JP3361328B1 - 電気的結合解除物質 - Google Patents

Abstract

【要約】 マトリックス機能および電解機能を有する電気化学的に
結合解除可能な組成物（１０）を提供する。マトリック
ス機能は、基板（１２、１４）に対する接着ボンドを実
現し、電解機能は、組成物に十分なイオン伝導性を与
え、組成物と接触する導電性表面との界面（１６）での
ファラデー反応を補助し、それによって界面で接着ボン
ドを弱める。この組成物は、実質的にマトリックス機能
を持つ第１の領域と実質的に電解機能を持つ第２の領域
とを有する相分離された組成物でもよい。接着組成物お
よびコーティング組成物と、結合解除方法についても説
明する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】連邦が支援する研究に関する声明 本発明は、米国空軍省との契約第F8635-97-C-0036号に
基づき米国政府の支援を得てなされたものである。米国
政府は、本発明に対して一定の権利を有する。

【０００２】発明の背景 本発明は、付着させられた表面からその表面に影響を与
えずに結合解除することのできるコーティングおよび接
着剤として使用できる物質に関する。本発明はさらに、
接着剤およびコーティングを基板表面から結合解除する
方法に関する。

【０００３】接着ボンドおよび高分子コーティングは、
製品を組立ておよび仕上げる際に広く使用されている。
接着ボンドは、加工コストを削減し製造プロセスにおけ
る適合性を高めるために提供され、ネジ、ボルト、およ
びリベットなどの機械的取付け具の代わりに使用されて
いる。接着ボンドは応力を均等に分散し、疲労の可能性
を低減させ、かつ接合部を腐食性の物質から密閉する。
同様に、ポリマー・ベースのコーティングは、製造品の
外面に広く使用されている。このようなコーティング
は、表面を腐食性の反応物質からから密閉する保護層を
形成すると共に、より見た目の良い塗装表面を提供す
る。

【０００４】強度および耐久性に関して最良の接着剤お
よびコーティングとして熱硬化性ポリマーがある。この
ような接着剤は、通常、低分子量モノマーの液体混合物
として塗布され、基板表面上の孔を濡らし浸透する。硬
化すると、塗布された基板に機械的に連結され、かつ多
くの場合共有結合された不溶性で不融性の架橋ポリマー
が形成される。熱硬化性混合物を使用する接着剤および
コーティングの典型的な例は、通常のアミン硬化エポキ
シである。

【０００５】接着ボンドは機械的取付け具に勝る多数の
利点を与えるが、本質的には永久的なものである。接着
結合された物体を容易に分解するために使用できる方法
はない。既存の分離方法は通常、高温および腐食性の化
学物質を必要とする時間のかかる化学手順を使用する。
このような技法の例は、Wongの米国特許第4171240号お
よびLindeらの米国特許第4729797号に記載されている。
これらの開示は、一般に有効であるが、分離される物体
に与える影響が大きく、その物体を破損し、多くの用途
に適さないものにする恐れがある。

【０００６】同様に、ポリウレタン、エポキシ、フェノ
ール樹脂、メラミンなど従来型のコーティング物質も本
質的に永久的なものである。このようなコーティング
は、コーティング物質を劣化させるためにコーティング
表面に塗布される腐食性の化学物質を用いて除去される
ことが多い。サンドブラスチングやワイヤブラッシング
などの機械的研磨も使用されている。これらの技法は、
ポリマーコーティングを除去するうえで有効であるが、
時間と労力がかかり、下にある表面に対する影響が極め
て大きく、その表面を破損する可能性が高い。

【０００７】基板からより容易に除去される物質を提供
するために、従来技術では、化学的劣化を受けやすい結
合機構（linkage）を含む反応性モノマーで形成された
接着剤が記載されている。このような物質は、Afzali-A
rdakaniらの米国特許第5512613号および第5560934号な
らびにTesoroらの米国特許第4882399号に記載されてい
る。また、S.Yangら著「Reworkable Epoxies：Thermos
ets with Thermally Cleavable Groups for Cont
rolled Network Breakdown）」（Chem.Mater、10：14
75（1998年））およびオギノら著「Synthesis and Ch
aracterizations of Thermally Degradable Polym
er Networks」（Chem.Mater、10（12）：3833（199
8））には、熱の影響を受けやすい結合機構を含む硬化
可能な樹脂が記載されている。熱の影響を受けやすい
か、あるいは熱可逆性の架橋を含む他のポリマーは、He
ndryらの米国特許第3909497号、およびIyerらの米国特
許第5760337号に記載されている。ボンドへき開の代替
手法は、抵抗加熱によって接着剤が軟化または融解する
ように熱可塑性樹脂内にニクロム発熱体を埋め込むこと
を開示したSchmidtの米国特許第5100494号に記載されて
いる。特別に調製されたこれらの物質は基板からより容
易にへき開するが、それにもかかわらず、影響を受けや
すい基板または隣接する接着ボンドに悪影響を及ぼす条
件を必要とする。

【０００８】したがって、当技術分野においては、適度
な条件の下で選択的にかつ厳密に結合解除することがで
きる物質が依然として必要である。このような物質は、
物質が表面から容易に除去されることが望ましい様々な
用途において使用することができる接着ボンドおよびコ
ーティングを提供する。

【０００９】発明の概要 本発明は、下にある基板を破損せずに除去できる、強力
に、しかも一時的に基板に結合するか、あるいは基板を
コーティングすることのできる組成物を提供する。本発
明は、一時的な結合およびコーティング用途と永久的な
結合およびコーティング用途の両方で使用することがで
きる。

【００１０】本発明の電気化学的に除去できる組成物
は、マトリックス機能および電解機能を含む。マトリッ
クス機能は、基板に対する接着ボンドを実現し、電解機
能は、組成物に十分なイオン伝導性を与え、組成物と接
触する導電性表面との界面でのファラデー反応を補助す
る。この接着ボンドは、界面を横切る電位を加えたとき
に界面で弱められる。好ましい態様では、結合解除可能
な組成物は、実質的にマトリックス機能を持つ第1の領
域と、実質的に電解機能を持つ第2の領域とを有する相
分離された物質である。

【００１１】物質の「マトリックス機能」とは、物質ま
たは物質の混合物を、機械的結合または化学的結合によ
って基板に接合し、この結合の特徴によって基板に付着
する能力である。マトリックス機能は物質に機械的強度
も与え、それによって、物質は各基板の間で荷重を伝達
することができ、あるいはコーティングとしてそれ自体
を支持することができる。

【００１２】物質の「電解機能」とは、物質が、イオ
ン、すなわち、陰イオン、陽イオン、またはその両方を
伝導する能力である。イオンは、物質に添加された塩に
よって生成されるか、あるいはイオノマー、すなわち、
ポリマー含有イオン化基として物質に化学的に取り込ま
れる。電解機能は、組成物の、少なくとも1つの極性の
イオンを溶媒化する能力に由来するものであると理解さ
れる。

【００１３】「ファラデー反応」という用語は、物質が
酸化または還元される電気化学反応を意味する。

【００１４】「接着剤」という用語は、表面付着によっ
て各物質を共に保持することのできるポリマー・ベース
の物質を指す。接着剤は通常、機械的連結による基板と
の結合、および多くの場合には基板との共有結合による
基板との結合を形成する。接着剤は、結合される基板と
は化学的に異なり、結合される各物質は互いに異なる。

【００１５】本発明の一態様では、マトリックス機能
は、エポキシ、フェノール樹脂、アクリル、メラミン、
マレイミド、およびポリウレタンからなる群より選択さ
れるポリマーによって提供される。

【００１６】本発明の他の態様では、このポリマーは、
比較的高いイオン伝導率を有する低架橋密度の領域と、
比較的高い機械的強度を有する高架橋密度の領域とを形
成するために可変架橋密度を有する。

【００１７】本発明の他の態様では、このポリマーは、
イオンを溶媒化することができ、かつ組成物の電解機能
を補助する調整部位を含む。

【００１８】他の態様では、電解機能は、イオン伝導性
モノマー、オリゴマーおよびポリマー、ならびにイオノ
マーからなる群より選択される電解添加剤によって提供
され、高いイオン伝導率および移動度を有する二次相を
形成するためにこのポリマー内の領域に配置することが
できる。

【００１９】好ましい一態様では、結合解除可能な組成
物は接着剤であり、かつ2000psi〜4000psiの範囲のラッ
プ剪断強度を有することができる。好ましい他の態様で
は、組成物はコーティングであり、この組成物が塗布さ
れる基板からの積層分離に抵抗することができる。

