JP6441018B2 - 粘着剤組成物及び粘着シート - Google Patents
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Description
液晶表示装置は、一般に、2枚の支持基板の間に所定の方向に配向した液晶成分が挟持された液晶セルと、偏光板、位相差板、輝度上昇フィルム等の光学フィルムと、から構成されている。液晶セルと光学フィルム、または光学フィルム同士を積層して液晶表示装置を作製する際には、これら部材が粘着剤組成物から形成される粘着剤層を介して貼合される。
偏光板等の光学フィルムは、通常、収縮率の異なる部材を積層して構成されており、温度や湿度の変化により寸法変化を生じやすい。このため、粘着剤層を介して貼合された光学フィルムが、高温環境や高温高湿環境といった過酷な環境下に曝されると、光学フィルムがカールし、粘着剤層と光学フィルムまたは液晶セルとの界面で浮きや剥がれが発生することがあった。そのため、浮きや剥がれを抑制できる耐久性の高い粘着剤層を形成することができる粘着剤組成物が求められている。
また、特許文献2に記載の光学フィルム用粘着剤組成物においても、粘着剤層の耐久性は十分ではなかった。
<1> カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系ポリマーと、前記(メタ)アクリル系ポリマー100質量部に対して0.005質量部〜2.5質量部の脂環式エポキシ変性シリコーンと、を含む粘着剤組成物。
<3> 前記脂環式エポキシ変性シリコーンは、側鎖に脂環式エポキシ基を有する<1>または<2>に記載の粘着剤組成物。
<4> 前記脂環式エポキシ変性シリコーンは、下記一般式(1)で表される化合物である<1>〜<3>のいずれか1つに記載の粘着剤組成物。
<7> さらに光学フィルムを有し、前記光学フィルムの少なくとも片面に、前記粘着剤層を有する<6>に記載の粘着シート。
<8> 前記光学フィルムが偏光板である<7>に記載の粘着シート。
本明細書において(メタ)アクリレートとは、アクリレート及びメタクリレートの少なくとも一方を意味し、(メタ)アクリルとは、アクリル及びメタクリルの少なくとも一方を意味する。
また、本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本発明の粘着剤組成物は、カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系ポリマー(以下適宜、単に(メタ)アクリル系ポリマーともいう)と、前記(メタ)アクリル系ポリマー100質量部に対して0.005質量部〜2.5質量部の脂環式エポキシ変性シリコーンと、を含む。
本発明の粘着剤組成物は、(メタ)アクリル系ポリマーと脂環式エポキシ変性シリコーンの他に、さらに前記(メタ)アクリル系ポリマー100質量部に対して6質量部〜30質量部のイソシアネート系化合物を含むことが好ましい。
本発明の効果が得られる理由は明確ではないが、本発明者らは、以下のように推定している。
本発明は、脂環式エポキシ変性シリコーンとカルボキシ基を有する(メタ)アクリル系ポリマーとが粘着剤組成物に含まれることで、両者が反応し、反応物を形成すると考えられる。シリコーンは離型性を付与する離型成分として機能することが知られているが、この反応物の脂環式エポキシ変性シリコーンに由来する部位は、離型性を付与する部位として機能するのではなく、被着体への吸着性を付与する部位(吸着部位)として機能する。そのため、該粘着剤組成物から形成された粘着剤層は、カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系ポリマーに由来する部位が有する粘着力に加え、脂環式エポキシ変性シリコーンに由来する部位が有する吸着性が相俟って、従来の粘着剤組成物から形成された粘着剤層に比べ粘着力が高くなると考えられる。その結果、高温雰囲気と低温雰囲気に繰り返し曝される過酷な環境下においても、被着体と粘着剤層との界面に浮きや剥がれが生じにくくなると考えられる。
