KR102606942B1 - 1액형 강화 에폭시 접착제 - Google Patents

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Abstract

인-개질 에폭시 수지, 강화제, 및 고무-개질도 인-개질도 되지 않은 에폭시 수지를 함유하는 1액형 에폭시 접착제. 이러한 접착제는 자동차 분야에 유용한 구조용 접착제이다. 이러한 접착제는 특히 우수한 내식성을 나타낸다.

Description

1액형 강화 에폭시 접착제
본 발명은 1액형 강화 에폭시 접착제에 관한 것이다.
구조용 접착제는 차량의 차체 구조를 접합시키는 데 사용된다. 차량 제조 공정에서 이러한 목적으로 1액형 에폭시 접착제가 주로 사용된다.
에폭시 접착제는 금속에 대한 매우 강한 초기 접착력을 나타낸다. 차량의 긴 수명을 위해서는 접착제가 수년 동안 접합을 유지해야 한다. 이 기간 동안, 차량과 접착제는 상당한 온도 변화뿐만 아니라 물, 오일, 염류, 먼지, 및 기타 오염물질에 노출된다. 이러한 조건들은 접착제를 약화시킨다. 특히 염은 접착제를 매우 잘 부식시킨다.
금속 및 기타 기판에 강하게 접합되고 우수한 내식성을 나타내는 1액형 구조용 에폭시 접착제가 요구된다.
본 발명은 A) 23℃에서 액체인 비-고무-개질, 비-인-개질 에폭시 수지 또는 이들의 혼합물, B) 1000 원자 질량 단위 이상의 중량을 갖는 적어도 하나의 폴리에테르 및/또는 디엔 고무 세그먼트를 갖고, 캡핑된 이소시아네이트기를 갖는 수 평균 분자량이 35,000 이하인, 하나 이상의 반응성 우레탄기- 및/또는 우레아기-함유 중합체, C) 적어도 하나의 에폭시 경화 촉매, D) 경화제, 및 E) 에폭시 수지와 아인산의 에폭시-함유 부가물(접착제의 중량을 기준으로 3.5 내지 50 중량%)을 혼합재로 포함하는 1액형 강화 에폭시 접착제로서, 성분 B)의 중량부당 2 중량부 이하의 가소제를 함유하고, 7 중량% 이하의 코어-쉘 고무 입자를 함유하고, 60℃ 이상의 경화 온도를 나타내는, 1액형 에폭시 접착제이다.
본 발명은 또한, 2개의 기판을 접합시키는 방법으로서, 2개의 기판 사이의 접합선에 상기 접착제의 층을 형성하여 조립체를 형성하는 단계, 및 이어서 접합선의 접착층을 130℃ 이상의 온도로 가열하여 경화시켜 접합선에 2개의 기판에 접합된 경화된 접착부를 형성하는 단계를 포함하는 방법이다.
본 발명은 또한, 접합되고 코팅된 조립체를 형성하는 방법으로서, 1) 제1 기판과 제2 기판 사이의 접합선에 상기 접착제의 층을 형성하여, 접합선에서 접착제 조성물과 각각 접촉하는 제1 기판과 제2 기판을 포함하는 조립체를 형성하는 단계; 이어서
2) 조립체를 코팅 조에 침지시켜 조립체의 노출된 표면의 적어도 일부에 경화되지 않은 코팅층을 형성하는 단계; 및
3) 단계 2)의 코팅된 조립체를 140℃ 이상의 온도로 가열하여 접착제를 경화시켜 접합선에 기판에 접합된 경화된 접착부를 형성함과 동시에 코팅층을 경화시키는 단계를 포함하는 방법이다.
본 발명의 접착제는 금속 및 기타 기판에 매우 강하게 접합되며, 부식성 환경에 노출된 후에도 접착 특성의 유지력이 뛰어나다.
접착제는 적어도 하나의 비-고무-개질, 비-인-개질 에폭시 수지(성분 A)를 함유한다. "비-고무-개질"이란, 이하 기술되는 바와 같이, 경화 전에 에폭시 수지가 고무에 화학적으로 결합되지 않음을 의미한다.
"비-인-개질"이란, 접착제의 경화 전에, 에폭시 수지가 인산, 폴리인산, 인산 또는 폴리인산의 염, 또는 인산 또는 폴리인산의 에스테르와 반응하여 수지 구조에 하나 이상의
모이어티를 도입하지 않았음을 의미한다.
비-고무-개질, 비-인-개질 에폭시 수지가 하나만 존재하는 경우, 이 수지는 23℃에서 액체이다. 비-고무-개질, 비-인-개질 에폭시 수지가 둘 이상 존재하는 경우, 이들의 혼합물 내의 개별 에폭시 수지는 독자적으로 23℃에서 고체일 수 있지만, 혼합물은 23℃에서 액체이다.
본원에 참조로 포함되는 미국 특허 4,734,332호의 2열 66행 내지 4열 24행에 기재된 것을 포함하여, 광범위한 에폭시 수지가 비-고무-개질, 비-인-개질 에폭시 수지로서 사용될 수 있다. 에폭시 수지는 분자당 평균 1.8개 이상, 바람직하게는 2.0개 이상의 에폭시드기를 갖는다. 에폭시 당량은, 예를 들어 75 내지 350, 140 내지 250, 및/또는 150 내지 225일 수 있다. 비-고무-개질, 비-인-개질 에폭시 수지의 혼합물이 존재하는 경우, 혼합물은 1.8 이상, 바람직하게는 2.0 이상의 평균 에폭시 작용가 및 전술한 바와 같은 에폭시 당량을 가지며, 보다 바람직하게, 혼합물 중의 각각의 에폭시 수지는 이러한 에폭시 작용가 및 에폭시 당량을 갖는다.
적합한 비-고무-개질, 비-인-개질 에폭시 수지는 레조시놀, 카테콜, 히드로퀴논, 비페놀, 비스페놀 A, 비스페놀 AP(1,1-비스(4-히드록실페닐)-1-페닐 에탄), 비스페놀 F, 비스페놀 K 및 테트라메틸비페놀과 같은 다가 페놀 화합물의 디글리시딜 에테르; C2-24 알킬렌 글리콜의 디글리시딜 에테르와 같은 지방족 글리콜의 디글리시딜 에테르; 페놀-포름알데히드 노볼락 수지(에폭시 노볼락 수지), 알킬 치환 페놀-포름알데히드 수지, 페놀-히드록시벤즈알데히드 수지, 크레졸-히드록시벤즈알데히드 수지, 디시클로펜타디엔-페놀 수지 및 디시클로펜타디엔-치환 페놀 수지의 폴리글리시딜 에테르; 및 이들 중 임의의 둘 이상의 임의의 조합을 포함한다.
적합한 에폭시 수지는 Olin Corporation에서 상표명 D.E.R.® 330, D.E.R.® 331, D.E.R.® 332, D.E.R.® 383, D.E.R. 661 및 D.E.R.® 662 수지로 판매하는 것과 같은 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르 수지를 포함한다.
