TW202403004A - 具有錪鎓光起始劑的光硬化黏合劑、光硬化反應性膠帶和用於黏合兩個基材之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種光硬化黏合劑,其係包含:(a)至少一種成膜聚合物、(b)至少一種環氧化合物與(c)至少一種光起始劑,其特徵為:該光起始劑光起始劑(c)係包含一種結構單元,其係自包含下列結構單元之群組所選出:
Description
本發明係關於一種光硬化黏合劑與一種包含該光硬化黏合劑之反應性膠帶。此外還揭示使用該光硬化黏合劑與反應性膠帶來黏合兩個以上組件。
不同元件之連結係製造技術的核心製程之一。除了例如熔接與焊接等其它方法以外,現今特別以黏合,也就是使用黏合劑連結,係特別重要的。其中,使用例如由管子塗布無定型的黏著劑之替代方法係所謂的膠帶。日常中特別以壓敏性膠帶特別為人所熟知,其中壓敏性黏合劑負責黏合效果,其在一般環境條件下具有永久黏性與黏合能力。該壓敏性膠帶可藉由壓力施加至基材上並保持黏附於該處,並在之後能夠或多或少無殘膠地再去除。
然而,特別在工業製造技術的使用上,另一種膠帶也很重要。在這些膠帶(其有時也被稱為反應性膠帶)之中,係使用硬化型黏合劑。該硬化型黏合劑在用於施用的狀態還沒達到其最大交聯度,並能藉由外部影響來被硬化,於該外部影響下在硬化型黏合劑中起始聚合,並藉此提高交聯度。由此開始硬化的黏合劑藉此改變機械性質,其中特別是提高黏度、表面硬度與強度。
一般說來在現行技術中硬化型黏合劑係已知的,並從化學觀點上能具有極為不同的組成物。這些硬化型黏合劑的共通點係能藉由外部影響因素觸發,例如通過輸入能量,特別是藉由加熱硬化、電漿硬化、或輻射硬化、及/或與促進聚合的物質接觸,像例如濕氣硬化型黏合劑就是這種情況。特別令人感興趣的是輻射活化型或光硬化型(多為UV光硬化型)黏合劑。此種光或UV硬化型黏合劑係揭示於例如DE 102015222028 A1、EP 3091059 A1、EP 2768919 B1、WO 2017174303 A1與US 2021/198520中。
此外,DE 69 816 283 T2揭示一種包含環氧樹脂與三組份光起始劑系統之光聚合型組成物,其中該三組份光起始劑系統係包含一錪鎓鹽、一敏化劑(Sensitizer)與一電子予體化合物,特別是一烷基芳基胺予體化合物。
WO 2022/241772 A1揭示一種硬化型組成物,其係包含至少一種(甲基)丙烯酸酯、至少一種二芳基錪鎓鹽與至少一種潛伏性胺硬化劑。
WO 2021/177621 A1係關於一種用於發光顯示裝置之偏光板,其係包含一偏光片與依序堆疊在偏光片表面上的一第一黏著層、一第一液晶相位補償膜、一第二黏著層與一第二液晶相位補償膜,其中該第二黏著層可包含一環氧化合物、一(甲基)丙烯酸酯系化合物與一陽離子光起始劑。
術語「光硬化」或「可光硬化」或「可光活化」、「UV硬化」或「可UV硬化」或「可UV活化」與「可輻射活化」或「輻射硬化」於本文中係同義並被使用當成同義詞使用。
於UV光硬化黏合劑之領域中,有許多在UV到200至500nm的可見光之波長範圍內具有不同的性質與吸收曲線之不同的光起始劑,使得光起始劑之選擇對於專業人士來說係一種挑戰。例如,一個問題是若UV源的最強UV波長與所使用的可UV活化型黏合劑不匹配,則整體上會輻射過多能量。此外,必須要注意確保硬化在厚膜之情形也良好地作用。同時,在此領域越來越常使用LED燈具,而非一般常見的燈具(F燈、G燈與H燈)。這些UV-LED燈具典型上在365 nm、385 nm、395 nm或405 nm具有發射峰,而已知只有少量光起始劑具有與此匹配的吸收光譜。其特別是自由基光起始劑。對於例如環氧化合物之陽離子硬化來說,在常見的UV-LED波長具有吸收峰之光起始劑不是已知的。
為了使光起始劑或光起始劑系統的吸收波長匹配工業(大多為UV-LED)光源,傳統上係使用所謂的敏化劑。借助於此種在想要的範圍具有吸收峰之敏化劑,能活化此光起始劑。例如Irgacure 651 (2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙-1-酮)主要與錪鎓系光起始劑組合使用。此自由基敏化劑在UV-LED照射下形成自由基,其通過氧化還原過程分解該錪鎓起始劑,以起始陽離子硬化。此種敏化劑系統的缺點為自由基中間體會在一方面造成此種黏合劑對於大氣中的氧氣敏感;另一方面也會限制黏合劑配方的選擇,因為與自由基反應的反應性基(例如雙鍵)會干預氧化還原過程。另一個缺點為自由基重組,其隨著光強度越強並因此局度自由基濃度越高而變得更可能發生,而因此顯著降低起始效率。還有在較低的溫度下,膠帶中的黏合劑中的分子之移動性大幅降低,自由基重組會增加並因此減少反應性物種的數量。整體來說,若要減少活化時間,對於使用者來說此種具有敏化劑的系統之過程控制會變得更複雜。這在通過吸收UV後直接形成酸的系統中被避免,因為在其中活化時間能透過提高強度來減少,且不會增加副反應的可能性。遺憾的是,沒有市售的陽離子光起始劑(錪鎓起始劑或鋶鎓起始劑)在工業的UV-LED燈具的範圍內具有吸收峰。
鑒於上述內容,於黏合技術領域中一直對於改善光硬化黏合劑之加工性質感興趣,其中特別專注在改善此種黏合劑之堅固性(robustness)。黏合劑的堅固性係在解決或至少改善(也就是減少影響或依附性)至少一個,最佳為所有上述在氧的影響、溫度的影響與對強度的依附性方面之問題或弱點時得到改善。此外,還期望改善光硬化的活化之能量效率,以及確保不管薄膜厚度為何硬化都能很好地進行。
本發明第一課題係消除或至少減少上述現行技術之缺點。
本發明之課題特別是提供一種光硬化黏合劑,其具有改善的堅固性,即減少氧的影響及/或溫度的影響及/或對強度的依附性。
本發明另一課題為提供一種光硬化黏合劑,其僅需要低輻射劑量便可活化。
本發明另一課題為提供一種光硬化黏合劑,其能高效節能地,即以較低的強度及/或較低的劑量,來被活化。
本發明另一課題為提供一種光硬化黏合劑,其無論薄膜厚度為何,也就是不管光硬化黏著劑是厚層還是薄層,都能極佳地硬化。
本發明之發明人新發現,當光硬化黏合劑中除了聚合物與環氧化合物以外還使用了特殊的錪鎓光起始劑(如申請專利範圍中所定義者)時,出乎意料地能解決上述課題。
因此,上述課題通過如申請專利範圍中所定義的本發明之標的得以解決。較佳的本發明之態樣係源於申請專利範圍附屬項與以下內容。
特別是上述包含敏化劑的光起始劑系統之問題,係通過如申請專利範圍中所定義的本發明之客體而得以解決。
於特佳實施形態中,係將以下被稱為較佳的實施形態係與其它被稱為較佳的實施形態之特徵組合。因此,兩個以上的以下被稱為特佳的實施形態之組合為更特佳的。一實施形態之某種程度上被稱為較佳的特徵與其它實施形態之一種以上被稱為較佳的其它特徵組合的實施形態同樣為較佳的。較佳的膠帶、用途與方法之特徵係源於較佳的光硬化黏合劑之特徵。
本發明係關於一種光硬化黏合劑,其係包含:(a)至少一種成膜聚合物、(b)至少一種環氧化合物與(c)至少一種光起始劑,其特徵為:該光起始劑(c)係包含一種結構單元,其係自包含下列結構單元之群組所選出:
其中,
EWG與EZG係表示:各自獨立地為一拉電子基,像例如-CN或-COOH,
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9與R10係表示:各自獨立地從以下所選出的基:氫、烷基(較佳為C
1-5烷基)、環烷基、烷氧基(較佳為C
