CN102232103A - 电子束固化的有机硅材料 - Google Patents
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Abstract
描述了利用电子束固化来制备有机硅材料的方法。所述材料是在不存在有效量的催化剂和引发剂的情况下进行热熔融处理和固化的。可使用官能化和非官能化的有机硅材料。示例性的固化材料包括有机硅压敏粘合剂、有机硅泡沫和非粘性有机硅膜。
Description
技术领域
本发明涉及有机硅材料,包括有机硅压敏粘合剂、有机硅泡沫、和非粘性有机硅膜。更具体地讲,本发明描述了通过暴露于电子束照射而固化的有机硅材料。
背景技术
压敏粘合剂(PSA)为重要类型的材料。一般来讲,PSA通过轻压(如指压)粘附至基底并且通常不需要任何后固化(如热或辐射)来实现它们的最大粘合强度。可获得多种PSA化学物质,包括例如丙烯酸、橡胶、和有机硅基体系。有机硅PSA提供下述有用的特性中的一个或多个:对低表面能(LSE)表面的粘合、具有短停留时间的快速粘合、宽泛的使用温度(即,在高温极限和低温极限下的性能)、耐候性(包括耐紫外线(UV)辐射、氧化和湿度)、对应力变化(如施加应力的方式、频率和角度)的降低敏感度、以及耐化学物质(如溶剂和增塑剂)和生物物质(如霉菌和真菌)。
一般来讲,已通过聚合物或胶质与增粘树脂之间的缩合反应来形成有机硅压敏粘合剂。聚合物或胶质通常为高分子量的硅烷醇封端的聚(二有机基硅氧烷)材料,如硅烷醇封端的聚(二甲基硅氧烷)(“PDMS”)或聚(二甲基甲基苯基硅氧烷)。增粘树脂通常为由三甲基硅氧基封端的三维硅酸盐结构。除了聚合物或胶质的末端硅烷醇基团之外,增粘树脂也可包括剩余的硅烷醇官能团。
这种体系依赖于高分子量的起始物质;因此,它们必须在溶剂中进行稀释以实现适于在室温下涂布的粘度。典型的可涂布溶液在溶剂(如诸如甲苯或二甲苯之类的芳族溶剂)中包含低于60%的固体重量。当使用常规的有机硅PSA时,可在涂布之前添加额外的溶剂以使得高于50%的挥发性有机化合物(VOC)含量为普遍的。
多种方法已被研究用于有机硅PSA的低VOC递送。例如已探索了水基乳液体系和基于低粘度、高度官能化的有机硅聚合物(如包括硅键合的氢、硅键合的乙烯基、硅键合的环氧基和硅键合的丙烯酸酯的聚合物)的液态无溶剂体系。另外已尝试了依赖于硅键合的可水解官能团(如烷氧基、乙酰氧基、或肟基团)的热熔融、水分可固化的有机硅PSA。
尽管存在这些进展,但仍需要用于有机硅PSA的低VOC递送的更稳固的方法。另外需要这样一种低VOC递送方法,所述方法允许所使用的有机硅化学物质的较大差异性,因而能够实现较宽范围的最终使用性能特性。
尽管某些有机硅PSA制剂在溶剂移除之后提供合格的性能,但一些体系受益于额外的交联。常规的有机硅PSA是通过使用特定类型的催化剂的热方法来固化的。例如已将铂催化剂与加成固化体系一起使用,已将过氧化物(如过氧化苯甲酰)与夺氢固化体系一起使用,并且已将锡催化剂与水分/冷凝固化体系一起使用。
一般来讲,这些方法中的一些需要附接至硅氧烷主链的反应性官能团。例如加成固化、铂催化的体系通常依赖于硅键合的乙烯基官能团和硅键合的氢之间的硅氢化反应。通常,可能有利的是具有下述有机硅粘合剂体系,所述有机硅粘合剂体系可在无需使用催化剂的情况下固化,尤其是当热熔融涂布时或者在应避免过早固化的其他情况下。
发明内容
简而言之,在一个方面,本发明提供了制备交联的有机硅基材料的方法。该方法包括热熔融处理包含有机硅材料的组合物并且使该组合物经受电子束照射以形成交联的有机硅基材料。组合物不含有效量的催化剂和引发剂。在一些实施例中,热熔融处理包括挤出。
在一些实施例中,有机硅材料为非官能化的有机硅材料。在一些实施例中,有机硅材料包括硅氧烷主链和至少一个官能团。在一些实施例中,所有的官能团均为羟基。
在一些实施例中,交联的有机硅基材料为有机硅压敏粘合剂。在一些实施例中,交联的有机硅基材料为有机硅泡沫。在一些实施例中,交联的有机硅基材料为非粘性有机硅泡沫。
在一些实施例中,有机硅材料为聚硅氧烷,例如聚(二烷基硅氧烷)或聚(二甲基硅氧烷)。在一些实施例中,聚硅氧烷为芳族硅氧烷。
