(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記非結晶性ポリオール化合物(b1)中の水酸基に対するポリアミン化合物(b2)中のアミノ基の当量比は1.5〜6である、請求項1に記載の2液硬化型接着剤組成物。
前記結晶性ポリオール化合物は、ポリエステルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリカーボネートポリオール、及びポリカプロラクトンポリオールの中から選択される少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の2液硬化型接着剤組成物。
前記非結晶性ポリオール化合物(b1)は、ポリオキシプロピレングリコール、ポリブタジエンポリオール、ポリイソプレンポリオール、及びポリアクリルポリオールの中から選択される少なくとも1種である、請求項1から4のいずれか1項に記載の2液硬化型接着剤組成物。
非結晶性ポリオール化合物(b1)の末端は、1級水酸基、2級水酸基、アミノ基、酸無水物変性基、及び酸無水物変性基を開環した開環基の中から選択された少なくとも1種を含む、請求項1から5のいずれか1項に記載の2液硬化型接着剤組成物。
前記硬化剤(B)は、さらに、数平均分子量が200以下の水酸基含有化合物(b3)を前記硬化剤(B)の5質量%以上含む、請求項1から6のいずれか1項に記載の2液硬化型接着剤組成物。
前記残存ポリイソシアネート(a2)は、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメリックメタンジイソシアネート、及びイソシアヌレート基を含むイソシアネート化合物、の中から選択された少なくとも1種である、請求項1から7のいずれか1項に記載の2液硬化型接着剤組成物。
前記非結晶性ポリオール化合物(b1)は、分子内に、ポリエチレングリコールの単量体単位及びポリプロピレングリコールの単量体単位の少なくとも一方を含む、請求項1から8のいずれか1項に記載の2液硬化型接着剤組成物。
前記ポリアミン化合物(b2)は、数平均分子量が500未満であり、1分子中に、少なくとも2つのアミノ基と、少なくとも1つの芳香族基と、を有している、請求項1から9のいずれか1項に記載の2液硬化型接着剤組成物。
前記硬化剤(B)は、フィラー、老化防止剤、着色剤、粘度調整剤、可塑剤、及び数平均分子量が500未満の多価アルコール類の中から選択される少なくとも1種を含む、請求項1から16のいずれか1項に記載の2液硬化型接着剤組成物。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、硬化物の引張特性に関して、結晶性の高いポリオール化合物をポリウレタンの骨格とすることで、破断強度、破断伸度を高められることが知られている。しかし、結晶性の高いポリオール化合物をポリウレタンの骨格とすると、貯蔵弾性率、損失弾性率、損失正接等の粘弾性特性の温度依存性が極めて高くなるという問題がある。
【0006】
本発明は、破断強度、破断伸度等の引張特性に優れ、粘弾性特性の温度依存性が小さい硬化物が得られるとともに、発泡を抑制できる2液硬化型接着剤組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様は、2液硬化型接着剤組成物であって、
ウレタンプレポリマー(a1)を含む主剤(A)と、
非結晶性ポリオール化合物(b1)と、ポリアミン化合物(b2)と、を含む硬化剤(B)と、を有し、
前記ウレタンプレポリマー(a1)は、原料ポリイソシアネートと、1分子中に少なくとも1つの水酸基を有する数平均分子量500以上の結晶性ポリオール化合物とを、前記結晶性ポリオール化合物中の水酸基に対する前記原料ポリイソシアネート中のイソシアネート基の当量比を2.05〜12として、前記結晶性ポリオール化合物のすべてが前記ウレタンプレポリマー(a1)の単量体単位となるよう反応させて得たものであり、
前記主剤(A)は、前記ウレタンプレポリマー(a1)のほか、前記結晶性ポリオール化合物と反応しなかった前記原料ポリイソシアネートの残部である残存ポリイソシアネート(a2)をさらに含み、
前記非結晶性ポリオール化合物(b1)は、1分子中に少なくとも2つの水酸基を有する数平均分子量1000以上の化合物であり、
前記ポリアミン化合物(b2)中のアミノ基に対する前記主剤(A)中のイソシアネート基の当量比は1.2〜6であり、
前記非結晶性ポリオール化合物(b1)中の水酸基に対する前記主剤(A)中のイソシアネート基の当量比は2〜12であ
り、
前記非結晶性ポリオール化合物(b1)の質量に対する前記結晶性ポリオール化合物の質量の比は1以下であり、
前記2液硬化型接着剤組成物を硬化させた硬化物の130℃での貯蔵弾性率(E1´)が、−40℃での貯蔵弾性率(E2´)の50%以上の大きさである、ことを特徴とする。
【0008】
前記非結晶性ポリオール化合物(b1)中の水酸基に対するポリアミン化合物(b2)中のアミノ基の当量比は1.5〜6であることが好ましい。
【0010】
前記結晶性ポリオール化合物は、ポリエステルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリカーボネートポリオール、及びポリカプロラクトンポリオールの中から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
【0011】
前記結晶性ポリオール化合物は、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、あるいは、ポリカーボネートポリオールであることが好ましい。
