CN1186834A - 热熔胶 - Google Patents

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Abstract

包装用热熔胶组合物,该组合物包括一种共混的含约15—45%(重量)乙酸乙烯酯、熔体指数低于约700的约20—50%(重量)的乙烯/乙酸乙烯酯共聚物;选自脂肪族、环脂族和芳香族烃树脂和它们的氢化衍生物,松香和松香衍生物,萜烯和萜烯衍生物的约20—60%(重量)的增粘树脂;熔点为约55—85℃的约10—40%(重量)的石蜡;可达约20%(重量)的合成高熔点蜡和约0—1.5%(重量)的抗氧化剂。热熔胶的应用温度低于约154℃,以其优异的粘合性能为特征,它有意外的低温应用粘度和低于约0.98的密度。

Description

热熔胶
本发明的组合物是为用于包装领域而设计的热熔胶，具体地说是用于箱、盒封装、制箱盒和制盘领域，此热熔胶的应用温度低于约154℃。
热熔胶广泛用于包装工业作为箱盒封装、制盘和制箱盒之类的应用。粘合基体包括未用和再生的牛皮纸、高密度和低密度牛皮纸、粗纸板以及各种类型的处理和有涂层的牛皮纸和粗纸板。热熔体要求具有全纤维撕裂的粘合，意即在用手分离粘合体时纤维必须沿整个胶道长度分离。一般说来，为了取得全纤维撕裂的粘合，需要在约175℃的温度下使用热熔体。热熔体的施涂是用活塞泵或齿轮泵挤出装置，这种装置由Nordson，ITW或Slautterback制造。热熔胶有时不能产生足够的纤维撕裂粘合。顾客除要求热熔胶能产生全纤维撕裂粘合外，还要求热熔胶有较高的性能，诸如好的热稳定性。热稳定性的含义是产品在胶料槽中经长时期老化不会变黑，不会焦化、起皮或胶凝，而且不会随时间产生实质上的粘度变化。高的应用温度可引起降解而导致焦化、起皮和凝胶等形成以及褪色和粘度改变。因而需要降低应用温度，因为它能改进热稳定性，除改进热稳定性外，降低应用温度由于减少了灼烧的危险而增加了工人的安全性，减少了加热热熔胶所需的电量而节省了能量消耗，降低了维护费用，以及减少了胶料产生的臭气和烟雾量。减少胶料产生的臭气和烟雾对于顾客以及在工厂里以热熔胶进行工作的人员都是有吸引力的。
上述问题可以用开发在低于约154℃、优选约135℃至约150℃的温度下施用的胶料来避免。为应用温度约135℃至约154℃设计的商品胶料已有供应。这类胶料含有熔体指数至少为750g/10min的聚合物，应当认识到，低应用温度的胶料仍然是属于一般的热熔胶种类。
USP 5,041,482(Ornstern等人)公开了胶片粘合剂(gluestick adhesives)，它们能在82℃-138℃范围的应用温度下施用，优选低于121℃的应用温度。胶片粘合剂的粘度较高，不能在活塞泵或齿轮泵挤出装置(如Nordson，ITW或Slautterback制造的挤出装置)中工作。上述类型的挤出装置广泛用于包装工业用挤出法进行涂胶。活塞泵或齿轮泵挤出装置要求的胶料粘度比用于喷胶枪的要低得多。所以胶片(glue stick)不能用于Nordson类型的热熔施用装置。
USP 5,373,049(Ornstern等人)叙述了用熔体指数至少为750g/10min的主链聚合物设计的冷熔胶。熔体指数低于650g/10min的聚合物可与该聚合物结合使用，但不作为配方中唯一的聚合物。事实上，Ornstern讨论认为传统的热熔胶具有熔体指数在1.5-550g/10min范围内的聚合物，由于粘度高而使其不适于用于低于150℃的温度下操作的应用方法之中。
USP 5,331,033(Stauffer等人)叙述了与乙烯/丙烯酸正丁酯共聚物和高熔点合成蜡结合使用的烃树脂。这些热熔体设计的应用温度约为175℃。此专利也叙述了乙烯/丙烯酸正丁酯共聚物达到的密度低于约0.98，但具有所要求的物理特性的乙烯/乙酸乙烯酯配方没有达到此值。这种密度使胶料有用于箱、盒的再生操作，其中胶料的密度必须低于所得到的纸浆的密度，以便能通过过滤将胶料从纸浆中分离出来。胶料存留在纸浆里是不合乎需要的。
