JP2005350514A - 湿気硬化型組成物とその用途 - Google Patents

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Abstract

【課題】湿度が10%以下の低湿度雰囲気下でも、速やかな湿気硬化性を有し、硬化後は優れた接着強度を有する湿気硬化型組成物、及びそれを用いてなるシーリング材又は接着剤を提供すること。
【解決手段】湿気硬化材料(A)100重量部に対して、双極性非プロトン溶剤(B)0.5〜10重量部を添加してなることを特徴とする、低湿度環境下で硬化可能な湿気硬化型組成物、湿気硬化材料(A)は、少なくとも架橋可能な加水分解性のシリル基を有する有機重合体(a)や分子両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(a)などを主成分とすることを特徴とする湿気硬化型組成物、或いは双極性非プロトン溶剤(B)は、ε−カプロラクタム、N−メチル−2−ピロリドンなどであることを特徴とする湿気硬化型組成物などを提供した。
【選択図】なし

Description

本発明は、湿気硬化型組成物及びその用途に関し、さらに詳しくは、室温でかつ低湿度環境下でも硬化、接着させるのに適した湿気硬化型組成物、及びそれを用いてなるシーリング材又は接着剤に関する。
近年、土木、建築建材や電子機器等の分野における接着剤或いはシーリング材として、イソシアネート基を有する変性ウレタンポリマー(ウレタンプレポリマー)や、シリル基含有特殊ポリマー、シラノール基を有するオルガノポリシロキサン、或いはエポキシ樹脂を主成分とする1液湿気硬化型組成物が広く用いられてきている(例えば、特許文献1〜4参照。)。
上記1液型の湿気硬化型組成物は、作業性が簡便であり、硬化後はバランスの良い性能を発現するので、近年、従来から一般的に使用されていたゴム系溶剤型接着剤やエポキシ樹脂系2液混合型接着剤に代替して、建築や土木等の分野で、床材、壁パネル材、天井材等の現場施工用接着剤として、その需要を拡大しつつある。
このような1液湿気硬化型組成物は、イソシアネート基を有する変性ウレタンポリマー(ウレタンプレポリマー)や、シリル基含有特殊ポリマー、又はシラノール基を有するオルガノポリシロキサンを主成分とする湿気硬化型組成物では、例えば、ウレタンプレポリマー中のイソシアネート基が空気中或いは被着体中の水分と反応して、架橋構造を有する高弾性、高強度の硬化皮膜を形成し、硬化する。また、エポキシ樹脂を主成分とする湿気硬化型組成物では、エポキシ樹脂と硬化剤としてのケチミンなどを含むものであるが、このケチミンなどが空気中の水分と反応して、活性アミンを生成し、この活性アミンによってエポキシ樹脂を硬化させるというものである。
従って、上記1液湿気硬化型組成物は、使用前に、例えば、主剤にポリエステルポリオール等を用い、硬化剤にポリイソシアネート等を使用するウレタン系2液型接着剤(又はシーリング剤)や、エポキシ樹脂に硬化剤を混合して用いる2液硬化型組成物に比べて、作業性に優れており、好ましいものである。
しかしながら、これらの湿気硬化型組成物の湿気硬化性は、養生(硬化)時の雰囲気温度や湿度あるいは被着体の温度や湿度等によって大きく左右されるので、例えば冬季のような低温度、低湿度雰囲気下においては、湿気硬化反応が著しく遅くなって、1週間程度の養生を行わないと硬化反応が十分に進行せず、優れた接着強度や耐熱性等を得られないという問題点がある。
このような問題点に対応するため種々の試みが成されており、例えば、ポリウレタン反応性ホットメルト接着剤の場合では、「a)反応性ポリウレタンプレポリマー、及びb)0.05〜0.15重量%の2,2’−ジモルホリノジエチルエーテルもしくはジ(2,6−ジメチルモルホリノエチル)エーテル触媒を含む触媒化されたポリウレタン反応性ホットメルト接着剤(湿気硬化型接着剤組成物)」が提案されている(例えば、特許文献5参照。)。
この特許文献5によれば、ポリウレタン反応性ホットメルト接着剤の硬化速度は、エーテルとモルホリン官能基を両方含む触媒の使用により、熱安定性をそれほど低下させることなく、大きく改良されている。
しかしながら、上記のような触媒を含有する湿気硬化型接着剤組成物の場合、湿気硬化 性は、確かに向上するものの、反面、接着剤の加熱溶融時にも架橋反応が進行するので、経時的な粘度上昇やゲル化が起こり易く、均一で安定した塗布作業が困難になるという問題点や、常温における貯蔵安定性も阻害され易いという問題点がある。
以上のように、湿気硬化型組成物の湿気硬化性は、養生(硬化)時の雰囲気湿度等によって、大きく左右されるので、例えば、湿度が10%以下の低湿度雰囲気下でも、速やかな湿気硬化性を有し、硬化後は優れた接着強度を有する湿気硬化型組成物が強く要望されている。
特開2001−262113号公報(特許請求の範囲等) 特開2004−107396号公報(特許請求の範囲等) 特開平9−132714号公報(特許請求の範囲等) 特開平5−9267号公報(特許請求の範囲等) 特許第2960323号公報(特許請求の範囲等)
本発明の目的は、上記従来の問題点に鑑み、湿度が10%以下の低湿度雰囲気下でも、速やかな湿気硬化性を有し、硬化後は優れた接着強度を有する湿気硬化型組成物、及びそれを用いてなるシーリング材又は接着剤を提供することにある。
本発明者は、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、従来の1液湿気硬化型組成物に、ある種の吸湿性の添加剤を配合すれば、湿度が10%以下の低湿度雰囲気下でも、速やかな湿気硬化性を有するのではないかと考え、各種添加剤を配合して実験を行ったところ、特定の溶剤、例えばN−メチル−2−ピロリドンを添加すると、湿度が10%以下の低湿度雰囲気下でも、速やかな湿気硬化性を有し、硬化後は優れた接着強度を有することを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて、完成するに至ったものである。
すなわち、本発明の第1の発明によれば、湿気硬化材料(A)100重量部に対して、双極性非プロトン溶剤(B)0.5〜10重量部を添加してなることを特徴とする、低湿度環境下で硬化可能な湿気硬化型組成物が提供される。
