CN103502279B - 具有混合光交联体系的压敏粘合剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提供粘合剂组合物的方法，其包括以下步骤：将包括a）(甲基)丙烯酰基单体混合物的可交联组合物与b）光交联剂混合物合并，并且用UVC辐射辐照以共聚化和交联所述组合物。
Description
相关专利申请的交叉引用
本申请要求于2011年4月26日提交的美国临时专利申请号61/478969以及2011年6月23日提交的美国临时专利申请号61/500415的权益，这些申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
背景技术
压敏胶带在家庭和工作场所中事实上随处可见。在其最简单的模式之一中，压敏胶带包括粘合剂和背衬，并且整体构造在使用温度下为粘性的，并且仅使用适度压力便粘附至多种基底以形成粘结。以此方式，压敏胶带构成了完整自持的粘合***。
根据压敏胶带协会，已知压敏粘合剂(PSA)具有包括以下的性质：（1）有力而持久的粘着力；（2）用不超过指压的压力即可粘附；（3）具有足够固定在粘附体上的能力；以及（4）足够的内聚强度以便使其从粘附体干净地移除。已发现作为PSA充分发挥作用的材料包括经设计和配制以表现出所需粘弹特性的聚合物，所述粘弹特性实现所期望的粘着力、剥离粘附力与剪切保持力的平衡。PSA的特征在于通常在室温（例如20℃）下是发粘的。PSA不包括仅具有粘性或仅能够黏附于某表面的组合物。
通常使用经设计旨在单独测量粘着力、粘附力（剥离强度）和内聚力（剪切保持力）的测试方法来评估这些要求，如A.V.Pocius在由俄亥俄州辛辛那提汉瑟加德纳出版社（Hanser Gardner Publication,Cincinnati,OH）于2002年出版的Adhesion and Adhesives Technology:An Introduction（粘附和粘合剂技术：概论）（第2版）中所指明的那样。这些量度合在一起构成了经常用来表征PSA的诸性质的平衡。
随着多年来压敏胶带使用的扩展，性能要求已变得更加苛刻。例如，原来预期用于在室温下支承适度负载的剪切保持能力，现已在操作温度和负载方面对于许多应用而言大幅度提高。所谓的高性能压敏胶带是能够在高温（例如70℃）下支撑负载达10,000分钟的那些。一般通过交联PSA来实现增加的剪切保持能力，但必须相当注意，要保持高水平的粘着力和粘附力以保持前述性质的平衡。
对于丙烯酸类粘合剂来说，存在两种主要的交联机制：多官能烯键式不饱和基团与其它单体的自由基共聚，和通过官能单体（如丙烯酸）进行的共价或离子交联。另一种方法是使用UV交联剂（诸如可共聚的二苯甲酮）或后加入的光交联剂（诸如多官能二苯甲酮和三嗪）。过去，使用多种不同的材料作为交联剂，例如多官能丙烯酸酯、苯乙酮、二苯甲酮和三嗪。然而前述的交联剂具有包括以下一种或多种的某些弊端：挥发性高；与某些聚合物***不相容；产生腐蚀性或有毒的副产物；产生不良的颜色；需要单独的光敏化合物来引发交联反应；以及对氧高度敏感。电子工业和其中PSA接触金属表面的其他应用的特定问题是腐蚀性或毒性副产物的产生以及不期望的颜色的产生。
氯化三嗪交联剂为高度有效且可靠的UV交联剂，并常常用于制备高性能PSA。它们耐氧，具有清除能力，并能够在低强度光照射下固化(甲基)丙烯酸类组合物。然而，因为三嗪已知释出HCl，氯化试剂的存在可能不利。这可能引起高温下一些背衬的脆化。HCl的释放进一步限制在电子工业以及其他应用如医疗胶带中的使用。
发明内容
简而言之，本发明提供可交联（即预粘合）组合物，其包含酸官能化(甲基)丙烯酰基共聚物和光交联剂的混合物。光交联混合物包含二苯甲酮光交联剂和蒽醌光交联剂和/或噻吨酮光交联剂。该可交联组合物在与光交联混合物交联时提供具有较少上述缺点的压敏粘合剂组合物。特别注意，本发明的组合物在用于电子工业和其他应用中是更可接受的，其中因为不存在释放的HCl，PSA接触金属表面，并且还降低PSA褪色的潜在性。
在一个实施例中，提供了一种可交联组合物，其包含：a）互聚单体的酸官能化(甲基)丙烯酰基共聚物，其包括：i）(甲基)丙烯酸酯；ii）酸官能化烯键式不饱和单体；iii）任选的非酸官能化极性单体；iv）任选的乙烯基单体；和v）任选的多官能(甲基)丙烯酸酯交联剂；和b）光交联剂混合物。
在又一实施例中，提供了一种可交联浆料组合物，其包含：溶质(甲基)丙烯酰基共聚物，其包含a）互聚单体的酸官能化(甲基)丙烯酰基共聚物，其包括：i）(甲基)丙烯酸酯；ii）酸官能化烯键式不饱和单体；iii）任选的非酸官能化极性单体；iv）任选的乙烯基单体；和v）任选的多官能(甲基)丙烯酸酯交联剂；b）光交联剂混合物和c）包括至少一种可自由基聚合的溶剂单体的组分。浆料聚合物通过UVA和UVC辐射的组合进行交联。
在另一个实施例中，本发明提供一种提供粘合剂组合物的方法，其包括以下步骤：将浆料聚合物可交联组合物与b）光交联试剂混合物合并，所述浆料聚合物可交联组合物包括：a）互聚单体的酸官能化(甲基)丙烯酰基共聚物，其包括：i）(甲基)丙烯酸酯；ii）酸官能化烯键式不饱和单体；iii）任选的非酸官能化极性单体；iv）任选的乙烯基单体；和v）任选的多官能(甲基)丙烯酸酯交联剂；，并且用UVA辐射和UVC辐射辐照以共聚化和交联所述组合物。
