CN101688096A - 热熔性粘合剂 - Google Patents

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Abstract

描述了低应用温度的热熔性包装用粘合剂，其包含诸如大豆蜡的植物来源的蜡。

Description

热熔性粘合剂
发明领域
[0001]本发明涉及低应用温度应用的热熔性粘合剂，其包含植物来源的蜡和石蜡。
发明背景
[0002]热熔性粘合剂在熔融时被应用于基材，然后与第二基材接触放置。粘合剂冷却并硬化而在基材之间形成粘接。热熔胶广泛用在工业粘合剂应用中，诸如产品装配和包装。后者包括箱和盒的密封。
[0003]用于包装应用诸如箱和盒密封的热熔胶通常由聚合物、稀释剂或增粘剂和蜡组成。蜡组分的一个功能是降低粘度，这是由于其分子量低。目前使用的包装用粘合剂包含石油来源的蜡，诸如石蜡和微晶蜡。石蜡的较低分子量使其成为配制低应用温度粘合剂时的首选。
[0004]然而，最近，由于石蜡的供应有限，已经将关注转向天然蜡的应用。在天然蜡中，最低成本材料基于高度氢化的甘油三酯，Borsinger等在美国专利第6,890,982B2号中公开了包含植物来源的蜡的热熔性粘合剂。Borsinger等的粘合剂组合物具有在350°F下从约1000至约5000cps的熔体粘度。高水平氢化(低碘值)对于将熔点提高为更接近石蜡是必需的。遗憾的是，由于甘油三酯具有比石蜡高得多的分子量——对于甘油的纯三硬脂酸酯为约890Da，而常规石蜡为430Da，因此使用高度氢化的甘油三酯的粘合剂具有更高的粘度，这使得它们不适合在低温下应用。
[0005]对可以低温应用的，即具有允许在低温下(在低于300°F的温度下)应用的应用粘度，并且可以以减小对使用石蜡的依赖性进行配制的热熔性粘合剂存在需求。本发明满足了这种需求。
发明概述
[0006]本发明的一个目的是提供低应用温度的热熔性粘合剂，其包含植物来源的蜡。本发明的粘合剂可以在粘合剂在低于300°F下至200°F或以下的温度下应用到基材表面后，用于将一种基材结合到第二种基材。在一个实施方式中，粘合剂被配制来在低于约280°F的温度下应用。在另一个实施方式中，粘合剂被配制来在低于约250°F的温度下应用。在一个实施方式中，本发明的粘合剂组合物包含植物来源的蜡和石蜡。在一个优选的实施方式中，使用大豆蜡和石蜡的混合物。
[0007]粘合剂组合物可以应用到诸如纸、纸板等的物品上，以将它们结合在一起，以便用在消费者和其它包装的货物应用中。
[0008]本发明的另一个实施方式提供使用本发明的热熔性粘合剂制造的物品。在优选的实施方式中，物品是包装用物品。
[0009]本发明的另一方面涉及密封和/或制造或形成箱、盒、盘、箱包或袋或其它包装用物品的方法。这些方法包括使用包含大豆蜡的低应用温度的热熔性粘合剂。还提供使用包含这种大豆蜡的粘合剂制造的物品。包括可用于包装产品的盒、箱、盘、袋等。这些物品通常包括通过这种热熔性粘合剂粘附的硬纸板或纸板。本发明还提供包含在盒、箱、盘或袋中的包装物品，特别是包装食品，其中盒、箱、盘或袋包含含有大豆蜡的粘合剂。
[0010]本发明的另一个方面涉及将基材结合到类似或不同的基材的方法，其包括将熔融的包含大豆蜡的低应用温度热熔性组合物应用到至少一种基材并且将所述基材结合在一起。
发明详述
[0011]本文引用的所有文献通过引用以其全部引入。
[0012]热熔性粘合剂被广泛使用在包装工业中，以密封纸箱、纸盘以及纸盒。这些操作中的一些需要具有特别高耐热性(在高温下维持纤维撕裂的能力)而不损害良好的低温性能的热熔性粘合剂。一个例子是包装在高于140°F的温度下刚形成的货物和其随后在-20°F的冷藏温度下贮藏。另一个需要具有良好耐热和耐寒性的热熔性粘合剂的例子是在通过卡车或火车运送密封的箱、盒或盘的过程中。在夏天卡车中的温度可以非常高(高达145°F)或在冬天卡车中的温度可以非常低(-20°F)。使用的热熔性粘合剂应该足够强以使密封的容器在运输过程中不会突然敞开。
[0013]本发明提供新的低应用温度的热熔性粘合剂，其可以有利地用作包装用粘合剂。
[0014]低应用温度的热熔性粘合剂是这样的粘合剂：其在低于300°F的温度下被应用到基材表面，以及然后用于将该基材结合到第二基材表面。这种粘合剂不需要在应用之前为了降低粘度而加热到高于300°F的温度。
