JP6258565B1 - 水性感圧接着剤組成物 - Google Patents

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Abstract

エマルション組成物から形成された、ラテックス組成物の乾燥物である感圧接着剤が提供される。ラテックス組成物及びエマルション組成物も提供される。エマルション組成物は、種々のモノマーに加えて、当該モノマー中に溶解している(メタ)アクリレートポリマーを含有する液滴を有する。更に、感圧接着剤の層を含有する物品及び感圧接着剤を形成する方法も提供される。感圧接着剤は、多くの場合、高い剥離接着強度及び高い剪断強度(すなわち、高い凝集力又は高い剪断保持力)の両方を有する。【選択図】図1

Description

発明の詳細な説明
[関連出願の相互参照]
本出願は、2014年12月30日出願の米国特許仮出願第62/097784号の利益を主張するものであり、その開示の全体を参照により本明細書に援用する。
[技術分野]
感圧接着剤、当該感圧接着剤の形成に使用されるラテックス組成物、及び当該ラテックス組成物の形成に使用されるエマルション組成物が提供される。
[背景]
感圧接着剤(PSA)テープは、家庭及び職場の実質上至る所に存在する。最も単純な構成の一つでは、感圧テープは、支持体層と、当該支持体層に付着した接着剤層とを含む。Pressure−Sensitive Tape Councilによると、感圧接着剤は以下の特性を有することが知られている:(1)強力かつ永久的な粘着、(2)指圧以下の圧力による接着、(3)被着体に対する十分な保持力、及び(4)被着体からきれいに取り外すための十分な凝集力。PSAとして良好に機能することが判明している材料としては、必要な粘弾性特性を示し、粘着、剥離接着、及び剪断保持力の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。PSAは、室温(例えば、約20℃〜25℃)で通常粘着性であることを特徴とする。単に粘着性である材料、又は表面に接着する材料が必ずしもPSAを構成するとは限らず、PSAという用語は、更に粘弾特性を有する材料を包含する。
アクリル系感圧接着剤は広く使用されてきた。これらの感圧接着剤組成物は、有機溶媒ありでもなしでも調製できる。有機溶媒を含有するPSA組成物は、現在は市場の主流であるが、公害、高エネルギー消費、及び可燃性などの有機溶媒の使用に付随する様々な問題により、その重要度が低下している。すなわち、接着剤業界は、有機溶媒含有量が低いか又は有機溶媒を含まないかのいずれかの接着剤組成物に一層注目している。
いくつかのこのような接着剤組成物は、例えば、乳化重合によって形成された水性ラテックス組成物から調製できる。このような接着剤は、例えば、米国特許第5,686,518号(Fontenot et al.)、米国特許第6,710,128号(Helmer et al.)、米国特許第6,511,744号(Centner et al.)、米国特許第6,048,611号(Lu et al.)、米国特許第4,912,169号(Whitmire et al.)、米国特許第6,657,011号(Lau et al.)、米国特許第8,258,240号(Suzuki et al.)、及び米国特許出願公開第2010/0081764号(Ouzineb et al.)に記載されている。
[概要]
エマルション組成物から形成された、ラテックス組成物の乾燥生成物である、感圧接着剤が提供される。ラテックス組成物及びエマルション組成物も提供される。更に、感圧接着剤を含有する物品及び感圧接着剤を製造する方法も提供される。感圧接着剤は、特に低表面エネルギー基材に接着されたときに、室温(例えば、約20℃〜約25℃)及び高温(例えば、約70℃前後)のいずれでも剥離接着及び剪断強度(すなわち、凝集)の良好なバランスを有する。
第1の態様では、a)水と、b)フリーラジカル重合を起こし得る不飽和基を有する重合性界面活性剤と、c)第1のモノマー組成物と、d)第2の(メタ)アクリレートポリマーと、を含有するエマルション組成物が提供される。第1のモノマー組成物は、少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートを含む。第2の(メタ)アクリレートポリマーは、第1のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づいて、0.5〜15重量%の量で存在し、50℃以上のガラス転移温度を有する。第2の(メタ)アクリレートポリマーは、第2のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づいて少なくとも50重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートを含有する第2のモノマー組成物から形成され、上記環状アルキル基は少なくとも6個の炭素原子を有する。エマルション組成物は、水を含む第1相と、当該第1相内に液滴として分散している第2相と、を含有する。上記液滴は、i)少なくとも90重量%の第1のモノマー組成物と、ii)第2の(メタ)アクリレートポリマーとの混合物を含有する。第2の(メタ)アクリレートポリマーは、第1相と混和可能ではなく、液滴内の第1のモノマー組成物に溶解している。
第2の態様では、エマルション組成物の反応生成物(すなわち、重合生成物)を含有するラテックス組成物が提供され、上記ラテックス組成物は、ポリマーラテックス粒子を含有する。エマルション組成物は、上記と同じである。
第3の態様では、ラテックス組成物の乾燥物である感圧接着剤が提供される。ラテックス組成物は、エマルション組成物の反応生成物(すなわち、重合生成物)を含有し、当該ラテックス組成物は、ポリマーラテックス粒子を含有する。エマルション組成物は、上記と同じである。
第4の態様では、物品が提供される。物品は、基材と、当該基材の第1主面に隣接して配置された(かつ、直接的又は間接的に接着された)第1の感圧接着剤層と、を含有する。感圧接着剤層は、ラテックス組成物の乾燥物である。ラテックス組成物は、エマルション組成物の反応生成物(すなわち、重合生成物)を含有し、上記ラテックス組成物は、ポリマーラテックス粒子を含有する。エマルション組成物は、上記と同じである。
第5の態様では、感圧接着剤の製造方法が提供される。当該方法は、a)上記のエマルション組成物を形成することと、b)エマルション組成物を重合して、ポリマーラテックス粒子を含むラテックス組成物を形成することと、c)ラテックス組成物を乾燥して、感圧接着剤を形成することと、を含む。
実施例1のポリマーラテックス粒子で、第2加熱(2H)サイクルから得られた変調示差走査熱量測定のプロットである。熱流量は、窒素雰囲気下での温度の関数としてプロットされている。 実施例2のポリマーラテックス粒子で、第2加熱(2H)サイクルから得られた変調示差走査熱量測定のプロットである。熱流量は、窒素雰囲気下での温度の関数としてプロットされている。
[詳細な説明]
エマルション組成物から形成された、ラテックス組成物の乾燥物である感圧接着剤が提供される。ラテックス組成物及びエマルション組成物も提供される。エマルション組成物は、主に水である第1相中に懸濁している液滴を有する。液滴は、種々のモノマーに加えて、当該モノマー中に溶解している(メタ)アクリレートポリマーを含有する。エマルション組成物中の液滴の内容物が重合されて、ラテックス組成物中にポリマーラテックス粒子を形成する。感圧接着剤は、ラテックス組成物を乾燥することによって提供される。更に、感圧接着剤の層を含有する物品及び感圧接着剤を製造する方法も提供される。
感圧接着剤は、特に低表面エネルギー表面に接着されたときに、剥離強度と剪断強度(すなわち、凝集力又は剪断保持力)との間に良好なバランスを有することが多い。この接着剤特性の良好なバランスを有する感圧接着剤を製造することは困難となり得る。剥離強度の増大は、多くの場合、剪断強度の低下を伴うが、剪断強度の増大は、多くの場合、剥離強度の低下を伴う。エマルション組成物への第2の(メタ)アクリレートポリマーの添加は、剥離強度と剪断強度との間のバランスが改善された感圧接着剤の形成に寄与する。すなわち、良好な剥離強度を維持しながら(又は剥離強度を過度に犠牲にすることなく)剥離強度が改善される可能性があり、良好な剪断強度を維持しながら(又は剪断強度を過度に犠牲にすることなく)剥離強度が改善される可能性がある。
本明細書で使用するとき、用語「ポリマー」及び「重合体」及び「ポリマー材料」は、互換的に使用され、ホモポリマー、コポリマー、ターポリマーなどを指す。
本明細書で使用するとき、用語「(メタ)アクリレート」は、メタクリレートモノマー及びアクリレートモノマーの両方、これらのモノマーから誘導されたポリマー材料、又はその両方を指す。同様に、用語「(メタ)アクリル」とは、アクリル材料及びメタクリル材料の両方を指し、用語「(メタ)アクリルアミド」は、アクリルアミド及びメタクリルアミドの両方を指し、用語「(メタ)アクリロニトリル」は、メタクリロニトリル及びアクリロニトリルの両方を指す。
本明細書で使用するとき、用語「(メタ)アクリレートポリマー」は、1つ以上のエチレン性不飽和モノマーから形成されるポリマー材料であって、上記モノマーの50重量%超が式
C=CR−(CO)−(式中、Rは水素又はメチルであり、−(CO)−はカルボニル基である。)の(メタ)アクリロイル基であるエチレン性不飽和基を有するポリマー材料を指す。いくつかの例の(メタ)アクリレートポリマーは、60重量%超、70重量%超、80重量%超、90重量%超、95重量%超、98重量%超、又は99重量%超のモノマーが(メタ)アクリロイル基を有するモノマー組成物から形成される。重量%は、(メタ)アクリレートポリマーの形成に使用されたモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づく。
用語「ガラス転移温度」又は「T」は、材料がガラス様状態からゴム様状態へと変化する温度を指す。この文脈において、用語「ガラス様」は、その材料が硬く脆い(したがって、比較的容易に割れる)ことを意味し、用語「ゴム様」は、その材料が弾性かつ可撓性であることを意味する。ポリマー材料の場合、Tは、そのガラス様挙動とゴム様挙動とを分ける限界温度である。ポリマー材料がそのTよりも低い温度にある場合、材料は本質的に凝固しているため、大規模な分子運動は厳しく制限される。他方、ポリマー材料がそのTを上回る温度にある場合、その繰り返し単位規模での分子運動が起こり、柔軟又はゴム様になることができる。本明細書において、モノマーのTへのいかなる言及も、そのモノマーから形成されたホモポリマーのTを指す。ポリマー材料のガラス転移温度は、示差走査熱量測定(例えば、変調示差走査熱量測定)などの方法を使用して測定されることが多い。別の方法としては、ポリマー材料のガラス転移は、ポリマー材料の形成に使用した各モノマーの量及びTが既知であれば、Fox式を使用して計算できる。
ある範囲に言及するとき、範囲の端点はその範囲内であるとみなされる。例えば、「xからyまでの範囲」、「x〜yの範囲」、「xからyまでの量」、「x〜yの量」の表現、又はそれに類似した表現は、両端のx及びyを含む。
本明細書で使用するとき、用語「及び/又は」、例えばA及び/又はBという表現において、Aのみ、Bのみ、又はA及びBの両方を意味する。
ラテックス組成物の形成、及び最終的には感圧接着剤の形成に使用されるエマルション組成物は、a)水と、b)フリーラジカル重合反応を起こし得る不飽和基(例えば、エチレン性不飽和基)を有する重合性界面活性剤と、c)第1のモノマー組成物と、d)第2の(メタ)アクリレートポリマーと、を含有する。エマルションは、水を含む第1相と、当該第1相内に液滴として分散している第2相とを有する。重合性界面活性剤は、典型的には、主に(例えば、少なくとも95重量%以上、少なくとも97重量%、少なくとも98重量%、少なくとも99重量%、少なくとも99.5重量%、少なくとも99.8重量%、又は少なくとも99.9重量%)、第1相中及び/又は液滴と第1相との間の境界面に存在する。第2の(メタ)アクリレートポリマーは、エマルション組成物の第2相の液滴内で第1のモノマー組成物のモノマー中に溶解している。第2の(メタ)アクリレートポリマーは、典型的には、エマルション組成物の第1相と混和可能ではない。第2の(メタ)アクリレートポリマーは、エマルション組成物に含有される第1のモノマー組成物とは異なる第2のモノマー組成物から形成される。
エマルション組成物の主要構成成分は水である。エマルション組成物の固体比率は、多くの場合、最大70重量%以上、例えば、最大75重量%である。固体比率がそれよりも高い場合、エマルションの粘度が高くなりすぎて、液滴が十分に分散しない場合がある。いくつかの実施形態において、固体比率は、最大65重量%、最大60重量%、最大55重量%、又は最大50重量%である。固体比率は、典型的には、少なくとも10重量%である。固体がそれよりも少ない場合、ラテックス粒子の調製効率が許容できないほど低くなる場合がある。いくつかの実施形態において、固体比率は、少なくとも15重量%、少なくとも20重量%、少なくとも25重量%、少なくとも30重量%、少なくとも35重量%、少なくとも40重量%、又は少なくとも45重量%である。いくつかの実施例において、固体比率は、10〜75重量%、10〜70重量%、20〜70重量%、30〜70重量%、40〜70重量%、又は40〜60重量%の範囲である。固体比率は、エマルション組成物の総重量に基づく。
エマルション組成物のうち固体でない部分は、典型的には水である。したがって、エマルションの含水量は、多くの場合、少なくとも25重量%又は少なくとも30重量%である。いくつかの実施形態において、含水量は、最大90重量%、最大85重量%、最大80重量%、最大75重量%、最大70重量%、最大65重量%、最大60重量%、又は最大55重量%であり得る。含水量は、少なくとも35重量%、少なくとも40重量%、少なくとも45重量%、又は少なくとも50重量%であり得る。いくつかの実施例において、含水量は、25〜90重量%、30〜90重量%、30〜80重量%、30〜70重量%、30〜60重量%、又は40〜60重量%の範囲である。水の量は、エマルション組成物の総重量に基づく。
水の一部は、極性溶媒のような水混和性の極性有機溶媒と交換可能である。存在する場合、第1相の20重量%以下、15重量%以下、10重量%以下、又は5重量%以下が、水混和性の極性有機溶媒である。極性溶媒は、多くの場合、1〜10個の炭素原子、1〜6個の炭素原子、又は1〜4個の炭素原子を有するアルコールなどのアルコールである。多くの実施形態において、水混和性極性有機溶媒は、エマルション組成物に意図的に添加されないが、他の構成成分のうちの1つに汚染物質又は希釈剤として存在することがある。
エマルション組成物は、重合性界面活性剤を含有する。本明細書で使用するとき、用語「重合性界面活性剤」は、重合性基を有する界面活性剤を指し、当該重合性基は、フリーラジカル重合反応を起こし得る不飽和基である。エマルション組成物において、重合性界面活性剤は、典型的には、第1相中及び/又は第1相と第1相中に懸濁している液滴との間の境界面に存在する。重合性界面活性剤は、良好な安定性を有するラテックス組成物の形成を促進する(例えば、ポリマーラテックス粒子は懸濁したままで、合着しない)。重合性界面活性剤は、エマルション組成物の重合反応の間に、ポリマーラテックス粒子の一部となり得る。
重合性基のない界面活性剤ではなく重合性界面活性剤を使用することで、得られる感圧接着剤の剥離強度及び剪断強度が改善される傾向がある。高湿条件下では、重合性基のない界面活性剤は、感圧接着剤の表面に移行する傾向がある。感圧接着剤の表面に界面活性剤が存在すると、感圧接着剤の接着剤特性が低下し得る。対照的に、重合性界面活性剤は、第1のモノマー組成物中のモノマーと重合して、ポリマーラテックス粒子の一部となり得る。ポリマーラテックス粒子への重合は、界面活性剤の可動性を制限する傾向がある。
