JP4113582B2 - ポリオレフィン表面用感圧接着剤 - Google Patents
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Description
本発明は、低エネルギー表面と、感圧接着剤を用いて製造したテープとの接着に有用な感圧接着剤に関する。
背景技術
金属製表面、塗面等の極性基材との接着用のアクリル感圧接着剤は技術上周知である。溶剤に溶解したアクリル感圧接着剤は、米国再発行特許第24,906号(アルリッチ(Ulrich))に開示されている。環境的な影響を考慮して実質的に無溶剤の接着剤が使用されるようになるにつれて、技術は、例えば米国特許第4,181,752号(マーテンズ(Martens)ら)に開示されている紫外線を用いて製造する感圧接着剤に発展してきた。しかしながら、従来よりも新規なポリマーは、性質が非極性で、従来の感圧接着剤を使用しても接着が困難なエンジニアリングプラスティックスとして開発されている。特に、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、熱可塑性ウレタン(TPU)およびポリプロピレンと、ポリエチレンのブレンドである熱可塑性オレフィン(TPOs)およびゴムは、車体側面成形部および目詰め材として自動車構成物において有用な材料であることがわかっているが、一般に接着は困難である。また、目詰めは、自身よりも極性が強い表面に接着されることが多い。極性表面用に配合した感圧接着剤は、目詰めの非極性表面とはうまく接着しないことがある。
粘着付与樹脂は、接着材と非極性基材との接着性を向上させるための手段として、感圧接着剤に添加されている。粘着付与樹脂の用途は別の明細書、米国特許第4,988,742号(ムーン(Moon)ら)、同第4,726,982号(トレイノア(Traynor)ら)および同第5,028,484号(マーチン(Martin)ら)に記載されている。しかしながら、一般に、粘着付与した接着剤は、自動車業界が要求するいくつかの高性能が必要な用途において動作するために必要なせん断強度を有しない。また、粘着付与した接着剤は、高温、すなわち約25℃を超える温度に暴露させたとき、非極性表面との接着性が低下する傾向がある。
製造業者は、溶剤に溶解した下塗り剤で一部を下塗りすることも実施しているが、これは環境的に好ましくなく、また、下塗りステップと乾燥ステップをそれぞれ実施しなければならないので、経済的にも好ましくない。溶剤に溶解した塩素化ポリオレフィンを含む種々の材料がこのような下塗り剤の主剤として使用されている。
コロナ処理、火炎処理、プラズマ処理、化学的エッチング等のその他の下塗り手法も産業界では使用される。しかしながら、これらの手法には制限があり、また、これらの手法の使用は別の工程ステップを必要とする。
米国特許第4,880,849号は、放射線硬化ペイント下塗り剤として、アクリルポリマーと溶剤を組み合わせた塩素化ポリオレフィンの用途を記載している。
欧州特許第344,756号は、塩化パラフィンを芳香族系溶剤に溶解した低固溶体にポリオレフィン生成物を浸漬させ、同物体を乾燥させ、紫外線に暴露させてアクリルペイントとの接着性を向上させた表面を提供することによって、同物体を下塗りする方法について記載している。
日本特許第01/242,676号は、塩素化ポリオレフィン、特に塩素化ポリエチレンとともに溶剤に溶解したアクリル感圧接着剤組成物について記載している。
英国特許第2,018,805号は、ポリビニルエーテル、ポリエステルおよびシリコン接着剤、クロロスルホン化ポリエチレン並びに重合可能なモノマーまたは不飽和オリゴマーからなる群から選択されるポリマーを含有する感圧接着剤組成物について記載している。クロロスルホン化ポリエチレンは相対的に大量の溶剤に溶解される。
高温でも接着値が低下することなく、非極性基材に十分に接着し、好ましくは金属等の基材にも十分に接着する環境にやさしい感圧接着剤の必要性は常に存在している。
発明の開示
本発明は、(a)アルキル基の炭素数が4乃至20である非第三級アルコールの少なくとも1個のアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルを50乃至100重量部と、
(b)成分(a)と共重合可能で、(a)と(b)との合計が100重量部になる、少なくとも1種の補強モノマーを0乃至50重量部と、
(c)実質的に可溶性の塩素化ポリオレフィンを、成分(a)と(b)との合計の100重量部あたり0.1乃至15重量部
含有し、実質的に無溶剤の開始材料から成る重合反応生成物を含有する感圧接着剤を提供する。
本発明のさらに付記すべき特徴と利点は、以下に記載され、一部は記載からあきらかになるか、または本発明の実施によって開示される。本発明の目的と他の利点は、本願明細書中の記載と請求の範囲において特に指摘した方法および項目によって実現および達成される。
上記の概略的な記載および以下の詳細な記載は、例示的かつ説明的で、請求の範囲で限定される本発明をさらに説明する目的のものであることが理解される。
発明の詳細な説明
本願発明の感圧接着剤は、アクリルポリマーと塩素化ポリオレフィンを含有しており、該接着剤を製造する際に溶剤の添加を必要としない工程によって、実質的に無溶剤接着剤組成物から製造される。該接着剤は、表面に下塗りをさらに施す必要なく、オレフィン表面およびいくつかの自動車ペイントなどの無極性基材または低エネルギー基材との接着に特に好適である。該接着剤はまた、室温におけるエージングの結果、このような基材との接着強度が増加する。該接着剤は、数多の従来の自動車ペイント、鋼、ステンレス鋼および他の金属製表面などの極性の強い基材ともよく接着する。本発明の好ましい実施態様は、高温に暴露させると接着性が低下する傾向がある一般的な粘着付与した接着剤と比較して高温で試験したとき、無極性オレフィン基材に対する接着性も示す。
