JPWO2016163491A1 - 耐衝撃剥離接着性の改善されたポリマー微粒子含有硬化性樹脂組成物 - Google Patents

耐衝撃剥離接着性の改善されたポリマー微粒子含有硬化性樹脂組成物 Download PDF

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Abstract

本発明は、エポキシ樹脂(A)100質量部に対して、コア層がジエン系ゴムであり、シェル層にヒドロキシ基を有するコアシェル構造を有するポリマー微粒子(B)1〜100質量部、ブロックドウレタン(C)1〜100質量部を含有する硬化性樹脂組成物であって、(B)成分中のヒドロキシ基の含有量が、0.01〜0.8mmol/gであることを特徴とする硬化性樹脂組成物に関する。

Description

本発明は、耐衝撃剥離接着性に優れた、エポキシ樹脂を主成分とする硬化性樹脂組成物に関するものである。
エポキシ樹脂の硬化物は、寸法安定性、機械的強度、電気的絶縁特性、耐熱性、耐水性、耐薬品性などの多くの点で優れている。しかしながら、エポキシ樹脂の硬化物は破壊靭性が小さく、非常に脆性的な性質を示すことがあり、広い範囲の用途においてこのような性質が問題となることが多い。
特許文献1には、エポキシ樹脂などの硬化性樹脂を主成分とする硬化性樹脂組成物に、コアシェル構造を有するポリマー微粒子を分散させる技術が開示されている。
靱性や耐衝撃性を有するエポキシ樹脂組成物を用いた接着剤は、車両用構造接着剤に使用されており、特にISO11343に記載される耐衝撃剥離接着強さが重視されており、今後、その改善が望まれている。また、特許文献2や特許文献3には、コア層がジエン系ゴムでシェル層にヒドロキシ基を有するコアシェル構造を有するポリマー微粒子を、ポリウレタンなどに用いられるポリオールを主成分とする硬化性樹脂組成物に分散させる技術が開示されている。
一方、特許文献4には、エポキシ樹脂を主成分として用いた接着剤組成物に、コアシェル構造を有するポリマー微粒子と、コアシェルポリマー微粒子以外の強化剤を組み合わせて、耐衝撃剥離接着性を改善する旨の記載がある。
WO2009/034966号パンフレット WO2014/196607号パンフレット WO2009/014037号パンフレット 特表2009−506169号公報
しかしながら、前記特許文献2及び3の技術は、ポリオールとポリイソシアネートに、ポリマー微粒子を用いるものであり、エポキシ樹脂を主成分として用いる特許文献4の技術とは本質的に異なっているといえる。
他方、前記特許文献4には、コアシェルポリマー微粒子のシェル層を構成するポリマーとして、接着剤組成物中のエポキシ樹脂やエポキシ硬化剤と化学的に反応し得る官能基を有することが好ましい旨の記載がある。それら官能基として、特許文献4には、エポキシ基、ヒドロキシ基、アミノ基、アミド基、カルボキシ基等の各種官能基が記載されている。また、コアシェルポリマー微粒子以外の強化剤として、ゴム変性エポキシ、ブロックドウレタン、ウレタン変性エポキシ樹脂などの各種強化剤が記載されている。しかしながら、シェル層の特定の官能基と、特定の強化剤との好ましい組み合わせに関する記載はなく、その組み合わせによる特異な耐衝撃剥離接着性改善効果は示唆されていない。また、コアシェルポリマー微粒子のシェル層の官能基(ヒドロキシ基)と強化剤(ブロックドウレタン)との化学的結合を意図した硬化性樹脂組成物の設計概念に関する記載は、特許文献4には見られない。
これに対し、本発明者らは、エポキシ樹脂、ポリマー微粒子、ブロックドウレタンを含む硬化性樹脂組成物において、耐衝撃剥離接着性(例えば動的割裂抵抗力)が、ポリマー微粒子のシェル層成分(特にヒドロキシ基)やその量に応じて変化することを見出し、ポリマー微粒子のシェル層について鋭意検討することにした。
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、本発明は、エポキシ樹脂を主成分とする硬化性樹脂組成物であって、得られる硬化物の耐衝撃剥離接着性に優れる硬化性樹脂組成物を提供することを目的とする。
本発明の別の好ましい課題は、得られる硬化物の耐衝撃剥離接着性に優れ、粘度上昇を抑制できる硬化性樹脂組成物を提供することである。
本発明者らは、このような問題を解決するために鋭意検討した結果、エポキシ樹脂(A)、コア層がジエン系ゴムであるコアシェル構造を有するポリマー微粒子(B)、および、ポリマー微粒子(B)成分以外の強化剤を含有する硬化性樹脂組成物において、ポリマー微粒子(B)成分として、シェル層にヒドロキシ基を0.01〜0.8mmol/g(好ましくは0.01〜0.4mmol/g)有するポリマー微粒子とし、ポリマー微粒子(B)成分以外の強化剤として、ブロックドウレタン(C)を選択することにより、前記課題を解決することを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本願発明の要旨は、以下の通りである:
[1] エポキシ樹脂(A)100質量部に対して、コア層がジエン系ゴムであり、シェル層にヒドロキシ基を有するコアシェル構造を有するポリマー微粒子(B)1〜100質量部、ブロックドウレタン(C)1〜100質量部を含有する硬化性樹脂組成物であって、ポリマー微粒子(B)中のヒドロキシ基の含有量が、0.01〜0.8mmol/gであることを特徴とする硬化性樹脂組成物。
[2] ポリマー微粒子(B)が、ヒドロキシ基を有するモノマーと、芳香族ビニルモノマー、ビニルシアンモノマー、および(メタ)アクリレートモノマーよりなる群から選択される1種以上のモノマーとを、コア層にグラフト重合してなるシェル層を有する[1]に記載の硬化性樹脂組成物。
[3] ジエン系ゴムが、ブタジエンゴム、および/または、ブタジエン−スチレンゴムである[1]または[2]に記載の硬化性樹脂組成物。
[4] ブロックドウレタン(C)が、ポリアルキレングリコール構造を含むウレタンプレポリマーをブロック剤でキャップした化合物である[1]〜[3]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[5] ポリマー微粒子(B)/ブロックドウレタン(C)の質量比が、0.2〜5である[1]〜[4]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[6] エポキシ樹脂(A)がポリエポキシドの反応性希釈剤を含み、前記反応性希釈剤の量がエポキシ樹脂(A)100質量%中0.5〜20質量%である[1]〜[5]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[7] ポリマー微粒子(B)中のヒドロキシ基の含有量が、0.01〜0.4mmol/gである[1]〜[6]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[8] エポキシ樹脂(A)成分100質量部に対して、更に、エポキシ硬化剤(D)1〜80質量部を含有する[1]〜[7]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[9] エポキシ樹脂(A)成分100質量部に対して、更に、硬化促進剤(E)0.1〜10質量部を含有する[1]〜[8]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[10] ポリマー微粒子(B)は、該硬化性樹脂組成物中で1次粒子の状態で分散している[1]〜[9]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[11] 硬化性樹脂組成物の硬化後に、動的割裂抵抗力が19kN/m超である[1]〜[10]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物
[12] 前記[1]〜[11]いずれかに記載の硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物。
[13] [1]〜[11]のいずれかに記載の一液型硬化性樹脂組成物。
[14] [1]〜[11]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物を用いてなる構造接着剤。
本発明の硬化性樹脂組成物は、得られる硬化物の耐衝撃剥離接着性を改善することができる。また、好ましくは本発明の硬化性樹脂組成物は、得られる硬化物の耐衝撃剥離接着性を改善することができ、粘度上昇を抑制することもできる。
以下、本発明の硬化性樹脂組成物について詳述する。
本発明の硬化性樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A)100質量部に対して、コア層がジエン系ゴムであり、シェル層にヒドロキシ基を有するコアシェル構造を有するポリマー微粒子(B)1〜100質量部、ブロックドウレタン(C)1〜100質量部を含有する硬化性樹脂組成物であって、(B)成分中のヒドロキシ基の含有量が、0.01〜0.8mmol/gであることを特徴とする。以下、エポキシ樹脂(A)、ポリマー微粒子(B)、ブロックドウレタン(C)は、それぞれ、(A)成分、(B)成分、(C)成分で表す場合がある。
<エポキシ樹脂(A)>
本発明の硬化性樹脂組成物の主成分として、エポキシ樹脂(A)を使用する。
エポキシ樹脂としては、後述のゴム変性エポキシ樹脂とウレタン変性エポキシ樹脂を除く、各種の硬質のエポキシ樹脂を使用することができ、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAプロピレンオキシド付加物のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA(又はF)型エポキシ樹脂、フッ素化エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールAのグリシジルエーテルなどの難燃型エポキシ樹脂、p−オキシ安息香酸グリシジルエーテルエステル型エポキシ樹脂、m−アミノフェノール型エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン系エポキシ樹脂、各種脂環式エポキシ樹脂、N,N−ジグリシジルアニリン、N,N−ジグリシジル−o−トルイジン、トリグリシジルイソシアヌレート、ジビニルベンゼンジオキシド、レゾルシノールジグリシジルエーテル、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル、グリコールジグリシジルエーテル、脂肪族多塩基酸のジグリシジルエステル、グリセリンのような二価以上の多価脂肪族アルコールのグリシジルエーテル、キレート変性エポキシ樹脂、ヒダントイン型エポキシ樹脂、石油樹脂などのような不飽和重合体のエポキシ化物、含アミノグリシジルエーテル樹脂や、上記のエポキシ樹脂にビスフェノールA(又はF)類または多塩基酸類等を付加反応させて得られるエポキシ化合物などが例示されるが、これらに限定されるものではなく、一般に使用されているエポキシ樹脂が使用され得る。
これらのうち、前記ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテルとしては、より具体的には、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルなどが挙げられる。前記グリコールジグリシジルエーテルとしては、より具体的には、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテルなどが挙げられる。前記脂肪族多塩基酸のジグリシジルエステルとしては、より具体的には、ダイマー酸ジグリシジルエステル、アジピン酸ジグリシジルエステル、セバシン酸ジグリシジルエステル、マレイン酸ジグリシジルエステルなどが挙げられる。前記二価以上の多価脂肪族アルコールのグリシジルエーテルとしては、より具体的には、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、トリメチロールエタントリグリシジルエーテル、ひまし油変性ポリグリシジルエーテル、プロポキシ化グリセリントリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテルなどが挙げられる。エポキシ樹脂に多塩基酸類等を付加反応させて得られるエポキシ化合物としては、例えば、WO2010−098950号パンフレットに記載されているような、トール油脂肪酸の二量体(ダイマー酸)とビスフェノールA型エポキシ樹脂との付加反応物が挙げられる。これらエポキシ樹脂は単独で用いてもよく2種以上併用してもよい。
前記ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル、前記グリコールジグリシジルエーテル、前記脂肪族多塩基酸のジグリシジルエステル、前記二価以上の多価脂肪族アルコールのグリシジルエーテルは、比較的低い粘度を有するエポキシ樹脂であり、ビスフェノールA型エポキシ樹脂やビスフェノールF型エポキシ樹脂等の他のエポキシ樹脂と併用すると、反応性希釈剤として機能し、組成物の粘度と硬化物物性のバランスを改良する事ができる。すなわち、前記エポキシ樹脂(A)は、ポリエポキシドの反応性希釈剤を含むことが好ましい。他方、モノエポキシドは、後述する通り、反応性希釈剤として機能するが、エポキシ樹脂(A)には含まれない。反応性希釈剤(ポリエポキシドの反応性希釈剤)の量は、エポキシ樹脂(A)成分100質量%中0.5〜20質量%が好ましく、1〜10質量%がより好ましく、2〜5質量%が更に好ましい。
中でも、ポリエポキシドの反応性希釈剤は、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテルやグリコールジグリシジルエーテルが好ましく、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテルがより好ましく、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテルがさらに好ましい。
