JP7331505B2 - 粘接着剤層、粘接着シート及び積層体 - Google Patents
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Description
更に、硬化後において、高い剪断強度を有するためにはカルボキシ基含有樹脂を用いることが有効であり、例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・メタクリル酸を共重合した樹脂とエポキシ樹脂とエポキシ系硬化剤を用いた粘接着剤が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
また、上記特許文献2に開示されている粘接着剤は、硬化後の剪断強度は高いものの、粘接着剤層が形成された後、長期間保存した後に使用する場合においては、硬化後の剪断強度が著しく低下してしまうという問題が残るものであった。これは、長期間保存している間にエポキシ系化合物が、カルボキシ基含有樹脂中のカルボキシ基と徐々に反応してしまい、部材を貼り合わせる前に硬くなってしまうことで、部材への濡れが不足してしまうことが要因と考えられる。
なお、本発明において、「(メタ)アクリル」とはアクリルあるいはメタクリルを、「(メタ)アクリロイル」とはアクリロイルあるいはメタクリロイルを、「(メタ)アクリレート」とはアクリレートあるいはメタクリレートをそれぞれ意味するものである。
また、「アクリル系樹脂」とは、少なくとも1種の(メタ)アクリレート系モノマーを含む重合成分を重合して得られる樹脂である。
上記カルボキシ基含有アクリル系樹脂(A)〔以下、「アクリル系樹脂(A)」と称することがある〕としては、(メタ)アクリル系モノマーを主成分とし、更にカルボキシ含有モノマー(a1)、必要に応じて、他の各種の重合性モノマーを含有する重合成分を重合してなるアクリル系樹脂があげられる。
なお、「主成分とする」とは、重合成分全体に対して通常40重量%以上、好ましくは50重量%以上、更に好ましくは60重量%以上含有することを意味する。
シクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロペンチル(メタ)アクリレート等のシクロアルキル(メタ)アクリレート;
ベンジル(メタ)アクリレート等のアラルキル(メタ)アクリレート;
ビフェニルオキシエチル(メタ)アクリレート等のビフェニルオキシ構造含有(メタ)アクリレート;
2-イソボルニル(メタ)アクリレート、2-ノルボルニルメチル(メタ)アクリレート、5-ノルボルネン-2-イル-メチル(メタ)アクリレート、3-メチル-2-ノルボルニルメチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレ-ト、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレ-ト、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレ-ト等の多環式(メタ)アクリレート;
2-メトキシエチル(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-メトキシメトキシエチル(メタ)アクリレート、3-メトキシブチル(メタ)アクリレート、メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、エチルカルビトール(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、アルキルフェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート等のアルコキシ基またはフェノキシ基含有(メタ)アクリレート;
等が挙げられる。
グリシジル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル等のエポキシ基含有(メタ)アクリレート;
2,2,2-トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、2,2,2-トリフルオロエチルエチル(メタ)アクリレート、テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、ヘキサフルオロプロピル(メタ)アクリレート、オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、ヘプタデカフルオロデシル(メタ)アクリレート、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等のハロゲン含有(メタ)アクリレート;
ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート;
3-オキセタニルメチル(メタ)アクリレート、3-メチル-オキセタニルメチル(メタ)アクリレート、3-エチル-オキセタニルメチル(メタ)アクリレート、3-ブチル-オキセタニルメチル(メタ)アクリレート、3-ヘキシル-オキセタニルメチル(メタ)アクリレート等のオキセタン基含有(メタ)アクリレート;
等が挙げられる。
N-メチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N-ブチル(メタ)アクリルアミド、N-ヘキシル(メタ)アクリルアミド等のN-アルキル基含有(メタ)アクリルアミド誘導体;