在一些实施例中,组合物还包含增粘剂,例如MQ树脂增粘剂。
在另一方面,本发明提供了根据本发明的方法制备的交联的有机硅基材料。在一些实施例中,有机硅压敏粘合剂包括交联的有机硅弹性体,其中粘合剂基本上不含催化剂和引发剂。在一些实施例中,粘合剂还包含增粘剂,例如MQ树脂增粘剂。在一些实施例中,材料为泡沫。在一些实施例中,材料为非粘性膜。
本公开的上述发明内容并不旨在描述本发明的每一个实施例。本发明的一个或多个实施例的细节还在以下描述中给出。本发明的其他特征、目标和优点从描述和权利要求中将显而易见。
附图说明
图1示出了根据本发明的一些实施例的示例性泡沫芯条带。
图2示出了根据本发明的一些实施例的示例性交联聚硅氧烷泡沫。
具体实施方式
一般来讲,本发明的交联硅氧烷网络可由官能化的或非官能化的有机硅材料形成。一般来讲,有机硅材料可以为油、液体、胶质、弹性体、或树脂(如易碎的固体树脂)。在一些实施例中,非官能化的有机硅材料可以为通过示出硅氧烷主链以及脂族和/或芳族取代基的下述化学式所述的直链式材料:
其中R1、R2、R3、和R4独立地选自烷基和芳基,各个R5为烷基并且n和m为整数,且m或n中的至少一个不为0。在一些实施例中,烷基或芳基中的一个或多个可包含卤素取代基,例如氟。例如在一些实施例中,烷基中的一个或多个可以为-CH2CH2C4F9。
在一些实施例中,R5为甲基,即,非官能化的有机硅材料是由三甲基硅氧基封端的。在一些实施例中,R1和R2为烷基并且n为0,即,材料为聚(二烷基硅氧烷)。在一些实施例中,烷基为甲基,即,聚(二甲基硅氧烷)(“PDMS”)。在一些实施例中,R1为烷基,R2为芳基,并且n为0,即,材料为聚(烷基芳基硅氧烷)。在一些实施例中,R1为甲基并且R2为苯基,即,材料为聚(甲苯基硅氧烷)。在一些实施例中,R1和R2为烷基并且R3和R4为芳基,即,材料为聚(二烷基二芳基硅氧烷)。在一些实施例中,R1和R2为甲基,并且R3和R4为苯基,即,材料为聚(二甲基二苯基硅氧烷)。
在一些实施例中,非官能化的有机硅材料可以为支链的。例如R1、R2、R3、和/或R4基团中的一个或多个可以为具有烷基或芳基(包括卤代烷基或芳基)取代基和端部R5基团的直链或支链硅氧烷。
如本文所用,“非官能化基团”为由碳、氢、以及在一些实施例中卤素(氟)原子组成的烷基或芳基。如本文所用,“非官能化的有机硅材料”为其中R1、R2、R3、R4、和R5基团为非官能化基团的材料。
一般来讲,官能化的有机硅体系包括附接至原料的硅氧烷主链的特定反应性基团(例如氢、羟基、乙烯基、烯丙基、或丙烯酸基团)。如本文所用,“官能化的有机硅材料”为其中化学式2的R基团中的至少一个为官能团的材料。
在一些实施例中,官能化的有机硅材料为其中R基团的至少2个为官能团的材料。一般来讲,化学式2中的R基团可进行独立地选择。在一些实施例中,存在的唯一官能团为羟基,例如硅烷醇封端的聚硅氧烷(例如硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷)。
除了官能化的R基团之外,R基团可以为非官能化基团,如烷基或芳基,包括卤代的(如氟化的)烷基和芳基。在一些实施例中,官能化的有机硅材料可以为支链的。例如R基团中的一个或多个可以为具有官能化和/或非官能化取代基的直链或支链硅氧烷。
一般来讲,较低分子量、较低粘度的材料称为流体或油,而较高分子量、较高粘度的材料称为胶质;然而,这些术语之间不具有明显的区分。通常,术语“流体”和“油”是指25℃下的动态粘度不大于1,000,000mPa·sec(如小于600,000mPa·sec)的材料,而25℃下的动态粘度大于1,000,000mPa·sec(如至少10,000,000mPa·sec)的材料称为“胶质”。
本发明的压敏粘合剂的制备方式可以为将有机硅材料(如有机硅胶质或弹性体)与适当的增粘树脂混合、热熔融涂布所得的组合、并且利用电子束(E-beam)照射来固化。一般来讲,也可包含可用于压敏粘合剂制剂中的任何已知的添加剂(如染料、颜料、填料、阻燃剂、流变改性剂、流平剂(flow agents)、表面活性剂、微球(如可膨胀微球)等等)。
