DE69432981T2

DE69432981T2 - Klebeband mit antistatischen eigenschaften

Info

Publication number: DE69432981T2
Application number: DE69432981T
Authority: DE
Inventors: A. David CADALBERT; D. Eric MORRISON; L. Tamara JOHNSON; L. William KAUSCH; R. David BOSTON; K. Wayne LARSON; T. Stevent HEDRICK
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1993-04-20
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2014-01-29
Also published as: KR100307836B1; JPH08507570A; US5637368A; CA2159334A1; KR960701964A; EP0695330B1; DE69432981D1; WO1994024218A1; EP0695330A1; HK1012668A1

Description

Diese Erfindung betrifft Klebebänder und -flächengebilde, die ein Vanadiumoxid als antistatische Komponente verwenden.
Ein Aufbau von elektrischen Ladungen, die als "statische Elektrizität" bekannt sind, kann sich plötzlich entladen und besonders in aufgerollten Gegenständen, wie Klebebändern und -flächengebilde, eine unerwünschte Funkenbildung verursachen. In dem Fachgebiet ist bekannt, dass antistatische Materialien den Aufbau von statischer Elektrizität vermeiden oder kompensieren können.
Es besteht ein wachsendes Interesse an der Verwendung von antistatischen Materialien und Beschichtungen in verschiedenen Bereichen der Technik, besonders in der Elektronikindustrie. Bei der Elektronikherstellung zum Beispiel kann eine elektrostatische Entladung zu einem teuren und schwierig nachzuweisenden Schaden an Elektronikbauteilen führen. Der Aufbau elektrischer Ladungen kann auch zu Schwierigkeiten bei der Handhabung und Anziehung von Staub und Fremdkörpern führen.
Klebebänder, besonders Haftklebebänder, sind bei der Elektronikherstellung, zum Beispiel bei Anwendungen zum Abdecken und Verpacken, verwendbar. Die Handhabung des Bandes (z. B. das Abwickeln) kann zur Erzeugung von sehr hohen elektrostatischen Ladungen führen, welche die zur Beschädigung typischer Elektronikbauteile erforderlichen bei weitem überschreiten. Bevor derartige Haftklebebänder mit Elektronikbauteilen in Kontakt gebracht , werden, wie zum Beispiel bei einem Abdeckvorgang, muss die elektrostatische Ladung auf dem Band entfernt werden. Herkömmlicherweise erfolgt dies durch die Wirkung von ionisierter Luft auf dem Band. Häufig ist dies jedoch nur eine vorübergehende Lösung.
Verschiedene Materialien wurden für die Verwendung als antistatische Schicht vorgeschlagen. Von Vanadiumoxiddispersionen wurde zum Beispiel berichtet, dass sie wirksame antistatische Schichten in photographischen Konstruktionen sind. Ferner wurde von wässrigen Copolyesterdispersionen, die ionische, antistatische Mittel, wie das Mononatriumsalz der Vanadinsäure, enthalten, berichtet, dass sie bei photographischen Medien verwendbar sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft den in den Ansprüchen offenbarten Gegenstand.
Kurz gesagt, die vorliegende Erfindung stellt ein Klebeband oder -flächengebilde bereit, das ein Vanadiumoxid, bevorzugt kolloidales Vanadiumoxid, als antistatische Beschichtung oder antistatische Schicht verwendet. Antistatische Beschichtungen, die sich von wässrigen Vanadiumoxiddispersionen ableiten, sind besonders erwünscht, da sie die mit organischen Lösungsmitteln verbundenen Umwelt- und Abfallbeseitigungsprobleme vermeiden. Die in der vorliegenden Erfindung verwendbaren kolloidalen Vanadiumoxiddispersionen stellen eine hochdispergierte Form von Vanadiumoxid bereit, die eine wünschenswerte Morphologie, Teilchengröße und Dispersionseigenschaften zeigt, die bei der Herstellung von Bändern und Flächengebilde nützlich sind.
Das Band oder das Flächengebilde (engl. sheet) der Erfindung ist typischerweise selbsttragend und umfasst eine gegebenenfalls vorhandene Trägerschicht, eine Klebemittelschicht, die ein Haftklebemittel oder ein strahlungsaktiviertes Klebemittel umfasst, und eine Vanadiumoxidschicht. Das Band oder das Flächengebilde kann entweder eine einzelne exponierte klebende Oberfläche oder zwei exponierte klebende Oberflächen aufweisen. Ferner kann die Vanadiumoxidschicht überall in der Konstruktion vorliegen. Somit kann sie zum Beispiel zwischen dem Träger, falls einer verwendet wird, und dem Klebemittel; über dem Klebemittel; als eine Komponente der Klebemittelzusammensetzung; oder auf der Oberfläche des gegebenenfalls vorhandenen Trägers, die sich gegenüber der das Klebemittel tragenden Oberfläche befindet, vorliegen.
Das Band oder das Flächengebilde der Erfindung kann auch Rückseitenschichten mit geringer Haftung, Grundierschichten und dergleichen verwenden. Die Vanadiumoxidschicht kann auf diesen Schichten oder zwischen beliebigen dieser Schichten und der (den) dazu benachbarten Schichten) vorliegen.
Ein überraschendes Ergebnis ist, dass bemerkenswert niedrige Konzentrationen von Vanadiumoxidsol ein äußerst wirksames antistatisches Verhalten erzeugen. Wirksame antistatische Eigenschaften können mit niedrigen oder ohne Oberflächenkonzentrationen von Vanadiumoxid bereitgestellt werden.
Die antistatischen Gegenstände und Beschichtungen der vorliegenden Erfindung verleihen wünschenswerte Eigenschaften, wie: eine verringerte Tendenz zur Staubanziehung; eine Verhinderung der Bildung von Spuren statischer Aufladung; eine verringerte Tendenz zur Funkenbildung oder Beschädigung von Elektronikbauteilen; verringerte Schwierigkeiten bei der Handhabung des Bandes und des Flächengebildes; und keine Abhängigkeit von Feuchtigkeit.
In dieser Anmeldung:
bedeutet "kolloidales Vanadiumoxid" eine kolloidale Dispersion von ein- oder gemischtwertigem Vanadiumoxid, wobei die formalen Oxidationsstufen der Vanadiumionen typischerweise +4 und +5 sind. In dem Fachgebiet werden derartige Spezies oft als V₂O₅ bezeichnet. In den gealterten, kolloidalen Formen (mehrere Stunden bei 80°C oder mehr oder mehrere Tage bei Raumtemperatur) besteht Vanadiumoxid aus dispergierten, fibrillären Vanadiumoxidteilchen, die bevorzugt eine Dicke im Bereich von 0,02–0,08 μm und eine Länge von bis zu etwa 4 μm aufweisen; und
werden "Sol", "kolloidale Dispersion" und "kolloidale Lösung" untereinander auswechselbar verwendet und bedeuten eine einheitliche Suspension von fein verteilten Teilchen in einem kontinuierlichen, flüssigen Medium, wenn es nicht anders angegeben ist.
Kolloidale Vanadiumoxiddispersionen können, wie in U.S.-Patent Nr. 4,203,769 und in dem anhängigen WO93/24584 offenbart, hergestellt werden. Diese beiden Dokumente sind hinsichtlich der Herstellung derartiger Dispersionen hier durch Bezugnahme aufgenommen.
WO93/24584 offenbart die Herstellung von kolloidalen Vanadiumoxiddispersionen durch die Zugabe von Vanadiumoxidtrialkoxiden (VO(OR)₃) zu einem molaren Überschuss an Wasser und gegebenenfalls Wasserstoffperoxid. Die Hydrolyse und das Kondensationsverfahren werden günstigerweise bei Raumtemperatur durchgeführt und können durch die Zugabe von Coreagenzien, die Zugabe von Metalldotiermaterialien, durch nachfolgendes Altern oder Wärmebehandlungen und die Entfernung von Alkoholnebenprodukten modifiziert werden. Durch derartige Modifikationen können die Eigenschaften der Vanadiumpentoxiddispersion verändert werden. Das Verfahren stellt eine dispergierte Form von Vanadiumpentoxid bereit, die zur Herstellung von antistatischen Beschichtungen äußerst wirksam ist.