また、粘着剤組成物における脂環式エポキシ変性シリコーンの含有量が、所定の範囲であることで、上記の粘着力向上の効果を発現し、脂環式エポキシ変性シリコーンの含有量が少ない場合は、十分な粘着力向上の効果が得られず、また、含有量が多い場合は、離型成分として機能し、逆に粘着力を低下させると考えられる。
本発明の粘着剤組成物は、カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系ポリマーを含む。
粘着剤組成物が、カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系ポリマーを含むことで、(メタ)アクリル系ポリマーのカルボキシ基が、後述する脂環式エポキシ変性シリコーンと反応するため、高温雰囲気と低温雰囲気に繰り返し曝される環境下においても浮きや剥がれが生じにくい粘着剤層を形成できる。
カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系ポリマーは、カルボキシ基を有する(メタ)アクリルモノマーに由来する構成単位を有し、その他のモノマーに由来する構成単位として反応性官能基を有さない(メタ)アクリルモノマーに由来する構成単位及びカルボキシ基以外の反応性官能基を有するモノマーに由来する構成単位をさらに有していてもよい。
中でも、粘着剤層とした場合の凝集力と粘着力を調整しやすい観点から、炭素数が1〜4のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレートが好ましく、炭素数が1〜4のアルキル基を有するアルキルアクリレート、フェノキシエチルアクリレートがより好ましい。
また、反応性官能基を有さない(メタ)アクリルモノマーとしてn−ブチルアクリレート(BA)を使用する場合は、(メタ)アクリル系ポリマー中におけるBAに由来する構成単位の含有率は、(メタ)アクリル系ポリマー全質量に対して75質量%〜99質量%であることが好ましく、80質量%〜98質量%であることがより好ましく、85質量%〜96質量%であることが更に好ましい。
(メタ)アクリル系ポリマー中におけるカルボキシ基以外の反応性官能基を有するモノマーに由来する構成単位の総含有率は、(メタ)アクリル系ポリマー全質量に対して、2質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以下であることがより好ましく、0.2質量%以下であることが更に好ましい。
(メタ)アクリル系ポリマーの酸価が、5mg/KOH以上であると、後述する脂環式エポキシ変性シリコーンとの反応が効果的に行われ、粘着剤層とした場合の耐久性を向上させることができ、50mg/KOH以下であると、粘着剤組成物のポットライフが短くなることを抑制できる。
(1)(メタ)アクリル系ポリマー約5gを三角フラスコにとり、常温減圧にて溶媒を除去後、さらに105℃で熱風乾燥機にて乾固したものをポリマーサンプルとする。
(2)ポリマーサンプルを混合溶媒(体積比:トルエン/エタノール=50/50)100mlに溶解してサンプル溶液とする。
(3)下記の条件でサンプル溶液の滴定を行い、滴定量を測定する。
滴定溶液:エタノール性水酸化カリウム溶液(0.1N、和光純薬工業(株)製、容量分析用)
指示薬:フェノールフタレイン
(4)下記式より、酸価Aを計算する。
A={(Y−X)×f×5.61}/M
A;酸価
Y;サンプル溶液の滴定量(ml)
X;(ポリマーサンプルを含まない)混合溶媒100mlのみの溶液の滴定量(ml)
f;滴定溶液のファクター
M;ポリマーサンプルの質量(g)
また(メタ)アクリル系ポリマーの分散度(Mw/Mn)は、特に制限されず、例えば2〜20とすることができ、3〜15が好ましく、4〜9がより好ましい。分散度が前記範囲であることで、被着体への濡れ性が良好で、十分な凝集力を有する粘着剤層が得られ、粘着剤層とした場合の耐久性を向上させることができる。
(1)(メタ)アクリル系ポリマー溶液を剥離フィルム上に塗工し、100℃で2分間乾燥させ、フィルム状の(メタ)アクリル系ポリマーを得る。
(2)前記(1)で得られたフィルム状の(メタ)アクリル系ポリマーをテトラヒドロフランにて固形分が0.2質量%になるように溶解させる。
