BR112018012016B1 - Formulação aquosa curável, método para formar a formulação aquosa curável, produto, adesivo sensível à pressão e adesivo de laminação - Google Patents
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Abstract
FORMULAÇÃO CURÁVEL LIVRE DE FORMALDEÍDO. Trata-se de uma formulação aquosa curável que compreende a) um polímero de emulsão com 0,1 a 20 por cento em peso de monômeros ácidos, b) um polímero que contém oxazolina e c) uma dispersão aquosa de polímero acrílico com 40 a 100 por cento em peso de monômeros ácidos e que tem um peso molecular por média ponderada na faixa de 2.000 a 500.000.
Description
[0001] A presente invenção refere-se a aglutinantes para têxteis e aplicações de não tecido.
[0002] Aglutinantes tradicionais usados em aplicações têxteis e de não tecido contêm N-metilolacrilamida (NMA) como um monômero funcional que proporciona aos aglutinantes excelente resistência à água (resistibilidade a úmido) e resistência a solvente (resistibilidade a álcool isopropílico) após cura. No entanto, aglutinantes que contêm NMA liberam formaldeído mediante aquecimento. Uma solução usada no passado foi uma tecnologia de reticulação livre de formaldeído com base em ácido itacônico. Essa tecnologia tem boa resistência à água e ao solvente após a cura, mas carece das propriedades excelentes de um aglutinante que contém NMA. Portanto, um sistema que é livre de formaldeído e que também tem propriedades comparáveis é desejável.
[0003] Um aspecto da presente invenção é uma formulação aquosa curável que compreende, consiste em ou consiste essencialmente em a) um polímero de emulsão com 0,1 a 20 por cento em peso de monômeros ácidos b) um polímero que contém oxazolina; e c) uma dispersão aquosa de polímero acrílico com 40 a 100 por cento em peso de monômeros ácidos e que tem um peso molecular por média ponderada na faixa de 2.000 a 500.000.
[0004] A presente invenção fornece um método para formar uma formulação curável aquosa.
[0005] “Aquosa”, conforme usado no presente documento, significa uma composição em que a fase contínua é água ou, alternativamente, uma mistura que inclui predominantemente água, mas opcionalmente também inclui solventes miscíveis em água, biocidas, emolientes, tampões, quelantes e tensoativos e outros ingredientes.
[0006] “Tecido”, no presente documento, significa uma montagem do tipo pano de fibras tipicamente em forma de folha ou manta que é formada entrelaçando- se fios longos que passam em uma direção com outros em um ângulo reto com os mesmos.
[0007] Por "não tecido" no presente documento entende-se que seja uma montagem do tipo tecido de fibras tipicamente em forma de folha ou manta que não é um material tecido ou de malha. O substrato não tecido inclui papel; panos não tecidos; feltros e esteiras; ou outras montagens de fibras. Um substrato não tecido pode incluir: fibras celulósicas como algodão, raiom e polpa de madeira; fibras sintéticas como poliéster, vidro e náilon; fibras de bicomponente; e misturas dos mesmos. O mesmo pode ser formado por meio de métodos conhecidos na técnica como, por exemplo, formação por via úmida, formação por via aérea, fiação contínua, fiação por fusão e formação da manta por hidroembaraçamento.
[0008] A formulação aquosa curável compreende, consiste em ou consiste essencialmente em a) um polímero de emulsão com 0,1 a 20 por cento em peso de monômeros ácidos, b) um polímero que contém oxazolina; e c) uma dispersão aquosa de polímero acrílico com 40 a 100 por cento em peso de monômeros ácidos e que tem um peso molecular por média ponderada na faixa de 2.000 a 500.000.
[0009] O aglutinante não tecido aquoso inclui um polímero de emulsão; ou seja, um polímero preparado por meio da polimerização de radical livre de monômeros etilenicamente insaturados em um processo de polimerização de emulsão aquosa. O polímero de emulsão inclui, como unidades copolimerizadas, de 0,1 a 20 por cento em peso de monômeros ácidos, com base no peso do polímero de emulsão. Todas as faixas entre 0,1 a 20 por cento em peso são incluídas no presente documento e reveladas no presente documento; por exemplo, a porcentagem em peso de monômeros ácidos pode ser de um limite inferior de 0,1, 5, 7 ou 10 a um limite superior de 12, 15, 18 ou 20.