N-メチロール(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-メチロール-N-プロパン(メタ)アクリルアミド等のN-ヒドロキシアルキル基含有(メタ)アクリルアミド誘導体;
アミノメチル(メタ)アクリルアミド、アミノエチル(メタ)アクリルアミド等のN-アミノアルキル基含有(メタ)アクリルアミド誘導体;
N-メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-エトキシメチル(メタ)アクリルアミド等のN-アルコキシ基含有(メタ)アクリルアミド誘導体;
メルカプトメチル(メタ)アクリルアミド、メルカプトエチル(メタ)アクリルアミド等のN-メルカプトアルキル基含有(メタ)アクリルアミド誘導体;
N-アクリロイルモルホリン、N-アクリロイルピペリジン、N-メタクリロイルピペリジン、N-アクリロイルピロリジン等の複素環含有(メタ)アクリルアミド誘導体:
等が挙げられる。
なお、「転写性」とは、粘接着剤層を離型フィルム上に形成した後、接着する部材面に貼合し、密着させた後、離型フィルムを剥離する際、粘接着剤層が部材に転写できなかったり泣き別れたりすることなく綺麗に部材に転写できる性能をいう。また、上記「泣き別れ」とは、所望の界面において剥離させることができず、所望の界面以外の界面において剥離が生じてしまう現象をいう。
上記カルボキシ基含有モノマー(a1)としては、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、グルタコン酸、イタコン酸、アクリルアミド-N-グリコール酸、ケイ皮酸等の不飽和カルボン酸が挙げられる。これらは単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、(メタ)アクリル酸が好ましく、アクリル酸が特に好ましい。
酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル等のカルボン酸ビニルエステルモノマー;
スチレン、α-メチルスチレン等の芳香環を含有するモノマー;
アクリロニトリル、メタクリロニトリル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、アルキルビニルエーテル、ビニルトルエン、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、イタコン酸ジアルキルエステル、フマル酸ジアルキルエステル、アリルアルコール、アクリルクロライド、メチルビニルケトン、アリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジメチルアリルビニルケトン;
等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明で用いられるエポキシ系化合物(B)としては、単官能エポキシ系化合物、エポキシ基を2つ以上有する多官能エポキシ系化合物が挙げられる。これらの化合物は、単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。そして、硬化後の剪断強度が高くなる傾向がある点で、エポキシ基を2つ以上有するエポキシ系化合物を含むことが好ましい。
ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、ジグリセロールテトラグリシジルエーテル、ジトリメチロールプロパンテトラグリシジルエーテル等の4官能エポキシ系化合物;
ポリグリセロールペンタグリシジルエーテル、ペンタエリストールペンタグリシジルエーテル、ジペンタエリストールペンタグリシジルエーテル等の5官能エポキシ系化合物;
ソルビトールヘキサグリシジルエーテル、ジペンタエリストールヘキサグリシジルエーテル等の6官能エポキシ系化合物;
ポリグリシジルエーテル、フェノールノボラック型エポキシ系化合物、クレゾールノボラック型エポキシ系化合物等の、他の多官能エポキシ系化合物;
等が挙げられる。
上記エポキシ系化合物(B)の硬化剤として用いられる硬化剤(C)は、エポキシ基と反応しうる活性基を有するものである。
2-n-ヘプタデシルイミダゾール等のイミダゾール系化合物;アジピン酸ジヒドラジド、ステアリン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、二塩基酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、ドデカンジオヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、サリチル酸ヒドラジド等の有機酸ヒドラジド系化合物;N,N-ジアルキル尿素誘導体やN,N-ジアルキルチオ尿素誘導体、ジメチルウレア類等の尿素系化合物;テトラヒドロ無水フタル酸等の酸無水物;セミカルバジド、シアノアセトアミド、ジアミノジフェニルメタン、3級アミン、ポリアミン、イソホロンジアミン、m-フェニレンジアミン等のアミン系化合物;3-アミノ-1,2,4-トリアゾール等のアミノトリアゾール;N-アミノエチルピペラジン;メラミン類;アセトグアナミンやベンゾグアナミン等のグアナミン類;グアニジン類;三フッ化ホウ素錯化合物、三塩化ホウ素錯化合物等のホウ素錯化合物;トリスジメチルアミノメチルフェノール等の液状フェノール;ポリチオール;トリフェニルホスフィン;ケチミン化合物;スルホニウム塩;オニウム塩;フェノールノボラック樹脂等を用いることができる。これらは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
