CN1216552A - 含烯烃聚合物的粘合剂 - Google Patents

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Abstract

公开了粘合剂及其制备方法,该粘合剂含有至少一种第一种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物和任选的至少一种增粘剂和任选的至少一种增塑剂。所要求的粘合剂适用作用于各种用途的各种粘合剂例如用于制作胶带、透明办公胶带、标签、移画印花、绷带、装饰以及保护片(例如保护衬和袖衬)、地砖、卫生巾/失禁设备放置带、阳光调节膜、汽车窗垫圈连接、包装、装订、无纺制品结构物和绝缘粘合。

Description

含烯烃聚合物的粘合剂
本发明涉及热熔融粘合剂,它们含有至少一种均匀线型的或基本上线型的乙烯与至少一种C3-C20α-烯烃的共聚物,其进一步的特征是,每种所述的共聚物的多分散性小于约2.5,以及本发明涉及由这些热熔融粘合剂制成的制品。这样的热熔融粘合剂适用于各种用途,它们包括但不限于装订、壳体和纸板盒密封、包装、胶粘剂、现场发泡衬垫,特别是标签和标牌粘合剂用压敏粘合剂、码堆用粘合剂、表皮固定用粘合剂、定位用粘合剂、尿布胶带以及无纺制品组装用结构粘合剂等。
过去,粘合剂基于以下五类聚合物中一类:聚乙烯;乙烯醋酸乙烯酯共聚物;天然橡胶或嵌段共聚物弹性体(例如苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-丁二烯无规共聚物);丙烯酸类树脂(例如丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物)以及无定形聚烯烃等,无定形C3和更高碳α-烯烃的聚合物,例如无规聚丙烯、丙烯和更高碳α-烯烃的共聚物和聚丁烯。
线型低密度聚乙烯和低密度聚乙烯已在各种热熔融粘合剂中,特别是在用于壳体和纸板盒密封的热熔融粘合剂中用作基础聚合物,其中在冷却和固化时,生成的粘合剂是相对不粘的。聚乙烯蜡也用于配制热熔融粘合剂。线型低密度聚乙烯和低密度聚乙烯作为粘合剂的基础原料因其结晶性质方面的缺点而受到损失,它们常常很刚挺且低温性能差。除了低温性能差外,聚乙烯壳体和纸板盒密封用粘合剂的热粘性有限,使得剥离粘合力破坏温度低。此外,聚乙烯特别是由于保油能力差,在配制压敏粘合剂方面用作基础聚合物的实用性有限。
基于乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)的体系是受限制的,因为需选择较高的醋酸乙烯酯含量,虽然在这种情况下结晶度下降、弹性性能增加以及与配方组分的相容性下降。因此,EVA通常用于非压敏粘合剂应用场合。
嵌段共聚物弹性体提供了粘性、抗剥离性和抗蠕变性的极好平衡。这样的弹性体可用于溶剂基粘合剂、水质粘合剂和热熔融粘合剂。但是,基于这样的弹性体的粘合剂体系是有缺点的,因为在嵌段共聚物主链中的不饱和中心使粘合剂易于受到氧和紫外线作用降解。
对氧和紫外线稳定的丙烯酸酯类树脂体系在粘性、抗剥离性和抗蠕变性的平衡方面不及嵌段共聚物弹性体。此外,这样的体系通常仅以溶剂基体系和水质体系提供,由于上述原因,使得它们有另外的缺点。
无定形聚烯烃已用于各种粘合剂体系,与嵌段共聚物弹性体体系相比,至少部分地对氧和紫外线有改进的稳定性。由于过去无定形聚烯烃作为反应副产物提供,所以它们在品级、组成和粘度方面是不一致的,从而使各种性质的平衡差。特别是,聚1-丁烯在涂布到基材上后有缓慢晶化的倾向,从而使粘性显著丧失。当加入油来提高粘性时,油倾向于从粘合剂迁移到背层或基材上。由于支链分布不均匀和分子量分布宽,含有不足40%(重量)无定形聚烯烃的粘合剂常常内聚力弱,拉伸强度低和剥离后在基材表面上留下残留物。为了弥补固有的内聚强度差的缺点,基于无定形聚烯烃的粘合物常常有高浓度的无定形聚烯烃,从而使得有相对高的粘度。这样的高粘度使基于无定形聚烯烃的粘合剂不适用于在小于约325°F(167℃)的典型涂布温度下的喷涂设备。由于共聚单体支链的无规链长和分布引起不能控制的二次晶化,无定形聚合物的另一缺点是有不可预测的老化特性。
现已介绍了使用单中心催化剂或金属茂催化剂制备的均匀线型的或基本上线型的乙烯聚合物。均匀的乙烯聚合物的特征是,有窄的分子量分布以及均匀的短支链分布。在基本上线型的乙烯聚合物的情况下,这样的均匀乙烯聚合物的另一特征是有长支链。基本上线型的乙烯聚合物可由道化学公司以AffinityTM聚烯烃塑性体商业提供,它们用该公司的InsiteTM技术生产。均匀的线型乙烯聚合物由埃克森化学公司以商品名Exact塑性体提供。
Tse等(US5530054)对一种主要由以下组分组成的热熔融粘合剂组合物提出专利要求:(a)30-70%(重量)共聚物,它为乙烯与约6至约30%(重量)C4-C20α-烯烃的共聚物,它在含有金属茂和铝氧烷的催化剂组合物存在下生产的,其Mw为约20000至约100000;以及(b)烃类增粘剂,它选自所列举的。其例子是,组合物含有45%(重量)比重为0.898克/厘米3或0.901克/厘米3的乙烯/丁烯-1共聚物。
Tse等(US5548014)对一种含有乙烯/α-烯烃共聚物的共混物的热熔融粘合剂组合物提出专利要求,其中第一种共聚物的Mw为约20000至约39000,而第二种共聚物的Mw为约40000至约100000。列举的每种热熔融粘合剂含有共聚物的共混物,含有45%(重量)共聚物,其中至少一种共聚物的多分散性大于2.5。此外,列举的最低密度的共聚物的比重为0.894克/厘米3
但是,Tse在开发粘合到聚烯烃表面的热熔融粘合剂用粘合模型的应用,粘合杂志,第48卷,第1-4期,第149-167页(1995)中提出,与基于乙烯/醋酸乙烯酯共聚物的热熔融粘合剂相比,基于均匀的线型乙烯/α-烯烃共聚物的热熔融粘合剂有更高的粘度和更差的拉伸强度,但对聚烯烃表面有更好的粘合强度、更高的破裂应变和更低的屈服应力。
Lakshmanan等(US5397843)提出含有这样一种混合物的共混聚合物组合物,这种混合物为乙烯和α-烯烃的共聚物与无定形聚丙烯和/或无定形聚烯烃或它们的混合物的混合物。对含有20-97.5%常规聚烯烃的热熔融粘合剂提出专利要求。在Lakshmanan中列出的例子提出有至少42.5%(重量)高浓度共混聚合物的组合物,它们常常因上述常规聚烯烃的缺点而受损失。列举的单一乙烯和α-烯烃共聚物为联合碳化物公司的“Flexomer 9042”,其1-丁烯含量为15%(重量),熔体指数为5.0克/10分钟,结晶度为26%,密度为0.900克/厘米3。据认为,在实施例中所述的联合碳化物公司的“Flexomer”聚烯烃的多分散性大于2.5。
在工业中,基于均匀的乙烯/α-烯烃共聚物的热熔融粘合剂是很有好处的,它们有优于以前所述到的各种性质的平衡。
因此,本发明涉及一种含有以下组分的粘合剂:(a)5-95%(重量)至少一种共聚物,该共聚物为均匀线型的或基本上线型的乙烯/α-烯烃共聚物,其特征是密度为0.850-0.885克/厘米3;(b)0-95%(重量)至少一种增粘剂;(c)0至约90%(重量)至少一种增塑剂;以及(d)0-90%(重量)至少一种蜡;其中,组分(b)、(c)和(d)的总和占所述粘合剂组合物的5-95%(重量)。
本发明还涉及一种含有以下组分的热熔融粘合剂组合物:(a)一种乙烯和按质量天平测定并按乙烯和共聚单体的总重计大于30%(重量)的C3-C20α-烯烃共聚单体的均匀的线型共聚物,所述的共聚物的重均分子量(Mw)为2000-100000;(b)一种增粘剂。
本发明还涉及这样一种粘合剂,它含有:(a)5-95%(重量)至少一种共聚物,它为均匀线型的或基本上线型的乙烯/α-烯烃共聚物,其特征是,重均分子量(Mw)小于20000;(b)0-95%(重量)至少一种增粘剂;(c)0至约90%(重量)至少一种增塑剂;以及(d)0-90%(重量)至少一种蜡;其中,组分(b)、(c)和(d)的总和占所述粘合剂组合物的5-95%(重量)。
本发明还提供用于各种粘合应用的各种粘合剂组合物。在这方面,本发明还涉及一种热熔融粘合剂,它含有:(a)30-97%(重量)至少一种第一种聚合物,它为乙烯和至少一种C3-C20α-烯烃的共聚物,所述的至少一种第一种聚合物的特征是:
(ⅰ)密度为0.850-0.885克/厘米3
(ⅲ)用凝胶渗透色谱法测定的数均分子量小于20000;(b)3-70%(重量)至少一种第二种聚合物,它为乙烯均聚物或乙烯与至少一种C3-C20α-烯烃的共聚物,所述的至少一种第二种聚合物的特征是:
(ⅰ)密度为0.910至0.970克/厘米3
(ⅱ)用凝胶渗透色谱法测定的数均分子量小于6000;以及(c)0-70%(重量)一种或多种增粘剂。
在一优选的实施方案中,本发明的粘合剂组合物为压敏粘合剂,其特征为在25℃下的储能模量(G′)小于1×107达因/厘米2(1MPa)以及玻璃化温度Tg)为-65至30℃、更优选0至20℃、最优选10至20℃。
任选的是,本发明的粘合剂组合物还可含有另外的聚合物,选自相容的弹性体,例如热塑性嵌段共聚物、聚酰胺;无定形或结晶聚烯烃,例如聚丙烯、聚丁烯或聚乙烯,其中Mw大于约3000;乙烯与至少一种选自至多C4饱和羧酸的乙烯基酯、C3-C5不饱和一元或二元羧酸的乙烯基酯或其盐或酯的乙烯基酯的共聚单体的共聚物或离子键聚合物;以及它们的混合物。
在一实施方案中,本发明提供这样的热熔融粘合剂,它们含有均匀的乙烯聚合物以及重均分子量(Mw)大于约3000的低密度聚乙烯或不均分支的线型低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)或聚酰胺。
任选的是,用于本发明热熔融粘合剂的至少一种乙烯/α-烯烃共聚物可与至少一种其密度、共聚单体类型、数均分子量中至少一种物理性质与之不同的第二种均匀线型的或基本上线型的共聚物一起提供。共聚物可按重量比0.05∶20至20∶0.05共混。
在一优选的实施方案中,第一种密度小于0.870克/厘米3的均匀乙烯/α-烯烃共聚物与第二种密度大于0.900克/厘米3的均匀乙烯/α-烯烃共聚物一起提供。
在一特别优选的实施方案中,本发明提供这样一种含有以下组分的热熔融粘合剂:(a)5-95%(重量)聚合物混合物,它依次含有:
(ⅰ)30-97%(重量)至少一种为乙烯和至少一种C3-C20α-烯烃的共聚物的第一种聚合物,所述的至少一种第一种聚合物的特征是,密度为0.850-0.920克/厘米3,用凝胶渗透色谱测量的数均分子量小于80000;
(ⅱ)3-70%(重量)至少一种为乙烯均聚物或乙烯与至少一种C3-C20α-烯烃的共聚物的第二种聚合物,所述的至少一种第二种聚合物的特征是,密度为0.910-0.970克/厘米3,用凝胶渗透色谱测量的数均分子量小于6000;以及(b)0-95%(重量)至少一种增粘剂;
(c)0至约90%(重量)至少一种增塑剂;以及
(d)0-90%(重量)至少一种蜡;其中,至少一种第一种聚合物与至少一种第二种聚合物的密度相差至少为0.01克/厘米3,而至少一种第一种聚合物与至少一种第二种聚合物的数均分子量相差为至少5000。
本发明还提供一种聚合方法,该法包括:(a)在溶液聚合条件下,在单中心催化剂组合物存在下,在至少一个反应中,通过乙烯与至少一种C3-C20α-烯烃接触来进行反应,生成第一种聚合物的溶液,它是乙烯和至少一种C3-C20α-烯烃的共聚物,所述的至少一种第一种聚合物特征是:
(ⅰ)密度为0.850-0.920克/厘米3
(ⅱ)用凝胶渗透色谱法测定的数均分子量为5000-80000;
(ⅲ)分子量分布(Mw/Mn)为1.5-2.5;(b)在溶液聚合条件下,在单中心催化剂组合物或多相催化剂组合物存在下,在至少另一个反应器中,通过乙烯和任选的至少一种C3-C20α-烯烃接触来进行反应,生成至少一种第二种聚合物的溶液,它是乙烯均聚物或乙烯与至少一种C3-C20α-烯的共聚物,所述的至少一种第二聚合物的特征是:
(ⅰ)密度为0.910-0.970克/厘米3
(ⅱ)用凝胶渗透色谱测定的数均分子量小于6000,
(ⅲ)分子量分布(MW/Mn)为1.5-2.5;(c)将第一反应器的溶液与第二反应器的溶液合并,制成共混物溶液;(d)从步骤(c)的共混物溶液中除去溶剂,并回收共混物;以及(e)任选地将增粘剂送入步骤(a)的反应器、步骤(b)的反应器或步骤(b)反应后的任一点。
通常,本发明的粘合剂组合物有改进的性质,包括极好的粘度和颜色稳定性,特别是在升温下的粘度和颜色稳定性;高的内聚强度和极好的保油能力,能使用相对低浓度均匀线型的或基本上线型的共聚物;与各种其他聚合物、增粘剂和增塑剂,特别是蜡的相容性;以及对聚烯烃基材,例如聚烯烃为基础的容器和薄膜的改进粘合性。本发明的粘合剂组合物据估计也是可再浆化的,并可在低涂层重量下使用,因为它有低的密度,以及能耐紫外线辐射引起的降解。
本发明的粘合剂适用于各种制品,例如胶带、标牌、一次性用品,包括一次性尿布和女用卫生巾,以及用于装订、包装和用于医用胶带和设备的表皮固定粘合剂。对各种膜例如低密度聚乙烯(LDPE)膜、高密度聚乙烯(HDPE)膜、收缩包装膜和特别是由均匀的乙烯聚合物制得的膜的改进粘合性与良好的喷涂性质相结合,使本发明的粘合剂组合物特别适用于无纺工业,用于制造一次性尿布、女用卫生巾以及外科用帘。
在另一优选的实施方案中,还发现均匀的乙烯聚合物适合单独用于或与其他成分例如增粘剂和蜡一起用于共挤塑涂层或热塑性包装膜,它们是可熔融的并可与粘合剂组合物共混的,例如用作杂物袋。当粘合剂组合物、共挤塑涂层和/或热塑性包装膜的聚合物具有相同的聚合物化学,以保证相互的相容性时,这种情况是特别有利的。
在以下详细描述中,更加全面地描述这些实施方案和其他一些实施方案。
本发明的粘合剂含有至少一种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物,它是乙烯与至少一种C3-C20α-烯烃的共聚物。在这里使用的术语“共聚物”指二元共聚物、三元共聚物或更高的共聚物。也就是说,至少一种另外的共聚单体与乙烯聚合制成这种共聚物。
均匀的乙烯/α-烯烃共聚物是均匀线型的或基本上线型的乙烯/α-烯烃共聚物。所谓术语“均匀的”是指任何共聚单体都无规分布在一定的共聚物分子内,并且在该共聚物中基本上所有的共聚物分子都有相同的乙烯/共聚单体比。随着密度下降和/或数均分子量下降,均匀线型的和基本上线型的乙烯聚合物的熔融峰(如用示差扫描量热法得到的)将变宽。但是,与不均匀的聚合物不同,当均匀的聚合物的熔融峰大于115℃(密度大于0.940克/厘米3的聚合物就是这样)时,它另外没有明显的低温熔融峰。
此外,聚合物的均匀性可用SCBDI(短链分支分布指数)或CDBI(组成分布宽度指数)来描述,后者规定为共聚单体含量在50%中值总摩尔共聚单体含量内的聚合物分子的重量百分数。聚合物的SCBDI很容易由本专业已知的技术得到的数据来计算,例如升温洗提部分技术(这里缩写为“TREF”),它例如在Wild等,聚合物科学杂志,聚合物物理出版,第20卷,第441页(1982)、在US4798081(Hazlitt等)或在US5089321(Chum等)中描述。对于用于本发明的均匀乙烯/α-烯烃共聚物,SCBDI或CDBI优选大于50%、更优选大于70%,SCBDI’s或CDBI大于90%是很容易达到的。
适用于本发明的均匀乙烯/α-烯烃共聚物的特征是,有窄的分子量分布(Mw/Mn)。对于适用于本发明粘合剂的均匀乙烯/α-烯烃共聚物,Mw/Mn为1.5-2.5、优选1.8-2.2、最优选约2.0。
基本上线型的乙烯共聚物为有长链分支的均匀共聚物。由于这样的长链分支的存在,基本上线型的乙烯共聚物的另一特征是,熔体流动比(I10/I2)的变化与多分散性指数,例如分子量分布Mw/Mn无关。这一特性使基本上线型的乙烯聚合物与具有高度加工性一致,尽管有窄的分子量分布。
应当指出,适用于本发明的基本上线型的共聚物与高压法制备的低密度聚乙烯不同。一方面,虽然低密度聚乙烯为密度0.900-0.935克/厘米3的乙烯均聚物,但适用于本发明的均匀线型和基本线型的共聚物要求有共聚单体存在,以便使密度降到0.900-0.935克/厘米3
基本上线型的乙烯共聚物的长链分支与共聚物主链有相同的共聚单体分布,直到可有共聚物主链的长度大致相同的长度。当基本上线型的乙烯/α-烯烃共聚物用于本发明的实施时,这样的共聚物的特征是,共聚物主链每1000个碳被0.01-3个长链分支取代。
测定长链分支存在数量的定性方法和定量方法在本专业中是已知的。
对于测定长链分支存在的定性方法,例如可参见US5272236和5278272。正如这里所述,气体挤压流变计(GER)可用来测定流变加工指数(PI)、在表面熔体破裂开始时的临界剪切速率以及在全部熔体破裂开始时的临界剪切速率,它们反过来又表明长链分支是否存在,正如下述。
