WO2021116121A1 - Structural pressure-sensitive adhesive - Google Patents
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- C09J2433/00—Presence of (meth)acrylic polymer
Definitions
- the present invention relates to a structural pressure-sensitive adhesive which, due to the balanced adhesive and cohesive properties, is suitable for pre-fixing different parts to be joined without additionally causing squeezes during assembly, which can contaminate the parts to be joined or lead to optical defects.
- the structural pressure-sensitive adhesive is cured by actinic radiation, so that bond strengths of a similar order of magnitude as in the case of structural adhesives are achieved. Furthermore, despite the reactive components, such a structural pressure-sensitive adhesive should be storage-stable over a relatively long period of time at different temperatures and different atmospheric humidity.
- the invention further relates to the production of and products comprising the structural PSAs of the invention and to their use.
- structural adhesive is generally used for highly stressed adhesives which are intended to guarantee a possible structural design with high strength or rigidity with a largely uniform and favorable stress distribution. Furthermore, this term also characterizes the requirement for a bond to meet the mechanical and aging-related stresses placed on it permanently without failure.
- Chemically reacting polymer systems form the basis for structural adhesives. The hardening reaction can take place by supplying heat, mixing resin and hardener, humidity or UV radiation.
- two reactants mixed with one another usually cause the adhesive layer to form (two-component reactive adhesives) or one reactant finds the second “component” required for the reaction in the chemical conditions of the adhesive joint (e.g. moisture) or this component is caused by an external stimulus such as thermal energy or UV radiation released (one-component reactive adhesives).
- these systems are mostly liquid in order to be easier to apply and so that the curing reaction can take place quickly and with high conversions due to better diffusion of the reactive components.
- this has the disadvantage that the adhesive can squeeze out and that the parts to be joined have to be fixed until they have set.
- PSA Pressure sensitive adhesives
- PSA Pressure sensitive adhesives
- some conventional PSAs do not have sufficient strength to retain and maintain their adhesion to certain substrates.
- a conventional PSA may not be able to withstand the effects of elevated temperatures or high humidity.
- the use of a PSA on polymethyl methacrylate and polycarbonate sheets, which are known to "outgass materials" and are difficult to bond, can cause blistering and delamination.
- Structural pressure-sensitive adhesives have, in addition to the customary polymers used in pressure-sensitive adhesives, additional thermally crosslinking components, as a result of which very high peel resistances are achieved, which can be of the order of magnitude of a structural adhesive.
- Curable adhesives e.g., heat or light cured
- conventional curable adhesives are not typically provided as PSA, nor are they provided in a form that is easy to use, such as tape.
- curable adhesives are desirable as they provide optically clear, strongly adhering laminates (e.g. layered substrates).
- curable adhesives contain reactive chemical building blocks such as epoxy adhesives that contain epoxy groups. During hardening, these basic building blocks can be bonded to one another via the epoxy groups with the aid of a hardener connect and form a stable, three-dimensional network. This network formation is a major cause of the generally high strength and good adhesive properties of epoxy adhesives on many materials.
- Hybrid compositions are characterized by the inclusion of further materials in this network structure.
- Possible solutions are primarily the creation of interpenetrating networks (IPN or penetration network) or other multiphase structures.
- IPN interpenetrating networks
- a semi-interpenetrating network is understood to mean the combination of a linear uncrosslinked polymer and a first crosslinked polymer, the first crosslinked polymer being synthesized in the presence of the other.
- the uncrosslinked polymer penetrates the network of the crosslinked polymer and has the effect that the two components can hardly be physically separated due to entanglements and entanglements.
- This semi-interpenetrating network enables two polymers to combine properties, even if they are thermodynamically incompatible.
- Such interpenetrating networks can be produced sequentially (from polymer A and monomer B) or simultaneously (from monomer A and monomer B).
- an elastomer and a glassy polymer e.g. B. a polyurethane and a polyacrylate combined.
- a reinforced elastomer or a resin with high impact strength is produced.
- IPN systems can have very different chemical compositions. There are essentially two techniques for their synthesis:
- the simultaneous technique consists in combining two linear polymers, prepolymers or monomers of types A and B with the respective crosslinking agents in the liquid state, i.e. in bulk, melt, solution or dispersion, and polymerizing or crosslinking them simultaneously. In doing so, substances must be selected that do not react with one another.
- the sequential technique consists in swelling a crosslinked polymer A with a monomer of type B and then polymerizing or crosslinking the latter in situ with the addition of crosslinking agents.
- IPN systems are examples of polymer blends in which macroscopic phase separation does not appear.
- polymer blending results in multiphase systems due to the well-known thermodynamic incompatibility of most polymers. This incompatibility results from the relatively low gain in entropy when mixing polymers, which in turn is based on the fact that the great length of the chains limits their possibilities for contact.
- kinetic control of the phase separation can be achieved.
- interpenetrating networks are characterized by better resistance to segregation and often advantageous mechanical properties.
- the degradation resistance of the interpenetrating networks is usually better than that of copolymers in which the incompatible polymers are covalently bonded to one another as blocks. This is why IPNs are also used in the field of adhesives.
- Epoxy resin adhesives which additionally contain a further type of basic building blocks that form an independent network via a second chemical mechanism and cannot react with the epoxy-containing building blocks.
- IPNs two independent adhesive networks are created that penetrate each other, i.e. IPNs. From a practical point of view, such systems consist of two adhesives in one system, whose properties ideally complement each other synergistically.
- IPNs are also known from the field of PSAs and structural PSAs.
- EP 0 621 931 B1 describes hybrid adhesives which are produced from an acrylate syrup - a mixture of polyacrylates dissolved in the remaining acrylate monomers - and epoxy monomers by means of a low conversion mixture, and thus form a simultaneous IPN.
- a pressure sensitive adhesive can only be obtained if the reaction stops before it is fully cured (B stage). In this state, the pressure-sensitive adhesive film must generally be stored in a cool place, which is a disadvantage.
- WO 2004/060946 describes an adhesive composition which comprises an acrylate copolymer, acrylated oligomers and an initiator which starts a radical polymerization.
- a semi-IPN is formed, which leads to a highly transparent adhesive, which is achieved by combining acrylate copolymers with acrylate oligomers.
- the disadvantage is that these formulations are based purely on acrylates, some of which do not ensure sufficiently high bond strengths and the fact that similar classes of substances are combined with one another, so that the range of achievable synergistic effects is smaller than with different classes of substances.
- WO 2012/061032 discloses adhesives in which a reactive isocyanate prepolymer has been dispersed in a styrene block copolymer pressure-sensitive adhesive and this prepolymer, after crosslinking by means of atmospheric moisture, forms a semi-IPN within the pressure-sensitive adhesive phase.
- PSAs have the disadvantage that they have to be stored away from moisture.
- EP 1 658 319 B1 describes a molding composition containing a mixture of interpenetrating polymers with a first phase of a crosslinked isobutene polymer and a second phase of a stiffening polymer, the (meth) acrylic and / or vinyl aromatic units comprises, wherein the first phase comprises the reaction product of an isobutene polymer with an average of at least 1,4 functional groups in the molecule and a crosslinking agent with an average of at least two functional groups in the molecule which are complementary to the functional groups of the isobutene polymer.
- the IPN can be produced simultaneously or sequentially - with the crosslinked isobutene phase as a presented network. Due to the crosslinking of the PIB, the examples do not disclose any pressure-sensitive adhesive molding compositions.
- polymeric compatibilizers e.g. polyethylene glycols
- the polymeric compatibilizers are preferably crosslinked. In this way, the polymeric compatibilizing agent can form a network which penetrates the first phase.
- the disadvantage of this type of compatibilization is the high complexity of the now ternary system, which makes it difficult to control the properties.
- EP 2 160443 B1 discloses a semi-interpenetrating network with a first phase of a linear uncrosslinked isobutene polymer and a second phase of a crosslinked polymer, the crosslinked polymer being obtained by a crosslinking build-up reaction in the presence of the isobutene polymer.
- the crosslinked polymer is obtained by free-radical polymerization of ethylenically unsaturated monomers, in particular of styrene and methacrylates.
- ethylenically unsaturated monomers in particular of styrene and methacrylates.
- a common method for impact modification of high-strength reactive adhesives is the generation of a two-phase polymer morphology with a microheterodisperse phase of a thermoplastic or elastomeric polymer with a low glass transition temperature below -20 ° C in a continuous matrix of a polymer with a high glass transition temperature above 100 ° C.
- thermoplastic polymer must be soluble in the uncured epoxy resin, but must be incompatible with the epoxy resin polymer in the course of the curing reaction, so that phase separation occurs during curing.
- the phase separation process is stopped so that the thermoplastic or elastomeric polymer is present in the epoxy resin matrix in the form of microscopic spherical domains.
- EP 1 456 321 B1 proposes a multi-phase reactive adhesive in which the binder matrix of the cured reactive adhesive has a continuous phase consisting of an optionally crosslinked polymer (P1) with a glass transition temperature above 100 ° C, preferably above 120 ° C, in which a hetero disperse phase consisting of individual continuous areas of a thermoplastic or elastomeric polymer P2 with a glass transition temperature of less than -30 ° C. is dispersed. Within this phase, formed by P2, another thermoplastic or elastomeric polymer P3 with a glass transition temperature of less than -30 ° C. is dispersed.
- P1 optionally crosslinked polymer
- a further heterodisperse phase composed of regions of the thermoplastic or elastomeric polymer P3 with a glass transition temperature of less than -30 ° C. is dispersed in the continuous phase P1, with P3 not being identical to P2.
- the continuous phase P1 is preferably an epoxy resin. No pressure-sensitive adhesives are described.
- the epoxy resin acts as a crosslinking agent for the modified elastomers and, at most, forms its own second phase to a small extent, as a result of which these systems continue to show the general weakness of vinyl aromatic block copolymer PSAs, namely a low thermal shear strength.
- WO 2012/177 337 A1 describes a UV-crosslinkable acrylate syrup containing epoxides. After making the prepolymer - the syrup - using UV-activated For free-radical polymerization, this is mixed with a cationic photoinitiator and, in addition to the remaining free-radically polymerizable monomers, epoxy monomers. The syrup is coated and then radically and cationically polymerized to the end on the web and at the same time crosslinked. This process and the product resulting from it are not suitable for subsequent cationic crosslinking, or the radical and the cationic photoinitiator must be coordinated with one another so that both are activated by a completely different wavelength range. However, the selection of commercially available initiators is very limited.
- the object of the invention is therefore to provide a structural pressure-sensitive adhesive which, owing to its balanced adhesive and cohesive properties, is suitable for prefixing different parts to be joined without squeezing out which can contaminate the parts or lead to optical defects.
- the structural pressure-sensitive adhesive should achieve bond strengths of a similar order of magnitude as in the case of structural adhesives. Furthermore, despite the reactive components present, such a structural pressure-sensitive adhesive should be storage-stable over a long period of time at different temperatures and different humidity levels.
- Such a structural pressure-sensitive adhesive of the invention contains an epoxy-functionalized acrylate matrix and a Bronsted or Lewis acid-releasing one Photoinitiator, at least one polyacrylate being used as the acrylate matrix, consisting of
- R 1 is H and / or —CH 3 and R 2 are linear and / or branched alkyl chains having 1 to 30 carbon atoms;
- the structural PSA formulations of the invention thus comprise a polyacrylate containing cationically polymerizable functional groups, cationically polymerizable reactive diluents and a UV-activatable photoinitiator which, after activation, releases a proton.
- the chemical linkage of the two different polymer networks - the already existing polyacrylate network and the epoxy network formed by the cationic polymerization - contributes to the bond strength, which happens during the cationic polymerization initiated by the proton, although the inherent adhesive strength of the polyacrylate and the strength of the Epoxy network can be combined synergistically. In contrast to the state of the art, there is no longer an I PN after curing.
- a UV-initiated curing mechanism ensures storage stability. Furthermore, it has surprisingly been found that it is advantageous, in particular with regard to storage stability, that the polyacrylate does not contain any Contains acid functionalities and that instead / V-vinyllactams such as / V-vinylpyrrolidone or / V-vinylcaprolactam are used as both cohesion and adhesion-increasing comonomers.
- the term “cationically polymerizable functional groups” is understood to mean all epoxy (oxirane) and / or oxetane groups or molecules comprising at least one of these functional groups, in particular 3,4-epoxycyclohexyl groups.
- a polyacrylate is understood to be a polymer comprising monomers from the series of acrylic and / or methacrylic acid esters.
- a chemical linkage or crosslinking of the two polymer networks is understood to be a reaction between polymer macromolecules in which a further three-dimensional network is formed between these macromolecules in addition to the already existing ones.
- actinic radiation such as ultraviolet rays, electron beams or radioactive rays.
- thermal energy can be used to increase the efficiency of the crosslinking reaction and the polymerization. Furthermore, an increase in efficiency can also be achieved through mechanical influences (such as ultrasound) or through exothermic reaction processes in the reaction system.
- Structural PSA formulations are understood according to the invention to mean mixtures and compositions which are at least crosslinkable (uncrosslinked and / or partially crosslinked, further crosslinkable) pressure-sensitively adhesive polyacrylates, optionally further polymers and cationic polymerizable monomers, with crosslinked polymer systems being present after polymerization and the simultaneous crosslinking of these preparations, which are suitable as structural pressure-sensitive adhesives.
- a pressure-sensitive adhesive is understood, as is customary in common parlance, to be a substance which - especially at room temperature - is permanently tacky and tacky (referred to as “pressure-sensitive adhesive” or also as “self-adhesive” in the context of this document).
- Pressure-sensitive adhesives have special, characteristic viscoelastic properties that lead to permanent tack and adhesiveness. They are characterized by the fact that when they are mechanically deformed, both viscous flow processes and the build-up of elastic restoring forces occur. Both processes are related to one another in terms of their respective proportions, depending on the exact composition, structure and degree of crosslinking of the pressure-sensitive adhesive under consideration as well as on the speed and duration of the deformation and on the temperature.
- the structural pressure-sensitive adhesive obtained after curing achieves very high peel resistances, which can be of the order of magnitude of a structural adhesive.
- the structural pressure-sensitive adhesive of the invention like a conventional pressure-sensitive adhesive, can be applied in the form of a single-sided or double-sided adhesive tape, a roll of adhesive tape, an adhesive transfer tape, a die cut and other embodiments familiar to the person skilled in the art.
- Activation by means of actinic radiation in particular UV radiation, can take place before or after application to the parts to be joined. In the case of UV-transparent substrates, activation can also take place after application in the adhesive joint.
- the present invention describes a structural pressure-sensitive adhesive comprising an epoxy-functionalized acrylate matrix, cationically polymerizable epoxy monomers and a Bnansted or Lewis acid releasing photoinitiator.
- the structural pressure-sensitive adhesive Owing to the photochemically induced polymerization of the epoxy monomers, the structural pressure-sensitive adhesive is stable even at elevated storage temperatures and surprisingly shows a synergy between the acrylate and the epoxy matrix due to the simultaneous crosslinking via the epoxy groups of the polyacrylate matrix. This is expressed in the fact that the structural pressure-sensitive adhesive has the pressure-sensitive adhesive properties of the polyacrylate before exposure to UV or other actinic radiation and the structural strength of an epoxy adhesive after irradiation.
- Another advantage of the cationic polymerization and the simultaneous crosslinking reaction is that after initiation the reaction can continue to react even in the absence of light and thus directly in the joint and, in contrast to a radical mechanism, this also enables the hardening of layer thicknesses of up to 1 mm is.
- the basis of the structural pressure-sensitive adhesives and the structural pressure-sensitive adhesive tapes consisting of the aforementioned pressure-sensitive adhesives, which are produced by means of the process according to the invention, comprises all polyacrylates known to the person skilled in the art and / or mixtures comprising at least one polyacrylate which are suitable for producing pressure-sensitive adhesives.
- Particularly preferred are polyacrylates comprising at least one comonomer with a cationically polymerizable group and mixtures comprising at least one of the polyacrylates just mentioned.
- the matrix used for the UV-crosslinkable structural pressure-sensitive adhesives is polyacrylates, consisting of (a1) 35 to 90% by weight, preferably 45 to 80% by weight, particularly preferably 45 to 70% by weight, and acrylic acid esters / or methacrylic acid ester with the formula (I) where R 1 H and / or -CH 3 and R 2 represent linear and / or branched alkyl chains with 1 to 30 carbon atoms;
- (a4) optionally further acrylates and / or methacrylates and / or olefinically unsaturated monomers (0 to 5% by weight) which are copolymerizable with components (a1) to (a3) and optionally have a functional one that does not give rise to any thermal cationic Polymerization of the epoxy monomers leads.
- the weight data relate to the polymer.
- acrylic monomers comprising acrylic and methacrylic acid esters with alkyl groups consisting of 1 to 14 carbon atoms.
- specific examples are methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, n-pentyl (meth) acrylate, n-hexyl (meth) acrylate, n-heptyl acrylate, n-octyl acrylate, n-nonyl acrylate, lauryl acrylate, stearyl (meth) acrylate, behenyl acrylate, and their branched isomers, such as, for example, 2-ethylhexyl acrylate, 2-propylhexyl acrylate.
- the group R 4 more preferably comprises linear, branched, cyclic or polycyclic hydrocarbons having 2 to 30 carbon atoms, which are functionalized with an epoxy group.
- the group R 4 particularly preferably comprises 3 to 10 carbon atoms, such as, for example, glycidyl (meth) acrylate.
- 3,4-epoxycyclohexyl-substituted monomers such as, for example, 3,4-epoxycyclohexylmethyl (meth) acrylate, are even more preferred, Preference is given to using / V-vinyllactams as (a3), N-vinylpyrrolidone, / V-vinylpiperidone and / V-vinylcaprolactam are particularly preferred.
- Monomers such as / V-vinylformamide, / ⁇ / - methyl - / ⁇ / - vinylacetamide and / V-vinylphthalimide are likewise included according to the invention in group (
- benzyl (meth) acrylate for example, benzyl (meth) acrylate, phenyl (meth) acrylate, te / f-butylphenyl (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrlylate, 2-butoxyethyl (meth) acrylate, / V , / V-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, L /, / V-diethylaminoethyl (meth) acrylate, tetrahydrofufurylacrylate, hydroxyethyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, 6-hydroxyhexyl (meth) acrylate, cyanoethyl (meth) acrylate, allyl alcohol, acrylamide, N-tert-butyl acrylamide, /
- the monomers are chosen so that the resulting polymers can be used as pressure-sensitive adhesives, in particular such that the resulting polymers have pressure-sensitive adhesive properties according to the "Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology" by Donatas Satas (van Nostrand, New York 1989).
- the glass transition temperature To of the polyacrylate results from the type and amount of the respective comonomers and is calculated from the Fox equation (G1) (cf. TG Fox, Bull. Am. Phys. Soc. 1956, 1, 123).
- n the running number over the monomers used
- W n the mass fraction of the respective monomer n (% by weight)
- Tc the respective glass transition temperature of the homopolymer from the respective monomers n in K.
- the comonomers of a PSA are usually chosen so that the glass transition temperature of the polymers is below the application temperature, preferably T G s 15 ° C. Due to the possibility of using epoxy monomers, which in the act as a plasticizer in the uncrosslinked state, the resulting glass transition temperature of the inventive polyacrylate matrix of the structural pressure-sensitive adhesive can markedly exceed the glass transition temperatures typical for pressure-sensitive adhesives. Nevertheless, the comonomer composition of the polyacrylate matrix according to the invention is chosen such that the glass transition temperature T G S is 40.degree. C., preferably T G ⁇ 30.degree.
- radical sources are peroxides, hydroperoxides and azo compounds.
- Some non-exclusive examples of typical free radical initiators are potassium peroxodisulfate, dibenzoyl peroxide, cumene hydroperoxide, cyclohexanone peroxide, di-tert-butyl peroxide, azobisisobutyronitrile, cyclohexylsulfonylacetyl peroxide, diisopropyl percarbonate, benzopinacolate, benzopinacolate.
- the free-radical initiator used is particularly preferably 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile) (Vazo 67 TM from DuPont).
- the number average molecular weights M n of the PSAs formed in the free radical polymerization are very preferably chosen such that they are in a range from 20,000 to 2,000,000 g / mol; PSAs with weight-average molecular weights M w of 200,000 to 20,000,000 g / mol are preferably produced.
- the average molecular weight is determined using gel permeation chromatography (GPC).
- the polymerization can be carried out in bulk, in the presence of one or more organic solvents, in the presence of water or in mixtures of organic solvents and water.
- Suitable organic Solvents are pure alkanes (e.g. hexane, heptane, octane, isooctane), aromatic hydrocarbons (e.g. benzene, toluene, xylene), esters (e.g. ethyl acetate, propyl, butyl or hexyl acetate), halogenated Hydrocarbons (e.g. chlorobenzene), alkanols (e.g.
- aqueous polymerization reactions can be mixed with a water-miscible or hydrophilic cosolvent in order to ensure that the reaction mixture is in the form of a homogeneous phase during the monomer conversion.
- Advantageously usable cosolvents for the present invention are selected from the following group consisting of aliphatic alcohols, glycols, ethers, glycol ethers, pyrrolidines, / V-alkylpyrrolidinones, / V-alkylpyrrolidones, polyethylene glycols, polypropylene glycols, amides, carboxylic acids and salts thereof, esters, Organosulfides, sulfoxides, sulfones, alcohol derivatives, hydroxyether derivatives, amino alcohols, ketones and the like, as well as derivatives and mixtures thereof.
- the polymerization time is - depending on the conversion and temperature - between 4 and 72 hours.
- the introduction of heat is essential for the thermally decomposing initiators.
- the polymerization can be initiated by heating to 50 to 160 ° C., depending on the type of initiator.
- nitroxides are used in a favorable procedure, such as. B. (2,2,5,5-Tetramethyl-1-pyrrolidinyl) oxyl (PROXYL), (2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyl) oxyl (TEMPO), derivatives of PROXYL or TEMPO and other nitroxides familiar to the person skilled in the art.
- WO 96/24620 A1 describes a polymerization process in which very specific radical compounds such as.
- B. phosphorus-containing nitroxides based on imidazolidine can be used.
- WO 98/44008 A1 discloses special nitroxyls based on morpholines, piperazinones and piperazinediones.
- DE 199 49 352 A1 describes heterocyclic alkoxyamines as regulators in controlled radical polymerizations.
- ATRP Atom Transfer Radical Polymerization
- the initiator preferably being monofunctional or difunctional secondary or tertiary halides and for the abstraction of the halide (s) Cu, Ni , Fe, Pd, Pt, Ru, Os-, Rh, Co, Ir, Ag or Au complexes can be used.
- halide s
- the different possibilities of ATRP are also described in the documents of US Pat. No. 5,945,491 A, US Pat. No. 5,854,364 A and US Pat. No. 5,789,487 A.
- a variant of the RAFT polymerization (reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization) is carried out as a very preferred preparation process.
- the polymerization process is e.g. B. described in detail in the documents WO 98/01478 A1 and WO 99/31144 A1.
- Trithiocarbonates of the general structure R "'- S-C (S) -S-R"' (Macromolecules 2000, 33, 243-245) are particularly advantageously suitable for the preparation.
- the trithiocarbonates (TTC1) and (TTC2) or the thio compounds (THI1) and (THI2) are used for the polymerization, where F is a phenyl ring that is unfunctionalized or by alkyl or aryl substituents that are directly or via ester or ether bridges are linked, can be functionalized, can be a cyano group or a saturated or unsaturated aliphatic radical.
- the phenyl ring F can optionally carry one or more polymer blocks, for example polybutadiene, polyisoprene, polychloroprene or poly (meth) acrylate, which can be constructed according to the definition for P (A) or P (B), or polystyrene, to name just a few .
- Functionalizations can be, for example, halogens, hydroxyl groups, epoxy groups, nitrogen or sulfur-containing groups, without this list claiming to be exhaustive. (THl 1) ⁇ TH! 2)
- initiator systems which additionally contain further radical initiators for the polymerization, in particular the thermally decomposing radical-forming azo or peroxo initiators listed above.
