ホットメルト接着剤（HMA）をご存じですか？
ホットメルト接着剤（HMA）は、熱可塑性ポリマーをベースとした完全に固形の接着剤です。ホットメルト接着剤は、軟化点（通常80℃～150℃）まで加熱すると液状になり、基材に塗布することができるようになります。 ホットメルト接着剤は基材の表面を流れて 隙間を埋め、冷えると固まり、結合を形成します。ホットメルト接着剤の中には、冷めた後も粘着性を保つものもありますが（感圧接着剤、またはPSAとして知られています）、ほとんどのホットメルト接着剤は再び加熱されるまで、表面間に強力な固形の結合を形成します。
利点
溶剤系接着剤は、強力な接着能力を持つため、かつては好まれていましたが、ホットメルト接着剤は、その低コスト、使いやすさ、広い温度範囲での優れた特性により、多くの用途で人気が高まってきています。
ホットメルト接着剤の大きな利点のひとつは、完全に固形であることです。揮発性が高く、接着性を得るためにしばしば危険な溶剤を用いることもある溶剤ベースの接着剤とは 異なり、ホットメルト接着剤は固体で、揮発性有機化合物（VOC）をほとんど、あるいはまったく含みません。そのため、より環境に優しいだけでなく、より安価で、輸送や保管が容易、作業もしやすい安全な接着剤です。
ホットメルト接着剤は 冷えるとすぐに固化します。そのため、養生工程が不要で、用途に合わせて硬化時間を短くすることができます。このようにホットメルト接着剤は硬化が速いため、それを使用して製造する商品の生産時間を短縮できる費用対効果の高い接着剤です。
ホットメルト接着剤は非常に汎用性が高く、プラスチック、金属、ガラス、ゴム、セラミック、木材、段ボール、発泡体など、あらゆる種類の基材を容易に接着することができます。保存可能期間が長く、多孔質基材と非多孔質基材の両方に使用可能で、様々な用途で使用できるため、すべてのニーズに単一のホットメルト接着剤だけで対応することが可能になり、さらにコストを削減することができます。
デメリット
ホットメルト接着剤は多くの基材でファーストチョイスになりつつありますが、溶剤系接着剤が望ましい用途もまだいくつかあります。
ホットメルト接着剤の最大の欠点は、その温度感受性です。溶融したホットメルト接着剤を塗布する熱で基材が損傷する場合や、使用するホットメルト接着剤が軟化または溶融するような高温に製品をさらさなければならない場合は、溶剤系接着剤の方が良い場合もあります。このような欠点は、湿気や紫外線にさらすことで硬化が進む反応性ホットメルト接着剤を使えば軽減できます。
ホットメルト接着剤の配合によっては 、化学的な刺激や風化に対する耐性が低いものもあります。 標準的なホットメルト接着剤は、溶剤系接着剤よりも基材間の結合が弱い傾向があります。ホットメルト接着剤のオープンタイムとセットタイムが短いことで、作業が困難になる場合もあります。これらの欠点はすべて、配合を変更することで解消することができますが、特定の用途においては、溶剤系接着剤を選択する方がより安価に解決できることもあります。
特性
ホットメルト接着剤は、製本から自動車製造まで幅広い用途に合わせて配合を変更することができます。お客様に適したホットメルト接着剤を見極めるには、粘度、オープンタイム、セットタイム、接着強度、塗布温度などの特性を考慮することが重要です。
粘度
ホットメルト接着剤の粘度は、塗布機の種類と塗布温度を決定する重要な要因になります。粘度はB型回転粘度計を用い、180℃または使用温度で測定します。粘度を測定する際には、せん断速度を考慮することもあります。
オープンタイムとセットタイム
オープンタイムは、第一の基材にホットメルト接着剤を塗布してから、第二の基材を圧着して接着が生じるまでの時間の長さに相当します。多くのホットメルト接着剤は、オープンタイムを短くすると作業がしにくくなる欠点はあるものの、効率的であることが特徴となっていますが、感圧式ホットメルト接着剤の中には、オープンタイムが事実上無制限のものもあります。
セットタイムは、ホットメルト接着剤が冷えて許容範囲の結合を形成するのにかかる時間の 長さに相当します。硬化時間の短縮は生産速度を向上させ、一部の 硬化の遅い溶剤系接着剤にはないホットメルト接着剤が持つ大きな利点のひとつです。
作業温度
ホットメルト接着剤が軟化する温度と溶ける温度は、接着剤を選ぶ上で最も重要な2つの要素です。軟化点はホットメルト接着剤が流動し始める温度で、主に配合中のベースポリマーとワックス添加剤によって決まります。軟化点は、作業工程や最終製品の耐熱温度にとって考慮すべき重要な要素です。
ホットメルト接着剤の結合形成温度は、溶融した接着剤が冷えて基材と接着する温度です。基材に塗布されたホットメルト接着剤は、別の基材と結合し、冷却中に結合を形成します。接着剤が基材上に広がるのに十分な濡れ性が保たれる温度以下に冷却されると、結合形成温度に達します。
