CN110691815A - 包含无定形丙烯-乙烯共聚物和丙烯聚合物的粘合剂组合物 - Google Patents
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Abstract
在本文中描述了无定形丙烯‑乙烯共聚物,其可以包含大量乙烯并表现出合意的软化点与针入度。在这些丙烯‑乙烯共聚物中软化点和针入度的合意的组合使它们具有宽操作窗口。由于它们的宽操作窗口,该丙烯‑乙烯共聚物可用于多种应用和产品,包括热熔性粘合剂。
Description
背景
1.发明领域
本发明大体上涉及无定形丙烯-乙烯共聚物和制造此类共聚物的方法。特别地,本发明大体上涉及具有合意的针入度、软化点、结晶度、粘度和粘弹性特征的无定形丙烯-乙烯共聚物。更特别地,本发明涉及可用于粘合剂组合物的低分子量无定形丙烯-乙烯共聚物,所述粘合剂组合物尤其在卫生应用中具有宽工艺窗口和高剥离强度。
2.相关技术的描述
无定形聚烯烃在工业中通常用于制造多种产品,包括例如粘合剂。用于粘合剂的常见聚烯烃通常包括由丙烯、乙烯和各种C4-C10 α-烯烃单体,如1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯和1-癸烯制成的共聚物。特别地,丙烯-丁烯共聚物由于源自这些共聚物的更高的粘合强度而通常用于制造热熔性粘合剂。源自这些共聚物的大部分粘合强度可以归因于其中所含的C4-C10 α-烯烃,其可以大大提高该共聚物随后的粘结性质。不幸的是,C4-C10 α-烯烃因市场供应状况而可能相当昂贵,并且还可在聚合过程中表现出有限的反应性。
由于C4-C10 α-烯烃的上述缺点,一些制造商已经尝试用乙烯替代C4-C10 α-烯烃。与许多C4-C10 α-烯烃不同,乙烯可更容易获得,并且比许多常用的C4-C10 α-烯烃如1-丁烯更具反应性。不幸的是,丙烯-乙烯共聚物可能在硬度方面表现出缺陷,由此导致随时间缺乏理想的粘结强度的粘合剂。一些制造商已经尝试通过在其中并入结晶聚丙烯来提高这些共聚物的硬度。但是,通过向这些共聚物中添加结晶聚丙烯,还提高了该共聚物的软化点。由于更高的软化点,这可将这些共聚物的应用限制于某些类型的粘合剂。
由此,需要表现出硬度与软化点之间的理想平衡并还可用于制造具有改进的粘合特征的粘合剂的无定形共聚物。
此外,本发明还涉及可用于粘合剂组合物的低分子量无定形丙烯-乙烯共聚物,所述粘合剂组合物尤其在卫生应用中具有宽工艺窗口和高剥离强度。需要高剥离强度的动机是考虑卫生品使用者(尤其是尿布使用者)的安全。较低的剥离强度可导致保持尿布结构的各种要素的粘结线过早失效,并随后使尿布使用者暴露于超强吸收材料。关于低剥离强度的另一问题是局部粘结失效,这在尿布破损时会导致体液沟流,造成尿布穿着者的整体保护降低。
已经进行了各种尝试来模仿苯乙烯/异戊二烯/苯乙烯聚合物(SIS)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物粘合剂配制物的性能。将更复杂的苯乙烯类共聚物(苯乙烯-乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(SEEPS)、苯乙烯-异戊二烯-丁烯-苯乙烯(SIBS)、苯乙烯-乙烯-丁烯(SEB)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(SEPS)和苯乙烯-丁烯-丁烯-苯乙烯(SBBS))、各种其它热塑性橡胶、链穿梭催化的烯烃嵌段共聚物(OBC)和无定形聚α烯烃(APAO)引入卫生行业是此类努力的实例。文献还记载了使用茂金属催化的烯烃。然而,该尝试未能实现制造产生宽工艺窗口同时结合高剥离强度的简单配制物的目标。因此,需要可以在粘合剂配制物中提供这些属性的此类聚合物。
发明概述
本发明的一个或多个实施方案涉及包含丙烯和乙烯的共聚物,其具有在90至140℃的范围内的软化点。此外,该共聚物具有等于y的针入度,y由下式限定:
y ≤ -0.000000262249x6 + 0.000172031278x5 - 0.046669720165x4 +6.701746779438x3 - 537.286013331959x2 + 22,802.983472587x - 400,204.018086126。在上式中,x是该共聚物的软化点。
此外,本发明的一个或多个实施方案涉及包含丙烯和乙烯的共聚物。该共聚物具有110至135℃的软化点和小于25 dmm的针入度。
此外,本发明的一个或多个实施方案涉及包含丙烯和乙烯的共聚物。该共聚物具有90至121℃的软化点和小于35 dmm的针入度。
另外,本发明的一个或多个实施方案涉及包含丙烯和乙烯的共聚物。该共聚物具有90至小于115℃的软化点和等于或小于53 dmm的针入度。
另外,本发明的一个或多个实施方案涉及包含丙烯和乙烯的低分子量共聚物。该低分子量共聚物具有90至140℃的软化点。该低分子量共聚物具有等于y的针入度,其中y由下式限定:
y ≤ -0.000000262249x6 + 0.000172031278x5 - 0.046669720165x4 +6.701746779438x3 - 537.286013331959x2 + 22,802.983472587x - 400,204.018086126,
其中上式中的x是该共聚物的软化点;
其中该低分子量共聚物具有大约3至大约25的分子量多分散性指数、通过X射线衍射获得的大约18%至大约30%的结晶度、和通过ASTM D 3236测得的在190◦C下大约1,000至大约4,000 cp的布氏粘度。
此外,本发明的一个或多个实施方案涉及热熔性粘合剂。该热熔性粘合剂含有包含丙烯和乙烯的共聚物。该共聚物具有90至140℃的软化点和等于y的针入度,y由下式限定:
y ≤ -0.000000262249x6 + 0.000172031278x5 - 0.046669720165x4 +6.701746779438x3 - 537.286013331959x2 + 22,802.983472587x - 400,204.018086126。在上式中,x是该共聚物的软化点。
此外,本发明的一个或多个实施方案涉及制造共聚物的方法。该方法包括使丙烯与乙烯在包含电子给体的催化剂体系的存在下反应以形成该共聚物。该共聚物具有90至140℃的软化点和等于y的针入度,y由下式限定:
y ≤ -0.000000262249x6 + 0.000172031278x5 - 0.046669720165x4 +6.701746779438x3 - 537.286013331959x2 + 22,802.983472587x - 400,204.018086126。在上式中,x是该共聚物的软化点。
在本发明的又一实施方案中,提供了制造共聚物的方法。该方法包括使丙烯与乙烯在包含电子给体的催化剂体系的存在下反应以形成该共聚物。该共聚物具有110至140℃的软化点和等于y的针入度,y由下式限定:
y ≤ -0.000751414552642x4 + 0.374053308337937x3 - 69.5967657676062x2 + 5,734.02599677759x - 176,398.494888882。在上式中,x是该共聚物的软化点。
本发明的一个或多个实施方案涉及包含至少一种丙烯-乙烯共聚物和至少一种丙烯聚合物的粘合剂组合物,其中该丙烯-乙烯共聚物包含至少10重量%的乙烯和具有至少99℃的软化点。
本发明的一个或多个实施方案涉及包含至少一种丙烯-乙烯共聚物和至少一种丙烯聚合物的粘合剂组合物,其中该丙烯-乙烯共聚物具有至少3的多分散性。
附图概述
在本文中参考下列附图描述本发明的实施方案,其中:
图1A描绘了实施例1中制得的特定丙烯-乙烯共聚物的粘弹性特征;
图1B描绘了实施例1中制得的特定丙烯-乙烯共聚物的粘弹性特征;
图2描绘了实施例4中制得的粘合剂的粘弹性特征;
图3描绘了实施例5中制得的粘合剂的粘弹性特征;
图4描绘了实施例6中制得的粘合剂的粘弹性特征;
图5描绘了对比Aerafin® 180共聚物随温度变化的粘弹性质;
图6描绘了本发明的低分子量共聚物随温度变化的粘弹性质;
图7描绘了本发明的低分子量共聚物和对比Aerafin® 180共聚物的毛细管流变特性;
图8描绘了分子量的实验布局;
图9描绘了各种分子量分布的粘合剂组合物的剥离强度性能;
图10描绘了各种粘合剂配制物中随本发明的低分子量共聚物含量而变的剥离强度;和
图11-20描绘了含有本发明的低分子量共聚物的粘合剂组合物的剥离强度vs喷涂温度,以及对比数据。
发明详述
本发明大体上涉及无定形丙烯-乙烯共聚物以及它们的各种应用。目前市场上许多现有的丙烯-乙烯共聚物通常表现出关于它们的软化点或硬度的缺陷。本文中描述的本发明的共聚物表现出目前在这些市售共聚物中无法获得的改善的性质。特别地,如下文中更详细地描述的,本发明的共聚物可以表现出合意的软化点和针入度,由此获得可用于多种应用的共聚物。此外,本发明的低分子量共聚物提供了附加的特征,包括用于粘合剂应用的宽操作窗口以及高剥离强度。
丙烯-乙烯共聚物
市售丙烯-乙烯共聚物通常不够牢固以用在用于包装应用或卫生产品(例如尿布和女性护理产品)的粘合剂中。通常,这与缺乏共聚物的强度与粘合性质之间的平衡有关。在历史上,为了制造具有足够强度的共聚物,必须限制该共聚物的乙烯含量。已经观察到在共聚物的乙烯含量与其软化点和针入度(其指示共聚物强度)之间存在相关性。通常,乙烯含量可以与该共聚物的软化点具有负相关性,并与该共聚物的针入度具有正相关性。换句话说,共聚物中存在的乙烯越多,该共聚物的软化点越低,且针入度越高。由此,提高丙烯-乙烯共聚物中的乙烯含量可以降低该共聚物的软化点,但也会如提高的针入度所示损害其强度。
与目前可用的常规丙烯-乙烯共聚物不同,本发明的共聚物可以在乙烯含量相对较高的情况下表现出合意的软化点和针入度。如前所述,由于乙烯与其它α-烯烃相比的高可用性和低成本,可能合意的是利用乙烯作为丙烯共聚物中的共聚单体。此外,由于乙烯的反应性远高于许多其它α-烯烃,使用乙烯作为共聚单体可存在聚合优点。
根据各种实施方案,本文中描述的丙烯-乙烯共聚物可以包含不同量的乙烯。例如,该丙烯-乙烯共聚物可以包含至少1、3、5、7、10、12、14、15、17、18或20和/或不超过70、65、60、55、50、45、40、35、30、27或25重量%的乙烯。此外,该丙烯-乙烯共聚物可以包含1至70、3至65、5至60、7至55、10至50、12至45、14至40、15至35、17至30、18至27或20至25重量%的乙烯。
此外,在各种实施方案中,该丙烯-乙烯共聚物可以含有不同量的丙烯。例如,该丙烯-乙烯共聚物可以包含至少40、50、60、65或70和/或不超过99、95、90、85或80重量%的丙烯。此外,该丙烯-乙烯共聚物可以包含40至99、50至95、60至90、65至85或70至80重量%的丙烯。
在各种实施方案中,该共聚物可以包含至少50、65、75或85和/或不超过99、97.5、95或90重量%的乙烯与丙烯的组合。此外,该共聚物可以包含50至99、65至97.5、75至95或85至90重量%的乙烯与丙烯的组合。此外或替代地,该共聚物可以具有至少0.5:1、1:1、2:1或2.5:1和/或不超过20:1、15:1、10:1或5:1的丙烯与乙烯的重量比。此外,该共聚物可以具有0.5:1至20:1、1:1至15:1、2:1至10:1或2.5:1至5:1的丙烯与乙烯的重量比。
在各种实施方案中,该共聚物可以含有一种或多种C4-C10 α-烯烃。如前所述,C4-C10 α-烯烃可用于提高该共聚物在用于粘合剂时的所得粘结强度。这些C4-C10 α-烯烃可以包括例如1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯及其组合。根据一个或多个实施方案,该共聚物可以包含至少0.5、1、2、3、4或5和/或不超过40、30、25、20、15或10重量%的至少一种C4-C10 α-烯烃。此外,该共聚物可以包含0.5至40、1至30、2至25、3至20、4至15或5至10重量%的至少一种C4-C10 α-烯烃。
如上所述,该共聚物的较低的软化点是合意的,以使该共聚物可以在较低的应用温度下被使用和处理。在各种实施方案中,该共聚物可以具有至少85、90、95、96、97、98、99、100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、113、115、116、119、120、121、124、125或127℃的软化点。此外或替代地,该共聚物可以具有不高于145、140、138、137、136、135、134、132、130、129、128、127、126、125、124、123、122、121、120、118、117、115、110或109.9℃的软化点,其根据ASTM E28 Standard Test Method for Softening Point of ResinsDerived from Pine Chemicals and Hydrocarbons通过环球法设备采用5℃/分钟的加热速率和USP Glycerin浴液测得。
此外,该共聚物可以具有如前所述根据ASTM E28测得的85至145℃, 90至140℃,90至110℃, 90至121℃, 90至115℃, 95至138℃, 95至110℃, 96至136℃, 97至135℃,98至134℃, 99至132℃, 100至130℃, 101至129℃, 102至128℃, 103至127℃, 104至126℃, 105至125℃, 106至124℃, 107至123℃, 108至122℃, 109至121℃或110至120℃的软化点。
尽管表现出上述低软化点,该共聚物还可以表现出合意的针入度值。通常,针入度值越低,共聚物的强度特征和模量越高;但是,如果针入度过低,则粘合性质可以受到不利的影响。在各种实施方案中,当软化点为90至140℃时,本文中描述的共聚物的针入度值可以由下式限定:
y ≤ -0.000000262249x6 + 0.000172031278x5 - 0.046669720165x4 +6.701746779438x3 - 537.286013331959x2 + 22,802.983472587x - 400,204.018086126。在上式中,“y”限定了该共聚物的针入度(dmm),且“x”是该共聚物的软化点(℃)。
按照ASTM D5 Standard Test Method for Penetration of BituminousMaterials并使用以下规格测量针入度:
•锭子重量为47.5 +/- 0.05克。
•套圈针组装件的重量为2.50 +/- 0.05克。
•针与锭子组装件的总重量为50.0 +/- 0.05克。
•还应提供50 +/- 0.05克的砝码以达到100克的总载荷。
•将样品在水浴中在25 +/- 0.1℃[77 +/- 0.2℉]的温度下调理。
•针刺入样品的时间为5 +/- 0.1秒。
在各种其它实施方案中,当软化点为110至140℃时,本文中描述的共聚物的针入度值可以由下式限定:
y ≤ -0.000751414552642x4 + 0.374053308337937x3 - 69.5967657676062x2 + 5,734.02599677759x - 176,398.494888882。在上式中,“y”限定了该共聚物的针入度(dmm),且“x”是该共聚物的软化点(℃)。
在各种实施方案中,该共聚物可以具有如前所述根据ASTM D5测得的至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、15、20、30或35丝米(“dmm”)的针入度。此外或替代地,该共聚物可以具有如前所述根据ASTM D5测得的不超过75、73.8、70、60、50、45、40、30、29、28、27、26、25、24、23、22、21、20或15 dmm的针入度。此外,该共聚物可以具有如前所述根据ASTM D5测得的1至75、2至50、3至30、4至29、5至28、6至27、7至26、8至25、9至24、10至23、11至22、12至21或13至20 dmm的针入度。
取决于它们的预期最终用途,该共聚物可以具有不同的软化点和针入度范围。在各种实施方案中,该共聚物可以具有90至121℃的软化点和小于35 dmm的针入度。在其它实施方案中,该共聚物可以具有90至115℃的软化点和小于53 dmm的针入度。在各种实施方案中,该共聚物可以具有110至138℃的软化点和1至15 dmm的针入度。此外,在某些实施方案中,该共聚物可以具有110至135℃的软化点和5至15 dmm的针入度。此外,在某些实施方案中,该共聚物可以具有110至130℃的软化点和10至15 dmm的针入度。
在各种实施方案中,该共聚物可以具有110至137℃的软化点和1至22 dmm的针入度。此外,在某些实施方案中,该共聚物可以具有110至135℃的软化点和5至22 dmm的针入度。在其它实施方案中,该共聚物可以具有110至135℃的软化点和10至24 dmm的针入度。此外,在某些实施方案中,该共聚物可以具有110至130℃的软化点和10至20 dmm的针入度。
