JPWO2019139016A1 - 接着剤組成物、並びにそれを用いた電池用材料、リチウムイオン電池用材料、熱融着性部材、及びリチウムイオン電池用包装材料 - Google Patents

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Abstract

酸性基及び/又は酸無水物基、並びに、(メタ)アクリロイル基(a)を有する変性ポリプロピレン系樹脂(A)を含有し、上記(メタ)アクリロイル基(a)は、酸性基及び/又は酸無水物基を有するポリプロピレン系樹脂(b)の該酸性基及び/又は該酸無水物基の変性反応により導入されたものである、接着剤組成物。

Description

本発明は、接着剤組成物、並びにそれを用いた電池用材料、リチウムイオン電池用材料、熱融着性部材、及びリチウムイオン電池用包装材料に関し、電気分野、自動車分野及び産業分野等の様々な工業用製品分野において使用することができ、これら技術分野に属する。
ホットメルト型の接着剤組成物は、フィルム状又はシート状に加工して使用され、部材の表面に当該接着剤組成物が積層された接着性フィルム又はシートとして、電気分野、自動車分野及び産業分野等の様々な工業用製品分野で利用されている。
これら分野で用いられる、鉄、アルミニウム、チタン及びその他金属等、並びにそれらの合金等の金属部材と接着性に乏しいポリオレフィンからなる成形体を接着するために、各種の接着剤組成物が提案されている。
特開平4−18480号公報には、カルボン酸含有ポリオレフィンと、カルボン酸含有エポキシ樹脂と、ポリイソシアネート化合物と、必要に応じてエポキシ樹脂とからなる成分を有機溶剤に溶解、分散させてなる接着剤組成物が開示されている。
特開2015−36385号公報には、カルボキシル基又は酸無水物基を有するポリオレフィン、多官能イソシアネート化合物及び溶剤を含有し、ポリオレフィンのガラス転移温度、融点及び融解エネルギーが特定の値である接着剤組成物が開示されている。
しかしながら、特開平4−18480号公報及び特開2015−36385号公報に記載された接着剤組成物は、常温はく離接着強さの高い熱融着部材が得られるものの、ラミネート直後のはく離接着強さの立上りが遅いことから、ラミネートした熱融着性部材をロール状に巻くと巻締まりによるラミネート位置のずれ又は皺が発生する問題があった。
本発明の一実施形態は、ラミネート直後のはく離接着強さの立上りに優れることからラミネート後の位置のずれ又は皺を改善でき、また、高温(80℃)はく離接着強さが高く、耐電解液性にも優れることから電池用材料、特に、リチウム電池用包装材料に用いることができる接着剤組成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、酸性基及び/又は酸無水物基を有するポリプロピレン系樹脂に種々の方法で付加させた(メタ)アクリロイル基のラジカル反応により硬化する硬化性樹脂を含有する接着剤組成物が、これらの問題を改善することを見出し、本発明を完成した。また、当該接着剤組成物は、高温はく離接着強さが高く、耐電解液性にも優れるので、電池用材料、特にリチウムイオン電池用包装材料として好適に用いることができることを見出し、本発明を完成した。
本発明には、以下の実施形態が含まれる。
[1]酸性基及び/又は酸無水物基、並びに、下記式(I)で表される(メタ)アクリロイル基(a)を有する変性ポリプロピレン系樹脂(A)を含有し、上記(メタ)アクリロイル基(a)は、酸性基及び/又は酸無水物基を有するポリプロピレン系樹脂(b)の該酸性基及び/又は該酸無水物基の変性反応により導入されたものである、接着剤組成物。
CH2=CR1CO− ・・・(I)
[式(I)中、R1は水素原子又はメチル基である。]
[2]上記(メタ)アクリロイル基(a)が、上記ポリプロピレン系樹脂(b)が有する上記酸性基及び/又は上記酸無水物基と下記式(II)で表される化合物との反応により導入されたものである、[1]に記載の接着剤組成物。
CH2=CR2CO−R3−OH ・・・ (II)
[式(II)中、R2は水素原子又はCH3基を示し、R3は−(OCH2CH2n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH(CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH2CH(CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(O(CH24n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH(CH2CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、又は−NH−CH2−基を示す。]
[3]上記(メタ)アクリロイル基(a)が、上記ポリプロピレン系樹脂(b)が有する上記酸性基及び/又は上記酸無水物基と下記式(III)で表される化合物との反応により導入されたものである、[1]に記載の接着剤組成物。
CH2=CR4CO−R5−NCO ・・・ (III)
[式(III)中、R4は水素原子又はCH3基を示し、R5は−(OCH2CH2n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH(CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)又は−NH−CH2−基を示す。]
[4]上記(メタ)アクリロイル基(a)が、上記ポリプロピレン系樹脂(b)が有する上記酸性基及び/又は上記酸無水物基と下記式(IV)で表される化合物との反応により導入されたものである、[1]に記載の接着剤組成物。
CH2=CR6CO−R7−OR10 ・・・ (IV)
[式(IV)中、R6は水素原子又はCH3基を示し、R7は、単結合、−(OCH2CH2n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH(CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)又は−NH−CH2−基を示し、R10はグリシジル基を示す。]
[5]上記(メタ)アクリロイル基(a)が、上記ポリプロピレン系樹脂(b)が有する上記酸性基及び/又は上記酸無水物基と下記式(V)及び/又は(VI)で表される化合物とが反応して生成する水酸基及び/又はカルボキシ基と、下記式(VII)で表される化合物との反応により導入されたものである、[1]に記載の接着剤組成物。
2N−(CH2n−OH ・・・ (V)
[式(V)中、nは1〜8の整数を示す。]
HO−(CH2n−NH−(CH2m−OH ・・・ (VI)
[式(VI)中、m、nはそれぞれ独立して1〜8の整数を示す。]
CH2=CR8CO−R9−NCO ・・・ (VII)
[式(VII)中、R8は水素原子又はCH3基を示し、R9は−(OCH2CH2n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH(CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)又は−NH−CH2−基を示す。]
[6]ラジカル重合開始剤を更に含有する[1]〜[5]のいずれか1つに記載の接着剤組成物。
[7]有機溶剤を更に含有し、上記変性ポリプロピレン系樹脂(A)が上記有機溶剤に溶解している[1]〜[6]のいずれか1つに記載の接着剤組成物。
[8]イソシアネート化合物を更に含有する[1]〜[7]のいずれか1つに記載の接着剤組成物。
[9][1]〜[8]のいずれか1つに記載の接着剤組成物の硬化物を有する電池用材料。
[10][1]〜[8]のいずれか1つに記載の接着剤組成物の硬化物を有するリチウムイオン電池用材料。
[11][1]〜[8]のいずれか1つに記載の接着剤組成物が硬化してなる接着剤層と、当該接着剤層の一面側に接合された金属層と、当該接着剤層の他面側に接合された熱融着性樹脂層とを備えることを特徴とする熱融着性部材。
[12][11]に記載の熱融着性部材を含むリチウムイオン電池用包装材料。
本開示の接着剤組成物によれば、ラミネート直後のはく離接着強さの立上りに優れることにより、熱融着性部材の巻締まり等によるラミネートのズレ又は皺が発生する問題を改善することができる。また、本開示の接着剤組成物を用いた熱融着性部材は、高温(80℃)はく離接着強さが高く、耐電解液性にも優れるため、電池用材料、特に、リチウムイオン電池用包装材料に好適に用いることができる。更に、本開示の接着剤組成物によれば、従来のイソシアネート系硬化剤を用いた接着剤よりも、必要とされる養生期間を短縮できる。
本開示の熱融着性部材の一例を示す概略斜視図である。 本開示の熱融着性部材の他の例を示す概略斜視図である。
1.接着剤組成物
本発明の第1の態様(本開示の接着剤組成物)は、酸性基及び/又は酸無水物基、並びに、下記式(I)で表される(メタ)アクリロイル基(a)を有する変性ポリプロピレン系樹脂(A)を含有し、
上記(メタ)アクリロイル基(a)は、酸性基及び/又は酸無水物基を有するポリプロピレン系樹脂(b)の該酸性基及び/又は該酸無水物基の変性反応により導入されたものである、接着剤組成物である。
CH2=CR1CO− ・・・(I)
[式(I)中、R1は水素原子又はメチル基である。]
以下、本開示の接着剤組成物が含有する変性ポリプロピレン系樹脂(A)(以下、「(A)成分」ということがある。)、及び、本開示の接着剤組成物が含有し得る他の成分について説明する。
尚、本明細書においては、アクリル酸及び/又はメタクリル酸を(メタ)アクリル酸と表し、アクリロイル基及び/又はメタクリロイル基を(メタ)アクリロイル基と表す。
1−1.変性ポリプロピレン系樹脂(A)
(A)成分は、酸性基及び/又は酸無水物基、並びに、下記式(I)で表される(メタ)アクリロイル基(a)を有し、該(メタ)アクリロイル基(a)は、酸性基及び/又は酸無水物基を有するポリプロピレン系樹脂(b)の該酸性基及び/又は該酸無水物基の変性反応により導入されたものである。
CH2=CR1CO− ・・・(I)
[式(I)中、R1は水素原子又はメチル基である。]
本開示の接着剤組成物は、上記構造を有する(A)成分を含有することにより、常温(25℃)はく離接着強さ及び高温はく離接着強さを高めることが可能となる。また、ラミネート後のはく離接着強さの立上りを早め、短い養生時間でも接着性に優れるものとすることが可能となる。
1−1−1.酸性基及び/又は酸無水物基を有するポリプロピレン系樹脂(b)
(A)成分が有する酸性基及び/又は酸無水物基は、ポリプロピレン系樹脂(b)が有する酸性基及び/又は酸無水物基に由来する。
ポリプロピレン系樹脂(b)の構成単位の具体例としては、エチレンに由来する構成単位、プロピレンに由来する構成単位、並びに1−ブテンに由来する構成単位、イソブチレンに由来する構成単位、1−ヘキセンに由来する構成単位及び1−オクテンに由来する構成単位等のα−オレフィンに由来する構成単位が挙げられる。これらの中でも、結晶性ポリエチレン及びポリプロピレン等の難接着性非極性ポリオレフィン樹脂を被着体とする場合は、高温はく離接着強さ及び耐電解液性を向上できる点で、エチレンに由来する構成単位、プロピレンに由来する構成単位、又は1−ブテンに由来する構成単位が好ましい。
酸性基の具体例としては、カルボン酸基、スルホン酸基及びリン酸基等が挙げられる。これらの中でも、変性が容易である点で、カルボン酸基が好ましい。
酸無水物基の具体例としては、カルボン酸無水物基、スルホン酸無水物基及びリン酸無水物基等が挙げられ、これらの中でも、原料の入手が容易であり、変性が容易である点で、カルボン酸無水物基が好ましい
酸性基及び/又は酸無水物基を有するポリプロピレン系樹脂(b)は、未変性のポリプロピレン系樹脂が、酸性基含有モノマー及び/又は酸無水物基含有モノマーにより変性されたものであることが好ましい。
1−1−1−1.酸性基含有モノマー
(A)成分の原料となる酸性基含有モノマーとしては、エチレン性二重結合及びカルボン酸基等を同一分子内に持つ化合物が挙げられ、具体的には、各種の不飽和モノカルボン酸化合物、不飽和ジカルボン酸化合物及び不飽和トリカルボン酸化合物等のα,β−不飽和カルボン酸化合物が挙げられる。
