JP4520150B2 - 加工助剤を用いて製造されるシリコーン感圧接着剤、物品および方法 - Google Patents
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Description
本明細書において、コポリマーは、ターポリマー、テトラポリマー等の2種類以上の異なるモノマーを含有するポリマーを意味する。本発明による接着剤の製造に使用するのに適した、好ましいポリジオルガノシロキサンポリ尿素コポリマーは、少なくとも1種類のポリジオルガノシロキサンポリアミン(好ましくは、ジアミン)を含む、少なくとも1種類のポリアミンと、少なくとも1種類のポリイソシアネート、および有機アミンおよび/またはアルコールなどの任意の多官能性鎖延長剤と、の反応生成物である。イソシアネートとアミンとのモル比は、好ましくは約0.9:1〜約1.1:1、さらに好ましくは約0.95:1〜約1.05:1、最も好ましくは約0.97:1〜約1.03:1の範囲である。つまり、本発明による感圧接着剤の製造に使用するのに適した、好ましいポリジオルガノシロキサンポリ尿素コポリマーは、ポリジオルガノシロキサン単位、ポリイソシアネート残基単位(residue unit)、および任意に有機ポリアミンおよび/またはポリオール残基単位を有する。ポリイソシアネート残基単位およびポリアミン残基単位は、ポリジオルガノシロキサンポリ尿素コポリマーの、好ましくは15wt%未満、さらに好ましくは5wt%未満を形成する。ポリイソシアネート残基は、ポリイソシアネート−(マイナス)−NCO基であり、ポリアミン残基は、ポリアミン−(マイナス)−NH2基である。ポリイソシアネート残基は、尿素結合によってポリアミン残基に連結される。ポリイソシアネート残基は、ウレタン結合によってポリオール残基に連結される。かかるセグメント化コポリマーの例は、米国特許第5,461,134号明細書(レイリア(Leir)ら)、および国際公開第96/34029号パンフレット、国際公開第96/35458号パンフレット、および国際公開第98/17726号パンフレット(すべて、ミネソタ州セントポールの3M社(3M Co.,St.Paul,MN)による)に開示されている。本明細書で使用されている、ポリジオルガノシロキサンポリ尿素という用語は、式Iの反復単位を有する材料を包含する。
Zはそれぞれ独立して、アリーレン部位、アラルキレン部位、アルキレン部位、またはシクロアルキレン部位(それぞれが好ましくは、炭素原子6〜20個を有する)である多価部位であり;好ましくは、Zは、2,6−トリレン、4,4’−メチレンジフェニレン、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ビフェニレン、テトラメチル−m−キシレン、4,4’−メチレンジシクロヘキシレン、3,5,5−トリメチル−3−メチレンシクロヘキシレン、1,6−ヘキサメチレン、1,4−シクロヘキシレン、2,2,4−トリメチルヘキシレン、およびその混合物であり;
Yはそれぞれ独立して、独立してアルキレン部位(好ましくは、炭素原子1〜10個を有する)、アラルキレン部位またはアリーレン部位(それぞれが好ましくは、炭素原子6〜20個を有する)である、多価部位であり;
Eはそれぞれ独立して、水素、炭素原子1〜10のアルキル部位、フェニル、またはYを含む環構造を完成して複素環を形成する部位であり;
Aはそれぞれ独立して、酸素または−N(G)−(Gはそれぞれ独立して、水素、炭素原子1〜10個のアルキル部位、フェニル、またはBを含む環構造を完成して複素環を形成する部位である)であり;
Bは、アルキレン、アラルキレン、シクロアルキレン、フェニレン、ポリアルキレン、ポリアルキレンオキシド(例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリテトラメチレンオキシド、ポリカプロラクトン、アジピン酸ポリエチレンなど)、コポリマー、またはその混合物、またはAを含む環構造を完成して複素環を形成する部位であり;
