JP2006056936A - 粘着剤組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】 製品および中間原料の製造工程および使用工程において有機溶剤による環境汚染、臭気などの問題がなく、製品および中間原料の製造工程および保存中の安定性が優れ、製品の低温における粘着力、タックなどの粘着特性および耐熱性が優れた水性のエマルション型粘着剤組成物を提供する。
【解決手段】 軟化点が120℃以上である粘着付与樹脂および重量平均分子量が500〜50000であるアクリル重合体が水性媒体に分散された粘着付与樹脂エマルションAおよびガラス転移温度が−10℃以下であり重量平均分子量が500000以上である粘着性重合体を含有し、粘着付与樹脂および重量平均分子量が500〜50000であるアクリル重合体の合計質量および粘着性重合体の質量の割合が50質量部および50質量部から1質量部および99質量部の範囲にあるエマルション型粘着剤組成物。
【選択図】 なし

Description

本発明は、水性媒体に分散された粘着付与樹脂エマルションおよび粘着性重合体を含有するエマルション型の粘着剤組成物に関するものである。
水性のエマルション型粘着剤は、環境にやさしい材料として、有機溶剤を多く含有する溶剤型粘着剤に代わって普及してきている。また、粘着剤の性能発現のために必要な成分である粘着付与樹脂は、エマルション型粘着剤に添加、撹拌するだけでは充分に性能を発揮させることができないので、粘着剤組成物中に充分に分散、相溶させるために種々の工夫がなされてきている。
エマルション型粘着剤として、粘着付与樹脂エマルションおよびアクリル重合体エマルションからなる水性粘着剤組成物が知られている(特許文献1参照)。
粘着付与樹脂を含むエマルションとして、粘着付与樹脂および特定の重合体を有機溶剤に溶解してエマルション化させた後に有機溶剤を除去する方法により製造されるものが知られている(特許文献2)。
粘着付与樹脂を含むエマルションとして、粘着付与樹脂、ラジカル重合性単量体、乳化剤および水を含有する混合物を乳化重合させて得られるものが知られている(特許文献3)。
特開昭63−256672号公報 特開2001−49227号公報 特開平4−209890号公報
特許文献1および特許文献2に開示されている粘着付与樹脂エマルションは、粘着付与樹脂を有機溶剤に溶解してエマルション化させた後に有機溶剤を除去して得られるものであり、該エマルション製造工程において環境汚染、臭気などの問題がおきやすいほか、製品中の有機溶剤を完全に除くことが難しいために製品使用段階でも環境汚染、臭気などの問題がおこる場合がある。
特許文献3に開示されている粘着付与樹脂を含むエマルションは、安定性が充分なものになりにくく、条件によってはエマルションの製造中または保存中に成分が分離してしまう場合もある。また、該粘着付与樹脂エマルションが添加された粘着剤組成物は、低温における粘着力、タックなどの粘着特性および耐熱性が不充分なものとなる場合がある。
本発明は、製品および中間原料の製造工程および使用工程において有機溶剤による環境汚染、臭気などの問題がなく、製品および中間原料の製造工程および保存中の安定性が優れ、製品の低温における粘着力、タックなどの粘着特性および耐熱性が優れた水性のエマルション型粘着剤組成物を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明のエマルション型粘着剤組成物は、軟化点が120℃以上である粘着付与樹脂および重量平均分子量が500〜50000であるアクリル重合体が水性媒体に分散された粘着付与樹脂エマルションAおよびガラス転移温度が−10℃以下であり重量平均分子量が500000以上である粘着性重合体を含有し、粘着付与樹脂および重量平均分子量が500〜50000であるアクリル重合体の合計質量および粘着性重合体の質量の割合が50質量部および50質量部から1質量部および99質量部の範囲にあるものである。
請求項2に記載の発明のエマルション型粘着剤組成物は、軟化点が120℃以上である粘着付与樹脂および重量平均分子量が500〜50000であるアクリル重合体が水性媒体に分散された粘着付与樹脂エマルションAおよびガラス転移温度が−10℃以下であり重量平均分子量が500000以上である粘着性重合体が水性媒体に分散された粘着性重合体エマルションBを混合して得られ、粘着付与樹脂および重量平均分子量が500〜50000であるアクリル重合体の合計質量および粘着性重合体の質量の割合が50質量部および50質量部から1質量部および99質量部の範囲にあるものである。
請求項3に記載の発明のエマルション型粘着剤組成物は、請求項1または2に記載の発明において、重量平均分子量が500〜50000であるアクリル重合体は、150〜350℃の温度において原料単量体を連続重合させて得られることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明のエマルション型粘着剤組成物は、請求項1または2に記載の発明において、粘着付与樹脂エマルションAは、軟化点が120℃以上である粘着付与樹脂、重量平均分子量が500〜50000であるアクリル重合体および乳化剤の混合物に、撹拌しながら水性溶剤を添加し、油中水型エマルションを水中油型エマルションに転相させて得られることを特徴とするものである。