- radical initiators for the polymerization
- thermally decomposing radical-forming azo or peroxo initiators listed above.
- all of the customary initiators known for acrylates and / or methacrylates are suitable for this. It is also possible to use radical sources which only release radicals under UV irradiation.
- the cationically polymerizable reactive diluents have at least one polymerizable functional group and include cyclic ethers such as epoxides (oxiranes, 1,2-epoxides), 1,3- (oxetanes) and 1,4-cyclic ethers (1,3- and 1, 4-epoxides) as well as alkyl vinyl ethers, styrene, p-methylstyrene, divinylbenzene, / V-vinyl-substituted compounds, 1-alkyl olefins ( ⁇ -olefins), lactams and cyclic acetals.
- Epoxides and oxetanes are preferred, and 3,4-epoxycycohexyl-functionalized monomers are particularly preferred.
- the cationically polymerizable reactive diluents according to the invention can be present as monomers or polymers, and they have an average molecular weight or a number average molecular weight of 58 g / mol to about 1,000 g / mol.
- the epoxides can be aliphatic, cycloaliphatic, aromatic or heterocyclic.
- the number of epoxy functionalities per molecule is preferably one to six, particularly preferably one to three.
- Preferred cationically polymerizable monomers are aliphatic, cycloaliphatic epoxides and glycidyl ethers, such as propylene oxide, epichlorohydrin, styrene oxide, vinyl cyclohexene oxide, cyclohexene oxide, vinyl cyclohexene dioxide, glycidol, Butadiene oxide, glycidyl metharylate, bisphenol A diglycidyl ether (e.g. Epon 828, Epon 825, Epon 1004, Epon 1001, Momentive Specialty Chemicals), dicyclopentadiene dioxide, epoxidized polybutadienes (e.g.
- 3,4-epoxycycohexyl-functionalized monomers such as, for example, 3,4-epoxycyclohexyl methacrylate, 3,4-epoxycyclohexylmethyl methacrylate, 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexane carboxylate, 3,4-epoxy-6- methylcyclohexylmethyl-3,4-epoxy-6-methylcyclohexanecarboxylate, bis (3,4-epoxy-6-methylcyclohexylmethyl) adipate, 1,4-cyclohexanedimethanolbis (3,4-epoxycyclohexanecarboxylate) and 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3 ' , 4 '-epoxycyclohexancarboxylat- modified e-caprolactone (CAS-No. 139198-19-9 (Celloxide 2081, Fa. Daicel, Japan), and
- compositions of the aforementioned and all other cationically polymerizable reactive diluents known to the person skilled in the art are also inventive.
- Advantageous mixtures comprise two or more epoxides, whereby the epoxides have different molecular weights and can be grouped into those with a low molecular weight (M ⁇ 200 g / mol), with a medium molecular weight range (200 g / mol ⁇ M ⁇ 1,000 g / mol) and a high molecular weight (M> 1,000 g / mol). It can also be advantageous to use mixtures of epoxides with different numbers of epoxy groups. Optionally, further cationically polymerizable reactive diluents can be added.
- the concentration of the epoxy monomer or the epoxy monomer mixture is advantageously chosen so that an epoxy concentration of 0.001 mmol epoxy / g polymer to 4 mmol epoxy / g polymer, preferably 0.01 mmol epoxy / g polymer to 2.5 mmol epoxy / g Polymer results.
- the cationic photoinitiator fragments by means of actinic radiation, preferably UV radiation, one or more of these fragments being a Lewis or Bronsted acid, which causes the cationic polymerization and the simultaneous crosslinking the polyacrylate catalyzes with the epoxy matrix that is being formed.
- Advantageous photoinitiators are thermally stable, do not lead to polymerization of the monomers even as a result of thermal activation, and are soluble both in the uncured and in the cured structural PSA formulation. “Thermally stable” means that the photoinitiator does not disintegrate at least at all process and processing temperatures.
- the photoinitiator is preferably stable up to temperatures of 200 ° C., ie does not disintegrate.
- the acids released by fragmentation of the photoinitiator have a pKa ⁇ 0.
- the photoinitiators are ionic compounds, the cations are preferably based on organic onium structures, in particular on salts with aliphatic and aromatic groups IVA to VIIA (CAS nomenclature) centered onium cations, particularly preferably on I, S, P, Se-, N- and C-centered onium salts, selected from the group of the sulfoxonium, iodonium, sulfonium, selenonium, pyridinium, carbonium and phosphonium salts, even more preferably on the I and S centered onium salts such as sulfoxonium, diaryliodonium, triarylsulfonium, diarylalkylsulfonium, dialkylarylsulfonium and trialkylsulfonium salts.
- IVA to VIIA aliphatic and aromatic groups
- the nature of the anion of the photoinitiator can influence the reaction rate and the conversion of the cationic polymerization.
- JV Crivello and R. Narayan in Chem. Mater. 1992, 4, 692 a reactivity sequence of common counterions as follows: SbF 6 > AsF 6 > PF 6 > BF4.
- the reactivity of the anion depends on the following factors: (1) the acidity of the Lewis or Bronsted acid released, (2) the degree of ion pair separation in the growing cationic chain and (3) the susceptibility of the anion to fluoride Abstraction and chain termination.
- B (C6Fs) 4 can be used as an anion.
- Advantageous photoinitiators include bis (4-te / f-butylphenyl) iodonium hexafluoroantimonate (FP5034 TM from Hampford Research Inc.), a mixture of triarylsulfonium salts (diphenyl- (4-phenylthio) phenylsulfonium hexafluoroantimonate and bis (4-diphenyl- sulfonio)) phenyl) sulfide hexafluoroantimonate) available as Syna PI-6976 TM from Synasia, (4-methoxyphenyl) phenyliodonium triflate, bis (4-te / f-butylphenyl) iodonium camphor sulfonate, Bis (4-te / f-butylphenyl) iodonium hexafluoroantimonate, bis (4-te / f-butyl
- the concentration of the photoinitiator is chosen so that the desired degree of crosslinking and polymerization is achieved, which in turn can vary due to different layer thicknesses of the structural pressure-sensitive adhesive and that of the desired adhesive properties.
- the required photoinitiator concentration also depends on the quantum yield (the number of acid molecules released per absorbed proton) of the initiator, the pKa value of the acid, the permeability of the polymer matrix, the wavelength and duration of the irradiation as well as the temperature. In general, concentrations of 0.01 to 2 parts by weight, preferably 0.1 to 1.5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polyacrylate and of the cationically polymerizable monomers.
- photosensitizers or photo accelerators in combination with the photoinitiators is also within the meaning of the invention.
- Photosensitizers and photo accelerators change or improve the wavelength sensitivity of the photoinitiator. This is particularly advantageous when the absorption of the incident light by the initiator is insufficient.
- the use of photosensitizers and photo accelerators increases the sensitivity to electromagnetic, in particular actinic, radiation and thus allows shorter irradiation times and / or the use of radiation sources of lower power.
- photosensitizers and photo accelerators are pyrene, fluoranthene, xanthone, thioxanthone, benzophenone, acetophenone, benzil, benzoin and benzoin ether, chrysene, p-terphenyl, acenaphthene, naphthalene, phenanthrene, biphenyl and substituted derivatives of the aforementioned Called connections.
- the amount of photosensitizer or photo accelerator is less than 10% by weight, preferably less than 1% by weight, based on the amount of photoinitiator.
- the structural pressure-sensitive adhesive can additionally contain further additives, preference being given to tackifier resins, plasticizers, dyes, anti-aging agents, solid or hollow glass spheres, silica, silicates, nucleating agents, and blowing agents.
- the additives can be used provided they do not adversely affect the properties and the curing mechanism of the structural pressure-sensitive adhesive.
- the optional adhesive resins are advantageously used in amounts of up to 50% by weight, preferably up to 40% by weight, even more preferably up to 30% by weight, based on the polymer. Usually rosin esters, terpene-phenol, hydrocarbon and indene-coumarone resins can be used.
- the amount and type of adhesive resin can influence the wetting, the adhesive strength, the adhesion to substances of different polarity, the thermal stability and the tack.
- the structural PSAs can be chemically crosslinked even before the UV activation in order to increase the internal strength (cohesion).
- Metal chelates, multifunctional isocyanates, multifunctional epoxides, multifunctional aziridines, multifunctional oxazolines or multifunctional carbodiimides are preferably used as crosslinkers.
- the structural PSAs of the invention described above are outstandingly suitable for producing single-sided or double-sided adhesive tapes, it being possible to use all carrier materials familiar to the person skilled in the art.
- carrier materials familiar to the person skilled in the art.
- PET, PVC and PP films, paper, nonwovens, fabrics and foams can be used as carrier materials.
- Structural pressure-sensitive adhesive tape products of the invention consisting of the structural pressure-sensitive adhesive formulations of the invention described above comprise:
- Double-sided adhesive tapes comprising at least one outer layer consisting of the structural pressure-sensitive adhesive formulations of the invention
- the adhesive tape is preferably provided with a liner on at least one side, for example a silicone-coated film or a silicone paper.
- a carrier-free adhesive is an adhesive that does not have a permanent carrier, such as a polymer film or a fleece. Rather, in a preferred embodiment, the self-adhesive mass is only applied to a liner, that is to say a material which is only used temporarily to support the self-adhesive mass and to make it easier to apply. After the self-adhesive compound has been applied to the substrate surface, the liner is then removed and the liner is therefore not a productive component.
- the PSAs of the invention can be produced from solution or from the melt.
- suitable manufacturing processes include both batch processes and continuous processes. Continuous production with the aid of an extruder and subsequent coating directly on a liner with or without a layer of adhesive is particularly preferred.
- a particularly preferred process comprises the following steps: a) free-radical polymerization to produce the acrylate matrix; b) mixing with the photoinitiator releasing a Bronsted or Lewis acid and the optional reactive diluent; c) coating the polymer solution on a carrier material; d) thermal drying.
- the structural pressure-sensitive adhesive of the invention or an adhesive tape comprising at least one structural pressure-sensitive adhesive of the invention are used in particular for pre-fixing and subsequent final fixing of various parts to be joined, curing taking place by actinic radiation.
- a preferred field of application of the structural pressure-sensitive adhesive of the invention or of the adhesive tape of the invention is the automotive industry, where there are many parts that have to be permanently and firmly bonded, or in the construction sector, e.g. for fixing panels or exterior facades.
- sample preparations and measurements are carried out under standard conditions (25 ° C, 101325 Pa).
- the static glass transition temperature is determined using dynamic differential calorimetry in accordance with DIN 53765.
- the information on the glass transition temperature Tg relates to the glass transition temperature Tg in accordance with DIN 53765: 1994-03, unless otherwise stated in the individual case.
- the average molecular weights (weight average M w and number average M n ) and the polydispersity D were determined by means of gel permeation chromatography (GPC). THF with 0.1% by volume of trifluoroacetic acid was used as the eluent. The measurement was carried out at 25 ° C. PSS-SDV, 5 ⁇ m, 103 ⁇ (10-7 m), ID 8.0 mm ⁇ 50 mm was used as the guard column. The columns PSS-SDV, 5 ⁇ m, 103 ⁇ (10-7 m), 105 ⁇ (10-5 m) and 106 ⁇ (10-4 m) each with ID 8.0 mm c 300 mm were used for separation. The sample concentration was 4 g / l, the flow rate 1.0 ml per minute. It was measured against PMMA standards. III ; . Solid matter content:
- the solids content is a measure of the proportion of non-evaporable components in a polymer solution. It is determined gravimetrically by weighing the solution, then evaporating the vaporizable components in a drying cabinet for 2 hours at 120 ° C. and reweighing the residue.
- JV, K value (after. Fl KENTSC HER):
- the K value is a measure of the average molecular size of high polymer substances.
- one percent (1 g / 100 ml) toluene polymer solutions were prepared and their kinematic viscosities were determined using a VOGEL-OSSAG viscometer. After normalization to the viscosity of the toluene, the relative viscosity is obtained, from which the K value can be calculated according to FIKENTSCHER (Polymer 8/1967, 381 ff.)
- test specimens prepared in this way are suspended from a shear test station with the one steel plate area protruding beyond the test specimen in such a way that the longitudinal direction of the steel plate is oriented downwards and the area protruding beyond the test specimen of the other steel plate is loaded with a selected weight at a specified temperature (measurements at room temperature and with 20 N load as well as at 70 ° C and with 10 N load; see information in the respective table).
- Test climate standard conditions, 50% rel. Humidity.
- An automatic counter clock now determines the time until the failure of the test sample in minutes (falling off of the loaded steel plate).
- the prepared plate is clamped (fixed) in the test device and the adhesive strip is peeled off the plate via its free end on a tensile testing machine at a peel angle of 90 ° at a speed of 300 mm / min in the longitudinal direction of the adhesive tape.
- the force required for this is determined.
- the measurement results are given in N / cm (force normalized to the particular detached bond line) and averaged over three measurements. All measurements are carried out in an air-conditioned room at 23 ° C and 50% relative humidity.
- This test is used to quickly test the shear strength of adhesive tapes when exposed to temperature.
- An adhesive tape cut from the respective sample sample (length approx. 50 mm, width 10 mm) is stuck to a steel test plate cleaned with acetone, so that the steel plate protrudes beyond the adhesive tape on the right and left and that the adhesive tape extends over the upper edge of the test plate by 2 mm protrudes.
- the bond point is then rolled over six times with a 2 kg steel roller at a speed of 10 m / min.
- the adhesive tape is reinforced flush with a sturdy adhesive strip that serves as a support for the displacement sensor.
- the sample is suspended vertically by means of the test plate.
- the sample to be measured is loaded at the lower end with a weight of 100 g.
- the test temperature is 40 ° C and the test duration is 30 minutes (15 minutes of loading and 15 minutes of unloading).
- the shear path after the specified test duration at constant temperature is given as the result in pm, namely as the maximum value ["max"; maximum shear distance due to 15 minute load]; as minimum value ["min”; Shear distance (“residual deflection”) 15 min after the load is removed; at The load is relieved by a return movement through relaxation]
- a square adhesive transfer tape with an edge length of 25 mm is glued in an overlapping manner between two steel plates and pressed for 1 minute with 0.9 kN (force P). After storage for 24 hours, the composite is tested in a tensile testing machine from ZWICK at 50 mm / min at 23 ° C. and 50% rel. Humidity separated in such a way that the two steel plates are pulled apart at an angle of 180 °. The maximum force is determined in N / cm 2 .
- the probe tack measurement is carried out in accordance with ASTM D2979-01.
- a steel test plate is cleaned with acetone and then conditioned for 30 min at room temperature.
- the sample is then bonded to the plate in the form of a transfer tape free of bubbles and defined by being rolled over three times with a 2 kg roller at a speed of 150 mm / s.
- the plate is placed in a climatic room at 23 ° C. and 50% relative humidity for 12 hours. Stored in moisture.
- the surface to be measured must be covered with a release paper, for example.
- the tacking stamp (cylindrical shape, diameter 6 mm, stainless steel) with which the measurement is carried out is cleaned with acetone and conditioned for 30 min at room temperature.
- the release paper is only removed from the adhesive strip immediately before the measurement.
- the force is calibrated with a 2kg weight and the measuring path is calibrated. 5 to 10 individual measurements are carried out for each sample and the mean value is calculated in each case.
- a reactor conventional for radical polymerizations was charged with 35.0 kg of 2-ethylhexyl acrylate, 35.0 kg of butyl acrylate, 5.0 kg of 3,4-epoxycyclohexylmethyl methacrylate, 25.0 kg / V-vinylcaprolactam and 66.7 kg of acetone / isopropanol (96: 4) filled. After nitrogen gas had been passed through for 45 minutes with stirring, the reactor was heated to 58 ° C. and 50 g of Vazo 67, dissolved in 500 g of acetone, were added. The external heating bath was then heated to 70 ° C. and the reaction was carried out constantly at this external temperature.
- a reactor conventional for radical polymerizations was charged with 35.0 kg of 2-ethylhexyl acrylate, 35.0 kg of butyl acrylate, 5.0 kg of 3,4-epoxycyclohexylmethyl methacrylate, 25.0 kg / V-vinylpyrrolidone and 66.7 kg of acetone / isopropanol (94: 6) filled. After nitrogen gas had been passed through for 45 minutes with stirring, the reactor was heated to 58 ° C. and 50 g of Vazo 67, dissolved in 500 g of acetone, were added. The external heating bath was then heated to 75 ° C. and the reaction was carried out constantly at this external temperature.
- a reactor conventional for radical polymerizations was filled with 46.0 kg of 2-ethylhexyl acrylate, 46.0 kg of butyl acrylate, 5.0 kg of 3,4-epoxycyclohexylmethyl methacrylate, 3.0 kg of acrylic acid and 66.7 kg of acetone / isopropanol (94: 6) filled.
- the reactor was heated to 58 ° C. and 50 g of Vazo 67, dissolved in 500 g of acetone, were added.
- the external heating bath was then heated to 75 ° C. and the reaction was carried out constantly at this external temperature.
- a reactor conventional for radical polymerizations was charged with 37.5 kg of 2-ethylhexyl acrylate, 37.5 kg of butyl acrylate, 25.0 kg / V-vinylpyrrolidone and 66.7 kg of acetone / isopropanol (94: 6). After nitrogen gas had been passed through for 45 minutes with stirring, the reactor was heated to 58 ° C. and 50 g of Vazo 67, dissolved in 500 g of acetone, were added. The external heating bath was then heated to 75 ° C. and the reaction was carried out constantly at this external temperature. After 1 hour, another 50 g of Vazo 67, dissolved in 500 g of acetone, were added and after 4 hours the mixture was diluted with 12.1 kg of acetone / isopropanol mixture (94: 6).
- a reactor conventional for radical polymerizations was charged with 47.5 kg of 2-ethylhexyl acrylate, 47.5 kg of butyl acrylate, 5.0 kg of 3,4-epoxycyclohexylmethyl methacrylate and 66.7 kg of acetone / isopropanol (96: 4). After nitrogen gas had been passed through for 45 minutes with stirring, the reactor was heated to 58 ° C. and 50 g of Vazo 67, dissolved in 500 g of acetone, were added. The external heating bath was then heated to 70 ° C. and the reaction was carried out constantly at this external temperature.
- the finished formulation was diluted to a solids content of 30% with acetone and then coated from solution onto a siliconized release film (50 ⁇ m polyester). (Coating speed 2.5 m / min, drying tunnel 15 m, temperatures zone 1: 40 ° C., zone 2: 70 ° C., zone 3: 95 ° C., zone 4: 105 ° C.)
- the mass application in each case was 100 g / m 2 . There was no difference in product properties between the
- Adhesive To assess the suitability of the samples as PSA prior to UV irradiation, the bond strength on steel and the static shear resistance time at room temperature were determined. It has been shown that all structural pressure-sensitive adhesives according to the invention and the formulations with epoxy monomers or monomers with a cationically polymerizable group such as the bisoxetane Aron OXT-221 (PSA1 to PSA12) exhibit adhesive strengths comparable to a typical acrylate pressure-sensitive adhesive and good cohesion, the latter despite the There was no need for an additional chemical crosslinker.
- PSA1 to PSA12 bisoxetane Aron OXT-221
- comparison adhesives VPSA13 and VPSA14 also show good pressure-sensitive adhesive properties, whereas the comparison adhesives VPSA15 and VPSA16 clearly fail in the shear test and are therefore not suitable for pre-fixing the components to be bonded or for bonding after UV activation until the maximum degree of crosslinking is reached due to the lack of cohesion would fail without fixation.
- the UV-activated cationic polymerization shows a so-called dark reaction, which means that, in contrast to a UV-activated radical reaction, the active species, namely the proton, is available for further reactions even after the UV source has been switched off.
- the structural pressure-sensitive adhesive PSA1 with 100, 200, 500 and 1000 .mu.m thick samples was examined with a constant dose.
- Table 5 Layer thickness dependency of PSA1 - dynamic shear strength e) If no information is given on the fracture pattern, it is a cohesive failure of the
- Uncrosslinked samples of the PSA1, PSA2 and PSA7 pressure-sensitive adhesive of the invention are stored at different temperatures in the dark for a week or a month and then reassessed by means of dynamic shear strength.
- a freshly coated sample is used as a reference, which is immediately crosslinked by means of UV radiation.
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Abstract
Description
Struktureller Haftklebstoff Structural pressure sensitive adhesive
Die vorliegende Erfindung betrifft eine strukturelle Haftklebemasse, die aufgrund der ausbalancierten adhäsiven und kohäsiven Eigenschaften zur Vorfixierung unterschied licher Fügeteile geeignet ist, ohne dass es zusätzlich beim Zusammenfügen zu Ausquetschungen kommt, die die Fügeteile verschmutzen oder zu optischen Defekten führen können. Die strukturelle Haftklebemasse wird durch aktinische Strahlung ausgehärtet, sodass Verklebungsfestigkeiten in einer ähnlichen Größenordnung wie bei strukturellen Klebern erreicht werden. Weiterhin soll ein solcher struktureller Haftklebstoff trotz der Reaktivkomponenten bei unterschiedlichen Temperaturen sowie unterschiedlichen Luftfeuchtigkeiten über einen längeren Zeitraum lagerstabil sein. Weiterhin betrifft die Erfindung auch die Herstellung der und Produkte enthaltend die erfindungsgemäßen strukturellen Haftklebemassen sowie deren Anwendung. The present invention relates to a structural pressure-sensitive adhesive which, due to the balanced adhesive and cohesive properties, is suitable for pre-fixing different parts to be joined without additionally causing squeezes during assembly, which can contaminate the parts to be joined or lead to optical defects. The structural pressure-sensitive adhesive is cured by actinic radiation, so that bond strengths of a similar order of magnitude as in the case of structural adhesives are achieved. Furthermore, despite the reactive components, such a structural pressure-sensitive adhesive should be storage-stable over a relatively long period of time at different temperatures and different atmospheric humidity. The invention further relates to the production of and products comprising the structural PSAs of the invention and to their use.
Stand der Technik State of the art
Der Begriff „Strukturklebstoff“ wird im Allgemeinen für hoch belastete Klebstoffe verwendet, die eine mögliche konstruktive Gestaltung mit hoher Festigkeit bzw. Steifigkeit bei weitgehend gleichmäßiger und günstiger Spannungsverteilung gewährleisten sollen. Weiterhin charakterisiert dieser Begriff auch die Forderung an eine Klebung, die an sie gestellten mechanischen und durch Alterungsvorgänge bedingten Beanspruchungen dauerhaft ohne Versagen zu erfüllen. Chemisch reagierende Polymersysteme bilden die Basis für Strukturklebstoffe. Die Aushärtereaktion kann durch Zufuhr von Wärme, Vermischen von Harz und Härter, Luftfeuchtigkeit oder UV-Strahlung erfolgen. The term “structural adhesive” is generally used for highly stressed adhesives which are intended to guarantee a possible structural design with high strength or rigidity with a largely uniform and favorable stress distribution. Furthermore, this term also characterizes the requirement for a bond to meet the mechanical and aging-related stresses placed on it permanently without failure. Chemically reacting polymer systems form the basis for structural adhesives. The hardening reaction can take place by supplying heat, mixing resin and hardener, humidity or UV radiation.
