JPWO2019069866A1 - 硬化性組成物 - Google Patents

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Abstract

硬化後の硬化物が高強度、高剛性かつ柔軟性を有する硬化性組成物および該組成物を硬化させた硬化物が提供される。1つの末端に1つより多い反応性ケイ素基を有するポリオキシアルキレン(A)、反応性ケイ素基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)、及び、三級アミンを有するエポキシ樹脂硬化剤(D)を含むA剤と、エポキシ樹脂(C)、及び、シラノール縮合触媒(E)、を含むB剤、を含み、ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の重量比が95:5〜50:50であり、(A)と(B)の合計:エポキシ樹脂(C)の重量比が90:10〜50:50である多液型の硬化性組成物。

Description

本発明は、多液型の硬化性組成物に関する。
車輌、航空機、鉄道では軽量化のため構造部材として鉄鋼以外のアルミ、マグネシウム、炭素繊維複合材料などの軽量材への置換が進んでおり、1つの車体に複数の材料が使われるマルチマテリアル化が増えてきている。異種材接合にはスポット溶接やレーザー溶接では困難なこともあることから、接着剤を用いる接着接合が注目されている。鋼板、アルミ合金、繊維強化複合材はそれぞれ線膨張係数が異なるため、当該接着剤には熱歪みに追従できる柔軟性が求められる。このため高剛性であるエポキシ樹脂は不利なことがあるため、新たな構造接着剤として弾性率が高くかつ柔軟である材料が必要とされている。
接着剤として、高い破断時強度と柔軟性を兼ね備えた反応性ケイ素基含有ポリオキシアルキレンとエポキシ樹脂からなる組成物が知られているが(特許文献1)、構造部材の接着剤としては、強度が十分ではない場合があった。
また、反応性ケイ素基含有ポリオキシアルキレンとして、1つの末端に1つより多い反応性ケイ素基を有するポリオキシアルキレンを使用すると、強度が向上することが知られており、エポキシ樹脂との組み合わせ(特許文献2)、反応性ケイ素基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体との組み合わせ(特許文献3)、エポキシ樹脂、反応性ケイ素基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体との組み合わせ(特許文献4)についても知られている。しかし、構造接着剤として求められる、高い剛性と、熱歪みに追従できる柔軟性を兼ね備えた硬化物を得ることは容易ではない。
特開平02−214759号公報 特開2015−105324号公報 国際公開第2013/180203号 特開2017−019908号公報
本発明によって、構造接着剤として用いることができる、硬化後の硬化物が高強度、高剛性かつ柔軟性を有する硬化性組成物および該組成物を硬化させた硬化物を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の発明を完成させた。
すなわち本発明は、
(1).1つの末端に1つより多い反応性ケイ素基を有するポリオキシアルキレン(A)、反応性ケイ素基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)、及び、三級アミンを有するエポキシ樹脂硬化剤(D)を含むA剤と、エポキシ樹脂(C)、及び、シラノール縮合触媒(E)、を含むB剤、を含む多液型の硬化性組成物であって、ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の重量比が95:5〜50:50であり、ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の合計:エポキシ樹脂(C)の重量比が90:10〜50:50である多液型の硬化性組成物、
(2).ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の重量比が70:30〜50:50である(1)に記載の多液型の硬化性組成物、
(3).ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の合計:エポキシ樹脂(C)の重量比が80:20〜60:40である(1)または(2)に記載の多液型の硬化性組成物、
(4).三級アミンを有するエポキシ樹脂硬化剤(D)が、芳香族アミンである(1)〜(3)のいずれか1に記載の多液型の硬化性組成物、
(5).三級アミンを有するエポキシ樹脂硬化剤(D)が、アミノ基を3つ以上有する(1)〜(4)のいずれか1に記載の多液型の硬化性組成物、
(6).B剤に水(F)をさらに含む(1)〜(5)のいずれか1に記載の多液型の硬化性組成物、
(7).ポリオキシアルキレン(A)の末端部位が、一般式(1):
Figure 2019069866

(式中、R,Rはそれぞれ独立に2価の炭素数1〜6の結合基であり、R,Rに隣接するそれぞれの炭素原子と結合する原子は、炭素、酸素、窒素のいずれかである。R,Rはそれぞれ独立に水素、または炭素数1から10の炭化水素基である。nは1から10の整数である。Rはそれぞれ独立に、ヘテロ含有基を有しても良い炭素数1から20の置換又は非置換の炭化水素基である。Yは水酸基または加水分解性基である。aは1、2、3のいずれかである。)で表される構造を有する(1)〜(6)のいずれか1に記載の多液型の硬化性組成物、
(8).一般式(1)のRがCHOCH、RがCHである(7)に記載の多液型の硬化性組成物、
(9).一般式(1)のR、Rが水素原子である(7)または(8)に記載の多液型の硬化性組成物、
(10).(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)が、アルキルの炭素数が1〜3である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上含有する重合体を含有する(1)〜(9)のいずれか1に記載の多液型の硬化性組成物、
(11).(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)が、アルキルの炭素数が1〜3である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上含有する重合体、および、アルキルの炭素数が4〜30である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上含有する重合体を含有し、両者を配合してなるものである、(1)〜(9)のいずれか1に記載の多液型の硬化性組成物、
(12).(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)が、アルキルの炭素数が1〜3である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上およびアルキルの炭素数が4〜30である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上含有する重合体を含有する、(1)〜(9)のいずれか1に記載の多液型の硬化性組成物、
(13).(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の反応性ケイ素基当量が0.6mmol/g以上1.0mmol/g以下である(1)〜(12)のいずれか1に記載の多液型の硬化性組成物、
(14).A剤とB剤からなる2液型の硬化性組成物である、(1)〜(13)のいずれか1に記載の多液型の硬化性組成物、
(15).(1)〜(14)のいずれか1に記載の多液型の硬化性組成物からなる構造用接着剤、
(16).(1)〜(15)のいずれか1に記載の多液型の硬化性組成物を硬化させて得られる硬化物、
に関する。
本発明によって、硬化後の硬化物が高強度、高剛性かつ柔軟性を有する硬化性組成物および該組成物を硬化させた硬化物が得られる。これによって、構造接着剤として有用な接着剤が得られる。
本発明は、1つの末端に1つより多い反応性ケイ素基を有するポリオキシアルキレン(A)、反応性ケイ素基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)、及び、三級アミンを有するエポキシ樹脂硬化剤(D)を含むA剤と、
エポキシ樹脂(C)、及び、シラノール縮合触媒(E)、を含むB剤、
を含む多液型の硬化性組成物であって、
ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の重量比が95:5〜50:50であり、ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の合計:エポキシ樹脂(C)の重量比が90:10〜50:50である多液型の硬化性組成物である。
上記の構成の硬化性組成物によって、高剛性と柔軟性を有する硬化物が得られる。
<<1つの末端に1つより多い反応性ケイ素基を有するポリオキシアルキレン(A)>>
本発明の1つの末端に1つより多い反応性ケイ素基を有するポリオキシアルキレン(A)(「ポリオキシアルキレン(A)」ともいう)は、1つの末端に1つより多い反応性ケイ素基を有する。
ポリオキシアルキレンが1つの末端に1つより多い反応性ケイ素基を有するとは、1つの末端に平均して1つより多い反応性ケイ素基を有することを意味し、ポリオキシアルキレン(A)として、1つの末端部位に2個以上の反応性ケイ素基を含有するポリオキシアルキレンが含まれていることを示している。すなわち、ポリオキシアルキレン(A)は、1つの末端部位に2個以上の反応性ケイ素基を含有するポリオキシアルキレンのみを含むものであってもよいし、1つの末端部位に2個以上の反応性ケイ素基を含有するポリオキシアルキレンと、1つの末端部位に1個の反応性ケイ素基を含有するポリオキシアルキレンの両方を含むものであってもよい。また、1分子のポリオキシアルキレンが有する複数の末端に、2個以上の反応性ケイ素基を含有する末端と、1個の反応性ケイ素基を含有する末端の双方があってもよい。さらに、ポリオキシアルキレン(A)は、1つの末端に平均して1つより多い反応性ケイ素基を有する限り、反応性ケイ素基を有さない末端部位を含有するポリオキシアルキレンを含むものであってもよい。
本発明における末端とは、重合体分子鎖における鎖末端およびその近傍構造を含む。より具体的には、重合体分子鎖を構成する結合原子のうち末端から20%、より好ましくは10%にあたる個数の原子上に置換する基と定義してもよい。また、結合原子数で表現すると、末端部位とは、重合体分子鎖の末端から30原子、より好ましくは20原子までを末端部位と定義してもよい。
<反応性ケイ素基>
ポリオキシアルキレン(A)の反応性ケイ素基は、1つの末端に平均して1.0個より多く有していれば良いが、1.1個以上であることが好ましく、1.5個以上であることがより好ましく、2.0個以上であることがさらに好ましい。また、上限は5個以下であることが好ましく、3個以下であることがより好ましい。
ポリオキシアルキレン(A)1分子中に含まれる、1個より多くの反応性ケイ素基を有する末端部位の数は、平均して0.5個以上であることが好ましく、1.0個以上であることがより好ましく、1.1個以上であることがさらに好ましく、1.5個以上であることが最も好ましい。上限は、4個以下であることが好ましく、3個以下であることがより好ましい。
ポリオキシアルキレン(A)は、末端部位以外に反応性ケイ素基を有しても構わないが、末端部位にのみ反応性ケイ素基を有することが、高伸びで、低弾性率を示すゴム状硬化物が得られやすくなるため好ましい。
ポリオキシアルキレン(A)の末端構造は一般式(1):
Figure 2019069866