一般来讲,可使用任何已知的增粘树脂,例如在一些实施例中,可使用硅酸盐增粘树脂。在一些示例性粘合剂组合物中,可使用多种硅酸盐增粘树脂来得到所期望的性能。
合适的硅酸盐增粘树脂包括由以下结构单元构成的树脂:M(即,单价R′3SiO1/2单元)、D(即,二价R′2SiO2/2单元)、T(即,三价R′SiO3/2单元)、和Q(即,四价SiO4/2单元)、以及它们的组合。典型的示例硅酸盐树脂包括MQ硅酸盐增粘树脂、MQD硅酸盐增粘树脂、和MQT硅酸盐增粘树脂。这些硅酸盐增粘树脂的数均分子量通常在100至50,000gm/mole的范围内(如500至15,000gm/mole),并且一般来讲R′基团为甲基。
MQ硅酸盐增粘树脂为共聚树脂,其中各个M单元键合至Q单元,并且各个Q单元键合至至少一个其它Q单元。Q单元中的一些仅键合至其他Q单元。然而,一些Q单元键合至羟基残基,得到HOSiO3/2单元(即,“TOH”单元),从而构成硅酸盐增粘树脂中一些与硅键合的羟基的量。
可将MQ树脂上与硅键合的羟基(即,硅烷醇)的量降低至占所述硅酸盐增粘树脂的重量的不大于1.5重量%,不大于1.2重量%,不大于1.0重量%,或不大于0.8重量%。这可通过(例如)使六甲基二硅氮烷与硅酸盐增粘树脂反应来实现。该反应可用(例如)三氟乙酸来催化。或者,可以使三甲基氯硅烷或三甲硅基乙酰胺与硅酸盐增粘树脂反应,在这种情况下无需催化剂。
MQD有机硅增粘树脂为具有M、Q、和D单元的三元共聚物。在一些实施例中,D单元的甲基R′基团中的一些可被乙烯基(CH2=CH-)基团(“DVi”单元)替代。MQT硅酸盐增粘树脂为具有M、Q、和T单元的三元共聚物。
合适的硅酸盐增粘树脂可从诸如Dow Corning(如DC 2-7066)、Momentive Performance Materials(如SR545和SR1000)之类的来源商购获得。
有机硅材料、增粘树脂、和任何任选的添加剂可在热熔融涂布和固化之前通过多种已知方法中的任何一种来进行混合。例如在一些实施例中,可使用常用的设备(例如搅拌机、混合机、碾磨机、挤出机等等)预混合各种组分。在一些实施例中,热熔融涂布方法为挤出。在这种实施例中,各种组分可通过挤出机的一个或多个独立端口以各种组合或单独地添加到一起、在挤出机内进行混合(如熔融混合)、并且挤出以形成热熔融涂布的组合物。无论其形成方式如何,热熔融涂布的组合物是通过暴露于电子束照射进行固化的。
在一些实施例中,本发明的方法和材料可用于泡沫化有机硅泡沫,包括有机硅粘合剂泡沫。有机硅泡沫提供独特的特性,包括:弹性、宽泛的工作温度稳定性(如-50℃至约200℃)、惰性、和固有的阻燃性。一般来讲,有机硅泡沫已在同时发生孔生长或膨胀(即,发泡过程)和孔稳定化(即,交联过程)的过程中制备。对于有机硅泡沫,最常用的孔膨胀化学物质依赖于化学发泡剂(如含偶氮化合物)或者来自交联反应的浓缩气体副产物。
相比之下,通过使用本发明的电子束固化方法,可独立地优化孔膨胀或发泡过程以及孔稳定化或交联过程。在一些实施例中,这可导致对于孔结构具有改善的控制,从而获得均匀分布的泡沫孔尺寸。电子束固化的有机硅泡沫可利用微球制备,包括刚性的非聚合中空微球(如玻璃泡)和聚合物微球(包括热膨胀性聚合物微球)。
玻璃泡为本领域中已知的并且可商购获得和/或通过本领域中已知的技术制得。可使用的玻璃泡包括以商品名“3M SCOTCHILITEGLASS BUBBLES”(如等级K1、K15、S15、S22、K20、K25、S32、K37、S38HS、K46、A16/500、A20/1000、和D32/4500)得自3M公司的玻璃泡;以商品名“Q-CELL HOLLOW SPHERES”(如等级30、6014、6019、6028、6036、6042、6048、5019、5023、和5028)得自Potters Industries的玻璃泡;以及以商品名“SIL-CELL”(如等级SIL 35/34、SIL-32、SIL-42、和SIL-43)得自Silbrico公司的玻璃泡。这些玻璃泡通常具有0.1g/cm3至0.5g/cm3范围内的平均密度和5至250微米范围内的平均泡粒度。
