TWI618720B - 光聚合樹脂及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明是關於一種光聚合樹脂組合物,包含(甲基)丙烯酸酯類單體、含交聯性官能團的單體及能吸收10小時半衰期的溫度為70℃以下的紫外線之熱引發劑。並且,本發明是關於一種光聚合樹脂,由(甲基)丙烯酸酯類單體、含交聯性官能團的單體及能吸收10小時半衰期的溫度為70℃以下的紫外線之熱引發劑聚合而成。
Description
本發明是關於一種光聚合樹脂組合物及包含該光聚合樹脂組合物的光聚合樹脂,特別是關於一種在特定成分的單體中含有能夠吸收限定了半衰期溫度的紫外線之熱引發劑的光聚合樹脂組合物。
習知的熱固性樹脂組合物為使用有機溶劑,但所使用的有機溶劑會在固化過程中揮發,而存在著環境方面的問題,且相比紫外線固化方式,具有固化程序長、適用自動程序複雜的問題。因此,當前趨於不斷努力研發一種用於改善現所使用的熱固性樹脂組合物所具有的問題的紫外線固化性樹脂組合物。
但是,韓國公開專利公報第10-2006-0020098號的紫外線固化型樹脂組合物雖然包含紫外線固化性樹脂、引發劑、紫外線反應型丙烯或乙烯單體及無機粉末,但由於將光引發劑和熱引發劑的混合物作為引發劑使用,因而在吸收光能的同時發生反應,因此,在紫外線固化性樹脂組合物的光聚合方面,仍存在著很難調節反應速度及分子量的問題。
為了解決上述問題,本發明的目的在於提供一種光聚合樹脂組合物,其在進行光聚合時,不會因單體的反應性產生過多的反應熱,並能調節反應速度及分子量。
並且,一般來說,多使用分子量調節劑的情況下,分子量會降低,因此,本發明的另一目的在於提供一種由既能少用分子量調節劑還
能增大分子量的光聚合樹脂組合物聚合而成的光聚合樹脂。
為了達成上述一目的,本發明的光聚合樹脂組合物,包含(甲基)丙烯酸酯類單體、含交聯性官能團的單體及能吸收10小時半衰期的溫度為70℃以下的紫外線之熱引發劑。
並且,為了達成上述另一目的,本發明的光聚合樹脂,由(甲基)丙烯酸酯類單體、含交聯性官能團的單體及能吸收10小時半衰期的溫度為70℃以下的紫外線之熱引發劑聚合而成。
本發明在光聚合樹脂組合物中包含能夠吸收紫外線的半衰期溫度低的熱引發劑,從而能夠反應緩慢(mild),且由於該熱引發劑,在光聚合樹脂組合物聚合時也能使反應熱維持的較低。
以下參照附圖詳細說明的實施例將會使得本發明的優點和特徵以及實現這些優點和特徵的方法更加明確。但是,本發明不局限於以下所公開的實施例,本發明能夠以互不相同的各種方式實施,本實施例只用於使本發明的公開內容更加完整,有助於本發明所屬技術領域的普通技術人員能夠完整地理解本發明之範疇,本發明是根據申請專利範圍而定義。在說明書全文中,相同的附圖標記表示相同的結構元件。
以下,對本發明進行詳細說明。
光聚合樹脂組合物
本發明提供一種光聚合樹脂組合物,包括:(甲基)丙烯酸酯類單體、含交聯性官能團的單體及能吸收10小時半衰期的溫度為70℃以下的紫外線之熱引發劑。
上述的(甲基)丙烯酸酯類單體的種類沒有特別的限制,例如,可使用(甲基)丙烯酸烷基酯(alkyl(meta)acrylate)。此時,若單
體中包含的羥基成為過長的長鏈,光聚合樹脂組合物的凝聚力下降,且很難調節玻璃化轉變溫度(Tg)及黏結性,因此,較佳應使用(甲基)丙烯酸酯類單體,其具有碳原子數為1至14的烷基。