不飽和モノカルボン酸化合物の具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸及びイソクロトン酸等が挙げられる。
不飽和ジカルボン酸化合物の具体例としては、マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸、テトラヒドロフタル酸、ナジック酸及びエンディック酸等が挙げられる。
不飽和トリカルボン酸化合物としては、アコニット酸等が挙げられる。
酸性基含有モノマーとしては、変性が容易であり接着性に優れる点で、不飽和ジカルボン酸化合物及び不飽和トリカルボン酸化合物が好ましく、イタコン酸、マレイン酸及びアコニット酸がより好ましい。
これらの酸性基含有モノマーは、1種のみを使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
変性に用いた酸性基含有モノマーの一部が未反応である場合は、接着力への悪影響を抑
制するため、減圧加熱留去又は再沈殿精製等の公知の方法により、未反応の酸性基含有モノマーを除去したものを、ポリプロピレン系樹脂(b)として用いることが好ましい。
ポリプロピレン系樹脂(b)が、酸性基含有モノマーでグラフト変性されたポリプロピレン系樹脂の場合には、(A)成分における酸性基含有モノマーのグラフト量は、(A)成分の全質量に対して、0.10質量%〜30質量%であることが好ましい。溶剤に対する溶解性及び金属被着体などの材料に対する接着性を保つことができる点で、0.10質量%以上が好ましく、0.50質量%以上がより好ましい。また、十分な接着性を得ることができる点で、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましい。
酸性基含有モノマーのグラフト量は、公知の方法で測定することができる。例えば、アルカリ滴定法によって求めることができる。
1−1−1−2.酸無水物基含有モノマー
(A)成分の原料となる酸無水物基含有モノマーとしては、エチレン性二重結合及びカルボン酸無水物基等を同一分子内に持つ化合物が挙げられ、具体的には、上記不飽和モノカルボン酸化合物の酸無水物、上記不飽和ジカルボン酸化合物の酸無水物及び上記不飽和トリカルボン酸化合物の酸無水物等のα,β−不飽和カルボン酸化合物の誘導体が挙げられる。
不飽和モノカルボン酸化合物の酸無水物の具体例としては、アクリル酸無水物、メタクリル酸無水物、クロトン酸無水物及びイソクロトン酸無水物等が挙げられる。
不飽和ジカルボン酸化合物の酸無水物の具体例としては、マレイン酸無水物、イタコン酸無水物、シトラコン酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水物、ナジック酸無水物及びエンディック酸無水物等が挙げられる。
不飽和トリカルボン酸化合物の酸無水物の具体例としては、アコニット酸無水物等が挙げられる。
酸無水物基含有モノマーとしては、変性が容易であり接着性に優れる点で、不飽和ジカルボン酸化合物の酸無水物及び不飽和トリカルボン酸化合物の酸無水物が好ましく、イタコン酸無水物、マレイン酸無水物及びアコニット酸無水物がより好ましい。
これらの酸無水物基含有モノマーは、1種のみを使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
変性に用いた酸無水物基含有モノマーの一部が未反応である場合は、接着力への悪影響を抑制するため、加熱留去又は再沈殿精製等の公知の方法により、未反応の酸無水物基含有モノマーを除去したものを、ポリプロピレン系樹脂(b)として用いることが好ましい。
ポリプロピレン系樹脂(b)が酸無水物基含有モノマーでグラフト変性されたポリプロピレン系樹脂の場合には、(A)成分における酸無水物基含有モノマーのグラフト量は、(A)成分の全質量に対して、0.10質量%〜30質量%であることが好ましい。溶剤に対する溶解性及び金属被着体などの材料に対する接着性を保つことができる点で、0.10質量%以上が好ましく、0.50質量%以上がより好ましい。また、十分な接着性を得ることができる点で、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましい。
酸無水物基含有モノマーのグラフト量は、公知の方法で測定することができる。例えば、アルカリ滴定によって求めることができる。
酸性基含有モノマー及び/又は酸無水物基含有モノマーで変性する方法としては、公知の方法を採用することができる。例えば、溶融混練又は有機溶剤中で、有機過酸化物及び脂肪族アゾ化合物等の公知のラジカル重合開始剤の存在下で、酸性基含有モノマー及び/又は酸無水物基含有モノマーを未変性のポリプロピレン系樹脂に付加反応させるグラフト変性;並びに、溶融混練又は有機溶剤中で、有機過酸化物及び脂肪族アゾ化合物等の公知のラジカル重合開始剤の存在下で、酸性基含有モノマー及び/又は酸無水物基含有モノマーと未変性のポリプロピレン系樹脂とを共重合させる方法、等が挙げられる。
1−1−2.(メタ)アクリル酸アルキルエステル
(A)成分は、さらに、(メタ)アクリル酸アルキルエステルでグラフト変性されていてもよい。(A)成分が(メタ)アクリル酸アルキルエステルでグラフト変性されていることにより、有機溶剤への溶解性及び他の樹脂との相溶性に優れたものとすることができる。(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、炭素数8〜18のアルキルアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化物(以下、「(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステル」という。)が好ましい。
(A)成分の原料となる(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステルの具体例としては、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)及びアクリル酸ステアリル等が挙げられ、難接着性非極性ポリオレフィン樹脂を被着体とする場合の接着性を向上できる点で、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ラウリル及び(メタ)アクリル酸トリデシルが好ましい。
(A)成分中の上記(メタ)アクリル酸アルキルエステルのグラフト量は、(A)成分の全質量に対して、0.10質量%〜20質量%であることが好ましい。(A)成分の溶剤に対する溶解性、他樹脂との相溶性、及び接着性を良好に保持することができる点で、0.10質量%以上が好ましい。また、接着性を良好に保持することができる点で、20質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、5.0質量%以下が更に好ましい。
上記(メタ)アクリル酸アルキルエステルのグラフト量は、公知の方法で測定することができる。例えば、フーリエ変換赤外分光法によって求めることができる。
(メタ)アクリル酸アルキルエステルは、予め酸性基及び/又は酸無水物基を有するポリプロピレン系樹脂(b)にグラフトさせておくことにより、(A)成分に導入される。
(A)成分中の酸性基含有モノマーのグラフト量、酸無水物基含有モノマーのグラフト量及び(メタ)アクリル酸アルキルエステルのグラフト量を向上させる場合、原料となる未変性のポリプロピレン系樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、プロピレンとエチレンとのランダム共重合体、プロピレンとエチレンとのブロック共重合体、エチレンとα−オレフィンとのランダム共重合体、エチレンとα−オレフィンとのブロック共重合体、プロピレンとα−オレフィンとのランダム共重合体、及びプロピレンとα−オレフィンとのブロック共重合体等が挙げられる。
これらの中でも、結晶性ポリエチレン及びポリプロピレン等の難接着性非極性ポリオレフィン樹脂を被着体とする場合は、高温はく離接着強さ及び耐電解液性を向上できる点で、プロピレン−エチレン共重合体、プロピレン−1−ブテン共重合体及びプロピレン−エチレン−1−ブテン共重合体等のポリプロピレン系重合体が好ましい。さらに、ポリプロピレン系樹脂におけるプロピレン単位が50質量%以上であることが好ましい。
(A)成分中の酸性基含有モノマーのグラフト量、酸無水物基含有モノマーのグラフト量及び(メタ)アクリル酸アルキルエステルのグラフト量を向上させるために、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、及びクメンハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物を用いることが好ましく、反応助剤及び樹脂安定性の調整のための安定化剤を使用することができる。
反応助剤の具体例としては、スチレン、o−メチルスチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、ヘキサジエン及びジシクロペンタジエン等が挙げられる。
安定化剤の具体例としてはヒドロキノン、ベンゾキノン及びニトロソフェニルヒドロキシ化合物等が挙げられる。
目的に応じて、本開示の接着剤組成物の特性を損なわない範囲で、酸性基含有モノマー及び/又は酸無水物基含有モノマー、並びに上記(メタ)アクリル酸アルキルエステル以外のモノマー(以下、「他のモノマー」という。)を併用することができる。
他のモノマーの具体例としては、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸グリシジル及びイソシアネート基含有(メタ)アクリル酸等の上記以外の(メタ)アクリル酸エステル;スチレン、シクロヘキシルビニルエーテル、及びジシクロペンタジエン等のオレフィン類と共重合可能な不飽和モノマー、等が挙げられる。
他のモノマーを併用することで、接着性及び溶剤に対する溶解性、並びに酸性基含有モノマーのグラフト量及び/又は酸無水物基含有モノマーのグラフト量、並びに上記(メタ)アクリル酸アルキルエステルのグラフト量を、更に向上することができる。尚、他のモノマーの使用量は、酸性基含有モノマーのグラフト量及び/又は酸無水物基含有モノマーのグラフト量、並びに上記(メタ)アクリル酸アルキルエステルのグラフト量の合計を超えないことが望ましい。
1−1−3.(メタ)アクリロイル基
上記の通り、(A)成分は、下記式(I)で表される(メタ)アクリロイル基(a)を有し、該(メタ)アクリロイル基(a)は、酸性基及び/又は酸無水物基を有するポリプロピレン系樹脂(b)の該酸性基及び/又は該酸無水物基の変性反応により導入されたものである。
CH2=CR1CO− ・・・(I)
[式(I)中、R1は水素原子又はメチル基である。]
ポリプロピレン系樹脂(b)の酸性基及び/又は酸無水物基の変性反応により(メタ)アクリロイル基(a)を導入する方法としては、例えば、ポリプロピレン系樹脂(b)を溶融混練しながら又は有機溶剤中で、後述する、酸性基及び/又は酸無水物基と反応する官能基を有する(メタ)アクリロイル誘導体と、ポリプロピレン系樹脂(b)が有する酸性基及び/又は酸無水物基と、を反応させる方法が挙げられる。
1−1−3−1.(メタ)アクリロイル誘導体
(A)成分の原料となる(メタ)アクリロイル誘導体は、酸性基及び/又は酸無水物基と反応する官能基を有する化合物であり、具体例としては、(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2−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸グリシジル、及び(メタ)アクリル酸2−イソシアネートエチル等が挙げられる。
酸性基及び/又は酸無水物基と反応する官能基としては、水酸基、グリシジル基、及びイソシアネート基等が挙げられる。酸無水物基を水又はモノエタノールアミン及びジエタノールアミン等のアミン化合物で開環させて水酸基及び/又はカルボキシ基を生成した後、これらと水酸基、グリシジル基、又はイソシアネート基等を有する(メタ)アクリロイル誘導体と反応させることも可能である。
