JP7295341B2 - 2液型ポリウレタン接着剤及び被着体 - Google Patents
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Description
また、ウレタンプレポリマーを含有する主剤と、1分子中に2個以上の活性水素基を有する化合物を含有する硬化剤と、を有する2液硬化型ウレタン接着剤であって、前記硬化剤にテルペン化合物を含有する、2液硬化型ウレタン接着剤が知られている。(例えば、特許文献2参照)。
(1)破断強度や硬度等の樹脂強度に優れ、かつ耐久性に優れる。
(2)耐寒性及び耐熱性に優れ、優れた接着力を有する。
(3)低臭気性(特異臭がない)であり、溶出が少なく低汚染性(非溶出性)であるため、安全性に優れる。
(4)柔軟性及び靭性に優れる。
(5)塗工後に接着剤が垂れづらいため、塗工性に優れる。
本発明における主剤(X)は、6~14官能のポリオールにエチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオール(a)を必須成分とするポリオール成分(A)を含有する。
前記ポリエーテルポリオール(a)のエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイド付加数の合計は加工性と耐熱性及び低溶出性の観点から、水酸基1つあたり好ましくは1.0~2.0であり、更に好ましくは1.1~1.8であり、特に好ましくは1.2~1.6であり、最も好ましくは1.3~1.5である。
その他のポリオール成分(a1)としては、例えば、数平均分子量(以下、Mnと略記)が300未満の低分子ポリオール(a11)、Mnが300以上の高分子ポリオール(a12)、並びにこれらと後述のイソシアネート(b1)、(b2)、(b3)、(b4)及び/又はイソシアネート変性体(b5)とを反応させて得られる末端に水酸基を有するプレポリマー(a13)等が挙げられる。前記末端に水酸基を有するプレポリマー(a13)はイソシアネート基を有していないことが好ましい。その他のポリオール成分(a1)は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
上記におけるAO付加モル数は、接着力の観点から好ましくは2~100モル、更に好ましくは2~50モル、特に好ましくは2~30モルである。
尚、ビスフェノール系化合物のAO付加物の場合、AO付加モル数は接着剤の凝集力の観点から好ましくは2~10モル、更に好ましくは2~6モル、特に好ましくは2~4モルである。接着剤の凝集力が向上すると樹脂強度が向上する。
ポリオレフィンポリオールとしては、ポリイソブテンポリオール等が挙げられる。
ポリアルカジエンポリオールとしては、ポリイソプレンポリオール、ポリブタジエンポリオール、水添化ポリイソプレンポリオール及び水添化ポリブタジエンポリオール等が挙げられる。
アミノ基含有ポリオールとしては、例えばポリ(n=2~6)アルキレン(炭素数2~6)ポリ(n=3~7)アミンのAO付加物[N,N,N’,N’,N”-ペンタキス(2-ヒドロキシプロピル)-ジエチレントリアミン等]が挙げられる。
また、その他のポリオール成分(a1)のうち、ポリエステルポリオール(a122)であることも好ましく、更に好ましくはヒマシ油系ポリオールであり、最も好ましくはヒマシ油(精製ヒマシ油)である。
前記Mnが300未満の低分子ポリオール(a11)の含有量はポリオール成分(A)の重量に基づき、耐熱性、低汚染性(低溶出性)の観点から好ましくは20重量%以下である。
本発明における硬化剤(Y)は、イソシアネート成分(B)を含有する。
