JPH07502064A - クロロスルホン化ポリエチレンを基材とした水性接着剤 - Google Patents

クロロスルホン化ポリエチレンを基材とした水性接着剤

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 クロロスルホン化ポリエチレンを基材とした水性接着剤技術分野 この発明は、鉄および非鉄金属の表面へ種々の支持体を接着させることに関し、 特にクロロスルホン化ポリエチレン・ラテックスおよびポリマレイミド化合物を 基材としたー液型の水性接着剤組成物に関する。
背景技術 接着条件の要求の増大に歩調を合せ、多数の環境規制に対応する努力において、 接着剤の分野での研究の多くは最近、揮発性溶媒の使用を回避するために水性混 合物として塗布することができる強固な接着剤の開発に向けられている。これら の研究努力の成果は最近発行された米国特許第4.988.753号および第5 ゜036.122号に見ることができる。米国特許第4.988.753号は、 加硫条件下で金属および非金属基体へ天然および合成エラストマーを接着させる 水性分散液を記載している。その接着剤組成物は、クロロスルホン化ポリエチレ ンと塩化ビニル/塩化ビニリデン/アクリル酸共重合体の混合物、有機ポリニト ロソ化合物、およびジアリル化合物およびフェニレンビス−マレイン酸イミドか ら選択した共反応性化合物を含有する。該接着剤組成物は、任意に他の添加物、 例えば金属酸化物、鉛塩類および過酸化物を含むことができる。
弾性材料を金属へ接着させるのに利用された従来の接着剤も接着プロセスにおい て利用される成形装置で受ける高温条件をしばしば受けやすい。接着剤を塗工し た金属部品を配置、支持する成形装置は、典型的に融解弾性材料を金属部品へ塗 布する前に予熱又は予備ベークされる。この予備ベークは、しばしば金属表面へ 塗布した接着剤組成物の接着性能を妨害する。
環境に安全な成分を利用して多種類の支持体へ強固な接着層を提供する一液型の 水性接着剤組成物が必要である。
発明の開示 本発明は、環境に安全な方法で塗布して種々の支持体へ強固な接着層を提供する ことができる一液型の水性接着剤組成物である。本発明の接着剤組成物は、クロ ロスルホン化ポリエチレンのラテックス、ポリマレイミド化合物、ニトロソ化合 物および金属酸化物から成る。このユニークな成分の組合せにより、プライマー 成分のようなさらに別の接着剤成分を必要とすることなく利用することができる 接着剤組成物が得られることが発見された。該接着剤はプリベーク条件および不 利な環境に対して異常に高い耐性を示し、かつ種々の支持体を効果的に接着する 性能を有する。
発明を実施するための最良の形態 本発明のクロロスルホン化ポリエチレンのラテックスは市販されており、技術的 に周知の方法によって、例えばポリエチレンを四塩化炭素に溶解させ、得られた 溶液を高温高圧下で塩素ガスと二酸化硫黄ガスの混合体にかけることによって調 製することができる。次にその四塩化炭素を除去してクロロスルホン化ポリエチ レンの粉末を生成する。本発明のクロロスルホン化ポリエチレンのラテックスも 市販されており、技術的に周知の方法、例えばクロロスルホン化ポリエチレンを 溶媒に溶解させて得られた溶液に界面活性剤を添加することによって製造するこ とができる。次にその溶液に高せん断下で水を添加して重合体を乳化させる。
次に溶媒を除去して、全固体含量が約10〜60、望ましくは25〜50重量% のラテックスが得られる。
本発明のクロロスルホン化ポリエチレン・ラテックスは、典型的に約50,00 0〜150,000、望ましくは約60.000〜120,000の範囲内の分 子量を有する。そのクロロスルホン化ポリエチレンの塩素含量は典型的に約20 〜50、望ましくは約25〜45%であるが、硫黄含量は典型的に約0.5〜2 、望ましくは約1.0〜1.5%である。
