CN1729129A - 封装的热熔性粘合剂与方法 - Google Patents
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Abstract
多层薄膜用于封装热熔性粘合剂。在使用粘合剂之前不需要去除封装薄膜。其中至少一层的熔点低于约100℃的多层薄膜用于封装低温应用热熔性粘合剂。
Description
发明领域
本发明涉及热熔性粘合剂组合物的封装方法以及最终封装后的粘合剂组合物。
发明背景
通常在熔融状态或液体状态施加的热熔性粘合剂在室温时是固体。典型地，这些粘合剂以块体形式提供，由于这些材料尤其是压敏热熔体的本质，对其进行操作和封装时有些问题。这些固态粘合剂块体不仅仅粘附或粘结到手或机械操作装置上，而且还互相粘附或粘结。它们还会粘上脏物和其它污染物。另外，某些要求高粘性制剂的应用场合导致这些块如果在运输时没有支持就将变形或冷流。
提供无粘性或不粘连的热熔性粘合剂的优点以及对其的需要很明显，而且已经研制了各种实现的方法。尽管大多数现有技术方法提供了在热熔性粘合剂的封装和操作上的某种程度的改进，但是它们的不足之处在于要么需要打开热熔体的包装或者封装，要么在涂覆后的热熔体被直接加到熔融锅里的情况下，由于大量封装材料随着时间在熔融锅和施加设备里的积累而导致污染。
共同转让的美国专利No.5373682显著改进了现有技术，其提供了用来封装热熔性粘合剂的封装系统和方法，其中热熔性粘合剂被泵入或者倒进与吸热装置接触的塑料薄膜管。当处于熔融状态的热熔性粘合剂被倒进塑料封装薄膜并随后固化时，粘合剂在一定程度上熔合到薄膜里，形成不粘连的粘合剂封装，该封装在熔锅里熔得更块而且即使在较长时间后也不会导致不希望的塑料残余累积。一种或多种热熔性组分混入塑料薄膜的接触表面，使得该薄膜和热熔体发生某种程度的混合或相容，从而在封装的热熔体重新开始熔融时提供热熔体和薄膜更完全混合的机会。和现有的不粘连封装相比，这种方法也提供了另外的优点，即封装自身是气密性的，不会在其中夹带气体。夹带气体的坏处源于多个原因，包括封装材料不完全熔融并混入粘合剂里，导致该封装材料浮在热熔体的表面和/或粘到熔锅的壁上。最终的粘合剂封装提供了盒形式的容易操作的粘合剂，使其可以有利地在连续流水线上制备。
共同转让的已公开国际申请No.WO 02/061009 A2改进了现有技术，方法是提供用于封装低温粘合剂和压敏粘合剂(即在低于约275°F直到约150°F温度使用的粘合剂制剂)的系统。
尽管有了现有的封装系统，但是需要继续提高和改进这种封装系统，使其获得更广泛的应用。本发明提供这种改进。
发明概述
本发明提供用于热熔性粘合剂(传统的热熔性粘合剂和低温应用热熔性粘合剂)的封装系统。
本发明的一个方面涉及包含至少两层不同热塑性层的多层薄膜。当用于低温应用热熔性粘合剂的封装时，至少一层所述层的熔点低于约100℃，优选低于约90℃。在优选实施方案中，薄膜层是聚乙烯或聚丙烯与另一种诸如乙烯乙酸酯或丙烯酸甲基酯的共聚用单体的共聚物。
本发明的另一方面涉及密封的或封装的热熔性粘合剂，其中该粘合剂采用多层薄膜密封。密封薄膜可以和粘合剂组合物一起熔融，并可以混入熔融的粘合剂中，而不会对粘合剂的性能产生坏的影响。
