DE1594295A1 - Thermoplastischer Klebstoff - Google Patents

Description

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Beschreibung ,

zum Patentgesuch

der Firma UNITED SHOE, MCHINERY CORPORATION in Flemington, New Jersey, und Boston, Massachusetts, Ver. St. v. A.

betreffend: ,

Thermoplastischer Klebstoff ·

Priorität.;. 3. August 1962 - V. St.· A.

Die Erfindung bezieht sich auf eine thermoplastische Kleb stoffinasse, die in geschmolzenem Zustand aufgetragen'wird, und insbesondere auf Klebstcrffmkssen in Stangen-und Strangform mit verbesserter Haltbarkeit und Anwendbarkeiij.

Eine Klebstoffmasse in Stangen oder- Strängform, (diein folgendem kurz als "Strangzement"bezeichnet wird)die direkt durch eine Auftragsvorrichtung aufgetragen wird, hat den besonderen Vorteil, dass Stoffe, die normalerweise bei längerer Erwärmung einer wa*rmebedingten Zersetzung unterliegen, verwendet werden können und dabei eine Klebwirkung sicherstellen, die mit wärmebeständigeren Stoffen nicht erreicht . werden kann. Ebenfalls können solche Klebstoffmassen auf FlSchen mit grosser Genauigkeit und Geschwindigkeit aufgetragen werden. Ein besonders wirksamer Strangzement besteht aus

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Polyäthylen rait einem Isobutylpolymer und einem Kohlenwasserstoff harz.

Zur wirksamen Verwendung eineor thermoplastischen Klebstoffmasse soll diese im geschmolzenen Zustand eine solche Viskosität haben, dass die Klebstoffraasse glaichmHssig auf den Klebeflachen verteilt werden kann* jedoch gl.eichzeitig " eine geringe Pliessneigung aufweist. In einer solchen Kleb-

stoffmasse wird die Vereinigung derartiger Fliesseigenschaften in Verbindung mit Elastizität und Formstabilit&tj letztere erlauben die Bildung eines aufrollbaren Stranges, durch eine Mischung eines gummiartigen Isobuty!polymers mit Polyäthylen und einem Kohlenwasserstoffharz, das Polyäthylen bei höheren Temperaturen zu lösen vermag, sichergestellt.

Ein Gegenstand der Erfindung ist eine thermoplastische Klebstoffmasse mit einer Poly8thylenbasis, die kein Isobutylenpolymer erfordert, um die erwünschte Kombination von Eigenschaften für die Anwendung in geschmolzenen Zustand zu erhalten,und die Elastizität und FormstabilitSt für die Bildung eines Strangzementes und verbesserte Bindekraft für die verschiedensten Stoffe aufweist.

In der Klebstoffmasse der gegenwartigen Erfindung sind Klebstoffe mit hohem Schmelzpunkt verwendet, in denen hochmolekulare lineare Kopolymere des Äthylens und ungesättigter Monomeren mit gewissen Kohlenwasserstoffharzen vereinigt werden.

In der Kleb st off masse der ge genvSr feigen Erfindung werden thermoplastische Kohlenwasserstoffharze mit hochmolekularen linearen Kopolymeren des Sthylans und anderen ungesättigten Monomeren vereinigt, wobei der Anteil des Äthylens ausreichend hoch ist, um dessen Verträglichkeit mit den Kohlenwasserstoff* harzen sicherzustellen. Bei richtiger Wshl der Mengenverhalt-

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jnisse ergeben das Kopolymer und der Kohlenwasserstoffharz günstige Plie sseigenschaf ten, Benetzungs-und Bindeeigenschaften . für die verschiedensten Stoffe. Die Warte- und Abbindezeit können entsprechend der Auftragsgeschwindigkeit verändert werden. Die durch diese Kleb stoffmassen gebildeten Bindungen sind Kusser st WiderstahdsfShig, selbst bei verhSltnismassig tiefen . Temperaturen.