(3)下記条件にて、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて、(メタ)アクリル系ポリマーの重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)を測定する。
<条件>
・GPC:HLC−8220 GPC〔東ソー(株)製〕
・カラム:TSK−GEL GMHXL(4本使用)
・移動相溶媒:テトラヒドロフラン
・標準試料 :標準ポリスチレン
・流速 :0.6ml/min
・カラム温度:40℃
なお、本明細書における光漏れとは、樹脂組成物から形成された粘着剤層を表示装置等に使用したときに、光学フィルムや粘着剤層に複屈折が発生すること等に起因して、表示装置の画面周辺部から光が漏れる現象を意味する。また、「光漏れ」は、粘着剤層が被着体から離れる「浮き」や「剥がれ」とは区別される。
なお、ガラス転移温度の算出には絶対温度(K)を用いるが、本明細書においてガラス転移温度を記載する際には、セルシウス度(℃)を用いることがある。
本発明の粘着剤組成物は、脂環式エポキシ変性シリコーンを、前記(メタ)アクリル系ポリマー100質量部に対して0.005質量部〜2.5質量部含む。
従来、シリコーンは、離型性を付与し粘着力を抑制する目的で、粘着剤組成物に用いられることが多かった。しかし、本発明者らは、粘着剤組成物を、脂環式エポキシ変性シリコーンと、カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系ポリマーと、を含む構成とすることで、粘着剤組成物で形成された粘着剤層の、脂環式エポキシ変性シリコーンに由来する部位が、被着体への吸着部位として機能することを見出した。
脂環式エポキシ変性シリコーンの含有量が0.005質量部未満であると、吸着部位として機能が十分ではなく、粘着剤層とした場合の耐久性に劣る。また、脂環式エポキシ変性シリコーンの含有量が2.5質量部を超えると、離型成分として機能するため、粘着剤層とした場合の粘着力が低くなり耐久性に劣る。
脂環式エポキシ基として、例えば、エポキシシクロヘキシル基等が挙げられる。これらの脂環式エポキシ基は、連結基を介してシリコーン(シロキサン骨格)に結合してもよい。
m+nが5未満であると、脂環式エポキシ変性シリコーンがらせん構造をとらず、らせん構造をとった脂環式エポキシ変性シリコーンに比べ、表面自由エネルギーが高くなるため、被着体への吸着性が強い粘着剤層を形成できる。その結果、粘着剤層の粘着力がより向上し、耐久性が向上する。
Rで表される有機基は、炭素数1〜10のアルキレン基が好ましく、炭素数1〜5のアルキレン基がより好ましく、炭素数1〜3のアルキレン基が更に好ましい。炭素数1〜10のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、へプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、及びデカレン基等が挙げられ、中でも、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基等の炭素数1〜3のアルキレン基が好ましい。
本発明の粘着剤組成物は、架橋剤としてイソシアネート系化合物の少なくとも一種を含有することが好ましい。
粘着剤組成物が、イソシアネート系化合物を含むことで、カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系ポリマーとイソシアネート系化合物とが架橋反応し、耐久性がより向上した粘着剤層を形成することができる。
粘着剤組成物は、前記脂環式エポキシ変性シリコーン及び前記イソシアネート系化合物の他に、必要に応じて、その他の添加剤を含んでもよい。
その他の添加剤として、例えば、イソシアネート系化合物以外の架橋剤、シランカップリング剤、溶剤、紫外線吸収剤等の耐候性安定剤、タッキファイアー、可塑剤、軟化剤、染料、顔料、無機充填剤などが挙げられる。粘着剤組成物がその他の添加剤を含有する場合、その含有量は本発明の効果を損なわない範囲で適宜選択することができる。