Die Vergleichsbeispiele von WO93/24584 offenbaren die Herstellung von kolloidalen Vanadiumoxiddispersionen durch die Ansäuerung von Vanadatsalzen, durch die Reaktion von Wasserstoffperoxid mit Vanadiumpentoxid und durch die Hydrolyse von Vanadiumverbindungen, wie Halogeniden.
Die kolloidalen Vanadiumoxiddispersionen des U.S.-Patents 4,203,769 und WO93/24584 sind ähnlich, außer dass die V⁴⁺-Konzentrationen des letztgenannten höher sind und reguliert werden können. Andere Vorteile des letztgenannten umfassen: Energierersparnis, Zweckmäßigkeit, Beseitigung von Bedingungen, wodurch hochtoxische, Vanadium-enthaltende Dämpfe erzeugt werden können, keine Notwendigkeit, die so erhaltenen kolloidalen Dispersionen zu filtrieren und die Fähigkeit zur Herstellung kolloidaler Dispersionen in situ (in Polymerlösung).
Am meisten bevorzugte Vanadiumoxidsole, d. h. kolloidale Dispersionen, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, werden durch Hydrolysieren von Vanadiumoxoalkoxiden mit einem molaren Überschuss an entionisiertem Wasser hergestellt. In bevorzugten Ausführungsformen werden die Vanadiumoxoalkoxide in situ aus einer Vorstufenspezies von Vanadiumoxid und einem Alkohol hergestellt. Die Vorstufenspezies von Vanadiumoxid ist bevorzugt ein Vanadiumoxyhalogenid oder ein Vanadiumoxyacetat. Wenn das Vanadiumoxoalkoxid in situ hergestellt wird, kann das Vanadiumoxoalkoxid auch andere Liganden, wie Acetatgruppen, umfassen.
Bevorzugt ist das Vanadiumoxoalkoxid ein Trialkoxid der Formel VO(OR)₃, in der jeder Rest R unabhängig einen aliphatischen Rest, einen Arylrest, einen heterocyclischen Rest oder einen Arylalkylrest bedeutet. Bevorzugt ist jeder Rest R unabhängig ausgewählt aus C_1-10-Alkylresten, C_1-10-Alkenylresten, C_1-10-Alkinylresten, C_1-18-Arylresten, C_1-18-Arylalkylresten oder Gemischen davon, die substituiert oder unsubstituiert sein können. "Rest" bedeutet eine chemische Spezies, die eine Substitution ermöglicht oder die durch herkömmliche Substituenten, die das gewünschte Produkt nicht beeinträchtigen, substituiert werden kann. Stärker bevorzugt bedeutet jeder Rest R unabhängig einen unsubstituierten C_1-6-Alkylrest. Wenn gesagt wird, dass jeder Rest R "unabhängig" aus einer Gruppe ausgewählt ist, bedeutet es, dass nicht alle Reste R in der Formel VO(OR)₃ notwendigerweise gleich sind.
Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff "aliphatisch" einen gesättigten oder ungesättigten, linearen, verzweigten oder cyclischen Kohlenwasserstoffrest oder heterocyclischen Rest. Dieser Begriff wird verwendet, um zum Beispiel Alkylreste, Alkenylreste, wie Vinylgruppen, und Alkinylreste zu umfassen. Der Begriff "Alkyl" bedeutet einen gesättigten, linearen, cyclischen oder verzweigten Kohlenwasserstoffrest. Der Begriff "Alkenyl" bedeutet einen linearen, verzweigten oder cyclischen Kohlenwasserstoffrest, der mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung enthält. Der Begriff "Alkinyl" bedeutet einen linearen oder verzweigten Kohlenwasserstoffrest, der mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindung enthält. Der Begriff "heterocyclisch" bedeutet einen ein- oder mehrkernigen, cyclischen Rest, der Kohlenstoffatome und ein oder mehrere Heteroatome, wie ein Stickstoff-, Sauerstoff-, Schwefelatom oder eine Kombination davon, in dem Ring oder in den Ringen enthält, wie Furan, Thymin, Hydantoin und Thiophen. Der Begriff "Aryl" bedeutet einen ein- oder mehrkernigen, aromatischen Kohlenwasserstoffrest. Der Begriff "Arylalkyl" bedeutet einen linearen, verzweigten oder cyclischen Alkylkohlen wasserstoffrest mit einem ein- oder mehrkernigen, aromatischen Kohlenwasserstoffsubstituenten oder heterocyclischen Substituenten. Die aliphatischen Reste, Arylreste, heterocyclischen Reste und Arylalkylreste können unsubstituiert sein oder sie können mit verschiedenen Gruppen, wie Br-, Cl-, F-, I-Atomen oder OH-Gruppen, oder anderen Gruppen, die das gewünschte Produkt nicht beeinträchtigen, substituiert sein.
Das Hydrolyseverfahren führt zur Kondensation der Vanadiumoxoalkoxide zu kolloidalen Vanadiumoxiddispersionen. Es kann in Wasser innerhalb eines Temperaturbereiches, in dem das Lösungsmittel, das bevorzugt entionisiertes Wasser oder ein Gemisch aus entionisiertem Wasser und einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel ist, in flüssiger Form vorliegt, z. B. innerhalb eines Bereiches von etwa 0–100°C, durchgeführt werden. Das Verfahren wird bevorzugt und vorteilhafterweise innerhalb eines Temperaturbereiches von etwa 20–30°C, d. h. bei etwa Raumtemperatur, durchgeführt. Die Hydrolyse umfasst bevorzugt die Zugabe eines Vanadiumoxoalkoxids zu entionisiertem Wasser.
In den am meisten bevorzugten Ausführungsformen enthält das entionisierte Wasser oder das Gemisch aus entionisiertem Wasser und mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmitteln eine wirksame Menge eines Hydroperoxids, wie H₂O₂. In bevorzugten Ausführungsformen werden das entionisierte Wasser und das Hydroperoxid mit einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel, wie einem Keton mit niedrigen Molekulargewicht oder einem Alkohol, kombiniert. Gegebenenfalls kann das Reaktionsgemisch auch durch die Zugabe von Coreagenzien, die Zugabe von Metalldotiermaterialien, durch nachfolgendes Altern oder Wärmebehandlungen und Entfernung von Alkoholnebenprodukten modifiziert werden. Durch derartige Modifikationen können die Eigenschaften der kolloidalen Vanadiumoxiddispersion verändert werden.
Die Vanadiumoxoalkoxide können auch in situ aus einer Vorstufenspezies von Vanadiumoxid in wässrigem Medium und einem Alkohol hergestellt werden. Die Vanadiumoxoalkoxide können zum Beispiel in dem Reaktionskolben, in dem die Hydrolyse und die nachfolgenden Kondensationsreaktionen stattfinden, erzeugt werden. Das heißt, die Vanadiumoxoalkoxide können durch Vereinigen einer Vorstufenspezies von Vanadiumoxid, wie zum Beispiel eines Vanadiumoxyhalogenids (VOX₃), bevorzugt VOCl₃, oder eines Vanadiumoxyacetats (VO₂OAc), mit einem geeigneten Alkohol, wie i-BuOH, i-PrOH, n-PrOH, n-BuOH, t-BuOH und dergleichen, wobei Bu = Butyl und Pr = Propyl, erzeugt werden. Es ist selbstverständlich, dass wenn Vanadiumoxoalkoxide in situ erzeugt werden, sie gemischte Alkoxide sein können. Das Produkt der Reaktion von Vanadiumoxyacetat mit einem Alkohol in situ ist zum Beispiel ein gemischtes Alkoxid/Acetat. Somit wird hier der Begriff "Vanadiumoxoalkoxid" verwendet, um auf Spezies Bezug zu nehmen, die, besonders wenn sie in situ hergestellt wurden, midestens einen Alkoxidrest (-OR-Rest) aufweisen. Die Vanadiumoxoalkoxide sind bevorzugt Trialkoxide mit drei Alkoxidresten.
