(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
省力化、省資源及び省エネルギーの点で、常温下、短時間で接着する接着剤として、常温速硬化型接着剤組成物が使用されている。従来、常温速硬化型接着剤組成物としては、二剤型速硬化エポキシ系接着剤組成物、嫌気性接着剤組成物、瞬間接着剤組成物及び第二世代のアクリル系接着剤組成物(SGA)が知られている。
【0003】
二剤型速硬化エポキシ系接着剤は、主剤と硬化剤を計量、混合して被着体に塗布し、主剤と硬化剤の反応により硬化するものである。しかしながら、二剤型速硬化エポキシ系接着剤はより高い剥離強度と衝撃強度が要求されている。
【0004】
嫌気性接着剤は、被着体間において接着剤組成物を圧着して空気を遮断することにより硬化するものである。しかしながら、嫌気性接着剤組成物は、圧着する際に接着剤組成物の一部が被着体からハミ出した場合、ハミ出した部分が空気に接触しても硬化する性質が要求されている。又、被着体間のクリアランスが大きい場合にも硬化する性質が要求されている。
【0005】
瞬間接着剤は通常シアノアクリレートを主成分とし、作業性に優れている。しかしながら、より高い剥離強度や衝撃強度が要求されている。
【0006】
SGAは二剤型アクリル系接着剤であるが、二剤の正確な計量を必要とせず、計量や混合が不完全でも二剤の接触だけで、常温で数分〜数十分で硬化するために、作業性に優れ、しかも剥離強度や衝撃強度が高く、ハミ出し部分の硬化も良好であるために、電気・電子部品分野から土木・建築分野に至るまで幅広く用いられている。最近では、臭気を抑えたSGAも出てきており、換気設備の不十分な場所においても作業が可能である。
【0007】
各種要求特性の中には、低温環境下での特性が求められてきており、接着剤硬化物も氷点下の環境に晒される。
【0008】
低温条件では、接着剤硬化物が脆くなり、接着強度が低下し、剥離が生じることがある。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明は、重合性ビニルモノマーとして、(1−1)、(1−2)及び(1−3)を含有する。(1)重合性ビニルモノマーは、ラジカル重合可能であれば良い。中でも硬化速度等の点から重合性ビニルモノマーが、重合性(メタ)アクリル酸誘導体であることがより好ましい。重合性ビニルモノマー100質量部中、重合性(メタ)アクリル酸誘導体が70質量部以上であることが好ましく、重合性ビニルモノマーが全て重合性(メタ)アクリル酸誘導体であることがより好ましい。以下、(1)重合性ビニルモノマー100質量部中とは、(1−1)、(1−2)及び(1−3)の合計100質量部中であることが好ましい。
【0016】
本発明で使用する(1−1)一般式(A)の化合物とは以下の構造をいう。
一般式(A) Z−O−(R
2O)p−R
1
〔式中、Zは(メタ)アクリロイル基を示し、R
1はフェニル基又は炭素数1〜3個のアルキル基を有するフェニル基を示す。R
2は−C
2H
4−、−C
3H
6−、−CH
2CH(CH
3)−、−C
4H
8−又は−C
6H
12−を示し、pは1〜10の整数を表す。〕
【0017】
(1−1)一般式(A)の化合物としては、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、フェノキシジプロピレングリコール(メタ)アクリレート及びフェノキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中では、接着性の点で、フェノキシエチル(メタ)アクリレートが好ましい。
【0018】
(1−1)一般式(A)の化合物の使用量は、(1)重合性ビニルモノマー100質量部中、10〜70質量部が好ましく、20〜60質量部がより好ましい。10質量部未満だと接着性が低下するおそれがあり、70質量部を越えても接着性が低下するおそれがある。
【0019】
本発明で使用する(1−2)一般式(B)の化合物とは以下の構造をいう。
【0020】
一般式(B) Z−O−(R
2O)p−H
〔式中、Z、R
2及びpは前述の通りである。〕
【0021】
