CN102985467A - 由含有氮丙啶基的化合物形成的接枝化合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了通过使(1)具有氮丙啶基基团和聚合物基团的第一化合物与(2)具有至少一个酸性基团的第二化合物反应而形成的接枝化合物。该反应导致所述第一化合物上的所述氮丙啶基环被所述第二化合物上的所述酸性基团打开,并形成将所述第一化合物的所述聚合物基团连接到所述第二化合物上的接合基团。在一些实施例中,所述第二化合物为具有多个酸性基团的聚合物材料,并且所述第一化合物与所述第二化合物的所述反应产物导致接枝共聚物的形成。
Description
技术领域
接枝化合物被描述为(1)具有氮丙啶基基团和聚合物基团的第一化合物与(2)具有酸性基团的第二化合物的反应产物。
背景技术
已采用不同方法来增强各种丙烯酸类聚合物。例如,将聚合物链交联起来可赋予材料更高的剪切强度和粘合强度。这种交联可以是化学交联,也可以是物理交联。化学交联可包括引入具有能够发生聚合反应的多个基团或与聚合物链上的其他基团反应或相互作用的多个基团的单体。物理交联方法已包括引入连接到主聚合链上、但能够与主聚合物实现相分离并在聚合物材料内形成其自身的域的另一个聚合物部分。当聚合物材料为粘合剂材料时,可选择的这些相分离的聚合物部分具有较之如(例如)美国专利No.6,734,256(Everaerts等人)、7,255,920(Everaerts等人)和5,057,366(Husman等人)中所述的初始弹性体聚合物更高的玻璃化转变温度。
双氮丙啶化合物已被用作多种聚合物体系中的化学交联剂。此类化合物在(例如)美国专利No.6,893,718(Melancon等人)、德国专利No.836,353(Bestian)、Bestian的论文(J.Lieb.Ann.Chem.,566,210-244(1950)(《利比希化学纪事》,第566卷第210-244页,1950年))、Babenkova的论文(J.of Applied Chemistry of the USSR,40,1715-1719(1967)(《苏联应用化学杂志》,第40卷第1715-1719页,1967年))以及Kadorkina等人的论文(Bulletin of the Academy of Sciences of theUSSR,40,780-783(1991)(《苏联科学院通报》,第40卷第780-783页,1991年))中有所描述。
一些氮丙啶基封端的聚合物已如(例如)Kobayashi等人的论文(Journal of Polymer Science:Part A:Polymer Chemistry,43,4126-4135(2005)(《聚合物科学杂志,A辑:聚合物化学》,第43卷第4126-4135页,2005年)、日本专利公布JP4294369B2(Kobayashi等人)和欧洲专利公布EP0265091A1(Hertier等人)中所述进行了制备。
发明内容
接枝化合物被描述为(1)具有氮丙啶基基团和聚合物基团的第一化合物与(2)具有酸性基团的第二化合物的反应产物。该反应导致第一化合物的氮丙啶基环被第二化合物上的酸性基团打开,并且第一化合物的聚合物基团伴随连接(即,接枝)到第二化合物上。另外,对用于制备接枝化合物的反应混合物和方法进行了描述。在一些实施例中,第二化合物为具有多个酸性基团的聚合物材料,并且反应产物为接枝共聚物。
在第一方面,描述了反应混合物。反应混合物包含(1)式(I)的第一化合物
和(2)具有至少一个酸性基团的第二化合物。在式(I)中,每个R1独立地为氢或烷基。基团R2是包括亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合在内的二价基团。基团R2任选还包括氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、-NR3-或它们的组合。基团R3为氢或烷基。基团Q为聚合物基团(即,第一聚合物基团),其为包含至少一种烯键式不饱和单体的第一单体组合物的聚合产物。
在第二方面,描述了接枝共聚物。接枝共聚物为包含(1)上述式(I)的第一化合物和(2)第二化合物(其为具有至少一个酸性基团的聚合物材料)的反应混合物的产物。
在第三方面,描述了用于制备接枝共聚物的方法。所述方法包括形成包含(1)上述式(I)的第一化合物和(2)第二化合物(其为具有至少一个酸性基团的聚合物材料)的反应混合物。所述方法还包括使第一化合物的氮丙啶基基团与第二化合物的至少一个酸性基团反应以形成接枝共聚物。
具体实施方式
接枝化合物通过使(1)具有氮丙啶基基团和聚合物基团的第一化合物与(2)具有至少一个酸性基团的第二化合物反应而形成。该反应导致第一化合物上的氮丙啶基环被第二化合物上的酸性基团打开,并形成将第一化合物的聚合物基团连接(即,接枝)到第二化合物上的接合基团。在一些实施例中,第二化合物为具有至少一个酸性基团的聚合物材料,并且第一化合物与第二化合物的反应产物导致接枝共聚物的形成。
术语“一”、“一个/种”和“该”与“至少一个/种”可互换使用,是指一种或多种被描述的要素。
以端点表述的任何数值范围均意味着包括该范围的端点、该范围内的所有数以及规定范围内的任何较窄的范围。
术语“氮丙啶基”是指下式的单价三元环结构:
其中每个R1独立地为氢或烷基(如,具有1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至3个碳原子的烷基)。星号示出氮丙啶基基团附接到化合物的其余部分的位置。
如本文所用,术语“聚合物”和“聚合物型”是指为均聚物、共聚物、三元共聚物等的物质。同样地,术语“使聚合”和“聚合”是指制备均聚物、共聚物、三元共聚物等的过程。术语“共聚物”和“共聚物型”可用于指使用两种或更多种不同单体制备的聚合物。
术语“烷基”是指烷烃基团的单价基团并包括为直链的、支链的、环状的、双环状的或它们的组合的基团。烷基通常具有1至30个碳原子。在一些实施例中,烷基包含1至20个碳原子、1至10个碳原子、1至6个碳原子、1至4个碳原子或1至3个碳原子。烷基的例子包括(但不限于)甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、环己基、正庚基、正辛基、乙基己基和异冰片基。
术语“杂烷基”是指为这样的烷基的单价基团,其中一个或多个-CH2-基团被硫基、氧基或–NRa-(其中Ra为氢或烷基)取代。杂烷基可以为直链的、支链的、环状的、双环状的或它们的组合,并可包含多达60个碳原子和多达40个杂原子。在一些实施例中,杂烷基包含最多50个碳原子和最多30个杂原子、最多40个碳原子和最多30个杂原子、最多30个碳原子和最多20个杂原子、最多20个碳原子和最多15个杂原子,或最多10个碳原子和最多8个杂原子。
术语“亚烷基”是指其为烷烃基团的二价基团。亚烷基可以为直链的、支链的、环状的、双环状的或它们的组合。亚烷基通常具有1至30个碳原子。在一些实施例中,亚烷基包含1至20个、1至10个、1至6个、或1至4个碳原子。亚烷基的基团中心可在同一碳原子(即次烷基)或不同碳原子上。
术语“杂亚烷基”是指具有一个或多个被硫基、氧基或-NRa-所取代的–CH2-基团的二价亚烷基,其中Ra为氢或烷基。杂亚烷基可以为直链的、支链的、环状的、双环状的或它们的组合,并且可包含多达60个碳原子和多达40个杂原子。在一些实施例中,杂亚烷基包含最多50个碳原子和最多30个杂原子、最多40个碳原子和最多30个杂原子、最多30个碳原子和最多20个杂原子、最多20个碳原子和最多15个杂原子,或最多10个碳原子和最多8个杂原子。
术语“芳基”是指为芳族的和碳环状的单价基团。芳基可具有一至五个与芳环相连或稠合的环。至少一个环为芳环,任何其他环可为芳环、非芳环或它们的组合。芳基的例子包括(但不限于)苯基、联苯基、三联苯基、蒽基、萘基、苊基、蒽醌基、菲基、蒽基、芘基、苝基和芴基。
术语“亚芳基”是指为碳环状的和芳族的二价基团。所述基团具有一至五个连接的、稠合的、或它们的组合的环。至少一个环为芳环,任何其他环可为芳环、非芳环或它们的组合。在一些实施例中,亚芳基具有最多5个环、最多4个环、最多3个环、最多2个环或一个芳环。例如,亚芳基可以为亚苯基、亚联苯基、三联苯基、伸芴基或萘基。
术语“杂亚芳基”是指为芳族的或杂环的二价基团。也就是说,杂亚芳基在具有5或6个原子的芳环中包含至少一个杂原子。合适的杂原子通常为氧基、硫基或-NR3-,其中R3为氢或烷基。所述基团可具有一至五个连接的、稠合的、或它们的组合的环。至少一个环为芳杂环,任何其他环可为芳环、非芳环、杂环、碳环或它们的组合。在一些实施例中,所述杂亚芳基具有最多5个环、最多4个环、最多3个环、最多2个环或1个环。杂亚芳基的例子包括(但不限于)三嗪二基、吡啶二基、嘧啶二基、哒嗪二基等等。
术语“烷氧基”指式-OR的单价基团,其中R为烷基。
术语“芳烷基”是指烷基被芳基取代的单价基团。
术语“芳氧基”是指式–OAr的单价基团,其中Ar为芳基。
术语“芳氧烷基”是指烷基被芳氧基取代的单价基团。
术语“羰基”是指式–(CO)-的二价基团,其中碳原子以双键与氧原子相连。
可互换使用的术语“羰氧基”是指式-(CO)O-的二价基团。术语“羧基”是指基团–(CO)OH和/或其盐。
术语“羰基亚氨基”是指式–(CO)NRb-的二价基团,其中Rb为氢、烷基、芳基、芳烷基、酰基、烷基磺酰基或芳基磺酰基。
术语“氧基”是指二价基团–O-。
术语“(甲基)丙烯酸”是指丙烯酸和甲基丙烯酸两者。同样,术语“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯两者,术语“(甲基)丙烯酰胺”是指丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺两者。
接枝化合物由包含式(I)
的第一化合物加上具有至少一个酸基的第二化合物的反应混合物形成。在式(I)中,每个R1独立地为氢或烷基。基团R2是包括亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合在内的二价基团。基团R2任选还包括氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、-NR3-或它们的组合。基团R3为氢或烷基(如,具有1至10个碳原子、1至6个碳原子、1至4个碳原子或1至3个碳原子的烷基)。基团Q为聚合物基团,其为包含至少一种烯键式不饱和单体的第一单体组合物的聚合产物。
适合于R1的烷基通常具有1至10个碳原子、1至6个碳原子、1至4个碳原子、或1至3个碳原子。在多个实施例中,氮丙啶基基团具有至少一个为氢的R1基团和至少一个为烷基的R1基团。在一些更为特定的实施例中,氮丙啶环上的R1基团中的一个为甲基,其余的R1基团为氢。
二价基团R2包括至少一个亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合。除这些基团的至少一个外,R2还可包括氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、-NR3-或它们的组合。即,在一些实施例中,R2为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合。在其他实施例中,R2包括(a)至少一个亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合,加上(b)至少一个氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、-NR3-或它们的组合。氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合可用于(例如):(1)将两个或更多个选自亚烷基、杂亚烷基、亚芳基和杂亚芳基的基团连接在一起,(2)将亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基附连至氮丙啶基基团和/或聚合物基团,或者(3)兼有(1)和(2)。
