BR112016011611B1 - Composição aquosa e método para ligar uma folha de metal a um filme polimérico - Google Patents

Composição aquosa e método para ligar uma folha de metal a um filme polimérico Download PDF

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Abstract

dispersão de poliuretano aquosa. é fornecida uma composição aquosa compreendendo partículas dispersas que compreendem um poliuretano, em que o referido poliuretano é um produto de reação de um grupo de reagentes (gr1), em que gr1 compreende um ou mais poli-isocianatos aromáticos e um componente poliol, em que o referido componente poliol compreende (a) 50% a 99% em peso, com base no peso do referido componente poliol, de um ou mais poliéster polióis, (b) 0,1% a 10% em peso, com base no peso do referido componente poliol, de um ou mais dióis tendo uma cadeia lateral hidrofílica, e (c) 0,9% a 40% em peso, com base no peso do referido componente poliol, de um ou mais polióis diferentes de (a) e (b). também é fornecido um método para ligar uma folha de metal para um filme de polímero usando uma composição aquosa.

Description

[1] Um uso importante de composições adesivas é a ligação das camadas de um laminado. Por exemplo, muitas vezes se deseja fornecer uma composição adesiva que pode ligar a uma folha de metal a um filme de polímero. É desejável por razões de segurança e proteção ambiental que composições adesivas sejam à base de água. Um método desejável para usar uma composição adesiva a base de água para ligar as camadas de um laminado é laminação de ligação seca, que é um método em que uma camada da composição adesiva a base de água é aplicada a um primeiro substrato, então a composição adesiva a base de água é seca ou deixada secar, então um segundo substrato é trazido em contato com a composição adesiva seca.
[2] É desejado que a composição adesiva a base de água seja sob a forma de partículas orgânicas dispersas em meio aquoso contínuo. Também é desejado que composições adesivas a base de água sejam estáveis; por exemplo, não devem apresentar sinais de decantação ou separação de fase após armazenamento. É ainda desejado que a composição adesiva a base de água forneça boa aderência a substratos, especialmente quando ligando uma folha de alumínio a um filme de polímero.
[3] US 7.928.161 descreve dispersões de poliuretano aquosas, incluindo dispersões de poliuretano preparadas de poliéster poliol, poli(EO), e isocianato alifático. Em contraste com US 7.928.161, é desejado fornecer dispersões de poliuretano aquosas em que o poliuretano é preparado usando isocianatos aromáticos. Os isocianatos aromáticos são, em geral, significativamente mais baratos (quase por um fator de três) do que os diisocianatos alifáticos ou cicloalifáticos típicos.
[4] O seguinte é uma declaração da invenção.
[5] Um primeiro aspecto da presente invenção é uma composição aquosa compreendendo um ou mais tensoativos aniônicos e ainda compreendendo partículas dispersas que compreendem um poliuretano, em que o referido poliuretano é um produto de reação de um grupo de reagentes (GR1), em que GR1 compreende um ou mais poli-isocianatos aromáticos e, um componente poliol, em que o referido componente poliol compreende (a) 50% a 99% em peso, com base no peso do referido componente poliol, de um ou mais poliéster polióis, (b) 0,1% a 10% em peso, com base no peso do referido componente poliol, de um ou mais dióis tendo uma cadeia lateral hidrofílica, e (c) 0,9% a 40% em peso, com base no peso do referido componente poliol, de um ou mais polióis diferentes de (a) e (b).
[6] Um segundo aspecto da presente invenção é um método para ligar uma folha de metal para um filme polimérico compreendendo as etapas de (A) aplicar uma camada da composição do primeiro aspecto a uma superfície da referida folha de metal, (B) secar a referida camada da referida composição adesiva para produzir uma camada do adesivo seco, e (C) depois da referida secagem, trazer uma superfície de um filme polimérico em contato com a referida camada da referida composição adesiva seca.
[7] Um terceiro aspecto da presente invenção é uma composição aquosa compreendendo partículas dispersas que compreendem um poliuretano, em que o referido poliuretano é um produto de reação de um grupo de reagentes (GR1), em que GR1 compreende um ou mais poli-isocianatos aromáticos e, um componente poliol, em que o referido componente poliol compreende (a) 50% a 99% em peso, com base no peso do referido componente poliol, de um ou mais poliéster polióis, (b) 0,1% a 10% em peso, com base no peso do referido componente poliol, de um ou mais dióis tendo uma cadeia lateral hidrofílica, em que a referida cadeia lateral hidrofílica compreende um ou mais grupos aniônicos; e (c) 0,9% a 40% em peso, com base no peso do referido componente poliol, de um ou mais polióis diferentes de (a) e (b).
[8] A seguir está uma descrição detalhada da invenção.
[9] Como usado aqui, os seguintes termos têm as definições designadas, salvo se o contexto indicar claramente o contrário.
[10] Uma folha de metal é um pedaço de metal tendo comprimento e largura de pelo menos 1 cm e tendo espessura de 0,5 mm ou menos. Um filme polimérico é uma peça de material preparada de um polímero orgânico tendo comprimento e largura de pelo menos 1 cm e cada um tendo espessura de 0,5 mm ou menos.
