JP2014510806A - グラフトポリマー基を有するイソブチレンコポリマー - Google Patents
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Abstract
【選択図】なし
Description
本発明は、新規のグラフトイソブチレンコポリマー、並びにそれから調製されたコーティング及び接着剤に関する。本接着剤は、接着性及び貼着特性の総合的バランス、並びに表面エネルギーの低い基材に対し非常に優れた付着性を呈することを特徴とする。
本開示のコポリマーは、a)グラフトポリマー基を有するイソブチレンコポリマーと、b)所望により粘着付与剤と、c)所望により非官能性ポリ(イソブチレン)ポリマーと、を含む。本組成物は、接着剤及びコーティングに有用である。いくつかの実施形態では、本開示は、a)グラフトポリマー基を有するイソブチレンコポリマーと、b)粘着付与剤と、を含む感圧接着剤組成物を提供する。
「アルキル」は、例えば、メチル、エチル、1−プロピル、2−プロピル、及びペンチル等の、1〜約12個の炭素原子を有する直鎖又は分岐鎖、環状又は非環状の飽和一価炭化水素を意味する。
本組成物は、a)ペンダントグラフトポリマー基を有するイソブチレンコポリマーと、b)所望により粘着付与剤と、c)所望により非官能性ポリ(イソブチレン)ポリマーと、を含む。
R1−(R2−Q−Z)x I
(式中、R1は、少なくとも10の繰り返し単位を有するポリマーイソブチレンを表し、
R2は、共有結合又は多価のアルキレン又はアリーレンであり、
Qは、−O−、−S−、−O−CO−、又は−NR3−であり、(式中、R3は、H又はC1〜C4アルキルである)、
Zは、式:
のグラフトポリマーであり(式中、R4は、水素又はC1〜C4アルキル基であり、R5は、(ヘテロ)アリーレン基、アリール基、シクロヘキシル基、又はエステル基である)、
下付き文字yは、10〜500であり、
下付き文字xは、それらの繰り返し単位又はグラフトポリマーで置換されたイソブチレンコポリマーの分率を表す)で表すことができる。通常は、イソブチレンコポリマーの0.1〜40パーセント、好ましくは0.1〜20パーセント、より好ましくは1〜5パーセントの繰り返し単位が、グラフトポリマーZ基により置換される。
(式中、R2は、共有結合又は多価のアルキレン又はアリーレンであり、
Qは、−O−,−NR3−であり(式中、R3は、H又はC1〜C4アルキル、−S−又は−O−CO−である)、
Zは、式IIのグラフトポリマーである)のものである。
(式中、aは少なくとも20であり、b及びcのうちの少なくとも1つは少なくとも1であり、
R2は、共有結合又は多価のアルキレン又はアリーレンであり、
Qは、−O−、−S−、−O−CO−、又は−NR3−であり、(式中、R3は、H又はC1〜C4アルキルである)、
Zは、グラフトポリマー基であり、R7は、H又はCH3である)のものである。
(式中、aは、少なくとも20であり、dは、少なくとも1であり、
R2は、共有結合又は多価のアルキレン又はアリーレンであり、
Qは、−O−、−S−、−O−CO−、又は−NR3−であり(式中、R3は、H又はC1〜C4アルキルである)、
Zは、グラフトポリマー基であり、R7は、H又はCH3である)のものであってよい。
H−X1−Z、(V)
(式中、X1は、−O−,−S−,−OCO−,−NR4−であり、(式中、R4は、H又はC1〜C4アルキルである)Zは、式II(上記)に対応する(メタ)アクリレート又はスチレンポリマーである)の求核基で終端するポリマーを使用するペンダントグラフトポリマー基が導入される。
R7はH又はCH3であり、
X1は、−O−,−S−,−NR4−であり、式中、R4は、H又はC1〜C4アルキル又は−O−CO−であり、
R2は共有結合又は多価のアルキレン又はアリーレン、好ましくはアルキレン又はアリーレン基であり、
X2は、ハロゲン化物、及び好ましくは臭化物といった、脱離基であり、