本願明細書中で使用する“実質的に無溶剤の”は、大量の溶剤を使用することなしに、すなわちコーティング組成物の5パーセント未満、好ましくは約2パーセント未満、さらに好ましくは溶剤をさらに添加しないで、製造した感圧接着剤をいう。感圧接着剤の製造には、接着剤として使用するモノマーの重合に使用する工程と、完成物品、例えば感圧接着剤テープなどを製造するコーティング工程に使用する工程が挙げられる。“溶剤”という用語は、例えばトルエン、ヘプタン、エチルアセテート、メチルエチルケトン、アセトン、キシレン、テトラヒドロフラン、トリクロロエチレンおよびそれらの混合物を含む、産業において使用される従来の有機溶剤を言う。
本発明の接着剤は、アルキル基の炭素数が4乃至20である非第三級アルコールの少なくとも1個のアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルを50乃至100重量部と、成分(a)と共重合可能で、(a)と(b)との合計が100重量部になる、少なくとも1種の補強モノマーのを0乃至50重量部と、実質的に可溶性の塩素化ポリオレフィンを、成分(a)と(b)との合計の100重量部あたり0.1乃至15重量部を含有する感圧接着剤から製造される。開始材料は実質的に無溶剤である。
本発明の実施にあたり有用なモノマーは、単独ポリマーのガラス転移温度が約0℃未満のモノマーである。好ましいアルキルアクリレートは、アルキル部分が炭素数4乃至20、さらに好ましくは炭素数4乃至18の非第三級アルキルアルコールの不飽和単官能(メタ)アクリル酸エステルである。有用なアルキルアクリレートモノマーの例には、n−ブチルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、イソノニルアクリレート、n−デシルアクリレート、n−ドデシルアクリレート、オクタデシルアクリレートおよびそれらの混合物が挙げられるが、これらに制限されない。
好ましくは、1個のエチレン基が不飽和で、単独ポリマーのガラス転移温度が約0℃を超える補強用共重合体用モノマーとアクリレートモノマーを共重合させる。有用な補強用共重合可能モノマーの例には、メタ(アクリル)酸、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、N,N−ジメチルアクリルアミドなどの置換(メタ)アクリルアミド、アクリロニトリル、イソボルニルアクリレート、C1−C3アクリレート、カルボキシエチルアクリレートおよびそれらの混合物が挙げられるが、これらに制限されない。好ましい実施態様において、イソボルニルアクリレートとアクリル酸の組み合わせが共重合可能なモノマーとして使用される。共重合可能モノマーを使用するとき、アルキルアクリレートは約50乃至99重量部で、共重合可能モノマー(類)は50乃至1重量部で、合計量が100である量を組成物中に含有させる。本願明細書中で使用する“共重合体”という用語は、三元共重合体、四元共重合体等を含むことを意図している。
本発明の実施にあたり好適な塩素化ポリオレフィンは、アクリレートシロップまたはモノマーに実質的に可溶性の塩素化ポリオレフィンである。アクリレートモノマーのシロップは、アクリレートモノマーを部分的に重合させることによって、またはモノマー組成物に増粘剤を添加することによって製造され得る。塩素化ポリオレフィンをモノマー混合物に添加して、部分的に重合させてシロップを製造することもできる。好適な塩素化ポリオレフィンは化学的に作用して溶解性を変化させるか、および/または接着剤の接着性能を改良することができる。有用な官能基には、アミン基、ニトロ基、アセタール基およびビニル基などの不飽和基が挙げられるが、これらに制限されない。
本願明細書中で使用する“実質的に可溶性の”という用語は、塩素化ポリオレフィンを上記のアクリレートモノマーまたはシロップに溶解して実質的に透明または濁った溶液を形成し、室温で少なくとも24時間攪拌しないで放置したとき、分離して層を形成したり、沈殿を形成することがないことをいう。好ましい実施態様においては、塩素化ポリオレフィンを上記アクリレートまたはモノマーに溶解して、室温で少なくとも1週間攪拌しないで放置したとき、分離して層を形成したり、沈殿を形成することがない、実質的に透明または濁った溶液を形成することが可能である。モノマーまたはシロップを例えば、約70Cにまで加熱して塩素化ポリオレフィンを溶解してもよい。室温で24時間ローラーミル上で攪拌することが塩素化ポリオレフィンを溶解するのに十分なこともある。モノマーまたはシロップを加熱して、従来よりも高い温度でコーテイングしてもよい。
アクリレート、すなわちアクリル酸エステルと共重合体用モノマーの100重量部あたり(pph)、約0.1乃至15重量部となる量の塩素化ポリオレフィンを使用することができる。好ましくは、0.1乃至10pphの範囲の量、さらに好ましくは約0.2乃至7pphの範囲の量、極めて好ましくは0.5乃至5pphの範囲の量の塩素化ポリオレフィンを使用する。
好ましくは、塩素化ポリオレフィンの塩素含量は、約10パーセント乃至50パーセントで、さらに好ましくは、10パーセント乃至40パーセントである。極めて好ましい実施態様において、塩素化ポリオレフィンは塩素化ポリプロピレンである。さらに、好ましくは塩素化ポリオレフィンの塩素含量は約20パーセント乃至35パーセントである。
購入可能な好適な塩素化ポリオレフィンの例には、イーストマンケミカルプロダクツ社(Eastman Chemical Products,Inc)製のEastman▲R▼CP343−1、トーヨー化成工業社(Toyo Kasei Kogyo Co.,Ltd.)製の商品名Hardlenの塩素化ポリオレフィン、デュポン社(DuPont Co.)から購入可能なHypalonTM塩素化ポリオレフィンが挙げられる。
