説明

エポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物および多孔質体用接着剤

【課題】ホルムアルデヒドを含まず、可使時間が長い上に、短時間で高い接着力(常態圧縮せん断接着強さ、耐熱せん断接着強さ、耐温水せん断接着強さ)が得られる多孔質体用接着剤を提供する。
【解決手段】本発明の多孔質体用接着剤は、エポキシ樹脂を含有する主剤とエポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物とにより構成され、エポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物は、親水基および親油基の両方を有する水性ポリアミノアミド系硬化剤、または、親水基および親油基の両方を有する水性ポリアミド系硬化剤と、3級アミンと、水とを含有する。水性ポリアミノアミド系硬化剤は、ダイマー酸またはトリマー酸とポリアミノアミドとを縮合反応させて得た縮合物であり、前記水性ポリアミド系硬化剤は、ダイマー酸またはトリマー酸とポリアミドとを縮合反応させて得た縮合物であることが好ましい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、木質材料や布帛等の繊維質材料、発泡樹脂材料等の有機材料や無機材料等の多孔質体の接着に使用される接着剤に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、作業環境の改善の観点から、有機溶媒を多量に含まない水系接着剤の使用が広がっている。従来、水系接着剤としては、例えば、レゾール形フェノール樹脂を主成分とするフェノール樹脂水系接着剤(例えば、特許文献1参照)、ポリビニルアルコールとイソシアネートで構成される水性高分子−イソシアネート系接着剤(例えば、特許文献2参照)、エポキシ樹脂のエマルジョンと硬化剤とで構成される水性エポキシ樹脂系接着剤(例えば、特許文献3参照)などが知られている。
しかしながら、フェノール樹脂水系接着剤は、排出規制が厳しいホルムアルデヒドを含んでおり、使用が避けられる傾向にある。
水性高分子−イソシアネート系接着剤は、架橋の際にガスが発生して発泡するため、被着体同士の圧締条件によっては接着力が低くなることがあった。しかも、可使時間が短い上に、粘度が高く、塗布作業性が低かった。
水性エポキシ樹脂系接着剤は、短時間では接着性が発現しない上に、得られる接着力(常態圧縮せん断接着強さ、耐熱せん断接着強さ、耐温水せん断接着強さ)が不充分であった。また、エポキシ樹脂のエマルジョンは粒子径が大きいため、分子レベルでの硬化剤との混合は困難であり、接着性が不充分になる傾向にあった。そこで、粒子径を小さくするためにエポキシ樹脂をエマルジョン化しないことが考えられるが、エポキシ樹脂と水とは混ざらないため、水は硬化剤に混ぜる必要がある。しかし、エポキシ樹脂の硬化剤としてアミン系硬化剤を使用した場合には、水によって不活性化しやすいため、充分な接着力が得られなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2006−257273号公報
【特許文献2】特開2007−262139号公報
【特許文献3】特開2008−247958号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
そこで、本発明は、水が共存しても活性が低下しにくいアミン系硬化剤であり、エポキシ樹脂に混ざりやすく、エポキシ樹脂系接着剤の接着力を向上させることができるエポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物を提供することを目的とする。また、ホルムアルデヒドを含まず、可使時間が長い上に、短時間で高い接着力(常態圧縮せん断接着強さ、耐熱せん断接着強さ、耐温水せん断接着強さ)が得られる多孔質体用接着剤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