前記イソシアネート成分(B)としては、炭素数(NCO基中の炭素を除く、以下同様)2~18の脂肪族イソシアネート(b1)、炭素数4~15の脂環式イソシアネート(b2)、炭素数8~15の芳香脂肪族イソシアネート(b3)、炭素数6~20の芳香族イソシアネート(b4)、前記イソシアネート(b1)~(b4)のイソシアヌレート基、ウレトイミン基、アロファネート基、ビウレット基、ウレトイミン基、カルボジイミド基及び/又はウレトジオン基を有するイソシアネート変性体(b5)、並びに過剰のイソシアネート(b1)、(b2)、(b3)、(b4)及び/又はイソシアネート変性体(b5)とMnが300未満の低分子ポリオール(a11)及び/又はMnが300以上の高分子ポリオール(a12)とから得られる末端にイソシアネート基を有するプレポリマー(b6)等が挙げられる。前記末端にイソシアネート基を有するプレポリマー(b6)は水酸基を有していないことが好ましい。イソシアネート成分(B)は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
また、末端にイソシアネート基を有するプレポリマー(b6)を構成する過剰のイソシアネート(b1)、(b2)、(b3)、(b4)及び/又はイソシアネート変性体(b5)のうち、接着剤の凝集力の観点から、好ましいのは炭素数8~15の芳香脂肪族イソシアネート(b3)、炭素数6~20の芳香族イソシアネート(b4)及びそれらの変性体であり、更に好ましいのは炭素数6~20の芳香族イソシアネート(b4)である。
前記イソシアネート成分(B)全体のNCO含量が18重量%未満であると耐熱性及び低臭気性が不足し、30重量%を超えると接着剤がもろく割れやすくなる。
前記イソシアネート成分(B)全体のNCO含量は、JIS K 1603-1:2007に従って測定したイソシアネート基含有率(重量%)を示す。
イソシアネート成分(B)中のイソシアネート(b1)~(b6)のそれぞれのNCO含量とイソシアネート(b1)~(b6)のそれぞれの含有量とを調整することによりイソシアヌレート成分(B)全体のNCO含量を調整することができる。
触媒は主剤(X)及び/又は硬化剤(Y)いずれに添加しても良いが、保存安定性の観点から主剤(X)に添加するのが好ましい。
本発明の2液型ポリウレタン接着剤は、前記主剤(X)と、前記硬化剤(Y)とからなる。
本発明の2液型ポリウレタン接着剤は、本発明の効果を阻害しない範囲で更に粘着性付与剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、充填剤、顔料及び溶剤等の添加剤を含有することができる。前記の添加剤は、主剤(X)及び/又は硬化剤(Y)いずれに添加しても良いが、イソシアネート成分と反応する添加剤については主剤(X)に添加した方が好ましい。
これらの内、接着力の観点から酸価及び/又は水酸基価を有するものが好ましく、ロジン樹脂、フェノール樹脂、テルペンフェノール樹脂、キシレン樹脂及びこれらの水素添加物が更に好ましく、テルペンフェノール樹脂及びその水素添加物が特に好ましい。
本発明の2液型ポリウレタン接着剤を硬化させてなる硬化物は、-40℃~90℃において貯蔵弾性率が高く、また変化が少なく温度依存性に優れるため耐寒性及び耐熱性に優れ、優れた接着力を有する。
2液型ポリウレタン接着剤の硬化後の-40℃における貯蔵弾性率(E’-40)は柔軟性と樹脂強度の観点から好ましくは2000MPa~10000MPaであり、更に好ましくは2000MPa~5000MPaであり、特に好ましくは2000MPa~3000MPaである。また、90℃における貯蔵弾性率(E’90)は柔軟性と樹脂強度の観点から好ましくは200MPa~3000MPaであり、更に好ましくは500MPa~3000MPaであり、特に好ましくは、1000MPa~2000MPaである。前記貯蔵弾性率はポリオール成分(A)の重量に基づくポリエーテルポリオール(a)の含有量及びポリエーテルポリオール(a)の水酸基1つ当たりのエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイド付加数を変更することで、調節することができる。
-40℃における貯蔵弾性率と90℃における貯蔵弾性率との比率(E’-40/E’90)は、例えば2液型ポリウレタン接着剤の硬化物の共有結合架橋密度を変更することで、調節することができる。共有結合架橋密度は2液型ポリウレタン接着剤が硬化したウレタン樹脂1g中に含まれる共有結合に基づく架橋を起こした点のモル数のことである。