[0010] O polímero de emulsão também pode ter um peso molecular por média ponderada de 5.000 a 500.000. Quaisquer e todas as faixas entre 5.000 a 500.000 estão incluídas no presente documento e reveladas no presente documento, por exemplo, o polímero de emulsão pode ter um peso molecular por média ponderada de 50.000 a 400.000 ou de 100.000 a 300.000.
[0011] Os monômeros ácidos podem incluir monômeros monoácidos e monômeros diácidos. Os monômeros monoácidos incluem, por exemplo, monômeros de ácido carboxílico como, por exemplo, ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido crotônico, itaconato de monometila, fumarato de monometila, fumarato de monobutila. Os exemplos de monômeros diácidos incluem, mas sem limitação, ácido itacônico, ácido fumárico, ácido maleico; incluindo seus anidridos, sais e misturas dos mesmos.
[0012] O polímero de emulsão também inclui pelo menos um outro monômero etilenicamente insaturado copolimerizado como, por exemplo, um éster (met)acrílico incluindo (met)acrilato de etila, (met)acrilato de etila, (met)acrilato de butila, (met)acrilato de 2-etil-hexila, (met)acrilato de decila, (met)acrilato de hidroxietila, (met)acrilato de hidroxipropila, (met)acrilatos e acetoacetatos ureído-funcionais, acetamidas ou cianoacetatos de ácido (met)acrílico; estireno ou estirenos substituídos; vinil tolueno; butadieno; acetato de vinila ou outros ésteres de vinila; monômeros de vinila como cloreto de vinila, cloreto de vinilideno; e (met)acrolonitrila. O uso do termo "(met)" seguido por um outro termo como (met)acrilato ou (met)acrilamida conforme usado por toda a revelação, se refere tanto a acrilatos quanto a metacrilatos ou acrilamidas e metacrilamidas, respectivamente. Misturas de polímeros de emulsão que têm diferentes composições também podem ser usadas.
[0013] O polímero de emulsão está presente na formulação na faixa de 80 a 99,8 por cento em peso, com base em sólidos secos. O polímero de emulsão pode estar presente na faixa de 82 a 99,8 por cento em peso em várias outras modalidades, e de 85 a 99,8 por cento em peso em várias outras modalidades. COMPONENTE B - POLÍMERO QUE CONTÉM OXAZALINA
[0014] A formulação também inclui pelo menos um polímero que contém oxazolina como um reticulador. Em várias modalidades, o polímero que contém oxazolina pode ser produzido realizando-se uma reação de polimerização de solução ou uma polimerização de emulsão de uma oxazolina polimerizável por adição e pelo menos um monômero etilenicamente insaturado (como aquele listado acima) em um meio aquoso com o uso de qualquer processo de polimerização adequado conhecido por aqueles versados na técnica. Em várias modalidades, ocorre uma reação de polimerização por adição.
[0015] Em várias modalidades, o polímero que contém oxazolina tem uma estrutura da fórmula mostrada abaixo:
[0016] em que R1, R2, R3 e R4 representam independentemente um átomo de hidrogênio, um átomo de halogênio, um grupo alquila, um grupo aralquila, um grupo fenila, um grupo fenila substituído, e R5 representa um grupo orgânico não cíclico que tem uma ligação não saturada polimerizável por adição.
[0017] Em algumas modalidades, o polímero que contém oxazolina tem grupos 2-oxazolina.
[0018] Exemplos de polímeros que contêm oxazolina incluem, mas sem limitação oxazolinas de vinila como 2-vinil-2-oxazolina, 2-vinil-4-metil-2- oxazolina, 2-vinil-5-metil-2-oxazolina, 2-isopropenil-2-oxazolina, 2-isopropenil-4- metil-2-oxazolina, 2-isopropenil-5-etil-2-oxazolina, 2-isopropenil-4-hidroximetil- 4-etil-2-oxazolina, 2-(I-hexadecilvinil)-4,4-bis estearoiloximetil)-2-oxazolina, 2-(I- eicosilvinil)-4,4-bis(hidroximetil)-2-oxazolina, 2-isopropenil-4,4-bis(hidroximetil)- 2-oxazolina, 2-isopropenil-4,4-bis(metil)-2-oxazolina.
[0019] O polímero que contém oxazolina está, geralmente, presente na formulação na faixa de 0,1 a 10 por cento em peso, com base em sólidos secos. O polímero de oxazolina pode estar presente na faixa de 1 a 8 por cento em peso em várias outras modalidades, e de 3 a 7 por cento em peso em várias outras modalidades.
