(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状接着剤組成物であって、
水；
シラン接着剤；並びに
アルキル第四級ホスホニウム塩、アリール第四級ホスホニウム塩、アルキル−アリール第四級ホスホニウム塩、アルキル第四級アンモニウム塩、アリール第四級アンモニウム塩、アルキル−アリール第四級アンモニウム塩及びそれらの混合物からなる群から選ばれる第四級塩を含み、該シランが該第四級塩の存在下において水と混和性であり、
ここで、該第四級塩が、シラン接着剤の重量に対して１５〜４０重量％の範囲内で存在し、そして、シラン接着剤と該第四級塩が、液状接着剤組成物の２〜４重量％を構成し、液状接着剤が、可視的な沈殿物を実質的に含まず、液状接着剤組成物が、実質的に有機溶剤を含まない、前記液状接着剤組成物。
【請求項２】
該第四級塩が、アルキル第四級アンモニウム塩、アリール第四級アンモニウム塩、アルキル−アリール第四級アンモニウム塩及びそれらの混合物からなる群から選ばれる、請求項１記載の液状接着剤組成物。
【請求項３】
該第四級塩が、アルキル第四級ホスホニウム塩、アリール第四級ホスホニウム塩、アルキル−アリール第四級ホスホニウム塩及びそれらの混合物からなる群から選ばれる、請求項１記載の液状接着剤組成物。
【請求項４】
実質的に有機溶剤を含まない水性液状接着剤組成物であって、その液状接着剤組成物が、
水；
シラン接着剤；及び
次式：
【化１】
0003825477.tif 000003
（式中、Ｙは、Ｎ又はＰであり、Ｘは、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩであり、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3又はＲ4は、アルキル又はアリールである）を有する第四級塩を含み、ここで、該第四級塩が、シラン接着剤の重量に対して１５〜４０重量％の範囲内で存在し、そしてシラン接着剤と該第四級塩が、液状接着剤組成物の２〜４重量％を構成し、該シランが、該第四級塩の存在下において水と混和性であり、そして水性液状接着剤組成物が、可視的な沈殿物を実質的に含まない、前記水性液状接着剤組成物。
【請求項５】
Ｙが、Ｎである、請求項４記載の水性液状接着剤組成物。
【請求項６】
Ｙが、Ｐである、請求項４記載の水性液状接着剤組成物。
【請求項７】
該第四級塩が、ベンジルトリフェニルホスホニウムクロリドである、請求項６記載の水性液状接着剤組成物。
【請求項８】
エラストマーを支持体に接着する方法であって、
エラストマー表面、支持体表面、エラストマー表面と支持体表面の両方からなる群から選ばれる表面に、水、シラン接着剤及び第四級塩の液状配合物を塗布する工程（ここで、該第四級塩は、アルキル第四級ホスホニウム塩、アリール第四級ホスホニウム塩、アルキル−アリール第四級ホスホニウム塩、アルキル第四級アンモニウム塩、アリール第四級アンモニウム塩、アルキル−アリール第四級アンモニウム塩及びそれらの混合物からなる群から選ばれ、該第四級塩は、シラン接着剤の重量に対して１５〜４０重量％の範囲内で該配合物中に存在し、そして、シラン接着剤と該第四級塩は、該液状配合物の２〜４重量％の範囲内で該配合物中に存在し、液状配合物が、実質的に有機溶剤を含まない）；
該配合物を塗布した後、エラストマー表面と支持体表面を接触させて組み合わされた部品を得る工程；並びに
該組み合わされた部品を乾燥する工程
を含む方法。
【請求項９】
支持体が、金属及びプラスチックからなる群から選ばれる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
該第四級塩が、次式：
【化２】
0003825477.tif 000004
（式中、Ｙは、Ｎ又はＰであり、Ｘは、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩであり、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3又はＲ4は、アルキル又はアリールである）を有する、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
該第四級塩が、ベンジルトリフェニルホスホニウムクロリドである、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
エラストマーを支持体に接着する方法であって、
エラストマー表面、支持体表面、エラストマー表面と支持体表面の両方からなる群から選ばれる表面に、水、シラン接着剤及び第四級塩の液状配合物を塗布する工程{ここで、該液状配合物は、有機溶剤を実質的に含まず、該第四級塩は、次式：
【化３】