クロロスルホン化ポリエチレン・ラテックスは、典型的に本発明の必須成分の約 10〜50、望ましくは約25〜35重量%の量で使用される。ここでの「必須 成分」とは、クロロスルホン化ポリエチレン・ラテックス、ポリマレイミド化合 物、ニトロソ化合物および金属酸化物を意味する。
本発明のポリマレイミド化合物は脂肪族又は芳香族ポリマレイミドであって、少 なくとも2個のマレイミド基を含有する。約1〜100個の芳香核を有しマレイ ミド基が各隣接芳香環へ直接結合している芳香族マレイミドが望ましい。特に望 ましいポリマレイミド化合物は、式 (式中のXは約1〜100である)を有する。かかるポリマレイドは普通商業材 料であって、種々の会社によって種々の商品名、例えば三井東圧ファインケミカ ルズ社のBMI−M−20ポリマレイミドで販売されている。
そのポリマレイミド化合物は、典型的に本発明では必須成分の約2〜50、望ま しくは約5〜151ni’1%の爪で使用される。
本発明のニトロソ化合物は、非隣接環の炭素原子へ直結した少なくとも2個のニ トロソ基を有するベンベン、ナフタリン、アントラセン、ビフェニル、等のよう な芳香族炭化水素にすることができる。さらに詳しくは、該ニトロソ化合物は、 1−J・3個の芳香核を有し、縮合芳香核を有し、非隣接核の炭素原子へ直結し た2〜6個のニトロソ基を有する芳香族化合物として記載される。望ましいニト ロソ化合物はジニトロソ芳香族化合物、特にメタ−又はバラ−ジニトロソベンゼ ンおよびメタ−又はパラ−ジニトロソナフタレンのようなジニトロソベンゼンお よびジニトロソナフタレンである。芳香核の核水素原子はアルキル、アルコキシ 、シクロアルキル、アリール、アラルキル、アルカリール、アリールアミン、ア リールニトロソ、アミノ、ハロゲン、等の基と置換することができる。芳香核に かかる(置換基の存在は、本発明におけるニトロソ化合物の活性に少ししか影響 を与えない。現在知っている限り、その置換基の特性に関して限定はなく、該置 換基は有機又は無機にすることができる。従って、ニトロソ化合物に言及する場 合、特にことわらない限り置換および非置換のニトロソ化合物を含むと理解され る。
特に望ましいニトロソ化合物は、式 %式%() を特徴とする(式中のA はフェニンおよびナフタレンから成る群から選び;R は炭素原子を1〜20個有するアルキル、シクロアルキル、アリール、アラルキ ル、アルカリール、アリールアミン、およびアルコキシ基から成る群から選んだ 一価の有機基、アミノ又はハロゲンであって、1〜8個の炭素原子を有するアル キル基が望ましい;mは0.1.2.3又は4であって、0が望ましい)。
本発明の実施用に適するニトロソ化合物の非限定の部分リストは、m−ジニトロ ソベンゼン、p−ジニトロソベンゼン、m−ジニトロソベンゼン、p−ジニトロ ソナフタレン、2.5−ジニトロソ−p−シメン、2−メチル−1,4−ジニト ロソベンゼン、2−メチル−5−クロロ−1,4−ジニトロソベンゼン、2−フ ルオロ−1,4−ジニトロソベンゼン、2−メトキシ−1−3−ジニトロソ−ベ ンゼン、5−クロロ−1,3−ジニトロソベンゼン、2−ベンジル−1,4−ジ ニトロソベンゼン、2−ジクロロへキシル−1,4−ジニトロソベンゼンおよび それらの混合物を含む。特に望ましいニトロソ化合物はp−ジニトロソベンゼン およびm−ジニトロソベンゼンを含む。そのニトロソ化合物は典型的に必須成分 の約10〜60、望ましくは約30〜40重量%の量で使用される。
