KR20050016585A - 폴리머 광개시제 - Google Patents

폴리머 광개시제

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KR20050016585A
KR20050016585A KR10-2004-7020651A KR20047020651A KR20050016585A KR 20050016585 A KR20050016585 A KR 20050016585A KR 20047020651 A KR20047020651 A KR 20047020651A KR 20050016585 A KR20050016585 A KR 20050016585A
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험프리로버트더블유.알.
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내쇼날 스타치 앤드 케미칼 인베스트멘트 홀딩 코포레이션
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Abstract

본 발명은 UV 경화성 조성물, 폴리머 광개시제 및 이들의 제조에 이용되는 전구체에 관한 것이다.

Description

폴리머 광개시제 {POLYMERIC PHOTOINITIATORS}
본 발명은 폴리머 광개시제 조성물, 상기 폴리머 광개시제의 제조에 유용한 전구체, 및 상기 폴리머의 용도, 이를테면, UV 경화성 접착제(UV curable adhesive), UV 경화성 코팅 조성물 및 UV 경화성 캡슐화제(UV curable encapsulant)용 용도에 관한 것이다.
광개시제(photoinitiator)의 1차적 기능은, 광개시제에 자외선(UV light)을 조사하면 중합을 개시하는 라디칼을 생성하는 것이다. 상기 광개시제는 유효한 개시 라디칼을 형성하는 방법에 따라서, "타입 I"(광분해형) 개시제 및 "타입 II"(또는 H-분리형) 개시제로 분류된다.
상기 광분해형 광개시제의 경우에는 UV광이 조사되면, 중합 반응을 개시하는 데 유효한 라디칼로 직접 분해되는 반면, 상기 H-분리형 광개시제는 중합 반응을 개시하는 데 유효한 라디칼을 생성하기 위해 수소 공여체, 또는 더욱 보편적으로는 분리 가능한 수소 소스(source)를 필요로 한다. 이러한 분리 가능한 수소 소스는 유용하게 이용될 수 있고(예컨대, H-분리 반응 후에 안정한 라디칼을 생성하는 임의의 구조체라면, "H 공여체"로서 제공될 수 있음), 상기 소스로서는 아민, 티올, 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌과 같은 불포화 고무, 및 알코올이 포함된다.
α-분해형(타입 I) 광개시제 및 H-분리형(타입 II) 광개시제의 기본적인 광화학 및 광물리학에 대해서는 연구가 계속되고 있으며, UV 경화성 시스템에 산업적으로 응용되고 있다((a) Cowan, D.O.; Drisko, R.L. Elements of Organic Photochemistry, 1976, Plenum Press, chapters 3 & 4. (b) Turro, N.J. Modern Molecular Photochemistry, 1991, University Science Books, chapters 7, 10 & 13). UV 경화성 시스템을 코팅용 및 접착제용으로 이용 시에 나타나는 문제점으로서 알려진 것 중 하나는 경화 반응에 의해 생성되는 광부산물(photo-by product)이다. 통상의 α-분해형 광개시제를 이용하는 경우에는 벤즈알데히드(및 종종 이와 관련이 있는 화합물)가 생성되는데, 그 독성 및 생성물의 냄새가 심각한 문제가 된다. 특히, 방사선 경화성 재료(radiation curable material)를 피부 또는 식품과의 접촉이 필요한 용도로서 적용하는 경우에는 더 큰 문제가 된다. 이에 따라, UV 경화성 재료의 냄새 및 추출 가능한 부산물의 함량을 저하하는 데 효과적인 다양한 방법들이 제안되어 있다. 그 중 한 방법으로서, 방사선이 조사된 재료에 잔류하는 소형 분자와 상대하는 공중합 가능한 광개시제 또는 폴리머 광개시제를 경화된 폴리머 매트릭스 내에 화학적으로 배합하여 이용하는 방법이 있다 (참조: (a) Fouassier, J. P.; Rabek, J. F., Eds. Radiation Curing in Science and Technology, 1993, Elsevier Appl. Sci., vol.2, 283-321. (b) Fouassier, J. P. Photoinitiation, Photopolymerization and Photocuring , Fundamentals and Applications, 1995, Hanser Publishers, 71-73.). 그러나, α-분해형 광개시제를 이용하는 경우에는 그 외의 단편(fragment)을 시스템의 폴리머 성분에 배합하여도, 분해 부산물 중 적어도 1개가 소형 분자로서 잔류하여 바람직하지 않다. 따라서, 타입 I의 폴리머 광개시제 또는 중합 가능한 광개시제를 사용함으로써, 추출 가능하며 냄새가 나는 부산물의 생성도를 저하시킬 수 있어도, 이 부산물이 완전히 제거되지는 않는다.
원칙적으로는 H-분리형의 중합 가능한 또는 폴리머 광개시제를 이용하면, 광개시 시스템과 관련이 있는 추출 가능한 제로 성분(zero extractable component)을 갖는 시스템을 생성할 수 있다. 각종 기(group)는 폴리(비닐 벤조페논) 및 그의 코폴리머 또는 아크릴화된 벤조페논 유도체로부터 유도된 폴리머를 기재로 하는 시스템을 포함한다 (참조: (a) David, C.; Demarteu, W.; Geuskens, G. Polymer, 1969, 10,21-27. (b) Carlini, C.; Ciardelli, F.; Donati, D.; Gurzoni, F. Polymer, 1983, 24, 599-606.). 그리고, 미국특허 제3,429,852호에는 상기 아크릴화된 벤조페논을 직접 이용하는 것에 대해 기재되어 있다. 이러한 타입 II 시스템은 종종 전술한 것과 유사한 소형 분자 광개시 시스템에 대한 광효율이 문제시 되어 바람직하지 않다.
추출 가능한 수준 및 냄새가 적게 나는 생성물에 있어서, 폴리머 가교체(network) 내에서 완전하게 반응하지는 않는 임의의 공중합 가능한 광개시제가 소형 분자로서 최종 생성물 내에 잔류할 수 있기 때문에, 광개시제 단편이 도입됨으로써 나타나는 문제와 유사한 여러 문제점이 나타날 수 있다. 이에 따라, 경우에 따라서는, 중합 가능한 광개시제에 상대되는 폴리머 광개시제를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 그런데, 이러한 폴리머 광개시제를 사용하는 경우에는 함께 사용될 수지 시스템과의 혼화성이 실제적인 주요 논제가 된다. 특히, 상기 폴리머 광개시제를 핫 멜트 접착제(hot melt adhesive)용 및 코팅용으로 이용하는 경우에는 상기 폴리머 광개시제가 그의 적용 온도에서 열적으로 안정해야 한다. 종래 기술에 공지된 타입 II의 폴리머 광개시제는 전술한 요구 조건 및 필요 조건 중 하나 이상에 부합되지 않는다
이에 따라, 방사선 경화성 접착제 및 코팅 제제의 제조에 유용한 광개시제로서, 보다 향상된 H-분리형 광개시제가 필요한 실정이다. 특히, 추출 가능한 광화학 부산물을 거의(또는 전혀) 포함하지 않고, 냄새가 적게 생성물을 생성하기 위해서, 폴리머가 결합된 H-분리형 광개시제가 필요하다.
도 1은 본 발명의 광개시제를 이용한 경우, 및 본 발명의 광개시제를 이용하지 않은 경우의 티올-엔 광개시제에 대한 포토DSC 분석 결과를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 광개시제를 이용한 경우, 및 본 발명의 광개시제를 이용하지 않은 경우의 포토DSC 분석
본 발명의 일면으로서, 본 발명은 H-분리형 광개시제, 특히 H-분리형 폴리머 광개시제, 보다 상세하게는 고무가 결합된 H-분리형 광개시제의 제조에 유용한 전구체 화합물(precursor compound)을 제공한다.
본 발명의 다른 면으로서, 본 발명은 고무가 결합된 H-분리형 폴리머 광개시제를 제공한다. 일구현예로서, 상기 고무가 결합된 H-분리형 폴리머 광개시제는 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS: styrene-butadiene-styrene)이 결합된 H-분리형 폴리머 광개시제이다. 특히 바람직한 구현예로서, 상기 고무가 결합된 H-분리형 폴리머 광개시제는 폴리(부타딘엔)이 결합된 H-분리형 폴리머 광개시제이다. 아울러, 본 발명은 아미드 가교된 H-분리형 폴리머 광개시제 조성물, 설파이드 가교된 H-분리형 폴리머 광개시제 조성물 및 실란 가교된 H-분리형 폴리머 광개시제 조성물을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 일면으로서, 본 발명은 H-분리형 폴리머 광개시제를 포함하는 UV 경화성 조성물을 제공한다. 바람직한 구현예로서, 상기 UV 조성물은 UV 경화성 핫 멜트 감압 접착제(UV curable hot melt pressure sensitive adhesive) 조성물이다. 본 발명은 고무, 티올-엔(thiol-ene), 말레이미드 및 아크릴레이트계 수지를 기재로 하는 접착제 및 코팅제를 포함하나, 상기 기재에 제한되지 않는다. 본 발명에서 특히 바람직한 접착제는 폴리(부타디엔)이 결합된 H-분리형 폴리머 광개시제를 포함하고, SBS 또는 SIS(styrene-isoprene-styrene) 고무를 기재로 하는 UV 경화성 감압 접착제이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 일면으로서, 본 발명은 방사선 경화성 핫 멜트 감압 접착제 조성물, 방사선 경화성 코팅 조성물, 및 상기 방사선 경화성 접착제 조성물 및/또는 코팅 조성물을 포함하는 제품을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일면으로서, 본 발명은 폴리머가 결합된 신규한 광개시제의 용도로서, 소형 분자인 타입 II 광개시제의 사용 방법과 동일한 방법으로 이용되는 UV 경화성 코팅물 및 접착제용 용도를 제공한다. 본 발명의 광개시제의 바람직한 용도로서는 티올-엔 기재, 아크릴레이트 기재 및 말레이미드 기재의 UV 경화성 조성물용 용도가 포함된다.
본 명세서에 인용된 모든 문헌은 참조 문헌으로서 그 전문이 본 명세서에 병합된다.
본 발명은 H-분리형 폴리머 광개시제, 특히 고무가 결합된 H-분리형 광개시제 조성물, 상기 폴리머 광개시제를 포함하는 코팅용 조성물 및 접착제를 제공한다.
본 발명의 H-분리형 폴리머 광개시제는 스페이서 유닛(spacer unit)을 사이에 두고 작용기에 결합된 발색단(chromophore)을 포함하는 전구체로부터 제조된다. 상기 발색단을 예시하면, 실란 관능성 발색단, 메르캅탄 관능성 발색단 및 아민 관능성 발색단을 들 수 있다. 상기 작용기와 상기 발색단 사이의 스페이서 유닛은 임의의 유기 모이어티(organic moiety), 바람직하게는 O, S, N 및 Si와 같은 헤테로원자를 포함할 수 있는 직쇄형 및 분지형 알킬 또는 아릴일 수 있다(단,전술한 헤테로원자로 제한되지 않음). 또한, 상기 스페이서 유닛은 펜던트 헤테로원자(pendant heteroatom) 함유 치환체를 포함할 수 있으며, 이러한 치환체를 예시하면, 알콕시, 메르캅토알킬, 아미노 및 알킬아미노를 들 수 있으나, 전술한 것에 제한되지 않는다. 그리고, 상기 관능성 전구체를 불포화 소형 분자 또는 폴리머에 공유 결합시킴으로서, 본 발명의 폴리머 광개시제 분자를 생성할 수 있다.