1-2烷氧基)、芳基(較佳為苯基或苯甲基)、鹵素基、氰基、硝基(-NO
2)、胺基(-NH
2)、羧基(-COOH)、酮基(=O)、羧酸酯基(COOR‘‘,其中R‘‘也是C
1-5烷基,較佳為甲基或乙基)、磺酸基(-SO
2H)或磺酸酯基(-SO
2R‘‘)。
本發明之光硬化黏合劑為可硬化的,而硬化係藉由藍光或UV光,較佳為藍色LED光或UV-LED光來起始。由於硬化的可能性,硬化型黏合劑可在硬化後作為結構黏合劑。依照DIN EN 923: 2006-01結構性黏合劑係形成黏性結合之黏合劑,其中該黏性結合係能在預定的長時限內保持固定強度(依照ASTM定義:「在暴露於通常涉及結構之作用環境下的黏附體之間用於轉移所需負荷之接合劑」)。也就是說其係用於在化學與物理上高應力的黏接之黏合劑,其在硬化狀態下有助於膠帶固定。
為了最終使用者盡可能最好的可加工性,硬化型或光硬化型黏合劑通常希望其本身至少具有些微明顯的壓敏黏著性質並具有固有的壓敏黏著性,並因此能被歸類為壓敏性黏合劑。在此情況下,通過本發明之光硬化黏合劑中有利的高內聚力,特別容易在本發明之光硬化黏合劑中調整此性質。該壓敏黏著性讓反應性膠帶在光硬化黏合劑硬化前能可靠並安全地施加在基材上。因此較佳為本發明之光硬化黏合劑係壓敏性黏合劑。
壓敏性黏合劑依照專業理解係一種黏合劑,其具有壓敏黏著性質,即具有在相對弱的接觸壓力下就已經能與接觸基底形成永久的黏結之性質。相應的壓敏性膠帶通常在使用後能實質上無殘膠地再從黏附基底移除,且通常在室溫就已經有永久自黏性,這表示其具有一定的黏度與接觸黏性,使其在低接觸壓力下也會潤濕基材的表面。壓敏性膠帶的壓敏黏著性表示係使用壓敏性黏合劑來作為黏合劑。無意受此理論束縛,但經常係假定壓敏性黏合劑可被視為具有彈性部分之超高黏度流體,其因此具有特徵的黏彈性性質,該性質帶來上述永久性的自黏性與壓敏黏著性。假設該壓敏性黏合劑在機械性變形時會發生黏性流動過程以及累積彈性回復力。在此情形,部分的黏性流動係用來得到黏著力(adhesion),而部分的彈性回復力對於得到內聚力(cohesion)來說為特別必要的。流變與壓敏黏著性之間的關係於現行技術中為已知的,並在例如Satas的著作「Handbook of Pressure Sensitive Adhesives Technology」第三版(1999),153至203頁有所說明。
為了更準確的描述與量化彈性與黏性部分的量以及該等部分彼此的比例,係使用能藉由動態機械分析(DMA)確定之量:儲存模數(G‘)與損耗模數(G‘‘)。G‘為彈性部分的量度,G‘‘為物質的黏性部分之量度。兩個量係取決於變形頻率與溫度。
該等量能借助流變儀確定。其中待測材料係例如在板-板配置中承受正弦振盪之剪切應力。在剪切應力受控的裝置中,測量變形作為時間之函數,以及測量相對於輸入的剪切應力此變形在時間上的延遲。此時間上的延遲被稱為相位角δ。儲存模數係定義如下:G’=(τ/γ)•cos(δ) (τ=剪切應力,γ=變形,δ=相位角=剪切應力向量與變形向量之間的相位偏移)。損耗模數G’’的定義為:G’’=(τ/γ)•sin(δ) (τ=剪切應力,γ=變形,δ=相位角=剪切應力向量與變形向量之間的相位偏移)。
於本發明中,黏合劑當在23°C之溫度下,於10
0至10
1rad/sec之變形頻率範圍內,G‘以及G‘‘都至少部分在10
3至10
7Pa之範圍時,較佳被理解為壓敏黏著性的,並因此被理解為壓敏性黏合劑。「部分」係指G‘曲線的至少一段在一範圍區塊(window)內,該範圍區塊係含括包含10
0至包含10
1rad/sec之變形頻率範圍(橫坐標)以及包含10
3至包含10
7Pa之G‘值範圍(縱坐標),且至少一段G‘‘曲線也在該範圍區塊內。
於本發明中,一壓敏黏著性的,較佳為反應性膠帶於未硬化狀態下係具有至少1 N/cm之黏著力。其中黏著力係對鋼材依照ISO 29862:2007(方法3),於23°C與50%相對濕度下,以300 mm/min之剝離速度與180°之剝離角度測定。作為強化膜係使用具36µm之厚度的經蝕刻PET膜,其可得自如Coveme公司(義大利)。其中,係藉由一輥壓機以4 kg於23°C的溫度下完成2cm寬的測試條之黏合。該膠帶在施加後立即被剝離。量測值(以N/cm計)係由三次獨立測量的平均值決定。
本發明之光硬化黏合劑係包含至少一種成膜聚合物。無意束縛於一特定理論,該至少一種成膜聚合物(有時也稱為基質聚合物)係用來在物理上連結至少一種環氧化合物與至少一種光起始劑以及視需要的其它物質。該至少一種成膜聚合物能選自例如:聚胺基甲酸酯、腈橡膠、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物 (EVA或EVAC)、聚醯胺或共聚醯胺、聚酯或共聚酯、與自由基聚合之聚合物,如聚(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸酯嵌段共聚物或乙烯基芳烴/(甲基)丙烯酸酯嵌段共聚物。上述化合物之化學或物理交聯物質也是可以想到的。此外,也可使用不同的成膜聚合物之混合物。此外,還可以想到單獨以彈性體、熱塑性彈性體與硬質體(duromer)或作為混合物來作為成膜聚合物。該成膜聚合物應對該至少一種環氧化合物與該至少一種光起始劑以及該視需要的其它物質為惰性的。惰性於本文中係意指於所選的適合條件(特別是在室溫(23°C))下光硬化前,該至少一種環氧化合物與視需要的其它物質係實質上不與成膜聚合物反應。
黏合劑的「成膜聚合物」依據本發明係被理解為一種具有至少20,000 g/mol的重量平均分子量之聚合物。本文中,數量平均分子量Mn與重量平均分子量Mw的數據係參照凝膠滲透層析(GPC)之已知測定。該測定係對100 μl澄清過濾樣品(樣品濃度4 g/l)進行。作為溶析液係使用具0.1體積%的三氟乙酸之四氫呋喃。測量係在25°C進行。作為保護管柱係使用PSS-SDV型管柱、5 µm、10
3Å、8.0 mm * 50 mm (此處的資料依序為:型號、粒徑、孔徑、內徑*長度;1Å=10
–10m)。分離係使用以下管柱之組合:PSS-SDV型、5 µm、10
3Å以及10
5Å與10
6Å,均為8.0 mm * 300 mm(Polymer Standards Service公司之管柱;藉由微差折射器Shodex RI71檢測)。流速為每分鐘1.0ml。於聚丙烯酸酯之情形係相對於PMMA標準品(聚甲基丙烯酸甲酯檢量線)進行校準,其它情形(樹脂、彈性體)係相對於PS標準品(聚苯乙烯檢量線)進行校準。
其中,具有低於100°C的結晶熔化溫度及/或低於100°C的軟化溫度之熱塑性聚合物係較佳的。本文中,術語「軟化溫度」係表示自該溫度起,熱塑性顆粒會與自身相黏。若成膜聚合物為半結晶的熱塑性聚合物,則除了其軟化溫度(其與微晶的熔化有關)以外,更佳為具有最高25°C,較佳為最高0°C之玻璃轉移溫度。
