JP7006845B2 - 接着剤、積層体、包装材、電池用包装材、電池 - Google Patents
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Description
本発明の接着剤は、酸基含有オレフィン樹脂(A1)を含む第1剤と、酸基含有オレフィン樹脂(A1)が有する酸基と反応性を有する化合物(B)を含む第2剤とからなる2液型接着剤である。以下、本発明の接着剤の各成分について詳細に説明する。
第1剤は、樹脂(A)として、酸基含有オレフィン樹脂(A1)を含む。酸基含有オレフィン樹脂(A1)が備える酸基としては、カルボキシル基、無水カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基等が挙げられる。酸基含有樹脂はこれらのうち1種のみを備えるものであってもよいし、2種以上を備えるものであってもよい。
カラム ;東ソー株式会社製 TSKgel 4000HXL、TSKgel 3000HXL、TSKgel 2000HXL、TSKgel 1000HXL
検出器 ;RI(示差屈折計)
データ処理;東ソー株式会社製 マルチステーションGPC-8020modelII
測定条件 ;カラム温度 40℃
溶媒 テトラヒドロフラン
流速 0.35ml/分
標準 ;単分散ポリスチレン
試料 ;樹脂固形分換算で0.2質量%のテトラヒドロフラン溶液をマイクロフィルターでろ過したもの(100μl)
酸基含有オレフィン樹脂(A1)と樹脂(A2)との配合比(A1):(A2)は一例として100:0~10:90であり、他の一態様としては100:1~15:85であり、他の一態様として75:25~15:85である。これにより、耐溶剤性、耐電解液性に加え、保存安定性に優れた接着剤とすることができる。
第2剤は、酸基含有オレフィン樹脂(A1)が有する酸基と反応性を有する化合物(B)、いわゆる硬化剤を含む。このような化合物(B)としては、イソシアネート化合物(B1)、エポキシ化合物(B2)、アジリジン基含有化合物(B3)、カルボジイミド基含有化合物(B4)、オキサゾリン基含有化合物(B5)、ヒドラジド基含有化合物(B6)、アミノ樹脂(B7)等が挙げられる。
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、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂;
フェノールノボラック樹脂やクレゾールノボラック樹脂のグリシジルエーテルであるノボラック型エポキシ樹脂等の芳香族エポキシ樹脂;
ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ビスフェノールADなどの芳香族系ポリヒドロキシ化合物のエチレンオキシドもしくはプロピレンオキシド付加体であるポリオールのポリグリシジルエーテル;
ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールもしくはポリテトラメチレングリコール等のポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;
ビス(3,4-エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3’,4’-エポキシシクロヘキシルカルボキシレート等の環状脂肪族型ポリエポキシ樹脂;
プロパントリカルボン酸、ブタンテトラカルボン酸、アジピン酸、フタル酸、テレフタル酸もしくはトリメリット酸等のポリカルボン酸のポリグリシジルエステル型エポキシ樹脂;
ブタジエン、ヘキサジエン、オクタジエン、ドデカジエン、シクロオクタジエン、α-ピネンもしくはビニルシクロヘキセン等の炭化水素系ジエンのビスエポキシ樹脂;
ポリブタジエンもしくはポリイソプレン等のジエンポリマーのエポキシ樹脂;
テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルパラアミノフェノール、テトラグリシジルビスアミノメチルシクロヘキサン、ジグリシジルアニリン、テトラグリシジルメタキシリレンジアミン等のグリシジルアミン型エポキシ樹脂;
トリアジン、ヒダントイン等の複素環を含有するエポキシ樹脂;
樹脂骨格中にゴム骨格(例えばポリブタジエン、アクリロニトリルブタジエンゴム、カルボキシル基末端アクリロニトリルブタジエンゴム等)を有するゴム変性エポキシ樹脂やウレタン結合を有するウレタン変性エポキシ樹脂等が挙げられる。
これらは単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。
