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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】2023-11-01
(45)【発行日】2023-11-10
(54)【発明の名称】ウレタン樹脂組成物
(51)【国際特許分類】
   C08G 18/50 20060101AFI20231102BHJP
   C08G 18/44 20060101ALI20231102BHJP
   C08G 18/48 20060101ALI20231102BHJP
   C08G 18/79 20060101ALI20231102BHJP
   C08G 18/76 20060101ALI20231102BHJP
   C08G 18/10 20060101ALI20231102BHJP
【FI】
C08G18/50 033
C08G18/44
C08G18/48
C08G18/79 070
C08G18/76 057
C08G18/10
【請求項の数】 1
(21)【出願番号】P 2020036327
(22)【出願日】2020-03-04
(65)【公開番号】P2021138811
(43)【公開日】2021-09-16
【審査請求日】2022-12-05
(73)【特許権者】
【識別番号】000100698
【氏名又は名称】アイカ工業株式会社
(72)【発明者】
【氏名】西山 晋太郎
【審査官】山口 俊樹
(56)【参考文献】
【文献】特開平06-271640(JP,A)
【文献】特開昭55-040742(JP,A)
【文献】特開2011-132052(JP,A)
【文献】特開2009-091414(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08G18/00-18/87;71/00-71/04
CAplus(STN)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
数平均分子量が500~3500のポリプロピレンジオール(a1)または数平均分子量が500~3500ポリカーボネートジオール(a2)から選択されるポリオール類(A)を5~70重量部、
カルボジイミド変性MDI(B)を10~95重量部から合成されたウレタンプレポリマー(C)に対し、ウレタンプレポリマーの硬化剤であり、数平均分子量が888の1,4-ブタンジオール重縮合物の末端4-アミノ安息香酸エステル化物(D)を、(ウレタンプレポリマーのイソシアネート基のモル数/アミノ化合物のアミノ基のモル数)=0.75~1.4となるように配合したウレタン組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は複数の材料や部材で構成されている道路、ビル、ダム、堤防等の土木建築系構造物、自動車、自動二輪車、電車、気動車、船舶、飛行機等の機械系構造物を接着するウレタン樹脂組成物に関する。
尚、イソシアネート化合物とアミン化合物が反応すると、ウレア結合が生成するが、便宜上本報ではウレタンと表現する。
【背景技術】
【0002】
各種構造物は前述の様に、複数の材料や部材で構成されており接着工法をとる場合、異種材料の接着で非常に難しい側面がある。構造物の接着は、異種材料にせよ同種材料にせよ高い接合信頼性が必要となる。
特に自動車等の動力を用い移動する乗り物の場合は、より高い接着強度を有し、硬化した接着剤が簡単に破壊しないだけの高い最大応力、高い伸び率を持つ皮膜物性が求められる。
【0003】
特許文献1は、ゴルフボール用のウレタン組成物に関する公報である。構造物接着用として用いるには、硬化剤に改善の余地が有った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2003-102871
【文献】特開2004-204139
【文献】特開2009-91414
【文献】特開2009-235214
【文献】特開2015-113369
【文献】特開2015-113370
【文献】特開2008-31403
【0005】
特許文献2は、シーリング剤に関する公報である。構造物接着用として用いるには、皮膜物性に改善の余地が有った。
【0006】
特許文献3、特許文献4は、手塗ができ、耐水性が良好で剥落防止塗材に適応できるウレア樹脂組成物に関する公報である。構造物接着用として用いるには、硬化剤に改善の余地が有った。
【0007】
特許文献5、特許文献6は、二液常温硬化型ウレタン塗膜防水材組成物に関する公報である。溶剤を含み、且つウレタンプレポリマーの構造が不明瞭で、構造物接着用としては適さなかった。
【0008】
特許文献7は硬化性ポリウレタン樹脂組成物およびその注型成形方法に関する公報である。構造物接着用として用いるには、ウレタンプレポリマーに改善の余地が有った。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