前記キレート変性エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂とキレート官能基を含有する化合物(キレート配位子)との反応生成物であり、本発明の硬化性樹脂組成物に添加して車両用接着剤として用いた場合、油状物質で汚染された金属基材表面への接着性を改善できる。キレート官能基は、金属イオンへ配位可能な配位座を分子内に複数有する化合物の官能基であり、例えば、リン含有酸基(例えば、−PO(OH))、カルボン酸基(−COH)、硫黄含有酸基(例えば、−SOH)、アミノ基及び水酸基(特に、芳香環において互いに隣接した水酸基)などが挙げられる。キレート配位子としては、エチレンジアミン、ビピリジン、エチレンジアミン四酢酸、フェナントロリン、ポルフィリン、クラウンエーテルなどが挙げられる。市販されているキレート変性エポキシ樹脂としては、ADEKA製アデカレジンEP−49−10Nなどが挙げられる。
エポキシ樹脂(A)成分100質量%中のキレート変性エポキシ樹脂の使用量は、好ましくは0.1〜10質量%、より好ましくは0.5〜3質量%である。
これらのエポキシ樹脂の中でもエポキシ基を一分子中に少なくとも2個有するものが、硬化に際し、反応性が高く硬化物が3次元的網目を作りやすいなどの点から好ましい。
前記のエポキシ樹脂の中でも、ビスフェノールA型エポキシ樹脂やビスフェノールF型エポキシ樹脂は、得られる硬化物の弾性率が高く、耐熱性および接着性に優れ、比較的安価である為好ましく、ビスフェノールA型エポキシ樹脂が特に好ましい。
また、各種のエポキシ樹脂の中でも、エポキシ当量が220未満のエポキシ樹脂は、得られる硬化物の弾性率および耐熱性が高い為に好ましく、エポキシ当量は90以上210以下がより好ましく、150以上200以下が更に好ましい。
特に、エポキシ当量が220未満のビスフェノールA型エポキシ樹脂やビスフェノールF型エポキシ樹脂は、常温で液体であり、得られる硬化性樹脂組成物の取扱い性がよい為に好ましい。
エポキシ当量が220以上5000未満のビスフェノールA型エポキシ樹脂やビスフェノールF型エポキシ樹脂を、エポキシ樹脂(A)成分100質量%中に、好ましくは40質量%以下、より好ましくは20質量%以下の範囲で添加すると、得られる硬化物が耐衝撃性に優れる為に好ましいが、組成物の粘度が上昇し、作業性が悪化する虞がある。
<ポリマー微粒子(B)>
本発明の硬化性樹脂組成物は、(A)成分100質量部に対して、コア層がジエン系ゴムであり、シェル層にヒドロキシ基を0.01〜0.8mmol/g含有するコアシェル構造を有するポリマー微粒子(B)1〜100質量部を使用する。(B)成分の靱性改良効果により、得られる硬化物は靱性および耐衝撃剥離接着性に優れる。
(B)成分のコア層は、エポキシ樹脂(A)と親和性の低いジエン系ゴムである為、(A)成分による膨潤に起因する経時での粘度上昇は見られない。また、コア層はジエン系ゴムである為に、ポリシロキサン系ゴムやアクリル系ゴムをコア層とするポリマー微粒子よりも、硬化物の耐衝撃剥離接着強さは、高い値を示す。更に、本発明の(B)成分である、シェル層にヒドロキシ基を有するポリマー微粒子は、後述の(C)成分である、ブロックドウレタンと組み合わせた場合、(B)成分中のヒドロキシ基と、(C)成分のブロック剤が解離して生成するイソシアネート基との化学的結合により、耐衝撃剥離接着性を顕著に改善する効果がある。
(B)成分(好ましくは(B)成分のシェル層の)のヒドロキシ基の含有量を、0.01〜0.8mmol/gとすることにより、耐衝撃剥離接着性に優れる硬化物が得られる。(B)成分のヒドロキシ基の含有量が、0.01mmol/g未満では得られる硬化物の耐衝撃剥離接着性が低下する傾向がある。0.8mmol/gよりも大きいと硬化性樹脂組成物の粘度が上昇する傾向があり、取扱い難い組成物となる傾向がある。
(B)成分のヒドロキシ基の含有量は、得られる硬化物の耐衝撃剥離接着性と硬化性樹脂組成物の取扱いやすさの観点から、0.01〜0.8mmol/gであり、0.02〜0.6mmol/gが好ましく、0.03〜0.5mmol/gがより好ましく、0.04〜0.4mmol/gが更に好ましく、0.05〜0.3mmol/gが特に好ましい。
得られる硬化性樹脂組成物の取扱いやすさと、得られる硬化物の靭性改良効果のバランスから、(A)成分100質量部に対して、(B)成分は1〜100質量部であり、2〜70質量部が好ましく、3〜50質量部がより好ましく、3〜30質量部が更に好ましく、4〜20質量部が更により好ましい。
ポリマー微粒子の粒子径は特に限定されないが、工業的生産性を考慮すると、体積平均粒子径(Mv)は10〜2000nmが好ましく、30〜600nmがより好ましく、50〜400nmが更に好ましく、50〜300nmが更により好ましく、100〜200nmが特に好ましい。なお、ポリマー粒子の体積平均粒子径(Mv)は、マイクロトラックUPA150(日機装株式会社製)を用いて測定することができる。
(B)成分は、本発明の組成物において、その粒子径の個数分布において、前記数平均粒子径の0.5倍以上、1倍以下の半値幅を有することが、得られる硬化性樹脂組成物が低粘度で取扱い易い為に好ましい。
上述の特定の粒子径分布を容易に実現する観点から、(B)成分の粒子径の個数分布において、極大値が2個以上存在することが好ましく、製造時の手間やコストの観点から、極大値が2〜3個存在することがより好ましく、極大値が2個存在することが更に好ましい。特に、体積平均粒子径が10nm以上150nm未満のポリマー微粒子10〜90質量%と、体積平均粒子径が150nm以上2000nm以下のポリマー微粒子90〜10質量%を含むことが好ましい。
(B)成分は硬化性樹脂組成物中で1次粒子の状態で分散していることが好ましい。本発明における、「ポリマー微粒子が硬化性樹脂組成物中で1次粒子の状態で分散している」(以下、一次分散とも呼ぶ。)とは、ポリマー微粒子同士が実質的に独立して(接触なく)分散していることを意味し、その分散状態は、例えば、硬化性樹脂組成物の一部をメチルエチルケトンのような溶剤に溶解し、これをレーザー光散乱による粒子径測定装置等により、その粒子径を測定することにより確認できる。
前記粒子径測定による体積平均粒子径(Mv)/個数平均粒子径(Mn)の値は、特に制限されないが、3以下であることが好ましく、2.5以下がより好ましく、2以下が更に好ましく、1.5以下が特に好ましい。体積平均粒子径(Mv)/個数平均粒子径(Mn)が3以下であれば、良好に分散していると考えられる。逆に、3を超えた粒度分布を有する硬化性樹脂組成物は、得られる硬化物の耐衝撃性や接着性などの物性が低い場合がある。
なお、体積平均粒子径(Mv)/個数平均粒子径(Mn)は、マイクロトラックUPA(日機装株式会社製)を用いて測定し、MvをMnで除することによって求めることができる。
また、ポリマー微粒子の「安定な分散」とは、ポリマー微粒子が、連続層中で凝集したり、分離したり、沈殿したりすることなく、定常的に通常の条件下にて、長期間に渡って、分散している状態を意味し、また、ポリマー微粒子の連続層中での分布も実質的に変化せず、また、これらの組成物を危険がない範囲で加熱することで粘度を下げて攪拌したりしても、「安定な分散」を保持できることが好ましい。(B)成分は単独で用いてもよく2種以上併用してもよい。
ポリマー微粒子の構造は特に限定されないが、2層以上のコアシェル構造を有することが好ましい。また、コア層を被覆する中間層と、この中間層をさらに被覆するシェル層とから構成される3層以上の構造を有することも可能である。
以下、各層について具体的に説明する。
≪コア層≫
コア層は、本発明の硬化性樹脂組成物の硬化物の靱性を高める為に、ゴムとしての性質を有する弾性コア層であることが好ましい。ゴムとして性質を有するためには、本発明の弾性コア層は、ゲル含量が60質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましく、95質量%以上であることが特に好ましい。なお、本明細書でいうゲル含量とは、凝固、乾燥により得られたポリマー微粒子0.5gをトルエン100gに浸漬し、23℃で24時間静置した後に不溶分と可溶分を分別したときの、不溶分と可溶分の合計量に対する不溶分の比率を意味する。
弾性コア層に用いるジエン系ゴムを構成する共役ジエン系単量体としては、例えば、1,3−ブタジエン、イソプレン、2−クロロ−1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエンなどが挙げられる。これらの共役ジエン系単量体は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記共役ジエン系単量体は、コア層の50〜100質量%の範囲であることが好ましく、70〜100質量%の範囲であることがより好ましく、90〜100質量%の範囲であることが更に好ましい。共役ジエン系単量体の含有量が、50質量%未満では得られる硬化物の耐衝撃剥離接着性が低下する傾向がある。
共役ジエン系単量体と共重合可能なビニル系単量体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、モノクロロスチレン、ジクロロスチレンなどのビニルアレーン類;アクリル酸、メタクリル酸などのビニルカルボン酸類;アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのビニルシアン類;塩化ビニル、臭化ビニル、クロロプレンなどのハロゲン化ビニル類;酢酸ビニル;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンなどのアルケン類;ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、ジビニルベンゼンなどの多官能性モノマーなどが挙げられる。これらのビニル系単量体は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。特に好ましくはスチレンである。
上記共役ジエン系単量体と共重合可能なビニル系単量体は、コア層の0〜50質量%の範囲であることが好ましく、0〜30質量%の範囲であることがより好ましく、0〜10質量%の範囲であることが更に好ましい。共役ジエン系単量体と共重合可能なビニル系単量体の含有量が、50質量%より多いと得られる硬化物の耐衝撃剥離接着性が低下する傾向がある。
ジエン系ゴムは、靱性改良効果および耐衝撃剥離接着性改良効果が高い点、および、マトリックス樹脂との親和性が低い為にコア層の膨潤による経時での粘度上昇が起こり難い点から、1,3−ブタジエンを用いるブタジエンゴム、または、1,3−ブタジエンとスチレンの共重合体であるブタジエン−スチレンゴムが好ましく、ブタジエンゴムがより好ましい。また、ブタジエン−スチレンゴムは、屈折率の調整により得られる硬化物の透明性を高めることができ、より好ましい。
本発明において、コア層のガラス転移温度(以下、単に「Tg」と称する場合がある)は、得られる硬化物の靱性を高める為に、0℃以下であることが好ましく、−20℃以下がより好ましく、−40℃以下が更に好ましく、−60℃以下であることが特に好ましい。
また、コア層の体積平均粒子径は0.03〜2μmが好ましく、0.05〜1μmがより好ましい。体積平均粒子径が0.03μm未満のものを安定的に得ることは難しい場合が多く、2μmを超えると最終成形体の耐熱性や耐衝撃性が悪くなる恐れがある。なお体積平均粒子径は、マイクロトラックUPA150(日機装株式会社製)を用いて測定することができる。
コア層は、ポリマー粒子全体を100質量%として40〜97質量%が好ましく、60〜95質量%がより好ましく、70〜93質量%が更に好ましく、80〜90質量%が特に好ましい。コア層が40質量%未満では硬化物の靱性改良効果が低下する場合がある。コア層が97質量%よりも大きいとポリマー微粒子が凝集し易くなり、硬化性樹脂組成物が高粘度となり取り扱い難い場合がある。
本発明において、コア層は単層構造であることが多いが、ゴム弾性を有する層からなる多層構造であってもよい。また、コア層が多層構造の場合は、各層のポリマー組成は、前記開示の範囲内で各々相違していてもよい。
≪中間層≫
本発明では、必要により、中間層を形成させてもよい。特に、中間層として、以下のゴム表面架橋層を形成させてもよい。得られる硬化物の靱性改良効果および耐衝撃剥離接着性改良効果の点からは、中間層を含有しない事、特に、以下のゴム表面架橋層を含有しないことが好ましい。
中間層が存在する場合、コア層100質量部に対する中間層の割合は、0.1〜30質量部が好ましく、0.2〜20質量部がより好ましく、0.5〜10質量部がさらに好ましく、1〜5質量部が特に好ましい。
前記ゴム表面架橋層は、同一分子内にラジカル重合性二重結合を2以上有する多官能性モノマー30〜100質量%、及びその他のビニルモノマー0〜70質量%からなるゴム表面架橋層成分を重合してなる中間層ポリマーからなり、本発明の硬化性樹脂組成物の粘度を低下させる効果、ポリマー微粒子(B)のエポキシ樹脂(A)成分への分散性を向上させる効果を有する。また、コア層の架橋密度を上げたりシェル層のグラフト効率を高めたりする効果も有する。
前記多官能性モノマーの具体例としては、ブタジエンなどの共役ジエン系モノマーは含まれず、アリル(メタ)アクリレート、アリルアルキル(メタ)アクリレート等のアリルアルキル(メタ)アクリレート類;アリルオキシアルキル(メタ)アクリレート類;(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル基を2個以上有する多官能(メタ)アクリレート類;ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、ジビニルベンゼン等が例示されるが、好ましくはアリルメタクリレート、トリアリルイソシアヌレートである。本発明において(メタ)アクリレートとは、アクリレートおよび/またはメタクリレートを意味する。
≪シェル層≫
ポリマー微粒子の最も外側に存在するシェル層は、シェル形成用モノマーを重合したものであるが、ポリマー微粒子(B)成分と(A)成分との相溶性を向上させ、本発明の硬化性樹脂組成物、又はその硬化物中においてポリマー微粒子が一次粒子の状態で分散することを可能にする役割を担うシェルポリマーからなる。