在一較佳實施形態中,至少一種成膜聚合物係從以下選出:聚胺基甲酸酯、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(EVA或EVAC)、聚(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸酯嵌段共聚物,像例如:聚(MMA-嵌段‐nBA-嵌段‐MMA)或聚(MMA-嵌段‐nBA/2EHA-嵌段‐MMA)、與乙烯基芳烴/(甲基)丙烯酸酯嵌段共聚物。特佳為聚胺基甲酸酯、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(EVA或EVAC)與聚(甲基)丙烯酸酯,再佳為聚胺基甲酸酯與乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(EVA或EVAC),或乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(EVA或EVAC)與聚(甲基)丙烯酸酯。
適合的聚胺基甲酸酯例如為市售之Covestro AG(德國,勒沃庫森)的熱塑性聚胺基甲酸酯Desmocoll
®530/1與Desmocoll
®540/3以及Desmomelt
®530,或Huntsman (Huntsman Holland B.V.,荷蘭Botlek-鹿特丹)的IROSTIC
®S-6558-06與IROSTIC
®S 8612,或這些產品系列的其它變體。此外,還有BASF (德國,路德維希港)的Elastollan
®或Lubrizol (Lubrizol Advanced Materials Europe BVBA,比利時,布魯塞爾)的Pearlbond等產品系列。較佳為熱塑性聚胺基甲酸酯係具有低於100°C,特別是低於80°C之軟化溫度。此種熱塑性聚胺基甲酸酯的較佳範例為Desmomelt
®530與IROSTIC
®S-6558-06。Desmomelt
®530為羥基封端的、基本上線性的、熱塑性的、高度結晶之聚胺基甲酸酯彈性體。IROSTIC® S-6558-06依據製造商說明係一種用於溶劑系黏著劑之線性的熱塑性聚胺基甲酸酯。依據製造商說明其特徵為:極低的結晶速率、長放置時間(open time)、極低的活化溫度。
適合的乙烯/醋酸乙烯酯共聚物具有40重量%至80重量%之醋酸乙烯酯含量,特別以具有65重量%、70重量%與80重量%之共聚物為特別適合的。此種乙烯/醋酸乙烯酯共聚物係由Arlanxeo公司以商品名稱Levamelt
®或Levapren
®(此處較佳為Levamelt 400、Levamelt 500、Levamelt 600、Levamelt 700、Levamelt 800)在市面上販售。適合的聚酯或共聚酯係自例如Evonik公司以品名DYNACOLL
®與DYNAPOL
®獲得,特別是DYNACOLL
®S (高分子的熱塑性共聚酯,結晶的或非晶的)。
本發明中,術語「聚(甲基)丙烯酸酯」依照專業知識理解係包含聚丙烯酸酯與聚甲基丙烯酸酯以及這些聚合物的共聚物。聚(甲基)丙烯酸酯可包含少量不是衍生自(甲基)丙烯酸酯之單體單元。「聚(甲基)丙烯酸酯」於本發明中相應地系被理解為一種(共)聚合物,基於單體基質的質量,其單體基質有70重量%以上的部分,較佳為90重量%以上,特佳為98重量%以上,係由從包括以下之群組中所選出的單體所構成:丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯與甲基丙烯酸酯。較佳為丙烯酸酯及/或甲基丙烯酸酯的重量比為50重量%以上,特佳為70重量%以上。聚(甲基)丙烯酸酯通常係得自丙烯酸系單體及/或甲基丙烯酸系單體以及視需要的其它可共聚的單體之自由基聚合。
此種由各單體構成的聚(甲基)丙烯酸酯之製造能依照常用方法進行,特別是通過常規的自由基聚合或受控的自由基聚合,例如陰離子聚合、RAFT聚合、NMRP聚合或ATRP聚合。聚合物或寡聚物能通過單體成分之共聚合使用常用的聚合物起始劑以及視需要的調節劑來製造,可在一般的溫度下例如以總體聚合、以乳液聚合(例如在水或液態烴中)或以溶液聚合。較佳為聚(甲基)丙烯酸酯係藉由使用一般量的聚合起始劑在溶劑中聚合,特佳為在具有範圍在50至150°C的沸騰溫度(特佳為範圍在60至120°C)之溶劑中聚合來製造,其中基於單體組成物的重量,聚合起始劑通常係以約0.01至5%,特別是0.1至2%的比例添加至單體組成物中。
適合的聚合起始劑例如為像過氧化物、氫過氧化物與偶氮化合物等自由基源,例如:過氧化二苯甲醯、氫過氧化異丙苯、過氧化環己酮、過氧化二(三級丁基)、乙醯環己過磺酸、過二碳酸二異丙酯、過辛酸三級丁酯或苯醇。特佳為作為自由基聚合起始劑係使用2,2’-偶氮雙(2-甲基丁腈)或2,2’-偶氮雙(2-甲基丙腈)。作為溶劑特別係使用醇(如甲醇、乙醇、正丙醇與異丙醇、正丁醇與異丁醇,較佳為異丙醇及/或異丁醇)以及烴(如甲苯與特別是具有範圍在60至120°C的沸騰溫度之石油醚)。特別能使用酮(像例如丙酮、甲乙酮)與酯(像例如乙酸乙酯)以及這些溶劑之混合物。
該至少一種成膜聚合物於本發明之光硬化黏合劑中的比例,基於本發明之光硬化黏合劑的組成成分之總重量,通常係在20重量%至80重量%之範圍,較佳係在25重量%至70重量%。基於本發明之光硬化黏合劑的組成成分之總重量,聚合物更佳係在30重量%至60重量%之範圍,最佳為約60重量%。重量百分比數據係基於一種成膜聚合物,或當存在二種以上成膜聚合物時,係基於所有成膜聚合物之總和。本發明之光硬化黏合劑的組成成分之總重量在此以及在下文中係表示所使用的(a)至少一種成膜聚合物、(b)至少一種環氧化合物與(c)至少一種光起始劑、以及視需要的其它任選存在之組成成分的總量,其係以重量百分比(重量%)的總和之形式被獲得。溶劑或水僅供用來製造,在這種考量下並不算在本發明之黏合劑或本發明之黏合膜的組成成分之總重量內。這也適用於可能已經包含在市售原料中的溶劑。
本發明之光硬化黏合劑係包含至少一種環氧化合物。依照專業知識理解,環氧化合物係帶有至少一個環氧乙烷(oxirane)基之化合物。其可為芳香族或脂肪族,特別是環脂族。環氧化合物可包含單體的環氧化合物以及寡聚物的環氧化合物或聚合物的環氧化合物。環氧化合物通常每分子平均具有二個環氧基,較佳為每分子大於二個環氧基。每分子的環氧基之「平均」數量係定義為含環氧化物的材料中的環氧基數除以存在的環氧基分子之總數。
寡聚物的或聚合物的環氧化合物主要包含具有封端的環氧基(例如聚氧伸烷基二醇的二環氧丙基醚)之線性聚合物、具有環氧乙烷骨架單元之聚合物(例如聚丁二烯-聚環氧化合物)、與具環氧基側基之聚合物(例如甲基丙烯酸環氧丙酯聚合物或共聚物)。藉由環氧樹脂與CTBN的反應會得到所謂的環氧基封端腈橡膠(ETBN)。市面上此種ETBN能自Huntsman International公司以商品名HYPRO ETBN,例如Hypro 1300X40 ETBN、Hypro 1300X63 ETBN與Hypro 1300X68 ETBN購得。
在本發明之光硬化黏合劑中所包含的至少一種環氧化合物或多種環氧化合物之分子量,可從58變動至約100,000 g/mol,其中分子量係調整動態黏度之重要控制變數。範例的環氧化合物係包含:環氧環己烷羧酸酯,像例如3,4-環氧環己烷甲酸-4-環氧環己基甲酯、3,4-環氧-2-甲基環己烷甲酸-3,4-環氧-2-甲基環己基甲酯、與己二酸雙(3,4-環氧-6-甲基-環己基甲酯)。環氧化合物的其它範例係揭示於例如US 3,117,099 A中。於實施本發明時特別有用的其它適合之環氧化合物係包含環氧丙基醚單體,像例如在US 3,018,262中所揭示者。範例為多元酚的環氧丙基醚,其係藉由多元酚與過量的氯醇(如環氧氯丙烷)之反應製得(例如2,2-雙(2,3-環氧丙氧基酚)丙烷之二環氧丙基醚)。特別是雙酚(像例如雙酚A(4,4’-(丙-2,2-二基)二酚)與雙酚F(雙(4-羥苯基)甲烷)之二環氧丙基醚。市售有各種分子量與聚集狀態之此種反應產物(例如所謂的1型至10型BADGE樹脂)。液態雙酚A-二環氧丙基醚之常見範例為Epikote 828、D.E.R.331與Epon 828。常見的固態BADGE樹脂為Araldite GT6071、GT7072、Epon 1001與D.E.R. 662。酚與環氧氯丙烷之其它反應產物為苯酚酚醛清漆樹脂與甲酚酚醛清漆樹脂,像例如Epiclon類型或Araldite EPN與ECN類型(例如ECN1273)。