본 발명에서는 전술한 관능성 발색단을, 상기 발색단에 존재하는 작용기와 반응성이 있는 기를 함유하는 소형 분자 또는 폴리머에 결합시킨다.
상기 소형 분자는 비폴리머계 재료(non-polymeric material)로서 정의된다. 예를 들어, SiH-관능성 발색단은 불포화 소형 분자(예를 들면, 비스페놀 A 디알릴에테르, 트리메틸올프로판 트리알릴에테르, 또는 사이클로헥산디메틸올 디비닐에테르와 같은 다관능성 비닐에테르)와의 하이드로실란화 반응(hydrosilation reaction)을 통해 반응하여, 소형 분자 광개시제를 형성할 수 있다. 상기 관능성 발색단은 사용되는 불포화 소형 분자에 따라 일관능성 또는 다관능성인 것을 사용할 수 있다.
상기 폴리머 광개시제를 생성하기 위해, 전술한 바와 같이, 1종 이상의 관능성 발색단을 폴리머 재료에 그래프트시키는 것이 바람직/유리할 수 있다. 예를 들면, SiH-관능성 발색단을 하이드로실란화 반응을 통해 폴리(부타디엔)과 같은 불포화 폴리머에 그래프트시킬 수 있다. 이렇게 하여 얻어진 폴리머 광개시제는 폴리머 사슬 당 공유 결합된 발색단을 1개보다 많은 개수로 함유할 수 있으며, 상기 사슬 당 상기 발색단의 평균 개수는 화학 양론에 따라 조절할 수 있다. 상기 폴리머 광개시제가 광개시제로서 작용하는 것 외에도, UV 경화 반응에 참여할 수 있는 경우에는 상기 폴리머 광개시제가 발색단 기를 2개보다 많이 함유하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 광개시제 시스템에 이용되는 흡광 발색단(light absorbing chromophore)은 발광 스펙트럼이 가능한 한, 광원의 발광 밴드에 근접한 것을 이용한다. 본 발명에 유용한 발색단을 예시하면 H-분리 광화학 반응이 일어나는 화합물을 들 수 있고, 이를 구체적으로 예시하면, 벤조페논; 및 크산톤, 티옥산톤, 4,4'-비스(N,N'-디메틸아미노)벤조페논, 벤질, 퀴논, 퀴놀린, 안트로퀴논, 플루오렌, 아세토페논, 크산톤, 페난트렌 및 플루오레논과 같은 해당 방향족 케톤을 들 수 있으나, 이에 국한되지 않는다. 또한, 본 발명에 유용한 발색단 및 그의 광물리학적 데이터에 관한 것은 Polymer Handbook, Brandrup J.; Immergut, E.H.; Grulke, E.A.; Eds., John Wiley & Sons, Inc., II/169, "Photopolymerization Reactions", Fouassier, J.P.; 1999를 참조할 수 있다.
본 발명을 수행하는 데 바람직한 SiH-관능성 발색단을 예시하면 하기 구조식을 갖는 SiH-관능성 디아릴케톤을 들 수 있다:
(구조식)
(상기 구조식에서,
Ar은 아릴케톤 모이어티이고,
R은 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기, 아릴기, 헤테로원자를 함유하는 알킬기, 또는 H이고,
R1은 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기 또는 아릴기, 또는 헤테로 원자를 함유하는 알킬기 또는 카르보닐기이고,
X는 O, NR, S, PR 또는 SiR2이고,
n=0∼2이고,
m은 0 또는 1임).
또한, 본 발명에서 사용되는 SiH-관능성 발색단으로서, 하기 구조식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 구조식의 Ar을 갖는 SiH-관능성 아릴케톤이 특히 바람직하다:
(구조식)
(상기 구조식에서,
R2는 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기 또는 아릴기, 헤테로원자를 함유하는 알킬기, 카르보닐기, H, OR, NR2, SR, F, Cl, Br 또는 I임).
바람직한 일 구현예로서, 본 발명의 벤조페논 폴리머 광개시제를 제조하는 데 이용될 수 있는 전구체가 하기 구조식 (IA)로 표시되는 구조를 갖는 SiH-관능성 벤조페논 유도체인 것을 들 수 있다:
.
본 발명의 다른 구현예로서, 본 발명의 티옥산톤 폴리머 광개시제를 제조하는 데 이용될 수 있는 전구체가 하기 구조식 (IB)로 표시되는 구조를 갖는 메르캅탄-관능성 티옥산탄 유도체인 것을 들 수 있다:
.
본 발명에 따른 구조식 (IA) 및 (IB)로 표시되는 전구체 화합물은 각각 실시예 2 및 실시예 6에 기재된 방법에 따라 제조될 수 있다.
상기 전구체 화합물은 폴리머 주쇄(backbone)에 그래프트되어, 폴리머가 결합된 타입 II 광개시제를 생성한다. 또한, 본 발명에서는 불포화 잔기를 갖는 폴리머 또는 말레산 무수물과 반응(maleinization)하는 폴리머가 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 불포화 폴리머를 예시하면 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS), 폴리(부타디엔)(pBD), 랜덤 스티렌-부타디엔-스티렌 고무(SBR), 에틸렌-프로필렌-디사이클로펜타디엔(EPDM) 및 펜던트 불포화기 또는 주쇄의 불포화기를 함유하는 아크릴레이트 폴리머를 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 말레에이트화된 기재 폴리머(maleated base polymer)를 예시하면, 아크릴레이트, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, SIS, SBS, 스티렌-b-에틸렌/부틸렌-b-스티렌, 스티렌-b-에틸렌/프로필렌-b-스티렌 또는 폴리이소부틸렌을 들 수 있다.
본 발명의 바람직한 광개시제로서 예를 들면, SiH-관능성 디아릴케톤을 하기 구조식에서의 불포화 폴리머(Q)와 반응시켜 형성되고 하기 구조식으로 표시되는, 실록산이 결합된 광개시제가 있다:
(구조식)
(상기 구조식에서,
Ar은 위에서와 동일하게 정의되고,
Q는 소형 분자 또는 폴리머이고,
R은 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기 또는 아릴기, 헤테로원자를 함유하는 알킬기, 또는 H이고,
R1은 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기 또는 아릴기, 또는 헤테로원자를 함유하는 알킬기, 또는 카르보닐기이고,
X는 O, NR, S, PR 또는 SiR2이고,
n=0∼2이고,
m은 0 또는 1이며,
y=1∼100임).
본 발명의 시스템에 있어서, 상기 구조식에서 y가 바람직하게 2 이상으로서 다관능성 재료인 경우에는 타입 II 광개시제가 가교 반응에 참여할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 설파이드가 결합된 광개시제는 하기 구조식으로 표시되는 것이 바람직하다:
(구조식)
(상기 구조식에서,
Q 및 Ar은 위에서와 동일하게 정의되고,
R은 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기 또는 아릴기, 헤테로원자를 함유하는 알킬기, 또는 카르보닐기이고,
X는 O, NR, S, PR 또는 SiR2이고,
m은 0 또는 1이며,
y=1∼100임).
또한, 본 발명에 따른 아미드가 결합된 광개시제는 하기 구조식으로 표시되는 것이 바람직하다:
(구조식)
(상기 구조식에서,
Q 및 Ar은 위에서와 동일하게 정의되고,
R은 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기 또는 아릴기, 헤테로원자를 함유하는 알킬기, 또는 카르보닐기이고,
R1은 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기 또는 아릴기, 헤테로원자를 함유하는 알킬기, 카르보닐기 또는 H이고,
X는 O, NR, S, PR 또는 SiR2이고,
m은 0 또는 1이고,
n은 0 또는 1이며,
y=1∼100임).
본 발명의 폴리머 광개시제 내의 발색단은 자외선 및/또는 가시광선에 대한 감성(sensitivity)을 제공하여, 이 같은 광원에 노출되는 경우, 가교 반응을 개시 및/또는 가교 반응에 참여할 수 있다.
본 발명의 폴리머 광개시제는 하기 구조식 (IIA)로 표시되며 상기 전구체 화합물 IA를 폴리부타디엔에 결합시켜 제조된 화합물, 및 하기 구조식 (IIB)로 표시되며 상기 전구체 화합물 IB를 폴리부타디엔에 결합시켜 제조된 화합물일 수 있다:
,
.
본 발명에 따른 폴리머 광개시제 화합물 IIA 및 IIB는 각각 실시예 3 및 실시예 7에 기재된 방법에 따라 제조될 수 있다.
본 발명의 폴리머 광개시제는 감압성 핫 멜트 접착제 및 코팅 조성물을 포함하는 광범위한 방사선 경화성 재료의 제조에 이용될 수 있다. 본 명세서에서 코팅 조성물용 용도란, 장식성 코팅물, 내연마성 코팅물, 락커(lacquer), 섬유 보강 복합체(fiber reinforced composite), 마이크로전자 캡슐화제(microelectronic encapsulation), 다이 부착물(die-attach), 광섬유 코팅물(fiber optic coating), 몰드 화합물(molding compound), UV-경화 구조형 수지(UV-set structural resin) 등으로서 광범위하게 이용되는 것을 의미한다.
본 발명의 광경화성 조성물은, SiH-관능성 디아릴케톤과 불포화 화합물의 반응에서 유래된 것으로서 실록산이 결합된 광개시제, SH-관능성 디아릴케톤과 불포화 화합물의 반응에서 유래된 것으로서 설파이드가 결합된 광개시제, 및/또는 무수물 및 카르복시산 작용기 중 1종을 함유하는 화합물과 아미노-관능성 디아릴케톤의 반응에서 유래된 것으로 아미드가 결합된 광개시제를 함유하는 조성물을 포함한다.
상기 방사선 경화성 조성물은 화학방사선(actinic radiation) 및/또는 이온화 방사선(ionizing radiation)에 노출시킴으로써 가교된다. 용어 "방사선"은 자외선과 같은 화학방사선, 및 전자의 방출 또는 중성자, 알파 입자 등과 같은 고속으로 가속화된 핵 입자의 방출에 의해 생성된 이온화 방사선(ionizing radiation)을 포함하는 것으로 사용된다.
상업적으로 입수 가능한 통상의 광개시제에 비해, 본 발명의 폴리머 광개시제는 UV에 의한 경화 반응 이전 및 그 이후에 열적으로, 그리고 가수 분해 반응에 대해서도 안정하고, UV 경화성 조성물 내에서의 경화 반응 이후에 나타나는 냄새가 덜 나며, UV 경화성 조성물 및 효과적으로는 UV 경화성 후막에서의 분리 반응도가 저하된 것이다.
