KR20170097105A - 결합된 비닐기를 갖는 아크릴 중합체를 포함하는 전자 빔 경화성 감압성 접착제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체 및 디이소시아네이트로부터 제조된 유도체화제로 하나 이상의 히드록시기 또는 하나 이상의 산 기를 갖는 아크릴 중합체를 유도체화함으로써 e-빔 경화성 감압성 접착제 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 감압성 접착제는 광개시제 또는 반응성 희석제 없이 효과적으로 경화될 수 있다. 또한 유도체화제로 제조된 e-빔 경화성 감압성 접착제 및 감압성 접착제 조성물로 기판을 접착하는 방법이 개시된다.

Description

결합된 비닐기를 갖는 아크릴 중합체를 포함하는 전자 빔 경화성 감압성 접착제{ELECTRON BEAM CURABLE PRESSURE SENSITIVE ADHESIVE COMPRISING ACRYLIC POLYMER WITH BOUND VINYL GROUP}
본 발명은 적어도 하나의 비닐기를 갖는 유도체화된 아크릴 중합체를 포함하는 전자 빔 ("e-빔") 경화성 감압성 접착제 ("PSA")에 관한 것이다. 본 발명은 e-빔으로 이러한 PSA를 경화하는 방법 및 또한 디이소시아네이트 및 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체로부터 제조된 유도체화제로 아크릴 중합체를 유도체화하는 것을 포함하는 PSA의 제조 방법에 관한 것이다.
가볍게 가교된 아크릴 접착제는 고무 기재 접착제와 비교하여 고급 박리 및 전단 성능 뿐만 아니라 뛰어난 풍화 및 노화 성능을 갖기 때문에, 방사선 경화성 아크릴 열 용융형 PSA는 고무 기재 열 용융형 접착제에 대해 잠재적으로 매력적인 대안을 제공한다. UV 경화성 아크릴 열 용융형 접착제는 시판된다. 그러나, 대부분의 UV 경화성 아크릴 열 용융형 접착제에 이용되는 기술은 e-빔 경화로 전달될 수 없을 것이다. UV 경화성 아크릴 열 용융형 접착제에 현재 이용가능한 전형적인 기술은 중합체로 고정된 광개시제, 일반적으로 벤조페논 잔기를 사용한다. 라디칼이 전자 빔의 고 에너지에 의해 생성되고, 광개시제가 요구되지 않기 때문에 이는 e-빔 경화에 이점을 제공하지 않을 것이다. E-빔 경화는 일반적으로 가교를 달성하기 위해 활성 이중 결합을 요구하고, 표준 상업적 UV 경화성 아크릴 열 용융형 접착제는 활성 이중 결합을 함유하지 않는다. E-빔 경화는 미량의 잔류 단량체 및 광개시제가 바람직하지 않은 응용을 위해 바람직하다. 이들 응용은 전형적으로 인간의 접촉 또는 소비를 수반하는 제품 - 즉, 의료 접착제 및 음식 포장 접착제에 대한 것이다.
본원에 기술된 모든 부 및 백분율은 달리 명시되지 않는 한 각각의 중량 기준이다.
본 발명은 적어도 하나의 반응성 펜던트 아크릴 비닐기를 갖는 유도체화된 아크릴 중합체를 포함하는 e-빔 경화성 PSA의 제조 방법에 관한 것이다. 유도체화된 아크릴 중합체는 디이소시아네이트 및 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체로부터 제조된 부가물과 같은, 반응성 펜던트 아크릴 비닐기를 포함하는 유도체화제로 아크릴 중합체를 유도체화함으로써 제조된다. 아크릴 중합체는 아미드 또는 우레탄 연결을 형성하도록 유도체화제, 예를 들어 유도체화제의 이소시아네이트기와 반응하는 하나 이상의 산 기 또는 하나 이상의 히드록시기를 갖는다. 이 방법은 전형적으로 광개시제 및/또는 반응성 희석제와 같은 첨가제 없이, 또는 적은 양과, e-빔에 노출시켜 경화될 수 있는 아크릴레이트-관능성 아크릴 중합체를 생성한다. PSA는 점착부여제, 가교제, 안정화제, 충전제, 억제제, 용매, 가소제, 및 기타, 및 이들의 조합과 같은 다른 성분을 더 포함할 수 있다.
유도체화제는 전형적으로 1 당량의 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체와의 반응이 모노우레탄, 디우레탄, 및 미반응된 디이소시아네이트의 무작위 분포가 아니고 주로 모노우레탄을 수득하도록, 2 개의 이소시아네이트기 간의 차등적 반응성을 포함하는 디이소시아네이트로부터 제조된다. 남아있는 디이소시아네이트 없이 또는 거의 없이 주로 아크릴화된 모노우레탄을 생성함으로써, 히드록시-관능성 아크릴 중합체에의 첨가가 상당한 분자량 증가를 유발하지 않을 것이다. 남아있는 이소시아네이트는 아크릴 중합체 내 알콜기에 간단하게 첨가되고, 아크릴레이트 관능성 아크릴 중합체를 생성할 것이다. 아크릴레이트-관능화된 아크릴 중합체는 광개시제와 같은 첨가제 없이 경화를 용이하게 하거나 성취하도록 e-빔 경화성이다.