接着不良温度
ホットメルト接着剤の接着不良温度は、接着剤が2つの基材を保持するのに十分な強度を失う温度を特定することで、接着剤の耐熱温度を測定します。ホットメルト接着剤の接着力は完全に溶融する前に弱くなり始めるため、接着不良温度は一般的に軟化点よりも低くなります。接着不良温度は通常、剥離付着性 （ホットメルト接着剤が剥離力に抵抗できる能力）またはせん断付着性 （ホットメルト接着剤がせん断力に抵抗できる能力）のいずれかとして測定されます。
ホットメルト接着剤の低温割れ温度は、低温割れを起こすことなく耐えられる最低温度に相当し、接着剤がひび割れを起こすほど脆くなる温度を測定して特定します。低温割れ温度は、曲げ力を加えながらホットメルト接着剤を次第に低い温度にさらしていくことで特定することができます。
ポットライフの安定性
この指標は、ホットメルト接着剤が長時間溶融状態に保たれた場合の安定性を評価するもので、特に工業用途において重要なものです。ホットメルト接着剤を加熱し、炭化、分解、ゲル化、粘度や色の変化、エッジリングやスキンの形成を観察します。
機械的特性
ホットメルト接着剤の機械的特性は、その配合と使用目的によって大きく異なります。重要な特性には、引張強度、破断点伸び、弾性率などがあります。
剥離強度と基材固有の接着力
剥離強度は、熱を加えることなく、2つの表面間の接着剤結合を破壊するのに必要な、さまざまな角度で加えられる力の量に相当します。 これは通常、製品が曝される典型的な条件下で、接着剤がどの程度の強度を持つかを直接測定するものです。
基材固有の接着力は、ホットメルト接着剤によって接着された2種類の基材を剥離させるのに必要な力の大きさに相当します。また、2種類の基材間の接着力は、さまざまな温度で試験されることも多いです。
ループタック強度
ループタック試験は、接着剤が塗布されたループ状の材料を他の基材から引き剥がすのに必要な力を測定することによって、感圧接着剤の粘着性やタック性を評価するものです。この値は、感圧性のホットメルト接着剤にのみ適しています。
原材料と添加物
ホットメルト接着剤は通常、ベースポリマーと、それに望ましい特性を与える粘着付与樹脂、ワックス、酸化防止剤などの添加剤で構成されています。
ポリマー
接着剤のポリマーは、その強度や粘度など、物理的特性の多くを左右する基材です。高分子量のポリマーほど、結合が強く、耐熱性が高く、濡れ性が遅くなる傾向がありますが、これらの特性はすべて、他の添加剤によって微調整することができます。
粘着付与樹脂
これらの樹脂は主ポリマーと相溶性である必要があり、ホットメルト接着剤成分のかなりの割合を占めることが多く、その粘着性と接着力を決定します。これらの樹脂の機能は、ホットメルト接着剤の弾性率を低下させ、ガラス転移温度を上昇させることで発揮されます。また、ホットメルト接着剤の粘度を下げることもできます。ほとんどの粘着付与樹脂は、炭化水素樹脂、ロジン樹脂、テルペン樹脂のいずれかになります。
ワックス
ワックスは、溶融したホットメルト接着剤の粘度を下げ、接着剤の硬化速度を上げる添加剤です。ワックスの含有量を調整することで、接着剤のオープンタイムとセットタイムの増減が可能です。ワックスは、ホットメルト接着剤の耐熱性に影響を与えることもできます。
抗酸化物質
様々なフェノールやリン酸塩を含むこれらの化合物は、ホットメルト接着剤とそれを使って製造された製品の保存性を向上させるために少量添加されます。また、ホットメルト接着剤が溶融している間の酸化を防ぎ、ポットライフの安定性を向上させます。
可塑剤
多くのホットメルト接着剤には、粘度を下げ、濡れ性、柔軟性、強靭性を向上させる複数の可塑剤が含まれています。
その他の添加物
添加剤は、しばしば、特定の用途のためにホットメルト接着剤の配合に用いられます。添加剤には充填剤、顔料、紫外線安定剤、難燃剤、抗菌剤などが含まれます。
ホットメルト接着剤の種類
ほとんどのホットメルト接着剤はエチレン酢酸ビニルまたはポリオレフィン・ポリマーを使用していますが、特定の用途に優れたタイプのホットメルト接着剤も多数あります。
エチレン酢酸ビニル（EVA）
EVAホットメルト接着剤は、その低コスト、広い適用温度範囲、さまざまな基材への接着能力により、広く使用されています。エチレンまたは酢酸ビニルの濃度を上げて得られるホットメルト接着剤は、無極性基材または極性基材のいずれに対しても良好な接着性を示します。EVAホットメルト接着剤は製紙・包装業界で広く使用されています。
ポリオレフィン（PO）