2液型ポリウレタン接着剤の硬化後のガラス転移温度は100℃~150℃であり、下限について好ましくは105℃であり、更に好ましくは110℃であり、上限について好ましくは140℃であり、更に好ましくは130℃である。一態様においては、2液型ポリウレタン接着剤の硬化後のガラス転移温度は好ましくは105℃~140℃であり、更に好ましくは、110℃~130℃である。ガラス転移温度が100℃未満の場合、耐熱性が低下し、150℃を超えると加工性(接着剤の粘度)が低下する。
ポリオール成分(A)を含有する主剤(X)とイソシアネート成分(B)を含有する硬化剤(Y)を当量比(OH/NCO比)が1となるような比率で50℃で均一混合して遠心脱泡し、厚さ1mmのシート状に成型して50℃で3日間養生後、長さ30mm×幅5mmの大きさに裁断して試験片を得る。
<粘弾性測定>
2液型ポリウレタン接着剤の硬化後の貯蔵弾性率E’、損失弾性率E’’及びtanδは、以下の粘弾性測定によって求める。
<粘弾性測定方法>
測定装置:Rheogel-E4000[UBM(株)製]
測定治具:引っ張り
クランプ間距離:20mm
動力計:1kg
静荷重計:2kg
測定温度:-50℃~200℃
昇温速度:5℃/分
測定周波数:10Hz
硬化後のガラス転移温度は、例えばウレタン基及び/又は芳香環の含有量を上げるとガラス転移温度を上げることができ、ウレタン基及び/又は芳香環の含有量を下げるとガラス転移温度を下げることができる。
前記ウレタン基の含有量は、2液型ポリウレタン接着剤が硬化したウレタン樹脂1g中に含まれるウレタン基のモル数のことである。
前記芳香環の含有量は、2液型ポリウレタン接着剤が硬化したウレタン樹脂1g中に含まれる芳香環の重量%のことである。
プラスチック成形品としては、例えばABS樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、メラミン樹脂、ポリオレフィン樹脂等のプラスチック樹脂の射出成形、押出成形、ブロー成形、プレス成形等により得られる成形板、成形部品等が挙げられる。
被着体であるプラスチックフィルムやプラスチック成形品は、接着性の観点からコロナ処理やプラズマ処理等の表面処理をすることが好ましい。
金属板としては、例えばステンレス板、亜鉛鋼板、化成処理鋼板、アルミ板が挙げられる。
本発明における当量比(OH/NCO比)は、以下に示す式1で求めることができる。
((X)の水酸基価×(X)の重量/56100)/((Y)のNCO含量×(Y)の重量/4200) ・・・(式1)
(Y)のNCO含量×(Y)の重量/((X)の重量+(Y)の重量)
・・・(式2)
被着体としては、プラスチックフィルム及びプラスチック成形品等が挙げられ、接着性の観点からコロナ処理やプラズマ処理等の表面処理をすることが好ましい。
被着体の製造法については公知の製造法が用いられる。
反応には、公知の反応装置(撹拌機を備えた混合槽、スタティックミキサー等)が使用でき、反応温度は、反応性及び熱劣化抑制の観点から好ましくは10~160℃、更に好ましくは25~120℃であり、安定性の観点から気相部を窒素で置換するのが好ましい。
撹拌装置、温度制御装置、凝縮設備としての熱交換器、原料供給ライン及び排気ラインを備えたステンレス製オートクレーブに、ソルビトール(6官能)を385重量部と水酸化カリウム3重量部を仕込んだ後撹拌を開始して、オートクレーブと凝縮設備内を0.005MPaまで減圧した。原料供給ラインを通じてPO735重量部を、反応温度を90~100℃に保つように制御しながら投入した。但し、POの投入は6時間かけて連続して実施した。凝縮設備でPOを凝縮し回収するため-30℃の冷媒を循環した。続いて100℃で3時間熟成した。次に、30重量部の合成珪酸塩[協和化学工業(株)製;「キョーワード600」]と水40重量部を加えて60℃で3時間処理した。オートクレーブより取り出した後、1ミクロンのフィルターで濾過した後2時間脱水し、液状のポリエーテルポリオール(a-1)を得た。(a-1)の水酸基価は634mgKOH/g、水酸基1つあたりのPO付加モル数は1.0であった。