本発明の組成物は、好ましくは、成分(a)と(b)を重合させるのに効果的な種類且つ量の重合開始剤、特に加熱開始剤または光開始剤を含有する。好ましい実施態様において、開始剤は光開始剤で、例には2,2−ジメトキシ−2−2−フェニルアセトフェノンなどの置換アセトフェノン、ベンゾインメチルエーテルなどのベンゾインエーテル、アニソインメチルエーテルなどの置換ベンゾインエーテル、2−メチル−2−ヒドロキシプロピオフェノンなどの置換α−ケトール、共重合可能な光開始剤が挙げられるが、これらに制限されない。光開始剤は、IrgacureTM184、IrgacureTM651、IrgacureTM369、IrgacureTM907などのIrgacureTM商標名で販売中のチバガイギー社(Ciba Geigy)、EscacureTMの商標名で販売中のザルトマー社(Sartomer)などの業者から購入可能である。
光開始剤については、その種類と分子量に応じて約0.001pph乃至約5pphの量で使用することができる。一般に、低分子量材については約0.001pph乃至約2pphの量で使用するが、高分子量光重合開始剤については約0.1pph乃至約5pphの量で使用する。
感圧接着剤を架橋して、せん断応力を強くすることも可能である。有用な架橋剤には、米国特許第4,379,201号(ハイルマン(Heilman))に開示される、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、1,2−エチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレートおよびこれらの混合物を含むがこれらに制限されない架橋剤、米国特許第4,737,559号(ケレン(Kellen))に開示される架橋剤などの重合可能な芳香族ケトン共重合体用モノマー、米国特許第4,329,384号(ベスリー(Vesley)ら)、同第4,330,590号(ベスリー(Vesley))および同第4,391,687号(ベスリー(Vesley))に開示される架橋剤などの光活性トリアジン、有機シラン、ベンゾフェノンおよびイソシアネートなどの多官能アクリレートが挙げられる。
架橋剤は、約0.002pph(アクリレートモノマー、すなわちアルキルアクリレートおよび任意の共重合用モノマーの100重量部あたりの重量部)乃至約2pph、好ましくは約0.01pph乃至0.5pphの量を含有させる。使用量は、架橋剤の官能基および分子量、並びに接着剤の所望の性質に依存する。
米国特許第4,554,324号(ハスマン(Husman)ら)に開示される共重合用マクロモノマーなどの物理的架橋剤を使用することも可能である。マクロモノマーの有用な量は約1pph乃至約20pphの範囲であり、好ましくは約2pph乃至約10pphの範囲である。好ましくは、感圧接着剤は粘着付与樹脂、すなわち粘着付与剤も含有する。多種多様な粘着付与樹脂を使用することが可能である。このような樹脂には、炭化水素樹脂、水素化炭化水素樹脂、フェノール修飾テルペン、ポリ−(t−ブチル)スチレン、ロジンエステル、ビニルクロロヘキサン等が挙げられる。好適な粘着付与樹脂は購入可能で、例えばRegalrezTM1085、RegalrezTM1094、RegalrezTM6108、GegalrezTM3102およびForalTM85などのヘルカルス社(Hercules)製のRegalrezTMおよびForalTMという商標名で販売されている粘着付与樹脂が挙げられる。
原料中のモノマーの量に基づいて、芳香族性が50パーセントより多く、好ましくは70パーセントより多く、さらに好ましくは80パーセントより多く保持されている、水性白色水素化芳香族炭化水素粘着付与樹脂も有用である。芳香族性保持の好ましい範囲は70乃至96パーセントで、さらに好ましくは80乃至96パーセントである。
水性白色粘着付与性樹脂のZ平均分子量の範囲は、約500乃至1800で、好ましくは約600乃至1500で、極めて好ましくは約650乃至1200である。本発明の極めて好ましい実施態様において、粘着付与樹脂のz平均分子量は約700乃至1100である。z平均分子量はさらには1500未満が好ましく、さらに好ましくは1200未満で、さらに好ましくは1000未満である。
粘着付与樹脂も分子量分布も狭く、多分散性(Mw/Mn)は2.5未満で、好ましくは約2.1未満で、極めて好ましくは1.9未満である。分子量特性値は、ポリスチレン較正基準を用い、以下の式によってポリイソブチレン較正基準に変換してゲル浸透クロマトグラフィーによって測定される:
(1)log(Mwポリイソブチレン)=1.1×log(Mwポリスチレン)−0.517
この手順は、WO−A−91−07472(Luvinh)に詳細に記載されている。
このような粘着付与樹脂の軟化温度(ASTM E−28によって測定される環球軟化温度)は、一般に約40C乃至120Cの範囲内、好ましくは約65C乃至約100Cの範囲にある。
水素化後、樹脂は水性白色である。“水性白色”樹脂については、融解ガードナー色度が約2未満の樹脂と定義する。特に好ましい樹脂は、融解ガードナー色度が1未満である。
好ましくは、樹脂は、水素化後の初期色度が24セイボルトより大きい(10%トルエン溶液)。
水性白色粘着付与樹脂は水素化石油炭化水素樹脂で、原則として芳香族モノマーの触媒重合によって製造され得る。重合と水素化の後、核磁気共鳴(NMR)で測定したとき、これらの芳香族モノマーは少なくとも20%の芳香族プロトンを、好ましくは少なくとも24%の芳香族プロトンを保持する。芳香族性は一般に認められている手順によって、プロトンNMR(1H−NMR)によって測定される。“芳香族性の保持”は、重合後で水素化前の樹脂のプロトンNMRによる芳香族性に対する水素化後の樹脂のプロトンNMRによる芳香族性の比である。この手順は、WO−A−91−07472(Luvinh)に詳細に記載されている。
好ましい水性白色粘着付与樹脂は、炭化水素原料から製造され、(i)原料中のモノマーの重量パーセントに基づいて芳香族性の保持が50%を超え;(ii)軟化温度が65C乃至120Cで;Mzが1800未満で;(iv)7000を超える分子量分画が実質的に存在しない。さらに好ましい水性白色粘着付与樹脂は、軟化温度が65乃至100Cである。