在各种实施方案中,该共聚物可以具有110至134℃的软化点和1至25 dmm的针入度。此外,在某些实施方案中,该共聚物可以具有110至132℃的软化点和5至25 dmm的针入度。此外,在某些实施方案中,该共聚物可以具有110至130℃的软化点和10至25 dmm的针入度。
在各种实施方案中,该共聚物可以具有110至124℃的软化点和1至30 dmm的针入度。此外,在某些实施方案中,该共聚物可以具有110至122℃的软化点和5至30 dmm的针入度。此外,在某些实施方案中,该共聚物可以具有110至120℃的软化点和10至30 dmm的针入度。
在各种实施方案中,该共聚物可以具有110至120℃的软化点和30至50 dmm的针入度。此外,在某些实施方案中,该共聚物可以具有110至120℃的软化点和35至50 dmm的针入度。此外,在某些实施方案中,该共聚物可以具有110至120℃的软化点和30至45 dmm的针入度。
在各种实施方案中,该共聚物可以具有90至125℃的软化点和小于30 dmm的针入度。此外,在某些实施方案中,该共聚物可以具有90至123℃的软化点和小于35 dmm的针入度。此外,在某些实施方案中,该共聚物可以具有90至125℃的软化点和10至30 dmm的针入度。
在各种实施方案中,该共聚物可以具有90至109.9℃的软化点和小于73.8 dmm的针入度。此外,在某些实施方案中,该共聚物可以具有127至140℃的软化点和小于25 dmm的针入度。此外,在某些实施方案中,该共聚物可以具有124至126℃的软化点和小于30 dmm的针入度。
在各种实施方案中,该共聚物可以具有121至123℃的软化点和小于40 dmm的针入度。此外,在某些实施方案中,该共聚物可以具有119至120℃的软化点和小于50 dmm的针入度。此外,在某些实施方案中,该共聚物可以具有116至118℃的软化点和小于60 dmm的针入度。在其它实施方案中,该共聚物可以具有113至117℃的软化点和小于70 dmm的针入度。
通常,共聚物中较低的软化点有时可伴随着较低的玻璃化转变(“Tg”)温度。在各种实施方案中,该共聚物可以具有根据DMA测得的至少-100、-80、-60或-40和/或不超过大约20、0、-10或-20℃的玻璃化转变温度。此外,该共聚物可以具有根据DMA测得的-100至20℃、-80至0℃、-60至-10℃或-40至-20℃的Tg。
此外,在各种实施方案中,该共聚物可以具有根据ASTM D3236测得的至少100、500、1,000、3,000或5,000和/或不超过大约100,000、75,000、50,000、35,000或25,000 cP的在190℃下的熔体粘度。此外,该共聚物可以具有根据ASTM D3236测得的100至100,000、500至75,000、1,000至50,000、3,000至35,000或5,000至25,000 cP的在190℃下的熔体粘度。
根据一个或多个实施方案,该共聚物可以具有根据ASTM D3236测得的至少100、300、500或750和/或不超过30,000、10,000、5,000或2,500 cps的在190℃下的布氏粘度。此外,该共聚物可以具有100至30,000、300至10,000、500至5,000或750至2,500 cps的在190℃下的布氏粘度。
在一个或多个实施方案中,本文中描述的共聚物还可以具有通过凝胶渗透色谱法测定的小于100,000、50,000或25,000的数均分子量(Mn)。
在各种实施方案中,当施以长时间在升高的温度下的储存条件时,本文中描述的共聚物没有表现出明显的颜色改变。在发生储存造成的任何老化之前,本发明的共聚物可以具有根据ASTM D1544测得的小于4、3、2或1的初始加德纳颜色。在177℃下热老化至少96小时后,本发明的共聚物可以表现出根据ASTM D1544测得的小于7、5、3或2的最终加德纳颜色。由此,本发明的共聚物即使在长时间储存和暴露后也可以保持合意的颜色。
此外,本文中描述的共聚物可以是无定形或半结晶的。本文中所用的“无定形”是指共聚物具有根据ASTM E 794-85使用差示扫描量热法(“DSC”)测得的小于5%的结晶度。本文所用的“半结晶”是指共聚物具有根据ASTM E 794-85使用DSC测得的5至40%的结晶度。在各种实施方案中,该共聚物可以具有根据ASTM E 794-85使用DSC测得的不超过60、40、30、20、10、5、4、3、2或1%的结晶度。
低分子量丙烯-乙烯共聚物
在本发明的各种实施方案中,本发明的丙烯-乙烯共聚物可以包含低分子量丙烯-乙烯共聚物。这些低分子量丙烯-乙烯共聚物可以具有就丙烯-乙烯共聚物而言在上文中描述的任何特征和性质,并在下文中更详细地描述。
在本发明的各种实施方案中,提供了包含丙烯和乙烯,并且具有90至140℃的软化点的共聚物。此外,该共聚物可以具有等于y的针入度,其中y由下式限定:
y ≤ -0.000000262249x6 + 0.000172031278x5 - 0.046669720165x4 +6.701746779438x3 - 537.286013331959x2 + 22,802.983472587x - 400,204.018086126,其中上式中的“x”是该共聚物的软化点。此外,该共聚物可以具有大约3至大约25的分子量多分散性、通过X射线衍射测得的大约18至大约30%的结晶度、和通过ASTM D3236测得的在190℃下大约1,000至大约4,000 cP的布氏粘度。
本发明的低分子量共聚物可用于制造基于聚烯烃的热熔性粘合剂,所述热熔性粘合剂用于制造层压物品。包含该低分子量共聚物的粘合剂也可用于制备个人护理卫生制品,如婴儿和成人失禁尿布、衬垫和妇女卫生巾。尽管使用低分子量的聚烯烃,本发明的热熔性粘合剂既提供了层压结构制造过程中的宽工艺窗口,又提供了高剥离强度。本发明的热熔性粘合剂对于跨越宽工艺窗口的层压材料可以产生基本一致的剥离强度。
此外,令人惊讶的是,尽管与对比聚合物的软化点和结晶度相反,本发明的低分子量共聚物具有相对高的软化点和结晶度,但含有本发明的低分子量共聚物的热熔性粘合剂组合物可以容易地在较低温度下施加。可以使用各种喷涂喷嘴和狭缝模头在大约120至大约160℃的温度下施加含有本发明的低分子量共聚物的粘合剂配制物。其它范围是大约130℃至大约160℃和大约130℃至大约150℃,并在100至600米/分钟的各种机器速度下。
根据实施例14-16中概述的程序测量该低分子量共聚物的某些性质。否则,使用本说明书中列举的测试方法。
在各种实施方案中,该低分子量丙烯-乙烯共聚物可以具有大约25,000至大约50,000的重均分子量(Mw)。Mw的其它示例性范围为大约30,000至大约45,000和大约35,000至大约40,000。在其它实施方案中,该低分子量丙烯-乙烯共聚物的数均分子量(Mn)可以为大约1,000至大约20,000。其它示例性范围为大约1,500至大约16,000、大约2,000至大约15,000和2,500至14,000。在其它实施方案中,该低分子量丙烯-乙烯共聚物的z均分子量(Mz)可以为大约80,000至大约140,000。Mz的其它示例性范围为大约85,000至大约130,000、大约90,000至大约120,000和大约100,000至大约120,000。该低分子量共聚物的分子量(Mn、Mw和Mz)可以根据实施例14-16中概述的程序来测量。
在各种实施方案中,该低分子量丙烯-乙烯共聚物的多分散性(Mw/Mn) 可以为大约3至大约25、大约4至大约24、大约5至大约20、大约6至大约15和大约8至大约10。在各种实施方案中,该低分子量丙烯-乙烯共聚物可以具有至少3、4、5、6、7或8和/或不超过25、24、20、15或10的多分散性。
在各种实施方案中,该低分子量丙烯-乙烯共聚物的玻璃化转变温度(Tg)可以为大约-45至大约-30℃。
在各种实施方案中,该低分子量丙烯-乙烯共聚物的熔融温度(Tm)可以为大约90至大约138℃、大约100至大约135℃和大约120至大约130℃。
在各种实施方案中,该低分子量丙烯-乙烯共聚物的熔融能∆Hm(J/g)可以小于15J/g。
在各种实施方案中,如通过X射线衍射测得的那样,该低分子量丙烯-乙烯共聚物的结晶度可以为大约18至大约30%。结晶度的其它示例性范围包括大约20至大约30%、大约22至大约28%和大约22至大约26%。
在各种实施方案中,该低分子量丙烯-乙烯共聚物的结晶温度(Tc)可以为大约50至大约110℃、大约60至大约80℃和大约50至大约70℃。
在各种实施方案中,该低分子量丙烯-乙烯共聚物的结晶能(∆Hc)可以小于20 J/g、小于15 J/g或小于10 J/g。
在各种实施方案中,该低分子量丙烯-乙烯共聚物在190℃下的布氏粘度可以为大约1,000 cP至大约4,000 cP、大约1,200 cP至大约3,600 cP和大约1,500 cP至大约3,000cP。
在各种实施方案中,该低分子量丙烯-乙烯共聚物在25℃下的储能模量(G’)可以为大约1 MPa至10 MPa、大约2 MPa至大约8 MPa和大约3 MPa至大约5 MPa。
在各种实施方案中,该低分子量丙烯-乙烯共聚物的拉伸强度可以为大约2.5 MPa至大约4.5 MPa或大约2.7 MPa至大约3.5 MPa。
在各种实施方案中,该低分子量丙烯-乙烯共聚物的G’/G’’交叉温度可以为大约100至大约120℃或大约105至大约110℃。
在各种实施方案中,该低分子量丙烯-乙烯共聚物在交叉温度下的tan δ可以为大约0.35至大约0.50或大约0.38至大约0.48。
在本发明的各种实施方案中,该低分子量丙烯-乙烯共聚物具有大约25,000至大约45,000的重均分子量、大约1,000至大约12,000的数均分子量、大约90,000至大约140,000的z均分子量、大约3至大约25的多分散性(Mw/Mn)、大约20%至大约30%的结晶度、和在190℃下1,000至4,000 cP的布氏粘度。用于本发明的配制物的低分子量丙烯-乙烯共聚物的附加示例性特征包括1至10MPa的储能模量(在25℃下的G');110至120℃的交叉温度(对于G'和G'')与0.35至0.50的相关tan δ;以及-40至-25℃的玻璃化转变温度。
制造丙烯-乙烯共聚物的方法
在各种实施方案中,可以通过使丙烯单体与乙烯单体在包含至少一种电子给体的催化剂体系的存在下反应来制造该共聚物。
在各种实施方案中,该催化剂体系可以包含Ziegler-Natta催化剂。根据一个或多个实施方案,该Ziegler-Natta催化剂可以含有含钛组分、铝组分和电子给体。在某些实施方案中,该催化剂包含在氯化镁载体上的氯化钛。
在某些实施方案中,该催化剂体系可以包含由钛化合物组合有机铝助催化剂形成的非均相负载型催化剂体系。在各种实施方案中,该助催化剂可以包含烷基铝助催化剂(“TEAL”)。
在一个或多个实施方案中,该催化剂体系可以具有至少1:1、5:1、10:1或15:1和/或不超过100:1、50:1、35:1或25:1的铝与钛的摩尔比。此外,该催化剂体系可以具有1:1至100:1、5:1至50:1、10:1至35:1或15:1至25:1的铝与钛的摩尔比。此外或替代地,在各种实施方案中,该催化剂体系可以具有至少0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1或6:1和/或不超过100:1、50:1、35:1、20:1、15:1、10:1或8:1的铝与硅的摩尔比。此外,该催化剂体系可以具有0.5:1至100:1、1:1至50:1、2:1至35:1、2:1至20:1、2:1至15:1、2:1至10:1或2:1至8:1的铝与硅的摩尔比。
电子给体能够提高共聚物的立体专一性。但是,严格调节电子给体的含量可以是重要的,因为在一些情况下它们可以抑制催化剂活性至不可接受的水平。聚合过程中使用的电子给体可以包括例如有机酯、醚、醇、胺、酮、酚、膦和/或有机硅烷。此外,该催化剂体系可以包含内部给体和/或外部给体。
在各种实施方案中,该催化剂体系包含至少一种外部电子给体。在一个或多个实施方案中,该外部电子给体包含至少一种烷氧基硅烷。特别地,在某些实施方案中,该烷氧基硅烷可以包含二环戊基二甲氧基硅烷、环己基甲基二甲氧基硅烷或其组合。此外,在一些实施方案中,该烷氧基硅烷可以包含二环戊基二甲氧基硅烷、基本由其组成或完全由其组成。
已经观察到,将上述外部给体添加到催化剂体系中可以提高该共聚物的硬度(即降低针入度)和粘度。但是,与现有技术中先前已经观察到的相反,上述电子给体实际上可以降低制得的共聚物的软化点,而不是提高该软化点。此外,已经观察到,当使用上述电子给体时,在聚合过程中添加到反应器中的基本所有(即大于95%)乙烯可以反应。由此,这可以获得具有更高乙烯含量和更低丙烯含量的共聚物。因此,当使用上述电子给体时,可以制造具有更高乙烯含量但仍表现出软化点与硬度之间的所需平衡的丙烯-乙烯共聚物。
此外,根据各种实施方案,该催化剂体系可以具有至少0.1:1、0.5:1、1:1、1.25:1、1.5:1或2:1和/或不超过20:1、15:1、10:1、5:1、4.5:1或4:1的电子给体与钛的摩尔比。此外,该催化剂体系可以具有0.1:1至20:1、0.5:1至15:1、1:1至10:1、1.25:1至5:1、1.5:1至4.5:1或2:1至4:1的电子给体与钛的摩尔比。此外或替代地,在各种实施方案中,该催化剂体系可以具有至少0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1或6:1和/或不超过100:1、50:1、35:1、20:1、15:1、10:1或8:1的TEAL助催化剂与电子给体的摩尔比。此外,该催化剂体系可以包含0.5:1至100:1、1:1至50:1、2:1至35:1、2:1至20:1、2:1至15:1、2:1至10:1或2:1至8:1的TEAL助催化剂对电子给体的摩尔比。在某些实施方案中,电子给体的类型可以影响所需TEAL/电子给体之比。例如,在电子给体是二环戊基二甲氧基硅烷的实施方案中,该TEAL/电子给体之比可以小于20:1。
该催化剂体系可以表现出200至2,000、400至1,200或500至1,000 g/g的催化剂活性。通过测量反应器中制得的聚合物重量与装入反应器的催化剂重量之比来计算催化剂活性。这些测量基于1小时的反应时间。
由于添加外部给体可以提高粘度和分子量,可以要求加入氢气以在聚合期间充当链终止剂。例如,该方法可以在5至100、10至80或15至50 psig的氢气压力下进行。
在各种实施方案中,该聚合反应可以在100至200,110至180,或120至150℃的温度下发生。此外,该聚合反应可以在500至2,000,700至1500,或800至1250 psig的压力下进行。
在某些实施方案中,该反应器可以包括搅拌反应器,并且该聚合反应可以具有0.1至6、0.5至4或1至2小时的在反应器中的停留时间。在各种实施方案中,可以将乙烯作为气体添加到反应器中,并且可以将丙烯作为液体添加。
并入该丙烯-乙烯共聚物的最终产品
本文中描述的本发明的丙烯-乙烯共聚物和包含这些共聚物的组合物可用于多种应用,包括例如粘合剂、密封剂、填缝剂、屋顶膜、防水膜和衬垫物(underlayments)、地毯、层压材料、层压制品、胶带(例如防拆胶带(tamper evident tapes)、水活化胶带、涂胶胶带、密封胶带、稀松布增强胶带、饰面胶带、增强和非增强胶纸胶带、盒子制造胶带(box makerstape)、纸胶带、包装胶带、HVAC强力胶带、遮蔽胶带、隐形胶带、电工胶带、电器(gaffer)胶带、曲棍球胶带、医用胶带等等)、标签(例如通用标签、饮料标签、冷冻机标签、智能标签、消费性电子产品标签等等)、填补剂(mastics)、聚合物共混物、线缆涂料、模塑制品、热密封涂料、一次性卫生用品、隔热玻璃(IG)组件、桥面、防水膜、防水化合物、衬垫物、电缆涂覆/填充化合物、片状模塑料、团状模塑料、重叠注塑料、橡胶胶料、聚酯复合材料、玻璃复合材料、玻璃纤维增强塑料、木塑复合材料、聚丙烯酸系共混化合物、失蜡精密铸件、熔模铸造蜡组合物、蜡烛、窗户、膜、垫片、密封件、O形圈、汽车模制部件、汽车挤塑部件、服装制品、橡胶添加剂/加工助剂、以及纤维。
包含本文中所述的本发明的丙烯-乙烯共聚物和含有这些共聚物的组合物的膜包括但不限于多层膜、共挤出膜、压延膜和浇铸膜。包含本发明的丙烯-乙烯聚合物或含有本发明的丙烯-乙烯聚合物的组合物的层压材料包括但不限于纸-箔层压材料、纸-膜层压材料和无纺布-膜层压材料。
包含本文中所述的本发明的丙烯-乙烯共聚物和含有这些共聚物的组合物的粘合剂组合物包括包装粘合剂、食品接触级粘合剂、间接食品接触包装粘合剂、产品组装粘合剂、木工粘合剂、地板粘合剂、汽车组装粘合剂、结构粘合剂、床垫粘合剂、压敏粘合剂(PSA)、PSA胶带、PSA标签、PSA保护膜、自粘膜、层压粘合剂、柔性包装粘合剂、热密封粘合剂、工业粘合剂、卫生无纺布结构粘合剂、卫生芯完整性粘合剂(hygiene core integrityadhesives)和卫生弹性附件粘合剂。
