JP2004508450A - 接着−剥離剤キット - Google Patents
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Abstract
【課題】
【解決手段】構造式I
I R1−(AB)m(A)n−R2
(ここで、n=0又は1であり、n=0のときR1はR2とは異なり、またR2と反応し、n=1のときR1=R2、そしてm=1又は全ての数字の整数であり、各コポリマーIが2000〜20,000の範囲の分子量を有し、AとBは既知の熱可塑性樹脂タイプから選択される繰り返し単位のブロックで、かつ実質的に互いに不溶性であり、R1とR2は反応性末端基を有し、ここで前記ブロックコポリマーは、接着用の温度の望ましい範囲に対応した10〜75℃の範囲の温度Ttで秩序−無秩序転移(order−disorder transition)(ODT)を有し、プロセス温度TPでは液体であり、サービス温度TSでは固体である。また、複数の構造式Iのポリマー樹脂を製造するための構造式II及びIIIのポリマー樹脂キット。該キットで用いられるポリマー樹脂。新規の接着−剥離剤。該組成物。その製造及び基材を接着又は剥離する方法。プログラムされたコンピュータ及び剤を選択する際の使用。)
の複数の反応性ブロックコポリマーを含む基材を接着させる接着剤キット。
【解決手段】構造式I
I R1−(AB)m(A)n−R2
(ここで、n=0又は1であり、n=0のときR1はR2とは異なり、またR2と反応し、n=1のときR1=R2、そしてm=1又は全ての数字の整数であり、各コポリマーIが2000〜20,000の範囲の分子量を有し、AとBは既知の熱可塑性樹脂タイプから選択される繰り返し単位のブロックで、かつ実質的に互いに不溶性であり、R1とR2は反応性末端基を有し、ここで前記ブロックコポリマーは、接着用の温度の望ましい範囲に対応した10〜75℃の範囲の温度Ttで秩序−無秩序転移(order−disorder transition)(ODT)を有し、プロセス温度TPでは液体であり、サービス温度TSでは固体である。また、複数の構造式Iのポリマー樹脂を製造するための構造式II及びIIIのポリマー樹脂キット。該キットで用いられるポリマー樹脂。新規の接着−剥離剤。該組成物。その製造及び基材を接着又は剥離する方法。プログラムされたコンピュータ及び剤を選択する際の使用。)
の複数の反応性ブロックコポリマーを含む基材を接着させる接着剤キット。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は各々の基材の表面の温度により調整される接着及び/又は剥離剤とその製法、そのキットの前駆体、新規接着及び/又は剥離剤、当該剥離剤を用いる基材への接着及び/又は剥離方法、与えられた一対の基材に対して剤を選択する方法、それらを選択するプログラムを有するコンピュータ、パッケージング用、外科手術用、鋳造用などの接着及び/又は剥離基材に関する。
特に本発明は、望ましい温度で秩序−無秩序転移を有する反応性ブロックコポリマーを含む温度により調整される接着及び/又は剥離剤のキット、その前駆体のキット、新規の剤及び関連方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ブロックコポリマーは共有結合により端末が共に(ブロック)結合した2又はそれ以上の化学的相溶性のチェーンを含む。温度が低くなるとミクロの相分離を起こす傾向のある数多くの種々の構造と界面活性を有する。ブロックコポリマーの全体の均一な溶融物(homogeneous melt)が冷却されると、ある温度で異なるブロックの間での相互作用により望ましくない又は種類の異なる(unlike)モノマーユニットが分離する。しかし、共有結合的に結合している(be covalently linked)ように種類の異なる(unlike)ブロックは起こらない。このように、ブロックコポリマーは、組成に依存してフリーエネルギー−ミニマム化した秩序化構造(minimising ordered structures )を形成するために臨界温度(a critical temperature)(ミクロ相分離温度又は秩序無秩序転移温度(order disorder transition temperature)、MST又はODT)以下で、局所的な秩序プロセス(ミクロ相分離)を起こす。分子鎖は極性と水素結合の類似性のために会合(aggregate)し、会合した(associateded)ブロック(ミクロドメイン)は、無秩序化した分子鎖の間で強力な充填剤として効果的に(in effect)作用する疑似架橋となる。これらは、モジュラス(modulus)、硬度及び切り裂き強度に影響し、負荷により圧縮と拡張が減少する。分子鎖の組成とその分子鎖の相互干渉の程度により、バルクポリマーのエラスチック性が決定される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ブロックコポリマーは樹脂の典型的な幅広い用途に使用されている。例えば、接着剤と熱可塑性エラストマーとして特別な用途を持っている。
【0004】
スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマー(Kraton Shell Chemicals)は感圧接着剤(PSA)ブレンドである高分子量ポリマーとして知られている。PSのTg以下のガラス状ブロック(PS)により形成される物理的架橋により、非常に高いクリープ抵抗を示し、一方Tg以上の熱は急激に粘度を減少させ、ホットメルト方法を可能にする。これらのポリマーは粘着性(tackifing)樹脂とブレンドすることで表面への感圧接着性と粘度を減少させる製法のための可塑剤としてなる。
【0005】
各々のブロックと樹脂の相溶性の程度でPSAの性質に影響を与えることができる。もし樹脂がPS端末ブロックと相溶性があるなら、有用な温度の範囲を広げ、スチレンのTgを下げることで、より低い温度でホットメルト法を行うことができる。
【0006】
ホットメルト接着剤は室温では固体であり、温和な温度(240℃)に加熱したときに粘ちょうな液体になり、モルトン状態(molton state)に応用できる。 接着剤は次いで固体状態に冷却され、最初の結合力(すなわち、グリーン力(green strength))を与える。反応性ホットメルト接着剤(RHM’s)はより高い最終結合力を与えるために、配合に過剰のイソシアネートにより付加的に周囲の湿気と接触することで架橋するウレタンベースのシステムである。RHM’sの初期の制限は不十分な水分のためにいくつかの基材への接着性が弱い。
【0007】
本発明は、100%固体と結合する反応性ブロックコポリマー接着−剥離剤の「ツールボックス」又はキット、及びエマルジョンと溶液合成生成物の接触接着メカニズムによる反応性ホットメルトの架橋、そして付加的に新規温度制御接着・剥離メカニズムを導入することである。「ツールボックス」ブロックコポリマーは典型的なPSAsのブレンドシステムに対して一成分(反応性)組成である。ブロックコポリマーの「ツールボックス」の魅力は構造の後追い(tailoring)の可能性とミクロ相の分離界面の生成によるODT粘着(tack)又は接着が増加して、接着及び/又は剥離される両方の基材に適したコポリマーを選択することである。ツールボックスは接着−剥離剤の特性変化により、望ましい使用に適合される(tailored)。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、構造式I
I R1−(AB)m(A)n−R2
(ここで、n=0又は1であり、n=0のときR1はR2とは異なり、またR2と反応し、n=1のときR1=R2、そしてm=1又は全ての数字の整数であり、各コポリマーIが2000〜20,000の範囲の分子量を有し、AとBは既知の熱可塑性樹脂タイプから選択される繰り返し単位のブロックで、かつ実質的に互いに不溶性であり、R1とR2は反応性末端基を有し、ここで前記ブロックコポリマーは、接着及び/又は剥離用の温度の望ましい範囲に対応した10〜75℃の範囲の温度Ttで秩序−無秩序転移(order−disorder transition)(ODT)を有し、プロセス温度TPでは液体であり、サービス温度TSでは固体である。)の複数の反応性ブロックコポリマーを含む基材を接着及び/又は剥離させる接着及び/又は剥離剤キットである。
【0009】
望ましくは、AとBは、HとSタイプであり、従来知られている結晶状、ガラス状そして柔らかいゴム状のブロックを表す。
【0010】
ここで、プロセス温度TPが接着−剥離剤が消費される温度Ttを超えることである。
【0011】
ここではサービス温度TS は基材が使用され接着及び/又は剥離が効果的である温度である。温度にはTP>Tt>TS なる関係がある。
【0012】
ここで、接着−剥離剤は接着及び/又は剥離が可逆的、一時的又は永久的、例えば接着剤、バインダー、剥離剤、潤滑剤などである。
【0013】
本発明によれば、ODT温度はブロックの分子量でコントロールでき、またその逆もでき、関連はChiにより支配される。ChiはFlory−Hugginsの相互干渉のパラメータであり、a/T+bに等しく、ここでTは温度、aとbはポリマーのタイプに関係する既知のシステムに依存する定数である。
【0014】
前記キットには、サービス温度TSでChi N価が5〜60、好ましくは7〜40、さらに好ましくは10〜30の範囲であり、ここでChiは前記定義された通りであり、T=TSで、好ましくは0〜100℃、さらに好ましくは10〜40℃の範囲内にあり、NはNMo=MWにより与えられる重合度であり、ここでMoはモノマー単位の分子量であり、MWはポリマーの分子量であることを特徴としている前記複数の反応性ブロックコポリマーIが含まれるのが好ましい。
