JP6203429B2 - 物理的に架橋可能な接着性コポリマー - Google Patents

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Description

発明の詳細な説明
[背景]
感圧性テープは、家庭及び職場の実質上至る所に存在する。その最も簡単な構成において、感圧性テープは、接着剤及び裏材を備え、全体の構造は、使用温度において粘着性があり、固着を形成するための適度な圧力のみで、種々の基材に接着する。この様式において、感圧性テープは、完全で自己完結的な固着システムを構成する。
感圧性テープ協議会(Pressure-SensitiveTape Council)によると、接着剤は、以下の特性:(1)指圧以下での接着、(2)被着体に対する充分な保持力、及び(3)被着体からきれいに剥離されるだけの充分な凝集強度を有することが知られている。接着剤として良好に機能することが見出されている材料としては、必要な粘弾性特性を示し、粘着性、剥離接着性、及び剪断保持力において所望のバランスをもたらすように設計及び処方されたポリマーが挙げられる。
これらの要件は概して、A.V.Pocius in Adhesion and Adhesives Technology:An Introduction,2nd Ed.,Hanser Gardner Publication,Cincinnati,OH,2002に記述されるように、粘着、接着(剥離強度)、及び貼着(剪断保持力)をそれぞれ測定するように設計される試験手段によって、評価される。これらの測定値は全体として、接着剤を特性評価する上でしばしば用いられる特性のバランスを構成している。
[概要]
本開示は、(メタ)アクリレートコポリマーを含み、それに高ガラス転移温度側鎖を有する基をグラフトした、接着性コポリマーを提供する。本接着性コポリマーは、以下の式:
Figure 0006203429

(式中、
アクリルは、(メタ)アクリレートエステルモノマー単位を表し、下付き文字aは、少なくとも1であり、
PI*は、ペンダント光開始剤基を有するモノマー単位の残基を表し、下付き文字bは、少なくとも1であり、
極性は、極性官能基を有するモノマー単位を表し、下付き文字cは、0又は0以外であり、
その他は、他のモノマー単位を表し、下付き文字dは、0又は0以外であり、
高Tgは、高T基を表し、下付き文字eは、少なくとも1である。)により表すことができる。
いくつかの実施形態では、M高Tgは、高Tモノマーの重合からのグラフト化された側鎖である。他の実施形態では、M高Tgは、グラフト化された高T(メタ)アクリレートマクロマーである。
本開示の感圧性接着剤は、所望の粘着バランス、剥離接着力、及び剪断保持力を提供し、更にDahlquist基準に一致し、すなわち、塗布温度、典型的には室温での接着係数が、1Hzの周波数で3×10ダイン/cm未満である。具体的には、本接着剤組成物は、架橋剤の不在下で高い凝集強度を有する。
いくつかの実施形態では、溶解物から基材に塗布される接着剤組成物が提供される。かかるホットメルト接着剤組成物は、実質的に溶媒を含まない。ホットメルト接着剤は、多目的であり、とりわけ、製本、段ボール箱、プラスチック部品、及び木製物品といった、産業用途において広く使用される。それらは、約150〜約180℃の異なる塗布温度で、概して、100%固体接着剤である。
本開示の接着剤組成物は、広い温度範囲内で、表面エネルギーの低い(LSE)基材を含む、様々な基材に接着され得、かつ良好な接着強度及び保持特性を提供し得る、改善された感圧性及びホットメルト接着剤組成物を提供する。接着剤組成物は、容易に取り扱われ、かつ低揮発性有機化合物(VOC)含有量(溶媒等)により、環境に優しい。本開示の接着剤組成物は、更に、接着テープ及びシーラント等の感圧性接着剤物品を提供する。
[詳細な説明]
接着性コポリマーは、非三級アルコールの(メタ)アクリル酸エステル(アクリレートエステル)の共重合化されたモノマー単位を含み、このアルコールは、1〜18個の炭素原子、好ましくは平均4〜12個の炭素原子を含有する。かかるモノマーの混合物を使用してもよい。アクリレートエステルモノマー単位は、Mアクリルとして表される。
(メタ)アクリレートエステルモノマーとしての使用に好適なモノマーの例としては、非三級アルコール、例えばエタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、2−メチル−1−ペンタノール、3−メチル−1−ペンタノール、2−エチル−1−ブタノール、3,5,5−トリメチル−1−ヘキサノール、3−ヘプタノール、1−オクタノール、2−オクタノール、イソオクチルアルコール、2−エチル−1−ヘキサノール、1−デカノール、2−プロピルヘプタノール、1−ドデカノール、1−トリデカノール、1−テトラデカノール、シトロネロール、ジヒドロシトロネロールなどと、アクリル酸又はメタクリル酸のいずれかとのエステルが挙げられる。いくつかの実施形態では、2つ又はそれ以上の異なる(メタ)アクリレートエステルモノマーの組み合わせが好ましいが、好ましい(メタ)アクリレートエステルモノマーは、ブチルアルコール又はイソオクチルアルコール、又はこれらの組み合わせと(メタ)アクリル酸とのエステルである。
いくつかの実施形態では、好ましい(メタ)アクリレートエステルモノマーは、2−オクタノール、シトロネロール、ジヒドロシトロネロールなどの再生可能な資源に由来するアルコールを伴う(メタ)アクリル酸のエステルである。
いくつかの実施形態において、上で説明される(メタ)アクリレートエステルの一部は、参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第8137807号(Lewandowskiら)に説明されるように、2−アルキルアルカノール(ゲルベアルコール)由来の(メタ)アクリレートで置換されてよい。
(メタ)アクリレートエステルモノマーは、モノマー混合物中の100部の総モノマー含量を基準として70〜99重量部の量で存在する。好ましくは、(メタ)アクリレートエステルモノマーは、100部の総モノマー含量を基準として75〜95重量部、最も好ましくは80〜95重量部の量で存在する。式Iのコポリマーを参照して、(メタ)アクリレートがこれらの重量範囲を含むように、下付き文字aを選択する。それゆえ、下付き文字aは0以外であり、正規化された非整数値であってよい。
接着性コポリマーは更に光開始剤モノマーを含み、[MPI]は(メタ)アクリロイル基及び光開始剤基を含み、この光開始剤基は水素引き抜き型又はα開裂型光開始剤基(ノリッシュI型及びII型)であってよく、式:
Figure 0006203429