重合性界面活性剤の例としては、プロペニルポリオキシエチレンアルキルフェニル化合物、例えば、Montello、Inc.(Tulsa,OK,USA)から商品名NOIGEN RN(例えば、RN−10、RN−20、RN−30、RN−40、及びRN−5065)で市販されているものが挙げられ、この化合物は、下記の構造を有し、式中、nは少なくとも2であり、xは9に近いか又は等しい整数などの整数である。

その他の例の重合性界面活性剤としては、プロペニルポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸アンモニウム化合物、例えば、Montello,Inc.から商品名HITENOL BC(例えば、BC−10、BC−1025、BC−20、BC−2020、及びBC−30)で市販されているものが挙げられ、この化合物は、下記の構造を有し、式中、nは少なくとも2であり、xは9に近いか又は等しい整数などの整数である。

別の例の重合性界面活性剤は、ドデシルアリルスルホコハク酸ナトリウム
CH−(CH11−O−(CO)−CH−CH(SONa)−(CO)−O−CH−CH=CHであり、これは、商品名TREM LF40でCognis Corporation(North Rhime−Westphalia,Germany)から市販されている場合がある。更に別の例の重合性界面活性剤は、リン酸エステル、例えば、Croda(Edison,NY,USA)から商品名MAXENUL(例えば、MAXEMUL 6106及び6112)で市販されているものなどである。
重合性界面活性剤は、典型的には、最大約2重量%、最大1.8重量%、又は最大1.5重量%の量で使用される。重合性界面活性剤の量は、通常、少なくとも0.5重量%、少なくとも0.7重量%、又は少なくとも1重量%である。重量%は、第1のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づく。
エマルション組成物は、第1のモノマー組成物を含有する。第1のモノマー組成物は、典型的には、第1のモノマー組成物の重合生成物(これを「第1の(メタ)アクリレートポリマー」と呼ぶ)が、20℃以下、10℃以下、0℃以下、−10℃以下、又は−20℃以下のガラス転移温度を有するように選択される。
エマルション組成物中の第1のモノマー組成物は、典型的には、少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートを含む。多くの実施形態において、その他の任意選択のモノマーは、重合生成物が十分に低いガラス転移温度を有するという条件で、含まれてもよい。任意選択のモノマーの量及び種類は、第1のモノマー組成物中のモノマーのうちの少なくとも90重量%が、エマルション組成物の第1相に分散している液滴内にあるように選択される。少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートモノマーは、第1相中での溶解度が低い可能性が高く、大部分(例えば、少なくとも95重量%以上、少なくとも97重量%、少なくとも98重量%、少なくとも99重量%、少なくとも99.5重量%、少なくとも99.8重量%、又は少なくとも99.9重量%)が液滴内にある可能性が高く、当該液滴は第1相中に分散している。任意選択の極性モノマー又はその他の任意選択のモノマーが、少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートモノマーよりも疎水性が低い第1のモノマー組成物に含まれる場合、これらの任意選択のモノマーの水中(例えば、第1相中)での溶解度は、少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートモノマーと比べて大きい。液滴内で重合が起こると、第1相中の上記任意選択モノマーの一部が液滴内に拡散し、形成されるポリマーラテックス粒子の一部になる場合がある。
第1のモノマー組成物中のアルキル(メタ)アクリレートは、少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有する。6個未満の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートモノマーは、疎水性がより低く、主に液滴内に存在する可能性がより低い。いくつかの実施形態において、アルキル基は、少なくとも8個の炭素原子、少なくとも10個の炭素原子、又は少なくとも12個の炭素原子を有し得る。アルキル(メタ)アクリレートのアルキル基は、最大28個以上の炭素原子、最大24個の炭素原子、最大20個の炭素原子、又は最大18個の炭素原子を有し得る。多くの実施形態において、特に炭素原子の数が12個を超える場合、アルキル基は分枝鎖である。12個を超える炭素原子のアルキル基を有するいくつかのアルキル(メタ)アクリレートは、アルキル基が直鎖の場合に結晶化する可能性がある。アルキル(メタ)アクリレートの結晶化は、エマルション組成物において望ましくない。
第1のモノマー組成物に使用するための、少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートモノマーの例としては、限定するものではないが、n−へキシルアクリレート、4−メチル−2−ペンチルアクリレート、3−メチルペンチルアクリレート、2−エチルブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、2−メチルヘキシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、2−オクチルアクリレート、イソノニルアクリレート、イソアミルアクリレート、n−デシルアクリレート、イソデシルアクリレート、2−プロピルヘプチルアクリレート、イソトリデシルアクリレート、イソステアリルアクリレート、2−オクチルデシルアクリレート、ラウリルアクリレート、ヘプタデカニルアクリレート、n−へキシルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、イソオクチルメタクリレート、及びラウリルメタクリレートが挙げられる。
更にその他の、第1のモノマー組成物に使用するための少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートは、式(I)のものである。

式(I)において、R基は水素又はメチルであり、R及びR基はそれぞれ独立して、4〜14個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基である。これらのモノマーは、多くの場合、2−アルキルアルカノールであるゲルベアルコールから形成される。式(I)のモノマーの例としては、2−ブチルオクチルアクリレート、2−ブチルデシルアクリレート、2−へキシルオクチルアクリレート、2−へキシルデシルアクリレート、2−テトラデシルオクタデシルアクリレート、2−ドデシルヘキサデシルアクリレート、2−デシルテトラデシルアクリレート、2−オクチルドデシルアクリレート、2−へキシルデシルアクリレート、2−オクチルデシルアクリレート、2−へキシルドデシルアクリレート、及び2−オクチルドデシルアクリレートが挙げられる。
第1のモノマー組成物は、典型的には、少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートを、少なくとも50重量%含有する。第1のモノマー組成物は、多くの場合、少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートを、少なくとも60重量%、少なくとも70重量%、又は少なくとも80重量%含有する。少なくとも6個の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートの量は、最大100重量%であることができる。第1のモノマー組成物は、多くの場合、少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートを、最大95重量%、最大90重量%、又は最大85重量%含有する。いくつかの実施形態において、アルキル(メタ)アクリレートの量は、50〜100重量%の範囲、50〜95重量%の範囲、60〜95重量%の範囲、70〜95重量%の範囲、又は75〜90重量%の範囲である。アルキル(メタ)アクリレートの量は、第1のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づく。
多くの実施形態において、少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートは、第1のモノマー組成物内の任意選択の環状アルキル(メタ)アクリレートと組み合わせられる。本明細書で使用するとき、用語「環状アルキル」は、単環式アルキル、二環式アルキル、又は三環式アルキル基を指す。環状アルキル(メタ)アクリレートモノマーの例としては、限定するものではないが、イソボルニル(メタ)アクリレート、3,3,5−トリメチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、3,5−ジメチルアダマンチル(メタ)アクリレート、及び4−tert−ブチルシクロへキシル(メタ)アクリレートが挙げられる。
これらの環状アルキル(メタ)アクリレートのいくつかは、高いガラス転移温度(例えば、少なくとも80℃)を有し、第1のモノマー組成物の重合生成物が20℃以下のガラス転移温度を有するように、十分に少ない量で使用しなければならない。環状アルキル(メタ)アクリレートの存在は、第1のモノマー組成物内での第2の(メタ)アクリレートポリマーの溶解度を増大する可能性がある。任意選択の環状アルキル(メタ)アクリレートを含有する多くの実施形態において、第1のモノマー組成物は、少なくとも0.5重量%、少なくとも1重量%、少なくとも2重量%、少なくとも5重量%、又は少なくとも10重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートを含有する。環状アルキル(メタ)アクリレートの量は、最大30重量%、最大25重量%、最大20重量%、又は最大15重量%であることができる。例えば、第1のモノマー組成物中の環状アルキル(メタ)アクリレートの量は、0〜30重量%、1〜30重量%、0〜20重量%、1〜20重量%、又は5〜20重量%の範囲であることができる。環状アルキル(メタ)アクリレートの重量%は、第1のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づく。
第1のモノマー組成物は、任意選択の酸含有モノマー(すなわち、酸性基を有するモノマー)又は任意選択のヒドロキシル含有モノマー(すなわち、ヒドロキシル基を有するモノマー)などの極性モノマーを任意に含み得る。これらの任意選択のモノマーは、最終的なポリマー材料の凝集力を増大するために添加できる。好適な任意選択の酸含有モノマーとしては、限定するものではないが、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、2−カルボキシエチルアクリレート、クロトン酸、シトラコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸(加水分解して2個のカルボンサン基を有する)、オレイン酸、及びモノ−2−アクリロイルオキシエチルサクシネートが挙げられる。好適な任意選択のヒドロキシル含有モノマーとしては、限定するものではないが、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、及び4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート)、又はヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミド(例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド又は3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリルアミド)が挙げられる。多くの実施形態において、極性モノマーは酸性モノマーである。多くの実施形態において、任意選択の極性モノマーは、(メタ)アクリロイル基を有する。第1のモノマー組成物は、典型的には、0〜15重量%、0.5〜15重量%、1〜15重量%、0〜10重量%、0.5〜10重量%、1〜10重量%、0〜5重量%、0.5〜5重量%、又は1〜5重量%の任意選択の極性モノマーを含有する。使用される任意選択の極性モノマーの量は、第1のモノマー組成物中のモノマーのうちの少なくとも85重量%が第2相の液滴内にあるように選択される。重量%は、第1のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づく。
第1のモノマー組成物は、任意に、1〜5個の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートを最大20重量%含有し得る。アルキル基は、直鎖又は分枝鎖であり得る。1〜5個の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートを上記よりも多量に使用した場合、第1のモノマー組成物全体のうち、液滴中ではなく第1相中に存在するものが多くなりすぎる。多くの実施形態において、1〜5個の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートの量は、15重量%以下、10重量%以下、又は5重量%以下の量で存在する。いくつかの実施形態において、1〜5個の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートは存在しない。その他の実施形態において、第1のモノマー組成物は、1〜5個の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートを、少なくとも0.5重量%、少なくとも1重量%、少なくとも2重量%、又は少なくとも5重量%含有し得る。1〜5個の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートの量は、通常、0〜20重量%、1〜20重量%、5〜20重量%、10〜20重量%、0〜15重量%、1〜15重量%、5〜15重量%、0〜10重量%、1〜10重量%、0〜5重量%、又は1〜5重量%の範囲である。アルキル(メタ)アクリレートの量は、第1のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づく。
第1のモノマー組成物は、50〜100重量%の少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートと、0〜30重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと、0〜20重量%の1〜5個の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートと、0〜15重量%の極性モノマーと、を含有し得る。いくつかの実施例において、第1のモノマー組成物は、60〜98重量%の少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートと、1〜25重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと、0〜15重量%の1〜5個の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートと、1〜15重量%の極性モノマーと、を含有する。いくつかの実施例において、第1のモノマー組成物は、70〜98重量%の少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートと、1〜20重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと、0〜10重量%の1〜5個の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートと、1〜10重量%の極性モノマーと、を含有する。
