CN103814093B

CN103814093B - 调节粘着性的方法

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Publication number: CN103814093B
Application number: CN201280045063.8A
Authority: CN
Inventors: 罗宾·E·赖特; 内德林·B·约翰逊; 哈尔·A·拉弗勒三世
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2032-09-12
Also published as: US20140178681A1; CN103814093A; WO2013040014A3; KR20140069118A; WO2013040014A2; BR112014005889A2; EP2756047A2

Abstract

本发明公开了调节带有粘合剂的基底的粘着性的方法。所述方法包括通过使粘合剂层经受来自辐射源的辐射输出来调节所述粘合剂层的粘着性。所述辐射输出的至少一部分具有小于200纳米的波长。

Description

调节粘着性的方法

技术领域

本公开涉及带有粘合剂的基底的粘着性调节，并且具体地涉及使用辐射来调节涂覆有粘合剂的基底的粘着性。

发明内容

在一些方面，提供了一种调节带有粘合剂的基底的粘着性的方法。该方法包括提供包括第一主表面和第二主表面的基底。一个或多个粘合剂组合物层设置在第一主表面和第二主表面的任一者或两者的至少一部分上。该方法还包括通过使粘合剂层经受来自辐射源的辐射输出来调节该粘合剂层的粘着性。该辐射输出的至少一部分具有小于200纳米的波长。

本文所公开的粘着性调节方法与已知的粘着性调节方法相比具有许多优点。例如，本发明的粘着性调节方法使得可使用一种涂覆流体组合物和任选地在相同涂覆操作期间使用相同涂覆设备来获得具有多种粘合剂性质（例如，粘着性水平）的涂覆有粘合剂的基底。这可通过例如改变辐射水平和/或辐射暴露时间来实现。另外，本方法允许进行粘着性调节而无需施加可对生产效率和成本产生不利影响的附加涂层（例如，施加粉末、颗粒、溶液、凝胶、糊剂或任何其它接触/化学涂层处理）。另外，本粘着性调节方法可用于调节一个或多个粘合剂层的仅表面区段的粘着性。因此，该方法允许进行粘着性调节而不影响一个或多个粘合剂层的整体粘合性质。

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。在以下说明书中还示出了本公开的一个或多个实施例的细节。本发明的其它特征、目标和优点在说明书和权利要求中将显而易见。

具体实施方式

通常，涂覆有粘合剂的基底经由下述涂覆方法制备，在该涂覆方法中，基底幅材经传送通过涂层涂敷器，该涂层涂敷器使一个或多个粘合剂组合物层沉积到幅材的主表面上。

目前，需要具有不同程度的粘附力或粘着性的涂覆有粘合剂的基底。虽然这可通过（例如）重新调配由涂层涂敷器沉积的粘合剂组合物和/或向粘合剂添加表面涂层（例如，粉末、颗粒、凝胶、糊剂）来实现，但如果可采用不需要改变涂层涂敷器、改变由涂敷器沉积的粘合剂组合物（即，重新调配粘合剂组合物）和/或向粘合剂上引入附加涂层的方法来进行粘着性调节，则就成本和效率而言将是有利的。

如本文（包括权利要求书）所用，术语“渗透深度”是指到涂层中的距离，在该距离，对负责粘着性调节的主波长处的入射辐射Beer-Lambert吸收超过约95%。

如本文所用，包括权利要求书在内，术语“聚合物/共聚物”意指均聚物或共聚物。

如本文所用，包括权利要求书在内，关于单体的术语“(甲基)丙烯酸类”意指作为醇与丙烯酸或甲基丙烯酸（例如丙烯酸或甲基丙烯酸）反应产物形成的乙烯基官能化的烷基酯。关于(共)聚合物，所述术语意指通过聚合一种或多种(甲基)丙烯酸类单体而形成的(共)聚合物。

如本说明书和所附实施例中所用，单数形式“一（a、an）”和“该”包括多个指代物，除非内容明确地另外指明。因此，例如，提及的包含“某种化合物”的细旦纤维包括两种或多种化合物的混合物。如本说明书和所附实施例中所用，术语“或”的含义一般来讲包括“和/或”的含义，除非该内容明确地另外指明。

