專利名稱：包含與丙烯酸類聚合物氫鍵結(jié)合的官能化聚異丁烯的壓敏粘合劑的制作方法
包含與丙烯酸類聚合物氫鍵結(jié)合的官能化聚異丁烯的壓敏
粘合劑
背景技術(shù)：
壓敏粘合劑(PSA)是一類重要的材料。近年來，汽車、器具和電子器件市場中對塑料、硫化橡膠和熱塑性硫化橡膠(“TPV”)的使用顯著增加。一般來講，這些材料將硫化橡膠的有利特性與熱塑性材料的易加工性結(jié)合在一起。然而，粘合到這些和其他低表面能基底上通常需要在與壓敏粘合劑(“PSA”)粘合之前對基底表面涂底漆。涂底漆工藝昂貴而又費力，還可能存在環(huán)境污染問題。因此，行業(yè)內(nèi)要找到其可表現(xiàn)出對多種基底(如低表面能基底)具有良好粘附力的優(yōu)點的新型壓敏粘合劑。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，描述了一種壓敏粘合劑組合物，該組合物包含具有第一官能團的聚異丁烯聚合物和具有第二官能團的丙烯酸類聚合物，所述第二官能團存在于丙烯酸類聚合物主鏈中。該第一官能團和第二官能團形成氫鍵。在一些實施例中，粘合劑組合物還包含共價地交聯(lián)存在于丙烯酸類聚合物的聚合物主鏈中的一個或多個第二官能團的交聯(lián)劑。在另一個實施例中，描述了壓敏粘合劑涂覆制品，例如膠帶。該制品包括基底和本文所述的施加在基底的至少一個表面上的壓敏粘合劑。在另一個實施例中，描述了一種粘合方法，其包括提供基底；將粘合劑施加在基底表面上；以及使壓敏粘合劑與另一基底接觸。在另一個實施例中，描述了一種制備壓敏粘合劑的方法。該方法包括混合具有 第一官能團的聚異丁烯聚合物；和具有存在于聚合物主鏈中的第二官能團的丙烯酸類聚合物；其中該第一官能團和第二官能團形成氫鍵。
具體實施例方式如本領(lǐng)域中所用，術(shù)語“壓敏粘合劑”是指具有如下性質(zhì)的粘合劑組合物(1)有力且持久的粘著性，(2)不超過指壓進行粘合，(3)足夠的固定在粘附體上的能力，和(4)足夠的內(nèi)聚強度以從粘附體干凈地移除。本文所述的壓敏粘合劑組合物包含至少一種具有第一官能團的聚異丁烯(PIB)聚合物，其在本文中也稱為“官能化聚異丁烯”。第一官能團通常為端基。第一官能團可形成與丙烯酸類聚合物的主鏈(如主鏈的側(cè)羧酸基團)或附接至丙烯酸類聚合物(如其主鏈)的官能團連接的氫鍵。在一些實施例中，官能化聚異丁烯聚合物為異丁烯的官能化均聚物。在其他實施例中，官能化聚異丁烯聚合物可為共聚物，該共聚物包含異丁烯重復(fù)單元和少量的衍生自另一單體(例如苯乙烯、異戊二烯、丁烯或丁二烯)的單元。這些共聚物通常由單體混合物制備，所述單體混合物包含基于單體混合物中的單體重量計至少70重量％、至少75重量％、至少80重量％、至少85重量％、至少90重量％、或至少95重量％的異丁烯。通常，至少70重量％、至少75重量％、至少80重量％、至少85重量％或至少90重量％的聚異丁烯共聚物由異丁烯重復(fù)單元形成。示例性的共聚物包括與異戊二烯共聚的異丁烯。官能化聚異丁烯通常為具有較低至中等數(shù)均(Mn)分子量的液態(tài)聚合物。Mn通常為至少500克/摩爾、750克/摩爾或約1，000克/摩爾。在一些實施例中，官能化聚異丁烯的Mn不大于25，000克/摩爾，或10，000克/摩爾，或5，000克/摩爾。根據(jù)差示掃描量熱法(DSC)測定，官能化聚異丁烯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度通常不大于約_30°C或更低，不大于約-50°C，或不大于約_70°C。官能化聚異丁烯的官能團可為與丙烯酸類聚合物的主鏈(如主鏈的側(cè)羧酸基團)或附接至丙烯酸類聚合物(如其主鏈)的官能團形成氫鍵的任何官能團。聚異丁烯的官能團與丙烯酸類聚合物之間的主鍵為氫鍵。因此，此類官能團不形成共價鍵。氫鍵為存在于極性化合物的吸引力或橋鍵，在該極性化合物中，一個分子或官能團的氫原子被吸引至另一分子或官能團的未共享電子。氫原子為一個極性分子或官能團的正電端(又稱為氫鍵供體) 并與另一分子或官能團(又稱為氫鍵受體)的負電端形成鍵。具有非極性共價鍵的官能團不形成氫鍵。常見的氫鍵供體包括羧酸、膦酸、磷酸酯、磺酸、亞磺酸、醇和酚。常見的氫鍵受體包括含氮基團(例如胺、酰胺、亞胺、酰亞胺、腈和脲)以及芳族氮基官能團(例如吡啶、咪唑等)。