このようなシェルポリマーは、好ましくは前記コア層及び/又は中間層にグラフトしている。ポリマー微粒子は、シェル形成用モノマーをコア層にグラフト重合したものであることが好ましい。なお、以下、「コア層にグラフトしている」という場合、このコア層に中間層が形成されている時には、中間層にグラフトしている態様も含むものとする。より正確には、シェル層の形成に用いるモノマー成分が、コア層を形成するコアポリマー(中間層を含む場合は、勿論、中間層を形成する中間層ポリマーも意味する。以下、同じ)にグラフト重合して、実質的にシェルポリマーとゴムポリマーとが化学結合していることが好ましい(前記ゴムポリマーが中間層を有する場合は、勿論、中間層ポリマーと化学結合していることも好ましい)。即ち、好ましくは、シェルポリマーは、コアポリマー(中間層を有する場合は、中間層が形成されたコアポリマーの意味。以下、同じ)の存在下に前記シェル形成用モノマーをグラフト重合させることで形成され、このようにすることで、このコアポリマーにグラフト重合されており、コアポリマーの一部又は全体を覆っている。この重合操作は、水性のポリマーラテックス状態で調製され存在するコアポリマーのラテックスに対して、シェルポリマーの構成成分であるモノマーを加えて重合させることで実施できる。
シェル層形成用モノマーとしては、(B)成分の硬化性樹脂組成物中での相溶性及び分散性の点から、例えば、ヒドロキシ基を有するモノマー、芳香族ビニルモノマー、ビニルシアンモノマー、(メタ)アクリレートモノマーが好ましく、ヒドロキシ基を有するモノマー、芳香族ビニルモノマー、(メタ)アクリレートモノマーがより好ましい。これらシェル層形成用モノマーは、単独で用いてもよく、適宜組み合わせて用いてもよい。
芳香族ビニルモノマー、ビニルシアンモノマー、(メタ)アクリレートモノマーの合計量は、シェル層形成用モノマー100質量%中に、10〜99.5質量%含まれていることが好ましく、50〜99質量%がより好ましく、65〜98質量%が更に好ましく、67〜85質量%が特に好ましく、67〜80質量%が最も好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物の耐衝撃剥離接着性を改善するために、後述の(C)成分であるブロックドウレタンのブロック剤が解離して生成するイソシアネート基と化学結合させる観点から、シェル層形成用モノマーは、ヒドロキシ基を有するモノマーを含有する。
ヒドロキシ基を有するモノマーは、シェル形成用モノマー100質量%中に、0.5〜90質量%含まれていることが好ましく、1〜70質量%がより好ましく、3〜50質量%が更に好ましく、5〜25質量%が特に好ましい。ヒドロキシ基を有するモノマーがシェル形成用モノマー100質量%中の0.5質量%未満では得られる硬化物の耐衝撃剥離接着性が低下する傾向がある。ヒドロキシ基を有するモノマーがシェル形成用モノマー100質量%中の90質量%よりも大きいと、硬化性樹脂組成物の粘度が上昇する傾向があり、取扱い難い組成物となる傾向がある。
ヒドロキシ基を有するモノマーは、シェル層の形成に使用することが好ましく、シェル層のみに使用することがより好ましい。
硬化物やポリマー中で(B)成分が凝集せずに良好な分散状態を維持するために、(A)成分と化学結合させる観点から、シェル層形成用モノマーとして、エポキシ基、オキセタン基、アミノ基、イミド基、カルボン酸基、カルボン酸無水物基、環状エステル、環状アミド、ベンズオキサジン基、及びシアン酸エステル基からなる群から選ばれる1種以上を含有する反応性基含有モノマーを含有することが好ましく、エポキシ基を有するモノマーが好ましい。
エポキシ基を有するモノマーは、シェル形成用モノマー100質量%中に、0.5〜90質量%含まれていることが好ましく、1〜50質量%がより好ましく、2〜35質量%が更に好ましく、3〜20質量%が特に好ましい。エポキシ基を有するモノマーがシェル形成用モノマー中の0.5質量%未満では硬化物の耐衝撃性改良効果が低下する場合があり、また硬化性樹脂組成物の耐衝撃剥離接着性なども低下する場合がある。エポキシ基を有するモノマーがシェル形成用モノマー中の90質量%よりも大きいと、耐衝撃性改良効果が低下する場合があり、また、硬化性樹脂組成物の耐衝撃剥離接着性が悪くなる場合がある。
エポキシ基を有するモノマーは、シェル層の形成に使用することが好ましく、シェル層のみに使用することがより好ましい。
また、シェル層形成用モノマーとして、ラジカル重合性二重結合を2個以上有する多官能性モノマーを使用すると、硬化性樹脂組成物中においてポリマー微粒子の膨潤を防止し、また、硬化性樹脂組成物の粘度が低く取扱い性がよくなる傾向がある為好ましい。一方、得られる硬化物の靱性改良効果および耐衝撃剥離接着性改良効果の点からは、シェル層形成用モノマーとして、ラジカル重合性二重結合を2個以上有する多官能性モノマーを使用しないことが好ましい。
多官能性モノマーは、シェル形成用モノマー100質量%中に、例えば、0〜20質量%であり、1〜20質量%が好ましく、より好ましくは5〜15質量%である。
前記芳香族ビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ジビニルベンゼン等のビニルベンゼン類が挙げられる。
前記ビニルシアンモノマーの具体例としては、アクリロニトリル、又はメタクリロニトリル等が挙げられる。
前記(メタ)アクリレートモノマーの具体例としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸アルキルエステル等が挙げられる。
前記ヒドロキシ基を有するモノマーの具体例としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、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)アクリレート等のヒドロキシ直鎖アルキル(メタ)アクリレート(特に、ヒドロキシ直鎖C1−6アルキル(メタ)アクリレート);カプロラクトン変性ヒドロキシ(メタ)アクリレート;α−(ヒドロキシメチル)アクリル酸メチル、α−(ヒドロキシメチル)アクリル酸エチル等のヒドロキシ分岐アルキル(メタ)アクリレート、二価カルボン酸(フタル酸等)と二価アルコール(プロピレングリコール等)とから得られるポリエステルジオール(特に飽和ポリエステルジオール)のモノ(メタ)アクリレート等のヒドロキシル基含有(メタ)アクリレート類等が挙げられる。
前記エポキシ基を有するモノマーの具体例としては、グリシジル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル等のグリシジル基含有ビニルモノマーが挙げられる。
前記ラジカル重合性二重結合を2個以上有する多官能性モノマーの具体例としては、上述の多官能性モノマーと同じモノマーが例示されるが、好ましくはアリルメタクリレート、トリアリルイソシアヌレートである。
本発明では、例えば、芳香族ビニルモノマー(特にスチレン)0〜50質量%(好ましくは1〜50質量%、より好ましくは2〜48質量%)、ビニルシアンモノマー(特にアクリロニトリル)0〜50質量%(好ましくは0〜30質量%、より好ましくは0質量%)、(メタ)アクリレートモノマー(特にメチルメタクリレート)0〜100質量%(好ましくは0〜90質量%、より好ましくは20〜85質量%)、エポキシ基を有するモノマー(特にグリシジルメタクリレート)0〜50質量%(好ましくは0〜30質量%、より好ましくは0質量%)を組み合わせたシェル層形成用モノマー(合計100質量%)のポリマーであるシェル層とすることが好ましい。これにより、所望の靱性改良効果と機械特性をバランス良く実現することができる。これらのモノマー成分は、単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
シェル層は、上記モノマー成分の他に、他のモノマー成分を含んで形成されてもよい。
シェル層のグラフト率は、70%以上(より好ましくは80%以上、さらには90%以上)であることが好ましい。グラフト率が70%未満の場合には、液状樹脂組成物の粘度が上昇する場合がある。なお、本明細書において、グラフト率の算出方法は下記の通りである。
先ず、ポリマー微粒子を含有する水性ラテックスを凝固・脱水し、最後に乾燥してポリマー微粒子のパウダーを得る。次いで、ポリマー微粒子のパウダー2gをメチルエチルケトン(MEK)100gに23℃で24時間浸漬した後にMEK可溶分をMEK不溶分と分離し、さらにMEK可溶分からメタノール不溶分を分離する。そして、MEK不溶分とメタノール不溶分との合計量に対するMEK不溶分の比率を求めることによってグラフト率を算出する。
≪ポリマー微粒子の製造方法≫
(コア層の製造方法)
本発明で用いるポリマー微粒子を構成するコア層を形成するポリマーが、ジエン系モノマー(共役ジエン系モノマー)および(メタ)アクリレート系モノマーから選ばれる少なくとも1種のモノマー(第1モノマー)を含んで構成される場合には、コア層の形成は、例えば、乳化重合、懸濁重合、マイクロサスペンジョン重合などによって製造することができ、例えばWO2005/028546号パンフレットに記載の方法を用いることができる。
また、コア層を形成するポリマーがポリシロキサン系ポリマーを含んで構成される場合には、コア層の形成は、例えば、乳化重合、懸濁重合、マイクロサスペンジョン重合などによって製造することができ、例えばWO2006/070664号パンフレットに記載の方法を用いることができる。
(シェル層および中間層の形成方法)
中間層は、中間層形成用モノマーを公知のラジカル重合により重合することによって形成することができる。コア層を構成するゴム弾性体をエマルジョンとして得た場合には、ラジカル重合性二重結合を2以上有するモノマーの重合は乳化重合法により行うことが好ましい。
シェル層は、シェル層形成用モノマーを、公知のラジカル重合により重合することによって形成することができる。コア層、または、コア層を中間層で被覆して構成されるポリマー粒子前駆体をエマルジョンとして得た場合には、シェル層形成用モノマーの重合は乳化重合法により行うことが好ましく、例えば、WO2005/028546号パンフレットに記載の方法に従って製造することができる。
乳化重合において用いることができる乳化剤(分散剤)としては、ジオクチルスルホコハク酸やドデシルベンゼンスルホン酸などに代表されるアルキルまたはアリールスルホン酸、アルキルまたはアリールエーテルスルホン酸、ドデシル硫酸に代表されるアルキルまたはアリール硫酸、アルキルまたはアリールエーテル硫酸、アルキルまたはアリール置換燐酸、アルキルまたはアリールエーテル置換燐酸、ドデシルザルコシン酸に代表されるN−アルキルまたはアリールザルコシン酸、オレイン酸やステアリン酸などに代表されるアルキルまたはアリールカルボン酸、アルキルまたはアリールエーテルカルボン酸などの各種の酸類、これら酸類のアルカリ金属塩またはアンモニウム塩などのアニオン性乳化剤(分散剤);アルキルまたはアリール置換ポリエチレングリコールなどの非イオン性乳化剤(分散剤);ポリビニルアルコール、アルキル置換セルロース、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸誘導体などの分散剤が挙げられる。これらの乳化剤(分散剤)は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ポリマー粒子の水性ラテックスの分散安定性に支障を来さない限り、乳化剤(分散剤)の使用量は少なくすることが好ましい。また、乳化剤(分散剤)は、その水溶性が高いほど好ましい。水溶性が高いと、乳化剤(分散剤)の水洗除去が容易になり、最終的に得られる硬化物への悪影響を容易に防止できる。
乳化重合法を採用する場合には、公知の開始剤、すなわち2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、過酸化水素、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなどを熱分解型開始剤として用いることができる。
また、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、パラメンタン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、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、t−ヘキシルパーオキサイドなどの有機過酸化物;過酸化水素、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなどの無機過酸化物といった過酸化物と、必要に応じてナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート、グルコースなどの還元剤、および必要に応じて硫酸鉄(II)などの遷移金属塩、さらに必要に応じてエチレンジアミン四酢酸二ナトリウムなどのキレート剤、さらに必要に応じてピロリン酸ナトリウムなどのリン含有化合物などを併用したレドックス型開始剤を使用することもできる。
レドックス型開始剤を用いた場合には、前記過酸化物が実質的に熱分解しない低い温度でも重合を行うことができ、重合温度を広い範囲で設定できるようになり好ましい。中でもクメンハイドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイドなどの有機過酸化物をレドックス型開始剤として用いることが好ましい。前記開始剤の使用量、レドックス型開始剤を用いる場合には前記還元剤・遷移金属塩・キレート剤などの使用量は公知の範囲で用いることができる。またラジカル重合性二重結合を2以上有するモノマーを重合するに際しては公知の連鎖移動剤を公知の範囲で用いることができる。追加的に界面活性剤を用いることができるが、これも公知の範囲である。
重合に際しての重合温度、圧力、脱酸素などの条件は、公知の範囲のものが適用できる。また、中間層形成用モノマーの重合は1段で行なっても2段以上で行なってもよい。例えば、弾性コア層を構成するゴム弾性体のエマルジョンに中間層形成用モノマーを一度に添加する方法、連続追加する方法の他、あらかじめ中間層形成用モノマーが仕込まれた反応器に弾性コア層を構成するゴム弾性体のエマルジョンを加えてから重合を実施する方法などを採用することができる。
<ブロックドウレタン(C)>
本発明の硬化性樹脂組成物では、(A)成分100質量部に対して、ブロックドウレタン(C)1〜100質量部を含有することが必須である。(C)成分は、前述の(B)成分であるシェル層にヒドロキシ基を有するポリマー微粒子と組み合わせることにより、得られる硬化性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物は、耐衝撃剥離接着性が著しく優れる。