(式中、
は、−O−又は−NRであり、
は独立して、H又はC〜Cアルキルであり、
10は、(メタ)アクリロイル基をPI基と結合させる二価(ヘテロ)ヒドロカルビル連結基である。)で表すことができ、
PIは、以下の構造:
Figure 0006203429

式中、Rは、H又はC〜Cアルキル基であり、
各R11は独立して、ヒドロキシル基、フェニル基、C〜Cアルキル基、又はC〜Cアルコキシ基である。)により表すことができる光開始剤である。このような光開始剤モノマーは、例えば、開示が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第5,902,836号(Babuら)及び同第5,506,279号(Babuら)に記載されている。連結R10基についての更なる詳細は、引用される参考文献を参照して見出すことができる。
ある特定の実施形態では、光開始剤基PIは、一般式:
Figure 0006203429

(式中、Arは6〜12個の炭素原子を有する置換アリール、好ましくはベンゼントリイル基であり、
12は、水素、C〜C12アルキル基、C〜C12アルコキシ基、又はフェニル基であり、
13は、C〜Cアルキル基であり、R13は任意にヒドロキシ基、3〜14個の炭素原子を有するシクロアルキル基、又は
Figure 0006203429

を含有し、R14及びR15は独立して、水素、C〜C12アルキル基、C〜C12アルコキシ基、及びフェニル基から選択される。)により表される水素引き抜き型としてもよい。
様々な光開始剤グラフトモノマーは、1)第1の反応性官能基を含むアクリロイルモノマーと、2)放射線感受性基(光開始剤基)及び第2の反応性官能基を含む化合物と、を反応させることにより製造でき、2つの官能基は互いに共反応性である。好ましい共反応性化合物は、最大36個の炭素原子、任意に1つ若しくは2つ以上の酸素原子及び/又は窒素原子、並びに少なくとも1つの反応性官能基を有する、エチレン性不飽和脂肪族、脂環式、及び芳香族化合物である。第1及び第2の官能基が反応するとき、共有結合を形成し、共反応性化合物を結合する。
有用な反応性官能基の例には、ヒドロキシル、アミノ、オキサゾリニル、オキサゾロニル、アセチル、アセトニル、カルボキシル、イソシアナート、エポキシ、アジリジニル、ハロゲン化アシル、及び環式無水物基が挙げられる。第1の反応性官能基がイソシアナート官能基の場合、第2の共反応性官能基は、好ましくはアミノ、カルボキシル、又はヒドロキシル基を含む。第1の反応性官能基がヒドロキシル基を含む場合、第2の共反応性官能基は、好ましくはカルボキシル、イソシアナート、エポキシ、無水物、ハロゲン化アシル、又はオキサゾリニル基を含む。第1の反応性官能基がカルボキシル基を含む場合、第2の共反応性官能基は、好ましくはヒドロキシル、アミノ、エポキシ、ビニルオキシ又はオキサゾリニル基を含む。
反応性官能基を有するアクリレート化合物の代表的な例として、ヒドロキシアルキルアクリレート、例えば2−ヒドロキシエチルアクリレート及び2−(2−ヒドロキシエトキシ)エチルアクリレート;アミノアルキルアクリレート、例えば3−アミノプロピルアクリレート;オキサゾロニル化合物、例えば2−エテニル−1,3−オキサゾリン−5−オン及び2−プロペニル−4,4−ジメチル−1,3−オキサゾリン−5−オン;カルボキシ置換化合物、例えばアクリル酸及び4−カルボキシベンジルアクリレート;イソシアナート置換化合物、例えばイソシアナートエチルアクリレート及び4−イソシアナートシクロヘキシルアクリレート;エポキシ置換化合物、例えばグリシジルアクリレート;アジリジニル置換化合物、例えばN−アクリロイルアジリジン;及びアクリロイルハロゲン化物が挙げられる。
共反応性化合物の代表的な例として、1−(4−ヒドロキシフェニル)−2,2−ジメトキシエタノン、1−[4−(2−ヒドロキシエチル)フェニル]−2,2−ジメトキシエタノン、(4−イソシアナートフェニル)−2,2−ジメトキシ−2−フェニルエタノン、1−{4−[2−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル]}−2,2−ジメチル−2−ヒドロキシエタノン、1−[4−(2−アミノエトキシ)フェニル]−2,2−ジメトキシエタノン、及び1−[4−(カルボメトキシ)フェニル]−2,2−ジメトキシエタノンなどの官能基置換化合物が挙げられる。
好ましい光開始剤モノマーは、米国特許第5,506,279号(Babuら)の実施例1に従って調製される、2−プロペノイルアミノエタン酸、2−(4−(2−ヒドロキシ−2メチルプロパノイル)フェノキシ)エチルエステル、「VAZPIA」である。
水素引き抜き型光開始剤は、グラフト化ではなく架橋をもたらすことができるので、光開始剤モノマーがα開裂型のものであることが好ましい。
光開始剤モノマーは、100重量部の総モノマーに対して、0.5〜10、好ましくは1〜5重量部の量で用いられる。かかる光開始剤モノマーは、ペンダント高T[M高Tg]モノマーをフリーラジカルで重合させるための開始剤として使用される。式IIのコポリマーを参照して、(メタ)アクリレートがこれらの重量範囲を含むように、下付き文字bを選択する。それゆえ、下付き文字bは0以外であり、正規化された非整数値であってよい。
式IIの中間体コポリマーは、式IIIの光開始剤モノマーを直接的にグラフトすることにより、必要な光開始剤モノマー単位で提供することができる。代替の実施形態では、光開始剤モノマー単位は、コポリマーが反応性官能基を有するモノマー単位で提供される間接法により、得られるコポリマーは次に共反応性官能基の手段により光開始剤基で官能化される。例えば、コポリマーを、イソシアナート置換モノマー、例えばイソシアナートエチルアクリレートを用いて調製し、ペンダントイソシアネート基を有するコポリマーを得ることができる。次いで、このコポリマーは、共反応官能基、例えば1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン(Irgacure(商標)2959)を有する光開始剤で官能化することができる。代替的に、同じIrgacure(商標)2959を、2−チオプロピオン酸と反応させて、チオール官能性光開始剤を生成してもよく、これは求電子官能基を有するコポリマーと反応することができる。
