TWI731011B - 用於金屬黏著的高分子樹脂組合物、使用其之金屬樹脂複合物以及電子產品 - Google Patents
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Abstract
本發明關於一種具有優異的對金屬黏著性、耐熱性、化學抗性、尺寸穩定性以及耐變色性的用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,與使用其之金屬樹脂複合物以及產品。
Description
本申請案主張2016年1月8日於南韓智慧局提出申請的南韓第10-2016-0002851號申請案的優先權,其全部內容以引用的方式併入本文中。
本發明係關於一種用於金屬黏著的高分子樹脂組合物與使用其之金屬樹脂複合物以及產品,尤指一種具有優異的對金屬黏著性(adhesion to metal)、耐熱性(thermal stability)、化學抗性(chemical resistance)、尺寸穩定性(dimensional stability)以及耐變色性(discoloration resistance)的用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,與使用其之金屬樹脂複合物以及產品。
縮小化可攜式電氣與電子產品例如智慧型手機(smart phone)、手機(mobile phone)與平板電腦(tablet PC)已為近年來的一種趨勢,因此,包括在可攜式電氣與電子產品中的元件需要被縮小。
特別的是,在電氣與電子產品傾向於縮小化的同時,為了遠離可能發生於日常生活中的外部衝擊,以提升安全性,主要以金屬構成最外面的表面。
然而,電氣與電子產品為執行無線通訊的裝置,當外觀僅用金屬配置時,無線通訊的品質可能會因為電磁波屏蔽效果(electromagnetic wave shielding effect)而退化。為了解決此問題,已經對此積極地進行研究以組合出高分子樹脂,其圍繞無線通訊元件的電磁波屏蔽效果相對低。
舉例而言,以包括有聚苯硫醚(polyphenylene sulfide,PPS)的樹脂組合物作為主要成分的情況下,其與金屬接合後對用以陽極處理金屬的酸性物質具有高化學抗性,並具有高機械強度(mechanical strength)以及尺寸穩定性,因此可作為手機的內部材料。然而,其有一個缺點,容易隨著使用者的環境而在處理之前和之後產生變色,因此其使用在暴露於產品外部的元件會有所限制,並且,其具有相對低的對金屬黏著性。
此外,相對於聚苯硫醚,以包括有聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate,PBT)的樹脂組合物作為主要成分可具有優異的對金屬黏著性與相對高的耐變色性,因此,已經用以作為手機的內部/外部材料。然而,因為其自收縮率所產生的大尺寸變異,故使用在高精確產品存在有侷限性,並且,其耐變色性不能充分地被保全,故使用作為外部元件的材料存在有侷限性。
因此,對於例如電氣與電子產品等產品的應用,急需開發出具有優異對金屬黏著性、化學抗性、尺寸穩定性以及耐熱度的新材料。
本發明的一目的是提供一種用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,其具有優異的對金屬黏著性、化學抗性、尺寸穩定性以及耐變色性。
本發明的另一目的是提供一種金屬樹脂複合物以及一種產品,使用上述高分子樹脂組合物。
本發明的一方面提供一種用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,其包括:聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂(polycyclohexylenedimethylene terephthalate resin);聚對苯二甲酸乙二酯樹脂(polyethylene terephthalate resin);以及充填物。其中,相對於100重量份的聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂,聚對苯二甲酸乙二酯樹脂的含量少於200重量份,且根據ASTM D648量測方法,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物在1.82兆帕(MPa)的壓力之下的耐熱度為225℃或更高。
本發明的另一方面提供一種金屬樹脂複合物,其包括:金屬基板;以及上述用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,黏著於金屬基板的表面。
本發明的另一方面提供一種產品,其包括上述金屬樹脂複合物。
本發明特定具體實例的用於金屬黏著的高分子樹脂組合物、使用其之金屬樹脂複合物以及產品將於下文中詳述。
本文所用的用語「殘基」指的是包括有當一特定化合物參與化學反應時的化學反應產物中的預定部分或單元,且其衍生自特定化合物,舉例而言,
二羧酸衍生的「殘基」或二醇衍生的「殘基」表示是在由酯化反應或聚縮合反應所形成的聚酯中,分別衍生自二羧酸成分或二醇成分的部分。
根據本發明一具體實例,可提供一種用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,其包括:聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂;聚對苯二甲酸乙二酯樹脂;以及充填物。其中,相對於100重量份的聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂,聚對苯二甲酸乙二酯樹脂的含量少於200重量份,且根據ASTM D648量測方法,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物在1.82MPa的壓力之下的耐熱度為225℃或更高。
本發明人透過實驗發現當使用上述的特定高分子樹脂組合物時,其耐熱度可隨著聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂對於聚對苯二甲酸乙二酯樹脂的相對含量的增加而顯著改善,藉此完成本發明。
特別的是,相對於100重量份的聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂,藉由調整聚對苯二甲酸乙二酯樹脂的含量少於200重量份,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物不僅在根據ASTM D648量測方法中,在1.82MPa的壓力之下的耐熱度為225℃或更高,而使得可實現高耐熱度,還可在後續描述的金屬樹脂複合物中,高度地黏著金屬。
