JP7379356B2 - 接着剤組成物 - Google Patents

接着剤組成物 Download PDF

Info

Publication number
JP7379356B2
JP7379356B2 JP2020545767A JP2020545767A JP7379356B2 JP 7379356 B2 JP7379356 B2 JP 7379356B2 JP 2020545767 A JP2020545767 A JP 2020545767A JP 2020545767 A JP2020545767 A JP 2020545767A JP 7379356 B2 JP7379356 B2 JP 7379356B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
composition
polyol
component
adhesive
weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020545767A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021516278A (ja
Inventor
グルンダー、セルジオ
シュマトロッホ、ステファン
クンツ、ジョエル
Original Assignee
ディディピー スペシャルティ エレクトロニック マテリアルズ ユーエス,エルエルシー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ディディピー スペシャルティ エレクトロニック マテリアルズ ユーエス,エルエルシー filed Critical ディディピー スペシャルティ エレクトロニック マテリアルズ ユーエス,エルエルシー
Publication of JP2021516278A publication Critical patent/JP2021516278A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7379356B2 publication Critical patent/JP7379356B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J175/00Adhesives based on polyureas or polyurethanes; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J175/04Polyurethanes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J175/00Adhesives based on polyureas or polyurethanes; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J175/04Polyurethanes
    • C09J175/08Polyurethanes from polyethers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/08Processes
    • C08G18/16Catalysts
    • C08G18/161Catalysts containing two or more components to be covered by at least two of the groups C08G18/166, C08G18/18 or C08G18/22
    • C08G18/163Catalysts containing two or more components to be covered by at least two of the groups C08G18/166, C08G18/18 or C08G18/22 covered by C08G18/18 and C08G18/22
    • C08G18/165Catalysts containing two or more components to be covered by at least two of the groups C08G18/166, C08G18/18 or C08G18/22 covered by C08G18/18 and C08G18/22 covered by C08G18/18 and C08G18/24
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/08Processes
    • C08G18/16Catalysts
    • C08G18/18Catalysts containing secondary or tertiary amines or salts thereof
    • C08G18/1875Catalysts containing secondary or tertiary amines or salts thereof containing ammonium salts or mixtures of secondary of tertiary amines and acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/08Processes
    • C08G18/16Catalysts
    • C08G18/22Catalysts containing metal compounds
    • C08G18/24Catalysts containing metal compounds of tin
    • C08G18/244Catalysts containing metal compounds of tin tin salts of carboxylic acids
    • C08G18/246Catalysts containing metal compounds of tin tin salts of carboxylic acids containing also tin-carbon bonds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/65Low-molecular-weight compounds having active hydrogen with high-molecular-weight compounds having active hydrogen
    • C08G18/66Compounds of groups C08G18/42, C08G18/48, or C08G18/52
    • C08G18/6666Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52
    • C08G18/667Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38
    • C08G18/6674Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38 with compounds of group C08G18/3203
    • C08G18/6677Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38 with compounds of group C08G18/3203 having at least three hydroxy groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/70Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/72Polyisocyanates or polyisothiocyanates
    • C08G18/74Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic
    • C08G18/76Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic
    • C08G18/7657Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic containing two or more aromatic rings
    • C08G18/7664Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic containing two or more aromatic rings containing alkylene polyphenyl groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/70Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/72Polyisocyanates or polyisothiocyanates
    • C08G18/77Polyisocyanates or polyisothiocyanates having heteroatoms in addition to the isocyanate or isothiocyanate nitrogen and oxygen or sulfur
    • C08G18/78Nitrogen
    • C08G18/79Nitrogen characterised by the polyisocyanates used, these having groups formed by oligomerisation of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/797Nitrogen characterised by the polyisocyanates used, these having groups formed by oligomerisation of isocyanates or isothiocyanates containing carbodiimide and/or uretone-imine groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/70Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/72Polyisocyanates or polyisothiocyanates
    • C08G18/77Polyisocyanates or polyisothiocyanates having heteroatoms in addition to the isocyanate or isothiocyanate nitrogen and oxygen or sulfur
    • C08G18/78Nitrogen
    • C08G18/79Nitrogen characterised by the polyisocyanates used, these having groups formed by oligomerisation of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/798Nitrogen characterised by the polyisocyanates used, these having groups formed by oligomerisation of isocyanates or isothiocyanates containing urethdione groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34Silicon-containing compounds
    • C08K3/346Clay
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L75/00Compositions of polyureas or polyurethanes; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L75/04Polyurethanes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L75/00Compositions of polyureas or polyurethanes; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L75/04Polyurethanes
    • C08L75/08Polyurethanes from polyethers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J11/00Features of adhesives not provided for in group C09J9/00, e.g. additives
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2301/00Additional features of adhesives in the form of films or foils
    • C09J2301/40Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the presence of essential components
    • C09J2301/416Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the presence of essential components use of irradiation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)

