JP2002527551A - 高強度エポキシ接着剤およびその使用 - Google Patents

高強度エポキシ接着剤およびその使用

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Abstract

(57)【要約】 硬化時に構造組立品用途で有用な好ましくかつ改善された物理および化学特性が得られる熱硬化性構造用接着剤、特に1成分型または2成分型エポキシ組成物を形成するのに有効なエポキシ組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】発明の分野 本発明はエポキシ樹脂組成物、特に硬化時に構造組立品において有用な特性を
示すエポキシ樹脂組成物、さらには特に構造的応用のための使用条件下で、衝撃
、クリープ、および疲労抵抗性、並びに耐久性などの1つ以上の改善された接着
性を示す二液型エポキシ接着性組成物に関する。
【0002】発明の背景 接着剤は多くの構造的応用で使用されている。このような構造的応用としては
、車両、コンピューターケース、建造物、電気製品などが挙げられる。例えば構
造用接着剤は車両組立品(例えば自動車および航空機)で使用されて、溶接、ナ
ットとボルト、およびリベットなどの従来の接合技術に取って代わり、またはそ
れらを補強する。
【0003】 エポキシ組成物は既知であり、構造用接着剤応用のために使用されている。今
日の従来技術のエポキシ技術では重合触媒が使用されて、典型的にエポキシ架橋
を促進しないテトラアルキルアンモニウムまたはホスホニウム塩である高次のオ
リゴマーが得られる。イミダゾリン触媒およびイミダゾール触媒などの環状アミ
ジン触媒も接着剤中で使用されている。先行技術の接着剤は、多くの用途におい
て高品質の接着剤である。それでもなお、例えば車両組み立て工業などの様々な
工業の変化する要求に答えるために、より高性能の接着剤に対する継続的な必要
性がある。
【0004】発明の要約 本発明は、車両組み立て工業(例えば自動車、航空機、および船舶工業)をは
じめとする様々な工業の要求に応える、より高性能の接着剤に対する継続的必要
性に対処することを少なくともある程度意図する。本発明の組成物は、構造用接
着剤用途において、単独で、または溶接および/または機械的締結(例えばリベ
ット、ボルト、スクリューなど)の使用などの従来の組立品技術との組み合わせ
で有用であることができる。本組成物は、構造用接着剤として静止および/また
は動荷重下で長期耐久性を有し、組立品用途で使用するために実質的に改善され
た衝撃、クリープおよび/または疲労抵抗性を有することが分かった。本発明の
組成物は、例えば(例えば腐触、摩擦、磨耗などから)表面を保護するため、(
例えば研磨紙タイプの製品などとして使用するため)研磨粒子を結合するための
強靭で耐久性のある接着性コーティングとしても有用である。
【0005】 本組成物は、連鎖延長剤、触媒、反応性エポキシ樹脂、および高分子強化剤の
それぞれの1つ以上を含む。連鎖延長剤、反応性エポキシ樹脂、触媒および強化
剤のそれぞれは、共に混合すると組成物が、熱硬化性接着剤またはおそらくはコ
ーティングを形成できる量とタイプであることができる。少なくとも混合すると
、本組成物は、液体、ペースト、半固体、または固体(例えばフィルム、テープ
、シート、スラグ、粒子など)の形態で塗布または分配できる。本組成物が硬化
すると、少なくとも50重量%のエポキシ樹脂が連鎖延長する。好ましくは少な
くとも約60重量%、そしてより好ましくは少なくとも約70重量%のエポキシ
樹脂が連鎖延長する。硬化した(すなわち架橋された)組成物におけるこの高い
エポキシ連鎖延長度は、エポキシ樹脂のあらゆる顕著な架橋が起きる前に、かな
りのまたは全ての連鎖延長を引き起こすことで得られる。
【0006】 エポキシ樹脂、触媒、および連鎖延長剤の混合時、本組成物が硬化すると少な
くとも50重量%、好ましくは少なくとも約60重量%、そしてさらにより好ま
しくは少なくとも約70重量%のエポキシ樹脂が連鎖延長されるように、より低
い温度でエポキシ樹脂の連鎖延長反応を引き起こし、残りの反応性エポキシ樹脂
(すなわち未反応のエポキシ樹脂および連鎖延長されたエポキシ樹脂の反応性部
位)の全部または一部を高温で架橋させる1つ以上の触媒が選択される。架橋を
引き起こす触媒は、本組成物の温度が少なくとも室温または混合組成物の貯蔵に
使用される温度を越えるまで、感知できる量の架橋が起こらない活性化温度を有
するように選択される。より低温で、いくらかの比較的少量の架橋が望ましい場
合もある。特に(例えば以下で述べる1成分型接着剤として)本組成物を固体形
態で使用することが意図される場合、少量の架橋はフィルム、テープ、シート、
スラグ(例えばロッド、ディスク、ウェーハ)などの強度および取扱性を増大さ
せることもある。
【0007】 本組成物は1成分(すなわち触媒、連鎖延長剤、エポキシ樹脂、および強化剤
の混合物)で貯蔵でき、または2成分以上(例えば触媒パートおよびエポキシ樹
脂パート)で貯蔵できる。最初の混合時、1成分型組成物は液体またはペースト
状である。半固体または固体形態は、混合された組成物を必要な期間、連鎖延長
するが架橋がほとんどまたは全く起きない温度(例えば室温)に保持して得るこ
とができる。より低い温度における許容できる架橋の程度は、組成物を接着剤ま
たはおそらくはコーティングとして使用するのを妨げない量に限られる。本組成
物の連鎖延長された形態は、最初は熱可塑性ポリマー材料のように挙動でき、加
熱されると液化する。しかしそれを十分な時間高温に保持すると、液体組成物は
熱硬化性ポリマー材料のように硬化(すなわち架橋)して固化する。半固体また
は固体の形態である場合、連鎖延長された組成物は、例えば取り扱い可能なフィ
ルム、テープ、シート、スラグ(例えばロッド、ディスク、ウェーハ)、粒子、
粉末などであることができる。
【0008】 混合後、本組成物は、例えばロール掛けによってフィルム、テープまたはシー
トに、あるいは例えば押出加工または成形などによってスラグ(例えばロッド、
ディスク、ウェーハなど)に成形でき、エポキシはより低い温度で連鎖延長され
る。得られる連鎖延長された組成物は、その脆性次第で例えば乳棒と乳鉢で粉砕
して粒子または粉末に成形できる。連鎖延長された組成物は、最初(コーティン
グとして使用するために)表面に、または(接着剤として使用するために)2つ
以上の対向する表面の間に配置できる。次に本組成物を高温にして、組成物を液
化および硬化(架橋)させることができる。高温では組成物は最初に液化して、
次に架橋程度の増大に従って固化する。本発明の連鎖延長された組成物は、加熱
して液体にしてから表面または対向する表面の間に塗布することもできる。連鎖
延長された組成物は、例えばその内容を本願明細書に引用したものとする米国特
許番号第5,105,987号、第4,951,846号、第4,664,29
6号、第4,457,457号、および第4,561,569号で開示された分
取装置の使用などの従来の方法のいずれかによって、スラグ形態(例えばロッド
形態)で適用できる。連鎖延長された組成物は、例えばジェットメルト技術、ま
たはその開示内容を本願明細書に引用したものとする米国特許番号第3,587
,930号が開示する分取装置の使用などの従来の方法のいずれかによって、微
粒子または粉末形態で適用できる。
【0009】 本組成物は、エポキシ樹脂をより低い温度(例えば室温または貯蔵温度)で可
能な程度に連鎖延長させ、次に温度を上昇させて架橋を生じさせる1成分型接着
剤であることができる。すなわち本組成物は、温度が上昇して実質的に架橋する
前に実質的に連鎖延長される。本組成物は、触媒がパートAにあり反応性エポキ
シ樹脂がパートBにある二液型接着剤であることもできる。連鎖延長剤は2つの
パートの少なくとも1つに含まれる。
【0010】 二液型接着性組成物の連鎖延長剤がアミンを含む場合、アミンは好ましくはパ
ートAのみにある。アミンの量がパートB(例えばそのレオロジー)に悪影響を
及ぼすのに十分でなければ、極少量のアミンをエポキシパートBに添加すること
もできる。このような二液型組成物の連鎖延長剤がカテコール含む場合、カテコ
ールはパートA、パートBまたはその双方にあっても良い。カテコールが少なく
ともパートAにあることが好ましい。カテコールがエポキシ樹脂中で十分に安定
しており(すなわち再結晶または反応しない)、商業的に許容可能な保存寿命を
有するパートBを提供することは意外である。連鎖延長剤がカテコールおよびレ
ゾルシノールを含む場合、少なくともパートAはレゾルシノールおよびカテコー
ルを含む。パートBは、レゾルシノールなしにカテコールを含むことができる。
連鎖延長剤が別のタイプのフェノール化合物を含む場合、それはパートA、パー
トBまたは双方に含まれることができる。
【0011】 本組成物の連鎖延長剤は、アミン、フェノール、そのどちらか一方をベースと
する化合物、または前述のいずれかの組合せを含むことができる。使用する組成
物が液体またはペースト形態である場合、全てのまたは少なくとも実質的に全て
の連鎖延長剤が、組成物に添加される前にモノマー形態である(すなわち連鎖延
長剤が予備反応せず、半重合せず、またはオリゴマー形態でない)ことが好まし
い。ここでの用法では、実質的に全てとは、連鎖延長剤の十分量がモノマー形態
であり、得られる組成物が液体またはペーストとして塗布または分配できること
を指す。好ましくは液体またはペースト形態である場合、得られる組成物は従来
技術の分取およびレオロジーの要求性能(例えば粘度)と適合性である。連鎖延
長剤が少なくとも高温(例えば組成物の硬化温度)で、エポキシ樹脂、触媒また
はその双方に溶解性または混和性であることも好ましい。高温で溶解する連鎖延
長剤が固体微粒子形態であって、エポキシ樹脂および/または触媒中に細かく分
散することが望ましい場合もある。
【0012】 フェノール化合物は好ましくは二価フェノール(例えばカテコール、レゾルシ
ノールなどのジヒドロキシベンゼンおよび/またはそれらをベースとする化合物
など)を含み、アミンは好ましくは(例えば一級または二級炭素に結合した)一
級モノアミン、二級ジアミン、それらをベースとする化合物またはそれらの組み
合わせを含む。多官能性アミン(例えば一級および二級官能価の双方または複数
の一級官能価を含有するジアミン)は、連鎖延長および架橋を引き起こす(すな
わち硬化剤として作用する)。多官能性アミンまたはその他の硬化剤は架橋を生
じさせるが、それでも限定的な量で使用することもできる。例えば本組成物が半
固体または固体の連鎖延長された形態の1成分型接着剤である場合、連鎖延長さ
れたエポキシの僅かな架橋により、連鎖延長された組成物の強度および取扱性が
改善されることもある。
【0013】 連鎖延長剤は、好ましくはカテコールを含む。少なくとも約50重量%の連鎖
延長剤がカテコールであることが好ましい。このような連鎖延長剤がレゾルシノ
ールも含む場合、連鎖延長剤の約50重量%までがレゾルシノールであることが
できる。接着性組成物は、連鎖延長剤および反応性エポキシの量を基準にして、
このようなカテコールおよびレゾルシノール含有連鎖延長剤を約8重量%〜約3
0重量%の範囲で含有できると考えられる。
【0014】 本組成物で有用な触媒は、少なくともより低い温度(例えば室温)で連鎖延長
を引き起こすものであることができる。本組成物で有用な触媒は、高温のみまた
は実質的に高温でのみ、架橋を引き起こすものであることもできる。さらに有用
な触媒は、より低い温度で連鎖延長を引き起こしながら、高温で架橋を引き起こ
すものであることができる。本組成物が、多官能性触媒または多官能性硬化剤(
すなわち同一温度でエポキシ樹脂の連鎖延長および架橋を引き起こすもの)を含
まない、または少なくとも実質的に含まないことが好ましい。本組成物がより低
い温度(例えば室温または貯蔵温度)で、エポキシ樹脂の連鎖延長および架橋を
引き起こす触媒または硬化剤を含まない、または少なくとも実質的に含まないこ
とが特に好ましい。ここでの用法では、実質的に含まないとは、接着剤硬化時に
エポキシ樹脂の所望の量が連鎖延長される程度に、存在するあらゆる多官能性触
媒または硬化剤の量が限定されることを意味する。本組成物は1種以上の触媒を
含むことができる。
【0015】 触媒は塩基であり、環状アミジン、三級アミン、二級アミン、置換環状アミジ
ン、置換三級アミン、置換二級アミンまたはそれらの組み合わせの群から1つ以
上を含むことができる。触媒は1つ以上のイミダゾール、イミダゾリン、ピロリ
ジン、置換イミダゾール化合物、置換イミダゾリン化合物、1,4,5,6−テ
トラヒドロピリミジン、置換1,4,5,6−テトラヒドロピリミジン化合物、
置換ピロリジン化合物、置換ピペリジン化合物、およびそれらの組み合わせを含
むことができる。触媒は非置換ピペリジンも含むことができる考えられる。触媒
は、環状アミジンまたは置換環状アミジンも含むことができる考えられる。本発
明に従った許容可能な触媒である環状アミジンの例としては、N,N’−ジメチ
ルアルキルアミジンおよびN,N’−ジエチルメチルアミジンなどのN,N’−
ジアルキルアルキルアミジンが挙げられる。好ましくは選択された触媒または触
媒群は、混合時に本組成物が熱硬化性構造用接着剤を形成するのを妨げるのに十
分な電子吸引性または立体化学効果を示す群を含有しない。存在するいずれかの
置換化学が触媒の有効性に影響(すなわち増大または減少)を及ぼさない限り、
典型的に触媒の質量が増大すると、所望の効果を確立するのに必要な触媒量も増
大する。触媒は2つ以上の異なる触媒を含むことができる。我々は意外なことに
、2つの異なるアミジン触媒種、特に環状アミジン触媒の組合せが向上した接着
性を提供できることを発見した。好ましい組合せは、1つ以上の(置換または非
置換の)イミダゾール化合物および1つ以上の(置換または非置換の)イミダゾ
リン化合物を含むことができる。(置換または非置換の)1,4,5,6−テト
ラヒドロピリミジン化合物と、イミダゾリン化合物および/またはイミダゾール
化合物との組合せも向上した接着性を提供できると考えられる。
【0016】 好ましくは接着性組成物中の触媒量は、接着材の反応性種または構成成分(す
なわち連鎖延長剤、エポキシ樹脂および触媒)、および触媒の分子量の総量を基
準にして、少なくとも約0.5重量%のレベル、より好ましくは約0.5重量%
〜約10重量%の範囲、より好ましくは約0.5重量%〜約7.5重量%の範囲
である。
【0017】 反応性エポキシ樹脂は、それぞれが2つ以上の反応性エポキシ基を有する1つ
以上のグリシジルエーテルエポキシ化合物を含むことができる。好ましくは反応
性エポキシ樹脂は、少なくとも1つの化合物が2つ以上の反応性エポキシ基を有
する芳香族グリシジルエーテルエポキシ化合物および脂肪族グリシジルエーテル
エポキシ化合物の少なくとも1つを含む。典型的に反応性エポキシ樹脂材料は、
組成物の反応性種(すなわち触媒、連鎖延長剤、およびエポキシ)を基準にして
、約50重量%〜約90重量%、そして好ましくは約80重量%の範囲の量で存
在する。
【0018】 接着性組成物が、100重量部の反応性エポキシ樹脂を基準にして35重量部
まで、好ましくは約5〜約35重量部、より好ましくは約10〜約30重量部の
範囲の高分子強化剤を含有することが望ましい。本発明の二液型接着性組成物に
対しては、強化剤がパートA、パートBまたはその双方に添加できる。
【0019】 本接着性組成物は、接合する2つの金属(例えば鋼、アルミニウム)部品の間
に接着剤の塊(接着材)を塗布して、接着剤を硬化させて接着継手を形成し、溶
接または機械的締結を補うため、または完全に排除するために使用することもで
きる。取扱いのために接着剤が十分に硬化するまで、部品を共に留め合わせるた
めに任意に溶接(例えば点溶接)が使用できる。好ましくは溶接を使用する場合
、接着剤層を通して2つの金属部の溶接ができるように、接着性組成物は液体ま
たはペースト形態であり、あるいは半固体または固体であれば十分に圧縮できる
。溶接工程は、硬化過程に必要な熱エネルギー(すなわち熱)の一部または全部
を提供することで、接着剤の硬化に貢献できあるいはそれを促進する。接着剤を
塗布して溶接継手およびその他の機械的継手を強化し、あるいははそれに置き換
えることで、接着剤を使用して組み立て構造体を形成することもできる。接着結
合によって溶接継手を置き換えあるいは補って負荷を支える継手を作成するには
、いくつかの用途では広い温度範囲にわたってより優れた接着剤の強靭さと、並
