WO2021157668A1 - 高分子化合物、高分子化合物の製造方法、接着剤組成物、硬化物、接着剤組成物の製造方法および接着力の調整方法 - Google Patents

高分子化合物、高分子化合物の製造方法、接着剤組成物、硬化物、接着剤組成物の製造方法および接着力の調整方法 Download PDF

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    • C09J2433/00Presence of (meth)acrylic polymer

Definitions

  • R 4 is a linear alkyl group
  • the polymer compound has better flexibility when it has two or more carbon atoms, and as a result, it is better when applied to an adhesive composition.
  • R 4 is a linear alkyl group and the number of carbon atoms is 9 or less
  • the polymer compound has more excellent rigidity, and as a result, when applied to an adhesive composition, the polymer compound becomes more rigid. Has excellent adhesiveness.
  • the composition containing the present polymer compound and a solvent can be applied to an adhesive composition, particularly a hydrophilic surface.
  • an adhesive composition can be used as an adhesive composition.
  • the solvent is removed to form a film (adhesive layer), so that the support and the adhesive layer are laminated.
  • an adhesive tape or the like can be used as an adhesive tape or the like.
  • the method for obtaining the adhesive composition is not particularly limited, and examples thereof include a method of mixing the present polymer compound with a solvent.
  • the solvent is not particularly limited as long as it can disperse the present polymer compound.
  • the content of the solvent is not particularly limited, and for example, it may be prepared so that the solid content in the adhesive composition is 0.1 to 99% by mass.
  • the method of esterification reaction is not particularly limited, and a known method can be used.
  • the esterification method include a method of reacting a carboxy group of a silicic acid derivative with a hydroxy group of a hydroxy group-containing (meth) acrylate compound in the presence of an acid catalyst (hereinafter, also referred to as “method 1”). Further, a method of reacting the carboxy group of the silicic acid derivative with the hydroxy group of the hydroxy group-containing (meth) acrylate compound in the presence of a dehydration condensing agent (hereinafter, also referred to as “method 2”) and the like can be mentioned. Of these, Method 2 is preferable in that a polymer compound can be obtained more easily.
  • the dehydration condensing agent used in Method 2 is not particularly limited as long as it is generally used in the esterification reaction, and is, for example, 1,3-dicyclohexylcarbodiimide (DCC), 1,3-diisopropylcarbodiimide, 1 , 3-Di- (2-butyl) carbodiimide, 1-t-butyl-3-ethylcarbodiimide, 1- (2-butyl) -3-ethylcarbodiimide, and 1- (3-dimethylaminopropyl) -3- Ethylcarbodiimide or the like can be used.
  • DCC 1,3-dicyclohexylcarbodiimide
  • 1,3-diisopropylcarbodiimide 1,3-diisopropylcarbodiimide
  • 1 3-Di- (2-butyl) carbodiimide
  • 1-t-butyl-3-ethylcarbodiimide 1- (2-but
  • the silyl ether protecting group includes a trimethylsilyl group (TMS, * -Si (CH 3 ) 3 ), a t-butyldimethylsilyl group (TBDMS, Si (CH 3 ) 2 C (CH 3 ) 3 ), and a butyldiphenylsilyl group. (TBDPS), triisopropylsilyl group (TIPS) and the like.
  • the protective agent used in this step is not particularly limited, and a known protective agent may be used depending on the type of protecting group. Further, the reaction conditions may be appropriately adjusted according to the type of protective agent.
  • the types of protective agents and reaction conditions include, for example, Protective Groups in Organic Synthesis 4th Edition (John Willy and Sons Publishing) p. It is described in 367-430 (PROTECTIVE GROUPS in ORGANIC SYNTHESIS 4th Ed. (JOHN WILEY & SONS) p. 367-430) for each type of protecting group and can be referred to.
  • the shear strength was improved from 4.12 MPa to 9.00 MPa or more for copper, 4.51 MPa to 8.56 MPa for carbon, and 1.38 MPa to 5.45 MPa for wood.
  • Plastics are generally difficult to bond with high adhesives, but adhesives containing P (AEDPA-co-EHMA) show remarkable adhesiveness, especially under light irradiation. It was confirmed that the shear strength was significantly improved, such as improvement from 1.30 MPa to 2.85 MPa.
  • the storage modulus (G') is higher than the loss modulus (G ′′) over the entire frequency range in all three poly (AEDPA-co-EHMA) samples, and the storage modulus (G') is obtained by UV irradiation for 20 minutes. ) Increased by an order of magnitude.
  • This decrease in volume leads to an increase in the number of catechols (catechol density) per unit area of the material surface adhering to the base material, and is considered to contribute to the improvement of adhesive strength.
  • the adhesive composition containing a dimer in which the double bond adjacent to R 1 in the above formula 1A is cleaved and bonded to each other has a reversible H bond in the catechol structure by UV. Is formed, and the adhesive performance is improved. Its adhesive strength is comparable to that of commercially available cyanoacrylate-based instant adhesives. As described above, the adhesive composition of the present invention has the characteristics that strong adhesive strength can be realized and the adhesive strength can be reversibly adjusted.

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Abstract

下記式1Aで表される繰り返し単位を有する高分子化合物。 (式1A中、Zは水素原子、又は、1価の基を表し、Rは式1Bで表される基を表し、Lは2価の基を表し、nは1以上の整数を表し、式1B中、Lは単結合、又は、2価の基を表し、Rはヒドロキシ基、及び、*-ORで表される基からなる群より選択される基を表し、Rはヘテロ原子を有してもよい炭化水素基を表し、複数あるRは互いに結合して環を形成してもよく、*は結合位置を表し、mは1~5の整数を表し、複数あるL、及び、Rはそれぞれ同一でも異なってもよい。)

Description

高分子化合物、高分子化合物の製造方法、接着剤組成物、硬化物、接着剤組成物の製造方法および接着力の調整方法
 本発明は、高分子化合物、高分子化合物の製造方法、接着剤組成物、硬化物、接着剤組成物の製造方法および接着力の調整方法に関する。
