JP4677818B2 - 室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物 - Google Patents
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また、本発明者は、ポリウレタン組成物の接着性を改善するための研究の中で、芳香環に結合しているイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーとケチミンとエポキシ樹脂とを含有するポリウレタン組成物は、接着性に劣ることを見出した。これについて、発明者は、このようなウレタンプレポリマーは反応性が高く、湿気存在下でケチミンと反応するよりも速くウレタンプレポリマー自身が湿気硬化してしまい、ケチミンが過剰に残ってしまうことが原因ではないかと推察した。
(1)ウレタンプレポリマーAを含有する組成物と、あらかじめ混合させたウレタンプレポリマーBとエポキシ樹脂とケチミンとを含有する添加剤とを有する室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物であって、
上記添加剤の量が、上記ウレタンプレポリマーA100質量部に対して、1〜50質量部であり、
上記ウレタンプレポリマーAのイソシアネート基が、芳香環に結合し、
上記ウレタンプレポリマーBが、分子内のすべてのイソシアネート基が第三級炭素原子に結合している構造を有するポリイソシアネート化合物と、ポリカーボネートポリオールとを反応させることにより得られうる、室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物。
(2)上記ケチミンが、ケチミン結合の炭素原子および窒素原子の少なくとも一方の原子のα位に分岐炭素原子または環員炭素原子が結合している構造を有する上記(1)に記載の室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物。
(3)ウレタンプレポリマーAを含有する組成物に、あらかじめ混合させたウレタンプレポリマーBとエポキシ樹脂とケチミンとを含有する添加剤を添加して室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物を得る、室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物の製造方法であって、
上記添加剤の量が、上記ウレタンプレポリマーA100質量部に対して、1〜50質量部であり、
上記ウレタンプレポリマーAのイソシアネート基が、芳香環に結合し、
上記ウレタンプレポリマーBが、分子内のすべてのイソシアネート基が第三級炭素原子に結合している構造を有するポリイソシアネート化合物と、ポリカーボネートポリオールとを反応させることにより得られうる、室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物の製造方法。
本発明の室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物は、
ウレタンプレポリマーAを含有する組成物と、あらかじめ混合させたウレタンプレポリマーBとエポキシ樹脂とケチミンとを含有する添加剤とを有する室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物であって、
前記添加剤の量が、前記ウレタンプレポリマーA100質量部に対して、1〜50質量部である室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物である。
ウレタンプレポリマーAは、ポリオール化合物とポリイソシアネート化合物とを反応させて得られる反応生成物であって、イソシアネート基を分子末端に含有するポリマーである。
ポリイソシアネート化合物は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
ポリオール化合物は、特に限定されず、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、アクリルポリオール、ポリカーボネートポリオール、その他のポリオール、および、これらの混合ポリオールが挙げられる。
ポリオール化合物は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
脂肪族ジアミンとしては、例えば、エチレンジアミン、1,2−プロパンジアミン、1,3−プロパンジアミン、1,4−ブタンジアミン、1,5−ペンタンジアミン、1,6−ヘキサンジアミン、1,7−ヘプタンジアミン、1,8−オクタンジアミン、1,9−ノナンジアミン、1,10−デカンジアミン、1,12−ドデカンジアミン、1,14−テトラデカンジアミン、1,16−ヘキサデカンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、イミノビスプロピルアミン、メチルイミノビスプロピルアミン、1,5−ジアミノ−2−メチルペンタン、イソホロンジアミン、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン、1−シクロヘキシルアミノ−3−アミノプロパン、3−アミノメチル−3,3,5−トリメチル−シクロヘキシルアミン、ノルボルナンジアミン(NBDA)、メタキシリレンジアミン(MXDA)が挙げられる。
