JP6806488B2 - 硬化性樹脂組成物、及び該組成物を用いた構造材料接合用接着剤 - Google Patents
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Description
本発明で用いる(A1)リン酸変性エポキシ樹脂は、リン酸類(a1)とエポキシ化合物(a2)とを反応させて得られるエポキシ化合物(a2)の変性物である。リン酸類(a1)としては分子内にリン酸結合を有する化合物であれば制限されない。このようなリン酸類(a1)としてリン酸(オルトリン酸:H3PO4)、亜リン酸(H3PO3)、次亜リン酸(H3PO2)、ホスホン酸(H3PO3)、二リン酸(ピロリン酸:H4P2O7)、三リン酸などのポリリン酸を使用することができる。好ましいリン酸類(a1)はリン酸(H3PO4)である。
本発明で用いる(A2)エポキシ樹脂として、(A1)成分と異なるものであれば、分子内に少なくともエポキシ基を1つ有する化合物を制限なく使用することができる。このような(A2)エポキシ樹脂として、分子中にリン原子を含まないエポキシ樹脂、例えば、n−ブチルグリシジルエーテル、C12〜C14のアルキルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、スチレンオキシド、フェニルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテル、p−sec−ブチルフェニルグリシジルエーテル、t−ブチルフェニルグリシジルエーテル、グリシジルメタクリレート、及び3級カルボン酸グリシジルエステル等の、エポキシ基を1つ有する反応性希釈剤;エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、及びネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル等の、エポキシ基を2つ有する反応性希釈剤;トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、及びグリセリントリグリシジルエーテル等の、エポキシ基を3つ有する反応性希釈剤;ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂;ビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂等のビフェニル型エポキシ樹脂;ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂;ナフタレン型エポキシ樹脂;シクロヘキサンジメタノールや水添ビスフェノールA等から得られる脂環式エポキシ樹脂;フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、フェノール類とフェノール性水酸基を有する芳香族アルデヒドとの縮合物であるエポキシ化物、及びビフェニルノボラック型エポキシ樹脂、等のノボラック型エポキシ樹脂;トリフェニルメタン型エポキシ樹脂;テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂;ジシクロペンタジエン−フェノール付加反応型エポキシ樹脂;及びフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの化合物は単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
(A1)成分と(A2)成分は、本発明の硬化性樹脂組成物に含まれる(A1)成分と(A2)成分との合計質量中のリン含有量が0.01〜2.0質量%となるような量で混合される。硬化性樹脂組成物の粘度と、その硬化物の接着性とのバランスのためには、(A1)成分と(A2)成分との合計質量中のリン含有量は、好ましくは0.01〜1.0質量%であり、より好ましくは0.01〜0.5質量%である。このリン含有量が0.01質量%よりも少ない場合は、硬化物にした時の部材に対する接着性が低下する。また、このリン含有量が2.0質量%よりも多い場合は、硬化性樹脂組成物の粘度が高くなり、作業性が著しく低下する。
本発明で用いる(B)ブロックウレタンは、少なくともイソシアネート基を1つ有するイソシアネート化合物にブロック剤を反応させたものであれば特に制限はない。硬化性樹脂組成物の構造部材に対する接着性と、その硬化物の柔軟性から見て、好ましい(B)ブロックウレタンは、(b1)ポリオール、(b2)ポリイソシアネート、任意の触媒とを40〜150℃で反応させて得られる(b3)ポリウレタン樹脂に、さらに(b4)ブロック剤を反応させて得られる化合物である。
上記アルキレンオキサイドとして、例えばエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド、エピクロルヒドリン、テトラヒドロフラン等を使用することができる。