또한, 예를 들면, 미국특허 제4,820,746호, 제4,948,825호, 제5,093,406호, 제5,104,921호, 제5,115,008호, 제5,135,978호, 제5,166,226호, 제5,302,649호, 제5,164,577호, 제5,804,663호에 기재된 유형의 감압성 핫 멜트 접착제 조성물을 제조하는 데, 본 발명의 폴리머 광개시제를 이용할 수 있다.
본 발명을 수행하는 데 있어서, 접착제 및 코팅 조성물로 제제화하는데 적합한 임의의 기재 수지로서 당업계에 공지된 것들을 이용할 수 있다. 상기 기재 수지로서 적절한 폴리머를 예시하면, 비정질 폴리올레핀, 에틸렌 함유 폴리머 및 고무질 블록 코폴리머 및 이들의 블렌드를 들 수 있다. 또한, 아크릴레이트, 에폭사이드, 실록산, 스티릴옥시, 비닐에테르 및 그 밖의 모노머, 올리고머, 또는 폴리이미드 및 시아네이트 에스테르 수지와 같은 프리폴리머(prepolymer), 및/또는 이들의 폴리머 및 하이브리드(hybrid) 기재의 시스템을 이용할 수 있다. 상기 접착제 조성물 및 코팅 조성물은 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 말레이미드, 스티렌, 말레에이트 에스테르, 푸마레이트 에스테르, 불포화 폴리에스테르 수지, 알킬 수지, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔 및 티올-엔 조성물과 같은, 액상 또는 고상의 올레핀 불포화 시스템(olefinically unsaturated system)으로부터 선택될 수 있다. 아울러, 상기 폴리머로서, 디올레핀의 부분적인 수소화 반응을 수행하면서 또는 상기 반응을 수행하지 않은 채, 폴리이소프렌 또는 폴리부타디엔과 같은 폴리머, 또는 이들과 스티렌의 랜덤 코폴리머 또는 블록 코폴리머를 이용할 수 있다. 그리고, 반응성을 향상시키기 위해, 말레산 무수물을 그래프팅한 다음, 하이드록시 아크릴레이트를 이용하여 개환 반응시킴으로써, 디올레핀의 완전한 수소화 반응이 수행되지 않은 이러한 폴리머를 아크릴레이트화할 수 있다. 이러한 재료로서 상업적으로 입수 가능한 것을 예시하면, 상표명 Ricacryl(Sartomer사로부터 입수 가능함) 및 상표명 UC Resins(Kuraray Chemical사로부터 입수 가능함)을 들 수 있다. 아울러, 실리콘, 폴리에스테르 및 우레탄과 같은 주쇄 구조체를 기재로 하는 관능성 올리고머 또는 폴리머 수지(예: 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 말레이미드 또는 비닐 말단화 수지)를 사용할 수 있다. 특히 유용한 고무 기재의 감압성 핫 멜트 접착제는 방향족 비닐 모노머에서 유래된 적어도 1개의 블록, 및 부타디엔 또는 이소프렌으로에서 유래된 적어도 1개의 블록을 함유하는 것이 바람직할 수 있다(예: 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 코폴리머와 스티렌-부타디엔 블록 코폴리머의 혼합물로서 점착성이 부여된 것, 또는 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 코폴리머의 혼합물로서 점착성이 부여된 것). 본 명세서에서, 아크릴/고무 블렌드 및 고무-고무 블렌드는 아크릴-고무 하이브리드로서 포함된다(예: 에틸렌-부틸렌 고무 매크로머(macromer)와 그래프트된 아크릴 폴리머).
본 발명에 이용되는 방사선 경화성 핫 멜트 접착제는 감압성, 반감압성, 또는 비감압성의 제제로서 제제화될 수 있다. 본 명세서에서, 용어 "감압성 접착제"란, 약간의 압력을 가하면 기재에 즉시 접착되어, 영구적으로 점성을 유지하는 점탄성 재료를 칭한다. 폴리머가 그 자체적으로 감압성을 갖거나, 또는 점착부여제(tackifier), 가소제 또는 기타 첨가제와의 혼합에 의해 감압성 접착제로서의 기능을 갖는 것이라면, 앞서 정의한 의미를 갖는 갑압성 접착제이다. 그리고, 반감압성 접착제는 기재를 영구적으로 접착하는데 충분한 점성을 일시적으로 갖는 접착제를 의미한다. 반감압성 접착제를 접착한 후에는, 상기 접착제는 영구적으로 점성을 나타내나, 강력한 결합을 생성하기에는 충분하지 않은 점성을 갖는다. 상기 반감압성 접착제는 통상적으로 보통의 핫 멜트로서 이용된다. 즉, 상기 접착제가 용융 상태인 동안에는 접착이 가능하다. 고화 단계를 통해 접착 가능한 점착도가 확대됨으로써, 넓은 처리 범위에 있어서 접착을 실현할 수 있다. 보통 이러한 유형의 접착제는 코팅이 불가능하며, 또한, 시간이 지난 후에는 상기 접착제를 실제의 감압성 접착제로서 이용하여 접착하는 것이 불가능하다.
본 발명에 유용한 폴리올레핀 폴리머를 예시하면, 에틸렌 코폴리머 및 그의 블렌드를 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 에틸렌 코폴리머란 용어는 에틸렌의 호모폴리머, 코폴리머 및 터폴리머(terpolymer)를 일컫는다. 상기 에틸렌 코폴리머를 예시하면, 에틸렌과 공중합이 가능한 1종 이상의 극성 모노머(예: 모노카르복시산의, 아크릴산의 또는 메타크릴산의 비닐 아세테이트 또는 기타 비닐 에스테르, 또는 메탄올, 에탄올 또는 기타 알코올을 갖는 이들의 에스테르)와의 코폴리머를 들 수 있다. 이를 구체적으로 예시하면, 에틸렌 비닐아세테이트, 에틸렌 메틸아크릴레이트, 에틸렌 n-부틸아크릴레이트, 에틸렌 아크릴산, 에틸렌 메타크릴레이트, 및 이들의 혼합물 및 블렌드를 들 수 있다. 그 밖의 예를 들면, 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌, 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머, 폴리-(부텐-1-co-에틸렌), 아탁틱(atactic) 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 호모지니어스 선형 에틸렌/α-올레핀 코폴리머, 용융 지수(melt index)가 낮은 n-부틸아크릴레이트 코폴리머, 에틸렌 비닐에스테르 코폴리머가 있으나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에서는 이들의 블렌드, 랜덤 코폴리머 및 블록 코폴리머를 이용할 수 있다. 상기 폴리머 성분은 통상적으로 약 10% 내지 60%의 양으로, 바람직하게는 약 20% 내지 약 45%의 양으로, 더욱 바람직하게는 약 25% 내지 약 35%의 양으로 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 고무 기재의 접착제 조성물 및 코팅 조성물은 랜덤 및/또는 블록 코폴리머를 이용하여 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 조성물은 스티렌-부타디엔-스티렌, 스티렌-이소프렌-스티렌, 스티렌-부타디엔 및 스티렌-이소프렌 블록 코폴리머 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 또한, 바람직한 고무 기재의 방사선 경화성 접착제는 적어도 1종의 고함량의 비닐 블록 코폴리머를 포함한다. 본 발명에서는 상기 고함량의 비닐 블록 코폴리머로서, 고함량의 비닐 블록 스티렌-부타디엔-스티렌 코폴리머 및/또는 스티렌-이소프렌-스티렌 코폴리머가 바람직하다. 본 발명에서는 방사형(radial) 및 선형 블록 코폴리머를 이용하는 것이 바람직한 한편, 그 외에도 당업자들에게 공지된 그 밖의 블록 코폴리머 모폴로지를 이용할 수 있다. 상기 용어 "블록 코폴리머"는 디-블록, 트리-블록 및 다중-블록 코폴리머를 포함한다.
본 발명에서는 고무 기재의 감압성 접착제를 제제화 할 때, 가교제, 특히, 폴리티올 가교제 또는 폴리(말레이미드) 가교제를 선택적으로 그리고 바람직하게 이용할 수 있다. 고무 기재의 UV 경화성 접착제 조성물을 제제화 하는 경우, 상기 폴리티올은 통상적으로 감압성 접착제 고무와 전체 관능성 폴리티올의 총 중량에 대해서 약 10 중량% 이하의 농도로, 바람직하게는 약 0.3 내지 약 6 중량%의 농도로, 더욱 바람직하게는 약 0.3 내지 1 중량%의 농도의 양으로 이용된다. 본 발명에서는 각종 폴리티올을 이용할 수 있으며, 이용 가능한 폴리티올을 예시하면 펜타에리트리톨테트라티올글리콜레이트, 펜타에리트리톨테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트), 트리메틸올에탄트리메르캅토프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리티올글리콜레이트, 트리메틸올프로판트리스(3-메르캅토프로피오네이트) 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
본 발명에 따른 방사선 경화성 티올-엔 조성물은 폴리티올, 올레핀 화합물 또는 '엔(ene)' 화합물 및 본 발명의 폴리머 광개시제를 포함한다. 상기 티올-엔 시스템의 폴리엔 성분은 반응성의 불포화기를 함유하고, 가장 바람직하게는 다량의 전자를 포함하는(electron-rich) 원자 또는 기에 결합된 임의의 성분일 수 있다. 따라서, 바람직한 폴리엔을 예시하면 다관능성 비닐에테르를 들 수 있고, 그 밖에 적절한 기를 예시하면, 알릴에테르, 비닐 설파이드, 스티렌, 아크릴아미드 및 아세틸렌을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 본 발명에 적절한 화합물을 예시하면, 에스테르 작용기로 인해 가수 분해 안정성이 저하되기는 하지만, 폴리올과 노르보르넨 카르복실레이트(사이클로펜타디엔과 아크릴레이트의 반응 생성물)와 같은 바이사이클릭 엔(bicyclic ene)의 에스테르화 반응으로부터 유래된 재료를 들 수 있다. 상기 티올(메르캅탄) 성분으로서, 본 발명에서는 6개 내지 40개의 탄소 원자를 함유하는 1차 티올(예: 1,10-데칸 디티올), 또는 1개 내지 10개의 티올기를 함유하는 임의의 선형, 환형 또는 분지형 탄화수소 티올을 이용할 수 있다. 1차 티올은 2차 티올에 비해, 그리고 가장 반응성이 작은 3차 티올에 비해 반응성이 더 크기 때문에 본 발명에 이용하는 데 적절하다. 본 발명에 유용한 폴리티올을 예시하면, 상업적으로 입수 가능한 것으로서, 에틸렌글리콜 비스(티오글리콜레이트), 에틸렌글리콜 비스(β-메르캅토프로피오네이트), 트리메틸올프로판 트리스(티오글리콜레이트), 트리메틸올프로판 트리스(β-메르캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨 테트라키스(티오글리콜레이트), 펜타에리트리톨 테트라키스(β-메르캅토프로피오네이트)를 들 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 통상적으로, 동 기술 분야의 당업자라면 특수한 적용 분야에 적절하게 폴리티올을 합성하는 각종 방법을 적용할 수 있다. 특히, 본 발명에서는 폴리티올 3-메르캅토프로피온산과 같은 메르캅토산과 각종 폴리올과의 에스테르화 반응에서 유래된 폴리티올이 유용하다.