 アクリル系重合体、又は、メタアクリル系重合体を用いた接着剤組成物が知られている。このような接着剤組成物として、特許文献1には、「アルキル(メタ)アクリレートエステルであって、前記アルキル基が、4~18個の炭素原子を有する、アルキル(メタ)アクリレートエステルと、親水性共重合性モノマーと、フリーラジカル生成開始剤と、を含む、接着剤組成物であって、前記接着剤組成物が、約25℃~約100℃の温度にて約0.5~約1.0のタンデルタ値を保持する、接着剤組成物。」が記載されている。
特開2017-125195号公報
 本発明は、接着剤組成物に適用した際、優れた接着性を有する接着剤組成物が得られる(以下、単に「本発明の効果を有する」ともいう。)高分子化合物を提供することを課題とする。また、本発明は、高分子化合物の製造方法、接着剤組成物、硬化物、接着剤組成物の製造方法および接着力の調整方法を提供することも課題とする。
 本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、以下の構成により上記課題を達成することができることを見出した。
 [1] 後述する式1Aで表される繰り返し単位を有する高分子化合物。
 [2] 後述する式1Bで表される基が、後述する式1B′で表される基である、[1]に記載の高分子化合物。
 [3] 後述する式1A中のLが、炭素数1~20個の、直鎖状、又は、分岐鎖状のアルキレン基である、[1]又は[2]に記載の高分子化合物。
 [4] 後述する式1A中のLが炭素数1~6個の直鎖状のアルキレン基である、[1]~[3]のいずれかに記載の高分子化合物。
 [5] 後述する式1A中のnが1である、[1]~[4]のいずれかに記載の高分子化合物。
 [6] 後述する式1A中のZが水素原子である、[1]~[5]のいずれかに記載の高分子化合物。
 [7] 後述する式1Bで表される基が、*を結合位置としたとき、後述する式2a~2gからなる群より選択される少なくとも1つの基である、[1]~[6]のいずれかに記載の高分子化合物。
[8] 更に、後述する式2で表される繰り返し単位を有する[1]~[7]のいずれかに記載の高分子化合物。
[9] 後述する式2中のZがメチル基である、[8]に記載の高分子化合物。
[10] 後述する式2中のRが炭素数1~10個の直鎖状、又は、分岐鎖状のアルキル基である、[8]又は[9]に記載の高分子化合物。
[11] 後述する式1Aで表される繰り返し単位の含有量が、全繰り返し単位を100モル%としたとき、30モル%以下である、[1]~[10]のいずれかに記載の高分子化合物。
[12] [1]~[11]のいずれかに記載の高分子化合物を製造するための高分子化合物の製造方法であって、後述する式3で表される化合物と、後述する式4で表されるヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート化合物とのエステル化反応により、後述する式5で表される単量体Aを合成することと、上記単量体Aを重合させ、上記高分子化合物を得ることと、を含む高分子化合物の製造方法。
[13] 後述する式3で表される化合物が、クマル酸、コーヒー酸、2,5-ジヒドロケイ皮酸、3,5-ジヒドロケイ皮酸、シナピン酸、フェルラ酸、2,3-ジヒドロケイ皮酸、及び、これらの誘導体からなる群より選択される少なくとも1種の化合物である、[12]に記載の高分子化合物の製造方法。
[14] [2]に記載の高分子化合物を製造するための高分子化合物の製造方法であって、後述する式3′で表される化合物と、後述する式4′で表されるヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート化合物とのエステル化反応により、後述する式5′で表される単量体Bを合成することと、上記単量体Bのヒドロキシ基と保護化剤とを反応させ、保護されたヒドロキシ基を有する後述する式6′で表される単量体Cを合成することと、上記単量体Cを重合させて、後述する式7′で表される高分子化合物前駆体を合成することと、上記高分子化合物前駆体の上記保護されたヒドロキシ基を脱保護して、上記高分子化合物を得ることと、を含む、高分子化合物の製造方法。
[15] 後述する式3′で表される化合物が、クマル酸、コーヒー酸、2,5-ジヒドロケイ皮酸、3,5-ジヒドロケイ皮酸、シナピン酸、フェルラ酸、2,3-ジヒドロケイ皮酸、及び、これらの誘導体からなる群より選択される少なくとも1種の化合物である、[14]に記載の高分子化合物の製造方法。
[16] 上記保護基が、エーテル系保護基、シリルエーテル系保護基、エステル系保護基、カーボネート系保護基、カルバメート系保護基、ホスフィナート系保護基、及び、スルホナート系保護基からなる群より選択される少なくとも1種である、[14]又は[15]に記載の高分子化合物の製造方法。
[17] 上記保護基が、上記カーボネート系保護基である[14]~[16]のいずれかに記載の高分子化合物の製造方法。
[18] 上記保護化剤が、ピロ炭酸ジ-tert-ブチルである、[14]に記載の高分子化合物の製造方法。
[19] [1]~[11]のいずれかに記載の高分子化合物を2つ含む二量体であって、
 2つの前記高分子化合物は、前記式1A中のRに隣接する二重結合が開裂して互いに結合している、二量体。
[20] [1]~[11]のいずれかに記載の高分子化合物を含有する接着剤組成物。
[21] [1]~[11]のいずれかに記載の高分子化合物からなる単量体と、[19]に記載の二量体とを含有する、接着剤組成物。
[22] 架橋密度が10000~20000mol/cmである、[21]に記載の接着剤組成物。
[23] 300~700nmの紫外線を照射した場合に架橋密度が増加し、前記照射の後、200~300nmの紫外線を照射した場合に、架橋密度が減少する、[20]に記載の接着剤組成物。
[24] 300~700nmの紫外線を照射した場合の架橋密度に対し、200~300nmの紫外線を照射した場合の架橋密度が30%以下である、[23]に記載の接着剤組成物。
[25] 300~700nmの紫外線を照射した場合の架橋密度が10000~20000mol/cmであり、200~300nmの紫外線を照射した場合の架橋密度が3000~6000mol/cmである、[23]に記載の接着剤組成物。
[26] [20]~[25]のいずれか1項に記載の接着剤組成物を硬化させて得られた硬化物。
[27] [21]に記載の接着剤組成物の製造方法であって、[20]に記載の接着剤組成物に紫外線を照射する工程を含む、接着剤組成物の製造方法。
[28] [20]に記載の接着剤組成物に、紫外線を1回以上照射する工程を含む、接着力の調整方法。
 本発明の高分子化合物によれば、接着剤組成物に適用した際、優れた接着性を有する接着剤組成物、その硬化物が得られる。また、本発明の高分子化合物の製造方法によれば、上記高分子化合物などを製造することができる。
 本発明の二量体によれば、接着剤組成物に適用した際、より優れた接着性を有する接着剤組成物、その硬化物が得られる。
 さらに、本発明の接着剤組成物は、紫外線を照射することで、接着強度を調整することができる。
 また、本発明の接着力の調整方法によれば、紫外線を1回以上照射する工程を含むことで、可逆的に接着強度を調整することができる。
Poly(AEDPA-co-EHMA)を例に、本発明の二量体を形成する工程を例示した概要図である。 後述する実施例の高分子化合物4を含有する接着剤組成物を調製し、2枚のポリテトラフルオロエチレン基材を接着させ変形させた際の画像である。 AEDPAを15%含むPoly(AEDPA-co-EHMA)について、UV-H照射時間に応じたラップせん断試験の結果を示す図である。 UV-H照射時間が接着力に及ぼす影響は、UV-H照射(UV-H(I))により接着強度が増加し,UV-H照射のさらなる伸長(UV-H(II))により接着強度が減少することを示している。UV-H(II)照射4分後に最適な接着強度が得られた。 乾燥条件下でのPoly(AEDPA-co-EHMA)の接着に及ぼす紫外線の影響について、CAEDPAの組成を変化させた各種共重合体のラップせん断強度の比較を示した図である。 Mwの異なるPoly(AEDPA-co-EHMA)の接着力に及ぼす紫外線の影響を示した図である。CAEDPAはすべてのケースで8~9mol%に近い濃度で固定されており、試験にはアルミニウム基板が使用された。 Poly(AEDPA-co-EHMA)について、UV照射時間の接着強度への影響について、UV-H(I)の照射により接着強度が増加し、UV-H(II)により接着強度が低下することを示した図である。UV-H(II)の照射時間は約46分で最適な接着強度が得られた。 4種のポリマーについて、UV照射前とUV照射後の接着強度を比較した図である。 乾燥状態において、UV-H照射前後の各種基材のラップせん断強度を示した図である。各基材に対し全て同一の加工条件を維持し、UVは、ラップせん断強度が最高値になるまで照射した。 pH2~10の湿潤条件において、Poly(AEDPA-co-EHMA)による接着強度に対するUVの効果を示した図である。湿潤状態は、接着面に一定のpHの水溶液を塗布することにより実現した。 NaCl、KCl、CaCl、MgCl、ZnCl2、FeClを含む異なるイオン溶液中で、接着剤(P(AEDPA-co-EHMA))の接着強度を1Mの濃度で比較した図である。 AEDPA=15%の接着剤P(AEDPA-co-EHMA)と市販の接着剤の水中での各種材料への接着強度と光の影響について、各種表面でのせん断強度の比較を示した図である。 水中での異種材料に対する接着剤(P(AEDPA-co-EHMA))の接着強度と光の影響について示した図である。 P(AEDPA-co-EHMA)接着剤の可逆性を示した図である。 AEDPAを15%配合し、Mw=7000の共重合体P(AEDPA-co-EHMA)について、20回のサイクル実験を行った結果を示す図である。 (A)UV照射なしで200gの重量物を吊り上げたときに、PP-Al基材が滑って落下する様子である。(B)UV-Hを50分照射すると、40kgのダンベルを簡単に吊り上げることができた。(C)UV-Hを40分照射しても9Kg以下のダンベルしか持ち上がらなかった。(D)(B)の接着剤に254nmのUVを40分間照射した後、重量を持ち上げる接着力は29Kgまで低下するが、40Kgのダンベルは20分間のUV-L照射後に再び持ち上げることができた。(E)18Kgのダンベルを持ち上げる接着力は、(C)からUV-H照射をUV-L照射に変更することで切り替えることができた。(F)40Kgのダンベルのリフト&プレースは、80℃の水加熱と空気中での冷却で切り替えることができた。(G)9Kgのダンベルを80℃の水熱と空気中の冷却でリフト&プレースできた。 AEDPA=15%の組成を有するP(AEDPA-co-EHMA)のTg(ガラス転移温度)に対するUV-H照射の影響を示す図である。 AEDPA=15%の組成を有するP(AEDPA-co-EHMA)の弾性率特性をレオロジー分析によって調べた結果を示す図である。 poly(AEDPA-co-EHMA)の機械的強度に及ぼす紫外線の影響を検討した結果を示す図である。 poly(AEDPA-co-EHMA)について、紫外線照射によるヤング率への影響を検討した結果を示す図である。 UV照射前後の接着剤塗膜の厚さの変化を調べた結果を示す図である。
 以下、本発明について詳細に説明する。
 以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施形態に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に制限されるものではない。
 なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
 また、本明細書における基(原子群)の表記において、置換及び無置換を記していない表記は、本発明の効果を損ねない範囲で、置換基を有さないものとともに置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。このことは、各化合物についても同義である。
 また、本明細書において、「(メタ)アクリレート」はアクリレート及びメタクリレートの双方、又は、いずれかを表し、「(メタ)アクリル」はアクリル及びメタクリルの双方、又は、いずれかを表す。また、「(メタ)アクリロイル」はアクリロイル及びメタクロイルの双方、又は、いずれかを表す。
[高分子化合物]
 本発明の実施形態に係る高分子化合物(以下、「本高分子化合物」ともいう。)は下記式1Aで表される繰り返し単位(以下、「単位1A」ともいう。)を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 式1A中、Zは水素原子又は1価の基を表し、1価の基としては特に制限されないが、ヘテロ原子(例えば、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、又は、セレン原子等、以下、本明細書において同様である。)を有していてもよい炭素数1~20個の炭化水素基が好ましく、炭素数1~20個のアルキル基がより好ましく、炭素数1~10個のアルキル基が更に好ましい。
