CN104011159A - 合成冷密封粘合剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粘合密封产品,其包含第一表面、第二表面和将所述第一表面粘合至所述第二表面的粘合层;所述粘合层包含共聚物和保护胶体,所述共聚物衍生自包含一种或多种(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯并且具有使用差示扫描量热法(DSC)测定的-40℃至0℃的玻璃化转变温度(Tg)的单体,其中通过使第一表面从第二表面分离来开启产品导致粘合层的粘合失效,从而导致再封闭粘合力小于0.5N/15mm。本发明还公开了一种制备粘合密封产品的方法。
Description
技术领域
本发明公开了一种粘合密封产品,其包含第一表面、第二表面和将所述第一表面粘合至所述第二表面的粘合层,以及公开了制备粘合密封产品的方法。
背景技术
可冷密封的组合物为粘合组合物,其被施用至基底上并经干燥后,没有粘着触感,但是当在室温下加压按压彼此时会彼此粘合。该粘合剂组合物与压敏粘合剂的不同之处在于,压敏粘合剂在室温下没有或仅有非常低的粘性。该粘合剂组合物与可热密封的组合物的不同之处在于,该粘合剂组合物可在压力下无需热活化而彼此粘合。可冷密封的组合物的已知应用包括,例如,囊状袋的密封,更具体地,用于食品或其他热敏产品的囊状袋的密封,在其封装过程中无需用热,例如冰淇淋或巧克力;或者当需要快速封装速度和高循环速率时。通常地,对于冷密封粘合剂而言,使用基于天然橡胶胶乳的聚合物粘合剂。然而,天然橡胶胶乳经受着相对较高的价格变动,天然原料质量的自然波动,以及这些天然产品隐含的潜在致敏性。因此,需要由合成材料形成的可冷密封的组合物,该组合物在干燥后形成可冷密封的涂层。
在一些应用中,封装物必须是可再密封的,用于制备可再密封的封装物的合适的配方记载于例如美国公开申请第2011/0152052号。然而,在一些应用中,重要的是能够确定封装物是否先前已被开启过,而在可再密封的封装物中,这是难以确定的。因此,需要一种密封封装物,其中可以容易地确定该封装物是否先前已被开启过。
发明内容
本发明公开了一种粘合密封产品,其包含第一表面、第二表面和将所述第一表面粘合至所述第二表面的粘合层;所述粘合层包含共聚物和保护胶体,所述共聚物衍生自包含一种或多种(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯并且具有使用差示扫描量热法(DSC)测定的-40℃至0℃的玻璃化转变温度(Tg)的单体,其中通过使第一表面从第二表面分离来开启产品导致粘合层的粘合失效,因而导致再封闭粘合力小于0.5N/15mm。在一些实施方案中,共聚物衍生自至少50%的一种或多种(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯或至少70%的一种或多种(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯。在一些实施方案中,共聚物为苯乙烯-丙烯酸基共聚物,并且其还衍生自一种或多种苯乙烯和α-甲基苯乙烯。例如,共聚物可衍生自30%或更少量的苯乙烯。在一些实施方案中,共聚物为纯丙烯酸基共聚物并且不包含苯乙烯。在一些实施方案中,共聚物还衍生自一种或多种具有羧酸基团、酰胺基团和/或羟基基团的单体。例如,一种或多种具有羧酸基团、酰胺基团和/或羟基基团的单体包括选自以下的一种或多种单体:丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、富马酸、(甲基)丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸C1至C10羟基烷基酯。在一些实施方案中,共聚物可衍生自一种或多种交联剂,例如一种或多种二丙烯酸酯交联剂。在一些实施方案中,粘合层包括少于0.1%的表面活性剂,并且可以基本上不含表面活性剂。在一些实施方案中,共聚物具有大于300,000的重均分子量。
在粘合密封产品中,粘合层可具有小于3N/15mm或小于2N/15mm的初始开启力。在一些实施方案中,第一表面和第二表面至少之一为烯烃膜。第一表面和第二表面可来自同一基底。
还公开了制备粘合密封产品的方法。该方法包括使用乳液聚合制备共聚物,所述乳液聚合包括在水性介质中在保护胶体的存在下使包含一种或多种(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯的单体聚合,以制备具有使用差示扫描量热法(DSC)测定的-40℃至0℃的玻璃化转变温度(Tg)的共聚物;将共聚物施用至第一表面和第二表面;以及将第一表面冷密封至第二表面,以制备粘合层,其中通过使第一表面从第二表面分离来开启产品导致粘合层的粘合失效,因而导致再封闭粘合力小于0.5N/15mm。共聚物可包括上文所述的特征。在一些实施方案中,乳液聚合由单一聚合步骤组成。冷密封步骤可在25psi至100psi的密封力下和/或在0℃至40℃(例如15℃至30℃)的温度下进行。在一些实施方案中,制备步骤包括在包含少于0.05%的表面活性剂或基本上不含表面活性剂的水性介质中使单体聚合。