본 발명의 폴리머 광경화제는 통상적으로 상기 폴리머의 발색단 부분 중, 제제화된 조성물 중량에 대해 약 0.05 중량% 내지 약 10 중량%의 양으로, 바람직하게는 약 0.2 중량% 내지 약 3 중량% 범위의 양으로, 더욱 바람직하게는 약 0.5 중량% 내지 약 1.5 중량% 범위의 양으로 사용될 수 있다. 상기 광경화제의 농도는 경화되지 않은 방사선 경화성 조성물의 도포 두께에 따라 좌우된다. 또한, 본 발명에서는 제제화된 조성물이 최상의 경화성을 제공하도록 하기 위해, 2종 이상의 광개시제를 조합하여 이용할 수 있다. 상기 광개시제는, 경화 공정 수행 시의 라인 속도 및 의도한 최종 용도에 적합한 강도로 경화를 개시하는 데 필요한 최소량으로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 광개시제의 사용량은 폴리머 조성물, 방사선 소스(source), 방사선 조사량, 생산 라인 속도 및 기재에 코팅된 코팅물의 두께에 따라 좌우될 수 있다. 아울러, 다량의 광개시제를 이용하여 경화 공정을 수행하는 경우에는 통상적으로 산소가 필요하기 때문에, 경화 공정은 일반적으로 산소의 부재 시에, 이를테면, 질소의 존재 시에 보다 효율적으로 수행된다.
본 발명의 폴리머 광개시제를 함유하는 접착제 및 코팅 조성물은 당업자들에게 공지되어 통용되는 첨가제를 이용하여 제제화할 수 있다. 또한, 본 발명의 폴리머 조성물은 상기 폴리머의 최종 용도에 따라 선택된 각종 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 폴리머의 최종 용도가 감압성 접착제인 경우에는 핫 멜트 및 감압성 접착제의 제조 시에 통상적으로 이용되는 첨가제로서, 가소제, 점착부여제 및 충전재를 첨가할 수 있다. 이러한 첨가제의 종류 및 함량은 동 기술 분야의 당업자의 지식 범위 내에서 선택된다.
본 발명의 방사선 경화성 조성물은 고상의 수소화된 점착 부여성 수지를 약 30 중량% 내지 약 80 중량% 범위의 양으로, 바람직하게는 약 45 중량% 내지 약 70 중량%의 양으로, 더욱 바람직하게는 약 50 중량% 내지 약 65 중량%의 양으로 포함한다. 상기 점착 부여성 수지로서 대표적인 것을 예시하면, C5/C9의 탄화수소 수지, 합성 폴리테르펜, 로진, 로진 에스테르, 천연 테르펜 등을 들 수 있다.
본 발명에 적절하게 사용되는 왁스를 예시하면, 파라핀 왁스, 미세결정질 왁스(microcrystalline wax), 고밀도의 저분자량 폴리에틸렌 왁스, 부산물 폴리에틸렌 왁스, Fischer-Tropsch 왁스, 산화된 Fischer-Tropsch 왁스, 및 하이드록시 스테아라미드 왁스 및 지방산 아미드 왁스와 같이 기능화된 왁스를 들 수 있다. 일반적으로, 용어 "고융점 합성 왁스"는 고밀도의 저분자량 폴리에틸렌 왁스, 부산물 폴리에틸렌 왁스 및 Fischer-Tropsch 왁스를 포함하는 것으로서 이용된다. 본 발명에서는 비닐 아세테이트 개질된 왁스 및 말레산 무수물 개질된 왁스와 같은 개질된 왁스 또한 사용될 수 있다. 상기 왁스 성분은 상기 접착제에 대해 약 10 중량%보다 큰 수준, 통상적으로는 약 20 중량% 내지 40 중량% 범위의 수준으로 사용된다.
본 발명의 제제는 약 0 중량% 내지 약 40 중량%의 오일 희석제(oil diluent)를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 적합한 가소성 오일 또는 연화용 오일(extending oil)로서는 식물성 오일, 동물성 오일 및 이들의 유도체, 올레핀 올리고머 및 저분자량 폴리머가 포함된다. 또한, 본 발명에 이용될 수 있는 오일 희석제를 예시하면 페트롤륨에서 유래된 오일을 들 수 있으며, 상기 오일은 소량의 방향족 탄화수소(바람직하게는 상기 오일의 30 중량% 미만, 더욱 바람직하게는 15 중량% 미만의 양)만을 함유하는, 비교적 고융점의 재료이다. 다른 구현예로서, 상기 오일이 완전히 비방향족인 것일 수 있다. 본 발명에 적절하게 이용되는 올리고머를 예시하면, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 수첨 폴리이소프렌, 수첨 폴리부타디엔 또는 분자량이 약 350 내지 약 10,000 범위의 올리고머를 들 수 있다. 상기 오일로서 상업적으로 입수 가능한 것을 예시하면, Petrocanada로부터 입수 가능한 미네랄 오일, 및 Witco Corporation으로부터 입수 가능한 KAYDOL OIL을 들 수 있다.
통상적으로는, 상기 접착제 조성물의 제조 및 이용 중에 상기 조성물 성분이 노화되는 것을 억제하기 위해, 단, 상기 폴리머의 방사선 경화 반응을 저하시키지 않도록 하는 수준에서, 항산화제를 상업적으로 입수 가능한 상기 화합물에 첨가한다. 각종 폴리머가 서로 다른 노화 메카니즘에 따라 노화가 진행되기 때문에, 경우에 따라서는 항산화제의 조합물을 이용하는 것이 더욱 효과적일 수 있다. 상업적으로 입수 가능한 항산화제를 예시하면, IRGANOX 1010 (펜타에리트리톨-테트라키스[3-(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트); IONOL (2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀); IONOX 330 (3,4,6-트리스(3,5-디-tert-부틸-p-하이드록시벤질)-1,3,5-트리메틸벤젠); 및 POLYGARD HR (트리스-(2,4-디-tert-부틸페닐)포스페이트)를 들 수 있다. 상기 접착제 조성물이 장기간 동안의 열 안정성을 확보하도록 하기 위해서는 상기 접착제 조성물 내에 1종 이상의 항산화제를 통상적으로 약 0.1 중량% 내지 약 3 중량%의 양으로, 더욱 바람직하게는 약 0.4 중량% 내지 약 1.5 중량%의 양으로 포함한다.
전술한 첨가제 외에도, 본 발명의 조성물은 동 기술 분야의 당업자들에게 공지된 기타 첨가제를 포함할 수 있다. 이러한 기타 첨가제를 예시하면 안료, 충전제, 형광 첨가제, 흐름 및 레벨링(leveling) 첨가제, 습윤화제, 계면활성제, 소포제, 유동성 개질제(rheology modifier), 안정화제, 광감작제 및 항산화제를 들 수 있으나, 전술한 것에 제한되지 않는다. 본 발명에 바람직한 첨가제는 특정 파장에서의 인지 가능한 흡광도를 갖지 않는 것이다.
상기 안료 및 충전제를 예시하면, 티타늄 디옥사이드, 소수성 비정질 흄드 실리카(hydrophobic amorphous fumed silica), 비정질 침전 실리카, 카본 블랙 및 폴리머 파우더를 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 흐름 및 레벨링 첨가제, 습윤화제 및 소포제를 예시하면, 탄화수소, 플루오르 함유 화합물 및 비실리콘 폴리머 및 코폴리아크릴레이트와 같은 코폴리머를 들 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 조성물은 종래의 방법에 따라 제조된다. 예를 들면, 압출기, Z- 블레이드 또는 그 밖의 통상적인 혼합 장치를 이용하여, 블록 코폴리머, 점착 부여성 수지 및 기타 바람직한 성분들을 고온(예를 들면, 약 300℉의 온도)에서 블렌드하여 본 발명의 조성물을 제조할 수 있다.
본 명세서에 기재된 폴리머 조성물은 접착제 조성물 또는 코팅 조성물을 백킹(backing) 또는 기재에 도포하는 용도로 사용될 수 있다. 상기 기재는 필름, 테이프, 시트, 패널 등의 형태일 수 있고, 제지, 직포(fabric), 플라스틱, 부직포(nonwoven fiber)(예: 금속, 호일(foil), 천연 고무, 합성 고무, 목재 복합체(wood composite)와 같은 재료로 제조될 수 있다.
그리고, 본 발명의 조성물은 롤러, 슬롯 오리피스(slot orifice), 스프레이 또는 압출 코팅기아 같은 통상의 도포 수단을 이용하여 기재에 적용될 수 있다. 코팅된 기재가 롤의 형태로 사용되는 경우에는, 상기 조성물이 상기 기재측에 접착되는 것을 방지하기 위해 기재의 뒷면을 이형 백사이즈(release backsize)로 코팅할 수 있다. 또한, 기재가 양면에 코팅되어 권취되는 경우에는 상기 조성물의 한쪽 층이 상기 기재의 다른면 상의 조성물에 부착되는 것을 방지하기 위해, 상기 조성물의 한쪽 층 상에 이형지 또는 기타 방지 수단이 설치될 수 있다. 어떤 용도에 있어서, 상기 조성물에 제2 기재를 직접 도포할 수 있다.
상기 폴리머 조성물을 상기 기재에 도포한 다음에는 공기 또는 질소 분위기 하에 자외선(UV) 또는 전자 빔(EB: electron beam) 방사선을 조사하여 상기 폴리머 조성물을 경화시킨다. 상기 가교 반응은 상기 폴리머의 도포 후 즉각적으로, 상기 폴리머의 도포 도중 또는 도포 이후에 수행될 수 있다. 상기 광개시제를 포함하는 조성물은 180 내지 400 ㎚ 범위, 바람직하게는 200 내지 390 ㎚ 범위의 파장을 갖는 자외선에, 바람직한 양의 가교물이 달성되는 데 충분한 시간 동안 노출된다. 방사선에 노출되는 정확한 노출 시간은 상기 방사선의 특성 및 강도, 특별한 자외산 광개시제 및 사용된 양, 상기 폴리머 시스템, 상기 필름의 두께, 환경적 요인 및 방사선 소스와 접착제 필름 사이의 거리에 따라 좌우된다. 이러한 파라미터는 동 기술 분야의 당업자의 지식 범위 내에서 결정된다. 본 발명에 사용되는 실질적인 방사선은 임의의 소스로부터 제공되는 화학광(actinic light)일 수 있으나, 본 발명의 조성물은 통상적으로 자외선 영역에서의 파장에 대해 최대 감도를 나타낼 수 있기 때문에 유효량의 자외선을 제공한다. 방사선 조사 공정은 임의의 온도에서 수행될 수 있으며, 경제성을 고려할 때, 실온에서 수행되는 것이 가장 적절하다. 상기 방사선 소스와 코팅된 기재 상의 접착제 간 거리는 약 0.32 ㎝ 내지 25.4 ㎝(1/8 내지 10 인치)의 범위, 바람직하게는 일 수 있으며, 약 0.32 ㎝ 내지 17.8 ㎝(1/8 내지 7 인치)의 범위일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명하나, 본 발명은 하기 실시예에 의해 제한되지 않는다.