mは、0〜約1000、好ましくは0〜約25の数であり;
nは、1以上の数であり(好ましくは、nは8を超える);
pは、約5以上、好ましくは約15〜約2000、さらに好ましくは約70〜約1500、最も好ましくは約150〜約1500の数である)によって表すことができる。
反応における異なるイソシアネートは、様々な方法でポリジオルガノシロキサンポリ尿素コポリマーの特性を改質するだろう。本発明のプロセスにおいて有用なジイソシアネートは、以下の(式II):
OCN−Z−NCO
によって表すことができる。
ポリジオルガノシロキサンポリ尿素コポリマーは、溶剤型の方法および無溶剤法を含む、公知の様々な方法のいずれかによって製造することができる。溶剤型プロセスの例としては、ティアギ(Tyagi)ら,“Segmented Organosiloxane Copolymers:2. Thermal and Mechanical Properties of Siloxane urea Copolymers,”Polymer,Vol.25,1984年12月および米国特許第5,214,119号明細書(レイリア(Leir)ら)が挙げられる。適切な溶媒は、ポリイソシアネートと非反応性であり、かつ重合反応の全体にわたり、溶液状態で反応物および生成物を完全に保持する、有機溶媒である。一般的な有機溶媒としては、極性および非極性の特性の組み合わせを有する溶媒が挙げられ、あるいは極性溶媒と非極性溶媒との混合物を使用することができる。好ましい有機溶媒としては、極性非プロトン性溶媒、塩素化溶媒、エーテル、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、およびアルコールが挙げられる。例には、ヘプタン、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、2−プロパノール、t−ブタノール、テトラヒドロフラン、イソアミルアルコール、クロロホルム、ジクロロメタン、ジメチルホルムアミド等、およびその組み合わせが含まれる。無溶剤プロセスの例としては、国際公開第96/34029号パンフレット、国際公開第96/35458号パンフレット、および国際公開第98/17726号パンフレット(すべて、ミネソタ州セントポールの3M社(3M Co.,St.Paul,MN)による)が挙げられる。
ポリマーの感圧接着性を提供するため、または高めるために、ポリジオルガノシロキサンポリ尿素コポリマーにシリコーン粘着付与樹脂が添加される。シリコーン粘着付与樹脂は、本発明のポリジオルガノシロキサンポリ尿素コポリマーの物理的性質の決定において重要な役割を果たし得る。例えば、シリコーン粘着付与樹脂含有率が低濃度から高濃度へと増加するに従って、ポリジオルガノシロキサンポリ尿素コポリマーのガラス−ゴム転移は次第に高い温度で生じる。所望の性能を達成するために、単一組成物において樹脂の組み合わせを用いることが有益であり得ることから、単一のシリコーン粘着付与樹脂に限定する必要はない。
接着剤層の厚さ全体にわたってポリジオルガノシロキサンポリ尿素コポリマーおよびシリコーン粘着付与樹脂の一般に均一な分布を確実にするために、可塑剤などの加工助剤が有利に、本発明の溶剤型接着剤組成物(有機溶媒からコーティングされる組成物)に添加される。上述のように、接着剤がフルオロシリコーン剥離ライナー上に配置され、かつエージングした場合、高濃度のシリコーン粘着付与樹脂は、引きはがし粘着力を増大するのに、かつ接着力の増大のレベルを制限するために有利に用いられる。しかしながら、55wt%以上の粘着付与樹脂濃度(シリコーン粘着付与樹脂およびポリジオルガノシロキサンポリ尿素成分に対して)をかかる接着剤に使用し、剥離ライナーなどの適切な基材にその接着剤を溶媒から塗布した場合には、接着剤の空気境界面とライナー境界面との間に粘着性の著しい差が生じる。特に、空気境界面は通常、剥離ライナーと接触する接着剤面よりも著しく高い粘着性を示す。接着剤のライナー面上の粘着性がこのように低下するのは、接着剤を乾燥させると生じるシリコーン粘着付与樹脂の濃度勾配が原因だと考えられ、接着剤の空気境界面の粘着付与樹脂は欠乏し、接着剤のライナー面の粘着付与樹脂は豊富である。PSAのライナー面上のシリコーン粘着付与樹脂濃度の増加、その結果としての粘着性の低下は、接着剤組成物中に可塑剤などの混和性加工助剤を用いることによって最小限に抑えるか、または無くすことができる。剪断保持力はかかる加工助剤を使用することで低減されるが、驚くべきことに、それらによって、粘着性、引きはがし粘着力、および剪断保持力の優れたバランスが得られる。
