ー 新製品紹介 ー●水系ポリエステル樹脂アロンメルトPES
高機能材料研究所

第三研究グループ 高橋 伸・山田 成志

水系ポリエステル樹脂については自己乳化型が一般的であ1 はじめにり、大別すると表2に示すように二つに分類される。一つは、近年、地球温暖化、オゾン層破壊、大気汚染などの環境問

ポリマー骨格中に存在するCOOH基（カルボキシル基）をアミ題に社会の関心が集まっている中、地球環境保護を目的とすンで中和することにより水性化した、アルキッド系塗料で高る種々の規制が世界規模で進められている。接着剤やコーテい実績のある不飽和ポリエステル樹脂であり、もう一方はスィング剤に多量に使用されている有機溶剤に関しても、80年ルホン酸金属塩含有モノマーを共重合することにより水性化代に入ってVOC（揮発性有機化合物）排出規制が始まり、そした飽和ポリエステル樹脂である3）。

れに伴って産業界において使用される材料の有機溶剤系からカルボン酸中和タイプは比較的低分子量の高酸価の樹脂で無溶剤系、或いは水系への切替が各方面で検討されている。

あり、分散剤となる中和アミンの影響で、異臭および塗膜黄そのような状況下、プラスチック材料、金属材料に対して変等の問題がある。一方、スルホン酸金属塩タイプは高分子優れた接着性と耐久性を有する水系飽和ポリエステル樹脂の量化が可能であり、樹脂特性を大きく損なうこと無く水性化開発が産業界から強く求められている。

が可能である。また、結晶性をもつ樹脂は有機溶剤に難溶で本稿では水系飽和ポリエステル樹脂の一般的製法、当社開あるが、スルホン酸金属塩を分子内に有する飽和ポリエステ発品「アロンメルトPES-1000」、「アロンメルトPES-2000」のル樹脂は親水性が高いため水性化が可能となる。アロンメル

特長、接着性能ならびに具体的な応用例について紹介する。

トPES-1000、アロンメルトPES-2000シリーズは、スルホン酸金属塩モノマーの共重合樹脂を乳化剤，中和剤を使用するこ

2 水系飽和ポリエステル樹脂の製法と設計と無く、水、もしくは水と水溶性有機溶剤の混合溶剤に溶2.1 ポリエステル樹脂の水性化技術解・分散させている。

一般に樹脂は炭素と炭素の結合で形成されているため疎水性

表2 水系ポリエステル樹脂のタイプであり、有機溶剤には溶解するが水には殆ど溶解しない。したがって、水系樹脂液を調製する方法としては、表1に示す様な親水性基を樹脂骨格に導入する自己乳化、あるいは乳化剤を用いて樹脂を強制的に分散させる強制乳化の２つが一般的である1）2）。強制乳化型の水性化方法の場合、系内に乳化剤が存在するため耐水性が低いのに対し、自己乳化型はフリーの乳化剤が存在していないので比較的耐水性が高いことが特長である。
表1 樹脂の水性化材料

2.2 水系飽和ポリエステル樹脂の要求特性と設計
水系飽和ポリエステル樹脂に要求される性能とそれに対応するポリエステル樹脂の特性ならびに当該特性を調整する設計要因の関係を図1に示した。
共重合組成および分子量の調整により、ポリエステル特性をコントロールすることができる。図2に水系飽和ポリエステル樹脂合成の反応式を示す。

東亞合成研究年報50

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3.2

樹脂液特性および樹脂特性

アロンメルトPES-1000、アロンメルトPES-2000シリーズには、溶媒が水単独であるWタイプと約10wt%の親水性有機溶剤を含むAタイプがあり、どちらも固形分濃度30%が標準である。
樹脂液の外観は乳白色で、粒子径は主に0.1μm以下（約90%）であり、コロイダルディスパージョン型に属する水性樹脂である（表3参照）6）。図3に粒度分布測定結果の一例を示す。コロイダルディスパージョンは水溶性樹脂と比べ耐水性が高く、エマルション型よりも塗工性の面で優れているのが特長である。
表3 水性樹脂の形態および特性