於光硬化組成物的硬化反應期間環氧化合物之反應特別係藉由陽離子聚合通過環氧基進行。藉由環氧化合物能製造具有特別高的剪切強度之黏合劑。此外,交聯反應係能易於起始與處理。使用環氧化合物製造出的黏合劑於未硬化狀態下係具充分的儲存穩定性。
因此,較佳為本發明之光硬化黏合劑的至少一種環氧化合物係從包含以下之群組中所選出:環脂族環氧樹脂(如3’,4’-環氧環己烷甲酸-3,4-環氧環己基甲酯、雙酚A二環氧丙基醚)、BADGE樹脂、環氧基封端腈橡膠(ETBN)與環氧基封端丁二烯橡膠(EBN),特佳為3’,4’-環氧環己烷甲酸-3,4-環氧環己基甲酯。
再佳為本發明之光硬化黏合劑係包含二種以上環氧化合物(特別是環氧樹脂)之光硬化黏合劑,其中至少一種環氧化合物係一固體(特別是具有至少45°C的軟化溫度之固體)或一高黏度物質(較佳為在25°C具有50 Pa s以上,特佳為100 Pa s以上,更特佳為150 Pa s以上的動態黏度(依照DIN 53019-1測量;25°C、剪切速度1 s
-1))。
特佳為本發明之光硬化黏合劑係包含二種以上環氧化合物(特別是環氧樹脂)之光硬化黏合劑,其中至少一種環氧化合物於25°C為具40 Pa s以下,較佳為20 Pa s以下的動態黏度之液體,且至少一種環氧化合物於25°C為固體或具有50Pa s以上的動態黏度之高黏度物質。具液態環氧化合物與固態或高黏度的環氧化合物之光硬化黏合劑於為硬化狀態下表現出特別平衡的黏合性質。
在一較佳實施形態中,在本發明之光硬化黏合劑中的全部液態環氧化合物(其於25°C的動態黏度為40 Pa s以下)相對於全部固態環氧化合物(具有至少45°C之軟化溫度的固體或在25°C具有50 Pa s之動態黏度的高黏度物質)之重量比為1:10至10:1,更佳為1:5至5:1,特別是2:1至1:2。
在本發明之光硬化黏合劑中至少一種環氧化合物之比例,基於本發明之光硬化黏合劑的組成成分之總重量,通常係在20重量%至80重量%之範圍,較佳係在30重量%至75重量%。基於本發明之光硬化黏合劑的組成成分之總重量,環氧化合物更佳為在40重量%至70重量%之範圍,最佳為在40重量%至50重量%。上述重量百分比數據係基於一種環氧化合物,或當存在二種以上環氧化合物時,係基於所有環氧化合物之總和。
於本發明之光硬化黏合劑中,全部成膜聚合物相對於全部環氧化合物之重量比較佳為3:1至1:3,更佳為2:1至1:2,特別是1.5:1至1:1.5。
於本發明之光硬化黏合劑中所包含的光起始劑係包含一結構單元之錪鎓光起始劑,該結構單元係從包含以下結構單元之群組中所選出:
其中,
EWG與EZG係表示:各自獨立地為一拉電子基,像例如-CN或-COOH,
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9與R10係表示:各自獨立的從以下所選出的基:氫、烷基(較佳為C
1-5烷基)、環烷基、烷氧基(較佳為C
1-2烷氧基)、芳基(較佳為苯基或苯甲基)、鹵素基、氰基、硝基(-NO
2)、胺基(-NH
2)、羧基(-COOH)、酮基(=O)、羧酸酯基(COOR‘‘,其中R‘‘也是C
1-5烷基,較佳為甲基或乙基)、磺酸基(-SO
2H)或磺酸酯基(-SO
2R‘‘)。
本發明之光起始劑為具有錪鎓殘基之離子化合物或陽離子化合物。當然,其係包含相對離子或陰離子。此陰離子較佳係從包含以下之群組中所選出:六氟磷酸根離子(PF
6 -)、六氟銻酸根離子(SbF
6 -)、樟腦磺酸根離子、甲苯磺酸根離子、三氟甲磺酸根離子、肆(五氟苯基)硼酸根離子(B(C
6F
5)
4)與肆(五氟三級丁氧基)鋁酸根離子。已知光起始劑的陰離子之性質會影響反應速度以及陽離子聚合之反應。例如J.V. Crivello與R. Narayan在Chem. Mater. 1992, 4, 692中說明常見相對離子之反應性順序如下:SbF
6 -> AsF
6 -> PF
6 -> BF
4 -。其中,陰離子的反應性係取決於以下因素:(1)釋出的路易士酸或布忍斯特酸之酸度、(2) 離子對於增長的陽離子鏈中分離之程度、與(3)陰離子對氟化物摘取以及鏈終止之敏感性。陰離子特佳為六氟磷酸根離子(PF
6 -)與六氟銻酸根離子(SbF
6 -)。銻酸根離子基於其毒物學上的缺點,係特別避免在微電子應用中使用。具改善的毒物學性質之比較反應性的相對離子係肆(五氟苯基)硼酸根離子與肆(五氟三級丁氧基)鋁酸根離子與六氟磷酸根離子。
本發明之陽離子性錪鎓光起始劑係可UV活化的,即此化合物在透過富能量的輻射活化後分裂,其中一個以上的此碎片係路易士酸或布忍斯特酸,其會引發陽離子交聯反應。藉由光化幅射(特別是借助UV幅射,較佳係藉由藍色LED光或UV-LED光)之活化,於應用在黏合之情形,可在施用在接合零件之前或之後進行。在對UV為透明的基材之情形,活化也可在施用在黏合零件後進行。
發明人驚訝地發現,含環氧化物的黏合劑相對於常見的市售光起始劑系統(其在低於355 nm具有最高波長(局部)的吸收峰),能以此特殊的錪鎓光起始劑更加地硬化,即更高效節能地、更快地、特別是以更低的強度及/或更低的劑量硬化。此包含以上定義的結構單元之錪鎓光起始劑也是高效率的光起始劑。
發明人驚訝地確認到,此特殊的錪鎓光起始劑改善了硬化過程的堅固性,並減少了氧氣影響以及溫度影響。此外,因活化需要較低的幅射劑量,且其也不依附於強度,並因此能高效節能地活化,也就是以較低的強度與較低的劑量活化。發明人推測這是因為UV-光源的活化波長與光起始劑之最高波長(局部)的吸收峰(在355 nm與390 nm之間)匹配得更好、更可能地或更理想地最佳化的緣故。無意束縛於理論,發明人推測,此光起始劑的高效率使其在極短的時間內形成多個活化中心,其並非全部都能被干擾性親核基即時捕捉。一旦高反應性的超強酸引發陽離子聚合,要被弱親核基終止,現存的四級氧鎓離子的反應性便不再足夠。此效果使本發明之黏合劑與包含本發明之黏合劑的反應性膠帶一方面對弱親核的組成成分較不敏感,另一方面當然對於雜質也較不敏感。範例為實驗部分中所示的聚胺基甲酸酯系陽離子硬化型環氧黏合劑。此外,發明人觀察到,藉由此種特殊的錪鎓光起始劑,無論膜厚如何均能確保良好的活化。這點特別對於薄膜來說係有利的,因為基於在相關波長範圍內極高的吸收效率,所以能達到極短的循環時間,這點特別是對於包含本發明的光硬化黏合劑之反應性膠帶的商業製造來說有巨大優勢。
本發明之光硬化黏合劑的另一個優點為,就永續性與能源效率來說,由於吸收值高所以僅需要低劑量就能活化。傳統的光起始劑系統雖然可透過敏化劑或共起始劑來匹配典型的UV LED波長範圍(例如365 nm),但其係依附於強度並因此不如本發明之錪鎓光起始劑般高效節能,本發明之錪鎓光起始劑係不依附於強度,且以更低的強度與更低的劑量也能高效節能地被活化。
錪鎓光起始劑可包含任意種類的拉電子基來作為拉電子基(EWG或EZG)。此種拉電子基的範例為例如:鹵素、硝基(-NO
