天然接着剤は私たちの生活の中でよく使われる接着剤です。様々な情報源によると、動物性接着剤、植物性接着剤、鉱物性接着剤に分けられます。動物性接着剤には、皮膠、骨膠、シェラック、カゼイン膠、アルブミン膠、魚の浮袋膠などが含まれます。植物性接着剤には、デンプン、デキストリン、ロジン、アラビアゴム、天然ゴムなどが含まれます。鉱物性接着剤には、鉱物ワックス、アスファルトワックスなどが含まれます。豊富な資源、低価格、低毒性のため、家具、製本、包装、手工芸品の加工などに広く使用されています。
デンプン接着剤
21世紀に入り、澱粉系接着剤の優れた環境性能は、この新素材の大きな特徴となるでしょう。澱粉は、無毒、無害、低コスト、生分解性、環境に優しい天然再生資源であり、様々な産業で広く利用されています。特に近年、世界の接着剤工業生産技術は、省エネ、低コスト、無害、高粘度、無溶剤といった方向へと発展しています。
デンプン接着剤は、環境に優しいグリーン製品として、接着剤業界において幅広い注目を集め、大きな注目を集めています。デンプン接着剤の応用と開発において、トウモロコシデンプンを原料とする酸化デンプン接着剤の将来性は高く、研究と応用が最も盛んに行われています。
近年、接着剤としてのデンプンは、主に紙や紙製品に使用され、例えば、カートンや段ボールのシール、ラベル貼り、平面接着、封筒の貼り付け、多層紙袋の接着などに使用される。
以下に、一般的なでんぷん接着剤をいくつか紹介します。
酸化デンプン接着剤
アルデヒド基及びカルボキシル基を有する低重合度の変性澱粉と水との混合物を酸化剤の作用下で加熱又は室温でゲル化させることにより得られるゲル化剤は、充填澱粉接着剤である。澱粉を酸化することにより、水溶性、濡れ性及び接着性を有する酸化澱粉が生成される。
酸化剤の量が少ないと酸化度が不十分になり、デンプンから生成される新規官能基の総量が減少し、接着剤の粘度が上昇し、初期粘度が低下し、流動性が悪くなります。これは、接着剤の酸度、透明性、水酸基含有量に大きな影響を与えます。
反応時間が長くなるにつれて、酸化度が上がり、カルボキシル基の含有量が増加し、生成物の粘度は徐々に低下しますが、透明性はますます良くなります。
エステル化デンプン接着剤
エステル化澱粉接着剤は、澱粉分子の水酸基と他の物質とのエステル化反応により、澱粉に新たな官能基を付与する非分解性澱粉接着剤です。これにより、澱粉接着剤の性能が向上します。エステル化澱粉の部分的な架橋により、粘度が向上し、保存安定性が向上し、防湿性や抗ウイルス性が向上し、接着剤層は高温・低温・交互作用にも耐えることができます。
グラフト化デンプン接着剤
デンプンのグラフト化とは、物理的・化学的手法を用いてデンプンの分子鎖にフリーラジカルを発生させ、ポリマーモノマーと接触することで連鎖反応を生じさせることで、デンプンの主鎖上にポリマーモノマーからなる側鎖を生成することです。
ポリエチレンとデンプン分子の両方がヒドロキシル基を持っているという特徴を利用して、ポリビニルアルコールとデンプン分子の間に水素結合を形成させることができ、これがポリビニルアルコールとデンプン分子間の「グラフト化」の役割を果たしているため、得られるデンプン接着剤はより優れた接着性、流動性、および凍結防止性を有する。
デンプン系接着剤は天然ポリマー接着剤であるため、価格が安く、無毒・無味で、環境汚染もないため、広く研究・応用されています。近年、デンプン系接着剤は主に紙、綿織物、封筒、ラベル、段ボールなどに使用されています。
セルロース接着剤
接着剤として使用されるセルロースエーテル誘導体には、主にメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、その他のエチルセルロース（EC）が含まれます。エチルセルロースは、熱可塑性で水に不溶性の非イオン性セルロースアルキルエーテルです。