[0015]现在已经发现高度氢化的油诸如棕榈和大豆可以转化成蜡(植物来源的蜡)，这种蜡可以作为传统蜡的替代品有效用于低应用温度的热熔性粘合剂化合物的配制中。
[0016]本文将植物来源的蜡定义为源自可再生的天然资源的蜡，例如来自植物源，诸如大豆、棉籽、玉米、向日葵、油菜和棕榈。更具体而言，包含这样的甘油三酯的氢化油：甘油三酯的脂肪酸组分具有一定范围的碳数目，其中硬脂酸(C18)是最主要的。术语“大豆蜡”在本文中用于指源自大豆的蜡。
[0017]本发明的低应用温度粘合剂包含粘合剂基础聚合物组分、增粘剂组分和蜡组分。相比于目前用于配制热熔性粘合剂的石油或合成来源的蜡，本发明的粘合剂使用植物来源的蜡进行配制。植物来源的蜡的实例包括源自大豆、玉米、棉籽、油菜、油菜籽、向日葵、棕榈、椰子、海甘蓝、亚麻籽和花生的蜡。一个实施方式使用大豆来源的蜡。大豆蜡源自完全氢化的大豆油并且基本上是甘油三酯，其可以被图解为：
CH2OOC(CH2)nCH3
|
CHOOC(CH2)nCH3
|
CH2OOC(CH2)nCH3
[0018]现在已经发现适于用作热熔性包装用粘合剂的低温度应用的热熔性粘合剂(在200和300°F之间的温度下应用)可以使用大豆蜡进行配制。使用低应用温度的热熔性粘合剂的优势包括减小热熔性粘合剂罐中需要的加热元件的数目和/或容量、减少挥发物排放、降低烧伤的风险、以及减少在应用设备上的磨损和破裂。尽管目前存在几种可商业购得的低应用温度的热熔性粘合剂，诸如，例如NSC 34-2125(NationalStarch and Chemical Company)、NSC 34-250A(National Starch andChemical Company)、NSC 34-650A(National Starch and ChemicalCompany)、HL 7000(H.B.Fuller)以及HL 7002(H.B.Fuller)，但是这些低应用温度的热熔性粘合剂中没有一种基于大豆蜡。
[0019]本发明提供低应用温度的热熔性粘合剂组合物，其中至少部分蜡组分是植物来源的蜡。在一个实施方式中，至少部分蜡组分是氢化的大豆蜡。在另一个实施方式中，整个蜡组分都是植物来源的蜡。本发明的粘合剂当用作包装用粘合剂时是特别有优势的。配制的粘合剂通常具有在250°F下从约1000至约2500cps的粘度。
[0020]本发明的一个实施方式涉及热熔性粘合剂，其可以在低于300°F的温度下以熔融状态被应用到基材，使另一个基材与熔融的粘合剂接触，以及一旦冷却，基材便结合在一起。在一个实施方式中，在280°F或更低的温度下应用粘合剂。在另一个实施方式中，在275°或更低的温度下应用粘合剂。仍在另一个实施方式中，在250°F或更低的温度下应用粘合剂。仍在另一个实施方式中，在200°F或更低的温度下应用粘合剂。
[0021]如本文所证明，基于氢化大豆蜡的热熔性粘合剂——该氢化大豆蜡完全或部分代替目前广泛用于配制基于乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯丙烯酸正丁酯(EnBA)和EVA/EnBA混合物的热熔性粘合剂的石油或合成来源的蜡——在包装箱和盒的粘合剂中显示优异的高温和低温性能的平衡并且与石油基石蜡相当，大豆蜡的使用提供与各种树脂和乙烯共聚物的优异的相容性，其展示更长的与良好耐热性相关的晾置时间(open time)。
[0022]在决定配制的热熔性粘合剂的性能方面，聚合物选择是关键的。具有低玻璃化转变温度的聚合物通过显示良好的耐寒性，而具有高熔化温度的聚合物通常更易于配制具有良好耐热性的粘合剂。本发明的粘合剂优选包括至少一种乙烯聚合物，并且可以包含两种或更多种聚合物的混合物。优选的实施方式包含EVA、EnBA或其混合物。包括以下组分的粘合剂构成一个优选的实施方式：约5wt％至约30wt％的乙烯丙烯酸正丁酯共聚物，该共聚物含有28％至33％丙烯酸丁酯并且具有的熔体指数为40到900；以及约5wt％至约35wt％的乙烯乙酸乙烯酯共聚物，该共聚物含有4％至33％乙酸乙烯酯并且具有的熔体指数为400到2500。
[0023]本发明的粘合剂组合物被增粘。增粘剂组分通常以从约10wt％至约45wt％的量存在，更优选从约20wt％至约50wt％，甚至更优选从约20wt％至约40wt％。这些包括天然的和合成的树脂。天然树脂包括松香、松香酯和多萜烯。合成树脂包括C5环状和非环状树脂、芳香树脂、C9树脂、纯单体树脂诸如基于α甲基苯乙烯的那些、以及上述单体相互和/或与酚的共聚物树脂。优选的实施方式包含选自下列的增粘剂：苯乙烯化萜烯、萜酚、芳香烃、芳香/脂族烃、氢化的增粘剂或α甲基苯乙烯。本发明的粘合剂通常包含从约10wt％至45wt％的增粘剂。苯乙烯化萜烯和萜酚增粘剂是特别优选的。