図1 水系ポリエステル樹脂に要求される性能とポリエステル樹脂特性の関係

図2 水系飽和ポリエステル樹脂合成方法

3 アロンメルトPES-1000、2000シリーズ
3.14）5）特長

アロンメルトPES-1000、2000シリーズは、次の様な特長をもつ。
図3 PES-2405A30の粒度分布（1）安全性
溶媒は水が主成分で非引火性、低臭気性である。従来の有アロンメルトPES-1000、アロンメルトPES-2000シリーズの機溶剤タイプと比べ溶剤の毒性が低減し、作業環境の安全種類ならびに樹脂液特性・樹脂物性を表4に示す。また、それ性を確保することができる。

ぞれのグレードの相関図を図4に示す。
また、表5にアロンメルトPES-1000、アロンメルトPES-2000（2）優れた接着性シリーズのそれぞれの特性から考えられる適用例を示す。

各種基材に対する接着性に優れており、特に塩ビ、PET、Wタイプは固着後も温水により樹脂が再溶解するため仮止ABSなどのプラスチック材料、アルミニウム、銅、鋼板なめ剤として使用することができる。一方、Aタイプの樹脂は温どの金属材料に対して良好な接着性を示す。

水に再溶解しないので、単独でも接着耐水性を有する。 用途（3）優れた樹脂物性
可とう性に優れた皮膜を形成する。また、共重合モノマーによって更に耐久性が求められる場合は、後述の硬化剤の併の選択および硬化剤の併用により、軟質から硬質まで広範用が必要となる。

囲の樹脂物性を設計できる。

4 硬化剤併用時の接着性能（4）優れた相溶性ポリエステル同士、あるいは水溶性もしくは水分散性のイ

アロンメルトPES-1000、アロンメルトPES-2000シリーズはソシアネート硬化剤、ブロックドイソシアネート硬化剤、単独でも接着剤として使用できるが、水溶性または水分散性

メラミン硬化剤、改質樹脂、添加剤などと相溶性を示すたの硬化剤を併用することにより接着強度および耐水性を向上め、種々併用することで耐久性を向上させることができる。

させることが可能となる。高い耐水性、耐熱性、耐候性が求められる用途については硬化剤の併用が好ましい。
硬化剤としては、ポリエステル樹脂にはポリマー骨格中に東亞合成研究年報

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表4 PES-1000、2000シリーズの樹脂液と樹脂物性