(式中、R,Rはそれぞれ独立に2価の炭素数1〜6の結合基であり、R,Rに隣接するそれぞれの炭素原子と結合する原子は、炭素、酸素、窒素のいずれかである。R,Rはそれぞれ独立に水素、または炭素数1から10の炭化水素基である。nは1から10の整数である。Rはそれぞれ独立に、ヘテロ含有基を有しても良い炭素数1から20の置換又は非置換の炭化水素基である。Yは水酸基または加水分解性基である。aは1、2、3のいずれかである。)であることが好ましく、一般式(1)のRがCHOCH、RがCHであることがより好ましく、R、Rが水素原子であることがさらに好ましい。
としては、2価の炭素数1〜6の有機基であってよく、例えば、CHOCH、CHO、CHを挙げることができるが、好ましくは、CHOCHである。
、Rとしては、例えば、水素原子、メチル基、エチル基を挙げることができるが、好ましくは、水素原子、メチル基であり、より好ましくは水素原子である。
としては、例えば、CH、CHCHを挙げることができるが、好ましくは、CHである。
としては、メチル基、エチル基、クロロメチル基、メトキシメチル基、N,N−ジエチルアミノメチル基、を挙げることができるが、好ましくは、メチル基、エチル基、クロロメチル基、メトキシメチル基であり、より好ましくは、メチル基、メトキシメチル基である。
Yとしては、例えば、水酸基、ハロゲン、アルコキシ基、アシルオキシ基、ケトキシメート基、アミノ基、アミド基、酸アミド基、アミノオキシ基、メルカプト基、アルケニルオキシ基などがあげられる。これらの中では、加水分解性が穏やかで取扱いやすいことからメトキシ基、エトキシ基などのアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基が特に好ましい。
ポリオキシアルキレン(A)が有する反応性ケイ素基(SiR 3−a)としては、具体的には、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基、トリス(2−プロペニルオキシ)シリル基、トリアセトキシシリル基、ジメトキシメチルシリル基、ジエトキシメチルシリル基、ジメトキシエチルシリル基、(クロロメチル)ジメトキシシリル基、(クロロメチル)ジエトキシシリル基、(メトキシメチル)ジメトキシシリル基、(メトキシメチル)ジエトキシシリル基、(N,N−ジエチルアミノメチル)ジメトキシシリル基、(N,N−ジエチルアミノメチル)ジエトキシシリル基などがあげられるが、これらに限定されない。これらの中では、メチルジメトキシシリル基、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基、(クロロメチル)ジメトキシシリル基、(メトキシメチル)ジメトキシシリル基、(メトキシメチル)ジエトキシシリル基、(N,N−ジエチルアミノメチル)ジメトキシシリル基が高い活性を示し、良好な機械物性を有する硬化物が得られるため好ましく、ヤング率の高い硬化物が得られることから、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基がより好ましい。
<主鎖構造>
ポリオキシアルキレン(A)の主鎖骨格には特に制限はなく、例えば、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシブチレン、ポリオキシテトラメチレン、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン共重合体、ポリオキシプロピレン−ポリオキシブチレン共重合体などが挙げられる。その中でも、ポリオキシプロピレンが好ましい。
ポリオキシアルキレン(A)の数平均分子量はGPCにおけるポリスチレン換算分子量において3,000〜100,000、より好ましくは3,000〜50,000であり、特に好ましくは3,000〜30,000である。数平均分子量が3,000未満では、反応性ケイ素基の導入量が多くなり、製造コストの点で不都合になる場合があり、100,000を越えると、高粘度となる為に作業性の点で不都合な傾向がある。
ポリオキシアルキレン(A)の分子量としては、反応性ケイ素基導入前の有機重合体前駆体を、JIS K 1557の水酸基価の測定方法と、JIS K 0070に規定されたよう素価の測定方法の原理に基づいた滴定分析により、直接的に末端基濃度を測定し、有機重合体の構造(使用した重合開始剤によって定まる分岐度)を考慮して求めた末端基換算分子量で示すことも出来る。ポリオキシアルキレン(A)の末端基換算分子量は、有機重合体前駆体の一般的なGPC測定により求めた数平均分子量と上記末端基換算分子量の検量線を作成し、ポリオキシアルキレン(A)のGPCにより求めた数平均分子量を末端基換算分子量に換算して求めることも可能である。
ポリオキシアルキレン(A)の分子量分布(Mw/Mn)は特に限定されないが、狭いことが好ましく、2.0未満が好ましく、1.6以下がより好ましく、1.5以下がさらに好ましく、1.4以下が特に好ましい。ポリオキシアルキレン(A)の分子量分布はGPC測定により得られる数平均分子量と重量平均分子量から求めることが出来る。
また、本発明のポリオキシアルキレン(A)は末端に反応性ケイ素基を局在化させてあることが好ましいため、主鎖構造は直鎖状であることが好ましい。
<ポリオキシアルキレン(A)の合成方法>
次に、ポリオキシアルキレン(A)の合成方法について説明する。
ポリオキシアルキレン(A)は、重合によって得られた水酸基末端重合体の1つの末端に2個以上の炭素−炭素不飽和結合を導入した後、炭素−炭素不飽和結合と反応する反応性ケイ素基含有化合物を反応させて得ることが好ましい。
以下に上記好ましい合成方法について説明する。
(重合)
ポリオキシアルキレン(A)は、亜鉛ヘキサシアノコバルテートグライム錯体等の複合金属シアン化物錯体触媒を用いた、水酸基を有する開始剤にエポキシ化合物を重合させる方法が好ましい。
水酸基を有する開始剤としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、低分子量のポリプロピレングリコール、ポリオキシプロピレントリオール、アリルアルコール、ポリプロピレンモノアリルエーテル、ポリプロピレンモノアルキルエーテル等の水酸基を1個以上有するものが挙げられる。
エポキシ化合物としては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、等のアルキレンオキサイド類、メチルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、等のグリシジルエーテル類、等が挙げられる。このなかでもプロピレンオキサイドが好ましい。
(炭素−炭素不飽和結合の導入)
1つの末端に2個以上の炭素−炭素不飽和結合を導入する方法としては、水酸基末端含有重合体に、アルカリ金属塩を作用させた後、先ず炭素−炭素不飽和結合を有するエポキシ化合物を反応させ、次いで炭素−炭素不飽和結合を有するハロゲン化炭化水素化合物を反応させる方法を用いるのが好ましい。この方法を用いることで、重合体主鎖の分子量や分子量分布を重合条件によって制御しつつ、さらに反応性基の導入を効率的かつ安定的に行うことが可能となる。
本発明で用いるアルカリ金属塩としては、水酸化ナトリウム、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、水酸化カリウム、カリウムメトキシド、カリウムエトキシドが好ましく、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシドがより好ましい。入手性の点でナトリウムメトキシドが特に好ましい。
アルカリ金属塩を作用させる際の温度としては、50℃以上150℃以下が好ましく、110℃以上140℃以下がより好ましい。アルカリ金属塩を作用させる際の時間としては、10分以上5時間以下が好ましく、30分以上3時間以下がより好ましい。
本発明で用いる炭素−炭素不飽和結合を有するエポキシ化合物として、特に一般式(2):
Figure 2019069866