에폭시 노볼락 수지가 사용될 수 있다. 이러한 수지는 Olin Corporation에서 D.E.N.® 354, D.E.N.® 431, D.E.N.® 438 and D.E.N.® 439로 시판되고 있다.
기타 적합한 비-고무-개질, 비-인-개질 에폭시 수지는 지환족 에폭시드이다. 지환족 에폭시드는 하기 구조식 III로 예시된 바와 같은, 탄소 고리 내 2개의 인접 원자에 결합된 에폭시 산소를 갖는 포화 탄소 고리를 포함한다.
[구조식 III]
식 중, R은 지방족, 지환족, 및/또는 방향족 기이고, n은 1 내지 10, 바람직하게는 2 내지 4의 수이다. n이 1일 경우, 지환족 에폭시드는 모노에폭시드이다. n이 2 이상일 경우, 디- 또는 폴리에폭시드가 형성된다. 모노-, 디-, 및/또는 폴리에폭시드의 혼합물이 사용될 수 있다. 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 3,686,359호에 기재된 바와 같은 지환족 에폭시 수지가 본 발명에 사용될 수 있다. 특히 중요한 지환족 에폭시 수지는 (3,4-에폭시시클로헥실-메틸)-3,4-에폭시-시클로헥산 카복실레이트, 비스-(3,4-에폭시시클로헥실) 아디페이트, 비닐시클로헥센 일산화물 및 이들의 혼합물이다.
기타 적합한 에폭시 수지는 미국 특허 5,112,932호에 기재된 바와 같은 옥사졸리돈-함유 화합물을 포함한다. 또한, D.E.R. 592 및 D.E.R. 6508(Dow Chemical)로 시판되는 것과 같은 상급 에폭시-이소시아네이트 공중합체가 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 비-고무-개질, 비-인-개질 에폭시 수지는 225 이하의 에폭시 당량을 갖는 비스페놀의 제1 디글리시딜 에테르, 및 225 초과 내지 750의 에폭시 당량을 갖는 비스페놀의 제2 디글리시딜 에테르를 포함한다. 혼합물이 23℃에서 액체인 한, 제1 디글리시딜 비스페놀 에테르는 그 자체로 23℃에서 액체일 수 있고, 제2 디글리시딜 비스페놀 에테르는 그 자체로 23℃에서 고체일 수 있다. 이들 각각은, 나타낸 바와 같은 에폭시 당량을 얻기 위해 부분적으로 상급일 수 있는 비스페놀-A 또는 비스페놀-F의 디글리시딜 에테르일 수 있다.
성분 B)는, 1000 원자 질량 단위 이상의 중량을 갖는 적어도 하나의 폴리에테르 또는 디엔 고무 세그먼트, 및 캡핑된 이소시아네이트기를 가지며 수 평균 분자량이 35,000 이하인, 하나 이상의 반응성 우레탄기- 및/또는 우레아기-함유 중합체이다. 이러한 유용한 재료는, 예를 들어 미국 특허 5,202,390호, 미국 특허 5,278,257호, WO2005/118734, WO2007/003650, WO2012/091842, 미국 특허 공보 2005/0070634호, 미국 특허 공보 2005/0209401호, 미국 특허 공보 2006/0276601호, EP-A-0 308 664, EP 1 498 441A, EP-A 1 728 825, EP-A 1 896 517, EP-A 1 916 269, EP-A 1 916 270, EP-A 1 916 272, 및 EP-A-1 916 285에 기재되어 있다.
성분 B) 재료는 이소시아네이트-말단 폴리에테르 및/또는 디엔 고무를 형성하는 단계 및 이소시아네이트기를 페놀 또는 폴리페놀로 캡핑하는 단계를 포함하는 공정에서 용이하게 제조된다. 이소시아네이트-말단 폴리에테르 및/또는 디엔 고무는 히드록실- 또는 아민-말단 폴리에테르, 히드록실- 또는 아민-말단 디엔 고무, 또는 이들의 혼합물을 과량의 폴리이소시아네이트와 반응시켜 우레탄 또는 우레아기 및 말단 이소시아네이트기를 갖는 부가물을 생성시킴으로써 용이하게 제조된다. 필요한 경우, 이소시아네이트-말단 폴리에테르 및/또는 디엔 고무는 캡핑 반응을 수행함과 동시에 또는 그 전에, 사슬-연장화 및/또는 분지화될 수 있다.
이소시아네이트-말단 폴리에테르 또는 이소시아네이트-말단 디엔 중합체는 방향족 또는 지방족 이소시아네이트기를 가질 수 있다. 이 재료를 제조하는 데 사용되는 폴리이소시아네이트는 분자당 2개 이상의 이소시아네이트기 및 300 g/mol 이하의 분자량을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 폴리이소시아네이트는 톨루엔 디아민 또는 2,4'- 및/또는 4,4'-디페닐메탄 디아민과 같은 방향족 폴리이소시아네이트, 또는 이소포론 디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 수소화 톨루엔 디이소시아네이트, 수소화 메틸렌 디페닐이소시아네이트(H12MDI) 등과 같은 지방족 폴리이소시아네이트일 수 있다.
히드록실- 또는 아민-말단 폴리에테르는 테트라히드로푸란(테트라메틸렌 옥사이드), 1,2-부틸렌 옥사이드, 2,3-부틸렌 옥사이드, 1,2-프로필렌 옥사이드, 및 에틸렌 옥사이드 중 하나 이상의 중합체 또는 공중합체일 수 있고, 중합체 또는 공중합체의 총 중량을 기준으로 70 중량% 이상의 테트라히드로푸란, 1,2-부틸렌 옥사이드, 2,3-부틸렌 옥사이드, 및 1,2-프로필렌 옥사이드를 갖는 중합체 또는 공중합체가 바람직하다. 중합체 또는 공중합체의 총 중량을 기준으로 80 중량% 이상의 테트라히드로푸란을 갖는 중합체가 특히 바람직하다. 출발 폴리에테르는 분자당 2 내지 3개, 보다 바람직하게는 2개의 히드록실 및/또는 1차 또는 2차 아미노기를 갖는 것이 바람직하다. 출발 폴리에테르는 900 내지 8000, 보다 바람직하게는 1500 내지 6000, 또는 1500 내지 4000의 수 평균 분자량을 갖는 것이 바람직하다.