聚合物微球为具带有聚合物壳的中空球体。在一些实施例中,可使用可膨胀的聚合物微球。这种可膨胀的微球包括聚合物壳和形式为气体、液体、或它们的组合(如丙烷、丁烷、戊烷、异丁烯、新戊烷、以及它们的组合)的芯材料。加热时,壳软化并且芯膨胀,导致壳膨胀而不会破裂。冷却时,壳重新硬化,并且可膨胀性微球仍然为膨胀的。示例性的热膨胀性聚合物微球具有含丙烯腈的壳和合适的芯材料。可用的可膨胀性微球包括以商品名“MICROPEARL”(如等级F30、F80、和F100)得自Henkel的微球和以商品名EXPANCEL(如“Expancel551”、“Expancel 461”、和“Expancel 091”)得自Akzo-nobel的微球。
有机硅材料、微球、和任何任选的添加剂可在进行热熔融涂布和固化之前通过多种已知方法中的任何一种来进行混合。一般来讲,也可包含可用于泡沫中的任何已知的添加剂(如增粘剂、增塑剂、染料、颜料、填料、阻燃剂、流变改性剂、和表面活性剂)。例如在一些实施例中,可使用常用的设备(例如搅拌机、混合机、碾磨机、挤出机等等)预混合各种组分。在一些实施例中,热熔融涂布方法为挤出。在这种实施例中,各种组分可通过挤出机的一个或多个独立端口以各种组合或单独地添加到一起、在挤出机内进行混合(如熔融混合)、并且挤出以形成热熔融涂布的组合物。无论其形成方式如何,热熔融涂布的组合物是通过暴露于电子束照射进行固化的。
用于电子束固化的各种工序为已知的。固化依赖于用来传递电子束的具体设备,并且本领域技术人员可以确定所用设备的剂量校正模型。
市售的电子束发生设备为易得的。对于本文所述的实例,辐射处理是在型号CB-300的电子束发生装置(得自Energy Sciences公司(Wilmington,MA))上进行的。一般来讲,支承膜(如聚酯对苯二甲酸酯支承膜)贯穿惰性室。在一些实施例中,可将两侧均具有衬片(如氟硅氧烷隔离衬片)(“封闭面”)的未固化材料的样品附接至支承膜并且以约6.1米/分钟(20英尺/分钟)的固定速度进行传送。在一些实施例中,可将未固化材料的样品施加至一个衬片上,且其相反的表面(“开放面”)不具有衬片。
可将未固化材料从一侧通过隔离衬片暴露于电子束照射。对于制备层合粘合剂型条带的单层,单次穿过电子束咎可以为足够了。诸如泡沫条带之类的较厚样品经由条带的横截面会显示出固化梯度,因此理想的是将未固化材料从两侧暴露于电子束照射。
相比于用于固化有机硅材料的先前方法,本发明的方法不需要使用催化剂或引发剂。因此,本发明的方法可用于固化“基本上不含”任何催化剂或引发剂的组合物。如本文所用,如果组合物不包含“有效量”的催化剂或引发剂,则组合物“基本上不含催化剂和引发剂”。应当理解,催化剂或引发剂的“有效量”取决于多种因素,包括催化剂或引发剂的类型、可固化材料的组成、以及固化方法(如热固化、UV固化等等)。在一些实施例中,如果相对于在相同固化条件下不含催化剂或引发剂的同一组合物的固化时间而言,特定催化剂或引发剂的量没有将组合物的固化时间减少至少10%,则这些催化剂或引发剂不是以“有效量”存在的。
实例
下述实例示出了本发明人的令人吃惊的发现,即多种有机硅化学物质可利用电子束(E-Beam)照射进行固化以获得压敏粘合剂。尽管未使用常规固化所需的催化剂或引发剂,但这些电子束固化的粘合剂的性能可比得上利用常规方法固化的相同粘合剂。
为了进行比较,对于有机硅化学物质中的每一个均制备三个样品。其中有机硅未固化的参考例、其中有机硅通过使用催化剂的适当常规方法进行固化的比较例、以及其中有机硅在不存在催化剂和引发剂的情况下利用电子束照射进行固化的本发明的实例。根据下述测试来测定样品的剥离粘合力和静态剪切力。