(式中のR、Rは上記と同じである。)で表される化合物が好適に使用できる。具体的には、アリルグリシジルエーテル、メタリルグリシジルエーテル、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、ブタジエンモノオキシド、1,4−シクロペンタジエンモノエポキシドが反応活性の点から好ましく、アリルグリシジルエーテルが特に好ましい。
本発明で用いる炭素−炭素不飽和結合を有するエポキシ化合物の添加量は、重合体に対する炭素−炭素不飽和結合の導入量や反応性を考慮して任意の量を使用できる。特に、重合体に含有される水酸基に対するモル比が、下限は0.2以上であることが好ましく、0.5以上がより好ましい。上限は、5.0以下であることが好ましく、2.0以下であることがより好ましい。
本発明において、水酸基を含有する重合体に対し炭素−炭素不飽和結合を有するエポキシ化合物を開環付加反応させる際の反応温度は、反応温度は60℃以上、150℃以下であることが好ましく、110℃以上、140℃以下であることがより好ましい。
本発明で用いる炭素−炭素不飽和結合を有するハロゲン化炭化水素化合物としては、塩化ビニル、塩化アリル、塩化メタリル、臭化ビニル、臭化アリル、臭化メタリル、ヨウ化ビニル、ヨウ化アリル、ヨウ化メタリルなどが挙げられ、取り扱いの容易さから塩化アリル、塩化メタリルを用いることがより好ましい。
上記の炭素−炭素不飽和結合を有するハロゲン化炭化水素化合物の添加量は、特に制限はないが、ポリオキシアルキレン系重合体に含有される水酸基に対するモル比が、下限が0.7以上となることが好ましく、1.0以上がより好ましい。上限は5.0以下となることが好ましく、2.0以下がより好ましい。
炭素−炭素不飽和結合を有するハロゲン化炭化水素化合物を反応させる際の温度としては、50℃以上150℃以下が好ましく、110℃以上140℃以下がより好ましい。反応時間としては、10分以上5時間以が好ましく、30分以上3時間以下がより好ましい。
(反応性ケイ素基の導入)
反応性ケイ素基の導入方法は特に限定されず、公知の方法を利用することができる。以下に導入方法を例示する。
(i)炭素−炭素不飽和結合を有する重合体に対してヒドロシラン化合物をヒドロシリル化反応により付加させる方法。
(ii)炭素−炭素不飽和結合を有する重合体と、炭素−炭素不飽和結合と反応して結合を形成し得る基および反応性ケイ素基の両方を有する化合物(シランカップリング剤とも呼ばれる)とを反応させる方法。炭素−炭素不飽和結合と反応して結合を形成し得る基としてはメルカプト基などが挙げられるがこれに限らない。
(i)の方法は、反応が簡便で、反応性ケイ素基の導入量の調整や、得られる反応性ケイ素基含有ポリオキシアルキレン系重合体(A)の物性が安定であるため好ましい。(ii)の方法は反応の選択肢が多く、反応性ケイ素基導入率を高めることが容易で好ましい。
(i)の方法で使用されるヒドロシラン化合物の一部を例示する。トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリス(2−プロペニルオキシ)シラン、トリアセトキシシラン、ジメトキシメチルシラン、ジエトキシメチルシラン、ジメトキシエチルシラン、(クロロメチル)ジメトキシシラン、(クロロメチル)ジエトキシシラン、(メトキシメチル)ジメトキシシラン、(メトキシメチル)ジエトキシシラン、(N,N−ジエチルアミノメチル)ジメトキシシラン、(N,N−ジエチルアミノメチル)ジエトキシシランなどが挙げられる。
ヒドロシラン化合物の使用量としては、前駆体である重合体中の炭素−炭素不飽和結合に対するモル比(ヒドロシランのモル数/炭素−炭素不飽和結合のモル数)が、0.05から10が反応性の点から好ましく、0.3から2が経済性の点からより好ましい。
ヒドロシリル化反応は、各種触媒によって加速される。ヒドロシリル化触媒としては、コバルト、ニッケル、イリジウム、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムなどの各種錯体といった公知の触媒を用いればよい。例えば、アルミナ、シリカ、カーボンブラックなどの担体に白金を担持させたもの、塩化白金酸;塩化白金酸とアルコールやアルデヒドやケトンなどとからなる塩化白金酸錯体;白金−オレフィン錯体[例えばPt(CH=CH(PPh)、Pt(CH=CHCl];白金−ビニルシロキサン錯体[Pt{(vinyl)MeSiOSiMe(vinyl)}、Pt{Me(vinyl)SiO}];白金−ホスフィン錯体[Ph(PPh、Pt(PBu];白金−ホスファイト錯体[Pt{P(OPh)]などを用いることができる。反応効率の点から、塩化白金酸、白金ビニルシロキサン錯体などの白金触媒を使用することが好ましい。
<<反応性ケイ素基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)>>
反応性ケイ素基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)(「(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)」ともいう)の主鎖を構成する(メタ)アクリル酸エステル系モノマーとしては特に限定されず、各種のものを用いることができる。具体的には、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸tert−ブチル、(メタ)アクリル酸n−ペンチル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸n−ヘプチル、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸トルイル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸3−メトキシブチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸(3−トリメトキシシリル)プロピル、(メタ)アクリル酸(3−ジメトキシメチルシリル)プロピル、(メタ)アクリル酸(2−トリメトキシシリル)エチル、(メタ)アクリル酸(2−ジメトキシメチルシリル)エチル、(メタ)アクリル酸トリメトキシシリルメチル、(メタ)アクリル酸(ジメトキシメチルシリル)メチル、(メタ)アクリル酸のエチレンオキサイド付加物、(メタ)アクリル酸トリフルオロメチルメチル、(メタ)アクリル酸2−トリフルオロメチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチル−2−パーフルオロブチルエチル、(メタ)アクリル酸パーフルオロエチル、(メタ)アクリル酸トリフルオロメチル、(メタ)アクリル酸ビス(トリフルオロメチル)メチル、(メタ)アクリル酸2−トリフルオロメチル−2−パーフルオロエチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロヘキシルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロデシルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロヘキサデシルエチル等の(メタ)アクリル酸系モノマーが挙げられる。
上記以外の単量体単位としては、たとえば、アクリル酸、メタクリル酸等のアクリル酸;N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド等の、アミド基を含む単量体、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート等の、エポキシ基を含む単量体、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート等の、窒素含有基を含む単量体等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)は、(メタ)アクリル酸エステル系モノマーと、これと共重合可能なビニル系モノマーを共重合して得られる重合体を使用することもできる。ビニル系モノマーとしては、特に限定されず、例えば、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン、クロルスチレン、スチレンスルホン酸及びその塩などのスチレン系モノマー;パーフルオロエチレン、パーフルオロプロピレン、フッ化ビニリデンなどのフッ素含有ビニル系モノマー;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランなどのケイ素含有ビニル系モノマー;無水マレイン酸、マレイン酸、マレイン酸のモノアルキルエステル及びジアルキルエステル;フマル酸、フマル酸のモノアルキルエステル及びジアルキルエステル;マレイミド、メチルマレイミド、エチルマレイミド、プロピルマレイミド、ブチルマレイミド、ヘキシルマレイミド、オクチルマレイミド、ドデシルマレイミド、ステアリルマレイミド、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミドなどのマレイミド系モノマー;アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのニトリル基含有ビニル系モノマー;アクリルアミド、メタクリルアミドなどのアミド基含有ビニル系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、安息香酸ビニル、桂皮酸ビニルなどのビニルエステル系モノマー;エチレン、プロピレンなどのアルケニル系モノマー;ブタジエン、イソプレンなどの共役ジエン系モノマー;塩化ビニル、塩化ビニリデン、塩化アリル、アリルアルコールなどがあげられ、これらは、複数を共重合成分として使用することも可能である。
前記モノマー類から得られる(メタ)アクリル酸エステル系重合体のなかでも、スチレン系モノマー及び(メタ)アクリル酸系モノマーからなる共重合体が、物性が優れることから好ましく、アクリル酸エステルモノマー及びメタクリル酸エステルモノマーからなる(メタ)アクリル酸エステル系重合体がより好ましく、アクリル酸エステルモノマーからなるアクリル酸エステル系重合体が特に好ましい。
(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)は、一般式(3)で表される反応性ケイ素基を有する。
−SiR 3−a (3)
(式中、R、Y、aは上記と同じ。)
としては、メチル基、エチル基、クロロメチル基、メトキシメチル基、N,N−ジエチルアミノメチル基、を挙げることができるが、好ましくは、メチル基、エチル基、である。
Yとしては、例えば、水酸基、水素、ハロゲン、アルコキシ基、アシルオキシ基、ケトキシメート基、アミノ基、アミド基、酸アミド基、アミノオキシ基、メルカプト基、アルケニルオキシ基などがあげられる。これらの中では、加水分解性が穏やかで取扱いやすいことからメトキシ基、エトキシ基などのアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基が特に好ましい。
(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)が有する反応性ケイ素基(SiR 3−a)としては、具体的には、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基、トリス(2−プロペニルオキシ)シリル基、トリアセトキシシリル基、ジメトキシメチルシリル基、ジエトキシメチルシリル基、ジメトキシエチルシリル基、(クロロメチル)ジメトキシシリル基、(クロロメチル)ジエトキシシリル基、(メトキシメチル)ジメトキシシリル基、(メトキシメチル)ジエトキシシリル基、(N,N−ジエチルアミノメチル)ジメトキシシリル基、(N,N−ジエチルアミノメチル)ジエトキシシリル基などがあげられるが、これらに限定されない。これらの中では、メチルジメトキシシリル基、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基、(クロロメチル)ジメトキシシリル基、(メトキシメチル)ジメトキシシリル基、(メトキシメチル)ジエトキシシリル基、(N,N−ジエチルアミノメチル)ジメトキシシリル基が高い活性を示し、良好な機械物性を有する硬化物が得られるため好ましく、ヤング率の高い硬化物が得られることから、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基がより好ましい。
(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の反応性ケイ素基当量は特に限定はないが、0.2mmol/g以上が好ましく、0.5mmol/g以上がより好ましく、0.6mmol/g以上がさらに好ましい。前記反応性ケイ素当量の上限は2.0mmol/g以下が好ましく、硬化物の伸びの低下を抑える点から、1.0mmol/g以下がより好ましい。また、ヤング率の高い高剛性の硬化物を得るためには、前記反応性ケイ素基当量は0.6mmol/g以上、1.0mmol/g以下である事が特に好ましい。
(メタ)アクリル酸エステル系重合体に反応性ケイ素基を導入する方法は特に限定されず、たとえば、以下の方法を用いることができる。(iv)重合性不飽和基と反応性ケイ素含有基を有する化合物を、上述のモノマーとともに共重合する方法。この方法を用いると反応性ケイ素基は重合体の主鎖中にランダムに導入される傾向がある。(v)連鎖移動剤として、反応性ケイ素含有基を有するメルカプトシラン化合物を使用して(メタ)アクリル酸エステル系重合体を重合する方法。この方法を用いると、反応性ケイ素基を重合体末端に導入することができる。(vi)重合性不飽和基と反応性官能基(V基)を有する化合物を、共重合した後、反応性ケイ素基とV基に反応する官能基とを有する化合物を反応させる方法。具体的には、アクリル酸2−ヒドロキシエチルを共重合した後、反応性ケイ素含有基を有するイソシアネートシランを反応させる方法や、アクリル酸グリシジルを共重合した後、反応性ケイ素含有基を有するアミノシラン化合物を反応させる方法などが例示できる。(vii)リビングラジカル重合法によって合成した(メタ)アクリル酸エステル系重合体の末端官能基を変性して、反応性ケイ素基を導入する方法。リビングラジカル重合法によって得られる(メタ)アクリル酸エステル系重合体は重合体末端に官能基を導入しやすく、これを変性することで重合体末端に反応性ケイ素基を導入することができる。