本发明的另一方面涉及封装低温热熔性粘合剂的方法，包括将热熔性粘合剂包裹在热塑性薄膜里，所述薄膜是多层薄膜。当用于封装低温应用热熔性粘合剂时，该多层薄膜的至少一层的熔融温度低于约100℃。在优选实施方案中，粘合剂在包裹时处于熔融状态。本发明的尤其优选方法包括将液体形式的熔融热熔性粘合剂泵入或者倒进圆筒状塑料多层薄膜里，该圆筒管直接和吸热装置接触。粘合剂在等于或高于塑料薄膜的熔点的温度被倒进或泵入圆筒里，塑料薄膜可以和粘合剂组合物一起熔融并可以混入熔融的粘合剂里。充填在圆筒里的熔融热熔性粘合剂随后密封并冷却。
附图简述
图1给出了用于接收熔融粘合剂的圆筒塑料管。
发明详述
本发明提供封装的热熔性粘合剂以及密封或封装热熔性粘合剂的方法。
此处术语“热熔性粘合剂”通常指传统热熔性粘合剂和低温应用热熔性粘合剂，除非另外指明。低温热熔性粘合剂和低温应用热熔性粘合剂此处互换使用，是指可以在低于约275°F直到约150°F温度处理的粘合剂。
术语包裹的、密封的和封装的此处可以互换使用，是指粘合剂块体包含在薄膜里，以保护该粘合剂不受污染，容易操作，运输和储存时不出现粘连，而且可以无需去除薄膜进行处理。
不粘连是指单个包裹的粘合剂块体在储存和运输时在封装箱里不会粘连在一起。
粘结剂块体、套和盒互换使用，是指单个包裹的粘结剂部分。
本发明的一个方面涉及密封的或封装的热熔性粘合剂，包含密封在多层薄膜里的热熔性粘合剂。在一个实施方案中，多层薄膜的至少一层具有低于约100℃的熔点。密封薄膜可以和粘合剂组合物一起熔融，并可以混入熔融的粘合剂中，而不会对粘合剂的性能产生坏的影响。
已经发现多层薄膜可以有利地用于封装热熔性粘合剂。通过选择具有不相似性能诸如相容性、密度和结晶度的材料并且共同挤压成单一薄膜，可以获得对粘合剂的优异封装。
多层薄膜可以通过将多层薄膜树脂共同挤压成单一复合薄膜来制备，其中各层有不同的热性能，即相对聚合物混合物不同的熔点，而聚合物混合物具有单一或降低的熔点。
本发明的多层薄膜的一层可以，如果需要，含量比薄膜中其它层的含量大。类似的，本发明的多层薄膜的一层可以具有比薄膜中其它任何层小的含量。此后，具有最大量的组分层可以替代性地称作主组分，而具有最小量的组分层可以替代性地称作次组分。当用于封装低温应用热熔性粘合剂时，主层的熔点低于约100℃，次组分的熔点大于100℃，更典型从约105～约110℃，典型使用量是封装质量所需的最小量。主组分优选量大于50％，更典型从大约65％～大约85％。
当用于封装低温应用热熔性粘合剂时，具有低熔点的主组分和具有很好机械性能和抗油迁移性的次组分共同挤压，尤其有用。通过将两种不同的共聚物挤压成不同的层，各层具有分开的不同的熔点，制备的薄膜可以显著改善封装的不粘连性质，同时维持在低应用温度下在熔体中的良好分散能力。
在本发明的实践中，可以对热熔性粘合剂封装后，使得主组分或次组分都与粘合剂相接触。准确的封装可以通过需要封装的粘合剂制剂和例如分散能力要求、不粘连要求等所需性能来规定。
本发明的多层薄膜可以通过本领域已知的传统共挤压有利地制备，使用和构成薄膜的层的总数相应数量的挤压机。例如，常见的T型模可以用来制备平的叠层薄膜，或者优选地，常见的环形模可以用来制备管状叠层薄膜。请理解也可以通过传统地将两层不同的薄膜层叠在一起制备薄膜。术语不同的和个别的此处互换使用，是指一层和另外一层至少在一个性能，例如组合物、结晶度、熔点、密度等上不同。