在一些实施例中,R2包括为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基的第一基团,该第一基团使用为氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合的第一连接基团连接至为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基的第二基团。第二基团可使用为氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合的第二连接基团进一步连接至为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基的第三基团。第三基团可使用为氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合的第三连接基团进一步连接至为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基的第四基团。选自亚烷基、杂亚烷基、亚芳基和杂亚芳基的附加基团可使用选自氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合的附加连接基团进行进一步连接。
在其他实施例中,R2包括为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基的第一基团,该第一基团位于各自选自氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合的两个基团之间。这些基团中的一个连接至聚合物基团,另一个连接至氮丙啶基基团。这两个基团通常是相同的,但也可以不同。
在另外一些实施例中,两个或更多个亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基位于选自氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合的两个基团之间。这些基团中的一个连接至聚合物基团,另一个连接至氮丙啶基基团。这两个基团通常是相同的,但也可以不同。所述两个或更多个亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基通常通过氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-基团或它们的组合彼此连接。
式(I)的一些化合物也是式(Ia)的化合物。
来自式(I)的基团R2相当于式(Ia)中的-(CO)-R4-(CO)-。基团R4是包括亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合在内的二价基团。任选地,基团R4还可包括氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、-NR3-或它们的组合。换句话说,在一些实施例中,R4为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合。在其他实施例中,R4包括(a)至少一个亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合,加上(b)至少一个氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、-NR3-或它们的组合。
与式(I)中的基团R2一样,式(Ia)中的基团R4可以包括为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基的第一基团,该第一基团使用为氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合的第一连接基团连接至为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基的第二基团。第二基团可使用为氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合的第二连接基团进一步连接至为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基的第三基团。第三基团可使用为氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合的第三连接基团进一步连接至为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基的第四基团。选自亚烷基、杂亚烷基、亚芳基和杂亚芳基的附加基团可使用选自氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合的附加连接基团进行进一步连接。
在一些实施例中,式(Ia)中的基团R4为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基。示例性的亚烷基具有1至30个碳原子、1至20个碳原子、1至12个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子。示例性的杂亚烷基具有2至60个碳原子和1至40个杂原子、2至40个碳原子和1至30个杂原子、2至20个碳原子和1至15个杂原子,或2至10个碳原子和1至6个杂原子。示例性的亚芳基包括(但不限于)亚苯基(如,间亚苯基或对亚苯基)和亚联苯基。示例性的杂亚芳基包括(但不限于)三嗪二基、吡啶二基、嘧啶二基和哒嗪二基。
根据式(Ia)的一些更为特定的化合物为式(Ib)的化合物,其中R4为亚芳基。
在式(Ib)的一些更为特定的化合物中,亚芳基为亚苯基,诸如在式(Ic)中。
式(Ia)的其他实例化合物为式(Id)的化合物。
在式(Id)中,二价基团–Ar1-(CO)-X-R5-X-(CO)-Ar1-相当于式(Ia)中的R4,二价基团-(CO)-Ar1-(CO)-X-R5-X-(CO)-Ar1-(CO)-相当于式(I)中的R2。每个基团Ar1均为亚芳基,每个基团X均为氧基或-NR3-。基团R5为包括亚烷基或杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合在内的二价基团,并且该二价基团还可包括氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、-NR3-或它们的组合。换句话说,在一些实施例中,R5为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合。在其他实施例中,R5包括(a)至少一个亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合,加上(b)至少一个氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、-NR3-或它们的组合。
与R2和R4一样,基团R5可以包括为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基的第一基团,该第一基团使用为氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合的第一连接基团连接至为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基的第二基团。第二基团可使用为氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合的第二连接基团进一步连接至为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基的第三基团。第三基团可使用为氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合的第三连接基团进一步连接至为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基的第四基团。选自亚烷基、杂亚烷基、亚芳基和杂亚芳基的附加基团可使用选自氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合的附加连接基团进行进一步连接。
在式(Id)的一些化合物中,每个Ar1均为亚苯基,诸如在式(Ie)中。
基团R1、X、R5和Q与上述式(Id)中的定义相同。
在式(Ie)的一些特定的实施例中,基团R5为亚烷基或杂亚烷基。合适的亚烷基通常具有1至30个碳原子、1至20个碳原子、1至12个碳原子、1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子。合适的杂亚烷基通常具有2至60个碳原子和1至40个杂原子、2至40个碳原子和1至30个杂原子、2至20个碳原子和1至15个杂原子、或2至10个碳原子和1至6个杂原子。
式(Ia)的其他实例化合物为式(If)的化合物。
在式(If)中,基团–X-R5-X-相当于式(Ia)中的R4,基团–(CO)-X-R5-X-(CO)-相当于式(I)中的R2。基团X和R5与上述式(Id)中的定义相同。在式(If)的一些特定实施例中,每个X均为氧基或–NR3-,同时基团R5为亚烷基或杂亚烷基。
式(I)的其他实例化合物为式(Ig)的化合物。
在式(Ig)中,二价基团-R6-(CO)-R7-(CO)-R6-相当于式(I)中的基团R2。每个R6独立地为具有1至10个碳原子、1至6个碳原子、1至4个碳原子或1至3个碳原子的亚烷基。基团R7为包括亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合在内的二价基团,并且该二价基团还可包括氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、-NR3-或它们的组合。换句话说,在一些实施例中,R7为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合。在其他实施例中,R7包括(a)至少一个亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合,加上(b)至少一个氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、-NR3-或它们的组合。
与R2、R4或R5一样,基团R7可以包括为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基的第一基团,该第一基团使用为氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、-NR3-或它们的组合的第一连接基团连接至为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基的第二基团。第二基团可使用为氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合的第二连接基团进一步连接至为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基的第三基团。第三基团可使用为氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合的第三连接基团进一步连接至为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或杂亚芳基的第四基团。选自亚烷基、杂亚烷基、亚芳基和杂亚芳基的附加基团可使用选自氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、–NR3-或它们的组合的附加连接基团进行进一步连接。
