JP7567474B2 - 粘着剤組成物、粘着剤および粘着テープ - Google Patents
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Description
このことから、ポリマーの屋根シート材料等、例えば、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、ブチルゴム(IIR)、クロロプレンゴム(CR)、熱可塑性ポリオレフィンゴム、改質アスファルト等の難接着部材からなるシートおよびポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレンからなるシート等の継ぎ目の気密・防水を目的として粘着テープを用いる場合、これらの難接着被着体に対して、接着性が高いブチルゴムを用いた粘着テープやアスファルトを用いた粘着テープが用いられている。しかし、ブチルゴムを用いた粘着テープやアスファルトを用いた粘着テープは、耐久性や耐熱性が悪く、また、せん断力に対して弱いことや、一定の応力下におけるクリープ性(保持力)が弱くシートがずれる等の問題点がある。また、従来のアクリル系粘着剤組成物を用いたテープは、ポリマーの屋根シート材料等の難接着被着体に対する接着性に劣るため、ほとんど用いられることがなかった。しかし、市場からは、ポリマーの屋根シート材料等の難接着被着体に対して、ブチルゴムを用いた粘着テープやアスファルトを用いた粘着テープと同等の接着性を有し、保持力が改善されたアクリル系粘着剤組成物を用いたテープが望まれている。
また、上記粘着テープはEPDMのような低極性の難接着被着体に対して強固に接着するとともに、テープで固定したシート等がずれないような高い保持力が求められている。さらには野外で使用することを考慮すると高温高湿の条件に曝された場合でも安定した保持力が求められている。
(a1)上記一般式(1)で示される末端カルボキシ基含有モノマー単位 1~20重量%
(a2)(メタ)アクリル酸モノマー単位 0.1~5重量%
(a3)水酸基含有モノマー単位 0.01~5重量%
(a4)炭素数4~24のアルキル基を有する(メタ)アクリレートモノマー単位 55~97重量%
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共重合成分を重合して得られる樹脂である。
本発明で用いられるアクリル系樹脂(A)は、下記一般式(1)で示される末端カルボキシ基含有モノマー(a1)単位、(メタ)アクリル酸モノマー(a2)単位、および水酸基含有モノマー(a3)単位を有するものである。
本発明のモノマー(a1)単位は、下記一般式(1)で示される末端カルボキシ基含有モノマー単位である。
〔式〕 CH2=CR1-CO-O-(R2-COO-)nH ・・・(2)
(ここで、R1は水素またはメチル基、R2は2価の飽和脂肪族基、不飽和脂肪族基、芳香族基、飽和脂環族基、または不飽和脂環族炭化水素基、nは1以上の正数を示す。)
(メタ)アクリル酸モノマー(a2)単位の含有割合としては、アクリル系樹脂(A)全体の通常0.1~5重量%、特には0.5~4.5重量%、さらには1~4重量%であることが好ましい。含有割合が少なすぎると難接着被着体に対する接着性が低下する傾向があり、多すぎると難接着被着体に対する接着性が低下する傾向がある。
上記水酸基含有モノマー(a3)単位を形成するための共重合モノマーとしては、例えば、2-ヒドロキシエチル(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、5-ヒドロキシペンチル(メタ)アクリレート、6-ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、8-ヒドロキシオクチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、カプロラクトン変性2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等のカプロラクトン変性モノマー、ジエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート等のオキシアルキレン変性モノマー、2-アクリロイロキシエチル-2-ヒドロキシエチルフタル酸等の1級水酸基含有モノマー;2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシブチル(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2級水酸基含有モノマー;2,2-ジメチル-2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等の3級水酸基含有モノマーをあげることができる。
本発明で用いるアクリル系樹脂(A)は、さらに炭素数4~24のアルキル基を有する(メタ)アクリレートモノマー(a4)単位を有することが望ましい。上記炭素数4~24のアルキル基を有する(メタ)アクリレートモノマー(a4)単位を形成するための共重合モノマーとしては、炭素数4~7のアルキル基を有する(メタ)アクリレートモノマー(a4-1)、および、炭素数8~24のアルキル基を有する(メタ)アクリレートモノマー(a4-2)を含有することが好ましい。
本発明で用いるアクリル系樹脂(A)は、さらに、炭素数1~3のアルキル基を有する(メタ)アクリレートモノマー(a5-1)単位、環状構造含有モノマー(a5-2)単位または炭素数3~10のビニルエステル系モノマー(a5-3)単位を有することが好ましい。なお、上記(a5-1)~(a5-3)の総称が、モノマー(a5)である。
本発明では必要に応じてその他の共重合モノマー(a6)単位を有していてもよく、その他の共重合モノマー(a6)単位を形成するための共重合モノマーとしては、例えば、アセトアセチル基含有モノマー、イソシアネート基含有モノマー、グリシジル基含有モノマー、アミノ基含有モノマー、アミド基含有モノマー等の官能基含有モノマーや他の共重合モノマーがあげられる。
重合開始剤の使用量としては、通常、共重合成分100重量部に対して0.001~5重量部である。
本発明の粘着剤組成物は、上記アクリル系樹脂(A)に加え、架橋剤(B)を含有する。
その理由は明らかではないが、エポキシ系架橋剤(b1)はカルボキシ基との反応性が高いことから、主鎖からの側鎖が比較的長く、側鎖の極性が高い一般式(1)で示される末端カルボキシ基含有モノマー(a1)単位を有するアクリル系樹脂(A)と反応して架橋構造を形成する。すると、架橋後の粘着剤層が柔軟でありながら、靭性のある粘着剤層となり、難接着被着体に対しても高い剥離強度、高い保持力を示す。しかし、高温高湿度下に曝された場合、エステル結合が主の架橋構造であることから加水分解してしまうためか、保持力が低下しやすくなる。一方、イソシアネート系架橋剤(b2)は水酸基との反応性が高いことから、アクリル系樹脂(A)の水酸基含有モノマー(a3)単位と反応して架橋構造を形成する。すると、その架橋構造は比較的耐水性の高いウレタン結合となり、高温高湿度下に曝された時の保持力は安定する。しかしその反面、粘着剤層は硬直になりやすく、難接着被着体に対する剥離強度が低下しやすい。
また、イソシアネート系架橋剤(b2)はカルボキシ基とも脱炭酸を伴って反応しアミド結合を形成する。こちらもウレタン結合と同様に高温高湿度下に曝された時の安定性に優れた結合である。
末端カルボキシ基含有モノマー(a1)単位、(メタ)アクリル酸モノマー(a2)単位および水酸基含有モノマー(a3)単位を含むアクリル系樹脂(A)に、エポキシ系架橋剤(b1)およびイソシアネート系架橋剤(b2)を併用することで、互いの欠点を補いつつ、難接着被着体に対する高い剥離強度を有し、高温高湿度下に曝された時の保持力の安定性に優れた粘着剤層を形成する粘着剤組成物となるものと推定される。
粘着付与剤(C)は、必須成分ではないが、アクリル系樹脂(A)の良好な物性をさらに発揮させるために用いられるものであり、本発明の粘着剤組成物に含有されることが好ましい。粘着付与剤(C)としては、アクリル系樹脂(A)に相溶性を示す樹脂、例えば、ロジン系樹脂、テルペン系樹脂、キシレン系樹脂、フェノール系樹脂、クマロン系樹脂、石油系樹脂等があげられる。これらの粘着付与剤(C)は、単独でもしくは2種以上を併せて用いることができる。なかでも、ロジン系樹脂、テルペン系樹脂、石油系樹脂が好ましい。