本発明の粘着剤組成物は、上述のイソシアネート系化合物以外に、さらに架橋剤(例えば、エポキシ系化合物)を含んでいてもよい。粘着剤組成物がエポキシ系化合物を含む場合、粘着剤層とした場合の凝集力の調整が容易であり、過酷な環境下においても被着体と粘着剤層との界面で浮きや剥がれが生じにくく、より耐久性に優れる粘着剤層を形成することができる。
また、エポキシ系化合物は、上市されている市販品を用いてもよく、市販品の例として、三菱ガス化学(株)製の商品名「TETRAD-X」、「TETRAD-C」などを好適に使用することができる。
本発明の粘着剤組成物は、シランカップリング剤を含んでいてもよい。粘着剤組成物がシランカップリング剤を含む場合、粘着剤層とした場合の耐久性を向上させることができる。
本発明の粘着シートは、既述の本発明の粘着剤組成物から形成された粘着剤層を有する。前記粘着剤層は、高温雰囲気と低温雰囲気に繰り返し曝される環境下においても、被着体との界面で浮きや剥がれが生じにくく、耐久性に優れる。
また、本発明の粘着シートは、既述の本発明の粘着剤組成物が架橋反応して形成された架橋構造を含む粘着剤層を有することが好ましい。粘着剤層が架橋構造を含むことで、耐久性を向上させることができる。
粘着剤層のヘイズ(JIS K 7136(2000年))は、2.0%未満が好ましく、1.0%未満がより好ましく、0.5%以下がさらに好ましい。
剥離フィルムとしては、粘着剤層からの剥離が容易に行なえるものであれば特に限定されず、例えば、剥離処理剤を用いて少なくとも片面に易剥離処理が施された樹脂フィルム(例えばポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステルフィルム)が挙げられる。剥離処理剤として、例えば、フッ素系樹脂、パラフィンワックス、シリコーン、長鎖アルキル基化合物などが挙げられる。
剥離フィルムは、粘着シートを実用に供するまでの間、粘着剤層の表面を保護し、使用時に剥離される。
偏光板は、少なくとも偏光子を有していればよく、例えば偏光子の片面に保護フィルムを有する偏光板や、偏光子の両面に保護フィルムを有する偏光板を用いることができる。偏光板の偏光子としては、例えばポリビニルアルコール(PVA)フィルムなどが使用され、偏光子の保護フィルムとしては、例えばトリアセチルセルロース(TAC)などが使用される。
本発明の粘着シートの例としては、粘着剤層の両面に剥離フィルムを貼り合せた構造(剥離フィルム/粘着剤層/剥離フィルム)を備えた粘着シート、粘着剤層の一方の面に光学フィルム、他方の面に離形フィルムを貼り合せた構造(光学フィルム/粘着剤層/剥離フィルム)を備えた粘着シートを挙げることができる。
[製造例:樹脂A]
温度計、撹枠機、窒素導入管、及び還流冷却管を備えた反応器内に、n−ブチルアクリレート(BA)88.6部、メチルアクリレート(MA)9.5部、アクリル酸(AA)1.7部、2−ヒドロキシエチルアクリレート(2HEA)0.2部、酢酸エチル(EAc)110部、及びアゾビスジメチルバレロニトリル(ABVN)0.1部を入れて混合した後、反応器内を窒素置換した。その後、反応器内の混合物を撹拌しながら65℃に昇温し、8時間保持して重合反応させた。重合反応終了後、反応混合物を酢酸エチルを用いて固形分が23.0質量%になるよう調整した。このようにして、BA/MA/AA/2HEA共重合体(樹脂A)の溶液を得た。
得られた樹脂Aの重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)を、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)を用いて既述の条件で測定したところ、重量平均分子量(Mw)は100万、分子量分布(Mw/Mn)は5.6であった。また、得られた樹脂Aの酸価を既述の方法で測定したところ15mg/KOHであった。
樹脂Aの製造例において、共重合体の合成に用いたモノマーの種類及び比率を下記表1に示すように変更したこと以外は、樹脂Aと同様にして、樹脂B〜樹脂Eの溶液(固形分23.0質量%)をそれぞれ得た。
