WO2022186137A1 - 共変性オルガノポリシロキサンおよびそれを含む硬化性オルガノポリシロキサン組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る共変性オルガノポリシロキサンは、鎖状のポリシロキサン分子であり、直鎖状であっても、一部に分岐を有する分岐鎖状構造であってもよい。このような共変性オルガノポリシロキサンは、分子鎖末端にR3SiO1/2で表されるシロキサン単位(M単位)を有し、その主鎖が本質的にR2SiO2/2で表されるシロキサン単位(D単位)により構成され、主鎖の一部に分岐構造を与えるRSiO3/2で表されるシロキサン単位(T単位)および/またはSiO4/2で表されるシロキサン単位(Q単位)を有してもよく、本発明の技術的効果を損なわない範囲であれば、シロキサン単位間の一部にシルアルキレン結合等の2価の連結基を有してもよい。上記のRは各々独立に一価の有機基であり、全てのRののうち、少なくとも一つは後述するアクリル基またはメタクリル基を含有するケイ素原子結合官能基(RA)、であり、少なくとも一つはアルコール性水酸基を少なくとも1個含有するケイ素原子結合官能基(ROH)である。なお、架橋反応性の見地から、共変性オルガノポリシロキサンを構成する全てのシロキサン単位中のRのうち、少なくとも2つがケイ素原子結合官能基(ROH)であることが好ましい。
式:M(2+m+2p)DnTmQp
により表される。式中、nは正の数であり、n,mは0または正の数であり、シロキサン単位の総数(すなわち、シロキサン重合度)である「2+m+2p+n+m+p」は10~10,000の範囲の数であり、末端のM単位を除く全てのシロキサン単位の少なくとも90モル%はD単位である。なお、直鎖状のポリシロキサン構造の場合、本発明に係る共変性オルガノポリシロキサンはMDnMと表され、n+2は、10~10,000の範囲の数となる。
一般式(1):
炭素原子数2~22のアルキレン基、
-R3-C(=O)-O-R4-で示される2価の有機基{式中、R3は炭素原子数2~22のアルキレン基であり、R4はエチレン基、プロピレン基、メチルエチレン基又はヘキシレン基から選択される基である}、および
-Z1-X-C(=O)-X-Z2-で示される2価の有機基{式中、Z1は-O(CH2)k-(kは0~3の範囲の数)を表し、Xは酸素原子、窒素原子、または硫黄原子をあらわす。Z2は*であるポリシロキサンの主鎖を構成するケイ素原子に結合する-[(CH2)2O]m(CH2)n-(mは0~3の範囲の数、nは3~10の範囲の数)で表される2価の有機基である}
から選ばれる基であることが好ましい。
HO-CH2-Y-*
で表される、ケイ素原子結合カルビノール変性基が例示できる。式中、Yは*であるポリシロキサンの主鎖を構成するケイ素原子に結合する、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を含んでもよい二価の有機基であり、-CH2O-[(CH2)2O]m(CH2)n-(mは0~3の範囲の数、nは3~10の範囲の数)等の二価の有機基が実用上好ましい。
HO-CH2-Y1-O-Y1-*
で表される、ケイ素原子結合カルビノール変性基が例示できる。式中、Y1は各々独立に炭素原子数1~20のアルキレン基であり、右端のY1は、*であるポリシロキサンの主鎖を構成するケイ素原子に結合する。実用上、Y1は、メチレン機、エチレン基、ブチレン基等の炭素原子数1~6のアルキレン基であることが好ましい。
本発明に係る共変性オルガノポリシロキサンは、縮合反応による加熱硬化性と、高エネルギー線の照射による光硬化性を併有することから、複数の硬化機構または二段階以上の硬化ステップを経て硬化する、硬化性オルガノポリシロキサン組成物の原料として好適である。また、本発明に係る共変性オルガノポリシロキサンは塗工可能な粘度を有し、加熱硬化反応により得られた半硬化物は基材に対する初期の粘着力に優れ、かつ、その基材に対する粘着力が、高エネルギー線の照射に伴って、未反応のケイ素原子結合官能基(RA)が光硬化反応により易剥離性の硬化層を形成し、粘着力が大きく減少することから、高エネルギー線の照射をトリガーとする粘着力変化により特徴づけられるオルガノポリシロキサン粘着剤組成物、粘着剤層の原料として特に有用である。