[0020] A formulação também inclui uma dispersão aquosa de polímero acrílico. A dispersão aquosa de polímero acrílico tem de 40 a 100 por cento em peso de grupos ácido. A dispersão pode ter de 50 a 95 por cento em peso de grupos ácido em várias outras modalidades, e de 65 a 80 por cento em peso de grupos ácido em várias outras modalidades. A dispersão aquosa de polímero acrílico também tem um peso molecular por média ponderada na faixa de 2.000 a 500.000. A dispersão pode ter um peso molecular por média ponderada de 50.000 a 400.000 em várias outras modalidades, e de 100.000 a 350.000 em várias outras modalidades.
[0021] A dispersão aquosa de polímero acrílico também pode ser formada a partir de qualquer um dentre os monômeros etilenicamente insaturados listados acima.
[0022] A dispersão aquosa de polímero acrílico está, geralmente, presente na formulação na faixa de 0,1 a 10 por cento em peso, com base em sólidos secos. A dispersão pode estar presente na faixa de 1 a 8 por cento em peso em várias outras modalidades, e de 3 a 7 por cento em peso em várias outras modalidades.
[0023] O aglutinante não tecido aquoso também pode incluir componentes de tratamento convencionais como, por exemplo, emulsificantes, pigmentos, cargas ou extensores, auxiliares antimigração, coalescentes, tensoativos, biocidas, plastificantes, organossilanos, agentes antiespumantes, inibidores de corrosão, colorantes, ceras, outros polímeros e antioxidantes.
[0024] As técnicas de polimerização de emulsão usadas para preparar o polímero de emulsão são bem conhecidas na técnica como, por exemplo, conforme revelado nas Patentes n° US 4.325.856; 4.654.397; e 4.814.373. Em várias modalidades, a polimerização de emulsão é realizada em uma temperatura de reação de temperatura ambiente a 100 °C, dependendo do processo de iniciação (por exemplo, térmico ou redox). Os tensoativos convencionais podem ser usados como, por exemplo, emulsificantes aniônicos e/ou não iônicos como, por exemplo, sulfatos de metal alcalino ou alquil amônio, ácidos alquil sulfônicos, ácidos graxos, tensoativos copolimerizáveis e alquil fenóis oxietilados. São preferenciais os emulsificantes aniônicos. A quantidade de tensoativo usada é normalmente 0,1% a 6% em peso, com base no peso de monômero total. Qualquer um dentre os processos térmicos ou de redox pode ser usado. Os iniciadores de radical livre convencionais podem ser usados como, por exemplo, peróxido de hidrogênio, hidroperóxido de t-butila, hidroperóxido de t-amila, persulfatos de amônio e/ou alcalinos e compostos azo solúveis em água como ácido azobis cianovalérico, tipicamente a um nível de 0,01% a 3,0% em peso, com base no peso de monômero total. Em uma modalidade, o iniciador está presente em uma faixa de 0,5% a 1,5% em peso, com base no peso de monômero total. Os sistemas redox que usam os mesmos iniciadores acoplados com um redutor adequado como, por exemplo, formaldeído de sulfoxilato de sódio, hidrossulfito de sódio, ácido isoascórbico, sulfato de hidroxilamina e bissulfito de sódio podem ser usados em níveis similares, opcionalmente em combinação com íons metálicos como, por exemplo, ferro e cobre, que inclui opcionalmente agentes de complexação para o metal. Os agentes de transferência de cadeia, como mercaptanas, podem ser usados para diminuir o peso molecular dos polímeros. A mistura de monômero pode ser adicionada pura ou como uma emulsão em água. A mistura de monômero pode ser adicionada em uma única adição ou em múltiplas adições ou continuamente no período de reação que usa uma composição uniforme ou variante. Os ingredientes adicionais como, por exemplo, iniciadores de radical livre, oxidantes, agentes redutores, agentes de transferência de cadeia, neutralizadores, tensoativos e dispersantes podem ser adicionados antes, durante ou subsequentes a qualquer um dos estágios. Em várias modalidades, o polímero de emulsão pode ser preparado por um processo de polimerização de emulsão de múltiplos estágios, em que pelo menos dois estágios que diferem em composição são polimerizados de maneira sequencial. O peso molecular do polímero final está dentro das faixas de peso molecular acima. O polímero que contém oxazolina e a dispersão aquosa de polímero acrílico podem, então, ser adicionados ao polímero de emulsão, com mexeção ou agitação em algumas modalidades.
[0025] O diâmetro de partícula médio das partículas de polímero de emulsão é tipicamente de 30 nanômetros a 1.000 nanômetros, de preferência, de 100 nanômetros a 200 nanômetros, conforme medido por um Brookhaven Model BI-90 Particle Sizer fornecido pela Brookhaven Instrument Corp., Holtsville, NY.