他の実施例において、第1のモノマー組成物は、60〜98重量%の少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートと、1〜30重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと、1〜10重量%の極性モノマーと、を含有する。例えば、第1のモノマー組成物は、70〜98重量%の少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートと、1〜20重量%の環状(メタ)アクリレートと、1〜10重量%の(メタ)アクリル酸のような極性モノマーと、を含有する。
エマルション組成物は、第1相中に分散している液滴を有する。エマルション組成物を重合してラテックス組成物を形成する前に、液滴は、液滴中にある第1のモノマー組成物の構成成分中に溶解している第2の(メタ)アクリレートポリマーの溶液を含有する。典型的には、第1のモノマー組成物中のモノマーのうちの少なくとも90重量%は、エマルションの液滴内にあり、第1の組成物のモノマーのうちの10重量%以下がエマルション組成物の第1相内にある。極性モノマー又は少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖若しくは分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートよりも疎水性が低いその他のモノマーは、液滴及び第1相の両方に分配され得る。重合が進むにつれて、第1相中のこれらの極性モノマー又は疎水性がより低いモノマーのいずれかは、液滴中に拡散して、ポリマーラテックス粒子の一部となり得る。いくつかの実施形態において、第1のモノマー組成物中のモノマーのうち、少なくとも92重量%、少なくとも95重量%、少なくとも98重量%、又は少なくとも99重量%のモノマーが、エマルション組成物の液滴内にある。
第2の(メタ)アクリレートポリマーは、エマルション組成物の液滴内の第1のモノマー組成物中に溶解することができるように、かつ第1相と混和可能ではないように、選択される。第2の(メタ)アクリレートポリマーは、液滴内での第1のモノマー組成物の構成成分による溶解の前に形成される。第2の(メタ)アクリレートポリマーは、エマルション組成物の第1相内での安定な液滴の形成を促進する。
第2の(メタ)アクリレートポリマーは、典型的には、第2のモノマー組成物から形成される。第2のモノマー組成物は、第1のモノマー組成物中に溶解し得る第2の(メタ)アクリレートポリマーを提供するように選択される。第2のモノマー組成物は、第1のモノマー組成物と同一ではない。更に、多くの場合、第2の(メタ)アクリレートポリマーは、エマルション組成物内の液滴全体にかなり均一に分配されることが望ましい。すなわち、多くの場合、第2の(メタ)アクリレートポリマー及び第1のモノマー組成物の重合によって形成されたポリマー材料(すなわち、第1の(メタ)アクリレートポリマー)はいずれも、その組成が同一でなくても、得られるポリマーラテックス粒子全体にかなり均一に分配されることが望ましい。第1の(メタ)アクリレートポリマー及び第2の(メタ)アクリレートポリマーは、同じラテックス粒子内にある。
第2のモノマー組成物は、示差走査熱量測定(例えば、変調示差熱量測定)を使用して測定したときに、少なくとも50℃のガラス転移温度を有する第2の(メタ)アクリレートポリマーを提供するように選択される。例えば、ガラス転移温度は、少なくとも60℃、少なくとも70℃、少なくとも80℃、少なくとも90℃、又は少なくとも100℃である。ガラス転移温度は、最大250℃、最大200℃、又は最大175℃であり得る。多くの場合、ガラス転移温度は、150℃以下、140℃以下、130℃以下、又は120℃以下である。
第2のモノマー組成物は、通常、第2のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づいて少なくとも50重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートを含み、当該環状基は少なくとも6個の炭素原子を有する。例えば、環状基は、最大12個の炭素原子、最大10個の炭素原子、又は最大8個の炭素原子を有し得る。環状アルキル(メタ)アクリレートモノマーの例としては、限定するものではないが、イソボルニル(メタ)アクリレート、3,3,5−トリメチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、3,5−ジメチルアダマンチル(メタ)アクリレート、及び4−tert−ブチルシクロへキシル(メタ)アクリレートが挙げられる。
多くの実施形態において、環状アルキル(メタ)アクリレートは、ホモポリマーとして重合したときに少なくとも80℃のガラス転移温度を有する。好適なモノマーとしては、限定するものではないが、イソボルニル(メタ)アクリレート、3,3,5−トリメチルシクロヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、3,5−ジメチルアダマンチルアクリレート、及び4−tert−ブチルシクロへキシルメタクリレートが挙げられる。
環状アルキル(メタ)アクリレートは、第2のモノマー組成物中の唯一のモノマーであることができ、又は1)得られる第2の(メタ)アクリレートポリマーが、示差走査熱量測定(例えば、変調示差熱量測定)を使用して測定したときに、少なくとも50℃に等しいガラス転移温度を有すること、2)得られる第2の(メタ)アクリレートポリマーが、第1のモノマー組成物中に溶解し得ること、及び3)第2の(メタ)アクリレートがエマルション組成物の液滴内に残り、エマルション組成物の第1相と混和可能ではないこと、を条件として、他の任意選択のモノマーと組み合わせることができる。上記の任意選択のモノマーとしては、例えば、極性モノマー、直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロニトリル、N−アルキル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジアルキル(メタ)アクリルアミド、及び(メタ)アクリロイル基を有さないビニルモノマーが挙げられる。
第2のモノマー組成物は、任意選択の酸含有モノマー(すなわち、酸性基を有するモノマー)又は任意選択のヒドロキシル含有モノマー(すなわち、ヒドロキシル基を有するモノマー)などの極性モノマーを任意に含み得る。好適な任意選択の酸含有モノマーとしては、限定するものではないが、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、2−カルボキシエチルアクリレート、クロトン酸、シトラコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸(加水分解して2個のカルボン酸基を有する)、オレイン酸、及びモノ−2−アクリロイルオキシエチルサクシネートが挙げられる。好適な任意選択のヒドロキシル含有モノマーとしては、限定するものではないが、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、及び4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート)、又はヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミド(例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド又は3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリルアミド)が挙げられる。多くの実施形態において、任意選択の極性モノマーは、(メタ)アクリロイル基を有する。多くの実施形態において、任意選択の極性モノマーは、(メタ)アクリル酸である。第2のモノマー組成物は、典型的には、0〜10重量%、1〜10重量%、0〜5重量%、又は1〜5重量%の任意選択の酸含有モノマー及び/又は任意選択のヒドロキシル含有モノマーを含有する。重量%の値は、第2のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づく。
第2のモノマー組成物は、任意に、直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートを含み得る。モノマーの例としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、n−ペンチル(メタ)アクリレート、イソペンチル(メタ)アクリレート、2−メチルブチル(メタ)アクリレート、n−へキシル(メタ)アクリレート、4−メチル−2−ペンチル(メタ)アクリレート、2−メチルヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、2−オクチル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、n−デシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、2−プロピルヘプチル(メタ)アクリレート、イソトリデシル(メタ)アクリレート、及びラウリル(メタ)アクリレートが挙げられる。アルキルメタクリレートの量は、多くの場合、第2の(メタ)アクリレートポリマーの所望のガラス転移温度によって制限される。
第2のモノマー組成物に使用するためのその他の好適な任意選択のモノマーとしては、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロニトリル、1〜10個の炭素原子(例えば、2〜10個の炭素原子又は4〜10個の炭素原子)を有するアルキル基を有するN−アルキル(メタ)アクリルアミド、例えば、N−オクチルアクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド若しくはN−tert−ブチルアクリルアミド、又は1〜10個の炭素原子(例えば、1〜6個の炭素原子又は1〜4個の炭素原子)を有するアルキル基を有するN,N−ジアルキル(メタ)アクリルアミド、例えば、N,N−ジメチルアクリルアミドが挙げられる。
得られる第2の(メタ)アクリレートポリマーとエマルション組成物中の第1のモノマー組成物との間に好適な相溶性があること、及び第2の(メタ)アクリレートポリマーがエマルション組成物の液滴内に溶解できることを条件として、更に他の任意選択のモノマーが第2のモノマー組成物に含まれてもよい。その他の任意選択のモノマーの例としては、種々のビニルモノマーが挙げられ、そのビニル基は(メタ)アクリロイル基ではない。任意選択のビニルモノマーとしては、例えば、酪酸ビニルのようなビニルエステル、並びにN−ビニルピロリドン及びN−ビニルカプロラクタムのような種々のビニル非芳香族複素環式モノマーが挙げられる。
架橋性モノマーは、典型的には、第2のモノマー組成物に含まれない。架橋(メタ)アクリレートポリマーは、第1のモノマー組成物に溶解しにくいと考えられる。多くの実施形態において、第2のモノマー組成物は、芳香族モノマー(すなわち、スチレンモノマー又はアリール(メタ)アクリレートなどの芳香族基を有するモノマー)を含有しない。
多くの実施形態において、第2のモノマー組成物は、50〜100重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと、0〜50重量%の任意選択のモノマー(例えば、極性モノマー、直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート、及び(メタ)アクリロイル基を有さないビニルモノマー、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロニトリル、N−アルキル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジアルキル(メタ)アクリルアミド、及びこれらの混合物から選択されるもの)と、を含む。例えば、第2のモノマー組成物は、60〜100重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと0〜40重量%の任意選択のモノマー、70〜100重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと0〜30重量%の任意選択のモノマー、80〜100重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと0〜20重量%の任意選択のモノマー、90〜100重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと0〜10重量%の任意選択のモノマー、90〜99重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと1〜10重量%の任意選択のモノマー、95〜100重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと0〜5重量%の任意選択のモノマー、又は95〜99重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと1〜5重量%の任意選択のモノマーを含み得る。重量%は、第2のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づく。
いくつかのより具体的な実施形態において、第2のモノマー組成物は、1)50〜100重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと、2)0〜50重量%の、直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート、及び(メタ)アクリロイル基を有さないビニルモノマー、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロニトリル、N−アルキル(メタ)アクリルアミド、及びN,N−ジアルキル(メタ)アクリルアミドから選択される第2のモノマーと、3)0〜10重量%の極性モノマーと、を含有する。例えば、第2のモノマー組成物は、1)50〜99重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと、2)0〜50重量%の第2のモノマーと、3)1〜10重量%の極性モノマー;又は1)50〜99重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと、2)0〜40重量%の第2のモノマーと、3)1〜10重量%の極性モノマー;又は1)70〜99重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと、2)0〜20重量%の第2のモノマーと、3)1〜10重量%の極性モノマーと、を含有する。
いくつかの特定の実施形態において、第2のモノマー組成物は、90〜99重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと1〜10重量%の極性モノマー、95〜100重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと0〜5重量%の極性、又は95〜99重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと1〜5重量%の極性、を含有する。重量%は、第2のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づく。多くの実施形態において、極性モノマーは、例えば、(メタ)アクリル酸のような酸含有モノマーである。