本発明の感圧接着剤は、所望の特性を得るための他の添加剤を含み得る。例えば、染料または顔料を着色材として添加することが可能であり;導電性および/または熱伝導性化合物を添加して、接着剤を導電性および/または熱伝導性または帯電防止性にすることが可能であり;酸化防止剤および静菌剤を添加してもよく;ヒンダードアミン光安定剤(HALS)などの紫外線安定剤および吸収剤を添加して、紫外線分解に対してPSAを安定化すること、および物品を通る特定の紫外線波長をブロックすることができる。他の添加剤としては、定着剤、充填剤、粘着向上剤(tack enhancer)、ガラスもしくはセラミック微泡、発泡および非発泡ポリマー微小球、発泡剤、ポリマー、および他の特性改質剤、例えば粘土、難燃剤、および相溶化剤が挙げられる。これらの添加剤は、ポリジオルガノシロキサンポリ尿素接着剤組成物の総質量に対して、約0.05wt%〜約25wt%の量で、様々な組み合わせで使用することができる。
溶液コーティング、溶液吹付、ホットメルトコーティング、押出し成形、同時押出し成形、貼合せ法、模様塗り等を含む広範な方法によって、この接着剤組成物を適切な剥離ライナーまたはテープバッキングに塗布し、接着積層物を製造することができる。通常、それは、フルオロシリコーン剥離材料でコーティングされたポリエチレンテレフタレートなどの基材(米国特許第5,082,706号に開示されているもの、およびイリノイ州ベッドフォードパークのロパレックス社(Loparex,Inc.,Bedford Park,IL)から市販のものなど)に塗布され、接着剤/剥離ライナー積層物が形成される。そのライナーは、接着剤表面上に微細構造を形成するように接着剤に付与される、その表面上に微細構造を有し得る。二軸延伸ポリエチレンまたは高密度ポリエチレンなどの所望の基材の少なくとも1つの面に、接着トランスファーテープを適用し、例えば積層して、接着テープを形成することができる。基材、例えばバッキングフィルムまたはフォーム基材の一方の面のみに積層した場合、片面テープを製造することができる。基材、例えばフィルムまたはフォームの両面に積層した場合には、両面テープを製造することができる。さらに、両面テープの場合には、テープはその面上に化学的または流動学的に同じまたは異なる接着剤を有することができ、例えば一方の接着剤は感圧接着剤であり、他方は熱活性化接着剤であることができ、あるいは一方の接着剤がシリコーンベースであり、他方がアクリルベースである。
いくつかの有機置換シロキサンポリマーは、ヒドロシリル化により1−アルケンをシリコーン水酸化物官能性シロキサンと反応させることによって製造した。用いられたシリコーン水酸化物官能性シロキサンは、ジメチルシロキサン(D)およびメチル水素シロキサン(DH)構造単位、およびテトラメチルジシロキサン(TMDS)で構成されるトリメチルシリル(M)末端シリコーンコポリマーからなる。一般的な製造手順は、シロキサン中に存在する水酸化ケイ素に対して50モル%過剰量の1−アルケンをバイアルに計量し、ジビニルテトラメチルジシロキサンとの複合体としてPt50ppmをそれに添加することからなる。バイアルを氷浴中に入れ、シリコーン水酸化物官能性シロキサンを一滴ずつ添加し、温度を40〜50℃に維持した。反応の完了は、IR分光法により水酸化ケイ素のバンドの消失によって確認した。0.2mmHgの圧力下にて70℃で24時間、揮発分を除去することによって、得られた有機置換シロキサンから余分な1−アルケンを除去した。表Aに示される量を用いて、以下の材料を製造した。
