JP7022800B1 - 接着剤組成物及び接着構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
[項1]
反応性シリル基を有するポリ(メタ)アクリル系重合体(A)、
末端に反応性シリル基を有するオキシアルキレン系重合体(B)、及び
シランカップリング剤(C)
を含む接着剤組成物であって、
前記シランカップリング剤(C)は第二級アミノ基含有シランカップリング剤(C-i)を含む、接着剤組成物。
[項2]
前記重合体(A)が
(a1)式:CH2=CX1-C(=O)-O-A1
[式中、X1は、水素原子またはメチル基であり、
A1は、水素原子または炭素数1~9の炭化水素基である。]
で示される(メタ)アクリル単量体から誘導される繰り返し単位、及び
(a2)式:CH2=CX2-C(=O)-O-A2
[式中、X2は、水素原子またはメチル基であり、
A2は、炭素数10~40の炭化水素基である。]
で示される(メタ)アクリル単量体から誘導される繰り返し単位
を有する項1に記載の接着剤組成物。
[項3]
前記重合体(B)が、分岐鎖状重合体と直鎖状重合体との組合せであって、
前記直鎖状重合体の数平均分子量が1000~10000であり、
前記直鎖状重合体の量が前記重合体(B)全体において、3~50重量%である、項1又は2に記載の接着剤組成物。
[項4]
前記第二級アミノ基含有シランカップリング剤(C-i)がOH基又はNH2基を有する、項1~3のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
[項5]
前記第二級アミノ基含有シランカップリング剤(C-i)が、分子内において第二級アミノ基から原子数6個の距離内にOH基又はNH2基を有する、項4に記載の接着剤組成物。
[項6]
前記第二級アミノ基含有シランカップリング剤(C-i)が、少なくとも二種の第二級アミノ基含有シランカップリング剤(C-i)の組み合わせであり、その少なくとも一種がOH基又はNH2基を有する、項1~5のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
[項7]
前記第二級アミノ基含有シランカップリング剤(C-i)が分子内にOH基を有するシランカップリング剤と分子内にNH2基を有するシランカップリング剤との両方を含む、項6に記載の接着剤組成物。
[項8]
前記第二級アミノ基含有シランカップリング剤(C-i)の少なくとも一種が分子内に2個以上の反応性シリル基を有する、項1~7のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
[項9]
シランカップリング剤(C)が、さらにビニル基含有シランカップリング剤及びエポキシ基含有シランカップリング剤からなる群から選択される少なくとも一種を含む、項1~8のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
[項10]
さらに可塑剤(D)を含み、前記可塑剤(D)がトリメリット酸エステル又はアルキルスルホン酸フェニル系エステルである、項1~9のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
[項11]
ガラスと樹脂を接着させるために用いられ、かつ、湿気硬化型である、項1~10のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
[項12]
ガラス、
樹脂、及び
前記ガラスと前記樹脂との間における項1~11のいずれか一項に記載の接着剤組成物の硬化物
を含んでなる接着構造体。
[項13]
前記樹脂がポリカーボネート含有樹脂である、項12に記載の接着構造体。
[項14]
前記ガラスが14インチ以上のディスプレイ又は曲面若しくは曲線断面を有するディスプレイのカバーガラスであり、
前記樹脂が樹脂パネルであり、
前記接着構造体がディスプレイである、項12又は13に記載の接着構造体。
[項15]
前記接着構造体が車載ディスプレイである、項12~14のいずれか一項に記載の接着構造体。
本開示の接着剤組成物は、
反応性シリル基を有するポリ(メタ)アクリル系重合体(A)、
末端に反応性シリル基を有するオキシアルキレン系重合体(B)、及び
シランカップリング剤(C)
を含む。
本開示の接着剤組成物は、反応性シリル基を有するポリ(メタ)アクリル系重合体(A)を含む。ポリ(メタ)アクリル系重合体(A)は(メタ)アクリル単量体((メタ)アクリル酸及びその誘導体(例えば、エステル及びアミド等))から誘導される繰り返し単位を有し、少なくとも1つの反応性シリル基を有する。
(a1)式:CH2=CX1-C(=O)-O-A1
[式中、X1は、水素原子またはメチル基であり、
A1は、炭素数1~9の炭化水素基である。]
