JPH1025325A - ウレタンエマルジョン及び水性接着剤 - Google Patents

ウレタンエマルジョン及び水性接着剤

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JPH1025325A
JPH1025325A JP8183234A JP18323496A JPH1025325A JP H1025325 A JPH1025325 A JP H1025325A JP 8183234 A JP8183234 A JP 8183234A JP 18323496 A JP18323496 A JP 18323496A JP H1025325 A JPH1025325 A JP H1025325A
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JP
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weight
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urethane
group
water
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JP8183234A
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English (en)
Inventor
Takeshi Hasegawa
剛 長谷川
Tomomoto Toda
智基 戸田
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Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐水性に優れているだけでなく、無機材料や
多孔質材料などの表面の凹凸の大きな材料に対する密着
性や接着性においても優れているウレタンエマルジョン
を提供する。 【解決手段】 ポリイソシアネート化合物(A)、分子
内にイオン性基、非イオン性基及び潜在的イオン性基の
うち少なくとも1種以上の親水性基を有し、かつイソシ
アネート基と反応し得る活性水素を2個以上有する化合
物(B)、及び数平均分子量が6000〜50000の
範囲にあり、かつイソシアネート基と反応し得る活性水
素を2個以上有する化合物(C)を含む、自己乳化性を
有するウレタンポリマー及び/またはウレタンプレポリ
マーと、粘着付与樹脂とを水中に分散することにより得
られるウレタンエマルジョン。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、粘着剤もしくは接
着剤、塗料またはコーティング剤などに用い得るウレタ
ンエマルジョン並びに該ウレタンエマルジョンを用いた
水性接着剤に関し、より詳細には、耐水性が高められて
いるだけでなく、無機材料や多孔質材料に対する密着性
や接着性に優れたウレタンエマルジョン及び水性接着剤
に関する。
【0002】
【従来の技術】有機溶剤を用いた溶剤系の粘着剤や接着
剤は、被着面に対する密着性及び接着性に優れており、
かつ多くの用途に適しているため、幅広く利用されてい
る。しかしながら、使用されている有機溶剤の揮散によ
る大気汚染、作業環境の悪化及び火災発生の危険性など
の問題点を有するため、近年、溶媒として水を用いた粘
着剤や接着剤への転換が進められている。
【0003】しかしながら、一般に、水系接着剤は、溶
剤型接着剤に比べて耐水性が低いという欠点があった。
この問題を解決するものとして、特開平3−21626
号公報には、カルボキシル基をポリウレタン鎖に導入し
てなる自己乳化性のウレタン系水性分散体の製造方法が
開示されている。ここでは、カルボキシル基含有ウレタ
ンプレポリマーを溶剤及び水の存在下で、ジメチルエタ
ノールアミンなどの塩基性有機化合物並びに水及び/ま
たはジアミン類などの伸長剤と反応させ、減圧下で脱溶
媒することにより、自己乳化性のウレタン系水性分散体
が得られている。
【0004】しかしながら、上記先行技術に記載の方法
により得られたウレタン系水性分散体では、ウレタン結
合やウレアなどの極性基が数多く存在するため、分散粒
子同士がつながった三次元構造粒子分散体となってい
る。その結果、粒子が比較的硬くなるため、無機材料や
多孔質材料のような表面の凹凸が大きな材料に対する密
着性や接着性が低いという欠点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した従来技術の欠点を解消し、耐水性に優れているだけ
でなく、金属やプラスチックなどの広範囲の被着体に対
する密着性及び接着性、特に、無機材料、金属及び多孔
質材料等の表面の凹凸の大きな材料に対する密着性及び
接着性に優れているウレタンエマルジョン及び該ウレタ
ンエマルジョンを用いた水性接着剤を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
係るウレタンエマルジョンは、ポリイソシアネート化合
物(A)、分子内にイオン性基、非イオン性基及び潜在
的イオン性基のうち少なくとも1種以上の親水性基を有
し、かつイソシアネート基と反応し得る活性水素を2個
以上有する化合物(B)、及び数平均分子量が6000
〜50000の範囲にあり、かつイソシアネート基と反
応し得る活性水素を2個以上有する化合物(C)からな
る自己乳化性を有するウレタンポリマー及び/またはウ
レタンプレポリマーと、粘着付与樹脂とを、水中に分散
することにより得られるウレタンエマルジョンである。
【0007】また、請求項2に記載の発明に係る水性接
着剤は、請求項1に記載の発明に係る上記ウレタンエマ
ルジョンを主成分として含むことを特徴とする。以下、
本発明のウレタンエマルジョン及び水性接着剤の詳細を
説明する。
【0008】ウレタンポリマー及びウレタンプレポリマ
本発明で用いられる自己乳化性を有するウレタンポリマ
ー及びウレタンプレポリマーとは、上記ポリイソシアネ
ート化合物(A)と、化合物(B)と、化合物(C)と
の反応により得られる生成物であり、必要に応じて、水
分散前に、水分散時に、または水分散後に鎖延長剤によ