如本说明书所用，由端点表述的数值范围包括归入该范围内的所有数值（例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5）。

除非另外指明，否则在所有情况下，本说明书和实施例中所使用的所有表达数量或成分、性质测量等的数值均应理解成由术语“约”所修饰。因此，除非有相反的指示，否则上述说明书和所附实施例列表中所述的数值参数可以根据本领域技术人员利用本公开的教导内容寻求获得的所需性质而有所变化。在最低程度上，每一个数值参数并不旨在限制等同原则在受权利要求书保护的实施例的保护范围上的应用，至少应该根据所报告的数值的有效数位和通过惯常的四舍五入法来解释每一个数值参数。

根据本公开的示例性实施例，基底的一个或多个主表面在其上带有一个或多个粘合剂层，并且使一个或多个粘合剂层经受选定的照射以调节粘合剂的粘着性。例如，一个或多个粘合剂层通过暴露于选定的辐射可发生粘着性水平的降低。在辐射暴露之前，一个或多个粘合剂层（例如，一个或多个粘合剂层的暴露表面）无需经受实现和/或有利于粘合剂粘着性的调节的预处理（例如，施加粉末、颗粒、溶液、凝胶、糊剂或任何其它接触/化学涂层处理）。本公开的粘着性调节方法可允许对涂覆有粘合剂的基底的粘着性进行精确控制而无需多种粘合剂涂层配方。另外，本公开的粘着性调节方法可仅影响一个或多个粘合剂层的表面区段。这样，虽然充分调节粘合剂层的粘着性，但本方法对粘合剂层的整体粘合性质没有不利影响。

根据本公开的一些实施例的方法，其可包括使设置在基底上的一个或多个粘合剂层经受照射。基底可形成为连续的材料幅材。作为另外一种选择，基底可形成为通过例如切口、划线、穿孔等分隔的两个或更多个幅材区段。基底可具有任何形状和厚度。基底可包括第一主表面或上主表面和第二主表面或与上主表面相背的下主表面。上主表面和下主表面的任一者或两者可具有设置在其上的一个或多个粘合剂组合物层。一个或多个粘合剂组合物层可设置在表面上作为连续涂层（即，设置在主表面的全部或几乎全部表面区域上）或作为不连续涂层（例如，条纹、线条、垫、网格或任何所需图案）。

在各种实施例中，基底可包括但不限于玻璃纸、乙酸酯、纤维、聚酯、乙烯基、聚乙烯、聚丙烯，包括例如单轴取向的聚丙烯和双轴取向的聚丙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯基氟乙烯、聚氨酯、聚酰亚胺、纸张（例如，涂覆有聚合物的牛皮纸(polycoated Kraft paper)和超级压光牛皮纸(supercalendered Kraft paper)或薄玻璃牛皮纸(glassine Kraftpaper)）、织造幅材（例如，棉、聚酯、尼龙和玻璃）、非织造幅材、箔（例如，铝、铅、铜、不锈钢和黄铜箔条带），以及它们的组合。

在示例性实施例中，粘合剂层（或粘合剂层的前体）可位于溶剂中、位于水中或不含溶剂并且可经由任何涂覆方法施加至基底的主表面，这些涂覆方法包括但不限于辊涂、刮涂、热熔融涂覆、喷涂、蒸气涂覆或帘式涂覆。如果采用粘合剂前体组合物，则可使用本领域的技术人员已知的方法在基底上将此类组合物转化为粘合剂组合物。

在各种实施例中，一个或多个粘合剂组合物层可以小于1000微米、小于100微米、小于10微米或甚至小于1微米的厚度设置在基底上。一个或多个粘合剂组合物层可以0.1微米-1000微米、1.0微米-750微米、10微米-500微米或15微米-250微米内的厚度范围设置在基底上。应理解，上述厚度值可指进行溶剂移除步骤（如果需要的话）之后的一个或多个粘合剂层的厚度。