上記各成分を混合することにより、本発明の粘着剤組成物を得ることができる。また、この粘着剤組成物が架橋されることにより、本発明の粘着剤が得られる。そして、この粘着剤は、種々の基材に適用し粘着テープの粘着剤とすることができるが、なかでも難接着被着体用の粘着テープの粘着剤層として好適に用いることができる。
本発明の粘着テープは、上記粘着剤組成物を架橋することにより得られた粘着剤を、粘着剤層として含有するものである。具体的には、上記粘着剤組成物を、酢酸エチル等の溶媒に溶解させて、固形分濃度が10~70重量%になるように塗工用の粘着剤組成物溶液を調液し、この溶液を基材に塗工、乾燥することにより粘着テープとすることができる。
かかる厚みが厚すぎると粘着剤の塗工が困難になる傾向があり、薄すぎると充分な粘着力が得られない傾向がある。
そして、粘着テープが、両面粘着テープであり、枚葉状態である場合には、2つの粘着剤層の両方の表面にリリースライナーが設けられることが好ましく、また、ロール状態の場合には、2つの粘着剤層の一方の表面のみにリリースライナーが設けられることが好ましい。
また、被着体として比較的極性が高いSUS304鋼の試験板を使用した場合は、180°剥離強度が25N/25mm以上であることが好ましく、特に好ましくは30N/25mm以上、さらに好ましくは35N/25mm以上である。なお、通常上限は100N/25mm程度である。
〔式〕ゲル分率(%)=(SUS金網重量を含む浸漬後のテープ重量(3)-基材重量(4)-SUS金網重量(1))/(SUS金網重量を含む浸漬前のテープ重量(2)-基材重量(4)-SUS金網重量(1))×100
なお、アクリル系樹脂(A)の重量平均分子量、分散度、ガラス転移温度に関しては、前述の方法にしたがって測定した。
アクリル系樹脂(A)の製造に先立ち、製造に用いる共重合成分(a)として以下のものを用意した。
(a1)成分
・下記一般式(2)で示される末端カルボキシ基含有モノマー
CH2=CR1-CO-O-(R2-COO-)nH ・・・(2)
上記一般式(2)においてR1は水素、R2はエチレン鎖、nは1~5
(a2)成分
・アクリル酸
(a3)成分
・2-ヒドロキシエチルメタクリレート
(a4-1)成分
・n-ブチルアクリレート
(a4-2)成分
・2-エチルヘキシルアクリレート
(a5)成分
・メチルアクリレート
サイポマーHは、一般式(1)のR1が水素、R2がエチレン鎖、n=1の化合物(a1-1)を56%と、R1が水素、R2がエチレン鎖、n=2~5の化合物(a1-2)16.1%と、アクリル酸(a2)を27.9%含有する混合物である(以下、サイポマーHに含まれる、一般式(1)のR1が水素、R2がエチレン鎖、n=1~5の化合物を「CAO」と称することがある)。
温度計、撹拌機および還流冷却機を備えた反応器内に、共重合成分として、サイポマーH 5部〔CAO(a1)3.6部、アクリル酸(a2)1.4部〕、2-ヒドロキシエチルメタクリレート(a3)0.1部、n-ブチルアクリレート(a4-1)25.8部、2-エチルヘキシルアクリレート(a4-2)63.1部、メチルアクリレート(a5)6部、さらに溶媒として酢酸エチル55部、および重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル0.15部を仕込み、撹拌しながら昇温し、酢酸エチル(混合物)還流温度にて7時間重合させた後、反応混合物を酢酸エチルで希釈して、固形分50%のアクリル系樹脂(A)溶液を得た。
得られたアクリル系樹脂(A)の重量平均分子量は62万、分散度5.8、ガラス転移温度は-59℃であった。
架橋剤(B)として以下のものを用意した。
・エポキシ系架橋剤(b1):三菱ガス化学社製、テトラッドC(1,3-ビス(N,N’-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン)