式(Ig)的一些化合物为式(Ih)的化合物。
在式(Ih)中,二价基团–X-R8-X-相当于式(Ig)中的基团R7。每个基团X均独立地为氧基或–NR3-。基团R8为包括亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合在内的二价基团,并且该二价基团还可包括氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、-NR3-或它们的组合。换句话说,在一些实施例中,R8为亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合。在其他实施例中,R8包括(a)至少一个亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合,加上(b)至少一个氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、-NR3-或它们的组合。
在式(Ih)的一些特定实施例中,R8基团为亚烷基或杂亚烷基,X为氧基。合适的亚烷基通常具有1至30个碳原子、1至20个碳原子、1至12个碳原子、1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子。合适的杂亚烷基通常具有2至60个碳原子和1至40个杂原子、2至40个碳原子和1至30个杂原子、2至20个碳原子和1至15个杂原子、或2至10个碳原子和1至6个杂原子。
式(I)和式(Ia)至(Ih)的所有化合物均具有聚合物基团Q,该基团为包含至少一种烯键式不饱和单体的第一单体组合物的聚合产物。聚合反应可以为自由基聚合反应或阴离子聚合反应。
任何合适的烯键式不饱和单体均可用于形成聚合物基团Q(即,第一聚合物基团Q)。合适的单体包括(但不限于)各种(甲基)丙烯酸酯(即各种甲基丙烯酸酯类)、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酰胺、乙烯基单体等等。在一些实施例中,Q为均聚物基团,其中用于形成该聚合物基团的所有单体都是相同的。在其他实施例中,Q为无规共聚物或嵌段共聚物。
在一些实施例中,式(I)化合物的聚合物基团Q由一个或多个(甲基)丙烯酸酯形成。(甲基)丙烯酸酯通常由式(II)表示。
在该式中,基团R10为氢或甲基,基团R9为烷基、杂烷基、芳基、芳烷基或芳氧烷基。合适的烷基通常具有1至20个碳原子、1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子。合适的杂烷基通常具有2至30个碳原子和1至16个杂原子、2至20个碳原子和1至12个杂原子、2至10个碳原子和1至6个杂原子、或2至6个碳原子和1至4个杂原子。烷基和杂烷基可以为直链的、支链的、环状的、双环状的或它们的组合。合适的芳烷基通常具有7至18个碳原子。一个例子是烷基被苯基取代。合适的芳氧烷基通常具有7至18个碳原子。一个例子是烷基被氧基苯基取代。这些单体在形成均聚物时可具有宽泛的玻璃化转变温度范围。
可对单体进行选择,使所选的单体提供取决于式(I)化合物的特定用途的所需玻璃化转变温度。更具体地讲,玻璃化转变温度高于或等于20℃或更高的聚合物基团趋向于是热塑性的。如本文所用,术语“热塑性”是指当加热时流动,然后当冷却到室温时返回其初始状态的聚合物材料。玻璃化转变温度低于20℃的聚合物基团趋向于是弹性体的。如本文所用,术语“弹性体”是指可拉伸至其初始长度的至少两倍,然后在释放时收缩至大约其初始长度的聚合物材料。
在一些实施例中,用于形成聚合物基团Q的式(II)的单体选自(甲基)丙烯酸酯,例如丙烯酸正丁酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸正己酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸异癸酯、丙烯酸异壬基酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸异辛基酯、甲基丙烯酸异辛基酯、丙烯酸异十三烷基酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、丙烯酸2-甲基丁酯、丙烯酸4-甲基-2-戊基酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸正丙酯和甲基丙烯酸正辛酯。这些单体在形成均聚物基团时,其玻璃化转变温度往往低于20℃、低于10℃或低于0℃。
在其他实施例中,用于形成聚合物基团Q的式(II)的单体选自(甲基)丙烯酸酯,例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸环己酯、丙烯酸苯氧乙酯、甲基丙烯酸苯氧乙酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苄酯、壬基苯酚甲基丙烯酸酯、丙烯酸十六烷基酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯基酯、丙烯酸异冰片基环己酯、甲基丙烯酸四氢呋喃甲酯、甲基丙烯酸三氟乙基酯、甲基丙烯酸1-金刚烷基酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯基氧基乙基酯、(甲基)丙烯酸二环戊酯和(甲基)丙烯酸-3,3,5-三甲基环己基酯。这些单体在形成均聚物基团时,其玻璃化转变温度往往等于至少20℃、至少30℃、至少40℃或至少50℃。
任何(甲基)丙烯酸酯单体均任选被诸如氨基、羟基或环氧基的基团取代。所述取代基往往会增强单体的极性。具有羟基取代基的(甲基)丙烯酸酯的例子包括(但不限于)(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟丙酯和(甲基)丙烯酸4--羟丁酯。具有环氧基取代基的(甲基)丙烯酸酯的例子包括(但不限于)(甲基)丙烯酸缩水甘油酯。具有氨基的(甲基)丙烯酸酯的例子包括(但不限于)(甲基)丙烯酸N,N-二烷基酯,诸如(甲基)丙烯酸二甲基氨乙基酯。
(甲基)丙烯酸酯还可以为(甲基)丙烯酸烷氧基烷基酯或聚((甲基)丙烯酸烷氧基烷基酯)例如(甲基)丙烯酸2-(2-乙氧基乙氧基)乙酯、(甲基)丙烯酸2-乙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-甲氧基乙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-甲氧基乙酯和一(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯。这些化合物往往为极性分子。
聚合物基团Q通常由非酸性单体制备。如果基团Q由单体的混合物制备,则单体的至少90重量%、至少95重量%、至少97重量%、至少98重量%或至少99重量%不具有酸性基团(即,单体不含酸性基团)例如羧基。在一些实施例中,第一单体组合物中的所有单体均不含酸性基团。如果用于形成聚合物基团Q的酸性单体的含量过高,则可能很难制得式(I)的具有单个氮丙啶基基团的化合物。
一些特定的基团Q由(甲基)丙烯酸酯例如聚(甲基丙烯酸苄酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸苯氧乙酯)和无规或嵌段聚(丙烯酸异冰片酯-co-甲基丙烯酸苄酯)制备。
用于形成聚合物基团Q的其他合适的烯键式不饱和单体为(甲基)丙烯酰胺、烷基丙烯酰胺(例如叔丁基丙烯酰胺)、单烷基氨烷基丙烯酰胺(例如甲基氨乙基丙烯酰胺)、二烷基氨烷基丙烯酰胺(例如二甲基氨乙基丙烯酰胺)等等。
可用于形成聚合物基团Q的还有一些合适的烯键式不饱和单体为各种乙烯基单体,例如乙烯基醚单体、乙烯基芳基单体、乙烯基杂环单体、乙烯基酯单体等等。合适的乙烯基醚单体包括(例如)乙烯基甲醚。合适的乙烯基芳基单体包括(但不限于)苯乙烯、α-甲基苯乙烯、烷基取代的苯乙烯(如,乙烯基甲苯、二甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、异丙基苯乙烯和叔丁基苯乙烯)等等。这些乙烯基芳基单体中的任一者均任选被一个或多个选自氨基、羟基、烷氧基、卤素等的基团所取代。合适的乙烯基杂环单体包括(但不限于)2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶和N-乙烯基己内酰胺。合适的乙烯基酯包括(但不限于)乙酸乙烯酯和丙酸乙烯酯。诸如乙烯基芳基单体、乙烯基杂环单体和一些乙烯基酯单体的单体在形成均聚物基团时,其玻璃化转变温度往往为至少20℃、至少30℃、至少40℃或至少50℃。
一些特定聚合物基团Q由乙烯基单体(诸如乙烯基芳基单体、乙烯基杂环单体或它们的组合)制备。这些Q基团可以为均聚物、无规共聚物或嵌段共聚物。所述嵌段共聚物可具有两个或更多个嵌段。一些嵌段共聚物具有聚(乙烯基芳基单体)的第一嵌段和聚(乙烯基杂环单体)的第二嵌段。一些特定聚合物的例子为聚(苯乙烯)、无规聚(苯乙烯-co-乙烯基吡啶)和双嵌段聚(苯乙烯-co-乙烯基吡啶)。
聚合物基团Q可具有任何合适的分子量。在多个实施例中,重均分子量(Mw)大于5,000克/摩尔(即,5,000道尔顿)。例如,该重均分子量可大于7,500克/摩尔、大于10,000克/摩尔、大于12,000克/摩尔、大于15,000克/摩尔或大于20,000克/摩尔。该重均分子量通常最多至150,000克/摩尔、最多至120,000克/摩尔、最多至100,000克/摩尔、最多至80,000克/摩尔、最多至60,000克/摩尔或最多至40,000克/摩尔。如果分子量过大,则得到的式(I)的化合物可能具有按第一化合物的重量计低得难以接受的氮丙啶基基团浓度。也就是说,氮丙啶基基团所占化合物的重量%与聚合物基团所占第一化合物的重量%相比可能低得难以接受。
尽管聚合物基团Q可通过阴离子聚合或自由基聚合形成,但通常采用自由基聚合技术。聚合反应通常在存在引发剂的情况下发生。尽管可以使用任何已知的引发剂,但引发剂通常为偶氮化合物。合适的偶氮化合物包括(但不限于)可以商品名VAZO 64购自特拉华州威尔明顿杜邦公司(DuPont(Wilmington,DE))的2,2'-偶氮双(异丁腈)、可以商品名VAZO 67购自杜邦公司的2,2’-偶氮双(2-甲基丁腈),可以商品名VAZO 52购自杜邦公司的2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈),以及4,4’-偶氮双(4-氰戊酸)。使用包含羧基的引发剂例如4,4’-偶氮双(4-氰戊酸)通常是优选的,因为此类引发剂往往会增大在制备式(I)的化合物时涉及的聚合物中间体(Q-(CO)-OH)具有羧基的可能性。引发剂的通常添加量按单体组合物中单体的重量计在0.01至5重量%的范围内、在0.05至3重量%的范围内、在0.05至2重量%的范围内、在0.05至1重量%的范围内、或在0.1至1重量%的范围内。可使用引发剂的量来控制聚合物基团Q的重均分子量。当使用较多量的引发剂时,形成更多的聚合物链。这导致形成重均分子量较低的聚合物链。反之,使用较少量的引发剂形成较少的重均分子量较高的聚合物链。