また、本発明の第2の発明によれば、第1の発明において、湿気硬化材料(A)は、少なくとも架橋可能な加水分解性のシリル基を有する有機重合体(a)、分子両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(a)、分子内に加水分解性アルコキシシリル基又はシラノール基を有する変性シリコーン(a)及び分子中に2個以上のケチミン基を有するポリケチミン化合物とエポキシ樹脂からなるエポキシ樹脂組成物(a)よりなる群から選ばれる少なくとも1種を主成分とすることを特徴とする湿気硬化型組成物が提供される。
さらに、本発明の第3の発明によれば、第1の発明において、双極性非プロトン溶剤(B)は、ε−カプロラクタム、N−メチル−2−ピロリドン、2−メチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、イミダゾール、ピロリダン、アクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド及びN,N−ジメチルアセトアミドよりなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする湿気硬化型組成物が提供される。
本発明の第4の発明によれば、第2の発明において、有機重合体(a)は、ビニル系重合体又はポリエーテル系重合体から選択される少なくとも1種であることを特徴とする湿気硬化型組成物が提供される。
また、本発明の第5の発明によれば、第4の発明において、前記ビニル系重合体が(メタ)アクリル酸エステル系重合体であることを特徴とする湿気硬化型組成物が提供される。
一方、本発明の第6の発明によれば、第1〜5のいずれかの発明に係る湿気硬化型組成物を用いてなるシーリング材が提供される。
また、本発明の第7の発明によれば、第1〜5のいずれかの発明に係る湿気硬化型組成物を用いてなる接着剤が提供される。
本発明の湿気硬化型組成物によれば、第1の発明においては、湿気硬化材料(A)に対して、双極性非プロトン溶剤(B)を特定割合で添加しているので、湿度が10%以下の低湿度雰囲気下でも、速やかな湿気硬化性を有し、硬化後は優れた接着強度を有するという効果がある。また、第2〜5の発明においては、湿気硬化材料(A)と双極性非プロトン溶剤(B)が特定のものであるので、いっそう速やかな湿気硬化性を有し、硬化後は優れた接着強度を有するという効果がある。
さらに、本発明の第6、7の発明において、本発明に係る湿気硬化型組成物は、上記の優れた性能を有するので、特にシーリング材や接着剤として好適である。
以下、本発明について、項目毎に詳細に説明する。
本発明の湿気硬化型組成物は、湿気硬化材料(A)100重量部に対して、双極性非プロトン溶剤(B)0.5〜10重量部を添加してなることを特徴とし、例えば、湿度が10%以下の低湿度環境下でも硬化可能である。
1.湿気硬化材料(A)
本発明の湿気硬化型組成物に用いられる湿気硬化材料(A)は、接着剤又はシーリング材などとして用いられる湿気硬化型材料、即ち湿気硬化型接着剤やシーリング剤である。
湿気硬化材料(A)の種類は、特に限定されるものではなく、常温で湿気硬化反応を起こし得るものであれば、いかなる湿気硬化材料であっても良いが、中でも、例えば、少なくとも架橋可能な加水分解性のシリル基を有する有機重合体(a)、分子両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(a)、分子内に加水分解性アルコキシシリル基又はシラノール基を有する変性シリコーン(a)や、分子中に2個以上のケチミン基を有するポリケチミン化合物とエポキシ樹脂からなるエポキシ樹脂組成物(a)、或いはシアノアクリレート系化合物(a)を主成分とする湿気硬化材料が挙げられ、好適に用いられる。
これらの湿気硬化材料は、それぞれ単独で用いられても良いし、場合によっては2種以上が併用されても良い。また、これらの湿気硬化材料は、常温で液状であっても良いし、半固形もしくは固形であっても良い。常温で液状の湿気硬化材料は、そのままの状態で塗布、使用することができ、常温で半固形、固形の湿気硬化材料は、加熱して熱溶融状態で塗布、使用したり、あるいはトルエン、アセトン、シクロヘキサン等の有機溶剤に溶解させた溶剤型接着剤として塗布、使用することもできる。
(1)有機重合体(a
本発明において、湿気硬化材料(A)として用いられる有機重合体(a)は、少なくとも架橋可能な加水分解性のシリル基を有するものであって、例えば、ビニル系重合体やポリエーテル系重合体などが挙げられる
少なくとも架橋可能な加水分解性シリル基を有するビニル系重合体とは、1)架橋可能な加水分解性シリル基を有する開始剤を用いて重合を開始する方法、2)架橋可能な加水分解性シリル基を有する連鎖移動剤を用いる方法、3)架橋可能な加水分解性シリル基を有するモノマーを共重合する方法等により得ることができる。
尚、上記ビニル系重合体には、主鎖及び側鎖に、全体の50%以下の範囲でウレタン結合あるいはシロキサン結合からなる単位を含んでいてもよい。
ビニル系重合体を製造する際に用いられるビニルモノマーについては、特に限定されず、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、ペンタフルオロプロピル(メタ)アクリレート、パーフルオロシクロヘキシル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロニトリル、グリシジル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、α−エチル(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、ビニルモノマーに含まれる東亜合成化学工業株式会社製のアロニクスM−5700、東亜合成化学工業株式会社製のマクロモノマーであるAS−6、AN−6、AA−6、AB−6、AK−5、ダイセル化学工業株式会社製のPlaccel FA−1、Placcel FM−1、Placcel