剥离粘合力测试。利用INSTRON拉伸试验机(INSTRON TensileTester)来测定剥离粘合力。将粘合剂样品切成1.27cm的宽度和11.4cm的长度并且利用粘合剂的主表面中的一个层合至0.127mm厚和1.6cm宽的铝箔背衬上。然后利用2kg(4.5磅)硬质橡胶辊总共通过四次来将所得条带施加至清洁板。在测试之前,将样品在室温(22℃)和50%的相对湿度下老化20分钟或3天。然后将板安装在INSTRON拉伸试验机中并且沿90度角以30.5cm/分钟的速度撕开条带。将结果以磅/0.5英寸为单位进行测定,并且换算成N/cm(即,3.5N/cm=1磅/0.5英寸)。
静态剪切力测试。剪切力测试。将测量为2.54cm×1.27cm的条带样品层合至测量为2.54cm×5.08cm的板上,使得条带的边缘与板的边缘共延。板交叠1.27cm盖住带,并且板的自由端在相反的方向上延伸。板的一端悬挂在设定于70℃的烘箱中的支架上,500克重物悬挂于另一板末端的底部,从而使得条带样品处于剪切应力之下。监测底部板从悬挂板上剥离所用的时间,监测长达10,000分钟。失效时间以分钟记录。对于持续10,000分钟的样品,记录为“10,000+”数值。
利用聚丙烯板和涂漆板进行剥离测试和剪切力测试。聚丙烯板得自Standard Plaque公司(Melvindale,MI)。涂漆板标识为得自ACT(Hilldale,MI)的APR46336。普遍接受的是,已利用典型的汽车油漆系统来制备涂漆板。将包括基底电涂层、着色底涂层、以及低表面能氨基甲酸酯交联的未着色的丙烯酸类透明涂层的汽车油漆系统施加至不锈钢板。利用“Accu-Dyne”溶液进行测定,所得测试表面具有32达因/厘米的表面能。
泡沫密度测试工序。测定泡沫片材的厚度L。利用刀切割器切割泡沫片材以形成具有2.54cm×2.54cm(1英寸×1英寸)方形横截面的样品。以克为单位测定样品的重量。通过将样品的重量除以样品的体积来计算其密度,其中体积为样品厚度和其横截面积的乘积。
在样品的制备中使用的材料概述于表1中。
表1:材料概述
系列1:DC-7658
参考例RE-1。利用间隙为127微米(5密耳)的刮涂机将DC-7658按原样涂布至PET-3SAC膜上。随即将经涂布的样品在70℃的烘箱中干燥15分钟。
比较例CE-1。将125克DC-7658与0.5克DC-7678(交联剂)和0.5克Syl-Off-4000(催化剂)在广口玻璃瓶中混合,并且在室温下在辊式混合机上放置4小时。利用间隙为127微米的刮涂机将混合溶液涂布至PET-3SAC膜上。随即将经涂布的样品在70℃的烘箱中干燥15分钟。
实例1A、1B、和1C。利用间隙为127微米的刮涂机将DC-7658按原样涂布至PET-3SAC膜上。随即将涂布的样品在70℃的烘箱中干燥15分钟。然后使干燥样品穿过氧含量<50ppm的电子束室,所述电子束室具有250kev和各种剂量水平:1毫拉德(EX-1A)、5毫拉德(EX-1B)、和9毫拉德(EX-1C)。
系列2:DC-7355
参考例RE-2。利用间隙为127微米的刮涂机将DC-7355按原样涂布至PET-3SAC膜上。随即将涂布的样品在70℃的烘箱中干燥15分钟。
比较例CE-2。将100克DC-7355与4克催化剂(SID-3352-O)在广口玻璃瓶中混合,随后将该广口玻璃瓶在室温下在辊式混合机上放置4小时。利用间隙为127微米的刮涂机将混合溶液涂布至PET-3SAC膜上。随即将涂布的样品在70℃的烘箱中干燥10分钟,并且随后在150℃下固化另一个15分钟。
实例2A、2B、和2C。利用间隙为127微米的刮涂机将DC-7355按原样涂布至PET-3SAC膜上。随即将涂布的样品在70℃的烘箱中干燥15分钟。使干燥样品穿过氧含量<50ppm的电子束室,所述电子束室具有250kev和各种剂量水平:1毫拉德(EX-2A)、5毫拉德(EX-2B)、和9毫拉德(EX-2C)。
系列3:Q2-7735
参考例RE-3。利用间隙为127微米的刮涂机将Q2-7735按原样涂布至PET-3SAC膜上。随即将涂布的样品在70℃的烘箱中干燥15分钟。
比较例CE-3。将100克Q2-7735与4克SID-3352-O(催化剂)在广口玻璃瓶中混合,随后将该广口玻璃瓶在室温下在辊式混合机上放置4小时。利用间隙为127微米的刮涂机将混合溶液涂布至PET-3SAC膜上。随即将涂布的样品在70℃的烘箱中干燥10分钟,并且随后在150℃下固化另一个15分钟。
