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Die
Erfindung betrifft ein strahlungshärtbares Polymer, aufgebaut
aus
- a) mindestens 60 Gew.-% C1 bis C 18 Alkyl(meth)acrylaten
- b) 3 bis 8 Gew.-% mindestens einer ethylenisch ungesättigten
Säure
- c) 0,10 bis 0,23 Gew.-% eines ethylenisch ungesättigten,
copolymerisierbaren Fotoinitiator und
- d) 0 bis 30 weitere Monomere
und seine Verwendung
als Schmelzhaftklebstoff.
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Bei
Haftklebstoffen ist sowohl eine gute Haftung (Adhäsion) zum
Substrat als auch eine ausreichende innere Festigkeit (Kohäsion) gewünscht.
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Strahlungshärtbare Haftklebstoffe,
insbesondere von Wasser und Lösemittel
freie Schmelzhaftklebstoffe haben eine gute Adhäsion. Die Kohäsion kann
durch Bestrahlung mit energiereichem Licht erhöht werden.
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Durch
Art und Dauer der Bestrahlung kann die gewünschte Kohäsion eingestellt werden. Vorteil
ist, dass sich ein Schmelzhaftklebstoff mit bestimmter chemischer
Zusammensetzung für
unterschiedliche Verwendungen eignen kann, je nachdem, welche Kohäsion durch
die Bestrahlung eingestellt wird.
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Bekannt
sind derartige Schmelzhaftklebstoffe z. B. aus EP-A 246 848, EP-A
377 191, EP-A 445 641 und WO 01/23489.
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Nachteil
ist, dass ungewollte, versehentliche Abweichungen bei der Bestrahlungsdosis
natürlich
auch die Klebeeigenschaften, insbesondere auch die Adhäsion des
Endprodukts verändern.
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Gewünscht sind
daher strahlungshärtbare
Haftklebstoffe, welche eine hohe Toleranz gegenüber Schwankungen der Bestrahlungsdosis
haben. Schwankungen der Bestrahlungsdosis sollen sich möglichst wenig
auf das Adhäsion/Kohäsion Niveau
auswirken.
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Demgemäss wurde
das oben definierte Polymer und seine Verwendung gefunden.
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Das
Polymer besteht zu mindestens 60 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens
80 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mindestens 85 Gew.-% und ganz
besonders bevorzugt zu mindestens 90 Gew.-% aus C1-C18 Alkyl(meth)acrylaten.
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Genannt
seien insbesondere C1-C8 Alkyl(meth)acrylate,
z.B. Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat,
2-Ethylhexyl(meth)acrylat.
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Als
Monomere b) in Betracht kommen insbesondere Monomere mit Carbonsäure-, Sulfonsäure- oder Phosphonsäuregruppen.
Bevorzugt sind Carbonsäuregruppen.
Genannt seien z. B. Acrylsäure,
Methacrylsäure,
Itaconsäure,
Maleinsäure
oder Fummarsäure.
Der Gehalt der Monomere b) beträgt
vorzugsweise 3 bis 6 Gew.-%, besonders bevorzugt 4 bis 6 Gew.-%.
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Das
Polymer enthält
weiterhin einen Fotoinitiator c), so dass das Polymer mit UV-Licht
vernetzbar ist.
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Durch
Bestrahlung mit energiereichem Licht, insbesondere UV-Licht, bewirkt
der Fotoinitiator eine Vernetzung des Polymeren, vorzugsweise durch
eine chemische Pfropfreaktion des Fotoinitiators mit einer räumlich benachbarten
Polymerkette. Insbesondere kann die Vernetzung durch Einschub einer
Carbonylgruppe des Fotoinitiators in eine benachbarte C-H-Bindung
unter Ausbildung einer -C-C-O-H Gruppierung erfolgen.
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Der
Fotoinitiator wird durch radikalische Copolymerisation in die Polymerkette
eingebaut.
