发明内容
本发明涉及一种包含乙烯与亚乙烯基芳烃共聚单体或受阻脂族亚乙烯基共聚单体和非必要的至少一种选自C3-C20α-烯烃的第三单体的至少一种基本上无规共聚体,和至少一种增粘剂的组合物。本发明进一步涉及一种包含乙烯与亚乙烯基芳烃共聚单体或受阻脂族亚乙烯基共聚单体和非必要的至少一种选自C3-C20α-烯烃的第三单体的至少一种基本上无规共聚体,及至少一种增粘剂、至少一种增量或改性组合物或加工助剂的组合物。本发明还涉及一种这样的组合物,即其中增量或改性组合物选自:石蜡、结晶聚乙烯蜡、苯乙烯嵌段共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯、苯乙烯和/或烷基取代苯乙烯(如α-甲基苯乙烯)的聚合物或共聚体、和乙烯与一种或多种C3-C20α-烯烃的均相线性或基本上线性共聚体。本发明进一步涉及以下述形式存在的组合物:粘合剂、多层食品包装结构中的层、涂料、密封剂、模塑制品或隔音设备。
除非另有说明,使用如下试验方法:
密度按照ASTM D-792测量。将样品在测量之前在环境条件下退火24小时。
熔体指数(I2)按照ASTM D-1238,条件190℃/2.16kg(正式地称为“条件(E)”)测定。
分子量用凝胶渗透色谱(GPC)在装有三个混合多孔柱的Waters 150℃高温色谱单元(聚合物实验室(Polymer Laboratories)103,104,105和106)中,在系统温度140℃下操作测量。溶剂为1,2,4-三氯苯,由该溶剂制备用于注射的0.3wt%样品溶液。流速为1.0mL/min,注射量为100μl。
分子量分布通过用窄分子量分布聚苯乙烯标准物(购自PolymerLaboratories)和其洗脱体积推导。当量聚乙烯分子量用聚乙烯和聚苯乙烯的合适Mark-Houwink系数(如Williams和Word在
聚合物科学期 刊,聚合物通讯(Journal of Polymer Science;Polymer Letters),Vol.6,(621)1968中描述的,这里作为参考引入)导出的如下方程测定:
M聚乙烯=a*(M聚苯乙烯)b在该等式中,a=0.4316,b=1.0。重均分子量Mw按照常规方式通过公式Mw=∑wi*Mi计算,其中wi和Mi分别为洗脱自GPC柱的第i个级分的重量分数和分子量。
熔体粘度按照如下方法用Brookfield Laboratorise DVII+粘度计在一次性铝样品室中测量。使用的回转杆为适合测量粘度10至100,000厘泊的SC-31热熔型回转杆。用切割刀将样品切割为足以适合1英寸宽、5英寸长样品室的小片。将样品放入室中,接着插入Brookfield Thermosel中并用针头钳固定。该样品室在其底部有一凹槽,该凹槽与BrookfieldThermosel底部齿合,确保回转杆插入和旋转时样品室不翻转。将样品加热至350°F,加入另一些样品直至熔化的样品在样品室顶部以下约1英寸(5.54cm)为止。将粘度计降低并将定子浸入样品室中。将粘度计继续降低直至粘度计上的夹子与Thermosel水平为止。开启粘度计,并设定剪切速率使转矩读数为30至60%、每分钟记录一次读数,记录15分钟,或直至读数稳定,记录最后读数。
G′、G″和峰tanδ按照如下方法测定。将样品用熔体流变技术在Rheometrics RDA-II Dynamic Analyzer上测量。使用Temperature-Step方式,采用直径7.9mm的平行板几何形状。扫描在每一步骤5℃从-70℃进行至250℃,其中每一步骤延迟30秒平衡时间。摆动频率为1弧度/秒,初始自应变函数为0.1%应变,每当转矩降低10g-10cm时,增加100%调节量。使用的板在160℃初始缝隙为1.5mm。样品在分析期间保持于氮气环境中以尽可能降低氧化降解。绘制G(样品动态储能模量)、G″(样品动态损耗模量)、tanδ(G′/G″)和峰tanδ(表示玻璃化转变温度)图。
玻璃化转变温度(DSC)用差示扫描量热法测定,扫描速率为10℃/min,从-75至150℃。
探针粘性用Digital Polyken Probe Tack Tester TMI 80-02-01(购自Testing Machhines,Inc.,(New York)),按照ASTM-D2979-71测定。
这里所用的术语“共聚体”包括共聚物或三元共聚物等。即至少一种其它共聚单体与乙烯聚合制备共聚体。
术语“烃基”是指脂族、环脂族、芳烃、芳基取代脂族、芳基取代环脂族、脂族取代芳烃、或环脂族取代芳烃基团。脂族或环脂族基团优选为饱和的。此外,术语“烃氧基”是指在烃基和与其连接的碳原子之间具有氧键的烃基。
这里在包含α-烯烃和亚乙烯基芳烃单体或受阻脂族亚乙烯基单体的基本上无规共聚体中所用的术语“基本上无规的”是指所述共聚体的单体分布可由伯努里统计模型或由一级或二级Markovian统计模型描述(如J.C.Randall公开于
聚合物链序测定,C-13 NMR方法(Polymer Sequence Determination,Carbon-13 NMR Method),Academic Press New York,1977,pp 71-78中的)。包含α-烯烃和亚乙烯基芳烃单体的基本上无规共聚体在3个以上的亚乙烯基芳烃单体嵌段中含有的亚乙烯基芳烃单体不超过其总量的15%。共聚体更优选不具有高程度的全同或间同立构特性。这意味着在基本上无规共聚物的13C-NMR谱中,对应于表示内消旋二单元组序列或外消旋二单元组序列的主链亚甲基或次甲基碳原子应不超过主链亚甲基或次甲基碳原子总峰面积的75%。
这里给出的各种数值包括从低限值至高限值的间隔一个单位的所有数值,只要在低限值与高限值之间至少相隔2个单位即可。例如,若组分量或方法变量值如温度、压力和时间为1至90,优选20至80,更优选30至70,在本说明书中意指已以列举形式具体给出数值如15至85,22至68,43至51,30至32等。对于低于1的数值,若合适一个单位是指0.0001、0.001、0.01或0.1。这些只是具体给出的一些例子,列举的最低值与最高值之间的所有数值组合都认为已在本说明书中按类似方式具体给出。
适合用作本发明组合物或组合物的组分的共聚体,包括但不限于通过聚合乙烯、一种或多种亚乙烯基芳烃单体和/或一种或多种受阻脂族亚乙烯基单体以及非必要的至少一种选自C3-C20α-烯烃的第三种单体制备的共聚体。合适的α-烯烃包括(例如)那些含2至约20个碳原子,优选2至约12个碳原子,更优选2至约8个碳原子的α-烯烃。特别合适的是乙烯、丙烯、丁烯-1、4-甲基-1-戊烯、己烯-1和辛烯-1。其它合适的α-烯烃包括降冰片烯。
合适的亚乙烯基芳烃单体包括(例如)如下通式表示的那些单体
其中R
1选自氢和含1至约4个碳原子烷基,优选氢或甲基;各R
2独立地选自氢和含1至约4个碳原子的烷基,优选氢或甲基;Ar为苯基或被1至5个选自卤素、C
1-4-烷基和C
1-4卤代烷基的取代基取代的苯基;n为0至约6,优选0至约2,更优选0的数值。单亚乙烯基芳烃单体的例子包括苯乙烯、乙烯基甲苯、α-甲基苯乙烯、叔丁基苯乙烯、氯苯乙烯(包括这些化合物的所有异构体)。特别合适的这些单体包括苯乙烯和其低级烷基或卤素取代衍生物。优选的单体包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、苯乙烯的低级烷基-或苯基环取代衍生物,如邻-、间-和对-甲基苯乙烯、环卤取代苯乙烯、对乙烯基甲苯或其混合物。更优选的单亚乙烯基芳烃单体为苯乙烯。
术语“受阻脂族或环脂族亚乙烯基单体”是指符合如下通式的可加成聚合的亚乙烯基单体
其中A
1为至多20个碳原子的空间位阻的大体积脂族取代基,R
1选自氢和含1至约4个碳原子的烷基,优选氢或甲基;各R
2独立地选自氢和含1至约4个碳原子的烷基,优选氢或甲基;或R
1和A
1一起形成环体系。术语“空间位阻的大体积”是指带有该取代基的单体通过标准Ziegler-Natta聚合催化剂通常不能以可与乙烯聚合相比拟的速率进行加成。优选的受阻脂族或环脂族亚乙烯基单体是其中带有烯属不饱和键的碳原子为叔或季取代的那些单体。这些取代基的例子包括环脂族基团如环己基、环己烯基、环辛烯基、或其环上烷基或芳基取代衍生物、叔丁基和降冰片基。最优选的受阻脂族亚乙烯基化合物为环己烯和取代环己烯的乙烯基-环上取代衍生物的各种异构体,和5-亚乙基-2-降冰片烯。特别合适的是1-、3-和4-乙烯基环己烯。
本发明中使用的一种或多种α-烯烃与一种或多种单亚乙烯基芳烃单体和/或一种或多种受阻脂族或环脂族亚乙烯基单体的共聚体为基本上无规聚合物。这些共聚体含有约1至约65mol%的至少一种亚乙烯基芳烃单体和/或受阻脂族或环脂族亚乙烯基单体和约35至约99mol%的乙烯。当基本上无规共聚体具有1至低于5mol%的至少一种亚乙烯基芳烃单体和/或受阻脂族或环脂族亚乙烯基单体时,该基本上无规共聚体将使粘合剂体系具有结晶特性。当基本上无规共聚体含5至低于25mol%的至少一种亚乙烯基芳烃单体和/或受阻脂族或环脂族亚乙烯基单体时,基本上无规共聚体使粘合剂体系具有弹性体特性。当基本上无规共聚体含有25至50mol%的至少一种亚乙烯基芳烃单体和/或受阻脂族或环脂族亚乙烯基单体时,基本上无规共聚体使粘合剂体系具有无定形特性。