히드록실- 또는 아민-말단 디엔 중합체는 폴리이소시아네이트와의 반응 전에 -20℃ 이하, 바람직하게는 -40℃ 이하의 유리 전이 온도를 갖는 것이 바람직하다. 디엔 중합체는 공액 디엔의 액상 단일중합체 또는 공중합체, 특히 디엔/니트릴 공중합체이다. 공액 디엔은 바람직하게는 부타디엔 또는 이소프렌이며, 특히 부타디엔이 바람직하다. 바람직한 니트릴 단량체는 아크릴로니트릴이다. 바람직한 공중합체는 부타디엔-아크릴로니트릴 공중합체이다. 고무는 30 중량% 이하의 중합된 불포화 니트릴 단량체, 바람직하게는 약 26 중량% 이하의 중합된 니트릴 단량체를 응집체 내에 함유하는 것이 바람직하다. 히드록실- 또는 아민-말단 디엔 중합체는 바람직하게는 분자당 1.8 내지 4개, 보다 바람직하게는 2 내지 3개의 히드록실 및/또는 1차 또는 2차 아미노기를 갖는다. 출발 디엔 중합체는 바람직하게는 900 내지 8000, 보다 바람직하게는 1500 내지 6000, 더욱 바람직하게는 2000 내지 3000의 수 평균 분자량을 갖는다.
이소시아네이트-말단 중합체는, 출발 폴리에테르 또는 디엔 고무 상의 히드록실 및/또는 1차 또는 2차 아미노기의 당량당 1.5 당량 이상, 바람직하게는 1.8 내지 2.5 당량, 또는 1.9 내지 2.2 당량의 폴리이소시아네이트의 비로, 상기 폴리이소시아네이트를 히드록실- 또는 아민-말단 폴리에테르 및/또는 히드록실- 또는 아민-말단 디엔 고무와 반응시켜 용이하게 제조될 수 있다.
이소시아네이트-말단 중합체를 형성하기 위한 반응은, 출발 폴리에테르 및/또는 디엔 고무를 폴리이소시아네이트와 배합하고, 선택적으로 이소시아네이트기와 폴리에테르 또는 디엔 중합체의 이소시아네이트-반응성 기의 반응을 위한 촉매의 존재하에, 60 내지 120℃로 가열함으로써 수행될 수 있다. 이소시아네이트 함량이 일정한 값 또는 목표 값으로 감소될 때까지, 또는 출발 폴리에테르 또는 디엔 중합체의 아미노- 및/또는 히드록실기가 소모될 때까지 반응은 계속된다.
필요한 경우, 출발 폴리에테르 또는 디엔 중합체와 폴리이소시아네이트 간의 반응에, 또는 후속 단계에서 분지화제를 첨가함으로써 분지화가 이루어질 수 있다. 분지화제는 본 발명의 목적상 599 이하, 바람직하게는 50 내지 500의 분자량, 및 분자당 3개 이상의 히드록실, 1차 아미노 및/또는 2차 아미노기를 갖는 폴리올 또는 폴리아민 화합물이다. 사용되더라도, 분지화제는 대체로 분지화제 및 출발 폴리에테르 또는 디엔 중합체의 합산 중량의 10% 이하, 바람직하게는 5% 이하, 더욱 바람직하게는 2% 이하를 차지한다. 분지화제의 예는 트리메틸올프로판, 글리세린, 트리메틸올에탄, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 수크로스, 소르비톨, 펜타에리트리톨, 트리에탄올아민, 디에탄올아민 등과 같은 폴리올, 뿐만 아니라 599 이하, 특히 500 이하의 수 평균 분자량을 갖는 이들의 알콕실레이트를 포함한다.
필요한 경우, i) 이소시아네이트-말단 폴리에테르 및/또는 디엔 중합체를 형성하는 사슬 연장제를 반응에 도입함으로써, 또는 ii) 캡핑 단계의 수행 전 또는 수행 중에 이소시아네이트-말단 폴리에테르 및/또는 디엔 중합체를 사슬 연장제와 반응시킴으로써 사슬 연장화가 수행될 수 있다. 사슬 연장제는 749 이하, 바람직하게는 50 내지 500의 분자량, 및 분자당 2개의 히드록실, 1차 아미노 및/또는 2차 아미노기를 갖는 폴리올 또는 폴리아민 화합물을 포함한다. 적합한 사슬 연장제의 예는 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산 디올, 시클로헥산디메탄올 등과 같은 지방족 디올; 에틸렌 디아민, 피페라진, 아미노에틸피페라진, 페닐렌 디아민, 디에틸톨루엔디아민 등과 같은 지방족 또는 방향족 디아민; 및 레조시놀, 카테콜, 히드로퀴논, 비스페놀, 비스페놀 A, 비스페놀 AP(1,1-비스(4-히드록실페닐)-1-페닐 에탄), 비스페놀 F, 비스페놀 K, 비스페놀 M, 테트라메틸비페놀 및 o,o'-디알릴-비스페놀 A 등과 같은 2개의 페놀성 히드록실기를 갖는 화합물을 포함한다. 이들 중에서도, 2개의 페놀성 히드록실기를 갖는 화합물이 바람직하다.
이소시아네이트-말단 폴리에테르 또는 디엔 중합체의 이소시아네이트기는 캡핑제와의 반응에 의해 캡핑된다. 적합한 캡핑제는, 예를 들어 본원에 참조로 포함되는 WO 2017/044359에 기재되어 있으며, 더 후술하는 바와 같은 다양한 모노- 및 폴리페놀 화합물, 뿐만 아니라 다양한 아민 화합물, 벤질 알코올, 히드록시-작용성 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 화합물, 티올 화합물, 아세트아미드와 같은 적어도 하나의 아민 수소를 갖는 알킬 아미드 화합물, 및 케톡심 화합물을 포함한다.
일부 구현예에서, 이소시아네이트기의 90% 이상, 보다 바람직하게는 이소시아네이트기의 95% 이상이 모노페놀 또는 폴리페놀로 캡핑된다. 모노페놀의 예는 페놀, 각각 1 내지 30개의 탄소 원자를 함유할 수 있는 하나 이상의 알킬기를 함유하는 알킬 페놀, 할로겐화 페놀, 카다놀 또는 나프톨을 포함한다. 적합한 폴리페놀은 분자당 2개 이상, 바람직하게는 2개의 페놀성 히드록실기를 함유하고, 레조시놀, 카테콜, 히드로퀴논, 비페놀, 비스페놀 A, 비스페놀 AP(1,1-비스(4-히드록실페닐)-1-페닐 에탄), 비스페놀 F, 비스페놀 K, 비스페놀 M, 테트라메틸비페놀 및 o,o'-디알릴-비스페놀 A, 뿐만 아니라 이들의 할로겐화 유도체를 포함한다. 이러한 구현예에서, 이소시아네이트기의 10% 이하, 바람직하게는 5% 이하가 상기 언급된 것과 같은 다른 캡핑제로 캡핑될 수 있다.
캡핑 반응은 전술한 일반적인 조건하에서, 즉 언급된 비로 재료를 배합하고, 선택적으로 이소시아네이트기와 캡핑제의 이소시아네이트-반응성 기의 반응을 위한 촉매의 존재하에, 실온 또는 60 내지 120℃와 같은 고온에서 이들을 반응시킴으로써 수행될 수 있다. 이소시아네이트 함량이 일정한 값, 바람직하게는 0.1 중량% 미만으로 감소될 때까지 반응은 계속된다. 이소시아네이트기의 3% 미만, 바람직하게는 1% 미만이 캡핑되지 않은 상태로 남아있을 수 있다.