[0026] Um substrato tecido ou não tecido é colocado em contato com a formulação aquosa curável. Tipicamente, a razão de formulação para aquela do substrato colocado em contato em uma base de peso seco expressa como uma porcentagem, também conhecida como % adicional, é de 1% a 40%, de preferência, de 15% a 35%, selecionado dependendo da resistibilidade do substrato e do uso final desejado. O substrato é colocado em contato com a formulação aquosa curável com o uso de técnicas de aplicação convencionais como, por exemplo, aspersão com ar ou sem ar, impregnação, saturação, revestimento por cilindro, revestimento por cortina, impressão por gravura, e semelhante. O substrato pode ser colocado em contato com a formulação aquosa curável de modo a fornecer o aglutinante em ou perto de uma ou ambas as superfícies ou distribuído uniformemente, ou não, por toda a estrutura. Contempla-se também que a formulação aquosa curável possa ser aplicada de uma maneira não uniforme a uma ou ambas as superfícies quando uma distribuição padronizada for desejada.
[0027] No método para formar um substrato que contém a formulação aquosa curável da presente invenção, o substrato que foi colocado em contato com a formulação aquosa curável é aquecido para uma temperatura de 120 °C a 220 °C, de preferência, de 140 °C a 180 °C, por um tempo suficiente para obter a cura.
[0028] Além de aplicações têxteis e de não tecido, a formulação aquosa curável da presente invenção também pode ser usada para produzir adesivos sensíveis à pressão e adesivos laminados. EXEMPLOS Abreviações usadas: IPA: Isopropanol Água DI: Água Deionizada CD: Direção de máquina cruzada SC: Teor de sólidos BA: Acrilato de butila Sty: Estireno IA: Ácido itacônico AA: Ácido acrílico DS-4: sulfonato de benzeno de dodecila de sódio, um tensoativo TR-407: Produto comercial atual baseado em tecnologia de NMA com formaldeído (HCHO) SWX1116(A): Emulsão com 49Sty/46BA/3AA/2IA em polímero com SC de 45% EPOCROS WS500 (B): Polímero de solução com grupos oxazolina de Nippon Shokubai com SC de 40% e um teor de oxazolina de 4,5 mmol/g de sólido Leukotan 1084 (C1): Polímero de solução de água da The Dow Chemical Company com 100% de AA e SC de 28% ASE60 (C2): Polímero de emulsão da The Dow Chemical Company com 40% de AA e SC de 28% TRITONTM X-100: Tensoativo da The Dow Chemical Company Papel WHATMAN™ n° 4 da Whatman Ltd. EXEMPLOS INVENTIVOS 1 E 2 E EXEMPLOS COMPARATIVOS 1 E 2
[0029] As matérias-primas acima foram formuladas com agitação adequada por 30 minutos para obter composições aquosas curáveis de acordo com as formulações nas Tabelas 1 e 2. TABELA 1: FORMULAÇÃO DE AMOSTRAS. * Valor nos parênteses () é a razão sólida na formulação TABELA 2: FORMULAÇÃO DE AMOSTRAS. * Valor nos parênteses () é a razão de sólidos na formulação
[0030] Um pedaço de papel WHATMANTM de 28 cm x 46 cm foi imerso em 200 ml da emulsão formulada. O substrato tratado foi impregnado por um impregnador Mathis e, então, seco e curado a 150 °C por 3 minutos. A quantidade do polímero no papel foi controlada entre 28% a 32% para Tabela 1, e 15% a 16% para Tabela 2. O substrato curado foi cortado em pedaços de 2,54 cm x 10,16 cm (1 polegada x 4 polegadas) em que a direção de 10,16 cm (4 polegadas) era a direção de máquina cruzada (CD) do papel. A resistência à tração dos espécimes foi testada sob o tratamento seco (não tratados), úmido (após 30 minutos de imersão em 0,1% de Triton X-100/solução de água) e de IPA (após 30 minutos em isopropanol). A resistibilidade a úmido reflete a resistência do aglutinante à água e a resistibilidade a IPA reflete a resistência do aglutinante em solvente. Os dados são mostrados nas Tabelas 3 e 4. TABELA 3: TESTE DE APLICAÇÃO DE AMOSTRAS.
[0031] Os resultados na Tabela 3 mostram:
[0032] • O valor de maior resistibilidade resulta em um desempenho melhor.