水性白色粘着付与樹脂は以下の手順によって製造され得る:
(a)フリーデル−クラフト重合条件下で、沸点が約135C乃至220Cで、0乃至40重量%の連鎖移動剤の重合混合物の存在下でビニル芳香族モノマー含量が少なくとも40%の水蒸気分解蒸留物またはその分画を重合させ、
(b)芳香族性が少なくとも75%保持されるように(a)の生成物を触媒によって水素下させる。
水性白色粘着付与樹脂は、好ましくはハートカット流出物(Heartcut Distillates)、すなわちHCDとして同定される石油分画と0乃至40重量%の連鎖移動剤との触媒重合によって製造される。一般に、樹脂は以下の成分を含有するビニル芳香族流出物から製造される:
このような流出物は、十分なビニル芳香族含量である場合または十分なビニル芳香族含量であるように改質される場合には、沸点が約135C乃至220Cの水蒸気分解石油流出物またはその分画から誘導され得る。例えば、本質的に純粋なスチレン成分を、スチレンを除いた性状に適合する、市販の石油蒸留生成物に添加してもよい。このように、スチレンを11.4重量%と、スチレンのアルキル誘導体を31.6重量%と、インデンを17.1重量%と、インデンのアルキル誘導体を5重量%と、無反応成分を34.9重量%とを含有するビニル芳香族流出物は、好適な樹脂原料であることが確認されている。
炭化水素樹脂の重合は、一般に米国特許第4,078,132号(レパート(Lepert))の開示によって達成される。この開示によれば、分岐鎖脂肪族オレフィンを重合時に連鎖移動剤として添加して、従来より低い軟化温度と従来より狭い分子量分布の両者を獲得する。この明細書は実質的に非芳香族不飽和熱可塑性樹脂の製造を扱っているが、その明細書中の開示は、水素化したとき、本願明細書中に記載の芳香族粘着付与樹脂を産生することが可能な芳香族性の高い樹脂前駆体を産生するための、ハートカット流出物を含有する供給流出物またはビニル芳香族モノマー(類)を含有する供給流出物に適用可能である。供給流出物は、ビニル芳香族モノマーを、総重合可能モノマーの少なくとも40重量%、好ましくは少なくとも50重量%含有するべきである。
米国特許第4,078,132号の重合工程は、塩化アルミニウム(AlCl3)などのフリーデル−クラフト触媒の存在下および好ましくはイソアミレン、ジメートまたはこれらの混合物である分岐鎖反応性オレフィン連鎖移動剤の存在下で−20C乃至100C、好ましくは30C乃至80Cの重合温度において実施するとき、特に好適である。米国特許第4,078,132号に記載の適切な量で使用するとき、分岐鎖反応性オレフィン化合物のほとんどは効果的である。イソアミレンなどのいくつかの化合物は、従来よりも反応性が高く、従来よりも少量で有利に使用されて、軟化温度と分子量分布とを制御することが可能である。反応性連鎖移動剤の有用量は、一般にハートカット流出物またはビニル芳香族供給流出物の総重量に対して10乃至20重量%の範囲内にあり、好ましくは10乃至15重量%の範囲内にある。米国特許第4,514,554号(ヒュージェス(Hughes)ら)に記載の工程条件も、イソアミレンを含む石油分画原料の重合に関する記載を含んでいる。
水素化は一般に米国特許第4,629,766号(マラテスタ(Malatesta)ら)の開示によって達成され得るが、他の従来の水素化手段を使用してもよい。一般に、圧力10乃至300kg/cm2での温度200C乃至300Cと、ニッケル、パラジウム、コバルト、ルテニウム、プラチナおよびロジウムなどのVIII族金属、タングステン、クロムおよびモリブデンなどのVI族金属、並びにマンガンおよび銅などのVII族金属のような水素化または水素化処理触媒とを使用する。これらの金属は、単独または2種以上を組み合わせて、金属体または活性化体で使用することが可能で、直接またはアルミナまたはシリカ−アルミナなどの固体支持体上で使用してもよい。好ましい触媒は、米国特許第4,629,766号に記載の、新鮮な触媒表面積が120乃至300メーター2/グラムで、ニッケルを2乃至10重量%とタングステンを10乃至25重量%とを含有する硫化ニッケル−タングステンをγ−アルミナ支持体上に備える触媒である。水素化は一般に、水素圧を20乃至300気圧(2.03×105乃至3.09×107ニュートン/平方メーター)、好ましくは150乃至250気圧(1.52×107乃至2.53×107ニュートン/平方メーター)として実施される。芳香族樹脂の水素化については、米国特許第3,926,878号およびWO−A−91/07472にさらに記載されている。
水素化は、好ましくは芳香族性を少なくとも75%、好ましくは少なくとも80%、さらに好ましくは少なくとも85%、極めて好ましくは少なくとも90%保持するような、温度、圧力および時間において効果的な触媒を用いて実施される。水素化工程の最適化は上記の工程によって経験的に達成され得る。
使用時には、約1乃至50pph、好ましくは約4乃至25pphの量の粘着付与樹脂を使用する。