[11] Uma composição é referida aqui como a base de água se a composição é líquida a 25°C e contém 30% ou mais água em peso com base no peso da composição. Uma composição a base de água contém um meio fluido contínuo no qual gotas ou partículas discretas podem opcionalmente ser suspensas. O meio fluido contínuo contém água na quantidade, em peso com base no peso do meio fluido contínuo, de 50% ou mais. O meio fluido contínuo é aqui chamado de meio aquoso.
[12] Compostos diferentes da água que estão contidos em uma composição a base de água são referidos aqui como sendo distribuídos através do meio aquoso. Esses compostos podem ser dissolvidos ou dispersos ou uma combinação dos mesmos. Compostos dispersos existem como gotas ou partículas discretas; essas partículas podem conter duas ou mais substâncias. Gotas ou partículas dispersas têm diâmetro médio em peso de 5 nm ou mais. Compostos que são dissolvidos em meio aquoso são distribuídos como moléculas individuais.
[13] Um isocianato é um composto que contém um ou mais grupo isocianato pendente -NCO. Um isocianato que contém mais de um grupo isocianato por molécula é um poliisocianato. Um isocianato que contém exatamente dois grupos isocianato é um diisocianato. Um diisocianato monomérico tem a estrutura OCN-R1-NCO, onde -R1- é um grupo orgânico divalente não tendo grupos isocianato, não tendo ligações de uretano, e tendo peso molecular menor que 500. Um poliisocianato aromático é um poliisocianato que contém um ou mais grupos -NCO diretamente ligados a anéis aromáticos por molécula.
[14] Um poliol é um composto tendo dois ou mais grupos - OH por molécula. Um diol tem exatamente dois grupos -OH por molécula. Um poliol difuncional é um diol. Uma poliamina é um composto tendo dois ou mais grupos amina por molécula; os grupos amina podem ser primários, ou secundários, ou uma mistura dos mesmos. Uma diamina tem exatamente dois grupos amina por molécula. Uma poliamina difuncional é uma diamina.
[15] Um éster é um composto que contém uma ligação éster, que tem a estrutura
Figure img0001
em que ambas as ligações abertas estão ligados a átomos de carbono. Um poliéster é um composto que contém três ou mais ligações éster por molécula. Um éter é um composto que contém uma ligação éter, que tem a estrutura -O-, em que ambas as ligações abertas são átomos de carbono ligados. Um poliéter é um composto que contém três ou mais ligações éter por molécula. Um composto que é um poliéter e um poliol é um poliéter poliol. Um composto que é um poliéster e um poliol é um poliéster poliol. Um poliéster poliol alifático é um poliéster poliol que não contém nenhum anel aromático em sua molécula. Um poliéster poliol aromático é um poliéster poliol que contém um ou mais anel aromático em sua molécula.
[16] Um uretano é um composto que contém uma ligação uretano, que tem a estrutura
Figure img0002
em que ambas as ligações abertas estão ligados a átomos de carbono. Um poliuretano é um composto que contém três ou mais ligações uretano por molécula.
[17] Uma ligação ureia é a estrutura
Figure img0003
em que ambas as ligações abertas estão ligados a átomos de carbono.
[18] Os “sólidos” de uma composição aquosa é a quantidade de material não volátil contido na composição. A categoria “material não volátil” inclui as substâncias sólidas quando na forma pura a 25°C e substâncias com ponto de ebulição de 150°C ou maior. Também incluídos na categoria “material não volátil” são compostos que reagem com um ou mais outros compostos durante o processo de secagem da composição aquosa para formar um produto que não evapora durante o processo de secagem da composição aquosa.
[19] Um solvente orgânico é um composto que não é água; que é um líquido a 25°C; e que tem o ponto de ebulição menor que 300°C.
[20] Quando uma razão é referida aqui para ser X:1 ou maior, significa que a razão é Y:1, onde Y é maior que ou igual a X. Por exemplo, se uma razão é referida como sendo 3:1 ou maior, essa razão pode ser 3:1 ou 5:1 ou 100:1, mas pode não ser 2:1. Da mesma forma, quando a razão é referida aqui para ser W:1, ou menos, significa que a razão é Z:1, onde Z é menor ou igual a W. Por exemplo, se uma razão é referida para ser 15:1 ou menos, essa razão pode ser 15:1 ou 10:1 ou 0,1:1, mas não pode ser 20:1.
[21] A composição adesiva da presente invenção compreende um meio aquoso. Preferencialmente, a quantidade de água no meio aquoso em peso com base no peso do meio aquoso, é 70% ou mais; ou 80% ou mais; ou 90% ou mais.
[22] A composição da presente invenção contém um poliuretano que é o produto de reação de um grupo de reagentes que é aqui chamado de “GR1.”