で示される(メタ)アクリル単量体から誘導される繰り返し単位を有することができる。
(a2)式:CH2=CX2-C(=O)-O-A2
[式中、X2は、水素原子またはメチル基であり、
A2は、炭素数10~40の炭化水素基である。]
で示される(メタ)アクリル単量体から誘導される繰り返し単位を有することができる。
本明細書において、反応性シリル基とは、ケイ素原子およびそれと結合した反応性基を有する基であり、公知の反応性シリル基であってよい。反応性基は水酸基、加水分解性基等であってよい。加水分解性基はアルコキシ基、アミド基またはアミノオキシ基であってよく、アルコキシ基が好ましい。炭素数の少ないアルコキシ基の方が反応性が高く、目的や用途に応じて選択できるが、アルコキシ基の炭素数は1~6であってよく、好ましくは1~3、より好ましくは1または2である。
式:-Si(R)3-n(Y)n
[式中、Rは炭素数1から30の炭化水素基または-OSi(R’)3で示されるオルガノシロキシ基であり、R’は炭素数1から30の炭化水素基、Yは水酸基または加水分解性基、nは1~3の整数である。R、R’またはYが複数個存在するときそれらは同一または異なる。]
で表される基であってよい。
(メタ)アクリル系重合体(A)の数平均分子量は3000以上、5000以上、又は8000以上であってよい。(メタ)アクリル系重合体(A)の数平均分子量は50000以下、40000以下、又は30000以下であってよい。
本開示における接着剤組成物は、少なくとも1つの末端に反応性シリル基を有するオキシアルキレン系重合体(B)を含む。
オキシアルキレン系重合体(B)全体の数平均分子量は1000以上、2000以上、3000以上、5000以上、8000以上又は10000以上であってよい。オキシアルキレン系重合体(B)全体の数平均分子量は100000以下、50000以下、40000以下、30000以下、20000以下、15000以下、又は10000以下であってよい。オキシアルキレン系重合体(B)の数平均分子量はポリスチレン換算により算出される。
オキシアルキレン系重合体(B)の製造方法は特に限定されず、公知の方法、例えば特開2005-336401に記載の方法を参照できる。オキシアルキレン系重合体の製造方法は、例えば、アルキレンオキシドを重合する工程および反応性シリル基を分子内に導入する工程を含む。例えば、アルキレンオキシドを重合し、得られた重合体の両末端に存在する水酸基等の官能基に対して、反応性シリル基を含有する化合物を反応させることでオキシアルキレン系重合体(B)を得ることができる。
シランカップリング剤とは、一分子中に反応性の異なる少なくとも二種類の官能基を有する有機珪素化合物であり、一般に、反応性シリル基と、有機反応性基とを有する。シランカップリング剤は分子内に1個の反応性シリル基を有してもよいし、2個以上(例えば2個)の反応性シリル基を有してもよい。
シランカップリング剤(C)は
式(1):
X-Si-Ra n(Rb)3-n(1)
[式中、Xは、反応基であり、
Raは、それぞれ独立して、炭化水素基であり、
Rbは、それぞれ独立して、反応基であり、
nは、0、1または2である。」
で表されるモノシラン型カップリング剤であってよい。
Raの炭素数は15以下、12以下、10以下、8以下、又は6以下であってよく、好ましくは10以下である。
シランカップリング剤(C)は
式(2):
Ra’ n(Rb’)3-nSi-X’-Si-Ra’ m(Rb’)3-m (2)
「式中、X’は、反応基であり、
Ra’は、それぞれ独立して、炭化水素基であり、
Rb’は、それぞれ独立して、反応基であり、
mは、それぞれ独立して、0、1または2である。]
で表されるビスシラン型カップリング剤であってよい。
本開示におけるシランカップリング剤(C)は、第二級アミノ基含有シランカップリング剤(C-i)を含む。ここで、第二級アミノ基とは、アンモニアの二個の水素が炭化水素基に結合した構造であるR1-NH-R2構造を指す。第二級アミノ基の窒素原子は、一個又は二個、好ましくは二個のアルキレン基に結合している。第二級アミノ基の窒素原子が結合しているそれぞれの炭化水素基(例えばアルキレン基)の炭素数は、8以下、6以下、4以下、又は3以下であってよい。