aは、少なくとも20であり、dは、少なくとも1であり、
R2は、共有結合又は多価のアルキレン又はアリーレンであり、
Zは、グラフトポリマー基である。
のモノマーから調製され、式:
(式中、R4は、水素又はC1〜C4アルキル基であり、R5は、(ヘテロ)アリーレン基、アリール基、シクロヘキシル基、又はエステル基であり、
下付き文字yは、10〜500であり、
下付き文字xは、それらの繰り返し単位又はグラフトポリマーで置換されたイソブチレンコポリマーの分率を表す)のグラフトポリマーを生成する。
a)ペンダントポリマーZ基を有する30重量%超、好ましくは50重量%のイソブチレンコポリマーと、
b)0〜50重量%、好ましくは1〜50重量%の粘着付与剤と、
b)0〜50重量%、好ましくは10〜50重量%の非官能性ポリ(イソブチレン)と、を含み得る。
90°角度剥離接着強度試験
剥離接着強度は、ASTM国際規格、D3330、方法Fに説明される手順を使用して、305mm/分(12インチ/分)の隔離速度において、IMASS SP−200滑り/剥離試験器(IMASS,Inc.,Accord MAから入手可能)を使用して、90°の角度で測定した。試験パネルは、パネルを8〜10回拭くように、強い手圧を使用して、表1に示される対応する溶媒で濡らしたティッシュでパネルを拭くことによって調製した。この手順を、溶媒で濡らした清潔なティッシュで、更に2回繰り返した。洗浄したパネルを乾燥させた。接着剤テープを1.27cm×20cm(1/2インチ×8インチ)を測定して細片に切断し、細片を、2つのパスを使用して、2.0kg(4.5lb.)ゴムローラーで、洗浄したパネル上へ圧延した。調製したサンプルを、試験前に、23℃/50%RHで24時間保管した。2つのサンプルを、各実施例に対して試験し、平均値をN/dmで表した。不具合モードは、COH−粘着性、すなわち、接着剤がテープ及び試験表面の両方の上に残渣を残して分割すること、ADH−接着性、すなわち、接着剤が試験表面からきれいに剥離することとして、注目され、記録された。
静的剪断強度を、23℃/50% RH(相対湿度)で1000gの荷重を用い、ASTM国際規格D3654の手順Aに述べられるようにして評価した。1.27cm×15.24cm(1/2インチ×6インチ)のテープ試験試料を、1.5インチ(3.8cm)×2インチ(5.1cm)のステンレス鋼(SS)パネルに、剥離接着力試験で述べた、パネルをきれいにしてテープを接着する方法を用いて接着させた。テープをパネルに1.27cm×2.5cm重なり合わせ、細片を接着剤側でそれ自体に折り畳み、次いで、再度折り畳んだ。フックを第2の折り畳みに掛け、フックの上にテープをホチキスで留めることによって固定した。重しをフックに取り付け、パネルを23℃/50% RHの部屋に掛けた。破損するまでの時間を、分で記録した。10,000分後に破損が観察されなかった場合、試験を停止し、>10,000分の値を記録した。剥離接着試験において説明される不具合モードも指摘した。
以下の材料は、ExxonMobil Corporation(Baytown,TX)から入手可能である。
ESCOREZ(商標)1310−炭化水素系粘着付与剤
ESCOREZ(商標)5340−脂環式炭化水素系粘着付与剤
以下の材料は、Lanxess Corporatin(Akron,OH)から入手可能である。
Lanxess Bromobutyl(商標)2030−臭素化ポリ(イソプレン−co−イソプレン)
以下の材料は、Sigma Aldrich(St.Loius,MO)から入手可能である。
2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシ(TEMPO)
H2O中水酸化テトラブチルアンモニウム(TBAH)40%
3−メルカプトプロピオン酸(MPA)
4,4’アゾビス(4−シアノ吉草酸)
臭化テトラブチルアンモニウム