[23] GR1 inclui um ou mais poli-isocianatos aromáticos. Poliisocianatos preferenciais são diisocianatos monoméricos tendo peso molecular de 300 ou menos; mais preferencialmente 275 ou menos. São preferenciais um ou mais isômeros de MDI; são mais preferenciais 4,4’-MDI e misturas de 4,4’-MDI com outros isômeros de MDI; é mais preferencial uma mistura de 4,4’-MDI com 2,4’-MDI. Entre as misturas de 4,4’-MDI com 2,4’-MDI, preferencialmente, a razão de 4,4’-MDI para 2,4’- MDI é 0,75:1 ou maior; mais preferencialmente 1:1 ou maior; mais preferencialmente 1,01:1 ou maior; mais preferencialmente 1,1:1 ou maior. Entre as misturas de 4,4’- MDI com 2,4’-MDI, preferencialmente, a razão de 4,4’-MDI para 2,4’-MDI é 3:1 ou menos; mais preferencialmente 2:1 ou menos; mais preferencialmente 1,5:1 ou menos.
[24] Preferencialmente, a quantidade total de poli- isocianatos aromáticos é, em peso com base no peso total de GR1, 8% ou mais; mais preferencialmente 12% ou mais. Preferencialmente, a quantidade total de poli-isocianatos aromáticos é, em peso com base no peso total de GR1, 50% ou menos; mais preferencialmente 40% ou menos; mais preferencialmente 30% ou menos.
[25] Preferencialmente, os um ou mais poli-isocianatos contêm pouco ou nenhum poliisocianato bloqueado. Um poliisocianato bloqueado é um produto de reação de um poliisocianato com um composto de bloqueio; o poliisocianato bloqueado não reage em temperatura ambiente (ou seja, aproximadamente 25°C) com polióis ou outros compostos reativos de isocianato. No entanto, em temperatura elevada, o poliisocianato bloqueado reage com polióis ou outros compostos reativos de isocianato como um poliisocianato normal reagiria. Preferencialmente, GR1 também não contém poli-isocianatos bloqueados ou então contêm poli-isocianatos bloqueados em uma quantidade que é 0,1% ou menos em peso com base no peso de todos os poli-isocianatos em GR1.
[26] GR1 também inclui um componente poliol. Preferencialmente, a quantidade de componente poliol em GR1 é, em peso com base no peso total de GR1, 50% ou mais; mais preferencialmente 60% ou mais; mais preferencialmente 70% ou mais. Preferencialmente, a quantidade de componente poliol em GR1 é, em peso com base no peso total de GR1, 95% ou menos; mais preferencialmente 90% ou menos.
[27] Preferencialmente, nenhum poliol está presente em GR1 além de polióis contidos no componente poliol.
[28] O componente poliol contém um ou mais poliéster polióis (a). Entre poliéster polióis, são preferenciais aqueles que são bifuncionais. Poliéster polióis preferenciais (a) têm peso molecular médio em peso (Mw) de 750 ou maior; mais preferencialmente 1.500 ou maior. Poliéster polióis preferenciais (a) têm peso molecular médio numérico de 6.000 ou menor; mais preferencialmente 4.000 ou menor; mais preferencialmente 3.500 ou menor. Preferencialmente, a quantidade total de poliéster polióis (a) no componente poliol, em peso com base no peso do componente poliol, é 50% ou mais; mais preferencialmente 60% ou mais; mais preferencialmente 70% ou mais; mais preferencialmente 75% ou mais. Preferencialmente, a quantidade total de poliéster polióis (a) no componente poliol, em peso com base no peso do componente poliol, é 99% ou menos; mais preferencialmente 95% ou menos. Preferencialmente, poliéster poliol (a) contém um ou mais poliéster polióis alifáticos. Mais preferencialmente, poliéster poliol (a) contém um ou mais poliéster polióis alifáticos e não contém poliéster polióis aromáticos.
[29] O componente poliol contém um ou mais diol tendo uma cadeia lateral hidrofílica (b). Uma cadeia lateral é um grupo químico que contém uma cadeia linear de 3 ou mais átomos diferentes de hidrogênio; a cadeia lateral não contém grupos hidroxil ou outros grupos que reagem com isocianato sob as condições da formação do poliuretano da presente invenção. Preferencialmente, um diol tendo uma cadeia lateral hidrofílica (b) contém uma cadeia linear de átomos que conecta os dois grupos hidroxil (a “cadeia principal”), e um átomo da cadeia lateral está ligado por uma ligação simples a um átomo da cadeia principal. Uma cadeia lateral é considerada hidrofílica se uma molécula for feita quebrando a ligação entre o a cadeia lateral e a cadeia principal, e então protegendo o fragmento da cadeia lateral com um átomo de hidrogênio, e essa molécula resultante tiver solubilidade em água a 25°C de 5% ou mais em peso com base no peso da água.
[30] Cadeias laterais preferenciais contêm unidades ligadas selecionadas de óxido de etileno, óxido de propileno, óxido de butileno, e combinações dos mesmos. As unidades podem ser arranjadas em uma linha ou uma estrutura ramificada ou em uma mistura dos mesmos. As unidades podem ser arranjadas aleatoriamente ou em blocos ou em uma mistura dos mesmos. Preferencialmente, o número de unidades de óxido de etileno é 10 ou mais; mais preferencialmente 15 ou mais. Preferencialmente, o número de unidades de óxido de etileno é 30 ou menor; mais preferencialmente 25 ou menor. Preferencialmente, o número de unidades de óxido de propileno é 20 ou menor; mais preferencialmente 10 ou menor; mais preferencialmente 5 ou menor; mais preferencialmente zero. Preferencialmente, o número de unidades de óxido de butileno é 10 ou menor; mais preferencialmente 5 ou menor; mais preferencialmente 2 ou menor; mais preferencialmente zero.