此外,相對於100重量份的聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂,藉由調整聚對苯二甲酸乙二酯樹脂的含量少於200重量份,樹脂組合物的耐變色性與尺寸穩定性被改善,藉此可透過黏著金屬而能夠容易應用於例如電氣與電子產品等產品的製造過程。
另外,高分子樹脂組合物可包括充填物,藉此不僅實現耐熱度,還實現優異的機械性質。
具體而言,根據上述的一具體實例,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物可包括聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂,聚對苯二甲酸二甲基環己酯(下文以PCT表示)樹脂可藉由二羧酸與二醇化合物的酯化所獲得,或是藉由二羧酸酯化合物與二醇化合物的轉酯化(transesterification)所獲得。
30至1000百萬分之一(ppm)、30至800ppm、30至600ppm、30至500ppm、30至400ppm、或50至350ppm的鍺原子可殘留在PCT樹脂中,假如鍺原子殘留於PCT樹脂中的含量減少至低於上述的範圍,PCT樹脂的聚合反應的速率會延遲,且聚合產物會容易黃化。另一方面,假如鍺原子殘留於PCT樹脂中的含量增加至超過上述範圍,樹脂的熱分解的速率會提升,就結果而言,可能無法獲得具有預期聚合度的樹脂,或是霧度值(haze value)可能會由於催化劑成分殘留在樹脂中而提高,而不利地影響樹脂的透明度。
具體而言,可藉由以鍺化合物作為催化劑的酯化反應或轉酯化反應,獲得有微量鍺原子殘留的PCT樹脂,鍺化合物的具體類型並沒有特別限制,其舉例包括二氧化鍺(germanium dioxide)等。
另一方面,微量的鈦原子(Ti)可殘留於PCT樹脂中,具體而言,20ppm或更少、0.1至20ppm、或5至15ppm的鈦原子可殘留於PCT樹脂中。在上述範圍中,PCT樹脂可在不必擔憂包括有鈦原子的副反應之下而被聚合,例如在擠出成形(extrusion molding)或射出成形(injection molding)的過程中分子量減少的問題
也可被避免,且產物可具有優異的耐黃變性(yellowing resistance)。
可藉由利用鍺化合物與鈦化合物作為酯化反應或轉酯化反應的催化劑而獲得如上所述殘留有微量鍺原子與鈦原子的PCT樹脂。作為催化劑的鈦化合物的具體類型並沒有特別限制,其舉例包括氧化鈦(titanium oxide)、鈦酸四正丙酯(tetra-n-propyl titanate)、鈦酸四異丙酯(tetra-isopropyl titanate)、鈦酸四正丁酯(tetra-n-butyl titanate)、鈦酸四異丁酯(tetra-isobutyl titanate)或丁基異丙基鈦酸酯(butyl-isopropyl titanate)等。
PCT樹脂可藉由二羧酸與二醇化合物於存在有上述催化劑的酯化反應而被獲得,或是藉由二羧酸酯化合物與二醇化合物的轉酯化反應而被獲得。
二羧酸可包括對苯二甲酸(terephthalic acid,TPA)、間苯二甲酸(isophthalic acid,IPA),2,6-萘二羧酸(2,6-naphthalenedicarboxylic acid,2,6-NDA)或其組合,舉例而言,90或更多重量份的總體二羧酸可為對苯二甲酸,且10或更少重量份的總體二羧酸可包括對苯二甲酸以外的二羧酸。特別地,當對苯二甲酸作為二羧酸時,可提供具有優異的耐候性(weather resistance)以及耐黃變性的樹脂組合物。
二羧酸酯化合物可包括對苯二甲酸二甲酯(dimethyl terephthalate)、間苯二甲酸二甲酯(dimethyl isophthalate,DMI)、2,6-萘二羧酸二甲酯(dimethyl 2,6-naphthalenedicarboxylate(2,6-NDC))或其組合,舉例而言,90或更多重量份的總體二羧酸酯化合物可為對苯二甲酸二甲酯,且10或更少重量份的總體二羧酸酯化合物可包括其他二羧酸酯化合物。特別地,當二羧酸酯化合物為對苯二甲
酸二甲酯時,可提供具有優異的耐候性以及耐黃變性的樹脂組合物。
二醇化合物可包括選自以1,4-環己烷二甲醇(1,4-cyclohexanedimethanol)、乙二醇(ethylene glycol)、二乙二醇(diethylene glycol)、1,4-丁二醇(1,4-butanediol)、1,3-丙二醇(1,3-propanediol)以及新戊二醇(neopentyl glycol)所組成的群組中的至少一種,舉例而言,90或更多重量份的總體二醇化合物可為1,4-環己烷二甲醇,且10或更少重量份的總體二醇化合物可包括1,4-環己烷二甲醇以外的二醇化合物。特別地,當二醇化合物為1,4-環己烷二甲醇時,可提供具有優異的耐候性以及耐黃變性的樹脂組合物。
另一方面,可藉由在酯化反應或轉酯化反應的早期另外加入磷系穩定劑製備出PCT樹脂,因此,於高溫下的酯化反應或轉酯化反應的過程中發生的副反應可有效的避免。
可被使用的磷系穩定劑的例子包括含磷化合物例如磷酸(phosphoric acid)、亞磷酸(phosphorous acid)等,以及磷酸酯類化合物例如磷酸三乙酯(triethyl phosphate)、磷酸三甲酯(trimethyl phosphate)、磷酸三苯酯(triphenyl phosphate)、磷醯基乙酸三乙酯(triethyl phosphonoacetate)等。
PCT樹脂可藉由額外使用上述化合物之外且在本發明涉及的技術領域中常用的其他添加劑聚合出。另外,PCT樹脂也可藉由本發明涉及的技術領域通常使用的方法來使用此些成分聚合出。舉例而言,可透過以下步驟獲得PCT樹脂:於存在有上述催化劑之下,進行二羧酸與二醇化合物的酯化或二羧酸酯化合物與二醇化合物的轉酯化;以及聚縮合上述反應所獲得的產物。另外,如
果必要,可藉由額外使用以下步驟製備PCT樹脂:成型加工聚縮合反應的產物以形成顆粒狀;且/或結晶聚縮合反應的產物或顆粒且使其固態聚合。
結晶聚酯的PCT樹脂具有高熔點(Tm)以及高結晶速度,因此,已在需要高耐熱度的電氣與電子領域以及車用領域被用於作為連接件以及耐熱元件。
聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂的含量相對於用於金屬黏著的高分子樹脂組合物可為10%重量至70%重量、15%重量至60%重量、或30%重量至70%重量。
假如聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂的含量相對於用於金屬黏著的高分子樹脂組合物過度提升至高於70%重量,會使得用於金屬黏著的高分子樹脂組合物難以實現對金屬基板足夠的黏著。
另外,假如聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂的含量相對於用於金屬黏著的高分子樹脂組合物過度減少至低於10%重量,根據ASTM D648量測方法,在1.82MPa的壓力之下的耐熱度會減少至低於225℃,因此會難以實現足夠的耐熱度。此外,成型收縮率(mold shrinkage ratio)的增加使得精密產品對於數值格外難以控制,且在後續製程中,尺寸穩定性可能會隨著成型收縮率的提升而降低。
除此之外,根據上述一具體實例,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物可包括聚對苯二甲酸乙二酯樹脂。如本領域已知,聚對苯二甲酸乙二酯(下文
以PET表示)樹脂通常由二羧酸與二醇聚合而成。
用以聚合PET樹脂的二羧酸與其衍生物的例子包括對苯二甲酸(TPA)、間苯二甲酸(IPA)、2,6-萘二羧酸(2,6-NDA)、二甲基對苯二甲酸(dimethyl terephthalic acid,DMT)、間苯二甲酸二甲酯(DMI)、2,6-萘二羧酸二甲酯、1,4-環己烷二羧酸二甲酯(dimethyl 1,4-cyclohexanedicarboxylate,DMCD)等,但不以此為限。
用以聚合PET樹脂的二醇的例子包括乙二醇(EG)、二乙二醇(DEG)、丙二醇(propylene glycol,PG)、新戊二醇(NPG)、環己烷二甲醇(cyclohexanedimethanol,CHDM)等,但不以此為限,任何本領域已知的二醇可使用於PET樹脂的製備中,但較佳可為乙二醇(EG)。
PET樹脂的聚合係藉由引入作為原料的二羧酸與二醇至高溫高壓的反應器中,如有需要可加入反應催化劑、穩定劑(stabilizer)、著色劑(coloring agent)等至準備的預聚物(oligomer),接著再於高溫真空下進行反應,但不特別限定。除此之外,可如本領域已知的方式聚合PET樹脂。
PET樹脂的本質黏度(intrinsic viscosity)可為0.50至1.2dL/g、或0.70至1.0dL/g,當PET樹脂的本質黏度低於0.50dL/g時,其會由於低分子量而預期機械性質降低,而當PET樹脂的本質黏度超過1.2dL/g時,混合與成型加工過程需在高溫與高壓下,因此可能降低效率。
聚對苯二甲酸乙二酯樹脂的含量相對於用於金屬黏著的高分子樹脂
組合物可為5%重量至60%重量、10%重量至50%重量、或5%重量至45%重量。
假使聚對苯二甲酸乙二酯樹脂的含量相對於用於金屬黏著的高分子樹脂組合物過度減少至低於5%重量時,可能會使得用於金屬黏著的高分子樹脂組合物難以實現對金屬基板足夠的黏著。
另外,假使聚對苯二甲酸乙二酯樹脂的含量相對於用於金屬黏著的高分子樹脂組合物過度增加至高於60%重量時,根據ASTM D648量測方法,在1.82MPa的壓力之下的耐熱度會減少至低於225℃,因此會難以實現足夠的耐熱度。此外,成型收縮率提升使得高度精密產品對於數值格外難以控制,且在後續製程中,尺寸穩定性可能會隨著成型收縮率的提升而降低。
具體而言,在用於金屬黏著的高分子樹脂組合物中,相對於100重量份的聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂,聚對苯二甲酸乙二酯樹脂的含量可為少於200重量份、0.1重量份至150重量份、或10重量份至140重量份。用於金屬黏著的高分子樹脂組合物為PCT樹脂與PET樹脂的混合,且可以藉由調整其混合比例而實現適用於例如電氣與電子產品等產品的耐熱度以及金屬黏著。
相對於100重量份的聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂,假如聚對苯二甲酸乙二酯樹脂的含量過度增加至多於200重量份時,根據ASTM D648量測方法,在1.82MPa的壓力之下的耐熱度會減少至低於225℃,因此當施行於電氣與電子產品等產品時,其耐熱性可能降低。
聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂的本質黏度與聚對苯二甲酸乙二酯
樹脂的本質黏度的比例可為10:1至1:10或是5:1至1:5,更具體而言,聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂的本質黏度可為0.4至1.0dL/g、或是0.5至0.9dL/g,聚對苯二甲酸乙二酯樹脂的本質黏度可為0.4至1.5dL/g、或是0.5至1.3dL/g。
此外,根據上述一具體實例,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物可包括充填物,因此,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物可具有顯著改善的機械性質、耐熱度以及耐變色性。
關於充填物,任何通常用於本發明所涉及的技術領域的有機充填物或無機充填物都可被使用,充填物的例子並無特別限制,但包括選自以玻璃纖維(glass fiber)、碳纖維(carbon fiber)、硼纖維(boron fiber)、玻璃珠(glass bead)、玻璃鱗片(glass flake)、滑石(talc)、矽灰石(wollastonite)、鈦鈣晶鬚(calcium titanate whisker)、硼酸鋁晶鬚(aluminum boric acid whisker)、氧化鋅晶鬚(zinc oxide whisker)以及鈣晶鬚(calcium whisker)所組成的群組中的至少一種。
舉例而言,針狀的充填物可作為充填物以提供具有優異表面平滑度的成型產品。特別地,為了提供具有優異表面平滑度的白色成型產品,充填物可為玻璃纖維、矽灰石、鈦鈣晶鬚、硼酸鋁晶鬚或其混合物,在這些當中,組合物的可塑性可藉由利用玻璃纖維而被改善,且成型產品的機械性質例如抗拉強度(tensile strength)、抗彎強度(bending strength)與彈性模數(modulus of elasticity)以及耐熱度例如熱變形溫度(heat distortion temperature)可被改善。