用于测定流变加工指数(PI)、在表面熔体破裂开始时的临界剪切速率以及在全部熔体破裂开始时的临界剪切速率的气体挤压流变仪在以下文献中描述:M.Shida,R.N.Shroff和L.V.Cancio,聚合物工程科学,第17卷,第11期,第770页(1977)和John Dealy的“熔融塑料用流变仪”,Van Nostrand Reinhold co.出版(1982),第97-99页。GER实验在以下条件下进行:温度190℃、氮气压250-5500psig(1.72-37.9MPa),直径0.0754毫米,模头长径比20∶1,流入角180°。
对于基本上线型的乙烯共聚物,PI为在表现剪切应力为2.15×106达因/厘米2(0.215MPa)下,用GER测量的材料的表观粘度(以千泊表示)。适用于本发明的基本上线型的乙烯共聚物的PI在0.01-50千泊范围内、优选15千泊或更小。基本上线型的乙烯共聚物的PI小于或等于有相同共聚单体和有这样的I2、Mw/Mn和密度(其中每一个在基本上线型的乙烯共聚物的10%内)的线型乙烯共聚物(或齐格勒聚合的聚合物或均匀的线型乙烯共聚物)的PI的70%。
表观剪切应力与表观剪切速率作图可用来确定熔体破裂现象以及定量乙烯聚合物的临界剪切速率和临界剪切应力。根据Ramamurthy的意见(流变杂志,30(2),1986,第337-357页),超过某一临界流速,观测的挤出物不规整性可大致分成两个主要类型:表面熔体破裂和全部熔体破裂。
表面熔体破裂在表观稳流条件下出现,详细地范围从镜膜光泽丧失到更严重的“鲨皮”形式。在这里,正如用上述挤压流变仪测定的,表面熔体破裂开始的特征是挤出物的光泽开始丧失,此时挤出物的表面粗糙度仅可放大40倍才能检测出。对于基本上线型的乙烯共聚物来说,表面熔体破裂开始时的临界剪切速率比有相同共聚单体和有这样的I2、Mw/Mn和密度(在基本上线型的乙烯聚合物的10%内)的线型乙烯聚合物的表面熔体破裂开始时的临界剪切速率大至少50%。
全部熔体破裂在不稳定的挤出流条件下出现,范围从有规变形(出现交替的粗糙和光滑、螺旋形等)到无规变形。基本上线型的乙烯共聚物,特别是密度大于0.910克/厘米3的基本上线型的乙烯共聚物开始全部熔体破裂时的临界剪切应力大于4×106达因/厘米2(0.4MPa)。
长链分支的存在还可用道流变指数(DRI)定性地确定,它表示聚合物“由子长链分支产生的标准松弛时间”(见S.Lai和G.W.Knight,ANTEC′93 Proceedings,INSITETM技术聚烯烃(SLEP)--在乙烯/α-烯烃共聚物的结构/流变性关系中新的规则,New.Orleans,La.,1993年5月。DRI值的范围从0(对于没有任何可测出的长链分支的聚合物,例如三井石油化工公司提供的TafmerTM产品和埃克森化学公司提供的ExactTM产品)到15,该数值与熔体指数无关。通常,对于低压到中压的乙烯聚合物来说,特别是在较低的密度下,DRI提供了熔体弹性和高剪切流动性相对于同样与熔体流动比的改进关系。基本上线型的乙烯共聚物的DRI优选至少0.1、更优选至少0.5、最优选至少0.8。
DRI可由以下方程式计算:
      DRI=(3.652879*τ0 1.006490-1)/10式中,τ0为共聚物的特征松弛时间,η0为共聚物的零剪切粘度。τ0和η0都为Cross方程式的“最佳配合”值,例如
     η/η0=1/(1+(γ*τ0)1-n)式中,n为材料的幂律指数,η和γ分别为测量的粘度和剪切速率。在160℃下用流变力学波谱仪(RMS-800),在动态扫描方式下从0.1-100弧度/秒以及在挤出压力1000-5000Psi(6.89-34.5MPa)下(对应于剪切应力0.086-0.43MPa),使用直径0.0754毫米、长径比20∶1的气体挤压流变仪(GER),在190℃下得到粘度和剪切速率数据的基线测定值。具体的材料测定可在140-190℃进行,因为需要适应熔体指数变化。
对于测定长链分支存在的定量方法,例如可参见US5272236和5278272;Randall(大分子化学物理评述,C29(2&3),第285-297页),它讨论了用13C核磁共振谱测量长链分支,Zimm,G.H.和Stockmayer,W.H.,化学物理杂志,17,1301(1949);Rudin,A.,聚合物表征的现代方法,John Wiley&Sons出版,纽约(1991),第103-112页,它讨论了使用凝胶渗透色谱与低角度激光散射检测器结合(GPC-LALLS)以及凝胶渗透色谱与差示粘度检测器结合(GPC-DV)。
A.Willem deGroot和P.Steve Chum(两者都是道化学公司的)1994年10月4日在St.Louis,Missouri举行的分析化学和光谱协会联盟(FACSS)的会议上发表了数据,说明GPC-DV在定量基本上线型的乙烯聚合物中长链分支存在方面是有用的技术。特别是,deGroot和Chum发现,在基本上线型的乙烯聚合物中长链分支的存在与用13C NMR测量的长链分支的含量可很好地关联。
此外,deGroot和Chum发现,辛烯的存在不改变聚乙烯样在熔液中的流体力学体积,因此可用辛烯在样品中已知的摩尔百分数解释归因于辛烯短链分支的分子量增加。通过将贡献重叠合到归因于1-辛烯短链分支的分子量增加上,deGroot和Chum表明GPC-DV可用于定量在基本上线型的乙烯/辛烯共聚物中长链分支的含量。
deGroot和Chum还指出,log(I2,熔体指数)与log(GPC重均分子量)(用GPC-DV测定的)作图说明,基本上线型的乙烯聚合物的长链分支物种(但不是长链分支程度)与高度分支的高压低密度聚乙烯(LDPE)的是可比的,而与用齐格勒型催化剂生产的不均匀分支的乙烯聚合物(例如线型低密度聚乙烯和超低密度聚乙烯)以及均匀的线型乙烯聚合物(例如由三井石化公司提供的TafmerTM产品和由埃克森化学公司提供的ExactTM产品)有明显的不同。
第一种聚合物是一种乙烯与至少一种选自C3-C20α-烯烃、非共轭的二烯烃和环烯烃的共聚单体的共聚物。例证性C3-C20α-烯烃包括丙烯、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,更优选的1-己烯和1-辛烯。例证性环烯烃包括环戊烯、环己烯和环辛烯。适用作共聚单体,特别是用于制备乙烯/α-烯烃/二烯烃三元共聚物的非共轭的二烯烃通常是有C6~C15非共轭二烯烃。适合的非共轭二烯烃的代表性例子包括:
(a)直链无环二烯烃,例如1,4-己二烯、1,5-庚二烯和1,6-辛二烯;
(b)支链无环二烯烃,例如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)单环脂环二烯烃,例如4-乙烯基环己烯、1-烯丙基-4-亚异丙基环己烯、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)多环脂环稠合的和桥联的环二烯烃,例如二环戊二烯;链烯基、亚烷基、环烯基和亚环烷基降冰片烯,例如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-降冰片烯和5-亚环己基-2-降冰片烯。
一种优选的共轭二烯烃是戊间二烯。优选的二烯烃选自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。
在粘合剂配方所需性能的基础上选自乙烯/α-烯烃共聚物的分子量。但是通常,乙烯/α-烯烃共聚物的数均分子量优选为至少3000、更优选至少5000。通常,乙烯/α-烯烃共聚物的数均分子量优选不大于100000、更优选不大于60000,甚至更优选小于40000。
当乙烯/α-烯烃共聚物有超低分子量,例如数均分子量小于11000时,乙烯/α-烯烃共聚物有低的聚合物粘度和配方粘度,但其特征是,峰值晶化温度大于有相同密度的相应较高分子量材料的峰值晶化温度。在压敏粘合剂应用中,峰值晶化温度的提高表现为耐热性提高。下面将更全部地描述超低分子量乙烯/α-烯烃共聚物。
同样在粘合剂配方所需性能的基础上来选择乙烯/α-烯烃共聚物的密度。但是通常,乙烯/α-烯烃共聚物的密度为至少0.850克/厘米3、优选至少0.860、更优选至少0.870克/厘米3。通常,乙烯/α-烯烃共聚物的密度不大于0.965克/厘米3、优选不大于0.900克/厘米3、更优选不大于0.890克/厘米3、甚至更优选不大于0.880克/厘米3,最优选不大于0.875克/厘米3
在本发明的粘合剂中,乙烯/α-烯烃共聚物的数量大于5、优选大于10%(重量)。在本发明的粘合剂中,乙烯/α-烯烃共聚物的数量通常不大于95、优选不大于80、更优选不大于70%(重量)。
粘合剂可含有单一的均匀乙烯/α-烯烃共聚物。在这样的实施方案中,均匀的乙烯/α-烯烃共聚物的密度优选为0.865-0.885克/厘米3。当希望制备有最低浓度均匀线型的或基本上线型的共聚物的粘合剂配方时,例如含有小于30、优选小于25%(重量)均匀乙烯/α-烯烃共聚物的粘合剂配方时,均匀线型的或基本上线型的共聚物的熔体指数(190℃下的I2)优选为50或更小、更优选30或更小、最优选小于10克/10分钟。据认为,含有低到5%(重量)的、熔体指数小于0.5克/10分钟的均匀乙烯/α-烯烃共聚物的粘合剂可产生有利的性能。
在压敏粘合剂的情况下,优选的粘合剂含有5-45、优选10-30、更优选15-25%(重量)单一的均匀乙烯/α-烯烃共聚物。对于其他应用来说,例如包装应用,均匀线型的或基本上线型的共聚物的浓度优选大于30%(重量),而熔体指数为500克/10分钟或更小。
在另一实施方案中,第一种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物可与第二种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物共混,其中第一种和第二种共聚物的数均分子量相差至少5000、优选至少10000、更优选至少20000。在这一实施方案中,较低分子量组分与较高分子量组分的组合常常得到中等储能模量(25℃下)和改进的探针粘性。
此外,第一种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物可与第二种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物共混,其中第一种共聚物和第二种共聚物的密度相差至少0.005克/厘米3、优选至少0.01克/厘米3。在这种实施方案中,特别是在压敏粘合剂的情况下,当密度差增加,较高密度的共聚物的相对比例通常下降,因为高的结晶度可使储能模量(25℃下)和探针粘性下降到使它们不适用作压敏粘合剂的程度。
在一优选的实施方案中,粘合剂含有两种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物的共混物,其中第一种共聚物的密度为0.870克/厘米3或更小,而第二种共聚物的密度大于0.900克/厘米3。当需要高的内聚强度时,第一种和第二种均匀线型的或基本上线型的共聚物优选都有相对低的熔体指数,例如I2小于30克/10分钟。相反,对于较低粘度的粘合剂组合物来说,特别是可在325°F(163℃)以下喷涂的那些粘合剂组合物来说,第二种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物比第一种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物有较大的密度,而优选熔体指数大125、更优选大500、最优选大1000克/10分钟。
可用制备均匀的短链分支分布的聚合法(例如Elston在US3645992中描述的)来制备均匀分支的线型乙烯/α-烯烃共聚物。在这一聚合法中,Elston使用可溶性钒催化剂体系来制备这样的聚合物。但是,其他公司例如三井石油化工公司和埃克森化学公司使用所谓的单中心催化剂体系来制备有均匀线型结构的聚合物。US4937299(Ewen等)和US5218071(Tsutsui等)公开了含铪催化剂体系用于制备均匀的线型乙烯聚合物。均匀的线型乙烯/α-烯烃共聚物现在由三井石油化工公司以商品名“Tafmer”提供和埃克森化学公司以商品名“Exact”提供。
基本上线型的乙烯/α-烯烃共聚物由道化学公司以AffinityTM聚烯烃塑性体和EngageTM聚烯烃弹性体提供。基本上线型的乙烯/α-烯烃共聚物可按US5272236和5278272中描述的技术来制备。
超低分子量聚合物可按这里的实施例和下述的步骤来制备。
第一种聚合物可能宜用可限形状金属络合物来制备,例如在美国专利申请书No.545403(1990年7月3日提交)(EP-A-416815);美国专利申请书No.702475(1991年5月20日提交)(EP-A-514828)以及US-A-5470993、5374696、5231106、5055438、5057475、5096867、5064802和5132380中公开的。在1991年6月24日提交的美国专利申请书No.720041(EP-A-514828)中,公开了上述可限形状催化剂的某些硼烷衍生物,并对制备方法进行了描述并提出专利要求。在US-A-5453410中,已公开阳离子型可限形状催化剂与铝氧烷的组合作为适合的烯烃聚合催化剂。
在以下的参考文献中,就不同的金属络合物公开了适合的活化共催化剂和活化技术:EP-A-277003、US-A-5153157、US-A-5064802、EP-A-468651(相当于美国专利申请书No.07/547718)、EP-A-520732(相当于美国专利申请书No.07/876268)、WO95/00683(相当于美国专利申请书No.08/82201)和EP-A-520732(相当于美国专利申请书No.07/884966,1992年5月1日提交)。
特别适用于制备基本上线型的乙烯/α-烯烃共聚物的催化剂例如包括在下列实施例中公开的催化剂,如用三(五氟苯基)硼烷和三异丁基铝改性的甲基铝氧烷共催化剂活化的。
金属络合物:使用的活化共催化剂的摩尔比为1∶1000至2∶1、更优选1∶5至1.5∶1、最优选1∶2至1∶1。在优选的情况下,其中金属络合物用三(五氟苯基)硼烷和三异丁基铝改性的甲基铝氧烷活化,钛∶硼∶铝的摩尔比通常为1∶10∶50至1∶0.5∶0.1、最通常为约1∶3∶5。
当催化剂用于气相聚合过程时,可使用并希望使用载体,特别是氧化硅、氧化铝或聚合物(特别是聚四氟乙烯或聚烯烃)。载体的用量优选使催化剂(按金属计):载体的重量比为1∶100000至1∶10、更优选1∶50000至1∶20、最优选1∶10000至1∶30。在大多数聚合反应中,催化剂∶所用的可聚合化合物的摩尔比为10-12∶1至10-1∶1、更优选10-9∶1至10-5∶1。
无论何时,各组分以及回收的催化剂组分必需防氧和水汽。所以,催化剂组分和催化剂必需在无氧和无水汽的气氛中制备和回收。所以,优选的是,反应在干燥的惰性气体例如氮气存在下进行。
聚合可按间歇法或连续法进行,对于制备基本上线型的聚合物来说,要求连续聚合法。在连续法中,将乙烯、共聚单体和任选的溶剂和二烯烃连续送入反应段,并将聚合物产品连续从反应段除去。
通常,第一种聚合物可按齐格勒-纳塔或Kaminsky-Sinn型聚合反应的条件来聚合,即反应器压力为常压至3500大气压。反应器温度应大于80℃、通常为100-250℃、优选100-150℃,在温度范围的高端温度,例如大于100℃的温度下,有利用生成较低分子量的聚合物。
与反应器温度一起,氢∶乙烯摩尔比影响聚合物的分子量,较高的氢含量得到较低分子量的聚合物。当所需聚合物的I2为1克/10分钟时,氢∶乙烯摩尔比通常为0∶1。当所需聚合物的I2为1000克/10分钟时,氢∶乙烯摩尔比通常为0.45∶1至0.7∶1。氢∶乙烯摩尔比的上限为2.2-2.5∶1。
通常,聚合过程在不同乙烯压力下进行,通常10-1000psi(70-7000KPa)、最优选40-60psi(30-300KPa)。聚合通常在80-250℃的温度下进行,优选90-170℃、最优选大于95-140℃。
在大多数聚合反应中,催化剂∶所用的可聚合化合物的摩尔比为10-12∶1至10-1∶1、更优选10-9∶1至10-5∶1。溶液聚合条件使用各反应组分的溶剂。优选的溶剂包括在反应温度下为液体的矿物油和各种烃类。适用的溶剂的说明性例子包括烷烃,例如戊烷、异戊烷、己烷、庚烷、辛烷和壬烷,以及烷烃混合物,包括煤油和埃克森化学公司提供的Isopar-ETM;环烷烃,例如环戊烷和环己烷;芳烃,例如苯、甲苯、二甲苯、乙苯和二乙苯。