本発明の金属酸化物は亜鉛、カドミウム、マグネシウム、鉛、およびジルコニウ ムの酸化物;リサージ;鉛丹;ジルコニウム塩類;およびそれらの混合物のよう な既知の金属酸化物にすることができるが、亜鉛の酸化物が本接着剤組成物に特 に適し有効であるので望ましい金属酸化物である。金属酸化物は、典型的に必須 成分の約5〜60、望ましくは約15〜25重量%の範囲内の量で使用される。
水、望ましくは脱イオン水を本発明の必須成分と共に使用して、約10〜70、 望ましくは約30〜50%の最終固体含量をもった接着剤組成物にする。
本発明の接着剤組成物は、任意に可塑剤、充てん材、顔料、分散および湿潤剤、 補強剤、等を含む他の周知添加物を必要な色および軟度を得るため通常使用され る量含有することができる。
本発明の接着剤組成物は、技術的に既知の方法で調製できるが、ボールミル、サ ンドミル、セラミックビードミル、スチールビードミル、高速メディアミル、等 の中で成分と水を混合して微粉砕又は振とうすることによって調製される。
本発明の接着剤組成物は弾性材料を金属表面へ接着させるために使用することが 望ましい。該接着剤組成物は、吹付け、浸漬、はけ塗り、塗り付け、等によって 金属表面へ塗布し、その後その接着剤組成物を乾燥させる。塗工された金属表面 および弾性支持体は次に熱および圧力下で合わして接着プロセスを完了させる。
その金属および弾性支持体の表面は典型的に約20.7〜172.4メガパスカ ル(MPa)、望ましくは約20〜50MPaの圧力下で合わされる。得られた ゴム−金属のアセンブリは約140℃〜200℃、望ましくは約150℃〜17 0℃の温度に同時に加熱される、そのアセンブリは、ゴム支持体の厚さおよび硬 化速度に依存して加えた圧力および温度下に約3〜60分間そのままにしておく 必要がある。このプロセスは、例えば射出成形におけるように半融解材料のゴム 支持体を金属表面へ付加することによって実施される。該プロセスは、圧力成形 、トランスファー成形又はオートクレーブ硬化法を利用することによっても行う ことができる。該プロセスの完了後、接着層は完全に加硫されて最終用途への準 備完了である。
弾性材料の金属表面への接着用が望ましいけれども、本発明の接着剤組成物は接 着剤、プライマー又は塗料として該接着剤を受け入れることができる表面又は支 持体へ塗布することができる。本発明に従って金属表面のような表面へ接着され る材料は、天然ゴムおよびポリクロロプレン、ポリブタジェン、ネオプレン、ブ ナ−81ブナ−N、ブチルゴム、臭素化ブチルゴム、ニトリルゴム、等を含むオ レフィン合成ゴムから選択した弾性を含む高分子材料が望ましい。その高分子材 料はモンサンド社およびデュポン社によってそれぞれ商標rsANTOPREN EJおよびrALCRYNJで販売されている熱可塑性エラストマーのような熱 可塑性エラストマーにすることもできる。該材料が接着される表面は、ガラス、 プラスチック、又は布の表面のような接着剤を受けることができる表面であるが 、鉄、鋼(ステンレス鋼を含む)、鉛、アルミニウム、銅、黄銅、青銅、モネル メタル、ニッケル、亜鉛、等のような普通構造用金属から選んだ金属表面が望ま しい。上記各種支持体を接着させるため1こ、本発明の接着剤111被接着表面 又1よ支持体の片面又は両面に塗布した後、それらの支持(本を接着層を生成す るの暑こ十5)な条件下で接触させる。
次の実施例は説明のためのものであって、請求の範囲1こ規定されて0る本発明 の範囲の限定を意図するものではな0゜実施例1 接着剤組成物は、次の成分(クロロスルホンイヒボIノエチレン・ラテックスを 除く)を全成分を基準にして最終全固体含量45%を与えるのIこ十分な量の脱 イオン水に混合することによって調製する。これらの成分および水+を次Iこセ ラミックビードミルで30分間混練した。次に得られた被混線体へクロススルホ ンイヒポ1ノエチレン・ラテックスを徐々に添加し、ゆっくりカ)<+よんし乍 ら混練体に混合する。