FM−4、(メタ)アクリル酸のヒドロキシアルキルエステル類などのα,β−エチレン性不飽和カルボン酸のヒドロキシアルキルエステル類とリン酸もしくはリン酸エステル類との縮合生成物たるリン酸エステル基含有ビニル系化合物;スチレン、α−メチルスチレン、クロロスチレン、スチレンスルホン酸、4−ヒドロキシスチレン、ビニルトルエンなどの芳香族炭化水素系ビニル系化合物;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などの不飽和カルボン酸、それらの塩(アルカリ金属塩、アンモニウム塩、アミン塩など)、それらの酸無水物(無水マレイン酸など)またはそれらと炭素数1〜20の直鎖または分岐のアルコールとのジエステルまたはハーフエステルなどの不飽和カルボン酸のエステル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ジアリルフタレートなどのビニルエステルやアリル化合物;ビニルピリジン、アミノエチルビニルエーテルなどのアミノ基含有ビニル系化合物;イタコン酸ジアミド、クロトンアミド、マレイン酸ジアミド、フマル酸ジアミド、N−ビニルピロリドンなどのアミド基含有ビニル系化合物;2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、メチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、クロロプレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレン、フルオロオレフィンマレイミド、N−ビニルイミダゾール、ビニルスルホン酸などのその他のビニル系化合物が挙げられる。
上記ビニルモノマーは、1種のみが用いられてもよく、2種以上併用されてもよい。
上記ビニルモノマーを用いて、例えば、以下の合成によりビニル系重合体が得られる。
(i)アリル基を有する(メタ)アクリル酸エステル系共重合体をVIII族遷移金属の存在下で、ヒドロシリコン化合物と反応させる方法。
(ii)ビニルモノマーを、アルコキシシリル基を含有するアルキル(メタ)アクリレート及びメルカプト基を含有する連鎖移動剤の存在下で共重合させる方法。
(iii)ビニルモノマーを、2官能ラジカル重合性化合物及び連鎖移動剤としてアルコキシシリル基を含有するメルカプタンの存在下で共重合させる方法。
(iv)ビニルモノマーを、重合開始剤としてアルコキシシリル基を含有するアゾビスニトリル化合物を使用して重合する方法。
(v)リビングラジカル重合法により、ビニル系重合体を製造する方法。
これらの重合体の中でも、主鎖が(メタ)アクリル酸とアルキル基の炭素数が1〜12のアルキル(メタ)アクリレートからなる重合体(共重合体)が、柔軟性の点から好ましく、さらに好ましくは(メタ)アクリル酸とアルキル基の炭素数が2〜8のアルキル(メタ)アクリレートからなる重合体(共重合体)である。
また、架橋可能な加水分解性シリル基としては、メトキシシリル及びエトキシシリル基などのアルコキシシリル基が反応後有害な副生成物を生成しないので好適である。
ビニル系重合体の分子量が小さ過ぎると、硬化物がもろくなることがあり、大き過ぎると、作用性が悪くなることがある。従って、ビニル系重合体の平均数分子量は、好ましくは、1万〜15万であり、分子量分布Mw/Mn(重量平均分子量/数平均分子量)が3以下のものが、作業性と硬化物の伸びとのバランスに優れている点で好ましい。
また、上記の加水分解性シリル基を有するポリエーテル系重合体は、本質的に主鎖がポリエーテル系重合体であって、例えば、変成シリコーンポリマーとも呼ばれるものであり、主鎖の分子量が4000〜30000からなるポリオキシアルキレンからなり、末端に架橋可能な加水分解性シリル基を有する重合体が挙げられる。
上記ポリオキシアルキレンとしては、例えばポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシブチレン等が挙げられる。また、上記加水分解性シリル基としては、メトキシシリル基、エトキシシリル基等が挙げられる。
ポリエーテル系重合体は、例えば、鐘淵化学工業社製、商品名MSポリマーとして、MSポリマーS−203、S−303など、サイゲルポリマーとして、サイゲルSAT−200、SAT−350、SAT−400、旭ガラス社製、商品名「エクセスター」として、エクセスターESS−3620、ESS3430、ESS2420、ESS2410などが市販されている。
ポリエーテル系重合体の製造方法としては、例えば、末端に加水分解性のアリル基を有するポリオキシアルキレンを、VIII族遷移金属の存在下で、水素化珪素化合物と反応させることにより得られる。
加水分解性シリル基を有するポリエーテル系重合体は、大気中の湿気で硬化するものであるが、この際、硬化触媒を含有させておくのが、一般的である。
硬化触媒としては、変成シリコーン系樹脂の硬化触媒として用いられているものであれば、どのようなものでも使用し得る。例えば、テトラブチルチタネート,テトラプロピルチタネート,テトライソプロピルチタネート,チタンテトラアセチルアセトナートなどのチタン酸エステル類;ジブチルすずジラウレート、ジブチルすずマレエート、ジブチルすずジアセテート、オクチル酸すず、ナフテン酸すず、ステアリン酸すず、バーサチック酸すず、ジブチルすずオキサイドとフタル酸エステルとの反応物、ジブチルすずジアセチルアセトナートなどの有機すず化合物類;アルミニウムトリスアセチルアセトナート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、ジイソプロポキシアルミニウムエチルアセトアセテートなどの有機アルミニウム化合物類;ビスマス−トリス(2−エチルヘキソエート)、ビスマス−トリス(ネオデカノエート)などのビスマス塩と有機カルボン酸または有機アミンとの反応物など;ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、チタンテトラアセチルアセトナートなどのキレート化合物類;オクチル酸鉛などの有機鉛化合物;ナフテン酸鉄などの有機鉄化合物;有機バナジウム化合物;ブチルアミン、オクチルアミン、ラウリルアミン、ジブチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、オレイルアミン、シクロヘキシルアミン、ベンジルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、キシリレンジアミン、トリエチレンジアミン、グアニジン、ジフェニルグアニジン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、モルホリン、N−メチルモルホリン、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7(DBU)などのアミン系化合物あるいはそれらのカルボン酸などとの塩;過剰のポリアミンと多塩基酸とから得られる低分子量ポリアミド樹脂;過剰のポリアミンとエポキシ化合物との反応生成物などを、単独で又は混合して用いることができる。