一个或多个实施方案的细节在下面的说明书中阐明。其他特征、目的和优点将由说明书和权利要求书中清楚得知。
具体实施方式
本文所用的术语“(甲基)丙烯酸酯...”及类似的名称包括“丙烯酸...或甲基丙烯酸...”。例如,(甲基)丙烯酸意指丙烯酸或甲基丙烯酸。
本文中公开了一种粘合密封产品,其包含第一表面、第二表面和粘合所述第一表面和所述第二表面的粘合层;所述粘合层包含共聚物和保护胶体,其中通过使第一表面从第二表面分离来开启产品导致粘合层的粘合失效,因而导致再封闭粘合力小于0.5N/15mm。因此,粘合密封产品具有低再密封性,术语再密封性如本领域所了解的那样。因此,粘合密封产品可用于以下应用:其对于测定该产品在例如将该产品用于“防干扰(tamper proof)”的重要应用前是否已被开启过是有用的。
共聚物衍生自一种或多种可自由基聚合的单体,并用作粘合层的粘合剂。单体包括一种或多种(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯,并且还可包括具有最高达20个C原子的乙烯基芳族化合物、包含最高达20个C原子的羧酸的乙烯酯、烯键式不饱和腈、乙烯基卤化物、包含1至10个C原子的醇的乙烯基醚、具有2至8个C原子和一个或两个双键的脂族烃,或这些单体的混合物。
实例包括具有C1-C10烷基基团的(甲基)丙烯酸烷基酯,例如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸2-丙基庚酯及其混合物。合适的乙烯基芳族化合物包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯和对甲基苯乙烯、α-丁基苯乙烯、4-正丁基苯乙烯、4-正癸基苯乙烯、乙烯基甲苯及其混合物。具有1至20个C原子的羧酸的乙烯酯包括,例如,月桂酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯、乙酸乙烯酯及其混合物。腈的实例包括丙烯腈和甲基丙烯腈。乙烯基卤化物可以包括由氯、氟或溴取代的烯键式不饱和化合物,例如氯乙烯和偏二氯乙烯。乙烯基醚可包括,例如,包含1至4个C原子的醇的乙烯基醚,例如乙烯基甲基醚或乙烯基异丁基醚。具有4至8个C原子和两个烯属双键的烃可包括丁二烯、异戊二烯和氯丁二烯。在一些实施方案中,主要的单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸2-乙基己酯、苯乙烯及其混合物。
在一些实施方案中,共聚物衍生自至少50重量%、至少55重量%、至少60重量%、至少65重量%、至少70重量%、至少75重量%、至少80重量%、至少85重量%、至少90重量%或至少95重量%的一种或多种(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯。在一些实施方案中,共聚物为苯乙烯-丙烯酸基共聚物,并且其还衍生自一种或多种苯乙烯和α-甲基苯乙烯。例如,共聚物衍生自30%或更少、25%或更少、20%或更少、15%或更少、10%或更少或5%或更少的量的苯乙烯。在一些实施方案中,共聚物为纯丙烯酸基共聚物并且不包含苯乙烯。
共聚物还可衍生自一种或多种具有羧酸基团、磺酸基团、膦酸基团、酰胺基团和/或羟基基团的官能单体。例如,一种或多种单体可具有羧酸基团、酰胺基团和/或羟基基团,并且可包含一种或多种选自以下的单体:丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、富马酸、(甲基)丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸C1至C10羟基烷基酯。另外的官能单体包括单(甲基)丙烯酸苯基氧基乙基乙二醇酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、和(甲基)丙烯酸氨基酯,如(甲基)丙烯酸2-氨基乙酯。共聚物还可包含一种或多种交联剂。例如,一种或多种二丙烯酸酯交联剂如二丙烯酸丁二醇酯可用于形成共聚物。
在一些实施方案中,粘合剂共聚物具有-40℃至0℃或-30℃至-5℃的玻璃化转变温度。在一些实施方案中,玻璃化转变温度为-35℃至-15℃。玻璃化转变温度可以通过差示扫描量热法(DSC)通过使用ASTM D3418-08测量中点温度来确定。在一些实施方案中,共聚物具有大于300,000、大于400,000、大于500,000、大于600,000或大于700,000的重均分子量。
粘合层还包括保护胶体,并且共聚物在保护胶体的存在下形成。保护胶体为水溶性聚合化合物,其在溶剂化时能够稳定水不溶性聚合物的分散体。与乳化剂相比,保护胶体通常不会降低聚合物颗粒和水之间的界面张力。保护胶体的数均分子量可以大于1000g/mol或大于2000g/mol,并且可以小于50,000g/mol或小于10,000g/mol。例如,保护胶体的数均分子量可以为1000至100,000g/mol,5000至50,000g/mol,或10,000至20,000g/mol。