在另一个实施例中，本发明提供一种压敏粘合剂组合物，其包含所述酸官能化(甲基)丙烯酰基共聚物，和光交联剂混合物的残基。
在某些实施例中，酸官能化(甲基)丙烯酰基共聚物互聚单体包含：85至99重量份的非叔醇的(甲基)丙烯酸酯；1至15重量份的酸官能化烯键式不饱和单体；0至10重量份的非酸官能化极性单体；0至5重量份的乙烯基单体；和0至5份多官能(甲基)丙烯酸酯，基于单体混合物的100重量份计。该粘合剂共聚物将还含有光交联剂的残基，其为(甲基)丙烯酰基共聚物链的侧基，或分散于其中。
本公开也提供从本文所述的可交联组合物（例如浆料组合物）制得的压敏粘合剂，以及包括例如这种粘合剂的涂层的压敏粘合剂制品。本公开的压敏粘合剂（交联的组合物）提供了粘着性、剥离粘附力和剪切保持力的所需平衡，并且还符合Dahlquist标准，即在应用温度（通常为室温）下在1Hz频率下粘合剂的模量低于3×106达因/cm。
在本申请中，“预粘合剂”指可以进行交联以形成压敏粘合剂的包含酸官能化共聚物和交联剂混合物的混合物。
“浆料组合物”指溶质聚合物在一种或多种溶剂单体中的溶液，所述组合物在22℃下具有500至10,000cP的粘度。
在本文中，“(甲基)丙烯酰基”包括(甲基)丙烯酸酯和(甲基)丙烯酰胺。
在本文中，“(甲基)丙烯酸类”包括甲基丙烯酸类和丙烯酸类。
在本文中，“(甲基)丙烯酸酯”包括甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯。
术语“烃基”意指饱和或不饱和的直链、支链、环状或多环烃基。除非另外指出，烃基通常含有至多30个碳原子，常常至多20个碳原子，甚至更常常至多10个碳原子。该术语用于涵盖烷基、烯基、炔基，以及环状基团（例如脂环族和芳族基团）。
术语“杂烃基”意指具有由诸如O、S或N的链中杂原子替换的至少一个链碳原子（即链中的）的饱和或不饱和直链、支链、环状或多环烃基（除非另外指出，通常含有最多至30个碳原子）。
术语“(杂)烃基”包括烃基和杂烃基。
术语“脂环烃基”是指具有与脂族基团的性质类似的性质的环状烃基。术语“芳族基团”或“芳基”是指单环或多环芳香烃基。
在本文中，“烷基”包括直链、支链和环状烷基，并切包括未取代的和取代的烷基。除非另外指明，否则所述烷基基团通常包含1至20个碳原子。如本文所用的“烷基”的例子包括但不限于甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、异丁基、叔丁基、异丙基、正辛基、2-辛基、正庚基、乙基己基、环戊基、环己基、环庚基、金刚烷基和降冰片基等。除非另外指明，否则烷基基团可以为一价或多价的。
本发明的上述发明内容并非旨在描述本发明所公开的每个实施例或每种实施方式。以下描述更具体地例示了示例性实施例。在本申请全文的若干地方，通过实例列表提供了指导，其实例可用于多种组合中。在每一种情形下，所列举的列表仅仅作为代表性群组，而不应被理解为排他性列表。
具体实施方式
本发明提供了一种包含酸官能化(甲基)丙烯酰基共聚物的预粘合剂组合物，其中，用光交联剂混合物交联时，所述组合物提供具有所需性质的压敏粘合剂和压敏粘合剂制品。优选地，所述共聚物为(甲基)丙烯酸酯共聚物。
本发明还提供一种可交联浆料组合物，其包括：溶质(甲基)丙烯酰基共聚物，其包含a)互聚单体的酸官能化(甲基)丙烯酰基共聚物，所述互聚单体包括：i）(甲基)丙烯酸酯；ii）酸官能化烯键式不饱和单体；iii）任选的非酸官能化极性单体；iv）任选的乙烯基单体；和v）任选的多官能(甲基)丙烯酸酯交联剂；b）光交联剂混合物，其包含二苯甲酮光交联剂和蒽醌光交联剂和/或噻吨酮光交联剂；和c）包含至少一种可自由基聚合的溶剂单体的组分。
本发明还提供一种制备(甲基)丙烯酸酯粘合剂组合物的方法，其包含：
a）提供(甲基)丙烯酰基单体混合物和光引发剂，
b）用UVA辐照所述混合物以将所述单体混合物部分地共聚化为浆料共聚物；
c）添加额外的光引发剂和任选的多官能(甲基)丙烯酸酯，然后；
d）将步骤b）或c）的所述浆料聚合物与光交联混合物合并，所述光交联混合物包含：
i）二苯甲酮光交联剂，和
ii）蒽醌光交联剂和/或噻吨酮光交联剂；
e）用UVA辐射辐照所述混合物，和
f）用UVC辐射辐照所述混合物以进一步交联所述共聚物。
步骤e）和f）可以同时发生或连续进行。
本发明提供包含(甲基)丙烯酰基单体混合物和光交联剂混合物的预粘合剂组合物，其中，当进行光交联时，所述组合物提供压敏粘合剂和压敏粘合剂制品。本发明还提供一种制备粘合剂组合物的方法，其包括将浆料共聚物(甲基)丙烯酸酯单体混合物与光交联剂混合物合并，和首先用UVA辐射辐照，并在后续步骤中，用UVC辐射辐照。
用于制备酸官能化(甲基)丙烯酸酯粘合剂共聚物的(甲基)丙烯酸酯单体为非叔醇的单体(甲基)丙烯酸酯，所述醇包含1至14个碳原子，并且优选包含平均4至12个碳原子。