當玻璃纖維被使用作為充填物時,可使用具有0.1至20毫米(mm)或是0.3至10mm的平均長度的玻璃纖維。另外,可提供具有外觀(例如表面特性與色
素特性)品質優異以及具有藉由使用長寬比(L(纖維的平均長度)/D(纖維的平均直徑))為10至2000或是30至1000的玻璃纖維而改善的機械強度(mechanical strength)的樹脂組合物。
充填物的含量相對於用於金屬黏著的高分子樹脂組合物可為10%重量至60%重量、20%重量至50%重量、或是25%重量至45%重量,因此,可提供具有優異機械強度與耐熱度的樹脂組合物。
假如充填物的含量相對於用於金屬黏著的高分子樹脂組合物過度減少至低於10%重量,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物的耐熱度降低,而假如充填物的含量相對於用於金屬黏著的高分子樹脂組合物過度增加至高於60%,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物可能會有對金屬的黏著力降低的問題。
此外,根據上述一具體實例,根據ASTM D648量測方法,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物在1.82MPa的壓力之下具有225℃或更高、或是225℃至300℃的耐熱度。根據ASTM D648量測方法,假如用於金屬黏著的高分子樹脂組合物在1.82MPa的壓力之下的耐熱度減少至低於225℃,當高分子樹脂組合物應用於電氣與電子產品等產品時,其耐熱性可能降低。
用於金屬黏著的高分子樹脂組合物可存在被貼附、黏著或接合於金屬基板的表面的狀態,更具體地,用以貼附、黏著或接合用於金屬黏著的高分子樹脂組合物以及金屬基板的表面的方法的例子並無特別限制,但舉例而言,可以使用將高分子樹脂組合物注入或擠出到金屬表面上的方法。
為了額外強化介於金屬與樹脂組合物之間的黏著力,可另外施行金屬表面的預處理製程,具體而言,舉例來說,製程可包括透過蝕刻製程(奈米成型技術(nano molding technology,NMT)處理方法)以形成微米級或奈米級尺寸的孔隙於金屬表面的方法,或是用以形成陽極氧化層於金屬表面,然後透過陽極電解(TRI處理方法)形成三嗪衍生物[1,3,5-三嗪2,4-二硫醇-6-鈉硫醇鹽(1,3,5-triazine 2,4-dithiol-6-sodium thiolate,TTN)]在陽極氧化層的方法等。
根據如下方程式,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物可具有20MPa或更高、或是20MPa至50MPa的黏著力,而黏著力是介於金屬以及黏著於金屬表面的用於金屬黏著的高分子樹脂組合物之間。
[方程式]黏著力(MPa)=(根據ASTM D638量測方法以5mm/min的十字頭速度量測拉伸強度)/(金屬與該用於金屬黏著的高分子樹脂組合物之間的接觸面積)。
更具體地,在金屬樹脂複合物藉由上述NMT處理方法而被製備的情況下,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物對金屬的黏著力可為20MPa至30MPa,在金屬樹脂複合物藉由上述TRI處理方法而被製備的情況下,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物對金屬的黏著力可為25MPa至40MPa。
因此,在NMT處理方法的情況下,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物對於金屬基板的黏著力可為20MPa至30MPa,在TRI處理方法的情況下,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物對於金屬基板的黏著力可為25MPa至40MPa。
另外,根據上述一具體實例,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物可另包括具有285℃或更高、或是285℃至500℃的熔融結晶化溫度的高度地結晶聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂,高度地結晶聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂可藉由酯化具有高反式異構物比率的1,4-環己烷二甲醇以及對苯二甲酸而被製備,或是藉由轉酯化具有高反式異構物比率的1,4-環己烷二甲醇以及對苯二甲酸的酯化合物而被製備。
通常使用的1,4-環己烷二甲醇包括70莫耳百分比(mol%)的反式異構物以及剩餘量的順式異構物,當1,4-環己烷二甲醇於存在有催化劑之下被異構化時,可改變順式與反式異構物1,4-環己烷二甲醇的順式與反式異構物的含量。
具體而言,高度地結晶聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂可藉由使用具有70mol%或更高、73mol%或更高、或是75mol%或更高的反式異構物比率的1,4-環己烷二甲醇所聚合而成,因此,樹脂可具有高熔點與高耐熱度以及可展現高結晶度。
除此之外,根據上述一具體實例,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物可另包括環氧樹脂(epoxy resin)或苯酚系樹脂(phenol-based resin),環氧樹脂或苯酚系樹脂的具體例子並無特別限制,可不受限制的使用各種廣泛使用於樹脂組合物領域的環氧樹脂或苯酚樹脂。
另外,根據上述一具體實例,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物可另包括至少一種選自以衝擊改質劑(impact modifier)、成核劑(nucleating agent)、
抗氧化劑(antioxidant)、潤滑劑(lubricant)、釋放劑(releasing agent)、著色劑、相容劑(compatibilizing agent)、熱穩定劑(heat stabilizer)、紫外線穩定劑(UV stabilizer)、水解穩定劑(hydrolysis stabilizer)、黏性增強劑(viscosity enhancer)、螢光增白劑(fluorescent whitening agent)、物理性質改質劑(physical property modifier)、主鏈延長劑(main chain extender)、色素(pigment)、染料(dye)以及抗靜電劑(antistatic agent)所組成的群組中的添加劑。添加劑的具體類型並無特別限制,可不受限制的使用各種廣泛使用於樹脂組合物領域的添加劑。