有機金属系触媒としては、例えば、ジブチルスズジラウレート、ジオクチルスズラウレート、オクチル酸亜鉛、ネオデカン酸鉛、オクチル酸鉛、オクチル酸コバルト、有機ビスマス化合物が挙げられる。
第三級アミンとしては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、N,N,N′,N′−テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチルグアニジン、トリエチレンジアミン、N−メチルモルホリンが挙げられる。
老化防止剤としては、例えば、ヒンダードフェノール系、ベンゾトリアゾール系、ヒンダードアミン系の化合物が挙げられる。
有機顔料としては、例えば、アゾ顔料、銅フタロシアニン顔料が挙げられる。
接着付与剤としては、例えば、テルペン樹脂、フェノール樹脂、テルペン−フェノール樹脂、ロジン樹脂、キシレン樹脂が挙げられる。
脱水剤としては、例えば、アシロキシシリル基含有ポリシロキサンが挙げられる。
添加剤は、あらかじめ混合させたウレタンプレポリマーBとエポキシ樹脂とケチミンとを含有するものであり、添加剤の量は、ウレタンプレポリマーA100質量部に対して、1〜50質量部である。
Ra、または、Rbで表される有機基は、アルキル基、シクロアルキル基であるのが好ましい。アルキル基としては、例えば、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基が挙げられる。シクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が挙げられる。中でも、RaおよびRbは、メチル基であるのが好ましい態様の1つである。
ポリオール化合物としては、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、アクリルポリオール、ポリカーボネートポリオール、その他のポリオール、および、これらの混合ポリオールが挙げられる。これらの具体例は、上記のウレタンプレポリマーAの原料のポリオール化合物と同様である。
ウレタンプレポリマーBは、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
エポキシ樹脂は、特に制限されず、例えば、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、臭素化ビスフェノールA型、水添ビスフェノールA型、ビスフェノールS型、ビスフェノールAF型、ビフェニル型のようなビスフェニル基を有するエポキシ化合物、ポリアルキレングリコール型、アルキレングリコール型のエポキシ化合物、ナフタレン環を有するエポキシ化樹脂、フルオレン基を有するエポキシ化合物のような2官能型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型、オルソクレゾールノボラック型、DPPノボラック型、トリスヒドロキシフェニルメタン型、テトラフェニロールエタン型のような3官能以上のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;ダイマー酸のような合成脂肪酸のグリシジルエステル型エポキシ樹脂;N,N,N′,N′−テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(TGDDM)、トリグリシジルイソシアヌレート、テトラグリシジル−m−キシリレンジアミン、N,N−ジグリシジルアニリン、トリグリシジル−p−アミノフェノールのようなグリシジルアミノ型エポキシ樹脂が挙げられる。
ケチミンは、加水分解により、第一級アミンを生成しうる化合物である。使用されるケチミンは、特に限定されない。なお、本発明では、ケトンまたはアルデヒドと、アミンとから導かれるC=N結合(ケチミン結合)を有する化合物をケチミンと称する。したがって、本発明において、ケチミンは、−HC=N結合を有するアルジミンも含むものとする。
カルボニル化合物は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
脂肪族系ポリアミンとしては、例えば、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサメチレンジアミン、メンセンジアミン、1,4−ビス(2−アミノ−2−メチルプロピル)ピペラジン、分子両末端のプロピレン分岐炭素にアミノ基が結合したポリプロピレングリコール(PPG)、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ブチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、N−アミノエチルピペラジン、1,2−ジアミノプロパン、イミノビスプロピルアミン、メチルイミノビスプロピルアミン、H2N(CH2CH2O)2(CH2)2NH2のようなアミン窒素にメチレン基が結合したポリエーテル骨格のジアミン、1,5−ジアミノ−2−メチルペンタン、メタキシリレンジアミン(MXDA)、ポリアミドアミン、イソホロンジアミン、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン(1,3BAC)、1−シクロヘキシルアミノ−3−アミノプロパン、3−アミノメチル−3,3,5−トリメチル−シクロヘキシルアミン、ノルボルナンジアミン(NBDA)が挙げられる。これらの中でも、硬化速度が速いことから、ノルボルナンジアミン、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン、メタキシリレンジアミン、H2N(CH2CH2O)2(CH2)2NH2、ポリアミドアミンが好ましい。