PSA는 재료를 접착하는 방법에 적용될 수 있다. 방법은 PSA를 위한 기판 재료를 제공하는 단계, 기판의 표면에 PSA를 도포하는 단계, 접착제를 e-빔 경화하는 단계 및 바람직하게는 압력을 가하여 또 다른 기판 재료에 기판 재료를 정합 및 접착하는 단계를 포함한다.
e-빔 경화성 PSA 조성물은 펜던트 아크릴 관능성을 제공하도록 유도체화제로 아크릴 중합체를 유도체화하는 단계 및 e-빔에 노출시켜 유도체화된 아크릴 중합체를 경화하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조된다. 유도체화제는 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체 및 디이소시아네이트로부터 제조된다. 방법은 점착부여제, 가교제, 안정화제, 충전제, 용매, 가소제 및 기타, 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된 것과 같은 하나 이상의 다른 성분과 유도체화된 아크릴 중합체를 조합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
조합하는 단계는 다른 단계로부터의 중합체와 유도체화된 아크릴 중합체 뿐만 아니라 기존의 다른 재료, 예를 들어 유도체화제 제제로부터 생성된 중합체 및/또는 우레탄을 배합하는 단계에서 사용되는 용매를, 계내에서, 혼합하는 것을 포함한다. 특정 실시양태에서, 아크릴 중합체는 에틸 아세테이트와 같은 용매 존재 하에 형성 및 유도체화되고, 이로써 PSA는 다른 성분이 있거나 없는 유도체화된 중합체 및 용매를 갖는 용액을 포함한다. 전형적으로, PSA는 광개시제 및/또는 반응성 희석제가 없거나 거의 없을 것이다. PSA는 용액 내 유도체화된 아크릴 중합체를 포함하여 유도체화된 아크릴 중합체, 및 임의로, 하나 이상의 다른 성분을 포함하거나, 이로 구성되거나 또는 본질적으로 이로 구성된다. 또한, PSA의 제조 방법은 용액에서, 예를 들어 에틸 아세테이트에서, 아크릴 중합체를 유도체화하는 것을 포함하여 아크릴 중합체를 유도체화하는 단계; 임의로, 다른 성분과 아크릴 중합체를 조합하는 단계; 및 e-빔에 노출시켜 PSA를 경화하는 단계를 포함하거나, 이로 구성되거나 또는 본질적으로 이로 구성된다.
아크릴 중합체는 일반적으로 약 40,000 내지 약 150,000 달톤의 분자량을 갖는다. 하나의 비-제한적 실시양태에서, 아크릴 중합체는 약 40,000 내지 약 100,000 달톤의 분자량을 갖는다.
아크릴 중합체는 전형적으로 낮은 유리 전이 온도 (Tg) 중합체를 생성하는 큰 백분율의 단량체를 포함하는 단량체로부터 제조될 수 있다. 이러한 단량체는 2-에틸헥실 아크릴레이트, 이소-옥틸 아크릴레이트, 이소-데실 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 포함한다. 아크릴 중합체를 제조하는 단량체는 생성된 중합체의 Tg를 개질시키는 다른 단량체, 예를 들어 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 스티렌, 비닐 아세테이트 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 더 포함할 수 있다. 이소시아네이트와의 유도체화를 위해, 적어도 하나의 히드록시-관능성 단량체 및/또는 산 기를 갖는 단량체는 아크릴 중합체의 백본으로 도입되어야 한다. 폭스(Fox) 방정식을 사용하여, 유도체화 및 e-빔 경화 전의 아크릴 중합체의 계산된 Tg는 이상적으로 약 -35 ℃ 내지 약 -50 ℃, 바람직하게는 약 -40 ℃ 내지 약 -45 ℃의 범위 내이어야 한다.
아크릴 중합체가 히드록시 관능성을 포함하는 실시양태에서, 히드록시-관능성 단량체는 중합되고 히드록실기는 아크릴 중합체 백본 상에 위치한다. 히드록시-관능성 단량체의 작용제인 유도체화제의 히드록시-관능성 단량체(들)과 구별하기 위해, 아크릴 중합체를 제조하기 위해 사용되는 히드록실-관능성 단량체(들)은 백본 히드록시-관능성 단량체(들)로 명명된다. 유도체화제의 히드록시-관능성 단량체는 히드록실-관능성 아크릴레이트 단량체로 명명된다. 백본 히드록시-관능성 단량체는 e-빔 경화성 PSA를 제조하기 위한 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체와 동일할 수 있거나, 상이할 수 있다.