适用作(甲基)丙烯酸酯单体的单体的例子包括丙烯酸或甲基丙烯酸与非叔醇的酯，所述非叔醇为例如乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基-1-丁醇、1-己醇、2-己醇、2-甲基-1-戊醇、3-甲基-1-戊醇、2-乙基-1-丁醇、3,5,5-三甲基-1-己醇、3-庚醇、1-辛醇、2-辛醇、异辛醇、2-乙基-1-己醇、1-癸醇、2-丙基庚醇、1-十二烷醇、1-十三烷醇、1-十四烷醇、香茅醇、二氢香茅醇等等。在一些实施例中，优选的（甲基）丙烯酸酯单体是（甲基）丙烯酸与丁醇或异辛醇或其组合的酯，但是两种或更多种不同的（甲基）丙烯酸酯单体的组合也是合适的。在一些实施例中，优选的(甲基)丙烯酸酯单体是(甲基)丙烯酸与衍生自可再生来源的醇（如2-辛醇、香茅醇、二氢香茅醇）的酯。
在一些实施例中，可取的是(甲基)丙烯酸酯单体包括高Tg单体，Tg为至少25℃，优选为至少50℃。合适的高Tg单体包括可用于本发明的合适的单体的例子，所述例子包括但不限于：丙烯酸叔丁基酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸仲丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸十八烷酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸环己酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸苄酯、丙烯酸3,3,5三甲基环己基酯、丙烯酸环己酯、N-辛基丙烯酰胺、和甲基丙烯酸丙酯或其组合。
基于用于制备聚合物的100份总单体含量计，(甲基)丙烯酸酯单体的存在量为85至99.5重量份。优选的是，按100份总单体含量计，(甲基)丙烯酸酯单体的存在量为90至95重量份。在包含高Tg的(甲基)丙烯酸酯单体时，共聚物可以包含85重量份至99.5重量份（甲基）丙烯酸酯单体组分的最多30重量份、优选最多20重量份。
所述(甲基)丙烯酰基共聚物还包含酸官能化单体，其中的酸官能团可以是酸本身，如羧酸，或者一部分可以是其盐，如碱金属羧酸盐。可用的酸官能化单体包括（但不限于）选自烯键式不饱和羧酸、烯键式不饱和磺酸、烯键式不饱和膦酸以及它们的混合物的那些。这类化合物的例子包括选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、富马酸、巴豆酸、柠康酸、马来酸、油酸、(甲基)丙烯酸β-羧乙酯、甲基丙烯酸2-磺乙酯、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基膦酸以及它们的混合物的那些。
出于其可获得性的原因，酸官能化共聚物的酸官能化单体通常选自烯键式不饱和羧酸，即(甲基)丙烯酸。当需要更强的酸时，酸性单体包括烯键式不饱和磺酸和烯键式不饱和膦酸。按100重量份总单体计，酸官能化单体通常以0.5至15重量份、优选0.5至10重量份的量使用。
可用于制备该共聚物的极性单体在一定程度上为油溶性和水溶性的。如本文所用，术语“极性单体”不包括酸官能化单体。
合适的极性单体的代表性例子包括但不限于：(甲基)丙烯酸2-羟乙酯；N-乙烯基吡咯烷酮；N-乙烯基己内酰胺；丙烯酰胺；单-或二-N-烷基取代的丙烯酰胺；叔丁基丙烯酰胺；二甲氨基乙基丙烯酰胺；N-辛基丙烯酰胺；聚(烷氧基烷基)(甲基)丙烯酸酯类，包括(甲基)丙烯酸2-(2-乙氧基乙氧基)乙酯、(甲基)丙烯酸2-乙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-甲氧基乙氧基乙酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙酯、聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯；烷基乙烯基醚类，包括乙烯基甲基醚；以及它们的混合物。优选的极性单体包括选自（甲基）丙烯酸2-羟乙酯和N-乙烯基吡咯烷酮的那些。按100重量份总单体计，极性单体的存在量可以为0至10重量份、优选为0.5至5重量份。
当使用时，可用于(甲基)丙烯酸酯聚合物的乙烯基单体包括乙烯基酯（例如乙酸乙烯酯和丙酸乙烯酯）、苯乙烯、取代的苯乙烯（例如α-甲基苯乙烯）、乙烯基卤化物以及它们的混合物。如本文所用，乙烯基单体不包括酸官能化单体、丙烯酸酯单体和极性单体。以100重量份单体总重量计，通常所使用的这些乙烯基单体为0至5重量份，优选为1至5重量份。
为了提高涂覆的粘合剂组合物的内聚强度，可将多官能（甲基）丙烯酸酯掺入到可聚合单体的共混物中。多官能丙烯酸酯特别可用于乳液或浆料聚合。可用的多官能(甲基)丙烯酸酯的例子包括（但不限于）二(甲基)丙烯酸酯、三(甲基)丙烯酸酯和四(甲基)丙烯酸酯，如1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚（乙二醇）二(甲基)丙烯酸酯、聚丁二烯二(甲基)丙烯酸酯、聚氨酯二(甲基)丙烯酸酯和丙氧基化甘油三(甲基)丙烯酸酯以及它们的混合物。多官能（甲基）丙烯酸酯的量和种类取决于粘合剂组合物的应用来定制。通常，按粘合剂组合物的总干重计，多官能(甲基)丙烯酸酯以小于5份的量存在。更具体地讲，按100份粘合剂组合物的总单体计，多官能(甲基)丙烯酸酯以0.01至5份、优选0.05至1份的量存在。