これらの硬化触媒のうち、有機金属化合物類、または有機金属化合物類とアミン系化合物の併用系が硬化性の点から好ましい。さらには、硬化速度が速い点からジブチルすずマレエート、ジブチルすずオキサイドとフタル酸エステルとの反応物、ジブチルすずジアセチルアセトナートが好ましい。また、復元率の高い硬化物が得られるという点から、ジオクチル酸すずとラウリルアミンの併用系も好ましい。
(2)ウレタンプレポリマー(a
本発明において、湿気硬化材料(A)として用いられるウレタンプレポリマー(a)は、分子両末端にイソシアネート基を有するものであって、ポリオールとポリイソシアネート化合物とから合成される。即ち、分子末端に水酸基を有するポリオールと分子末端にイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物との付加反応により得られる。
使用するポリオールの種類により、ウレタンプレポリマー(a)は、常温で液状となったり、常温で半固形状もしくは固形状となるので、得られる湿気硬化型組成物も常温で液状となったり、常温で半固形状もしくは固形状となる。常温で液状の湿気硬化型組成物は、そのままの状態で常温で使用すれば良く、また、常温で半固形状もしくは固形状の湿気硬化型組成物は、例えば、ホットメルト型接着剤として加熱溶融して使用するか、あるいは、例えばトルエン、アセトン、シクロヘキサン等の有機溶剤に溶解した溶剤型接着剤として、常温で使用すれば良い。
ウレタンプレポリマーの合成に用いられるポリオールとしては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリアルキレンポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリマーポリオール等が挙げられるが、なかでも、結晶化し難く、湿気(水分)を透過し易いことから、ポリエーテルポリオールが好適に用いられる。これらのポリオールは、単独で用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。
ポリエーテルポリオールとしては、特に限定されるものではないが、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコールなどの単独重合体やこれらの共重合体;活性水素を2個以上有する低分子量活性水素含有化合物の1種もしくは2種以上の存在下で、エチレンオキサイドおよびプロピレンオキサイドを開環重合させて得られるポリオキシエチレン−プロピレンポリオールのランダム共重合体および/またはブロック共重合体;テトラヒドロフランの開環重合によって得られるポリオキシテトラメチレングリコール等が挙げられる。
これらのポリエーテルポリオールは、単独で用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。
上記活性水素を2個以上有する低分子量活性水素含有化合物としては、特に限定されるものではないが、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、1,6−ヘキサンジオールなどのジオール;グリセリン、トリメチロールプロパン、1,2,6−ヘキサントリオールなどのトリオール;アンモニア、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミンなどのアミン等が挙げられる。
これらの活性水素を2個以上有する低分子量活性水素含有化合物は、単独で用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。
ポリエステルポリオールとしては、特に限定されるものではないが、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、1,5−ナフタル酸、2,6−ナフタル酸、琥珀酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、デカメチレンジカルボン酸、ドデカメチレンジカルボン酸などの多価カルボン酸と、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジオールなどのポリオールとの反応により得られるポリエステルポリオール;ε−カプロラクタムを開環重合して得られるポリ−ε−カプロラクトンポリオール等が挙げられる。
これらのポリエステルポリオールは、単独で用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。
ポリアルキレンポリオールとしては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリブタジエンポリオール、水素化ポリブタジエンポリオール、水素化ポリイソプレンポリオール等が挙げられる。
これらのポリアルキレンポリオールは、単独で用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。
ポリカーボネートポリオールとしては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリヘキサメチレンカーボネートポリオール、ポリシクロヘキサンジメチレンカーボネートポリオール等が挙げられる。
これらのポリカーボネートポリオールは、単独で用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。
ポリマーポリオールとしては、特に限定されるものではないが、例えば、上記ポリエーテルポリオールやポリエステルポリオールに、アクリロニトリル、スチレン、メチル(メタ)アクリレートなどのエチレン性不飽和基を有するモノマーをグラフト重合させて得られるグラフト重合体等が挙げられる。
これらのポリマーポリオールは、単独で用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。