Die Herstellungen der Vanadiumoxoalkoxide in situ werden bevorzugt unter einer inerten Atmosphäre, wie Stickstoff oder Argon, durchgeführt. Die Vorstufenspezies von Vanadiumoxid wird typischerweise bei Raumtemperatur zu einem geeigneten Alkohol gegeben. Wenn die Reaktion exotherm ist, wird sie in einer kontrollierten Geschwindigkeit zugegeben, so dass die Temperatur des Reaktionsgemisches Raumtemperatur nicht deutlich übersteigt. Die Temperatur des Reaktionsgemisches kann ferner reguliert werden, indem der Reaktionskolben in ein Bad mit konstanter Temperatur, wie ein Eiswasserbad, gestellt wird. Die Reaktion der Vanadiumoxidspezies und des Alkohol kann in Gegenwart eines Oxirans, wie Propylenoxid, Ethylenoxid oder Epichlorhydrin und dergleichen, durchgeführt werden. Das Oxiran entfernt Nebenprodukte der Reaktion der Vanadiumoxidspezies, besonders Vanadiumdioxidacetat und Vanadiumoxyhalogenide, mit den Alkoholen wirksam. Falls gewünscht, können flüchtige Ausgangsmaterialien und Reaktionsprodukte durch Destillation oder Verdampfungsverfahren, wie Rotationsverdampfung, entfernt werden. Das so erhaltene Vanadiumoxoalkoxidprodukt kann, ob in Form einer Lösung oder eines festen Rückstandes nach der Anwendung einer Destillation oder von Verdampfungsverfahren, direkt zu Wasser gegeben werden, um die kolloidalen Vanadiumoxiddispersionen herzustellen.
Ein zur Herstellung der kolloidalen Dispersion bevorzugtes Verfahren umfasst die Zugabe eines Vanadiumoxoalkoxids zu einem molaren Überschuss an Wasser, bevorzugt unter Rühren, bis sich eine homogene, kolloidale Dispersion bildet. Ein "molarer Überschuss" an Wasser bedeutet, dass eine ausreichende Menge an Wasser gegenüber der Menge an Vanadiumoxoalkoxid vorliegt, so dass ein Molverhältnis von Wasser zu Vanadium-gebundenem Alkoxid von mehr als 1 : 1 vorliegt. Bevorzugt wird eine so ausreichende Menge an Wasser verwendet, so dass die gebildete kolloidale Enddispersion weniger als etwa 4,5 Gew.-% und mindestens eine minimale wirksame Menge an Vanadium enthält. Dies erfordert typischerweise ein Molverhältnis von Wasser zu Vanadiumalkoxid von mindestens etwa 45 : 1 und bevorzugt mindestens etwa 150 : 1. "Minimale wirksame Menge" an Vanadium bedeutet hier, dass die kolloidale Dispersion eine Menge an Vanadium in Form von Vanadiumoxid, ob verdünnt oder nicht, enthält, die zur Bildung einer wirksamen, Sulfonatgruppen-enthaltenden, polymeren, antistatischen Beschichtung für die gewünschte Verwendung ausreicht.
Bei der Herstellung der bevorzugten kolloidalen Vanadiumoxiddispersion der vorliegenden Erfindung wird eine ausreichende Menge an Wasser verwendet, so dass die gebildete kolloidale Dispersion etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 3,5 Gew.-% Vanadium enthält. Am meisten bevorzugt wird eine ausreichende Menge an Wasser verwendet, so dass die nach der Zugabe der Vanadium-enthaltenden Spezies gebildete kolloidale Dispersion etwa 0,6 Gew.-% bis etwa 1,7 Gew.-% Vanadium enthält. Das in den Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete Wasser ist bevorzugt entionisiertes Wasser.
In den Verfahren zur Herstellung der kolloidalen Dispersion werden die Vanadiumoxoalkoxide bevorzugt durch Zugabe der Vanadiumoxoalkoxide zu Wasser, als im Gegensatz dazu durch Zugabe von Wasser zu den Vanadiumoxoalkoxiden, hydrolysiert. Dies ist vorteilhaft, da es typischweise zur Bildung einer wünschenswerten, kolloidalen Dispersion führt und im allgemeinen eine übermäßige Gelbildung vermeidet.
Vorausgesetzt, dass in der Hydrolyse und in den nachfolgenden Kondensationsreaktionen der Vanadiumoxoalkoxide ein molarer Überschuss an Wasser verwendet wird, können auch mit Wasser mischbare, organische Lösungsmittel vorliegen. Das heißt, in bestimmten bevorzugten Ausführungsformen können die Vanadiumoxoalkoxide zu einem Gemisch aus Wasser und einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel gegeben werden. Mischbare, organische Lösungsmittel umfassen Alkohole, Ketone mit niedrigem Molekulargewicht, Dioxan und Lösungsmittel mit einer hohen Dielektrizitätskonstante, wie Acetonitril, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid und dergleichen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Das organische Lösungsmittel ist bevorzugt Aceton oder ein Alkohol, wie i-BuOH, i-PrOH, n-PrOH, n-BuOH, t-BuOH und dergleichen.
Das Reaktionsgemisch enthält bevorzugt auch eine wirksame Menge eines Hydroperoxids, wie H₂O₂ oder t-Butylwasserstoffperoxid. Eine "wirksame Menge" eines Hydroperoxids ist eine Menge, die positiverweise oder günstigerweise die Bildung einer kolloidalen Dispersion bewirkt, die eine antistatische Beschichtung mit einem nachstehend definierten Wert [V]_eff einer wirksamen antistatischen Beschichtung von weniger als etwa 2,0 mg/m² erzeugen kann. Die Gegenwart des Hydroperoxids verbessert offensichtlich die dispergierenden Eigenschaften der kolloidalen Dispersion und erleichtert die Herstellung einer antistatischen Beschichtung mit äußerst wünschenswerten Eigenschaften. Das heißt, wenn eine wirksame Menge an Hydroperoxid verwendet wird, sind die so erhaltenen kolloidalen Dispersionen weniger trüb und besser dispergiert. Das Hydroperoxid liegt bevorzugt in einer Menge vor, so dass das Molverhältnis von Vanadiumoxoalkoxid zu Hydroperoxid innerhalb eines Bereiches von etwa 1 : 1 bis 4 : 1 liegt.
Andere, zur Herstellung von kolloidalen Vanadiumoxiddispersionen bekannte Verfahren, die weniger bevorzugt sind, umfassen anorganische Verfahren, wie Ionenaustauschansäuerung von NaVO₃, Thermohydrolyse von VOCl₃ und eine Reaktion von V₂O₅ mit H₂O₂. Die Bereitstellung von Beschichtungen mit wirksamen antistatischen Eigenschaften aus Dispersionen, die mit anorganischen Vorstufen hergestellt wurden, erfordert typischerweise beträchtliche Ober flächenkonzentrationen von Vanadium, was im allgemeinen zu einem Verlust von wünschenswerten Eigenschaften, wie Transparenz, Haftung und Einheitlichkeit, führt.
Für die meisten Verwendungen weist eine wirksame antistatische Beschichtung ein Beschichtungsgewicht an Vanadium ([V]_eff, in mg Vanadium pro m² Trägeroberfläche berechnet) von weniger als etwa 12 mg/m² auf; für einige Endverwendungen kann jedoch ein Wert von [V]_eff bis zu etwa 20 mg/m² toleriert werden. Für bevorzugte Verwendungen ist es jedoch wünschenswert, dass die antistatische Beschichtung eine [V]_eff von weniger als etwa 6 mg/m² aufweist, und bevorzugt beträgt der Wert von [V]_eff weniger als etwa 3 mg/m². Im allgemeinen sind geringere Beschichtungsgewichte an Vanadium für eine wirksame Leitung elektrostatischer Ladungen vorteilhaft und kommerziell wünschenswert, da Vanadiumoxidbeschichtungen mit einem geringeren Beschichtungsgewicht im allgemeinen weniger gefärbt, einheitlicher und wirtschaftlicher sind und bessere Hafteigenschaften als Beschichtungen mit einer höheren Vanadiumkonzentration besitzen können. Die Dicke der Endbeschichtung hängt mehr von der Polymerkonzentration als von der V₂O₅-Konzentration ab.