第2のモノマー組成物に加えて、第2の(メタ)アクリレートポリマーを形成するために使用される重合性組成物は、多くの場合、連鎖移動剤を含有する。連鎖移動剤は、第2の(メタ)アクリレートポリマーの分子量を制御するために使用される。有用な連鎖移動剤の例としては、限定するものではないが、四臭化炭素、アルコール(例えば、エタノール及びイソプロパノール)、チオール(例えば、ラウリルメルカプタン、ブチルメルカプタン、エタンチオール、イソオクチルチオグリコレート、2−エチルヘキシルチオグリコレート、2−エチルヘキシルメルカプトプロピオネート、エチレングリコールビスチオグリコレート)、及びこれらの混合物が挙げられる。多くの実施形態において、好ましい連鎖移動剤は、イソオクチルチオグリコレート(IOTG)、四臭化炭素、tert−ドデシルメルカプタン(TDDM)、又はn−ドデシルメルカプタンである。任意選択の連鎖移動剤の量は、多くの場合、第2のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づいて、0〜5重量%の範囲である。存在する場合、連鎖移動剤は、少なくとも0.01重量%、少なくとも0.02重量%、少なくとも0.05重量%、又は少なくとも0.1重量%の量で使用されることが多い。当該量は、最大5重量%、最大3重量%、最大2重量%、最大1重量%、又は最大0.5重量%であり得る。
その他の任意選択の構成成分を、第2のモノマー組成物と共に、高い第2の(メタ)アクリレートポリマーを形成するために使用される重合性組成物に添加してもよい。例えば、重合性組成物は、阻害剤及び/又は酸化防止剤を含み得る。好適な阻害剤及び/又は酸化防止剤としては、限定するものではないが、ヒドロキノンのモノメチルエーテル(MEQH)及びペンタエリスリトールテトラキス(3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート)(これは、BASF(Florham Park,NJ,USA)から商品名IRGANOX 1010で市販されている)が挙げられる。
第2の(メタ)アクリレートポリマーを形成するために使用される重合性組成物は、典型的には、モノマーの重合を開始するためのフリーラジカル開始剤を含む。フリーラジカル開始剤は、光開始剤又は熱開始剤であることができる。フリーラジカル開始剤は、典型的には、第2のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づいて最大5重量%の量で存在する。いくつかの実施形態において、フリーラジカル開始剤の量は、最大4重量%、最大3重量%、最大2重量%、又は最大1重量%である。重合性組成物に導入されるフリーラジカル開始剤の量は、典型的には、少なくとも0.005重量%である。例えば、重合性組成物は、多くの場合、少なくとも0.01重量%、少なくとも0.02重量%、少なくとも0.05重量%、少なくとも0.1重量%、少なくとも0.2重量%、又は少なくとも0.5重量%のフリーラジカル開始剤を含有する。
好適な熱開始剤としては、種々のアゾ化合物、例えば、2,2’−アゾビス(2−メチルブタンニトリル)であるVAZO 67、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)であるVAZO 64、(2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルペンタンニトリル)であるVAZO 52、及び1,1’−アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)であるVAZO 88などの、商品名VAZOでE.I.DuPont de Nemours Co.(Wilmington,DE,USA)から市販されているもの;過酸化ベンゾイル、過酸化シクロヘキサン、過酸化ラウロイル、ジ−tert−アミルペルオキシド、tert−ブチルペルオキシベンゾエート、ジクミルペルオキシド、及びAtofina Chemical,Inc.(Philadelphia,PA,USA)から商品名LUPERSOLで市販されている過酸化物(例えば、2,5−ビス(tert−ブチルペルオキシ)−2,5−ジメチルヘキサンであるLUPERSOL 101、2,5−ジメチル−2,5−ジ−(tert−ブチルペルオキシ)−3−ヘキシンであるLUPERSOL 130)などの種々の過酸化物;tert−アミルヒドロペルオキシド及びtert−ブチルヒドロペルオキシドなどの種々のヒドロペルオキシド;並びにこれらの混合物が挙げられる。
いくつかの実施形態において、光開始剤が使用される。いくつかの例示的な光開始剤は、ベンゾインエーテル(例えば、ベンゾインメチルエーテル又はベンゾインイソプロピルエーテル)又は置換ベンゾインエーテル(例えば、アニソインメチルエーテル)である。他の例示的な光開始剤は、2,2−ジエトキシアセトフェノン又は2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン(BASF Corp.(Florham Park,NJ,USA)から商品名IRGACURE 651で、又はSartomer(Exton,PA,USA)から商品名ESACURE KB−1で市販されている)などの置換アセトフェノンである。更に別の例示的な光開始剤は、2−メチル−2−ヒドロキシプロピオフェノンなどの置換α−ケトール、2−ナフタレンスルホニルクロリドなどの芳香族スルホニルクロリド、及び、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(O−エトキシカルボニル)オキシムなどの光活性オキシムである。その他の好適な光開始剤としては、例えば、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(商品名IRGACURE 184で市販されている)、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド(商品名IRGACURE 819で市販されている)、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(商品名IRGACURE 2959で市販されている)、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)ブタノン(商品名IRGACURE 369で市販されている)、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン(商品名IRGACURE 907で市販されている)、及び2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン(商品名DAROCUR 1173でCiba Specialty Chemicals Corp.(Tarrytown,NY,USA)から市販されている)が挙げられる。
加えて、第2の(メタ)アクリレートポリマーを形成するために使用される重合性組成物の粘度を制御するために望ましい場合、有機溶媒を添加することができる。有機溶媒が存在する場合、その量は、典型的には重合方法によって決定される。いくつかの溶媒ベースの重合方法において、重合性組成物は、最大70重量%の有機溶媒を含有し得る。ただし、断熱的重合法では、有機溶媒の量は、典型的には、重合性組成物の10重量%以下、8重量%以下、5重量%以下、3重量%以下、又は1重量%以下である。重合性組成物に使用されるいずれの有機溶媒も、典型的には、重合反応の完了時に除去される。好適な有機溶媒としては、限定するものではないが、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、ヘプタン、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が挙げられる。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。多くの実施形態(いくつかの断熱的重合プロセスなど)において、重合は、有機溶媒がほとんど又は全く存在しない状態で起こる。
第2の(メタ)アクリレートポリマーの形成に使用されるモノマーは、例えば、溶液(すなわち、溶媒を用いる)重合、分散重合、懸濁重合、及び無溶媒重合(例えば、UV又は熱開始剤のいずれかを用いたバルク重合)のような任意の好適な方法を使用して重合され得る。重合は、一段階でも多段階でも起こり得る。つまり、重合性組成物の全部又は一部を、好適な反応容器に投入し、重合してもよい。多段階を用いる場合、初期投入のモノマー及び開始剤を反応器に加える。初期投入の重合後、残りのモノマー及び/又は開始剤の別の部分を添加する。複数の重合段階を用いることは、重合生成物の多分散度を狭くする効果があり(例えば、低分子量の鎖の量を低減することができ)、反応の熱を最少化又は制御する効果があり、重合中に利用できるモノマーの種類及び量の調節が可能になる。
多くの実施形態において、第2の(メタ)アクリレートポリマーは、乳化重合法又は分散重合法を用いて作製されない。むしろ、第2の(メタ)アクリレートポリマーは、無溶媒バルク重合法又は溶液重合法を使用して調製される。熱開始剤又は光開始剤のいずれかを使用することができる。いくつかの実施形態において、重合は、例えば、米国特許第5,986,011号(Ellis et al.)及び同第5,637,646号(Ellis)に記載のような、断熱的プロセスを用いて起こる。熱開始剤は、このプロセスで使用される。
第2の(メタ)アクリレートポリマーの重量平均分子量は、典型的には、少なくとも3,000g/モルである。重量平均分子量がそれよりも低い場合、得られる感圧接着剤は、許容できないほど低い凝集力を有する場合がある。第2の(メタ)アクリレートポリマーは、多くの場合、少なくとも5,000g/モル、少なくとも10,000g/モル、又は少なくとも20,000g/モルの重量平均分子量を有する。重量平均分子量は、最大150,000g/モルとなり得る。分子量がそれよりも高い場合、第2の(メタ)アクリレートポリマーがエマルション組成物の第1のモノマー組成物に溶解しない可能性がある。第1のモノマー組成物中に溶解しない場合、第2の(メタ)アクリレートポリマーは、望ましくないことに、エマルション組成物内の第1のモノマー組成物から分離した液滴中に存在する可能性があり、及び/又は重合中に相分離する可能性がある。重量平均分子量は、多くの場合、最大120,000g/モル、最大100,000g/モル、最大80,000g/モル、最大60,000g/モル、又は最大50,000g/モルである。例えば、重量平均分子量は、3,000〜150,000g/モルの範囲、10,000〜150,000g/モルの範囲、3,000〜100,000g/モルの範囲、10,000〜100,000g/モルの範囲、3,000〜50,000g/モルの範囲、又は10,000〜50,000g/モルの範囲にあり得る。
第2の(メタ)アクリレートポリマーは、エマルション組成物に添加される。すなわち、このポリマー材料は、エマルション組成物の他の構成成分と組み合わせる前に調製される。第2の(メタ)アクリレートポリマーは、典型的には、エマルション組成物内で又はエマルション組成物の他の構成成分と、更なるフリーラジカル重合を起こさない。しかし、第2の(メタ)アクリレートは、エマルション組成物内で架橋反応を起こし得る。
第2の(メタ)アクリレートポリマーは、通常、第1のモノマー組成物中に溶解された後で、エマルション組成物に添加される。すなわち、第2の(メタ)アクリレートポリマーと第1のモノマー組成物とを含有する溶液が、一緒にエマルションの第1相に添加される。この溶液は、典型的には、高剪断混合条件下で添加され、第1相内に懸濁した液滴を形成する。いくつかの実施形態において、第2の(メタ)アクリレートポリマーは、最初に第1のモノマー組成物の一部に溶解され、得られたポリマー溶液が、次に第1のモノマー組成物の残りのモノマーと混合される。
エマルション組成物に添加される第2の(メタ)アクリレートポリマーの量は、典型的には、少なくとも0.5重量%又は少なくとも1重量%である。それより少ない量の第2の(メタ)アクリレートポリマーが添加された場合、エマルション組成物の安定性が低くなることがある。すなわち、エマルション組成物中で液滴を形成及び維持することが難しくなり得る。いくつかの実施形態において、エマルション組成物は、少なくとも2重量%、少なくとも3重量%、又は少なくとも5重量%の第2の(メタ)アクリレートポリマーを含有する。添加される第2の(メタ)アクリレートポリマーの量は、典型的には最大15重量%である。上記を超える量の第2の(メタ)アクリレートポリマーが添加された場合、液滴内での第1のモノマー組成物の重合が、望ましくないほど遅くなることがある。加えて、第1のモノマー組成物から形成されたポリマー材料は、望ましくないほど低分子量となることがあり、得られる感圧接着剤は、望ましくないほど低い凝集力を有することがある。いくつかの実施形態において、エマルション組成物は、最大12重量%、最大10重量%、又は最大8重量%の第2の(メタ)アクリレートポリマーを含有する。重量%は、エマルション組成物中の第1のモノマー組成物の総重量(すなわち、第1のモノマー組成物中のモノマーの総重量)に基づく。
エマルション組成物は、第1のモノマー組成物と第2の(メタ)アクリレートポリマーとの両方を同じ液滴内に含有する。より具体的には、エマルション組成物は、多くの場合、第2の(メタ)アクリレートポリマーに第1のモノマー組成物中のモノマーの重量を加えた総重量(これは、少量の重合性界面活性剤を含まない)に基づいて、0.5〜15重量%の第2の(メタ)アクリレートポリマーと、85〜99.5重量%の第1のモノマー組成物と、を含有する。これは、エマルション組成物中の重合材料と重合性材料との合計である。この重合及び重合性材料の大部分は、エマルションの液滴内に存在する(例えば、酸性モノマーの一部は、第1相中に溶解し得る)。いくつかの実施例において、エマルション組成物は、第2の(メタ)アクリレートポリマーに第1のモノマー組成物中のモノマーの重量を加えた総重量に基づいて、1〜15重量%の第2の(メタ)アクリレートポリマーと85〜99重量%の第1のモノマー組成物、2〜12重量%の第2の(メタ)アクリレートポリマーと88〜98重量%の第1のモノマー組成物、2〜10重量%の第2の(メタ)アクリレートポリマーと90〜98重量%の第1のモノマー組成物、又は2〜8重量%の第2の(メタ)アクリレートポリマーと92〜98重量%の第1のモノマー組成物を含有し得る。
いくつかの特定の実施形態において、第1のモノマー組成物は、1種以上の少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートと、1種以上の環状アルキル(メタ)アクリレートと、1種以上の(メタ)アクリル酸と、を含有する。第2の(メタ)アクリレートは、1種以上の環状アルキル(メタ)アクリレートと1種以上の(メタ)アクリル酸とを含有する第2のモノマー組成物から形成される。
その他の任意選択の反応物質が、エマルション組成物に含まれてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、複数のカルボン酸基(−COOH)と反応し得る架橋剤が添加される。カルボン酸基は、第2の(メタ)アクリレートポリマー上、第1のモノマー組成物から形成されたポリマー材料上、又は両方のポリマー材料の組み合わせ上に存在し得る。任意選択の架橋剤の使用は、得られる感圧接着剤の剪断強度を増大し得る。
複数のカルボン酸基との反応が可能な好適な架橋剤としては、限定するものではないが、エポクロスの商品名で株式会社日本触媒(日本)から市販されているポリオキサゾリン、ポリアジリジン(例えば、PolyAziridine LCC(Medford,NJ,USA)からのトリメチロールプロパントリス(2−メチル−1アジリジン)プロピオネート)、ポリアミンなどが挙げられる。その他の好適な架橋剤としては、複数のカルボン酸基と錯化可能な金属塩が挙げられる。好適な金属としては、例えば、亜鉛塩が挙げられる。使用される場合、任意選択の架橋剤は、多くの場合、第1のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づいて少なくとも0.01重量%に等しい量で添加される。例えば、エマルションは、少なくとも0.05重量%、少なくとも0.1重量%、又は少なくとも0.5重量%の架橋剤を含有し得る。任意選択の架橋剤の量は、多くの場合、第1のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づいて、最大3重量%である。例えば、エマルション組成物は、最大2.5重量%、最大2重量%、最大1.5重量%、又は最大1重量%の任意選択の架橋剤を含有することができる。