一般来讲，多官能(甲基)丙烯酸酯不是初始单体混合物的一部分，但在任选步骤c）期间与额外添加的光引发剂一起添加。
优选地，无(甲基)丙烯酸酯粘合剂共聚物的单体含有妨碍光交联剂的吸光能力的任何取代基。这种取代基为在约240至400nm且优选约290-350nm的范围中发色并且吸光的那些，具有大于未取代单体中对应吸收的消光系数。
用于步骤b）聚合物的合适光引发剂可以为有机化合物、有机金属化合物或无机化合物，但最常见在性质上为有机的。常用的有机光引发剂的例子包括苯偶姻及其衍生物、联苯酰缩酮、苯乙酮、苯乙酮衍生物、蒽醌、蒽醌衍生物、二苯甲酮和二苯甲酮衍生物。一般来讲，所述引发剂或引发剂混合物最低将占可聚合组合物的约0.001至约7重量%，优选地约0.01至约5重量%，并且最优选地约0.1至约4重量%。
该方法的步骤b）包括：用UVA辐射辐照所述单体混合物（含有上述光引发剂）以将所述单体混合物部分地共聚化成包含酸官能化(甲基)丙烯酸酯共聚物和未聚合单体的浆料共聚物。“浆料聚合物”指溶质聚合物在一种或多种溶剂单体中的溶液，该溶液在22℃下粘度为500厘泊至10,000厘泊。
用光或热引发剂将浆料聚合物组合物聚合到可用的涂布粘度，使之可以涂布到基底（如胶带背衬）上并进一步聚合。部分聚合提供了酸官能化（甲基）丙烯酸酯溶质共聚物在一种或多种溶剂单体中的可涂布溶液。通常，将光交联剂混合物加入到部分地聚合的组合物中，然后涂布在合适的基底上并进一步聚合。在替代实施例中，将光交联剂混合物添加至可聚合单体的混合物、进行部分地聚合、涂布，然后进一步聚合。
如先前所述的，在辐照期间通过测量聚合介质的折射率，可以监测单体混合物到浆料聚合物的转化程度。有用的涂料粘度以在最多30%、优选2-20%、更优选5-15%、最优选7-12%的范围内的转化率（可用单体聚合的百分比）来实现。溶质聚合物的分子量（重均）为至少100,000，优选地至少500,000。
如果需要，链转移剂可添加至步骤a）的单体混合物以降低浆料聚合物组合物中的溶质聚合物的分子量。已经发现的是，链转移剂的添加允许更高程度的转化，同时仍维持可涂布粘度。
可用的链转移剂的实例包括但不限于选自四溴化碳、醇、硫醇以及它们的混合物的那些链转移剂。当存在链转移剂时，优选的链转移剂为巯基乙酸异辛酯和四溴化碳。如果使用，则基于100重量份的总单体混合物计，单体混合物还可包含至多约0.5重量份的链转移剂，通常约0.01至约0.5重量份，优选地约0.05重量份至约0.2重量份。
当使用链转移剂时，相比于缺乏链转移剂的情况，浆料聚合物组合物一般聚合到更高的转化率。转化率可高达35重量%，但一般至多至约25重量%。这导致通常具有较低分子量的共聚物，但保持可涂布粘度。
在辐照步骤b）中，第一光源为一种其绝大多数辐射发生于约280至约500nm、优选约300至约500nm、更优选约315至约440nm且最优选约315至约400nm的光源。在第一步骤中，辐照优选处于低流量率下，即小于约50mW/cm2、更优选小于约20mW/cm2且最优选小于约10mW/mW/cm2。合适的第一光源的例子为白炽光灯和荧光灯。
第一光源的最大光谱输出一般在大于约300nm、优选大于约310nm且最优选大于约320nm的波长下发生。
在任选步骤c）中，步骤b）的浆料聚合物产物随后与额外的光引发剂合并，并且任选地且优选地与多官能(甲基)丙烯酸酯合并，再用UVA光源辐照以进一步共聚化和交联所述浆料聚合物。已经发现的是，通过添加多官能(甲基)丙烯酸酯，该任选步骤提高所得粘合剂的剪切性质。
在步骤d）中，步骤b）或c）的浆料聚合物与光交联混合物合并，所述光交联混合物包含：
i）二苯甲酮光交联剂，和
ii）蒽醌光交联剂和/或噻吨酮光交联剂；和
然后在步骤e）和f）中，用UVA和UVC辐射辐照所述浆料聚合物以进一步交联该共聚物。该辐照可以是连续或同时发生的。
步骤d）中所用的光交联剂混合物包含二苯甲酮光交联剂，和蒽醌光交联剂或噻吨酮光交联剂，或蒽醌光交联剂和噻吨酮光交联剂。
二苯甲酮光交联剂可以为以下通式的多官能二苯甲酮：
其中：
W为-O-、-NH-或-S-；
Z代表(杂)烃基有机间隔基团，优选地选自烷基、芳基、芳烷基、杂芳基并且任选地含有酯、酰胺基、聚氨基甲酸酯和脲官能团。
x为至少2，优选为2-6；
各R1独立选自C1-C12烷基、C1-C12烷氧基、C1-C12烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、腈和卤素，
并且n为0至4。在一个优选的实施例中，W为–O-；Z为-(CH2)2-12-；并且n为2。
多官能二苯甲酮的具体例子包括1,5-双(4-苯甲酰基苯氧基)戊烷、1,9-双(4-苯甲酰基苯氧基)壬烷和1,11-双(4-苯甲酰基苯氧基)十一烷。
在替代实施例中，二苯甲酮光交联剂为下式的单二苯甲酮（monobenzophenone）：
其中各R1独立选自C1-C12烷基、C1-C12烷氧基、C1-C12烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、腈和卤素。
