JP2015127406A - (メタ)アクリル系共重合体、それを含む粘着剤組成物および粘着シート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(メタ)アクリル系共重合体であって、下記T2−long[μS]をx軸、F−long[%]をy軸とするx−y座標軸において、T2−long[μS]xとF−long[%]yとが、下記式(a1)〜(a4)で示す直線で囲まれた範囲内の値を取る(メタ)アクリル系共重合体(A)。x=200・・・(a1)、y=86・・・(a2)、y=0.087x+42.667・・・(a3)、y=0.085x+18.000・・・(a4)〔T2−longは30℃におけるパルスNMR(25MHz)測定で、SolidEcho法により得られる自由誘導減衰曲線を各緩和曲線の和で近似したとき、緩和が1番目に遅い緩和曲線由来のスピン−スピン緩和時間(μS)、F−longは前記T2−longである水素原子の割合[%]〕。
【選択図】図2
Description
また、2種以上の共重合体を単に混合しただけでは、共重合体同士は混ざり合うことなく各単量体単位が有する特性よりも劣ることが多かった。
これらの問題を解決するため、マクロモノマーを用いた共重合体の検討が行われてきた。マクロモノマーとは重合可能な官能基を持つ高分子量単量体である。マクロモノマーが共重合された共重合体は、マクロモノマー部分およびマクロモノマーと共重合される単量体単位それぞれの特性を損なうことなく個々の特性が発現できる、という特徴を有する。そのため、例えば粘接着剤分野においても、この種のマクロモノマーを用いた共重合体が種々提案されている。
また特許文献2には、アルキル(メタ)アクリレートモノマーと、数平均分子量が1000〜200,000およびガラス転移温度が30〜150℃のマクロモノマーを共重合して得られる粘着剤用樹脂組成物が開示されている。
(メタ)アクリル系共重合体(A)が、下記T2−long[μS]をx軸、F−long[%]をy軸とするx−y座標軸において、T2−long[μS]xとF−long[%]yとが、下記式(a1)〜(a4)で示す直線で囲まれた範囲内の値を取ることを特徴とする。
x=200・・・(a1)
y=86 ・・・(a2)
y=0.087x+42.667・・・(a3)
y=0.085x+18.000・・・(a4)
(T2−longは30℃におけるパルスNMR(25MHz)測定で、Solid Echo法により得られる自由誘導減衰曲線を各緩和曲線の和で近似したとき、緩和が1番目に遅い緩和曲線由来のスピン−スピン緩和時間[μS]であり、F−longは前記T2−longである水素原子の割合[%]である。)
また、本発明は上記粘着剤組成物を用いた粘着シートに関する。
本発明の(メタ)アクリル系共重合体(A)は、下記条件を満たすものである。以下、順に説明する。
x=200・・・(a1)
y=86 ・・・(a2)
y=0.087x+42.667・・・(a3)
y=0.085x+18.000・・・(a4)
(T2−long[μS]は30℃におけるパルスNMR(25MHz)測定で、Solid Echo法により得られる自由誘導減衰曲線を各緩和曲線の和で近似したとき、緩和が1番目に遅い緩和曲線由来のスピン−スピン緩和時間であり、F−long[%]は前記T2−longである水素原子の割合である。)
(メタ)アクリル系共重合体をパルスNMRによる測定対象とし、Solid Echo法で得られたFID曲線の一例を図1に示す。
また、溶媒等に由来する水素原子の影響を排除する為、測定時は溶剤を除去することが望ましい。
(メタ)アクリル系共重合体(A)に含まれる水素原子には、各ビニル単量体(b)に由来する水素原子や、マクロモノマー(a)に由来する水素原子等の複数種が存在するが、これら成分の運動性を分離して分析することで、各成分の運動性と成分の割合を把握することが出来る。
本発明では、T2−longおよびF−longの範囲を規定することで、塗工作業性と保持力とを両立可能な範囲が明確になり、その結果、優れた塗工作業性と保持力を発現可能な(メタ)アクリル系共重合体を形成できることを見出した。
F−longに関して、式(a4):y=0.085x+18.000の直線より下の領域では粘着性を発現する主成分であるT2−long成分の割合が少なくなる。つまり、ソフト成分量が少な過ぎる為、或いはソフト成分とハード成分の分離が不明瞭である為、塗工作業性と保持力との両立が困難になる。