製品および中間原料の製造工程および使用工程において有機溶剤による環境汚染、臭気などの問題がなく、製品および中間原料の製造工程および保存中の安定性が優れ、製品の低温における粘着力、タックなどの粘着特性および耐熱性が優れた水性のエマルション型粘着剤組成物が得られる。
製造工程において実質的に有機溶剤を使用しないため、脱溶剤工程が不要であり脱溶剤工程において発泡を抑制するための消泡剤を添加する必要が無く、得られる粘着剤組成物を塗布する工程においてはじきを生じることが少なく、基材への密着性も優れるという効果も奏する。
粘着付与樹脂エマルションAは、水性エマルション型粘着剤組成物に低温における粘着力、タックなどの粘着特性および耐熱性を付与するための重要な成分である。粘着付与樹脂エマルションAは、軟化点が120℃以上である粘着付与樹脂および重量平均分子量が500〜50000であるアクリル重合体が水性媒体に分散されたものである。
本発明で使用される粘着付与樹脂は軟化点が120℃以上、好ましくは120〜190℃のものである。軟化点が120℃未満では、オレフィン基材への密着性や耐熱性が不足する。また、軟化点が190℃を越えるとタックなどが低下する場合もあるほか、190℃を越える粘着付与樹脂を製造するのは実質上容易でない。
粘着付与樹脂は、ロジン系樹脂、テルペン系樹脂、石油系樹脂、ダンマル、コーパル、シェラック、アルキルフェノール樹脂、キシレン樹脂などを単用又は併用することができ、特に、ロジン系樹脂、テルペン系樹脂、石油系樹脂が好ましい。
ロジン系樹脂はロジン類及びロジン誘導体を単用又は併用できる。ロジン類は、トールロジン、ガムロジン、ウッドロジンであり、また、不均斉化ロジン、重合ロジン、水素化ロジン、或いはその他の化学的に修飾されたロジン、又はこれらの精製物を含む概念である。
ロジン誘導体としては、ロジンエステル類、不飽和カルボン酸変性ロジン類、不飽和カルボン酸変性ロジンエステル類、或は、ロジン変性フェノール類、或は、ロジン類や不飽和カルボン酸で変性したロジン類のカルボキシル基を還元処理したロジンアルコール類などが挙げられる。
ロジンエステル類は、上記ロジン類と多価アルコールを公知のエステル化法により製造できるものをいう。エステル化反応の条件としては、ロジン類と多価アルコールの仕込比率はロジンのカルボキシル基当量に対してアルコールの水酸基当量比換算でCOOH/OH=1/(0.2〜2.0)程度、反応温度は150〜300℃程度、反応時間は2〜30時間程度が夫々適当である。
多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール等の2価アルコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、トリエチロールエタン等の3価アルコール、ペンタエリスリトール、ジグリセリン等の4価アルコール、ジペンタエリスリトール等の6価アルコール、或いは、トリエタノールアミン、トリプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、N−イソブチルジエタノールアミン、N−ノルマルブチルジエタノールアミン等のアミノアルコールなどが挙げられる。
不飽和カルボン酸変性ロジン類は、公知の方法によりロジン類にα,β−不飽和カルボン酸類を反応させたものをいう。この場合、反応温度は150〜300℃程度、反応温度時間は1〜24時間程度である。α,β−不飽和カルボン酸類の仕込量は、ロジン類100質量部に対してα,β−不飽和カルボン酸類20質量部程度以下である。
α,β−不飽和カルボン酸類としては、フマル酸、(無水)マレイン酸、イタコン酸、(無水)シトラコン酸、アクリル酸、メタクリル酸などが挙げられる。
不飽和カルボン酸変性ロジンエステル類は、ロジン類に多価アルコール類とα,β−不飽和カルボン酸類を順次、又は同時に反応させることにより得られる。多価アルコールとのエステル化反応、α,β−不飽和カルボン酸類との反応は前述の通りである。
テルペン系樹脂としては、α−ピネンやβ−ピネンの重合物、これらのフェノール又は芳香族変性物、水素添加変性物、炭化水素変性物等が挙げられる。
石油系樹脂としては、脂肪族(C5)系樹脂、芳香族(C9)系樹脂、共重合(C5/C9)系樹脂、クマロン樹脂及びクマロン−インデン樹脂、ジシクロペンタジエン系石油樹脂、水素添加石油樹脂、スチレン系などのピュアーモノマー系石油樹脂などが挙げられる。
一般に、樹脂の分子量が増大すると樹脂軟化点は高くなる傾向があるため、例えば、ロジン系樹脂を粘着付与樹脂とする場合、不均斉化ロジンや重合ロジンを不飽和カルボン酸で変性し、又は多価アルコールでエステル化し、或は変性化とエステル化を組み合わせることなどにより、高軟化点樹脂が得られる。
重量平均分子量が500〜50000であるアクリル重合体(以下、アクリルオリゴマーともいう。)は、実質的に有機溶剤を使用することなく、粘着付与樹脂を水性媒体中に分散させるために必要な成分である。