シランカップリング剤(C)は、上記第二級アミノ基含有シランカップリング剤(C-i)に加えて、ビニル基含有シランカップリング剤、エポキシ基含有シランカップリング剤、第一級アミノ基含有シランカップリング剤、メルカプト基含有シランカップリング剤、ハロゲン化アルキル基含有シランカップリング剤、又はポリスルフィド基含有シランカップリング剤を含んでもよい。これらは単独で用いてもよいし、又は二種類以上を併用して用いてもよいが、二種類以上を併用して用いることが好ましく、特に第二級アミノ基含有シランカップリング剤(C-i)に加えて一種、又は二種以上のシランカップリング剤を組み合わせて用いられることが好ましい。特にビニル基含有シランカップリング剤及びエポキシ基含有シランカップリング剤からなる群から選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。ビニル基含有シランカップリング剤から選択される少なくとも一種及びエポキシ基含有シランカップリング剤から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。シランカップリング剤を組み合わせて用いることにより、接着性が向上し得る。
本開示における硬化性組成物は可塑剤を含むことが好ましい。可塑剤の例としては、トリメリット酸エステル、アルキルスルホン酸フェニル系エステル、ポリアルキレンエーテル類、フタル酸ジエステル類、エポキシ化ヘキサヒドロフタル酸ジエステル類、アルキレンジカルボン酸ジエステル類、アルキルベンゼン類、ひまし油類、リン酸エステル類、エポキシ化大豆油類等が挙げられる。中でも、トリメリット酸エステル、又はアルキルスルホン酸フェニル系エステルを用いることで、良好な作業性と良好な接着性とを両立し得る。
本開示における硬化性組成物は充填剤を含んでいてよい。充填剤は常温で固体の粒子であり、公知の充填剤であってよい。充填剤の例としては、表面未処理炭酸カルシウム、表面処理炭酸カルシウム、例えば脂肪酸処理炭酸カルシウム等、ヒュームシリカ、沈降性シリカ、カーボンブラック、タルク、マイカ、クレーや、ガラスビーズ、マイクロバルーン、シラスバルーン、ガラスバルーン、シリカバルーン、プラスチックバルーン、有機粉体コーティングプラスチックバルーン等のバルーン類、プラスチック粒子、ガラス繊維、金属繊維等の無機繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維等の有機繊維、ホウ酸アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸カリウム、グラファイト、針状結晶性炭酸カルシウム、ホウ酸マグネシウム、二ホウ化チタン、クリソタイル、ワラストナイト等の針状結晶性フィラー、アルミフレーク、アルミ粉、鉄粉等が挙げられる。
その他の成分の例としては、硬化触媒(例えば、錫触媒等のシラノール縮合触媒)有機溶剤(メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、リグロイン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、n-ヘキサン、ヘプタンや、イソパラフィン系高沸点溶剤等)、安定剤(アルコキシシリル基含有重合体を主成分とする硬化性組成物においては、メタノール、エタノール等)、エポキシ化合物、アクリルオリゴマー等)、老化防止剤(ヒンダードフェノール類、メルカプタン類、スルフィド類、ジチオカルボン酸塩類、チオウレア類、チオホスフェイト類、チオアルデヒド類等)、水分保給剤(水、無機塩類の水和物等)、紫外線吸収剤又は光安定剤(ベンゾトリアゾール類、ヒンダードアミン類等)、酸化防止剤(ヒンダードフェノール類等)、揺変剤(コロイダルシリカ、有機ベントナイト、脂肪酸アマイド、水添ひまし油等)等が挙げられる。
本開示の接着剤組成物において、(メタ)アクリル系重合体(A)の量は重合体(A)及び(B)の合計に対して、30重量%以上、40重量%以上、50重量%以上、又は60重量%以上であってよい。(メタ)アクリル系重合体(A)の量は重合体(A)及び(B)の合計に対して、90重量%以下、80重量%以下、70重量%以下、60重量%以下、又は50重量%以下であってよい。
基材表面に本開示の接着剤組成物を塗布し、基材同士を合わせ、接着剤組成物を硬化させることにより、接着構造体を得ることができる。本開示における接着剤組成物の硬化は公知の方法により行われる。例えば、湿気硬化型の一液型の接着剤組成物とすれば空気中の水分により硬化が進行する。
本開示の接着剤組成物は、好ましくは樹脂基材とガラスとの接着に用いられる。例えば、電子機器における樹脂基材(樹脂パネル)とディスプレイのカバーガラスとの接着に好適に用いられる。大型ディスプレイや、曲面又は曲線断面を有するようなディスプレイの場合、塗布に時間がかかってしまうことによる接着性の不均化等の問題があるが、本開示の接着剤組成物は、塗布作業性と接着性との両方に優れるため、大型ディスプレイ(例えば14インチ以上)や、曲面又は曲線断面を有するディスプレイ等のように作業性と良好な接着性が特に求められるディスプレイの製造に好適である。さらに、本開示は、優れた耐冷熱衝撃性を有しているため、車載ディスプレイ等の過酷な環境下に置かれるようなディスプレイに特に好適である。
(粘度)
接着剤の粘度特性は、回転粘度計及びレオメーターを使用して測定した。