0003825477.tif 000005
（式中、Ｙは、Ｎ又はＰであり、Ｘは、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩであり、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3又はＲ4は、アルキル又はアリールである）を有し、ここで、支持体は、金属及びプラスチックからなる群から選ばれ、ここで、該第四級塩は、シラン接着剤の重量に対して１５〜４０重量％の範囲内で液状配合物中に存在し、そして、シラン接着剤と該第四級塩は、液状配合物の２〜４重量％を構成し、液状配合物は、可視的な沈殿物を実質的に含まない}；
該配合物を塗布後、エラストマー表面と支持体表面を接触させて組み合わされた部品を得る工程；並びに
該組み合わされた部品を乾燥する工程
を含む方法。
【請求項１３】
該第四級塩が、ベンジルトリフェニルホスホニウムクロリドである、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
シラン接着剤を用いてエラストマーを支持体に接着するための方法であって、
シラン接着剤、第四級塩及び水を配合して液状シラン接着剤配合物を得る工程{ここで、水は、有機溶剤を実質的に含まない液状接着剤配合物を得るために、その中に該シランと該塩を分散させるために有効な量で存在しており、該第四級塩は、次式：
【化４】
0003825477.tif 000006
（式中、Ｙは、Ｎ又はＰであり、Ｘは、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩであり、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3又はＲ4は、アルキル又はアリールである）を有し、ここで、接着剤液状配合物中の該第四級塩は、シラン接着剤の重量の１５〜４０重量％の範囲内で存在し、そして、シラン接着剤と該第四級塩は、接着剤液状配合物の２〜４重量％を構成し、接着剤液状配合物は、可視的な沈殿物を実質的に含まない}；
水、シラン接着剤及び該第四級塩の液状配合物を、エラストマー表面、支持体表面、エラストマー表面と支持体表面の両方からなる群から選ばれる表面に塗布する工程；
該配合物を塗布後、エラストマー表面と支持体表面を接触させて組み合わされた部品を得る工程；並びに
該組み合わされた部品を乾燥する工程
を含む方法。
【請求項１５】
該第四級塩が、ベンジルトリフェニルホスホニウムクロリドである、請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の分野
本発明は、エラストマーを金属に、及びエラストマーをプラスチックに接着するために使用される、シランをベースとした接着剤の水性溶液に関し、そして特に有機溶剤を含有する接着剤を用いることなくエラストマーシャフトシールを環状の金属取付け要素に接着するための接着剤に関する。
先行技術の進展の説明
シャフトシールの製造において、エラストマーを金属に接着するための通常の液状接着剤は、揮発性の有機溶剤に分散したシランの形態で入手可能である。接着操作に付随する出来事として、大気中にメタノールのような有機溶剤の放出は、健康及び環境上の危険を引き起こすものと考えられている。したがって、エラストマーとその支持体の間の強い接着層を保持しつつ、揮発性有機溶剤の使用を避けることが望ましい。
発明の要約
本発明は、健康及び環境上の危険性を引き起こすこともあり得る有機溶剤の放出を排除するために、有機溶剤よりもむしろ水に分散した接着剤に関する。本発明の主な目的は、エラストマー封止用部材をそれらの金属ケーシングに接着するために用いられるタイプの公知の有機溶剤をベースにしたシラン接着剤の接着性と同等の接着性を有する水性接着剤溶液を提供することである。エラストマーには、ポリアクリル、エチレンアクリル、ニトリル、フルオロエラストマー及びテトラフルオロエチレンプロピレン材料が含まれる。
本発明の主な特徴は、希釈水性溶液中に第四級ホスホニウムもしくはアンモニウム塩添加剤と組み合わせてシラン接着剤を使用することである。添加剤は、界面活性剤及びシラン構造改質剤として作用するものと考えられており、それによってシラン接着剤は金属支持体上の小半径の範囲及び狭い開口部の表面をはるかに容易に湿潤にし、そしてよりスムースな接着の発現を可能にする。効果は、ふくれ、ポットマーク（potmarks）及び高いスクラップ発生率に至ることもあり得る他の接着欠陥のない、より増大した接着を達成することである。好ましい添加剤物質は、時々“ＢＴＰＰＣ”として言及され、そして次式：
0003825477.tif 000002
のように表されるベンジルトリフェニルホスホニウムクロリドである。
