BR112019020418B1 - Composição adesiva de fusão a quente de poliuretano e laminado - Google Patents

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Abstract

A presente divulgação fornece uma composição adesiva de fusão a quente de poliuretano que compreende um componente de poliol e um componente de isocianato, em que o componente de poliol compreende um poliol com dois ou mais grupos OH e um grupo de ponte de hidrogênio.

Description

Campo da divulgação
[0001] A presente divulgação refere-se a composições de resina de fusão a quente de poliuretano curável por umidade com resistência aprimorada de ligação e resistência de vedação térmica para laminação de papel/folha. A presente divulgação também se refere a adesivos e artigos nos quais essas composições são usadas.
Antecedentes da divulgação
[0002] Os adesivos convencionais de fusão a quente de poliuretano reativo são utilizados em embalagens, transformação de papel, fabricação de papel, encadernação, caixas de papelão, selagem de caixas, construção, automotivo e similares. Os adesivos de fusão a quente de poliuretano reativo criam um produto muito durável e são particularmente úteis na fabricação de embalagens e livros didáticos.
[0003] Os adesivos convencionais de fusão a quente de poliuretano reativo são adesivos de cura ou reticulação por umidade que são sólidos à temperatura ambiente, mas são aplicados na forma de um material fundido. Os constituintes poliméricos dos adesivos contêm grupos uretano e grupos reativos de isocianato. O resfriamento do fundido resulta primeiro no rápido ajuste físico do adesivo de fusão a quente, seguido pela reação química dos grupos isocianato ainda presentes com a umidade do ambiente para formar um adesivo infusível reticulado.
[0004] No entanto, ao aplicar adesivo de fusão a quente de poliuretano reativo convencional para laminação de papel/folha, existem algumas limitações para esta aplicação. Em primeiro lugar, a alta viscosidade do poliuretano reativo convencional leva a baixa capacidade de umedecimento e baixa velocidade de laminação. Ao mesmo tempo, a alta temperatura de aplicação (por exemplo, acima de 100 °C) não é adequada para a laminação do papel/filme. Além disso, os poliuretanos reativos convencionais apresentam baixa resistência de ligação da estrutura da folha. Especificamente, após a selagem a quente, o adesivo de poliuretano reativo convencional totalmente curado seria facilmente retirado da folha.
[0005] Por conseguinte, é desejável na técnica um novo adesivo de fusão a quente de poliuretano com desempenhos melhorados, incluindo resistência de adesão e resistência de vedação térmica, especialmente adequados para a adesão de papel e folha.
Sumário da divulgação
[0006] A presente divulgação fornece uma composição adesiva de fusão a quente de poliuretano que compreende um componente de poliol e um componente de isocianato, em que o componente de poliol compreende um poliol com dois ou mais grupos OH e um grupo de ponte de hidrogênio.
Descrição detalhada da divulgação
[0007] A composição adesiva de fusão a quente de poliuretano, de acordo com essa revelação, compreende um componente de poliol e um componente de isocianato.
Componente de poliol
[0008] A composição adesiva de fusão a quente de poliuretano compreende um componente de poliol que compreende um poliol com dois ou mais grupos OH e um grupo de ponte de hidrogênio e um poliol opcional selecionado do grupo que consiste em um poliol poliéster, um poliol poliéter e combinações dos mesmos. O componente de poliol pode opcionalmente incluir promotores de adesão e monômeros de diol ou triol.
[0009] O poliol com dois ou mais grupos OH e um grupo de ponte de hidrogênio é um poliol com dois ou mais grupos OH terminais (ou seja, no final da cadeia molecular de poliol) e pelo menos um grupo de ponte de hidrogênio em uma cadeia molecular lateral (isto é, um grupo ramificado). Exemplos de grupos de ponte de hidrogênio adequados incluem, mas não estão limitados a, O=C-O", O=C-C-O" e O=C-C=C-O", e suas formas protonadas. O poliol divulgado com dois ou mais grupos OH e um grupo de ponte de hidrogênio tem ainda um valor ácido de pelo menos 50 mg KOH/g e não excede 200 mg KOH/g. Além disso, o poliol divulgado tem um peso molecular de pelo menos 400 g/mol e não deve exceder 5.000 g/mol. O poliol com base biológica divulgado tem uma funcionalidade de grupo hidroxila de pelo menos 1,8 e não excede 3 (isto é, 1,8 < f < 3). Em algumas modalidades, o poliol com dois ou mais grupos OH e um grupo de ponte de hidrogênio é um poliol poliéster.