上記(b2)ポリイソシアネートとしては、分子内に少なくともイソシアネート基を2つ有する化合物を制限なく使用することができる。このような(b2)ポリイソシアネートとして、例えば、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート;ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の脂肪族又は脂環式構造含有ジイソシアネートを使用することができる。さらに上記芳香族ジイソシアネートあるいは上記脂肪族又は脂環式構造含有ジイソシアネートを3量体化させた化合物等も使用することができる。これらの化合物の中では、硬化物の耐久性の点で、脂肪族又は脂環式構造含有ジイソシアネートが好ましく、イソホロンジイソシアネート及び/又は4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートがより好ましい。
(b1)ポリオールと(b2)ポリイソシアネートとの反応で(b3)ポリウレタン樹脂を合成する際に任意に使用される触媒としては、例えば、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルプロピレンジアミン、N,N,N’,N'',N''−ペンタメチルジエチレントリアミン、N,N,N’,N'',N''−ペンタメチル−(3−アミノプロピル)エチレンジアミン、N,N,N’,N'',N''−ペンタメチルジプロピレントリアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルグアニジン、1,3,5−トリス(N,N−ジメチルアミノプロピル)ヘキサヒドロ−S−トリアジン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7、トリエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、N−メチル−N’−(2−ジメチルアミノエチル)ピペラジン、N,N’−ジメチルピペラジン、ジメチルシクロヘキシルアミン、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、N,N−ジメチルラウリルアミン、1−メチルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、1−イソブチル−2−メチルイミダゾール、1−ジメチルアミノプロピルイミダゾール等の第3級アミンを用いることができる。その他、テトラメチルアンモニウムクロライド等のテトラアルキルアンモニウムハロゲン化物、水酸化テトラメチルアンモニウム塩等のテトラアルキルアンモニウム水酸化物、テトラメチルアンモニウム2−エチルヘキサン酸塩等のテトラアルキルアンモニウム有機酸塩類等の第4級アンモニウム塩、スタナスジアセテート、スタナスジオクトエート、スタナスジオレエート、スタナスジラウレート、ジブチル錫オキサイド、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジクロライド、ジオクチル錫ジラウレート、オクタン酸鉛、ナフテン酸鉛、ナフテン酸ニッケル、ナフテン酸コバルト等の有機金属触媒類もしようすることができる。これらの触媒は、単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらの触媒の中でも、黄変性が少なく反応性が良好であるという点で、有機金属触媒類が好ましく、ジブチル錫ジラウレート、又はジオクチル錫ジラウレートがより好ましい。このような触媒の使用量には特に制限はないが、(b1)成分と(b2)成分の総量に対して、好ましくは0.001〜1質量%であり、より好ましくは0.01〜0.1質量%である。
本発明で用いる(b3)ポリウレタン樹脂の合成では、(b1)ポリオールの水酸基数よりも(b2)ポリイソシアネートのイソシアネート基数の方が多くなるような量、すなわち、(b1)ポリオールの水酸基数(OH)に対する(b2)ポリイソシアネートのイソシアネート基数(NCO)の比(NCO/OH)が1.0超、好ましくは1.2〜1.8、より好ましくは1.3〜1.7となる量の(b1)ポリオールと(b2)ポリイソシアネートとを反応させる。得られた(b3)ポリウレタン樹脂はイソシアネート基を含有するから、(b3)ポリウレタン樹脂は(b4)ブロック剤とさらに反応することができる。
前記(b4)ブロック剤は、(b3)ポリウレタン樹脂中の反応可能なイソシアネート基の全量が(b4)ブロック剤と反応可能な量で配合される。具体的には、(b3)ポリウレタン樹脂の反応可能なイソシアネート基含有量をJIS 1603−1に準拠して測定、計算し、その反応可能なイソシアネート基の当量以上の(b4)ブロック剤を用いる。