Description

本発明は、接着剤組成物に関し、より具体的には、本発明は、自動車用途に特に有用である二成分ポリウレタン接着剤組成物に関する。
近代車両設計における強化複合材料の使用は、性能利点及び軽量車両要件のために増大しつつある。接着剤接合は、接合が複合材料構造を破壊しないため、複合材料のための最も好ましい組立技術である(例えば、ねじ留め又はリベット打ちなどの機械的固定以外)。典型的には、部品組立のための接着剤技術の使用は、速い接着剤塗布、迅速な強度ビルドアップ及びハンドリング強度の速い成長を達成するために生産プロセスを最適化することを目的とする。いくつかの場合、接着剤塗布、接着強度ビルドアップ及び接着剤ハンドリング強度の成長の加速は、加熱プロセスによって達成することができる。例えば、従来の対流オーブンを用いる加熱硬化とは対照的に、赤外ベースの加熱プロセスは、1.0メガパスカル(MPa)よりも大きい(>)後のラップせん断強度後を達成するために、例えば1~3分(min)の非常に短いサイクルを可能にすることができる。
更に、プロセスが速い強度ビルドアップを接着剤に提供するためにプロセスの柔軟性が必要とされる。プロセス柔軟性は、長いオープンタイムと定義される。「オープンタイム」は、第1基材への接着剤の塗布と、第1基材への第2基材の接合との間の時間差である。更に、フラッシング間隔を減らし、したがってこのプロセスによって発生する材料消費を減らすために長いミキサースタンドアローン時間が必要とされる。「ミキサースタンドアローン時間」は、混合された二部又は二成分(2K)接着剤を接着剤のゲル化なしに2K接着剤の2つの連続する塗布間でミキサーユニット(静的又は動的)中に保つことができる期間である。2K接着剤の二成分が混合された後、接着剤は、接着剤が基材に接合することができるように、できるだけ長く作業可能なままであることが望ましい。長いオープンタイムに加えて、2K接着剤が室温(RT;約25度摂氏(℃))でそのオープンタイムに達した後、速い強度ビルドアップを示す接着剤は、短時間(例えば、1時間(hr)以下)後に接着剤のハンドリング強度を提供することが望ましい。前述の接着剤は、一般に、潜在性接着剤である。「潜在性接着剤」は、長いオープンタイム(例えば、8分超)、引き続く速い硬化時間(例えば、60分よりも速い)を有する2K接着剤を意味する。
ポリウレタン(PU)は、2Kタイプで現れ;且つオープンタイム及び速い硬化時間に関して上に記載された便益のいくつかを提供し得る周知のタイプの接着剤である。2K PU接着剤は、1つ以上のポリイソシアネート化合物を含む樹脂成分と、1つ以上のポリオール化合物を含む硬化性成分とからなる。二成分(a)及び(b)が混合されるとき、ポリイソシアネート化合物とポリオール化合物とが反応して硬化ポリウレタン接着剤を形成する。ポリウレタン接着剤は、配合されて室温において又はその例が高温である、ある種の条件への暴露時に硬化することができる。接着剤が硬化するにつれて、接着剤は、多くのタイプの基材への強い接着結合を形成することができる。
2K PU接着剤は、様々な用途に使用することができ、1つの好ましい実施形態において、2K PU接着剤は、乗用車の建造中に2つの非類似材料の溶接を達成するのが困難であるか又は更に不可能である場合に特に、乗用車の建造に有利に使用することができる。二成分接着剤組成物は、用途向けに迅速な硬化が必要とされる場合、とりわけ二成分が互いに接触したときに保存可能でない場合に特に有用である。「保存可能な」は、組成物が貯蔵中に硬化しないことを意味する。2K PU接着剤組成物は、好適な「オープンタイム」及び迅速な硬化を示すことが望ましい。
長いオープンタイム及び速い硬化の両方を得る一方法は、熱活性化硬化を有するための接着剤を配合することによる。そのような接着剤は、周囲温度でゆっくり硬化し、それによって接着剤が基材に塗布され、且つ接着剤が作業可能なままである間に基材が配置されることを可能にする。その後、結果として生じた基材組立は、室温又は高温で完全且つ迅速に硬化して、強い結合を有するアセンブリを形成することができる。
接着剤の機械的特性を同時に維持しながら、より長いオープンタイム及び速いハンドリング強度ビルドアップを有する改善された接着をもたらす、増加した待ち時間を提供する2K PU接着剤を提供することが望ましい。
本発明は、(a)少なくとも1つのイソシアネート成分と、(b)少なくとも1つのポリオール成分とを含む二成分ポリウレタン(2K PU)接着剤組成物(又は調合物)であって、このポリオール成分が、(bi)少なくとも1つの第1ポリオール化合物、(bii)2超の官能価及び約200未満の当量(EW)を有する少なくとも1つの第2ポリオール化合物;及び(biii)少なくとも1つの鎖延長剤を含み、この鎖延長剤は、2つのヒドロキシル基及び約200未満のEWを有する化合物を含む、接着剤組成物(又は調合物)に関する。1つの好ましい実施形態において、接着剤組成物は、(c)任意選択的に少なくとも1つの触媒を含み得;別の実施形態において、接着剤組成物は、(d)任意選択的に少なくとも1つの充填材を含み得る。任意選択的な触媒及び/又は充填材は、イソシアネート成分(a)及び/又はポリオール成分(b)に添加することができる。
本発明は、本発明接着剤の機械的特性を損なうことなく、改善された待ち時間の2K PU接着剤調合物を提供する。本発明は、(1)この接着剤で作業するための増加オープンタイムを示し;(2)周囲温度で硬化することができ;(3)アルミニウム、マグネシウム、シートモールディングコンパウンド、炭素繊維複合材料及び被覆金属などの様々な材料に接合することができ;且つ(4)非類似材料を接合することができる2K PU接着剤組成物も提供する。
「イソシアネート成分(a)」又は「IsoC」と略記されるものは、本明細書では、1つ以上のイソシアネート官能性ポリイソシアネート化合物を含む構成要素であって、ポリイソシアネート化合物の分子の少なくとも1つが少なくとも1つのイソシアネート(NCO)官能基を有する、構成要素を意味する。IsoCは、モノマー若しくはポリマーの化合物又はそのような化合物の混合物であり得る。
「ポリオール成分(b)」又は「PolC」と略記されるものは、本明細書では、1つ以上のポリオール官能性化合物を含む構成要素であって、ポリオール官能性化合物の分子の少なくとも1つが少なくとも1つのポリオール官能基を有する、構成要素を意味する。PolCは、モノマー若しくはポリマーの化合物又はそのような化合物の混合物であり得る。
1つの一般的な実施形態において、本発明は、ポリウレタン接着剤組成物、より具体的には(a)少なくとも1つのイソシアネート成分と、(b)少なくとも1つのポリオール成分とを含む2K PU接着剤であって、ポリオール成分(b)は、(bi)少なくとも1つの第1ポリオール化合物、(bii)少なくとも1つの第2ポリオール化合物であって、第1ポリオール化合物と異なる第2ポリオール化合物、及び(biii)少なくとも1つの鎖延長剤を含む接着剤を含む。本発明の新規接着剤は、高官能性ポリオール(例えば、2超の官能価及び200未満のEWを有するポリオール)を、より長いオープンタイム及びより速い強度ビルドアップなどの有益な特性を接着剤に提供するのに適している第2ポリオール成分(bii)として含む。本発明の接着剤の改善された待ち時間は、接着剤の低下した破断点伸びをもたらす増加した架橋密度に由来し得る。三官能性の小分子量グリセリン分子などの第2ポリオールが本発明の接着剤組成物を形成するために使用される場合、接着剤組成物の待ち時間が改善され、且つ接着剤組成物の機械的特性が損なわれないことが意外にも見いだされた。三官能性の鎖延長剤(例えば、グリセリンなどの)が本発明2K PU接着剤組成物に使用される場合、2K PU接着剤の待ち時間が改善され、破断点伸びなどの2K PU接着剤の機械的特性を損なうことなく、より長いオープンタイム及びより速い強度ビルドアップを有する2K PU接着剤をもたらすことができることも予想外にも見いだされた。
本発明の2K PU接着剤調合物は、調合物の成分(a)として少なくとも1つのイソシアネート成分を含み、すなわち、本発明に有用なイソシアネート成分(a)は、1つ以上のイソシアネート含有化合物を含み得る。したがって、本発明の接着剤調合物のイソシアネート成分、成分(a)は、(1)少なくとも1つのイソシアネート含有モノマー化合物、(2)混合物中の化合物の少なくとも1つがイソシアネート含有モノマー化合物である化合物の混合物、(3)少なくとも1つのイソシアネート含有ポリマー若しくはプレポリマー化合物、又は(4)イソシアネート含有モノマー化合物とイソシアネート含有ポリマー若しくはプレポリマー化合物との混合物であり得る。
例えば、本発明の接着剤調合物に有用な成分(a)には、芳香族ポリイソシアネート化合物、脂肪族ポリイソシアネート化合物又はそれらの混合物が含まれ得;そのようなポリイソシアネート化合物は、モノマー化合物又はプレポリマー化合物として接着剤調合物に添加することができる。本発明に有用なポリイソシアネート化合物のいくつかの実施形態には、例えば、2.2の官能価及び40mPa-sの粘度の液化MDIであるIsonate(登録商標)143などの芳香族MDI(メチレンジフェニルジイソシアネート);2.7の官能価及び220mPa-sの粘度のポリマーMDIであるIsonate 220;4,4’-メチレンジフェニルジイソシアネート;2,2’-メチレンジフェニルジイソシアネート;2,4-メチレンジフェニルジイソシアネート;及びそれらの混合物が含まれる。Isonateは、The Dow Chemical Companyの商標であり、Isonate製品は、The Dow Chemical Companyから入手可能である。
本発明に有用な脂肪族ポリイソシアネート化合物には、例えば、ヘキサメチレンビスイソシアネートをベースとする脂肪族ポリイソシアネート化合物であるDesmodur N3400及びDesmodur N3300が含まれ得る。Desmodur N3400は、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)ウレトジオンであり、HDI二量体とも言われ;Desmodur N3300は、HDI-イソシアネレートであり、HDI三量体とも言われる。Desmodurは、Covestroの商標であり、Desmodur製品は、Covestroから入手可能である。
別の実施形態において、本発明接着剤におけるイソシアネート成分(a)として有用なイソシアネート部分を含有するポリイソシアネート化合物は、例えば、イソシアネート含有プレポリマー(又はイソシアネート末端プレポリマー)を含むことができる。例えば、プレポリマーには、ジオール、トリオール又はそれらの混合物などのEO(酸化エチレン)及び/又はPO(酸化プロピレン)ベースのポリオール化合物から形成されたMDIエンドキャップされたプレポリマーが含まれ得る。プレポリマーは、一実施形態では最大で約2,500、別の実施形態では約~約5,000、更に別の実施形態では約1,000~約4,000及びその上別の実施形態では約2,000~約3,500のEWを有し得る。
1つの好ましい実施形態において、イソシアネート成分(a)は、好ましくは、(1)1分子当たり少なくとも2つのイソシアネート基及び約700~約3,500のイソシアネートEWを有する1つ以上のイソシアネート末端プレポリマーと、(2)最大で約350のイソシアネートEW及び1分子当たり約2~約4つのイソシアネート基を有する1つ以上の低EWポリイソシアネート化合物との混合物である。そのような混合物が存在する場合、プレポリマーは、1つの一般的な実施形態において、イソシアネート成分(a)の重量の約20重量パーセント(重量%)~約80重量%を構成し得る。混合物のいくつかの他の実施形態において、プレポリマーは、イソシアネート成分(a)の重量の、一実施形態では約20重量%~約70重量%、別の実施形態では約20重量%~約65重量%又は更に別の実施形態では約30重量%~約60重量%を構成し得る。そのような混合物が存在する場合、低EWポリイソシアネート化合物は、一実施形態ではイソシアネート成分(a)の重量の約1重量%~約50重量%を構成し得る。イソシアネート成分(a)中のイソシアネート含有量は、一実施形態では約1重量%以上、別の実施形態では約6重量%以上、更に別の実施形態では約8重量%以上及びその上別の実施形態では約10重量%以上であり得る。イソシアネート官能性プレポリマー中のイソシアネート含有量は、一実施形態では約35重量%以下、別の実施形態では約30重量%以下、更に別の実施形態では約25重量%以下及びその上別の実施形態では約15重量%以下であり得る。
別の実施形態において、プレポリマーは、最大で約350のイソシアネートEWを有する1つ以上のジイソシアネートと、(1)約700~約3,000のEWを有し、且つ一実施形態では約2~約4の名目ヒドロキシル官能価及び別の実施形態では約2~約3の名目官能価を有するポリ(酸化プロピレン)の少なくとも1つのホモポリマー又は任意の他のポリオール(例えば、ポリエステルポリオール、ポリブチレンオキシドなど);又は(2)上記の成分(1)と、約2,000~約8,000のMWを有するポリエーテルポリオールとの混合物との反応生成物であり得る。好ましい実施形態において、成分(1)の1重量部当たり最大で約3重量部の上記ポリエーテルポリオール成分(2)を使用することができる。ポリエーテルポリオールには、約70重量%~約99重量%の酸化プロピレンと約1重量%~約30重量%の酸化エチレンとのコポリマーが含まれ得;コポリマーは、一実施形態では約2~約4の名目ヒドロキシル官能価及び別の実施形態では約2~約3の名目官能価を有し得る。コポリマーは、更に別の実施形態では約3,000~約5,500のMW及び約2~約3の名目官能価も有し得る。
ポリイソシアネート化合物と1つ以上のポリオール化合物との反応は、ポリイソシアネートでキャップされているポリエーテルセグメントを有するプレポリマー分子を生成し、そのため、分子は、末端イソシアネート基を有する。それぞれのプレポリマー分子は、プレポリマー形成反応に使用されたポリオール化合物の、ヒドロキシル基の除去後の構造に対応するポリエーテルセグメントを含有する。プレポリマーを製造するためにポリオール化合物の混合物が使用される場合、プレポリマー分子の混合物を形成することができる。例えば、上に記載されたポリオールでエンドキャップすることができるプレポリマーに加えて、他の実施形態において、本発明に有用な多様な他のプレポリマーを分子量ビルドアップによって製造することができる。例えば、プレポリマーは、イソシアネートでエンドキャップすることができる2つのポリオール基が構造の末端に結合した状態でプレポリマーの化学構造の中央に1つのジイソシアネートを有することができる。