酸性基及び/又は酸無水物基と、水酸基、グリシジル基、又はイソシアネート基等を有する(メタ)アクリロイル誘導体と、の反応は、トリエチルアミン及び1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン等の3級アミン類、トリフェニルフォスフィン、パラトルエンスルホン酸、並びにジブチルスズジラウレート等を添加して促進させることができる。
酸性基及び/又は酸無水物基と、水酸基、グリシジル基、又はイソシアネート基等を有する(メタ)アクリロイル誘導体と、を反応させる時に、(メタ)アクリロイル基の反応を抑制する目的で、ハイドロキノン、ベンゾキノン及びニトロソフェニルヒドロキシ化合物、メトキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル等の重合禁止剤を適当量添加することが可能である。
本発明の一実施形態において、(メタ)アクリロイル基(a)は、ポリプロピレン系樹脂(b)が有する酸性基及び/又は酸無水物基と下記式(II)で表される化合物((メタ)アクリロイル誘導体)との反応により導入されたものである。
CH2=CR2CO−R3−OH ・・・ (II)
[式(II)中、R2は水素原子又はCH3基を示し、R3は−(OCH2CH2n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH(CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH2CH(CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(O(CH24n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH(CH2CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、又は−NH−CH2−基を示す。]
また、本発明の一実施形態において、(メタ)アクリロイル基(a)は、ポリプロピレン系樹脂(b)が有する酸性基及び/又は酸無水物基と下記式(III)で表される化合物((メタ)アクリロイル誘導体)との反応により導入されたものである。
CH2=CR4CO−R5−NCO ・・・ (III)
[式(III)中、R4は水素原子又はCH3基を示し、R5は−(OCH2CH2n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH(CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)又は−NH−CH2−基を示す。]
また、本発明の一実施形態において、(メタ)アクリロイル基(a)は、ポリプロピレン系樹脂(b)が有する酸性基及び/又は酸無水物基と下記式(IV)で表される化合物((メタ)アクリロイル誘導体)との反応により導入されたものである。
CH2=CR6CO−R7−OR10 ・・・ (IV)
[式(IV)中、R6は水素原子又はCH3基を示し、R7は、単結合、−(OCH2CH2n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH(CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)又は−NH−CH2−基を示し、R10はグリシジル基を示す。]
また、本発明の一実施形態において、(メタ)アクリロイル基(a)は、ポリプロピレン系樹脂(b)が有する酸性基及び/又は酸無水物基と下記式(V)及び/又は(VI)で表される化合物とが反応して生成する水酸基及び/又はカルボキシ基と、下記式(VII)で表される化合物との反応により導入されたものである。
2N−(CH2n−OH ・・・ (V)
[式(V)中、nは1〜8の整数を示す。]
HO−(CH2n−NH−(CH2m−OH ・・・ (VI)
[式(VI)中、m、nはそれぞれ独立して1〜8の整数を示す。]
CH2=CR8CO−R9−NCO ・・・ (VII)
[式(VII)中、R8は水素原子又はCH3基を示し、R9は−(OCH2CH2n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH(CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)又は−NH−CH2−基を示す。]
(A)成分中の上記(メタ)アクリロイル基の含有量は、(A)成分の全質量に対して、0.10質量%〜30質量%であることが好ましい。常温はく離接着強さ及び高温はく離接着強さが高く、リチウムイオン電池用包装材料に用いた場合の耐電解液性、他樹脂との接着性を良好に保持することができる点で、0.10質量%以上が好ましい。また、接着性を良好に保持することができる点で、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましい。
(A)成分中の上記(メタ)アクリロイル基の平均官能基数は、0.1〜200であることが好ましい。常温はく離接着強さ及び高温はく離接着強さが高く、リチウムイオン電池用包装材料に用いた場合の耐電解液性、他樹脂との接着性を良好に保持することができる点で、0.1以上が好ましい。また、安定して製造でき、溶液の安定性を保持することができる点で、200以下が好ましく、160以下がより好ましく、120以下が更に好ましい。
上記(メタ)アクリロイル基の含有量及び平均官能基数は、公知の方法で測定することができる。例えば、1H−NMR分析装置を用いて求めることができる。
(A)成分の重量平均分子量は、15,000〜200,000が好ましい。常温はく離接着強さ及び耐電解液性を向上できる点で、15,000以上が好ましく、30,000以上がより好ましい。また、接着剤組成物中の有機溶剤への溶解性を向上できる点で、200,000以下が好ましく、180,000以下がより好ましい。
本開示において、重量平均分子量とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定した分子量をポリスチレン換算した値を意味する。
(A)成分のガラス転移温度としては、低温(−40℃)から室温(25℃)における十分なはく離接着強さを得ることができる点で、−30℃〜10℃が好ましい。
(A)成分のガラス転移温度は、以下のように測定する。
JIS K 7121(1987年制定)の規定に準じ、示差走査熱量計(DSC(differential scanning calorimetry)装置)を用いて測定する。試験片をDSC装置の容器に入れ、150℃で10分間保った後、−100℃まで急冷する。−100℃で10分間保持した後、毎分20℃で60℃まで加熱してDSC曲線を描かせる。
低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、ガラス転移の階段状変化部分の曲線のこう配が最大になる点で引いた接線との交点の温度をガラス転移温度とする。
(A)成分の融点としては、50℃〜120℃が好ましい。十分なはく離接着強さを得ることができる点で、50℃以上が好ましく、60℃以上がより好ましい。また、低温での十分な保存安定性を得ることができる点で、110℃以下が好ましく、100℃以下がより好ましい。
(A)成分の融点は、以下のように測定する。
JIS K 7121(1987年制定)の規定に準じ、示差走査熱量計を用いて、昇温速度10℃/分で測定し、結晶化したときの温度を融点(以下「Tm」)とする。
(A)成分の融解エネルギーとしては、JIS K7122に準拠して測定した値が15(mJ/mg)〜50(mJ/mg)であることが好ましい。融解エネルギーが50mJ/mg以下であれば、有機溶媒への溶解性に優れ、15mJ/mg以上であれば、耐電解液性等の接着耐久性を有する接着剤組成物とすることができる。
本開示の接着剤組成物が含有する(A)成分は、1種のみであってもよく、2種以上であってもよい。
(A)成分の含有量としては、高温はく離接着強さ及び耐電解液性に優れる点で、接着剤組成物の固形分の100質量%に対して、80質量%〜100質量%であることが好ましく、より好ましくは90質量%〜100質量%である。
1−2.ラジカル重合開始剤
本開示の接着剤組成物は、ラジカル重合開始剤を更に含むことが好ましい。
本開示の接着剤組成物が含有し得るラジカル重合開始剤としては、熱ラジカル重合開始剤、及び/又は、活性エネルギー線でラジカルを発生する光ラジカル重合開始剤が挙げられ、硬化の容易性及びコストの観点から、活性エネルギー線でラジカルを発生する光ラジカル重合開始剤を含有することが好ましい。
1−2−1.熱ラジカル重合開始剤
熱ラジカル重合開始剤の例としては、熱によりラジカルを発生する過酸化物、アゾ化合物及びレドックス開始剤等が挙げられる。
アゾ化合物の例としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル及びアゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル等が挙げられる。
過酸化物の例としては、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、クメンヒドロペルオキシド、t−ブチルヒドロパーオキシド、t−ヘキシルパーオキシピバレート、ジラウロイルパーオキシド、ジラウロイルパーオキシド、ジ(2−エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ−t−ブチルパーオキシド及びジクミルペルオキシド等が挙げられる。
レドックス開始剤の例としては、過酸化水素−鉄(II)塩、ペルオキソ二硫酸塩−亜硫酸水素ナトリウム及びクメンヒドロペルオキシド−鉄(II)塩等が挙げられる。
熱ラジカル重合開始剤の使用割合は、硬化性成分の合計100質量部に対して、0.1質量部〜10質量部が好ましい。
なお、本開示において、硬化性成分とは、(メタ)アクリロイル基(a)を有する変性ポリプロピレン系樹脂(A)を意味する。
1−2−2.光ラジカル重合開始剤
光ラジカル重合開始剤は、紫外線、可視光線、又は電子線等の活性エネルギー線でラジカルを発生する。
活性エネルギー線として電子線を用いる場合、本開示の接着剤組成物には光ラジカル重合開始剤を含有させず、硬化させることも可能であるが、硬化性を改善させるため必要に応じて少量含有させることもできる。
光ラジカル重合開始剤の具体例としては、
ベンジルジメチルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン、オリゴ[2−ヒドロキシ−2−メチル−1−[4−(1−メチルビニル)フェニル]プロパノン]、2−ヒドロキシ−1−[4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチループロピオニル)ベンジル]フェニル]−2−メチルプロパン−1−オン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)ブタン−1−オン、2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)ブタン−1−オン及び3,6−ビス(2−メチル−2−モルフォリノプロピオニル)−9−n−オクチルカルバゾール等のアセトフェノン系化合物;
ベンゾイン、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル及びベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン系化合物;
ベンゾフェノン、2−メチルベンゾフェノン、3−メチルベンゾフェノン、4−メチルベンゾフェノン、2,4,6−トリメチルベンゾフェノン、4−フェニルベンゾフェノン、メチル−2−ベンゾフェノン、1−[4−(4−ベンゾイルフェニルスルファニル)フェニル]−2−メチル−2−(4−メチルフェニルスルフォニル)プロパン−1−オン、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン及び4−メトキシ−4’−ジメチルアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物;
ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、及びビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルホスフィンオキサイド等のアシルホスフィンオキサイド系化合物;並びに
チオキサントン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、1−クロロ−4−プロピルチオキサントン、3−[3,4−ジメチル−9−オキソ−9H−チオキサントン−2−イル−オキシ]−2−ヒドロキシプロピル−N,N,N−トリメチルアンモニウムクロライド及びフルオロチオキサントン等のチオキサントン系化合物等が挙げられる。
上記以外の化合物としては、ベンジル、エチル(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルフォスフィネート、フェニルグリオキシ酸メチル、エチルアントラキノン、フェナントレンキノン、及びカンファーキノン等が挙げられる。
光ラジカル重合開始剤としては、これら化合物の中でも、組成物の硬化性に優れ、硬化物の低黄変性に優れる点で、アシルホスフィンオキサイド系化合物を含むことが好ましい。
光ラジカル重合開始剤の含有割合は、硬化性成分の合計量100質量部に対して、0.1質量部〜15質量部が好ましく、0.5質量部〜10質量部がより好ましい。光ラジカル重合開始剤の割合を0.1質量部以上にすることで、接着剤組成物の光硬化性を良好にし、密着性に優れるものとすることができ、15質量部以下とすることで、硬化物の内部硬化性が良好にすることができ、基材との密着性を良好にすることができる。
1−3.イソシアネート化合物
硬化物の耐熱性を向上させたり、接着した部材の高温でのはく離接着強さを更に向上させたりする観点から、本開示の接着剤組成物は、イソシアネート化合物を更に含有することが好ましい。
本開示の接着剤組成物に用いるイソシアネート化合物としては、1分子中に1個以上のイソシアネート基を有するものであれば、特に限定されず、芳香族系、脂肪族系、又は脂環族系の各種イソシアネート化合物、更には、これらのイソシアネート化合物の変性物を用いることができる。具体例としては、トルエ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、ヘキサメチレンジイソシアネート、及びイソホロンジイソシアネート等のジイソシアネート化合物;これらのジイソシアネート化合物をイソシアヌレート変性、ビュレット変性、又はトリメチロ−ルプロパン等の多価アルコールでアダクト変性した変性物;イソシアネート基をブロック剤でマスクして安定化したブロック型イソシアネート;並びに、イソシアネート基を有する(メタ)アクリレートモノマー等が挙げられる。これらのイソシアネート化合物は、1種のみ用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。本開示においては、1分子中に2個以上のイソシアネート基を有する化合物(即ち、多官能イソシアネート化合物)が好ましい。尚、本開示の接着剤組成物において、この多官能イソシアネート化合物は、有機溶剤に溶解していることが好ましい。
多官能イソシアネート化合物としては、市販品を用いることができる。
イソシアヌレート結合を有する化合物の市販品としては、デュラネートTPA−100(旭化成(株)製)、デュラネートMFA−75B(旭化成(株)製)、デュラネートTUL−100(旭化成(株)製)、デュラネートTSA−100(旭化成(株)製)、コロネ−トHX(東ソー(株)製)、デスモジュールZ4470 BA(住化バイエルウレタン社製)及びデュラネートT4900−70B(旭化成(株)製)及びタケネートD−170N(三井化学(株)製)等が挙げられる。
ビュレット結合を有する化合物の市販品としては、デュラネート24A−100(旭化成(株)製)、デュラネート21S−75E(旭化成(株)製)、タケネートD−165NN(三井化学(株)製)、及びデスモジュールN3200(住化バイエルウレタン(株)製)等が挙げられる。
また、ウレタン結合を有する化合物の市販品としては、ヘキサメチレンジイソシアネートとトリメチロールプロパンとのアダクト体であるデュラネートP301−75E(旭化成(株)製)及びスミジュールHT(住化バイエルウレタン(株)製)、イソホロンジイソシアネートとトリメチロールプロパンとのアダクト体であるタケネートD−140N(三井化学(株)製)、並びにイソホロンジイソシアネートとヒドロキシエチルアクリレートとのモノアダクト体であるVESTANAT EP−DC1241(エボニックジャパン(株)製)等が挙げられる。
アロファネート結合を有する化合物の市販品としては、デスモジュールXP2580(住化バイエルウレタン(株)製)、及びデスモジュールXP2565(住化バイエルウレタン社製)等が挙げられる。
その他、トリメチロールプロパンアダクト変性された、東ソー社製「コロネートL」(商品名)、三井化学社製「タケネートD−102」(商品名)、及び「タケネートD−140N」(商品名)等が挙げられる。更に、イソシアネート基をブロック剤でマスクして安定化したブロック型イソシアネートの市販品として、東ソー社製「コロネート2507」(商品名)、及び「コロネート2513」(商品名)等が挙げられる。
本開示の接着剤組成物における上記変性ポリオレフィン系樹脂(A)と、多官能イソシアネート化合物との質量割合は、特に限定されないが、多官能イソシアネート化合物が有するイソシアネート基(NCO)と、変性ポリオレフィン系樹脂が有するカルボキシ基を構成するヒドロキシ基(OH)との当量比(NCO/OH)が、好ましくは0.01〜12.0、より好ましくは0.04〜12.0、更に好ましくは0.1〜12.0、更により好ましくは0.1〜9.0となるように両者が含有される。当量比が0.01〜12.0であれば、特に初期の接着性に優れた接着剤組成物とすることができるとともに、十分な架橋密度を有し、且つ柔軟性等に優れた硬化物(接着剤)を形成することができる。
イソシアネート化合物の誘導体としては、尿素結合及び/又はウレトジオン結合を有していてもよい。
1−4.有機溶剤
本開示の接着剤組成物は、有機溶剤を更に含有し、変性ポリプロピレン系樹脂(A)が有機溶剤に溶解していることが好ましい。
有機溶剤の具体例としては、トルエン及びキシレン等の芳香族系有機溶剤;n−ヘキサン等の脂肪族系有機溶剤;シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、及びエチルシクロヘキサン等の脂環族系有機溶剤;アセトン及びメチルエチルケトン等のケトン系有機溶剤;メタノール及びエタノール等のアルコール系有機溶剤;酢酸エチル及び酢酸ブチル等のエステル系有機溶剤;並びに、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、及びプロピレングリコール−t−ブチルエーテル等のプロピレングリコールエーテル系有機溶剤等が挙げられる。
本開示の接着剤組成物に用いる有機溶剤としては、これらのうち1種のみを使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
有機溶剤としては、接着剤組成物の加熱等により揮発させ、除去することが容易な有機溶剤であることが好ましく、特に脂環族系有機溶剤と、エステル系有機溶剤又はケトン系有機溶剤との混合溶剤を用いることが好ましい。また、(A)成分の溶解性及び環境問題の観点から芳香族系有機溶剤を用いないことが好ましい。
本開示の接着剤組成物において、有機溶剤と(A)成分との質量割合は、特に限定されず、この質量割合は、有機溶剤及び変性ポリオレフィン系樹脂の種類等により設定することができる。
(A)成分の含有量は、有機溶剤及び(A)成分の合計を100質量%とした場合に、好ましくは5質量%〜25質量%、より好ましくは10質量%〜20質量%である。このような含有量であれば、接着剤組成物を被着体に塗布し易く、作業性に優れる。
1−5.その他成分
本開示の接着剤組成物は、上述した成分の他に、目的に応じて種々の成分を含有することができる。
その他成分としては、具体的には、硬化触媒、スチレン系熱可塑性エラストマー、粘着付与剤、酸化防止剤、ヒンダードアミン系光安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、難燃剤、着色剤、分散剤、密着性付与剤、消泡剤、レベリング剤、可塑剤、滑剤及び充填剤等が挙げられる。
以下、これらの成分について説明する。
尚、後記するその他の成分は、例示した化合物の1種のみを使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
1−5−1.硬化触媒
硬化触媒は、本開示の接着剤組成物がイソシアネート化合物を更に含有する形態において、(A)成分と、イソシアネート化合物との架橋反応を促進し、硬化を容易にし、優れた接着性能を得る目的で本開示の接着剤組成物に含有させることができる。
硬化の容易性及び接着性能の点から、硬化触媒としては、有機スズ化合物及び第3級アミン等を用いることが好ましい。
有機スズ化合物の具体例としては、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジマレエート、ジオクチルスズジラウレート及びジオクチルスズジマレエート等の、アルキル基の炭素原子数が3〜10のジオクチルスズ脂肪酸等が挙げられる。
第3級アミンの具体例としては、テトラメチルエチレンジアミン等のテトラアルキルエチレンジアミン;ジメチルベンジルアミン等のN,N’−ジアルキルベンジルアミン;トリエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、N−エチルモルフィリン、N−メチルモルフィリン、1−メチル−4−ジメチルアミンエチルピペラジン及びジアザビシクロウンデセン等が挙げられる。
硬化触媒としては、有機スズ化合物と第3級アミンとを併用することもできる。
硬化触媒の含有割合は、(A)成分の合計量100質量部に対して、0.001質量部〜5質量部が好ましい。硬化触媒の割合を0.001質量部以上にすることで触媒効果が充分に得られやすく、硬化触媒の割合を5質量部以下とすることで接着剤組成物の保存安定性を確保できる。
1−5−2.スチレン系熱可塑性エラストマー
スチレン系熱可塑性エラストマーは、接着力を向上する目的で本開示の接着剤組成物に含有させることができる。
スチレン系熱可塑性エラストマーの具体例としては、スチレン−ブタジエン共重合体、エポキシ変性スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−エチレン/プロピレン−スチレンブロック共重合体(以下、「SEPS」という)、スチレン−エチレン/ブチレン−スチレンブロック共重合体(以下、「SEBS」という)、スチレン−イソプレン/ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体等のスチレン系樹脂等が挙げられ、酸性基及び酸無水物基を有しないものであってもよく、酸性基及び/又は酸無水物基を有するものであってもよく、アミノ基を有するものであってもよい。
酸性基及び/又は酸無水物基を導入するための変性方法としては、公知の方法を採用することができる。例えば、有機過酸化物及び脂肪族アゾ化合物等のラジカル重合開始剤の存在下で、上記酸性基及び/又は酸無水物基含有モノマーを上記スチレン系樹脂と溶融混練する等のグラフト変性等が挙げられる。
アミノ基を導入するための変性方法としては、公知の方法を採用することができる。例えば、リビングアニオン重合により得た上記スチレン系樹脂のリビング末端に、アミノ基含有化合物を付加させる等の末端変性;並びに、有機過酸化物及び脂肪族アゾ化合物等のラジカル重合開始剤の存在下で、2−(1−シクロヘキセニル)エチルアミン等の不飽和結合を持つアミン化合物を上記スチレン系樹脂と溶融混練する等のグラフト変性、等が挙げられる。
スチレン系熱可塑性エラストマーの中でも、接着力を向上できる点で、SEPS及びSEBSが好ましい。