当基本上无规共聚体用作粘合剂中赋予强度的组分时,这些共聚体的数均分子量(Mn)通常大于约1,000,优选约5,000至约1,000,000,更优选约10,000至约500,000,最优选约50,000至约300,000。如下所述,若超低分子量乙烯聚合物(其中一种包括乙烯与至少一种亚乙烯基芳烃单体和/或受阻脂族或环脂族亚乙烯基单体的超低分子量共聚体)不作为配料中赋予强度的组分,而作为增粘剂或改性剂时,可适用于实施本发明。
当按如下所述制备基本上无规共聚体时,由于亚乙烯基芳烃单体在高温下均聚因此可形成一定量的无规立构的亚乙烯基芳烃聚合物。通常,聚合温度越高,形成的均聚物的量越大。存在的亚乙烯基芳烃均聚物通常对本发明目的无害并可允许。若合适,可通过使用共聚体或亚乙烯基芳烃均聚物其中之一的非溶剂的萃取工艺,如从溶液中选择性沉淀,从共聚体中分离出亚乙烯基芳烃均聚物。对于本发明目的,优选存在不多于20wt%、优选低于15wt%、更优选低于10wt%的亚乙烯基芳烃均聚物(按共聚体的总重量计)。
基本上无规共聚体可通过本领域公知的常规接枝、氢化、官能化或其它反应改性。这些聚合物容易通过现有技术磺化或氯化提供官能化衍生物。
基本上无规共聚体通过在金属茂或束缚几何催化剂存在下聚合可聚合单体混合物制备。
基本上无规共聚体可按James C.Stevens等人1990年7月3日申请的US申请流水号545,403(相应于EP-A,0,416,815)中的描述制备。这些聚合反应的优选操作条件是压力为1个大气压至至多3000大气压(300 MPa)和温度-30℃至200℃。
制备基本上无规共聚体的合适催化剂和方法公开于EP-A-416,815、EP-A-514,828、EP-A-520,732、US申请流水号241,523(申请日1994年5月12日),以及US专利:5,055,438、5,057,475、5,096,867、5,064,802、5,132,380、5,189,192、5,321,106、5,347,024、5,350,723、5,374,696和5,399,635中。
基本上无规α-烯烃/亚乙烯基芳烃共聚体还可通过John G.Bradfute等人(W.R.Grace & Co.)在WO 95/32095中、R.B.Pannell(ExxonChemical Patents,Inc)在WO 94/00500和
塑料技术(Polastics Technology),p.25(1992年11月)中描述的方法制备。
基本上无规α-烯烃/亚乙烯基芳烃共聚体还可通过JP 07/278230中描述的方法使用如下通式表示的化合物制备,其中(Cp1和Cp2各自独立地为环戊二烯基、茚基、芴基或这些基团的取代衍生物;R1和R2各自独立地为氢原子,卤原子、具有1-12个碳原子的烃基、烷氧基或芳氧基;M为IV族金属,优选Zr或Hf,最优选Zr;R3为用于交联Cp1和Cp2的亚烷基或硅烷二基)。
具有至少一个α-烯烃/乙烯基芳烃/乙烯基芳烃/α-烯烃四单元组序列的基本上无规共聚体也是合适的。这些共聚体包含强度大于峰与峰之间噪音三倍的其它信号。这些峰出现在化学位移43.75-44.25ppm和38.0-38.5ppm范围内。具体地,在44.1、43.9和38.2ppm处观察到主峰。质子试验NMR实验显示,在化学位移43.75-44.25ppm范围内的信号为次甲基碳,在38.0-38.5ppm范围内的信号为亚甲基碳。
为测定这些共聚体的C-13 NMR化学位移,采用如下方法和条件。在由50%(体积)1,1,2,2-四氯乙烷-d2和50%(体积)含有0.10M三(乙酰丙酮酸)铬的1,2,4-三氯苯组成的混合物中制备5至10wt%的聚合物溶液。在130℃下用反向选通去偶程序(inverse gated decouplingsequence)、90°脉冲宽度和5秒或更长的脉冲迟豫获得NMR。该光谱用属于聚合物的隔离亚甲基峰处于30.000ppm进行校准。
据信这些新信号是由于两个头-尾相连的乙烯基芳烃单体的前后插入至少一个α-烯烃形成的序列所致,例如乙烯/苯乙烯/苯乙烯/乙烯四单元组,其中所述四单元组中的苯乙烯单体插入仅仅以1,2(头-尾)方式出现。本领域熟练技术人员知道对于这种涉及乙烯基芳烃单体而非苯乙烯和α-烯烃而非乙烯的四单元组,乙烯/乙烯基芳烃/乙烯基芳烃/乙烯四单元组给出相似的C-13 NMR峰,但具有轻微的化学位移差。
这些共聚体通过在温度约-30℃至约250℃下在诸如如下通式表示的那些催化剂存在下和非必要但优选地在活化助催化剂存在下进行聚合制备:
其中:各C
p各自独立地表示与M以π-键键合的取代环戊二烯基,E为C或Si;M为IV族金属,优选Zr或Hf,最优选Zr;各R相互独立地为H,含至多约30、优选1至约20、更优选1至约10个碳原子或硅原子的烃基、硅杂烃基或烃基硅烷基;各R′相互独立地为H,卤素,含至多约30、优选1至约20、更优选1至约10个碳原子或硅原子的烃基、烃氧基、硅杂烃基或烃基硅烷基;或两个R′可一起为C
1-10烃基取代1,3-丁二烯;m为1或2。合适的取代环戊二烯基特别包括如下通式表示的那些基团:
其中各R相互独立地为H,含至多约30、优选1至约20、更优选1至约10个碳原子或硅原子的烃基、硅杂烃基或烃基硅烷基。R优选各自独立地为(包括其中所有合适的异构体)氢、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、苄基、苯基或硅烷基或(若合适)两个这种R基团连接在一起形成稠合环如茚基、芴基、四氢茚基、四氢芴基或八氢芴基。
特别优选的催化剂包括(例如)外消旋(二甲基甲硅烷二基(2-甲基-4-苯基茚基)二氯化锆、外消旋(二甲基甲硅烷二基(2-甲基-4-苯基茚基)1,4-二苯基-1,3-丁二烯合锆、外消旋(二甲基甲硅烷二基(2-甲基-4-苯基茚基) -C1-4烷基锆,外消旋(二甲基甲硅烷二基(2-甲基-4-苯基茚基)二-C1-4烷氧基锆,或其任意组合。
制备基本上无规共聚体的另一些方法已描述于文献中。Longo和Grassi(
大分子化学(Makromol.Chem.),Vol 191,p2387至2396[1990])和D’Anniello等(
应用聚合物科学期刊,Vol 58,p 1701-1706[1995])报道使用基于甲基铝氧烷(MAO)和环戊二烯基三氯化钛(CpTiCl3)制备乙烯-苯乙烯共聚物。Xu和Lin(
美国化学学会聚合物化学分会,聚 合物预印集(Polymer Preprints,Am.Chem.Soc.,Div.Polym.Chem.)Vol35,p 686,687[1994])报道用TiCl4/NdCl3/Al(iBu)3催化剂共聚,得到苯乙烯和丙烯的无规共聚物。Lu等人(
应用聚合物科学期刊,Vol 53,p1453-1460[1994])公开使用TiCl4/NdCl3/Al(iBu)3催化剂共聚乙烯和苯乙烯。制备α-烯烃/乙烯基芳烃单体共聚物如丙烯/苯乙烯和丁烯/苯乙烯共聚体描述于授予Mitsui Petrochemical Industries Ltd.的US5,244,996中。
聚合可按溶液、淤浆或气相聚合反应进行。此外,聚合还可按间歇和连续方法进行。在连续方法中,将乙烯、亚乙烯基芳烃单体或受阻脂族亚乙烯基单体和溶剂以及非必要的丙烯或另一第三种单体连续加入反应区并将聚合物产品从其中连续卸出。
通常,基本上无规共聚体可在Ziegler-Natta或Kaminsky-Sinn类聚合反应的条件(即反应器压力为环境压力至3500大气压(350Mpa)下聚合。反应器温度通常为-30℃至200℃。反应器温度优选大于80℃,通常为100℃至200℃,优选100℃至150℃,其中在该范围较高端的温度(即温度大于100℃)有利于形成较低分子量的聚合物。在温度高于相应单体自聚合温度下聚合可导致形成一定量的来自游离基聚合的均聚产品。
在淤浆聚合方法中,基本上无规共聚体可使用载在惰性载体如二氧化硅上的上述催化剂。由于实际所限,淤浆聚合在基本上不溶解聚合物产品的稀释剂中进行。淤浆聚合的稀释剂优选为一种或多种少于5个碳原子的烃。若合适,可将饱和烃如乙烷、丙烷或丁烷整个或部分用作稀释剂。α-烯烃单体或不同α-烯烃的混合物也可整个或部分用作稀释剂。稀释剂最优选包括至少大部分要聚合的单体或多种单体。
基本上无规共聚体的玻璃化转变温度随亚乙烯基芳烃共聚单体或受阻脂族亚乙烯基共聚单体的的摩尔百分比增加而增加。这意味着通过控制亚乙烯基芳烃共聚单体或受阻脂族亚乙烯基共聚单体的含量,可控制粘合剂体系的粘性。特别是,包含1至低于5mol%苯乙烯的基本上无规乙烯/苯乙烯共聚体的Tg为约-15至-20℃;包含5至低于25mol%苯乙烯的基本上无规乙烯/苯乙烯共聚体的Tg为约-15至0℃,包含至少25mol%苯乙烯的基本上无规乙烯/苯乙烯共聚体的Tg为约0至30℃,Tg通过差示扫描量热法测定。因此,乙烯与至少一种亚乙烯基芳烃共聚单体或受阻脂族亚乙烯基共聚单体的超低分子量共聚体可用作粘合剂体系的非必要的增粘组分。本领域熟练技术人员将认识到,加入第三种共聚单体,如其它α-烯烃将得到与前面不同的玻璃化转变温度。