Bei den chemisch reagierenden Systemen bewirken in der Regel zwei miteinander gemischte Reaktionspartner die Klebschichtbildung (Zweikomponenten-Reaktions- klebstoffe) oder ein Reaktionspartner findet die zweite für die Reaktion erforderliche „Komponente“ in den chemischen Bedingungen der Klebefuge (z.B. Feuchtigkeit) vor bzw. diese Komponente wird durch einen äußeren Stimulus wie beispielsweise durch thermische Energie oder UV-Strahlung freigesetzt (Einkomponenten-Reaktionsklebstoffe). Diese Systeme sind meist flüssig, um leichter appliziert werden zu können und damit die Aushärtereaktion aufgrund besserer Diffusion der Reaktivkomponenten schnell und mit hohen Umsätzen stattfinden kann. Dies birgt aber den Nachteil, dass der Klebstoff ausquetschen kann und dass die Fügeteile bis zum Abbinden fixiert werden müssen. In chemically reacting systems, two reactants mixed with one another usually cause the adhesive layer to form (two-component reactive adhesives) or one reactant finds the second “component” required for the reaction in the chemical conditions of the adhesive joint (e.g. moisture) or this component is caused by an external stimulus such as thermal energy or UV radiation released (one-component reactive adhesives). These systems are mostly liquid in order to be easier to apply and so that the curing reaction can take place quickly and with high conversions due to better diffusion of the reactive components. However, this has the disadvantage that the adhesive can squeeze out and that the parts to be joined have to be fixed until they have set.
Haftklebstoffe (Pressure Sensitive Adhesives, PSA) wiederum werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, da sie viele erwünschte charakteristische Merkmale bieten, wie zum Beispiel die Entfernbarkeit und die leichte Anwendung. Für eine dauerhaftere und/oder eine sehr glatte Klebung haben einige konventionelle PSAs eine nicht ausreichende Festigkeit, um ihre Haftung an bestimmten Substraten zu bewahren und aufrechtzuerhalten. Ferner kommt es vor, dass ein konventioneller PSA beim Aufträgen auf bestimmte Materialien nicht in der Lage ist, der Einwirkung von erhöhten Temperaturen oder hoher Feuchtigkeit zu widerstehen. Die Anwendung eines PSA zum Beispiel auf Polymethylmethacrylat- und Polycarbonattafeln, die bekanntermaßen „Materialien ausgasen" und schwierig zu kleben sind, kann zu Blasenbildung und Delaminierung führen. Pressure sensitive adhesives (PSA), in turn, are used in a variety of applications because they offer many desirable characteristics, such as removability and ease of use. For a more permanent and / or very smooth bond, some conventional PSAs do not have sufficient strength to retain and maintain their adhesion to certain substrates. Furthermore, when applied to certain materials, a conventional PSA may not be able to withstand the effects of elevated temperatures or high humidity. For example, the use of a PSA on polymethyl methacrylate and polycarbonate sheets, which are known to "outgass materials" and are difficult to bond, can cause blistering and delamination.
Strukturelle Haftklebstoffe hingegen besitzen neben den üblichen Polymeren, welche in Haftklebstoffen eingesetzt werden, ergänzend thermisch vernetzende Komponenten, wodurch sehr hohe Schälwiderstände erreicht werden, die Größenordnungen wie bei einem strukturellen Kleber erreichen können. Structural pressure-sensitive adhesives, on the other hand, have, in addition to the customary polymers used in pressure-sensitive adhesives, additional thermally crosslinking components, as a result of which very high peel resistances are achieved, which can be of the order of magnitude of a structural adhesive.
Härtbare Klebstoffe (z.B. wärme- oder lichtgehärtete) wurden in Anwendungen eingesetzt, bei denen Substrate eine erhebliche Beständigkeit und hochfeste Haftung erfordern. Konventionelle härtbare Klebstoffe werden jedoch normalerweise nicht als PSA und auch nicht in einer Form bereitgestellt, die leicht anzuwenden ist, wie zum Beispiel als Band. Für optische Produktanwendungen (z.B. Verglasungen) sind härtbare Klebstoffe wünschens wert, da sie für optisch klare, stark haftende Laminate (z.B. geschichtete Substrate) sorgen. Curable adhesives (e.g., heat or light cured) have been used in applications where substrates require significant durability and high strength adhesion. However, conventional curable adhesives are not typically provided as PSA, nor are they provided in a form that is easy to use, such as tape. For optical product applications (e.g. glazing), curable adhesives are desirable as they provide optically clear, strongly adhering laminates (e.g. layered substrates).
Um sowohl Festigkeit als auch leichte Anwendbarkeit zu erreichen, sind hybride Zusammensetzungen entwickelt worden. To achieve both strength and ease of use, hybrid compositions have been developed.
Konventionelle härtbare Klebstoffe enthalten reaktive chemische Grundbausteine wie beispielsweise Epoxidklebstoffe, die Epoxidgruppen enthalten. Bei der Härtung können sich diese Grundbausteine mit Hilfe eines Härters über die Epoxidgruppen miteinander verbinden und ein stabiles, dreidimensionales Netzwerk ausbilden. Diese Netzwerkbildung ist eine wesentliche Ursache für die allgemein hohen Festigkeiten und guten Klebeigenschaften von Epoxidklebstoffen auf vielen Materialien. Conventional curable adhesives contain reactive chemical building blocks such as epoxy adhesives that contain epoxy groups. During hardening, these basic building blocks can be bonded to one another via the epoxy groups with the aid of a hardener connect and form a stable, three-dimensional network. This network formation is a major cause of the generally high strength and good adhesive properties of epoxy adhesives on many materials.
Hybride Zusammensetzungen zeichnen sich durch das Einbinden weiterer Materialien in diese Netzwerkstruktur aus. Lösungsansätze sind vor allem die Herstellung von interpenetrierenden Netzwerken (IPN oder auch Durchdringungsnetzwerk) oder anderen mehrphasigen Strukturen. Unter einem semi-interpenetrierenden Netzwerk wird die Kombination eines linearen unvernetzten Polymers und eines ersten vernetzten Polymers verstanden, wobei das erste vernetzte Polymer in Gegenwart des anderen synthetisiert wird. Das unvernetzte Polymer durchdringt das Netzwerk des vernetzten Polymers und bewirkt, dass die beiden Komponenten infolge von Verhakungen und Verschlaufungen physikalisch kaum trennbar sind. Dieses semi-interpenetrierende Netzwerk ermöglicht die Eigenschaftskombination zweier Polymere, selbst wenn sie thermodynamisch unverträglich sind. Hybrid compositions are characterized by the inclusion of further materials in this network structure. Possible solutions are primarily the creation of interpenetrating networks (IPN or penetration network) or other multiphase structures. A semi-interpenetrating network is understood to mean the combination of a linear uncrosslinked polymer and a first crosslinked polymer, the first crosslinked polymer being synthesized in the presence of the other. The uncrosslinked polymer penetrates the network of the crosslinked polymer and has the effect that the two components can hardly be physically separated due to entanglements and entanglements. This semi-interpenetrating network enables two polymers to combine properties, even if they are thermodynamically incompatible.
Solche Netzwerke mit gegenseitiger Durchdringung können sequentiell (aus Polymer A und Monomer B) oder simultan (aus Monomer A und Monomer B) hergestellt werden. Vorzugsweise werden ein Elastomer und ein glasartiges Polymer, z. B. ein Polyurethan und ein Polyacrylat, kombiniert. Je nach den Mengenverhältnissen entsteht ein verstärktes Elastomer oder ein Harz von hoher Schlagzähigkeit. Such interpenetrating networks can be produced sequentially (from polymer A and monomer B) or simultaneously (from monomer A and monomer B). Preferably an elastomer and a glassy polymer, e.g. B. a polyurethane and a polyacrylate combined. Depending on the proportions, a reinforced elastomer or a resin with high impact strength is produced.
IPN-Systeme können chemisch sehr verschieden zusammengesetzt sein. Für ihre Synthese gibt es im Wesentlichen zwei Techniken: IPN systems can have very different chemical compositions. There are essentially two techniques for their synthesis:
Die simultane Technik besteht darin, zwei lineare Polymere, Präpolymere oder Monomere der Sorten A und B mit den jeweiligen Vernetzungsagentien im flüssigen Zustand, also in Masse, Schmelze, Lösung oder Dispersion, zusammenzugeben und simultan zu polymerisieren bzw. zu vernetzen. Dabei müssen Substanzen ausgewählt werden, die nicht miteinander reagieren. The simultaneous technique consists in combining two linear polymers, prepolymers or monomers of types A and B with the respective crosslinking agents in the liquid state, i.e. in bulk, melt, solution or dispersion, and polymerizing or crosslinking them simultaneously. In doing so, substances must be selected that do not react with one another.
Die sequenzielle Technik besteht darin, ein vernetztes Polymer A mit einem Monomer der Sorte B zu quellen und letzteres dann in situ unter Zugabe von Vernetzungsagentien zu polymerisieren bzw. zu vernetzten. IPN-Systeme sind Beispiele für Polymermischungen, bei denen eine makroskopische Phasentrennung nicht in Erscheinung tritt. Normalerweise führt das Mischen von Polymeren zu mehrphasigen Systemen, welches auf die wohlbekannte thermodynamische Unverträglichkeit der meisten Polymeren zurückzuführen ist. Diese Inkompatibilität resultiert aus dem relativ niedrigen Entropiegewinn beim Mischen von Polymeren, der seinerseits darauf beruht, dass die große Länge der Ketten ihre Möglichkeiten zur Berührung einschränkt. Werden jedoch Produkte mit niedrigerem Molekulargewicht gemischt und anschließend simultan polymerisiert und vernetzt, so kann eine kinetische Kontrolle der Phasentrennung erreicht werden. The sequential technique consists in swelling a crosslinked polymer A with a monomer of type B and then polymerizing or crosslinking the latter in situ with the addition of crosslinking agents. IPN systems are examples of polymer blends in which macroscopic phase separation does not appear. Typically, polymer blending results in multiphase systems due to the well-known thermodynamic incompatibility of most polymers. This incompatibility results from the relatively low gain in entropy when mixing polymers, which in turn is based on the fact that the great length of the chains limits their possibilities for contact. However, if products with a lower molecular weight are mixed and then polymerized and crosslinked simultaneously, kinetic control of the phase separation can be achieved.
Gegenüber gewöhnlichen Polymerblends zeichnen sich interpenetrierende Netzwerke durch bessere Beständigkeit gegenüber Entmischung und oft vorteilhafte mechanische Eigenschaften aus. Die Abbaubeständigkeit der interpenetrierenden Netzwerke ist gewöhnlich besser als die von Copolymeren, in denen die unverträglichen Polymere als Blöcke kovalent miteinander verbunden sind. Daher werden IPNs auch im Bereich der Klebstoffe eingesetzt. Compared to conventional polymer blends, interpenetrating networks are characterized by better resistance to segregation and often advantageous mechanical properties. The degradation resistance of the interpenetrating networks is usually better than that of copolymers in which the incompatible polymers are covalently bonded to one another as blocks. This is why IPNs are also used in the field of adhesives.
Bekannt sind Epoxidharzklebstoffe, die zusätzlich eine weitere Art von Grundbausteinen enthalten, die über einen zweiten chemischen Mechanismus ein eigenständiges Netzwerk ausbilden und nicht mit den epoxidhaltigen Bausteinen reagieren können. Bei der Härtung dieser Klebstoffe entstehen deshalb zwei voneinander unabhängige Klebstoffnetzwerke, die sich gegenseitig durchdringen, also IPNs. Praktisch gesehen bestehen solche Systeme aus zwei Klebstoffen in einem System, deren Eigenschaften sich im Idealfall synergistisch ergänzen. Epoxy resin adhesives are known which additionally contain a further type of basic building blocks that form an independent network via a second chemical mechanism and cannot react with the epoxy-containing building blocks. When these adhesives cure, two independent adhesive networks are created that penetrate each other, i.e. IPNs. From a practical point of view, such systems consist of two adhesives in one system, whose properties ideally complement each other synergistically.
Epoxidharze sind im Allgemeinen nur schlecht mit anderen Polymeren mischbar. Wird die Mischung trotzdem versucht, so neigen Polymere in der Regel zur Trennung der eingesetzten Phasen. Wenn es jedoch gelingt, bereits die unvernetzten bzw. nicht polymerisierten Grundbausteine der Polymere zu vermischen und anschließend ihre Polymerisation so zu führen, dass die Phasentrennung der gebildeten Polymere verhindert wird, dann können im resultierenden Polymergemisch Synergieeffekte beobachtet werden. Für Eigenschaften wie die Klebfestigkeit oder Schlagzähigkeit ergeben sich oft deutlich höhere Werte als für die getrennt untersuchten Einzelnetzwerke (z.B. reine Epoxidklebstoffe). Der Effekt der Technologie der IPN-Modifizierung von Klebstoffen besteht daher in der Nutzung von Synergieeffekten, die sich nur in der Kombination zweier Netzwerke zeigen, aber nicht in den Einzelnetzwerken zu beobachten sind. Daraus resultierten häufig eine Maximierung von gewünschten Eigenschaften und eine mögliche Minimierung unerwünschter Eigenschaften. In general, epoxy resins are poorly miscible with other polymers. If the mixture is attempted anyway, polymers generally tend to separate the phases used. If, however, it is possible to mix the uncrosslinked or unpolymerized basic building blocks of the polymers and then to conduct their polymerization in such a way that the phase separation of the polymers formed is prevented, then synergy effects can be observed in the resulting polymer mixture. Properties such as adhesive strength or impact strength often result in significantly higher values than for the individual networks investigated separately (e.g. pure epoxy adhesives). The effect of the technology of the IPN modification of adhesives is therefore the use of synergy effects that only show in the combination of two networks, but cannot be observed in the individual networks. This often resulted in a maximization of desired properties and a possible minimization of undesired properties.
IPNs sind auch aus dem Bereich der Haftklebemassen sowie der strukturellen Haftklebemassen bekannt. IPNs are also known from the field of PSAs and structural PSAs.
EP 0 621 931 B1 beschreibt Hybridklebstoffe, die aus einem Acrylatsirup - einer durch mit einem geringen Umsatz durchgeführten Mischung aus Polyacrylaten gelöst in den restlichen Acrylatmonomeren - und Epoxidmonomeren hergestellt werden, und somit eine simultanes IPN ausbilden. Ein Haftklebstoff kann nur erhalten werden, wenn die Reaktion zum Halten kommt, bevor die vollständige Aushärtung erfolgt ist (B-Zustand). In diesem Zustand muss der Haftklebefilm in der Regel gekühlt gelagert werden, was von Nachteil ist. EP 0 621 931 B1 describes hybrid adhesives which are produced from an acrylate syrup - a mixture of polyacrylates dissolved in the remaining acrylate monomers - and epoxy monomers by means of a low conversion mixture, and thus form a simultaneous IPN. A pressure sensitive adhesive can only be obtained if the reaction stops before it is fully cured (B stage). In this state, the pressure-sensitive adhesive film must generally be stored in a cool place, which is a disadvantage.
WO 2004/060946 beschreibt eine Klebstoffzusammensetzung, die ein Acrylatcopolymer, acrylierte Oligomere und einen Initiator, der eine radikalische Polymerisation startet, umfasst. Es bildet sich ein Semi-IPN, welches zu einer hochtransparenten Klebemasse führt, was durch die Kombination Acrylatcopolymeren mit Acrylatoligomeren erreicht wird. Nachteilig ist, dass diese Formulierungen rein auf Acrylaten basieren, welche teilweise nicht genügend hohe Verklebungsfestigkeiten gewährleisten sowie die Gegebenheit, dass hierbei ähnliche Stoffklassen miteinander kombiniert werden, so dass die Bandbreite der erreichbaren synergistischen Effekte geringer ist als bei unterschiedlichen Stoffklassen. WO 2004/060946 describes an adhesive composition which comprises an acrylate copolymer, acrylated oligomers and an initiator which starts a radical polymerization. A semi-IPN is formed, which leads to a highly transparent adhesive, which is achieved by combining acrylate copolymers with acrylate oligomers. The disadvantage is that these formulations are based purely on acrylates, some of which do not ensure sufficiently high bond strengths and the fact that similar classes of substances are combined with one another, so that the range of achievable synergistic effects is smaller than with different classes of substances.
In der WO 2012/061032 werden Klebemassen offenbart, in denen ein reaktives Isocyanat- Prepolymer in einem Styrolblockcopolymer-Haftkleber dispergiert wurde und dieses Prepolymer nach der Vernetzung mittels Luftfeuchte ein Semi-IPN innerhalb der Haftklebemassephase bildet. Diese Haftklebemassen haben den Nachteil, dass sie von Feuchtigkeit abgeschlossen gelagert werden müssen. WO 2012/061032 discloses adhesives in which a reactive isocyanate prepolymer has been dispersed in a styrene block copolymer pressure-sensitive adhesive and this prepolymer, after crosslinking by means of atmospheric moisture, forms a semi-IPN within the pressure-sensitive adhesive phase. These PSAs have the disadvantage that they have to be stored away from moisture.
EP 1 658 319 B1 beschreibt eine Formmasse, enthaltend ein Gemisch interpenetrierender Polymere mit einer ersten Phase eines vernetzten Isobutenpolymers und einer zweiten Phase eines versteifenden Polymers, das (Meth)acryl- und/oder Vinylaromateneinheiten umfasst, wobei die erste Phase das Reaktionsprodukt eines Isobutenpolymers mit durchschnittlich wenigstens 1 ,4-funktionellen Gruppen im Molekül und eines Vernetzungsmittels mit durchschnittlich wenigstens zwei funktionellen Gruppen im Molekül, die komplementär funktionell zu den funktionellen Gruppen des Isobutenpolymers sind, umfasst. Das IPN kann dabei simultan oder sequentiell - mit der vernetzten Isobutenphase als vorgelegtem Netzwerk - hergestellt werden. Durch die Vernetzung des PIB werden in den Beispielen keine haftklebrigen Formmassen offenbart. EP 1 658 319 B1 describes a molding composition containing a mixture of interpenetrating polymers with a first phase of a crosslinked isobutene polymer and a second phase of a stiffening polymer, the (meth) acrylic and / or vinyl aromatic units comprises, wherein the first phase comprises the reaction product of an isobutene polymer with an average of at least 1,4 functional groups in the molecule and a crosslinking agent with an average of at least two functional groups in the molecule which are complementary to the functional groups of the isobutene polymer. The IPN can be produced simultaneously or sequentially - with the crosslinked isobutene phase as a presented network. Due to the crosslinking of the PIB, the examples do not disclose any pressure-sensitive adhesive molding compositions.
Um die Verträglichkeit der ersten Phase mit der zweiten Phase zu verbessern, wird die Mitverwendung von polymeren Kompatibilisierungsmitteln vorgeschlagen, z.B. Polyethylenglycole. Die polymeren Kompatibilisierungsmittel sind vorzugsweise vernetzt. Das polymere Kompatibilisierungsmittel kann auf diese Weise ein die erste Phase penetrierendes Netzwerk bilden. Nachteilig an dieser Art der Kompatibilisierung ist die hohe Komplexität des nun ternären Systems, die die Steuerung der Eigenschaften erschwert. In order to improve the compatibility of the first phase with the second phase, the use of polymeric compatibilizers, e.g. polyethylene glycols, is proposed. The polymeric compatibilizers are preferably crosslinked. In this way, the polymeric compatibilizing agent can form a network which penetrates the first phase. The disadvantage of this type of compatibilization is the high complexity of the now ternary system, which makes it difficult to control the properties.
In EP 2 160443 B1 wird ein semi-interpenetrierendes Netzwerk mit einer ersten Phase eines linearen unvernetzten Isobutenpolymers und einer zweiten Phase eines vernetzten Polymers offenbart, wobei das vernetzte Polymer durch vernetzende Aufbaureaktion in Gegenwart des Isobutenpolymers erhalten ist, offenbart. In der bevorzugten und mit Beispielen belegten Ausführung wird das vernetzte Polymer durch radikalische Polymerisation ethylenisch ungesättigter Monomere, insbesondere von Styrol und Methacrylaten, erhalten. Jedoch zeigt sich, dass solche Systeme bei Temperaturen ab 80°C deutlich an Festigkeit verlieren. EP 2 160443 B1 discloses a semi-interpenetrating network with a first phase of a linear uncrosslinked isobutene polymer and a second phase of a crosslinked polymer, the crosslinked polymer being obtained by a crosslinking build-up reaction in the presence of the isobutene polymer. In the preferred embodiment, which is documented with examples, the crosslinked polymer is obtained by free-radical polymerization of ethylenically unsaturated monomers, in particular of styrene and methacrylates. However, it has been shown that such systems lose their strength significantly at temperatures above 80 ° C.
Eine gängige Methode zur Schlagzähmodifizierung von hochfesten Reaktivklebstoffen ist die Erzeugung einer zweiphasigen Polymermorphologie mit einer mikroheterodispersen Phase eines thermoplastischen oder elastomeren Polymers mit niedriger Glasübergangs temperatur unter -20°C in einer kontinuierlichen Matrix eines Polymers mit einer hohen Glasübergangstemperatur über 100°C. Es liegen hierbei im Allgemeinen diskrete sphärische Weichphasendomänen mit Durchmessern zwischen 0,1 und 10 pm homogen in der Matrix verteilt vor. A common method for impact modification of high-strength reactive adhesives is the generation of a two-phase polymer morphology with a microheterodisperse phase of a thermoplastic or elastomeric polymer with a low glass transition temperature below -20 ° C in a continuous matrix of a polymer with a high glass transition temperature above 100 ° C. In general, there are discrete spherical soft phase domains with diameters between 0.1 and 10 μm distributed homogeneously in the matrix.
Ein gängiges Verfahren zur Erzeugung solcher zweiphasigen Morphologien z. B. in Epoxidharzklebstoffen ist der Zusatz eines endgruppenmodifizierten, epoxidreaktiven Polybutadien-Co-Acrylnitril-Copolymers zum ungehärteten Epoxidharz. Dabei muss das thermoplastische Polymer im ungehärteten Epoxidharz löslich werden, im Verlauf der Härtungsreaktion jedoch mit dem Epoxidharz-Polymer unverträglich sein, so dass es während der Härtung zur Phasenseparation kommt. Mit Erreichen des Gelpunktes wird der Phasenseparationsprozess gestoppt, so dass das thermoplastische bzw. elastomere Polymer in Form von mikroskopischen sphärischen Domänen in der Epoxidharzmatrix vorliegt. A common method for generating such two-phase morphologies, for. B. in epoxy resin adhesives is the addition of an end-group-modified, epoxy-reactive Polybutadiene-co-acrylonitrile copolymers for uncured epoxy resin. The thermoplastic polymer must be soluble in the uncured epoxy resin, but must be incompatible with the epoxy resin polymer in the course of the curing reaction, so that phase separation occurs during curing. When the gel point is reached, the phase separation process is stopped so that the thermoplastic or elastomeric polymer is present in the epoxy resin matrix in the form of microscopic spherical domains.
In EP 1 456 321 B1 wird ein multiphasiger Reaktivklebstoff vorgeschlagen, bei dem die Bindemittelmatrix des gehärteten Reaktionsklebstoffs eine kontinuierliche Phase bestehend aus einem ggf. vernetzten Polymer (P1) mit einer Glasübergangstemperatur oberhalb von 100°C, vorzugsweise oberhalb von 120°C, aufweist, in der eine hetero disperse Phase bestehend aus einzelnen kontinuierlichen Bereichen eines thermo plastischen oder elastomeren Polymers P2 mit einer Glasübergangstemperatur von weniger als -30°C dispergiert ist. Innerhalb dieser Phase, gebildet durch P2, ist ein weiteres thermoplastisches oder elastomeres Polymer P3 mit einer Glasübergangstemperatur von weniger als -30°C eindispergiert. Weiterhin ist in der kontinuierlichen Phase P1 eine weitere heterodisperse Phase aus Bereichen des thermoplastischen oder elastomeren Polymers P3 mit einer Glasübergangstemperatur von weniger als -30°C dispergiert, wobei P3 nicht identisch ist mit P2. Die kontinuierliche Phase P1 ist bevorzugt ein Epoxidharz. Es werden keine Haftklebemassen beschrieben. EP 1 456 321 B1 proposes a multi-phase reactive adhesive in which the binder matrix of the cured reactive adhesive has a continuous phase consisting of an optionally crosslinked polymer (P1) with a glass transition temperature above 100 ° C, preferably above 120 ° C, in which a hetero disperse phase consisting of individual continuous areas of a thermoplastic or elastomeric polymer P2 with a glass transition temperature of less than -30 ° C. is dispersed. Within this phase, formed by P2, another thermoplastic or elastomeric polymer P3 with a glass transition temperature of less than -30 ° C. is dispersed. Furthermore, a further heterodisperse phase composed of regions of the thermoplastic or elastomeric polymer P3 with a glass transition temperature of less than -30 ° C. is dispersed in the continuous phase P1, with P3 not being identical to P2. The continuous phase P1 is preferably an epoxy resin. No pressure-sensitive adhesives are described.