在一些实施例中，粘合剂组合物可包括压敏粘合剂。可用于本公开方法中的压敏粘合剂可包括但不限于天然橡胶、丁苯橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(共)聚合物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(共)聚合物、聚丙烯酸酯（包括(甲基)丙烯酸(共)聚合物）、聚烯烃如聚异丁烯和聚异戊二烯、聚氨酯、聚乙烯基乙醚、聚硅氧烷、硅树脂、聚氨酯、聚脲及其共混物。

在各种实施例中，可用于本公开方法的压敏粘合剂可为紫外线-聚合的压敏粘合剂。出于本公开（包括权利要求书）的目的，术语“紫外线-聚合的压敏粘合剂”可指通过将前体组合物暴露于紫外线辐射以聚合可包含或不含光引发剂的压敏粘合剂前体组合物（例如，一种或多种单-、二-或多官能单体和/或低聚物）而形成的压敏粘合剂。可利用的光引发剂的实例包括自由基光引发剂，例如苯偶姻及其衍生物、联苯酰缩酮、苯乙酮及其衍生物、二苯甲酮及其衍生物和氧化膦，以及阳离子光引发剂例如盐，包括二芳基碘盐和三芳基硫盐。

在其它实施例中，可用于本公开方法的压敏粘合剂可为非紫外线-聚合的压敏粘合剂。用于此类非紫外线-聚合的压敏粘合剂的聚合方法包括但不限于热、电子束和伽马射线处理。应理解，非紫外线聚合方法不需要使用光引发剂。因此，可用于本公开方法中的非紫外线聚合的压敏粘合剂（及其压敏粘合剂前体组合物）可不包括任何量的光引发剂。

在示例性实施例中，可用于本公开方法的粘合剂组合物可包括一种或多种添加剂。添加剂可包括但不限于增粘剂、增塑剂、颜料、染料和/或填料。

根据本公开的实施例的调节粘着性的方法可包括使设置在基底（例如基底的一个或多个主表面）上的一个或多个粘合剂层经受照射。在暴露期间，基底可为静止的，或作为另外一种选择，可处于经由合适的传送装置进行的传送中。

在一些实施例中，辐射源为非电离的。在其它实施例中，非电离的辐射源为紫外光源。可用于本公开的方法中的紫外光源可包括其辐射输出的至少一部分（例如，至少5%、至少10%、至少25%或至少50%）在小于240nm、小于200nm、小于180nm、小于170nm、小于150nm或甚至低至120nm的波长处的那些。紫外光源可包括其辐射输出的至少一部分（例如，至少5%、至少10%、至少25%或至少50%）在范围介于约160nm和约240nm之间或介于约170nm和约200nm之间的波长处的那些。紫外光源可包括但不限于氘灯、低压汞灯、低压汞齐灯、脉冲氙源、准分子激光器和准分子灯。准分子紫外光源的实例包括诸如可从美国马萨诸塞州欧司朗公司(Osram,Massachusetts,United States)、德国哈瑙贺利氏特种光源公司(Heraeus-Noblelight,Hanau,Germany)、日本东京优志旺公司(Ushio,Tokyo,Japan)商购获得的那些和描述于Kogelschatz,Applied Surface Science,54(1992),410-423（Kogelschatz，应用表面科学，54(1992)，410-423）中的那些的灯，诸如描述于EP专利申请521,553（转让给飞利浦公司(N.V.Philips)）中的那些的辉光放电灯，诸如描述于Kitamura等人，应用表面科学，79/80(1994)，507-513和DE4302555A1（转让给富讯系统(Fusion Systems)）中的那些的微波驱动灯，以及如Tech.Phys,39(10),1054(1994)（物理技术，39(10)，1054(1994)）中所述通过紫外线预电离进行体积放电来泵浦的准分子灯。

在其它实施例中，辐射源可为来自等离子源的辉光放电。此类源可涉及激发载气（如氮气）以生成电子、离子、自由基和光子。例如Elsner等人的[Macromol.Mater.Eng.2009,294,422-31]（大分子材料与工程，2009，294，422-31）中所报道，多种丙烯酸盐单体可在不存在光引发剂的情况下使用氮等离子聚合方法固化，其中观察到紫外谱线，包括接近150nm、175nm和220nm的谱带。