本发明提供的热熔胶是低熔体指数的共聚物、增粘树脂和石蜡的结合，它能在低于约154℃的应用温度下施用，并且克服了上述存在的问题。
本发明公开了一种热熔胶，该热熔胶包括a)约20-50％(重量)的乙烯/乙酸乙烯酯(EVA)共聚物，共聚物含约15-45％(重量)的乙酸乙烯酯，其熔体指数低于约700g/10min；b)约20-60％(重量)的增粘树脂，增粘树脂选自脂肪、环脂和芳香族烃树脂以及它们的氢化衍生物，松香及松香衍生物，萜烯及萜烯衍生物；c)约10-40％(重量)的石蜡；d)可达约20％(重量)的高熔点合成蜡。所得到的胶料的特征是：粘度(154℃)低于约5000cps；环-球软化点约80-115℃；牛皮纸或纸板的纤维撕裂粘合范围为约-20°F-160°F(约-30℃-70℃)；密度低于约0.98。低于约0.98的各种密度使胶料在箱盒再生的操作中容易与纸浆分离，而密度较高的胶料则不易分离。
这些胶料能在使用纸和纸板、诸如各种牛皮纸和纸板的各种挤出型包装操作中使用，特别是在用瓦楞牛皮纸制箱盒的包装应用中非常有用。
本发明的胶料对纸质或纸板基体有优良的粘性，所达到的密度低于约0.98，使其能用于纸的再生。以石蜡与增粘树脂、低熔体指数EVA共聚物结合使用克服了一般与应用温度低于约175℃相关的粘合性降低问题，并且使用石蜡能更进一步地使胶料在低温下施用。与先有技术所述相反，熔体指数低于约700g/10min的EVA共聚物能用作为应用温度低于约154℃而设计的热熔胶的主链聚合物，事实上本发明克服了高粘度胶料的许多缺点而不会回复到较高的应用温度。同时，在其它情况不变时，EVA的熔体指数愈低，则粘结强度和抗热性能愈高。能提供在低于约154℃、优选约135-150℃的温度下施用时有提高的粘接性的热熔胶，在本技术领域中是一进步。
用于本发明的EVA共聚物是含约15-45％、优选约25-40％、最优选约30-35％(重量)乙酸乙烯酯、熔体指数低于约700g/10min、优选低于约600g/10min、最优选约400g/10min的EVA共聚物。优选的共聚物是ElvaxTM210和ElvaxTM140，都由Dupont Co.(Wilmington，DE)所提供。也可以使用EVA共聚物的混合物，只要所得到的混合物的乙酸乙烯酯重量百分比和熔体指数范围是在所述范围之内。因此将两种具有不同熔体指数和不同百分数乙酸乙烯酯的EVA相混合是可以的。这些共聚物在胶料中的使用范围为约20-50％(重量)优选约25-40％(重量)。
用于本发明中的增粘树脂选自脂肪烃、环脂烃、芳香烃树脂和它们的氢化衍生物，松香和松香衍生物，萜烯和萜烯衍生物；其环球软化点为约70-150℃之间。本领域技术熟练者已知，这些增粘树脂是以不同的氢化程度提供的。有用的增粘树脂包括EastotacTMH-100和H-130(得自Eastman ChemicalCo.，Kingsport，TN)，它们是部分氢化的环脂族石油烃树脂；EscorezTM5300(得自Exxon Chemical Co.，Houston，TX)，也是部分氢化的环脂族石油烃树脂；WingtackTM Extra(得自Goodyear Chemicals，Akron，OH)，是脂肪族、芳香族石油烃树脂；HercoliteTM2100(得自Hercules，Wilmington，DE)是部分氢化的环脂族石油烃树脂；ZonatacTM 105 Lite(得自ArizonaChemical，Panama City，FL)，是从d-柠檬烯制取的苯乙烯化的萜烯烃树脂；SylvatacTM1103(得自Arizona Chemical，PanamaCity，FL)和UnitacTMR-100Light(得自Union Camp)以及Permalyn 305(得自Hercules，Wilmington，DE)，它们都是松香季戊四醇酯；NirezTMV2040(得自Arizona Chemical，PanamaCity，FL)，一种萜烯酚醛树脂。这些增粘剂在胶料中的使用范围是约20-60％(重量)，优选30-45％(重量)。