また、ウレタンプレポリマーの合成に用いられるポリイソシアネート化合物としては、特に限定されるものではないが、例えば、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートの液状変性物、ヘキサメチレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、シクロヘキサンフェニレンジイソシアネート、ナフタレン−1,5−ジイソシアネート等が挙げられるが、なかでも、安全性、取り扱い易さ、反応性等の点で優れることから、ジフェニルメタンジイソシアネートやジフェニルメタンジイソシアネートの液状変性物が好適に用いられる。
これらのポリイソシアネート化合物は、単独で用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。
ウレタンプレポリマーの合成方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、前記ポリオールと上記ポリイソシアネート化合物とをポリオール中の水酸基(OH)に対するポリイソシアネート化合物中のイソシアネート基(NCO)の比率(NCO/OH)がモル比で好ましくは1.2〜15.0、より好ましくは2.0〜5.0となるような割合で混合し、窒素気流中で、80〜100℃程度の温度で3〜5時間程度反応させる方法等が挙げられ、このような方法を採ることにより、所望のウレタンプレポリマーを得ることができる。
上記NCO/OH(モル比)が1.2未満であると、ウレタンプレポリマーの粘度が著しく高くなって、得られる湿気硬化型組成物の作業性が悪くなることがあり、一方上記NCO/OH(モル比)が15.0を超えると、得られる湿気硬化型組成物が硬化時に激しく発泡して、接着強度が乏しくなることがある。
本発明で用いられるウレタンプレポリマーは、単一のウレタンプレポリマーであっても良いし、予め合成された複数のウレタンプレポリマーが所定の割合で混合されてなる混合ウレタンプレポリマーであっても良い。
また、本発明においては、ウレタンプレポリマー(a)100重量部に対して、湿気硬化反応促進剤0.001〜1重量部が添加されてなることが好ましい。
上記湿気硬化反応促進剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、アミン系触媒や有機金属化合物系触媒等が挙げられる。これらの湿気硬化反応促進剤は、単独で用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。
ウレタンプレポリマー100重量部に対する湿気硬化反応促進剤の添加量が0.001重量部未満であると、湿気硬化型組成物の湿気硬化反応速度が遅くなることがあり、一方ウレタンプレポリマー100重量部に対する湿気硬化反応促進剤の添加量が1重量部を超えると、もはや湿気硬化反応促進効果はそれ以上向上しないにもかかわらず、コスト高となることがある。
(3)変性シリコーン(a
本発明において、湿気硬化材料(A)として用いられる変性シリコーン(a)は、分子内に加水分解性アルコキシシリル基又はシラノール基を有するものであって、公知の湿気硬化性シリコーンゴム組成物のベースポリマー成分などが挙げられる。また、分子内に加水分解性アルコキシシリル基を有するものとしては、例えば、前記の加水分解性シリル基を有するポリエーテル系重合体が挙げられる。
上記のベースポリマー成分の好ましい例としては、次の一般式(1)で示されるシラノール基末端オルガノポリシロキサンが挙げられる。
一般式(1):

(但し、Rは、置換もしくは非置換の一価炭化水素基であり、nは、25℃における粘度が60〜100,000cpになるような整数である。)
一般式(1)において、Rの非置換又は置換の1価炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等のシクロアルキル基;ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、イソブテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基等のアルケニル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ビフェニリル基等のアリール基;ペンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、メチルベンジル基等のアラルキル基;並びにこれらの基の炭化原子に結合している水素原子の一部又は全部がフッ素、塩素、臭素等のハロゲン原子、シアノ基、アミノ基などで置換された基、例えば、クロロメチル基、2−ブロモエチル基、3−クロロプロピル基、3−アミノプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、クロロフェニル基、フルオロフェニル基、シアノエチル基、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシル基等が挙げられ、好ましくは、メチル基である。
また、一般式(1)において、nは、25℃における粘度が60〜100,000cpの範囲、好ましくは700〜50,000cpの範囲となるような整数である。
このオルガノポリシロキサンは、単独で又は2種以上組み合わせて使用できる。
上記の一般式(1)で示されるシラノール基末端オルガノポリシロキサン100重量部には、次の一般式(2):
Si(RO)4−a (2)
(式中、Rは、置換もしくは非置換の一価炭化水素基、Rは、アルキル基又はアルコキシアルキル基であり、aは0、1又は2である。)で表されるアルコキシシランもしくはその部分加水分解縮合物0.01〜20重量部と併用されることが好ましい。このアルコキシシランもしくはその部分加水分解縮合物は、シラノール基末端オルガノポリシロキサンと縮合反応して、これを架橋させる成分である。
一般式(2)において、Rは、置換もしくは非置換の一価炭化水素基の中から選ばれる少なくとも一種の基である。この一価炭化水素基としては、一般式(1)におけるRの場合と同様のものが挙げられる。
また、Rは、アルキル基又はアルコキシアルキル基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、オクタデシル基等のアルキル基;メトキシエチル基、エトキシエチル基、メトキシプロピル基、メトキシブチル基等のアルコキシアルキル基が例示され、好ましくはメトキシ基である。また、aは0、1、又は2である。
