JP6139373B2 - Primer composition for aluminum alloy and adhesive member - Google Patents
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Description
本発明はプライマー組成物に関するものであり、特にアルミニウム合金と炭素繊維で強化されたプラスチック(CFRP)を接着する際に、接着剤とアルミニウム合金との間に塗布されるプライマーに関するものである。 The present invention relates to a primer composition, and more particularly to a primer applied between an adhesive and an aluminum alloy when bonding an aluminum alloy and a carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
アルミニウム合金とCFRPから形成される複合材料は軽量で強度が高いことから構造材として広く利用が進んでいるが、アルミニウムと炭素繊維の電気的性質の違いから水中や塩水のような導電性液体に浸漬した場合、アルミニウムが電気腐食され、接着面が破壊されることがあった。本発明はこの電気腐食を押さえ、良好な接着性、構造材としての強度を過酷な使用環境下でも長期にわたり維持できるプライマー組成物に関するものである。 Composite materials formed from aluminum alloys and CFRP are light and strong, and are widely used as structural materials. However, due to the difference in electrical properties between aluminum and carbon fibers, they are used as conductive liquids such as water and salt water. When soaked, aluminum was electrocorroded and the bonded surface could be destroyed. The present invention relates to a primer composition that suppresses this electric corrosion and can maintain good adhesion and strength as a structural material over a long period of time even under severe use environment.
アルミニウム合金は単独で、またはアルマイト加工された後、電着塗装などを施して、建築、自動車等に広く用いられている。しかしながら、単独では強度がやや不足であり、構造材料としてより高い強度が必要な場合にはCFRPを接着した複合材料として用いられている。 Aluminum alloys are widely used in architecture, automobiles, etc., either alone or after being anodized and then subjected to electrodeposition coating. However, the strength is somewhat insufficient by itself, and when higher strength is required as a structural material, it is used as a composite material bonded with CFRP.
アルミニウム合金とCFRPとの接着は、複合材料としての強度を発揮するためにきわめて重要な作業、工程である。接着工程は常温あるいは加熱で実施され、接着剤としてユリア樹脂系接着剤、メラミン樹脂系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、α−オレフィン樹脂接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、ホットメルト接着剤、ポリウレタン系接着剤、クロロプレンゴム系接着剤、ニトリルゴム系接着剤、SBR系接着剤、エチレン共重合樹脂接着剤(以上、13398の化学商品、化学工業日報社(1998年)参照)等がある。特にエポキシ樹脂系接着剤は硬化が速く、接着強度が高く、溶剤を含まず、硬化後の収縮も少ないことから、多用されている(例えば、特許文献1)。また、エポキシ樹脂系接着剤ではポリアミン化合物を硬化剤として硬化させることも良く知られていることであり、作業性、硬化性、接着性がよいとされている。 Adhesion between an aluminum alloy and CFRP is an extremely important operation and process for exerting strength as a composite material. The bonding process is carried out at room temperature or with heating. As the adhesive, urea resin adhesive, melamine resin adhesive, phenol resin adhesive, α-olefin resin adhesive, epoxy resin adhesive, hot melt adhesive, polyurethane Adhesives, chloroprene rubber adhesives, nitrile rubber adhesives, SBR adhesives, ethylene copolymer resin adhesives (see 13398 chemical products, Chemical Industry Daily (1998)). In particular, epoxy resin adhesives are frequently used because they cure quickly, have high adhesive strength, do not contain solvents, and have little shrinkage after curing (for example, Patent Document 1). In addition, epoxy resin adhesives are well known to cure polyamine compounds as curing agents, and are said to have good workability, curability and adhesiveness.
しかしながら、仮にこの優れたエポキシ樹脂系接着剤をアルミニウム合金とCFRPの接着に適用した場合にも、初期接着強度は高く良好であるが、接着された複合材を水に浸漬した場合、あるいは、塩水に浸漬した場合、アルミニウム合金とCFRPとの電気的性質の差異から、アルミニウム合金が電気腐食され接着面が破壊されるという現象が起こる(例えば、特許文献2)。すなわち、このことは、このような複合材料が種々変化する自然環境下では使用に耐え難いことを意味している。 However, even if this excellent epoxy resin adhesive is applied to the adhesion between an aluminum alloy and CFRP, the initial adhesive strength is high and good. However, when the bonded composite material is immersed in water, In the case of dipping in the aluminum alloy, due to the difference in electrical properties between the aluminum alloy and CFRP, a phenomenon occurs in which the aluminum alloy is electrically corroded and the bonded surface is destroyed (for example, Patent Document 2). That is, this means that such a composite material is difficult to be used in a natural environment where various changes occur.
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、厳しい環境下でも十分な強度を発揮し得るアルミニウム合金用プライマー組成物、および接着部材を提供することにあり、より具体的には強固に接着したアルミニウム合金とCFRPとの複合材料を製造するために有用なアルミニウム合金用プライマー組成物、および接着部材を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a primer composition for an aluminum alloy that can solve the above-described problems of the prior art and that can exhibit sufficient strength even in a harsh environment, and more specifically, an adhesive member. It is an object to provide an aluminum alloy primer composition and an adhesive member useful for producing a composite material of an aluminum alloy and CFRP bonded to each other.