 なかでも、Zとはしては、水素原子、又は、炭素数1~5個のアルキル基が好ましく、水素原子、メチル基、又は、エチル基がより好ましく、水素原子が更に好ましい。
 式1A中、Lは2価の基を表し、2価の基としては特に制限されないが、-C(O)-、-S-、-NR-(Rは水素原子、又は、1価の有機基を表す)、アルキレン基(炭素数1~20個が好ましい)、シクロアルキレン基(炭素数3~20個が好ましい)、アルケニレン基(炭素数2~20個が好ましい)、これらの組み合わせ、並びに、これらと、-C(O)O-、-OC(O)-、及び、-O-からなる群より選択される基の組み合わせ等が挙げられ、炭素数1~20個の直鎖状、又は、炭素数1~20個の分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、炭素数1~6個の直鎖状のアルキレン基がより好ましい。
 式1A中、nは1以上の整数を表し、上限は特に制限されないが、50以下が好ましく、20以下がより好ましく、10以下が更に好ましく、nは1が特に好ましい。
 式1A中、Rは式1Bで表される基であり、式1B中、Lは単結合、又は、2価の基を表す。2価の基としては特に制限されないが、-C(O)-、-C(O)O-、-OC(O)-、-O-、-S-、-NR-(Rは水素原子、又は、1価の有機基を表す)、アルキレン基(炭素数1~20個が好ましい)、シクロアルキレン基(炭素数3~20個が好ましい)、アルケニレン基(炭素数2~20個が好ましい)、及び、これらを組み合わせた基等が挙げられる。
 なかでも、Lは単結合が好ましい。
 式1B中、Rはヒドロキシ基、及び、*-ORで表される基からなる群より選択される基を表し、Rはヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表し、*は結合位置を表し、式1Bで表される基がRを複数有する場合、これら複数あるRはそれぞれ同一でも異なってもよく、互いに結合して環を形成してもよい。
 Rとしては、特に制限されないが、例えば、アルキル基(好ましくは炭素数1~10個のアルキル基)等が挙げられる。なお、Rとしては、後述するZと同様の基も使用できる。
 式1B中、mは1~5の整数を表し、なかでも、より優れた本発明の効果を有する接着剤組成物が得られる点で、mは2以上が好ましく、4以下が好ましく、3以下がより好ましい。
 Rのうちの少なくとも1つがヒドロキシ基である場合、より優れた接着性と、より優れた親水性とを有する接着剤組成物が得られる。
 なかでも、Rのうち2つ以上がヒドロキシ基である場合、更に優れた接着性と、更に優れた親水性とを有する接着剤組成物が得られる。
 Rがヒドロキシ基である場合、式1Bで表される基が有するヒドロキシ基の数としては特に制限されないが、1~3個が好ましく、2~3個がより好ましい。
 より優れた本発明の効果を有する高分子化合物が得られる点で、式1Bで表される基としては、以下の式1B′で表される基がより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
 式1B′中、L21は単結合、又は、2価の基を表し、L21の2価の基としては特に制限されないが、式1B中のLと同様の基が挙げられ、好適形態も同様である。
 また、Rは水素原子、又は、*-OR31で表される基を表し、*は結合位置を表し、R31はヘテロ原子を有してもよい炭化水素基を表す。Rの*-OR31で表される基としては、すでに説明した式1B中の*-OR(Rで表される基の一形態である)で表される基と同様の基が挙げられ、好適形態も同様である。
 なお、複数あるR31は互いに結合して環を形成してもよく、複数あるRはそれぞれ同一でも異なってもよい。
 また、式1B′中、tは1~5の整数を表し、より優れた本発明の効果を有する高分子化合物が得られる点で、tは1~3が好ましく、2~3がより好ましい。
 式1Bで表される基としては、接着剤に適用した際、より優れた接着性、及び、より優れた親水性を有する高分子化合物が得られる点で、以下の式2a~2gで表される基からなる群より選択される少なくとも1つの基であることが好ましい。なお、式2a~2g中、*は結合位置を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
 本高分子化合物における単位1Aの含有量としては特に制限されないが、高分子化合物が含有する全単位を100モル%としたとき、0.01~99.99モル%が好ましく、0.01~30モル%が好ましく、2モル%を超えて、20モル%以下がより好ましく、5~15モル%が更に好ましく、5~10モル%が特に好ましい。なお、本高分子化合物は単位1Aの1種を単独で含有してもよく、2種以上を含有していてもよい。本高分子化合物が、2種以上の単位1Aを含有する場合には、その合計含有量が上記数値範囲内であることが好ましい。
 単位1Aの含有量が上記範囲内であると、より優れた本発明の効果を有する高分子化合物が得られる。
 なお、高分子化合物中の単位1Aの含有量は、H-NMRを用いて求められる値を意味する。
 本高分子化合物の分子量としては特に制限されず、用途に応じて適宜調整されればよいが、一般に、重量平均分子量として1000~500000が好ましく、10,000~120,000がより好ましい。重量平均分子量が上記範囲内であると、高分子化合物はより優れた接着強度を有する。
 なお、本明細書において、重量平均分子量とは、ゲル浸透クロマトグラフィー(Gel Permeation Chromatography:GPC)により測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量を意味する。
 また、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)としては、特に制限されないが、一般に、1.0~40が好ましく、1.5~35がより好ましく、2.0~10が更に好ましい。分子量分布が上記範囲内にあると、高分子化合物はより優れた接着強度を有する。
(その他の単位)
 本高分子化合物は、単位1Aを含有していれば、本発明の効果を奏する範囲内において、他の単位を含有していてもよい。他の単位としては特に制限されないが、例えば、式2で表される繰り返し単位(以下、「単位2」ともいう。)が挙げられる。なお、本明細書において、単位2は単位1Aとは異なる繰り返し単位を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
 式2中、Zは水素原子、又は、1価の基を表し、Rは、1価の有機基を表す。
 Zの1価の基としては特に制限されないが、Zの1価の基と同様の基が挙げられ、なかでも、水素原子、メチル基、又は、エチル基が好ましく、水素原子、又は、メチル基がより好ましい。
 Rの1価の有機基としては特に制限されないが、より優れた本発明の効果を有する高分子化合物が得られる点で、炭素数1~20個のヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基が好ましく、炭素数1~10個の直鎖状、分岐鎖状、又は、環状のアルキル基がより好ましい。
 なかでも、Rとしては、炭素数1~10個の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が好ましく、炭素数3~10個の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がより好ましく、炭素数4~10個の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が更に好ましく、炭素数5~10個の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が特に好ましい。
 Rが直鎖状のアルキル基である場合、炭素数が2個以上であると、高分子化合物はより優れた柔軟性を有し、結果として接着剤組成物に適用した際に、より優れた接着性を有する。
 また、Rが直鎖状のアルキル基である場合、炭素数が9個以下であると、高分子化合物はより優れた剛性を有し、結果として接着剤組成物に適用した際に、より優れた接着性を有する。
 本高分子化合物における単位2の含有量としては特に制限されないが、本高分子化合物が含有する全繰り返し単位を100モル%としたとき、0.01~99.99モル%が好ましく、60~95モル%がより好ましい。なお、本高分子化合物は、単位2の1種を単独で含有してもよく、2種以上を含有していてもよい。本高分子化合物が、2種以上の単位2を含有する場合には、その合計含有量が上記数値範囲内であることが好ましい。
〔用途〕
 本高分子化合物は優れた成膜性、及び、優れた親水性を有するため、本高分子化合物と、溶媒とを含有する組成物は、接着剤組成物、特に、親水性表面にも適用可能な接着剤組成物として使用できる。
 上記接着剤組成物は支持体上に接着剤組成物層を形成した後、必要に応じて溶媒を除去して被膜(接着剤層)を形成すれば、支持体と接着剤層とが積層された接着テープ等として使用できる。
 また、後述する実施例に示すように、本高分子化合物を含有する接着剤組成物は、フッ素樹脂(例えばポリテトラフルオロエチレン)の接着にも使用できる。
 また、被着体上にコーティングすれば、被着体上に接着性の表面(接着剤組成物層)を形成することもできる。また、本高分子化合物がヒドロキシ基を有する場合、被着体の表面(「被着面」)との間でより優れた接着性が発揮されやすい。また、ヒドロキシ基に反応する公知の硬化剤を接着剤組成物に配合し、成膜して接着剤層を形成し、被着体を接着した後に加熱して架橋させることにより、接着剤層中の本高分子化合物が硬化して硬化物が形成され、より優れた接着強度が得られやすい。
 接着剤組成物を得る方法としては特に制限されないが、本高分子化合物と溶媒とを混合する方法が挙げられる。溶媒としては特に制限されず、本高分子化合物を分散可能なものであればよい。また、溶媒の含有量としても特に制限されず、例えば、接着剤組成物中における固形分が0.1~99質量%となるよう調製すればよい。
[高分子化合物の製造方法]
 本高分子化合物の製造方法としては特に制限されず、公知の製造方法が適用できる。なかでも、より効率的に本高分子化合物を製造できる点で、以下の高分子化合物の製造方法が好ましい。
〔第1の実施形態〕
 本発明に係る高分子化合物の製造方法の第1の実施形態は、後述する式3で表されるケイ皮酸誘導体と、後述する式4で表されるヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート化合物とのエステル化反応により、後述する式5で表される単量体Aを合成すること(単量体A合成工程)と、得られた単量体Aを重合させ、高分子化合物を得ること(重合工程)と、を含む高分子化合物の製造方法である。以下では、本製造方法の各工程について詳述する。
(単量体A合成工程)
 本工程は、以下の式3で表される化合物と、以下の式4で表されるヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート化合物とのエステル化反応(エステル化する反応)させて、単量体Aを合成する工程である。
・式3で表される化合物
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
 式3中、R24はヒドロキシ基、及び、*-OR34で表される基からなる群より選択される基を表し、R34はヘテロ原子を有してもよい炭化水素基を表す。なお、複数あるR24は同一でも異なってもよく、複数あるR34は互いに結合して環を形成してもよい。
 R24の*-OR34で表される基としては、式1B中の*-OR(Rで表される基の一形態)で表される基と同様の基が挙げられ、好適形態も同様である。
 式3中、m1は1~5の整数を表し、なかでも、より優れた本発明の効果を有する高分子化合物が得られる点で、m1は2以上が好ましく、4以下が好ましく、3以下がより好ましい。
 L24は単結合、又は、2価の基を表し、L24の2価の基としては、特に制限されないが、式1B中のLとして説明した基が挙げられ、好適形態も同様である。なかでも、入手がより容易で、より簡便に本高分子化合物を製造できる点で、L24としては単結合が好ましい。
 より原料の入手が容易で、より簡便に本高分子化合物が得られやすい点で、式3で表される化合物としては、下記式3Aで表されるケイ皮酸誘導体であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
 式3A中、R24、及び、m1は式3中のR24、及び、m1と同義であり、その形態も同様である。
 ケイ皮酸誘導体としては、入手がより容易で、より簡便に高分子化合物が得られやすい点で、クマル酸(p-クマル酸が好ましい)、コーヒー酸、2,5-ジヒドロケイ皮酸、3,5-ジヒドロケイ皮酸、シナピン酸、フェルラ酸、2,3-ジヒドロケイ皮酸、及び、これらの誘導体からなる群より選択される少なくとも一つであることが好ましく、クマル酸(p-クマル酸が好ましい)、コーヒー酸、2,5-ジヒドロケイ皮酸、3,5-ジヒドロケイ皮酸、シナピン酸、フェルラ酸、及び、2,3-ジヒドロケイ皮酸からなる群より選択される少なくとも1種の化合物がより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
・ヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート化合物
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
 式4中、Z14は水素原子、又は、1価の基を表し、L14は2価の基を表し、n1は1以上の整数を表し、複数あるL14はそれぞれ同一でも異なってもよい。
 式4中のZ14の1価の基としては特に制限されないが、式1A中のZの1価の基として説明した基が挙げられ、好適形態も同様である。
 また、L14の2価の基としては特に制限されないが、式1A中のLの2価の基として説明した基が挙げられ、好適形態も同様である。
 n1の上限は特に制限されないが、50以下が好ましく、20以下がより好ましく、10以下が更に好ましい。なかでも、n1は1が特に好ましい。
・単量体A
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
 式5中、R24はヒドロキシ基、及び、*-OR34で表される基からなる群より選択される基を表し、R34はヘテロ原子を有してもよい炭化水素基を表し、*は結合位置を表し、Z14は水素原子、又は、1価の基を表し、L14は2価の基を表し、L24は単結合、又は、2価の基を表し、m1は1~5の整数を表し、n1は1以上の整数を表し、複数あるR24、及び、L14はそれぞれ同一でも異なってもよい。
 なお、式5における各記号は、式3、及び、4における対応する各記号と同義であり、好適形態も同様である。
 エステル化反応の方法としては特に制限されず、公知の方法が使用できる。エステル化の方法としては、例えば、ケイ皮酸誘導体のカルボキシ基とヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート化合物のヒドロキシ基とを酸触媒存在下で反応させる方法(以下、「方法1」ともいう。)、及び、ケイ皮酸誘導体のカルボキシ基とヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート化合物のヒドロキシ基とを脱水縮合剤存在下で反応させる方法(以下「方法2」ともいう。)等が挙げられる。なかでも、より簡便に高分子化合物が得られる点で、方法2が好ましい。
 方法1において使用される酸触媒としてはエステル化反応に用いられる酸触媒であれば特に制限されないが、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、ホウ酸等の鉱酸、及び、その部分中和塩;タングステン酸、モリブデン酸、タングストケイ酸、モリブドケイ酸、タングストリン酸、及び、モリブドリン酸等のヘテロポリ酸及びその部分中和塩;メタンスルホン酸、及び、p-トルエンスルホン酸等の有機スルホン酸;フッ化ホウ素、塩化ホウ素、塩化アルミニウム、二塩化スズ、及び、四塩化スズ等のルイス酸及びその錯塩;スルホン酸基、及び、アルキルスルホン酸基等のイオン交換基を有する酸性イオン交換樹脂;モルデナイト型、X型、Y型、β型、及び、ZSM-5型等の酸性ゼオライト;等が挙げられる。なかでも、有機スルホン酸が好ましく、p-トルエンスルホン酸が特に好ましい。これらの酸触媒は、単独でも2種類以上を併用してもよい。
 方法1における酸触媒の使用量としては、特に制限されないが、例えば、ケイ皮酸誘導体の100モル%に対して0.001モル%以上が好ましく、30モル%以下が好ましい。
 また、酸触媒の存在下に反応を行うとき、反応により生成する水(以下、生成水ともいう。)を反応系外へ除去することが好ましい。生成水の除去方法としては、例えば、減圧下で反応を行う方法、共沸溶媒を用いて反応を行う方法、乾燥剤の存在下で反応を行う方法等が挙げられる。これらの方法は、いずれか1つの方法を用いてもよく、2つ以上の方法を併用しても良い。
 方法1の反応温度は、特に制限されないが、一般に、0~150℃が好ましい。
 方法2において使用される脱水縮合剤としては、エステル化反応で一般的に用いられる物であれば特に制限されないが、例えば、1,3-ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)、1,3-ジイソプロピルカルボジイミド、1,3-ジ-(2-ブチル)カルボジイミド、1-t-ブチル-3-エチルカルボジイミド、1-(2-ブチル)-3-エチルカルボジイミド、及び、1-(3-ジメチルアミノプロピル)-3-エチルカルボジイミド等が使用できる。
 上記脱水縮合剤の使用量は、特に制限されないが、具体的には、ケイ皮酸誘導体の1モルに対して0.5倍モル以上(0.5当量以上)が好ましく、3倍モル以下(3.0当量以下)が好ましい。
 方法2において使用する溶媒は、不活性でかつ反応物を溶解するものであれば特に制限されないが、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等のアミド類;ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、及び、1,2-ジメトキシエタン等のエーテル類;アセトニトリル、及び、プロピオニトリル等のアルキルニトリル類;等が好ましい。
 方法2の反応温度は、特に制限されないが、-40~150℃が好ましい。反応圧力は、特に制限されず、常圧、加圧及び減圧のいずれであってもよい。また、反応時間は、上記反応が完結するように、適宜設定すればよい。
 また、方法2の反応では、必要に応じて、添加剤、例えばカルボジイミド系縮合剤の副反応を抑制するための添加剤を使用してもよい。添加剤としては例えばN,N-ジメチル-4-アミノピリジン(DMAP)、ピリジン、及び、トリエチルアミン等の塩基が挙げられる。それらは一般に反応速度を促進する作用を有する。
 添加剤の使用量としては、特に制限されないが、ケイ皮酸誘導体の1モルに対して、0.01倍モル以上(0.01当量以上)が好ましく、1.5倍モル以下が好ましい。
(重合工程)
 本工程は、単量体Aを重合させ、上記高分子化合物を得る工程である。単量体Aを重合させる方法としては特に制限されず、公知の方法が使用できる。
 単量体Aを重合させる方法(重合方法)としては、例えば、塊状重合法、溶液重合法、及び、水系分散重合法(懸濁重合法、乳化重合法等)等が挙げられ、なかでも、より簡便に高分子化合物が得られる点で、溶液重合法、又は、水系分散重合法が好ましい。
 溶液重合法に用いる溶媒としては特に制限されないが、炭化水素(トルエン等)、エーテル(ジエチルエーテル、及び、テトラヒドロフラン等)、ハロゲン化炭化水素(ジクロロメタン、及び、クロロホルム等)、ケトン(アセトン等)、アルコール(メタノール、及び、イソプロパノール等)、ニトリル(アセトニトリル等)、エステル(酢酸エチル等)、カーボネート(エチレンカーボネート等)、並びに、超臨界二酸化炭素等が挙げられる。
 溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 重合反応に用いる重合開始剤としては特に制限されず、公知の熱重合開始剤、及び/又は、光重合開始剤が使用できる。
 重合開始剤としては、例えば、有機過酸化物、及び、アゾ化合物等が使用できる。有機過酸化物として、例えば、1,1-ビス(t-ヘキシルパーオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、t-ヘキシルパーオキシピバレート、t-ブチルパーオキシピバレート、2,5-ジメチル-2,5-ビス(2-エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、t-ヘキシルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシイソブチレート、t-ブチルパーオキシ-3,5,5-トリメチルヘキサノエート、及び、t-ブチルパーオキシラウレート等が挙げられる。
 また、アゾ化合物として、例えば、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、及び、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル等が挙げられる。
 これらの重合開始剤は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
 また、本工程では、単量体Aとともに、他の単量体を反応させ、単量体Aに基づく繰り返し単位と、他の単量体に基づく繰り返し単位とを有する共重合体を合成してもよい。他の単量体としては特に制限されないが、例えば、すでに説明した式2で表される単量体が挙げられる。
〔第2の実施形態〕
 本発明に係る高分子化合物の製造方法の第2の実施形態は、後述する式3′で表されるケイ皮酸誘導体と、後述する式4′で表されるヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート化合物とのエステル化反応により、後述する式5′で表される単量体Bを合成すること(単量体B合成工程)と、単量体Bのヒドロキシ基と保護化剤とを反応させ、保護されたヒドロキシ基を有する後述する式6′で表される単量体Cを合成すること(単量体C合成工程)と、単量体Cを重合させて、後述する式7′で表される高分子化合物前駆体を合成すること(高分子化合物前駆体合成工程)と、高分子化合物前駆体の保護されたヒドロキシ基を脱保護して、高分子化合物を得ること(脱保護工程)と、を含む、高分子化合物の製造方法である。
 後述するとおり、本製造方法において使用するケイ皮酸誘導体は少なくとも1つのヒドロキシ基を有する。本発明者らは、本高分子化合物の製造方法を鋭意検討する中で、第1の実施形態の製造方法は優れた収率で所望の高分子化合物が簡便に得られるものの、ケイ皮酸誘導体がヒドロキシ基(水酸基)を有する場合には、高分子化合物の収率に若干の改善の余地があることを知見した。
 本発明者らは上記理由を鋭意検討した結果、ケイ皮酸誘導体が有するヒドロキシ基が有するラジカルスカベンジ作用により、重合反応の進行速度に改善の余地が生ずる可能性があることを着想した。
 そこで、本発明者らは上記着想に基づき、単量体を重合させて高分子化合物を得る前に、単量体が有するヒドロキシ基を保護化剤で保護したところ、非常に高い収率を得ることができ、本製造方法に係る発明が完成した。
 以下では、本製造方法の各工程について詳述する。
(単量体B合成工程)
 単量体B合成工程は、以下の式3′で表される化合物と、以下の式4′で表されるヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート化合物とのエステル化反応により、以下の式5′で表される単量体Bを合成する工程である。
・式3′で表される化合物
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
 式3′中、R55は水素原子、又は、*-OR35で表される基を表し、R35はヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表し、*は結合位置を表し、tは1~5の整数であり、複数あるR35は互いに結合して環を形成してもよく、複数あるR55はそれぞれ同一でも異なってもよい。
 なお、式3中におけるR55の*-OR35で表される基としては特に制限されないが、式1B中におけるRで表される基の一形態としてすでに説明した*-ORで表される基と同様の基が挙げられ、好適形態も同様である。
 また、tとしては、原料の入手がより容易で、より簡便に本高分子化合物が得られやすい点で、1~3が好ましく、2~3がより好ましい。
 L25は単結合、又は、2価の基を表し、L25の2価の基としては特に制限されないが、式1B′中のL21の2価の基としてすでに説明した基が挙げられ、好適形態も同様である。なかでも、原料の入手がより容易で、より簡便に本高分子化合物を製造できる点で、L25としては単結合が好ましく、式3′で表される化合物としては、すでに説明した式3Aで表されるケイ皮酸誘導体であることが好ましい。
・ヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート化合物
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
 式4′中、Z15は水素原子、又は、1価の基を表し、L15は2価の基を表し、n2は1以上の整数を表し、複数あるL15は同一でも異なってもよい。式4′中のZ15の1価の基としては特に制限されないが、式4中のZ14の1価の基としてすでに説明した基が挙げられ、好適形態も同様である。また、式4′中、L15の2価の基としては特に制限されないが、式4中のL14の2価の基として説明した基が挙げられ、好適形態も同様である。