OPPANOL(商標)B15ポリマー−ポリイソブチレン(中MW 80Kg/モルの非官能性合成ゴム)(BASF,Florham Park NJより入手可能)
GLISSOPAL(商標)1000−非官能性ポリイソブチレン(低MW 1000g/モル)(BASF,Florham Park NJより入手可能)
阻害物質除去樹脂(CAS # 9003−70−7)(Alpha Aesar,Ward Hill,MAより入手可能)
スチレンモノマー(Alpha Aesar,Ward Hill,MAより入手可能)
メチルメタクリレートモノマー(Alpha Aesar,Ward Hill,MAより入手可能)
Hostaphan(商標)3SAB−下塗されたポリエステルフィルム(Mitsubishi,Greer SCより入手可能)
全てのパーセントは、特に指示しない限り、重量に基づく。モノマーに、Alfa Aesar(Ward Hill,MA)からの阻害物質除去樹脂(CAS # 9003−70−7)を充填したカラムをゆっくりと通過させることにより、モノマーから阻害物質を除去した。このやり方で処理したモノマーは、「処理済みモノマー」と呼ぶ。
100gの処理されたスチレンモノマー、2.5gの4,4’アゾビス(4−シアノ吉草酸)反応開始剤、1.0gの2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシ(TEMPO)、及び25gのキシレン溶媒を、コンデンサ、機械的撹拌器、及び窒素パージラインが取り付けられた250mLの多頚フラスコに加えることにより、酸末端ポリスチレンポリマー(PS)を調製した。フラスコをゴムセプタムで封止し、混合し、次いで窒素で30分にわたって起泡させた。次いでフラスコを145℃の油浴に入れ、撹拌しながらその温度で10時間保持した。反応中、最初は赤色だった溶液が薄黄色に変わり、固形の反応開始剤が溶解した。生成物を冷却し、GPC及びH−NMR分析の両方のために試料を採った。スチレンモノマーの転化は、およそ85%であり、ポリマーの重量平均分子量(Mw)は、1.3の多分散性でおよそ13,500グラム/モルであった。次いで、冷メタノールの6倍(体積)過剰になるように、生成物をゆっくりと加えた。沈殿した酸末端ポリスチレンポリマーを濾過し、回収し、真空下で24時間乾燥させた。
74グラムのメチルメタクリレート(MMA)、1.0グラムの3−メルカプトプロピオン酸(MPA)、0.41グラムの熱反応開始剤(4,4’アゾビス(4−シアノ吉草酸))、65グラムのトルエン、及び10gの酢酸エチルを、磁気攪拌棒の入った狭口ガラス瓶に加え、よく混合し、次いで窒素で30分にわたって起泡させることにより、酸末端ポリ(メチルメタクリレート)ポリマー(PMMA)を調製した。次に瓶を密閉し、回転する70℃に加熱した水浴に24時間入れた。水浴は、Atlas,Inc.(Athens,GA)により商品名Launder−O−meterで販売されていた。冷メタノールの6倍(体積)過剰になるように、得られた溶液をゆっくりと加えた。沈殿した酸末端ポリ(メチルメタクリレート)ポリマーを濾過し、回収し、真空下で24時間乾燥させた。GPC分析に基づいて、酸末端ポリ(MMA)生成物の重量平均分子量は、1.59の多分散指数でおよそ12,900グラム/モルであった。
調製3:ポリスチレングラフトPIB(グラフトポリマー1)の合成手順
還流凝縮器、温度計、及び窒素注入口を装備した三口丸底フラスコに、臭素化ポリ(イソブチレン−co−イソプレン)(Lanxess Bromobutyl 2030)(17.00g、臭素含有量:3.88×10−3モル)及びトルエン(96.30g)を入れ、室温の窒素下にてポリマーが完全に溶解するまで磁気攪拌棒で攪拌した。20mLのガラスバイアル瓶に、3gのカルボン酸で終端したポリスチレングラフトポリマー1(PS、Mw=13,500g/モル)及び10gのTHFを入れ、透明な溶液が形成されるまで磁気棒で攪拌した。均質な溶液が得られたら、0.216gのテトラブチルアンモニウム水酸化物(TBAH、H2O中40重量%)をゆっくりとその溶液に加えた。