【0012】
前記非結晶性ポリオール化合物(b1)は、ポリオキシプロピレングリコール、ポリブタジエンポリオール、ポリイソプレンポリオール、及びポリアクリルポリオールの中から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
【0013】
非結晶性ポリオール化合物(b1)の末端は、1級水酸基、2級水酸基、アミノ基、酸無水物変性基、及び、酸無水物変性基を開環した開環基の中から選択された少なくとも1種を含むことが好ましい。
【0014】
前記硬化剤(B)は、さらに、数平均分子量が200以下のジオール化合物(b3)を含むことが好ましい。
【0015】
前記残存ポリイソシアネート(a2)は、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメリックメタンジイソシアネート、及びイソシアヌレート基を含むイソシアネート化合物、の中から選択された少なくとも1種であることが好ましい。
【0016】
前記非結晶性ポリオール化合物(b1)は、分子内に、ポリエチレングリコールの単量体単位及びポリプロピレングリコールの単量体単位の少なくとも一方を含むことが好ましい。
【0017】
前記ポリアミン化合物(b2)は、数平均分子量が500未満であり、1分子中に、少なくとも2つのアミノ基と、少なくとも1つの芳香族基と、を有していることが好ましい。
【0018】
前記硬化剤(B)中の全活性水素基に対する前記主剤(A)中のイソシアネート基の当量比が0.5〜4であることが好ましい。
【0019】
前記主剤(A)と前記硬化剤(B)の質量比は3:7〜7:3となるように調整されていることが好ましい。
【0021】
前記2液硬化型接着剤組成物を硬化させた硬化物のJIS K6251に準拠した、引張強さは10MPa以上であり、切断時伸びは100%以上であることが好ましい。
【0022】
前記2液硬化型接着剤組成物を硬化させた硬化物の引張弾性率は50MPa以上であることが好ましい。
【0023】
前記2液硬化型接着剤組成物は、可使時間が30秒〜10分であることが好ましい。
【0024】
前記主剤(A)は、フィラー、老化防止剤、着色剤、粘度調整剤、及び可塑剤の中から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。
【0025】
前記硬化剤(B)は、フィラー、老化防止剤、着色剤、粘度調整剤、可塑剤、及び数平均分子量が500未満の多価アルコール類の中から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。
【0026】
本発明の別の一態様は、2液硬化型接着剤組成物であって、
ウレタンプレポリマー(a1)を含む主剤(A)と、
非結晶性ポリオール化合物(b1)と、ポリアミン化合物(b2)と、を含む硬化剤(B)と、を有し、
前記ウレタンプレポリマー(a1)は、原料ポリイソシアネートと、1分子中に少なくとも1つの水酸基を有する数平均分子量500以上の結晶性ポリオール化合物とを、前記結晶性ポリオール化合物中の水酸基に対する前記原料ポリイソシアネート中のイソシアネート基の当量比を2.05〜12として、前記結晶性ポリオール
化合物のすべてが前記ウレタンプレポリマー(a1)の単量体単位となるよう反応させて得たものであり、
前記主剤(A)は、前記ウレタンプレポリマー(a1)のほか、前記結晶性ポリオール化合物と反応しなかった前記原料ポリイソシアネートの残部である残存ポリイソシアネート(a2)をさらに含み、
前記非結晶性ポリオール化合物(b1)は、1分子中に少なくとも2つの水酸基を有する数平均分子量1000以上の化合物であり、
前記ポリアミン化合物(b2)中のアミノ基に対する前記主剤(A)中のイソシアネート基の当量比、及び、前記非結晶性ポリオール化合物(b1)中の水酸基に対する前記主剤(A)中のイソシアネート基の当量比が、前記2液硬化型接着剤組成物を硬化させた硬化物の130℃での貯蔵弾性率(E1´)が−40℃での貯蔵弾性率(E2´)の50%以上の大きさになるよう調整され
、
前記ポリアミン化合物(b2)中のアミノ基に対する前記主剤(A)中のイソシアネート基の当量比は1.2〜6であり、
前記非結晶性ポリオール化合物(b1)の質量に対する前記結晶性ポリオール化合物の質量の比は1以下であり、
前記2液硬化型接着剤組成物を硬化させた硬化物の130℃での貯蔵弾性率(E1´)が、−40℃での貯蔵弾性率(E2´)の50%以上の大きさである、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0027】
上記態様の2液硬化型接着剤組成物によれば、硬化物の破断強度、破断伸度等の引張特性に優れ、粘弾性特性の温度依存性が小さい硬化物が得られるとともに、発泡を抑制できる。
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下、本実施形態の2液硬化型接着剤組成物について説明する。本実施形態には、後述する種々の実施形態が含まれる。
【0030】
(接着剤組成物)
本実施形態の2液硬化型接着剤組成物(以降、単に接着剤組成物ともいう)は、主剤(A)と、硬化剤(B)と、を有する。
【0031】
(主剤(A))
主剤(A)は、ウレタンプレポリマー(a1)を含む。