本発明の接着剤は、上記各成分に加え、さらに有機溶剤を配合することにより流動性を確保し、適正な塗工性を発現させることができる。有機溶剤は第1剤または第2剤のいずれか一方のみに含まれていてもよいし、両方が含んでいてもよい。第1剤と第2剤とを混合する際に添加してもよい。このような有機溶剤としては、接着剤塗工時の乾燥工程における過熱により揮発させて除去できるものであれば特に限定されず、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族系有機溶剤;n-ヘキサン、n-ヘプタン等の脂肪族系有機溶剤;シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環族系有機溶剤;トリクロロエチレン、ジクロロエチレン、クロロベンゼン、クロロホルム等のハロゲン系有機溶剤;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤;エタノール、メタノール、n-プロパノール、2-プロパノール(イソプロピルアルコール)、ブタノール、ヘキサノール等のアルコール系溶剤;ジイソプロピルエーテル、ブチルセロソルブ、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ブチルカルビトール等のエーテル系溶剤;ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングルコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル系溶剤;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロプレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のグリコールエステル系溶剤等が挙げられ、これらは単独で使用しても良いし、2種以上を併用しても良い。
本発明の接着剤は、必要に応じて酸無水物、硬化促進剤、その他(樹脂(A)以外)の樹脂、可塑剤、熱可塑性エラストマー、反応性エラストマー、リン酸化合物、シランカップリング剤、消泡剤等の各種添加剤を用いることができる。これらの添加剤の含有量は、本発明の接着剤の機能を損なわない範囲内で適宜調整すればよい。
スチレン樹脂の配合量は、樹脂(A)100質量部に対して0.01~1.5質量部であることが好ましい。
本発明の積層体は、第1の基材と、第2の基材と、第1の基材と第2の基材との間に配置され、第1の基材と第2の基材とを貼り合せる接着層とを含む。接着層は、上述した接着剤の硬化塗膜である。第1の基材、第2の基材に加えてさらに他の基材を含んでいてもよい。第1の基材と他の基材、第2の基材と他の基材とを貼り合せる接着層は、本発明の接着剤の硬化塗膜であってもよいし、そうでなくてもよい。
接着剤の塗工方式としては、グラビアコーター方式、マイクログラビアコーター方式、リバースコーター方式、バーコーター方式、ロールコーター方式、ダイコーター方式等を用いることが出来る。接着剤の塗布量は、乾燥後の塗布重量が0.5~20.0g/m2となるよう調整することが好ましい。0.5g/m2を下回ると連続均一塗布性が低下し易くなり、20.0g/m2を上回ると塗布後における溶剤離脱性も低下し、作業性の低下や残留溶剤の問題が生じ易くなる。
第1の基材と第2の基材とを貼り合せた後、エージング工程を設けることが好ましい。エージング条件は、一例として25~100℃、12~240時間である。エージング温度は酸基含有オレフィン樹脂(A1)の融点よりも5℃以上高いことが好ましく、10℃以上高いことがより好ましい。これにより、接着剤がより濡れ広がりやすく、また硬化塗膜中における結晶化部位の比率をより高めることができ、接着強度、耐溶剤性、耐電解液性に優れた接着剤とすることができる。エージング温度の上限は特に限定されないが、省エネルギーの観点から一例として酸基含有オレフィン樹脂(A1)の融点との差が30℃以下であることが好ましい。
本発明の積層体は各種用途に用いることができる。例えば本発明の積層体は耐溶剤性に優れるため、シャンプーやリンスなどの包装材に好ましく用いることができる。このような内容物は接着層を劣化させ、接着強度の低下を招くおそれがあるが、接着層が本発明の接着剤によるものであれば、接着層の劣化を抑制することができる。
