはリン酸エステル類を使用することがより好ましい。
実施例14~17を表6に示す。ポリオール(A-a)に由来する架橋点として第3級アミノ基を含有する平均官能基数3以上のポリオールを使用していない実施例17では樹脂の120℃硬化でのみ良好な接着強度を示した。
一方、ポリオール(A-a)に由来する架橋点として第3級アミノ基を含有する平均官能基数3以上のポリオールを使用した実施例14~16では、室温で硬化させても良好な接着性を示し、120℃硬化と比較しても70%以上の接着強度を保持した。室温で硬化してもポリウレタン樹脂接着剤組成物はアルミニウム基材とCFRPには良好な接着性を示し、樹脂の凝集破壊となった。この点から、ポリオール(A-a)に由来する架橋点としては第3級アミノ基を含有する平均官能基数3以上のポリオールを使用することがより好ましい。
Claims (3)
- A液と、B液と、の2液からなる2液型ポリウレタン樹脂形成性組成物であって、
前記A液が、
ポリオール(A-a)と、
ラジカル重合性化合物(A-b)と、
1個の水酸基を含有する水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)と、からなり、
前記B液が、
2個以上のイソシアネート基を含有するイソシアネート基末端化合物(B-a)と、
ラジカル重合開始剤(B-b)と、からなり、
前記ポリオール(A-a)は、
平均官能基数が2よりも大きく、かつ、
平均官能基数が2より大きい架橋性ポリオールと、官能基数2の非架橋性ポリオールと、を含み、
前記ラジカル重合性化合物(A-b)が、水酸基を含有しないリン酸基含有(メタ)アクリレート化合物であり、
前記2液型ポリウレタン樹脂形成性組成物中の前記ポリオール(A-a)に由来する、式1より算出される架橋点の量が、前記ポリオール(A-a)と、前記ラジカル重合性化合物(A-b)と、前記水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)と、イソシアネート基末端化合物(B-a)と、からなる樹脂成分の質量の総和(Rw)に対して、0.3mmol/g以上1.6mmol/g以下であり、
前記ラジカル重合性化合物(A-b)と、前記水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)と、からなる成分の質量の総和(Aw)が、前記樹脂成分の質量の総和(Rw)に対して、2質量%以上50質量%以下であることを特徴とする2液型ポリウレタン樹脂形成性組成物。
((W1/M1)×(F1-2))×1000/T ・・・(式1)
W1:ポリオール(A-a)の合計質量中の平均官能基数が2より大きい架橋成分となるポリオールの含有量(g)
M1:平均官能基数が2より大きい架橋成分となるポリオールの平均分子量
F1:平均官能基数が2より大きい架橋成分となるポリオールの平均官能基数
T:ポリオール(A-a)、ラジカル重合性化合物(A-b)、水酸基含有(メタ)アクリレート化合物(A-c)とイソシアネート基末端化合物(B-a)からなる樹脂成分の合計質量(g)
ただし、前記2液型ポリウレタン樹脂形成性組成物中に、平均官能基数が2より大きい架橋成分となるポリオールが2種以上含まれる場合、平均官能基数が2より大きい架橋成分となるポリオールそれぞれの架橋点の量を式1に従って算出し、それらの総和が、当該2液型ポリウレタン樹脂形成性組成物における架橋点の量である。 - 前記ポリオール(A-a)の一部が、第3級アミノ基を含有する平均官能基数3以上のポリオールからなることを特徴とする請求項1に記載の2液型ポリウレタン樹脂形成性組成物。
- 前記A液および/または前記B液が、さらに無機フィラーを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の2液型ポリウレタン樹脂形成性組成物。
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