ウレタンプレポリマー(a1)は、原料ポリイソシアネートと、結晶性ポリオール化合物と、を反応させて得たものである。したがって、ウレタンプレポリマー(a1)は、ポリイソシアネートの単量体単位と、結晶性ポリオール化合物の単量体単位とを有している。この反応は、具体的に、結晶性ポリオール化合物中の水酸基に対する、原料ポリイソシアネート中のイソシアネート基の当量比(以降、インデックスともいう)を2.05〜12として、結晶性ポリオール化合物のすべてがウレタンプレポリマー(a1)の単量体単位となるよう行われる。
【0032】
インデックスを2.05以上とすることで、破断強度に優れた硬化物、具体的には、破断強度が10MPa以上の硬化物を得やすくなる。本明細書において、破断強度は、JIS K6251に準拠した、引張強さを意味する。
また、インデックスを2.05以上とし、イソシアネート基を水酸基に対して大きく過剰にしたことで、原料ポリイソシアネートと結晶性ポリオール化合物との反応後に残存するイソシアネート基を、硬化剤(B)と十分に反応させることができる。これにより、破断伸度に優れた硬化物、具体的には、破断伸度が100%以上の硬化物を得やすくなる。本明細書において、破断伸度は、JIS K6251に準拠した切断時伸びを意味する。
【0033】
インデックスは、好ましくは3以上であり、より好ましくは4以上である。一方で、当量比が大きすぎると、破断伸度が低くなりすぎる場合がある。このため、当量比は、12以下であり、好ましくは10以下であり、より好ましくは8以下である。
【0034】
なお、本実施形態の接着剤組成物によれば、ポリイソシアネートが、結晶性ポリオール化合物に付加した後に、硬化剤(B)の各々の活性水素基と反応したものと、結晶性ポリオールと反応せず残存した後に、硬化剤(B)の各々の活性水素基と反応したものとが硬化物中に形成される。このように、ポリイソシアネートのこれらの反応の間のタイムラグと、結晶性ポリオール化合物と非晶性ポリオール化合物(b1)が混在することとによって、ポリマーブレンドが生成する。
【0035】
原料ポリイソシアネートは、分子内にイソシアネート基を2個以上有するものであれば、特に限定されない。原料ポリイソシアネートには、従来公知のポリイソシアネート化合物を用いることができる。
原料ポリイソシアネートに使用されるポリイソシアネート化合物としては、具体的には、例えば、TDI(例えば、2,4−トリレンジイソシアネート(2,4−TDI)、2,6−トリレンジイソシアネート(2,6−TDI))、MDI(例えば、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4′−MDI)、2,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(2,4′−MDI))、1,4−フェニレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)、トリジンジイソシアネート(TODI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)、トリフェニルメタントリイソシアネートのような芳香族ポリイソシアネート;ペンタメチレンジイソシアネート(PDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMHDI)、リジンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート(NBDI)のような脂肪族ポリイソシアネート;トランスシクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン(H
6XDI)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H
12MDI)のような脂環式ポリイソシアネート;これらのカルボジイミド変性ポリイソシアネート;これらのイソシアヌレート変性ポリイソシアネート;等が挙げられる。
【0036】
このようなポリイソシアネートは、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
これらのうち、硬化性に優れる理由から、芳香族ポリイソシアネートであるのが好ましく、MDIであるのがより好ましい。
【0037】
一実施形態によれば、原料ポリイソシアネートは、反応活性を良好にし、硬化した際の良好な強度を発現させる観点から、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメリックメタンジイソシアネート、及びイソシアヌレート基を含むイソシアネート化合物のうちの少なくとも1種を含むことが好ましい。
【0038】
結晶性ポリオール化合物は、1分子中に少なくとも1つの水酸基を有し、数平均分子量が500以上である。
【0039】
結晶性ポリオール化合物の数平均分子量が500未満であると、硬化物の破断伸度が低下し、硬化物が硬くなりすぎる場合がある。また、後述する当量比(NCO基/活性水素比)、あるいは、主剤(A)及び硬化剤(B)の混合比を調整しても、硬化物の引張弾性率(以降、単に弾性率ともいう)を調整することが難くなる。結晶性ポリオール化合物の数平均分子量の上限値は、例えば、3000である。
【0040】
結晶性ポリオール化合物には、硬化物の破断強度、破断伸度が効果的に向上させる観点から、好ましくは、ポリエステルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリカーボネートポリオール、及びポリカプロラクトンポリオールの中から選択される少なくとも1種が用いられる。
【0041】
ポリエステルポリオールとしては、例えば、低分子多価アルコール類と、多塩基性カルボン酸との縮合物(縮合系ポリエステルポリオール)が挙げられる。