【００２０】本発明の他の局面において、内部に電解質
が位置する未硬化高分子物質を有する電気化学的に結合
解除可能な組成物が提供される。この未硬化高分子物質
は、硬化された場合に、電極と電気的に接触する表面で
のファラデー反応を補助するのに十分な、電解質に対す
る溶解度および移動度を、電解質と共に提供する。

【００２１】本発明の他の局面において、腐食される基
板が、マトリックス機能および電解機能を有する組成物
をコーティングとして有する腐食抵抗コーティングを含
み、このマトリックス機能は基板との接着ボンドを提供
し、かつ電解機能は、基板との界面でのファラデー反応
を補助するのに十分なイオン伝導率を組成物に提供す
る。基板の腐食が界面で伝搬することはない。

【００２２】本発明の他の局面では、結合構造は、2つ
の導電性表面を含み、かつ本発明の電気化学的に結合解
除可能な組成物で構成されたボンドを2つの表面の間に
含む。導電性表面は、このボンドによってしっかりと固
定すべき1つもしくは複数の物品でよく、またはシー
ト、箔、格子、およびメッシュからなる群より選択され
る導電性素子でもよい。従来型の接着剤または本発明の
結合解除可能な組成物を使用して導電性素子をさらに物
品に結合することができる。

【００２３】本発明一態様では、導電性表面は、非導電
性の基板に塗布される導電性コーティングである。

【００２４】本発明の他の態様では、結合構造は、第1
および第2の導電性表面と、それらの間に配設された導
電性素子とを含む。本発明の電気化学的に結合解除可能
な組成物は、第1および第2の導電性表面に導電性素子を
結合するために使用される。

【００２５】凹凸のある表面または非導電性表面の接合
で特に有利な積層構造も提供される。この積層体は、
箔、シート、メッシュ、および格子からなる群より選択
される第1および第2の導電性素子と、第1の素子と第2の
素子との間に配設されかつそれらに結合された本発明の
結合解除可能な組成物とを含む。

【００２６】本発明の他の局面では、組成物が結合され
た導電性表面からこの組成物を結合解除する方法が提供
される。この方法は、本発明の電気化学的に結合解除可
能な組成物で処理された第1の導電性表面を提供する段
階、組成物に第2の導電性表面を接触させる段階、およ
び結合解除可能な組成物に電流を流し表面でファラデー
反応を生じさせ、それによって表面との結合を弱める段
階を含む。

【００２７】結合解除可能な組成物と基板との間の結合
は、基板と組成物との間の結合線を横切って電流を流す
ことによって短時間で弱めることができる。通常、結合
は、基板が結合解除可能な組成物から手作業で容易に分
離されるのに十分な程度に弱められる。少なくとも一方
の基板がきれいに分離され、残留する結合組成物は実質
的に含まない。この結合解除手順では、熱または化学試
薬の代わりに電気が使用されるので、通常の使用時に偶
然に結合が解除される可能性は低い。

【００２８】例示のみのために与えられており、本発明
を制限するものではない図面を参照して、本発明につい
て説明する。

【００２９】好ましい態様の説明 本発明の電気化学的に結合解除可能な組成物はマトリッ
クス機能および電解機能を有し、この電解機能は、組成
物に接触する導電性基板でのファラデー反応を補助する
のに十分なイオン伝導率を与える。結合解除可能な組成
物のマトリックス機能は、意図される用途に必要な接着
特性またはコーティング特性を実現し、それに対して電
解液は、ファラデー反応を維持するのに必要なイオン伝
導率およびイオン移動度を与える。

【００３０】導電性基板は、結合またはコーティングさ
れる物品の表面でよい。あるいは、導電性基板は、電気
化学的にへき開可能な表面を形成するためにコーティン
グまたはボンドに付加された基板でよい。

【００３１】この組成物の接着特性は、組成物と基板と
の間の結合線を横切る電位を印加することによって無効
になる。組成物と基板との界面で起こるファラデー反応
は、特定の動作モードに拘束されていない間、結合解除
可能な物質と基板との相互作用を無効にし、それによっ
てこの物質と基板との間の結合を弱めるものと仮定され
る。接着界面での破壊は、結合解除可能な物質の化学的
劣化、基板界面でのガス発生、および／または結合解除
可能な組成物の架橋密度の変化によると考えられる物質
の脆化など、界面で発生するいくつかのプロセスの結果
として起こると思われる。

【００３２】マトリックス機能は、表面を結合またはコ
ーティングする際に使用される一般的な種類のポリマー
およびポリマー樹脂のうちの1つによって実現すること
ができる。物質は、市販のポリマー樹脂から、多くの場
合修飾せずに得ることができる。

【００３３】ポリマーは熱硬化性ポリマーであり、ボン
ドまたはコーティングに高い強度および耐溶媒性を与え
るが、表面から除去することが困難である。熱硬化性ポ
リマーとは、熱に対して安定であり流動せずかつ溶解し
ないポリマーを形成するために線形網目構造または架橋
網目構造が最終組成物全体にわたっているポリマーであ
る。このポリマーは、低分子量種、例えば、エポキシを
インサイチューで反応もしくは硬化させるか、または可
溶性前駆ポリマーを化学的に変換する、例えばポリアミ
ド酸からポリイミドを形成することによって通常形成さ
れる。例示的な熱硬化性ポリマーには、高度に凝縮され
たポリイミド、ポリウレタン、エポキシ、フェノール樹
脂、尿素またはメラミンホルムアルデヒド凝縮物、アク
リル樹脂、およびアルキド樹脂が含まれる。接着剤また
はコーティングとして使用できる好ましいポリマー樹脂
はエポキシである。

【００３４】ポリマーは、熱で加工しやすく加熱するこ
とによって軟化または流動させることのできる熱可塑性
でもよい。このようなポリマーは、直線的であるか、ま
たはわずかに分岐しており、通常ある種の溶媒に溶解す
る。例示的な熱可塑性ポリマーには、アクリル、スチレ
ン／ブタジエンブロックコポリマーなどが含まれる。

【００３５】上記のポリマーは組成物のマトリックス機
能を実現するのに良く適しているが、結合解除組成物
は、導電性基板でのファラデー反応を補助するために、
組成物内でのイオン輸送を可能にするのに十分なイオン
伝導率を有さなければならない。したがって、イオン伝
導性を促進もしくは補助するか、またはイオンの可溶性
を促進するようにポリマーを修飾することが考えられ
る。

【００３６】本発明の一態様では、このポリマーは、電
解質のイオン、特に陽イオンを溶媒和化することのでき
るイオン調整部分を含む。例示的なイオン調整部分に
は、メトキシやエトキシなどのアルコキシ基、酸化ポリ
エチレンなどのオリゴエーテル、ジスルフィド部分、チ
オアルキル基、アルキルまたはアルケニルニトリル基、
およびフッ化ポリビニリデン基が含まれる。一例として
のみ説明すると、エポキシ樹脂は、高アルコキシ含有量
を有するジアミンを使用して陽イオン調整用の追加の酸
素部位を形成することによって硬化することができる。
実施例2では、この目的のためのジアミン、4,7,10-トリ
オキシ-1,13-トリデカンジアミンの使用について記載す
る。

【００３７】ポリマーが電解液中のイオンの溶解および
拡散移動を補助または促進する他の方法は、結合解除温
度よりも低いガラス転移温度T_gを利用する方法である。
これは、結合解除温度を上昇させるか、あるいはポリマ
ー組成物に可塑剤を添加することによって行うことがで
きる。「可塑剤」という用語は、組成物の結晶度または
秩序を低減させる傾向がある電気化学的に安定な添加物
を意味する。例示的な可塑剤には、アルキルカルボネー
ト、低分子量アルコキシド、環状エステル、アルコー
ル、ニトリル、アミド、および尿素が含まれる。当業者
に周知の他の多数の可塑剤を使用してT_gを低減させるこ
ともできるので有利である。前述の例示的な可塑剤と同
様に、可塑化分子がイオンを溶媒化できる場合、さらに
有利である。イオンを溶媒化することによって、可塑添
加剤は、イオン伝導性を実現するために組成物に添加で
きる塩の濃度を高める（以下参照）。

【００３８】不均一硬化を使用してT_gを低減させること
もできる。不均一に硬化された熱硬化性樹脂とは、組成
物全体にわたって架橋密度またはポリマー凝縮度が異な
り、そのためガラス転移温度の高い領域と低い領域が形
成された樹脂である。これは、ポリマー中の架橋剤また
は硬化剤の量を局所的に変えることによって得ることが
できる。