びに結合する基材への適切な接着が要求されると考えられる。これらは、最適の
強化を可能にする連鎖延長を必要とするポリマーマトリクス延性の程度に直接的
に関連する。流動性の1成分型または2成分型の接着性組成物に対する、従来技
術の分取およびレオロジー(例えば粘度)との適合性要求条件は、この連鎖延長
が完全でなくとも少なくとも実質的に、接着剤の塗布後に生じることを必要とす
る。
【0020】 この特許出願において、「活性水素」という用語は、その基がオキシラン基に
対して化学的に反応性になり、その基に対して開環結合になる化学基中の水素原
子を示す。活性水素は典型的にアミン、チオール、カルボン酸、およびフェノー
ルに見られる。好ましい活性水素基としては、アミン(−NH−、−NH2)基
、および芳香族ヒドロキシル(−OH)基が挙げられる。活性水素化合物の機能
は、連鎖延長を提供することである。いくつかの架橋は多官能性アミンによって
導入できるが、その程度は制限される。過剰な架橋が起きると、接着剤は強靱性
および接着性を失う。逆に架橋がほとんどない過剰な連鎖延長からは、弱い接着
剤が生じるであろう。
【0021】 二液型エポキシ接着剤の第1のパートまたはパートAは、触媒を含む。第2の
パートまたはパートBは、反応性エポキシ部分および任意の強化剤を含む。1つ
の調合物ではエポキシパートBにジヒドロキシフェノールを入れ、パートAは触
媒だけを含む。第2の調合物では、パートAに触媒と共にアミンおよび/または
二価フェノールを入れ、パートBはエポキシおよび強化剤を含む。第3の調合物
では、フェノールの一部をパートA(触媒)とパートB(エポキシ)の双方に入
れる。
【0022】 本発明者らは、本発明の接着剤では、反応性水素部位と反応性エポキシ部位と
の化学量論当量比が、好ましくは1.0未満である(すなわち接着剤中のエポキ
シ等量のそれぞれに対して、1.0等量未満の活性水素がある)ことを発見した
。本発明者らは、化学量論当量比が、約0.5〜1.0未満の範囲、約0.6〜
1.0未満の範囲、または約0.7〜1.0未満の範囲にあることが好ましいこ
とも発見した。活性水素部位は、連鎖延長剤と触媒によって提供できる。充填材
または強化剤は、パートAまたはBの一方または双方に独立に組み込むことがで
きる。本発明者らは、上述のタイプのアミンが、物理特性を失うことなく二価フ
ェノールの一部を置き換えることができ、本組成物中で唯一の連鎖延長剤として
有用かもしれないことを発見した。アミンはパートAに対して希釈剤として作用
してその粘度を低下させるが、混合された接着剤の可使時間を縮めることができ
る。アミンの別の機能は、フェノールが再結晶する傾向を低下させ、パートAの
粘度の安定化を助けることである。さらに別の機能は、特定の容積混合比が分取
要求条件を満たすように、調合において寛容度を提供することである。
【0023】 本発明の調合物を使用して作成される接着剤は、約−40℃〜約90℃の温度
範囲で、少なくとも約3J好ましくは少なくとも約5J、そして最も好ましくは
少なくとも約10Jの衝撃剥離強度を得ることができる。望ましい衝撃剥離強度
は少なくともある程度、共に接着する基材のタイプに左右される。さらに本発明
に従った接着剤は、23℃で約70N/cm幅を越え、23℃で約85N/cm
幅を越え、そして23℃で約100N/cm幅を越えるT剥離強度を有する接着
結合を形成できる。本接着剤は特定の加速された環境サイクル条件下で、少なく
とも10日間、好ましくは20日間を越え、そして最も好ましくは30日間を越
えて負荷を支えられる。
【0024】 本発明の一様態では、連鎖延長剤、触媒、反応性エポキシ樹脂、および高分子
強化剤の反応生成物を含み、エポキシ樹脂の少なくとも約50重量%が連鎖延長
された熱硬化したエポキシ組成物が提供できる。本組成物は、例えば熱硬化した
エポキシ接着剤であることができる。
【0025】 本発明の別の態様では、上述の接着性組成物の硬化した塊からできた接着結合
によって接合された、第1の表面および第2の表面を有する構造体が提供される
。本発明の構造用接着剤は、金属構成成分(例えば鉄、アルミニウム、チタン、
マグネシウム、銅などおよびそれらの合金)の間、非金属基材(例えば強化およ
び非強化熱可塑性および熱硬化性ポリマー、並びにその他の有機材料または有機
複合材料)の間、そして金属と非金属基材との間に高品質の接着結合を形成でき
る。結合される構造体は、少なくとも車両の一部を形成できる。
【0026】 本発明者らは、溶接構造体を補強または置き換えるために使用される接着剤が
、組立品に対して有用な特性を提供できることも発見した。溶接継手は丈夫であ
るが、十分な衝撃エネルギーが継手にかかった場合は、溶接ナゲット外周にスト
レスが集中して溶接外周で破損する傾向がある。さらに溶接ナゲットおよび隣接
する金属に伴う腐触抵抗性が、典型的に低下する。本発明の硬化したエポキシ接
着剤は、かなりの衝撃エネルギーを吸収して、構造体全体にエネルギーを放散で
きる。このようなエネルギー放散特性は、溶接継手と共に高衝撃負荷条件下にお
いて構造体の残存力を改善できる。このような接着剤は、顕著な構造的特性を必
要とする。衝撃エネルギーの方向にかかわらず、接着剤が開裂モード、剪断モー
ド、圧縮モードまたは引張モードのでストレスに曝されるかに否かにかかわらず
、接着材が構造的完全性を保てることが望ましい。したがって本構造体は、接着
結合に加えて溶接結合を有する継手を含むことができる。接着結合継手を形成す
る接着材を通して、溶接結合が形成されることが好ましい。接着材を通して溶接
結合を形成することは、可能でないかもしれない。例えば接着剤のレオロジー(
例えばその粘度)によっては、対向する金属表面間に接着材を通して金属と金属
との溶接を形成させるには、接着結合部の厚さが十分に減少しないかもしれない
。したがって接着結合の境界を越える位置で、対向する表面を溶接することが望
ましいかもしれない。
【0027】 本発明者らは、このタイプの用途で有用な接着剤を同定する助けになる接着剤
の2つの特性を発見した。本発明者らは、接着剤の衝撃剥離強度およびT剥離接
着が、接着剤の用役の有用な指標になり得ることを発見した。性能指標として有
用なその他の接着剤の特性としては、持続負荷耐久性および疲労抵抗性を挙げる
ことができる。本発明のエポキシ接着剤は、溶接継手および本発明の硬化性接着
剤を使用して作成される接着結合の双方によって、またはこのような接着結合の
みによって保たれる構造的完全性を有する構造体中で使用されても良い。本接着
剤は、例えば自動車製造業者が、重量を低下させる努力においてより薄いゲージ
鋼を単独で、またはアルミニウム、マグネシウムなどとの組合せで使用すること
を期待している自動車工業においても望ましい。さらに本接着剤は、従来の方法
によって溶接または接合できない様々な有機材料、または複合材料を共に結合す
るための実現可能な選択であることができる。本発明に従って結合された構造体
の追加的な利点としては、改善された耐破壊性(すなわち衝撃抵抗性)、残存力
、腐触抵抗性、継手の封着、および制振が挙げられると考えられる。
【0028】 本発明のさらに別の態様では、上述の接着結合した構造体を組み立てるための
方法が提供される。本方法は、(a)請求項1に記載の組成物の未硬化の接着材
を第1の部材および第2の部材の少なくとも1つに適用するステップと、(b)
未硬化の接着材を第1の部材および第2の部材の間にはさむステップと、(c)
本組成物を硬化させて接着結合を形成することで第1の部材および第2の部材を
共に接着するステップと、を含む。第1の部材はフレーム部材であることができ
、第2の部材はシート様部材または別のフレーム部材であることができる。本方
法は、硬化ステップの前に、未硬化の接着材を通してシート様部材をフレーム部
材に溶接するステップも含むことができる。
【0029】 本発明の別の態様では、熱硬化性エポキシ組成物を作成する方法が提供される
。この方法は、連鎖延長剤、高分子強化剤、触媒、および反応性エポキシ樹脂を
組み合わせて、エポキシ樹脂の少なくとも約50重量%が連鎖延長されエポキシ
樹脂の連鎖延長が調製現場で起きる、熱硬化性エポキシ組成物を形成するステッ
プを含む。ここでの用法では、「調製現場」と言う用語は、予備連鎖延長された
エポキシ樹脂とは対照的に、連鎖延長剤、強化剤、触媒、およびエポキシ樹脂が
組み合わされた後に連鎖延長されたエポキシ樹脂を指す。予備連鎖延長されたエ
ポキシ樹脂の粘度が、残りの接着剤構成成分の適切な混合を妨げる程度にまで増
大しなければ、限定的な予備連鎖延長を使用することもできる。
【0030】 本発明の接着性組成物は2つ以上の対向する表面の間に提供でき、次に触媒が
残りの反応性エポキシ樹脂を架橋させ接着性組成物を硬化させる温度に、接着性
組成物の温度が上昇される。
【0031】 本発明のさらに別の態様では、フレーム部材を有するフレームおよびパネル部
材を有するパネルを含み、フレーム部材とパネル部材との間に配置された構造用
接着材によってフレーム部材がパネル部材に接着結合した、接着結合した組立品
が提供される。組立品は、少なくとも接着材が凝結または硬化するのに十分な時
間、相互作用してパネル部材をフレーム上の所定の位置に固定して、フレーム部
材に対するパネル部材の位置を保持する少なくとも1つの要素をフレーム部材に
、少なくとも1つのその他の要素をパネル部材に有する位置決め手段も含む。
【0032】 本組立品は、各パネル部材がフランジである2つのパネル部材および2つのフ
レーム部材を含むことができる。このような構造体では、位置決め手段は、フラ
ンジとフレーム部材の間の圧力または摩擦嵌合を含むことができる。代案として
、あるいはさらに位置決め手段は、スナップ嵌合タイプの構造体を含むことがで
きる。例えば位置決め手段は、1つ以上の突起と対になる1つ以上の凹みを含む
ことができ、1つ以上のフレーム部材が対になる凹みおよび突起の一方を有し、
1つ以上のフランジが他方を有する。パネルおよびフレームは、車両(例えば自
動車、航空機、ボートなど)の本体の部分を形成できる。
【0033】 このような用途のためには接着剤が使用できるが、現在利用できる既知の構造
用接着剤は、典型的な最終用途(例えば使用)温度範囲全体に及ぶ必要な特性と
性能との組合せを有さない。このような特性としては、静止および動的(例えば
環状)負荷の下での長期耐久性および疲労抵抗性、そして良好な衝撃抵抗性が挙
げられる。
【0034】様々な実施態様の詳細な説明 本発明の1成分型エポキシ接着性組成物は、触媒、連鎖延長剤、反応性エポキ
シ樹脂、および高分子強化剤のそれぞれの1つ以上の混合物を含む。本発明の二
液型エポキシ接着性組成物は、触媒パートA(例えば環状アミジン)およびエポ
キシパートBを含む。パートA、パートBの一方または双方は、連鎖延長剤およ
び強化剤も含有する。本発明の新規な組成物は、静止荷重および動荷重の下で良
好な長期耐久性および疲労抵抗性を有する、延性で強靭な構造用接着剤を提供す
る。本発明の樹脂組成物は、結合した製品または材料の操作温度が、典型的に車
両(例えば自動車、航空機、および船舶)で見られる使用温度の範囲など、実質
的に室温を越えおよび/またはそれに満たないことが予期される場合の構造用接
着剤として、特に有用であると考えられる。本エポキシ接着剤は硬化時に、約−
40℃〜約90℃、そしてより好ましくは約−40℃〜約120℃の範囲の温度
で有用であると考えられる。さらに車体のフレーム部品を共に結合するために使
用されると、接着剤は継手を補強することによって車両の構造体を補強でき、並
びに車体に封止および/または制振特性を与えられる。
【0035】 本発明の好ましい接着性組成物は、グリシジルエーテルタイプのエポキシ、ア
ミン(例えば一級モノアミンおよび/または二級ジアミン)および/または二価
フェノール連鎖延長剤、環状アミジン触媒、および強化剤を含むことができ、組
成物が触媒に曝されて接着剤が硬化するまでは、エポキシおよび連鎖延長剤(す
なわちアミンおよび/または二価フェノール)は実質的に未反応である。
【0036】 別の実施態様は、環状アミジン触媒を有するパートAまたは第1のパートと、
エポキシ、二価フェノール、および強化剤を含むパートBまたは第2のパートと
を含む二液型エポキシ組成物を含み、エポキシおよび二価フェノールは実質的に
未反応であり、二液型エポキシ組成物は環状アミジン触媒およびカテコール(す
なわち1,2−ジヒドロキシベンゼン)を有するパートAを含み、パートBはエ
ポキシおよび強化剤を含み、二価フェノールの一部がパートBに組み込まれるこ
ともできる。第3の実施態様は、環状アミジン触媒、二価フェノール、およびア
ミン(すなわち一級モノアミンおよび/または二級ジアミン)を有するパートA
と、エポキシおよび強化剤を含むパートBとを含む。これらの組成物の全てで、
充填材はパートAおよびBの双方に組み込むことができる。パートAおよびパー
トBの量(重量%)は、使用される充填剤および各パートの組成物の量によって
実質的に変化できる。
【0037】 本発明の二液型エポキシ接着性組成物は、好ましくは二価フェノールを含有す
る。本発明の適切な二価フェノール化合物としては、ビスフェノール(例えばビ
スフェノールA、ビスフェノールE、ビスフェノールF、ビスフェノールM、ビ
スフェノールS、4,4’−チオジフェノールなど)、ビフェノール(例えば2
,2’−ビフェノール、4,4’−ビフェノール)、ジヒドロキシナフタレンお
よびジヒドロキシベンゼンが挙げられる。これらの二価フェノール化合物は、置
換されてもまたは置換されなくても良い。例えば適切なビスフェノールおよびジ
ヒドロキシベンゼンとしては、アルキル、ハロゲンまたはアルコキシ置換された
ものが挙げられる。適切なジヒドロキシベンゼンは、次式:
【化1】 (式中、ヒドロキシル基は芳香族環上でオルトまたはメタであることができ、R
は1つ、2つまたはそれ以上の典型的な置換基を表す。)によって表される。上
の式では、Rは水素をはじめとするあらゆる有用な環置換基を表す。これらの範
疇に含まれるのは、1,2−ジヒドロキシベンゼン(カテコール)、1,2−ジ
ヒドロキシ−4−メチル−ベンゼン、4−t−ブチルカテコール、および1,3
−ジヒドロキシベンゼン(レゾルシノール)、3−メトキシ−カテコールその他
である。フェノールヒドロキシルに隣接して、顕著な立体障害を引き起こすこと
ができるかさばる置換基を有することは望ましくないと考えられる。
【0038】 好ましい二価フェノールとしては、芳香族環上の隣接炭素原子に付着するヒド
ロキシル基を有するもの、およびこれらの化合物の置換化合物が挙げられる。好
ましい化合物としては、カテコール、3−メトキシカテコール、3−メチルカテ
コール、3−フルオロカテコール、4−メチルカテコール、およびそれらの混合
物が挙げられる。好ましくは二価フェノールは、カテコール、またはカテコール
と1つ以上のその他の二価フェノールとの配合物である。二価フェノールの配合
物については、カテコールが二価フェノール総量の少なくとも約50重量%の量
で存在する場合に満足な結果が得られている。我々はこれらの化合物が、本発明
の高い構造的強度の二液型エポキシ接着剤の形成において、特に有用なことを発
見した。
【0039】 本発明の組成物で有用なエポキシドは、グリシジルエーテルタイプである。好
ましいエポキシドとしては、ビスフェノールAおよびFのグリシジルエーテルと
、脂肪族または脂環式ジオールが挙げられる。有用な材料としては、約170〜
約10,000、そして好ましくは約200〜約3,000の範囲の分子量を有
するものが挙げられる。有用な材料としては、末端エポキシ基(例えばポリオキ
シアルキレングリコールのジグリシジルエーテル)を有する直鎖ポリマーエポキ
シドが挙げられる。有用なエポキシドとしては、一般式:
【化2】 (式中、R’はアルキル、アルキルエーテル、またはアリール、好ましくはアリ
ールであり、nは1を越えまたは1〜4の範囲である。)を有するものが挙げら
れる。二価フェノールを過剰なエピクロロヒドリンと反応させて調製されたもの
などの芳香族グリシジルエーテルが好ましい。有用な二価フェノールの例として
は、レゾルシノールと、カテコールと、ヒドロキノンと、p,p’−ジヒドロキ
シジベンジル、p,p’−ジヒドロキシジフェニル、p,p’−ジヒドロキシフ
ェニルスルホン、p,p’−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロ
キシ−1,1−ジナフチルメタンをはじめとする多環式フェノールと、ジヒドロ
キシジフェニルメタン、ジヒドロキシジフェニルジメチルメタン、ジヒドロキシ
ジフェニルエチルメチルメタン、ジヒドロキシジフェニルメチルプロピルメタン
、ジヒドロキシジフェニルエチルフェニルメタン、ジヒドロキシジフェニルプロ
ピルフェニルメタン、ジヒドロキシジフェニルブチルフェニルメタン、ジヒドロ
キシジフェニルトリルエタン、ジヒドロキシジフェニルトリルメチルメタン、ジ
ヒドロキシジフェニルジシクロヘキシルメタン、およびジヒドロキシジフェニル
シクロヘキサンの2,2’、2,3’、2,4’、3,3’、3,4’、および
4,4’異性体とが挙げられる。本発明で有用な市販の芳香族および脂肪族エポ
キシドの例としては、ビスフェノールAのジグリシジルエーテル(例えばEpo
n828、Epon1001、Epon1310、およびEpon1510の商
標の元にShell Chemical Co.から入手できるもの、およびD
ow Chemical Co.から入手できるDER−331、DER−33
2、およびDER−334)、ビスフェノールFのジグリシジルエーテル(例え
ば大日本インキ化学工業から入手できるEpiclon TM830)、ジグリ
シジルエポキシ官能性を含有するシリコーン樹脂、難燃性エポキシ樹脂(例えば
Dow Chemical Co.から入手できる臭素化されたビスフェノール
タイプのエポキシ樹脂であるDER580)、1,4−ジメタノールシクロヘキ
シルジグリシジルエーテル、および1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテ
ルが挙げられる。場合によっては反応性希釈剤を添加して、接着性組成物の流れ
特性を制御することもできる。適切な希釈剤は少なくとも1つの反応性末端部分
、そして好ましくは飽和または不飽和の環状主鎖を有することができる。好まし
い反応性末端エーテル部分としては、グリシジルエーテルが挙げられる。適切な
希釈剤の例としては、レゾルシノールのジグリシジルエーテル、シクロヘキサン
ジメタノールのジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールのジグリシジル
エーテル、トリメチロールプロパンのトリグリシジルエーテルが挙げられる。市
販の反応性希釈剤は、Shell Chemical Companyからの反
応性希釈剤「107」である。
【0040】 本組成物の構成成分は、反応性エポキシ部位に対する反応性水素部位の化学量
論当量比が、1.0未満、約0.5〜1.0未満、約0.6〜1.0未満、そし
て約0.7〜1.0未満の範囲になるような量で存在できる。当量比は、反応性
水素部位の等量数を反応性エポキシド部位の等量数で割ったものと定義される。
活性水素部位としては、連鎖延長剤フェノール−OH、連鎖延長剤アミン−NH
または−NH2、触媒アミン−NHまたはそれらの組み合わせが挙げられる。
【0041】 本発明者らは、本エポキシ組成物が、アミジン触媒または2つ以上の異なるア
ミジン触媒の配合物によって触媒されることを発見した。好ましい触媒としては
、環状アミジン(例えばイミダゾール、イミダゾリン、および1,4,5,6−
テトラヒドロピリミジン)、および環状アミジンの置換類似体が挙げられる。ア
ミジンは概して−N=C−N−基として定義される。環状アミジン触媒のための
(例えばイミダゾール、イミダゾリンまたは1,4,5,6−テトラヒドロピリ
ミジン化合物のための)適切な環置換基としては、メチル、エチル、イソプロピ
ル、シアノエチル、アセチル、カルボキサミド、メチロールなどの置換基が挙げ
られる。これらの触媒化合物上の二級窒素は、同様にさらに置換できる(例えば
1−アセチルイミダゾール)。
【0042】 好ましい触媒としては、置換イミダゾリン、置換1,4,5,6−テトラヒド
ロピリミジン、およびイミダゾリンと1,4,5,6−テトラヒドロピリミジン
との一方または双方と別のアミジン触媒(例えばイミダゾールまたは置換イミダ
ゾール)との配合物が挙げられる。好ましくは少なくともイミダゾリンとイミダ
ゾール触媒は、それらの対応する環上に電子吸引性基(例えばフェニル、ニトロ
、カルボニルまたはハロゲン)を含有しない。1,4,5,6−テトラヒドロピ
リミジン環およびその他のアミジン触媒も、電子吸引性基を含まないことが好ま
しいと考えられる。そうであっても環の特定部位では、ある程度の電子吸引性は
許容可能である。好ましい置換基としては、2−エチル−4−メチル−イミダゾ
リン:
【化3】 などの2−位の脂肪族基が挙げられる。その他の好ましい置換基としては、1,
2−ジメチル−1,4,5,6−テトラヒドロピリミジンなどの1−および2−
位の脂肪族基が挙げられる。
【0043】 本発明の好ましい実施において、触媒またはそれらの配合物の量は、好ましく
は広い温度範囲全体にわたり、持続性の負荷耐久性および衝撃抵抗性などの予想
外の特性を有する硬化したエポキシ接着剤を提供するように選択される。使用さ
れる触媒の量がエポキシ連鎖延長と、アミンおよび/または二価フェノール(例
えばカテコール)との架橋との必要なバランスを提供して、低温高温の双方での
性能に必要な特性を提供できることが分かっている。触媒の好ましい量は、触媒
タイプおよび活性水素/エポキシ比(NH、OH/エポキシ比)次第で異なるこ
とができる。有用な範囲は、エポキシ連鎖延長および架橋反応の双方をもたらす
のに十分高い必要がある。低すぎるまたは高すぎる触媒レベルからは、劣悪な性
能をもたらす弱い接着剤が帰結する。最適量の触媒は、触媒の化学的性質次第で
異なることができる。
【0044】 好ましい触媒の化学的性質は、2−エチル−4−メチルイミダゾリンの場合、
エポキシ、連鎖延長剤(すなわちアミンおよび/またはカテコール)、および触
媒の重量を基準にして、範囲は約1.0%〜約8.0重量%、そして好ましくは
約2重量%〜約7.0重量%であることができる。2−ベンジル−2−イミダゾ
リンの場合、範囲は約3.0重量%〜約11.0重量%、そして好ましくは約4
.0重量%〜約10.0重量%であることができる。4,4’−ジメチル−2−
イミダゾリンの場合、範囲は約3.0重量%〜約7.0重量%、そして好ましく
は約4.0重量%〜約6.0重量%であることができる。その他の好ましい触媒
としては、約0.25重量%〜約3.0重量%そして好ましくは約0.5重量%
〜約2.25重量%の範囲のイミダゾール、約4.0重量%〜約8.0重量%そ
して好ましくは約5.0重量%〜約7.0重量%の範囲のDBUE、約3.0重
量%〜約7.0重量%の範囲の1−ブチルピロリジン、約3.0重量%〜約8.
5重量%の範囲の1,4,5,6−テトラヒドロピリミジン、約1.5重量%〜
約6.0重量%の範囲の1,2−ジメチル−1,4,5,6−テトラヒドロピリ
ミジン、および約4.0重量%〜約8.0重量%範囲のN,N−ジメチルベンジ
ルアミンが挙げられる。
【0045】 本発明の組成物中で有用な強化剤(すなわちエラストマー変性剤)は、概して
重合したジエンゴムのコアおよびポリアクリレートまたはポリメタクリレートシ
ェルを有するグラフト共重合体などのゴム相と熱可塑性相との双方を有するポリ
マー化合物と、エポキシド中の原位置でラジカル重合性モノマーおよび共重合体
安定剤から重合したエラストマー粒子(すなわち調製現場とは、粒子が強化され
るエポキシ樹脂中で粒子が生成されることを指す)と、エラストマー分子、別個
のエラストマー前駆物質分子と、エポキシ樹脂セグメントおよびエラストマーセ
グメントを含む組合せ分子と、このような別個および組合せ分子の混合物とを含
む。これらの材料は、剥離強度をはじめとする構造的特性を改善するために使用
される。組合せ分子は、エポキシ樹脂材料とエラストマーセグメントとの反応に
よって調製されても良く、反応によって未反応エポキシ基などの反応性官能基が
反応生成物上に残る。エポキシ樹脂中での強化剤の一般的な使用については周知
であり、その内容を本願明細書に引用したものとするC.K.RiewおよびJ
.K.Gillham編の「Rubber−Modified Thermos
et Resins」と題されたAdvances in Chemistry
Series No.208、American Chemical Soc
iety、Washington、1984年、で述べられている。使用される
強化剤の量は所望の硬化樹脂の最終物理特性によりある程度左右され、概して経
験的に定められる。
【0046】 有用な強化剤の特定の例としては、その内容を本願明細書に引用したものとす
る米国特許番号第3,496,250号で開示されたような、それにアクリル酸
エステルまたはメタクリル酸エステル、モノビニル芳香族炭化水素、またはそれ
らの混合物のシェルがグラフトされる、重合したジエンゴムの主鎖またはコアを
有するグラフト共重合体が挙げられる。好ましいゴムの主鎖は、重合したブタジ
エンまたは、ブタジエンとスチレンとの重合した混合物を含むことができる。重
合したメタクリル酸エステルを含む好ましいシェルは、より低級のアルキル(C 1-4 )置換メタクリレートであることができる。好ましいモノビニル芳香族炭化
水素は、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルキシレン、エ
チルビニルベンゼン、イソプロピルスチレン、クロロスチレン、ジクロロスチレ
ン、およびエチルクロロスチレンであることができる。
【0047】 有用な強化剤のさらに別の例は、コアまたは主鎖が、約0℃未満のガラス転移
温度T(g)を有するポリブチルアクリレートまたはポリイソオクチルアクリレ
ートのようなポリアクリレートポリマーであり、ポリメチルメタクリレートなど
の約25℃のT(g)を有するポリメタクリレートポリマー(シェル)がそれに
グラフトされたアクリレートコア−シェルグラフト共重合体である。
【0048】 本発明で有用なさらにまた別の強化剤の例は、約25℃未満のT(g)を有し
、組成物のその他の構成成分と混合される前にエポキシド中で調製現場で重合し
たエラストマー粒子である。これらのエラストマー粒子は、ラジカル重合性モノ
マーとエポキシドに可溶性の共重合性ポリマー安定剤から重合する。ラジカル重
合性モノマーは、ジオール、ジアミン、およびアルカノールアミンなどの共反応
性二官能性水素化合物と組み合わされたエチレン性不飽和モノマーまたはジイソ
シアネートである。これらのエラストマー粒子の例は、その内容を本願明細書に
引用したものとする米国特許番号第4,525,181号で開示されている。こ
れらの粒子は、一般に「オルガノゾル」と称される。
【0049】 さらにまた別の強化剤は、ゴム改質液体エポキシ樹脂である。このような樹脂
の例は、Shell Chemical Companyから入手できるKra
tonTMRP6565Rubberである。改質エポキシ樹脂は、85重量%の
EponTM828および15重量%のKratonTMゴムから作成される。Kr
atonTMゴムは、工業分野ではエラストマーブロック共重合体として知られて
いる。
【0050】 強化剤は好ましくは、エポキシ樹脂100部あたり約35重量部までの量で使
用される。強化剤が35部を越えると本組成物は非常に粘度が高くなり、その分
取を容易にするために予備加熱または予熱が必要になるかもしれない。本発明の
強化剤は硬化後、本組成物に強靱性を与える。いくらかの強化剤はエポキシドと
反応でき、その他は反応しない。
【0051】 その他の有用な強化剤としては、B.F.Goodrich Chemica
l Co.からのHycar(登録商標)CTBN1300X8およびATBN
1300X16およびHycar(登録商標)1072などのカルボキシ化され
たアミン末端のアクリロニトリル/ブタジエン加硫性エラストマー前駆物質と、
Hycar(登録商標)CTBなどのブタジエンポリマーと、ミネソタ州セント
ポールのMinnesota Mining and Manufacturi
ng Co.からの分子量10,000の一級アミン末端化合物であるHC11
01(すなわちポリテトラメチレンオキシドジアミン)、およびテキサス州ヒュ
ーストンのHuntsman Chemical Co.からのJeffami
ne(登録商標)などのアミン官能性ポリエーテルと、Rohm&Haasから
のAcryloid(登録商標)KM330および334などのアクリルコア/
シェル材料を含む官能性アクリルゴムと、コアがスチレン/ブタジエンゴムに架
橋し、シェルがポリメチルアクリレートであるメタクリレート−ブタジエン−ス
チレン(MBS)共重合体などのコア/シェルポリマー(例えばAcryloi
d(登録商標)KM653およびKM680、Rohm and Haas)と
が挙げられる。上述の用法では、アクリルコア/シェル材料の「コア」はTg<
0℃を有するアクリルポリマーであり、「シェル」はTg>25℃を有するアク
リルポリマーであると理解される。強化剤はポリマー主鎖に組み込まれても良い
エポキシ末端化合物を含んでも良い。典型的な好ましい強化剤の一覧としては、
アクリルコア/シェルポリマー、スチレン−ブタジエン/メタクリレートコア/
シェルポリマー、ポリエーテルポリマー、カルボキシ化されたアクリロニトリル
/ブタジエン、およびカルボキシ化されたブタジエンが挙げられる。上述のよう
な強化剤が不在でも、利点はエポキシ樹脂組成物中の連鎖延長剤の提供から得ら
れる。しかし格別の利点は前にも述べたように、強化剤または異なる強化剤の組
合せの存在から得られる。ここで開示するような改善された樹脂を概して強化剤
の有益な効果に対して特に感受性にでき、またはそれによって強化できることが
本発明の特徴である。
【0052】 本発明のエポキシ接着剤、典型的にはそのパートA(触媒パート)に含まれる
場合、使用されるアミンまたはアミン群は、成長するポリマー鎖の連鎖延長を硬
化中に達成できる。好ましいアミンは、2価の反応性または活性水素官能価を有
することができる。このような有用なアミンとしては、パートAのみの中で、ま
たは本発明の接着剤で使用されるカテコールとの組合せの中で相溶性の通常は液
体のアミンが挙げられる。有用なアミンとしては、各分子あたり2個の反応性水
素を有する脂肪族一級モノアミン、二級ジアミン、およびその他のアミンが挙げ
られる。このようなアミンは、立体障害などによる障害があり硬化中に実質的に
非反応性であれば、その他の反応性水素を有することもできる。好ましいアミン
は、アミン中の活性水素の反応性を低下させる位置に電子吸引性基を含まない、
または少なくとも実質的に含まない。適切なアミンとしては、ポリエーテルモノ
アミン、アミドモノ−およびジ−アミン、脂肪族一級モノアミン、二級窒素基が
あるポリエーテルジアミン、二級窒素基があるジアミン、モノアルカノールアミ
ンなどが挙げられる。好ましいアミン化合物としては、次式:
【化4】 (式中、R、R1およびR2は独立に脂肪族、アリール(芳香族)または水素から
成る群より選択され、nおよびmは0〜3から独立に選択される数であり、xは
0〜10の範囲の数であり、Yは−O−または−S−であることができる。)の
化合物が挙げられる。おそらく限定的な量で有用な別のアミンでは、Yは−NH
−である。
【0053】 連鎖延長剤アミンのさらに別の実施態様は、次式:
【化5】 (式中、R1およびR2は独立にアルキル、ベンジル、−CH2−CH2−CNから
成る群より選択され、R3は独立に−CH2−、−S−、−O−CH2−CH2−O
−、またはフェニレンまたはナフタレンを含むアリーレン構造から成る群より選
択され、各xは独立に1〜3の範囲の数である。)の化合物である。おそらく限
定的な量で有用な別のアミンでは、R3は−NH−である。
【0054】 連鎖延長剤アミン化合物の第3の実施態様は、次式:
【化6】 (式中、R2は1〜18個の炭素原子を含有する脂肪族基または芳香族基であり
、R1およびR3はR2またはHである。)の化合物である。
【0055】 本発明の連鎖延長剤アミンの特定の一実施態様は、アルキルアミノ置換モルホ
リン(例えば4−(3−アミノプロピル)モルホリン)を含む。おそらく限定的
な量で有用な別のアミンは、アルキルアミノ置換ピペラジンである。これらのア
ミンは、それぞれ、次式:
【化7】 (式中、アルキルアミノ置換モルホリンではYは−O−であり、アルキルアミノ
置換ピペラジンではYは−NH−である。)を有する。
【0056】 上記のアミンは接着剤中で、全ての反応性構成成分(すなわちエポキシ樹脂、
触媒、および連鎖延長剤)を基準にして、約0.5重量%〜約20重量%、好ま