り高分子量化され得るものである。
【0009】上記ポリイソシアネート化合物(A)とし
ては、特に限定されるわけではなく、脂肪族ジイソシア
ネート類、芳香族ジイソシアネート類またはトリイソシ
アネート類などの適宜のポリイソシアネート化合物を用
いることができる。
【0010】上記脂肪族ジイソシアネート類の例として
は、1,4−テトラメチレンジイソシアネート、1,6
−ヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリ
メチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−
トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、3−イソ
シアネートメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキ
シルイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4
´−ジイソシアネート、メチルシクロヘキシル−2,4
−ジイソシアネート、メチルシクロヘキシル−2,6−
ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、1,
3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、テ
トラメチルキシリレンジイソシアネート、トランスシク
ロヘキサン−1,4−ジイソシアネートなどを挙げるこ
とができる。
【0011】また、上記芳香族ジイソシアネート類とし
ては、例えば、2,4−トルイレンジイソシアネート、
2,6−トルイレンジイソシアネート、ジフェニルメタ
ン−4,4´−ジイソシアネート、1,5−ナフテンジ
イソシアネート、トリジンジイソシアネート、テトラア
ルキルジフェニルメタンジイソシアネート、パラフェニ
レンジイソシアネート等を挙げることができる。
【0012】上記トリイソシアネート類の例としては、
リジンエステルトリイソシアネート、トリフェニルメタ
ントリイソシアネート、1,6,11−ウンデカトリイ
ソシアネート、1,8−ジイソシアネート−4,4−イ
ソシアネートメチルオクタン、1,3,6−ヘキサメチ
レントリイソシアネート、ビシクロヘプタントリイソシ
アネート等を挙げることができる。
【0013】上述したポリイソシアネート化合物は、単
独で用いられてもよく、2種以上併用されてもよい。分
子内にイオン性、非イオン性または潜在的イオン性を有
する親水性基を有し、さらにイソシアネートと反応し得
る活性水素を2個以上有する化合物(B)は、ウレタン
ポリマーまたはウレタンプレポリマーに自己乳化性を与
えるために用いられている。
【0014】上記イオン性の親水基の例としては、スル
ホネート基、カルボキシレート基及びアンモニウム基な
どを挙げることができる。非イオン性の親水性基として
は、ポリオキシエチレン基及び水酸基等を挙げることが
できる。
【0015】また、上記潜在的イオン性基とは、分散操
作前あるいは分散操作中に、適当な化合物の添加等によ
り、イオン性基に完全または部分的に変化し得るような
官能基であり、具体的には、カルボン酸基やスルホン酸
基のような遊離酸基(潜在的アニオン性基)を用いるこ
とが好ましい。このような化合物の具体例としては、ジ
メチロールプロピオン酸、ジメチロール酪酸、ジメチロ
ール吉草酸、リシン、セリン、アルギニン、2,4−ジ
アミノ安息香酸、3,4−ジアミノブタンスルホン酸、
3,6−ジアミノ−2−トルエンスルホン酸、2,6−
ジアミノベンゼンスルホン酸、N−(2−アミノエチ
ル)−2−アミノエチルスルホン酸などを挙げることが
できる。
【0016】中でも、下記の式で表される構造を有する
ジメチロールプロピオン酸、ジメチロール酪酸、ジメチ
ロール吉草酸などのジメチロールアルカン酸化合物が好
適に用いられる。
【0017】
【化1】
【0018】なお、上記一般式(1)において、Rは、
炭素数1以上、20以下のアルキル基を示す。上記親水
性基を有し、かつイソシアネートと反応し得る活性水素
を2個以上有する化合物(B)は、単独で用いられても
よく、2種以上併用されてもよい。
【0019】上記親水性基を有し、さらにイソシアネー
トと反応し得る活性水素を2個以上有する化合物(B)
の添加量は、得られるウレタンポリマー及び/またはウ
レタンプレポリマー1g当たり0.1〜2ミリモルの範
囲であることが好ましい。0.1ミリモル未満では、ウ
レタンポリマー及び/またはウレタンプレポリマーの親
水性が不足し、ウレタンポリマー及び/またはウレタン
プレポリマーを水中に安定に分散させることが困難なこ
とがある。また、2ミリモルを超えると、ウレタンポリ
マー及び/またはウレタンプレポリマーの親水性が高く
なり過ぎ、乾燥皮膜の耐水性が低下することがある。
【0020】上記化合物(B)のうち、潜在的イオン性
を有する官能基を有する化合物を用いる場合には、ウレ
タンポリマー及び/またはウレタンプレポリマー中の酸
基を完全にもしくは部分的に中和する中和剤を用いるこ
とにより、イオン性が発現できる。
【0021】上記中和剤としては、特に限定されるわけ
ではないが、例えば、NaOH、KOHなどのアルカリ
金属水酸化物類、アンモニア、トリメチルアミン、トリ
エチルアミンなどの第3級アミン類などが挙げられ、特
に、乾燥時に飛散させることにより除去し得るので皮膜
の耐水性が低下しないことから、揮発性の第3級アミン
を用いることが望ましい。
【0022】分子内にイソシアネートと反応し得る活性
水素を2個以上有する上記化合物(C)としては、特に
限定されるものではない。例えば、ポリエチレングリコ
ール、ポリプロピレングリコールなどから得られるポリ
プロピレングリコールジオールやポリプロピレングリコ
ールトリオールなどのポリエーテルポリオール類;アジ
ピン酸、セバチン酸、イタコン酸、無水マレイン酸、テ
レフタル酸、イソフタル酸などのジカルボン酸とエチレ
ングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレング
リコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサン
ジオール、トリプロピレングリコール、ネオペンチルグ
リコールなどのグリコールとから得られるポリエステル
ポリオール類;ポリカプロラクトンポリオール;ポリテ
トラメチレンエーテルポリオール;ポリブタジエンポリ
オール;水添ポリブタジエンポリオール;ポリカーボネ
ートポリオール;ポリチオエーテルポリオール;ポリア
クリル酸エステルポリオールなどを挙げることができ
る。これらの化合物は単独で用いられてもよく、あるい
は2種以上併用されてもよい。
【0023】上記化合物(C)の数平均分子量は600
0〜50000の範囲であることが必要であるが、より
好ましくは、6000以上、30000以下、さらに好
ましくは7000以上、30000以下である。数平均
分子量が6000未満の場合には、ウレタン粒子が硬く
なり、無機材料や多孔質材料に対する密着性や接着性が
十分とならず、50000を超えると、水分散前のウレ
タンポリマー及び/またはウレタンプレポリマーの粘度
が高くなりすぎ、水に安定に分散させることが困難とな
る。
【0024】ウレタンポリマー及び/またはウレタンプ
レポリマーの合成 自己乳化性を有するウレタンポリマー及び/またはウレ
タンプレポリマーの合成は、バルク重合、溶液重合など
の任意の重合方法により行い得るが、反応温度は50〜
150℃の温度範囲内とすることが好ましい。50℃未
満では、反応に時間がかかり、150℃を超えると、ビ
ューレット生成などの副反応が生じることがある。
【0025】溶液重合を用いる場合、用いられる溶剤と
しては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、テト
ラヒドロフラン、酢酸メチル等のイソシアネート基に対
して不活性であり、水との混和性に優れており、かつ1
00℃以下の沸点を有するものが好ましい。100℃よ
り高い沸点を有する溶剤を用いた場合には、水分散後の
工程において、得られた分散物から溶剤のみを系外に取
り去ることが困難となるからである。
【0026】また、自己乳化性を有するウレタンポリマ
ー及び/またはウレタンプレポリマーの合成に際し、反
応速度を調整するために、アミン化合物、有機金属化合
物などの触媒を用いてもよい。
【0027】上記アミン化合物としては、例えば、トリ
エチルアミン、N,N,N´,N´−テトラメチルエチ
レンジアミン、テトラメチルグアジニン、トリエチレン
ジアミン、ジメチルアミノエタノール、ビス(2−ジメ
チルアミノエチル)エーテルなどを挙げることができ
る。
【0028】上記有機金属化合物としては、例えば、錫
オクトエート、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジ
ラウレート、ジブチル錫ジマレエート、フェニル水銀プ
ロピオン酸塩、オクテン酸鉛などを挙げることができ
る。上記触媒は、単独で用いられてもよく、2種以上併
用されてもよい。
【0029】粘着付与樹脂 本発明のウレタンエマルジョン及び水性接着剤では、上
記自己乳化性を有するウレタンポリマー及び/またはウ
レタンプレポリマーとともに、粘着付与樹脂が水中に分
散される。この粘着付与樹脂としては、従来より粘着剤
等において慣用されている適宜の粘着付与樹脂を用いる
ことができ、例えば、ガムロジン、トール油ロジン、ウ
ッドロジン、重合ロジン、水添ロジン、不均化ロジン、
ロジンエステル、水添ロジンエステル、不均化ロジンエ
ステル、ロジン変成フェノール樹脂、マレイン酸変成ロ
ジン樹脂などのロジン系樹脂;テルペン樹脂;フェノー
ル樹脂;テルペンフェノール樹脂;キシレン樹脂;ケト
ン樹脂;脂肪族系石油樹脂;芳香族系石油樹脂;脂環族
系石油樹脂;クマロン樹脂、スチレン系樹脂などを挙げ
ることができる。
【0030】上記粘着付与樹脂としては、金属などに対
する密着性・接着性をさらに高め得るので、メタキシレ
ンとホルムアルデヒドから公知の方法によって得られる
キシレン樹脂、フェノールやパラ−t−ブチルフェノー
ルのようなアルキル置換2官能性フェノールなどのフェ
ノール類によって変成されたキシレン樹脂、シクロヘキ
サノンやメチルエチルケトンなどのケトン化合物とホル
ムアルデヒドから公知の方法によって得られるケトン樹
脂、フェノールや場合によってはパラ−t−ブチルフェ
ノールのようなアルキル置換2官能性フェノールなどと
ホルムアルデヒドとを酸触媒の存在下で公知の方法に従
って反応させて得られるノボラック型フェノール樹脂、
アルキルフェノール樹脂などを用いることが特に好まし
い。上記粘着付与樹脂は、単独で用いられてもよく、2
種以上併用されてもよい。
【0031】また、粘着付与樹脂の添加量は、ウレタン
ポリマー及び/またはウレタンプレポリマー100重量
部に対し、5重量部以上、200重量部以下、好ましく
は5重量部以上、150重量部以下、より好ましくは1
0重量部以上、100重量部以下とされる。粘着付与樹
脂の添加量が5重量部未満の場合には、接着性を改善す
る効果が十分に得られないことがあり、200重量部を
超えると、得られる水分散体の分散粒子中の疎水性成分
の割合が極端に高くなり、安定な水分散体を得られない
ことがあるからである。
【0032】上記粘着付与樹脂の軟化点は、60℃以
上、160℃以下であることが好ましい。60℃未満の
場合には、乾燥被膜の耐熱性が劣ることがあり、160
℃を超えると、接着力が低下することがある。
【0033】ウレタンエマルジョンの調製 本発明に係るウレタンエマルジョンの調製は、上記ウレ
タンポリマー及び/またはウレタンプレポリマーと粘着
付与樹脂とを混合し、得られた混合物を水に分散するこ
とにより行い得る。
【0034】上記混合物を水に分散する方法としては、
ポリウレタンの有機溶剤溶液を水に分散するアセトン
法;末端にイソシアネート基を有するプレポリマーを自
己乳化後、鎖延長するプレポリマーミキシング法;末端
イソシアネート基をブロックしたプレポリマーと鎖延長
剤との混合物を水分散後脱ブロックし、鎖延長するブロ
ックイソシアネート法;ビューレット基を有するイオン
性のプレポリマーを加熱溶融し水に分散させた後、ホル
ムアルデヒドでメチロール化し、さらに鎖延長する溶融
分散法などを挙げることができる。