式Iのグラフト化された接着性コポリマーは、光開始剤モノマーそれ自体よりむしろ、光開始剤モノマーの残基を含有することに留意されたい。コポリマーの調製では、光開始剤モノマーの組み込みは、式:
[Mアクリル−[MPI−[M極性−[Mその他、II(式中、
アクリルは、(メタ)アクリレートエステルモノマー単位を表し、下付き文字aは、少なくとも1であり、
PIは、ペンダント光開始剤基を有するモノマー単位を表し、下付き文字bは、少なくとも1であり、
極性は、極性官能基を有するモノマー単位を表し、下付き文字cは、0又は0以外であり、
その他は、他のモノマー単位を表し、下付き文字dは、0又は0以外である。)により表される、ペンダント光開始剤基を有するコポリマーを提供する。
式IIのコポリマーの照射に際して、高Tモノマー又はマクロマーの存在下で、光開始剤基は光分解して、ラジカルを生成し、必要な高T側鎖はコポリマー鎖にグラフトされて、本明細書で更に説明する式Iの接着性コポリマーを提供する。コポリマー鎖間のいずれの架橋も最小限にするために、式Iのコポリマーを生成するための式Iのコポリマーの反応は、溶媒中で起こることが好ましい。通常、連鎖移動剤は使用されない。
高Tg
接着性コポリマーは更に、高Tモノマー又はマクロマーのグラフト化されたモノマー単位を含む。本明細書で使用される際、「高Tモノマー」という用語は、単一重合されるときに、Fox式により見積もられる≧50℃のTを有する(メタ)アクリレートコポリマーを生成するモノマーを指す。高Tモノマーのコポリマーへの組み込みは、十分にガラス状セグメントをコポリマーに提供する。高T基は、M高Tgとして式Iのコポリマーで表される。
好適な高Tモノマーとしては、t−ブチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、s−ブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、フェニルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、3,3,5トリメチルシクロヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、N−オクチルアクリルアミド、及びプロピルメタクリレート、又は組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
他の実施形態では、M高Tg基は、高Tマクロマー又はマクロモノマーのフリーラジカル添加に由来する。
高Tマクロマーは、重合性基を有するポリマー材料であり、一般式X−(Y)−Zにより表すことができる。(式中、
Xは、重合性ビニル又はアクリレート基であり、
Yは、二価の連結基であり、nは、0又は1であり得、
Zは、T≧30℃及び約500〜30,000の範囲内の重量平均分子量を有する一価のポリマー部分であり、本質的に共重合条件下で非反応性である。)Zは好ましくは、オリゴマースチレン、メチスチレン、ポリ(メチルメタクリレート)、及び高Tモノマーのマクロマーから選択される。
好ましいマクロマーは、高Tアクリレート又はメタクリレートエステルに由来するアクリレート又はメタクリレートオリゴマーである。
高Tモノマー又はマクロマーは、光開始剤官能性コポリマーに対する100重量部に対して、少なくとも1重量部、好ましくは少なくとも5重量部の量で使用される。式Iのコポリマーを参照して、(メタ)アクリレートがこれらの重量範囲を含むように、下付き文字eを選択する。それゆえ、下付き文字eは少なくとも1であり、正規化された非整数値であってよい。
コポリマーは更に、式IでM極性として示される極性モノマーを含んでよい。コポリマーの調製に有用な極性モノマーは、油溶性及び水溶性の両方の性質をある程度有し、エマルション重合中の水相と油相との間に、極性モノマーの分配をもたらす。本明細書で使用するとき、用語「極性モノマー」は、酸官能性モノマーを含む。
好適な極性モノマーの代表的な例としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、アクリルアミド、モノ−又はジ−N−アルキル置換アクリルアミド、t−ブチルアクリルアミド、ジメチルアミノエチルアクリルアミド、N−オクチルアクリルアミド、2−(2−エトキシエトキシ)エチル(メタ)アクリレート、2−エトキシエチル(メタ)アクリレート、2−メトキシエトキシエチル(メタ)アクリレート、2−メトキシエチルメタクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレートを含む、ポリ(アルコキシアルキル)(メタ)アクリレート、ビニルメチルエーテルを含む、アルキルビニルエーテル、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。好ましい極性モノマーとしては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート及びN−ビニルピロリドンからなる群から選択されるものが挙げられる。
コポリマーの極性モノマーは、酸官能性モノマーを含み、この場合、酸官能性基それ自体が、カルボン酸などの酸であり得るか、又は一部が、アルカリ金属カルボン酸塩などのその塩であり得る。式Iを参照して、酸官能性モノマーが使用される場合、M極性はMとして示してよい。
有用な酸官能性モノマーとしては、エチレン性不飽和カルボン酸、エチレン性不飽和スルホン酸、エチレン性不飽和ホスホン酸又はリン酸、及びこれらの混合物から選択されるものが挙げられるが、これらに限定されない。このような化合物の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、クロトン酸、シトラコン酸、マレイン酸、オレイン酸、β−カルボキシエチル(メタ)アクリレート、2−スルホエチルメタクリレート、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ビニルホスホン酸、及びこれらの混合物から選択されるものが挙げられる。
それらの入手可能性のため、酸官能基コポリマーの酸官能基モノマーは一般に、エチレン性不飽和カルボン酸類、すなわち(メタ)アクリル酸類から選択される。更により強酸が所望される場合、酸性モノマーとしては、エチレン性不飽和スルホン酸類及びエチレン性不飽和ホスホン酸類が挙げられる。
