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特許7183758湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物、接着剤、及び、物品
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-28
(45)【発行日】2022-12-06
(54)【発明の名称】湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物、接着剤、及び、物品
(51)【国際特許分類】
   C08G 18/30 20060101AFI20221129BHJP
   C08G 18/10 20060101ALI20221129BHJP
   C08G 18/44 20060101ALI20221129BHJP
   C09J 175/04 20060101ALI20221129BHJP
【FI】
C08G18/30 070
C08G18/10
C08G18/44
C09J175/04
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2018235423
(22)【出願日】2018-12-17
(65)【公開番号】P2020097651
(43)【公開日】2020-06-25
【審査請求日】2021-10-26
(73)【特許権者】
【識別番号】000002886
【氏名又は名称】DIC株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100177471
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 眞治
(74)【代理人】
【識別番号】100163290
【弁理士】
【氏名又は名称】岩本 明洋
(74)【代理人】
【識別番号】100149445
【弁理士】
【氏名又は名称】大野 孝幸
(72)【発明者】
【氏名】野中 諒
(72)【発明者】
【氏名】南田 至彦
(72)【発明者】
【氏名】山川 大輔
【審査官】久保田 葵
(56)【参考文献】
【文献】特開2018-193564(JP,A)
【文献】特開2003-313531(JP,A)
【文献】特表2015-514848(JP,A)
【文献】特開2007-277507(JP,A)
【文献】特開2005-206674(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08G 18/30
C08G 18/10
C08G 18/44
C09J 175/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリオール(a)及びポリイソシアネート(b)の反応物であり、イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを含有する湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物であって、
前記ポリオール(a)が、分岐構造を有するグリコール化合物(x)を原料としたポリカーボネートポリオール(a1)を含有するものであり、
前記グリコール化合物(x)が、2-メチル-1,3-プロパンジオール(2M3PD)と2-メチル-1,3-ペンタンジオール(2M5PD)とを併用するものであり、そのモル比[2M3PD/2M5PD]が、98/2~99.9/0.1の範囲であることを特徴とする湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物。
【請求項2】
請求項1記載の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物を含有することを特徴とする接着剤。
【請求項3】
請求項記載の接着剤による接着部を有する物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物、接着剤、及び、物品に関する。
【背景技術】
【0002】
内装建築分野では、加工した製品の継時劣化(剥がれ等)が問題となっており、接着剤の高耐久化、特に高耐加水分解抑制が求められている。
【0003】
前記内装建築分野における接着剤としては、その湿気硬化により優れた最終接着強度が得られる湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物が広く利用されている。前記湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物において、耐加水分解性を向上する手法としては、主に耐久性の優れるポリカーボネートポリオールを用いることが挙げられる(例えば、特許文献1を参照。)。
【0004】