保护胶体的用量可以为0.5至60重量份、1至30重量份、7至25重量份或10至15重量份,基于100重量份的待聚合单体计。保护胶体的综述见于Houben-Weyl,Methoden der organischen Chemie,第XIV/1卷,Makromolekulare Stoffe[大分子化合物],Georg-Thieme-Verlag,Stuttgart,1961,第411至420页。所考虑的保护胶体包括,例如,包含疏水基团和亲水基团的两亲聚合物。所述两亲聚合物可为天然聚合物如淀粉或合成聚合物。
保护胶体可由至少40重量%的非离子主要单体(principal monomer在下文更详细定义)以及第二类单体形成,所述第二类单体选自烯键式不饱和酸单体。此外,保护胶体还可任选地由另外的单体如非离子单体形成。保护胶体可由40重量%至80重量%或50重量%至80重量%的主要单体制备,所述主要单体选自(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯、包含最高达20个C原子的羧酸的乙烯酯、具有最高达20个C原子的乙烯基芳族化合物、烯键式不饱和腈、乙烯基卤化物、包含1至10个C原子的醇的乙烯基醚、具有2至8个C原子和一个或两个双键的脂族烃,以及这些单体的混合物。
用于保护胶体的主要单体为,例如,具有C1-C10烷基基团的(甲基)丙烯酸烷基酯,例如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸2-乙基己酯及其混合物。例如,主要单体可为(甲基)丙烯酸烷基酯的混合物。具有1至20个C原子的羧酸的乙烯酯包括,例如,月桂酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯、乙酸乙烯酯及其混合物。合适的乙烯基芳族化合物包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯和对甲基苯乙烯、α-丁基苯乙烯、4-正丁基苯乙烯、4-正癸基苯乙烯、乙烯基甲苯及其混合物。腈的实例包括丙烯腈和甲基丙烯腈。乙烯基卤化物包括由氯、氟或溴取代的烯键式不饱和化合物,例如氯乙烯和偏二氯乙烯。乙烯基醚可包括,例如,包含1至4个C原子的醇的乙烯基醚,例如乙烯基甲基醚和乙烯基异丁基醚。具有4至8个C原子和两个烯烃双键的烃包括丁二烯、异戊二烯和氯丁二烯。在一些实施方案中,用于保护胶体的主要单体包括丙烯酸C1至C10烷基酯和甲基丙烯酸C1至C10烷基酯或丙烯酸C1至C8烷基酯和甲基丙烯酸C1至C8烷基酯,乙烯基芳族化合物例如苯乙烯和α-甲基苯乙烯及其混合物。在一些实施方案中,主要单体包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸2-丙基庚酯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯,以及这些单体的混合物。
保护胶体可以包括至少15重量%(例如,15重量%至60重量%、20重量%至55重量%、或30重量%至50重量%)的烯键式不饱和酸单体。烯键式不饱和酸单体包括,例如,烯键式不饱和羧酸、烯键式不饱和磺酸和乙烯基膦酸。在一些实施方案中,烯键式不饱和羧酸包括分子中具有3至6个碳原子的α,β-单烯键式不饱和一元羧酸和α,β-单烯键式不饱和二元羧酸。实例包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、富马酸、巴豆酸、乙烯基乙酸、乙烯基乳酸及其混合物。合适的烯键式不饱和磺酸包括,例如,乙烯基磺酸、苯乙烯磺酸、丙烯酰胺基甲基丙磺酸、丙烯酸磺丙基酯、甲基丙烯酸磺丙基酯及其混合物。在一些实施方案中,烯键式不饱和酸单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸及其混合物。酸单体可以以游离酸的形式用于聚合和还可以以被合适的碱部分或完全中和的形式用于聚合。在一些实施方案中,使用氢氧化钠或氢氧化钾水溶液或氨作为中和剂。
在一个实施方案中,保护胶体(i)以7重量%至30重量%的量使用,基于100重量份的待聚合的单体计,(ii)由至少40重量%的量的主要单体组成,所述主要单体选自(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯、包含最高达20个C原子的羧酸的乙烯酯、具有最高达20个C原子的乙烯基芳族化合物、烯键式不饱和腈、乙烯基卤化物、包含1至10个C原子的醇的乙烯基醚、具有2至8个C原子和一个或两个双键的脂族烃,以及这些单体的混合物,(iii)由至少15重量%的烯键式不饱和酸单体组成,所述烯键式不饱和酸单体例如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸及其的混合物,以及(iv)具有1000至10000的数均分子量。在一些实施方案中,保护胶体衍生自包含一种或多种(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯(例如,丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯)和一种或多种烯键式不饱和羧酸(例如,丙烯酸)的单体,并且可以任选地还包含苯乙烯。保护胶体可以具有的Tg为-20℃至60℃或-10℃至40℃。