ポリアミンは、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
mは0、1、2、3のいずれかを表す。
被着体としては、例えば、モルタル、コンクリート;ポリエステルのような繊維が挙げられる。施工方法は、特に制限されず、例えば、刷毛、コテ、ローラー、ガン(塗布装置)を用いて施工することができる。
本発明の室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物から得られうる硬化物は、初期接着性、耐温水接着性、耐熱接着性に優れる。
数平均分子量4000のポリオキシプロピレントリオール333質量部(エクセノール4030、旭硝子社製)と、数平均分子量2000のポリオキシプロピレンジオール491質量部(エクセノール2020、旭硝子社製)と、可塑剤としてフタル酸ジイソノニル50質量部(DINP、新日本理化社製)とを混合し、減圧下、110℃、8時間脱水した。その後、これにトリレンジイソシアネート(2,4−および2,6−トリレンジイソシアネートの混合比は80/20、三井武田ケミカル社製、コスモネートT−80)126質量部(ポリオールとポリイソシアネートとのNCO/OHがモル比で1.95となる)を混合し、80℃、24時間反応させて、ウレタンウレポリマー1(NCO基含有率2.90質量%)を調製した。
(1)ウレタンプレポリマー2の調製
ポリカーボネートジオール(ブラクセル CD220、ダイセル化学工業社製、重量平均分子量2000)100gと、TMXDI(日本サイテックインダストリーズ社製)をNCO/OHモル比が2.0となるよう24.4gで混合し、錫触媒存在下で、窒素気流中、80℃で8時間かくはんしながら反応させた。反応終了後、酢酸エチルを290.3g添加し、目的とするウレタンウレポリマー2(NCO基含有率0.88質量%)を得た。
ノルボルナンジアミン(NBDA、三井化学社製)100gと、メチルイソプロピルケトン(MIPK)200gとを、トルエン200gとともにフラスコに入れ、生成する水を共沸により除きながら20時間反応させてケチミンを得た。
上記のように調製したウレタンプレポリマー2を150.0gと、ウレタンプレポリマー3〔1,1,1−トリメチロールプロパン(TMP)とTMXDIとの反応物(NCO/OHモル比=2.0)であるサイセン3174、日本サイテックインダストリーズ社製〕を34.0gと、エポキシ樹脂としてのビスA型エポキシ樹脂(EP4100、旭電化工業社製)を30.0gとを混合した(なお、ウレタンプレポリマー2およびウレタンプレポリマー3に含有される固形分は70.0gである)。さらにこれに上記のように調製したケチミン28.0g(ウレタンプレポリマー2およびウレタンプレポリマー3のイソシアネート基とエポキシ樹脂のエポキシ基との合計に対して、生成するアミンがモル比で1.0となる量)を添加し、室温、窒素雰囲気下で均一に混合し、添加剤1を調製した。
ウレタンプレポリマー2の量を107.3gとし、ウレタンプレポリマー3の量を33.8g(ウレタンプレポリマー2およびウレタンプレポリマー3に含有される固形分は50.0g)とし、エポキシ樹脂の量を50.0gとし、ケチミンの量を34.3gとした他は、添加剤1と同様にして、添加剤2を調製した。
ウレタンプレポリマー2の量を64.3gとし、ウレタンプレポリマー3の量を14.5g(ウレタンプレポリマー2およびウレタンプレポリマー3に含有される固形分は30.0g)とし、エポキシ樹脂の量を70.0gとし、ケチミンの量を33.8gとした他は、添加剤1と同様にして、添加剤3を調製した。
ウレタンプレポリマー2の量を107.3gとし、ウレタンプレポリマー3の量を33.8gとし、エポキシ樹脂を使用せず、ケチミンの量を15.2g(ウレタンプレポリマー2のイソシアネート基に対して、生成するアミンがモル比で1.0となる量)とした他は、添加剤1と同様にして、添加剤4を調製した。
ウレタンプレポリマー2およびウレタンプレポリマー3を使用せず、エポキシ樹脂の量を100gとし、ケチミンの量を38.2g(エポキシ樹脂のエポキシ基に対して、生成するアミンがモル比で1.0となる量)とした他は、添加剤1と同様にして、添加剤5を調製した。
実施例1〜7および比較例1〜3については、まず、第1表に示す硬化剤の各成分を第1表に示す量(単位は質量部)で調製して硬化剤混合物とした。次に、第1表に示すウレタンプレポリマー1(第1液)と、この硬化剤混合物(第2液)と、接着付与剤とを第1表に示す量(単位は質量部)で23℃、55%RHの条件下で混合し、各室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物を調製した。