(1−2)一般式(B)の化合物としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート及びポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中では、接着性や耐湿性の点で、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートが好ましい。ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートの中では、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート及び/又は2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートが好ましく、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートがより好ましい。
【0022】
(1−2)一般式(B)の化合物の使用量は、(1)重合性ビニルモノマー100質量部中、10〜80質量部が好ましく、20〜70質量部がより好ましい。10質量部未満だと接着性が低下するおそれがあり、80質量部を越えると耐湿性が低下するおそれがある。
【0023】
本発明で使用する(1−3)一般式(C)の化合物とは以下の構造をいう。
【0025】
このような(メタ)アクリル系モノマーとしては、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシエトキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシジエトキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシプロポキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシテトラエトキシフェニル)プロパン及び2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン等が挙げられる。これらの中では、接着性の点で、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシポリエトキシフェニル)プロパンが好ましい。
【0026】
又、qは0以上の数である。qは1以上が好ましく、3以上がより好ましい。qは15以下が好ましく、10以下がより好ましく、8以下が最も好ましい。qは5が尚更好ましい。
【0027】
(1−3)一般式(C)の化合物の使用量は、(1)重合性ビニルモノマー100質量部中、1〜35質量部が好ましく、3〜20質量部がより好ましい。1質量部未満だと接着性が低下するおそれがあり、35質量部を越えると耐湿性が低下するおそれがある。
【0028】
本発明で使用する(2)重合開始剤としては、熱ラジカル重合開始剤が好ましい。熱ラジカル重合開始剤の中では、有機過酸化物が好ましい。有機過酸化物としては、クメンハイドロパーオキサイド、パラメンタンハイドロパーオキサイド、ターシャリーブチルハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンジハイドロパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド及びターシャリーブチルパーオキシベンゾエート等が挙げられる。これらの1種又は2種以上が使用できる。これらの中では反応性の点で、クメンハイドロパーオキサイドが好ましい。
【0029】
(2)重合開始剤の使用量は、(1)重合性ビニルモノマー100質量部に対して、0.5〜10質量部が好ましく、1〜7質量部がより好ましい。0.5質量部未満だと硬化速度が遅いおそれがあり、10質量部を越えると貯蔵安定性が悪くなるおそれがある。
【0030】
本発明で使用する(3)還元剤は、前記重合開始剤と反応し、ラジカルを発生する公知の還元剤であれば使用できる。代表的な還元剤としては例えば、第3級アミン、チオ尿素誘導体及び遷移金属塩等が挙げられる。
【0031】
第3級アミンとしては例えば、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン及びN,N−ジメチルパラトルイジン等が挙げられる。チオ尿素誘導体としては例えば、2−メルカプトベンズイミダゾール、メチルチオ尿素、ジブチルチオ尿素、テトラメチルチオ尿素及びエチレンチオ尿素等が挙げられる。遷移金属塩としては、例えば、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸銅及びバナジルアセチルアセトネート等が挙げられる。これらの中では、反応性の点で、遷移金属塩が好ましく、バナジルアセチルアセトネートがより好ましい。
【0032】
(3)還元剤の使用量は(1)重合性ビニルモノマー100質量部に対して、0.01〜5質量部が好ましく、0.05〜1質量部がより好ましい。0.01質量部未満だと硬化速度が遅いおそれがあり、5質量部を越えると貯蔵安定性が低下するおそれがある。