【0015】
このようにして、ブロックコポリマーはプロセス温度では液体であり、サービス温度では固体であり、その表面は反応する基材と自動的に相溶性があるように設計することができる。
【0016】
本発明のキットはODT以下にかなり冷却することで剥離する基材の接着及び剥離を温度で変換できる(for temperature switchable)のが好ましく、ここでコポリマーIは前記サービス温度(TS)より上の温度TtでChi NODT を有し、TS>TRの剥離温度TRでChi NRを有し、粘着性がなくなることにより剥離又は結合が解除(release or debonding)する。Chi NRはおよそ10×Chi NODT であるのが好ましく、これはChiR>>ChiSに相当し、例えばChiR は50〜600の範囲内にあって、これは、典型的にはTR=TS −(50−100℃)に相当する。
【0017】
これは本発明による通常の剥離剤とは対照的であり、Chi Nは前述の通りであり、ODTで剥離する。
【0018】
本発明のキットは、接着又は剥離などのために基材間のフィルムに使用されるのが特徴である。接着又は剥離は、温度及びブロックコポリマーの分子量の因子であるODTにより、いかなる基材ペアーでも決定される。驚くべきことに、剤は可塑剤、調節剤(modifier)、溶剤などを添加する必要もなく、比較的低分子量で簡単に提供することができ、しかも優れた接合力または剥離と機械的性能を示す。
【0019】
ブロックは複雑な内部変数関係(a complex inter relation of variables)により選択され、例えば比較的大きい(higher)分子量を選択すると層分離性が高まり、ODTに対して比較的小さい(low)Chiを有するポリマーを選択することが要求され、対照的にブロックコポリマーは対応する通常のポリマーより小さい(lower)分子量で存在し、ODTに対して大きい(large)Chiを有するポリマーを選択することが要求されると、対応する比較的大きい(higher)分子量の通常のポリマーの接着剤と同等の温度で粘着性(tackiness)又は接着性を有する。
【0020】
接着−剥離剤(adhesion−release agents)の適用の際、「グリーン力(green strength)」はミクロ相分離工程により得られ、これは、例えばイソシアネート末端基といった反応基の湿気架橋(moisture crosslinking)により高まる。
【0021】
接着及び/又は剥離用の基材は、いかなるタイプのものでもよく、相溶性又は非相溶性の物質であり、本発明の剤は非相溶性基材を接着することができることが特徴である。
【0022】
基材間における良好な接着又はきれいな剥離のためには、フィルムの各表面は接触する基材と相溶性がなければならない。例えば、極性と非極性の表面を接合するには極性と非極性の両方への親和性が必要である。紙や板といった多孔物質やポリマーフィルムといった非多孔物質には、結合を形成する接着剤は異なる表面相互作用が必要となる。
【0023】
それゆえ、非相溶性基材は以下のような同様のまたは異なるタイプのものである。
・ガラス様のポリマー(glassy polymer)/ガラス様のポリマー
・ガラス様のポリマー/無機化学製品(すなわちガラス)
・ガラス様のポリマー/非極性ポリマー
・ガラス様のポリマー又は無機化学製品/エラストマー又はポリマー溶融物(融体)
・ポリマー溶融物/ポリマー溶融物等
【0024】
ブロックコポリマーは、その自己凝集する(self−assemble)自然の傾向により非相溶性基材の各々に対して異なる表面化学性が現れるため、非相溶性基材を接合する時に接着剤として吸引(attractive)する。ブロックコポリマーが秩序正しくなると(When the block copolymer orders)、ミクロ相分離のメカニズムにおける基材の効果により相溶性のある基材と接触する。
【0025】
本発明による接着−剥離剤は、熱又は圧力を適用して再秩序化する(reorder)か、又は湿気又はUVなどの照射により架橋形成して半永久的又は永久的に結合する。接着−剥離剤は、周囲の(ambient)サービス温度で基材を接着及び/又は剥離する一成分組成(one component formulation)となることが特徴である。
【0026】
本発明のキットには前記複数の構造式Iの反応性ブロックコポリマーが含まれ、ここで各AとR1及び/又は各BとR2はそれぞれ同じタイプで異なる分子量であることが好ましく、さらには分子量に範囲があることが好ましい(are a range of molecular weights)。さらに構造式Iのブロックコポリマーは複数の分子量の準範囲(sub ranges)内、例えば、2000〜4000、4000〜5000、5000〜6000、6000〜8000、8000〜12000及び12000〜20,000であることが好ましい。構造式Iのブロックコポリマーの適当な分子量範囲は、実用的な(useful)サービス温度の範囲内、例えば10〜40℃の範囲内でODTを有するブロックコポリマーを選択できるようにすることが好ましい。
【0027】
AとBは、好ましくはポリブタジエン(PB)、ポリ(エチレンテレフタレート)(PET)、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン(PP)又はポリエチレン(PE)などのポリオレフィン、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリスチレン(PS)及びポリ(エチレンオキサイド)(PEO)から選択される、類似していない接着すべき基材の一つと同じであり、そのため基材に親和性(affinity)があり、又は基材とは異なるがそれらと親和性がある熱可塑性ポリマーからなるブロックから選択される。親和性(affinity)は類似の溶解性パラメータで決められる。例えば、PETやPEOに基づいた接着剤は紙やPETを接合するのに非常に効率的であり、PEやPCLに基づいた接着剤はPEとPET間の剥離性(すなわち、非多孔性)接合をするのに非常に効果的である。
【0028】
R1とR2は、反応性末端基、好ましくはOH、OR、ハロゲン(Cl、I)、iOCN、 CO2H、NH2、CONH2及びCO2Rから選択され、さらにはR1はOH、OR、CO2H、CO2Rから選択され、R2はiOCNとOCOC(CH3)=CH2(UV架橋用)から選択されることが好ましく、R1はOHでありR2はiOCNであることが最も好ましい。
【0029】
反応性末端基は、適切な共重合温度で共有結合をするために反応させるのが好ましい。
【0030】
ポリマー末端基は望ましい特性により選択しても良い。例えば、末端基は架橋特性に関連があり、例えばイソシアネート末端基は湿気で活性化される架橋をもたらす。トリブロックコポリマーを含むポリマー組成物は末端基として、例えば湿気での架橋 (R1=iOCN)、UVなどにより架橋が可能であるなどの望ましい性質を有するものが得られる二つのモノマー(two constituent monomers)の内の一つの末端基を含む。
【0031】
構造式Iのブロックコポリマーは、ドーパントや機能基などを加えることにより機械的性能、電気伝導率、耐火又は耐熱又は遅延反応剤(retardance)、耐溶性などといった特性を強める。
【0032】
本発明による剤は、ジ、トリ、マルチブロックコポリマーである。また、接着−剥離剤(an adhesion−release agent)はマルチブロックコポリマーであるのが好ましい。マルチブロックコポリマーは、良く定められた広範囲の秩序(well defined long range order)に比べてより有益な重連(bicontinuous)ミクロ相構造であることが特徴である。
【0033】
本発明のさらなる観点では、構造式II及びIIIの複数のポリマー樹脂を含み、類似していない基材を接着及び/又は剥離するキットが提供されていて、前記複数のポリマー樹脂は与えられたポリマーのペアABが、
II R1AR1 III R2BR2
である所定分子量の前記構造式Iの複数のブロックコポリマーを製造するのに適している。
【0034】
本発明のさらなる観点では、次の構造式Iのブロックコポリマー接着−剥離剤が提供されている。
I R1−[AB]m(A)n−R2
(ここで、R1、R2、A及びB、nとmは前記のとおりであり、R1とR2の内の一つ又は両方はiOCNであり、もしR2がR1とは異なりR1と反応性があり、R2はOHを有する2000〜20,000の範囲の分子量を持つコポリマーである。)
【0035】
本発明のさらなる観点では、構造式Iの接着−剥離剤、又は前記キットを用いるためそれらを製造するための構造式IIとIIIのポリマー樹脂が提供されている。
【0036】
本発明のさらなる観点では、粘着性を付与する(tackifying)樹脂や可塑剤等を実質的に添加することがない、前記構造式IIとIII又は構造式Iのポリマー樹脂を含む組成物が提供される。
【0037】
本発明によるブロックコポリマー又は組成物は、いかなる形態においても提供される。特に、本発明による接着−剥離剤又は組成物はブロックコポリマーを含む調合装置(a dispensing device)、例えばペン、ブラシ、スティックなどの貯蔵室(reservoir)に提供される。
【0038】