【0035】また、上記自己乳化性を有するウレタンポ
リマー及び/またはウレタンプレポリマーを水中に分散
するに際し、ウレタンポリマー及び/またはウレタンプ
レポリマーの粘度が50000cps(23℃)以下と
なるように、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒ
ドロフラン、酢酸エチル、N−メチルピロリドンなどの
親水性有機溶剤で粘度を調節することが好ましい。粘度
が50000cpsを超えると、水中に分散させた場合
に凝集することがある。
【0036】上記自己乳化性を有するウレタンポリマー
及び/またはウレタンプレポリマーと粘着付与樹脂とか
らなる混合物は、十分に混合されており、均一な系とな
っていることが必要である。混合物が不均一な場合に
は、水中への分散時に凝集を起こしたり、得られるエマ
ルジョンの安定性が低下し、沈降を起こしたりする。こ
のような場合には、親水性有機溶剤の使用量を、上記混
合物が均一系となるように適宜調節すればよい。
【0037】自己乳化性を有する上記ウレタンポリマー
及び/またはウレタンプレポリマーと粘着付与樹脂とか
らなる混合物を水中に分散する方法としては、例えば、
機械的剪断力を作用させつつ、上記混合物中に漸次水を
加える方法や、剪断力の作用している水中に上記混合物
を漸次加える方法などのバッチ式手法や、ローター及び
ステーターを用いる方式、ラインミル方式、スタティッ
クミキサーを用いる方式、振動を与える方式などの各種
の連続的乳化分散機に、水と上記混合物とを定量的に供
給して分散する連続的手法を採用することができる。
【0038】本発明においては、末端イソシアネート基
を有するプレポリマーを水分散する場合、分散工程後
に、または分散工程と同時に、イソシアネート基と反応
し得る活性水素を2個有する化合物及び/または水によ
って上記ウレタンプレポリマーを鎖延長する。
【0039】上記ウレタンプレポリマーの鎖延長剤とし
て使用される、イソシアネート基と反応し得る活性水素
を2個有する化合物としては、例えば、エチレンジアミ
ン、1,4−ブタンジアミン、1,6−ヘキサメチレン
ジアミン、3−アミノメチル−3,5,5−トリメチル
シクロヘキシルアミン、1,3−ビス(アミノメチル)
シクロヘキサン、キシリレンジアミン、ピペラジン、
2,5−ジメチルピペラジン、4,4´−ジシクロヘキ
シルメタンジアミン、3,3´−ジメチル−4,4´−
ジシクロヘキシルメタンジアミンなどのジアミノ化合物
類、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,
4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなどの
ジオール化合物類等を挙げることができる。
【0040】上記イソシアネート基と反応し得る活性水
素を2個有する鎖延長剤としての化合物の添加量は、得
られたウレタンプレポリマー中の鎖延長起点となるイソ
シアネート基の当量以下であることが好ましい。このイ
ソシアネート基の当量を超えて鎖延長剤として上記化合
物を添加した場合には、鎖延長されたウレタンプレポリ
マーの分子量が低下し、エマルジョンの乾燥皮膜の凝集
力が低下することがある。
【0041】上記イソシアネート基と反応し得る活性水
素を2個有する化合物は、分散媒として存在する水より
もイソシアネート基に対する求核性が大きいため、分散
媒として存在している水に優先して上記反応が進行する
ことになる。
【0042】ウレタンプレポリマーは水によっても鎖延
長される。この場合、上記分散工程中に存在する分散媒
としての水が鎖延長剤を兼ねることになる。水による鎖
延長の反応では、上記ウレタンプレポリマー中のイソシ
アネート基と水とが反応して生成するアミンが、常に新
たなイソシアネート基と反応するため、水過剰にも係わ
らず、反応にあずかる水がイソシアネート基の当量を超
えることはない。
【0043】上記のようにして、ウレタンエマルジョン
が調製されるが、自己乳化性を有するウレタンポリマー
及び/またはウレタンプレポリマーの合成に際し、粘着
付与樹脂の混合に際し、あるいは上記混合物を水に分散
するに際し、必要に応じて添加される親水性有機溶剤
は、水に分散された後、加熱、減圧または減圧加熱等の
手段により系外に除去され得る。これらの親水性有機溶
剤が、水分散体中に多量に残存していると、水性エマル
ジョンの乾燥皮膜の耐溶剤性や耐熱性が低下したり、作
業環境を悪化させることがある。
【0044】本発明のウレタンエマルジョンには、さら
に、本発明の目的を阻害しない範囲で、架橋剤、エラス
トマー、合成樹脂、接着付与樹脂の水分散体、可塑剤、
顔料、無機充填剤、カップリング剤、安定剤、増粘剤、
消泡剤、防かび剤、防錆剤などが添加されていてもよ
い。
【0045】上記架橋剤の添加により金属などへの密着
性・接着性をさらに高めることができるが、この架橋剤
としては、自己乳化性を付与する上記親水性基としてカ
ルボン酸基、カルボキシレート基、スルホン酸基、スル
ホネート基から選ばれる1種以上が用いられる場合に
は、例えば、イソシアネート系、メラミン系、アジリジ
ン系、エポキシ系、オキサゾリン系、カルボジイミド
系、金属系架橋剤等が用いられる。特に好適に用いられ
るものは、アジリジン系、エポキシ系、イソシアネート
系、オキサゾリン系、カルボジイミド系、さらに好まし
くは、アジリジン系、エポキシ系、カルボジイミド系の
うち水に溶解されたもの、水分散されたもの、または自
己乳化性のものである。これらは単独で、または2種以
上を併用して用いることができる。上記架橋剤の添加量
が少なすぎると添加の効果が十分に得られず、多すぎる
とそれ以上の効果が得られず、不経済となるため、得ら
れるウレタンプレポリマー及び/またはウレタンポリマ
ー100重量部当たり、架橋剤の添加量は、0.5〜5
0重量部が好ましく、1〜30重量部が特に好ましい。
【0046】上記エラストマーの添加により無機材料や
多孔質材料への密着性・接着性をさらに高めることがで
きるが、このエラストマーとしては、例えば、スチレン
−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、