PO投入量を735重量部から1100重量部に変えた以外は製造例1と同様に合成し、ポリエーテルポリオール(a-2)を得た。(a-2)の水酸基価は477mgKOH/g、水酸基1つあたりのPO付加モル数は1.5であった。
PO投入量を735重量部から1470重量部に変えた以外は製造例1と同様に合成し、ポリエーテルポリオール(a-3)を得た。(a-3)の水酸基価は383mgKOH/g、水酸基1つあたりのPO付加モル数は2.0であった。
PO投入量を735重量部から3675重量部に変えた以外は製造例1と同様に合成し、ポリエーテルポリオール(a-4)を得た。(a-4)の水酸基価は175mgKOH/g、水酸基1つあたりのPO付加モル数は5.0であった。
ソルビトール(6官能)385重量部をスクロース(8官能)723重量部に変え、またPO投入量を735重量部から1465重量部に変えた以外は製造例1と同様に合成し、ポリエーテルポリオール(a-5)を得た。(a-5)の水酸基価は432mgKOH/g、水酸基1つあたりのPO付加モル数は1.5であった。
PO735重量部をEO838重量部に変えた以外は製造例1と同様に合成し、ポリエーテルポリオール(a-6)を得た。(a-6)の水酸基価は582mgKOH/g、水酸基1つあたりのEO付加モル数は1.5であった。
一括撹拌装置、温度計及び窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、4,4’-MDI[東ソー(株)製;「ミリオネートMT」]260重量部及び4,4’-MDIと2,4’-MDIの混合物[BASF INOACポリウレタン(株)製;「ルプラネートMI」]260重量部及びカルボジイミド変性4,4’-MDI[BASF INOACポリウレタン(株)製;「ルプラネートMM103」]180重量部と精製ヒマシ油[豊国製油(株)製;「ELA-DR」]240重量部とを仕込み、窒素気流下70~80℃で4時間反応させ、NCO基末端ウレタンプレポリマーからなるイソシアネート成分(B-1)を得た。(B-1)のNCO含量は18重量%であった。
4,4’-MDI「ミリオネートMT」を260重量部から400重量部、及び4,4’-MDIと2,4’-MDIの混合物「ルプラネートMI」を260重量部から280重量部、及びカルボジイミド変性4,4’-MDI「ルプラネートMM103」を180重量部から200重量部に変え、精製ヒマシ油「ELA-DR」240重量部をポリプロピレングリコール[三洋化成工業(株)製;「サンニックス GP-250」]120重量部に変えた以外は製造例7と同様に合成し、NCO基末端ウレタンプレポリマーからなるイソシアネート成分(B-2)を得た。(B-2)のNCO含量は22.5重量%であった。
4,4’-MDI「ミリオネートMT」を260重量部から280重量部、及び4,4’-MDIと2,4’-MDIの混合物「ルプラネートMI」を260重量部から120重量部、及びカルボジイミド変性4,4’-MDI「ルプラネートMM103」を180重量部から200重量部に変え、精製ヒマシ油「ELA-DR」240重量部をポリプロピレングリコール(2官能)[三洋化成工業(株)製;「サンニックス PP-1000」]400重量部に変えた以外は製造例7と同様に合成し、NCO基末端ウレタンプレポリマーからなるイソシアネート成分(B-3)を得た。(B-3)のNCO含量は16重量%であった。
ポリオール成分(A)として、ポリエーテルポリオール(a-1)~(a-6)及び後述のその他のポリオール(a1-1)~(a1-3)を含有する主剤(X)と、イソシアネート成分(B-1)~(B-3)と後述のイソシアネート成分(B-4)を含有する硬化剤(Y)とを用いて表1及び表2に示す重量割合で混合し、実施例1~11及び比較例1~6の2液型ポリウレタン接着剤を得た。