また、得られた各共重合体について、樹脂Aと同様にして、Mw、Mn及び酸価の測定を行なった。結果は、下記表1に示す。
表1中、「PHEA」はフェノキシエチルアクリレート、「t−BA」はt−ブチルアクリレートを示す。
<粘着剤組成物の調製>
(メタ)アクリル系ポリマーとして前記製造例で得た樹脂Aの溶液230部(固形分:100.0部)と、イソシアネート系化合物としてコロネートL18.7部(日本ポリウレタン工業(株)製、トリレンジイソシアネートとトリメチロールプロパンのアダクト体,有効成分:14.0部)と、脂環式エポキシ変性シリコーンとしてX−22−2046 0.05部(信越化学工業(株)製、有効成分:0.05部)と、シランカップリング剤(SC剤)としてKBM−403 0.1部(信越化学工業(株)製、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、有効成分:0.1部)と、を十分に攪拌混合して粘着剤組成物を得た。
上記で得られた粘着剤組成物をシリコーン系剥離処理剤で易剥離処理された剥離フィルム(藤森工業(株)、100E−0010N023)の処理面に、乾燥後の塗布量が25g/m2となるように塗布した。次に、これを100℃で90秒間の条件で熱風循環式乾燥機を用いて乾燥させ、剥離フィルム上に粘着剤層を形成した。続いて、トリアセチルセルロース(TAC)/ポリビニルアルコール(PVA)/TAC構造の偏光板の一方の面と前記剥離フィルム上の粘着剤層とを重ねて貼り合せ、加圧ニップロールに通して圧着した。圧着後、オートクレーブ処理(50℃、5kg/cm2、20分)を施し、23℃、65%RHの条件下で24時間養生させ、剥離フィルム/粘着剤層/偏光板の積層構造を有する粘着シートサンプルを作製した。
上記で得られた粘着シートサンプルについて、以下に示す各種評価を行った。その結果を表2に示す。
上記で得られた粘着シートサンプルを、偏光板の吸収軸に対して長辺が45°となるように234mm×415mm(長辺)のサイズにカットし、試験片(18.5インチ)とした。この試験片を2枚用意し、それぞれ剥離フィルムを剥がした。粘着剤層が露出した2枚の試験片を、それぞれの試験片の吸収軸が直交するように、Twisted Nematic(TN)方式の液晶パネルの両面に、ラミネータを用いて貼り付け、光漏れ評価用サンプルを作製した。
得られた光漏れ評価用サンプルを、50℃、5kg/cm2(490kPa)の条件で20分間オートクレーブ処理した後、23℃、50%RHの環境下に24時間置いた。その後、光漏れ評価用サンプルを、70℃、10%RH以下の環境下に168時間置いた。
その後、23℃、50%RHの環境下で、光漏れ評価用サンプルに均一光源を使用して均一光を当て、光漏れの状態を目視で観察し、下記評価基準で評価した。
A:光漏れがほとんど認められなかった。
B:光漏れが僅かに認められたが、実用上許容できる範囲であった。
C:光漏れが顕著に認められ、実用上許容できない範囲であった。
(耐久性評価用サンプルの作製)
上記で得られた粘着シートサンプルを、偏光板の吸収軸に対して長辺が45°となるように88mm×156mm(長辺)のサイズにカットし、試験片(7.0インチ)とした。この試験片の剥離フィルムを剥がし、露出した粘着剤層と、厚さ0.7mmの無アルカリガラス板(コーニング社製、#1737)の一方の面と、が接するように重ね、ラミネータを用いて前記試験片と前記ガラス板を貼り付け、耐久性評価用サンプルとした。
耐久性評価用サンプルを、50℃、5kg/cm2の条件で20分間オートクレーブ処理をした後、23℃、65%RHの環境下に24時間置いた。その後、耐久性評価用サンプルを、80℃、10%RH以下の環境下(高温乾燥環境下)に500時間置いた。500時間経過後、耐久性評価用サンプルの状態を目視により観察し、下記の評価基準にしたがって評価した。
A:サンプルに浮きや剥れが全くみられなかった。
B:サンプルに浮きや剥れが若干みられたが、実用上許容できる範囲であった。
C:サンプルの浮きや剥れが著しく、実用上許容できない範囲であった。