溶剂的用量应足以防止反应器中的相分离。由于溶剂起吸热作用,较少的溶剂到达绝热差的反应器。溶剂∶乙烯比(按重量计)通常为2.5∶1至12∶1,超出这一范围时催化剂的效率受损。最通常溶剂∶乙烯比(按重量计)为5∶1至10∶1。
另一方面,乙烯/α-烯烃共聚物可在气相聚合法中制备,使用如上所述的负载在惰性载体例如氧化硅上的催化剂。乙烯/α-烯烃共聚物还可在浆液聚合法中制备,使用如上所述的负载在惰性载体例如氧化硅上的催化剂。作为实施的限制,浆液聚合在液体稀释剂中进行,其中聚合物产品基本上是不溶的。优选的是,浆液聚合用的稀释剂为一种或多种有小于5个碳原子的烃类。如果需要,饱和烃例如乙烷、丙烷或丁烷可全部或部分作为稀释剂。同样,α-烯烃单体或不同α-烯烃单体的混合物也可全部或部分作为稀释剂。最优选的是,稀释剂至少主要部分为要聚合的α-烯烃单体。
关于改性聚合物的存在
视粘合剂的最终用途而定,除了均匀的乙烯/α-烯烃共聚物外,常常还希望加入浓度至多25%(重量)的至少一种可相容的聚合物,以提高内聚强度、改进可喷涂性、改变开模时间、提高柔软性等。这种改性聚合物可为任何可相容的弹性体,例如热塑性嵌段共聚物、聚酰胺、无定形的或结晶的聚烯烃(例如聚丙烯、聚丁烯或聚乙烯,其中Mw大于3000);乙烯属共聚物,例如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物或其混合物。令人吃惊的是,均匀的乙烯/α-烯烃共聚物也与聚酰胺相容,得到耐增塑剂的压敏粘合剂。改性的聚合物通常使用相对低的浓度,以致无损于均匀的乙烯/α-烯烃共聚物的改进性质。为提高开模时间和耐热性,优选的改性聚合物为聚丁烯-1共聚物,例如DuraflexTM8910(壳牌公司)。
乙烯共聚物为那些有至少一种选自以下的共聚单体的聚合物∶饱和羧酸的乙烯基酯,其中酸残基有至多4个碳原子;有3-5个碳原子的不饱和一元或二元羧酸;不饱和酸的盐;由1-8个碳原子的醇得到的不饱和酸的酯;及其混合物。乙烯和这些共聚单体的三元共聚物也是适用的。离子键聚合物在US3264272中更详细地讨论,它们是完全中和的或部分中和的乙烯与上述酸的共聚物。此外,也可使用乙烯/醋酸乙烯酯/一氧化碳或者乙烯/丙烯酸甲酯/一氧化碳的三元共聚物,其中含有至多15%(重量)一氧化碳。
乙烯与不饱和羧酸共聚单体的重量比优选为95∶5至40∶60、更优选90∶10至45∶50、甚至更优选85∶15至60∶40。这些改性的乙烯共聚物的熔体指数(I2,在190℃下)可为0.1-150、优选0.3-50、最优选0.7-10克/10分钟。当乙烯共聚物的熔体指数超过30克/10分钟,已知物理性质,主要是伸长率下降到较低的水平。
适合的乙烯/不饱和羧酸、盐和酯的共聚物包括乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(EVA),包括但不限于在US5096955中公开的稳定的EVA,该专利在这里作为参考并入;乙烯/丙烯酸共聚物(EEA)及其离子键聚合物;乙烯/甲基丙烯酸共聚物及其离子键聚合物;乙烯/丙烯酸甲酯共聚物;乙烯/丙烯酸乙酯共聚物;乙烯/丙烯酸异丁酯共聚物;乙烯/丙烯酸正丁酯共聚物;乙烯/丙烯酸异丁酯/甲基丙烯酸共聚物及其离子键聚合物;乙烯/丙烯酸正丁酯/甲基丙烯酸共聚物及其离子键聚合物;乙烯/丙烯酸异丁酯/丙烯酸共聚物及其离子键聚合物;乙烯/丙烯酸正丁酯/丙烯酸共聚物及其离子键聚合物;乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物;乙烯/醋酸乙烯酯/甲基丙烯酸共聚物及其离子键聚合物;乙烯/醋酸乙烯酯/丙烯酸共聚物及其离子键聚合物;乙烯/醋酸乙烯酯/一氧化碳共聚物;乙烯/甲基丙烯酸酯/一氧化碳共聚物;乙烯/丙烯酸正丁酯/二氧化碳共聚物;乙烯/丙烯酸异丁酯/一氧化碳共聚物;乙烯/醋酸乙烯酯/马来酸单乙酯共聚物;以及乙烯/丙烯酸甲酯/马来酸单乙酯共聚物。特别适用的共聚物是EVA;EAA;乙烯/丙烯酸甲酯共聚物;乙烯/丙烯酸异丁酯共聚物;乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物及其混合物。据认为某些性质例如拉伸伸长率通过这些乙烯共聚物的某些组合得到改进,正如在US4379190中公开的。在本专业中,制备这些乙烯共聚物的步骤是大家熟悉的,许多共聚物是可商购的。
关于增粘剂
正如这里使用的,术语“增粘剂”指下述任何一种使热熔融粘合剂组合物产生粘性的组合物。ASTM D-1878-61T把粘性规定为“能使材料与其他表面接触时立即形成可测量强度粘合的材料性质”。
本发明的粘合剂含有0-95%(重量)增粘树脂。通常,特别是当希望使用小于30%(重量)均匀的乙烯/α-烯烃共聚物时,该粘合剂含有10-75、更通常20-60%(重量)增粘剂。
另一方面,在希望使用至少30%(重量)均匀的乙烯/α-烯烃共聚物的情况下,本发明优选提供这样的粘合剂配方,它们含矿物增粘剂,例如小于30%(重量)增粘剂、优选小于25%(重量)增粘剂、更优选小于20%(重量)增粘剂、最优选小于15%(重量)增粘剂。在这些应用中,均匀的乙烯/α-烯烃共聚物优选作为与第二种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物的共混物提供。在这种情况下,含有小于10%(重量)增粘剂的粘合剂,甚至不含增粘剂的粘合剂显示有足够的粘性。
一般地说,适用于本发明粘合剂的增粘树脂含有由可再生资源得到的树脂,例如包括木松脂在内的松脂衍生物,牛油,胶松脂,松脂酯、天然的和合成的萜烯以及它们的衍生物。脂族、芳族或混合脂族-芳族石油基增粘剂也可用于本发明的粘合剂。适用的烃类树脂的代表性例子包括α-甲基苯乙烯树脂、支链的和直链的C5树脂、C9树脂、C10树脂以及它们的苯乙烯属的和氢化的改性物。增粘树脂从37℃下为液体到环球软化点为约135℃的树脂。软化点大于约100℃、更优选大于约130℃的固体增粘树脂特别适用于改进本发明粘合剂的内聚强度,特别是当仅仅使用单一的均匀乙烯/α-烯烃共聚物时。
对于本发明的粘合剂来说,优选的增粘树脂主要是脂族的。但是,增加芳族特性的增粘树脂也是适用的,特别是当使用第二种增粘剂或相互相容的增塑剂时。
关于增塑剂
增塑剂广义地规定为这样一种典型的有机化合物,可将它加到热塑性塑料、橡胶和其他树脂中,以改进其挤塑性、柔软性、加工性或拉伸性。在本发明的优选实施方案中,增塑剂以粘合剂的至多90%(重量)、优选小于30%(重量)加到粘合剂中。增塑剂在室温下可为液体或固体。例证性液体增塑剂包括烃油、聚丁烯、液体增粘树脂和液体弹性体。增塑剂油主要为有低芳烃含量和具有烷烃或环烷烃特性的烃油。增塑剂油优选为低挥发性的、透明的,并且有尽可能浅的颜色和尽可能少的气味。在本发明中的增塑剂也可考虑使用烯烃低聚物、低分子量聚合物、植物油及其衍生物以及类似的增塑液体。
当使用固体增塑剂时,它的软化点优选超过60℃。据认为,通过均匀的乙烯/α-烯烃共聚物与适合的增粘树脂和固体增塑剂例如环己烷二甲醇二苯甲酸酯增塑剂组合,生成的粘合剂可在120℃以下、优选在100℃以下应用。虽然由Velsicol以商品名BenzoflexTM352商业提供的1,4-环己烷二甲醇二苯甲酸酯化合物作为例子进行说明,但任何一种随后在调制的热塑性化合物中可再结晶的固体增塑剂都是适用的。其他可用于这一目的的增塑剂在EP0422108B1和EP0410412B1中公开,两者都属于H.B.Fuller Company。
关于蜡
蜡可适用于本发明的粘合剂,特别是当要求粘合剂组合物冷却和固化时不粘时,例如在各种包装和装订应用以及现场发泡衬垫应用时。蜡通常以至多60%(重量)、优选小于约25%(重量)的浓度用于改变粘度和降低粘性。适用于本发明粘合剂的蜡包括石蜡、微晶蜡、费-托合成蜡、聚乙烯和聚乙烯副产物,其中Mw小于3000。更优选的是,对于高熔点蜡来说,蜡的浓度小于35%(重量)。在蜡浓度大于35%(重量)时,通常使用石蜡。
用受限形状催化剂制备的超低分子量乙烯/α-烯烃共聚物也是适用的,它们可称为均蜡。这样的均蜡以及制备这样的均蜡的方法在以下实施例中示出。均蜡与石蜡和结晶乙烯均聚物或共聚物蜡不同,它们的Mw/Mn为1.5-2.5、优选1.8-2.2。
均蜡为乙烯均聚物或乙烯与C3-C20α-烯烃的共聚物。均蜡的数均分子量小于6000、优选小于5000。这样的均蜡的数均分子量通常至少800、优选至少1300。
均蜡产生低的聚合物粘度和配方粘度,但特征是,峰值晶化温度大于有相同密度的相应较高分子量材料的峰值晶化温度。在粘合剂应用中,峰值晶化温度提高表现为耐热性提高,例如在压敏粘合剂中抗蠕变性提高,而在热熔融粘合剂中SAFT提高。
关于其他添加剂的存在
正如在本专中已知的,可加入各种其他的组分,以改变热熔融粘合剂的粘性、颜色、气味等。在配方中也可含有这样的添加剂,例如抗氧化剂(例如受阻酚类(例如IrganoxTM1010、IrganoxTM1076)、亚磷酸盐(例如IrgafosTM168))、防粘连剂、颜料和填充剂。通常优选添加剂应是相对惰性的并对均匀线型的或基本上线型的共聚物、增粘剂和增塑油产生的性质的影响可忽略。
粘合剂作为压敏粘合剂的流变性能
正如J.Class和S.Chu在压敏粘合剂工艺手册,第2版,D.Satas,1989,第158-204页中所述,压敏粘合剂性质的要求可用材料和配方的温度和速率相关的粘弹性质来确定。
广义上说,对于适合的压敏粘合剂来说,配方的玻璃化温度必需为-45至30℃、优选-20至25℃,正如用DMS测量,用1弧度/秒下的正切δ峰值温度反映的。
根据称为Dahlquist标准,广义上说,对于适合的压敏粘合剂来说,配方在1弧度/秒和25℃下的台阶剪切模量必需在1×105至4×106述因/厘米2(0.01-0.4MPa)之间、优选3×105至1×106达因/厘米2(0.03-0.1MPa),正如用DMS测定的。比这更加挺性的材料,例如台阶剪切模量(25℃)为1×107达因/厘米(1MPa)在室温下无表面粘性。比这更低挺性材料,例如台阶剪切模量(25℃)为1×104达因/厘米2(0.001MPa)的材料缺乏足够的内聚强度。
Dalquist标准可用于确定适用于各种压敏粘合剂应用的聚合物。特别是,优选用于低剥离标签的压敏粘合剂的G′为3×105至1×106达因/厘米2(0.03-0.1MPa)和玻璃化温度为-50至-30℃。优选用于冷冻箱标牌的压敏粘合剂的G′为8×104至2×105达因/厘米2(0.008至0.02MPa),玻璃化温度为-45至-30℃。优选用于低温标牌的压敏粘合剂的G′为2×105至1×106达因/厘米2(0.02至0.1MPa),玻璃化温度为-25至-10℃。优选用于压敏粘合剂胶带的压敏粘合剂的G′为7×105至5×106达因/厘米2(0.07至0.5MPa),玻璃化温度为-10至10℃。优选用于高剥离标牌的压敏粘合剂的G′为2×105至6×105达因/厘米2(0.02至0.06MPa),玻璃化温度为0至10℃。优选用于一次性用品的压敏粘合剂的G′为4×105至2×106达因/厘米2(0.04至0.2MPa),玻璃化温度为10-30℃。
适用于热熔融粘合剂的配方
下表A列出本发明粘合剂配方的各种组分的适用和优选的重量百分数,包括当希望使用小于30%(重量)均匀的乙烯/α-烯烃共聚物的配方:
                                      表A
    热熔融粘合剂     压敏粘合剂
  一般   优选   一般     优选
均匀的乙烯/α-烯烃共聚物    5-95  5-30  5-95     10-30
增粘剂    0-95  20-60  0-95     20-60
增塑剂(油)     0     0  0-95     0-30
增塑剂(固体)    <30  10-20  0-50     10-50
   0-60  5-25  <10%     <5%
制备热熔融粘合剂的方法
本发明的热熔融粘合剂和压敏粘合剂可用标准的热共混步骤来制备。特别是,可将第一种聚合物、增粘剂和任选的增塑剂在升温(150-200℃)下,在惰性气覆盖层下进行熔体共混,一直到制成均匀混合物为止。任何一种生产均匀共混物而又不使热熔体组分降解的混合方法都是令人满意的,例如使用装有搅拌器的加热容器。
此外,可将均匀的乙烯/α-烯烃共聚物、任选的增粘剂和任选的增塑剂送入挤塑涂布机,用来涂布到基材上。
当乙烯/α-烯烃共聚物为两种或多种乙烯/α-烯烃共聚物的共混物时,优选用双反应器来制备压敏粘合剂,聚合物中的一种在第一反应器中制备,而聚合物中另一种在第二反应器中制备,任选提供增粘剂和任选的增塑剂,通常在第二反应器后的一点,通过侧臂挤塑机提供。在这一实施方案中,压敏粘合剂可以各种形式提供,例如小球形、枕形或其他任何所需的形式。根据这一公开的内容,适用于制备均匀的线型(高分子量或超低分子量)或基本上线型的乙烯/α-烯烃共聚物、蜡和任选的增粘剂的共混物的方法的例子在WO94/00500和WO94/01052中公开。
本发明的热熔融粘合剂可通过能将温度控制在约250至约400°F的储槽输送用挤塑、旋转喷涂、熔体吹涂、飞溅喷雾,丝网印刷或辊涂的方法涂布。包装和装订应用,特别是在冷却时是相对不粘的粘合剂特定在本发明的范围内。但是,特别是当用辊涂机挤塑或层压涂布时,涉及将选自牛皮纸、涂料纸、高填充纸、层压纸等的纸基材粘合到任何其他纸基材和/或聚合物膜基材的粘合剂涂布也可考虑。
试验方法
除非另加说明,将采用以下试验步骤:
密度按ASTM D-792测量。在测量以前,样品在室温下退火24小时。
熔体指数(I2)按ASTM D-1238测量,条件为190℃/2.16千克(通常称为“条件(E)”)。
分子量用凝胶渗透色谱仪(GPC)在装有三个混合孔隙柱(PolymerLaboratories 103、104、105和106)的Waters 150℃高温色谱单元上测量,在体系温度为140℃下操作。溶剂为1,2,4-三氯苯,由它制备用于注射的0.3%(重量)样品溶液。流速为1.0毫升/分,注射量为100微升。
用窄分子量分布的聚苯乙烯标准样(由Polymer Laboratories得到)与它们的流出体积导出分子量测定值。相当的聚乙烯分子量用聚乙烯和聚苯乙烯适宜的Mark-Houwink系数(Williams和Word在聚合物科学杂志,聚合物通讯,第6卷(621)1968中描述的,在这里作为参考并入)测定,以得到以下方程式:
M聚乙烯=a*(M聚苯乙烯)b
在这一方程式中,a=0.4316和b=1.0。重均分子量Mw按以下式子用一般的方法计算:Mw=∑Wi*Mi,式中Wi和Mi分别为从GPC柱中流出的i馏分的重量分数和分子量。
细线和喷涂
将热熔体涂布机和层压机调节到适宜的设定值。辊隙压力    15Psi(0.1MPa)旋转喷涂    4毫克/英寸2(26毫克/厘米2)细线        1.4毫克/英寸(3.6毫克/厘米)基料速率    400-500尺/分(120-150米/分)空气温度    涂布温度以下50°F(10℃)喷嘴离基材的距离  30-60毫米
用上述设定值来制备细线和喷涂粘合物。在操作过程中,将8~10个2英寸×8英寸(5厘米×20厘米)隔离纸带向下定向穿过基料,作为T-剥离评价的开始点。切取10个3英寸(7.6厘米)长的球粒料或喷涂螺旋形样。在滑脱/剥离试验机,Instron或其他适合的测量设备上,以12英寸(30厘米)/分钟进行T-剥离。列出10个样品的平均值。
T-剥离
这一试验方法说明如何测量粘合到织物基材上的粘合剂表面剥离力。
材料和设备:1.有4.5磅(2千克)辊的机械轧制设备。由Engineering Service,Glenview IL 60025提供2.滑脱剥离试验机
由Instrumentors,Inc.,Cleveland,OH 44136提供
第一步是用适合的涂布设备、在适宜的涂布温度下,在Mylar膜或聚烯烃膜上制备热熔体涂布的粘合剂膜。在粘合剂膜的制备过程中,用隔离纸覆盖粘合剂表面,以便于处理。选择涂层重为25克/米2±3克/米2
将粘合剂涂布的膜切成1英寸(2.5厘米)宽的带,在纵向长度为4英寸(10厘米)。在每一带的一端,将大约1/4英寸(0.6厘米)带折叠到带上形成夹头。除去隔离纸,将1英寸(2.5厘米)宽带的粘合剂表面放入针织棉试验袋,制成复合材料。将复合材料放在机械轧制设备上,使辊两次通过样品,一次向前,一次向后。开启定时器,并将样品放在滑脱-剥离试验机的夹头上。将1英寸(2.5厘米)宽带放在移动的夹头上,将织物放入静止夹头上。样品从轧制设备取下不到1分钟后,在12英寸/分(30厘米/分)下剥离样品,平均10秒。重复这一步骤5次,记录平均T-剥离数值,注意任何拉丝或转移。以克/直线英寸表示T-剥离值。在一次性用品工业中,优选T-剥离值在100-500克范围内、最优选200-500g范围内,同时没有粘合剂转移。