In DE 10 2004 031 188 A1 und DE 103 615 40 A1 werden Klebemassen, die zumindest aus a) einem säure- oder säureanhydridmodifizierten Vinylaromatenblockcopolymer und b) einer epoxidhaltigen Verbindung bestehen, offenbart. Durch die chemische Vernetzung der Harze mit den Elastomeren werden sehr große Festigkeiten innerhalb des Klebefilms erreicht. Um die Adhäsion zu erhöhen, ist auch der Zusatz von mit dem Elastomerblock der Blockcopolymere verträglichen Klebharzen möglich. Im Wesentlichen wirkt so das Epoxidharz als Vernetzungsagens für die modifizierten Elastomere und bildet allenfalls in geringem Maße eine eigene zweite Phase aus, wodurch diese Systeme weiterhin die generelle Schwäche von Vinylaromatenblockcopolymer-PSAs, nämlich eine geringe Wärmescherfestigkeit, aufzeigen. DE 10 2004 031 188 A1 and DE 103 615 40 A1 disclose adhesives which consist of at least a) an acid- or acid-anhydride-modified vinyl aromatic block copolymer and b) an epoxy-containing compound. Due to the chemical cross-linking of the resins with the elastomers, very high strengths are achieved within the adhesive film. In order to increase the adhesion, it is also possible to add tackifier resins that are compatible with the elastomer block of the block copolymers. Essentially, the epoxy resin acts as a crosslinking agent for the modified elastomers and, at most, forms its own second phase to a small extent, as a result of which these systems continue to show the general weakness of vinyl aromatic block copolymer PSAs, namely a low thermal shear strength.
Die WO 2012/177 337 A1 beschreibt einen UV-vernetzbaren, Epoxide enthaltenden Acrylat-Sirup. Nach der Herstellung des Prepolymers - dem Sirup - mittels UV-aktivierter radikalischer Polymerisation wird dieses mit einem kationischen Photoinitiator und zusätzlich zu den restlichen radikalisch polymerisierbaren Monomeren noch Epoxymonomere gemischt. Der Sirup wird beschichtet und anschließend auf der Bahn radikalisch und kationisch zu Ende polymerisiert und gleichzeitig vernetzt. Dieses Verfahrend sowie das dadurch resultierende Produkt eignet sich nicht zu einer nachträglichen kationischen Vernetzung oder es müssen jeweils der radikalische und der kationische Photoinitiator aufeinander abgestimmt werden, sodass beide durch einen komplett anderen Wellenlängenbereich aktiviert werden. Die Auswahl kommerziell verfügbarer Initiatoren ist jedoch sehr gering. Ein weiterer Nachteil sind zusätzlich die zwar nur als optional beschriebenen aber in jedem Beispiel der Schrift verwendeten säurefunktionalisierten ethylenischen Monomere im Acrylat, da hierdurch die Gefahr der thermischen Initiierung der kationische Polymerisation besteht und die Produkte somit nicht lagerstabil sind. WO 2012/177 337 A1 describes a UV-crosslinkable acrylate syrup containing epoxides. After making the prepolymer - the syrup - using UV-activated For free-radical polymerization, this is mixed with a cationic photoinitiator and, in addition to the remaining free-radically polymerizable monomers, epoxy monomers. The syrup is coated and then radically and cationically polymerized to the end on the web and at the same time crosslinked. This process and the product resulting from it are not suitable for subsequent cationic crosslinking, or the radical and the cationic photoinitiator must be coordinated with one another so that both are activated by a completely different wavelength range. However, the selection of commercially available initiators is very limited. Another disadvantage is the acid-functionalized ethylenic monomers in the acrylate, which are only described as optional but used in each example of the document, since this creates the risk of thermal initiation of the cationic polymerization and the products are therefore not storage-stable.
Es besteht somit ein anhaltender Bedarf an Lösungen, strukturelle Haftklebemassen mit spezifisch eingestellten Adhäsions- und Kohäsionseigenschaften bereitzustellen. There is thus a continuing need for solutions to provide structural PSAs with specifically adjusted adhesion and cohesion properties.
Aufgabe der Erfindung Object of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine strukturelle Haftklebemasse zur Verfügung zu stellen, die aufgrund von ausbalancierten adhäsiven und kohäsiven Eigenschaften zur Vorfixierung unterschiedlicher Fügeteile geeignet ist, ohne dass es zu Ausquetschungen kommt, die die Fügeteile verschmutzen oder zu optischen Defekten führen können. Die strukturelle Haftklebemasse soll Verklebungsfestigkeiten in einer ähnlichen Größenordnung wie bei strukturellen Klebern erreichen. Weiterhin soll ein solcher struktureller Haftklebstoff trotz der vorhandenen Reaktivkomponenten über längere Zeit bei unterschiedlichen Temperaturen sowie unterschiedlichen Luftfeuchtigkeiten über einen längeren Zeitraum lagerstabil sein. The object of the invention is therefore to provide a structural pressure-sensitive adhesive which, owing to its balanced adhesive and cohesive properties, is suitable for prefixing different parts to be joined without squeezing out which can contaminate the parts or lead to optical defects. The structural pressure-sensitive adhesive should achieve bond strengths of a similar order of magnitude as in the case of structural adhesives. Furthermore, despite the reactive components present, such a structural pressure-sensitive adhesive should be storage-stable over a long period of time at different temperatures and different humidity levels.
Lösung der Aufgabe Solution of the task
Überraschenderweise wurde gefunden, dass insbesondere strukturelle Haftklebemassen, wie sie im Anspruch 1 beschrieben sind, besonders geeignet sind, die Aufgabe zu erfüllen. Eine solche erfindungsgemäße strukturelle Haftklebemasse enthält eine Epoxy- funktionalisierte Acrylatmatrix sowie einen Bronsted- oder Lewis-Säure freisetzenden Photoinitiator, wobei als Acrylatmatrix mindestens ein Polyacrylat eingesetzt wird, bestehend aus It has surprisingly been found that, in particular, structural PSAs as described in claim 1 are particularly suitable for achieving the object. Such a structural pressure-sensitive adhesive of the invention contains an epoxy-functionalized acrylate matrix and a Bronsted or Lewis acid-releasing one Photoinitiator, at least one polyacrylate being used as the acrylate matrix, consisting of
(a1) 35 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 45 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 45 bis 70 Gew.-% Acrylsäureester und/oder Methacrylsäureester mit der Formel (I) (a1) 35 to 90% by weight, preferably 45 to 80% by weight, particularly preferably 45 to 70% by weight of acrylic acid esters and / or methacrylic acid esters with the formula (I)
(l), wobei R1 H und/oder -CH3 und R2 lineare und/oder verzweigte Alkylketten mit 1 bis 30 C-Atomen darstellen; (l), where R 1 is H and / or —CH 3 and R 2 are linear and / or branched alkyl chains having 1 to 30 carbon atoms;
(a2) 5 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 25 Gew.-%, olefinisch ungesättigte Monomere mit einer kationisch polymeri sierbaren funktionelle Gruppe, bevorzugt mit einer Epoxid- und/oder Oxetan- gruppe, besonders bevorzugt mit einer 3,4-Epoxycyclohexylgruppe,(a2) 5 to 30% by weight, preferably 10 to 25% by weight, particularly preferably 15 to 25% by weight, of olefinically unsaturated monomers with a cationically polymerizable functional group, preferably with an epoxy and / or oxetane - group, particularly preferably with a 3,4-epoxycyclohexyl group,
(a3) 5 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 25 Gew.-%, /V-Vinyl-substituierte Lactame und (a4) 0 bis 5 Gew.-% mindestens eines Reaktivverdünners, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acrylaten, Methacrylaten und olefinisch ungesättigten Monomeren, die mit den Komponenten (a1) bis (a3) copolymerisierbar sind, wobei sich die Gewichtsanteile auf das Polyacrylat beziehen. (a3) 5 to 30% by weight, preferably 10 to 25% by weight, particularly preferably 15 to 25% by weight, / V-vinyl-substituted lactams and (a4) 0 to 5% by weight of at least one Reactive diluent selected from the group consisting of acrylates, methacrylates and olefinically unsaturated monomers which are copolymerizable with components (a1) to (a3), the proportions by weight being based on the polyacrylate.
Die erfindungsgemäßen strukturellen Haftklebemasseformulierungen umfassen also ein kationisch polymerisierbare funktionelle Gruppen enthaltendes Polyacrylat, kationisch polymerisierbare Reaktivverdünner und einen UV-aktivierbaren Photoinitiator, welcher nach Aktivierung ein Proton freisetzt. Zur Verklebungsfestigkeit trägt dabei insbesondere die chemische Verknüpfung der beiden unterschiedlichen Polymernetzwerke - das schon vorliegende Polyacrylatnetzwerk und das durch die kationische Polymerisation gebildete Epoxynetzwerk - bei, was während der durch das Proton initiierten kationischen Polymerisation geschieht, wobei dennoch die inhärente Haftklebrigkeit des Polyacrylats und die Festigkeit des Epoxynetzwerkes synergistisch kombiniert werden können. Es liegt somit im Gegensatz zum Stand der T echnik nach der Aushärtung kein I PN mehr vor. Durch die Verwendung eines UV-initiierten Härtungsmechanismus wiederum wird die Lagerstabilität gewährleistet. Weiterhin wurde überraschend gefunden, dass es insbesondere hinsichtlich der Lagerstabilität von Vorteil ist, dass das Polyacrylat keine Säurefunktionalitäten enthält und dass stattdessen /V-Vinyllactame wie z.B. /V-Vinyl- pyrrolidon oder /V-Vinylcaprolactam als sowohl kohäsions- als auch adhäsionssteigernde Comonomere verwendet werden. The structural PSA formulations of the invention thus comprise a polyacrylate containing cationically polymerizable functional groups, cationically polymerizable reactive diluents and a UV-activatable photoinitiator which, after activation, releases a proton. In particular, the chemical linkage of the two different polymer networks - the already existing polyacrylate network and the epoxy network formed by the cationic polymerization - contributes to the bond strength, which happens during the cationic polymerization initiated by the proton, although the inherent adhesive strength of the polyacrylate and the strength of the Epoxy network can be combined synergistically. In contrast to the state of the art, there is no longer an I PN after curing. The use of a UV-initiated curing mechanism, in turn, ensures storage stability. Furthermore, it has surprisingly been found that it is advantageous, in particular with regard to storage stability, that the polyacrylate does not contain any Contains acid functionalities and that instead / V-vinyllactams such as / V-vinylpyrrolidone or / V-vinylcaprolactam are used as both cohesion and adhesion-increasing comonomers.
Im Folgenden werden unter dem Begriff „kationisch polymerisierbar funktionelle Gruppen“ alle Epoxid- (Oxiran-) und/oder Oxetangruppen oder mindestens eine dieser funktionellen Gruppen umfassenden Moleküle verstanden, insbesondere 3,4-Epoxycyclohexylgruppen. In the following, the term “cationically polymerizable functional groups” is understood to mean all epoxy (oxirane) and / or oxetane groups or molecules comprising at least one of these functional groups, in particular 3,4-epoxycyclohexyl groups.
Als Polyacrylat wird im Sinne der Erfindung ein Polymer umfassend Monomere aus der Reihe der Acryl- und/oder Methacrylsäureester verstanden. In the context of the invention, a polyacrylate is understood to be a polymer comprising monomers from the series of acrylic and / or methacrylic acid esters.
Als chemische Verknüpfung bzw. Vernetzung der beiden Polymernetzwerke wird im Rahmen dieser Schrift eine solche Reaktion zwischen Polymer-Makromolekülen verstanden, bei der zwischen diesen Makromolekülen zusätzlich zu den schon bestehenden ein weiteres dreidimensionales Netzwerk ausgebildet wird. Im erfindungsgemäßen Sinne wird dies durch den Einsatz aktinischer (energiereicher) Strahlung, wie etwa ultraviolette Strahlen, Elektronenstrahlen oder radioaktiven Strahlen erzielt. Die Initiierung der Vernetzung durch thermische Energie ist unerwünscht, da ansonsten die Lagerstabilität der erfindungsgemäßen strukturellen Haftklebemassen nicht gewährleistet ist, jedoch kann nach der Aktivierung der kationischen Polymerisation durch aktinische Strahlung, was gleichzeitig auch zur Vernetzung der Epoxymatrix mit dem kationisch polymerisierbare Gruppen enthaltenden Polyacrylat führt, die thermische Energie zur Erhöhung der Effizienz der Vernetzungsreaktion und der Polymerisation genutzt werden. Weiterhin können zusätzlich noch durch mechanische Beeinflussung (wie etwa Ultraschall) oder durch exotherme Reaktionsabläufe im Reaktionssystem eine Erhöhung der Effizienz erzielt werden. In the context of this document, a chemical linkage or crosslinking of the two polymer networks is understood to be a reaction between polymer macromolecules in which a further three-dimensional network is formed between these macromolecules in addition to the already existing ones. In the sense of the invention, this is achieved through the use of actinic (high-energy) radiation, such as ultraviolet rays, electron beams or radioactive rays. The initiation of the crosslinking by thermal energy is undesirable, since otherwise the storage stability of the structural PSAs of the invention is not guaranteed, but after the activation of the cationic polymerization by actinic radiation, which at the same time also leads to the crosslinking of the epoxy matrix with the polyacrylate containing cationically polymerizable groups, the thermal energy can be used to increase the efficiency of the crosslinking reaction and the polymerization. Furthermore, an increase in efficiency can also be achieved through mechanical influences (such as ultrasound) or through exothermic reaction processes in the reaction system.
Als strukturelle Haftklebemassenformulierungen werden erfindungsgemäß Mischungen und Zusammensetzungen verstanden, die zumindest vernetzbare (unvernetzte und/oder teilvernetzte, weiter vernetzbare) haftklebrige Polyacrylate, ggf. weitere Polymere und kationische polymerisierbare Monomere, wobei nach einer Polymerisation und der gleichzeitig ablaufenden Vernetzung dieser Zubereitungen vernetzte Polymersysteme vorliegen, die als strukturelle Haftklebmassen geeignet sind. Unter einer Haftklebemasse wird in dieser Schrift wie im allgemeinen Sprachgebrauch üblich ein Stoff verstanden, der - insbesondere bei Raumtemperatur - dauerhaft klebrig sowie klebfähig ist (im Rahmen dieser Schrift als „haftklebrig“ oder auch als „selbstklebrig“ bezeichnet). Charakteristisch für eine Haftklebemasse ist, dass sie durch Druck auf ein Substrat aufgebracht werden kann und dort haften bleibt. Abhängig von der genauen Art des Haftklebstoffs, der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit sowie des Substrats kann die Einwirkung eines kurzfristigen, minimalen Drucks hinreichend sein, der über eine leichte Berührung für einen kurzen Moment nicht hinausgeht, um den Haftungseffekt zu erzielen, in anderen Fällen kann auch eine längerfristige Einwirkdauer eines hohen Drucks notwendig sein. Haftklebstoffe haben besondere, charakteristische viskoelastische Eigenschaften, die zu der dauerhaften Klebrigkeit und Klebfähigkeit führen. Kennzeichnend für sie ist, dass es, wenn sie mechanisch deformiert werden, sowohl zu viskosen Fließprozessen als auch zum Aufbau elastischer Rückstellkräfte kommt. Beide Prozesse stehen hinsichtlich ihres jeweiligen Anteils in einem bestimmten Verhältnis zueinander, abhängig sowohl von der genauen Zusammensetzung, der Struktur und dem Vernetzungsgrad des zu betrachtenden Haftklebstoffes als auch von der Geschwindigkeit und Dauer der Deformation sowie von der Temperatur. Structural PSA formulations are understood according to the invention to mean mixtures and compositions which are at least crosslinkable (uncrosslinked and / or partially crosslinked, further crosslinkable) pressure-sensitively adhesive polyacrylates, optionally further polymers and cationic polymerizable monomers, with crosslinked polymer systems being present after polymerization and the simultaneous crosslinking of these preparations, which are suitable as structural pressure-sensitive adhesives. In this document, a pressure-sensitive adhesive is understood, as is customary in common parlance, to be a substance which - especially at room temperature - is permanently tacky and tacky (referred to as “pressure-sensitive adhesive” or also as “self-adhesive” in the context of this document). It is characteristic of a pressure-sensitive adhesive that it can be applied to a substrate by pressure and remains adhered there. Depending on the exact type of pressure-sensitive adhesive, the temperature and humidity as well as the substrate, short-term, minimal pressure, which does not go beyond a light touch for a brief moment, can be sufficient to achieve the adhesive effect; in other cases, too Long-term exposure to high pressure may be necessary. Pressure-sensitive adhesives have special, characteristic viscoelastic properties that lead to permanent tack and adhesiveness. They are characterized by the fact that when they are mechanically deformed, both viscous flow processes and the build-up of elastic restoring forces occur. Both processes are related to one another in terms of their respective proportions, depending on the exact composition, structure and degree of crosslinking of the pressure-sensitive adhesive under consideration as well as on the speed and duration of the deformation and on the temperature.
Der nach der Aushärtung erhaltende strukturelle Haftklebstoff hingegen erreicht sehr hohe Schälwiderstände, die Größenordnungen wie ein struktureller Kleber aufzeigen können. The structural pressure-sensitive adhesive obtained after curing, on the other hand, achieves very high peel resistances, which can be of the order of magnitude of a structural adhesive.
Vor der Aushärtung kann die erfindungsgemäße strukturelle Haftklebemasse wie eine konventionelle Haftklebemasse in der Form eines ein- oder doppelseitigen Klebebandes, einer Klebebandrolle, eines Transferklebebandes, eines Stanzlings und weiteren dem Fachmann geläufigen Ausführungsformen appliziert werden. Before curing, the structural pressure-sensitive adhesive of the invention, like a conventional pressure-sensitive adhesive, can be applied in the form of a single-sided or double-sided adhesive tape, a roll of adhesive tape, an adhesive transfer tape, a die cut and other embodiments familiar to the person skilled in the art.
Die Aktivierung mittels aktinischer Strahlung, insbesondere von UV-Strahlung, kann vor oder nach dem Applizieren auf den Fügeteilen erfolgen. Bei UV-transparenten Substraten kann die Aktivierung auch nach Applikation in der Klebefuge erfolgen. Activation by means of actinic radiation, in particular UV radiation, can take place before or after application to the parts to be joined. In the case of UV-transparent substrates, activation can also take place after application in the adhesive joint.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine strukturelle Haftklebemasse umfassend eine Epoxy-funktionalisierte Acrylatmatrix, kationisch polymerisierbare Epoxymonomere sowie einen eine Bnansted- oder Lewis-Säure freisetzenden Photoinitiator. Die strukturelle Haftklebemasse ist aufgrund der photochemisch induzierten Polymerisation der Epoxymonomere auch bei erhöhten Lagertemperaturen stabil und zeigt überraschenderweise durch die gleichzeitig stattfindende Vernetzung über die Epoxy- gruppen der Polyacrylatmatrix eine Synergie zwischen der Acrylat- und der Epoxidmatrix. Dies äußert sich darin, dass die strukturelle Haftklebmasse vor der Belichtung mit UV- oder anderer aktinischer Strahlung die haftklebrigen Eigenschaften des Polyacrylats und nach Bestrahlung die strukturelle Festigkeit eines Epoxidklebers aufweist. Ein weiterer Vorteil der kationischen Polymerisation sowie der gleichzeitig stattfindenden Vernetzungsreaktion ist, dass die Reaktion nach Initiierung auch in Abwesenheit von Licht und somit direkt in der Fügestelle weiter reagieren kann und im Gegensatz zu einem radikalischen Mechanismus hierdurch auch die Aushärtung von Schichtdicken bis zu 1 mm möglich ist. The present invention describes a structural pressure-sensitive adhesive comprising an epoxy-functionalized acrylate matrix, cationically polymerizable epoxy monomers and a Bnansted or Lewis acid releasing photoinitiator. Owing to the photochemically induced polymerization of the epoxy monomers, the structural pressure-sensitive adhesive is stable even at elevated storage temperatures and surprisingly shows a synergy between the acrylate and the epoxy matrix due to the simultaneous crosslinking via the epoxy groups of the polyacrylate matrix. This is expressed in the fact that the structural pressure-sensitive adhesive has the pressure-sensitive adhesive properties of the polyacrylate before exposure to UV or other actinic radiation and the structural strength of an epoxy adhesive after irradiation. Another advantage of the cationic polymerization and the simultaneous crosslinking reaction is that after initiation the reaction can continue to react even in the absence of light and thus directly in the joint and, in contrast to a radical mechanism, this also enables the hardening of layer thicknesses of up to 1 mm is.
Polyacrylatmatrix Polyacrylate matrix
Die Basis der strukturellen Haftklebemassen sowie die strukturellen Haftklebebänder bestehend aus den zuvor genannten Haftklebemassen, die mittels des erfindungs gemäßen Verfahrens hergestellt werden, umfasst alle dem Fachmann bekannten Polyacrylate und/oder Mischungen enthaltend mindestens ein Polyacrylat, die zur Herstellung von Haftklebemassen geeignet sind. Besonders bevorzugt sind Polyacrylate umfassend mindestens ein Comonomer mit einer kationisch polymerisierbaren Gruppen sowie Mischungen umfassend mindestens eines der eben genannten Polyacrylate. The basis of the structural pressure-sensitive adhesives and the structural pressure-sensitive adhesive tapes consisting of the aforementioned pressure-sensitive adhesives, which are produced by means of the process according to the invention, comprises all polyacrylates known to the person skilled in the art and / or mixtures comprising at least one polyacrylate which are suitable for producing pressure-sensitive adhesives. Particularly preferred are polyacrylates comprising at least one comonomer with a cationically polymerizable group and mixtures comprising at least one of the polyacrylates just mentioned.
In einer besonders bevorzugten Variante wird als Matrix der UV-vernetzbaren strukturellen Haftklebemassen Polyacrylate eingesetzt, bestehend aus (a1) 35 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 45 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 45 bis 70 Gew.-% Acrylsäureester und/oder Methacrylsäureester mit der Formel (I) wobei R1 H und/oder -CH3 und R2 lineare und/oder verzweigte Alkylketten mit 1 bis 30 C-Atomen darstellen; In a particularly preferred variant, the matrix used for the UV-crosslinkable structural pressure-sensitive adhesives is polyacrylates, consisting of (a1) 35 to 90% by weight, preferably 45 to 80% by weight, particularly preferably 45 to 70% by weight, and acrylic acid esters / or methacrylic acid ester with the formula (I) where R 1 H and / or -CH 3 and R 2 represent linear and / or branched alkyl chains with 1 to 30 carbon atoms;
(a2) 5 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 25 Gew.- % olefinisch ungesättigte Monomere mit einer kationisch polymerisierbaren funktionelle Gruppen, bevorzugt mit Epoxid- und/oder Oxetangruppen, besonders bevorzugt mit einer 3,4-Epoxycyclohexylgruppe, (a2) 5 to 30% by weight, preferably 10 to 25% by weight, particularly preferably 15 to 25% by weight, of olefinically unsaturated monomers with a cationically polymerizable one functional groups, preferably with epoxy and / or oxetane groups, particularly preferably with a 3,4-epoxycyclohexyl group,
(a3) 5 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 25 Gew.- % /V-Vinyl-substituierte Lactame und (a3) 5 to 30% by weight, preferably 10 to 25% by weight, particularly preferably 15 to 25% by weight / V-vinyl-substituted lactams and
(a4) optional weitere Acrylate und/oder Methacrylate und/oder olefinisch ungesättigte Monomere (0 bis 5 Gew.-%), die mit den Komponenten (a1) bis (a3) copolymerisierbar sind und optional eine funktionelle aufweisen, die zu keiner thermischen kationischen Polymerisation der Epoxymonomere führt. (a4) optionally further acrylates and / or methacrylates and / or olefinically unsaturated monomers (0 to 5% by weight) which are copolymerizable with components (a1) to (a3) and optionally have a functional one that does not give rise to any thermal cationic Polymerization of the epoxy monomers leads.