多くの実施形態において、任意選択の中和剤がエマルション組成物に添加される。中和剤は、例えば、架橋剤の反応性を改善すること、得られるラテックス組成物の安定性を改善することなどを目的として添加できる。好適な中和剤は、多くの場合、例えば、水酸化アンモニウム、アンモニア、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化リチウムなどの強塩基又は弱塩基である。中和剤は、多くの場合、エマルション組成物のpHを少なくとも4.0、少なくとも4.5、少なくとも5.0、少なくとも5.5、少なくとも6.0、少なくとも6.5、又は少なくとも7.0まで上げるために添加される。
エマルション組成物は、典型的には、開始剤を更に含む。水溶性又は油溶性のいずれかの開始剤が使用できるが、開始剤は典型的には水に可溶であるように選択される。開始剤が油溶性である場合、開始剤は、典型的には、第1のモノマー組成物のモノマーと第2の(メタ)アクリレートポリマーとの混合物(溶液)に、この混合物(溶液)がエマルション組成物の第1相と組み合わされる前に添加される。開始剤が水溶性である場合、開始剤は、多くの場合、エマルション組成物の第1相内に液滴が形成された後で添加される。還元剤を使用する場合、還元剤は、通常は水溶性であり、第1相に添加される。
水溶性開始剤の例としては、限定するものではないが、過酸化水素及び種々の過硫酸塩、例えば、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、及び過硫酸アンモニウムが挙げられる。重合反応の開始に必要な温度を下げるために、任意選択の還元剤を添加することができる。好適な還元剤としては、限定するものではないが、アスコルビン酸、亜硫酸水素塩(例えば、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸水素カリウム、及び亜硫酸水素アンモニウム)、及びホルムアルデヒドスルホキシル酸ナトリウムが挙げられる。開始剤及び任意選択の還元剤の量は、第1のモノマー組成物中のモノマーの重量に基づいて、それぞれ最大1重量%であることができる。例えば、上記の量は、第1のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づいて、最大0.8重量%、最大0.5重量%、最大0.3重量%、又は最大0.2重量%であることができる。開始剤及び任意選択の還元剤の量は、第1のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づいて、それぞれ少なくとも0.01重量%、少なくとも0.05重量%、又は少なくとも0.1重量%であることができる。
油溶性開始剤の例としては、限定するものではないが、第2の(メタ)アクリレートポリマーの形成に関して上に記載したもののようなアゾ化合物又は過酸化物が挙げられる。このような開始剤が使用される場合、開始剤は、水溶性開始剤に関して上に記載した量と同じ量で使用される。
多くのエマルション組成物で、連鎖移動剤は使用されない。しかしながら、上記のように、連鎖移動剤を、第2の(メタ)アクリレートポリマーの形成に使用してもよい(通常は使用される)。
エマルション組成物は粘着付与剤を含まない。
エマルション組成物は、第1のモノマー組成物のモノマー中に溶解した第2の(メタ)アクリレートポリマーを含有する液滴の形成をもたらす任意の好適なプロセスによって調製できる。多くの実施形態において、第2の(メタ)アクリレートポリマーは、最初に、第1のモノマー組成物に含まれるモノマーと混合される。このモノマーは、多くの場合、いかなる溶媒も添加しない未希釈形態で使用される。第2の(メタ)アクリレートポリマーが溶解したら、混合物(溶液)は、高剪断混合を用いて、水と混ぜ合わされるか、又は水及びエマルション組成物のその他の構成成分と混ぜ合わされる。いくつかの実施形態において、重合性界面活性剤及び中和剤は、混合前に水中に溶解され(又は水と混ぜ合わされ)てもよい。
高剪断混合により、液滴が第1相(すなわち、水相)内に生成する。第1のモノマー組成物の重合の前に、液滴は、i)第2の(メタ)アクリレートポリマーと、ii)少なくとも90重量%の第1のモノマー組成物との混合物を含有し、上記第2の(メタ)アクリレートポリマーは、液滴内の第1のモノマー組成物に溶解している。典型的には、液滴は、少なくとも92重量%、少なくとも95重量%、少なくとも97重量%、少なくとも98重量%、又は少なくとも99重量%の、第1のモノマー組成物中のモノマーを含む。重合性界面活性剤は、液滴と第1相との間の境界面に存在するか、又は第1相中に溶解している可能性が高い。重合性界面活性剤の大部分は、境界面に存在する可能性が高い。多くの実施形態において、エマルション組成物に含まれる開始剤、及び/又は還元剤、及び/又は中和剤はいずれも、第1相中に溶解している可能性が高い。
第1相中に懸濁している液滴は、典型的には、最大約2000nm、最大1500nm、最大1000nm、最大900nm、最大800nm、最大700nm、最大600nm、又は最大500nmの平均直径を有する。平均直径は、典型的には、少なくとも100nm、少なくとも200nm、少なくとも300nm、又は少なくとも400nmである。平均サイズは、動的光散乱法を用いて決定できる。いくつかの実施形態において、平均液滴サイズ(直径)は、100〜2000nmの範囲、200〜1000nmの範囲、300〜1000nmの範囲、200〜800nmの範囲、又は400〜700nmの範囲である。
多くの実施形態において、エマルション組成物は、ミニエマルションとみなされる。本明細書で使用するとき、用語「ミニエマルション」は、高剪断を使用して1μm以下の平均直径を有する液滴を形成する乳化法を指す。重合が液滴内で起こり、ポリマーラテックス粒子を生成する。重合は、液滴内で起こるものに限定される。
第1のモノマー組成物は、典型的には、室温(例えば、約20℃〜約25℃)又は室温を上回る温度で重合する。温度は、多くの場合、少なくとも30℃、少なくとも40℃、又は少なくとも50℃である。温度は、最大でエマルション組成物の沸点(例えば、約100℃)であることができる。いくつかの実施形態において、温度は最大80℃、最大70℃、又は最大60℃であり得る。重合中に発生した熱は、第1相の熱容量の効果により、素早く抑制される。反応時間は、重合反応を完了するために必要な任意の長さの時間とすることができる。いくつかの実施形態において、反応時間は、少なくとも1時間、少なくとも2時間、少なくとも3時間、又は少なくとも4時間であることができる。反応時間は、最大24時間以上、最大16時間、又は最大8時間である。反応器は、多くの場合、窒素などの不活性ガスでパージされる。
エマルション組成物の重合生成物は、ラテックス組成物である。すなわち、ラテックス組成物は、水と、上記のエマルション組成物の重合生成物であるポリマー粒子と、を含有する。用語「ラテックス」及び「ラテックス組成物」は、互換的に使用されることがある。用語「ポリマー粒子」及び「ラテックス粒子」及び「ポリマーラテックス粒子」は、互換的に使用されてもよい。i)第2の(メタ)アクリレートポリマー、及びii)第1のモノマー組成物の重合生成物(第1の(メタ)アクリレートポリマー)のいずれも、同じラテックス粒子内に存在する。ラテックス組成物は、重合前のエマルション組成物内の液滴の平均サイズと同等の平均サイズを有するラテックス粒子を含有する。より具体的には、ラテックス粒子の平均粒径は、密度の差により、エマルション組成物内の平均液滴サイズにほぼ等しいか、又はわずかに大きい。
ラテックス粒子は、典型的には、水相(第1相)中に懸濁(例えば、分散)している。好ましくは、ラテックス粒子は、互いに凝集しない。ラテックス粒子は、第2の(メタ)アクリレートポリマー及び第1の(メタ)アクリレートポリマーの両方を含む。第1の(メタ)アクリレートポリマーの分子量は、典型的には、他のプロセスを使用して形成された全体的化学組成が同じポリマー材料の分子量よりも高い。より具体的には、乳化重合によって形成された第1の(メタ)アクリレートポリマーの分子量は、100万ダルトン近くになり得る。
第1の(メタ)アクリレートポリマーの形成に使用される乳化重合法と対照的に、溶液重合法又はバルク重合法を用いて同じモノマーから形成されるポリマーの一般的な分子量は、多くの場合、500,000ダルトン未満である。溶液重合法及びバルク重合法のいずれでも、分子量は、通常、開始剤濃度によって制御される。すなわち、開始剤の濃度が高いほど、低分子量のポリマーを生成する傾向がある。したがって、溶液重合法又はバルク重合法を使用して高分子量ポリマーを生成するためには、極めて低い開始剤濃度が必要である。しかし、極めて低い開始剤濃度を使用した場合、重合時間が許容できないほど長くなる場合がある。このようなプロセスでは、高分子量ポリマー材料を調製することが経済的に実現不可能となり得る。しかし、高分子量ポリマー材料は、高い剪断強度が必要な場合など、いくつかの接着剤用途にとってしばしば望ましい。
乳化重合法では、ポリマー材料の分子量(例えば、第1の(メタ)アクリレートポリマーの分子量)は、開始剤濃度及び粒子の数(すなわち、エマルション中の液滴の数)の両方によって制御できる。開始剤濃度が高くなると、多くの場合、分子量が低下し、反応時間が短くなる。一方、粒子数が高くなると、分子量の増大及び反応時間の短縮に有利となる傾向がある。
エマルション組成物から形成されるポリマー材料の高い分子量により、追加の架橋剤なしでも、溶液重合法及びバルク重合法を用いて形成されたポリマー材料と比較して、架橋構造を容易に形成できることが多い。乳化重合によって形成されるポリマー材料では、次の2種類の架橋が起こり得る:1)物理的絡まり、及び2)高分子鎖の連鎖移動反応による化学的架橋。物理的絡まりは、平均分子量の増大の結果生じる、より長い高分子鎖によって増強され得る。連鎖移動反応は、長い高分子鎖のための架橋構造を形成し得る。
ラテックス粒子は、典型的には、示差走査熱量計を用いて測定したときに、単一のガラス転移温度を有する。より具体的には、乾燥ポリマー材料(乾燥ポリマーラテックス粒子)の可逆的熱流量対温度のプロットには、変調示差走査熱量測定を使用した第2の加熱サイクルの間に、単一のピークが存在する。Tは、典型的には、0℃以下、−10℃以下、又は−20℃以下である。
ラテックス組成物は、任意選択の粘着付与剤と組み合わせることができる。粘着付与剤の添加は、接着を増大するために使用できる。任意の好適な粘着付与剤、例えば、ロジン酸及びその誘導体(例えば、ロジンエステル);ポリテルペン(例えば、αピネン系樹脂、βピネン系樹脂、及びリモネン系樹脂、及び芳香族変性ポリテルペン樹脂(例えば、フェノール変性ポリテルペン樹脂))などのテルペン樹脂;クマロン−インデン樹脂;並びにC5系炭化水素樹脂、C9系炭化水素樹脂、C5/C9系炭化水素樹脂、及びジシクロペンタジエン系樹脂などの石油系炭化水素樹脂を使用できる。添加される場合、これらの粘着付与樹脂は、それらの感圧接着剤組成物への色の寄与を低下するために、水素添加することができる。所望する場合、様々な粘着付与剤の組み合わせを使用することができる。
多くの実施形態では、粘着付与剤は、ロジンエステルであるか、又はロジンエステルを含む。ロジンエステルである粘着付与剤は、様々なロジン酸とアルコールとの反応生成物である。これらとしては、ロジン酸のメチルエステル、ロジン酸のトリエチレングリコールエステル、ロジン酸のグリセロールエステル、及びロジン酸のペンタエリスリトールエステルが挙げられるがこれらに限定されない。これらのロジンエステルは、安定性を改善し、かつそれらの感圧接着剤組成物への色の寄与を低減するために、部分的に又は完全に水素添加することができる。ロジン樹脂粘着付与剤は、例えば、Eastman Chemical Company(Kingsport,TN,USA)からPERMALYN、STAYBELITE、及びFORALという商品名で市販されており、またNewport Industries(London,England)からNUROZ及びNUTACという商品名で市販されている。完全水添ロジン樹脂は、例えば、Eastman Chemical Companyから商品名FORAL AX−Eで市販されている。部分水添ロジン樹脂は、例えば、Eastman Chemical Companyから商品名STAYBELITE−Eで市販されている。
多くの場合、水中に分散できる粘着付与剤を使用することが望ましい。ロジンエステルの水分散体は、商品名SNOWTACKでLawter,Inc.(Chicago,IL,USA)から入手できる。その他の好適な水分散粘着付与剤は、商品名TACOLYNでEastman Chemical Companyから市販されており、例えば、ロジンエステル樹脂分散体、水添ロジンエステル樹脂分散体、脂肪族炭化水素樹脂分散体、及び芳香族変性炭化水素樹脂分散体が挙げられる。
存在する場合、ラテックス組成物中の任意選択の粘着付与剤は、多くの場合、ポリマーラテックス粒子の総重量に基づいて1〜40重量%の範囲の量で使用される。いくつかの実施形態において、粘着付与剤の量は、少なくとも5重量%、又は少なくとも10重量%であり、最大35重量%、最大30重量%、最大25重量%、又は最大20重量%であり得る。
ラテックス組成物に添加できるその他の任意選択の構成成分は、増粘剤である。増粘剤の例は、典型的には、商品名PARAGUMでRoyal Coatings and Specialty Polymers(South Bend,IN,USA)から入手できるものなどの水性ポリマー溶液である。添加される場合、任意選択の増粘剤は、ラテックス組成物(例えば、水及びポリマーラテックス粒子)の総重量に基づいて最大5重量%の量で使用できる。例えば、増粘剤は、最大4重量%、最大3重量%、最大2重量%、又は最大1重量%の量で使用できる。いくつかの実施形態において、増粘剤は、0〜5重量%、0.1〜5重量%、0.1〜2重量%、0.1〜1重量%、0.2〜0.8重量%、又は0.4〜0.6重量%の範囲である。
ラテックス組成物は、典型的には、乾燥されて感圧接着剤を形成する。組成物は、典型的には、乾燥されて、少なくとも90重量%の水が除去される。例えば、少なくとも95重量%、少なくとも97重量%、少なくとも98重量%、又は少なくとも99重量%の水が除去される。乾燥した感圧接着剤の含水量は、周囲湿度に応じて増減し得る。いくつかの実施形態において、ラテックス組成物は、乾燥前に支持体層又は剥離ライナーのような基材上にコーティングされる。乾燥は、典型的には室温を上回る温度で実施されるが、基材及び/又は感圧接着剤層を変形又は劣化させると思われる温度では実施されない。いくつかの実施形態において、乾燥は、約40℃〜約120℃の範囲の温度で、含水量を所望のレベルまで低下するのに十分な時間実施される。
感圧接着剤層は、任意の所望の厚さを有することができる。多くの実施形態において、接着剤層は、20mil(500μm)以下、10mil(250μm)以下、5mil(125μm)以下、4mil(100μm)以下、3mil(75μm)以下、又は2mil(50μm)以下の厚さを有する。厚さは、多くの場合、少なくとも0.5mil(12.5μm)又は少なくとも1mil(25μm)である。例えば、接着剤層の厚さは、0.5mil(2.5μm)〜20mil(500μm)の範囲、0.5mil(5μm)〜10mil(250μm)の範囲、0.5mil(12.5μm)〜5mil(125μm)の範囲、1mil(25μm)〜3mil(75μm)の範囲、又は1mil(25μm)〜2mil(50μm)の範囲であり得る。
感圧接着剤は、剥離強度と接着強度との良好なバランスを有することができる。エマルションの液滴中に第2の(メタ)アクリレートポリマーが存在することは、この良好なバランスに寄与する可能性がある。エマルション組成物中に第2の(メタ)アクリレートを使用しなかった場合、この良好なバランスを有する感圧接着剤を調製することが困難となり得る。すなわち、良好な凝集力を維持しながら、剥離強度を増大することができる。同様に、良好な剥離強度を維持しながら、凝集力を増大することができる。