それぞれの接着剤について、以下の方法により、成型して硬化させた硬化物の各温度における貯蔵弾性率、ガラス転移温度、塗工性、100℃での接着力、D硬度、樹脂強度、耐久試験後の樹脂強度、臭気及び溶出量について試験した結果を表1及び表2に示す。
(a1-2) 精製ヒマシ油(2.7官能)[豊国製油(株)製;「ELA-DR」]、水酸基価161mgKOH/g
(a1-3) ポリオキシプロピレントリオール(3官能)[三洋化成工業(株)製;「サンニックス GP-3000」]、水酸基価56mgKOH/g
(B-4) カルボジイミド変性4,4’-MDI[BASF INOACポリウレタン(株)製;「ルプラネートMM103」]、NCO含量29.4重量%
ポリオール成分(A)を含有する主剤(X)とイソシアネート成分(B)を含有する硬化剤(Y)とからなる2液型ポリウレタン接着剤を表1及び表2に記載の重量割合で50℃で均一混合して遠心脱泡し、厚さ1mmのシート状に成型して50℃で3日間養生後、長さ30mm×幅5mmの大きさに裁断して試験片を得た。
・測定方法
前述の粘弾性測定において-40℃、25℃、70℃及び90℃の貯蔵弾性率E’を記録した。
ポリオール成分(A)を含有する主剤(X)とイソシアネート成分(B)を含有する硬化剤(Y)とからなる2液型ポリウレタン接着剤を表1及び表2に記載の重量割合で50℃で均一混合して減圧脱泡し、厚さ1mmのシート状に成型して50℃で3日間養生したこと以外は、上記粘弾性測定と同様にして粘弾性測定を行い、-50℃~200℃の範囲におけるtanδ(損失弾性率/貯蔵弾性率比)のピーク温度を求めた。tanδのピーク温度をガラス転移温度とした。
ポリオール成分(A)を含有する主剤(X)とイソシアネート成分(B)を含有する硬化剤(Y)とからなる2液型ポリウレタン接着剤を表1及び表2に記載の重量割合で50℃で均一混合して遠心脱泡した。均一混合開始から20分経過後に25mm×100mmの鋼板の片端に接着剤を0.5g塗布し、直ちに塗布した端が上側に来るよう鋼板を鉛直に設置して静置させた。鉛直に設置してから接着剤が鋼板下部より滴るまでの時間を記録し、塗工性を以下の基準で判断した。
◎:10分以上、○:7分以上、△:3分以上7分未満、×:3分未満
ポリオール成分(A)を含有する主剤(X)とイソシアネート成分(B)を含有する硬化剤(Y)とからなる2液型ポリウレタン接着剤を表1及び表2に記載の重量割合で50℃で均一混合して減圧脱泡し、ポリプロピレン製のカップに混合液を30g秤り取り、50℃で1日間養生した後、カップから取り出し、25℃で2時間温調した後に高分子計器(株)製のショアーD硬度計を用いてD硬度(ショアーD:瞬間値)を測定した。測定は5ヶ所で行い、その平均値を算出した。瞬間値は、硬度計の針を樹脂に押し付けた直後の値である。D硬度が50~90であると、柔軟性及び靱性が優れていることを意味する。
ポリオール成分(A)を含有する主剤(X)とイソシアネート成分(B)を含有する硬化剤(Y)とからなる2液型ポリウレタン接着剤を表1及び表2に記載の重量割合で50℃で均一混合して遠心脱泡し、25mm×100mmのアルミニウム被着材の接着部(25mm×10mm)に接着剤を塗布し、厚さ100μmのスペーサーを置いた後、もう1つの25mm×100mmのアルミニウム被着材の接着部を張り合わせて治具で固定し、50℃で3日間養生して得た試験片を、引張試験機を用い、100℃で引っ張り速度100mm/分の条件でせん断接着強さ(単位:MPa)を測定し、接着力を以下の基準で判断した。
◎:3MPa以上、○:1.5MPa以上3MPa未満、△:0.5MPa以上1.5MPa未満、×:0.5MPa未満
ポリオール成分(A)を含有する主剤(X)とイソシアネート成分(B)を含有する硬化剤(Y)とからなる2液型ポリウレタン接着剤を表1及び表2に記載の重量割合で50℃で均一混合して遠心脱泡し、厚さ約0.3mmのシート状に成型して50℃で3日間養生後、ダンベル状3号形試験片を作製し、引張試験機を用いて、23℃、50%RHの環境下で引っ張り速度100mm/分の条件で破断強度(単位:MPa)を測定した。測定は5つの試験片について行い、その平均値を評価した。