在某些实施方案中,本文中描述的共聚物可用于粘合剂,如热熔性粘合剂、水基粘合剂、溶剂基粘合剂、热熔性压敏粘合剂、溶剂基压敏粘合剂、热熔性无纺布/卫生粘合剂、热熔性产品组装粘合剂、热熔性木工粘合剂和热熔性包装粘合剂。特别地,由于如前所述的它们的软化点与针入度的独特组合,由本发明的共聚物制得的粘合剂可以用于多种最终产品,包括卫生包装和其它包装应用。在许多实施方案中,可以选择本发明的共聚物的各种性质,如软化点和针入度以适应并入该共聚物的组合物的预期最终用途。
在某些实施方案中,本发明的共聚物可用于制造用于包装、产品组装、膜层压、木工和/或型材包覆的粘合剂。
在各种实施方案中,本发明的粘合剂包含热熔性粘合剂。热熔性粘合剂可以在其熔融状态下施加到基底上并冷却以硬化该粘合剂层。此类粘合剂广泛用于各种商业和工业应用,如产品组装和包装。在这些应用中,将粘合剂施加到至少一个基底上以将该基底粘结到类似或不同的第二基底上。
粘合剂配方设计者和使用者通常需要具有物理性质的有利平衡的热稳定浅色热熔性粘合剂,所述物理性质包括耐高温性、耐化学性、粘结强度、粘度、对各种基底的粘合性、以及开放和固化时间(open and set times),其可以对特定使用和施加条件进行定制。所需性质的平衡随应用而变,并且本文中描述的本发明的热熔性组合物提供了用于多种最终用途的改进的性质平衡。
该热熔性粘合剂组合物可以具有适用于常规热熔性粘合剂施加设备的熔体流变学和热稳定性。在各种实施方案中,该热熔性粘合剂组合物的共混组分在施加温度下具有低熔体粘度,由此促进该组合物流经涂布设备,例如涂布模头或喷嘴。
该热熔性粘合剂组合物可用于粘结多种基底,包括例如纸板、涂布纸板、卡纸、纤维板、未使用的和再循环的牛皮纸、高密度和低密度牛皮纸、刨花板、经处理和涂布的牛皮纸与刨花板、以及其瓦楞形式、粘土涂布的刨花板纸箱原料、复合材料、皮革、聚合物膜(例如聚烯烃膜(例如聚乙烯和聚丙烯)、聚氯乙烯膜、乙烯-乙酸乙烯酯膜、聚酯膜、金属化聚合物膜、多层膜及其组合)、纤维和由纤维制成的基底(例如未使用的纤维、再循环的纤维、合成聚合物纤维、纤维素纤维及其组合)、防粘衬里、多孔基底(例如织造网幅、非织造网幅、非织造稀松布和穿孔膜)、纤维素基底、片材(例如纸张,以及纤维片材)、纸制品、胶带背衬及其组合。可用的复合材料包括例如层压到金属箔(例如铝箔)上的刨花板(其任选可以层压到至少一层聚合物膜上)、粘结到膜上的刨花板、粘结到膜(例如聚乙烯膜)上的牛皮纸及其组合。
该热熔性粘合剂组合物可以在多种应用和构造中用于将第一基底粘结到第二基底上,包括例如包装、袋子、盒子、纸箱、箱子、托盘、多层袋、包括附件的制品(例如附着到饮料盒上的吸管)、令纸包装(ream wrap)、香烟(例如滤棒成型纸)、过滤器(例如褶式过滤器和过滤器框)、书籍装订、鞋类、一次性吸收制品(例如一次性尿布、卫生巾、医用敷料(例如伤口护理产品)、绷带、手术垫、窗帘、手术服和肉类包装)、纸制品,包括例如纸巾(例如多用途巾)、卫生纸、化妆纸、湿纸巾、纸巾、毛巾(例如纸巾)、被单、床垫罩和吸收制品的组件,包括例如吸收元件、吸收芯、不可渗透层(例如背衬)、薄纸(例如包装薄纸)、集液层和机织与非织的网幅层(例如覆面纸、吸水纸)、及其组合。
该热熔性粘合剂组合物还可用于形成多孔基底与聚合物膜的层压材料,如用于制造一次性制品的那些,所述一次性制品包括例如医用窗帘、医用罩衣、被单、女性卫生用品、尿布、成人失禁品、用于动物(例如宠物垫)和人(例如身体和尸体)的吸收垫,及其组合。
该热熔性粘合剂组合物可以以任何可用形式施加到基底上,包括例如作为纤维、作为涂层(例如连续涂层和不连续涂层(例如随机、图案和阵列))、作为珠粒、作为膜(例如连续膜和不连续膜)及其组合,其使用任何合适的施加方法,包括例如狭缝涂布、喷涂(例如螺旋喷涂、随机喷涂和随机纤维化(例如熔喷))、发泡、挤出(例如施加珠粒、细线挤出、单螺杆挤出和双螺杆挤出)、轮涂、非接触涂布、接触涂布、凹版印刷、压花辊、辊涂、转移涂布、丝网印刷、柔版印刷及其组合。
该热熔性粘合剂组合物的典型但非限制性的工业应用包括包装,特别是用于低温用途的包装,如用于乳制品或用于食品的冷冻包装,以及在一次性卫生消费品中,例如尿布、女性护理垫、卫生巾等等。传统的最终用途应用(如书籍装订、木工和标签)也将受益于低温柔韧性、耐热性以及在将该热熔性粘合剂组合物施加到各种基底上的自动化装置中的最终用途的效率。
此外,在各种实施方案中,本文中描述的本发明的共聚物还可用于改性现有的聚合物共混物,其通常用于塑料、弹性体应用、屋顶应用、电缆填充和轮胎改性。本发明的共聚物可以改进这些聚合物共混物的粘合性、可加工性、稳定性、粘弹性、热性质和机械性质。
在各种实施方案中,可以改性本发明的丙烯-乙烯共聚物以制造接枝共聚物。在此类实施方案中,本发明的共聚物可以用马来酸酐、富马酸酯和马来酸酯、甲基丙烯酸酯(例如甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酸羟乙酯)、甲基丙烯酸、乙烯基衍生物、硅烷衍生物或其组合接枝。可以使用本领域中已知的任何常规方法,包括例如酯交换和自由基诱导偶联来制造这些接枝共聚物。
上述各种最终用途和最终产品可以使用本发明的共聚物本身,或者可以将其与其它添加剂和聚合物组合。可以与本发明的共聚物组合以形成聚合物共混物的合适的聚合物可以包括例如基于异戊二烯的嵌段共聚物;基于丁二烯的嵌段共聚物;氢化嵌段共聚物;乙烯-乙酸乙烯酯共聚物;聚酯;基于聚酯的共聚物;氯丁橡胶;氨基甲酸酯;丙烯酸类;聚丙烯酸酯;丙烯酸酯共聚物,例如但不限于乙烯-丙烯酸共聚物,乙烯-丙烯酸正丁酯共聚物和乙烯-丙烯酸甲酯共聚物;聚醚醚酮;聚酰胺;苯乙烯类嵌段共聚物;氢化苯乙烯类嵌段共聚物;无规苯乙烯类共聚物;乙烯-丙烯橡胶;乙烯-乙酸乙烯酯共聚物;丁基橡胶;苯乙烯-丁二烯橡胶;丁二烯-丙烯腈橡胶;天然橡胶;聚异戊二烯;聚异丁烯;聚乙酸乙烯酯;和聚烯烃。
在本发明中与本发明的丙烯-乙烯共聚物一起使用的聚烯烃可以是本领域中已知的任何聚烯烃。在本发明的一个实施方案中,该聚烯烃可以是选自以下的至少一种:无定形聚烯烃、半结晶聚烯烃、α-聚烯烃、reactor-ready聚烯烃、茂金属催化的聚烯烃聚合物和弹性体、反应器制造的(reactor-made)热塑性聚烯烃弹性体、烯烃嵌段共聚物、热塑性聚烯烃、无规立构聚丙烯、聚乙烯、乙烯-丙烯聚合物、丙烯-己烯聚合物、乙烯-丁烯聚合物、乙烯-辛烯聚合物、丙烯-丁烯聚合物、丙烯-辛烯聚合物、茂金属催化的聚丙烯聚合物、茂金属催化的聚乙烯聚合物、基于丙烯的三元共聚物(包括乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物)、由丙烯和直链或支链C4-C10 α-烯烃单体制造的共聚物、由乙烯和直链或支链C4-C10 α-烯烃单体制造的共聚物、以及官能化聚烯烃。
本领域中存在用于官能化可以与本文所述的聚合物一起使用的聚合物的多种方法。这些包括选择性氧化、自由基接枝、臭氧分解、环氧化等等。官能化组分包括但不限于官能化烯烃聚合物(如官能化C2至C40均聚物、官能化C2至C40共聚物、官能化高Mw蜡)、官能化低聚物(如官能化低Mw蜡、官能化增粘剂)、β成核剂及其组合。可用于本发明的官能化烯烃聚合物和共聚物包括马来酸化聚乙烯、马来酸化茂金属聚乙烯、马来酸化茂金属聚丙烯、马来酸化乙烯丙烯橡胶、马来酸化聚丙烯、马来酸化乙烯共聚物、官能化聚异丁烯(通常用马来酸酐官能化以形成琥珀酸酐)等等。
在各种实施方案中,本文中描述的本发明的丙烯-乙烯共聚物可用于制造热熔性粘合剂。根据一个或多个实施方案,该粘合剂可以包含至少1、5、10、15、20、25、30、35、40或45和/或不超过95、90、80、70、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15或10重量%的本发明的共聚物。此外,该粘合剂可以包含1至95、5至90、10至80、20至70、30至60或40至55重量%的本发明的共聚物。在某些实施方案中,该粘合剂可以完全由本发明的共聚物组成。
此外,取决于预期最终用途,这些热熔性粘合剂还可以包含各种添加剂,包括例如聚合物、增粘剂、加工油、蜡、抗氧化剂、增塑剂、颜料和填料。
在各种实施方案中,该粘合剂可以包含至少10、20、30或40和/或不超过90、80、70或55重量%的至少一种不同于本发明的共聚物的聚合物。此外,该粘合剂可以包含10至90、20至80、30至70或40至55重量%的至少一种不同于本发明的共聚物的聚合物。这些聚合物可以包括任何上文列举的聚合物。
此外,已经发现,本发明的共聚物与各种类型的聚烯烃的共混物可以提供具有改进的粘合性、粘结强度、耐高温性、粘度、以及开放与固化时间的粘合剂。由此,在各种实施方案中,可以与本发明的丙烯-乙烯共聚物组合的上述聚合物可以包含至少一种聚烯烃。在某些实施方案中,除了上述丙烯-乙烯共聚物之外,该粘合剂可以包含至少1、5、10、15、20、25、30、35、40、45或50重量%的至少一种聚烯烃。此外或替代地,除了上述丙烯-乙烯共聚物之外,该粘合剂可以包含不超过99、95、90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5重量%的至少一种聚烯烃。例如,该粘合剂可以包含1至90、1至60、1至40、1至20、10至90、20至80、20至40、30至70、30至40或40至55重量%的至少一种聚烯烃。在一个或多个实施方案中,这些聚烯烃可以是具有小于25 J/g或小于15 J/g的熔化热的无定形聚烯烃。
可接受的无定形聚烯烃的商业实例包括Eastman Chemical的AerafinTM 17;Eastman Chemical的AerafinTM 180,由REXtac LLC制造的RextacTM聚合物,包括RextacTMΕ-63、Ε-65、2760、2815和2830;Vestoplast®,包括Vestoplast® 408和708;以及EastmanChemical的Eastoflex®,包括Eastoflex® E1060和P1010。
茂金属催化的聚合物的一些实例包括聚烯烃,如聚乙烯、聚丙烯及其共聚物,如由ExxonMobil Chemical以商品名VISΤΑΜΑΧΧ™出售的基于聚丙烯的弹性体,和基于聚乙烯的弹性体,如由Dow Chemical Company以商品名AFFINITY™和ENGAGE™出售的那些。其它茂金属催化的聚合物包括聚烯烃弹性体VISTAMAXX™ 8816、VISTAMAXX™ 2230和ENGAGE™ 8200。AFFINITY™ GA 1900具有0.870 g/cm3的根据ASTM D792的密度、46.1 J/g的熔化热和根据ASTM D1084在177℃下的8,200 cP的布氏粘度。AFFINITY™ GA 1950具有0.874 g/cm3的根据ASTM D792的密度、53.4 J/g的熔化热和根据ASTM D1084在177℃下的17,000 cP的布氏粘度。ENGAGE™ 8200具有0.87 g/cm3的根据ASTM D792的密度和在190℃下5 g/10 min的熔体指数。这些聚烯烃弹性体当用于热熔性粘合剂时可以与本发明的共聚物相容。
在本发明的一个实施方案中,本发明的丙烯-乙烯共聚物可以与至少一种高丙烯含量聚合物一起使用以制造可用作粘合剂的组合物。本文中所用的高丙烯含量聚合物是包含至少60摩尔%的丙烯单体的聚合物。在本发明的其它实施方案中,该高丙烯含量聚合物包含至少65、70、75、80、85、90、95摩尔%的丙烯单体。在另一实施方案中,该高丙烯含量聚合物是丙烯的均聚物。高丙烯含量聚合物可以是本领域中已知的任何聚合物,包括均聚物、共聚物、三元共聚物和丙烯蜡。所用其它单体包括直链或支链C2-C20烯烃。本公开中所用的“蜡”定义为熔化热大于50焦耳/克且在190℃下粘度不大于750厘泊(CP)的聚合物或低聚物。
高丙烯含量聚合物的实例包括但不限于丙烯均聚物;茂金属催化的聚丙烯;丙烯-乙烯共聚物;茂金属催化的丙烯-乙烯共聚物;丙烯与直链或支链C4至C20烯烃的共聚物;丙烯与直链或支链C4至C20烯烃的茂金属催化的共聚物;丙烯、乙烯和C4至C20烯烃的三元共聚物;丙烯蜡;由乙烯、丙烯和二烯形成的三元共聚物(EPDM)或其组合。
合适的高丙烯含量聚合物可以以多种商标购得,包括但不限于例如由IdemitsuKosan Co., Ltd (Japan)出售的L-MODU系列商标,包括例如L-MODU™ S400、S600和S900,由ExxonMobil Chemical Company (Houston, Texas)出售的VISTAMAXX™系列和ACHIEVE™系列商标,包括例如VISTAMAXX™ 8880和ACHIEVE™ 6936;以及由Clariant Int'l Ltd.(Muttenz, Switzerland)出售的聚合物LlCOCENE™ 2602和6502,和由Eastman ChemicalCompany出售的EASTMAN G-3015。合适的高聚丙烯含量蜡的实例可以以多种商标购得,包括但不限于例如来自Westlake Chemical Corporation (Houston, Texas)的EPOLENE N15,来自Honeywell Int'l Inc. (Morristown, New Jersey)的HONEYWELL A-C® 1089和A-C® 596,以及来自Clariant的LlCOCENE™ 6102和MA6252。
在各种实施方案中,烯烃聚合物包含至少两种不同的烯烃聚合物的混合物,例如包含烯烃均聚物和烯烃共聚物的共混物,包含相同或不同单体的不同烯烃均聚物的共混物,包含不同烯烃共聚物的共混物,以及其各种组合。可用的烯烃聚合物还包括例如改性的、未改性的、接枝的和未接枝的烯烃聚合物、单峰烯烃聚合物、多峰烯烃聚合物、及其组合。
在本发明的各种实施方案中,该丙烯聚合物优选包含至少50摩尔%、至少大约60摩尔%、至少大约70摩尔%、至少大约80摩尔%、至少大约90摩尔%、至少大约95摩尔%、或甚至大约50摩尔%至大约100摩尔%的丙烯。该丙烯聚合物任选包含至少2摩尔%、至少大约5摩尔%、至少大约10摩尔%、至少大约20摩尔%、至少大约30摩尔%、不超过大约50摩尔%、或甚至大约20摩尔%至大约50摩尔%的至少一种α-烯烃共聚单体。
在各种实施方案中,这些添加的聚烯烃可以提高本发明的粘合剂的粘结强度、粘合性质、粘性、低温柔韧性、总结晶度和/或耐高温性。此外,因其广泛可用性,添加前述聚烯烃可以降低该粘合剂的生产成本。
在某些实施方案中,该粘合剂可以包含上述丙烯-乙烯共聚物和茂金属催化的聚乙烯共聚物,例如乙烯-辛烯共聚物。在此类实施方案中,本发明的丙烯-乙烯共聚物可用于替代各种类型的粘合剂(如用于包装应用的那些)中的聚乙烯。
在某些实施方案中,添加的聚合物和/或聚烯烃可以在聚合物链末端和/或聚合物中的侧基位置处用基团官能化,所述基团包括但不限于硅烷、酸酐(如马来酸酐)、羟基、乙氧基、环氧、硅氧烷、胺、胺硅氧烷、羧基和丙烯酸酯。
可以添加到本发明的粘合剂中的附加的聚合物与聚烯烃可以通过Ziegler-Natta催化剂、单活性中心催化剂(茂金属)、多活性中心催化剂、非茂金属杂芳基催化剂、其组合或其它聚合方法来制备。附加聚合物可以包含无定形、半结晶、无规、支化、直链或嵌段结构的组合。
任何常规聚合合成方法可以制备该附加聚烯烃组分。在一个或多个实施方案中,一种或多种催化剂(其通常为茂金属催化剂或Zeigler-Natta催化剂)用于烯烃单体或单体混合物的聚合。聚合方法包括高压、淤浆、气相、本体、悬浮、超临界或溶液相,或其组合。该催化剂可以为均质溶液、负载形式或其组合。聚合可以通过连续、半连续或批量法进行,并可以包括使用链转移剂、清除剂或其它被认为适用的此类添加剂。在一个或多个实施方案中,在单个或多个聚合区中使用单一聚合催化剂制造该附加聚合物。茂金属(或多相)聚合物通常使用获得所需多相结构的多种茂金属催化剂共混物来制造。
在各种实施方案中,添加的聚合物或聚烯烃的结晶含量可以提高该粘合剂的粘结强度。通常,基于茂金属聚合的半结晶共聚物的粘合剂配制物最终可以经时产生足够的结晶含量以在该配制物中实现良好的粘结强度。
在各种实施方案中,该粘合剂可以包含至少10、20、30或40和/或不超过90、80、70、55、50、45或40重量%的至少一种增粘剂。此外,该粘合剂可以包含10至90、20至80、20至40、20至30、30至70或40至55重量%的至少一种增粘剂。该增粘剂赋予该粘合剂粘性,并还可以降低该粘合剂的粘度。更低的粘度可以改善施加流动特征,能够更容易地进行加工,降低能量需求,并降低加工温度。更低的粘度还有助于该粘合剂“润湿”或基本均匀地涂布表面和渗透基底。在大多数粘合剂配制物中需要粘性以便在该热熔性粘合剂凝固前将制品正确接合。特定增粘剂的合意性和选择可以取决于所用烯烃共聚物和附加聚合物的特定类型。
合适的增粘剂可以包括例如脂环族烃树脂、C5烃树脂;C5/C9烃树脂;芳族改性的C5树脂;C9烃树脂;纯单体树脂,如苯乙烯与α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、对甲基苯乙烯、茚、甲基茚、C5树脂和C9树脂的共聚物;萜烯树脂;萜烯酚醛树脂;萜烯苯乙烯树脂;松香酯;改性松香酯;完全或部分氢化松香的液体树脂;完全或部分氢化的松香酯;完全或部分氢化的改性松香树脂;完全或部分氢化的松香醇类;完全或部分氢化的C5树脂;完全或部分氢化的C5/C9树脂;完全或部分氢化的芳族改性的C5树脂;完全或部分氢化的C9树脂;完全或部分氢化的纯单体树脂;完全或部分氢化的C5/脂环族树脂;完全或部分氢化的C5/脂环族/苯乙烯/C9树脂;完全或部分氢化的脂环族树脂;及其组合。示例性的市售烃树脂包括RegaliteTM烃树脂(Eastman Chemical)。在某些实施方案中,该增粘剂可以包含官能化增粘剂。