本発明の電池用包装材は、一例として、第1の基材と、第2の基材と、第3の基材と、第1の基材と第2の基材を貼り合せる第1の接着層と、第2の基材と第3の基材とを貼り合せる第2の接着層とを含む。第1の基材はポリオレフィンフィルムであり、第2の基材は金属箔である。第3の基材はナイロン、ポリエステル等の樹脂フィルムである。第1の接着層は本発明の接着剤の硬化塗膜である。第2の接着層は本発明の接着剤の硬化塗膜であってもよいし、そうでなくてもよい。第3の基材の第2の接着層が設けられるのとは反対側に、さらに接着層を介して、または介さずに他の基材を配置してもよいし、コーティング層を設けてもよい。他の基材やコーティング層を設けなくてもよい。
第1の基材は、後述する電池を製造する際に、本発明の電池用包装材同士をヒートシールして貼り合せる際のシーラント層として機能する。
・プレヒーター平板式圧空成型法:電池用包装材を加熱軟化させた後、高圧のエアーが供給される孔を有する下型と、ポケット形状の凹部を有する上型に挟み、エアーを供給して凹部を形成する方法。
・ドラム式真空成型法:電池用包装材を加熱ドラムで部分的に加熱軟化後、ポケット形状の凹部を有するドラムの該凹部を真空引きして凹部を成型する方法。
・ピン成型法:底材シートを加熱軟化後ポケット形状の凹凸金型で圧着する方法。
・プレヒータープラグアシスト圧空成型法:電池用包装材を加熱軟化させた後、高圧のエアーが供給される孔を有する下型と、ポケット形状の凹部を有する上型に挟み、エアーを供給して凹部を形成する方法であって、成型の際に、凸形状のプラグを上昇及び降下をさせて成型を補助する方法。
このようにして得られた本発明の電池用包装材は、正極、負極、電解質等の電池素子を密封して収容する電池用容器として好適に使用することができる。
本発明の電池は、正極、負極、及び電解質を備えた電池素子を、本発明の電池用包装材で、前記正極及び負極の各々に接続された金属端子が外側に突出させた状態で、電池素子の周縁にフランジ部(シーラント層同士が接触する領域)が形成できるようにして被覆し、前記フランジ部のシーラント層同士をヒートシールして密封させることによって得られる。
(酸価)
本実施例において、酸基含有オレフィン樹脂(A1)の酸価は、FT-IR(日本分光社製、FT-IR4200)を使用し、無水マレイン酸のクロロホルム溶液によって作成した検量線から得られる係数(f)、無水マレイン酸変性ポリオレフィン溶液における無水マレイン酸の無水環の伸縮ピーク(1780cm-1)の吸光度(I)とマレイン酸のカルボニル基の伸縮ピーク(1720cm-1)の吸光度(II)を用いて下記式により算出した値であり、特記しない限り単位はmgKOH/gである。下記式において無水マレイン酸の分子量を98.06、水酸化カリウムの分子量は56.11とした。
酸基含有オレフィン樹脂(A1)とエポキシ化合物との硬化物の結晶化温度はJIS-K-7121に、結晶化熱量はJIS-K-7122に従って測定した。なお冷却温度は10℃/minである。特記しない限り結晶化温度の単位は℃であり、結晶化熱量の単位はmJ/mgである。
酸基含有オレフィン樹脂の融点はJIS-K-7121に、融解熱量はJIS-K-7122に従って測定した。特記しない限り融点の単位は℃であり、融解熱量の単位はmJ/mgである。
装置:X-DSC7000AS-3DX(日立ハイテクサイエンス社製)
容器:オープン型アルミ製容器(カバーあり、日立ハイテクサイエンス社製)
試料:3.5mg
リファレンス:空容器
雰囲気:窒素ガスフロー 20ml/min
測定温度:-50℃(10min保持)→10℃/min→150℃(10min保持)→-10℃/min→-50℃(10min保持)→10℃/min→150℃(10min保持)
また、-50℃から150℃に昇温する過程で観測された融解ピークの頂点を融解温度とし、融解ピークとベースラインで区切られた面積から融解熱量を算出した。
以下の無水マレイン酸変性プロピレン-ブテン共重合体を酸変性オレフィン樹脂(A1-1)~(A1-4)として用いた。酸変性オレフィン樹脂(A1-1)~(A1-4)とデナコール(登録商標)EX-321Lとを、エポキシ過剰率をそれぞれ以下の値とした硬化物について結晶化温度、結晶化熱量を測定し、表2にまとめた。なお表2において結晶化温度の数値に括弧を付した値は冷結晶化温度であり、JIS-K-7121に記載の方法では結晶化ピークが観測されず、融点を測定した際に結晶化ピークが観測されたことを意味する。結晶化熱量の数値に括弧を付した値は冷結晶化による結晶化ピークから算出した結晶化熱量であることを意味する。
以下のイソシアネート化合物(B1)、エポキシ化合物(B2)を化合物(B)として用いた。
(イソシアネート化合物(B1-1))
ビゥレット型ヘキサメチレンジイソシアネート
(イソシアネート化合物(B1-2))
トリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体
デナコール(登録商標)EX-321L(ナガセケムテックス(株)製、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、エポキシ当量130)
(エポキシ化合物(B2-2))
エピクロン(登録商標)860-80SE(DIC(株)製、BPA型エポキシ樹脂 、エポキシ当量240)
(エポキシ化合物(B2-3))
エピクロン(登録商標)N-665(DIC(株)製、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量200-215)
(エポキシ化合物(B2-4))
後述の方法で合成したものをエポキシ化合物(B2-4)として用いた。
(エポキシ化合物(B2-5))
エピクロン(登録商標)TSR960(DIC(株)製、ゴム変性エポキシ樹脂、エポキシ当量230-250)
温度計、撹拌機を取り付けたフラスコにビスフェノールA228g(1.00モル)とトリエチレングリコールジビニルエーテル(ISP社製:商品名Rapi-Cure DVE-3)172g(0.85モル)を仕込み、120℃まで1時間要して昇温した後、さらに120℃で6時間反応させて透明半固形の変性多価フェノール類400gを得た。
得られた変性多価フェノール類(ph-1a)は、NMRスペクトル(13C)と、マススペクトルでn=1、n=2の理論構造に相当するM+=658,M+=1088のピークが得られたことから下記構造式Ep1’で表される構造をもつものであることが確認された。変性多価フェノール類の水酸基当量は364g/eq.、粘度は40mPa・s(150℃,ICI粘度計)、水酸基当量より算出される下記構造式Ep1’中のmの平均値は、m≧1の成分で3.21、及びm≧0の成分で1.16であった。
(実施例1)
酸基含有オレフィン樹脂(A1-1)の溶液(メチルシクロヘキサン/酢酸エチル=8/1):100部(固形分)、エポキシ化合物(B2-1)の酢酸エチル溶液:1.06部(固形分)、トリフェニルホスフィン:0.05部をよく撹拌し、さらにメチルシクロヘキサン/酢酸エチル=8:1の混合溶剤でドライラミネートに適した粘度に希釈して実施例1の接着剤を調整した。
用いる成分やその配合量を表3-5に示すように変更した以外は実施例1と同様にして実施例2-17の接着剤を調整した。
用いる成分やその配合量を表6に示すように変更した以外は実施例1と同様にして比較例1-5の接着剤を調整した。
(FTR8120)
スチレン系モノマーの単独重合体(三井化学社製、重量平均分子量1500、不揮発分100質量%)
(YH-306)
トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸(三菱化学社製)
(KBM-403)
3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製)
(実施例1)
実施例1の接着剤をクロメート処理アルミニウム箔(膜厚:40μm)の光沢面にバーコーターで塗布量3g/m2(dry)で塗布し、80℃-1分間乾燥させた後、未延伸ポリオレフィンフィルム(膜厚:40μm)と80℃で貼り合せた。次にアルミニウム箔のマット面に「ディックドライ LX-906」(DIC株式会社製)を主剤とし、「KW-75」(DIC株式会社製)を硬化剤として、重量比が主剤/硬化剤=100/10となるように配合した接着剤をバーコーターで塗布量4g/m2(dry)で塗布した後、厚さ25μmの延伸ポリアミドフィルムを積層した。その後80℃2日間の養生(エージング)を行い、実施例1の積層体を得た。
用いる接着剤を実施例2-17、比較例1-5にそれぞれ変更した以外は実施例1と同様にして実施例2-17、比較例1-5の積層体を得た。
以下のようにして実施例、比較例の積層体を評価し、結果を表3-6にまとめた。
(初期接着強度の測定)
株式会社島津製作所の「オートグラフAGS-J」を使用し、積層体のアルミニウム箔と未延伸ポリオレフィンフィルムの界面の接着強度を剥離速度50mm/min、剥離幅15mm、剥離形態T型の条件で評価した。単位はN/15mmである。
カーボネート系溶剤(エチレンカーボネート:エチルメチルカーボネート:ジメチルカーボネート=1:1:1(wt%)の混合溶剤)35gに、エージング後の積層体を60℃で1日間浸漬させた。積層体を引き上げた直後(溶剤が乾燥する前の状態で)に積層体のアルミニウム箔と未延伸ポリオレフィンフィルムの界面の接着強度を剥離速度50mm/miん、剥離幅15mm、剥離形態T型の条件で測定した。浸漬前後の接着強度の保持率から以下のように評価した。