すなわち、本発明のアルミニウム合金用プライマー組成物は、メチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランとグリシドキシアルキルトリアルコキシシラン化合物から成る加水分解縮合体(A)と、水(B)とを配合し、アルミニウム合金表面に対する接触角が50度以下であることを特徴とする。 That is, the aluminum alloy primer composition of the present invention comprises a hydrolyzed condensate (A) composed of methyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, and a glycidoxyalkyltrialkoxysilane compound, and water (B). The contact angle with respect to the aluminum alloy surface is 50 degrees or less.
また、本発明のアルミニウム合金用プライマー組成物は、さらに、グリシドキシアルキルトリアルコキシシラン化合物が3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、グリシドキシエチルトリメトキシシラン、グリシドキシエチルトリエトキシシランから選択されることを特徴とする。 In the primer composition for an aluminum alloy of the present invention, the glycidoxyalkyltrialkoxysilane compound further comprises 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, glycidoxyethyltrimethoxy. It is selected from silane and glycidoxyethyltriethoxysilane.
また、本発明のアルミニウム合金用プライマー組成物は、さらに、前記加水分解縮合体(A)100重量部に対し、前記水(B)0.5〜20重量部、および、親水性有機溶剤(C)1〜200重量部を配合して成ることを特徴とする。 The primer composition for an aluminum alloy according to the present invention further includes 0.5 to 20 parts by weight of the water (B) and a hydrophilic organic solvent (C) with respect to 100 parts by weight of the hydrolysis condensate (A). 1) to 200 parts by weight.
また、本発明の接着部材は、上述のプライマー組成物を介して、前記アルミニウム合金と炭素繊維強化プラスチックとが複合された接着部材であって、塩水処理前後の前記アルミニウム合金と炭素繊維強化プラスチックとの接着強度の比が90%以上であることを特徴とする。 The adhesive member of the present invention is an adhesive member in which the aluminum alloy and the carbon fiber reinforced plastic are combined through the primer composition described above, and the aluminum alloy and the carbon fiber reinforced plastic before and after the salt water treatment The adhesive strength ratio is 90% or more.
また、本発明の接着部材は、さらに、塩水処理後の前記接着強度が15MPa以上であることを特徴とする。 The adhesive member of the present invention is further characterized in that the adhesive strength after the salt water treatment is 15 MPa or more.
本発明のプライマーでアルミニウム合金を処理することにより、接着強度や環境試験において良好な性能を発揮する。 By treating the aluminum alloy with the primer of the present invention, good performance is exhibited in adhesive strength and environmental tests.
メチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランとグリシドキシアルキルトリアルコキシシラン化合物からなる加水分解縮合体(A)を構成するグリシドキシアルキルトリアルコキシシラン化合物としては、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリイソプロポキシシラン、グリシドキシエチルトリメトキシシラン、グリシドキシエチルトリエトキシシラン等があげられる。反応性および材料の入手性の点から3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランが好ましい。該加水分解縮合体(A)は接着剤とアルミニウム合金との間に層を形成し、アルミニウム合金とCFRPとからなる複合材料の耐温水性、耐塩水性を大きく向上するのに寄与する。
該加水分解縮合体を構成するグリシドキシアルキルトリアルコキシシラン化合物の割合が25〜50モル%である時、より耐温水性、耐塩水性が向上するため好ましい。
As the glycidoxyalkyltrialkoxysilane compound constituting the hydrolysis condensate (A) comprising methyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane and glycidoxyalkyltrialkoxysilane compound, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane is used. 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriisopropoxysilane, glycidoxyethyltrimethoxysilane, glycidoxyethyltriethoxysilane, and the like. 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane is preferred from the standpoint of reactivity and material availability. The hydrolysis condensate (A) forms a layer between the adhesive and the aluminum alloy, and contributes to greatly improving the warm water resistance and salt water resistance of the composite material composed of the aluminum alloy and CFRP.
When the ratio of the glycidoxyalkyltrialkoxysilane compound constituting the hydrolysis-condensation product is 25 to 50 mol%, it is preferable because warm water resistance and salt water resistance are further improved.
水(B)は通常の飲料水、工業用水でよいが、25℃における電導度が500μs/cm以下のイオン交換水であるとき、耐温水性、耐塩水性、接着強度が向上する傾向にあり好ましい。すなわち、水中に含まれるイオン性不純物は、特にアニオンは、アルミニウム合金の腐食を促進するため避ける方が望ましい。上記電導度の下限は特にないが、通常は0. 05μs/cm程度である。 The water (B) may be normal drinking water or industrial water, but is preferably ion-exchanged water having an electric conductivity at 25 ° C. of 500 μs / cm or less because it tends to improve resistance to warm water, salt water, and adhesive strength. . That is, it is desirable to avoid ionic impurities contained in water, particularly anions, because they promote corrosion of the aluminum alloy. The lower limit of the conductivity is not particularly limited, but is usually about 0.05 μs / cm.