具體而言,衝擊改質劑的例子包括乙烯基共聚物(ethylene-based copolymer),乙烯基共聚物包含被至少一個交聯官能基所取代的(甲基)丙烯酸酯重複單元((meth)acrylate repeating unit)。包含有被至少一個交聯官能基所取代的(甲基)丙烯酸酯重複單元的乙烯基共聚物可藉由共聚作為單體的乙烯(ethylene)以及被至少一個交聯官能基所取代的(甲基)丙烯酸酯((meth)acrylate)而被製備。
被至少一個交聯官能基所取代的(甲基)丙烯酸酯重複單元意指被包括在被至少一個交聯官能基所取代的(甲基)丙烯酸酯化合物的同元聚合物中的基本重複單元,(甲基)丙烯酸酯在包括有丙烯酸酯(acrylate)或丙烯酸甲酯(methacrylate)的意義上被使用。
被至少一個交聯官能基所取代的(甲基)丙烯酸酯重複單元可藉由透過交聯官能基在組合物中對化合物、高分子或樹脂實行交鏈反應而增加相容性,至少一個交聯官能基的具體例子並無特別限制,舉例而言,可使用環氧丙基(glycidyl)或馬來酸酐(maleic anhydride)。
另一方面,乙烯基共聚物可另包括(甲基)丙烯酸酯或乙酸乙烯酯(vinyl acetate)重複單元以提高極性。也就是說,乙烯基共聚物可包括三元聚合物,而三元聚合物藉由共聚作為單體的乙烯、被至少一個交聯官能基所取代的(甲基)丙烯酸酯以及(甲基)丙烯酸酯或乙酸乙烯酯重複單元而被製備。
(甲基)丙烯酸酯重複單元或乙酸乙烯酯重複單元分別意指被包括在(甲基)丙烯酸酯化合物或乙酸乙烯酯化合物的基本重複單元。
(甲基)丙烯酸酯重複單元或乙酸乙烯酯重複單元的含量相對於乙烯基共聚物的重量可為2%重量至50%重量。
衝擊改質劑可被用以改善高分子樹脂組合物的機械強度與黏著力,且相對於用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,衝擊改質劑的含量可為0.1%重量至10%重量。假如衝擊改質劑的含量過度提高,在製程中黏度可能會變得過高,這可能會降低可塑性,並且,介於高分子樹脂組合物與金屬表面之間的黏性可能會不足,這可能會降低黏性。
色素的例子包括氧化鈦、氧化鋅(zinc oxide)、硫化鋅(zinc sulfide)、硫酸鋅(zinc sulfate)、硫酸鋇(barium sulfate)、鋅鋇白(lithopone,BaSO4.ZnS)、鉛白(white lead,2PbCO3.Pb(OH)2)、碳酸鈣(calcium carbonate)、氧化鋁(alumina)、氮化硼(boron nitride)或其混合物等。抗氧化劑的例子包括由ADEKA所製的AO-60等,以作為受阻苯酚系抗氧化劑。
潤滑劑在樹脂組合物中可用以穩定分散充填物或色素等,並用以便於釋放樹脂組合物。關於潤滑劑,硬脂酸酯(stearate)可使用包括醯胺(acid amide)、酸式酯(acid ester)、脂肪酸(fatty acid)、烴蠟(hydrocarbon wax)、金屬皂(metallic soap)的至少一種,醯胺包括芥酸醯胺(erucamide)、油醯胺(oleamide)或硬脂醯胺(stearamide),酸式酯包括褐碳蠟(montan wax)、硬脂酸十八醇脂(stearyl stearate)以及鄰苯二甲酸二硬脂酯(distearyl phthalate),脂肪酸包括月桂酸(lauric)、肉豆蔻酸(myristic)、棕櫚酸(palmitic)、硬脂酸(stearic);烴蠟包括聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)以及石蠟(paraffin),金屬皂包括鈣、鋅、鎂、鉛、鋁、鈉、錫、鋇以及鈷,且其更具體的例子包括N,N'-乙烯基雙(硬脂醯胺)(N,N'-ethylenebis(stearamide))等。
成核劑在樹脂組合物的成型加工中扮演為結晶作用的結晶核,有此改善樹脂組合物的結晶率。關於成核劑,可使用二十八酸(montanic acid)的鈉鹽(由Clariant所製的Licomont NaV101)或鈣鹽(由Clariant所製的Licomont CaV102)等。
添加劑的含量並無特別限制,但例如,相對於用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,含量可為0.1%重量至10%重量。假如添加劑的含量相對於用於金屬黏著的高分子樹脂組合物過度增加至高於10%重量,高分子樹脂組合物的耐熱度以及其對金屬的黏著力可能會降低。
另外,根據上述一具體實例,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物可另包括至少一種選自以尼龍(nylon)、聚丙烯對苯二甲酸酯(polypropylene terephthalate,PTT)、聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate,PBT)、改性
聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate glycol modified,PETG)、改性聚對苯二甲酸二甲基環己醇酯(polycyclohexylenedimethylene terephthalate glycol modified)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate,PEN)、聚對苯二甲酸異山梨醇酯(polyethylene isosorbide terephthalate,PEIT)、聚對苯二甲酸二甲基環己異山梨醇酯(polyethylene isosorbide cyclohexylene dimethylene terephthalate,PEICT)、聚對苯二甲酸環丁2,2,4,4,四甲基酯(poly(2,2,4,4,tetramethylcyclobutylene terephthalate))以及聚苯硫醚(polyphenylene sulfide,PPS)所組成的群組中的樹脂。