作為這些單體的範例,可舉出(甲基)丙烯酸甲酯(methyl(meta)acrylate)、(甲基)丙烯酸乙酯(ethyl(meta)acrylate)、(甲基)丙烯酸正丙酯(n-propyl(meta)acrylate)、(甲基)丙烯酸異丙酯(isopropyl(meta)acrylate)、(甲基)丙烯酸正丁酯(n-butyl(meta)acrylate)、(甲基)丙烯酸叔丁酯(t-butyl(meta)acrylate)、(甲基)丙烯酸仲叔丁酯(sec-butyl(meta)acrylate)、(甲基)丙烯酸戊酯(pentyl(meta)acrylate)、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯(2-ethylhexyl(meta)acrylate)、(甲基)丙烯酸2-乙基丁酯(2-ethyl butyl(meta)acrylate)、(甲基)丙烯酸正辛酯(n-octyl(meta)acrylate)、甲基丙烯酸異辛酯(iso-Octyl(meta)acrylate)、異壬酯(isononyl(meta)acrylate)、甲基丙烯酸月桂酯(lauryl(meta)acrylate)及(甲基)丙烯酸十四酯(tetradecyl(meta)acrylate),在本發明中可使用上述的一種或兩種以上的混合。
在形成該光聚合樹脂組合物時,可添加含交聯性官能團的單體,在此情況下,本發明所要形成的光聚合樹脂組合物可以是單體混合物的聚合物,該單體混合物的聚合物包含(甲基)丙烯酸酯類單體及含交聯性官能團的單體。
該含交聯性官能團的單體賦予一種能夠與該多官能性交聯劑進行反應的交聯性官能團,發揮調節光聚合樹脂組合物的耐久可靠性及凝聚力的作用。可使用的含交聯性官能團的單體例如有含羥的單體、含羧基單體及含氮單體。
於本發明中,在該含交聯性官能團的單體中較佳使用含羥基單體,但本發明並不局限於此。上述含羥基單體的範例有(甲基)丙烯酸-2-羥乙酯、(甲基)丙烯酸-2-羥丙酯、(甲基)丙烯酸-4-羥丁酯、(甲基)丙烯酸-6-羥己酯、(甲基)丙烯酸-8-羥辛酯、(甲基)丙烯酸-2-羥基乙二醇酯或者(甲基)丙烯酸-2-羥基丙二醇酯,含羧基單體的範例有(甲基)丙烯酸、2-(甲基)丙烯醯氧基乙酸、3-(甲基)丙烯醯氧基丙酸、4-(甲
基)丙烯醯氧基丁酸、丙烯酸二聚體、衣康酸(Itaconic Acid)、馬來酸(maleic acid)或者馬來酸酐(maleic anhydride),含氮單體的範例有甲基丙烯醯胺(methacrylamide)、N-乙烯基吡咯烷酮(N-vinylpyrrolidone)或N-乙烯基己內醯胺(n-vinyl caprolactam),但本發明並不局限於此。本發明可使用上述的一種或兩種以上的混合。
並且,本發明的光聚合樹脂組合物除了包含(甲基)丙烯酸酯類單體及含交含聯性官能團的單體之外,更可包含熱引發劑。在本發明中,為了穩定地形成丙烯樹脂等光聚合樹脂,使用限制了半衰期溫度的熱引發劑。該熱引發劑作為一種藉由熱來形成自由基的物質,可引起(甲基)丙烯酸酯類單體及含交聯性官能團之單體的鏈式聚合反應。並且,此時,熱引發劑的半衰期是指引發劑原來的量分解一半而形成自由基時所需的時間。
普遍情況下,形成光聚合樹脂作為光聚合樹脂組合物時,會使用光引發劑,光引發劑沒有半衰期,只要能吸收光能,就能進行反應,因而很難控制反應熱。因此,並不使用光引發劑,而是使用能夠吸收紫外線的熱引發劑,並將該熱引發劑的半衰期溫度限定為低溫,從而能夠控制反應熱,並維持較低的發熱溫度,從而使整體的光聚合的樹脂組合物的聚合反應保持緩慢。
該熱引發劑的10小時半衰期溫度為70℃以下,較佳為60℃以下,更佳為50℃以下。另一方面,本發明中的該熱引發劑的10小時半衰期溫度的下限沒有特別的限制。但如果10小時半衰期溫度過低,在形成光聚合樹脂時可能引起非均勻固化反應等,因此,可在30℃以上的範圍內進行適當的控制上述半衰期溫度。
該熱引發劑的半衰溫度超過70℃的情況下,在極性單體聚合時,會持續發生基於雙鍵的副反應,而持續發生的副反應會引起凝膠反應,可能導致很難形成單體的聚合。因此,將熱引發劑的半衰期溫度設為70℃以下,維持低的反應熱,並在溫度相對低的條件下開始消耗熱引發劑,而引發結束得相對較快,能在較短的時間內形成高分子的光聚合樹脂。