在各种实施方案中,该粘合剂可以包含至少1、2、5、8或10和/或不超过40、30、25、20或15重量%的至少一种加工油。此外,该粘合剂可以包含2至40、5至30、8至25或10至20重量%的至少一种加工油。加工油可以包括例如矿物油、环烷油、链烷油、芳族油、蓖麻油、菜籽油、甘油三酯油或其组合。如本领域技术人员将认识到的那样,加工油还可以包括增量油,其通常用于粘合剂。如果该粘合剂要用作压敏粘合剂以制造胶带或标签或用作粘合剂以粘合无纺制品,在该粘合剂中使用油可能是合意的。在某些实施方案中,该粘合剂可以不包含任何加工油。
在各种实施方案中,该粘合剂可以包含至少1、2、5、8或10和/或不超过40、30、25、20或15重量%的至少一种蜡。此外,该粘合剂可以包含1至40、5至30、8至25或10至20重量%的至少一种蜡。蜡用于降低该粘合剂的整体粘度,由此使其液化,并能够将该热熔性粘合剂正确地施加或涂布到预期基底上。蜡的类型和熔点,以及其与该粘合剂组合物的其它组分的相容性控制该粘合剂的开放时间和固化速度。开放时间在本领域中已知是粘合剂在施加后润湿并粘结到基底上的时间量。适用于配制热熔性粘合剂的任何常规已知的蜡可用于本发明的实践。
在本发明的一个实施方案中,当本发明的丙烯-乙烯共聚物与作为丙烯蜡的丙烯聚合物一起使用时,可能不需要其它蜡。
合适的蜡可以包括例如微晶蜡、石蜡、通过费托法制造的蜡、官能化蜡(马来酸化、富马酸化或具有官能团的蜡等等)、聚烯烃蜡、石油蜡、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、乙烯-乙酸乙烯酯蜡和植物蜡。如果该粘合剂用作热熔性包装粘合剂,在粘合剂中使用蜡可能是合意的。
适于本发明的市售蜡的非限制性实例包括可获自Sasol Wax Americas, Inc.的Sasol® H-1;可获自Honeywell International Inc.的A-C™-9和A-C 810;可获自EastmanChemical的EPOLENE™ N-15;和来自Baker Hughes Inc的POLYWAX™ 400、850、1000和3000。
其它示例性蜡包括但不限于Evonik Licocene™ PE4201;Westlake EPOLENE™C-10、EPOLENE™ C-17和EPOLENE™ C-18;以及微晶蜡Be Square™ 195。
本文中所用的“官能化”是指该组分在并入该组分的官能团的存在下制备或与官能团以及任选的催化剂、热、引发剂或自由基来源接触,以使该官能团(如马来酸或马来酸酐)的全部或一部分并入、接枝、键合、物理连接和/或化学连接到该聚合物上。
可用作官能化组分的示例性官能化蜡聚合物包括用醇、酸、酮、酸酐等等改性的那些。市售官能化蜡包括可以以商品名ΜΑΡΡ 40获自Chusei的马来酸化聚丙烯;马来酸化茂金属蜡(如可获自Clariant的TP LICOCENE ΡΡ1602);可以以商品名EPOLENE C-16、EPOLENE C-18、EPOLENE Ε43获自Westlake的马来酸化聚乙烯蜡和马来酸化聚丙烯蜡;来自Eastman Chemical的EASTMAN G-3003;可获自Clariant的马来酸化聚丙烯蜡LICOMONTAR 504;可以以商品名AMPLIFY ΕΑ 100、AMPLIFY ΕΑ 102、AMPLIFY 103、AMPLIFY GR202、AMPLIFY GR 205、AMPLIFYGR 207、AMPLIFY GR 208、AMPLIFY GR 209和AMPLIFY VA200获自Dow Chemical Co.的接枝官能聚合物;和可以以商品名CERAMER 1608、CERAMER1251、CERAMER 67和CERAMER 24获自Baker Hughes的CERAMER马来酸化乙烯聚合物。可用的蜡还包括具有15,000或更低、优选3,000至10,000的Mw和5重量%或更高、优选10重量%或更高的结晶度的聚乙烯和聚丙烯蜡,其具有至多10重量%的官能团含量。可以用作官能组分的附加官能化聚合物包括可获自Honeywell International Inc.的A-C 575P、A-C 573P、A-CΧ596Α、A-C Χ596Ρ、A-C Χ597Α、A-C Χ597Ρ、A-C Χ950Ρ、A-C Χ1221、A-C 395Α、A-C 395Α、A-C 1302Ρ、A-C 540、A-C 54A、A-C 629、A-C 629Α、A-C 307和A-C 307Α。
在某些实施方案中,该粘合剂可以不包含蜡。例如,该粘合剂可以包含小于10、5、4、3、2或1重量%的蜡,例如但不限于聚乙烯蜡和/或费托蜡。
在各种实施方案中,该粘合剂可以包含至少0.1、0.2、0.5、1、2或3和/或不超过20、10、8、5、1或0.5重量%的至少一种抗氧化剂。此外,该粘合剂可以包含0.1至20、1至10、2至8或3至5重量%的至少一种抗氧化剂。
在各种实施方案中,该粘合剂可以包含至少0.5、1、2或3和/或不超过20、10、8或5重量%的至少一种增塑剂。此外,该粘合剂可以包含0.5至20、1至10、2至8或3至5重量%的至少一种增塑剂。合适的增塑剂可以包括例如烯烃低聚物、低分子量聚烯烃如液体聚丁烯、聚异丁烯、矿物油、邻苯二甲酸二丁酯, 邻苯二甲酸二辛酯、氯化石蜡和不含邻苯二甲酸酯的增塑剂。市售增塑剂可以包括例如BenzoflexTM增塑剂(Eastman Chemical);Eastman 168TM(Eastman Chemical);Oppanol® B10(BASF);REGALREZ 1018(Eastman Chemical);Calsol5550(Calumet Lubricants);Kaydol油(Chevron);或ParaLux油(Chevron)。
在各种实施方案中,该粘合剂可以包含至少10、20、30或40和/或不超过90、80、70或55重量%的至少一种填料。此外,该粘合剂可以包含1至90、20至80、30至70或40至55重量%的至少一种填料。合适的填料可以包括例如炭黑、碳酸钙、粘土、氧化钛、氧化锌或其组合。
可以使用常规技术和设备生产该粘合剂组合物。例如,可以在混合机,例如sigma叶片混合机、塑度计、Brabender混合机、双螺杆挤出机或罐内共混机(品脱罐)中共混粘合剂组合物的组分。在各种实施方案中,可以通过合适的技术,包括例如挤出、压塑、压延或辊涂技术(例如凹板印刷、逆向辊等等)、帘式涂布、狭缝模头涂布或喷涂将粘合剂成型为所需形式,如胶带或片材。
此外,可以通过溶剂浇注法或通过熔融该粘合剂并随后使用本领域中已知的常规热熔性粘合剂施加设备将该粘合剂施加到基底上。合适的基底可以包括例如无纺布、纺织品、纸、玻璃、塑料、膜(聚乙烯、聚丙烯、聚酯等等)和金属。通常,可以将大约0.1至100 g/m2的该粘合剂组合物施加到基底上。
根据一个或多个实施方案,该热熔性粘合剂可以具有根据ASTM D3236测得的至少100、300、500、750或1,000和/或不超过30,000、10,000、5,000、4,000、3,000或2,500 cps的在177℃下的布氏粘度。此外,该热熔性粘合剂可以具有100至30,000、300至10,000、500至5,000或750至2,500 cps的在177℃下的布氏粘度。此外或替代地,该热熔性粘合剂可以具有根据ASTM D6195测得的0.1、0.5、1或1.5和/或不超过20、15、10或5 lbf的环形初粘力(loop tack)。此外,该热熔性粘合剂可以具有根据ASTM D6195测得的0.1至20、0.5至15、1至10或1.5至5 lbf的环形初粘力。
此外,在各种实施方案中,该热熔性粘合剂可以具有根据ASTM D903测得的至少1、2、5、10或15和/或不超过50、40、35、30或25 g/mm的剥离强度。此外,该热熔性粘合剂可以具有根据ASTM D903测得的1至50、2至40、5至35、10至30或15至25 g/mm的剥离强度。此外或替代地,该热熔性粘合剂可以具有根据ASTM D903测得的至少0.05、0.1、0.2或0.5和/或不超过20、10、5或1 lbf/英寸的90°剥离强度。此外,该热熔性粘合剂可以具有根据ASTM D903测得的0.05至20、0.1至10、0.2至5或0.5至1 lbf/英寸的90°剥离强度。
根据各种实施方案,含有本发明的共聚物的粘合剂可以具有宽操作窗口,并可以具有80至230℃的施加窗口。这种宽操作窗口可以通过在不同温度下该粘合剂的剥离强度来证实。例如,该添加水平可以为0.5-30 gsm。在一个或多个实施方案中,该热熔性粘合剂对于在较低温度(如100至145℃)下施加的样品可以具有根据ASTM D903测得的至少2、5、25或40和/或不超过250、200或175 g/mm的剥离强度。此外,该热熔性粘合剂对于在较低温度(如100至145℃)下施加的样品可以具有根据ASTM D903测得的2至250、25至200或40至175g/mm的剥离强度。此外或替代地,该热熔性粘合剂对于在较高温度(如145至180℃)下施加的样品可以具有根据ASTM D903测得的至少1、5、30或40和/或不超过250、200或150 g/mm的剥离强度。此外,该热熔性粘合剂对于在较高温度(如145至180℃)下施加的样品可以具有根据ASTM D903测得的1至250、30至200或40至150 g/mm的剥离强度。
根据一个或多个实施方案,该热熔性粘合剂可以具有根据ASTM D9279测得的至少0.1、0.2或0.3和/或不超过5、3、2或1 kg的探针初粘力。此外,该热熔性粘合剂可以具有根据ASTM D9279测得的0.1至3、0.2至2或0.3至5 kg的探针初粘力。此外,在各种实施方案中,该热熔性粘合剂可以具有根据ASTM D3654测得的至少0.1、0.5或1和/或不超过50,000、10,000、5,000、1,000、500、100、50、20、10、7或4小时的在50℃下的保持力(holding power)。此外,该热熔性粘合剂可以具有根据ASTM D3654测得的0.1至10、0.5至7或1至4小时的在50℃下的保持力。
在其它实施方案中,该热熔性粘合剂可以表现出至少5、15、20或25分钟和/或不超过150分钟的在60℃下的保持力。此外或替代地,该热熔性粘合剂可以表现出至少400、600、800或1,000分钟的在50℃下的保持力。在50℃和60℃下的保持力可以通过以下方法测得:将胶合的纸箱基底在室温(其通常为大约+/- 20至23℃)下稳定过夜,随后将基底以剥离模式悬挂在剪切炉(shear bank oven)中。随后将砝码悬挂在胶合基底下方。对每个试样记录因失效而砝码坠落的时间。该测试需要最少八个试样。下面列举了该测试的参数。
标准 | 单位 | 条件 |
试样尺寸 | mm | 25×60 |
施加温度 | C | 180+/-2 |
开放时间 | s | 2 |
固化时间 | s | 2 |
线速度 | m/min | 15 |
粘结压力 | kgf | 1.2 (0.08kgf/cm<sup>2</sup>) |
涂层重量 | g/m | 3+/-0.09 |
悬挂重量 | g | 500 |
根据各种实施方案,该热熔性粘合剂可以具有根据ASTM D4498测得的至少2、10、25或45和/或不超过200、120或80℃的剥离破坏温度(“PAFT”)。此外,该热熔性粘合剂可以具有根据ASTM D4498测得的2、10至200、25至120或45至80℃的PAFT。此外或替代地,该热熔性粘合剂可以具有根据ASTM D4498测得的至少2、5、10、25、50、75或90和/或不超过200、150或125℃的剪切破坏温度(“SAFT”)。此外,该热熔性粘合剂可以具有根据ASTM D4498测得的2至200、50至150或75至125℃的SAFT。
在各种实施方案中,该热熔性粘合剂可以表现出至少0.1、0.5或1秒和/或不超过5秒的有效固化时间。在其它实施方案中,该热熔性粘合剂可以表现出至少1、5或10和/或不超过40、30或20秒的开放时间。
在各种实施方案中,该热熔性粘合剂可以表现出至少65、70、75、80或85%的在-15℃下的低温性能纤维撕裂(“LTFT”)。此外或替代地,该热熔性粘合剂可以表现出至少40、50、60、70或80%的在-25℃下的LTFT。该LTFT测试包括在-15℃或-25℃的条件下用手手动撕裂胶合的纸箱基底。在撕裂前,胶合的纸箱基底必须在-15℃或-25℃的条件下稳定至少10小时。如果该基底90%的纤维断裂,则认为通过该测试,因此该热熔性粘合剂被认为在-15℃或-25℃下表现良好。每次测试测试最少10个试样。下面列举了LTFT测试参数:
标准 | 单位 | 条件 |
试样尺寸 | mm | 50×100 |
施加温度 | C | 180+/-2 |
开放时间 | s | 2 |
固化时间 | s | 2 |
线速度 | m/min | 15 |
粘结压力 | kgf | 4 (0.08 kgf/cm<sup>2</sup>) |
涂层重量 | g/m | 3+/-0.09 |
在各种实施方案中,在长时间施以升高的温度下的储存条件时,含有本发明的共聚物的粘合剂不显示颜色方面的明显变化。在发生储存造成的任何老化之前,该粘合剂可以具有根据ASTM D1544测得的小于18、15、10、8、5、4、3、2或1的初始加德纳颜色。在177℃下热老化至少96小时后,该粘合剂可以表现出根据ASTM D1544测得的小于18、15、10、7、5、3、2或1的最终加德纳颜色。由此,该粘合剂即使在长时间储存和暴露后也可以保持合意的颜色。
在本发明的另一实施方案中,该低分子量丙烯-乙烯共聚物可用在本公开中先前所述的粘合剂组合物中。特别地,该低分子量共聚物可用于制造具有宽工艺窗口和用于层压材料(例如但不限于卫生产品)的高剥离强度(包括对基底的破坏性粘结)的热熔性粘合剂。含有该低分子量共聚物的粘合剂组合物可以以大约0.5 gsm至大约5 gsm和适于产生具有所需粘结强度的层压材料的添加比施加。使用本发明的配制物产生的剥离强度可以为大约20克/25毫米(~1克/毫米)至大约400克/25毫米(16克/毫米)以及至产生基底破坏的粘结强度。在其它实施方案中,该剥离强度可以为至少20克/25毫米、30克/25毫米、40克/25毫米、50克/25毫米、60克/25毫米、70克/25毫米、80克/25毫米、90克/25毫米或100克/25毫米和/或不超过400克/25毫米、375克/25毫米、350克/25毫米、300克/25毫米、275克/25毫米、250克/25毫米、225克/25毫米或200克/25毫米。此外,该粘合剂配制物可以具有20克/25毫米至375克/25毫米、25克/25毫米至350克/25毫米、30克/25毫米至325克/25毫米、40克/25毫米至300克/25毫米、50克/25毫米至275克/25毫米、60克/25毫米至250克/25毫米、70克/25毫米至225克/25毫米或80克/25毫米至200克/25毫米的剥离强度。在本发明的各种实施方案中,该粘合剂配制物用作热熔性粘合剂,并包含至少一种本发明的共聚物和至少一种增粘树脂。任选地,该热熔性粘合剂可以进一步包含蜡、油和/或抗氧化剂。在一个特定实施方案中,该热熔性粘合剂包含大约50至大约60重量%的本发明的低分子量共聚物和大约40至大约45重量%的增粘树脂。
可以通过本发明实施方案的下列实施例来进一步举例说明本发明,尽管要理解的是,除非另行明确指出,仅出于举例说明目的而包括这些实施例,并且并非意在限制本发明的范围。
实施例
实施例1
在该实施例中,以大约1小时的平均停留时间,在2升搅拌反应器中制造各种丙烯-乙烯共聚物。反应器温度保持在大约140℃和900 psig的压力下。将丙烯作为液体进料到反应器中,同时将乙烯作为气体进料到反应器中。在Ziegler-Natta催化剂的存在下发生聚合,该Ziegler-Natta催化剂是在氯化镁载体上的氯化钛。这种特定的催化剂是由钛化合物组合烷基铝助催化剂(“TEAL”)形成的非均相负载型催化剂体系。该催化剂体系具有21的Al/Ti摩尔比。当排出共聚物时,任何未反应的单体和其它蒸气从反应器中排放。
使用前述催化剂体系和外部电子给体制造样品1-11。如下所述,该电子给体是环己基甲基二甲氧基硅烷(“C”)或二环戊基二甲氧基硅烷(“D”)。在不存在任何电子给体的情况下使用上述催化剂体系制造对比样品1(C1)。如由给体/Ti摩尔比所示,添加的电子给体的量对每个样品不同。
在下表1中描述了由该反应制造的共聚物,以及它们的各种性质和用于制造它们的反应条件。应当指出,如先前讨论的那样根据ASTM D5使用针入度计来测量针入度,而不实际在水中运行试样;但是,在运行该测试之前在水中调理该试样。
表1
共聚物样品 | 1A | 1B | 1C | 1D | 1E | 1F | 1G | 1H | 1I | 1J | 1K | C1 |