構造物接着に於いて、高い接着強度を示し、硬化物自体も皮膜物性が、高い最大応力および高い伸び率を示す様なウレタン組成物を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
数平均分子量が500~3500のポリプロピレンジオール(a1)または数平均分子量が500~3500ポリカーボネートジオール(a2)から選択されるポリオール類(A)を5~70重量部、カルボジイミド変性MDI(B)を10~95重量部から合成されたウレタンプレポリマー(C)に対し、ウレタンプレポリマーの硬化剤であり、式(1)で表される、数平均分子量が500~1200のアミン化合物(D)を、(ウレタンプレポリマーのイソシアネート基のモル数/アミノ化合物のアミノ基のモル数)=0.75~1.4となるように配合したウレタン組成物を得ることである。
【発明の効果】
【0011】
構造物接着に於いて、高い接着強度を示し、硬化物自体も皮膜物性が、高い最大応力および高い伸び率を示す様なウレタン組成物であるので、さまざまな構造物接着を行うことができる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本願のウレタンプレポリマー(C)を作製する際に用いられるポリオール類(A)のうち、数平均分子量が500~3500のポリプロピレンジオール(a1)は、市販のものを使用することができる。具体的に製品名を挙げると、ADEKA社より、商品名:P-2000、商品名:P-1000、商品名:P-3000が、三洋化成工業社より、商品名:PP-1000、商品名:PP-2000、商品名:PP-3000等が販売されている。
数平均分子量が500~3500のポリカーボネートジオール(a2)も市販のものを使用することができる。具体的に製品名を挙げると、旭化成社より、商品名:T-6002、商品名:T-6001、商品名:T5652、商品名:T5651、商品名:T5650J、商品名:T5650E、商品名:G4672、商品名:T4671、商品名:T4692、商品名:T4691、商品名:G3452、商品名:G3450J等が販売されている。
ウレタンプレポリマー(C)を作製する際のポリオール類(A)の添加量は、5~70重量部、より好適には10~60重量部である。
数平均分子量が500~3500のポリプロピレンジオール(a1)、数平均分子量が500~3500ポリカーボネートジオール(a2)は、単独で使用しても、併用しても構わない。
【0013】
ポリオール類(A)は、数平均分子量が500~3500のポリプロピレンジオール(a1)、数平均分子量が500~3500ポリカーボネートジオール(a2)の他に、その他のポリオールを併用することもできる。その他のポリオールとしては、ポリアルキレンエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ひまし油、液状ゴムポリオール等の各種ポリオール類を挙げることができる。
より好適なその他のポリオールとしては、ポリアルキレンエーテルポリオールで、具体的に製品名を挙げると、ADEKA社製の、商品名:P-400、商品名:P-700、商品名:P-1000、商品名:P-3000、商品名:BPX-11、商品名:BPX-21、商品名:BPX-33、商品名:BPX-55、商品名:BPX-1000、商品名:BPX-2000、商品名:G-300、商品名:G-400、商品名:G-700、商品名:G-1500、商品名:G-3000B、商品名:G-4000等を挙げることができる。
ウレタンプレポリマー(C)を作製する際のその他のポリオールの添加量としては、0~20重量部、より好適には0~15重量部である。
【0014】
本願のウレタンプレポリマー(C)を作製する際に用いられるカルボジイミド変性MDI(B)は、市販のものを使用することができる。具体的に製品名を挙げると、東ソー社より製品名:ミリオネートMTL、BASF社より、商品名:ルプラネートMM-103等が販売されている。
ウレタンプレポリマー(C)を作製する際に用いられるカルボジイミド変性MDI(B)の添加量は、10~95重量部より好適には20~70重量部である。
本願のウレタンプレポリマー(C)を作製する際、カルボジイミド変性MDI(B)の他に、その他のイソシアネート化合物を併用することができる。併用できるその他のイソシアネート化合物としては、2,2‘-MDI(ジフェニルメタンジイソシアネート)、2,4’-MDI、4,4‘-MDI等のピュアMDI、ポリメリックMDI、TDI(トルエンジイソシアネート)、HDI(ヘキサメチレンジイソシアネート)、IPDI(イソホロンジイソシアネート)等が挙げられる。