2)、醛(-CHO)、酮(-C=OR)、氰基(-CN)、羧酸(-COOH)或酯(-COOR‘‘)。拉電子基EWG及/或EZG(較佳為EWG及EZG)較佳係從包含以下之群組中所選出:-Br、-Cl、-I、-F、-CN、-NO
2、-NH
2、-COOR‘‘、COOH與SO
2Me。拉電子基特別係選自-CN、SO
2Me、COOMe與COOEt。
於第一實施形態中,本發明之光硬化黏合劑係包含一光起始劑,該光起始劑係包含一結構單元,該結構單元係從包含以下結構單元之群組中所選出:
其中,
EWG係表示:一拉電子基,像例如-CN或-COOH,
R1、R2、R3與R4係表示:各自獨立地從以下所選出的基:氫、烷基(較佳為C
1-5烷基)、環烷基、烷氧基(較佳為C
1-2烷氧基)、芳基(較佳為苯基或苯甲基)、鹵素基、氰基、硝基(-NO
2)、胺基(-NH
2)、羧基(-COOH)、酮基(=O)、羧酸酯基(COOR‘‘,其中R‘‘也是C
1-5烷基,較佳為甲基或乙基)、磺酸基(-SO
2H)或磺酸酯基(-SO
2R‘‘)。
於第一實施形態一較佳變體中,該光起始劑係包含一結構單元,該結構單元係從包含以下結構單元之群組中所選出:
其中,
EWG係表示:一拉電子基,像例如-CN或-COOH,
R1、R2與R4係表示:各自獨立地從以下所選出的基:氫、烷基(較佳為C
1-5烷基)、環烷基、烷氧基(較佳為C
1-2烷氧基)、芳基(較佳為苯基或苯甲基)、鹵素基、氰基、硝基(-NO
2)、胺基(-NH
2)、羧基(-COOH)、酮基(=O)、羧酸酯基(COOR‘‘)、磺酸基(-SO
2H)或磺酸酯基 (-SO
2R‘‘),
R‘‘係表示:各自獨立地選自C
1-5烷基,特別是較佳為甲基或乙基。
於第一實施形態一特佳變體中,該光起始劑係包含以下結構單元:
其中,
EWG係表示:一拉電子基,像例如-CN或-COOH,
R1與R2係表示:各自獨立地從以下所選出的基:氫、烷基(較佳為C
1-5烷基)、環烷基、烷氧基(較佳為C
1-2烷氧基)、芳基(較佳為苯基或苯甲基)、鹵素基、氰基、硝基(-NO
2)、胺基(-NH
2)、羧基(-COOH)、酮基(=O)、羧酸酯基(COOR‘‘)、磺酸基(-SO
2H)或磺酸酯基 (-SO
2R‘‘),
R‘‘係表示:各自獨立地選自C
1-5烷基,特別是較佳為甲基或乙基。
於第一實施形態一再更佳變體中,該光起始劑係包含以下結構單元:
其中,
R1與R2係表示:各自獨立地從以下所選出的基:氫、烷基(較佳為C
1-5烷基)、環烷基、烷氧基(較佳為C
1-2烷氧基)、芳基(較佳為苯基或苯甲基)、鹵素基、氰基、硝基(-NO
2)、胺基(-NH
2)、羧基(-COOH)、酮基(=O)、羧酸酯基(COOR‘‘)、磺酸基(-SO
2H)或磺酸酯基 (-SO
2R‘‘),
R‘‘係表示:各自獨立地選自C
1-5烷基,特別是較佳為甲基或乙基。
於第二實施形態中,本發明之光硬化黏合劑係包含一光起始劑,該光起始劑包含一結構單元,該結構單元係從包含以下結構單元之群組中所選出:
其中,
EWG係表示:一拉電子基,像例如-CN或-COOH,
R1、R2、R3、R4與R5係表示:各自獨立地從以下所選出的基:氫、烷基(較佳為C
1-5烷基)、環烷基、烷氧基(較佳為C
1-2烷氧基)、芳基(較佳為苯基或苯甲基)、鹵素基、氰基、硝基(-NO
2)、胺基(-NH
2)、羧基 (-COOH)、酮基(=O)、羧酸酯基(COOR‘‘,其中R‘‘也是C
1-5烷基,較佳為甲基或乙基)、磺酸基(-SO
2H)或磺酸酯基(-SO
2R‘‘)。
於第二實施形態一較佳變體中,該光起始劑係包含一結構單元,該結構單元係從包含以下結構單元之群組中所選出:
其中,
EWG係表示:一拉電子基,像例如-CN或-COOH,
R1、R2、R4與R5係表示:各自獨立地從以下所選出的基:氫、烷基(較佳為C
1-5烷基)、環烷基、烷氧基(較佳為C
1-2烷氧基)、芳基(較佳為苯基或苯甲基)、鹵素基、氰基、硝基(-NO
2)、胺基(-NH
2)、羧基(-COOH)、酮基(=O)、羧酸酯基(COOR‘‘)、磺酸基(-SO
2H)或磺酸酯基(-SO
2R‘‘);
R‘‘係表示:各自獨立地選自C
1-5烷基,特別是較佳為甲基或乙基。
於第二實施形態一特佳變體中,該光起始劑係包含以下結構單元之一:
其中,
R1、R2與R5係表示:各自獨立地從以下所選出的基:氫、烷基(較佳為C
1-5烷基)、環烷基、烷氧基(較佳為C
1-2烷氧基)、芳基(較佳為苯基或苯甲基)、鹵素基、氰基、硝基(-NO
2)、胺基(-NH
2)、羧基(-COOH)、酮基(=O)、羧酸酯基(COOR‘‘)、磺酸基(-SO
2H)或磺酸酯基 (-SO
2R‘‘);
R‘‘係表示:各自獨立地選自C
1-5烷基,特別是較佳為甲基或乙基。
於第三實施形態中,本發明之光硬化黏合劑係包含一光起始劑,該光起始劑係包含一結構單元,該結構單元係從包含以下結構單元之群組中所選出:
,
較佳為
,
其中,
EWG係表示:一拉電子基,像例如-CN或-COOH,
R1、R2、R3、R4與R5係表示:各自獨立地從以下所選出的基:氫、烷基(較佳為C
1-5烷基)、環烷基、烷氧基(較佳為C
1-2烷氧基)、芳基(較佳為苯基或苯甲基)、鹵素基、氰基、硝基(-NO
2)、胺基(-NH
2)、羧基(-COOH)、酮基(=O)、羧酸酯基(COOR‘‘)、磺酸基(-SO
2H)或磺酸酯基(-SO
2R‘‘)。
這些對稱的光起始劑依照發明人的見解,對於使用在本發明之光硬化黏合劑來說係具有極佳的應用性質,此外還特別容易生產,即特別省時且省成本地生產。
於第三實施形態一特佳變體中,EWG及/或R5(較佳為EWG及R5)係氰基。附加地或替代地,在第三實施形態一特佳變體中,R4係烷氧基,較佳為C
1-2烷氧基。再另外附加地或替代地,於第三實施形態一特佳變體中,R1、R2與R3係氫。
於第四實施形態中,本發明之光硬化黏合劑係包含一光起始劑,其係從包含以下之群組中所選出:
化合物1
陰離子;
化合物2
陰離子;
化合物3
陰離子;
化合物4
陰離子;
化合物5
陰離子;
化合物6
陰離子;
化合物7
陰離子;
化合物8
陰離子;
化合物9
陰離子;
化合物10
陰離子;與
化合物11
陰離子;
其中,陰離子係從包含以下之群組中所選出:六氟磷酸根離子(PF
6 -)、六氟銻酸根離子(SbF
6 -)、樟腦磺酸根離子、甲苯磺酸根離子、三氟甲磺酸根離子、肆(五氟苯基)硼酸根離子(B(C
6F
5)
4)與肆(五氟三級丁氧基)鋁酸根離子。較佳為該陰離子係從包含以下之群組中所選出:六氟磷酸根離子(PF
6 -)、肆(五氟三級丁氧基)鋁酸根離子、肆(五氟苯基)硼酸根離子(B(C
6F
5)
4)、與六氟銻酸根離子(SbF
6 -)。特佳係以六氟磷酸根離子、肆(五氟苯基)硼酸根離子(B(C
6F
5)
4)、與肆(五氟三級丁氧基)鋁酸根離子作為陰離子。
典型上本發明之光硬化黏合劑係包含一依照本發明構成之光起始劑,即包含一前面定義的結構單元之光起始劑。