並且,該熱引發劑的特徵在於,能吸收紫外線。能吸收紫外
線的熱引發劑與藉由熱來形成自由基的一般熱引發劑不同,可藉由紫外線吸收形成自由基。能吸收紫外線的熱引發劑與一般熱引發劑相比,在溫和條件下的光聚合條件下主要使用的300~400nm波長區域也能夠吸收紫外線,因此相比一般熱引發劑可利用於溫和條件下的光聚合。因此,即使一般熱引發劑的10小時半衰期溫度維持70℃以下,如果將維持上述半衰期溫度的能吸收紫外線的熱引發劑以光聚合方式利用於聚合,也能使聚合的條件變得多樣,並由於反應熱較低,在溫和條件下也能進行聚合這一點上具有優點。
具體地,該熱引發劑普遍為偶氮類化合物或過氧類化合物,但本發明的特徵在於,該熱引發劑是具有上述範圍的半衰期溫度的偶氮類化合物。過氧類化合物有過氧化苯甲醯(benzoyl peroxide)、過氧化二月桂醯、過氧化二叔丁基(Di-tetra-butyl peroxide)、過氧化氫異丙苯(cumyl hydroxyperoxide)等,但它們的半衰期溫度都超過70℃。與此相反,偶氮類化合物具有相對較低的半衰期溫度,因此為較佳的。
該偶氮類化合物能夠使用選自由2,2’-偶氮雙(異丁腈)(2,2’-azobis(isobutyronitrile))、2,2’-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)(2,2’-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile))、2,2’-偶氮雙(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈)(2,2’-Azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile))、偶氮二異丁酸二甲酯(Dimethyl 2,2’-azobis(2-methylpropionate))、2,2’-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二鹽酸鹽(2,2’-Azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane]dihydrochloride)及2,2’-偶氮雙[N-(2-羧基乙基)-2-甲基丙脒]水合物(2,2’-azobis[N-(2-carboxyethyl)-2-methyl-propionamidine]hydrate)所組成之群組中的至少一種。可使用選自該偶氮類化合物中的至少一種來構成10小時半衰期溫度為70℃以下的熱引發劑,並藉由限定半衰期,能夠帶來上述的效果。
本發明之光聚合樹脂組合物的特徵在於,相對於100重量份的該(甲基)丙烯酸酯類單體,包含3~30重量份的該含交聯性官能團的單體及0.003~1重量份的該熱引發劑。
較佳地,在共聚物內,相對於100重量份的該(甲基)丙烯
酸酯類單體,包含3~30重量份的該含交聯性官能團的單體,如果上述含量小於3重量份,黏結劑的初期黏結力和剝離強度的值會下降,而如果上述含量大於30重量份,當光聚合樹脂組合物聚合時,存在輕易產生凝膠反應的憂慮。
並且,較佳地,相對於100重量份的該(甲基)丙烯酸酯類單體,包含0.003~1重量份的該熱引發劑,如果上述含量小於0.003,引發反應方面存在著問題,而如果上述含量超過1重量份,存在分子量低的高分子會聚合的憂慮。
較佳地,在該光聚合樹脂組合物中,相對於100重量份的該(甲基)丙烯酸酯類單體,更包含0.002~1重量份的分子量調節劑(Chain Transfer Agent,以下簡稱為“CTA”),該CTA小於0.002重量份的情況下,很難控制反應溫度及反應速度,而該CTA大於1重量份的情況下,分子量有可能會變小。
