天然接着剤は、私たちの生活の中で一般的に使われている接着剤です。様々な情報源によって、動物性接着剤、植物性接着剤、鉱物性接着剤に分類されます。動物性接着剤には、皮脂、骨脂、シェラック、カゼイン接着剤、アルブミン接着剤、魚の浮き袋接着剤などが含まれます。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。天然接着剤は、豊富な資源、低価格、低毒性のため、家具、製本、包装、手工芸品の加工に広く使用されています。
デンプン接着剤
デンプン系接着剤が21世紀に入ると、その優れた環境性能が新素材の主要な特徴となるでしょう。デンプンは、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、世界の接着剤製造技術は、省エネルギー、低コスト、無害、高粘度、無溶剤の方向へと発展しています。
環境に優しいグリーン製品の一種として、デンプン系接着剤は接着剤業界で広く注目を集めています。デンプン系接着剤の応用と開発に関して言えば、コーンスターチで酸化させたデンプン系接着剤の将来性は有望であり、研究と応用が最も進んでいます。
近年、接着剤としてのデンプンは、主に紙や紙製品、例えば段ボール箱や段ボール箱の封緘、ラベル貼り、平面接着、封筒の接着、多層紙袋の接着などに使用されている。
以下に、一般的なデンプン系接着剤をいくつか紹介する。
酸化デンプン接着剤
アルデヒド基とカルボキシル基を含む低重合度の変性デンプンと水を混合し、酸化剤の作用下で加熱または室温で糊化させることにより調製される糊化剤は、デンプン系接着剤である。デンプンが酸化されると、水溶性、濡れ性、および接着性を有する酸化デンプンが形成される。
酸化剤の量が少ないと、酸化度が不十分になり、デンプンによって生成される新たな官能基の総量が減少し、接着剤の粘度が増加し、初期粘度が低下し、流動性が低下します。これは、接着剤の酸性度、透明度、および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、酸化度が増し、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するが、透明度はますます向上する。
エステル化デンプン接着剤
エステル化デンプン接着剤は、デンプン分子の水酸基と他の物質とのエステル化反応によってデンプンに新たな官能基を付与することで、デンプン接着剤の性能を向上させた、非分解性のデンプン接着剤です。エステル化デンプンは部分的に架橋されているため、粘度が高くなり、保存安定性が向上し、防湿性や抗ウイルス性も改善され、接着層は高温や低温、そして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重合とは、物理的および化学的方法を用いてデンプン分子鎖にフリーラジカルを生成させ、それがポリマーモノマーと接触することで連鎖反応を起こすようにする手法である。これにより、デンプンの主鎖上にポリマーモノマーからなる側鎖が生成される。
ポリエチレン分子とデンプン分子の両方がヒドロキシル基を持つという特徴を利用することで、ポリビニルアルコールとデンプン分子の間に水素結合が形成され、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」の役割を果たすため、得られるデンプン接着剤はより優れた接着性、流動性、および耐凍性を有する。
デンプン系接着剤は天然ポリマー接着剤であり、低価格で無毒無臭、環境汚染もないため、広く研究・応用されている。近年では、紙、綿布、封筒、ラベル、段ボールなどに主に用いられている。
セルロース系接着剤
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（EC）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。
化学的安定性、耐アルカリ性、電気絶縁性、機械的レオロジー特性に優れ、高温・低温下で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、可塑剤などとの相溶性が高く、紙、ゴム、皮革、布地用接着剤などとして利用できます。
メチルセルロース（CMC）: イオン性セルロースエーテル。繊維産業では、CMCは生地の糊剤として高品質のデンプンの代替としてよく使用されます。CMCでコーティングされた繊維は、柔らかさが増し、プリントや染色特性が大幅に向上します。食品産業では、CMCを添加した様々なクリームアイスクリームは、形状安定性が良く、着色しやすく、柔らかくなりにくいです。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、エステル化の程度が異なるため、窒素含有量は一般的に10％から14％の間です。
高濃度のものは一般的に防火綿として知られ、無煙火薬やコロイド状火薬の製造に用いられてきました。低濃度のものは一般的にコロジオンとして知られています。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、瓶の蓋、傷口の保護、そして歴史上最初のプラスチックであるセルロイドなどに用いられてきました。
適切な量のアルキド樹脂を改質剤として添加し、適切な量の樟脳を強化剤として用いると、ニトロセルロース系接着剤となり、紙、布、皮革、ガラス、金属、セラミックなどの接着によく用いられる。