Die Gewichtsangaben beziehen sich auf das Polymer. The weight data relate to the polymer.
Vorzugsweise werden für die Monomere (a1) Acrylmomonere, umfassend Acryl- und Methacrylsäureester mit Alkylgruppen, bestehend aus 1 bis 14 C-Atomen, eingesetzt. Spezifische Beispiele, ohne sich durch diese Aufzählung einschränken zu wollen, sind Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, n- Pentyl(meth)acrylat, n-Hexyl(meth)acrylat, n-Heptylacrylat, n-Octylacrylat, n-Nonylacrylat, Laurylacrylat, Stearyl(meth)acrylat, Behenylacrylat, und deren verzweigten Isomere, wie z.B. 2-Ethylhexylacrylat, 2-Propylhexylacrylat. Weitere einzusetzende Verbindungs klassen, die ebenfalls in geringen Mengen unter (a1) hinzugesetzt werden können, sind Cyclohexyl(meth)acrylat und lsobornyl(meth)acrylat. For the monomers (a1), preference is given to using acrylic monomers comprising acrylic and methacrylic acid esters with alkyl groups consisting of 1 to 14 carbon atoms. Specific examples, without wishing to be restricted by this list, are methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, n-pentyl (meth) acrylate, n-hexyl (meth) acrylate, n-heptyl acrylate, n-octyl acrylate, n-nonyl acrylate, lauryl acrylate, stearyl (meth) acrylate, behenyl acrylate, and their branched isomers, such as, for example, 2-ethylhexyl acrylate, 2-propylhexyl acrylate. Further classes of compounds to be used, which can also be added in small amounts under (a1), are cyclohexyl (meth) acrylate and isobornyl (meth) acrylate.
Vorzugsweise werden für die Monomere (a2) Monomere der Formel (II) verwendet wobei R3 H oder -CH3, X -NR5- oder -O- , R5 H oder -CH3 und R4 eine Epoxy- funktionalisierte (Hetero)hydrocarbylgruppe darstellen. Preference is given to using monomers of the formula (II) for the monomers (a2) where R 3 H or -CH 3 , X -NR 5 - or -O-, R 5 H or -CH 3 and R 4 represent an epoxy-functionalized (hetero) hydrocarbyl group.
Weiter bevorzugt umfasst die Gruppe R4 lineare, verzweigte, cyclische oder polycyclische Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 30 Kohlenstoffatomen, welche mit einer Epoxygruppe funktionalisiert sind. Besonders bevorzugt umfasst die Gruppe R4 3 bis 10 Kohlenstoff atome, wie beispielsweise Glycidyl(meth)acrylat. Noch besonders bevorzugter sind 3,4- Epoxycyclohexyl-substitituierte Monomere wie beispielsweise 3,4-Epoxycyclohexylmethyl- (meth)acrylat, Vorzugsweise werden als (a3) /V-Vinyllactame eingesetzt, besonders bevorzugt sind N- Vinylpyrrolidon, /V-Vinylpiperidon und /V-Vinylcaprolactam. Ebenfalls erfinderisch von der Gruppe (a3) umfasst sind Monomere wie /V-Vinylformamid, /\/-Methyl-/\/-vinylacetamid und /V-Vinylphthalimid. The group R 4 more preferably comprises linear, branched, cyclic or polycyclic hydrocarbons having 2 to 30 carbon atoms, which are functionalized with an epoxy group. The group R 4 particularly preferably comprises 3 to 10 carbon atoms, such as, for example, glycidyl (meth) acrylate. 3,4-epoxycyclohexyl-substituted monomers such as, for example, 3,4-epoxycyclohexylmethyl (meth) acrylate, are even more preferred, Preference is given to using / V-vinyllactams as (a3), N-vinylpyrrolidone, / V-vinylpiperidone and / V-vinylcaprolactam are particularly preferred. Monomers such as / V-vinylformamide, / \ / - methyl - / \ / - vinylacetamide and / V-vinylphthalimide are likewise included according to the invention in group (a3).
Vorzugsweise werden für die optionalen Monomere (a4) beispielsweise Benzyl- (meth)acrylat, Phenyl(meth)acrylat, te/f-Butylphenyl(meth)acrylat, Phenoxyethyl(meth)- acrlylat, 2-Butoxyethyl(meth)acrylat, /V,/V-Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, L/,/V-Diethyl- aminoethyl(meth)acrylat, Tetrahydrofufurylacrylat, Hydroxyethyl(meth)acrylat, 3-Hydroxy- propyl(meth)acrylat, 4-Hydroxybutyl(meth)acrylat, 6-Hydroxyhexyl(meth)acrylat, Cyano- ethyl(meth)acrylat, Allylalkohol, Acrylamid, N-tert- Butylacrylamid, /\/-Methylol(meth)acryl- amid, /\/-(Butoxymethyl)methacrylamid, /\/-(Ethoxymethyl)acrylamid, /V-Isopropylacrylamid, Styrol, Methylstyrol und 3,4-Dimethoxystyrol verwendet, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist. For the optional monomers (a4), preference is given to, for example, benzyl (meth) acrylate, phenyl (meth) acrylate, te / f-butylphenyl (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrlylate, 2-butoxyethyl (meth) acrylate, / V , / V-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, L /, / V-diethylaminoethyl (meth) acrylate, tetrahydrofufurylacrylate, hydroxyethyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, 6-hydroxyhexyl (meth) acrylate, cyanoethyl (meth) acrylate, allyl alcohol, acrylamide, N-tert-butyl acrylamide, / \ / - methylol (meth) acrylamide, / \ / - (butoxymethyl) methacrylamide, / \ / - (Ethoxymethyl) acrylamide, / V-isopropylacrylamide, styrene, methylstyrene and 3,4-dimethoxystyrene are used, this list not being exhaustive.
Zur Polymerisation werden die Monomere dermaßen gewählt, dass die resultierenden Polymere als Haftklebemassen eingesetzt werden können, insbesondere derart, dass die resultierenden Polymere haftklebende Eigenschaften entsprechend dem "Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology" von Donatas Satas (van Nostrand, New York 1989) besitzen. For the polymerization, the monomers are chosen so that the resulting polymers can be used as pressure-sensitive adhesives, in particular such that the resulting polymers have pressure-sensitive adhesive properties according to the "Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology" by Donatas Satas (van Nostrand, New York 1989).
Die Glasübergangstemperatur To des Polyacrylats ergibt sich aus der Art und Menge der jeweiligen Comonomere und ergibt sich rechnerisch aus der Fox-Gleichung (G1) (vgl. T.G. Fox, Bull. Am. Phys. Soc. 1956, 1, 123). The glass transition temperature To of the polyacrylate results from the type and amount of the respective comonomers and is calculated from the Fox equation (G1) (cf. TG Fox, Bull. Am. Phys. Soc. 1956, 1, 123).
Hierin repräsentiert n die Laufzahl über die eingesetzten Monomere, Wn den Massenanteil des jeweiligen Monomers n (Gew.-%) und Tc,n die jeweilige Glasübergangstemperatur des Homopolymers aus den jeweiligen Monomeren n in K. Here, n represents the running number over the monomers used, W n the mass fraction of the respective monomer n (% by weight) and Tc , n the respective glass transition temperature of the homopolymer from the respective monomers n in K.
Üblicherweise werden die Comonomere einer Haftklebemasse so gewählt, dass die Glasübergangstemperatur der Polymere unterhalb der Anwendungstemperatur, bevorzugt bei TG s 15 °C liegt. Aufgrund der Möglichkeit Epoxidmonomerer einzusetzen, welche im unvernetzten Zustand als Weichmacher wirken, kann die resultierende Glasübergangstemperatur der erfindungsgemäßen Polyacrylatmatrix der strukturellen Haftklebemasse die für Haftklebemassen typischen Glasübergangstemperaturen deutlich überschreiten. Dennoch ist die Comonomerzusammensetzung der erfindungsgemäßen Polyacrylatmatrix so gewählt, dass die Glasübergangstemperatur TG S 40 °C, bevorzugt TG < 30 °C liegt. The comonomers of a PSA are usually chosen so that the glass transition temperature of the polymers is below the application temperature, preferably T G s 15 ° C. Due to the possibility of using epoxy monomers, which in the act as a plasticizer in the uncrosslinked state, the resulting glass transition temperature of the inventive polyacrylate matrix of the structural pressure-sensitive adhesive can markedly exceed the glass transition temperatures typical for pressure-sensitive adhesives. Nevertheless, the comonomer composition of the polyacrylate matrix according to the invention is chosen such that the glass transition temperature T G S is 40.degree. C., preferably T G <30.degree.
Zur Herstellung der Polyacrylathaftklebemassen werden vorteilhaft konventionelle radikalische Polymerisationen oder kontrollierte radikalische Polymerisationen durchgeführt. Für die radikalisch verlaufenden Polymerisationen werden bevorzugt Initiatorsysteme eingesetzt, die zusätzlich weitere radikalische Initiatoren zur Polymerisation enthalten, insbesondere thermisch zerfallende radikalbildende Azo- oder Peroxoinitiatoren. Prinzipiell eignen sich jedoch alle für Acrylate und/oder Methacrylate dem Fachmann geläufigen, üblichen Initiatoren. Die Produktion von C-zentrierten Radikalen ist im Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Vol. E 19a, S. 60-147, beschrieben. Diese Methoden werden in bevorzugter weise in Analogie angewendet. To produce the polyacrylate PSAs, it is advantageous to carry out conventional free-radical polymerizations or controlled free-radical polymerizations. For the free-radical polymerizations, preference is given to using initiator systems which additionally contain further free-radical initiators for the polymerization, in particular thermally decomposing free-radical-forming azo or peroxo initiators. In principle, however, all customary initiators familiar to the person skilled in the art for acrylates and / or methacrylates are suitable. The production of C-centered radicals is described in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Vol. E 19a, pp. 60-147. These methods are preferably used in analogy.
Beispiele für Radikalquellen sind Peroxide, Hydroperoxide und Azoverbindungen. Als einige nicht ausschließliche Beispiele für typische Radikalinitiatoren seien hier genannt Kaliumperoxodisulfat, Dibenzoylperoxid, Cumolhydroperoxid, Cyclohexanonperoxid, Di- tert- butylperoxid, Azobisiisobutyronitril, Cyclohexylsulfonylacetylperoxid, Diisopropyl- percarbonat, te/f-Butylperoktoat, Benzpinacol. Besonders bevorzugt wird als radikalischer Initiator 2, 2'-Azobis(2-methylbutyronitril) (Vazo 67™ der Fa. DuPont) verwendet. Examples of radical sources are peroxides, hydroperoxides and azo compounds. Some non-exclusive examples of typical free radical initiators are potassium peroxodisulfate, dibenzoyl peroxide, cumene hydroperoxide, cyclohexanone peroxide, di-tert-butyl peroxide, azobisisobutyronitrile, cyclohexylsulfonylacetyl peroxide, diisopropyl percarbonate, benzopinacolate, benzopinacolate. The free-radical initiator used is particularly preferably 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile) (Vazo 67 ™ from DuPont).
Die zahlenmittleren Molekulargewichte Mn der bei der radikalischen Polymerisation entstehenden Haftklebemassen werden sehr bevorzugt derart gewählt, dass sie in einem Bereich von 20.000 bis 2.000.000 g/mol liegen; bevorzugt werden Haftklebemassen mit gewichtsmittleren Molekulargewichten Mw von 200.000 bis 20.000.000 g/mol hergestellt. Die Bestimmung des mittleren Molekulargewichtes erfolgt über Gelpermeations chromatographie (GPC). The number average molecular weights M n of the PSAs formed in the free radical polymerization are very preferably chosen such that they are in a range from 20,000 to 2,000,000 g / mol; PSAs with weight-average molecular weights M w of 200,000 to 20,000,000 g / mol are preferably produced. The average molecular weight is determined using gel permeation chromatography (GPC).
Die Polymerisation kann in Substanz, in Gegenwart eines oder mehrerer organischer Lösungsmittel, in Gegenwart von Wasser oder in Gemischen aus organischen Lösungsmitteln und Wasser durchgeführt werden. Es wird dabei angestrebt, die verwendete Lösungsmittelmenge so gering wie möglich zu halten. Geeignete organische Lösungsmittel sind reine Alkane (z. B. Hexan, Heptan, Octan, Isooctan), aromatische Kohlenwasserstoffe (z. B. Benzol, Toluol, Xylol), Ester (z.B. Essigsäureethylester, Essig säurepropyl-, -butyl- oder -hexylester), halogenierte Kohlenwasserstoffe (z. B. Chlorbenzol), Alkanole (z. B. Methanol, Ethanol, Ethylenglycol, Ethylenglycolmonomethyl- ether), Ketone (z. B. Aceton, Butanon) und Ether (z. B. Diethylether, Dibutylether) oder Gemische davon. Die wässrigen Polymerisationsreaktionen können mit einem mit Wasser mischbaren oder hydrophilen Colösungsmittel versetzt werden, um zu gewährleisten, dass das Reaktionsgemisch während des Monomerumsatzes in Form einer homogenen Phase vorliegt. Vorteilhaft verwendbare Colösungsmittel für die vorliegende Erfindung werden gewählt aus der folgenden Gruppe, bestehend aus aliphatischen Alkoholen, Glycolen, Ethern, Glycolethern, Pyrrolidinen, /V-Alkylpyrrolidinonen, /V-Alkylpyrrolidonen, Polyethylenglycolen, Polypropylenglycolen, Amiden, Carbonsäuren und Salzen davon, Estern, Organosulfiden, Sulfoxiden, Sulfonen, Alkoholderivaten, Hydroxyetherderivaten, Aminoalkoholen, Ketonen und dergleichen, sowie Derivaten und Gemischen davon. The polymerization can be carried out in bulk, in the presence of one or more organic solvents, in the presence of water or in mixtures of organic solvents and water. The aim is to keep the amount of solvent used as low as possible. Suitable organic Solvents are pure alkanes (e.g. hexane, heptane, octane, isooctane), aromatic hydrocarbons (e.g. benzene, toluene, xylene), esters (e.g. ethyl acetate, propyl, butyl or hexyl acetate), halogenated Hydrocarbons (e.g. chlorobenzene), alkanols (e.g. methanol, ethanol, ethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether), ketones (e.g. acetone, butanone) and ethers (e.g. diethyl ether, dibutyl ether) or mixtures thereof . The aqueous polymerization reactions can be mixed with a water-miscible or hydrophilic cosolvent in order to ensure that the reaction mixture is in the form of a homogeneous phase during the monomer conversion. Advantageously usable cosolvents for the present invention are selected from the following group consisting of aliphatic alcohols, glycols, ethers, glycol ethers, pyrrolidines, / V-alkylpyrrolidinones, / V-alkylpyrrolidones, polyethylene glycols, polypropylene glycols, amides, carboxylic acids and salts thereof, esters, Organosulfides, sulfoxides, sulfones, alcohol derivatives, hydroxyether derivatives, amino alcohols, ketones and the like, as well as derivatives and mixtures thereof.
Die Polymerisationszeit beträgt - je nach Umsatz und Temperatur - zwischen 4 und 72 Stunden. Je höher die Reaktionstemperatur gewählt werden kann, das heißt, je höher die thermische Stabilität des Reaktionsgemisches ist, desto geringer kann die Reaktionsdauer gewählt werden. The polymerization time is - depending on the conversion and temperature - between 4 and 72 hours. The higher the reaction temperature that can be chosen, that is to say the higher the thermal stability of the reaction mixture, the shorter the reaction time that can be chosen.
Zur Initiierung der Polymerisation ist für die thermisch zerfallenden Initiatoren der Eintrag von Wärme essentiell. Die Polymerisation kann für die thermisch zerfallenden Initiatoren durch Erwärmen auf 50 bis 160 °C, je nach Initiatortyp, initiiert werden. To initiate the polymerization, the introduction of heat is essential for the thermally decomposing initiators. For the thermally decomposing initiators, the polymerization can be initiated by heating to 50 to 160 ° C., depending on the type of initiator.
Zur Radikalstabilisierung werden in günstiger Vorgehensweise Nitroxide eingesetzt, wie z. B. (2,2,5,5-Tetramethyl-1-pyrrolidinyl)oxyl (PROXYL), (2,2,6,6-Tetramethyl-1-piperi- dinyl)oxyl (TEMPO), Derivate des PROXYLs oder des TEMPOs und weitere dem Fachmann geläufige Nitroxide. For radical stabilization, nitroxides are used in a favorable procedure, such as. B. (2,2,5,5-Tetramethyl-1-pyrrolidinyl) oxyl (PROXYL), (2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyl) oxyl (TEMPO), derivatives of PROXYL or TEMPO and other nitroxides familiar to the person skilled in the art.
Eine Reihe weiterer Polymerisationsmethoden, nach denen die Klebemassen in alternativer Vorgehensweise hergestellt werden können, lassen sich aus dem Stand der Technik wählen: WO 96/24620 A1 beschreibt ein Polymerisationsverfahren, bei dem sehr spezielle Radikalverbindungen wie z. B. phosphorhaltige Nitroxide, die auf Imidazolidin basieren, eingesetzt werden. WO 98/44008 A1 offenbart spezielle Nitroxyle, die auf Morpholinen, Piperazinonen und Piperazindionen basieren. DE 199 49 352 A1 beschreibt heterocyclische Alkoxyamine als Regulatoren in kontrolliert radikalischen Polymeri sationen. A number of other polymerization methods, according to which the adhesives can be produced in an alternative procedure, can be selected from the prior art: WO 96/24620 A1 describes a polymerization process in which very specific radical compounds such as. B. phosphorus-containing nitroxides based on imidazolidine can be used. WO 98/44008 A1 discloses special nitroxyls based on morpholines, piperazinones and piperazinediones. DE 199 49 352 A1 describes heterocyclic alkoxyamines as regulators in controlled radical polymerizations.
Als weitere kontrollierte Polymerisationsmethode lässt sich in vorteilhafter Weise zur Synthese von Blockcopolymeren die Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) einsetzen, wobei als Initiator bevorzugt monofunktionelle oder difunktionelle sekundäre oder tertiäre Halogenide und zur Abstraktion des(r) Halogenids(e) Cu-, Ni-, Fe-, Pd-, Pt-, Ru-, Os-, Rh-, Co-, Ir-, Ag- oder Au-Komplexe eingesetzt werden. Die unterschiedlichen Möglichkeiten der ATRP sind ferner in den Schriften der US 5,945,491 A, der US 5,854,364 A und der US 5,789,487 A beschrieben. Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) can advantageously be used as a further controlled polymerization method for the synthesis of block copolymers, the initiator preferably being monofunctional or difunctional secondary or tertiary halides and for the abstraction of the halide (s) Cu, Ni , Fe, Pd, Pt, Ru, Os-, Rh, Co, Ir, Ag or Au complexes can be used. The different possibilities of ATRP are also described in the documents of US Pat. No. 5,945,491 A, US Pat. No. 5,854,364 A and US Pat. No. 5,789,487 A.
Als sehr bevorzugter Herstellprozess wird eine Variante der RAFT-Polymerisation (reversible addition-fragmentation Chain transfer polymerization) durchgeführt. Der Polymerisationsprozess ist z. B. in den Schriften WO 98/01478 A1 und WO 99/31144 A1 ausführlich beschrieben. Zur Herstellung eignen sich besonders vorteilhaft Trithiocarbonate der allgemeinen Struktur R"'-S-C(S)-S-R"' ( Macromolecules 2000, 33, 243-245). A variant of the RAFT polymerization (reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization) is carried out as a very preferred preparation process. The polymerization process is e.g. B. described in detail in the documents WO 98/01478 A1 and WO 99/31144 A1. Trithiocarbonates of the general structure R "'- S-C (S) -S-R"' (Macromolecules 2000, 33, 243-245) are particularly advantageously suitable for the preparation.
In einer sehr vorteilhaften Variante werden beispielsweise die Trithiocarbonate (TTC1) und (TTC2) oder die Thioverbindungen (THI1) und (THI2) zur Polymerisation eingesetzt, wobei F ein Phenylring, der unfunktionalisiert oder durch Alkyl- oder Arylsubstituenten, die direkt oder über Ester- oder Etherbrücken verknüpft sind, funktionalisiert sein kann, eine Cyanogruppe oder ein gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Rest sein kann. Der Phenylring F kann optional einen oder mehrere Polymerblöcke, beispielsweise Polybutadien, Polyisopren, Polychloropren oder Poly(meth)acrylat, das entsprechend der Definition für P(A) oder P(B) aufgebaut sein kann, oder Polystyrol tragen, um nur einige zu nennen. Funktionalisierungen können beispielsweise Halogene, Hydroxygruppen, Epoxidgruppen, Stickstoff- oder schwefelenthaltende Gruppen sein, ohne dass diese Aufzählung Anspruch auf Vollständigkeit erhebt. (THl 1) <TH! 2) In a very advantageous variant, for example, the trithiocarbonates (TTC1) and (TTC2) or the thio compounds (THI1) and (THI2) are used for the polymerization, where F is a phenyl ring that is unfunctionalized or by alkyl or aryl substituents that are directly or via ester or ether bridges are linked, can be functionalized, can be a cyano group or a saturated or unsaturated aliphatic radical. The phenyl ring F can optionally carry one or more polymer blocks, for example polybutadiene, polyisoprene, polychloroprene or poly (meth) acrylate, which can be constructed according to the definition for P (A) or P (B), or polystyrene, to name just a few . Functionalizations can be, for example, halogens, hydroxyl groups, epoxy groups, nitrogen or sulfur-containing groups, without this list claiming to be exhaustive. (THl 1) <TH! 2)
In Verbindung mit den oben genannten kontrolliert radikalisch verlaufenden Polymerisationen werden Initiatorsysteme bevorzugt, die zusätzlich weitere radikalische Initiatoren zur Polymerisation enthalten, insbesondere die schon zuvor aufgezählten thermisch zerfallenden radikalbildenden Azo- oder Peroxoinitiatoren. Prinzipiell eignen sich hierfür jedoch alle für Acrylate und/oder Methacrylate bekannten üblichen Initiatoren. Weiterhin können auch Radikalquellen verwendet werden, die erst unter UV-Bestrahlung Radikale freisetzen. In connection with the above-mentioned controlled radical polymerizations, preference is given to initiator systems which additionally contain further radical initiators for the polymerization, in particular the thermally decomposing radical-forming azo or peroxo initiators listed above. In principle, however, all of the customary initiators known for acrylates and / or methacrylates are suitable for this. It is also possible to use radical sources which only release radicals under UV irradiation.