[0024]本发明的粘合剂使用植物来源的蜡进行配制。植物来源的蜡的实例包括源自大豆、玉米、棉籽、油菜、油菜籽、向日葵、棕榈、椰子、海甘蓝、亚麻籽和花生的蜡。一个实施方式使用大豆来源的蜡。大豆蜡可从Cargill、ADM和Bunge Oils商业购得。大豆蜡组分通常以从约5wt％至约40wt％的量使用。
[0025]除植物来源的蜡之外，本发明的配制物还可以包含石油基或合成的蜡。适用于本发明的蜡包括石蜡、微晶蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、副产物聚乙烯蜡、费-托蜡、氧化的费-托蜡和官能化蜡，诸如羟基硬脂酰胺蜡和脂肪酰胺蜡。可用在本发明的实践中的石蜡包括
Figure A20088001084400081
236TP，从Astor Wax Corporation，Doraville，GA.获得；4913，从Pennzoil Products Co.，Houston，TX.获得；R-7152石蜡，从Moore&Munger，Shelton，CN.获得；以及石蜡1297，从位于加拿大Ontario的International Waxes，Ltd.获得；Pacemaker，从Citgo获得；以及R-2540，从Moore and Munger获得；以及其它石蜡，诸如可从CP Hall获得的那些，其产品标号为1230、1236、1240、1245、1246、1255、1260和1262。CP Hall 1246石蜡可从CP Hall(Stow，Ohio)获得。如果期望，可以使用上至约20wt％的石蜡。
[0026]可以被添加也不影响物理性质的其他化合物是添加颜色的颜料，或者荧光剂(fluorescing agent)，仅仅提及两个。像这些的添加剂是本领域技术人员已知的。取决于粘合剂的预期最终用途，其它通常添加到热熔性粘合剂的添加剂比如增塑剂、颜料和染料可以被包括。此外，小量的另外的增粘剂和/或蜡诸如微晶蜡、氢化蓖麻油和乙酸乙烯酯改性的合成蜡也可以以较小的量即按重量计上至大约10％结合到本发明的配方中。
[0027]本发明的粘合剂优选包含稳定剂或抗氧化剂。这些化合物被添加以保护粘合剂不降解，所述降解由诸如热、光或者来自原料比如增粘树脂的残留催化剂这些事件引发的与氧反应所导致。在可应用的稳定剂或者抗氧化剂中，本文包括的是高分子量受阻酚和多官能酚诸如含硫和磷的酚。抗氧化剂通常以上至约1wt％的量使用。
实施例
[0028]所有粘合剂配制物在加热到250°F的单叶片混合机中通过将组分混合在一起直到均匀而制备。然后所述粘合剂经受模拟成功商业应用的各种测试。
[0029]热熔性粘合剂的熔体粘度在Brookfield Thermosel粘度计上使用27号锭子测定。
[0030]在120°F、室温、40°F、20°F和0°F的粘合性如下测定：在250°F下，将二分之一英寸宽的粘合剂珠(或对于NSC 34-2100，在350°F下)应用到2″×3″的双凹槽瓦楞纸板片上，并且立刻接触第二片瓦楞纸板以形成粘合。200克重量立即被放置到该粘合的顶部2秒以提供压紧。制备的样本在室温条件下放置过夜，并且然后在不同温度下放入炉中或冰箱中8小时。该粘合用手分离并且产生的纤维撕裂被记录。
[0031]热应力测试(HS)按照IoPP程序进行。具有2″×0.5″胶层尺寸的两个粘合被经受200g或300g力，并且在121°F至140°F开始的炉中分别放置8小时和24小时。测试结果分别记录为通过(两个粘合通过)、失败(两个粘合失败)、或裂开(一个粘合通过而另一个粘合失败)。
[0032]浊点温度是这样的温度：在该温度下，组分开始凝固或“变浊”，因为其从透明均匀液相冷却成半固体相。例如，对于蜡，浊点温度通常接近于蜡的熔点。相容性与粘合剂的浊点相关，其中，一般而言，浊点越低相容性越大。
实施例1
[0033]测试大豆蜡与具有表1(样品1-5)中所示配方的基于乙烯乙酸乙烯酯共聚物的粘合剂配制物的相容性。
表1
Figure A20088001084400101
Figure A20088001084400111
实施例2