이로써, 아크릴 중합체는 하나 이상의, 바람직하게는 하나의 백본 히드록시 관능성 단량체를 포함할 수 있다. 아크릴 중합체의 백본으로 도입될 수 있는 히드록시-관능성 단량체의 예는 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트, 2-히드록시프로필 아크릴레이트, 2-히드록시프로필 메타크릴레이트, 4-히드록시부틸 아크릴레이트 및 이들의 조합을 포함한다.
실시양태에서, 아크릴 중합체는 산 기를 포함하는 하나 이상의 단량체를 포함한다. 아크릴 중합체 내 산 기는 전형적으로 산 관능성 단량체의 중합으로부터 유래한다. 산 기를 갖는 아크릴 중합체는 아크릴산, 메타크릴산 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 단량체를 포함할 수 있다.
추가적으로, 히드록시 관능성 또는 산 기를 갖는 아크릴 중합체는 접착 성질을 향상시키기 위해 다른 관능성 단량체를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 말레산 무수물, 글리시딜 메타크릴레이트, N-비닐 피롤리돈, N-비닐 카프로락탐, 및 아크릴아미드, 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것이다.
유도체화제는 부가물 내, 모두는 아니지만, 대부분의 분자가 일반적으로 적어도 약 하나의 반응성 이소시아네이트기를 포함하도록 제조되고, 실시양태에서 유도체화제 내 대부분의 분자가 하나의 반응성 이소시아네이트기를 포함한다. 이소시아네이트기는 아크릴 중합체를 유도체화하기 위해 필요하다.
아크릴 중합체가 히드록시 관능성을 포함하는 경우, 유도체화제의 이소시아네이트기는 우레탄 연결을 형성하도록 아크릴 중합체 내 히드록실(들)과 반응하고, 이 연결은 아크릴 중합체에 유도체화제의 아크릴레이트 이중 결합 관능성을 부착한다. 이 부착은 아크릴 중합체가 유리 라디칼 중합 반응에 반응성이 있도록 만든다.
아크릴 중합체가 하나 이상의 산 기를 포함하는 경우, 유도체화제의 이소시아네이트기는 2 차 아미드 연결을 통해 아크릴 중합체에 유도체화제를 부착하도록 아크릴 중합체 내 산 기(들)과 반응한다. 이 2 차 아미드 연결은 아크릴 중합체에 유도체화제의 아크릴레이트 이중 결합 관능성을 부착한다. 이 부착은 아크릴 중합체가 유리 라디칼 중합 반응에 반응성이 있도록 만든다.
유도체화제는 디이소시아네이트 및 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체로부터 제조되며, 이것은 히드록시-관능성 단량체의 작용제이다. 단지 하나의 이소시아네이트가 유도체화제의 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체와 우선적으로 반응하여 나중에 아크릴 중합체와의 반응에 이용가능한 다른 이소시아네이트를 남길 수 있도록 디이소시아네이트는 일반적으로 2 개의 이소시아네이트기 간의 차등적 반응성을 포함할 것이다. 본 발명에 유용한 이소시아네이트는 이소포론 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트 및 기타 및 이들의 조합을 포함한다.
유도체화제 내 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체는 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 2-히드록시프로필 아크릴레이트, 4-히드록시부틸 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트, 2-히드록시프로필 메타크릴레이트 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다. 또한 카프로락톤 아크릴레이트 (펜실베니아주, 엑스톤, 사토머 컴퍼니, 인크.(Sartomer Company, Inc.)로부터 이용가능한 사토머(SARTOMER)® 495) 또는 오하이오주, 콜럼버스, 모멘티브 스페셜티 케미컬즈, 인크.(Momentive Specialty Chemicals, Inc.)로부터의 에이스(ACE)™ 히드록시 아크릴레이트 단량체와 같은 특수 히드록시-관능성 아크릴레이트가 사용될 수 있다.
유도체화제 내 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체 대 디이소시아네이트의 비는 전형적으로 1:1 초과, 예를 들어 1.1:1 초과이다. 본 발명의 실시양태에서, 유도체화제 내 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체 대 디이소시아네이트의 비는 약 1.1:1 내지 약 1.5:1, 전형적으로 약 1.1:1 내지 약 1.4:1, 바람직하게는 약 1.1:1 내지 약 1.35:1이다. 본 개시를 읽은 후, 당업자는 유도체화제 내 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체 대 디이소시아네이트의 비에 대한 모든 범위 및 값이 고려되는 것을 이해할 것이다.