この化合物の他のハロゲン塩、すなわちブロミド及びヨージドも有効に機能するであろう。他の第四級塩、例えばホスホニウム及びアンモニウムのアルキル、アリール、又はアルキル−アリール塩も有効に機能するであろう。
好ましい実施態様の詳細な説明
本発明に従って配合された接着剤は、環状のラジアルリップシャフトシールのようなエラストマーシールを、金属キャリヤーすなわち支持体に接着させるために使用される。接着剤は、好ましくはシラン接着剤並びにアリール第四級ホスホニウム塩、アルキル第四級ホスホニウム塩、アリール第四級アンモニウム塩、アルキル第四級アンモニウム塩、アリール−アルキル第四級ホスホニウム塩及びアリールアルキル第四級アンモニウム塩からなる群から選ばれる添加剤を含有する水性溶液を含み、その添加剤の濃度は重量基準でシラン濃度の少なくとも１５％である。好ましい添加剤は、ＢＴＰＰＣである。
他の可能な接着剤配合物は、シラン接着剤並びにアリール第四級アンモニウム塩、アルキル第四級アンモニウム塩及びアリール−アルキル第四級アンモニウム塩からなる群から選ばれる添加剤を含有する水性溶液を含み、その添加剤の濃度は重量基準でシラン濃度の少なくとも１５％である。
他の配合物は、シラン接着剤並びにアリール第四級ホスホニウム塩、アルキル第四級ホスホニウム塩、アリール−アルキル第四級ホスホニウム塩からなる群から選ばれる添加剤を含有する水性溶液を含み、その添加剤の濃度は、重量基準でシラン濃度の少なくとも１５％である。
ＢＴＰＰＣを添加剤として選択するとき、未使用シラン接着剤中のＢＴＰＰＣの推奨濃度は、シラン含量の３３重量％である。これは、接着強さ及び保存安定性を考慮すると接着剤の最適特性をもたらす。ＢＴＰＰＣは、シラン含量の１５重量％の少ない濃度でも機能するであろうが、しかし接着剤の接着作用はＢＴＰＰＣの濃度の増加につれて改善されるであろう。上限は、水に対するＢＴＰＰＣの溶解性の程度によって設定される。しかし、シラン含量の３３重量％を超えたより高い濃度は、接着剤をより温度感受性にする傾向にあり、そして安定性を少なくし、したがってその寿命を減少させる傾向にある。
前記の添加剤化合物のような、ＢＴＰＰＣ以外の添加剤化合物に対して、添加剤の濃度は水に対する溶解性の程度、温度感受性、安定性、及びＢＴＰＰＣに対して明示された濃度の理論当量（モル％）に基づいて決定される。
ＢＴＰＰＣは、未使用シラン接着剤と混合される前に水中で混合されるべきである。水に溶解したＢＴＰＰＣのこの溶液は、プレミックスとして呼ばれる。正確な量は、未使用接着剤のシラン含量及び所望の最終固形分％に基づいて計算されるべきである。その計算は、ＢＴＰＰＣを溶液の形で添加する結果として添加される余分の水の量を考慮すべきである。
実施例
１０％の最終固形分が望まれる場合、そして未使用接着剤のシラン含量が１６％である場合、最終接着剤のシラン含量は、７．５２％であり、最終接着剤のＢＴＰＰＣ含量は、２．４８％（シラン含量の３３％）である。
１００ｇの未使用接着剤は、１６ｇのシランを含有する。この１６ｇのシランが、７．５２％シラン含量をもたらすために全重量２１２．８ｇの接着剤中に存在すべきである。したがって、添加されるべきプレミックス（ＢＴＰＰＣ／水溶液）の重量は、１１２．８ｇに等しい。
１６ｇのシランに対して最適なＢＴＰＰＣ重量（３３％）は、５．３ｇである。したがって、プレミックスは５．３ｇのＢＴＰＰＣと１０７．５ｇの水を含有すべきである。
混合の計算を要約すると、１６％のシラン含量の未使用接着剤の各１００ｇに対して、５．３ｇのＢＴＰＰＣを１０７．５ｇの水に添加してプレミックスを製造し、次いでそのプレミックスを未使用接着剤中に添加する。これにより、固形分１０％の最終接着剤２１２．８ｇが製造される。
ＢＴＰＰＣ／水プレミックスを製造するために、ＢＴＰＰＣはケーキングを避けるために徐々に添加されるべきである。混合中の遅い撹拌もケーキングを避けるのに役立つであろう。上記の濃度に対して、プレミックスを製造することは問題ないであろう。しかし、もしも最終製品のより高い固形分％が望まれる場合、より注意深い混合を伴うべきである。混合物を５０〜６０℃に加熱することもＢＴＰＰＣを水に溶解して溶液とするのに役立つであろう。
プレミックスを未使用接着剤中に混合するために、プレミックスが室温にあるかどうかを調べるための注意を払うべきである。混合は徐々にかつ非常に穏やかな撹拌で行うべきである。生成物に対して２８℃の温度を超えないように注意すべきである。
接着剤は、製造における使用に対して希釈されるべきである。製造浴中の接着剤の推奨される固形分％は、２．７％である。濃度は、もしも固形分が２〜４％範囲を超える場合、調整されるべきである。