本発明に係る硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、上記の(A)共変性オルガノポリシロキサンを含み、縮合反応による加熱硬化性と、高エネルギー線の照射による光硬化性を併有する。
(A)本発明に係る共変性オルガノポリシロキサン、
(B)分子内にイソシアネート基を少なくとも2個含有する有機化合物、
(C)縮合反応触媒、および
(D)光ラジカル重合開始剤
を含有し、任意で、さらに、
(E)2官能の両末端カルビノール変性オルガノポリシロキサン、
(F)任意でアルケニル基を有してもよいポリジメチルシロキサン、および
(G)有機溶剤
を含有するものであって良い。以下、(B)~(G)成分について説明する。
(B)成分は、上記の硬化性オルガノポリシロキサン組成物の架橋剤として機能する成分であり、(A)成分中のカルビノール変性基等のケイ素原子結合官能基(ROH)と(C)縮合反応触媒の存在下で反応し、半硬化物である粘着剤層を形成することができる。当該粘着剤層は、基材に対する初期粘着力に優れる一方、未反応の光硬化性のケイ素原子結合官能基(RA)を含むため、高エネルギー線の照射をトリガーとする二段階硬化により粘着力が大きく減少し、易剥離性を呈する。
(C)成分は縮合反応触媒であり、加熱等により(A)成分、任意で(E)成分中のアルコール性水酸基と、(B)成分の縮合反応を促進する成分である。なお、かかる縮合反応触媒は、(A)成分を合成時に、ケイ素原子結合官能基(RA)をケイ素原子結合官能基(ROH)から誘導する際の縮合反応触媒と共通でも異なっていてもよく、その一部または全部を(A)成分の合成プロセスから組成物に持ち込むものであってもよい。
(D)成分は光ラジカル重合開始剤であり、高エネルギー線照射により、(A)成分中のケイ素原子結合官能基(RA)のアクリル基またはメタクリル基の光硬化反応を促進させる成分である。特に、(D)成分および(A)成分に由来する未反応の官能基(RA)を含む半硬化物からなる粘着剤層に高エネルギー線を照射することで、当該粘着剤層の基材に対する粘着力が大きく低下し、易剥離性の硬化物を形成する。
任意選択により、(D)光ラジカル重合開始剤と組み合わせて(D´)光増感剤を用いることもできる。増感剤の使用は、重合反応の光量子効率を高めることができ、光開始剤のみを用いた場合と比べて、より長波長の光を重合反応に利用できるようになるために、組成物のコーティング厚さが比較的厚い場合、又は比較的長波長のLED光源を使用する場合に特に有効であることが知られている。増感剤としては、アントラセン系化合物、フェノチアジン系化合物、ペリレン系化合物、シアニン系化合物、メロシアニン系化合物、クマリン系化合物、ベンジリデンケトン系化合物、(チオ)キサンテンあるいは(チオ)キサントン系化合物、例えば、イソプロピルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、スクアリウム系化合物、(チア)ピリリウム系化合物、ポルフィリン系化合物などが知られており、これらに限らず任意の光増感剤を本発明の硬化性オルガノポリシロキサン組成物および粘着剤組成物に用いることができる。その使用量は任意であるが、(D)成分に対する(D´)の成分の質量比が0~10となる範囲であり、使用する場合には0.01~5となる範囲で選択するのが一般的である。
本発明に係る組成物は、(A)~(D)成分に加えて、(E)2官能の両末端カルビノール変性オルガノポリシロキサンを添加することができる。なお、(E)成分の範囲からは、(A)成分と重複するものは除外され、好適には、(E)成分は、分子鎖の両末端のみに合計2つのカルビノール変性基を有し、その他の硬化反応性官能基を有しない、ジメチルポリシロキサンであることが好ましい。
本発明に係る組成物には、さらに、任意でアルケニル基を有してもよいポリジメチルシロキサンを添加してもよい。かかる(F)成分は、(A)~(D)、任意の(E)成分による架橋反応には関与しないが、当該成分を使用することで、硬化性オルガノポリシロキサン組成物の塗工に必要な粘度、硬化物または半硬化物の粘着性、硬さ、架橋密度等を調整することができるほか、硬化物の剥離特性等を改善することができる場合がある。
本発明に係る組成物は、その構成成分が比較的低粘度であるので、低溶剤型乃至無溶剤型の組成物が設計可能であるが、任意で(G)有機溶剤を含んでもよい。有機溶剤は、組成物の基材への塗工性や濡れ性を改善すべく、各成分を分散乃至溶解させる希釈剤として用いてもよく、その他の原料成分に付随する溶媒として不可避的に含まれる成分であってもよい。