其他氫鍵受體包括羧化物基團(羧酸、羧酸酯)、膦酸酯、亞砜、砜和氨基甲酸酯。在一個實施例中，丙烯酸類聚合物具有羧酸官能團，并且官能化PIB具有與丙烯酸類聚合物的羧酸基團或附接至丙烯酸類聚合物(如其主鏈)的官能團氫鍵結(jié)合的官能(如末端)基團。在此實施例中，官能化PIB的官能團不為丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯，或任何其他經(jīng)由自由基聚合與(甲基)丙烯酸酯基團共價結(jié)合的官能團。此方法可為優(yōu)選的，因為其可利用具有含氮端基(例如胺或酰亞胺)的市售的官能化PIB。各種官能化PIB材料可商購獲得。例如，(Mn)為約1，000克/摩爾且摩爾質(zhì)量分布(Mw/Mn=l. 6)的聚異丁烯胺可以商品名 “KeiOCom PIBA03”從 BASF Corporation (FlorhamPark, NJ)商購獲得。另外，聚異丁烯琥珀酰亞胺可以商品名“Kerocon^PIBSI”從BASF商購獲得。具有約1，000克/摩爾的(Mn)酸酐封端的聚異丁烯可以商品名“Glissopal SA”從BASF商購獲得。市售的官能化PIB材料適于形成氫鍵，其中羧酸基團為質(zhì)子供體(即H鍵供體)并且含氮基團(即胺或酰亞胺)為質(zhì)子受體(即H鍵受體)。然而，應(yīng)理解官能團可顛倒。例如，官能化PIB可具有(如末端)羧酸基團，前提條件是丙烯酸類聚合物的羧酸基團經(jīng)預(yù)先反應(yīng)以將這些基團轉(zhuǎn)化成之后又與PIB的羧酸基團形成氫鍵的官能團。例如，聚異丁烯胺(如Keroconf PIBA03)可與酸酐(例如琥珀酸酐或戊二酸酐)反應(yīng)得到羧酸官能化PIB材料。羧酸官能化PIB還可這樣制備通過酸酐封端的聚異丁烯(如Glissopal SA)與醇(例如I-辛醇)反應(yīng)，得到以酯基和羧酸封端的PIB鏈。可通過至少一種氨基共聚單體與(甲基)丙烯酸烷基酯單體共聚來制備胺官能化丙烯酸類聚合物。合適的氨基共聚單體為烯屬不飽和可聚合化合物，其包含至少一個伯氨基或仲氨基，例如氨基甲基丙烯酸酯，如甲基丙烯酸叔丁氨基乙酯或間-異丙烯基-α，α-二甲基芐胺。還可通過酸聚合物與氮丙啶(如吖丙啶)反應(yīng)以及其他已知用于向聚合物添加胺官能團的技術(shù)獲得氨基。已知各種氨基共聚單體，包括例如N，N-二甲基氨丙基甲基丙烯酰胺(DMAPMAm)；N，N-二乙氨基丙基甲基丙烯酰胺(DEAPMAm);丙烯酸N，N-二甲氨基乙酯(DMAEA);丙烯酸N，N-二乙氨基乙酯(DEAEA);丙烯酸N，N-二甲氨基丙酯(DMAPA);丙烯酸N，N-二乙氨基丙酯(DEAPA);甲基丙烯酸N，N-二甲氨基乙酯(DMAEMA);甲基丙烯酸N，N-二乙氨基乙酯(DEAEMA) ;N，N-二甲氨基乙基丙烯酰胺(DMAEAm) ;N，N-二甲氨基乙基甲基丙烯酰胺(DMAEMAm) ;N，N-二乙氨基乙基丙烯酰胺(DEAEAm) ;N，N-二乙氨基乙基甲基丙烯酰胺(DEAEMAm) ;N，N-二甲氨基乙基乙烯基醚(DMAEVE) ;N，N-二乙氨基乙基乙烯基醚 (DEAEVE)；以及它們的混合物。其他可用的堿性單體包括乙烯基吡啶、乙烯基咪唑、叔氨基官能化苯乙烯(例如4-(N，N-二甲氨基)-苯乙烯(DMAS)、4-(N，N-二乙氨基)-苯乙烯(DEAS))以及它們的混合物。其他官能化聚異丁烯可通過本領(lǐng)域中已知的各種方法制備。例如，還可通過使酸酐封端的聚異丁烯(如Glissopal SA)與氨基醇或二醇反應(yīng)，或通過使聚異丁烯胺(如KerocomtgjPIBAOS)與2-氯乙醇或環(huán)氧化物反應(yīng)來合成羥基官能化PIB?？赏ㄟ^使含氨基或含羥基吡啶化合物與聚異丁烯(如琥珀酸)酸酐(如Glissopal SA)反應(yīng)來合成吡啶官能化PIB基材料?；蛘撸郛惗∠┌?如Kerocom PIBA03)可與3-(氯甲基)吡啶反應(yīng)得到吡啶基取代的PIB衍生物?？赏ㄟ^使聚異丁烯胺(如Keroeom PIBA03)與異氰酸酯親電體反應(yīng)得到氨基甲酸酯官能化PIB。官能化PIB材料內(nèi)的官能團的存在和濃度可通過質(zhì)子核磁共振來確定。