極性モノマーは、100重量部の総モノマーを基準として0〜10重量部、好ましくは0.5〜5重量部の量で存在し得る。式Iのコポリマーを参照して、下付き文字cはこれらの量を反映するので、cは0若しくは0以外、又は正規化された非整数値であってよい。
コポリマーは更に、式IでMその他として示される、ビニルモノマーを含んでよい。使用の際、(メタ)アクリレートポリマー中で有用なビニルモノマーとしては、ビニルエステル(例えば、酢酸ビニル及びプロピオン酸ビニル)、スチレン、置換スチレン(例えば、α−メチルスチレン)、ハロゲン化ビニル、及びこれらの混合物が挙げられる。本明細書で使用するとき、ビニルモノマーには、酸官能性モノマー、アクリレートエステルモノマー及び極性モノマーを含まない。そのようなビニルモノマーは一般に、100重量部の総モノマーを基準として0〜5重量部、好ましくは1〜5重量部で使用される。式Iのコポリマーを参照して、下付き文字dはこれらの量を反映するので、cは0若しくは0以外、又は正規化された非整数値であってよい。
一般的に、式IIの中間体コポリマーは、熱性フリーラジカル重合により調製され、高Tモノマー又はマクロマーと混合され、照射され、これにより、ペンダント光開始剤基は光分解し、高Tモノマー/マクロマーのフリーラジカル添加/重合を開始する。
式IIの中間体コポリマーは、溶媒重合、分散重合、及び無溶媒バルク重合の従来技術が挙げられるが、これらに限定されない技術により調製することができる。光重合がコポリマーのペンダント光開始剤基を光分解するので、モノマー混合物は更に、熱性重合開始剤を含む。
典型的な溶液重合法は、モノマー、好適な溶媒、及び任意の連鎖移動剤を反応槽に添加すること、フリーラジカル反応開始剤を添加すること、窒素でパージすること、並びに反応槽を、バッチサイズ及び温度に応じて、反応が完了するまで、典型的には約1〜20時間にわたって高温(典型的には約40〜100℃の範囲の高温)に維持すること、によって実施される。溶媒の例は、メタノール、テトラヒドロフラン、エタノール、イソプロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、トルエン、キシレン、及びエチレングリコールアルキルエーテルである。これらの溶媒は、単独で、又はそれらの混合物として使用することができる。
本発明に使用される疎水性ポリマー安定剤の調製に有用な水溶性及び油溶性反応開始剤は、熱に暴露するとモノマー混合物の(共)重合を開始するフリーラジカルを生成する反応開始剤である。水溶性反応開始剤は、乳化重合により(メタ)アクリレートポリマーを調製するのに好ましい。好適な水溶性反応開始剤として、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、及びこれらの混合物;上記に挙げられる過硫酸塩の反応生成物などの酸化還元反応開始剤、及びメタ重亜硫酸ナトリウム及び重亜硫酸ナトリウムからなる群から選択されるものなどの還元剤;並びに4,4’−アゾビス(4−シアノペンタン酸)及びその可溶性塩(例えばナトリウム、カリウム)からなる群から選択されるものが挙げられるが、これらに限定されない。好ましい水溶性反応開始剤は、過硫酸カリウムである。
好適な油溶性反応開始剤として、E.I.du Pont de Nemours Co.から両方とも入手可能な、VAZO(商標)64(2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル))及びVAZO(商標)52(2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルペンタンニトリル))などのアゾ化合物、過酸化ベンゾイル及び過酸化ラウロイルなどの過酸化物、並びにこれらの混合物からなる群から選択されるものが挙げられるが、これらに限定されない。好ましい油溶性熱反応開始剤は、(2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル))である。使用する場合、反応開始剤は、モノマー成分の100重量部を基準にして、約0.05重量部〜約1重量部、好ましくは約0.1重量部〜約0.5重量部で、感圧性接着剤中に含まれてよい。
所望される場合、式IIのコポリマーの分子量、Mは、連鎖移動剤の使用で制御してよい。使用され得る連鎖移動剤は、ドデシルメルカプタンなどのメルカプト化合物、及び四臭化炭素などのハロゲン化合物である。連鎖移動剤は一般的に、次の高Tモノマーのグラフト重合中は使用されない。
式IIのコポリマーが調製されると、それは高Tモノマー又はマクロマーと混合され、照射される。重合性組成物は、活性化紫外線で照射されて、ペンダント光開始剤基を光分解し、高Tモノマー又はマクロマー成分(複数可)を重合して、式Iの接着性コポリマーを生成することができる。(モノマー又はマクロマーのグラフト化されたコポリマーへの)変換度は、重合中の混合物の屈折率を測定することにより照射中に監視することができる。
紫外線光源は、以下の2つの型のものであってよい。1)280〜400ナノメートルの波長範囲にわたって、一般的には10mW/cm以下(米国標準技術局(United States National Institute of Standards and Technology)に承認されている手順に沿って、例えば、Electronic Instrumentation & Technology,Inc.(Sterling,VA)製のUvimap(商標)UM 365 L−Sラジオメーターを用いて測定される)を提供するバックライトなどの比較的低い強度の光源、及び2)一般的には10mW/cmを超え、好ましくは15〜450mW/cmの強度を提供する中圧水銀ランプなどの比較的高い強度の光源。例えば、600mW/cmの強度と約1秒の曝露時間をうまく用いることができる。強度は、約0.1〜約150mW/cm、好ましくは約0.5〜約100mW/cm、及びより好ましくは約0.5〜約50mW/cmの範囲であり得る。かかる光開始剤は、好ましくは、ポリマー組成物100pbwあたり0.1〜1.0pbwの量で存在する。