180度引きはがし粘着力
この引きはがし粘着力試験は、ASTM D 3330−90に記載の試験法と同様であるが、その試験に記載のステンレス鋼の代わりにガラス基材または高密度ポリエチレン(HDPE)基材を使用する。HDPE基材を使用した場合、試験データは、「HDPEからの180度剥離」と示される。
この剪断強さ試験は、ASTM D 3654−88に記載の試験法と同様である。
被覆接着剤層の粘着性は、指で接着剤に触れ、粘着性を0〜3スケール、0=粘着性なし、3=非常に粘着性である、にランク付けすることによって推定した。
プローブ粘着性試験は、ニューヨーク州アミティービルL.I.のテスティング・マシーンズ社(Testing Machines Inc.,Amityville L.I.,New York)製のPOLYKENプローブ粘着性試験機(POLYKEN Probe Tack Tester)で行った。ASTM試験法D 2979−95に記載のように、PSAテープを20gの環状リングに付け、1cm/秒の速度で除去する前に、直径5ミリメートルのステンレス鋼プローブを露出したPSAテープと1秒間接触させることによって、粘着性試験を行った。各テープの5つの試料を試験した;報告される粘着力値(g)は、5つの試料のそれぞれからの粘着力値の平均である。各試験の間に、メチルエチルケトンをたっぷり含ませた綿が先端に付いた綿棒で粘着プローブをきれいにした。
PDMSジアミン33,000 11.77部と、トルエン中のSR−545の60%溶液30.00部と、DYTEK A0.04部と、を反応器に入れた。トルエン(37.00部)および2−プロパノール(21.00部)を添加して、固体含有率30%にした。その溶液を室温で攪拌し、H−MDI0.19部を添加し、得られた混合物を2時間攪拌して、エラストマーとSR−545(粘着付与樹脂)との質量比が40:60であるPSA溶液が得られた。表1に示す量で加工助剤をこの溶液に添加した。得られた溶液を剥離ライナー上に溶剤コーティングし、70℃で10分間乾燥させた。その結果得られたPSAコーティングをPETフィルム上に積層し、テープを形成した。180度剥離力、高温剪断強さ、指による粘着性についてこれらのテープを試験した。これらのデータを表1に示す。
PDMSジアミン22,000 13.23部と、トルエン中のSR−545の60%溶液27.50部と、DYTEK A0.03部と、を反応器に入れた。トルエン(38.00部)および2−プロパノール(21.00部)を添加して、固体含有率30%にした。その溶液を室温で攪拌し、H−MDI0.24部を添加し、得られた混合物を2時間攪拌して、エラストマーとSR−545(粘着付与樹脂)との質量比45:55を有するPSA溶液が得られた。表2に示す量で加工助剤をこの溶液に添加した。得られた溶液を剥離ライナー上に溶剤コーティングし、70℃で10分間乾燥させた。その結果得られたPSAコーティングをPETフィルム上に積層し、テープを形成した。180度剥離力、室温剪断強さ、指による粘着性についてこれらのテープを試験した。これらのデータを表2に示す。
PDMSジアミン22,000 11.76部と、トルエン中のSR−545の60%溶液30.00部と、DYTEK A0.03部と、を反応器に入れた。トルエン(37.00部)および2−プロパノール(21.00部)を添加して、固体含有率30%にした。その溶液を室温で攪拌し、H−MDI0.21部を添加し、得られた混合物を2時間攪拌して、エラストマーとSR−545(粘着付与樹脂)との質量比40:60を有するPSA溶液が得られた。表3に示す量で加工助剤をこの溶液に添加した。得られた溶液を剥離ライナー上に溶剤コーティングし、70℃で10分間乾燥させた。その結果得られたPSAコーティングをPETフィルム上に積層し、テープを形成した。180度剥離力、室温剪断強さ、指による粘着性についてこれらのテープを試験した。これらのデータを表3に示す。