分子量が5万を越えると、高軟化点の粘着付与樹脂を転相乳化などでエマルション化することが難しくなり、水性エマルションを得るという本発明の目的が達成できない。分子量が500より小さいと、オリゴマー自体が揮発性を有して、環境汚染、臭気などの問題を引き起こし、環境保全や労働衛生に資するという本発明の所期の目的を達することができない。
また、アクリルオリゴマーのガラス転移温度は0℃以下が適当であり、好ましくは−10℃〜−80℃である。ガラス転移温度が0℃より高いと、粘着剤にした場合に粘着性重合体との相溶性が低下する恐れがある。
アクリルオリゴマーの組成に特に制限はなく、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステルを主要な構成単量体として、必要に応じて、マレイン酸、スチレン、ビニルエステルなどのその他のビニル単量体が共重合されたものであってもよい。
アクリルオリゴマーは、塊状重合、乳化重合、懸濁重合などの公知の重合方法で得られる。環境保全や労働衛生などに資するという本発明の目的から、有機溶剤を使用する溶液重合法は好ましい重合方法ではないが、少量の有機溶剤の使用は容認される。溶液重合を採用する場合、有機溶剤の使用割合は、ビニル単量体100質量部を基準として30質量部以下、好ましくは20質量部以下、より好ましくは10質量部以下にとどめ、薄膜蒸発器などを使用する脱溶剤工程において、アクリルオリゴマーから充分に有機溶剤の除去を行う。
アクリルオリゴマーは、150〜350℃の温度において、原料単量体を連続重合させて得られるものが、重合体の分子量分布及び組成分布の狭いものとなりやすいために好ましい。
アクリルオリゴマーの製造が上記高温連続重合である場合は、重合開始剤は用いないか、ごく少量の使用で可能である。ジ−t−ブチル−ペルオキシド、ベンゾイルパーオキシド、2,2′−アゾビス−イソブチロニトリルなどの公知のラジカル重合開始剤が使用できる。連鎖移動剤は使用しない方が好ましい。
粘着付与樹脂エマルションAは、上記粘着付与樹脂およびアクリルオリゴマーが水性媒体に分散されたものである。水性媒体は実質的に水からなるものである。
アクリルオリゴマーと粘着付与樹脂との混合割合は、固形分換算でアクリルオリゴマー/粘着付与樹脂=20〜80質量部/80〜20質量部が好ましく、30〜40質量部/70〜60質量部が好ましい。
粘着付与樹脂が80質量部より多いと有機溶剤を使用することなく粘着付与樹脂をエマルション化することが難しい場合があり、粘着付与樹脂が20質量部より少ないと得られる粘着剤が対オレフィン密着性や耐熱性の不充分なものとなる場合がある。
粘着付与樹脂エマルションAは、上記粘着付与樹脂およびアクリルオリゴマーの混合物を、有機溶剤の不存在下、加圧下にて水性媒体に分散させて水性エマルション化したものである。このエマルション化は常圧より高い圧力において、例えば1MPa以下の加圧条件で実施される。
水性エマルションを得るには、転相乳化法、高圧無溶剤型乳化法、或はその他の任意の無溶剤乳化法が適用できるが、設備の簡易性や生産コストの低減に鑑みて、転相乳化法が特に好ましい。
転相乳化法は、加圧下で粘着付与樹脂およびアクリルオリゴマーを加熱溶融した後、乳化剤と水を混合溶解した乳化水を撹拌しながら徐々に加えることにより、或は、溶融樹脂に乳化剤を添加し、次いで水を徐々に加えることにより、油中水型エマルションを、樹脂分が水中に分散した水中油型エマルションに相反転させる方法である。
高圧無溶剤乳化法は、加圧下で溶融した粘着付与剤樹脂およびアクリルオリゴマーと乳化水を予備混合し、粗粒子の水性エマルションを調製した後、各種ミキサー、コロイドミル、高圧乳化機、高圧吐出型乳化機などの各種乳化機を用いて微細乳化させる方法である。
本発明では、無溶剤下で粘着付与剤樹脂エマルションを得ることを目的とするため、粘着付与樹脂を有機溶剤に溶解させ、乳化水を予備混合して粗乳化した後、微細乳化し、常圧或は減圧下で加熱して上記有機溶剤を除去する溶剤型乳化法は、本発明の粘着付与樹脂エマルションAを得る方法から排除される。
粘着付与樹脂およびアクリルオリゴマーを転相乳化などでエマルション化する際に使用する乳化剤は特に制限されることなく、アニオン系、ノニオン系、カチオン系の各種の乳化剤が使用できるが、アニオン系乳化剤及びノニオン系乳化剤などを単用または併用することが好ましい。また、その使用割合は粘着付与樹脂100質量部に対して1〜10質量部が好ましく、1〜5質量部がより好ましい。
アニオン系乳化剤としては、有機スルホン酸、硫酸エステルのアルカリ金属塩、アンモニウム塩などが挙げられ、具体的には下記の(1)〜(6)などである。
(1)ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアルキルアリールスルホン酸塩類。
(2)ラウリル硫酸ナトリウム、オレイル硫酸ナトリウムなどのアルキル(又はアルケニル)硫酸エステル塩類。
(3)ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンオレイルエーテル硫酸ナトリウムなどのポリオキシエチレンアルキル(又はアルケニル)エーテル硫酸エステル塩類。