用于形成聚合物基团Q的单体组合物还可包含链转移剂以控制分子量。可用的链转移剂的例子包括(但不限于)四溴化碳、醇类、硫醇以及它们的混合物。使用含羧基的链转移剂例如3-巯基丙酸通常是优选的。这些含羧基的链转移剂往往会增加在制备式(I)的化合物时涉及的聚合物中间体具有羧基的可能性。
链转移剂可与大多数烯键式不饱和单体一起使用。当使用链转移剂时,聚合物材料的一端通常为源自引发剂的基团,而另一端可以是源自链转移剂的基团。可以选择引发剂或链转移剂中的至少一者以提供酸性官能团(如,羧基)。同时使用包含酸性官能团的引发剂和链转移剂往往会增加大多数聚合物链含有酸性官能团的可能性。
代替使用链转移剂,单体组合物可包含硝基氧中介试剂,例如可从马萨诸塞州沃德希尔阿法埃莎公司(Alfa Aesar(Ward Hill,MA))商购获得的2,2,6,6-四甲基-1-哌啶氮氧自由基(TEMPO)、可从阿法埃莎公司商购获得的1,1,3,3-四乙基-2,3-二氢-1H-异吲哚啉-2-基氧基、二叔丁基硝基氧或4-氧-TEMPO。聚合反应被认为是“动态的”或“受控的”,其可以根据需要被引发和终止。控制机制依靠硝基氧中介试剂与活性(即,正在延长的)聚合物链上的自由基发生可逆连接以形成烷氧基胺键。硝基氧中介试剂的添加使得聚合物链变为非活性的,并且不能进一步延长。然而,在某些温度下,烷氧基胺键可以断开,从而使聚合物链恢复活性并继续增长。因此,活性和非活性聚合物链之间的平衡可通过选择用于聚合反应的温度范围来进行控制。所述温度范围通常在100℃至160℃的范围内。所得的聚合物材料往往具有相对较窄的分子量分布。
硝基氧中介试剂通常用于单体(例如苯乙烯)的聚合反应中。当使用硝基氧化合物时,聚合物材料的一端通常为源自引发剂的基团,另一端可以为硝基氧化合物。通常选择这些基团中的至少一种来提供酸官能团(如,羧基)。例如,如果引发剂为4,4’-偶氮双(4-氰戊酸)并且使用了硝基氧中介试剂TEMPO,则聚合物的一端通常为基团-NH-C(CN)(CH3)-CH2-CH2-COOH。在该例子中,羧基由引发剂提供。
在一些情况下,硝基氧中介试剂和引发物质可由一种化合物获得。例如,一些烷氧基胺化合物可在特定温度下分解产生引发自由基和硝基氧自由基两者。此类引发剂在由Messerschmidt等人所著的论文(Macromolecules,41(2008)(《大分子》,第41卷,2008年))中有所描述。来自分解的烷氧基胺的引发物质还可具有羧基,从而使在聚合物链的一端生成的聚合物基团具有羧基。链的另一端由分解的烷氧基胺化合物的硝基氧部分封端。在Leenen等人所著的论文(e-Polymers,number 71(2005)(《电子聚合物》,第71号,2005年))和Dufils等人所著的论文(Polymer,48(2007)(《聚合物》,第48卷,2007年))中描述的一种此类化合物为2-甲基-2-(N-叔丁基-N-(1’二乙基膦酰基-2,2’-二甲基丙基)氨基氧基)丙酸。
如本文所用,术语“多分散性”或“多分散性指数”为分子量分布的量度,是指聚合物的重均分子量(Mw)除以聚合物的数均分子量(Mn)。分子量全部相同的聚合物材料的多分散性为1.0,而具有不止一种分子量的聚合物材料的多分散性大于1.0。多分散性可(例如)使用凝胶渗透色谱法进行测定。多分散性指数通常小于10.0、小于5.0、小于2.0、小于1.5、小于1.4、小于1.3、小于1.2或小于1.1。当使用硝基氧中介试剂时,多分散性指数通常在1.0至1.4的范围内、在1.0至1.3的范围内、或在1.0至1.2的范围内。如果使用非动态聚合方法,例如当使用传统的链转移剂代替硝基氧中介试剂时,多分散性指数通常在1.5至10.0的范围内、在1.5至6.0的范围内、在1.5至4的范围内、在1.5至2.0的范围内、在1.5至2.0的范围内、或在1.6至2.0的范围内。
式(I)的化合物可如反应方案A所示形成。
反应方案A
在反应方案A中,式(III)的化合物为羧基封端的聚合物。基团Q为聚合物基团,其包括含有至少一种烯键式不饱和单体的第一单体组合物的聚合产物。基团Q通常通过自由基聚合方法或阴离子聚合方法制备。式(IV)的化合物为双氮丙啶化合物。式(III)中的聚合物基团Q和式(IV)中的基团R1和R2与上述式(I)中的定义相同。
式(III)的化合物通常仅具有一个羧基。也就是说,聚合物基团Q通常不包含羧基或仅包含少量的羧基。聚合物基团Q中的多个羧基往往会导致当与式(IV)的双氮丙啶化合物反应时形成化学交联。然而,如果羧基的浓度足够低,那么这些基团与双氮丙啶化合物反应的可能性能够降至最低。也就是说,可以在基团Q中使用低含量的羧基。
反应方案A通常使用比式(III)的化合物中的酸性基团摩尔过量的式(IV)的双氮丙啶化合物中的氮丙啶基基团。氮丙啶基基团的摩尔数通常为酸性基团摩尔数的至少2倍、至少2.5倍、至少3倍、至少3.5倍或至少4倍。该过量易于最大限度地减少双氮丙啶化合物中的氮丙啶基基团与式(III)的羧基封端的聚合物的反应。所述反应导致氮丙啶环中的一个环打开而非两个环均打开。式(I)的所需产物具有尚未通过与式(III)的羧基封端聚合物反应而开环的氮丙啶基基团。
反应方案A通常可以在室温下、在存在可与式(III)的聚合物和式(IV)的双氮丙啶化合物混溶的溶剂的情况下进行。用于制备式(I)化合物的合适溶剂包括(但不限于)甲苯、二甲苯、乙酸乙酯和甲基乙基酮。然后通过添加大量不与所得的式(I)的氮丙啶基封端的聚合物混溶的溶剂使该氮丙啶基封端的聚合物沉淀下来。所述溶剂的体积通常为产物溶液体积的至少5倍、至少6倍、至少8倍或至少10倍。用于将产物(即,式(I)的化合物)沉淀下来的合适溶剂包括(但不限于)甲醇。然后对沉淀的聚合物材料进行过滤和干燥。收率百分比通常高于85%、高于90%、高于92%或高于95%。
反应方案A提供了灵活的制备式(I)化合物的方法。更具体地讲,采用自由基聚合反应形成含羧基的中间化合物Q-(CO)OH使得在选择用于形成聚合物基团Q的单体时具有很大灵活性。
一旦形成式(I)的第一化合物,其就可与具有酸性基团的第二化合物发生反应。此类反应导致接合基团的形成,所述接合基团将第一聚合物基团Q接枝到第二化合物上。所述接合基团由式(I)的第一化合物的氮丙啶基基团与第二化合物上的酸性基团的反应形成。
反应方案B是一个此类反应的实例。在该反应方案中,式(I)的化合物与含有羧基的化合物G-(CO)OH反应生成式(VI)的接枝化合物。在该反应方案中,第二化合物上的酸性基团为羧基。式(V)和(VI)中的基团G可以是任何合适的有机基团,并通常为聚合物基团。
反应方案B
尽管为了便于解释将该反应方案中的式(V)的含羧基化合物G-(CO)OH示出为仅具有一个羧基,但该化合物可以具有任何合适数目的羧基。也就是说,最终产物可以包含多个式-(CO)OC(R1)2C(R1)2NH-R2-NH-C(R1)2C(R1)2-O(CO)-Q的基团。如果第二化合物具有多个羧基,则这些羧基的全部或任何一部分可以与式(I)的化合物发生反应。
在一些实施例中,第二化合物为具有至少一个酸性基团的聚合物材料(即,第二聚合物材料)。第二化合物通常具有多个酸性基团。反应产物为接枝共聚物,其中第二化合物作为该接枝共聚物的主链,而来自第一化合物的聚合物基团作为侧基。如果酸性基团为羧基,则接枝共聚物可以具有一个或多个式–(CO)OC(R1)2C(R1)2NH-R2-NH-C(R1)2C(R1)2-O(CO)-Q的基团,其中R1、R2和Q的定义与上文相同。
任何具有至少一个酸性基团的聚合物材料都可用作第二聚合物材料。第二聚合物材料优选地具有多个酸性基团。一些合适的第二聚合物材料通过包含酸性单体的第二单体组合物的聚合反应而形成。合适的酸性单体通常具有烯键式不饱和基团加上酸性基团或酸性基团的盐。所述酸性单体可以是(例如)烯键式不饱和羧酸(即,酸性基团为–COOH基团)、烯键式不饱和膦酸(即,酸性基团为–PO3H2基团)、烯键式不饱和磺酸(即,酸性基团为–SO3H基团)或它们的盐。可以使用多种酸性单体。如果使用多种酸性单体,则这些单体可以具有相同或不同的酸性基团。
酸性单体的例子包括(但不限于)(甲基)丙烯酸、衣康酸、富马酸、巴豆酸、柠康酸、马来酸、油酸、β-羧乙基丙烯酸酯、2-丙烯酰胺乙烷磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、2-甲基丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、2-磺乙基甲基丙烯酸酯、苯乙烯磺酸、乙烯基磺酸、乙烯基膦酸等等。如果酸性单体以盐的形式存在,则盐的阳离子可以为碱金属离子(例如钠、钾或锂离子)、碱土金属离子(例如钙、镁或锶离子)、铵离子、被一个或多个烷基取代的铵离子、被一个或多个芳基取代的铵离子、或被一个或多个芳基和一个或多个烷基取代的铵离子。在多个实施例中,酸性单体为烯键式不饱和羧酸(即,酸基为羧基)。
在一些实例中,第二聚合物材料为酸性单体的均聚物。例如,第二聚合物材料可以为聚((甲基)丙烯酸)。在另外一些实例中,第二聚合物材料为由包含酸性单体加上至少一个其他烯键式不饱和单体的第二单体组合物形成的共聚物。上述作为用于形成式(I)中的聚合物基团Q的合适单体的任何烯键式不饱和单体均可用于第二单体组合物中。
一些更为特定的第二聚合物材料可以(例如)由包含(a)(甲基)丙烯酸和(b)至少一种(甲基)丙烯酸酯(即(甲基)丙烯酸酯类)的第二单体组合物形成。(甲基)丙烯酸酯单体为(甲基)丙烯酸与非叔醇的反应产物。非叔醇通常具有1至20个碳原子、1至18个碳原子、3至18个碳原子、1至14个碳原子、1至12个碳原子、2至12个碳原子、3至12个碳原子、或4至12个碳原子。该醇通常为脂肪醇而非芳香醇,其可以用式R11OH表示,其中R11为烷基(包括直链烷基、环烷基或双环烷基)、烯基、芳基或芳烷基。合适的非叔醇的例子包括(但不限于)甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基-1-丁醇、1-己醇、2-己醇、环己醇、2-甲基-1-戊醇、3-甲基-1-戊醇、4-甲基-2-戊醇、2-乙基-1-丁醇、3,5,5-三甲基-1-己醇、3-庚醇、1-辛醇、2-辛醇、异辛醇、2-乙基-1-己醇、2-甲基-1-己醇、1-壬醇、2-壬醇、1-癸醇、2-癸醇、1-十二烷醇、1-十三烷醇、2-十三烷醇、1-十四烷醇、1-十八烷醇、2-十八烷醇、香茅醇、二氢香茅醇、2-丙基庚醇、异冰片、苯基甲醇、苯氧基乙醇等等。
(甲基)丙烯酸酯通常选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸壬酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸苄酯以及它们的混合物。
其他任选的共聚单体也可存在于第二单体组合物中。这些任选的共聚单体包括(但不限于)(甲基)丙烯酰胺、N,N-二烷基(甲基)丙烯酰胺(如,N,N-二甲基丙烯酰胺和N,N-二乙基丙烯酰胺)、(甲基)丙烯酸N,N-二烷基氨基烷基酯(如,(甲基)丙烯酸N,N’-二甲基氨乙基酯)、(甲基)丙烯腈、乙酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、(甲基)丙烯酸氰基烷基酯(如,丙烯酸氰基乙基酯)和(甲基)丙烯酸羟烷基酯(如,甲基丙烯酸羟乙基酯)。还有其他合适的共聚单体包括聚(环氧烷)丙烯酸酯,例如聚乙二醇丙烯酸酯、乙氧基乙基丙烯酸酯和乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯。