实例3A、3B、和3C。利用间隙为127微米的刮涂机将Q2-7735按原样涂布至PET-3SAC膜上。随即将涂布的样品在70℃的烘箱中干燥15分钟。使干燥样品穿过氧含量<50ppm的电子束室,所述电子束室具有250kev和各种剂量水平:1毫拉德(EX-3A)、5毫拉德(EX-3B)、和9毫拉德(EX-3C)。
系列4:DC-2013
参考例RE-4。利用间隙为51微米(2密耳)的刮涂机将DC-2013按原样涂布至PET-3SAC膜上。
比较例CE-4。将50克DC-2013、0.3克DC-7678(交联剂)和0.3克DC-4000(催化剂)在广口玻璃瓶中混合,随后将该广口玻璃瓶在室温下在辊式混合机上放置4小时。利用间隙为51微米的刮涂机将混合溶液涂布至PET-3SAC膜上。随即将涂布的样品在70℃的烘箱中固化15分钟。
实例4A、4B、和4C。利用间隙为51微米的刮涂机将DC-2013按原样涂布至PET-3SAC膜上。使涂布的样品穿过氧含量<50ppm的电子束室,所述电子束室具有250kev和各种剂量水平:1毫拉德(EX-4A)、5毫拉德(EX-4B)、和9毫拉德(EX-4C)。
示例性电子束粘合剂与参考例和比较例相比的剥离粘合力和静态剪切力特性概述于表2中。
表2:粘合剂样品的特性
在一些实施例中,本发明的有机硅PSA可用作泡沫芯条带的皮肤粘合剂层。示例性的泡沫芯条带示于图1中。条带10包括泡沫芯20和有机硅PSA层30。任选的底漆层40夹在PSA层和泡沫芯之间。在一些实施例中,可将第二粘合剂层50粘附至泡沫芯20的相对表面。此外,在一些实施例中,底漆层可用于辅助粘合剂层粘合至泡沫芯,或者如图1所示,粘合剂层50可直接粘合至泡沫芯20。
示例性的泡沫芯包括丙烯酸酯、有机硅、聚烯烃、聚氨酯、和橡胶(如嵌段共聚物)中的一种或多种。这些材料可通过任何已知的技术进行发泡,例如添加球体(如玻璃和聚合物微球)、起泡、使用化学发泡剂等等。在一些实施例中,泡沫芯(如有机硅泡沫芯)可单独地、或者在与有机硅PSA相同的步骤中进行电子束固化。
除了泡沫芯条带之外,本发明的有机硅PSA中的一些可用作具有或不具有内部支承体的游离膜,例如稀松布。有机硅PSA也可用作其他的单面涂布或双面涂布条带构造的一部分,即,直接或间接粘合至支承层,例如纸张、聚合物膜(例如诸如聚四氟乙烯或氨基甲酸酯聚合物之类的氟化聚合物)、或金属箔。
具有有机硅皮肤粘合剂的泡沫芯条带是利用多种市售的商品名标识在表3中的有机硅压敏粘合剂材料制备的。
表3:有机硅粘合剂体系
将有机硅材料刮刀涂布到涂底漆的聚酯膜上并且在70℃下干燥15分钟以实现50微米(2密耳)的干燥厚度。将所得条带在300kev的加速电压和6毫拉德的剂量下进行电子束照射。电子束单元为宽带帘型电子束处理器(PCT Engineered Systems,LLC,Davenport,IA)。根据剥离力测试(表4a)和剪切力测试(表4b)来测试非交联的样品和电子束交联的样品。
表4a:非交联的和电子束交联的有机硅粘合剂的剥离粘合力
表4b:非交联的和电子束交联的有机硅粘合剂的剪切粘合力
这些相同的材料随后用于形成泡沫芯条带。首先将有机硅材料刮刀涂布到氟代有机硅衬片上并且在70℃下干燥15分钟以实现50微米(2密耳)的干燥厚度。然后将干燥有机硅PSA利用ADHESIONPROMOTER 4298UV(含有环己烷、二甲苯、乙醇、乙基苯、乙酸乙酯、丙烯酸类聚合物、氯化聚烯烃和异丙醇的液态底漆;得自3M公司(St.Paul,MN))涂布并且层合至ACRYLIC FOAM TAPE 5344(具有中间密度的丙烯酸泡沫芯和在泡沫芯的每个侧面上的丙烯酸粘合剂的条带;得自3M)。当通过氟代有机硅衬片支承时,将这些层合物在300kev的加速电压以及6和10毫拉德的剂量下进行电子束照射。电子束单元为宽带帘型电子束处理器(PCT Engineered Systems,LLC,Davenport,IA)。根据剥离力测试和剪切力测试来进一步地测试电子束交联的样品。结果概述于表5a和5b中。未观察到粘合失效。
