ポリウレタン人工皮革のはく離試験における接着剤の選択方法

はく離強度はポリウレタン（PU革）人工レザー人工皮革の品質と性能に直接影響を与える非常に重要な物理的性能指標である。はく離性能が悪いと、製品の使用中に塗布面と基布の分離現象が現れ、それによって表面が破裂し、製品の美観に影響するだけでなく、製品の使用寿命にも深刻な影響を与える。

GB/T 8949-2008「ポリウレタン乾式人工皮革」では、ポリウレタン人工皮革のはく離性能をテストする際、適量の接着剤を用いて人工皮革の塗布面と同類皮革の塗布面を接着する必要があると指摘している。接着剤の選択が適切でなければ、接着効果が理想的ではないだけでなく、接着剤の接着強度がコーティングと基布との接続強度よりも小さい場合、コーティング層を分離することはできない。本文はポリウレタン人工皮革の加工技術及び接着剤の接着原理から着手し、人工皮革のはく離試験における接着剤の選択に対して提案を提出した。

　　1・ポリウレタン人工皮革の概要

ウレタン人工皮革とは、織布、不織布（不織布）などの材料の基布にウレタン樹脂のフィルム層または皮革のような構造を人工合成で形成し、天然皮革のような外観をした材料のことである[1]。ポリウレタン人工皮革は前世紀に中国市場に導入され、その優れた性能により急速に発展した。近年、ポリウレタン人工皮革の性能向上に伴い、その色柄の品種は日増しに増加しており、いくつかの点では天然皮革の代用品としても広く用いられているに服を着せる、くつ帽子、自動車装飾などの業界[2]。

ポリウレタン人工皮革は製造プロセスによって湿式法と乾燥法の2種類に分類される[3]。乾式ポリウレタン人工皮革は、ポリウレタン樹脂を一定の固形分を有するように配合し、離型紙の上にフィルムを製造して表面層を得、接着スラリーを表皮層の上に塗布し、その後、下布と貼り合わせ、乾燥熟成させたものである。湿式ポリウレタン人工皮革は、毛羽立ちの綿布にポリウレタンスラリーを浸漬塗布し、液槽に入れて凝固させ、水洗、乾燥及び仕上げ加工を経て微孔を有する人工皮革である。湿式加工で製造されたPU人工皮革は通気性のある微孔層を生成し、製品に通気性、透湿性、良好な柔軟性、豊満な弾性の感触を持たせ、天然皮革に酷似させる。

　2・接着剤の種類と接着原理

接着剤は接着剤とも呼ばれ、物体と他の物体を密接に結合させて一体となる非金属媒体材料であり、材料を効果的に結合することができる。接着剤は通常、基材、硬化剤、促進剤、充填剤、強靭剤、希釈剤、カップリング剤、安定剤、老化防止剤、粘着付与剤、増粘剤などを配合したものである。接着剤は有機高分子化合物に属し、現在以下のように分類されている。

　2.1ポリウレタン接着剤

ポリウレタン接着剤［4］とは、基材中にウレタン基（−NHCOO−）及び／又はイソシアネート（−NCO−）類を含有する接着剤を指す。ウレタン接着剤は、分子構造中にウレタン基とイソシアネート基を含むため、高い極性と反応活性を有する。その分子式は：

ポリウレタン接着剤は各種の活性水素含有基材と強固な化学結合と物理結合を形成することができるので、その接着強度は高く、化学反応型接着剤に属する。特に、金属とゴム、ゴムと織物、金属とプラスチック、プラスチックとプラスチックなどの材料の接着に適している。

ポリウレタン人工皮革コーティングの主要成分はポリウレタンであり、極性が強く、化学活性性が高いイソシアネート基とウレタン基を含有し、ポリウレタン接着剤と強固な化学結合と物理結合を形成することができ、良好な接着効果を達成し、試験の需要を満たし、しかもポリウレタン接着剤は室温硬化も加熱硬化もでき、硬化は付加重合反応に属し、副生成物の発生がなく、接着層に欠陥を生じにくく、日常的な試験使用は非常に便利である。

　　2.2クロロプレンゴム接着剤（略称クロロプレン）

クロロプレン[5]は大量に生産されている合成ゴム化合物である。クロロプレンゴムの応用範囲は広く、初接着力が大きく、接着強度が高いなどの特徴があり、主に家庭及び公共施設の装飾装飾、木器工業、製靴工業などの産業に用いられる。

クロロプレンはアニオン型と非イオン型の2種類に分けられる。非イオン性はクロロプレンとメタクリル酸の共重合体であり、安定性がよく、カルボキシル基官能基がある。クロロプレンゴムはいずれも乳化重合法で生産され、生産プロセスは単釜間欠重合が多い。重合温度は40℃〜60℃に制御されることが多く、転化率は90%程度である。