基材及び当該基材の主面に隣接して(かつ接着されて)配置された感圧接着剤層を含む様々な種類の物品が調製できる。任意の好適な基材を物品に使用でき、当該基材は、多くの場合、具体的な用途に応じて選択される。例えば、基材は、可撓性でも非可撓性でもよく、ポリマー材料、ガラス若しくはセラミック材料、金属若しくは合金、又はこれらの組み合わせから形成され得る。いくつかの基材は、例えば、ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はこれらのコポリマー)、ポリウレタン、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリエステル(例えば、ポリエチレンテレフタレート又はポリエチレンナフタレート)、ポリカーボネート、ポリメチル(メタ)アクリレート(PMMA)などのポリアクリレート、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、ネオプレン、及びセルロース系材料(例えば、酢酸セルロース、三酢酸セルロース、及びエチルセルロース)から調製されるものなどの、ポリマー材料である。基材は、箔、フィルム、又はシート、不織材(例えば、紙、布地、不織スクリム)、発泡体などの形態であることができる。
いくつかの基材について、感圧接着剤層への接着を改善するために基材の表面を処理することが望ましい場合がある。このような処理としては、例えば、プライマー層、表面改質層(例えば、コロナ処理又は表面摩耗)、又はその両方の適用が挙げられる。好適な化学的プライマー層の型の代表例としては、ウレタン、シリコーン、エポキシ樹脂、酢酸ビニル樹脂、エチレンイミンなどが挙げられる。ウレタン及びシリコーン型は、ポリエステルフィルム基材に使用するのに特に有効な化学的プライマーである。プライマー層の好適なシリコーン型の1つは、無機粒子の連続ゲル化ネットワーク構造を有し、特開平2−200476号に記載されている。このプライマー層は、ポリエステル樹脂及びポリオレフィン樹脂に対する強い親和性を有する。ビニル及びポリエチレンテレフタレートフィルム用の化学的プライマーの代表例としては、米国特許第3,578,622号(Brown)に開示されている架橋アクリル酸エステル/アクリル酸コポリマーが挙げられる。
いくつかの実施形態において、基材は剥離ライナーである。剥離ライナーは、典型的には、感圧接着剤層に対する親和性が低い。代表的な剥離ライナーは、紙(例えば、クラフト紙)又はその他の種類のポリマー材料から調製できる。いくつかの剥離ライナーは、シリコーン含有材料又はフルオロカーボン含有材料などの剥離剤の外層でコーティングされている。
いくつかの物品は、接着テープである。接着テープは、支持体層の片面に感圧接着剤を有する片面接着テープでもよく、又は支持体層の両方の主面に感圧接着剤層を有する両面接着テープでもよい。支持体層は、多くの場合、ポリマーフィルム、布地、又は発泡体である。各感圧接着剤層は、所望であれば、支持体層と剥離層との間に配置されてもよい。
任意の好適な支持体層を使用できる。いくつかの実施形態において、支持体層は、配向ポリオレフィンフィルムである。例えば、配向ポリオレフィンフィルムは、米国特許第6,638,637号(Hager et al.)に記載のように調製できる。かかる支持体層は、多くの場合、少なくとも2つの異なる融点を有し、2軸配向されたポリオレフィンの複数の層を含む。別の実施例では、配向ポリオレフィンフィルムは、米国特許第6,451,425号(Kozulla et al.)に記載のように調製できる。かかる支持体は、多くの場合、ポリエチレン、ポリブチレン、又はシンジオタクチックポリプロピレンのような、少なくとも1つの第2のポリオレフィンとブレンド又は混合されたアイソタクチックポリプロピレンを含む。これらの支持体は、典型的には、2軸配向されている。
単一の感圧接着剤層を有する接着テープでは、支持体層は、多くの場合、感圧接着剤層への接着を改善するために処理(すなわち、プライマー処理)された第1の表面を有する。支持体層は、第1の表面の反対側に、感圧接着剤層への接着が低い第2の表面を有する。このような接着テープは、ロール状に成形できる。いくつかの実施形態において、接着テープは、梱包用テープである。
別の物品は、感圧接着剤層が剥離ライナーに隣接して配置されている転写テープである。転写テープを使用して、感圧接着剤層を別の基材又は表面に転写することができる。任意の好適な剥離ライナーを使用することができる。多くの実施形態において、剥離ライナーは、基材に隣接する剥離層コーティングを有する。好適な基材としては、限定するものではないが、紙、例えば、ポリコートクラフト紙及びスーパーカレンダー仕上げされたクラフト紙又はグラシンクラフト紙;生地(布地);不織布ウェブ;金属箔を含む金属又は合金;ポリエステル、例えば、ポリ(エチレンテレフタレート)などのポリ(アルキレンテレフタレート)、ポリ(エチレンナフタレート)などのポリ(アルキレンナフタレート);ポリカーボネート;ポリオレフィン、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブチレン、及びこれらのコポリマー;ポリアミド;セルロース系材料、例えば、酢酸セルロース又はエチルセルロース;並びにこれらの組み合わせが挙げられる。
いくつかの例示的な実施形態において、剥離ライナーは、米国特許第5,032,460号(Kantner et al.)に記載のビニル−シリコーンコポリマーの重合生成物を含有する剥離コーティングを有する。その他の例示的な実施形態において、剥離ライナーは、米国特許出願公開第2013/059105号(Wright et al.)に記載の(メタ)アクリレート官能化シロキサンの重合生成物を含有する剥離コーティングを有する。このような剥離コーティングは、(メタ)アクリレート官能化ポリシロキサンを含有する重合性組成物のコーティングを基材の表面に塗布し、次いでコーティングに紫外線を照射することによって調製できる。紫外線照射は、多くの場合、約160〜約240nmの範囲の波長に少なくとも1つの強度のピークを有する短波長多色紫外光源によって提供される。好適な短波長多色紫外光源としては、例えば、低圧水銀蒸気ランプ、低圧水銀アマルガムランプ、パルスキセノンランプ、及び多色プラズマ発生源からのグロー放電が挙げられる。基材に塗布されるコーティングは、コーティングの総重量に基づいて、光開始剤を含まないか又は実質的に含まない(例えば、0.1重量%未満、0.01重量%未満、又は0.001重量%未満)ことが可能である。
感圧接着剤層は、多くの場合、平滑面及び粗面のいずれに対しても高い剥離接着(すなわち、剥離強度)及び高い剪断強度(すなわち、凝集力)の両方を有する。したがって、感圧接着剤を、広範な用途を有する物品に使用することができ、種々の基材に接着することができる。いくつかの実施形態において、基材は、ポリマーフィルム若しくはシート、金属若しくは合金、布地、又は発泡体である。
粘着付与剤を使用しないか又は少量使用する実施形態では、感圧接着剤は、自動車内装用途のような低い揮発性有機分が必要とされる用途に非常に好適である。感圧接着剤は、多くの場合、高い剥離接着及び高い剪断強度(すなわち、凝集)の両方を、特に、ポリオレフィン(例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブチレン、及びこれらのコポリマー)及びクリアコートのような低表面エネルギー基材に接着したときに有する。良好な接着特性(例えば、高い剥離接着及び高い剪断強度)は、典型的には、70℃近い温度のような、室温を上回る温度でも維持できる。
粘着付与剤が含まれる実施形態において、感圧接着剤は、多くの場合、高い剥離接着と高い剪断強度の両方を、特に金属又は合金(例えば、炭素鋼及びステンレス鋼)のような極性表面に接着されたときに有する。
実施形態1は、a)水と、b)フリーラジカル重合を起こし得る不飽和基を有する重合性界面活性剤と、c)第1のモノマー組成物と、d)第2の(メタ)アクリレートポリマーと、を含有するエマルション組成物である。第1のモノマー組成物は、少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートを含む。第2の(メタ)アクリレートポリマーは、第1のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づいて、0.5〜15重量%の量で存在し、50℃以上のガラス転移温度を有する。第2の(メタ)アクリレートポリマーは、第2のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づいて少なくとも50重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートを含有する第2のモノマー組成物から形成され、上記環状アルキル基は少なくとも6個の炭素原子を有する。エマルション組成物は、水を含む第1相と、当該第1相内に液滴として分散している第2相と、を含有する。上記液滴は、i)少なくとも90重量%の第1のモノマー組成物と、ii)第2の(メタ)アクリレートポリマーとの混合物を含有する。第2の(メタ)アクリレートポリマーは、第1相と混和可能ではなく、液滴内の第1のモノマー組成物に溶解している。
実施形態2は、第2のモノマー組成物中の環状アルキル(メタ)アクリレートが、ホモポリマーとして測定したときに少なくとも80℃に等しいガラス転移温度を有する、実施形態1に記載のエマルション組成物である。
実施形態3は、第1のモノマー組成物が、環状アルキル(メタ)アクリレート、極性モノマー、又はその両方を更に含む、実施形態1又は2に記載のエマルション組成物である。
実施形態4は、第1のモノマー組成物が、第1のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づいて、60〜98重量%の少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートと、1〜30重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと、1〜10重量%の極性モノマーと、を含む、実施形態1〜3のいずれか1つに記載のエマルション組成物である。
実施形態5は、第2のモノマー組成物が、第2のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づいて、50〜100重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと、0〜50重量%の任意選択のモノマーであって、極性モノマー、直鎖若しくは分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロイル基を有さないビニルモノマー、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロニトリル、N−アルキル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジアルキル(メタ)アクリルアミド、又はこれらの混合物である任意選択のモノマーと、を含む、実施形態1〜4のいずれか1つに記載のエマルション組成物である。
実施形態6は、第2のモノマー組成物が、第2のモノマー混合物中のモノマーの総重量に基づいて、90〜99重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと1〜10重量%の極性モノマー、又は90〜100重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートと0〜10重量%の極性モノマー、を含む、実施形態1〜5のいずれか1つに記載のエマルション組成物である。
実施形態7は、第1のモノマー組成物が第2のモノマー組成物と異なる、実施形態1〜6のいずれか1つに記載のエマルション組成物である。
実施形態8は、第2の(メタ)アクリレートポリマーが、3,000〜150,000g/モルの範囲の重量平均分子量を有する、実施形態1〜7のいずれか1つに記載のエマルション組成物である。
実施形態9は、エマルション組成物が粘着付与剤を含有しない、実施形態1〜8のいずれか1つに記載のエマルション組成物である。
実施形態10は、エマルション組成物が、エマルション組成物の総重量に基づいて少なくとも25重量%の水を含有する、実施形態1〜9のいずれか1つに記載のエマルション組成物である。
実施形態11は、エマルション組成物が、エマルション組成物の総重量に基づいて最大90重量%の水を含有する、実施形態1〜10のいずれか1つに記載のエマルション組成物である。
実施形態12は、重合性界面活性剤が、プロペニルポリオキシエチレンアルキルフェニル化合物又はプロペニルポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸アンモニウム化合物である、実施形態1〜11のいずれか1つに記載のエマルション組成物である。
実施形態13は、重合性界面活性剤が、ドデシルアリルスルホコハク酸ナトリウム又はリン酸エステルである、実施形態1〜12のいずれか1つに記載のエマルション組成物である。
実施形態14は、エマルション組成物が、第1のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づいて少なくとも0.5重量%の重合性界面活性剤を含有する、実施形態1〜13のいずれか1つに記載のエマルション組成物である。
実施形態15は、エマルション組成物が、第1のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づいて最大2重量%の重合性界面活性剤を含有する、実施形態1〜14のいずれか1つに記載のエマルション組成物である。
実施形態16は、実施形態1〜15のいずれか1つに記載のエマルション組成物の重合生成物を含むラテックス組成物であって、当該ラテックス組成物がポリマーラテックス粒子を含む、ラテックス組成物である。
実施形態17は、ポリマーラテックス粒子が、示差走査熱量計を用いて測定したときに単一のガラス転移温度を有する、実施形態16に記載のラテックス組成物である。
実施形態18は、第2の(メタ)アクリレートポリマーと第1のモノマー組成物の重合生成物とが、同一のポリマー粒子内に一緒にある、実施形態16又は17に記載のラテックス組成物である。
実施形態19は、水分散性である粘着付与剤を更に含む、実施形態16〜18のいずれか1つに記載のラテックス組成物である。
実施形態20は、エマルション組成物の重合生成物が、重合した界面活性剤を、ポリマーラテックス粒子の総重量に基づいて1〜2重量%の範囲の量で含む、実施形態16〜19のいずれか1つに記載のラテックス組成物である。
実施形態21は、実施形態16〜20のいずれか1つに記載のラテックス組成物の乾燥生成物を含む、感圧接着剤である。
実施形態22は、(a)基材と、(b)当該基材の第1主面に隣接して配置された第1の感圧接着剤層と、を含む物品であって、上記第1の感圧接着剤層が実施形態21に記載の感圧接着剤を含む、物品である。
実施形態23は、基材の第2主面に隣接して配置された第2の実施形態21の感圧接着剤の層を更に含む、実施形態22に記載の物品である。
実施形態24は、基材が発泡体又はポリマーフィルムである、実施形態22又は23に記載の物品である。
実施形態25は、基材が2軸配向ポリオレフィンフィルムである、実施形態22〜24のいずれか1つに記載の物品である。
実施形態26は、基材が剥離ライナーである、実施形態22〜24のいずれか1つに記載の物品である。
実施形態27は、剥離ライナーが、ビニル−シリコーンコポリマー又は(メタ)アクリレート官能化シロキサンの重合生成物を含む剥離コーティングを含む、実施形態26に記載の物品である。
実施形態28は、物品が転写テープである、実施形態26又は27に記載の物品である。
実施形態29は、物品が接着テープである、実施形態22〜25に記載の物品である。
実施形態30は、接着テープが梱包用テープである、実施形態29に記載の物品である。