캡핑 반응은 이소시아네이트-말단 폴리에테르 및/또는 디엔 중합체가 형성되는 동시에 수행되거나, 별도의 캡핑 단계로서 수행될 수 있다.
생성된 성분 B) 재료는, GPC로 1,000 이상의 분자량을 나타내는 피크만을 고려하여 측정시, 3,000 이상, 바람직하게는 4,000 이상 내지 약 35,000 이하, 바람직하게는 약 20,000 이하, 보다 바람직하게는 약 15,000 이하의 수 평균 분자량을 갖는 것이 적합하다.
성분 B의 다분산도(수 평균 분자량에 대한 중량 평균 분자량의 비)는 약 1 내지 약 4, 바람직하게는 약 1.5 내지 2.5인 것이 적합하다.
에폭시 경화 촉매(성분 C)는 에폭시 수지(들)와 경화제의 반응에 촉매 작용을 하는 하나 이상의 물질이다. 이는 캡슐화되거나, 고온에 노출된 경우에만 활성화되는 잠재성 유형인 것이 바람직하다. 바람직한 에폭시 촉매는 특히, p-클로로페닐-N,N-디메틸우레아(Monuron), 3-페닐-1,1-디메틸 우레아(Phenuron), 3,4-디클로로페닐-N,N-디메틸우레아(Diuron), N-(3-클로로-4-메틸페닐)-N',N'-디메틸우레아(Chlortoluron)와 같은 우레아, 벤질디메틸아민, 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀, 피페리딘 또는 이들의 유도체와 같은 3차-아크릴- 또는 알킬렌 아민, EP 1 916 272에 기재된 바와 같은 다양한 지방족 우레아 화합물; C1-C12 알킬렌 이미다졸 또는 N-아릴이미다졸, 예컨대 2-에틸-2-메틸이미다졸, 또는 N-부틸이미다졸 및 6-카프로락탐이다. (유럽 특허 EP 0 197 892에 기재된 바와 같은) 폴리(p-비닐페놀) 매트릭스에 융합된 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀, 또는 US 4,701,978에 기재된 것을 포함하여, 노볼락 수지에 융합된 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀이 적합하다.
경화제(성분 D)는 접착제가 60℃ 이상의 경화 온도를 나타내도록 성분 C와 함께 선택된다. 경화 온도는 바람직하게 80℃ 이상이며, 100℃ 이상, 120℃ 이상, 130℃ 이상, 또는 140℃ 이상일 수 있다. 경화 온도는 예를 들어 180℃만큼 높을 수 있다. "경화 온도"는 구조용 접착제가 2시간 내에 완전 경화시 랩 전단 강도(DIN ISO 1465)의 적어도 30%에 이르는 최저 온도를 의미한다. "완전 경화"시 랩 전단 강도는 "완전 경화" 조건을 나타내는 180℃에서 30분 동안 경화된 샘플에서 측정된다. 깨끗한(탈지된) 1.2 mm HC420LAD+Z100 아연도금 강판, 10 x 25 mm의 접합 면적, 및 0.3 mm의 접착층 두께가 이 평가를 수행하기에 적합한 파라미터이다.
경화제(성분 D)는 2개 이상의 에폭시기와 반응하여 이들 사이에 연결을 형성하는 화합물이다. 적합한 경화제는 삼염화붕소/아민 및 삼불화붕소/아민 착물, 디시안디아미드, 멜라민, 디알릴멜라민, 구아나민, 예컨대 디시안디아미드, 메틸 구아니딘, 디메틸 구아니딘, 트리메틸 구아니딘, 테트라메틸 구아니딘, 메틸이소비구아니딘, 디메틸이소비구아니딘, 테트라메틸이소비구아니딘, 헵타메틸이소비구아니딘, 헥사메틸이소비구아니딘, 아세토구아나민 및 벤조구아나민, 아미노트리아졸, 예컨대 3-아미노-1,2,4-트리아졸, 히드라지드, 예컨대 아디프산 디히드라지드, 스테아르산 디히드라지드, 이소프탈산 디히드라지드, 세미카바지드, 시아노아세트아미드, 및 방향족 폴리아민, 예컨대 디아미노디페닐설폰과 같은 물질을 포함한다. 디시안디아미드, 이소프탈산 디히드라지드, 아디프산 디히드라지드, 및/또는 4,4'-디아미노디페닐설폰을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
성분 E)는 에폭시 수지와 아인산의 에폭시-함유 부가물 1종 이상 또는 이들의 염이다.
이러한 부가물은 경우에 따라 본원에서 "인-개질" 에폭시 수지로 지칭된다. 이러한 부가물은, 예를 들어 JP S58-063758A에 기재되어 있다.
부가물을 형성하는 데 사용되는 에폭시 수지는 전술한 바와 같은 임의의 것일 수 있다. 바람직한 에폭시 수지는 150 내지 750, 바람직하게는 150 내지 225의 에폭시 당량을 갖는 폴리페놀 화합물의 폴리글리시딜 에테르이다.
본 발명의 목적상, 아인산은 적어도 하나의
모이어티를 포함하고, 예를 들어 인산, 포스폰산, 포스핀산, 및 폴리인산을 포함한다. 이들의 염은 적어도 하나의 -P―O-M+ 모이어티를 가지며, 여기서 M은 양이온을 나타낸다. 하나 이상의 P―O―H 또는 -P―O-M+ 모이어티가 존재하는 한, 아인산은 부분 알킬 에스테르(알킬기는 바람직하게 6개 이하의 탄소 원자를 가짐)와 같은 부분 에스테르일 수 있다.
에폭시 수지와 아인산은 P―O―H 및/또는 -P―O-M+ 모이어티에 과량의 에폭시기가 제공되도록 하는 비율로 반응한다. 일반적으로, 에폭시 수지(들)에 의해 제공되는 에폭시기의 당량당 0.05 내지 0.4 당량의 P―O―H 및/또는 -P―O-M+ 모이어티를 제공하는 것이 바람직하다. 반응은, 예를 들어 50 내지 130℃의 온도에서 수행될 수 있다.
생성된 부가물은 출발 에폭시 수지(들)의 에폭시 당량보다 적어도 10% 더 큰 에폭시 당량을 가질 수 있다. 에폭시 당량은, 예를 들어 190 내지 1000, 200 내지 500, 또는 210 내지 350일 수 있다.
Asahi Denka Kogyo KK에서 상품명 EP 49-10N 및 EP 49-10P2로 판매하는 것과 같은 인-개질 에폭시 수지가 적합하다.
성분 A)는 접착제의 총 중량의 20% 이상, 30% 이상, 또는 40% 이상을 차지할 수 있고, 접착제의 총 중량의 80% 이하, 70% 이하, 또는 60% 이하를 차지할 수 있다.
성분 B)는 접착제의 총 중량의 0.5% 이상, 2% 이상, 5% 이상, 10% 이상, 또는 15% 이상을 차지할 수 있고, 접착제의 총 중량의 40% 이하, 30% 이하, 또는 25% 이하를 차지할 수 있다.
