WO2000077110A1

WO2000077110A1 - Composition durcissable par voie anaerobie

Info

Publication number: WO2000077110A1
Application number: PCT/JP2000/003750
Authority: WO
Inventors: Aki Kusuyama
Original assignee: Three Bond Co., Ltd.
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2000-12-21
Also published as: CN1355831A; AU5107300A; CN1181152C; US6852778B1; JP4759901B2; TWI249564B

Description

明細書嫌気硬化性組成物技術分野

本発明は空気または酸素と接触している間は長期間ゲル化せずに液状状態で安定に保たれ、空気または酸素から遮断された状態では急速に硬化する性質を持つ嫌気性組成物に関する。背景技術

嫌気性組成物は（メタ）アクリル酸エステルモノマーを主成分として空気または酸素と接触している間は長期間ゲル化せずに液状状態で安定に保たれ、空気または酸素が遮断もしくは排除されると急速に硬化する性質を有するものであり、このような性質を利用して前記組成物はネジ、ボルト等の接着、固定、嵌め合い部品の固着、フランジ面間の接着、シール、铸造部品に生じる巣孔の充填等に使用されている。

近年、工業製品を製造する生産ラインのスピードアツブに対応するために重合速度が極めて速い嫌気性組成物の開発が望まれている。そこで、従来嫌気硬化性組成物の重合速度を速めるためにはスルフイミド類、メルカブタン類、アミン類等の重合促進剤と重合開始剤とを樹脂成分に含有させている。

ところが、従来の重合促進剤を使用すると嫌気硬化性組成物の貯蔵安定性を妨げ、しかも、この貯蔵安定性を低下させないように重合開始剤の添加量の調整をすることは極めて難しく、いまだ生産ライン等において十分に適応できる嫌気硬化性組成物は得られていない。

基本的に嫌気硬化性組成物はラジカル重合性単量体を重合させようとする成分とラジカル重合性単量体の重合を抑制しょうとする成分が共存し両成分のバランスを適切にすることにより達成されている。実際問題として製品として販売する場合には輸送中に車中で高温にさらされたり、保存中に直射日光が照射されたりと様々な要因を仮定して保存安定性が決定されなければならず、硬化性を犠牲にしてまで保存安定性を十分にしなければならず、重合硬化性は極端に高めることはできなかった。

さらに、従来の嫌気硬化性組成物は空気または酸素を遮断するという条件のみでは十分な硬化性能が得られない。つまり、被着体に含まれる金属原子、金属分子、金属イオンなどを重合触媒として作用するものであり、十分な接着強度を発揮させるには被着体が金属でなければならず、プラスチックあるいはメツキ表面などの不活性金属に使用した場合硬化不良または硬化しても十分な接着強度がでないという問題があった。

本発明は上述した従来の問題点を克服するものであり、本発明の目的は保存安定性を損なうことなく接着性を向上した嫌気硬化性組成物を提供することにある _t 本発明のその他の目的は、従来の嫌気硬化性組成物では接着することが困難であつた不活性金属やブラスチックに対しても有用に用いることができる嫌気硬化性組成物を提供することにある。発明の開示

本発明の上記目的は以下の嫌気硬化性組成物により達成される。

( 1 ) (a) —般式 H₂ C = C (R) - (Rは水素またはメチル基）で表される官能基を分子の末端に有する重合性モノマー、

(b) 有機過酸化物、

( c ) 0—べンゾィヅクスルフイミド、および

(d)弱酸性物質のナトリウム塩、カリウム塩、及びカルシウム塩から選択される塩

からなる嫌気硬化性組成物。

( 2 ) 前記（ a) 成分が少なくとも水酸基含有（メ夕）ァクリレートからなる上記（ 1 ) に記載の嫌気硬化性組成物。

(3) 前記嫌気硬化性組成物は前記（d) 成分と水酸基含有（メタ）ァクリレートとを混合し相溶させたものを他の成分と混合することにより得られるものである上記（2 ) に記載の嫌気硬化性組成物。

(4) 前記弱酸性物質が炭酸、ホウ酸、リン酸、亜硝酸、次亜塩素酸、ギ酸、酢酸、プロビオン酸、カブロン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ォレイン酸、ステアリン酸、クェン酸、グルコン酸、コハク酸、酒石酸、乳酸、フマル酸、リンゴ酸、ラク酸、 0—べンゾィヅクスルフイミドから選択される上記