アクリロニトリル−ブタジエンゴム、クロロプレンゴ
ム、ブチルゴム、スチレン系熱可塑性エラストマー、オ
レフィン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性
エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー等
の合成ゴム、天然ゴム等が挙げられる。これらは単独
で、または2種以上を併用して用いることができる。上
記エラストマーの添加量が少なすぎると添加の効果が十
分に得られず、多すぎると金属などへの接着性・密着性
が低下するため、得られるウレタンプレポリマー及び/
またはウレタンポリマー100重量部当たり、エラスト
マーの添加量は、0.1〜300重量部が好ましい。
【0047】上記合成樹脂の添加により無機材料や多孔
質材料への密着性・接着性をさらに高めることができる
が、この合成樹脂としては、例えば、(メタ)アクリル
系、エポキシ系、酢酸ビニル系、酢酸ビニル−エチレン
共重合体系、エチレン−アクリル酸エチル共重合体系、
エチレン−(メタ)アクリル酸共重合体系、塩化ビニル
系、フェノキシ系、スチレン系等が挙げられる。これら
は単独で、または2種以上を併用して用いることができ
る。上記合成樹脂の添加量が少なすぎると添加の効果が
十分に得られず、多すぎると金属などへの接着性・密着
性が低下することになるため、得られるウレタンポリマ
ー100重量部当たり、合成樹脂の添加量は、0.1〜
300重量部が好ましい。
【0048】上記可塑剤としては、例えば、フタル酸ジ
エチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル等のフ
タル酸エステル類、リン酸トリブチル、リン酸トリフェ
ニル、トリス(β−クロロプロピル)ホスフェート等の
リン酸エステル類、オレイン酸ブチル、アジピン酸ジブ
チル、アジピン酸ジ−n−ヘキシル、セバシン酸ジブチ
ル等の脂肪酸エステル類、ジエチレングリコールジベン
ゾエート等の二価アルコールエステル類、アセチルリシ
ノール酸ブチル、アセチルクエン酸トリブチル等のオキ
シ酸エステル類等が挙げられる。これらは単独で、また
は2種以上を併用して用いることができる。上記可塑剤
の添加量としては、得られるウレタンプレポリマー及び
/またはウレタンポリマー100重量部当たり、0.5
〜100重量部が好ましい。
【0049】上記顔料としては、例えば、雲母状酸化
鉄、鉛白、鉛丹、黄鉛、銀朱、群青、紺青、酸化コバル
ト、二酸化チタン、二酸化チタン被覆雲母、ストロンチ
ウムクロメート、チタニウム・イエロー、チタンブラッ
ク、ジンククロメート、鉄黒、モリブデン赤、モリブデ
ンホワイト、リサージ、リポトン等の無機顔料、アゾ顔
料、染色レーキ、アントラキノン系、フタロシアニン系
等の有機顔料等が挙げられる。これらは単独で、または
2種以上を併用して用いることができる。上記顔料の添
加量としては、得られるウレタンプレポリマーポリマー
及び/またはウレタンポリマー100重量部当たり、
0.1〜200重量部が好ましい。
【0050】上記無機充填剤としては、例えば、シリ
カ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化
マグネシウム、酸化鉄等の酸化物類、炭酸カルシウム、
炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛等の炭酸塩類、硅酸マグネ
シウム、硅酸カルシウム、カオリン、クレー、タルク、
マイカ、ゼオライト、セリサイト等の硅酸塩類、水酸化
アルミニウム、水酸化マグネシウム等の水酸化物類、硫
酸カルシウム、硫酸バリウム、亜硫酸カルシウム等の硫
酸及び亜流酸塩類、窒化ホウ素、窒化珪素等の窒化物
類、チタン酸カリウム、チタン酸バリウム等のチタン酸
塩類、その他、水ガラス、ドーソナイト、カーボンブラ
ック、炭化珪素等が挙げられる。これらは単独で、また
は2種以上を併用して用いることができる。上記無機充
填剤の添加量としては、得られるウレタンプレポリマー
及び/またはウレタンポリマー100重量部当たり、1
〜200重量部が好ましい。
【0051】上記カップリング剤としては、シランカッ
プリング剤、チタネート系カップリング剤、ポリフェノ
ール系化合物等が挙げられ、シランカップリング剤とし
ては、例えば、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメ
トキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−グリシ
ドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキ
シプロピルトリメトキシシラン、N−(β−アミノエチ
ル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ア
ミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−γ−
アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピ
ルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメ
トキシシラン等が挙げられる。
【0052】上記チタネート系カップリング剤として
は、例えば、イソプロピルトリイソステアロイルチタネ
ート、イソプロピルトリ−n−ドデシルベンゼンスルホ
ニルチタネート、テトラオクチルビス(ジオクチルホス
ファイト)チタネート、ビス(ジオクチルピロホスフェ
ート)エチレンチタネート、イソプロピルトリオクタノ
イルチタネート、イソプロピルトリ(N−アミノエチル
−アミノエチル)チタネート、イソプロピルトリ(ジオ
クチルホスフェート)チタネート等が挙げられる。
【0053】上記ポリフェノール系化合物としては、例
えば、没食子酸、タンニン酸、ポリタンニン酸等が挙げ
られる。これらのカップリング剤は単独で、または2種
以上を併用して用いることができる。上記カップリング
剤の添加量としては、得られるウレタンプレポリマー及
び/またはウレタンポリマー100重量部当たり、0.