低分子多価アルコール類としては、具体的には、例えば、エチレングリコール(EG)、ジエチレングリコール、プロピレングリコール(PG)、ジプロピレングリコール、(1,3−または1,4−)ブタンジオール、ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、グリセリン、1,1,1−トリメチロールプロパン(TMP)、1,2,5−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトールなどの低分子ポリオール;ソルビトールなどの糖類;等が挙げられる。
縮合系ポリエステルポリオールを形成する多塩基性カルボン酸としては、例えば、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、フマル酸、マレイン酸、ピメリン酸、スベリン酸、セバシン酸、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ダイマー酸、ピロメリット酸、他の低分子カルボン酸、オリゴマー酸、ヒマシ油、ヒマシ油とエチレングリコール(もしくはプロピレングリコール)との反応生成物などのヒドロキシカルボン酸等が挙げられる。
【0042】
ポリカーボネートポリオールは、例えば、ポリオールとジメチルカーボネートとの脱メタノール縮合反応、ポリオールとジフェニルカーボネートの脱フェノール縮合反応、または、ポリオールとエチレンカーボネートの脱エチレングリコール縮合反応などの反応を経て生成される。これらの反応で使用されるポリオールとしては、例えば、1,6−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、オクタンジオール、1,4−ブチンジオール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール等の飽和もしくは不飽和の各種グリコール類、1,4−シクロヘキサンジグリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノールなどの脂環族グリコール等が挙げられる。
【0043】
ポリカプロラクトンポリオールは、例えば、ε−カプロラクトン、α−メチル−ε−カプロラクトン、ε−メチル−ε−カプロラクトン等のラクトンを適当な重合開始剤で開環重合させたもので両末端に水酸基を有するものが挙げられる。
【0044】
ウレタンプレポリマー(a1)の数平均分子量は、1000以上15000以下であることが好ましく、1000以上10000以下であることがより好ましい。
ここで、数平均分子量は、ゲルパーミエションクロマトグラフィー(Gel permeation chromatography(GPC))により測定した数平均分子量(ポリスチレン換算)であり、測定にはテトラヒドロフラン(THF)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を溶媒として用いるのが好ましい。
【0045】
主剤(A)は、ウレタンプレポリマー(a1)のほか、さらに、残存ポリイソシアネート(a2)を含む。
残存ポリイソシアネート(a2)は、結晶性ポリオール化合物と反応しなかった原料ポリイソシアネートの残部である。主剤(A)に、残存ポリイソシアネート(a1)が含まれていることで、速やかに硬化剤(B)との反応を行うことができる。これにより、硬化時間を短くできるとともに、残存ポリイソシアネート(a1)が水分と反応し発泡することを抑制でき、硬化物の破断強度、破断伸度等の引張特性の低下を抑制することができる。
【0046】
(硬化剤(B))
硬化剤(B)は、ポリアミン化合物(b2)と、非結晶性ポリオール化合物(b1)と、を含む。
【0047】
ポリアミン化合物(b2)は、ポリイソシアネートとの反応速度が速いため、残存ポリイソシアネート(a2)との反応が速やかに進行する。また、ポリアミン(b2)は、ウレタンプレポリマー(a1)とも反応し、ウレタンプレポリマー(a1)を硬化させつつ、成長させる。この過程で、主剤(A)及び硬化剤(B)を混合した接着剤組成物は、これらの反応に伴って発熱することで、非結晶性ポリオール化合物(b1)と残存ポリイソシアネート(a2)との反応が促進される。これにより、硬化時間が短くなり、可使時間を短くする効果が得られる。
【0048】
ポリアミン化合物(b2)は、分子内にアミノ基を2個以上有するものであれば、特に限定されず、従来公知のポリアミン化合物を用いることができる。
【0049】
ポリアミン化合物(b2)としては、具体的には、例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ブチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、1,2−プロパンジアミン、イミノビスプロピルアミン、メチルイミノビスプロピルアミン、1,5−ジアミノ−2−メチルペンタン(MPMD、デュポン・ジャパン社製)などの脂肪族ポリアミン;メタフェニレンジアミン、オルトフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、m−キシリレンジアミン(MXDA)、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン、ジアミノジエチルジフェニルメタン、ジエチルメチルベンゼンジアミン、2−メチル−4,6−ビス(メチルチオ)−1,3−ベンゼンジアミン、4,4’−メチレンビス(2−クロロアニリン)、4,4’−メチレンビス(3−クロロ−2,6−ジエチルアニリン)、トリメチレン