ポリオール成分(A)を含有する主剤(X)とイソシアネート成分(B)を含有する硬化剤(Y)とからなる2液型ポリウレタン接着剤を表1及び表2に記載の重量割合で50℃で均一混合して遠心脱泡し、厚さ約0.3mmのシート状に成型して50℃で3日間養生後、高度加速寿命試験装置を用いて121℃、100%RH、2atmの環境下に3日間晒し、ダンベル状3号形試験片を作製し、引張試験機を用いて、23℃、50%RHの環境下で引っ張り速度100mm/分の条件で破断強度(単位:MPa)を測定した。測定は5つの試験片について行い、その平均値を評価した。
ポリオール成分(A)を含有する主剤(X)とイソシアネート成分(B)を含有する硬化剤(Y)とからなる2液型ポリウレタン接着剤を表1及び表2に記載の重量割合で50℃で均一混合して減圧脱泡し、厚さ1cmのシート状に成型し、25℃で48時間養生後、得られた硬化樹脂を10g切り出し、蓋付きのガラス瓶中に密閉し、60℃で1時間温調した後、臭気を以下の基準で判断した。
○:特異な臭気なし、△:僅かに特異な臭気あり、×:特異な臭気あり。
臭気性が低いことは、硬化物に含まれる低沸点成分の含有量が少ないことを示唆している。
ポリオール成分(A)を含有する主剤(X)とイソシアネート成分(B)を含有する硬化剤(Y)とからなる2液型ポリウレタン接着剤を表1及び表2に記載の重量割合で50℃で均一混合して減圧脱泡し、厚さ1cmのシート状に成型し、25℃で72時間養生した。1cm角に裁断した硬化樹脂サンプル約10gをポリカップ中に入れ、アセトン100gを加えて40℃で6時間静置した。ろ過後のろ液からアセトンを乾燥・除去して得られた溶出物の重量を測定し、下記式3から溶出率を算出した。
溶出率(重量%)=(溶出物の重量/硬化樹脂サンプル重量)×100 ・・・(式3)
溶出率が低いことは、硬化物に含まれる低分子量物の含有量が少ないことを示唆している。
Claims (3)
- 6~14官能のポリオールにエチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオール(a)を必須成分とするポリオール成分(A)を含有する主剤(X)とイソシアネート成分(B)を含有する硬化剤(Y)とからなる2液型ポリウレタン接着剤であって、前記イソシアネート成分(B)全体のNCO含量が18重量%~30重量%であり、かつ前記2液型ポリウレタン接着剤の硬化後のガラス転移温度が100℃~150℃であり、前記ポリオール成分(A)の水酸基価が300~900mgKOH/gであり、前記ポリエーテルポリオール(a)のエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイド付加数の合計が水酸基1つあたり1.0~2.0であり、前記ポリエーテルポリオール(a)の含有量が前記ポリオール成分(A)の重量に基づいて50重量%以上である2液型ポリウレタン接着剤。
- 前記2液型ポリウレタン接着剤の硬化後の-40℃における貯蔵弾性率(E’-40)が2000MPa~10000MPaであり、90℃における貯蔵弾性率(E’90)が200MPa~3000MPaであり、かつ-40℃における貯蔵弾性率と90℃における貯蔵弾性率との比率(E’-40/E’90)が0.9~10である請求項1に記載の2液型ポリウレタン接着剤。
- 請求項1又は2に記載の2液型ポリウレタン接着剤で接着されてなる被着体。
Applications Claiming Priority (3)
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JP2020199807 | 2020-12-01 | ||
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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