本発明接着剤調合物の成分(a)として有用なイソシアネート末端プレポリマーは、一実施形態では約700~約3,500、別の実施形態では約700~約3,000及び更に別の実施形態では約1,000~約3,000のイソシアネートEWを有する。本発明の目的のためのEWは、プレポリマーを調製するために使用されたポリオールの重量と、ポリオールとの反応において消費されたポリイソシアネートの重量とを合計し、結果として生じるプレポリマー中のイソシアネート基のモル数で割ることによって計算される。プレポリマーを製造するために使用されるポリイソシアネートは、以下に言及される低EWポリイソシアネート化合物のいずれか又はこれらの2つ以上の混合物であり得る。プレポリマーは、一実施形態では1分子当たり約2つ以上のイソシアネート基、別の実施形態では1分子当たり約2~約4つのイソシアネート基又は更に別の実施形態では1分子当たり約2~約3つのイソシアネート基を有する。プレポリマーのイソシアネート基は、芳香族イソシアネート基、脂肪族(脂環式を含む)イソシアネート基又は芳香族イソシアネート基と脂肪族イソシアネート基との混合物であり得る。プレポリマー分子上のイソシアネート基は、芳香族であり得る。低EWポリイソシアネート化合物は、例えば、一実施形態では約80~約250、別の実施形態では約80~約200及び更に別に実施形態では約80~約180のイソシアネートEWを有し得る。ポリイソシアネート化合物の混合物が接着剤調合物中に存在する場合、ポリイソシアネート化合物の混合物は、例えば、一実施形態では1分子当たり平均約2~約4つのイソシアネート基及び別の実施形態では1分子当たり約2.3~約3.5つのイソシアネート基を有し得る。
低EWポリイソシアネート化合物の全て又は一部は、芳香族イソシアネート基を有し得る。有用な芳香族ポリイソシアネート化合物のなかには、m-フェニレンジイソシアネート、トルエン-2,4-ジイソシアネート、トルエン-2,6-ジイソシアネート、ナフタレン-1,5-ジイソシアネート、メトキシフェニル-2,4-ジイソシアネート、ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート、ジフェニルメタン-2,4’-ジイソシアネート、4,4’-ビフェニレンジイソシアネート、3,3’-ジメトキシ-4,4’-ビフェニルジイソシアネート、3,3’-ジメチル-4-4’-ビフェニルジイソシアネート、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’,4”-トリフェニルメタントリイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート(PMDI)、トルエン-2,4,6-トリイソシアネート、4,4’-ジメチル-ジフェニルメタン-2,2’,5,5’-テトライソシアネート及びそれらの混合物がある。ウレタン、尿素、ビウレット、カルボジイミド、ウレトンイミン、アロフォネート又はイソシアネート基の反応により形成される他の基を含有する改質芳香族ポリイソシアネートも本発明に有用である。芳香族ポリイソシアネートは、MDI若しくはPMDI(又は「ポリマーMDI」と一般に言われるこれらの混合物)並びにビウレット、カルボジイミド、ウレトンイミン及び/又はアロフォネート結合を有するMDI及びMDI誘導体の混合物である、いわゆる「液体MDI」生成物であり得る。低EWポリイソシアネート化合物の全て又は一部は、1つ以上の脂肪族ポリイソシアネート化合物であり得る。本発明に有用な脂肪族ポリイソシアネート化合物の例としては、シクロヘキサンジイソシアネート、1,3-及び/又は1,4-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1-メチル-シクロヘキサン-2,4-ジイソシアネート、1-メチル-シクロヘキサン-2,6-ジイソシアネート、メチレンジシクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート並びにそれらの混合物が挙げられ得る。
ポリイソシアネート成分中に存在するポリイソシアネート基の少なくともいくつかは、芳香族イソシアネート基であり得る。芳香族及び脂肪族イソシアネート基の混合物がイソシアネート成分(a)中に存在する場合、一実施形態では数で約50%以上が芳香族イソシアネート基であり、且つ別の実施形態では数で約75%以上が芳香族イソシアネート基である。更に別の実施形態において、イソシアネート基の数で約80%~約98%が芳香族であり得、数で約2%~約20%が脂肪族イソシアネート基であり得る。その上別の実施形態において、プレポリマーのイソシアネート基の全てが芳香族であり得;最大で約350のEWを有するポリイソシアネート化合物のイソシアネート基は、約80%~約95%の芳香族イソシアネート基と約5%~約20%の脂肪族イソシアネート基との混合物であり得る。
ポリオール化合物又はポリオール化合物の混合物を、ポリオールを単にキャップするために必要とされるものよりもかなり多い量の低EWポリイソシアネート化合物と組み合わせることによってイソシアネート含有プレポリマーを調製することが多くの場合に好都合である。反応後、上記の組み合わせは、プレポリマーと、未反応の低EWポリイソシアネート化合物との混合物を生成する。必要に応じて、追加量のポリイソシアネート化合物を次にこの混合物にブレンドすることができる。ポリオール化合物は、プレポリマーと未反応出発ポリイソシアネート化合物との混合物を生成するために、過剰の1つ以上の芳香族ポリイソシアネート化合物と組み合わされ、反応され得、この混合物は、次に、1つ以上の脂肪族ポリイソシアネート化合物と組み合わされ得る。例えば、イソシアネート含有プレポリマーは、プレポリマーと未反応出発ポリイソシアネート化合物との混合物を生成するために、ポリオール化合物を、MDI、PMDI、ポリマーMDI、ビウレット、カルボジイミド、ウレトンイミン及び/若しくはアロフォネートを含有するこれらの任意の1つ以上の誘導体又はこれらの任意の2つ以上の混合物と反応させることによって製造され得、混合物は、次に、1つ以上の脂肪族ポリイソシアネート化合物、とりわけヘキサメチレンジイソシアネートをベースとする脂肪族ポリイソシアネート化合物と組み合わせることができる。
一般に、接着剤調合物に有用なイソシアネート含有プレポリマーの量は、調合物中の成分の総重量を基準として、一実施形態では約0.01重量%~約80重量%;別の実施形態では約1重量%~約70重量%;更に別の実施形態では約1重量%~約60重量%;及びその上別の実施形態では約1重量%~約55重量%の範囲であり得る。プレポリマーの量が80重量%超である場合、調合物の粘度は、調合物中の成分が互いに混合するために低すぎることがあり得る。プレポリマーの量が0.01重量%未満である場合、接着剤調合物は、動作可能な接着剤を提供する機能を果たし得ない。
前述のように、ポリオール成分(b)は、(bi)少なくとも1つの第1ポリオール化合物;(bii)少なくとも1つの第2ポリオール化合物であって、第1ポリオール化合物と異なる第2ポリオール化合物;及び(biii)少なくとも1つの鎖延長剤を含む。本発明に有用な第1ポリオール化合物は、参照により援用される国際公開第2016205252(A1)号パンフレットに記載されているポリオール化合物のいずれかなど、当技術分野において公知の様々なポリオール化合物から選択され得る。成分(b)の構成要素(bi)、すなわちポリオール成分(b)の第1ポリオール化合物は、ポリエーテルポリオール又はポリエーテルポリオールの混合物であり得る。1つの一般的な実施形態において、各ポリエーテルポリオールは、約400~約3,000のヒドロキシルEWを有する。いくつかの実施形態における各ポリオール化合物のヒドロキシルEWは、例えば、一実施形態では少なくとも約500、別の実施形態では少なくとも約800及び更に別の実施形態では少なくとも約1,000であり得る。他の実施形態において、例えば、ヒドロキシルEWは、一実施形態では最大で約3,000;別の実施形態では最大で約2,500;及び更に別の実施形態では最大で約2,000であり得る。それぞれのそのようなポリエーテルポリオールは、約2~約3の名目ヒドロキシル官能価を有する。ポリエーテルポリオールの「名目官能価」とは、ポリエーテルポリオールを形成するためにアルコキシル化される開始剤化合物上のオキシアルキル化可能な水素原子の平均数を意味する。ポリエーテルポリオールの実際の官能価は、アルコキシル化プロセス中に起こる副反応のため、名目官能価よりもいくらか低い場合がある。ポリエーテルポリオールの混合物の場合、数平均名目官能価は、一実施形態では約2~約3及び別の実施形態では2.5~約3であり得る。
第1ポリオール化合物、成分(bi)として本発明に有用なポリエーテルポリオールは、酸化プロピレンのホモポリマー及び約70重量%~約99重量%の酸化プロピレンと約1重量%~約30重量%の酸化エチレンとのコポリマーから選択され得る。単一のポリエーテルポリオールが存在する場合、酸化プロピレンと酸化エチレンとのそのようなコポリマーが一般に好ましい。2つ以上のポリエーテルポリオールが存在する場合、少なくとも1つは、酸化プロピレンと酸化エチレンとのそのようなコポリマーであることが好ましい。コポリマーの場合、酸化プロピレン及び酸化エチレンは、ランダム共重合され得るか、ブロック共重合され得るか又はその両方であり得る。いくつかの実施形態において、ポリエーテルポリオール又はポリエーテルポリオールの混合物のヒドロキシル基の約50%以上が第一級ヒドロキシルであり、残りが第二級ヒドロキシル基である。ポリエーテルポリオール又はそれらの混合物のヒドロキシル基の約70%以上が第一級ヒドロキシルであり得る。ポリエーテルポリオール(ポリオール成分(b)の成分(bi))は、一実施形態ではポリオール成分(b)の約35重量%以上、別の実施形態では約40重量%以上及び更に別の実施形態では約50重量%以上を構成し得る。他の実施形態において、ポリオール成分(b)のポリエーテルポリオール成分(bi)は、一実施形態では約80重量%以下、別の実施形態では約65重量%以下及び更に別の実施形態では約55重量%以下を構成し得る。
好ましい実施形態において、第1ポリオール化合物は、例えば、ポリエーテルポリオール又は約200超のEW及び約1超の官能価を有するポリエステルポリオールであり得る。本発明におけるポリオール成分(b)に有用な他の好適なポリオール化合物には、例えば、約500g/molの等価分子量のVoranol(商標)1010L、約1,000g/molの等価分子量のVoranol(商標)2000Lなどのポリプロピレンベースのジオール、約1,600g/molの平均等価分子量のグリセリン開始酸化エチレンベースのプロポキシル化トリオールVoranol(商標)CP4610;及びそれらの混合物が含まれ得る。
「高官能性ポリオール化合物」、すなわち約2.3超(例えば、約3超)の官能価のポリオール化合物も本発明において使用することができる。例えば、本発明に有用な高官能性ポリオール化合物には、Voranol 280が含まれ得る。Voranol 280は、280のヒドロキシル価を有するスクロース開始オキシプロピレン-オキシエチレンポリオールである。Voranolは、The Dow Chemical Companyの商標であり、Voranol製品は、The Dow Chemical Companyから入手可能である。
一般に、接着剤調合物中の第1ポリオール化合物の量は、調合物中の成分の総重量を基準として、一実施形態では約1重量%~約90重量%;別の実施形態では約5重量%~約80重量%;更に別の実施形態では約10重量%~約70重量%;及びその上別の実施形態では約20重量%~約60重量%の範囲であり得る。第1ポリオール化合物の量が90重量%超である場合、結果として生じる調合物の粘度は、低すぎることになり;第1ポリオール化合物の量が1重量%未満である場合、ポリオール成分(a)のOH価は、十分でないことになり、及び/又は接着剤調合物の機械的特性は、損なわれることになる。
成分(b)の構成要素(bii)、すなわちポリオール成分(b)の第2ポリオール化合物は、ポリオール化合物又はポリオール化合物の混合物であり得る。本発明に有用な第2ポリオール化合物は、約2超の官能価及び約200未満のEWを有する様々なポリオール化合物から選択され得る。第2ポリオール化合物は、例えば、第2ポリオール化合物が第1ポリオール化合物と異なる限り、上記の第1ポリオール化合物の任意の1つ以上であり得;第2ポリオール化合物は、約2超の官能価及び約200未満のEWを有する。第2ポリオール化合物には、例えば、1,2,3-プロパントリオール(グリセリンとしても知られる)又はグリセリンの他の異性体;1,2,4-ブタントリオール(又は1,2,4-ブタントリオールの他の異性体);約3つ以上のヒドロキシル基及び約600g/mol未満の分子量の任意の他のポリオール化合物;並びにそれらの混合物が含まれ得る。
一般に、接着剤調合物中の第2ポリオール化合物の量は、調合物中の成分の総重量を基準として、一実施形態では約0.1重量%~約10重量%;別の実施形態では約0.1重量%~約7.5重量%;更に別の実施形態では約0.1重量%~約5重量%;及びその上別の実施形態では約0.2重量%~約3重量%の範囲であり得る。第2ポリオール化合物の量が10重量%超である場合、接着剤調合物の機械的特性が損なわれ得;第2ポリオール化合物の量が0.1重量%である場合、接着剤調合物の待ち時間が損なわれる得る。