히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체 대 디이소시아네이트의 비가 작으면, 종종 디이소시아네이트가 유도체화제에 여전히 존재한다. 너무 많은 유리 디이소시아네이트가 유도체화제에 존재하는 경우, 그 다음 아크릴 중합체 내 히드록시기(들) 또는 산 기(들)와 디이소시아네이트의 반응이 중합체를 가공처리하기 까다롭거나 불가능하게 만드는 상당한 분자량 증가를 유발하고, 심지어 아크릴 중합체의 겔화를 유발할 수 있다. 유도체화제 내 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체 대 디이소시아네이트의 비가 1:1 초과이면, 디이소시아네이트의 일부분이 유도체화제 내 2 개의 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체와 반응하여 디우레탄이 된다. 이 종은 유도체화제로 기능하지 않지만, 간단하게 중합체의 e-빔 경화를 위한 반응성 희석제 및 이관능성 가교제가 된다. 디우레탄 반응성 희석제의 생성은 유도체화 과정에서 피할 수 없고 디우레탄은 접착제의 경화에 필요하지 않다.
아크릴레이트 중합체와 반응하는 유도체화제의 양은 접착제의 성질에 관련된다. 너무 적은 양이 반응하는 경우, 아크릴레이트 중합체는 양호한 성질을 부여하도록 e-빔 경화 중 충분히 가교하지 않을 것이다. 너무 많은 양이 반응하는 경우, 아크릴레이트 중합체는 e-빔 경화 중 과도하게 가교(over-crosslink)할 것이고, 성질이 손상될 수 있다. 실시양태에서, PSA 조성물은 고형 아크릴레이트 중합체의 중량을 기준으로 바람직하게는 유도체화제의 약 1.0 중량% 내지 약 10.0 중량% 고형분, 바람직하게는 유도체화제의 약 2.0 중량% 내지 약 5.0 중량% 고형분, 예를 들어 유도체화제의 약 2.0 중량% 내지 약 3.0 중량% 고형분을 포함해야 한다. 본 개시를 읽은 후, 당업자는 유도체화제의 양에 대한 모든 범위 및 값이 고려되는 것을 이해할 것이다. 유도체화제의 수준은 아크릴 중합체의 분자량의 함수이다. 작은 분자량에서, 더 높은 수준의 유도체화가 요구될 수 있는 반면, 더 큰 분자량에서, 더 낮은 수준의 유도체화가 요구될 수 있다.
유도체화된 아크릴 중합체는 e-빔 경화성 PSA 조성물로 도입된다. 유도체화된 아크릴 중합체를 포함하는 PSA 조성물은 열 용융형 응용을 위한 100 % 고형 조성물일 수 있다. 또한, PSA 조성물은 약 50 % 내지 약 80 %, 바람직하게는 약 60 % 내지 약 75 % 범위인 고형분 함량을 갖는 그것을 포함하여, 용액 접착제의 형태일 수 있다.
또한 PSA 조성물은 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다. 전형적으로, 이들 추가의 성분은 점착부여제, 가교제, 안정화제, 충전제, 용매, 가소제 및 기타로 구성되는 군으로부터 선택된다. 이들 재료의 조합이 사용될 수 있다. 이들 추가의 성분의 양 및 유형은 PSA의 의도된 응용의 함수일 수 있다. 예를 들어, 저 표면 에너지 기판를 위한 PSA 조성물은 일반적으로 박리 성능을 위해 점착부여제를 포함할 것이다. 고 전단 응용을 위해, 가교제가 중요할 수 있다. 접착제가 극단적인 온도를 겪을 수 있는 응용을 위해, 안정화제가 제제에 사용될 수 있다.
저 표면 에너지 접착이 PSA의 원하는 성질인 경우, 점착부여제의 사용이 바람직하다. 로진 에스테르, 바람직하게는 수소화된 로진 에스테르가 특히 효과적이고 아크릴레이트 중합체와 상용성이 있다. 더 높은 온도 응용을 위해, 글리세롤 트리스-로지네이트 (미국, 조지아주, 브룬스윅, 피노바 인크.(Pinova Inc.)로부터 이용가능한 포랄(FORAL)® 85) 및 펜타에리트리톨 테트라-로지네이트 (피노바 인크.로부터 이용가능한 포랄® 105), 및 이들의 혼합물이 바람직하다. 사용될 수 있는 다른 점착부여제는 일반적으로 아크릴 상용성을 위해 최대 약 5 % 로딩량으로 탄화수소 C5 및 C9 점착부여제를 포함한다. 점착부여제의 총괄 로딩은 약 10 % 내지 약 30 %, 및 보다 전형적으로 약 15 % 내지 약 25 % 범위일 수 있다.