マクロモノマー(a)の仕込み量が増えると、ソフト成分の緩和時間およびソフト成分の割合が減少する為、T2−longやF−longは減少する。
マクロモノマーとは一般にポリマー末端に重合性基が導入された高分子化合物を意味する。本発明におけるマクロモノマー(a)は、(メタ)アクリル系ポリマーの末端に重合性基を導入したものであることが好ましく、その数平均分子量は500以上6000未満である。粘着力と塗工性とのバランスの関係から、数平均分子量は800〜5500であることが好ましく、1000〜4500であることがより好ましい。
式(1)において、R及びR1〜Rnは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又は複素環基である。アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又は複素環基は、置換基を有することができる。
上記置換基のアミド基としては、例えば、カルバモイル基(−CONH2),N−メチルカルバモイル基(−CONHMe)、N,N−ジメチルカルバモイル基(ジメチルアミド基:−CONMe2)が挙げられる。
上記置換基のアルコキシ基としては、例えば、炭素数1〜12のアルコキシ基が挙げられ、具体例としては、メトキシ基が挙げられる。
上記置換基の親水性又はイオン性を示す基としては、例えば、カルボキシル基のアルカリ塩又はスルホキシル基のアルカリ塩、ポリエチレンオキシド基、ポリプロピレンオキシド基等のポリ(アルキレンオキシド)基及び四級アンモニウム塩基等のカチオン性置換基が挙げられる。
R及びR1〜Rnは、アルキル基及びシクロアルキル基から選ばれる少なくとも1種が好ましく、アルキル基がより好ましい。
X1〜Xnは、マクロモノマー(a)の合成し易さの観点から、X1〜Xnの半数以上がメチル基であることが好ましい。
これらの中で、ガラス転移温度と重合のしやすさ、保持力が向上する点から、メタクリル酸エステルが好ましい。さらに好ましくはメタクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートおよびヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートである。
本発明において、マクロモノマー(a)のガラス転移温度(Tga)は0〜120℃であることが好ましい。粘着剤として用いた場合に十分な保持力を発現できる点から10〜110℃がより好ましく、30〜100℃がさらに好ましい。
なお、Tgaは、示差走査熱量計(DSC)で測定することができる。
マクロモノマー(a)は、公知の方法で製造できる。マクロモノマー(a)の製造方法としては、例えば、コバルト連鎖移動剤を用いて製造する方法、α−メチルスチレンダイマー等のα置換不飽和化合物を連鎖移動剤として用いる方法、重合性基を化学的に結合させる方、及び熱分解による方法が挙げられる。
これらの中で、マクロモノマー(a)の製造方法としては、製造工程数が少なく、連鎖移動定数の高い触媒を使用する点でコバルト連鎖移動剤を用いて製造する方法が好ましい。なおコバルト連鎖移動剤を用いて製造した場合のマクロモノマー(a)の末端重合性官能基は前記式(2)の構造を有する。
単量体混合物は、マクロモノマー(a)およびビニル単量体(b)を含む。
単量体混合物中、マクロモノマー(a)の含有量は7〜40質量%が好ましい。マクロモノマー(a)の含有量が7質量%以上であると、粘着剤として用いた場合に保持力が良好となる傾向にある。40質量%以下であると塗工性が良好となる傾向にある。粘着剤の保持力および塗工性の点から、マクロモノマー(a)の含有量は8〜30質量%が好ましく、より好ましくは9〜20質量%である。
(メタ)アクリル系共重合体(A)は、前記マクロモノマー(a)およびビニル単量体(b)を含む単量体混合物を重合して得られる共重合体であることが好ましい。製造方法としては、溶液重合法、懸濁重合法及び乳化重合法等、公知の重合方法によって製造することが可能である。本発明においては粘着剤組成物として用いるため、溶液重合法が好ましい。
さらに、(メタ)アクリル系共重合体(A)は、マクロモノマー(a)およびビニル単量体(b)由来の繰り返し単位を有するブロック共重合体ならびに側鎖にマクロモノマー(a)由来の繰り返し単位を有する、ビニル単量体のグラフト共重合体から選ばれる少なくとも一種を含む。