第二单体组合物通常包含1至30重量%的(甲基)丙烯酸和70至99重量%的(甲基)丙烯酸酯。所述重量百分比根据用于制备第二聚合物材料的第二单体组合物中的单体总重量进行计算。具有该组成的聚合物材料往往为玻璃化转变温度低于20℃、低于10℃、低于0℃、低于-10℃或低于-20℃的弹性体材料。此类聚合物材料可以用于多种粘合剂组合物(例如压敏粘合剂组合物)中。如果含有较高含量的(甲基)丙烯酸,则第二聚合物材料的玻璃化转变温度和硬度可能会变得不期望地高。然而,如果(甲基)丙烯酸的含量过低,则第二聚合物材料与第一化合物发生反应的可能性降低、或在得到的接枝共聚物中存在的接枝位点很少。如果存在的接枝位点过少,则接枝聚合物和含有该接枝共聚物的任何粘合剂的粘合强度可能变得让人无法接受地低。
在一些实例中,第二单体组合物包含按所述第二单体组合物中单体的总重量计1至25重量%的(甲基)丙烯酸和75至99重量%的(甲基)丙烯酸酯、1至20重量%的(甲基)丙烯酸和80至99重量%的(甲基)丙烯酸酯、1至15重量%的(甲基)丙烯酸和85至99重量%的(甲基)丙烯酸酯、1至10重量%的(甲基)丙烯酸和90至99重量%的(甲基)丙烯酸酯、或5至15重量%的(甲基)丙烯酸和85至95重量%的(甲基)丙烯酸酯。
除单体以外,第二单体组合物通常还包含用于各种单体的自由基聚合的引发剂。聚合引发剂可为热引发剂、光引发剂或这两者。可使用已知用于自由基聚合反应的任何合适的热引发剂或光引发剂。引发剂的存在量通常基于第二单体组合物中单体的总重量计在0.01重量%至5重量%的范围内、在0.01重量%至2重量%的范围内、在0.01重量%至1重量%的范围内,或在0.01重量%至0.5重量%的范围内。
在一些实施例中,使用热引发剂。热引发剂通常为过氧化物、偶氮化合物、过硫酸盐或氧化还原(还原-氧化)体系。合适的过氧化物包括(但不限于)过氧化苯甲酰、过氧化环己烷、过氧化癸酰、过氧化二枯基、过氧化二(十六烷基)二碳酸酯和月桂基过氧化物。合适的偶氮化合物包括(但不限于)可以商品名VAZO 67购自特拉华州威尔明顿杜邦公司的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)、可以作为VAZO 64商购自杜邦公司的2,2’-偶氮双(异丁腈),和可以作为VAZO 52商购自杜邦公司的2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)。合适的过硫酸盐包括(但不限于)过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵。合适的氧化还原体系包括(但不限于)过硫酸盐与还原剂(例如焦亚硫酸钠或亚硫酸氢钠)的组合、过氧化物与叔胺(例如二甲基苯胺)的组合、或氢过氧化物(如异丙基苯氢过氧化物)与过渡金属(如环烷酸钴)的组合。
在一些实施例中,使用光引发剂。一些示例性光引发剂为安息香醚(例如安息香甲醚或安息香异丙醚)和取代的安息香醚(例如茴香偶姻甲醚)。其他示例性的光引发剂为取代的苯乙酮,例如2,2-二乙氧基苯乙酮或2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(可以商品名IRGACURE 651购自纽约州塔里敦汽巴公司(Ciba Corp.(Tarrytown,NY))或以商品名ESACURE KB-1购自宾夕法尼亚州埃克斯顿沙多玛公司(Sartomer(Exton,PA))。还有其他示例性的光引发剂为取代的α-酮醇(例如2-甲基-2-羟基苯丙酮)、芳族磺酰氯(例如2-萘磺酰氯),以及光活性肟(例如1-苯基-1,2-丙二酮-2-(O-乙氧基羰基)肟)。
第二单体组合物通常还包含链转移剂以通过调控自由基聚合反应来控制第二聚合物材料的分子量。合适的链转移剂包括(但不限于)卤代烃(如四溴化碳)、含硫化合物诸如硫醇(如月桂基硫醇、丁硫醇、乙硫醇、巯基乙酸异辛酯(IOTG)、巯基乙酸2-乙基己酯、巯基丙酸2-乙基己酯、2-巯基咪唑和巯基乙醚)。某些有机溶剂也可用作链转移剂,例如乙醇、异丙醇和乙酸乙酯。
第二单体组合物中所含的链转移剂的量取决于所需的分子量和使用的具体链转移剂。例如,与含硫化合物相比,有机溶剂通常活性较低,并需要大量存在。链转移剂通常以按第二单体组合物中单体的总重量计在0.001至10重量%范围内的量存在。按第二单体组合物中单体的总重量计,该量通常在0.01至5重量%、0.01至2重量%、0.01至1重量%、或0.01至0.5重量%的范围内。
第二聚合物材料可使用任何合适的方法或过程(如,美国专利No.5,986,011(Ellis))由第二单体组合物制备。在多个实施例中,采用不使用惰性有机溶剂的方法或仅使用少量惰性有机溶剂(如,按第二单体组合物的总重量计少于5重量%、少于3重量%、少于2重量%、少于1重量%或少于0.5重量%)的方法。如果单体和所得的共聚物材料彼此可混溶,则可使用此类方法。然而,在一些实施例中,使用较大量的惰性有机溶剂来获得反应物与产物的可混溶性。当第二单体组合物中含有惰性有机溶剂时,所述惰性有机溶剂通常以按第二单体组合物的总重量计不大于20重量%、不大于15重量%或不大于10重量%的量存在。
在用于形成第二聚合物材料的一些方法中,第二单体组合物在聚合之前可设置在片材上、设置在两块片材之间或至少部分地被包装材料包围。所述片材或包装材料通常根据用于制备第二聚合物材料的特定聚合方法进行选择。可使用柔性热塑性聚合物,例如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、聚丙烯、聚乙烯、聚丁二烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或离子性聚合物。
在一些实施例中,第二单体组合物在包装材料(例如美国专利No.5,804,610(Hamer等人)中所述的密封小袋)中进行聚合。使用的包装材料的量按包装材料和第二单体组合物的总重量计通常在约0.5重量%至约20重量%的范围内。例如,包装材料可以在1至20重量%、1至15重量%、2至15重量%、1至10重量%、2至10重量%、1至5重量%、或2至5重量%的范围内。包装材料的厚度通常在0.01毫米至0.25毫米的范围内、在0.01毫米至0.20毫米的范围内、在0.01毫米至0.10毫米的范围内、或在0.03毫米至0.10毫米的范围内。所述小袋可具有任何合适的尺寸,但通常将尺寸选择为可容纳0.1至500克、1至500克、1至200克、1至100克、2至100克、5至100克、或5至50克的第二单体组合物。
如果使用热聚合方法,则合适的片材或包装材料的熔融温度通常高于第二单体组合物的聚合温度。所述片材或包装材料的熔点通常为至少90℃、至少100℃或至少120℃。所述熔点通常低于200℃、低于175℃或低于150℃。聚合温度取决于热引发剂的活化温度。例如,使用2,2’-偶氮双(异丁腈)的反应可在约80℃下进行,而使用2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)的反应可在约70℃下进行。
在一些热聚合方法中,将装有第二单体组合物的包装材料浸入热交换介质中保持足以使单体聚合的一段时间。所述热交换介质可以为(例如)水、全氟液体、甘油或丙二醇。或者,可通过将包装起来的第二单体组合物放置在加热的金属台板、加热的金属辊或微波能附近以提供热聚合所必需的热。
如果使用光聚合方法,则合适的片材或包装材料通常使得足够的光化辐射(如,紫外线辐射)能够穿过片材或包装材料到达第二单体组合物。通常选择发射光谱的至少60%或至少70%在280至400纳米范围内并且强度介于约0.1至25mW/cm2之间的紫外光。
在一些光聚合过程中,可通过将装有第二单体组合物的密封小袋浸入水浴或其他传热流体中来控制温度。例如,可将包装起来的第二单体组合物浸入温度被控制在高达90℃的水浴中,但通常将其控制为温度不高于50℃。所述温度通常被控制在5至50℃、5至40℃、或5至30℃的范围内。
尽管可制备任何所需分子量的第二聚合物材料并将其用于反应方案B中,但其重均分子量通常为至少50,000克/摩尔、至少100,000克/摩尔、至少200,000克/摩尔或至少500,000克/摩尔。在一些实施例中,该重均分子量可高达3,000,000克/摩尔、高达2,000,000克/摩尔或高达1,000,000克/摩尔。当第二聚合物材料的分子量增大时,将所述第二聚合物材料与第一化合物混合可能变得更加困难。
如果第二聚合物材料为弹性体材料,则其重均分子量通常在200,000至2,000,000克/摩尔的范围内、在200,000至1,000,000克/摩尔的范围内、在500,000至2,000,000克/摩尔的范围内、或在500,000至1,000,000克/摩尔的范围内。如果该分子量过高,则弹性体材料的流动性较差,并且由所得的接枝共聚物制备涂层可能很困难。然而,如果该分子量过低,则粘合强度可能不合意地低。
要制备接枝共聚物,可将具有至少一个酸性基团(优选多个酸性基团的)的第二聚合物材料与具有单个氮丙啶基基团和第一聚合物基团两者的第一化合物反应。在第二化合物上的酸性基团为羧基的情况下,反应导致形成具有至少一个式-(CO)OC(R1)2C(R1)2NH-R2-NH-C(R1)2C(R1)2-O(CO)-Q的侧基(优选多个酸性基团)的接枝共聚物,其中R1、R2和Q与上述所定义的一致。
如果第二聚合物材料是由包含(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的第二单体组合物形成的共聚物,则所得的接枝共聚物通常具有带侧基的烃主链,该侧基包括-(CO)OR11基团和-(CO)OC(R1)2C(R1)2NH-R2-NH-C(R1)2C(R1)2-O(CO)-Q基团。基团R1、R2、R11和Q与此前所定义的一致。基团-(CO)OR11来自第二单体混合物中所含的(甲基)丙烯酸酯。侧基-(CO)OC(R1)2C(R1)2NH-R2-NH-C(R1)2C(R1)2-O(CO)-Q是第二聚合物材料上的羧基与第二化合物上的氮丙啶基基团反应的结果。如果存在未反应的来自用于形成第二聚合物材料的(甲基)丙烯酸的–(CO)OH基团,则这些基团也可能存在于接枝共聚物中。
在接枝共聚物的一些实施例中,第二聚合物材料为由含有(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的第二单体组合物形成的弹性体材料,而所选的第一化合物具有不可与第二聚合物材料混溶的第一聚合物基团Q。即,第一聚合物基团Q与第二聚合物材料实现相分离。该相分离导致形成第一聚合物基团的分离域,该分离域充当接枝共聚物的物理交联。可将接枝共聚物用作粘合剂(例如压敏粘合剂)。粘合剂的粘合强度往往随着在接枝化合物中引入更多的接枝基团(即,通过引入更多的–(CO)OC(R1)2C(R1)2NH-R2-NH-C(R1)2C(R1)2-O(CO)-Q侧基)而增大。
物理交联通常依靠在聚合物链内自然形成或诱发形成缠绕,并往往会增大粘合剂组合物(例如压敏粘合剂组合物)的粘合强度。通常需要物理交联,这是因为压敏粘合剂可在相对较高的温度下以熔融态进行加工,然而在较低温度下可呈现交联形式。即,压敏粘合剂可被用作热熔粘合剂。相比之下,化学交联的压敏粘合剂通常不能被加工为热熔粘合剂。因为热熔融加工可使惰性有机溶剂的用量降至最低或零,故其通常被认为是期望的。使惰性有机溶剂的用量降至最低或零从环境和经济的角度来看可能都是期望的。
要与为弹性体的第二聚合物材料实现相分离并形成物理交联,那么通常将第一化合物选择为在环境温度下不与第二化合物混溶。当第一化合物的玻璃化转变温度高于或等于至少20℃时,物理交联得到强化。要形成此类第一化合物,则通常将用于形成聚合物基团Q的单体选择为具有当聚合为均聚物时等于至少20℃的玻璃化转变温度。合适的单体可以为(甲基)丙烯酸酯或各种乙烯基单体,例如乙烯基醚单体、乙烯基芳基单体、乙烯基杂环单体、乙烯基酯单体等等。