Der Wert von [V]_eff ist das berechnete Beschichtungsgewicht an Vanadium, das zur Bereitstellung von Zeiten für die Abnahme der elektrostatischen Ladung von weniger als 0,10 Sekunden für die Abnahme eines Potentials von 5000 V auf weniger als 50 V erforderlich ist. Die Oberflächenkonzentration von Vanadium in den antistatischen Beschichtungen der vorliegenden Erfindung kann aus Formulierungswerten berechnet werden, wobei man eine 100 %ige Umwandlung des Vanadiumoxoalkoxids in die kolloidale Vanadiumoxiddispersion voraussetzt, und wobei man auch voraussetzt, dass die Dichte jeder schrittweise verdünnten, kolloidalen Vanadiumoxiddispersion die von Wasser ist (1,0 g/ml), und die Dicke der nassen Beschichtung etwa 6,9 μm beträgt, wenn sie unter Verwendung einer Mayer-Auftragsschiene Nr. 3 aufgetragen wurde.
Die kolloidale Vanadiumoxiddispersion kann bei der Durchführung der Erfindung allein oder mit anderen Substanzen kombiniert verwendet werden.
Klebemittel, die in der vorliegenden Erfindung als Klebemittelschicht verwendbar sind, umfassen Haftklebemittel und Nicht-Haftklebemittel. Die erstgenannte Kategorie ist eine zur Verwendung in der Erfindung bevorzugte Klasse von Klebemitteln. Sie sind normalerweise bei Raumtemperatur klebend und können durch die Anwendung von höchstens leichtem Fingerdruck auf eine Oberfläche geklebt werden. Die letztgenannte Klasse von Klebemitteln sind strahlungsaktivierte Klebemittelsysteme.
Die in der Erfindung verwendbaren Klebemittel können im allgemeinen auf üblichen Zusammensetzungen aus Polyacrylat, Polyvinylether, Kautschuk, wie natürlichem Kautschuk, Isopren, Polychloropren, Butylkautschuk, Polyisobutylen, Butadien-Acrylnitril-Polymer, thermoplastischem Elastomer und Styrol-Butadien-Polymer, Poly-alpha-olefin, amorphem Polyolefin, Silikon, Ethylen-enthaltendem Copolymer, wie Ethylenvinylacetat, Ethylethylacrylat und Ethylmethacrylat, Polyurethan, Polyamid, Epoxidharz, Polyvinylpyrrolidon und Vinyl-Pyrrolidon-Copolymeren, Polyestern und Gemischen der Vorstehenden basieren. Ferner können die Klebemittel Zusätze, wie Klebrigmacher, Weichmacher, Füllstoffe, Antioxidationsmittel, Stabilisatoren, Pigmente, Härtungsmittel und Lösungsmittel, enthalten.
Eine allgemeine Beschreibung verwendbarer Haftklebemittel kann man in Encyclopedia of Polymer Science and Engieering, Bd. 13, Wiley-Interscience Publishers (New York, 1988), finden.
Eine weitere Beschreibung verwendbarer Haftklebemittel kann man in Encyclopedia of Polymer Science and Technoloy, Bd. 1, Interscience Publishers (New York, 1964), finden.
Andere in der Erfindung verwendbare Haftklebemittel sind in der Patentliteratur beschrieben. Beispiele dieser Patente umfassen Re 24,906 (Ulrich), U.S. 3,389,827 (Abere et al., in Sp. 4– Sp. 5), U.S. 4,080,348 (Korpman), U.S. 4,136,071 (Korpman), U.S. 4,792,584 (Shiraki et al.), U.S. 4,883,179 (Young et al.) und U.S. 4,952,650 (Young et al.).
Im Handel erhältliche Haftklebemittel sind ebenfalls in der Erfindung verwendbar. Beispiele dieser Klebemittel umfassen Heißschmelzhaftklebemittel, die von H. B. Fuller Company, St. Paul, Minnesota, als HM-1597, HL-2207-X, HL-2115X und HL-2193-X erhältlich sind. Andere verwendbare, im Handel erhältliche Haftklebemittel umfassen die von Century Adhesives Corporation, Columbus, Ohio, erhältlichen.
Ferner kann das Klebemittel Zusätze, wie Klebrigmacher, Weichmacher, Füllstoffe, Antioxidationsmittel, Stabilisatoren, Pigmente, Härtungsmittel, Vernetzungsmittel, Lösungsmittel etc., enthalten.
Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung kann gegebenenfalls eine Trägerschicht verwendet werden. Sie kann ein Polymer, ein faseriges Material, ein silicatisches Material oder ein keramisches Material sein. Speziellere Beispiele verwendbarer Trägerschichten sind behandeltes oder unbehandeltes Papier, wie Krepppapier, Strangseidenpapier, wiederaufbereitbares Seidenpapier und Kraftpapier; Webstoff, wie Baumwolle, Rayon, Polyester, Glas und Nylon; Polymerfolie, wie Cellophan, Acetat, Polyester, Vinyl, Polyvinylchlorid, Polypropylen, Polyethylen und Polyimid; Vliesstoff, wie ein Polymergitterstoff oder -faserstoff; Metallfolie, wie Aluminium, Edelstahl und Blei; Schaumstoff, wie offenzelliges und geschlossenzelliges Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polyurethan und Polychloropren; Kautschuk, wie Neopren; metallbeschichtete Folie oder Kombinationen der Vorstehenden, d. h. Laminate. Die Träger können ferner mit Fasern, Füllstoffen, Weichmachern, Pigmenten, Stabilisatoren, Antioxidationsmitteln oder Gemischen davon gemischt werden. Die Träger können ferner eine Grundierschicht tragen oder oberflächenbehandelt, z. B. Corona-behandelt, sein, um die Haftung von anderen Komponenten auf ihnen zu fördern; einen Ausrichtungsschritt durchlaufen, um ihre Zugfestigkeit zu verbessern; oder mit einem wenig haftenden Rückseitenmaterial beschichtet sein, um ein Kleben/Übertragen des Klebemittels auf der/die gegenüberliegende/n Seite des Bandes oder des Flächengebildes zu verhindern, wenn das Band oder das Flächengebilde in Form einer Rolle vorliegt.
Das Band oder das Flächengebilde der Erfindung kann durch verschiedene Verfahren hergestellt werden. Eine Trägerschicht kann zum Beispiel mit einem Klebemittel beschichtet werden und danach kann das antistatische Material entweder direkt über dem Klebemittel oder auf die gegenüberliegende Oberfläche des Trägers aufgetragen werden. In einer anderen Ausführungsform kann die antistatische Schicht entweder über dem Klebemittel oder auf die gegenüberliegende Oberfläche eines Bandträgers aufgetragen werden. Ferner kann die antistatische Schicht in die Klebemittelschicht eingebaut werden.
Verfahren zum Auftragen des Klebemittels umfassen Lösungsmittelbeschichtung (entweder aus organischen Lösungsmitteln oder Wasser), Emulsionsbeschichtung, Heißschmelzbeschichtung, gleichzeitige Extrusion des Klebemittels und des Trägers, kalandrierende Curtain-Beschichtung, Gravurbeschichtung, Sprühbeschichtung und dergleichen.
Ebenso kann die antistatische Beschichtung durch verschiedene Verfahren aufgetragen werden. Diese Verfahren umfassen die Beschichtung mit einer Mayer-Auftragsschiene, Tauchbeschichtung, Schleuderbeschichtung, Walzenbeschichtung, Curtain-Beschichtung, Sprühbeschichtung und dergleichen.
Die Zusammensetzung der antistatischen Beschichtung kann einem Alterungsprozess unterzogen werden, indem sie in einem Bad mit konstanter Temperatur gelagert wird, bis eine thixotrope, kolloidale Dispersion gebildet wird. Die antistatische Beschichtung kann auch vor dem Auftragen auf den Träger mit Wasser oder einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel verdünnt werden. Ferner kann ein grenzflächenaktives Mittel zu der Zusammensetzung der antistatischen Beschichtung gegeben werden, um eine einheitliche Benetzung der zu beschichtenden Oberfläche zu unterstützen.