鎖延長剤、ポリオール成分(b)の構成要素(biii)は、1つ以上の脂肪族ジオール鎖延長剤であり得る。脂肪族ジオール鎖延長剤は、それぞれ一実施形態では約200以下、別の実施形態では約100以下、更に別の実施形態では約75以下及びその上別の実施形態では約60以下のヒドロキシルEWを有する。脂肪族ジオール鎖延長剤は、1分子当たり約2つの脂肪族ヒドロキシル基を有し得る。また、本発明に有用な鎖延長剤には、約10~約59のEWの短い鎖延長剤ジオールが含まれ得る。一実施形態において、脂肪族ジオール鎖延長剤の例としては、モノエチレングリコール(MEG)、ジエチレングリコール、トリ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、2,3-ジメチル-1,3-プロパンジオール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、最大で約20個の炭素原子を有する他の線状又は分岐状アルキレンジオール及びそれらの混合物が挙げられ得る。好ましい実施形態において、脂肪族ジオール鎖延長剤には、モノエチレングリコール、1,4-ブタンジオール及びそれらの混合物が含まれ得る。
脂肪族ジオール鎖延長剤又はその混合物は、ポリオール成分(b)の構成要素(bi)及び(bii)の1当量当たり約2.5~約6当量の量で存在し得る。鎖延長剤は、一実施形態ではポリオール成分(b)の約0.1重量%以上、別の実施形態では約1.0重量%以上、更に別の実施形態では約2.0重量%以上及びその上別の実施形態では約3.0重量%以上の量で存在し得る。鎖延長剤は、一実施形態ではポリオール成分(b)の約10重量%以下、別の実施形態では約9重量%以下、更に別の実施形態では約8重量%以下、その上別の実施形態では約7重量%以下及びなお一層更に別の実施形態では約6重量%以下の量で存在し得る。
2k PU接着剤の第2部分は、「ポリオール」成分(b)に関して記載されているが、他のイソシアネート反応性化合物を本発明において使用できることは、周知である。用語「イソシアネート反応性化合物」には、本明細書で用いる場合、名目上少なくとも2つのイソシアネート反応性部分を有する任意の有機化合物が含まれる。「イソシアネート反応性部分」は、本明細書では、活性水素含有部分であり得る部分を意味し;「活性水素含有部分」は、本明細書では、分子中のその位置のために、Journal of the American Chemical Society,Vol.49,p.3181(1927)にWohlerによって記載されているZerewitinoff試験に従って著しい活性を示す水素原子を含有する部分を意味する。-COOH、-OH、-NH、-NH-、-CONH、-SH及び-CONH-は、活性水素含有部分など、そのようなイソシアネート反応性部分を例示するものである。本発明に有用である代表的な活性水素含有化合物、すなわちイソシアネート反応性部分含有化合物には、ポリオール、ポリアミン、ポリメルカプタン及びポリ酸が含まれ得る。好ましい実施形態において、本発明に有用なイソシアネート反応性化合物は、ポリオール化合物であり;別の好ましい実施形態において、ポリオール化合物は、ポリエーテルポリオール化合物であり得る。
本発明の接着剤調合物は、少なくとも1つの触媒を任意選択的に含有し得る。任意選択的な触媒は、イソシアネート成分(a)中及び/又はポリオール成分(b)中に存在することができる。触媒は、本発明では任意選択であるが、触媒は、ポリオール及びイソシアネート成分の反応を加速するために組成物中に存在することが一般に好ましい。触媒には、例えば、1つ以上の潜在室温(約25℃)有機金属触媒が含まれ得る。潜在室温有機金属触媒は、スズ、亜鉛又はビスマスを含有し得る。例えば、潜在室温有機金属触媒には、以下の群:亜鉛アルカノエート、ビスマスアルカノエート、ジアルキルスズアルカノエート、ジアルキルスズメルカプチド、ジアルキルスズビス(アルキルメルカプトアセテート)、ジアルキルスズチオグリコレート又はそれらの混合物からの1つ以上の触媒が含まれ得る。
一実施形態において、本発明に有用な触媒は、ジアルキルスズメルカプチド、ジアルキルスズビス(アルキルメルカプトアセテート)、ジアルキルスズチオグリコレート又はそれらの混合物の群から選択される前述の1つ以上の触媒などのスズ含有(又はスズベースの)潜在室温有機金属触媒であり得る。例えば、本発明接着剤組成物に有用な潜在スズ含有有機金属触媒には、ジオクチルスズメルカプチド;ジブチルメルカプチデム;ジブチルメルカプチド;ジブチルメルカプチド;ビス(ドデシルチオ)ジメチルスタナン;ジメチルススビス(2-エチルヘキシルメルカプトアセテート);ジオクチルカルボキシレ-ト;ジオクチルスズネオデカノエート;及びそれらの混合物から選択される1つ以上のスズベースの触媒が含まれ得る。
本発明の接着剤調合物に有用な別の触媒には、例えば、更に熱活性化することができる任意の触媒(「感熱性触媒」と言われる)が含まれる。一実施形態において、そのような感熱性触媒には、例えば、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン(DBU);1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ-5-エン;及びそれらの混合物の群から選択される1つ以上の環状アミジン触媒などのアミンベースの固体アミン触媒が含まれ得る。
別の実施形態において、本発明の接着剤調合物は、上記の潜在スズ含有触媒の少なくとも1つと、上記の感熱性アミンベースの触媒の少なくとも1つとの組み合わせを含み得る。スズ含有有機触媒及びアミンベースの触媒の両方は、イソシアネート成分(a)、ポリオール成分(b)又はイソシアネート成分(a)及びポリオール成分(b)の両方中に容易に配合して本発明の2K PU接着剤を形成することができる。
更に別の実施形態において、上に記載されたスズベースの触媒の類似の硬化速度論/プロフィールを示す任意の非スズベースの金属有機触媒は、本発明の接着剤調合物に触媒構成要素として使用され得る。例えば、有用なビスマスベースの触媒には、ビスマス(III)ネオデカノエートが含まれ得;有用な亜鉛ベースの触媒には、亜鉛ネオデカノエート;及びこれらの触媒の混合物が含まれ得る。
その上別の実施形態において、本発明に有用な非スズベースの触媒又は非アミンベースの触媒には、DBUカルボン酸ブロックト触媒などのカルボン酸ブロックト触媒が含まれ得る。例えば、本発明に有用なDBUカルボン酸ブロックト触媒には、TOYOCAT DB41(東ソーから入手可能なカルボン酸DBU塩)、POLYCAT SA-102/10(Air Productsから入手可能なカルボン酸DBU塩)及びそれらの混合物が含まれ得る。本発明に有用な他の触媒には、東ソーから入手可能なTOYOCAT DB40、TOYOCAT DB60及びTOYOCAT DB70などの例えば第三級アミンを含む酸ブロックトアミン及び有機酸ベースの触媒;東ソーから入手可能なTOYOCAT DB30などの1H-1,2,4-トリアゾールベースのアミン触媒;並びにそれらの混合物が含まれ得る。東ソーから入手可能なTOYOCAT F22;トリエチレンジアミン(TEDA)など、及びそれらの混合物などの任意の他の公知の感熱性アミン触媒も本発明において使用され得る。1つの好ましい実施形態において、本発明に有用な触媒は、例えば、ジ-n-オクチルスズビス[イソオクチルメルカプトアセテート]などのスズ触媒;POLYCAT SA 1/10及びTOYOCAT DB60などのアミン触媒;並びにそれらの混合物から選択され得る。
一般に、接着剤調合物中の触媒の量は、調合物中の成分の総重量を基準として、一実施形態では約0.005重量%~約2.0重量%;別の実施形態では約0.01重量%~約1.0重量%;及び更に別の実施形態では約0.015重量%~約0.065重量%の範囲であり得る。1つの例示的実施形態において、例えばジ-n-オクチルスズビス[イソオクチルメルカプトアセテート]などのスズ触媒が接着剤調合物に使用される場合、調合物中のそのような触媒の濃度は、スズ触媒ジ-n-オクチルスズビス[イソオクチルメルカプトアセテート]の分子量に基づいて、一実施形態では約0.005重量%~約1.0重量%;別の実施形態では約0.02重量%~約0.08重量%;及び更に別の実施形態では約0.03重量%~約0.05重量%であり得る。
別の例示的実施形態において、例えばPOLYCAT SA 1/10などの感熱性アミン触媒が接着剤調合物に使用される場合、調合物中のそのような触媒の濃度は、POLYCAT SA 1/10の分子量に基づいて、一実施形態では約0.01重量%~約2.0重量%;別の実施形態では約0.01重量%~約1.0重量%;及び更に別の実施形態では約0.015重量%~約0.025重量%であり得る。
更に別の例示的実施形態において、例えばTOYOCAT DB60などの触媒が接着剤調合物に使用される場合、調合物中のそのような触媒の濃度は、TOYOCAT DB60の分子量に基づいて、一実施形態では約0.01重量%~約2.0重量%;別の実施形態では約0.01重量%~約1.0重量%;及び更に別の実施形態では約0.045重量%~約0.065重量%であり得る。
触媒の濃度が約0.005重量%よりも低い場合、使用される触媒は、調合物において有効に活性であり得ず、結果として生じた調合物の貯蔵安定性は、「不十分」であり得、すなわち例えば調合物中のいかなる残留水も少量の触媒を失活させることができる。触媒の濃度が約2.0重量%超である場合、調合物中に存在する成分の反応が迅速でありすぎ、短いオープンタイムをもたらし得、すなわち例えば約3分未満のオープンタイムが生じ得る。加えて、調合物中の高い触媒レベル(例えば、約2.0重量%超)は、結果として生じる調合物についてハンドリング及び配合コストの増加をもたらし得る。
本発明の接着剤調合物は、少なくとも1つの充填材を任意選択的に含有し得る。任意選択的な充填材は、少なくとも1つの粒子状充填材であり得る。粒子状充填材は、室温で固体材料であり、ポリオール成分(b)の他の構成要素又はイソシアネート成分(a)若しくはその任意の構成要素に溶解しない。充填材は、ポリオール成分とポリイソシアネート成分との間の硬化反応の条件下で溶融しないか、揮発しないか又は分解しない材料である。充填材は、例えば、ガラス、シリカ、酸化ホウ素、窒化ホウ素、酸化チタン、窒化チタン、フライアッシュ、炭酸カルシウム及びウォラストナイト及びカオリンなどの粘土を含む様々なアルミナ-シリケートなどの無機充填材;鉄、チタン、アルミニウム、銅、真ちゅう、青銅などの金属粒子;ポリウレタン、エポキシの硬化粒子、フェノール-ホルムアルデヒド又はクレゾール-ホルムアルデヒド樹脂、架橋ポリスチレンなどの熱硬化性ポリマー粒子;ポリスチレン、スチレンアクリロニトリルコポリマー、ポリイミド、ポリアミド-イミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテル-エーテルケトン、ポリエチレンイミン、ポリ(p-フェニレンスルフィド)、ポリオキシメチレン、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂;及び活性炭、グラファイト、カーボンブラックなどの様々なタイプのカーボン;並びにそれらの混合物であり得る。
粒子状充填材は、1つの一般的な実施形態において約50ナノメートル(nm)~約100マイクロメートル(μm)のサイズを有する粒子の形態にあり得る。他の実施形態において、充填材は、一実施形態では約250nm以上、別の実施形態では約500nm以上及び更に別の実施形態では約1μm以上の粒径(d50)を有し得る。他の実施形態において、充填材は、一実施形態では約50μm以下、別の実施形態では約25μm以下及び更に別の実施形態では約10μm以下の粒径(d50)を有し得る。粒径は、動的光散乱法又は約100nm未満のサイズを有する粒子に対するレーザー回折法を用いて都合よく測定される。
いくつかの実施形態において、粒子状充填材粒子は、一実施形態では最大で約5のアスペクト比、別の実施形態では最大で約2のアスペクト比、更に別の実施形態では最大で約1.5のアスペクト比を有し得る。他の態様において、充填材粒子の一部又は全ては、ポリオール成分(b)のポリエーテルポリオールの1つ以上にグラフトすることができる。
一般に、充填材が接着剤調合物中に存在する場合、充填材は、一実施形態では接着剤調合物の総重量の約80重量%以下を構成する。他の実施形態において、接着剤調合物中に存在する充填材の量は、一般に、調合物中の成分の総重量を基準として、一実施形態では約0.1重量%~約80重量%;別の実施形態では約0.1重量%~約70重量%;更に別の実施形態では約0.1重量%~約60重量%;その上別の実施形態では約0.1重量%~約50重量%;なお一層更に別の実施形態では約0.1重量%~約40重量%;なお一層その上別の実施形態では約0.1重量%~約30重量%;なお一層更に別の実施形態では約0.1重量%~約25重量%;及びなお一層その上別の実施形態では約0.1重量%~約20重量%の範囲であり得る。
任意選択的な充填材は、イソシアネート成分(a)中及び/又はポリオール成分(b)中に存在することができる。例えば、本発明の1つの例示的実施形態において、充填材は、カーボンブラックであリ得、所定の濃度のカーボンブラックがイソシアネート成分(a)中に存在することができる。イソシアネート成分(a)中にカーボンブラックが存在し、他の充填材が存在しない場合、カーボンブラック充填材は、例えば、イソシアネート成分(a)の重量を基準として、一実施形態ではイソシアネート成分(a)の約1重量%~約50重量%;別の実施形態では約2重量%~約40重量%;更に別の実施形態では約5重量%~約30重量%;及びその上別の実施形態では約10重量%~約25重量%を構成し得る。
本発明の別の例示的実施形態において、所定の濃度の充填材がポリオール成分(b)中に存在することができる。充填材がポリオール成分(b)中に存在する場合、充填材は、例えば、ポリオール成分(a)の重量を基準として、一実施形態ではポリオール成分(b)の約1重量%~約80重量%;別の実施形態では約5重量%~約70重量%;更に別の実施形態では約10重量%~約
60重量%;及びその上別の実施形態では約20重量%~約60重量%を構成し得る。
ポリオール成分(b)中に存在する充填材は、イソシアネート成分(a)中の充填材と同じものであり得るか;又はポリオール成分(b)中に存在する充填材は、イソシアネート成分(a)中の充填材と異なり得る。例えば、1つの好ましい実施形態において、カーボンブラック充填材は、例えば、約15重量%~約20重量%の濃度でイソシアネート成分(a)中に使用され得;か焼粘土、炭酸カルシウム又はタルクは、例えば、約30重量%~約60重量%の量でポリオール成分(b)中に使用され得る。充填材は、イソシアネート成分(a)、ポリオール成分(b)又はイソシアネート成分(a)及びポリオール成分(b)の両方に容易に配合して本発明の2K PU接着剤を形成することができる。