前記ポリカーボネートポリオールとしては、固形状のものと液状のものとが市販等されているが、これまでの固形状のポリカーボネートポリオールは、硬く、基材密着性が低いため、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の汎用的な基材に対する接着強度が低下する問題があり、また、液状のポリカーボネートポリオールは、基材密着性に優れるものの、貼り合わせ直後の初期接着強度が低いとの問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開2016-785号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、初期接着強度、最終接着強度、及び、耐加水分解性に優れる湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、ポリオール(a)及びポリイソシアネート(b)の反応物であり、イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを含有する湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物であって、前記ポリオール(a)が、分岐構造を有するグリコール化合物(x)を原料としたポリカーボネートポリオール(a1)を含有することを特徴とする湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物を提供するものである。
【0008】
また、本発明は、前記湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物を含有することを特徴とする接着剤、及び、該接着剤により接着されたことを特徴とする物品を提供するものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物は、初期接着強度、最終接着強度、及び、耐加水分解性に優れるものである。
【0010】
よって、本発明の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物は、床材;下足扉、クローゼット扉、キッチン扉等の扉;枠材、額縁、巾木等の造作材;カウンターテーブル、家具用天板等の天板などの内装建築材の製造に好適に使用することができる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物は、特定のポリオール(a)及びポリイソシアネート(b)の反応物であり、イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを含有するものである。
【0012】
前記ポリオール(a)としては、優れた初期接着強度、最終接着強度、及び、耐加水分解性を得るうえで、分岐構造を有するグリコール化合物(x)を原料としたポリカーボネートポリオール(a1)を用いることが必須である。前記ポリカーボネートポリオール(a1)は、カーボネート構造による優れた耐加水分化性と、前記グリコール化合物(x)が、液状であるものの凝集力が高いため、ポリイソシアネート(b)と反応することにより、優れた基材密着性、及び、初期接着強度を得ることができ、更に濡れ性も良好なため、硬化後も優れた最終接着強度を得ることができる。
【0013】
前記ポリカーボネートポリオール(a1)は、具体的には、分岐構造を有するグリコール化合物(x)を含有するグリコール化合物と、炭酸エステルとの反応物を用いることができる。
【0014】
前記分岐構造を有するグリコール化合物(x)としては、例えば、2-メチル-1,3-プロパンジオール、2-メチル-1,3-ペンタンジオール、2-メチル-1,5-ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2,2,4-トリメチル-1,3-ペンタンジオール、2,4-ジエチル-1,5-ペンタンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール、1,2-プロパンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2-イソプロピル-1,4-ブタンジオール、2,4-ジメチル-1,5-ペンタンジオール、2-エチル-1,6-ヘキサンジオール、3,5-ヘプタンジオール、2-メチル-1,8-オクタンジオール等を用いることができる。これらの化合物は単独で用いても2種以上を併用してもよい。
【0015】
前記グリコール化合物(x)としては、前記したものの中でも、基材密着性のより一層優れる液状ポリカーボネートポリオールを与えやすく、より一層優れた初期接着強度、及び、耐加水分解性が得られる点から、炭素原子数が4~6のものを用いることが好ましく、2-メチル-1,3-プロパンジオール、及び/又は、2-メチル-1,3-ペンタンジオールがより好ましい。
【0016】
前記グリコール化合物(x)としては、2-メチル-1,3-プロパンジオール(2M3PD)と2-メチル-1,3-ペンタンジオール(2M5PD)とを併用する場合には、そのモル比[2M3PD/2M5PD]が、98/2~99.9/0.1の範囲であることが好ましく、99/1~99.8/0.2の範囲がより好ましい。
【0017】
前記ポリカーボネートポリオール(a1)の原料としては、前記グリコール化合物(x)以外にも、その他のグリコール化合物を用いることができる。
【0018】
前記その他のグリコール化合物としては、例えば、エチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール等を用いることができる。またこの他にも、γ-ブチロラクトン、ヒドロキシブタン酸及びそのエステルなども併用することができる。これらの化合物は単独で用いても2種以上を併用してもよい。
【0019】
前記グリコール化合物(x)の使用量としては、より一層優れた基材密着性及び凝集力が得られる点から、炭酸エステル以外の原料の合計中99モル%以上であることが好ましく、99.5モル%以上がより好ましい。
【0020】