일반적으로 e-빔 경화된 PSA에서 가교 밀도를 향상시키는, 본 발명에 유용한 가교제는 다관능성 아크릴레이트 종을 포함한다. 가교 밀도를 증가시킴으로써, PSA의 응집 성질이 개선될 것이고, 전단 성능이 향상되어야 한다. 그러나, 가교제의 선택 및 수준은 신중하게 결정될 필요가 있다. 다관능성 아크릴레이트의 잘못된 유형 또는 수준으로, 가교 밀도가 원하는 것보다 훨씬 높을 수 있고, 박리 성능이 크게 손상될 것이다. 에톡실화된 디올 또는 트리올로부터 제조된 다관능성 아크릴레이트, 예를 들어 에톡실화된 헥산디올 디아크릴레이트, 에톡실화된 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 및 기타 및 이들의 조합은 바람직한 가교제이다. 에톡실화된 아크릴레이트는 에테르 옆 탄소 상의 수소 원자가 불안정하고 중합 과정에 참여하는 것으로 밝혀졌다는 점에서, 일반적으로 에톡실화되지 않은 아크릴레이트보다 반응성이 크다. e-빔 경화성 PSA 조성물은 약 1 % 내지 약 5 %, 바람직하게는 약 2 % 내지 약 3 % 가교제를 포함할 수 있다.
PSA는 고 에너지 e-빔에 노출시켜 경화된다. 전형적으로, 고 에너지 e-빔은 PSA로 코팅된 표면 상으로 가속되고 이것이 유리 라디칼을 생성시키고 그것에 의하여 유도체화된 아크릴 중합체의 이중 결합의 반응을 개시하고 아크릴 중합체를 가교하는 분자 분해를 유도한다. 올바른 양의 이중 결합 부착으로, 가교가 양호한 박리, 점착 및 전단 성능을 갖는 PSA를 생성하도록 이용될 수 있다. 전형적으로, PSA는 효과적인 경화를 달성하기 위해 광개시제 및/또는 반응성 희석제를 요구하지 않는다. 그러나, 적은 양의 반응성 희석제가 점도를 감소시키거나 극성을 개질하여 신규 기판 상에 웨트-아웃(wet-out)을 개선하도록 PSA에 첨가될 수 있다. 특정 실시양태에서, PSA는 최대 20 %의 첨가된 반응성 희석제, 바람직하게는 최대 10 %, 예를 들어 약 1 % 내지 약 20 % 또는 약 1 % 내지 약 10 %의 이러한 첨가된 반응성 희석제를 포함할 수 있다. 이러한 첨가된 반응성 희석제는 유도체화 과정에서 피할 수 없이 형성되는 상기 논의한 디우레탄과 별개이다.
PSA를 효과적으로 경화하기 위해 요구되는 전류량 및 선량은 PSA의 특성 및 도포의 두께의 함수이다. 전형적인 응용 및 PSA 두께 층을 위해, PSA는 일반적으로 약 50 kV 내지 약 300 kV, 전형적으로 약 100 kV 내지 약 150 kV, 예를 들어 약 115 kV 내지 약 130 kV의 전압에서, 약 1 mA 내지 약 25 mA, 예를 들어 약 1 mA 내지 약 15 mA, 예를 들어 약 2 mA 내지 약 10 mA의 전류로 발생된 e-빔을 통해 경화된다. 따라서, 약 5 kGy 내지 약 75 kGy, 예를 들어 약 10 kGy 내지 약 60 kGy, 일반적으로 약 10 kGy 내지 약 50 kGy의 e-빔 선량이 전형적인 층의 PSA를 효과적으로 경화하기 위해 인가된다. 더 높은 전압은 깊이에서 더 높은 e-빔 선량을 발생시킨다.
본원에 기술된 e-빔 경화성 PSA는 기판을 접착하기 위해 사용될 수 있다. e-빔 경화성 PSA 조성물의 응용을 위한 전형적인 방법은 다음의 단계를 포함한다:
a. 각각 하나 이상의 표면을 갖는 적어도 제1 기판 및 제2 기판을 제공하는 단계;
b. 본원에 기술된 PSA를 제공하는 단계;
c. 접착층 표면을 갖는 접착층을 형성하도록 제1 기판의 표면에 PSA를 도포하는 단계;
d. 접착층 표면 상으로 PSA를 e-빔 경화하는 단계; 및
e. 제1 기판 및 제2 기판이 접착하도록 제2 기판의 표면과 PSA를 갖는 제1 기판의 표면을 정합시키는 단계.
실시양태에서, PSA는 제1 기판 및 제2 기판 모두의 표면에 도포될 수 있다. 추가적으로, PSA는 전사 코팅될 수 있고, 즉 박리 라이너 상에 코팅 및 경화되고, 그 다음 양면 전사 테이프로서 사용될 수 있다.
PSA는 임의의 두께로 도포되고 만족스러운 경화를 달성할 수 있다. 예를 들어, PSA 조성물은 1 mil 미만, 1 mil 이상, 2 mil 이상과 같은 및 3 mil 초과와 같은 두께로 기판에 도포될 수 있다. PSA 조성물은 약 0.1 mil 내지 약 5 mil, 예를 들어 약 0.1 mil 내지 약 1 mil, 예를 들어 약 1 mil 내지 약 5 mil의 두께로 도포될 수 있다. 또한 약 3 mil 내지 약 5 mil를 포함하여 약 2 mil 내지 약 5 mil, 전형적으로 약 2.5 mil 내지 약 5 mil의 범위이다.