用于形成聚合物基团Q的具体单体包括(但不限于)甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸环己酯、丙烯酸苯氧乙基酯、甲基丙烯酸苯氧乙基酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸壬基苯酚酯、丙烯酸十六烷基酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯基酯、丙烯酸异冰片基环己酯、甲基丙烯酸四氢呋喃甲酯、甲基丙烯酸三氟乙基酯、甲基丙烯酸1-金刚烷基酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯基氧基乙基酯、(甲基)丙烯酸二环戊酯和(甲基)丙烯酸3,3,5-三甲基环己基酯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、烷基取代的苯乙烯(如乙烯基甲苯、二甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、异丙苯乙烯、叔丁基苯乙烯)、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、N-乙烯基己内酰胺、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯或它们的混合物。
除玻璃化转变温度以外,第一化合物的分子量(如聚合物基团Q的分子量)可影响接枝共聚物是将发生相分离还是发生物理交联。如果第一化合物中的聚合物基团Q的重均分子量为至少5000克/摩尔,则更可能发生相分离。也就是说,选择的第一化合物的重均分子量大于5000克/摩尔。基团Q的重均分子量通常大于7,500克/摩尔、大于10,000克/摩尔、大于12,000克/摩尔、大于15,000克/摩尔或大于20,000克/摩尔。压敏粘合剂的粘合强度往往随着聚合物基团Q的重均分子量增大而增加。
然而,如果聚合物基团Q的较高分子量变得过大,则通过与第二聚合物材料反应以重量为基础形成的侧基的数量可能会减少。即,随着聚合物基团Q的重量增大,要形成式-(CO)OC(R1)2C(R1)2NH-R2-NH-C(R1)2C(R1)2-O(CO)-Q的多个侧基(以重量为基础)可能变得更加困难。聚合物基团Q的重均分子量通常最多至150,000克/摩尔。例如,该重均分子量可最多至120,000克/摩尔、最多至100,000克/摩尔、最多至80,000克/摩尔、最多至60,000克/摩尔、或最多至40,000克/摩尔。
一些特定的接枝共聚物由第二弹性体聚合物材料与不可与所述第二聚合物材料混溶的第一化合物形成。第一化合物具有聚合物基团Q,该聚合物基团Q为均聚物例如聚(乙烯基芳基单体)(如聚(苯乙烯))、具有聚(乙烯基芳基单体)的第一嵌段和聚(乙烯基杂环单体)的第二嵌段的嵌段共聚物(如二嵌段聚(苯乙烯-co-乙烯基吡啶)),或聚(乙烯基芳基单体)与聚(乙烯基杂环单体)的无规共聚物(如,无规聚(苯乙烯-co-乙烯基吡啶))。第二聚合物材料可为含有(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的第二单体组合物的聚合产物。
要制备接枝共聚物,通常采用热熔融处理使第二聚合物材料与第一化合物发生反应。制备出第二聚合物材料,然后将其与第一化合物混合。任何合适的热熔融方法都可用于混合第一化合物与第二化合物。在一些方法中,第二聚合物材料位于包装材料(如,第二聚合物材料可在包装材料内进行制备)例如小袋内,该包装材料与第一化合物在混合设备(例如可从新泽西州哈肯萨克C.W.布拉本德公司(C.W.Brabender(Hackensack,NJ))商购获得的那些)或挤出机内进行混合。所述混合设备可砸开包围第二聚合物材料的包装材料和/或将该包装材料熔融。
可使用任何足以形成接枝共聚物并任选熔融包装材料的合适的反应时间和温度。例如,第一化合物可与第二聚合物材料在等于至少100℃、至少110℃或至少120℃的温度下混合至少1分钟、至少2分钟、至少5分钟、至少10分钟或至少20分钟。通常将温度和时间选择为使得包装材料熔融。选择包装材料的量和包装材料的类型,使得接枝化合物的所需性质不受包装材料的不利影响。
通常将接枝化合物用作粘合剂。就其本身而论,接枝化合物通常是发粘的,并且可用作压敏粘合剂。然而,如果需要更高的粘着性,就需要将额外的增粘剂与接枝化合物混合。可使用通常包含于压敏粘合剂组合物中的任何增粘剂。固体或液体增粘剂均可加入。固体增粘剂通常具有不大于约10,000克/摩尔的数均分子量(Mn)和约70℃以上的软化点。液体增粘剂为软化点为约0℃至约70℃的粘性材料。通常优选固体增粘树脂。
合适的增粘树脂包括松香以及它们的衍生物(例如松香酯);聚萜烯和芳族改性的聚萜烯树脂;苯并呋喃-茚树脂;和烃类树脂,例如α蒎烯基树脂、β蒎烯基树脂、柠檬烯基树脂、脂族烃基树脂、芳族改性的烃基树脂、芳族烃类树脂和二环戊二烯基树脂。如果需要,可将这些增粘树脂氢化以降低它们对压敏粘合剂层的颜色贡献。
通常使用模具将接枝共聚物加上任何熔融的包装材料作为膜或涂层进行递送。该膜或涂层通常设置在基材的一个或两个主表面上。可使用任何合适的基材,例如由含金属材料、聚合物材料、陶瓷材料或玻璃形成的那些。所述基材可为刚性或柔性的、透明或不透明的,并具有任何合适的厚度。如果膜或涂层为压敏粘合剂,则基材可为背衬材料。合适的背衬包括(但不限于)纸张、布(织造布或非织造布)、聚(氯乙烯)、聚氨酯、聚烯烃(如聚乙烯、聚丙烯或它们的共聚物)、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、聚碳酸酯、聚(乙烯醋酸乙烯酯)、聚(乙烯-丙烯酸))、泡沫(如由聚氨酯或聚丙烯酸酯制备的那些)、金属箔等等。
在一些实施例中,接枝共聚物设置在两个基材之间。第一基材可为(例如)适用于压敏粘合剂的背衬,而第二基材可为隔离衬片。可使用任何合适的隔离衬片,例如涂覆有有机硅涂层的背衬(有机硅隔离衬片)、涂覆有聚氟聚醚涂层的背衬或涂覆有聚氟乙烯涂层的背衬。
除了用于粘合剂组合物中,接枝共聚物还可用于对多种其他表面和材料进行化学改性。例如,第二化合物可为任何含羧基的材料,例如具有羧基或用含羧基的材料进行了表面改性的膜、用含羧基的材料进行了表面改性的无机材料、具有羧基或用含羧基的材料进行了表面改性的纤维、具有羧基的超强吸水聚合物等等。可使这些含羧基的材料与式(I)的化合物反应,以提供接触角改变、润湿性改变或与其他材料的相容性改变的材料。例如,可将亲水性表面改变为疏水性表面。
提供了多个项,包括反应混合物、接枝共聚物或制备接枝共聚物的方法。
项1为反应混合物。所述反应混合物包含(a)式(I)的第一化合物
和(b)具有至少一个酸性基团的第二化合物。在式(I)中,每个R1独立地为氢或烷基。基团R2是包括亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合在内的二价基团。基团R2任选还包括氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、-NR3-或它们的组合。基团R3为氢或烷基。基团Q为聚合物基团(即,第一聚合物基团),其为包含至少一种烯键式不饱和单体的第一单体组合物的聚合产物。
项2为项1的反应混合物,其中第二化合物为具有多个酸性基团的聚合物材料(即,第二聚合物材料)。
项3为项1或2的反应混合物,其中第二化合物为具有多个羧基的弹性体材料。
项4为项1至3中任一项的反应混合物,其中第二化合物为包含(a)(甲基)丙烯酸和(b)至少一种(甲基)丙烯酸酯的第二单体组合物的聚合产物。
项5为项1至4中任一项的反应混合物,其中Q的重均分子量大于5000克/摩尔。
项6为项1至5中任一项的反应混合物,其中选择用于形成Q的至少一种烯键式不饱和单体在聚合为均聚物时的玻璃化转变温度等于至少20℃。
项7为项1至6中任一项的反应混合物,其中第一单体组合物包含苯乙烯、α-甲基苯乙烯或烷基取代的苯乙烯。
项8为项1至6中任一项的反应混合物,其中第一单体组合物包含(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺或它们的组合。
项9为项1至6中任一项的反应混合物,其中基团Q为无规共聚物,并且第一单体组合物包含乙烯基芳基单体和乙烯基杂环单体。
项10为项1至6中任一项的反应混合物,其中基团Q为嵌段共聚物,并且第一单体组合物包含聚(乙烯基芳基单体)的第一嵌段与聚(乙烯基杂环单体)的第二嵌段。
项11为接枝共聚物。所述接枝共聚物为包含(1)式(I)的第一化合物
和(2)为具有至少一个酸性基团的聚合物材料的第二化合物的反应混合物的产物。在式(I)中,每个R1独立地为氢或烷基。基团R2是包括亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合在内的二价基团。基团R2任选还包括氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、-NR3-或它们的组合。基团R3为氢或烷基。基团Q为聚合物基团(即,第一聚合物基团),其为包含至少一种烯键式不饱和单体的第一单体组合物的聚合产物。
项12为项11的接枝共聚物,其中第二化合物为弹性体材料,该弹性体材料由包含(a)(甲基)丙烯酸和(b)至少一种(甲基)丙烯酸酯的第二单体组合物制备。
项13为项11或12的接枝共聚物,其中基团Q的重均分子量大于5000克/摩尔。
项14为项11至13中任一项的接枝共聚物,其中选择用于形成基团Q的至少一种烯键式不饱和单体在聚合为均聚物时的玻璃化转变温度等于至少20℃。
项15为制备接枝共聚物的方法。该方法包括形成包含(1)式(I)的第一化合物
和(2)为具有至少一个酸性基团的聚合物材料的第二化合物的反应混合物。在式(I)中,每个R1独立地为氢或烷基。基团R2是包括亚烷基、杂亚烷基、亚芳基、杂亚芳基或它们的组合在内的二价基团。基团R2任选还包括氧基、羰基、羰氧基、羰基亚氨基、-NR3-或它们的组合。基团R3为氢或烷基。基团Q为聚合物基团(即,第一聚合物基团),其为包含至少一种烯键式不饱和单体的第一单体组合物的聚合产物。所述方法还包括使第一化合物的氮丙啶基基团与第二化合物的至少一个酸性基团反应以形成接枝共聚物。
项16为项15的方法,其中反应混合物包含按反应混合物的总重量计为0至小于5重量%的惰性有机溶剂。
项17为项15或16的方法,其中第二聚合物材料为弹性体材料,该弹性体材料由包含(a)(甲基)丙烯酸和(b)至少一种(甲基)丙烯酸酯的第二单体组合物制备。
项18为项15至17中任一项的方法,其中基团Q的重均分子量大于5000克/摩尔。
项19为项15至18中任一项的方法,其中选择用于形成基团Q的至少一种烯键式不饱和单体在聚合为均聚物时的玻璃化转变温度等于至少20℃。
项20为项15至19中任一项的方法,其中所述方法为热熔融处理。
项21为项15至20中任一项的方法,其中反应混合物包含按反应混合物的总重量计为0至5重量%的惰性有机溶剂。
实例
除非另外指明,否则所有百分比均按重量计。
除非另有说明,否则下列实例中所用的材料均购自马萨诸塞州沃德希尔阿法埃莎公司或密苏里州圣路易斯西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Company(St.Louis,MO))。
通过使单体缓慢流经填充有购自马萨诸塞州沃德希尔阿法埃莎公司的抑制剂移除树脂(CAS号9003-70-7)的柱子而从单体中移除抑制剂。采用这种方式处理过的单体被称为“处理过的单体”。
测试方法:分子量分布