クロロプレン接着剤は凝集強度が高く、耐熱性、耐油性、耐老化性があり、ポリウレタン人工皮革に対して良好な接着効果がある。

　　2.3エポキシ樹脂ペースト

エポキシ樹脂接着剤[6]はエポキシ樹脂基材、硬化剤、希釈剤、促進剤及び充填剤から調製されたエンジニアリング接着剤である。構造接着剤の重要な品種です。

エポキシ樹脂とは、分子中に2つ以上のエポキシ基を含む有機高分子化合物を一般的に指し、個別を除いて相対分子質量が高くない。エポキシ樹脂の分子構造は分子鎖中に活性なエポキシ基を含むことを特徴とし、エポキシ基は分子鎖の末端、中間、または環状構造を呈することができる。分子構造中に活性なエポキシ基が含まれるため、これらは様々なタイプの硬化剤と架橋反応して不溶、不溶の三方向網状構造を有する高重合体を形成することができる。

エポキシ樹脂は、ポリオレフィンなどの非極性プラスチックに対する接着性が悪いほか、アルミニウム、鋼、鉄、銅などの各種金属材料、ガラス、木材、コンクリートなどの非金属材料、フェノール、アミノ、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性プラスチックは優れた接着性を持っているので、万能ゴムと呼ばれています。ポリウレタン人工皮革コーティングには活性なウレタン基が含まれており、エポキシ樹脂ゴムと強い接着力を形成することができ、エポキシ硬化物の凝集強度が大きく、接着強度が高く、ポリウレタン人工皮革のはく離性能試験の要求を達成することができる。

　2.4有機シリカゲル接着剤

有機シリカゲル接着剤［7］とは、シリコーン樹脂またはシリコーンゴムエラストマーを基本的な成膜物質とする接着剤の一種を指す。一般に、シリコーン樹脂を基材とする接着剤と、シリコーンゴムを基材とする接着剤の2つに大別される。シリコーンは特殊で適応性があり、「万能」用途として知られている。

シリコーンは化学物質と反応しない、機械的性能が悪い、耐摩耗性が悪い、低い接着強度などの特徴があり、ポリウレタン人工皮革のコーティングと良好な接着層を形成することができず、接着強度が低く、はく離性能試験の要求を満たすことができない可能性が高い。

　2.5シアノアクリル酸塩の接着剤（CA）

α−シアノアクリレート接着剤[8]は、α−シアノアクリレートを主成分とし、少量の増粘剤、安定剤を含み、瞬間的に急速に硬化することができるため、慣習的には瞬乾ゴムと呼ばれる。現在大きく発展しているエンジニアリング接着剤の1つであり、重要な家庭用接着剤でもある。

その硬化機構は硬化時の基材表面に一定の湿度が必要であり、湿気中で酸性安定剤を中和した後、単量体は水蒸気の作用の下で、基材表面にアニオン重合反応が発生する。硬化機構から分かるように、温度を上げると瞬乾ゴムの硬化が速くならず、温度が高いと湿度が小さくなるため、酸性安定剤を迅速に完全に破壊することができない。

α-シアノアクリレート接着剤は強い極性のシアノ基とエステル結合を含み、極性被着体に対して強い接着力を持ち、しかも湿潤と浸透しやすく、はく離性能を試験する時、ポリウレタン人工皮革生地に浸透し、試験時に塗布層のはく離性能を測定するのではなく、低粘度接着剤であり、ポリウレタン人工皮革などの多孔質材料に接着することができない、そのゴム層は脆性が大きく、はく離強度が低く、はく離性能試験の要求を満たすことができない。

　　3・結論

以上の接着剤に対する接着原理分析により、ポリウレタンゴム、クロロプレンゴム、エポキシ樹脂ゴムの接着強度は比較的に高く、有機シリカゲル、シアノアクリレートゴムの接着強度は比較的に低い。ポリウレタンなどの接着剤はポリウレタン人工皮革のコーティング層と化学作用を起こし、2枚の試料のコーティング面を強固に接着し、コーティングと基布を完全に分離させ、テスト要求をよりよく満たすことができる。有機シリカゲル、シアノアクリレートゴムは、離型性能を試験する際、接着強度が低いため、コーティング層を基布から分離することができず、接着所で分離し、所望の試験効果を達成することができない。以上より、人工皮革のはく離性能の第一選択ウレタンゴムをテストすることを提案し、次にエポキシ樹脂ゴムとクロロプレンゴムを選択することを提案した。