성분 C)는 성분 A 내지 성분 E의 총 중량의 0.1% 이상, 0.25% 이상, 또는 0.5% 이상을 차지할 수 있고, 예를 들어 성분 A 내지 성분 E의 총 중량의 5% 이하, 3% 이하, 또는 2% 이하를 차지할 수 있다.
성분 D)는 조성물을 경화시키기에 충분한 양으로 존재한다. 일반적으로, 조성물에 존재하는 에폭시드기의 80% 이상을 소모시키기에 충분한 경화제가 제공된다. 모든 에폭시드기를 소모시키는 데 필요한 양을 초과하는 지나친 과량은 일반적으로 필요하지 않다. 바람직하게, 경화제는 접착제의 약 1.5 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 2.5 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 3.0 중량% 이상을 차지한다. 경화제는 바람직하게는 접착제의 약 15 중량% 이하, 약 10 중량% 이하, 약 8 중량% 이하, 약 7 중량% 이하, 또는 약 5 중량% 이하를 차지할 수 있다.
성분 E)는 접착제의 총 중량의 3.5% 이상, 4% 이상, 5% 이상, 또는 6% 이상을 차지할 수 있고, 접착제의 총 중량의 50% 이하, 25% 이하, 15% 이하, 12% 이하, 또는 10% 이하를 차지할 수 있다.
성분 A 내지 성분 E의 중량은, 예를 들어 접착제의 총 중량의 30 내지 100%, 50 내지 100%, 50 내지 90%, 또는 50 내지 85% 를 차지할 수 있다. 성분 A 내지 성분 D가 접착제의 총 중량의 100% 미만을 차지하는 경우, 접착제는 또한 하나 이상의 선택적 성분을 함유할 것이다.
선택적 성분 중에는 (성분 B와는 다른) 하나 이상의 고무가 있다. 이들은, 예를 들어 고무-개질 에폭시 수지, 즉 300 g/mol 이상, 바람직하게는 500 g/mol 이상의 지방족 사슬에 의해 분리된 2개 이상의 에폭시드기를 갖는 화합물을 포함한다. 지방족 사슬은, 예를 들어 알킬렌기; 알케닐기; 디엔 중합체 또는 공중합체; 또는 폴리(프로필렌 옥사이드), 폴리(에틸렌 옥사이드) 또는 프로필렌 옥사이드와 에틸렌 옥사이드의 공중합체와 같은 폴리에테르일 수 있다. 기타 고무-개질 에폭시 수지는 에폭시화 지방산(이량체화 또는 올리고머화될 수 있음) 및 에폭시기를 함유하도록 개질된 엘라스토머 폴리에스테르를 포함한다. 고무-개질 에폭시 수지는 경화 전에, -20℃ 이하, 바람직하게는 -30℃ 이하의 유리 전이 온도를 가질 수 있다.
코어-쉘 고무 입자가 존재하더라도 접착제의 총 중량의 7% 이하를 구성하는 한, 선택적 고무는 코어-쉘 고무 입자를 포함할 수 있다. 바람직하게, 코어-쉘 고무는 접착제의 총 중량의 5% 이하, 2.5% 이하, 또는 1% 이하를 차지하고, 접착제에 존재하지 않을 수 있다.
접착제는 하나 이상의 입자상 충전제를 함유할 수 있다. 충전제는 경화 반응시 도달하는 온도에서 고체이다. 이러한 충전제는, (1) 바람직한 방식의 접착제 유동성 개질, (2) 단위 중량당 전체 비용의 절감, (3) 접착제 또는 접착제가 도포되는 기판으로부터의 수분 또는 오일의 흡수, 및/또는 (4) 접착계면 파괴보다는 응집 파괴의 촉진과 같은 여러 기능을 수행할 수 있다. 적합한 미네랄 충전제의 예는 탄산칼슘, 산화칼슘, 활석, 카본 블랙, 방직 섬유, 유리 입자 또는 섬유, 아라미드 펄프, 붕소 섬유, 탄소 섬유, 미네랄 실리케이트, 운모, 분말 석영, 수산화알루미늄, 벤토나이트, 규회석, 카올린, 건식 실리카, 실리카 에어로겔, 폴리우레아 화합물, 폴리아미드 화합물, 알루미늄 분말이나 철 분말과 같은 금속 분말, 및 팽창성 마이크로벌룬을 포함한다. 적어도 건식 실리카와 산화칼슘을 포함하고 탄산칼슘, 카올린, 및/또는 규회석을 추가로 포함할 수 있는 충전제의 혼합물이 사용될 수 있다. 입자상 충전제는, 예를 들어 접착제의 총 중량의 5% 이상, 10% 이상, 또는 12% 이상을 차지할 수 있고, 접착제의 총 중량의 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 또는 20% 이하를 차지할 수 있다. 미네랄 충전제가 건식 실리카를 포함하는 경우, 접착제는 10 중량% 이하, 바람직하게는 1 내지 6 중량%의 건식 실리카를 함유할 수 있다.
미네랄 충전제의 전부 또는 일부는 1 내지 50 μm의 직경(D50, 현미경으로 측정시) 및 6 내지 20의 종횡비를 갖는 섬유 형태일 수 있다. 섬유의 직경은 2 내지 30 μm 또는 2 내지 16 μm일 수 있고, 종횡비는 8 내지 40 또는 8 내지 20일 수 있다. 섬유의 직경은 섬유와 동일한 단면적을 갖는 원의 직경으로 한다. 섬유의 종횡비는 6 이상, 예컨대 6 내지 40, 6 내지 25, 8 내지 20, 또는 8 내지 15일 수 있다.
대안적으로, 미네랄 충전제의 전부 또는 일부는, 종횡비가 5 이하, 특히 2 이하이고 가장 긴 치수가 100 μm 이하, 바람직하게는 25 μm 이하인, 종횡비가 작은 입자의 형태일 수 있다.
본 발명의 접착제에는 200 미크론 이하의 평균 입자 크기 및 0.4 g/cc 이하의 밀도를 갖는 유리 마이크로벌룬이 존재할 수 있다. 유리 마이크로벌룬이 존재하는 경우, 이들은 접착제의 총 중량의 5% 이하, 보다 바람직하게는 2% 이하 또는 1% 이하의 양으로 사용될 수 있다. 적합한 마이크로벌룬은 3M Corporation의 3M® Glass Bubbles K25를 포함한다. 따라서, 일부 구현예에서, 유리 마이크로벌룬은 접착제의 총 중량의 0.5% 이하 또는 0.25% 이하의 양으로 존재하고, 또한 존재하지 않을 수 있다.