耐久性評価用サンプルを、50℃、5kg/cm2の条件で20分間オートクレーブ処理をした後、23℃、65%RHの環境下に24時間置いた。その後、耐久性評価用サンプルを、60℃、90%RHの環境下(高温高湿環境下)に500時間置いた。500時間経過後、耐久性評価用サンプルの状態を目視により観察し、下記の評価基準にしたがって評価した。
A:サンプルに浮きや剥れが全くみられなかった。
B:サンプルに浮きや剥れが若干みられたが、実用上許容できる範囲であった。
C:サンプルの浮きや剥れが著しく、実用上許容できない範囲であった。
耐久性評価用サンプルを、50℃、5kg/cm2の条件で20分間オートクレーブ処理をした後、23℃、65%RHの環境下に24時間置いた。その後、冷熱衝撃装置(エスペック社製、TSA−301L−W)を用いて、−40℃で0.5時間放置した後、85℃で0.5時間放置するサイクル(ヒートショックサイクル;H/Sサイクル)を、300サイクル行なった後、耐久性評価用サンプルの状態を目視により観察し、下記の評価基準にしたがって評価した。
A:サンプルに浮きや剥れが全くみられなかった。
B:サンプルに浮きや剥れが若干みられたが、実用上許容できる範囲であった。
C:サンプルの浮きや剥れが著しく、実用上許容できない範囲であった。
実施例1において、粘着剤組成物を下記表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして粘着剤組成物を作製し、実施例1と同様に評価を行った。評価結果を表2に示す。なお、比較例1は粘着剤組成物にシリコーンを含んでいない。
X−22−2046 : 脂環式エポキシ変性シリコーン(信越化学工業(株)製)(一般式(1)で表される化合物)
X−22−343 : エポキシ変性シリコーン(信越化学工業(株)製)
X−22−163C : エポキシ変性シリコーン(信越化学工業(株)製)
PAM−E : アミン変性シリコーン(信越化学工業(株)製)
KF−2004 : メルカプト変性シリコーン(信越化学工業(株)製)
KMB−403 : シランカップリング剤(信越化学工業(株)製)
比較例1、比較例3〜比較例8のように、脂環式エポキシ変性シリコーンを含まない系では、「H/S」の評価結果が悪く、耐久性に劣ることがわかる。
比較例2のように、カルボキシ基を有さない(メタ)アクリル系ポリマーを用いた系では、「Dry」、「Wet」、及び「H/S」全ての評価結果が悪く、耐久性に劣ることがわかる。
比較例9のように、脂環式エポキシ変性シリコーンの含有量が0.005質量部未満であると、「H/S」の評価結果が悪く、耐久性に劣ることがわかる。
比較例10のように、脂環式エポキシ変性シリコーンの含有量が2.5質量部を超えると、「Wet」及び「H/S」の評価結果が悪く、耐久性に劣ることがわかる。
Claims (6)
- カルボキシ基を有する(メタ)アクリル系ポリマーと、
前記(メタ)アクリル系ポリマー100質量部に対して0.005質量部〜2.5質量部の脂環式エポキシ変性シリコーンと、
を含み、
前記脂環式エポキシ変性シリコーンは、下記一般式(1)で表される化合物である、粘着剤組成物。
一般式(1)中、Xは下記一般式(2)で表される置換基を表し、nは1以上であり、mは0以上であり、m+nは5未満である。
一般式(2)中、Rは2価の有機基を表す。 - さらに、前記(メタ)アクリル系ポリマー100質量部に対して6質量部〜30質量部のイソシアネート系化合物を含む請求項1に記載の粘着剤組成物。
- 前記(メタ)アクリル系ポリマーは、酸価が5mg/KOH〜50mg/KOHである請求項1又は請求項2に記載の粘着剤組成物。
- 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の粘着剤組成物で形成された粘着剤層を有する粘着シート。
- さらに光学フィルムを有し、前記光学フィルムの少なくとも片面に、前記粘着剤層を有する請求項4に記載の粘着シート。
- 前記光学フィルムが偏光板である請求項5に記載の粘着シート。
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