共聚物可在水性介质中在保护胶体的存在下通过乳液聚合来制备,所述保护胶体在聚合过程中用作稳定剂。乳液聚合可以任选地在一种或多种离子型表面活性剂和/或非离子型表面活性剂的存在下进行,所述表面活性剂有助于保持单体在水性介质中的分散。在一些实施方案中,上文所述的保护胶体可以用作唯一的分散剂,即,不添加表面活性剂。然而,如果需要,还可使用少量的表面活性剂。例如,分散体可包括少于3重量%或少于1重量%的表面活性剂。在一些实施方案中,分散体基本上不含表面活性剂,并且可以包括少于0.05重量%或少于0.01重量%的一种或多种表面活性剂。在一些实施方案中,所得的包含共聚物的粘合层包括少于0.1%的表面活性剂,并且可以基本上不含表面活性剂。
表面活性剂可以包括阴离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂。合适的表面活性剂包括乙氧基化程度为3至50或4至30的乙氧基化C8至C36脂肪醇或乙氧基化C12至C18脂肪醇,乙氧基化程度为3至50的的乙氧基化单-C4至C12或C4至C9烷基酚、二-C4至C12或C4至C9烷基酚和三-C4至C12或C4至C9烷基酚,磺基琥珀酸二烷基酯的碱金属盐,C8至C12烷基硫酸酯的碱金属盐和铵盐,C12至C18烷基磺酸的碱金属盐和铵盐,以及C9至C18烷基芳基磺酸的碱金属盐和铵盐。阳离子乳化剂为,例如,具有至少一个氨基基团或铵基团和至少一个C8-C22烷基基团的化合物。其他合适的乳化剂为以下通式的化合物
其中R5和R6为氢或C4至C14烷基,但不同时为氢,且X和Y可为碱金属离子和/或铵离子。在一些实施方案中,R5和R6为具有6至18个C原子的直链或支链烷基基团或氢。X和Y可为钠离子、钾离子或铵离子。在一些实施方案中,上述通式的化合物为如下化合物:其中,X和Y为钠,R5为具有12个C原子的支链烷基基团,并且R6为氢或R5。表面活性剂可以为包含50重量%至90重量%比例的单烷基化产物的工业级混合物(technical mixture),例如DowfaxTM 2A1(Dow ChemicalCompany)。合适的表面活性剂可见于Houben-Weyl,Methoden derorganischen Chemie,第14/1卷,Makromolekulare Stoffe,Georg ThiemeVerlag,Stuttgart,1961,第192至208页。示例性表面活性剂包括DowfaxTM 2A1、EmulanTM NP50、DextrolTM OC50、Emulgator825、Emulgator825S、EmulanTM OG、TexaponTM NSO、NekanilTM 904S、LumitenTM I-RA、LumitenTM E3065、DisponilTM FES77、LutensolTM AT18、SteinapolTM VSL以及EmulphorTM NPS25。含有可自由基聚合烯键式不饱和双键的可共聚合的乳化剂也是合适的,其实例为活性阴离子乳化剂,如AdekaTM Resoap SR-10。
乳液聚合可以在30℃至130℃或50℃至90℃的聚合温度下进行。聚合介质可以仅包括水,或者可以为水与水混溶性液体的混合物,所述水混溶性液体例如甲醇、乙醇或四氢呋喃。在一些实施方案中,聚合介质不含有机溶剂且仅包含水。乳液聚合可以作为分批操作或以进料过程的形式进行,所述进料过程包括阶段式程序或梯度程序。在一些实施方案中,聚合批料的部分为初始进料,加热至聚合温度,并且部分聚合,然后聚合批料的残留物通常借助于两个或更多个在空间上单独的进料——其中一个或多个包含纯净物形式的单体或乳化形式的单体——被连续供应或分阶段供应。在一些实施方案中,共聚物在单一阶段中制备(即,不包括具有不同单体组合物的单独的进料以产生多级聚合物颗粒,例如核/壳粒子)。
乳液聚合在至少一种保护胶体的存在下进行。这意味着,保护胶体包括在初始进料中或与单体一起供应至聚合容器。在一些实施方案中,保护胶体包括在初始乳液聚合进料中,并且任何额外使用的表面活性剂可以在聚合过程中与初始进料一起供应或与单体一起供应。在一些实施方案中,在加入所用单体前,原位原位制备保护胶体以形成共聚物。