此時,上述分子量調節劑又稱鏈轉移劑,可根據含量來調節所要形成的光聚合樹脂的分子量。在用於由光聚合樹脂組合物形成光聚合樹脂的自由基聚合(radical polymerization)中,將引起加成反應的活性點(active site)稱為自由基鏈(radical chain)。此時,該CTA比自由基鏈和習知的用於加成的單體更容易進行反應,從而停止生長中的自由基鏈的生長,使CTA具有活性點,最終發揮向其他單體傳遞活性點的作用,因此,能夠在自由基聚合時追加CTA,來調節反應速度。
但是,在使用過多的CTA的情況下,會導致反應難以進行下去,且所生成的光聚合樹脂的分子量降低,因此,在本發明的情況下,使用限制了半衰期溫度的熱引發劑來調節反應速度,從而即使使用較少的CTA,也能增大所生成的光聚合樹脂的分子量。
該CTA主要將巰基(-SH)作為官能團,這是因為~SH結合能相比其他西格瑪結合能更低,因此,能夠容易地變化為自由基。更具體地,該CTA可包含2-巰基乙酸酯(2-mercaptoacetate)、正十二烷基硫醇(N-dodecyl mercaptan)或4-4'-硫代雙苯硫酚(4-4'-thiobis benzenethiol),而該2-巰基乙酸酯(2-mercaptoacetate)、正十二烷基硫醇
(n-dodecylmercaptan)具有較長的碳數,不具有較強的刺激性氣味,因此為較佳的。該4-4'-硫代雙苯硫酚((4-4'-thiobisbenzenthiol)與影響物理性質的單體不同,發揮調節分子量的大小或調節聚合度的作用,因此,對物理性質的影響較少。
光聚合樹脂
本發明提供一種光聚合樹脂,由(甲基)丙烯酸酯類單體、含交聯性官能團的單體及能吸收10小時半衰期的溫度為70℃以下的紫外線之熱引發劑聚合而成。
藉由該光聚合樹脂組合物的聚合,可製備出丙烯酸樹脂等光聚合樹脂,因此,在上述聚合反應的引發而言,使用半衰期溫度受限的能夠吸收紫外線的熱引發劑,從而能夠使反應保持緩慢,並具有較快的反應速度。
本發明的光聚合樹脂組合物中包含能吸收紫外線的熱引發劑,聚合方法可藉由照射啟動能吸收紫外線的熱引發劑之紫外線或電子束等活性能量射線來執行。
適用紫外線照射方式時,例如可藉由高壓水銀燈、金屬鹵化物燈或黑光燈等照射紫外線。在紫外線固化方式中,照射量只要是在不會毀損光聚合樹脂組合物的諸般物理性質,且控制在充分固化的程度,就不會受到特別限制,例如,較佳地,照度為50~1000mW/cm2,光量為50~1000mJ/cm2。
具體地,在該光聚合樹脂組合物聚合時,以小於50mJ/cm2的光量照射紫外線的情況下,由於熱引發劑的引發所需照射量不足,而存在無法形成聚合的憂慮,而以大於1000mJ/cm2的光量照射紫外線的情況下,由於聚合的速度過快,而存在著難以控制反應速度的問題。因此,藉由保持上述光量的紫外線照射量,既能夠引發反應,在反應速度的調節方面也具有卓越的效果。更具體地,將反應速度固定在30℃,並以50~1000mJ/cm2的光量來照射紫外線,從而進行聚合,這能夠使聚合時的發熱溫度更低。
本發明的特徵在於,由該光聚合樹脂組合物聚合而形成光聚
合樹脂組合物時,發熱溫度為30~40℃。進行上述聚合時,維持相對低的發熱溫度,不會發生具有雙鍵的UV極性單體的副反應及追加性的凝膠反應等,由此,在光聚合樹脂發生聚合反應時,能夠調節反應熱及反應速度。
在(甲基)丙烯酸酯類單體、含交聯性官能團的單體及熱引發劑發生連續性聚合反應的情況下,會發生發熱,而參考發熱溫度,就能預測聚合反應的反應率及反應速度。上述單體及熱引發劑聚合成光聚合樹脂時,如果發熱溫度小於30℃,則存在著無法聚成合所設定之目標分子量的高分子的問題,而如果發熱溫度大於40℃,則會由於UV極性單體之間的反應,存在著會發生凝膠反應或副反應的問題。