油渗出量
将大约20克粘合剂倒到隔离纸上(Akrosil FIU-F4B Silox,40-60#)。冷却约4小时后,评价粘合剂的油渗出量。“合格”表示粘合剂可从隔离纸上除去,而在隔离纸上看不见污物。
PAFT&SAFT
用手持玻璃棒或填隙片将每种粘合剂样品涂布到牛皮纸上。得到的涂层为1英寸(2.5厘米)宽带,它大约8-10密耳或0.008-0.010英寸(0.2-0.25毫米)厚。在室温下调制至少16小时后,用以下步骤测定剥离粘合损坏温度(PAFT)和剪切粘合损坏温度(SAFT):将100克样品(对于剥离方式)和500克样品(对于剪切方式)放入程序升温炉中,并以25℃/小时的速率从25℃升温到175℃。炉子自动记录样品损坏的温度。所报导的结果为4-5次粘合的平均损坏温度。
粘合试验
用以下条件在各种基材上制备粘合剂粘合层:涂布温度约175℃、开模时间约1秒、固化时间约1秒和珠粒大小1/16英寸(2.5毫米)至1/8英寸(3.1毫米)。然后将生成的粘合层调制至少24小时,用手分离,测定撕下的纤维量。对于每种粘合剂,在每一条件下测试三个样品的最小值,以平均撕下的纤维量报导。
浊点
在约177℃下,用熔融的热熔融粘合剂装满25毫米×150毫米Pyrex试验管的3/4。将温度计插入熔融的热熔体中,靠在试验管壁上。“浊点”是当通过试验管壁观测对面的温度计时,温度计的刻度不再可见时的温度。
极限拉伸和伸长率
在聚四氟乙烯或铝片上制备没有空气泡的20-30密耳(0.5-0.7毫米)厚的粘合剂膜。以膜上切取7块八字试块,测量在度量断的厚度。在21℃和相对湿度23-50%下调制样品至少24小时。将每一样品放入Instron拉伸试验机的夹头或能测量4磅(1.8千克)力±1%的测力传感器中。以10英寸/分(20.5厘米/分)十字头速度拉伸样品,一直到破裂。纪录用最大力除以样品的截面积得到屈服时的“极限拉伸”,用破裂时的位移除以样品长度乘100得到“百分伸长率”。“极限拉伸”和“百分伸长率”为至少5个样的平均值。
冷龟裂
制备几个1英寸×3英寸(2.5厘米×7.6厘米)没有空气泡的粘合剂膜,其厚度为20-30密耳(0.5-0.7毫米)。将三个膜分开放在冷龟裂设备的V形基础上,它由相互连结的压力棒架组成。该架为3英寸(7.6厘米)×0.75英寸(1.9厘米)宽×12英寸(30厘米)长。切下90°角以1/2英寸(1.3厘米)见方深入顶表面。将也切成90°角的压力棒放入架的间隙。每次降温5°F(3℃),重复这一试验,每一温度都使用新膜,一直到膜龟裂。记录的“冷龟裂”为至少12个样的平均值。
熔融粘度
使用Brookfield Laboratories DVⅡ+粘度计,在一次性铝样品室中,用以下步骤测定熔融粘度。所用的回转杆为SC-31热熔体回转杆,它适用于测量10-100000厘泊范围的粘度。使用切割叶片将样品切成足以放入1英寸(2.5厘米)宽和5英寸(13厘米)长的样品室的小片。将样品放入室中,反过去插入Brookfield Thermose/中,并用弯形针尖钳固定到某一位置。样品室在底部有一切口,首先将它与Brookfield Thermosel底部相配,以确保当回转杆插入和旋转时,该室不能转动。将样品加热到350°F(177℃),加入另外的样品,一直到熔融的样品比样品室的顶部低约1英寸(2.5厘米)。降低粘度计设备,将回转杆浸入样品室。
继续降低粘度计设备,一直到粘度计上的悬臂对准Thermosel。转动粘度计,设定剪切速率,使转矩读数在30-60%范围。约15分钟内每分钟取读数,或者一直到数值稳定为止,记录最后的读数。
G′、G″和tgδ峰值
G′、G″和tgδ峰值测定如下。用熔体流变技术,在RheometricsRDA-Ⅱ Dynamic Analyzer上检查样品。使用直径7.9毫米平行板几何形状测试仪,采用温度-步幅方式。从约-70至250℃每步5℃进行扫描,在每一步有30秒平衡延时。振动频率为1弧度/秒,带有0.1%最初应变的自动应变功能,当转矩下降到10克-厘米时,增加正100%调节量。最大应变设定在26%。自动拉伸功能用于压缩方向,力-3、灵敏度15和转换出现在100达因/厘米2(10Pa)。使用160℃下的最初间隙为1.5毫米的板(样品插入160℃RDS-Ⅱ中)。“HOLD”功能在160℃下起作用,将仪器冷却到-70℃,开始测试的(“HOLD”)功能对测试室加热或冷却的热胀或冷缩进行校正。在整个分析中将样品保持在氮气氛中,以尽管减少氧化降解。用Rheometrics,Inc.RHIOS计算机程序(版本4.4.0)整理和处理数据。计算机软件绘制出G′(样品的动态储能模量)、G″(样品的动态损失模量)、正切δ(G′/G″)和tgδ峰值(说明玻璃化温度)。
探针粘性
按ASTM D-2979-71测定探针粘性,静止时间10秒,探针分离速率1厘米/秒。
各实施例内容一览表Ⅰ.热熔融粘合剂实施例
——催化剂制备
——超低分子量聚合物和蜡的聚合
——表1——聚合物A-D和蜡1-3的聚合条件
——表2——聚合物E-F和蜡4的聚合条件
——热熔融粘合剂实施例
——表3——实施例HMA-1至HMA-9
——表4——实施例HMA-10至HMA-15
——表5——实施例HMA16至HMA-24
——实施例25和26Ⅱ.热熔体压敏粘合剂实施例
——粘合剂的制备
——表6——实施例PSA-27至PSA-32
——表7——实施例PSA-33至PSA-34Ⅲ.特定粘合剂应用实施例
——表8和8A——共聚物和配方的组成
——表9——无纺结构用粘合剂
——表10——无纺结构用粘合结果
——表11——粘合剂的热稳定性
——表12——定位用粘合剂
——表13——另外的PSA实施例
——表14——另外的共聚物/EVA共混物
——表15——目标准订性质
——表16A和B——装订
——表17——壳体和纸板盒密封
——表18A,B,C——包装用粘合剂
——表19A-E——共聚物/油共混物
——表20A和B——共聚物/聚酰胺共混物
——表21——绝缘粘合
Ⅰ.热熔融粘合剂实施例
催化剂制备1
部分1:TiCl3(DME)1.5的制备
将设备(称为R-1)安装在套中,并用氮气吹扫;该设备由10升玻璃反应锅组成,它有底部冲洗阀、5颈头、聚四氟乙烯垫圈、夹和搅拌器组件(轴承、轴和叶片)。各颈装备如下:搅拌器组件装在中心颈上,外侧颈装有顶部有气体进出口管的回流冷凝器、溶剂进口管、温度计和塞子。将脱氧的干燥二甲氧基乙烷(DME)加到烧瓶(约5升)中。在干燥箱中,将700克TiCl3称重到均压的粉末加料漏斗中;给漏斗加盖,从干燥箱中取出,将它代替塞子放在反应锅上在搅拌下,在约10分钟内将TiCl3加入。加完后,用另外的DME将剩余的TiCl3洗涤到烧瓶中。用塞子替换加料漏斗,并将混合物加热回流。颜色从紫色变成浅蓝色。将混合物加热约5小时钟,然后冷却到室温,使固体沉降,从固体中倾析出上层清液。在R-1中留下TiCl3(DME)1.5浅蓝色固体。
部分2:[Me4C5)SiMe2N-t-Bu][MgCl]2的制备
设备(称为R-2)象R-1描述的那样安装,不同的是烧瓶尺寸为30升。头部有7个颈,搅拌器在中心颈,外面的颈有氮气进出口管装在顶部的冷凝器、真空控制阀、试剂加料管、温度计和塞子。烧瓶装有4.5升甲苯、1.14千克(Me4C5H)SiMe2NH-t-Bu和3.46千克2M i-PrMgCl乙醚溶液。然后加热混合物,使乙醚沸腾,进入冷却到-78℃的冷阱。4小时后,反应混合物的温度达到75℃。结束时,关闭加热器,将DME加到搅拌的热溶液中,生成白色固体。将溶液冷却到室温,使固体物料沉降,从固体中倾析出上层清液。在R-2中留下[(Me4C5)SiMe2N-t-Bu][MgCl]2灰白色固体。
部分3:[(η5-Me4C5)SiMe2N-t-Bu]TiMe2的制备
将R-1和R-2中的物料浆化在DME(在R-1中3升DME,在R-2中5升DME)中。用连接10升烧瓶底阀的转移管将R-1物料转移到R-2中,并打开30升烧瓶头部。R-1中剩余的物料用另加的DME洗涤。混合物的颜色迅速变深到深红/褐色,而R-2中的温度从21℃升到32℃。20分钟后,通过滴液漏斗将160毫升CH2Cl2加入,颜色变化到绿/褐色。随后加入3.46千克3M MeMgCl的THF溶液,它使温度从22℃升到5℃。将混合物搅拌30分钟,然后在真空下除去6升溶剂。将IsopaTME烃类(6升)加到烧瓶中。重复这一真空/溶剂加入循环,除去4升溶剂和加入5升IsoparTME烃类。在最后的真空步骤中,除去另外1.2升溶剂。使物料沉降过夜,然后将液体层倾析到另一30升玻璃锅(R-3)中。在真空下除去R-3中的溶剂,留下褐色固体,再用Isopar E萃取;并将这一物料转移到贮罐中。分析表明,溶液(17.23升)有0.1534M钛;它相当于2.644摩尔[(η5-Me4C5)SiMe2N-t-Bu]TiMe2。进一步用Isopar E烃类萃取R-2中的剩余固体,并将溶液转移到R-3中,然后在真空下干燥,再用IsoparTME烃类萃取。将这一溶液转移动贮存瓶中;分析表明,钛的浓度为0.1403M,4.3升溶液(0.6032摩尔[(η5-Me4C5)SiMe2N-t-Bu]TiMe2)。总的产量为3.2469摩尔[(η5-Me4C5)SiMe2N-t-Bu]TiMe2或1063克。按作为TiCl3加入的钛计,总产率为72%。
催化剂制备2
部分1:TiCl3(DME)1.5的制备
将设备(称为R-1)安装在套中,并用氮气吹扫;该设备由10升玻璃反应锅组成,它有底部冲洗阀、5颈头、聚四氟乙烯垫圈、夹和搅拌器组件(轴承、轴和叶片)。各颈装备如下:搅拌器组件装在中心颈上,外侧颈装有顶部有气体进出口管的回流冷凝器、溶剂进口管、温度计和塞子。将脱氧的干燥二甲氧基乙烷(DME)加到烧瓶(约5.2升)中。在干燥箱中,将300克TiCl3称重到均压的粉末加料漏斗中;给漏斗加盖,从干燥箱中取出,将它代替塞子放在反应锅上。在搅拌下,在约10分钟内将TiCl3加入。加完后,用另外的DME将剩余的TiCl3洗涤到烧瓶中。然后用325克另外的TiCl3重复这一过程,总计625克TiCl3。用塞子代替加料漏斗,并将混合物加热回流。颜色从紫色变到浅蓝色。将混合物加热约5小时,然后冷却到室温,使固体沉降,从固体中倾析上层清液。在R-1中留下TiCl3(DME)1.5浅蓝色固体。
部分2:[(Me4C5)SiMe2N-t-Bu][MgCl]2的制备
设备(称为R-2)象R-1描述的那样安装,不同的是烧瓶尺寸为30升。头部有7个颈,搅拌器在中心颈,外面的颈有氮气进出口管装在顶部的冷凝器、真空注口、试剂加料管、温度计和塞子。烧瓶装有7升甲苯、3.09千克2.17M i-PrMgCl的乙醚溶液、250毫升THF和1.03千克(Me4C5H)SiMe2NH-t-Bu。然后将混合物加热,使乙醚沸腾,进入冷却到-78℃的冷阱,3小时后,混合物的温度达到80℃,此时生成白色沉淀。然后在30分钟内将温度升到90℃,并在这一温度下保持2小时。结束后,关闭加热器,将2升DME加到搅拌的热溶液中,生成另外的沉淀。使溶液冷却到室温,将物料沉降,从固体中倾析上层清液。用以下步骤进行另外的洗涤:加入甲苯,搅拌数分钟,使固体沉降以及倾析甲苯溶液。在R-2中留下[(Me4C5)SiMe2N-t-Bu][MgCl]2灰白色固体。
部分3:[(η5-Me4C5)SiMe2N-t-Bu]Ti(η4-1,3-戊二烯)的制备
将R-1和R-2中的物料在DME中浆化(在R-1中混合物的总体积约5升,而在R-2中为12升)。用连接到10升烧瓶底阀的转移管将R-1中的物料转移到R-2中,并打开30升烧瓶头部。用另外的DME洗涤R-1中剩余的物料。混合物的颜色迅速变深到深红/褐色。15分钟后,同时将1050毫升1,3-戊二烯和2.60千克2.03M n-BuMgCl的THF溶液加入。在这一加入过程中,烧瓶中的最高温度为53℃。将混合物搅拌2小时,然后在真空下除去约11升溶剂。然后将己烷加入烧瓶中,使总体积达22升。将物料沉降,然后将液体层(12升)倾析到另一30升玻璃反应锅(R-3)中。用以下步骤收集另外15升产物溶液:将己烷加到R-2中,搅拌50分钟,再次沉降并倾析。将该物料与R-3中的第一萃取物合并。在真空下除去R-3中的溶剂,留下红/黑色固体,然后用甲苯萃取。将该物料转移到贮罐中。分析表明,溶液(11.75升)有0.255M钛,它相当于3.0摩尔[(η5-Me4C5)SiMe2N-t-Bu]Ti(η4-1,3-戊二烯)或1095克。按作为TiCl3加入的钛计,产率为74%。
超低分子量聚合物和蜡的聚合
使用连续搅拌反应器,在溶液聚合法中生产聚合物A-D和蜡1-3。聚合物A、B和C以及蜡1用1250ppm硬脂酸钙、500ppm IrganoxTM1076受阻多酚稳定剂(由Ciba-Geigy Corporation提供)和800ppm PEPQ(四(2,4-二叔丁基苯基)-4,4′-联苯二膦酸酯)(由Clariant Corporation提供)稳定。聚合物D和蜡2和3用500ppm IrganoxTM1076受阻多酚稳定剂、800ppm PEPQ和100ppm水(作为催化剂失活剂)稳定。
在送入到稀释剂混合物(一种C8-C10饱和烃,例如ISOPAR-“E烃类混合物(由埃克森化学公司提供)和共聚单体中以前,先将乙烯和氢合并成一股物流。对于聚合物A、B、C和D以及蜡1和2来说,共聚单体为1-辛烯;蜡3没有共聚单体。将反应器进料混合物连续注入反应器。
将金属络合物和共催化剂合并成单一的物流,也连续注入反应器。对于聚合物A、B和C以及蜡1,催化剂按上述催化剂制备1来制备。对于聚合物D和蜡2和3,催化剂按上述催化剂制备2来制备。对于每种聚合物和蜡来说,共催化剂为三(五氟苯基)硼烷,由Boulder Scientific以3%(重量)IsoparTM-E混合烃类溶液提供。铝以改性的甲基铝氧烷(MMAO Type 3A)庚烷溶液的形式提供,其铝浓度为2%(重量),由AkzoNobel Chemical Inc.提供。
在送入聚合反应器之前,使金属络合物与共催化剂有足够的停留时间进行反应。在每一聚合反应中,将反应器压力保持在约475psig(3.3MPa)下不变。在每一聚合中,反应器的乙烯含量在达到稳态后保持在表1所示的条件下。
聚合后,将反应器出口物流送入分离器,在那里熔融的聚合物与未反应的共聚单体、未反应的乙烯、未反应的氢和稀释剂混合物流分离。然后将熔融的聚合物线料切屑或造粒,并在水浴中或在造粒机中冷却后,收集固体颗粒。表1列出聚合条件和生成的聚合物的性质。
表1
聚合物A 聚合物B 聚合物C 聚合物D 蜡1 蜡2 蜡3
乙烯进料(磅/小时(千克/小时))   2.0(0.9)   2.0(0.9) 2.0(0.9) 3.0(1.4) 3.0(1.4) 3.0(1.4) 3.0(1.4)
共聚单体:烯烃比(摩尔%)   12.40   8.50  12.50   9.10  0.40  1.24   0.00
氢∶乙烯比(摩尔%)    0.26   0.66   1.26   0.54  1.60  2.14   2.14
稀释剂∶乙烯比(重量比)   10.60   9.30  11.10   9.99  5.90  7.69   7.70
催化剂金属浓度(ppm)     4     2    4      3     5    32     32
催化剂流速(磅/小时(千克/小时))   0.272(0.123)   0.386(0.175)  0.428(0.194)  0.450(0.205)  0.626(0.285)  0.304(0.138)  0.294(0.134)
共催化剂浓度(ppm)     88     44    88     88   353  1430   1430
共催化剂流速(磅/小时(千克/小时))   0.396(0.180)   0.561(0.254)  0.624(0.283)  0.490(0.223)  0.284(0.129)  0.219(0.100)  0.211(0.096)
铝浓度(ppm)     10      5    10     9.8    20  120.0  120.0
铝流速(磅/小时)   0.375(0.170)   0.528(0.240)  0.590(0.268)   0.468(0.213)  0.534(0.243)  0.323(0.147)  0.311(0.141)
反应器温度(℃)     110    110    110     110   140   110    110