1〜20重量部が好ましい。
【0054】上記安定剤としては、酸化防止剤、紫外線
吸収剤、紫外線安定剤等が挙げられ、酸化防止剤として
は、例えば、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾー
ル、ブチル化ヒドロキシアニソール、2,6−ジ−t−
ブチル−4−エチルフェノール等のモノフェノール系、
2,2´−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチル
フェノール)、2,2´−メチレンビス(4−エチル−
6−t−ブチルフェノール)、4,4´−ブチリデンビ
ス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)等のビス
フェノール系、1,1,3−トリス(2−メチル−4−
ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン、1,
3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ
−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、テ
トラキス−〔メチレン−3−(3´,5´−ジ−t−ブ
チル−4´−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕メ
タン等の高分子フェノール系、3,3´−チオジプロピ
オン酸ジラウリル、3,3´−チオジプロピオン酸ジス
テアリル等の硫黄系、トリフェニルホスファイト、ジフ
ェニルイソデシルホスファイト、フェニルジイソデシル
ホスファイト、トリス(2,4´−ジ−t−ブチルフェ
ニル)ホスファイト等のリン系等が挙げられる。
【0055】紫外線吸収剤としては、例えば、サリチル
酸フェニル、サリチル酸p−t−ブチルフェニル等のサ
リチル酸系、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2
−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒド
ロキシ−4−ドデシルオキシベンゾフェノン、2,2´
−ジヒドロキシ−4,4´−ジメトキシベンゾフェノン
等のベンゾフェノン系、2−(2´−ヒドロキシ−5´
−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2´−
ヒドロキシ−3´−t−ブチル−5´−メチルフェニ
ル)−5−クロロベンゾトリアゾール等のベンゾトリア
ゾール系、2−エチルヘキシル−2−シアノ−3,3´
−ジフェニルアクリレート、エチル−2−シアノ−3,
3´−ジフェニルアクリレート等のシアノアクリレート
系等が挙げられる。
【0056】紫外線安定剤としては、例えば、セバシン
酸ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジ
ル)、コハク酸ビス(2,2,6,6−テトラメチル−
4−ピペリジル)等のヒンダードアミン系、2,4−ジ
−t−ブチルフェニル−3,5−ジ−t−ブチル−4−
ヒドロキシベンゾエート等のベンゾエート系等が挙げら
れる。これらの安定剤は単独で、または2種以上を併用
して用いることができる。上記安定剤の添加量として
は、得られるウレタンプレポリマー及び/またはウレタ
ンポリマー100重量部当たり、0.01〜20重量部
が好ましい。
【0057】上記各種添加物の添加方法は、特に限定さ
れるものではないが、例えば、ウレタンエマルジョンに
上記添加物を直接または水分散体として添加する方法の
他、自己乳化性を有するウレタンポリマー及び/または
ウレタンプレポリマーと粘着付与樹脂とからなる混合物
に予め混合しておき、水中に分散して水分散体を得る方
法を挙げることができる。
【0058】上記各種添加物のうち、合成樹脂水分散体
を添加した場合には、無機材料や多孔質材料等に対する
密着性や接着性並びに耐水性がさらに高められるため、
合成樹脂水分散体の添加が好ましい。さらに、架橋剤や
粘着付与樹脂の水分散体を添加した場合には、金属など
に対する密着性や接着性、耐水性及び耐熱性がさらに高
められるため、架橋剤の添加が好ましい。
【0059】上記のようにして得られた本発明のウレタ
ンエマルジョンは100000cps(23℃)以下の
粘度及び20〜75重量%の固形分を有する形態で用い
られるが、必要に応じて適当な粘度及び濃度に調整し、
スプレー、ロールコーター、フローコーターまたは刷毛
などにより塗布することができる。
【0060】また、本発明のウレタンエマルジョンは、
塗布後に、強制乾燥なしに、あるいは強制乾燥すること
により乾燥されるが、生産性を高めるためには、強制乾
燥することが好ましい。この場合の乾燥条件は、好まし
くは、30〜150℃の温度、20分以下の乾燥時間と
される。
【0061】本発明に係る水性接着剤は、上記ウレタン
エマルジョンを主成分として含むものであるが、接着剤
として用いる場合、接着しようとする被着体の少なくと
も一方に塗布して用いられる。この場合の塗布量は、片
面当たり固形分量10g〜300g/m2 の範囲が好ま
しい。10g/m2 未満では、十分な接着力が得られ
ず、300g/m2 を超えた場合には、乾燥時間が長く
なる。また、必要に応じて、貼り合わせ時に、または貼
り合わせ後に、ロールプレス、油圧プレス、ターンバッ
クルなどを用いて圧着されるが、常温〜150℃の圧着
温度、20分以下の圧着時間、0.01〜200kg/
cm2 の圧着圧力が好ましい。
【0062】本発明に係る水性接着剤は、上記ウレタン
エマルジョンを主成分とするが、上述した各種添加物や
従来よりウレタンエマルジョンを用いた水性接着剤に慣
用されている適宜の他の添加物を本発明の目的を阻害し
ない範囲で添加し得る。
【0063】また、本発明に係る水性接着剤を用いる場
合、被着体は特に限られるものではないが、金属、プラ
スチック、無機材料、木、紙等の被着体に用いることが
でき、接着物の使用用途としては、ドア、間仕切り、外
装材、机の天板、食品用などの包装用フィルムやシート
などの製造などが挙げられる。
【0064】請求項1に記載の発明に係る水系のウレタ
ンエマルジョンでは、上記分子内にイオン性基、非イオ
ン性基及び潜在的イオン性基のうち少なくとも1種以上
の親水性基を有しかつイソシアネート基と反応し得る活
性水素を2個以上有する化合物(B)を用いることによ
りウレタンプレポリマー及び/またはウレタンポリマー
に自己乳化性が与えられており、かつ数平均分子量が上
記特定の範囲にあり、かつイソシアネート基と反応し得
る活性水素を2個以上有する化合物(C)が用いられて
いるため、ウレタンエマルジョンのソフトセグメントの
変形が容易とされている。従って、耐水性に優れている
だけでなく、無機材料や多孔質材料等の凹凸の大きな被
着面に対する密着性や接着性が効果的に高められてい
る。
【0065】
【実施例】以下、本発明の非限定的な実施例及び比較例
を説明する。 (実施例1)化合物Cとして数平均分子量10000の
ポリプロピレングリコールジオール(旭硝子社製、商品
名:プレミノール4010、OH価=11)100重量
部、化合物Aとして3−イソシアネートメチル−3,
5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(ヒ
ュルス社製、商品名:ベスタントIPDI)21.4重
量部、化合物Bとしてジメチロールプロピオン酸5.1
重量部(トリメットテクニカルプロダクツ社製、商品
名:DMPA、(イソシアネート基/水酸基)の等量比
=2.0)、及びメチルエチルケトン31.6重量部か
らなる混合溶液を、攪拌しつつ沸点重合を行い、イソシ
アネート基の含有量が2.6重量%以下となるようにし
た。次に、系に、粘度調整のために、メチルエチルケト
ン52.7重量部と、中和剤としてトリエチルアミン
3.8重量部と、粘着付与樹脂としてノボラック型アル
キルフェノール樹脂溶液(日立化成社製、商品名:ヒタ
ノール1501、軟化点95℃、50重量%メチルエチ
ルケトン溶液)78.0重量部(固形分としては39.