[0033] • Exceto pela Comparação 1, todos os exemplos são livres de HCHO.
[0034] • A Comparação 1 se baseia na tecnologia NMA com contenção de HCHO e mostrou os melhores desempenhos gerais.
[0035] • A Comparação 3 mostrou melhor resistibilidade a IPA do que a Comparação 2a.
[0036] • A Comparação 4 tinha ácido com baixo teor molecular e não aprimorou os desempenhos da Comparação 3.
[0037] • A Comparação 5, 6 tinha polímero de alto teor ácido (C) e não aprimorou os desempenhos gerais da Comparação 2a sem o polímero que contém oxazolina. TABELA 4: TESTE DE APLICAÇÃO DE AMOSTRAS.
[0038] • Em comparação com a Comparação 2b, os Exemplos Inventivos 4 e 5 mostraram aprimoramento maior que 10% em resistibilidade a úmido, e pelo menos 20% de aprimoramento em resistibilidade a IPA.
[0039] • Em comparação com a Comparação 2b, os Exemplos Inventivos 3 e 6 mostraram resistibilidade a úmido menor que 15%, mas mais de 65% de aumento na resistibilidade a IPA.
[0040] • Em comparação com os Exemplos Inventivos 4 e 6, constatou-se que, se o componente C for aumentado de 0,1% a 10%, a resistibilidade a IPA aumentará de 2,8 a 3,81.
Claims (10)
1. Formulação aquosa curável, caracterizada pelo fato de compreender: a) um polímero de emulsão com 5 a 20 por cento em peso de monômeros ácidos, com base no peso do polímero de emulsão; b) um polímero que contém oxazolina; e c) uma dispersão aquosa de polímero acrílico com 40 a 100 por cento em peso de monômeros ácidos e tem um peso molecular por média ponderada na faixa de 2.000 a 500.000.
2. Formulação aquosa curável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o polímero de emulsão estar presente em uma quantidade na faixa de 80 a 99,8 por cento em peso, o polímero que contém oxazolina estar presente em uma quantidade na faixa de 0,1 a 10 por cento em peso, e a dispersão aquosa de polímero acrílico estar presente em uma quantidade na faixa de 0,1 a 10 por cento em peso, com base nos sólidos secos.
3. Formulação aquosa curável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o polímero de emulsão compreender estireno, acrilato de butila, ácido acrílico e ácido itacônico.
4. Formulação aquosa curável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o polímero que contém oxazolina ter pelo menos um grupo de 2- oxazolina.
5. Formulação aquosa curável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o polímero que contém oxazolina ser selecionado a partir do grupo que consiste em 2-vinil-2-oxazolina, 2-vinil-4-metil-2-oxazolina, 2-vinil-5-metil-2- oxazolina, 2-isopropenil-2-oxazolina, 2-isopropenil-4-metil-2-oxazolina, 2- isopropenil-5-etil-2-oxazolina, 2-isopropenil-4-hidroximetil-4-etil-2-oxazolina, 2- (I-hexadecilvinil)-4,4-bis estearoiloximetil)-2-oxazolina, 2-(I-eicosilvinil)-4,4- bis(hidroximetil)-2-oxazolina, 2-isopropenil-4,4-bis(hidroximetil)-2-oxazolina, 2- isopropenil-4,4-bis(metil)-2-oxazolina e misturas dos mesmos.
6. Método para formar a formulação aquosa curável, conforme definida na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: a) polimerizar em emulsão pelo menos um monômero monoetilenicamente insaturado e pelo menos um monômero ácido em uma solução aquosa para formar o polímero de emulsão; e b) adicionar o polímero que contém oxazolina e a dispersão aquosa de polímero acrílico ao polímero de emulsão para formar a formulação aquosa curável.
7. Método, caracterizado pelo fato de ser para formar um substrato curado com a formulação aquosa curável, conforme definida na reivindicação 1, que compreende: a) colocar em contato um substrato de tecido ou não tecido com a formulação aquosa curável para formar um substrato contatado; e b) aquecer o substrato contatado a uma temperatura de 120 °C a 220 °C para formar o substrato curado.
8. Produto, caracterizado pelo fato de compreender: a) um substrato de tecido ou não tecido; e b) um ligante que compreende a formulação aquosa curável, conforme definida na reivindicação 1.
9. Adesivo sensível à pressão, caracterizado pelo fato de compreender a formulação aquosa curável, conforme definida na reivindicação 1.
10. Adesivo de laminação, caracterizado pelo fato de compreender a formulação aquosa curável, conforme definida na reivindicação 1.
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