除了调节基本上无规共聚体的苯乙烯含量外,当需要玻璃化转变温度至少-10℃的组合物时,特别是当需要组合物保持弹性时,优选该组合物包含至少一种基本上无规共聚体和至少一种增粘剂。
这里使用的术语“增粘剂”是指用于使基本上无规共聚体的玻璃化转变温度上升至少5℃和/或使包含基本上无规共聚体的热熔型粘合剂体系具有粘性的多种基于烃的组合物。ASTM D-1878-61 T定义粘性为“使物质在与另一表面接触时立即形成可测量强度的粘合力的物质的性能”。
增粘树脂通过石油和萜烯原料流聚合和由木材、树胶、木浆浮油松香衍生形成。各种类型的增粘剂包括木材松香、木浆浮油和木浆浮油衍生物、环戊二烯衍生物,如GB2,032,439A中描述的。其它类型的增粘剂包括脂族C5树脂、聚萜烯树脂、氢化树脂、混合脂族-芳烃树脂、松香酯、天然和合成萜烯、萜烯-酚醛树脂和氢化松香酯。
松香是在松树的油松香中天然存在的固体物质,通常衍生自活树木的油树脂状渗出物、枯树桩和作为生产牛皮纸的副产品的浮油。获得松香后,可将其通过氢化、脱氢、聚合、酯化和其它后处理方法处理。松香通常分为树胶松香、木材松香或指出其来源的浮油松香。这些物质可为未改性的、多元醇的酯形式、并可通过分子本身的不饱和键聚合。这些物质可市购并可用标准共混技术掺混入粘合剂组合物中。这些松香衍生物的代表性例子包括浮油、树胶松香、木松香的季戊四醇酯或其混合物。
脂族树脂的例子包括以商品牌号EscorezTM、PiccotacTM、MercuresTM、WingtackTM、Hi-RezTM、QuintoneTM、TackirolTM等市购的那些产品。聚萜烯树脂的例子包括以商品牌号NirezTM、PiccolyteTM、WingtackTM、ZonarezTM市购的那些产品等。氢化树脂的例子包括以商品牌号EscorezTM、ArkonTM、ClearonTM市购的那些产品等。混合脂族-芳烃树脂的例子包括以商品牌号EscorezTM、RegaliteTM、HercuresTM、ARTM、ImprezTM、NorsoleneTM M、MarukarezTM、ArkonTM M、QuintoneTM、WingtackTM市购的那些产品等。一类特别优选的增粘剂包括购自Hercules的苯乙烯/α-亚甲基苯乙烯增粘剂。可以使用其它增粘剂,只要它们与均相线性或基本上线性乙烯/α-烯烃共聚体和非必要的增塑剂相容即可。
合适的增粘剂可按照Herculs在J.Simons,
粘合剂时代(Adhesives Age),“HMDA概念:选择树脂的新方法(HMDA Concept:A New Method forSelection of Resins)”,1996年11月中描述的方法选择。该参考资料讨论了树脂的极性和分子量在决定与聚合物的相容性时的重要性。对于用于实施本发明的基本上无规共聚体,低分子量极性树脂被认为是优选的。
增粘剂通常以至少10wt%、通常至少20wt%的量存在于组合物中。增粘剂可以不多于90wt%、优选不多于75wt%、最优选不多于70wt%的量存在。
对于至少一种α-烯烃和单亚乙烯基芳烃单体的基本上无规共聚体,特别是对于具有高含量单亚乙烯基芳烃单体的基本上无规共聚体,优选的增粘剂将具有一定程度的芳烃特性以提高相容性。作为初始的指标,相容增粘剂是已知与具有28wt%乙酸乙烯酯的乙烯/乙酸乙烯酯相容的那些增粘剂。特别合适的增粘剂类型包括WingtackTM 86和HercotacTM1149 Eastman H-130和苯乙烯/α-甲基苯乙烯增粘剂。另一优选的增粘剂为购自Hercules的Piccotex 75(一种具有玻璃化转变温度温度33℃的纯单体烃树脂)。
已注意到,获得的与通过加入相容增粘剂提高基本上无规共聚体的玻璃化转变温度相关的意想不到的效果是,当使用相容增粘剂时,不仅升高玻璃化转变温度,且在相对于未改性基本上无规共聚体不降低断裂伸长下提高了拉伸强度。虽然对于具有较高和较低共聚单体含量的基本上无规共聚体都具有这种效果,但该效果对于具有45-65wt%单亚乙烯基芳烃或受阻脂族共聚单体的基本上无规共聚体(具有显著弹性的基本上无规共聚体)特别显著。这与通常预期的相反,通常预期的是,当将低分子量脆性固体加入弹性固体中时,低分子量物质稀释聚合物网络,导致比聚合物本身低的拉伸强度和断裂拉伸。
改进的拉伸强度具有多种应用价值,如用作粘合剂、弹性体薄膜、汽车部件、电线和电缆外壳、耐久性物品(如用具)、垫圈和鞋底。
例如,对于粘合剂配方,已发现当基本上无规共聚体的玻璃化转变温度低于-20℃时,组合物显示不良剥离强度和粘性。但是,通过加入增粘剂将玻璃化转变温度升高到0℃,升高了配方的剥离强度。
对于改进耐结块性,需要在运输和贮存期间避免聚合物粘结在一起或结块。因此,使用包含基本上无规共聚体和增粘剂的组合物(这样玻璃化转变温度高于运输和贮存期间的温度),将提高聚合物颗粒的硬度,并使其在运输和贮存期间抗变形。在另一实施方案中,可用增粘剂涂布基本上无规共聚体以形成包含基本上无规共聚体和增粘剂的使结块降至最低的基本上无规共聚体。
发现本发明包含增粘剂的组合物在减弱声音中的应用。例如,为使声音减弱,材料必须能够在环境条件下在正常声音宽频率范围内分散高能量。当玻璃化转变温度为约-20℃至约10℃时能达到上述效果。在该范围内显示玻璃化转变温度的组合物将使各种结构如汽车的声音减弱。
非必要地提供加工助剂(这里又称为增塑剂)以降低组合物如粘合剂的粘度,该加工助剂包括邻苯二甲酸酯,如邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二异丁酯,天然油如羊毛脂,和由石油精制获得的石蜡、环烷和芳烃油,以及由松香或石油原料获得的液体树脂。
用作加工助剂的油的例子包括白矿物油(如KaydolTM油(购自Witco)和ShellflexTM371环烷油(购自Shell Oil Company)。另一种合适的油是TufloTM油(购自Lyondell)。
当使用加工助剂时,其在组合物中的存在量为至少5wt%。加工助剂的通常用量不超过60wt%、优选不超过30wt%、最优选不超过20wt%。
包含乙烯与至少一种亚乙烯基芳烃单体或受阻脂族亚乙烯基单体和非必要的C3-C20α-烯烃的基本上无规共聚体的组合物可非必要地通过加入增量或改性组合物改性。增量或改性组合物的例子包括石蜡、结晶聚乙烯蜡、和/或均相线性或基本上线性乙烯/α-烯烃共聚体。
本发明的组合物可进一步包含均相线性或基本上线性乙烯/α-烯烃共聚体作为增量或改性组合物。当该共聚体为弹性体时,用均相线性或基本上线性乙烯/α-烯烃共聚体改性组合物趋于使该组合物增量(当该组合物包含具有高苯乙烯含量的基本上无规共聚体时),并趋于改进粘合剂的粘性和模量(当该粘合剂包含具有低苯乙烯含量的基本上无规共聚体时)。
均相线性或基本上线性乙烯/α-烯烃共聚体为用单位点、单位点金属茂或单位点束缚几何催化剂制备的乙烯聚合物。术语“均相”是指任何共聚单体无规分布于给定共聚体分子内,并且基本上所有共聚体分子在该共聚体内具有相同的乙烯/共聚单体比例。均相线性和基本上线性乙烯聚合物的DSC熔化峰随密度降低和/或数均分子量降低变宽。然而,与非均相聚合物不同,当均相聚合物的熔化峰大于115℃时(如对于密度大于0.940g/cm3的聚合物),该聚合物通常不再具有显著的低温熔化峰。
用于本发明的均相线性和基本上线性共聚体也不同于高压法制备的低密度聚乙烯。一方面,低密度聚乙烯为密度为0.900-0.935g/cm3的乙烯均聚物,而用于本发明的均相线性和基本上线性共聚体要求存在共聚单体,以将密度降至0.900至0.935g/cm3。
用于本发明的均相线性和基本上线性共聚体通常其特征在于具有窄分子量分布(Mw/Mn)。对于线性和基本上线性共聚体,Mw/Mn通常为1.5至2.5,优选1.8至2.2。
此外,聚合物的均相度可由SCBDI(短链支化分布指数)或CDBI(组成分布宽度指数)描述,SCBDI和CDBI定义为具有共聚单体含量在总摩尔共聚单体含量50%中值内的聚合物分子的重量百分比。聚合物的SCBDI容易由本领域已知的技术,如温度升高洗脱级分(以下简称为“TREF”,描述于(例如)Wild等人,
聚合物科学,聚合物物理版(Polymer Science, Poly.Phys.Ed.),Vol.20,p.441(1982)、US 4,798,081(HAzlitt等人)或US 5,089,321(Chum等人)中)获得的数据计算。用于本发明的均相线性和基本上线性共聚体的SCBDI或CDBI优选大于50%,更优选大于70%,其中SCBDI和CDBI大于90%容易获得。
基本上线性乙烯共聚体为具有长支链的均相共聚体。由于存在这些长支链,因此基本上线性乙烯共聚体还可用熔体流动比例(I10/I2)表征,该熔体流动比例可不依赖于多分散指数(又称为分子量分布Mw/Mn)变化。该特性使基本上线性乙烯聚合物具有高加工性能,尽管分子量分布窄。当基本上线性乙烯共聚体用于实施本发明时,该共聚体可表征为共聚体主链被0.1至3个长支链/1000个碳原子取代。