上記の方法を用いて(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の反応性ケイ素基を導入するために使用できるケイ素化合物としては、以下の化合物が例示できる。方法(iv)で使用する重合性不飽和基と反応性ケイ素基を有する化合物としては、(メタ)アクリル酸3−(ジメトキシメチルシリル)プロピル、(メタ)アクリル酸3−(トリメトキシシリル)プロピル、(メタ)アクリル酸3−(トリエトキシシリル)プロピル、(メタ)アクリル酸(ジメトキシメチルシリル)メチル、(メタ)アクリル酸(トリメトキシシリル)メチル、(メタ)アクリル酸(トリエトキシシリル)メチル、(メタ)アクリル酸3−((メトキシメチル)ジメトキシシリル)プロピルなどが挙げられる。入手性の観点から、(メタ)アクリル酸3−(ジメトキシメチルシリル)プロピル、(メタ)アクリル酸3−(トリメトキシシリル)プロピルが特に好ましい。
方法(v)で使用する反応性ケイ素含有基を有するメルカプトシラン化合物としては、3−メルカプトプロピルジメトキシメチルシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、(メルカプトメチル)ジメトキシメチルシラン、(メルカプトメチル)トリメトキシシラン、などが挙げられる。
方法(vi)で使用する反応性ケイ素基とV基に反応する官能基を有する化合物としては、3−イソシアネートプロピルジメトキシメチルシラン、3−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、イソシアネートメチルジメトキシメチルシラン、イソシアネートメチルトリメトキシシラン、イソシアネートメチルトリエトキシシランなどのイソシアネートシラン化合物;3−グリシドキシプロピルジメトキシメチルシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、グリシドキシメチルトリメトキシシラン、グリシドキシメチルジメトキシメチルシラン、グリシドキシメチルトリエトキシシランなどのエポキシシラン化合物;3−アミノプロピルジメトキシメチルシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、アミノメチルジメトキシメチルシラン、アミノメチルトリメトキシシラン、アミノメチルトリエトキシシラン、N−シクロヘキシルアミノメチルジメトキシメチルシラン、N−シクロヘキシルアミノメチルトリメトキシシラン、N−シクロヘキシルアミノメチルトリエトキシシラン、などのアミノシラン化合物などが挙げられる。
上記(vii)の方法では、任意の変性反応を利用できるが、例えば、重合によって得られた末端反応性基と反応し得る官能基とケイ素基を有する化合物を用いる方法や、末端反応性基と反応し得る官能基と二重結合を有する化合物を用いて重合体末端に二重結合を導入し、これにヒドロシリル化等で反応性ケイ素基を導入する方法などが使用できる。
なお、これらの方法は任意に組合せて用いてもよい。例えば方法(vi)と方法(v)を組合わせると、分子鎖末端および/または側鎖の両方に反応性ケイ素基を有する(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)を得ることができる。
(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)が、アルキルの炭素数が1〜3である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上含有する重合体を含有することが高剛性となるため好ましく、さらに、アルキルの炭素数が4〜30である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上含有する重合体も含有し、両者を配合してなるものであることが剛性、伸び、強度が向上するため好ましい。
また、(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)が、アルキルの炭素数が1〜3である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上およびアルキルの炭素数が4〜30である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上含有する単量体混合物を共重合した重合体を含有する事でも剛性、伸び、強度が向上するため好ましい。
(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の単量体組成は、用途、目的により選択することができ、強度を必要とする用途では、ガラス転位温度(Tg)が比較的高いものが好ましく、0℃以上200℃以下が好ましく、20℃以上100℃以下のTgを有するものがより好ましい。なおTgは下記Foxの式より求められる。
Foxの式:
1/(Tg(K))=Σ(Mi/Tgi)
(式中、Miは重合体を構成する単量体i成分の重量分率、Tgiは単量体iのホモポリマーのガラス転移温度(K)を表す。)。
(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の数平均分子量は特に限定されないが、GPC測定によるポリスチレン換算分子量で、500〜50,000が好ましく、500〜30,000がより好ましく、1,000〜10,000が特に好ましい。
(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)とポリオキシアルキレン(A)をブレンドする方法は、特開昭59−122541号、特開昭63−112642号、特開平6−172631号、特開平11−116763号公報等に提案されている。他にも、反応性ケイ素基を有するポリオキシプロピレン系重合体の存在下で(メタ)アクリル酸エステル系単量体の重合を行う方法が利用できる。
ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の重量比(A):(B)は95:5〜50:50である。この範囲であることによって柔軟性と高いせん断接着強度を示す硬化物が得られる。さらに(A):(B)が70:30〜50:50であることが高剛性と柔軟性を両立する点で好ましい。
<<エポキシ樹脂(C)>>
エポキシ樹脂(C)としてはエピクロルヒドリン−ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エピクロルヒドリン−ビスフェノールF型エポキシ樹脂、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、ノボラック型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA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、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−アミノフェノール系エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン系エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、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、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル、グリセリンなどのごとき多価アルコールのグリシジルエーテル、ヒダントイン型エポキシ樹脂、石油樹脂などのごとき不飽和重合体のエポキシ化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うる。エポキシ基を少なくとも分子中に2個含有するエポキシ樹脂が、硬化に際し反応性が高く、また硬化物が3次元的網目をつくりやすいなどの点から好ましい。さらに好ましいものとしてはビスフェノールA型エポキシ樹脂類またはノボラック型エポキシ樹脂などがあげられる。
エポキシ樹脂(C)の使用量は、ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の合計と、エポキシ樹脂(C)の比(A+B):(C)が90:10〜50:50になるように用いる。(A+B)が90%より大きくなると強度が低下し、50%より小さくなると柔軟性が低下し、硬くなりすぎる。さらに、80:20〜60:40である事が柔軟性と強度のバランスの点で好ましい。
<<三級アミンを有するエポキシ樹脂硬化剤(D)>>
エポキシ樹脂(C)を硬化させる硬化剤としては、三級アミンを有するエポキシ樹脂硬化剤(D)を用いる。三級アミンを有するエポキシ樹脂硬化剤(D)を用いることによって、高剛性、高強度、高伸びの硬化物が得られる。
三級アミンを有するエポキシ樹脂硬化剤(D)としては、三級アミンを有する化合物であれば使用できる。具体的には、例えば、N,N,N’,N’−テトラメチル−1,3−ジミノプロパン、N,N,N’,N’−テトラメチル−1,6−ジミノヘキサン、N,N−ジメチルベンジルアミン、N−メチル−N−(ジメチルアミノプロピル)アミノエタノール、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、トリプロピルアミン、DBU、DBN及び、これら三級アミン類の塩類を例示することができるが、これらに限定されるものではない。また、2種以上併用してもよく、(D)成分以外の公知のエポキシ樹脂硬化剤をさらに添加しても良い。
三級アミンを有するエポキシ樹脂硬化剤(D)は、芳香族アミンである事が好ましく、アミノ基を3つ以上有することがさらに好ましい。具体的には、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノールを例示する事が出来る。
エポキシ樹脂硬化剤(D)の使用量はエポキシ樹脂(C)100重量部に対し、0.1〜50重量部であることが好ましく、0.1〜20重量部であることがより好ましく、0.5〜10重量部である事がさらに好ましい。
<<シラノール縮合触媒(E)>>
本発明では、ポリオキシアルキレン(A)および(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の反応性シリル基を縮合させる反応を促進し、重合体を鎖延長または架橋させる目的で、シラノール縮合触媒(E)を使用する。
シラノール縮合触媒(E)としては、例えば有機錫化合物、カルボン酸金属塩、アミン化合物、カルボン酸、アルコキシ金属、などが挙げられる。
有機錫化合物の具体例としては、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジオクタノエート、ジブチル錫ビス(ブチルマレエート)、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫オキサイド、ジブチル錫ビス(アセチルアセトナート)、ジオクチル錫ビス(アセチルアセトナート)、ジオクチル錫ジラウレート、ジオクチル錫ジステアレート、ジオクチル錫ジアセテート、ジオクチル錫オキサイド、ジブチル錫オキサイドとシリケート化合物との反応物、ジオクチル錫オキサイドとシリケート化合物との反応物、ジブチル錫オキサイドとフタル酸エステルとの反応物などが挙げられる。
カルボン酸金属塩の具体例としては、カルボン酸錫、カルボン酸ビスマス、カルボン酸チタン、カルボン酸ジルコニウム、カルボン酸鉄、などが挙げられる。カルボン酸金属塩としては下記のカルボン酸と各種金属を組み合わせることができる。
アミン化合物の具体例としては、オクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、ラウリルアミン、ステアリルアミン、などのアミン類;ピリジン、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン−7(DBU)、1,5−ジアザビシクロ[4,3,0]ノネン−5(DBN)、などの含窒素複素環式化合物;グアニジン、フェニルグアニジン、ジフェニルグアニジンなどのグアニジン類;ブチルビグアニド、1−o−トリルビグアニドや1−フェニルビグアニドなどのビグアニド類;アミノ基含有シランカップリング剤;ケチミン化合物などが挙げられる。
カルボン酸の具体例としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、2−エチルヘキサン酸、ラウリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、ネオデカン酸、バーサチック酸などが挙げられる。
アルコキシ金属の具体例としては、テトラブチルチタネートチタンテトラキス(アセチルアセトナート)、ジイソプロポキシチタンビス(エチルアセトセテート)などのチタン化合物や、アルミニウムトリス(アセチルアセトナート)、ジイソプロポキシアルミニウムエチルアセトアセテートなどのアルミニウム化合物類、ジルコニウムテトラキス(アセチルアセトナート)などのジルコニウム化合物類が挙げられる。
シラノール縮合触媒(E)の使用量としては、ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の合計100重量部に対して、0.001〜20重量部が好ましく、更には0.01〜15重量部がより好ましく、0.01〜10重量部が特に好ましい。
<<水(F)>>
本発明の組成物のB剤に、水(F)を添加しても良い。水を添加することにより、A剤とB剤を混合させたときにポリオキシアルキレン(A)、(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の硬化が促進される。
水(F)の添加量は、ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の合計100重量部に対して、0.1〜10重量部が好ましく、0.1〜5重量部がより好ましく、0.1〜2重量部がさらに好ましい。
本発明の組成物は、A剤及びB剤に加えて、水(F)を含むC剤を含むものであってもよい。この場合、本発明の組成物は3液型のものとなる。