樹
脂液
物性

樹
脂物

1055A30

2000A30

2005A30

2155A30

2255A30

2500A30

2655A302405A30

2353A25

樹脂液外観

乳白色

乳白色

乳白色

乳白色

乳白色

乳白色

乳白色

乳白色

乳白色

ＮＶ（％）

303030303030303025

有機溶剤含有量（％）

1001010100101015

イオン性

アニオン

アニオン

アニオン

アニオン

アニオン

アニオン

アニオン

アニオン

アニオン

引火点（℃）

測定不可

測定不可

測定不可

測定不可

測定不可

測定不可

測定不可

測定不可

測定不可

粘度（mPa s at25℃）

300

500

1000

500

5000

500

2000

5000

1000

比重（at25℃）

1.07

1.06

1.06

1.06

1.08

1.08

1.08

1.07

1.07

最低造膜温度（℃）＜12＜12＜6020

40

800

樹脂特性

結晶性軟質

非晶性軟質

非晶性軟質

非晶性半硬質

微結晶性半硬質

非晶性軟質

非晶性軟質

非晶性軟質

非晶性軟質

外観

白色不透明

淡黄色透明

淡黄色透明

淡黄色透明

淡黄色透明

微緑色透明

淡黄色透明

淡黄色透明

微褐色透明

メルトインデックス

303030303030303030（ｇ／10分 at190℃）
ショアＤ硬度

252515505580758065

Ｒ＆Ｂ軟化点（℃）

130140135139135160150

158

140

−50015255065

4035490

1320

1180

780

1760

20102300

1860

1760

引張り伸度（％）

825

400

490

390

225

3510360

表面タック△〜×××△

△

○

○

○○

ＰＶＣ

○○○

◎

◎

○○

◎

○

ＰＥＴ

○

△○

△

△××△

◎

ＳＰＣＣ

○△○

△△

△

△

○

○

特徴

ＰＶＣ接着性

非晶性軟質

非晶性軟質

金属接着性

金属接着性

金属接着性

金属接着性

ＰＶＣ接着性

ＰＶＣ接着性

ＰＶＣ接着性

ＰＶＣ接着性

ガラス転移点（℃）

性

接着性

2

引張り破断強度（N/cm ）高引張破断強度 高引張破断強度

図4 PES-1000、2000シリーズの製品系統図

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※ブロックドイソシアネートはブロック剤の解離温度以上

表5 PES-1000、2000シリーズの適用例に加熱する。
※硬化剤との反応時間を考慮してアフターキュアが必要○接着例：アルミニウム／軟質塩ビの接着性能
PES-2405A30を用いたアルミニウム／軟質塩ビの熱ラミネー
トによる接着の場合の硬化剤の配合量と強度の関係を図6に示した。硬化剤として自己乳化型ポリイソシアネート（ア水酸基およびカルボキシル基が存在しているのでこれらの官能クアネート100：日本ポリウレタン工業1製）を配合する基と反応するものが好ましい。図5に利用可能な硬化剤の架橋と、硬化剤配合量が7重量部付近（［NCO］／［OH］の計算システムを示す。イソシアネート系（自己乳化型、ブロック上の当量比が2〜3）で高い剥離接着強さと良好な耐水性型）、エポキシ系、メラミン系、カルボジミイド系などが挙げ（40℃温水×3日間浸漬）が得られる。

られるが、ここではイソシアネート系硬化剤を用いた例を示す。

図6 硬化剤の配合量と接着強さ、耐水性の関係

また、同じくPES-2405A30、硬化剤として自己乳化型ポリイソシアネート（アクアネート100：日本ポリウレタン工業1製）を用いたアルミニウム／軟質塩ビの接着における、熱ラミネーターの設定温度（接着温度）と剥離接着強さならびにその耐温水性（40℃温水×3日間浸漬）の関係を図7に示した。
接着温度の上昇に従い初期剥離接着強さ、ならびに耐温水性試験後の強度が向上することがわかる。
また、硬化剤を用いない場合、接着温度の低い領域で耐温水試験後の強度低下が大きい。接着耐水性が要求されかつ接剥離接着強さ（N/25mm）

着温度を高く設定できない場合は硬化剤の併用が必要である。

図5 各種硬化剤の架橋反応○イソシアネート系硬化剤を用いた接着方法

20
初期強度 硬化剤あり
40℃温水×3日硬化剤あり
初期強度 硬化剤なし
40℃温水×3日
硬化剤なし

1816141210
100 110 120 130 140 150 160 170 180

イソシアネート系硬化剤としては、ブロックドイソシアネー

接着温度（℃）

トならびに自己乳化型ポリイソシアネートが用いられる。

:アルミ（0.1t）／軟質PVC（0.1t）
接着材料
接着剤層の厚み :10μm:PES-23405A30
100重量部／硬化剤7重量部
硬化剤配合量:アクアネート100
硬化剤:熱ラミネーター所定温度、40℃で8時間エージング処理
接着方法:23℃65％RH 引っ張り速度50mm/min
評価条件①塗工方法：ディップコート、バーコート、スプレーコー
ト、ロールコートなど②乾燥温度：80〜120℃

図7 接着温度と接着強さ、耐水性の関係③加熱圧着：熱プレス、熱ラミネーター、加熱炉④加熱温度：軟化点＋10℃以上

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図8では、各種フィルムに対する接着性ならびにその耐沸騰

表6 PET／TFS鋼板接着評価結果

水性を示した。ここで示されているPETフィルム／アルミニウ
ム、表面コロナ処理CPPフィルム（無延伸ポリプロピレンフィルム）／アルミニウム、およびPETフィルム／表面コロナ処理
CPPフィルムの組み合わせは食品包装用ラミネートフィルムとして広く用いられるものである。
表面タック性の高いPES-2005A30ならびにPET密着性の良好なPES-2353A25での評価では、初期ならびに耐沸騰水試験後T型剥離接着強さ（N/25mm）の剥離接着強さが母材破壊するほどの値を示している。
3530
255.2 コーティング剤への応用