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Geeignete
copolymerisierbare Fotoinitiatoren sind Acetophenon- oder Benzophenonderivate,
welche mindestens eine, vorzugsweise eine ethylenisch ungesättigte Gruppe
enthalten. Bei der ethylenisch ungesättigten Gruppe handelt es sich
vorzugsweise um eine Acryl- oder Methacrylgruppe.
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Die
ethylenisch ungesättigte
Gruppe kann direkt an den Phenylring des Acetophenon- oder Benzophenonderivats
gebunden sein. Im allgemeinen befindet sich zwischen Phenylring
und ethylenisch ungesättigter Gruppe
eine Spacergruppe (Abstandshalter). Die Spacergruppe kann z.B. bis
100 C-Atome enthalten.
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Geeignete
Acetophenon- oder Benzophenonderivate sind z. B. in EP-A 346 734,
EP-A 377 199 (1.
Anspruch), DE-A 4 037 079 (1. Anspruch) und DE-A 3 844 444 (1. Anspruch)
beschrieben und sind durch diesen Verweis auch in der vorliegenden
Anmeldung offenbart. Bevorzugte Acetophenon- und Benzophenonderivate sind
solche der Formel
worin R
1 für einen
organischen Rest mit bis zu 30 C-Atomen, R
2 für ein H-Atom
oder eine Methylgruppe und R
3 für eine gegebenenfalls
substituierte Phenylgruppe oder eine C
1-C
4-Alkylgruppe steht.
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R1 steht besonders bevorzugt für eine Alkylengruppe,
insbesondere für
eine C2-C8-Alkylengruppe.
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R3 steht besonders bevorzugt für eine Methylgruppe
oder eine Phenylgruppe.
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Der
Gehalt an Monomeren c) ist vorzugsweise 0,14 bis 0,22, besonders
bevorzugt 0,14 bis 0,18 Gew.-%.
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Weitere
Monomere d), aus denen das Polymer aufgebaut sein kann, sind z.B.
Vinylester von bis zu 20 C-Atome enthaltenden Carbonsäuren, Vinylaromaten
mit bis zu 20 C-Atome, ethylenisch ungesättigten Nitrile, Vinylhalogenide,
Vinylether von 1 bis 10 C-Atome enthaltenden Alkoholen, aliphatischen
Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 8 C-Atomen
und 1 oder 2 Doppelbindungen oder Mischungen dieser Monomeren.
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Als
Vinylester kommen insbesondere Vinylpropionat und besonders bevorzugt
Vinylacetat in Betracht.
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Als
vinylaromatische Verbindungen kommen z. B. Vinyltoluol a- und p-Methylstyrol,
a-Butylstyrol, 4-n-Butylstyrol,
4-n-Decylstyrol und vorzugsweise Styrol in Betracht. Beispiele für Nitrile
sind Acrylnitril und Methacrylnitril.
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Die
Vinylhalogenide sind mit Chlor, Fluor oder Brom substituierte ethylenisch
ungesät-
tigte Verbindungen, bevorzugt Vinylchlorid und Vinylidenchlorid.
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Als
Vinylether zu nennen sind z. B. Vinylmethylether, Vinylethylether
oder Vinylisobutylether. Bevorzugt wird Vinylether von 1 bis 4 C-Atome
enthaltenden Alkoholen.
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Als
Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 8 C-Atomen und zwei olefinischen Doppelbindungen
seien Butadien, Isopren und Chloropren genannt.
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Weitere
Monomere sind z. B. auch Hydroxylgruppen enthaltende Monomere, insbesondere
C1-C10-Hydroxyalkyl(meth)acrylate,
(Meth)acrylamid. Darüber
hinaus seinen Phenyloxyethylglykolmono-(meth)acrylat, Glydidylacrylat,
Glycidylmethacrylat, Amino-(meth)acrylate wie 2-Aminoethyl(meth)acrylat
genannt.