本発明の硬化性樹脂組成物における(B)ブロックウレタンの量は、一般的には(A1)リン酸変性エポキシ樹脂、(A2)エポキシ樹脂(ただし(A1)成分を除く)、(B)ブロックウレタンの合計量に対して10〜90質量%であり、硬化物の接着性と強度のバランスの点で、好ましくは上記合計量に対して15〜70質量%、より好ましくは20〜50質量%である。
本発明で使用される(C)潜在性硬化剤としては、ジシアンジアミド、変性ポリアミン、ヒドラジド類、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、三フッ化ホウ素アミン錯塩、ウレア類およびメラミンからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を使用することができる。上記変性ポリアミンとしては、アミン類のエポキシ付加変性物、アミン類のアミド化変性物、アミン類のアクリル酸エステル変性物、アミン類のイソシアネート変性物、アミン類のマンニッヒ化変性物などが挙げられる。
上記変性ポリアミンに使用されるアミン類としては、例えば、エチレンジアミン、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、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシプロピレントリアミン等の脂肪族ポリアミン;イソホロンジアミン、メンセンジアミン、ビス(4−アミノ−3−メチルジシクロヘキシル)メタン、ジアミノジシクロヘキシルメタン、ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、N−アミノエチルピペラジン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ(5.5)ウンデカン等の脂環式ポリアミン;m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、トリレン−2,4−ジアミン、トリレン−2,6−ジアミン、メシチレン−2,4−ジアミン、メシチレン−2,6−ジアミン、3,5−ジエチルトリレン−2,4−ジアミン、3,5−ジエチルトリレン−2,6−ジアミン等の単核ポリアミン;ビフェニレンジアミン、4,4−ジアミノジフェニルメタン、2,5−ナフチレンジアミン、2,6−ナフチレンジアミン等の芳香族ポリアミン;2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−イソプロピルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、2−アミノプロピルイミダゾール等のイミダゾール類が挙げられる。
上記ヒドラジド類としては、シュウ酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、グルタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、スベリン酸ジヒドラジド、アゼライン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、フタル酸ジヒドラジド等が用いられる。
(C)潜在性硬化剤の量は、(A1)成分、(A2)成分、及び(B)成分の総量100質量部に対して一般的には1〜50質量部、組成物の粘度と硬化性のバランスから好ましくは3〜30質量部、より好ましくは5〜20質量部である。
本発明の硬化性樹脂組成物には、必要に応じて、無機充填剤を添加してもよい。このような無機充填剤としては、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ等のシリカ、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、硼酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、炭酸カルシウム、窒化珪素、炭化珪素、窒化ホウ素、珪酸カルシウム、チタン酸カリウム、窒化アルミニウム、ベリリア、ジルコニア、ジルコン、フォステライト、ステアタイト、スピネル、ムライト、チタニア等の粉体、又はこれらを球形化したビーズ、及びガラス繊維等が用いられる。これらの無機充填剤を単独で使用してもよく、2種類以上を併用してもよい。上記無機充填剤の使用量としては、(A1)成分、(A2)成分、及び(B)成分の総量100質量部に対し、10〜500質量部であることが好ましく、20〜300質量部がより好ましく、30〜100質量部が特に好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、自動車、車両(新幹線、電車など)、土木、建築、船舶、飛行機、宇宙産業分野における構造材料接合用接着剤として使用される。本発明の硬化性樹脂組成物はまた、一般事務用、医療用、電子材料用の接着剤としても用いることができる。電子材料用の接着剤としては、ビルドアップ基板等の多層基板の層間接着剤、ダイボンディング剤、アンダーフィル等の半導体用接着剤、BGA補強用アンダーフィル、異方性導電性フィルム(ACF)、異方性導電性ペースト(ACP)等の実装用接着剤等が挙げられる。