前述のように、式IIのコポリマー中間体は、調製され、高Tモノマー又はマクロマーと混合され、その後、照射される。コポリマーのペンダント光開始剤基は、光分解してフリーラジカルを生成し、このフリーラジカルは高Tモノマー/マクロマーのフリーラジカル添加/重合を開始するであろう。ペンダント高T基又は側鎖は、光開始剤基の残基により主ポリマー鎖に結合される。
例えば、2−プロペノイルアミノエタン酸、2−(4−(2−ヒドロキシ−2メチルプロパノイル)フェノキシ)エチルエステルなどのグラフト化された光開始剤モノマーを、e−ビームエネルギーなどの電離放射線を用いて基材表面にグラフトさせてよい。紫外線の存在下では、光開始剤はα開裂を経て2つのラジカルになる。以下のスキーム1に示されるように、高Tモノマー又はマクロマーの存在下では、ラジカルはエチレン性不飽和基(例えば、記載するアクリロイル基)に付加し、光開始剤の残基を介して基材表面にリガンドモノマーを間接的にグラフト化する。
スキームでは、式IIのコポリマーは、2−プロペノイルアミノエタン酸、2−(4−(2−ヒドロキシ−2−メチルプロパノイル)フェノキシ)エチルエステルなどのグラフト化された光開始剤モノマー[MPI]を含有する。例えば、紫外線の存在下など、照射される場合、光開始剤はα開裂を経て2つのラジカルになる。以下のスキームIに示されるように、高Tモノマー又はマクロマーの存在下では、ラジカルはモノマー/マクロマーに付加し、光開始剤の残基を介してコポリマー鎖にモノマー/マクロマーを直接的にグラフト化する。光開始剤モノマーの「残基」は、式IでMPI*として示され、光分解後に残るMPIモノマーの部分であり、これは重合を開始する。高Tモノマーのラジカル添加生成物は追加の高Tモノマーと更に共重合して、式Iのグラフト化されたコポリマーを生成し得ることが更に理解される。
Figure 0006203429
高Tグラフト化された側鎖の結果として、コポリマーは物理的に架橋する。グラフト化された高T基は、主ポリマー鎖から相分離すると考えられている。この相分離により、(メタ)アクリレートコポリマー鎖の物理的架橋として機能するグラフト化されたポリマーの別個の領域の形成がもたらされる。グラフト化されたコポリマーは、感圧性接着剤などの接着剤として使用することができる。接着剤の凝集強度は、より多くのグラフト基の導入とともに増大する傾向がある。
一般的に、式IIのコポリマーの0.01〜10%、好ましくは0.1〜5%のモノマー単位が、グラフト化された高T基により置換され、これは共重合した光開始剤モノマーの量に対応する。言い替えるなら、グラフト化されたポリマー中のグラフト化された高T基の重量%は一般的に、5〜30重量%である。
物理的架橋は、典型的には、グラフトポリマー鎖内の交絡の自然又は誘導生成に依存し、感圧性接着剤組成物などの接着剤組成物の凝集強度を増大させる傾向を有する。物理的架橋は、多くの場合、感圧性接着剤が比較的高温で融解状態で加工することができ、それでいながら、より低温でも架橋形態をとることができることから、所望される。すなわち、感圧性接着剤は、ホットメルト接着剤として使用することができる。対照的に、化学的架橋感圧性接着剤は、典型的には、ホットメルト接着剤として加工することができない。ホットメルト加工は、多くの場合、不活性有機溶媒の使用を最小化又は削減することができるため、望ましいと考えられる。不活性有機溶媒の最小化又は削減は、環境的及び経済的観点の両方から望ましいものであり得る。
グラフト化された高T基が少なくとも30℃以上のガラス転移温度を有する場合、物理的架橋が向上される。かかるグラフト化された側鎖を形成するために、使用されるモノマーは、少なくとも30℃のガラス転移温度を有するように選択される(ホモポリマーとして重合され、かつFox式により見積もられる場合)。
ガラス転移温度に加えて、高Tグラフト化された基の分子量は、式Iのグラフト化されたコポリマーが相分離及び物理的架橋するかどうかに影響し得る。所与のグラフト化された基の繰り返し単位の数が少なくとも10である場合、相分離及びもつれはより起こりやすい。光開始重合は本質的に制御されず、ある範囲の繰り返し単位(式Iの下付き文字e)が存在することが理解されるであろう。しかしながら、式IIのコポリマーは、十分な数の光開始剤モノマー単位で調製され、その後十分な量の高Tモノマー又はマクロマーでグラフト化されることにより、高T基が相分離して、物理的架橋をもたらす。一般的に、グラフト化された高T基の少なくとも10%が、少なくとも10個の繰り返し単位を有し、下付き文字eの少なくとも10%が、10以上であり、50未満である。
より高い分子量のグラフト化された高T基が大きくなりすぎる(すなわち、繰り返し単位eの数が多すぎる)場合、主ポリマー鎖との反応により重量ベースで形成されるグラフト化されたポリマー基の数は、減少し得る。すなわち、グラフト化された高T基の分子量が増大するにつれて、グラフト化された高T基の重量ベースでの高度な置換を達成することがより困難となり得る。
上記組成物は、特定の基材に適するように修正された従来のコーティング技術を使用して、基材にコーティングされる。例えば、これらの組成物は、ローラーコーティング、フローコーティング、ディップコーティング、スピンコーティング、スプレーコーティング、ナイフコーティング、及びダイコーティングなどの方法によって様々な固体基材に塗布することができる。これらの種々のコーティング法は、組成物を様々な厚さで基材上に定置することを可能にし、それにより組成物の利用範囲を拡大できるものである。コーティング厚さは変動してもよいが、2〜500マイクロメートル(乾燥厚さ)、好ましくは約10〜250マイクロメートルのコーティング厚さが企図される。
基材は、使用される具体的な用途に応じて選択される。例えば、接着剤は、シート製品(例えば、装飾用の図柄及び反射製品)、ラベルストック、及びテープ裏材に塗布することができる。加えて、接着剤は、他の基材又は物体をパネル又は窓に接着することができるように自動車用パネル、又はガラス窓などの基材上に直接塗布することもできる。
接着剤は、接着剤転写テープの形態で提供することもでき、このようなテープでは、後に永久基材上に塗布するために、接着剤の層が剥離ライナー上に少なくとも1層、配置される。接着剤は、接着剤が永久裏材上に配置された、1重コート又は2重コートされたテープとして提供することもできる。