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Monomere,
die außer
der Doppelbindung noch weitere funktionelle Gruppen tragen, z. B.
Isocyanat-, Amino-, Hydroxy-, Amid- oder Glycidyl-, können z.
B. die Haftung auf Substraten verbessern.
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Das
Polymer kann ausschließlich
aus Monomeren a), b) und c) bestehen. Monomere d) werden im Rahmen
dieser Erfindung nicht benötigt,
ihre Mitverwendung ist aber möglich.
Der Gehalt an Monomeren d) liegt daher insbesondere bei 0 bis 10,
besonders bevorzugt bei 0 bis 5 Gew.-%.
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Das
Polymer hat vorzugsweise einen K-Wert von 20 bis 90, besonders bevorzugt
von 40 bis 60, gemessen in Tetrahydrofuran (1%ige Lösung, 21°C).
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Der
K-Wert nach Fikentscher ist ein Maß für das Molekulargewicht und
Viskosität
des Polymeren.
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Die
Glasübertragungstemperatur
(Tg) des Polymeren beträgt
vorzugsweise –60
bis +10°C,
besonders bevorzugt –55
bis 0°C,
ganz besonders bevorzugt –55
bis –10°C.
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Die
Glasübertragungstemperatur
des Polymeren A) lässt
sich nach üblichen
Methoden wie Differentialthermoanalyse oder Differential Scanning
Calorimetrie (s. z.B. ASTM 3418/82, sog. "midpoint temperature" bestimmen.
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Polymere
können
durch Copolymerisation der monomeren Komponenten unter Verwendung
der üblichen
Polymerisationsinitiatoren sowie gegebenenfalls von Reglern hergestellt
werden, wobei man bei den üblichen
Temperaturen in Substanz, in Emulsion, z.B. in Wasser oder flüssigen Kohlenwasserstoffen,
oder in Lösung
polymerisiert. Durch Emulsionspolymerisation werden wässrige Dispersionen
des Polymeren A) erhalten.
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Vorzugsweise
werden die Polymeren durch Polymerisation der Monomeren in Lösungsmitteln
(Lösungspolymerisation),
insbesondere in Lösungsmitteln
eines Siedebereichs von 50 bis 150°C, vorzugsweise von 60 bis 120°C unter Verwendung
der üblichen
Mengen an Polymerisationsinitiatoren, die im allgemeinen bei 0,01
bis 10, insbesondere bei 0,1 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Monomeren liegt, hergestellt. Als Lösungsmittel kommen insbesondere
Alkohole, wie Methanol, Ethanol, n- und iso-Propanol, n- und iso-Butanol,
vorzugsweise Isopropanol und/oder Isobutanol sowie Kohlenwasserstoffe
wie Toluol und insbesondere Benzine eines Siedebereichs von 60 bis
120°C in
Frage. Ferner können
Ketone, wie Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon und Ester,
bei Essigsäureethylester
sowie Gemische von Lösungsmitteln der
genannten Art eingesetzt werden, wobei Gemische, die Isopropanol
und/oder Isobutanol in Mengen von 5 bis 95, insbesondere von 10
bis 80, vorzugsweise von 25 bis 60 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte
Lösungsgemisch,
enthalten, vorgezogen werden.
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Als
Polymerisationsinitiatoren kommen bei der Lösungspolymerisation beispielsweise
Azoverbindungen, Ketonperoxide und Alkylperoxide in Betracht.
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Nach
der Polymerisation in Lösung
können
die Lösungsmittel
gegebenenfalls unter vermindertem Druck abgetrennt werden, wobei
man bei erhöhten
Temperaturen, beispielsweise im Bereich von 100 bis 150°C arbeitet.
Die Polymeren können
dann in lösungsmittelfreiem
Zustand, d. h. als Schmelzen, eingesetzt werden. In manchen Fällen ist
es auch von Vorteil, die Polymeren durch Polymerisation in Substanz,
d. h. ohne Mitverwendung eines Lösungsmittels,
herzustellen, wobei man chargenweise oder auch kontinuierlich, z.