( 1 ) に記載の嫌気硬化性組成物。発明を実施するための最良の形態

本発明に使用される H ₂ C = C ( R ) — （Rは、水素またはメチル基）で表される官能基基を有する（ a ) 重合性モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸等のビニル基を分子の末端に有する化合物もしくはこれらの誘導体が挙げられる _t この重合性モノマーを更に具体的に挙げると、例えば、メチル（メタ）アタリレ — ト、ェチル（メタ）ァクリレート、ブチル（メタ）ァクリレート、 2—ェチルへキシル（メ夕）アタリレート、フエニル（メタ）ァクリレート、ベンジル（メ夕）ァクリレート等のモノエステル類； 2 —ヒドロキシェチル（メタ）ァクリレ —ト、 2—ヒドロキシプロピル（メタ）ァクリレート等のヒドロキシアルキルェステル類；エチレングリコ一ルジァクリレート、ポリエチレングリコ一ルジ（メ夕）ァクリレート、ネオペンチルグリコ一ルジ（メタ）ァクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）ァクリレート、ペン夕エリスリト一ルテトラアタリレート等の多価エステル類；（メ夕）ァクリロニトリル、（メ夕）アクリルアミド、 N —置換（メ夕）アクリルアミド等；ビニルァクリレート、ビニルアセテート、ビニルプロピオネート、ビニルスクシネート等のビニルエステル類；ビニルェ一テル類、スチレン、ハロゲン化スチレン、ジビニルベンゼン、ビニルナフタレン、 N —ビニルピロリドン、ジァリルフタレート、ジァリルマレ一ト、トリァリルイソシァネート、トリァリルホスフェート等のビニル化合物等であり、これらの重合性モノマ一は単独で若しくは二種以上の混合物として用いることができる。上記の重合性モノマ一には嫌気硬化性組成物の粘度の調整、あるいはその硬化物の特性を調整する目的で重合性ォリゴマーが含まれていてもよい。この重合性オリゴマーとしては、例えば、マレ一ト基、フマレ一ト基、ァリル基、（メタ）ァクリレート基を有する硬化性樹脂、イソシァネ一ト改質アクリルオリゴマー、ェポキシ改質アクリルオリゴマ一、ポリエステルアクリルオリゴマ一、ポリエーテルァクリルォリゴマ一等が挙げられ、これらのオリゴマ一は単独で若しくは二種以上の混合物として用いることができる。

また、重合性モノマーには、上記の重合性オリゴマーと同様の目的で不飽和ポリエステル樹脂、不飽和ァクリル樹脂等の重合性不飽和重合体が含まれていてもよい。

本発明に用いられる（ b ) 有機過酸化物は従来より嫌気硬化性組成物にて用いられているもので、特に限定されるものではなく、例えば、クメンハイドロパーオキサイド、 t 一ブチルハイドロパ一オキサイド、 p —メンタンハイド口パーォキサイド、メチルェチルケトンパ一ォキサイド、シクロへキサンパーォキサイド、ジクミルパ一オキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパ一オキサイド等のハイドロパ一オキサイド類、その他、ケトンパーオキサイド類、ジァリルパ一ォキサイド類、パ一ォキシエステル類等の有機過酸化物等が挙げられる。

これらの有機過酸化物は単独で或いは二種以上の混合物として用いることができる。この（b ) 成分の配合量は、重合性モノマーと重合性オリゴマーとの合計重量 1 0 0重量部に対して 0 . 1 〜 5重量部である。 0 . 1重量部よりも少ないと十分に重合反応を生じない恐れがあり、 5重量部よりも多いと、嫌気硬化性組成物の安定性が低下する傾向がある。

本発明において用いられる（ c ) 成分は 0—べンゾィックスルフィミドであり嫌気性組成物には通常使用される成分である。 0—べンゾイツクスルフイミドはいわゆるサヅカリンであり、（ c ) 成分の添加量は（ a ) 成分 1 0 0重量部に対して 0 . 5〜 5重量部配合される。

本発明に用いられる（d ) 成分における弱酸性物質は、電離定数 K aが l x l 0一 ³〜 1 X 1 0 — ^{1 1}であるものをいう。それらの例は炭酸、ホウ酸、リン酸、亜硝酸、次亜塩素酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、カブロン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ォレイン酸、ステアリン酸、クェン酸、グルコン酸、コハク酸、酒石酸、乳酸、フマル酸、リンゴ酸、ラク酸、 o —べンゾイツクスルフイミドが挙げられる。

( d ) 成分は物質的には公知のものであるが、嫌気性組成物に添加することはなかった。特に、 o —べンゾイツクスルフイミドと（ d ) 成分を混合して使用することにより、嫌気硬化性組成物の重合性を向上することは予想のできないことであった。（d ) 成分は水溶性物質であり、（ a ) 成分には相溶し難いものであるため、水酸基を含有したモノマー、特に、水酸基含有（メタ）アタリレートに混合して充分に相溶させた後、（ a ) 成分と混合することが好ましい。