ポリビスマレイミド(b)8 ジニトロソベンゼン 35 醒(lJJIi 20 界面活性剤(C) 1 分散剤(d)1 (e) 5TERLING N5CCabot社製品)実施例1で調製された接 着剤組成物は、グリッドブラスト仕上げ鋼クーポンに0.0127〜0.030 mm厚さに塗布する、コーテッド・クーポンはHCl09(40ジュロメータ− の半EV硬化天然ゴム) 、HCl06 (55ジュロメータ−の半EV硬化天 然ゴム) 、HC−202(6C1−65ジュロメータ−・ショアAのスチレン ブタジェンゴム) 、HC353(60ジュロメータ−のネオプレンゴム)およ びHCl00 (55ジュロメータ−の従来の硬化天然ゴム)弾性支持体へ該ゴ ムを166℃でコーテッド・クーポン上に射出成形し、そのゴムを165℃で約 10〜15分間加硫することによって接着させる。接着剤組成物は、硬化したH Cl00ゴムバツク(直径が2.54cm高さが183cm)を2つの接着剤コ ーテッド金属表面の間に10%圧縮下で組み立てて、水蒸気加熱オートクレーブ 中153℃で30分間硬化させることによって後硬化接着させるのにも利用され る。接着されたゴムー金属アセンブリは次に下記の試験をする。
二久遥員憔基舅 接着された部品はASTM試験D試験9−B法によって引張り破壊させる。その 部品は剥離角45度で剥離試験をする。試験は室温度で50.8cm (204 n)/分の試験速度で行なう。接着部品が破壊した後、ピークの剥離強麿値およ び部品の接着剤塗工領域のゴム保持%を測定する。後加硫接着パック(p u  c k)はASTM試験D試験9−D法によって試験する。
ニス股間塩水噴霧試験 接着された部品を研削ホイールの縁部でパフ掛けをする。次に接着領域に応力を 加えるためにゴムをステンレス鋼線で金属の上に縛る。これによって接着層が環 境に露出される。接着剤層にかみそりの刃で切り目をつけることによって破損を 開始させる。次に部品をステンレス鋼に通して塩水噴霧室に配置する。塩水噴霧 室内の環境は37.8℃(100°F)、100%の相対湿度そして噴霧中に5 %の塩が溶解し、それが室全体に分散される構成である。接着部品はこの環境に 72時間保持される。除去時にゴムをプライヤーで金属から剥離し、次部品に残 るゴムのパーセントを測定する。
2時間の沸騰水試験 接着部品を塩水噴霧試験の場合と同じ方法で調製するが、この試験では接着部品 を沸騰する水道水を満たしたビーカーに入れ、この環境に2時間保つ。除去時に 、ゴムを金属からプライヤーで剥離し、部品に残るゴムのパーセントを測定する 。
14日間の室温水浸漬試験 接着部品を塩水噴霧試験の場合と同じ方法で調製する。この試験では、その部品 を室温の水道水を満たしたビーカーに入れる、この環境に14日間保つ。除去時 に、ゴムを金属からプライヤーで剥離し、部品に残るゴムのパーセントを測定す る。
上記試験の結果を第1表に示す。データでおいて、ゴム本体の破壊に言及する。
破損は%で示し、ゴムの高%の破損は、接着剤層がゴム自体より強いことを示す から望ましい。
一次接着性 HCl09 100R −次接着性 HCl06 100R −次接着性 HC202100R −次接着性 HC353100R 2時間ms水 HCl、06 6OR 72時間塩水噴霧 HCl06 83R72時間塩水噴霧 HC3!53 50 R14日間の室温水浸、I i(C10090R14日間の室温水浸漬 HCl 06 90R−次接着性(後加硫接着) HCl00 75次の量の成分を使用 し、実施例1によって接着剤組成物を調製する。