在一些实施例中，暴露于辐射源可在基本上不含氧的受控环境（例如，腔室）中进行。基本上不含氧的环境可在辐射源的辐射输出在小于约200nm的波长处的实施例中特别有用。在此类实施例中，环境中存在的氧气可吸收紫外线辐射，从而大体防止辐射到达目标表面。在一个实施例中，本公开的方法可在惰性环境（包括惰性气体，如氮气）中进行。在使用惰性气体的实施例中，环境中的氧含量可低至50ppm、25ppm或甚至低至10ppm以及高至100ppm、500ppm或甚至高至1000ppm。在其它实施例中，受控环境可在真空压力下操作。在采用真空压力的实施例中，压力可低至10^-4托、10^-5托或甚至低至10^-6托以及高至10^-3托、高至10^-2托、高至10^-1托、高至1托、高至10托或甚至高至100托。

可用于本公开的方法中的辐射率或入射辐射水平可低至10mW/cm²、1mW/cm²、0.1mW/cm²或甚至低至0.010mW/cm²以及高至1W/cm²、2W/cm²、5W/cm²或甚至高至10.0W/cm²。在一些实施例中，可用于本公开的方法中的入射辐射可在约0.010mW/cm²至约2.0W/cm²、约0.1mW/cm²至约1.0W/cm²或约1.0mW/cm²至约100mW/cm²的范围内。

在一些实施例中，本公开的粘着性调节方法可允许对设置在基底上的一个或多个粘合剂层的粘着性水平进行精确控制。例如，通过控制以下中的任何一者或全部：(i)辐射源与带有粘合剂层的主表面之间的间隙；(ii)辐射水平/强度；和(iii)粘合剂层对入射辐射的暴露时间，则可达到特定粘合剂组合物的所需粘着性调节程度。通过以这种方式控制辐射暴露变量，可获得具有任何所需的粘着性（小于涂覆的粘合剂层的粘着性）水平的涂覆粘合剂的基底。此外，通过仅仅调节辐射暴露变量来进行这种精确控制，上述方法可在单个涂覆操作期间采用沉积单个粘合剂涂覆流体的单组涂覆设备来进行。可经控制以影响粘着性调节程度的其它因素包括暴露区域或图案、存在的氧水平和/或等离子体放电的气体组成。

在各种实施例中，本公开的粘着性调节方法可适于仅调节设置在基底上的粘合剂层的表面厚度区段（即，粘合剂层中离基底最远的厚度区段）。例如，在一些实施例中，在使得辐射到粘合剂层暴露的渗透深度可小于10微米、小于5微米、小于1微米或甚至小于100纳米的所选条件下，可以与上述方式相类似的方式将粘合剂层暴露于辐射。这样，本发明的照射处理可不影响（即，任何程度的调节）粘合剂层的整体粘合性质。因此，本公开的方法可不对粘合剂层的粘合强度或堆积交联密度具有有害或改变的影响，从而有利地保持（例如）粘合剂层的硬度性质、蠕变行为和/或高温剪切性能。

在示例性实施例中，本公开的方法可适于选择性调节一个或多个粘合剂层的粘着性。例如，本公开的方法可包括在紫外线辐射暴露期间靠近基底的主表面放置掩蔽装置。掩蔽装置可包括一个或多个切割部分，其限定一个或多个粘合剂层中待调节的部分和不调节的部分。掩蔽装置可由足以防止紫外线辐射从其透过的任何材料形成。切割部分可布置在任何所需构造（例如条纹、线条、垫、网格）或任何所需图案中。这样，本公开的方法可允许选择性地调节一个或多个粘合剂层的粘着性。