ここで、本発明において「粉体」とは、25℃で固体であって、通常、レーザ回折・散乱法によって測定される平均粒径が0.01~500μmの粉状であるものをいう。中でも、上記平均粒径が0.1~350μmのものが好ましく、とりわけ、1~100μmのものがより好ましい。上記平均粒径が小さすぎると、粘接着剤組成物[I]の保存安定性が低下する傾向があり、上記平均粒径が大きすぎると、硬化速度が遅くなって作業性が低下する傾向がある。
その他の任意成分としては、公知の添加剤、例えば、カーボンや金属等の導電剤;金属粒子やガラス粒子等の無機フィラー;ウレタン樹脂、ロジン、ロジンエステル、水添ロジンエステル、フェノール樹脂、脂肪族系石油樹脂、脂環族系石油樹脂、スチレン系樹脂等の粘着付与剤;充填剤;酸化防止剤;紫外線吸収剤;シランカップリング剤;イオン性化合物、過酸化物、ウレタン化触媒等の架橋促進剤;アセチルアセトン等の架橋遅延剤;等の各種添加剤が挙げられる。
また、上記溶剤としては、粘接着剤組成物を溶解させるものであれば特に限定されない。例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル等のエステル系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤、トルエン、キシレン等の芳香族系溶剤、メタノール、エタノール、プロピルアルコール等のアルコール系溶剤を用いることができる。これらの中でも、溶解性、乾燥性、価格等の点から酢酸エチルが好適に用いられる。
本発明の粘接着剤層は、特定の条件下で静置した際の、静置後と静置前のゲル分率の差を所定の範囲に制御することを特徴とするものである。
即ち、基材等の表面に粘接着剤層が形成されてなる粘接着シートから粘接着剤層をピッキングにより採取し、粘接着剤層を200メッシュのSUS製金網で包み、23℃に調整した酢酸エチル中に24時間浸漬することにより、酢酸エチル浸漬前の粘接着剤層の重量に対する、金網中に残存した不溶解の粘接着剤成分の重量百分率をゲル分率とする。
本発明の粘接着剤層は、長期保存した後のゲル分率と長期保存前のゲル分率の差が少ないものである。すなわち、本発明の粘接着剤層は、長期保存中にエポキシ系化合物(B)とカルボキシ基含有アクリル系樹脂(A)との反応が抑制されていることを意味する。したがって、本発明の粘接着剤層は、長期保存した後に使用する場合であっても、部材を貼り合せた際の粘着力及び保持力に優れ、更に、硬化後の剪断強度にも優れる。
なお、長期保存とは、少なくとも10~40℃、20~80%RHで2週間以上保存することを意味する。
後記の表1に示すモノマー組成物に従い3種類のアクリル系樹脂(A-1、A-2、A’-1)を、従来公知の手順にしたがって調製した。なお、アクリル系樹脂(A-1)を例にとってその詳細を具体的に説明する。アクリル系樹脂(A-1、A-2、A’-1)の組成を表1に示す。
還流冷却器、撹拌器、窒素ガスの吹き込み口及び温度計を備えた4ツ口丸底フラスコに、酢酸エチル72部、メチルエチルケトン24部、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)を0.036部仕込み、フラスコを加熱して内温が沸点に到達した後、メチルアクリレート(MA)74.5部、メチルメタクリレート(MMA)20部、2-ヒドロキシエチルアクリレート(HEA)5部、アクリル酸(AAc)0.5部、酢酸エチル4部、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.036部の混合溶液を2時間にわたって滴下した。
その後反応を継続しながら、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)を2度追加し、7時間反応させたあと、酢酸エチルにて希釈し、アクリル系樹脂(A)溶液[固形分濃度38.0%、粘度13,500mPa・s/25℃、アクリル系樹脂(A):重量平均分子量(Mw)40万、分散度(Mw/Mn)3.3、ガラス転移温度(Tg)21.5℃]を得た。
エポキシ系化合物(B)として、以下のものを用いた。
(B-1):トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル(長瀬ケムテックス社製、「デナコールEX-321」、エポキシ当量140g/mol、粘度130mPa・s(25℃)、全塩素量7.5)
硬化剤(C)として、以下のものを用いた。
(C-1):アジピン酸ジヒドラジド(大塚化学社製、融点177~183℃)
(C-2):ドデカンジオジヒドラジド(大塚化学社製、融点188~192℃)
架橋剤(D)として、以下のものを用いた。
(D-1):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(東ソー社製、「コロネートL55E」)
上記の成分を、後記の下記表2にしたがって配合し、酢酸エチルを用いて固形分濃度を30~60%の範囲に調整することにより、粘接着剤組成物[I]を得た。
粘接着剤組成物[I]を、厚み38μmの重剥離シリコンセパレータ(三井東セロ社製、SP PET 03 38BU)に、乾燥後の厚みが50μmとなるようにコンマコータを用いて塗工し、100℃×3分間乾燥した。そして、乾燥した粘接着剤層の表面に、厚み38μmの軽剥離シリコンセパレータ(三井東セロ社製、SP PET 01 38BU)を貼り合わせた後、40℃で3日間エージング処理を行うことにより、粘接着シートPを作製した(軽剥離シリコンセパレータ/粘接着剤層/重剥離シリコンセパレータ)。
〔初期ゲル分率(G1):40℃、ドライ雰囲気下で、4週間静置する前のゲル分率〕