クロロスルホン化ポリエチレン・ラテックス(a)28ポリビスマレイミド(b )8 ジニトロソベンゼン 37 酸化亜鉛 18 界面活性剤(c)1 分散剤(d)1 カーボンブラック 7 (a) HYPALON LATEX C3M−450(住友セイカ社製品)( b)BMI−M−20(三井東圧ファインケミカルズ社製品)(c) POLY tET 2176G(oni+oy+1社製品)(d) MARASPER3E  CBO3−4(Ametictn Can社製品)(e) 5TERING  N5(Crbot社製品)社製間製の接着剤組成物は、グリッドブラスト仕上げ 鋼クーポンの上に0.0127〜0.03mmの膜厚に塗工した。コーテッド・ クーポンはHC508(50〜60ジュロメータ−・ブチルゴム)およびHCl 09弾性支持体へ該エラストマーを165.5℃でコーテッド・クーポンに射出 成形し、そのエラストマーを165.5℃でHCl09および508支持体にそ れぞれ10分および30分間加硫することによって接着させる。接着したゴムー 金属アセンブリは次に以下の試験をする。
一次接着性試験 部品は、それらのいくつかを予備ベーク又は予備硬化加熱条件にかけることを除 いて、前記−次接着性試験に従って試験する。予備ベークをする場合は、ゴムを キャビティに注入する前に部品を成形温度に5分間さらす。これは実際の製造条 件に類似し、接着剤がゴムコムパウンドを満足に接着させるのに十分活性のまま であるか否かを決定するのに役立つ。試験結果を第n段に示す。
−次接着性 HCl09 100R100R−次接着性 )(C508100R 100R実施例3〜6 次の量の成分を使用し、実施例1に従って接着剤組成物を調製する。
クロロスルホン化ポリエチレン・ラテックス(8)24.99 30.62 3 0.62 30.62ポリビスマレイミド(b)?、76 21.51 16. 21 2g、92ジニトロソベンゼン 36.118 18.52 29.+2  .25.52酸化亜鉛 +9.41 21.51 16.21 7.10界面 活性剤(0)0.6 0,74 0.74 0.74分Ml”)1.55 1. 70 1.70 1.7O−(e) カーポンプフック 8,73 5,40 5.40 5.40(a ) HYP Alj)N uTEX HYP−605(Burke−Pal++ason C hemica1社製品)(b)BMI−M−20(三井東圧ファインケミカルズ 社製品)(c) POLYtET Z 1766 (Uniroya1社製品) (d)MAil^5PER3E CBOS−4(American Can社製 品)(e ) WAVEN 14 (Colwbjan Chemicals社 製品)実施例3〜6の接着剤組成物をグリッドブラスト仕上げの鋼クーポンに0 .019〜0.025mmの乾燥膜厚さに塗工し、そのコーテッドφクーポンを HCl06支持体へエラストマーを1.52.8℃でコーテッド・クーポン上に 射出成形し、そのエラストマーを152.8℃で15分間加硫すルことによって 接着させる。接着されたゴムー金属アセンブリは次に次の試験をする。
−次接着性試験 この試験は、実施例1で記載した一次接着性試験と同一である。
24時間の塩水噴霧試験 この試験は、部品を環境内に24時間保持することを除いて、前記72時間の塩 水噴霧試験と同一である。
1時間の沸騰水試験 この試験は、部品を環境内に1時間保持することを除いて、前記2時間の沸騰水 試験と同一である。
7日間の室温水浸漬試験 この試験は、部品を環境内に7日間保持することを除いて、14日間の室温水浸 漬試験と同一である。
それらの試験結果を第■表に示す。