使用常规的凝胶渗透色谱法(GPC)对化合物的分子量分布进行表征。GPC仪器购自马萨诸塞州米尔福德沃特世公司(Waters Corporation(Milford,MA)),其包括高压液相色谱泵、自动进样器、UV检测器和折射率检测器。该色谱仪装配有两根得自加利福尼亚州帕罗奥图瓦里安公司(Varian Inc.(Palo Alto,CA))的5微米PLgel MIXED-D色谱柱。
聚合物溶液样品的制备方式为:将聚合物或干燥的聚合物样品以0.5%(重量/体积)的浓度溶于四氢呋喃中,然后将溶液过滤通过得自宾夕法尼亚州西彻斯特VWR国际有限公司(VWR International(WestChester,PA))的0.2微米聚四氟乙烯过滤器。
将所得到的样品注入GPC,并以每分钟1毫升的速率通过维持在35℃的色谱柱洗脱。该系统使用聚苯乙烯标准品、采用线性最小二乘法拟合分析建立校准曲线而进行了校准。根据该标准品校准曲线计算每个样品的重均分子量(Mw)和多分散性指数(用重均分子量除以数均分子量)。
剪切强度
粘合剂材料的剪切强度直接涉及该样品的内部强度或内聚性,并且通常通过从粘合剂带固定其上的标准平坦表面拉引粘合剂带所需要的力的量进行量化。特别地,测量就在平行于不锈钢测试面板的恒定载荷或静载荷的应力下,从测试面板拉引规定面积的粘合剂涂布的背衬材料所需的时间而言的剪切强度。
使用粘合剂带进行剪切测试,所述粘合剂带通过使用厚度为约0.05毫米(mm)的粘合剂涂层涂覆聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(PET)而制备。将切割的粘合剂带施用到清洁的不锈钢面板上,使得每个粘合剂带的25.4mm×25.4mm的一部分与面板牢固接触,并且每个粘合剂带的一个末端部分是自由的(即,未附接到面板上)。将具有粘合剂带的面板保持在支架中,使得所述面板与伸展的自由端形成180度角,所述伸展的自由端通过施加一千克的悬挂砝码而经受张力作用。将每个粘合剂带从该测试面板分离所消耗的时间记录为以分钟计的剪切强度。每个样品粘合剂进行两次剪切测试,并将结果进行平均。
剥离粘附力
剥离粘附力是指以特定角度和移除速率测得的从不锈钢测试面板上移除粘合剂带所需的力,其以每粘合剂带宽度的牛顿数(N/dm)表示。对于每次测试,将宽度为大约12.5mm、长度为10至12厘米(cm)的粘合剂带施加到测试面板的清洁表面上。使用硬质橡胶辊来粘附粘合剂带。将粘合剂带的自由端回折,使得移除角度为180度。将所述自由端附接到粘合力测试仪标尺(3M90型滑动/剥离测试仪,得自俄亥俄州斯特朗斯维尔Instrumentors有限公司(Instrumentors,Inc.(Strongsville,OH)))的水平臂上。然后将不锈钢板附接到以受控速率(12"/min)从标尺移开的仪器平台上。在将粘合剂带施用到测试面板之后立刻开始剥离测试,而不允许构建粘附力的诱导时间。在测试过程中,以牛顿计的刻度读数读取为在剥离过程中峰值力和最小力的平均值。每个样品进行三次剥离测试,并进行平均以得到剥离粘附力值。
制备性实例P1和P2(含酸的聚苯乙烯):
制备酸封端(含酸)的聚苯乙烯聚合物P1的方式如下:将100克处理过的苯乙烯单体连同2.34克4,4’-偶氮二(4-氰戊酸)(ABCVA)引发剂、0.85克2,2,6,6-四甲基-1-哌啶氮氧自由基(TEMPO)和磁力搅拌棒一起加入500毫升(mL)烧瓶中。用橡胶隔片将烧瓶密封、混合均匀,并用氮气鼓泡20分钟。然后将烧瓶转移至135℃的油浴中,并在该温度下保持10小时。在反应过程中,最初为红色的单体制剂变为浅黄色。使产物冷却,然后将其缓缓添加到大量过量的冷甲醇中。收集沉淀的聚合物,并将其放入真空烘箱中干燥过夜。根据凝胶渗透色谱法(GPC)分析,重均分子量(Mw)为15,000克/摩尔,同时多分散性为1.08。
另一种酸封端的聚苯乙烯聚合物P2也使用该方法制备,但ABCVA和TEMPO的用量不同,如表1中所示。
表1:P1和P2的制备
用于形成P1和P2的聚合反应在反应方案C中示出。
反应方案C
制备性实例P3和P4(含氮丙啶基的聚苯乙烯):
氮丙啶基封端的(含氮丙啶基的)聚苯乙烯聚合物P3通过含酸的聚合物P1与过量的双官能氮丙啶化合物反应制备。具体而言,将50克酸官能聚合物P1溶解于120克在甲苯中含1,1'-(1,3-苯二甲酰)双(2-甲基氮丙啶)的5重量%溶液中。
在充分混合24小时以后,将所得溶液缓缓添加至大量过量的冷甲醇中。收集沉淀的聚合物,在真空下干燥,然后重新溶解于甲苯中。让聚合物在冷甲醇中发生第二次沉淀,收集所得聚合物,然后在真空下干燥过夜。根据GPC分析,重均分子量为15,300克/摩尔,同时多分散性指数为1.10。
另外的氮丙啶基封端的聚苯乙烯聚合物P4也使用该方法制备,但原料为含酸的聚苯乙烯聚合物P2。用于官能化每种聚合物的双氮丙啶溶液的量取决于用于制备含酸聚合物前体的ABCVA的浓度。更具体地讲,与所用的ABCVA的量相比,1,1'-(1,3-苯二甲酰)双(2-甲基氮丙啶)总是为6倍摩尔过量。
表2:P3和P4的制备
制备性实例P5和P6(含酸的聚(甲基丙烯酸苄酯)):
制备酸封端(含酸)的聚(甲基丙烯酸苄酯)聚合物P5的方式如下:将100克甲基丙烯酸苄酯(BMA)、1.17克3-巯基丙酸(MPA)、0.44克热引发剂2,2’-偶氮双(2-甲基丁腈)(得自特拉华州威尔明顿杜邦公司的VAZO-67)和100克甲苯添加到装有磁力搅拌棒的窄颈玻璃瓶中。将制剂混合均匀并用氮气鼓泡20分钟。然后将瓶密封并放入在70℃下加热并旋转着的水浴(以商品名Launder-O-meter从乔治亚州雅典阿特拉斯有限公司(Atlas,Inc.(Athens,GA))商购获得)中保持20小时。冷却后,将溶液聚合物缓缓添加至大量过量的冷甲醇中。收集沉淀物并在真空下干燥过夜。根据GPC分析,最终产物P5的重均分子量(Mw)为16,250克/摩尔,同时多分散性指数为1.79。
另一种酸封端的聚(甲基丙烯酸苄酯)聚合物P6也使用该方法制备,但巯基丙酸的用量不同,如表3中所示。
表3:P5和P6的制备
制备性实例P7和P8(含氮丙啶基的聚(甲基丙烯酸苄酯)):
氮丙啶基封端(含氮丙啶基)的聚(甲基丙烯酸苄酯)聚合物P7按照如制备性实例3中所述的相同程序性步骤进行制备,不同的是使用75克含酸的聚(甲基丙烯酸苄酯)聚合物P5代替P2。将聚合物P5溶解于100克1,1'-(1,3-苯二甲酰)双(2-甲基氮丙啶)的5重量%甲苯溶液中。根据GPC分析,重均分子量(Mw)为16,700克/摩尔,同时多分散性为1.80。
另一种氮丙啶基封端的聚(甲基丙烯酸苄酯)聚合物P8也使用该方法制备,但原料为含酸的聚合物P6。用于官能化聚合物的双氮丙啶溶液的量取决于用于制备酸官能聚合物前体的巯基丙酸的浓度。更具体地讲,与所用的巯基丙酸的量相比,1,1'-(1,3-苯二甲酰)双(2-甲基氮丙啶)总是为3倍摩尔过量。
表4:P7和P8的制备
制备性实例P9和P10(含酸的聚(甲基丙烯酸甲酯)):
制备酸封端(含酸)的聚(甲基丙烯酸甲酯)聚合物P9的方式如下:将56克甲基丙烯酸甲酯(MMA)、0.83克3-巯基丙酸(MPA)、0.55克热引发剂2,2’-偶氮双(2-甲基丁腈)(VAZO-67)和45克甲苯添加到装有磁力搅拌棒的窄颈玻璃瓶中。将制剂混合均匀并用氮气鼓泡20分钟。然后将瓶密封并放入在70℃下加热并旋转着的水浴(以商品名Launder-O-meter从乔治亚州雅典阿特拉斯有限公司商购获得)中保持20小时。冷却后,将溶液聚合物缓缓添加至大量过量的冷甲醇中。收集沉淀物并在真空下干燥过夜。根据GPC分析,最终产物P9的重均分子量(Mw)为14,850克/摩尔。
另一种酸封端的聚(甲基丙烯酸甲酯)聚合物P10也使用该方法制备,但巯基丙酸的用量不同,如表5中所示。
表5:P9和P10的制备
制备性实例P11和P12(含氮丙啶基的聚(甲基丙烯酸甲酯)):
氮丙啶基封端(含氮丙啶基)的聚(甲基丙烯酸甲酯)聚合物P11按照如制备性实例3中所述的相同程序性步骤进行制备,不同的是使用50克含酸的聚(甲基丙烯酸甲酯)聚合物P9代替P1。将P9溶解于66克1,1'-(1,3-苯二甲酰)双(2-甲基氮丙啶)的5重量%甲苯溶液中。根据GPC分析,最终产物P11的重均分子量(Mw)为15,100克/摩尔,同时多分散性指数为1.26。
另一种氮丙啶封端的聚(甲基丙烯酸甲酯)聚合物P12也使用该方法制备,但原料为表5中所述的含酸的聚合物P10。用于官能化聚合物的双氮丙啶溶液的量取决于用于制备含酸的聚合物前体的巯基丙酸的浓度。更具体地讲,与所用的巯基丙酸的量相比,所用的1,1'-(1,3-苯二甲酰)双(2-甲基氮丙啶)的量至少等于3倍摩尔过量。
表6:P11和P12的制备
制备性实例P13(含酸的苯乙烯-乙烯基吡啶无规共聚物):
制备酸封端(含酸)的苯乙烯-乙烯基吡啶无规共聚物P13的方式如下:将45克处理过的苯乙烯单体和5克处理过的乙烯基吡啶单体连同0.7克ABCVA引发剂、0.383克2,2,6,6-四甲基-1-哌啶氮氧自由基(TEMPO)和磁力搅拌棒一起加入250mL烧瓶中。用橡胶隔片将烧瓶密封、混合均匀,并用氮气鼓泡20分钟。然后将烧瓶转移至135℃的油浴中,并在该温度下保持10小时。在反应过程中,最初为红色的单体制剂变为浅黄色。然后使产物冷却,并将其缓缓添加到大量过量的冷甲醇中。收集沉淀的聚合物,并置于真空烘箱中干燥过夜。根据GPC分析,重均分子量(Mw)为18,800克/摩尔,同时多分散性指数为1.22。
制备性实例P14(含氮丙啶基的苯乙烯-乙烯基吡啶无规共聚物):
氮丙啶基封端(含氮丙啶基)的苯乙烯-乙烯基吡啶共聚物P14使用含酸的聚合物P13代替含酸的聚合物P1按照如制备性实例3中所述的相同程序性步骤进行制备。更具体地讲,将50克含酸的聚合物P13溶解于40克1,1'-(1,3-苯二甲酰)双(2-甲基氮丙啶)的5重量%甲苯溶液中。根据GPC分析,最终产物P14的重均分子量(Mw)为18,250克/摩尔,同时多分散性为1.28。
制备性实例P15(含酸的苯乙烯-乙烯基吡啶嵌段共聚物):
酸封端(含酸)的苯乙烯-乙烯基吡啶嵌段共聚物P15使用处理过的苯乙烯和处理过的乙烯基吡啶(每种单体均缓慢流经填充有抑制剂移除树脂的柱子并被收集)制备。将45克处理过的苯乙烯单体、0.7克ABCVA和0.383克TEMPO的组合添加至装有磁力搅拌棒的250mL烧瓶中。用橡胶隔片将烧瓶密封、混合均匀,并用氮气鼓泡20分钟。然后将烧瓶转移至135℃的油浴中,并在该温度下保持8小时。在反应过程中,最初为红色的单体制剂变为浅黄色。
8小时后,使用氮气对密封烧瓶中的10克处理过的乙烯基吡啶单体进行5分钟鼓泡处理。然后使用注射器将5克乙烯基吡啶转移至聚苯乙烯反应烧瓶中,并且将135℃的反应温度保持额外5小时。然后使反应产物冷却,并将其缓缓添加到大量过量的冷甲醇中。过滤并收集沉淀的聚合物,并将其置于真空烘箱中干燥过夜。根据GPC分析,最终产物P15的重均分子量(Mw)为15,400克/摩尔,同时多分散性指数为1.31。
制备性实例P16(含氮丙啶基的苯乙烯-乙烯基吡啶嵌段共聚物):
氮丙啶基封端(含氮丙啶基)的苯乙烯-乙烯基吡啶嵌段共聚物P16按照如制备性实例3中所述的相同程序性步骤进行制备,不同的是使用含酸的聚合物P15代替含酸的聚合物P1。更具体地讲,将40克含酸的聚合物P15溶解于35克1,1'-(1,3-苯二甲酰)双(2-甲基氮丙啶)的5重量%甲苯溶液中。根据GPC分析,最终产物P16的重均分子量(Mw)为16,110克/摩尔,同时多分散性指数为1.25。
制备性实例P17(N,N’-(己烷-1,6-二基)双(2-甲基氮丙啶-1-甲酰 胺)):
将2-甲基氮丙啶(15.05克,0.26摩尔)在一小时内逐滴加入1,6-二异氰酸根合己烷(20.00克,0.12摩尔,奥德里奇公司(Aldrich))的甲苯(40mL)溶液中,与此同时在冰浴中冷却。在室温下总共搅拌24小时之后,在真空下移除一部分溶剂,得到无色油状的N,N’-(己烷-1,6-二基)双(2-甲基氮丙啶-1-甲酰胺)