 また、式4′中、n2の上限は特に制限されないが、50以下が好ましく、20以下がより好ましく、10以下が更に好ましい。なかでも、n2は1が特に好ましい。
・単量体B
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
 式5′中、R55は水素原子、又は、*-OR35で表される基を表し、R35はヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表し、*は結合位置を表し、Z15は水素原子、又は、1価の基を表し、L15は2価の基を表し、L25は単結合、又は、2価の基を表し、n2は1以上の整数であり、tは1~5の整数であり、複数あるR35は互いに結合して環を形成してもよく、複数あるR55、及び、L15はそれぞれ同一でも異なってもよい。
 なお、式5′中のZ15、及び、L15で表される基は、式4′中の対応する基と同義であり、好適形態も同様である。また、式5′中のL25、R55、及び、tで表される基は、式3′中の対応する基と同義であり、好適形態も同様である。また、式5′中、n2は、式4′中のn2と同義であり、好適形態も同様である。
 エステル化反応の方法としては特に制限されず、公知の方法が使用でき、第1の実施形態におけるエステル化の方法として説明した方法が使用でき、好適形態も同様である。
(単量体C合成工程)
 本工程は、単量体Bのヒドロキシ基と保護化剤とを反応させ、保護されたヒドロキシ基を有する式6′で表される単量体Cを合成する工程である。
・単量体C
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
 式6′中、R55は水素原子、又は、*-OR35で表される基を表し、R35はヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表し、*は結合位置を表し、Z15は水素原子、又は、1価の基を表し、L15は2価の基を表し、L25は単結合、又は、2価の基を表し、Zはヒドロキシ基の保護基であり、n2は1以上の整数であり、tは1~5の整数であり、複数あるR55、L15、及び、Zは同一でも異なってもよく、複数あるZは互いに結合して環を形成してもよい。
 式6中、Z15、L15、L25、R55、n2、及び、tは、それぞれ、式3′、及び、式4′中の対応する各記号と同義であり、好適形態も同様である。
 Zの保護基としては特に制限されないが、例えば、プロテクティブ・グループス・イン・オルガニック・シンセシス第4版(ジョン・ウィリー・アンド・サンズ出版)p.367-430(PROTECTIVE GROUPS in ORGANIC SYNTHESIS 4thEd.(JOHN WILEY & SONS)p.367-430)に示されるような保護基が使用できる。
 より具体的には、Zの保護基としては、例えば、エーテル系保護基、シリルエーテル系保護基、エステル系(アシル系)保護基、カーボネート系保護基、カルバメート系保護基、ホスフィナート系保護基、及び、スルホナート系保護基等が挙げられ、より簡便に本高分子化合物が製造できる点でカーボネート系保護基が好ましい。
 エーテル系保護基としては、メチル基(*-CH、なお、*はヒドロキシ基に由来する酸素原子との結合位置を表し、ヒドロキシ基との関係では、*-OCHで表される保護されたヒドロキシ基を形成する、以下同様。)、メトキシメチル基(*-CHOCH)、ベンゾキシメチル(BOM)基(*-CHOCH)、メトキシエトキシメチル基(*-CHOCHCHOCH)、2-(トリメチルシリル)エトキシメチル基(*-CHOCHCHSi(CH)、メチルチオメチル基(*-CHSCH)、フェニルチオメチル基(*-CHSC)、アジドメチル基(*-CH)、シアノメチル基(*-CHCN)、2,2-ジクロロ-1,1-ジフルオロエチル基(*-CFClCH)、2-クロロエチル基(*-CHCHCl)、2-ブロモエチル基(*-CHCHBr)、t-ブチルジフェニルシリルエチル基、テトラヒドロピラニル基、1-エトキシエチル基(*-CH(OC)CH)、フェナシル基(*-CHCOC)、4-ブロモフェナシル基(*-CHCOC-4-Br)、シクロプロピルメチル基(*-CH-c-C)、アリル基(*-CHCH=CH)、プレニル基(ジメチルアリル基、*-CHCH=C(CH)、2-シクロヘキセン-1-イル基、プロパルギル基(*-CHC≡CH)、イソプロピル基(*-CH(CH)、シクロヘキシル基(*-c-C11)、t-ブチル基(*-C(CH)、ベンジル基(*-CH)、2,4-ジメチルベンジル基(*-CH-2,4-(CH)、4-メトキシベンジル基(*-CH-4-OCH)、o-ニトロベンジル基(*-CH-o-NO)、p-ニトロベンジル基(*-CH-p-NO)、2,6-ジクロロベンジル基(*-CH-2,6-Cl)、3,4-ジクロロベンジル基(*-CH-3,4-Cl)、4-(ジメチルアミノ)カルボニルベンジル基(*-CHCON(CH)、4-メチルスルフィニルベンジル基(*-CH(O)SCH)、9-アントリルメチル基(*-CH-9-anthryl)、4-ピコリル基(*-CH-4-pyridyl)、ヘプタフルオロ-p-トリル基(*-C-CF)、及び、テトラフルオロ-p-ピリジル基(*-CN)等が挙げられる。
 シリルエーテル系保護基としては、トリメチルシリル基(TMS、*-Si(CH)、t-ブチルジメチルシリル基(TBDMS、Si(CHC(CH)、ブチルジフェニルシリル基(TBDPS)、及び、トリイソプロピルシリル基(TIPS)等が挙げられる。
 エステル系(アシル系)保護基は、ホルミル基(*-C(O)H)、アセチル基(*-C(O)CH)、レブリノイル基(*-C(O)CHCHC(O)CH)、ピバロイル基(*-C(O)C(CH)、ベンゾイル基(*-C(O)C)、及び、*-C(O)-9-フルオレン等が挙げられる。
 カーボネート系保護基としては、メトキシカルボニル基(*-C(O)OCH)、tert-ブトキシカルボニル基(Boc基、*-C(O)OC(CH)、1-アダマンチルオキシカルボニル基(1-Adoc基、*-C(O)O-1-アダマンチル(Ad))、ジメチルペンチルオキシカルボニル基(Doc基、*-C(O)OCH(i-propyl))、アリルオキシカルボニル基(アロック基、*-C(O)OCHCH=CH)、トリクロロエトキシカルボニル基(Troc基、*-C(O)OCHCCl)、ビニルオキシカルボニル基(*-C(O)OCH=CH)、及び、ベンジルオキシカルボニル基(Cbz基、*-C(O)OCH)等が挙げられる。
 カルバメート系保護基としては、*-C(O)NHR等が挙げられる。
 ホスフィナート系保護基としては、ジメチルホスフィニル基(*-P(O)(CH)、ジメチルホスフィノチオイル基(*-P(S)(CH)、及び、ジフェニルホスフィノチオイル基(*-P(S)(C)等が挙げられる。
 スルホナート系保護基としては、メチルスルホニル基(*-S(=O)CH)、トリフルオロメチルスルホニル基(*-S(=O)CF)、p-トルエンスルホニル基(トシル基、*-S(=O)-p-CH)、ホルミルベンゼンスルホニル基(*-S(=O)-o-CHO)、及び、ベンジルスルホニル基(*-S(=O)CH)等が挙げられる。
 なかでも、より簡便に本高分子化合物が得られる点で、Zの保護基としては、カーボネート系保護基が好ましく、メトキシカルボニル基(*-C(O)OCH)、tert-ブトキシカルボニル基(Boc基、*-C(O)OC(CH)、1-アダマンチルオキシカルボニル基(1-Adoc基、*-C(O)O-1-アダマンチル(Ad))、ジメチルペンチルオキシカルボニル基(Doc基、*-C(O)OCH(i-propyl))、アリルオキシカルボニル基(アロック基、*-C(O)OCHCH=CH)、トリクロロエトキシカルボニル基(Troc基、*-C(O)OCHCCl)、ビニルオキシカルボニル基(*-C(O)OCH=CH)、及び、ベンジルオキシカルボニル基(Cbz基、*-C(O)OCH)からなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、tert-ブトキシカルボニル基(Boc基、*-C(O)OC(CH)がより好ましい。
 また、複数あるZ(*-OZ)は互いに結合して環を形成してもよい。このような形態としては、例えば、以下の式6Bで表される基が挙げられる。なお、下記式中、式6B中の波線は、単量体Cの部分構造であることを示すものであり、その位置は式6′中の波線と一致する。なお、式6′中の波線は化合物の構造を示すものではない。単に、式6′の化合物における、式6Bの部分構造の具体例との対応を説明するために付しているものである。
 また、式6Bには、式6′中のtが2である形態のみ示されているが、繰り返し単位当たりの*-OZ35の数、及び、配置は例であり、下記に制限されるものではない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
 本工程で使用する保護化剤としては特に制限されず、保護基の種類に応じて公知の保護化剤を使用すればよい。また、その反応条件も保護化剤の種類に応じて適宜調整すればよい。保護化剤の種類、及び、反応条件としては、例えば、プロテクティブ・グループス・イン・オルガニック・シンセシス第4版(ジョン・ウィリー・アンド・サンズ出版)p.367-430(PROTECTIVE GROUPS in ORGANIC SYNTHESIS 4thEd.(JOHN WILEY & SONS)p.367-430)に保護基の種類ごとに記載されており、参照可能である。
(高分子化合物前駆体合成工程)
 本工程は、単量体Cを重合させて式7′で表される高分子化合物前駆体を得る工程である。
・高分子化合物前駆体
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
 式7′中のZ15、L15、L25、R55、Z、n2、及び、tの各記号は式6′中の対応する各記号と同義であり、好適形態も同様であるので説明を省略する。
 また、高分子化合物前駆体を重合する方法としては特に制限されず、公知の合成方法が使用できる。公知の合成方法としては、例えば、第1の実施形態において単量体Aの重合方法として説明した方法が使用でき、好適形態も同様であるため、説明を省略する。
(脱保護工程)
 本工程は、高分子化合物前駆体の保護されたヒドロキシ基を脱保護して、高分子化合物を得る工程である。
 保護されたヒドロキシ基(*-OZ)の脱保護の方法としては特に制限されず、保護基の種類に応じて公知の方法を使用すればよい。また、その反応条件も保護基の種類に応じて適宜調整すればよい。保護基の種類、及び、反応条件としては、例えば、プロテクティブ・グループス・イン・オルガニック・シンセシス第4版(ジョン・ウィリー・アンド・サンズ出版)p.367-430(PROTECTIVE GROUPS in ORGANIC SYNTHESIS 4thEd.(JOHN WILEY & SONS)p.367-430)に保護基の種類ごとに記載されており、参照可能である。
 本工程により、*-OZがヒドロキシ基に脱保護され、所望の高分子化合物を得ることができる。
[二量体・接着剤組成物・接着剤組成物の製造方法・接着力の調整方法]
 二量体は、上述した本発明の高分子化合物(化学式1)を2つ含む。したがって、上述した高分子化合物について説明した内容については、説明を省略する。
 上述した本発明の高分子化合物(化学式1)は、前記化学式1の式1A中のRに隣接する二重結合部位が光感受性を有している。このため、この二重結合部位が紫外線(UV)の照射によって開裂し、2つの高分子化合物同士が互いに結合して二量体を形成する。
 二量体形成の一形態について、実施例において詳述するPoly(AEDPA-co-EHMA)を例に説明する。
 例えば、図1に例示したように、AEDPAとEHMAとの重合体であるPoly(AEDPA-co-EHMA)について、紫外線(例えば、UV>300nm)を照射することで、式1A中のRに隣接する二重結合部位が開裂し、Poly(AEDPA-co-EHMA)同士が互いに結合して二量体を形成する。この架橋構造を有する二量体が形成されることで、高分子化合物とその二量体とを含む接着剤組成物は、優れた接着強度を有している。
 また、紫外線照射を受けた二量体を含む接着剤組成物について、さらに紫外線(例えば、UV=254nm)を照射することで、二量体同士の架橋が解除され、再び、二重結合を有する高分子化合物が形成され、接着強度が低下する。すなわち、本発明の接着剤組成物は、紫外線を照射することで、接着強度を可逆的に調整することができる。
 本発明の接着剤組成物は、良好な接着強度の観点から、架橋密度が10000~20000mol/cmであることが好ましく、架橋密度が13000~17000mol/cmであることがより好ましい。ここで、高分子鎖間をつなぐつなぎ目のことを架橋点といい、高分子は架橋によって3次元の網目構造を形成するが、その際、高分子鎖の繰り返し単位(単位体積)あたりに存在する架橋点数のことを架橋密度という。架橋密度の算出方法は特に限定されず、公知の方法で算出することができる。