【0033】
本発明で使用する(4)末端に重合性不飽和二重結合を有し、かつ、(メタ)アクリロニトリル含有量が10〜30モル%であるゴムは、ゴム成分の末端に重合性不飽和二重結合を有する化合物である。(4)の中では、ゴム成分の両末端に重合性不飽和二重結合を有する化合物が好ましい。
【0034】
重合性不飽和二重結合としては、反応性が良好である点で、(メタ)アクリロイル基及び/又はビニル基が好ましく、(メタ)アクリロイル基がより好ましい。
【0035】
ゴム成分としては、ジエン系(共)重合体が好ましい。ジエン系(共)重合体としては、ブタジエン−(メタ)アクリロニトリルゴム、(メタ)アクリロニトリル−ブタジエン−(メタ)アクリル酸ゴム等が挙げられる。ジエン系(共)重合体の中では、可撓性が良好で、上記モノマーとの相溶性が良好な点から、ブタジエン−(メタ)アクリロニトリルゴムが好ましく、ブタジエン−アクリロニトリルゴムがより好ましい。
【0036】
(メタ)アクリロニトリル含有量は、低温における剥離強度に優れ、強い衝撃にも耐えられる点で、10〜30モル%が好ましく、15〜25モル%がより好ましく、13〜20モル%が最も好ましい。(メタ)アクリロニトリル含有量が10モル%以上であると本発明の効果が得られやすく、30モル%以下であると銅等の金属が被着対象である場合にも腐食を生じにくい。
【0037】
上記ゴム成分の分子鎖の両末端に重合性不飽和二重結合を導入する方法としては、例えば、ゴム成分の両末端にカルボキシル基を導入したあと、該カルボキシル基にグリシジル(メタ)アクリレートを反応させるか、又は、該カルボキシル基とヒドロキシ(メタ)アクリレートを脱水反応させる方法が挙げられる。又、予め、ジイソシアネートとヒドロキシ(メタ)アクリレートを反応させ、これを末端に反応性水酸基を有する液状ゴムと反応させても良い。
【0038】
これらの中では、ゴム成分の両末端にカルボキシル基を導入したあと、該カルボキシル基にグリシジル(メタ)アクリレートを反応させることにより得られるゴムが好ましい。
例えば、ゴム成分として(メタ)アクリロニトリルゴムを用い、ゴム成分の両末端にカルボキシル基を導入したあと、該カルボキシル基にグリシジルメタクリレートを反応させることにより得られるゴムとしては、An Emerald Performance material社製「Hypro 1300X33LC VTBNX」等が挙げられる。
【0039】
(4)末端に重合性不飽和二重結合を有し、かつ、(メタ)アクリロニトリル含有量が10〜30質量%であるゴムは、液状のゴムが好ましい。液状のゴムとは、常温(23℃)で液状のゴムをいう。
【0040】
これら(4)末端に重合性不飽和二重結合を有し、かつ、(メタ)アクリロニトリル含有量が10〜30質量%であるゴムの数平均分子量は、1000〜1000000が好ましく、2000〜500000がより好ましい。1000未満であると、低温での剥離強度に影響があるおそれがあり、1000000を超えると、流動性がなくなるおそれがある。
【0041】
本発明の実施例では、GPC(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、ポリスチレン換算の数平均分子量を使用した。具体的には、平均分子量は、下記の条件にて、溶剤としてテトラヒドロフランを用い、GPCシステム(東ソ−社製SC−8010)を使用し、市販の標準ポリスチレンで検量線を作成して求めた。
【0042】
流速:1.0ml/min
設定温度:40℃
カラム構成:東ソー社製「TSK guardcolumn MP(×L)」6.0mmID×4.0cm1本、及び東ソー社製「TSK−GELMULTIPOREHXL−M」7.8mmID×30.0cm(理論段数16,000段)2本、計3本(全体として理論段数32,000段)、
サンプル注入量:100μl(試料液濃度1mg/ml)
送液圧力:39kg/cm
2
検出器:RI検出器
【0043】
(4)末端に重合性不飽和二重結合を有し、かつ、(メタ)アクリロニトリル含有量が10〜30質量%であるゴムの使用量は(1)重合性ビニルモノマー100質量部に対して、1〜50質量部が好ましく、5〜30質量部がより好ましく、10〜20質量部が最も好ましい。1質量部未満だと低温での剥離強度や耐衝撃性が小さいおそれがあり、50質量部を超えると、粘度が上昇し、作業性が悪くなり、硬化性が不十分であるおそれがある。
【0044】
本発明は、(5)末端に重合性不飽和二重結合を有しないエラストマーを使用する。
【0045】