回転粘度はスピンドルNo.7を取り付けたBS型回転粘度計を用い、20℃におけるスピンドル回転速度10rpmの粘度を測定した。回転粘度は500~700Pa・sであってよい。粘度が500Pa・s未満であると、塗布した接着剤の液ダレや広がりが起こり得、700Pa・sを超えると塗布形状バラつきやノズル詰まりが発生し得る。
レオメーター粘度は回転レオメーター(AR-G2、TA instruments製)を用い、25℃におけるせん断速度200(1/s)、ギャップ間距離200μmの粘度を測定した。レオメーター粘度は、20~40Pa・sであってよい。
塗布作業性は、兵神装備株式会社製のディスペンサー(2HD035G30)を使用して微細塗布性と高速塗布性について評価した。
微細塗布性は内径が1.5mm以下のノズルを用いて吐出することで評価した。内径:1.5mmのノズルで詰まりなく吐出可能であればよく、好ましくは内径:1.25mmで詰まりなく吐出可能なことである。
高速塗布性は内径:1.25mmのノズルを用いて塗布装置移動速度:150mm/sで吐出し、吐出されたビード形状を以下の基準で評価した。
〇:ビード形状が安定しており、途切れ、高さ不足及び広がりがない。
△:ビード形状が安定していないが、明らかな途切れ、高さ不足及び広がりがなく、実用上問題ない。
×:途切れ、高さ不足及び広がりがある。
プラズマ処理機で表面処理したPC・ABS樹脂(200mm×300mm)の外周部分に接着剤を塗布し、同サイズのガラス板を重ね合わせ23℃50%RHの環境で3日間養生することで試験片とした。接着剤厚みは厚さ:0.4~0.8mmのスペーサーをPC・ABS樹脂とガラスの間に入れることで調整した。プラズマ処理は富士機械製の超高密度大気圧プラズマ発生装置 Tough Plasma FPF-20を使用し、PC・ABS樹脂表面の濡れ指数(ダイン数)が濡れ指数試薬で50mN/m以上になるように調整した。
冷熱衝撃性は冷熱衝撃試験機(TSA-203ES、エスペック製)に試験片を投入して、低温側-30℃[保持時間30分]と高温側85℃[保持時間30分]で1サイクル、または低温側-40℃[保持時間30分]と高温側95℃[保持時間30分]で1サイクルとする冷熱衝撃を100サイクル繰り返すことで評価した。
〇:100サイクル後に接着剤とPC・ABS樹脂またはガラスの剥離なし
△:50サイクル後に接着剤とPC・ABS樹脂またはガラスの剥離なし
×:50サイクル後に接着剤とPC・ABS樹脂またはガラスの剥離あり
試験に用いた原材料の化学構造等を表1に示す。(メタ)アクリル系重合体A2及びA3、及びシランカップリング剤C4については下記の方法により製造した。
105℃に加熱したトルエン42g中に、メタクリル酸メチル14.5g、アクリル酸ブチル68.5g、メタクリル酸ステアリル15g、3-メタクリロキシプロピルジメトキシメチルシラン2gおよび重合開始剤として2,2’-アゾビスイソブチロニトリル0.48gをトルエン18.7gに溶かした溶液を5時間かけて滴下した後、2時間撹拌した。さらに、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル0.02gをトルエン6.3gに溶かした溶液を追加して1時間撹拌することにより、固形分濃度60重量%、数平均分子量が19,000(GPCより求めたポリスチレン換算値)のジメトキシメチルシリル基含有(メタ)アクリル系重合体を得た。得られた重合体をエバポレーターで揮発分を脱揮(110℃、減圧)することにより、固形分濃度99%以上の透明で粘稠な液体(A2)を得た。
[合成例2:(メタ)アクリル系重合体A3の製造]
105℃に加熱したイソブタノ-ル33g中に、アクリル酸ブチル98g、3-メタクリロキシプロピルジメトキシメチルシラン2gおよびイソブタノ-ル17gからなる混合物に重合開始剤として2,2’-アゾビスイソブチロニトリル0.6gを溶かした溶液を4時間かけて滴下した後、2時間後重合を行ない、固形分濃度60重量%、数平均分子量11,700(GPCより求めたポリスチレン換算値)のジメトキシメチルシリル基含有(メタ)アクリル系重合体を得た。得られた重合体をエバポレーターで揮発分を脱揮(110℃、減圧)することにより、固形分濃度99%以上の透明で粘稠な液体(A3)を得た。
[合成例3:シランカップリング剤C4の製造]
3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン50gとN-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン100gを50℃で72時間、加熱混合することにより合成した。
表2に示す組成(重量部)で原料をプラネタリーミキサーで混合し、硬化性組成物を調製した。得られた硬化性組成物に対して上記試験を行い、得られた評価結果を表3に示す。