[1]親水基および親油基の両方を有する水性ポリアミノアミド系硬化剤、または、親水基および親油基の両方を有する水性ポリアミド系硬化剤と、3級アミンと、水とを含有することを特徴とするエポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物。
[2]前記水性ポリアミノアミド系硬化剤は、ダイマー酸またはトリマー酸とポリアミノアミドとを縮合反応させて得た縮合物であり、前記水性ポリアミド系硬化剤は、ダイマー酸またはトリマー酸とポリアミドとを縮合反応させて得た縮合物である[1]に記載のエポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物。
[3]エポキシ樹脂を含有する主剤と、[1]または[2]に記載のエポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物とにより構成されることを特徴とする多孔質体用接着剤。
[4]多官能アクリルオリゴマーを含有する[3]に記載の多孔質体用接着剤。
[5]有機酸を含有する[3]または[4]に記載の多孔質体用接着剤。
【発明の効果】
【0006】
本発明のエポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物は、水が共存しても活性が低下しにくいアミン系硬化剤であり、また、エポキシ樹脂に混ざりやすく、エポキシ樹脂系接着剤の接着力を向上させることができる。
本発明の多孔質体用接着剤は、ホルムアルデヒドを含まず、可使時間が長い上に、短時間で高い接着力(常態、耐水、耐熱)が得られる。
【発明を実施するための形態】
【0007】
本発明のエポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物(以下、「硬化剤組成物」という。)は、エポキシ樹脂を主剤として含む接着剤に用いられるものであり、硬化剤と3級アミンとを含有するものである。
【0008】
硬化剤は、親水基および親油基の両方を有する水性ポリアミノアミド系硬化剤と水とを含有するもの、または、親水基および親油基の両方を有する水性ポリアミド系硬化剤と水とを含有するものである。
水性ポリアミノアミド系硬化剤および水性ポリアミド系硬化剤における親水基は、アミノ基であり、親油基は、炭化水素基、アミノ基である。
硬化剤における固形分濃度は38〜42%であることが好ましい。
【0009】
水性ポリアミノアミド系硬化剤としては、ダイマー酸またはトリマー酸とポリアミノアミドとを縮合反応させて得た縮合物であることが好ましい。また、水性ポリアミド系硬化剤としては、ダイマー酸またはトリマー酸とポリアミドとを縮合反応させて得た縮合物であることが好ましい。これら縮合物は水への分散性に優れ、エポキシ樹脂の水への分散性を向上させることができる上に、水中でも不活性化しにくい。
【0010】
上記ポリアミノアミドは、一般式がR−CONH−RNH(R,Rは任意の炭化水素基であり、R,Rは同一であってもよいし、異なってもよい。)で表され、両末端にアミノ基を有するアミン化合物とモノカルボン酸との縮合反応物である。
両末端にアミノ基を有するアミン化合物としては、例えば、エチレンジアミン、テトラエチレンジアミン、ポリエチレンポリアミン、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、イソホロンジアミン、メタキシリレンジアミンなどが挙げられる。アミン化合物の中でも、硬化性に優れる点では、脂肪族ポリアミンが好ましく、得られる硬化物の機械的物性の点からは、トリエチレンテトラミン、イソホロンジアミン、メタキシリレンジアミンやそれらの変性物が好ましい。
上記ダイマー酸は、トール油脂肪酸等の炭素数18の不飽和脂肪酸(例えば、オレイン酸、リノール酸)から得た炭素数36のジカルボン酸のことである。ダイマー酸としては、例えば、[化1]に示す構造式を有する非環型、単環型、多環型、芳香環型のものが挙げられる。
上記トリマー酸は、トール油脂肪酸等の炭素数18の不飽和脂肪酸から得た炭素数54のトリカルボン酸のことである。
【0011】
【化1】

【0012】