【００３９】本発明の一態様では、不均一に硬化された
ポリマーは、余剰な硬化剤または架橋剤用のリザーバと
して働く組成物をポリマー樹脂に添加することによって
得られる。例示的なリザーバは、ゼオライト、粘度、ポ
リマーゲルなどの多孔性セラミックを含む。一例として
のみ説明すると、ゼオライトに余分なアミン硬化剤を注
入して混合し、エポキシポリマー樹脂を得ることができ
る。熱作動硬化中に余分なアミンが存在すると、化学量
論的な高架橋密度物質のマトリックスに埋め込まれたゼ
オライト粒子の近傍に高アミン含有量および低架橋密度
の局所領域を有する不均一物質が形成される。理想的に
は、低架橋密度の領域は、より低いガラス転移およびよ
り高いイオン伝導率を有する連続する経路を形成するよ
うに連結される。

【００４０】本発明のいくつかの態様では、電気化学的
に結合解除可能な組成物は、結合解除可能な組成物の電
解機能を実現するために独立の電解質相を含む。前述の
ポリマーのうちのどれかと電解質を組み合わせて使用す
ることができる。電解質は、可塑剤、またはイオンを溶
媒和させることもできるオリゴマーもしくはポリマーを
含むイオン溶媒和分子でよい。通常、イオン溶媒和は、
有極分子、または容易に分極される分子を用いて行われ
る。電解質は、組成物に添加されるポリマーのある部分
または領域を構成することもできる。例えば、結合解除
可能な組成物は、高イオン伝導率の領域、およびポリマ
ー樹脂との相容性など、他のある所望の特性を有する領
域を有するブロックまたはグラフトコポリマーを含むこ
とができる。ポリマー樹脂混和ドメインは、樹脂全体に
わたるブロックコポリマーの分散を促進し、有極イオン
伝導領域がドメインまたはミセルに結合される。ポリマ
ー樹脂混和ドメインがない場合、ポリマーと電解質との
ある組合せが粘着組成物を形成するのに十分な相容性を
有さなくなる可能性があり、機械的および／または接着
強度が損なわれると考えられる。

【００４１】結合解除可能な組成物の電解機能は、導電
性表面との界面でファラデー反応を維持するのに十分な
イオン伝導率を提供する。十分な伝導率は、組成物を生
成し、導電性基板との結合線を横切って電圧を印加する
ことによって容易に確立される。電流が観測された場
合、結合線でのファラデー反応を仮定することができ
る。結合線を横切って電圧を印加し、結合が弱くなった
かどうかを確認することによって、十分なイオン伝導率
を経験的に観測することもできる。イオン伝導率が室温
で10^-11S／cm²から10^-5S／cm²の範囲である組成物は本
発明の範囲内であると考えられる。イオン伝導率が高い
物質ほど、結合解除に要する時間が短い。室温で10^-9S
／cm²から10^-7S／cm²の範囲のイオン伝導率を有する組
成物が好ましい。

【００４２】電解質は、望ましくはイオン伝導性であ
り、電解質中に溶媒和した塩のイオン拡散を補助するこ
とができる。大部分の態様では、イオン伝導性を得るた
めに組成物に複合イオン塩が添加される。適切な塩に
は、アルカリ金属、アルカリ土類、およびアンモニウム
塩が含まれる。好ましい塩には、ヘキサフルオロフォス
フェート、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロア
ンチモネート、および過塩素酸塩などの多原子高解離定
数陰イオンが含まれる。

【００４３】他の態様では、電解機能がイオノマーによ
って実現される。イオノマーとは、組成物中に溶媒和さ
せることのできるイオンを提供するイオン化基を含むポ
リマーまたはオリゴマーである。

【００４４】電解質は、結合解除プロセスのファラデー
反応を補助するのに必要なイオン伝導率を得るのに十分
な量だけ結合解除可能な組成物に含まれる。特定の組成
物で使用される電解質の実際の量は、ポリマーのイオン
伝導率と、電解質の組成物内に連続的な伝導経路を形成
する能力とに依存する。連続的な経路は、必ずしも必要
ではないが、プロセスの効率を高める。イオンがより抵
抗の大きな領域を通過する必要がある場合、結合解除に
はより高い電圧およびより長い時間が必要である。

【００４５】好ましい態様では、ほぼ等量のマトリック
スポリマーおよび電解質とが使用される。ただし、より
広範囲の組成物が本発明の範囲内であると考えられる。
当業者には、使用される物質と組成物相がどのように分
離するかとに応じて、実質的に連続的な伝導性を有する
電解質相を、広範囲の組成物を使用して得ることができ
ることが認識されると思われる。いくつかの例では、結
合解除可能な組成物の接着特性や機械的特性をそれほど
損なわずに、高レベルと考えられる電解質、例えば、50
vol％の電解質を添加することができる。組成物は、塩
またはイオノマーを含む高分子系で通常観測されるイオ
ン強化によって、その強度を維持するものと仮定され
る。イオン・ドメインが形成され、イオン伝導領域で擬
似架橋として働くと共に、伝導領域とマトリックス・ポ
リマーとの間の架橋として働くことができる。

【００４６】好ましい態様では、結合解除可能な組成物
は、高いイオン伝導率を有する電解質を多量に含む領域
と、高い機械的強度または結合強度を有するマトリック
ス・ポリマーを多量に含む領域とを有する相分離された
組成物である。相分離組成物は、ポリマー樹脂と電解質
との初期混和可能な混合物を含むことができる。電解質
は、硬化中に成長する樹脂網目構造から分離することが
できる。相分離は、ポリマー樹脂、低重合（または高分
子）電解添加剤、またはその両方の分子量を多くするこ
とによって促進することができる。

【００４７】好ましい態様では、相分離によって、組成
物内の連続的な経路を形成する高いイオン伝導率を有す
る領域が得られる。連続的な経路内で、イオンは、電気
化学的な結合解除の間、物質の高強度・低伝導率領域を
横切る必要がある。２連続（bicontinuous）網目構造ま
たは相互貫通網目構造は、接着ポリマー樹脂の機械的強
度を損なわずに連続的なイオン伝導経路を形成するので
有利である。所望の微細構造を有する相分離された組成
物は、結合解除可能な組成物の様々な成分の相対的な割
合を変えることによって得ることができる。例えば、互
いにほぼ等しい体積部（part）のポリマーおよび電解質
を含む組成物を硬化して、連続的なイオン伝導性経路を
形成することができる。

【００４８】相分離された微細構造を形成するための好
ましい電解質添加剤は、ポリマー樹脂に対して低い親和
性を持つバックボーンと高イオン伝導率の懸垂ポリマー
ブロックとを有するグラフトコポリマーである。低親和
性のバックボーンは、予め硬化した樹脂の内部に小さな
非可溶性ドメインを生成することにより相分離の核とな
る点として機能する。一方、高イオン導電性懸垂ポリマ
ーブロックはマトリックスポリマー樹脂と相互作用す
る。硬化中に、イオン伝導性ポリマー相は、硬化する樹
脂から分離し、低可溶性ドメインの周りで成長し、その
結果、十分に分散された連続的な網目構造が得られる。
例示的なグラフトコポリマーには、アミン末端基ポリ
（エチレングリコール）懸垂ブロックでグラフトされた
シロキサンバックボーンが含まれる。グラフトコポリマ
ーはコームコポリマーでよい。コームコポリマーとは、
ポリマー・バックボーンに沿って異なるポリマーのブロ
ックまたは懸垂低重合鎖が多少とも規則的に繰り返され
るグラフトコポリマーである。

【００４９】本発明の他の態様では、イオン修飾された
オリゴマーを（電解質成分として）使用することによっ
て結合解除組成物の粘着強度を高めることができる。例
えば、アミノ基をアンモニウム陽イオンとイオン交換す
ることによってアミン官能基オリゴマー（上述のアミン
末端基ポリ（シロキサン）-グラフト-ポリ（エチレング
リコール）など）を対応するアンモニウム塩に変換する
ことができる。結果として得られる高粘度の電解質はポ
リマー樹脂、特にアミン硬化可能なエポキシ樹脂と容易
に混和することができる。互いにほぼ等しい量のイオン
交換した電解質およびエポキシ樹脂の混合物を硬化し、
電気化学結合解除を補助するのに十分なイオン伝導率を
有する高粘着強度の接着物質を形成することができる。

【００５０】主としてエポキシドに関して本発明を説明
したが、他のポリマー樹脂を本発明にしたがって使用す
ることができる。

【００５１】例えば、電気化学的に結合解除可能な組成
のエポキシを直接ビスマレイミドで置換することができ
る。適切なビスマレイミドの選択は、ポリマーマトリッ
クス相がイオン伝導相から適切に相分離されるように行
われる。環状イミド基の高極性イオン調整能力によっ
て、2つの相の間で起こるイオン相互作用が適合される
ことがある。これを解消するには、ビスマレイミドを、
その極性を低減させ、硬化によって誘発される相分離を
促進するように修飾することができる。このような調整
は、相分離が得られるように経験的に行われ、同時に、
相寸法および各相間の機械的連結度が調節される。

【００５２】式1に従ってチオールおよびトリエンのモ
ノマーを含む、上述のようなコームポリマーの混合物
は、均質な混合物をもたらす。アゾビス（イソブチルニ
トリル）（AIBN）の熱分解による遊離基重合によって、
網目構造ポリマー形成およびコームポリマーの相分離が
行われる。相モルホロジー、次元、および相間相互作用
の調節も、アンモニウム塩で修飾されたアルキルチオー
ルを含めることを介して行われる。

【式１】

【００５３】本発明の他の態様では、本発明の結合解除
可能な物質用にフェノール樹脂またはメラミン樹脂が使
用される。イオン伝導性添加剤が、ホルムアルデヒドと
共に凝縮する官能基を含まないかぎり、フェノール樹脂
またはメラミン（尿素）／ホルムアルデヒドなどの自己
凝縮樹脂をイオン伝導性のオリゴマーまたはポリマーで
修飾し、次いで硬化し、相分離された物質を形成するこ
とができる。相分離は、マトリックス樹脂およびイオン
伝導性添加剤に存在する部分を後に行われる相分離を優
先するように調整することによって調節されるか、場合
によっては、上述のように、相容性／非相容性のコポリ
マー・ブロックを使用した予め種培養した核形成（pres
eeded nucleation）によって調節される。多くの場合、
マトリックス樹脂とイオン伝導性添加剤の両方にスルフ
ォネートまたはアンモニア基を使用するイオン修飾を使
用して、相モルホロジー、次元、および相間反応を調節
することができる。

【００５４】添加剤は、結合解除組成物の結合強度また
はイオン伝導性を損なわないかぎり、該組成物に含める
ことができることを理解されたい。例示的な添加剤に
は、色付け用の顔料、腐食抑制剤、均染性剤、光沢促進
剤、およびフィルタが含まれる。電解質の可溶性を高め
るか、または樹脂の他の所望の特性を改善するために、
ラバータフナー、例えば、ポリ（アクリロニトリル-co-
ブタジン）など、当業者に知られている他のポリマー樹
脂添加剤を添加することができる。結合解除可能な組成
物は、結合解除プロセスで有用な導電性表面が互いに接
触し短絡を起こすのを防止するために、非導電性物質、
例えば、粉砕されたガラスやプラスチック・ビーズの粒
子をさらに含むことができる。当業者に明らかな他の添
加剤も本発明の範囲内である。

【００５５】非硬化組成物と硬化後組成物の可溶化能力
は異なりうる。したがって、初期可溶添加剤は、組成物
が硬化する際に組成物から排除することができる。いく
つかの態様では、硬化したポリマーにおける結合解除可
能な組成物の可溶性を保持するために該組成物に取り込
まれる添加剤を選択することができる。他の態様では、
硬化前と硬化後で異なる可溶性を使用することができ、
相分離された物質を得るうえで有利である（以下参
照）。

【００５６】結合解除可能な組成物は添加剤として使用
することができる。組成物が、各表面との接着ボンドを
形成し、各表面を他方の表面に対して概ね固定位置に保
持し、同時に、少なくとも最も軽量の結合要素の重量に
等しい力に応答してこれらの位置を維持するように、2
つ以上の表面の間に結合解除可能な組成物を配設するこ
とによって、結合継手を得ることができる。

【００５７】本発明の接着剤を溶液、融成物、または反
応混合物として適切な表面に塗布することによって、結
合継手を得ることができる。溶媒が使用されている場合
には、基板同士を突き合わせる前に蒸発によってその溶
媒を除去するか、あるいはコーティングされた基板によ
ってその溶媒を吸収することができる。融成物、溶液、
または反応混合物として塗布された組成物は、基板を濡
らし、次いで凝縮して高レベルの接着を行う。組成物
は、反応混合物として塗布されたときには、流体状混合
物を固体に変換する硬化反応を受ける。この後者の方法
は通常、従来型のエポキシなど一般的な2成分接着剤に
使用される。

【００５８】本発明の結合解除可能な物質は、基板表面
へのコーティングとして塗布することもできる。この物
質は、その耐腐食性（後述）のために、有利には、アン
ダーコーティング層またはプライマ層として使用され
る。結合継手を形成する場合と同様に、この結合解除可
能な物質は、溶液、融成物、または反応混合物として適
切な表面に塗布することができる。コーティング用途に
適した組成を調整することは当業者の範囲内である。

【００５９】接着ボンドの強度は様々な方法で決定する
ことができる。通常、接着ボンドの強度の尺度としてラ
ップ剪断強度が使用される。剪断強度とは、重なり合っ
た2つのプレートを、プレートの平面に平行な方向に引
っ張る際に、これらのプレートを分離するのに必要な力
である。この目的のために、ASTM手順D-1002に従って、
Instronテスタまたは適切な代替計器が使用される。結
合解除可能な組成物を使用して形成されたボンドは高い
強度を有することができ、200psiよりも高く、好ましく
は1000psi程度、より好ましくは2000psi、最大で4000ps
iの剪断強度を有する。マトリックス機能のためにエポ
キシを使用した結合解除可能な組成物は一般に、この構
成を使用して2000psiから4000psiの範囲の剪断強度を提
供する。これは従来型のエポキシ樹脂の剪断強度に匹敵
する。したがって、結合物質の機械的強度を損なわずに
電気化学的に結合解除可能な継手を形成することが可能
である。

【００６０】前述のように、イオン伝導性は結合解除可
能な組成物の必要な特徴である。結合解除ファラデー反
応速度、したがって所望のレベルの結合脆化を達成する
のに必要な時間は、組成物を通って流れるイオン電流に
よって決定される。この電流は、電流計を使用して外部
回路で測定することができる。最初に結合解除電圧が印
加されるとき、電流の大きさは小さく、通常は1mA／cm²
未満である。この電流はさらに時間と共に低下し、1分
後には0.2mA／cm²以下に減衰することが多い。電流と結
合解除電圧との関係は厳密に線形ではないが、より高い
結合解除電圧を使用すると、電流が高くなり、かつ結合
解除がより高速になる。同様に、低い結合解除電圧を使
用すると、結合解除時間が長くなる。実施者は、所望の
結合解除時間と、安全や、電圧の影響を受けやすい基板
に対する損傷を防止する必要など他の要件とに応じて、
数ボルトから100Vを超える結合解除電圧を選択すること
ができる。

【００６１】特定の結合解除電圧での結合解除時間は組
成物のイオン伝導率にも依存する。イオン伝導率が高い
ほど、所与の電圧でより高い電流が得られ、それに対応
して、結合解除反応速度が高められる。しかし、結合解
除反応は実質的に組成物と基板との間の界面で起こり、
結合解除を起こすのに必要なファラデー電荷の量（ファ
ラデー電流の時間積分）は非常に少ない。したがって、
結合解除を実際的な時間で行うのに必要な電流はわずか
であり、かつこの活動を補助するのに必要なイオン伝導
レベルは比較的低い。この特徴は、高いイオン伝導率を
有する物質を形成すると、接着特性が不十分になると共
に、機械的強度が制限されるので、有利である。

【００６２】結合解除プロセスに適したイオン伝導率の
大きさは、実施例3で説明する結合解除可能な組成物の
イオン伝導率を測定することによって理解することがで
きる。イオン伝導率は、組成物の複合インピーダンスが
広い周波数範囲（5Hzから10⁵Hz）にわたって測定され、
データが簡単な回路モデルに適合されるACインピーダン
ス技法を使用して決定される。この方法はすでに公開さ
れている；MacDonaldら、J.Electroanal.Chem. 200：69
-82（1986）を参照されたい。温度の関数としてのイオ
ン伝導率の値を表1に示す。

【表１】伝導率測定値

【００６３】実施例3の組成物に関して表1に列挙された
伝導率は、電気化学装置で使用されている電解質の伝導
率（約10^-3S／cm）よりもかなり低いが、この導電率
は、50Vの印加電圧を用いて室温で結合解除を10分で行
うのに十分な値である。

【００６４】前述の態様では、基板と組成物との間に印
加された電圧に応じた組成物の導電性基板からの制御さ
れた結合解除を可能にするマトリックス機能および電解
機能を有する結合解除可能な組成物について開示してい
る。