一官能二苯甲酮的具体例子包括二苯甲酮、4-苯基二苯甲酮、4-甲氧基二苯甲酮、4,4'-二甲氧基二苯甲酮、4,4'-二甲基二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、4-(2-羟基乙硫基)-二苯甲酮和4-(4-甲苯基硫基)-二苯甲酮。
蒽醌光交联剂为下式：
其中各R1独立选自C1-C12烷基、C1-C12烷氧基、C1-C12烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、腈和卤素，并且n为0至4。
可用的蒽醌光交联剂的代表性例子包括蒽醌、2-甲基蒽醌、2-叔丁基蒽醌、2-乙基蒽醌、2-苯基蒽醌、1,4-二甲基蒽醌、2,3-二甲基蒽醌、1,2-二甲基蒽醌、1-甲氧基-2-甲基蒽醌、2-乙酰基蒽醌和2,6-二-叔丁基蒽醌。
噻吨酮光交联剂为下式：
其中各R1独立选自C1-C12烷基、C1-C12烷氧基、C1-C12烷硫基、芳基、芳氧基、芳硫基、腈和卤素，并且n为0至4。
可用的噻吨酮光交联剂的代表性例子包括噻吨酮、2-异丙基噻吨酮、2-氯代噻吨酮、2-十二烷基噻吨酮、1-甲氧基羰基噻吨酮、2-乙氧基羰基噻吨酮、3-(2-甲氧基乙氧羰基)-噻吨酮、4-丁氧基羰基噻吨酮、3-丁氧羰基-7-甲基噻吨酮、1-氰基-3-氯代噻吨酮、1-乙氧羰基-3-氯代噻吨酮、1-乙氧羰基-3-乙氧基噻吨酮、1-乙氧羰基-3-氨基噻吨酮、1-乙氧羰基-3-苯磺酰噻吨酮、1-乙氧羰基-3-(1-甲基-1-吗啉基乙基)-噻吨酮、2-甲基-6-二甲氧基甲基噻吨酮、2-甲基-6-(1,1-二甲氧基苄基)-噻吨酮、2-吗啉基甲基噻吨酮、2-甲基-6-吗啉基甲基噻吨酮、N-丙烯基噻吨酮-3,4-二甲酰亚胺、N-辛基噻吨酮-3,4-二甲酰亚胺、N-(1,1,3,3-四甲基丁基)-噻吨酮-3,4-二甲酰亚胺、6-乙氧羰基-2-甲氧基噻吨酮和6-乙氧羰基-2-甲基噻吨酮。特别优选的是2-异丙基噻吨酮。其他优选的噻吨酮包括1-氯-4-丙氧基噻吨酮、2-丙氧基噻吨酮和4-丙氧基噻吨酮。
其他可用的二苯甲酮、噻吨酮和蒽醌发色团描述在U.S.6,235,922（Heilmann等人）中。
光交联剂混合物包含5至50重量%的二苯甲酮光交联剂，和50至95重量%的蒽醌光交联剂和/或噻吨酮光交联剂。优选地，光交联剂混合物包含20至50重量%的二苯甲酮光交联剂，和50至80重量%的蒽醌光交联剂和/或噻吨酮光交联剂。已观察到，该混合物提供比任何单一光交联剂更佳的粘合剂性质。此外，已确定，该混合物必须含有至少一种二苯甲酮光交联剂。据信，该混合物通过共同地具有353纳米处强UV吸光度而模仿常规三嗪交联剂的性能，所述三嗪交联剂以引用方式并入本文中。
可辐射活化的光交联剂混合物的使用量能有效交联该聚合物使得其具有足够内聚强度，但未大到使得聚合物变得过固化的量。取决于应用、聚合物的类型、交联剂的类型、从聚合物中夺氢的容易度、所形成基团的反应性、所述组合物暴露于辐照的强度和长度、聚合物的分子量以及材料的所需最终性质，交联剂的实际量将变化。在这些准则下，交联剂混合物的使用量基于聚合物的总重量计优选为约0.01至10重量%，更优选约0.1至5重量%，并且最优选约0.1至1.0重量%。
当混合物的各光交联剂为夺氢型时，所得的粘合剂共聚物将具有光交联剂的残基，其为(甲基)丙烯酰基聚合物链的侧基或分散在聚合物基体中。所谓残基，是指交联中的光致断裂和夺氢反应的副产物。例如，二苯甲酮的残基为对应二苯甲醇(benzohydrol)，其可以为聚合物链的侧基或作为聚合物基体中的单独组分。相似地，噻吨酮将产出噻吨醇(thioxanthol)残基并且蒽醌将产出蒽二酚残基。
在第二辐照步骤f）中，粘合剂聚合物用UVC光源进一步辐照。该光源是其光谱输出主要位于约200至280nm、优选约220至270nm并且更优选约240至260nm的光源。在本发明的更优选的实践中，至少80%的排放物属于上述范围，并且最优选至少90%的排放物属于上述范围。
第二光源的最大光谱输出一般在小于约300nm、优选小于约280nm且最优选小于约260nm的波长下发生。第二步骤辐照的合适源包括低压汞弧灯、准分子灯和准分子激光器。优选的第二光源为低压汞弧灯、尤其是杀菌灯，其中基本上所有灯输出发生于集中在约254nm的窄带中。这些灯在低温下操作，使其可与热敏涂层和背衬一起使用。这种灯在工业上以其在空气和水的纯化中的功效是熟知的。
本发明的第二步骤中可用的流量率可以或高（大于20mW/cm2）或低（小于20mW/cm2）。在本发明的优选实践中，第二步骤的流量率为至少2mW/cm2，更优选至少10mW/cm2，并且最优选至少20mW/cm2。在一些情况下，可能有利的是提供多个灯来实现最佳效果。或者，可以使用具有280nm以下输出的源的组合。在第二步骤辐照期间，聚合反应至少基本上完全，即已经实现优选至少95重量%、更优选97重量%和最优选99重量%的单体转化率以及任何交联，从而基本上完成丙烯酸酯聚合物或共聚物的形成。
据信，光交联剂的混合物共同地具有约260纳米处的强UV吸光度，并且可以有效地通过该波长下的UVC辐射激活。
辐照的合适源包括低压汞弧灯、准分子灯和准分子激光器。优选第二光源为低压汞弧灯、尤其是杀菌灯，其中基本上所有灯输出发生于集中在约254nm的窄带中。这些灯在低温下操作，使其可与热敏涂层和背衬一起使用。这种灯在工业上以其在空气和水的纯化中的功效是熟知的。