反应器出口物流中的乙烯浓度(%(重量))     1.80    2.99   1.65    1.71   4.41  1.80   1.69
聚合物密度(克/厘米3)     0.875    0.897  0.870   0.883  0.968  0.948  0.960
350°F聚合物熔融粘度(厘泊)    39,000*    5200    355    5000    395  350    512
聚合物熔体指数(I2,190℃)     246    1500* 16,000*   1500*  15,000*  16,000* 12,000*
聚合物Mw     30,100    15,600  7,900  16,200   7,300  6,900  7,400
聚合物Mn     17,100    8,700  4,300   8,200   3,700  3,200  3,200
聚合物Mw/Mn     1.76    1.79   1.84    1.98    1.97  2.16   2.31
DSC法峰值结晶温度(℃)     55.73    59.05  78.57   69.27  114.76  109.88 116.39
DSC法峰值熔化温度(℃)     68    67  91.04   81.97   127.6  120.5 131.11
DSC法总百分结晶度     18.94    19.55   36.3   28.18   79.62  72.81  72.84
*按以下方程式的熔融粘度关系计算的:
I2=3.6126(10log(η)-6.6928)/-1.1363)-9.3185,
式中η=350°F下的熔融粘度
用充分混合的环管反应器,按溶液聚合法来生产聚合物E和F以及蜡4。每种聚合物用2000ppm IrganoxTM1076受阻多酚稳定剂(由Ciba-Geigy Corporation提供)和35ppm去离子水(作为催化剂失活剂)稳定。
在送入到稀释剂混合物(一种混合C8-C10饱和烃,例如IsoparTM-E烃类(由埃克森化学公司提供))和共聚单体1-辛烯中以前,先将乙烯和氢(以及从分离器循环的乙烯和氢)合并成一股物流。
将金属络合物和共催化剂合并成单一的物流,也连续注入反应器中。催化剂按上述催化剂制备2来制备;主共催化剂为三(五氟苯基)硼烷,由Boulder Scientific以3%(重量)的ISOPAR-E混合烃溶液提供;次共催化剂为改性的甲基铝氧烷(MMAO Type 3A),由Akzo Nobel Chemical Inc.以2%(重量)铝的庚烷溶液提供。
在送入到聚合反应以前,使金属络合物与共催化剂有足够的停留时间进行反应。将反应器压力保持在约475psig(3.3MPa)下不变。
聚合后,将反应器出口物流送入分离器,在那里将熔融的聚合物与未反应的共聚单体、未反应的乙烯、未反应的氢和稀释剂混合物流分离,它们反过来与新鲜的共聚单体、乙烯、氢和稀释剂一起循环,送入反应器。随后将熔融的聚合物线料切屑或造粒,并在水浴或造粒机中冷却后,收集固体颗粒。表2列出聚合条件和生成的聚合物的性质。
表2
    聚合物E     聚合物F     蜡4
乙烯新鲜进料速率(磅/小时(千克/小时)     140(63.5)     140(63.5)     140(63.5)
总乙烯进料速率(磅/小时(千克/小时))     146.2(66.32)     146.17(66.30)     146.5(66.45)
新鲜辛烯进料速率(磅/小时(千克/小时))     45.4(20.6)     49.5(22.4)     12.67(5.75)
总辛烯进料速率(磅/小时(千克/小时))     未测     112(50.8)     32.9(14.9)
总辛烯浓度(%(重量))     未测     11.4     3.36
新鲜氢进料速率(标厘米3/分)     4025     5350     16100
溶剂和辛烯进料速率(磅/小时(千克/小时))     840(381)     839.4(381)     840(381)
乙烯转化率(%(重量)     90.7     90.3     88.26
反应器温度(℃)     109.86     119.8     134.3
进料温度(℃)     15     15     15.3
催化剂浓度(ppm)     70     70     70
催化剂流速(磅/小时(千克/小时))     0.725(0.329)     1.265(0.5738)     4.6(2.1)
主共催化剂浓度(ppm)     1200     2031     1998
主共催化剂流速(磅/小时(千克/小时))     2.96(1.34)     1.635(0.7416)     5.86(2.66)
钛∶硼摩尔比     2.96     3.48     2.897
次共催化剂浓度(ppm)     198     198     198
次共催化剂流速(磅/小时(千克/小时))     0.718(0.326)     1.258(0.571)     3.7(1.7)
钛∶铝摩尔比     5     4.986     4.037
产品密度(克/厘米3)     0.8926     0.8925     0.9369
产品熔融粘度(350°F,厘泊)     12,500     4,000     400
聚合物熔体指数(I2,190℃)*     686*     1,900*     14,000*
聚合物Mn     12,300*     8,900*     4,700*
*按以下方程式的熔融粘度关系计算的:
               I2=3.6126(10log(η)-6.6928)/-1.1363)-9.3185,
                       Mn=10[(logη+10.46)/3.56)]式中η为350°F下的熔融粘度。
聚合物G制备如下。将865.9克IsoparTM-E烃类(由埃克森化学公司提供)和800.4克1-辛烯装入4升高压釜搅拌反应器中。将反应器加热到120℃,氢气从75毫升气瓶中加入。加入氢气使气瓶压降250psig(1.7MPa)。然后将反应器的乙烯压力加压到450psig(3.1MPa)。催化剂以1毫升/分的速率加入。催化剂按上述催化剂制备1来制备。在送入到反应器以前,催化剂按这样的比例与共催化剂混合:1.5毫升0.005M催化剂制备1的催化剂在惰性烃类例如IsoparTM-E烃类混合物中的溶液、1.5毫升0.015M三(五氟苯基)硼烷在IsoparTM-E烃类混合物中的溶液(Boulder Scientific提供的3%(重量)三(五氟苯基)硼烷于IsoparTM-E烃类混合物中的溶液)、1.5毫升0.05M改性的甲基铝氧烷于IsoparTM-E烃类混合物中的溶液(MMAO Type 3A)(一种Akzo Nobel Chemical Inc.提供的2%(重量)铝含量的MMAO Type 3A的庚烷溶液)和19.5毫升IsoparTM-E烃类混合物。乙烯按需要提供。反应器的温度和压力分别设定在120℃和450psig(3.1MPa)。反应持续23.1分钟。此时,停止搅拌,并将反应物料转移到玻璃收集釜中。将反应产物在真空炉中干燥过夜。如此制得的乙烯/辛烯产物的密度为0.867克/厘米3,在190℃下的I2为842克/10分钟。
实施例1-9:含聚合物、增粘剂、蜡和抗氧化剂的HMA
将所述的聚合物、增粘剂、蜡和抗氧化剂按所述的数量同时加到保持在约130℃、95转/分下,使用200克混合压延辊的Haake Rheocord 40混合器中。将各组分混合约5分钟,一直到它们熔融。
聚合物A-C以及蜡1用上述步骤制备。
Polywax 2000乙烯均聚物由Petrolite,Inc.(Tulsa,OK)提供。Polywax 2000的分子量约为2000,Mw/Mn约为1.0,16℃下的密度约为0.97克/厘米3,熔点约为126℃。
CP Hall 1246石蜡由CP Hall(Stow,OH)提供。CP Hall 1246石蜡的熔点为143°F,210°F下的粘度为4.2厘泊,73°F下的比重为0.915。
Escorez E 1310LC石油烃树脂是一种由埃克森化学公司(休斯敦,得克萨斯)提供的增粘剂。Escorez E 1310 LC在64°F下的密度为0.97克/厘米3,凝胶渗透色谱法测定的分子量为1450,177°F下的粘度为300厘泊,Mw/Mn为2.1。
Foral 105氢化松脂的季戊四醇酯是一种Hercules Incorporated(Wilmington,DE)提供的增粘剂。
PiccotacTM115脂族烃树脂是一种Hercules Incorporated(Wilmington,DE)提供的增粘剂。
IrganoxTM 1010受阻酚抗氧化剂由Ciba-Geigy提供。
用Brookfield粘度计在350°F(177℃)下测试了热熔融粘合剂HMA-1至HMA-9最初的粘度和3天后的粘度。
按以下步骤测试了热熔融粘合剂HMA-3、4和7的剪切粘合破坏温度(SAFT)。使用熔融状态的所述HMA制备对壳体纸板盒的1英寸×1英寸(2.5厘米×2.5厘米)搭接剪切粘合。将样品竖直悬挂在30℃空气循环炉中,带的底端有一500克重物,HMA-7的情况除外,在这种情况下使用100克重物。将炉温每30分钟升5℃,一直到粘合剂粘合破坏为止。剪切破坏温度为3次测量的平均值。
按以下步骤测试了热熔融粘合剂HMA-1至HMA-5的低温粘合性。使用熔融状态的所述HMA制备对壳体纸板盒和对20点板的1英寸×1英寸(2.5厘米×2.5厘米)搭接剪切粘合。将样品在-30℃冷冻炉中放置约4小时。在某一时间从炉中取出样品,并用0.125英寸(3毫米)模芯测试撕纸。
用这一方法配制的热熔融粘合剂(HMA)以及测量的最初粘度、3天后的粘度和低温粘合试验结果列入下表3。
表3
 HMA-1  HMA-2  HMA-3  HMA-4  HMA-5  HMA-6  HMA-7  HMA-8  HMA-9
聚合物A(密度=0.875克/厘米3;I2=246克/10分 100  100  100  0  0    0     0  100     100
聚合物B(密度=0.897克/厘米3;177℃下的熔融粘度=5200厘泊) 0  0  100  100  100    100     100  0     0
聚合物C(密度=0.870克/厘米3;177℃的熔融粘度=355厘泊) 200  200  0  300  200    0     0  0     0
蜡1(密度=0.968克/厘米3;177℃的熔融粘度=395厘泊) 0  0  0  0  0   30     30  0     0
PolywaxTM 2000蜡 33  33  22  0  0   0     0  0     0
CP Hall 1246石蜡 0  0  0  0  0   0     0  40     60
EscorezTM E1310LC增粘剂 33  66  22  0  100   40     0  0     0
ForalTM105增粘剂 0  0  0  0  0   0     40  0     0
PiccotacTM115增粘剂 0  0  0  0  0   0     0  40     60
IrganoxTM1010抗氧化剂 0  0  0  0  0   0.25     0.25  0.25     0.25
最初粘度(厘泊) 2600  1570  1310  745  570  2020     2080  5700     2710
3天后粘度(厘泊) 2440  1600  2200  2000  545  1900     1935  6050     3300
SAFT(°F(℃))  184(84)  190(87.8)     230(110)
低温粘合性* PT  PT  PT  PT  PT
*PT表示出现撕纸。
实施例10-15:未加增粘剂的HMA
按聚合物:蜡的重量比90∶10制备以下配方。聚合物F按上述制备。用于HMA-10、HMA-11、HMA-12和HMA-13的聚合物为按US5272236的步骤制备的基本上线型的乙烯/1-辛烯共聚物。使用的蜡为由Petrolite,Inc.提供的PolywaxTM 2000乙烯均聚物。
样品通过各组分在带搅拌的热板上熔融一直到制得均匀的混合物来制备。然后将样品冷却。
将聚合物/蜡样的三个小片放在离给定纸板纤维一侧大约3/8英寸(1厘米)的地方。将涂布样品侧的其他纸板片放在顶部。将结构物放在压机中,在180℃、大约500Psi(3.4MPa)压力下保持15秒,然后取出并冷却。测试HMA/纸板结构物的撕纸性。
HMA组合物的说明以及撕纸试验的结果列入表4。
表4
 HMA-10  HMA-11  HMA-12  HMA-13  HMA-14  HMA-15
    聚合物密度(克/厘米3)    0.87   0.87  0.872   0.86  0.867  0.866
聚合物熔体指数(I2(克/10分)     1     30     70     70    842    981
    聚合物(%(重量))     90     90     90     90     90     90
    蜡(%(重量)     10     10     10     10     10     10
纸对白土粘合性--Weyerhaeuser板*     否     否     是     是     是     是
    纸对白土粘合性--SARAN盒(Cascade Industries,Canada)*     否     否     是     是     是
    纸对白土粘合性--Mead纸板*     否     否     是     是     是     是
*“是”表示在分开纸板/HMA/纸板层板时观测到撕纸;“否”表示公开时未观测到撕纸。
实施例16-24:HMA的SAFT评价
用上述步骤制备的聚合物A、B、D和E以及蜡2、3和4来制备表5所示的配方。将生成的热熔融粘合剂涂布到用于包装食物包装膜卷轴的20点纸板盒,例如SARAN-WRAPTM(道化学公司的商标)以及按盒大小涂布到用于包装20点纸板盒的厚纸纸板上。
配方以及代表性的性质列入表5。
表5
  HMA-16   HMA-17  HMA-18  HMA-19  HMA-20   HMA-21  HMA-22   HMA-23   HMA-24
聚合物A(密度=0.875克/厘米3;I2=246克/10分) 100.0     0     0     0     0     0     0     0     0
聚合物B(密度=0.897克/厘米3;177℃熔融粘度=5200厘泊     0  100.0     0     0
聚合物D(密度=0.883克/厘米3;177℃熔融粘度=5000厘泊     0     0  100.0     0     0     0     0     0     0
聚合物E(密度=0.893克/厘米3;177℃熔融粘度=2500厘泊     0     0     0     0     0     0     0  100.0     0
聚合物F(密度=0.893克/厘米3;177℃熔融粘度=4000厘泊     0     0     0  100.0  100.0  100.0  100.0     0     100.0
 PolywaxTM 2000蜡 115.0     0     0     0     0     0     0     0     0
 CPHall 1245石蜡     0     0     0   20.0   20.0     0     0     0     0
蜡2(密度=0.948克/厘米3;177℃熔点粘度=350厘泊     0   40.0     0     0     0     0     0     0
蜡3(密度=0.960克/厘米3;177℃熔粘度=512厘泊     0     0  60.0     0     0     0     0     0     0
蜡4(密度=0.937克/厘米3;177℃熔融粘度=400厘泊)     0     0     0   40.0   40.0  100.0   80.0   80.0     80.0