水(B)はメチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランとグリシドキシアルキルトリアルコキシシラン化合物からなる加水分解縮合体(A)100重量部に対して0.5〜20重量部配合される。0.5重量部未満の場合には、アルミニウム合金に対する濡れ性が不足し、均一に塗布することができない場合がある。20重量部を超えて使用する場合にはアルミニウム合金と接着剤との間に水がいつまでも残存し、耐温水性、耐塩水性がむしろ悪化する傾向にある。水(B)は好ましくは1〜10重量部使用する。このとき、接着性、耐塩水性が一段と優れるものとなる。 Water (B) is blended in an amount of 0.5 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the hydrolyzed condensate (A) composed of methyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, and glycidoxyalkyltrialkoxysilane compound. When the amount is less than 0.5 part by weight, the wettability with respect to the aluminum alloy is insufficient, and it may not be possible to apply uniformly. When it is used in excess of 20 parts by weight, water remains indefinitely between the aluminum alloy and the adhesive, and the warm water resistance and salt water resistance tend to deteriorate rather. Water (B) is preferably used in an amount of 1 to 10 parts by weight. At this time, adhesiveness and salt water resistance are further improved.
親水性有機溶剤(C)としては、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール等のアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールn−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル等のグリコールエーテル類、アセトン、テトラヒドロフラン、メチルエチルケトン等、水と任意の割合で混合できるものを指す。該化合物はプライマー組成物の表面張力を下げ、アルミニウム合金に対する濡れ性を向上し、アルミニウム合金表面にプライマー層が均一に形成されるのを推進する。この観点から、さらに、界面活性剤(例えば、13398の化学商品、1193ページ〜1220ページ、化学工業日報社(1998))の添加も推奨され、特に、プライマーの貯蔵安定性の点でノニオン系界面活性剤が好ましい。 Examples of the hydrophilic organic solvent (C) include alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol and n-butyl alcohol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene Glycol ethers such as glycol n-propyl ether and dipropylene glycol monopropyl ether, acetone, tetrahydrofuran, methyl ethyl ketone and the like that can be mixed with water at an arbitrary ratio. The compound lowers the surface tension of the primer composition, improves the wettability to the aluminum alloy, and promotes the uniform formation of the primer layer on the aluminum alloy surface. From this point of view, addition of a surfactant (for example, 13398 chemical products, pages 1193 to 1220, Chemical Industry Daily (1998)) is also recommended, and in particular, a nonionic interface in terms of primer storage stability. An activator is preferred.
親水性有機溶剤(C)はメチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランとグリシドキシアルキルトリアルコキシシラン化合物とからなる加水分解縮合体(A)100重量部に対して1〜200重量部使用する。1重量部未満ではプライマーの表面張力を十分に下げることができず、アルミニウム合金への濡れ性が悪くなり接着力が低下する傾向にある。200重量部を超えて使用する場合にはプライマー塗布時に排出溶剤量が多くなり、作業環境上好ましくない。また、プライマーを乾燥、硬化した後にも溶剤が残りやすく接着強度が低下する場合がある。 The hydrophilic organic solvent (C) is used in an amount of 1 to 200 parts by weight per 100 parts by weight of the hydrolyzed condensate (A) composed of methyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane and glycidoxyalkyltrialkoxysilane compound. If the amount is less than 1 part by weight, the surface tension of the primer cannot be sufficiently lowered, the wettability to the aluminum alloy is deteriorated, and the adhesive force tends to be lowered. When it is used in excess of 200 parts by weight, the amount of solvent discharged becomes large when the primer is applied, which is not preferable in terms of the working environment. In addition, the solvent tends to remain even after the primer is dried and cured, and the adhesive strength may decrease.
また、さらに、本発明においてはプライマーの硬化を促進するためにアルミニウム系触媒やスズ系触媒を用いることができる。該アルミニウム系触媒としては、例えば、アルミニウムトリスアセチルアセトネート、アルミニウムビスエチルアセトアセテート・モノアセチルアセトネート、エチルアセトアセテートアルミニウムジイソプロピレート、アルミニウムイソプロピレートビス(オレイルアセトアセテート)等が挙げられる。該スズ錫系触媒としては、例えば、ジブチルスズジアセテート、ビス(アセトキシジブチルスズ)オキサイド、ビス(ラウロキシジブチルスズ)オキサイド、ジブチルスズビスアセチルアセトナート、ジブチルスズビスマレイン酸モノブチルエステル、ジオクチルビスマレイン酸モノブチルエステル等が挙げられる。
上記触媒の使用量としては、上記加水分解縮合体(A)の質量に対して、0.1ppm〜10%であることが好ましい。より好ましい上限値は5%である。
Furthermore, in the present invention, an aluminum-based catalyst or a tin-based catalyst can be used to accelerate the curing of the primer. Examples of the aluminum catalyst include aluminum trisacetylacetonate, aluminum bisethylacetoacetate / monoacetylacetonate, ethylacetoacetate aluminum diisopropylate, and aluminum isopropylatebis (oleyl acetoacetate). Examples of the tin-tin catalyst include dibutyltin diacetate, bis (acetoxydibutyltin) oxide, bis (lauroxydibutyltin) oxide, dibutyltin bisacetylacetonate, dibutyltin bismaleic acid monobutyl ester, dioctyl bismaleic acid monobutyl ester Etc.