本発明の好ましい実施において、溶剤を使用することなしにアクリレートモノマーまたはアクリルシロップに塩素化ポリオレフィンを溶解する。本願明細書中で使用するシロップは、コーティング可能な粘度、すなわち好ましくは使用するコーティング方法に応じて約300乃至10,000センチポアズ以上にまで増稠させた光硬化可能な材料の混合物をいい、モノマーが部分的に重合されてシロップを形成する混合物と、シリカ等などのフィラーを用いて増稠させたモノマー混合物とを含有する。シロップを製造する前または後のどちらの混合物に塩素化ポリオレフィンを添加してもよい。好ましくは、本発明のシロップは、技術上周知なフリーラジカル重合開始剤によるモノマーの部分的重合によって製造され、熱エネルギーまたは紫外線などの放射線によって活性化され得る。少なくとも1種のフリーラジカル開始剤、好ましくは光開始剤の効果的な量を塩素化ポリオレフィンを含有するアクリレートモノマーまたはシロップに添加する。次いで、任意には剥離コーティングでコーティングしてあってもよいポリエステルフィルムなどの基材上にコーティングし、窒素が豊富な媒体ガス中で紫外線に暴露させて感圧接着剤を製造する。別の方法として、コーティングした接着剤の上に、紫外線を十分に透過して接着剤組成物の硬化を可能にする第2の剥離コーティングを被覆することによって、酸素を排除してもよい。好ましくは、紫外線は、照射スペクトルの大部分が約280乃至400ナノメーター(nm)の間にあり、最大照射が約350nmであり、強度が約20ミリワット/平方センチメーター(mW/cm2)未満であるランプによって提供される。接着剤を第2のエネルギー源へ引き続き暴露させることによって、接着剤を架橋し、さらに硬化させることができる。このようなエネルギー源には、加熱、電子ビーム、γ線および水銀燈などの高輝度紫外線ランプが挙げられる。
別の実施態様において、接着剤組成物は熱活性開始剤を使用する。VAZOの商品名でデュポン社(DuPont Company)から購入可能な開始剤などの好適な熱フリーラジカル開始剤は購入可能である。特定の例には、VazoTM64(2,2’−アゾビス(イソブトリオニトリル))およびVazoTM52開始剤が挙げられる。好適な開始剤には、第三ブチルヒドロペルオキシドなどのヒドロペルオキシド、ベンゾイルペルオキシドおよびシクロヘキサンペルオキシドなどのペルオキシドも挙げられる。剥離処理フィルム上に組成物をコーティングし、第2の剥離処理フィルムで被覆して、得られた複合物を伝熱流体中に収容し、重合を効果的に実施させるのに十分な温度にまで加熱する。
他の補助剤については、接着剤の所望の最終特性を大きく低下させない限りは、所望の特性を効果的にするのに必要な量を組成物に含有させてもよい。有用な補助剤には、染料、顔料、シリカ、繊維、ガラスまたはポリマービーズ、ポリマー粒子、伝熱粒子および導電粒子が挙げられる。
文献は一般に塩素化ポリオレフィンは、トルエン、エチルアセテート等などの有機溶剤にまず溶解されてから、配合物に添加されることを示しているので、塩素化ポリオレフィンは溶剤を使用することなしにアクリル接着剤に添加され得るとは予測されていない。使用される溶剤の量は実質的であることが多い。塩素化ポリオレフィンは一般に約5乃至50%が固体で、残りが溶剤である、すなわち約50乃至95%が溶剤である溶剤に溶解される。また、周知の塩素化ポリオレフィンは、1994年6月付のイーストマンケミカル社(Eastman Chemical Co.)製の技術用パンフレット、“塩素化ポリオレフィンCP 343−1”中に示されるようなアクリル材料と特に相溶性でもない。
感圧接着剤は、接着剤塊が剥離ライナー上に帯状に提供される接着剤トランスファーテープ、キャリア層が2層の接着剤の層の間に配置される両面コーティングテープまたは接着剤が永久的な支持体上に提供される感圧接着剤テープとして供給されることが可能である。剥離ライナーには、例えば紙、ポリマーフィルム、少なくとも一方の側の主要面に、好ましくは両側の主要面に、シリコン、ペルフルオロポリエーテル、TEFLONTM等などの剥離剤で処理されている織布または不織布が挙げられる。永久的なテープ支持体には、紙、アクリルフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォームなどのフォームシート、ポリエステル、ポリプロピレン、可塑化ビニル、ポリエチレン、超高分子量ポリオレフィンから製造されるフィルムなどのポリマーフィルム、天然および合成ゴム、シート、金属箔並びに織布および不織布が挙げられるが、これらに制限されない。両面コーティングテープ用のキャリア層には、永久的なテープ支持体に有用なものが挙げられ、テープの各側には異なる接着剤がコーティングされていてもよい。例えば、本発明の感圧接着剤は、キャリア層の一方の側に配置され、第2の接着剤がキャリア層のもう一方の側に配置されている。第2の接着剤は、同じ種類の接着剤であっても、または異なる種類の接着剤、例えばアクリル感圧接着剤、エチレンビニルアセテート感圧接着剤、合成ゴム感圧接着剤、天然ゴム感圧接着剤、またはシリコン感圧接着剤、ホットメルト接着剤または熱硬化可能な接着剤であってもよい。好ましいフォームキャリア層には、アクリルフォーム、不連続ポリウレタンフォーム、不連続ポリエチレンフォームおよびエチレンビニルアセテート修飾ポリエチレンフォームが挙げられる。
本発明の接着剤を永久的な支持体またはキャリア層に重ね合わせてもよいし、または接着剤組成物を永久的な支持体またはキャリア層に直接コーティングして、その状態のままで硬化してもよい。
別の方法として、本発明の感圧接着剤を使用したテープを、米国特許第4,894,259号(クラー(Kuller))、同第4,818,610号(チマーマン(Zimmerman)ら)および同第4,895,738号(チマーマン(Zimmerman)ら)に開示されている方法などの方法によって、多層に形成してもよい。
フォーム様感圧接着剤テープが所望の場合には、モノマーまたはシロップは微小球状体を含有してもよい。有用な微小球状体は大きさが直径約5乃至200マイクロメーターで、好ましくは約10乃至80マイクロメーターの範囲にある。好適な市販の微小球状体には、ケマノードプラスティックス(Kema Nord Plastics)社製の商品名“イクスパンセル(Expancel)”で販売されている発泡性微小球状体および松本油脂製薬(Matsumoto Yushi Seiyaku)社製の商品名“マイクロパール(Micropeal)”で販売されている微小球状体が挙げられる。微小球状体は加熱によって発泡し、発泡した形状で添加してもよいし、発泡しない形状で接着剤組成物に添加してから加熱し、フォーム様テープを得てもよい。ガラス製またはセラミック製微小球状体も使用できる。微小球状体の有用な量は、感圧接着剤組成物の約2容量パーセント乃至約75容量パーセントの範囲である。