(5)末端に重合性不飽和二重結合を有しないエラストマーとしては、(メタ)アクリロニトリル−ブタジエン−(メタ)アクリル酸共重合体、(メタ)アクリロニトリル−ブタジエン−メチル(メタ)アクリレート共重合体、(メタ)アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体等といったジエン系共重合体、クロロスルホン化ポリエチレン、スチレン−ポリブタジエン−スチレン系合成ゴムといったスチレン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系エラストマー等が挙げられる。
(5)末端に重合性不飽和二重結合を有しないエラストマーとしては、(1)重合性ビニルモノマーに可溶なエラストマーが好ましい。
【0046】
これらの中では、溶解性及び接着性の点で、ジエン系共重合体が好ましい。ジエン系共重合体の中では、(メタ)アクリロニトリル−ブタジエン−(メタ)アクリル酸共重合体及び/又は(メタ)アクリロニトリル−ブタジエン共重合体が好ましく、(メタ)アクリロニトリル−ブタジエン共重合体がより好ましい。
【0047】
(5)末端に重合性不飽和二重結合を有しないエラストマーは、(メタ)アクリロニトリル構造を有することが好ましい。(メタ)アクリロニトリル構造を有する場合、(メタ)アクリロニトリル含有量は、低温における剥離強度に優れ、強い衝撃にも耐えられる点で、10〜30モル%が好ましく、15〜25モル%がより好ましく、13〜20モル%が最も好ましい。(メタ)アクリロニトリル含有量が10モル%以上であると本発明の効果が得られやすく、30モル%以下であると銅等の金属が被着対象である場合にも腐食を生じにくい。
【0048】
(5)末端に重合性不飽和二重結合を有しないエラストマーの使用量は、(1)重合性ビニルモノマー100質量部に対して、5〜35質量部が好ましく、7〜33質量部がより好ましく、10〜30質量部が最も好ましい。
【0049】
(4)末端に重合性不飽和二重結合を有し、かつ、(メタ)アクリロニトリル含有量が10〜30質量%であるゴムと(5)末端に重合性不飽和二重結合を有しないエラストマーを併用する場合、その含有割合は、(4)と(5)の合計100質量部中、質量比で、(4):(5)=10〜90:90〜10が好ましく、30〜70:70〜30がより好ましく、40〜60:60〜40が最も好ましい。
【0050】
本発明の組成物は空気に接している部分の硬化を迅速にするために各種パラフィン類を使用することができる。パラフィン類としては例えば、パラフィン、マイクロクリスタリンワックス、カルナバろう、蜜ろう、ラノリン、鯨ろう、セレシン及びカンデリラろう等が挙げられる。これらの中では、パラフィンが好ましい。パラフィン類の融点は40〜100℃が好ましい。
【0051】
パラフィン類の使用量は、(1)重合性ビニルモノマー100質量部に対して、0.1〜5質量部が好ましい。0.1質量部未満だと空気に接している部分の硬化が悪くなるおそれがあり、5質量部を越えると接着強度が低下するおそれがある。
【0052】
更に、貯蔵安定性を改良する目的で重合禁止剤を含む各種の酸化防止剤等を使用することができる。
【0053】
更に、本発明では接着性を向上させ、硬化速度を速くするために、リン酸塩を使用することが好ましい。
【0054】
尚、これらの他にも所望により可塑剤、充填剤、着色剤及び防錆剤等の既に知られている物質を使用することもできる。
【0055】
以上、本発明で使用する成分について説明したが、本発明の組成物には更に上記(1−1)、(1−2)及び(1−3)以外の臭気の少ない化合物を使用してもよい。
【0056】
本発明の実施態様としては、接着剤組成物として使用することが好ましい。この場合には例えば、二剤型の接着剤組成物として使用することが挙げられる。二剤型については、本発明の接着剤組成物の必須成分全てを貯蔵中は混合せず、接着剤組成物を第一剤及び第二剤に分け、第一剤に少なくとも(2)重合開始剤を、第二剤に少なくとも(3)還元剤と必要に応じてリン酸塩を含有させ、別々に貯蔵する。この場合、両剤を同時に又は別々に塗布して接触、硬化することによって、二剤型の接着剤組成物として使用できる。
【0057】
別の実施態様としては、第一剤及び第二剤のいずれか一方又は両方に重合性ビニルモノマー及びその他の任意の成分を予め含有せしめ、硬化時に両者を混合することによって、一剤型の接着剤組成物として使用できる。
【0058】
これらの実施態様の中では、貯蔵安定性に優れる点で、二剤型の接着剤組成物として使用することが好ましい。
【0059】
本発明では、硬化性樹脂組成物の硬化体により、被着体を接合して接合体を作製する。被着体の各種材料については、紙、木材、セラミック、ガラス、陶磁器、ゴム、プラスチック、モルタル、コンクリート及び金属等制限はないが、被着体が金属の場合、特に鉄やステンレスの場合により優れた接着性を示す。
【実施例】
【0060】
(実験例)
以下実験例により本発明を更に詳細に説明する。表1に示す組成からなる接着剤組成物を調製し、各種物性を測定した。結果を表1に示す。
各物質の使用量の単位は質量部で示す。各物質について2,2−ビス(4−メタクリロキシポリエトキシフェニル)プロパンはq=5のものを用い、パラフィン類としてはパラフィンを用い、各種物性については、以下のようにして測定した。
【0061】
表中に記載した各物質については、次のような略号を使用した。
液状NBR:末端に重合性不飽和二重結合を有する液状アクリロニトリルゴム(An Emerald Performance material社製、Hypro 1300X33LC VTBNX、液状、数平均分子量3900)
NBR:アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、末端に重合性不飽和二重結合を有しないエラストマー(市販品)
AN量:末端に反応性不飽和二重結合を有する液状NBRやアクリロニトリル−ブタジエン共重合体に含まれるアクリロニトリル含有量(モル%)
【0062】
〔引張剪断強度(引張剪断接着強さ)〕試験片として100×25×1.6mmのSPCC−Dのウエス拭き処理鋼板を用いた。温度23℃、湿度50%の環境下でJIS K−6850に従い、一枚の試験片の片面に第一剤を塗布し、もう一枚の試験片に第二剤を塗布した。その後直ちに塗布面同士を重ね合わせて貼り合わせた。こののち、室温で24時間養生し、これを引張剪断強度測定用試料とした。試料の引張剪断強度(単位:MPa)は、温度23℃、湿度50%の環境下で引張速度10mm/分で測定した。
【0063】
〔剥離強度(剥離接着強さ)〕試験片として200×25×1.6mmのSPCC−Dのウエス拭き処理鋼板と200×25×1.5mmのSUS304のウエス拭き処理鋼板を用いた。温度23℃、湿度50%の環境下でJIS K−6854に従い、一枚の試験片の片面に第一剤を塗布し、もう一枚の試験片の片面に第二剤を塗布した。その後直ちに塗布面同士を重ね合わせて貼り合わせた。こののち、室温で24時間養生し、これをT剥離強度測定用試料とした。低温特性の確認として、温度23℃、湿度50%の環境下、引張速度50mm/分でのT剥離強度と、温度−20℃の環境下、引張速度50mm/分でのT剥離強度とを比較した。又、温度−20℃の環境下での剥離の破断距離も比較した。
剥離の破断距離は、以下の方法により測定した。T剥離強度測定用試料を用い、チャック間を1cmに設定し、上記の試験片の上端部と下端部を固定し、−20℃の温度で引張速度50mm/分の速度で試験片を上下に引張り、破断に至る引張り距離を測定した。破断距離が大きいほど、剥離強度が大きい。
【0064】
〔耐衝撃試験〕試験片としてパネル2000×500×1.5mmのSUS304のウエス拭き処理板と補強材1800×20×1.5mmのSPCC−Dのウエス拭き処理板を用いた。温度23℃、湿度50%の環境下でパネルの中央部の位置に第一剤を塗布し、補強材に第二剤を塗布した。その後直ちに塗布面同士を重ね合わせて貼り合わせた。この後、室温で24時間養生し、これを耐衝撃試験測定用試料とした。耐衝撃試験は補強材を裏側にしたパネルを水平にして、両端部を支持持ちで固定した。パネルの表面から800mmの高さ、パネルの端部から1000mmの位置に45kgの鉄球を吊り下げた。鉄球を自然落下してパネルに衝撃を加え、裏面にある補強材がパネルから剥離する状況を観察した。
下記式により補強材の剥離率を算出した。
補強材の剥離率(%)=(補強材が剥がれた面積)/(接着剤を塗布した接着剤塗布面の面積)×100(%)
【0065】
〔臭気〕各硬化性樹脂組成物の臭気の強さを次のようにした。
樹脂組成物を使用して直径10mm×厚さ1mmの硬化物を作製し、ガラス瓶に硬化物を入れて密栓し、1時間放置後、臭いセンサー(カルモア社製)を使用して臭気を測定した。尚、試験をした室内の測定値360であった。数値が大きいほど、臭気が強いことを表している。臭気の数値は、1000以下が好ましく、600以下がより好ましく、500以下が最も好ましい。
【0066】
【表1】
【0067】
表から以下のことが認められる。本発明は、(4)の量が増えるに連れて低温における剥離強度が高く、耐衝撃性が大きい。実験例1は、(4)を含有するので、実験例2より剥離強度が高い。しかしながら、実験例1は、(5)のアクリロニトリル含有量が大きいので、耐衝撃性が小さい。