Mit Wasser mischbare, organische Lösungsmittel können zugegeben werden. Beispiele derartiger organischer Lösungsmittel, die verwendet werden können, umfassen Aceton, Methylethylketon, Methanol, Ethanol und andere Alkohole und Ketone. Die Gegenwart derartiger Lösungsmittel ist wünschenswert, wenn der Bedarf besteht, die Beschichtungseigenschaften der Beschichtungslösung zu ändern.
Zur Herstellung des Gemisches aus kolloidalem Vanadiumoxid und dem Sulfonat-enthaltenden Polymer kann eine am meisten bevorzugte kolloidale Dispersion von Vanadiumoxid, wie vorstehend angemerkt, durch Hydrolyse eines Vanadiumoxoalkoxids mit einem molaren Überschuss an entionisiertem Wasser hergestellt werden. Diese Dispersionen können eine braune Farbe aufweisen, was somit der Endbeschichtung eine gelbe oder braune Tönung verleiht. Eine bevorzugte Herstellung ist die Zugabe von Vanadiumisobutoxid zu einer Wasserstoffperoxidlösung, wie nachstehend ausführlich beschrieben.
Dispersionen, die sehr kleine Mengen an Vanadiumoxid enthalten, können für die vorliegende Erfindung verwendbare Beschichtungen bereitstellen. In allen Fällen reicht die Menge an vorhandenem Vanadiumoxid aus, um der Endbeschichtung oder dem Gegenstand antistatische Eigenschaften zu verleihen. Die Verwendung von entionisiertem Wasser vermeidet Probleme bei der Ausflockung der kolloidalen Teilchen in den Dispersionen. Entionisiertes Wasser enthielt eine wesentliche Menge an entfernten Ca(2+)- und Mg(2+)-Ionen. Das entionisierte Wasser enthält bevorzugt weniger als etwa 50 ppm dieser mehrwertigen Kationen und am meisten bevorzugt weniger als 5 ppm.
Sobald die Dispersion aufgetragen ist, kann die beschichtete Folie einige Minuten im allgemeinen bei einer Temperatur von Raumtemperatur bis zu einer durch den Träger beschränkten Temperatur, bevorzugt Raumtemperatur bis 200°C und am meisten bevorzugt 50 bis 150°C getrocknet werden. Das Gewicht der getrockneten Beschichtung kann bevorzugt im Bereich von 3 mg/m² bis 20 g/m² liegen.
Die Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden durch die folgenden Beispiele weiter veranschaulicht, jedoch sollten die in diesen Beispielen aufgezählten speziellen Materialien und Mengen davon sowie andere Bedingungen und Einzelheiten diese Erfindung nicht übermäßig einschränken.
In den nachstehenden Beispielen sind alle Prozente auf das Gewicht bezogen, wenn es nachstehend nicht anders angegeben ist.
EXPERIMENTELLES
Die vorliegende Erfindung ist in den folgenden Beispielen weiter beschrieben. In diesen Beispielen wurden bestimmte Versuche durchgeführt, um die antistatischen Eigenschaften und die Hafteigenschaften der Erfindung zu zeigen. Diese Versuche waren wie folgt:
Antistatische Eigenschaften
In den nachstehenden Beispielen wurden die antistatischen Eigenschaften der Klebebänder und -flächengebilde gemessen, indem die Zeit für die Abnahme der Ladung der beschichteten Probe bestimmt wurde; d. h., indem eine Spannung angelegt und die zum Ladungsverlust erforderliche Zeit gemessen wurde. Diese Messung wurde auf einem Static Decay Meter (Model 406C, Electro-Tech Systems, Inc., Glenside, PA) durchgeführt, wobei eine Spannung von 5000 V angelegt wurde, und die Zeit für die Abnahme des elektrischen Feldes auf weniger als 50 V gemessen wurde.
Haftung der Klebemittelschicht auf dem Band
In den nachstehenden Beispielen wurde die Fähigkeit des Klebemittels, auf dem Band haften zu bleiben, wenn das Band von einer Oberfläche entfernt wurde, durch einen 90°-Ablöseadhäsionsversuch, der wie folgt durchgeführt wurde, gemessen:
Unter Verwendung eines Daumendrucks wurde der Träger eines Stückes mit 1,6 cm × 10 cm des zu untersuchenden Bandes mittels eines doppelseitigen Klebebandes (Band Nr. 411 von 3M Co.) auf eine saubere Edelstahlplatte mit 5 cm × 13 cm geklebt. Das Überzugspapier, welches das Klebemittel des Versuchsbandes bedeckt, wurde entfernt, und die das Klebemittel tragende Seite eines Streifens eines Abdeckbandes mit 1,3 cm mal 15 cm (Abdeckband Nr. 254 von 3M Co.) wurde unter dem Gewicht einer mit Hartgummi überzogenen Stahlwalze mit 2 kg in 2 Durchgängen in jeder Richtung auf das Klebemittel des Versuchsbandes geklebt.
Die Versuchsplatte wurde auf einem Schlitten befestigt und horizontal in der unteren Zangenbacke einer Zugprüfmaschine von Instron festgeklemmt. Das freie Ende des Abdeckbandes wurde in der oberen Zangenbacke des Zugprüfers festgeklemmt. Die Zangenbacken wurden dann mit ungefähr 30 cm/Minute in einem Winkel von 90° getrennt. Die zur vollständigen Entfernung des Klebemittels von dem Versuchsband erforderliche Kraft wurde aufgezeichnet. Die Ergebnisse wurden in Unzen pro ½ Inch Breite gemessen und in Newton/100 Millimeter (N/100 mm) umgewandelt. Für das Vergleichsbeispiel 5 war die Probenfläche eingeschränkt. Daher wurden die Ergebnisse in Unzen pro ¼ Inch gemessen und mit 2 multipliziert, bevor sie in N/100 mm umgewandelt wurden.
Haftung auf Glas
Die Haftung der Haftklebebänder auf nacheinander mit Diacetonalkohol und Heptan gereinigtem Glas wurde gemessen. Der Versuch wurde unter Verwendung eines von Instrumentors, Inc. hergestellten G1eit/Abziehprüfers Modell 3M90 durch Abziehen mit einer Geschwindigkeit von 229 cm/min (90 in/min) in einem Winkel von 180° durchgeführt.
Herstellung des Vanadiumoxidsols
Eine Reihe von Vanadiumoxidsolen wurde, wie nachstehend beschrieben, hergestellt. Die nachstehend angegebene Oberflächenkonzentration von Vanadium wurde aus Formulierungswerten berechnet, vorausgesetzt, dass die Dichte jeder Beschichtungslösung mit Vanadiumoxid der von Wasser (1 g/ml) entspricht, und die mit einer Mayer-Auftragsschiene Nr. 3 erhaltene Dicke der nassen Beschichtung 6,9 μm beträgt, und die mit anderen Mayer-Auftragsschienen erhaltenen Dicken der nassen Beschichtung entsprechend proportional zu der Nummer der Mayer-Auftragsschiene sind. Eine spektroskopische Analyse mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) der Oberflächenkonzentration von Vanadium mehrerer nachträglich beschichteter Proben aus Polyesterfolie zeigte, dass die tatsächliche Oberflächenkonzentration von Vanadium durchweg 40% von der betrug, die aus der Menge berechnet wurde, die mit einer speziellen Konzentration der Beschichtungsdispersion aufgetragen wurde.