ブロックドウレタンは、エラストマー型であって、ウレタン基および/または尿素基を含有し、かつ、末端にイソシアネート基を有する化合物の当該末端イソシアネート基の全部または一部が活性水素基を有する種々のブロック剤でキャップされた化合物である。特に、当該末端イソシアネート基の全部がブロック剤でキャップされた化合物が好ましい。この様な化合物は、例えば、末端に活性水素含有基を有する有機重合体に、過剰のポリイソシアネート化合物を反応させて、主鎖中にウレタン基および/または尿素基を有し末端にイソシアネート基を有する重合体(ウレタンプレポリマー)とした後、あるいは同時に、該イソシアネート基の全部または一部に、活性水素基を有するブロック剤でキャップすることにより得られる。
前記ブロックドウレタンは、例えば、下記一般式(1):
A−(NR2−C(=O)−X) (1)
(式中、a個のR2は、それぞれ独立に、炭素原子数1〜20の炭化水素基である。aはキャップされたイソシアネート基の1分子当たりの平均数を表し、1.1個以上が好ましく、1.5〜8個がより好ましく、1.7〜6個が更に好ましく、2〜4個が特に好ましい。Xは、前記ブロック剤から活性水素原子を除いた残基である。Aは、イソシアネート末端化プレポリマーから末端イソシアネート基を除いた残基である。)で表される。
上記炭化水素基は、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基であってもよい。脂肪族炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基等のアルキル基;エテニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基等のアルケニル基;等が挙げられる。脂肪族炭化水素基は、直鎖状、分岐鎖状のいずれであってもよい。脂環式炭化水素基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基等のシクロアルキル基;シクロプロペニル基、シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、シクロヘプテニル基、シクロオクテニル基、シクロペンタジエニル等が挙げられる。芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニル基、ターフェニル基等が挙げられる。
ブロックドウレタンの数平均分子量は、GPCで測定したポリスチレン換算分子量にて、2000〜40000が好ましく、3000〜30000がより好ましく、4000〜20000が特に好ましい。分子量分布(重量平均分子量と数平均分子量との比)は、1〜4が好ましく、1.2〜3がより好ましく、1.5〜2.5が特に好ましい。
(C−1 末端に活性水素含有基を有する有機重合体)
末端に活性水素含有基を有する有機重合体を構成する主鎖骨格としては、ポリエーテル系重合体、ポリアクリル系重合体、ポリエステル系重合体、ポリジエン系重合体、飽和炭化水素系重合体(ポリオレフィン)、ポリチオエーテル系重合体などが挙げられる。
(活性水素基)
末端に活性水素含有基を有する有機重合体を構成する活性水素含有基としては、水酸基、アミノ基、イミノ基、チオール基が挙げられる。これらの中でも、入手性の点から、水酸基、アミノ基、イミノ基が好ましく、更に得られるブロックドウレタンの取扱い易さ(粘度)の点から、水酸基がより好ましい。
末端に活性水素含有基を有する有機重合体としては、末端に水酸基を有するポリエーテル系重合体(ポリエーテルポリオール)、末端にアミノ基および/またはイミノ基を有するポリエーテル系重合体(ポリエーテルアミン)、ポリアクリルポリオール、ポリエステルポリオール、末端に水酸基を有するジエン系重合体(ポリジエンポリオール)、末端に水酸基を有する飽和炭化水素系重合体(ポリオレフィンポリオール)、ポリチオール化合物、ポリアミン化合物などが挙げられる。これらの中でも、ポリエーテルポリオール、ポリエーテルアミン、および、ポリアクリルポリオールは、エポキシ樹脂(A)成分との相溶性に優れ、有機重合体のガラス転移温度が比較的低く、得られる硬化物が低温での耐衝撃性に優れることから好ましい。特に、ポリエーテルポリオールおよびポリエーテルアミンは、得られる有機重合体の粘度が低く作業性が良好である為により好ましく、ポリエーテルポリオールは特に好ましい。
ブロックドウレタンの前駆体である前記ウレタンプレポリマーを調製する際に使用する、末端に活性水素含有基を有する有機重合体は、単独で用いてもよく2種以上併用してもよい。
末端に活性水素含有基を有する有機重合体の数平均分子量は、GPCで測定したポリスチレン換算分子量にて、800〜7000が好ましく、1500〜5000がより好ましく、2000〜4000が特に好ましい。
(ポリエーテル系重合体)
前記ポリエーテル系重合体は、本質的に一般式(2):
−R1−O− (2)
(式中、R1は、炭素原子数1から14の直鎖状もしくは分岐アルキレン基である。)で示される繰り返し単位を有する重合体であり、一般式(2)におけるR1は、炭素原子数1から14の、好ましくは2から4の、直鎖状もしくは分岐状アルキレン基が好ましい。一般式(2)で示される繰り返し単位の具体例としては、−CH2O−、−CH2CH2O−、−CH2CH(CH3)O−、−CH2CH(C25)O−、−CH2C(CH32O−、−CH2CH2CH2CH2O−等が挙げられる。ポリエーテル系重合体の主鎖骨格は、1種類だけの繰り返し単位からなってもよいし、2種類以上の繰り返し単位からなってもよい。特に、プロピレンオキシドの繰り返し単位を50質量%以上有するポリプロピレングリコールを主成分とする重合体から成るものは、T字剥離接着強さの観点で好ましい。また、テトラヒドロフランを開環重合して得られるポリテトラメチレングリコール(PTMG)を主成分とする重合体から成るものは、動的割裂抵抗力の観点で、好ましい。
また、(B)成分と併用する際には、ポリマー微粒子(B)とブロックドウレタン(C)の比率(ポリマー微粒子(B)/ブロックドウレタン(C)の質量比)は0.1〜10であることが好ましく、0.2〜5であることがより好ましく、0.3〜4であることがさらに好ましく、1〜3であることが特に好ましい。
(ポリエーテルポリオール)
前記ポリエーテルポリオールは、末端に水酸基を有するポリエーテル系重合体であり、前記ポリエーテルアミンは、末端にアミノ基またはイミノ基を有するポリエーテル系重合体である。
(ポリアクリルポリオール)
前記ポリアクリルポリオールとしては、(メタ)アクリル酸アルキルエステル(共)重合体を骨格とし、かつ、分子内に水酸基を有するポリオールを挙げることができる。特に、2−ヒドロキシエチルメタクリレート等の水酸基含有(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマーを共重合して得られるポリアクリルポリオールが好ましい。
(ポリエステルポリオール)
前記ポリエステルポリオールとしては、マレイン酸、フマル酸、アジピン酸、フタル酸等の多塩基酸およびその酸無水物と、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−へキサンジオール、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等の多価アルコールとを、エステル化触媒の存在下、150〜270℃の温度範囲で重縮合させて得られる重合体が挙げられる。また、ε−カプロラクトン、バレロラクトン等の開環重合物やポリカーボネートジオールやヒマシ油等の活性水素を2個以上有する活性水素化合物等も挙げられる。
(ポリジエンポリオール)
前記ポリジエンポリオールとしては、ポリブタジエンポリオール、ポリイソプレンポリオール、ポリクロロプレンポリオールなどを挙げることができ、特に、ポリブタジエンポリオールが好ましい。
(ポリオレフィンポリオール)
前記ポリオレフィンポリオールとしては、ポリイソブチレンポリオール、水添ポリブタジエンポリオールなどを挙げることができる。
(C−2 ポリイソシアネート)
前記ポリイソシアネート化合物の具体例としては、トルエン(トリレン)ジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等の芳香族系ポリイソシアネート;イソフォ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、水素化トルエンジイソシアネート、水素化ジフェニルメタンジイソシアネート等の脂肪族系ポリイソシアネートなどを挙げることができる。これらの中でも、耐熱性の点から、脂肪族系ポリイソシアネートが好ましく、更に入手性の点から、イソフォロンジイソシアネートやヘキサメチレンジイソシアネートがより好ましい。
(C−3 ブロック剤)
前記ブロック剤は、例えば、第一級アミン系ブロック剤、第二級アミン系ブロック剤、オキシム系ブロック剤、ラクタム系ブロック剤、活性メチレン系ブロック剤、アルコール系ブロック剤、メルカプタン系ブロック剤、アミド系ブロック剤、イミド系ブロック剤、複素環式芳香族化合物系ブロック剤、ヒドロキシ官能性(メタ)アクリレート系ブロック剤、フェノール系ブロック剤が挙げられる。これらの中でも、オキシム系ブロック剤、ラクタム系ブロック剤、ヒドロキシ官能性(メタ)アクリレート系ブロック剤、フェノール系ブロック剤が好ましく、ヒドロキシ官能性(メタ)アクリレート系ブロック剤、フェノール系ブロック剤がより好ましく、フェノール系ブロック剤が更に好ましい。
前記第一級アミン系ブロック剤としては、ブチルアミン、イソプロピルアミン、ドデシルアミン、シクロヘキシルアミン、アニリン、ベンジルアミン等が挙げられる。前記第二級アミン系ブロック剤としては、ジブチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジフェニルアミン、ジベンジルアミン、モルホリン、ピペリジン、等が挙げられる。前記オキシム系ブロック剤としては、ホルムアルドキシム、アセトアルドキシム、アセトキシム、メチルエチルケトオキシム、ジアセチルモノオキシム、シクロヘキサンオキシム等が挙げられる。前記ラクタム系ブロック剤としては、ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタム、γ−ブチロラクタム、β−ブチロラクタム等が挙げられる。前記活性メチレン系ブロック剤としては、アセト酢酸エチル、アセチルアセトン等が挙げられる。前記アルコール系ブロック剤としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、アミルアルコール、シクロヘキサノール、1−メトキシ−2−プロパノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ベンジルアルコール、グリコール酸メチル、グリコール酸ブチル、ジアセトンアルコール、乳酸メチル、乳酸エチル等が挙げられる。前記メルカプタン系ブロック剤としては、ブチルメルカプタン、ヘキシルメルカプタン、デシルメルカプタン、t−ブチルメルカプタン、チオフェノール、メチルチオフェノール、エチルチオフェノール等が挙げられる。前記アミド系ブロック剤としては、酢酸アミド、ベンズアミド等が挙げられる。前記イミド系ブロック剤としては、コハク酸イミド、マレイン酸イミド等が挙げられる。前記複素環式芳香族化合物系ブロック剤としては、イミダゾール、2−エチルイミダゾール等のイミダゾール類、ピロール、2−メチルピロール、3−メチルピロール等のピロール類、ピリジン、2−メチルピリジン、4−メチルピリジン等のピリジン類、ジアザビシクロウンデセン、ジアザビシクロノネン等のジアザビシクロアルケン類が挙げられる。
前記ヒドロキシ官能性(メタ)アクリレート系ブロック剤は、1個以上の水酸基を有する(メタ)アクリレートである。ヒドロキシ官能性(メタ)アクリレート系ブロック剤の具体例としては、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、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
前記フェノール系ブロック剤は、少なくとも1個のフェノール性ヒドロキシル基、即ち、芳香環の炭素原子に直接結合したヒドロキシル基を含有する。フェノール性化合物は2個以上のフェノール性ヒドロキシル基を有していてもよいが、好ましくはフェノール性ヒドロキシル基を一つだけ含有する。フェノール性化合物は、他の置換基を含有していてもよいが、これら置換基は好ましくはキャッピング反応の条件下でイソシアネート基と反応しないものであり、アルケニル基、アリル基が好ましい。他の置換基としては、直鎖状、分岐鎖状またはシクロアルキル等のアルキル基;芳香族基(例えば、フェニル、アルキル置換フェニル、アルケニル置換フェニル等);アリール置換アルキル基;フェノール置換アルキル基が挙げられる。フェノール系ブロック剤の具体例としては、フェノール、クレゾール、キシレノール、クロロフェノール、エチルフェノール、アリルフェノール(特にo−アリルフェノール)、レゾルシノール、カテコール、ヒドロキノン、ビスフェノール、ビスフェノールA、ビスフェノールAP(1,1−ビス(4−ヒドロキシルフェニル)−1−フェニルエタン)、ビスフェノールF、ビスフェノールK、ビスフェノールM、テトラメチルビフェノールおよび2,2’−ジアリル−ビスフェノールA等が挙げられる。
前記ブロック剤は、それが結合する末端がもはや反応性基を有しないような態様で、ウレタンプレポリマーのポリマー鎖の末端に結合していることが好ましい。前記ブロック剤は、単独で用いてもよく2種以上併用してもよい。前記ブロックドウレタンは、架橋剤の残基、鎖延長剤の残基、または、その両方を含有していてもよい。
本発明に使用されるブロックドイソシアネートは、ポリアルキレングリコール構造を含むウレタンプレポリマーをブロック剤でキャップした化合物であることが好ましく、ポリプロピレングリコール構造を含むウレタンプレポリマーをブロック剤(好ましくはフェノール系ブロック剤)でキャップした化合物またはポリテトラメチレングリコール構造を含むウレタンプレポリマーをブロック剤(好ましくはフェノール系ブロック剤)でキャップした化合物であることがより好ましい。上記ブロックドイソシアネートは、チキソトロピー性や接着性を改善する点で好適に使用することができる。
ポリプロピレングリコール構造を含むウレタンプレポリマーをブロック剤(好ましくはフェノール系ブロック剤)でキャップした化合物は、動的割裂抵抗力に加え、T字剥離接着強さを改善する観点から使用されてもよく、ポリテトラメチレングリコール構造を含むウレタンプレポリマーをブロック剤(好ましくはフェノール系ブロック剤)でキャップした化合物は、ポリプロピレングリコール構造を含むウレタンプレポリマーをブロック剤(好ましくはフェノール系ブロック剤)でキャップした化合物よりも動的割裂抵抗力を改善する観点から使用されてもよい。