【００６５】図1を参照するとわかるように、本発明の
方法は、導電性基板12、14に接触した結合解除可能な組
成物10に電流を流して、接着剤と基板との界面16におけ
る結合を無効にし、それによって組成物と基板との間の
結合を弱めることを含む。電源18を使用して組成物に電
流が供給される。2枚の基板12、14の間に電圧が印加さ
れると、基板と結合解除組成物との界面で電気化学反応
が起こる。電気化学反応は、正に荷電された界面または
陽極界面では酸化反応であり、負に荷電された界面また
は陰極界面では還元反応であることを理解されたい。こ
の反応は、基板同士の間の接着ボンドを弱め、結合解除
可能な組成物を基板から容易に除去できるようにする。
（議論の都合上、すべての図において、1つの導電性表
面が陽極として指定されている。システムの極性を逆に
できることを理解されたい。）電源は、直流を供給する
ことも、交流を供給することもできる。直流は、電池ま
たはAC駆動DC電源から供給することができる。

【００６６】大部分の結合解除プロセスは、数ボルト、
例えば10V未満の電圧しか必要としない。しかし、例え
ば、最大100V程度のより高い電圧は、システムに固有の
電気抵抗を解消するうえで有用である。結合解除を完了
するのに必要な電流は非常に少なく、1平方センチメー
トル当たり約10^-3アンペアである。結合解除は、結合解
除すべき表面が複雑であるかどうかにかかわらず高速に
進行する。多くの場合、約5分から60分、好ましくは約1
0分から30分の範囲の期間にわたって電位が印加され
る。

【００６７】電気化学的に結合解除可能な組成物として
は、結合解除が陽界面または陰界面で起こるような組成
物を選択することができる。陽界面とは、電気化学的に
結合解除可能な組成物と、陽極に電気的に接触している
導電性表面との間の界面である。同様に、陰界面とは、
電気化学的に結合解除可能な組成物と、陰極に電気的に
接触している導電性表面との間の界面である。結合解除
は、以下の実施例1から実施例4で説明する結合解除組成
物の場合は陽界面で起こる。基板同士を分離する前に電
流の方向を逆にすることによって、両方の基板界面で結
合を弱めることができる。

【００６８】代替態様では、交流を使用して基板と接着
剤との界面の両方を同時に結合解除することができる。
この態様は、結合解除の後で結合解除可能な組成物を両
方の基板から除去することが望ましいときに特に有用で
ある。通常、交流は、界面を結合解除するのに必要な総
時間と比べて短い時間スケールで陽極界面と陰極界面を
反転させる。電流は、各極性で、結合解除を起こすのに
十分な総時間が確保されるかぎり、任意の適切な波形を
用いて印加することができる。正弦波形、矩形波形、お
よび三角波形が適切である。波形は、制御された電圧源
または制御された電流源から印加することができる。

【００６９】陰結合解除には代替組成物を使用すること
ができる。このような態様については実施例7で説明す
る。

【００７０】非導電性基板または非導電性コーティング
された基板は、追加の導電性素子を組み込んで電気回路
を完成させることによって電気化学的に結合解除するこ
とができる。図2を参照するとわかるように、基板22の
一つが非導電性であるか、あるいはその基板に非導電層
がコーティングされている例では、結合構造に導電性素
子20が組み込まれる。導電性素子20と、導電性素子20と
導電性基板24との間に配設された結合解除可能な組成物
10を有する導電性基板24との間に電圧が印加される。電
気回路の構成および組成物の選択に応じて、導電性素子
と結合解除可能な組成物との界面26または基板24で結合
解除が起こる。導電性素子20は、接着剤28、例えば、従
来型の接着剤や本発明の電気化学的に結合解除可能な組
成物によって、非導電性基板22の対向面上に結合されて
いる。継手および結合解除工程での導電性素子の使用
は、非導電性基板に限らず、導電性基板にも使用可能で
あると考えられる。

【００７１】導電性物質は、結合された2つの表面の間
に埋め込むことのできるあらゆる導電性物質でよい。例
示的な素子は、ワイヤ・メッシュ、金属箔、導電性コー
ティング、例えば銀を充填されたエポキシを含むが、こ
れらに限らない。導電性素子がワイヤ・メッシュまたは
格子である例では、結合が弱くなるのが基板の近傍の領
域であるため、メッシュ・サイズは、結合解除可能な物
質に適切な表面積接触を可能にするサイズであるべきで
ある。

【００７２】図3は、導電性素子が、非導電性基板22の
表面にコーティングされた導電性コーティング30である
態様を示している。

【００７３】本発明の方法は、2枚の非導電性基板の間
のボンドを電気的にへき開させることもできる。結合解
除は、2つの導電性素子を組み込んだ結合構造を使用す
ることによって起こる。導電性素子を使用して電気回路
が完成され、この素子の部分で結合解除が起こる。図4
は、本発明のいくつかの結合構造を示している。

【００７４】図4Aは、2つの導電性の箔、メッシュ、ま
たは格子40、42を組み込んだ結合構造である。それらの
間に電気化学的に結合解除可能な組成物10が配設されて
いる。素子40、42はそれぞれ、基板44、46に結合されて
いる。基板44、46は導電性基板でも、非導電性基板で
も、あるいは非導電性コーティングを有する基板でもよ
い。ただし、2枚の基板が共に非導電性である例では導
電性素子の使用が有用である。導電性素子は、従来型の
接着剤または本発明の結合解除可能な組成物64を使用し
て基板に結合されている。

【００７５】図4Bは、基板52、54を被覆しており、外部
ワイヤを通して電源と電気的に接触し電気回路を完成し
ている、2つの導電性コーティング48、50を組み込んだ
結合構造である。電気化学的に結合解除可能な組成物10
はこれらの導電性コーティングの間に配設されている。
基板52、54は導電性基板でも、非導電性基板でも、ある
いは非導電性コーティングを有する基板でもよい。ただ
し、2枚の基板が共に非導電性である例では導電性素子
の使用が有用である。

【００７６】図4Cは、導電性の箔、メッシュ、または格
子42と、基板52を被覆している導電性コーティング48と
を組み込んだ関連結合構造である。電気化学的に結合解
除可能な組成物10は、外部ワイヤを通して電源と電気的
に接触し電気回路を完成している導電性素子42、48の間
に配設されている。基板46、52は導電性基板でも、非導
電性基板でも、あるいは非導電性コーティングを有する
基板でもよい。2枚の基板が共に非導電性である例では
導電性素子の使用が有用である。

【００７７】結合解除工程では、図5に示すような構成
を使用して、複数の表面を同時に結合解除することもで
きる。結合構造は、2枚の基板60、62の間に配設された
導電性素子42を含む。結合解除可能な組成物10は、ボン
ドを形成する際に使用される。基板60、62は、非導電性
基板からの結合解除を容易にするために、導電性基板で
あるか、あるいは上述の導電性素子を組み込むことがで
きる。2枚の基板は共に、陽極にある電圧源に並列接続
されており、導電性素子は陰極として働く（陽極結合解
除が起こる態様において）。工程では、陽極結合解除物
質と基板との界面がへき開され、両面に結合解除物質が
被覆された導電性素子が残る。

【００７８】本発明の好ましい態様は、図6Aに示すよう
な積層体68の金属箔パッチを含む。このパッチは、金属
箔72、74、通常はアルミニウム箔で各面を裏打ちされた
電気化学的に結合解除可能な物質70の薄い層を含む。パ
ッチは可撓性であり、非平面状の表面に容易に整合す
る。パッチは、所定サイズに切断し、接着剤を被覆し、
結合すべき基板同士の間に配置することができる。前述
の結合構造と同様に、箔パッチを使用して形成された結
合構造は、金属箔同士の間に電流を流すことによって箔
の部分で容易に分離することができる。

【００７９】上記のすべての構造および物品において、
導電性基板または導電性素子との接触は従来型の手段に
よってなされる。クリップまたはその他の接触手段を使
用することができる。好ましい態様では、導電性基板ま
たは導電性素子上に導電性タブをスポット溶接し、電気
接触を向上させることができる。

【００８０】本発明の他の態様では、環境にそれほど悪
影響を与えず、当業者の健康に対する影響を最小限に抑
える溶媒を使用して、硬化後の物質が基板から除去され
るような、特定の硬化剤を用いて組成物を形成すること
ができる。この態様は、組成物を電気的に結合解除した
後で特に有用である。結合解除後に基板上に残る組成物
の残留物質は、腐食性の化学物質、熱、または機械的手
段を使用せずに容易に除去することができる。したがっ
て、例えば、陽極の部分で結合解除される接着組成物
を、低分子量アルコール、例えば、メタノール、エタノ
ールなどの溶媒を使用して陰極から除去することができ
る。組成物の除去は、低分子量アルコールを組成物のイ
オン伝導相に急速に通過させることによって促進される
溶媒の膨張によって実現される。この態様の組成物につ
いては実施例2で説明する。