本発明のさらなる観点では、高い温度及び/又は圧力の反応条件下で前記構造式IIのポリマー樹脂と構造式IIIのポリマー樹脂を縮合させ、所定の重合度N又は分子量でエンドキャッピング成分の添加又は温度又は圧力の減少又は溶剤の除去などの反応停止で重合を停止させるような前記接着−剥離剤の製造方法が提供されている。Nは従来技術で周知のように、制御された反応時間・温度、及び/又はサンプリング、又は粘着性の測定自体又はスペクトル技術により統計的に決められる。
【0039】
ポリマー樹脂は、周知の手段により市場で入手できる(”The Physics of Glassy Polymers”, R N Haward & R J Young, 1997, Chapman & Hall, London, Chap 10)。特に、コポリマーは周知の手段により、前述の構造式IIとIIIのポリマー樹脂を反応させることにより入手するのが好ましい。ここで、R1はiOCN、R2はOHであり、また構造式IIIの樹脂は構造式IIの(ポリマー)樹脂と還流下におけるジ イソシアネートを反応させることにより得られる。ジ イソシアネートは、トルエン ジ イソシアネート(TDI)、メチレン ビス ジフェニル イソシアネート(MDI)及びその多くの変形物(variants)、イソフォルン ジ イソシアネート(IPDI)、ヘキサ メチレン ジ イソシアネート(HDI)、水素を添加したMDI、テトラ メチレン キシレン ジ イソシアネート(TMDI)、好ましくはトルエン ジ イソシアネート(TDI)から選択される。
【0040】
本発明のさらなる観点においては、前記構造式Iの剤と共にそのODTに対応した温度以上の温度TPで(at a temperature TP in excess of that corresponding to its ODT)、そして圧力を適用してODTで又はそれ以下で温度TSまで低下させて、一つ又は両方の基材を湿潤させた基材を接着及び/又は剥離させる方法が提供されている。該方法は、基材に反応性ホットメルト又は感圧接着(pressure sensitive adhesion)、入射する照射光(incident radiation)によって湿気架橋することが好ましい。
【0041】
本発明のさらなる観点においては、接着及び/又は剥離される基材の各々の一つと相溶性がある構造式IIとIIIのポリマーを選択し、実質的にプロセス温度TPとサービス温度TSの間の温度TtでODTを与えるためにモノマーのペアIIとIIIのブロックコポリマーの適切な分子量を決めるような、基材への接着及び/又は剥離用の剤を選択する方法が提供される。
【0042】
本発明のさらなる観点においては、前記複数のポリマーII及びIIIの各ブロックのコポリマーのChi Nの値、及び前記したような望ましいポリマーブロックAとBに対して5〜60の範囲内でChi Nの望ましい値を有する構造式Iの剤を選択するのに役立つ温度の範囲に関するデータでコンピュータがプログラムされた、前記方法による剤を選択するようプログラムされたコンピュータが提供されている。
【0043】
本発明のさらなる観点においては、前記非相溶性基材への接着及び/又は剥離、又は望ましくは温度により変更可能な接着性と剥離性があり、さらに望ましくはパッキング、外科、アクアシステム、ミクロエレクトロニクス、エアロスペースなどにおける基材への接着用のキット、ポリマー樹脂、組成物又は方法が提供されている。ある用途には接着−剥離キット又は剤を選択するのは適しており、その用途によりポリマー樹脂IとIIは適している。
【0044】
本発明は下記実施例及び図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【0045】
界面剤(interfacing agents)の合成は以下の実施例において記載されており、分子量とChi Nは表1に示されている。接着及び剥離は多くの基材に対して決められており、その結果は表2に示されている。
【0046】
【発明の実施の形態】
実施例1
1.分子量8000(ACCLAIM8200)の市販のジヒドロキシ端末を有するポリ(プロピレンオキサイド)30gを溶媒を使用せずに大過剰のトルエンジイソシアネート(TDI)と反応させて、図2のステップ1で図示されるようにイソシアネート端末を有するポリマーを得た。これは、不活性雰囲気下で激しく攪拌しながら50℃のTDIにプレポリマーを非常にゆっくりと添加することにより得られた。図2のステップ2で図示されるように、高温度で非常に広範囲の表面を覆う高真空下で、TDIの過剰分は、その後ショートパス蒸留装置を使用することにより留去された。
【0047】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー14gを分子量8000のモノヒドロキシ端末を有するポリスチレン14gと24時間、還流下に、共沸により乾燥されたベンゼンで反応させた。ポリスチレンはアニオン重合によって重合し、エチレンオキサイドの単一ユニットでエンドキャッピングし、それから酸性メタノールで反応を終わらせた。そして、製品を分析するために、得られた混合物は残留イソシアネートを全てキャップする乾燥エタノールを添加することにより「不活性」させた。
【0048】
実施例2
1.分子量8000(ACCLAIM8200)の市販のジヒドロキシ端末を有するポリ(プロピレンオキサイド)30gを溶媒を使用せずにTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用してイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0049】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー7gを分子量4000のモノヒドロキシ端末を有するポリスチレン7gと反応させた。これは実施例1のステップ2で説明したのと同じ方法で実施された。
【0050】
実施例3
1.分子量4000(ACCLAIM4200)の市販のジヒドロキシ端末を有するポリ(プロピレンオキサイド)30gを溶媒を使用せずにTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用してイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0051】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー25gを分子量2000のモノヒドロキシ端末を有するポリスチレン25gと反応させた。これは実施例1のステップ2で説明したのと同じ方法で実施された。
【0052】
実施例4
1.分子量4000(ACCLAIM4200)の市販のジヒドロキシ端末を有するポリ(プロピレンオキサイド)30gを溶媒を使用せずにTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用してイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0053】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー12gを分子量4000のモノヒドロキシ端末を有するポリスチレン24gと反応させた。これは実施例1のステップ2で説明したのと同じ方法で実施された。
【0054】
実施例5
1.分子量4000(KRATON2203)の市販の水素化ジヒドロキシ端末を有するポリブタジエンのサンプル23gを溶媒を使用せずにTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用してイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0055】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー6gを分子量2000のモノヒドロキシ端末を有するポリスチレン6gと反応させた。これは実施例1のステップ2で説明したのと同じ方法で実施した。
【0056】
実施例6
1.分子量4000(ACCLAIM4200)の市販のジヒドロキシ端末を有するポリ(プロピレンオキサイド)30gを溶媒を使用せずにTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用してイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0057】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー28gを市販の分子量2000のジヒドロキシ端末を有するポリカプロラクトン(CAPA222LP)28gと反応させた。これは実施例1のステップ2で説明され、図3のステップ3で図示したのと同じ方法で実施した。
【0058】
実施例7
1.分子量5000の市販のジヒドロキシ端末を有するポリ(ジメチルシロキサン)20gを、THFを溶媒として使用してTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用してイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0059】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー12gを分子量4000のモノヒドロキシ端末を有するポリスチレン16gと反応させた。これは実施例1のステップ2で説明したのと同じ方法で実施した。
【0060】
実施例8