 このように、本発明の接着剤組成物の製造方法においては、接着剤組成物に紫外線を照射する工程を含むことができる。また、本発明の接着力の調整方法では、高分子化合物を含有する接着剤組成物に紫外線を1回以上照射する工程を含むことができる。
 また、接着剤組成物に対する紫外線の照射については、乾燥状態や湿潤状態・水中において行うことができ、いずれの環境においても接着剤組成物の接着強度を調整することができる。
 照射する紫外線の波長や照射時間については、特に限定されず、高分子化合物の構造などに応じて適宜設定することができる。具体的には、例えば、接着強度を増加させるための紫外線の波長は、300~700nmの範囲(UV-H)を例示することができる。また、接着強度を低下させるための紫外線の波長は、200~300nmの範囲(UV-L)を例示することができる。
 すなわち、本発明の接着剤組成物は、300~700nmの紫外線を照射(第1の紫外線照射(UV-H))した場合に架橋密度が増加し、第1の紫外線照射の後、200~300nmの紫外線を照射(第2の紫外線照射(UV-L))した場合に、架橋密度が減少する。第1の紫外線照射(UV-H)は、300~450nmであることが好ましく、第2の紫外線照射(UV-L)は、220~270nmであることが好ましい。第1の紫外線照射と第2の紫外線照射における紫外線の波長がこの範囲であると、確実に架橋密度(接着力)を調整することができる。
 具体的には、本発明の接着剤組成物は、300~700nm(好ましくは300~450nm)の紫外線を照射した場合の架橋密度に対し、200~300nm(好ましくは220~270nm)の紫外線を照射した場合の架橋密度が30%以下であることが好ましい。より具体的には、例えば、本発明の接着剤組成物は、300~700nm(好ましくは300~450nm)の紫外線を照射した場合の架橋密度が10000~20000mol/cmであり、200~300nm(好ましくは220~270nm)の紫外線を照射した場合の架橋密度が3000~6000mol/cmであることが好ましい。
 本発明の接着剤組成物においては、例えば、300~700nm(好ましくは300~450nm)の範囲の紫外線(UV-H)が作用すると、高分子化合物(ポリマー鎖)の架橋は弱いH結合を破壊し、水分子を接着界面から遠ざける体積収縮を引き起こし、これにより接着強度が向上すると考えられる。一方、例えば、200~300nm(好ましくは220~270nm)の範囲の紫外線(UV-L)を照射すると架橋結合が切断され、接着強度が低下する。また、脱架橋した状態に対して、例えば、300~700nmの範囲の紫外線(UV-H)が作用すると、新たに架橋した共有結合が再び形成され、接着性が向上する。
 本発明の接着剤組成物に対する紫外線の照射回数は適宜設定することができ、異なる波長の紫外線(UV-H、UV-L)を交互に照射して(第1の紫外線照射、第2の紫外線照射)、例えば、3サイクル以上、有効な接着力の切り替えを行うことができる。したがって、本発明の接着力の調整方法は、本発明の接着剤組成物に、紫外線を1回以上照射する工程を含む。
 以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。
[AEDPAの合成]
 下記Scheme1によりAEDPA(構造は、下記Scheme1を参照)を合成した。まず、DHCA(3,4-dihydroxycinnamic acid、DHCA、0.36g、1当量)を、100mLの2口フラスコに入れ、DMF(N,N-ジメチルホルムアミド)に溶解させ、溶液を得た。次に、上記溶液に、N,N′-ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)(0.49g、1.2当量)と、N,N-ジメチル-4-アミノピリジン(DMAP、28mg、0.1当量)のDMF溶液(1mL)を氷浴中で滴下し、更に、ヒドロキシエチルアクリレート(AHE、0.28g、1.2当量)のDMF溶液(1mL)を氷浴中で滴下し、混合液を得た。
 混合液を室温で10分間攪拌した後、110℃に加熱して、更に4時間攪拌した。なお、反応の進捗は、酢酸エチル/ヘキサン=2/1の薄層クロマトグラフィで確認した。
 反応終了後、混合液のDMFが約半分の体積となるまで濃縮し、希塩酸に加え、酢酸エチルで抽出した。有機相を集め、飽和食塩水で洗浄し、NaSOで脱水し、濃縮し、粗生成物を得た。
 その後、酢酸エチルとヘキサンと(30-40%酢酸エチル)を含有する移動相を用いて、粗生成物をカラム精製し、最終生成物(AEDPA)を得た。収率は約40%だった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
[AEDPA-Bocの合成]
 次に、下記Scheme2によりAEDPA-Boc(構造は、下記Scheme2を参照)を合成した。まず、AEDPA(500mg、1当量)を20mLのアセトンに溶解させ、溶液を得た。次に、上記溶液にKCO(5当量)を加え、混合液を得た。次に、アセトン3mLにピロ炭酸ジ-tert-ブチル(「BocO」、2.2当量)を溶解させて得たBocO溶液を、上記混合液に滴下して、反応液を得た。次に、反応液を室温で2時間攪拌し、反応させた。なお、反応の進捗は、ヘキサン/酢酸エチル=2/1の薄層クロマトグラフィで確認した。反応後の反応液を濾過し、固体残渣をアセトンで3回洗浄した。次に、回収したろ液を濃縮し、カラム精製し、無色の油状の生成物を得た。収率は90%超だった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
[合成例1:高分子化合物Aの合成]
(AEDPA-Boc/メタクリレート共重合体の合成)
 次に、Scheme3により、AEDPA-Boc/メタクリレート共重合体(下記Scheme3中では、「Poly(AEDPA-Boc-co-MMA)」と表記した。)を合成した。まず、開始剤として、AIBN(アゾビスイソブチロニトリル、AEDPA-BocとMMAとのモル基準の合計量に対して2モル%)をフラスコにいれ、Arガスで置換した。次に、AEDPA-Boc(500mg、1当量)をイソプロパノール30mLに溶解した溶液を加え、混合液を得た。次に、メチルメタクリレート(418mg、4当量)をイソプロパノール5mLに溶解した溶液を上記混合液に加え、反応液を得た。次に、反応液を80℃に加熱し、10時間攪拌して反応させた。反応後の反応液を、エタノール水溶液に滴下し、粗生成物(ポリマー)を析出させた。得られた粗生成物は60℃の減圧オーブンで乾燥させ、白色の粉状の生成物を得た。収率は約70%だった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
(AEDPA/メタクリレート共重合体の合成)
 次に、Scheme 4よりにAEDPA/メタクリレート共重合体(Scheme4中ではPoly(AEDPA-co-MMA)と表記した。)を合成した。まず、AEDPA-Boc/メタクリレート共重合体をTFA(トリフルオロ酢酸)/THF(テトラヒドロフラン)の1:1溶液に溶解させ、室温で4時間攪拌して混合液を得た。次に、混合液を水に滴下して、粗生成物を析出させた。粗生成物をろ別して、60℃の減圧オーブンで乾燥させ、灰色の粉状の生成物を得た。収率は90%だった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
[合成例2:高分子化合物11の合成]
 AEDPA(500mg、1当量)、HMA(n-ヘキシルメタクリレート、1224mg、4当量)、及び、AEDPAとHMAとのモル基準の合計量に対して2モル%のAIBNを50mLフラスコに入れ、10mLのIPAを加え、Arガスで20分間バブリングした。重合は、400rpmで攪拌しながら75℃で行った。3時間後、更にAEDPAとHMAとのモル基準の合計量に対して1モル%のAIBNを添加した。その後、重合を10時間続けた。最終混合物を100mLの水に沈殿させ、濾過し、乾燥させて、1.59gの高分子化合物11を得た(92%)。
[実施例1~6:高分子化合物1~6の合成]
 HMAに代えて、2-エチルヘキシルメタクリレート(EHMA)を用いたことを除いては、合成例2と同様の方法で、表1に記載した条件で高分子化合物1~6を合成した。なお、表1中、「仕込み比」とあるのは、AEDPAとメタクリレートモノマー(「MA」と記載した)の仕込み比(モル%)を示しており、Mw、及び、Mnは得られた高分子化合物の重量平均分子量、及び、数平均分子量を示しており、「組成」とあるのは、得られた高分子化合物中における、AEDPA単位の含有量(モル%)、及び、メタクリレート単位の含有量(モル%)を意味している。
 なお、表1中、高分子化合物中における各単位の含有量はH-NMRで測定したものである。
 また、表1中、高分子化合物の重量平均分子量、及び、数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて以下の条件で計測された。
 条件:25℃、0.8mL/minの流量で、テトラヒドロフラン(THF)中の2カラムシステム(Shodex KF-804L及びShodex KF-806L)を装着したShodex GPC-101を使用してポリスチレン(PS)換算で計測された。
[実施例7~10、12:高分子化合物7~10、12の合成]
 HMA(表中「6C」と記載した。)に代えて、エチルメタクリレート(表中、「2C」と記載した。)、n-プロピルメタクリレート(表中、「3C」と記載した。)、n-ブチルメタクリレート(表中「4C」と記載した。)、ペンチルメタクリレート(表中「5C」と記載した。)、及び、n-デシルメタクリレート(表中「10C」と記載した。)を用いたこと除いては、合成例2と同様にして、高分子化合物7~10、12を合成した。得られた各高分子化合物の組成を表1に示した。
[比較例:比較例化合物の合成]
 AEDPA-Bocを用いなかったことを除いては、実施例1と同様にして、比較例化合物を合成した。比較例化合物の組成を表1にまとめて示した。
[評価1:接着性]
 接着性は、重ね合わせ接着継ぎ手を用いたせん断強度試験(lap shear test)により評価した。
 ASTM D2651標準プロトコルに従って、Al(アルミニウム)基板を処理した後、完全に乾燥させ、すぐに接着性試験に使用した。
 Al基板の大きさは、100mm×25mm×2mmで、(株)スタンダードテストピース製の市販品を購入して用いた。
 200mgの各高分子化合物を、1.2mLのアセトンに溶解させ、接着剤組成物を得た。次に、100μLの接着剤組成物を上記Al基板の表面に均一にコーティングし、70℃で30分間乾燥させた。次に、2枚の基板を接触させ、1atmの圧力で80℃で1時間硬化させた後、真空下で60℃で1時間硬化させて完全に乾燥させた。
 硬化中、重なり合った接触領域の周囲に一対の金属クランプが固定された。硬化したら、サンプルを空気中で約30分間ゆっくりと冷却し、ラップせん断試験を行った。なお、Al-Al基板間のコーティングされた接着剤の厚みは、0.09±0.01mmだった。
 ラップせん断実験は、島津オートグラフAG-Xプラスに10000Nロードセルを取り付けた機器を使用して実施した。すべてのケースで1mm/minのクロスヘッド速度が使用された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000032
 表1に示した結果から、AEDPAに基づく単位(「AEDPA単位」、式1Aで表される単位に該当する。)が、高分子化合物の全繰り返し単位を100モル%としたとき、0.01~30モル%である実施例3の高分子化合物(高分子化合物3)は、接着剤組成物に適用した際、優れた接着強度を有していた。
 一方、AEPDA単位を有しない、比較例1の高分子化合物は、所望の接着硬度を有していなかった。
 また、AEDPA単位の含有量が、2モル%を超えて、20モル%以下である、高分子化合物3は、高分子化合物1、及び、高分子化合物6と比較して、より優れた接着強度を有していた。
 また、AEDPA単位の含有量が、5~15モル%である高分子化合物3は、高分子化合物2、及び、高分子化合物5と比較して、更に優れた接着強度を有していた。
 また、式2中のRで表されるアルキル基の炭素数が1~10個である、高分子化合物11は優れた接着強度を有していた。
 また、式2中のRで表されるアルキル基の炭素数が3~10個である、高分子化合物11は、高分子化合物7と比較して、より優れた接着強度を有していた。
 また、式2中のRで表されるアルキル基の炭素数が4~10個である、高分子化合物11は、高分子化合物8と比較して、更に優れた接着強度を有していた。
 また、式2中のRで表されるアルキル基の炭素数が5~10個である、高分子化合物11は、高分子化合物9と比較して、特に優れた接着強度を有していた。
[評価2:ポリテトラフルオロエチレン基材同士の接着]
 PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)基板は、60mm×20mm×2mmであり、使用前にサンドペーパー(METSAPRP080240)で研磨し、水及びアセトンで洗浄してから用いた。