Herstellung "A"
Ein Vanadiumoxidsol wurde durch Zugabe von 15,8 g (0,055 mol) VO(O-iBu)₃ (Produkt von Akzo Chemicals, Inc., Chicago, IL) unter schnellem Rühren zu einer Lösung von 1,56 g (0,0138 mol) H₂O₂ (30%ige, wässrige Lösung, Mallinckrodt, Paris, KY) in 252,8 g entionisiertem Wasser hergestellt, wobei eine Lösung mit einer Vanadiumkonzentration von 0,22 mol/kg (2,0% V₂O₅) bereitgestellt wurde. Nach der Zugabe von VO(O-iBu)₃ wurde das Gemisch dunkelbraun und erstarrte innerhalb von fünf Minuten zu einem Gel. Unter kontinuierlichem Rühren brach das dunkelbraune Gel auf, wobei sich eine inhomogene, viskose, dunkelbraune Lösung ergab, die in etwa 45 Minuten homogen wurde. Man ließ die Probe 1,5 Stunden bei Raumtemperatur rühren, und sie wurde mit einer Portion mit gleichem Gewicht an entionisiertem Wasser (DI H₂O) verdünnt, dann in einen Polyethylenbehälter überführt und 4 Tage in einem Bad mit einer konstanten Temperatur von 60°C gealtert, wobei sich ein dunkelbraunes, thixotropes Gel ergab. Die Konzentration von V(+4) in dem Gel wurde durch Titration mit Kaliumpermanganat zu 0,072 mol/kg bestimmt. Dies entspricht einer Molfraktion von V(+4) [d. h. V(+4)/Gesamtvanadium] von 0,33.
Herstellung "B"
Eine V₂O₅-Dispersion wurde gemäß dem U.S.-Patent Nr. 4,203,769 hergestellt. 15,6 g (0,086 mol) V₂O₅ (Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI) wurden 10 Minuten bei 1100°C in einem zugedeckten Platintiegel erhitzt und dann unter schnellem Rühren in 487 g DI H₂O gegossen. Die so erhaltene Flüssigkeit und der gelatineartige, schwarze Niederschlag wurden 10 Minuten auf 40–45°C erwärmt, und man ließ sie 1 Stunde bei Raumtemperatur rühren, wobei sich ein weiches, thixotropes, schwarzes Gel ergab, das mit 1041 g DI H₂O verdünnt wurde, wobei sich eine 1,0%ige V₂O₅-Dispersion ergab. Die viskose, kolloidale Dispersion wurde filtriert, um nicht dispergiertes V₂O₅ zu entfernen.
Herstellung "C"
Eine V₂O₅-Dispersion wurde durch ein Ionenaustauschverfahren hergestellt. 6,0 g (0,049 mol) Natriummetavanadat (Alfa Products, Ward Hill, MA) wurden durch Erwärmen in 144 g entionisiertem H₂O gelöst, und die so erhaltene Lösung wurde zur Entfernung von unlöslichem Material filtriert. Die filtrierte Lösung wurde durch eine Chromatographiesäule mit 15 mm × 600 mm, die 600 ml Amberlite IR 120 Plus (H+) enthielt, gepumpt und mit DI H₂O verdünnt, wobei sich eine hellorange Lösung, die 2,0% V₂O₅ enthielt, ergab. Die Lösung wurde nach 24-stündigem Stehenlassen bei Raumtemperatur ein weiches, undurchsichtiges, ziegelrotes Gel. Man ließ die Dispersion vor der Verwendung in Beschichtungen 14 Monate bei Raumtemperatur altern.
Sulfopolyesterherstellung
Herstellung "A"
Ein Polyesterkessel mit einer Gallone wurde mit 126 g (6,2 Mol-%) Dimethyl-5-sodiosulfoisophthalat (Pfister Chemical, Ridgefield, NJ), 625,5 g (46,8 Mol-%) Dimethylterephthalat (Amoco Chemical Co., Chicago, IL), 628,3 g (47,0 Mol-%) Dimethylisophthalat (Amoco Chemical Co.), 854,4 g (200 Mol-% Glycolüberschuss) Ethylenglycol (Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI), 365,2 g (10 Mol-%, 22 Gew.-% im Endpolyester) Polycaprolactondiol (Handelsbezeichnung PCP-200TM, Union Carbide, Danbury, CT), 0,7 g Antimonoxid (Fisher Scientific Co., Fairlawn, NJ) und 2,5 g Natriumacetat beschickt. Das Gemisch wurde unter Rühren und Stickstoff bei 138 kPa (20 psi) auf 180°C erhitzt, und zu diesem Zeitpunkt wurden 0,7 g Zinkacetat zugegeben. Eine Methanolentwicklung wurde beobachtet. Die Temperatur wurde auf 220°C erhöht und 1 Stunde beibehalten. Der Druck wurde dann erniedrigt, ein Vakuum (0,2 Torr) wurde angelegt, und die Temperatur wurde auf 260°C erhöht. Die Viskosität der Materials erhöhte sich während einer Dauer von 30 Minuten, und nach dieser Zeit wurde ein klarer, viskoser Sulfopolyester mit hohem Molekulargewicht abgelassen. Durch DSC zeigte sich, dass dieser Sulfopolyester eine Tg von 41,9°C aufwies. Das theoretische Äquivalentgewicht des Sulfonats betrug 3954 g Polymer pro mol Sulfonat. 500 g des Polymers wurden bei 80°C in einem Gemisch aus 2000 g Wasser und 450 g Isopropanol gelöst. Die Temperatur wurde dann auf 95°C erhöht, um das Isopropanol und einen Teil des Wassers zu entfernen, wobei sich eine wässrige Dispersion mit 21% Feststoffen ergab.
Herstellung des Bandträgers
Eine Reihe von mit einer kolloidalen Vanadiumoxiddispersion beschichteten Bandträgern wurde hergestellt. Die Dispersionen wurden unter Verwendung einer Mayer-Auftragsschiene auf einen Polymerträger aufgetragen und fünf Minuten bei 100°C getrocknet. Die Zusammensetzungen der Beschichtung, die verwendete Mayer-Auftragsschiene und der verwendete Träger sind in Tabelle 1 dargestellt.
Die Dispersionen wurden durch Vereinigen von DI H₂O, des grenzflächenaktiven Mittels Triton X-100 (10%) und V₂O₅ hergestellt. In einer Beschichtung war das Sulfopolymer A enthalten. Die berechnete Oberflächenkonzentration von Vanadium auf jedem Träger und die Zeit für die Abnahme der statischen Aufladung wurden für jeden Träger gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
TABELLE 2
Eine Reihe von Haftklebebändern wurde hergestellt. In jedem Fall wurde unter Verwendung einer Mayer-Auftragsschiene eine Haftklebemittelzusammensetzung auf den Träger aufgetragen und dann 5 Minuten bei 100°C getrocknet. Die Zeit für die Abnahme der statischen Aufladung und die Haftung der Vanadiumoxidschicht auf der Bandkonstruktion wurden durch einen 90°-Schälversuch bestimmt. Die Bandkonstruktionen und die Ergebnisse der Versuche sind nachstehend dargestellt.
Beispiele 1–4 und Vergleichsbeispiel 1
Diese Beispiele zeigen die Herstellung von Bändern, die eine Trägerfolie aus PET, eine antistatische, Vanadiumoxid-enthaltende Schicht und eine Klebemittelschicht aus einem Isooctylacrylat/Acrylamid-Copolymer über der antistatischen Schicht umfassen.
Eine Haftklebemittelzusammensetzung wurde hergestellt. Ein Copolymer aus Isooctylacrylat und Acrylamid wurde durch Bereitstellung eines Gemisches aus 150 g Ethylacetat, 96 g Isooctylacrylat, 4 g Acrylamid und 0,37 g Benzoylperoxid hergestellt. Das Gemisch wurde mit Stickstoff gespült und unter Rühren auf 55°C eingestellt. Die Polymerisation begann nach etwa einer Stunde, und der Ansatz dickte allmählich ein. Weitere 0,25 g Benzoylperoxid wurden nach 3–4 Stunden und weitere 0,25 g nach 7–8 Stunden zugegeben. Es wurde weitere 6 Stunden weiter erhitzt. Das Gemisch wurde mit 250 g Heptan verdünnt, wobei sich eine Zusammensetzung für eine Haftklebemittelbeschichtung ergab.