<<その他の添加剤>>
本発明の組成物には、ポリオキシアルキレン(A)、(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)、エポキシ樹脂(C)、エポキシ樹脂硬化剤(D)、シラノール縮合触媒(E)、水(F)の他に、添加剤として、充填剤、接着性付与剤、タレ防止剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、粘着付与樹脂、その他の樹脂、を添加しても良い。また、本発明の硬化性組成物には、硬化性組成物又は硬化物の諸物性の調整を目的として、必要に応じて各種添加剤を添加してもよい。このような添加物の例としては、たとえば、可塑剤、溶剤、希釈剤、光硬化性物質、酸素硬化性物質、表面性改良剤、シリケート、硬化性調整剤、ラジカル禁止剤、金属不活性化剤、オゾン劣化防止剤、リン系過酸化物分解剤、滑剤、顔料、防かび剤、難燃剤、発泡剤などがあげられる。
<充填剤>
本発明の組成物には、種々の充填剤を配合することができる。充填剤としては、重質炭酸カルシウム、膠質炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイソウ土、クレー、タルク、酸化チタン、ヒュームドシリカ、沈降性シリカ、結晶性シリカ、溶融シリカ、無水ケイ酸、含水ケイ酸、カーボンブラック、酸化第二鉄、アルミニウム微粉末、酸化亜鉛、活性亜鉛華、PVC粉末、PMMA粉末、ガラス繊維およびフィラメント等が挙げられる。
充填剤の使用量は、ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の合計100重量部に対して、1〜300重量部が好ましく、特に10〜250重量部が好ましい。
組成物の軽量化(低比重化)の目的で、有機バルーン、無機バルーンを添加してもよい。
<接着性付与剤>
本発明の組成物には、接着性付与剤を添加することができる。
接着性付与剤としては、シランカップリング剤、シランカップリング剤の反応物を添加することができる。
シランカップリング剤の具体例としては、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、(2−アミノエチル)アミノメチルトリメトキシシランなどのアミノ基含有シラン類;γ−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルメチルジメトキシシラン、α−イソシアネートメチルトリメトキシシラン、α−イソシアネートメチルジメトキシメチルシラン等のイソシアネート基含有シラン類;γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン等のメルカプト基含有シラン類;γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等のエポキシ基含有シラン類、が挙げられる。
上記接着性付与剤は1種類のみで使用しても良いし、2種類以上混合使用しても良い。また、各種シランカップリング剤の反応物も使用できる。
シランカップリング剤の使用量は、ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の合計100重量部に対して、0.1〜20重量部が好ましく、特に0.5〜10重量部が好ましい。
<タレ防止剤>
本発明の組成物には、必要に応じてタレを防止し、作業性を良くするためにタレ防止剤を添加しても良い。また、タレ防止剤としては特に限定されないが、例えば、ポリアミドワックス類;水添ヒマシ油誘導体類;ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸バリウム等の金属石鹸類等が挙げられる。これらタレ防止剤は単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。
タレ防止剤の使用量は、ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の合計100重量部に対して、0.1〜20重量部が好ましい。
<酸化防止剤>
本発明の組成物には、酸化防止剤(老化防止剤)を使用することができる。酸化防止剤を使用すると硬化物の耐候性を高めることができる。酸化防止剤としてはヒンダードフェノール系、モノフェノール系、ビスフェノール系、ポリフェノール系が例示できる。酸化防止剤の具体例は特開平4−283259号公報や特開平9−194731号公報にも記載されている。
酸化防止剤の使用量は、ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の合計100重量部に対して、0.1〜10重量部が好ましく、特に0.2〜5重量部が好ましい。
<光安定剤>
本発明の組成物には、光安定剤を使用することができる。光安定剤を使用すると硬化物の光酸化劣化を防止できる。光安定剤としてベンゾトリアゾール系、ヒンダードアミン系、ベンゾエート系化合物等が例示できるが、特にヒンダードアミン系が好ましい。
光安定剤の使用量は、ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の合計100重量部に対して、0.1〜10重量部が好ましく、特に0.2〜5重量部が好ましい。
<紫外線吸収剤>
本発明の組成物には、紫外線吸収剤を使用することができる。紫外線吸収剤を使用すると硬化物の表面耐候性を高めることができる。紫外線吸収剤としてはベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、サリチレート系、置換トリル系及び金属キレート系化合物等が例示できるが、特にベンゾトリアゾール系が好ましく、市販名チヌビンP、チヌビン213、チヌビン234、チヌビン326、チヌビン327、チヌビン328、チヌビン329、チヌビン571(以上、BASF製)が挙げられる。
紫外線吸収剤の使用量は、ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の合計100重量部に対して、0.1〜10重量部が好ましく、特に0.2〜5重量部が好ましい。
<粘着付与樹脂>
本発明には、基材への接着性や密着性を高める目的、あるいはその他必要に応じて粘着付与樹脂を添加できる。粘着付与樹脂としては、特に制限はなく通常使用されているものを使うことが出来る。
具体例としては、テルペン系樹脂、芳香族変性テルペン樹脂、水素添加テルペン樹脂、テルペン−フェノール樹脂、フェノール樹脂、変性フェノール樹脂、キシレン−フェノール樹脂、シクロペンタジエン−フェノール樹脂、クマロンインデン樹脂、ロジン系樹脂、ロジンエステル樹脂、水添ロジンエステル樹脂、キシレン樹脂、低分子量ポリスチレン系樹脂、スチレン共重合体樹脂、スチレン系ブロック共重合体及びその水素添加物、石油樹脂(例えば、C5炭化水素樹脂、C9炭化水素樹脂、C5C9炭化水素共重合樹脂等)、水添石油樹脂、DCPD樹脂等が挙げられる。これらは単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。
粘着付与樹脂の使用量はポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の合計100重量部に対して2〜100重量部が好ましく、5〜50重量部であることがより好ましく、5〜30重量部であることがさらに好ましい。2重量部より少ないと基材への接着、密着効果が得られにくく、また100重量部を超えると組成物の粘度が高くなりすぎ取扱いが困難となる場合がある。
<<硬化性組成物の調製>>
本発明の硬化性組成物は、A剤として、ポリオキシアルキレン(A)、アクリル酸エステル系重合体(B)、三級アミンを有するエポキシ硬化剤(D)、その他の添加剤を配合し、B剤として、エポキシ樹脂(C)、シラノール縮合触媒(E)、その他の添加剤を配合し、A剤と、B剤を使用前に混合する2成分型として調製することが好ましい。さらに、ポリオキシアルキレン(A)とアクリル酸エステル系重合体(B)の硬化性を促進させるためにB剤に水を添加しても良い。
<<用途>>
本発明の組成物は接着剤組成物としての使用に適しており、建造物・船舶・自動車・道路などのシーリング材、接着剤、粘着剤、防水材、などに使用できる。本発明の硬化性組成物を硬化して得られる硬化物は、高剛性に優れるにもかかわらず柔軟性を兼ね備えており、前記用途のなかでも、接着剤、特に構造接着剤として用いることがより好ましい。使用される用途としては、車両パネルなどの自動車部品、トラック、バスなど大型車両部品、列車車両用部品、航空機部品、船舶用部品、電機部品、各種機械部品などにおいて使用される接着剤として使用されることが好ましい。
以下に、本発明の実施例をあげて具体的に説明するが、本実施例は本発明を限定するものではない。
実施例中の数平均分子量は以下の条件で測定したGPC分子量である。
送液システム:東ソー製HLC−8120GPC
カラム:東ソー製TSK−GEL Hタイプ
溶媒:THF
分子量:ポリスチレン換算
測定温度:40℃
実施例中の末端基換算分子量は、水酸基価をJIS K 1557の測定方法により、ヨウ素価をJIS K 0070の測定方法により求め、有機重合体の構造(使用した重合開始剤によって定まる分岐度)を考慮して求めた分子量である。
実施例に示す重合体(Q)の末端1個あたりへの炭素−炭素不飽和結合の平均導入数は以下の計算式により算出した。
(平均導入数)=[ヨウ素価から求めた重合体(Q)の不飽和基濃度(mol/g)−ヨウ素価から求めた前駆重合体(P)の不飽和基濃度(mol/g)]/[水酸基価から求めた前駆重合体(P)の水酸基濃度(mol/g)]。
実施例に示す重合体(A)の末端1個あたりへのシリル基の平均導入数はNMR測定により算出した。
(合成例1)
数平均分子量が約2,000のポリオキシプロピレングリコールを開始剤とし、亜鉛ヘキサシアノコバルテートグライム錯体触媒にてプロピレンオキサイドの重合を行い、両末端に水酸基を有する数平均分子量27,900(末端基換算分子量17,700)、分子量分布Mw/Mn=1.21のポリオキシプロピレン(P−1)を得た。得られた水酸基末端ポリオキシプロピレンの水酸基に対して1.0モル当量のナトリウムメトキシドを28%メタノール溶液として添加した。真空脱揮によりメタノールを留去した後、水酸基末端ポリオキシプロピレンの水酸基に対して、1.0モル当量のアリルグリシジルエーテルを添加して130℃で2時間反応を行った。その後、0.28モル当量のナトリウムメトキシドのメタノール溶液を添加してメタノールを除去し、さらに1.79モル当量の塩化アリルを添加して末端の水酸基をアリル基に変換した。得られた未精製のアリル基末端ポリオキシプロピレン100重量部に対し、n−ヘキサン300重量部と、水300重量部を混合攪拌した後、遠心分離により水を除去した後、得られたヘキサン溶液に更に水300重量部を混合攪拌し、再度遠心分離により水を除去した後、ヘキサンを減圧脱揮により除去した。以上により、炭素−炭素不飽和結合を2個以上有する末端構造を有するポリオキシプロピレン(Q−2)を得た。重合体(Q−2)は1つの末端部位に炭素−炭素不飽和結合が平均2.0個導入されていることがわかった。
得られた1つの末端部位に炭素−炭素不飽和結合を平均2.0個有するポリオキシプロピレン(Q−2)500gに対し白金ジビニルジシロキサン錯体溶液50μlを加え、撹拌しながらトリメトキシシラン11.2gをゆっくりと滴下した。その混合溶液を90℃で2時間反応させた後、未反応のトリメトキシシランを減圧下留去する事により、2個以上のトリメトキシシリル基を有する末端構造を有する数平均分子量約28,500のポリオキシプロピレン(A−1)を得た。重合体(A−1)はトリメトキシシリル基を1つの末端に平均1.6個、一分子中に平均3.2個有することが分かった。
(合成例2)
数平均分子量が約2,000のポリオキシプロピレングリコールを開始剤とし、亜鉛ヘキサシアノコバルテートグライム錯体触媒にてプロピレンオキサイドの重合を行い、両末端に水酸基を有する数平均分子量27,900(末端基換算分子量17,700)、分子量分布Mw/Mn=1.21のポリオキシプロピレン(P−1)を得た。得られた水酸基末端ポリオキシプロピレンの水酸基に対して1.0モル当量のナトリウムメトキシドを28%メタノール溶液として添加した。真空脱揮によりメタノールを留去した後、水酸基末端ポリオキシプロピレンの水酸基に対して、1.79モル当量の塩化アリルを添加して末端の水酸基をアリル基に変換した。得られた未精製のアリル基末端ポリオキシプロピレン100重量部に対し、n−ヘキサン300重量部と、水300重量部を混合攪拌した後、遠心分離により水を除去した後、得られたヘキサン溶液に更に水300重量部を混合攪拌し、再度遠心分離により水を除去した後、ヘキサンを減圧脱揮により除去した。以上により、アリル基末端ポリオキシプロピレンを得た。
得られたアリル基末端ポリオキシプロピレン500gに対し白金ジビニルジシロキサン錯体溶液50μlを加え、撹拌しながらトリメトキシシラン7.5gをゆっくりと滴下した。その混合溶液を90℃で2時間反応させた後、未反応のトリメトキシシランを減圧下留去する事により、トリメトキシシリル基を有する数平均分子量約28,500のポリオキシプロピレン(R−1)を得た。重合体(R−1)はトリメトキシシリル基を1つの末端に平均0.8個、一分子中に平均1.6個有することが分かった。
(合成例3)
105℃に加熱したイソブチルアルコール(IBA)200g中に、メチルメタクリレート300g、2−エチルヘキシルアクリレート115g、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン46g、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン37g、およびIBA140gからなる混合物に重合開始剤としてアゾビス−2−メチルブチロニトリル11.5gを溶かした溶液を5時間かけて滴下した。その後、2時間後重合を行ない、固形分濃度60%であり数平均分子量が2300、トリメトキシシリル基を一分子中に平均1.6個有する(メタ)アクリル酸エステル共重合体(B−1)を得た。
(合成例4〜9)
表1に記載のモノマー組成を用いた以外は合成例3と同様の方法で(メタ)アクリル酸エステル共重合体(B−2)〜(B−7)を得た。
Figure 2019069866