1−5−3.粘着付与剤
粘着付与剤は、接着力を向上する目的で本開示の接着剤組成物に含有させることができる。
粘着付与剤としては、公知のものを使用することができ、ポリテルペン系樹脂、ロジン系樹脂、脂肪族系石油樹脂、脂環族系石油樹脂、共重合系石油樹脂及び水添石油樹脂等が挙げられる。
ポリテルペン系樹脂の具体例としては、α−ピネン重合体、β−ピネン重合体、及びこれらとフェノール又はビスフェノールA等との共重合体等が挙げられる。
ロジン系樹脂の具体例としては、天然ロジン、重合ロジン及びこれらのエステル誘導体等が挙げられる。
脂肪族系石油樹脂の具体例としては、C5系樹脂ともいわれ、一般に、石油のC5留分より合成される樹脂である。脂環族系石油樹脂は、C9系樹脂ともいわれ、一般に、石油のC9留分より合成される樹脂である。
共重合石油樹脂の具体例としては、C5/C9共重合樹脂等である。
水添石油樹脂は、一般に、上記の各種石油樹脂の水素添加により製造されたものである。
粘着付与剤の含有量としては、耐温水性に優れるという点で、接着剤組成物の100質量%に対して、1質量%〜20質量%であることが好ましく、より好ましくは1質量%〜10質量%である。
本開示の接着剤組成物の25℃における粘度としては、10mPa・s〜5,000mPa・sが好ましい。塗工性に優れる点で、10mPa・s以上が好ましい。また、レベリング性に優れる点で、5,000mPa・s以下が好ましく、1,000mPa・s以下がより好ましい。
本開示の接着剤組成物は、ポリオレフィン樹脂成形体と他の部材(金属製部材及び樹脂製部材等)との接着に好適であり、ポリオレフィン樹脂フィルム等のポリオレフィン樹脂成形体同士だけでなく、ポリオレフィン樹脂フィルムと、アルミニウム等からなる金属箔との接着、ポリオレフィン樹脂フィルムと、樹脂層及び金属層を備える複合フィルムにおける金属層との接着等に用いることもできる。接着剤層は、常温はく離接着強さ及び高温はく離接着強さが高く接着性に優れる上、高い耐電解液性を有するため、リチウムイオン電池用包装材料として好ましく用いることができる
2.接着剤組成物の製造方法
本発明の第2の態様(本開示の接着剤組成物の製造方法)は、ポリプロピレン系樹脂をα,β−不飽和カルボン酸化合物又はその誘導体でグラフト変性し、酸性基及び/又は酸無水物基を有するポリプロピレン系樹脂(b)を作製する工程(以下、「工程S1」という。)と、上記酸性基及び/又は酸無水物基を有するポリプロピレン系樹脂(b)の該酸性基及び/又は酸無水物基の変性反応により、上記酸性基及び/又は酸無水物基を有するポリプロピレン系樹脂(b)に下記式(I)で表される(メタ)アクリロイル基(a)を導入し、酸性基及び/又は酸無水物基、並びに、該(メタ)アクリロイル基(a)を有する変性ポリプロピレン系樹脂(A)を作製する工程(以下、「工程S2」という。)と、を有する接着剤組成物の製造方法である。
CH2=CR1CO− ・・・(I)
[式(I)中、R1は水素原子又はメチル基である。]
工程S1において用いることができる各物質とその使用割合等、及び、工程S1において酸性基及び/又は酸無水物基を有するポリプロピレン系樹脂(b)を作製する方法については、上記本発明の第1の態様に係る接着剤組成物に関連して説明した通りであり、ここでは詳細な説明を省略する。
工程S2において用いることができる各物質とその使用割合等、及び、工程S2において変性ポリプロピレン系樹脂(A)を作製する方法については、上記本発明の第1の態様に係る接着剤組成物に関連して説明した通りであり、ここでは詳細な説明を省略する。
本発明の第2の態様において、接着剤組成物としては、工程S2の変性により得られた変性ポリプロピレン系樹脂(A)を含む溶液をそのまま用いてもよいし、アセトン等のポリプロピレン系樹脂に対する貧溶媒に変性ポリプロピレン系樹脂(A)を沈殿させて、未反応の(メタ)アクリロイル誘導体及び反応触媒を除去し、溶媒を乾燥して用いてもよい。沈殿及び乾燥した場合は、さらに、上記変性ポリオレフィン樹脂(A)を有機溶剤に溶解させる工程(以下、「工程S3」という。)を有することが好ましい。
工程S3において用いることができる有機溶剤の種類、及び有機溶剤と変性ポリプロピレン系樹脂(A)との混合割合等については、上記本発明の第1の態様に係る接着剤組成物に関連して説明した通りであり、ここでは詳細な説明を省略する。
工程S3を行う温度は、80℃以下であることが好ましく、より好ましくは30℃〜60℃である。
本発明の第2の態様において、さらに、上記変性ポリプロピレン系樹脂(A)を含む溶液(工程S2の変性により得られた変性ポリプロピレン系樹脂(A)を含む溶液を、沈殿及び乾燥させる形態においては、変性ポリプロピレン系樹脂(A)を有機溶剤に溶解させてなる溶液)と、他の成分とを混合する工程(以下、「工程S4」という。)を有することが好ましい。
工程S4は、変性ポリプロピレン系樹脂(A)を含む溶液と、他の成分とを混合する工程である。ここで、「他の成分」とは、ラジカル重合開始剤及びイソシアネート化合物等の、上記本発明の第1の態様に係る接着剤組成物が含有し得る成分を意味する。他の成分がイソシアネート化合物を含む形態においては、工程S4において、(A)成分を含む溶液と、他の成分のうちイソシアネート化合物を除く成分とを混合した後、得られた混合物と、イソシアネート化合物とを混合することが好ましい。
工程S4における混合時の温度は、40℃以下であることが好ましく、より好ましくは10℃〜30℃である。
3.熱融着性部材
本発明の第3の態様(本開示の熱融着性部材)は、本発明の第1の態様に係る接着剤組成物が硬化してなる接着剤層と、接着剤層の一面側に接合された金属層と、接着剤層の他面側に接合された熱融着性樹脂層とを備える熱融着性部材である。
本開示の熱融着性部材の一例の概略図は、図1及び図2に示される。即ち、図1の熱融着性部材1は、熱融着性樹脂層11と、接着剤層12と、金属層13とを、順次備える。また、図2の熱融着性部材1は、熱融着性樹脂層11と、接着剤層12と、金属層13と、他の層14とを、順次備える。
本開示の熱融着性部材の形状は、用途等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、フィルム状、シート状、板状、アングル状及び棒状等が挙げられる。
上記の熱融着性樹脂層は、熱によって溶融する樹脂を含む層であり、この樹脂は、一面側の層を構成する材料と、他面側の層を構成する材料とを融着し得る。そして、この熱融着性樹脂層は、好ましくは50℃〜200℃の温度で溶融する樹脂を含む層である。このような性質を有する樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂及びポリエステル樹脂等が挙げられる。これらの中では、十分な強度で熱融着させることができることから、ポリオレフィン樹脂が好ましい。更に、ポリオレフィン樹脂としては、ポリプロピレンが好ましい。特に、熱融着性部材を用いて、他の部材と一体化させる場合に、寸法変化(収縮)が少ないことから、無延伸ポリプロピレンがより好ましい。
上記の熱融着性樹脂層は、必要に応じて、滑剤、充填剤、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、難燃剤、着色剤、分散剤及び密着性付与剤等の添加剤を更に含む層であってもよい。
上記の熱融着性樹脂層の厚さは、樹脂の材質等にもより、特に限定されないが、例えば、無延伸ポリプロピレンを含む層である場合、好ましくは10μm〜200μm、より好ましくは20μm〜100μmである。無延伸ポリプロピレンを含む層の厚さが10μm〜200μmであれば、容易に破損することがなく、耐久性の高い密封容器等の熱融着複合製品を得ることができる。
上記の接着剤層は、本開示の接着剤組成物が硬化して形成された層である。接着剤層の厚さは、特に限定されないが、好ましくは1μm〜20μm、より好ましくは2μm〜10μmである。接着剤層の厚さが1μm〜20μmであれば、熱融着性部材が、例えば、シート状である場合の折り曲げ等の加工が容易である。
上記の金属層は、金属又は合金を含む層である。金属又は合金は、アルミニウム、鉄、チタン、マグネシウム、銅、ニッケル、クロム及びその他金属等、並びにそれらの合金等が挙げられる。これらの中でも、加工性に優れるため、アルミニウムが好ましい。金属層の厚さは、その材質等にもより、特に限定されない。金属層が、例えば、アルミニウムからなる場合、好ましくは20μm〜100μm、より好ましくは20μm〜80μm、更に好ましくは30μm〜60μmである。
本開示の熱融着性部材が、金属層を備える場合には、図2に示すように、金属層13の表面に、他の層14を備えることができる。他の層を構成する材料は、金属層を保護するという観点から、樹脂を含むことが好ましい。即ち、他の層は、樹脂層であることが好ましい。この樹脂は、特に限定されず、ポリアミド樹脂及びポリエステル樹脂等とすることができる。樹脂層の透明性は、特に限定されないが、この樹脂層が透明又は半透明であるとき、熱融着複合製品として密封容器等とした場合に、優れた外観を得ることができる。他の層の厚さは、特に限定されず、好ましくは30μm〜60μm、より好ましくは30μm〜50μmである。
本開示の接着剤組成物を用いた熱融着性部材は、常温はく離接着強さ及び高温はく離接着強さが高く接着性に優れる上、電解液等の溶剤に対する耐性にも優れるため、その構造を維持しつつ、内容物の変質を防止することができる。
リチウムイオン電池用包装材料に用いた場合には、電池保管若しくは使用環境における温度変化、特に、充電若しくは放電に伴う電池構成材料の化学的な温度上昇、夏期、又は自動車内等の常温より高い温度範囲において接着性等を保つことができる。
4.熱融着性部材の製造方法
本発明の第4の態様(本開示の熱融着性部材の製造方法)は、本発明の第3の態様に係る熱融着性部材の製造方法である。
例えば、図1に示される熱融着性部材の製造方法としては、以下の(1)又は(2)が挙げられる。
(1)接着剤組成物を、金属層13形成用の金属箔及び金属製フィルム等の表面に塗布し;その後、接着剤組成物中の有機溶剤を除去して接着剤層12を形成し;次いで、接着剤層12が形成された面に、熱融着性樹脂層11形成用樹脂フィルム(以下、「熱融着性樹脂フィルム」という。)を接触させて、加熱しながら圧着し、熱融着性樹脂フィルム側から活性エネルギー線を照射する方法。
(2)接着剤組成物を、熱融着性樹脂フィルムの表面に塗布し;その後、接着剤組成物中の有機溶剤を除去して接着剤層12を形成し;次いで、接着剤層12が形成された面に、金属層13形成用の金属箔等を接触させて、加熱しながら圧着し、熱融着性樹脂フィルム側から活性エネルギー線を照射する方法。
また、図2に示される熱融着性部材の製造方法は、以下の通りである。
(3)接着剤組成物を、他の層14を構成する樹脂層と、この樹脂層の一面側に、蒸着等により形成された金属層13とを有する複合フィルムにおける金属層13の表面に塗布し;その後、接着剤組成物中の有機溶剤を除去して接着剤層12を形成し;次いで、接着剤層12が形成された面と、熱融着性樹脂フィルムを接触させて、加熱しながら圧着し、熱融着性樹脂フィルム側から活性エネルギー線を照射する方法。
(4)接着剤組成物を、熱融着性樹脂フィルムの表面に塗布し;その後、接着剤組成物中の有機溶剤を除去して接着剤層12を形成し;次いで、接着剤層12が形成された面に、他の層14を構成する樹脂層と、この樹脂層の一面側に、蒸着等により形成された金属層13とを有する複合フィルムにおける金属層13が形成された面を接触させて、加熱しながら圧着し、熱融着性樹脂フィルム側から活性エネルギー線を照射する方法。
(5)上記(1)又は(2)の方法により得られた積層体における金属層13の表面に、他の層14形成用フィルムを押出成形し、熱融着性樹脂フィルム側から活性エネルギー線を照射する方法。
本開示の接着剤組成物を硬化させるための活性エネルギー線としては、紫外線、可視光線及び電子線等が挙げられるが、中でも、紫外線が好ましい。
紫外線照射装置としては、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、UV(ultraviolet)無電極ランプ、及びLED(light emitting diode)等が挙げられる。