【００８１】基板上にコーティングとして配設された物
質を、該結合解除プロセスを使用し除去することもでき
る。例えば、結合解除物質がプライマ層として金属表面
に塗布され、このプライマ層の上に、銀を充填されたエ
ポキシなどの導電性膜、および適切なトップコートが塗
布される。コーティングは、金属表面（陽極）および銀
を充填されたエポキシ層（陰極）に電源を取り付けるこ
とによって除去される。

【００８２】あるいは、導電性の金属箔またはプレート
を、結合解除可能なプライマに接触させて陰極として働
かせることができる。この電極は、例えば、組成物が陽
極界面で結合解除される場合に、陰極として働く。コー
ティングと金属プレートとの間にイオン伝導性ゲルを配
置することによって接触が促進される。適切なゲルは、
結合解除接着剤、例えばヘキサフルオロリン酸アンモニ
ウムで使用されるのと同一の塩を含む、高濃度ポリマー
溶液または液体ポリマー電解質を含む。

【００８３】前述の態様では、低分子量の溶媒によって
膨張することのできる組成物の使用について説明した。
この態様は、基板上のコーティングに対しても有用であ
る。組成物のイオン伝導相を低分子量溶媒で膨張させる
と、導電相のイオン伝導率が高くなり、それにより、基
板とコーティングとの間に電圧が印加された場合に結合
解除が促進される。

【００８４】この手法では、電気化学反応が生じた場合
にのみ結合解除が起こるので、コーティングの一部のみ
を選択的に除去することができる。個々のボンドの導電
経路が近傍のボンドの導電経路から絶縁されているかぎ
り、共通の基板上の特定の結合を、隣接する領域に影響
を与えずに弱めることができ、それによって特定の修理
または交換を行うことができる。大きな面積を有する表
面上のコーティングが破損する多くの場合に、局所的な
除去および修理を行うだけでよい。これは、この物質に
よって容易に行うことができる。

【００８５】器具、構造、および車両をコーティングす
る場合にアップリケ、または事前に形成された密着紙状
コーティングがますます使用されるようになっている。
本発明の結合解除可能な組成物を使用して取り付けられ
た、金属化されるかあるいは金属箔で裏打ちされたアッ
プリケを使用することによって、改修工程中にこのアッ
プリケを容易に除去することができる。

【００８６】本発明の他の局面では、耐腐食性コーティ
ングが提供される。「腐食」という用語は、本明細書で
は、通常は電解質の助けを得て起こり、典型的には大気
中の酸素または水の還元を伴う、金属基板を酸化させる
電気化学プロセスを意味する。耐腐食性コーティングと
は、このコーティングが存在しないときに起こると考え
られる活性腐食プロセス、すなわち金属酸化を抑制また
は防止するコーティングである。通常、塗装などの耐腐
食性コーティングは、金属表面から水および塩を除外す
るバリア層として作用する。このコーティングは、通常
は水に部分的に溶解できる腐食抑制剤を含むこともでき
る。

【００８７】本発明の結合解除可能な組成物は、塗装下
腐食を防止することが判明している。塗装下腐食は、塗
装（または同様なコーティング）の下において、下にあ
る基板を腐食環境にさらす塗装の破損のために活性腐食
が起こっている部位から、腐食が移動することとして定
義されている。

【００８８】本発明の一態様によれば、結合解除可能な
組成物はアンダーコートまたはプライマ層として使用さ
れる。この場合、アンダーコートを第2の塗装層でコー
ティングすることができる。第2の層は、水および塩の
主要なバリアを形成する。

【００８９】本発明の組成物は、バリア層であるという
意味では耐腐食性コーティングとしては機能しない。そ
の代わり、腐食が開始した後、その波及を防止すること
によって耐腐食性コーティングとして機能する。コーテ
ィング中に移動イオン種が存在するため、電気化学的に
結合解除可能な組成物と表面が接触する部分では、表面
のイオン浸透圧が低下するという仮説が立てられる。し
たがって、金属の表面上で腐食性酸化を伝播させる（最
終的にコーティングの積層剥離を生じさせる）推進力
は、なくなるか、あるいは低減する。

【００９０】したがって、耐腐食性コーティングは、本
発明の電気化学的に結合解除可能な組成物と、保護バリ
ア層として機能するトップコートとを含むプライマ層を
含む。このバリア層が失われた場合、露出された金属表
面は酸化腐食を受ける。しかし、プライマ層は、コーテ
ィングの下での伝搬を防止し、それによってコーティン
グの積層剥離を防止する。

【００９１】本発明を制限するものではない以下の実施
例において本発明を例示する。本発明の完全な範囲は特
許請求の範囲に示されている。

【００９２】実施例1 この実施例では、可塑剤をイ
オン伝導性成分として使用した電気化学的に結合解除可
能な組成物について説明する。

【００９３】Gilbertらの「Polymer／Inorganic Interf
ace」（Master.Res.Soc.Proc.、304：49（1993年）」に
概略的に記載された手順に従って、以下の構造を有する
ジスルフィドに結合されたジエポキシド１を合成した。

【化１】

【００９４】上記のジエポキシド100重量部を4,7,10-ト
リオキシ-1,13-トリデカンジアミン30部およびアミン末
端基ポリ（アクリロニトリル-co-ブタジエン）、すなわ
ちラバー・タフナー（CAS 68683-29-4）10部と混合する
ことによって電気へき開可能な組成物を生成した。この
混合物を1-ペンタノル20部およびヘキサフルオロリン酸
アンモニウム20部に添加した。この混合物は室温で急速
に反応し、銅に対して非常に高い接着ボンド強度を示す
硬化樹脂が得られた。この組成物が最終組成物で必要な
イオン伝導率が得られるかどうかは、可塑剤と、エポキ
シの化学的修飾、例えば、アルコキシで修飾されたアミ
ン硬化剤およびアクリロニトリルコポリマーならびにジ
スルフィドエポキシドの取込みとの組合せに依存した。

【００９５】室温では、この物質のイオン伝導率は非常
に低い。しかし、高温（60℃）で結合線を横切って50V
電位を印加することによって、接着ボンドを30分にわた
って電気化学的にへき開した。

【００９６】結合または被覆のために基板上に吹付け被
覆できるニトロメタンの溶液としてもこの組成物を調製
した。この溶液は、ポットライフが数時間であり、それ
に対して溶媒を含まないエポキシ混合物の場合は15分で
ある。

【００９７】実施例2 この実施例では、イオン交換さ
れたグラフト・コポリマー、すなわち、ポリ[ジメチル
シロキサン-co-メチル（3-ヒドロキシプロピル）シロキ
サン]-グラフト-ポリ（エチレングリコール）3-アミノ
プロピルエーテルをイオン伝導性物質として使用した電
気化学的に結合解除可能な組成物について説明する。

【００９８】機械的攪拌機を備えた反応槽内で、ポリ
[ジメチルシロキサン-co-メチル（3-ヒドロキシプロピ
ル）シロキサン]-グラフト-ポリ（エチレングリコー
ル）3-アミノプロピルエーテル（PMS-g-PEO）（75g）、
すなわち、M_nが約4000であるアミン官能基コームポリマ
ー（CAS 133779-15-4）をヘキサフルオロリン酸アンモ
ニウム（25g、0.153モル）と混合し、混合物を真空中で
12時間にわたって70℃で攪拌し、イオン交換反応を完了
させた。結果として得られた生成物は、粘性の透明な琥
珀色の液体であった。

【００９９】上記のイオン交換されたPMS-g-PEOを使用
して2部エポキシ樹脂を生成した。イオン交換されたPMS
-g-PEO 100重量部を、ビスフェノールAの低分子量（M_n
＝355）ジグリシジルエーテル（DGEBA）75重量部と混合
して粘性の黄色い液体を形成することによって、部分A
を生成した。グラフトコポリマーをエポキシ樹脂と混合
すると、樹脂内での電解液の分散が促進され、それによ
って接着剤組成物の2つの成分の相互貫通モルホロジー
が促進される。DGEBA 25重量部を4,7,10-トリオキサ-1,
13-トリデカンジアミン（CAS No.4246-51-9）30重量部
と反応させ連鎖伸長アミン硬化剤を形成することによっ
て、部分Bを生成した。連鎖伸長によってエポキシ樹脂
が事前に反応し硬化プロセスが制御されると共に、匹敵
する重量の部分が2部樹脂中に形成される。粉砕された
ガラス（3部）および青色顔料（銅フタロチアニン）を
部分Bに添加した。