(4)ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテル硫酸ナトリウムなどのポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル硫酸エステル塩類。
(5)モノオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ポリオキシエチレンラウリルスルホコハク酸2ナトリウムなどのアルキルスルホコハク酸エステル塩並びにその誘導体類。
(6)アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムなどのアルキルジアリールエーテルジスルホン酸塩並びにその誘導体類。
ノニオン系乳化剤としては下記の(1)〜(7)などが挙げられる。
(1)ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキル(又はアルケニル)エーテル類。
(2)ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類。
(3)ソルビタンモノラウレート、ソルビタントリオレエートなどのソルビタン高級脂肪酸エステル類。
(4)ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートなどのポリオキシエチレンソルビタン高級脂肪酸エステル類。
(5)ポリオキシエチレンモノラウレート、ポリオキシエチレンモノオレエートなどのポリオキシエチレン高級脂肪酸エステル類。
(6)オレイン酸モノグリセライド、ステアリン酸モノグリセライドなどのグリセリン高級脂肪酸エステル類。
(7)ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレン・ブロックコポリマー。
粘着付与樹脂エマルションAを製造する際の乳化剤としては、その他、必要に応じて合成高分子系の乳化剤を使用することもできる。
合成高分子系乳化剤とは、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、(メタ)アクリル酸エステル類、アクリルアマイド、酢酸ビニル、スチレンスルホン酸、イソプレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸などの重合性単量体を2種以上重合させて得られる重合体を水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニアなどのアルカリ類で塩形成させて水に分散又は可溶化させた水分散性重合体である。また、上記単量体の他にも、重合可能な単量体を併用でき、重合方法も特に制約されることはない。
粘着付与樹脂エマルションAの好ましい平均粒子径は0.10〜0.50μm、より好ましい平均粒子径は0.20〜0.40μmである。0.50μmを越えると、エマルションの貯蔵安定性、機械安定性などが低下する恐れがあり、0.10μmより小さいと、粘度が大きくなりすぎる場合がある。
ガラス転移温度が−10℃以下であり重量平均分子量が50万以上である粘着性重合体(以下、単に粘着性重合体ともいう。)は、粘着剤としての基本性能を発揮するために必要な成分である。粘着性重合体としては粘着性アクリル重合体、粘着性ゴム系重合体などが挙げられる。
ガラス転移温度(Tg)が−10℃より高い重合体は、感圧接着性が乏しいものとなる。Tgの下限は特にないが、通常単量体の制限から−100℃より低いものは入手が困難である。Tgは、「POLYMER HANDBOOK 第3版」(John Wiley & Sons, Inc.発行)に記載された各単独重合体のTgを元にして、計算により簡単に求められる他、DSC(示差走査熱量測定装置)やDTA(示差熱分析装置)によって求めることができる。
重合体の重量平均分子量(Mw)が50万より小さいと、粘着特性が劣ったものとなる。分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定したポリスチレン換算の値である。ただし、分子量が大きい(Mwが約150万程度以上)重合体はGPC測定の際に用いられる溶媒テトラヒドロフラン(THF)に溶解しなくなり、GPCによる分子量測定自体が不可能となるので、正確なMwは不明となるが、換言すれば、THFに溶解しないポリマーは、Mwが50万程度以上であることが明らかなので、本発明において好ましく用いることができる。
粘着性アクリル重合体は、(メタ)アクリル酸アルキルエステルを主要構成単位として含む重合体である。粘着性アクリル重合体を構成する(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸アミル、(メタ)アクリル酸ヘプチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸イソノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル等の炭素数4〜12のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル特にアクリル酸アルキルエステルが好ましく、これらを1種以上使用することができる。