실시예 1
4-알릴옥시벤조페논(1)의 합성
기계적 교반기, 환류 콘덴서, 첨가용 깔때기 및 내부 온도 프로브(probe)가 장착된 2L의 4구 플라스크 내에 부탄온(700 ㎖, Fisher Scientific) 중에 4-하이드록시벤조페논(186.7 g, 940 m㏖, Fluka Chemical)을 용해하였다. 그런 다음, 상기 반응기에 K2CO3(195 g, 1.41 ㏖, Aldrich Chemical)를 첨가하고, 상기 반응물을 저속의 N2 퍼지 하에 두었다. 그리고, 상기 첨가용 깔때기를 통해 알릴 브로마이드(123 ㎖, 1.41 ㏖, Aldrich Chemical)를 충전하였다. 상기 포트 온도를 65℃로 상승시키고, 상기 온도에서 상기 알릴 브로마이드를 30분간 첨가하였다. 상기 알릴 브로마이드의 첨가를 완료한 후, 상기 반응물을 65℃의 온도에서 6.5 시간 동안 교반하였다. 그리고 이 때, GC(gas chromatography) 분석 결과, 개시물이 전혀 존재하지 않았다.
전술한 바와 같이 하여 얻은 슬러리를 여과한 다음, 1%의 HClaq (500 ㎖)를 이용하여 여과물을 추출하였다. 그 유기층을 분리하여, 무수 MgSO4 상에서 건조시킨 다음, 여과하고 진공 상태에서 용매를 제거하여, 담황색 고체를 얻었다(1; 207 g, 92%). 상기 생성물은 허용 가능한 1H & 13C NMR, FT-IR, GC 및 UV-Vis 특성을 나타내었다.
실시예 2
SiH-관능성 벤조페논 유도체(2)의 합성
알릴옥시벤조페논 1 (200 g, 840 m㏖)을 가열하면서 THF(150 ㎖, EM Science)에 용해시킨 다음, 건조 공기 퍼지 하에서 기계적 교반기, 환류 콘덴서 및 내부 온도 프로브가 장착된 2L의 4구 플라스크에 설치된 첨가용 깔때기를 통해 상기 플라스크에 상기 용액을 충전시켰다. 상기 반응관에 1,1,3,3-테트라메틸디실록산(740 ㎖, 4.18 ㏖, Hanse Chemie) 및 THF(100 ㎖)을 첨가하였다. 내부 포트 온도를 50℃로 상승시키고, 상기 온도에서 클로로트리스(트리페닐포스핀)로듐("윌킨슨 촉매", 22 ㎎, 알릴옥시벤조페논 1의 질량에 대해 11 ppm, Aldrich Chemical)을 4-알릴옥시벤조페논/THF 용액 부분(5 ㎖)과 함께 상기 포트에 첨가하였다. 내부 반응 온도를 60℃로 상승시키고, 상기 온도에서 4-알릴옥시벤조페논 용액을 상기 반응기 포트에 45분간 첨가하였으며, 전술한 첨가 반응은 발열 반응이었다. 상기 반응물의 내부 온도는 첨가 반응 중에 60∼65℃ 범위를 유지하였으며, 발열 반응이었다. 상기 첨가 반응을 완료한 다음, 상기 반응물을 60℃의 온도에서 추가적으로 15분간 교반하고, 이 때 GC 분석한 결과, 반응 개시물이 전혀 존재하지 않았다. 상기 반응물을 35℃로 냉각시킨 다음, 활성화된 탄소(3 랩 스쿠프(lab scoop), Aldrich Chemical)를 첨가하였다. 이렇게 하여 얻어진 슬러리를 30분간 교반한 다음, 여과하여 담황색 용액을 얻었다. 진공 상태에서 상기 생성물로부터 용매를 제거하여, 황색 오일을 얻었다(329 g, 104%, 상품 등급의 1,1,3,3-테트라메틸디실록산 개시물 내에 10 몰% 이상의 1,1,3,3,5,5-헥사메틸트리실록산이 존재함). 상기 생성물은 허용 가능한 1H, 13C 및 29Si NMR, UV-Vis 및 FT-IR 스펙트럼 특성을 나타냈다.
실시예 3
폴리(부타디엔)-그래프트된 벤조페논 폴리머 광개시제(3)의 합성
Ricon 130 폴리(부타디엔) (734 g, Sartomer)를, 건조 공기 퍼지 하에 기계적 교반기, 환류 콘덴서, 내부 온도 프로브 및 첨가용 깔때기가 장착된 5L의 4구 플라스크 내의 톨루엔 (1100 ㎖, EM Science) 중에 용매화하였다. 상기 첨가용 깔때기에 SiH-관능성 벤조페논 유도체 2(328.8 g, 0.88 ㏖)를 충전하였다. 화합물 2의 일부(∼5㎖)를 상기 pBD 용액에 첨가하였다. pBD 용액을 50℃로 가열하고, 상기 온도에서 1,3,5,7-테트라비닐-1,3,5,7-테트라메틸사이클로테트라실록산 중에 Pt0의 용액(1.8 g, 3.0∼3.5 중량%의 Pt 촉매 용액, Gelest로부터 입수 가능한 SIT7900.0)을 상기 반응기 포트에 첨가하였다. 그런 다음, 상기 반응물의 온도를 80℃로 상승시킨 후, 화합물 2를 1.5시간 동안 적하 첨가하였다. 조절 가능한 발열 첨가 반응을 통해, 그 내부 온도를 80∼83℃ 범위의 온도로 유지시켰다.
상기 첨가 반응을 수행한 다음, 상기 반응의 최종 단계로서 2120 ㎝-1에서의 SiH 밴드가 전혀 나타나지 않는지를 모니터링하는 FT-IR 분석을 수행하였다. 상기 SiH 모이어티는 80℃의 온도에서 30분 후에 완전히 소비되었다. 이 때, 상기 SiH 모이어티가 완전히 소비된 시간은 상기 Pt0 촉매 용액의 활성에 따라서 약간 달라질 수 있음을 유의해야 한다.
상기 용액을 35℃로 냉각하고, 상기 온도에서 소형 실험용 랩 스쿱 7회량으로 활성화된 탄소로 처리하였다. 이렇게 하여 얻어진 슬러리를 60분간 교반한 다음, 여과하였다. 그 결과 얻어진 담황색 용액으로부터 진공 상태에서 용매를 제거하여, 점성이 있는 담황색 오일을 얻었다(1060 g, 근본적으로 정량적인 화학적 산물임). 상기 생성물 pBD가 결합된 벤조페논 유도체 3은 예상되었던 1H, 13C, 29 Si 및 FT-IR 스펙트럼 특성을 나타내었다. RI 및 UV 검출기(λ=320 ㎚)를 이용한 GPC 분석을 통해, 벤조페논 발색단이 상기 pBD 주쇄에 결합되어 있고, 그래프팅 공정 중에는 pBD의 분자량이 거의 변화하지 않은 것을 확인할 수 있다(단, 현재 공유 결합된 발색단으로 인해, 약간의 분자량 증가가 관찰될 수 있다는 점에 유의해야 함).
실시예 4
2-하이드록시-3,4-디메틸 티옥산톤(4)의 합성
N2 하에, 기계적 교반기 및 내부 온도 프로브가 장착된 250 ㎖의 3구 플라스크 내에서 농축 H2SO4 (100 ㎖, EM Science) 중에 2,2,'-디티오비스벤조산 (10.0 g, 32.6 m㏖, Fluka)의 용액을 제조하였다. 상기 혼합물을 아이스 배쓰(ice bath) 상에서 5℃로 냉각하였다. 냉각된 상기 용액에 2,3-디메틸페놀(7.98 g, 65.3 m㏖, Aldrich Chemical)을 30분간 첨가하였다. 관찰되는 발열 반응은 없었다. 상기 반응물을 얼음 상에서 1시간 동안 교반한 다음, 실온으로 가열하였다. 그런 다음, 상기 반응물을 내부 온도 65℃로 1시간 동안 가열한 후, 다시 실온으로 냉각하였다.
실시예 5
2-하이드록시에틸-3,4-디메틸 티옥산톤(5)의 합성
N2 하에, 기계적 교반기 및 환류 콘덴서가 장착된 100 ㎖의 3구 플라스크 내에서 DMF (11 ㎖, EM Science) 중에 하이드록시 관능성 티옥산톤 5 (0.23 g, 0.8 m㏖)을 용매화하였다. 교반과 함께, 상기 용액에 2-브로모에탄올(0.06 ㎖, 0.8 m㏖, Aldrich) 및 K2CO3 (0.16 g, 1.2 m㏖)을 첨가하였다. 이렇게 하여 얻은 슬러리를 오일 배치(oil batch)에서 10시간 동안 90℃로 가열하였다.
상기 반응물을 실온으로 냉각한 다음, 증류수(150 ㎖)에 부었다. 상기 슬러리를 여과하여, 분리된 고체를 증류수(3×100 ㎖)를 이용하여 세척한 다음, 이소프로판올(20 ㎖, EM Science)을 이용하여 1회 세척하였다. 이렇게 하여 얻어진 생성물을 진공 오븐에서 건조시켜 1H NMR 및 FT-IR에 의해 분석하였다.
실시예 6
메르캅토 관능성 티옥산톤 유도체(6)의 합성
표준 Fisher 에스테르화 프로토콜에 따라서, 상기 하이드록시 관능성 티옥산톤 5를 3-메르캅토프로피온산과 함께 에스테르 반응시켰다. 따라서, N2 하에, 자기 교반기 및 딘-스타크 콘덴서가 장착된 50 ㎖의 3구 플라스크 내에서 화합물 5(1 g, 2.9 m㏖)를 톨루엔(20 ㎖) 중에 용매화하였다. 상기 용액에 3-메르캅토프로피온산(0.3 g, 2.9 m㏖, Aldrich Chemical) 및 촉매량의 p-톨루엔설폰산 모노하이드레이트(0.006 g, 0.029 m㏖, Aldrich Chemical)을 첨가하였다. 이렇게 하여 얻어진 용액을 환류 하에 가열하고, 공비 증류에 의해 물을 제거한 다음, 에스테르화 반응을 수행하였다. 물의 증류 반응이 중지될 때, 상기 용액을 실온으로 냉각시키고, 증류수(20 ㎖)로 추출하였다. 그 유기층을 분리하여, 무수 MgSO4(Baker) 상에서 건조시킨 후, 여과하고, 진공 상태에서 용매를 제거하여 메르캅토 관능성 티옥산톤 6을 얻었다.