ブロックドイソシアネートのブロックNCO当量は、例えば300〜3000、好ましくは500〜2000である。これらの特性の一つを少なくとも備えるブロックドイソシアネートが、本発明で好適に使用できる。
(架橋剤)
前記架橋剤の分子量は750以下が好ましく、より好ましくは50〜500であり、かつ、1分子当たり少なくとも3個のヒドロキシル基、アミノ基および/またはイミノ基を有するポリオールまたはポリアミン化合物である。架橋剤はブロックドウレタンに分岐を付与し、ブロックドウレタンの官能価(即ち、キャップされたイソシアネート基の1分子当たりの数)を増加させるのに有用である。
(鎖延長剤)
前記鎖延長剤の分子量は750以下が好ましく、より好ましくは50〜500であり、かつ、1分子当たり2個のヒドロキシル基、アミノ基および/またはイミノ基を有するポリオールまたはポリアミン化合物である。鎖延長剤は、官能価を増加させずにブロックドウレタンの分子量を上げるのに有用である。
前記架橋剤や鎖延長剤の具体例としては、トリメチロールプロパン、グリセリン、トリメチロールエタン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、スクロース、ソルビトール、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、トリエタノールアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、ピペラジン、アミノエチルピペラジンが挙げられる。また、レゾルシノール、カテコール、ヒドロキノン、ビスフェノール、ビスフェノールA、ビスフェノールAP(1,1−ビス(4−ヒドロキシルフェニル)−1−フェニルエタン)、ビスフェノールF、ビスフェノールK、ビスフェノールM、テトラメチルビフェノール、2,2’−ジアリル−ビスフェノールA等の、2個以上のフェノール性ヒドロキシル基を有する化合物も挙げられる。
(ブロックドウレタンの量)
(C)成分の使用量は、(A)成分100質量部に対して、1〜100質量部であり、2〜50質量部が好ましく、3〜40質量部がより好ましく、5〜30質量部が特に好ましい。1質量部未満では、得られる硬化物の耐衝撃剥離接着性が低下する場合がある。100質量部より多いと、得られる硬化物の耐熱性や弾性率(剛性)が低い場合がある。
(C)成分は単独で用いても良く2種以上併用してもよい。
<エポキシ硬化剤(D)>
本発明では、必要に応じてエポキシ硬化剤(D)を使用することができる。
本発明の硬化性樹脂組成物を仮に一成分型組成物(一液型硬化性樹脂組成物など)として使用する場合、80℃以上、好ましくは140℃以上の温度まで加熱すると接着剤が急速に硬化するように(D)成分を選択するのが好ましい。逆に、室温(約22℃)や少なくとも50℃までの温度では硬化するとしても非常にゆっくりとなるよう、(D)成分および後述の(E)成分を選択するのが好ましい。
(D)成分としては、加熱により活性を示す成分(潜在性硬化剤と称する場合もある)が使用できる。このような潜在性エポキシ硬化剤としては、特定のアミン系硬化剤(イミン系硬化剤を含む)などのN含有硬化剤が使用でき、例えば、三塩化ホウ素/アミン錯体、三フッ化ホウ素/アミン錯体、ジシアンジアミド、メラミン、ジアリルメラミン、グアナミン(例えば、アセトグアナミンおよびベンゾグアナミン)、アミノトリアゾール(例えば、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール)、ヒドラジド(例えば、アジピン酸ジヒドラジド、ステアリン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、セミカルバジド)、シアノアセトアミド、並びに芳香族ポリアミン(例えば、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンなど)が挙げられる。ジシアンジアミド、イソフタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、4,4’−ジアミノジフェニルスルホンを用いるのがより好ましく、ジシアンジアミドが特に好ましい。
上記硬化剤(D)の中でも、潜在性エポキシ硬化剤は、本発明の硬化性樹脂組成物を一液化できるため好ましい。
硬化性樹脂組成物における潜在性エポキシ硬化剤(ジシアンジアミド)の使用量は、(A)成分100質量部に対して、4〜10質量部が好ましく、5〜9質量部がより好ましく、6〜8質量部がさらに好ましい。4質量部未満では、硬化不十分となり、接着性が低い場合があり、10質量部より多いと、得られる硬化物の接着性が低い場合がある。
一方、本発明の硬化性樹脂組成物を二成分型又は多成分型組成物として使用する場合、上記以外のアミン系硬化剤(イミン系硬化剤を含む)やメルカプタン系硬化剤(室温硬化性硬化剤と称する場合もある)を、室温程度の比較的低温で活性を示す(D)成分として選択することができる。
このような比較的低温で活性を示す(D)成分としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジプロプレンジアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ヘキサメチレンジアミンなどの鎖状脂肪族ポリアミン類;N−アミノエチルピベラジン、ビス(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタン、メンセンジアミン、イソホロンジアミン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン(スピロアセタールジアミン)、ノルボルナンジアミン、トリシクロデカンジアミン、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサンなどの環状脂肪族ポリアミン類;メタキシレンジアミンなどの脂肪芳香族アミン類;エポキシ樹脂と過剰のポリアミンとの反応物であるポリアミンエポキシ樹脂アダクト類;ポリアミンとメチルエチルケトンやイソブチルメチルケトン等のケトン類との脱水反応生成物であるケチミン類;トール油脂肪酸の二量体(ダイマー酸)とポリアミンとの縮合により生成するポリアミドアミン類;トール油脂肪酸とポリアミンとの縮合により生成するアミドアミン類;ポリメルカプタン類などを挙げることができる。
ポリエーテル主鎖を含み、1分子あたり平均して、好ましくは1〜4個(好ましくは1.5〜3個)のアミノ基および/またはイミノ基を有するアミン末端ポリエーテルもまた(D)成分として使用できる。市販されているアミン末端ポリエーテルとしては、Huntsman社製のJeffamine D−230、Jeffamine D−400、Jeffamine D−2000、Jeffamine D−4000、Jeffamine T−5000などが挙げられる。
更に、共役ジエン系ポリマー主鎖を含み、1分子あたり平均して、好ましくは1〜4個(より好ましくは1.5〜3個)のアミノ基および/またはイミノ基を有するアミン末端ゴムもまた(D)成分として使用できる。ここで、ゴムの主鎖はポリブタジエンのホモポリマーまたはコポリマーが好ましく、ポリブタジエン/アクリロニトリルコポリマーがより好ましく、アクリロニトリルモノマー含量が、5〜40質量%(より好ましくは10〜35質量%、更に好ましくは15〜30質量%)であるポリブタジエン/アクリロニトリルコポリマーが特に好ましい。市販されているアミン末端ゴムとしては、CVC社製のHypro 1300X16 ATBNなどが挙げられる。
室温程度の比較的低温で活性を示す上記アミン系硬化剤の中では、ポリアミドアミン類、アミン末端ポリエーテル、および、アミン末端ゴムがより好ましく、ポリアミドアミン類とアミン末端ポリエーテルとアミン末端ゴムを併用することが特に好ましい。
また、(D)成分としては、酸無水物類やフェノール類なども使用できる。酸無水物類やフェノール類などは、アミン系硬化剤と比較して高温を必要とするが、ポットライフが長く、硬化物は電気的特性、化学的特性、機械的特性などの物性バランスが良好である。酸無水物類としては、ポリセバシン酸ポリ無水物、ポリアゼライン酸ポリ無水物、無水コハク酸、シトラコン酸無水物、イタコン酸無水物、アルケニル置換コハク酸無水物、ドデセニルコハク酸無水物、無水マレイン酸、トリカルバリル酸無水物、ナド酸無水物、メチルナド酸無水物、無水マレイン酸によるリノール酸付加物、アルキル化末端アルキレンテトラヒドロフタル酸無水物、メチルテトラヒドロフタル酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物、ピロメリット酸二無水物、トリメリット酸無水物、無水フタル酸、テトラクロロフタル酸無水物、テトラブロモフタル酸無水物、ジクロロマレイン酸無水物、クロロナド酸無水物、およびクロレンド酸無水物、ならびに無水マレイン酸−グラフト化ポリブタジエンなどを挙げることができる。フェノール類としては、フェノールノボラック、ビスフェノールAノボラック、クレゾールノボラックなどを挙げることができる。(D)成分は、単独で用いてもよく2種以上併用してもよい。
(D)成分は、組成物を硬化させるのに十分な量で使用する。典型的には、組成物中に存在するエポキシド基の少なくとも80%を消費するのに十分な硬化剤を供給する。エポキシド基の消費に必要な量を超える大過剰量は、通常必要ない。(D)成分の使用量は、(A)成分100質量部に対して、1〜80質量部が好ましく、2〜40質量部がより好ましく、3〜30質量部が更に好ましく、5〜20質量部が特に好ましい。1質量部未満では、本発明の硬化性樹脂組成物の硬化性が悪くなる場合がある。80質量部より多いと、本発明の硬化性樹脂組成物の貯蔵安定性が悪く、取り扱い難くなる場合がある。
<硬化促進剤(E)>
本発明では、必要に応じて硬化促進剤(E)を使用することができる。
(E)成分は、エポキシ基と、硬化剤や接着剤の他の成分上のエポキシド反応性基との反応)を促進するための触媒である。
(E)成分としては、例えば、p−クロロフェニル−N,N−ジメチル尿素(商品名:Monuron)、3−フェニル−1,1−ジメチル尿素(商品名:Phenuron)、3,4−ジクロロフェニル−N,N−ジメチル尿素(商品名:Diuron)、N−(3−クロロ−4−メチルフェニル)−N’,N’−ジメチル尿素(商品名:Chlortoluron)、1,1−ジメチルフェニルウレア(商品名:Dyhard)などの尿素類;ベンジルジメチルアミン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、2−(ジメチルアミノメチル)フェノール、ポリ(p−ビニルフェノール)マトリックスに組み込まれた2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、トリエチレンジアミン、N,N−ジメチルピペリジンなどの三級アミン類;C1−C12アルキレンイミダゾール、N−アリールイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチル−2−メチルイミダゾール、N−ブチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾリウム・トリメリテート、エポキシ樹脂とイミダゾールとの付加生成物などのイミダゾール類;6−カプロラクタム等が挙げられる。触媒は封入されていてもよく、あるいは、温度を上げた場合にのみ活性となる潜在的なものでもよい。
なお、三級アミン類やイミダゾール類は、(D)成分のアミン系硬化剤と併用することにより、硬化速度、硬化物の物性(耐熱性)などを向上させることができる。(E)成分は、単独で用いてもよく2種以上併用してもよい。
(E)成分の使用量は、(A)成分100質量部に対して、0.1〜10質量部が好ましく、0.2〜5質量部がより好ましく、0.5〜3質量部が更に好ましく、0.8〜2質量部が特に好ましい。0.1質量部未満では、本発明の硬化性樹脂組成物の硬化性が悪くなる場合がある。10質量部より多いと、本発明の硬化性樹脂組成物の貯蔵安定性が悪く、取り扱い難くなる場合がある。
<(B)成分および(C)成分以外の強化剤>
本発明では、靭性、耐衝撃性、せん断接着性、及び、剥離接着性などの性能を更に向上させる目的で、(B)成分および(C)成分以外の強化剤として、エポキシ樹脂(A)には含まれないゴム変性エポキシ樹脂、または、ウレタン変性エポキシ樹脂を、必要に応じて使用することができる。
(B)成分および(C)成分以外の強化剤は、単独で用いてもよく2種以上併用してもよい。
≪ゴム変性エポキシ樹脂≫
ゴム変性エポキシ樹脂は、ゴムとエポキシ基含有化合物とを反応させて得た、1分子当り平均して、エポキシ基を1.1個以上、好ましくは2個以上有する反応生成物であり、ゴムとしては,アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR),スチレンブタジエンゴム(SBR)、水素添加ニトリルゴム(HNBR)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、アクリルゴム(ACM)、ブチルゴム(IIR)、ブタジエンゴム、ポリプロピレンオキシドやポリエチレンオキシドやポリテトラメチレンオキシド等のポリオキシアルキレンなどのゴム系重合体を挙げることができる。該ゴム系重合体は、アミノ基、ヒドロキシ基、またはカルボキシル基等の反応性基を末端に有するものが好ましい。これらのゴム系重合体とエポキシ樹脂とを公知の方法により適宜の配合比にて反応させた生成物が本発明に使用されるゴム変性エポキシ樹脂である。これらの中でも、アクリロニトリル−ブタジエンゴム変性エポキシ樹脂や、ポリオキシアルキレン変性エポキシ樹脂が、得られる硬化性樹脂組成物の接着性や耐衝撃剥離接着性の観点から好ましく、アクリロニトリル−ブタジエンゴム変性エポキシ樹脂がより好ましい。なお、アクリロニトリル−ブタジエンゴム変性エポキシ樹脂は、例えば、カルボキシル基末端NBR(CTBN)とビスフェノールA型エポキシ樹脂との反応により得られる。