定性和定量测定长支链百分比的方法是本领域已知的。对于测定存在长支链的定性方法,例如可参见US 5,272,236和5,278,272,如其中所述,气体挤出流变仪(GER)可用于测定流变加工指数(PI),表面熔体破裂开始时的临界剪切速率,或整体熔体破裂开始时的临界剪切应力,如下所述这最终给出存在或不存在长支链。
对于测定存在长支链的定量方法,例如参见US5,272,236和5,278,272;Randall(
高分子化学物理综述(Rev.Macromol.Chem. Phys.),C29(2&3),p.285-297),该文献讨论使用13C核磁共振谱测量长支链;Zimm,G.H.和Stockmayer,W.H.,
物理化学期刊(J.Chem, Phy.),17,1301(1949);和Rudin,A.,
现代聚合物表征方法(Modern Methods of Polymer Characterization),John Wiley & Sons,New York(1991)pp.103-112,该文献讨论使用并用低角度激光散射检测器的凝胶渗透色谱(GPC-LALLS)和并用微分粘度检测器的凝胶渗透色谱(GPC-DV)。此外,The Dow Chemical Company的A.Willem deGroot和P.SteveChum在1994年10月4日于St.Louis,Missouri举行的联邦分析化学和光谱学会会议上,给出的数据证明GPC-DV是定量分析基本上线性乙烯聚合物中存在长支链的适用技术。特别是,deGroot和Chum发现在基本上线性乙烯聚合物中存在的长支链量与用13C-NMR测量的长支链量非常吻合。
均相线性或基本上线性增量聚合物为乙烯与至少一种C3-C20α-烯烃的共聚体。C3-C20α-烯烃的例子包括丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、1-庚烯和1-辛烯。优选的C3-C20α-烯烃包括1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、1-庚烯和1-辛烯,更优选1-己烯和1-辛烯。
均相线性或基本上线性增量聚合物还可为乙烯、至少一种C3-C20α-烯烃和具有6至15个碳原子的非共轭二烯烃的共聚体。合适非共轭二烯烃的代表性例子包括:
(a)直链无环二烯烃如1,4-己二烯、1,5-庚二烯和1,6-辛二烯;
(b)支链无环二烯烃如5-甲基-1,4-己二烯、3,7-二甲基-1,6-辛二烯和3,7-二甲基-1,7-辛二烯;
(c)单脂环二烯烃如4-乙烯基环己烯、1-烯丙基-4-亚异丙基环己烷、3-烯丙基环戊烯、4-烯丙基环己烯和1-异丙烯基-4-丁烯基环己烯;
(d)多脂环稠合和桥接二烯烃如二环戊二烯,链烯基、亚烷基、环链烯基和亚环烷基降冰片烯如5-亚甲基-2-降冰片烯、5-亚甲基-6-甲基-2-降冰片烯、5-亚甲基-6,6-二甲基-2-降冰片烯、5-丙烯基-2-降冰片烯、5-(3-环戊烯基)-2-降冰片烯、5-亚乙基-2-降冰片烯、5-亚环己基-2-降冰片烯等。
优选的非共轭二烯烃选自1,4-己二烯、二环戊二烯、5-亚乙基-2-降冰片烯、5-亚甲基-2-降冰片烯、7-甲基-1,6-辛二烯、戊间二烯和4-乙烯基环己烯。一种合适的共轭二烯烃为戊间二烯.
乙烯/α-烯烃共聚体具有的密度为0.850至0.965g/cm3,优选0.850至0.900g/cm3,最优选0.870至0.890g/cm3.
乙烯/α-烯烃共聚体可具有高或低分子量。合适的数均分子量范围为3,000至100,000以上,优选3,000至60,000。在某些应用中,优选使用数均分子量低于20,000、优选低于12,000的乙烯/α-烯烃共聚体。
均相支化线性乙烯/α-烯烃共聚体可用提供均相短支链分布的聚合方法(如Elston在USP 3,645,992中描述的)制备。在他的聚合方法中,Elston使用可溶钒催化剂体系制备这些聚合物。然而,其它诸如MitsuiPetrochemical Company和Exxon Chemical Company使用所谓单位点催化剂制备具有均相线性结构的聚合物。均相线性乙烯/α-烯烃共聚体目前按商品名“Tafmer”购自Mitsui Petrochemical Company和按商品名“Exact”购自Exxon Chemical Company。
合适的线性乙烯/α-烯烃共聚体为购自The Dow Chemical Company的AffinityTM聚烯烃塑性体。
在另一实施方案中,超低分子量乙烯聚合物可用作增量或改性组合物。在PCT申请WO 97/26287中公开并要求保护超低分子量乙烯聚合物。
使用的超低分子量乙烯聚合物可以是乙烯均聚物或乙烯与选自C3-C20α-烯烃、苯乙烯、烷基-取代苯乙烯、四氟乙烯、乙烯基苯并环丁烷、非共轭二烯烃和环烯烃的共聚单体的共聚体。
超低分子量聚合物的数均分子量低于8200,优选低于6000,更优选低于5000。这些超低分子量聚合物的数均分子量通常为至少800,优选至少1300。
与石蜡和结晶乙烯均聚物或共聚体蜡相反,超低分子量聚合物的Mw/Mn为1.5至2.5,优选1.8至2.2。
超低分子量乙烯聚合物导致聚合物和配料的低粘度,但其特征是峰结晶温度大于相同密度的相应较高分子量物质的峰结晶温度。在粘合剂应用中,峰结晶温度升高意谓着耐热性升高,例如在压敏粘合剂中的改进的耐蠕变性、在热熔型粘合剂中改进的剪切粘合失败温度(SAFT)。
当超低分子量乙烯聚合物为乙烯与至少一种亚乙烯基芳烃共聚单体或受阻脂族亚乙烯基共聚单体的共聚体时,可用作增粘剂(如上所述),此外,随着乙烯的摩尔百分比增加,共聚体的结晶性也相应增加。因此,乙烯与低于10mol%的至少一种亚乙烯基芳烃共聚单体或受阻脂族亚乙烯基共聚单体的超低分子量共聚体,可用作蜡,以控制粘合剂体系的开启和关闭时间。
在另一实施方案中,常规蜡可用作增量或改性组合物。用石蜡或结晶聚乙烯蜡对粘合剂改性,可趋于改进高温性能,如耐蠕变和SAFT性能,并缩短包含具有高苯乙烯含量的基本上无规共聚体的粘合剂的开启和关闭时间。
常规蜡的例子包括以PolywaxTM500、PolywaxTM1500、PolywaxTM1000和PolywaxTM2000购自Petrolite,Inc(Tusa,OK)的乙烯均聚物;和按产品牌号1230、1236、1240、1245、1246、1255、1260和1262购自CP Hall的石蜡。
PolywaxTM 2000的数均分子量为约2000,Mw/Mn为约1.0,在16℃的密度为约0.97g/cm3,熔点为约126℃。
CP Hall 1246石蜡购自CP Hall(Stow,OH)。CP Hall 1246石蜡的熔点为143°F(62℃)、在210°F(99℃)时的粘度为4.2厘泊。在73°F(23℃)时的比重为0.915。
用于本发明粘合剂体系中的常规蜡密度通常为至少0.910g/cm3。这些石蜡的密度不大于0.970g/cm3,优选不大于0.965g/cm3。
另一些添加剂如抗氧剂(例如受阻酚,如Irganox1010、IrganoxB900和Irganox1076)、亚磷酸酯(如Irgafos168)、紫外线稳定剂、粘结添加剂(如聚异丁烯)、抗结块添加剂、着色剂、颜料、和填料也可包括于本发明的组合物中,但应不干扰申请人发现的改进的性能。
添加剂的用量为本领域熟练技术人员已知的能起到其作用的量。例如,使用的抗氧剂的量为在聚合物制备、贮存和最终使用期间的温度和环境下防止聚合物或组合物被氧化的量。抗氧剂的用量通常为0.05至10wt%、优选0.1至5wt%、更优选0.1至2wt%(按组合物的重量计)。当使用时,抗氧剂的最常见用量通常低于0.5wt%(按组合物的总重量计)。
类似地,任何其它列举的添加剂的用量为其能发挥作用的量,如使聚合物或聚合物共混物不结块的量、产生所需量的填料填充以获得所需结果的量,由着色剂和颜料提供所需的颜色的量。这些添加剂的用量通常为约0.05至约50wt%、优选约0.1至约35wt%、更优选约0.2至约20wt%(按基本上无规共聚体的重量计),但填料的用量可高达90wt%(按基本上无规共聚体的重量计)。
本发明的组合物可通过标准熔体共混方法制备。特别是,将基本上无规共聚体、增粘剂和非必要的加工助剂在达到形成均匀熔融共混物的温度下,通常在100-200℃下并在惰性气体保护下熔混直至形成均匀混合物。任何在不使热熔体组分降解下生产均匀共混物的混合方法,如通过使用装有搅拌器的加热容器的混合方法都是令人满意的。
此外,可将基本上无规共聚体、增粘剂和非必要的增量或改性组合物投入挤出涂布机中以涂布基材。该组合物还可在多反应器方法中制备,例如在一个反应器中生产基本上无规共聚体并在第二个反应器中生产另一聚合物组分(如超低分子量聚合物或石蜡),将其它非必要组分加入第二个反应器中或在第二个反应器的下游某处,例如经侧流挤出机加入。
在一个优选的实施方案中,本发明提供包含至少一种基本上无规共聚体的粘合剂形式的组合物。通常,粘合剂包含5至75wt%的至少一种增粘剂,更优选10至70wt%的至少一种增粘剂。如上所述,增粘剂通常具有芳香特性。在某些情况下,增粘剂为乙烯与至少一种亚乙烯基芳烃共聚单体或受阻脂族亚乙烯基共聚单体的超低分子量共聚体,该共聚体包含至少25mol%的至少一种亚乙烯基芳烃共聚单体或受阻脂族亚乙烯基共聚单体。