【０１００】非混合2部エポキシ樹脂は貯蔵寿命が室温
で6か月以上であった。部分A（黄色）と部分B（青色）
の比が3：1になるようにこの樹脂を混合し、約1時間の
ポット・ライフを有する緑色のペーストを得た。このペ
ーストをアルミニウム基板と銅基板とスチール基板との
間に塗布し結合構造を形成した。結合解除可能な組成物
が形成される全体的な化学反応を式2に示す。

【式２】

【０１０１】ASTM D-1002の仕様に従ってInstronテスタ
を使用してラップ剪断試験を行った。結果を表2に示
す。0.5インチの重なりを有するように結合された1イン
チ x 8インチの金属ストリップからラップ剪断試料を形
成した。

【表２】結合金属基板の剪断強度 これらの値は、従来型のエポキシ樹脂を使用して形成さ
れたボンドに匹敵する。したがって、結合物質の機械的
強度を損なわずに電気化学的に結合解除可能な継手を形
成することが可能である。

【０１０２】ラップ剪断試験は、この実施例の化学式を
使用して形成された結合アルミニウム基板の接着ボンド
強度に対する高温の影響を評価するためにも行われた。
結果を表3に示す。

【表３】様々な温度での結合アルミニウム基板の剪断強
度

【０１０３】金属基板同士の間に50V電位を印加するこ
とによって、結合基板を室温で電気化学的にへき開させ
た。結合解除は陽極の部分で起こった。10分後、基板は
手作業で容易に分離された。陽極界面には残留樹脂が実
質的に無かった。

【０１０４】4,7,10-トリオキシ-1,13-トリデカンジア
ミンから生成された結合解除可能な組成物の残留物質を
メタノールを使用して陰極基板から除去した。

【０１０５】実施例3 この実施例では、アミン効果剤
を置換することの、エポキシ組成物の強度および結合解
除機能に対する効果を示す。

【０１０６】4,7,10-トリオキサ-1,13-トリデカンジア
ミンをテトラエチレンペンタミン（TEPA;CAS No.112-57
-2）15部で置換したうえで、実施例2で説明したように
エポキシ樹脂を生成し、周囲温度と高温の両方でアルミ
ニウムに対して最大2500psiのボンド強度を有する電気
へき開可能な組成物を得た。結合解除条件および結合解
除速度は実施例2と同様であった。結合解除は陽極で起
こった。

【０１０７】実施例4 この実施例では、PMS-g-PEO中の
イオン交換された陰イオンを置換することの、エポキシ
の強度および結合解除機能に対する効果を示す。

【０１０８】ヘキサフルオロリン酸アンモニウムをテト
ラフルオロホウ酸アンモニウムで置換したうえで実施例
2で説明したようにエポキシ樹脂を生成し、硬度がより
高く室温伝導率がより低い樹脂を得た。観測された硬度
の増大はおそらく、イオン架橋が増大したことによるも
のである。

【０１０９】室温で40分にわたって結合線を横切る50V
電位を印加することによって、この樹脂の陽極結合解除
を起こすことができる。テトラフルオロホウ酸アンモニ
ウムを含む組成物の結合解除時間が長くなるのは、この
物質のイオン伝導率が比較的低いことによるものであ
る。

【０１１０】実施例5 この実施例では、組成物に可塑
剤を取り込むことの結合解除に対する効果を示す。

【０１１１】実施例3の樹脂組成物にオクタノール10部
を添加した。この修飾された組成物を使用して結合され
たアルミニウム・ラップ剪断試料は、剪断強度1600psi
および良好な機械的特性を示した。-20℃で50V電位を印
加すると、15分未満で結合解除が起こった。それに対し
て、修飾されない組成物では結合解除に1時間かかっ
た。-40℃では、12時間未満で結合解除が起こり、それ
に対して、修飾されない樹脂では結合解除が起こらなか
った。

【０１１２】したがって、可塑剤を添加すると、結合解
除工程を戸外または他の環境的に制御されない状態で行
う必要がある、重要で実際的な用途を有する低温での組
成物の結合解除機能が著しく改善された。これはおそら
く、修正された組成物の場合、室温での結合解除は有意
に高速となって進行すると考えられる。

【０１１３】実施例6 この実施例では、マトリックス
・ポリマーの不均一効果によってイオン伝導率が高まる
ことを示す。

【０１１４】13Xゼオライト粉末（100重量部）にトリオ
キサドデカン-1,13-ジアミン（80重量部）を攪拌しなが
ら添加した。アミンが多孔性粉末の表面および内部に吸
着されるにつれて混合物の温度を上昇させた。DGEBAエ
ポキシ100部およびヘキサフルオロリン酸アンモニウム1
0部にアミン／ゼオライト複合体（160部）を添加した。
この組成物を使用してアルミニウム基板を結合すること
によって作製された試料を1時間にわたって80℃で硬化
したところ、良好な接着ボンド強度を示した。この物質
は、適度なレベルのイオン伝導率、すなわち、実施例2
の物質の約10分の1のイオン伝導率を示した。室温で2時
間にわたって50V電流を印加すると、接着ボンドが弱ま
った。

【０１１５】実施例7 この実施例により、陰極界面の
部分で結合解除可能な組成物を提供する。

【０１１６】式（1）に示す反応によるヘキサフルオロ
リン酸アンモニウムとの交換反応によって、ポリ（プロ
ピレングリコール）ビス（2-アミノプロプルエーテル）
（PPODA、CAS No.9046-10-1、M_n約2000）を対応するア
ンモニウム塩に変換した。この目的のために、機械的攪
拌機を備えた反応槽内でヘキサフルオロリン酸アンモニ
ウム（25g）とPPODA（75g）を混合し、周囲温度および
周囲圧力で48時間にわたって攪拌した。

【０１１７】イオン交換されたPPODA 100部および実施
例1のジスルフィドエポキシド100部を含む混合物をジシ
アノジアミド8部と混合した。混合物は、100℃で4時間
にわたって硬化されたときにアルミニウムとの強力なボ
ンドを形成した。このボンドは、40℃で30分にわたって
ボンドを横切る50V電位を印加することによって電気化
学的に破壊することができる。結合解除は陰極界面の部
分で起こる。

【０１１８】実施例8 この実施例では、導電性箔を使
用した非導電性基板からの結合解除について説明する。

【０１１９】アルミニウム箔（厚さ25μm）を溶媒脱脂
し、リン酸でエッチングし、蒸留水に1時間浸漬させ
た。次いで、粉砕されたガラスを含まない実施例1の樹
脂を使用して2枚の乾燥箔を結合した。この箔積層体を8
0℃で1時間にわたって硬化した。この箔積層体69は図6A
に示されており、箔72、74の間に電気化学的に結合解除
可能な組成物70が挟まれている。

【０１２０】次いで、箔積層体69をさらに2枚の基板の
間に結合した。箔積層体を基板を結合するのに適切なサ
イズに切断した。アミンで硬化された電気化学的に結合
解除できないジスルフィドエポキシ樹脂を箔の外面に被
覆した。このサンドイッチ構造は図6Bに示されており、
層76および78として従来型の接着剤層が示されている
（基板は図示されていない）。接着剤が被覆された積層
体を2枚の基板の間に配設し、重りまたはクランプを使
用して圧力を加えアセンブリを得た。このアセンブリを
室温で24時間にわたって硬化したところ、高強度の永久
的なボンドが得られた。

【０１２１】基板は、ボンドを箔の部分で破壊するか、
あるいは図6Bに示す接着界面80を電気化学的に結合解除
することによって、結合解除される。50VのDC電源によ
って10分にわたって結合構造を横切る電位差を印加し
た。その後、手作業で構造を分離することができた。依
然として付着している従来型のエポキシ層から箔を剥離
した。アンモニア水、ナトリウム3-メルカプトプロピル
スルフォネート、およびメタノールの溶液に浸漬させる
ことによって残留接着材を基板から除去した。

【０１２２】実施例9 この実施例では、導電性コーテ
ィングを使用した非導電性基板からの結合解除可能につ
いて説明する。

【０１２３】非導電性基板に、銀が充填されたエポキシ
を被覆した。銀が充填されたエポキシに外部配線用のコ
ネクタを取り付けた。硬化の後で、銀が充填されたエポ
キシに実施例1の電気化学的結合解除エポキシ樹脂層を
被覆した。被覆された基板表面同士を突き合わせ、樹脂
を硬化し、接着ボンドを形成した。銀が充填されたエポ
キシ層またはコネクタに50V電源を直接取り付けること
によって、このボンドを電気化学的に結合解除した。結
合解除は、銀エポキシの粗度に応じて、室温では20分か
ら40分で起こる。