前記アクリロニトリル−ブタジエンゴム100質量%中のアクリロニトリル単量体成分の含有量は、得られる硬化性樹脂組成物の接着性や耐衝撃剥離接着性の観点から、5〜40質量%が好ましく、10〜35質量%がより好ましく、15〜30質量%が更に好ましい。得られる硬化性樹脂組成物の作業性の観点から、20〜30質量%が特に好ましい。
また、例えば、アミノ基末端ポリオキシアルキレンとエポキシ樹脂との付加反応生成物(以下、「付加物」とも呼ぶ。)もまた、ゴム変性エポキシ樹脂に含まれる。前記付加物の製造は、例えば、米国特許第5084532号や米国特許第6015865号等に記載されているように、公知の方法で簡易に製造する事ができる。付加物を製造する際に使用される前記エポキシ樹脂は、例えば、本発明で例示した(A)成分の具体例が挙げられるが、ビスフェノールA型エポキシ樹脂やビスフェノールF型エポキシ樹脂が好ましく、ビスフェノールA型エポキシ樹脂がより好ましい。付加物を製造する際に使用される、市販されている前記アミノ基末端ポリオキシアルキレンは、例えば、Huntsman社製のJeffamine D−230、Jeffamine D−400、Jeffamine D−2000、Jeffamine D−4000、Jeffamine T−5000などが挙げられる。
前記ゴム中の1分子当たりの平均のエポキシド反応性末端基の数は、1.5〜2.5個が好ましく、1.8〜2.2個がより好ましい。ゴムの数平均分子量は、GPCで測定したポリスチレン換算分子量にて、1000〜10000が好ましく、2000〜8000がより好ましく、3000〜6000が特に好ましい。
ゴム変性エポキシ樹脂の製法について特に制限は無く、例えば、多量のエポキシ基含有化合物中でゴムとエポキシ基含有化合物とを反応させて製造することができる。具体的には、ゴム中の1当量のエポキシ反応性末端基当たり、2当量以上のエポキシ基含有化合物を反応させて製造することが好ましい。得られる生成物が、ゴムとエポキシ基含有化合物との付加体と、遊離のエポキシ基含有化合物との混合物となるのに十分な量のエポキシ基含有化合物を反応させることがより好ましい。例えば、フェニルジメチル尿素やトリフェニルホスフィンなどの触媒の存在下で、100〜250℃の温度に加熱することにより、ゴム変性エポキシ樹脂は製造される。ゴム変性エポキシ樹脂を製造する際に使用されるエポキシ基含有化合物は特に制限は無いが、ビスフェノールA型エポキシ樹脂やビスフェノールF型エポキシ樹脂が好ましく、ビスフェノールA型エポキシ樹脂がより好ましい。なお、本発明において、ゴム変性エポキシ樹脂の製造時に過剰量のエポキシ基含有化合物が使用された場合には、反応後に残存する未反応のエポキシ基含有化合物は、本発明のゴム変性エポキシ樹脂には、含まれないものとする。
ゴム変性エポキシ樹脂では、ビスフェノール成分と予備反応させることでエポキシ樹脂を改質することができる。改質に使用するビスフェノール成分は、ゴム変性エポキシ樹脂中のゴム成分100質量部に対し、3〜35質量部が好ましく、5〜25質量部がより好ましい。改質されたゴム変性エポキシ樹脂を含有する硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化物は、高温曝露後の接着耐久性に優れ、また、低温時の耐衝撃性にも優れる。
ゴム変性エポキシ樹脂のガラス転移温度(Tg)は、特に制限は無いが、−25℃以下が好ましく、−35℃以下がより好ましく、−40℃以下が更に好ましく、−50℃以下が特に好ましい。
ゴム変性エポキシ樹脂の数平均分子量は、GPCで測定したポリスチレン換算分子量にて、1500〜40000が好ましく、3000〜30000がより好ましく、4000〜20000が特に好ましい。分子量分布(重量平均分子量と数平均分子量との比)は、1〜4が好ましく、1.2〜3がより好ましく、1.5〜2.5が特に好ましい。
ゴム変性エポキシ樹脂の使用量は、(A)成分100質量部に対して、1〜50質量部が好ましく、2〜40質量部がより好ましく、5〜30質量部が更に好ましく、10〜20質量部が特に好ましい。1質量部未満では、得られる硬化物が脆く、耐衝撃剥離接着性が低い場合があり、50質量部より多いと、得られる硬化物の耐熱性や弾性率(剛性)が低い場合がある。ゴム変性エポキシ樹脂は、単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
≪ウレタン変性エポキシ樹脂≫
ウレタン変性エポキシ樹脂は、イソシアネート基との反応性を有する基とエポキシ基とを含有する化合物と、イソシアネート基を含有するウレタンプレポリマーを反応させて得た、1分子当り平均して、エポキシ基を1.1個以上、好ましくは2個以上有する反応生成物である。例えば、ヒドロキシ基含有エポキシ化合物とウレタンプレポリマーを反応させることにより、ウレタン変性エポキシ樹脂が得られる。
ウレタン変性エポキシ樹脂の数平均分子量は、GPCで測定したポリスチレン換算分子量にて、1500〜40000が好ましく、3000〜30000がより好ましく、4000〜20000が特に好ましい。分子量分布(重量平均分子量と数平均分子量との比)は、1〜4が好ましく、1.2〜3がより好ましく、1.5〜2.5が特に好ましい。
ウレタン変性エポキシ樹脂の使用量は、(A)成分100質量部に対して、1〜50質量部が好ましく、2〜40質量部がより好ましく、5〜30質量部が更に好ましく、10〜20質量部が特に好ましい。1質量部未満では、得られる硬化物が脆く、耐衝撃剥離接着性が低い場合があり、50質量部より多いと、得られる硬化物の耐熱性や弾性率(剛性)が低い場合がある。ウレタン変性エポキシ樹脂は、単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
<無機充填材>
本発明の硬化性樹脂組成物は、無機充填材として、ケイ酸および/またはケイ酸塩を添加することができる。
具体例としては、乾式シリカ、湿式シリカ、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ウォラストナイト、タルクなどが挙げられる。
前記乾式シリカはヒュームドシリカとも呼ばれ、表面無処理の親水性ヒュームドシリカと、親水性ヒュームドシリカのシラノール基部分にシランやシロキサンで化学的に処理することによって製造した疎水性ヒュームドシリカが挙げられるが、(A)成分への分散性の点から、疎水性ヒュームドシリカが好ましい。
その他の無機充填材としては、ドロマイトおよびカーボンブラックの如き補強性充填材;膠質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化チタン、酸化第二鉄、アルミニウム微粉末、酸化亜鉛、活性亜鉛華等が挙げられる。
無機充填材は、表面処理剤により表面処理していることが好ましい。表面処理により無機充填材の組成物への分散性が向上し、その結果、得られる硬化物の各種物性が向上する。
無機充填材の使用量は、(A)成分100質量部に対して、1〜100質量部が好ましく、2〜70質量部がより好ましく、5〜40質量部が更に好ましく、7〜20質量部が特に好ましい。無機充填材は単独で用いてもよく2種以上併用してもよい。
<酸化カルシウム>
本発明の硬化性樹脂組成物は、酸化カルシウムを添加することができる。
酸化カルシウムは、硬化性樹脂組成物中の水分との反応により水分を除去し、水分の存在により引き起こされる種々の物性上の問題を解決する。例えば、水分除去による気泡防止剤として機能し、接着強度の低下を抑制する。
酸化カルシウムは、表面処理剤により表面処理することが可能である。表面処理により酸化カルシウムの組成物への分散性が向上する。その結果、表面処理を施していない酸化カルシウムを使用した場合と比較して、得られる硬化物の接着強度などの物性が向上する。特に、T字剥離接着性、耐衝撃剥離接着性が顕著に改善される。前記表面処理剤は、特に制限はないが、脂肪酸が好ましい。
酸化カルシウムの使用量は、(A)成分100質量部に対して、0.1〜10質量部が好ましく、0.2〜5質量部がより好ましく、0.5〜3質量部が更に好ましく、1〜2質量部が特に好ましい。0.1質量部未満では、水分除去効果が十分ではない場合があり、10質量部より多いと、得られる硬化物の強度が低くなる場合がある。酸化カルシウムは単独で用いてもよく2種以上併用してもよい。
<ラジカル硬化性樹脂>
本発明では、分子内に2個以上の二重結合を有するラジカル硬化性樹脂を、必要に応じて使用することができる。また、必要により、分子内に少なくとも1個の二重結合を有する分子量300未満の低分子化合物を添加することができる。前記低分子化合物は、前記ラジカル硬化性樹脂との併用により、粘度や硬化物の物性や硬化速度を調整する機能を有し、ラジカル硬化性樹脂の所謂反応性希釈剤として機能するものである。更に、本発明の硬化性樹脂組成物には、ラジカル重合開始剤を添加することができる。ここで、ラジカル重合開始剤は、温度を上げる(好ましくは、約50℃〜約150℃)と活性化される潜在的なタイプであることが好ましい。
前記ラジカル硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂やポリエステル(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート、ポリエーテル(メタ)アクリレート、アクリル化(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく併用してもよい。前記ラジカル硬化性樹脂の具体例としては、WO2014−115778号パンフレットに記載の化合物が挙げられる。また、前記低分子化合物や前記ラジカル重合開始剤の具体例としては、WO2014−115778号パンフレットに記載の化合物が挙げられる。
WO2010−019539号パンフレットに記載のように、ラジカル重合開始剤がエポキシ樹脂の硬化温度と異なる温度で活性化すれば、前記ラジカル硬化性樹脂の選択的な重合によって硬化性樹脂組成物の部分硬化が可能となる。この部分硬化により、塗布後に組成物の粘度を上昇させ、洗い落とされにくさ(wash−off resistance)を向上させることができる。なお、車両などの製造ラインにおける水洗シャワー工程では、未硬化状態の接着剤組成物が、水洗シャワー工程中に、シャワー水圧により、組成物が一部溶解したり、飛散したり、変形して、塗布部の鋼板の耐食性に悪影響を与えたり、鋼板の剛性が低下する場合があり、前記「洗い落とされにくさ」とは、この課題に対する抵抗力を意味するものである。また、この部分硬化により、組成物の硬化完了までの間、基板同士を仮止め(仮接着)する機能を与えることができる。この場合、フリーラジカル開始剤は、80℃〜130℃に加熱することで活性化されることが好ましく、100℃〜120℃がより好ましい。
<モノエポキシド>
本発明では、必要に応じて、モノエポキシドを使用することができる。モノエポキシドは反応性希釈剤として機能しうる。モノエポキシドの具体例としては、例えばブチルグリシジルエーテルなどの脂肪族グリシジルエーテル、あるいは例えばフェニルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテルなどの芳香族グリシジルエーテル、例えば2−エチルヘキシルグリシジルエーテルなどの炭素数8〜10のアルキル基とグリシジル基とからなるエーテル、例えばp−tertブチルフェニルグリシジルエーテルなどの炭素数2〜8のアルキル基で置換され得る炭素数6〜12のフェニル基とグリシジル基とからなるエーテル、例えばドデシルグリシジルエーテルなどの炭素数12〜14のアルキル基とグリシジル基とからなるエーテル;例えばグリシジル(メタ)アクリレート、グリシジルマレエートなどの脂肪族グリシジルエステル;バーサチック酸グリシジルエステル、ネオデカン酸グリシジルエステル、ラウリン酸グリシジルエステルなどの炭素数8〜12の脂肪族カルボン酸のグリシジルエステル;p−t−ブチル安息香酸グリシジルエステルなどが挙げられる。
モノエポキシドを使用する場合、その使用量は、(A)成分100質量部に対して、0.1〜20質量部が好ましく、0.5〜10質量部がより好ましく、1〜5質量部が特に好ましい。0.1質量部未満では、低粘度化効果が十分ではない場合があり、20質量部より多いと、接着性等の物性が低下する場合がある。
<光重合開始剤>
また、本発明の硬化性樹脂組成物を光硬化する場合には、光重合開始剤を添加してもよい。かかる光重合開始剤としては、ヘキサフルオロアンチモネート、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフェニルボレートなどのアニオンとの芳香族スルホニウム塩や芳香族ヨードニウム塩などのオニウム塩や、芳香族ジアゾニウム塩、メタロセン塩などの光カチオン重合開始剤(光酸発生剤)などが挙げられる。これらの光重合開始剤は単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<その他の配合成分>
本発明では、必要に応じて、その他の配合成分を使用することができる。その他の配合成分としては、アゾタイプ化学的発泡剤や熱膨張性マイクロバルーンなどの膨張剤、アラミド系パルプなどの繊維パルプ、顔料や染料等の着色剤、体質顔料、紫外線吸収剤、酸化防止剤、安定化剤(ゲル化防止剤)、可塑剤、レベリング剤、消泡剤、シランカップリング剤、帯電防止剤、難燃剤、滑剤、減粘剤、低収縮剤、有機質充填剤、熱可塑性樹脂、乾燥剤、分散剤等が挙げられる。
<硬化性樹脂組成物の製法>
本発明の硬化性樹脂組成物は、(A)成分を主成分とする硬化性樹脂組成物中に、ポリマー微粒子(B)を含有する組成物であり、好ましくは、ポリマー微粒子(B)が1次粒子の状態で分散した組成物である。
このような、ポリマー微粒子(B)を1次粒子の状態で分散させた組成物を得る方法は、種々の方法が利用できるが、例えば水性ラテックス状態で得られたポリマー微粒子を(A)成分と接触させた後、水等の不要な成分を除去する方法、ポリマー微粒子を一旦有機溶剤に抽出後に(A)成分と混合してから有機溶剤を除去する方法等が挙げられるが、WO2005/028546号パンフレットに記載の方法を利用することが好ましい。その具体的な製造方法は、順に、ポリマー微粒子(B)を含有する水性ラテックス(詳細には、乳化重合によってポリマー微粒子を製造した後の反応混合物)を、20℃における水に対する溶解度が5質量%以上40質量%以下の有機溶媒と混合した後、さらに過剰の水と混合して、ポリマー粒子を凝集させる第1工程と、凝集したポリマー微粒子(B)を液相から分離・回収した後、再度有機溶媒と混合して、ポリマー微粒子(B)の有機溶媒溶液を得る第2工程と、有機溶媒溶液をさらに(A)成分と混合した後、前記有機溶媒を留去する第3工程とを含んで調製されることが好ましい。