Die Kopolymere des Äthylens, verbunden mit einem Kohlenwasserstoffharz der gegenwärtigen Klebstoffmasse sind lineare hochmolekulare Harzstoffe mit einem Molekulargewicht von 100 000 bis;500 000, Schmelzpunkten im Bereich von 90 bis 125⁰C und einer ViskositSt von 150 000 bis 600000 Centipoises bei 190⁰C und einer Scherrate von 20 Reziproksekunden, gemessen an* einem Castor-Severs Extrusions-Rheometer. Diese Harze werden durch die Polymerisation einer Mischung aus einem Sthylenmonomer und anderen mono-ungesättigten Estermonomeren, wie z.B. aus Vinylazetat und einem Akrylester eines Alkohols mit 1 bis 2 Kohlenwasserstoff atome erhalten. Für die Zusammenwirkung mit dem Kohlenwasserstoffharz ist es wichtig, dass diese Kopolymere mindestens 60$ einer Äthylenkomponente enthalten und um die gewünschte Wirkung der anderen Monomere zu erhaltem, ist ein Anteil von mindestens 10$ dieser Monomere erforderlich. Die Kopolymere enthalten also von 60 bis 90 Gewichtsprozente einer Äthylenkotaponente mit ij.0 bis 10 Gewichtsprozente einer anderen MonomereKomponente. Besonders vorteilhafte Kopolymere enthalten 6p bis 80 Gewichtsprozente der Äthylenkomponente mit ,ungefähr 35 bis 20 Gewichtsprozente der anderen Komponente.

Die in der erfindungsgemSssen Klebstoffmasse verwendbaren Polyethylene cind Harze, die sich von Wachsen und Fetten unterscheiden, unl vieisen ein Molekulargewicht von über 10 000 und vorsuj;s-weise über Ip 000 auf.

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Andere Kohlenwasserstoffharze, die in dieser Zusammensetzung verwendet werden, weisen sich dadurch aus, dass sie in geschmolzener Form eine Lösungswirkung auf Polyäthylenharze besitzen. Ein bevorzugtes Kohlenwasserstoffharz ist ein PoIyterpenharz und insbesondere ein Beta-Pinenpolymer mit einem Schmelzpunkt von 85 bis 12j?^pC. Andere verwendbare Kohlenwasserstoffharze, die in geschmolzenem Zustand ,eine solche LÖsungswirkung aufweisen, schliessen Polymerprodukte, die durch katalytisch^ Polymerisation von ungesättigten Monomeren, die von gekracktem Erdöl erhalten werdSa und einen Schmelzpunkt von 85 bis 15O°C haben, und ein Harz ein, das aus Utah-Typ, Harz enthaltender Kohle erhalten wird und das im wesentlichen Kohlenstoff und Wasserstoff enthält, ein durchschnittliches spezifisches Gewicht von ungefähr 1000, · einen Brechungsindex von l5Wl-> ein spezifisches Gewicht von 1,03 bis l,06 und einen Schmelzpunkt von I60 bis l80°C hat.

Die harzartigen Polyäthylene haben im wesentlichen ein höheres Molekulargewicht als die anderen Kohlenwasserstoffharze, die für die gegenwärtige Klebstof ί masse als nützlich befunden wurden und wirken mit den Äthylenpolymeren so zusammen, dass eine Mischung sich durch ausgezeiclinete Auftragseigenschaften in geschmolzenem Zustand, Festigkeit und Aufrollbarkeit in Stangen oder Strangform und durch grosse Bindefestigkeit in erstarrtem Zustand, auszeichnet. Die Kohlenwasserstoffharze - andere als Polyäthylene - zeichnen sich besonders durch die Verbesserung der Benetzungseigenschaft der Klebstoffmasse und der Erhöhung der Verträglichkeit des Polyäthylens mit den Äthylenkopolymeren aus, so dass die ausgezeichneten Eigenschaften des Äthylenkopolymers und das harzartigen Polyäthylens für die Klebewirkung ausgenützt werden können.