上述的藉由聚合製備之光聚合樹脂的分子量可達100萬以上。過去進行UV固化時,由於單體及光引發劑的反應性,產生大量反應熱,因此,不容易調節分子量。並且,為了調節自由基的引發,使用較多的CTA來生成之光聚合樹脂的分子量在50萬~60萬左右。但於本發明的情況下,在將包含限定了半衰期的熱引發劑的光聚合物樹脂組合物聚合成光聚合樹脂時,能夠保持較低的反應熱,即使對要追加的CTA量進行最小化,也能增大分子量。
因此,具體地,該光聚合樹脂的分子量可設在120萬以上,更具體為140萬以上,該光聚合樹脂的分子量小於100萬的情況下,存在著黏結劑的剝離強度及耐久性較弱的問題。
實施例及比較例
本發明的實施例在以下表1中進行記載。更具體地,將(甲基)丙烯酸2-乙基己酯(2-ethylhexyl(meta)acrylate)作為(甲基)丙烯酸酯類單體,將(甲基)丙烯酸-2-羥乙酯作為含羥基單體,並將(甲基)丙烯酸作為含羧基單體,並且,準備了包含能吸收紫外線的熱引發劑(實施例1、實施例2及比較例3、比較例4)、不能吸收紫外線的熱引發劑(比較例5、比較例6)或光引發劑(比較例1、比較例2)的光聚合樹脂組合物。此時,光引發劑、熱引發劑或CTA的含量是相對於100重量份的(甲基)丙烯酸酯類單體的重量份。
實驗例-光聚合樹脂的特性
為了使上表1的光聚合樹脂組合物進行光聚合,照射約5分鐘的黑色螢光燈後,測定反應進行時的最大發熱溫度。此後,藉由1260無限的凝膠色譜精華系統(Infinity Gel Perrmeation Chromatogtaphy(GPC)system)(美國安捷倫科技公司,Agilent Technologies(USA))測定聚合而成的光聚合樹脂的分子量。
上表2表示上述實施例及比較例的聚合時的發熱溫度及分子量的測定結果。參照上表2,實施例1及實施例2的情況下,包含半衰期溫度被限定在70℃以下的熱引發劑之光聚合樹脂組合物的聚合結果形成了分子量在100萬以上的光聚合樹脂,且聚合時的發熱溫度也保持在40℃以下的較低的水準。具體地,聚合時,反應藉由紫外線引發反應,此時反應熱的溫度維持在30℃。
與此相比,代替熱引發劑,包含光引發劑的比較例1及比較例2的情況下,聚合成光聚合樹脂時,由於發熱溫度高,在反應的調節方面存在困難,並僅停留於製備分子量較低的光聚合樹脂。並且,比較例3及比較例4的情況下,將反應溫度設為30℃,並藉由紫外線吸收引發了聚合反應,但由於包含半衰期的溫度為70℃以上的高的熱引發劑,無法保持40℃以下的較低的發熱溫度,因此,在聚合反應方面存在困難,只能獲得
具有50萬左右的分子量的光聚合樹脂。
比較例5及比較例6的情況下,雖然使用半衰期溫度為70℃以下的熱引發劑,但由於將反應溫度固定在70℃,並藉由熱引發反應,而不是藉由紫外線吸收引發,因此,測定的發熱溫度約為100℃以上,發生了高的發熱反應,結果,由於凝膠反應的進行,單體之間無法聚合,從而未能測定分子量。相反,如上所述,使用衰期溫度為70℃以下且能吸收紫外線熱引發劑的實施例1及實施例2中測定的發熱溫度為40℃以下,並在沒有凝膠反應的情況下進行單體之間的聚合反應。
並且,與比較例1至比較例4相比,實施例1、實施例2的情況下,雖然包含少量的CTA,但由於反應熱較低,從而在沒有其他副反應的情況,聚合成了高分子量的光聚合樹脂。因此,包含限定了半衰期的能吸收紫外線之熱引發劑的本發明之光聚合樹脂組合物的特性上,能夠調節反應熱及反應速度,即使在形成光聚合樹脂時使用少量的CTA,也因較低的發熱溫度,而能夠藉由控制的反應速度,製備出分子量大的光聚合樹脂。