また、本発明の（d ) 成分は（ a ) 成分 1 0 0重量部に対し 0 . 0 0 5〜 1重量部であることが望ましい。 0 . 0 0 5重量部より少ないと重合促進作用は得られない恐れがあり、 1重量部より多いと組成物中に相溶しきれなくなり組成物中に固形物が浮遊する恐れがある。

本組成物は上記成分以外に重合を促進する成分を少量添加することができる。重合促進剤としてはァミン化合物、メルカブタン化合物を挙げることができる。ァミン化合物は 1 ， 2 , 3， 4ーテトラヒドロキノリン、 1 ， 2 , 3， 4—テトラヒドロキナルジン等の複素環第 2級ァミン、キノリン、メチルキノリン、キナルジン、キノキサリンフエナジン等の複素環第 3級ァミン、 N , N —ジメチルーァニシジン、 N , N —ジメチルァニリン等の芳香族第三級ァミン類、 1 ， 2 , 4 — トリァゾール、ォキサゾ一ル、ォキサジァゾ一ル、チアジアゾ一ル、ベンゾトリアゾ一ル、ヒドロキシベンゾトリアゾ一ル、ベンゾチアゾ一ル、ベンゾキサゾ —ル、 1 , 2 ， 3—べンゾチアジアゾ一ル、 3 —メルカプトべンゾトリゾ一ル等のァゾ一ル系化合物等が挙げられる。また、メルカブタン化合物としては n — ドデシルメルカブタン、ェチルメルカブタン、プチルメルカブタン等の直鎖型メルカブタンが挙げられる。

これらの重合促進剤の配合割合は、重合性モノマ一の重量又は重合性モノマーとオリゴマ一及び/又は重合性不飽和重合体との混合物の重量が 1 0 0重量部に対して 0〜 1重量部であり、好ましくは 0 . 1〜 0 . 5重量部である。重合促進剤の配合割合が 0 . 1重量部未満では重合促進剤としての効果はなく、また 0 . 5重量部を越えると嫌気性組成物の保存安定性が悪くなる。

本発明は更に種々の添加剤を使用できる。例えば、保存安定性を得るためには、ベンゾキノン、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル等のラジカル吸収剤、エチレンジァミン 4酢酸又はその 2 —ナトリウム塩、シユウ酸、ァセチルアセトン、 0—ァミノフエノール等の金属キレート化剤等を添加することも b

、できる。

更に、その他に嫌気硬化性樹脂の性状や硬化物の性質を調整するために、増粘剤、充填剤、可塑剤、着色剤等を必要に応じて使用することができる。

本発明の嫌気性組成物は各成分を混合攪拌することにより得ることができる。ただし、（b ) 成分のみ、攪拌により分解してしまうおそれがあるため、最後に添加することが好ましい。攪拌時間は各成分が均一になるまで行なえばよい。

詳細には（a ) 成分、（ c ) 成分、（d ) 成分およびその他の添加剤を秤量し容器に注入し攪拌子により攪拌する。攪拌時の温度は常温でもかまわないが、 5 0 °C程度に加熱することが好ましい。攪拌時間は 5 0 °Cに加熱した場合 1 0時間程度である。その後、常温に冷却して（b ) 成分を秤量 · 添加して更に 1時間ほど攪拌する。攪拌時は加圧、減圧や密封をする必要はないが、加熱中は密封する方が好ましい。

また、（ a ) 成分に水酸基含有（メタ）ァクリレー卜が含まれる場合には、別行程で（ a ) 成分の一部である水酸基含有（メタ）ァクリレートと（d ) 成分を混合攪拌しておくことが好ましい。すなわち、あらかじめ水酸基含有（メ夕）ァクリレートに（d ) 成分を添加して 5 0 °Cで 5時間程度攪拌しておき、これを（ d ) 成分として添加する。

本発明は嫌気硬化性組成物に通常使用される o —べンゾィックスルフィミドにさらに弱酸性物質のナトリウム、カリゥムあるいはカルシウム塩を添加することにより硬化速度を向上させることができ、驚くべきことに活性金属以外の被着体に使用したときにも迅速に硬化させることができ、しかも、強力に接着することが可能になるのである。さらに、硬化速度を向上することができたにもかかわらず貯蔵安定性は低下しないので、室温で保存をすることが可能である。