本発明の接着剤調合物は、ポリオール成分(b)及び/又はイソシアネート成分(a)中に存在することができる1つ以上の他の任意選択的な成分を更に含み得る。例えば、本発明に有用な別の任意選択的な構成要素には、充填材粒子の表面を湿らせ、且つそれらがポリエーテルポリオール中に分散するのに役立つ1つ以上の分散助剤が含まれ得る。これらは、粘度を下げる効果も有し得る。これらの分散助剤のなかには、例えば、低分子量ポリカルボン酸ポリマーのアルキルアンモニウム塩並びに不飽和ポリアミンアミド及び低分子量酸性ポリエステルの塩などのBYK、DISPERBYK及びANTI-TERRA-U商品名でBYK Chemieによって販売される様々な分散剤並びに3M Corporation製のFC-4430、FC-4432及びFC-4434などのフッ素化界面活性剤がある。ポリオール成分(b)中に存在する場合、上記の分散助剤は、例えば、一実施形態ではポリオール成分の最大で2重量%及び別の実施形態ではポリオール成分の最大で約1重量%を構成し得る。
本発明に有用な別の有用な任意選択的な構成要素には、特にポリオール成分(b)に使用される場合、ヒュームドシリカ、疎水的に改質されたヒュームドシリカ、シリカゲル、エアロゲル、様々なゼオライト、モレキュラーシーブなど;及びそれらの混合物などの乾燥剤が含まれ得る。例えば、成分(b)中に存在する場合、1つ以上の乾燥剤は、一実施形態ではポリオール成分の重量を基準として、約1重量%以上、別の実施形態では約5重量%以下及び更に別の実施形態では約4重量%以下を構成し得る。別の実施形態において、乾燥剤は、ポリオール成分又は接着剤組成物に不在であり得る。
任意選択的に、本発明の接着剤調合物は、本接着剤製品の優れた便益/特性を維持しながら、特有の機能の性能を可能にするために多様な他の任意選択的な添加剤を配合され得る。例えば、一実施形態において、調合物に有用な任意選択的な添加剤には、接着剤の追加の水吸収を回避するための及びNCO-水反応を回避するためのガス及び水捕捉剤が含まれ得る。そのような望ましくない反応は、NCOと水との反応によって引き起こされるCO放出が原因で接着剤中に気泡形成をもたらし得る。
別の実施形態において、相溶化剤は、湿潤性能を更に改善するために、且つポリオール成分(b)とイソシアネート成分(a)との間の混合を改善するために調合物に使用され得る。
更に別の実施形態において、化学的レオロジー調整剤が調合物に使用され得る。一般に、例えば、異なる分子量及び官能性の異なるグレードのポリアミン化合物を本発明において使用することができる。一実施形態において、ポリアミン化合物には、例えば、以下の化合物:403g/molの分子量を有する三量体Jeffamine T403、400g/molの分子量を有する二量体Jeffamine D400、200g/molの分子量を有する二量体Jeffamine D200及びそれらの混合物の任意の1つ以上が含まれる。化学的レオロジー調整剤は、結果的に良好な耐垂下り性の便益を提供する調合物の速い初期ゲル化を提供するために本発明において使用することができる。更に、調合物の硬化時の粘度の速い増加は、熱加速硬化プロセスにおけるCO形成のリスクを減らす。追加の任意選択的な化合物又は添加剤の混合物は、必要に応じて本発明の接着剤調合物に添加され得る。
任意選択的な成分は、接着剤調合物に使用される場合、一般に、一実施形態では約0重量%~約15重量%;別の実施形態では約0.1重量%~約10重量%;及び更に別の実施形態では約1重量%~約5重量%の範囲の量で存在することができる。1つの好ましい実施形態において、モレキュラーシーブが使用される場合、モレキュラーシーブの量は、例えば、約1重量%~約5重量%であり得る。別の好ましい実施形態において、Jeffamine製品などのアミン製品が使用される場合、Jeffamineの量は、例えば、約0.1重量%~約2重量%であり得る。
1つの広範な実施形態において、本発明の2K PU接着剤調合物を調製する方法は、上に記載されたような少なくとも1つのイソシアネート成分(a)を提供する工程と、少なくとも1つのポリオール成分(b)を提供する工程とを含む。ポリオール成分(b)は、好ましい実施形態において、(bi)少なくとも1つの第1ポリオール化合物;(bii)約2超の官能価及び約200未満のEWを有する少なくとも1つの第2ポリオール化合物;及び(biii)約2つのヒドロキシル(OH)基及び約200未満のEWを有する少なくとも1つの鎖延長剤を含む。本発明の接着剤が基材を一緒に接合するために直ちに使用可能である場合、上記の成分(a)及び(b)は、一緒に混合するか、混ぜ合わせるか又はブレンドすることができ、それは、成分(a)及び(b)の組み合わせが硬化するときに反応生成物をもたらす。1つ以上の追加の任意選択的な成分は、必要に応じて調合物に添加され得る。例えば、少なくとも1つの触媒及び/又は少なくとも1つの充填材は、成分(a)及び(b)が一緒に混合される前又は成分(a)及び(b)が一緒に混合された後に成分(a)、成分(b)又は両方のいずれかで接着剤調合物に添加され得る。
接着剤調合物を構成する反応生成物を製造するのに有用なイソシアネート成分(a)の量及びポリオール成分(b)の量は、変わり得、イソシアネート成分(a)及びポリオール成分(b)が(別々に及び個別に)配合され、且つ二成分が、組み合わせて反応生成物接着剤を形成する状態になっていれば、イソシアネート成分(a)及びポリオール成分(b)は、1:1の容積比で一般に混合される。例えば、イソシアネート成分(a)対ポリオール成分(b)の比は、一実施形態では約198:2~約2:198、別の実施形態では約195:5~約5:195、更に別の実施形態では約10:190~約190:10、その上別の実施形態では約20:180~約180:20、なお一層更に別の実施形態では約70:130~約130:70;なお一層その上別の実施形態では約80:120~約120:80;更に別の実施形態では約90:110~約110:90;その上別の実施形態では約95:105~約105:95;及びなお一層更に別の実施形態では約98:102~約102:98の範囲であり得る。イソシアネート成分(a)対ポリオール成分(b)の濃度比が約198:2~約2:198の範囲外にある場合、接着剤調合物は、有効な接着を示さないか、又は接着は、不十分であり得るか若しくは存在し得ない。イソシアネート成分(a)対ポリオール成分(b)の濃度比が約198:2~約2:198の範囲外にある場合、調合物は、良好な機械的特性若しくは良好なレオロジー特性を示し得ず、及び/又は大量のNCOは、脆い生成物、すなわち低い破断点伸びを有する生成物を有害にもたらし得る調合物において形成し得る。
別々に及び個別に成分(a)及び成分(b)を製造する際、所要の構成要素及び任意選択的な構成要素は、上に考察された所望の濃度並びに一実施形態では約5℃~約80℃;別の実施形態では約10℃~約60℃;及び更に別の実施形態では約15℃~約50℃の温度で一緒に混合することができる。1つの好ましい実施形態において、成分(a)及び(b)を形成するための上記の構成要素の混合は、減圧下で実施され得る。構成要素の混合の順番は、決定的に重要であるわけではなく、2つ以上の化合物を一緒に混合し、これに残りの構成要素の添加が続く。成分(a)及び(b)をメークアップする接着剤調合物構成要素は、任意の公知の混合プロセス及び設備によって一緒に混合され得る。
別の広範な実施形態において、本発明は、2つの基材を接合する方法であって、2つの基材間のボンドラインに2K PU接着剤の層を形成する工程と、ボンドラインにおける層を硬化させて、基材のそれぞれに接合した硬化接着剤を形成する工程とを含む方法を含む。例えば、本方法は、二成分ポリウレタン接着剤のイソシアネート成分(a)をポリオール成分(b)と組み合わせる工程と、2つの基材間のボンドラインに接着剤の層を形成してアセンブリを形成する工程と、アセンブリの一部に熱又は赤外線を加えることにより、ボンドラインにおける接着剤層を部分的に硬化させる工程と、その後の及び別個の硬化工程において、接着剤層の硬化を完了する工程とを含み得る。
一緒に接着される基材への2K PU接着剤の塗布は、所定量のイソシアネート成分(a)及びポリオール成分(b)を組み合わせて(接着剤として)基材の選択部分に塗布することができる計量供給/混合/分配設備などの任意の公知の設備によって実施することができる。例えば、自動車製造プロセスでは、成分(a)及び(b)は、数ガロンサイズの2つの別個のタンク容器において提供される。次に、成分(a)は、1つのタンクから取り出され、同時に、成分(b)は、別のタンクから取り出され、両方の流れは、組み合わされた接着剤成分が基材に塗布されるにつれて、公知の静的又は動的ミキサーを用いて一緒に組み合わされる。部分硬化工程は、アセンブリの1つ以上の所定の局所のみを加熱することにより、ボンドラインにおける接着剤層の1つ以上の所定の局所のみを硬化させて、少なくとも部分的に硬化した部分と未硬化部分とを有する接着剤層を生成することによって行うことができ、接着剤層の未硬化部分は、次に、その後の及び別個の硬化工程において硬化させることができる。
1つの好ましい一般的な実施形態において、少なくとも第1基材を少なくとも第2基材に接着させる方法は、(1)本明細書に開示されるようなポリオール成分(b)と、イソシアネート成分(a)とを接触させ、且つこれらの成分を混合して均質な接着剤混合物を形成する工程と;(2)接着剤混合物を第1基材の少なくとも一部に塗布する工程と;(3)混合物が第1基材と第2基材との間に配置され、ボンドラインを形成するように第2基材を第1基材と接触させる工程と;(4)基材を移動させることができるように、第1及び第2基材が十分に、すなわち十分な強度で接合されるように十分に混合物が部分的に硬化するような条件下で混合物の少なくとも一部を熱に曝す工程とを含み得る。本方法は、2つの基材を一緒に接合するために混合物を完全に硬化させるための時間にわたって温度において、2つの部分的に硬化した基材を加熱する工程(5)を更に任意選択的に含み得る。熱は、赤外加熱によってなどの任意の公知の加熱手段によって工程(4)において加えられ得る。工程(4)と工程(5)との間の時間は、一実施形態では約1時間以上及び別の実施形態では約24時間以上;並びに更に他の実施形態では上記の2つの期間の間の任意の時間以上であり得る。
本発明の2k PU接着剤組成物を硬化させることにより、本明細書に開示される硬化性接着剤組成物をベースとする硬化した接着剤で一緒に接合された2つ以上の基材を含む構造物が形成され、ここで、硬化した接着剤は、基材のそれぞれの部分間に配置されている。一実施形態において、基材は、非類似基材、すなわち金属、ガラス、プラスチック、熱硬化性樹脂、繊維強化プラスチック又はそれらの混合物などの材料から選択される異なる材料の基材を含み得る。1つの好ましい実施形態において、基材の1つ又は両方は、繊維強化プラスチックであり得る。
本発明の調合物の利点の1つは、調合物の機械的特性を維持しながら、良好な待ち時間を達成できることである。例えば、Voranol 280などの他の構成要素を使用することによる、待ち時間を増やすための他のアプローチが以前に試みられているが、そのような以前の試みは、接着剤の機械的特性の犠牲をもたらす、例えば約150%未満の破断点伸びが達成される。本発明の調合物は、他方では、一実施形態において約150%超の破断点伸びを有しながら、約8分超の長いオープンタイム、約2MPa超の1h RT後の高いラップせん断強度を達成することができる。
本発明の方法によって製造される本発明の接着剤調合物は、従来の接着剤調合物と比較していくつかの有利な特性及び便益を有する。例えば、本接着剤調合物によって示される特性のいくつかは、増加した待ち時間、より長いオープンタイム及びより速いハンドリング強度ビルドアップを含むことができる。
例えば、より長いオープンタイムが本接着剤によって示され、オープンタイムは、一般に、一実施形態では約8分超、別の実施形態では約9分超及び更に別の実施形態では約10分超であり得る。他の実施形態において、本発明の調合物によって示されるオープンタイムは、一実施形態では約8分超~約20分;別の実施形態では約9分~約20分;及び更に別の実施形態では約10分~約20分の範囲であり得る。
更に別の実施形態において、本発明の接着剤調合物の1h RT後のラップせん断強度によって測定されるようなハンドリング強度ビルドアップは、一般に約1MPa超、別の実施形態では約1.5MPa超及び更に別の実施形態では約2MPa超であり得る。その上他の実施形態において、本接着剤調合物の1h RT後のラップせん断強度は、一実施形態では約1MPa~約4MPa、別の実施形態では約1.5MPa~約4MPa;及び別の実施形態では約2MPa~約3MPaの範囲であり得る。
本発明の接着剤調合物は、一実施形態では約150%超、別の実施形態では約170%超及び更に別の実施形態では約200%超の破断点伸びを示すこともできる。他の実施形態において、本接着剤調合物の破断点伸びは、例えば、約150%超~約600%未満、別の実施形態では約150%超~約300%及び更に別の実施形態では約170%~約200%であり得る。
本発明の2Kポリウレタン接着剤は、例えば、複合材料;e-被覆鋼、e-被覆アルミニウムなどの被覆金属;及びシート成形コンパウンド(SMC);並びにそのような材料の混合物を一緒に接合するために使用することができる。
以下の実施例は、詳細に本発明を更に例示するために示されるが、請求項の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。特に明記しない限り、全ての部及び百分率は、重量による。
実施例に使用される様々な原材料は、以下の通り説明される:
Covestroから入手可能なDesmodur N3400は、ヘキサメチレンビスイソシアネートをベースとする脂肪族ポリイソシアネート化合物である。
Isonate M143は、2.2の官能価及び40mPa-s粘度の粘度の液化MDIである。Isonate M143は、The Dow Chemical Company(Dow)から入手可能である。