用于本发明中的石蜡是环球软化点为约55-85℃的石蜡。优选的石蜡是OkerinTM236TP(得自Astor WaxCorp.，Doraville，GA)，PenrecoTM4913(得自Pennzoil ProductsCo.，Houston，TX)，R-7152石蜡(得自Moore&Munger，Shelton，CT)和石蜡1297(得自International Waxes，Agincourt，Ontario)。这些石蜡在胶料中的使用范围为约10-40％(重量)，优选约25-35％(重量)。
用于本发明中的合成高熔点蜡是高密度低分子量聚乙烯蜡、副产品聚乙烯蜡和Fischer-Tropsch蜡。优选的蜡包括PetroliteTMC-4040、PolywaxTM1000或2000，低分子量聚乙烯蜡(得自Bareco，Tulsa，OK)，EscomerTMH-101(得自ExxonChemical，Houston，TX)，一种改性聚乙烯蜡，MarcusTM200(得自Marcus Chemical，Houston，TX)，一种低分子量聚乙烯副产品蜡和ParaflintTMH-4(得自Sasol-SA/Moore&Munger，Shelton，CT)，一种Fischer-Tropsch蜡。这些蜡的使用范围是胶料的约0-20％(重量)，优选低于约10％(重量)。
在热熔胶中最好也使用稳定剂或抗氧化剂。加入这些化合物以保护胶料免于发生受热、光或诸如增粘树脂原料中的残余催化剂诱发的与氧进行而反应引起的降解。这类抗氧化剂有Ciba-Geigy，Hawthorne，NY的商品供应，它们包括IrganoxTM1010和IrganoxTM1076，均为位阻酚。这些抗氧化剂是主抗氧化剂，它们起着基团清除剂的作用，可以单独使用或与像得自Ciba-Geigy，Hawthorne，NY的IrgafosTM168的亚磷酸盐抗氧化剂之类的其他抗氧化剂结合使用。亚磷酸盐催化剂被认为是次要催化剂，一般不单独使用。它们主要用作过氧化物分解剂。其它可得到的催化剂是CyanoxTMLTDP(得自American Cyanamide，Stamford，CT)和EthanoxTM1330(得自Albemarle，Baton Rouge，LA)。这类抗氧化剂有许多是以单独使用或与其它的这类抗氧化剂结合使用供应的。这些化合物是以小量加入热熔胶的，它们不会对其它的物理性质产生影响。其它可以加入的不影响物理性质的化合物是着色的颜料或荧光剂，在此仅举二例，这些添加剂是本领域技术人员已知的。
胶料的制备是在约130℃-200℃之间的温度下混合熔融的组分，直至得到均匀的混合物。可以使用粘合剂工业中使用的各种混合方法，并且任何能起作用的方法都是满意的。
所得到的胶料的特征是：粘度(150℃)低于约5000cps；密度低于约0.98；环球软化点约为60-115℃；在约0°F(-18℃)-160°F(71℃)的温度范围对牛皮纸有极好的纤维撕裂粘合。这些热熔胶对于其中使用的是各种纸和纸板(诸如未使用的或再回用的牛皮纸、粗纸板以及各种处理过的或有涂层的牛皮纸和粗纸板)的箱盒封装和制盘应用都是理想的。这些胶料在此温度范围内比商业上的胶料显示了更加优越的粘合性能。对于本发明的优选配方，极好的纤维撕裂粘合是在约-29℃至71℃的温度范围得到的，甚至是难于粘合的基体。
现以下列非限制性实施例对本发明做进一步说明。
试验方法
1.熔体粘度
热熔胶的熔体粘度测定是用布洛克菲尔德热熔胶(Thermosel)粘度计，型号LVDV 2+，使用21号转子。
2.剥离和剪切