また、上記の縮合物は、水分散性向上のために、グリシドール(2,3−エポキシ−1−プロパノール)、エポキシ化ジシクロペンテニルアルコール、3,4−エポキシシクロヘキシルメタノール等のエポキシアルコール化合物が付加されてもよい。その付加においては、エポキシアルコールのヒドロキシ基が上記縮合物のアミノ基に反応するため、付加によって得られたものはエポキシ基を有する。したがって、エポキシ樹脂との親和性および反応性が高くなる。
【0013】
硬化剤組成物に含まれる3級アミンは硬化促進剤として機能する。3級アミンとしては、例えば、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、ジメチルベンジルアミン、1,8ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデカン、トリエチルアミン、トリエチレンジアミンなどが挙げられる。
【0014】
硬化剤と3級アミンとの質量比率(硬化剤:3級アミン)は175:1〜50:20であることが好ましく、150:2〜50:10であることがより好ましく、125:3〜80:6であることが特に好ましい。固形分換算の硬化剤と3級アミンとの質量比率(固形分換算の硬化剤:3級アミン)は70:1〜1:1であることが好ましく、30:1〜2:1であることがより好ましく、50:3〜32:6であることが特に好ましい。硬化剤と3級アミンとの質量比率が前記範囲にあれば、より優れた接着性能を得ることができる。
硬化剤固形分および3級アミンの合計と硬化剤組成物との質量比率は、21:51〜90:195であることが好ましく、22:52〜70:160であることがより好ましく、35:83〜56:131であることが特に好ましい。
【0015】
上述した硬化剤組成物に含まれる硬化剤は、親水基と親油基の両方を有するため、界面活性剤として機能するため、水中に均一に分散でき、エポキシ樹脂に混ざりやすい。また、上記硬化剤は、水が共存しても不活性化しにくい。さらに、上記硬化剤に3級アミンを併用することで、エポキシ樹脂の硬化性を高めることができる。
したがって、上記硬化剤組成物によれば、エポキシ樹脂系接着剤の接着力を向上させることができる。
【0016】
本発明の多孔質体用接着剤(以下、「接着剤」と略す。)は、エポキシ樹脂を含有する主剤と、硬化剤組成物とにより構成されるものである。本発明の接着剤は2液型であり、主剤と硬化剤組成物とは使用直前に混合される。
主剤と硬化剤組成物との混合においては、エポキシ樹脂100質量部に対して上記の硬化剤組成物が、好ましくは50〜200質量部、より好ましくは50〜170質量部、特に好ましくは80〜145質量部含まれるようにする。硬化剤組成物量が50質量部以上かつ200質量部以下であれば、せん断接着力をより向上させることができ、5MPa以上のせん断接着力を容易に得ることができる。
【0017】
エポキシ樹脂としては、例えば、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂などが挙げられる。
グリシジルエーテル型エポキシ樹脂としては、例えば、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、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルトクレゾール型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂などが挙げられる。
グリシジルエステル型エポキシ樹脂としては、例えば、ヘキサヒドロ無水フタル酸型エポキシ樹脂、テトラヒドロ無水フタル酸型エポキシ樹脂、ダイマー酸型エポキシ樹脂などが挙げられる。
グリシジルアミン型エポキシ樹脂としては、例えば、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルイソイアヌレート、アミノフェノール型エポキシ樹脂、アニリン型エポキシ樹脂などが挙げられる。
【0018】