フォーム様テープは、米国特許第4,415,615号(エスメイ(Esmay)ら)に開示されるように、感圧接着剤組成物を発泡させることによっても得られる。別の方法として、本発明のテープを米国特許第4,415,615号に開示されるフォーム様テープに重ね合わせることによってテープを製造してもよい。
本発明の感圧接着剤は室温で熱可塑性オレフィン表面との接着性を示す。本発明の感圧接着剤はさらに好ましくは70Cで熱可塑性オレフィン表面との接着性を示す。本発明の感圧接着剤は好ましくは透明で、本質的に無色である。
本発明は、第1の基材と第2の基材に上記の感圧接着剤を塗布することを含む、第1の基材と第2の基材とを接着するための方法も提供する。好ましい実施態様において、少なくとも1つの基材は熱可塑性オレフィンポリマーである。
本発明は、(a)アルキル基の炭素数が2乃至20である非第三級アルコールの少なくとも1個のアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルを50乃至100重量部と、
(b)成分(a)と共重合可能で、(a)と(b)との合計が100重量部になる、少なくとも1種の補強モノマーを0乃至50重量部と、
(c)実質的に可溶性の塩素化ポリオレフィンを、成分(a)と(b)との合計の100重量部あたり0.1乃至15重量部を含有し、
実質的に無溶剤の開始材料を提供し、
該開始材料を重合させることを含む感圧接着剤を製造するための方法も提供する。
本発明の接着剤は、熱可塑性オレフィン、熱硬化性オレフィン、目詰め、自動車車体側面成形部、自動車ペイント面、熱可塑性ウレタン、他のプラスチック面および金属などの低エネルギー面を含む多種多様な面と十分に接着するために有用である。
以下の実施例は本発明の実施態様をさらに説明するためのものであるが、これらに制限されない。
試験方法
せん断強度
幅1.27cm、長さ2.54cmの感圧接着剤テープの帯状物を、幅約2.54cm、長さ5.08cm、厚さ20mil(0.051mm)の陽極酸化したアルミニウムパネルに重ね合わせる。同じ大きさの第2のパネルを、接着剤の上面側で2.54cm重なり、両パネルの両端が互いに反対方向に延在するようにテープの上面に配置する。次いで両パネルの間に挟まれた接着剤の総接触面積が幅1.27cm、長さ2.54cmであるように、6.8kgの鋼製ローラーで試料を圧着する。第2のパネルに使用した基材は、ステンレス鋼(SS)または以下の剥離接着性試験で記載するペイントの種類でペイントしたペイントパネルまたは熱可塑性ポリオレフィン(ETA−3131 TPOヒモント(Himont)社製)のいずれかであった。TPO面をイソプロパノール/水の50/50混合物で一度拭いた。調製したパネルは室温、すなわち約21Cで少なくとも1時間放置した。次いで、パネルを70Cのオーブンに収容し、垂直から2°の位置に位置決めして剥離様の接着破壊を防ぎ、試料の自由端に重りを吊るした。重りを付けた試料がパネルから落下するのに必要な時間を分単位で記録する。接着破壊が10,000分以内に生じない場合には、試験を中止し、結果は10,000分と記録する。
90°剥離接着強さ
感圧接着剤シートまたはテープを、厚さ5mil(0.127mm)の陽極酸化したアルミニウムのシートに重ね合わせる。幅1.27cm、長さ11.4cmの帯状のテープをシートから切り取り、試験基材に貼り付ける。使用した試験基材はヒモント(Himont)社製ETA−3131熱可塑性オレフィンをイソプロパノール/水の50/50混合物で一度拭いたもの、ポリプロピレン(PP)、またはデュポン社(DuPont Co.)製ベースコート/クリアコート自動車ペイント組成物(RK8010)でペイントした金属製パネルであった。
次いで、6.8kg金属製ローラーを合計4回通過させて帯状物を圧着させた。次いで、使用を試験前に以下の条件でエージングする:
20MinRT−室温で20分
3DaysRT−室温で3日(72時間)
7Days70C−70Cで7日
試料を70Cでエージングしたとき、試験前に試料を室温にまで冷却した。エージング後、テープが角度90°で、30.5cm/分の速度およびまたは1.27cm/分の速度で剥離されるように、パネルをInstronTM引張り強さテスターに固定する。結果をポンド/0.5インチ単位で測定し、ニュートン/デシメーター(N/dm)に変化する。
塩素化ポリオレフィン
CP 343.1-塩素含量が18乃至22%、重量平均分子量(Mw)が約9,000乃至12,000、イーストマンケミカル社(Eastman Chemical Co.)製のポリプロピレン
17-LP-塩素含量が約34乃至36%で、分子量約115,000、トーヨー化成工業社(Toyo Kasei Kogyo Co.Ltd)製ポリプロピレン
16-LP-塩素含量が約31乃至33%で、分子量約115,000、トーヨー化成工業社(Toyo Kasei Kogyo Co.Ltd)製ポリプロピレン
15-LP-塩素含量が約29乃至31%で、分子量約115,000、トーヨー化成工業社(Toyo Kasei Kogyo Co.Ltd)製ポリプロピレン
13-LP-塩素含量が約25乃至27%で、分子量約120,000、トーヨー化成工業社(Toyo Kasei Kogyo Co.Ltd)製ポリプロピレン ベース
HypalonTMCP 827B-塩素含量が約30%で、Mw約10,000、デュポン社(DuPont Co.)製ポリプロピレン
HypalonTMCP 163-塩素含量が約52%、ビニルアセテート含量が6%で、デュポン社(DuPont Co.)製エチレン/ビニルアセテート共重合体
HypalonTMCP 183-塩素含量が約58%、ビニルアセテート含量が7%で、デュポン社(DuPont Co.)製エチレン/ビニルアセテート共重合体