しくは約2重量%〜約15重量%の範囲の量で使用されることが望ましい。カテ
コールおよびアミンが一緒に使用される場合、カテコール/アミン重量比がアミ
ン1重量部あたり約4〜約0.5部のカテコール、そして好ましくは少なくとも
アミン1重量部あたり約1部のカテコールの範囲にあることが望ましい。
【0057】 連鎖延長剤の一部としていくらかのレゾルシノールおよび/またはアミンを添
加することで、カテコール再結晶の危険性が実質上排除でき、または少なくとも
顕著に低下できることが分かっている。液体アミンを使用することで、カテコー
ルをアミンと混合した際に、カテコールのアミン中の溶解性次第でカテコールの
再結晶防止を助けることができる。また液体触媒を使用することで、カテコール
を触媒と混合した際に、触媒中のカテコールの溶解性次第でカテコールの再結晶
防止を助けることができるかもしれない。好ましくはアミンが使用される場合、
カテコールは触媒およびアミンの双方で可溶性である。さらにアミンを添加する
ことで、より速い反応(すなわちより短い硬化時間)、そしてパートAおよびB
の混合比により大きな寛容度を提供できることが分かっている。アミンを連鎖延
長剤に添加することで、接着性組成物はより迅速にゲル化して不粘着状態になる
。どれくらい速く組成物がゲル化するかは、使用されるアミンの量およびタイプ
に左右される。アミン濃度が高すぎる場合、接着性組成物の性能に悪影響を与え
るかもしれない。
【0058】 様々な補助剤を本発明に従った組成物に添加して、硬化した組成物の特性を変
化させても良い。有用な補助剤としては、いくつかのシリカゲルなどの腐触抑制
剤と、ヒュームドシリカなどのチキソトロープ剤と、酸化第二鉄、ブリックダス
ト、カーボンブラック、および酸化チタンなどの顔料と、シリカ、硫酸マグネシ
ウム、硫酸カルシウム、およびケイ酸ベリリウムアルミニウムなどの補強剤と、
ベントナイトなどの粘土と、あらゆる適切な充填剤とが挙げられる。液体接着剤
構成成分100部あたり約50部まで、おそらくはそれ以上の補助剤が効果的に
利用できるかもしれない。概して強化剤はエポキシド化合物中に予備分散される
。次に強化剤を含有するエポキシドパートBが硬化性パートAと混合され、連鎖
延長剤はパートA、パートBまたはその双方にあって、実質的に均一の混合物が
形成される。
【0059】 この混合物は、適切な時間加熱すると硬化する。部分的硬化反応は室温でゆっ
くり起きるが、完全硬化は好ましくは混合物を適切な時間、約130℃〜約20
0℃の範囲の温度に加熱して引き起こされる。典型的な加熱サイクルは163℃
で20分間である。概して硬化温度が上昇すると硬化時間が短縮される。
【0060】 本発明の接着剤は、例えばパネルまたはその他のシート様構造体をフレーム部
材に取り付けるのに使用できる。図6に示すように本接着剤は、接着剤が硬化す
る間、部品を正しい配置に保持する自動位置決め手段を使用して、パネルをハイ
ドロフォーム管フレーム構造に結合するのに使用できる。このような組み立てシ
ステムは、その他のシステムに比べてかなりの進歩である。さらに本接着剤は、
立体骨組部材を共に結合するのにも有用である。また本接着剤は、チューブ・ス
リーブ継手を結合するのにも有用である。チューブ・スリーブ継手は、より大き
な径の管中にシリンダー(すなわちロッドまたは管)を挿入して形成できる。さ
らに本接着剤は、例えば自動車でドア貫入ビーム組立品を作成するために、溶接
パドルを貫入ビームに結合するのに使用することもできる。本接着剤を自動車ド
アにおいてドア貫入ビーム組立品を接着剤結合するのに使用しても良い。溶接(
例えば仮付け溶接)または機械的締結が、接着剤が硬化するまで接着結合したパ
ドルを所定位置に固定するのに使用できる。自動車立体骨組組立品を作成するす
るために、接着剤を使用してハイドロフォーム管鋼を共に結合することも望まし
い。本発明の接着剤の別の用途は、2つの基材を適切な機械的構造によりヘムボ
ンドすることを伴う。ヘムボンドでは正しい配置に近づけた2つの基材端の間に
粘着材が形成される。基材の端は重なり合うように折り曲げられて、折り畳みま
たは折り曲げ端構造が形成され、接着剤は基材間の折り畳みまたは重なり合う端
全体に存在する。このようにして形成した端構造は、次に誘導加熱またはその他
の一般的な熱硬化方法(例えば赤外線、強制空気、浸漬など)によって硬化でき
る。
【0061】 接着結合領域では、接着剤が、有用な結合の形成に適合する連続ビード、中間
ドット、ストライプ、対角線またはその他のあらゆる幾何学的形状として塗布で
きる。このような接着剤配列オプションは、溶接によって補強される。溶接は点
溶接、シーム溶接、または接着材と協力して、妥当な疲労および衝撃抵抗性およ
び負荷を支える性能を有する機械的に堅固な継手を形成するあらゆるその他の溶
接技術であることができる。このような溶接は接着結合の周囲に、またはそれを
通して行える。溶接の熱はその他の硬化エネルギー入力(例えばオーブン焼付け
、誘導加熱など)を補強し、またはおそらくそれに置き換わることができる。
【0062】 この明細書では、本発明のエポキシ組成物を作って使用するために使用される
構成成分と調製を説明する。以下の実施例およびデータは、本発明をさらに例証
し、この発明によって達成される構造用接着剤における進歩を実証するものであ
る。
【0063】基材の調製 FPL蝕刻アルミニウム基材 アルミニウム基材は、Alcan Corporationから得られる20
24T−3Alcladアルミニウムの102mm×178mm×厚さ0.8m
mのシートである。各シートまたはクーポンは、試験の前に次のように処理され
る。1)ミネソタ州セントポールのOakite Corp.から得られる温度
85℃のOakiteTM165苛性洗浄液に10分間浸漬する。2)(ラックに
載せた)シートを水道水槽に10分間沈める。3)水道水で2〜3分間噴霧洗浄
する。4)66℃のFPLエッチ(ウィスコンシン州マディソンのForest
Products Laboratoryからの硫酸および重クロム酸ナトリ
ウムの熱溶液)槽に10分間浸漬する。5)水道水で2〜3分間噴霧洗浄する。
6)周囲温度で10分間、次に54℃の空気再循環炉内で30分間ドリップドラ
イする。7)プライマ(ミネソタ州セントポールの3M Companyから入
手できるEC3960)を0.25〜0.50mmのコーティング厚に吹き付け
る。8)周囲温度(約23℃)で30分間乾燥し、続いて約121℃の空気再循
環炉内で1時間乾燥する。
【0064】鋼基材 鋼基材は特に断りのない限り、溶融メッキされたミニマムスパングル亜鉛メッ
キ鋼(ミシガン州リボニアNational Steel Corporati
onから得られるG60HDMS)の25mm×100mm×厚さ0.8mmの
クーポンである。鋼はメチルエチルケトン(MEK)を表面に塗布してチーズク
ロスで拭い、室温で約10分間乾燥して清浄にした。
【0065】潤滑油塗布鋼基材 潤滑油塗布鋼基材は特に断りのない限り、メチルエチルケトンで清浄にした上
述の鋼クーポンに、イリノイ州シカゴのQuaker Corp.から得られる
61MAL自動車潤滑油を制御されたコーティング重量で塗布して調製される。
1μLチップの付いたEppendorf(登録商標)RepeaterTMピペ
ット#4780で、潤滑油を適用する。ピペットのダイヤル設定#4を使用して
3滴の潤滑油(すなわち12μL)を清浄にした鋼表面に分取して、次にラテッ
クスグローブをはめた指で一様なコーティングに擦り付ける。コーティング重量
は、平方フィートあたり約400±50mg(約4.3±0.54g/m2)と
測定される。
【0066】試験方法 試験方法A:FPL蝕刻アルミニウム基材上のT剥離接着試験 アルミニウムシート基材は、FPL蝕刻アルミニウムについて上述したように
して調製される。試験接着剤をプライムされた表面全体に塗布する。次にガラス
繊維(0.13mm径)を25.4mm毎に約1本の繊維密度で、45度の角度
で接着剤に載せる。第2の調製されたアルミニウム試験基材を調製された表面を
接着剤に向けて、T剥離構造のために結合の開口を容易にするように、縦寸法で
12.7mmはずして第1の基材上に載せる。次にサンプルを2枚の203mm
×203mm×厚さ6.4mmの鋼板の間に入れ、プレス機に入れ27.6kP
aを適用して約121℃で60分間硬化する。次にラミネートを23℃および相
対湿度(RH)50%で24時間、平衡させる。25.4mm×約178mm大
の試験サンプルをシートから裁断し、ASTM D1876−72に従いインス
トロン引張試験機上で127mm/分のクロスヘッド速度でT剥離について試験
する。結果を1cmあたりのNewton(N/cm-1)で報告する。
【0067】試験方法B:鋼または潤滑油塗布鋼基材上のT剥離接着剤強度 各試験ストリップの対向する端の15〜20mmの部分を接着剤なしにする以
外は、上述の2枚の鋼または潤滑油塗布鋼クーポンの調製された表面に試験接着
剤を塗り広げる。接着剤はミシシッピ州ジャクソンのCataphote,In
c.から得られる0.25mm±0.01mm径を有する中実ガラスビーズを含
有する。ビーズはボンドライン厚を制御するために使用され、接着剤はへらがガ
ラスビーズに接触するように圧力をかけてへらで塗り広げられる。2枚のストリ
ップを一緒に合わせて、100mmの各端に沿って2個の中型バインダークリッ
プで締め付ける。クーポンを共に締め付けたまま163℃の強制空気炉内に20
分間入れて接着剤を硬化させ、クーポン組立品を形成する。次にクーポン組立品
の接着結合しない端をそれぞれこじ開けて、クーポン組立品の各端でT型の構造
を形成する。次にクーポン組立品を室温で平衡させる。T剥離強度はASTM方
法D1876−72に従いインストロン引張試験機を使用して、クロスヘッド速
度127mm/min-1で実施される。結果を1cmあたりのNewton(N
/cm-1)で報告する。
【0068】試験方法C:アルミニウム基材の重なり剪断試験 アルミニウムの試験シートは、T剥離試験質について述べたように調製される
。試験接着剤が約12.2mmのプライムされたアルミニウムシートに塗布され
る。ガラス繊維が上述のように45度の角度で適用される。第2のアルミニウム
シートのプライムされた表面が接着剤中に押しつけられ、第2のシートは接着性
の12.7mmに重なり合って、各シートの非接着剤部分は反対方向にのびる。
サンプルは上述のように鋼板の間で硬化され、次に少なくとも24時間23℃、
RH50%でコンディショニングされる。幅25.43mmの試験サンプルを硬
化したサンプルから裁断する。ASTM TM D1002−72に従いインス
トロン引張試験上で、分速50mmのクロスヘッド速度で重なり剪断強度を測定
する。
【0069】試験方法D:清浄にした鋼または潤滑油塗布鋼上の重なり剪断強度 2つの25mm×100mmの清浄にした鋼または潤滑油塗布鋼クーポンの1
端に試験接着剤を12.72mmに適用して、試験方法Bについて上述したよう
に接着剤に含有されるガラスビーズ粒子の高さに塗り広げる。接着剤が塗布され
た2つの終端が一緒に押しつけられて12.72mmの重なりが形成され、クー
ポンの非接着性終端は反対方向にのびる。0.94cm容量バインダークリップ
(ニュージャージー州カールスタットのIDL MFG and Sales
Corp.から入手できるNo.1002)を使用して、重なりあったクーポン
を接着性終端で共に締め付ける。次に締め付けた組立品を163℃の強制空気炉
中で20分間硬化する。次にラミネートを室温で平衡させる。ASTM D10
02−72に従ってインストロン引張試験機で、分速50mmのクロスヘッド速
度で重なり剪断強度を測定する。試験結果をメガパスカル(MPa)で記録する
【0070】試験方法E:衝撃剥離試験(動的ウエッジ衝撃) この試験は、接着結合システムが衝撃負荷中に剥離モードでエネルギーを放散
する相対性能を評価するために使用される。方法はISO方法と同一の試料サイ
ズおよびウエッジ形状を使用するISO方法11343の拡張であるFord
Laboratory試験方法である。
【0071】 ウエッジの形状を図1および図2に示す。ウエッジは高さが117.3mmで
基部が20mmであり、先端半径が1.0mmで角度8.8°であって焼入鋼か
ら製造される。試験変換部(ハンマー)の衝撃部分は焼入鋼から製造され、試験
組立品の先端全体にわたる衝撃を保証するために少なくとも25mm×厚さ5m
mである。図1では、成形した試験ウエッジ10は、ドリルおよびタップされた
取り付け開口部12およびウエッジ13を使用して固定された基部11を有する
ものとして示される。図2では、図1で側面図で示されるウエッジの上面図が、
ウエッジ13’、基部11’、およびドリルおよびタップされた取り付け孔12
’を有するものとして示される。
【0072】 マサチューセッツ州カントンのInstron Corp.(以前のGene
ral Research Corp.)が製造するDynatup衝撃試験機
モデル8250と称される計装衝撃試験機を使用して試験を実施する。衝撃ハン
マーは、落錘「タップ」として分類される力変換部である。
【0073】 使用される試験基材は、20mm×90mm×0.78mmで長さおよび幅の
許容差が±0.1mmである、MEK(メチルエチルケトン)で清浄にしたG6
0溶融メッキミニマムスパングル亜鉛メッキ金属クーポン(National
Steel Corp.から入手できる)である。最初にそれらの90mmの側
面が接触するように2つの金属クーポンを整列させて、試験試料を調製する。次
に双方のクーポンを横切って、19mm幅のKaptonテープ(3M Com
pany、テープ#5419)を双方のクーポン終端から30±0.2mmの距
離に適用する。試験接着剤を試験方法Bについて上述したように、双方のクーポ
ン終端で30mmの露出面に塗布する。Kaptonテープ表面のあらゆる接着
剤を除去する。双方のクーポンを接着剤を接着剤に向けて一緒に押しつけ、端を
越えて押し出された過剰な接着剤を除去する。次に試験組立品を中型バインダー
クリップで締め付け、続いて163℃で20分間硬化させる。硬化した試験組立
品を次に試験に先だって室温で平衡させる。図4はクーポン21および22が、
クーポンに接着した試験接着材23を有する適切な構造を示す。
【0074】 試験組立品およびウエッジは、試験について規定された一定の温度(23℃ま
たは90℃、どちらも±1℃)に保持される。ウエッジのばらつきのない配置の
ために、組立品の結合終端から40.0±0.2mmの所に印を付ける。次に組
立品の非結合終端をウエッジ10の上にかぶせて、40mmの印に届くまで押し
下げる。組立品をあらかじめ入り曲げずにウエッジの形状に沿わせる。図4はク
ーポンに試験接着材23が接着した、クーポン21および22の適切な構造を示
す。組立品をそれがウエッジおよび衝撃ハンマーに関して直角になるようにウエ
ッジの支え刃上にのせ、同時にハンマーが試験組立品の上部全体を叩く。試験機
は試料に2m/秒-1で44.8kgの落鍾31を衝突させることにより作動する
。図5は力をかけた後の図4の試料を示す。試験結果をキロニュートン(kN)
での亀裂伝播負荷、およびジュール(J)で測定された組立品を分割するのに必
要なエネルギーとして報告する。試験温度は、+23℃および90℃と報告され
る。
【0075】試験方法F:持続性負荷耐久性(SLD) この試験は、引張負荷と環境老化に同時に曝された際の接着結合の相対耐久性
を評価するために使用される。試験基材は、1平方メーターあたり4.3g(4
00mg/ft2)のコーティング重量で61MAL潤滑油を塗布した、25m
m×76mmの鋼クーポン(特に断りのない限りNational Steel
から入手できるG60HD鋼)である。重なり剪断試験と同様にしてサンプルを
調製する。結合ラインの厚さを制御するために0.25mm径ガラスビーズを含
有する接着剤を、第1のクーポンの塗油面で1.27cm長さの領域に塗布する
。第2の塗油クーポンを接着剤の上に載せてサンプルを締め付ける。サンプルは
長さが14cmで、重なり接着結合が中央で1.27cmである。端から押し出
された過剰な接着剤を硬化前に除去する。サンプルを163℃のオーブン内で2
0分間硬化する。次にサンプルを試験前に室温で平衡させる。
【0076】 サンプルの各終端に、各終端から1.27cmの所に中心をおく6.35mm
の孔を穿孔する。1試験に対して5個のサンプルを配列し、ボンドラインが試験