PDMSジアミン65,000 13.33部と、トルエン中のSR−545の60%溶液27.50部と、DYTEK A0.04部と、を反応器に入れた。トルエン(38.00部)および2−プロパノール(21.00部)を添加して、固体含有率30%にした。その溶液を室温で攪拌し、H−MDI0.13部を添加し、得られた混合物を2時間攪拌して、エラストマーとSR−545(粘着付与樹脂)との質量比45:55を有するPSA溶液が得られた。表4に示す量で加工助剤をこの溶液に添加した。得られた溶液を剥離ライナー上に溶剤コーティングし、70℃で10分間乾燥させた。その結果得られたPSAコーティングをPETフィルム上に積層し、テープを形成した。180度剥離力、室温剪断強さ、指による粘着性についてこれらのテープを試験した。これらのデータを表4に示す。
PDMSジアミン22,000 11.85部と、トルエン中のSR−545の60%溶液30.00部と、DYTEK A0.03部と、を反応器に入れた。トルエン(37.00部)および2−プロパノール(21.00部)を添加して、固体含有率30%にした。その溶液を室温で攪拌し、H−MDI0.12部を添加し、得られた混合物を2時間攪拌して、エラストマーとSR−545(粘着付与樹脂)との質量比40:60を有するPSA溶液が得られた。表5に示す量で加工助剤をこの溶液に添加した。得られた溶液を剥離ライナー上に溶剤コーティングし、70℃で10分間乾燥させた。その結果得られたPSAコーティングをPETフィルム上に積層し、テープを形成した。180度剥離力、室温剪断強さ、および指による粘着性についてこれらのテープを試験した。これらのデータを表5に示す。
PDMSジアミン6,400 75wt%とPDMSジアミン33,000 25wt%のブレンド11.11部と、トルエン中のSR−545の60%溶液30.00部と、DYTEK A0.03部と、を反応器に入れた。トルエン(37.00部)および2−プロパノール(21.00部)を添加して、固体含有率30%にした。その溶液を室温で攪拌し、H−MDI0.73部を添加し、得られた混合物を2時間攪拌して、エラストマーとSR−545(粘着付与樹脂)との質量比40:60を有するPSA溶液が得られた。表6に示す量で加工助剤をこの溶液に添加した。得られた溶液を剥離ライナー上に溶剤コーティングし、70℃で10分間乾燥させた。その結果得られたPSAコーティングをPETフィルム上に積層し、テープを形成した。180度剥離力、高温剪断強さ、および指による粘着性についてテープを試験した。これらのデータを表6に示す。
PDMSジアミン33,000 11.84部と、キシレン中のMQ樹脂1の62.4%溶液30.00部と、DYTEK A0.02部と、を反応器に入れた。トルエン(37.00部)および2−プロパノール(21.00部)を添加して、固体含有率30%にした。その溶液を室温で攪拌し、H−MDI0.14部を添加し、得られた混合物を2時間攪拌して、エラストマーとMQ樹脂1(粘着付与樹脂)との質量比40:60を有するPSA溶液が得られた。表7に示す量でこの溶液に加工助剤を添加した。得られた溶液を剥離ライナー上に溶剤コーティングし、70℃で10分間乾燥させた。その結果得られたPSAコーティングをPETフィルム上に積層し、テープを形成した。180度剥離力、高温剪断強さ、および指による粘着性についてこれらのテープを試験した。これらのデータを表7に示す。
PDMSジアミン33,000 11.77部と、キシレン中のMQ樹脂1の62.4%溶液30.00部と、DYTEK A0.04部と、を反応器に入れた。トルエン(37.00部)および2−プロパノール(21.00部)を添加して、固体含有率30%にした。その溶液を室温で攪拌し、H−MDI0.19部を添加し、得られた混合物を2時間攪拌して、エラストマーとMQ樹脂1(粘着付与樹脂)との質量比40:60を有するPSA溶液が得られた。表8に示す量でこの溶液に加工助剤を添加した。得られた溶液を剥離ライナー上に溶剤コーティングし、70℃で10分間乾燥させた。その結果得られたPSAコーティングをPETフィルム上に積層し、テープを形成した。180度剥離力、高温剪断強さ、および指による粘着性についてこれらのテープを試験した。これらのデータを表8に示す。