Kationisch polymerisierbare Reaktivverdünner Cationically polymerizable reactive diluents
Die kationisch polymerisierbare Reaktivverdünner weisen mindestens eine polymeriserbare funktionelle Gruppe auf und umfassen cyklische Ether wie beispielsweise Epoxide (Oxirane, 1 ,2-Epoxid), 1,3- (Oxetane) und 1 ,4-cyklische Ether (1,3- und 1,4- Epoxide) sowie Alkylvinylether, Styrol, p-Methylstyrol, Divinylbenzol, /V-Vinyl-substituierte Verbindungen, 1 -Alkylolefine (a-Olefine), Lactame und cyklische Acetale. Bevorzugt sind Epoxide und Oxetane, besonders bevorzugt sind 3,4-Epoxycycohexyl-funktionalisierte Monomere. The cationically polymerizable reactive diluents have at least one polymerizable functional group and include cyclic ethers such as epoxides (oxiranes, 1,2-epoxides), 1,3- (oxetanes) and 1,4-cyclic ethers (1,3- and 1, 4-epoxides) as well as alkyl vinyl ethers, styrene, p-methylstyrene, divinylbenzene, / V-vinyl-substituted compounds, 1-alkyl olefins (α-olefins), lactams and cyclic acetals. Epoxides and oxetanes are preferred, and 3,4-epoxycycohexyl-functionalized monomers are particularly preferred.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen kationisch polymerisierbaren Reaktivverdünner als Monomere oder Polymere vorliegen, und sie weisen im Durchschnitt ein Molekular gewicht bzw. ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 58 g/mol bis etwa 1.000 g/mol auf. Die Epoxide können aliphatisch, cycloaliphatisch, aromatisch oder heterocyclisch sein. Bevorzugt beträgt die Anzahl der Epoxyfunktionalitäten pro Molekül eins bis sechs, besonders bevorzugt eins bis drei. Bevorzugte kationisch polymerisierbare Monomere sind aliphatische, cycloaliphatische Epoxide und Glycidylether, wie Propylenoxid, Epichlor hydrin, Styroloxid, Vinylcyclohexenoxid, Cyclohexenoxid, Vinylcyclohexendioxid, Glycidol, Butadienoxid, Glycidylmetharylat, Bisphenol-A-diglycidylether (z.B. Epon 828, Epon 825, Epon 1004, Epon 1001 , Momentive Speciality Chemicals), Dicyclopentadiendioxid, epoxidierte Polybutadiene (z.B. Oxiron 2001, FMC Corp.), 1,4-Butandioldiglycidether, 1,2- Cyclohexandicarbonsäurediglycidylester, Polyglycidether von Phenolharzen basierend auf Resol oder Novolaken (z.B. DEN 431, DEN 438, Dow Chemical), Resorcindiglycidylether und epoxidierte Silicone wie beispielsweise Dimethylsiloxane mit Glycidylether- oder Epoxyxcyclohexangruppen. Besonders bevorzugt sind 3,4-Epoxycycohexyl-funktionali- sierte Monomere, wie beispielsweise 3,4-Epoxycyclohexylmethylacrylat, 3,4-Epoxycyclo- hexylmethylmethacrylat, 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexancarboxylat, 3,4- Epoxy-6-methylcyclohexylmethyl-3,4-epoxy-6-methylcyclohexancarboxylat, Bis(3,4- epoxy-6-methylcyclohexylmethyl)adipat, 1,4-Cyclohexandimethanolbis(3,4-epoxycyclo- hexancarboxylat) sowie 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3',4'-epoxycyclohexancarboxylat- modifizierte e-Caprolactone (CAS-Nr. 139198-19-9 (Celloxide 2081, Fa. Daicel, Japan) und 151629-49-1 (Tetrachem, Fa. Hainan Zhongxin Chemical, China). Furthermore, the cationically polymerizable reactive diluents according to the invention can be present as monomers or polymers, and they have an average molecular weight or a number average molecular weight of 58 g / mol to about 1,000 g / mol. The epoxides can be aliphatic, cycloaliphatic, aromatic or heterocyclic. The number of epoxy functionalities per molecule is preferably one to six, particularly preferably one to three. Preferred cationically polymerizable monomers are aliphatic, cycloaliphatic epoxides and glycidyl ethers, such as propylene oxide, epichlorohydrin, styrene oxide, vinyl cyclohexene oxide, cyclohexene oxide, vinyl cyclohexene dioxide, glycidol, Butadiene oxide, glycidyl metharylate, bisphenol A diglycidyl ether (e.g. Epon 828, Epon 825, Epon 1004, Epon 1001, Momentive Specialty Chemicals), dicyclopentadiene dioxide, epoxidized polybutadienes (e.g. Oxiron 2001, FMC Corp.), 1,4-butanediol diglycidether 2- Cyclohexanedicarboxylic acid diglycidyl ester, polyglycidether of phenolic resins based on resol or novolak (e.g. DEN 431, DEN 438, Dow Chemical), resorcinol diglycidyl ether and epoxidized silicones such as dimethylsiloxanes with glycidyl ether or epoxyxcyclohexane groups. 3,4-epoxycycohexyl-functionalized monomers, such as, for example, 3,4-epoxycyclohexyl methacrylate, 3,4-epoxycyclohexylmethyl methacrylate, 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexane carboxylate, 3,4-epoxy-6- methylcyclohexylmethyl-3,4-epoxy-6-methylcyclohexanecarboxylate, bis (3,4-epoxy-6-methylcyclohexylmethyl) adipate, 1,4-cyclohexanedimethanolbis (3,4-epoxycyclohexanecarboxylate) and 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3 ' , 4 '-epoxycyclohexancarboxylat- modified e-caprolactone (CAS-No. 139198-19-9 (Celloxide 2081, Fa. Daicel, Japan), and 151629-49-1 (Tetrachem, Fa. Hainan Zhongxin Chemical, China).
Ebenfalls erfinderisch sind Mischungen der zuvor genannten sowie aller weiteren, dem Fachmann geläufigen, kationisch polymerisierbaren Reaktivverdünner. Vorteilhafte Mischungen umfassen zwei oder mehrere Epoxide, wobei die Epoxide unterschiedliche Molekulargewichte aufweisen und gruppiert werden können in welche mit einem niedrigen Molekulargewicht (M < 200 g/mol), mit einem mittleren Molekulargewichtsbereich (200 g/mol < M < 1.000 g/mol) und einem hohen Molekulargewicht (M > 1.000 g/mol). Weiterhin kann es von Vorteil sein, Mischungen aus Epoxiden mit unterschiedlicher Anzahl an Epoxygruppen einzusetzen. Optional können weitere kationisch polymerisierbare Reaktivverdünner zugemischt werden. Mixtures of the aforementioned and all other cationically polymerizable reactive diluents known to the person skilled in the art are also inventive. Advantageous mixtures comprise two or more epoxides, whereby the epoxides have different molecular weights and can be grouped into those with a low molecular weight (M <200 g / mol), with a medium molecular weight range (200 g / mol <M <1,000 g / mol) and a high molecular weight (M> 1,000 g / mol). It can also be advantageous to use mixtures of epoxides with different numbers of epoxy groups. Optionally, further cationically polymerizable reactive diluents can be added.
Vorteilhaft wird die Konzentration des Epoxidmonomers bzw. der Epoxidmonomer mischung so gewählt, dass sich eine Epoxidkonzentration von 0,001 mmol Epoxid/g Polymer bis 4 mmol Epoxid/g Polymer, bevorzugt 0,01 mmol Epoxid/g Polymer bis 2,5 mmol Epoxid/g Polymer ergibt. The concentration of the epoxy monomer or the epoxy monomer mixture is advantageously chosen so that an epoxy concentration of 0.001 mmol epoxy / g polymer to 4 mmol epoxy / g polymer, preferably 0.01 mmol epoxy / g polymer to 2.5 mmol epoxy / g Polymer results.
Kationische Photoinitiatoren Cationic photoinitiators
Der kationische Photoinitiator fragmentiert mittels aktinischer Strahlung, bevorzugt UV- Strahlung, wobei eines oder mehrere dieser Fragmente eine Lewis- oder Bronsted-Säure ist, welche die kationische Polymerisation sowie die zeitgleich stattfindende Vernetzung der Polyacrylat- mit der sich bildenden Epoxymatrix katalysiert. Vorteilhafte Photo initiatoren sind thermisch stabil, führen auch nicht durch thermische Aktivierung zu einer Polymerisation der Monomere und sind sowohl in der un- als auch in der ausgehärteten strukturellen Haftklebemasseformulierung löslich. „Thermisch stabil“ bedeutet dabei, dass der Photoinitiator zumindest bei allen Prozess- und Verarbeitungstemperaturen nicht zerfällt. Bevorzugt ist der Photoinitiator bis zu Temperaturen von 200°C stabil, d.h. zerfällt nicht. The cationic photoinitiator fragments by means of actinic radiation, preferably UV radiation, one or more of these fragments being a Lewis or Bronsted acid, which causes the cationic polymerization and the simultaneous crosslinking the polyacrylate catalyzes with the epoxy matrix that is being formed. Advantageous photoinitiators are thermally stable, do not lead to polymerization of the monomers even as a result of thermal activation, and are soluble both in the uncured and in the cured structural PSA formulation. “Thermally stable” means that the photoinitiator does not disintegrate at least at all process and processing temperatures. The photoinitiator is preferably stable up to temperatures of 200 ° C., ie does not disintegrate.
Weiter ist es von Vorteil, dass die durch Fragmentierung des Photoinitiators freigesetzten Säuren einen pKs < 0 aufweisen. It is also advantageous that the acids released by fragmentation of the photoinitiator have a pKa <0.
Die Photoinitiatoren sind ionische Verbindungen, wobei die Kationen bevorzugt auf organischen Onium-Strukturen basieren, insbesondere auf Salzen mit aliphatischen und aromatischen Gruppe IVA bis VIIA (CAS-Nomenklatur) zentrierten Onium-Kationen, besonders bevorzugt auf I-, S-, P-, Se-, N- und C-zentrierten Onium-Salzen, gewählt aus der Gruppe der Sulfoxonium-, lodonium-, Sulfonium-, Selenonium-, Pyridinium-, Carbonium- und Phosphonium- Salze, noch weiter bevorzugt auf den I- und S-zentrierten Onium-Salzen, wie beispielsweise Sulfoxonium-, Diaryliodonium-, Triarylsulfonium-, Diarylalkylsulfonium-, Dialkylarylsulfonium- und Trialkylsulfonium-Salze. The photoinitiators are ionic compounds, the cations are preferably based on organic onium structures, in particular on salts with aliphatic and aromatic groups IVA to VIIA (CAS nomenclature) centered onium cations, particularly preferably on I, S, P, Se-, N- and C-centered onium salts, selected from the group of the sulfoxonium, iodonium, sulfonium, selenonium, pyridinium, carbonium and phosphonium salts, even more preferably on the I and S centered onium salts such as sulfoxonium, diaryliodonium, triarylsulfonium, diarylalkylsulfonium, dialkylarylsulfonium and trialkylsulfonium salts.
Die Natur des Anions des Photoinitiators kann die Reaktionsgeschwindigkeit sowie den Umsatz der kationischen Polymerisation beeinflussen. So beschreiben beispielsweise J.V. Crivello und R. Narayan in Chem. Mater. 1992, 4, 692 eine Reaktivitätsreihenfolge von gängigen Gegenionen wie folgt: SbF6 > AsF6 > PF6 > BF4. Die Reaktivität des Anions hängt dabei con folgenden Faktoren ab: (1) der Acidität der freigesetzten Lewis- oder Bronsted-Säure, (2) dem Grad der lonenpaar-Separation in der wachsenden kationischen Kette und (3) der Anfälligkeit des Anions gegenüber Fluorid-Abstraktion sowie Kettenterminierung. Weiterhin kann B(C6Fs)4 als Anion verwendet werden. The nature of the anion of the photoinitiator can influence the reaction rate and the conversion of the cationic polymerization. For example, JV Crivello and R. Narayan in Chem. Mater. 1992, 4, 692 a reactivity sequence of common counterions as follows: SbF 6 > AsF 6 > PF 6 > BF4. The reactivity of the anion depends on the following factors: (1) the acidity of the Lewis or Bronsted acid released, (2) the degree of ion pair separation in the growing cationic chain and (3) the susceptibility of the anion to fluoride Abstraction and chain termination. Furthermore, B (C6Fs) 4 can be used as an anion.
Vorteilhafte Photoinitiatoren umfassen Bis(4-te/f-butylphenyl)iodoniumhexafluoro- antimonat (FP5034™ von Hampford Research Inc.), eine Mischung aus Triarylsulfonium- Salzen (Diphenyl-(4-phenylthio)phenylsulfoniumhexafluoroantimonat und Bis(4-diphenyl- sulfonio)phenyl)sulfidhexafluoroantimonat) erhältlich als Syna PI-6976™ von Synasia, (4- Methoxyphenyl)phenyliodoniumtriflat, Bis(4-te/f-butylphenyl)iodoniumcamphersulfonat, Bis(4-te/f-butylphenyl)iodoniumhexafluoroantimonat, Bis(4-te/f-butyl phenyl) iodonium- hexafluorophosphat, Bis(4-te/f-butylphenyl)iodoniumtetrafluoroborat, Bis(4-te/f-butyl- phenyl)iodoniumtriflat, [4-(Octyloxy)phenyl]phenyliodoniumhexafluorophosphat, [4- (Octyloxy)phenyl]phenyliodoniumhexafluoroantimonat, (4-lsopropylphenyl)(4-methyl- phenyl)iodoniumtetrakis(pentafluorophenyl)borat (erhältlich als Rhodorsil 2074™ von Bluestar Silicones), Bis(4-methylphenyl)iodoniumhexafluorophosphat (erhältlich als Omnicat 440™ von IGM Resins), 4-[(2-Hydroxy-1-tetradecyloxy)phenyl]phenyliodonium- hexafluoroantimonat, Triphenylsulfoniumhexafluoroantimonat (erhältlich als CT-548TM von Chitec Technology Corp.), Diphenyl(4-phenylthio)phenylsulfoniumhexafluoro- phosphat, Diphenyl(4-phenylthio)phenylsulfoniumhexafluoroantimonat, T ris-[4-(4-acetyl- phenyl)sulfanylphenyl]sulfoniumtetrakis(pentafluorophenyl)borat (erhältlich als Irgacure PAG® 290, BASF), Bis(4-(Diphenylsulfonio)phenyl)sulfidhexafluoroantimonat, wobei diese Aufzählung nicht abschließend zu verstehen ist. Advantageous photoinitiators include bis (4-te / f-butylphenyl) iodonium hexafluoroantimonate (FP5034 ™ from Hampford Research Inc.), a mixture of triarylsulfonium salts (diphenyl- (4-phenylthio) phenylsulfonium hexafluoroantimonate and bis (4-diphenyl- sulfonio)) phenyl) sulfide hexafluoroantimonate) available as Syna PI-6976 ™ from Synasia, (4-methoxyphenyl) phenyliodonium triflate, bis (4-te / f-butylphenyl) iodonium camphor sulfonate, Bis (4-te / f-butylphenyl) iodonium hexafluoroantimonate, bis (4-te / f-butyl phenyl) iodonium hexafluorophosphate, bis (4-te / f-butylphenyl) iodonium tetrafluoroborate, bis (4-te / f-butyl phenyl ) iodonium triflate, [4- (octyloxy) phenyl] phenyliodonium hexafluorophosphate, [4- (octyloxy) phenyl] phenyliodonium hexafluoroantimonate, (4-isopropylphenyl) (4-methylphenyl) iodonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate (available as Rhodium Silicones ™) borate 2074 , Bis (4-methylphenyl) iodonium hexafluorophosphate (available as Omnicat 440 ™ from IGM Resins), 4 - [(2-hydroxy-1-tetradecyloxy) phenyl] phenyliodonium hexafluoroantimonate, triphenylsulfonium hexafluoroantimonate (available as CT-548TM from Chitec Technology Corp.) , Diphenyl (4-phenylthio) phenylsulfonium hexafluorophosphate, diphenyl (4-phenylthio) phenylsulfonium hexafluoroantimonate, tris- [4- (4-acetyl-phenyl) sulfanylphenyl] sulfonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate (available as Irgacure PAG® 290, BASF®) Bis (4- (diphenylsulfonio) phenyl) sulfide hexafluoroantimona t, although this list is not to be understood as exhaustive.
Die Konzentration des Photoinitiators wird so gewählt, dass der gewünschte Vernetzungs und Polymerisationsgrad erzielt wird, welche wiederum aufgrund unterschiedlicher Schichtdicken der strukturellen Haftklebmasse und der der gewünschten Klebeigen schaften variieren können. Weiterhängt die benötigte Photoinitiatorkonzentration von der Quantenausbeute (die Anzahl der freigesetzten Säuremoleküle pro absorbiertem Proton) des Initiators, dem pKa-Wert der Säure, der Permeabilität der Polymermatrix, der Wellenlänge und Dauer der Bestrahlung sowie der Temperatur ab. Generell werden Konzentrationen von 0,01 bis 2 Gewichtsteile, bevorzugt 0,1 bis 1 ,5 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polyacrylats sowie der kationisch polymerisierbaren Monomere. The concentration of the photoinitiator is chosen so that the desired degree of crosslinking and polymerization is achieved, which in turn can vary due to different layer thicknesses of the structural pressure-sensitive adhesive and that of the desired adhesive properties. The required photoinitiator concentration also depends on the quantum yield (the number of acid molecules released per absorbed proton) of the initiator, the pKa value of the acid, the permeability of the polymer matrix, the wavelength and duration of the irradiation as well as the temperature. In general, concentrations of 0.01 to 2 parts by weight, preferably 0.1 to 1.5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polyacrylate and of the cationically polymerizable monomers.
Weiterhin ist der Einsatz von Photosensitizern oder Photobeschleunigern in Kombination mit den Photoinitiatoren ebenfalls im Sinne der Erfindung. Durch Photosensitizer und Photobeschleuniger wird die Wellenlängensensitivität des Photoinitiators verändert bzw. verbessert. Dies ist ins besondere von Vorteil, wenn die Absorption des einfallenden Lichtes vom Initiator nur ungenügend ist. Die Verwendung von Photosensitizern und Photobeschleunigern erhöht die Sensitivität gegenüber elektromagnetischer insbesondere aktinischer Strahlung und erlaubt somit kürzere Bestrahlungszeiten und/oder die Nutzung von Strahlungsquellen geringerer Leistung. Beispielhaft für Photosensitizer und Photobeschleuniger seien Pyren, Fluoranthen, Xanthon, Thioxanthon, Benzophenon, Acetophenon, Benzil, Benzoin und Benzoinether, Chrysen, p-Terphenyl, Acenaphthen, Naphthalen, Phenanthren, Biphenyl sowie substituierte Derivate der zuvor genannten Verbindungen genannt. Sofern benötigt, beträgt die Menge an Photosensitizer oder Photobeschleuniger weniger als 10 Gew.-%, bevorzugt weniger als 1 Gew.-% bezogen auf die Menge des Photoinitiators. Furthermore, the use of photosensitizers or photo accelerators in combination with the photoinitiators is also within the meaning of the invention. Photosensitizers and photo accelerators change or improve the wavelength sensitivity of the photoinitiator. This is particularly advantageous when the absorption of the incident light by the initiator is insufficient. The use of photosensitizers and photo accelerators increases the sensitivity to electromagnetic, in particular actinic, radiation and thus allows shorter irradiation times and / or the use of radiation sources of lower power. Examples of photosensitizers and photo accelerators are pyrene, fluoranthene, xanthone, thioxanthone, benzophenone, acetophenone, benzil, benzoin and benzoin ether, chrysene, p-terphenyl, acenaphthene, naphthalene, phenanthrene, biphenyl and substituted derivatives of the aforementioned Called connections. If required, the amount of photosensitizer or photo accelerator is less than 10% by weight, preferably less than 1% by weight, based on the amount of photoinitiator.
Die strukturelle Haftklebemasse kann zusätzlich noch weitere Additive enthalten, wobei Klebharze, Weichmacher, Farbstoffe, Alterungsschutzmittel, Voll- oder Hohlglaskugeln, Kieselsäure, Silikate, Keimbildner, Blähmittel bevorzugt sind. Die Additive können verwendet werden, sofern sie nicht die Eigenschaften und den Härtemechanismus der strukturellen Haftklebemasse negativ beeinflussen. Die optionalen Klebharze werden vorteilhaft in Mengen bis zu 50 Gew.-%, bevorzugt bis zu 40 Gew.-%, noch bevorzugter bis zu 30 Gew.-% bezogen auf das Polymer eingesetzt. Üblicherweise können Kolophoniumester, Terpen-Phenol-, Kohlenwasserstoff- und Inden-Cumaron-Harze eingesetzt werden. Durch die Menge und Art des Klebharzes können die Benetzung, die Klebkraft, die Verklebung auf unterschiedlich polaren Substanzen, die Wärmestabilität und der Tack beeinflusst werden. The structural pressure-sensitive adhesive can additionally contain further additives, preference being given to tackifier resins, plasticizers, dyes, anti-aging agents, solid or hollow glass spheres, silica, silicates, nucleating agents, and blowing agents. The additives can be used provided they do not adversely affect the properties and the curing mechanism of the structural pressure-sensitive adhesive. The optional adhesive resins are advantageously used in amounts of up to 50% by weight, preferably up to 40% by weight, even more preferably up to 30% by weight, based on the polymer. Usually rosin esters, terpene-phenol, hydrocarbon and indene-coumarone resins can be used. The amount and type of adhesive resin can influence the wetting, the adhesive strength, the adhesion to substances of different polarity, the thermal stability and the tack.
Ebenfalls im Sinne der Erfindung können die strukturellen Haftklebemassen schon vor der UV-Aktivierung zur Erhöhung der inneren Festigkeit (Kohäsion) chemisch vernetzt sein. Als Vernetzer werden bevorzugt Metallchelate, multifunktionelle Isocyanate, multifunktionelle Epoxide, multifunktionelle Aziridine, multifunktionelle Oxazoline oder multifunktionelle Carbodiimide eingesetzt. Likewise for the purposes of the invention, the structural PSAs can be chemically crosslinked even before the UV activation in order to increase the internal strength (cohesion). Metal chelates, multifunctional isocyanates, multifunctional epoxides, multifunctional aziridines, multifunctional oxazolines or multifunctional carbodiimides are preferably used as crosslinkers.
Die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen strukturellen Haftklebemassen eignen sich hervorragend zur Herstellung von einseitigen oder doppelseitigen Klebebändern, wobei alle dem Fachmann geläufigen Trägermaterialien verwendet werden können. Beispielhaft aber nicht einschränkend sind PET-, PVC- und PP-Folien, Papier, Vliese, Gewebe und Schäume als Trägermaterialien einsetzbar. The structural PSAs of the invention described above are outstandingly suitable for producing single-sided or double-sided adhesive tapes, it being possible to use all carrier materials familiar to the person skilled in the art. By way of example, but not by way of limitation, PET, PVC and PP films, paper, nonwovens, fabrics and foams can be used as carrier materials.
Erfindungsgemäße strukturelle Haftklebebandprodukte bestehend aus den zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen strukturellen Haftklebemasseformulierungen umfassen: Structural pressure-sensitive adhesive tape products of the invention consisting of the structural pressure-sensitive adhesive formulations of the invention described above comprise:
(geschäumte und ungeschäumte) Transferklebebänder (Trägerlose doppelseitige Klebebänder) (foamed and non-foamed) adhesive transfer tapes (linerless double-sided adhesive tapes)
Einseitige Klebebänder Doppelseitige Klebebänder umfassend mindestens eine äußere Schicht bestehend aus den erfindungsgemäßen strukturellen Haftklebemasseformulierungen Single sided adhesive tapes Double-sided adhesive tapes comprising at least one outer layer consisting of the structural pressure-sensitive adhesive formulations of the invention
Weiterhin kann es für den Prozess und für die Verankerung der strukturellen Haftklebemasseschicht mit weiteren möglichen Schichten, einer Folie auf Basis von Polyester, Polyamid, Polymethacrylat, PVC, etc. oder einem viskoelastischen geschäumten oder ungeschäumten Trägerauf Basis von Polyacrylat oder Polyurethan von Vorteil sein, wenn eine chemische Verankerung z. B. über einen Primer stattfindet. Furthermore, it can be advantageous for the process and for anchoring the structural pressure-sensitive adhesive layer with other possible layers, a film based on polyester, polyamide, polymethacrylate, PVC, etc. or a viscoelastic foamed or non-foamed carrier based on polyacrylate or polyurethane, if a chemical anchor z. B. takes place via a primer.