为了乳液聚合,可以使用助剂,如水溶性引发剂和调节剂。用于乳液聚合的水溶性引发剂的实例为过氧二硫酸的铵盐和碱金属盐,例如,过氧二硫酸钠、过氧化氢或有机过氧化物如叔丁基过氧化氢。还原-氧化(氧化还原)引发剂体系也适合用作乳液聚合的引发剂。氧化还原引发剂体系由至少一种、通常是无机还原剂和至少一种有机或无机氧化剂组成。氧化组分包括,例如,上文已指明的用于乳液聚合的引发剂。还原组分为,例如,亚硫酸的碱金属盐,例如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠;焦亚硫酸(disulfurous acid)的碱金属盐,例如焦亚硫酸钠;具有脂族醛和脂族酮的硫酸氢盐(bisulfite)加成化合物,例如丙酮硫酸氢盐;或还原剂,例如羟基甲烷亚磺酸及其盐或抗坏血酸。氧化还原引发剂体系可以与可溶性金属化合物一起使用,可溶性金属化合物的金属组分能够以多价态存在。常规的氧化还原引发剂体系包括,例如,抗坏血酸/硫酸铁(II)/过氧二硫酸钠、叔丁基过氧化氢/焦亚硫酸钠、叔丁基过氧化氢/羟基甲烷亚磺酸钠或叔丁基过氧化氢/抗坏血酸。各个组分,例如还原组分,还可以为混合物,实例为羟甲基亚磺酸钠盐与焦亚硫酸钠的混合物。所述化合物通常以水溶液的形式使用,下限浓度通过分散体中可接受的水的量来确定,上限浓度通过各种化合物在水中的溶解度来确定。浓度可以为0.1重量%至30重量%、0.5重量%至20重量%或1.0重量%至10重量%,基于溶液计。引发剂的量通常为0.1重量%至10重量%或0.5重量%至5重量%,基于待聚合的单体计。还可以在乳液聚合中使用两种或更多种不同的引发剂。为了除去残留单体,引发剂可以在乳液聚合结束后加入。
在聚合中,可以使用分子量调节剂或链转移剂以降低共聚物的分子量,所述分子量调节剂或链转移剂的用量例如为0至0.8重量份,基于100重量份待聚合的单体计。合适的实例包括具有硫醇基团的化合物,例如叔丁基硫醇、巯基乙醇酸、乙基丙烯酸酯、巯基乙醇、巯基丙基三甲氧基硅烷以及叔十二烷基硫醇。此外,可以使用不含硫醇基团的调节剂,例如萜品油烯。在一些实施方案中,乳液聚合物在大于0重量%至0.5重量%的至少一种分子量调节剂的存在下制备,基于单体量计。在一些实施方案中,乳液聚合物在少于0.3重量%或少于0.2重量%(例如,0.10重量%至0.15重量%)的分子量调节剂的存在下制备。
所得的共聚物分散体具有15重量%至75重量%或40重量%至60重量%的固体含量。在一些实施方案中,共聚物分散体具有大于50%的固体含量。固体含量可以进行调节,例如,通过适当地调节乳液聚合中所用的单体量和/或水的量。分散在水性分散体中的聚合物颗粒的平均粒径可以小于400nm或小于300nm。在一些实施方案中,平均粒径为140至250nm。此处,平均粒径是指粒径分布的d50值,即所有颗粒总量的50重量%具有小于d50数值的粒径。粒径分布可以使用分析超速离心机以已知的方式来测定(W.Machtle,Makromolekulare Chemie185(1984),第1025-1039页)。聚合物分散体的pH可以为大于4,例如,5至9。分散体在25℃时具有小于1200cP的粘度。
粘合剂组合物可以仅由共聚物分散体和保护胶体组成,或者粘合剂组合物可以包括另外的添加剂。合适的添加剂包括填料、抗粘连剂(antiblocking agent)、染料、流动控制剂和增稠剂。
粘合密封产品通过以下方法制备:将共聚物施用至第一表面和第二表面,以及将第一表面冷密封至第二表面以制备粘合层。粘合层被施用至基底上并且经干燥后形成涂层,该涂层在室温下是自动粘合的,并且对于聚酰胺表面是抗粘连的。例如,对于聚酰胺的抗粘合力可以小于0.75N/15mm。
粘合密封产品可以是一种封装物,其中将一个基底的表面在待与共聚物粘合层粘合的点处涂布,将另一个基底的表面在待与共聚物粘合层粘合的点处涂布,并且使两个表面在密封力下接触,以形成粘合密封产品。在一些实施方案中,第一表面和第二表面可以来自同一基底。
所考虑的用于粘合的基底包括任何所需的基底,例如由木材、金属、纸或塑料制成的基底,其可以以任何所需的组合彼此粘合。在一些实施方案中,至少一种基底是聚合物膜。基底的涂布可以以常规方式进行,例如通过印刷进行,所述印刷包括柔版印刷(flexographic printing)或凹版印刷(gravure printing,intaglio printing)。涂层厚度(干燥后)可以为1至30g/m2,1至10g/m2,或1至5g/m2。粘合剂可用于制备封装物。所考虑的封装物由任何所需的材料如纸或塑料构成。实例包括由聚合物膜制成的封装物,如果需要,所述聚合物膜包括金属化聚合物膜,例如聚乙烯、聚丙烯、PVC、聚酯和/或聚乙酸酯。在一些实施方案中,基底是一种取向烯烃膜,例如聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚苯乙烯。在一些实施方案中,膜自身结合以制备粘合密封产品。
在一些封装物中,可以使用双面涂布的载体。载体在一面(称为正面)具有粘合剂的外部层,以及在另一面(称为背面)具有外部剥离涂层(release coating)。载体可以由例如一种上文所述的聚合物膜或金属化聚合物膜构成。聚合物膜还可以被电晕预处理。粘合剂可直接涂布在载体的正面,尽管载体和粘合剂之间还可以有其它层,例如底漆层、阻隔层、或彩色或单色印刷油墨层。印刷油墨层还可以位于载体的背面。粘合层位于载体涂布层的外部。