照射エネルギーは、活性エネルギー線の種類及び含有成分の組成に応じて適宜設定すべきものであるが、一例として高圧水銀ランプを使用する場合を挙げると、UV−A領域(波長範囲:315nm〜400nm)の照射エネルギーで100mJ/cm2〜5,000mJ/cm2が好ましく、200mJ/cm2〜2,000mJ/cm2がより好ましい。
接着剤組成物は、金属箔等の金属層形成用材料、又は、金属層及び他の層(樹脂層)を備える複合フィルムにおける金属層の表面に塗布されることが多いが、特に限定されない。金属箔を用いる場合には、厚さが20μm〜100μmであるアルミニウム箔を用いることが好ましい。これにより、破損が抑制された熱融着性部材を容易に形成することができる。また、複合フィルムを用いる場合には、金属層がアルミニウムを含み、他の層(樹脂層)がポリアミド樹脂及びポリエステル樹脂等を含むことが好ましい。更に、複合フィルムを用いず、図2に示す熱融着性部材を製造する場合、即ち、上記(5)の方法を採用する場合、他の層14形成用フィルムとして、ポリアミド樹脂及びポリエステル樹脂等を含むフィルムを用いることが好ましい。
熱融着性樹脂フィルムとしては、ポリオレフィン樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム及びポリエステル樹脂フィルム等を用いることができる。これらの樹脂フィルムは、押出法、キャスト成形法、Tダイ法及びインフレーション法等の製膜化法により得られたフィルムとすることができる。熱融着性樹脂フィルムの厚さは、10μm〜200μmであることが好ましい。本開示においては、熱融着性部材を完成させる熱融着、及び熱融着複合製品を製造する際の熱融着を容易に行うことができる点で、ポリオレフィン樹脂フィルムが好ましく、破損しにくく、耐久性に優れた密封用容器等の熱融着複合製品を得ることができる点で、無延伸ポリプロピレンフィルムがより好ましい。この無延伸ポリプロピレンフィルムを用いる場合、好ましい厚さは10μm〜200μmであり、より好ましくは20μm〜100μmである。
接着剤組成物は、従来、公知の方法により塗布することができ、例えば、バーコーター及びグラビアコーター等を用いて塗布することができる。塗膜の厚さ及びその乾燥温度は、特に限定されない。塗膜の乾燥温度は、特に限定されず、作業性の観点から、好ましくは30℃〜100℃である。
上記のように、乾燥した塗膜は、一般に、粘着性及び接着性を有するので、加熱することなく、2つの部材を接着することができるが、本開示の熱融着性部材を製造する場合には、変性ポリオレフィン系樹脂に基づく樹脂成分の融点並びに溶融粘度等を考慮した温度に加熱しながら、圧着等する方法等を適用することができる。加熱条件及び圧着条件としては、例えば、温度180℃、圧力0.3MPa、圧着時間2秒である。
また、(A)成分とイソシアネート化合物との架橋反応を促進し、熱融着性部材を完成させるための条件(以下、「エージング条件」という。)は、特に限定されず、金属箔の材質及び熱融着性樹脂フィルムの材質、溶融温度等、並びに接着剤層の組成等により設定することが好ましい。エージング条件としては40℃、3日〜7日程度加熱してもよいし、(A)成分として酸性基及び/又は酸無水物基、並びにエチレン性不飽和基を有するポリオレフィンを使用し、エージング時間短縮のために紫外線及び電子線等の活性エネルギー線硬化と加熱を併用してもよい。
5.用途
本開示の熱融着性部材は、電気分野、自動車分野、産業分野及びその他分野の様々な工業用製品分野において使用することができる。
電気分野の用途例としては、リチウムイオン電池及びリチウムイオンポリマー電池等二次電池用の包装材料、モバイル機器、テレビ筐体及び白物家電筐体等における、加飾シート貼付けによる加飾、金属部材と樹脂との接着、及び電子部品の封止等がある。
自動車分野の用途例としては、ピラー、モール、ドアトリム、スポイラー及びルーフ等の内外装部材等における、金属部材及び樹脂からなる外装材の接着、本皮革、ファブリック、インパネ(instrument panel)発泡シート及び加飾シートと基材の接着等がある。
産業分野の用途例としては、工業用包材及びバリアーフィルム等の多層フィルムのフィルム間の接着等がある。
その他分野の用途例としては、物流資材、住建材、日用雑貨及びスポーツ用品の接着等が挙げられる。
これらの中でも、本開示の熱融着性部材の用途としては、常温はく離接着強さ及び高温はく離接着強さが高く接着性に優れる上、高い耐電解液性を有するため、リチウムイオン電池用包装材料が好ましい。
以下に、実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
1.製造例
1)製造例1〔A1の製造〕
二軸押出機(L/D=42、φ=58mm)に、未変性のポリプロピレン系樹脂としてプロピレン−エチレン−1−ブテン共重合体(プロピレン成分72モル%、エチレン成分7モル%、1−ブテン成分21モル%、重量平均分子量120,000、Tm=100℃)100質量部、マレイン酸無水物2.3質量部、メタクリル酸ラウリル4質量部、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン1.5質量部を投入した。滞留時間は10分、バレル温度は180℃(第1バレル〜第7バレル)として反応させ、第7バレルにて脱気を行い、残留する未反応のマレイン酸無水物及びメタクリル酸ラウリルを除去し、反応物(マレイン酸無水物及びメタクリル酸ラウリルが付加したポリプロピレン系樹脂)を得た。
次いで、攪拌機、冷却管、及び滴下漏斗を取り付けた四つ口フラスコ中に、この反応物100質量部、トルエン300質量部、及びp−トルエンスルホン酸0.36質量部を仕込み、60℃に加熱、撹拌して溶解させた。次いで、重合禁止剤としてヒドロキノンモノメチルエーテル0.015質量部を加えて溶解させた。この溶液を60℃に保持しながら、2−ヒドロキシエチルアクリレート2.2質量部を100質量部のトルエンに溶解して得た溶液を2時間かけて添加し、添加終了後さらに同温度で8時間反応させた。反応終了後に、遊離の2−ヒドロキシエチルアクリレートをガスクロマトグラフィーにより定量したところ0%であった。この結果から、後記の計算式に従い、(メタ)アクリロイル基の結合率を計算すると、50%であった。すなわち、マレイン酸無水物及びメタクリル酸ラウリルが付加したポリプロピレン系樹脂のマレイン酸無水物単位にもとづくカルボキシル基の50%がエステル化されたことになる。
得られたマレイン酸無水物及びメタクリル酸ラウリルが付加したポリプロピレン系樹脂のエステル化物溶液をトルエンで希釈して樹脂固形物含有量が15%の溶液とした(以下、「A1」という。)。
2)製造例2〔A2の製造〕
攪拌機、冷却管、及び滴下漏斗を取り付けた四つ口フラスコ中で、未変性のポリプロピレン系樹脂としてプロピレン−1−ブテン共重合体(プロピレン成分73モル%、1−ブテン成分27モル%、重量平均分子量200,000、Tm=85℃)100質量部をトルエン400質量部中に加熱溶解させた後、アコニット酸無水物1.5質量部、アクリル酸オクチル3質量部、ベンゾイルパーオキサイド0.5質量部をそれぞれ3時間かけて滴下し、さらに1時間反応させた。反応後、室温に冷却した後、粗反応物を大過剰のアセトン中に投入して未反応のアコニット酸無水物及びアクリル酸オクチルを除去し、アセトン中に析出した樹脂を分離、乾燥して反応物(アコニット酸無水物及びアクリル酸オクチルが付加したポリプロピレン系樹脂)を得た。
次いで、攪拌機、冷却管、及び滴下漏斗を取り付けた四つ口フラスコ中に、この反応物100質量部、トルエン300質量部を仕込み、60℃に加熱、撹拌して溶解させた。次いで、モノエタノールアミン0.75質量部を100質量部のトルエンに溶解した溶液を2時間かけて添加し、添加終了後さらに同温度で8時間反応させた。次いで、この溶液にトリエチルアミン0.13質量部、重合禁止剤としてヒドロキノンモノメチルエーテル0.015質量部を加えて溶解させた。この溶液を60℃に保持しながら、2−イソシアネートエチルアクリレート1.8質量部を100質量部のトルエンに溶解した溶液を2時間かけて添加し、添加終了後さらに同温度で8時間反応させた。反応終了後に、遊離の2−イソシアネートエチルアクリレートをガスクロマトグラフィーにより定量したところ0%であった。この結果から、後記の計算式に従い、(メタ)アクリロイル基の結合率を計算すると、33%であった。すなわち、アコニット酸無水物及びアクリル酸オクチルが付加したポリプロピレン系樹脂のアコニット酸無水物単位にもとづくカルボキシル基の33%がアミド化及びウレタン化されたことになる。
得られたアコニット酸無水物及びアクリル酸オクチルが付加したポリプロピレン系樹脂のアミド化及びウレタン化物溶液をトルエンで希釈して樹脂固形物含有量が15%の溶液とした(以下、「A2」という。)。
3)製造例3〔A3の製造〕
製造例1と同様の二軸押出機に、未変性のポリプロピレン系樹脂としてプロピレン−1−ブテン共重合体(プロピレン成分67モル%、1−ブテン成分33モル%、重量平均分子量200,000、Tm=75℃)100質量部、イタコン酸無水物8質量部、アクリル酸トリデシル5質量部、ラウロイルパーオキサイド2質量部を投入した。滞留時間は10分、バレル温度は170℃(第1バレル〜第7バレル)として反応し、第7バレルにて脱気を行い、残留する未反応の無水イタコン酸及びアクリル酸トリデシルを除去し、反応物(イタコン酸無水物及びアクリル酸トリデシルが付加したポリプロピレン系樹脂)を得た。
次いで、攪拌機、冷却管、及び滴下漏斗を取り付けた四つ口フラスコ中に、この反応物100質量部、トルエン300質量部、及びトリエチルアミン0.76質量部を仕込み、60℃に加熱、撹拌して溶解させた。次いで、重合禁止剤としてヒドロキノンモノメチルエーテル0.015質量部を加えて溶解させた。この溶液を60℃に保持しながら、メタクリル酸グリシジル10.8質量部を100質量部のトルエンに溶解した溶液を2時間かけて添加し、添加終了後さらに同温度で8時間反応させた。反応終了後に、遊離のメタクリル酸グリシジルをガスクロマトグラフィーにより定量したところ0%であった。この結果から、後記の計算式に従い、(メタ)アクリロイル基の結合率を計算すると、50%であった。すなわち、イタコン酸無水物及びアクリル酸トリデシルが付加したポリプロピレン系樹脂の無水イタコン酸単位にもとづくカルボキシル基の50%がエステル化されたことになる。
得られたイタコン酸無水物及びアクリル酸トリデシルが付加したポリプロピレン系樹脂のエステル化物溶液をトルエンで希釈して樹脂固形物含有量が15%の溶液とした(以下、「A3」という。)。
4)製造例4〔A4の製造〕
製造例1と同様の二軸押出機に、未変性のポリプロピレン系樹脂としてプロピレン−1−ブテン共重合体(プロピレン成分84モル%、1−ブテン成分16モル%、重量平均分子量210,000、Tm=98℃)100質量部、マレイン酸無水物2.5質量部、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン0.8質量部を投入した。滞留時間は10分、バレル温度は180℃(第1バレル〜第7バレル)として反応し、第7バレルにて脱気を行い、残留する未反応のマレイン酸無水物を除去し、反応物(マレイン酸無水物付加ポリプロピレン系樹脂)を得た。
次いで、攪拌機、冷却管、及び滴下漏斗を取り付けた四つ口フラスコ中に、この反応物100質量部とトルエン300質量部を仕込み、60℃に加熱、撹拌して溶解させた。この溶液に水0.5質量部を添加し、同温度で8時間反応させ、次いで、トリエチルアミン0.22質量部、重合禁止剤としてヒドロキノンモノメチルエーテル0.015質量部を加えて溶解させた。この溶液を60℃に保持しながら、2−イソシアネートエチルアクリレート3.1質量部を100質量部のトルエンに溶解した溶液を2時間かけて添加し、添加終了後さらに同温度で8時間反応させた。反応終了後に、遊離の2−イソシアネートエチルアクリレートをガスクロマトグラフィーにより定量したところ0%であった。この結果から、後記の計算式に従い、(メタ)アクリロイル基の結合率を計算すると、50%であった。すなわち、マレイン酸無水物付加ポリプロピレン系樹脂のマレイン酸無水物単位にもとづくカルボキシル基の50%がアミド化されたことになる。