在本发明的一种方法中，温度为大约150°F～大约275°F的熔融的热熔性粘合剂被包裹在塑料多层薄膜里，该薄膜的至少一层的熔点小于约100℃，优选小于约90℃。尽管粘合剂可以以固体状态包裹，但其优选以熔融状态包裹。包裹可以手工操作，更优选地，也可以通过自动步骤进行。
在本发明的优选方法中，通过下面方式完成封装：将液体形式的熔融热熔性粘合剂泵入或倒进圆筒状热塑性多层薄膜里，圆筒状管和吸热装置，例如冷却水或冷却液体或气体环境直接接触。被倒进或泵入的粘合剂的温度等于或高于塑料薄膜的低熔点层的熔点，塑料薄膜可以和粘合剂组合物一起熔融并且混入熔融的粘合剂中，而不会对粘合剂的性能有坏影响。填充了熔融热熔性粘合剂的圆柱被密封并固化。
在其中倒进了熔融粘合剂的热塑性多层薄膜可以是任何这种薄膜：它可以和粘合剂组合物一起熔融，并混入所述熔融粘合剂中，而且在混入时不会对粘合剂组合物的性能有不良影响。
薄膜的熔点通过DSC(示差扫描量热法)确定，设备为TAInstruments的DSC 2920。在用于确定薄膜熔点的典型程序中，大约5mg薄膜密封在带弯边的氧化铝盘中。该设备先将试样加热到160℃，然后冷却试样到+60℃，然后重新加热到160℃，每个步骤都是10℃/min。第二次加热循环的吸热熔融峰用来评价熔点和熔化热。取该吸热熔融峰的最小值的温度(最大吸热速率的温度)作为熔点。
具有高于大约100℃的熔点的热塑性聚合物的例子是EscoreneLD316-19，它是含有2％乙烯乙酸酯的EVA薄膜。还可以买到其它熔点高于约100℃的热塑性聚合物。
优选地，在封装低温热熔性粘合剂时，密封薄膜的至少一层是乙烯或丙烯与丙烯酸甲基酯、丙烯酸n-丁基酯、乙烯乙酸酯或其它诸如丁烯、己烯、辛烯或降冰片烯的烯烃或α烯烃的共聚物，乙烯与丙烯酸酯或乙烯基酯的共聚物，乙烯/一氧化碳以及三元共聚物。更优选的是乙烯与丙烯酸甲基酯、丙烯酸n-丁基酯或乙烯乙酸酯的共聚物，尤其是那些含有大于10％，优选约10～约45％共聚用单体的共聚物。在本发明的实践中，特别优选使用乙烯甲基丙烯酸酯和乙烯乙烯乙酸酯。从ExxonMobil可以买到可用来实践本发明的薄膜，商标名为OpternaTC114(含有18％丙烯酸甲基酯的亚乙基甲基丙烯酸酯)和EscoreneLD706(含有15.3％乙烯乙酸酯的亚乙基乙烯乙酸酯)。
需要时，该薄膜可以包括用于提高稳定性的抗氧化剂以及其它任选组分，包括诸如芥酸酰胺的增滑剂、诸如硅藻土的防粘连剂、脂肪酰胺或其它加工助剂、抗静电剂、稳定剂、增塑剂、染料、香料、诸如滑石或碳酸钙的填料等。在优选实施方案中，薄膜至少包括增滑剂和防粘连剂。典型地，薄膜包括约3000ppm的增滑剂和约14000ppm的防粘连剂。
本发明的方法实际上适用于封装几乎任何类型的热熔性粘合剂组合物，特别是此处定义的低温热熔性粘合剂，尤其是在约250°F～约190°F、更优选从约225°F或以下温度施用的热熔性粘合剂。包括了用合成树脂、橡胶、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、丙烯酸酯、乙烯乙酸酯、亚乙基乙烯乙酸酯和聚乙烯醇的聚合物和共聚物制备的热熔性粘合剂。