視需要也可將其與一種以上其它光起始劑組合,使本發明之光硬化黏合劑包含二種以上光起始劑。藉由這樣與至少一種其它光起始劑組合,視情況能更加改善硬化過程與堅固性。此其它或這些其它的光起始劑可選自依據發明構成之錪鎓光起始劑,或者可選自現行技術之一般光起始劑。適合的光起始劑為現行技術已知的,而作為用於陽離子性的UV誘導硬化之起始劑,特別可使用基於鋶鎓、錪鎓與茂金屬的系統。對於基於鋶鎓的陽離子之範例,請參考US 6,908,722 B1中的內容。作為提供作為上述陽離子的相對離子之陰離子的範例,可舉出:四氟硼酸根離子、四苯基硼酸根離子、六氟磷酸根離子、過氯酸根離子、四氯鐵酸根離子、六氟砷酸根離子、六氟銻酸根離子、五氟羥基銻酸根離子、六氯銻酸根離子、肆(五氟苯基)硼酸根離子、肆(五氟甲基苯基)硼酸根離子、肆(全氟三級丁氧基)鋁酸根離子、雙(三氟甲基磺醯)胺、與參(三氟甲磺醯基)甲基化物。此外,特別是對基於錪鎓的起始劑,作為陰離子還可想到氯離子、溴離子或碘離子,但此時起始劑較佳實質上不含氯與溴。此種系統的一個強而有力的例子為例如六氟銻酸三苯基鋶鎓。
於本發明之光硬化黏合劑中的一種光起始劑之比例,或存在一種以上之情形之複數種光起始劑之比例,基於本發明之光硬化黏合劑的組成成分之總重量,典型上係在0.01重量%至5.0重量%之範圍內,較佳係在0.1重量%至3.0重量%之範圍內。基於本發明之光硬化黏合劑的組成成分之總重量,光起始劑更佳為在0.5重量%至2.0重量%之範圍,最佳為約1重量%。
本發明之光硬化黏合劑視需要可包含其它現行技術中已知的添加劑及/或助劑。基於本發明之光硬化黏合劑的組成成分之總重量,其它添加劑及/或助劑之比例可在0重量%至約20重量%之範圍內,較佳為在0重量%至約15重量%,更佳為在0重量%至約10重量%,最佳為在0重量%至約5重量%。作為其它添加劑及/或助劑,例如為:反應性單體、填料、染料、成核劑、其它光起始劑、流變添加劑(例如氣相二氧化矽)、發泡劑、增黏添加劑(助黏劑,特別是矽烷與增黏樹脂)、複合劑、塑化劑及/或抗老化劑、防曬劑與抗紫外線劑,例如以一級與二級抗氧化劑的形式。特佳的添加劑為矽烷助黏劑或放置時間添加劑。作為矽烷助黏劑例如為甲基丙烯酸3-三甲氧基矽基丙酯(CAS-No.:2530-85-0),能以產品名稱Dynasylan® MEMO (Evonik AG,德國,埃森)購得。適合的放置時間添加劑為聚乙二醇400(PEG 400)。
本發明之光硬化黏合劑可例如直接被使用作為黏合劑,其依照施用方法也能例如以帶狀形式提供。然而,以最便利的處理性之觀點來看,通常係在將本發明之光硬化黏合劑使用作為單面或雙面膠帶(其還包含一基材(backing)層)的黏合層時會得到最佳結果。或者,可將本發明之光硬化黏合劑使用作為沒有基材層的黏合層或膠膜,也就是無基材轉移膠帶。
因此,本發明還關於一種膠帶,特別是反應性膠帶,其係包含本發明之光硬化黏合劑作為黏合層。於一實施形態中,本發明係關於一種光硬化的反應性膠帶,其係包含如申請專利範圍中所述之本發明之光硬化黏合劑作為黏合層。於一較佳實施形態中,該光硬化的反應性膠帶之特徵為:該膠帶除了黏合層以外還包含一基材層。這包括包含至少一個外層係由本發明之光硬化黏合劑所構成之單面膠帶還有雙面膠帶。於另一實施形態中,光硬化的反應性膠帶之特徵為:該膠帶係無基材的(經發泡與未發泡的)轉移膠帶。
術語「膠帶」對於黏合技術領域之專業人士來說很清楚。於本發明中,術語「帶」係指所有薄的、平面的結構體,即在兩個維度具有主要伸度之結構體,特別是薄膜、薄膜切片與標籤,較佳為具有延伸的長度與受限的寬度之帶以及相應的帶切段。
基材層大多係指此種多層膠帶中實質上決定膠帶的機械與物理性質(像例如抗撕強度、延展性、絕緣性或彈性)之層。常見的基材材料係專業人士所熟知,例如為梭織物、多軸編織物(non-crimp fabric)與塑膠膜(例如PET膜與聚烯烴膜)。但基材層也可本身為壓敏黏著性的。
於本發明之膠帶中黏合層可覆蓋所謂的離型紙以便傳輸、儲藏或沖壓。此離型紙能例如實現無問題地解卷,並保護壓敏性黏合劑免於汙染。此種離型紙通常係由單面或雙面矽化的塑膠膜(例如PET或PP)或矽化紙基材。
於膠帶中由本發明之光硬化黏合劑所構成的黏合層之層厚較佳為5 µm至400 µm。更佳為層厚在10 µm至300 µm,再更佳為層厚在30 µm至200 µm,最佳為層厚在50 µm至110 µm。更高的層厚(例如至高1000 µm)為可想到的,並能以本發明之光硬化黏合劑實現。在組裝具較大的間隙之組件時尤其如此。此時較佳的層厚係至高1000 µm,更佳為至高900µm,以及再更佳為至高800 µm。此種膠帶通常在內部設有基材層以確保硬化前的內部強度,因此在特殊情形會需要活化兩面。
從本發明之光硬化黏合劑與本發明之膠帶開始,接下來要揭示本發明之光硬化黏合劑或本發明之膠帶之用途,其係較佳於室溫,藉由光硬化黏合劑之硬化,來用於黏合兩個以上組件或基材。
本發明之使用本發明之光硬化反應性膠帶(較佳於室溫)來黏合兩個基材之方法係包含下列步驟:
A) 將光硬化反應性膠帶施用在一第一基材上。
B) 藉由照射UV光,較佳為UV-LED燈的UV光,來活化光硬化反應性膠帶。
C) 將一第二基材接合至該活化的膠帶上。
於此方法中,較佳係以365 nm或385 nm之波長輻照,更佳係以365 nm 輻照。相應的UV-LED燈可購自專業零售商,例如Hönle公司的LED Cube(Dr. Hönle AG,德國,吉爾興)。本發明之方法的特徵為:該活化係少於45秒,較佳為少於30秒,更佳為少於15秒,再更佳為少於10秒,特別是少於7秒。特別是已證實在此方法中少於15秒或10秒之活化時間/輻照時間係非常合適的,且其係特別有利的,因為在工業製程中能實現極短的循環時間。
本發明另一客體為一種本發明之反應性膠帶之用途,其係在電子、光學或精密機械裝置,特別是在可攜式的電子、光學或精密機械裝置之製造中作為黏合材料。
此種可攜式裝置特別有:
照相機、數位攝影機、攝影配件(如測光錶、閃光燈、快門、相機殼、鏡頭等)、底片相機、攝影機、小電腦(行動電腦、袖珍型電腦、袖珍型計算機)、膝上型電腦、筆記型電腦、輕省筆電、超輕薄筆電、平板電腦、掌上電腦(handheld)、電子行事曆與記事簿(所謂的「電子記事簿」或「個人數位助理」、PDA、掌上電腦(palmtop))、數據機;
用於電子裝置之電腦配件與控制單元,如滑鼠、數字鍵盤、繪圖板、麥克風、喇叭、遊戲主機、遊戲手把、無線控制器、遙控器、觸控板(Touchpad);
監視器、顯示器、螢幕、觸摸感應型螢幕(傳感螢幕、「觸控螢幕裝置」)、投影機;
電子書(E-Books)的閱讀裝置;
小型電視、口袋型電視、膠捲播放裝置、錄影帶播放裝置、收音機(還有小型與袖珍收音機)、Walkmen、Discmen、用於例如CD、DVD、藍光、卡帶、USB、MP3之音樂播放裝置、耳機、無線電話、行動電話、智慧型手機、雙向無線電、免持聽筒、傳呼機(呼叫器、BB.Call);
行動式心臟去顫器、血糖測量裝置、血壓測量裝置、計步器、心律監測器;
手電筒、雷射筆;
移動探測器、光學放大裝置、遠距離觀察裝置、夜視裝置、GPS裝置、導航裝置、衛星通訊的可攜式介面裝置;
資料儲存裝置(USB隨身碟、外接硬碟、記憶卡);與腕錶、數位手錶、懷錶、鍊條手錶、碼錶。
於本發明中係揭示一種光硬化黏合劑,其依照發明人的評量係更特佳的,而其以較佳實施形態來說係能以類似本發明之光硬化黏合劑的上述特徵,特別是依照申請專利範圍附屬向中所定義之特徵來實施。也就是說係揭示一種光硬化黏合劑,其係包含(aa)至少一種成膜聚合物、(bb)至少一種環氧化合物與(cc)至少一種光起始劑,其特徵為:該光起始劑(cc)係包含以下結構單元:
其中R4與EWG可形成一個環,且其中:
R與R‘係表示:R為一錪鎓基 -I+-Ph,且R‘係定義如R1,或者R‘為一錪鎓基 -I+-Ph且R係定義如R1,
EWG係表示:一拉電子基,像例如-CN或-COOH,
R1、R2、R3與R4係表示:各自獨立地從以下所選出的基:氫、烷基(較佳為C
1-5烷基)、環烷基、烷氧基(較佳為C
1-2烷氧基)、芳基(較佳為苯基或苯甲基)、鹵素基、氰基、硝基(-NO
2)、胺基(-NH
2)、羧基(-COOH)、酮基(=O)、羧酸酯基(COOR‘‘,其中R‘‘也是C
1-5烷基,較佳為甲基或乙基)、磺酸基(-SO
2H)或磺酸酯基 (-SO
2R‘‘)。
相應揭示的光硬化黏合劑在以下情形係特佳的:
i) 其中,該拉電子基EWG係選自:-Br、-Cl、-I、-F、-CN、-NO
2、-NH
2、-COOR‘‘、COOH與SO
2Me;及/或
ii) 其中,R為一錪鎓基-I+-Ph且R‘係定義如EWG;及/或
iii) 其中,R為一錪鎓基-I+-Ph且R‘係定義如EWG,且R3為C
1-2烷氧基;及/或
iv) 其中,R為一錪鎓基-I+-Ph且R‘係定義如EWG,且EWG為一氰基,且R3與R4為一C
1-2烷氧基;及/或
v) 其中,R為一錪鎓基-I+-Ph且R‘為一氰基,且EWG為一氰基,且R3與R4為C
1-2烷氧基;及/或
vi) 其中,R‘為一錪鎓基-I+-Ph且R係定義如R1;及/或
vii) 其中,R‘為一錪鎓基-I+-Ph且R係定義如R1,且R3為一C
1-2烷氧基;及/或
viii) 其中,該至少一個環氧化合物(bb)係從包含以下之群組中所選出:3’,4’-環氧環己烷甲酸-3,4-環氧環己基甲酯、雙酚A二環氧丙基醚、BADGE樹脂、環氧基封端腈橡膠與環氧基封端丁二烯橡膠。
以上揭示的光硬化黏合劑係適合使用在光硬化反應性膠帶中以及在用於黏合兩個基材之方法中,如以上所揭示般。
實驗部分:
以下參照實驗進一步解釋並說明本發明之較佳實施形態。所使用的成分Desmomelt 530、Levamelt 700、Kurarity LA2250、Uvacure 1500與Irgacure PAG 290係購自括號中所列的公司。錪鎓光起始劑六氟磷酸7-乙氧基-4-甲基香豆素-3-基苯基錪鎓(化合物1)以及化合物2至11與具有從包含以下結構單元之群組中所選出的結構單元之光起始劑,可依照PL 216188 B1, PL 216110 B1與PL 238030 B1中所揭示的規範(或類似方法)來製造:
(如之前以及申請專利範圍中所述)。
表1-黏合劑組成物,所有數據單位為重量份
*於輻照下的基材溫度為30°C
**鋼材,依照ISO 29862:2007 (方法3),如之前所述
K1 | K2 | K3 | K4 | K5 | V1 | V2 | V3 | |
Desmomelt 530 (大致上為線形的、高度結晶之聚胺基甲酸酯彈性體,Covestro) | 70 | 70 | 70 | 70 | 70 | |||
Levamelt 700 (具有70重量%的醋酸乙烯酯之乙烯/醋酸乙烯酯共聚物,Arlanxeo) | 50 | 50 | ||||||
Kurarity LA2250 (丙烯酸酯嵌段共聚物;具有低PMMA含量之聚(MMA-嵌段‐n‐BA-嵌段‐MMA),Kuraray) | 50 | |||||||
Uvacure 1500 (3’,4’-環氧環己烷甲酸-3,4-環氧環己基甲酯,Solvay) | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | |||
Epikote 828 (中等黏度的液態環氧樹脂,由雙酚A樹脂與環氧氯丙烷製成) | 30 | 30 | 30 | |||||
Araldite GT 7072 (基於雙酚A之固體、未改質環氧樹脂) | 20 | 20 | 20 | |||||
六氟磷酸 (7-乙氧基-4-甲基香豆素-3-基)苯基錪鎓 (化合物1) | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||
Irgacure PAG 290 (肆(五氟苯基)硼酸參(4-(4-乙烯基苯基)硫苯基)鋶鎓,BASF) | 0.5 | 2 | ||||||
Speedcure 937 (六氟銻酸錪鎓) | 1 | |||||||
Irgacure 651 (2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙-1-酮,敏化劑) | 1,5 | |||||||
鎓鹽的吸收峰[nm] | 351 | 351 | 351 | 351 | 351 | 319 | 319 | <300 |
輻照 [mJ/cm 2] | 3800 | 3800 | 3800 | 3800 | 3800 | 3800 | 3800 | 3800 |
膠膜的層厚 [µm] | 100 | 200 | 400 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
硬化時間 [h(小時)或d(天)] | 24h | 24h | 72h | 24h | 24h | >21d | 10d | 48h* |
硬化前黏著力 [N/cm] | >1 | >1 | >1 | >1 | >1 | >1 | >1 | >1 |
黏合劑之製造係在實驗室中藉由在23°C將Desmomelt 530、Levamelt 700或Kurarity LA2250溶解於丁酮中進行。接下來,對所得到的聚合物溶液加入如表1中所列之環氧樹脂與光起始劑。為了製造黏合劑層,藉由一實驗室塗抹裝置將所得到的各種黏合劑混合物之溶液塗布至一常規離型紙(矽化聚酯膜)上並乾燥。乾燥均先以室溫進行10分鐘,然後於一實驗室乾燥箱中以105°C進行10分鐘。乾燥後的黏合劑層厚為100 ± 10 µm。經乾燥的黏合劑層均在乾燥後立即以一第二離型紙(具更低的離型力之矽化聚酯膜)積層至開放的面上。較高的層厚係藉由將較薄的層基材在一起而得到。200 µm的層厚係藉由將二個100 µm厚的層積層在一起而得到,而400 µm厚的薄膜係藉由將二個依照以上方法製成的200 µm積層體積層在一起而得到。輻照係藉由Höhnle 的UV-LED以365 nm用表中所列的劑量與時間進行。
硬化時間係藉由手指初期黏著力測量來測定。由於本發明之黏合劑在未硬化狀態還有在部分硬化狀態係壓敏黏著性的,所以硬化時間係作為黏合劑在以丁腈橡膠手套保護的手指上沒有表現出壓敏黏著性之時間來測定。於輻照前以紅外線溫度測量裝置測量之基材溫度,除非明確地提及,否則均為23°C,以及空氣濕度為50% r.F.。於改變基材溫度的量測系列中,係將基材帶到相應的溫度並在輻照時放置在相應溫度之4 cm厚的鋼板上,以盡可能長時間地保持該溫度。
通過將實施例K1與比較例V1與V2對比,很好地顯示出本發明之光硬化黏合劑的高效節能之活化的有利效果。相較於本發明之實施例K1,比較例V1與V2係包含傳統的陽離子起始劑系統,即在約319 nm具有吸收封之Irgacure PAG 290。由於光起始劑之不同的分子量,明顯較重的Irgacure PAG 290 (分子量1393.0)也以兩倍的量加入以進行比較。0.5份和極高濃度的2份之Irgacure PAG 290都會導致硬化大幅減緩。於比較例1中即使在21天後還是可以識別出明顯的環氧化物信號,同時具有更高比例的Irgacure PAG 290之比較例2,也是在7天後才完全完成硬化。相較於此,以化合物1作為光起始劑的本發明之實施例K1顯示硬化在24小時後就已經完全完成。為了像K1一樣快地將組成物V1或V2硬化,必須使用更高的輻射劑量。也就是說特殊的錪鎓光起始劑之使用帶來更高效節能的活化。本發明之實施例V2與V3顯示,即使是厚層,硬化也像在K1中的薄層一樣快速作用。