表5a:具有电子束固化的有机硅粘合剂皮肤的泡沫芯条带的剥离力
表5b:具有电子束固化的有机硅粘合剂皮肤的泡沫芯条带的剪切力
热熔融涂布的样品
实例HM-1。将一千克PSA590(按得自Momentive PerformanceMaterials的原样使用)在66℃(150℉)的铝托盘中干燥一周。将干燥后的粘合剂进料到双螺杆挤出机(得自Berstorff)中并且利用旋转棒式模具涂布机以50微米(2密耳)的干燥厚度涂布到经氟代有机硅涂布的PET衬片(得自Loparex的2 CL PET 5100/5100)上。将涂布的样品在300kev和6毫拉德下进行进一步地电子束照射。
实例HM-1F。通过将实例HM-1中的固化粘合剂层合至已利用ADHESION PROMOTER 4298UV(得自3M公司)涂底漆的5666泡沫条带(得自3M公司)的表面来制备泡沫芯条带。
通过将EL POLYMER NA(得自Wacker)和TMS-803(得自Wacker)在120℃(250℉)下在Brabender中混合60分钟来制备实例HM-2至HM-7。将混合物在涂底漆的PET膜和经氟代有机硅涂布的PET衬片(得自Loparex的2CL PET 5100/5100)之间热压成50微米(2密耳)厚的未固化粘合剂层。随后利用电子束(300kev和6毫拉德)照射粘合剂层。
通过将实例HM-2至HM-7中的未固化粘合剂层层合至已利用ADHESION PROMOTER 4298UV(得自3M公司)涂底漆的5666泡沫条带(得自3M公司)的表面来制备实例HM-2F至HM-7F。然后将所得结构暴露于电子束照射(300kev和6毫拉德)。
表6:HM-2至HM-7的组成
测定热熔融涂布样品的剥离力和剪切力。结果概述于表7中。
表7:实例HM-1至HM-7以及HM-1F至HM-7F的剥离力和剪切力特性
实例HM-8。将3800克EL Polymer NA(得自Wacker)和6200克TMS-803(得自Wacker)进料到260℃(500℉)下的双螺杆挤出机(得自Berstorff)中,并且利用旋转棒式模具涂布机以50微米(2密耳)的干燥厚度涂布到EX4011泡沫条带(得自3M公司)。将泡沫条带中经粘合剂涂布的一侧覆盖经氟代有机硅涂布的PET衬片(得自Loparex的2 CL PET 5100/5100),并且在300kev和6或12毫拉德下进行电子束照射。
实例HM-9。根据实例HM-8的工序来制备实例HM-9,不同的是使用3400克EL Polymer NA和6600克TMS-803。
测定实例HM-8和HM-9在两种基底上的剥离粘合力。在停留20分钟后以及停留48小时后测定剥离力。
表8:实例HM-8和HM-9的剥离力结果
泡沫实例
用于制备电子束固化的有机硅泡沫的材料概述于表9中。
表9:用于制备实例F-1至实例F-19的材料
通过在93℃(200℉)和16RPM下的Brabender中混合20克ELPOLYMER NA、3克TMS803和2克F100可膨胀性微球来制备实例F-1。随后利用204℃(400℉)下的热压机(Carver Laboratory Press)来铺展混合物。所得的1.65mm(65密耳)厚的泡沫片材为乳白色的或自粘性的。然后将该泡沫片材在300kev和6毫拉德下从两侧进行电子束照射。由此制备的固化的、自粘性有机硅泡沫具有9.75克/立方英寸的密度。
根据表10A和10B中提供的制剂来制备泡沫实例F-2至F-19。利用快速混合机(DAC 600FVZ)将组分在2350RPM下混合5分钟。随后利用204℃(400℉)下的热压机(Carver Laboratory Press)来挤压混合物。所得的1.5mm(60密耳)厚的泡沫片材为乳白色的。然后将这些泡沫片材在300kev和15毫拉德下从两侧进行电子束照射。对于使用玻璃泡的样品而言,所得泡沫的密度概述于表10A中。
表10A:实例F-2至F-14的泡沫的组成和密度
(通过添加玻璃泡制备的泡沫)
对于使用可膨胀性聚合物微球的样品而言,所得泡沫的密度概述于表9B中。