TyrinTMCPE 4211P-塩素含量約42%、ダウケミカル社(Dow Chemical Co.)製ポリエチレン
TyrinTMCPE 3623A-塩素含量約36%、ダウケミカル社(Dow Chemical Co.)製ポリエチレン
TyrinTMCPE 3615P-塩素含量約36%、ダウケミカル社(Dow Chemical Co.)製ポリエチレン
粘着付与樹脂
炭化水素粘着付与樹脂
炭化水素粘着付与樹脂I、上記開示により芳香族水素化炭化水素粘着付与樹脂を製造し、以下の表1に示す特性値によって特徴づけた。
実施例1
イソオクチルアクリレート(IOA)を68部と、イソボルニルアクリレート(IBA)28部と、アクリル酸を4部と、ベンジルジメチルケタール光開始剤(EscacureTMKB−1 サルトマー社(Sartomer Co.)製)を0.04pphとを密閉ガラス容器中で混合することによって組成物を製造した。窒素で容器を清浄し、窒素清浄を継続中に、黒色のテープを一部に巻き付けて、工業基準G単位によって測定したとき、強度が約0.15ミリワット/平方センチメーター(mW/cm2)である紫外線黒色光線(GE F15T8 BL ゼネラルエレクトリック社(General Electric Co.)製)で組成物を照射し、コーティング可能粘度が推定約3000センチポアズであるシロップを製造した。シロップに塩素化ポリオレフィン(CP343−1 イーストマンケミカル社(Eastman Chemical Co.)製)を1pph添加し、混合物を約70Cで約30分間加熱し、室温にまで冷却して、わずかに濁った安定したシロップを製造した。次いで以下をシロップに添加し、成分の全てが溶解されるまで混合した:炭化水素粘着付与剤(RegalrezTM1085)を7pphと、ベンジルジメチルケタールを追加分として0.16部と、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−(4−メチオキシフェニル)−s−トリアジンを0.1pph。混合後、シリコン剥離コーティングをコーティングしておいたポリエステルフィルム上に約0.076ミリメーターの厚さまで混合物をナイフコーティングし、次いで、窒素が豊富な媒体ガス(酸素50ppm)中で5分間蛍光黒色ランプに暴露し、感圧接着剤トランスファーテープを製造した。全米基準単位(National Institute Standards units(NIST))によって測定したとき、強度は1.5ミリワット/平方センチメーター(mW/cm2)で1.7分、4.2mW/cm2で3.3分であった。蛍光黒色ランプは、照射スペクトルの約90%が約300乃至400ナノメーター(nm)の間にあり、最大照射が約350nmにあった。
IOAを87.5部と、AAを12.5部と、ベンジルジメチルケタールを0.04部とからなる混合物を使用して、米国特許第4,415,615号(エスメイ(Esmay)ら)に開示されるようにフォームシート材を製造し、上記のようにシロップを製造した。シロップに、ベンジルジメチルケタールを追加分として0.1部と、疎水性シリカ(R−972 デグサ(DeGussa)社製)を2.0部と、ガラス微小気泡(C15−250 ミネソタ マイニング アンド マニュファクチャリング社(Minnesota Mining&Manufacturing Co.)製)を8部とを添加した。組成物を窒素と、米国特許第4,415,615号(エスメイ(Esmay)ら)の界面活性剤B/界面活性剤Cの60/40混合物で覆い、次いで厚さ約1ミリメーターまでコーティングし、硬化させてシート材を製造した。次いでポリアミド樹脂(マクロメルト(Macromelt)6240 ヘンケル社(Henkel Inc.)を、イソプロパノールを50部と、n−プロパノールを50部との溶剤ブレンド中に溶解した10%固溶液でシートをコーティングし、121Cのオーブンで15分間乾燥した。次いで、感圧接着剤トランスファーテープをコーティングに加熱積層した。
感圧接着剤をコーティングしたシート材について、上記の手順により、TPOまたはステンレス鋼に対する本願発明の感圧接着剤面の90°剥離接着性を試験し、結果を表3に示す。揮発量(Vol)も示してある。
実施例2乃至7およびC1乃至C4
実施例2乃至4およびC1乃至C4については、表2に示すような異なる塩素化ポリオレフィンを使用した以外は実施例1のように製造した。実施例5については、粘着付与剤を使用しなかった以外は、実施例1のように製造した。塩素化ポリオレフィンのアクリレートシロップに対する溶解度(Sol)についても、表2に、実質的に可溶性で実質的に透明な容積を形成する(可)、実質的に可溶性で濁った溶液を形成する(中等度)および不溶(不)として特徴づけてある。塩素化ポリオレフィンが可溶性でない試料についてはコーティングしなかった。
表2のデータは、本発明の好ましい実施態様は加熱エージング後にオレフィン基材との接着性が増加することを示している。
実施例8−12
感圧接着剤シート材については、粘着付与樹脂を4pphの量で使用し、表3による種々の粘着付与樹脂を使用した以外は、実施例1のように製造した。
表3のデータは、種々の粘着付与樹脂と可溶性の塩素化ポリオレフィンとを含有する感圧接着剤は、TPO面上で試験するとき接着性を維持することを示している。
実施例13
感圧接着剤シート材については、ブチルアクリレートを60部と、アクリル酸を10部と、ベンジルジメチルケタールを0.04pphとを含有する混合物を予め重合させることによってシロップを製造した以外は実施例1のように製造した。この混合物に、IOAを30部と、ハードレン(Hardlen)LP−16を5pphと、炭化水素粘着付与樹脂Iを5pphと、1,6−ヘキサンジオールジアクリレートを0.1pphと、トリアクリレート(OTA−480 ラドキュア(Radcure)社製)を0.1pphと、ベンジルジメチルケタールを0.16pphとを添加し、混合物をローラーミル上で約20時間混合した。コーティング直前に、0.4pphのSnCl2/ポリプロピレングリコール溶液を添加し、ローラーミル上で30分間混合した。コーティング混合物を透明なシリコンコーティングポリエステルフィルムの間にコーティングし、0.75mW/cm2(G単位)の強度で2.43分間、1.6mW/cm2の強度で2.43分間、および2.8mW/cm2の強度で2.44分間硬化させた。