酢酸セルロース：セルロースアセテートとも呼ばれる。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する。
ニトロセルロースと比較して、酢酸セルロースは、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、優れた耐粘性と耐久性を備えていますが、耐酸性、耐湿性、耐候性は劣ります。
タンパク質接着剤
タンパク質系接着剤は、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。動物性タンパク質と植物性タンパク質から作られ、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（汨膠、ゼラチン、複合タンパク質接着剤、アルブミンなど）と植物性タンパク質（豆乳ガムなど）に分類されます。一般的に乾燥時の接着力が高く、家具製造や木製品製造に用いられます。しかし、耐熱性や耐水性に劣るため、動物性タンパク質系接着剤の方がより重要な位置を占めています。
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。大豆タンパク質接着剤の開発は早くも進み、ジョンソンは1923年には既に大豆タンパク質接着剤の特許を申請していました。
1930年当時、大豆タンパク質フェノール樹脂板接着剤（デュポン社マス・ディビジョン製）は、接着強度が弱く、製造コストが高かったため、広く使用されていなかった。
近年の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るようになり、接着剤業界は新たな天然接着剤を再検討するようになった。その結果、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った。
大豆由来の接着剤は、無毒無味で使いやすいという利点がありますが、耐水性に劣ります。チオ尿素、二硫化炭素、トリカルボキシメチルスルフィドなどの架橋剤を0.1%～1.0%（質量）添加することで耐水性を向上させ、木材接着や合板製造用の接着剤として使用できます。
動物性タンパク質系接着剤：動物性接着剤は、家具および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、おもちゃ、スポーツ用品、デッキ材などがあります。
固形分含有量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の接着、移動式住宅の組み立て、難接着性ラミネート材、その他比較的安価な熱接着性動物の接着に使用されます。接着剤の需要が小規模から中規模の用途に適しています。
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の一種です。これらのテープは、一般的な軽量小売用袋だけでなく、高速な機械作業と長期間にわたる高い接着強度が必要とされる、固体繊維や段ボール箱の密封や梱包といった重荷重用テープにも使用できます。
この時期、骨接着剤の使用量が多く、皮膚接着剤は単独で、または骨接着剤と組み合わせて使用されることが多い。コーティングオンラインによると、使用される接着剤は一般的に固形分が約50％で配合されており、乾燥接着剤質量の10％から20％のデキストリン、および少量の湿潤剤、可塑剤、ゲル化抑制剤（必要に応じて）を混合することができる。
接着剤（60～63℃）は通常、裏紙上の塗料と混合され、固形分の付着量は一般的に紙ベースの質量の25%です。湿ったテープは、蒸気加熱ローラーまたは調整可能な直接空気ヒーターを用いて張力をかけながら乾燥させることができます。
さらに、動物性接着剤の用途としては、サンドペーパーやガーゼ研磨材の製造、繊維や紙の糊付けやコーティング、書籍や雑誌の製本などが挙げられる。
タンニン系接着剤
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、果実などに広く含まれています。主に木材加工で得られた樹皮の切れ端や、タンニン含有量の高い植物から抽出されます。タンニン、ホルムアルデヒド、水を混合して加熱することでタンニン樹脂が得られ、その後、硬化剤と充填剤を加えて均一に攪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・耐湿性に優れ、木材接着性能はフェノール系接着剤と同等です。主に木材の接着などに使用されます。
リグニン接着剤
リグニンは木材の主要成分の一つであり、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2番目に多い。木材から直接リグニンを抽出するのは難しく、主な原料は資源が非常に豊富なパルプ廃液である。
リグニンは単独では接着剤として用いられず、リグニンのフェノール基とホルムアルデヒド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る。耐水性を向上させるため、環状イソプロパンエポキシイソシアネート、スタティックフェノール、レゾルシノールなどの化合物と組み合わせて使用することもできる。リグニン系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るが、粘度が高く色が濃いため、改良することで用途を拡大できる可能性がある。
アラビアゴム