 高分子化合物4の200mgをアセトン1.2mLに溶解させ、接着剤組成物を調製した。次に、この接着剤組成物の約100μLをPTFE基板上に塗布し、70℃で3分間乾燥した。さらに、この接着剤組成物を塗布したPTFE基板2枚の塗布面を向かい合わせ、クリップで固定した後、80℃でさらに一時間加熱した。その後、約30分間室温にて徐冷した後、引っ張りせん断試験を行った。PTFE基板の間に塗布された接着剤組成物層の厚みは、0.08±0.01mmであった。
 以下の手順により、高分子化合物4を含有する接着剤組成物を調製し、2枚のポリテトラフルオロエチレン基材を接着させ、変形させた。変形させた際の画像を図2に示した。
 図2に示したとおり、高分子化合物4を含有する接着剤組成物を用いることで、ポリテトラフルオロエチレン同士を接着することができた。
 [乾燥状態での接着に及ぼす紫外線効果]
 上記の高分子化合物における光感受性部位の存在を考慮して、接着特性に対する紫外線(UV)の影響を検討した(図3、図4)。接着力の測定、評価については、上述した実施例の評価を踏まえて行った。
 図3に示したように、UV照射前(0min)のMw=63500のPoly(AEDPA-co-EHMA)の接着強度は、約810Nの最大荷重(Lmax)を示した(図4の接着強度3.40MPaに対応)。接着面にUV-H照射を1分行っただけで、接着力はLmaxが約1210N(図4の接着強度4.63MPaに対応)、4分後には1900N(図4の接着強度7.34MPaに対応)まで上昇し、UV処理前の2.2倍以上になった。
 このように、光(紫外線)は上記の高分子化合物の接着特性を大幅に改善することができることが確認された。
 また、図5に示したように、AEDPA単位の含有量が異なる共重合体(CAEDPA)について、20%を超えるCAEDPAを有するPoly(AEDPA-co-EHMA)の増加接着範囲は、CAEDPA15~20%のPoly(AEDPA-co-EHMA)の増加接着範囲よりも小さいことが確認された。
 次に、重合時に開始剤であるAIBNの量を制御することで、低~高分子量の8種類のPoly(AEDPA-co-EHMA)を合成し、紫外線(UV-H照射)が接着力に与える影響を検討した。
 結果を図6に示す。図6に示したように、紫外線がPoly(AEDPA-co-EHMA)の接着力に大きく影響することが確認された。具体的には、例えば、図7に示したように、Mw≒7000のポリマーの場合、光照射前のせん断強度は0.08MPaであったが、UV-H照射時間の増加に伴い、わずか4分の照射ではMw=6.35×10のポリマーに比べて接着力増加速度が遅いにもかかわらず、46分照射後には60倍以上の6.00MPaにまで接着強度が徐々に増加した。
 また、破断曲線は滑らかであり、延性に優れた強靭なものであり、実用性に優れていることが確認された。
 次に、図6に示すように、他の7種類のポリマーのUV-H照射時の接着強度を調べた。分子量6.5×10のポリマーでは,約80分のUV-H照射で、接着強度が15kPaから5.0MPa以上へと約300倍に増加したのに対し、分子量5.3×10のポリマーでは、約120分のUV-H照射で、接着強度が9kPaから5.0MPaへと約500倍に増加した。また、UV効果による強力な接着力は非常に安定しており、分離したアルミニウム板は、接着剤を加熱するだけで再度接着でき、20回のサイクル実験でも疲労が見られないことから、優れた再利用性と安定性を有していることが示唆された。
 これらの接着挙動および接着増強が、カテコール含有感光性部位(AEDPA)に起因するものであるか否かを確認するため、接着特性を図8に示した対照試料と比較した。
 全てのサンプルは、フィード中のEHMA量を一定に保ち(CEHMA=85%)、Al基材を使用した。
 P(DOPA-co-EHMA)の接着強度は、P(AEDPA-co-EHMA)と同様の3.2MPaであったが、UV照射後の値は変化しておらず、カテコール含有感光性部位(AEDPA)がUV接着強度を高めるために重要であることが確認された。また、カテコール部位を持たないP(AEOAC-co-EHMA)は0.89MPaの破壊強度を示したが、UV照射後の値はP(AEDPA-co-EHMA)よりもはるかに小さく、カテコール部位が接着強度の大きな変化に大きく関与していることが示唆された。また、カテコールで保護されたポリマーでは、接着強度の変化はほとんど見られず、遊離カテコール基が接着強度の向上に重要な役割を果たしていることが示唆された。これは、カテコール基が基材と相互作用してH結合を形成した結果であると考えられる。
 さらに、様々な種類の基材を選択し、P(AEDPA-co-EHMA)の接着特性に及ぼす紫外線の影響を調べた。
 図9に示したように、接着面にUV-Hを照射した後、7種類の基材で接着強度の向上が観察された。例えば、銅では4.12MPaから9.00MPa以上、カーボンでは4.51MPaから8.56MPa、木材では1.38MPaから5.45MPaまで、せん断強度が向上した。プラスチックは、一般的に高接着性接着剤で接着することが難しいが、P(AEDPA-co-EHMA)を含む接着剤は顕著な接着性を示し、特に光照射下ではPMMAとの接着性が1.30MPaから2.85MPaに向上するなど、せん断強度が大幅に向上することが確認された。
 また、P(AEDPA-co-EHMA)は、疎水性ポリプロピレン表面への優れた接着性を示し、平均せん断強度は2.41MPaであった。このことから、P(AEDPA-co-EHMA)を含む接着剤は、様々な材料の接着に使用することができ、また、UV効果により接着性能が大幅に向上することが確認された。
 [湿潤状態・水中での接着に及ぼすUV効果]
 実用的なアプリケーションでは、例えば雨の日には湿度が高いなど、接着された基材は湿潤状態に曝される。そのため、湿潤状態/水中および乾燥状態のいずれの条件でも使用できる接着剤が必要とされている。
 そこで、異なるpH溶液や様々な金属イオン条件などの複雑な湿度環境下でのP(AEDPA-co-EHMA)による接着強度に光がどのように影響を与えるか検討した。
 図10は、接着面に特定のpH溶液を塗布することによって湿潤環境が達成されるpH2~10の湿潤条件において、P(AEDPA-co-EHMA)による接着強度に対する光(UV-H照射)の影響を示している。
 pH2~7のような低pHでは接着強度が強く、UV照射後にその接着強度が5MPaを超えることが確認された。
 また、NaCl、KCl、CaCl、MgCl、ZnCl2、FeClを含む異なるイオン溶液中で、UV-H照射前後における接着剤(P(AEDPA-co-EHMA))の接着強度を1Mの濃度で比較した。
 結果を図11に示す。図11に示したように、各イオン溶液中におけるUV-H照射後の接着強度は、NaCl、KCl、CaCl、MgCl、ZnClにおいて略同程度の値(4~5MPa)であり、これもFeClの場合に比べて有意に大きかった。Fe3+イオンを含む溶液では、湿潤接着力の低下は、Fe3+がカテコール基に化学結合し、その後にFe(カテコール)架橋が形成されることによるものと考えられる。
 また、接着剤P(AEDPA-co-EHMA)と市販の接着剤の水中での各種材料への接着強度と光(UV-H照射)の影響について、各種表面でせん断強度を比較した。
 結果を図12に示す。図12に示したように、接着剤(P(AEDPA-co-EHMA)は、アルミニウム、鉄、銅などの金属、PPやPMMAなどのプラスチックに対して良好な接着性を示した。ポリマーは80℃の水中で加熱すると半流動的で粘性を持つようになる。粘性のあるコポリマーは、繊維の端がしっかりと基板に付着している2つのPPスライドをゆっくりと分離することによってフィラメント状に延伸されたことから、非常に延性があることを示唆された。
 UV-H照射後の接着強度は、スチール基材では~2.00MPaから~5MPa、PMMAでは~1.00から2.00MPa以上と大幅に上昇した。このことは、光を利用することで、湿潤環境下での各種材料の接着強度を向上させることができることを示している。これらの接着剤(P(AEDPA-co-EHMA))は、市販のシアノアクリレート系瞬間接着剤と比較して、アルミ基材ではシアノアクリレート系瞬間接着剤では0.98MPaであったが、紫外線照射前のP(AEDPA-co-EHMA)では2.30MPa以上、紫外線照射後のP(AEDPA-co-EHMA)では5MPa以上と、5種類の基材において明らかに高い接着強度を示すことが確認された。
 さらに、水中で異種材料に対する接着剤(P(AEDPA-co-EHMA))の接着強度と光(UV-H照射)の影響について検討した。
 結果を図13に示す。図13に示したように、接着剤は、アルミニウム-PMMA、アルミニウム-PP、アルミニウム-銅、PP-鉄について、に対して良好な接着性を示し、UV照射によって、接着強度はさらに上昇した。光(紫外線)を利用することで、湿潤環境下での異種材料同士の接着強度を向上させることができることが確認された。
 [接着可逆性]
 P(AEDPA-co-EHMA)接着剤の可逆性を、紫外線照射の物理的刺激を切り替えることで検討した。
 結果を図14に示す。図14に示したように、接着剤にUV-Hを3分間照射したところ、接着剤で固定された2枚のアルミ板間の接着強度は5.54MPaに達した。さらに、接着剤にUV-Lを15分間照射したところ、接着強度は3.45MPaと大幅に低下した。さらに、低下した接着強度は、その後の高圧光照射を再び3分間行うことで回復することができた。また、P(AEDPA-co-EHMA)接着剤は、異なる波長の光を交互に照射することで、少なくとも3サイクルの間、効果的な接着力の切り替えを維持することができた。
 さらに、長時間の高紫外線照射(UV-H(II)照射)では架橋密度が高くなり、接着力が低下することから、長時間の高紫外線照射(UV-H(II)照射)でも接着力の可逆性を検討した。UV-H(II)を約15分間照射した後、接着剤で固定された2枚のアルミ板間の接着強度は約2.00MPaを達成することができた。また、接着した接着剤にUV-Lを30分以上照射した後、接着強度は3.85MPaまで大幅に上昇した。さらに、UV-Lを再度20分間照射することで、接着強度を回復させることに成功した。P(AEDPA-co-EHMA)接着剤は、異なる波長のUV-Lを交互に照射しても、少なくとも3サイクル以上は有効な接着力の切り替えを維持することができた。
 また、図15に示したように、CAEDPAを15%配合し、Mw=7000の共重合体P(AEDPA-co-EHMA)は、20回の紫外線照射(UV-H、UV-L)のサイクル実験を行っても、見かけ上のせん断強度の変化は見られず、安定した再使用性を示した。
 次に、紫外線の照射時間と波長を調整することで、筋繊維の自己制御原理をシミュレートし、異なる重量を持ち上げるなどの応用が可能であるか検討した。
 図16に示すように、2枚のPP-Al基板を P(AEDPA-co-EHJMA)(15%AEDPA、Mw 約 6000)で2.5×3.0cmの面積で接着した。0cm、紫外線を照射しなくても200g以下の重量を持ち上げることができたが、UV-H(λ>300nm)を10分間照射したところ、PP基板は2kgのダンベルを持ち上げることができたが、50分間UV-Hを照射したところ、40kgまでのダンベルは容易に持ち上げることができた。さらに、UV-Hの照射時間を90分まで延長すると、9Kgのダンベルを持ち上げることができるようになった。しかしながら、UV-Hの照射時間が0分から50分までは、重量物を持ち上げる能力が大幅に向上し、照射時間をさらに延長すると重量物を持ち上げる能力が低下する。
 特に、UV-L(λ=254nm)を使用した場合、接着剤の可逆性が得られることである。UV-Lを40分間照射した後、40Kgの重量を持ち上げる能力が29Kgに減少したIII~IVの場合、この接着剤にUV-Hを20分間照射すると、接着性能は著しく強くなり、再び40Kgのダンベルまで持ち上げることが可能になった。9キロを持ち上げる能力を持つ接着剤IIIは、254nmで30分間印加したが、接着性能は約18キロを持ち上げる能力に増加した。これらの現象は、照射時間や波長を変化させることで、接着剤の能力をオンデマンドで調整できることを示唆しており、異なる重さを自由に持ち上げることができる筋肉のような役割を果たすものである。
[ワーキングメカニズム]
 ドライ/ウェット条件での光可変接着の作用機構を明らかにするために、次に、UVトリガーに応答した接着剤の熱力学的特性と機械的特性の特徴を検討した。
 図17は、CAEDPA=15%の組成を持つP(AEDPA-co-EHMA)のTg(ガラス転移温度)に対するUV-H照射の影響を示す図である。
 UV-H照射20分後のTgは18℃から27℃まで上昇しており、UVが接着剤の硬度を高めていることが明らかになった。Tgの増加は、直鎖ポリマーの一部が、光架橋効果により光感受性部位(式1A中のRに隣接する二重結合部位)で結合して二量体を形成し、部分的に網目構造が形成されることで、分子鎖セグメントの動きを阻害することで弾性率が増加していると考えられた。