剥离涂层可以为任何所需的材料,并且可以为聚合物膜,例如取向聚丙烯膜,将其层压或共挤出(coextrude);或液体清漆,例如聚酰胺清漆,将其施用并涂膜。施用至载体正面的粘合层必须不会粘附剥离涂层(具有抗粘合力)。载体通常被卷起并且随后用辊处理。在辊压过程中,载体的正面和背面直接接触。正面与背面的粘合将会使载体不可用。剥离涂层与载体之间可以有其他层;那些所考虑的其他层依次包括改善粘合的底漆层和印刷油墨层。外部剥离涂层的另一个功能是保护底层如印刷油墨层免受外部暴露。
在一些实施方案中,载体具有以下结构,层的次序对应于空间排列:
粘合层/载体/任选的底漆层/任选的印刷油墨层/剥离涂层。
粘合剂还可用于制备涂布聚合物膜,其中聚合物载体膜至少部分地——即,至少在形成后续密封接缝的区域——涂有粘合层。聚合物膜可具有第一面和第二面,所述第一面为至少部分地涂有粘合剂的外部层,并且所述第二面具有作为外部层的剥离涂层。在一个实施方案中,涂布聚合物膜的聚合物载体膜由取向聚乙烯或取向聚丙烯构成,并且剥离涂层由聚酰胺清漆形成。合适的聚合物膜包括OppalyteTM HM40、OppalyteTM HM30和OppalyteTM 33MW247,购自Exxon Mobil Corp.和TreofanTM SHD40的经表面处理的双轴取向聚丙烯膜,以及购自TreofanGmbH&Co.KG的取向聚丙烯膜。用作剥离涂层的合适的聚酰胺清漆为购自Huber Group的GeckoTM Coldseal Release varnish70GL282547,一种溶剂型聚酰胺脱模清漆(Release Varnish)。
双面涂布的载体可以自身结合,或者涂布聚合物膜可以通过冷密封自身结合,其中粘合层在待结合的点处彼此接触,以制备封装物,以制备密封接缝。封装物可以通过一引入封装内含物就将粘合层冷密封而密封在一起。冷密封可以在25psi至100psi或60至80psi的密封力下密封0.1至20秒、0.1至3秒(例如0.5秒)的密封时间,即,在该时间内保持该压力。冷密封温度可以为0℃至40℃(例如15℃至30℃或20℃至25℃)。封装内含物可以包括例如食品。
在粘合密封产品中,粘合层可以具有小于3N/15mm、小于2.5N/15mm、小于2N/15mm或小于1.8N/15mm并且大于0.5N/15mm、大于1N/15mm或大于1.5N/15mm的初始开启力,如通过本文所述的方法测定。通过使第一表面从第二表面分离来开启粘合产品导致粘合层的粘合失效,因而导致在20℃的再封闭粘合力小于0.5N/15mm,如通过本文所述的方法测定。因此,在开启封装物时,粘合层倾向于仅粘合至其初始粘合的表面之一并且从另一表面分离。这可以在开启封装物后通过用彩色粉笔确定粘合的位置而容易地测定。因此,粘合层一旦经过开启就具有低再密封性,并且提供了防干扰封装物。初始开启力和再封闭粘合力在室温和低湿度条件、常规条件(室温和50%相对湿度)和升高温度和湿度(例如,37℃和95%相对湿度)在上述范围内是一致的。
本文所述的粘合密封产品是可冷密封的,具有所需的抗粘合力,并且提供了防干扰封装物。抗粘合力是指在25℃施用100psi恒力一天后涂有粘合剂并且经干燥的表面的粘合力——即,粘合剂的非密封层相对于聚酰胺表面的粘合力——至多为0.75N/15mm,如通过本文所述的方法测定。粘合剂不含有机溶剂的潜在致敏性,并且可以通过常规施用技术(例如印刷)有效地施用至基底,例如膜基底。
下面的实施例是为了进一步说明本文所述的方法和组合物的某些方面,并且不旨在限制权利要求的范围。本文中,除非另有说明,份数和百分数按重量基准提供。
实施例
实施例1
组分%(重量) | |
水 | 44.56% |
种子胶乳 | 0.16% |
过硫酸钠 | 0.44% |
叔十二烷基硫醇 | 0.14% |
丙烯酸乙酯 | 9.52% |
丙烯酸 | 1.36% |
丙烯酸丁酯 | 32.60% |
二丙烯酸丁二醇酯 | 0.03% |
苯乙烯 | 10.88% |
氢氧化铵 | 0.22% |
偏亚硫酸氢钠 | 0.11% |
上文所列的单体在叔十二烷基硫醇(t-ddm)和过硫酸钠引发剂的存在下通过使用半间歇法进行聚合。聚合物使用聚苯乙烯晶种胶乳制备。保护胶体由丙烯酸和丙烯酸乙酯单体原位制备,并且具有的Tg为-7℃。根据该方法制备的共聚物的酸官能度通过使用氢氧化铵而部分中和。使用DSC测定的最终共聚物的Tg为-16℃。
实施例2
组分%(重量) | |
水 | 42.51% |
保护胶体 | 5.17% |
氢氧化铵 | 0.23% |
过硫酸钠 | 0.26% |
叔十二烷基硫醇 | 0.08% |
丙烯酸丁酯 | 36.20% |
甲基丙烯酸甲酯 | 12.35% |
二丙烯酸丁二醇酯 | 0.01% |
丙烯酸羟乙酯 | 3.10% |
叔丁基过氧化氢 | 0.05% |
抗坏血酸 | 0.05% |
上文所列的单体在叔十二烷基硫醇(t-ddm)、叔丁基过氧化氢、抗坏血酸和过硫酸钠引发剂的存在下通过使用半间歇法进行聚合。单体在保护胶体的存在下进行聚合,所述保护胶体包含Tg为6℃的丙烯酸/丙烯酸丁酯共聚物。根据该方法制备的聚合物的酸官能度通过使用氢氧化铵而部分中和。使用DSC测定的最终共聚物的Tg为-17℃。