[00010] A quantidade de poliol com dois ou mais grupos OH e um grupo de ponte de hidrogênio na composição adesiva é, em peso, com base no peso da composição adesiva, pelo menos 4% em peso ou pelo menos 5% em peso ou pelo menos 6% em peso. A quantidade de poliol com dois ou mais grupos OH e um grupo de ponte de hidrogênio na composição adesiva não deve exceder, em peso, com base no peso da composição adesiva, 45% em peso ou 50% em peso ou 80% em peso.
[00011] Um composto com dois ou mais grupos hidroxila é um "poliol". Um poliol com exatamente dois grupos hidroxila é um "diol". Um poliol com exatamente três grupos hidroxila é um "triol". Um composto que contém duas ou mais ligações éster em a mesma cadeia linear de átomos é conhecida no presente documento como um "poliéster". Um composto que é um poliéster e um poliol é conhecido no presente documento como um "poliol poliéster". Os polióis poliésteres divulgados têm um peso molecular que não deve exceder 4.000 g/mol. Além disso, os polióis poliésteres revelados têm uma funcionalidade de grupo hidroxila de pelo menos 1,5 e não devem ultrapassar 3 (isto é, 1,5 < f < 3).
[00012] Polióis poliésteres adequados para uso de acordo com essa divulgação são policondensados conhecidos de dióis e também, opcionalmente, polióis (por exemplo, trióis, tetraóis) e de ácidos dicarboxílicos e também, opcionalmente, ácidos policarboxílicos (por exemplo, ácidos tricarboxílicos, ácidos tetracarboxílicos) ou ácidos hidroxicarboxílicos ou lactonas. Os polióis poliésteres também podem ser derivados dos correspondentes anidridos policarboxílicos ou correspondentes ésteres policarboxílicos de álcoois inferiores, em vez dos ácidos policarboxílicos livres.
[00013] Dióis adequados incluem, porém sem limitação a, etilenoglicol, butilenoglicol, dietilenoglicol, trietilenoglicol, polialquilenoglicóis, tais como polietilenoglicol, e também 1,2-propanodiol, 1,3-propanodiol, 1,3-butanodiol dipoliisocianato de isoforona (“IPDI”), isômeros de dipoliisocianato de xileno (“XDI”), isômeros de diisocianato de fenilmetano hidrogenado (“HDMI”) e combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, o poliisocianato aromático compreende isômeros de MDI.
[00014] O componente de isocianato pode, opcionalmente, compreender um ou mais catalisadores. Exemplos do pelo menos um catalisador adequado para uso de acordo com essa divulgação incluem, porém sem limitação, dilaurato de dibutilestanho, acetato de zinco, 2,2-dimorfolinodietiléter e combinações dos mesmos.
[00015] Em algumas modalidades, a razão em peso do componente de isocianato para o componente de poliol é de 5:1 ou mais baixa, ou 4,5:1 ou mais alta; ou 4:1 ou mais baixa. Em algumas modalidades, a razão em peso do componente de isocianato para o componente de poliol é de 1:4 ou mais alta, ou 1:2 ou alta.
[00016] Em algumas modalidades, a composição adesiva compreende opcionalmente promotores de adesão, como aminosilanos.
[00017] A preparação da composição adesiva de fusão a quente de poliuretano é de qualquer modo conhecida pelos versados na técnica e inclui polimerização de condensação. A estequiometria da divulgação da formulação da composição adesiva de poliuretano é tal que o diisocianato está presente em excesso, e a composição adesiva de poliuretano é um grupo NCO terminado. Em algumas modalidades, a composição adesiva de poliuretano tem um teor em isocianato (também conhecido como % de NCO, tal como medido pela norma ASTM D2572) de 3 a 10%, ou 4 a 9%, ou 5 a 9%.