得られたマレイン酸無水物付加ポリプロピレン系樹脂のアミド化物溶液をトルエンで希釈して樹脂固形物含有量が15%の溶液とした(以下、「A4」という。)。
5)製造例5〔A5の製造〕
二軸押出機(L/D=42、φ=58mm)に、未変性のポリプロピレン系樹脂としてプロピレン−1−ブテン共重合体(プロピレン成分84モル%、1−ブテン成分16モル%、重量平均分子量210,000、Tm=98℃)100質量部、マレイン酸無水物1.3質量部、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン0.5質量部を投入した。滞留時間は10分、バレル温度は180℃(第1バレル〜第7バレル)として反応し、第7バレルにて脱気を行い、残留する未反応のマレイン酸無水物を除去し、反応物(マレイン酸無水物付加ポリプロピレン系樹脂)を得た。
次いで、攪拌機、冷却管、及び滴下漏斗を取り付けた四つ口フラスコ中に、この反応物100質量部とトルエン300質量部を仕込み、60℃に加熱、撹拌して溶解させた。次いで、ジエタノールアミン1.14質量部を100質量部のトルエンに溶解した溶液を2時間かけて添加し、添加終了後さらに同温度で8時間反応させた。次いで、この溶液にトリエチルアミン0.13質量部、重合禁止剤としてヒドロキノンモノメチルエーテル0.015質量部を加えて溶解させた。この溶液を60℃に保持しながら、2−イソシアネートエチルアクリレート1.8質量部を100質量部のトルエンに溶解した溶液を2時間かけて添加し、添加終了後さらに同温度で8時間反応させた。反応終了後に、遊離の2−イソシアネートエチルアクリレートをガスクロマトグラフィーにより定量したところ0%であった。この結果から、後記の計算式に従い、(メタ)アクリロイル基の結合率を計算すると、50%であった。すなわち、マレイン酸無水物付加ポリプロピレン系樹脂のマレイン酸無水物単位にもとづくカルボキシル基の50%がアミド化及びウレタン化されたことになる。
得られたマレイン酸無水物付加ポリプロピレン系樹脂のアミド化及びウレタン化物溶液をトルエンで希釈して樹脂固形物含有量が15%の溶液とした(以下、「A5」という。)。
6)製造例6〔A6の製造〕
二軸押出機(L/D=42、φ=58mm)に、未変性のポリプロピレン系樹脂としてプロピレン−エチレン−1−ブテン共重合体(プロピレン成分72モル%、エチレン成分7モル%、1−ブテン成分21モル%、重量平均分子量120,000、Tm=100℃)100質量部、マレイン酸無水物2.3質量部、メタクリル酸ラウリル4質量部、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン1.5質量部を投入した。滞留時間は10分、バレル温度は180℃(第1バレル〜第7バレル)として反応し、第7バレルにて脱気を行い、残留する未反応のマレイン酸無水物及びメタクリル酸ラウリルを除去し、反応物(マレイン酸無水物及びメタクリル酸ラウリルが付加したポリプロピレン系樹脂)を得た。
コンデンサー及び攪拌機が付設された内容積300mlのフラスコに、この反応物、及びトルエンを仕込み、60℃で10分間撹拌し、溶解後、室温まで冷却して樹脂固形物含有量が15%の樹脂溶液を得た(以下、「A6」という。)。
7)製造例7〔A7の製造〕
攪拌機、冷却管、及び滴下漏斗を取り付けた四つ口フラスコ中で、ポリプロピレン系樹脂としてプロピレン−1−ブテン共重合体(プロピレン成分73モル%、1−ブテン成分27モル%、重量平均分子量200,000、Tm=85℃)100質量部をトルエン400質量部中に加熱溶解させた後、アコニット酸無水物1.5質量部、アクリル酸オクチル3質量部、ベンゾイルパーオキサイド0.5質量部をそれぞれ3時間かけて滴下し、さらに1時間反応させた。反応後、室温に冷却した後、粗反応物を大過剰のアセトン中に投入して未反応のアコニット酸無水物及びアクリル酸オクチルを除去し、反応物(アコニット酸無水物及びアクリル酸オクチルが付加したポリプロピレン系樹脂)を得た。
コンデンサー及び攪拌機が付設された内容積300mlのフラスコに、この反応物、及びトルエンを仕込み、60℃で10分間撹拌し、溶解後、室温まで冷却して樹脂固形物含有量が15%の樹脂溶液を得た(以下、「A7」という。)。
8)製造例8〔A8の製造〕
製造例1と同様の二軸押出機に、ポリプロピレン系樹脂としてプロピレン−1−ブテン共重合体(プロピレン成分67モル%、1−ブテン成分33モル%、重量平均分子量200,000、Tm=75℃)100質量部、イタコン酸無水物8質量部、アクリル酸トリデシル5質量部、ラウロイルパーオキサイド2質量部を投入した。滞留時間は10分、バレル温度は170℃(第1バレル〜第7バレル)として反応し、第7バレルにて脱気を行い、残留する未反応のイタコン酸無水物及びアクリル酸トリデシルを除去し、反応物(イタコン酸無水物及びアクリル酸トリデシルが付加したポリプロピレン系樹脂)を得た。
コンデンサー及び攪拌機が付設された内容積300mlのフラスコに、この反応物、及びトルエンを仕込み、60℃で10分間撹拌し、溶解後、室温まで冷却して樹脂固形物含有量が15%の樹脂溶液を得た(以下、「A8」という。)。
9)製造例9〔A9の製造〕
二軸押出機(L/D=42、φ=58mm)に、ポリプロピレン系樹脂としてプロピレン−1−ブテン共重合体(プロピレン成分84モル%、1−ブテン成分16モル%、重量平均分子量210,000、Tm=98℃)100質量部、マレイン酸無水物2.5質量部、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン0.8質量部を投入した。滞留時間は10分、バレル温度は180℃(第1バレル〜第7バレル)として反応し、第7バレルにて脱気を行い、残留する未反応のマレイン酸無水物を除去し、反応物(マレイン酸無水物付加ポリプロピレン系樹脂)を得た。
コンデンサー及び攪拌機が付設された内容積300mlのフラスコに、この反応物、及びトルエンを仕込み、60℃で10分間撹拌し、溶解後、室温まで冷却して樹脂固形物含有量が15%の樹脂溶液を得た(以下、「A9」という。)。
10)製造例10〔A10の製造〕
二軸押出機(L/D=42、φ=58mm)に、ポリプロピレン系樹脂としてプロピレン−1−ブテン共重合体(プロピレン成分84モル%、1−ブテン成分16モル%、重量平均分子量210,000、Tm=98℃)100質量部、マレイン酸無水物1.3質量部、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン0.5質量部を投入した。滞留時間は10分、バレル温度は180℃(第1バレル〜第7バレル)として反応し、第7バレルにて脱気を行い、残留する未反応のマレイン酸無水物を除去し、反応物(マレイン酸無水物付加ポリプロピレン系樹脂)を得た。
コンデンサー及び攪拌機が付設された内容積300mlのフラスコに、この反応物、及びトルエンを仕込み、60℃で10分間撹拌し、溶解後、室温まで冷却して樹脂固形物含有量が15%の樹脂溶液を得た(以下、「A10」という。)。
2.反応物の評価方法
製造例1〜5で得られた反応物A1〜A5について、後記する方法に従い、重量平均分子量、融点、融解エネルギー、酸性基含有モノマー及び/又は酸無水物基含有モノマーのグラフト量、(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステルのグラフト量、(メタ)アクリロイル基の含有量及び平均官能基数、並びに、上記(メタ)アクリロイル基の結合率を測定又は算出した。
それらの結果を表1に示す。なお、表1中に記載の「重量%」は、「質量%」と同義である。
(1)重量平均分子量
装置 :HLC−8220GPC(東ソー(株)製)
カラム :TSKgel GMHXL 2本(東ソー(株)製)
カラム温度 :40℃
溶離液 :テトラヒドロフラン 1.00ml/分
検出器 :RI(示差屈折率計)
GPCにより測定した分子量をポリスチレンの分子量を基準にして換算した。
(2)融点
JIS K 7121(1987年制定)の規定に準じ、示差走査熱量計を用いて、昇温速度10℃/分で測定し、結晶化したときの温度を融点(以下「Tm」)とした。
(3)融解エネルギー
JIS K 7122(1987年制定)の規定に準じ、示差走査熱量計を用いて、昇温速度10℃/分で融解エネルギーを測定した。
(4)酸無水物基含有モノマーのグラフト量
酸無水物基含有モノマーのグラフト量は、後記する測定により得られた酸価から次式で定義される。
グラフト量(質量%)=酸価×(M+1.008)×100/(1000×56.1×V)
M=酸無水物基含有モノマーの分子量
V=酸無水物基含有モノマーを加水分解した時の酸性基の価数
上記反応物A1〜A5の酸無水物基含有モノマーのグラフト量は、次式に従って算出した。
A1のグラフト量(質量%)=酸価× 99.1×100/(1000×56.1×2)
A2のグラフト量(質量%)=酸価×157.1×100/(1000×56.1×3)
A3のグラフト量(質量%)=酸価×113.1×100/(1000×56.1×2)
A4のグラフト量(質量%)=酸価× 99.1×100/(1000×56.1×2)
A5のグラフト量(質量%)=酸価× 99.1×100/(1000×56.1×2)
◆酸価の測定方法
酸価は、試料1g中に含まれる酸を中和するのに要する水酸化カリウムのミリグラム数を示し、JIS K 0070:1992に準じて測定した。
具体的には、共栓付三角フラスコに測定する試料0.2gを精秤し、テトラヒドロフラン20mlを加え、加温しながら溶解させて試料溶液を得る。次いで、この試料溶液に、指示薬として1w/v%のフェノールフタレインエタノール溶液を数滴加え、滴定液として0.1mol/Lの水酸化カリウムのエタノール溶液を用いて、10秒間持続する淡紅色を呈するまで滴定を行い、次式に従って酸価を算出した。
酸価(mgKOH/g)=(T×F×56.11×0.1)/W
ここで、上記計算式において、Tは滴定量(mL)、Fは滴定液のファクター、Wは試料採取量(g)をそれぞれ表す。
(5)(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステルのグラフト量
まず、製造例1と同様の二軸押出機を用いて、上記反応物A1〜A3の原料であるポリオレフィンに対して、上記反応物A1〜A3の原料である(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステル(濃度(質量%):C1、C2及びC3)を混合した後、熱プレスを用いて、(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステル濃度が異なるフィルム3種類(厚み:100μm)を得た。
フーリエ変換赤外分光法により、上記3種類のフィルムの赤外吸収スペクトルを測定して、次式に従って吸光度比Y1、Y2及びY3を求め、濃度C1、C2及びC3に対する検量線を作成した。
Figure 2019139016

1:濃度C1の時のY
2:濃度C2の時のY
3:濃度C3の時のY
ついで、上記反応物A1〜A3の赤外スペクトルを測定して、吸光度比YA1(反応物A1のY)、YA2(反応物A2のY)及びYA3(反応物A3のY)を求め、上記検量線を基に次式に従って、(メタ)アクリル酸長鎖アルキルエステルのグラフト量を算出した。
A1のグラフト量(質量%)=(YA1−b)/a
A2のグラフト量(質量%)=(YA2−b)/a
A3のグラフト量(質量%)=(YA3−b)/a
a=(3f−d×e)/(3c−d2
b=(c×e−f×d)/(3c−d2
c=C1 2+C2 2+C3 2
d=C1+C2+C3
e=Y1+Y2+Y3
f=C11+C22+C33
(6)(メタ)アクリロイル基の含有量、平均官能基数
1H−NMR分析装置を用いて、ポリプロピレン系樹脂由来の0.1ppm〜2.3ppm付近のピーク面積、(メタ)アクリロイル基に由来する6.0ppm〜6.5ppm付近のピーク面積の比及びMnから含有量を求め、次式により、含有量及び平均官能基数を算出した。
含有量(%)= Mh×(Aa/Ap)/Mha×Mna/Mn×100
平均官能基数= Mw×(含有量(%)/100)/Mna