前記炭酸エステルとしては、例えば、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルエチル等の炭酸ジアルキル;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、5-メチル-1,3-ジオキサン-2-オンなどの環状カーボネート;炭酸ジフェニル等の炭酸ジアリ-ルなどを用いることができる。これらの化合物は単独で用いても2種以上を併用してもよい。これらの中でも、原料を入手しやすく、反応制御しやすい点から、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及び、エチレンカーボネートからなる群より選ばれる1種以上の化合物を用いることが好ましい。
【0021】
前記グリコール化合物(x)と前記炭酸エステルとの反応は公知の縮合反応を用いることができ、例えば、グリコール化合物1モルに対して、炭酸エステルを0.8~2モルの範囲で使用し、50~250℃の温度下で常圧又は減圧下で行うことができる。
【0022】
前記ポリカーボネートポリオール(a1)の数平均分子量としては、より一層優れた初期接着強度、最終接着強度、及び、耐加水分解性が得られる点から、100~5,000の範囲であることが好ましく、200~4,000の範囲がより好ましく、300~3,000の範囲が更に好ましい。なお、前記ポリカーボネートポリオール(a1)の数平均分子量は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)法により測定した値を示す。
【0023】
前記ポリオール(a)は、前記ポリカーボネートポリオール(a1)以外にもその他のポリオールを含有してもよい。前記その他のポリオールとしては、例えば、前記ポリカーボネートポリオール(a1)以外のポリカーボネートポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリアクリルポリオール、ポリブタジエンポリオール、水添ポリブタジエンポリオール、ダイマージオール等を用いることができる。これらのポリオールは単独で用いても2種以上を併用してもよい。これらのポリオールは単独で用いても2種以上を併用してもよい。
【0024】
前記ポリオール(a)中における前記ポリカーボネートポリオール(a1)の使用量としては、より一層優れた初期接着強度、最終接着強度、及び、耐加水分解性が得られる点から、5質量%以上であることが好ましく、20質量%以上がより好ましく、50質量%以上が更に好ましい。
【0025】
前記ポリイソシアネート(b)としては、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート、カルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネートイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート等の芳香族ポリイソシアネート;ヘキサメチレンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の脂肪族又は脂環族ポリイソシアネートなどを用いることができる。これらのポリイソシアネートは単独で用いても2種以上を併用してもよい。これらの中でも、反応性及び接着強度の点から、芳香族ポリイソシアネートを用いることが好ましく、ジフェニルメタンジイソシアネートがより好ましい。
【0026】
前記ウレタンプレポリマーは、前記ポリオール(a)と前記ポリイソシアネート(b)とを反応させて得られるものであり、空気中やウレタンプレポリマーが塗布される基材中に存在する水分と反応して架橋構造を形成しうるイソシアネート基を有するものである。
【0027】
前記ウレタンプレポリマーの製造方法としては、例えば、前記ポリイソシアネート(b)の入った反応容器に、前記ポリオール(a)の混合物を滴下した後に加熱し、前記ポリイソシアネート(b)の有するイソシアネート基が、前記ポリオール(a)の有する水酸基に対して過剰となる条件で反応させることによって製造することができる。
【0028】
前記ウレタンプレポリマーを製造する際の、前記ポリオール(a)が有する水酸基及び前記ポリイソシアネート(b)が有するイソシアネート基のモル比(NCO/OH)として、高い凝集力を付与できる点から、1.5~5の範囲であることが好ましく、1.8~3の範囲がより好ましい。
【0029】
以上の方法によって得られたウレタンプレポリマーのイソシアネート基含有率(以下、「NCO%」と略記する。)としては、接着強度をより一層向上できる点から、1~10質量%の範囲であることが好ましく、2~5質量%の範囲がより好ましい。なお、前記ウレタンプレポリマーのNCO%は、JISK1603-1:2007に準拠し、電位差滴定法により測定した値を示す。
【0030】
本発明の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物は前記ウレタンプレポリマーを含有するが、必要に応じてその他の添加剤を含有してもよい。
【0031】
前記その他の添加剤としては、例えば、硬化触媒、酸化防止剤、粘着付与剤、可塑剤、光安定剤、充填材、染料、顔料、消泡剤、蛍光増白剤、シランカップリング剤、ワックス、熱可塑性樹脂等を用いることができる。これらの添加剤は単独で用いても2種以上を併用してもよい。
【0032】
前記湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物の硬化皮膜を得る方法としては、例えば、前記湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物を50~130℃で溶融した後に基材に塗工し、湿気硬化させる方法が挙げられる。
【0033】