ジムロート、撹拌羽根、窒素ラインを装着した2Lの5つ口セパラブル丸底フラスコ内で、エポキシ化合物(a2)としての「アデカレジンEP−4100E」(ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量:190g/eq.、(株)ADEKA製)890.6gと、メチルエチルケトン142.4gとを混合した。得られた混合物の温度を40℃に設定し、ここにリン酸類(a1)として85質量%リン酸水溶液11.1gを系内の温度を60℃以下に保ちながら徐々に添加した。添加終了後、混合物を70℃まで加温して30分間撹拌し、リン酸とEP−4100Eの反応を完了させた。反応終了後、系内をさらに昇温し、140℃、30mmHgの条件下で系内のメチルエチルケトンと水を除去した。この時点で反応系内には、リン酸とEP−4100Eの反応生成物と未反応のEP−4100Eとが存在する。リン酸とEP−4100Eの反応生成物は本発明のリン酸変性エポキシ樹脂(A1)に当たる。未反応のEP−4100Eは本発明のエポキシ樹脂(A2)に当たる。理論上、ここには64gのリン酸変性エポキシ樹脂(A1)と836gのエポキシ樹脂(A2)が存在することになる。
ジムロート、撹拌羽根、窒素ラインを装着した2Lの5つ口セパラブル丸底フラスコ内で、エポキシ化合物(a2)としての「アデカレジンEP−4100E」1009.3gと、メチルエチルケトン151.4gとを混合した。得られた混合物の温度を40℃に設定し、ここにリン酸類(a1)として85質量%リン酸水溶液12.6gを系内の温度を60℃以下に保ちながら徐々に添加した。添加終了後、70℃まで加温して30分間撹拌し、リン酸と「EP−4100E」の反応を完了させた。反応終了後、系内をさらに昇温し、140℃、30mmHgの条件下で系内のメチルエチルケトンと水を除去した。この時点で反応系内には、リン酸とEP−4100Eの反応生成物と未反応のEP−4100Eとが存在する。リン酸とEP−4100Eの反応生成物は本発明のリン酸変性エポキシ樹脂(A1)に当たる。未反応のEP−4100Eは本発明のエポキシ樹脂(A2)に当たる。理論上、ここには72.7gのリン酸変性エポキシ樹脂(A1)と944.3gのエポキシ樹脂(A2)が存在することになる。こうしてリン酸変性エポキシ樹脂(A1)とエポキシ樹脂(A2)を含む1020gの組成物2が得られた。組成物2のリン含有量は理論値で0.33質量%である。
ジムロート、撹拌羽根、窒素ラインを装着した2Lの5つ口セパラブル丸底フラスコ内で、エポキシ化合物(a2)としての「アデカレジンEP−4100E」1003.4gと、メチルエチルケトン181.3gとを混合した。得られた混合物の温度を40℃に設定し、ここにリン酸類(a1)として85質量%リン酸水溶液18.3gを系内の温度を60℃以下に保ちながら徐々に添加した。添加終了後、70℃まで加温して30分間撹拌し、リン酸とEP−4100Eの反応を完了させた。反応終了後、系内をさらに昇温し、140℃、30mmHgの条件下で系内のメチルエチルケトンと水を除去した。
この時点で反応系内には、リン酸とEP−4100Eの反応生成物と未反応のEP−4100Eとが存在する。リン酸とEP−4100Eの反応生成物は本発明のリン酸変性エポキシ樹脂(A1)に当たる。未反応のEP−4100Eは本発明のエポキシ樹脂(A2)に当たる。こうしてリン酸変性エポキシ樹脂(A1)とエポキシ樹脂(A2)を含む1020gの組成物3が得られた。組成物3のリン含有量は理論値で0.48質量%である。
ジムロート、撹拌羽根、窒素ラインを装着した2Lの5つ口セパラブル丸底フラスコに、アデカポリエーテルG−3000B(数平均分子量が3000のポリプロピレングリコールグリセリルエーテル、(株)ADEKA製)1000gを添加し、100〜110℃、30mmHg以下の条件で1時間減圧脱気した。反応系内を60℃まで冷却し、トリレンジイソシアネート174gを添加し、窒素気流下90〜100℃で3時間反応させ、NCO%が3.6質量%以下であることを確認して反応を終了した。こうしてウレタンプレポリマーが得られた。