CPP/AI20

ベース樹脂にPES-2005A30を用い、硬化剤としてメチル化

PET/AI15CPP/PET

10

メラミン（ヘキサメトキシメチルメラミン）を用いた場合のコ5ーティング特性を表７に示した。この塗膜性能は他のグレー0ドとの併用あるいは硬化剤の選定により調整することが可能

2005A30初期 2005A30沸騰 2353A25初期 2353A25沸騰
水90分
水90分である。

試験条件
接着材料:CCP（60μm、表面処理あり）／アルミ（0.1t）
PET（0.1t）／アルミ（0.1t）
CCP（60μm、表面処理あり）／アルミ（0.1t）
接着剤層の厚み :10μm
硬化剤配合量 :樹脂液 100重量部／硬化剤5重量部:アクアネート100
硬化剤:熱ラミネーター120℃、23℃24時間エージング処理
接着方法

表7 PES-2005A30のコーティング膜性能

図8 各種フィルムに対する接着性、耐沸騰水性

5 PET積層鋼板への応用とコーティング剤の可能性
アロンメルトPES-1000、アロンメルトPES-2000シリーズは、金属、プラスチック、木材に対して良好な接着性を発現するため、建材、自動車、家電などのプラスチック被覆鋼板、PVCその他の用途例としては、開発中のものを含め、プラスチ積層体、制振鋼板等の接着用途に留まらず、その基材への密ック被覆鋼管用途、建材巾木用途、自動車ドアトリムの接着、着性を生かしたコーティング剤としての用途展開が可能であ繊維型仕上げ用途など多種多様にわたっている。

る。ここでは、PET積層鋼板への応用例と、コーティング剤と6して用いた例を示す。

課題と今後の展望

水系飽和ポリエステル系接着剤は有機溶剤の使用量が少な5.1 PET積層鋼板への応用

く、安全性も高いため、低公害型接着剤として注目されつつ接着剤にはPETに対して良好な接着性を有するPES-あるが、実際には現時点ではあまり市場に普及しておらず、有2353A25を使用し、硬化剤として自己乳化型ポリイソシアネ

機溶剤系ポリエステル系接着剤に代わるほどには至っていなートおよびソルビトールポリグリシジルエーテル（デナコール

い。これは日本国内における有機溶剤規制が現時点では当初

EX-614B、ナガセ化成工業1製）を使用した場合のPETとTFS予想されていたほど厳しくなっていないことが理由として挙げ鋼板との接着強さを表6に示した。沸騰水2時間浸漬試験後もられるが、それ以上に有機溶剤系と比較して接着性、作業性初期と同等の剥離接着強さならびに良好なエリクセン値A-5のいずれにおいても同等以上の性能が発現できていないこと（鋼球押し出しによる試験片変形試験の結果、＃型の切断面にが最大の原因と考えられる7）。
水系接着剤の性能上の最大の問題としては、有機溶剤系と割れ、剥がれが無い）を示すことがわかる。

比べ蒸発速度が遅いため乾燥に長時間を要しワキ（乾燥温度が高いと水が沸騰し塗膜が不均一になる）やタレが発生しやすいことが挙げられる。これを抑制するために乾燥時間の延長および乾燥設備の増強が必要となり生産性の低下とコスト高につながってくる。また、基材への塗れ性も有機溶剤系と比較して劣っている為、良好な接着性を得られない場合があ東亞合成研究年報

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る。例えば金属材料を接着する場合、金属材料表面に油が付着していると水系接着剤をはじき金属界面との濡れを達成することができず、接着不良につながることがある。この問題を解決するには予め脱脂をしておくことが必要となる。
今後、有機溶剤排出規制がこれまで以上に厳しくなっていくと予想され、それに伴い水系樹脂の需要が高まっていくことが推察されるが、その際に現在未解決の課題である乾燥性や塗工性の問題を克服する必要がある。具体的な方策としては、水系飽和ポリエステル系接着剤のハイソリッド化ならびにポリエステル分子内への界面活性を有する基の導入が挙げられる。また、被着材料も環境を配慮した材料であるPPなどのポリオレフィンへの移行が進められており、それらの基材に対して良好な接着性を示す樹脂の開発についても検討を進めていく考えである。
引用文献
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