前記基材としては、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂、フッ素系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン、シクロオレフィン樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリイミド系樹脂、脂環式ポリイミド系樹脂、セルロース系樹脂、PC(ポリカーボネート)、PBT(ポリブチレンテレフタラート)、変性PPE(ポリフェニレンエーテル)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PET(ポリエチレンテレフタラート)、乳酸ポリマー、ABS樹脂、AS樹脂等の樹脂フィルム;MDF、合板、パーチクルボード等の木質基材;不織布、織布、編み物等の繊維基材;ガラス;ゴム基材などを用いることができる。前記基材は、必要に応じて、コロナ処理、プラズマ処理、プライマー処理等が施されていてもよい。
【0034】
前記湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物を塗工する方法としては、例えば、ロールコーター、スプレーコーター、T-ダイコーター、ナイフコーター、コンマコーター等を使用する方法が挙げられる。
【0035】
前記塗工後は、例えば、温度20~80℃、相対湿度50~90%にて0.5~3日間エージングし、最終接着強度を得ることができる。
【0036】
以上、本発明の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物は、初期接着強度、最終接着強度、及び、耐加水分解性に優れるものである。
【0037】
よって、本発明の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物は、床材;下足扉、クローゼット扉、キッチン扉等の扉;枠材、額縁、巾木等の造作材;カウンターテーブル、家具用天板等の天板などの内装建築材の製造に好適に使用することができる。
【実施例
【0038】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。
【0039】
[合成例1]ポリカーボネートポリオール(a1-1)の合成
精留塔、撹拌装置、温度計及び窒素導入管を備えた反応容器に、2-メチル-1,3-プロパンジオール425.5質量部、2-メチル-1,3-ペンタンジオール2.84質量部、1,4-ブタンジオール0.86質量部、炭酸ジメチル448.8質量部、水酸化リチウム0.003質量部を入れて混合し、常圧下、低沸点成分を留去しながら120~200℃で12時間反応させた。更に、減圧下、2-メチル-1,3-プロパンジオールを含む成分を留去しながら150~170℃で8時間反応を続け、粘ちょうな液状のポリカーボネートポリオール(a1-1)(数平均分子量;2,000)を得た。
【0040】
[合成例2]ポリカーボネートポリオール(a1-2)の合成
精留塔、撹拌装置、温度計及び窒素導入管を備えた反応容器に、2-メチル-1,3-プロパンジオール425.5質量部、2-メチル-1,3-ペンタンジオール2.8質量部、γ-ブチロラクトン0.41質量部、炭酸ジメチル448.8質量部、水酸化リチウム0.003質量部を入れて混合し、常圧下、低沸点成分を留去しながら120~200℃で12時間反応させた。更に、減圧下、2-メチル-1,3-プロパンジオールを含む成分を留去しながら150~170℃で8時間反応を続け、粘ちょうな液状のポリカーボネートポリオール(a1-2)(数平均分子量;2,000)を得た。
【0041】
[合成例3]ポリカーボネートポリオール(a1-3)の合成
精留塔、撹拌装置、温度計及び窒素導入管を備えた反応容器に、2-メチル-1,3-プロパンジオール425.5質量部、2-メチル-1,3-ペンタンジオール4.51質量部、1,4-ブタンジオール0.86質量部、γ-ブチロラクトン0.41質量部、炭酸ジメチル448.8質量部、水酸化リチウム0.003質量部を入れて混合し、常圧下、低沸点成分を留去しながら120~200℃で12時間反応させた。更に、減圧下、2-メチル-1,3-プロパンジオールを含む成分を留去しながら150~170℃で8時間反応を続け、粘ちょうな液状のポリカーボネートポリオール(a1-3)(数平均分子量;2,000)を得た。
【0042】
[実施例1]
攪拌機、温度計、不活性ガス導入口及び還流冷却管を備えた4ツ口フラスコに、ポリカーボネートポリオール(a1-1)79.6質量部を仕込み、減圧下で水分含有率が0.05質量%以下となるまで脱水した。
次いで、容器内温度を70℃まで冷却した後、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、「MDI」と略記する。)20.4質量を加え、100℃まで昇温し、イソシアネート基含有率が一定となるまで約3時間反応させて、イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを含有する湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物を得た。
【0043】
[実施例2~6、比較例1~2]
用いるポリカーボネートポリオール、ポリイソシアネートの種類および量を表1~2に変更した以外は、実施例1と同様にして湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物を得た。
【0044】
[数平均分子量の測定方法]