1.分子量4000(KRATON2203)の市販の水素化ジヒドロキシ端末を有するポリブタジエン29gを、トルエンを溶媒として使用してTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用してイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0061】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー10gを分子量2000の市販のジヒドロキシ端末を有するポリカプロラクトン(CAPA222LP)2gと反応させた。これは実施例1のステップ2で説明したのと同じ方法で実施した。
【0062】
実施例9
1.分子量8000のACCLAIM8000(PPO)30gを溶媒を使用せずにTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用するイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0063】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー4gを実施例1のステップ2と同じ方法で市販のα、ω−ジヒドロキシ端末を有する(MW=6700)ポリスチレン2gと反応させ、マルチブロックコポリマーを得た。
【0064】
実施例10
1.分子量8000の水素化ポリブタジエンマルチブロック(KRATON)29gをトルエンを溶媒として使用してTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用してイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0065】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー2gを市販のジヒドロキシ端末を有するポリスチレン2gと反応させ、実施例1のステップ2と同じ方法でマルチブロックコポリマーを得た。
【0066】
【表1】
【0067】
実施例A1 接着剤
望ましい基材を接着させる最大限のエネルギーを散逸するODTに近いコポリマーを提供するために、接着剤はポリマー構造、分子量および溶媒/可塑剤などの変数に応じて「ツールボックス」から選択された。
【0068】
接着剤は10〜40℃のサービス温度TSより高いプロセス温度TPまで加熱され、フィルムとして基材に塗布された。同じ又は異なる基材がフィルム上に置かれて、ローリングにより貼り付けられた。その温度がODT温度以下まで下がると(cooled through the ODT)、図1で図示されたメカニズムにより付着した。ミクロ相分離により、各フィルムの表面と隣接基材が確実に親和した。付着した基材はサービス温度TSで使用できた。
【0069】
実施例A1 温度により接着と剥離変換可能な(switchable)接着剤
接着剤は実施例A1のように塗布された。この場合、接着性はχNによる。通常、接着はχNODTであり、温度が低下するとχNが増える。あるサンプルがその接着性を失うには、1.5倍のχNODT値が必要であり、それは室温にODTを有するポリマーが約100℃に冷却されることを意味する 。約−25℃の温度に切り替えると接着剤が剥離し、基材は分離する。再度接着させる場合は、もう一度ODTを通過させてその温度をプロセス温度に戻し、サービス温度まで冷却すればよい。永久的に接着させたい場合には図3で図示されるように湿潤架橋でできる。
【0070】
実施例R1 剥離剤
剥離剤はプロセス温度TPまで加熱され、鋳型でかたどるために基材を適用する前に鋳型に薄膜として塗布された。鋳造はかたどられた片をゲル化又は早期硬化することにより実施された。型どられた基材を有する鋳型は剥離剤のサービス温度TSまで冷却されて、剥離が起こった。そして、型どられた基材は素晴らしい表面平滑度を有することが分かった。
【0071】
実施例A1、AR1、及びR1の方法を実施例1〜10の接着剤と剥離剤を使用して異なる基材で実施した。その結果を表2に示す。
【0072】
【表2】
【0073】
ブロックコポリマーの分析と特性
コポリマーの化学構造は核磁気共振(NMR)、サイズ排除クロマトグラフィ(size exclusion chromatography)、およびMALDI−TOFのマススペクトラムによって測定された。モル質量とその分配は、ゲルパーミションクロマトグラフ(GPC)と質量分析法によって測定された。ブロックコポリマーの形態学(morphology)は、透過電子顕微鏡法(TEM)、走査型電子顕微鏡(SEM)、および光学顕微鏡検査を使用して研究された。ODTは、レオロジー(rheology)を使用して測定された。ガラス転移温度は示差走査熱量分析(DSC)によって測定されて、温度はSAXSで決定した。
【0074】
基材間に得られた接着結合は、接着箇所の破砕機構を示す二重の片持梁テストと共に、材料を特徴付ける剥離抵抗テスト(peel restraint test)によって測定された。最終的に粘着結合が剥離される機構が、剥離(de−bonding)のダイレクトイメージによって研究された。
【0075】
テスト方法−接着
接着剤のテストは、アメリカ材料・試験協会のD903方法(ASTM Method D903)で行われる。これは、(既知の厚さの)フィルムがステンレス試験片に塗布される前に、その作業温度より高く加熱される接着剤に関係する。次に、片材をフィルム上に置いて、ローリングにより貼り付けられる。ステンレス試験片から片材を剥離するのに必要な力は、インストロン型引張り試験機を使用することで測定される。
【0076】
圧力に敏感な接着には、接着剤は溶媒(トルエン)で溶解された後、金属試験片に塗布される。その後、溶媒が気化し、片材が適用される。
【0077】
テスト方法−剥離
同じ方法が接着剤と同様に、剥離剤に使用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】ブロックコポリマーのODTを説明し、概略状態図(phase diagram)を表している。
【図2】ヒドロキシ末端モノマーからのイソシアネート末端モノマーの製造を図示している。
【図3】ヒドロキシとイソシアネート末端モノマーII及びIIIの共重合及びイソシアネート末端基の湿気架橋(moisture curing)を図示している。
【図4】ポリマーの「ブロック」、例えば本発明による接着−剥離剤キット又は「ツールボックス」を図示している。
【発明の属する技術分野】
この発明は各々の基材の表面の温度により調整される接着及び/又は剥離剤とその製法、そのキットの前駆体、新規接着及び/又は剥離剤、当該剥離剤を用いる基材への接着及び/又は剥離方法、与えられた一対の基材に対して剤を選択する方法、それらを選択するプログラムを有するコンピュータ、パッケージング用、外科手術用、鋳造用などの接着及び/又は剥離基材に関する。
特に本発明は、望ましい温度で秩序−無秩序転移を有する反応性ブロックコポリマーを含む温度により調整される接着及び/又は剥離剤のキット、その前駆体のキット、新規の剤及び関連方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ブロックコポリマーは共有結合により端末が共に(ブロック)結合した2又はそれ以上の化学的相溶性のチェーンを含む。温度が低くなるとミクロの相分離を起こす傾向のある数多くの種々の構造と界面活性を有する。ブロックコポリマーの全体の均一な溶融物(homogeneous melt)が冷却されると、ある温度で異なるブロックの間での相互作用により望ましくない又は種類の異なる(unlike)モノマーユニットが分離する。しかし、共有結合的に結合している(be covalently linked)ように種類の異なる(unlike)ブロックは起こらない。このように、ブロックコポリマーは、組成に依存してフリーエネルギー−ミニマム化した秩序化構造(minimising ordered structures )を形成するために臨界温度(a critical temperature)(ミクロ相分離温度又は秩序無秩序転移温度(order disorder transition temperature)、MST又はODT)以下で、局所的な秩序プロセス(ミクロ相分離)を起こす。分子鎖は極性と水素結合の類似性のために会合(aggregate)し、会合した(associateded)ブロック(ミクロドメイン)は、無秩序化した分子鎖の間で強力な充填剤として効果的に(in effect)作用する疑似架橋となる。これらは、モジュラス(modulus)、硬度及び切り裂き強度に影響し、負荷により圧縮と拡張が減少する。分子鎖の組成とその分子鎖の相互干渉の程度により、バルクポリマーのエラスチック性が決定される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ブロックコポリマーは樹脂の典型的な幅広い用途に使用されている。例えば、接着剤と熱可塑性エラストマーとして特別な用途を持っている。
【0004】
スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマー(Kraton Shell Chemicals)は感圧接着剤(PSA)ブレンドである高分子量ポリマーとして知られている。PSのTg以下のガラス状ブロック(PS)により形成される物理的架橋により、非常に高いクリープ抵抗を示し、一方Tg以上の熱は急激に粘度を減少させ、ホットメルト方法を可能にする。これらのポリマーは粘着性(tackifing)樹脂とブレンドすることで表面への感圧接着性と粘度を減少させる製法のための可塑剤としてなる。