本発明にかかる硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、本発明の技術的効果を損なわない範囲で、任意で、上記成分以外の成分を含むことができる。例えば、接着促進剤;(F)成分以外のポリジメチルジフェニルシロキサンなどの非反応性のオルガノポリシロキサン;フェノール系、キノン系、アミン系、リン系、ホスファイト系、イオウ系、またはチオエーテル系などの酸化防止剤;トリアゾール系またはベンゾフェノン系などの光安定剤;リン酸エステル系、ハロゲン系、リン系、またはアンチモン系などの難燃剤;カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、または非イオン系界面活性剤などからなる1種類以上の帯電防止剤などを含むことができる。なお、これらの成分のほか、顔料、染料、無機微粒子(補強性フィラー、誘電性フィラー、導電性フィラー、熱伝導性フィラー)などを任意で配合することもできる。
本発明にかかる硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、前記の(A)成分を含むため、加熱硬化性および高エネルギー線の照射による光硬化性を併有しており、特に、加熱硬化により得られた縮合反応物である半硬化物は初期粘着力に優れた粘着剤層として機能し、ここに高エネルギー線を照射することで、当該粘着剤層の基材に対する粘着力が大きく低下し、易剥離性の硬化物を形成して、基材から容易に除去することが可能である。以下、その使用方法を説明する。
本発明にかかる硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、基材上に塗工することによって塗膜を形成し、80~150℃の温度条件下、好適には、90~110℃の温度条件下で加熱することによって、組成物中のアルコール性水酸基とイソシアネート基の縮合反応により、初期粘着力に優れる粘着剤層として機能する半硬化物を与える。なお、硬化に必要な加熱時間は粘着剤層の厚さや触媒の使用量に応じ適宜選択しうるが、0.5~90分間の範囲であることが一般的である。本発明に係る組成物を用いて、加熱硬化により得られた粘着剤層は、未反応のケイ素原子結合官能基(RA)を含有するため、高エネルギー線の照射をトリガーとしてさらなる光硬化反応性を維持する。
加熱硬化により得られた半硬化物である粘着剤層は、高エネルギー線の照射をトリガーとしてさらなる光硬化反応が進行し、その粘着力が大きく減少し、易剥離性であり、基材等に糊残りを生じない硬質な硬化物を形成して、容易に基材から剥離することができる。具体的には、加熱硬化反応によって得られたオルガノポリシロキサン半硬化物を、他の基材に対して密着させた場合に、その基材に対する粘着力が、高エネルギー線の照射に伴う光硬化反応の前後で10%以上減少するものであり、30%以上減少することが好ましく、50%以上減少することが特に好ましい。なお、こうした粘着力変化は、前記のSUS板等を用いた粘着力測定試験により、定量的に計測可能である。
本発明に係る硬化性オルガノポリシロキサン組成物およびオルガノポリシロキサン粘着剤組成物を硬化させてなる粘着剤層(半硬化物、硬化物を含む)は、実質的に透明、半透明または不透明のいずれであってもよく、当該粘着剤層の用途に応じてその透明性を設計することができる。目視で透明である場合、より客観的には、厚み100μmの硬化層からなる粘着剤層の波長450nmの光の透過率が空気の値を100%とした場合に80%以上であり、好適には90%以上であり、95%以上に設計してもよい。一方、光透過性が求められない仮留等の粘着剤等においては、半透明~不透明な粘着剤層であってもよく、光透過性以外の要求特性に応じて、着色性あるいは光透過性を損なうようなフィラー成分または添加剤を利用しても良い。
本発明に係る粘着剤層は、被着体との密着性を向上させるために、粘着剤層または基材の表面に対してプライマー処理、コロナ処理、エッチング処理、プラズマ処理等の表面処理を行ってもよい。ただし、本発明の密着層は、上記のとおり、表示デバイス等の基材への密着性に優れることから、必要に応じ、これらの工程を加えてさらに被着体との密着性を向上させてもよく、これらの工程を省くことにより、より高い生産効率を実現してもよい