・イソシアネート系架橋剤(b2):東ソー社製、コロネートL-55E(固形分55%)
粘着付与剤(C)として以下のものを用意した。
・不均化ロジンエステル:荒川化学工業社製、スーパーエステルA-100(不均化ロジンのグリセリンエステル、軟化点95~105℃)
上記のようにして調製、準備したアクリル系樹脂(A)溶液について、その固形分(樹脂分)100部に対して、エポキシ系架橋剤(b1)(テトラッドC)を固形分(樹脂分)に換算で0.015部、イソシアネート系架橋剤(b2)(コロネートL-55E)を固形分(樹脂分)換算で0.25部、粘着付与剤(C)15部を混合し、酢酸エチルにて固形分濃度を40%になるように調液し、均一になるまで撹拌し、粘着剤組成物の溶液を得た。
上記実施例1において、粘着剤組成物の組成を下記表1の示すように変更した以外は同様に行い、実施例2,3および比較例1~4の粘着剤組成物の溶液を得た。
上記のようにして準備した粘着剤組成物の溶液を紙製リリースライナー〔SS-70-SBX(シノムラ化学工業社製)〕の剥離面に対して乾燥後の厚みが110μmになるようにアプリケーターを用いて塗工し、その後80℃で5分間乾燥し、フラットヤーン(ダイヤテックス社製、厚み130μm)を貼り合わせた。その後、40℃の乾燥機中で7日間加熱エージング処理を行い、粘着テープを作製した。
得られた粘着テープを包み込めるサイズの200メッシュのSUS製金網を準備し重量を測定する(1)。粘着テープから紙製リリースライナーを剥離し、前述のSUS金網で包みテープ重量を金網ごと測定する(2)。23℃に保ったトルエン中に48時間浸漬した後、充分乾燥し、テープ重量を金網ごと測定する(3)。浸漬後のテープを金網から取り出し、残存している粘着剤層を取り除いた後、基材重量を測定する(4)。下記式に示すように差し引きを行い、浸漬前に対する浸漬後の粘着剤成分の重量百分率をゲル分率とした。
〔式〕ゲル分率(%)=(SUS金網重量を含む浸漬後のテープ重量(3)-基材重量(4)-SUS金網重量(1))/(SUS金網重量を含む浸漬前のテープ重量(2)-基材重量(4)-SUS金網重量(1))×100
上記粘着テープを幅25mm、長さ150mmにカットして試験片を作製した。また、被着体としてエチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)(エンジニアリングテストサービス社製、標準試験版EPDM-70)の試験板をメタノールで表面を洗浄した後、23℃50%RHの雰囲気下で一晩静置して用いた。上記試験片から紙製リリースライナーを剥離し、試験片の粘着剤層を上記試験板に、重さ2kgのローラーを圧着速さ5mm/sで1往復させて圧着させた。圧着後、23℃50%RHの雰囲気下に30分間静置し、試験片の遊び部分を180°折り返し、30mm剥がした後、同雰囲気下で剥離強度試験機の下部のチャックに試験板を、上部のチャックに試験片の端をそれぞれ固定し、引き剥がし角度180°、300mm/minの速度で被着体から粘着テープを引き剥がし、接着力を測定した。
上記粘着テープを幅25mm、長さ75mmにカットして試験片を作製した。また、被着体としてEPDMの試験板をメタノールで表面を洗浄した後、23℃50%RHの雰囲気下で一晩静置して用いた。この試験板に、紙製リリースライナーを剥離した試験片の粘着剤層と試験板との接触面積が幅25mm×長さ25mmになるように、上記試験片を重さ2kgのローラーを圧着速さ5mm/sで1往復させて圧着させた。また、試験片の粘着剤が露出する部分は折り返した。圧着後23℃50%RHの環境にて30分間静置し、その後40℃の環境に移し20分間静置した。試験板に対し試験片が鉛直に垂れ下がるように1000gの錘を取り付け、その後40℃の環境にて試験片が落下した時間を測定した。
上記と同様に作製した試験片を40℃90%RHに調整された恒温恒湿器内に7日間および14日間静置して湿熱処理した後、上記と同様に保持力を測定した。
また、エポキシ系架橋剤(b1)のみを用いた比較例3はEPDMに対する接着性、保持力には優れていたものの、湿熱処理後の保持力が大きく低下し、耐湿熱性に劣るものであった。