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Es ist wichtig, dass die Mengenverhältnisse des Äthylenkopolymers mit sehr hohem spezifischen Gewicht und des harz- · artigen Polyäthylens mit hohem spezifischen Gewicht in einem Bereich gehalten werden, die eine SchmelzviskositÄt von 20 000 bis 250 000 Centipoises bei 190⁰C und eine Scherrate von 5Oi- Reziproksekunden, gemessen an einem Castor-Severs Extrusions-Rheometer, aufweisen. Um die möglichst geringste Viskosität zu erhalten, ist es wichtig, dass das Gesamtgewicht des Äthylenkopolymers und des harzartigen Polyäthylens mindestens \φ und vorzugsweise 65 Gewichtsprozente der thermoplastischen Komponente der Klebstoffmasse betragt. Zur Erhaltung eines wirkungsvollen Klebstoffes, müssen nicht weniger als 20% eines Kohlenwasserstoffharzes und nicht weniger als 5 Gewichtsprozent eines Äthylenkopolymers beigemischt werden. In den Folien, in denen harzartiges Polyäthylen und Äthylenkopolymer die thermoplastischen Komponente der Klebstoffmasse darstellen, werden GewichtsverhHltnisse von 5 bis 1ζ% des Kopolymers und von 95 bis Q%% des -Polyäthylens vorgezogen. Jedoch in FHllen, in denen andere Kohlenwasserstoffharze mit niedrigem Molekulargewicht zusammen mit einem Äthylenkopolymer die thermoplastischen. Komponente der Klebstoffmasse ausmachen, werden GewichtsVerhältnisse von 20 bis 3$%des Kohlenwasserstoffharzes und von 80 bis 6$% des Kopolymers vorgezogen.

In einem aufrollbaren Strang, in dem die thermoplastischen Komponente aus Äthylenkopolyraer, Polyäthylen und einem anderen Kohlenwasserstoffharz besteht, werden folgende GewichtsVerhältnisse vorgezogen: Ij? bis ^0$ Äthylenkopolymer, 3Θ bis 55^ harzartiges Polyäthylen und 20 bis 3%% des anderen Kohlenwasseratoffharzes.

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Neben Äthylenkopolymer und Koblenwasserstoffharzan können andere Stoffe, wie Anti-Oxidationsmittel oder Zusatzstoffe» die der Klebstoffmasse besondere Eigenschaften Verleihen, wie feine Mineralharz träger (Kalziumsilikstt, Russ etc.) dem-Klebstoff~ beigemischt werden.

Folgende Beispiele dienen zur Veranachaulichung der Erfindung, es wird jedoch darauf aufmerksam gemacht, dass die Erfindung sich nicht auf die besondere Zusammensetzung, Methode der Bereitung oder die verwendeten Stoffe beschränkt.

Beispiel I

35 Gewichtsteile eines Beta-Finenpolymerharzes (Schmelzpunkt 115⁰C) wird in einem Mixer bei l£Q°C geschmolzen. 20 Gewichtsteile eines Kopolymers (aus Äthylen und Äthylakrylat im Verhältnis von 75 zu 25) mit einem spezifischen Gewicht von

300 000 einer SchmelzviskositSt von ij.°0 000 Centipoises bei 190⁰C und einer Scherrate von 20 Reziproksekunden (Castör-Severs Extrusions-Rheometer) und einem Schmelzindex von 25* und lj.5 Gewichtsteile eines Polyäthylens mit einem Molekulargewicht von 18,000 werden zugegeben und gut vermischt* 2 Gewichtsteile eines Anti-Oxidationsmittels werden beigefügt und die Mischung bei einer Temperatur» von 135°0 in Strangform (6,4. mm) gegossen. Der noch warme und verformbare Strang wird in einem Wasserbad gekühlt und erhörtet, ur danach aufgerollt zu werden. Die Kleb stoffmasse hat eine Viskosität von 85 000 Centipoises bei 190⁰C und eine Scherrate von 50 Reziprofcaekunden (Castor-Severs Extrusipns-Rheometer)«

Der Strang wird von der Spul« entnommen und direkt durch für Strangzement verwendete Auftragvqrrichtungen zum Verkleben

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von Pappestreifen aufgetragen. Die Auftragstemperatur betrögt 2O0°C. Die Mischung weist sich durch eine hohe Anfangsbindekraft auf und hat eine Busserst geringe Abbindezeit. Der Klebstoff kann für die Verklebung von Aluminium, Zellophan, Filmen aus Kunststoffen, wie der als Mylar bezeichnete Polyester und ebenso mit einem Lacküberzug versehene Aluminiumflechen verwendet werden. Die Klebeschicht zeigte bei niedriger Temperatur ausgezeichnete Biegsamkeit und Widerstandskraft und selbst bei einer erhöhnten Temperatur von 70⁰G.