通常，官能化PIB材料包含至少3摩爾％官能團。官能團的濃度通常不大于10摩爾％。壓敏粘合劑組合物中的官能化PIB材料的量可以根據(jù)粘合劑組合物的所需最終用途而變化。然而，官能化PIB材料的濃度通常為至少2重量％、或5重量％或10重量％，以提高與低表面能基底(如由聚烯烴制備的那些)的粘附力。官能化PIB材料的濃度可達到40重量％、或50重量％或60重量％。特別是當壓敏粘合劑組合物還旨在與較高表面能基底一起使用時，官能化PIB材料的濃度通常為40重量％至60重量％ (當使用具有較低分子量(如Mn小于10，000克/摩爾)的官能化PIB材料時)。本文所述的壓敏粘合劑組合物還包含至少一種丙烯酸類聚合物。丙烯酸類聚合物通常包含至少一種(甲基)丙烯酸烷基酯與至少一種共聚單體的反應(yīng)產(chǎn)物，所述共聚單體最通常為羧酸，其提供沿丙烯酸類聚合物主鏈的官能團。在一些實施例中，粘合劑組合物的丙烯酸類共聚物包含至少約70重量％、在一些實施例中至少約80重量％、至少約90重量％、至少約95重量％或甚至約98重量％的至少一種(甲基)丙烯酸烷基酯。在一些實施例中，(甲基)丙烯酸烷基酯包含4至20個碳原子，例如4至8個碳原子。示例性(甲基)丙烯酸烷基酯包括丙烯酸異辛酯(Ι0Α)、丙烯酸2-辛酯(2-0A)、2-乙基己基丙烯酸酯(2-EHA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸異冰片酯(IBA)以及它們的組合。在一些實施例中，用于PSA中的丙烯酸類共聚物包含此類(甲基)丙烯酸烷基酯中的至少兩種，如丙烯酸異辛酯和丙烯酸異冰片酯。
在一些實施例中，粘合劑組合物的丙烯酸類共聚物包含不大于10份的共聚單體，例如羧酸。因此，共聚單體通常提供了補充聚異丁烯官能度的官能團，共聚單體的濃度通常為至少O. 5重量％、I重量％、2重量％、3重量％、4重量％或5重量％。示例性共聚單體包括羧酸，例如丙烯酸或甲基丙烯酸。在一些實施例中，5重量％至10重量％或15重量％的共聚單體(如(甲基)丙烯酸)濃度提供了提高的內(nèi)聚強度，如剪切力值所證明的。壓敏粘合劑組合物中丙烯酸類聚合物的量可根據(jù)粘合劑組合物的所需最終用途而變化。然而，丙烯酸類聚合物的濃度通常為至少20重量％或25重量％。丙烯酸類聚合物的濃度可達到50重量％或60重量％。尤其是當壓敏粘合劑組合物還旨在與低表面能基底和較高表面能基底一起使用時，丙烯酸類聚合物的濃度通常在40重量％至60重量％的范圍內(nèi)(當使用具有較低分子量(如Mn小于10，000克/摩爾)的官能化PIB材料時)。在一些實施例中，(甲基)丙烯酸烷基酯單體和官能化共聚單體預(yù)聚成丙烯酸類聚合物，然后與官能化PIB混合。 在其他實施例中，(甲基)丙烯酸烷基酯單體和官能化共聚單體與官能化PIB混合，然后將這些單體聚合。(甲基)丙烯酸烷基酯單體和官能化PIB可通過使用熱引發(fā)劑或光引發(fā)劑聚合。熱引發(fā)劑通常為過氧化物、氫過氧化物或偶氮化合物?；蛘?，通過用α裂解型光引發(fā)劑(包括但不限于安息香或安息香烷基醚)，使用紫外線輻射來聚合(甲基)丙烯酸烷基酯單體。由于官能化PIB缺少與(甲基)丙烯酸烷基酯單體和官能化單體共價共聚合的官能團，所以任一種制備方法均得到包含官能化聚異丁烯聚合物和丙烯酸類聚合物的共混物的組合物，其中聚異丁烯聚合物與沿丙烯酸類聚合物主鏈的官能團氫鍵結(jié)合。官能化PIB和丙烯酸類聚合物的反應(yīng)產(chǎn)物可表示如下，其中Z表示互補官能團之間的氫鍵
權(quán)利要求
1.一種壓敏粘合劑組合物，其包含 具有第一官能團的聚異丁烯聚合物；和 具有第二官能團的丙烯酸類聚合物，所述第二官能團存在于所述丙烯酸類聚合物主鏈中； 其中所述第一官能團和第二官能團形成氫鍵。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓敏粘合劑組合物，其中所述第一官能團或第二官能團為氫鍵受體，和另一官能團為氫鍵供體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓敏粘合劑組合物，其中所述聚異丁烯的數(shù)均分子量小于 .10，OOO克/摩爾。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓敏粘合劑組合物，其中所述聚異丁烯的數(shù)均分子量小于.15，000克/摩爾。