PSA는 널리 다양한 기판에 사용될 수 있다. 전형적으로, 기판은 종이, 알루미늄 호일, 금속화된 필름, 코팅된 필름, 인쇄된 필름, 공압출된 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리올레핀 기재 필름, 흰색 폴리올레핀 기재 필름, 폴리아미드 기재 필름, 공중합체 필름, 다양한 중합체 블렌드를 함유하는 필름, 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된다. 마일라, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 고 밀도 폴리에틸렌 및 기타와 같은 기판이 본원에 기술된 e-빔 경화성 PSA에 특히 유용하다.
실시예 1
아크릴 중합체는 표준 용액 중합 기술을 사용하여 에틸 아세테이트 용매에서 n-부틸 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 아크릴산, 및 2-히드록시프로필 아크릴레이트로부터 제조되었다. 아크릴 중합체는 76 중량%의 n-부틸 아크릴레이트, 20 중량%의 메틸 아크릴레이트, 3 중량%의 아크릴산 및 1 중량%의 2-히드록시프로필 아크릴레이트로부터 제조되었다. 이 아크릴 중합체의 계산된 Tg는 -40.1 ℃였다.
유도체화제는 1.35 몰의 HEA와 1 몰의 IPDI의 조심스러운 반응에 의해 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI) 및 2-히드록시에틸 아크릴레이트 (HEA)로부터 제조되었다. 이 반응은 모노-우레탄 및 디-우레탄의 혼합물을 생성하였다. 모노-우레탄은 이것이 여전히 상기 기술된 아크릴 중합체 내 히드록실에 부착하는 하나의 이소시아네이트기를 함유하기 때문에 활성 유도체화제이다. 디-우레탄은 아크릴 중합체와 반응성이 없지만, 이관능성 가교제로서 유리 라디칼 반응에 참여할 수 있다.
에틸 아세테이트 용액 내 아크릴 중합체는 유도체화제 및 중합체를 혼합하고, 중합체 내 히드록시와 이소시아네이트의 반응을 촉매하도록 디부틸주석 디라우레이트와 75 ℃에서 가열함으로써 상기 기술된 유도체화제로 유도체화되었다. 아크릴 중합체는 유도체화제의 3 개의 상이한 수준: 2.0 중량%, 2.4 중량%, 및 2.8 중량%에서 유도체화되었다.
에틸 아세테이트 용액 내 유도체화된 중합체의 건조된 잔류물을 포함하는 PET 원단 상의 2 mil 건조된 필름이 직접 도포 및 전사 도포 모두를 이용하여 제조되었다. 직접 도포에서, 용액 내 유도체화된 중합체가 표준 드로우다운(drawdown) 장비를 사용하여 PET 원단 상으로 도포된 후, 공기 및 오븐 건조 시간이 뒤따랐다. 전사 도포 방법에서, 용액 내 유도체화된 중합체가 실리콘화된 박리 라이너 상에 코팅되었고 그 다음 박리 라이너 상의 코팅된 필름이 PET 원단에 전사 코팅되었다.
직접 코팅된 및 전사 코팅된 필름 상의 접착층은 상이한 3 개의 상이한 전류 하에 e-빔 유닛에서 모두 경화되었다. 전류는 2.2 mA, 5.8 mA, 및 9.3 mA였다. 이들 전류는 각각 10 kGy, 30 kGy, 및 50 kGy의 선량을 발생시켰다. 인가된 전압은 125 kV였다.
경화 후, 코팅된 필름 상의 박리 및 전단 시험이 수행되었다. 감압성 테이프 카운실(Pressure Sensitive Tape Council) ("PSTC") 테스트 방법이 접착제 성능의 평가를 위해, 주로 PSTC 테스트 방법 # 1이 박리 강도를 위해 및 PSTC 테스트 방법 # 7이 전단 접착 파괴 시간을 위해 이용되었다. PSTC 테스트 방법 # 1 및 PSTC 테스트 방법 # 7이 그들 전체가 참고문헌으로 본원에 도입된다. 결과는 하기 표 1에 나타난다. 필름은 아크릴 중합체와 반응하는 유도체화제 (DA)의 양 및 PET 원단에의 도포 방법, 직접 도포 (직접) 또는 전사 도포 (전사)에 의해 표 1의 컬럼 1에서 확인된다는 것을 염두에 둔다.