更特别的例子包括从下列橡胶聚合物制备的热熔性粘合剂：诸如单乙烯芳香烃和共轭二烯的嵌段共聚物，例如苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯和苯乙烯-乙烯丙烯-苯乙烯；乙烯-乙烯乙酸酯聚合物，其它乙烯酯和共聚物，例如亚乙基甲基丙烯酸酯、亚乙基正丁基丙烯酸酯和乙烯丙烯酸；诸如聚乙烯和聚丙烯的聚烯烃；聚乙烯乙酸酯和其无序共聚物；聚丙烯酸酯；聚酯；聚乙烯醇和其共聚物；聚氨酯；聚苯乙烯；聚环氧化合物；乙烯基单体和聚环氧烷聚合物的接枝共聚物；以及含醛的树脂，例如苯酚-醛、脲-醛、三聚氰胺-醛等。
这种粘合剂最经常是用增粘树脂配制而成，以提高粘合性并在粘合剂中引入粘性。这种树脂包括，和其它材料一起，天然和改性树脂、多萜烯树脂、酚改性烃树脂、苯并呋喃-茚树脂、脂肪和芳香石油烃树脂、邻苯二甲酸酯和氢化烃、氢化松香和氢化松香酯。
任选成份包括稀释剂，例如液体聚丁烯或聚丙烯、诸如石蜡和微晶蜡的石油蜡、聚乙烯油脂、氢化动物、鱼类和植物脂肪、矿物油和合成蜡，以及诸如对氨基萘磺酸的烃油或石蜡矿物油、稳定剂、抗氧化剂、色料和填料。组分的选择、含量及其制备在本领域是已知的，描述在文献里。
用来包裹粘合剂的薄膜的厚度通常从约0.1～约5密耳，优选从约0.5～约4密耳。特定薄膜的厚度也随着熔融粘合剂泵入或倒进塑料薄膜圆筒时的温度而变化。粘合剂引入塑料薄膜圆筒时的粘度根据各种因素，包括泵的泵唧效能、塑料薄膜的强度等而变化。可以采用的粘度是1000～200000cps，优选是2000～100000，根据本发明将封装的粘合剂的粘度更优选是3000～25000cps。可以认识到粘合剂组合物显示出这个粘度范围的温度会随着粘合剂的种类而变化。
进一步优选的是，热塑性薄膜包含不超过约总粘合剂质量的1.5重量％，任选从0.1重量～1.0重量％变化，以防止粘合性质的不恰当弱化。
本发明的封装方法本身可以通过和在共同转让的美国专利No.5373682所描述的几乎相同的方式实践，其公开在此全文引入作为参考。基本上，如图1所示，其中薄膜轧机加载后沿着箭头所指方向展卷，薄膜穿过空转滚柱(4)到达薄膜夹(3)，通过将该塑料薄膜绕着例如直径为1.5英寸的绝缘心轴(1)或填充管包裹起来，形成连续支持的圆筒状管。在搭缝(2)形成后，采用热空气密封，然后喷射环境温度的空气使其固化。熔融的热熔性粘合剂通过喷嘴泵入，同时薄膜的整个表面喷上冷却水(5℃～10℃)。填充的管子在所需长度(例如6英寸)是空的，然后切割形成独立的盒。最终的盒允许在冷却水浴中冷却，直到其完全固化并可以封装在合适的运输容器中。
在共同转让的美国专利No.5373682中公开和要求权利保护的方法中使用的吸热装置，也可以用于此处描述的本发明的实践。吸热装置包括任何快速有效地从和熔融热熔性粘合剂组合物相接触的薄膜的整个表面去除或吸收过量热的方法，以防止薄膜温度不超过其熔点，即使该熔融热熔性粘合剂温度高于薄膜的熔融温度。通过用冷却水或其它制冷设备，诸如冷却的乙二醇、液体或气体氮、压缩二氧化碳等，喷射柱状塑料管的表面，提供适当的吸热装置。喷射可以通过例如对准心轴的一系列喷嘴或者围绕心轴放置的水或冷却环或系列环来完成，以提供绕着圆柱整个圆周的水或制冷剂的帘或喷流。