B. nach den Angaben der US-PS 4,042,768, arbeiten kann.
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Die
in dem erfindungsgemäßen Gemisch
verwendeten Polymeren sind vorzugsweise lösungsmittelfrei. Ein Restgehalt
an Lösungsmitteln,
z. B. organischen Lösungsmitteln
und/oder Wasser, kann jedoch unter 5 Gew.-Teilen, insbesondere unter
2 Gew.-Teil, besonders bevorzugt unter 1 Gew.-Teilen, ganz besonders
bevorzugt unter 0,5 Gew.-Teilen
bzw. unter 0,1 Gew.-Teil Lösungsmittel,
bezogen auf 100 Gew.-Teile der Summe aus Polymer und Polymer B),
betragen.
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Die
Polymeren sind vorzugsweise bei Raumtemperatur flüssig, aber
hochviskos. Zur Erhöhung
der Fließfähigkeit,
z. B. beim Beschichten von Trägern
für selbstklebende
Artikel empfiehlt sich eine Temperaturerhöhung auf z. B. bis zu 150°C.
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Die
erfindungsgemäßen strahlungshärtbaren
Polymere können
als Haftklebstoff, insbesondere Schmelzklebstoff verwendet werden.
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Die
erfindungsgemäßen Haftklebstoffe
können
allein aus dem Polymer bestehen.
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Die
Haftklebstoffe können
weitere Additive enthalten.
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Weitere
Additive sind z. B. Füllstoffe,
Farbstoffe, Verlaufshilfsmittel und insbesondere Tackifier (klebrigmachende
Harze).
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Tackifier
sind z. B. Naturharze, wie Kolophoniumharze und deren durch Disproportio-
nierung oder Isomerisierung, Polymerisation, Dimerisation, Hydrierung
entstehenden Derivate. Diese können
in ihrer Salzform (mit z. B. ein- oder mehrwertigen Gegenionen (Kationen)
oder bevorzugt in ihrer veresterten Form vorliegen. Alkohole, die
zur Veresterung verwendet werden, können ein- oder mehrwertig sein.
Beispiele sind Methanol, Ethandiol, Diethylenglykol, Triethylenglykol,
1,2,3-Propanthiol, Pentaerythrit.
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Des
weiteren finden auch Kohlenwasserstoffharze, z. B. Cumaron-Inden-Harze,
Polyterpen-Harze, Kohlenwasserstoffharze auf Basis ungesättigter
CH-Verbindungen, wie Butadien, Penten, Methylbuten, Isopren, Piperylen,
Divinylmethan, Pentadien, Cyclopenten, Cyclopentadien, Cyclohexadien,
Styrol, a-Methylstyrol, Vinyltoluol Verwendung.
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Als
Tackifier werden zunehmend auch Polyacrylate, welche ein geringes
Molgewicht aufweisen, verwendet. Vorzugsweise haben diese Polyacrylate
ein gewichtsmittleres Molekulargewicht Mw unter
30 000. Die Polyacrylate bestehen bevorzugt zu mindestens 60, insbesondere
mindestens 80 Gew.-% aus C1-C8 Alkyl(meth)acrylaten.
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Bevorzugte
Tackifier sind natürliche
oder chemisch modifizierte Kolophoniumharze. Kolophoniumharze bestehen
zum überwiegenden
Teil aus Abietinsäure
oder Abietinsäurederivaten.
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Die
Gewichtsmenge der Tackifier beträgt
z. B. 5 bis 100 Gew.-Teile. besonders bevorzugt 10 bis 50 Gew.-Teile.
bezogen auf 100 Gew.-Teile Polyacrylat (fest/fest).