粘着性アクリル重合体は、上記(メタ)アクリル酸アルキルエステルのみで構成されていてもよいが、その他の単量体が共重合されたものであってもよい。そのときは、粘着特性の観点から、上記(メタ)アクリル酸アルキルエステル類をモノマー全体の60質量%以上用いることが好ましい。
その他の単量体の例としては、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸シクロアルキル類、炭素数3以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル類、カルボキシル基含有(メタ)アクリル酸エステル類、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチルのようなヒドロキシル基含有(メタ)アクリル酸エステル類、スチレン、α−メチルスチレン等の芳香族不飽和炭化水素類、ビニルエステル類、メチルビニルエーテル等のビニルエーテル類、アクリロニトリル等の不飽和シアン化合物、N−イソプロピルアクリルアミド、N−ビニルピロリドン、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド等の窒素原子含有モノマー等、あるいはイソプレンやブタジエン等が挙げられる。
粘着性アクリル重合体等で代表される粘着性重合体を合成するには、溶液重合法、塊状重合法等も利用可能であるが、有機溶剤を使用することなく、生産性よく得ることのできる乳化重合法を用いることが好ましい。
粘着性アクリル重合体を乳化重合で製造するときには、公知の乳化剤を使用することができる。また、乳化重合以外の重合方法により製造された粘着性アクリル重合体は、公知の乳化剤を使用してエマルション化することができる。乳化剤の種類としては、特に限定されない。例えば、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルフォン酸塩、アルキルナフタレンスルフォン酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルアリル硫酸エステル塩、ナフタレンスルフォン酸ホルマリン縮合物等のアニオン型乳化剤;ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、アルキルアルカノールアミド、「SR−200」(荒川化学社製)、「レオコール」シリーズおよび「ライオノール」シリーズ(いずれもライオン社製)等のノニオン型乳化剤等が使用可能である。
乳化剤は、得られる粘着性アクリル重合体100質量部に対して0.5〜10質量部の範囲で使用する。
粘着性重合体は、直接粘着付与樹脂エマルションAおよびその他の成分と混合して粘着剤組成物とすることもできる。また、粘着性重合体が水性媒体に分散された粘着性重合体エマルションBと粘着付与樹脂エマルションAおよびその他の成分と混合して粘着剤組成物を製造することもできる。後者の方法は均一性の高いエマルション型粘着剤組成物が生産性よく得られるために好ましい方法である。
粘着性重合体が水性媒体に分散された粘着性重合体エマルションBとしてエマルション型粘着剤組成物の製造に供されるときは、粘着性重合体エマルションBに分散粒子として存在する粘着性重合体の平均粒子径は1000nm以下であるものが好ましく、500nm以下であるものがより好ましく、300nm以下であるものがさらに好ましい。できるだけ平均粒子径が小さい方が緻密な皮膜を形成でき、耐水性等の特性向上につながるからである。なお、平均粒子径の測定法としては、(1)電子顕微鏡写真法、(2)石鹸滴定法、(3)光散乱法、(4)遠心沈降法等が挙げられるが、本発明では、光散乱法を採用した。
エマルション型粘着剤組成物における粘着付与樹脂およびアクリルオリゴマーの合計質量および粘着性重合体の質量の割合は、50質量部および50質量部から1質量部および99質量部の範囲である。すなわち、
((粘着付与樹脂)+(アクリルオリゴマー))/(粘着性重合体)の割合が50/50〜1/99である。好ましくは20/80〜3/97より好ましくは10/90〜5/95である。
粘着付与樹脂およびアクリルオリゴマーの合計の比率が50を超えると、粘着剤全体が硬くなりタックおよび粘着力の乏しいものになる。1未満であると、ポリオレフィンへの粘着力が乏しくなる。
エマルション型粘着剤組成物における固形分は、塗工性の点で、好ましい上限は70質量%であり、より好ましくは60質量%である。また、好ましい下限は30質量%であり、より好ましくは40質量%である。
粘着付与樹脂エマルションAと粘着性重合体エマルションBとを混合してエマルション型粘着剤組成物を製造する際は、A、B各々の成分をアンモニア水等で事前に中和して、pH6以上にすることが望ましい。更に好ましくはpH7.5以上とすることが望ましい。
pHが6未満であると配合時の添加ショックで凝集物が発生する場合があり、また機械的安定性の乏しいものになる場合がある。