樹脂的含量並無特別限制,但例如,相對於用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,含量可為0.1%重量至10%重量。假如樹脂的含量相對於用於金屬黏著的高分子樹脂組合物過度增加而高於10%重量,高分子樹脂組合物的耐熱度以及其對金屬的黏著力可能會降低。
另一方面,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物可在450奈米(nm)的波長下具有50%或更多、或是50%至90%的耐變色反射率(reflectivity-discoloration resistance),耐變色反射率以如下方程式表示。
[方程式]於450nm的波長下的耐變色反射率(%)=(在450nm的波長下量測經過24小時200℃加熱處理後的用於金屬黏著的高分子樹脂組合物的反射率)/(在450nm的波長下量測該用於金屬黏著的高分子樹脂組合物的初始反射率)×100。
450nm的波長係為藍色系波長,反射率的降低表示作為相反色的黃
色值增加,也就是說,其意指顏色的b值(color-b value,依據Hunter Lab色彩系統、Hunter Lab色彩空間)增加,因此,在450nm的波長下的反射率降低以及顏色的b值提高表示經常發生黃化現象。因此,假如以如上用於金屬黏著的高分子樹脂組合物的方程式所表示的在450nm的波長下的耐變色反射率降低至低於50%,用以金屬黏著的樹脂組合物中會產生黃化現象,這可能會降低耐變色性。
另一方面,根據本發明另一具體實例,可提供金屬樹脂複合物,金屬樹脂複合物包括金屬基板以及黏著在金屬基板的表面的用於金屬黏著的高分子樹脂組合物。
本發明人透過實驗發現當使用上述的特定金屬樹脂複合物時,金屬樹脂複合物可在不使用額外的接著劑的情況下簡單藉由高分子樹脂組合物的黏著而形成,藉此完成本發明。
用於金屬黏著的高分子樹脂組合物的細節包括在上述一具體實例中的描述。
金屬樹脂複合物可包括金屬基板,金屬的例子並無特別限制,且各種金屬材料可不受限制的廣泛使用於例如電氣與電子產品等產品中。
金屬樹脂複合物可包括形成在金屬基板上的用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,具體而言,在金屬樹脂複合物中,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物可存在被貼附、黏著或接合於金屬基板的表面的狀態。
更具體地,在金屬樹脂複合物中,用以貼附、黏著或接合用於金屬黏著的高分子樹脂組合物以及金屬基板的表面的方法的例子並無特別限制,但舉例而言,可以使用將高分子樹脂組合物注入或擠出到金屬表面上的方法。
為了額外強化介於金屬與樹脂組合物之間的黏著力,可另外施行金屬表面的預處理製程,具體而言,舉例來說,製程可包括透過蝕刻製程(NMT處理方法)以形成微米級或奈米級尺寸的孔隙於金屬表面的方法,或是用以形成陽極氧化層於金屬表面,然後透過陽極電解(TRI處理方法)形成三嗪衍生物[1,3,5-三嗪2,4-二硫醇-6-鈉硫醇鹽(TTN)]在陽極氧化層的方法等。
根據下方方程式,金屬樹脂複合物在介於金屬與黏著在金屬表面的用於金屬黏著的高分子樹脂組合物之間可具有20MPa或更高的黏著力。
[方程式]黏著力(MPa)=(根據ASTM D638量測方法以5mm/min的十字頭速度量測拉伸強度)/(金屬與該用於金屬黏著的高分子樹脂組合物之間的接觸面積)。
更具體地,在金屬樹脂複合物藉由上述NMT處理方法而被製備的情況下,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物對金屬的黏著力可為20MPa至30MPa,在金屬樹脂複合物藉由上述TRI處理方法而被製備的情況下,用於金屬黏著的高分子樹脂組合物對金屬的黏著力可為25MPa至40MPa。
另一方面,根據本發明另一具體實例,可提供包括有上述另一具體
實例的金屬樹脂複合物的產品,金屬樹脂複合物的細節包括在上述具體實例中的所有描述。
產品的功用並無特別限制,可不受限制的應用在各種產品群組中由金屬所製的材料、配件與元件中,舉例而言,產品可包括各種訊息處理裝置(具體例子包括電腦、手機、智慧型手機等)、電氣與電子產品(具體例子包括視頻再現裝置、發聲裝置等)以及家用電氣設備(具體例子包括冰箱、洗衣機、汽車等),更佳地,產品可包括可攜式電氣與電子產品例如智慧型手機、手機、平板電腦等,以及包括在其中的元件或是無線通訊裝置的元件。
產品的外觀例如特定形狀、重量、尺寸、顏色等以及內部結構的例子並無特別限制,且可不受限制地應用至本領域已知的各種產品的外觀與內部結構以及包括在其中的配件與元件。
根據本發明,可提供一種具有優異的對金屬黏著性、耐熱性、化學抗性、尺寸穩定性以及耐變色性的用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,與其金屬樹脂複合物以及其產品。
在下文將透過以下實施例更詳細地描述本發明,然而,這些實施例的提供僅僅是用以說明目的,本發明的細節並不以此限制。
<實施例1至7:高分子樹脂組合物的製備>
具有列示於下方表1的組合物的高分子樹脂組合物利用加熱至約300℃的雙軸擠壓機(twin-screw extruder,Φ:40mm,L/D=40)將其熔化與揉合以製備顆粒。
具體而言,於表1、表2中所列舉的成分的特性如下所示。
* PCT樹脂:藉由透過酯化與聚縮合以聚合環己烷二甲醇(CHDM)與對苯二甲酸(TPA)所獲得的樹脂,並具有約0.65dL/g的本質黏度(IV)。
* PET樹脂:藉由透過酯化與聚縮合以聚合乙二醇(EG)與對苯二甲酸(TPA)所獲得的樹脂,並具有約0.80dL/g的本質黏度(IV)。
* 玻璃纖維:OCV910(由OCV所製),10微米(μm)的直徑,3mm的平均長度,以及300的長寬比(L/D)。
* 高度地結晶PCT樹脂:具有0.65dL/g的本質黏度的PCT樹脂藉由聚縮合含有75mol%的反式異構物的環己烷二甲醇(CHDM)以及對苯二甲酸(TPA)而被使用。
* 衝擊改質劑:乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯
(ethylene-methyl acrylate-glycidyl methacrylate(GMA))三元聚合物(Lotader AX8900,由阿科瑪(Arkema)所製)的熔流指數(melt flow index)在190℃/2.16公斤(kg)的條件下為6g/10min,且其熔點為65℃。
* 環氧樹脂:YP-50(由國都化學(Kukdo Chemical)所製)。