ビス(4−アミノベンゾアート)、ビス(4−アミノ−2,3−ジクロロフェニル)メタンなどの芳香族ポリアミン;N−アミノエチルピペラジン;3−ブトキシイソプロピルアミンなどの主鎖にエーテル結合を有するモノアミン;サンテクノケミカル社製のジェファーミンEDR148に代表されるポリエーテル骨格のジアミン;イソホロンジアミン、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン(1,3BAC、三菱ガス化学社製)、1−シクロヘキシルアミノ−3−アミノプロパン、3−アミノメチル−3,3,5−トリメチル−シクロヘキシルアミンなどの脂環式ポリアミン;ノルボルナンジアミン(NBDA、三井化学社製)などのノルボルナン骨格のジアミン;ポリアミドの分子末端にアミノ基を有するポリアミドアミン;2,5−ジメチル−2,5−ヘキサメチレンジアミン、メンセンジアミン、1,4−ビス(2−アミノ−2−メチルプロピル)ピペラジン、ポリプロピレングリコール(PPG)を骨格に持つサンテクノケミカル社製のジェファーミンD230、ジェファーミンD400;等が挙げられ、これらを1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
【0050】
ポリアミン化合物(b2)中のアミノ基に対する主剤(A)中のイソシアネート基の当量比(以降、イソシアネート基/アミノ基比ともいう)は1.2〜6である。イソシアネート基/アミノ基比が1.2未満であると、残存ポリイソシアネート(a2)のイソシアネート基と、非結晶性ポリオール化合物(b1)の水酸基が反応する機会が少なくなり、硬化物の破断伸度が向上し難くなる。一方、イソシアネート基/アミノ基比が6を超えると、接着剤組成物の硬化速度が遅くなり、また、発泡の可能性が高まる。また、イソシアネート基/アミノ基比が6を超えると、硬化物が結晶性ポリオール化合物及び非結晶性ポリオール化合物(b1)の骨格を含んでいても、硬化物の粘弾性特性の温度依存性を小さくすることができない。
【0051】
一実施形態によれば、ポリアミン化合物(b2)は、残存ポリイソシアネート(a2)との反応速度を速くする観点から、数平均分子量が500未満であり、1分子中に、少なくとも2つのアミノ基と、少なくとも1つの芳香族基と、を有していることが好ましい。
【0052】
非結晶性ポリオール化合物(b1)は、1分子中に少なくとも2つの水酸基を有し、数平均分子量が1000以上である。硬化剤(B)に非結晶性ポリオール化合物(b1)が含まれていることで、硬化物の破断伸度を高めることができる。非結晶性ポリオール化合物(b1)の数平均分子量が1000未満であると、硬化物の破断伸度が低下し、硬化物が硬くなりすぎる場合がある。
【0053】
また、接着剤組成物の硬化物には、ポリイソシアネートが、複数の種類の化合物、すなわち、結晶性ポリオール化合物、非結晶性ポリオール化合物、ポリアミン化合物と反応した部分が形成されていることで、硬化物の粘弾性特性の温度依存性が小さくなる。
このように、硬化物の骨格として種々の化合物が導入されていることで、硬化物の使用温度として想定される温度領域(例えば−40〜180℃の範囲)での引張特性の温度変化が抑制され、安定する。
【0054】
また、非結晶性ポリオール化合物(b1)は、ポリアミン化合物(b2)と比べ、ポリイソシアネートとの反応がゆっくりと進行するため、硬化時間が短すぎず、作業性の向上に寄与する。
【0055】
また、接着剤組成物の原料として、結晶性ポリオール化合物、及び非結晶性ポリオール化合物(b1)を用いたことで、硬化物の引張弾性率を調整することができる。
【0056】
一実施形態によれば、非結晶性ポリオール化合物(b1)は、硬化物の破断強度、破断伸度が効果的に向上させる観点から、ポリオキシプロピレングリコール、ポリブタジエンポリオール、ポリイソプレンポリオール、及びポリアクリルポリオール等の中から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
【0057】
非結晶性ポリオール化合物(b1)中の水酸基に対する主剤(A)中のイソシアネート基の当量比(以降、イソシアネート基/水酸基比)は2〜12である。イソシアネート基/水酸基比が2未満であると、イソシアネート基/アミノ基比が小さい場合に、可使時間が短くなり、硬化物の破断伸度が小さくなる。一方、イソシアネート基/水酸基比が2未満であり、イソシアネート基/アミノ基比が大きい場合に、可使時間が長くなり、発泡が生じやすくなり、破断強度が向上し難くなる。また、イソシアネート基/水酸基比が12を超えると、可使時間が長くなり、発泡が生じやすくなる。
また、イソシアネート基/水酸基比が2未満である、あるいは、イソシアネート基/水酸基比が12を超えると、硬化物が結晶性ポリオール化合物及び非結晶性ポリオール化合物(b1)の骨格を含んでいても、硬化物の粘弾性特性の温度依存性を小さくすることができない。
【0058】
一実施形態によれば、非結晶性ポリオール化合物(b1)は、ポリエチレングリコール、及び、ポリプロピレングリコールの少なくとも一方を含むことが好ましい。また、一実施形態によれば、非結晶性ポリオール化合物(b1)は、1級水酸基を末端に有するものが特に好ましい。
【0059】