可用的流量率可以或高（大于20mW/cm2）或低（小于20mW/cm2）。在本发明的优选的实践中，流量率为至少2mW/cm2，更优选至少10mW/cm2，并且最优选至少20mW/cm2。在一些情况下，可能有利的是提供多个灯来实现最佳效果。或者，可以使用具有280nm以下输出的源的组合。在辐照期间，聚合反应至少基本上完全，即已经实现优选至少95重量%、更优选97重量%，和最优选99重量%的单体转化率以及任何交联，从而基本上完成丙烯酸酯聚合物或共聚物的形成。
辐照步骤可以包括在规定流量率的范围内改变流量率的多个区域。例如，辐照步骤可以包括在200至280nm波长范围中具有不同流量率的若干区域。
通常，用于各辐照步骤的总辐射剂量应该在约200-700毫焦耳/cm2之间。聚合的最大效率和速率受到辐射源的发射性质和所用光活性化合物的吸收性质之间的关系的支配。优选的是，至少约75%的辐射在200和300nm之间以最大化光交联混合物对入射辐射的吸收。
可以采用常规的涂布技术将粘合剂涂布到多种柔性和刚性的背衬材料上，以制备粘合剂涂布的材料。柔性基底在本文中定义为通常用作条带背衬或可具有任何其它弹性材料的任何材料。例子包括（但不限于）塑料薄膜，例如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、聚碳酸酯、聚甲基(甲基)丙烯酸酯(PMMA)、醋酸纤维素、三乙酸纤维素和乙基纤维素。可使用泡沫背衬。非柔性基底的例子包括（但不限于）金属、金属化聚合物薄膜、铟锡氧化物涂覆的玻璃和聚酯、PMMA板、聚碳酸酯板、玻璃或陶瓷片状材料。粘合剂涂布的片状材料可采用常规已知能够与粘合剂组合物一起使用的任何制品形式，例如标签、条带、指示牌、封面、标记标志、显示组件、触摸面板等等。也可设想具有微复制表面的柔性背衬材料。
可以使用改进为适合特殊基底的常规涂布技术将上述粘合剂组合物涂布在基底上。例如，可通过诸如辊涂、流涂、浸涂、旋涂、喷涂、刮涂和压模涂覆之类的方法将这些组合物施用至各种固体基底。这些多种多样的涂布方法可以将这些组合物按照不同厚度涂布在基底上，从而使得这些组合物得到更广泛的应用。涂层厚度可以变化，但2-500微米（干燥厚度）、优选约25至250微米的涂层厚度可考虑。
实例
本发明的目的和优点将通过下列实例进一步说明。这些实例中所列的特定材料和含量，以及其他条件和细节，不应用于不当限制本发明。
测试方法
剥离粘接强度测试[ASTM D3330/D3330M-04]
通过在条带上滚动2kg滚筒将两个0.5英寸的涂布于MitsubishiHostaphanTM涂底漆的聚酯膜上的粘合剂条粘合至玻璃板。以90英寸/分钟和12英寸/分钟的台板速度，测量以180度的角度剥离条带所需的力，按盎司/0.5英寸计。两个条带样品的测量结果取平均值并且乘以2以提供盎司/英寸的数据。
剪切强度测试[ASTM D-3654/D3654M06、PSTC-7]
高温剪切：将0.5英寸的涂布于Mitsubishi HostaphanTM涂底漆的聚酯膜上的粘合剂的条带通过其粘合剂而粘合至不锈钢(SS)基底并切割下来，留下1英寸×0.5英寸的样品用于70℃温度剪切测试。用2kg的砝码在粘附部分上滚动。使500g负荷附接于条带样品进行测试。每个样品都被悬挂至失效和/或测试结束为止。记录失效时间以及失效方式。对于下面的表，将样品重复测试三次并取平均值。
室温剪切：将0.5英寸的涂布于Mitsubishi HostaphanTM涂底漆的聚酯膜上的粘合剂的条带通过其粘合剂而粘合至不锈钢(SS)基底并切割下来，留下1英寸×0.5英寸的样品用于室温剪切测试。用2kg的砝码在粘附部分上滚动。使1000g负荷附接于条带样品进行测试。每个样品都被悬挂至失效和/或测试结束为止。记录失效时间以及失效方式。对于下面的表，将样品重复测试三次并取平均值。
浆料共聚物的制备
在一夸脱广口瓶中装入450g的丙烯酸异辛酯（IOA，90份）、50g的丙烯酸（AA，10份）和0.20g的2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮光引发剂（IrgacureTM651，汽巴精化公司（Ciba Specialty ChemicalsInc），0.04phr）。将单体混合物用氮气吹扫20分钟，然后暴露于低强度的紫外辐射，直到制得可涂布的浆料共聚物，此后加入额外0.8g（0.16phr）的光引发剂。
预粘合剂聚合物浆料与各种浓度的光交联剂或与光交联剂和1,6己二醇二丙烯酸酯（使用0.08phr）共混，如表2-3中所示。制剂随后以用于浆料预粘合剂制剂的2密耳（～50微米）厚度涂布在MitsubishiHostaphanTM涂底漆的聚酯膜上并且在两组不同的UV固化条件下固化：1）UVA光，550mJ/cm2或2）UVA光，550mJ/cm2，然后杀菌(GEMS)UVC辐照，300mJ/cm2。剥离和剪切数据示于表2-3中。
出于比较目的，也制备并测试使用2-(3,4-二甲氧基苯基)-4,6-双(三氯甲基)-1,3,5-三嗪交联剂的对照例。按以上测试方法中所述，对由这些粘合剂制备的胶带进行剥离粘附力和剪切强度的测量。
表1.