実施例8については、まず第1表に示すウレタンプレポリマー1と、硬化剤とを第1表に示す量(単位は質量部)で混合して1液型のポリウレタン樹脂組成物とした。次に、この1液型ポリウレタン樹脂組成物に、第1表に示す接着付与剤を第1表に示す量(単位は質量部)で23℃、55%RHの条件下で混合し、各室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物を調製した。
得られた室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物を用いてはく離力を以下のように評価した。結果を第1表に示す。
被着体として縦25cm、横25mmのモルタル板1枚と、同じ大きさのポリエステル不織布のシート1枚とを使用した。
得られた室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物を23℃、55%RHの条件下でモルタル板に0.2kg/m2となるように塗布し、これにシートを張り合わせたものを試験体1とした。
(2)はく離力の測定
試験体1を23℃、55%RHの条件下で7日間養生して硬化させた。
次に、硬化後の試験体について、180°ピール引張試験を引張速度50mm/minの条件で行ってはく離力を測定し、その平均値を求め、この値を初期はく離力とした。
・ウレタンプレポリマー1:上記のように調製したウレタンプレポリマー1
・ポリオール化合物1:数平均分子量5000のポリプロピレントリオール、商品名:エクセノール5030、旭硝子社製
・ポリオール化合物2:数平均分子量2000のポリプロピレンジオール、商品名:エクセノール2020、旭硝子社製
・アミン化合物:4,4′−メチレンビス(2−クロロアニリン)(キュアミンMT、イハラケミカル社製)
・フィラー:炭酸カルシウム、商品名:カルファイン200、丸尾カルシウム社製
・可塑剤:DINA(アジピン酸ジイソノニル)、ジェイ・プラス社製
・硬化触媒:オクチル酸鉛、活材ケミカル社製
比較例1は、TDI由来のウレタンプレポリマーを含有するので硬化速度が速く、さらに接着付与剤を含有しないため、接着性が低い。比較例2は、TMXDI由来のウレタンプレポリマーを含むので硬化速度は比較例1に比べて遅いが、接着性を付与できるエポキシ樹脂が含有されていないので、接着性が低い。比較例3はウレタンプレポリマー2を含まないので硬化速度は比較例1と同様と考えられるが、エポキシ樹脂を含有するため比較例1、2と比べて接着性がある。
比較例3と、実施例3、8とを比べると、添加剤2を含有する実施例3および実施例8は、比較例3よりはく離力が初期、耐温水、耐熱についていずれも高く接着性に優れる。これは、実施例3、8が、添加剤を含有することによりウレタンプレポリマーの湿気硬化反応を抑えケチミンとの硬化反応を促進しているためと発明者は推測する。
実施例3〜5の結果から、添加剤の量が増えるほどはく離力が大きくなり、接着性に優れることがわかる。
実施例1〜2と比較例3とを比べると、実施例1〜2は比較例3より接着付与剤の含有量が低いにも関わらず、略同等または同等以上のはく離力を示し、添加剤を含有することにより室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物が接着性に優れることが分かる。
Claims (3)
- ウレタンプレポリマーAを含有する組成物と、あらかじめ混合させたウレタンプレポリマーBとエポキシ樹脂とケチミンとを含有する添加剤とを有する室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物であって、
前記添加剤の量が、前記ウレタンプレポリマーA100質量部に対して、1〜50質量部であり、
前記ウレタンプレポリマーAのイソシアネート基が、芳香環に結合し、
前記ウレタンプレポリマーBが、分子内のすべてのイソシアネート基が第三級炭素原子に結合している構造を有するポリイソシアネート化合物と、ポリカーボネートポリオールとを反応させることにより得られうる、室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物。 - 前記ケチミンが、ケチミン結合の炭素原子および窒素原子の少なくとも一方の原子のα位に分岐炭素原子または環員炭素原子が結合している構造を有する請求項1に記載の室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物。
- ウレタンプレポリマーAを含有する組成物に、あらかじめ混合させたウレタンプレポリマーBとエポキシ樹脂とケチミンとを含有する添加剤を添加して室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物を得る、室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物の製造方法であって、
前記添加剤の量が、前記ウレタンプレポリマーA100質量部に対して、1〜50質量部であり、
前記ウレタンプレポリマーAのイソシアネート基が、芳香環に結合し、
前記ウレタンプレポリマーBが、分子内のすべてのイソシアネート基が第三級炭素原子に結合している構造を有するポリイソシアネート化合物と、ポリカーボネートポリオールとを反応させることにより得られうる、室温硬化型ポリウレタン樹脂組成物の製造方法。
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