このようなアルコキシシランもしくはその部分加水分解縮合物としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルセロソルブオルソシリケート、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン等のアルコキシシラン、及び、これらのアルコキシシランの部分加水分解縮合物が例示される。
アルコキシシランもしくはその部分加水分解縮合物は、各々単独で、或いは2種類以上組み合わせて用いることができる。また、アルコキシシランとその部分加水分解縮合物とを混合して使用してもよい。
また、この成分の使用量は、前記シラノール基末端オルガノポリシロキサン100重量部当たり、0.01〜20重量部、好ましくは0.1〜10重量部である。この使用量が少なすぎると、硬化阻害を生じ易くなり、また、多すぎると、硬化が著しく遅くなり、硬化後の強度が低下する。
(4)エポキシ樹脂組成物(a
本発明において、湿気硬化材料(A)として用いられるエポキシ樹脂組成物(a)は、分子中に2個以上のケチミン基を有するポリケチミン化合物とエポキシ樹脂からなる樹脂組成物であって、公知の湿気硬化性エポキシ樹脂組成物が挙げられる。
本発明に用いられるエポキシ樹脂組成物(a)に含まれるエポキシ樹脂とは、1分子中にエポキシ基を2個以上含むポリエポキシ化合物であれば、特に限定はない。例えば、ビスフェノールAのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂及びその誘導体、グリセリンのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂 、ポリアルキレンオキサイドのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、フェノールノボラックのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ダイマー酸のグリシジルエステル型エポキシ樹脂、ビスフェノールFのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂等のポリエーテル構造を有する、分子内にエポキシ基を少なくとも2個有するポリエポキシ化合物等が例示される。これらのうち、ビスフェノールAのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂は、汎用のエポキシ樹脂として好適に用いられる。
本発明に用いるられるエポキシ樹脂組成物(a)に含有されるポリケチミン化合物は、下記式を有する化合物である。
上記式中、Rは、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、もしくは脂環式炭化水素基、フェニレン基、又はポリオキシアルキレンポリアミンの残基である。直鎖状炭化水素基は、例えば、ポリメチレン基(例えば、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキサメチレン基等)である。分岐状炭化水素基は、例えば、2,5−ジメチルヘキサメチレン基、トリメチルヘキサメチレン基等である。脂環式炭化水素基は、例えば、ジアミノメチルノルボルネン基の残基、イソホロン基、ジシクロヘキシルメタン基、ビスアミノメチルシクロヘキサンの残基である。ポリオキシアルキレンポリアミンの残基は、例えば、炭素数5〜20のポリオキシアルキレンジアミンの残基である。
およびRは、それぞれが炭素数1〜11のアルキル基又はフェニル基を表わし、RおよびRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。アルキル基は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、t−ブチル基等である。nは2以上の整数を表わすが、好ましくは2〜3の整数がよい。
本発明で用いるエポキシ樹脂組成物(a)は、上記エポキシ樹脂と上記ポリケチミン化合物からなる。このエポキシ樹脂組成物(a)においては、エポキシ樹脂100重量部に対し、ポリケチミン化合物を該エポキシ樹脂に含まれるエポキシ基に対する活性水素当量にして0.5〜3当量含有する。0.5当量未満では、硬化物の物性が低くなるか或いは硬化速度が遅くなり、一方、3当量超では、アミンブラッシュによるしみだしや白化現象が生じたりして物性的にも低下し、また、コスト的にも不利である。
(5)シアノアクリレート系化合物(a
本発明において、湿気硬化材料(A)として用いられるシアノアクリレート系化合物(a)は、空気中の湿気と反応硬化し、例えば、α−シアノアクリレートや、アルキルα−シアノアクリレートを主成分とするものが挙げられ、具体的なものとしては、東亜合成(株)製の商品名「アロンアルフア」、「アロンアルフア221Z」、「アロンアルフア212Z」などがある。
本発明において、湿気硬化材料(A)は、少なくとも架橋可能な加水分解性のシリル基を有する有機重合体(a)、分子両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(a)、分子内に加水分解性アルコキシシリル基又はシラノール基を有する変性シリコーン(a)及び分子中に2個以上のケチミン基を有するポリケチミン化合物とエポキシ樹脂からなるエポキシ樹脂組成物(a)よりなる群から選ばれる少なくとも1種を主成分とするものが、好ましく用いられる。中でも、少なくとも架橋可能な加水分解性のシリル基を有する有機重合体(a)又は分子両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(a)を主成分とするものが、特に好ましく用いられる。
2.双極性非プロトン溶剤(B)
本発明の湿気硬化型組成物に用いられる双極性非プロトン溶剤(B)は、吸湿性の高いものであって、上記の湿気硬化材料(A)の硬化反応開始に必要な水分を供給できるものである。