剥离和剪切值的测定是将样品置入一程序控制炉中，剥离模式使用100克重量，剪切模式使用500克重量，然后以25℃/小时的速率自100℃至175℃升温，加热炉自动记录样品破裂时的温度。各样品用手使用玻璃棒或薄片涂覆在牛皮纸上，得到的涂层为一英寸宽的带，约8-10密耳或约0.008-0.010英寸厚。剥离模式使用4-5个粘合体，剪切模式使用4-5个粘合体，结果取其平均值。
3.粘合试验
使用约175℃的应用温度做各种基体的胶料粘合，展开时间1秒钟，压合时间1秒钟，粗纸板型基体的粘合道1/16英寸(0.16cm)，瓦楞板基体粘合道1/8英寸(0.32cm)。得到的粘合体在不同的温度条件下放置至少24小时，然后用手分离，测定纤维撕裂量。每一胶料在不同的温度最少试验3个样品，然后用劣、良、优体系评定胶料。劣等粘合可见到小量的纤维撕裂或无纤维撕裂，良好的粘合显示粗略的半数或超过半数的纤维撕裂，优秀的粘合显示主要量的纤维撕裂或接近全纤维撕裂。
4.热稳定性试验
将每种胶料的250克样品置于300 °F(149℃)的强制空气对流炉中200小时，于24、48、72、96和200小时时取出约10-20克的小量胶料，然后测定在这些时间间隔的粘度和熔融加德纳颜色(Gardner Color)，并相继监视其变化。粘度变化以初始粘度变化的百分数报告，其计算方法是以初始粘度减去每个时间间隔得到的粘度，再除以初始粘度。熔融加德纳颜色以从初始颜色至每一时间间隔的颜色单位变化来记录。粘度和颜色的变化愈小，热稳定性愈好。
实施例1、2、3、4和商品冷熔胶A+B以及标准商品热熔胶C
下面所提供的胶料配方只是为了说明的目的。所有胶料的制备都是在本领域中已知为立式或减重混合器(Iightening mixer)中在约175℃的温度将组分混合至得到均匀的混合物。
这些实施例说明了使用本发明的胶料(实施例1、2、3和4)较之两种商品冷熔胶A和B和一种标准热熔胶C所取得的利益。实施例1、2、3和4的配料示于表I。胶料按上列试验方法进行试验，结果示于表II。
                   表I
                胶料组分
实施例 1 2 3 4
EVA(33-400) 34.74 35.0 35.0 35.0
石蜡155F 31.58 24.0 24.0 24.0
合成石蜡  - 5.7 5.7 5.7
Eastotac H130R(烃树脂) 33.36 35.0  -  -
Sylvatac 1103(松香酯)  -  - 35.0  -
Nirez V-2040(萜烯酚醛树脂)  -  -  - 35.0
Irganox 1076 0.32 0.3 0.3 0.3
                          表II
                        试验结果
实施例     1     2    3    4    A    B
  粘度@300°F     800   1000   940   1420   730   650
  密度@24℃     0.95   0.96   0.97   0.96   0.95   0.96
剥离(°F)    125   132   129   136   145   129
剪切(°F)    148   153   149   152   174   158
                             表III
                  再生瓦楞纸板的粘合性
实施例    1    2    3    4    A    B
@40°F   优   优   优   优   差   差
@0°F   优   优   差   优   差   差
@-20°F   优   差   差   良   差   差
@120°F   优   优   优   优   优   优
                         表IV
                高密度衬里的粘合性
实施例    1    2    3    4    A    B
@40°F   优   优    -   良   差   差
@0°F   优   优   差   优   差   差