[31] Também são contemplados polióis tendo uma cadeia lateral hidrofílica (b) em que a cadeia lateral contém um grupo aniônico. Um grupo aniônico é um grupo que quando exposto à água em alguma faixa de valores de pH dentro da faixa de 5 a 10, existe sob a forma de ânion. Exemplos de polióis tendo uma cadeia lateral que contêm um grupo aniônico são sal de ácido 1,2-diidroxi-3-propanossulfônico (DHPA) e ácido dimetilolpropiônico (DMPA).
[32] Preferencialmente, a quantidade total de dióis tendo uma cadeia lateral hidrofílica (b) no componente poliol é, em peso com base no peso do componente poliol, 0,1% ou mais; mais preferencialmente 0,2% ou mais; mais preferencialmente 0,4% ou mais. Preferencialmente, a quantidade total de dióis tendo uma cadeia lateral hidrofílica no componente poliol é, em peso com base no peso do componente poliol, 10% ou menor; mais preferencialmente 5% ou menos.
[33] O componente poliol contém 0,9% a 25% em peso, com base no peso do componente poliol, um ou mais polióis (c), que são diferentes dos poliéster polióis (a) e dióis tendo uma cadeia lateral hidrofílica (b).
[34] Polióis (c) preferencialmente contêm um ou mais polietileno glicol. Um polietileno glicol tem a estrutura H- [-O-CH2-CH2-]n-O-H. O parâmetro n é 3 ou maior. Preferencialmente, o peso molecular médio em peso de polietileno glicol é 500 ou maior; mais preferencialmente 750 ou maior. Preferencialmente, o peso molecular médio em peso é 3.000 ou menor; mais preferencialmente 2.000 ou menor; mais preferencialmente 1.500 ou menor. Preferencialmente, a quantidade total de polietileno glicóis no componente poliol, em peso com base no peso do componente poliol, é 0,9% ou mais; mais preferencialmente 2% ou mais; mais preferencialmente 4% ou mais. Preferencialmente, a quantidade total de polietileno glicóis no componente poliol, em peso com base no peso do componente poliol, é 40% ou menos; mais preferencialmente 20% ou menos; mais preferencialmente 15% ou menos; mais preferencialmente 12% ou menos.
[35] Polióis (c) preferencialmente adicionalmente contêm um ou mais dióis monoméricos. Um diol monomérico é um diol que tem peso molecular de menos de 500. Dióis monoméricos preferenciais têm peso molecular de menos de 400; mais preferencialmente menos de 300; mais preferencialmente menos de 200. Dióis monoméricos preferenciais têm a estrutura HO- R1-OH ou a estrutura OH-R2-O-R3-OH, onde cada um de R1, R2, e R3é independentemente um grupo alquil linear ou ramificado. Dióis monoméricos mais preferenciais têm a estrutura OH-R2-O- R3-OH. Preferencialmente, R2e R3são idênticos entre si. Preferencialmente, R2tem 3 átomos de carbono.
[36] Preferencialmente, a quantidade total de dióis monomérico no componente poliol é, em peso com base no peso do componente poliol, 0,5% ou mais; mais preferencialmente 1% ou mais; mais preferencialmente 2% ou mais. Preferencialmente, a quantidade total de dióis monoméricos no componente poliol é, em peso com base no peso do componente poliol, 10% ou menos; mais preferencialmente 5% ou menos.
[37] A soma das quantidades de (a), (b), (c) e (d), em peso com base no peso do componente poliol, é de 100%.
[38] É útil contemplar a categoria de “outros” poliéter polióis. Esta categoria contém qualquer poliéter poliol que não cai na categoria de polietileno glicóis descrita acima ou a categoria de dióis tendo uma cadeia lateral hidrofílica. Preferencialmente, a quantidade de outros poliéter polióis no componente poliol é 20% ou menos em peso com base no peso do componente poliol; mais preferencialmente 10% ou menos, em peso; mais preferencialmente 5% ou menos; mais preferencialmente zero.
[39] Preferencialmente, o componente poliol contém pouco ou nenhum poliol graxo. Um poliol graxo é um poliol cuja molécula contém uma cadeia de hidrocarboneto linear de 8 ou mais átomos de carbono. Preferencialmente, o componente poliol contém ou não contém poliol graxo ou então contém poliol graxo em uma quantidade que é 0,1% ou menos em peso com base no peso do componente poliol.
[40] GR1 preferencialmente adicionalmente compreende uma ou mais poliamina. Poliaminas preferenciais são diaminas. Poliaminas preferenciais são poliaminas em que cada grupo amina é uma amina primária. Poliaminas preferenciais são compostos alquil tendo dois ou mais grupos amina primária ligados e nenhum outro substituinte. Poliaminas preferenciais têm peso molecular de 500 ou menos; mais preferencialmente 200 ou menos; mais preferencialmente 100 ou menos. Preferencialmente, a quantidade de poliamina é, em peso com base no peso total de GR1, 0,1% ou mais; mais preferencialmente 0,2% ou mais; mais preferencialmente 0,3% ou mais. Preferencialmente a quantidade de poliamina é, em peso com base no peso total de GR1, 5% ou menos; mais preferencialmente 2,5% ou menos; mais preferencialmente 1,5% ou menos.