より好適なその他のイソシアネート化合物はピュアMDIで、具体的な製品名を挙げると、東ソー社の製品名:ミリオネートMT、BASF社の製品名:ルプラネートMSを挙げることができる。
ウレタンプレポリマー(C)を作製する際のその他のイソシアネート化合物の添加量としては、0~50重量部、より好適には0~40重量部である。
【0015】
ウレタンプレポリマー(C)は、ポリオール類(A)およびその他のポリオールをフラスコに投入し、100℃、6.7~8.0kPaにて撹拌脱水し、水分量が500ppm以下に成ってから、カルボジイミド変性MDI(B)およびその他のイソシアネート化合物を投入し、窒素雰囲気に置換し、70~90℃にて2~3時間、反応させることによって得ることができる。
【0016】
本願の最終硬化物は、ウレタンプレポリマー(C)と数平均分子量が500~1200のウレタンプレポリマー(C)の硬化剤であるアミン化合物(D)の反応物である。
式(1)で表される、数平均分子量が500~1200のアミン化合物(D)の具体的な製品名を挙げると、クミアイ化学工業社製、エラスマー650Pを挙げることができる。尚、エラスマー650Pの数平均分子量は、888である。
ウレタンプレポリマー(C)とアミン化合物(D)の比率は、ウレタンプレポリマーのイソシアネート基のモル数/アミノ化合物のアミノ基のモル数)=0.75~1.4、より好適には0.8~1.35である。
ウレタンプレポリマー(C)とアミン化合物(D)の混合物は、23℃の室温にて、1日経過したら、硬化する。エージングの意味で、40℃でもう一日保管してもよい。
【0017】
本願のウレタン組成物は、ウレタンプレポリマー(C)のイソシアネート基と、アミン化合物(D)のアミノ基の反応を促進する為の反応触媒を添加することができる。反応触媒としては、錫系、アミン系の触媒が挙げられる。
【0018】
本願のウレタン組成物は、ウレタンプレポリマー(C)とアミン化合物(D)の他に、接着強度、皮膜物性の最大応力、伸び率を阻害しない範囲で、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のグリコール系、ポリエステルポリオール系、ひまし油系、アルコール含有ゴム等のアルコール類を添加することもできる。
【0019】
本願のウレタン組成物は、ウレタンプレポリマー(C)とアミン化合物(D)の他に、接着強度、皮膜物性の最大応力、伸び率を阻害しない範囲で、長期接着性確保の為に、酸化防止剤を添加することができる。酸化防止剤としては、リン系、ヒドロキノン系、ビス・トリス・ポリフェノール系、チオビスフェノール系、ヒンダードフェノール系の酸化防止剤等が挙げられる。
また、接着強度、皮膜物性の最大応力、伸び率を阻害しない範囲で、ガラス密着性向上の為、シランカップリング剤を添加することができる。シランカップリング剤としては、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のエポキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等のビニルシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のメタクリルシランおよびアクリルシラン、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシランが挙げられる。
【0020】
本願のウレタン組成物は、ウレタンプレポリマー(C)とアミン化合物(D)の他に、接着強度、皮膜物性の最大応力、伸び率を阻害しない範囲で、炭酸カルシウム、タルク、シリカ、カオリン、焼成カオリン、クレー、珪酸カルシウム、硫酸カルシウム、酸化アルミニウム(アルミナ)、水酸化アルミニウム、珪酸アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸マグネシウム、珪酸マグネシウム、ゼオライト、ガラスビーズ、シラスバルーン等の無機系充填材を添加する事ができる。
また、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、エチレン-(メタ)アクリル酸共重合体、エチレン-(メタ)アクリル酸エステル共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、ABS樹脂、アクリロニトリル-スチレン共重合体、ポリカーボネート等の有機系充填材を添加する事もできる。
【0021】
以下、本発明について実施例及び比較例を挙げてより詳細に説明するが、具体例を示すものであって、特にこれらに限定するものではない。なお、部数は全て重量部である。
【実施例
【0022】
プレポリマー1の作製
井上製作所社製プラネタリーミキサー、商品名:PLM-2の釜の中に、P-2000を34g秤取り、100℃、6.7kPaにて脱水を行い、水分が500ppm以下に成ったのを確認し、ミリオネートMLTを66g添加して、系を窒素雰囲気に置換してから、80℃にて2時間反応させた。この液を密閉できる容器に移してから、プレポリマー1とした。
【0023】
プレポリマー2、プレポリマー3の作製
プレポリマー1の作製手順と同様の手順で、表1に示す割合で、P-2000、T-5652、G-1500、ミリオネートMT、ルプラネートMM-103、ミリオネートMTLを用い、プレポリマー2、プレポリマー3を作製した。
【0024】
実施例1の液作製
23℃環境下にて、プレポリマー1を37.50g、エラスマー650Pを62.50g秤取り、清浄なスパーテルにて泡が入らない様に撹拌し、実施例1の液を得た。
【0025】
実施例2~5、比較例1~4の液作製
表2、表3に示した割合で、プレポリマー、硬化剤を秤取り、実施例1の液作製と同様の手順で、実施例2~5、比較例1~4の液を作製した。尚、エラスマー250P、エラスマー1000Pは、式(1)で表されるが、数平均分子量がそれぞれ、488、1238である。
エラスマー250Pを用いた比較例1は、エラスマー250Pが溶解せずに、均一な液を得ることができなかったので、その他の評価は行っていない。
【0026】
皮膜物性測定
前項にて得られた実施例1~5、比較例2~4の液を、シリコーン離型紙に、約150mm×150mm×1mm厚と成る様に各組成物を塗布し、23℃/50%RH環境にて1日、40℃にて1日インキュベートし硬化皮膜を得た。
JIS K6251、No.3号ダンベル型で打ち抜き、試験片を作製した。一軸試験機であるINSTRON社製、製品名:5967を用い、皮膜物性を測定した。引っ張り速度は100mm/分、測定環境は23±2℃で、n=5平均である。
判定基準は、最大応力については、最大応力が30MPa以上は合格、30MPa未満は不合格である。伸び率については、伸び率が300%以上は合格、300%未満は不合格である。結果を表4、表5に示す。
【0027】
SUS304同士、接着強度確認
25mm×100mm×1.5mm厚のステンレスであるSUS304板を2枚準備した。1枚の端部の12.5mmの位置に、150g/m2と成るように、実施例1~5、比較例2~4の液を塗布し、クリップ2個で厚締し、23℃/50%RH環境にて1日、40℃にて1日インキュベートし、接着強度試験片を得た。一軸試験機であるINSTRON社製、製品名:5967を用い、引っ張り速度が3mm/分にて、せん断接着強度を測定した。測定環境は23±2℃で、n=5平均である。判定基準は、5MPa以上は合格で(○)、5MPa未満は不合格で(×)で表した。結果を表4、表5に示す。
【0028】
SUS430同士、A1100P接着強度確認
SUS304の接着強度確認と同様に、25mm×100mm×1.5mm厚のステンレスであるSUS430板、25mm×100mm×1.6mm厚のアルミニウム合金であるA1100Pを用い、接着強度確認を行った。測定条件、判定基準はSUS304と同様である。
【0029】
数平均分子量が500~3500のポリプロピレンジオール(a1)または数平均分子量が500~3500ポリカーボネートジオール(a2)から選択されるポリオール類(A)を5~70重量部、カルボジイミド変性MDI(B)を10~95重量部から合成されたウレタンプレポリマー(C)に対し、ウレタンプレポリマーの硬化剤であり、式(1)で表される、数平均分子量が500~1200のアミン化合物(D)を、(ウレタンプレポリマーのイソシアネート基のモル数/アミノ化合物のアミノ基のモル数)=0.75~1.4となるように配合したウレタン組成物である実施例1~5は、皮膜物性の最大応力、伸び率、各種材質を用いた接着強度確認にて、全て合格と成った。
【0030】
数平均分子量が500~1200の範囲に無いアミン化合物を用いた比較例1、比較例2は、数平均分子量が小さいアミン化合物を用いた比較例1は、アミン化合物が溶解せずにその他の評価は行えなかった。数平均分子量が大きいアミン化合物を用いた比較例2は、皮膜物性の伸び率は合格と成ったが、最大応力が不合格と成った。接着強度確認では、SUS430、A1100Pは合格と成ったが、SUS304は不合格と成った。
硬化剤であり、式(1)で表されるアミン化合物も、溶解性を含め最適数平均分子量が存在することが示された。
【0031】
(ウレタンプレポリマーのイソシアネート基のモル数/アミノ化合物のアミノ基のモル数)=0.75~1.4の範囲外である比較例3、比較例4は、比較例4の皮膜物性の伸び率以外は全て不合格で、(ウレタンプレポリマーのイソシアネート基のモル数/アミノ化合物のアミノ基のモル数)の最適範囲が存在することが示された。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】
【表3】
【0035】
【表4】
【0036】
【表5】