また、比較例3の湿熱処理後の保持力を改善すべく、比較例3よりエポキシ系架橋剤(b1)の含有量を僅かに増加させた比較例4は、湿熱処理後の保持力には改善が見られたものの、剥離強度が低く、接着性に劣るものであった。
Claims (11)
- 下記一般式(1)で示される末端カルボキシ基含有モノマー(a1)単位、(メタ)アクリル酸モノマー(a2)単位、水酸基含有モノマー(a3)単位および炭素数4~24のアルキル基を有する(メタ)アクリレートモノマー(a4)単位を含むアクリル系樹脂(A)と、エポキシ系架橋剤(b1)と、イソシアネート系架橋剤(b2)とを含有し、上記アクリル系樹脂(A)全体に対する、上記末端カルボキシ基含有モノマー(a1)単位の含有割合が1~20重量%であり、上記(メタ)アクリル酸モノマー(a2)単位の含有割合が0.1~5重量%であり、上記水酸基含有モノマー(a3)単位の含有割合が0.01~5重量%であり、上記炭素数4~24のアルキル基を有する(メタ)アクリレートモノマー(a4)単位の含有割合が55~97重量%であり、上記エポキシ系架橋剤(b1)の含有量が上記アクリル系樹脂(A)100重量部に対して0.005~0.028重量部であり、上記イソシアネート系架橋剤(b2)の含有量が上記アクリル系樹脂(A)100重量部に対して0.1~0.5重量部であって、上記イソシアネート系架橋剤(b2)100重量部に対して、上記エポキシ系架橋剤(b1)の含有量が2.5~25重量部であることを特徴とする粘着剤組成物。
- 上記粘着剤組成物が架橋した時のゲル分率が30重量%以上となる請求項1記載の粘着剤組成物。
- 上記粘着剤組成物が架橋されてなる粘着剤が基材上に形成されている粘着テープにおいて、エチレンプロピレンジエンゴムに対するJIS Z0237に準じた180°剥離強度が15N/25mm以上となり、下記の測定方法による保持力が50分間以上となる請求項1または2記載の粘着剤組成物。
<保持力の測定方法>
幅25mm、長さ150mmにカットした上記粘着テープの粘着剤層とエチレンプロピレンジエンゴムとの接触面積が幅25mm×長さ25mmになるように圧着し、40℃90%RHで14日間湿熱処理後、エチレンプロピレンジエンゴムに対し粘着テープが鉛直に垂れ下がるように1000gの錘を取り付け、その後40℃の環境にて粘着テープが落下した時間を測定。 - 上記一般式(1)で示される末端カルボキシ基含有モノマー(a1)単位100重量部に対する上記(メタ)アクリル酸モノマー(a2)単位の含有量が10~400重量部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着剤組成物。
- さらに、粘着付与剤(C)を含有す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着剤組成物。
- 難接着被着体用であ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着剤組成物。
- 請求項1~6のいずれか一項に記載の粘着剤組成物が架橋されてなることを特徴とする粘着剤。
- ゲル分率が30重量%以上である請求項7記載の粘着剤。
- ゲル分率が50重量%以下である請求項7記載の粘着剤。
- 基材と、上記基材上に形成された粘着剤とを含有する粘着テープであって、上記粘着剤が請求項7~9のいずれか一項に記載の粘着剤であることを特徴とする粘着テープ。
- エチレンプロピレンジエンゴムに対するJIS Z0237に準じた180°剥離強度が15N/25mm以上であり、下記の測定方法による保持力が50分間以上である請求項10記載の粘着テープ。
<保持力の測定方法>
幅25mm、長さ150mmにカットした上記粘着テープの粘着剤層とエチレンプロピレンジエンゴムとの接触面積が幅25mm×長さ25mmになるように圧着し、40℃90%RHで14日間湿熱処理後、エチレンプロピレンジエンゴムに対し粘着テープが鉛直に垂れ下がるように1000gの錘を取り付け、その後40℃の環境にて粘着テープが落下した時間を測定。
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