(A)成分は、23℃で液状であると、前記第3工程が容易となる為、好ましい。「23℃で液状」とは、軟化点が23℃以下であることを意味し、23℃で流動性を示すものである。
上記の工程を経て得た、(A)成分にポリマー微粒子(B)が1次粒子の状態で分散した組成物に、更に(A)成分、(C)成分、(D)成分、(E)成分、及び、前記その他配合成分の各成分を、必要により更に追加混合する事により、ポリマー微粒子(B)が1次粒子の状態で分散した本発明の硬化性樹脂組成物が得られる。
一方、塩析等の方法により凝固させた後に乾燥させて得た、粉体状のポリマー微粒子(B)は、3本ペイントロールやロールミル、ニーダー等の高い機械的せん断力を有する分散機を用いて、(A)成分中に再分散することが可能である。この際、(A)成分と(B)成分は、高温で機械的せん断力を与えることで、効率良く、(B)成分の分散を可能にする。分散させる際の温度は、50〜200℃が好ましく、70〜170℃がより好ましく、80〜150℃が更に好ましく、90〜120℃が特に好ましい。温度が50℃よりも小さいと、十分に(B)成分が分散しない場合があり、200℃よりも大きいと、(A)成分や(B)成分が熱劣化する場合がある。
本発明の硬化性樹脂組成物は、すべての配合成分を予め配合した後密封保存し、塗布後加熱や光照射により硬化する一液型硬化性樹脂組成物として使用することができる。また、(A)成分を主成分とし、さらに(B)成分及び必要に応じて(C)成分を含有するA液と、(D)成分や(E)成分を含有し、更に必要に応じて(B)成分および/または(C)成分を含有する別途調製したB液からなる、二液型または多液型の硬化性樹脂組成物として調製しておき、該A液と該B液を使用前に混合して、使用することもできる。なお、本発明の硬化性組成物は、貯蔵安定性に優れる為に、一液型硬化性樹脂組成物として使用した場合に、特に有益である。(B)成分、(C)成分は、それぞれA液、B液のどちらか少なくとも一方に含まれていればよく、例えば、A液にのみ、B液にのみでもよく、A液とB液の両方に含まれていてもよい。
<硬化物>
本発明には、上記硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物が含まれる。ポリマー微粒子が一次粒子の状態で分散している硬化性樹脂組成物の場合には、これを硬化することによって、ポリマー微粒子が均一に分散した硬化物を容易に得ることができる。また、ポリマー微粒子が膨潤し難く、硬化性樹脂組成物の粘性が低いことから、硬化物を作業性よく得ることができる。
<塗布方法>
本発明の硬化性樹脂組成物は、任意の方法によって塗布可能である。室温程度の低温で塗布可能であり、必要に応じて加温して塗布することも可能である。本発明の硬化性樹脂組成物は、貯蔵安定性に優れる為に、加温して塗布する工法に特に有用である。
本発明の硬化性樹脂組成物は、塗布ロボットを使用してビード状またはモノフィラメント状またはスワール(swirl)状に基板上へ押出したり、コーキングガン等の機械的な塗布方法や他の手動塗布手段を用いることもできる。また、ジェットスプレー法またはストリーミング法を用いて組成物を基板へ塗布することもできる。本発明の硬化性樹脂組成物を、一方または両方の基板へ塗布し、接合しようとする基板間に組成物が配置されるよう基板同士を接触させ、硬化させることにより接合する。なお、硬化性樹脂組成物の粘度は、特に限定は無く、押出しビード法では、45℃で150〜600Pa・s程度が好ましく、渦巻き(swirl)塗布法では、45℃で100Pa・s程度が好ましく、高速度流動装置を用いた高体積塗布法では、45℃で20〜400Pa・s程度が好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物を車両用接着剤として使用する場合、前記「洗い落とされにくさ」を向上させるには、組成物の粘度を高くすることが有効であり、本発明の硬化性樹脂組成物は、チクソ性が高く高粘度になり易い為に好ましい。高粘度な組成物は、加温により塗布可能な粘度に調整可能である。
また、前記「洗い落とされにくさ」を向上させる為には、WO2005−118734号パンフレットに記載のように、組成物の塗布温度付近に結晶融点を有する高分子化合物を本発明の硬化性組成物に配合することが好ましい。該組成物は、塗布温度では粘度は低く(塗布し易く)、水洗シャワー工程での温度では高粘度となって「洗い落とされにくさ」が向上する。塗布温度付近に結晶融点を有する前記高分子化合物としては、結晶性または半結晶性ポリエステルポリオールなどの各種のポリエステル樹脂が挙げられる。
更に、前記「洗い落とされにくさ」を向上させる別の方法としては、WO2006−093949号パンフレットに記載のように、硬化性樹脂組成物を二液型とした上で、用いる硬化剤として、アミノ基またはイミノ基を有するアミン系硬化剤などの室温硬化し得る硬化剤(室温硬化性硬化剤)を少量使用し、高温時に活性を示すジシアンジアミドなどの潜在性硬化剤を併用する方法が挙げられる。硬化温度の大きく異なる2種類以上の硬化剤を併用することにより、組成物の塗布直後から部分硬化が進行し、水洗シャワー工程の時点では高粘度となって「洗い落とされにくさ」が向上する。
硬化性樹脂組成物の硬化後に、動的割裂抵抗力が、19kN/m超であることが好ましく、20kN/m以上であることがより好ましい。動的割裂抵抗力の上限は、特に限定されないが例えば100kN/m程度である。動的割裂抵抗力は、例えばISO 11343により評価することが可能である。
硬化性樹脂組成物の50℃での粘度は、例えば1〜500Pa・sであり、好ましくは5〜300Pa・s、より好ましくは10〜200Pa・s、さらに好ましくは20〜100Pa・sである。
<接着基板>
本発明の樹脂組成物を使用して、様々な基板同士を接着させる場合、例えば、木材、金属、プラスチック、ガラス等を接合することができる。自動車部品を接合することが好ましく、自動車フレーム同士の接合または自動車フレームと他の自動車部品との接合がより好ましい。基板としては、冷間圧延鋼や溶融亜鉛メッキ鋼などの鋼材、アルミニウムや被覆アルミニウムなどのアルミニウム材、汎用プラスチック、エンジニアリングプラスチック、CFRPやGFRP等の複合材料等の各種のプラスチック系基板が挙げられる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、動的割裂抵抗力などの接着性に優れる。その為、アルミニウム基材を含む複数の部材の間に、本発明の硬化性樹脂組成物を挟んで張り合わせた後に、前記硬化性樹脂組成物を硬化することにより得られる前記部材を接合させてなる積層体は、高い接着強度を示す為に好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、靭性に優れる為に、線膨張係数の異なる異種基材間の接合に適している。
また、本発明の硬化性樹脂組成物は、航空宇宙用の構成材、特に、外装金属構成材の接合にも使用できる。
<硬化温度>
本発明の硬化性樹脂組成物の硬化温度は、特に限定はないが、一液型硬化性樹脂組成物として使用する場合には、50℃〜250℃が好ましく、80℃〜220℃がより好ましく、100℃〜200℃が更に好ましく、130℃〜180℃が特に好ましい。二液型硬化性樹脂組成物として使用する場合には、特に限定はないが、0℃〜150℃が好ましく、10℃〜100℃がより好ましく、15℃〜80℃が更に好ましく、20℃〜60℃が特に好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物を自動車用接着剤として使用する場合、該接着剤を自動車部材へ施工した後、次いでコーティングを塗布し、該コーティングを焼付け・硬化するのと同時に接着剤を硬化させるのが工程短縮・簡便化の観点から好ましい。
<用途>
本発明の組成物は、取扱い性の点から、一液型の硬化性樹脂組成物であるのが好ましい。
本発明の組成物は、車両や航空機向けの構造用接着剤、風力発電用構造接着剤などの接着剤、塗料、ガラス繊維との積層用材料、およびプリント配線基板用材料、ソルダーレジスト、層間絶縁膜、ビルドアップ材料、FPC用接着剤、半導体・LED等電子部品用封止材等の電気絶縁材料、ダイボンド材料、アンダーフィル、ACF、ACP、NCF、NCP等の半導体実装材料、液晶パネル、OLED照明、OLEDディスプレイ等の表示機器・照明機器用封止材の用途に好ましく用いられる。特に、車両用構造接着剤として有用である。
本願は、2015年4月9日に出願された日本国特許出願第2015−080397号に基づく優先権の利益を主張するものである。2015年4月9日に出願された日本国特許出願第2015−080397号の明細書の全内容が、本願に参考のため援用される。
以下、実施例および比較例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適宜変更して実施することが可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。なお下記実施例および比較例において「部」および「%」とあるのは、質量部または質量%を意味する。
評価方法
先ず、実施例および比較例によって製造した硬化性樹脂組成物の評価方法について、以下説明する。
[1]体積平均粒子径の測定
水性ラテックスに分散しているポリマー粒子の体積平均粒子径(Mv)は、マイクロトラックUPA150(日機装株式会社製)を用いて測定した。脱イオン水で希釈したものを測定試料として用いた。測定は、水の屈折率、およびそれぞれのポリマー粒子の屈折率を入力し、計測時間600秒、Signal Levelが0.6〜0.8の範囲内になるように試料濃度を調整して行った。
1.コア層の形成
製造例1−1;ポリブタジエンゴムラテックス(R−1)の調製
耐圧重合機中に、脱イオン水200質量部、リン酸三カリウム0.03質量部、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム(EDTA)0.002質量部、硫酸第一鉄・7水和塩(FE)0.001質量部、及び、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(SDS)1.55質量部を投入し、撹拌しつつ十分に窒素置換を行なって酸素を除いた後、ブタジエン(BD)99.6質量部とt−ドデシルメルカプタン0.4質量部を系中に投入し、45℃に昇温した。パラメンタンハイドロパーオキサイド(PHP)0.03質量部、続いてナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート(SFS)0.10質量部を投入し重合を開始した。重合開始から3、5、7時間目それぞれに、PHP0.025質量部を投入した。また、重合開始4、6、8時間目それぞれに、EDTA0.0006質量部、及びFE0.003質量部を投入した。重合15時間目に減圧下残存モノマーを脱揮除去して重合を終了し、ポリブタジエンゴムを主成分とするポリブタジエンゴムラテックス(R−1)を得た。得られたラテックスに含まれるポリブタジエンゴム粒子の体積平均粒子径は0.08μmであった。
製造例1−2;ポリブタジエンゴムラテックス(R−2)の調製
耐圧重合機中に、製造例1−1で得たポリブタジエンゴムラテックス(R−1)を21質量部(ポリブタジエンゴム7質量部を含む)、脱イオン水185質量部、リン酸三カリウム0.03質量部、EDTA0.002質量部、及びFE0.001質量部を投入し、撹拌しつつ十分に窒素置換を行なって酸素を除いた後、BD93質量部を系中に投入し、45℃に昇温した。PHP0.02質量部、続いてSFS0.10質量部を投入し重合を開始した。重合開始から24時間目まで3時間おきに、それぞれ、PHP0.025質量部、及びEDTA0.0006質量部、及びFE0.003質量部を投入した。重合30時間目に減圧下残存モノマーを脱揮除去して重合を終了し、ポリブタジエンゴムを主成分とするポリブタジエンゴムラテックス(R−2)を得た。得られたラテックスに含まれるポリブタジエンゴム粒子の体積平均粒子径は0.20μmであった。
2.ポリマー微粒子の調製(シェル層の形成)
製造例2−1;コアシェルポリマーラテックス(L−1)の調製
温度計、撹拌機、還流冷却器、窒素流入口、及びモノマーの添加装置を有するガラス反応器に、製造例1−2で調製したポリブタジエンゴムラテックス(R−2)241質量部(ポリブタジエンゴム粒子80質量部を含む)、及び、脱イオン水71質量部を仕込み、窒素置換を行いながら60℃で撹拌した。EDTA0.004質量部、FE0.001質量部、及びSFS0.2質量部を加えた後、グラフトモノマー(メチルメタクリレート(MMA)17質量部、スチレン(ST)2質量部、4−ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)1質量部)、及び、クメンヒドロパーオキサイド(CHP)0.06質量部の混合物を120分間かけて連続的に添加した。添加終了後、CHP0.04質量部を添加し、さらに2時間撹拌を続けて重合を完結させ、コアシェルポリマーを含む水性ラテックス(L−1)を得た。モノマー成分の重合転化率は99%以上であった。得られた水性ラテックスに含まれるコアシェルポリマーの体積平均粒子径は0.21μmであった。
製造例2−2;コアシェルポリマーラテックス(L−2)の調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして<メチルメタクリレート(MMA)17質量部、スチレン(ST)2質量部、4−ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)1質量部>の代わりに<メチルメタクリレート(MMA)14質量部、スチレン(ST)2質量部、4−ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)4質量部>を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマーの水性ラテックス(L−2)を得た。得られた水性ラテックスに含まれるコアシェルポリマーの体積平均粒子径は0.21μmであった。