EscorexTM E1310增粘剂 115.0     0     0     0     0     0     0     0     0
ForalTM 105增粘剂     0   40.0  40.0   40.0   40.0   80.0     0     0     0
PiccotacTM 115     0     0     0     0     0     0   50.0   50.0     50.0
Kayd0lTM矿物油     0     0     0     0   10.0     0     0     0     20.0
IrganoxTM 1010抗氧化剂   0.7    0.4   0.4    0.4    0.4    0.6    0.5    0.5     0.5
100克SAFT20点纸板(℃)   120    125   120     95    105    110    110    110     110
100克SAFT纸板盒(℃)   120    130    120    105    105    110    110    110     110
闭模时间(秒)   <5    <5    <5    <5    <5    <5    <5    <5     <5
开模时间(秒)    25     20     25     30     25     35     25     20     30
177℃热熔融粘合剂的粘度(厘泊)  1030   1940   1422   1037    758    865   1275   2740     942
3天后热熔融粘合剂的粘度(厘泊)   995   1895   1467   920    N/D    800   N/D   2850     930
N/D=未测定
粘合聚烯烃用热熔融粘合剂配方
表5中所述的热熔融粘合剂配方HMA-22用来说明本发明的热熔融粘合剂在聚烯烃基材粘合中的能力。由道化学公司以Affinity SM 1300(密度为0.902克/厘米3,熔体指数(I2)为30克/10分)和Affinity SM-8400(密度为0.870克/厘米3和熔体指数(I2)为30克/10分)提供的基本上线型的乙烯/1-辛烯共聚物的压模板上切取几个6英寸(15.2厘米)×1英寸(2.5厘米)×0.115英寸(0.292厘米)试样。
在第一个实验中,通过在对流炉中加热20分钟或者一直到样品与炉的环境达到热平衡,将Affinity SM 1300的试样表面加热到80℃,将Affinity SM 8400的试样表面加热到60℃。同样,将HMA-22在热的动物胶中熔融并稳定到392°F(200℃)。将HMA-22迅速分散到预热的试样表面上。每类试样中的一个用手指轻压在一起,然后立即用5磅(2.2千克)辊施加的5磅(2.2千克)力压制。将复合材料冷却到室温。
在第二个实验中,重复第一个实验,不同的是试样不预热,例如将392°F(200℃)的热熔融粘合剂HMA-22分散到处于室温的试样上。
用手剥离的方法测试粘合的试样。第一实验的样品显示出很好的粘合性。在所有的情况下,样品通过Affinity SM 8400层按拉伸方式破坏而破坏。第二个实验的样品表明混合方式的粘合性,在大多数试样上同时存在粘合破坏和内聚破坏。在其余试样上进行的T-剥离试验证实了这些结果。第一个实验的粘合试样的平均T-剥离强度为21.4±2.2磅/直线英寸(24.7±2.5千克/厘米)。第二个实验的粘合试样的平均T-剥离强度为14.7±0.9磅/直线英寸(17.0±1千克/厘米)。
乙烯/α-烯烃共聚物与乙烯丙烯酸共聚物和乙烯醋酸乙烯酯共聚物的热熔融粘合剂配方
将所述的聚合物、增粘剂、蜡和抗氧化剂按所述的数量同时加到保持在约130℃、95转/分下,使用200克混合压延辊的Haake Rheocord40混合器中。将各组分混合约5分钟,一直到它们熔融。
乙烯丙烯酸共聚物(EAA)由道化学公司商业提供。己烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA-Elvax210;28%VA,200克/10分熔体指数)由杜邦公司商业提供。如上所述,进行粘度、3天后粘度、开模和闭模时间、500克SAFT、100克SAFT、100克PAFT和低温模芯试验。
样品HMA25由100.0phr其密度0.890克/厘米3和350°F(177℃)熔融粘度为5000厘泊的均匀乙烯/1-辛烯共聚物、30.0phr其密度为0.960克/厘米3和350°F(177℃)熔融粘度为300厘泊的均匀乙烯均聚物、40.0phr ForalTM105增粘剂、0.3phrIrganoxTM1010抗氧化剂和18.9phrPrimacorTM 5990乙烯丙烯酸共聚物配制。配方的350°F(177℃)熔融粘度为2775厘泊、闭模时间为5秒、开模时间为10秒,100克SAFT为100℃,500克SAFT为115℃,PAFT为115℃,低温模芯试验表明美国容器公司1/4部分纸破坏。
样品HMA26由100.0phr其密度0.890克/厘米3和350°F(177℃)熔融粘度为5000厘泊的均匀乙烯/1-辛烯共聚物、30.0phr其密度为0.960克/厘米3和350°F(177℃)熔融粘度为300厘泊的均匀乙烯均聚物、40.0phr ForalTM105增粘剂、0.3phr IrganoxTM 1010抗氧化剂和18.9phr ElvaxTM 210EVA配制。配方的350°F(177℃)熔融粘度为3075厘泊,闭模时间为5秒,开模时间为10秒,100克SAFT为100℃,500克SAFT为120℃,PAFT为125℃,低温模芯试验表明美国容器公司1/4部分纸破坏。
Ⅱ.热熔体压敏粘合剂的粘合实施例粘合剂配方的制备
将所述的聚合物、增粘剂、蜡和抗氧化剂按所述的数量同时加到保持在约130℃、95转/分下,使用200克混合压延辊的Haake Rheocord 40混合器中。将各组分混合约5分钟,一直到它们熔融。
EscorezTM 5300石油烃树脂是一种埃克森化学公司(休斯敦,得克萨斯)提供的增粘剂。EscorezTM 5300的密度为1.09克/厘米3,重均分子量为354,数均分子量为354,Mw/Mn为1.43。
IrganoxTM B900受阻酚抗氧化剂由Ciba-Geigy提供。
IrganoxTM 1010受阻酚抗氧化剂由Ciba-Geigy提供。
聚异丁烯由阿莫科公司提供。
测试了实施例PSA-27至PSA-32的最初粘度和3天后粘度(使用Brookfield粘度计,在350°F下测定)、探针粘性、模量(G′)和tgδ峰值。配方和测量的性质列入表6。注意,在模量和tgδ峰值情况下,所报导的数据由计算机得到的数据图得到的。
正如表6说明的,实施例27、29、30、31和32的粘合剂满足Dahlguist标准,表明它们作为常规PSA的适用性;实施例27、29、30和31还满足玻璃化温度为-20至20℃的标准。实施例27和28说明当数均分子量下降,储能模量同样下降的趋势。实施例29说明增粘剂的加入使配方的玻璃化温度提高。
双分子量共混物看来得到用混合定律不能预计的极好的性质平衡。特别是,虽然实施例31的共混物在25℃下的储量模量(G′)处于实施例27和28之间,但实施例31的探针粘性超过实施例28,这一点表明本发明的共混物提供了增效性质。
正如表6中进一步说明的,实施例27可用作低温标牌或PSA胶带,实施例24可用作PSA胶带,实施例30可用作低剥离标牌或冷冻箱标牌,实施例31可用于高剥离标牌或一次性用品应用,实施例32可用于PSA胶带。
表6
 PSA-27 PSA-28  PSA-29 PSA-30 PSA-31 PSA-32
聚合物G(密度=0.867克/厘米3;I2=842克/10分 0 100/45.2 0 0 50/22.6 0
基本上线型的乙烯/1-烯共聚物(密度=0.864克/厘米3;I2=13克/10分 100/45.2 0 100/36.9 0 50/22.6 0
AffinityTMEG 8200(0.870克/厘米3;I2=5克/10分) 0 0 0 100/41.5 0 0
AffinityTMEG 8180(0.863克/厘米3;I2=0.5克/10分) 50/22.7
基本上线型的乙烯/1-烯共聚物(0.885克/厘米3;I2=克/10分) 50/22.7
 EscorezTM 5300(Exxon) 100/45.2 100/45.2 150/55.4 0 100/45.2 0
IndopolTM(Anoco) 0 0 0 125/51.9 0 100/45.5
DrakeolTM 34(Premcor) 20/9.0 20/9.0 20/7.4 0 20/9.0 20/9.1
DuoprimeTM200(Lyondell) 0 0 0 15/6.2 0 0
IrganoxTM B900(Ciba Geigy) 1/0.5 1/0.5 1/0.4 0 1/0.5 0
IrganoxTM1010抗氧化剂 0 0 0 1/0.4 0 0
350°F粘度(厘泊)
挥针粘性(克) 50 329 153 129 552 0
0℃下G′(达因/厘米2)(MPa) 1.26×107(1.26MPa) 1.26×106(0.126MPa) 3.98×107(3.98MPa) 1.78×106(0.178MPa) 5.62×106(0.562MPa) 5.01×107(5.01MPa)
25℃下G′(达因/厘米2) 2.00×106(0.200MPa) 3.98×104(0.00398MPa) 1.41×106(0.141 MPa) 5.62×103(0.0562MPa) 7.08×103(0.0708MPa) 5.89×106(0.589MPa)
50℃下G′(达因/厘米2) 3.16×103(0.0316MPa) NA 1.78×103(0.0178MPa) 1.58×103(0.0158MPa) 3.16×104(0.00316MPa) 2.24×106(0.224MPa)
75℃下G′(达因/厘米2) 2.00×104(2.00kPa) NA 1.58×104(1.58kPa) 7.08×103(0.708kPa) 3.98×106(0.398kPa) 2.51×103(25.1kPa)
G′=104达因/厘米2(10kPa)时的温度(℃) 90 32 79 74 57 90
G′=103达因/厘米2(10kPa)时的温度(℃) 59 21 55 55 43 147
tgδ峰值(℃) -12 -21 0 -55 17 0
同样,可用基本上线型的乙烯聚合物与增粘剂和有较低分子量(如用熔体指数(I2)为25克/10分表明的)的高密度聚乙烯一起来制备压敏粘合剂。正如下表7所示,这样的压敏粘合剂的探针粘性与用在ScotchTM搭链上的粘合剂是可比的(368克)。
表7
PSA-33  PSA-34
基本上线型的乙烯/1-辛烯共聚物(密度=0.855克/厘米3;I2=1克/10分) 17.4% 17.4%
HDPE 2455(密度=0.955克/厘米3;I2=25克/10分) 7.5%
AffinityTMSM1300(密度=0.902克/厘米3;I2=30克/10分) 7.5%
EscorezTM1310LC(Exxon) 54.9% 54/9%
KaydolTM(Witco) 20.7 20.7
IrganoxTM1010抗氧化剂 0.25 0.25
350°F(177℃)粘度(厘泊) 42,000 24,650
探针粘性(克) 537 264
Ⅲ.特定粘合剂的应用实施例
用标准热熔体共混技术的∑叶片混合器或立式混合器制备以下实施例,并用上述试验方法进行测试。除非另加说明,用于实施例的均匀乙烯/α-烯烃共聚物在下表8中描述。为了方便起见,按这一方式来说明这些实施例,但决不是打算限制本发明。旨在用于特定用途的粘合剂实施例也应用于其他应用。
表8
供应商     名称 熔体指数(I2,克/10分) 密度(克/厘米3) 共聚单体
Exxon     Exxpol SLP-0380     20     0.865     丙烯
Exxon     Exxpol SLP-0394     5     0.865     丙烯
Exxon     Exxpol SLP-0397     120     0.885     丙烯
Exxon     Exxpol SLP-0527     125     .901     丁烯
Exxon     Exxpol SLP-0592Exact 5008     10     0.865     丁烯
Exxon     Exxpol SLP-0599     20     0.865     丁烯
Exxon     Exxpol SLP-0173     3.5     .910     己烯
Exxon     Exxpol SLP-0728Exact 3031     3.5     .900     己烯
  Dow     SM-1300     30     .902     辛烯
  Dow     SM-8400     30     .870     辛烯
  Dow     EG-8150     0.5     .870     辛烯
  Dow     EG-8200     5     .870     辛烯
  Dow     EG-8100     1     .870     辛烯
  Dow     SM1250     30     .885     辛烯
  Dow     DPF 1150-01     0.9     .901     辛烯
  Dow     *EIP 4     28     .868     辛烯
  Dow     EIP 5     1     .858     辛烯
  Dow     EIP 6     30     .855     辛烯
  Dow     EIP 7     200     .870     辛烯
  Dow     EIP 8     100     .900     辛烯
  Dow     EIP 9     100     .855     辛烯
  Dow     EIP 10     **5000厘泊     .870     辛烯
  Dow     EIp 11     **5000厘泊     .890     辛烯
  Dow     LDPE 959S     60     .920     辛烯
EIP-实验的基本上线型的乙烯/1-辛烯共聚物,*在反应器中的混合物**Brookfield粘度(MI不可测量)
                                     表8A:其他组分
商品名 名称 供应商
增粘树脂
Escorez 2520 C5/C9烃类共混物 Exxon
Escorez 5400(ECR-177) 氢化二环戊二烯 Exxon
Escorez 2520 C5/C9烃类共混物 Exxon
Escorez 2520 C5烃类 Exxon
Eastotac H-100 氢化C9 Eastman
Eastotac H-130 氢化C9 Eastman
Sylvatac 1103 松脂酯 Arizona
增塑剂
*500环烷属油 Penzoil
*1200环烷属油 Penzoil
Kaydol 矿物白油 Witco
Parapol 1300 1300 Mw聚丁烯 Exxon
Benzoflex 352 1,4-环己烷二甲醇二苯甲酸酯 Velsicol
VictoryAmber Wax *160°F微晶蜡 Petrolite
Castorwax 氢化蓖麻油 Caschem
Okerin236 TP 石蜡155°F Astor Wax
Paraflint H4(*HMP Wax) 225°F费托合成油 Moore&Munger
Besquare195 195°F微晶蜡 Petrolite
Bareco PX-100 225°F费托合成油 Bareco
改性聚合物
KratonG-1657 13%苯乙烯、35%二嵌段苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物 Shell
Elvax 260 28%醋酸乙烯酯,熔体指数5 Dupont
Elvax 150 33%醋酸乙烯酯,熔体指数44 Dupont
Elvax 410 18%醋酸乙烯酯,熔体指数500 Dupont
*EnBA35%BA,熔体指数320
HL-2660 聚酰胺 H.B.Fuller Co.
HL-6088 聚酰胺 H.B.Fuller Co.