MetatinT713は、スズベースのジブチルスズメルカプチド触媒であり;ACIMAから入手可能である。
ジ-n-オクチルスズビス[イソオクチルメルカプトアセテート]、スズベースのジオクチルスズメルカプチド触媒。
POLYCAT SA-1/10は、フェノール対イオンの固体DBU(1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン)ベースの固体アミン触媒であり;ACIMAから入手可能である。
Voranol 2000Lは、1,000g/molの平均分子量及びおよそ55mg KOH/gのOH価のポリプロピレンホモポリマーであり;Dowから入手可能である。
Voranol CP4610は、1,800g/mol分子量の平均分子量及びおよそ35mg KOH/gのOH価のグリセリン開始酸化エチレンベースのプロポキシル化トリオールであり;Dowから入手可能である。
1,4-ブタンジオールは、Arco Chemicaから入手可能であり、Schweizerhall Chemieによって流通されている。
Polestar 200Rは、およそ2マイクロメートル(μm)(90%>10μm)の平均粒径並びに8.5m/gのBET表面積及び6.0~6.5のpHのか焼陶土(55%SiO、45%Al)である。Polestar 200Rは、IMERYSから入手可能である。
Aerosil R 202は、疎水的に改質されたポリジメチルシロキサン被覆ヒュームドシリカであり;Evonik Industriesから入手可能である。
Printex 30は、Alzchemによって商業的に供給されるカーボンブラック充填材である。
Toyocat DB60は、第三級アミンと有機酸との塩をベースとする触媒であり;東ソーから商業的に入手可能である。
Vestinol 9は、100%ジ-イソノニルフタレートであり、T-715プレポリマー技術において可塑剤として使用され;Evonikから入手可能である。
Voranol 280は、280のヒドロキシル価、7の官能価、400g/molの分子量及び200のEWを有するスクロース開始オキシプロピレン-オキシエチレンポリオール化合物である。Voranol 280は、Dowから入手可能である。
VORAFORCE(商標)5300は、RTMプロセスにおいて炭素繊維強化複合材料(CFRP)部品を製造するためのDow樹脂グレードである。
BETAWIPE(商標)4800は、Dow Automotive Systemsから入手可能な溶媒ベースの接着促進剤である。
試験方法
以下の試験は、当業者に公知の手順に従って行った。
オープンタイム
30cm~50cm長さの接着剤ビーズをポリエチレンホイル上に手動で押し出した。2Kポリウレタン接着剤の手動塗布を、取り付けられた静的ミキサーユニット8ミリメートル(mm)又は10mm直径及び24の混合要素を備え、且つ最低6バールのアプリケーション圧力の例えばKroeger TS 400などのダブルカートリッジアプリケーションガンから行った。接着剤が木製スパチュラの木でできた表面にもはや付着しなくなるまで、塗布された接着剤ビーズを木製スパチュラで連続して圧迫する。測定される時間が接着剤のオープンタイムと定義される。
反応性
2K PU接着剤の反応性は、直径20mm、プレート間隔設定1mmの平行プレートを用いた振動モードでのレオロジーによって測定する。反応性測定は、0.062%の一定変形での10Hzで行う。複素粘度を時間に対してプロットし;粘度の勾配が30°を超えて変化する時間を「反応性」と見なす。
せん断強度
せん断強度測定は、例えば、FHM 8606.00.00又は8606.04.00取付装置を備えたせん断強度デバイスZwick 1435などの好適なせん断強度測定デバイスでDIN EN 1465(2009年7月)に従って行った。E-コート基材は、次の寸法:100mm×25mm×0.8mmのCathoguard500 e-被覆鋼製パネルであった。E被覆基材をBETACLEAN(商標)3350(ヘプタン)洗浄溶剤液できれいにした。接着剤塗布前の洗浄後の溶剤のフラッシュオフ時間は、5分であった。CFRP基材は、次の寸法:100mm×45mm×2.2mmのDOW CFRP VORAFORCE(商標)5300からのVORAFORCE(商標)グレードパネルであった。CFRP基材を研削するか又は洗浄若しくは機械的前処理なしに使用した。研削が行われる場合、研削は、均質な光学的外観が達成されるまで、湿ったCFRPパネルに関して320研削パッドを使用して手動により行った。引き続いて、パネルを80℃で8時間乾燥させる。10mm×25mm×1.5mmの接着接合寸法をラップせん断検体のために使用した。ラップせん断検体を23℃/50%相対湿度(r.h.)での1時間の硬化時間後又はそれぞれ以下に記載される熱加速硬化プロセス後に試験した。
引張試験
引張試験は、DIN 527-2(2012年6月)に記載される試験に従って7日RT硬化2mm厚さプラーク(Dogbones 5Aと言われる)で行った。
実施例1及び2並びに比較例A~C
比較例A~C並びに実施例1及び2の接着剤組成物のオープンタイムは、上に記載されたレオロジー反応性試験によって測定した。ラップせん断強度は、e-被覆鋼製基材を用いて
1時間及び7日RTで測定した。接着寸法は、15mm×25mm×
1.5mmであった。引張試験は、上に記載されたようなDogbones 5A試験サンプルに関して行った。様々な接着剤を使用してDogbones 5Aサンプルに関して行われた試験の結果を表1に記載する。
比較例Aは、49重量%の三官能性Voranol CP 4610と、鎖延長剤としての5重量%の1,4-ブタンジオールとを含有する。比較例Aは、Voranol 280又はグリセリン成分を含有しない。代わりに、比較例A中のVoranol CP 4610は、ポリオール成分(PolC)がイソシアネート成分(IsoC)と反応される場合にソフト-セグメントを形成するであろう。また、1,4-ブタンジオールは、PolCがIsoCと反応される場合にハード-セグメントを形成するであろう。表の結果は、比較例Aが良好な破断点伸び(244%)を示すことを記載しているが、1h RTラップせん断強度は、わずか1.23MPaであり、オープンタイム(すなわち不粘着時間)は、わずか8分である。
接着剤調合物中に存在するVoranol 280などの高官能性ポリオール化合物は、より長いオープンタイム及びより高い1h RTラップせん断強度によって示される改善された待ち時間をもたらすことができるが、Voranol 280などの高官能性ポリオール化合物の使用は、そのようなポリオール化合物を有する接着剤調合物の機械的特性を損ない得る。例えば、比較例Bは、5重量%のVoranol 280を含有し、比較例Cは、10重量%のVoranol 280を含有する。また、比較例B及び比較例Cの調合物中の1,4-ブタンジオール含有量は、4重量%(比較例B)及び3重量%(比較例C)である。比較例B及びCの接着剤調合物へのVoranol 280の組み入れは、より長いオープンタイム及びより高い1h RTラップせん断強度を示す接着剤をもたらす。しかしながら、Voranol 280が比較例の組成物に添加される場合、特に5重量%超のVoranol 280が添加される場合、144%(比較例Bを参照されたい)及び102%(比較例Cを参照されたい)の低下した破断点伸びで明らかにされるように、機械的特性が著しく低下する。鎖延長剤1,4-ブタンジオールがグリセリンなどの小分子量の3官能性ポリオール化合物と置き換えられる場合、本発明の調合物(実施例1及び2を参照されたい)によって示されるように、接着剤の破断点伸びが高いレベル(例えば、150%超)に維持されながら、調合物の待ち時間が両方とも改善されることが意外にも発見された。これは、グリセリンが、1,4-ブタンジオールと類似の分子量を有するが、より高い官能価を有し;そのため、より高い官能価がハードセグメントに導入されるという事実に起因すると考えることができる。
実施例1は、4重量%の1,4-ブタンジオール及び0.7重量%のグリセリンを含有する。実施例1の接着剤のオープンタイムは、比較例A及びBのオープンタイムよりも長い9.5分である。また、実施例1の1時間RTラップせん断強度は、比較例A及びBの1時間RTラップせん断強度よりも高い2.1MPaである。実施例1の接着剤についての171%の破断点伸びは、比較例B及びCの破断点伸びよりも著しく高い。
実施例2は、3重量%の1,4-ブタンジオール及び1.4重量%のグリセリンを含有する。実施例2の接着剤組成物のオープンタイムは、比較例A、B及びCのオープンタイムよりもはるかに長い13分である。また、実施例2の接着剤調合物の1時間RTラップせん断強度は、比較例A、B及びCの1時間RTラップせん断強度よりも高い2.98MPaである。実施例2の接着剤についての158%の破断点伸びは、比較例B及びCの破断点伸びよりも高い。表1に記載される結果は、グリセリンなどの三官能性鎖延長剤の使用が接着剤組成物の待ち時間を予想外にも改善し、同時に接着剤組成物の良好な破断点伸び特性を維持することを示す。
また、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の態様として以下も包含し得る。
(1)(a)少なくとも1つのイソシアネート成分と、
(b)少なくとも1つのポリオール成分と
を含む接着剤組成物であって、前記ポリオール成分は、(bi)少なくとも1つの第1ポリオール化合物、(bii)約2超の官能価及び約200未満の当量を有する少なくとも1つの第2ポリオール化合物;及び(biii)少なくとも1つの鎖延長剤を含み、前記鎖延長剤は、約2つのヒドロキシル基及び約200未満の当量を有する化合物を含む、接着剤組成物。
(2)前記少なくとも1つの第2ポリオール化合物は、3以上の官能価及び約100未満の当量を有する、請求項1に記載の組成物。
(3)少なくとも1つの触媒を更に含む、請求項1に記載の組成物。
(4)前記少なくとも1つの触媒は、少なくとも1つのスズ含有有機触媒である、請求項3に記載の組成物。
(5)前記少なくとも1つの触媒は、(α)少なくとも1つのスズ含有有機化合物と、(β)少なくとも1つのアミン化合物との組み合わせを含む、請求項3に記載の組成物。
(6)前記少なくとも1つの触媒は、前記少なくとも1つのイソシアネート成分(a)に添加されるか;前記少なくとも1つの触媒は、前記少なくとも1つのポリオール成分(b)に添加されるか;又は前記少なくとも1つの触媒は、前記少なくとも1つのイソシアネート成分(a)及び前記少なくとも1つのポリオール成分(b)の両方に添加される、請求項3に記載の組成物。
(7)少なくとも1つの充填材を更に含む、請求項1に記載の組成物。
(8)前記少なくとも1つの充填材は、無機充填材粒子、金属粒子、熱硬化性ポリマー粒子、熱可塑性粒子、カーボンブラック、カーボン粒子及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項7に記載の組成物。
(9)前記少なくとも1つの充填材は、前記少なくとも1つのイソシアネート成分(a)に添加されるか;前記少なくとも1つの充填材は、前記少なくとも1つのポリオール成分(b)に添加されるか;又は前記少なくとも1つの充填材は、前記少なくとも1つのイソシアネート成分(a)及び前記少なくとも1つのポリオール成分(b)の両方に添加される、請求項7に記載の組成物。
(10)前記少なくとも1つの触媒は、少なくとも1つのスズ含有有機触媒である、請求項1に記載の組成物。
(11)前記少なくとも1つの第1ポリオール化合物は、少なくとも1つのプレポリマーである、請求項1に記載の組成物。
(12)前記少なくとも1つのプレポリマーは、(A)少なくとも1つのポリオール化合物と、(B)少なくとも1つのポリイソシアネート化合物とのイソシアネート官能性反応生成物を含む、請求項11に記載の組成物。
(13)前記少なくとも1つの第2ポリオール化合物は、グリセリンである、請求項1に記載の組成物。
(14)前記少なくとも1つのイソシアネート成分(a)は、約0.01重量パーセント~約60重量パーセントの濃度で前記組成物中に存在し;前記少なくとも1つのポリオール成分(b)は、約0.1重量パーセント~約20重量パーセントの濃度で前記組成物中に存在する、請求項1に記載の組成物。
(15)前記少なくとも1つの触媒は、約0.005重量パーセント~約2.0重量パーセントの濃度で前記組成物中に存在する、請求項3に記載の組成物。
(16)前記少なくとも1つの充填材は、約0.1重量パーセント~約60重量パーセントの濃度で前記組成物中に存在する、請求項7に記載の組成物。
(17)少なくとも1つのガス捕捉剤、少なくとも1つの水捕捉剤又はそれらの混合物を更に含む、請求項1に記載の組成物。
(18)8分超からのオープンタイム;約1.0メガパスカル超の、23℃及び50パーセント相対湿度で1時間後のラップせん断強度;及び約150パーセント超の破断点伸びを有する、請求項1に記載の組成物。
(19)二成分ポリウレタン接着剤を含む、請求項1に記載の組成物。
(20)2成分ポリウレタン接着剤組成物を調製する方法であって、
(a)少なくとも1つのイソシアネート成分と、
(b)少なくとも1つのポリオール成分と
を混ぜ合わせる工程を含み、前記ポリオール成分は、(bi)少なくとも1つの第1ポリオール化合物、(bii)約2超の官能価及び約200未満の当量を有する少なくとも1つの第2ポリオール化合物;及び(biii)少なくとも1つの鎖延長剤を含み、前記鎖延長剤は、約2つのヒドロキシル基及び約200未満の当量を有する化合物を含む、方法。
(21)前記組成物は、少なくとも1つの触媒を更に含む、請求項20に記載の方法。
(22)前記組成物は、少なくとも1つの充填材を更に含む、請求項20に記載の方法。
(23)少なくとも第1基材を少なくとも第2基材に接着させる方法であって、
(I)前記少なくとも第1基材を、請求項1に記載の接着剤組成物と接触させる工程と;
(II)前記少なくとも第2基材を、前記少なくとも第1基材上に存在する前記接着剤組成物と接触させる工程と;
(III)前記少なくとも第1及び第2基材を前記接着剤組成物と共に約5℃~約80℃の温度に加熱する工程と
を含む方法。
Figure 0007379356000001