一実施形態によれば、非結晶性ポリオール化合物(b1)の末端は、反応活性を良好にする観点から、1級水酸基、2級水酸基、アミノ基、酸無水物変性基、及び、酸無水物変性基を開環した開環基の中から選択した少なくとも1種を含むことが好ましい。酸無水物変性基は、酸無水物を末端に付加させた基である。酸無水物は、2分子のカルボン酸を脱水縮合したものであればよく、例えば、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水シュウ酸、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水安息香酸が挙げられる。酸無水物変性基を開環した開環基とは、酸無水物を、水、水酸基、アミノ基、エポキシ基等のいずれかと反応させて生じた官能基を意味する。開環基となる酸無水物変性基の酸無水物には、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸等の環状酸無水物が用いられる。
【0060】
また、一実施形態によれば、硬化剤(B)は、反応速度、硬化物の物性を調整するために、さらに、数平均分子量200以下の水酸基含有化合物(b3)を硬化剤(B)の5質量%以上含むことが好ましい。水酸基含有化合物(b3)は、例えば、ジオール化合物、トリオール化合物であり、1分子中に含まれる水酸基数は、例えば2〜4である。水酸基含有化合物(b3)の含有量は、硬化剤(B)の好ましくは5〜20質量%である。
【0061】
一実施形態によれば、適切な可使時間を得るために、非結晶性ポリオール化合物(b1)中の水酸基に対するポリアミン化合物(b2)中のアミノ基の当量比(以降、アミノ基/水酸基比ともいう)は1.5〜6であることが好ましい。これにより、接着剤組成物の可使時間をより適切な長さとすることができる。上記当量比は、好ましくは1.5〜4である。
【0062】
非結晶性ポリオール化合物(b1)の質量に対する結晶性ポリオール化合物の質量の比は、硬化物の物性を調整し、粘弾性特性の温度依存性小さくする観点から、1以下であることが好ましい。
【0063】
一実施形態によれば、硬化剤(B)中の活性水素基に対する主剤(A)中のイソシアネート基の当量比(以下、NCO基/全活性水素基比ともいう)は0.5〜4であることが好ましい。全活性水素基とは、非結晶性ポリオール化合物(b1)中の水酸基、及び、ポリアミン化合物(b2)中のアミノ基を意味する。主剤(A)中のイソシアネート基とは、ウレタンプレポリマー(a1)及び残存ポリイソシアネート(a2)中のイソシアネート基を意味する。
【0064】
NCO基/全活性水素基比を0.5〜4の範囲内で変化させると、硬化物の弾性率を調整でき、用途に応じて、目標とする弾性率を得ることができる。このようにNCO基/全活性水素基比を変化させても、硬化物の破断強度及び破断伸度は大きく変化しない。具体的には、主剤(A)及び硬化剤(B)の混合比(質量比)が1:1である場合の破断強度及び破断伸度に対して、破断強度及び破断伸度の変化率は±20%以内に抑えられる。このように、主剤(A)及び硬化剤(B)の混合比が1:1からずれていても、硬化物の破断強度及び破断伸度が大きく変化することがないので、高い破断強度及び破断伸度を維持しつつ、弾性率を調整することができる。このため、一実施形態によれば、主剤(A)と硬化剤(B)の混合比を3:7〜7:3とすることができる。
【0065】
一実施形態によれば、主剤(A)と硬化剤(B)の質量比は3:7〜7:3であることが好ましい。本実施形態の接着剤組成物によれば、主剤(A)と硬化剤(B)の混合比が、例えばこのような範囲内でずれていても、硬化物の破断強度及び破断伸度の大きさへの影響が極めて少ない。具体的には、上記質量比が1:1である場合の破断強度及び破断伸度に対して、破断強度及び破断伸度の変化率が±20%以内に抑えられる。一方で、上記質量比の範囲内で、引張弾性率の最大値を最小値の例えば3倍以上に調整できる。
【0066】
以上説明した主剤(A)及び硬化剤(B)は、それぞれ、本発明の目的を損なわない範囲で、必要に応じてさらに、フィラー、硬化触媒、可塑剤、老化防止剤、酸化防止剤、顔料(染料)、揺変性付与剤、紫外線吸収剤、難燃剤、界面活性剤(レベリング剤を含む)、分散剤、脱水剤、接着付与剤、帯電防止剤などの各種添加剤等を含有することができる。
【0067】
主剤(A)は、フィラー、老化防止剤、着色剤、粘度調整剤、及び可塑剤からなる群から選択される少なくとも1つを含むことが好ましい。
硬化剤(B)は、フィラー、老化防止剤、着色剤、粘度調整剤、可塑剤、及び数平均分子量が500未満の多価アルコール類からなる群から選択される少なくとも1つを含むことが好ましい。数平均分子量が500未満の多価アルコール類として、例えば、上述した低分子多価アルコール類を用いることができる。
【0068】
接着剤組成物は、有機金属化合物、第三級アミン等の触媒をあえて備える必要はない。
【0069】
ここで、
図1を参照して、接着剤組成物の硬化反応を概念的に説明する。典型的には、
図1(a)に示す2液の混合時点の状態から、
図1(b)に示す硬化反応の途中の状態を経て、
図1(c)に示す最終形態(符号1で示す硬化物)に至るが、主剤(A)及び硬化剤(B)の混合比によって、最終形態は、
図1(a)〜
図1(c)のいずれかに示したような状態となりうる。典型的には、主剤(A)に含まれるウレタンプレポリマー(a1)(符号a1)および残存ポリイソシアネート(a2)は、硬化剤(B)に含まれるポリアミン化合物(b2)と反応し、硬い粒子状物を形成し、成長していく(符号3)。一方、硬化剤(B)に含まれる非結晶性ポリオール化合物(b1)は、主剤(A)に含まれる残存ポリイソシアネート(a2)とポリアミン化合物(a2)との反応より遅れて反応し、マトリックス5を多く形成していく。主剤(A)と硬化剤(B)の混合比に応じて、形成される粒子の数や大きさが変化し、球晶レベルからミクロンレベルの微粒子の間で変化する。その変化が硬化物の弾性率に反映されると考えられる。一方、硬化物の破断強度、破断伸度は、結晶性ポリオール化合物及び非結晶性ポリオール化合物(b1)の分子量、及び、これらのポリオール化合物、ポリイソシアネート、ポリアミン化合物(a2)の間で規定される上記した当量比が上述の範囲内に規定されることで調整される。