【０１２４】実施例10 この実施例ではコーティングの
結合解除について説明する。

【０１２５】実施例1の樹脂をプライマ層として直接、
低炭素鋼表面上に被覆した。このコーティングは、バル
ク物質から塗布するか、あるいはニトロメタンと塩化メ
チレンの1：1混合物中に非硬化樹脂を50wt％溶かした溶
液を吹き付けることによって塗布することができる。乾
燥後に、銀が充填されたエポキシの薄い層および適切な
トップコートでプライマ層をオーバーコーティングし
た。イオン伝導性プライマ層は、高腐食性条件で例外的
に良好な濡れ接着性を示した。鋼表面と銀が充填された
エポキシとの間に50V電源を取り付けると、プライマと
鋼表面との間の接着ボンドが破壊され、こすり取ること
によってコーティングを容易に除去することができた。
コーティングが除去された表面に腐食は観測されなかっ
た。

【０１２６】実施例11 この実施例では、電解質ゲルを
使用した別のコーティング結合解除方法について説明す
る。

【０１２７】実施例1の樹脂をプライマ層として直接、
低炭素鋼表面上に被覆し、硬化させた。次いで、以下の
手順によって、硬化後のコーティングを電気的に結合解
除した。アンモニウムヘキサフルオライドが交換された
PPODAで構成される高濃度ゲルを、プライマコーティン
グの表面に広げ、ワイヤ、メッシュ、箔、格子などの導
電性素子に物理的に接触させた。鋼表面（陽極）および
導電性素子（陰極）に50V電源を取り付けると、20分未
満の間にプライマと鋼表面との間の接着ボンドの陽極破
壊が起こった。

【０１２８】実施例12 この実施例では、顔料コーティ
ングの結合解除について説明する。

【０１２９】実施例2の物質100重量部を二酸化チタン
（ルチル）顔料65重量部と混合して白色塗料を生成し
た。この塗装を使用してアルミニウム、スチール、また
はその他の金属表面を被覆することができる。イオン伝
導性ゲルで被覆された導電プレートを塗装表面に接触さ
せ、被覆された表面に50V電源の陽極を取り付け、導電
プレートに電源の陰極を取り付けることによって、コー
ティングは局所的に結合解除された。10分〜15分後、塗
装は、軽くこするまたは剥離することによって処理領域
から容易に除去された。 ［図面の簡単な説明］

【図１】 本発明の組成物を使用して結合された接合部
と、本発明の結合解除工程の断面図である。

【図２】 結合構造に導電性箔が組み込まれている本発
明の態様の断面図である。

【図３】 結合構造に導電性コーティングが組み込まれ
ている本発明の態様の断面図である。

【図４ＡからＣ】 結合構造に導電性シートまたは導電
性コーティングが組み込まれている本発明の結合された
物品を示す図である。

【図５】 結合接合部において複数の界面を同時に結合
解除するための結合接合部および電気回路の図である。

【図６Ａおよび６Ｂ】 積層結合構造の斜視図および断
面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ０９Ｊ 11/06 Ｃ０９Ｊ 11/06 11/08 11/08 (56)参考文献 特開2000−319599（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−147752（ＪＰ，Ａ) 特開2000−129217（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−104849（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−12980（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−201246（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08L 1/00 - 101/16 C08K 3/00 - 13/08 C09D 5/00 - 201/10

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性表面における結合及び結合解除用
   途に適用される電気化学的に結合解除可能な接着剤であ
   って、高機械強度を有する高負荷耐性の結合性ポリマー
   を含むとともに、成分として又は該接着性ポリマーに対
   する添加剤として電解質を含み、該接着剤は、１０
   ^−１１〜１０^−５Ｓ／ｃｍ^２の範囲のイオン伝導率と２
   ００ｐｓｉより大きな剪断強度を有することを特徴とす
   る接着剤。
2. 【請求項２】 前記電解質が前記接着性ポリマーの一成
   分であるとともに、比較的高イオン伝導率を有する低架
   橋密度の領域と比較的高い機械強度を有する高架橋密度
   の領域を形成するように、該接着性ポリマーの架橋密度
   が該ポリマー内の各領域間で変化するものであって、前
   記低架橋密度の領域は、該接着剤の電解質を含む、請求
   項１記載の接着剤。
3. 【請求項３】 該電解質が接着性ポリマーの一成分であ
   って、該接着性ポリマーはイオン溶媒和している部分を
   含み、かつ該イオン溶媒和している部分は接着剤の電解
   質を含む、請求項１記載の接着剤。
4. 【請求項４】 前記イオン溶媒和している部分は、アル
   コキシ部分、ジスルフィド部分、チオアルキル部分、ニ
   トリル部分、およびフッ化ポリビニリデン部分、ならび
   にそれらの誘導体からなる群より選択される、請求項３
   記載の接着剤。
5. 【請求項５】 前記電解質が、前記接着性ポリマーに対
   する添加剤であって、イオン溶媒和分子、オリゴマー、
   およびポリマー、ならびにイオノマーからなる群より選
   択される、請求項１記載の接着剤。
6. 【請求項６】 前記電気化学的に結合解除可能な接着剤
   が、実質的に接着性ポリマーを含む第１の領域と電解質
   を含む第２の領域とを有する相分離された構造を有し、
   該電解質は、接着性ポリマーから分離したものである、
   請求項１記載の接着剤。
7. 【請求項７】 前記接着性ポリマーが、ポリウレタン、
   並びにエポキシ、フェノール樹脂、アクリル、メラミ
   ン、マレイミドのモノマーから導出したポリマーからな
   る群より選択される、請求項１又は６の何れか１項記載
   の接着剤。
8. 【請求項８】 前記第２相の電解質が、イオン溶媒和分
   子、オリゴマー、ポリマー、およびコポリマーならびに
   イオノマーからなる群より選択される、請求項６記載の
   接着剤。
9. 【請求項９】 イオン溶媒和分子が、低分子量のアルコ
   キシド、アルコール、アルキルカルボネート、環状エス
   テル、ニトリル、アミド、および尿素からなる群より選
   択される、請求項８記載の接着剤。
10. 【請求項１０】 前記相分離された構造の第２相が、非
    極性成分およびイオン伝導性の成分を含むブロックコポ
    リマーまたはグラフトコポリマーを含む、請求項６記載
    の接着剤。
11. 【請求項１１】 前記ブロックコポリマーまたはグラフ
    トコポリマーの非極性成分が、相分離を促進するために
    接着性ポリマーに対して低い親和性を有するように選択
    される、請求項１０記載の接着剤。
12. 【請求項１２】 前記電解質が、塩を含む、請求項１ま
    たは６記載の前駆物質。
13. 【請求項１３】 前記塩が、アルカリ金属、アルカリ土
    類、およびアンモニウム塩からなる群より選択される陰
    イオン、またはヘキサフルオロフォスフェート、テトラ
    フルオロボレート、ヘキサフルオロアンチモネート、お
    よび過塩素酸塩からなる群より選択される陽イオンを含
    む、請求項１２記載の接着剤。
14. 【請求項１４】 前記陰イオン又は陽イオンが接着性ポ
    リマーに対し共有結合される、請求項１３記載の接着
    剤。
15. 【請求項１５】 １０^−９〜１０^−７Ｓ／ｃｍ^２の範囲
    のイオン伝導率を有する、請求項１または６記載の接着
    剤。
16. 【請求項１６】 導電性表面において結合並びに結合解
    除する用途のため電気化学的に結合解除可能な接着剤を
    準備する用途に適した前駆材料であって、 硬化により接着性樹脂中に応力を生じ得る、エポキシレ
    ジン、フェノールレジン、アクリルレジン、メラミンレ
    ジン、マレイミドレジン及びウレタンからなる群から選
    ばれたレジンと、 硬化された際、１０^−１１〜１０^−５Ｓ／ｃｍ^２の範囲
    のイオン伝導率となるような、硬化性レジンに対し成分
    又は添加剤としての電解質である、イオン伝導率を付与
    する電解質とを含む、前駆材料。
17. 【請求項１７】 硬化剤または架橋材を包含するための
    手段をさらに含み、該包含するための手段が、ゼオライ
    ト、粘土、およびポリマー・ゲルからなる群より選択さ
    れる、請求項１６記載の前駆材料。
18. 【請求項１８】 前記電解質が、硬化時に、硬化された
    レジンから相分離する、請求項１６記載の前駆材料。