双極性非プロトン溶剤(又は非プロトン性双極性溶媒)(B)としては、吸湿性の高いものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、ε−カプロラクタム、N−メチル−2−ピロリドン、2−メチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、イミダゾール、ピロリダン、アクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどが挙げられる。中でも、好ましいのは、ε−カプロラクタム、N−メチル−2−ピロリドン、2−メチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、イミダゾール、ピロリダン、アクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアセトアミドである。
これらの双極性非プロトン溶剤は、それぞれ単独で用いられても良いし、場合によっては2種以上を併用しても良い。
3.湿気硬化型組成物
本発明の湿気硬化型組成物は、上記の湿気硬化材料(A)100重量部に対して、双極性非プロトン溶剤(B)0.5〜10重量部を添加してなることを特徴し、双極性非プロトン溶剤(B)の添加量が0.5重量部未満であると、低湿度環境下でも硬化するという効果が得られなくなり、一方、10重量部を超えると、湿気硬化型組成物の保存安定性が悪くなる恐れがある。
本発明の湿気硬化型組成物には、上記の必須成分である湿気硬化材料(A)と双極性非プロトン溶剤(B)以外に、本発明の目的や課題達成を阻害しない範囲で、必要に応じて、公知の硬化促進剤を併用してもよい。また、必要に応じて、例えば、被着体に対する密着性や初期凝集力を向上させたり、粘度を調整するために、粘着性付与樹脂、熱可塑性樹脂や熱可塑性ゴム、ワックス類等が添加されていても良い。
粘着性付与樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、ロジン系樹脂、テルペン系樹脂、脂肪族石油系樹脂、脂環族石油系樹脂、芳香族石油系樹脂が挙げられる。これらの粘着性付与樹脂は、単独で用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。
上記粘着性付与樹脂は、特に限定されるものではないが、環球式軟化点が90〜150℃であるものが好ましい。また、上記粘着性付与樹脂の添加量は、特に限定されるものではないが、湿気硬化材料(A)100重量部に対して、粘着性付与樹脂200重量部以下であることが好ましい。湿気硬化材料(A)100重量部に対する粘着性付与樹脂の添加量が200重量部を超えると、湿気硬化型組成物の硬化物が高温下では耐熱性が低下したり、低温下では脆弱になることがある。
熱可塑性樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸n−ブチルエステル共重合体のようなエチレン−アクリル酸エステル共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体などのエチレンとビニル系モノマーとの共重合体;ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エチレンやプロピレンとそれ以外のα−オレフィンとの共重合体などのポリオレフィン系樹脂等が挙げられる。
また、熱可塑性ゴムとしては、特に限定されるものではないが、例えば、スチレン−ブタジエン−スチレンブロックゴム、スチレン−イソプレン−スチレンブロックゴム、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロックゴム、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレンブロックゴムなどのスチレンと共役ジエンとの共重合体やその水素添加物等が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂や熱可塑性ゴムは、単独で用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。
上記熱可塑性樹脂や熱可塑性ゴムは、特に限定されるものではないが、メルトインデックスが100以上であるものが好ましい。また、上記熱可塑性樹脂や熱可塑性ゴムの添加量は、特に限定されるものではないが、湿気硬化材料(A)100重量部に対して、熱可塑性樹脂や熱可塑性ゴム100重量部以下であることが好ましい。湿気硬化材料(A)100重量部に対する熱可塑性樹脂や熱可塑性ゴムの添加量が100重量部を超えると、湿気硬化型組成物の粘度が著しく高くなって、塗工性などの作業性が低下することがある。
ワックス類としては、特に限定されるものではないが、例えば、パラフィンワックスやマイクロクリスタリンワックス等が挙げられる。これらのワックス類は、単独で用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。
さらに、本発明の湿気硬化型組成物には、上記各成分以外に、本発明の課題達成を阻害しない範囲で必要に応じて、例えば、充填剤、可塑剤、チクソトロピー付与剤、顔料、染料、老化防止剤、酸化防止剤、帯電防止剤、難燃剤、接着付与剤、分散剤、溶剤等を配合してもよい。これらは、単独で用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。
本発明に用いることができる充填剤としては、各種形状の有機または無機のものがあり、例えば、ヒュームドシリカ、焼成シリカ、沈降シリカ、粉砕シリカ、溶融シリカ;けいそう土;酸化鉄、酸化亜鉛、酸化チタン;ろう石クレー、カオリンクレー、焼成クレー;あるいはカーボンブラック等が挙げられる。充填剤の配合量は、硬化物の物性の面から、湿気硬化材料(A)100重量部に対して、0〜150重量部であることが好ましい。
本発明に用いることができる可塑剤としては、ジオクチルフタレート(DOP)、ジブチルフタレート(DBP);アジピン酸ジオクチル、コハク酸イソデシル;ジエチレングリコールジベンゾエート、ペンタエリスリトールエステル;オレイン酸ブチル、アセチルリシノール酸メチル;リン酸トリクレジル、リン酸トリオクチル;アジピン酸プロピレングリコールポリエステル、アジピン酸ブチレングリコールポリエステル等が用いられる。