実施形態31は、基材が低エネルギー面を有する、実施形態22〜25のいずれか1つに記載の物品である。
実施形態32は、低エネルギー面がポリオレフィン又はクリアコートを含む、実施形態31に記載の物品である。
実施形態33は、感圧接着剤の製造方法である。当該方法は、(a)実施形態1〜15のいずれか1つに記載のエマルション組成物を形成することと、(b)上記エマルション組成物を重合して、ポリマーラテックス粒子を含むラテックス組成物を形成することと、(c)上記ラテックス組成物を乾燥して、感圧接着剤を形成することと、を含む。
実施形態34は、エマルション組成物を形成することが、第2の(メタ)アクリレートポリマーを形成することと、第2の(メタ)アクリレートポリマーを第1のモノマー組成物中の1つ以上のモノマーに溶解してポリマー溶液を形成することと、上記ポリマー溶液を第1相に添加することと、高剪断で混合することによって第1相内にポリマー溶液の液滴を形成することと、を含む、実施形態33に記載の方法である。
実施例で使用される全ての部、パーセント、比率などは、特に記載がない限り、重量によるものである。
本明細書で使用するとき、用語「pph」は、百分率を指す。
試験方法1:ポリマー分子量測定
化合物の分子量分布を、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)を用いて評価した。GPC装置は、Waters Corporation(Milford,MA,USA)から入手したもので、高圧液体クロマトグラフィーポンプ(Model 1515HPLC)、オートサンプラー(Model 717)、UV検出器(Model 2487)、及び屈折率検出器(Model 2410)を含んでいた。クロマトグラフに、Varian Inc.(Palo Alto,CA,USA)から入手可能な5μm PLgel MIXED−Dカラムを2本設置した。
ポリマー溶液の試料は、乾燥したポリマー試料をテトラヒドロフランに0.5%(重量/体積)の濃度で溶解し、VWR International(West Chester,PA,USA)から入手可能な0.2μmポリテトラフルオロエチレンフィルターに通して濾過することによって調製した。得られた試料をGPCに注入し、35℃に維持したカラムに1mL/分の速度で通して溶出した。システムを、線形最小二乗解析を用いてポリスチレン標準で較正して、標準検量線を作成した。重量平均分子量(M)及び多分散指数(重量平均分子量を数平均分子量(M)で除したもの)を、この標準検量線に照らして、各試料について計算した。
試験方法2:粘度
粘度は、スピンドル3を備えたBrookfield粘度計(Brookfield Engineering(Middleboro,MA,USA)から入手)を用いて、30回転毎分(rpm)の回転速度で測定した。
試験方法3:ラテックス固体重量比率(重量%)
固形分を測定するため、最初にアルミニウム皿を秤量し、次いで約0.2〜0.3gのラテックスをこの皿に加えた。約0.5gの蒸留脱イオン水を加えることによって、ラテックスを希釈した。皿を、80℃のオーブン内で、重量がそれ以上変わらなくなるまで、約4時間加熱した。固体重量比率(固体重量%)を、次式に従って計算した:
固体重量%=100×(W2−W1)/(W3−W1)
この式において、W2は皿の重量に乾燥ポリマーラテックスの重量を加えたものであり、W1は皿の重量であり、W3は皿の重量に湿潤ポリマーラテックスの重量を加えたものである。
試験方法4:ラテックスpH
ラテックスpHは、pHメーター(Chemtrix(Rolling Hills Estates,CA,USA)からの、商品名「MODEL 60A pH METER」)で測定した。
試験方法5:示差走査熱量測定(DSC)によるポリマーのガラス転移(T
ポリマー試料を乾燥して、水及び/又は有機溶媒を除去した。次いで、乾燥試料を秤量し、TAインスツルメント Tzeroアルミニウム密封DSCサンプルパンに入れた。試料を、TAインスツルメント Q2000変調示差走査熱量計(「Q2000 MDSC」、RC−03761サンプルセルを含む)を使用し、窒素雰囲気下、温度変調モード(−90℃〜125℃、5℃/分、変調振幅±0.796℃及び60秒間)で加熱−冷却−加熱法を用いて分析した。TAインスツルメントは、米国のNew Castle,DEに位置する。
温度変調モードにおいて、Q2000 MDSCは、次の3つの信号を与えた:累積(標準)熱流量、可逆(Rev)熱流量、及び非可逆(Nonrev)熱流量。累積熱流量信号は、可逆及び非可逆熱流量信号の合計であった。可逆信号は、熱容量(Cp)構成成分であり、熱容量の変化を示し、T(ガラス転移)のような転移を含んだ。非可逆信号は、動力学構成成分であり、結晶化及び化学反応のような動力学的転移を含んだ。
データ収集後、TA UNIVERSAL ANALYSISプログラムを用いて、熱転移を分析した。存在する場合、あらゆるガラス転移(T)又は有意な吸熱若しくは発熱ピークを評価した。ガラス転移温度は、標準熱流量(HF)又は可逆熱流量(Cp related/REV HF)曲線における階段状変化を用いて評価した。転移の開始、中央(半値)、及び終了温度を記録し、ガラス転移時に観察された熱容量における変化も計算した。あらゆるピーク転移を、熱流量(HF)、可逆熱流量(Rev HF)又は非可逆熱流量(Nonrev HF)曲線を使用して評価した。ピーク面積値及び/又はピーク最小/最大温度も決定した。ピーク積分結果を試料重量で正規化し、J/g単位で報告した。
試験方法6:動的光散乱による粒径
平均粒径が1μm未満のポリマー分散体(又はラテックス)については、ラテックス試料の平均粒径を、動的光散乱装置(ZETASIZER NANO ZS、Malvern Instruments Ltd.(Worcestershire,UK)から入手可能)を用いて、製造業者の指示に従い、ポリスチレンビーズの較正標準を用いて、希釈ラテックス試料(5mLの水に約1滴のラテックス)で測定した。
試験方法7:レーザー回折による粒径
平均粒径が1μmを超えるポリマー分散体(又はラテックス)については、HORIBA LA−950レーザー回折式粒子径分布測定装置(株式会社堀場製作所(日本、京都))で、希釈ラテックス試料(ポリマー分散体と1% DS−10界面活性剤の脱イオン水溶液との重量比が約1:5)を、製造業者の指示に従って測定した。
試験方法8:ポリプロピレン基材に対する90度剥離接着試験
試験しようとする感圧接着剤の試料を、2.0mil(0.002インチ、約51μm)のポリエステルフィルム(HOSTAPHAN 3 SAB、プライマー処理PETフィルム、Mitsubishi Polyester Film Inc.(Greer,SC,USA)から入手可能)の上にハンドスプレッドナイフ(hand−spread knife)でコーティングし、70℃のオーブン内で15分間乾燥して、0.9〜1.2mil(約23〜30μm)の範囲の乾燥PSA厚さを得た。コーティングされたフィルムを23℃及び相対湿度50%で約24時間状態調節し、次いで幅0.5インチ(約1.3cm)のテープのストリップに切断した。
ポリプロピレン(PP)試験パネル(Aeromat Plastics(Burnsville,MN,USA)から入手した5cm×12.5cmのパネル)を、イソプロピルアルコールで湿らせたティッシュを用い、手で圧をかけてパネルを8〜10回拭き取ることによって調製した。この手順を、イソプロピルアルコールで湿らせた清潔なティッシュを用いて更に2回繰り返した。清浄化したパネルを風乾した。
PP剥離接着試験を行うために、最初に幅0.5インチ(1.25cm)のテープのストリップを2kg(4.5ポンド)のローラーでPP基材に貼付した。次いで、剥離試験を、ASTM国際規格D3330/D3330M−04(2010年再承認(reproved))、Method Fに記載の手順に従って90度の剥離角度で実施した。
剥離接着は、IMASS SP−2000滑り/剥離試験機(IMASS,Inc.(Accord,MA,USA)より入手可能)を用いて、305mm/分(12インチ/分)の剥離速度で評価した。剥離接着値は、オンス/インチ(oz/in)及びニュートン/デシメートル(N/dm)の両方で報告した。
試験方法9:ステンレス鋼基材に対する180度剥離接着試験
試験しようとする感圧接着剤の試料を、2.0mil(0.002インチ、約51μm)のポリエステルフィルム(HOSTAPHAN 3 SAB、プライマー処理PETフィルム、Mitsubishi Polyester Film Inc.(Greer,SC,USA)から入手可能)の上にハンドスプレッドナイフでコーティングし、70℃のオーブン内で15分間乾燥して、0.9〜1.2mil(約23〜30μm)の範囲の乾燥PSA厚さを得た。コーティングされたフィルムを23℃及び相対湿度50%で24時間状態調節し、次いで幅0.5インチ(約1.3cm)のテープのストリップに切断した。
幅0.5インチ(約1.3cm)のテープのストリップを、2kg(4.5ポンド)のローラーを使用してステンレス鋼(SS)プレートに貼付し、次いでIMASS SP−2000滑り/剥離試験機(IMASS,Inc.(Accord,MA,USA)から入手可能)で、180度の剥離角及び12インチ(約30cm)/分の速度を使用して、剥離接着を評価した。剥離接着値は、オンス/インチ(oz/in)及びニュートン/デシメートル(N/dm)の両方で報告した。
試験方法10:70℃における静的剪断強度
試験しようとする感圧接着剤の試料を、2.0mil(0.002インチ、約51μm)のポリエステルフィルム(HOSTAPHAN 3 SAB、プライマー処理PETフィルム、Mitsubishi Polyester Film Inc.(Greer,SC,USA)から入手可能)の上にハンドスプレッドナイフでコーティングし、70℃のオーブン内で15分間乾燥して、0.9〜1.2mil(約23〜30μm)の範囲の乾燥PSA厚さを得た。コーティングされたフィルムを23℃及び相対湿度50%で24時間状態調節し、幅0.5インチ(約1.3cm)のテープのストリップに切断した。
接着剤の静的剪断強度は、500g荷重を用いて、70℃に設定したオーブン内で、ASTM国際規格D3654/D3654M−06(2011年再承認)−Procedure Aに従って測定した。試験片は、0.5インチ×1インチ(1.3cm×2.5cm)の接着剤又はテープ片をポリプロピレン(PP)又はステンレス鋼(SS)パネル上に積層することによって調製した。破損までの時間、すなわち、分銅が接着剤をパネルから引き離すまでの時間を分単位で記録した。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。
試験方法11:布地接合接着試験
スポーツナイロンである布地(Joann Fabricsから品番1997147として入手、ロイヤルブルー)を幅1インチ(約2.5cm)、長さ6インチ(15.2cm)のストリップに切断した。接着テープを、幅0.5インチ(1.3cm)、長さ7〜8インチ(18〜20cm)のストリップに切断した。テープストリップを布地ストリップ上に置いた。この試験試料を、2kg(4.5ポンド)のローラーを用いて一緒に積層した後、試験の前に1時間静置した。次いで、布地の端をInstron装置の下部ジョーに位置付け、テープの端を上部ジョーに位置付けた。Instron設定は次のように設定した:クロスヘッド速度12インチ/分(30.5cm/分)、平均荷重を2インチ(5.1cm)と5インチ(12.7cm)との間にとり、この部分が試料の中央点であった。3回の読取値を記録し、平均して、剥離接着として報告した。
調製例1(PE−1)
ポリマーは、2段階で作製した。重合の第1工程では、反応器(撹拌ステンレス鋼製反応器)に、88kgのIBOA及び2.72kgのアクリル酸(AA)からなる混合物を、90.8gのIRGANOX 1010、381gのIOTG、18.2gのMEHQ、及び1.8gのVAZO 52と共に投入した。反応器を封止し、酸素を除去し、次いで、約5psig(34.5kPa)の窒素圧を保持した。反応混合物を60℃(140°F)に加熱した。反応は断熱的に進行し、127℃(260°F)の温度でピークになった。反応が完了したら、混合物を50℃未満に冷却した。
第2工程では、第1工程の反応生成物に、10.9gのVAZO 52、3.6gのVAZO 67、5.4gのVAZO 88、5.4gのLUPERSOL 101、及び7.3gのLUPERSOL 130を添加した(開始剤成分は、少量の酢酸エチル中に溶解した溶液として添加した)。次いで、更に191gのIOTGを添加した。反応器を封止し、窒素でパージし、5psig(34.5kPa)の窒素圧を保持した。反応混合物を60℃(140°F)に加熱した。反応は断熱的に進行した。反応が176℃(350°F)のピーク温度に達した後、混合物をこの温度で2時間加熱した。得られたポリマー材料を、PE−1と呼ぶ。PE−1を反応器から取り出すために、加熱ジャケットを排液し、EHAを2時間かけて添加した。得られたポリマー溶液は、添加したEHA中に溶解されたPE−1を含有した。これをその後93℃(200°F)に冷却し、一晩撹拌した。
本明細書で使用するとき、用語「PE−1」は、IBOA/AA(97/3)から形成され、35kg/モルの重量平均分子量を有するポリマー材料を指す。下記のPE−1を使用した配合は全て、PE−1をEHAに溶解することによって調製されたポリマー溶液の重量に基づくのではなく、ポリマーの重量に基づく。ポリマー溶液を調製するために添加されるEHAは、第1のモノマー組成物の一部とみなされる。
調製例2(PE−2)
重合は、316ステンレス鋼製試験缶(Fauske and Associates Inc.(Burr Ridge,IL,USA)から入手可能)を備えたVSP2断熱反応装置を用いた2段階反応により実施した。
重合の第1工程では、VSP2反応器内の試験缶に、80gのモノマー混合物(IBOA/AA:97/3重量比)を投入した。このモノマー混合物に、0.1pphのIRGANOX 1010、2pphの連鎖移動剤(IOTG)、0.02pphのMEHQ、及び0.002pphのVAZO52(各pphはモノマー混合物中のモノマーの総重量に基づく)を加えた。反応器を封止し、窒素でパージし、次いで、約100psig(689kPa)の窒素圧を保持した。反応混合物を60℃に加熱した。反応は断熱的に進行した。おおよそのピーク温度は約180℃であった。温度がピークに達した後、混合物を50℃未満に冷却した。
第2工程では、第1工程の反応生成物75gに、開始剤溶液を添加した。溶液は、0.012pphのVAZO 52、0.004pphのVAZO 67、0.006pphのVAZO 88、0.006pphのLUPERSOL 101、及び0.008pphのLUPERSOL 130(各pphは反応生成物中のポリマー材料の重量に基づく)を含有した。開始剤は少量の酢酸エチル中に溶解し、全開始剤溶液の重量は0.7gであった。次いで、追加量のIOTG(1pph)を添加した。反応器を封止し、酸素を除去し、100psig(793kPa)の窒素圧を保持した。反応混合物を60℃に加熱した。反応は断熱的に進行し、ピーク温度は約124℃であった。反応混合物を170℃に加温し、その温度で1時間保持した。次いで、ポリマーを冷却した。得られたポリマーは、IBOA/AAが97/3の組成及び8kg/モルのMを有した。
調製例3(PE−3)
配合及び手順は、連鎖移動剤の量及び反応ピーク温度が変化したことを除いて、PE−2と同じであった。工程1では、1.1pphのIOTGを添加し、ピーク温度は約134℃であった。工程2では、0.55pphのIOTGを添加し、ピーク温度は約138℃であった。得られたポリマーは、IBOA/AAが97/3の組成及び14kg/モルのMを有した。
調製例4(PE−4)
配合及び手順は、連鎖移動剤の量及び反応ピーク温度が変化したことを除いて、PE−2と同じであった。工程1では、0.6pphのIOTGを添加し、ピーク温度は約130℃であった。工程2では、0.3pphのIOTGを添加し、ピーク温度は約133℃であった。得られたポリマーは、IBOA/AAが97/3の組成及び23kg/モルのMを有した。