Das Klebeband ist für Transport, Lagerung oder Stanzung vorzugsweise mindestens einseitig mit einem Liner versehen, also zum Beispiel einer silikonbeschichteten Folie oder einem Silikonpapier. For transport, storage or punching, the adhesive tape is preferably provided with a liner on at least one side, for example a silicone-coated film or a silicone paper.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist die Verwendung einer trägerfreien Klebemasse für das selbstklebende Klebeband. Als trägerfreie Klebemasse wird eine Klebemasse bezeichnet, die keinen dauerhaften Träger, wie eine Polymerfolie oder ein Vlies, aufweist. Vielmehr ist die selbstklebende Masse in bevorzugter Ausgestaltung lediglich auf einen Liner, also ein Material, das lediglich vorübergehend zur Stützung und leichteren Auftragbarkeit der selbstklebenden Masse dient, aufgebracht. Nach dem Aufbringen der selbstklebenden Masse auf die Substratoberfläche, wird der Liner dann entfernt und der Liner stellt somit kein produktives Bauteil dar. Another advantageous embodiment of the invention is the use of a carrier-free adhesive for the self-adhesive tape. A carrier-free adhesive is an adhesive that does not have a permanent carrier, such as a polymer film or a fleece. Rather, in a preferred embodiment, the self-adhesive mass is only applied to a liner, that is to say a material which is only used temporarily to support the self-adhesive mass and to make it easier to apply. After the self-adhesive compound has been applied to the substrate surface, the liner is then removed and the liner is therefore not a productive component.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Haftklebemassen kann aus Lösung sowie aus der Schmelze erfolgen. Für den letzteren Fall umfassen geeignete Herstell prozesse sowohl Batchverfahren als auch kontinuierliche Verfahren. Besonders bevorzugt ist die kontinuierliche Fertigung mit Hilfe eines Extruders und anschließender Beschichtung direkt auf einem Liner mit oder ohne Klebemasseschicht. The PSAs of the invention can be produced from solution or from the melt. For the latter case, suitable manufacturing processes include both batch processes and continuous processes. Continuous production with the aid of an extruder and subsequent coating directly on a liner with or without a layer of adhesive is particularly preferred.
Ein besonders bevorzugtes Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) radikalische Polymerisation zur Herstellung der Acrylatmatrix; b) Abmischen mit dem einen Bronsted- oder Lewis-Säure freisetzenden Photoinitiator sowie dem optionalen Reaktivverdünner; c) Beschichtung der Polymerlösung auf ein Trägermaterial; d) thermische Trocknung. Die erfindungsgemäße strukturelle Haftklebemasse oder ein Klebeband enthaltend mindestens eine erfindungsgemäße strukturelle Haftklebemasse werden insbesondere zur Vorfixierung und anschließenden endgültigen Fixierung verschiedener Fügeteile eingesetzt, wobei die Aushärtung durch aktinische Strahlung erfolgt. A particularly preferred process comprises the following steps: a) free-radical polymerization to produce the acrylate matrix; b) mixing with the photoinitiator releasing a Bronsted or Lewis acid and the optional reactive diluent; c) coating the polymer solution on a carrier material; d) thermal drying. The structural pressure-sensitive adhesive of the invention or an adhesive tape comprising at least one structural pressure-sensitive adhesive of the invention are used in particular for pre-fixing and subsequent final fixing of various parts to be joined, curing taking place by actinic radiation.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen strukturellen Haftklebemasse oder des erfindungsgemäßen Klebebandes sind die Automobilindustrie, wo es viele Teile gibt, die permanent und fest zu verkleben sind, oder im Baubereich, z.B. für die Fixierung von Paneelen oder Außenfassaden. A preferred field of application of the structural pressure-sensitive adhesive of the invention or of the adhesive tape of the invention is the automotive industry, where there are many parts that have to be permanently and firmly bonded, or in the construction sector, e.g. for fixing panels or exterior facades.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Beispiele näher erläutert, ohne die Erfindung damit zu beschränken. The invention is explained in more detail below using the examples, without thereby restricting the invention.
Experimenteller Teil Experimental part
Sofern im Einzelnen nichts anderes angegeben ist oder sich ergibt, erfolgen die Probenvorbereitungen und die Messungen unter Standardbedingungen (25 °C, 101325 Pa). Unless otherwise specified or stated, the sample preparations and measurements are carried out under standard conditions (25 ° C, 101325 Pa).
I, Stat sch e GJasü be rg angstem pe f atu r Tg I, Stat sch e GJasü be rg angstem pe f atu r Tg
Die Bestimmung der statischen Glasübergangstemperatur erfolgt über Dynamische Differenzkalorimetrie nach DIN 53765. Die Angaben zur Glasübergangstemperatur Tg beziehen sich auf den Glasumwandlungstemperatur- Wert Tg nach DIN 53765:1994-03, sofern im Einzelfall nichts anderes angegeben ist. The static glass transition temperature is determined using dynamic differential calorimetry in accordance with DIN 53765. The information on the glass transition temperature Tg relates to the glass transition temperature Tg in accordance with DIN 53765: 1994-03, unless otherwise stated in the individual case.
II , . M g j e ku J arge wich te II,. M g j e ku J arge weights
Die Bestimmung der mittleren Molekulargewichte (Gewichtsmittel Mw und Zahlenmittel Mn) und der Polydisperistät D erfolgte mittels Gelpermeationschromatographie (GPC). Als Eluent wurde THF mit 0,1 Vol.-% Trifluoressigsäure eingesetzt. Die Messung erfolgte bei 25 °C. Als Vorsäule wurde PSS-SDV, 5 pm, 103 Ä (10-7 m), ID 8,0 mm x50 mm verwendet. Zur Auftrennung wurden die Säulen PSS-SDV, 5 pm, 103 Ä (10-7 m), 105 Ä (10-5 m) und 106 Ä (10-4 m) mit jeweils ID 8,0 mm c 300 mm eingesetzt. Die Probenkonzentration betrug 4 g/l, die Durchflussmenge 1 ,0 ml pro Minute. Es wurde gegen PMMA-Standards gemessen. III; . F eststoffg eh alt: The average molecular weights (weight average M w and number average M n ) and the polydispersity D were determined by means of gel permeation chromatography (GPC). THF with 0.1% by volume of trifluoroacetic acid was used as the eluent. The measurement was carried out at 25 ° C. PSS-SDV, 5 μm, 103 Å (10-7 m), ID 8.0 mm × 50 mm was used as the guard column. The columns PSS-SDV, 5 μm, 103 Å (10-7 m), 105 Å (10-5 m) and 106 Å (10-4 m) each with ID 8.0 mm c 300 mm were used for separation. The sample concentration was 4 g / l, the flow rate 1.0 ml per minute. It was measured against PMMA standards. III ; . Solid matter content:
Der Feststoffgehalt ist ein Maß für den Anteil an nicht verdampfbaren Bestandteilen in einer Polymerlösung. Er wird gravimetrisch bestimmt, indem man die Lösung einwiegt, dann für 2 Stunden bei 120 °C im Trockenschrank die verdampfbaren Anteile abdampft und den Rückstand zurückwiegt. The solids content is a measure of the proportion of non-evaporable components in a polymer solution. It is determined gravimetrically by weighing the solution, then evaporating the vaporizable components in a drying cabinet for 2 hours at 120 ° C. and reweighing the residue.
J V, K: Wert (nach . Fl KENTSC HER): JV, K : value (after. Fl KENTSC HER):
Der K-Wert ist ein Maß für die durchschnittliche Molekülgröße hochpolymerer Stoffe. Zur Messung wurden einprozentige (1 g/100 ml) toluolische Polymerlösungen herstellt und mit Hilfe eines VOGEL-OSSAG-Viskositmeters deren kinematische Viskositäten bestimmt. Nach Normierung auf die Viskosität des Toluols wird die relative Viskosität erhalten, aus der sich nach FIKENTSCHER der K-Wert errechnen lässt (Polymer 8/1967, 381 ff.) The K value is a measure of the average molecular size of high polymer substances. For the measurement, one percent (1 g / 100 ml) toluene polymer solutions were prepared and their kinematic viscosities were determined using a VOGEL-OSSAG viscometer. After normalization to the viscosity of the toluene, the relative viscosity is obtained, from which the K value can be calculated according to FIKENTSCHER (Polymer 8/1967, 381 ff.)
V; _ Quantitative Erm ittlu. ng der Scherfestigkeit: Statischer Schertest SSZ Ein rechteckiges Prüfmuster der Größe 13 mm c 20 mm des zu prüfenden doppelseitigen Klebebandes wird zwischen zwei Stahl plättchen (50 mm c 25 mm c 2mm; Material nach DIN EN 10088-2, Typ 1 , 4301, Oberflächenqualität 2R, kaltgewalzt und blankgeglüht, Ra = 25 - 75 nm) so verklebt, dass die Verklebungsfläche des Prüfmusters mit beiden Stahl plättchen je 260 mm2 beträgt, die Stahl plättchen in Längsrichtung versetzt parallel ausgerichtet sind, so dass das Prüfmuster mittig zwischen ihnen verklebt ist und die Stahl plättchen auf unterschiedlichen Seiten über das Prüfmuster hinausragen. Anschließend wird für 1 min mit einem Anpressdruck von 100 N/cm2 verpresst. Nach vorgegebener Aufziehzeit (sofern nicht anders angegeben, 72 Stunden bei Raumtemperatur) werden die so präparierten Prüfkörper mit dem einen über das Prüfmuster hinausragenden Stahlplättchenbereich an einem Schertestmessplatz derart aufgehängt, das die Längsrichtung der Stahlplättchen nach unten ausgerichtet ist, und der über das Prüfmuster hinausragenden Bereich des anderen Stahl plättchens wird bei vorgegebener Temperatur mit einem gewählten Gewicht belastet (Messungen bei Raumtemperatur und mit 20 N Belastung sowie bei 70 °C und mit 10 N Belastung; siehe Angaben in der jeweiligen Tabelle). Prüfklima: Standardbedingungen, 50 % rel. Feuchte. Eine automatische Zähleruhr ermittelt nun die Zeitdauer bis zum Versagen der Prüfmuster in min (Abfallen des belasteten Stahlplättchens). V ; _ Quantitative assessment ng the shear strength: Static shear test SSZ A rectangular test sample of size 13 mm c 20 mm of the double-sided adhesive tape to be tested is placed between two steel plates (50 mm c 25 mm c 2 mm; material according to DIN EN 10088-2, type 1, 4301, surface quality 2R, cold-rolled and bright annealed, Ra = 25 - 75 nm) glued in such a way that the glued area of the test sample with both steel plates is 260 mm 2 each, the steel plates are offset in parallel in the longitudinal direction, so that the test sample is glued in the middle between them and the steel plates protrude beyond the test sample on different sides. Then it is pressed for 1 min with a contact pressure of 100 N / cm 2. After a specified expansion time (unless otherwise stated, 72 hours at room temperature), the test specimens prepared in this way are suspended from a shear test station with the one steel plate area protruding beyond the test specimen in such a way that the longitudinal direction of the steel plate is oriented downwards and the area protruding beyond the test specimen of the other steel plate is loaded with a selected weight at a specified temperature (measurements at room temperature and with 20 N load as well as at 70 ° C and with 10 N load; see information in the respective table). Test climate: standard conditions, 50% rel. Humidity. An automatic counter clock now determines the time until the failure of the test sample in minutes (falling off of the loaded steel plate).
.Y.L.Schäjfestigkeit (Klebkraft) .KK Ein Streifen des zu untersuchenden (Haft-) Klebebandes wird in definierter Breite (Standard: 20 mm) auf einer geschliffenen Stahlplatte (rostfreier Stahl 302 nach ASTM A 666; 50 mm c 125 mm c 1 ,1 mm; glänzende geglühte Oberfläche; Oberflächenrauigkeit Ra = 50 ± 25 nm arithmetische Durchschnittsabweichung von der Basislinie) durch zehnmaliges Überrollen mittels einer 5 kg Stahlrolle verklebt. Doppelseitig klebende Klebebänder werden mit einer 36 pm dicken Hart-PVC-Folie rückseitig verstärkt. Jeweils identische Proben werden hergestellt und entweder für eine Sofortmessung bereitgestellt, 3 Tage gelagert und vermessen bzw. 14 Tage gelagert und vermessen. .YLSchäj STRENGTH (adhesive strength) .KK A strip of the (pressure-sensitive) adhesive tape to be examined is placed in a defined width (standard: 20 mm) on a ground steel plate (stainless steel 302 according to ASTM A 666; 50 mm c 125 mm c 1.1 mm; shiny annealed surface; surface roughness Ra = 50 ± 25 nm arithmetic mean deviation from the baseline) glued by rolling over it ten times with a 5 kg steel roller. Double-sided adhesive tapes are reinforced on the back with a 36 μm thick rigid PVC film. Identical samples in each case are produced and either made available for an immediate measurement, stored and measured for 3 days or stored and measured for 14 days.
Die präparierte Platte wird in das Prüfgerät eingespannt (fixiert) und der Klebestreifen über sein freies Ende an einer Zugprüfmaschine unter einem Schälwinkel von 90° mit einer Geschwindigkeit von 300 mm/min in Längsrichtung des Klebebandes von der Platte abgezogen. Die dafür notwendige Kraft ermittelt. Die Messergebnisse sind in N/cm angegeben (Kraft normiert auf die jeweils gelöste Verklebungsstrecke) und über drei Messungen gemittelt. Alle Messungen werden in einem klimatisierten Raum bei 23 °C und 50 % relativer Luftfeuchte durchgeführt. The prepared plate is clamped (fixed) in the test device and the adhesive strip is peeled off the plate via its free end on a tensile testing machine at a peel angle of 90 ° at a speed of 300 mm / min in the longitudinal direction of the adhesive tape. The force required for this is determined. The measurement results are given in N / cm (force normalized to the particular detached bond line) and averaged over three measurements. All measurements are carried out in an air-conditioned room at 23 ° C and 50% relative humidity.
VII, Mikroschertest VII, micro-shear test
Dieser Test dient der Schnellprüfung der Scherfestigkeit von Klebebändern unter T emperaturbelastung. This test is used to quickly test the shear strength of adhesive tapes when exposed to temperature.
Messprobenpräparation für Mikroschertest: Measurement sample preparation for micro-shear test:
Ein aus dem jeweiligen Probenmuster geschnittenes Klebeband (Länge ca. 50 mm, Breite 10 mm) wird auf eine mit Aceton gereinigte Stahl-Prüfplatte verklebt, so dass die Stahlplatte das Klebeband rechts und links überragt und dass das Klebeband die Prüfplatte am oberen Rand um 2 mm überragt. Die Verklebungsfläche der Probe beträgt Höhe Breite = 13mm 10mm. Die Verklebungsstelle wird anschließend mit einer 2 kg-Stahlrolle und einer Geschwindigkeit von 10 m/min sechsmal überrollt. Das Klebeband wird bündig mit einem stabilen Klebestreifen verstärkt, der als Auflage für den Wegmessfühler dient. Die Probe wird mittels der Prüfplatte senkrecht aufgehängt. An adhesive tape cut from the respective sample sample (length approx. 50 mm, width 10 mm) is stuck to a steel test plate cleaned with acetone, so that the steel plate protrudes beyond the adhesive tape on the right and left and that the adhesive tape extends over the upper edge of the test plate by 2 mm protrudes. The bond area of the sample is height width = 13mm 10mm. The bond point is then rolled over six times with a 2 kg steel roller at a speed of 10 m / min. The adhesive tape is reinforced flush with a sturdy adhesive strip that serves as a support for the displacement sensor. The sample is suspended vertically by means of the test plate.
Mikroschertest: Microshear test:
Das zu messende Probenmuster wird am unteren Ende mit einem Gewicht von 100 g belastet. Die Prüftemperatur beträgt 40 °C, die Prüfdauer 30 Minuten (15 Minuten Belastung und 15 Minuten Entlastung). Die Scherstrecke nach der vorgegebenen Testdauer bei konstanter Temperatur wird als Ergebnis in pm angegeben, und zwar als Maximalwert [„max“; maximale Scherstrecke durch 15 minütige Belastung]; als Minimalwert [„min“; Scherstrecke („Restauslenkung“) 15 min nach Entlastung; bei Entlastung erfolgt eine Rückbewegung durch Relaxation] Angegeben wird ebenfalls der elastische Anteil in Prozent [„elast“; elastischer Anteil = (max - min)· 100 / max] vm Dynamische Scherfestigkeit; The sample to be measured is loaded at the lower end with a weight of 100 g. The test temperature is 40 ° C and the test duration is 30 minutes (15 minutes of loading and 15 minutes of unloading). The shear path after the specified test duration at constant temperature is given as the result in pm, namely as the maximum value ["max"; maximum shear distance due to 15 minute load]; as minimum value ["min"; Shear distance (“residual deflection”) 15 min after the load is removed; at The load is relieved by a return movement through relaxation] The elastic component is also given in percent ["elast"; elastic component = (max - min) · 100 / max] vm dynamic shear strength;
Ein quadratisches Transferklebeband mit einer Kantenlänge von 25 mm wird zwischen zwei Stahlplatten überlappend verklebt und 1 Minute lang mit 0,9 kN angedrückt (Kraft P). Nach einer Lagerung von 24 h wird der Verbund in einer Zugprüfmaschine der Firma ZWICK mit 50 mm/min bei 23 °C und 50% rel. Feuchte so getrennt, dass die beiden Stahlplatten unter einem Winkel von 180° auseinander gezogen werden. Die Maximalkraft wird in N/cm2 ermittelt. A square adhesive transfer tape with an edge length of 25 mm is glued in an overlapping manner between two steel plates and pressed for 1 minute with 0.9 kN (force P). After storage for 24 hours, the composite is tested in a tensile testing machine from ZWICK at 50 mm / min at 23 ° C. and 50% rel. Humidity separated in such a way that the two steel plates are pulled apart at an angle of 180 °. The maximum force is determined in N / cm 2 .
IX P fobe-Tack-Test : IX P fobe tack test:
Die Probe-Tack-Messung erfolgt gemäß ASTM D2979-01. Eine Stahl-Prüfplatte wird mit Aceton gereinigt und anschließend für 30 min bei Raumtemperatur konditioniert. Dann wird die Probe in Form eines Transfertapes blasenfrei und definiert durch dreimaliges Überrollen mit einer 2 kg-Rolle mit einer Geschwindigkeit von 150 mm/s auf der Platte verklebt. Zum Aufziehen des Klebestreifens auf das Substrat wird die Platte 12 Stunden im Klimaraum bei 23°C und 50 % rel. Feuchtigkeit gelagert. Dabei muss die zu messende Oberfläche z.B. mit einem Trennpapier abgedeckt sein. Der Tackstempel (zylindrische Form, Durchmesser 6 mm, rostfreier Stahl), mit dem die Messung durchgeführt wird, wird mit Aceton gereinigt und 30 min bei Raumtemperatur konditioniert. Das Trennpapier wird erst unmittelbar vor der Messung vom Klebstreifen entfernt. Vor der Messung mit dem Texture Analyser TA.XT plus (Stable Micro Sytems, Ltd.) wird die Kraft mit einem 2kg Gewicht sowie der Messweg kalibriert. Es werden je Probe 5 bis 10 Einzelmessungen durchgeführt und jeweils der Mittelwert gebildet. The probe tack measurement is carried out in accordance with ASTM D2979-01. A steel test plate is cleaned with acetone and then conditioned for 30 min at room temperature. The sample is then bonded to the plate in the form of a transfer tape free of bubbles and defined by being rolled over three times with a 2 kg roller at a speed of 150 mm / s. To pull the adhesive strip onto the substrate, the plate is placed in a climatic room at 23 ° C. and 50% relative humidity for 12 hours. Stored in moisture. The surface to be measured must be covered with a release paper, for example. The tacking stamp (cylindrical shape, diameter 6 mm, stainless steel) with which the measurement is carried out is cleaned with acetone and conditioned for 30 min at room temperature. The release paper is only removed from the adhesive strip immediately before the measurement. Before the measurement with the Texture Analyzer TA.XT plus (Stable Micro Systems, Ltd.), the force is calibrated with a 2kg weight and the measuring path is calibrated. 5 to 10 individual measurements are carried out for each sample and the mean value is calculated in each case.
Parameter: Vorgeschwindigkeit: 1 mm/s, Testgeschwindigkeit: 0,01 mm/s, Trigger Force: 0,005 N, Abzugsgeschwindigkeit: 10 mm/s, Kontaktzeit: 1 s, Andruckkraft: 0,27 N. Parameters: pre-speed: 1 mm / s, test speed: 0.01 mm / s, trigger force: 0.005 N, pull-off speed: 10 mm / s, contact time: 1 s, pressure force: 0.27 N.
Für die Bewertung der Muster wird im Folgenden nur die Maimalkraft am ersten Kraftpeak angegeben. Tabelle 1: Verwendete Rohstoffe: For the evaluation of the samples, only the maximum force at the first force peak is given below. Table 1: Raw materials used:
H e rstelju n g Bas i s pol y m er Acl H e rstelju n g Bas i s pol y m er Acl
Ein für radikalische Polymerisationen konventioneller Reaktor wurde mit 35,0 kg 2-Ethyl- hexylacrylat, 35,0 kg Butylacrylat, 5,0 kg 3,4-Epoxycyclohexylmethylmethacrylat, 25,0 kg /V-Vinylcaprolactam und 66,7 kg Aceton/ Isopropanol (96:4) befüllt. Nach 45minütiger Durchleitung von Stickstoffgas unter Rühren wurde der Reaktor auf 58 °C hochgeheizt und 50 g Vazo 67, gelöst in 500 g Aceton, hinzugegeben. Anschließend wurde das äußere Heizbad auf 70 °C erwärmt und die Reaktion konstant bei dieser Außen- temperatur durchgeführt. Nach 1 h wurden erneut 50 g Vazo 67, gelöst in 500 g Aceton, zugegeben und nach 2 h mit 10 kg Aceton/Isopropanol-Gemisch (96:4) verdünnt. Nach 5,5 h wurden 150 g Bis-(4-te/f-butylcyclohexyl)peroxydicarbonat, gelöst in 500 g Aceton, zugegeben; nach 6 h 30 min wurde erneut mit 10 kg Aceton/Isopropanol-Gemisch (96:4) verdünnt. Nach 7 h wurden weitere 150 g Bis-(4-te/f-butylcyclohexyl)peroxydicarbonat, gelöst in 500 g Aceton, zugegeben und das Heizbad auf eine Temperatur von 60 °C eingeregelt. Nach 22 h Reaktionszeit wurde die Polymerisation abgebrochen und auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Produkt hatte einen Feststoffgehalt von 50,2 % und wurde getrocknet. Das resultierende Polyacrylat hatte einen K-Wert von 70,0, ein gewichtsmittleres Mole kulargewicht von Mw = 19.975.000 g/mol, ein zahlenmittleres Molekulargewicht Mn = 37.734 g/mol und eine statische Glasübergangstemperatur von Tg = - 10,0 °C. A reactor conventional for radical polymerizations was charged with 35.0 kg of 2-ethylhexyl acrylate, 35.0 kg of butyl acrylate, 5.0 kg of 3,4-epoxycyclohexylmethyl methacrylate, 25.0 kg / V-vinylcaprolactam and 66.7 kg of acetone / isopropanol (96: 4) filled. After nitrogen gas had been passed through for 45 minutes with stirring, the reactor was heated to 58 ° C. and 50 g of Vazo 67, dissolved in 500 g of acetone, were added. The external heating bath was then heated to 70 ° C. and the reaction was carried out constantly at this external temperature. After 1 hour, another 50 g of Vazo 67, dissolved in 500 g of acetone, were added and, after 2 hours, the mixture was diluted with 10 kg of acetone / isopropanol mixture (96: 4). After 5.5 hours, 150 g of bis (4-te / f-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate, dissolved in 500 g of acetone, were added; after 6 h 30 min, the mixture was diluted again with 10 kg of acetone / isopropanol mixture (96: 4). After 7 hours, a further 150 g of bis (4-te / f-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate, dissolved in 500 g of acetone, were added and the heating bath was adjusted to a temperature of 60.degree. After a reaction time of 22 h, the polymerization was terminated and the mixture was cooled to room temperature. The product had a solids content of 50.2% and was dried. The resulting polyacrylate had a K value of 70.0, a weight average molecular weight of M w = 19,975,000 g / mol, a number average molecular weight M n = 37,734 g / mol and a static glass transition temperature of Tg = -10.0 ° C.