【0005】
各々のブロックと樹脂の相溶性の程度でPSAの性質に影響を与えることができる。もし樹脂がPS端末ブロックと相溶性があるなら、有用な温度の範囲を広げ、スチレンのTgを下げることで、より低い温度でホットメルト法を行うことができる。
【0006】
ホットメルト接着剤は室温では固体であり、温和な温度(240℃)に加熱したときに粘ちょうな液体になり、モルトン状態(molton state)に応用できる。 接着剤は次いで固体状態に冷却され、最初の結合力(すなわち、グリーン力(green strength))を与える。反応性ホットメルト接着剤(RHM’s)はより高い最終結合力を与えるために、配合に過剰のイソシアネートにより付加的に周囲の湿気と接触することで架橋するウレタンベースのシステムである。RHM’sの初期の制限は不十分な水分のためにいくつかの基材への接着性が弱い。
【0007】
本発明は、100%固体と結合する反応性ブロックコポリマー接着−剥離剤の「ツールボックス」又はキット、及びエマルジョンと溶液合成生成物の接触接着メカニズムによる反応性ホットメルトの架橋、そして付加的に新規温度制御接着・剥離メカニズムを導入することである。「ツールボックス」ブロックコポリマーは典型的なPSAsのブレンドシステムに対して一成分(反応性)組成である。ブロックコポリマーの「ツールボックス」の魅力は構造の後追い(tailoring)の可能性とミクロ相の分離界面の生成によるODT粘着(tack)又は接着が増加して、接着及び/又は剥離される両方の基材に適したコポリマーを選択することである。ツールボックスは接着−剥離剤の特性変化により、望ましい使用に適合される(tailored)。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、構造式I
I R1−(AB)m(A)n−R2
(ここで、n=0又は1であり、n=0のときR1はR2とは異なり、またR2と反応し、n=1のときR1=R2、そしてm=1又は全ての数字の整数であり、各コポリマーIが2000〜20,000の範囲の分子量を有し、AとBは既知の熱可塑性樹脂タイプから選択される繰り返し単位のブロックで、かつ実質的に互いに不溶性であり、R1とR2は反応性末端基を有し、ここで前記ブロックコポリマーは、接着及び/又は剥離用の温度の望ましい範囲に対応した10〜75℃の範囲の温度Ttで秩序−無秩序転移(order−disorder transition)(ODT)を有し、プロセス温度TPでは液体であり、サービス温度TSでは固体である。)の複数の反応性ブロックコポリマーを含む基材を接着及び/又は剥離させる接着及び/又は剥離剤キットである。
【0009】
望ましくは、AとBは、HとSタイプであり、従来知られている結晶状、ガラス状そして柔らかいゴム状のブロックを表す。
【0010】
ここで、プロセス温度TPが接着−剥離剤が消費される温度Ttを超えることである。
【0011】
ここではサービス温度TS は基材が使用され接着及び/又は剥離が効果的である温度である。温度にはTP>Tt>TS なる関係がある。
【0012】
ここで、接着−剥離剤は接着及び/又は剥離が可逆的、一時的又は永久的、例えば接着剤、バインダー、剥離剤、潤滑剤などである。
【0013】
本発明によれば、ODT温度はブロックの分子量でコントロールでき、またその逆もでき、関連はChiにより支配される。ChiはFlory−Hugginsの相互干渉のパラメータであり、a/T+bに等しく、ここでTは温度、aとbはポリマーのタイプに関係する既知のシステムに依存する定数である。
【0014】
前記キットには、サービス温度TSでChi N価が5〜60、好ましくは7〜40、さらに好ましくは10〜30の範囲であり、ここでChiは前記定義された通りであり、T=TSで、好ましくは0〜100℃、さらに好ましくは10〜40℃の範囲内にあり、NはNMo=MWにより与えられる重合度であり、ここでMoはモノマー単位の分子量であり、MWはポリマーの分子量であることを特徴としている前記複数の反応性ブロックコポリマーIが含まれるのが好ましい。
【0015】
このようにして、ブロックコポリマーはプロセス温度では液体であり、サービス温度では固体であり、その表面は反応する基材と自動的に相溶性があるように設計することができる。
【0016】
本発明のキットはODT以下にかなり冷却することで剥離する基材の接着及び剥離を温度で変換できる(for temperature switchable)のが好ましく、ここでコポリマーIは前記サービス温度(TS)より上の温度TtでChi NODT を有し、TS>TRの剥離温度TRでChi NRを有し、粘着性がなくなることにより剥離又は結合が解除(release or debonding)する。Chi NRはおよそ10×Chi NODT であるのが好ましく、これはChiR>>ChiSに相当し、例えばChiR は50〜600の範囲内にあって、これは、典型的にはTR=TS −(50−100℃)に相当する。
【0017】
これは本発明による通常の剥離剤とは対照的であり、Chi Nは前述の通りであり、ODTで剥離する。
【0018】
本発明のキットは、接着又は剥離などのために基材間のフィルムに使用されるのが特徴である。接着又は剥離は、温度及びブロックコポリマーの分子量の因子であるODTにより、いかなる基材ペアーでも決定される。驚くべきことに、剤は可塑剤、調節剤(modifier)、溶剤などを添加する必要もなく、比較的低分子量で簡単に提供することができ、しかも優れた接合力または剥離と機械的性能を示す。
【0019】
ブロックは複雑な内部変数関係(a complex inter relation of variables)により選択され、例えば比較的大きい(higher)分子量を選択すると層分離性が高まり、ODTに対して比較的小さい(low)Chiを有するポリマーを選択することが要求され、対照的にブロックコポリマーは対応する通常のポリマーより小さい(lower)分子量で存在し、ODTに対して大きい(large)Chiを有するポリマーを選択することが要求されると、対応する比較的大きい(higher)分子量の通常のポリマーの接着剤と同等の温度で粘着性(tackiness)又は接着性を有する。
【0020】
接着−剥離剤(adhesion−release agents)の適用の際、「グリーン力(green strength)」はミクロ相分離工程により得られ、これは、例えばイソシアネート末端基といった反応基の湿気架橋(moisture crosslinking)により高まる。
【0021】
接着及び/又は剥離用の基材は、いかなるタイプのものでもよく、相溶性又は非相溶性の物質であり、本発明の剤は非相溶性基材を接着することができることが特徴である。
【0022】
基材間における良好な接着又はきれいな剥離のためには、フィルムの各表面は接触する基材と相溶性がなければならない。例えば、極性と非極性の表面を接合するには極性と非極性の両方への親和性が必要である。紙や板といった多孔物質やポリマーフィルムといった非多孔物質には、結合を形成する接着剤は異なる表面相互作用が必要となる。
【0023】
それゆえ、非相溶性基材は以下のような同様のまたは異なるタイプのものである。
・ガラス様のポリマー(glassy polymer)/ガラス様のポリマー
・ガラス様のポリマー/無機化学製品(すなわちガラス)
・ガラス様のポリマー/非極性ポリマー
・ガラス様のポリマー又は無機化学製品/エラストマー又はポリマー溶融物(融体)
・ポリマー溶融物/ポリマー溶融物等
【0024】
ブロックコポリマーは、その自己凝集する(self−assemble)自然の傾向により非相溶性基材の各々に対して異なる表面化学性が現れるため、非相溶性基材を接合する時に接着剤として吸引(attractive)する。ブロックコポリマーが秩序正しくなると(When the block copolymer orders)、ミクロ相分離のメカニズムにおける基材の効果により相溶性のある基材と接触する。
【0025】
本発明による接着−剥離剤は、熱又は圧力を適用して再秩序化する(reorder)か、又は湿気又はUVなどの照射により架橋形成して半永久的又は永久的に結合する。接着−剥離剤は、周囲の(ambient)サービス温度で基材を接着及び/又は剥離する一成分組成(one component formulation)となることが特徴である。
【0026】
本発明のキットには前記複数の構造式Iの反応性ブロックコポリマーが含まれ、ここで各AとR1及び/又は各BとR2はそれぞれ同じタイプで異なる分子量であることが好ましく、さらには分子量に範囲があることが好ましい(are a range of molecular weights)。さらに構造式Iのブロックコポリマーは複数の分子量の準範囲(sub ranges)内、例えば、2000〜4000、4000〜5000、5000〜6000、6000〜8000、8000〜12000及び12000〜20,000であることが好ましい。構造式Iのブロックコポリマーの適当な分子量範囲は、実用的な(useful)サービス温度の範囲内、例えば10〜40℃の範囲内でODTを有するブロックコポリマーを選択できるようにすることが好ましい。
【0027】