エポキシ樹脂は、物性や接着性の調整のために、変性エポキシ樹脂としてもよい。例えば、ゴム変性エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂を用いることもできる。また、エポキシ樹脂は多官能であっても構わない。また、エポキシ樹脂にゴムを分散しても構わない。
【0019】
接着剤は、反応性の向上と得られる接着膜の耐熱性向上のために、多官能アクリルオリゴマーを含有することが好ましい。
多官能アクリルオリゴマーとしては、トリメチロールプロパントリアクリレート、イソシアヌル酸エチレンオキシド変性ジアクリレート、イソシアヌル酸エチレンオキシドトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ペンタエリスリトールヘキサアクリレートなどが挙げられる。
【0020】
多官能アクリルオリゴマーの含有量は、エポキシ樹脂を100質量部に対して0〜10質量部であることが好ましく、0.1〜5質量部であることがより好ましい。多官能アクリルオリゴマーの含有量が10質量部以下であれば、せん断接着力の低下を防止でき、5MPa以上のせん断接着力を容易に得ることができる。多官能アクリルオリゴマーの含有量が0.1質量部以上であれば、耐熱性をより向上させることができる。
【0021】
接着剤は、可使時間を調整するために、有機酸を含有することができる。有機酸としては、水溶性のものが使用され、例えば、クエン酸、マロン酸、酢酸、乳酸、ギ酸などが挙げられる。
【0022】
有機酸の含有量は、エポキシ樹脂を100質量部に対して0〜15質量部であることが好ましく、1〜10質量部であることがより好ましい。有機酸の含有量が15質量部以下であれば、硬化時間の長期化を抑制し、該接着剤を用いて接着した際の生産性低下を防止できる。有機酸の含有量が1質量部以上であれば、可使時間をより長くできる。
【0023】
接着剤には、嵩の増加、塗布の作業性向上、塗布面の間隙充填、強度・粘度の調整の目的で、充填材が含まれてもよい。
充填材としては、無機充填材、有機充填材の何れも使用できる。無機充填材としては、例えば、炭酸カルシウム、タルク、シリカ、アルミナ、カオリン、クレー、ゼオライト、ベントナイト、アエロジル等が挙げられる。有機充填材としては、木粉、クルミ粉、小麦粉、米粉、もみがら、樹皮粉、やしがら、セルロール繊維等の有機繊維類、天然繊維類、炭粉等が挙げられる。これらの中でも、汎用的であることから、木粉、炭酸カルシウムが好ましい。
【0024】
充填材の含有量は、エポキシ樹脂を100質量部に対して50〜200質量部であることが好ましく、100〜150質量部であることがより好ましい。充填材の含有量が150質量部以下であれば、接着性の低下を良好に防止できる。
ただし、スプレー塗布を適用する場合には、塗布性が低下するおそれがあるため、充填材を含有させないことが好ましい。
【0025】
接着剤には、粘度調整を目的に、水がさらに添加されてもよい。水の添加量は、エポキシ樹脂を100質量部に対して0〜200質量部であることが好ましく、30〜100質量部であることがより好ましい。水の含有量が200質量部以下であれば、過剰な低粘度化による液垂れを防止でき、30質量部以上であれば、より低粘度化でき、塗布作業性を向上させることができる。
【0026】
接着剤には、水と共に水溶性の有機溶媒が添加されても構わない。水溶性の有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルなどが挙げられる。
【0027】
主剤と硬化剤組成物とを混合した後の接着剤の粘度は、接着剤の使用方法によって適宜調整する。例えば、接着剤を、硬質多孔質体に対してロール塗布する場合には、ロール塗布適性の点で、1000〜50000mPa・sの範囲にすることが好ましい。また、接着剤を、軟質多孔質体に対してスプレー塗布する場合には、スプレー塗布適性の点で、300〜1000mPa・sの範囲にすることが好ましい。
ここで、粘度は、1000mPa・s以上の高粘度である場合には、BM型粘度計を用い、No.4ロータ、回転数6回転/分、25℃の条件で測定した値である。1000mPa・s以下の低粘度である場合には、BM型粘度計を用い、No.3ロータ、回転数12回転/分、25℃の条件で測定した値である。