Figure 0006203429
試験方法:
90°角度剥離接着強度試験
IMASS SP−200 SLIP/PEEL TESTER(IMASS,Inc.(Accord MA)から入手可能)を用いて、90°の角度で、305mm/分(12インチ/分)の剥離速度にて、ASTM国際規格D3330方法Fで説明される手順により、剥離接着強度を測定した。ステンレス鋼又はソーダ石灰ガラスのいずれかの試験パネルを、表2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き、手による重圧でパネルを8〜10回拭くことにより準備した。試験パネルを、溶媒で濡らした清潔なティッシュで、更に2回拭いた。洗浄したパネルを乾燥させた。接着剤テープを1.27cm×20cm(0.5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。各実施例につき2つのサンプルを試験し、平均値をOz/インチで表した。破壊モードを書き留め、貼着性(「COH」、すなわち、接着剤はテープ及び試験表面の両方に残留物を残して裂けた);接着性(「ADH」、すなわち、接着剤は試験表面からきれいに剥がれた);又は2−B 2−結合(「2−B」、すなわち、接着剤は裏材から剥がれた)として記録した。
Figure 0006203429
静的剪断強度試験
静的剪断強度を、23℃/50% RH(相対湿度)で500g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(0.5インチ×6インチ)のテープ試験サンプルを、3.8cm×5cm(1.5インチ×2インチ)のステンレス鋼(SS)パネルに、剥離接着試験で述べた、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だけ重ね合わせ、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室に掛けた。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破壊モードも書き留めた。
パーセントゲル試験
サンプルのパーセントゲル含有量は、ASTM国際規格、D3616−95に説明されるように判定した。直径63/64インチ(25mm)の円形の試験試料を、ポリマーをコーティングして硬化させたテープから打ち抜いた。この試料を1.5インチ(3.8cm)×1.5インチ(3.8cm)のメッシュバスケット内に入れた。試料を含むバスケットを、0.1mg単位で計量し、サンプルを被覆するように十分なトルエンを含有する蓋付きの瓶に入れた。24時間後、バスケット(試料を含有する)を取り出し、排水し、120℃のオーブンに30分入れた。パーセントゲルは、元のサンプルに対する残存する未抽出の部分の重量%(「wt%」)を計算することによって判定した。試料と同じサイズのコーティングされていないポリエステル裏材のディスクを更に打ち抜いて秤量した。重量パーセントゲル(「wt%ゲル」)を以下の式に従って計算した。
Figure 0006203429
ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)による分子量判定
ゲル透過クロマトグラフィー(GPC、製造元:Waters Corporation(Milford,MA))を用いることにより、ポリマーサンプルの分子量及び多分散性(MW/MN)を特性評価した。この器具は、ポンプ(モデル番号1515)、オートサンプラー(モデル番号2707)、紫外線検出器(モデル番号2489)、及び屈折率検出器(モデル番号2414)からなる。乾燥ポリマーを1.0重量%でテトラヒドロフラン(THF)中に溶解することにより、ポリマーサンプル溶液を調製し、0.2ミクロンTeflonシリンジフィルタでろ過した。分子量の計算は、狭い分散度のポリスチレン(PS)分子量標準による較正を基に行われた。
ベースとなるPSAポリマー溶液の調製
PSAコポリマーを、3つのモノマーIOA、AA、及びVAZPIAでのラジカル重合により調製した。モノマーを30%(固体%)の濃度で、琥珀色の1パイントの細口瓶中で室温にて、反応溶媒(EtOAc)及び熱ラジカル反応開始剤(VAZO 67、固体全量の0.3重量%)と混合した。溶液を、室温にて10分間窒素ガスでパージすることにより脱気した。瓶の蓋をきつく閉め、Atlasロンダロメータ中に60℃で24〜48時間置いた。その後、この瓶を室温まで冷却し、ポリマー溶液を更なる評価に使用した。モノマー組成の詳細は表3に要約するとおりであった。
Figure 0006203429
(実施例1〜11)
前の節で調製される、ベースとなるPSAポリマー溶液(A、B、C、及びD)を、PSAコーティング溶液を調製するために使用した。実施例1、3、5、7溶液を、それぞれ、ベースとなるPSAポリマー溶液A、B、C、Dで、いずれの更なる処理も伴わずに作製した。実施例2、4、6、8もまた、それぞれ、ベースとなるPSAポリマーA、B、C、Dで作製したが、これらはベースとなるPSAポリマー溶液に添加された20pphのイソボルニルアクリレートと混合し、20分間紫外線照射した。実施例9、10、11は、ポリマーC(VAZPIA、2.5重量%)及び20pphイソボルニルアクリレートで作製したが、各サンプルに対する紫外線照射時間が異なり、実施例9、10、及び11について、それぞれ、5、10、及び60分間の照射時間であった。組成の詳細及び紫外線照射時間は表4に要約するとおりであった。
Figure 0006203429
実施例1〜実施例11の調製済み組成物の各々について、調製済み組成物を、6インチ(15cm)×25インチ(64cm)の細片のポリエステルフィルム裏材(HOSTAPHAN 3SAB)上へ、湿潤厚さ約15ミル(380μm)にナイフコーティングした。コーティングしたフィルムを、70℃に設定したオーブンで60分間乾燥させて、2ミル(51μm)の接着剤コーティング厚さを有するテープを得、対応するテープ実施例12〜22を得た。
全テープ(実施例12〜22)を23℃、50% RHで24時間調整し、その後、剪断強度及び90°の剥離接着について試験した。剪断試験結果及び接着データを、表5及び6にそれぞれ示す。
Figure 0006203429