Al/Ti摩尔比 | 21 | 21 | 21 | 21 | 21 | 21 | 21 | 21 | 21 | 21 | 21 | 21 |
硅烷给体 | C | C | D | D | D | D | D | D | D | D | D | - |
给体/Ti摩尔比 | 0.5 | 1.2 | 1.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.5 | 2.5 | 3.0 | 2.0 | 2.0 | - |
氢气 (psig) | 40 | 20 | 15 | 25 | 25 | 40 | 40 | 25 | 50 | 80 | 80 | - |
反应器温度,℃ | 140 | 140 | 140 | 140 | 140 | 140 | 140 | 140 | 140 | 140 | 140 | 140 |
反应器压力, (psig) | 900 | 900 | 900 | 900 | 900 | 900 | 900 | 900 | 900 | 900 | 900 | 900 |
催化剂活性 (g/g) | 714.3 | 1003.3 | 920.4 | 887.8 | 817.1 | 728.4 | 803.1 | 842.9 | 780.8 | 824.3 | 841.7 | - |
粘度@ 190℃, cP | 1853 | 5863 | 9088 | 9838 | 21125 | 6850 | 10238 | 16575 | 5525 | 1122 | 1748 | 7013 |
软化点(℃) | 130.3 | 142.2 | 134.8 | 131.6 | 128.6 | 121.8 | 126.3 | 132.6 | 119 | 117.7 | 129.1 | 120.7 |
针入度(dmm) | 20 | 14 | 15 | 29 | 17 | 20 | 22 | 21 | 28 | 26 | 20 | 82 |
重量%乙烯 | 15.2 | 12.5 | 17.5 | 24.6 | 20.2 | 22.6 | 25.3 | 22.6 | 25.2 | 21.1 | 19.5 | 21.7 |
重量%丙烯 | 84.8 | 87.5 | 82.5 | 75.4 | 79.8 | 77.4 | 74.7 | 77.4 | 74.8 | 78.9 | 80.5 | 78.3 |
聚合物产量(g) | 537.5 | 780.0 | 709.6 | 712.9 | 656.1 | 584.9 | 657.7 | 690.3 | 652.0 | 661.9 | 675.9 | 720.9 |
如上表1中所示,添加外部给体通常提高硬度,其由针入度降低以及提高该共聚物的软化点和粘度来显示。如表1中所示,用外部给体制得的样品具有比对比样品(C1)明显更低的针入度值。此外,观察到对比样品非常粘,但仍缺乏由低于30 dmm的针入度值表示的样品强度。
先前的研究表明,大于1.25:1(给体:Ti摩尔比)的外部给体水平开始不利地影响该共聚物的性质。与这些研究相反,在该实施例中观察到在大于1.25:1(给体:Ti摩尔比)的外部给体水平下,改善了聚合物性质。由于添加外部给体可以提高粘度和分子量,与不添加外部给体的类似组合物的聚合相比,可能需要添加氢气或更高的氢气水平以在聚合过程中充当链终止剂。
图1A和1B描绘了来自表1的样品1B、1E和1F的粘弹性特征。此外,图1A和1B还提供了各种市售共聚物的粘弹性特征以用作比较。这些市售共聚物包括INFUSETM 9817(Dow)、AFFINITYTM GA1900(Dow)和EastoflexTM E1060(Eastman)。图1A描绘了该共聚物的弹性模量(G’),而图1B描绘了该共聚物的tanδ。
如图1A和1B中所示,样品1B显示了-15至100℃的合意的弹性模量(G’)平台,代表在宽施加温度范围内的弹性特征。这在热熔性压敏粘合剂(“PSA”)应用,如胶带和标签中是重要的,因为G’平台(即曲线的平坦性)通常代表能量吸收和解吸特征,以及在测量温度范围内该粘合剂的强度。在该平台后,该共聚物可开始流动。先前,烯属共聚物的G’的平坦性仅可以通过专用催化方法(茂金属催化)和/或并入α-烯烃来获得。
实施例2
在该实施例中,使用实施例1中描述的方法和体系产生各种丙烯-乙烯共聚物;但是,在该实施例中使用的外部电子给体是环己基甲基二甲氧基硅烷。此外,如由给体/Ti摩尔比所示,对各样品添加的电子给体的量不等。在下表2中描述了在该方法过程中制造的共聚物,以及它们的各种性质和用于制造它们的反应条件。
表2
共聚物样品 | 2A | 2B | 2C | 2D | 2E | 2F | 2G |
Al/Ti摩尔比 | 21 | 21 | 21 | 21 | 21 | 21 | 21 |
给体/Ti摩尔比 | 1.1 | 1.2 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | 1.5 | 2.0 |
TEAL/给体摩尔比 | 31.3 | 29.6 | 70.0 | 32.9 | 32.9 | 24.7 | 16.5 |
氢气 (psig) | 40 | 20 | 20 | 25 | 25 | 25 | 25 |
反应器温度,℃ | 140 | 140 | 140 | 140 | 140 | 140 | 140 |
反应器压力, (psig) | 900 | 900 | 900 | 900 | 900 | 900 | 900 |
催化剂活性 (g/g) | 843.9 | 1003.3 | 1006.8 | 1001.3 | 957.2 | 962.9 | 904.1 |
粘度@ 190℃, cP | 3600 | 6600 | 5175 | 4865 | 7263 | 5538 | 4715 |
软化点(℃) | 140.3 | 138.4 | 145.3 | 126.6 | 135.9 | 133 | 129.6 |
针入度(dmm) | 10 | 14 | 17 | 32 | 24 | 23 | 32 |
重量%乙烯流 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 15.0 | 13.0 | 15.0 | 15.0 |
重量%乙烯 | 11.7 | 11.9 | 11.3 | 19.3 | 17.2 | 18.2 | 19.3 |
重量%丙烯 | 88.3 | 88.1 | 88.7 | 80.7 | 82.8 | 81.8 | 80.7 |
聚合物产量(g) | 648.7 | 780.0 | 760.1 | 772.0 | 738.0 | 757.8 | 726.0 |
如表2中所述,使用环己基甲基二甲氧基硅烷作为外部给体能够制造具有针入度和软化点的所需组合的共聚物。但是,该平衡在很大程度上受给体/Ti摩尔比的影响。如表2中的样品2F和2G所示,当给体/Ti摩尔比由1.5:1提高至2:1时,软化点略微降低,且针入度显著提高,这是不合意的。
实施例3
在该实施例中,使用实施例1中描述的方法和体系制造各种丙烯-乙烯共聚物。在该实施例中使用的外部电子给体是二环戊基二甲氧基硅烷。此外,如由给体/Ti摩尔比所示,对各样品添加的电子给体的量不等。在下表3中描述了在该方法过程中制造的共聚物,以及它们的各种性质和用于制造它们的反应条件。
如表3中所示,制造具有所需软化点和针入度的共聚物需要的二环戊基二甲氧基硅烷的量不同于如以上实施例2中所示需要的环己基甲基二甲氧基硅烷的量。如通过对比样品C1和C2所证明的那样,二环戊基二甲氧基硅烷水平通常需要为2:1或更大以在制得的共聚物中实现所需性质。此外还观察到,与使用环己基甲基二甲氧基硅烷制得的共聚物相比,使用二环戊基二甲氧基硅烷制造的共聚物通常具有低得多的软化点。此外,使用二环戊基二甲氧基硅烷制造的共聚物能够保持合意的针入度值。
比较表3中的样品3C和3F显示二环戊基二甲氧基硅烷水平从3:1提高至4:1(在17.5%乙烯流下)导致更多乙烯并入该聚合物中,由此产生具有更低软化点的共聚物。
在比较样品3D和3F时,观察到另一个值得注意的结果,所述样品3D和3F均使用相同的乙烯流(13%)制造并且具有相同的针入度(21 dmm)。但是,通过将二环戊基二甲氧基硅烷水平从2:1提高至3:1,与样品3D(18.2%)相比,样品3F出人意料地具有提高的乙烯含量(24.2%)。该增加的乙烯量导致样品3F的更低的软化点。此外,理论上讲,样品3F的丙烯部分比样品3D的有规立构程度更高(即更硬),由此抵消通常伴随着更高乙烯含量的柔软度。
实施例4
采用来自实施例1的样品1B、1E和1F制造粘合剂。以具有设定在177℃的加热块的通过可变速马达控制的桨式搅拌器采用机械搅拌在品脱尺寸的罐中制造该粘合剂。将共聚物以及抗氧化剂在氮气覆盖层下引入到品脱尺寸的罐中并加热至177℃。随后在共聚物熔融后将树脂和油引入到该混合物中。在一些情况下,也可以将蜡与树脂和/或油一起添加或代替树脂和/或油添加。将该混合物搅拌30分钟直至其完全均匀。在彻底混合后,将粘合剂倒入硅酮衬里的纸板箱中并令其冷却。下表4描述了这些粘合剂的组成和性质。此外,使用INFUSETM 9807嵌段共聚物(Dow)和Kraton® D1102共聚物(Kraton)制造对比粘合剂。应当指出,表4中列举的组成组分基于重量百分比。
表4
材料 | 对比粘合剂1 | 对比粘合剂2 | 本发明粘合剂1 | 本发明粘合剂2 | 本发明粘合剂3 |
INFUSE<sup>TM</sup> 9807 | 20 | ||||
Kraton<sup>®</sup> D1102 | 19.7 | ||||
共聚物样品1B | 40 | ||||
共聚物样品1E | 40 | ||||
共聚物样品1F | 40 | ||||
Regalite<sup>TM</sup> S5100 | 59.7 | ||||
Regalite<sup>TM</sup> R1090 | 54 | 48.5 | 48.5 | 48.5 | |
Kaydol矿物油 | 10.5 | 10.5 | 10.5 | ||
Calsol 5550油 | 25 | 19.6 | |||
Irganox<sup>®</sup> 1010 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
总计 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
300 mm 剥离强度 (g/mm) | 13.1 | 14.6 | 2.3 | 21.5 | 13.3 |
氏粘度177℃ (cps) | ~1800 | ~1400 | 806 | 2167 | 940 |
使用动态力学分析(“DMA”)分析表4中的对比粘合剂1、对比粘合剂2、本发明粘合剂2和本发明粘合剂3的粘弹性特征。图2描绘了这些粘合剂的粘弹性特征。还将表4中的粘合剂作为一次性尿布结构粘合剂进行测试,并在使用空气辅助螺旋喷涂设备(Acumeter喷涂机)在无纺织物和聚乙烯背衬之间施加该粘合剂之后评估使用Instron根据ASTM D903测得的粘合剂剥离强度。
基于图2和表4,本发明的粘合剂显示出与由市售共聚物制得的粘合剂类似的粘弹性特征。此外,如由更高的剥离强度所示,本发明的粘合剂还表现出优异的强度。
实施例5
使用实施例4中描述的方法制造用于标签的压敏粘合剂。使用来自实施例1的样品1E制造粘合剂。下表5描述该粘合剂的组成。
表5
本发明粘合剂 | 重量% |
共聚物样品1E | 60 |
Eastotac<sup>TM</sup> H100W | 29.5 |
Calsol 5550 | 9.5 |
抗氧化剂 | 1 |
使用DMA测量该粘合剂的粘弹性特征并描绘在图3中。还在使用热熔刮刀涂布机将该粘合剂直接涂布到牛皮纸上之后,使用Instron评估了该粘合剂的粘合剂剥离(90°剥离)强度和环形初粘力。该粘合剂具有0.6 lbf/英寸的90°剥离强度和1.8 lbf的环形初粘力。
由此,该粘合剂可以用作标签粘合剂,因为其表现出如图3中所示的合意的粘弹性特征和理想的粘合剂剥离与粘性性质。
实施例6
使用实施例4中描述的方法制造用于包装应用的热熔性粘合剂。该实施例制造的所有粘合剂均包含39.8重量%的相应丙烯-乙烯共聚物、39.8重量%的EastotacTM H-100W烃树脂、19.9重量%的Sasol H1蜡(Sasol)和0.6重量%的抗氧化剂。应当指出,这些粘合剂中的一部分由在先前实施例中制造和描述的共聚物(样品1F和2B)形成,其标注在下表6中。关于剩下的所列举的共聚物(样品6A-6D),它们根据实施例1中描述的方法制得。下表6提供制造的粘合剂的各种性质和特征。此外,表6标注了用于制造所列举的共聚物的电子给体。这些电子给体包括环己基甲基二甲氧基硅烷(“C”)、二环戊基二甲氧基硅烷(“D”)和四乙氧基硅烷(“TEOS”)。评估该粘合剂的各种粘合剂性质,如剥离破坏温度(“PAFT”)(ASTM D4498)、剪切破坏温度(“SAFT”)(ASTM D4498)、%纤维撕裂(ASTM D4498)和开放时间/固化时间(ASTMD4497)。
表6
应当指出,由于其如表6中所示的低针入度,用样品6D制造的粘合剂不具有任何显著的纤维撕裂。
在图4中比较了由样品1F制造的粘合剂(标为“本发明粘合剂5”)与由AffinityTMGA1950(Dow)制造的粘合剂的粘弹性特征。基于用于制造表6中粘合剂的相同配方制造该对比粘合剂。该对比粘合剂在图6中列举为“对比粘合剂3”。还应指出,该对比粘合剂的SAFT为93.6/3.6℃,PAFT为71.8/3.4℃,开放时间/固化时间为15/5秒,并且在177℃下的布氏粘度为177 cps。如图4和表6中所示,本发明粘合剂表现出可与工业中的标准粘合剂相当的合意的粘弹性特征与粘合剂性质。
实施例7
使用本发明的丙烯-乙烯共聚物和各种聚合物制造用于无纺布的热熔性粘合剂。根据实施例1中描述的方法制造用于制造这些粘合剂样品的丙烯-乙烯共聚物。用于制造粘合剂样品的共聚物的各种性质和特征列举在下表7中。此外,表7显示了用于制造相应共聚物的电子给体(环己基甲基二甲氧基硅烷(“C”)或二环戊基二甲氧基硅烷(“D”))。
表7
共聚物样品 | 7A | 7B | 7C | 7D |
粘度@ 190℃, cP | 2520 | 2960 | 2590 | 7363 |
软化点(℃) | 137.5 | 139.4 | 134.1 | 116.1 |
针入度(dmm) | 14 | 15 | 14 | 27 |
重量%乙烯 | 11.7 | 11.9 | 11.3 | 19.3 |
重量%丙烯 | 88.3 | 88.1 | 88.7 | 80.7 |
电子给体 | D | C | C | D |
根据实施例4中描述的方法制造粘合剂。该粘合剂用各种聚合物和添加剂制造,所述添加剂包括VistamaxxTM 6202(ExxonMobil)、InfuseTM 9807(Dow)、L-MODU S400(Idemitsu)、Kraton® 1102(Kraton)、Kraton® 1161(Kraton)、Kraton® 1657(Kraton)、RegaliteTM R1090(Eastman Chemical)、Kaydol矿物油(Sonneborn)和Irganox® 1010(BASF)。如上所述测量制造的粘合剂的布氏粘度和剥离强度。下表8描述这些本发明粘合剂(其标记为“IA”)的组成和性质。应当指出的是,表8中列出的组成组分均基于重量百分比,并且所有组分加起来为100%;但是,这不包括1%的抗氧化剂(Irganox® 1010),其在组合所有其它组分之后添加。抗氧化剂的重量百分比在其它组分的组合重量百分比之外另行计算。
表8
如表8中所示,本发明粘合剂表现出可与工业中的标准粘合剂相当的合意的粘合剂性质。
实施例8
使用表9中描述的本发明的丙烯-乙烯共聚物制造用于卫生应用的热熔性粘合剂。根据实施例1中描述的方法,使用二环戊基二甲氧基硅烷作为电子给体制造该共聚物。
表9
共聚物样品 | 8A | 8B | 8C |
粘度@ 190℃, cP | 20000 | 16000 | 2200 |
软化点(℃) | 135 | 125 | 133 |
针入度(dmm) | 22 | 17 | 20 |
重量%乙烯 | 22 | 22 | 22 |
重量%丙烯 | 78 | 78 | 78 |
根据实施例4中描述的方法制造该粘合剂。该粘合剂用各种添加剂制得,所述添加剂包括EastotacTM H-100W(Eastman Chemical)、RegaliteTM R1090(Eastman Chemical)、Kaydol矿物油(Sonneborn)和Irganox® 1010(BASF)。下表10描述了这些本发明粘合剂(其标记为“IA”)的组成和性质。应当指出的是,表10中列举的组成组分基于重量百分比。
如表10中所示,相对于含有市售苯乙烯类嵌段共聚物(“SBC”)和市售的基于烯烃的共聚物的粘合剂比较本发明粘合剂的可涂布性、可喷涂性和粘合剂性能。使用Acumeterand Nordson CF喷嘴以不同添加量(2、3和4 gsm)在800、600和400 ft/min(对3个样品在350 ft/min下为6 gsm)下在两种不同温度下(137℃和163℃)进行涂布/喷涂分析。测试基底是1 mil聚乙烯和15 gsm纺粘无纺布。观察可喷涂性并在观察粘合剂在指定温度下的喷涂后标记为“良好”、“差”或“无”(即不可喷涂)。还如上所述测量了制得的粘合剂的布氏粘度、软化点、针入度和剥离强度。用于测试剥离强度的粘合剂样品的宽度为15至20 mm。