製造例2−3;コアシェルポリマーラテックス(L−3)の調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして<メチルメタクリレート(MMA)17質量部、スチレン(ST)2質量部、4−ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)1質量部>の代わりに<メチルメタクリレート(MMA)18質量部、スチレン(ST)2質量部>を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマーの水性ラテックス(L−3)を得た。得られた水性ラテックスに含まれるコアシェルポリマーの体積平均粒子径は0.21μmであった。
製造例2−4;コアシェルポリマーラテックス(L−4)の調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして<メチルメタクリレート(MMA)17質量部、スチレン(ST)2質量部、4−ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)1質量部>の代わりに<メチルメタクリレート(MMA)15質量部、スチレン(ST)3質量部、4−ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)2質量部>を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマーの水性ラテックス(L−4)を得た。得られた水性ラテックスに含まれるコアシェルポリマーの体積平均粒子径は0.21μmであった。
製造例2−5;コアシェルポリマーラテックス(L−5)の調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして<メチルメタクリレート(MMA)17質量部、スチレン(ST)2質量部、4−ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)1質量部>の代わりに<メチルメタクリレート(MMA)13質量部、スチレン(ST)3質量部、4−ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)4質量部>を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマーの水性ラテックス(L−5)を得た。得られた水性ラテックスに含まれるコアシェルポリマーの体積平均粒子径は0.21μmであった。
製造例2−6;コアシェルポリマーラテックス(L−6)の調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして<メチルメタクリレート(MMA)17質量部、スチレン(ST)2質量部、4−ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)1質量部>の代わりに<メチルメタクリレート(MMA)11質量部、スチレン(ST)3質量部、4−ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)6質量部>を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマーの水性ラテックス(L−6)を得た。得られた水性ラテックスに含まれるコアシェルポリマーの体積平均粒子径は0.21μmであった。
製造例2−7;コアシェルポリマーラテックス(L−7)の調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして<メチルメタクリレート(MMA)17質量部、スチレン(ST)2質量部、4−ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)1質量部>の代わりに<メチルメタクリレート(MMA)17質量部、スチレン(ST)3質量部>を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマーの水性ラテックス(L−7)を得た。得られた水性ラテックスに含まれるコアシェルポリマーの体積平均粒子径は0.21μmであった。
3.硬化性樹脂中にポリマー微粒子(B)が分散した分散物(M)の調製
製造例3−1;分散物(M−1)の調製
25℃の1L混合槽にメチルエチルケトン(MEK)132gを導入し、撹拌しながら、前記製造例2−1で得られたコアシェルポリマーの水性ラテックス(L−1)を132g(ポリマー微粒子40g相当)投入した。均一に混合後、水200gを80g/分の供給速度で投入した。供給終了後、速やかに撹拌を停止したところ、浮上性の凝集体および有機溶媒を一部含む水相からなるスラリー液を得た。次に、一部の水相を含む凝集体を残し、水相360gを槽下部の払い出し口より排出させた。得られた凝集体にMEK90gを追加して均一に混合し、コアシェルポリマーを均一に分散した分散体を得た。この分散体に、(A)成分であるエポキシ樹脂(A−1:三菱化学社製、JER828:液状ビスフェノールA型エポキシ樹脂)120gを混合した。この混合物から、回転式の蒸発装置で、MEKを除去した。このようにして、エポキシ樹脂にポリマー微粒子が分散した分散物(M−1)を得た。
製造例3−2;分散物(M−2)の調製
製造例3−1において、コアシェルポリマーの水性ラテックスとして(L−1)の代わりに(L−2)を用いたこと以外は製造例3−1と同様にして、エポキシ樹脂にポリマー微粒子が分散した分散物(M−2)を得た。
製造例3−3;分散物(M−3)の調製
製造例3−1において、コアシェルポリマーの水性ラテックスとして(L−1)の代わりに(L−3)を用いたこと以外は製造例3−1と同様にして、エポキシ樹脂にポリマー微粒子が分散した分散物(M−3)を得た。
製造例3−4〜7;分散物(M−4〜7)の調製
製造例3−1において、コアシェルポリマーの水性ラテックスとして(L−1)の代わりに、それぞれ前記製造例2−4〜7で得られた(L−4〜7)を用い、更に(A)成分であるエポキシ樹脂(A−1)を120gの代わりに93.3gを混合したこと以外は製造例3−1と同様にして、エポキシ樹脂にポリマー微粒子が分散した分散物(M−4〜7)を得た。
(実施例1〜3、比較例1〜8)
表1に示す処方にしたがって、各成分をそれぞれ計量し、よく混合して硬化性樹脂組成物を得た。
表1の各組成物を用いて、以下の方法で、動的割裂抵抗力を測定した。結果を表1に示す。
<動的割裂抵抗力(耐衝撃剥離接着性)>
硬化性樹脂組成物を2枚のSPCC鋼板に塗布し、接着層厚み0.25mmとなるように重ね合せ、170℃×25分間の条件で硬化させ、ISO 11343に従って、23℃での動的割裂抵抗力を測定した。試験結果を表1に示す。
なお、表1中の各種配合剤は、以下に示すものを使用した。
<エポキシ樹脂(A)>
A−1:JER828(三菱化学製、常温で液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量:184〜194)
A−2:YED216(三菱化学製、ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、エポキシ当量:110〜130)
<エポキシ樹脂(A)中にポリマー微粒子(B)が分散した分散物(M)>
M−1〜3:前記製造例3−1〜3で得られた分散物
<ブロックドウレタン(C)>
C−1:QR−9466(ADEKA製、ポリプロピレングリコール構造を含むブロックドウレタン、ブロックNCO当量1400、粘度25000mPa・s/25℃)
C−2:Flexibilizer DY 965(HUNTSMAN製、ポリテトラメチレングリコール構造を含むブロックドウレタン、粘度 4400−12800cP/25℃)
≪ゴム変性エポキシ樹脂≫
Hypox RA 1340(CVC製、ゴム変性エポキシ樹脂:40wt%、ビスフェノールA型エポキシ樹脂濃度:60wt%、エポキシ当量:325〜375)
≪ウレタン変性エポキシ樹脂≫
EPU−73B(ADEKA製、ウレタン変性エポキシ樹脂:40wt%、ビスフェノールA型エポキシ樹脂濃度:60wt%、エポキシ当量:245)
≪ヒュームドシリカ≫CAB−O−SIL TS−720(CABOT製、ポリジメチルシロキサンで表面処理されたヒュームドシリカ)、
≪重質炭酸カルシウム≫
ホワイトンSB(白石カルシウム製、表面無処理重質炭酸カルシウム、平均粒子径:1.8μm)
≪酸化カルシウム≫
CML#31(近江化学工業製、脂肪酸で表面処理した酸化カルシウム)
≪カーボンブラック≫
MONARCH 280(Cabot製)
<エポキシ硬化剤(D)>
Dyhard 100S(AlzChem製、ジシアンジアミド)
<硬化促進剤(E)>
Dyhard UR300(AlzChem製、1,1−ジメチル−3−フェニルウレア)
Figure 2016163491
表1から、本発明の(A)成分、(B)成分、および、(C)成分を含有する実施例1〜3の硬化性樹脂組成物は、耐衝撃剥離接着性に優れることが判る。なお、表1の硬化性樹脂組成物中に含まれる(A)成分量は、エポキシ樹脂として添加した成分と、ポリマー微粒子の分散物(M)に含まれる成分と、ゴム変性エポキシ樹脂またはウレタン変性エポキシ樹脂に含まれる成分とを加算した量である。なお、本発明の(B)成分とは、所定のヒドロキシ基含有量を満足するポリマー微粒子のことを意味する。
(実施例4〜6、比較例9)
表2に示す処方にしたがって、各成分をそれぞれ計量し、よく混合して硬化性樹脂組成物を得た。
表2の各組成物を用いて、以下の方法で、粘度と動的割裂抵抗力を測定した。結果を表2に示す。
<粘度>
硬化性樹脂組成物の粘度は、BROOKFIELD社製デジタル粘度計DV−II+Pro型を用いて測定した。スピンドルCPE−52を使用し、Shear Rate(ずり速度)が2(s−1)における50℃での粘度を測定した。
<動的割裂抵抗力(耐衝撃剥離接着性)>
硬化性樹脂組成物を2枚のSPCC鋼板に塗布し、接着層厚み0.25mmとなるように重ね合せ、170℃×60分の条件で硬化させ、ISO 11343に従って、23℃での動的割裂抵抗力を測定した。
なお、前述した各種配合剤以外の配合剤として、以下に示すものを使用した。
<エポキシ樹脂(A)>
A−3:エポライト400P(共栄社化学製、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、エポキシ当量:300〜330)
<エポキシ樹脂(A)中にポリマー微粒子(B)が分散した分散物(M)>
M−4〜7:前記製造例3−4〜7で得られた分散物
Figure 2016163491
表2から、本発明の(A)成分、(B)成分、および、(C)成分を含有する実施例4〜6の硬化性樹脂組成物は、耐衝撃剥離接着性に優れることが判る。特に実施例4と実施例5の硬化性樹脂組成物は、比較的低粘度で作業性のよい組成物であった。なお、表2の硬化性樹脂組成物中に含まれる(A)成分量は、エポキシ樹脂として添加した成分と、ポリマー微粒子の分散物(M)に含まれる成分とを加算した量である。なお、本発明の(B)成分とは、所定のヒドロキシ基含有量を満足するポリマー微粒子のことを意味する。

Claims (14)

  1. エポキシ樹脂(A)100質量部に対して、コア層がジエン系ゴムであり、シェル層にヒドロキシ基を有するコアシェル構造を有するポリマー微粒子(B)1〜100質量部、ブロックドウレタン(C)1〜100質量部を含有する硬化性樹脂組成物であって、ポリマー微粒子(B)中のヒドロキシ基の含有量が、0.01〜0.8mmol/gであることを特徴とする硬化性樹脂組成物。
  2. ポリマー微粒子(B)が、ヒドロキシ基を有するモノマーと、芳香族ビニルモノマー、ビニルシアンモノマー、および(メタ)アクリレートモノマーよりなる群から選択される1種以上のモノマーとを、コア層にグラフト重合してなるシェル層を有する請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
  3. ジエン系ゴムが、ブタジエンゴム、および/または、ブタジエン−スチレンゴムである請求項1または2に記載の硬化性樹脂組成物。
  4. ブロックドウレタン(C)が、ポリアルキレングリコール構造を含むウレタンプレポリマーをブロック剤でキャップした化合物である請求項1〜3のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  5. ポリマー微粒子(B)/ブロックドウレタン(C)の質量比が、0.2〜5である請求項1〜4のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  6. エポキシ樹脂(A)がポリエポキシドの反応性希釈剤を含み、前記反応性希釈剤の量がエポキシ樹脂(A)100質量%中0.5〜20質量%である請求項1〜5のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  7. ポリマー微粒子(B)中のヒドロキシ基の含有量が、0.01〜0.4mmol/gである請求項1〜6のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  8. エポキシ樹脂(A)100質量部に対して、更に、エポキシ硬化剤(D)1〜80質量部を含有する請求項1〜7のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  9. エポキシ樹脂(A)100質量部に対して、更に、硬化促進剤(E)0.1〜10質量部を含有する請求項1〜8のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  10. ポリマー微粒子(B)が、該硬化性樹脂組成物中で1次粒子の状態で分散している請求項1〜9のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  11. 硬化性樹脂組成物の硬化後に、動的割裂抵抗力が19kN/m超である請求項1〜10のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  12. 請求項1〜11のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物。
  13. 請求項1〜11のいずれかに記載の一液型硬化性樹脂組成物。
  14. 請求項1〜11のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物を用いてなる構造接着剤。
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