本发明的粘合剂还可包含至少一种如上所述的改性组合物。当使用这种改性组合物时,其在粘合剂中的存在量通常为5至75wt%。一种这样的改性组合物是常规蜡或超低分子量乙烯聚合物。在某些情况下,超低分子量乙烯聚合物为乙烯与至少一种亚乙烯基芳烃共聚单体或受阻脂族亚乙烯基共聚单体的共聚体,该共聚体包含低于10mol%的至少一种亚乙烯基芳烃共聚单体或受阻脂族亚乙烯基共聚单体。
此外,本发明的粘合剂可包含不同量的亚乙烯基芳烃单体或受阻脂族亚乙烯基单体量,或亚乙烯基芳烃单体或受阻脂族亚乙烯基单体含量和分子量都不同的多种基本上无规共聚体组分。
显然,可设计包含非常高含量基本上无规共聚体的粘合剂。例如,一种这样的粘合剂可包含5至75wt%作为赋予粘合剂强度组分的乙烯与至少一种亚乙烯基芳烃共聚单体或受阻脂族亚乙烯基共聚单体的、Mn大于约10,000并包含10至低于25mol%的至少一种亚乙烯基芳烃共聚单体或受阻脂族亚乙烯基共聚单体的基本上无规共聚体,5至75wt%作为蜡的乙烯与至少一种亚乙烯基芳烃共聚单体或受阻脂族亚乙烯基共聚单体的、Mn低于约8,200并包含1至低于10mol%的至少一种亚乙烯基芳烃共聚单体或受阻脂族亚乙烯基共聚单体的基本上无规共聚体,和5至75wt%作为增粘剂的乙烯与至少一种亚乙烯基芳烃共聚单体或受阻脂族亚乙烯基共聚单体的、Mn低于约8,200并包含至少25mol%的至少一种亚乙烯基芳烃共聚单体或受阻脂族亚乙烯基共聚单体的基本上无规共聚体。
正如J.Class和S.Chu在
压敏粘合剂技术手册(Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology),第二版,D.Satas编辑,1989,pp158-204中指出的,压敏粘合剂性能要求可由物质和配料的依赖于温度和速率的粘弹性限定。
概而言之,为具有合适的压敏性,配料必须具有-20至25℃、优选-10至10℃的玻璃化转变温度,如通过在1弧度/秒时的tanδ峰值温度反映的(通过动态力学谱测定)。宽玻璃化转变温度峰是有利的,因为当峰宽时,粘合剂将在宽温度范围内起作用,由此提高其实用性。此外,具有宽玻璃化转变温度的粘合剂通常具有高粘性和剥离强度特性。
按照所谓Dahlquist标准,概而言之,为具有合适的压敏性,配料在25℃时在1弧度/秒下必须具有的平台(plateau)剪切模量为1×105至6×106达因/cm2,优选1×105至3×105达因/cm2(通过动态力学谱测定)。硬度比该配料大的物质,即在25℃平坦剪切模量为1×107达因/cm2的物质,在室温下不呈现表面粘性。硬度比该配料小的物质,即在25℃平台剪切模量为1×104达因/cm2的物质,不具有足够的适用内聚强度。
特别是,用于低剥离强度的标签中的压敏粘合剂具有的G′为3×105至1×106达因/cm2(0.3至1Mpa)和玻璃化转变温度为-50至-30℃。用于冰箱标签的优选压敏粘合剂具有的G′为8×104至2×105达因/cm2(0.08至0.2Mpa)和玻璃化转变温度为-45至-30℃。用于低温标签的优选压敏粘合剂具有的G′为2×105至1×106达因/cm2(0.2至1Mpa)和玻璃化转变温度为-25至-10℃。用于压敏粘合剂胶带的优选压敏粘合剂具有的G′为7×105至5×106达因/cm2(0.7至5Mpa)和玻璃化转变温度为-10至10℃。用于高剥离强度的标签中的优选压敏粘合剂具有的G′为2×105至6×105达因/cm2(0.2至0.6Mpa)和玻璃化转变温度为0至10℃。用于一次性标签中的优选压敏粘合剂具有的G′为4×105至2×106达因/cm2(0.4至2Mpa)和玻璃化转变温度为10至30℃。
玻璃化转变温度为粘合剂含量、存在的加工助剂和量、及基本上无规共聚体的苯乙烯含量和分子量的函数。因此,为提高本发明组合物的玻璃化转变温度,可提高增粘剂的量或玻璃化转变温度,降低加工助剂的量或增加无规共聚体中的亚乙烯基芳烃单体或受阻脂族亚乙烯基单体的量。平台剪切模量是存在的加工助剂和用量、及基本上无规共聚体的苯乙烯含量和分子量的函数。为降低G′,可增加组合物中的加工助剂的量或增加无规共聚体中的亚乙烯基芳烃单体或受阻脂族亚乙烯基单体的量。
本发明的组合物在粘合剂、特别是热熔型粘合剂领域中具有实用性。一些代表性的例子包括包装、箱子和纸板密封、装订、饰面薄板与基材、胶带和标签层压。本发明的组合物还可用于其中结构的至少一层为铝的多层食品包装结构中。本发明的组合物可容易挤出至各种基材上,这些基材包括但不限于地毯衬里、地板砖和片材、及织物和无纺织物。同样,本发明组合物也可模塑成各种成型制品,包括但不限于鞋底、密封条、玩具、耐久性物品、电线、电缆和垫圈。
具体实施方式
提供如下实施例进一步说明本发明,而非限制本发明范围。实施例1:制备基于乙烯与单亚乙烯基芳烃共聚单体的基本上无规共聚体 的粘合剂
聚合乙烯与单亚乙烯基芳烃共聚单体制备基本上无规共聚体
在1加仑(3.8L)搅拌半连续间歇反应器中制备聚合物A。反应混合物由约1100g环己烷和818g苯乙烯组成。在加入反应器之前,将溶剂、苯乙烯和乙烯纯化以除去水和氧气。同时除去苯乙烯中的抑制剂。通过变化反应器冷却盘管中的冷却流体将反应器中的温度设定在60℃。然后用乙烯将反应器的压力控制到设定点100psig(4.8kPa)。按控制方式加入氢气以控制分子量。控制催化剂组分流,催化剂组分包括摩尔比1/1.5/20的含单环戊二烯基钛的催化剂如(N-1,1-二甲基乙基)二甲基(1-(1,2,3,4,5-η)-2,3,4,5-四甲基-2,4-环戊二烯-1-基)硅烷氨合))(2-)N)-二甲基钛(CAS#135072-62-7)、三(五氟苯基)硼(CAS#001109-15-5)和改性甲基铝氧烷Type 3A(CAS#146905-79-5),并将这些组分混合加入反应器中。聚合开始后,通过加入保持反应器压力所需的乙烯使聚合连续进行。在这种情况下,将约50g乙烯加入反应器中,乙烯以最大速率5.6g/min加入反应器中,加入的乙烯总量为87g。连续聚合30分钟,反应结束后,停止加入催化剂流,从反应器中除去乙烯,然后将约1000ppm IrganoxTM 1010抗氧剂(基于聚合物计)加入溶液中,并从溶液中分离出聚合物。将所得聚合物通过用脱挥发分挤出机或用汽提从溶液中分离。
制备粘合剂配料
将所得基本上无规共聚体、增粘剂、增塑剂、苯乙烯嵌段共聚体和抗氧剂按所给量加入温度保持130℃、转速95转/min的使用200g混合筒的Haake Rheocord 40混合器中。将这些组分混合约5分钟,直至熔化。
EscorezTM 5300石油烃树脂为购自Exxon Chemical Company(Houston,TX)的增粘剂。
IrganoxTM B900受阻酚抗氧剂购自Ciba-Geigy。
Primoi 355为矿物油。
对实施例1用Brookfield粘度计在350°F(177℃)下测定初始粘度和三天后的粘度,探针粘性、模量(G′)和峰值tanδ。配方和测量性能在表1中给出。注意到对于模量和峰值tanδ,记录的数值取自计算机绘制的结果图。表1
|
实施例1 |
聚合物A |
100/45.2 |
EscorezTM 5300增粘剂 |
100/45.2 |
Primoil 355 |
20/9.0 |
IrganoxTM B900抗氧剂 |
1/0.5 |
探针粘性 |
94 |
在0℃时的G′(达因/cm2(MPa)) |
1.58×108(158) |
在25℃时的G′(达因/cm2(MPa)) |
7.94×105(0.794) |
在50℃时的G′(达因/cm2(MPa)) |
1.58×105(0.158) |
在75℃时的G′(达因/cm2(MPa)) |
2.51×104(0.0251) |
G′=104达因/cm2(10kPa)时的温度(℃) |
89 |
G′=105达因/cm2(10kPa)时的温度(℃) |
57 |
峰值tanδ(℃) |
4 |
如表1中所示,实施例1的粘合剂满足Dahlquist标准,显示其适合作为常规压敏粘合剂。实施例1的粘合剂也是优选的,因为其玻璃化转变温度为-45至30℃。实施例1的数据和Dahlquist标准的比较表明,实施例1可适合用作高剥离标签和/或压敏粘合剂胶带。实施例2-8和比较例A和B:用于粘结铝的热熔型粘合剂
制备乙烯苯乙烯其聚体B和C
在400加仑(1500L)搅拌半-连续间歇反应器中采用下表2中给出的方法条件制备聚合物。反应混合物由约250加仑(950L)溶剂(包括环己烷(85wt%)和异戊烷(15wt%)的混合物)和苯乙烯组成。在加入反应器之前,将溶剂、苯乙烯和乙烯纯化以除去水和氧气。同时除去苯乙烯中的抑制剂。通过用乙烯清洗除去惰性物质。然后用乙烯将反应器的压力控制到设定点。加入氢气以控制分子量。通过变化反应器夹套中的水温将反应器中的温度控制至设定温度。聚合之前,将反应器加热至所需的聚合温度,控制催化剂组分流,催化剂组分包括摩尔比1/3/5的(N-1,1-二甲基乙基)二甲基(1-(1,2,3,4,5-η)-2,3,4,5-四甲基-2,4-环戊二烯-1-基)硅烷氨合))(2-)N)-二甲基钛(CAS#135072-62-7)、三(五氟苯基)硼(CAS#001109-15-5)和改性甲基铝氧烷Type 3A(CAS#146905-79-5),并将这些组分混合加入反应器中。聚合开始后,通过加入保持反应器压力所需的乙烯使聚合连续举行。在某些情况下,将氢气加入反应器顶部空间以保持相对于乙烯浓度的摩尔比。反应结束后,停止加入催化剂流,从反应器中除去乙烯,然后将约1000ppm Irganox