調製例5(PE−5)
150gの酢酸エチル、37.50gのIBOA、11gのIBOMA、1.50gのAA、0.25gのVAZO 67、及び0.125gのIOTGを瓶に投入した。次いで、反応物質を窒素でパージして酸素を除去した。次いで、瓶を封止し、ラウンダーオメーター内に入れて、60℃で24時間反応させた。次いで、ポリマー溶液をアルミニウム皿に入れ、オーブン内で乾燥して溶媒を除去した。乾燥したポリマーは、IBOA/IBOMA/AAが75/22/3の組成及び約34kg/モルのMを有した。
調製例6(PE−6)
ポリマーは、国際公開第96/07522号及び米国特許第5,804,610号(Hamer et al.)に記載の方法に従って、紫外線放射によって開始されるポリマーパウチ内でのバルク重合によって調製した。ポリマーは、IOA(84.3pph)、IBOA(12.7pph)、AA(3pph)、IOTG(0.03pph)及びIRGACURE 651(0.15pph)という配合で調製した。各pphは、全てのモノマーの総重量に基づいた。ポリマーは、IOA/IBOMA/AA(84.3/12.7/3)の組成及び約625kg/モルのMwを有した。
調製例7(PE−7)
ポリマーは、国際公開第96/07522号及び米国特許第5,804,610号(Hamer et al.)に記載の方法に従って、紫外線放射によって開始されるポリマーパウチ内でのバルク重合によって調製した。ポリマーは、IOA(97pph)、AA(3pph)、IOTG(0.03pph)及びIRGACURE 651(0.15pph)という配合で調製した。各pphは、全てのモノマーの総重量に基づいた。ポリマーは、IOA/AA(97/3)の組成及び約576kg/モルのMwを有した。
調製例8(PE−8)
DS−10(3.80g)を225gの脱イオン水と共にビーカーに加え、撹拌して水溶液を調製した。AA(9.5g)、CBr(0.18g)、及びIBOA(180.5g)を別のビーカーに加え、よく混合して油相を形成した。次いで、水相及び油相の両方を、温度計、ガラス製後退羽根車付き機械攪拌器、凝縮器、及び窒素注入管を備えた2Lの樹脂フラスコに注ぎ入れた。次いで、反応混合物を窒素ブランケット下で300回転毎分(rpm)で撹拌した。反応物質を29℃に加熱した後、KPS(0.38g)、Na(0.10g)、及びFeSO.7HOの溶液(0.0011gを0.5gのHOに溶解)を加えた。反応の結果、発熱ピーク温度は48℃であった。発熱ピークに達した後、反応物質を75℃に加熱し、その温度で1.5時間維持した。次いで、ラテックスを冷却し、チーズクロスに通して濾過して、固体39重量%、pH約4.6、粘度約2,000センチポアズ、及び平均粒径約126nmのラテックスを得た。このラテックスポリマーは、IBOA/AA(97/3)の組成及び162kg/モルのMを有した。
調製例9(PE−9)
最初に、Mが約34,000g/モルのIBOA/AA(97/3)コポリマーを、国際公開第96/07522号及び米国特許第5,804,610号(Hamer et al.)に記載の方法に従って、紫外線放射によって開始されるポリマーパウチ内でのバルク重合によって調製した。ポリマーは、IBOA(97pph)、AA(3pph)、IRGACURE 651(1pph)及びIOTG(0.75pph)(各pphはモノマーの総重量に基づく)の配合で調製した。
50gの生成ポリマー、50gのトルエン、0.64gのTRITON X−100、0.115gのDS−4を混合して、油相を形成した。水相は、25gの水と0.115gのDS−4とを混合することによって調製した。水相溶液、次いで油相溶液を、1Lのステンレス鋼製ワーリングブレンダーに加えた。混合物を高速設定で2分間ブレンドして、固体約40重量%、粘度3960センチポアズ、及び平均粒径約2.9μmを有するポリマーエマルションを得た。
PE−6及びPE−9のTは、Foxの式を用いて計算したが、PE−1〜PE−5、DIANAL BR113、及びDIANAL MB2543のTは、変調DSCを用いて測定した。
調製例10(PE−10):短波UV硬化ライナーの調製
70重量%のTEGO RC−902と30重量%のTEGO RC−711とのブレンドを、厚さ50μmのプライマー処理していないPETフィルム基材(Mitsubishi Polyester Film Inc.(Greer,SC,USA)から入手可能)の片側にコーティングし、1.0μm未満の湿潤コーティング厚さを得た。次いで、コーティングされたフィルムを、3個の150W低圧水銀アマルガムランプ(Heraeus Noblelight(Hanau,Germany)製)の出力に、ピーク強度185nm、窒素雰囲気下、ウェブ速度15.2m/分(mpm)で曝露し、硬化剥離面を有する短波UV硬化ライナーを提供した。このライナーに関するその他の情報は、米国特許出願公開第2013/0059105号(Wright et al.)に見ることができる。
実施例1(EX−1)
水相は、15.6gのHITENOL BC1025と208gの脱イオン水とをビーカー内で混合することによって調製した。油相は、267gの2−エチルヘキシルアクリレート(EHA)、40.5gイソボルニルアクリレート(IBOA)、5.7gのアクリル酸(AA)、3.8gのメタクリル酸(MAA)、及び9.5gの調製例1(PE−1)のポリマーを、溶液が形成されるまでビーカー内で混合することによって調製した。更に明確にすると、PE−1は、IBOA/AA(97/3)から形成されたポリマーを指す。溶解したPE−1を含有するポリマー溶液に含まれるEHAの量(PE−1が調製された反応器からPE−1を除去するために添加されたEHAの量)は、添加したEHAの総量(267g)に含まれる。油相の総重量は326.5gであった。次いで、油相を水相に注ぎ入れ、よく混合した。内容物を、1Lステンレス鋼製ワーリングブレンダー容器に注ぎ入れ、当該ブレンダーを用いて高速設定で2分間均質化した。次いで、混合物を、温度計、ガラス製後退羽根車付き機械攪拌器、凝縮器、及び窒素注入管を備えた2Lの樹脂フラスコに注ぎ入れた。次いで、0.4gの過硫酸カリウム(KPS)を添加した。反応混合物を、窒素ブランケット下で撹拌し、60℃に加熱した後、60℃で4時間維持した。次いで、温度を30分以内に80℃まで上げ、その温度を1時間維持した。次いで、ラテックスを冷却し、チーズクロスに通して濾過して、EX−1のラテックスを得た。ラテックスは、EHA/IBOA/AA/MMA/PE−1(84/13/2/1/3)であった。pHは、約2.8であった。
図1は、EX−1のラテックスポリマーについて、第2加熱(2H)サイクルからの変調DSC熱流量信号を、窒素雰囲気下での温度の関数として示す。
実施例2〜5(EX−2〜EX−5)
これらのラテックスは、PE−1の代わりにPE−2(EX−2の場合)、PE−3(EX−3の場合)、PE−4(EX−4の場合)、及びPE−5(EX−5の場合)を使用したことを除いて、EX−1と同じ配合で、同じ方法(ミニエマルション法)で調製した。
図2は、EX−2のラテックス粒子について、第2加熱(2H)サイクルからの変調DSC熱流量信号を、窒素雰囲気下での温度の関数として示す。
比較例1及び2(CE−1及びCE−2)
この2種類のラテックスは、PE−1の代わりにDIANAL BR113(CE−1の場合)又はDIANAL MB2543(CE−2の場合)のいずれかを使用したことを除いて、EX−1と同じ配合で、同じ方法(ミニエマルション法)で調製した。PE−1と異なり、DIANAL MB2543及びDIANAL BR113はいずれも、環構造を有するモノマーから調製されていなかった。CE−1及びCE−2の固形分は、いずれも約60重量%であった。粘度は、CE−1は270センチポアズであり、CE−2は220センチポアズであった。平均粒径は、CE−1は約413nmであり、CE−2は426nmであった。
比較例3(CE−3)
このラテックスは、PE−1の代わりに調製例6(PE−6)を使用したことを除いて、EX−1と同じ配合で、同じ方法(ミニエマルション法)で調製した。得られたラテックスは、60重量%の固体、92センチポアズの粘度、及び548nmの平均粒径を有した。
比較例4(CE−4)
このラテックスは、PE−1の代わりに調製例7(PE−7)を使用したことを除いて、EX−1と同じ配合で、同じ方法(ミニエマルション法)で調製した。重合後、アンモニアをラテックスに加えて、ラテックスのpHを約4に調節した。得られたラテックスは、固形分が58重量%であった。
比較例5(CE−5)
PE−1及び事前に形成された他のポリマーのいずれも添加しなかったことを除いて、EX−1と同じ方法によるラテックス。反応物質は重合反応中に凝集して、ラテックスは得られなかった。
CE−4のTは、Foxの式を用いて計算したが、EX−1〜EX−5及びCE−1〜CE−3のTは、変調DSCを用いて測定した。N/Aは、ラテックスが生成されなかったために分析しなかったことを意味する。
比較例6(CE−6)
−50℃のTを有するCE−3(固体60重量%)30gを、95℃のTを有するPE−8(固体39重量%)1.43gとブレンドした。CE−3ポリマー対PE−8ポリマーの重量比は、100対3(100:3)であった。ブレンドの接着剤特性を、試験方法8、9、及び10を用いて測定し、表5に示す。
比較例7(CE−7)
−50℃のTを有するCE−4(固体58重量%)30gを、95℃のTを有するPE−9(固体40重量%)1.3gとブレンドした。CE−4ポリマー対PE−9ポリマーの重量比は、100対3(100:3)であった。ブレンドの接着剤特性を、試験方法8、9、及び10を用いて測定し、表5に示す。
実施例6(EX−6)
EX−1(60%固体)のポリマーラテックスの試料30gを、0.22gのPARAGUM 500増粘剤とブレンドした。この混合物にアンモニアを加えて、pHを約9に調節した。
EX−6のポリマーラテックスブレンドの試料を、ハンドスプレッドナイフコーターで調製例10(PE−10)の剥離ライナーの硬化剥離表面上にコーティングし、次いで70℃のオーブン内で20分間乾燥して、乾燥厚さ約2mil(0.002インチ、約51μm)のラテックスPSA層を有する「転写テープ」を得た。
実施例7(EX−7)
EX−1(60%固体)のポリマーラテックスの試料30gを、0.3gのPARAGUM 500増粘剤及び6.1gのSNOWTACK SE780G(55%固体)粘着付与剤とブレンドした。EX−1乾燥ポリマー対乾燥粘着付与剤の比は約100:20であった。得られたポリマーラテックスブレンドのpHを、約9に調節した。
EX−7のポリマーラテックスブレンドの試料を、ハンドスプレッドナイフコーターで調製例10(PE−10)の剥離ライナーの硬化剥離表面上にコーティングし、次いで70℃のオーブン内で20分間乾燥して、乾燥厚さ約2mil(約51μm)のラテックスPSA層を有する「転写テープ」を得た。
EX−6及びEX−7「転写テープ」の剥離再接着試験準備
実施例6及び7からの「転写テープ」の試料は、次の3つの条件のうちの1つでエージング及び/又は状態調節を行った:
条件1:23℃、相対湿度50%で24時間。
条件2:23℃、相対湿度(RH)50%で24時間の後、32℃、RH90%で48時間、その後23℃、相対湿度50%で1時間平衡化。
条件3:23℃、相対湿度50%で24時間の後、70℃のオーブン内(湿度制御なし)で48時間加熱、その後23℃、相対湿度50%で1時間平衡化。
状態調節工程の後、25μm(1.0mil)のプライマー処理PETフィルムを状態調節したラテックスPSA層に積層し、積層試験試料を形成した。プライマー処理済みPETフィルムは、特許第02200476(A)号並びに更には米国特許第5,204,219号(Van Ooij et al.)、欧州特許第0301827(B1)号(Woo et al.)、及び欧州特許第0372756号(Strobel et al)に記載のように、ゾル−ゲルプライマーの塗布によって調製した。
剥離接着値は、PET支持体接着テープを短波UV硬化ライナーから180度の角度及び30.5cm/分(12インチ/分)の速度で引き剥がすために必要な力の尺度であった。IMASS MODEL SP2000剥離試験機(IMASS Corp.(Accord,MA,USA))を使用して剥離接着値を記録し、表6に「剥離」値として要約した。
再接着値を決定するために、PET支持体テープ試料を、剥離試験方法(試験方法11)を用いて短波UV硬化ライナーから引き剥がし、次いで、得られたPET支持体テープを、清浄なステンレス鋼パネルの表面上に貼付した。PET支持体テープ試料を、2kgのゴムローラーを61cm/分(24インチ/分)で2回通過させることによって、パネルに圧下した。再接着値は、PET支持体テープを鋼表面から180度の角度及び30.5cm/分(12インチ/分)の速度で引き剥がすために必要な力の尺度であった。IMASS MODEL SP2000剥離試験機を使用して剥離力を記録し、表6に「再接着」値として要約した。
実施例8(EX−8)
実施例1(EX−1)のラテックスを、特許第02200476(A)号に記載のようにゾル−ゲルプライマーの塗布によって調製された1mil(0.001インチ、0.0025cm)のプライマー処理PETフィルム上に、ハンドスプレッドナイフコーターを用いて、コーティングした。ラテックスは70℃のオーブン内で20分間乾燥して、2mil(0.002インチ、0.005cm)の乾燥接着剤厚さを得た。恒温恒湿(23℃及び相対湿度50%)室内で24時間、状態調節した後、布地接着試験(試験方法11)を用いてPSAを評価し、表7に示す結果を得た。
実施例9(EX−9)
実施例2(EX−2)のラテックスを、特許第02200476(A)号に記載のようにゾル−ゲルプライマーの塗布によって調製された1mil(0.001インチ、0.0025cm)のプライマー処理PETフィルム上に、ハンドスプレッドナイフコーターを用いて、コーティングした。ラテックスは70℃のオーブン内で20分間乾燥して、2mil(0.002インチ、0.005cm)の乾燥接着剤厚さを得た。恒温恒湿(23℃及び相対湿度50%)室内で24時間、状態調節した後、布地接着試験(試験方法11)を用いてPSAを評価し、表7に示す結果を得た。

Claims (3)

  1. エマルション組成物であって、
    a)水と、
    b)フリーラジカル重合を起こし得る不飽和基を有する重合性界面活性剤と、
    c)第1のモノマー組成物であって、
    1)少なくとも6個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートを含む、第1のモノマー組成物と、
    d)前記第1のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づいて0.5〜15重量%の量の、第2の(メタ)アクリレートポリマーと、を含み、
    前記第2の(メタ)アクリレートポリマーは、50℃以上のTを有し、前記第2の(メタ)アクリレートポリマーは、第2のモノマー組成物から形成され、
    前記第2のモノマー組成物は、
    1)前記第2のモノマー組成物中のモノマーの総重量に基づいて少なくとも50重量%の環状アルキル(メタ)アクリレートを含み、前記環状アルキル基は少なくとも6個の炭素原子を有しており、
    前記エマルションは、前記水を含む第1相と、前記第1相内に液滴として分散している第2相と、を有し、
    前記液滴は、
    1)前記第2の(メタ)アクリレートポリマーと、
    2)少なくとも90重量%の前記第1のモノマー組成物と、を含む混合物を含有し、前記第2の(メタ)アクリレートポリマーは前記第1相と混和可能ではなく、前記液滴内の前記第1のモノマー組成物に溶解している、エマルション組成物。
  2. 請求項に記載のエマルション組成物の重合生成物を含むラテックス組成物であって、前記ラテックス組成物がポリマーラテックス粒子を含む、ラテックス組成物。
  3. 請求項に記載のラテックス組成物の乾燥物を含む、感圧接着剤。
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