実施例及び比較例で用いたポリオールの数平均分子量は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)法により、以下の条件で測定した値を示す。
【0045】
測定装置:高速GPC装置(東ソー株式会社製「HLC-8220GPC」)
カラム:東ソー株式会社製の下記のカラムを直列に接続して使用した。
「TSKgel G5000」(7.8mmI.D.×30cm)×1本
「TSKgel G4000」(7.8mmI.D.×30cm)×1本
「TSKgel G3000」(7.8mmI.D.×30cm)×1本
「TSKgel G2000」(7.8mmI.D.×30cm)×1本
検出器:RI(示差屈折計)
カラム温度:40℃
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流速:1.0mL/分
注入量:100μL(試料濃度0.4質量%のテトラヒドロフラン溶液)
標準試料:下記の標準ポリスチレンを用いて検量線を作成した。
【0046】
(標準ポリスチレン)
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-500」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-1000」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-2500」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-5000」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-1」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-2」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-4」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-10」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-20」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-40」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-80」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-128」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-288」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-550」
【0047】
[初期接着強度の評価方法]
実施例及び比較例で得られた湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物を120℃で1時間溶融した後、これをプライマー処理を施したオレフィン化粧シート上に50μmの厚さとなるように塗布し、次いで、その上に厚さ3mmのポリエチレンテレフタレート(PET)板を載置し、貼り合わせた。貼り合わせ後10分経過した時点で試験片のシートを180°方向に剥離し、剥離強度(単位:N/25mm)を測定した。
【0048】
[最終接着強度の評価方法]
実施例及び比較例で得られた湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物を120℃で1時間溶融した後、これをプライマー処理を施したオレフィン化粧シート上に50μmの厚さとなるように塗布し、次いで、その上に厚さ3mmのポリエチレンテレフタレート(PET)板を載置し、貼り合わせた。これを23℃、湿度50%の条件下で5日間養生した後に試験片のシートを180°方向に剥離し、剥離強度(単位:N/25mm)を測定した。
【0049】
[耐加水分解性の評価方法]
実施例及び比較例で得られた湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物を120℃で1時間溶融した後、これを離型処理を施したPETシート状に100μmの厚さとなるように塗布し、これを23℃、湿度50%の条件下で5日間養生した。この硬化皮膜を85℃、湿度85%の雰囲気下で3週間放置し、放置前後の皮膜の破断抗張力の保持率を算出し、以下のように評価した。
「○」:70%以上
「×」:70%未満
【0050】
【表1】
【0051】
【表2】
【0052】
表2中の略語は以下のものである。
「固形PC」:1,6-ヘキサンジオールを原料とした固形のポリカーボネートポリオール(数平均分子量:2,000)
「液状PC」:1,5-ペンタンジオール及び1,6-ヘキサンジオールを原料とした液状のポリカーボネートポリオール(数平均分子量:2,000)
【0053】
本発明の湿気硬化型ポリウレタンホットメルト樹脂組成物は、優れた初期接着強度、最終接着強度、及び、耐加水分解性を有することが分かった。
【0054】
一方、比較例1は、ポリカーボネートポリオール(a1)の代わりに、1,6-ヘキサンジオールを原料とした固形のポリカーボネートポリオールを用いた態様であるが、最終接着強度が不良であった。
【0055】
比較例2は、ポリカーボネートポリオール(a1)の代わりに、1,5-ペンタンジオール及び1,6-ヘキサンジオールを原料とした液状のポリカーボネートポリオールを用いた態様であるが、初期接着強度が不良であった。