接着剤は、浸漬法又は噴霧塗布法の何れかにより塗布できる。希釈接着剤の温度は、長い保存期間の間いつでも３２℃未満に保持されるべきである。もしも要求される場合、冷却システムを設置すべきである。接着剤のわずかな沈殿が、通常の操作中に予想される。寿命を延ばすために、浴中で接着剤の再循環を行うことができる。濾過器も接着剤を清浄に保つために再循環と協力して使用できる。添加剤の固形分％及び濃度は、連続的に監視されるべきでありそしてもし必要ならば調整されるべきである。
ＢＴＰＰＣを未使用接着剤に添加すると、その接着剤はより多くの温度感受性になる。輸送及び貯蔵中の接着剤の温度は、３０℃を超えるべきでない。接着剤は、どんな時でも氷らせるようにしてはならない。未開封容器中の接着剤の推奨保存期間は、２８℃で約６ヶ月である。
使用中の希釈形態にある接着剤の安定性は、操作の条件に依存する。一般的に言えば接着剤は、可視的な沈殿物が浴中に観察されず、そしてすべての浴制御パラメーターが、限界内にある限り使用されるべきである。もしも浴が２８℃未満に保持される場合、数ヶ月の寿命を期待すべきである。
シャフトシールのようなエラストマーシールの製造において、金属シール支持体又は他の金属部品を、少なくともエラストマーに接着させるべき金属の領域に、接着剤水性接着剤溶液で塗布する。接着剤の塗布操作に先立ち、金属部品を好ましくはホスフェート塗布してより多くの被着体面を作る。接着剤の塗布操作は、室温で浸漬法又は噴霧法により行うことができる。浸漬を用いる場合、多数の金属部品を含むバレルを水性接着剤溶液を含むタンク中に下げることができる。バレルは、タンクから持ち上げることができ、そして一定時間、例えば６０秒間タンクの上に保ち、過剰の接着剤溶液を切りその溶液をタンク内に入れることができる。
接着剤を塗布した金属部品を、約１６０°Fの温度で約８分間オーブン乾燥する。次いで、塗布した金属部品及び組み合わされるエラストマーを、エラストマー及び金属部品上の表面の外形に対して圧力を加えるように形作られたキャビティを有する金型又はプレス内に置く。
金型を閉じると、エラストマーは加圧されその間加熱された金属部品は、乾燥した接着剤被膜に対して硬化作用を発揮する。接着剤は、エラストマーと金属部品の間の接着を形成する。約２〜６分の加圧硬化時間の後、エラストマーのタイプに応じて金型を開けそして接着したアセンブリーを取り出し、プロセスを終了する。
好ましい接着剤は、シラン接着剤及び接着剤添加剤、ベンジルトリフェニルホスホニウムクロリド、すなわちＢＴＰＰＣを含有する水性すなわち水溶液を含んでなる。水性溶液中のシラン接着剤及び添加剤物質を合わせた濃度は、重量基準で好ましくは２．０％と４．０％の間の範囲内にある。最適濃度は、３．０％よりも僅かに小さく、例えば２．７％である。４．０％よりもより高い濃度では、接着剤の保存期間に不都合に働く。
本発明の好ましい実施において、ＢＴＰＰＣ添加剤の濃度は、重量基準でシラン濃度の１５％〜４０％である。１５％未満の濃度では、ＢＴＰＰＣは一般に有効でない。３３％の濃度を超えると、ＢＴＰＰＣ添加剤は溶液から沈殿する傾向となる。シランに対するＢＴＰＰＣの好ましい相対量比は、約３３％であり、これは最適接着強さと保存期間を与える。
シランとＢＴＰＰＣを好ましい合計濃度約２．７％で含有する水性接着剤溶液対シランのみを濃度約２％で含有する水性接着剤溶液を用いて比較試験を行った。両者の接着剤溶液は、実質的に同じシラン濃度を有していた。Thixon W-3970、Morton Internatioal Inc.より製造される水性アミノープロピルービニルシラン接着剤を未使用接着剤として用いた。１６重量％のシランを含有するこの接着剤溶液に、１００ｇの接着剤当たり２．４ｇ〜６．４ｇのＢＴＰＰＣの種々の量を添加した。ＢＴＰＰＣの好ましい濃度は、１００ｇのThixon W-3970当たり５．２８ｇである。添加剤を加えた接着剤溶液を希釈して、シランとＢＴＰＰＣの合計濃度２．７％を得た。
シランのみを含有する水性接着剤溶液を用いると、約２８００個のサンプル部品に対し接着関連スクラップ発生率は、約０．３１％であった。シランとＢＴＰＰＣ添加剤を含有する水性添加剤溶液を用いると、約５２５個のサンプル部品に対し接着関連スクラップ発生率は、０．０％、すなわち接着欠陥はなかった。試験結果は、種々の範囲のエラストマーについて行われた。水性溶液中にシラン接着剤と共にＢＴＰＰＣ添加剤を用いると、多様の種々のエラストマーに対して改善された接着剤の作用が生じるものと考えられる。種々の範囲のエラストマーに関する単一接着剤溶液の使用は、金属とエラストマーの１以上の組み合わせが単一生産施設で製造されうる生産環境下では、有利である。
明らかに、本発明の多くの修正及び変更は、上記の技術に照らして可能である。したがって、添付の請求の範囲に関して本発明は、本明細書で特に記載したものと異なって実施できるものである。