實施例K4與K5確認到,即使是使用其它基質聚合物也能展現出本發明之光硬化黏合劑的上述優點與結果。示範性選擇Levamelt 700來代表乙烯/醋酸乙烯酯共聚物之類別,以及示範性選擇丙烯酸酯嵌段共聚物Kurarity LA2550來代表聚丙烯酸酯之類別。對於以能用LED光源硬化之堅固黏合劑提供的本發明之效果來說,聚合物基質之選擇並非關鍵。其會影響黏合的黏合強度、彈性與其它性質。
表2-藉由不同的輻照時間改變強度
ü:48小時後硬化 (於23°C) û:未硬化
(恆定) 劑量為3800 mJ/cm 2 | 輻照時間 [s] | |||
5 | 10 | 30 | 60 | |
實施例K1 | ü | ü | ü | ü |
實施例K4 | ü | ü | ü | ü |
實施例K5 | ü | ü | ü | ü |
表2顯示,本發明之光硬化黏合劑於恆定劑量下,與達到劑量的時間範圍(此處為5秒至60秒)無關(也就是在可變強度下),均在48小時內硬化。這讓使用者能使用現有的UV設備,不必特別選擇匹配膠帶的強度範圍。
表3-溫度依附性
ü:48小時後硬化(於23°C) û:未硬化
(恆定) 劑量為3800 mJ/cm 2 | 於活化時的基材溫度[°C] | ||
10 | 23 | 30 | |
實施例 K1 | ü | ü | ü |
比較例 V3 | û | ü | ü |
表3顯示將基材溫度(也就是開始照射UV時的膠膜溫度)從10°C通過20°C變化到30°C之測試系列的結果。由於本發明之光起始劑為直接光起始劑,所以起始溫度對於硬化過程來說不重要。相對於此,具敏化劑系統(Irgacure 651加上錪鎓光起始劑)之比較例(V3)在較低的溫度並未硬化,即使是在輻照後溫度重新升高至23°C也一樣。無意受理論束縛,申請人推測,自由基重組於低溫下因在系統中的移動性降低而大幅增加,並因此與錪鎓光起始劑的氧化還原反應較少發生。
無
無。
無。
Claims (17)
- 一種光硬化黏合劑,其係包含(a)至少一種成膜聚合物、(b)至少一種環氧化合物、與(c)至少一種光起始劑,其中該光起始劑(c)係包含一結構單元,該結構單元係從包含以下結構單元之群組中所選出: 其中, EWG與EZG係表示:各自獨立地為一拉電子基,像例如-CN或-COOH, R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9與R10係表示:各自獨立的從以下所選出的基:氫、烷基(較佳為C 1-5烷基)、環烷基、烷氧基(較佳為C 1-2烷氧基)、芳基(較佳為苯基或苯甲基)、鹵素基、氰基、硝基(-NO 2)、胺基(-NH 2)、羧基(-COOH)、酮基(=O)、羧酸酯基(COOR‘‘,其中R‘‘也是C 1-5烷基,較佳為甲基或乙基)、磺酸基(-SO 2H)或磺酸酯基(-SO 2R‘‘)。
- 如請求項1之光硬化黏合劑,其中該拉電子基EWG係從-Br、-Cl、-I、-F、-CN、-NO 2、-NH 2、-COOR‘‘、COOH與SO 2Me所選出,及/或該拉電子基EZG係從-Br、-Cl、-I、-F、-CN、-NO 2、-NH 2、-COOR‘‘、COOH與SO 2Me所選出。
- 如請求項1或2之光硬化黏合劑,其中該光起始劑(c)係包含一結構單元,該結構單元係從包含以下結構單元之群組中所選出: 其中EWG、R1、R2、R3與R4係如請求項1中所定義。
- 如請求項3之光硬化黏合劑,其中該光起始劑(c)係包含一結構單元,該結構單元係從包含以下結構單元之群組中所選出: 其中EWG、R1、R2、R4與R‘‘係如請求項1中所定義,且R‘‘較佳為甲基或乙基。
- 如請求項3或4之光硬化黏合劑,其中該光起始劑(c)係包含以下結構單元: 其中EWG、R1、R2與R‘‘係如請求項1中所定義,且R‘‘較佳為甲基或乙基。
- 如請求項2至5中任一項之光硬化黏合劑,其中該光起始劑(c)係包含以下結構單元: 其中R1、R2與R‘‘係如請求項1中所定義,且R‘‘較佳為甲基或乙基。
- 如請求項1或2之光硬化黏合劑,其中該光起始劑(c)係包含一結構單元,該結構單元係從包含以下結構單元之群組中所選出: 其中EWG、R1、R2、R3、R4與R5係如請求項1中所定義。
- 如請求項7之光硬化黏合劑,其中該光起始劑(c)係包含一結構單元,該結構單元係從包含以下結構單元之群組中所選出: 其中EWG、R1、R2、R4、R5與R‘‘係如請求項1中所定義,且R‘‘較佳為甲基或乙基。
- 如請求項7或8之光硬化黏合劑,其中該光起始劑(c)係包含以下結構單元之一: 其中R1、R2、R5與R‘‘係如請求項1中所定義,且R‘‘較佳為甲基或乙基。
- 如請求項1或2之光硬化黏合劑,其中該光起始劑(c)係包含一結構單元,該結構單元係從包含以下結構單元之群組中所選出: 其中EWG、R1、R2、R3、R4與R5係如請求項1中所定義。
- 如請求項1或2之光硬化黏合劑,其中該光起始劑(c)係從包含以下化合物之群組中所選出: 化合物1 陰離子; 化合物2 陰離子; 化合物3 陰離子; 化合物4 陰離子; 化合物5 陰離子; 化合物6 陰離子; 化合物7 陰離子; 化合物8 陰離子; 化合物9 陰離子; 化合物10 陰離子;與 化合物11 陰離子; 其中該陰離子係從包含以下之群組中所選出:六氟磷酸根離子(PF 6 -)、六氟銻酸根離子(SbF 6 -)、樟腦磺酸根離子、甲苯磺酸根離子、三氟甲磺酸根離子、肆(五氟苯基)硼酸根離子(B(C 6F 5) 4)與肆(五氟三級丁氧基)鋁酸根離子與肆(五氟苯基)硼酸根離子;特別係從六氟磷酸根離子(PF 6 -)、肆(五氟苯基)硼酸根離子(B(C 6F 5) 4)與肆(五氟三級丁氧基)鋁酸根離子與六氟銻酸根離子(SbF 6 -)中所選出。
- 如請求項1至11中任一項之光硬化黏合劑,其中該至少一種成膜聚合物(a)係選自:聚胺基甲酸酯、腈橡膠、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、聚醯胺或共聚醯胺、聚酯或共聚酯、與自由基聚合之聚合物。
- 如請求項1至12中任一項之光硬化黏合劑,其中該至少一種環氧化合物(b)係從包含以下之群組中所選出:3’,4’-環氧環己烷甲酸-3,4-環氧環己基甲酯、雙酚A二環氧丙基醚、BADGE樹脂、環氧基封端腈橡膠與環氧基封端丁二烯橡膠。
- 一種光硬化反應性膠帶,其係包含如請求項1至13中任一項之光硬化黏合劑作為黏合層。
- 如請求項14之光硬化反應性膠帶,其中該膠帶除了黏合層以外還包含一基材層。
- 一種使用如請求項14或15之光硬化反應性膠帶來黏合兩個基材之方法,其係包含以下步驟: A) 將該光硬化反應性膠帶施用於一第一基材上, B) 通過照射UV光(較佳為UV-LED燈的UV光)來活化該光硬化反應性膠帶, C) 將一第二基材接合至該活化的膠帶上。
- 如請求項16之方法,其中該活化係持續少於45秒,較佳為少於30秒。
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