Petrothene NA 601 0.903克/厘米3,熔体指数2000的低密度聚乙烯 Petrolite
Epolene C-15 0.906克/厘米3,熔体指数4200的聚乙烯 Eastman
Irganox 1010 受阻酚抗氧化剂 Ciba-Giegy
*在该实施例中为名称而不是商品名
无纺结构用粘合剂
用作无纺结构用粘合剂的本发明粘合剂列入下表9和9A。
表9的实施例35-57表示适用于各种一次性用品组件的无纺结构用粘合剂,这些一次性用品例如是一次性尿布、卫生巾、外科用帘布等,其中通常将体液不渗透的背层粘合到无纺基材上。本发明的一次性用品至少含有两层,其中所述的层中至少一层为体液不渗透的阻挡层,而至少一所述的第二层为体液可渗透的覆盖层,其中至少一层用来发明的粘合剂组合物粘合到至少另一层上。一次性用品也可任选含有至少一层或一种选自吸收剂、织物、弹性材料、超吸收聚合物及其组合的材料。体液覆盖层通常为聚烯烃膜,例如聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物,特别是均匀的乙烯/α-烯烃共聚物膜作为卷料。另一方面、阻挡层可通过将热塑性组合物涂布到载体材料例如无纺材料上在线制成。在线形成的膜对于这样的材料有特别的意义,这些材料由于其粘性、不希望的流变性或任何其他限制是不适合成膜的,它使材料不希望制成预先制成的卷料。优选的是,使用H.B.Fuller的共同未决PCT申请书No.EP96/00377(1996年1月30日提交)详细描述的无触点缝模涂布法制成在线阻挡层。
大多数粘合剂的实施例在性质上是压敏的。但是,其中一些实施例,特别是那些含有Benzoflex 352或相对高浓度的均匀乙烯/α-烯烃共聚物,例如大于约40%(重量)均匀乙烯/α-烯烃共聚物的在冷却时是相对不粘的。实施例NW-44和NW-45冷却时是基本上不粘的,用于无纺织物对无纺织物粘合。按以前提到的“细线和喷涂”试验方法制成和评价粘合。在表10中列出涂布条件和产生的剥离结果。
令人吃惊的是,正如表10说明的,这些粘合剂组合物有极好的喷涂性质和喷涂粘合强度,即使在涂布温度下的粘度大大高于典型的嵌段共聚物为基础的粘合剂组合物,例如HL-1280(H.B.Fuller),一种用于粘合聚烯烃膜的工业标准无纺结构用粘合剂。虽然举例了无纺结构用粘合剂,但推测本发明的粘合剂也适用于弹性连接件、正面带以及多用途无纺应用。
含有均匀乙烯/α-烯烃共聚物的聚烯烃膜由于与传统的聚乙烯膜相比,其低的劲度和改进的触觉质量,越来越受到欢迎。预计本发明的粘合剂在含有均匀的乙烯/α-烯烃共聚物的膜上甚至有更高的粘合强度。
                                             表9:无纺结构用粘合剂
    组分 4156-77-1NW-35  4156-80-1NW-36  4156-78-1NW-37    5179-10-1NW-38  5402-2-1NW-39  5402-4-1NW-40  HL-1624NW-41  HL-1617NW-42*   HL-1625NW-43*  NW-44  NW-45   5338-57-2NW-46
    SLP-0592 25.0  25.0
    SLP-0599  25.0
    EIP6    17
    DPF-1150.01    3
    XUR 5990100EIP 4     22     20
    EIP 7     40
    EG 8200   16     12     12
    0.87克/厘米3/2200MI**  50
    0.86克/厘米3/200MI**  70
    Escorez 2520(Exxon) 25.0  25.0
    Excorez 5320(Exxon)     55     55
    Escorez 5400(Exxon) 49.0  49.0  49.0    55     50   55    56.8  50  30
    Escorez 2596     56.8
    500环烷属油     23     10   27     28     28
    Kaydol    25     25
    Benzoflex 352(Velsicol)  25.0
    Irganox 1010 1.0  1.0  1.0  .2    .2    .2
    粘度@250°F(厘泊) 150,000  78,000  110,000     8,175     8,400
    @275°F(厘泊) 81,000  42,000  65,000   13,900     4,375     4,640
    @300°F(厘泊) 48,000  24,500  40,000    7650   8,000     2,600     2,740
    @325°F(厘泊) 29,500  15,000  25,000    5000    8425     3733   4,890     1,996     1,710     4395
    @350。F(厘泊) 19,000  9,375  17,500   3.095     1,135
**道化学化司提供的基本上线型的乙烯/1-辛烯共聚物;所有的数量以pph表示;*表示的实施例还含有2%(重量)Paraflnt C-80
                                     表9-A
    参考#  NW-47  5179-22-2NW-48  5338-53-1NW-49  5402-18-2NW-50  5338-53-2NW-51 对比例B
    EIP 5     10     6     14
 DPF1150.01     6
    EIP 4     25
 Rextac 2385(Rexene)     25
    EIP 10     30
    EIP 11     30     6
    ECR 177     65     60     62     55
 Escorez 5320     40     18     55
    Kaydol     25     23     20     20*
 Visc@300F     4300     1025
 Visc@325F     3250     5500     20500     8813
所有的数量为重量百分数。*表示的对比例B用500环烷属油代替Kaydol油
                                  表10:无纺结构粘合结果
实施例     粘合剂温度(°F(℃))    空气压力(psi(MPa)) 螺旋喷涂剥离(克/英寸(克/厘米) 细线剥离(克/英寸(克/厘米))     说明
NW-35     350(177)     30(0.21)     210(40)     340(160)     破坏性粘合
NW-36     300(149)     26(0.18)     190(20)     211(40)     破坏性粘合
NW-38*     275(135)     126(12)     55(5) 内聚破坏,低涂布温度
NW-39     325(163)     28(0.19)     162(19)     203(27)     破坏性粘合
NW-40  300-325(149-163)     116(19)     64(7)
NW-41  275-300(135-149)     15(0.10)     140(55)     125
NW-42     275(135)     6(0.041)     125(49)     115
NW-43     300(149)     7(0.048)     125(49)     115
NW-44     300(149)     7(0.048)     79(9)     123(15)
NW-45     not tested
NW-46     325(163)     15(0.10)     142(18)     125(18)
NW-47     300(149)     12(0.083)     31(7)     82(21)
NW-48  300-325(149-163)     107(14)     59(10)     很软
NW-49     300(149)     151(36)     103(17)
NW-50     325(163)     15(0.10)     184(32)     235(76)     破坏性粘合
NW-51     325(163)     129(21)     160(51)
对比例B     300(163)     35(20)     6(3)
  对比例A-HL-1280     275(135)     15(0.10)     95**(37)     175**(69)   (**操作平均值)
*NW-37未测试
热稳定性试验
测试了实施例NW-41至NW-45压敏粘合剂的热稳定性。结果列入下表11。用这些热稳定性结果作为例证,本发明的粘合剂相对于嵌段共聚物为基础的粘合剂组合物的粘度稳定性有很大的改进。
              表11:热稳定性试验(300°F(149℃)下Brookfield粘度(厘泊))
粘度   0 24小时 48小时 72小时 96小时 200小时 δ96 δ200
HL 1280 2645 2425 2310 2065 1990  - -25  -
(HL-1624)NW-41 9950 9900 9825 10200 10350 10450 4.0 5.0
(HL-1617)NW-42 2735 2540 2515 2650 2560 2750 -6.4 0.5
(5576-3-3)NW-43 9575 9550 9525 9475 9800 9400 2.3 -1.8
(HL-1625)NW-44 2300 2320 2130 2450 2440 2385 6.1 3.7
定位用粘合剂
定位用粘合剂在性质上通常是压敏的,它夹在女用卫生巾朝向衣服的表面与隔离纸之间。使用时,去掉隔离纸,用定位用粘合剂将卫生巾固定到内衣上。有关定位用粘合剂的技术现状可在US4136699、5149741和4704110中找到。用作定位用粘合剂的压敏粘合剂以及它们的代表性性能列入下表12。
                                         表12:定位用粘合剂
    52     53     54
    SLP-0592     25.0     20.0     20.0
    SLP-0597     49.0     5.0     5.0
    Eastotac H-130     49.0     49.0      -
    ECR-177      -      -     49.0
    Kaydol Oil     25.0     25.0     25.0
    Irganox 1010     1.0     1.0     1.0
对棉花的最初T剥离(1密耳)     365克(5)     298克(16)     172克(23)
对棉花的最初T剥离(2密耳)     478克(19)     406克(13)     216克(26)
(95%置倍区间)
PSA的其他应用
本发明的粘合剂除无纺用品和个人护理产品外还可用作其他工业的粘合剂。例如,实施例55-58为用于粘合硬质聚烯烃容器(午餐肉盒)和瓶标签应用的包装用PSA配方。实施例55-56说明使用嵌段共聚物,特别是小浓度嵌段共聚物与主要的均匀乙烯/α-烯烃共聚物组合的实用性。
实施例59为现场发泡的衬垫的一个实施例,其中组合物起粘合、密封和衬垫等多功能作用。
实施例60和61为捕鼠粘合剂,它相对现有技术大幅度节省了费用。通常,这一应用的嵌段共聚物为基础的粘合剂含有约5至约20%(重量)嵌段共聚物。将粘合剂组合物覆盖容器例如盒的底面,随后放上诱饵构成陷阱。常常将一种添加剂直接加到粘合剂中,用来吸引老鼠,不需要用户提供诱饵。本粘合剂对捕住老鼠有高的粘性和内聚强度。
各种其他的PSA实施例以及代表性的性能列入下表13:
                                               表13:另外的压敏粘合剂实施例
    参考#组分商品名 (4230-44-1)实施例55 (4230-40-1)实施例56 (4230-39-1)实施例57 (4230-39-2)实施例58 (4156-80-2)实施例59 (4231-1-1)实施例60 (4231-1-2)实施例61
 SLP-0592     9.0     11.7     15.0     14.6     10.0
 SLP-0599     30.0    10.0
 KratonTMG-1657(Shell)     6.0     2.9
 EastotacTM H-100(Eastman)    42.5    41.5     42.5     41.5
 ECR-177-Exxon)    44.0
 EscorezTM 1310(Exxon)     44.0
    500油(环烷属)    37.5    39.0     40.0     39.0
    1200油(环烷属)    45.0     45.0
 Kaydol Oil     40.0
 Microwax 160    5.0     4.9
 Castor Wax      2.5      4.9
 Parafin 155     30.0
 Irganox 1010     1.0     1.0
 粘度@250°F(121℃)  6275厘泊
 @275°F(135℃)    3810
 @300°F(149℃)    2415
 @325°F(163℃)    1600
 @350°F(177℃)    1112
所有百分数为重量百分数
含有均匀的乙烯/α-烯烃共聚物和EVA的粘合剂配方:
本发明的粘合剂除均匀的乙烯/α-烯烃共聚物外,还可含有一种或多种乙烯醋酸乙烯酯共聚物。特别是,假如均匀的乙烯/α-烯烃共聚物与EVA有相容性,那么含有这样的聚合物组合的粘合剂例如可用于装订应用以及热熔点粘合剂在涂布后迅速失去表面粘性,以确保在修边刀上不留粘合剂。此外,这一相容性使得调整适应各种涂布设备的固化时间变得容易。含有18-33%(重量)醋酸乙烯酯含量的EVA的热熔融粘合剂配方的代表以及它们的代表性性能列入下表14:
                             表14:含有均匀的乙烯/α-烯烃共聚物和EVA的粘合剂
    参考#商品名组分 4036-41-1实施例62  4036-41-2实施例63  4036-41-3实施例64  4036-41-4实施例65  4036-41-5实施例66  4036-41-6实施例67  4036-41-7实施例68
 SLP-0380     40.0     40.0     40.0      40.0     30.0     30.0     30.0
 EastotacH-100 39.5 39.5 39.5 39.52 59.5 59.5 59.5
 Parafin 155     20.0
 Irganox 1010       .5       .5       .5       .5       .5       .5       .5
    Elvax260(28%醋酸乙烯酯)     20.0     10.0
    Exvax150(33%醋酸乙烯酯)     20.0     10.0
 Elvax410(18%醋酸乙烯酯)     20.0     10.0
所有数量为重量百分数
装订用粘合剂
已发现某些所要求的粘合剂特别适用于制版工业作为装订用粘合剂。下表15中所列目标性质范围可用本发明的粘合剂达到。
                              表15:目标装订性质
350°F粘度 100克剥离 冷龟裂 环境范围* 拉伸
适用 ≤10,000厘泊 ≥120°F(49℃) ≤40°F(4.4℃) ≥80°F(27℃) ≥350psi(2.4Mpa)
良好 <8,000厘泊 >130°F(54℃) <30°F(-1℃) >100°F(38℃) >500psi(3.4MPa)
极好 <6,000厘泊 >140°F(60℃) <20°F(-7℃) >120°F(49℃) >600psi(4.1MPa)
*环境范围规定为100克剥离和冷龟裂之间的差
代表性装订用粘合剂和它们的代表性性能列入下表16A和B。
作为表16A和B的例证,对于装订应用来说,优选使用这样的均匀乙烯/α-烯烃共聚物:其密度为0.870克/厘米3或更小,相对低的熔体指数,例如10-20克/10分,浓度为30%(重量)或更低。为了降低粘合剂组合物的粘度,优选将熔体指数为100-2000克/10分的第二种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物与低熔体指数的均匀乙烯/α-烯烃共聚物共混。令人吃惊的结果是,用这种低密度的均匀乙烯/α-烯烃共聚物可制备没有耐热性损失的粘合剂。对于装订应用来说,微晶蜡是优选的蜡,特别是当与极性增粘剂组合时,例如松脂酯、松脂酸、氢化松脂酯、萜烯树脂、苯乙烯萜烯、萜烯酚类及其混合物。
                                            表16A:装订用粘合剂
组分 4036-43-1实施例69 4036-43-2实施例70 4036-49-1实施例71  403649-2实施例72  4036-9-3实施例73 实施例74 实施例75 实施例76 实施例77
 SLP-0380      40.0    35.0   40.0     20.0     15.0     15.0
 SLP-0397     20.0     40.0     20.0     20.0
 SLP-0527     25.0     20.0
 SLP-0592     10.0     15.0
 EastotacH-100 39.5 39.5 34.5 34.5 34.5 44.5 44.5 44.5
 EastotacH-130 44.5
 HMP Wax(费托合成油225mp) 20 25.0 12.5 12.5 12.5 20.0 20.0 20.0 20.0
 Irganox1010        .5      .5     .5       .5       .5       .5       .5       .5       .5
 Paraffin155   12.5     12.5     12.5
 PAFT(°F(℃))   140(60)  138(59) 112(44)   112(44)   105(41)   128(53)   139(59)   141(61)   147(64)
 SAFT(°F)   193(89)  194(90) 173(78)   173(78)   174(79)   192(89)   191(88)   199(93)   197(92)
 冷龟裂(°F)   10(-12)   20(-7)  5(-15)    15(-9)  25(-3.9)    20(-7)    30(-1)   45(7.2)    30(-1)
 极限拉伸(psi)  510(3.4MPa)      526   697(4.8MPa)   606(4.1MPa)
 粘度@350°F(177℃)(厘泊) 32,000 20,100 26,200 14,500 6,675 10,350 11.800 8562 12,875
所有数量为重量百分数
                                       表16B:装订用粘合剂
    组分 实施例78 实施例79 实施例80 实施例81 实施例82 实施例83 实施例84 实施例85
 0.87克/厘米3/I2=10克/10分**     14
 0.864克/厘米3/I2=14克/10分**     14    22.5      25       25   25   25   25    20.5
 0.873克/厘米3;I2=2200克/10分**      10
 0.864克/厘米3;Melt177℃粘度=10000厘泊 10 10 10 10 10 15
    Paraflint H4     25      25      11
    Escorez 5400     46.5   21+21*
    EastatacH-100-R 42.5 39.5 29.5 24.5 20
 195°F Microwax      25       25   25   25    25       11
    Nirez 2019       10   15   19.5    39.5
    Irganox1010     .2      .5      .2       .2   .2   .2    .2       .5
    Irganox1076     .3      .3       .3   .3   .3    .3
 冷龟裂(°F(℃)    25(-3.8)  10(-12)  -5(-21)    0(-18)   5(-15)   5(-15)    5(-15)   10(-12)
 环境范围(°F(℃)    115.6(46)  132(56)  138(59)   139(59)   132.5(56)   128.5(54)    127(53)   128(53)
 100克剥离(°F(℃)    140(60)  142(61)  133(56) 139.2(60)   137.5(59)   133.8(57)    132(56)   138(59)
 粘度@350(°F(177℃)(厘泊) 9250 4750 7215 7325 7825 7625 7440 5900
    极限拉伸(psi(MPa)    591(4.07) 561(3.87) 369(2.54) 403(2.78)   408(2.81)   429(2.96)    542(3.74) 366(2.52)
*Escorez 5615**基本上线型的乙烯/1-辛烯共聚物;均匀的乙烯/1-辛烯共聚物(都由道化学公司提供)所有的数量为重量百分数。
外壳和纸板盒密封用粘合剂
本发明的热熔融粘合剂特别适用作外壳和纸板盒密封用粘合剂。外壳和纸板盒密封的代表性粘合剂及其代表性性能列入下表17。表17说明将低浓度均匀的乙烯/α-烯烃共聚物与第二种聚乙烯共混的实用性,它们使低温性能和耐热性得到改进。
                                          表17:外壳和纸板盒密封用粘合剂
4056-43-1实施例53 4056-46-1实施例54 4056-60-1实施例55 4056-65-1实施例56 4056-65-2实施例57 4056-65-3实施例58 4056-65-4实施例59 HL7400
 Eastotac H-100(Eastman) 50 50 35 35 35 35 35 30
    SLP-0599     12     10
    SM-8400     10
    SLP-0380     10
    SLP-0738     10
 Epolene C-15(Eastman) 20 32 50 50 50 50 60
 Paraflint H-4     18     18     5     5     5     5     5
    PetrotheneNA601 70
    粘度@350(°F(177℃)(厘泊) 1325 1800 2025 2900 2800 7600 730 2025
 粘合性测试:
    室温     1     4     1     1     1     1     1    1
    40°F(4.4℃)     2     4     1     1     1     1     4    4
    0°F(-18℃)     4     4     1     3     3     1     4    4
    PAFT(°F(℃)  147(64)   88(31)   138(59)   120(49)   130(54)   138(59)    110(43)  105(41)
    SAFT(°F(℃)  192(89)   197(92)   190(88)   190(88)   190(88)   190(88)    190(88)  197(92)
所有数量为重量百分数1=全部纤维撕裂,2=薄层纤维撕裂,3=部分纤维撕裂,4=无纤维撕裂HL7400,商业外壳和纸板盒密封(HB Fuller)
包装用粘合剂
本发明的热熔融粘合剂适用于各种包装应用。它们在这些应用取得成功的原因部分在于使用主要的均匀乙烯/α-烯烃共聚物,可达到耐热性(PAFT/SAFT)和低温性能良好的平衡。下表18A、B和C列出用于各种包装应用的各种粘合剂组合物以及它们的各种性能。
正如表18A、B和C说明的,对于高性能的包装应用来说,所用的均匀乙烯/α-烯烃共聚物的密度为0.87克/厘米3或更小,熔体指数(I2)为约500克/10分或更小,使用的浓度为约30至45%(重量)。优选的是,均匀的乙烯/α-烯烃共聚物与25-45%(重量)高熔点蜡和20-50%(重量)高熔点树脂一起使用。实施例101说明均匀的乙烯/α-烯烃共聚物与EnBA的相容性。据推测这一组合适用于进一步改进低温粘合性和热稳定性以及改进与非极性增粘树脂的相容性。
                                               表18A:包装用粘合剂
5342-56-1实施例86 5342-56-2实施例87  5342-56-3实施例88  5342-56-4实施例89  5342-56-5实施例90  5342-60-1实施例91  5342-60-2实施例92  5342-60-3实施例93
 Dow SM-8400       20       20      22.5     22.5       18       20       20       18
 Paraflint H-4       20       25        20       25       17       15       10       10
 Eastotac H-100       60       55      57.5     52.5       65       65       70       72
 Irganox 1010      .25      .25       .25      .25      .25      .25      .25      .25
    粘度@350°F(177℃)(厘泊) 151 1270 2280 1140 2315 1865 2705 ---
 PAFT(°F(℃)  158.5(70)   159(71)    152(67) 157.8(70) 153.8(68)   163(73)  153.7(68)   153(67)
 SAFT(°F(℃)  188.2(87) 192.8(89)  192.6(89) 199.8(93) 185.8(85) 186.4(86)  170.4(77) 160.8(72)
 粘合性测试*
 70°F(21℃)白土涂层表面 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%
 未涂表面     85%     98%     98%     75% 100%      83%      80%      10%
 30°F(-1℃)白土涂层表面 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%
 未涂表面     0%    100%     100%     15% 70%     50%      5%       0%
所有的数量为重量百分数*对MEAD Carrier-kote的粘合(高湿强度),两次粘合平均---百分纤维撕裂
                                        表18B:包装用粘合剂
参考# 5342-52-1实施例94 5342-52-2实施例95  5342-52-3实施例96  5342-524实施例97  5342-53-1实施例98  5342-53-2实施例99 5709-26-1实施例100  5709-26-3实施例101  5709-26-5实施例102
AffinityTMSM-8400 25 28 30 35 30 35 10 10 10
0.87克/厘米3I2=200克/10分 15
EVA(18%VA,400MI) 15
EnBA(35%BA,320MI) 15
Paraflint H4 20 25 20 20 25 25 25 25 25
EastotacH-100-R 55 47 50 45 40 45 40 50 50 50
Irganox 1010 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.3
粘度@350°F(177℃) 3680厘泊 4370厘泊 5220厘泊 8680厘泊 4480厘泊 7700厘泊 1250厘泊 1030厘泊 840厘泊
剥离(°F) 158.5±2.72 155.8±5.1 160.2±5.6 154.8±3.3 156.5±2.9 159.6±5.2 151.6±2.0 156.5±2.9 148.8±1.7
剪切(°F) 186.4±2.99 194.4±2.4 188.0±1.76 189.2±5.6 194.8±2.2 193.8±2.39 196.2±1.6 194.8±2.2 195±2
浊点(℃) 101 103 102 104 106 102 90 95 95
开模时间(℃) 75.5 76.1 71.5 78.2 78.1 77.3 78.1 77.3
固化温度(℃) 61.1 66.3 66.7 63.7 66.1 68.4 66.1 68.4
粘合试验
70°F(21℃) 95%FT 95%FT 100%FT 100%FT 98%FT 99%FT 100%FT* 100%FT* 100%FT*
30°F(-1℃) 40%FT 80%FT 75%FT 90%FT 85%FT 95%FT 100%FT* 100%FT* 100%FT*
对Mead Carrier-kote高湿强度纸板的粘合(两次粘合平均);*重复使用的Clay Coated Boardstock(正面/反面),40°F(4.4℃)而不是30°F(-1℃);**道化学公司提供的基本上线型的乙烯/1-辛烯共聚物。
                                         表18C:包装用粘合剂
参考# 实施例100 实施例101 实施例102 实施例103 实施例104
0.870克/厘米3I2=500克/10分** 37.3 29.9 39.9
0.873克/厘米3I2=2200克/10分** 35 35
AffinityTMEG-8200 5 5
0.890克/厘米3I2=500克/10分** 7.5
Sylvatac 1103 10
EastotacH-130-R 29.9 29.9 29.9
EastotacH-100-R 25 29.7
Bareco PX-100 29.9
Paraflint H4 32.4 32.4 29.7
Paraffin 155 5 20
Irganox 1010 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
粘度@350°F(177℃) 793厘泊 810厘泊 961厘泊 1056厘泊 1386厘泊
100克剥离(°F(℃)) 131(55.0) 130(54.4) 138(58.9) 119(48.3) 108(42.2)
500克剪切(°F(℃)) 198(92.2) 203(95.0) 200(93.3) 199(92.8) 146(63.3)
开模温度(℃) 191 138
固化温度(℃) 124 117
浊点 205 140
粘合试验:
-40°F(-40℃) 87%FT 50%FT 78%FT 68%FT 84%FT
0°F(-17℃) 81%FT 53%FT 80%FT 67%FT 67%FT
40°F(4.4℃) 88%FT 73%FT 88%FT 93%FT 92%FT
70°F(21℃) 100%FT 91%FT 98%FT 95%FT 87%FT
102°F(38.9℃) 99%FT 96%FT 99%FT 100%FT 100%FT
粘合坚硬的波纹纸,调湿48小时
均匀的乙烯/α-烯烃共混物和油的共混物
均匀的乙烯/α-烯烃共聚物可与大量油相容,特别是当共聚物的密度小于0.880克/厘米3,熔体指数(I2)为30克/10分或更小时。下表19A-E列出均匀的乙烯/α-烯烃共聚物与油的各种共混物及其代表性的性能:
                  表19A:油与密度0.902克/厘米3和I230克/10分的基本上线型的乙烯/1-辛烯共聚物的共混物
组分 33-3实施例105 33-4实施例106 33-5实施例107 33-9实施例108 33-10实施例109 33-11实施例110
AffinityTM SM-1300 25 20 17.5 30 35 40
Kaydol Oil 70 70 70 70 70 70
油%(重量) 73.7 77.7 80 70 66.7 63.6
油浸出否?