실시예 7
폴리머가 결합된 티옥산톤 광개시제(7)의 합성
참조 문헌에 기재된 라칼 조건 하에서, 상기 메르캅토 관능성 티옥산톤 6을 폴리(부타디엔)에 그래프트시켰다(Schapman, F.; Couvercelle, J. P.; Bunel, C. Polymer, 1998, 39(20), 4955-4962). 그런 다음, N2 하에, 기계적 교반기 및 내부 온도 프로브가 장착된 100 ㎖의 3구 플라스크에 Ricon 130 pBD(10 g)을 첨가하였다. 화합물 6(3 g)을 첨가한 다음, 2,2'-아조비스(2-메틸프로피온니트릴)("AIBN", 0.013 g, Aldrich Chemical)을 첨가하였다. 이렇게 하여 얻은 혼합물을 75℃로 가열하고, 티올기를 불포화 고무에 결합시켜, 폴리머가 결합된 티옥산톤 유도체(7)을 생성하였다.
실시예 8
아미드 결합된 폴리머가 결합된 광개시제(8)의 합성
N2 하에 교반과 함께, 환류 콘덴서, 내부 온도 프로브 및 기계적 교반기가 장착된 250 ㎖의 4구 플라스크 내에서 Ricon 131MA17 (28 g, Sartomer), 4-아미노벤조페논 (7.8 g, 39 m㏖) 및 톨루엔 (45 ㎖)의 용액을 혼합하였다. 상기 교반된 혼합물을 7시간 동안 82℃로 가열한 다음, 진공 상태에서 용매를 제거하여 아미드 결합의 폴리머 광개시제 8을 정량적 수율로 얻었다. 상기 생성물은 허용 가능한 1H, UV-Vis 및 FT-IR 스펙트럼 특성을 나타내었다.
실시예 9
고무 기재의 UV 경화성 PSA 조성물, 경화 반응 및 평가
실시예 3의 폴리머 광개시제를 이용하여, 고무 기재의 UV 경화성 감압성 접착제(PSA: pressure sensitive adhesive) 조성물을 제제화하였다. 300℉의 온도에서 상기 폴리머 광개시제의 양을 변화시키면서, SBS 블록 코폴리머, SB 디블록 코폴리머, 점착부여성 수지, 오일 가소제 및 통상의 안정화제 패키지를 용융 블렌드하였다. 상기 용융물을 이형지 상에 놓고, 다양한 두께의 필름으로 제조하여, 냉각시킨 후, UV 프로세스 컨베이어 라인 경화 유닛을 이용하여 경화시켰다. 상기 유닛은 300 W의 중간 압력의 수은 아크 벌브(arc bulb)가 장착되어 있으며, 상기 컨베이어의 벨트 속도에 따라서 처리량을 변화시킬 수 있다. 상기 처리량은 EIT Power Puck 라디오미터를 이용하여 측정하였다.
그런 다음, 경화된 필름(및 경화되지 않은 참고 샘플)을 Mylar 백킹 기재(기재 두께: ∼2 mil)에 적층하였다. 상기 샘플 필름을 180° 박리 테스트 및 고온 전단 테스트용 표준 형상으로 절단하였다(고온 전단 테스트용으로서는 1"×1"의 랩 본드(lap bond), 박리 테스트용으로서는 1"×6"의 테스트 스트립; 박리 테스트 속도= 12"/min.; 고온 전단 테스트는 상기 샘플에 부착된 500 g의 매스(mass)를 이용하여 200℉의 온도의 조건에서 수행함; 모든 샘플의 제조는 제어된 온도(70℉) 및 습도(50% RH) 조건에서 수행됨).
표 1은 상기 테스트의 대표적인 결과를 나타낸다. 표 1의 데이터를 통해, 몇 가지 결론을 얻을 수 있다. UV 경화 반응 시에 고온 전단 강도가 증가되는 것으로 보아, 상기 폴리머 광개시제를 함유하는 모든 샘플은 통상의 UV 조사량으로 조사한 경우에도 쉽게 경화되는 것을 알 수 있다. 이것은 응집 강도(cohesive strength)가 다양한 수준으로 증가된 상기 시스템이 UV에 의해 유도된 경화된 결과이다. 고온 전단 강도는 PSA 온도 내성의 표준 측정에 따라 측정된다. 상기 접착제의 온도 내성이 증가하면, 이와 유사한 경화되지 않은 PSA에 비해 훨씬 높은 온도에서 이용될 수 있다. 상기 접착제가 UV 경화되면, 상기 접착제의 박리 강도는 경화되지 않은 참조 샘플의 박리 강도에 비해 감소된다. 이러한 데이터와 관련된 요점은, 우수한 온도 내성을 얻을 수 있으면서, 아울러, 온도 UV 경화된 재료 내에서 각종 PSA 용도로서 이용 가능한 박리 접착성이 유지될 수 있다는 것이다. 또한, 적절한 두께(5 mil 및 그 이상)의 접착제가 효과적으로 UV 경화될 수 있음을 확인할 수 있다.
표 1
주) a 광대역(250 ㎚∼400 ㎚) UV 조사량
b 1"의 테이프
c 200℉, 500 g, 1 in2의 랩
실시예 10
UV 가교 가능한 티올-엔 시스템 내에 H-분리형 폴리머 광개시제의 용도
기재 수지 성분인 테트라알릴 비스페놀 A(Bimax) 및 상기 기재 수지에서 유래된 테트라티올 10을 이용하여, 표준적인 티올-엔 UV 경화성 조성물을 제제화하였다. 상기 두 성분을 티올:엔의 몰 비 1:1로 혼합하였다. 그런 다음, 상기 스톡 수지 시스템(stock resin system)을 이용하여, 표 2에 나타낸 바와 같은 서로 다른 3종의 제제를 제조하였다. 제제 1(F1)은 광개시제가 첨가되지 않은 수지 시스템이고, 제제 2(F2)는 2 중량%의 벤조페논과 블렌드된 수지 시스템(통상의 소형 분자 광개시제)이고, 제제 3(F3)은 실시예 3의 폴리머 광개시제 약 8 중량%과 블렌드된 수지 시스템이다(유의점: 상기 폴리머 광개시제 8 중량%는 펜던트 벤조페논 발색단 약 2 중량%와 등가임). 본 실시예에서는 광미분 열량측정법(100 W의 중간 압력 수은 램프가 장착된 Perkin Elmer DSC-7 이용, 샘플에서의 총 광 강도(light intensity)는 약 22 W/㎠)에 따라 이들 제제의 UV 경화 거동에 대해 평가하였다. 또한, 반응도는, 관련된 화학적 전환률인 중합 반응 엔탈피(ΔHp) 및 최대 중합 발열(Δto-p)에 대한 시간으로 평가하였다. 이에 대한 결과는 표 2 및 도 1에 요약 및 도시되어 있다.
표 2
(표 2 및 도 1을 통해) 제제 1 및 제제 2를 비교한 결과, 통상의 티올-엔 광개시제 벤조페논에 비해 양호한 결과를 얻지 않은 경우, 폴리머 광개시제 3의 반응은 양호하였다. 특히, 중합 반응/화학적 전환률에 대한 열역학적 정량의 엔탈피는 근본적으로 동일하다. 또한, 최대 발열에 대한 시간인 광중합 속도의 장성적 측정은 상기 두 시스템에서 유사하였다. 제제 1로부터 알 수 있듯이, 상기 티올-엔 시스템은 임의의 불연속적 광개시제가 부재하는 경우라도, 미소한 UV 감도를 갖는다. 상기 티올-엔 시스템의 "개시제 비함유" 활성은 기저 상태 또는 여기 상태(excited state)의 전하 이동 착물(charge transfer complex)의 형성, 또는 다양한 경로를 통한 저수준의 라디칼 개시제의 광형성 반응으로 인한 것이었다. 본 발명의 목적에 있어서, 주목할 만한 핵심 사항은 1) 광개시제가 첨가되어 배합된 시스템이 광개시제가 첨가되지 않은 시스템에 비해 훨씬 더 반응 차수가 크다는 점, 및 2) 상기 폴리머 광개시제 3은 근본적으로 소형 분자 광개시제 벤조페논과 동일한 반응성을 나타낸다는 점이다.
실시예 11
UV 가교 가능한 티올-엔 시스템 내에 H-분리형 폴리머 광개시제의 다른 용도
(여과 분석)
기재 수지 성분인 펜타에리트리톨테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트)(Hampshire Chemical), 및 트리알릴이소시아누레이트(Aldrich, ∼200 ppm의 BHT 안정화제)를 이용하여, 표준적인 티올-엔 UV 경화성 조성물을 제제화하였다. 상기 두 성분을 티올:엔의 몰 비 1:1로 혼합하였다. 그런 다음, 상기 스톡 수지 시스템을 이용하여, 표 3에 나타낸 바와 같은 서로 다른 2종의 제제를 제조하였다. 제제 1(F1)은 광개시제가 첨가되지 않은 수지 시스템이고, 제제 2(F2)는 실시예 3의 폴리머 광개시제 8 중량%와 블렌드된 수지 시스템이다(유의점: 상기 폴리머 광개시제 8 중량%는 펜던트 벤조페논 발색단 약 2 중량%와 등가임). 본 실시예에서는 광미분 열량측정법(100 W의 중간 압력 수은 램프가 장착된 Perkin Elmer DSC-7 이용, 샘플에서의 총 광 강도(light intensity)는 약 22 W/㎠)에 따라 이들 제제의 UV 경화 거동에 대해 평가하였다. 또한, 반응도는, 관련된 화학적 전환률인 중합 반응 엔탈피(ΔHp) 및 최대 중합 발열(Δto-p)에 대한 시간으로 평가하였다.
해당 티올-엔 제제가 광개시제가 첨가되지 않고도 높은 광활성을 나타낸다는 사실은 동 기술 분야의 당업자들에게 공지되어 있다. 광개시제가 첨가되지 않은 제제(F1)는, 중간 압력 수은 아크 램프 조사량의 스펙트럼 분포를 갖는 필터링되지 않은 UV 광을 이용하는 경우, 실제로 "개시제 비함유" 활성과 동일한 활성을 나타낸다. 이 실험에서, 수은 아크 램프로부터의 광은 ∼300 ㎚의 컷오프(cutoff) 파장을 갖는 간섭 필터와 함께 필터링되었다(즉, 파장이 300 ㎚ 미만인 광은 완전히 필터링됨). 표 3 및 도 2는 300 ㎚ 컷오프 필터를 이용한 포토DSC 실험 결과를 나타낸다. 반응 엔탈피 및 F1의 전환률로부터 알 수 있는 바와 같이, 필터링된 광을 조사하는 경우에는 최소 반응도가 관찰되었다. 이 같은 결과는 필터링되지 않은 광으로 조사된 개시제 비함유 제제(F1)가 높은 전환률을 나타내었던 것과는 상대되는 결과이다. 전술한 필터링되지 않은 광으로 조사된 제제의 반응도 데이터는 표 3의 "필터링되지 않은 참조 F1" 부분에 나타나 있다. 그리고, 제제 F2에 대한 데이터로부터, 실시예 3의 폴리머 광개시제는 컷오프 필터가 존재하는 경우이더라도, 상기 시스템에 있어 효과적인 개시제임을 알 수 있다. 또한, 본 실시예는 이 특별한 티올-엔 제제가 갖는 고유한 광반응성과는 달리, 이 반응도의 대부분이 상기 폴리머 광개시제의 광개시 반응 가능성에서 기인한 것임을 나타낸다. F1 및 F2에 대한 이론적인 반응 엔탈피값(100% 전환률에 대한 것임)은, 높은 매스 수준(8 중량%)에서 폴리머 광개시제를 배합함으로써, 상기 두 제제의 티올 및 엔의 농도가 상이하기 때문에 서로 다르다는 것을 유의해야 한다. 그런데, 계산된 전환률은 이 점을 고려한다. 상기 특별한 티올-엔 시스템이 유의한 개시제 비함유 활성을 나타낸다는 것을 알 수 있으나, 이 시스템은 UV 경화 반응에 더 긴 파장이 사용되는 경우에는 유용하지 않다(예를 들면, 보로실리케이트 유리를 통한 경화 반응). 이 같은 경우에는 본 실시예에 사용된 폴리머 광개시제와 같은 개시제를 이용해야 한다.