【0070】
本実施形態の接着剤組成物によれば、破断強度、破断伸度等の引張特性に優れ、粘弾性特性の温度依存性が小さい硬化物が得られるとともに、発泡を抑制できる。
引張特性には、破断強度、破断伸度、引張弾性率が含まれる。具体的に、引張特性に優れた硬化物として、破断強度が10MPa以上であり、破断伸度が100%以上である硬化物が得られる。このような引張特性は、破断伸度が、従来のポリウレタン系接着剤と同等でありながら、破断強度が、エポキシ樹脂系接着剤の破断強度に準じる大きさである。また、粘弾性特性の温度依存性が小さい硬化物として、硬化物の130℃での貯蔵弾性率(E1´)が、−40℃での貯蔵弾性率(E2´)の50%以上の大きさを確保している硬化物が得られる。一般的にウレタン系の接着剤は、120℃以上の高温において、低温時と比べ弾性率が低下し軟らかくなり、場合によっては軟化することがあるが、本実施形態の接着剤組成物から得られる硬化物は、その傾向が改善され、温度依存性が極めて少ない特性を有している。このような特性を備える硬化物は、例えば、自動車のボディ等の構造体の部品同士を接合するのに適している。
【0071】
破断強度は、好ましくは20MPa以上であり、より好ましくは25MPa以上である。破断強度の上限値は、特に制限されないが、例えば、100MPa程度である。
破断伸度は、好ましくは150%以上であり、より好ましくは200%以上である。破断伸度の上限値は、特に制限されないが、例えば、500%程度である。
貯蔵弾性率比(−40℃の貯蔵弾性率(E2´)に対する130℃での貯蔵弾性率(E1´)の比E1´/E2´)は、好ましくは50%以上であり、より好ましくは、例えば、60%以上である。
【0072】
本実施形態によれば、接着剤組成物の可使時間が30秒〜10分となる。可使時間が10分以内であることで、作業性に優れ、発泡を抑制できる。可使時間が30秒以上であると、硬化時間が短すぎず、作業性に優れる。可使時間とは、主剤(A)と硬化剤(B)を混ぜ始めてから、ハンドリングできなくなるまでの時間を意味する。
可使時間は、好ましくは7分以内であり、より好ましくは5分以内である。
【0073】
引張弾性率は、好ましくは50MPa以上であり、より好ましくは100以上である。弾性率の上限値は、特に制限されないが、例えば、500MPa程度である。
【0074】
本実施形態の接着剤組成物によれば、硬化物の流動開始温度は130℃以上、好ましくは150℃以上であり、耐熱性に優れた硬化物が得られる。流動開始温度はフローテスタを用いて測定される。
【0075】
本実施形態の接着剤組成物は、例えば、自動車のボディに制限されず、種々の構造体の部品同士の接合に用いられる。また、本実施形態の接着剤組成物は、接着剤として用いられるほか、例えば、塗料、防水材、床材、エラストマー、人工皮革、スパンデックスなどとして用いることができる。
【0076】
(接着剤組成物の製造方法)
接着剤組成物の製造方法は、主剤(A)を作製するステップと、硬化剤(B)を作製するステップと、を備える。
【0077】
主剤(A)を作製するステップでは、原料ポリイソシアネートと結晶性ポリオール化合物とを、インデックスを2.05〜12として、結晶性ポリオール化合物のすべてがウレタンプレポリマー(a1)の単量体単位となるよう反応させてウレタンプレポリマー(a1)を作製する。これにより、ウレタンプレポリマー(a1)及び残存ポリイソシアネート(a2)を含む主剤(A)が作製される。ここで、原料ポリイソシアネート、結晶性ポリオール化合物、ウレタンプレポリマー(a1)、残存ポリイソシアネート(a2)は、それぞれ、上記説明した、原料ポリイソシアネート、結晶性ポリオール化合物、ウレタンプレポリマー(a1)、残存ポリイソシアネート(a2)と同様に構成される。
【0078】
硬化剤(B)を作製するステップでは、非結晶性ポリオール化合物(b1)と、ポリアミン化合物(b2)と、を含む硬化剤(B)を作製する。ここで、非結晶性ポリオール化合物(b1)、ポリアミン化合物(b2)は、上記説明した、非結晶性ポリオール化合物(b1)、ポリアミン化合物(b2)と同様に構成される。
【0079】
以上の製造方法を用いて、上記説明した接着剤組成物を作製することができる。
【0080】
(実験例)
本発明の効果を調べるために、表1〜表3に示した配合量に従って接着剤組成物を作製し、発泡性、可使時間、硬化物の破断強度、破断伸度、及び貯蔵弾性率を測定した。
【0081】
下記要領でウレタンプレポリマー1〜4を作製し、表中に示した添加剤を加え、主剤を作製した。また、表中に示した原料を混合して硬化剤を作製した。
【0082】
<ウレタンプレポリマー1の合成>
ポリテトラメチレンエーテルグリコール100gと4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート100g(インデックス4.0)を、窒素雰囲気下、80℃で4時間撹拌を行い、反応させて、ウレタンプレポリマー1を合成した。
【0083】
<ウレタンプレポリマー2の合成>
ポリテトラメチレンエーテルグリコール100gと4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート150g(インデックス6.0)を窒素雰囲気下、80℃で4時間撹拌を行い、反応させて、ウレタンプレポリマー2を合成した。