AとBは、好ましくはポリブタジエン(PB)、ポリ(エチレンテレフタレート)(PET)、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン(PP)又はポリエチレン(PE)などのポリオレフィン、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリスチレン(PS)及びポリ(エチレンオキサイド)(PEO)から選択される、類似していない接着すべき基材の一つと同じであり、そのため基材に親和性(affinity)があり、又は基材とは異なるがそれらと親和性がある熱可塑性ポリマーからなるブロックから選択される。親和性(affinity)は類似の溶解性パラメータで決められる。例えば、PETやPEOに基づいた接着剤は紙やPETを接合するのに非常に効率的であり、PEやPCLに基づいた接着剤はPEとPET間の剥離性(すなわち、非多孔性)接合をするのに非常に効果的である。
【0028】
R1とR2は、反応性末端基、好ましくはOH、OR、ハロゲン(Cl、I)、iOCN、 CO2H、NH2、CONH2及びCO2Rから選択され、さらにはR1はOH、OR、CO2H、CO2Rから選択され、R2はiOCNとOCOC(CH3)=CH2(UV架橋用)から選択されることが好ましく、R1はOHでありR2はiOCNであることが最も好ましい。
【0029】
反応性末端基は、適切な共重合温度で共有結合をするために反応させるのが好ましい。
【0030】
ポリマー末端基は望ましい特性により選択しても良い。例えば、末端基は架橋特性に関連があり、例えばイソシアネート末端基は湿気で活性化される架橋をもたらす。トリブロックコポリマーを含むポリマー組成物は末端基として、例えば湿気での架橋 (R1=iOCN)、UVなどにより架橋が可能であるなどの望ましい性質を有するものが得られる二つのモノマー(two constituent monomers)の内の一つの末端基を含む。
【0031】
構造式Iのブロックコポリマーは、ドーパントや機能基などを加えることにより機械的性能、電気伝導率、耐火又は耐熱又は遅延反応剤(retardance)、耐溶性などといった特性を強める。
【0032】
本発明による剤は、ジ、トリ、マルチブロックコポリマーである。また、接着−剥離剤(an adhesion−release agent)はマルチブロックコポリマーであるのが好ましい。マルチブロックコポリマーは、良く定められた広範囲の秩序(well defined long range order)に比べてより有益な重連(bicontinuous)ミクロ相構造であることが特徴である。
【0033】
本発明のさらなる観点では、構造式II及びIIIの複数のポリマー樹脂を含み、類似していない基材を接着及び/又は剥離するキットが提供されていて、前記複数のポリマー樹脂は与えられたポリマーのペアABが、
II R1AR1 III R2BR2
である所定分子量の前記構造式Iの複数のブロックコポリマーを製造するのに適している。
【0034】
本発明のさらなる観点では、次の構造式Iのブロックコポリマー接着−剥離剤が提供されている。
I R1−[AB]m(A)n−R2
(ここで、R1、R2、A及びB、nとmは前記のとおりであり、R1とR2の内の一つ又は両方はiOCNであり、もしR2がR1とは異なりR1と反応性があり、R2はOHを有する2000〜20,000の範囲の分子量を持つコポリマーである。)
【0035】
本発明のさらなる観点では、構造式Iの接着−剥離剤、又は前記キットを用いるためそれらを製造するための構造式IIとIIIのポリマー樹脂が提供されている。
【0036】
本発明のさらなる観点では、粘着性を付与する(tackifying)樹脂や可塑剤等を実質的に添加することがない、前記構造式IIとIII又は構造式Iのポリマー樹脂を含む組成物が提供される。
【0037】
本発明によるブロックコポリマー又は組成物は、いかなる形態においても提供される。特に、本発明による接着−剥離剤又は組成物はブロックコポリマーを含む調合装置(a dispensing device)、例えばペン、ブラシ、スティックなどの貯蔵室(reservoir)に提供される。
【0038】
本発明のさらなる観点では、高い温度及び/又は圧力の反応条件下で前記構造式IIのポリマー樹脂と構造式IIIのポリマー樹脂を縮合させ、所定の重合度N又は分子量でエンドキャッピング成分の添加又は温度又は圧力の減少又は溶剤の除去などの反応停止で重合を停止させるような前記接着−剥離剤の製造方法が提供されている。Nは従来技術で周知のように、制御された反応時間・温度、及び/又はサンプリング、又は粘着性の測定自体又はスペクトル技術により統計的に決められる。
【0039】
ポリマー樹脂は、周知の手段により市場で入手できる(”The Physics of Glassy Polymers”, R N Haward & R J Young, 1997, Chapman & Hall, London, Chap 10)。特に、コポリマーは周知の手段により、前述の構造式IIとIIIのポリマー樹脂を反応させることにより入手するのが好ましい。ここで、R1はiOCN、R2はOHであり、また構造式IIIの樹脂は構造式IIの(ポリマー)樹脂と還流下におけるジ イソシアネートを反応させることにより得られる。ジ イソシアネートは、トルエン ジ イソシアネート(TDI)、メチレン ビス ジフェニル イソシアネート(MDI)及びその多くの変形物(variants)、イソフォルン ジ イソシアネート(IPDI)、ヘキサ メチレン ジ イソシアネート(HDI)、水素を添加したMDI、テトラ メチレン キシレン ジ イソシアネート(TMDI)、好ましくはトルエン ジ イソシアネート(TDI)から選択される。
【0040】
本発明のさらなる観点においては、前記構造式Iの剤と共にそのODTに対応した温度以上の温度TPで(at a temperature TP in excess of that corresponding to its ODT)、そして圧力を適用してODTで又はそれ以下で温度TSまで低下させて、一つ又は両方の基材を湿潤させた基材を接着及び/又は剥離させる方法が提供されている。該方法は、基材に反応性ホットメルト又は感圧接着(pressure sensitive adhesion)、入射する照射光(incident radiation)によって湿気架橋することが好ましい。
【0041】
本発明のさらなる観点においては、接着及び/又は剥離される基材の各々の一つと相溶性がある構造式IIとIIIのポリマーを選択し、実質的にプロセス温度TPとサービス温度TSの間の温度TtでODTを与えるためにモノマーのペアIIとIIIのブロックコポリマーの適切な分子量を決めるような、基材への接着及び/又は剥離用の剤を選択する方法が提供される。
【0042】
本発明のさらなる観点においては、前記複数のポリマーII及びIIIの各ブロックのコポリマーのChi Nの値、及び前記したような望ましいポリマーブロックAとBに対して5〜60の範囲内でChi Nの望ましい値を有する構造式Iの剤を選択するのに役立つ温度の範囲に関するデータでコンピュータがプログラムされた、前記方法による剤を選択するようプログラムされたコンピュータが提供されている。
【0043】
本発明のさらなる観点においては、前記非相溶性基材への接着及び/又は剥離、又は望ましくは温度により変更可能な接着性と剥離性があり、さらに望ましくはパッキング、外科、アクアシステム、ミクロエレクトロニクス、エアロスペースなどにおける基材への接着用のキット、ポリマー樹脂、組成物又は方法が提供されている。ある用途には接着−剥離キット又は剤を選択するのは適しており、その用途によりポリマー樹脂IとIIは適している。
【0044】
本発明は下記実施例及び図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【0045】
界面剤(interfacing agents)の合成は以下の実施例において記載されており、分子量とChi Nは表1に示されている。接着及び剥離は多くの基材に対して決められており、その結果は表2に示されている。
【0046】
【発明の実施の形態】
実施例1
1.分子量8000(ACCLAIM8200)の市販のジヒドロキシ端末を有するポリ(プロピレンオキサイド)30gを溶媒を使用せずに大過剰のトルエンジイソシアネート(TDI)と反応させて、図2のステップ1で図示されるようにイソシアネート端末を有するポリマーを得た。これは、不活性雰囲気下で激しく攪拌しながら50℃のTDIにプレポリマーを非常にゆっくりと添加することにより得られた。図2のステップ2で図示されるように、高温度で非常に広範囲の表面を覆う高真空下で、TDIの過剰分は、その後ショートパス蒸留装置を使用することにより留去された。
【0047】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー14gを分子量8000のモノヒドロキシ端末を有するポリスチレン14gと24時間、還流下に、共沸により乾燥されたベンゼンで反応させた。ポリスチレンはアニオン重合によって重合し、エチレンオキサイドの単一ユニットでエンドキャッピングし、それから酸性メタノールで反応を終わらせた。そして、製品を分析するために、得られた混合物は残留イソシアネートを全てキャップする乾燥エタノールを添加することにより「不活性」させた。
【0048】
実施例2
1.分子量8000(ACCLAIM8200)の市販のジヒドロキシ端末を有するポリ(プロピレンオキサイド)30gを溶媒を使用せずにTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用してイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0049】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー7gを分子量4000のモノヒドロキシ端末を有するポリスチレン7gと反応させた。これは実施例1のステップ2で説明したのと同じ方法で実施された。