(実施例1)
合成例1で得られた反応性シリル基含有ポリオキシプロピレン(A−1)42重量部と、合成例3で得られたメタクリル酸エステル共重合体(B−1)を固形分が28重量部となるように混合した後、IBAを加熱脱揮した。得られた混合物にエポキシ樹脂硬化剤(D)としてAncamineK54(2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール エアプロダクツ(株)製)4重量部、シランカップリング剤としてKBM−603(N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン 信越化学工業(株)社製)2重量部を混合したものをA剤、エポキシ樹脂(C)としてエピコート828(ビスフェノールA型エポキシ樹脂 三菱化学(株)製)30重量部、シラノール縮合触媒(E)としてネオスタンU−810(ジオクチル錫ジラウレート 日東化成(株)製)0.1重量部、水0.5重量部を混合したものをB剤とした。
(せん断接着強度)
3mm×25mm×100mmの鋼板を被着体に用い、A剤と、B剤を混合した硬化性組成物を厚み0.5mm、面積が25×12.5mmになるように塗布した。塗布後すぐに被着体を張り合わせ固定させた。その後23℃50%RH条件下で3日、50℃条件下で4日養生を行なった。その後、(株)島津製作所製AR−5422にて引っ張り試験を行った。テストスピードは50mm/minとした。
(ダンベル引張り物性)
A剤と、B剤を混合して厚さ約2mmのシートを作製し、その後23℃50%RH条件下で3日、50℃条件下で4日養生を行なった。シートを3号ダンベル型に打ち抜き、23℃50%RHで引っ張り強度試験を行い、50%伸長時応力(M50)、破断時の強度(TB)、破断時伸び(EB)、ヤング率を測定した。引張り強度は(株)島津製オートグラフ(AGS−J)を用い200mm/minの引張り速度で測定を行った。結果を表2に示す。
(実施例2−3、比較例1−8)
表2に示す配合に変更した以外は実施例1と同様の評価を行い、結果を表2に示す。表2中、「−」は未測定を意味する。
Figure 2019069866