如上所述，熔融粘合剂通常倒进或泵入塑料多层薄膜圆柱时的温度，是该熔融粘合剂的粘度为1000～200000，优选3000～25000cps的温度。该温度通常随着特殊粘合剂的变化而变化。填充后，粘合剂盒，或者是单个的或者是互相连接的系列，在整体封装之前进一步冷却到室温。冷却到室温可以完全在环境条件下、在冷却空气环境下完成，或者可以将该盒浸入冷却水、乙二醇、液氮等加速完成。
由于粘合剂被连续通过心轴泵入或倒进塑料多层膜圆筒中，所以它可能是空的，然后在实际上任何所需长度上将该连续填充的管切割成单个的盒。通常，这些单个的盒被制成各种尺寸，长度从约3英寸到约18英寸或更长，重量随着长度而变，约0.5～5磅。
最终的单个封装的热熔性粘合剂盒可以贮存、处理和使用，即使暴露在增加的压力和/或温度下，也不会出现单个的块体粘在一起、粘到其它物体或者受到污染的任何问题。
当最终需要使用该粘合剂时，将整个包裹的盒加到熔锅里。本发明方法的优选实施方案的优点在于这个事实：粘合剂以熔融状态倒进或泵入塑料薄膜圆筒中，使得粘合剂和薄膜之间产生某种程度的熔合。由于这种熔合，在该薄膜熔融并混入粘合剂本身时需要非常少的额外能量。而且，没有任何夹带的空气导致粘合剂均匀的熔融，不会出现塑料薄膜不希望地从被包裹的粘合剂上分离并浮到熔锅的表面和/或侧壁。
通过熔融-填充方法在粘合剂和薄膜之间形成的强界面或中间相，也有助于防止由于薄膜和粘合剂之间的密度差或界面上夹带的空气而使得封装薄膜浮在或沉在热熔锅里。
这样封装的热熔性粘合剂当然可以另外地封装在第二外层容器里，以进一步减少它在环境、潮湿或其它污染物中的暴露。随后在使用热熔性粘合剂之前，通过传统步骤去除第二包装。
下面的实施例出于示例而非限制。
实施例
在实施例中，用来评价性能的测试通过下列方式进行。
DSC(示差扫描量热计)
采用TA Instruments的DSC 2920或类似设备，准备5～10mg的粘合剂试样。试样加载到DSC中，空盘作为参比物，使其温度为25℃。试样以20℃/min加热到177℃，然后在177℃保温3分钟。然后以20℃/min冷却试样到25℃。测量熔融曲线上峰的温度并记录下来。
残余粘性
手工包裹的空盒被置于130°F(54℃)的烘箱里1周，随后将块的表面用来评价粘性。
熔化
将大约100g粘合剂块以及0.5重量％的每种膜置于玻璃广口瓶里，然后置于110℃的烘箱。随后缓慢搅拌粘合剂，评价膜的分布和外观。
实施例1
利用传统的混合设备，制备适于在低温(190°～250°F)施加的橡胶基压敏热熔性粘合剂。粘合剂的软化点是145°F，在225°F时的熔融粘度大约是6000cps。
通过在直径为1.5英寸的绝缘心轴或填充管上包裹表1所示的塑料多层膜，形成连续支撑的圆筒管。搭缝形成后，用热空气密封，然后喷射周围温度的空气使其固化。在试样1和试样2中，层2都是主组分。
表1
| 薄膜 | 组合物 | DCS Tm(℃) |
| 试样1 | 层1-EVA | 108.5 |
| 层2-EMA | 85.4 | |
| 试样2 | 层1-EVA层2-EMA层3-EVA | 108.885.2108.8 |
熔融的热熔性粘合剂在粘度为6000cps(107℃)时被通过喷嘴倒进，同时对薄膜的整个表面喷射冷却水(5～10℃)。填充后的管在12英寸长度上是空的，切割后形成单个的盒。让最终的盒在冷却水浴中冷却，直到其完全固化并可以封装在适当的运输容器中为止。
