2013 Fiscal Year Research-status Report
充填剤との相互作用を利用した内部架橋形高耐熱性・耐水性一液形水系接着剤の開発
| Project/Area Number |
25450238
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Research Institution | Shizuoka University |
|---|
Principal Investigator |
山田 雅章 静岡大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (20293615)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 木材接着 / ポリビニルアルコール / 酢酸ビニル樹脂エマルジョン / 架橋 / 耐水性 / 耐熱性 |
|---|
| Research Abstract |
酢酸ビニル樹脂エマルジョン接着剤（PVAc）は水性で取り扱いが容易、低毒性、安価などのメリットを有するが、耐熱性や耐水性が低いことが欠点である。本研究では、保護コロイドに自己架橋性をもつアセトアセチル化ポリビニルアルコール（AA化PVA）等を使用し接着剤の海島構造を制御したり、酢酸ビニルモノマーに内部架橋性ビニルモノマーを共重合するなどの接着剤の分子設計による改良を行なった。平成25年度についてはPVAcの合成と相構造制御による検討を中心に行った。PVAと酢酸ビニル樹脂の相分離構造を制御し、PVAを連続相とした場合および酢酸ビニル樹脂が連続相に近い形となった場合の２タイプのエマルジョンを合成するため、保護コロイドに架橋性をもつアセトアセチル化PVAや完全ケン化の1級水酸基導入PVAを使用し、エマルジョンの粒子径を制御すると当時にグラフト率を変化させ、保護コロイドとエマルジョン樹脂との海島構造を逆転させた組成の異なる数種類のPVAcを重合し、その耐水性および耐熱性について市販品と比較検討した。
その結果、AA化PVAを保護コロイドとして使用し、さらにモノマーにビニルトリエトキシシランを酢酸ビニルモノマー/ビニルトリエトキシシラン＝99/1（重量比）で追加して重合することで、80℃での耐熱接着強さは市販品の2倍以上になることが明らかとなった。
耐水性に関しては、1級水酸基変性PVAを使用しエマルジョンの粒子径を大幅に低くした場合、浸せき1日間処理後では市販品およびAA化PVA品よりも接着強さは大きくなり、小粒子径にすることで耐水性がある程度向上することが考えられる。しかしその効果はAA化PVA品の耐水性と比較すると小さく、また4日間の長時間の浸せきでは耐水性が失われることから、粒子径操作による耐水性向上は困難であった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
酢酸ビニル樹脂エマルジョン接着剤は耐熱性や耐水性が低いことが欠点であり、近年、特に欧州において高耐熱性・耐水性を有した一液形エマルジョン接着剤の需要が高まっている。そのため本研究では、保護コロイドに自己架橋性をもつアセトアセチル化ポリビニルアルコール等を使用し接着剤の海島構造を制御したり、酢酸ビニルモノマーに内部架橋性ビニルモノマーを共重合するなどの接着剤の分子設計による改良を行なったうえ、上記接着剤にモンモリロナイト等の充填剤を添加し相乗効果による耐水性および耐熱性の向上を図る。また、それらによる性能向上メカニズムの解明を行うことが目的である。本研究で行う高耐熱性・耐水性接着剤の開発は以下の三点である。
１．PVAcの合成と相構造制御による検討
２．保護コロイドやエマルジョン樹脂の架橋による検討
３．ナノクレイ添加による検討
平成25年度については１．PVAcの合成と相構造制御による検討を中心に行ったが、時間的余裕があったため、平成26年度以降に行う予定であった２．保護コロイドやエマルジョン樹脂の架橋による検討の一部まで研究を行った。結果は研究実績の概要に記入したとおりであるが、当初の予定を超えて研究が進捗したため、（1）当初の計画以上に進展しているとした。
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度以降は昨年度の成果を踏まえて、以下の検討を行う。「１.保護コロイドの架橋およびエマルジョン樹脂の内部架橋による耐熱性・耐水性の向上」、「２.ナノクレイ添加による保護コロイドとの相互作用およびエマルジョン樹脂との結合による性能の向上」
これらはエマルジョン合成、動的粘弾性の測定による物性および架橋密度の測定、エマルジョンフィルムの吸湿および溶出試験、木材の接着性能評価等からなる。以下に詳細を説明する。
１では保護コロイドに自己架橋性をもつアセトアセチル化PVAを使用し、さらに酢酸ビニル樹脂を架橋させるために無機性官能基を有するビニルモノマーを酢酸ビニルモノマーに加えて共重合し、無機性官能基部分で酢酸ビニル樹脂が架橋したエマルジョンを作製する。前年度の保護コロイドが架橋した系のうえに更にエマルジョン樹脂が架橋したタイプの作製を試み、耐熱性・耐水性向上を図る。動的粘弾性等によりフィルム弾性率、ガラス転移点、架橋密度を計算する。また耐水性能として、木材接着試験片の室温水4日間浸せき処理を行い接着性能を評価する。また、恒温恒湿槽付きオートグラフを用いて、60℃～150℃における木材接着性能を測定し、耐熱性の評価を行う。
２ではモンモリロナイト等の充填剤を添加し、保護コロイドや架橋性モノマーとの相互作用により耐熱性・耐水性向上を図る。充填剤として親水性モンモリロナイトおよび接着剤用充填剤として一般に用いられる炭酸カルシウムを使用する。微細結晶構造を有するモンモリロナイトは接着剤に添加するとナノオーダーで分散し、強度、弾性、耐熱性等の物性を向上させるといわれている。
これら１、２を組み合わせることにより高耐熱性・耐水性PVAcを開発する。
|
| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本年度の研究が予想よりも順調に進行し、サンプル作製数等が予定よりも少なくなったため、その分を次年度に回した。
使用する架橋モノマーの種類や添加量を予定であった3から4にして研究を行う。
|