<比較實施例1至4:高分子樹脂組合物的製備>
除了使用具有列示於下方表2的組合物的高分子樹脂組合物以外,可以相同於上述實施例的方式製備顆粒。
<實驗實施例:在實施例與比較實施例中所獲得的高分子樹脂組合物的物理性質的測定>
在上述實施例與比較實施例中所獲得的高分子樹脂組合物的物理性質藉由以下方法量測,且其結果列示於表1與表2。
實驗實施例1:黏著力
(1)NMT處理
微米或奈米尺寸的孔隙透過蝕刻製程而形成於金屬表面上,然後,在實施例1至7與比較實施例1至4中所製備的高分子樹脂組合物會受到嵌入射出成型(insert injection molding)並注入孔隙中,藉此製備樹脂金屬接著劑,使金屬與高分子樹脂組合物黏著。
關於樹脂金屬接著劑,根據ASTM D638量測方法,在常溫常壓的條件下利用萬能試驗機(universal testing machine,UTM)以5mm/min的十字頭速度
進行抗拉試驗,在此測定其斷裂的壓力,而黏著力係藉由將量測到的壓力除以金屬與塑料黏著的面積來決定。
(2)TRI處理
在透過預處理金屬的陽極氧化反應(anodic oxidation)形成陽極氧化層於金屬表面之後,使用含有三嗪硫醇(triazine thiol)衍生物[1,3,5-三嗪2,4-二硫醇-6-鈉硫醇鹽(TTN)]的電解液陽極電解此層,以形成三嗪硫醇衍生物於陽極氧化層上或陽極氧化層中。
之後,透過存在有形成於金屬表面上的三嗪硫醇衍生物的陽極氧化層,使在實施例1至7與比較實施例1至4中所製備的高分子樹脂組合物進行嵌入射出成型,以形成黏著金屬與高分子樹脂組合物的樹脂金屬接著劑。
關於樹脂金屬接著劑,根據ASTM D638量測方法,在常溫常壓的條件下利用萬能試驗機(UTM)以5mm/min的十字頭速度進行抗拉試驗,在此測定其斷裂的壓力,而黏著力係藉由將量測到的壓力除以金屬與塑料黏著的面積來決定。
實驗實施例2:耐熱度
對於在實施例1至7與比較實施例1至4中所製備的高分子樹脂組合物,係根據ASTM D638量測方法製備用以量測的試樣,並利用耐熱度測試器(HDT Tester,Toyoseiki)在1.82MPa的壓力之下量測耐熱度。
實驗實施例3:耐變色性
對於藉由將在實施例1至7與比較實施例1至4中製備的高分子樹脂組合物於約290℃下射出成型而成為平板所獲得的試樣,利用紫外光-可見光-近紅外光光譜儀(UV-vis-NIR spectrometer,由柯尼卡美能達公司(Konica Minolta Co.,Ltd.)所製的分光光度計(Spectrophotometer)"CM-3600d")使D65光源入射,白度(whiteness)指數"L"值(初始顏色的L值(Color-L value))與在450nm的波長下的反射率(初始階段)係依據Hunter Lab色彩系統來量測。
對試樣進行24小時的200℃加熱處理,然後,白度指數"L"值(經過24小時的200℃加熱處理後的顏色的L值)以及在450nm的波長下的反射率(經過24小時的200℃加熱處理後的反射率)可以相同的方式來量測。
然後,白度耐變色性可以如下方程式1計算出,耐變色反射率以如下方程式2計算出。
[方程式1]白度耐變色性(%)=(經過24小時的200℃加熱處理後的顏色的L值)/(初始顏色的L值)×100。
[方程式2]耐變色反射率(%)=(經過24小時的200℃加熱處理後的在450nm的波長下的反射率)/(在450nm的波長下的初始反射率)×100。
實驗實施例4:成型收縮率
對於在實施例1至7與比較實施例1至4中製備的高分子樹脂組合物,
根據ISO 294-4,藉由射出方式製備出用於評估成型收縮的100×100mm的試樣測試片。利用能精確量測0.001mm的三維空間量測儀器(three-dimensional measuring instrument,由奧智品光學儀器公司(Optical Gaging Products Co.,Ltd.)所製的Flash300)以量測如此製備的試樣的精確尺寸,成型收縮率以如下方程式3測定。
[方程式3]成型收縮率(%)=(模具的長度-所製備的試樣的長度)/模具的長度×100。
實驗實施例5:尺寸穩定性
對於在實施例1至7與比較實施例1至4中製備的高分子樹脂組合物,根據ISO 294-4,藉由射出方式製備出用以評估成型收縮的100×100mm的試樣測試片,利用能精確量測0.001mm的三維空間量測儀器(由奧智品光學儀器公司所製的Flash300)以量測如此製備的試樣的精確尺寸,第一成型收縮率以如下方程式3測定。
[方程式3]成型收縮率(%)=(模具的長度-所製備的試樣的長度)/模具的長度×100。
接著,將試樣放置在150℃的對流烘箱(convection oven)中12小時,然後第二成型收縮率以如上方程式3測定,隨後,尺寸穩定性可透過如下方程式4測定。
[方程式4]尺寸穩定性(%)=第二成型收縮率-第一成型收縮率。
如表1所示,在使用PBT樹脂、PET樹脂或其混合物且不包括任何PCT樹脂的比較實施例1至3的情況下,耐熱度可被降低至低於225℃,藉此降低耐熱度。另外,相較於初始階段,經過加熱處理後的白度降低至65%至70%的範圍,且450nm的波長下的反射率性減少至低於50%,將導致黃化現象等的發生,因此可以證實耐變色性較差。除此之外,相較於初始階段,經過加熱處理之後,在TD方向的尺寸變化率較高,其超過0.01%,可以證實尺寸穩定性也較差。
另一方面,在PCT樹脂的含量低於30%重量且PET樹脂的含量增加至超過50%重量的比較實施例4的情況下,即使PCT樹脂與PET樹脂如同實施例般混合,耐熱度低於225℃。另外,相較於初始階段,經過加熱處理後的白度減少至低於80%,450nm的波長下的反射率減少至低於50%,因此可以證實耐變色性較差。除此之外,經過加熱處理後的在TD方向的尺寸變化率為0.013%,高於初始階段,可以證實尺寸穩定性也較差。
因此,透過實驗已經可以證實實施例的用於金屬黏著的高分子樹脂組合物或使用其之產品可以在具有適當程度的金屬黏著的情況下實現優異的耐熱度、顏色耐變色性與尺寸穩定性。以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。
Claims (12)