粘着付与樹脂エマルションAと粘着性重合体エマルションBの混合は粘着剤を塗工する直前に実施してもよいが、予め混合しておくことが生産管理の上で好ましい。
本発明の粘着剤組成物は、公知の粘着付与剤、架橋剤、湿潤剤、粘性調節剤、増粘剤、消泡剤、改質剤、顔料、着色剤、充填剤、老化防止剤、紫外線吸収剤、紫外線安定剤等の添加剤が、本発明の目的を阻害しない範囲で添加されたものであってもよい。
本発明の粘着剤組成物は、基体、粘着剤層、および剥離ライナーを積層した粘着シートならびに基材の背面が離型処理を施された粘着テープ、また両面テープ等のいわゆる粘着製品の粘着剤層を形成するために用いることができる。
基体は、粘着シート中、粘着剤層の支持体として機能するものである。この基体としては紙、不織布、皮革、木材、金属、プラスチックなどが可能である。プラスチックとしてはポリオレフィン、ポリエステル、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート等の樹脂からなるフィルムが好ましい。基体上に粘着剤層を形成するには、上述の粘着剤を該基材上に直接塗布しても構わないが、作業性などの面からは、一旦、所定の離型ライナー上に粘着剤を塗布し、必要により乾燥して粘着剤層を形成した後に、基体と貼り合せて粘着シートを得る方法を用いても良い。
本発明の組成物は、水性接着剤として基材どうしの貼り合わせに使用することもできる。
高軟化点の粘着付与樹脂としてのロジン系樹脂の製造例、当該製造例で得られたロジン系樹脂をアクリルオリゴマーの共存下で無溶剤転相乳化した粘着付与樹脂エマルションAの製造例、当該製造例で得られた粘着付与樹脂エマルションAおよび粘着性重合体を含有するエマルション型粘着剤組成物の製造、評価例を順次説明する。製造例、実施例、評価例中の「%」、「部」は特にことわらない限り質量基準である。
(粘着付与樹脂の製造例)
製造例1
攪拌装置、冷却器、温度計及び窒素導入管を備えた反応容器に、重合ロジン(重合部66.0%、酸価150.1、軟化点133℃)100部を仕込んだ後、窒素ガスを吹き込みながら加熱溶融させた。その後、攪拌を開始して160℃で98%アクリル酸2.6部を滴下しながら加えた。添加後190℃まで昇温して2時間反応させた後、容器より排出し、アクリル酸変性重合ロジンを得た。得られた樹脂の性状は、酸価160.9、軟化点143℃であった。
続いて、上記アクリル酸変性重合ロジン100部を再度反応容器に仕込み、窒素ガスを吹き込みながら加熱溶融した後、190℃まで昇温してペンタエリスリトール12.2部を加えた。次いで、280℃まで昇温して同温度下で8時間脱水縮合反応させ、ロジン系樹脂a1を得た。軟化点は166℃、酸価は15.6であった。
(粘着付与樹脂エマルションの製造例)
上記製造例1で得られたロジン系樹脂a1に、アクリルオリゴマーの共存下で無溶剤転相乳化して、粘着付与樹脂エマルションAを製造した。
製造例2は後述のアクリルオリゴマーa2の共存下で上記製造例1のロジン系樹脂a1をエマルション化した例、製造例3はアクリルオリゴマーを共存させながら、粘着付与樹脂を転相乳化ではなく溶剤乳化法でエマルション化した例である。
製造例2
ブチルアクリレート(BA)を60部、シクロヘキシルアクリレート(CHA)を40部、及びジターシャリーブチルパーオキサイド0.09部を混合して単量体混合液を調製した。脱酸素雰囲気下で、前記重合液を294℃で12分間加熱し、重合を行った。重合は、294℃に加熱した撹拌槽式連続反応器内に前記単量体混合液を連続的に圧送し、反応器内の滞留時間を12分間となるように制御した。
重合終了後、得られた反応液から薄膜蒸発器により未反応モノマーを除去し、アクリルオリゴマーa2を得た。GPCによりアクリルオリゴマーa2の重量平均分子量を測定したところ2000、DSCにてガラス転移温度を測定したところ−28℃であった。
ロジン系樹脂a1/アクリルオリゴマーa2=70部/30部の割合で含有する混合物の合計100部を転相法にて製造した。以下は具体的な製法を示す。上記混合物を反応容器(T.K.タービンミクサー:特殊機化工業株式会社製)に入れ、約0.85MPaの加圧下にて約170℃で加熱し、溶融させた。当該反応容器はダブルメカニカルシールで軸封された回転軸にディスクタービンを具備した攪拌装置を有するとともに、耐久圧力は0.88MPaである。
同圧力(約0.85MPa)に保持された滴下用容器に、予め乳化剤(ソフタノールMES−9:日本触媒株式会社製(有効成分24%))を20部入れておき、溶融した混合物が入った上記反応容器中に、ディスクタービンの回転数を500rpmとして攪拌しながら徐々に添加していった。 次いで、同圧力(約0.85MPa)に保持された滴下用容器に予め水80部を入れておき、内温を約170℃に保持し、且つ、ディスクタービンの回転数を1500rpmとして攪拌しながら、乳化剤が添加された上記樹脂中に約1時間かけて水を徐々に添加することにより、油中水型を水中油型エマルションに相反転して粘着付与剤樹脂エマルションを得た。その後、得られた粘着付与樹脂エマルションにアンモニア水を添加し、pHを7.5に調整した。また、固形分も適量の水を添加することにより50%に調整して粘着付与樹脂エマルションA1を得た。