上記粘接着シートPからシリコンセパレータを剥離して得られた粘接着剤層を200メッシュのSUS製金網で包み、23℃に調整した酢酸エチル中に24時間浸漬することにより、酢酸エチル浸漬前の粘接着剤層の重量に対する、金網中に残存した不溶解の粘接着剤成分の重量百分率をゲル分率とした。
得られた粘接着シートPを、更に40℃、ドライ雰囲気(10%RH)下で、4週間静置した後、上記と同様の操作を行い、ゲル分率(G2)を求めた。
得られた粘接着シートPの軽剥離シリコンセパレータを剥離し、PETフィルムに転写した後、重剥離シリコンセパレータを剥離して、貼着面積が25mm×25mmとなるように粘接着剤層側をステンレス板(SUS304BA板)に貼着し、23℃×50%RHの条件下にて、重量2kgのゴムローラーを2往復させて加圧貼付し、同雰囲気下で30分間静置した後、剥離速度300mm/minで180度剥離強度(N/25mm)を測定した。評価基準は下記の通りである。
(評価基準)
◎・・・3N/25mm以上
○・・・1.5N/25mm以上3N/25mm未満
△・・・1N/25mm以上1.5N/25mm未満
×・・・1N/25mm未満
得られた粘接着シートPの軽剥離シリコンセパレータを剥離し、PETフィルムに転写した後、重剥離シリコンセパレータを剥離して、貼着面積が25mm×25mmとなるように粘接着剤層側を研磨SUS板に貼着し、23℃×50%RHの条件下で30分間静置した後、40℃の条件下にて1kgの荷重をかけて、JIS Z 0237の保持力の測定法に準じて、落下するまでの時間または24時間後のズレを測定した。評価基準は下記の通りである。
(評価基準)
◎・・・24時間後のずれが25mm以内(落下なし)
○・・・落下するまでの時間が60分以上
×・・・落下するまでの時間が60分未満
〔初期剪断強度:40℃、ドライ雰囲気下で、4週間静置する前の粘接着シートPを硬化した後の剪断強度〕
上記粘接着シートPを25mm×12.5mmの大きさにカットし、粘接着剤層をSUS板に転写した。転写したSUS板と反対側に同じサイズのSUS板を貼り合わせ、貼り合わせた部分をクリップで止めて140℃で1時間硬化した後、23℃×50%RH条件下で、AUTO Graph AG-X Plus(Shimadzu社製)を用い、5mm/minの速度で、剪断強度(MPa)を測定した。評価基準は下記の通りである。
(評価基準)
◎・・・20MPa以上
○・・・15MPa以上20MPa未満
×・・・15MPa未満
得られた粘接着シートPを、更に40℃、ドライ雰囲気下で、4週間静置した後、上記と同様の操作を行い、硬化後の剪断強度を測定した。評価基準は下記の通りである。
(評価基準)
◎・・・18MPa以上
○・・・14MPa以上、18MPa未満
×・・・14MPa未満
上記で測定した初期剪断強度及び保存後剪断強度から、下式により維持率(%)を求めた。
維持率(%)=(保存後剪断強度/初期剪断強度)×100
評価基準は下記の通りである。
(評価基準)
◎・・・85%以上
○・・・70%以上、85%未満
×・・・70%未満
Claims (9)
- カルボキシ基含有アクリル系樹脂(A)、エポキシ系化合物(B)、上記エポキシ系化合物(B)の硬化剤(C)及び架橋剤(D)を含有する粘接着剤組成物[I]から形成される粘接着剤層であり、
上記エポキシ系化合物(B)の含有量が、カルボキシ基含有アクリル系樹脂(A)100重量部に対して25~300重量部であり、
上記架橋剤(D)が、イソシアネート系架橋剤、アジリジン系架橋剤、メラミン系架橋剤、アルデヒド系架橋剤及び金属キレート系架橋剤からなる群から選択される少なくとも一つであり、上記架橋剤(D)の含有量がカルボキシ基含有アクリル系樹脂(A)100重量部に対して、0.01~15重量部であり、
40℃、ドライ雰囲気下で、4週間静置した後のゲル分率(G2)と静置前のゲル分率(G1)の差〔(G2)-(G1)〕が30%以下、静置前のゲル分率(G1)が70%以下であることを特徴とする粘接着剤層。 - 上記カルボキシ基含有アクリル系樹脂(A)が、カルボキシ基含有モノマー(a1)由来の構造単位を0.01~30重量%含有するものであることを特徴とする請求項1記載の粘接着剤層。
- 上記エポキシ系化合物(B)が、25℃で液状のエポキシ系化合物であることを特徴とする請求項1または2記載の粘接着剤層。
- 上記硬化剤(C)が、アミノ基を有し融点100~250℃の硬化剤であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の粘接着剤層。
- 上記硬化剤(C)の含有量が、エポキシ系化合物(B)100重量部に対して10~50重量部であることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の粘接着剤層。
- 100~250℃の加熱により硬化されることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の粘接着剤層。
- 硬化前の剪断強度(MPa)に対する、硬化後の剪断強度(MPa)の比が、10以上であることを特徴とする請求項6記載の粘接着剤層。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載の粘接着剤層を有することを特徴とする粘接着シート。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載の粘接着剤層と他の部材とが積層されていることを特徴とする積層体。
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