2026.5.25
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溶解度パラメータの現在・過去・未来 > 接着性の評価
[0. ストーリー]
SP値が近いものは接着しやすい。自明のように思えるがどう証明したらいいのだろうか？ まず、被接着物のSP値を得なくてはいけない。ハンセンの溶解度パラメータ(HSP)の概念から言えば、HSPが既知の溶媒(接着剤）と被接着物(ここではPET)の相互作用の大小を何らかの方法で調べれば良い。溶解度、膨潤度、溶媒浸漬後の機械強度劣化、固有粘度、透過係数なんでも良い。接着剤の方のSP値も同じように実測する事も可能だ。実測値がない場合には推算値から検討を進める。
[1. データ]
昔から接着はHildebrandのSP値で評価されている。その最初の論文は1967年に出ている[*a]。まだ、ハンセンの溶解度パラメータが出る前のことだ。様々なHildebrandの溶解度パラメータの接着剤でPETを接着し、そのピール剥離強度を調べる(図１)。ある特定のSP値の時に剥離強度は最大になる。PETのSP値は剥離強度が最大となる時の接着剤のSP値と同じと判断される。図１の接着剤(表１）のSP値はどうやって決定したのだろうかは不勉強で知らない。アルコキシ・アルキル化ナイロンのSP値は25になってしまっている。少し大きすぎるようだ。原子団寄与法で計算するとそのような事も起こる。（共重合体のユニットセルの間に存在する原子団の数と分子体積の関係が正しくない) 収縮開始温度T1は高分子試料の溶解度パ ラメー タに近づ くほど低下する(図２[a])という論文(*b)や膨潤性とSP値の関係（図２[b]）に関する論文がある[*c]。いずれの方法もPETのSP値は10.3程度になる。表1の接着剤のSP値の正当性は評価のしようがない。材料のSP値と接着剤のSP値が近いと接着強度が高いという仮説は受け入れ、PETのHildebranの1次元SP値、Hansenの3次元SP値(HSP)と次世代のHSP2を決定することを考える。論文のデータのうち水、ホルムアミドとジオールを除いて用いた。図２[a][b]を見る限りPETは2つのドメインを持ち高極性溶媒まで含めるにはDouble Sphere法を使う必要がある。解析が複雑になるので高極性溶媒は除く。PETのSP値が算出できたとして、どのようなポリマーがPETの接着剤として適しているか評価する。高分子の構造のみ(Polymer SMILES)からポリマー物性を推算するYPBを利用する。
[2. PETの接着性]
[X. 図表]
| 1 | ポリエチレン |
| 2 | ポリイソブチレン |
| 3 | ポリスチレン・ブタジエン |
| 4 | ポリスチレン |
| 5 | ポリクロロプレン |
| 6 | ハイバロン |
| 7 | アクリレート・メタクリレート |
| 8 | エチレン・酢酸ビニル |
| 9 | ポリビニルアルコール |
| 10 | ポリアクリロニトリル・ブタジエン |
| 11 | ブチレングリコール・TDI |
| 12 | 酢酸ビニル・ジブチルマレエート |
| 13 | フェノールブロック系イソシアネート |
| 14 | ポリ酢酸ビニル |
| 15 | ビニリデンクロリド・アクリロニトリル |
| 16 | アルコキシ・アルキル化ナイロン |
| Hcode | Name | CAS | Smiles | Qpet |
| 6 | acetic anhydride | 108-24-7 | CC(OC(C)=O)=O | 9.05 |
| 46 | aniline | 62-53-3 | NC1=CC=CC=C1 | 33.17 |
| 92 | n-butanol | 71-36-3 | CCCCO | 21.51 |
| 102 | n-butyl acetate | 123-86-4 | CC(OCCCC)=O | 6.36 |
| 148 | chlorobenzene | 108-90-7 | ClC1=CC=CC=C1 | 13.04 |
| 182 | cyclohexanol | 108-93-0 | OC1CCCCC1 | 36.58 |
| 183 | cyclohexanone | 108-94-1 | O=C1CCCCC1 | 27.39 |
| 203 | diisobutyl ketone | 108-83-8 | CC(C)CC(CC(C)C)=O | 21.68 |
| 209 | diacetone alcohol | 123-42-2 | CC(CC(C)(O)C)=O | 32.42 |
| 234 | o-dichlorobenzene | 95-50-1 | ClC1=C(Cl)C=CC=C1 | 20.96 |
| 235 | Di-(2-Chloroethyl) Ether | 111-44-4 | ClCCOCCCl | 18.66 |
| 297 | DMF | _68-12-2 | [H]C(N(C)C)=O | 19.64 |
| 306 | 1,4-dioxane | 123-91-1 | C1COCCO1 | 14.38 |
| 333 | ethyl benzene | 100-41-4 | CCC1=CC=CC=C1 | 9.37 |
| 345 | 2-ethylhexanol | 104-76-7 | OCC(CC)CCCC | 33.06 |
| 398 | formic acid | 64-18-6 | [H]C(O)=O | 6.63 |
| 429 | isoamyl acetate | 123-92-2 | CC(OCCC(C)C)=O | 5.15 |
| 491 | methyl isobutyl ketone | 108-10-1 | CC(CC(C)C)=O | 7.95 |
| 531 | nitrobenzene | 98-95-3 | O=[N+]([O-])C1=CC=CC=C1 | 21.97 |
| 534 | nitromethane | 75-52-5 | [H][C@]([H])([N+]([O-])=O)[H] | 8.35 |
| 536 | 2-nitropropane | 79-46-9 | CC(C)[N+]([O-])=O | 7.99 |
| 552 | 1-pentanol | 71-41-0 | CCCCCO | 23.67 |
| 604 | styrene | 100-42-5 | C=CC1=CC=CC=C1 | 16.74 |
| 615 | tetrachloroethylene | 127-18-4 | Cl/C(Cl)=C(Cl)/Cl | 9.43 |
| 618 | tetralin | 119-64-2 | C12=CC=CC=C1CCCC2 | 23.54 |
| 5323 | m-xylene | 108-38-3 | CC1=CC(C)=CC=C1 | 11.62 |
[X. 参照論文]
*a: IYENGAR and D. E. ERICKSON, “Role of Adhesive-Substrate Compatibility in Adhesion”, Journal of Applied Polymer Science Vol. 11, PP. 2311-2324 (1967)
*b: 繊維機械学会誌 vol28, No. 10 p65- 1975
*c: 繊維機械学会誌 vol27, No. 10 p71- 1974
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溶媒膨潤法で決定する。溶媒のSP値は溶媒の蒸発潜熱と分子体積から計算できる。
Hildebrand SP= √ (蒸発潜熱-RT)/分子体積
一番大きく膨潤させる溶媒のSP値が接着剤のSP値と判断される。
この蒸発潜熱の単位は古くはカロリーベースであったが、現在はジュール単位である。√ 4.18になるので約2倍になる。