ポリオレフィン系ホットメルト接着剤は、プラスチックのような無極性基材との接着に優れています。優れたポットライフ安定性、熱安定性、紫外線安定性、一般的な溶剤に対する化学的安定性を備えており、製品組立から木工まで幅広い産業で使用されています。
ポリアミド（PA）とポリエステル
ポリアミドとポリエステルのホットメルト接着剤は、多くの配合で100℃以上で剥離強度を維持でき、高温用途に有用で、油や溶剤に耐性があり、金属との接着に優れています 。自動車組立、電子機器、航空宇宙用途で広く使用されています。
ポリウレタン（PUR）
ポリウレタン・ホットメルト接着剤は高温用途に優れており、二次硬化後に架橋が起こるように配合することで、施工後の強度を高めることができます。ポリウレタン・ホットメルト接着剤は、他のものより高価ですが、強靱さと柔軟さを兼ね備えているので、多くの産業で使用されています。
スチレン系ブロック共重合体（SBC）
これらの熱可塑性エラストマーは、強度は低いものの、低温での弾性と柔軟性に優れています。 スチレン系ブロック共重合体 をベースとするホットメルト接着剤は、感圧接着剤に最も多く使用されています。
セプトン™、ハイブラー™は、クラレが製造するスチレン系ブロック共重合体（SBC）です。ゴムのような弾力性と熱可塑性の利点を兼ね備えています。ホットメルト接着剤のベースポリマーとして、あるいはポリオレフィン系ホットメルト接着剤の改質剤として使用すると、その柔軟性、伸縮性、凝集性により、接着耐久性、タック性（感圧接着性）、低温性能、耐衝撃性が向上します。さらに、ポリオレフィンとの優れた相溶性により、ポリオレフィン素材との接着や粘着に適したホットメルト接着剤ができます。セプトン™とハイブラ－™は、テープやラベル、衛生用品（紙おむつや生理用ナプキンなど）、シーラント、保護フィルムなどに応用されています。
アクリル系ブロック共重合体
クラリティ™はクラレのアクリル系粘着剤ポリマーで、無溶剤加工用のホットメルト接着剤として使用できます。一般的なアクリル樹脂とは異なり、クラリティ™はホットメルト接着剤に適した低い溶融粘度を持ち、優れた耐候性と粘着安定性を発揮します。クラリティ™は自己接着性ポリマーであるため、ホットメルト接着剤のベースとして使うと、粘着付与樹脂（強力な接着を実現するために、 ホットメルト接着剤に含まれる 成分としては高コストであるが使われている）の濃度を低くすることができます。クラリティ™を使って製造されたホットメルト接着剤は、無溶剤プロセスによる迅速で簡単な加工性、エネルギー消費と温室効果ガス排出の低減、VOCの低減など、さまざまな利点を提供します。
バイオ由来のホットメルト接着剤
ホットメルト接着剤の大半は化学合成された再生不可能なポリマーをベースにしていますが、バイオ由来や生分解性のプラスチックや接着剤への関心が高まっています。より環境に優しい素材を提供するため、バイオ由来のホットメルト接着剤の開発に着手した企業もあります。
ホットメルト接着剤の塗布
ホットメルト接着剤は様々な方法で塗布できますが、工業用途では通常、以下の3つのアプローチのいずれかがよく使われます。
スプレー塗布
この方法は、圧縮空気を使用して、特定の厚さの連続した均一な層を基材にスプレーするものです。素早く、効果的で、広い面積に使用されることが多い方法です。
スロットコーティング
この方法は、薄い基材や感圧接着剤に最適で、ホットメルト接着剤の薄い層を基材に直接塗布するものです。
点状・線状塗布
この方法は、一定量の接着剤をノズルから吐出したり、吐出を止めたりします。この工程を繰り返し、接着剤を特定の場所に塗布したり、必要に応じて数珠つなぎ状や線状に塗布したりします。
コスト
ホットメルト接着剤のコストは、含まれるポリマーや添加剤によって大きく変動しますが、一般的には溶剤系よりも安価になります。
ホットメルト接着剤が低コストである主な要因は、基材コストがより低いこと、生産効率が向上すること、メンテナンスコストがより低いこと、より優れた弾力性、保存期間がより長いことなどです。ホットメルト接着剤は汎用性が高いため、生産拠点によっては、すべての製品に単一のホットメルト接着剤を使用し、在庫コストを最小限に抑えることさえ可能になるのです。ホットメルト接着剤のコスト上昇の主な要因は、添加剤、特に粘着付与樹脂の価格です。
結論
ホットメルト接着剤は、優れたカスタマイズ性と溶剤系接着剤よりも多くの利点を有する汎用性の高いオプションです。耐候性、安定性、自己接着性に優れ、高価な粘着付与樹脂を必要としないアクリルポリマー系ホットメルト接着剤ベースをお探しなら、クラレの専門家にお問い合わせの上、透明TPEであるクラリティ™についてご相談ください。
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