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓敏粘合劑組合物，其中所述第一官能團或第二官能團為胺或酰亞胺，和另一官能團為羧酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓敏粘合劑組合物，其中所述丙烯酸類聚合物為至少一種(甲基)丙烯酸烷基酯和至少一種羧酸的共聚物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓敏粘合劑組合物，其中所述(甲基)丙烯酸烷基酯為(甲基)丙烯酸C4至C20烷基酯。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓敏粘合劑組合物，其中所述(甲基)丙烯酸烷基酯為(甲基)丙烯酸C4至C8烷基酯。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓敏粘合劑組合物，其中所述粘合劑組合物還包含共價地交聯(lián)存在于所述丙烯酸類聚合物的聚合物主鏈中的第二官能團的化學交聯(lián)劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓敏粘合劑組合物，其中所述交聯(lián)劑選自氮丙啶交聯(lián)劑。
11.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的壓敏粘合劑組合物，其中所述組合物還包含非官能化聚異丁烯。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壓敏粘合劑組合物，其中所述非官能化聚異丁烯的重均分子量的范圍為約75，000克/摩爾至4，000, 000克/摩爾。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的壓敏粘合劑組合物，其中所述組合物包含數(shù)均分子量小于10，000克/摩爾的非官能化聚異丁烯。
14.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的壓敏粘合劑組合物，其還包含增粘樹脂、增塑劑或它們的混合物。
15.一種制品，所述制品包括 基底；和 涂覆在所述基底的至少一個表面上的根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的壓敏粘合劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制品，其中所述制品為膠帶。
17.—種粘合方法,該方法包括 提供基底； 將權(quán)利要求1-14中任一項所述的壓敏粘合劑施加在所述基底的表面上；和 使所述壓敏粘合劑與另一基底接觸。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中至少一種基底的表面能小于37達因/厘米。
19.一種制備壓敏粘合劑的方法，該方法包括混合具有第一官能團的聚異丁烯；和具有第二官能團的丙烯酸類聚合物，所述第二官能團存在于所述聚合物主鏈中。其中所述第一官能團和所述第二官能團形成氫鍵。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種壓敏粘合劑組合物，所述組合物包含具有第一官能團的聚異丁烯聚合物和具有第二官能團的丙烯酸類聚合物，所述第二官能團存在于所述丙烯酸類聚合物主鏈中。所述第一官能團和所述第二官能團形成氫鍵。在一些實施例中，所述粘合劑組合物還包含共價地交聯(lián)存在于所述丙烯酸類聚合物的所述聚合物主鏈中的一個或多個所述第二官能團的交聯(lián)劑。本發(fā)明還描述了粘合劑制品如膠帶、粘結(jié)性粘合的方法以及制備壓敏粘合劑的方法。
文檔編號C08L23/22GK102666764SQ201080052290
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者巴布·N·加德丹, 朱培旺, 王蜀珺, 蓋伊·D·喬利, 維韋克·巴哈蒂, 薩納特·莫漢蒂, 馬京晶 申請人:3M創(chuàng)新有限公司