本発明に用いられるビニル単量体(b)は、マクロモノマー(a)を得るための単量体と同等のものを用いることができる。特に2−エチルヘキシルアクリレート、n−オクチルアクリート、イソオクチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、エチルアクリレートなどは粘着剤としての柔軟性が発現できる点や、疎水性であるため(メタ)アクリル系共重合体(A)の吸水を抑制したり、(メタ)アクリル系共重合(A)の比誘電率などの電気特性を調整したりすることができるため、好ましい。
また、その他に(メタ)アクリル酸、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートおよびヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、メチルメタクリレート、メチルアクリレート、スチレン、イソボルニル(メタ)アクリレート等が好ましい。
(メタ)アクリル系共重合体(A)の重量平均分子量は5万〜100万であることが好ましい。5万以上であると、粘着剤組成物としての耐久性が良好となる傾向にある。100万以下であると塗工性が良好となる傾向にある。塗工性の点から、(メタ)アクリル系共重合体(A)の重量平均分子量は12万〜70万がより好ましく、15万〜50万であることがさらに好ましい。
本発明において、ビニル単量体(b)を重合して得られる(共)重合体(B)のガラス転移温度(TgB)は室温状態での粘着剤樹脂組成物の柔軟性や、適度な接着性(タック性)を有するために、TgBは、−100℃〜10℃であることが好ましい。より好ましくは−65℃〜−0℃である。特に好ましくは−60℃〜−10℃以下である。
なお、Foxの計算式とは以下の式により求められる計算値であり、ポリマーハンドブック〔Polymer HandBook,J.Brandrup,Interscie
nce,1989〕に記載されている値を用いて求めることができる。
1/(273+Tg)=Σ(Wi/(273+Tgi))
[式中、Wiはモノマーiの重量分率、TgiはモノマーiのホモポリマーのTg(℃)を示す]
Tga > TgB ・・・(3)
より好ましくはTga−TgB>50℃であり、最も好ましくはTga−TgB>80℃である。
本発明の粘着剤組成物は、(メタ)アクリル系共重合体(A)を含むものである。
本発明の粘着剤組成物には、通常の粘着剤組成物に配合されている公知の成分を含有してもよい。例えば、耐熱性、熱伝導性、難燃性、電気伝導性等を付与するために充填剤を添加することもできる。充填剤としては、例えば、酸化亜鉛粉末、酸化チタン粉末などの金属系粉末、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、タルク、ガラスパウダー、シリカ粉末、導電性粒子、ガラス粉末などの無機充填剤;ポリエチレン粉末、ポリエステル粉末、ポリアミド粉末、フッ素樹脂粉末、ポリ塩化ビニル粉末、エポキシ樹脂粉末、シリコーン樹脂粉末などの有機充填剤などが挙げられる。これらの充填剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
また必要に応じて、粘着付与樹脂や、酸化防止剤、光安定化剤、金属不活性化剤、老化防止剤、吸湿剤などの各種の添加剤を適宜含有させることもできる。反応触媒(三級アミン系化合物、四級アンモニウム系化合物、ラウリル酸スズ化合物など)を適宜含有してもよい。
粘着シートは、溶剤を用いた溶液状態で塗工することもできるし、溶剤を用いないホットメルト系の粘着剤組成物として調製することもできる。溶剤を用いないホットメルト系の粘着剤組成物とすれば、溶剤を用いた粘着剤組成物に比べて、より厚みを持たせることができるため、例えば画像表示装置の構成部材間の空隙を充填するに足る十分な厚みを持たせることができる。
<分散剤1の製造>
撹拌機、冷却管、温度計を備えた重合装置中に、脱イオン水900部、メタクリル酸2−スルホエチルナトリウム60部、メタクリル酸カリウム10部及びメタクリル酸メチル(MMA)12部を入れて撹拌し、重合装置内を窒素置換しながら、50℃に昇温した。その中に、重合開始剤として2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩0.08部を添加し、更に60℃に昇温した。昇温後、滴下ポンプを使用して、MMAを0.24部/分の速度で75分間連続的に滴下した。反応溶液を60℃で6時間保持した後、室温に冷却して、透明な水溶液である固形分10質量%の分散剤1を得た。