The amount of the catalyst used is preferably 0.1 ppm to 10% with respect to the mass of the hydrolysis-condensation product (A). A more preferred upper limit is 5%.
本発明のプライマー組成物はアルミニウム合金表面に対する接触角が50度以下であることが必要である。接触角が50度を超える場合には、プライマーをアルミニウム合金に塗布した際、ハジキが生じ均一な被膜を形成することができない場合がある。アルミニウム合金に対する接触角は40度以下であることがより好ましく、30度以下であることが更に好ましい。このとき接着強度、耐塩水性、耐温水性がより向上する。接触角の下限値は0度である。
プライマーのアルミニウム合金に対する接触角は接触角計(協和界面化学(株)製接触角計”FACECA−D型”)により、常法に従って測定する。
The primer composition of the present invention needs to have a contact angle of 50 degrees or less with respect to the aluminum alloy surface. When the contact angle exceeds 50 degrees, when the primer is applied to the aluminum alloy, repellency may occur and a uniform film may not be formed. The contact angle with respect to the aluminum alloy is more preferably 40 ° or less, and further preferably 30 ° or less. At this time, adhesive strength, salt water resistance, and warm water resistance are further improved. The lower limit value of the contact angle is 0 degree.
The contact angle of the primer with respect to the aluminum alloy is measured by a contact angle meter (contact angle meter “FACECA-D type” manufactured by Kyowa Interface Chemical Co., Ltd.) according to a conventional method.
基材(例えばアルミニウム合金)の保護(塩水浸漬などでの接着破壊を防止する)のために、プライマー組成物は接着剤を塗布する前工程で使用されるのが好ましい。すなわち、基材表面(アルミニウム合金表面)にプライマー組成物を塗布した後、接着剤を塗布し、さらにCFRP(炭素繊維強化プラスチック)等を接合することが望ましい。この時、接着剤がエポキシ樹脂系接着剤であることがより望ましく、接着強度、すなわち、複合材料の信頼性がなお一層向上する。基材(アルミニウム合金)と、基材の表面に塗布されるプライマー組成物と、プライマー組成物上に塗布される接着材と、プライマー組成物と接着材とを挟んで基材と複合し一体化されるCFRP(炭素繊維強化プラスチック)とにより接着部材が構成される。従って、本発明のプライマー組成物は、上記のメチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、グリシドキシアルキルトリアルコキシシラン化合物からなる加水分解縮合体(A)を含有するエポキシ接着剤用のプライマー組成物を提供することにもなる。 In order to protect a substrate (for example, an aluminum alloy) (to prevent adhesion failure due to immersion in salt water), the primer composition is preferably used in a pre-process for applying an adhesive. That is, it is desirable to apply the primer composition to the substrate surface (aluminum alloy surface), then apply the adhesive, and then join CFRP (carbon fiber reinforced plastic) or the like. At this time, the adhesive is more preferably an epoxy resin-based adhesive, and the adhesive strength, that is, the reliability of the composite material is further improved. A base material (aluminum alloy), a primer composition applied to the surface of the base material, an adhesive applied on the primer composition, and the base material and the adhesive are sandwiched and combined with the base material. An adhesive member is constituted by CFRP (carbon fiber reinforced plastic). Therefore, the primer composition of the present invention is a primer composition for an epoxy adhesive containing the hydrolysis condensate (A) comprising the above-mentioned methyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, and glycidoxyalkyltrialkoxysilane compound. Will also provide.
接着部材の塩水浸漬後の接着強度は塩水浸漬前の80%以上を保持することが必要である。これ未満になってしまうと、複合材の強度、信頼性が失われる。さらに、接着部材の塩水浸漬されたあとの接着強度は15MPa以上であることが望ましい。15MPa以下に低下してしまうと、複合材料の強度が維持されず、信頼性、安全性が失われる。上限は50MPaであってもよいが、通常は30MPa程度である。 It is necessary to maintain 80% or more of the adhesive strength of the adhesive member after immersion in salt water before immersion in salt water. If it becomes less than this, the strength and reliability of the composite material are lost. Furthermore, the adhesive strength after the adhesive member is immersed in salt water is preferably 15 MPa or more. If the pressure drops to 15 MPa or less, the strength of the composite material is not maintained, and reliability and safety are lost. The upper limit may be 50 MPa, but is usually about 30 MPa.
プライマー組成物はメチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、グリシドキシアルキルトリアルコキシシラン化合物からなる加水分解縮合体(A)、水(B)、親水性有機溶剤(C)を均一に混合できればどのような手段でも製造できる。すなわち、撹拌装置の付いた容器に上記加水分解縮合体(A)、水(B)、親水性有機溶剤(C)を仕込み、均一になるまで撹拌、混合すればよい。 The primer composition can be any mixture of hydrolyzed condensate (A), water (B), and hydrophilic organic solvent (C) composed of methyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, and glycidoxyalkyltrialkoxysilane compound. It can also be manufactured by such means. That is, the hydrolysis condensate (A), water (B), and hydrophilic organic solvent (C) may be charged into a container equipped with a stirrer and stirred and mixed until uniform.