実施例1〜3では、高強度、高伸びの硬化物が得られているが、ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の比(A):(B)が50:50〜95:5の範囲でない比較例1,2、(A)+(B)とエポキシ樹脂(C)の比が90:10〜50:50の範囲でない比較例3,4、ポリオキシアルキレン(A)の代わりに1つの末端に1つより多い反応性ケイ素基を有さないポリオキシアルキレンを使用している比較例5、(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)を含まない比較例6、(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)とエポキシ樹脂(C)を含まない比較例7、ポリオキシアルキレン(A)を含まない比較例8、は高強度と高伸びを共に満たさない。また、(A):(B)が70:30〜50:50である実施例1は、さらにヤング率も高く高剛性となっていることが分かる。なお、比較例4〜6は、実施例1と対比すべき比較例である。
(実施例4、比較例8−11)
表3に示す配合に変更した以外は実施例1と同様に組成物を作製して、ダンベル引張り物性の評価を行った。結果を表3に示す。
Figure 2019069866

三級アミンを有するエポキシ樹脂硬化剤(D)を使用している実施例4は、使用していない比較例8〜11よりも高強度、高伸び、高剛性である。したがって、表2、表3から、1つの末端に1つより多い反応性ケイ素基を有するポリオキシアルキレン(A)と三級アミンを有するエポキシ樹脂硬化剤(D)を両方含有する組成物は、いずれか一方のみを含有する組成物より、高強度、高伸び、高剛性であることが分かる。
(実施例5−11)
表4に示す配合に変更した以外は実施例1と同様に組成物を作製し、ダンベル引張り物性の評価を行った。結果を表4に示す。
Figure 2019069866