以下、本発明を下記実施例を参照してより詳細に説明する。なお、部は重量部を意味し、表中の配合量はすべて重量部で示してある。

実施例 1〜 7及び比較例 1〜 5

表 1及び表 2に記載の化合物を配合し、組成物を得た。ただし、ウレ夕ンァクリレートは共栄油脂（株）社の G M N— Uを使用した。表中の〇 S B Iナトリウム塩の溶液とは 0—べンゾィヅクスルフィミドのナトリウム塩 1 gをヒドロキシェチルメ夕ァクリレート 9 9 gに混合し十分撹拌して得た溶液である。つまり、この溶液 1重量部の添加は 0 —べンゾィヅクスルフィミドのナトリゥム塩 0. 0 1重量部の添加に相当する。また、〇 S B I · S T Q塩は o—ベンゾィヅクスルフイミドの 1， 2 , 3 , 4—テトラヒドロキノリン塩である。

(保存安定性試験）

上記で得られた各組成物を低密度ポリエチレン製 1 0 0 m 1試験管に 5 0 g入れ、蓋をせずに 5 0°Cの雰囲気下で 1 0日間保存した。試験管内でゲル化したものは x、ゲル化も増粘もしなかったものは〇とした。

(硬化性（硬化速度）試験）

上記で得られた各組成物を表 2に示す各素材のテストピース（ 1 0 0 mmx 2 5 mm) 2枚を十字状に貼り合わせ、 1 0 gのおもりをのせて固定した。これが手で動かなくなるまでの時間（セットタイム）を測定した。測定時の温度は 2 5 °C である。表中の単位は分である。また、 3 6 0分硬化しないものは "一" で示した。

結果を表 1及び表 2に示す。

表 1

表 2

評価実施例実施例実施例実施例実施例実施例実施例比較例比較例比較例比較例比較例

1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 保存安定性〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇硬化速度（分）

鉄 1.5 1.5 2 2 2 1.5 1 4 3.5 15 10 15 マレミ一 Λム 3 3 Q Q 1 π_/ 1 2

ステンレス 2.5 3 3 2.5 2.5 2.5 2 9 10.5 40 30 40 亜鉛クロメートメ 25 20 30 30 35 25 20 140 125

ッキ

PPS 40 40 50 60 55 50 55

ポリスチレン 45 40 60 65 60 55 50

6 , 6—ナイロン 35 35 50 55 60 50 40

実施例 8〜 2 5及び比較例 6〜 1 8

ビスフエノール A骨格のエポキシァクリレートである B P E 1 0 0 (新中村化学社製） 6 0 0部に 2 —ヒドロキシェチルメタクリレートを 4 0 0部添加しこれにクメンハイドロパ一ォキサイド 1 0部、 0—べンゾイツクスルフイミド 1 5部を加え充分混合したものをベース樹脂とした。このベース樹脂に表 3〜表 5に記載の塩を添加した。ただし、各塩は上記とは別の 2 —ヒドロキシェチルメ夕クリレート 9 9部に塩を 1部添加し充分攪拌して、塩の溶液を得て、表 3〜表 5に記載の量のこの溶液を添加した。つまり、各塩の実際の添加量は表 3〜表 5に記載の量の 1 / 1 0 0である。

上記で得られた各組成物を用い接着強度測定、接着速度測定、及び実施例 1 と同様の保存安定性試験を行った。

接着強度測定

M 1 0、 P 1 . 5 x 2 0 m mの J I S 2級六角ボルト、 M 1 0、 P = 1 . 5の六角ナツトを使用し、ボルトは表面が亜鉛クロメ一トでメツキされたものを使用した。ボルトの雄ねじ部分先端約 1 0 m mに上記各組成物を全周に滴下しない程度に均一に塗布し、ナットに挿入した。ボルトを 2山ねじ込んだところでナツ卜側を上にして更にナツトのネジ山に各組成物を 2滴滴下し、直ちにボルトの先が 3山程度出るまでねじ込んだ。ボルトは最後まで締め込まなかった。

そのままの状態で 2 5 °Cで 2時間放置し、組成物を硬化させた。硬化したボルトはボルトの頭を万力で固定しトルクレンチによりナットを回転させ、ナットが初めて動き出す時のトルクを測定した。

接着速度試験

上記と同様のボルトとナットを使用し、上記と同様に各組成物を塗布し、ボル卜とナットをセットした。これを複数作成した。セットしたときから所定時間 2 5 °Cにて放置し、その後、ボルトをトルクレンチで回転させ、初めて動き出す時のトルクが 0 . 5 N · mになるまで本試験を繰り返した。所定時間は 1 0分間隔で延長し、トルクが上記になった時を硬化時間とした。ただし、 3 6 0分硬化しないものは "一 " で示した。