アラビアゴム（アカシアゴムとも呼ばれる）は、アカシア科の野生樹木から滲み出る物質です。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。アラビアゴムは主に低分子量多糖類と高分子量アカシア糖タンパク質から構成されています。アラビアゴムは水溶性が高いため、配合が非常に簡単で、加熱や促進剤を必要としません。アラビアゴムは極めて速乾性です。光学レンズの接着、スタンプの接着、商標ラベルの貼り付け、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、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。その特性は以下のとおりです。
（１）耐高温性、1000℃以上の温度に耐えることができます。
（２）優れたアンチエイジング効果：
（３）わずかな収縮
（４）非常に脆い。弾性率は有機接着剤よりも一桁高い。
（５）耐水性、耐酸性、耐アルカリ性が低い。
ご存知ですか？接着剤には、くっつける以外にも用途があるんですよ。
防食：船舶の蒸気管は断熱のために大部分がケイ酸アルミニウムとアスベストで覆われていますが、漏れや冷熱の繰り返しにより凝縮水が発生し、それが底部の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、可溶性塩類が外壁を腐食する影響が非常に深刻になります。
このため、水ガラス系接着剤をケイ酸アルミニウムの下層にコーティング材として使用し、エナメル状の構造を持つコーティングを形成することができる。機械の設置では、部品はボルトで固定されることが多い。ボルトで固定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る。機械作業の過程で、激しい振動によりボルトが緩むことがある。
この問題を解決するために、機械的な設置時に接続部品を無機系接着剤で接着し、その後ボルトで接続することができる。これは補強効果だけでなく、防食効果も発揮する。
生物医学分野：ヒドロキシアパタイトバイオセラミック材料の組成は、ヒトの骨の無機成分に近く、生体適合性に優れ、骨と強い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。
しかしながら、作製されたHAインプラントは一般的に弾性率が高く、強度が低く、活性が理想的とは言えません。そこで、リン酸ガラス系接着剤を選択し、接着剤の作用によって従来の焼結温度よりも低い温度でHA原料粉末を結合させることで、弾性率を低減し、材料の活性を確保します。
Cohesion Technologies Ltd.は、心臓血管の接着に使用できるシーラント「Coseal」を開発し、臨床で良好な結果が得られたと発表しました。ヨーロッパで行われた21例の心臓手術における比較試験の結果、Cosealを用いた手術は他の方法と比較して術後癒着を大幅に軽減することが明らかになりました。その後の予備的な臨床研究では、Cosealシーラントは心臓外科、婦人科外科、腹部外科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。
接着剤の医療分野への応用は、接着剤業界における新たな成長分野として知られています。構造用接着剤は、エポキシ樹脂または不飽和ポリエステルで構成されています。
防衛技術において、ステルス潜水艦は海軍装備の近代化を象徴する存在の一つです。潜水艦のステルス性を高める重要な方法の一つは、潜水艦の船体に吸音タイルを敷設することです。吸音タイルとは、吸音特性を持つゴムの一種です。
マフラータイルと船体壁の鋼板をしっかりと接合するためには、接着剤に頼る必要があります。軍事分野での使用例：戦車の整備、軍用ボートの組み立て、軍用機の軽爆撃機、ミサイル弾頭の熱保護層の接着、迷彩材の準備、対テロおよび対テロ対策。
すごいと思いませんか？この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るんです。
接着剤の主な物理的および化学的特性
作業時間
接着剤の混合から接着対象部品のペアリングまでの最大時間間隔
初期硬化時間
取り外し可能な強度に達するまでの時間により、治具からの可動部品を含む、取り扱い用接着に十分な強度が得られます。
完全硬化時間
接着剤混合後、最終的な機械的特性が得られるまでの所要時間
保存期間
特定の条件下では、接着剤は取り扱い特性と規定の強度での保管時間を維持することができます。
結合強度
外部力の作用下で、接着部またはその近傍における接着剤と被着体の界面を破壊するのに必要な応力
せん断強度
せん断強度とは、接合部が損傷した際に、接合面が耐えられるせん断力のことを指し、単位はMPa（N/mm2）で表される。
引き抜き力が不均一
不均一な引張力が加わったときに接合部が耐えられる最大荷重は、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、単位はKN/mです。
抗張力
引張強度（均一引張強度、正の引張強度とも呼ばれる）とは、接着面が力によって破壊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）で表される。
剥離強度
剥離強度とは、指定された剥離条件下で接着部品が分離される際に、単位幅あたりに耐えられる最大荷重であり、単位はKN/mで表される。
投稿日時：2024年4月25日