표 3
실시예 12
H-분리형 폴리머 광개시제와 함께 공개시제(coinitiator)로서의 수소 소스의 사용
기재 성분인 SBS 고무, 수소화된 점착부여제, 포화 오일, 및 항산화제 패키지를 이용하여, 스톡 고무 기재의 UV 경화성 핫 멜트 감압성 접착제(UVHMPSA) 제제를 제조하였다. 상기 스톡 PSA 100 g을, 9 g의 아미드 결합된 폴리머 광개시제 8(활성 아미도벤조페논 발색단 약 2 중량%)와 블렌드하여, 샘플 # 1을 제조하였다. 또한, 상기 스톡 PSA에서 2차로 100 g을 취하여, 4.5 g의 광개시제 8, 및 고분자량의 냄새가 적게 나는 폴리티올 가교제(활성 아미도벤조페논 발색단 약 1 중량% 및 폴리티올 가교제 약 1 중량%) 1 g에 첨가하여, 샘플 #2를 제조하였다. 상기 두 샘플을 용액 및 용융 처리를 통해 성공적으로 제조되었다.
상기 두 샘플의 필름(건조된 필름의 명목상 두께: 2 mil)을 톨루엔 용액으로부터 꺼내었다. 그리고, UV프로세스 컨베이어 라인에서 상기 샘플 필름을 총 UV 조사량 500 mJ/㎠으로 경화시켰다(상기 조사량은 UV프로세스 컴팩트 라디오미터에 의해 측정된 것으로서, 스펙트럼의 UVA, B, C 및 V 영역 내에서의 총 조사량을 나타냄).
상기 두 샘플을 동력학적 분석법에 따라 분석한 결과, 샘플 #2에서만 폴리티올 H-공여체/가교제가 효과적으로 경화되었다. 이 결과를 통해, UV 경화된 샘플 #2의 고무질 평탄 영역이 150℃ 이상, 기재 고무인 스티렌 말단블록의 Tg 이상에서 확장된다는 사실을 알 수 있다. 한편, 샘플 #1은 효과적으로 경화되지 않았으며, 스티렌 말단블록의 Tg인 ∼110℃보다 높은 온도에서 탄성률(elastic modulus, E') 및 흐름성의 급격한 감소가 나타났다. 또한, 다른 고무 기재의 UVHMPSA 시스템에서는 추가의 수소 공여체/가교제를 이용하지 않고도 광개시제 8을 이용함으로써, 유효한 수준의 가교도를 얻을 수 있었다는 점을 유의해야 한다.
따라서, 적절히 고안된 제제에서는, 폴리티올 및 아민과 같은 H-공여체/가교제를 사용하면, 본 발명의 폴리머 광개시제가 배합된 시스템 내에서의 UV 경화 속도 및 정도를 가속화할 수 있다.
실시예 13A-C
SIS 기재의 시스템 내의 폴리머가 결합된 PI의 사용
SIS 기재의 감압성 접착제가 광개시제와 함께 가교될 수 있다는 사실이 공지되어 있기는 하나, 이관능성, 삼관능성 및 사관능성 아크릴레이트와 같은 다관능성 커플링제가 이용되는 경우에는 경화 시에 필요한 UV 조사량이 상당히 크다(D. J. St. Clair, Adhesive Age, March 1980, p.30). 그러나, St. Clair가 언급한 기재는 열적으로 안정하지 않기 때문에, 접착제 자체가 수 시간 동안 고온 상태에서 노출될 수 있는 통상의 핫 멜트 제조 공정에 이용하는데 적합하지 않다. 일반적으로, 핫 멜트 접착제는 그 적용 온도에서 24 시간이 경과하면 아주 약간의 성질 변화가 나타난다. 예를 들어, 핫 멜트의 점도 변화는 25% 미만인 것이 바람직하다.
실시예 13A는 종래의 광개시제(Irgacure 819)를 이용하여 가교시킨 SIS 블록 코폴리머로서, 비교예이다. 그리고, 실시예 13B 및 실시예 13C는 본 발명의 광개시제를 이용하여 가교시킨 SIS 블록 코폴리머이다.
본 실시예에서, 하기 과정에 따라 탄젠트 델타값을 측정되었다.
즉, 유변성 동역학적 분석기(Rheometrics Dynamic Mechanical Analyzer, 모델 RDA 700)을 이용하여, 온도에 따른 탄성률(G') 및 손실 탄성률(G")을 구하였다. 상기 장치는 Rhios 소프트웨어(버전 4.3.2.)를 이용하여 제어하였다. 또한, 직경이 8 ㎜이고, 약 2 ㎜의 갭(gap)이 있는 평행 플레이트를 이용하였다. 상기 평행 플레이트에 상기 샘플을 로딩한 다음, 약 -100℃의 온도로 냉각하고 테스트를 개시하였다. 상기 프로그램 테스트로서, 약 5℃씩 온도를 증가시킨 다음, 각 온도에서 침지 시간 10초간 상기 샘플을 침지시켰다. 질소를 이용하여, 상기 샘플이 들어있는 대류식 오븐(convection oven)을 연속적으로 플러싱(flushing)하였다. 진동수를 10 rad/s로 유지시켰다. 테스트를 개시한 시점에서의 초기 변형률이 0.05%이었다(상기 평행 플레이트의 외연에서). 상기 소프트웨어에서 자동변형 옵션을 가동하여, 본 테스트 중에 정밀 측정이 가능한 토크(torque)를 유지시켰다. 상기 옵션은 상기 소프트웨어에 의해 적용된 최대 변형률이 50%가 되도록 하였다. 경우에 따라서는 하기 과정에 따라, 상기 자동변형 프로그램을 이용하여 각각의 온도 증분에서의 변형률을 조정하였다. 즉, 상기 토크가 200 gㆍ㎝ 미만인 경우에는 상기 변형률을 현재값의 25%까지 증가시켰다. 그리고, 상기 토크가 1200 gㆍ㎝ 보다 큰 경우에는 변형률을 현재값의 25%까지 감소시켰다. 200 내지 1200 gㆍ㎝ 범위의 토크에서는 그 온도 증분에서의 변형률 변화가 나타나지 않았다. 상기 소프트웨어를 구동하여, 전술한 바와 같이 하여 얻은 토크값 및 변형률로부터 전단 보존률(shear storage) 또는 탄성률(G'), 및 전단 손실 탄성률(G')를 계산하였다. 아울러, G"/G'의 비, 즉, tan 델타값을 계산하였다.
실시예 13A
비교예
4부의 Quintac 3530 (NIppon-Zeon으로부터 입수 가능함), 4부의 Kraton 1119 (Kraton Polymers로부터 입수 가능함) 및 12부의 Vector 4411 (Dexco Polymers로부터 입수 가능함)를 포함하는 20부의 SIS 블록 코폴리머, 53부의 점착부여성 수지(Escorez 5320, Exxon-Mobil Chemical Co.로부터 입수 가능함), 23부의 Britol 35T(Crompton으로부터 입수 가능한 화이트 미네랄 오일), 0.6부의 항산화제 (Ciba-Geigy로부터 입수 가능한 Irganox 0.3부, 및 Sumitomo로부터 입수 가능한 Sumilizer TPD 0.3부), 5부의 다관능성 커플링제(SR454, 트리에톡실레이트화된 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트) 및 1부의 Irgacure 819 (Ciba-Geigy로부터 입수 가능한 포스핀 옥사이드 광개시제)를 기재로 하는 감압성 접착제를 제제화하였다.
상기 샘플을 이형지 상에 5 mil 두께로 코팅한 다음, 용융 UV H-벌브 하에 UVB 1000 mJ/㎠의 양으로 경화시켰다.
전술한 바와 같이 경화시킨 필름의 무게를 측정하고, 상기 필름을 사이클로헥산이 담긴 용기에 하룻밤 동안 침지시킨 후, 다음 날 아침에 팽윤된 필름을 제거하고 건조시켜, 사이클로헥산 내의 겔 분율을 결정하였다. 겔 분율은 21.8%이었고, 이론상으로는 87%이었다(20%의 폴리머 + 5%의 다관능성 가교제). 경화되지 않은 필름을 사이클로헥산에 완전히 용해시켰다.
그런 다음, RDA를 유도하였다. 경화된 필름의 탄젠트 델타값은 고온, 즉, 스티렌 블록의 Tg 미만의 온도에서, 1.0 미만, 바람직하게는 0.5 미만, 가장 바람직하게는 0.2 미만이다. 상기 접착제가 가교되지 않으면 높은 흐름성을 나타낼 수 있는, 온도 160∼200℃에서의 값을 기록하였다. 유체 재료는 더욱 점성이 큰 거동을 나타내었으며, 이에 따라, 탄젠트 델타값이 더욱 크게 나타났다. 탄젠트 델타=1인 경우에는 상기 유체가 점성적으로(유체와 같음), 그리고 탄성적으로(고체와 같음) 거동하였다. 상기 탄젠트 델타값이 낮을 수록, 고체와 같은 거동을 나타내었다. 상기 접착제의 탄젠트 델타값은 170℃에서 0.06이다.
또한, 본 발명의 접착제의 점도는 275℉에서 2,645 cP이다. 24시간이 경과 후 50%의 시간 동안에는 점도가 선형 증가하였다.
실시예 13B
본 발명에 따른 SIS 기재의 PSA
20부의 SIS 블록 코폴리머(Kraton 1320, Kraton Polymers로부터 입수 가능함), 53부의 점착부여성 수지(Escorez 5400, Exxon-Mobil Chemical Co.로부터 입수 가능함), 22부의 Britol, 0.6부의 항산화제(0.3부의 Irganox 3052, 및 0.3부의 Sumilizer TPD) 및 실시예 3의 광개시제 4부를 기재로 한 감압성 접착제를 제제화하였다.
실시예 13A에서와 같이, 상기 접착제를 코팅하여 UV 경화시켰다. 본 실시예에 따른 접착제는 170℃에서의 Tanδ가 0.1이며, 이를 통해 경화성이 양호함을 알 수 있다.