本発明の硬化性シリコーン組成物を硬化させてなる硬化層を含む物品は、密着テープ、特に、着脱を前提とする保護テープであってよく、上記の合成樹脂フィルム・シート、金属箔、織布、不織布、紙等の繊維製品からなるシート状部材と上記の密着層を備えることを特徴とする。このような密着テープの種類は、特に制限されるものではなく、絶縁テープ、耐熱テープ、ハンダマスキングテープ、マイカテープバインダー、仮止めテープ(シリコーンゴム部品等の仮止めテープを特に含む)、スプライシングテープ(シリコーン剥離紙用スプライシングテープを特に含む)があげられる。
上記のフィルム状基材上に、上記の硬化性シリコーン組成物を硬化してなる硬化密着層を備えた積層体を形成させて良く、好適には、これらのフィルム状基材に当該硬化密着層に対する剥離層が設けられていてもよい。
具体的には、
フィルム状基材、
該フィルム状基材上に形成された第1剥離層、
該剥離層上に上記の硬化性オルガノポリシロキサン組成物を塗工し加熱硬化させて形成された粘着剤層層、及び
該密着層上に積層された第2剥離層
を備えるものであってよい。
本発明の硬化性オルガノポリシロキサン組成物を加熱硬化して得られる密着層(粘着剤層)は、積層タッチスクリーン又はフラットパネルディスプレイの保護、構築及び利用に使用することができ、その具体的な使用方法は、密着層(例えば、シリコーンPSA、シリコーン接着剤、およびシリコーン封止剤)の公知の使用方法を特に制限なく用いることができる。
下記式:
下記式:
・成分(A-2):合成例(2)に記載のカルビノール基およびメタクリロイル基を有する二官能性オルガノポリシロキサン(OH基含有量:0.12質量%、メタクリレート基含有量:2.61質量%)
・成分(A´):合成例(1)に記載のカルビノール基のみを有するオルガノポリシロキサン(OH基含有量:0.41質量%、メタクリレート基含有量:0.0質量%)
B:下記式
C:Fomrez UL-28 Catalyst(ジメチル錫ジネオデカノエート、Galata Chemicals社製)
D:2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン(CAS番号: 24650-42-8 東京化成工業株式会社製)
E:下記式で表される2官能カルビノール変性ポリシロキサン
以下に、本発明の実施例及び比較例を記す。なお、各実施例・比較例・参考例において「硬化させた」とは、各々の硬化条件により、各組成物が完全に硬化したことを意味するものである。
表1に示す各成分を用いて、各実施例、比較例に示す硬化反応性のオルガノポリシロキサン組成物からなる粘着剤組成物を調製した。なお、表1における%は全て質量%である。
各組成物を、PETフィルム(株式会社東レ製、製品名ルミラー(登録商標)S10、厚さ50μm)に硬化後の厚みが75μmとなるように塗工し、100℃で5分間硬化させた。1時間放置後、同試料を幅20mmに切断し、粘着層面をSUS板(パルテック製)にローラーを用いて貼り合せて試験片とした。SUS板に対し、JIS Z 0237に従う180°引き剥がし試験方法を用いて引張速度300mm/minにより測定された粘着力を「初期粘着力」として表1に示した。また、同試験片に[UV-LED紫外線照射装置(JATEC社製)]を用いて、PET面側から、紫外線照射量(照度)が積算光量として2,000mJ/cm2となるように波長365nmの紫外線を照射し、紫外線照射後の試験片の粘着力を上記同様にして測定し、「紫外線照射後の粘着力」として、表1に示した。
*糊残りの有無確認
Claims (15)
- 分子中に、下記一般式(1)で表される、アクリル基またはメタクリル基を含有するケイ素原子結合官能基(RA)、および、アルコール性水酸基を少なくとも1個含有するケイ素原子結合官能基(ROH)を含有し、ケイ素原子結合官能基(RA)の含有量が、ポリシロキサン分子を構成するケイ素原子に結合する全ての官能基に対して、0.10~10.0モル%の範囲内であり、かつ、ケイ素原子結合官能基(RA)1モルあたり、アルコール性水酸基を少なくとも1個含有するケイ素原子結合官能基(ROH)を、その平均物質量が0.1~1.0モルとなる範囲で含有する、鎖状の共変性オルガノポリシロキサン。
一般式(1):