Claims (17)

  1. (a)少なくとも1つのイソシアネート成分と、
    (b)少なくとも1つのポリオール成分と
    を含む接着剤組成物であって、
    前記ポリオール成分は、
    (bi)少なくとも1つの第1ポリオール化合物であって400~3,000の当量および2~3の名目ヒドロキシル官能価を有するポリエーテルポリオールを有する第1ポリオール化合物、
    (bii)2超の官能価及び200未満の当量を有する少なくとも1つの第2ポリオール化合物であって、グリセリンである第2ポリオール化合物;及び
    (biii)少なくとも1つの鎖延長剤を含み、前記鎖延長剤は、200未満の当量を有する脂肪族ジオールを含
    前記接着剤組成物が、前記イソシアネート成分(a)及び前記ポリオール成分(b)が反応生成物接着剤を形成するために混合され得る二成分ポリウレタン接着剤である、
    接着剤組成物。
  2. 前記少なくとも1つの第2ポリオール化合物は、3以上の官能価及び100未満の当量を有する、請求項1に記載の組成物。
  3. 少なくとも1つの触媒を更に含む、請求項1に記載の組成物。
  4. 前記少なくとも1つの触媒は、少なくとも1つのスズ含有有機触媒である、請求項3に記載の組成物。
  5. 前記少なくとも1つの触媒は、(α)少なくとも1つのスズ含有有機化合物と、(β)少なくとも1つのアミン化合物との組み合わせを含む、請求項3に記載の組成物。
  6. 前記少なくとも1つの触媒は、前記少なくとも1つのイソシアネート成分(a)に添加されるか;前記少なくとも1つの触媒は、前記少なくとも1つのポリオール成分(b)に添加されるか;又は前記少なくとも1つの触媒は、前記少なくとも1つのイソシアネート成分(a)及び前記少なくとも1つのポリオール成分(b)の両方に添加される、請求項3に記載の組成物。
  7. 少なくとも1つの充填材を更に含む、請求項1に記載の組成物。
  8. 前記少なくとも1つの充填材は、無機充填材粒子、金属粒子、熱硬化性ポリマー粒子、熱可塑性粒子、カーボンブラック、カーボン粒子及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項7に記載の組成物。
  9. 前記少なくとも1つの充填材は、前記少なくとも1つのイソシアネート成分(a)に添加されるか;前記少なくとも1つの充填材は、前記少なくとも1つのポリオール成分(b)に添加されるか;又は前記少なくとも1つの充填材は、前記少なくとも1つのイソシアネート成分(a)及び前記少なくとも1つのポリオール成分(b)の両方に添加される、請求項7に記載の組成物。
  10. 前記少なくとも1つの触媒は、アミン化合物を含む感熱性触媒である、請求項に記載の組成物。
  11. 前記少なくとも1つの第1ポリオール化合物は、少なくとも1つのプレポリマーである、請求項1に記載の組成物。
  12. 前記少なくとも1つのプレポリマーは、(A)少なくとも1つのポリオール化合物と、(B)少なくとも1つのポリイソシアネート化合物とのイソシアネート官能性反応生成物を含む、請求項11に記載の組成物。
  13. 前記少なくとも1つのイソシアネート成分(a)は、0.01重量パーセント~60重量パーセントの濃度で前記組成物中に存在し;前記少なくとも1つのポリオール成分(b)は、0.1重量パーセント~20重量パーセントの濃度で前記組成物中に存在する、請求項1に記載の組成物。
  14. 前記少なくとも1つの触媒は、0.005重量パーセント~2.0重量パーセントの濃度で前記組成物中に存在する、請求項3に記載の組成物。
  15. 前記少なくとも1つの充填材は、0.1重量パーセント~60重量パーセントの濃度で前記組成物中に存在する、請求項7に記載の組成物。
  16. 少なくとも1つのガス捕捉剤、少なくとも1つの水捕捉剤又はそれらの混合物を更に含む、請求項1に記載の組成物。
  17. 8分超からのオープンタイム;1.0メガパスカル超の、23℃及び50パーセント相対湿度で1時間後のラップせん断強度;及び150パーセント超の破断点伸びを有する、請求項1に記載の組成物。
JP2020545767A 2018-03-07 2019-02-20 接着剤組成物 Active JP7379356B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862639670P 2018-03-07 2018-03-07
US62/639,670 2018-03-07
PCT/US2019/018722 WO2019173049A1 (en) 2018-03-07 2019-02-20 Adhesive composition