表10
粘合剂 | IA1 | IA2 | IA3 | IA4 | IA5 | IA6 | IA7 | 商业基于SBC | 商业基于烯烃 |
样品8A | 40 | 40 | 40 | 60 | |||||
样品8B | 40 | 60 | |||||||
样品8C | 70 | ||||||||
Eastotac<sup>TM</sup> H-100W | 48.5 | ||||||||
Regalite<sup>TM</sup> R1090 | 48.5 | 48.8 | 34.5 | 48.5 | 34.5 | 29 | |||
矿物油 | 10.5 | 10.5 | 10.5 | 4.5 | 10.5 | 4.5 | |||
Irganox<sup>®</sup> 1010 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||
布氏粘度190℃ (cps) | 1688 | 2133 | 2760 | 6425 | 1515 | 5300 | 913 | N/A | N/A |
137℃样品的剥离强度 (g) | N/A | 172 | 143 | 136 | 111 | 84 | 49 | N/A | N/A |
163℃样品的剥离强度 (g) | 130 | 136 | 122 | 116 | 117.7 | 60 | 50 | 101 | 137 |
137℃/163℃下的可喷涂性 | 良好/良好 | 良好/良好 | 良好/良好 | 良好/良好 | 良好/良好 | 良好/良好 | 良好/良好 | 差/良好 | 无/差 |
软化点(℃) | 120.4 | 113.3 | 115.9 | 125.2 | 106.7 | 114.8 | 123.7 | N/A | N/A |
针入度(dmm) | 55 | 51 | 43 | 32 | 38 | 26 | 28 | N/A | N/A |
应当指出的是,137℃样品的剥离强度测试对两种对比市售粘合剂而言是无结果的,这是由于这些粘合剂的可喷涂性差。如表10中所示,本发明粘合剂在低温和高温下表现出合意的可涂布性和可喷涂性,由此指示了宽操作窗口。此外,本发明粘合剂表现出可以与工业中的标准粘合剂相当或优于其的粘合剂性质。
实施例9
使用表11中描述的本发明丙烯-乙烯共聚物制造用于包装应用的热熔性粘合剂。此外,如表11中所示,由对比丙烯均聚物(“CPH”)制造对比粘合剂。根据实施例1中描述的方法制造用于制造这些粘合剂样品的共聚物。此外,表11还显示了用于制造共聚物的电子给体(环己基甲基二甲氧基硅烷(“C”)或二环戊基二甲氧基硅烷(“D”))。
表11
共聚物样品 | CPH | 9A | 9B |
粘度@ 190℃, cP | 1028 | 3165 | 2520 |
软化点(℃) | 135 | 132.1 | 137.5 |
针入度(dmm) | 22 | 12 | 14 |
重量%乙烯 | 0 | 9.9 | 16.7 |
重量%丙烯 | 100 | 90.1 | 83.3 |
电子给体 | C | C | D |
根据实施例4中描述的方法制造粘合剂。该粘合剂用各种添加剂产生,所述添加剂包括EastotacTM H-100W(Eastman Chemical)、EastotacTM H-130W(Eastman Chemical)、Sasol蜡 H-1(Sasol)和Irganox® 1010(BASF)。下表12描述了本发明粘合剂(其标记为“IA”)和对比粘合剂(“CA”)的组成和性质。应当指出的是,表12中列举的组成组分基于重量百分比。在162℃和177℃下测量粘合剂的初始粘度以及SAFT、PAFT和开放/固化时间。进行SAFT测量以了解粘合剂在SAFT炉中的温度段内的剪切强度。生成粘合剂的粘度曲线以确定可加工性特征。此外,还测量和观察在老化前的初始加德纳颜色和在177℃下的粘合剂透明度。
表12
粘合剂 | CA1 | CA2 | IA1 | IA2 | IA3 |
CPH | 39.8 | 59.8 | |||
样品9A | 39.8 | 59.8 | |||
样品9B | 39.8 | ||||
Eastotac<sup>TM</sup> H-100W | 39.8 | ||||
Eastotac<sup>TM</sup> H-130W | 39.8 | 19.8 | 39.8 | 19.8 | |
Sasol蜡 H-1 | 19.8 | 19.8 | 19.8 | 19.8 | 19.8 |
Irganox<sup>®</sup> 1010 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
布氏粘度162℃ (cps) | 465 | 750 | 3250 | 9062 | 575 |
布氏粘度177℃ (cps) | 330 | 545 | 2192 | 6366 | 417 |
开放/固化时间 (s) | 20/10 | N/A | 15/10 | 15/10 | N/A |
PAFT(℃) | 77.4 (4.7) | 43.3 (3.8) | 83.6 (2.6) | 54.9 (9) | 63 (2) |
SAFT(℃) | 108.6 (5) | 199.6(2.5) | 120.3(0.4) | 136.5(0.4) | 101 (2) |
加德纳颜色 (初始) | 2 | 4 | 5 | 6 | 1 |
粘合剂透明度(177℃) | 澄清 | 澄清 | 浑浊 | 浑浊 | 澄清 |
如表12中所示,本发明粘合剂表现出可以与由丙烯制造的粘合剂相当或优于其的粘合剂性质。本发明粘合剂可以表现出合意的透明度和颜色,以及由其粘度所示的合意的可加工性。
实施例10
使用表13中描述的本发明的丙烯-乙烯共聚物制造用于包装应用的热熔性粘合剂。此外,由AffinityTM GA1950(Dow)和如表13中所述的对比聚合物(“CP”)制造对比粘合剂。根据实施例1中描述的方法制造用于制造这些粘合剂样品的共聚物。此外,表13还显示了用于制造该共聚物的电子给体。
表13
共聚物样品 | CP1 | CP2 | CP3 | 10A | 10B |
粘度@ 190℃, cP | 8350 | 8812 | 29950 | 7825 | 19975 |
软化点(℃) | 157.5 | 155.8 | 157.3 | 111.9 | 107.7 |
针入度(dmm) | 7 | 9 | 1 | 29 | 37 |
重量%乙烯 | 0 | 0 | 6.2 | 22.8 | 27.9 |
重量%丙烯 | 100 | 100 | 93.8 | 97.2 | 92.1 |
电子给体 | 无 | 无 | Anisole | D | D |
根据实施例4中描述的方法制造粘合剂。该粘合剂用各种添加剂产生,所述添加剂包括RegaliteTM R1090(Eastman Chemical)、Escorez® 5300(Exxonmobil)、PiccotacTM1095(Eastman Chemical)、PiccotacTM 7590(Eastman Chemical)、Sasol蜡H-1(Sasol)和Irganox® 1010(BASF)。下表14描述本发明粘合剂(其标记为“IA”)和对比粘合剂(其标记为“CA”)的组成和性质。应当指出的是,表14中列举的组成成分是基于重量百分比,并且所有组分加起来为100%;但是,这不包括1%的抗氧化剂(Irganox® 1010),其在组合所有其它组分之后添加。抗氧化剂的重量百分比在其它组分的组合重量百分比之外另行计算。
在150℃、162℃和177℃下测量粘合剂的初始粘度以及SAFT、PAFT和开放/固化时间。生成粘合剂的粘度曲线以确定粘合剂的可加工性特征。进行SAFT测量以了解粘合剂在SAFT炉中的温度段内的剪切强度。此外,还观察在177℃下的粘合剂透明度。
如表14中所示,本发明粘合剂表现出可与工业中的普通粘合剂相当或优于其的粘合剂性质。本发明粘合剂可以表现出所需的透明度和由其粘度所示的合意的可加工性。此外,如表14中所示,本发明粘合剂可以表现出优异的粘合剂性质。
实施例11
使用本发明的丙烯-乙烯共聚物(来自实施例7的样品7D)制造用于胶带和标签的热熔压敏粘合剂。根据实施例4中描述的方法制造粘合剂。该粘合剂用VistamaxxTM 6202(Exxonmobil)、Kraton® 1162(Kraton)、Kraton® 1657(Kraton)、RegaliteTM R1090(Eastman Chemical)、Kaydol矿物油(Sonneborn)和Irganox® 1010(BASF)制得。在下表15中描述本发明粘合剂的组成和性质。应当指出的是,表15中列举的组成组分基于重量百分比。根据ASTM D9279测量粘合剂的探针初粘力(kg),并根据ASTM D3654测量保持力(小时)。
表15
如表15中所示,本发明粘合剂表现出可以与工业中的普通粘合剂相当或优于其的粘合剂性质。
实施例12
制造聚合物共混物以观察某些聚合物对特定共混物的作用。在该实施例中,比较市售丙烯均聚物(ExxonTM PP3155)与根据实施例1制备的丙烯均聚物。在没有电子给体的情况下制造该丙烯均聚物(“样品12A”),并且其具有157.5℃的软化点和7 dmm的针入度。将这两种均聚物分别与Kraton® G1650(Kraton)、Kraton® G1651(Kraton)、CaCO3、Drakeol® 34油(Calumet Specialty Products)和KristalexTM 5140(Eastman Chemical)组合以制造聚合物共混物。在下表16中描述了这些聚合物共混物的组成和性质。应当指出,表16中的所有组成值基于重量百分比。
此外,如表16中所示测量聚合物共混物的各种性质。受试性质包括肖氏A硬度(ASTM D2240)、熔体流动速率(ASTM D1238)、撕裂强度(ASTM D624)、100%模量(ASTMD412)、200%模量(ASTM D412)、300%模量(ASTM D412)、断裂伸长率(ASTM D412)、拉伸强度(ASTM D412)和杨氏模量(ASTM E111-04)。
表16
如上所示,使用上述方法制造的非市售均聚物可以以与市售均聚物类似的方式改进聚合物共混物。
当涉及不实质上背离但在如以下权利要求书中阐述的本发明的字面范围之外的任何装置时,本发明人在此陈述其意在依赖等同原则确定和评价本发明的合理公平范围。
上述本发明的优选形式将仅用作举例说明,并且不应以限制性含义用于解释本发明的范围。在不背离本发明的精神的情况下,本领域技术人员可以容易对上述示例性实施方案做出修改。
实施例13
使用表17中描述的本发明的丙烯-乙烯共聚物制造用于卫生和包装应用的热熔性粘合剂。根据实施例1中描述的方法制造用于制造这些粘合剂样品的共聚物。此外,表17还显示了用于制造共聚物的电子给体。
表17
共聚物样品 | 13A | 13B | 13C | 13D | 13E | 13F |
粘度@ 190℃, cP | 1813 | 2063 | 16525 | 18400 | 19000 | 1840 |
软化点(℃) | 133.5 | 130.6 | 110.4 | 115.9 | 117.4 | 132.7 |
针入度(dmm) | 22.8 | 22.7 | 32.8 | 28.1 | 23.6 | 22.8 |
重量%乙烯 | 16 | 16 | 22 | 21 | 20 | 16 |
重量%丙烯 | 84 | 84 | 78 | 79 | 80 | 84 |
电子给体 | D | D | D | D | D | D |
根据实施例4中描述的方法制造粘合剂。该粘合剂用各种添加剂产生,所述添加剂包括RegaliteTM R1090(Eastman Chemical)、EastotacTM H100W(Eastman Chemical)、Kaydol®矿物油(Sonneborn), Licocene®蜡(Clarient)、Sasol蜡H-1(Sasol)和Irganox®1010(BASF)。下表18和表19描述本发明粘合剂的组成和性质。表18包括可用于卫生制造市场的本发明粘合剂,而表19包括可用于包装的本发明粘合剂。应当指出的是,表18和表19中列举的组成组分基于重量百分比,并且所有组分总计达100%。
上表18描述本发明粘合剂(其标记为IA1-IA9)的组成和性质。还分析了对比市售粘合剂并将其标记为CA1-CA4。CA1-CA3使用基于烯烃的聚合物用于卫生制造中的粘合剂。CA4也是使用苯乙烯类嵌段共聚物的商业粘合剂用于卫生制造中。表18中使用本发明聚合物制备的卫生粘合剂显示出宽的操作窗口,使用宽范围的喷涂/涂布技术(signature、summit、CF、omega、间歇、狭缝等),在宽温度范围(270°F至350°F)内具有优异的可喷涂性/可涂布性特征,在室温、体温和在老化条件(高温和室温)下具有良好的粘合剥离,具有0.5至8.0 gsm的添加水平变化。使用本发明聚合物制备的粘合剂的热稳定性、加德纳颜色和布氏粘度稳定性也是优异的,并且使用本发明聚合物制备的粘合剂在室温下是透明的,无颜色且无气味。
在177℃下测量表19中的粘合剂的初始粘度以及SAFT、PAFT、%纤维撕裂和开放/固化时间。产生粘合剂的老化粘度以确定粘合剂的可加工性特征和长期老化稳定性。进行PAFT和SAFT测量以了解粘合剂在SAFT炉中的温度段内的剥离粘合和剪切强度。此外,还测量加德纳色度方面的初始和老化颜色。
表19
实施例14
对该实施例,制备含有该低分子量丙烯-乙烯共聚物的粘合剂。该粘合剂包含60重量%的该低分子量乙烯/丙烯共聚物和40重量%的Regalite® 1090烃树脂(本发明的共聚物60/40)。
在装备有相互啮合的螺旋搅拌器和蒸馏柱的锥形反应器中制备21.91千克(48.2bs.)的粘合剂组合物。该粘合剂组合物的组成如下:
(a)低分子量丙烯-乙烯共聚物 12.71千克(27.99 lbs.)(~59.5重量%);
(b)Regalite® 1090树脂 8.98千克(19.75 lbs.)(~39.5重量%);
(c)Irganox® 1010 抗氧化剂 0.22千克(0.4925 lbs.)(~0.985重量%);和
(d)Eastobrite®荧光增白剂OB-1 0.0011千克(0.0025 lbs.)(0.005重量%)。
在开始该批次之前,调节该柱中的真空集管,并随后通过在蒸馏柱的夹套中循环热油将系统温度设定至150℃。将Isopar™ L和干冰装入冷阱中,并在生产批次表上记录行动。随后关闭蒸馏柱中的油循环以将温度保持在150℃。此时,在10 ft3/hr的氮气吹扫下以上述量将以下成分装入反应器中:(a)Regalite® 1090树脂;(b)Irganox® 1010抗氧化剂;和(c)Eastobrite®荧光增白剂OB-1。
随后将加热油的温度升高至190℃,以确保粘合剂组合物温度达到180℃的最高温度。当粘合剂组合物温度达到130℃时,启动搅拌器,并以25 rpm向前运行6分钟并反向运行6分钟。当油温达到180℃时,将低分子量共聚物(13.52千克(29.75 lbs.)或总配方的59.50%)以两等分的6.82千克(15 lbs.)和6.59千克(14.75 lbs.)分别通过主端口添加。在180℃下加入各等分试样后,将混合物在25 rpm下搅拌30分钟。当加入该共聚物最后的等分试样时,将混合物在180℃和25 rpm下搅拌60分钟,随后将热熔性粘合剂组合物通过柱塞阀挤出到涂蜡的盒子中。用30 ft3/hr的氮气吹扫该系统,并将反应器在180℃下排放30分钟。在30分钟的排放保持时间之后,将粘合剂组合物温度降低至75℃,并继续进行反应器的排放。
实施例15
对该实施例,制备包含大约52重量%的本发明的低分子量丙烯-乙烯共聚物的粘合剂。
在装备有相互啮合的螺旋搅拌器和蒸馏柱的锥形反应器中制备113.56千克(250.14 lbs.)的粘合剂组合物。该粘合剂组合物如下:
(a)本发明的低分子量共聚物 - 59.07千克(130.12lbs.)52.0重量%;
(b)Regalite® 1090树脂 - 51.08千克(112.5 lbs.)45.0重量%;
(c)Sasol® H1蜡 - 2.27千克(5.0 lbs.)2.0重量%;
(d)Irganox® 1010抗氧化剂 - 1.13千克(2.49 lbs.)0.995重量%;和
(e)Eastobrite®荧光增白剂OB-1 0.0057千克(0.0125 lbs.)0.005重量%。
在开始该批次之前,调节该柱中的真空集管,并随后通过在蒸馏柱的夹套中循环热油将系统温度设定至150℃。将Isopar™ L和干冰装入冷阱中,并在生产批次表上记录行动。随后关闭蒸馏柱中的油循环以将温度保持在150℃。此时,在10 ft3/hr的氮气吹扫下将下文列举的成分装入反应器中。
Regalite® 1090树脂 51.14千克(112.5 lbs.)