 さらに、この弾性率特性をレオロジー分析によって調べた(図18)。保存弾性率(G′)は、3つのpoly(AEDPA-co-EHMA)サンプルすべてにおいて、全周波数範囲にわたって損失弾性率(G″)よりも高く、20分間のUV照射により保存弾性率(G′)は1桁増加した。
 さらに、poly(AEDPA-co-EHMA)の機械的強度に及ぼす紫外線の役割を検討した。その結果、カフェイン酸の環化付加反応による共有結合性の強い架橋剤がヤング率に大きな影響を与えていることが確認された(図19)。
 図19の応力-ひずみ曲線の低ひずみ領域(20%以下のひずみ)から、ヤング率は0.35Mpaであり、UV-H照射20分後、ヤング率は~1.0MPaに増加した。
 さらに、応力-ひずみ曲線は、最初に弾性領域が急激に上昇し、ひずみの増加に伴って伸びが顕著に増加した後、徐々に応力が低下し、その後、UV照射を行っても明らかな応力の低下は見られず、ネットワークを持たないポリマーのエネルギー放散が容易であることを示していると考えられる。また、圧縮法によるヤング率の曲線も紫外線照射に伴って増加する傾向を示した(図20)。
 さらに、UV照射前後の接着剤塗膜の厚さの変化を調べた。UV照射前の厚さ575nmのAl基板に塗布した場合、UV-H照射5分後には376nmまで減少しており、UV照射後は接着剤層の体積が小さくなっていることが確認された(図21)。
 この体積の減少は、基材に付着する材料表面の単位面積当たりのカテコール数(カテコール密度)の増加につながり、接着強度の向上に寄与していると考えられる。
 UV-Hを4分以内に予め照射したものに対して、UV-Lを4分以上照射した場合には、架橋共有結合が部分的に切断され、TgS、カテコールの弾性率、密度が低下し、粘着力が低下した。これに対して、架橋密度がはるかに高いUV-Hを4分間照射した接着剤に、UV-Lを4分間照射した後に、UV-Lを4分間照射すると、架橋された共有結合が部分的に切断されて減少し、その結果、T、弾性率が低下し、接着力が増加することがわかった。
 湿度の高い環境や水気の多い環境では、水分子は接着剤表面に自由状態や水素結合に酸素が結合した状態で存在しており、UV照射時には、UV-Hにより塗膜の体積収縮を伴う架橋が発生し、収縮力により水素結合が破壊されて水分子が外に追い出され、光によって徐々に接着力が上昇すると考えられる。 
 この接着剤組成物では、以下のメカニズムなどを考慮することができる。
(i)基材とカテコールポリマー鎖の界面に強いH-結合が存在することで接着性が向上している。(ii)カテコールポリマー鎖の分子間にH-結合が存在していることで凝集力が大きく向上している。これらのH-結合の相互作用は、最初のネットワーク状の構造を形成し、より高いTとより大きなモジュールを引き起こす。(iii)紫外線下での環化による共有結合形成は、二重ネットワーク様構造を形成し、直鎖状ポリマーのものよりも高い強度になる。
 また、接着剤組成物の架橋密度は、Flory-Rehner式に従い、水中に72時間以上浸漬した際に膨潤したサンプルに下記の式を適用して求めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
 接着剤組成物は、300~700nm(好ましくは300~450nm)の紫外線を照射した場合の架橋密度に対し、200~300nm(好ましくは220~270nm)の紫外線を照射した場合の架橋密度が30%以下であることが確認された。
 より具体的には、接着剤組成物は、300~700nm(好ましくは300~450nm)の紫外線を照射した場合の架橋密度が10000~20000mol/cmであり、200~300nm(好ましくは220~270nm)の紫外線を照射した場合の架橋密度が3000~6000mol/cmであることが確認された。
 以上のように、上記の式1A中のRに隣接する二重結合が開裂して互いに結合している二量体を含む接着剤組成物は、UVによってカテコール構造中に可逆的なH結合を形成しており、接着性能が向上している。その接着強度は、市販のシアノアクリレート系瞬間接着剤に匹敵するものである。このように、本発明の接着剤組成物は、強い接着強度を実現でき、かつ、可逆的に接着強度を調整可能であるという特性を併せ持っている。

Claims (28)

  1.  下記式1Aで表される繰り返し単位を有する高分子化合物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     
    (式1A中、Zは水素原子、又は、1価の基を表し、Rは式1Bで表される基を表し、Lは2価の基を表し、nは1以上の整数を表し、式1B中、Lは単結合、又は、2価の基を表し、Rはヒドロキシ基、及び、*-ORで表される基からなる群より選択される基を表し、Rはヘテロ原子を有してもよい炭化水素基を表し、複数あるRは互いに結合して環を形成してもよく、*は結合位置を表し、mは1~5の整数を表し、複数あるL、及び、Rはそれぞれ同一でも異なってもよい。)
  2.  前記式1Bで表される基が、下記式1B′で表される基である、請求項1に記載の高分子化合物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     
    (式1B′中、L21は単結合、又は、2価の基を表し、Rは水素原子、又は、*-OR31で表される基を表し、*は結合位置を表し、R31はヘテロ原子を有してもよい炭化水素基を表し、複数あるR31は互いに結合して環を形成してもよく、tは1~5の整数を表し、複数あるRは同一でも異なってもよい。)
  3.  前記式1A中、Lが、炭素数1~20個の、直鎖状、又は、分岐鎖状のアルキレン基である、請求項1又は2に記載の高分子化合物。
  4.  前記式1A中、Lが炭素数1~6個の直鎖状のアルキレン基である、請求項1~3のいずれか1項に記載の高分子化合物。
  5.  前記式1A中、nが1である、請求項1~4のいずれか1項に記載の高分子化合物。
  6.  前記式1A中、Zが水素原子である、請求項1~5のいずれか1項に記載の高分子化合物。
  7.  前記式1Bで表される基が、*を結合位置としたとき、下記式2a~2gからなる群より選択される少なくとも1つの基である、請求項1~6のいずれか1項に記載の高分子化合物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
     
  8.  更に、下記式2で表される繰り返し単位を有する、請求項1~7のいずれか1項に記載の高分子化合物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
     
    (式2中、Zは水素原子、又は、1価の基を表し、Rは、1価の有機基を表す。)
  9.  前記式2中、Zがメチル基である、請求項8に記載の高分子化合物。
  10.  前記式2中、Rが炭素数1~10個の直鎖状、又は、分岐鎖状のアルキル基である、請求項8又は9に記載の高分子化合物。
  11.  前記式1Aで表される繰り返し単位の含有量が、前記高分子化合物の全繰り返し単位を100モル%としたとき、30モル%以下である、請求項1~10のいずれか1項に記載の高分子化合物。
  12.  請求項1~11のいずれか1項に記載の高分子化合物の製造方法であって、
     下記式3で表される化合物と、下記式4で表されるヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート化合物とのエステル化反応により、下記式5で表される単量体Aを合成することと、
     前記単量体Aを重合させ、前記高分子化合物を得ることと、を含む高分子化合物の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
    (式3~5中、R24はヒドロキシ基、及び、*-OR34で表される基からなる群より選択される基を表し、R34はヘテロ原子を有してもよい炭化水素基を表し、*は結合位置を表し、複数あるR34は互いに結合して環を形成してもよく、Z14は水素原子、又は、1価の基を表し、L14は2価の基を表し、L24は単結合、又は、2価の基を表し、m1は1~5の整数を表し、n1は1以上の整数を表し、複数あるR24、及び、L14はそれぞれ同一でも異なってもよい。)
  13.  前記式3で表される化合物が、クマル酸、コーヒー酸、2,5-ジヒドロケイ皮酸、3,5-ジヒドロケイ皮酸、シナピン酸、フェルラ酸、2,3-ジヒドロケイ皮酸、及び、これらの誘導体からなる群より選択される少なくとも1種の化合物である、請求項12に記載の高分子化合物の製造方法。
  14.  請求項2に記載の高分子化合物の製造方法であって、
     下記式3′で表される化合物と、下記式4′で表されるヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート化合物とのエステル化反応により、下記式5′で表される単量体Bを合成することと、
     前記単量体Bのヒドロキシ基と保護化剤とを反応させ、保護されたヒドロキシ基を有する式6′で表される単量体Cを合成することと、
     前記単量体Cを重合させて、式7′で表される高分子化合物前駆体を合成することと、
     前記高分子化合物前駆体の前記保護されたヒドロキシ基を脱保護して、前記高分子化合物を得ることと、を含む、高分子化合物の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
    (式3′、4′、5′、6′、及び、7′中、R55は水素原子、又は、*-OR35で表される基を表し、R35はヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表し、*は結合位置を表し、複数あるR35は互いに結合して環を形成してもよく、Z15は水素原子、又は、1価の基を表し、L15は2価の基を表し、L25は単結合、又は、2価の基を表し、Zは前記ヒドロキシ基の保護基であり、複数あるZは互いに結合して環を形成してもよく、n2は1以上の整数であり、tは1~5の整数であり、複数あるR55、L15、及び、Zはそれぞれ同一でも異なってもよい。)
  15.  前記式3′で表される化合物が、クマル酸、コーヒー酸、2,5-ジヒドロケイ皮酸、3,5-ジヒドロケイ皮酸、シナピン酸、フェルラ酸、2,3-ジヒドロケイ皮酸、及び、これらの誘導体からなる群より選択される少なくとも1種の化合物である、請求項14に記載の高分子化合物の製造方法。
  16.  前記保護基が、エーテル系保護基、シリルエーテル系保護基、エステル系保護基、カーボネート系保護基、カルバメート系保護基、ホスフィナート系保護基、及び、スルホナート系保護基からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項14又は15に記載の高分子化合物の製造方法。
  17.  前記保護基が、カーボネート系保護基である請求項14~16のいずれか1項に記載の高分子化合物の製造方法。
  18.  前記保護化剤が、ピロ炭酸ジ-tert-ブチルである、請求項14に記載の高分子化合物の製造方法。
  19.  請求項1~11のいずれか1項に記載の高分子化合物を2つ含む二量体であって、
     2つの前記高分子化合物は、前記式1A中のRに隣接する二重結合が開裂して互いに結合している、二量体。
  20.  請求項1~11のいずれか1項に記載の高分子化合物を含有する接着剤組成物。
  21.  請求項1~11のいずれか1項に記載の高分子化合物からなる単量体と、請求項19に記載の二量体とを含有する、接着剤組成物。
  22.  架橋密度が10000~20000mol/cmである、請求項21に記載の接着剤組成物。
  23.  300~700nmの紫外線を照射した場合に架橋密度が増加し、前記照射の後、200~300nmの紫外線を照射した場合に、架橋密度が減少する、請求項20に記載の接着剤組成物。
  24.  300~700nmの紫外線を照射した場合の架橋密度に対し、200~300nmの紫外線を照射した場合の架橋密度が30%以下である、請求項23に記載の接着剤組成物。
  25.  300~700nmの紫外線を照射した場合の架橋密度が10000~20000mol/cmであり、200~300nmの紫外線を照射した場合の架橋密度が3000~6000mol/cmである、請求項23に記載の接着剤組成物。
  26.  請求項19~25のいずれか1項に記載の接着剤組成物を硬化させて得られた硬化物。
  27.  請求項21に記載の接着剤組成物の製造方法であって、請求項20に記載の接着剤組成物に紫外線を照射する工程を含む、接着剤組成物の製造方法。
  28.  請求項20に記載の接着剤組成物に、紫外線を1回以上照射する工程を含む、接着力の調整方法。
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