0重量部)を添加した。
【0066】次に、上記反応混合物を室温下にて激しく
攪拌しつつ、さらに水310重量部を加え、直後に鎖延
長剤として20重量%のエチレンジアミン水溶液13.
5重量部(固形分2.7重量部)を加え、さらに1時間
室温において攪拌した後、減圧して脱溶剤し、固形分4
0重量%の水性組成物を得た。
【0067】(実施例2)化合物Cとして数平均分子量
20000のポリプロピレングリコールジオール(旭硝
子社製、商品名:プレミノール4019、OH価=5.
6)100重量部、化合物Aとして3−イソシアネート
メチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシ
アネート(ヒュルス社製、商品名:ベスタントIPD
I)18.9重量部、化合物Bとしてジメチロールプロ
ピオン酸5.0重量部(トリメットテクニカルプロダク
ツ社製、商品名:DMPA、(イソシアネート基/水酸
基)の等量比=2.0)、及びメチルエチルケトン3
1.0重量部からなる混合溶液を、攪拌下において沸点
重合し、イソシアネート基の含有量が2.3重量%以下
となるようにし、さらに粘度調整のために、メチルエチ
ルケトン51.6重量部と、中和剤としてトリエチルア
ミン3.8重量部と、粘着付与樹脂としてケトン樹脂溶
液(日立化成社製、商品名:ハイラック111、樹脂の
軟化点=110℃、50重量%メチルエチルケトン溶
液)126重量部(固形分としては63.0重量部)を
添加した。
【0068】次に、上記反応混合物を室温下にて激しく
攪拌しつつ、水350重量部を加え、直後に鎖延長剤と
して20重量%のエチレンジアミン水溶液12.0重量
部(固形分では2.4重量部)を加え、さらに1時間室
温において攪拌した後、減圧して脱溶剤し、固形分40
重量%の水性組成物を得た。
【0069】(実施例3)化合物Cとして数平均分子量
7000のポリプロピレングリコールトリオール(旭硝
子社製、商品名:プレミノール7005、OH価=2
4)100重量部、化合物Aとして3−イソシアネート
メチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシ
アネート(ヒュルス社製、商品名:ベスタントIPD
I)27.4重量部、化合物Bとしてジメチロールプロ
ピオン酸5.4重量部(トリメットテクニカルプロダク
ツ社製、商品名:DMPA、(イソシアネート基/水酸
基)の等量比=2.0)、及びメチルエチルケトン3
3.2重量部からなる混合溶液を、攪拌下にて沸点重合
し、イソシアネート基の含有量が3.1重量%以下とな
るようにし、この系に粘度調整のために、メチルエチル
ケトン55.3重量部と、中和剤としてトリエチルアミ
ン4.1重量部と、粘着付与樹脂としてノボラック型ア
ルキルフェノール樹脂溶液(日立化成社製、商品名:ヒ
タノール1501、軟化点95℃、50重量部メチルエ
チルケトン溶液)80.0重量部(固形分としては4
0.0重量部)を添加した。
【0070】次に、上記反応混合物を室温下にて激しく
攪拌しつつ、水320重量部を加え、直後に鎖延長剤と
して20重量%のエチレンジアミン水溶液17重量部
(固形分では3.4重量部)を加え、さらに1時間室温
において攪拌した後、減圧し、脱溶剤し、固形分40重
量%の水性組成物を得た。
【0071】(実施例4)実施例1で得られた固形分4
0重量%の水性組成物に、アジリジン系架橋剤の水分散
体(日本触媒社製、商品名:ケミタイトDZ−22E、
固形分25重量%)20重量部(固形分5.0重量部)
を添加し、固形分39重量%の水性組成物を得た。
【0072】(実施例5)実施例2で得られた固形分4
0重量%の水性組成物に、水溶性エポキシ系架橋剤(ナ
ガセ化成工業社製、商品名:デナコールEX−512、
固形分100重量%を50重量%に水で希釈)11.4
重量部(固形分5.7重量部)を添加し、固形分40重
量%の水性組成物を得た。
【0073】(実施例6)実施例1で得られた固形分4
0重量%の水性組成物に、レゾール型アルキルフェノー
ル樹脂の水分散体(日本触媒社製、商品名:HRJ10
416、固形分53重量%)95.3重量部(固形分5
0.5重量部)を添加し、固形分42重量%の水性組成
物を得た。
【0074】(実施例7)実施例2で得られた固形分4
0重量%の水性組成物に、アクリルエマルジョン(旭化
成社製、商品名:ポリトロンU−154、固形分60重
量%)158重量部(固形分95.0重量部)を添加
し、固形分45重量%の水性組成物を得た。
【0075】(比較例1)数平均分子量2000のポリ
プロピレングリコールジオール(日本油脂社製、商品
名:ニッサンユニオールD−2000、OH価=58)
100重量部、3−イソシアネートメチル−3,5,5
−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(ヒュルス
社製、商品名:ベスタントIPDI)43.1重量部、
ジメチロールプロピオン酸6.1重量部(トリメットテ
クニカルプロダクツ社製、商品名:DMPA、(イソシ
アネート基/水酸基)の等量比=2.0)、及びメチル
エチルケトン37.3重量部を含む混合溶液を、攪拌下
で沸点重合し、イソシアネート基の含有量が4.3重量
%以下となるようにし、この系に粘度調整のために、メ
チルエチルケトン62.1重量部と、中和剤としてトリ
エチルアミン4.6重量部と、ノボラック型アルキルフ
ェノール樹脂溶液(日立化成社製、商品名:ヒタノール
1501、軟化点95℃、50重量%メチルエチルケト
ン溶液)90.0重量部(固形分45.0重量部)を添
加した。
【0076】次に、上記反応混合物を室温下で激しく攪
拌しつつ、水360重量部を加え、直後に20重量%の
エチレンジアミン水溶液27.5重量部(固形分5.5
重量部)を加え、さらに1時間室温において攪拌した
後、減圧し、脱溶剤し、固形分40重量%の水性組成物
を得た。