실시예 13C
본 발명에 따른 SIS 기재의 PSA
25부의 SIS 블록 코폴리머(Kraton 1320, Kraton Polymers로부터 입수 가능함), 53부의 점착부여성 수지(Escorez 5400), 18부의 Britol 35T, 0.6부의 항산화제(Ciba-Geigy로부터 입수 가능한 Irganox 3052 0.3부, 및 Sumitomo로부터 입수 가능한 Sumilizer TPD 0.3부) 및 실시예 3의 광개시제 4부를 기재로 한 감압성 접착제를 제제화하였다.
실시예 13A에서와 같이, 상기 접착제를 코팅하여 UV 경화시켰다. 본 실시예에 따른 접착제는 170℃에서의 Tanδ가 0.03이며, 이를 통해 경화성이 양호함을 알 수 있다.
325℉에서의 상기 접착제의 점도는 8575 cP이다. 상기 온도를 유지시킨 경우, 상기 접착제의 점도가 24시간 내에 그의 10%까지 감소되었다. 고온에서 숙성 시에 나타나는 이런 점도의 감소는 느린 산화 사슬 절단 반응에서 기인한 SIS 기재의 PSA의 통상적인 특성이다. 본 발명의 광개시제는 약간의 점도 감소가 나타날 것으로 예상되며, 이로써, 가열 시에 접착제의 겔화 반응이 너무 이르게 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다.
실시예 14
종래의 광개시제와 본 발명에 따른 광개시제의 비교
종래의 광개시제(Irgacure 651 및 벤조페논)와 실시예 3의 광개시제를 이용하여 각종 스티렌 블록 코폴리머를 가교시켰다. 그리고, 표 3에 나타낸 바와 같은 블록 코폴리머, 광개시제 및 오일을 이용하여, 필름을 제조하였다. 본 실시예에서 사용한 모든 블록 코폴리머는 Kraton Polymers로부터 입수 가능하다. 표 4에서, 비닐은 펜던트 이중 결합, 즉, 1,2(SBS) 또는 3,4(SIS), 중합을 나타낸다.
표 4
상기 블록 코폴리머는 50 중량%의 양으로 사용하였다.
Irgacure 561(Ciba-Geigy로부터 입수 가능함)은 0.0039 몰/고체(1 중량%) 100 g의 양으로 사용하였다. 상기 광개시제는 표준적인 분해형 광개시제로서, 고비닐 SBS(high vinyl SBS)를 가교시키는 광개시제로 알려져 있다(미국특허 제6,486,229호 B1 참조).
벤조페논(Ciba-Geigy로부터 입수 가능함)은 0.0039 몰/고체(0.71 중량%) 100 g의 양으로 사용하였다. 이 벤조페논은 표준적인 비분해형 광개시제이다.
실시예 3의 광개시제는 상기 폴리머 광개시제(3.69 중량%)에서 활성 벤조페논 사이트 100 g에 대해 0.0031 당량으로 사용되었다.
그 밖에, 오일(Bristol 35T)을 상기 고체 조성물 중에 46.31 내지 49 중량%의 양으로 사용하였다.
이러한 고체 성분들을 50%에서 톨루엔 중에 용해하여, 균질한 용액으로 제조한 다음, 상기 용액을 이용하여 이형 라이너(release liner) 상에 필름을 캐스팅하였다. 그런 다음, 상기 필름을 250℉의 온도에서 3분간 건조시켜, 두께가 2 mil인 건조 필름을 제조하였다. 상기 필름을 전술한 바와 같이 경화시켜, RDA에 의해 테스트하고, 겔 분율을 구하였다(전술한 바와 같이 수행함).
표 5는 상기 폴리머가 경화된 이후, 상기 폴리머의 겔 분율을 나타낸 것이다. 표 6은 상기 폴리머가 경화된 이후의 tanδ값이다.
표 5
표 6
표 5 및 표 6으로부터, 실시예 3의 광개시제가 종래의 광개시제에 비해 이러한 스티렌 블록 코폴리머를 경화시키는데 더욱 효과적이며, SIS를 경화시킬 수 있는 유일한 광개시제임을 확인할 수 있다.
당업자에게 명백한 바와 같이, 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 본 발명에 대한 많은 변형 및 변경이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 기재된 특정 실시예들은 단지 예로서 제시되는 것으로, 본 발명은 첨부되는 청구의 범위 및 동 청구범위에 귀속되는 모든 등가물에 의해서만 한정되어야 한다.

Claims (22)

  1. 하기 구조식을 갖는 SiH-관능성 아릴케톤(SiH-functional arylketone):
    (구조식)
    (상기 구조식에서,
    Ar은 하기 구조식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 구조식을 가지며:
    (구조식)
    ;
    R은 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기, 아릴기, 헤테로원자를 함유하는 알킬기, 또는 H이고;
    R1은 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기 또는 아릴기, 또는 헤테로 원자를 함유하는 알킬기 또는 카르보닐기이고;
    R2는 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기 또는 아릴기, 헤테로원자를 함유하는 알킬기, 카르보닐기, H, OR, NR2, SR, F, Cl, Br 또는 I이고;
    X는 O, NR, S, PR 또는 SiR2이고;
    n=0∼2이고;
    m은 0 또는 1임)
  2. 제1항에 있어서,
    하기 구조식을 갖는 것을 특징으로 하는 SiH-관능성 디아릴케톤:
    (구조식)
    .
  3. 제1항 기재의 SiH-관능성 아릴케톤과 불포화 화합물과의 반응에서 유래된, 실록산이 결합된 광개시제.
  4. 하기 구조식을 갖는, 실록산이 결합된 광개시제:
    (구조식)
    (상기 구조식에서,
    Q는 소형 분자 또는 폴리머이고,
    Ar은 하기 구조식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 구조식을 가지며:
    (구조식)
    ;
    R은 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기 또는 아릴기, 헤테로원자를 함유하는 알킬기, 또는 H이고;
    R1은 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기 또는 아릴기, 또는 헤테로원자를 함유하는 알킬기, 또는 카르보닐기이고;
    R2는 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기 또는 아릴기, 헤테로원자를 함유하는 알킬기, 카르보닐기, H, OR, NR2, SR, F, Cl, Br 또는 I이고;
    X는 O, NR, S, PR 또는 SiR2이고;
    n=0∼2이고;
    m은 0 또는 1이며;
    y=1∼100임).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구조식에서, Q가 폴리(부타디엔), 스티렌-b-이소프렌-b-스티렌(SIS), 스티렌-b-부타디엔-b-스티렌(SBS), 에틸렌-프로필렌-디사이클로펜타디엔(EPDM) 고무, 스티렌-부타디엔 코폴리머(SBR), 및 펜던트 또는 주쇄에 불포화기를 함유하는 아크릴레이트 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 광개시제.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 광개시제가 하기 구조식을 갖는 것을 특징으로 하는 광개시제:
    (구조식)
    .
  7. 제3항 또는 제4항 기재의 광개시제를 포함하는 광경화성 조성물(photocurable composition).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 조성물이 감압성 접착제 조성물인 것을 특징으로 하는 조성물.
  9. SH-관능성 아릴케톤과 불포화 화합물과의 반응에서 유래된, 설파이드가 결합된 광개시제.
  10. 하기 구조식을 갖는, 설파이드가 결합된 광개시제:
    (구조식)
    (상기 구조식에서,
    Q는 소형 분자 또는 폴리머이고;
    Ar은 하기 구조식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 구조식을 가지며:
    (구조식)
    ;
    R은 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기 또는 아릴기, 헤테로원자를 함유하는 알킬기, 또는 카르보닐기이고;
    R2는 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기 또는 아릴기, 헤테로원자를 함유하는 알킬기, 카르보닐기, H, OR, NR2, SR, F, Cl, Br 또는 I이고;
    X는 O, NR, S, PR 또는 SiR2이고;
    m은 0 또는 1이며;
    y=1∼100임).
  11. 제9항에 있어서,
    상기 광개시제가 불포화 화합물과 하기 구조식을 갖는 화합물과의 반응에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 광개시제:
    (구조식)
    .
  12. 제10항에 있어서,
    상기 구조식에서, Q가 폴리(부타디엔), 스티렌-b-이소프렌-b-스티렌(SIS), 스티렌-b-부타디엔-b-스티렌(SBS), 에틸렌-프로필렌-디사이클로펜타디엔(EPDM) 고무, 스티렌-부타디엔 코폴리머(SBR), 및 펜던트 또는 주쇄에 불포화기를 함유하는 아크릴레이트 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 광개시제.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광개시제가 하기 구조식을 갖는 것을 특징으로 하는 광개시제:
    (구조식)
    .
  14. 제9항 또는 제10항 기재의 광개시제를 포함하는 광경화성 조성물.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 조성물이 감압성 접착제 조성물인 것을 특징으로 하는 조성물.
  16. 아미노-관능성 아릴케톤과 카르복시산 무수물 및/또는 카르복시산 관능기를 포함하는 화합물과의 반응에서 유래된, 아미드가 결합된 광개시제.
  17. 하기 구조식을 갖는, 아미드가 결합된 광개시제:
    (구조식)
    (상기 구조식에서,
    Q는 소형 분자 또는 폴리머이고;
    Ar은 하기 구조식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 구조식을 가지며:
    (구조식)
    ;
    R은 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기, 아릴기, 헤테로원자를 함유하는 알킬기, 또는 카르보닐기이고;
    R1은 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기 또는 아릴기, 헤테로원자를 함유하는 알킬기, 카르보닐기 또는 H이고;
    R2는 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬기, 사이클로알킬기, 알킬렌옥시기, 알케닐기 또는 아릴기, 헤테로원자를 함유하는 알킬기, 카르보닐기, H, OR, NR2, SR, F, Cl, Br 또는 I이고;
    X는 O, NR, S, PR 또는 SiR2이고;
    m은 0 또는 1이고;
    n은 0 또는 1이며;
    y=1∼100임).
  18. 제17항에 있어서,
    상기 구조식에서, Q가 말레에이트화된(maleinized) 폴리(부타디엔), 말레에이트화된 폴리(이소프렌), 말레에이트화된 폴리(스티렌-b-부타디엔-b-스티렌), 또는 말레에이트화된 폴리(스티렌-b-이소프렌-스티렌), 말레에이트화된 폴리(스티렌-b-에틸렌/부틸렌-b-스티렌), 말레에이트화된 폴리(스티렌-b-에틸렌/프로필렌-b-스티렌) 또는 무수물 관능성 아크릴 폴리머인에서 유래된 것을 특징으로 하는 광개시제.
  19. 제16항 또는 제17항 기재의 광개시제를 포함하는 광경화성 조성물.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 조성물이 감압성 접착제 조성물인 것을 특징으로 하는 조성물.
  21. 다관능성 티올, 다관능성 올레핀, 및 제3항, 제9항 및 제16항 중 어느 한 항 기재의 광개시제를 포함하는 티올-엔(thiol-ene) 광경화성 조성물.
  22. 다관능성 티올, 다관능성 올레핀, 및 제4항, 제10항 및 제17항 중 어느 한 항 기재의 광개시제를 포함하는 티올-엔(thiol-ene) 광경화성 조성물.
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