これらの可塑剤は、単独でも、2種以上を混合して使用してもよい。可塑剤の配合量は、湿気硬化材料(A)100重量部に対して、0〜150重量部であることが、作業性及び硬化物の物性の点から好ましい。
本発明に用いることができる酸化防止剤又は老化防止剤としては、ブチルヒドロキシトルエン(BHT)、ブチルヒドロキシアニソール(BHA)、ヒンダードフェノール系等の化合物等を挙げることができる。
本発明に用いることができる顔料には、無機顔料と有機顔料とがあり、無機顔料としては、二酸化チタン、酸化亜鉛、群青、ベンガラ、リトポン、鉛、カドミウム、鉄、コバルト、アルミニウム、塩酸塩、硫酸塩等を挙げることができる。また、有機顔料としては、アゾ顔料、銅フタロシアニン顔料等が挙げられる。
本発明に用いることができるチクソトロピー授与剤としては、エアロジル(日本エアロジル(株)製)、ディスパロン(楠本化成(株)製)を、また、帯電防止剤としては、一般的に、第4級アンモニウム塩、あるいはポリグリコールやエチレンオキサイド誘導体などの親水性化合物を挙げることができる。
本発明に用いることができる接着付与剤としては、テルペン樹脂、フェノール樹脂、テルペンーフェノール樹脂、ロジン樹脂、キシレン樹脂等が挙げられる。
本発明に用いることができる難燃剤としては、クロロアルキルホスフェート、ジメチル・メチルホスホネート、臭素・リン化合物、アンモニウムポリホスフェート、ネオペンチルブロマイドーポリエーテル、臭素化ポリエーテル等が挙げられる。
さらに、本発明の湿気硬化型組成物の製造方法は、特に限定されないが、好ましくは上述の各成分の各所定量を秤量し、例えばニーダー、ミキサー、ロール、押出機等の通常の混練機を用いて、常温下もしくは加熱下で、必要なら窒素ガスのような不活性ガス雰囲気下や減圧脱水雰囲気下において、均一に混練することにより、所望の湿気硬化型組成物を得ることができる。
本発明の湿気硬化型組成物の使用方法は、特別なものではなく、例えば、用途が接着剤の場合、ロールコーター、スプレー塗工機、ハンドガン等の通常の塗工装置を用いて、常温下もしくは加熱下で、湿気硬化型(接着剤)組成物を対象とする被着体の一方の面に、全面塗工するか、又は、ビード状、スパイラル状、ドット状等に部分塗工した後、対象とする被着体の他方の面を積層して圧着することにより、所望の接合体を得ることができる。
以下に、本発明の実施例及び比較例によって、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。尚、以下において、特に断りのない限り「部」は「重量部」の意味である。
[実施例1〜3]
湿度10%の環境下で、プラネタリーミキサーを用いて、湿気硬化材料(A)として、積水化学(株)製のエトキシシラン含有湿気硬化型接着剤、商品名「67HA」100部に対して、双極性非プロトン溶剤(B)として、N−メチル−2−ピロリドンを、実施例1では5部、実施例2では1部、及び実施例3では9部、添加混合し、湿気硬化型接着剤組成物を調製した。PMMAパネルの上に、調製した湿気硬化型接着剤組成物を、厚さ1mm塗布し、その上に、PMMAパネルを被覆し、70℃、60分、乾燥させ、接着した。
実施例1〜3とも、湿気硬化型接着剤組成物は、硬化し、接着状況も良好であった。
[比較例1]
湿度10%の環境下で、湿気硬化材料(A)として、積水化学(株)製のエトキシシラン含有湿気硬化型接着剤、商品名「67HA」のみを、即ち、双極性非プロトン溶剤(B)を添加せずに、PMMAパネルの上に、厚さ1mm塗布し、その上に、PMMAパネルを被覆し、70℃、60分、乾燥させ、接着した。
比較例1では、硬化せずに、接着状況は、悪かった。
上記の実施例1〜3と比較例1の結果から判るように、本発明の湿気硬化型組成物は、湿気硬化材料(A)に対して、双極性非プロトン溶剤(B)を特定割合で添加しているので、湿度が10%以下の低湿度雰囲気下でも、速やかな湿気硬化性を有し、硬化後は優れた接着強度を有するという効果を示した。一方、比較例1では、湿気硬化材料(A)のみであるので、湿度が10%以下の低湿度雰囲気下では、硬化せずに、接着状況は、悪かった。
本発明に係る湿気硬化型組成物は、特に、湿気硬化型接着剤や湿気硬化型シーリング剤として使用することができる。さらに、湿気硬化型ポッティング材、湿気硬化型塗装材などの用途にも用いることができる。

Claims (7)

  1. 湿気硬化材料(A)100重量部に対して、双極性非プロトン溶剤(B)0.5〜10重量部を添加してなることを特徴とする、低湿度環境下で硬化可能な湿気硬化型組成物。
  2. 湿気硬化材料(A)は、少なくとも架橋可能な加水分解性のシリル基を有する有機重合体(a)、分子両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(a)、分子内に加水分解性アルコキシシリル基又はシラノール基を有する変性シリコーン(a)及び分子中に2個以上のケチミン基を有するポリケチミン化合物とエポキシ樹脂からなるエポキシ樹脂組成物(a)よりなる群から選ばれる少なくとも1種を主成分とすることを特徴とする請求項1に記載の湿気硬化型組成物。
  3. 双極性非プロトン溶剤(B)は、ε−カプロラクタム、N−メチル−2−ピロリドン、2−メチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、イミダゾール、ピロリダン、アクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド及びN,N−ジメチルアセトアミドよりなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の湿気硬化型組成物。
  4. 有機重合体(a)は、ビニル系重合体又はポリエーテル系重合体から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項2に記載の湿気硬化型組成物。
  5. 前記ビニル系重合体が(メタ)アクリル酸エステル系重合体であることを特徴とする請求項4に記載の湿気硬化型組成物。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の湿気硬化型組成物を用いてなるシーリング材。
  7. 請求項1〜5のいずれかに記載の湿気硬化型組成物を用いてなる接着剤。
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