Beispiel II

35 Gewichtsteile eines Beta-Pinenpolymerharzes wurden in einen Mixer gebracht und bei l50°C geschmolzen. 20 Gewichts- " teile eines Kopolymers (aus Äthylen und Vinylazetat im GewichtsverhSltnis von 72:28) mit einem durchschnittliehen Molekulargewicht von 400 °0° und einer Schmelzviskositüt von 500 000 Centipoises bei 190⁰C und einer Scherrate von 20 Reziproksekunden werden beigemischt. I4.5 Gewichtsteile eines Polyäthylens mit einem Schmelzindex von 70, einem Molekulargewicht von l6 000 und 1 Gewichtsteil eines Anti-Oxidationsmittels, werden zugegeben. Nach kraftigem Mischen wird die Masse bei einer Temperatur von 132 bis 138⁰C in Strangform (6,ij. mm) gegossen. Der Klebstoff hat eine Schmelzviskosität von 85 000 Centipoises bei 190°C und eine Scherrate von 50 Reziproksekunden.

Der Klebstoff wurde bei einer Temperatur von 200⁰C aufgetragen und eignete sich vorteilhaft fUr die Verklebung von Kraftpapier, Pappe und Zellophan.

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Betspiel III

Eine weitere Zusammensetzung besteht aus Bk Gewichtsteilen eines Polyäthylens mit einem Molekulargewicht von 22 000; JjI Teilen eines Polyäthylens mit einem Molekulargewicht von 12 000 und 5 Teilen eines Rthylenvinylazetatkopolymers wie in Beispiel II. Die Polyäthylene werden in einem Mixer bei einer Temperatur von l60 bis 171°C zum Schmelzen gebracht. Das Sthylenvinylazetatkopölymer wird zugegeben und gründlich vermischt. Die Masse wird bei IJ4.9 bis l60°C erhitzt gegossen, in einem Wasserbad bei einer Temperatur von 13°C gekühlt und auf eine Spule aufgerollt. Der Klebstoff hat eine Schmelzviskositot von 250 000 Centipoises bei 190⁰C und eine Scherrate von £0 Reziproksekunden. .

Der Klebstoff wurde durch Strangzement-Auftragsvorrichtungen bei einer Temperatur von 232 bis 260°G aufgetragen und zum Verkleben von Papier und Polyöthylen-Schichtträgern verwendet. " , .

Beispiel IV

23 Gewichtsteile eines Beta-Pinenpolymerharzes mit einem Schmelzpunkt von 115>°C wurde in einem Mixer bei 126°G geschmolzen_# die Temperatur wurde auf llj.9^oC erhöht und 77 Teile eines Kopolymere (aus Äthylen und Äthylenakrylafc) mit einem Schmelzindex von 25» einer SchmelzviskositSt von lj.00 000 Centipoises bei 190⁰C und einer Scherrate von 20 Reziproksekunden und einem ' apttifliehen Gewicht von-£.00 000 beigemischt. Die Masse wird bal «Ifur Temper·tür von 135 bis 143⁰C in Strangform (6,Ij. mm) g«br«cht, In «flnem Wasserbad gekühlt und danach auf eine Spule aufgerollt. Der Klebstoff hat eine Schmelzviskosität von " 908£X4/1344 ^ßA0

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l65 000 Centipoises bei 190⁰C und eine Scherrate von 50 Reziproksekunden..

Der Klebstoff wurde bei einer Temperatur von 190 bis 200⁰C ftir die Verklebung von Papier, Neopren überzogene Faserstoffe, Polyäthylene und Polyäthylen überzogene Pappe, Zellophan, PoIyesterschichstoffe (Mylar) und Aluminium verwendet. Die Verklebungsschicht wies sich durch eine ausgezeichnete Biegsamkeit bei nied-ifiger Temperatur aus.