[41] Em algumas modalidades, GR1 contém pouco ou nenhum composto funcional de carboxil. Preferencialmente, GR1 não contém composto funcional de carboxil ou então contem composto funcional de carboxil em uma quantidade de 0,1% ou menos em peso com base no peso total de GR1.
[42] É útil caracterizar o conteúdo de poliuretano da composição aquosa, que é o peso do poliuretano, dividido pelo peso total da composição aquosa, expresso em porcentagem. Preferencialmente, o conteúdo do poliuretano da composição aquosa é 10% ou maior; mais preferencialmente 20% ou maior; mais preferencialmente 25% ou maior. Preferencialmente, o conteúdo do poliuretano da composição aquosa é 60% ou menor; mais preferencialmente 50% ou menor; mais preferencialmente 45% ou menor.
[43] A composição aquosa da presente invenção preferencialmente contém um ou mais tensoativos aniônicos. Tensoativos aniônicos são compostos cujas moléculas têm uma porção hidrofóbica e uma porção que é aniônica. As moléculas de tensoativos aniônicos preferenciais contêm um grupo hidrocarboneto que possui 6 ou mais átomos de carbono; mais preferencialmente 8 ou mais átomos de carbono; mais preferencialmente 10 ou mais átomos de carbono. Grupos hidrocarboneto podem ser lineares, ramificados, cíclicos alifáticos, aromáticos, ou uma combinação dos mesmos; é preferencial um grupo alquil linear ligado a um anel aromático. Grupos aniônicos preferenciais são formas de ácido e sal de grupos carboxil, grupos sulfato e grupos sulfonato. Grupos aniônicos preferenciais são grupos sulfonato. A forma preferencial de grupos aniônicos é sal de sódio.
[44] Preferencialmente, a quantidade de tensoativo aniônico na composição aquosa é, em peso com base no peso de sólidos da composição aquosa, 0,5% ou mais; mais preferencialmente 0,8% ou mais; mais preferencialmente 2% ou mais. Preferencialmente, a quantidade de tensoativo aniônico na composição aquosa é, em peso com base no peso de sólidos da composição aquosa, 10% ou menos; mais preferencialmente 8% ou menos; mais preferencialmente 5% ou menos.
[45] Também são contempladas modalidades em que o poliol tendo uma cadeia lateral hidrofílica (b) contém um ou mais polióis tendo uma cadeia lateral que contém um grupo aniônico. Está contemplado que quando uma cadeia lateral está presente, o uso de tensoativo aniônico é opcional.
[46] A presença de solvente orgânico na presente invenção é opcional. Quando o solvente orgânico está presente, a quantidade de solvente orgânico na composição aquosa da presente invenção é preferencialmente zero ou 4% ou menos; mais preferencialmente zero ou 2% ou menos; mais preferencialmente zero ou 1% ou menos; mais preferencialmente zero ou 0,5% ou menos; mais preferencialmente zero.
[47] Preferencialmente, o conteúdo de sólidos da composição aquosa da presente invenção é 20% ou mais; mais preferencialmente 30% ou mais. Preferencialmente, o conteúdo de sólidos da composição aquosa da presente invenção é 60% ou menos; mais preferencialmente 50% ou menos.
[48] Preferencialmente, o tamanho de partícula médio em volume das partículas dispersas de poliuretano é 50 nm ou maior; mais preferencialmente 100 nm ou maior; mais preferencialmente 150 nm. Preferencialmente, o tamanho de partícula médio em volume das partículas dispersas de poliuretano é 500 nm ou menor; mais preferencialmente 350 nm ou menor; mais preferencialmente 250 nm ou menor.
[49] A composição da presente invenção pode ser preparada por qualquer método. Um método preferencial é o seguinte.
[50] O um ou mais poli-isocianatos são misturados juntos com o componente poliol e aquecidos para preparar um pré- polímero de poliuretano. Preferencialmente, o pré-polímero de poliuretano é funcional de isocianato. O pré-polímero de poliuretano é então preferencialmente misturado com solvente orgânico. Quando o solvente orgânico é usado, a quantidade de solvente é preferencialmente, em peso com base no peso dos sólidos da composição, é 50% ou menos; mais preferencialmente 30% ou menos. A mistura resultante é então misturada com uma solução aquosa de um tensoativo aniônico sob agitação de alta velocidade. Então, a água adicional é adicionada sob agitação de alta velocidade, e forma uma dispersão em que a fase contínua é aquosa e as partículas dispersas contêm pré- polímero de poliuretano. Uma poliamina, quando é usada, é então adicionada lentamente sob agitação de alta velocidade. Quando a poliamina reage com grupos isocianato no pré- polímero de poliuretano, o polímero resultante é referido como poliureia-poliuretano. Quando o solvente orgânico é usado para preparar o poliuretano, o solvente orgânico é preferencialmente retirado da composição. Preferencialmente, o solvente orgânico tem ponto de ebulição menor que 100°C; então o solvente orgânico é preferencialmente removido da composição por destilação.