- 上記の官能基ROHが、-CH2-OHで表されるアルコール性水酸基部分を1個以上含む、カルビノール変性基、ポリエーテル変性基、グリコール変性基およびグリセリン変性基から選ばれる1種類以上のケイ素原子結合官能基である、請求項1に記載の共変性オルガノポリシロキサン。
- 上記の官能基ROHが、下記一般式(2)で表される、ケイ素原子結合カルビノール変性基である、請求項1または請求項2に記載の共変性オルガノポリシロキサン。
一般式(2):
HO-CH2-Y-*
(式中、Yは*であるポリシロキサンの主鎖を構成するケイ素原子に結合する、ヘテロ原子を含んでもよい二価の有機基である) - 上記の官能基ROHが、下記一般式(2-1)で表される、ケイ素原子結合カルビノール変性基である、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の共変性オルガノポリシロキサン。
一般式(2-1)
HO-CH2-Y1-O-Y1-*
(式中、Y1は各々独立に炭素原子数1~20のアルキレン基であり、右端のY1は、*であるポリシロキサンの主鎖を構成するケイ素原子に結合する) - 分子内に、上記の官能基ROHを2以上有する、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の共変性オルガノポリシロキサン。
- ポリシロキサンの主鎖が直鎖状である、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の共変性オルガノポリシロキサン。
- (A)請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の共変性オルガノポリシロキサン 100質量部
(B)分子内にイソシアネート基を少なくとも2個含有する有機化合物 0.1~10.0質量部、
(C)縮合反応触媒 (A)成分に対し、0.01~1000ppmとなる量、および
(D)光ラジカル重合開始剤 0.1~10質量部
を含有する、硬化性オルガノポリシロキサン組成物。 - さらに、(E)2官能の両末端カルビノール変性オルガノポリシロキサン 0~20質量部
を含有する、請求項8に記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。 - さらに、(F)任意でアルケニル基を有してもよいポリジメチルシロキサンおよび(G)有機溶剤から選ばれる1種類以上を含有する、請求項8または請求項9に記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
- 加熱硬化性および高エネルギー線の照射による光硬化性を併有することを特徴とする、請求項8~請求項10のいずれか1項に記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
- 加熱硬化反応によって得られたオルガノポリシロキサン半硬化物を、他の基材に対して密着させた場合に、その基材に対する粘着力が、高エネルギー線の照射に伴う光硬化反応の前後で50%以上減少することを特徴とする、請求項8~請求項11のいずれか1項に記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
- 請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の共変性オルガノポリシロキサンを含む、オルガノポリシロキサン粘着剤組成物。
- 請求項8~請求項12のいずれか1項に記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物を硬化ないし半硬化させてなる、オルガノポリシロキサン粘着剤層。
- 工程(I):請求項13に記載のオルガノポリシロキサン粘着剤組成物を基材上に塗布する工程、
工程(II):工程(I)で塗布したオルガノポリシロキサン粘着剤組成物を加熱硬化反応により半硬化させる工程、
工程(III):工程(II)により得た半硬化物に、高エネルギー線を照射し、光硬化反応によりさらに硬化させる工程
を含み、工程(III)における高エネルギー線の照射により、工程(II)で得た半硬化物の他の基材に対する粘着力が減少することを特徴とする、オルガノポリシロキサン粘着剤組成物の使用方法。
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