实施例3
组分%(重量) | |
水 | 44.93% |
丙烯酸乙酯 | 3.54% |
种子胶乳 | 0.16% |
衣康酸 | 0.68% |
丙烯酸甲酯 | 6.60% |
丙烯酸丁酯 | 37.75% |
甲基丙烯酸甲酯 | 5.41% |
二丙烯酸丁二醇酯 | 0.11% |
氢氧化铵 | 0.19% |
过硫酸钠 | 0.34% |
叔十二烷基硫醇 | 0.08% |
偏亚硫酸氢钠 | 0.21% |
上文所列的单体在叔十二烷基硫醇(t-ddm)和过硫酸钠引发剂的存在下通过使用半间歇法进行聚合。聚合物使用聚苯乙烯晶种胶乳制备。保护胶体由衣康酸、丙烯酸乙酯和丙烯酸甲酯单体原位制备,并且具有的Tg为+7℃。根据该方法制备的共聚物的酸官能度通过使用氢氧化铵而部分中和。使用DSC测定的最终共聚物的Tg为-33℃。
测试程序
用聚酰胺脱模清漆涂布
用0.07mm线涂布器将GeckoTM冷密封脱模溶剂型聚酰胺清漆70GL282547(Huber Group)施用至OppalyteTM HM40OPP(取向聚丙烯)膜的预处理面,并且用热空气将经施用的清漆干燥10秒。脱模清漆施用率约为1.0g/m2。
涂布OPP膜
用棒涂布器将粘合剂施用至OPP膜OppalyteTM HM40(经表面处理的双轴取向聚丙烯,购自Exxon Mobil Corp.)的预处理面,并且在70℃干燥1分钟。涂布膜内衬涂有脱模清漆的OPP膜。
密封接缝强度(SSS)
从涂布膜切下1英寸宽的条,并且在密封设备上用60psi使这些条彼此密封(彼此粘合(adhesive to adhesive))0.5秒。在密封发生后5分钟内,使用180°剥离测试在300mm/min的剥离速度下测定剥离强度,以lb/ft或N/15mm计。
粘连测试(Blocking Test)
将涂布膜放置在OppalyteTM HM40OPP膜的脱模清漆涂布面上,在25℃下用100psi的恒力维持1天。然后,在800mm/min的剥离速度下测定1英寸宽的条的剥离强度,以lb/ft或N/15mm计。
再封闭强度(Reclose Strength)
制备用于测定密封接缝强度的试样,并且同样使其彼此密封。然后开启封口,并且用20psi的密封力再次封压封口。然后,测定的密封接缝强度是封闭后使用180°剥离测试测定的剥离强度,以lb/ft或N/15mm计。
所附权利要求的组合物和方法不局限于本文所描述的特定组合物和方法的范围,本文所描述的特定组合物和方法意在说明权利要求的一些方面,并且功能上等效的任何组合物和方法意在落入权利要求的范围内。除在本文中示出和描述的那些之外的组合物和方法的各种改进都意在落入所附权利要求的范围内。此外,尽管本文中仅具体描述了所公开的某些代表性的材料和方法步骤,这些材料和方法步骤的其它组合也意在落入所附权利要求的范围内,即使没有明确说明。因此,步骤、元素、组分或成分的组合在本文中可以被明确提及;然而,步骤、元素、组分和成分的其他组合也包括在内,即使没有明确说明。本文所用的术语“包含”及其变体与术语“包括”及其变体同义使用,并且它们是开放的、非限制性术语。尽管在本文中已经使用术语“包含”和“包括”描述各种实施方案,但是术语“基本由......组成”和“由......组成”可以用于替换“包含”和“包括”以提供更加具体的实施方案,并且这些实施方案也是本发明所公开的。
Claims (39)
1.一种粘合密封产品,其包含:
第一表面;
第二表面;和
将所述第一表面粘合至所述第二表面的粘合层;所述粘合层包含共聚物和保护胶体,所述共聚物衍生自包含一种或多种(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯并且具有使用差示扫描量热法(DSC)测定的-40℃至0℃的玻璃化转变温度(Tg)的单体,
其中通过使第一表面从第二表面分离来开启产品导致粘合层的粘合失效,从而导致再封闭粘合力小于0.5N/15mm。
2.权利要求1的产品,其中共聚物衍生自至少50%的一种或多种(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯。
3.权利要求1的产品,其中共聚物衍生自至少70%的一种或多种(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯。
4.权利要求1-3中任一项的产品,其中共聚物为苯乙烯-丙烯酸基共聚物,该共聚物还衍生自一种或多种苯乙烯和α-甲基苯乙烯。
5.权利要求4的产品,其中共聚物衍生自30%或更少量的苯乙烯。
6.权利要求1-3中任一项的产品,其中共聚物为纯的丙烯酸基共聚物,并且不包括苯乙烯。
7.权利要求1-6中任一项的产品,其中共聚物还衍生自一种或多种具有羧酸基团、酰胺基团和/或羟基基团的单体。
8.权利要求7的产品,其中一种或多种具有羧酸基团、酰胺基团和/或羟基基团的单体包括一种或多种选自以下的单体:丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、富马酸和(甲基)丙烯酰胺。