접착제 조성물에는 선택적으로, 단량체성 또는 올리고머성, 부가 중합성의 에틸렌 불포화 물질이 존재한다. 이 물질은 약 1500 미만의 분자량을 갖는다. 이 물질은, 예를 들어 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 화합물, 불포화 폴리에스테르, 비닐 에스테르 수지, 또는 불포화 폴리에스테르 수지의 에폭시 부가물일 수 있다. 이 물질의 중합을 위한 자유 라디칼 공급원을 제공하기 위해, 접착제 조성물에는 자유 라디칼 개시제가 포함될 수도 있다. 이러한 유형의 에틸렌 불포화 물질이 포함되면, 에틸렌 불포화물의 선택적 중합을 통해 접착제를 부분적으로 경화시킬 수 있다.
접착제는 기타 첨가제, 예컨대 이량체화 지방산, 반응성 희석제, 안료와 염료, 난연제, 요변제, 팽창제, 유동 제어제, 접착 촉진제, 및 산화 방지제를 추가로 함유할 수 있다. 적합한 팽창제는 물리적 유형의 제제 및 화학적 유형의 제제를 모두 포함한다. 접착제는 또한, WO 2005/118734에 기재된 바와 같은 폴리비닐부티랄 또는 폴리에스테르 폴리올 등의 열가소성 분말을 함유할 수 있다.
접착제는 바람직하게는 성분 B)의 중량부당 2 중량부 이하의 가소제를 함유한다. 접착제는 동일한 기준으로 1부 이하, 0.5부 이하, 또는 0.1부 이하의 가소제를 함유할 수 있고, 또한 가소제가 없을 수 있다. 가소제는 본 발명의 목적상, a) 실온에서 성분 A)가 용해될 수 있는 실온(23℃) 액체이고, b) 분자량이 100 g/mol 이상이고, c) 비등 온도가 150℃ 이상이고, d) 에폭시드기 및 에폭시드-반응성 기를 갖지 않는 물질이다. 가소제가 존재하는 경우, 가소제는 바람직하게 210℃ 이상의 비등 온도를 갖는다. 가소제의 예는 알킬-치환 방향족 탄화수소, 예컨대 알킬 나프탈렌, 디알킬 나프탈렌, 알킬 벤젠, 디알킬 벤젠 등; 프탈산 에스테르, 트리멜리트산 에스테르, 아디프산 에스테르, 말레산 에스테르, 벤조산 에스테르, 테레프탈산 에스테르, 다양한 지방산 에스테르, 에폭시화 식물유, 설폰아미드, 알킬 시트레이트, 아세틸화 모노글리세리드, 트리크레실 포스페이트, 크레실 디페닐 포스페이트, 이소프로필화 트리페닐 포스페이트, 2-에틸헥실 디페닐 포스페이트, 이소데실 디페닐 포스페이트, 트리페닐 포스페이트, 트리부톡시에틸 포스페이트 등을 포함한다. 특정 구현예에서, 접착제에는 카복실산 에스테르 가소제, 설폰아미드 가소제, 및 인산 에스테르 가소제가 없다.
접착제는 도포 및 경화 전에 상기 성분들이 서로 혼합되는 1액형 접착제이다. 조기 경화가 일어나지 않을 정도로 온도가 충분히 낮다면, 성분들을 배합하는 방법은 특별히 중요하지 않다. 제제화된 접착제는 도포 및 경화 전 적어도 하루 동안, 예를 들어 100℃ 이하, 80℃ 이하, 60℃ 이하, 또는 40℃ 이하의 온도에 보관될 수 있다.
상기 접착제 조성물은 2개의 기판 사이의 접합선에서 층으로 형성되어 조립체를 형성하고, 접착층은 접합선에서 경화되어, 2개의 기판 각각에 접합된 경화된 접합부를 형성한다.
접착제는 임의의 용이한 기술을 사용하여 기판에 도포될 수 있다. 접착제는 필요에 따라 냉간 도포되거나 가온 도포될 수 있다. 예를 들어 코킹 건(caulking gun), 다른 압출 장치, 또는 제트 스프레이 방법을 사용하여 수동식 및/또는 로봇 방식으로 도포될 수 있다. 접착제 조성물이 적어도 하나의 기판의 표면에 도포되면, 기판 사이의 접합선에 접착제가 위치하도록 기판들을 접촉시킨다.
도포 후, 접착제를 경화 온도 또는 그 이상으로 가열하여 접착제를 경화시킨다. 특히 더 긴 경화 시간이 허용될 수 있는 경우, 경우에 따라 더 낮은 온도를 사용할 수 있지만, 일반적으로는 접착제를 130℃ 이상으로 가열하여 경화 단계를 수행하는 것이 바람직하다. 가열 온도는 220℃ 이상만큼 높을 수 있지만, 본 발명의 장점은 경화 개시 온도가 더 낮다는 것이므로, 경화 온도는 200℃ 이하, 180℃ 이하, 170℃ 이하, 또는 165°C 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 접착제는, 목재, 금속, 코팅된 금속, 스틸, 아연, 구리, 청동, 마그네슘, 티타늄, 및/또는 알루미늄과 같은 금속, 다양한 플라스틱 및 충전된 플라스틱 기판, 유리섬유 등을 포함하여 다양한 기판을 서로 접합시키는 데 사용될 수 있다. 바람직한 일 구현예에서, 접착제는 자동차의 부품을 서로 접합시키거나, 자동차 부품을 자동차에 접합시키는 데에 사용된다.
기판은 다양한 재료일 수 있다. 기판 조합의 예는 스틸과 알루미늄, 스틸과 마그네슘, 및 알루미늄과 마그네슘과 같은 이종 금속의 조합; 스틸, 마그네슘, 알루미늄 또는 티타늄과 같은 금속과, 열가소성 유기 중합체 또는 열경화성 유기 중합체와 같은 고분자 재료의 조합; 및 스틸 알루미늄, 마그네슘 또는 티타늄과 같은 금속과, 탄소섬유 복합재료 또는 유리섬유 복합재료와 같은 섬유 복합재료의 조합을 포함한다.
특히 중요한 용도는 자동차 또는 기타 차량 프레임 구성 요소를 서로 접합시키거나 다른 구성 요소에 접합시키는 것이다.
조립된 자동차 및 기타 차량 프레임 부재는 보통, 베이크 경화를 필요로 하는 코팅재로 코팅된다. 코팅은 일반적으로, 160℃ 내지 210℃의 범위일 수 있는 온도에서 베이킹된다. 이러한 경우, 접착제를 프레임 구성 요소에 도포한 후, 코팅제를 도포하고, 코팅이 베이킹되고 경화됨과 동시에 접착제를 경화시키는 것이 보통 편리하다. 접착제를 도포하는 단계와 코팅제를 도포하는 단계 사이에, 경화 단계가 수행될 때까지 기판과 접착제를 서로에 대해 고정된 위치에 유지하기 위해 조립체가 함께 체결될 수 있다. 체결 장치로서 기계적 도구가 사용될 수 있다. 기계적 도구는 예를 들어, 경화 단계가 완료되면 제거될 수 있는 다양한 유형의 클램프, 밴드 등과 같은 일시적 기계적 도구를 포함한다. 기계적 체결 도구는, 예를 들어 다양한 유형의 용접, 리벳, 나사, 및/또는 크림핑(crimping) 방법과 같이 영구적일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 코팅제 도포 후 최종 경화 단계가 수행될 때까지 접착제의 나머지를 경화시키지 않은 채, 접착제 조성물의 하나 이상의 특정 부분을 스폿-경화시켜 기판 사이에 하나 이상의 국소적 접착 접합을 형성함으로써 체결이 이루어질 수 있다.
경화된 접착제는 45℃에서 25 Pa 이상, 50 Pa 이상, 또는 70 Pa 이상 내지 1000 Pa 이하, 700 Pa 이하, 400 Pa 이하, 또는 200 Pa 이하의 캐손(Casson) 소성 점도를 가질 수 있다.
경화된 접착제는 다양한 기판에 대해 강한 접합을 형성한다. 본 발명의 특정 장점은 접착제가 내부식노화성(resistance to corrosive aging)이 우수하다는 것이다. 본 발명의 목적상, 내부식성 시험은 DIN EN 1465에 따른 랩 전단 강도 시험에 의해 평가된다. 시험 샘플은 하기 실시예에 제시된 바와 같이 제조된다. 노화되지 않은 시험 샘플의 랩 전단 강도를 측정한다. 동일한 시험 샘플을 제조하여, Volkswagen PV 1210 부식 노화 프로토콜의 90회 사이클에 노출시키고, 랩 전단 강도를 측정한다. 본 발명의 접착제는 노화되지 샘플의 랩 전단 강도에 비해, 부식 프로토콜 후 보통 40% 이하의 랩 전단 강도 손실을 나타낸다. 일부 구현예에서, 접착제가 매우 소량(예컨대 접착제의 총 중량을 기준으로 0.75 중량% 이하)의 유리 마이크로스피어를 함유하는 경우, 또는 접착제에 유리 마이크로스피어가 없는 경우에도 이러한 우수한 내부식노화성은 달성된다.
일부 구현예에서, 경화된 접착제는 하기 실시예에서와 같이 제조된 시험 샘플에 대해 측정시 25 MPa 이상, 28 MPa 이상, 또는 30 MPa 이상 내지 50 MPa 이하의 비노화 랩 전단 강도를 나타낸다. 부식 노화 후 랩 전단 강도는 16 MPa 이상, 17 MPa 이상, 18 MPa 이상, 또는 20 MPa 이상일 수 있다.
경화된 접착제는 800 MPa 이상, 1500 MPa 이상 이상, 또는 1800 MPa 이상의 탄성률을 가질 수 있다. 경화된 접착제는 25 MPa 이상 또는 28 MPa 이상의 인장 강도를 나타낼 수 있다. 경화된 접착제는 2% 이상, 4% 이상, 또는 6% 이상 내지 40% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 또는 10% 이하의 파단 연신율을 가질 수 있다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위해 제공되며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 달리 명시되지 않는 한, 모든 부 및 백분율은 중량 기준이다. 달리 명시되지 않는 한, 모든 분자량은 수 평균 분자량이다.
실시예 1 내지 3과 비교 샘플 A, B 및 C
1액형 접착제의 실시예 1 내지 3과 비교 샘플 A 내지 C는 표 1에 나타낸 바와 같은 성분을 혼합하여 제조된다. 이들의 경화 온도는 모두 100℃ 이상이다.
성분 B 재료는 수 평균 분자량이 2000인 폴리테트라히드로푸란 디올(BASF의 PolyTHF 2000) 58.8부를, 수 평균 분자량이 2800인 히드록실-말단 폴리(부타디엔)(Cray Valley의 Poly BD R45 HTLO) 14.4부와 혼합하여 제조된다. 이 혼합물을 120℃에서 진공 건조시키고 60℃로 냉각시킨다. 헥사메틸렌 디이소시아네이트 11.65부를 첨가한 후, 주석 촉매 0.06부를 첨가하고, 성분들을 반응시켜 이소시아네이트-말단 예비중합체를 제조한다. 이어서, 예비중합체를 100~105℃에서 o,o'-디알릴비스페놀 A 및 카다놀과 순차적으로 반응시켜 이소시아네이트기를 캡핑한다. 생성된 성분 B 재료는, 범용 보정을 이용하여 테트라히드로푸란에서 겔 투과 크로마토그래피로 측정시 6200 g/mol의 수 평균 분자량 및 2.8의 다분산도를 갖는다.
내식성은 환경 노화를 겪은 샘플과 겪지 않은 샘플에 대한 랩 전단 강도(DIN EN 1465에 따름)를 측정하여 비교 샘플 A 내지 C와 실시예 1 내지 3 각각에 대해 평가된다.
랩 전단 시편은 1.2 mm 두께의 HC420LAD+Z100 아연도금강 시험 스트립을 사용해 제조된다. 시험 스트립을 탈지한 후, 90%의 헵탄과 Anticorit PL3802-39S 부식 방지 오일(Fuchs Lubricants UK)의 용액에 딥 코팅하여 다시 그리싱한다. 각각의 경우의 접착제를 스트립 중 하나에 도포하고, 두 번째 스트립을 올려 놓기 전에 접착제 위에 0.3 mm의 유리 비드를 뿌린다. 접합 면적은 10 X 25 mm이고, 두께는 유리 비드에 의해 확인되는 바와 같이 0.3 mm이다. 조립된 시험편을 금속 클립으로 고정시키고, 150℃에서 45분 동안 베이킹한다. 이어서, 시편을 E-coat 조에 침지하고 180℃에서 30분 동안 경화시킨다.
모든 경우, 랩 전단 시편은 여러 개 준비한다. 노화되지 않은 샘플은 23℃로 평형화한 후 랩 전단 강도에 대해 시험된다. 노화된 샘플은 Volkswagen PV 1210 프로토콜의 90회 사이클을 거치고 23℃로 평형화된 후 시험된다.
충격 박리 강도는 환경 노화를 겪지 않은 샘플에 대해 ISO 11343에 따라 평가된다. 접착제를 사용하여 DX 56+Z(EN 10 346) 저탄소 아연도금강을 DC 04+ZE(EN 10 152) 전기아연도금강에 접합시킨다. 기판을 탈지하고, 랩 전단 스트립에 따라 시험편을 조립하기 전에 다시 그리싱한다. 접착제 조성물을 제1 금속 스트립에 도포하고, 스페이서로 접착층 두께를 0.2 mm로 조정한다. 이어서, 제2 금속 스트립을 접착층에 적용한다. 접합 면적은 20 X 30 mm이다. 시험편들을 금속 클립으로 서로 고정시키고 180℃에서 30분 동안 경화시킨다. 충격 하중은 2 m/s의 낙하 속도로 90 J이다. 충격 박리 강도는 Zwick-Roell 충격 시험기를 사용하여 평탄면에서의 평균 충격 하중으로서 보고된다.
경화된 접착제의 탄성률, 인장 강도, 및 연신율은 접착제를 금속판 사이에 핫 프레스하여 180℃에서 30분 동안 경화시킨 후, DIN ISO 527-1에 따라 측정된다.
45℃에서의 소성 점도는 C/P 20 및 업/다운 0.1~20 s-1의 조건에서, Bohlin CS-50 레오미터로 측정되며, 캐손 모델을 이용하여 계산된다.
상기 시험의 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
비교 샘플 A는 부식 노화 후 랩 전단 강도의 50%가 손실된다. 3%의 인-개질 에폭시 수지를 함유하는 비교 샘플 B는 랩 전단 강도의 57%가 손실되어 훨씬 더 성능이 떨어진다. 비교 샘플 A 및 B에 대한 값의 비교에서 알 수 있듯이, 3%의 인-개질 에폭시 수지의 존재는 놀랍게도 초기 랩 전단 강도를 증가시키지 않는다.
실시예 1은 비교 샘플 A 및 B와 실질적으로 동일한 초기 랩 전단 강도 및 내충격박리성을 나타내, 이러한 수준의 인-개질 에폭시 수지의 존재가 접착 강도에 미치는 영향은 무시할 정도임을 재확인시켜준다. 그러나, 부식 노화된 샘플은, 비교 샘플 A보다 20% 더 크고 비교 샘플 B보다 40% 더 큰 랩 전단 강도를 갖는다. 이들 결과는 내부식노화성이 크게 개선되었음을 보여준다.
비교 샘플 C와 실시예 2 및 3에 대한 결과는 동일한 패턴을 나타낸다. 실시예 2 및 3 각각의 경우 단지 약 35%가 손실됨에 비해, 비교 샘플 C는 부식 노화 후 초기 랩 전단 강도의 60%가 손실된다. 부식 노화된 실시예 2 및 3은 비교 샘플 C보다 약 45% 더 큰 랩 전단 강도를 갖는다. 이는 앞서와 같이 인-개질 에폭시 수지가 놀랍게도 초기 랩 전단 결과에 미치는 긍정적인 영향이 크지 않음에도 달성된다.
실시예 2 및 3은 또한 중공 유리 마이크로스피어의 함량(또는 실시예 3의 경우 부존재) 때문에 주목할 만하다. 중공 유리 마이크로스피어는 구조용 접착제에 내식성을 부여하는 것으로 알려져 있다. 이는 비교 샘플 C의 부식 시험 후 랩 전단 강도의 손실이 비교 샘플 A에 비해 더 크다는 점에서 나타난다. 이 경우, 비교 샘플 A에서 단지 50%가 손실됨에 비해, 중공 유리 마이크로스피어의 절반을 제거하면(비교 샘플 C) 초기 강도의 60% 손실을 초래한다. 실시예 2는 비교 샘플 A 및 C 모두에 비해 훨씬 더 적은 랩 전단 강도 손실을 보여준다. 6%의 인-개질 에폭시 수지의 존재는 마이크로스피어 양의 감소에 대한 부정적인 영향을 극복한다. 실시예 3은 중공 유리 마이크로스피어가 없는 경우에도 이러한 장점이 얻어짐을 보여준다.

Claims (12)

  1. A) 23℃에서 액체인 비-고무-개질, 비-인-개질 에폭시 수지 또는 이들의 혼합물, B) 1000 원자 질량 단위 이상의 중량을 갖는 적어도 하나의 폴리에테르 및/또는 디엔 고무 세그먼트를 갖고, 캡핑된 이소시아네이트기를 갖는 수 평균 분자량이 35,000 이하인, 하나 이상의 반응성 우레탄기- 및/또는 우레아기-함유 중합체, C) 적어도 하나의 에폭시 경화 촉매, D) 경화제, 및 E) 에폭시 수지와 아인산의 에폭시-함유 부가물(접착제의 중량을 기준으로 3.5 내지 50 중량%)을 혼합재로 포함하는 1액형 에폭시 접착제로서, 성분 B)의 중량부당 2 중량부 이하의 가소제를 함유하고, 7 중량% 이하의 코어-쉘 고무 입자를 함유하고, 60℃ 이상의 경화 온도를 나타내는, 1액형 에폭시 접착제.
  2. 제1항에 있어서, 성분 E는 적어도 하나의 에폭시 수지에 의해 제공되는 에폭시기의 당량당 0.05 내지 0.4 당량의 P―O―H 및/또는 -P―O-M+ 모이어티의 비에서의 적어도 하나의 에폭시 수지와 아인산의 반응 생성물인, 1액형 에폭시 접착제.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 성분 E는 150~225의 에폭시 당량을 갖는 폴리페놀의 디글리시딜 에테르와 아인산의 반응 생성물인, 1액형 에폭시 접착제.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 접착제의 중량을 기준으로 3.5 내지 15 중량%의 성분 E를 함유하는 1액형 에폭시 접착제.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 성분 A는 비스페놀의 디글리시딜 에테르를 적어도 하나 포함하는, 1액형 에폭시 접착제.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 성분 A는 225 이하의 에폭시 당량을 갖는 비스페놀의 제1 디글리시딜 에테르, 및 225 초과 내지 750의 에폭시 당량을 갖는 비스페놀의 제2 디글리시딜 에테르를 포함하는, 1액형 에폭시 접착제.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 성분 B의 캡핑된 이소시아네이트기는 모노페놀 또는 폴리페놀로 캡핑된, 1액형 에폭시 접착제.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 성분 D는 디시안디아미드를 포함하는, 1액형 에폭시 접착제.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 성분 C는 우레아 화합물을 포함하는, 1액형 에폭시 접착제.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 1액형 에폭시 접착제의 중량을 기준으로 0 내지 0.75 중량%의 유리 마이크로스피어를 함유하는 1액형 에폭시 접착제.
  11. 2개의 기판을 접합시키는 방법으로서, 2개의 기판 사이의 접합선에 제1항 또는 제2항의 접착제의 층을 형성하여 조립체를 형성하는 단계, 및 이어서 상기 접합선의 접착층을 130℃ 이상의 온도로 가열하여 경화시켜 상기 접합선에 상기 2개의 기판에 접합된 경화된 접착부를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 접합되고 코팅된 조립체를 형성하는 방법으로서,
    1) 제1 기판과 제2 기판 사이의 접합선에 제1항 또는 제2항의 접착제의 층을 형성하여, 상기 접합선에서 접착제 조성물과 각각 접촉하는 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 포함하는 조립체를 형성하는 단계; 이어서
    2) 상기 조립체를 코팅 조에 침지시켜 상기 조립체의 노출된 표면의 적어도 일부에 경화되지 않은 코팅층을 형성하는 단계; 및 이어서
    3) 상기 조립체를 130℃ 이상의 온도로 가열하여 상기 접착제를 경화시켜 상기 접합선에 상기 기판에 접합된 경화된 접착부를 형성함과 동시에 상기 코팅층을 경화시키는 단계를 포함하는 방법.
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