[51] A composição aquosa da presente invenção pode ser usada para qualquer finalidade. Uma finalidade preferencial é o uso como um adesivo. Para usar a composição como um adesivo, antes da aplicação da composição a um substrato, um reticulante isocianato é adicionado à composição.
[52] Um reticulante isocianato é um poliisocianato que tem dois ou mais grupos isocianato. Reticulantes de isocianato preferenciais têm três ou mais grupos isocianato por molécula. Reticulantes de isocianato preferenciais são trímeros de diisocianatos monoméricos. Quando o diisocianato monomérico tem a estrutura OCN-R4-NCO, onde -R4- é um grupo orgânico divalente, o trímero tem a estrutura
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[53] Diisocianatos monoméricos preferenciais para uso na preparação de trímeros são diisocianatos alifáticos. São mais preferenciais 1,6-hexametileno diisocianato (HDI), 1- isocianato-3-isocianatometil-3,5,5-trimetil-ciclohexano (IPDI), 4,4’-diisocianato diciclohexilmetano (H12MDI) e di- isocianatometil-ciclohexano (ADI). São mais preferenciais HDI e ADI; mais preferencial é HDI.
[54] Preferencialmente, o reticulante isocianato é solúvel em água ou dispersável em água. Quando esse reticulante isocianato é adicionado à composição, a mesma se torna dissolvida ou dispersa no meio aquoso. A melhor maneira de adicionar reticulante isocianato para a composição é adicionar um agente reticulante isocianato que contém uma versão hidrofilicamente modificada de um ou mais trímeros de um diisocianato monomérico. Modificação hidrofílica é um processo em que um ou mais dos grupos isocianato no trímero é reagido com um composto para ligar um grupo hidrofílico para o resíduo do grupo isocianato. Grupos hidrofílicos preferenciais são grupos aniônicos e grupos contendo resíduos de óxido de etileno.
[55] Preferencialmente, a quantidade de reticulante isocianato, em peso com base no peso total da composição, é 0,5% ou mais; mais preferencialmente 1% ou mais. Preferencialmente, a quantidade de reticulante isocianato, em peso com base no peso total da composição, é 8% ou menos; mais preferencialmente 4% ou menos.
[56] Um uso particularmente preferencial para a composição da presente invenção é como um adesivo de laminação. Para usar a composição como um adesivo de laminação, a composição é preferencialmente misturada com um ou mais reticulante isocianato para formar uma composição adesiva a base de água. O uso como um adesivo de laminação é descrito da seguinte forma.
[57] Uma camada da composição adesiva a base de água é preferencialmente aplicada a uma superfície de uma folha de metal. Preferencialmente, a folha de metal é uma folha de alumínio. Preferencialmente, a espessura da folha de metal é 1 μm ou mais; mais preferencialmente 3 μm ou mais. Preferencialmente, a espessura da folha de metal é 25 μm ou menos; mais preferencialmente 15 μm ou menos.
[58] Preferencialmente, a camada de composição adesiva a base de água é seca ou permitida secar para formar uma camada de composição adesiva seca. A secagem pode ser realizada por qualquer método, incluindo, por exemplo, um ou mais de passagem de tempo, aplicação de calor, e exposição ao ar em movimento. A camada de composição adesiva é considerada como seca quando a quantidade de água restante na camada de composição adesiva é 10% ou menos em peso, com base no peso da água que foi aplicado como parte da composição adesiva a base de água.
[59] A camada seca da composição adesiva é preferencialmente colocada em contato com a superfície de um filme de polímero. Os polímeros preferenciais para o filme de polímero são polímeros orgânicos; são mais preferenciais poliolefinas, copolímeros de poliolefina, policarbonatos, poliésteres, e poliamidas. Poliolefinas são homopolímeros e copolímeros de monômeros de olefina, que são moléculas de hidrocarbonetos contendo um ou mais ligação dupla de carbono para carbono. Copolímeros de poliolefina são copolímeros de um ou mais monômeros de olefina com um ou mais acetato de vinil, monômeros de acrilato, e monômeros de metacrilato. Polímeros preferenciais são polietileno, tereftalato de polietileno, e nylon; é mais preferencial polietileno. Preferencialmente, a espessura da folha de polímero é 1 μm ou mais; mais preferencialmente 3 μm ou mais. Preferencialmente, a espessura da folha de polímero é 200 μm ou menos; mais preferencialmente 100 μm ou menos.
[60] Depois que o filme de polímero entra em contato com a camada de composição adesiva seca, o artigo compósito assim formado é conhecido como um laminado. O laminado é preferencialmente submetido à força mecânica para pressionar o filme de polímero e a folha de metal em direção um ao outro. Essa força mecânica é preferencialmente aplicada passando o artigo compósito entre rolos.
[61] Em algumas modalidades da presente invenção, o artigo compósito preparado da folha de metal, a camada de composição adesiva, e o filme de polímero são partes de um artigo compósito maior que contém mais camadas. As camadas adicionais podem conter um ou mais filmes de polímero, uma ou mais camadas de composições adesivas, e uma ou mais folhas de metal; quaisquer filmes de polímero, composições adesivas, ou folhas de metal presentes nas camadas adicionais podem ser idênticos ou diferentes entre si e do filme de polímero, composição adesiva, e folhas metálicas presentes no artigo compósito acima descrito.