            表19B:油与密度0.870克/厘米3,I230克/10分的基本上线型的乙烯/1-辛烯共聚物的共混物
组分 33-12实施例111 33-13实施例112 33-14*实施例113 33-15实施例114
 AffinityTM SM-8400 25 30 35 40
 Kaydol Oil 70 70 70 70
油%(重量) 73.7 70.0 66.7 63.6
油浸出否?
          表19C:油与密度0.868克/厘米3,I2 0.5克/10分的基本上线型的乙烯/1-辛烯共聚物的共混物
    组分     22-1实施例115     22-2实施例116     22-3*实施例117  22-4实施例118
 AffinityTM EG-8150     7     10     15     20
    Kaydol Oil     70     70     70     70
    油%(重量)     90.9     87.5     82.3     77.8
    油浸出否?     是     是     否     否
*表示达到无浸出共混物的最低聚合物量
            表19D:油与密度0.865克/厘米3,I210克/10分的均匀线型乙烯/1-丁烯共聚物的共混物
参考#组分商品名     51-1实施例119     51-2实施例120     51-3实施例121     41-1b*实施例122    41-2b实施例123    41-3b实施例124
    SLP-0592     15     20     25     30     35     40
    Kaydol Oil     70     70     70     70     70     70
    油%(重量)     82.3     77.8     73.7     70.0     66.7     63.6
    油浸出否?     是     是     是     否     否     否
            表19E:油与密度0.865克/厘米3,I25克/10分的均匀线型乙烯/丙烯共聚物的共混物
参考#组分商品名     51-4实施例125     51-5实施例126     51-6实施例127     41-4b*实施例128     41-5b实施例129  41-6b实施例130
 SLP-0394     15     20     25     30     35     40
 Kaydol Oil     70     70     70     70     70     70
 油%(重量)   82.3   77.8   73.7   70.0   66.7   63.6
  油浸出否?     是     是     是     否     否     否
*表示无浸出共混物的最低聚合物量
表19A-E中的实施例105-130说明均匀的乙烯/α-烯烃共聚物,特别是密度小于0.880克/厘米3、熔体指数(I2)为30克/10分的均匀乙烯/α-烯烃共聚物有很大的保油能力。这些富油的共混物具有象凝胶的特性,适用于表皮固定用粘合剂,特别是当与固体和/或液体增粘树脂组合时。表皮固定用粘合剂可用缝模涂布、丝网印刷和喷涂法涂布到制品上。粘合剂发泡来改变柔量和粘合性质也是预期的。这些凝胶状组合物预计在各种非粘合应用中有大的实用性。
含有均匀乙烯/α-烯烃共聚物和聚酰胺的粘合剂
本发明的粘合剂还可含有一种或多种聚酰胺。含有均匀乙烯/α-烯烃共聚物和聚酰胺的代表性热熔融粘合剂以及它们的代表性性能列入下表20A和B。
实施例131-143得到透明单一相粘合剂组合物,说明均匀乙烯/α-烯烃共聚物与聚酰胺的相容性。所有的配方最初都有适中的高粘性。实施例133、134、135和136甚至在受热72小时后仍保持中等的粘性。意想不到的是,高软化点的聚酰胺无损于压敏性。因此,可加入聚酰胺,通过提高耐热性、抗蠕变性和/或耐增塑剂性来提高PSA的性能。
              表20A:含有均匀乙烯/α-烯烃共聚物/聚酰胺共混物的粘合剂
组分 13-1实施例131 13-2实施例132 13-3实施例133 13-4实施例134 14-1实施例135 14-2实施例136 26-1实施例137 26-2实施例138
 AffinityTM EG-8200 25 30 25 25 30 30
 AffinityTM EG-8150 25 30
 Kaydol Oil 30 35 30 30 35 35 30 35
 Eastman H-130 55 45 45 45 35 35 30 20
 聚酰胺HL-6088 10 10 15 15
 聚酰胺HL-2660 10 10
 Irganox 1010 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
 粘度@350°F(177℃)(厘泊) 13000 20050 18600 17100 32150 30200
 凝胶 未测试 未测试 未测试 未测试
 表皮  “   “ 稍有 稍有  “   “
 颜色  “   “ 玻珀色 深琥珀色 琥珀色 深琥珀色  “   “
 分离  “   “  “   “
                 表20B:含均匀乙烯/α-烯烃共聚物/聚酰胺共混物的粘合剂
    组分    38-1实施例139    44-1实施例140    44-2实施例141    44-3实施例142    44-4实施例143
    EIP#4     35     25     20     15     22.5
    Kaydol Oil     25     25     25     25     25
    Eastotac H-100     40     40     40     40     37.5
    聚酰胺HL-2660(H.B.Fuller) 10 15 20 15
    粘度@350°F(厘泊)     22500     9600     6400     3480     9000
    外观(熔融的)     透明     混浊     混浊     混浊     混浊
    指压粘性     高     高     高     高     高
    最初粘性(阻值)     高     高     高     高     未测
    140°F(60℃)老化24小时的粘性 中等 未测
    分离     无     无     无     稍有     无
    凝胶     无     无     无     凝胶     无
    炭     无     中等     中等     中等     中等
绝缘粘合
本发明的粘合剂还适用于绝缘粘合。下表21列出这些配方代表性实施例及其代表性性能:
                          表21:绝缘粘合用热熔融粘合剂
实施例144 实施例145
0.890克/厘米3;I2=2200克/10分** 69.5
0.890克/厘米3;I2=200克/10分** 30.5
Eastotac H-130R 30.0 44.5
Escorez 5400
聚丁烯Mw 1300 10.0
Benzoflex 352 10.0
Irganox 1010 0.5  0.5
粘度@350°F(177℃) 2680厘泊 1975厘泊
SAFT(°F(℃)) 182(83) 166(74)
PAFT(°F(℃)) 126(52) 132(56)
开模时间 小于20秒 小于30-45秒
**道化学公司提供的均匀乙烯/1-辛烯共聚物
作为例证而不是作为限制,提供了上述实施例。熟悉本专业的技术人员应当理解,本发明的热熔融粘合剂可很容易适用于各种应用。因此,本发明应根据以下权利要求书的范围来确定。

Claims (29)

1.一种热熔融粘合剂,它含有:(a)5-95%(重量)至少一种共聚物,它为一种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物,其特征是密度为0.850-0.885克/厘米3;(b)0-95%(重量)至少一种增粘剂;(c)0至约90%(重量)至少一种增塑剂;以及(d)0-90%(重量)至少一种蜡;其中,组分(b)、(c)和(d)的总和占所述粘合剂组合物的5-95%(重量)。
2.一种热熔融粘合剂,它含有:(a)5-95%(重量)至少一种共聚物,它为一种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物,其特征是重均分子量(Mw)小于20000;(b)0-95%(重量)至少一种增粘剂;(c)0至约90%(重量)至少一种增塑剂,以及(d)0-90%(重量)至少一种蜡;其中,组分(b)、(c)和(d)的总和占所述粘合剂组合物的5-95%(重量)。
3.一种热熔融粘合剂,它含有:(a)一种乙烯和按质量天平测定的乙烯和共聚单体的总重计大于30%(重量)的C3-C20α-烯烃共聚单体的均匀共聚物,所述的共聚物的重均分子量(Mw)为2000至100000;(b)一种增粘剂。
4.一种热熔融粘合剂,它含有:(a)30-97%(重量)至少一种第一种聚合物,它为乙烯和至少一种C3-C20α-烯烃的共聚物,所述的至少一种第一种聚合物的特征是:
(ⅰ)密度为0.850至0.885克/厘米3
(ⅲ)用凝胶渗透色谱法测定的数均分子量小于20000;(b)3-70%(重量)至少一种第二种聚合物,它为乙烯均聚物或乙烯与至少一种C3-C20α-烯烃的共聚物,至少一种第二种聚合物的特点是:(ⅰ)密度为0.910至0.970克/厘米3
(ⅱ)用凝胶渗透色谱法测定的数均分子量小于6000;以及(c)0-70%(重量)一种或多种增粘剂。
5.根据上述权利要求中任一项的粘合剂,其中所述的粘合剂的特点是,25℃下的储能模量(G′)小于1×107达因/厘米2(1MPa),玻璃化温度为-65至30℃。
6.根据权利要求5的粘合剂,其中玻璃化温度为0至30℃。
7.根据上述权利要求中任一项的粘合剂,其中至少一种C3-C20α-烯烃选自丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、4-甲基-1-戊烯和1-辛烯。
8.根据上述权利要求中任一项的粘合剂,其中至少一种共聚物的密度为0.870克/厘米3或更小。
9.根据上述权利要求中任一项的粘合剂,其中至少一种共聚物的熔体指数为0.05至30克/10分。
10.根据上述权利要求中任一项的粘合剂,其中一种或多种增粘剂的用量大于5%(重量),增粘剂的软化点从室温下是可流动的至约130℃。
11.根据上述权利要求中任一项的粘合剂,其中一种或多种增塑剂的用量小于30(重量),它为(a)邻苯二甲酸酯、天然油、烷属油、环烷属油、芳族油或(b)环己烷二甲醇二苯甲酸酯化合物,或(c)(a)和(b)的混合物。
12.根据上述权利要求中任一项的粘合剂,其中至少一种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物的特征是,组成分布宽度指数(CDBI)小于50%。
13.根据上述权利要求中任一项的粘合剂,其中还含有第二种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物,其中:(a)第一种和第二种共聚物的数均分子量相差至少5000,或(b)第一种共聚物的熔体指数小于30克/10分,而第二种共聚物的熔体指数大于100克/10分,或(c)第一种和第二种共聚物的密度相差至少0.005克/厘米3
14.根据上述权利要求中任一项的粘合剂,其中还含有第二种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物,其中第一种共聚物的熔体指数小于100克/10分,而第二种共聚物的熔体指数大于500克/10分。
15.根据上述权利要求中任一项的粘合剂,其中粘合剂还含有改性组分或填充组分,它们选自蜡、苯乙烯嵌段共聚物、聚酰胺、乙烯的共聚物或离子键聚合物及其混合物。
16.根据权利要求22的粘合剂,其中改性组分或填充组分选自乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物、乙烯/丙烯酸异丁酯共聚物、乙烯/丙烯酸正丁酯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物及其混合物。
17.一种含有胶带或标牌的制品,胶带或标牌有用上述权利要求的粘合剂组合物涂布的背层。
18.根据上述权利要求中任一项的粘合剂,其中还含有大于70%(重量)均匀的乙烯/α-烯烃共聚物,所述共聚物的特点是,密度为0.850-0.965克/厘米3
19.根据权利要求26的粘合剂,其中共聚物的密小于0.860克/厘米3,熔体指数(I2)小于30克/10分。
20.一种有上述权利要求中任一项的热熔融粘合剂组合物粘合的体液不可渗透阻挡层的无纺制品。
21.根据权利要求20的无纺制品,其中粘合剂含有单一的均匀乙烯/α-烯烃共聚物,其密度为0.865-0.890克/厘米3,熔体指数(I2)为30克/10分或更小。
22.根据权利要求20或21的无纺制品,其中(a)一种或多种数量为20-60%(重量)的增粘剂,以及(b)一种或多种数量小于30%(重量)的增塑剂。
23.根据权利要求21-22中任一项的无纺制品,其中增塑剂为环己烷二甲醇二苯甲酸酯化合物。
24.根据权利要求21-22中任一项的无纺制品,其中还含有第二种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物,其中第一种共聚物的密度小于0.875克/厘米3,而第二种共聚物的密度为0.890克/厘米3或更大,第一种和第二种共聚物的熔体指数大于1000克/10分。
25.根据权利要求24的无纺制品,其中用喷涂或挤涂来涂布粘合剂。
26.一种制备上述权利要求中任一项的粘合剂的聚合方法,该法包括:(a)在溶液聚合条件下,在可限形状催化剂组合物存在下,在至少一个反应器中,通过乙烯与至少一种C3-C20α-烯烃接触进行反应,生成第一种聚合物的溶液,它是乙烯与至少一种C3-C20α-烯烃的共聚物,所述的至少一种第一种聚合物的特征是:
(ⅰ)密度为0.850-0.920克/厘米3
(ⅲ)用凝胶渗透色谱测定的数均分子量为5000-80000;以及
(ⅳ)分子量分布(Mw/Mn)为1.5-2.5;(b)在溶液聚合条件下,在可限形状催化剂组合物或多相催化剂组合物存在下,在至少另一个反应器中,通过乙烯和任选的至少一种第二种C3-C20α-烯烃接触进行反应,生成至少一种第二种聚合物的溶液,它为乙烯均聚物或乙烯与至少一种第二种C3-C20α-烯烃的共聚物,所述的至少一种第二种聚合物的特点为:
(ⅰ)密度为0.910-0.970克/厘米3
(ⅱ)用凝胶渗透色谱测定的数均分子量小于6000,以及
(ⅲ)分子量分布(Mw/Mn)为1.5-2.5;(c)将第一反应器的溶液与第二反应器的溶液合并,制成共混物溶液;(d)从步骤(c)的共混物溶液中除去溶剂,并回收共混物;以及(e)任选将增粘剂加到步骤(a)的反应器中,步骤(b)的反应器中或步骤(b)反应后的任何一点。
27.一种用权利要求1-19中任一项的热熔融粘合剂粘合的外壳、纸板盒或盘。
28.根据权利要求27的外壳、纸板盒或盘,其中粘合剂组合物中至少一种均匀的乙烯/α-烯烃共聚物的熔体指数为500克/10分或更小。
29.一本用权利要求1-19中任一项的粘合剂的膜沿一边缘粘合由许多分开的片重叠形成的书坯。
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