接着剤の粘度は、水や有機溶媒の配合量により調整できる。
【0028】
接着剤が、多官能アクリルオリゴマー、有機酸、充填材および有機溶媒を含有する場合には、硬化剤組成物に予め混ぜておくことが好ましい。多官能アクリルオリゴマー、有機酸、充填材および有機溶媒を主剤に混ぜておくと、エポキシ樹脂と反応して可使時間が短くなるため、好ましくない。また、多官能アクリルオリゴマー、有機酸、充填材および有機溶媒を含有する場合には、主剤と硬化性組成物と同時に混合してもよい。
主剤には、エポキシ樹脂以外の成分を含有させてもよいが、エポキシ樹脂は親油性であるから、水を含有させることは好ましくない。また、エポキシ樹脂は反応性が高いが、硬化剤組成物に混ぜる前に反応が進むと、接着性が低下したり、可使時間が短くなったりするため、エポキシ樹脂と反応し得る成分を主剤に含有させることは好ましくない。なお、エポキシ樹脂と反応しにくい成分としては、充填材が挙げられる。
【0029】
以上説明した本発明の接着剤は、フェノール樹脂系接着剤ではないから、ホルムアルデヒドを含まずに接着性を発揮する。
また、本発明の接着剤では、水性ポリアミノアミド系硬化剤、水性ポリアミド系硬化剤が親水基と親油基の両方を有するため、界面活性剤と同様の機能を果たす。そのため、乳化剤を含まなくてもエポキシ樹脂を水に高い分散性で分散させることができ、接着剤の可使時間を長く(例えば、20〜30℃で60分程度)できる。また、エポキシ樹脂の分子の周囲に硬化剤が存在しやすくなるため、分子レベルで混ざりやすくなり、短時間で高い接着力(常態圧縮せん断接着強さ、耐熱せん断接着強さ、耐温水せん断接着強さ)を得ることができる。さらに、本発明の接着剤は、塗布作業性および水洗性にも優れる。
【0030】
上記のような本発明の接着剤は、多孔質体に浸透して接着力を発現しやすいため、木質材料、布帛などの多孔質体の接着に好適に使用できる。接着剤によって一対の木質材料同士を接着してもよいし、一対の布帛同士を接着してもよいし、木質材料と布帛を接着してもよい。
木質材料としては、木質集成材、直交合板、平行合板(ラミネートベニアランバー、LVL)、パラレルストランドランバー(PSL)、ボード類(ミディアムデンシティファイバ(MDF)、パーティクルボード(PB)、オリエンティッドストランドボード(OSB)、バガスボード、バンブーボード、ストローボード等)等が挙げられる。布帛としては、例えば、織布、フェルトなどが挙げられる。
接着剤の塗布方法としては、例えば、刷毛塗り、ヘラ塗り、スプレー塗布、ロール塗布、ナイフコート、含浸塗布などが挙げられる。
塗布後は、加熱して接着剤を硬化させてもよいが、本発明の接着剤は室温でも硬化する。そのため、本発明の接着剤は加熱できない材料にも適用できる。
本発明の接着剤を用いて接着した多孔質体接着材料は、接着力(常態圧縮せん断接着強さ、耐熱せん断接着強さ、耐温水せん断接着強さ)のいずれも優れる。
【実施例】
【0031】
(実施例1)
表1に示すエポキシ樹脂と多官能アクリルオリゴマーとを混合して主剤(A)を調製した。また、表1に示す水性ポリアミノアミド系硬化剤(水溶液、固形分濃度40質量%)と3級アミンと炭酸カルシウムと有機酸とを水に添加し、混合して硬化剤組成物(B)を調製した。
次いで、主剤(A)と硬化剤組成物(B)とをさらに混合することにより、液状の接着剤を得た。
【0032】
【表1】

【0033】
(実施例2)
表2に示すエポキシ樹脂からなる主剤に、水性ポリアミノアミド系硬化剤(水溶液、固形分濃度40質量%)と3級アミンと多官能アクリルオリゴマーと水とを含む硬化剤組成物を混合して、液状の接着剤を得た。
【0034】
【表2】

【0035】
(実施例3)
主剤から多官能アクリルオリゴマーを除いたこと以外は実施例1と同様にして、液状の接着剤を得た。
【0036】
(比較例1)
ジャパンエポキシレジン社製エポキシ樹脂エマルジョン(W2801)100質量部に変性脂肪族ポリアミン系硬化剤(ジャパンエポキシレジン社製JERキュア8060)100質量部を配合して、液状の接着剤を得た。
【0037】