1次接着性 3 100 1次接着性 4 99 1次接着性 5 100 1次接着性 6 89 1時間の沸騰水 3 80 1時間の沸騰水 4 78 1時間の沸騰水 5 22 1時間の沸騰水 6 52 24時間の塩水噴霧 3 95 24時間の塩水噴霧 4 67 24時間の塩水噴霧 5 66 24時間の塩水噴霧 6 76 7日間の室温水浸漬 3 90 7日間の室温水浸漬 4 90 70間の室温水浸漬 5 63 7日間の室温水浸漬 6 50 上記のデータかられかるように、本発明の接着剤組成物は一液型の接着剤系とし て使用して種々の支持体に優れた接着性を提供することがわかる。そのデータは 、本発明の接着剤組成物が予備ベーク条件および苛酷な環境条件に対して優れた 耐性を与えること示している。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.クロロスルホン化ポリエチレンのラテックス、ポリマレイミド化合物、ニト ロソ化合物および金属酸化物から成る水性接着剤組成物。
  2. 2.前記ラテックスが50〜150,000の範囲内の分子量、20〜50%の 範囲内の塩素含量および0.5〜2.0%の範囲内の硫黄含量を有する請求の範 囲第1項に記載の接着剤組成物。
  3. 3.前記分子量が60,000〜120,000の範囲にあり、塩素含量が25 〜45%の範囲にあり、硫黄含量が1.0〜1.5%の範囲にある請求の範囲第 2項に記載の接着剤組成物。
  4. 4.ポリマレイミド化合物が1〜100個の芳香族をもった芳香族ポリマレイミ ドであって、マレイミド基が隣接する各芳香環へ直結している前記請求の範囲の いずれか1項に記載の接着剤組成物。
  5. 5.ポリマレイミド化合物が、式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中のxは1〜100である)を有する前記請求の範囲第4項に記載の接着剤 組成物。
  6. 6.ニトロソ化合物は、m−ジニトロソベンゼン、p−ジニトロンベンゼン、m −ジニトロソベンゼン、P−ジニトロソナフタレン、2,5−ジニトロソ−p− シメン、2−メチル−1,4−ジニトロソベンゼン、2−メチル−5−クロロ− 1,4−ジニトロソベンゼン、2−フルオロ−1,4−ジニトロソベンゼン、2 −メトキシ−1−3−ジニトロソーベンゼン、5−クロロ−1,3−ジニトロソ ベンゼン、2−ベンジル−1,4−ジニトロソベンゼン、2−シクロロヘキシル −1,4−ジニトロソベンゼンおよびそれらの混合物から成る群から選択する前 記請求の範囲のいずれか1項に記載の接着剤組成物。
  7. 7.ニトロソ化合物がm−ジニトロソベンゼン又はp−ジニトロソベンゼンであ る請求の範囲第6項記載の接着剤組成物。
  8. 8.金属酸化物は亜鉛、カドミウム、マグネシウム、鉛、およびジルコニウムの 酸化物;リサージ;鉛丹;ジルコニウム塩類;およびそれらの混合物から成る群 から成る群から選択する前記請求の範囲のいずれか1項に記載の接着剤組成物。
  9. 9.金属酸化物が酸化亜鉛である請求の範囲第8項記載の接着剤組成物。
  10. 10.10〜50重量%のクロロスルホン化ポリエチレン・ラテックス、2〜5 0重量%のポリマレイミド化合物、10〜60重量%のニトロソ化合物および5 〜60重量%の金属酸化物から成る前記請求の範囲のいずれか1項に記載の水性 接着剤組成物。
  11. 11.25〜35重量%のクロロスルホン化ポリエチレン・ラテックス、5〜1 5重量%のポリマレイミド化合物、30〜40重量%のニトロソ化合物、および 15〜25重量%の金属酸化物から成る前記請求の範囲のいずれか1項に記載の 水性接着剤組成物。
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