プライマー組成物には、必要であれば、これらのほかに二酸化チタン、カーボンブラック、炭酸カルシウム、酸化鉄、二酸化珪素等の顔料、トルエン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、シクロヘキサノン、石油スピリット等の有機溶剤、染料、レベリング剤、顔料分散剤、紫外線吸収剤、光安定剤等の塗料添加剤、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂等の合成高分子化合物(塗料用として使用されるものがより好適である)(参照;13398の化学商品、1223ページ〜1249ページ、化学工業日報社(1998))等の塗料、接着剤、インキに通常配合される種々原料、化合物を併用することもできる。また、接着剤の接着強度を向上させる意味でプライマーを接着剤に混合使用することも可能である。このとき、プライマーと接着剤との間に良好ななじみ性が生じ、接着強度、基材の保護機能が向上する。 In addition to these, primer compositions include pigments such as titanium dioxide, carbon black, calcium carbonate, iron oxide, and silicon dioxide, and organic compounds such as toluene, xylene, ethyl acetate, butyl acetate, cyclohexanone, and petroleum spirit. Paint additives such as solvents, dyes, leveling agents, pigment dispersants, UV absorbers, light stabilizers, synthetic polymer compounds such as alkyd resins, polyester resins, epoxy resins, acrylic resins, polyurethane resins (used for coatings) (Refer to: Chemical product of 13398, pages 1223 to 1249, Chemical Industry Daily (1998)), etc., together with various raw materials and compounds that are usually blended in inks and inks. You can also. It is also possible to use a primer mixed with the adhesive in the sense of improving the adhesive strength of the adhesive. At this time, good conformability occurs between the primer and the adhesive, and the adhesive strength and the protective function of the base material are improved.
さらに、容易に推察されるように、本発明のプライマー組成物はアルミニウム合金とCFRP(炭素繊維強化プラスチック)とを接着材により接着する時に接着材の下地として使用されることで、機能、効果を発揮するばかりでなく、電気伝導性物品と電気伝導性物品、より適しているのは電気伝導性の異なる2種類以上の電気伝導性物品を接着、接合する際にも機能、効果をいかんなく発揮し、高い接着強度を発揮し、電気腐食による接着の破壊を防止する。 Furthermore, as easily guessed, the primer composition of the present invention is used as a base for an adhesive when bonding an aluminum alloy and CFRP (carbon fiber reinforced plastic) with an adhesive, thereby providing functions and effects. Not only does it exhibit, but it is also suitable for electrically conductive articles and electrically conductive articles, more suitable for bonding and joining two or more types of electrically conductive articles with different electrical conductivities. In addition, it exhibits high adhesive strength and prevents bond breakage due to electrical corrosion.
実施例
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。なお、特に明記しない限り、実施例における部および%は質量基準である。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, parts and% in the examples are based on mass.
製造例1 メチルトリメトキシシランの加水分解縮合体の製造
メチルトリメトキシシラン408部をイソプロピルアルコール450部に溶解した。ここに、メトキシシリル基のモル数と同じモル数となる水162部と酸触媒として塩酸1部とを添加して、40℃で1時間攪拌し、さらに75℃で1時間攪拌を行った後、濃縮してメチルトリメトキシシランの加水分解縮合体を得た。IRによる分析で、メトキシシリル基に基づくC−Hの吸収は確認されなかった。
Production Example 1 Production of Hydrolysis Condensate of Methyltrimethoxysilane 408 parts of methyltrimethoxysilane were dissolved in 450 parts of isopropyl alcohol. After adding 162 parts of water having the same number of moles as the number of moles of the methoxysilyl group and 1 part of hydrochloric acid as an acid catalyst, the mixture was stirred at 40 ° C. for 1 hour and further stirred at 75 ° C. for 1 hour. To obtain a hydrolyzed condensate of methyltrimethoxysilane. In the analysis by IR, the absorption of C—H based on the methoxysilyl group was not confirmed.
製造例2 フェニルトリメトキシシランの加水分解縮合体の製造
フェニルトリメトキシシラン595部をイソプロピルアルコール200部とトルエン400部の混合液に溶解した。ここに、メトキシシリル基のモル数と同じモル数となる水162部と酸触媒として塩酸1部とを添加して、40℃で1時間攪拌し、さらに75℃で1時間攪拌を行った後、濃縮してフェニルトリメトキシシランの加水分解縮合体を得た。IRによる分析で、メトキシシリル基に基づくC−Hの吸収は確認されなかった。
Production Example 2 Production of Hydrolyzed Condensate of Phenyltrimethoxysilane 595 parts of phenyltrimethoxysilane was dissolved in a mixed solution of 200 parts of isopropyl alcohol and 400 parts of toluene. After adding 162 parts of water having the same number of moles as the number of moles of the methoxysilyl group and 1 part of hydrochloric acid as an acid catalyst, the mixture was stirred at 40 ° C. for 1 hour and further stirred at 75 ° C. for 1 hour. And concentrated to obtain a hydrolyzed condensate of phenyltrimethoxysilane. In the analysis by IR, the absorption of C—H based on the methoxysilyl group was not confirmed.