実施例1,2および比較例1の接着剤について、2枚のカバ材(100mm×100mm、厚さ10mm、2プライ)を接着した際の常態圧縮せん断接着強さ、耐熱せん断接着強さ、耐温水せん断接着強さを測定した。測定結果を表3に示す。
常態圧縮せん断接着強さは、JIS K6852(ISO6238)に従って圧縮状態での接着強さを測定した。表3には、5回測定の平均値を示した。
耐熱せん断接着強さを、JIS K6831(ISO19212)に従い、100℃の環境下に放置後の接着強さを測定した。表3には、5回測定の平均値を示した。
耐温水せん断接着強さは、JIS K6857に従い、60℃、3時間、温水浸漬後の接着強さを測定した。表3には、5回測定の平均値を示した。
なお、接着条件は、実施例1,2では、温度100℃、接着時間10分、圧締圧0.1MPaとし、比較例1では、実施例1,2と同じ条件では接着しないため、100℃、60分とした。
せん断接着強さが高い程、耐久性に優れるものとなり、5MPa以下では実用性に乏しくなる。
【0038】
【表3】

【0039】
実施例1,2の接着剤は、接着時間が短かったにもかかわらず、比較例1の接着剤よりも、常態圧縮せん断接着強さ、耐熱せん断接着強さ、耐温水せん断接着強さのいずれもが優れていた。
【0040】
また、実施例1の接着剤の可使時間(接着剤が出来上がったときを測定開始点とし、粘度20000mPa・sになるまでの時間)を測定したところ、約60分であったが、比較例1の接着剤の可使時間は30分以下であった。
また、実施例1の接着剤を用いたブナ集成材(幅150mm、長さ300mm、厚さ30mm、ブナ無垢材、3プライ)において、ISO 26842−2のデラミネーションレジスタンスグレード 3−A2の耐久性試験をしたところ、総接着はく離長さ%が10%未満の良好な結果が得られた。
また、実施例1,2の接着剤を、2枚のカバ材(300mm×300mm、厚さ10mm、2プライ)にロール塗布し、温度100℃、接着時間10分、圧締圧1MPaで接着した後、75mm×75mmに切断し、JAS普通合板二類の浸せきはく離試験を行ったところ、接着層のはく離長さ%が0であり、本試験に合格した。
また、実施例2の接着剤をフェルトにスプレー塗布し、これとは別のフェルトを圧着し、加熱して接着剤を硬化させた後、両フェルトにはく離方向の力を加えたところ、フェルト材料が破壊し、接着が強固であることが確認できた。
実施例2の接着剤は、接着強さは実施例1と同等であったが、可使時間は約2時間であった。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
親水基および親油基の両方を有する水性ポリアミノアミド系硬化剤、または、親水基および親油基の両方を有する水性ポリアミド系硬化剤と、3級アミンと、水とを含有することを特徴とするエポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物。
【請求項2】
前記水性ポリアミノアミド系硬化剤は、ダイマー酸またはトリマー酸とポリアミノアミドとを縮合反応させて得た縮合物であり、前記水性ポリアミド系硬化剤は、ダイマー酸またはトリマー酸とポリアミドとを縮合反応させて得た縮合物である請求項1に記載のエポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物。
【請求項3】
エポキシ樹脂を含有する主剤と、請求項1または2に記載のエポキシ樹脂系接着剤用硬化剤組成物とにより構成されることを特徴とする多孔質体用接着剤。
【請求項4】
多官能アクリルオリゴマーを含有する請求項3に記載の多孔質体用接着剤。
【請求項5】
有機酸を含有する請求項3または4に記載の多孔質体用接着剤。

【公開番号】特開2011−219745(P2011−219745A)
【公開日】平成23年11月4日(2011.11.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−62425(P2011−62425)
【出願日】平成23年3月22日(2011.3.22)
【出願人】(000004075)ヤマハ株式会社 (5,930)
【Fターム(参考)】