優れた化学的安定性、強い耐アルカリ性、優れた電気絶縁性、優れた機械的レオロジー特性を有し、高温および低温においても強度と柔軟性を維持する特性を有しています。ワックス、樹脂、可塑剤などと容易に相溶し、紙、ゴム、皮革、布地用接着剤として使用されます。
メチルセルロース（CMC）：イオン性セルロースエーテル。繊維業界では、CMCは高級澱粉の代わりに布地の糊剤としてよく使用されています。CMCをコーティングした繊維は、柔らかさが増し、印刷や染色性が大幅に向上します。食品業界では、CMCを添加した様々なクリームアイスクリームは、形状安定性に優れ、着色しやすく、柔らかくなりにくいという特徴があります。接着剤としては、トング、紙箱、紙袋、壁紙、人工木材の製造に使用されています。
セルロースエステル誘導体：主にニトロセルロースと酢酸セルロース。ニトロセルロース：硝酸セルロースとも呼ばれ、エステル化度の違いにより窒素含有量は通常10%から14%です。
含有量の多いものは一般に「火綿」と呼ばれ、無煙火薬やコロイド火薬の製造に用いられてきました。含有量の少ないものは一般に「コロジオン」と呼ばれています。水には溶けませんが、エチルアルコールとエーテルの混合溶媒には溶け、その溶液がコロジオンです。コロジオン溶媒は蒸発して強固な膜を形成するため、瓶の栓、傷口の保護、そして歴史上初のプラスチックセルロイドなどに広く利用されています。
改質剤としてアルキド樹脂を適量加え、強化剤として樟脳を適量使用するとニトロセルロース接着剤となり、紙、布、皮革、ガラス、金属、セラミックなどの接着によく使用されます。
酢酸セルロース：酢酸セルロースとも呼ばれます。硫酸触媒の存在下で、セルロースを酢酸とエタノールの混合物で酢酸化し、その後希酢酸を加えて加水分解し、所望のエステル化度にまで高めます。
酢酸セルロースは、ニトロセルロースと比較して、ガラスや玩具などのプラスチック製品を接着するための溶剤系接着剤の配合に使用できます。硝酸セルロースと比較すると、耐粘性と耐久性に優れていますが、耐酸性、耐湿性、耐候性は劣ります。
タンパク質接着剤
タンパク質接着剤は、タンパク質含有物質を主原料とする天然接着剤の一種です。接着剤は動物性タンパク質と植物性タンパク質から作られます。使用されるタンパク質の種類によって、動物性タンパク質（フェングルー、ゼラチン、複合タンパク質接着剤、アルブミン）と植物性タンパク質（ビーンガムなど）に分けられます。一般的に乾燥時の接着張力が高く、家具製造や木製品製造に使用されます。しかし、耐熱性と耐水性に劣るため、動物性タンパク質接着剤の方がより重要です。
大豆タンパク質接着剤：植物性タンパク質は重要な食品原料であるだけでなく、食品以外の分野でも幅広い用途があります。ジョンソンは、大豆タンパク質接着剤を開発し、早くも1923年に特許を申請しました。
1930年当時、大豆たん白フェノール樹脂ボード用接着剤（デュポン社製マス事業部）は接着力が弱く、生産コストも高かったため、広く使用されることはありませんでした。
近年、接着剤市場の拡大に伴い、世界の石油資源の酸性化や環境汚染が注目を集め、接着剤業界では新たな天然接着剤の再考が求められ、大豆タンパク質接着剤が再び研究のホットスポットとなりました。
大豆接着剤は無毒、無味、そして使いやすいという利点がありますが、耐水性が低いという欠点があります。チオ尿素、二硫化炭素、トリカルボキシメチルサルファイドなどの架橋剤を0.1%～1.0%（質量）添加することで耐水性が向上し、木材接着や合板製造用の接着剤として使用できます。
動物性タンパク質接着剤：動物性接着剤は家具業界や木材加工業界で広く使用されています。一般的に使用されている製品には、椅子、テーブル、キャビネットなどの家具、模型、玩具、スポーツ用品、デッキなどがあります。