- 一種用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,包括:一聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂(polycyclohexylenedimethylene terephthalate resin);一聚對苯二甲酸乙二酯樹脂(polyethylene terephthalate resin);以及一充填物,其中,相對於100重量份的該聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂,該聚對苯二甲酸乙二酯樹脂的含量少於200重量份,其中,該聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂的含量相對於該用於金屬黏著的高分子樹脂組合物為30%重量至70%重量,其中,該聚對苯二甲酸乙二酯樹脂的含量相對於該用於金屬黏著的高分子樹脂組合物為5%重量至45%重量,其中,該充填物的含量相對於該用於金屬黏著的高分子樹脂組合物為25%重量至45%重量,以及根據ASTM D648量測方法,在1.82兆帕(MPa)的壓力之下的一耐熱度為225℃或更高,以及根據下方方程式,該用於金屬黏著的高分子樹脂組合物與一金屬基板之間的黏著力為20MPa或更高:[方程式]黏著力(MPa)=(根據ASTM D638量測方法以5mm/min的十字頭速度量測拉伸強度)/(該用於金屬黏著的高分子樹脂組合物與金屬之間的接觸面積)。
- 如請求項1所述之用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,其中以如下方程式表示的耐變色反射率(reflectivity-discoloration resistance,%)於450奈米 (nm)的波長下為50%或更高:[方程式]於450nm的波長下的耐變色反射率(%)=(在450nm的波長下量測經過24小時的200℃加熱處理後的該用於金屬黏著的高分子樹脂組合物的反射率)/(在450nm的波長下量測該用於金屬黏著的高分子樹脂組合物的初始反射率)×100。
- 如請求項1所述之用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,其中該聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂的本質黏度與該聚對苯二甲酸乙二酯樹脂的本質黏度的比例為10:1至1:10。
- 如請求項1所述之用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,其中該充填物包括選自以玻璃纖維(glass fiber)、碳纖維(carbon fiber)、硼纖維(boron fiber)、玻璃珠(glass bead)、玻璃鱗片(glass flake)、滑石(talc)、矽灰石(wollastonite)、鈦鈣晶鬚(calcium titanate whisker)、硼酸鋁晶鬚(aluminum boric acid whisker)、氧化鋅晶鬚(zinc oxide whisker)以及鈣晶鬚(calcium whisker)所組成的群組中的至少一種。
- 如請求項1所述之用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,其中該充填物包括一玻璃纖維,該玻璃纖維具有10至2000的截面長寬比。
- 如請求項1所述之用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,另包括一結晶聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂,具有285℃或更高的熔融結晶化溫度。
- 如請求項1所述之用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,另包括一環氧樹脂(epoxy resin)或一苯酚系樹脂(phenol-based resin)。
- 如請求項1所述之用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,另包括至少一種選自以衝擊改質劑(impact modifier)、成核劑(nucleating agent)、抗氧化劑(antioxidant)、潤滑劑(lubricant)、釋放劑(releasing agent)、著色劑(coloring agent)、相容劑(compatibilizing agent)、熱穩定劑(heat stabilizer)、紫外線穩定劑(UV stabilizer)、水解穩定劑(hydrolysis stabilizer)、黏性增強劑(viscosity enhancer)、螢光增白劑(fluorescent whitening agent)、物理性質改質劑(physical property modifier)、主鏈延長劑(main chain extender)、色素(pigment)、染料(dye)以及抗靜電劑(antistatic agent)所組成的群組中的添加劑。
- 如請求項8所述之用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,其中該衝擊改質劑包括一乙烯基共聚物(ethylene-based copolymer),該乙烯基共聚物包含一被至少一個交聯官能基所取代的(甲基)丙烯酸酯重複單元((meth)acrylate repeating unit)。
- 一種金屬樹脂複合物,包括一金屬基板以及一用於金屬黏著的高分子樹脂組合物,該用於金屬黏著的高分子樹脂組合物形成於該金屬基板上,其中,該用於金屬黏著的高分子樹脂組合物包括一聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂、一聚對苯二甲酸乙二酯樹脂以及一充填物,其中,相對於100重量份的該聚對苯二甲酸二甲基環己酯樹脂,該聚對苯二甲酸乙二酯樹脂的含量少於200重量份,根據ASTM D648量測方法,該用於金屬黏著的高分子樹脂組合物在1.82兆 帕(MPa)的壓力之下的一耐熱度為225℃或更高,以及根據下方方程式,該用於金屬黏著的高分子樹脂組合物與該金屬基板之間的一黏著力為20MPa或更高:[方程式]黏著力(MPa)=(根據ASTM D638量測方法以5mm/min的十字頭速度量測拉伸強度)/(該用於金屬黏著的高分子樹脂組合物與金屬之間的接觸面積)。
- 一種電氣與電子產品,包括如請求項10所述的金屬樹脂複合物。
- 一種用於無線通訊裝置的產品,包括如請求項10所述的金屬樹脂複合物。
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