【0050】
実施例3
1.分子量4000(ACCLAIM4200)の市販のジヒドロキシ端末を有するポリ(プロピレンオキサイド)30gを溶媒を使用せずにTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用してイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0051】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー25gを分子量2000のモノヒドロキシ端末を有するポリスチレン25gと反応させた。これは実施例1のステップ2で説明したのと同じ方法で実施された。
【0052】
実施例4
1.分子量4000(ACCLAIM4200)の市販のジヒドロキシ端末を有するポリ(プロピレンオキサイド)30gを溶媒を使用せずにTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用してイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0053】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー12gを分子量4000のモノヒドロキシ端末を有するポリスチレン24gと反応させた。これは実施例1のステップ2で説明したのと同じ方法で実施された。
【0054】
実施例5
1.分子量4000(KRATON2203)の市販の水素化ジヒドロキシ端末を有するポリブタジエンのサンプル23gを溶媒を使用せずにTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用してイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0055】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー6gを分子量2000のモノヒドロキシ端末を有するポリスチレン6gと反応させた。これは実施例1のステップ2で説明したのと同じ方法で実施した。
【0056】
実施例6
1.分子量4000(ACCLAIM4200)の市販のジヒドロキシ端末を有するポリ(プロピレンオキサイド)30gを溶媒を使用せずにTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用してイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0057】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー28gを市販の分子量2000のジヒドロキシ端末を有するポリカプロラクトン(CAPA222LP)28gと反応させた。これは実施例1のステップ2で説明され、図3のステップ3で図示したのと同じ方法で実施した。
【0058】
実施例7
1.分子量5000の市販のジヒドロキシ端末を有するポリ(ジメチルシロキサン)20gを、THFを溶媒として使用してTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用してイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0059】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー12gを分子量4000のモノヒドロキシ端末を有するポリスチレン16gと反応させた。これは実施例1のステップ2で説明したのと同じ方法で実施した。
【0060】
実施例8
1.分子量4000(KRATON2203)の市販の水素化ジヒドロキシ端末を有するポリブタジエン29gを、トルエンを溶媒として使用してTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用してイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0061】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー10gを分子量2000の市販のジヒドロキシ端末を有するポリカプロラクトン(CAPA222LP)2gと反応させた。これは実施例1のステップ2で説明したのと同じ方法で実施した。
【0062】
実施例9
1.分子量8000のACCLAIM8000(PPO)30gを溶媒を使用せずにTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用するイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0063】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー4gを実施例1のステップ2と同じ方法で市販のα、ω−ジヒドロキシ端末を有する(MW=6700)ポリスチレン2gと反応させ、マルチブロックコポリマーを得た。
【0064】
実施例10
1.分子量8000の水素化ポリブタジエンマルチブロック(KRATON)29gをトルエンを溶媒として使用してTDIと反応させ、実施例1のステップ1と同じ技術を使用してイソシアネート端末を有するポリマーを得た。
【0065】
2.次に、イソシアネート端末を有するポリマー2gを市販のジヒドロキシ端末を有するポリスチレン2gと反応させ、実施例1のステップ2と同じ方法でマルチブロックコポリマーを得た。
【0066】
【表1】
【0067】
実施例A1 接着剤
望ましい基材を接着させる最大限のエネルギーを散逸するODTに近いコポリマーを提供するために、接着剤はポリマー構造、分子量および溶媒/可塑剤などの変数に応じて「ツールボックス」から選択された。
【0068】
接着剤は10〜40℃のサービス温度TSより高いプロセス温度TPまで加熱され、フィルムとして基材に塗布された。同じ又は異なる基材がフィルム上に置かれて、ローリングにより貼り付けられた。その温度がODT温度以下まで下がると(cooled through the ODT)、図1で図示されたメカニズムにより付着した。ミクロ相分離により、各フィルムの表面と隣接基材が確実に親和した。付着した基材はサービス温度TSで使用できた。
【0069】
実施例A1 温度により接着と剥離変換可能な(switchable)接着剤
接着剤は実施例A1のように塗布された。この場合、接着性はχNによる。通常、接着はχNODTであり、温度が低下するとχNが増える。あるサンプルがその接着性を失うには、1.5倍のχNODT値が必要であり、それは室温にODTを有するポリマーが約100℃に冷却されることを意味する 。約−25℃の温度に切り替えると接着剤が剥離し、基材は分離する。再度接着させる場合は、もう一度ODTを通過させてその温度をプロセス温度に戻し、サービス温度まで冷却すればよい。永久的に接着させたい場合には図3で図示されるように湿潤架橋でできる。
【0070】
実施例R1 剥離剤
剥離剤はプロセス温度TPまで加熱され、鋳型でかたどるために基材を適用する前に鋳型に薄膜として塗布された。鋳造はかたどられた片をゲル化又は早期硬化することにより実施された。型どられた基材を有する鋳型は剥離剤のサービス温度TSまで冷却されて、剥離が起こった。そして、型どられた基材は素晴らしい表面平滑度を有することが分かった。
【0071】
実施例A1、AR1、及びR1の方法を実施例1〜10の接着剤と剥離剤を使用して異なる基材で実施した。その結果を表2に示す。
【0072】
【表2】
【0073】
ブロックコポリマーの分析と特性
コポリマーの化学構造は核磁気共振(NMR)、サイズ排除クロマトグラフィ(size exclusion chromatography)、およびMALDI−TOFのマススペクトラムによって測定された。モル質量とその分配は、ゲルパーミションクロマトグラフ(GPC)と質量分析法によって測定された。ブロックコポリマーの形態学(morphology)は、透過電子顕微鏡法(TEM)、走査型電子顕微鏡(SEM)、および光学顕微鏡検査を使用して研究された。ODTは、レオロジー(rheology)を使用して測定された。ガラス転移温度は示差走査熱量分析(DSC)によって測定されて、温度はSAXSで決定した。
【0074】
基材間に得られた接着結合は、接着箇所の破砕機構を示す二重の片持梁テストと共に、材料を特徴付ける剥離抵抗テスト(peel restraint test)によって測定された。最終的に粘着結合が剥離される機構が、剥離(de−bonding)のダイレクトイメージによって研究された。
【0075】
テスト方法−接着
接着剤のテストは、アメリカ材料・試験協会のD903方法(ASTM Method D903)で行われる。これは、(既知の厚さの)フィルムがステンレス試験片に塗布される前に、その作業温度より高く加熱される接着剤に関係する。次に、片材をフィルム上に置いて、ローリングにより貼り付けられる。ステンレス試験片から片材を剥離するのに必要な力は、インストロン型引張り試験機を使用することで測定される。
【0076】
圧力に敏感な接着には、接着剤は溶媒(トルエン)で溶解された後、金属試験片に塗布される。その後、溶媒が気化し、片材が適用される。
【0077】
テスト方法−剥離