上記式中の記号は以下の通りである。
Mh:繰返し単位の水素原子数=(Mhp×Mp+Mhe×Me+Mhb×Mb)/100
Ap:ポリプロピレン系樹脂に由来するピーク面積の和(対応水素原子Mh個)
Aa:アクリロイル基に由来するピークの面積(対応水素原子1個)
Mna:アクリロイル基の化学式量
Mn:繰返し単位の化学式量=(Mnp×Mp+Mne×Me+Mnb×Mb)/100
Mw:ポリプロピレン系樹脂の分子量
Mp:ポリプロピレン系樹脂を構成するプロピレン単位のmol%
Me:ポリプロピレン系樹脂を構成するエチレン単位のmol%
Mb:ポリプロピレン系樹脂を構成するブテン単位のmol%
Mnp:プロピレン単位の化学式量
Mne:エチレン単位の化学式量
Mnb:ブテン単位の化学式量
Mhp:プロピレン単位の水素原子数 = 6
Mhe:エチレン単位の水素原子数 = 4
Mhb:ブテン単位の水素原子数 = 8
Mha:アクリロイル基の水素原子数 = 1
(7)(メタ)アクリロイル基の結合率
上記した変性ポリプロピレン系樹脂の酸性基及び/又は酸無水物基に由来するカルボキシル基に対する(メタ)アクリロイル基の結合率は、次式により算出した。
K=(D−B)×56.1×100000/M/N/L
上記式中の記号は以下の通りである。
B:ガスクロマトグラフィーから求めた(メタ)アクリロイル誘導体残存重量(g)
D:(メタ)アクリロイル誘導体の仕込重量(g)
M:(メタ)アクリロイル誘導体の分子量
L:変性ポリプロピレン系樹脂の酸価(mgKOH/g)
K:変性ポリプロピレン系樹脂が有するカルボキシル基に対する、(メタ)アクリロイル誘導体が結合したカルボキシル基の割合(%)
N:変性ポリプロピレン系樹脂の仕込重量(g)
Figure 2019139016
3.接着剤組成物の調製
1)実施例1〜5
コンデンサー及び攪拌機が付設された内容積300mlのフラスコに、下記表2に示す割合で、(A)成分としてA1〜A5のいずれかの反応物、及び、光ラジカル重合開始剤(BASF社製 商品名「IRGACURE 184」)を仕込み、充分混合して、実施例1〜5に係る接着剤組成物を得た。尚、表2における数字は質量部を意味する。
2)実施例6〜10
実施例1〜5と同様のフラスコに、下記表2に示す割合で、(A)成分としてA1〜A5のいずれかの反応物、光ラジカル重合開始剤(BASF社製 商品名「IRGACURE 184」)、硬化触媒としてのジブチルスズジラウレート(ADEKA製、商品名「アデカスタブBT−11)」)、及びイソシアネート化合物としてのヘキサメチレンジイソシアネート(炭素数6の炭化水素基を有する)のイソシアヌレート体(旭化成(株)製、製品名「デュラネートTPA−100」)を仕込み、充分混合して、実施例6〜10に係る接着剤組成物を得た。
3)比較例1〜5
実施例1〜5と同様のフラスコに、下記表2に示す割合で、A6〜A10のいずれかの反応物、硬化触媒としてのジブチルスズジラウレート(ADEKA製、商品名「アデカスタブBT−11)」)、及び、イソシアネート化合物としてのヘキサメチレンジイソシアネート(炭素数6の炭化水素基を有する)のイソシアヌレート体(旭化成(株)製、製品名「デュラネートTPA−100」)を仕込み、充分混合して、比較例1〜5に係る接着剤組成物を得た。
得られた実施例1〜10、比較例1〜5に係る接着剤組成物を使用し、後記する評価を行った。なお、後記の試験片の作製に際して、実施例6〜10、比較例1〜5に係る接着剤組成物については、イソシアネート化合物を含有させた後、1時間以内に、接着剤組成物を使用した。
それらの結果を表2に示す。
4.接着剤組成物の評価方法
(1)粘度
B型回転粘度計(東機産業(株)製)を用いて、温度25℃±0.5℃の条件で測定した。結果を表2に示す。
5.試験片の作製
アルミニウム箔(サイズ:100mm×200mm、厚さ:40μm、表面処理:化成処理)に、接着剤組成物をバーコーターで塗布し、その後、80℃で60秒間乾燥させ、接着剤組成物に含有されていた有機溶剤を除去して膜厚4μmの接着剤層を形成した。
次いで、接着剤層の表面に、熱融着性樹脂フィルムとして無延伸ポリプロピレンフィルム(厚さ80μm、表面処理:コロナ処理、以下「CPP」という。)を貼合し、ゴム製ロールを有する熱ラミネーターを用いて、加熱圧着させた。このときの接着条件は、ロール表面温度80℃、ロール圧力0.3MPa、ラミネート速度1m/minとした。その後、アイグラフィックス(株)製のコンベア式紫外線照射装置(100W/cmメタルハライドランプ、ランプ高さ29cm、UV−A領域の照射強度250mW/cm2(ヘレウス(株)製UV POWER PUCKの測定値))を用いてCPP面側から、UV−A領域の紫外線を2000mJ/cm2照射し、表2に示す所定の養生条件で放置して評価を実施した。
6.試験片の評価
上記5.で得られた試験片を用い、後記する評価を行った。
(1)接着性
[常温はく離接着強さ]
上記試験片を15mm幅に裁断し、アルミニウム箔とCPPとの間の常温はく離接着強さ(測定温度25℃)を、T剥離試験(引張速度100mm/分)で測定した。その結果を表2に示す。
[高温はく離接着強さ]
上記試験片を15mm幅に裁断し、アルミニウム箔とCPPとの間の高温はく離接着強さ(測定温度80℃)を、T剥離試験(引張速度100mm/分)で測定した。その結果を表2に示す。
(2)耐電解液性
電解液として、炭酸エチレン、炭酸ジエチル、及び炭酸ジメチルを1:1:1(重量比)で混合し、これに1mol/Lの濃度でヘキサフルオロリン酸リチウムを添加したものを用いた。
上記試験片を80℃の電解液中に8日間浸漬した後、アルミニウム箔とCPPとの間の常温はく離接着強さ(測定温度25℃)をT剥離試験(引張速度100mm/分)で測定した。その結果を表2に示す。
Figure 2019139016
7.評価結果
表2から明らかなように、実施例1〜10の接着剤組成物は、ラミネートしてから25℃で30分経過した後の常温はく離接着強さが2.5N/15mm以上と高いことからラミネート後のはく離接着強さの立上りに優れ、短い養生時間でも接着性に優れるものであった。また、実施例1〜10の接着剤組成物は、40℃で7日間養生させた後の高温はく離接着強さも2.0N/15mm以上と高く接着性及び耐熱性に優れ、更に、耐電解液性にも優れるものであった。
これに対して、比較例1〜5の接着剤組成物は、ラミネートしてから25℃で30分経過した後の常温はく離接着強さが十分ではなかった。
本発明は、接着剤組成物、並びにそれを用いた電池用材料、リチウムイオン電池用材料、熱融着性部材、及びリチウムイオン電池用包装材料に関し、電気分野、自動車分野及び産業分野等の様々な工業用製品分野において使用することができ、これら技術分野に属する。
1 熱融着性部材
11 熱融着性樹脂層
12 接着剤層
13 金属層
14 他の層

Claims (12)

  1. 酸性基及び/又は酸無水物基、並びに、下記式(I)で表される(メタ)アクリロイル基(a)を有する変性ポリプロピレン系樹脂(A)を含有し、
    前記(メタ)アクリロイル基(a)は、酸性基及び/又は酸無水物基を有するポリプロピレン系樹脂(b)の該酸性基及び/又は該酸無水物基の変性反応により導入されたものである、接着剤組成物。
    CH2=CR1CO− ・・・(I)
    [式(I)中、R1は水素原子又はメチル基である。]
  2. 前記(メタ)アクリロイル基(a)が、前記ポリプロピレン系樹脂(b)が有する前記酸性基及び/又は前記酸無水物基と下記式(II)で表される化合物との反応により導入されたものである、請求項1に記載の接着剤組成物。
    CH2=CR2CO−R3−OH ・・・ (II)
    [式(II)中、R2は水素原子又はCH3基を示し、R3は−(OCH2CH2n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH(CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH2CH(CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(O(CH24n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH(CH2CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、又は−NH−CH2−基を示す。]
  3. 前記(メタ)アクリロイル基(a)が、前記ポリプロピレン系樹脂(b)が有する前記酸性基及び/又は前記酸無水物基と下記式(III)で表される化合物との反応により導入されたものである、請求項1に記載の接着剤組成物。
    CH2=CR4CO−R5−NCO ・・・ (III)
    [式(III)中、R4は水素原子又はCH3基を示し、R5は−(OCH2CH2n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH(CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)又は−NH−CH2−基を示す。]
  4. 前記(メタ)アクリロイル基(a)が、前記ポリプロピレン系樹脂(b)が有する前記酸性基及び/又は前記酸無水物基と下記式(IV)で表される化合物との反応により導入されたものである、請求項1に記載の接着剤組成物。
    CH2=CR6CO−R7−OR10 ・・・ (IV)
    [式(IV)中、R6は水素原子又はCH3基を示し、R7は、単結合、−(OCH2CH2n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH(CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)又は−NH−CH2−基を示し、R10はグリシジル基を示す。]
  5. 前記(メタ)アクリロイル基(a)が、
    前記ポリプロピレン系樹脂(b)が有する前記酸性基及び/又は前記酸無水物基と下記式(V)及び/又は(VI)で表される化合物とが反応して生成する水酸基及び/又はカルボキシ基と、
    下記式(VII)で表される化合物との反応により導入されたものである、請求項1に記載の接着剤組成物。
    2N−(CH2n−OH ・・・ (V)
    [式(V)中、nは1〜8の整数を示す。]
    HO−(CH2n−NH−(CH2m−OH ・・・ (VI)
    [式(VI)中、m、nはそれぞれ独立して1〜8の整数を示す。]
    CH2=CR8CO−R9−NCO ・・・ (VII)
    [式(VII)中、R8は水素原子又はCH3基を示し、R9は−(OCH2CH2n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)、−(OCH2CH(CH3))n−基(式中、nは1〜8の整数を示す。)又は−NH−CH2−基を示す。]
  6. ラジカル重合開始剤を更に含有する請求項1〜5のいずれか1項に記載の接着剤組成物。
  7. 有機溶剤を更に含有し、前記変性ポリプロピレン系樹脂(A)が前記有機溶剤に溶解している請求項1〜6のいずれか1項に記載の接着剤組成物。
  8. イソシアネート化合物を更に含有する請求項1〜7のいずれか1項に記載の接着剤組成物。
  9. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の接着剤組成物の硬化物を有する電池用材料。
  10. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の接着剤組成物の硬化物を有するリチウムイオン電池用材料。
  11. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の接着剤組成物が硬化してなる接着剤層と、当該接着剤層の一面側に接合された金属層と、当該接着剤層の他面側に接合された熱融着性樹脂層とを備えることを特徴とする熱融着性部材。
  12. 請求項11に記載の熱融着性部材を含むリチウムイオン電池用包装材料。
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