TM1010抗氧剂加入溶液中,并从溶液中分离出聚合物。将所得聚合物通过用脱挥发分挤出机或用汽提从溶液中分离。表2
样品编号 |
溶剂加入量 |
苯乙烯加入量 |
压力 |
温度 |
加入的H2总量 |
聚合时间 |
溶液中的聚合物 |
lb |
kg |
lb |
kg |
psig |
kPa |
℃ |
克 |
小时 |
wt% |
(B) |
839 |
381 |
661 |
300 |
105 |
724 |
60 |
53.1 |
4.8 |
11.6 |
(C) |
1196 |
542 |
225 |
102 |
102 |
483 |
60 |
7.5 |
6.1 |
7.2 |
样品编号 |
熔体指数9在190℃的I2) |
聚合物中苯乙烯的总重量百分比 |
滑石量(重量百分比) |
分离方法 |
(B) |
2.6 |
45.5 |
0 |
挤出机 |
(C) |
0.03 |
29.8 |
0 |
挤出机 |
*苯乙烯的总重量百分比通过Fourier转换红外光谱(FTIR)技术测定。
共聚体和乙烯基芳烃聚合物特性在表3中给出。未共混聚合物提供本发明的比较例。
共聚体的测试和特性数据按照如下方法获得:
试样按如下方法压塑。将样品在190℃下熔融3分钟并在190℃和20,000lb压力下再压塑2分钟。然后,该熔化料在平衡于室温下的压板下淬火。
差示扫描量热法(DSC)测定按如下方式进行。将DuPont DSC-2920用于测量共聚体的热转变温度和热转变。为消除以前的热历史,首先将样品加热至200℃。以10℃/min记录加热和冷却曲线。分别从吸热和放热峰温度记录熔化(从第二次热历史)和结晶温度。
按如下方式测定熔体剪切流变性能。振动剪切流变测量用RhemetricsRMS-800流变仪进行。流变性能在等温设定温度190℃下按频率扫描方式监测。在下表的数据中,η为粘度,η(100/0.1)为在100/0.1弧度/秒频率下记录的粘度值的比例。
肖氏A硬度在23℃下按照ASTM-D240测量。
挠曲模量按照ASTM-D790评估。
压塑样品的拉伸性能用装有拉伸测量仪的Instron 1145拉伸机测量。ASTM-D638样品在应变速率5min-1下测量。给出4个拉伸测量值的平均值。记录应力/应变曲线中拐点处的屈服应力和屈服应变。断裂时的能量为应力/应变曲线下的面积。
拉伸应力松弛按如下方法测定。用Instron 1145拉伸机评估单轴拉伸应力松弛。具有1″(2.54cm)宽度的压塑薄膜(约20mil,0.0508cm厚)在应变速率20min-1下形变至应变量50%。监测10分钟保持50%伸长所需的力。应力松弛值定义为(fi-ff/fi),其中fi为初始力,ff为最终力。
热机械分析(TMA)用Perkin Elmer TMA 7仪器。用加热5℃/min和1N荷载对2mm厚压塑部件测量1mm探针穿透。表3共聚物和亚乙烯基芳烃聚合物共混物组分
|
(C) |
(D) |
组成 |
共聚体中的无规立构聚苯乙烯wt% |
10.3 |
1 |
苯乙烯wt% |
43.4 |
29.3 |
乙烯wt% |
56.6 |
70.7 |
苯乙烯mol% |
17.1 |
10 |
乙烯mol% |
82.9 |
90 |
分子量 |
熔体流动速率I2(g/10min) |
2.62 |
0.03 |
Mn×10-3 |
66.8 |
118.1 |
Mw/Mn |
1.89 |
2.04 |
物理性能 |
密度,g/cc |
0.9626 |
0.943 |
Tm,℃ |
49.6 |
71.3 |
结晶% |
4.8 |
14.7 |
Tc,℃ |
22.1 |
58.1 |
Tg(DSC) |
约-12 |
-17.2 |
力学性能 |
肖氏A |
75 |
88 |
拉伸模量,MPa |
6.5 |
20 |
挠曲模量,MPa |
68.8 |
62.1 |
屈服应力,MPa |
1.3 |
2.4 |
断裂应变% |
475.3 |
377.5 |
断裂应力,MPa |
22.6 |
34.3 |
断裂能量,N·m |
102.2 |
145.5 |
应力松弛%(50%/10min) |
38 |
30.2 |
流变性能 |
η×10-3(0.1弧度/秒),泊 |
1.05 |
16.6 |
η(100/0.1) |
0.15 |
0.162 |
tanδ(0.1弧度/秒) |
4.2 |
2.37 |
1通过NMR技术测量2比例η(1.6)/η(0.1)。
将表4中描述的配方在使用辊桨叶的60ml Brabender混炼机中制备。将料筒在加入聚合物之前加热至130℃。桨叶速度为30转/分。聚合物熔化后(约5分钟),在10至30分钟内分批加入其它组分。加料速率取决于加入的物料混入混合物中的速率。当与混入的物料的粘度非常不匹配时,使用更高的温度和较长的混合时间。加完料后,继续混合10分钟或肉眼观察样品均匀时为止。
用3.17×15cm铝箔条(0.002cm厚)制备粘结样品。在粘结之前将表面用甲基乙基酮擦洗以除去表面污物。在压板温度177℃的四面体压机中制备样品。将样品用如下步骤在硅氧烷剥离纸层之间进行压塑:(1)在177℃下在接触压力下平衡30秒,(2)斜坡冲压至压力11.2kg/cm2,(3)保持压力2分钟并释放。样品上的压力相当于约1.4kg/cm2。
将样品用Instron拉伸试验机在T-剥离结构(ASTM-1876)中试验。十字头速度为2.5cm/min。样品组成和性能在下表4中给出。表4
|
聚合物类型和量(wt%) |
增粘剂(wt%) |
蜡(wt%) |
剥离强度(g/cm) |
实施例2 |
聚合物B--100 | | |
98 |
实施例3 |
聚合物B-50 |
WingtackTM86-50 | |
1532 |
实施例4 |
聚合物B-50 |
HercotacTM1149-50 | |
672 |
实施例5 |
聚合物B--50 |
EastotacTMH130-50 | |
870 |
实施例6 |
聚合物C--50 |
WingtackTM86--50 | |
1180 |
实施例7 |
聚合物C--50 |
WingtackTM95-50 | |
127 |
实施例8 |
聚合物B--40 |
WingtackTM86-40 |
PolywaxTM1000-20 |
329 |
比较例A |
聚合物D--33 |
WingtackTM95-33 |
PolywaxTM1000-33 |
77 |
比较例B |
聚合物E--50 |
WingtackTM95-50 |
PolywaxTM1000-33 |
257 |
Wingtack为Goodyear的商标。Hercotac为Hercules的商标。Eastotac为Eastman Chemical的商标。Polywax为Petrolite的商标。
表4中的实施例3至6进行比较说明的事实是:包含合适增粘剂的配方显示比未配混的乙烯/苯乙烯共聚体改进的剥离强度。配方7说明了不相容或仅部分相容的增粘剂的负面影响。正如实施例8说明的,将蜡加入实施例3的高剥离强度粘合剂中,与实施例3的粘合剂相比降低了剥离强度,但所得剥离强度优于比较例A和B的基于对比乙烯/辛烯共聚体的配料。实施例9-21和比较例C、D和E:
采用如下实施例的配料按上述类似方式制备。在实施例9-12中,使用的聚合物为聚合物D(一种具有42wt%苯乙烯含量和熔体指数(I2)为1g/10min的基本上无规乙烯/苯乙烯共聚体)。在实施例13-16中,使用的聚合物为聚合物E(一种具有57wt%苯乙烯含量的基本上无规乙烯/苯乙烯共聚体)。在实施例17-21中,使用的聚合物为聚合物F(一种具有65wt%苯乙烯含量的基本上无规乙烯/苯乙烯共聚体)。使用的增粘剂为Piccotex 75,它为购自Hercules的具有玻璃化转变温度31℃(通过DSC测定)的纯单体树脂。使用的增量或改性组合物为Tuflo 6050,它为购自Lyondell Petrochemical的矿物油。
评估所得配料的玻璃化转变温度、断裂拉伸、断裂伸长、粘结强度、G′、100%模量、200%模量和韧性。
在测定拉伸时,将样品在115℃和10吨活塞压力下模塑5分钟。使用1英寸(2.54cm)×0.125英寸(0.318cm)样品。设定Instron拉伸测量仪十字头速度为50cm/min。模量取自应力-应变曲线在100和200%伸长时的斜率(由十字头位移测量)。韧性为应力-应变曲线下的面积。