표 1
Figure pct00001
실시예 2
아크릴 중합체는 표준 용액 중합 기술을 사용하여 에틸 아세테이트 용매에서 2-에틸헥실 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 및 아크릴산으로부터 제조되었다. 아크릴 중합체는 57 중량%의 2-에틸헥실 아크릴레이트, 23 중량%의 n-부틸 아크릴레이트, 16 중량%의 메틸 아크릴레이트, 및 4 중량%의 아크릴산으로부터 제조되었다. 이 아크릴 중합체의 계산된 Tg는 -45.6 ℃였다.
실시예 1에서의 동일한 유도체화제가 사용되었다. 에틸 아세테이트 용액 내 아크릴 중합체는 85 ℃에서 가열함으로써 유도체화되었다. 중합체 내 산과 이소시아네이트 함유 유도체화제의 반응을 위해 촉매는 사용되지 않았다. 아크릴 중합체는 2.5 중량%의 유도체화제로 유도체화되었다. 반응 중, 이소시아네이트와 산의 반응이 이산화탄소를 유리함에 따라 버블링이 관찰되었다.
에틸 아세테이트 용액 내 유도체화된 중합체의 건조된 잔류물을 포함하는 PET 원단 상의 2 mil 건조된 필름이 직접 도포 및 전사 도포 모두를 이용하여 제조되었다. 직접 도포에서, 용액 내 유도체화된 중합체가 표준 드로우다운 장비를 사용하여 PET 원단 상으로 도포된 후, 공기 및 오븐 건조 시간 후, e-빔 경화가 뒤따랐다. 전사 도포 방법에서, 용액 내 유도체화된 중합체가 실리콘화된 박리 라이너 상에 코팅되었고, 건조되었고, 그 다음 e-빔 경화되었다. 그 다음 박리 라이너 상의 코팅된 필름이 시험을 위해 PET 원단에 전사 코팅되었다.
전사 코팅된 필름 상의 접착층은 상이한 3 개의 상이한 전류 하에 e-빔 유닛에서 모두 경화되었다. 전류는 2.2 mA, 5.8 mA, 및 9.3 mA였다. 이들 전류는 각각 10 kGy, 30 kGy, 및 50 kGy의 선량을 발생시켰다. 인가된 전압은 125 kV였다. 또한 비교를 위해, 직접 코팅된 필름이 50 kGy에서 경화되었다.
경화 후, 실시예 1에서 참고한 테스트 방법을 이용하여 코팅된 필름 상의 박리 및 전단 시험이 수행되었다. 결과는 하기 표 2에 나타난다.
표 2
Figure pct00002
표 2에 기술된 결과는 50 kGy에서, 전사 코팅의 박리 강도가 직접 코팅의 박리 강도보다 낮고, 또한 전사 코팅에 대한 전단 파괴 시간이 직접 코팅에 대한 것보다 낮은 것을 입증한다. 어떠한 이론에 구애받지 않고, 이 데이터는 일부 실리콘이 전사 코팅 중 필름의 표면 상으로 도입될 수 있다는 것을 나타낸다.
실시예 3 (비교)
실시예 1에 기술된 아크릴 중합체와 유사한 조성물을 갖는 아크릴 중합체가 표준 용액 중합 기술을 사용하여 에틸 아세테이트 용매에서 n-부틸 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 아크릴산, 및 2-히드록시프로필 아크릴레이트로부터 제조되었다. 그러나, 이 아크릴 중합체는 유도체화제로 유도체화되지 않았다. 비교 아크릴 중합체는 2 mil 건조 두께로 통상적인 방법을 사용하여 박리 라이너 상에 코팅되었다. 이 필름은 30 kGy 선량으로 e-빔 조사를 받았다 (5.8 mA, 125 kV). 생성된 필름은 실시예 1에서 참고한 테스트 방법을 사용하여 스테인레스강 패널 상에서 박리 및 전단 성질에 대해 평가되었다. 3.3 lb/in 및 1" × 1" × 2 kg 전단 파괴 시간에서 응집 파괴되는 박리는 사실상 없었고, 2 kg 중량을 달은 직후 파괴되었다. 이 데이터는 약 40,000 내지 100,000 g/몰 범위인 분자량을 갖는 아크릴 중합체가 경화를 달성하기 위해 유도체화제가 필수적이라는 것을 나타낸다.
실시예 4 (비교)
고정된 벤조페논 기술을 기재로 하는 상업적 UV 경화성 PSA가 e-빔 경화되는 이것의 능력에 대해 평가되었다. PSA는 2 mil 두께로 박리 라이너 상에 코팅되었다. 코팅된 재료의 일부는 UV 조사를 이용하여 경화되었고 다른 것은 e-빔 조사로 경화되었다. 경화되지 않은, UV 조사로 경화된 및 e-빔 조사로 경화된 PSA로 코팅된 재료는 실시예 1에서 참고한 테스트 방법을 사용하여 스테인레스강 패널 상에서 박리 및 전단 성질에 대해 테스트되었다. 결과는 표 3에 기술된다.