[62] Por exemplo, em algumas modalidades, um artigo compósito maior é preparado como segue. Uma primeira camada da composição adesiva é aplicada a um filme de tereftalato de polietileno, e aquela primeira composição adesiva é trazida em contato com uma superfície de uma folha de metal. Então, na superfície oposta da folha de metal, uma segunda camada da composição adesiva é aplicada, e a segunda composição adesiva é trazida em contato com uma superfície de um filme de polímero de polietileno. Preferencialmente, entre essas modalidades, a primeira camada da composição adesiva e a segunda camada da composição adesiva são camadas da composição adesiva a base de água da presente invenção, e preferencialmente cada camada é seca antes do contato com o próximo substrato.
[63] A seguir estão exemplos da presente invenção.
[64] Os seguintes materiais foram usados:
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[65] Exemplo 1
[66] Adicionados 51g de Isonate™ 50 OP a uma mistura de 121g de Bester™ 121, 14,4 g de PEG1000, 4,8g de DPG, 19g de Bester™ 127 e 1 g de Ymer™ N 120, então, reagidos em 65-90 °C por 4-5 h até atingir o conteúdo de NCO teórico, então, adicionados 50g de acetona. Então transferido o pré-polímero em um frasco de plástico e adicionados 26,8 g de Rhodacal™ DS-4 ao frasco de plástico sob alta velocidade (2000-3000 rpm) agitando por 1-3 minutos, então, adicionados 300g de água DI fria (5°C) sob alta velocidade de agitação para garantir que uma dispersão óleo em água homogênea seja alcançada, então, adicionados 9,2 g de solução de água PDA (20%)à dispersão lentamente e mantido agitando em 1000-1500 rpm por 15-30 minutos. Então, a acetona foi removida por destilação sob 120mbar a 40°C. Uma dispersão aquosa com conteúdo de sólido de 40%, pH de 6,5 e um tamanho de partícula médio de 200nm é formada. A dispersão provou ser estável e nenhum sedimento foi observado após condicionamento em temperatura ambiente (23°C) por dois meses.
[67] Exemplo 2
[68] Adicionados 27,9g de Isonate™ 50 OP à mistura de 107,2g de Capa™ 2302, 12g de PEG1000, 3,8g de DPG e 5g de Ymer™ N 120, então, reagidos a 65-90 °C por 4-5h até atingir o conteúdo de NCO teórico. Então, transferido o pré-polímero para um frasco de plástico e adicionados 19,8 g de Rhodacal™ DS-4 em frasco de plástico sob alta velocidade (2000-3000 rpm) agitando por 1-3 minutos, então, adicionados 330g de água DI fria (5°C) em alta velocidade para garantir que uma dispersão óleo em água homogênea seja alcançada, então, adicionados 3.4g de solução de água PDA (20%) à dispersão lentamente e mantido agitando em 1000-1500 rpm por 15-30 minutos. Uma dispersão aquosa com conteúdo de sólido de 31,6%, pH de 6,4 e um tamanho de partícula médio em volume de 175nm (medido por espalhamento de luz de laser) foi formada. A dispersão provou ser estável e nenhum sedimento foi observado após condicionamento em temperatura ambiente (23°C) por dois meses.
[69] Exemplo 3
[70] Adicionados 45,6g de Isonate™ 50 OP à mistura de 142,2g de Bester™ 121, 8,2 g de PEG1000, 5,1g de DPG e 4,2g de Ymer™ N 120, então, reagida em 65-90°C por 4-5h até atingir o conteúdo de NCO teórico, então, carregados 80g de acetona. Então transferido o pré-polímero para um frasco de plástico e adicionados 25,4g de Rhodacal™ DS-4 em frasco de plástico sob alta velocidade (2000-3000 rpm) agitando por 1-3 minutos, então, adicionados 270g de água DI fria (5°C) em alta velocidade para garantir que uma dispersão óleo em água homogênea seja alcançada, então, adicionados 6,7g de solução de água PDA (20%) à dispersão lentamente e mantido agitando em 1000-1500 rpm por 15-30 minutos. A acetona foi removida por destilação sob 120mbar a 40°C. Uma dispersão aquosa com conteúdo de sólido de 41,9%, pH de 6,1 e um tamanho de partícula médio de 175nm foi formada. A dispersão provou ser estável e nenhum sedimento foi observado após condicionamento em temperatura ambiente (23°C) por dois meses.
[71] Exemplo 4 (exemplo comparativo)
[72] Adicionados 50g de Isonate™ 50 OP à mistura de 136,4g de Bester™ 121, 8g de PEG1000 e 5,6g de DPG, então, reagidos em 65-90 °C por 4-5h até atingir o conteúdo de NCO teórico, então, carregados 60g de acetona. Então, transferido o pré-polímero para um frasco de plástico e adicionados 25,4g de Rhodacal™ DS-4 no frasco de plástico sob alta velocidade (2000-3000 rpm) agitando por 1-3 minutos, então, adicionados 270g de água DI fria (5°C) em frasco de plástico em alta velocidade de agitação, mas falhou em inverter de fase água em óleo para óleo em água; nenhuma dispersão foi obtida.