製造例3
転相乳化に替えて溶剤乳化法でエマルション化したものである。
ロジン系樹脂a1/アクリルオリゴマーa2=70部/30部の割合で含有する混合物の合計100部をトルエン100部に溶解させてトルエン溶液を得た。
次いで、乳化剤(ソフタノールMES−9:日本触媒株式会社製(有効成分24%))20部を水110部に希釈溶解して乳化水溶液を調整し、この乳化水溶液を上記トルエン溶液に添加した後、攪拌混合して予備乳化を行った。
得られた予備乳化物を高圧乳化機(マウントガウリン社製)によって300kg/cm2の圧力で乳化し、乳化物を得た。
この乳化物を蒸留時の発泡を抑制するため、消泡剤(アデカネートB−940:旭電化工業株式会社製)を0.2部添加し、110mmHgの条件下で加熱減圧蒸留してトルエンを除去した後、アンモニア水を添加し、pHを7.5に調整した。また、固形分も適量の水を添加することにより50%に調整して比較用粘着付与樹脂エマルションC1を得た。
(粘着性重合体の製造例)
製造例4
n−ブチルアクリレート82部、2−エチルヘキシルアクリレート10部、メチルメタクリレート6部、2−ヒドロキシエチルアクリレート1部、メタクリル酸1部、n−ドデシルメルカプタン0.06部、ポリオキシエチレンアルキルエーテルの硫酸エステルアンモニウム塩を基本骨格とする乳化剤アクアロンKH−10(第一工業製薬社製)3部および脱イオン水34部を混合して撹拌し、単量体プレエマルションを調製した。
次いで、滴下ロート、撹拌機、温度計、窒素ガス導入管および還流冷却器を備えたフラスコに、前記モノマープレエマルションのうちの1%と、脱イオン水41部と、開始剤である過硫酸アンモニウム(以下APS)0.2部を仕込み、窒素雰囲気下約80℃で、20分間反応させた。その後、前記モノマープレエマルションの残りの99%および開始剤APS0.3部を約4時間かけて連続滴下して重合反応を行った。滴下終了後も約3時間80℃を維持した。25℃まで冷却した後に25%アンモニア水を加えてpHを8.0に調整し、さらに不揮発成分が50%になるように水で希釈し、粘着性重合体エマルションB1を得た。
得られた粘着性重合体の計算Tgは−50℃、重量平均分子量(Mw)は50万以上、平均粒子径は250nmであった。なお、このTgは、原料単量体の単独重合体のTgを用いて計算した値である。Mwは、GPCを用いて測定しようとしたが、測定の際に用いられる溶媒テトラヒドロフラン(THF)に溶解しなかった。別途製造した同一組成の重合体を用いて、THFに溶解しない重合体のMwは50万以上であることを確認した。
平均粒子径の測定には測定装置LA−920(堀場製作所製)を用いて、タングステンランプの透過率(即ち、測定装置における透過率(H))で80〜85%になるように、実施例及び比較例の各粘着付与剤樹脂エマルションを蒸留水で希釈し、且つ、相対屈折率を1.2とする条件で測定し、その結果をコンピューター処理して、得られた算術平均径をエマルションの平均粒子径とした。
(粘着剤組成物の製造および評価)
実施例1
粘着付与樹脂エマルションA1/粘着性重合体エマルションB1=5/95の割合で混合し、増粘剤にはロームアンドハース社のプライマルASE−60と25%アンモニア水を添加し粘度900mPa・S、pH8.0に調整し粘着剤組成物AB1を得た。組成物AB1における((粘着付与樹脂)+(アクリルオリゴマー))/(粘着性重合体)の割合(いずれも固形分)は5/95である。
粘着剤組成物AB1を用いて、評価用粘着シートの作製を行った。粘着剤組成物AB1を、シリコーン樹脂で処理されたフィルム系の剥離ライナーに、乾燥後の膜厚が25μmとなるように塗工し、105℃の熱風乾燥機で1分間乾燥した。これを坪量60g/m2の上質紙の片面に転着して粘着シートを作製し、25℃で3日以上熟成した。その後粘着特性を測定した。評価結果を表1に示した。
比較例1
粘着付与樹脂エマルションA1に換えて比較用粘着付与樹脂エマルションC1を使用した以外は、実施例1と同様の操作を行った。評価結果を表1に示した。
Figure 2006056936
評価方法を以下に示した。
(塗工性)
前記フィルム系剥離ライナーへ、アクリル系エマルション型粘着剤をウエットで50μmとなるように塗布したときの塗工適性を目視で評価した。判定は、はじき、縮み、筋(ストリーク)、ピンホール等の発生がなく、きれいな塗膜が得られるものを○(合格)、はじき、縮み、筋(ストリーク)、ピンホールのいずれかが発生するものを×(不合格)とした。
(SUS粘着力)
JIS Z 0237に準じて、ステンレス(SUS)板に貼着した25mm幅の評価用フィルムタック片を180°方向で引き剥す時の抵抗力(23℃)を測定した。表の数値の単位は「g/25mm」である。
(PP粘着力)
JIS Z 0237に準じて、ポリプロピレン(PP)板に貼着した25mm幅の評価用フィルムタック片を180°方向で引き剥す時の抵抗力(23℃または0℃)を測定した。表の数値の単位は「g/25mm」である。
(耐熱保持力)