Claims (15)
- 反応性シリル基を有するポリ(メタ)アクリル系重合体(A)、
末端に反応性シリル基を有するオキシアルキレン系重合体(B)、及び
シランカップリング剤(C)
を含み、
前記シランカップリング剤(C)は第二級アミノ基含有シランカップリング剤(C-i)を含む、接着剤組成物であって、
ガラス、
樹脂、及び
前記ガラスと前記樹脂との間における前記接着剤組成物の硬化物
を含んでなる接着構造体用であり、
下記(1)又は(2)を満たす、接着構造体用の接着剤組成物。
(1)前記ガラスが14インチ以上のディスプレイ又は曲面若しくは曲線断面を有するディスプレイのカバーガラスであり、
前記樹脂が樹脂パネルであり、
前記接着構造体がディスプレイである。
(2)前記接着構造体が車載ディスプレイである。 - 前記重合体(A)が
(a1)式:CH2=CX1-C(=O)-O-A1
[式中、X1は、水素原子またはメチル基であり、
A1は、水素原子または炭素数1~9の炭化水素基である。]
で示される(メタ)アクリル単量体から誘導される繰り返し単位、及び
(a2)式:CH2=CX2-C(=O)-O-A2
[式中、X2は、水素原子またはメチル基であり、
A2は、炭素数10~40の炭化水素基である。]
で示される(メタ)アクリル単量体から誘導される繰り返し単位
を有する請求項1に記載の接着剤組成物。 - 前記重合体(B)が、分岐鎖状重合体と直鎖状重合体との組合せであって、
前記直鎖状重合体の数平均分子量が1000~10000であり、
前記直鎖状重合体の量が前記重合体(B)全体において、3~50重量%である、請求項1又は2に記載の接着剤組成物。 - 前記第二級アミノ基含有シランカップリング剤(C-i)がOH基又はNH2基を有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
- 前記第二級アミノ基含有シランカップリング剤(C-i)が、分子内において第二級アミノ基から原子数6個の距離内にOH基又はNH2基を有する、請求項4に記載の接着剤組成物。
- 前記第二級アミノ基含有シランカップリング剤(C-i)が、少なくとも二種の第二級アミノ基含有シランカップリング剤(C-i)の組み合わせであり、その少なくとも一種がOH基又はNH2基を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
- 前記第二級アミノ基含有シランカップリング剤(C-i)が分子内にOH基を有するシランカップリング剤と分子内にNH2基を有するシランカップリング剤との両方を含む、請求項6に記載の接着剤組成物。
- 前記第二級アミノ基含有シランカップリング剤(C-i)の少なくとも一種が分子内に2個以上の反応性シリル基を有する、請求項1~7のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
- シランカップリング剤(C)が、さらにビニル基含有シランカップリング剤及びエポキシ基含有シランカップリング剤からなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項1~8のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
- さらに可塑剤(D)を含み、前記可塑剤(D)がトリメリット酸エステル又はアルキルスルホン酸フェニル系エステルである、請求項1~9のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
- ガラスと樹脂を接着させるために用いられ、かつ、湿気硬化型である、請求項1~10のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
- ガラス、
樹脂、及び
前記ガラスと前記樹脂との間における請求項1~11のいずれか一項に記載の接着剤組成物の硬化物
を含んでなり、
下記(1)又は(2)を満たす、接着構造体。
(1)前記ガラスが14インチ以上のディスプレイ又は曲面若しくは曲線断面を有するディスプレイのカバーガラスであり、
前記樹脂が樹脂パネルであり、
前記接着構造体がディスプレイである。
(2)前記接着構造体が車載ディスプレイである。 - 前記樹脂がポリカーボネート含有樹脂である、請求項12に記載の接着構造体。
- 前記ガラスが14インチ以上のディスプレイ又は曲面若しくは曲線断面を有するディスプレイのカバーガラスであり、
前記樹脂が樹脂パネルであり、
前記接着構造体がディスプレイである、請求項12又は13に記載の接着構造体。 - 前記接着構造体が車載ディスプレイである、請求項12~14のいずれか一項に記載の接着構造体。
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