表10B:实例F-15至F-19的泡沫的组成和密度
(利用可膨胀性聚合物微球制备的泡沫)
示例性的交联聚硅氧烷泡沫200示于图2中。泡沫200包括其中遍布分散有聚合物微球220的交联聚硅氧烷材料210。尽管未示出,但可包括玻璃泡以结合或替代聚合物微球。
在一些实施例中,本发明的材料和方法可用于由非官能化的有机硅材料来制备非压敏材料。这样的具有电子束交联的聚硅氧烷网络的材料包括膜和涂层(包括非粘性有机硅膜)。
非粘性膜实例
通过将40克EL POLYMER NA和4克CAB-O-SIL TS-720热解法二氧化硅(得自Cabot)在200℃和60RPM的Brabender中混合约20分钟来制备实例NTF-1。然后将该混合物在两个氟代有机硅衬片(以2CL PET 5100/5100得自Loparex)之间通过热压机(Carver LaboratoryPress)进行挤压。将聚硅氧烷组合物在300kev和10毫拉德下进行电子束照射。所得的0.165mm(6.5密耳)厚的有机硅膜为透明的、无粘性的、和弹性的。
通过将40克DMS-53(得自Gelest)和10克CAB-O-SIL TS-720热解法二氧化硅TS-720在100℃和60RPM的Brabender中混合约30分钟来制备实例NTF-2。然后将该混合物在两个氟代有机硅衬片(以2CL PET 5100/5100得自Loparex)之间通过热压机(Carver LaboratoryPress)进行挤压。将聚硅氧烷组合物在300kev和10毫拉德下进行电子束照射。所得的0.05mm(2密耳)厚的有机硅膜为透明的、无粘性的、和弹性的。
在不脱离本发明范围和精神的前提下,对本发明进行的各种修改和更改对本领域内的技术人员来说将是显而易见的。
Claims (19)
1.一种制备交联的有机硅基材料的方法,该方法包括热熔融处理包含有机硅材料的组合物和使所述组合物经受电子束照射以形成所述交联的有机硅基材料。
2.根据权利要求1所述的方法,其中热熔融处理包括挤出。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述有机硅材料为非官能化的有机硅材料。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述有机硅材料包括硅氧烷主链和至少一个官能团。
5.根据权利要求4所述的方法,其中所有的官能团均为羟基。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其中所述交联的有机硅基材料为有机硅压敏粘合剂。
7.根据前述任一项权利要求所述的方法,其中所述有机硅材料为聚硅氧烷。
8.根据权利要求7所述的方法,其中所述聚硅氧烷为聚(二甲基硅氧烷)。
9.根据权利要求7所述的方法,其中所述聚硅氧烷为芳族硅氧烷。
10.根据前述任一项权利要求所述的方法,其中所述有机硅材料包括25℃下的动态粘度大于1,000,000mPa·sec的胶质。
11.根据前述任一项权利要求所述的方法,其中所述组合物还包含MQ树脂增粘剂。
12.根据前述任一项权利要求所述的方法,其中所述组合物还包含玻璃泡和聚合物微球中的至少一种。
13.根据前述任一项权利要求所述的方法,其中所述有机硅材料包括25℃下的动态粘度不大于600,000mPa·sec的有机硅流体。
14.根据前述任一项权利要求所述的方法,其中所述组合物基本上不含催化剂和引发剂。
15.一种交联的有机硅基材料,其根据前述任一项权利要求制备。
16.根据权利要求15所述的交联的有机硅基材料,其中所述交联的有机硅基材料为压敏粘合剂。
17.一种粘合剂制品,其包括具有第一主表面的基底,以及粘附至所述基底的所述第一主表面的至少一部分的根据权利要求16所述的有机硅压敏粘合剂。
18.根据权利要求17所述的粘合剂制品,其中所述基底包含泡沫。
19.根据权利要求15或16所述的交联的有机硅基材料,其中所述交联材料为非粘性的。
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