【0077】(比較例2)数平均分子量10000のポ
リプロピレングリコールジオール(旭硝子社製、商品
名:プレミノール4010、OH価=11)100重量
部、3−イソシアネートメチル−3,5,5−トリメチ
ルシクロヘキシルイソシアネート(ヒュルス社製、商品
名:ベスタントIPDI)21.4重量部、ジメチロー
ルプロピオン酸5.1重量部(トリメットテクニカルプ
ロダクツ社製、商品名:DMPA、(イソシアネート基
/水酸基)の等量比=2.0)、及びメチルエチルケト
ン31.6重量部を含む混合溶液を、攪拌下で沸点重合
し、イソシアネート基の含有量が2.6重量%以下とな
るようにし、ここに粘度調整のために、メチルエチルケ
トン52.7重量部と、中和剤としてトリエチルアミン
3.8重量部とを添加した。
【0078】次に、上記反応混合物を室温下で激しく攪
拌しつつ、水230重量部を加え、直後に20重量%の
エチレンジアミン水溶液13.5重量部(固形分2.7
重量部)を加え、さらに1時間室温において攪拌した
後、減圧し、脱溶剤し、固形分40重量%の水性組成物
を得た。
【0079】(比較例3)比較例1で得られた固形分4
0重量%の水性組成物に、アジリジン系架橋剤の水分散
体(日本触媒社製、商品名:ケミタイトDZ−22E、
固形分25重量%)24重量部(固形分6.0重量部)
を添加し、固形分39重量%の水性組成物を得た。
【0080】(比較例4)比較例1で得られた固形分4
0重量%の水性組成物に、レゾール型アルキルフェノー
ル樹脂の水分散体(日本触媒社製、商品名:HRJ10
416、固形分53重量%)113重量部(固形分6
0.0重量部)を添加し、固形分42重量%の水性組成
物を得た。
【0081】(比較例5)比較例1で得られた固形分4
0重量%の水性組成物に、アクリルエマルジョン(旭化
成社製、商品名:ポリトロンU−154、固形分60重
量%)166重量部(固形分100重量部)を添加し、
固形分45重量%の水性組成物を得た。
【0082】実施例1〜7及び比較例1〜5で得られた
各水性組成物の対フレキシブルボード常態接着力及び対
冷間圧延鋼板常態接着力を下記の要領で試験した。結果
を下記の表1,表2に示す。
【0083】(1)対フレキシブルボード常態接着力 得られた水性組成物を帆布及びフレキシブルボード(幅
25mm、長さ125mm、厚さ2.5mm)に刷毛塗
りにより塗布した。塗布量は、帆布に対しては固形分量
100g/m2 、フレキシブルボードに対しては固形分
量60g/m2とした。水性組成物を塗布した後、80
℃の送風乾燥オーブン中で4分間乾燥させた後、圧力6
0kg/25mmで帆布及びフレキシブルボードの水性
組成物塗布面同士をロール圧着し、試験片を作製した。
得られた試験片を、23℃で週間養生した後、23℃に
おいて50mm/分の引っ張り速度で90度剥離試験を
行った。
【0084】(2)対冷間圧延鋼板常態接着力 得られた水性組成物を、帆布及び冷間圧延鋼板(幅25
mm、長さ125mm、厚さ0.8mm)の片面に刷毛
塗りにより塗布した。塗布量は、帆布に対しては固形分
量100g/m2 、冷間圧延鋼板に対しては固形分量6
0g/m2 とした。水性組成物を塗布した帆布及び冷間
圧延鋼板を80℃の送風乾燥オーブン中で4分間乾燥さ
せた後、圧力60kg/25mmで帆布及び冷間圧延鋼
板の塗布面をロール圧着して試験片を作製した。得られ
た試験片を23℃で1週間養生した後、23℃で、50
mm/分の引っ張り速度で90度剥離試験を行った。
【0085】
【表1】
【0086】
【表2】
【0087】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、分子内
に、イオン性基、非イオン性基及び潜在的イオン性基の
うち少なくとも1種以上の親水性基を有しかつイソシア
ネート基と反応し得る活性水素を2個以上有する上記特
定の化合物(B)を用いることにより、自己乳化性が与
えられ、かつ数平均分子量が上記特定の範囲にあり、か
つイソシアネート基と反応し得る活性水素を2個以上有
する化合物(C)が用いられているため、耐水性に優れ
ているだけでなく、凹凸の大きな被着面に対する密着性
や接着性に優れたウレタンエマルジョンを提供すること
が可能となる。
【0088】また、請求項2に記載の発明によれば、上
記のように耐水性に優れているだけでなく、無機材料や
多孔質材料等の凹凸の大きな被着面に対する接着性に優
れた水性接着剤を容易に提供することができる。
【0089】従って、本発明によれば、水系でありなが
ら、耐水性に優れているだけでなく、広範な用途に適し
た接着剤、粘着剤、コーティング剤、塗料などを提供す
ることができる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリイソシアネート化合物(A)、分子
    内にイオン性基、非イオン性基及び潜在的イオン性基の
    うち少なくとも1種以上の親水性基を有し、かつイソシ
    アネート基と反応し得る活性水素を2個以上有する化合
    物(B)、及び数平均分子量が6000〜50000の
    範囲にあり、かつイソシアネート基と反応し得る活性水
    素を2個以上有する化合物(C)からなる自己乳化性を
    有するウレタンポリマー及び/またはウレタンプレポリ
    マーと、粘着付与樹脂とを、水中に分散することにより
    得られるウレタンエマルジョン。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のウレタンエマルジョン
    を主成分として含むことを特徴とする水性接着剤。
JP8183234A 1996-07-12 1996-07-12 ウレタンエマルジョン及び水性接着剤 Pending JPH1025325A (ja)

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