剥離接着性についてシート材を試験し、結果を表4に示す。
実施例14乃至16および比較実施例C5
実施例1に詳細に示したように、IOAを97部と、AAを3部と、ベンジルジメチルケタールを0.04pphとを含有する組成物を部分的に重合させることによってシロップを製造し、シリコンをコーティングした2枚の透明ポリエステルフィルムの間にコーティングして硬化させた。実施例14乃至16については、以下を添加した:ベンジルジメチルケタールを追加分として0.1pphと、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−(4−メチオキシフェニル)−s−トリアジンを0.1pphと、塩素化ポリオレフィンを5pph。使用した塩素化ポリオレフィンは以下であった:実施例14−−15−LP;実施例15−−16−LP;実施例16−−17−LP。実施例13に記載したように感圧接着剤トランスファーテープ(厚さ0.28mm)を製造した。比較実施例C5については、塩素化ポリオレフィンを使用しなかった以外は、同じ方法で製造した。感圧接着剤トランスファーテープを用いた剥離接着試験試料については、上記のように製造した。試料の1組を室温で72時間エージングした。同じ試料の第2の組を室温で72時間エージングし、次いで120Cで1時間加熱エージングし、試験前に24時間室温にまで冷却した。試験結果を表5に示す。
実施例17乃至21
感圧接着剤組成物およびトランスファーテープについては、実施例1のように製造した。実施例17では、感圧接着剤トランスファーテープを、実施例1のようにコーティングしたポリウレタンフォーム(545フォーム ノートン社(Norton Co.)製)に重ね合わせた。実施例18では、テープを厚さ0.8mmのエチレンビニルアセテート修飾ポリエチレンフォーム(0.096g/cm3)(ボルテック(Voltek)ポリエチレンフォーム ボルテック(Voltek)社製)に、下塗りシステムを使用することなしに重ね合わせた。実施例19では、感圧接着剤をセンチネルプロダクト社(Sentinel Products Corp.)製の1.6mmのポリエチレンフォーム(T−CellTM架橋エチレンビニルアセテート修飾ポリエチレンフォーム(0.064g/cm3)に、下塗りシステムを使用することなしに重ね合わせた。実施例20および21では、アクリルシロップ組成物をそれぞれ実施例18および19のフォーム上に直接コーティングし、実施例1のように硬化させた。試験結果を表6に示す。
実施例17乃至21は、種々の種類のフォーム基材上での本発明の感圧接着剤の実用性を示す。
数多の改良と変形とを本願発明の精神または範囲から逸脱することなく本願発明に対して行うことが出来ることは当業者の当然とするところである。従って、本発明の改良と変形が以下の特許請求の範囲の内容およびこれと等価なものの範囲内で実施される限り、本願発明は該改良と該変形とを含むものとする。
Claims (5)
- (a)アルキル基の炭素数が4乃至20である非第三級アルコールの少なくとも1個の不飽和単官能アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルを50乃至99重量部と、
(b)成分(a)と共重合可能で、メタ(アクリル)酸、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、置換(メタ)アクリルアミド、アクリロニトリル、イソボルニルアクリレート、C 1 −C 3 アクリレート、カルボキシエチルアクリレートおよびそれらの混合物から成る群から選択され、(a)と(b)との合計が100重量部になる、少なくとも1種の補強モノマーを1乃至50重量部と、
(c)成分(a)に可溶性の塩素化ポリオレフィンを、成分(a)と(b)との合計の100重量部あたり0.1乃至15重量部
を含有し、
0〜5重量%未満の溶剤を含有する
開始材料から成る重合反応生成物を含有する感圧接着剤。 - 熱可塑性オレフィンポリマー、熱可塑性ウレタンポリマー、自動車ペイント、または金属である基材と請求項1記載の接着剤とを備える構成物。
- フォームポリマー材の層と請求項1記載の接着剤の層とを備えるシート材。
- 請求項1記載の接着剤を第1の基材と第2の基材とに塗布することを含む、第1の基材と第2の基材とを接着するための方法。
- (a)アルキル基の炭素数が、4乃至20である非第三級アルコールの少なくとも1個の不飽和単官能アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルを50乃至99重量部と、
(b)成分(a)と共重合可能で、メタ(アクリル)酸、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、置換(メタ)アクリルアミド、アクリロニトリル、イソボルニルアクリレート、C 1 −C 3 アクリレート、カルボキシエチルアクリレートおよびそれらの混合物から成る群から選択され、(a)と(b)との合計が100重量部になる、少なくとも1種の補強モノマーを1乃至50重量部と、
(c)成分(a)に可溶性の塩素化ポリオレフィンを、成分(a)と
(b)との合計の100重量部あたり0.1乃至15重量部
を含有する開始材料を提供する工程;および
該開始材料を重合する工程
を含み、
該開始材料が0〜5重量%未満の溶剤を含有する
請求項1記載の感圧接着剤の製造方法。
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