次に、重合装置内を窒素置換し、80℃に昇温して1時間反応し、さらに重合率を上げるため、90℃に昇温して1時間保持した。その後、反応液を40℃に冷却して、マクロモノマーを含む水性懸濁液を得た。この水性懸濁液を濾過し、濾過物を脱イオン水で洗浄し、脱水し、40℃で16時間乾燥して、マクロモノマー(a−1)を得た。このマクロモノマー(a−1)の数平均分子量は1400であり、DSC測定によるガラス転移温度は55℃であった。
重合開始剤、連鎖移動剤を表1に示す仕込み量に変更した以外は、マクロモノマー(a−1)と同様の方法で製造した。得られたマクロモノマー(a)の数平均分子量(Mn)およびガラス転移温度(Tga)を表1に併せて示した。
マクロモノマー(a)のガラス転移温度
示差走査熱量計(Rigaku製DSC SmartRoader)を用いて、窒素雰囲気下、5℃/分の昇温速度で測定した。なお、標準物質としては酸化アルミニウムを使用した。
・マクロモノマー(a)
ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)(東ソー株式会社製 HLC−8320)を用いて測定した。マクロモノマー(a)のテトラヒドロフラン溶液0.2質量%を調整後、TOSO社製カラム(TSKgel SuperHZM−M×HZM−M×HZ2000、TSKguardcolumn SuperHZ−L)が装着された装置に上記の溶液10μlを注入し、流量:0.35ml/分、溶離液:テトラヒドロフラン(安定剤BHT)、カラム温度:40℃の条件で測定し、標準ポリスチレン換算にて数平均分子量(Mn)を算出した。
・(メタ)アクリル系共重合体(A)
ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)(東ソー株式会社製 HLC−8120)を用いて測定した。アクリル系共重合体(A)のテトラヒドロフラン溶液0.3質量%を調整後、東ソー社製カラム(TSKgel SuperHM−H*4、TSKguardcolumn SuperH−H)が装着された装置に上記の溶液20μlを注入し、流量:0.6ml/分、溶離液:テトラヒドロフラン(安定剤BHT)、カラム温度:40℃の条件で測定し、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量(Mw)を算出した。
直径10mmφのNMRサンプル管に、液高さ5cm程度(メタ)アクリル系共重合体(A)の酢酸エチル溶液を入れ、そのサンプル管を横にして乾燥機に入れ、90℃、3時間加熱して酢酸エチルを除去した。さらに、真空乾燥機(100℃、4時間)にて残りの酢酸エチルを完全に除去した。酢酸エチルを除去した(メタ)アクリル系共重合体(A)のT2−longおよびF−longを、パルス核磁気共鳴装置(日本電子株式会社製、「25MHzパルスNMR JNM−Mu25A」)を用いて、下記の測定条件で測定して自由誘導減衰(FID)曲線を得た。上記T2−long、T2−mid、T2−short、F−long、F−mid、F−shortの算出はJNM−Mu25A付属ソフト(パルスNMR−Mu25−Version1.1.8 for Windows(登録商標)2000)を用いて行った。
測定条件:Solid−Echo法にて、
温度:30℃、
積算回数:32回、
パルス幅:2.0μsec、
パルス間隔:14μsec、
パルス繰り返し時間:4.0secで測定。
株式会社ユービーエム製の粘弾性測定装置Rheosol−G5000を用いて測定した。25mmφのコーンプレートを用い、130℃で歪み0.7%、0.02Hzで測定した時の粘度(η*)値を130℃における溶融粘度の値とし、以下の基準に従って塗工性を判定した。
500Pa・s以下:○
500Pa・s超800Pa・s以下:△
800Pa・s超:×
両面を剥離フィルムで挟んでシート化した(メタ)アクリル系共重合体(A)の一方の剥離フィルムを剥がし、代わりにポリエチレンテレフタレートフィルム(以下PETフィルムと称する)を2kgのハンドローラーにて圧着した。これを20mm×100mmの短冊状に裁断し、もう一方の剥離フィルムを剥がして、30mm×100mmのSUS板に2kgのハンドローラーを用いて、貼り合わせ面が20×20mmとなるように水平に貼り合わせた。40℃で30分養生した後、PETフィルムの先に0.5kgの重りをつけて40℃の恒温層で保持時間を測定した。以下の基準に従って保持力を判定した。