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021516278A JP2021516278A (ja) 2021-07-01
JP7379356B2 true JP7379356B2 (ja) 2023-11-14

Family

ID=65686047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020545767A Active JP7379356B2 (ja) 2018-03-07 2019-02-20 接着剤組成物

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210032516A1 (ja)
EP (1) EP3762440B1 (ja)
JP (1) JP7379356B2 (ja)
KR (1) KR20200128100A (ja)
CN (1) CN112424251A (ja)
WO (1) WO2019173049A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7235698B2 (ja) * 2020-06-18 2023-03-08 シーカ・ハマタイト株式会社 ウレタン接着剤組成物
CN112724915B (zh) * 2020-12-29 2022-06-14 韦尔通(厦门)科技股份有限公司 一种具有多重固化方式的反应型聚氨酯热熔胶黏剂及其制备方法
WO2023113367A1 (ko) * 2021-12-14 2023-06-22 주식회사 에이치앤에스 2액형 열전도성 폴리우레탄 갭 충전제 조성물

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001303055A (ja) 2000-04-21 2001-10-31 Nippon Polyurethane Ind Co Ltd 土壌ないし人工構造物用安定強化注入薬液組成物、及びそれを用いた土壌ないし人工構造物の安定強化止水工法
JP2004518791A (ja) 2001-02-05 2004-06-24 ロード コーポレーション 高強度、長い開放時間を有する構造用ポリウレタン接着剤及びその使用方法
JP2006282922A (ja) 2005-04-04 2006-10-19 Aica Kogyo Co Ltd ウレタン樹脂系接着剤組成物
WO2006123586A1 (ja) 2005-05-16 2006-11-23 Asahi Glass Company, Limited 硬化性組成物
JP2009185427A (ja) 2008-02-08 2009-08-20 Ichikawa Co Ltd シュープレス用ベルト
JP2013163778A (ja) 2012-02-13 2013-08-22 Dic Corp 2液熱硬化型ポリウレタンエラストマー組成物、弾性成形体、及びロール
CN105602514A (zh) 2016-01-26 2016-05-25 上海都伟光伏科技有限公司 一种双组份高触变性的聚氨酯胶粘剂
JP6164777B2 (ja) 2011-11-21 2017-07-19 ディーエスエム アイピー アセッツ ビー.ブイ. ポリオレフィン繊維

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1279249C (en) * 1986-05-30 1991-01-22 Randall C. Rains Two component polyurethane adhesive
DE4340561A1 (de) * 1993-11-29 1995-06-01 Bayer Ag Lösungsmittelfreie 2-Komponenten-Polyurethan-Reaktivklebstoffe und ihre Verwendung für die Herstellung von sandwichartigen Fahrzeug-Innenverkleidungen
DE102006021779A1 (de) * 2006-05-09 2007-11-15 Degussa Gmbh Hyperverzweigte Polyurethane, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung
CN102105549B (zh) * 2008-07-25 2014-02-19 3M创新有限公司 弹性粘合膜
US8410213B2 (en) * 2009-01-26 2013-04-02 Michael James Barker Primerless two-part polyurethane adhesive
WO2013043333A1 (en) * 2011-09-21 2013-03-28 Dow Global Technologies Llc Polyurethanes made using mixtures of tertiary amine compounds and lewis acids as catalysts
CN102559124B (zh) * 2011-12-23 2014-07-09 山东一诺威聚氨酯股份有限公司 环保型双组份聚氨酯人造草坪粘合剂及其制备方法
WO2014024847A1 (ja) * 2012-08-06 2014-02-13 株式会社クラレ 熱可塑性ポリウレタンおよびその組成物
WO2016205254A1 (en) 2015-06-18 2016-12-22 Dow Global Technologies Llc Latent two-part polyurethane adhesives
CN105238330B (zh) * 2015-11-13 2017-12-26 淄博正大聚氨酯有限公司 聚氨酯密封胶及其制备方法
CN106750119B (zh) * 2016-12-05 2019-04-16 上海东大聚氨酯有限公司 一种组合聚醚、聚氨酯胶粘剂原料组合物及其应用

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001303055A (ja) 2000-04-21 2001-10-31 Nippon Polyurethane Ind Co Ltd 土壌ないし人工構造物用安定強化注入薬液組成物、及びそれを用いた土壌ないし人工構造物の安定強化止水工法
JP2004518791A (ja) 2001-02-05 2004-06-24 ロード コーポレーション 高強度、長い開放時間を有する構造用ポリウレタン接着剤及びその使用方法
JP2006282922A (ja) 2005-04-04 2006-10-19 Aica Kogyo Co Ltd ウレタン樹脂系接着剤組成物
WO2006123586A1 (ja) 2005-05-16 2006-11-23 Asahi Glass Company, Limited 硬化性組成物
JP2009185427A (ja) 2008-02-08 2009-08-20 Ichikawa Co Ltd シュープレス用ベルト
JP6164777B2 (ja) 2011-11-21 2017-07-19 ディーエスエム アイピー アセッツ ビー.ブイ. ポリオレフィン繊維
JP2013163778A (ja) 2012-02-13 2013-08-22 Dic Corp 2液熱硬化型ポリウレタンエラストマー組成物、弾性成形体、及びロール
CN105602514A (zh) 2016-01-26 2016-05-25 上海都伟光伏科技有限公司 一种双组份高触变性的聚氨酯胶粘剂

Also Published As

Publication number Publication date
EP3762440B1 (en) 2024-05-22
US20210032516A1 (en) 2021-02-04
WO2019173049A1 (en) 2019-09-12
CN112424251A (zh) 2021-02-26
EP3762440A1 (en) 2021-01-13
JP2021516278A (ja) 2021-07-01
KR20200128100A (ko) 2020-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10400144B2 (en) Latent two-part polyurethane adhesives
EP3310825B1 (en) Two-part polyurethane adhesives made using isocyanate-terminated quasi-prepolymers based on poly (butylene oxide)
JP7461297B2 (ja) 接着剤組成物
CN110997747B (zh) 三组分聚氨酯粘合剂组合物
JP7379356B2 (ja) 接着剤組成物
US11814552B2 (en) Latent two-part polyurethane adhesives
JP7348211B2 (ja) ポリプロピレン接合接着剤及び方法
KR102436000B1 (ko) 2액형 폴리우레탄 접착제 조성물
CN117642444A (zh) 具有可调节适用期的三组分聚氨酯组合物

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201104

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20201028

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20210104

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220214

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20221221

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230110

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20230404

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230707

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231003

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231101

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7379356

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150