[00018] Em algumas modalidades, a composição adesiva de poliuretano tem uma viscosidade de 300 mPa-s a 100.000 mPa-s a 25 °C, como medida pelo método ASTM D2196
[00019] Um método para formar um laminado usando-se a composição adesiva de poliuretano também é revelado. Em algumas modalidades, a composição adesiva de poliuretano está no estado líquido. Em algumas modalidades, a composição é um líquido a 25 °C. Mesmo se a composição estiver sólida a 25 °C, é aceitável aquecer a composição conforme necessário para colocar a mesma em um estado líquido. Uma camada da composição adesiva de poliuretano pode ser aplicada a uma superfície de uma folha ou a uma superfície de papel por um rolo de revestimento, seguido por uma adição de água na camada de composição adesiva de poliuretano. Uma “folha” é uma estrutura de 6 μm a 20 μm em uma dimensão e de 1 cm ou mais nas duas outras dimensões. De preferência, a folha é feita de alumínio. "Papel" é uma estrutura de 10 μm a 200 μm em uma dimensão e de 1 cm ou mais nas duas outras dimensões. "Papel" é feito de fibra vegetal ou resina de polímero, e exemplos adequados incluem papel kraft, papelão branco, papel offset, papel couché e similares. Uma superfície de papel (ou uma superfície de uma folha) foi posteriormente laminada com o compósito de folha/adesivo (ou papel/adesivo) através de um rolo de pressão para formar um laminado de folha/adesivo/papel (ou papel/adesivo/folha).
Exemplos
[00020] A presente divulgação será agora explicada em mais detalhes por Exemplos Ilustrativos e Exemplos Comparativos (coletivamente, “os Exemplos”). No entanto, o escopo da presente revelação não está, obviamente, limitado às formulações estabelecidas nos exemplos. Pelo contrário, os Exemplos são meramente ilustrativos da divulgação.
Preparação da composição adesiva de poliuretano
[00021] As matérias-primas usadas para preparar os Exemplos são identificadas na Tabela 1 abaixo por nome comercial e fornecedor.Tabela 1: Matérias-primas
Figure img0001
[00022] Os exemplos de composição adesiva de poliuretano (exemplos ilustrativos 1 a 7 (IE1 a 7) e exemplos comparativos 1 a 3 (CE1 a 3)) são sintetizados seguindo o procedimento abaixo: etapa 1) carregar o(s) componente(s) de isocianato em um reator e manutenção do mesmo em 60 °C com proteção de nitrogênio, etapa 2) carregar o(s) componente(s) de poliol lentamente no mesmo reator a uma temperatura aumentada de cerca de 80 T e segurar até que a "% de NCO" atinja o intervalo calculado. As composições adesivas de poliuretano preparadas são então usadas para formar laminados com papel e folhas de alumínio para testes de desempenho.Tabela 2: Exemplos de composição adesiva de poliuretano CE1 a 3 e IE1 a 7
Figure img0002
Teste de desempenho de laminado
[00023] As composições adesivas são aplicadas ao papel a um peso de revestimento de 3,5 gsm, reunidas com o filme de alumínio e, então, curadas a 50 °C por 24 horas para formar os laminados. Depois que o laminado é formado, são realizados testes para analisar a resistência de ligação e a resistência de vedação térmica,
1. Teste de ruptura do substrato
[00024] Após a cura, os filmes laminados são cortados em tiras de 15 mm de largura para o teste de T-peel em uma máquina Instron 5943 com velocidade de cruzeta de 250 mm/min. Três tiras são testadas para se obter um valor médio. Durante o teste, a cauda da tira é puxada levemente por dedo para garantir que a cauda permaneça 90° à direção de descascamento. A taxa de danos na superfície do papel após o teste de ruptura é registrada como solidez da laminação.