Herstellung Basispolymer Ac2 Production of base polymer Ac2
Ein für radikalische Polymerisationen konventioneller Reaktor wurde mit 35,0 kg 2-Ethyl- hexylacrylat, 35,0 kg Butylacrylat, 5,0 kg 3,4-Epoxycyclohexylmethylmethacrylat, 25,0 kg /V-Vinylpyrrolidon und 66,7 kg Aceton/ Isopropanol (94:6) befüllt. Nach 45minütiger Durchleitung von Stickstoffgas unter Rühren wurde der Reaktor auf 58 °C hochgeheizt und 50 g Vazo 67, gelöst in 500 g Aceton, hinzugegeben. Anschließend wurde das äußere Heizbad auf 75 °C erwärmt und die Reaktion konstant bei dieser Außen temperatur durchgeführt. Nach 1 h wurden erneut 50 g Vazo 67, gelöst in 500 g Aceton, zugegeben und nach 4 h wurde mit 12,1 kg Aceton/Isopropanol-Gemisch (94:6) verdünnt. Nach 5 sowie nach 7 h wurde jeweils mit 150 g Bis-(4-te/f-butylcyclohexyl)-peroxy- dicarbonat, jeweils gelöst in 500 g Aceton, nachinitiiert. Nach 22 h Reaktionszeit wurde die Polymerisation abgebrochen und auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Produkt hatte einen Feststoffgehalt von 50,5 % und wurde getrocknet. Das resultierende Polyacrylat hatte einen K-Wert von 69,5, ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von Mw = 14.900.000 g/mol, ein zahlenmittleres Molekulargewicht von Mn = 40.129 g/mol und eine statische Glasübergangstemperatur von Tg = - 15,0 °C. A reactor conventional for radical polymerizations was charged with 35.0 kg of 2-ethylhexyl acrylate, 35.0 kg of butyl acrylate, 5.0 kg of 3,4-epoxycyclohexylmethyl methacrylate, 25.0 kg / V-vinylpyrrolidone and 66.7 kg of acetone / isopropanol (94: 6) filled. After nitrogen gas had been passed through for 45 minutes with stirring, the reactor was heated to 58 ° C. and 50 g of Vazo 67, dissolved in 500 g of acetone, were added. The external heating bath was then heated to 75 ° C. and the reaction was carried out constantly at this external temperature. After 1 hour, another 50 g of Vazo 67, dissolved in 500 g of acetone, were added and after 4 hours the mixture was diluted with 12.1 kg of acetone / isopropanol mixture (94: 6). After 5 and after 7 h, 150 g of bis (4-te / f-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate, each dissolved in 500 g of acetone, were re-initiated. After a reaction time of 22 h, the polymerization was terminated and the mixture was cooled to room temperature. The product had a solids content of 50.5% and was dried. The resulting polyacrylate had a K value of 69.5, a weight average molecular weight of M w = 14,900,000 g / mol, a number average molecular weight of M n = 40,129 g / mol and a static glass transition temperature of Tg = -15.0 ° C.
Herstellung Vergleichspgl mer .YA3.(mit.AcryJsäure.und kein ./V-VjnyNactam) Manufacture of comparison comparator .YA3. (With.acryic acid and no ./V-VjnyNactam)
Ein für radikalische Polymerisationen konventioneller Reaktor wurde mit 46,0 kg 2-Ethyl- hexylacrylat, 46,0 kg Butylacrylat, 5,0 kg 3,4-Epoxycyclohexylmethylmethacrylat, 3,0 kg Acrylsäure und 66,7 kg Aceton/ Isopropanol (94:6) befüllt. Nach 45minütiger Durchleitung von Stickstoffgas unter Rühren wurde der Reaktor auf 58 °C hochgeheizt und 50 g Vazo 67, gelöst in 500 g Aceton, hinzugegeben. Anschließend wurde das äußere Heizbad auf 75 °C erwärmt und die Reaktion konstant bei dieser Außentemperatur durchgeführt. Nach 1 h wurden erneut 50 g Vazo 67, gelöst in 500 g Aceton, zugegeben und nach 4 h wurde mit 12,1 kg Aceton/Isopropanol-Gemisch (94:6) verdünnt. A reactor conventional for radical polymerizations was filled with 46.0 kg of 2-ethylhexyl acrylate, 46.0 kg of butyl acrylate, 5.0 kg of 3,4-epoxycyclohexylmethyl methacrylate, 3.0 kg of acrylic acid and 66.7 kg of acetone / isopropanol (94: 6) filled. After nitrogen gas had been passed through for 45 minutes with stirring, the reactor was heated to 58 ° C. and 50 g of Vazo 67, dissolved in 500 g of acetone, were added. The external heating bath was then heated to 75 ° C. and the reaction was carried out constantly at this external temperature. After 1 hour, another 50 g of Vazo 67, dissolved in 500 g of acetone, were added and after 4 hours the mixture was diluted with 12.1 kg of acetone / isopropanol mixture (94: 6).
Nach 5 war das Polymer vergelt und konnte nicht für weitere Versuche eingesetzt werden. H erste JJ ung V eralejchspolymer VA4.(ohne Mo nom er mit ei ne r kati njschp j mejjsjerbaren funktionelle G ru ppe: After 5, the polymer was gelled and could not be used for further experiments. H first JJ ung V eralejspolymer VA4. (Without monomers with a kati njschp j mejjsjerbaren functional group:
Ein für radikalische Polymerisationen konventioneller Reaktor wurde mit 37,5 kg 2-Ethyl- hexylacrylat, 37,5 kg Butylacrylat, 25,0 kg /V-Vinylpyrrolidon und 66,7 kg Aceton/ Isopropanol (94:6) befüllt. Nach 45minütiger Durchleitung von Stickstoffgas unter Rühren wurde der Reaktor auf 58 °C hochgeheizt und 50 g Vazo 67, gelöst in 500 g Aceton, hinzugegeben. Anschließend wurde das äußere Heizbad auf 75 °C erwärmt und die Reaktion konstant bei dieser Außentemperatur durchgeführt. Nach 1 h wurden erneut 50 g Vazo 67, gelöst in 500 g Aceton, zugegeben und nach 4 h wurde mit 12,1 kg Aceton/Isopropanol-Gemisch (94:6) verdünnt. A reactor conventional for radical polymerizations was charged with 37.5 kg of 2-ethylhexyl acrylate, 37.5 kg of butyl acrylate, 25.0 kg / V-vinylpyrrolidone and 66.7 kg of acetone / isopropanol (94: 6). After nitrogen gas had been passed through for 45 minutes with stirring, the reactor was heated to 58 ° C. and 50 g of Vazo 67, dissolved in 500 g of acetone, were added. The external heating bath was then heated to 75 ° C. and the reaction was carried out constantly at this external temperature. After 1 hour, another 50 g of Vazo 67, dissolved in 500 g of acetone, were added and after 4 hours the mixture was diluted with 12.1 kg of acetone / isopropanol mixture (94: 6).
Nach 5 sowie nach 7 h wurde jeweils mit 150 g Bis-(4-te/f-butylcyclohexyl)-peroxy- dicarbonat, jeweils gelöst in 500 g Aceton, nachinitiiert. Nach 22 h Reaktionszeit wurde die Polymerisation abgebrochen und auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Produkt hatte einen Feststoffgehalt von 50,1 % und wurde getrocknet. Das resultierende Polyacrylat hatte einen K-Wert von 69,6, ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von Mw = 14.700.000 g/mol, ein zahlenmittleres Molekulargewicht von Mn = 40.521 g/mol und eine statische Glasübergangstemperatur von Tg = - 17,0 °C. After 5 and after 7 h, 150 g of bis (4-te / f-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate, each dissolved in 500 g of acetone, were re-initiated. After a reaction time of 22 h, the polymerization was terminated and the mixture was cooled to room temperature. The product had a solids content of 50.1% and was dried. The resulting polyacrylate had a K value of 69.6, a weight average molecular weight of M w = 14,700,000 g / mol, a number average molecular weight of M n = 40,521 g / mol and a static glass transition temperature of Tg = -17.0 ° C.
H erste IJ ung Vergleich spojymer VA5 (oh n e A/:yinyNactam) H first IJ ung comparison spojymer VA5 (without A / : yinyNactam)
Ein für radikalische Polymerisationen konventioneller Reaktor wurde mit 47,5 kg 2-Ethyl- hexylacrylat, 47,5 kg Butylacrylat, 5,0 kg 3,4-Epoxycyclohexylmethylmethacrylat und 66,7 kg Aceton/ Isopropanol (96:4) befüllt. Nach 45minütiger Durchleitung von Stickstoff gas unter Rühren wurde der Reaktor auf 58 °C hochgeheizt und 50 g Vazo 67, gelöst in 500 g Aceton, hinzugegeben. Anschließend wurde das äußere Heizbad auf 70 °C erwärmt und die Reaktion konstant bei dieser Außentemperatur durchgeführt. Nach 1 h wurden erneut 50 g Vazo 67, gelöst in 500 g Aceton, zugegeben und nach 2 h mit 10 kg Aceton/Iso- propanol-Gemisch (96:4) verdünnt. Nach 5,5 h wurden 150 g Bis-(4-te/f-butylcyclohexyl)- peroxydicarbonat, gelöst in 500 g Aceton, zugegeben; nach 6 h 30 min wurde erneut mit 10 kg Aceton/Isopropanol-Gemisch (96:4) verdünnt. Nach 7 h wurden weitere 150 g Bis- (4-te/f-butylcyclohexyl)peroxydicarbonat, gelöst in 500 g Aceton, zugegeben und das Heizbad auf eine Temperatur von 60 °C eingeregelt. Nach 22 h Reaktionszeit wurde die Polymerisation abgebrochen und auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Produkt hatte einen Feststoffgehalt von 50,8 % und wurde getrocknet. Das resultierende Polyacrylat hatte einen K-Wert von 86,6, ein gewichtsmittleres Mole kulargewicht von Mw = 1.480.000 g/mol, ein zahlenmittleres Molekulargewicht Mn = 15.071 g/mol und eine statische Glasübergangstemperatur von Tg = - 53,0 °C. A reactor conventional for radical polymerizations was charged with 47.5 kg of 2-ethylhexyl acrylate, 47.5 kg of butyl acrylate, 5.0 kg of 3,4-epoxycyclohexylmethyl methacrylate and 66.7 kg of acetone / isopropanol (96: 4). After nitrogen gas had been passed through for 45 minutes with stirring, the reactor was heated to 58 ° C. and 50 g of Vazo 67, dissolved in 500 g of acetone, were added. The external heating bath was then heated to 70 ° C. and the reaction was carried out constantly at this external temperature. After 1 hour, another 50 g of Vazo 67, dissolved in 500 g of acetone, were added and, after 2 hours, the mixture was diluted with 10 kg of acetone / isopropanol mixture (96: 4). After 5.5 hours, 150 g of bis (4-te / f-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate, dissolved in 500 g of acetone, were added; after 6 h 30 min, the mixture was diluted again with 10 kg of acetone / isopropanol mixture (96: 4). After 7 hours, a further 150 g of bis (4-te / f-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate, dissolved in 500 g of acetone, were added and the heating bath was adjusted to a temperature of 60.degree. After a reaction time of 22 h, the polymerization was terminated and the mixture was cooled to room temperature. The product had a solids content of 50.8% and was dried. The resulting polyacrylate had a K value of 86.6, a weight average molecular weight of Mw = 1,480,000 g / mol, a number average molecular weight Mn = 15,071 g / mol and a static glass transition temperature of Tg = -53.0 ° C.
Beispiele Examples
H erstel J _u ng Struktur eile H aftklebem i assen . PSA 1 bis PSA 12 sovyi e yergleichsklebemassen VPSA13 bis VPSA16 Manufacture of the structure of adhesive adhesives. PSA 1 to PSA 12 as well as equal adhesive compounds VPSA13 to VPSA16
Tabelle 2: Massespezifische Angaben a) ln diesem Fall kationisch polymerisierbares Monomer mit Oxetangruppen b) In diesem Fall handelt es sich um eine Oxetankonzentration [mmol/g Polymer] Der Initiator wurde stets im Dunkeln und in Aceton gelöst zu der Klebemasseformulierung gegeben, welche anschließend unter starkem Rühren gut durchmischt wurde. Die folgenden Beispiele enthalten jeweils 1,35 Gew.-% Irgacure PAG 290 bezogen auf das Polymer. Table 2: Mass-specific information a ) In this case cationically polymerizable monomer with oxetane groups b ) In this case it is an oxetane concentration [mmol / g polymer] The initiator was always added in the dark and dissolved in acetone to the adhesive formulation, which was then mixed thoroughly with vigorous stirring. The following examples each contain 1.35% by weight of Irgacure PAG 290 based on the polymer.
Die fertige Formulierung wurde auf einen Feststoffgehalt von 30 % mit Aceton verdünnt und dann aus Lösung auf eine silikonisierte Trennfolie (50 pm Polyester) beschichtet. (Beschichtungsgeschwindigkeit 2,5 m/min, Trockenkanal 15 m, Temperaturen Zone 1: 40 °C, Zone 2: 70 °C, Zone 3: 95 °C, Zone 4: 105 °C) Der Masseauftrag betrug jeweils 100 g/m2. Es wurde kein Unterschied hinsichtlich der Produkteigenschaften zwischen derThe finished formulation was diluted to a solids content of 30% with acetone and then coated from solution onto a siliconized release film (50 μm polyester). (Coating speed 2.5 m / min, drying tunnel 15 m, temperatures zone 1: 40 ° C., zone 2: 70 ° C., zone 3: 95 ° C., zone 4: 105 ° C.) The mass application in each case was 100 g / m 2 . There was no difference in product properties between the
Trocknung bei den zuvor angegebenen Temperaturen oder einer deutlich langsameren bei Raumtemperatur festgestellt. Drying was found at the temperatures given above or a significantly slower one at room temperature.
Tabelle 3: Klebtechnische Ergebnisse c) Sofern keine Angaben zum Bruchbild gegeben werden, handelt es sich um ein kohäsives Versagen derTable 3: Bonding results c) If no information is given on the fracture pattern, it is a cohesive failure of the
Klebemasse. Zur Beurteilung der Eignung der Muster als Haftklebemasse vor der UV-Bestrahlung wurde die Klebkraft auf Stahl sowie die statische Scherstandszeit bei Raumtemperatur bestimmt. Es zeigt sich, dass alle erfindungsgemäßen strukturellen Haftklebmassen sowie die Formulierungen mit Epoxymonomeren bzw. Monomeren mit einer kationisch polymerisierbaren Gruppe wie das Bisoxetan Aron OXT-221 (PSA1 bis PSA12) vergleichbare Klebkräfte wie eine typische Acrylathaftklebemasse sowie eine gute Kohäsion aufzeigen, wobei letzteres trotz des Verzichts auf einen zusätzlichen chemischen Vernetzers realisiert werden konnte. Die Vergleichsklebmassen VPSA13 und VPSA14 zeigen ebenfalls gute Haftklebemasseeigenschaften, wohingegen die Vergleichsklebe massen VPSA15 und VPSA16 eindeutig im Schertest versagt und somit nicht für eine Vorfixierung der zu verklebenden Bauteile geeignet ist bzw. die Verklebung nach der UV- Aktivierung bis zum Erreichen des maximalen Vernetzungsgrades aufgrund der mangelnden Kohäsion ohne Fixierung versagen würde. Adhesive. To assess the suitability of the samples as PSA prior to UV irradiation, the bond strength on steel and the static shear resistance time at room temperature were determined. It has been shown that all structural pressure-sensitive adhesives according to the invention and the formulations with epoxy monomers or monomers with a cationically polymerizable group such as the bisoxetane Aron OXT-221 (PSA1 to PSA12) exhibit adhesive strengths comparable to a typical acrylate pressure-sensitive adhesive and good cohesion, the latter despite the There was no need for an additional chemical crosslinker. The comparison adhesives VPSA13 and VPSA14 also show good pressure-sensitive adhesive properties, whereas the comparison adhesives VPSA15 and VPSA16 clearly fail in the shear test and are therefore not suitable for pre-fixing the components to be bonded or for bonding after UV activation until the maximum degree of crosslinking is reached due to the lack of cohesion would fail without fixation.
UV- Vernetzung ...der . strukturel len H aftWebemassen PSA 1... bis... PSA 12... spwj je... der yergleichsklebeinassen VPSAI 3 bis VPSA16 UV crosslinking ... the. Structural adhesive fabrics PSA 1 ... to ... PSA 12 ... spwj each ... of the equivalent adhesive sizes VPSAI 3 to VPSA16
Die zuvor hergestellten, 100 pm dicken Klebebandmuster wurden jeweils auf eine Stahlplatte blasenfrei aufgebracht. Durch die Regelung der Lampenleistung und der Rollgeschwindigkeit des Fließbandes konnte diese variiert werden, wobei die optimale Dosis jeweils 80 mJ/cm2 betrug. Nach Bestrahlung der offenen Seite wurde innerhalb von 30 Sekunden eine weitere Stahlplatte auf die zuvor bestrahlte Oberfläche gemäß Messmethode VIII geklebt. Bei längeren Zeiten zwischen UV-Bestrahlung und Verklebung war die Oberfläche schon so stark vernetzt, dass die Haftung auf der Stahlplatte nicht mehr ausreichend war. The previously produced, 100 .mu.m thick adhesive tape samples were each applied bubble-free to a steel plate. By regulating the lamp power and the rolling speed of the conveyor belt, this could be varied, the optimal dose being 80 mJ / cm 2 in each case. After irradiating the open side, another steel plate was glued to the previously irradiated surface in accordance with measurement method VIII within 30 seconds. With longer times between UV irradiation and gluing, the surface was already so strongly crosslinked that the adhesion to the steel plate was no longer sufficient.
Tabelle 4: Klebtechnische Eigenschaften nach UV-vernetzung Table 4: Bonding properties after UV crosslinking
d) Sofern keine Angaben zum Bruchbild gegeben werden, handelt es sich um ein kohäsives Versagen der Klebemasse. A = adhäsives Versagen d) If no information is given on the fracture pattern, it is a cohesive failure of the adhesive. A = adhesive failure
Anhand der Mikroscherwege ist zu erkennen, dass die erfindungsgemäßen Beispiele sowohl (PSA1 und PSA7) als auch mit Epoxymonomeren nach UV-Bestrahlung sehr gut vernetzen. Dennoch weisen die Muster eine ausreichende Adhäsion auf sowie eine sehr gute dynamische Scherfestigkeit. Das Fehlen der kationisch polymerisierbaren Gruppe im Acrylat hingegen (VPSA13 und VPSA14) führt zu einem drastischen Einbruch der dynamischen Scherfestigkeit. Diese Massen eigen sich zwar vor der UV-Vernetzung als Haftklebmasse, erreichen jedoch keine für eine strukturelle Haftklebemasse gewünschte Verklebunsgfestigkeit. Die Vergleichsbespiele VPSA15 und VPSA16 zeigen zwar zumindest durch die Formulierung mit reaktiven Epoxymonomeren die gewünschten dynamischen Scherfestigkeiten, jedoch eignen sich diese Massen, wie schon zuvotr gezeigt, nicht als Haftklebmasse. From the microshear paths it can be seen that the examples according to the invention both (PSA1 and PSA7) and with epoxy monomers crosslink very well after UV irradiation. Nevertheless, the samples show adequate adhesion and very good dynamic shear strength. In contrast, the absence of the cationically polymerizable group in the acrylate (VPSA13 and VPSA14) leads to a drastic drop in the dynamic shear strength. Although these compositions are suitable as pressure-sensitive adhesives prior to UV crosslinking, they do not achieve the bond strength desired for a structural pressure-sensitive adhesive. The comparative examples VPSA15 and VPSA16 show the desired dynamic shear strengths, at least as a result of the formulation with reactive epoxy monomers, but, as already shown above, these compositions are not suitable as pressure-sensitive adhesive.
Schichtd ickenab_hängigkei_t der U Y.-Vernetzung Layer thickness dependent on the U Y network
Die UV-aktivierte kationische Polymerisation zeigt eine sogenannte Dunkelreaktion, das heißt, das im Gegensatz zu einer UV-aktivierten radikalischen Reaktion auch nach Ausschalten der UV-Quelle die aktive Spezies, nämlich das Proton, für weitere Reaktionen zur Verfügung steht. Hierdurch können generell höhere Schichtdicken vernetzt bzw. durchpolymerisiert werden, sofern die Diffusion der Protonen nicht unterbunden ist. Zur Überprüfung der Schichtdickenabhängigkeit wurde die strukturelle Haftklebemasse PSA1 mit 100, 200, 500 und 1000 pm dicken Mustern bei gleichbleibender Dosis untersucht. Tabelle 5: Schichtdickenabhängigkeit der PSA1 - dynamische Scherfestigkeit e) Sofern keine Angaben zum Bruchbild gegeben werden, handelt es sich um ein kohäsives Versagen derThe UV-activated cationic polymerization shows a so-called dark reaction, which means that, in contrast to a UV-activated radical reaction, the active species, namely the proton, is available for further reactions even after the UV source has been switched off. As a result, generally higher layer thicknesses can be crosslinked or be polymerized through, provided that the diffusion of the protons is not prevented. To check the dependency on the layer thickness, the structural pressure-sensitive adhesive PSA1 with 100, 200, 500 and 1000 .mu.m thick samples was examined with a constant dose. Table 5: Layer thickness dependency of PSA1 - dynamic shear strength e) If no information is given on the fracture pattern, it is a cohesive failure of the
Klebemasse. A = adhäsives Versagen Adhesive. A = adhesive failure
Es hat sich gezeigt, dass selbst das 1000 pm dicke Muster noch eine ausreichend hohe Verklebungsfestigkeit aufweist. It has been shown that even the 1000 μm thick sample still has a sufficiently high bond strength.
Schjchtdjckenabhänjgiakejt dej.yy-Vemetzung Schjchtdjckenabhänjgiakejt dej.yy networking
Unvernetzte Muster der erfindungsgemäßen Haftklebemasse PSA1, PSA2 und PSA7 werden bei unterschiedlichen Temperaturen im Dunkeln für eine Woche bzw. ein Monat gelagert und anschließend erneut mittels dynamischer Scherfestigkeit bewertet. Als Referenz hierzu dient ein frisch beschichtetes Muster, welches sofort mittels UV-Strahlung vernetzt wird. Uncrosslinked samples of the PSA1, PSA2 and PSA7 pressure-sensitive adhesive of the invention are stored at different temperatures in the dark for a week or a month and then reassessed by means of dynamic shear strength. A freshly coated sample is used as a reference, which is immediately crosslinked by means of UV radiation.
Tabelle 6: Überprüfung der Temperaturstabilität mittels dynamischer Scherfestigkeit0 Table 6: Checking the temperature stability using dynamic shear strength 0
0 Sofern keine Angaben zum Bruchbild gegeben werden, handelt es sich um ein kohäsives Versagen der Klebemasse. A = adhäsives Versagen Anhand der Tabelle 6 ist gut zu erkennen, dass alle Muster auch nach thermischer Lagerung weiterhin UV-vernetzbar sind und die gewünschte Verklebungsfestigkeit erreichen. 0 Unless information on the fracture pattern is given, it is a cohesive failure of the adhesive. A = adhesive failure Table 6 clearly shows that all samples can still be UV-crosslinked even after thermal storage and achieve the desired bond strength.
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