溶液を磁気攪拌棒で少なくとも10分間十分に攪拌し、先に調製した臭素化ポリ(イソブチレン−co−イソプレン)−トルエン溶液に加えた。全ての構成要素を完全に加えてから、フラスコを105℃まで加熱した。4時間後、反応物を室温に冷却し、アセトンに注いで、変性したポリマーを凝固させた。単離したポリマーを新たなアセトンで3回洗浄して、残留した触媒及びグラフトされなかったPSポリマー1を除去した。次いで、ポリマーを濾過し、真空オーブンで12時間、50℃で乾燥させ、次いで、室温まで冷却した。NMR分析に基づき、グラフトPSグラフトポリマー1含有量は、7.4重量%であった。
還流凝縮器、温度計、及び窒素注入口を装備した三口丸底フラスコに、臭素化ポリ(イソブチレン−co−イソプレン)(Lanxess Bromobutyl 2030)(17.00g、臭素含有量:3.88×10−3モル)及びトルエン(96.30g)を入れ、室温の窒素下にてポリマーが完全に溶解するまで磁気攪拌棒で攪拌した。20mLのガラスバイアル瓶に、3gのカルボン酸で終端したポリ(メチルメタクリレート)グラフトポリマー2(Mw=12,900g/モル)及び10gのTHFを入れ、透明な溶液が形成されるまで磁気棒で攪拌した。均質な溶液が得られたら、0.226gのテトラブチルアンモニウム水酸化物(TBAH、H2O中40重量%)をゆっくりとその溶液に加えた。溶液を磁気攪拌棒で少なくとも10分間十分に攪拌し、先に調製した臭素化ポリ(イソブチレン−co−イソプレン)−トルエン溶液に加えた。全ての構成要素を完全に加えてから、フラスコを105℃まで加熱した。4時間後、反応物を室温に冷却し、アセトンに注いで、変性したポリマーを凝固させた。単離したポリマーを新たなアセトンで3回洗浄して、残留した触媒及びグラフトされなかったPMMAポリマー2を除去した。次いで、ポリマーを濾過し、真空オーブンで12時間、50℃で乾燥させ、次いで、室温まで冷却した。NMR分析に基づき、グラフトPMMAポリマー2含有量は、5.9重量%であった。
還流凝縮器、温度計、及び窒素注入口を装備した三口丸底フラスコに、臭素化ポリ(イソブチレン−co−イソプレン)(Lanxess Bromobutyl 2030)(15.00g、臭素含有量:3.42×10−3モル)、グラフトポリマー3(Mw=5,100、2.65g)、テトラブチルアンモニウム臭化物(TBAB、0.55g)及びトルエン(85.00g)を入れ、室温の窒素下にて磁気攪拌棒で攪拌した。一度全ての構成要素が完全に溶解したら、フラスコを105℃まで加熱した。4時間後、反応物を室温に冷却し、アセトンに注いで、変性したポリマーを凝固させた。単離したポリマーを新たなアセトンで3回洗浄して、残留した触媒及びグラフトされなかったPMMAポリマー3を除去した。次いで、グラフトポリマーを濾過し、真空オーブンで12時間、50℃で乾燥させ、次いで、室温まで冷却した。NMR分析に基づき、グラフトPMMAポリマー含有量は、1.37重量%であった。
グラフトポリマー3の代わりにグラフトポリマー4を使用したこと以外はグラフトポリマー3の調製にある手段に従って、グラフトポリマー4を合成した。NMR分析に基づき、グラフトPMMAポリマー含有量は、1.28重量%であった。
グラフトポリマー3の代わりにグラフトポリマー5を使用したこと以外はグラフトポリマー3の調製にある手段に従って、グラフトポリマー5を合成した。NMR分析に基づき、グラフトPMMAポリマー含有量は、1.57重量%であった。
異なる量のポリスチレングラフトポリイソブチレン(グラフトポリマー1)及び非官能性の中分子量のポリイソブチレン(OPPANOL B15)を入れることにより、接着剤組成物を調製した。システム内のポリイソブチレンの総量は、100部のままであったが、修飾及び未修飾ポリイソブチレンの量は変化し、部(100部のポリマーあたりの部)で表3に示した。全ての成分は、400部のトルエンで調製され、ESCOREZ 1310粘着付与剤及びGlissopal 1000可塑剤の量は、両方とも10pphで維持した。各接着剤組成物を100mLの瓶に入れ、一晩ローラーミルで混合した。