実施例5〜11は高強度、高伸びであり、さらに(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の反応性ケイ素基当量が0.6mmol/g以上、1mmol/g以下である実施例5及び8は、反応性ケイ素基当量が0.6mmol/g未満である実施例6,7に比べて高剛性である。また、アルキルの炭素数が1〜3である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上含有する重合体を使用している実施例5及び8は、アルキルの炭素数が1〜3である(メタ)アクリル酸アルキルの使用量が40重量%未満である重合体を使用した実施例9〜11に比べても高剛性である。さらに、アルキルの炭素数が1〜3である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上およびアルキルの炭素数が4〜30である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上含有する単量体混合物を共重合した重合体を含有したものである、(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)を使用している実施例8は、アルキルの炭素数が4〜30である(メタ)アクリル酸アルキルが全単量体中40重量%以下である重合体を使用した実施例5と比較すると、高剛性に加え、高強度、柔軟性の全ての点で優れている。
(実施例12−13)
表5に示す配合に変更し、シートの養生条件を80℃30min、23℃条件下で7日とした以外は実施例1と同様のダンベル引張り物性の評価を行った。結果を表5に示す。
Figure 2019069866

(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)が、アルキルの炭素数が1〜3である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上含有する重合体(B−1)を含有し、さらにアルキルの炭素数が4〜30である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上含有する重合体(B−6)も含有し、両者を配合してなるものである実施例13は、(B−1)のみを使用している実施例12に比べて、強度、伸び、剛性が共に向上している。

Claims (16)

  1. 1つの末端に1つより多い反応性ケイ素基を有するポリオキシアルキレン(A)、反応性ケイ素基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)、及び、三級アミンを有するエポキシ樹脂硬化剤(D)を含むA剤と、
    エポキシ樹脂(C)、及び、シラノール縮合触媒(E)、を含むB剤、
    を含む多液型の硬化性組成物であって、
    ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の重量比が95:5〜50:50であり、ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の合計:エポキシ樹脂(C)の重量比が90:10〜50:50である多液型の硬化性組成物。
  2. ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の重量比が70:30〜50:50である請求項1に記載の多液型の硬化性組成物。
  3. ポリオキシアルキレン(A)と(メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の合計:エポキシ樹脂(C)の重量比が80:20〜60:40である請求項1または2に記載の多液型の硬化性組成物。
  4. 三級アミンを有するエポキシ樹脂硬化剤(D)が、芳香族アミンである請求項1〜3のいずれか1項に記載の多液型の硬化性組成物。
  5. 三級アミンを有するエポキシ樹脂硬化剤(D)が、アミノ基を3つ以上有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の多液型の硬化性組成物。
  6. B剤に水(F)をさらに含む請求項1〜5のいずれか1項に記載の多液型の硬化性組成物。
  7. ポリオキシアルキレン(A)の末端部位が、一般式(1):
    Figure 2019069866


    (式中、R,Rはそれぞれ独立に2価の炭素数1〜6の結合基であり、R,Rに隣接するそれぞれの炭素原子と結合する原子は、炭素、酸素、窒素のいずれかである。R,Rはそれぞれ独立に水素、または炭素数1から10の炭化水素基である。nは1から10の整数である。Rはそれぞれ独立に、ヘテロ含有基を有しても良い炭素数1から20の置換又は非置換の炭化水素基である。Yは水酸基または加水分解性基である。aは1、2、3のいずれかである。)で表される構造を有する請求項1〜6のいずれか1項に記載の多液型の硬化性組成物。
  8. 一般式(1)のRがCHOCH、RがCHである請求項7に記載の多液型の硬化性組成物。
  9. 一般式(1)のR、Rが水素原子である請求項7または8に記載の多液型の硬化性組成物。
  10. (メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)が、アルキルの炭素数が1〜3である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上含有する重合体を含有する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の多液型の硬化性組成物。
  11. (メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)が、アルキルの炭素数が1〜3である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上含有する重合体、および、アルキルの炭素数が4〜30である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上含有する重合体を含有し、両者を配合してなるものである、請求項1〜9のいずれか1項に記載の多液型の硬化性組成物。
  12. (メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)が、アルキルの炭素数が1〜3である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上およびアルキルの炭素数が4〜30である(メタ)アクリル酸アルキルを全単量体中40重量%以上含有する単量体混合物を共重合した重合体を含有する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の多液型の硬化性組成物。
  13. (メタ)アクリル酸エステル系重合体(B)の反応性ケイ素基当量が0.6mmol/g以上1.0mmol/g以下である請求項1〜12のいずれか1項に記載の多液型の硬化性組成物。
  14. A剤とB剤からなる2液型の硬化性組成物である、請求項1〜13のいずれか1項に記載の多液型の硬化性組成物。
  15. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の多液型の硬化性組成物からなる構造用接着剤。
  16. 請求項1〜15のいずれか1項に記載の多液型の硬化性組成物を硬化させて得られる硬化物。
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