在测量G′时,使用具有8mm直径平行板的按剪切方式操作的Rhrometrics RDSII Solids Analyzer。试验速率为1弧度/秒。温度从5℃逐步升至10℃,并在收集数据前使其平衡2分钟。
配料和所得产品的性能列入下表5中。
表5A
实施例 |
聚合物样品 |
聚合物(wt%) |
增粘剂(wt%) |
加工助剂(wt%) |
玻璃化转变温度(℃) |
G′(dynes/cm2)(Pa) |
拉伸强度(psi(MPa) |
断裂伸长(%) |
100%模量(psi(MPa) |
200%模量(psi(MPa)) |
韧性(psi(MPa)) |
涂层厚度(inches(cm)) |
平均尾度(lbs/in(N/25.4mm)) |
比较例C | D(42%) | 100 | 0 | 0 | -22 | 1.36×107(1.36×106) | 1879(12.9) | 930 | 295(2.0) | 361(2.5) | 7507(51.8) | N/D | N/D |
9 |
D |
40 |
47.5 |
12.5 |
-29.7 |
2.62×106(2.62×105) |
882(6.08) |
1907 |
68.9(0.48) |
77.4(0.53) |
6637(45.8) |
0.0165(0.04) |
7.59(33.8) |
10 |
D |
40 |
60 |
0 |
-8.2 |
1.06×107(1.06×106) |
3280(22.6) |
766 |
368(2.53) |
578(1.68) |
10510(72.5) |
0.0245(0.062) |
8.95(39.8) |
11 |
D |
55 |
45 |
0 |
-12.2 |
6.03×106(6.03×105) |
3689(22.5) |
1235 |
176(1.34) |
239(1.65) |
14121(97.6) |
0.024(0.061) |
10.3(17.9) |
12 |
D |
70 |
30 |
0 |
-13.4 |
7.78×106(7.78×105) |
3260(25.4) |
1382 |
195(1.21) |
243(0.18) |
14155(97.4) |
0.0235(0.060) |
4.02(44.6) |
比较例D |
E(57%) |
100 |
0 |
0 |
-10 |
1.21×107(1.21×106) |
543(3.74) |
1030 |
261(1.8) |
294(2.03) |
3361(23.2) |
N/D |
N/D |
13 |
E |
40 |
47.5 |
12.5 |
-15.2 |
2.91×106(2.91×105) |
275(1.90) |
1889 |
14.3(0.099) |
25.6(0.18) |
2240(15.4) |
0.0165(0.042) |
6.83(30.4) |
14 | E | 40 | 60 | 0 | 7.5 | 7.30×106(7.30×105) | 1867(12.9) | 565 | 418(2.9) | 583(4.02) | 5666(39.1) | 0.0155(0.039) | 11.22(49.9) |
表5B
实施例 |
聚合物样品 |
聚合物(wt%) |
增粘剂(wt%) |
加工助剂(wt%) |
玻璃化转变温度(℃) |
G′(dynes/cm2)(Pa) |
拉伸强度(psi(MPa)) |
断裂伸长(%) |
100%模量(psi(MPa) |
200%模量(psi(MPa)) |
韧性(psi(MPa)) |
涂层厚度(inches(cm)) |
平均尾度(1bs/in(N/25.4 |
15 |
E |
55 |
45 |
0 |
2.9 |
4.96×106(4.96×105) |
2009(15.0) |
917 |
202(1.5) |
271(2.07) |
6683(65.8) |
0.023(0.058) |
12.65(29.6) |
16 |
E |
70 |
30 |
0 |
-0.2 |
5.63×106(5.63×105) |
2172(13.9) |
1077 |
211(1.4) |
300(1.87) |
9539(46.1) |
0.023(0.058) |
6.65(56.3) |
比较例E |
F(65%) |
100 |
0 |
0 |
-3.2 |
1.36×107(1.36×106) |
1077(7.43) |
684 |
302(2.1) |
413(2.84) |
3963(27.3) |
N/D |
N/D |
17 |
F |
40 |
47.5 |
12.5 |
0.1 |
1.90×106(1.90×105) |
7328(5.07) |
1514 |
64.2(0.44) |
77.5(0.53) |
3832(26.4) |
0.0205(0.052) |
7.73(34.4) |
18 |
F |
40 |
60 |
0 |
19.9 |
1.63×106(1.63×105) |
1725(11.9) |
368 |
899(6.2) |
1146(7.9) |
4519(31.2) |
0.0235(0.06) |
6.88(30.6) |
19 |
F |
55 |
45 |
0 |
13.2 |
6.59×106(6.59×105) |
2996(20.0) |
607 |
0.24(1.21) |
592(2.06) |
7739(55.8) |
0.025(0.064) |
2.25(41.4) |
20 |
F |
70 |
30 |
0 |
8.9 |
6.11×106(6.11×105) |
2896(20.7) |
822 |
176(0.002) |
299(4.08) |
8086(53.4) |
0.0245(0.062) |
9.31(10.0) |
表5显示,将增粘剂加入基本上无规共聚体中增加了共聚体的拉伸韧性。这种韧性的增加(配方应变硬化增加的结果)有助于增加粘结铝试样的剥离强度。铝-铝粘结在177℃在8磅/英寸2(0.055Mpa)压力下进行120秒。如表6所示,将增粘剂加入基本上无规乙烯/苯乙烯共聚体中有助于提高具有低于5%结晶度(通过DSC测量)、即基本上为无定形特性的基本上无规乙烯/苯乙烯共聚体的韧性。实施例21-23及比较例F和G:PSA胶带
通过将熔体涂于0.051mm厚的聚酯背衬上,并覆盖用于贮存和运输的硅氧烷剥离纸制备压敏粘合剂胶带样品。涂布机为购自ChemsultantsInternational的市购设备。粘合剂层的厚度为0.09至0.115mm厚。试验按照Pressure Sensitive Tape Council(PSTC)标准进行。对不锈钢进行的180°剥离试验在30cm/min,5min和24小时停留时间下进行。剪切试验(固着力)在室温下用1000g荷载和12.7×25.4mm覆盖在镜面抛光不锈钢上进行。
在比较例F中,聚合物为Vector 4113苯乙烯/异戊二烯/苯乙烯嵌段共聚物(购自Dexco Company)。在比较例G中,聚合物为Vector 4114苯乙烯/异戊二烯/苯乙烯嵌段共聚物(购自Dexco Company)。在实施例21-23中,聚合物为基本上无规共聚体(聚合物E)。
所用的配料和所得粘合剂的性能在下表6和7中给出。表6
|
比较例F |
比较例G |
21 |
22 |
23 |
Vector 4113 |
41.7 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Vector 4114 |
0 |
35.7 |
0 |
0 |
0 |
聚合物E |
0 |
0 |
48.75 |
57.6 |
42.5 |
Wingtack 95 |
52.1 |
50.0 |
0 |
0 |
0 |
Piccotex 75 |
0 |
0 |
38.75 |
30.0 |
32.5 |
Tuflo 6056 |
6.3 |
14.3 |
12.5 |
12.5 |
25.0 |
表7
|
比较例 |
比较例 |
21 |
22 |
23 |
厚度(mils(cm)) |
4.65(0.12) |
4.25(0.11) |
4.7(0.12) |
4.2(0.11) |
3.7(0.09) |
剥离(1bs/in(N/25.4mm)) |
12.69(56.4) |
5.97(26.6) |
1.85(8.22) |
0.48(2.13) |
0.17(0.76) |
24小时剥离(lbs/in(N/25.4mm)) |
N/D |
N/D |
3.29(14.6) |
1.53(6.81) |
0.817(3.63) |
剪切(min) |
259 |
22 |
1242 |
1796 |
40 |
Tg(℃) |
N/D |
-19.8 |
-15.7 |
-16.5 |
-20 |
G’(dynes/cm2(Pa)) |
6.13×105(6.13×104) |
1.71×105(1.71×104) |
1.92×106(1.92×105) |