如表2中的数据所示，使用0.2%BP+0.08%HDDA、0.2%IPX+0.08%HDDA、或0.05%BP+0.1%tBA+0.05%IPX+0.08%HDDA的组合，提供具有相当于用2-(3,4-二甲氧基苯基)-4,6-双(三氯甲基)-1,3,5-三嗪获得的那些值的剥离和剪切值的粘合剂。
表2.
固化条件：UVA,550mJ/cm
2
（低强度）
表3中的数据表明，通过暴露于高强度UV来另外处理粘合剂提供甚至额外的粘合剂性质的改进。在这些条件下，光引发剂与化学交联剂(HDDA)的所有组合示出相当于用2-(3,4-二甲氧基苯基)-4,6-双(三氯甲基)-1,3,5-三嗪获得的那些的优良粘合剂性质。
表3.
固化条件：UVA,550mJ/cm
2
+UVC,GEMS,300mJ/cm
2
（低+高强
度）
表4：用于以下实例的原材料描述于下表中。
用于表5和6中样品的2-EHA/AA浆料的制备
将一夸脱广口瓶装入300g的丙烯酸-2-乙基己酯（2-EHA，90份）、30g的丙烯酸（AA，10份）、0.274g的硫基乙醇酸异辛酯（IOTG,0.09phr）和0.154g的IrgacureTM651（0.05phr）。将单体混合物机械摇晃30分钟，用氮气吹扫5分钟，然后暴露于低强度紫外线辐射，直至制得可涂覆浆料。灌浆（syruping）之后添加另外0.48g（0.16phr）的IrgacureTM651。相比标准灌浆技术中（syrupingtechnique）所见的通常8%的转化率，浆料转化率测定为29%的固体。
制剂和涂层浆料样品
所制备浆料被分成30g的样品，向其添加各种交联剂（如BP、tBA、IPX、HDDA），如表2-3中所规定。在机械碾轧24小时后，将制剂以2密耳（～50微米）厚度涂布在Mitsubishi HostaphanTM涂底漆的聚酯膜上并且通过UVA光（550mJ/cm2）或UVA光（550mJ/cm2）+UVA/UVC（Fusion H bulb,100mJ/cm2×3道次（pass））进行固化。
按以上测试方法中所述，对由这些粘合剂制备的胶带进行剥离粘附力和剪切强度的测量。
表5：用UVA辐照的具有各种交联剂混合物的基于90:102- EHA:AA+Irg651(0.051phr)+IOTG(0.091phr)浆料的粘合剂制剂。
c代表失效的内聚模式。
表6：用UVA+Fusion灯(UVA+UVC)辐照的具有各种交联剂混合 物的基于90:102-EHA:AA+Irg651(0.051phr)+IOTG(0.091phr)浆料的 粘合剂制剂。
c代表失效的内聚模式。
本发明通过以下实施例示出：
1.一种制备(甲基)丙烯酸酯粘合剂组合物的方法，其包括：
a）提供(甲基)丙烯酰基单体混合物和光引发剂，
b）用UVA辐照所述混合物以将所述单体混合物部分地共聚化为浆料共聚物；
c）添加额外的光引发剂和任选的多官能(甲基)丙烯酸酯，然后；
d）将步骤b）或c）的所述浆料聚合物与光交联混合物合并，所述光交联混合物包含：
i）二苯甲酮光交联剂，和
ii）蒽醌光交联剂和/或噻吨酮光交联剂；
e）用UVA辐射辐照所述混合物，和
f）用UVC辐射辐照所述混合物以进一步交联所述共聚物。
2.根据实施例1所述的方法，其中所述用UVA和UVC辐照的步骤是同时发生的。
3.根据实施例1所述的方法，其中所述用UVA和UVC辐照的步骤是连续的。
4.根据实施例3所述的方法，其中所述辐照步骤包括首先用UVA源在315至400纳米下辐照，然后用UVC源在100至280纳米下辐照。
5.根据前述实施例中的任一项所述的方法，其中所述光交联混合物包含：
1）5至50重量%的二苯甲酮光交联剂，和
2）50至95重量%的蒽醌光交联剂或噻吨酮光交联剂。
6.根据前述实施例中的任一项所述的方法，其中所示光交联混合物包含：
1）20至50重量%的二苯甲酮光交联剂，和
2）50至80重量%的蒽醌光交联剂或噻吨酮光交联剂。
7.根据实施例1-6中任一项所述的方法，其中所述光交联混合物相对于所述(甲基)丙烯酰基单体混合物占0.01至10重量%。
8.根据实施例1-6中任一项所述的方法，其中所述光交联混合物相对于所述(甲基)丙烯酰基单体混合物占0.1至5重量%。
9.根据实施例1-8中任一项所述的方法，其中所述光交联混合物包含二苯甲酮光交联剂和蒽醌光交联剂。
10.根据实施例1-8中任一项所述的方法，其中所述光交联混合物包含二苯甲酮光交联剂和噻吨酮光交联剂。
11.根据实施例1-6中任一项所述的方法，其中所述光交联混合物包含二苯甲酮光交联剂、噻吨酮光交联剂和蒽醌光交联剂。
12.根据实施例1-11中任一项所述的方法，其中所述(甲基)丙烯酰基单体混合物包含：
i.85重量份至99.5重量份的非叔醇的（甲基）丙烯酸酯；