実施例4〜6の接着剤組成物及びテープは、修飾PIBがグラフトポリマー2であったことを除き、それぞれ実施例1〜3に説明されるように調製した。23℃、50% RHにおける剪断及び剥離接着に関する試験結果を、表6に示す。
実施例7〜8の接着剤組成物及びテープは、ポリマー及び粘着付与剤を使用したことを除き、それぞれ実施例1〜2に説明されるのと同様に調製した。グラフトポリマー1及びEscorez(商標)1310の代わりに、それぞれグラフトポリマー3及びEscorez(商標)5340を使用した。接着剤組成物は表7にまとめられており、23℃、50% RHにおける剪断、及び剥離接着に関する試験結果を、表8に示す。
実施例9〜10の接着剤組成物及びテープは、修飾PIBがグラフトポリマー4であったことを除き、それぞれ実施例7〜8に説明されるように調製した。23℃、50% RHにおける剪断、及び剥離接着に関する試験結果を、表9に示す。
実施例11〜12の接着剤組成物及びテープは、修飾PIBがグラフトポリマー5であったことを除き、それぞれ実施例7〜8に説明されるように調製した。23℃、50% RHにおける剪断、及び剥離接着に関する試験結果を、表10に示す。
Claims (19)
- 式:
R1−(R2−Q−Z)x
(式中、R1は、少なくとも20の繰り返し単位を有するイソブチレンコポリマーを表し、R2は、共有結合又は多価のアルキレン又はアリーレンであり、
Qは、−O−,−NR3−であり(式中、R3は、H又はC1〜C4アルキル、−S−又は−O−CO−である)、
Zは、20℃以上のTgを有するグラフトポリマーである)のグラフトイソブチレンコポリマー組成物。 - R5は、−CO−O−R8であり、式中、R8が、アルキル、シクロアルキル、又はアリール基である、請求項2に記載の組成物。
- 前記イソブチレンコポリマーの前記繰り返し単位の0.01〜40パーセントが、グラフトポリマー基により置換されている、請求項1に記載の組成物。
- ペンダントグラフトポリマー基を有する前記モノマー繰り返し単位が、イソプレンモノマー単位である、請求項1に記載の組成物。
- 前記ペンダントグラフトポリマーが、スチレン又は(メタ)アクリレートグラフトポリマーである、請求項1に記載の組成物。
- 前記イソブチレンコポリマーが、5,000〜5,000,000の分子量(Mw)を有する、請求項1に記載の組成物。
- 非官能性ポリ(イソブチレン)ポリマーを更に含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記グラフトポリマーが、10〜500の繰り返し単位を有する、請求項1に記載の組成物。
- 請求項1に記載の前記グラフトイソブチレンポリマーと、組成物の総重量に対して1〜50重量%の粘着付与剤と、を含む、接着剤組成物。
- a.ペンダントグラフトポリマー基を有する30重量%超のイソブチレンコポリマーと、
b.1〜50重量%の粘着付与剤と、
c.10〜50重量%の非官能性ポリ(イソブチレン)と、
を含む、請求項14に記載の接着剤組成物。 - 請求項14に記載の接着剤のコーティングを裏材上に含む、接着剤物品。
- ペンダントグラフトポリマー基を有する前記イソブチレンコポリマーが、ハロゲン化イソブチレンコポリマーを求核性グラフトポリマー化合物で求核置換することにより調製される、請求項1に記載の組成物。
- 前記求核性グラフトポリマー化合物が、式:
H−X1−Z、
(式中、
X1は、−O−、−S−、−O−CO−、又は−NR4−であり(式中、R4は、H又はC1〜C4アルキルである)、
Zは、(メタ)アクリレート又はスチレンポリマーである)のものである、請求項17に記載の組成物。
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