[0034]测试大豆蜡与具有表2(样品6-10)中所示配方的基于乙烯丙烯酸正丁酯(EnBA)共聚物的粘合剂配制物的相容性。
表2
Figure A20088001084400112
Figure A20088001084400121
实施例3
[0035]测试具有表3(样品11-16)中所示配方的包含EnBA共聚物中的各种熔点的氢化大豆蜡的粘合剂配制物。
表3
Figure A20088001084400122
Figure A20088001084400131
Figure A20088001084400141
实施例4
[0036]测试具有表4(样品17-21)中所示配方的包含大豆蜡和石蜡的粘合剂配制物。
表4
 实例   17   18   19   20   21
 NAT 155(Lot#101)   25   25   17.5   17.5   0
 Hub 315石蜡   10   17.5
 Calumet FR6513   10   17.5   0
 Pacemaker 53石蜡   30
 ENABLE EN33900   20   20   20   20   20
 EVA(28％VA，2500MI)   10   10   10   10   10
 C26-28α烯烃   5
 Pensel GB 120   7   7   7   7   7
 Novares TK-110   28   28   28   28   28
 共计wt   100   100   100   100   100
 颜色   黄色   黄色   黄色   黄色   黄色
 透明度   透明   透明   透明   透明   透明
 粘度，200°F，cps   2210   2265   2200   2090   1465
 对瓦楞纸板(SumurfitStone)的粘合性
 RT   60，70   80，85   75，80   75，70   90，80
 40°F   75，75   70，80   70，85   85，80   85，85
 20°F   50，50   60，60   70，60   75，70   80，85
 0°F   75，70   85，85   70，75   80，85   70，80
 热应力
 100克，IoPP   失败130(8hrs)   通过13024hrs)  失败130(3hrs)  失败130(3hrs)  通过130(24hrs)
 300克   失败105   通过105  失败105  失败105  通过105

Claims (10)

1.低应用温度应用的热熔性粘合剂组合物，其包含乙烯共聚物、增粘剂树脂和植物来源的蜡。
2.权利要求1所述的粘合剂组合物，其包含乙烯乙酸乙烯酯共聚物、乙烯丙烯酸正丁酯共聚物或其混合物。
3.权利要求1所述的粘合剂，其包含植物来源的蜡和石蜡的混合物。
4.权利要求1或3所述的粘合剂，其中所述植物来源的蜡选自大豆蜡、玉米蜡、棉籽蜡、油菜蜡、油菜籽蜡、向日葵蜡、棕榈蜡、棕榈仁蜡、椰子蜡、海甘蓝蜡、亚麻籽蜡和花生蜡。
5.权利要求4所述的组合物，其中所述植物来源的蜡源自大豆。
6.权利要求2所述的粘合剂，其中所述乙烯乙酸乙烯酯共聚物具有从约4wt％至约33wt％的乙酸乙烯酯含量并且熔体指数为从约400至约2500g/10min，以及所述乙烯丙烯酸正丁酯具有约28％至约33％的丙烯酸丁酯含量并且具有的熔体指数为约40至约900g/10min。
7.权利要求1所述的粘合剂，其中所述增粘剂选自苯乙烯化萜烯、萜酚、芳香烃、芳香/脂族烃、氢化的增粘剂和α甲基苯乙烯。
8.权利要求1所述的粘合剂，包含：
5wt％至35wt％的乙烯乙酸乙烯酯共聚物，其具有从约4wt％至约33wt％的乙酸乙烯酯含量并且熔体指数为从400至约2500g/10min，
5wt％至30wt％的乙烯丙烯酸正丁酯，其具有约28％至约33％的丙烯酸丁酯含量并且具有的熔体指数为约40至约900g/10min，
5wt％至40wt％的大豆蜡，
0至20wt％的石蜡，以及
10wt％至45wt％的苯乙烯萜烯增粘剂和/或萜酚增粘剂。
9.包含权利要求1、3或8中任一项所述的粘合剂的制造物品。
10.权利要求9所述的物品，其是包装用物品。
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