結果を表 3〜表 5に示す。表 3 組成物実施例 8 実施例 9 実施例 10 実施例 11 実施例 12 実施例 13 実施例 14 実施例 15 実施例 16 実施例 17 ベース樹脂 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 酢酸ナトリウム 10

O S B Iナ卜リウム 10

灰酸ナトリヮム 10

らく酸ナトリウム 10

ソュゥ酸水力リウム 10

フ夕ノレ酸水力リウム 10

灰酸力リゥム 10

灰般刀リレンゥム 10

B r西x ^ η r¹? 八丄 1 Π U

安息香酸カルシウム 10 接着強度（N · m ) 7.0 5.5 6.5 6.5 5.5 6.0 7.0 6.5 6.5 7.5 接着速度（分） 40 60 60 80 80 70 60 50 60 50 保存安定性〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇

表 4

組成物比較例 6 比較例 7 比較例 8 比較例 9 比較例 10 比較例 11 比較例 12 比較例 13 比較例 14 比較例 15 比較例 16

ベース樹脂 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

塩化ナトリウム 10

硫酸ナトリウム 10

塩化力リウム 10

硝酸力リウム 10

硫酸力リウム 10

塩化バリウム 10

ャ酸ハリウム 10

硫酸 Yク不ンゥム 10

灰 f¾西 6¾マヽ々ソ'小、ノ、 ' 'ノ t、 1 U

n-ドデシルメルカブタン 10

接着強度（N · m ) 3.0 2.5 3.5 3.5 3.0 2.5 3.0 2.5 2.5 3.0 4.5

接着速度（分） 120 120 100 100 100 100 130 120 120 130 30

保存安定性〇 O 〇〇 O 〇〇〇〇〇 X

表 5

実施例 2 6〜 2 8及び比較例 1 9〜 2 3

実施例 8と同様に表 6に示す配合量で調製した各組成物を、ポリカーボネ一ト製の 1 0 0mmx 2 5 mmのテストピース 2枚の端部に塗布し、 2 0 mm幅でお互いが互い違いになるように貼り合わせた。貼合せ面は 1 0 0 gのおもりをのせて 2 5 で 2時間固定した。これを引張りせん断試験器でテストピースの端を引つ張り、接着力（引張りせん断力）を測定した。上記の引張りせん断接着強さ試験は、テストピース長さ方向の接着幅を 1 2. 5 ± 0. 5mmから 2 0mmに変更した以外は J I S K 6 8 5 0 ( 1 9 9 4 ) に従って行なった。結果を表 6に示す。

表 6

実施例 2 9〜 3 4

実施例 8で用いたベース樹脂に表 7に示す量の酢酸ナトリゥム粉末、酢酸力リゥムを直接添加して十分に攪拌し組成物を調製した。これらの組成物を用い実施例 8 と同様に各種試験を行った。結果を表 7に示す。表 7

産業上の利用可能性

本発明の嫌気硬化性組成物は保存安定性が高いものであるにもかかわらず硬化速度が速く、接着強度も高い。特に、不動態処理した金属や亜鉛クロメ一トメッキゃュニクロメ一トメッキ等の不活性な金属やプラスチックなどの被着体を従来の嫌気硬化性組成物では接着することは困難であつたが、本組成物ではそれらを接着することができる。

Claims

請求の範囲

1. (a) —般式 H₂ C = C (R) - (Rは水素またはメチル基）で表される官能基を分子の末端に有する重合性モノマー、

(b) 有機過酸化物、

( c ) 0—ベンゾィヅタスルフイミド、および

( d ) 弱酸性物質のナトリウム塩、カリウム塩、及びカルシウム塩から選択される：¾

からなる嫌気硬化性組成物。

2. 前記（a) 成分が少なくとも水酸基含有（メタ）アタリレートからなる請求項 1に記載の嫌気硬化性組成物。

3. 前記嫌気硬化性組成物は前記（d) 成分と水酸基含有（メ夕）ァクリレートとを混合し相溶させたものを他の成分と混合することにより得られるものである請求項 2に記載の嫌気硬化性組成物。

4. 前記弱酸性物質が炭酸、ホウ酸、リン酸、亜硝酸、次亜塩素酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、カブロン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ォレイン酸、ステアリン酸、クェン酸、グルコン酸、コハク酸、酒石酸、乳酸、フマル酸、リンゴ酸、ラク酸、 0—べンゾイツクスルフイミドから選択される請求項 1 に記載の嫌気硬化性組成物。