ii.0.5至15重量份的酸官能化烯键式不饱和单体；
iii.0至10重量份的非酸官能化烯键式不饱和极性单体；
iv.0至5份的乙烯基单体；和
v.0至5份的多官能(甲基)丙烯酸酯；
以上均基于100重量份总单体计。
13.根据实施例1-12中任一项所述的方法，其中所述(甲基)丙烯酰基共聚单体混合物包含基于100份总单体的0.01至5份的所述多官能(甲基)丙烯酸酯。
14.一种可交联浆料组合物，其包含：
a）溶质共聚物，其包含以下互聚单体单元：
i）(甲基)丙烯酸酯单体；
ii）酸官能化烯键式不饱和单体；
iii）任选的非酸官能化极性单体；
iv）任选的乙烯基单体；
b）光交联剂混合物，其包含二苯甲酮光交联剂和蒽醌光交联剂和/或噻吨酮光交联剂；和
c）包含至少一种可自由基聚合的溶剂单体的组分。
15.根据实施例14所述的可交联浆料聚合物组合物，其还包含链转移剂。
16.一种包含(甲基)丙烯酰基共聚物的粘合剂组合物，其包含：
a）互聚单体的酸官能化(甲基)丙烯酰基共聚物，其包含：
i）(甲基)丙烯酸酯；
ii）酸官能化烯键式不饱和单体；
iii）任选的非酸官能化极性单体；
iv）任选的乙烯基单体；和
v）任选的多官能(甲基)丙烯酸酯交联剂，和
b）所述共聚物基体中的二苯甲酮光交联剂和蒽醌光交联剂和/或噻吨酮光交联剂的残基。
Claims (11)
1.一种制备(甲基)丙烯酸酯粘合剂组合物的方法，其包括：
a)提供(甲基)丙烯酰基单体混合物和光引发剂，
b)用UVA辐照所述混合物以将所述单体混合物部分地共聚化为浆料共聚物；
c)添加额外的光引发剂和任选的多官能(甲基)丙烯酸酯，然后；
d)将步骤b)或c)的所述浆料聚合物与光交联混合物合并，所述光交联混合物包含：
iii)二苯甲酮光交联剂，和
iv)蒽醌光交联剂和/或噻吨酮光交联剂；
e)用UVA辐射辐照所述混合物，和
f)用UVC辐射辐照所述混合物以进一步交联所述共聚物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述用UVA和UVC辐照的步骤是同时发生的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述用UVA和UVC辐照的步骤是连续的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述辐照步骤包括首先用UVA源在315至400纳米下辐照，然后用UVC源在100至280纳米下辐照。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述光交联混合物包含：
1)5至50重量％的二苯甲酮光交联剂，和
2)50至95重量％的蒽醌光交联剂或噻吨酮光交联剂。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述光交联混合物相对于所述(甲基)丙烯酰基单体混合物占0.01至10重量％。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述(甲基)丙烯酰基单体混合物包含：
i.85重量份至99.5重量份的非叔醇的(甲基)丙烯酸酯；
ii.0.5重量份至15重量份的酸官能化烯键式不饱和单体；
iii.0至10重量份的非酸官能化烯键式不饱和极性单体；
iv.0至5份的乙烯基单体；和
v.0至5份的多官能(甲基)丙烯酸酯；
以上均基于100重量份总单体计。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述(甲基)丙烯酰基共聚单体混合物包含基于100份总单体的0.01至5份的所述多官能(甲基)丙烯酸酯。
9.一种可交联浆料聚合物组合物，其包含：
a)溶质共聚物，其包含以下互聚单体单元：
i)(甲基)丙烯酸酯单体；
ii)酸官能化烯键式不饱和单体；
iii)任选的非酸官能化极性单体；
iv)任选的乙烯基单体；
b)光交联剂混合物，其包含二苯甲酮光交联剂，和蒽醌光交联剂和/或噻吨酮光交联剂；和
c)包含至少一种可自由基聚合的溶剂单体的组分。
10.根据权利要求9所述的可交联浆料聚合物组合物，其还包含链转移剂。
11.一种包含根据权利要求1的方法制备的(甲基)丙烯酰基共聚物的粘合剂组合物，其包含：
a)互聚单体的酸官能化(甲基)丙烯酰基共聚物，其包含：
i)(甲基)丙烯酸酯；
ii)酸官能化烯键式不饱和单体；
iii)任选的非酸官能化极性单体；
iv)任选的乙烯基单体；和
v)任选的多官能(甲基)丙烯酸酯交联剂，和
b)所述共聚物基体中的二苯甲酮光交联剂和蒽醌光交联剂和/或噻吨酮光交联剂的残基。
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