在各实施例中，本公开的涂覆有粘合剂和粘着性经调节的基底可在后续工序中经滚压以形成粘合剂条带卷。例如，涂覆有粘合剂的基底可描述为具有设置在其主表面上的粘合剂涂层的背衬层，其可经滚压以形成粘合剂条带卷。此类粘合剂条带卷还可包括设置在基底的第二主表面上的防粘涂层或低粘附力背胶层。作为另外一种选择，粘合剂条带卷还可包括与背衬层的涂覆有粘合剂的主表面接触的防粘衬垫（其可具有设置在其主表面上的防粘涂层）。作为另一个实例，涂覆有粘合剂的基底可用于形成包括防粘衬垫的粘合剂条带卷，防粘衬垫包含设置在其每个主表面的至少一部分上的防粘涂层和沉积在一个防粘涂层上方的粘合剂涂层。合适的防粘涂层组合物的实例包括但不限于有机硅、碳氟化合物和聚烯烃，所述聚烯烃包括例如聚乙烯和聚丙烯。背衬层和（当存在时）防粘衬垫还可包括增强剂，包括但不限于纤维、细丝（例如，玻璃纤维细丝），和浸渍剂（如合成橡胶胶乳浸渍的纸张背衬）。可使用本公开的涂覆有粘合剂的基底形成的常见类型的粘合剂条带包括遮蔽胶带、绝缘胶带、管道胶带、强化纤维胶带(filament tape)、医疗胶带、转移胶带等。

实例

将参照下面的详细实例进一步描述本发明的操作。提供这些实例以进一步说明各种具体的和优选的实施例和技术。然而，应当理解，可以在不脱离本公开范围的前提下进行多种改变和变型。

材料

表1：制备实例所使用的材料

测试方法

Polyken探针粘着性方法：

使用Polyken探针粘着性测试仪系列400来测量粘合剂条带试样的粘附力或粘着性。探针保压时间为1秒，并且探针撤离速度为1cm/sec。将1平方英寸（6.45平方厘米）条带样品沿粘合剂侧面向下置于中央有孔的1"(2.54cm)直径的金属盘上。然后1/8"(3.2mm)直径的金属探针经Polyken向上导向到孔中并且粘附至条带的粘合剂侧面达1秒。然后记录在朝下撤离期间由探针所感测到的峰值克数。每个条带样品进行四次平行测试。

玻璃粘附力方法：IMASS剥离测试仪SP-102B-3M90，41/2lb.(2.0kg)：

使用IMASS剥离测试仪SP-102B-3M90的条带试样粘着性如下进行：

布置IMASS剥离测试仪并根据标准工序进行校准。然后将每个样品的末端握持在手中。然后使样品的左端与玻璃板的左端接触，使得其位于辊下方。握住样品的右端以便位于板的上方。然后将辊降至台板。调节辊使得其正靠在台板上并启动台板驱动。施加足以防止样品触及板直至与辊接触的张力。然后使辊返回至存储位置并使台板返回至起始位置。然后将条带的左端附接至夹头并且通过调节台板来移除几乎全部松弛部分。然后启动台板驱动。在平均化时间期间（红色LED指示灯亮起）进行检查，监测样品以确保悬在空隙中的孔隙松弛条带或夹头在该阶段中未并入。停止台板后，将仪表选择开关调至平均值并且记录所显示的值。

比较例C1-C5

使用Polyken探针粘着性方法测量粘合剂条带1-5的样品的粘着性。测试结果示于表2中。

表2

实例1-10

使用真空紫外线(VUV)的粘着性调节

将粘合剂条带1-5的样品沿粘合剂侧面向上置于PET膜载体衬垫上。然后使样品在发出172nm VUV的620mm长度Osram Xeradex灯的下方移动（沿幅材纵向的长侧取向）。第一线速度对应于0.7分钟的VUV暴露（实例1-5），并且样品的粘合剂表面在灯泡窗口下方4"(10cm)。将灯设置在100%功率输出。然后使用对应于2.5分钟VUV暴露的较慢线速度，用相同的条带样品重复进行此过程（实例6-10)。在VUV暴露期间，将腔室用氮气吹扫至氧含量小于50ppm。在暴露于VUV后，使用Polyken探针粘着性方法测量样品的粘着性。观察到样品随着VUV暴露的增加表现出逐渐降低的粘着性。测试结果示于表3中。