Sasol® H1蜡 2.27千克(5.0 lbs.)
Irganox® 1010抗氧化剂 1.14千克(2.49 lbs.)
Eastobrite® OB 1 0.0057千克(0.0125 lbs.)。
随后将加热油的温度升高至190℃,由此确保粘合剂组合物温度达到180℃的最高温度。当共混物温度达到130℃时,启动搅拌器,并以25 rpm向前运行6分钟并反向运行6分钟。当油温达到180℃时,随后将低分子量共聚物(59.1千克 - 130 lbs.- 或总配方的52.0%)以五个等分试样(四个各自为13.64千克(30 lbs.),最后一个为4.55千克(10lbs.))通过主端口添加。在180℃下进行各添加后,将混合物在25 rpm下搅拌30分钟。当加入该低分子量共聚物的最后的等分试样时,将混合物在180℃和25 rpm下搅拌60分钟,随后将热熔性粘合剂通过柱塞阀挤出到涂蜡的盒子中。用30 SCFH的氮气吹扫该系统,并将反应器在180℃下排放30分钟。在30分钟的排放保持时间之后,将组合物温度降低至75℃,并继续进行反应器的排放。
实施例16:制备含有Aerafin® 180的热熔性粘合剂
在装备有蒸馏柱的锥形反应器中制备27.27千克(59.993 lbs.)的粘合剂。在开始该批次之前,调节该柱中的真空集管,并随后通过在蒸馏柱的夹套中循环热油将系统温度设定至150℃。将Isopar™ L和干冰装入冷阱中,并在生产批次表上记录行动。随后关闭蒸馏柱中的油循环以将温度保持在150℃。
此时,在10 SCFH的氮气吹扫下将下面列举的成分装入反应器中。
(a)Regalite® 1090树脂 - 12.68千克(27.9 lbs.) 46.50重量%;
(b)Kaydol®矿物油 - 2.86千克(6.3 lbs.) 10.00重量%;
(c)Sasol® H1蜡 1.91千克(4.2 lbs.) 7.00重量%;
(d)Irganox 1010抗氧化剂 0.27千克(0.59 lbs.) 0.983重量%;和
(e)Eastobrite® OB-1 0.0014千克(0.003 lbs.) 0.005重量%。
随后将加热油的温度升高至190℃,由此确保粘合剂组合物温度达到180℃的最高温度。当粘合剂组合物温度达到130℃时,启动搅拌器,并以25 rpm向前运行6分钟并反向运行6分钟。当油温达到180℃时,随后将对比Aerafin® 180共聚物(9.55千克 - 21 lbs.- 或总配方的35%)以7 lbs.的三个等分试样通过主端口添加。在180℃下进行各添加后,将混合物在25 rpm下搅拌30分钟。当加入该共聚物的最后的等分试样时,将混合物在180℃和25rpm下搅拌,随后将热熔性粘合剂通过柱塞阀挤出到涂蜡的盒子中。用30 SCFH的氮气吹扫该系统,并将反应器在180℃下排放30分钟。在30分钟的排放保持时间之后,将聚合物温度降低至75℃,并继续进行反应器的排放。该粘合剂的最终组成如下:
对比Aerafin® 180 9.55千克(21 lbs.) 35.017%
Regalite® 1090树脂 12.68千克(27.9 lbs.) 46.50%
Kaydol®矿物油 2.86千克(6.3 lbs.) 10.00%
Sasol® H1蜡 1.91千克(4.2 lbs.) 7.00%
Irganox® 1010抗氧化剂 0.27千克(0.59 lbs.) 0.983%
Eastobrite®荧光增白剂OB 1 0.0014千克(0.003 lbs.) 0.005%。
下列测试方法和样品制备技术用于测试制得的粘合剂和实施例14-16中使用的共聚物。
热性质测量
热性质如熔融温度和能量使用装有400 w炉供应和陶瓷FRS2 High DSC传感器的Mettler Toledo差示扫描量热计DSC2 STARe 系统(1900 Polaris Parkway, Columbus,OH, USA 43240)进行评估。该仪器由安装在HP Z230工作站上的DSC STARe软件,版本13.00a(Build 6917)控制。该软件也用于数据处理。
将10-15毫克样品放入40微升铝坩埚(型号1/3 ME 51119870,无钉销(pin)),然后用铝盖(型号1/2ME 51119871)密封。
将密封的坩埚放置在DSC炉中并从室温加热至200℃,在200℃下保持10分钟,然后冷却至-100℃,保持该温度10分钟,并再次加热至200℃。最后,将样品从200℃冷却到室温。加热速率为10℃/min,冷却速率为-10℃/min。记录加热和冷却阶段的热分析图。熔融和结晶、以及熔融和结晶的能量使用该DSC STARe软件从热分析图中的数据(第二次加热和第一次冷却)来评价。
X射线衍射测量的结晶度
使用装备有通电至45千伏和40毫安的阳极以产生准直的单色铜Kα辐射撞击样品并产生衍射图案的PANalytical Empyrean XRD光谱仪(2555 55th Street, Boulder, CO, USA80301)来评估聚合物的结晶度。在Bragg Brentano反射几何中,采用固定为入射角2倍(θ-2θ)的检测器角,从5度2θ角至90度2θ角收集图案,采样宽度为0.02度,步长时间为160秒。
将样品切成3至6毫米厚的大约1英寸正方形,随后用双面胶带将其平坦地安装在固定的xyz台上。将样品暴露于X射线束并收集衍射图案。
使用来自Materials Data Incorporated(MDI, Livermore, California)的JADEXRD Pattern Processing, Identification and Quantification软件(版本9.5.0)进行X射线衍射图案的峰去卷积。百分比结晶度的评估基于从10度2 θ到32度2 θ的去卷积和拟合的衍射峰的积分强度来计算。由积分衍射峰和使用Scherrer公式计算微晶尺寸的评估。将大于30Å的微晶尺寸的拟合衍射峰定义为属于聚合物的结晶区域和将小于或等于30Å的微晶尺寸的峰定义为属于聚合物的无定形区。
在通过X射线衍射测量时,本发明的低分子量共聚物具有25+/-2%的结晶度,而对比Aerafin® 180共聚物具有20+/-2的结晶度。
流变学温度扫描
使用由安装在HP Compaq计算机上的TA Orchestrator 4800-0026(Firmware ARESV7.2.0.4)来控制的TA Instruments 400801系列/ ARES G1评估聚合物的粘弹性质。使用8或25毫米的平行板几何形状。板之间的间隙为1毫米。当使用8毫米板时,采用以下的实验设定:5%最大施加应变,1,000 g-cm的最大扭矩,30 g-cm的最小扭矩,当前应变的300%应变调整,和0.5%的应变。在使用25毫米的板的情况下,采用的条件是50%最大施加应变,100 g-cm的最大扭矩,30 g-cm的最小扭矩,当前应变的30%应变调整,和5%的应变。
对于所有运行,采用6℃/分钟的温度速率,10 rad/s的频率,和-80℃至170℃的温度范围。
采用该方法确定的粘弹性质包括储能和损耗模量(G’和G”)和正切δ(tanδ)。此外,该技术能够测定聚合物的玻璃化转变温度(Tg)。
图5和6显示了对比Aerafin® 180共聚物和本发明的低分子量共聚物的曲线之间的差别。更值得注意的是,本发明的低分子量共聚物显示出两个转变温度,第一个在大约-29.5℃,第二转变在大约68.3℃处,而对比Aerafin® 180共聚物仅显示在-31.5℃处的一个转变。
此外,本发明的低分子量共聚物显示出比对比Aerafin® 180共聚物更高的强度,其通过较低的tanδ值来表征。这也在25℃下通过显示储能模量G'的高值而突显。
流变学–毛细管流变特性–随剪切速率变化的粘弹性质
在10 – 30,000 1/s的剪切速率下使用Ceast SR20 Instron毛细管流变仪测量熔体粘度。0.5毫米的模头用于在140℃下作为剪切速率的函数测量熔体粘度、压力、流体体积和流体速度。需要20 -30克的样品量进行测量。
如图7中所示,本发明的低分子量共聚物在宽范围的剪切速率下为相对牛顿力学的。熔融的本发明的低分子量共聚物的低流动阻力使得它也更易于在通常遇到高剪切的应用中加工和使用。
分子量测定
使用Malvern Viscotek HT-350A高温凝胶渗透色谱仪分析样品,所述色谱仪装备有2个Viscotek VE1122泵(主要和辅助);Viscotek Model 430涡流加热器搅拌器自动进样器;VE7510 GPC脱气器;HTGPC Module 350A炉;用于样品制备的Microlab 500系列自动注射器,以及由激光光散射、折射计和差式粘度检测器的组合组成的三重检测系统。GPC包括PLGel 5微米50×7.5毫米保护柱和2×PLGel 5微米Mixed-C 300×7.5毫米柱,其采用1,2,4-三氯苯作为溶剂在135℃下以0.7毫升/分钟的流速运行。该仪器由Malvern OmniSEC软件进行控制。
将50至70毫克的每种样品称重到样品小瓶中并与10毫升1,2,4-三氯苯混合,以制备大约5.0至7.0毫克/毫升的共混物。使用磁力搅拌棒在搅拌下将小瓶放置在ViscotekModel 430涡流加热器搅拌器自动进样器中以在室温下平衡大约1小时,然后,在135℃下将样品加热不超过4小时。
结果分析
对于每个试样,使用两次注射并收集每次注射的色谱图。通过使用单个窄聚苯乙烯标样校准的常规GPC、光散射、三重检测和通用校准分析样品。使用同一Malvern OmniSEC软件完成光散射数据的分析、常规的GPC分析、三重检测分析以及通用校准分析。使用MalvernOmniSEC软件对每个样品测定重均分子量(Mw)、数均分子量(Mn)和Z均分子量(Mz)。
对每个样品测定重均分子量(Mw)、数均分子量(Mn)、Z均分子量(Mz)、多分散指数(Mw/Mn)。
分子量多分散性对热熔性粘合剂性能的影响
每个样品的Mn、Mw、Mz和Mw/Mn显示在下面提供的表20中。出于实验的统计设计目的,将表示为Mw/Mn的分子量编码成-1、-0.5、0、0.5和1的设计单位值(F:分子量)。
表20
样品 | Mn | Mw | Mz | Mw/Mn | F: 分子量 |
A | 2,968 | 29,017 | 96,653 | 9.78 | -1.00 |
B | 1,453 | 32,145 | 107,283 | 22.12 | -0.50 |
C | 4,035 | 32,794 | 105,378 | 8.13 | 0.00 |
D | 10,471 | 41,001 | 112,471 | 3.92 | 0.50 |
E | 2,306 | 40,523 | 130,662 | 17.57 | 1.00 |
图8显示了在-1、-0.5、0、0.5和1的设计单位值(F:分子量)中五个一般水平的分子量的布局和在该设计中的四十(40)组运行。
完全展开的DOE包括153个运行,得到层压样品,对其测定剥离强度,然后与分子量关联。此外,在统计分析中使用该运行来定义优化的制剂。
使用各种分子量分布的乙烯-丙烯共聚物制备的粘合剂组合物的剥离强度性能的评估结果显示在图9中。
分子量编码为-1、0和1的聚合物样品(其对应于8至18的多分散指数)提供高于160克/25毫米的剥离强度。多分散指数为18的聚合物样品获得最高剥离。
当Regalite® R1090烃树脂与本发明的低分子量共聚物一起使用时,最佳配方定义为不含有矿物油的组合物。在这种情况下,基于本发明的共聚物的热熔性粘合剂的性能与分子量无关。
作为各种配制物中聚合物含量的函数的剥离强度值显示在图10中。
在下表21中提供了关于热熔性粘合剂最佳组成的细节。
表21
材料 | 重量% | 批次重量 (lbs.) |
本发明的低分子量共聚物 | 52.700 | 527 |
Regalite<sup>®</sup> R1090烃树脂 | 45.000 | 450 |
Sasol<sup>®</sup> H-1蜡 | 2.000 | 20 |
Irganox<sup>®</sup> 1010抗氧化剂 | 0.295 | 2.95 |
Eastobrite<sup>®</sup> OB-1荧光增白剂 | 0.005 | 0.05 |
总计 | 100.00 | 1000.00 |
评估粘合剂剥离粘结强度
在聚乙烯膜和无纺织物之间施加各种粘合剂以制备层压材料。然后,将层压材料用拉伸试验机脱粘(debonded)并测量分离各层而施加的力作为剥离粘结强度。下面提供了将粘合剂施加到基底上、制备层压材料和测量剥离强度的细节。
使用装备有Nordson粘合剂涂施器的Nordson CTL 4600系列热熔体涂布机(Nordson Corporation, 11475 Lakefield Drive, Duluth, GA 30097, USA)评估该粘合剂。涂施器通过隔热软管连接至Nordson ProBlue 50 Melter的粘合剂熔融槽。机器的整体操作和粘合剂递送通过Allen Bradley PanelView 5和Siemens Simatic控制器处理,全部采用Nordson定制的专用软件。
使用两种类型的涂施器。它们包括其上安装有四个喷涂喷嘴的NordsonUniversal Modules和Nordson Slot Die系统。
选择分别在连续和间歇模式操作的两组喷嘴来评估热熔性粘合剂。连续喷涂喷嘴包括Universal Signature标准(型号1072290)和Universal Signature低流量(型号1095242)。用于间歇喷涂工艺的喷嘴包括Universal Signature标准间歇(型号1088478A)和Universal Signature低流量间歇(型号1088478)。还使用双操作喷涂喷嘴-连续和间歇-Universal Summit 3孔(型号1033006)。
狭缝模头系统包括连续(型号784088)和间歇(型号C2501789897)涂施器。
通过使用相关液体热熔性粘合剂将五英寸宽的聚乙烯膜层压到五英寸宽的无纺织物上来制造用于剥离强度评估的样品。
该聚乙烯膜是Clopay Microflex® Film, DH284 PE White 360, 0.001”×5”(1密耳厚的白色膜),由Clopay Plastic Products Company, 531 East Fourth street,Augusta, KY提供。无纺布是由Midwest Filtration, 9775 International Boulevard,Cincinnati, OH经销的Unipro® 45,15 g/m2(或0.45 oz./yd2)纺粘聚丙烯织物。