機械攪拌機、還流冷却器および窒素雰囲気を備えた反応器に、PDMSジアミン33,000 98部、DYTEK A0.35部、トルエン209.7部および2−プロパノール89.9部を入れた。その反応器を110℃に30分間加熱し、80℃に冷却し、反応器の温度が50℃に達するまで窒素ガス流で反応器のヘッドスペースをパージ(sweeping)することによってガス抜きした。反応器を50℃に維持し、H−MDI1.48部を反応器に添加し、その混合物を2時間攪拌した。H−MDI0.039部をさらに添加して、固体25%のエラストマー溶液を生成した。シリコーンポリ尿素PSAは、このエラストマー50.8部、キシレン中で固体62.4%のMQ樹脂1 31.5部、トルエン77.4部および2−プロパノール1.43部を合わせて、混合することによって製造した。表9に示すようにシリコーンポリ尿素PSA固体100部当たり加工助剤1.5部の濃度で、このPSA溶液に様々な加工助剤を添加した。押込空気オーブン内で70℃にて10分間乾燥させた後、約0.05mmの乾燥PSAコート厚を得るのに適切な厚さで、得られたPSA溶液を剥離ライナー上にナイフコーティングした。乾燥PSAフィルムをPETに積層し、粘着性および剥離試験を行う前に、周囲条件で2日間エージングした。各テープの第2試料を70℃で1週間エージングし、続いて上述のように高温剪断について試験した。HDPEに対する剥離試験を上述のように行った。粘着性、剥離および剪断の結果を表9に示す。
機械攪拌機、還流冷却器および窒素雰囲気を備えた反応器に、PDMSジアミン33,000 98部、DYTEK A0.35部、トルエン209.7部および2−プロパノール89.9部を入れた。その反応器を110℃に30分間加熱し、80℃に冷却し、反応器の温度が50℃に達するまで窒素ガス流で反応器のヘッドスペースをパージすることによってガス抜きした。反応器を50℃に維持し、H−MDI1.48部を反応器に添加し、その混合物を2時間攪拌した。H−MDI0.039部をさらに添加して、固体25%のエラストマー溶液を生成した。シリコーンポリ尿素PSAは、このエラストマー50.8部、キシレン中で固体62.4%のMQ樹脂1 31.5部、トルエン77.4部および2−プロパノール1.43部を合わせて、混合することによって製造した。表10に示すように、シリコーンポリ尿素PSA固体100部当たり加工助剤1.5部の濃度で、このPSA溶液に様々な加工助剤を添加した。押込空気オーブン内で70℃にて10分間乾燥させた後、約0.05mmの乾燥PSAコート厚を得るのに適切な厚さで、得られたPSA溶液を剥離ライナー上にナイフコーティングした。乾燥PSAフィルムをPETに積層し、粘着性および剥離試験を行う前に、周囲条件で2日間エージングした。各テープの第2試料を70℃で1週間エージングし、続いて粘着性および剥離について試験した。HDPEに対する剥離試験を上述のように行った。粘着性および剥離の結果を表10に示す。
Claims (1)
- シリコーン粘着付与樹脂;
ポリジオルガノシロキサンポリ尿素コポリマー;および
可塑剤;
を含む感圧接着剤であって、
前記可塑剤が、芳香族油、鉱油、ナフテン系オイル、トリメチルシリル末端ポリジメチルシロキサン、トリス(トリ-s-ブトキシシロキシ)メチルシラン、ヒドロシリル化により1−アルケンをシリコーン水酸化物官能性シロキサンと反応させることにより得られる有機置換シロキサンポリマー、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4,6-ジ-t-ペンチルフェノール、及びオクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートより選ばれ、
前記シリコーン粘着付与樹脂およびポリジオルガノシロキサンポリ尿素コポリマーが均一に分布されている感圧接着剤。
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