雖然本發明已用較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,本發明所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (9)
- 一種光聚合樹脂,由光聚合樹脂組合物聚合而成,該光聚合樹脂組合物包括:一(甲基)丙烯酸酯類單體;一含交聯性官能團的單體;一熱引發劑,該熱引發劑的10小時半衰期的溫度為70℃以下,且能吸收紫外線;以及一分子量調節劑,其中該光聚合樹脂組合物中,相對於100重量份的該(甲基)丙烯酸酯類單體,包含3~30重量份的該含交聯性官能團的單體及0.003~1重量份的該熱引發劑,以及相對於100重量份的該(甲基)丙烯酸酯類單體,包含0.002~1重量份的該分子量調節劑;其中進行上述光聚合樹脂的聚合時的一聚合時最大發熱溫度為30℃~40℃,且進行上述光聚合樹脂的聚合時,照射50~1000mJ/cm2光量的紫外線。
- 如申請專利範圍第1項所述之光聚合樹脂,其中該(甲基)丙烯酸酯類單體為選自由(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸異丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸仲叔丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸2-乙基丁酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸異辛酯、異壬酯、甲基丙烯酸月桂酯及(甲基)丙烯酸十四酯所組成之群組中的至少一種。
- 如申請專利範圍第1項所述之光聚合樹脂,其中該含交聯性官能團的單體選自由含羥基單體、含羧基單體及含氮單體所組成之群組中的至少一種。
- 如申請專利範圍第1項所述之光聚合樹脂,其中該熱引發劑為偶氮類化合物。
- 如申請專利範圍第4項所述之光聚合樹脂,其中該偶氮類化合物選自由2,2’-偶氮雙(異丁腈)、2,2’-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)、2,2’-偶氮雙(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈)、偶氮二異丁酸二甲酯、2,2’-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二鹽酸鹽及2,2’-偶氮雙[N-(2-羧基乙基)-2-甲基丙脒]水合物所組成之群組中的至少一種。
- 如申請專利範圍第1項所述之光聚合樹脂,其中該分子量調節劑選自由2-巰基乙酸酯、正十二烷基硫醇及4-4'-硫代雙苯硫酚所組成之群組中的至少一種。
- 如申請專利範圍第1項所述之光聚合樹脂,其中該光聚合樹脂的重量平均分子量為100萬以上。
- 一種製造光聚合樹脂的方法,包括:製備一光聚合樹脂組合物,並以一紫外線照射該光聚合樹脂組合物以進行聚合;其中該光聚合樹脂組合物包括:一(甲基)丙烯酸酯類單體;一含交聯性官能團的單體;一熱引發劑,該熱引發劑的10小時半衰期的溫度為70℃以下,且能吸收紫外線;以及 一分子量調節劑,其中該光聚合樹脂組合物中,相對於100重量份的該(甲基)丙烯酸酯類單體,包含3~30重量份的該含交聯性官能團的單體及0.003~1重量份的該熱引發劑,以及相對於100重量份的該(甲基)丙烯酸酯類單體,包含0.002~1重量份的分子量調節劑;其中進行上述聚合時的一聚合時最大發熱溫度為30℃~40℃,且進行上述聚合時,照射50~1000mJ/cm2光量的紫外線。
- 如申請專利範圍第8項所述之製造光聚合樹脂的方法,其中該光聚合樹脂的重量平均分子量為100萬以上。
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