固形分含有量が50～60%の新しい液状動物性接着剤には、速硬化型と遅硬化型があり、ハードボード製キャビネットのフレームパネル、移動住宅の組み立て、難燃性ラミネート、その他安価な熱硬化性動物の接着に使用されます。接着剤は、小中規模の需要があります。
動物性接着剤は、粘着テープに使用される基本的な接着剤です。これらのテープは、一般的な軽量小売用袋だけでなく、繊維製品や段ボール箱の密封や梱包など、迅速な機械操作と長期間にわたる高い接着強度が求められる輸送用テープにも使用できます。
この時、骨接着剤の使用量が多く、皮膚接着剤は単独で、あるいは骨接着剤と併用されることが多い。Coating Onlineによると、使用される接着剤は一般的に固形分50％程度で配合され、乾燥接着剤質量の10％～20％のデキストリンを混合し、必要に応じて少量の湿潤剤、可塑剤、ゲル化抑制剤を添加することができる。
通常、接着剤（60～63℃）は裏紙上で塗料と混合され、固形分の付着量は一般的に紙基材の質量の25%です。湿潤テープは、蒸気加熱ローラーまたは調整可能な空気直接加熱装置を用いて張力下で乾燥させます。
さらに、動物性接着剤の用途には、サンドペーパーやガーゼ研磨材の製造、繊維や紙のサイズ付けやコーティング、本や雑誌の製本などがあります。
タンニン接着剤
タンニンはポリフェノール基を含む有機化合物で、植物の茎、樹皮、根、葉、果実に広く含まれています。主に木材加工時の樹皮の破片やタンニン含有量の高い植物から得られます。タンニン、ホルムアルデヒド、水を混合・加熱してタンニン樹脂を得、その後、硬化剤と充填剤を加え、均一に撹拌することでタンニン接着剤が得られます。
タンニン系接着剤は耐熱性、耐湿性、耐老化性に優れ、木材接着性能はフェノール系接着剤に匹敵します。主に木材などの接着に使用されます。
リグニン接着剤
リグニンは木材の主成分の一つであり、その含有量は木材全体の約20～40%を占め、セルロースに次いで多い。木材から直接リグニンを抽出することは困難であり、主な供給源はパルプ廃液であり、これは資源量が極めて豊富である。
リグニンは単独で接着剤として用いられるのではなく、リグニンのフェノール基とホルムアルデヒドとの反応によって得られるフェノール樹脂ポリマーが接着剤として用いられます。耐水性を向上させるために、環式イソプロパンエポキシイソシアネート、ジフェノール、レゾルシノールなどの化合物と併用することもできます。リグニン接着剤は主に合板やパーティクルボードの接着に用いられますが、粘度が高く色が濃いという欠点があり、改良することで用途範囲を拡大することができます。
アラビアゴム
アラビアガムは、アカシアガムとも呼ばれ、イナゴ科の樹木から分泌される物質です。アラブ諸国で豊富に生産されていることからこの名が付けられました。アラビアガムは主に低分子量の多糖類と高分子量のアカシア糖タンパク質で構成されています。アラビアガムは水溶性が高いため、加熱や促進剤を必要とせず、非常に簡単に調製できます。また、乾燥が非常に速いため、光学レンズの接着、切手の接着、商標ラベルの貼付、食品包装の接着、印刷・染色助剤などに使用できます。
無機接着剤
リン酸塩、リン酸塩、硫酸塩、ホウ素塩、金属酸化物などの無機物質を配合した接着剤は、無機接着剤と呼ばれます。その特徴：
（１）耐高温性、1000℃以上の温度に耐えられる：
（２）優れた抗老化作用：
（３）小さな収縮
（4）非常に脆い。弾性率は有機系接着剤よりも1フィート高い。
（５）耐水性、耐酸性、耐アルカリ性が悪い。
ご存知ですか？接着剤には、貼る以外にも用途があるんです。