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Bei
der Bestimmung der Schälfestigkeit
(Adhäsion)
wurde jeweils ein 2,5 cm breiter Prüfstreifen auf ein chromiertes
V2A-Prüfblech
geklebt und mit einer 1 kg schweren Rolle 1 mal angerollt. Er wurde
dann mit einem Ende in die oberen Backen einer Zug-Dehnungs-Prüfapparatur
eingespannt. Der Klebestreifen wurde mit 300 mm/min unter einem
180° Winkel
von der Prüffläche abgezogen
d. h. der Klebestreifen wurde umgebogen und parallel zum Prüfblech abgezogen
und der dazu benötigte
Kraftaufwand gemessen. Das Maß für die Schälfestigkeit
war die Kraft in N/2,5 cm, die sich als Durchschnittswert aus fünf Messungen
ergab.
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Die
Schälfestigkeit
wurde 24 Stunden nach der Verklebung bestimmt. Nach dieser Zeit
hat sich die Klebekraft voll ausgebildet.
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Abkürzungen:
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- BA:
- n-Butylacrylat
- AS:
- Acrylsäure
- FI:
- Fotoinitiator der
Formel I
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Zusammensetzung
des Haftklebstoff-polymeren in Gew.-%.
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Die
Haftklebstoffe werden vorzugsweise als Schmelzhaftklebstoffe verwendet,
d. h. sie werden aus der Schmelze auf die gewünschten Träger aufgetragen.
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Die
Schmelzklebstoffe sind vorzugsweise völlig oder zumindest weitgehend
frei von Wasser oder organischen Lösemitteln (insbesondere solchen
mit Siedepunkt unter 200°C
bei Normaldruck). Sie erhalten allenfalls den bereits oben genannten
Restgehalt an Wasser oder Lösemitteln.
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Insbesondere
eigenen sich die erfindungsgemäßen Haftklebstoffe
bzw. Schmelzklebstoffe zur Herstellung von selbstklebenden Artikeln,
wie Etiketten, Klebebändern
oder Klebefolien, z. B. Schutzfolien.
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Die
selbstklebenden Artikel bestehen im allgemeinen aus einem Träger und
einer ein- oder
beidseitig, vorzugsweise einseitig aufgebrachten Schicht des Klebstoffs.
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Die
Schichtdicke beträgt
vorzugsweise 20 bis 150 μm,
insbesondere 40 bis 150 μm,
insbesondere auch 100 bis 150 μm.
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Bei
dem Trägermaterial
kann es sich z. B. im Papier, Kunststofffolien aus Polyolefinen
oder PVC handeln.
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Die
selbstklebenden Artikel werden insbesondere dadurch hergestellt,
dass der Haftklebstoff auf den Träger aufgebracht wird und anschließend eine
Vernetzung mit UV-Licht
erfolgt.
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Die
selbstklebenden Artikel eignen sich für unterschiedlichste Substrate.
Die Substrate können
aus Metallen, Papier, Karton, Holz, Kunststoffen etc. sein.
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Die
erfindungsgemäßen Haftklebstoffe
bzw. Schmelzhaftklebstoffe haben eine gute Adhäsion und Kohäsion.
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Die
Kohäsion
wird durch die Bestrahlungsdosis eingestellt. Die Haftklebstoffe
haben aber eine hohe Toleranz gegen Schwankungen der Bestrahlungsdosis.
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Derartige
Schwankungen wirken sich kaum auf die Klebeeigenschaften, insbesondere
kaum auf die Adhäsion
aus.
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Insbesondere
können
auch Schichtdicken des Haftklebstoffs von 100 bis 200 μm mit guten
Klebeeigenschaften (Adhäsion/Kohäsion) erhalten
werden.
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Beispiele:
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Die
Haftklebstoffe wurden auf Polyesterfolie (Hostaphan RN 36) beschichtet,
auf ein Transportband gelegt und mit unterschiedlicher Bestrahlungsdosis
(UV-C2) Strahlung) bestrahlt.
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Anschließend wurde
die Schälfestigkeit
(Adhäsion)
bestimmt.