JIS Z 0237に準じて、保持力測定を行った。幅25mm、長さ約150mmの評価用フィルムタック片をステンレス(SUS)板に貼着面積25mm×25mmで貼着して、テープの貼着されていない部分は内側に折り重ねて、これを試験片とする。この試験片を、40℃の恒温槽内に鉛直に吊り下げた後、テープの折り重ねた部分に1Kgの荷重を吊り下げ、24時間放置した。24時間後のズレ距離(mm)、または落下までの時間を測定した。「NC」は24時間後にずれがなかったことを意味する。
(タック)
JIS Z 0237に準じて、ボールタック(球転法)の測定を行った。幅50mm、長さ約150mmの評価用ネンチャクシートを23℃または5℃の雰囲気下で3時間保管し、そのまま23℃または5℃測定雰囲気にて評価した。
(臭気)
測定は、JIS A1901:2003「建築材料の揮発性有機化合物(VOC)、ホルムアルデヒド 及び他のカルボニル化合物放散測定方法−小型チャンバー法」に準拠して行った。
先ず、20℃、相対湿度73%の恒温室内で80cm2のステンレス製シャーレに実施例及び比較例の粘着剤エマルションを約2.4g採取し、へらで均一に塗布した後、60分間放置したものを試験試料とした。
次いで、20Lのチャンバーに試験試料を投入して、温度28±1℃、相対湿度50±5%、換気回数0.5±0.05回/hの条件で試験を行い、3日後のチャンバー内の空気を3.2L採取し、ガスクロマトグラフィー質量分析計にて、トルエン、キシレン、p−ジクロロベンゼン、エチルベンゼン、スチレン、テトラデカン、ノナナールの定量を行った。
この場合、データ分析も同様にJIS A1901:2003に準拠して行った。即ち、試験試料をチャンバーに入れてから測定を開始した経過時間(t)における単位面積当たりの放散速度(EFa)を下式により算出した。
EFa={(Ct−Ctb,t)×Q}/A
Ct :対象VOCの濃度
Ctb,t:経過時間tにおけるトラベルブランク濃度
Q :換気量(m3/h)
A :試験試料の表面積(m2
そして、得られた対象VOCの3日後の放散速度について、下記の基準により臭気の優劣を評価した。
○:対象VOCのいずれも放散速度が2μg/m2・h未満であった。
×:対象VOCのうち、少なくとも一種の放散速度が2μg/m2・h以上であった。
本発明の技術的範囲にある実施例1の粘着剤組成物は、良好な離型ライナーへの塗布性を示すと共に、耐熱性、低温性などと他の粘着特性にも優れていた。
これに対して、比較例1の比較用粘着剤組成物は、粘着付与樹脂エマルション中にアクリルオリゴマーを含んでいないため低温性に劣り、また溶剤が含まれておりVOCの問題があった。さらに、粘着付与樹脂エマルションを溶剤乳化法でエマルション化したものである溶剤乳化物を蒸留時の発泡を抑制するため、消泡剤を加えているために離型ライナーへの塗布性に劣るものであった。
製品および中間原料の製造工程および使用工程において有機溶剤による環境汚染、臭気などの問題がなく、製品および中間原料の製造工程および保存中の安定性が優れ、製品の低温における粘着力、タックなどの粘着特性および耐熱性が優れた水性のエマルション型粘着剤組成物として有用である。
製造工程において実質的に有機溶剤を使用しないため、脱溶剤工程が不要であり脱溶剤工程において発泡を抑制するための消泡剤を添加する必要が無く、得られる粘着剤組成物を塗布する工程においてはじきを生じることが少なく、基材への密着性も優れるという効果も奏する。

Claims (4)

  1. 軟化点が120℃以上である粘着付与樹脂および重量平均分子量が500〜50000であるアクリル重合体が水性媒体に分散された粘着付与樹脂エマルションAおよびガラス転移温度が−10℃以下であり重量平均分子量が500000以上である粘着性重合体を含有し、粘着付与樹脂および重量平均分子量が500〜50000であるアクリル重合体の合計質量および粘着性重合体の質量の割合が50質量部および50質量部から1質量部および99質量部の範囲にあるエマルション型粘着剤組成物。
  2. 軟化点が120℃以上である粘着付与樹脂および重量平均分子量が500〜50000であるアクリル重合体が水性媒体に分散された粘着付与樹脂エマルションAおよびガラス転移温度が−10℃以下であり重量平均分子量が500000以上である粘着性重合体が水性媒体に分散された粘着性重合体エマルションBを混合して得られ、粘着付与樹脂および重量平均分子量が500〜50000であるアクリル重合体の合計質量および粘着性重合体の質量の割合が50質量部および50質量部から1質量部および99質量部の範囲にあるエマルション型粘着剤組成物。
  3. 重量平均分子量が500〜50000であるアクリル重合体は、150〜350℃の温度において原料単量体を連続重合させて得られるものであることを特徴とする請求項1または2に記載のエマルション型粘着剤組成物。
  4. 粘着付与樹脂エマルションAは、軟化点が120℃以上である粘着付与樹脂、重量平均分子量が500〜50000であるアクリル重合体および乳化剤の混合物に、撹拌しながら水性溶剤を添加し、油中水型エマルションを水中油型エマルションに転相させて得られるものであることを特徴とする請求項1または2に記載のエマルション型粘着剤組成物。
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