9.权利要求7的产品,其中一种或多种具有羧酸基团、酰胺基团和/或羟基基团的单体包括(甲基)丙烯酸C1至C10羟基烷基酯。
10.权利要求1-9中任一项的产品,其中共聚物衍生自一种或多种交联剂。
11.权利要求10的产品,其中共聚物衍生自一种或多种二丙烯酸酯交联剂。
12.权利要求1-11中任一项的产品,其中共聚物在单一阶段中制备。
13.权利要求1-12中任一项的产品,其中保护胶体衍生自包含一种或多种(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯和一种或多种烯键式不饱和羧酸的单体。
14.权利要求1-13中任一项的产品,其中粘合层包括少于0.1%的表面活性剂。
15.权利要求1-13中任一项的产品,其中粘合层基本上不含表面活性剂。
16.权利要求1-15中任一项的产品,其中共聚物具有大于300,000的重均分子量。
17.权利要求1-16中任一项的产品,其中粘合层具有小于3N/15mm的初始开启力。
18.权利要求17的产品,其中粘合层具有小于2N/15mm的初始开启力。
19.权利要求1-18中任一项的产品,其中第一表面和第二表面的至少一个为烯烃膜。
20.权利要求1-19中任一项的产品,其中第一表面和第二表面来自相同基底。
21.一种制备粘合密封产品的方法,其包括:
使用乳液聚合制备共聚物,所述乳液聚合包括在水性介质中在保护胶体的存在下使包含一种或多种(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯的单体聚合,以制备具有使用差示扫描量热法(DSC)测定的-40℃至0℃的玻璃化转变温度(Tg)的共聚物;
将共聚物施用至第一表面和第二表面;以及
将第一表面冷密封至第二表面,以制备粘合层,
其中通过使第一表面从第二表面分离来开启产品导致粘合层的粘合失效,从而导致再封闭粘合力小于0.5N/15mm。
22.权利要求21的方法,其中所述冷密封步骤在25psi至100psi的密封力下进行。
23.权利要求21或22的方法,其中所述冷密封步骤在15℃至30℃的温度下进行。
24.权利要求21-23中任一项的方法,其中制备步骤包括使含有至少50%的(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯的单体聚合。
25.权利要求21-23中任一项的方法,其中制备步骤包括使含有至少70%的一种或多种(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯的单体聚合。
26.权利要求21-25中任一项的方法,其中制备步骤包括使含有一种或多种苯乙烯和α-甲基苯乙烯的单体聚合。
27.权利要求26的方法,其中制备步骤包括使含有一种或多种30%或更少量的苯乙烯和α-甲基苯乙烯的单体聚合。
28.权利要求21-25中任一项的方法,其中制备步骤包括使不含苯乙烯的单体聚合。
29.权利要求21-28中任一项的方法,其中制备步骤包括使还包括一种或多种具有羧酸基团、酰胺基团和/或羟基基团的单体聚合。
30.权利要求29的方法,其中一种或多种具有羧酸基团、酰胺基团和/或羟基基团的单体包括一种或多种选自下组的单体:丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、富马酸和(甲基)丙烯酰胺。
31.权利要求29的方法,其中一种或多种具有羧酸基团、酰胺基团和/或羟基基团的单体包括(甲基)丙烯酸C1至C10羟基烷基酯。
32.权利要求21-31中任一项的方法,其中制备步骤包括使还包括一种或多种交联剂的单体聚合。
33.权利要求32的方法,其中制备步骤包括使还包括一种或多种二丙烯酸酯交联剂的单体聚合。
34.权利要求21-33的方法,其中所述乳液聚合由单一聚合步骤组成。
35.权利要求21-34中任一项的方法,其中制备步骤包括在保护胶体的存在下使单体聚合,所述保护胶体衍生自包含一种或多种(甲基)丙烯酸C1至C20烷基酯和一种或多种烯键式不饱和羧酸的单体。
36.权利要求21-35中任一项的方法,其中制备步骤包括在水性介质中使单体聚合,所述水性介质包含少于0.05%的表面活性剂。
37.权利要求21-35中任一项的方法,其中制备步骤包括在水性介质中使单体聚合,所述水性介质基本上不含表面活性剂。
38.权利要求21-37中任一项的方法,其中在施用步骤中第一表面和第二表面至少之一为烯烃膜。
39.权利要求21-38中任一项的方法,其中在施用步骤中第一表面和第二表面来自相同基底。
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CN107532049A (zh) * | 2015-04-20 | 2018-01-02 | 巴斯夫欧洲公司 | 水性冷密封粘合剂 |
CN107532049B (zh) * | 2015-04-20 | 2019-07-12 | 巴斯夫欧洲公司 | 水性冷密封粘合剂 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |