CN105315901B - 光化辐射和潮气双重固化组合物 - Google Patents
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Abstract
一种双重固化的液体粘合剂组合物,其能够通过暴露于光化辐射和潮气而进行聚合反应。所述组合物特别适用于液体粘合剂,用于电子应用领域。所述组合物包含一种含烷氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物;一种自由基可聚合的活性稀释剂;一种自由基光引发剂;一种用于硅烷基团的潮气固化的催化剂;和一种可选的具有聚烯烃基的含有烷氧基硅烷官能团的低聚物;一种可选的含有丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的丙烯酸聚氨酯低聚物;一种可选的含端羟基单丙烯酸酯或单甲基丙烯酸酯官能团的活性稀释剂;一种可选的紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂的抗氧化剂;一种可选的能够减少氧阻聚的蜡;一种可选的1,3‑二羰基化合物螯合剂;一种可选的触变剂;一种可选的助粘剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种液体,双重可固化的粘合剂组合物,能够通过暴露于光化辐射和潮气进行聚合反应。该组合物是特别适用于作为液体粘合剂用于电子应用领域。
背景技术
生产光化辐射可固化的粘合剂组合物具有巨大的商业利益。单组分的紫外线(UV)和/或可见光可固化的聚氨酯丙烯酸酯粘合剂组合物是已知的现有技术,然而,当紫外线或可见光被阻挡并被防止穿透这些粘合剂组合物时,这些组合物的部分保持未反应的和未固化的状态。这些被遮蔽的区域构成了可靠性风险,因为形成了不理想的粘结,并且该未固化的潮湿的或粘性的粘合剂可能化学溶解,或者另外进攻任一个或两个相邻的固化粘合区或其底物,从而随着时间的推移削弱粘合剂的粘合。在光学显示装配和电路板元件的封边过程中这是一个特别棘手的问题。本发明涉及一种紫外线或可见光固化粘合剂,在阴影区域中其可被潮气进一步固化。WO 2012/138675 A1和WO 2013/013589 A1描述了两组分的液体光学透明粘合剂体系,其在A部分中包含有机过氧化物并在B部分中包含过氧化物还原剂。WO 2013/023545 A1描述了一种单组分的竞争性固化光化辐射和热固化的液体光学透明粘合剂。在所描述的粘合剂中,一种过氧化物被用在制剂中,其通过加热在阴影区域启动固化反应。这些公开内容并不涉及潮气固化粘合剂,并且这些公开内容并不适用于对温度敏感的元件。US 2012/0329897 A1描述了一种单组分光化辐射和潮气可固化的液体组合物,包括至少一种具有α-(烷氧基)硅烷基团的组分(A),除了α-(烷氧基)硅烷基团取代的聚烯烃以外,还包括至少一种具有彻底可固化基团的辐射固化组分(B),其中,组分(A)和组分(B)作为单独的化合物存在。在此组合物中,组分(B)将在阴影区域中保持未反应的状态,因为它不具有潮气可固化的功能。组分(A)将在潮气无法渗透的区域中保持未反应的状态,因为它不具有光可固化的功能。换言之,潮气可固化的和UV可固化的功能不存在于相同的分子中。美国专利5,696,179描述了一种辐射固化的光学玻璃涂料组合物,其采用一种既包含辐射固化功能又包含硅烷功能的低聚物。这篇专利并不涉及在阴影区域中的潮气固化制剂。这篇专利披露了一种组合物,其旨在创建将具有更好的耐湿性、低吸水率并对玻璃有足够粘附力的涂料。美国专利6,777,090描述了一种单组分的UV和热可固化的双重系统。在这种双重固化系统中,可聚合的分子含有伯或仲氨基甲酸酯基团和至少一个可通过UV辐射被激活的键。此系统需要热量以固化氨基甲酸酯基团。PCT公布WO 2013/016136描述了一种双重潮气固化系统。该材料具有一个A部分,包含具有UV活性的有异氰酸酯功能的可聚合基团的低聚物并且也可包含具有聚异氰酸酯单体或异氰酸酯聚合物的分子,还具有一个B部分,其包含多元醇或胺的功能交联剂。一种光引发剂可以存在于A或B。在UV固化之后,多元醇的羟基与异氰酸酯之间的加成反应继续进行。未暴露于紫外光的该制剂的一部分将被异氰酸酯和多元醇的反应所固化。PCT公布WO2013/013589描述了一种双组分系统,具有紫外线以及固化活化剂。此双组分系统通过UV和过氧化物固化。在阴影区域中,当其与胺类还原剂和金属盐例如铜盐相接触时,丙烯酸酯功能通过由过氧化物的分解的自由基的生成而被固化。
本发明提供了一种单组分光化辐射,即UV和/或可见光和潮气可固化双重系统,利用了聚氨酯低聚物,既包含光化辐射基团又包含潮气可固化基团。该低聚物中的(甲基)丙烯酸酯基团为光化辐射引发的自由基聚合提供交联部位,而(烷氧基)硅烷基团为在水或潮气存在下进行的缩聚反应提供交联部位。该组合物提供了更好的交联网络和更好的固化速度,因为该低聚物在相同的分子中含有潮气固化和光化辐射固化功能,并且该制剂不需要单独的低聚物,用于通过光化辐射和潮气进行固化。借助于光化辐射和和潮气,该液体粘合剂固化成光学上透明的材料。因此,将电子显示屏部件与阴影区结合是理想的。潮气也可通过将水与该组合物调配并混合而提供,或者通过在大气周围的组合物中将组合物暴露于水分而提供。对于潮气难以渗透的地方,在调配过程中加入水显著地加速了潮气固化反应。
发明内容
本发明提供了一种光化辐射和潮气双重可固化组合物,其包含:
(a)至少一种含烷氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物,约占10%-90%的重量百分比,具有如通式(1)或(2)的结构,如下:
A-D-(P-D)n-X (1)
A-D-(P-D)n–P-Y (2)
其中:
i)D为二个或三个异氰酸酯基官能团;
ii)P为多元醇基,具有从约50道尔顿至约10000道尔顿的分子量;
iii)n为从1至约100;
iv)A为含一元醇官能团的丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基;
v)X为含有脲或硫代氧氨基甲酸酯键的甲氧基硅烷或乙氧基硅烷官能团;
vi)Y为含有氨基甲酸酯键的甲氧基硅烷或乙氧基硅烷官能团;
(b)至少一种含烷氧基硅烷官能团的低聚物,约占0%-40%的重量百分比,具有如通式(3)或(4)的结构,如下:
Y-(PO-D)m-PO-Y (3)
X-D-(PO-D)m-X (4)
其中:
i)D为二个或三个异氰酸酯基官能团;
ii)PO为一种聚烯烃基团,具有从约300道尔顿至约10000道尔顿的分子量;
iii)m为从1至约100;
iv)X为含有脲或硫代氧氨基甲酸酯键的甲氧基硅烷或乙氧基硅烷官能团;
v)Y为含有氨基甲酸酯键的甲氧基硅烷或乙氧基硅烷官能团。
(c)至少一种含丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物,约占0%-40%的重量百分比,具有如通式(5)的结构,如下:
A-D-(P-D)k-A (5)
其中:
i)D为二个或三个异氰酸酯基官能团;
ii)P为多元醇基,具有从约50道尔顿至约10000道尔顿的分子量;
iii)k为从1至约100;
iv)A为含一元醇官能团的丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基。
(d)至少一种含端羟基单丙烯酸酯或单甲基丙烯酸酯官能团的活性稀释剂,约占0%-20%的重量百分比;
(e)至少一种自由基可聚合的活性稀释剂,约占1%-60%的重量百分比;
(f)至少一种自由基光引发剂,约占0.1%-10%的重量百分比;
(g)至少一种用于硅烷基团的潮气固化的催化剂,约占0.01%-3%的重量百分比;
(h)一种紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂的抗氧化剂,约占0%-3%的重量百分比;
(i)一种能够减少氧阻聚的蜡,约占0%-15%的重量百分比;
(j)1,3-二羰基化合物螯合剂,约占0%-3%的重量百分比;
(k)一种触变剂,约占0%-10%的重量百分比;
(l)一种助粘剂,约占0%-10%的重量百分比。
本发明也提供了一种固化光化辐射和潮气双重可固化组合物的方法,其包含:
A)如上所述,提供了一种光化辐射和潮气双重可固化组合物;
B)提供水到组合物;和
C)将该组合物暴露于足够的光化辐射,以至少部分地聚合或交联该组合物。
具体实施方式
所述光化辐射和潮气双重可固化组合物通过如上所述的组分(j)结合组分(a)而形成。组分(a)包含从约10%至约90%重量百分比的至少一种含烷氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物,具有如通式(1)或(2)的结构,如下:
A-D-(P-D)n-X (1)
A-D-(P-D)n–P-Y (2)
其中:
i)D为二个或三个异氰酸酯基官能团;
ii)P为多元醇基,具有从约50道尔顿至约10000道尔顿的分子量;
iii)n为从1至约100;
iv)A为含一元醇官能团的丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基;
v)X为含有脲或硫代氧氨基甲酸酯键的甲氧基硅烷或乙氧基硅烷官能团;
vi)Y为含有氨基甲酸酯键的甲氧基硅烷或乙氧基硅烷官能团。
适用于形成该异氰酸酯D基团的异氰酸酯的非排他性实例,包含一个或一个以上的1,6-己二异氰酸酯,六亚甲基二异氰酸异氰脲酸酯,三甲基六亚甲基二异氰酸酯,4,4-二异氰酸酯二环己基甲烷,异佛尔酮二异氰酸酯,四甲基二甲苯二异氰酸酯,三甲基六亚甲基二异氰酸酯,甲苯二异氰酸酯,以及异佛尔酮二异氰酸酯。
适用于形成该多元醇基团P的合适的多元醇的非排他性实例,包括聚酯二醇,聚丙二醇,聚丁二醇,聚己内酯二醇,聚碳酸酯二醇和聚烯烃多元醇,如端羟基聚丁二烯,端羟基氢化聚丁二烯和端羟基氢化异戊二烯。该多元醇基团P具有从约50至约10000道尔顿的分子量,优选从约500至约5000道尔顿,进一步优选从约1000至约3000道尔顿。
适用于形成该单羟基官能团(甲基)的丙烯酸酯基团A的合适的单醇官能团封端的非排他性实例,包括丙烯酸羟乙酯,甲基丙烯酸羟乙酯,丙烯酸羟丙酯,甲基丙烯酸羟丙酯,4-羟基丁基丙烯酸酯和4-羟基丁基甲基丙烯酸酯。
适用于形成该烷氧基硅烷官能团X的合适的含胺或巯基官能团的烷氧基硅烷封端的化合物的非排他性实例,包含脲或硫代氧氨基甲酸酯键,包括γ氨丙基三甲氧基硅烷,γ氨丙基三乙氧基硅烷,N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷,二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺,二(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)胺,N-乙基-3-三甲氧基硅烷-2-甲基丙胺,环己胺基甲基三乙氧基硅烷,环己胺基甲基甲基二乙氧基硅烷,N-环己基-3-氨丙基三甲氧基硅烷,以及巯丙基三甲氧基硅烷。
适用于形成该烷氧基硅烷官能团Y的含有合适的异氰酸酯官能的非排他性实例,包含氨基甲酸酯键,包括异氰酸丙基三乙氧基硅烷和3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷。
所述组分(a),一种含烷氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物为现有技术所熟知,并且可依照美国专利5,696,179制备,其公开说明书在此引入作为参考。所述组分(a),一种含烷氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物存在于光化辐射和潮气双重可固化组合物中,其含量为从约10%至约90%的重量百分比,优选从约20%至约75%的重量百分比,进一步优选从约30%至约60%的重量百分比。
组分(b)为至少一种含烷氧基硅烷官能团的低聚物,约占0%-40%的重量百分比,具有如通式(3)或(4)的结构:
Y-(PO-D)m-PO-Y (3)
X-D-(PO-D)m-X (4)
其中:
i)D为二个或三个异氰酸酯基官能团;
ii)PO为一种聚烯烃基团,具有从约300道尔顿至约10000道尔顿的分子量;
iii)m为从1至约100;
iv)X为含有脲或硫代氧氨基甲酸酯键的甲氧基硅烷或乙氧基硅烷官能团;
v)Y为含有氨基甲酸酯键的甲氧基硅烷或乙氧基硅烷官能团。
适用于形成该异氰酸酯基D,包含脲或硫代氧氨基甲酸酯键的该烷氧基硅烷官能团X,包含氨基甲酸酯键的该烷氧基硅烷官能团Y的异氰酸酯的非排他性实例,对于组分(a),如上文所给出。适用于形成该聚烯烃基团PO的合适的多元醇的非排他性实例,包括聚烯烃多元醇,如如端羟基聚丁二烯,端羟基氢化聚丁二烯和端羟基氢化异戊二烯。该多元醇基团PO具有从约300至约10000道尔顿的分子量,优选从约500至约5000道尔顿,进一步优选从1000至约4000道尔顿。
组分(b),含烷氧基硅烷官能团的低聚物为现有技术所熟知,并且可依照美国专利申请2012/0329897 A1制备,其已公开的说明书在此引入作为参考。该组分(b),含烷氧基硅烷官能团的低聚物存在于光化辐射和潮气双重可固化组合物中,其含量为从约0%至约40%的重量百分比,优选从约0%至约30%,进一步优选从约0%至约20%。
组分(c)为至少一种含丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物,约占0%-40%的重量百分比,具有如通式(5)的结构:
A-D-(P-D)k-A (5)
其中:
i)D为二个或三个异氰酸酯基官能团;
ii)P为多元醇基,具有从约50道尔顿至约10000道尔顿的分子量;
iii)k为从1至约100;
iv)A为含一元醇官能团的丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基。
适用于形成该异氰酸酯基D,多元醇基P,含一元醇官能团的丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基A的异氰酸酯的非排他性实例,对于上述组分(a)和(b),如上文所给出。
组分(c),含丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物为现有技术所熟知,并且可依照美国专利5,578,693制备,其已公开的说明书在此引入作为参考。该组分(c),含丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物存在于光化辐射和潮气双重可固化组合物中,其含量为从约0%至约40%的重量百分比,优选从约0%至约30%,进一步优选从约0%至约20%。
所述光化辐射和潮气双重可固化组合物随后可含有一组分(d),其为一个或多个端羟基单丙烯酸酯或含单甲基丙烯酸酯官能团的活性稀释剂。合适的端羟基单丙烯酸酯或含单甲基丙烯酸酯官能团的活性稀释剂的非排他性实例,包括丙烯酸羟乙酯,甲基丙烯酸羟乙酯,丙烯酸羟丙酯,甲基丙烯酸羟丙酯,4-羟基丁基丙烯酸酯和4-羟基丁基甲基丙烯酸酯。该羟基封端的单丙烯酸酯或含单甲基丙烯酸酯官能团的活性稀释剂在光化辐射和潮气双重可固化组合物中的浓度为从0%至约20%的重量百分比;优选从约1%至约20%的重量百分比,进一步优选从约2%至约15%,最优选从4%至约10%。
所述光化辐射和潮气双重可固化组合物随后可含有一组分(e),其包含一个或多个自由基可聚合的活性稀释剂。合适的自由基可聚合的活性稀释剂的非排他性实例包括丙烯酸异冰片酯,甲基丙烯酸异冰片酯,2-丙烯酸十二烷基酯,甲基丙烯酸月桂酯,丙烯酸十酯,2-甲基-2-丙烯酸异癸酯,丙烯酸2-乙基己酯,甲基丙烯酸2-乙基己酯,丙烯酸四氢糠基酯,甲基丙烯酸四氢糠基酯,乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯,2-甲基-2-丙烯酸-3,3,5-三甲基环己基酯,环三羟甲基丙烷缩甲醛丙烯酸酯,甲基丙烯酸双环戊二烯酯,辛基癸醇丙烯酸酯,辛基癸醇甲基丙烯酸酯,N,N-二甲基丙烯酰胺,N-乙烯基己内酰胺,N-丙烯酰吗啉,1,6-己二醇二丙烯酸酯,以及三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。该自由基可聚合的活性稀释剂在光化辐射和潮气双重可固化组合物中的浓度为从约1%至约60%的重量百分比,优选从约5%至约40%的重量百分比,进一步优选从10%至约30%。
所述光化辐射和潮气双重可固化组合物随后可含有一组分(f),其具有一种或多种自由基光引发剂。实用的自由基聚合反应的光引发剂的非排他性实例包括芳香酮。其优选实例包括二苯甲酮,2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮,1-羟基环己基苯基甲酮,2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮均聚物,2,2-二乙氧基苯乙酮,樟脑醌,安息香双甲醚,二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧化膦甲基苯甲酰基甲酸酯,以及苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦。在制剂中,自由基聚合反应的光引发剂的总浓度大约为从0.1%至10%的重量百分比,优选从约0.5%至6%的重量百分比,进一步优选从1%至4%的重量百分比。
所述光化辐射和潮气双重可固化组合物随后可含有一组分(g),其包含一种或多种用于硅烷基团的潮气固化的催化剂。该用于硅烷基团的潮气固化的实用的催化剂的非排他性实例包括有机和无机酸,例如丙烯酸,甲基丙烯酸,马来酸,乙酸,盐酸,和磷酸及其酯,还包括碱性化合物,例如三乙醇胺,N,N-二甲基环己胺,三乙烯二胺,四甲基胍(TMG),潜光催化剂例如SolyfastTM0010,1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯及其衍生物,有机金属化合物例如二月桂酸二丁基锡(DBTDL),二丁基氧化锡,辛酸亚锡,二乙酸二丁基锡,新十二酸铋,新癸酸锌和钛酸四丁酯。该潮气固化催化剂在光化辐射和潮气双重可固化组合物中的浓度为从约0.01%至约3%的重量百分比,优选从约0.05%至约2%,进一步优选从0.1%至约1%。
所述光化辐射和潮气双重可固化组合物随后可含有一组分(h),其含有一种或多种UV吸收剂和受阻胺光稳定剂的抗氧化剂。实用的UV吸收剂和受阻胺光稳定剂的非排他性实例有:紫外线吸收剂UV-328,紫外线吸收剂UV-312,2,4,6-三[4-(1-辛氧基羰基)乙氧基-2-羟基苯基]-1,3,5-三嗪,2,2'-亚甲基双[4-(1,1,3,3-四甲基丁基)-6-(2H-苯并三唑-2-基)苯酚],2-(2-羟基-5-甲基丙烯酰氧基乙苯基)-2H-苯并三唑,2-(2-羟基-3,5-二异丙苯基)苯并三唑,癸二酸双(1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇)酯,癸二酸(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶醇)甲酯,以及4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇二甲基琥珀酸酯共聚物。在该光化辐射和潮气双重可固化组合物中,所述UV吸收剂和受阻胺光稳定剂的含量为从约0%至约3%的重量百分比,优选从约0.1%至约2%,进一步优选从约0.2%至约1%。
所述光化辐射和潮气双重可固化组合物随后可含有一组分(i),其含有一种能够减少氧的抑制作用的蜡。实用的蜡的的非排他性实例有聚乙烯蜡,聚酰胺蜡,聚四氟乙烯蜡,巴西棕榈蜡,聚丙烯蜡及其混合物。在一个实施例中,这些存在于光化辐射和潮气双重可固化组合物中,其含量为从0%至约15%的重量百分比,优选从约0%至约10%,进一步优选从约0%至约5%。
所述光化辐射和潮气双重可固化组合物随后可含有一组分(j),其含有一种1,3-二羰基化合物螯合剂。实用的1,3-二羰基化合物螯合剂的非排他性实例包括乙酰丙酮,乙酰乙酸甲酯,丙二酸二甲酯,N-甲基乙酰基乙酰胺,1,3-丁二酮胺,以及丙二酰胺。在光化辐射和潮气双重可固化组合物中,该1,3-二羰基化合物螯合剂的含量为从0%至约3%的重量百分比,优选从约0%至约2%,进一步优选从约0%至约1%。
所述光化辐射和潮气双重可固化组合物随后可含有一组分(k),其含有一种触变剂。实用的触变剂的非排他性实例包括膨润土,硅酸钠,硅酸镁,氟硅酸,硅酸锂,二氧化硅,煅制二氧化硅(硅石),(甲基)丙烯酸酯官能化的煅制硅石,聚二甲基硅氧烷改性硅石,钛酸盐,矿物颜料,聚丙烯酰胺,乙酸丙酸纤维素(CAP),乙酸丁酸纤维素(CAB),丙烯酰胺官能化的CAB以及它们的组合。在一个实施例中,这些存在于光化辐射和潮气双重可固化组合物中,其含量为从0%至约10%的重量百分比,优选从约0%至约8%,进一步优选从约0%至约5%。
所述光化辐射和潮气双重可固化组合物随后可任选地含有一组分(l),其含有一种粘合促进剂。实用的粘合促进剂的非排他性实例有:γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,三甲氧基[2-(7-氧杂二环[4.1.0]庚-3-基)乙基]硅烷,3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷,3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷,乙烯基三甲氧基硅烷,乙烯基三乙氧基硅烷,(甲基)丙烯酸膦酸酯,(甲基)丙烯酸磷酸酯,(甲基)丙烯酸,β-(丙烯酰氧)丙酸和其它含羧酸官能团的丙烯酸酯。这些存在于光化辐射和潮气双重可固化组合物中,其含量为从0%至约10%的重量百分比,优选从约0%至约5%,进一步优选从约0%至约3%。
所述光化辐射和潮气双重可固化组合物与水一起使用。水可被提供给该组合物,通过在环绕该组合物的氛围中将该组合物暴露于水或者通过将水与组合物混合。调剂或者应用期间,可被加入的水的量为从约0%至约5%的重量百分比,优选从约0.2%至约3%并进一步优选从约0.5%至约1%,基于该光化辐射和潮气双重可固化组合物的重量。
通过混合该组合物组分直到形成基本上均匀的流体,该组合物可被制备。在一个应用中,该组合物被形成并被作为涂层以从约0.0001英寸至约0.5英寸的厚度施加到基材表面。在另一个实施例中,首先如上所述将其施加到基材表面,然后附加到另一个基材,以便该混合物作为一种粘合剂实施。任何合适的基材都可被使用,例如,金属、塑料及其类似物。
所属组合物随后可被暴露于充足的光化辐射,以引发该组合物的固化。聚合反应可以通过暴露于紫外线,可见光,电子束辐射或它们的组合而被引发,通常具有在200-500纳米范围内的波长,优选从约300nm至约465nm。曝光时间的长短很容易被本领域技术人员所确定并取决于所述辐射可固化组合物的特定组分的选择。典型的曝光时间为从约0.2秒至约120秒不等,优选从约0.5秒至约60秒,进一步优选从约0.5秒至约30秒。典型的曝光强度为从约5mW/cm2至约2500mW/cm2,优选从约50mW/cm2至约1500mW/cm2,进一步优选从约100mW/cm2至约1000mW/cm2。
当所述组合物被曝光时,自由基反应(自由基链增长聚合反应)就会发生,其与组分(a)反应,组分(b)和(c)如果存在,也会和组分(b)和(c)发生反应。在暗反应中,该非光致反应的组合物随着时间的推移而在阴影区域里发生潮气交联,由于低聚物上的潮气固化部位,当没有光化光线穿透时,其仍然未反应。该组合物固化成光学透明材料。
该组合物还可任选地包含一热稳定剂,UV光稳定剂,自由基清除剂,染料,颜料,表面活性剂,增塑剂,不透明度改性剂,抗氧化剂,表面活性剂,填料,阻燃剂,以及它们的组合。
下述非限制性实施例用于阐述本发明。
实施例
表1展示了本发明组合物的作为光学显示粘合剂和对照组合物的3个实施例。例A含有一种基于硅烷官能化的丙烯酸聚氨酯(SPUA#1)的聚烯烃多元醇和一种基于氨基甲酸酯(STPUA)的硅烷封端的聚烯烃多元醇。代替基于配料的聚烯烃,例B含有一种三官能化聚醚多元醇,基于硅烷官能化的丙烯酸聚氨酯(SPUA#2)。对照例D不含硅烷官能化的丙烯酸聚氨酯,其只含一种(甲基)含丙烯酸酯官能团的聚氨酯低聚物(PUA)。制剂组分被混合。为了由大气中的潮气扩散通过潮气固化测试蔓延性,样品被置于两片30x40x2mm透明的浮法玻璃载玻片之间,由5密耳厚的垫片隔开(开模)。作为对照组,粘合剂也被放入玻璃载玻片之间的5密耳厚的聚对苯二甲酸乙二酯模具,其阻止任何大气中的潮气扩散进入粘合剂(闭模)。性质示于表2中。表3中展示了,在20℃和20%相对湿度(RH)下,在第一天、第三天和第六天结束时的固化蔓延情况。在注入闭合模具的粘合剂中没有发生固化。
表1
例A | 例B | 例C | 对照例D | |
SPUA#1<sup>a</sup> | 37.14 | - | - | - |
STPU<sup>b</sup> | 32.86 | - | - | - |
SPUA#2<sup>c</sup> | - | 70 | 70.94 | - |
PUA<sup>d</sup> | - | - | - | 26 |
聚烯烃多元醇 | - | - | - | 23 |
丙烯酸月桂酯 | 15.2 | 15.2 | 15.2 | 16.9 |
丙烯酸异冰片酯 | 0.9 | 0.9 | - | 20.3 |
甲基丙烯酸羟乙酯 | 10 | 10 | 10 | 10 |
光引发剂#1<sup>e</sup> | 3 | 3 | 3 | 3 |
光引发剂#2<sup>f</sup> | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
紫外线吸收剂<sup>g</sup> | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
HALS<sup>h</sup> | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
抗氧化剂<sup>i</sup> | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
二月桂酸二丁基锡 | 0.1 | 0.1 | - | - |
四甲基胍 | - | - | 0.06 | - |
总计 | 100 | 100 | 100 | 100 |
a SPUA#1:基于聚烯烃多元醇的含有甲氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯
bSTPU:基于聚烯烃多元醇的含有甲氧基硅烷官能团的氨基甲酸酯
cSPUA#2:基于三官能团的聚丙二醇多元醇的含有甲氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯
dSPUA#2:基于聚烯烃多元醇的丙烯酸聚氨酯
e光引发剂#1:1-羟基环己基苯基甲酮
f光引发剂#2:苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦
g紫外线吸收剂:2-[4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-[2-羟基-3-(十二烷氧基和十三烷氧基)丙氧基]苯酚
hHALS:1-(甲基)-8-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶)癸二酸酯
i抗氧化剂:四(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸)季戊四醇酯
表2
例A | 例B | 例C | 对照例D | |
初始粘度(cP) | 1319 | 409 | 516 | 956 |
14天后40℃下的粘度(cP) | 1472 | 522 | 619 | 978 |
邵氏硬度 | 00-50 | 00-25 | 00-54 | 00-70 |
表3
本发明的一个重要部分是,加入少量的水并不影响液体粘合剂和紫外可见光固化粘合剂这两者的光学清晰度。表4提供了加入水后硅烷基团的固化结果。如表4所示,为使硅烷基团反应而加入等量的水在第一天内就提供了固化。在配制和应用过程中,少量的水可被提供。在表5中,展示了加入水后在85℃和85%相对湿度(R.H.)下的可靠性测试的变化的泛黄度值(b*)。对于仅辐射可固化的(无潮气固化)对照例D的泛黄度结果也被给出了。本发明组合物的泛黄度结果,与对照例D相比较,近似或更低。
表4
表5
在850C/85%R.H条件下,该低的初始泛黄度和最终泛黄度对于显示屏叠片单元是非常重要的,如平板电脑,手机屏幕等。
表6展示了一种创造性制剂,用于边缘接合粘合剂的应用。例E包含一种基于三官能团聚醚多元醇的硅烷官能化丙烯酸聚氨酯(SPUA#2)和一种基于聚酯多元醇的丙烯酸聚氨酯(PUA#2)。
表6
例E | |
SPUA#2<sup>a</sup> | 29 |
PUA#2<sup>b</sup> | 20 |
N,N-二甲基丙烯酰胺 | 14.5 |
丙烯酸异冰片酯 | 8 |
N-乙烯基己内酰胺 | 14.7 |
2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮 | 2.5 |
(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦 | 0.5 |
乙烯基三甲氧基硅烷 | 1 |
聚乙烯蜡 | 4 |
乙酰丙酮 | 0.5 |
二月桂酸二丁基锡 | 0.1 |
聚二甲基硅氧烷改性的硅石 | 5.2 |
总计 | 100 |
aSPUA#2:基于三官能团聚丙二醇多元醇的含甲氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯
bPUA#2:基于聚酯多元醇的丙烯酸聚氨酯
例E为触变液体,其性质如表7所示。样品的粘度使用布氏R/S流变计+在25℃条件下测得。该触变和恢复率采用以下公式计算:
触变率=(在0.3剪切速率的溶液第一粘度)/(在0.3剪切速率的溶液粘度)
恢复率=(在0.3剪切速率的溶液最终粘度)/(在0.3剪切速率的溶液粘度)
本发明的一个重要部分是,在加速老化条件期间(21天老化@40℃,50%RH),该液体材料的流变性能不受影响。
表7
为了测试例E的潮气固化性能,制备了20密耳厚的薄膜,并将其置于25℃,50%RH的条件下。如表8所示,薄膜在第四天被固化了。
表8
在25℃,50%RH条件下, |
户外潮气固化20密耳厚的薄膜 | |
第一天 | 湿的 |
第二天 | 湿的 |
第三天 | 湿的 |
第四天 | 固化的 |
第五天 | 固化的 |
该固化材料的机械性能被测量并被监控以鉴证潮气固化进展的变化。其结果如表9所示。拉伸试样按照ASTM D638被制作,并且以1.0英寸/分钟的速度使用200磅的测力传感器从而在Instron4467型上被拉伸。样品以3000mJ/cm2的UV能量被固化,然后在被拉伸之前以室温储存。
表9
随着时间的推移的粘合性能如表10所示。一种片状元件通过分配粘合剂的胎圈到该片状元件的四个角而被连接到一块黑色电路板。以3000mJ/cm2的UV能量被固化,并在使用200磅的测力传感器于Instron型号4467上拉伸之前以室温存储。用肉眼观察,也值得注意,当在一个剩余磁通的顶部固化时该固化的粘合剂是否发生剥离。据观察,额外的潮气固化粘附性拉力强度提高了三倍。
表10
拉力强度(lbf) | 肉眼观察 | |
只用UV固化 | 11 | 不分层 |
UV+7天* | 33 | 不分层 |
*At 25℃ and 50%RH
总结
所发明的光化辐射和潮气双重可固化组合物非常适用于电子应用领域,其中有构成可靠性风险的阴影区域。所述组合物提供了一个很好的固化速度,因为它在相同的分子中包含至少一种低聚物,该低聚物同时具有潮气固化和光化辐射固化的功能。该液体粘合剂可通过光化辐射和潮气被固化成光学透明材料。在配制期间潮气可通过混合水来提供或者从大气中的水分提供。在配制期间加水显著地加速了潮气固化反应。发明实施例A,B和C特别适用于液体光学透明的应用,而实施例E适用于封边电路板组件。
当本发明根据优选实施例而已被特别展示和描述时,本领域技术人员将容易理解各种变化和修改可以被做出,而无需脱离本发明的精神和范围。其意图在于权利要求被解释为涵盖所公开的实施例,以及那些上面已经讨论过的可替代实施方式和所有等同物。
Claims (18)
1.一种光化辐射和潮气双重可固化组合物,其包含:
(a)至少一种含烷氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物,占30%至60%的重量百分比,具有如通式(1)或(2)的结构:
A-D-(P-D)n-X (1)
A-D-(P-D)n–P-Y (2)
其中:
i)D为二个或三个异氰酸酯基官能团;
ii)P为多元醇基,具有从50道尔顿至10000道尔顿的分子量;
iii)n为从1至100;
iv)A为含一元醇官能团的丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基;
v)X为含有脲或硫代氧氨基甲酸酯键的甲氧基硅烷或乙氧基硅烷官能团;
vi)Y为含有氨基甲酸酯键的甲氧基硅烷或乙氧基硅烷官能团;
(b)至少一种含烷氧基硅烷官能团的低聚物,占0%-40%的重量百分比,具有如通式式(3)或(4)的结构:
Y-(PO-D)m-PO-Y (3)
X-D-(PO-D)m-X (4)
其中:
i)D为二个或三个异氰酸酯基官能团;
ii)PO为一种聚烯烃基团,具有从300道尔顿至10000道尔顿的分子量;
iii)m为从1至100;
iv)X为含有脲或硫代氧氨基甲酸酯键的甲氧基硅烷或乙氧基硅烷官能团;
v)Y为含有氨基甲酸酯键的甲氧基硅烷或乙氧基硅烷官能团;
(c)至少一种含丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物,占大于0%且小于等于20%的重量百分比,具有如通式(5)的结构:
A-D-(P-D)k-A (5)
其中:
i)D为二个或三个异氰酸酯基官能团;
ii)P为多元醇基,具有从50道尔顿至10000道尔顿的分子量;
iii)k为从1至100;
iv)A为含一元醇官能团的丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基;
(d)至少一种含端羟基单丙烯酸酯或单甲基丙烯酸酯官能团的活性稀释剂,占2%-15%的重量百分比;
(e)至少一种自由基可聚合的活性稀释剂,占10%-30%的重量百分比;
(f)至少一种自由基光引发剂,占1%至4%的重量百分比;
(g)至少一种用于硅烷基团的潮气固化的催化剂,占0.1%至1%的重量百分比;
(h)一种紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂的抗氧化剂,占0.2%至1%的重量百分比;
(i)一种能够减少氧阻聚的蜡,占0%-5%的重量百分比;
(j)1,3-二羰基化合物螯合剂,占0%-1%的重量百分比;
(k)一种触变剂,占0%至5%的重量百分比;
(l)一种助粘剂,占0%至3%的重量百分比。
2.如权利要求1所述的组合物,还包括水。
3.如权利要求1所述的组合物,包括具有如通式(1)结构的所述含烷氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物。
4.如权利要求1所述的组合物,包括具有如通式(2)结构的所述含烷氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物。
5.如权利要求1所述的组合物,包括具有如通式(1)结构的所述含烷氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物和具有如通式(2)结构的所述含烷氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物。
6.如权利要求1所述的组合物,其中,至少有下列之一存在:至少一种具有如通式(3)或(4)结构的含烷氧基硅烷官能团的低聚物;至少一种具有如通式(5)结构的含丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物;至少一种含端羟基单丙烯酸酯或单甲基丙烯酸酯官能团的活性稀释剂;一种紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂的抗氧化剂;一种能够减少氧阻聚的蜡;1,3-二羰基化合物螯合剂;一种触变剂;一种助粘剂。
7.如权利要求1所述的组合物,其中,下述每一种都存在:至少一种具有如通式(3)或(4)结构的含烷氧基硅烷官能团的低聚物;至少一种具有如通式(5)结构的含丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物;至少一种含端羟基单丙烯酸酯或单甲基丙烯酸酯官能团的活性稀释剂;一种紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂的抗氧化剂;一种能够减少氧阻聚的蜡;1,3-二羰基化合物螯合剂;一种触变剂;一种助粘剂。
8.一种固化光化辐射和潮气双重可固化组合物的方法,其包括:
A)提供一种光化辐射和潮气双重可固化组合物,其包含:
(a)至少一种含烷氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物,占30%-60%的重量百分比,具有如通式(1)或(2)的结构,如下:
A-D-(P-D)n-X (1)
A-D-(P-D)n–P-Y (2)
其中:
i)D为二个或三个异氰酸酯基官能团;
ii)P为多元醇基,具有从50道尔顿至10000道尔顿的分子量;
iii)n为从1至100;
iv)A为含一元醇官能团的丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基;
v)X为含有脲或硫代氧氨基甲酸酯键的甲氧基硅烷或乙氧基硅烷官能团;
vi)Y为含有氨基甲酸酯键的甲氧基硅烷或乙氧基硅烷官能团;
(b)至少一种含烷氧基硅烷官能团的低聚物,占0%-20%的重量百分比,具有如通式(3)或(4)的结构,如下:
Y-(PO-D)m-PO-Y (3)
X-D-(PO-D)m-X (4)
其中:
i)D为二个或三个异氰酸酯基官能团;
ii)PO为一种聚烯烃基团,具有从300道尔顿至10000道尔顿的分子量;
iii)m为从1至100;
iv)X为含有脲或硫代氧氨基甲酸酯键的甲氧基硅烷或乙氧基硅烷官能团;
v)Y为含有氨基甲酸酯键的甲氧基硅烷或乙氧基硅烷官能团;
(c)至少一种含丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物,占大于0%且小于等于20%的重量百分比,具有如通式(5)的结构,如下:
A-D-(P-D)k-A (5)
其中:
i)D为二个或三个异氰酸酯基官能团;
ii)P为多元醇基,具有从50道尔顿至10000道尔顿的分子量;
iii)k为从1至100;
iv)A为含一元醇官能团的丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基;
(d)至少一种含端羟基单丙烯酸酯或单甲基丙烯酸酯官能团的活性稀释剂,占2%-15%的重量百分比;
(e)至少一种自由基可聚合的活性稀释剂,占10%-30%的重量百分比;
(f)至少一种自由基光引发剂,占1%-4%的重量百分比;
(g)至少一种用于硅烷基团的潮气固化的催化剂,占0.1%-1%的重量百分比;
(h)一种紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂的抗氧化剂,占0.2%-1%的重量百分比;
(i)一种能够减少氧阻聚的蜡,占0%-5%的重量百分比;
(j)1,3-二羰基化合物螯合剂,占0%-1%的重量百分比;
(k)一种触变剂,占0%-5%的重量百分比;
(l)一种助粘剂,占0%-3%的重量百分比;和
B)向所述组合物提供水;和
C)将该组合物暴露于充足的光化辐射以至少部分聚合或交联该组合物。
9.如权利要求8所述的方法,其中,通过将所述组合物暴露于环绕该组合物的大气中的水分,水被提供给该组合物。
10.如权利要求8所述的方法,其中,水通过将水与所述组合物混合而被提供给该组合物。
11.如权利要求8所述的方法,其中,所述组合物包含具有如通式(1)结构的所述含烷氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物。
12.如权利要求8所述的方法,其中,所述组合物包含具有如通式(2)结构的所述含烷氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物。
13.如权利要求8所述的方法,其中,所述组合物包含具有如通式(1)结构的所述含烷氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物和具有如通式(2)结构的含烷氧基硅烷官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物。
14.如权利要求8所述的方法,其中,所述组合物包含至少下列之一:至少一种具有如通式(3)或(4)结构的含烷氧基硅烷官能团的低聚物;至少一种具有如通式(5)结构的含丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物;至少一种含端羟基单丙烯酸酯或单甲基丙烯酸酯官能团的活性稀释剂;一种紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂的抗氧化剂;一种能够减少氧阻聚的蜡;1,3-二羰基化合物螯合剂;一种触变剂;一种助粘剂。
15.如权利要求8所述的方法,其中,所述组合物包含下述每一种:至少一种具有如通式(3)或(4)结构的含烷氧基硅烷官能团的低聚物;至少一种具有如通式(5)结构的含丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能团的丙烯酸聚氨酯低聚物;至少一种含端羟基单丙烯酸酯或单甲基丙烯酸酯官能团的活性稀释剂;一种紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂的抗氧化剂;一种能够减少氧阻聚的蜡;1,3-二羰基化合物螯合剂;一种触变剂;一种助粘剂。
16.如权利要求8所述的方法,其中,通过暴露于一种或多种紫外线、可见光、电子束辐射或它们的组合实施所述曝光。
17.如权利要求8所述的方法,其中,通过以从200nm至500nm范围的波长并以从5mW/cm2至2500mW/cm2的曝光强度暴露于一种或多种紫外线或可见光或它们的组合中0.2秒至120秒,实施所述曝光。
18.如权利要求8所述的方法,其中,通过在300nm至465nm波长范围暴露,实施所述曝光。
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