防食：船舶の蒸気管は、断熱のために主にケイ酸アルミニウムとアスベストで覆われていますが、漏れや寒暖の交互の影響により、凝縮水が発生し、それが底部蒸気管の外壁に蓄積します。また、蒸気管が長時間高温にさらされると、可溶性塩分による外壁腐食の影響は非常に深刻になります。
このため、水ガラス系接着剤をアルミニウムケイ酸塩の下層にコーティング材として塗布することで、エナメル質のような構造を持つコーティング層を形成できます。機械設備では、部品はボルト締めされることが多く、ボルト締めされた機器が長期間空気にさらされると、隙間腐食が発生する可能性があります。また、機械加工の過程で、激しい振動によってボルトが緩むこともあります。
この問題を解決するために、機械設備において接続部品を無機接着剤で接着し、その後ボルトで接合することができます。これは補強効果だけでなく、防錆効果も発揮します。
生体医学的：ハイドロキシアパタイトバイオセラミック材料の組成は、人骨の無機成分に近く、生体適合性が良好で、骨と強力な化学結合を形成できるため、理想的な硬組織置換材料です。
しかし、作製されたHAインプラントは全体的に弾性率が高く、強度が低く、活性が理想的ではありません。そこで、リン酸ガラス接着剤を選択し、接着剤の作用により、従来の焼結温度よりも低い温度でHA原料粉末を接着することで、弾性率を低減し、材料の活性を確保しています。
Cohesion Technologies Ltd.は、心臓接合に使用可能なCosealシーラントを開発し、臨床応用に成功したと発表しました。欧州における心臓手術21例の比較試験の結果、Cosealを用いた手術は、他の方法と比較して癒着を大幅に減少させることがわかりました。その後の予備的な臨床試験では、Cosealシーラントが心臓、婦人科、腹部手術において大きな可能性を秘めていることが示されました。
医療分野における接着剤の応用は、接着剤業界における新たな成長点として知られています。エポキシ樹脂または不飽和ポリエステルからなる構造用接着剤。
防衛技術：ステルス潜水艦は海軍装備の近代化の象徴の一つです。潜水艦のステルス性を高める重要な手法の一つは、潜水艦の船体に吸音タイルを敷設することです。吸音タイルは、吸音特性を持つゴムの一種です。
消音タイルと船体壁の鋼板を強固に接合するには、接着剤に頼る必要があります。軍事分野での用途：戦車の整備、軍用ボートの組み立て、軍用航空機の軽爆撃機、ミサイル弾頭の熱防御層の接着、迷彩素材の製造、テロ対策など。
すごいと思いませんか？小さな接着剤を見ないでください。そこにはたくさんの知識が詰まっています。
接着剤の主な物理的および化学的性質
操作時間
接着剤の混合から接合部品の接合までの最大時間間隔
初期硬化時間
取り外し可能な強度までの時間により、固定具からの可動部品を含む接着部の取り扱いに十分な強度が得られます。
完全硬化時間
接着剤混合後の最終的な機械的特性を達成するのに必要な時間
保管期間
特定の条件下では、接着剤は、指定された強度の取り扱い特性と保管時間を維持できます。
結合強度
外力の作用により、接着部における接着剤と被着体との界面またはその近傍が破壊されるのに必要な応力
せん断強度
せん断強度とは、接合部が損傷した際に単位接合面が耐えられるせん断力のことで、単位はMPa（N/mm2）で表されます。
不均一な引き抜き強度
荷重が主に接着層の2つの端または1つの端に集中し、力が単位面積あたりではなく単位長さあたりであるため、不均一な引き剥がし力を受けたときに接合部が耐えることができる最大荷重。単位はKN/mです。
抗張力
引張強度は均一引張強度や正引張強度とも呼ばれ、接着が力によって損傷されたときの単位面積あたりの引張力を指し、単位は MPa (N/mm2) で表されます。
剥離強度
剥離強度とは、規定の剥離条件で接着部を剥離した際に耐えられる単位幅あたりの最大荷重であり、単位はKN/mで表される。
投稿日時: 2024年4月25日