Die Beschichtungslösung mit dem Haftklebemittel wurde unter Verwendung einer Mayer-Auftragsschiene Nr. 55 auf die antistatische Schicht der Bandträger 1–4 und ein unbehandeltes, nicht grundiertes PET ohne antistatische Schicht aufgetragen und fünf Minuten bei 100°C getrocknet. Die Zeit für die Abnahme der statischen Aufladung der Bänder und die Haftung der Klebemittelschichten auf dem Band sind in Tabelle 3 angegeben (Beispiel 4 ist ein Referenzbeispiel).
TABELLE 3
Diese Beispiele zeigen, dass antistatische Schichten von Vanadiumoxid ohne wesentliche Wirkung auf die Haftung der Klebemittelschicht auf dem Band zwischen den PET-Folienträger und Klebemittelschichten aus Acrylat eingeschoben werden können, während ausgezeichnete antistatische Eigenschaften bereitgestellt werden.
Beispiele 5–8 und Vergleichsbeispiel 2
Diese Beispiele zeigen die Herstellung von Bändern, die eine Trägerfolie aus PET, eine Klebemittelschicht aus einem Blockcopolymer und eine Vanadiumoxid-enthaltende, antistatische Schicht umfassen.
Eine Beschichtungslösung mit dem Klebemittel, die 40 Gew.-% des Blockcopolymers Kraton 1107–100 (Shell Chemical Co., Houston, TX) und 60 Gew.-% Wingtack 100 (Goodyear Tire and Rubber Co., Akron, OH) und 1 Teil pro 100 Teile Kraton 1107/Wingtack 100 eines phenolischen Antioxidationsmittels in Toluollösung enthielt, wurde unter Verwendung einer Mayer-Auftragsschiene Nr. 36 auf die antistatische Schicht der Bandträger 1–4 und ein unbehandeltes, nicht grundiertes PET ohne antistatische Schicht aufgetragen und fünf Minuten bei 100°C getrocknet. Die Zeiten für die Abnahme der statischen Aufladung und die Haftung der Klebemittelschicht auf den Bändern sind in Tabelle 4 gezeigt (Beispiel 8 ist ein Referenzbeispiel).
TABELLE 4
Diese Beispiele zeigen, dass antistatische Schichten von Vanadiumoxid ohne wesentliche Wirkung auf die Haftung der Klebemittelschicht auf dem Band zwischen den PET-Folienträger und Klebemittelschichten aus einem Blockcopolymer eingeschoben werden können, während ausgezeichnete antistatische Eigenschaften bereitgestellt werden.
Beispiele 9–12 und Vergleichsbeispiel 3
Diese Beispiele zeigen die Herstellung von antistatischen Bändern, die eine Trägerfolie aus PET, eine Klebemittelschicht aus Kautschukharz und eine Vanadiumoxid-enthaltende, antistatische Schicht umfassen.
Eine Beschichtungslösung mit dem Klebemittel, die 12% NR-SIR-3L (Naturkautschuk, Cargill Co., Minnetonka, MN), 6,0% Escorez 1310 (Exxon Chemical Co., Houston, TX) und 0,2% eines phenolischen Antioxidationsmittels (Wingstay L, von Goodyear Tire & Rubber, Akron, OH, erhältlich) enthielt, wurde unter Verwendung einer Mayer-Auftragsschiene Nr. 36 auf die antistatische Schicht der antistatischen Bandträger 1–4 und auf eine unbehandelte, nicht grundierte PET-Schicht ohne antistatische Schicht aufgetragen und fünf Minuten bei 100°C getrocknet. Die Zeiten für die Abnahme der statischen Aufladung und die Haftung der Klebemittelschicht auf den Bändern sind in Tabelle 5 gezeigt (Beispiel 12 ist ein Referenzbeispiel).
TABELLE 5
Diese Beispiele zeigen, dass antistatische Schichten von Vanadiumoxid ohne wesentliche Wirkung auf die Haftung der Klebemittelschicht auf dem Band zwischen den PET-Folienträger und Klebemittelschichten aus Kautschukharz eingeschoben werden können, während ausgezeichnete antistatische Eigenschaften bereitgestellt werden.
Beispiele 13–16 und Vergleichsbeispiel 4
Diese Beispiele zeigen die Herstellung von antistatischen Bändern, die eine Trägerfolie aus Polyvinylchlorid (PVC), eine Klebemittelschicht aus einem Isooctylacrylat/Acrylamid-Copolymer und eine Vanadiumoxid-enthaltende, antistatische Schicht umfassen. Eine Beschichtungslösung mit dem Klebemittel, die, wie in den Beispielen 1–4 beschrieben, hergestellt wurde, wurde unter Verwendung einer Mayer-Auftragsschiene Nr. 55 auf die antistatische Schicht der Bandträger 5–8 und auf eine nicht grundierte und unbehandelte PVC-Folie ohne antistatische Schicht aufgetragen und fünf Minuten bei 100°C getrocknet. Die Zeiten für die Abnahme und die Haftung der Klebemittelschicht auf den Bändern sind in Tabelle 6 dargestellt.
TABELLE 6
Diese Beispiele zeigen, dass antistatische Schichten von Vanadiumoxid ohne wesentliche Wirkung auf die Haftung der Klebemittelschicht auf dem Band zwischen den PVC-Folienträger und Klebemittelschichten aus Acrylat eingeschoben werden können, während ausgezeichnete antistatische Eigenschaften bereitgestellt werden.
Beispiele 17–19 und Vergleichsbeispiel 5
Diese Beispiele zeigen die Herstellung von antistatischen Bändern, die eine Trägerfolie aus Polyimid, eine Klebemittelschicht aus Silicon und eine Vanadiumoxid-enthaltende, antistatische Schicht umfassen.
Eine Grundierlösung, die 13,3% des Silicons GE 1135-1, 0,7% des Katalysators GE SS4192C, 0,7% des Katalysators GE SS4259C (alle Produkte von General Electric, Waterford, NY) und 85% Toluol enthielt, wurde unter Verwendung einer Mayer-Auftragschiene Nr. 12 auf die antistatische Schicht der Bandträger 9–11 und ein Polyimid ohne antistatische Schicht aufgetragen und eine Minute bei 94°C getrocknet. Das Siliconklebemittel AX-F-2014 (Dow Chemical, Midland, MI) wurde dann unter Verwendung einer Mayer-Auftragschiene Nr. 44 auf die antistatische Schicht der Träger 9–11 und die grundierten Polyimidfolien aufgetragen und fünf Minuten bei 177°C getrocknet. Die Zeiten für die Abnahme der statischen Aufladung und die Haftung der Klebemittelschicht auf den Bändern sind in Tabelle 7 gezeigt.
TABELLE 7
Diese Beispiele zeigen, dass antistatische Schichten von Vanadiumoxid ohne wesentliche Wirkung auf die Haftung der Klebemittelschicht auf dem Band zwischen den Polyimidfolienträger und die Silicongrundierungs-/Klebemittelschicht eingeschoben werden können, während ausgezeichnete antistatische Eigenschaften bereitgestellt werden.
Beispiel 20 und Vergleichsbeispiel 6
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung eines antistatischen Bandes, wobei eine antistatische Schicht, die Vanadiumoxid umfasst, zwischen der Grundierungs- und Klebemittelschicht aufgetragen wird. Eine Beschichtungslösung wurde durch Zugabe von 27,2 g entionisiertem Wasser und 0,3 g des 10%igen, grenzflächenaktiven Mittels Triton X-100 zu 4,5 g 1%igem, kolloidalem Vanadiumoxid, das, wie in der Herstellung A von Vanadiumoxid beschrieben, hergestellt wurde, hergestellt. Die Beschichtungslösung wurde unter Verwendung einer Mayer-Auftragschiene Nr. 3 auf eine mit PVDC grundierte PET-Folie (die, wie in dem U.S.-Patent Nr. 4,203,769, Sp. 15, Zeilen 13–34 offenbart, hergestellt wurde) aufgetragen und fünf Minuten bei 100°C getrocknet, wobei sich ein grundierter, antistatischer Bandträger ergab. Die Zeit für die Abnahme der statischen Aufladung des antistatischen Bandträgers betrug 0,01 Sekunden. Eine Beschichtungslösung mit dem Klebemittel, die, wie in den Beispielen 1–4, Herstellung 1 des Klebemittels, beschrieben, hergestellt wurde, wurde unter Verwendung einer Mayer-Auftragschiene Nr. 55 auf die antistatische Schicht aufgetragen und fünf Minuten bei 100°C getrocknet, wobei sich ein antistatisches Band ergab. Die Zeit für die Abnahme der statischen Aufladung des Bandes betrug 0,01 Sekunden. Die Haftung der Klebemittelschicht auf dem Band betrug 33 N/100 mm.
In einem getrennten Experiment wurde die Klebemittelbeschichtung, die, wie in den Beispielen 1–4 beschrieben, hergestellt wurde, unter Verwendung einer Mayer-Auftragschiene Nr. 55 auf eine mit PVDC grundierte PET-Folie ohne antistatische Schicht aufgetragen und fünf Minuten bei 100°C getrocknet. Das nicht antistatische Band zeigte keine Abnahme einer triboelektrisch erzeugten Ladung und konnte mit einem Static Decay Meter von Electro-tech nicht geladen werden. Die Haftung der Klebemittelschicht auf dem Band betrug 33 N/100 mm.
Beispiel 21
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung eines antistatischen Bandträgers, wobei eine antistatische Schicht, die Vanadiumoxid umfasst, zwischen das Bandträgerpolymer und Schichten mit schlechter Haftung (Trennschichten) aufgetragen wird. Eine Beschichtungslösung für eine schlecht haftende Rückseite, die 57% Poly(vinyl-N-octadecylcarbamat) in 20% Xylol/80% Toluol enthielt, wurde unter Verwendung einer Mayer-Auftragschiene Nr. 12 über der antistatischen Schicht des antistatischen Bandträgers, der, wie für den Träger 9 beschrieben, hergestellt wurde, aufgetragen und eine Minute bei 100°C getrocknet. Die beschichtete Probe wies eine Zeit für die Abnahme der statischen Aufladung von 0,01 Sekunden auf, und es bestand eine ausgezeichnete Haftung der Beschichtungen auf dem Polyimidträger. Der Träger kann mit einem Halftklebemittel beschichtet werden, wobei ein antistatisches Haftklebeband gebildet wird.
Beispiel 22
Beispiel 22 zeigt das Auftragen einer antistatischen Schicht von Vanadiumoxid über eine Klebemittelschicht. Eine Beschichtungslösung wurde hergestellt, indem die folgenden Bestandteile nacheinander zugegeben wurden: 6,2 g entionisiertes Wasser, 2,5 g Diacetonalkohol, 10 g Ethanol und 2 g Isobutanol zu 1,5 g 1%igem, kolloidalem Vanadiumoxid, das, wie in der Herstellung A von Vanadiumoxid beschrieben, hergestellt wurde. Die Beschichtungslösung enthielt 0,038 Gew.-% Vanadium und wurde unter Verwendung einer Mayer-Auftragschiene Nr. 3 auf die Klebemittelseite des transparenten Bandes Nr. 850 (Klebemittel aus Acryl auf einem Polyesterträger, das von 3M Co., St. Paul, MN, erhältlich ist) aufgetragen und fünf Minuten bei 100°C getrocknet. Das so erhaltene antistatische Band wies eine Oberflächenkonzentration von Vanadium (auf der Klebemittelschicht) von 2,6 mg/m² auf.
Beispiel 23
Beispiel 22 wurde wiederholt, außer dass die Beschichtungslösung mit Vanadiumoxid hergestellt wurde, indem die folgenden Bestandteile nacheinander zugegeben wurden: 4,7 g entionisiertes Wasser, 2,5 g Diacetonalkohol, 10 g Ethanol und 2 g Isobutanol zu 3,0 g 1 %igem, kolloidalem Vanadiumoxid, das, wie in der Herstellung B von Vanadiumoxid beschrieben, hergestellt wurde. Das so erhaltene antistatische Band wies eine Oberflächenkonzentration von Vanadium auf der Klebemittelschicht von 5,2 mg/m² auf.
Beispiel 24
Beispiel 22 wurde wiederholt, außer dass die Beschichtungslösung mit Vanadiumoxid durch die Herstellung C von Vanadiumoxid hergestelltes Vanadiumoxid enthielt. Sie wurde hergestellt, indem die folgenden Bestandteile nacheinander zugegeben wurden: 1,6 g entionisiertes Wasser, 1,6 g Diacetonalkohol, 5 g Ethanol und 1,3 g Isobutanol zu 1,5 g kolloidalem Vanadiumoxid. Das so erhaltene antistatische Band wies eine Oberflächenkonzentration von Vanadium auf der Klebemittelschicht von 10,5 mg/m² auf.
Die Zeiten für die Abnahme der statischen Aufladung und die Haftung des Bandes der Beispiele 22, 23 und 24 und des im Handel erhältlichen Bandes Nr. 850 (ein Band ohne antistatische Schicht) auf Glas sind in Tabelle 8 dargestellt.
TABELLE 8
Diese Beispiele zeigen, dass eine Klebemittelschicht mit dem kolloidalen Vanadiumoxid beschichtet werden kann, wobei sich ein antistatisches Band ohne wesentliche Verringerung der Haftung des Bandes ergibt.

Claims

Haftgegenstand, umfassend (a) eine Klebemittelschicht, die ein Haftklebemittel oder ein strahlungsaktiviertes Klebemittel umfasst, und (b) ein Vanadiumoxid in ausreichender Konzentration, um dem Gegenstand antistatische Eigenschaften zu verleihen, wobei der Haftgegenstand frei von einem Sulfopolymer ist.
Haftgegenstand gemäß Anspruch 1, wobei das Vanadiumoxid in die Klebemittelschicht eingebaut ist oder auf mindestens einer Oberfläche der Klebemittelschicht aufgetragen ist.
Haftgegenstand gemäß Anspruch 1 oder 2, der weiterhin eine Trägerschicht umfasst.
Haftgegenstand gemäß Anspruch 3, wobei das Vanadiumoxid auf mindestens einer Oberfläche des Trägers aufgetragen ist und das Vanadiumoxid mit der Klebemittelschicht überzogen ist; oder wobei die Klebemittelschicht auf mindestens einer Oberfläche des Trägers aufgetragen ist und die Klebemittelschicht mit Vanadiumoxid überzogen ist; oder wobei das Vanadiumoxid in die Klebemittelschicht eingebaut ist.
Haftgegenstand gemäß Anspruch 3, wobei das Vanadiumoxid auf einer ersten Oberfläche der Trägerschicht aufgetragen ist und die Klebemittelschicht auf einer zweiten Oberfläche des Träger aufgetragen ist.
Haftgegenstand gemäß Anspruch 3, wobei der Träger ein Polymer, ein faseriges Material, ein silicatisches Material oder ein keramisches Material ist.
Haftgegenstand gemäß Anspruch 3, umfassend eine Trägerschicht, eine Klebemittelschicht auf mindestens einer Oberfläche davon und ein wässriges Gemisch, welches kolloidales Vanadiumoxid umfasst, wobei das wässrige Gemisch getrocknet ist.
Haftgegenstand, umfassend eine Trägerschicht, eine Klebemittelschicht und ein Vanadiumoxid; wobei die Klebemittelschicht ein Klebemittel auf der Basis von Polyacrylat, Polyvinylether, natürlichem Kautschuk, Isopren, Polychloropren, Butylkautschuk, Polyisobutylen, Butadien-Acrylnitrilpolymer, thermoplastischem Elastomer, Styrol-Butadienpolymer, Poly-alpha-olefin, amorphem Polyolefin, Silikon, Ethylenenthaltendem Polymer, Polyurethan, Polyamid, Epoxidharz, Polyvinylpyrrolidon, Vinylpyrrolidoncopolymeren, Polyestern und Gemischen davon umfasst, wobei der Haftgegenstand frei von einem Sulfopolymer ist.
Haftgegenstand gemäß einem voranstehenden Anspruch, der weiterhin eine schlecht haftende Rückseite auf mindestens einer Oberfläche davon umfasst.