保持時間が
30分以上:◎
5分以上30分以内:○
5分以内:×
◎:塗工性が○かつ保持時間が◎
○:塗工性が○かつ保持時間が○、あるいは塗工性が△かつ保持時間が◎
△:塗工性が△かつ保持時間が○
×:塗工性及び保持時間のいずれかが×
〈(メタ)アクリル系共重合体(A−1)の製造〉
撹拌装置、温度計、冷却管、窒素ガス導入口を備えた四つ口フラスコに、初期仕込み溶剤として酢酸エチル40部、マクロモノマー(a−1)10部を装入し、窒素ガス通気下で85℃に昇温した。85℃に達した後、酢酸エチル20部、アクリル酸n−ブチル90部、ベンゾイルパーオキサイド0.04部からなる混合物を4.5時間かけて滴下した。滴下終了後1時間保持した後、「パーオクタO」0.5部と酢酸エチル10部からなる混合物を1時間かけて添加した。その後、2時間保持した後、酸化防止剤として「イルガノックス1010」(BASF社製商品名)0.5部、酢酸エチル20.5部を添加後、室温まで冷却して(メタ)アクリル系共重合体(A−1)を得た。
用いるマクロモノマー(a)および単量体混合物の組成および初期仕込みの溶剤を表2に変更した以外は製造例1と同様にして(メタ)アクリル系共重合体(A−2)〜(A−14)を得た。
なお、(A−12)〜(A−14)はマクロモノマー(a)を用いなかった例である。
2−EHA:アクリル酸−2−エチルヘキシル
MMA:メタクリル酸メチル
AA:アクリル酸
EtOAc:酢酸エチルIPA:イソプロピルアルコール
AA−6:製品名、東亞合成(株)製マクロモノマー、Mn=6000
製造例1〜14により作製した(メタ)アクリル系共重合体(A)のT2−longおよびF−long、塗工性(130℃での溶融粘度)および保持力を測定し、表3及び表4に結果を示した。また、各例のT2−long及びF−longを図2にプロットして示した。
(メタ)アクリル系重合体(A−7)30部に架橋剤としてアクリロイルモルホリンを配合し、紫外線照射等によって架橋させたものである。配合を[表5]に示す。この場合においても良好な保持力を有していた。
[硬化条件]
装置:2P硬化装置、光源:メタルハライド、照射強度:100mW/cm2、照射量:3000mJ/cm2
NK−A−600:NKエステル600 新中村化学製 (ポリエチレングリコール#600ジアクリレート)
IRG184:「IRGACURE184」 BASF製 (1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン)
Claims (8)
- (メタ)アクリル系共重合体であって、下記T2−long[μS]をx軸、F−long[%]をy軸とするx−y座標軸において、T2−long[μS]xとF−long[%]yとが、下記式(a1)〜(a4)で示す直線で囲まれた範囲内の値を取る(メタ)アクリル系共重合体(A)。
x=200・・・(a1)
y=86 ・・・(a2)
y=0.087x+42.667・・・(a3)
y=0.085x+18.000・・・(a4)
(T2−longは30℃におけるパルスNMR(25MHz)測定で、Solid Echo法により得られる自由誘導減衰曲線を各緩和曲線の和で近似したとき、緩和が1番目に遅い緩和曲線由来のスピン−スピン緩和時間[μS]であり、F−longは前記T2−longである水素原子の割合[%]である。) - ビニル単量体(b)を含有する単量体混合物を重合して得られる、請求項1に記載の(メタ)アクリル系共重合体(A)。
- マクロモノマー(a)およびビニル単量体(b)を含有する単量体混合物を重合して得られる、請求項1または2に記載の(メタ)アクリル系共重合体(A)。
- 数平均分子量が500以上6000未満のマクロモノマー(a)およびビニル単量体(b)を含有する単量体混合物を重合して得られる、請求項4に記載の(メタ)アクリル系共重合体(A)。
- 130℃における溶融粘度が50〜500Pa・sである請求項1〜5の何れかに記載の(メタ)アクリル系共重合体(A)。
- 請求項1〜6の何れかに記載の(メタ)アクリル系共重合体(A)を含む粘着剤組成物。
- 請求項7に記載の粘着剤組成物を用いた粘着シート。
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