COH=「貼着性」
Figure 0006203429

ADH=「接着性」
Figure 0006203429
本開示は、以下の実施形態を提供する。
1.式:
Figure 0006203429

(式中、
アクリルは、(メタ)アクリレートエステルモノマー単位を表し、下付き文字aは、0以外であり、
PI*は、ペンダント光開始剤基を有するモノマー単位の残基を表し、下付き文字bは、0以外であり、
極性は、極性官能基を有するモノマー単位を表し、下付き文字cは、0又は0以外であり、
その他は、他のモノマー単位を表し、下付き文字dは、0又は0以外であり、
高Tgは、高T基を表し、下付き文字eは、少なくとも1である。)の接着性コポリマー。
2.上記コポリマーが:
(a)重合化されたモノマー単位アクリル酸エステルモノマー70〜99重量部と、
(b)光開始剤基を有するモノマーに由来する重合化されたモノマー単位0.5〜10重量部と、
(c)重合化された極性モノマー単位0〜10重量部と、
(d)少なくとも1つの他のモノマーに由来する重合化されたモノマー単位0〜10重量部と、
(e)グラフト化された高Tモノマー単位1〜5重量部と、
を含み、上記モノマー単位の合計が100重量部である、実施形態1に記載の接着性コポリマー。
3.上記コポリマーが、1〜5重量部の酸官能性モノマー単位を含む、実施形態1又は2に記載の接着性コポリマー。
4.下付き文字eが、下付き文字bの2〜10倍である、実施形態1〜3のいずれか1つに記載の接着性コポリマー。
5.90〜95重量部のアクリレートエステルモノマーを含む、実施形態2〜4のいずれか1つに記載の接着性コポリマー。
6.上記高T基M高Tgが、重合化された高Tモノマーに由来する、実施形態1〜5のいずれか1つに記載の接着性コポリマー。
7.M高Tgが、高Tマクロマーである、実施形態1〜6のいずれか1つに記載の接着性コポリマー。
8.上記高Tマクロマーが、スチレンマクロマー、ポリ(メチルメタクリレート)マクロマー、又は高Tモノマーに由来するマクロマーである、実施形態7に記載の接着性コポリマー。
9.MPI*が、式:
Figure 0006203429

(式中、
は、−O−又は−NRであり、
は独立して、H又はC〜Cアルキルであり、
PIは、光開始剤基であり、
10は、(メタ)アクリロイル基を上記PI基と結合させる二価(ヘテロ)ヒドロカルビル連結基である。)のモノマーに由来する、実施形態1〜8のいずれか1つに記載の接着性コポリマー。
10.上記PI基が、α開裂型光開始剤基である、実施形態9に記載の接着性コポリマー。
11.上記コポリマーが、0.5〜10重量部の、光開始剤基を有するモノマーに由来する重合化されたモノマー単位、MPI*を含む、実施形態2〜10のいずれか1つに記載の接着性コポリマー。
12.上記高Tモノマーが、t−ブチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、s−ブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、フェニルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、3,3,5トリメチルシクロヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、N−オクチルアクリルアミド、及びプロピルメタクリレート、又はこれらの組み合わせから選択される、実施形態1〜11のいずれか1つに記載の接着性コポリマー。
13.上記モノマー単位の0.01〜10%が、グラフト化された高T基により置換されている、実施形態1〜12のいずれか1つに記載の接着性コポリマー。
14.上記グラフト化されたコポリマー中のグラフト化された高T基の重量%が、5〜30重量%である、実施形態1〜13のいずれか1つに記載の接着性コポリマー。
15.上記M高Tgモノマー単位の少なくとも10%が、少なくとも10の下付き文字eを有する、実施形態1〜14のいずれか1つに記載の接着性コポリマー。
16.ペンダント光開始剤基を有する(メタ)アクリレートコポリマーと、高Tモノマー又は高Tマクロマーと、を含む、重合性組成物。
17.上記ペンダント光開始剤基を有する(メタ)アクリレートコポリマーが、式:
[Mアクリル−[MPI−[M極性−[Mその他(式中、
アクリルは、(メタ)アクリレートエステルモノマー単位を表し、下付き文字aは、少なくとも1であり、
PIは、ペンダント光開始剤基を有するモノマー単位を表し、下付き文字bは、少なくとも1であり、
極性は、極性官能基を有するモノマー単位を表し、下付き文字cは、0又は0以外であり、
その他は、他のモノマー単位を表し、下付き文字dは、0又は0以外である。)のものである、実施形態16に記載の重合性組成物。
18.上記高Tマクロマーが、式:
X−(Y)−Z(式中、
Xは、重合性ビニル又はアクリレート基であり、
Yは、二価の連結基であり、nは、0又は1であり得、
Zは、T≧30℃を有する一価のポリマー部分である。)のものである、実施形態16又は17に記載の重合性組成物。
19.上記高Tマクロマーが、オリゴマースチレン、メチスチレン、ポリ(メチルメタクリレート)、及び高Tモノマーのマクロマーから選択される、実施形態16〜18のいずれか1つに記載の重合性組成物。
20.ペンダント光開始剤基を有する上記(メタ)アクリレートコポリマー70〜95重量%と、高Tモノマー5〜30重量%と、を含む、実施形態16〜19のいずれか1つに記載の重合性組成物。
21.MPIが、式:
Figure 0006203429