製造例3 グリシドキシアルキルトリアルコキシシランの加水分解縮合体の製造
グリシドキシプロピルトリメトキシシラン460部をイソプロピルアルコール390部に溶解した。ここに、メトキシシリル基のモル数と同じモル数となる水105部と酸触媒として塩酸1部とを添加して、40℃で1時間攪拌し、さらに75℃で1時間攪拌を行った後、濃縮してグリシドキシプロピルトリメトキシシランの加水分解縮合体を得た。IRによる分析で、メトキシシリル基に基づくC−Hの吸収は確認されなかった。
Production Example 3 Production of Hydrolysis Condensate of Glycidoxyalkyltrialkoxysilane 460 parts of glycidoxypropyltrimethoxysilane were dissolved in 390 parts of isopropyl alcohol. After adding 105 parts of water having the same number of moles as the number of moles of methoxysilyl group and 1 part of hydrochloric acid as an acid catalyst, the mixture was stirred at 40 ° C. for 1 hour, and further stirred at 75 ° C. for 1 hour. And concentrated to obtain a hydrolyzed condensate of glycidoxypropyltrimethoxysilane. In the analysis by IR, the absorption of C—H based on the methoxysilyl group was not confirmed.
実施例1
メチルトリメトキシシラン47.7部、フェニルトリメトキシシラン69.4部、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン79.8部をイソプロピルアルコールとメチルイソブチルケトンとの2/1(質量比)混合物154部に溶解した。ここに、系内のメトキシシリル基のモル数と同じモル数となる水56.7部と酸触媒として塩酸1部とを添加して、40℃で2時間攪拌し、さらに80℃で3時間攪拌を行った後、濃縮してポリシラノール組成物を得た。IRによる分析で、メトキシシリル基に基づくC−Hの吸収は確認されなかった。H−NMRによる分析で、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン由来のエポキシ基が残存していることを確認した。
Example 1
Dissolve 47.7 parts of methyltrimethoxysilane, 69.4 parts of phenyltrimethoxysilane and 79.8 parts of glycidoxypropyltrimethoxysilane in 154 parts of a 2/1 (mass ratio) mixture of isopropyl alcohol and methyl isobutyl ketone. did. To this, 56.7 parts of water having the same number of moles as the number of methoxysilyl groups in the system and 1 part of hydrochloric acid as an acid catalyst were added, stirred at 40 ° C. for 2 hours, and further at 80 ° C. for 3 hours. After stirring, it was concentrated to obtain a polysilanol composition. In the analysis by IR, the absorption of C—H based on the methoxysilyl group was not confirmed. It was confirmed by H-NMR analysis that epoxy groups derived from glycidoxypropyltrimethoxysilane remained.
得られたポリシラノール組成物100部をテトラヒドロフランとエトキシエタノールとの1/4(質量比)混合物50部に加えて溶解後、さらに水10部を添加して、プライマーを製造した。このプライマーのアルミニウムに対する接触角は40度であった。 100 parts of the resulting polysilanol composition was added to 50 parts of a 1/4 (mass ratio) mixture of tetrahydrofuran and ethoxyethanol and dissolved, and then 10 parts of water was added to prepare a primer. The contact angle of this primer with respect to aluminum was 40 degrees.
実施例2
実施例1において、メチルトリメトキシシランの量を143.1部に、水の量を94.5部に、および、塩酸の量を2部にそれぞれ変更すること以外は同様にして、ポリシラノール組成物を得た。IRによる分析で、メトキシシリル基に基づくC−Hの吸収は確認されなかった。H−NMRによる分析で、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン由来のエポキシ基が残存していることを確認した。
Example 2
In Example 1, the polysilanol composition was changed except that the amount of methyltrimethoxysilane was changed to 143.1 parts, the amount of water was changed to 94.5 parts, and the amount of hydrochloric acid was changed to 2 parts. I got a thing. In the analysis by IR, the absorption of C—H based on the methoxysilyl group was not confirmed. It was confirmed by H-NMR analysis that epoxy groups derived from glycidoxypropyltrimethoxysilane remained.
得られたポリシラノール組成物100部をテトラヒドロフランとエトキシエタノールとの1/4(質量比)混合物50部に加えて溶解後、さらに水10部とアルミニウム系硬化触媒としてアルミニウムトリスアセチルアセトネート5部を添加してプライマーを製造した。このプライマーのアルミニウムに対する接触角は40度であった。 100 parts of the resulting polysilanol composition was dissolved in 50 parts of a 1/4 (mass ratio) mixture of tetrahydrofuran and ethoxyethanol, and then 10 parts of water and 5 parts of aluminum trisacetylacetonate as an aluminum-based curing catalyst were added. A primer was prepared by addition. The contact angle of this primer with respect to aluminum was 40 degrees.