2. Teste de resistência de vedação térmica
[00025] Os laminados são selados termicamente em uma máquina de vedação térmica HSG-C, disponibilizado pela Brugger Company a uma temperatura de vedação de 220 °C e 300 N de pressão por 1 segundo e, então, resfriados e cortados em tiras de 15 mm de largura para o teste de resistência de vedação térmica sob velocidade de cruzeta de 250 mm/min com o uso de um Sistema de Mesa de Coluna Simples Série 5940 disponibilizado pela Instron Corporation. Três tiras para cada amostra são testadas, e o valor médio, calculado. Os resultados estão na unidade de N/15 mm.
3. Teste de viscosidade
[00026] Laminados são colocados em um forno quente a 100 °C por um par de horas antes do teste. A viscosidade foi medida a 100 °C num viscosímetro Brookfield DV-II, utilizando-se um fuso 27. A velocidade de rotação é de 12 RM e os laminados são testados por 20 minutos para se obter uma velocidade de rotação estável.Tabela 3: Resultados dos testes de desempenho
Figure img0003
[00027] Os Exemplos Ilustrativos exibem boa resistência de ligação e resistência de vedação térmica para laminação de papel/folha, em comparação com os Exemplos Comparativos. Com o aumento do conteúdo do Poliol HA-0135 poliol poliéster DMPA™, foi detectada uma maior taxa de quebra de papel após o teste de ruptura. Quando o conteúdo do Poliol HA-0135 poliol poliéster DMPA™ atinge 6,3%, a taxa de quebra de papel após o teste de ruptura se torna estável e atinge 90% da taxa de quebra. No entanto, quando o conteúdo de Poliol HA-0135 poliol poliéster DMPA™ é menor que 6,3%, a taxa de quebra de papel é baixa, o que não é aceitável para esta aplicação. Além disso, túnel e delaminação são detectados após a selagem térmica para Exemplos Comparativos.

Claims (6)

1. Composição adesiva de fusão a quente de poliuretano, caracterizada pelo fato de compreender um componente de poliol e um componente de isocianato, sendo que o componente de poliol compreende um poliol com dois ou mais grupos OH e um grupo de ponte de hidrogênio; sendo que o poliol com dois ou mais grupos OH e um grupo de ponte de hidrogênio é um poliol de poliéster; sendo que a quantidade de poliol com dois ou mais grupos OH e um grupo de ponte de hidrogênio é pelo menos 4 % em peso, e não excede 40 % em peso, com base no peso da composição adesiva; sendo que o grupo de ponte de hidrogênio é selecionado dentre O=C-O", O=C- C-O" e O=C-C=C-O" e formas protonadas dos mesmos; sendo que o componente de isocianato tem uma % de NCO de pelo menos 2 % em peso, e não excede 30 % em peso; sendo que a % de NCO é medida de acordo com a norma ASTM D2572.
2. Composição adesiva de fusão a quente de poliuretano, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o poliol com dois ou mais grupos OH e um grupo de ponte de hidrogênio ter um valor ácido de pelo menos 50 mg KOH/g e não excede 200 mg KOH/g.
3. Composição adesiva de fusão a quente de poliuretano, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o poliol com dois ou mais grupos OH e um grupo de ponte de hidrogênio ter um peso molecular de pelo menos 400 g/mol e não excede 5.000 g/mol.
4. Composição adesiva de fusão a quente de poliuretano, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o poliol com dois ou mais grupos OH e um grupo de ponte de hidrogênio ter uma funcionalidade de grupo hidroxila de pelo menos 1,8 e não excede 3.
5. Composição adesiva de fusão a quente de poliuretano, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o componente isocianato compreender pelo menos um poliisocianato selecionado do grupo que consiste em poliisocianatos aromáticos, poliisocianatos alifáticos e combinações dos mesmos.
6. Laminado, caracterizado pelo fato de aderir a uma folha e papel com a composição adesiva de fusão a quente de poliuretano, conforme definida na reivindicação 1.
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