将固体粘合剂放置在ProBlue熔融槽中并加热至目标温度以获得均匀的液体。所选目标温度为120、130、140、145、150和160℃。然后将熔融的粘合剂从熔融槽通过加热的隔热软管泵送至喷涂模块和喷嘴,以沉积到聚乙烯膜上,以400或600 m/min的速度移动,粘合剂的量对应于预先选择的添加量(1、2或3克/米2)。然后,以与聚乙烯膜相同的速度移动的无纺织物在具有粘合剂层的一侧上与聚乙烯膜接触。将该组装件运行通过S-wrap和两个(钢和橡胶)辊之间的压紧夹(或间隙)以接触基底和使它们相互粘合。由此产生的层压材料绕成卷。在该过程结束时,将机器停止,并通过切成薄片从该卷上收集试样(短层压材料或标签的束的形式),并保存用于随后的剥离强度评估。
对每种粘合剂和操作条件组重复该过程以产生用于剥离强度评估的各种样品。
分别以21至25和30 psi的表压操作涂布机复卷机包裹辊和压紧夹。
使用万能拉伸测试仪以30毫米/分钟的十字头速度测量各种样品的层压材料中各层之间的粘合强度作为180度剥离强度。仪器包括配备有22.24 N(5 lbf)负荷传感器的Chem Instruments Adhesion Release Tester AR-1000和其上安装500 N(112 lbf)负荷传感器(型号LPB 502)的MTS Criterion Universal Tensile Tester型号C43-104E。该MTS仪器由安装在HP计算机系统上的Test Works 4(版本4.12D)软件控制。
以下列方式进行测试。根据待收集的信息的类型调理由每个样品的若干层压材料制成的样品。即时剥离强度在5分钟的层压材料制备内测量,没有特殊的样品调理,对在50%RH和25℃下分别调理24小时和1个月的样品评估24小时和1个月剥离强度。在38℃(对于4小时)和49℃(对于2周)下调理两组样品以分别生成4小时和2周的剥离强度数据。
调理后,通过剥离拆开层压材料的一个端部以分开两个层约50毫米的长度。然后,将每个层的端部在初始定位在彼此75毫米处的两个试验机柄中夹住。然后,将层压材料以300毫米/分钟的速度剥离100毫米的长度并连续测量施加以分开各层的瞬间力,存储在计算机中,然后处理以确定读数的平均值。由此测试从每个样品获得的六个单独的试样,并计算所有的六个试样的剥离粘合强度的平均值并报告为样品的剥离强度。
与实施例14-16进行比较的剥离强度的对比数据
图11-20中的图显示了采用对比Aerafin™ 180共聚物、本发明的共聚物60/40和本发明的共聚物52/45以及市售的基于橡胶的热熔性粘合剂粘合的层压材料的对比剥离强度数据。剥离强度涉及暴露于如上文在剥离强度测量程序中所描述的各种调理环境的层压材料。
使用本发明的低分子量丙烯-乙烯共聚物制备的热熔性粘合剂在整个应用温度范围产生高剥离强度层压材料。此外,剥离值在宽喷涂温度范围内相对恒定。剥离强度的一致性为基于本发明的低分子量丙烯-乙烯共聚物的热熔性粘合剂的用户提供了巨大的商业优势,因为在用本发明的粘合剂层压时,该粘合剂提供了恒定的高品质成品,无论物品的制造工艺期间使用的温度如何。
在相同的添加量下,本发明的低分子量丙烯-乙烯共聚物提供了明显高于采用对比Aerafin® 180共聚物得到的剥离强度的剥离强度。此外,在低于152℃的给定施加温度下,基于本发明的低分子量丙烯-乙烯共聚物的热熔性粘合剂提供为用户节省开支的可能性,因为仅施加少量粘合剂就能够产生类似于当使用基于所述对比Aerafin® 180共聚物和较高添加量的热熔性粘合剂时获得的类似的剥离强度。
实施例17
使用具有设定在177℃的加热罩的通过可变速马达控制的桨式搅拌器采用机械搅拌在铝罐中制造粘合剂。将一种或多种丙烯-乙烯共聚物、一种或多种聚丙烯(共)聚合物、增粘树脂、蜡和抗氧化剂在氮气覆盖层下引入该罐并加热至177℃。在一些情况下,也将油与树脂和/或油一起添加或代替树脂和/或蜡添加。将该混合物搅拌30分钟直至其完全均匀。在彻底混合后,将粘合剂倾倒至硅酮表面或硅酮涂布的表面并令其冷却。该粘合剂用各种添加剂制造,包括:Eastotac® H130W, 氢化烃树脂(Eastman);Sasolwax™ H1,费托蜡(Sasol Chemical Industries Limited, South Africa);Be Square 195微晶蜡(BakerHughes, Inc., Sugar Land, TX);EPOLENE™ N-15, 聚丙烯均聚物蜡(WestlakePolymer, LLC, Houston, TX);Achieve™ 6936, 聚丙烯均聚物,基于茂金属(Exxon-Mobil, Houston, TX);Vistamax™ 8880全同立构丙烯-乙烯共聚物, 茂金属催化, 半结晶(Exxon-Mobil);A-C® 596, 丙烯马来酸酐共聚物蜡(Honeywell International,Inc., Morristown, NJ)。
使用装有Thermosel的标准布氏粘度计测量该粘合剂的粘度。在组合物熔融30分钟后进行测量。
使用标准US PAFT(剥离破坏温度)方法使用60#牛皮纸进行100克剥离。层压部分为1”×1” ×10密耳的粘合剂厚度。
根据ASTM D4498-SAFT(剪切破坏温度)方法使用60#牛皮纸进行500克剪切。层压部分为1”×1” ×10密耳的粘合剂厚度。
根据ASTM D4497评估开放时间。
对瓦楞纸板的粘结测试是通过手工进行粘结,然后使该粘结件在室温下竖置至少12小时进行。然后将粘结件放置到指定温度的调理室中,并竖置至少24小时。通过在调理温度下将其撕开并读取纸纤维覆盖的粘合剂面积百分比来评估粘结件。冷藏室温度为4℃。
表22和23提供了各粘合剂的配方和各种测量性质。应当指出,所有粘合剂包含0.5重量%的Irganox 1010。
表22
表23
*优异 = 80-100%纤维撕裂;良好= 50-79%纤维撕裂;微弱= 20-49%纤维撕裂;失败=0-19%纤维撕裂。
**速度1-5,其中1 = 快速。
如表22和23中所示,制造了包含本发明的低分子量聚合物Aerafin® 17和本发明的高分子量聚合物Aerafin® 180与各种蜡和聚合物的各种粘合剂组合物。“目标”粘合值来自基于使用茂金属催化剂(“mPE”)生产的乙烯-辛烯共聚物的市售粘合剂(HB FullerAdvantra PHC9256)。
样品1和2表明,以通常用量使用通常用于EVA和乙烯-辛烯(茂金属催化, mPE)包装粘合剂的蜡导致了僵硬、脆和易碎的组合物,几乎不具有机械完整性。样品5-8产生了透明、柔性的组合物,对瓦楞纸板具有优异的室温粘合性。出乎意料的是,样品5、6和8的剪切破坏温度(SAFT)性能分别比目标值高27.6%、34%和33%。令人惊讶的是,高SAFT值与商业包装生产线上可接受的固化时间相组合。
此外,该配制物的柔韧性和弹性,特别是包含Aerafin®聚合物和Vistamaxx™8880聚合物(一种全同立构茂金属催化的丙烯/乙烯共聚物)的F7,显示了用于一次性卫生用品如尿布、女性护垫和成人失禁用品的弹性附着粘合剂的潜在优势。
实施例18
使用实施例17中所述的方法制造用于包装应用的本发明的热熔性粘合剂;该粘合剂的组成(重量%)和性质列举在表24中。该粘合剂用各种聚丙烯添加剂制得,所述添加剂包括Licocene™ PP 6102,一种具有高结晶度的茂金属催化的聚丙烯聚合物蜡;Licocene™ PP1302,一种具有低结晶度的茂金属催化的丙烯-乙烯聚合物蜡,二者均可获自ClariantInternational Ltd.(Muttenz, Switzerland); Epolene® N-15(Westlake)和A-C®596,丙烯马来酸酐共聚物蜡(Honeywell)。为了比较,测试了第二市售粘合剂FT6,其基于茂金属催化的乙烯-辛烯聚合物(mPE)。
与市售对比粘合剂FT6相比,包含本发明的丙烯-乙烯共聚物和聚丙烯聚合物/蜡的样品FT2和FT3预料不到地表现出大约800-1800 cp的在177℃下的粘度与提高超过34%和19%的SAFT值的组合,以及在-7℃和-15℃下改进的粘合性(百分比纤维撕裂)。
表24
Claims (20)
1.包含至少一种丙烯-乙烯共聚物和至少一种高丙烯含量聚合物的粘合剂,其中所述丙烯-乙烯共聚物包含至少10重量%的乙烯并具有至少99℃的软化点。
2.权利要求1的粘合剂,其中所述高丙烯含量聚合物选自丙烯均聚物;茂金属催化的聚丙烯;丙烯-乙烯共聚物;茂金属催化的丙烯-乙烯共聚物;丙烯与直链或支链C4至C20烯烃的共聚物;丙烯与直链或支链C4至C20烯烃的茂金属催化的共聚物;丙烯、乙烯和C4至C20烯烃的三元共聚物;丙烯蜡;由乙烯、丙烯和二烯形成的三元共聚物(EPDM)或其组合。
3.权利要求1的粘合剂,其中所述丙烯-乙烯共聚物包含12至40重量%的乙烯。
4.权利要求1的粘合剂,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有105至145℃的软化点。
5.权利要求1的粘合剂,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有根据ASTM D5测得的8至75 dmm的针入度。
6.权利要求1的粘合剂,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有使用DSC根据ASTM E 794-85测得的小于30%的结晶度和通过凝胶渗透色谱法测定的小于25,000的数均分子量(Mn)。
7.权利要求1的粘合剂,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有根据ASTM D3236测得的小于30,000 cps的在190℃下的布氏粘度。
8.权利要求1的粘合剂,其中所述丙烯-乙烯共聚物表现出-60至20℃的玻璃化转变温度(Tg)。
9.权利要求1的粘合剂,其中所述粘合剂包含:
(a)5至95重量%的所述丙烯-乙烯共聚物;
(b)10至90重量%的所述高丙烯含量聚合物;
(c)不超过70重量%的至少一种增粘剂;
(d)不超过20重量%的至少一种加工油;和
(e)不超过20重量%的至少一种蜡。
10.权利要求1的粘合剂,其中所述粘合剂包含:
(a)30至95重量%的所述丙烯-乙烯共聚物;
(b)10至55重量%的所述高丙烯含量聚合物;
(c)不超过40重量%的至少一种增粘剂;
(d)不超过20重量%的至少一种加工油;和
(e)不超过20重量%的至少一种蜡。
11.权利要求1的粘合剂,其中所述粘合剂具有800-5000 cP的在177℃下的布氏粘度;和/或比不包含所述至少一种高丙烯含量聚合物的等同组合物高至少大约20%的剪切破坏温度;和/或比不包含所述至少一种高丙烯含量聚合物的等同组合物更大的在瓦楞纸板上的在-7℃和/或-15℃下的百分比纤维撕裂。
12.包含丙烯-乙烯共聚物和高丙烯含量聚合物的粘合剂,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有至少3的多分散性。
13.权利要求12的粘合剂,其中所述高丙烯含量聚合物选自丙烯均聚物;茂金属催化的聚丙烯;丙烯-乙烯共聚物;茂金属催化的丙烯-乙烯共聚物;丙烯与直链或支链C4至C20烯烃的共聚物;丙烯与直链或支链C4至C20烯烃的茂金属催化的共聚物;丙烯、乙烯和C4至C20烯烃的三元共聚物;丙烯蜡;由乙烯、丙烯和二烯形成的三元共聚物(EPDM)或其组合。
14.权利要求12的粘合剂,其中所述丙烯-乙烯共聚物包含10至40重量%的乙烯并具有99至145℃的软化点。
15.权利要求12的粘合剂,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有根据ASTM D3236测得的小于30,000 cps的在190℃下的布氏粘度,和/或其中所述丙烯-乙烯共聚物具有根据ASTM D5测得的8至75 dmm的针入度。
16.权利要求12的粘合剂,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有使用DSC根据ASTM E 794-85测得的小于30%的结晶度和通过凝胶渗透色谱法测定的小于20,000的数均分子量(Mn)。
17.权利要求12的粘合剂,其中所述丙烯-乙烯共聚物表现出90℃至135℃的熔融温度。
18.权利要求12的粘合剂,其中所述粘合剂包含:
(a)5至95重量%的所述丙烯-乙烯共聚物;
(b)10至90重量%的所述高丙烯含量聚合物;
(c)不超过70重量%的至少一种增粘剂;
(d)不超过20重量%的至少一种加工油;和
(e)不超过20重量%的至少一种蜡。
19.权利要求11的粘合剂,其中所述粘合剂包含:
(a)30至75重量%的所述丙烯-乙烯共聚物;
(b)5至30重量%的所述高丙烯含量聚合物;
(c)不超过40重量%的至少一种增粘剂;
(d)不超过20重量%的至少一种加工油;和
(e)不超过20重量%的至少一种蜡。
20.包含权利要求1的粘合剂的制品,其中所述制品选自粘合剂、密封剂、填缝剂、屋顶膜、防水膜和衬垫物、地毯、层压材料、层压制品、胶带(例如防拆胶带、水活化胶带、涂胶胶带、密封胶带、稀松布增强胶带、饰面胶带、增强和非增强胶纸胶带、盒子制造胶带、纸胶带、包装胶带、HVAC强力胶带、遮蔽胶带、隐形胶带、电工胶带、电器胶带、曲棍球胶带、医用胶带等等)、标签(例如通用标签、饮料标签、冷冻机标签、智能标签、消费性电子产品标签等等)、填补剂、聚合物共混物、线缆涂料、模塑制品、热密封涂料、一次性卫生用品、隔热玻璃(IG)组件、桥面、防水膜、防水化合物、衬垫物、电缆涂覆/填充化合物、片状模塑料、团状模塑料、重叠注塑料、橡胶胶料、聚酯复合材料、玻璃复合材料、玻璃纤维增强塑料、木塑复合材料、聚丙烯酸系共混化合物、失蜡精密铸件、熔模铸造蜡组合物、蜡烛、窗户、膜、垫片、密封件、O形圈、汽车模制部件、汽车挤塑部件、服装制品、橡胶添加剂/加工助剂、以及纤维。
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