固定具の中央に沿って並ぶように交互に端と端をつないでボルトで固定する。ス
テンレス鋼ボルト(6.35mm径×19.05mm長)と対応するナットおよ
び19.05mm径を有するナイロンワッシャーを使用してサンプルを共にボル
トで固定し、5個のサンプルの列を形成する。
【0077】 試験固定具は、63.5cm長×5.1cm幅×2.5cm高のステンレス鋼
U−字型チャンネルである。U字型チャンネルの壁は厚さ0.3cmである。U
字型チャンネルは、一方の端に付着したバネと他方の端に付着した固定端受とを
有する。固定端受は、ブロック内に段差を形成するように一端を切り抜いた3c
m×4.3cm×厚さ1cmのブロックを有する5.7cm×4.3cmの鋼ブ
ロックである。段差の付いた端受はチャンネル内にはまりこみ、段差部分はチャ
ンネルの内側縦方向と対向する。端受をU字型チャンネルの一方の終端にボルト
で固定し、端受の段差部分中央に固定されたボルトを使用して試験サンプルを付
着する。U字型チャンネルの他方の終端は、それを通して24mm×1.2cm
径のねじ込ロッドがのびる固定されたエンドキャップを有する。チャンネル内で
は、ねじ込ロッドが回転するにつれてこの端受が自由に動くこと以外は、反対端
にあるのと同様の端受にロッドが付着する。その各終端にはめ込まれたエンドキ
ャップおよびワッシャーがある、内径約2.5cmで長さ9.7cmのバネ率お
よそ15kg/mm-1を有するA304コイルステンレス鋼バネ(カリフォルニ
ア州ロサンゼルスのCentury Spring Corpから入手できるパ
ーツ番号RV−43190)をねじ込ロッドの上にのせた。六角ナットをねじ込
ロッドの上にのせてバネを所定位置に押さえた。バネの外径よりわずかに大きい
内径を有する空洞の円筒をバネの上にのせて、バネの側方たわみを防いだ。22
6.8kgに等しいバネのたわみの量は、インストロン4210圧縮試験機でバ
ネをその重量に圧縮してバネの圧縮された長さを測定して求める。圧縮された長
さは、元の長さのおよそ85%であった。
【0078】 試験のため、サンプルの並びは、U字型チャンネルの内側の各端受にボルトで
固定され、バネは較正圧縮長に圧縮されて7MPaの引張り応力を生じる。引っ
張り応力の下にあるサンプルのラックを以下の試験サイクルで経時させる。1日
は1サイクル(すなわち24時間)を表す。試験は典型的に月曜の朝に開始して
、週の間に5つのサイクルを実施する(すなわち週あたり5日間)。週末は、ラ
ックを塩溶液に浸すことなく制御環境キャビネットに入れたままにする。週末の
日数はサイクルとして数えない。試験結果をサイクルで報告する。各サイクルの
処理は次の通り。 1.ラックを最初に23±2℃の塩溶液(蒸留水または脱イオン水中に5重量%
の塩化ナトリウム)に15分間浸漬する。 2.次にラックを塩溶液から取り出して23±2℃で垂直に105分間ドリップ
ドライさせる。 3.次にラックを50±2℃および90±5%相対湿度の制御環境キャビネット
に22時間入れる。ラックを毎日破損について調べる。ラック内の重ね剪断サン
プルの1つが破損したら、サンプルを取り出してその場所にスペーサーをボルト
で固定して適切な応力を維持する。 4.3つの結合が破損するまでサイクルを継続し、各結合について破損までのサ
イクルを記録する。3つの結合が破損するまでのサイクル数を平均してから記録
する。
【0079】試験方法G:疲労試験 この試験は、接着結合が耐えるサイクル総数、および結合中の亀裂伝播量によ
って測定される環状疲労抵抗性の測定である。試験サンプルは、クーポンが90
度折り曲げられて2.5cmのタブを形成し、曲げ半径が金属厚の半分であるこ
と以外は、上述の試験方法B(T剥離接着)と同様に調製される。クーポンはN
ational Steelからの厚さ0.7mmの70G70GE型抜き品質
電気亜鉛メッキ鋼である。折り曲げたクーポンを上の1)、2)、3)、および
6)でFPL蝕刻アルミニウム基材について述べたようにして脱脂する。クーポ
ンを周囲温度で10分間ドリップドライし、次に54℃の再循環空気炉に30分
間入れて乾燥させる。乾燥したクーポンを密閉ポリエチレン袋に入れて、結合を
作成するまでデシケーターに貯蔵する。
【0080】 接着剤を塗布する前に、ミネソタ州セントポールの3M Companyから
入手できる2.5cm幅の5419 Kaptonテープのストリップが、タブ
がテープによって実質的に覆われるように、各クーポンの接着面上のタブの終端
を横切って適用される。次に接着剤が、各クーポンのテープを張った面のテープ
がない表面に、テープの端まで試験方法Bについて上述したように塗布される。
このような2つのクーポンの接着剤被覆された表面を一緒に合わせて、クーポン
の各端に沿って2個の中型バインダークリップで締め付ける。押し出された過剰
な接着剤を除去する。次に締め付けた組立品を163℃に設定した強制空気炉内
に20分間入れて接着剤を硬化する。テープはタブから除去されない。試験に先
だって試験組立品を室温で平衡させる。
【0081】 最大負荷+222.4ニュートンおよび最小負荷22.2ニュートンの20H
z正弦サイクルについて、一定負荷モードに設定したMTS880引張試験機上
で試験を実施する。結合組立品のタブ付き(すなわちテープを貼った)終端をグ
リップ内に挿入し、グリップ端をボンドライン中心から等距離に配置させる。サ
イクル開始に先だって、試験組立品に変位0.055mmの予備負荷をかける。
垂直変位が6.35mmを越えるとサイクルの自動停止が起きる。実施例172
の接着剤は、試験を手動で停止した3,391,000サイクル時点で無視でき
る亀裂伝播(1mm未満)を示した。
【0082】実施例で使用される構成成分の説明 EponTM828エポキシ樹脂: エポキシ等量重量約190および平均分子量350〜400を有するビスフェ
ノールAのジグリシジルエーテル。Shell Chemical Compa
nyから入手できる。 EponTM58006樹脂(強化剤): 40重量%のHycar 1300X8および60重量%のEpon828を
有するエポキシ樹脂付加物。Shell Chemical Companyか
ら入手できる。 ParaloidTMBTA IIIF 共重合体(強化剤): メチルメタクリレート/ブタジエン/スチレン共重合体。Rohm&Haas Companyから入手できる。 PARALOIDTMEXL2600(強化剤): メタクリレート/ブタジエン/スチレンコア−シェルポリマー。Rohm&H
aasから入手できる。 MK107反応性希釈剤: シクロヘキサンジメタノールのジグリシジルエーテル。Shell Chem
ical Companyから入手できる。 GP−7Iシリカ: 約20〜約30μmの範囲の粒径を有する二酸化ケイ素。Harbison−
Walker Corpから入手できる。 Cab−0−SilTMTS−720シリカ: Cabot Corpから入手できるヒュームドシリカ。 「B37/2000」ガラスバブル: Minnesota Mining&Manufacturing Comp
anyから入手できるガラスバブル。 ガラスビーズ: ミシシッピ州ジャクソンのCataphote,Inc.から得られる0.2
5mm±0.01mm径を有する中実ガラスビーズ。 その他の使用された化合物はAldrich Chemicalsなどの薬品
供給元より得られる。
【0083】実施例1〜20 500gのEponTM828エポキシ樹脂と125gのParaloidTM
XL2600共重合体を高剪断ミキサーを使用して110〜120℃で約30分
間混合し、次に周囲温度に冷却して第1のエポキシ樹脂プレミックス組成物(プ
レミックスI)を調製した。243gのEponTM828エポキシ樹脂と130
gのカテコールをガラスジャー内で合わせて窒素でフラッシュし、透明で均質な
(すなわち明らかな相分離または再結晶がない)溶液が生成するまで、時折撹拌
しながら121℃に15分間加熱して、第2のエポキシ樹脂プレミックス組成物
(プレミックスII)を調製した。混合物を周囲温度に冷却した。335gのプ
レミックスI、339gのプレミックスII、65gのMK107反応性希釈剤
、201gのGP−71シリカ、30gのK37ガラスバブル、17gのCab
−0−SilTMTS−720シリカ、および12gのガラスビーズを真空下の遊
星型ミキサーで約20分間混合して、エポキシ樹脂組成物のパートBを調製した
。得られる組成物は滑らかなペースト様粘稠度を有した。
【0084】 第1表に示す異なる量のパートA(触媒のみ)と、5.0gのパートBを混合
して、二液型エポキシ接着性組成物を調製した。触媒量は全調合物に対する重量
百分率(T%)、グラム数(パートA、g)、および反応性種、すなわちエポキ
シ、カテコール、アミン、および触媒に対する百分率(触媒%)として示される
。実施例1〜7で使用した触媒は2−エチル−4−メチルイミダゾリンであり、
実施例8〜14の触媒は2−ベンジル−2−イミダゾリンで、実施例15〜20
の触媒は4,4−ジメチル−2−イミダゾリンであった。これらの実施例の活性
水素とエポキシとのモル比(すなわちOH−アミン/エポキシ比)は、これらの
各実施例で約0.8に保たれた。この比率を計算するに当たり、例証的なアミン
(例えば3−アミノ−1−プロパノール)中に存在するいかなる脂肪族ヒドロキ
シルも考慮に入れなかった。OH−アミン/エポキシ比中の「OH」は、フェノ
ールOH(すなわちフェノール連鎖延長剤からの)を指し、「アミン」はアミン
連鎖延長剤および触媒からのあらゆるNH2および/またはNHを指す。
【0085】 接着剤は、23℃および90℃で上述の試験に従ってキロニュートン(kN)
で亀裂伝播負荷、ジュール(J)で総エネルギーを測定して衝撃剥離抵抗性につ
いて試験した。接着剤は23℃での上述の鋼基材上におけるT剥離接着について
も試験した。試験結果を第1表に示す。
【0086】
【表1】
【0087】 第1表のデータは、イミダゾリン触媒が触媒の最適濃度範囲全体にわたり、2
3℃および90℃で優れた衝撃剥離抵抗性と、並びに23℃で優れたT剥離接着
を提供できることを示す。
【0088】実施例21〜38 実施例1〜20と同様にして、エポキシ接着性組成物のパートBを調製した。
5.0gのパートBと、第2表に示すような異なる量およびタイプの三級アミン
および環状アミジン触媒とを混合してエポキシ接着剤を調製した。触媒量はグラ
ム数と反応性種(エポキシ、カテコール、および触媒)総重量の重量%で示し、
1.47%〜9.44%の範囲であった。OH−アミン/エポキシ比は約0.8
に維持された。接着性組成物を上述のように鋼基材上でT剥離接着について試験
した。
【0089】実施例C1〜C5 使用した触媒が適切な接着剤を生じなかったこと以外は、実施例21〜38と
同様にして実施例C1〜C5の接着剤を調製した。特定の化合物および対応する
試験データを第2表に示す。
【0090】
【表2】
【0091】 第2表の結果は、異なる量およびタイプの触媒を使用することで、本発明のエ
ポキシ接着性組成物のT剥離接着性能がどのように変化するかを示す。
【0092】 第3表に示す反応性種重量を基準にした触媒濃度(触媒%)が異なる実施例2
1、24、31、34、および38についても、23℃および90℃での亀裂伝
播負荷および総エネルギー、そして121℃での鋼基材上における重なり剪断接
着(剪断、MPa)を測定して、衝撃抵抗性について試験した。
【0093】
【表3】
【0094】 第3表のデータは、本発明の異なる量およびタイプの触媒を使用することで、
本発明の組成物の室温および高温での衝撃剥離抵抗性、そして高温での重なり剪
断強度が変化することを示す。
【0095】 実施例21〜38の触媒は、三級アミン(実施例26、31、32、36、お
よび38)および置換環状アミジン(実施例21〜25、27〜30、33〜3
5、および37)として述べられる広い分類の触媒に入る。いくつかの環状アミ
ジンは、置換化学に対して他よりも感受性が高い。いくつかの置換基は環状アミ
ジンの触媒性能を助け、他の置換基はそれに害を与えることができる。環状アミ
ジンの有効性は、不適切な置換化学によって大きく損なわれる。さらに環状アミ
ジン結合の窒素上にまたは窒素に隣接していずれの置換基があるかによって、触
媒の示す触媒活性の程度が定まる。特定の置換化学の効果を予測することは非常
に難しく、典型的に試行錯誤によって定まる。環状アミジンは置換基の電子吸引
性効果に対して特に感受性が高いが、それらは立体障害などの立体化学効果に対
しても感受性が高いかもしれない。三級アミンは高度な立体障害を示す置換基に
対して特に感受性が高ので、ジメチル置換が好ましい。例えばピロリジンおよび
ピペリジンなどの二級アミンは、概して効果の低い触媒として始まり、置換され
た場合はより弱くあるいは強くなる。
【0096】 実施例C1〜C5の触媒は、それらの固有の化学的性質のために立体障害が大
きすぎる(C1)、電子吸引性が強すぎる基を含有する(C2およびC5)、あ
るいは触媒として効果がない(C3およびC4)。強力な電子吸引性基を含有す
るのに加えて、実施例C2の触媒は立体的に障害され、および/または適切な溶
解性を有さないかもしれない。第2表の実施例で使用されるその他のいくつかの
触媒も特定の用途では許容できないかもしれない。例えば実施例26の接着剤は
、いくつかの構造的結合用途に対しては適切でないかもしれない(例えば強さが
足りない)。さらに実施例28〜33および35〜38の接着剤は、その他の構
造的結合用途に対して適切でないかもしれない(例えば強さが足りない)。
【0097】 触媒の効果がない別の様式は、それがパートAおよびBの配合物中に不溶性ま
たは十分溶解性でない場合である。触媒はいくつかの基材の結合に使用された場
合、効果がないかあるいは効果が少ないが、その他の基材の結合に使用された場
合、非常に効果的である。この有効性の相違は、少なくともある程度は接着剤硬
化が速すぎて、接着剤が基材表面を十分に濡らす時間が不十分なことから引き起
こされる。硬化が速すぎると接着剤は特定の基材を適切に濡らして結合するのに
必要な時間が足りないかもしれず、そのため全体的な結合強度が低下する。いく
つかの基材は、その他の基材に比べて急速な硬化時間の影響を受けにくい。例え
ば上述の蝕刻アルミニウム基材は、硬化時間に対して上述の亜鉛メッキ鋼基材よ
りも感受性が低い。特に実施例46および49は、実施例38および36でそれ
ぞれ使用されるのと同一の触媒を使用しているが、実施例46および49の(す
なわち蝕刻アルミニウに結合した)接着剤は、実施例38および36(すなわち
亜鉛メッキ鋼に結合した)接着剤に比べて、劇的に改善されたT剥離接着を示す
。どちらもイミダゾール触媒性接着剤であるにもかかわらず、実施例39の(す
なわち亜鉛メッキ鋼に結合した)ものに比べて、実施例50の(すなわち蝕刻ア
ルミニウムに結合した)接着剤が示すT剥離接着にも顕著な改善が見られる。
【0098】実施例39〜42 191gのEpon828、70gのMK107、307gの実施例1〜20
で述べた先のパートBプレミックス組成物、154gのShell樹脂5800
6、および122gのカテコールをガラスジャーに入れて窒素でフラッシュし、
次に121℃のオーブンに入れてパートBプレミックス組成物を作った。これら
の構成成分を時折撹拌して融解させ、均質な溶液を形成した。これを次に周囲温
度に冷却させて、767gを遊星型混合ボールに移し入れた。これに196gの
GP7I、16.9gのTS720、6.8gのK37、および13.5gのガ
ラスビーズを添加した。次にこれを真空下で20分間混合して、滑らかなペース
ト様粘稠度にした。得られたパートB組成物の5gに、第4表に述べるような各
触媒のそれぞれの量を添加した。各触媒量は、グラム数および反応性種の重量%
で示される。接着性組成物を上述のように鋼基材上でT剥離接着について試験し
た。
【0099】
【表4】
【0100】 実施例42の触媒(すなわち1,2−ジメチル−1,4,5,6−テトラヒド
ロピリミジン)は、日本国大阪の広栄化学工業によって製造される。第4表のデ
ータから分かるように、イミダゾール環上のフェニル置換基の位置は、顕著な影
響を有することができる。1−位では低いT剥離強度によって証明されるように
、フェニル置換基の電子吸引力は触媒の効果をなくするのに十分強力である(実
施例C2も参照されたい)。2−位では比較的高いT剥離強度によって証明され
るように、フェニル置換基の電子吸引力ははるかに弱い。実施例C5によって示
されるように、フェニル基の電子吸引性効果はイミダゾリン環上の2−位でより
顕著である(すなわち2−位における置換は、イミダゾールよりもイミダゾリン
でより有害な影響を有する)。置換基のタイプおよび位置は、接着剤の特性に対
して多かれ少なかれ影響を有する。
【0101】実施例43〜51 エポキシ樹脂プレミックス組成物は、1016gのEpon828および19
4gのParaloid BTA IIIFコアシェル共重合体を84/16の
重量比で、中剪断ミキサー内で110℃〜120℃で約1時間混合して作られた
。混合物はゲル粒子を含まず、あるいは少なくとも実質的に含まなかった。混合
物は裸眼で薄膜中にゲル粒子が見えなければ、ゲル粒子を実質的に含まないと考
えられた。1000gのプレミックスを190gのカテコールと共にジャーに入
れて、エポキシ接着性組成物のパートBを調製した。ジャーを窒素でフラッシュ
し、カテコールが溶解するまで時折撹拌して121℃のオーブンに約30分間入
れた。次に混合物を冷却した。パートBの一部分を第5表に示す濃度範囲の量の
様々な触媒と混合して、エポキシ接着性組成物を調製した。第5表(触媒濃度、
重量%)に示すように、0.5%〜6.4%で触媒量を変化させた。触媒濃度は
、反応性種総重量、すなわちエポキシ、カテコール、およびOH/エポキシ比が
約0.8の触媒の量を基準にした触媒の百分率である。上述の試験方法を使用し
て、接着剤をFPL蝕刻アルミニウム基材へのT剥離接着について試験した。
【0102】
【表5】
【0103】 第5表のデータは、異なる量およびタイプの触媒を使用することで、本発明の
エポキシ接着性組成物のFPL蝕刻アルミニウムへのT剥離接着がどのように変
化するかを示す。ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル触媒は、コネチカ
ット州ダンベリーのOSI Specialties Incorporate
dによって、Niax A99の名称の下に製造される市販の触媒である。実施
例48の接着剤のT剥離接着は、上述したように亜鉛メッキ鋼基材への結合では
はるかに低い(すなわち第5表で同一触媒濃度について示される値の半分に満た
ない)。
【0104】実施例52〜58 500gのEponTM828エポキシ樹脂と125gのParaloidTM
XL2600共重合体を高剪断ミキサーを使用して約110℃で約30分間混合
し、次に周囲温度に冷却してエポキシ樹脂プレミックス組成物を調製した。38
0gのプレミックス組成物、251gのEponTM828エポキシ樹脂、73g
のMK107反応性希釈剤、229gのGP−71シリカ、34gのK37ガラ
スバブル、20gのCab−0−SilTMTS−720シリカ、および14gの
ガラスビーズを遊星型ミキサー内で真空下約20分間混合して、エポキシ接着剤
のパートBを調製した。
【0105】 60gのカテコールと、触媒として第6表に示す異なる量の2−エチル−4−
メチルイミダゾリン(触媒量、g)とをジャーに入れ、窒素でフラッシュし、ジ
ャーに栓をして触媒組成物(パートA)を調製した。得られる触媒組成物を時折
撹拌しながら125℃のオーブン内で加熱して、パートAを形成した。次にパー
トAを周囲温度に冷却した。5.0gのパートBを第6表に示す異なる量のパー
トAと混合して、エポキシ接着性組成物を調製した。触媒の特定量をグラム数で
(触媒量、g)、並びにパートAの特定量をグラム数で、および触媒量を反応性
種、すなわちエポキシ、カテコール、アミン、および触媒の重量%(触媒%)で
第6表に示す。OH−アミン/エポキシ比は、約0.8に維持された。既述した
ように接着剤を23℃および90℃での衝撃剥離抵抗性、そして121℃での亜
鉛メッキ鋼基材への重なり剪断接着について試験し、試験結果を第6表に示す。
【0106】
【表6】
【0107】 第6表のデータは、異なる量の好ましい触媒と一定量のカテコールの混合物を
使用することで、衝撃剥離抵抗性および重なり剪断接着がどのように変化するか
を示す。カテコールが再結晶することは望ましくない。第6表は、2−エチル−
4−メチルイミダゾリン触媒については、カテコールが高触媒濃度で再結晶しに
くいことも示す。
【0108】実施例59〜68 60gのカテコール、40gの3−アミノ−1−プロパノール、および第7表
に示す異なるグラム数のイミダゾール(触媒−g)をジャーに入れて、撹拌しな
がら121℃のオーブン内で約10分間加熱して触媒組成物(パートA)を調製
した。次にパートAを周囲温度に冷却した。実施例52〜58で述べたように約
5gのパートBを第7表に示す異なるグラム数のパートA(パートA−g)と混
合して、二液型エポキシ接着剤を調製した。触媒量は、反応性種、すなわちエポ
キシ、カテコール、アミン、および触媒の百分率(触媒%)としても示される。
OH−アミン/エポキシ比は、実施例59〜62では約0.75に、実施例63
〜68では0.8に維持された。
【0109】 接着剤を上述のように衝撃剥離抵抗性、23℃でのT剥離接着、そして121
℃での鋼上での重なり剪断接着を試験した。試験結果を第7表に示す。比較例C
6〜C8は自動車工業で商業的に使用される従来技術のエポキシ接着剤であり、
試験結果は第7表に示す。比較例C6は、ウィスコンシン州のオーククリークの
Cemedine,U.S.A.Inc.によってMSCD457Bの名称の下
にChrysler Corporationのために製造される構造用1成分
型エポキシ接着剤であり、C7はミシガン州エードリアンのPPG Indus
triesによってMSCD457Cの名称の下にChrysler Corp
orationのために製造される構造用1成分型エポキシ接着剤であり、C8
はPPGによって998−1989の名称の下にGeneral Motors
のために製造される構造用1成分型エポキシ構造用接着剤である。
【0110】
【表7】
【0111】 第7表のデータは本発明の接着剤が、良好な衝撃剥離抵抗性を提供する量のイ
ミダゾールを触媒として有することができ、従来技術の構造用接着剤よりも優れ
た調合物が作れることを示す。第7表は、接着剤の衝撃剥離抵抗性がT剥離強度
よりも触媒濃度の増大に対する感受性が高い(すなわちより悪影響を受ける)こ
とも示す。したがって衝撃剥離抵抗性が許容できなくても、T剥離強度は許容可
能であることができる。
【0112】実施例69〜72 第8表に示す異なる量(グラム数)のイミダゾールを使用した以外は、実施例
63〜68と同様にエポキシ接着性組成物のパートAを調製した。パートAのそ
の他の構成成分は、上述のように60gのカテコールおよび40gの3−アミノ
−1−プロパノールであった。
【0113】 実施例52〜58と同様にエポキシ接着性組成物のパートBを調製した。約5
gのパートBを第8表に示す異なる量のイミダゾール含有する各パートAと混合
して、エポキシ接着剤を調製した。イミダゾールの量をグラム数、反応性種百分
率(%触媒)として、そしてエポキシ含有種、すなわちEponTM828および
MK107の百分率(%触媒/エポキシ)として示す。OH−アミン/エポキシ
比は約0.8であった。接着剤を上述のように23°Cにおける鋼基材上でのT
剥離接着について試験した。
【0114】比較例C9 イミダゾール量がエポキシ材料の0.25%(%触媒/エポキシ)、または反
応性種の0.21%(%触媒)であったこと以外は、実施例69〜72と同様に
エポキシ接着剤を調製した。接着剤を実施例69〜72と同様に試験した。
【0115】
【表8】
【0116】 第8表のデータは、有用な量のイミダゾールが反応性種を基準にして約0.3
5%を越え、好ましくは約0.5%を越えることを示す。
【0117】実施例73〜81 実施例52〜58で述べた約5gのパートBを第9表に示す異なる量および組
成物のパートA(パートA、g)に混合して、二液型接着剤を調製した。OH−
アミン/エポキシ比は一定に約0.8に維持された。カテコール(カテコール、
g)、3−アミノ−1−プロパノール(アミン、g)、および2−エチル−4−
メチルイミダゾリン(触媒、g)の量は、第9表に示すように異なった。調合物
中の反応性材料の重量%(触媒%)として、触媒(すなわち2−エチル−4−メ
チルイミダゾリン)の量も示した。
【0118】 カテコール、アミン、および触媒(すなわち2−エチル−4−メチルイミダゾ
リン)をジャー内で混合し、窒素でフラッシュして121℃のオーブン内で時折
撹拌しながら約10分間加熱してパートAを調製した。次にパートAをパートB
と混合する前に周囲温度に冷却した。
【0119】 接着剤を上述のように、清浄にして潤滑油塗布した鋼上での23℃におけるT
剥離接着について試験した。
【0120】
【表9】
【0121】 第9表のデータは、OH−アミン/エポキシの好ましい化学量論的比である約
0.8では、本発明の接着剤は、広範なカテコール対アミン重量比および触媒百
分率にわたり、清浄鋼および潤滑油塗布鋼の双方に対して優れたT剥離接着を示
せることを示す。
【0122】実施例82〜93 これらの実施例は、化学量論的比率(OH−アミン−エポキシ比)が約0.5
〜約1.0で異なったことと、カテコールおよびアミンの量がそれに応じて変化
したこと以外は実施例73〜81と同様にして調製した。パートAを実施例52
〜58で述べた約5gのパートBと混合した。パートAの量および組成物を第1
0表に示す。触媒(2−エチル−4−メチルイミダゾリン)レベルを調節し、反
応性種の百分率(触媒%)として示す。接着剤を上述のように、清浄鋼および潤
滑油塗布鋼の双方の上でT剥離接着について試験した。
【0123】
【表10】
【0124】 第10表のデータは、OH−アミン/エポキシ比が触媒濃度とは独立してT剥
離の結果に影響できることを示す。さらに比較的一定の触媒レベルでは、T剥離
接着は試験基材、カテコールおよびアミンの量、およびOH−アミン/エポキシ
比によって影響を受ける。
【0125】実施例94〜132 実施例94〜132のそれぞれについて、60gのカテコールを第11表に示
すタイプと量のアミン(アミン、g)および量の2−エチル−4−メチルイミダ
ゾリン(触媒、g)とジャー内で混合して、パートA触媒組成物を調製した。ジ
ャーを窒素でフラッシュして栓をし、次に121℃のオーブンに時折撹拌しなが
ら10分間入れて、均質な混合物を形成した。組成物を次に冷却した。各実施例
のパートAは、1:1のカテコール対アミンのモル比を有した。第11表に示す
量のパートA(パートA、g)を実施例52〜58で述べた約5gのパートBと
混合した。OH−アミン/エポキシ比は約0.8に維持され、反応性材料を基準
にした触媒量(触媒%)が示される。既述の試験方法に従って実施例94〜13
2の全てについて得られた、清浄鋼上でのT剥離接着試験結果を第11表に示す
。 パートAが再結晶した、あるいはアミンがパートA中で不溶性であったこと以
外は実施例94〜132と同様にして、実施例C10〜C15の接着剤を調製し
た。その結果、これらの実施例のいずれもが試験できなかった。
【0126】
【表11】
【0127】
【表12】
【0128】 第11表のデータは、アミン連鎖延長剤の選択が得られる接着剤の性能(例え
ばT剥離接着)に影響できることを示す。第11表は、本発明の実施において連
鎖延長剤として有用なアミンが、アミンに対してα位のまたはアミンそれ自体の
上の炭素を立体的に過度に障害せず、アミン部位に強力な電子吸引性基を有さな
いモノ一級アミンおよび二級ジアミンを含むことができることも示す。
【0129】実施例133〜139 500gのEponTM828エポキシ樹脂と125gのParaloid E
XL2600共重合体を高剪断ミキサーを使用して温度110℃〜120℃で約
30分間混合し、次に周囲温度に冷却し、エポキシ樹脂プレミックス組成物を調
製した。330gのエポキシプレミックス、164gのEPONTM58006樹
脂、209gのEponTM828エポキシ樹脂、76gのMK107反応性希釈
剤、231gのGP−71シリカ、8gのK37ガラスバブル、20gのCab
−0−SilTMTS−720シリカ、および15gのガラスビーズを遊星型ミキ
サー内で真空下20分間混合してパートBを形成した。
【0130】 60gのカテコールを第12表に示すタイプと量のアミンおよび2−エチル−
4−メチルイミダゾリン触媒(g)とジャー内で混合して、パートA触媒組成物
を調製した。アミンの反応性等量数は、実施例133〜139の全てで比較的一
定に0.22に維持された。ジャーを窒素でフラッシュして、次に121℃のオ
ーブンに時折撹拌しながら10分間入れた。組成物を周囲温度に冷却した。第1
2表に示すパートAの量(パートA、g)を上述の5.0gのパートBと混合し
た。OH−アミン/エポキシ比を約0.8に維持して、触媒量(触媒%)は反応
性種の重量を基準にして示す。上述のような23℃での鋼上におけるT剥離接着
試験の結果も第12表に示す。
【0131】
【表13】
【0132】 第12表のデータは、本発明の接着剤が、どのようにして一定の触媒レベルで
アミンの分子量を増大させながら、OH−アミン/エポキシ比を約0.8に維持
するように調合できるかを示す。データは、連鎖延長剤としてエーテルアミンを
カテコールと共に使用することの有用性も示す。
【0133】実施例140〜153 80gのカテコールと20gの様々なアミンを第13表に示す異なる量の2−
エチル−4−メチルイミダゾリン触媒(触媒、g)にジャー内で混合して、パー
トA触媒組成物を調製した。ジャーを窒素でフラッシュして、121℃のオーブ
ンに時折撹拌しながら10分間入れて、次に周囲温度に冷却して均質な混合物を
形成した。グラム数(パートA、g)で第13表に示す量のパートAを実施例1
33〜139で述べた5.0gのパートBに混合した。OH−アミン/エポキシ
比は約0.8に維持され、触媒量反応性種の重量を基準にして示される(触媒%
)。キロニュートンでの負荷およびジュールでのエネルギーとして測定されるT
剥離接着および衝撃剥離抵抗性試験結果を第13表に示す。あらゆる試験は、上
述のように23℃において清浄鋼上で実施された。
【0134】
【表14】
【0135】 第13表のデータは、本発明の実施において有用な追加的なアミンを示す。実
施例145および149は、ウィスコンシン州トーマのTomah Produ
cts Inc.によってそれぞれTomah159−6およびTomahPA
−7の商品名のもとに製造されるアミンである。
【0136】実施例154〜167 0.2gの2−エチル−4−メチルイミダゾリンを実施例52〜58の約5g
のパートB、さらに第14表に示された量のフェノール化合物と混合して、例証
的なエポキシ接着剤を調製した。約0.7のOH−アミン/エポキシ比を維持し
た。組成物を23℃において鋼上でT剥離接着について試験し、結果を第14表
に示す。第14表に示すフェノール化合物を使用したこと以外は、実施例154
〜167と同様にして比較例C16〜C21を調製した。
【0137】
【表15】
【0138】 第14表のデータは、連鎖延長剤の不使用をはじめとする様々なフェノール連
鎖延長剤のT剥離接着性能に対する影響を示す。
【0139】実施例168〜194 これらの二液型エポキシ接着剤のためのパートB組成物は、以下のようして調
製された。
【0140】組成物I 620gのEponTM828エポキシ樹脂、82gのMK107反応性希釈剤
、251gのGP−71シリカ,、9gのK37ガラスバブル、22gのCab
−0−SilTMTS−720シリカ、および16gのガラスビーズを遊星型ミキ
サー内で20分間混合して組成物Iを調製した。エポキシド相当重量は259で
あった。
【0141】組成物II 1969年4月1日に発行され、その内容を本願明細書に引用したものとする
米国特許番号第3,436,359号で開示されたような144gのポリテトラ
メチレンオキシドジアミン(強化剤A)を10分間かけて5gずつ、626gの
EponTM828エポキシ樹脂に100℃で1クォート缶内においてマイヤタイ
プ混合羽根を使用して混合して、エポキシ樹脂プレミックス組成物を調製した。
700gのプレミックスを76gのMK107反応性希釈剤、231gのGP−
71シリカ、8gのK37ガラスバブル、20gのCab−0−SilTMTS−
720シリカ、および15gのガラスビーズを遊星型ミキサー内で真空下20分
間混合して組成物IIを調製した。エポキシド相当重量は295であった。
【0142】組成物III 327gのEPONTM58006樹脂(強化剤B)、372gのEponTM
28エポキシ樹脂、76gのMK107反応性希釈剤、231gのGP−71シ
リカ、8gのK37ガラスバブル、20gのCab−0−SilTMTS−720
シリカ、および15gのガラスビーズを遊星型ミキサー内で真空下約20分間混
合して組成物IIIを調製した。エポキシド相当重量は302であった。
【0143】組成物IV 実施例52〜58で上述したように140gのParaloid EXL26
00共重合体(強化剤C)および560gのEponTM828エポキシ樹脂を混
合して、エポキシ樹脂プレミックス組成物を調製した。655gのプレミックス
組成物、45gのEponTM828エポキシ樹脂、および75gのMK107反
応性希釈剤、231gのGP−71シリカ、8gのK37ガラスバブル、20g
のCab−0−SilTMTS−720シリカ、および15gのガラスビーズを遊
星型ミキサー内で真空下約20分間混合して組成物IVを調製した。エポキシド
相当重量は295であった。
【0144】 229gの2−エチル−4−メチルイミダゾリン、4.4gのポリテトラメチ
レンオキシドジアミン、および626gカテコールをジャー内で合わせて窒素で
フラッシュし、次に栓をしてパートA触媒組成物のためのプレミックスを調製し
た。得られた781gのプレミックス組成物を時折激しく撹拌しながら121℃
のオーブン内で30分間かけて加熱し、均質な溶液を形成した。周囲温度に冷却
後、プレミックスを遊星型ミキサーボールに移し入れ、12gのカーボンブラッ
ク(ニュージャージー州のTeterboroのDeGussa Pigmen
ts DivisionからPrintex3の商品名の下に入手できる)、1
4gのGP7Iシリカ、21gのTS720シリカ、および4gのK37ガラス
バブルを添加した。パートA組成物を真空下で20分間混合した。カテコール量
が触媒量の約3倍であったため、このパートA組成物には再結晶する危険があっ
た。この危険を回避して高いカテコール含量を維持するために、パートA中のカ
テコール量を減少させてカテコールをパートBに添加することができる。
【0145】 1.0gのパートAを第15表にグラム数で示す異なる量のパートB組成物に
混合して、実施例168〜194のためのエポキシ接着性組成物を調製した。上
述の組成物I〜IVを重量で混合してパートBを調製し、例えば実施例168は
4.5gの組成物IIおよび0gの組成物Iを有する。パートBの量が調整され
てOH−アミン/エポキシ比は約0.8に維持され、エポキシ総重量を基準とす
る各強化剤(A、B、C)の重量%も示される。強化剤Aの濃度が増大すると、
パートBは時間と共に増粘するかもしれない。したがってパートBの形成直後に
、エポキシ組成物が混合されて基材に適用されることが望ましい。上述のように
鋼基材上で接着剤を23℃でT剥離接着について、90℃で衝撃剥離抵抗性エネ
ルギーについて試験した。試験結果を第15表に示す。
【0146】実施例169A、170A、172A〜174A、177A〜182A 実施例169〜182で使用されたパートB組成物I〜IVの相対量をOH/
エポキシ化学量論比0.75を反映するように調節したこと以外は、実施例16
9〜182と同じようにしてこれらの実施例のためのパートB組成物を調製した
。実施例169〜182で使用されたのと同じパートA組成物が使用された。 1.0gのパートAを第15表に示すパートB組成物I〜IVの各量と混合し
て、エポキシ接着性組成物を調製した。接着剤を上述のように鋼基材上で、−4
0℃、−30℃、および−20℃での衝撃剥離抵抗性について試験した。試験結
果を第15表に示す。
【0147】
【表16】
【0148】
【表17】
【0149】 第15表のデータはパートA組成物が同一の場合、量、タイプ、および組合せ
が異なる強化剤が、T剥離接着および衝撃剥離抵抗性にどのように影響するかを
示す。
【0150】実施例195〜199 以下のようにしてパートB組成物を調製した。
【0151】組成物V 436gのEpon828エポキシ樹脂と68gのEXL2600共重合体を
高剪断ミキサーを使用して110℃〜120℃の温度で約30分間混合し、その
時点で撹拌を継続しながら冷却を開始してエポキシ樹脂プレミックス組成物を調
製した。温度が100℃になったら、撹拌を継続しながら100gのカテコール
を添加した。5分後に、ゲル粒子または未溶解カテコールの形跡がない均質な混
合物が得られた。このプレミックス550gを65gのMK107反応性希釈剤
、155gのEpon58006エポキシ樹脂、199gのGP7Iシリカ、1
7gのTS−720ヒュームドシリカ、2gのK37ガラスバブル、および13
gのガラスビーズと共に遊星型ミキサーボールに移し入れて、真空下で20分間
混合して滑らかなペースト様粘稠度を得、組成物Vを調製した。
【0152】組成物VI 470gのEpon828エポキシ樹脂と46gのParaloid EXL
2600共重合体を高剪断ミキサーを使用して110℃〜120℃の温度で約3
0分間混合し、その時点で撹拌を継続しながら冷却を開始して、エポキシ樹脂プ
レミックス組成物を調製した。温度が100℃になったら、撹拌を継続しながら
46gの強化剤A(ポリテトラメチレンオキシドジアミン)をおよそ5gずつの
量で約10分間かけて添加し、未溶解の強化剤Aの形跡がない均質な溶液を得た
。次にさらに5分間、または均質な溶液が得られるまで撹拌を継続しながら10
0gのカテコールを添加した。このプレミックス601gを65gのMK107
反応性希釈剤、103gのEpon58006エポキシ樹脂、199gのGP7
Iシリカ、17gのTS720ヒュームドシリカ、2gのK37ガラスバブル、
および13gのガラスビーズと共に遊星型ミキサーボールに移し入れて、真空下
で20分間混合して滑らかなペースト様粘稠度とし、組成物VIを調製した。
【0153】組成物VII 560gのEpon828エポキシ樹脂と140gのEXL2600共重合体
を高剪断ミキサーを使用して110℃〜120℃の温度で約30分間混合して、
エポキシ/コアシェルプレミックスを調製した。次にこのプレミックス676g
を遊星型混合ボール移し入れた。これに171gの58006、71gのMK1
07、219gのGP7I、19gのTS720、および14gのガラスビーズ
を添加して、次に真空下で20分間混合して滑らかなペースト様粘稠度を得た。
【0154】組成物VIII 518gのEpon828エポキシ樹脂と50gのParaloid EXL
2600共重合体を高剪断ミキサーを使用して110℃〜120℃の温度で約3
0分間混合し、その時点で撹拌を継続しながら冷却を開始して、エポキシ樹脂プ
レミックス組成物を調製した。温度が100℃になったら、50gの強化剤Aを
およそ5gずつの量で約10分間かけて添加し、未溶解の強化剤Aの形跡が見ら
れない均質な溶液が得られるまで撹拌を継続した。このプレミックス562gを
71gのMK107反応性希釈剤、114gのEpon58006樹脂、219
gのGP7Iシリカ、19gのCab−O−Sil TS720ヒュームドシリ
カ、および14gのガラスビーズと共に遊星型ミキサーボールに移し入れ、真空
下で20分間混合して滑らかなペースト様粘稠度を得、組成物VIIIを調製し
た。
【0155】組成物IX 197gのEpon828、72gのMK107、組成物VIIで述べた31
7gのエポキシ/コア−シェルプレミックス、159gのEpon58006樹
脂、222gのGP7I、19gのTS720、および14gのガラスビーズを
合わせてパートB組成物を作った。この組合せを真空下で20分間混合し、滑ら
かなペースト様粘稠度を得た。
【0156】 パートA組成物を次のようにして調製した。
【0157】組成物AA 509gの2−エチル−4−メチルイミダゾリンと254gのカテコールをガ
ラスジャー内で合わせて窒素でフラッシュし、次に時折撹拌しながら121℃に
加熱して均質な溶液を形成し、プレミックス組成物を作った。695gのプレミ
ックスを265gのGP7Iシリカ、51gのCab−O−Sil TS720
ヒュームド、および10gのK37ガラスバブルと共に遊星型ミキサーボールに
移し入れて、組成物AA(パートA)を調製した。これらの構成成分を5分間混
合し、次に10gのPrintex3カーボンブラックを添加して、組成物全体
を真空下で20分間混合した。
【0158】組成物BB 250gの2−エチル−4−メチルイミダゾリン、132gの3−エトキシプ
ロピルアミン、391gのカテコール、および108gのレゾルシノールをガラ
スジャー内で合わせて窒素でフラッシュし、次に時折撹拌しながら121℃に加
熱して均質な溶液を形成してプレミックス組成物を作った。パートA中でカテコ
ールが再結晶しないようにレゾルシノールを添加した。800gのプレミックス
を156gのGP7Iシリカ,22gのCab−O−SilTS720ヒューム
ドシリカ、および18gのK37ガラスバブルと共に遊星型混合ボールに移し入
れ、5分間混合して組成物BB(パートA)を調製した。次に4.5gのPri
ntex3カーボンブラックを添加して真空下で20分間混合した。
【0159】組成物CC 238gの2−エチル−4−メチルイミダゾリン、143gの3−アミノ−1
−プロパノール、376gのカテコール、および43gのレゾルシノールをガラ
スジャー内で合わせて窒素でフラッシュし、次に時折撹拌しながら121℃に加
熱して均質な溶液を形成してプレミックス組成物を調製した。パートA中でのカ
テコール再結晶防止を少なくとも助けるために、レゾルシノールを添加した。次
に上記プレミックス727gを208gのGP7Iシリカ、13gのCab−O
−SilTS720、48gのK37ガラスバブル、および4gのPrinte
x3カーボンブラックと共に遊星型混合ボールに移し入れて、組成物CC(パー
トA)を調製した。この組合せを次に真空下で20分間混合した。得られるカテ
コール/3−アミノプロパノールの重量比は70/30であった。
【0160】 第16表に示す様々な組合せおよび量の上記パートB組成物(組成物V、VI
、VII、VIII、およびIX)を上記パートA組成物(組成物AA、BB、
およびCC)と混合して、二液型接着性組成物を調製した。量はグラム重量およ
びパートBとパートAの容量混合比(混合比B/A)で与えられる。上述のよう
に23℃で鋼上におけるT剥離接着および衝撃剥離抵抗性について接着剤を試験
した。試験サンプルのその他の寸法は、上述のままである。触媒レベルは4%(
全二液型接着性組成物重量を基準とする)に維持された。強化剤A材料の高いア
ミン相当重量が化学量論比に及ぼす影響は小さく、計算には含まれていない。O
H−アミン/エポキシ比はそれぞれ一定に約0.8に維持された。試験結果を第
16表に示す。
【0161】
【表18】
【0162】実施例200〜231 実施例52〜58のようにしてパートB組成物を調製した。47gのカテコー
ル、47gのドデシルアミン、および触媒として第17表に示す異なる量(触媒
、g)のイミダゾールまたは2−エチル−4−メチルイミダゾリンまたはそれら
の組み合わせをジャーに入れて窒素でフラッシュし、次にジャーに栓をして各触
媒組成物(パートA)を調製した。次にジャーの組成物を121℃のオーブンで
時折撹拌しながら加熱して、パートAを形成した。次にパートAを周囲温度に冷
却した。
【0163】 5.0gのパートBを第17表に示す異なる量のパートAと混合して、エポキ
シ接着性組成物を調製した。触媒の特定量(触媒、g)、並びにパートAの特定
量(パートA、g)をグラム数で、触媒量を反応性種、すなわちエポキシ、カテ
コール、アミン、および触媒の百分率(触媒%)として、そして触媒量を全接着
剤調合物の百分率(T%)として示す。OH−アミン/エポキシ比は実施例20
0〜215では0.75、実施例216〜231では0.95であった。コーテ
ィング重量300mg/ft-2で潤滑油を塗布したG60HDES亜鉛メッキ鋼
およびFuchs4107Sを使用して、潤滑油塗布鋼上における23℃でのT
剥離接着および重なり剪断強度について接着性組成物を試験した。
【0164】
【表19】
【0165】 第17表のデータは、化学量論比(すなわちOH−アミン/エポキシ比)0.
75および0.95のためのイミダゾールおよび2−エチル−4−メチルイミダ
ゾリンの様々な組合せ、並びに単独の個々の触媒を示す。第17表のデータは、
触媒の組合せが使用される場合、各触媒のより低い濃度を使用して優れた重なり
剪断強度およびT剥離接着が提供できることを示す。さらに触媒の組合せを適切
なレベルで使用することで、広い化学量論範囲にわたり接着性組成物の性能(例
えば重なり剪断強度およびT剥離接着)が維持できるので、組成物の比率からの
外れに対する感受性が低下する。例えば実施例208と224との相違を実施例
211と227との類似性に比較されたい。さらに第17表は、OH−アミン/
エポキシ比が増大すると、パートA中の2−エチル−4−メチルイミダゾリンの
量が、T剥離接着および重なり剪断強度に対してより多くの影響を有することが
できる(すなわちより高い化学量論的比率で、2−エチル−4−メチルイミダゾ
リン濃度に対してT剥離接着および重なり剪断強度の感受性がより高くなる)こ
とを示す。
【0166】 実施例227および実施例208の各組成物を共に混合して、薄いサンプル層
に塗り広げて、室温でおよそ3日間連鎖延長させた。双方の組成物を連鎖延長さ
せて固形となした。3日後、実施例227の組成物サンプルは、より脆い実施例
208の組成物サンプルよりも柔軟になった。室温での4日間の連鎖延長期間後
、実施例227の組成物サンプルは、乳棒と乳鉢を使用して易流動性の粉末に粉
砕するのに十分脆くなった。粉末を上述のように、受領した状態の2枚のG60
HDMS鋼基材間にはさんで205℃に10分間加熱し、室温に冷却して重なり
剪断試験試料を形成した。次にこれらの試料を上述のようにして試験したところ
、約23℃で19.0MPa(2760psi)の重なり剪断強度示した。実施
例227の組成物サンプルを混合して、室温におよそ1日間放置した。その後も
組成物は塗り広げることができた。組成物をライナー上に塗り広げてサンプルを
作った。固化を速めるために塗り広げたサンプルを60℃、70℃、および80
℃に1時間加熱した。次にそれぞれのサンプルを上述のように受領した状態のG
60HDMS鋼基材間にはさんで、163℃に20分間加熱して室温に冷却して
重なり剪断試験試料を形成した。次にこれらの試料を上述のようにそれらの重な
り剪断強度について試験した。70℃および80℃に加熱された接着剤からでき
た試料は、23℃で約17.3MPa(2500psi)の接着剤破損点重なり
剪断強度を示した。60℃に加熱した接着剤からできた試料は、23℃で約19
.3MPa(2800psi)の金属クーポン破損点重なり剪断強度を示した。
【0167】実施例232〜247 実施例94〜132と同様に、60/40および40/60のカテコール対ア
ミン重量比(カテコール/アミン比)で、カテコールと様々なタイプのアミン、
および触媒として第18表に示される異なる量の2−エチル−4−メチルイミダ
ゾリンを混合して、パートA触媒組成物を調製した。下記の第18表に示す量の
パートAを実施例52〜58で述べた約5gのパートBに混合した。OH−アミ
ン/エポキシ比は約0.8に維持された。全調合物を基準にした触媒量(T%)
、および反応性種を基準にした触媒量(触媒%)を持続性負荷結果と共に第18
表に示す。
【0168】実施例248 触媒(2−エチル−4−メチルイミダゾリン)を実施例1〜20で述べた5.
8gのパートBに直接添加した。持続性負荷試験結果を第18表に示す。
【0169】実施例249 4.6gの2−エチル−4−メチルイミダゾリン、4.1gのカテコール、お
よび0.5gのレゾルシノールをジャー内で合わせて窒素でフラッシュし、次に
ジャーに栓をしてパートA組成物を作った。組成物を121℃のオーブン内で時
折撹拌しながら加熱した。半透明の均質な溶液が形成した後、ジャーを冷却して
0.2gのPrintex3カーボンブラックを添加して組成物をペースト様粘
稠度に混合した。
【0170】 以下の成分をカップ内で合わせて、木製へらによって手でペースト様粘稠度に
混合しパートB組成物を作った。46.9gのEpon828、7.5gのMK
107、実施例52〜58で述べた6.6gのエポキシ樹脂プレミックス組成物
、16.5gのEponTM58006樹脂、23.1gのGP7Iシリカ、2.