[73] Exemplo 5 (exemplo comparativo)
[74] Adicionados 35g de Isonate™ 50 OP à mistura de 200g de Capa™ 2302, 15g de PEG1000, então, reagidos a 65-90 °C por 4-5h até atingir o conteúdo de NCO teórico. Então, transferido o pré-polímero para um frasco de plástico e adicionados 31,7g de Rhodacal™ DS-4 no frasco de plástico sob alta velocidade (2000-3000 rpm) agitando por 1-3 minutos, então, adicionados 360g de água DI fria (5°C) no frasco de plástico sob agitação em alta velocidade para garantir que uma dispersão óleo em água homogênea seja alcançada, então, adicionados 6,5g de solução de água PDA (20%) na dispersão lentamente, então, mantido agitando em 1000-1500 rpm por 1530 minutos. A dispersão decantou após 4h em temperatura ambiente.
[75] Exemplo 6 (exemplo comparativo)---MDI PUD baseado em poliéter
[76] Adicionados 44,7g de Isonate™ 50 OP a uma mistura de 102,5g de Voranol™ V 9287A, 89,7g de PTMEG, 6,2g de PEG1000 e 5,1g de MPEG1000, então, reagido em 65-90 °C por 4-5h até atingir o conteúdo de NCO teórico. Então transferido o pré-polímero para um frasco de plástico e adicionados 31,6g de Rhodacal™ DS-4 em frasco de plástico sob alta velocidade (2000-3000 rpm) agitando por 1-3 minutos, então, adicionados 360g de água DI fria (5°C) no frasco de plástico sob agitação em alta velocidade para garantir que uma dispersão óleo em água homogênea seja alcançada, então, adicionados 8,2g de solução de água PDA (20%) à dispersão lentamente, então, mantido agitando em 1000-1500 rpm por 15-30 minutos. A dispersão foi estável em temperatura ambiente (23°C).
[77] Teste de Aplicação
[78] A dispersão de poliuretano acima mencionada (PUD) pode ser usada como adesivo para embalagens flexíveis. Misturado DPU com 2% de reticulante CR3A em peso com base no peso total de PUD sob agitação de 1000rpm, por 10 min e, então revestido na folha com 2,0-2,3 g/m2de peso de revestimento usando revestidor de controle K101. As amostras revestidas foram colocadas em um forno para expulsar a água do adesivo. Então laminador de rolo quente HL-101 foi usado para laminar o substrato secundário sobre o substrato primário. A temperatura do estreitamento foi em torno de 65°C (150°F) durante as laminações. O filme laminado foi condicionado em temperatura ambiente por 7 dias realizar o teste de resistência de ligação de casca em T usando uma máquina Instron™ 5943 com velocidade de 250mm/min. Os resultados são mostrados abaixo. A resistência de ligação é relatada como Newtons por 15 mm de largura. Maior resistência de adesão significa melhor aderência.
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Nota (1): resistência de ligação não pode ser testada devido à instabilidade da dispersão

Claims (9)

1. Composição aquosa, caracterizada pelo fato de que compreende um ou mais tensoativos aniônicos e ainda compreende partículas dispersas que compreendem um poliuretano, em que o referido poliuretano é um produto de reação de um grupo de reagentes (GR1), em que GR1 compreende um ou mais poli-isocianatos aromáticos e um componente poliol, em que o referido componente poliol compreende (a) 50% a 99% em peso, com base no peso do referido componente poliol, de um ou mais poliéster polióis, (b) 0,1% a 10% em peso, com base no peso do referido componente poliol, de um ou mais dióis tendo uma cadeia lateral hidrofílica, em que a cadeia lateral hidrofílica compreende unidades ligadas de óxido de etileno, e (c) 0,9% a 40% em peso, com base no peso do referido componente poliol, de um ou mais polióis diferentes de (a) e (b); em que a soma das quantidades de (a), (b) e (c), em peso com base no peso do componente poliol, é 100%.
2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que (c) compreende 2% a 20% em peso, com base no peso do referido componente poliol, um ou mais polietileno glicóis.
3. Composição, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a quantidade total no referido componente poliol de poliéter polióis que não são os referidos polietileno glicóis e que não são os referidos dióis tendo uma cadeia lateral hidrofílica é, em peso com base no peso total do referido componente poliol, de 20% ou menos.
4. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que (c) compreende 0,5% a 5% em peso, com base no peso do referido componente poliol, um ou mais dióis monoméricos.
5. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o referido poliéster poliol (a) compreende um ou mais poliéster polióis alifáticos.
6. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o referido GR1 adicionalmente compreende uma ou mais poliaminas.
7. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a referida composição adicionalmente compreende um ou mais reticulante isocianato.
8. Composição, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o referido reticulante isocianato compreende um ou mais trímeros hidrofilicamente modificados de diisocianatos monoméricos.
9. Método para ligar uma folha de metal a um filme polimérico, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de (A) aplicar uma camada da composição da reivindicação 1 para uma superfície da referida folha de metal, (B) secar a referida camada da referida composição adesiva para produzir uma camada do adesivo seco, e (C) depois da referida secagem, trazer uma superfície de um filme polimérico em contato com a referida camada da referida composição adesiva seca.
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