実施例3
製造例1で得られたメチルトリメトキシシランの加水分解縮合体19部、製造例2で得られたフェニルトリメトキシシランの加水分解縮合体37部、製造例3で得られたグリシドキシプロピルトリメトキシシランの加水分解縮合体47部を、テトラヒドロフランとエトキシエタノールとの1/4(質量比)混合物50部に加えて溶解後、さらに水10部とアルミニウム系硬化触媒としてアルミニウムトリスアセチルアセトネート5部を添加して、プライマーを製造した。このプライマーのアルミニウムに対する接触角は40度であった。
Example 3
19 parts hydrolyzed condensate of methyltrimethoxysilane obtained in Production Example 1, 37 parts of hydrolyzed condensate of phenyltrimethoxysilane obtained in Production Example 2, and glycidoxypropyltrimethyl obtained in Production Example 3 47 parts of hydrolyzed condensate of methoxysilane was added to 50 parts of a 1/4 (mass ratio) mixture of tetrahydrofuran and ethoxyethanol and dissolved, then 10 parts of water and 5 parts of aluminum trisacetylacetonate as an aluminum-based curing catalyst Was added to produce a primer. The contact angle of this primer with respect to aluminum was 40 degrees.
比較例1
製造例1で得られたメチルトリメトキシシランの加水分解縮合体100部をテトラヒドロフランとエトキシエタノールとの1/4(質量比)混合物50部に加えて溶解後、さらに水10部とアルミニウム系硬化触媒としてアルミニウムトリスアセチルアセトネート5部を添加して、比較用のプライマーを製造した。このプライマーのアルミニウムに対する接触角は40度であった。
Comparative Example 1
100 parts of the hydrolyzed condensate of methyltrimethoxysilane obtained in Production Example 1 was added to 50 parts of a 1/4 (mass ratio) mixture of tetrahydrofuran and ethoxyethanol, dissolved, and then 10 parts of water and an aluminum-based curing catalyst. As a comparative primer, 5 parts of aluminum trisacetylacetonate was added. The contact angle of this primer with respect to aluminum was 40 degrees.
比較例2
製造例2で得られたフェニルトリメトキシシランの加水分解縮合体100部をテトラヒドロフランとエトキシエタノールとの1/4(質量比)混合物50部に加えて溶解後、さらに水10部とアルミニウム系硬化触媒としてアルミニウムトリスアセチルアセトネート5部を添加して、比較用のプライマーを製造した。このプライマーのアルミニウムに対する接触角は40度であった。
Comparative Example 2
100 parts of the hydrolyzed condensate of phenyltrimethoxysilane obtained in Production Example 2 was added to 50 parts of a 1/4 (mass ratio) mixture of tetrahydrofuran and ethoxyethanol, dissolved, and then 10 parts of water and an aluminum-based curing catalyst. As a comparative primer, 5 parts of aluminum trisacetylacetonate was added. The contact angle of this primer with respect to aluminum was 40 degrees.
比較例3
製造例1で得られたメチルトリメトキシシランの加水分解縮合体34部と製造例2で得られたフェニルトリメトキシシランの加水分解縮合体66部をテトラヒドロフランとエトキシエタノールとの1/4(質量比)混合物50部に加えて溶解後、さらに水10部を添加して、比較用のプライマーを製造した。このプライマーのアルミニウムに対する接触角は40度であった。
Comparative Example 3
34 parts of the hydrolyzed condensate of methyltrimethoxysilane obtained in Production Example 1 and 66 parts of the hydrolyzed condensate of phenyltrimethoxysilane obtained in Production Example 2 were mixed with 1/4 (mass ratio) of tetrahydrofuran and ethoxyethanol. ) After dissolving by adding 50 parts of the mixture, 10 parts of water was further added to produce a comparative primer. The contact angle of this primer with respect to aluminum was 40 degrees.
比較例4
製造例1で得られたメチルトリメトキシシランの加水分解縮合体29部と製造例3で得られたグリシドキシプロピルトリメトキシシランの加水分解縮合体71部をテトラヒドロフランとエトキシエタノールとの1/4(質量比)混合物50部に加えて溶解後、さらに水10部とアルミニウム系硬化触媒としてアルミニウムトリスアセチルアセトネート5部を添加して、比較用のプライマーを製造した。このプライマーのアルミニウムに対する接触角は40度であった。
以上のプライマーを使用し、試験を行った。試験項目、試験方法、結果の評価方法を次に示す。また、試験結果を表1に示す。
Comparative Example 4
29 parts of the hydrolyzed condensate of methyltrimethoxysilane obtained in Production Example 1 and 71 parts of the hydrolyzed condensate of glycidoxypropyltrimethoxysilane obtained in Production Example 3 were mixed with 1/4 of tetrahydrofuran and ethoxyethanol. (Mass ratio) After dissolving in addition to 50 parts of the mixture, 10 parts of water and 5 parts of aluminum trisacetylacetonate as an aluminum-based curing catalyst were added to produce a comparative primer. The contact angle of this primer with respect to aluminum was 40 degrees.
A test was performed using the above primers. The test items, test methods, and results evaluation methods are shown below. The test results are shown in Table 1.