0gのCab−O−SilTMTS720シリカ、および0.8gのK37ガラス
バブル。この混合物に8.5gのカテコールを添加して、均一に分散させた。次
にカップに栓をして、カテコールが完全に溶解し組成物が均一の粘稠度に混合す
るまで、時折撹拌しながら125℃のオーブン内で加熱した。混合物を周囲温度
に冷却した。5.7gのパートBと0.5gのパートAを小型の軟膏缶内で合わ
せて、均一の粘稠度に混合してエポキシ接着剤を調製した。持続性負荷試験結果
を第18表に示す。
【0171】実施例250 触媒としてイミダゾールを使用し化学量論比が0.92であったこと以外は、
実施例249と同様にして実施例250を調製した。比較例C22〜C26は市
販され、工業的に受け入れられている自動車接着用途のための1成分型または2
成分型エポキシまたはアクリレート接着剤である。比較例C22は、ウィスコン
シン州オーククリークのCemedineU.S.A.Inc.によってMSC
D457Bの名称の下に、ChryslerCorporationのために製
造される構造用1成分型エポキシ接着剤であり、C23はミシガン州エードリア
ンのPPGIndustriesによってMSCD457Cの名称の下に、Ch
ryslerCorporationのために製造される1成分型エポキシ接着
剤であり、C24はPPGによって998−1989の名称の下にGenera
lMotorsのめに製造される構造用1成分型エポキシ構造用接着剤であり、
C25はペンシルベニア州エリーのLordCorporationによってV
ersilockTM262の名称の下に製造される2成分型アクリル構造用接着
剤である。
【0172】
【表20】
【0173】 第18表のデータは、持続性負荷サイクル条件下でアミンおよび触媒のタイプ
と量が、硬化した接着剤の耐久性に影響することを示す。一般にカテコール量に
対してアミン量が増加すると、持続性負荷耐久性能の向上を得るためにより高い
触媒レベルが必要になるかもしれない。
【0174】 第19表に示す異なる鋼と潤滑油の組合せで、実施例248からのエポキシ樹
脂接着性組成物を持続性負荷(SLDサイクル)について試験した。
【0175】
【表21】
【0176】 第19表のデータは、金属タイプ、潤滑油タイプ、および潤滑油コーティング
重量が、持続性負荷耐久性にどのように影響できるかを例証する。
【0177】実施例251〜257 実施例52〜58のようにしてパートBの組成物を調製した。第20表に示す
ように種々の各アミン100gと異なる量の2−エチル−4−メチルイミダゾリ
ン触媒(触媒、g)をジャー内で混合して、いくつかのパートA触媒組成物を調
製した。これらの実施例では、連鎖延長剤としてアミンのみを使用した。第20
表に示すパートAの量(パートA、g)を上述の5.0gのパートBと混合した
。アミン/エポキシ比は0.82に維持され、触媒量は反応性種重量を基準にし
て示す(触媒%)。MEK清浄鋼および61MAL潤滑油塗布鋼上における23
℃でのT剥離接着結果を第20表に示す。
【0178】
【表22】
【0179】 第20表のデータは、アミンのみを含有する連鎖延長剤について満足な結果が
得られることを示す。一般に連鎖延長剤のアミン含量が増加すると、接着性組成
物が潤滑油塗布表面に結合する能力は低下するかもしれない。
【0180】 上に例示した接着性組成物が、1成分型接着剤並びに2成分型接着剤として使
用できると考えられる。上に例示した組成物は、例えば保護的コーティングとし
ても有用であると考えられる。
【0181】 本発明の接着剤から一体性を得ている構造組立品において、構造用またはフレ
ーム部材は、パネル部材と組み合わされることが多い。接着剤が硬化するまでフ
レームとパネルを正しい並びまたは位置に保持することは、困難な課題であるこ
とが多い。パーツは締め付けられまたは点溶接されて、パーツの位置が保持され
ることが多い。これらの組立技術は、窪みまたはその他のあらゆる表面欠陥がな
い、滑らかで連続した表面を必要とする仕上げパネルには適切でないことが多い
。1つ以上のフレーム部材中、および1つ以上の対応するパネル部材中に導入で
き、フレーム上にパネルを固定してその位置を保持し、接着剤が硬化して強力な
構造的結合を形成できるようにする自動整列または配列機能が開発されている。
このような構造は図6の組立品60に見ることができる。フレーム部材61aお
よび61bが示される。これらの部材61aおよび61bは別個の構成成分でも
、その他の構成成分に付着していても、あるいはフレーム組立品61中の一体パ
ーツでも良い。2つ以上のフランジ62aおよび62bを有するパネル62は、
フレーム部材61a、61b上の所定位置に固定される。金属(例えば鋼)から
できている場合、フレーム部材61aおよび61bがハイドロフォームされ、パ
ネル62が従来の技術を使用して打ち抜かれることが望ましい。接着材63はパ
ネル62と、各フレーム部材61aおよび61bとの間に配置される。接着材6
3は、本願明細書で開示されたものの1つ、またはその他のあらゆる構造用接着
剤であることができる。パネルおよび部材の寸法は、接着材63の部分66が、
各パネルフランジ62aおよび62bと、対応するフレーム部材61aおよび6
1bの間の狭い分離に毛管作用で吸い込まれるように決められる。フレーム61
に対するパネル62の位置は、位置決め手段によって保持される。位置決め手段
は接着材63が凝結または硬化するのに少なくとも十分長く、パネル62および
フレーム61を所定位置に保つ。ここで開示された接着剤については、この接着
材63の硬化が4時間以上かかることもある。位置決め手段は、パネルフランジ
62aおよび62bと対応するフレーム部材61aおよび61bとの間の圧力ま
たは摩擦嵌合を含んでも良い。位置決め手段はまた、フレーム部材61aおよび
61bの1つ以上にあるチャンネル、窪みまたはその他の凹み64の1つ以上の
組合せと共に、対応するパネルフランジ62aおよび62b上のはめ合わせ稜線
、***またはその他の突起65の1つ以上の組合せを含んでも良い。はめ合わせ
という用語は、突起の凸状部分が凹みの凹状部分の中に入ることを指す。それは
また凹み64がパネル62の上にあって、フレーム61の上の突起65にはまり
合うことを想定する。代案としては1つ以上の凹み64および突起65がパネル
62とフレーム61の双方にあって、対応する凹み64および突起65が互いに
はまり合う。さらにあらゆる従来のスナップ嵌合タイプ構造が、パネル62とフ
レーム61を一緒に保つのに適切かもしれない。凹み/突起および圧力または摩
擦嵌合双方の組合せも望ましいかもしれない。適切な打ち抜きまたはハイドロフ
ォームによって、これらの凹み64および突起65が、パネル62およびフレー
ム61の形成時に形成される。接着剤を無駄にすることなく、構造的一体性を持
つ継手を保持するのに十分な接着剤が使用できるように、参照番号63および6
6によって示される接着剤の位置が定まるように、フレーム61およびパネル6
2の寸法が選択されることが望ましい。さらに接着剤が、参照番号63および6
6によって示される片方または好ましくは双方の継手領域内の位置に毛管作用で
迅速に吸い込まれるようにように、フレーム61およびパネル62の寸法が定め
られることも望ましい。フレーム/パネル組立品60の形成において、接着剤は
組立の直前にパネル62またはフレーム部材61のどちらかまたは双方に塗布で
きる。接着剤の塗布後、パネル62は簡単に取り付けられてほとんど努力なしに
位置決め手段がパネルを正しい位置に配置する。パネル62を作成するのに使用
する材料(例えば金属)の弾力性は、パネルフランジ62aおよび62bが曲が
って突起65が対応する凹み64内の所定の位置にスナップするように、あるい
は凹み64がフレーム部材61aおよび61b上の対応する突起65上の所定の
位置にスナップするように調節できる。この自動位置決め機能によってパネル6
2が正確な並びに配置され、接着結合63および66に対して正確な幾何学的配
置が作成される。凹み64および突起65が存在の有無にかかわらず、フランジ
62aおよび62bが曲がって対応するフレーム部材61aおよび61bに圧力
がかかるようにパネル材料の弾力性を調節できる。
【0182】 本発明の精神と範囲を逸脱することなく本発明の多くの実施態様が具現できる
ので、本発明は、請求の範囲の記載に帰属する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 衝撃剥離強度を測定するために使用される試験装置で使用される試験ウエッジ
を示す。
【図2】 衝撃剥離強度を測定するために使用される試験装置で使用される試験ウエッジ
を示す。
【図3】 試験のために構成された試験試料、ウエッジ上へのその取り付け、および試験
力適用後の試料を示す。
【図4】 試験のために構成された試験試料、ウエッジ上へのその取り付け、および試験
力適用後の試料を示す。
【図5】 試験のために構成された試験試料、ウエッジ上へのその取り付け、および試験
力適用後の試料を示す。
【図6】 本発明の接着剤を使用して構造的に組み立てられ、パネルに接着されたハイド
ロフォームを含む組立品であって、接着剤硬化中に構造および位置を保持する手
段を含む組立品を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C R,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI ,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID, IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,K Z,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD ,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL, PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,S L,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,UZ ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 ロビンス,ジャニス アメリカ合衆国,ミネソタ 55133−3427, セント ポール,ピー.オー.ボックス 33427 (72)発明者 ホーバス,ダニエル ジェイ. アメリカ合衆国,ミネソタ 55133−3427, セント ポール,ピー.オー.ボックス 33427 Fターム(参考) 4J002 BN14X CD01W CD04W CD05W CD07W CD11W CD18X EJ016 EN026 EN036 EU027 EU117 EU137 FD146 FD157 GJ01 4J036 AA01 DB06 DC02 FB01 JA06 4J040 CA031 DL141 EC031 EC041 EC061 EC071 EC141 EC201 HB36 HB38 HC01 HC20 HC21 HC24 JA01 JA05 JA07 JA09 JA13 JB02 KA14 LA06 LA07 NA12 NA15 NA19 NA20

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つの連鎖延長剤、触媒、反応性エポキシ樹脂、
    および高分子強化剤の反応生成物を含むことで特徴づけられ、 前記少なくとも1つの触媒が実質的な量のエポキシ樹脂をより低い温度で連鎖
    延長させ、実質的な量の残りの反応性エポキシ樹脂をより高い温度で架橋させる
    ことで、少なくとも50重量%のエポキシ樹脂が連鎖延長された、熱硬化したエ
    ポキシ組成物。
  2. 【請求項2】 前記組成物が熱硬化したエポキシ接着剤である請求項1に記
    載の組成物。
  3. 【請求項3】 接着結合によって接合された第1の表面および第2の表面を
    含む構造体であって、前記接着結合が請求項2に記載の組成物の硬化した接着材
    を含む構造体。
  4. 【請求項4】 前記構造体が車両の少なくとも一部を含む請求項3に記載の
    構造体。
  5. 【請求項5】 前記接着材を通して形成した、前記第1の表面および第2の
    表面間に溶接されたまたは機械的に締結された結合をさらに含む請求項3に記載
    の構造体。
  6. 【請求項6】 (a)請求項2に記載の組成物の未硬化の接着材を第1の部
    材および第2の部材の少なくとも1つに塗布するステップと、 (b)前記未硬化の接着材を前記第1の部材および第2の部材の間にはさむス
    テップと、 (c)前記未硬化の接着材を硬化させて請求項2に記載の組成物を形成するこ
    とにより接着結合を形成することで、前記第1の部材および第2の部材を共に接
    着するステップと、 を含む請求項3に記載の構造体を組み立てる方法。
  7. 【請求項7】 前記第1の部材および第2の部材が金属でできており、前記
    方法が、前記硬化ステップの前に前記未硬化の接着材を通して前記第1の部材を
    前記第2の部材に溶接するステップをさらに含む請求項6に記載の方法。
  8. 【請求項8】 (a)アミン、フェノール、およびそれらの1つ以上をベー
    スとする化合物から成る群の少なくとも1つを含む連鎖延長剤と、 (b)環状アミジン、三級アミン、二級アミン、環状アミジン、およびそれら
    の1つ以上の置換化合物から成る群の少なくとも1つを含む塩基性触媒と、 (c)少なくとも1つの反応性エポキシ樹脂と、 (d)少なくとも1つの高分子強化剤と、 を含むことで特徴づけられるエポキシ組成物であって、 前記連鎖延長剤、前記反応性エポキシ樹脂、前記触媒、および前記強化剤のそ
    れぞれが、共に混合した際に熱硬化性接着剤を形成するのに効果的な量およびタ
    イプであり、前記接着剤が硬化した際に少なくとも50重量%のエポキシ樹脂が
    連鎖延長されるエポキシ組成物。
  9. 【請求項9】 前記組成物が接着性組成物である請求項8に記載の組成物。
  10. 【請求項10】 前記組成物が熱硬化性1成分型組成物である、請求項8ま
    たは9のいずれか1項に記載の組成物。
  11. 【請求項11】 前記組成物が、パートAおよびパートBを含む熱硬化性組
    成物であって、前記パートAが前記触媒を含み、前記パートBが前記反応性エポ
    キシ樹脂を含み、パートAおよびパートBの少なくとも1つが前記連鎖延長剤を
    さらに含み、前記連鎖延長剤がアミンを含む場合、前記アミンが前記パートAの
    みにある請求項8または9のいずれか1項に記載の組成物。
  12. 【請求項12】 前記組成物が、室温で前記エポキシ樹脂の連鎖延長および
    架橋の双方を引き起こす多官能性硬化剤または触媒を実質的に含まない、請求項
    8〜11のいずれか1項に記載の組成物。
  13. 【請求項13】 前記アミンおよび前記フェノールの少なくとも1つがモノ
    マー形態である、請求項8〜12のいずれか1項に記載の組成物。
  14. 【請求項14】 前記アミンが、一級モノアミン、二級ジアミン、およびそ
    れらをベースとする化合物から成る群の少なくとも1つであり、前記フェノール
    化合物が、ビスフェノール、ビフェノール、ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロ
    キシベンゼン、およびそれらをベースとする化合物から成る群の少なくとも1つ
    である、請求項8〜13のいずれか1項に記載の組成物。
  15. 【請求項15】 前記連鎖延長剤の少なくとも約50重量%がカテコールで
    ある、請求項8〜14のいずれか1項に記載の組成物。
  16. 【請求項16】 前記触媒が、イミダゾール、イミダゾリン、置換イミダゾ
    ール化合物、置換イミダゾリン化合物、1,4,5,6−テトラヒドロピリミジ
    ン、および置換1,4,5,6−テトラヒドロピリミジン化合物から成る群の少
    なくとも1つを含む、請求項8〜15のいずれか1項に記載の組成物。
  17. 【請求項17】 前記組成物中の反応性種を基準にして約0.5重量%〜約
    10.0重量%の範囲の量の前記触媒、前記組成物中の前記反応性種を基準にし
    て接着剤の約50重量%〜約90重量%の範囲の量の前記反応性エポキシ樹脂、
    および100重量部の前記反応性エポキシ樹脂を基準にして約5〜約35重量部
    の範囲の量の高分子強化剤を含有する、請求項8〜16のいずれか1項に記載の
    組成物。
  18. 【請求項18】 前記組成物の前記構成成分が、反応性水素部位と反応性エ
    ポキシ部位との化学量論当量比が0.5〜1.0未満の範囲になるような量で存
    在する、請求項8〜17のいずれか1項に記載の組成物。
  19. 【請求項19】 請求項8〜18のいずれか1項に記載の組成物を有する接
    着剤を提供するステップと、 少なくとも1つの連鎖延長剤、触媒、反応性エポキシ樹脂、および高分子強化
    剤を連鎖延長された接着性組成物を形成するように組み合わせるステップと、 前記連鎖延長された接着性組成物を2つ以上の対向する表面を接触させるよう
    に間に配置するステップと、 前記連鎖延長された接着性組成物が液化して、前記触媒が残りの反応性エポキ
    シ樹脂を架橋し、前記連鎖延長された接着性組成物が硬化して対向する表面を共
    に結合する温度と時間に、前記連鎖延長された接着性組成物の温度を上昇させる
    ステップと、 を含むことで特徴づけられる接着結合を作成する方法。
  20. 【請求項20】 前記接着剤が、液体、ペースト、フィルム、テープ、シー
    ト、スラグ、粒子、または粉末の形態で提供される請求項19に記載の方法。
  21. 【請求項21】 連鎖延長剤、高分子強化剤、触媒、および反応性エポキシ
    樹脂の少なくとも1つを組み合わせて、熱硬化性の連鎖延長されたエポキシ接着
    性組成物を形成し、 前記熱硬化性エポキシ接着性組成物の少なくとも50重量%のエポキシ樹脂が
    連鎖延長するように、実質的な量の前記エポキシ樹脂をより低い温度で連鎖延長
    させ、実質的な量の残りの反応性エポキシ樹脂をより高い温度で架橋させるよう
    に、前記少なくとも1つの触媒を選択するステップを含むことで特徴づけられる
    熱硬化性エポキシ接着性組成物を調製する方法であって、 前記エポキシ樹脂の連鎖延長がその調製現場で生じる方法。
  22. 【請求項22】 フレーム部材(61a)を有するフレーム(61)、およ
    びパネル部材(62a)を有するパネル(62)を含み、前記フレーム部材(6
    1a)が、前記フレーム部材(61a)と前記パネル部材(62a)の間に配置
    された構造用接着材(63)によって前記パネル部材(62a)に接着結合する
    接着結合組立品(60)であって、 少なくとも前記接着材(63)が凝結またはまたは硬化するのに十分な時間、
    相互作用して前記パネル部材(62a)を前記フレーム(61)上の所定の位置
    に固定して、前記フレーム部材(61a)に対する前記パネル部材(62a)の
    位置を保持する少なくとも1つの要素を前記フレーム部材(61a)に、少なく
    とも1つのその他の要素を前記パネル部材(62a)に有する位置決め手段によ
    って特徴づけられる組立品(60)。
  23. 【請求項23】 前記パネル(62)が2つのパネル部材(62a、62b
    )を含み、前記フレーム(61)が2つのフレーム部材(61a、61b)を含
    み、前記パネル部材(62a、62b)の各々がフランジであり、前記位置決め
    手段が前記フランジ(62a、62b)と前記フレーム部材(61a、61b)
    との間に圧力または摩擦嵌合を含む請求項22に記載の組立品(60)。
  24. 【請求項24】 前記パネル(62)が2つのパネル部材(62a、62b
    )を含み、前記フレーム(61)が2つのフレーム部材(61a、61b)を含
    み、前記パネル部材(62a、62b)の各々がフランジであり、前記位置決め
    手段がスナップ嵌合タイプの構造体を含む請求項22に記載の組立品(60)。
  25. 【請求項25】 前記パネル(62)が2つのパネル部材(62a、62b
    )を含み、前記フレーム(61)が2つのフレーム部材(61a、61b)を含
    み、前記パネル部材(62a、62b)の各々がフランジであり、前記位置決め
    手段が少なくとも1つの突起(65)にはまり合う少なくとも1つの凹み(64
    )を含み、前記フレーム部材(61a、61b)の少なくとも1つがはまり合う
    凹み(64)および突起(65)の一方を有し、前記フランジ(62a、62b
    )の少なくとも一方が他方を有する請求項22に記載の組立品(60)。
  26. 【請求項26】 前記パネル(62)および前記フレーム(61)が、車体
    の部分を形成する請求項22に記載の組立品(60)。
  27. 【請求項27】 前記接着材(63)が請求項1、8〜18のいずれか1項
    に記載の組成物を有する請求項22に記載の組立品(60)。
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