@-20°F   差   良    -   差   差   差
@120°F   优   优    -   优   优   优
上表的粘合结果显示本发明在粘合箱、盒、盘中的优越性。本发明的产品显示了足够低的粘度使之能在低于约154℃的温度下施用。剥离和剪切数据与商品热熔胶同样良好。
                             表V
                          热稳定性
  实施例     1     2     3     4     B     C
％粘度改变@96小时 3.5 2.3 3.2 8.6 3.7 17.0
@200小时     4.6     2.5     5.3     11.7     5.9     50.0
颜色变化@96小时 4 4 2 3 3 4
@200小时     6     6     3     4     6     6
实施例1、2、3、4和B的热稳定性试验是在300°F下进行的，实施例C是在350°F下进行的。实施例C是标准热熔胶，典型地是在350°F的温度下施用，而其它胶料是在约300°F或更低的温度下施用。与较低的温度比较，350°F的温度将给出最差的热稳定性结果。如上述数据所证明，在350°F下施用商品热熔胶的热稳定性是相当差的，它是高应用温度的结果。

Claims (11)

1.一种在低于约154℃的温度下应用于箱、盒、盘的热熔胶组合物，该热熔胶组合物包括：
a)约20-50％(重量)的至少一种乙烯/乙酸乙烯酯共聚物，该共聚物含有约15-45％(重量)的乙酸乙烯酯单体，其熔体指数低于约700g/10min；
b)约20-60％(重量)的增粘树脂，该增粘树脂选自脂肪族、环脂族和芳香族烃树脂，以及它们的氢化衍生物；松香和松香衍生物；萜烯和萜烯衍生物；
c)约10-40％(重量)的石蜡，该石蜡的熔点约为55-85℃；和
d)约0-1.5％(重量)的稳定剂。
2.利用能在低于约154℃的温度下施用的热熔胶制成的箱、盒或盘，包括：
a)约20-50％(重量)的至少一种乙烯/乙酸乙烯酯共聚物，该共聚物含有约15-45％(重量)的乙酸乙烯酯单体，其熔体指数低于约700g/10min；
b)约20-60％(重量)的增粘树脂，该增粘树脂选自脂肪族、环脂族和芳香族烃树脂，以及它们的氢化衍生物；松香和松香衍生物；萜烯和萜烯衍生物；
c)约10-40％(重量)的石蜡，该石蜡的熔点约为55-85℃；和
d)约0-1.5％(重量)的稳定剂。
3.权利要求1或2的热熔胶，其中胶料的密度低于约0.98。
4.权利要求1或2的热熔胶，其中胶料中的乙烯/乙酸乙烯酯共聚物的熔体指数低于约600g/10min。
5.权利要求1或2的热熔胶，其中胶料中的乙烯/乙酸乙烯酯共聚物含约25-40％(重量)的乙酸乙烯酯。
6.权利要求1或2的热熔胶，其中胶料中的乙烯/乙酸乙烯酯共聚物含约30-35％(重量)的乙酸乙烯酯。
7.权利要求1或2的热熔胶，其中胶料中的增粘树脂的环球软化点为约70-150℃。
8.权利要求1或2的热熔胶，其中胶料含约0-20％(重量)的合成高熔点蜡。
9.权利要求1或2的热熔胶，其中胶料中的合成高熔点蜡选自高密度低分子量的聚乙烯蜡、副产品聚乙烯蜡和Fischer-Tropsch蜡。
10.权利要求1或2的热熔胶，其中胶料中的合成高熔点蜡是Fischer-Tropsch蜡。
11.权利要求1或2的热熔胶，其中该胶料包括一种共混的含约30-35％(重量)乙酸乙烯酯，熔体指数低于约600g/10min的乙烯/乙酸乙烯酯共聚物的混合物；环球软化点为约55-75℃的选自脂肪族、环脂族和芳香族烃树脂及它们的氢化衍生物，松香和松香衍生物，萜烯和萜烯衍生物的增粘树脂；低于约10％(重量)的Fischer-Tropsch蜡；和一稳定剂。
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