【0084】
<ウレタンプレポリマー3の合成>
ポリカーボネートジオール100gと4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート100g(インデックス4.0)を窒素雰囲気下、80℃で4時間撹拌を行い、反応させて、ウレタンプレポリマー3を合成した。
【0085】
<ウレタンプレポリマー4の合成>
ポリカーボネートジオール100gと4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート150g(インデックス6.0)を窒素雰囲気下、80℃で4時間撹拌を行い、反応させて、ウレタンプレポリマー4を合成した。
【0086】
以上のウレタンプレポリマー1〜4の作製に用いた、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリカーボネートジオール、及び4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートには、下記に示すものを使用した。
・ポリテトラメチレンエーテルグリコール:
PTMG1000(重量平均分子量1000)、三菱ケミカル社製
・ポリカーボネートジオール:
デュラノールT6001(重量平均分子量1000)、旭化成社製
・4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート:
ミリオネートMT(重量平均分子量250)、東ソー社製
【0087】
表中、ウレタンプレポリマー1〜4の値は、ウレタンプレポリマー(a1)及び残存ポリイソシアネート(a2)の合計量を示す。表中に示したウレタンプレポリマー1〜4以外の原料には、下記に示すものを使用した。表中、原料の量は、質量部で示される。
・カーボンブラック:200MP、新日化カーボン社製
・炭酸カルシウム1:重質炭酸カルシウム、スーパーS、丸尾カルシウム社製
・可塑剤:フタル酸ジイソノニル、ジェイプラス社製
・ポリオール1:ポリプロピレングリコール、サンニックスGL−3000、三洋化成社製
・ポリオール2:ポリイソプレンポリオール、出光興産社製
・ポリオール3:1,4−ブタンジオール、三菱ケミカル社製
・ポリアミン:ジエチルメチルベンゼンジアミン、DETDA、三井化学ファイン社製
・炭酸カルシウム2:軽質炭酸カルシウム、カルファイン200、丸尾カルシウム社製
・シリカ:レオロシールQS−102S、トクヤマ社製
なお、表中、「主剤(A)/硬化剤(B)比」は、主剤と硬化剤の質量比を意味する。
表中に示さないが、アミノ基/水酸基比は、1.5〜6の範囲内で調整した。
【0088】
作製した主剤及び硬化剤を、表中に示した主剤(A)/硬化剤(B)比で混合し、下記要領で、発泡性、可使時間を評価するとともに、破断強度、破断伸度、貯蔵弾性率を測定した。表中に、イソシアネート基/アミノ基比、及びイソシアネート基/水酸基比も示す。
【0089】
<発泡性>
2mmの厚みの硬化物を作製し、発泡性として、硬化物の表面の気泡による膨れの有無、及び、硬化剤をカッターナイフで切断した断面を観察したときの気泡の有無を調べ、主剤と硬化剤とを混合した際の発泡性を評価した。目立った気泡がなかったものをA、気泡があったもののうち、多かったもの或いは直径1mm以上の大きな発泡があったものをC、それ以外をB、と評価した。このうち、Aを、発泡が抑制されていると評価した。
【0090】
<可使時間>
可使時間は、主剤と硬化剤を混合後、ハンドリングできなくなるまでの時間、すなわち、接着剤として流動性が著しく失われるに至るまでの時間とした。可使時間が30秒〜10分であり使用に適したものをA、それ以外のものをBと評価した。このうち、Aを、可使時間が適切であると評価した。
【0091】
<破断強度、破断伸度>
ダンベル状3号形試験片とし、JIS K6251に準拠して引張試験を行い、温度20℃、クロスヘッドスピード(引張速さ)200mm/分の条件で、引張強さ(破断強度)および切断時伸び(破断伸度)を測定した。破断伸度測定用の標線は20mmの間隔で付けた。この結果、破断強度が10MPa以上であった場合を破断強度に優れ、破断伸度が100%以上であった場合を破断伸度に優れると評価した。
【0092】
<粘弾性特性>
硬化物について動的粘弾性測定(Dynamic Mechanical Analysis)を歪み0.1%、周波数10Hz、昇温速度5℃/分の条件で、―60℃から160℃までの温度領域において、強制伸長加振を行って貯蔵弾性率E´を測定した。測定結果より、−40℃での貯蔵弾性(E2´)に対する130℃での貯蔵弾性率(E1´)の比を計算した。この結果、貯蔵弾性率比E1´/E2´が50%以上だったものを、粘弾性特性の温度依存性が小さいと評価した。
【0096】
実施例1〜7と比較例1〜4の比較から、原料ポリイソシアネート及び結晶性ポリオール化合物を用いて、インデックスを2.08〜12として作製したウレタンポリプレポリマー(a1)及び残存ポリイソシアネート(a2)を主剤に含み、非結晶性ポリオール化合物(b1)及びポリアミン化合物(b2)を硬化剤に含むとともに、イソシアネート基/アミノ基比を1.2〜6とし、イソシアネート基/水酸基比を2〜12とした接着剤組成物によれば、破断強度、破断伸度等の引張特性に優れ、粘弾性特性の温度依存性が小さい硬化物が得られるとともに、発泡を抑制できることがわかる。
【0097】
以上、本発明の2液硬化型接着剤組成物について説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。