ジムロート、撹拌羽根、窒素ラインを装着した5Lの5つ口セパラブル丸底フラスコに、アデカポリエーテルG−3000B(数平均分子量3000のグリセリンのプロピレンオキサイド付加重合物、(株)ADEKA製)を240g添加し、100〜110℃、30mmHg以下の条件で、1時間減圧脱気を行った。反応系内を60℃まで冷却し、トリレンジイソシアネートを42g添加し、窒素気流下90〜100℃で3時間反応させた。NCO%が3.6質量%以下であることを確認して反応を終了させた。その後、アデカレジンEP−4901((株)ADEKA製、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキシ当量:170g/eq.)を791g、アデカグリシロールED−503(1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、(株)ADEKA製、エポキシ当量:165g/eq.)を70g、ウレタン反応の触媒としてジブチル錫ジラウレート0.08gを添加し、80〜90℃で反応させた。IR吸収スペクトルにてNCOの吸収が消失したことを確認して反応を終了させた。こうして、1140gの、ウレタン変性エポキシ樹脂を含む組成物5が得られた。組成物5は本発明で用いるリン酸変性されたエポキシ化合物を含まない。
ジムロート、撹拌羽根、窒素ラインを装着した1Lの5つ口セパラブル丸底フラスコに、(b1)ポリオールとして「アデカポリエーテルG−1500」(数平均分子量1500のポリプロピレングリコールグリセリルエーテル、(株)ADEKA製)500gを添加し、100〜110℃、30mmHg以下で、1時間減圧脱気した。反応系内を60℃まで冷却し、(b2)ポリイソシアネートとしてのイソホロンジイソシアネート221gと、触媒としてのジオクチル錫ジラウレート0.075gを添加し、窒素気流下にて90〜100℃で3時間反応させた。反応系内のイソシアネート基含有量(NCO%)が5.9質量%と確認された時点で反応を終了した。こうしてポリウレタン樹脂(b3)が得られた。次に、ジムロート、撹拌羽根、窒素ラインを装着した1Lの5つ口セパラブル丸底フラスコに、ポリウレタン樹脂(b3)781g、(b4)ブロック剤としてのp−tert−ブチルフェノール150g、及び触媒としてのジオクチル錫ジラウレートを0.025g添加し、90〜100℃で3時間反応させた。IR吸収スペクトルにてNCOの吸収が消失したことが確認された時点で反応を終了した。こうしてブロックウレタン(B)が得られた。
500mLディスポカップに、上記組成物1を70g、上記ブロックウレタン(B)を30g、(C)潜在性硬化剤としてのジシアンジアミド(DICY)7gと、更に、N,N−ジメチル−N’−フェニルウレア(Fenuron)1g、炭酸カルシウム25gとを加え、25℃にて5分間スパチュラで撹拌した。その後、遊星式攪拌機を使用して更に撹拌し、本発明の硬化性樹脂組成物1を得た。得られた硬化性樹脂組成物1の接着強度を表1に示す。接着強度(KN/mm)はJIS K6854−3に従い、被着材としてアルミニウム及び鉄を使用し、23℃にて剥離速度100mm/分で行ったT型剥離試験の測定値である。
表1に示されるように配合を変更して本発明の硬化性樹脂組成物と対照用硬化性樹脂組成物を製造した。得られた硬化性樹脂組成物の接着強度を実施例1と同じ方法で測定した。結果を表1に示す。なお、表1中の「EH-5011S」は(株)ADEKA製イミダゾール型潜在性硬化剤である。
Claims (6)
- (A1)リン酸類(a1)とエポキシ化合物(a2)とを反応させて得られるリン酸変性エポキシ樹脂(ただしウレタン変性エポキシ樹脂、ウレタン変性キレートエポキシ樹脂を除く。)と、(A2)エポキシ樹脂(ただし上記(A1)成分を除く)、(B)ブロックウレタン、(C)潜在性硬化剤を含有する、自動車、鉄道車両、航空機から選ばれる輸送機器の構造体を接合するための、硬化性樹脂組成物。ただし、(A1)成分と(A2)成分との合計質量中のリン含有量が0.01〜2.0質量%である。
- 前記エポキシ化合物(a2)がビスフェノール型エポキシ樹脂である請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記(B)ブロックウレタンが、(b1)ポリオール、及び(b2)ポリイソシアネートを反応させて得られる(b3)ポリウレタン樹脂に、さらに(b4)ブロック剤を反応させて得られる化合物である請求項1又は2に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記(C)潜在性硬化剤が、ジシアンジアミド、変性ポリアミン、ヒドラジド類、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、三フッ化ホウ素アミン錯塩、ウレア類およびメラミンからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物である請求項1〜3の何れかに記載の硬化性樹脂組成物。
- 請求項1〜4の何れかに記載の硬化性樹脂組成物を用いてなる、自動車、鉄道車両、航空機から選ばれる輸送機器の構造体を接合するための、接着剤。
- アルミニウム材料の接合に用いられる、請求項5に記載の接着剤。
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