표 3
Figure pct00003
데이터, 특히 전단 데이터는 UV PSA가 e-빔 조사에 의해 효과적으로 경화되지 않는다는 것을 보여준다. 박리가 경화되지 않은 샘플에 대해 3.72 lb였지만 e-빔 조사에 노출된 샘플에 대해 8.42 lb였던 것을 고려하면, e-빔으로 달성되는 일부 사소한 경화가 있지만, 두 샘플 모두에 대한 박리는 응집 파괴되었다. 전단 데이터는 e-빔 경화된 필름이 2 kg 중량을 달고 약 3 분 후 응집 파괴되어 매우 효과적인 접착제가 아닐 것이라는 것을 나타낸다. UV 경화는 약 5 lb에서의 접착 파괴되는 박리 및 상당히 긴 전단 파괴 시간을 갖는 만족스러운 접착제를 제공한다.

Claims (22)

  1. 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체 및 디이소시아네이트로부터 제조된 유도체화제로 하나 이상의 히드록시기 또는 하나 이상의 산 기를 갖는 아크릴 중합체를 유도체화하는 단계, 및 전자-빔 ("e-빔")에 노출시켜 감압성 접착제 ("PSA")를 경화하는 단계를 포함하는, e-빔 경화성 PSA의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체 대 디이소시아네이트의 비가 1:1 초과인 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, PSA가 광개시제를 포함하지 않는 것인 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 아크릴 중합체가 약 40,000 내지 약 150,000 달톤의 분자량을 갖는 것인 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 아크릴 중합체가 약 40,000 내지 약 100,000 달톤의 분자량을 갖는 것인 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 아크릴 중합체가 2-에틸헥실 아크릴레이트, 이소-옥틸 아크릴레이트, 이소-데실 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 단량체; 및 적어도 하나의 백본 히드록실-관능성 단량체에 의해 중합되는 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 아크릴 중합체가 2-에틸헥실 아크릴레이트, 이소-옥틸 아크릴레이트, 이소-데실 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 단량체; 및 산 기를 갖는 하나 이상의 단량체에 의해 중합되는 제조 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 단량체가 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 스티렌, 비닐 아세테이트 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 다른 단량체를 더 포함하는 것인 방법.
  9. 제6항에 있어서, 백본 히드록시-관능성 단량체가 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트, 2-히드록시프로필 아크릴레이트, 2-히드록시프로필 메타크릴레이트, 4-히드록시부틸 아크릴레이트 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것인 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서, 산 기를 갖는 단량체가 아크릴산, 메타크릴산 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것인 제조 방법.
  11. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 단량체가 말레산 무수물, 글리시딜 메타크릴레이트, N-비닐 피롤리돈, N-비닐 카프로락탐, 아크릴아미드 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 관능성 단량체를 더 포함하는 것인 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 디이소시아네이트가 이소포론 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것인 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체가 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 2-히드록시프로필 아크릴레이트, 4-히드록시부틸 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트, 2-히드록시프로필 메타크릴레이트, 카프로락톤 아크릴레이트, 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것인 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 유도체화제의 양이 고형 아크릴 중합체의 중량을 기준으로 고형분 약 1 중량% 내지 약 10 중량%의 다양한 양인 제조 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 e-빔 경화성 PSA.
  16. 히드록시-관능성 아크릴레이트 단량체 및 디이소시아네이트로부터 제조된 유도체화제와 반응하는 하나 이상의 히드록시기 또는 하나 이상의 산 기를 갖는 아크릴 중합체를 포함하는 e-빔 경화성 PSA 조성물.
  17. 제16항에 있어서, 광개시제를 포함하지 않는 e-빔 경화성 PSA 조성물.
  18. a. 각각 하나 이상의 표면을 갖는 적어도 제1 기판 및 제2 기판을 제공하는 단계;
    b. PSA 조성물을 제공하는 단계;
    c. 접착층 표면을 갖는 접착층을 형성하도록 제1 기판의 표면에 PSA 조성물을 도포하는 단계;
    d. 접착층 표면 상으로 고 에너지 e-빔을 가속시키는 단계; 및
    e. 제2 기판에 제1 기판이 접착하도록 제2 기판의 표면과 PSA 조성물을 갖는 제1 기판의 표면을 정합시키는 단계
    를 포함하는, 제16항의 PSA 조성물을 하나 이상의 기판에 사용하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 제2 기판의 표면이 PSA 조성물을 포함하는 것인 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, e-빔이 약 1 mA 내지 약 25 mA의 전류로 발생되는 방법.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, e-빔이 약 50 kV 내지 약 300 kV의 전압으로 인가되는 방법.
  22. e-빔에 노출시켜 경화된 제16항의 PSA 조성물로 코팅된 박리 라이너를 포함하는 양면 전사 테이프.
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