また、浸漬させる溶剤とカーボネート系溶剤からメチルエチルケトン、イソプロパノール、カーボネート系エステル系混合溶剤(エチレンカーボネート:プロピレンカーボネート:プロピオン酸プロピル=24.5:13.5:62.0(wt%))にそれぞれ変更した以外は同様にしてこれらの溶剤に対する耐溶剤性を評価した。
◎:90%以上
〇:75%以上90%未満
△:60%以上75%未満
×:60%未満
エチレンカーボネート:エチルメチルカーボネート:ジメチルカーボネート=1:1:1(wt%)混合液に、LiPF6が1mol/l、ビニレンカーボネートが1wt%、水1000ppmとなるようそれぞれを添加した溶液を用意した。エージング後の積層体を溶液35gに85℃で7日間浸漬させた。積層体を引き上げた直後(溶液が乾燥する前の状態)に積層体のアルミニウム箔と未延伸ポリオレフィンフィルムの界面の接着強度を剥離速度50mm/min、剥離幅15mm、剥離形態T型の条件で測定した。浸漬前後の接着強度の保持率から以下のように評価した。
◎:90%以上
〇:75%以上90%未満
△:60%以上75%未満
×:60%未満
Claims (12)
- 第1剤と、第2剤とを含み、
前記第1剤はプロピレンとブテンとを含む共重合体骨格を有し、重量平均分子量が10,000以上200,000以下であり、酸価が0.1以上50mgKOH/g以下である酸基含有オレフィン樹脂(A1)を含む樹脂(A)を含み、
前記第2剤はイソシアネート化合物(B1)を含み、
前記第1剤に含まれる酸基と前記第2剤に含まれるイソシアネート基とのモル比(イソシアネート基/酸基)が0.5以上30以下であり、
前記酸基含有オレフィン樹脂(A1)は、前記酸基含有オレフィン樹脂(A1)と25℃で液体であるエポキシ化合物とがエポキシ過剰率が0.1以上1.5以下となるよう配合された組成物の硬化物を、JIS-K-7121に記載の結晶化温度の測定方法に従って測定した示差走査熱量測定において描かれるDSC曲線に結晶化ピークが観測されることを特徴とする接着剤。 - 第1剤と、第2剤とを含み、
前記第1剤はプロピレンとブテンとを含む共重合体骨格を有し、重量平均分子量が10,000以上200,000以下であり、酸価が0.1以上50mgKOH/g以下である酸基含有オレフィン樹脂(A1)を含む樹脂(A)を含み、
前記第2剤はエポキシ化合物(B2)を含み、
前記前記第1剤に含まれる酸基と前記第2剤に含まれるエポキシ基とのモル比(エポキシ基/酸基)が0.01以上1.5以下であり、
前記酸基含有オレフィン樹脂(A1)は、前記酸基含有オレフィン樹脂(A1)と25℃で液体であるエポキシ化合物とがエポキシ過剰率が0.1以上1.5以下となるよう配合された組成物の硬化物を、JIS-K-7121に記載の結晶化温度の測定方法に従って測定した示差走査熱量測定において描かれるDSC曲線に結晶化ピークが観測されることを特徴とする接着剤。 - 金属系触媒、アミン系触媒、脂肪族環状アミド化合物、チタンキレート錯体、有機リン系化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種の硬化促進剤を含み、
前記樹脂(A)100質量部に対する前記硬化促進剤の配合量が0.01質量部以上5質量部以下である請求項1に記載の接着剤。 - 有機ホスフィン化合物、イミダゾール化合物、3級アミン類およびその塩からなる群から選ばれる少なくとも一種の硬化促進剤を含み、
前記樹脂(A)100質量部に対する前記硬化促進剤の配合量が0.01質量部以上5質量部以下である請求項2に記載の接着剤。 - 前記硬化物の結晶化温度が10℃以上60℃以下にある請求項1~3のいずれか一項に記載の接着剤。
- 前記硬化物の結晶化熱量が1mJ/mg以上100mJ/mg以下である請求項1~4のいずれか一項に記載の接着剤。
- 前記酸基含有オレフィン樹脂(A1)の重量平均分子量が50,000以上である請求項1~5のいずれか一項に記載の接着剤。
- 非食品包装用である請求項1~7のいずれか一項に記載の接着剤。
- 第一の基材と、
第二の基材と、
前記第一の基材と前記第二の基材とを貼り合わせる接着層と、を有し、
前記接着層が請求項1~8のいずれか一項に記載の接着剤の硬化物である積層体。 - 請求項9に記載の積層体からなる包装材。
- 請求項9に記載の積層体からなる電池用包装材。
- 請求項11に記載の電池用包装材を用いてなる電池。
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