表3

实例11-20

使用等离子体的粘着性调节

使用具有36"直径(91cm)×12"(30.5cm)高的圆柱形反应容器的电容耦合反应器（Plasmatherm型3032，佛罗里达州圣彼得堡(St.Petersburg,FL)）来调节粘合剂条带1-5中每个的样品的粘着性。配置反应器以用于通过26"(66cm)低功率电极和中央气体抽吸进行反应离子蚀刻(RIE)。使用依靠干燥机械泵（Edwards型iQDP80）的鲁氏鼓风机（Edwards型EH1200）抽吸腔室。RF功率通过阻抗匹配网络由3kW、13.56Mhz的固态发生器（RFPP型RF30S）传送。该系统具有5毫托的标称基础压力。气体的流量由MKS流控制器来控制。

将粘合带1-5的样品沿粘合剂侧面置于反应容器的低功率电极上；然后封闭容器顶部。将面朝上的粘合剂暴露于2000W氮等离子体达1分钟（实例11-15）。在等离子体处理结束后，切断气体，将腔室排气至大气环境，并将试样取出腔室。然后插入粘合剂条带1-5中每个的样品并以相同的方式重复上述过程，不同的是暴露时间延长至5分钟（实例16-20）。在暴露于等离子体后，使用Polyken探针粘着性方法测量样品的粘着性。暴露于等离子体的粘合剂的粘着性降低，暴露5分钟的样品表现出更加显著的降低。测试结果示于表4中。

表4

实例21-23

使用来自低压汞灯的真空紫外线辐射（臭氧发生）进行粘着性调节。

将粘合带6的样品沿粘合剂侧面向上置于传送装置上并且在处于氧含量小于50ppm的氮惰性氛围的低压汞灯（臭氧发生）下方移动。185nm处的峰值辐射率为大约6mW/cm²。使用每分钟2.5英尺（0.76米）的线速度使样品暴露于辐射（实例21）。还可以每分钟5英尺（1.52米）的线速度（实例22）和每分钟10英尺（3.05米）的线速度（实例23）使粘合带6的样品暴露于辐射。粘合剂表面处于灯底部以下1"(2.54cm)。在紫外线暴露后，使用玻璃粘附力方法测量每个样品的十个区段的粘着性。测试结果示于表5中。

表5

本发明的其它实施例在所附权利要求书的范围之内。

Claims

1.一种调节带有粘合剂的基底的粘着性的方法，所述方法包括：

提供包括第一主表面和第二主表面的基底，其中粘合剂层设置在所述第一主表面和所述第二主表面中的任一者或两者的至少一部分上；以及

通过使所述粘合剂层经受来自辐射源的辐射输出来调节所述粘合剂层的粘着性而不影响所述粘合剂层的本体粘合剂性质，其中所述辐射输出的至少一部分具有小于200纳米的波长，其中所述调节降低所述粘合剂层的粘着性水平。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述辐射源包括紫外光源。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述紫外光源包括准分子灯、准分子激光器、低压汞灯、低压汞齐灯、脉冲氙灯或它们的组合。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述紫外光源包括二氙准分子灯。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所述紫外光源包括低压汞灯。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述辐射源包括来自等离子体的辉光放电。

7.根据权利要求1所述的方法，其中将所述粘合剂层的粘着性调节至1微米或更小的深度。

8.根据权利要求1所述的方法，其中将所述粘合剂层的粘着性调节至100纳米或更小的深度。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂层包含压敏粘合剂。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述压敏粘合剂包含有机硅聚合物。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述压敏粘合剂包含(甲基)丙烯酸均聚物。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂层不包含光引发剂。

13.根据权利要求1所述的方法，其中使所述粘合剂层经受来自辐射源的辐射输出的步骤在包含小于50ppm氧浓度的环境中进行。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述经受辐射的粘合剂层在所述辐射暴露期间不含涂层。

15.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括在所述辐射暴露期间邻近所述第一主表面和第二主表面中的任一者或两者定位掩蔽装置。

16.一种制品，其包括基底和设置在基底上的粘合剂层，其中所述制品根据权利要求1-15中任一项所述的方法来制备。

17.根据权利要求9所述的方法，其中所述压敏粘合剂包含(甲基)丙烯酸共聚物。