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Claims (1)

1. - ίο - ■■-■·.

   Pa t ent a η s ρ r U. c h"e :

   Ein lösungsmittelfreier thermoplastischer Klebstoff, der bei Zimmertemperatur trocken, unklebrig und fest ist, jedoch durch Wä"rme zum Benetzen und Verkleben von Klebeflächen verflüssigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass, der Klebstoff eine Schmelzviskosität von 20 000 bis 250 ,000 Centipoises bei 190⁰CjJLrId eine Scherrate von 50 Reziprokselcunden hat und dass die thermoplastischen Komponenten dea Klebstoffes eine Mischung aufweisen von a) mindestens 5 Gewichtsprozent eines hochmolekularen Kopolymers aus 60 bis 90 Gewichtsprozent eines Sthylenmonomers und L[O bis 10 Gewichtsprozent eines mono-ungesättigten Estermonomers, mit einem Schmelzpunkt von 90 bis 125⁰C, und b) mindestens 20 Gewichtsprozent eines Kohlenwassarstoffhärzes mit einem Schmelzpunkt von mindestens 85°C, das in geschmolzenem Zustand wenigstens begrenzte Vermischbarkeit mit Polyäthylen aufweist und zu der Gruppe bestehend aus harzartigen Polyäthylenen mit Molekulargewichten über 10 000, Polyterpenharzen, die aus Utah-Typ, Harz enthaltenden Kohlen gewonnen werden und harzartigen Polymerisationsprodukten, die durch katalytische Polymerisation einer Mischung ungesättigter Monomere gekrackten Erdöls gewonnen werden, wobei das iGesamtgewicht des Äthyl-enkopolymers und eines harzartigen Polyäthylens mindestens I4.O Gewichtsprozente der thermoplastischen Komponente ausmacht.

   2. Thermoplastischer Klebstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet^ dass das Kopolymer von 30 bis 55^ des harzartigen Polyäthylens, das ein Molekulargewicht Über 10 000 hat und von 20 bis 35 Gewichtsprozent einea Kohlenwasaeratoffharzea mit einem Schmelzpunkt von mindestens 85°C enthält.

   9 09834/1344 bad original

   3. Thermoplastischer Klebstpff nach Anspruch 1 in Form eines biegsamen Stranges, ist dadurch gekennzeichnet, dass ;- die thermoplastischen Komponenten des Klebstoffes eine Mischung von 15 bis Ij.0 Gewichtsprozent eines Kopolymers aus 65 bis 85 Gewichtsprozent Sthylen und 35 ^D*-^s 20 Gewichtsprozent eines Akrylesters eines Alkohols mit Ibis 2 Kohlenwasserstoff atomeiv aufweist und das Kopolymer einen Schmelzpunkt von 90 bis 125°C, eine SchmelzviskositMt von 1$Q 0Θ0 bie 600 000 Centipoises bei 190⁰C und eine Scherrate von 20 Reziproksekunden hat.

   Ij.. Thermoplastischer Klebstoff nach Anspruch 1 in Form eines biegsamen Stranges ,ist dadurch gekennzeichnet, dass

   ' die thermoplastischen Komponenten des Klebstoffes eine Mischung von ungefähr 15 bis if.0 Gewichtsprozent eines Kopolymers aus 65 bis 85 Gewichtsprozent Äthylen und 35 bis 20 Gewichtsprozent Vinylazetat aufweist und das Kopolyoner einen Schmelzpunkt von 90 bie 125°C und eine Schmelzviskosität von ISO 000 bis 600 000 Gentipoises bei 190⁰C und eine Scherrate

   ' von 20 Reziprokeekünden hat.

   5. Thermoplastischer Klebstoff nach allen vorangehenden

   Ansprüchen, dadurch gakennseichnet, dass das Kopolymer unge-

   V₅ fthr 30 bis 55% e ine β harzartigen Polyäthylens mit einem

   ,;:· Molekulargewicht tonHbep 10 000 und 20 bie 3££ eines Poly-Beta-pinen mit einem Sehmtlzpunkt von 85 bis 125°C enthllt.

   :. MG