(式中、
は、−O−又は−NRであり、
は独立して、H又はC〜Cアルキルであり、
PIは、光開始剤基であり、
10は、(メタ)アクリロイル基を上記PI基と結合させる二価の(ヘテロ)ヒドロカルビル連結基である。)の共重合化されたモノマーを含む、実施形態16〜20のいずれか1つに記載の重合性組成物。
22.光開始剤モノマーMPIの上記光開始剤基が、α開裂型光開始剤基である、実施形態21に記載の重合性組成物。

Claims (12)

  1. 式:
    Figure 0006203429

    (式中、
    アクリルは、(メタ)アクリレートエステルモノマー単位を表し、下付き文字aは、0以外であり、
    PI*は、ペンダント光開始剤基を有するモノマー単位の残基を表し、下付き文字bは、0以外であり、
    極性は、極性官能基を有するモノマー単位を表し、下付き文字cは、0又は0以外であり、
    その他は、他のモノマー単位を表し、下付き文字dは、0又は0以外であり、
    高Tgは、高T モノマー又は高T マクロマーに由来する単位であり、下付き文字eは、少なくとも1である。)
    の接着性コポリマーであって、
    (a)アクリル酸エステルモノマーが重合化されたモノマー単位70〜99重量部と、
    (b)光開始剤基を有するモノマーに由来する重合化されたモノマー単位0.5〜10重量部と、
    (c)重合化された極性モノマー単位0〜10重量部と、
    (d)少なくとも1つの他のモノマーに由来する重合化されたモノマー単位0〜10重量部と、
    (e)前記(a)〜(d)のモノマー単位の合計100重量部に対して、少なくとも1重量部のグラフト化された高T モノマー又は高T マクロマー単位と、
    を含み、
    前記高T モノマー又は高T マクロマーは、M 高Tg から構成される高T 基が少なくとも30℃以上のガラス転移温度を有するように選択される、接着性コポリマー。
  2. 前記コポリマーが、1〜5重量部の酸官能性モノマー単位を含む、請求項1に記載の接着性コポリマー。
  3. 下付き文字eが、下付き文字bの2〜10倍である、請求項1に記載の接着性コポリマー。
  4. 90〜95重量部のアクリレートエステルモノマーを含む、請求項に記載の接着性コポリマー。
  5. 前記高T基M高Tgが、重合化された高Tモノマーに由来する、請求項1に記載の接着性コポリマー。
  6. 高Tgが、高Tマクロマーである、請求項1に記載の接着性コポリマー。
  7. 前記モノマー単位の0.01〜10%が、グラフト化された高T基により置換されている、請求項1に記載の接着性コポリマー。
  8. ペンダント光開始剤基を有する(メタ)アクリレートコポリマーと、高Tマクロマーと、を含み、
    前記高Tマクロマーが、
    式:X−(Y)−Z
    (式中、
    Xは、重合性ビニル又はアクリレート基であり、
    Yは、二価の連結基であり、nは、0又は1であり得、
    Zは、Tg≧30℃を有する一価のポリマー部分である。)
    のものである、重合性組成物。
  9. 前記ペンダント光開始剤基を有する(メタ)アクリレートコポリマーが、
    式:[Mアクリル−[MPI−[M極性−[Mその他
    (式中、
    アクリルは、(メタ)アクリレートエステルモノマー単位を表し、下付き文字aは、少なくとも1であり、
    PIは、ペンダント光開始剤基を有するモノマー単位を表し、下付き文字bは、少なくとも1であり、
    極性は、極性官能基を有するモノマー単位を表し、下付き文字cは、0又は0以外であり、
    その他は、他のモノマー単位を表し、下付き文字dは、0又は0以外である。)
    のものである、請求項に記載の重合性組成物。
  10. 前記高Tgマクロマーが、オリゴマースチレン、ポリ(メチルメタクリレート)、及び高Tモノマーのマクロマーから選択される、請求項に記載の重合性組成物。
  11. ペンダント光開始剤基を有する前記(メタ)アクリレートコポリマー70〜95重量%と、高T クロマー5〜30重量%と、を含み、前記高T マクロマーが高T モノマーのマクロマーである、請求項に記載の重合性組成物。
  12. PIが、
    式:
    Figure 0006203429

    (式中、
    は、−O−又は−NRであり、
    は独立して、H又はC〜Cアルキルであり、
    PIは、光開始剤基であり、
    10は、(メタ)アクリロイル基を前記PI基と結合させる二価の(ヘテロ)ヒドロカルビル連結基である。)
    の共重合化されたモノマーを含む、請求項に記載の重合性組成物。
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