試験は、サンディング、トルエン脱脂した厚さ5mmのアルミニウム板材(6063系(JIS))の片面に実施例1〜3で得られたプライマーおよび比較例1〜4で得られた比較用のプライマーを皮膜厚が5μm以下になるよう塗布、150℃で2時間加熱乾燥を行加熱乾燥を行った後、エポキシ樹脂接着剤(「ケミットエポキシTSA2200」(東レ(株)の製品))を厚さが30〜50μmになるよう塗布し、その上に引張強度3.5GPa、弾性率230GPaの炭素繊維を強化繊維とするエポキシ樹脂マトリックスCFRP(炭素繊維の体積含有率60%、厚さ1.5mm)を接合し、室温で48時間接着剤の硬化を行い、得た試験片を使用し行った。接着強度:JIS K−6850に準拠し測定、評価する。接着強度が15MPa以上を合格とする。 In the test, the primer obtained in Examples 1 to 3 and the comparative primer obtained in Comparative Examples 1 to 4 were coated on one side of a 5 mm thick aluminum plate material (6063 series (JIS)) that was degreased with toluene. After coating to a thickness of 5 μm or less, heat drying at 150 ° C. for 2 hours, and heat drying, an epoxy resin adhesive (“Chemit Epoxy TSA2200” (product of Toray Industries, Inc.)) having a thickness of 30 An epoxy resin matrix CFRP (carbon fiber volume content 60%, thickness 1.5 mm) with carbon fiber having a tensile strength of 3.5 GPa and an elastic modulus of 230 GPa as a reinforcing fiber is bonded thereto. Then, the adhesive was cured at room temperature for 48 hours, and the obtained test piece was used. Adhesive strength: measured and evaluated according to JIS K-6850. An adhesive strength of 15 MPa or more is considered acceptable.
耐水性:試験片を電導度が1.0μs/cmのイオン交換水(40℃)に240時間浸漬し、試験前後の接着強度を測定した。試験後の接着強度の保持率が90%以上で、接着強度が15MPa以上ものを合格とする。 Water resistance: The test piece was immersed in ion-exchanged water (40 ° C.) having an electric conductivity of 1.0 μs / cm for 240 hours, and the adhesive strength before and after the test was measured. The adhesive strength retention after the test is 90% or more and the adhesive strength is 15 MPa or more.
耐塩水性:試験片を5%塩水(25℃)に240時間浸漬し、試験前後の接着強度を測定した。試験後の接着強度の保持率が90%以上で、接着強度が15MPa以上ものを合格とする。 Salt water resistance: The specimen was immersed in 5% salt water (25 ° C.) for 240 hours, and the adhesive strength before and after the test was measured. The adhesive strength retention after the test is 90% or more and the adhesive strength is 15 MPa or more.
耐水性塗料性:試験片を水性塗料(例えば、水70%程度、有機溶剤20%程度、残りは顔料等)(45℃)に240時間浸漬し、試験前後の接着強度を測定した。試験後の接着強度の保持率が90%以上で、接着強度が15MPa以上ものを合格とする。 Water resistant paint resistance: The test piece was immersed in an aqueous paint (for example, about 70% of water, about 20% of an organic solvent, the rest being a pigment or the like) (45 ° C.) for 240 hours, and the adhesive strength before and after the test was measured. The adhesive strength retention after the test is 90% or more and the adhesive strength is 15 MPa or more.
本発明の実施例のプライマーを用いたアルミニウム合金とCFRPの接合材料では、耐水性、耐塩水性、耐水性塗料性も良好であった。
これに対して、比較用プライマーを用いた接合材料では、それぞれ問題点を有していた。すなわち、グリシドキシアルキルトリアルコキシシランを用いない比較例1、2、3では、得られた接合材料の初期の接合強度の低下がみられたばかりでなく、耐水性、耐塩水性、耐水性塗料性も著しく低下した。また、メチルトリメトキシシランとグリシドキシプロピルトリメトキシシランの各加水分解縮合体の混合物を成分とする比較例4では、実施例1、2、3と比較して、耐水性塗料性での低下がみられた。
The aluminum alloy and CFRP bonding material using the primer of the example of the present invention also had good water resistance, salt water resistance, and water resistance paint resistance.
On the other hand, the bonding material using the comparative primer has problems. That is, in Comparative Examples 1, 2, and 3 that do not use glycidoxyalkyltrialkoxysilane, not only the initial bonding strength of the obtained bonding material was reduced, but also water resistance, salt water resistance, and water resistance paint resistance. Also decreased significantly. Further, in Comparative Example 4 comprising a mixture of hydrolyzed condensates of methyltrimethoxysilane and glycidoxypropyltrimethoxysilane as a component, compared to Examples 1, 2, and 3, the water resistance paint resistance was lowered. Was seen.
本発明のプライマーでアルミニウム合金を処理することにより、初期の接着強度はもちろん、環境試験(耐水性、耐塩水性、耐水性塗料性)でも良好な性能を発揮する。すなわち、本発明のプライマーを使用することにより、従来の建築や自動車等の分野だけでなく、水性塗料に関わるディスプレイ材料や塗装及び印刷装置材料分野等で好適に用いることができる実用性に優れたアルミニウム/CFRP複合材料が得られる。 By treating the aluminum alloy with the primer of the present invention, not only initial adhesive strength but also environmental performance (water resistance, salt water resistance, water resistance paint resistance) can be exhibited. That is, by using the primer of the present invention, it is excellent in practicality that can be suitably used not only in the fields of conventional architecture and automobiles, but also in the fields of display materials and coating and printing apparatus materials related to water-based paints. An aluminum / CFRP composite material is obtained.
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