3.96×106(3.96×105) |
9.32×105(9.32×104) |
拉伸(psi(MPa) |
N/D |
N/D |
192(1.32) |
79(0.54) |
24(0.17) |
表6和表7说明,与苯乙烯嵌段共聚物配料相比,具有39至65wt%、优选45至55wt%苯乙烯的基本上无规乙烯/苯乙烯共聚体可配制为具有改进耐蠕变性的低粘性压敏粘合剂配料。增粘剂筛选研究
试验中评估的增粘剂,以及由商品文献中获得的性能在下表8中给出。表8
增粘剂 |
制造商 |
原料 |
Mn |
Tg |
DACP浊点 |
MMAP浊点 |
ECR 165 |
Exxon |
芳烃/环脂族 | |
59 | | |
Escorez 5380 |
Exxon |
环脂族 |
160 |
35 | | |
ECR 149B |
Exxon |
氢化C5-C6 | |
48 | | |
ECR 179 |
Exxon |
氢化环脂族 | |
57 | | |
Wingtack 86 |
Goodyear |
芳烃改性C5 | |
37 | | |
Wingtack 95 |
Goodyear |
C5烃 | |
59 | | |
Hercotac 1149 |
Hercules |
脂族/芳烃(C5-C9) |
850 |
45 |
24 |
68 |
Piccotex 75 |
Hercules |
共聚物改性苯乙烯 |
680 |
29 |
<-50 |
1 |
Piccotex 100 |
Hercules |
共聚物改性苯乙烯 |
1200 |
42 |
-50 |
6 |
Reglarez 3102 |
Hercules |
氢化苯乙烯 |
875 |
51 |
-30 |
24 |
Kristalex 3070 |
Hercules |
纯单体的共聚物 |
580 |
27 |
<-50 |
0.4 |
Piccolastic A5 |
Hercules |
苯乙烯单体 |
360 |
-28 |
<-50 |
-4 |
Piccolastic A75 |
Hercules |
苯乙烯单体 |
670 |
28 |
<-50 |
6 |
Regalite R101 |
Hercules |
氢化烃 | |
44 | | |
Foral 85 |
Hercules |
松香酯 | |
35 | | |
Staybelite Ester 10 |
Hercules |
氢化木材松香 | |
29 | | |
Eastotac H100E |
Eastman |
改性C5 | |
49 | | |
Piccotac 95 |
Hercules |
C5烃 |
800 |
43 |
49 |
95 |
*DACP浊点反映树脂的极性,较低值显示较高极性。MMAP浊点为反映树脂芳烃相容性的值,较低的值显示较大的芳香性。
制备并评估配方,所用配方和所得性能在下表9中给出。
表9
增粘剂ID |
增粘剂 |
DSCTg |
DMS G′ |
最大拉伸 |
断裂伸长 |
100%模量 |
200%模量 |
韧性 |
|
Phr |
(℃) |
20C(dynes/cm2 |
(psi(MPa)) |
(%) |
(psi(MPa)) |
(psi(MPa)) |
(psi(MPa)) |
| |
-10.00 |
1.21E+07 |
543(3.74) |
1030 |
261(1.8) |
294(2.0) |
3361(23.2) |
ECR 165 |
100 |
6.40 |
8.32E+07 |
2418(16.7) |
587 |
598(4.1) |
911(6.3) |
8083(55.7) |
Escorez 5380 |
100 |
7.80 |
1.62E+08 |
1543(10.6) |
1003 |
177(1.2) |
231(1.6) |
5732(39.5) |
ECR 149B |
100 |
6.40 |
9.49E+07 |
1654(11.4) |
622 |
426(2.9) |
565(3.9) |
5628(38.8) |
ECR 179 |
100 |
7.60 |
8.55E+06 |
2286(15.8) |
544 |
587(4.0) |
839(5.8) |
6856(47.3) |
ECR 179 |
100 |
5.50 |
8.59E+06 |
3047(21.0) |
1012 |
171(1.2) |
226(1.6) |
8100(55.9) |
Escorez 5380 |
100 |
11.00 |
5.73E+06 |
1630(11.2) |
1288 |
116(0.8) |
146(1.0) |
6220(42.9) |
Wingtack 86 |
100 |
0.20 |
2.59E+07 |
1862(12.8) |
627 |
362(2.5) |
609(4.2) |
5813(40.1) |
Wingtack 95 |
100 |
6.50 |
3.29E+08 | | | | | |
Hercotac 1149 |
100 |
7.70 |
2.45E+07 |
2205(15.2) |
538 |
601(4.1) |
970(6.7) |
6573(45.3) |
Plccotex 75 |
100 |
2.8 | |
3070(21.2) |
864 |
220(1.5) |
301(2.1) |
7957(54.9) |
Piccotex 100 |
100 |
2.4 | |
3520(24.3) |
527 |
1160(8) |
1537(10.8) |
10152(70.0) |
Regalrez 3102 |
100 |
-7.8 | |
2194(15.1) |
550 |
618(4.3) |
864(6.0) |
6939(47.9) |
Krlstalex 3070 |
100 |
1.7 | |
2334(16.1) |
924 |
193(1.3) |
262(1.8) |
6944(47.9) |
Plccolastlc A5 |
81.8 |
-20.2 |
2.47E+06 |
66.3(0.46) |
2500 |
62.7(0.43) |
65.6(0.45) |
111.1(0.77) |
Plccolastic A75 |
81.8 |
-4.8 |
6.19E+06 |
2924(20.2) |
723 |
352(2.4) |
566(3.9) |
9165(63.2) |
Regallte R101 |
100 |
1.9 | |
2111(14.6) |
640 |
378(2.6) |
585(4.0) |
6358(43.8) |
Regalrez 3102 |
100 |
5.1 | |
2389(16.5) |
528 |
664(4.6) |
903(6.2) |
7078(48.8) |
Foral 85 |
100 |
5.2 | |
1586(10.9) |
853 |
137(0.94) |
180(1.2) |
4505(31.1) |
Kristalex 3070 |
100 |
1.4 | |
2168(15.0) |
800 |
179(1.2) |
235(1.6) |
5683(39.2) |
Foral 105 |
100 |
7.4 | |
2028(14.0) |
632 |
424(2.9) |
545(3.8) |
6724(46.4) |
Staybellte Ester 10 |
100 |
4.5 | |
2080(14.3) |
995 |
113(0.78) |
150(1.0) |
5968(41.2) |
Eastotac H100E |
100 |
4.5 | |
1949(13.4) |
583 |
460(3.2) |
610(4.2) |
6076(41.9) |
表9说明,各种类型增粘剂可改进基本上无规共聚体的拉伸性能。来自松香酯、木材松香、纯单体、C5-C9、芳烃改性C5、部分氢化的C5-C9和环脂族系列的增粘剂证明是有效的。表9中特别且意想不到的是,例如将100份增粘剂与100份基本上无规共聚体混合得到比基本上无规共聚体本身高得多的拉伸强度,其拉伸强度优选为基本上无规共聚体本身的至少2倍,更优选至少3倍。调节高苯乙烯含量聚合物的玻璃化转变温度
将具有苯乙烯含量73.7至74.9wt%和熔体指数(I2)1g/10min的苯乙烯和乙烯的基本上无规共聚体与所给量的EndexTM纯单体树脂(购自Hercules)熔混。试验的配料、所得配料的玻璃化转变温度在下表10中给出。表10样品 基本上无规共聚体 增粘剂的 玻璃化转变温度
的wt% wt% (℃)比较例D 100 0 22.1实施例24 90 10 23.6实施例25 80 20 25.6实施例26 70 30 27.7
表10中给出的数据说明,使用增粘剂可将高苯乙烯含量的共聚体的玻璃化转变温度升至高于室温。
这些实施方案和其它实施方案容易由本领域熟练技术人员确定。因此,本发明仅受下面的权利要求书限制。