同じ方法が接着剤と同様に、剥離剤に使用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】ブロックコポリマーのODTを説明し、概略状態図(phase diagram)を表している。
【図2】ヒドロキシ末端モノマーからのイソシアネート末端モノマーの製造を図示している。
【図3】ヒドロキシとイソシアネート末端モノマーII及びIIIの共重合及びイソシアネート末端基の湿気架橋(moisture curing)を図示している。
【図4】ポリマーの「ブロック」、例えば本発明による接着−剥離剤キット又は「ツールボックス」を図示している。
Claims (25)
- 構造式I
I R1−(AB)m(A)n−R2
(ここで、n=0又は1であり、n=0のときR1はR2とは異なり、またR2と反応し、n=1のときR1=R2、そしてm=1又は全ての数字の整数であり、各コポリマーIが2000〜20,000の範囲の分子量を有し、AとBは既知の熱可塑性樹脂タイプから選択される繰り返し単位のブロックで、かつ実質的に互いに不溶性であり、R1とR2は反応性末端基を有し、ここで前記ブロックコポリマーは、接着用の温度の望ましい範囲に対応した10〜75℃の範囲の温度Ttで秩序−無秩序転移(order−disorder transition)(ODT)を有し、プロセス温度Tpでは液体であり、サービス温度Tsでは固体である。)
の複数の反応性ブロックコポリマーを含む基材を接着させる接着剤キット。 - 前記接着剤は望ましい剥離適用温度に対応したTtのODTを有する剥離基材の剥離剤としても代替的に又は追加的に用いられる請求項1記載のキット。
- Tp>Tt>Tsである請求項1及び2のいずれかに記載のキット。
- 反応性ブロックコポリマーIは、サービス温度TsでChi N価が5〜60の範囲であり、ここでChiはa/T+bに等しく、ここでTは温度であり、aとbはポリマータイプに関連した既知のシステムに依存する定数であり、T=Tsで、0〜100℃の範囲内にあり、NはNMo=MWにより与えられる重合度であり、ここでMoはモノマー単位の分子量であり、MWはポリマーの分子量である、請求項1〜3のいずれかに記載のキット。
- コポリマーIがサービス温度Tsより上の温度TtでChi NODTを有し、Ts<TRで剥離温度TRでChi NR を有し、ODT以下にかなり(significantly)冷却することで剥離する基材の接着と剥離を温度で変換できる(for temperature switchable)請求項2〜4のいずれかに記載のキット。
- Chi NRがおよそ1.5Chi NODTである請求項1〜5のいずれかに記載のキット。
- よりよい層分離性を備えるために比較的大きい(higher) 分子量のブロックコポリマーを選択するときは、ODTに対して比較的小さい(low)Chiを有するポリマータイプを選択することが要求され、または、粘着性(tackiness)又は接着性を備えるために比較的小さい(lower)分子量のブロックコポリマーを選択するときは、ODTに対して比較的大きい(large)Chiを有するポリマータイプを選択することが要求される請求項1〜6のいずれかに記載のキット。
- フィルムの各表面が、極性と非極性表面から選択され、多孔性物質と非多孔性物質などと接触する表面と相溶性があり(is compatible with the surface it is in contact with, selected from polar and non−polar surface, porous materials, and non−porous materials and the like)、これらの間を接着−剥離剤のフィルムを用いる相溶性のある又は相溶性のない基材の接着用(for adhering any compatible or incompatible substrates)の請求項1〜7のいずれかに記載のキット。
- 接着−剥離剤(an adhesion−release agent)は、熱又は圧力を適用して再秩序化する(reorder)か又は湿気又はUVなどの照射により架橋形成して半永久的又は永久的に結合する剥離性接着剤である請求項1〜8のいずれかに記載のキット。
- 複数の構造式Iの反応性ブロックコポリマーは、それぞれ同じタイプで分子量の範囲が、2000〜4000、4000〜5000、5000〜6000、6000〜8000、8000〜12000及び12000〜20,000のサブレンジから選択される複数の分子量を有する各AとR1及び/又は各BとR2であることに特徴がある請求項1〜9のいずれかに記載のキット。
- AとBは、ポリブタジエン(PB)、ポリ(エチレンテレフタレート)(PET)、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン(PP)又はポリエチレン(PE)などのポリオレフィン、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリスチレン(PS)及びポリ(エチレンオキサイド)(PEO)から選択される、類似していない接着すべき基材の一つと同じであり、そのため基材に親和性(affinity)があり、又は基材とは異なるがそれらと親和性がある熱可塑性ポリマーからなるブロックから選択される請求項1〜10のいずれかに記載のキット。
- 親和性(affinity)は類似の溶解性パラメータで決められる請求項11に記載のキット。
- 各R1とR2は独立に、反応性末端基OH、OR、ハロゲン(Cl、I)、iOCN、 CO2H、NH2、CONH2及びCO2Rから選択される請求項1〜12のいずれかに記載のキット。
- 各R1は独立にOH、OR、CO2H、CO2Rから選択され、各R2は独立にiOCNとOCOC(CH3)=CH2から選択される請求項1〜13のいずれかに記載のキット。
- 剤(agent)は、ジ、トリ、マルチブロックコポリマーから選択される請求項1〜14のいずれかに記載のキット。
- 与えられたポリマーのペアABが、
II R1AR1 III R2BR2
であり、ここでR1、R2、A及びBは請求項1、11及び13のいずれかに定義されており、分子量が請求項1〜15のいずれかに定義された構造式Iのブロックコポリマーのキットを製造するのに適した構造式II及びIIIのポリマー樹脂のキット。 - 次の構造式Iのブロックコポリマー接着−剥離剤。
I R1−[AB]m(A)n−R2
(ここで、R1、R2、A及びB、nとmは請求項1と11に定義したとおりであり、R1とR2の片方又は両方はiOCNであり、もしR2がR1とは異なりR1と反応性があり、R2はOHを有する2000〜20,000の範囲の分子量を持つコポリマーである。) - 請求項1〜15、16のいずれかに定義されたキットに使用するための、構造式Iの接着−剥離剤又はそれらを製造するための構造式II又はIIIのポリマー樹脂。
- 粘着性を付与する(tackifying)樹脂、可塑剤等を実質的に添加することのない請求項16に定義された構造式IIとIII又は請求項1〜15のいずれかに定義された構造式Iのポリマー樹脂を含む組成物。
- 高い(elevated)温度及び/又は圧力の反応条件下での請求項15に定義された構造式IIのポリマー樹脂と構造式IIIのポリマー樹脂を縮合させ、望ましい重合度N又は分子量でエンドキャッピング成分の添加又は温度若しくは圧力の減少又は溶剤の除去などの反応停止で重合を停止させることを含む請求項1〜17に定義されたキットに使用される請求項17又は18に定義された接着−剥離剤の製造方法。
- 請求項1〜15のいずれかに定義された構造式Iの剤と共にそのODTに対応した温度以上の温度TPで(at a temperature TP in excess of that corresponding to its ODT)、そして前記ODTで又はそれ以下である温度TS(TS at or below the ODT)に低下させて、任意に圧力を掛けて一つ又は両方の基材を湿潤させることを含む基材を接着させる及び/又は剥離させる方法。
- 請求項16で定義された構造式IIとIIIのポリマーを選択し、接着及び/又は剥離される基材の各々の一つと相溶性があり、実質的にプロセス温度TPとサービス温度TSの間の温度TtでODTを与えるためにモノマー又はポリマーのペアIIとIIIのブロックコポリマーのおよその分子量を決めることを含む請求項1〜15のいずれかに定義され、基材への接着及び/又は剥離用の構造式Iの剤を選択する方法。
- コンピュータが請求項16に定義された複数のポリマーII及びIIIの各ブロックのコポリマーのChi Nの値、請求項1〜15のいずれかに今まで定義された望ましいポリマーブロックAとBに対して5〜60の範囲内でChi Nの望ましい値を有する構造式1の剤を選択するのに役立つ温度の範囲に関係するデータでプログラムされた請求項1〜15のいずれかに定義された構造式Iの剤を選択するようプログラムされたコンピュータ。
- 望ましくは温度により変更できる(switchable)接着性と剥離性があり、さらに望ましくはパッキング、外科、アクアシステム、ミクロエレクトロニクス、エアロスペースなどにおける接着基材に、請求項1〜15、16、17、18、19、21、22、23のいずれかに今まで定義されたキット、ポリマー剤、組成物又は相溶性のない(incompatible)基材への接着及び/又は剥離方法又はコンピュータの使用。
- 明細書及び/又は図面に記載され又は示されたキット、ポリマー剤、組成物又は方法。
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