(45.76克,在甲苯中的浓度为70重量%)。
制备性实例P18(3-氮丙啶-1-基-丙酸2-(3-氮丙啶-1-基-丙酰氧基)- 己酯)):
将购自新泽西州伍德兰帕克氰特有限公司(Cytek,Inc.(WoodlandPark,NJ))的HDODA(二丙烯酸己二醇酯,20.00克,0.09摩尔)与2-甲基氮丙啶(15.07克,0.26摩尔)在室温下搅拌过夜。将混合物置于真空下搅拌1.5小时,得到无色油状的产物(3-氮丙啶-1-基-丙酸2-(3-氮丙啶-1-基-丙酰氧基)-己酯)
(29.82克)。
制备性实例19(1,10-癸二醇双(3-(2-甲基氮丙啶-1-羰基)苯甲酸) 酯):
将间苯二甲酰氯(1950克,9.60摩尔)添加到装配有磁力搅拌器、温度计和起泡器的3L三颈圆底烧瓶中。将烧瓶在55℃下加热。然后将1,10-癸二醇(112克,0.64摩尔)分次加入烧瓶中。在将反应混合物在55℃下搅拌1小时后,通过真空蒸馏(200毫托,100℃)除去过量的间苯二甲酰氯并回收。在蒸馏的同时将干燥氮气流鼓泡通过该混合物,使得可完全除去间苯二甲酰氯残余物。产物为白色固体(311克),其为1,10-癸二醇双(3-氯代羰基苯甲酸)酯。
将NaOH水溶液(563克的10.0重量%溶液)、甲苯(500mL)和2-甲基氮丙啶(89.3克90%纯度的2-甲基氮丙啶,1.41摩尔)添加至装配有磁力搅拌器、温度计和加料漏斗的3L三颈圆底烧瓶中。对混合物进行搅拌,并冷却到-10℃至-5℃的范围内。在30分钟内,向该搅拌后的混合物中添加1,10-癸二醇双(3-氯代羰基苯甲酸)酯(311克)的甲苯(500mL)溶液。当添加完成时,将该混合物在室温下搅拌过夜。然后用水洗涤有机相,将其置于硫酸镁(MgSO4)上方进行干燥,并在室温下于真空中对其进行过滤和浓缩。产物为331.5克1,10-癸二醇双(3-(2-甲基氮丙啶-1-羰基)苯甲酸)酯
的淡黄色油。然后制备出该物质的15重量%甲苯溶液。
制备性实例P20(聚(乙二醇)1000双(3-(2-甲基氮丙啶-1-羰基)苯甲 酸)酯):
将间苯二甲酰氯(812克,4.0摩尔)添加到装配有磁力搅拌器、温度计和适配器的1L三颈圆底烧瓶中。将烧瓶在100℃下加热。向该烧瓶中分25次加入聚(乙二醇)1000(158克,0.16摩尔,重均分子量为约1000克/摩尔)。在将反应混合物在100℃下搅拌1小时后,通过真空蒸馏(200毫托,100℃)除去过量的间苯二甲酰氯并回收。在蒸馏的同时将干燥氮气流鼓泡通过该混合物,所以可完全除去间苯二甲酰氯残余物。得到的产物为淡黄色液体(210克),其为聚(乙二醇)1000双(3-氯代羰基苯甲酸)。
将三乙胺(35.1克,0.35摩尔)、2-甲基氮丙啶(22.0克90%纯度的2-甲基氮丙啶,0.35摩尔)和CH2Cl2(250mL)添加到装配有磁力搅拌器、温度计和加料漏斗的1L三颈圆底烧瓶中。对混合物进行搅拌并冷却至-10℃。在60分钟内加入聚(乙二醇)1000双(3-氯代羰基苯甲酸)酯(210克)的CH2Cl2(250mL)溶液。在室温下将该混合物搅拌110小时,然后通过过滤除去白色沉淀物。室温下高真空浓缩滤液,得到203克聚(乙二醇)1000双(3-(2-甲基氮丙啶-1-羰基)苯甲酸)酯
的淡黄色液体。然后制备出该物质的40重量%甲苯溶液。
制备性实例P21(含酸的聚苯乙烯):
制备了酸封端(含酸)的聚苯乙烯聚合物P21。将处理过的苯乙烯单体(300克)连同8克ABCVA引发剂、2.5克TEMPO和80克二甲苯一起加入1000mL烧瓶中。将配有冷凝器和机械搅拌叶片的烧瓶放入温度受控的油浴中。将烧瓶的内容物混合均匀并用氮气吹扫20分钟。然后将油浴升温至140℃,并在该温度下保持12小时。在反应过程中,最初为红色的单体制剂变为浅黄色。使烧瓶冷却,并加入200克甲苯以溶解粘稠的聚合物溶液P21。根据GPC分析,最终产物P21的重均分子量(Mw)为17,350克/摩尔,同时多分散性指数为1.29。根据H-NMR分析,转化为聚合物的苯乙烯单体为大约78%。使含酸的聚苯乙烯P21在甲醇中沉淀,将其干燥,然后以50%固体的含量重新溶解于THF中。
制备性实例P22-P25(各种含氮丙啶基的聚苯乙烯):
然后在单独的广口瓶中使含酸的聚合物溶液P21与根据下表7的各种双氮丙啶溶液P17-P20混合,以制备各种含氮丙啶基的聚合物材料。对于每个制备性实例22-25,氮丙啶官能团的量比来自聚合物的酸官能团至少6倍摩尔过量(即,氮丙啶基基团的摩尔数至少为酸性基团摩尔数的6倍大)。将样品混合过夜,然后沉淀于冷甲醇中,过滤出固体并在真空下干燥过夜。
百分比收率根据回收的干燥产物的量除以官能化步骤中使用的(预计反应掉的)固体的量(克)进行计算,假设所有含酸的聚合物将仅键合至一个双氮丙啶分子,并且过量的双氮丙啶将不会在甲醇中沉淀下来。
表7:P22至P25的制备
制备性实例P26-P33(各种弹性体材料):
具有酸侧基的各种弹性体聚合物材料由丙烯酸异辛酯(IOA)和丙烯酸(AA)制备。Mw和丙烯酸的含量有系统地改变。通过改变IOTG链转移剂的浓度(如表8中所示)来改变样品的Mw。对于P26-P33,使用表8中所示的相对含量,将丙烯酸异辛酯、丙烯酸、巯基乙酸异辛酯(IOTG)和2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(以商品名IRGACURE 651购自纽约州塔里敦汽巴特种化学品公司(Ciba Specialty Chemicals(Tarrytown,NY)))在琥珀色瓶中混合均匀。将每种制剂的一部分(26克)倾注到透明的聚醋酸乙烯酯小袋中并热密封,以致于排除任何气泡。所述小袋通过热密封聚(乙烯醋酸乙烯酯)膜制得,每个小袋重约1.4克。聚(乙烯醋酸乙烯酯)以商品名VA-24购自肯萨斯州威奇托燧石山资源公司(Flint Hills Resources(Witchita,Kansas)),并被浇铸成厚度为0.065mm的膜。将每个小袋浸入17℃的恒温水浴中,并用紫外线(365nm,4mW/cm2)在每一侧照射八分钟以使单体组合物聚合。产物为弹性体材料。将聚合物材料溶解于四氢呋喃中,并使用凝胶渗透色谱法进行分析。
表8:粘合剂小袋P26-P33的制备
实例和比较例的制备
将弹性体材料P26-P33的小袋不与接枝聚合物共混(比较例C1-C5)、与为含酸的聚合物的接枝聚合物共混(比较例C6-C9)、与为含氮丙啶基的聚合物的接枝聚合物共混(实例1-26)。该共混在高温混合器中完成,该混合器可以商品名BRABENDER (Half Size Mixer)从新泽西州哈肯萨克C.W.布拉本德公司商购获得。在150℃下,以100转/分钟(rpm)的速度将弹性体材料的小袋混合5分钟。任选地,在将弹性体材料的小袋加入高温混合器时加入不同量的增粘剂。一旦小袋和弹性体材料看起来均匀熔融后,就加入任意接枝共聚物。缓缓加入接枝共聚物,并使其在150℃下以100rpm的速度混合10分钟。然后将混合室冷却至100℃,并逆转混合桨叶的旋转以排出并收集所得材料。
一旦混合好的材料冷却,就将大约1克所述混合好的材料放置到涂有底漆的PET衬垫(产品号3SAB,购自南卡罗来纳州格里尔三菱公司(Mitsubishi(Greer,SC)))与用有机硅处理过的剥离衬垫(Silphan S36,得自意大利特雷维索省Siliconature SPA公司(Siliconature SPA(Godegadi Sant’Urbano,Italy)))之间。将该构造放置于得自印第安纳州沃巴什卡弗有限公司(Carver,Inc.(Wabash,IN))的加热压机的板之间,同时将板温设置为80℃。然后压紧该构造,直到所述混合好的材料的厚度为大约0.05毫米(mm)为止。冷却后,将测试样品从该构造上切下,并且在剪切和剥离粘附力测试之前立即将有机硅剥离层剥去。
比较例C1-C5(单独的弹性体材料)
使用上述工序,将装在小袋内的弹性体材料P26-P33置于高温混合器内在不具有接枝聚合物例如含酸的聚合物或含氮丙啶基的聚合物的情况下分别混合。通过测量剪切强度和剥离粘附强度,对测试样品进行评价。结果在表9中示出。
表9:比较例C 1-C5
比较例C6-C9(与含酸的聚合物共混的弹性体材料):
采用上述工序,将各个小袋内的弹性体材料P26与如表10中所示的各种含酸聚合物在高温混合器中进行混合。通过测量剪切强度和剥离粘附强度,对测试样品进行评价。结果在表10中示出。
表10:比较例C6-C10
实例1-22(与含有氮丙啶基的聚合物共混的弹性体材料):
采用上述工序,将各个小袋内的弹性体材料与如表11中所示的各种含氮丙啶基的聚合物在高温混合器中进行混合。通过测量剪切强度和剥离粘附强度,对测试样品进行评价。结果在表11中示出。
表11:不具有增粘剂的实例1-22
实例23-26(加入增粘剂的接枝共聚物):
采用上述工序,将各个小袋内的弹性体材料与如表12中所示的增粘剂和含氮丙啶基的聚合物在高温混合器中进行混合。通过测量剪切强度,对测试样品进行评价。对实例24的剥离强度进行了测试。结果在表12中示出。
表12:具有增粘剂的实例23-26
Claims (15)
2.根据权利要求1所述的反应混合物,其中所述第二化合物为具有多个酸性基团的聚合物材料。
3.根据权利要求1或2所述的反应混合物,其中所述第二化合物为具有多个羧基的弹性体材料。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的反应混合物,其中所述第二化合物为包含(a)(甲基)丙烯酸和(b)至少一种(甲基)丙烯酸酯的第二单体组合物的聚合产物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的反应混合物,其中Q的重均分子量大于5000克/摩尔。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的反应混合物,其中选择用于形成Q的所述至少一种烯键式不饱和单体在聚合为均聚物时的玻璃化转变温度等于至少20℃。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的反应混合物,其中所述第一单体组合物包含苯乙烯、α-甲基苯乙烯或烷基取代的苯乙烯。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的反应混合物,其中所述第一单体组合物包含(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺或它们的组合。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的反应混合物,其中所述基团Q为无规共聚物,并且所述第一单体组合物包含乙烯基芳基单体和乙烯基杂环单体。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的反应混合物,其中所述基团Q为嵌段共聚物,并且所述第一单体组合物包含聚(乙烯基芳基单体)的第一嵌段和聚(乙烯基杂环单体)的第二嵌段。
12.根据权利要求11所述的接枝共聚物,其中所述第二化合物为弹性体材料,所述弹性体材料由包含(a)(甲基)丙烯酸和(b)至少一种(甲基)丙烯酸酯的第二单体组合物制备。
13.根据权利要求11或12所述的接枝共聚物,其中基团Q的重均分子量大于5000克/摩尔。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的接枝共聚物,其中选择用于形成基团Q的所述至少一种烯键式不饱和单体在聚合为均聚物时的玻璃化转变温度等于至少20℃。
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