最终的盒中薄膜的加入量为大约0.31％，其特征在于塑料包裹薄膜熔合到热熔性粘合剂组合物中，并且除了搭缝区以外不能通过物理分离。封装结果如表2所述。
实施例2
将实施例1中所描述的、25kg重的一箱封装好的粘合剂块，在105℃的ITW Dynatech热熔箱中熔化。随后将粘合剂从标准热熔喷涂器中泵给并喷射出来。在喷涂8小时后对喷涂质量进行评价。随后将粘合剂置于热熔箱中于喷涂温度保持过夜，对薄膜的分布进行评价。结果如表2所示。
实施例3
将实施例1中使用的1kg粘合剂块在其熔融状态封装起来，其中每一多层薄膜封装成10.5×12英寸宽度的片。装满25块测试样品组的25kg硬纸盒被置于45℃时效72小时，用于评价粘连性能。结果如表2所述。
表2薄膜 封装 残余粘性 粘连 熔化 可喷涂性
| 试样1 | 容易 | 非常轻微 | 极少 | 分散 | 好 |
| 试样2 | 容易 | 非常轻微 | 极少 | 分散 | 好 |
对本领域的技术人员而言，显然可以对本发明做出许多修改和改变而不偏离其精神和范围。此处描述的特殊实施方案只是通过实施例方式提供的，本发明只受到所附权利要求以及和这些权利要求所授权的全部等价范围的术语的限制。
Claims (20)
1.一种封装的热熔性粘合剂，包含封装在热塑性薄膜中的热熔性粘合剂，所述薄膜是多层薄膜。
2.权利要求1的封装的热熔性粘合剂，其中多层薄膜包含两层。
3.权利要求1的封装的热熔性粘合剂，其中多层薄膜含有三层。
4.权利要求1的封装的热熔性粘合剂，其中所述多层薄膜的至少一层的熔点低于约100℃。
5.权利要求4的封装的热熔性粘合剂，其中所述至少一层的熔点低于约90℃。
6.权利要求4的封装的热熔性粘合剂，其中所述至少一层含有大于约50％的薄膜。
7.权利要求6的封装的热熔性粘合剂，其中所述至少一层含有约65％～约85％的薄膜。
8.权利要求1的封装的粘合剂，其中所述多层薄膜的至少一层包含乙烯或丙烯与另一种共聚用单体的共聚物。
9.权利要求8的封装的粘合剂，其中至少一层包含乙烯和约10～45％的丙烯酸甲基酯、丙烯酸n-丁基酯或乙烯乙酸酯共聚用单体的共聚物。
10.权利要求1的封装的粘合剂，其中所述多层薄膜的至少一层含有亚乙基甲基丙烯酸酯。
11.权利要求1的封装的粘合剂，其中所述多层薄膜的至少一层含有亚乙基乙烯乙酸酯。
12.一种封装的热熔性粘合剂，其中该热熔性粘合剂是低温应用热熔性粘合剂。
13.封装低温热熔性粘合剂的方法，包含将低温热熔性粘合剂包裹在多层热塑性薄膜里。
14.权利要求13的方法，其中所述多层薄膜的至少一层的熔点低于约100℃。
15.权利要求13的方法，其中粘合剂在熔融状态时被包裹。
16.权利要求15的方法，其中该熔融热熔性粘合剂被泵入或倒进圆筒状多层薄膜里，圆筒状管和吸热装置直接接触，并且该熔融热熔性粘合剂填充后的圆筒被密封后冷却。
17.权利要求14的方法，其中所述至少一层包含乙烯或丙烯与另一种共聚用单体的共聚物。
18.权利要求17的方法，其中薄膜包含乙烯和约10～45％的丙烯酸甲基酯、丙烯酸n-丁基酯或乙烯乙酸酯共聚用单体的共聚物。
19.权利要求18的方法，其中薄膜含有亚乙基甲基丙烯酸酯。
20.权利要求18的方法，其中薄膜含有亚乙基乙烯乙酸酯共聚用单体。
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