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Die vorliegende Anmeldung
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Diese
Anmeldung ist eine nicht-vorläufige
Anmeldung, die die Priorität
der vorhergegangenen vorläufigen
Anmeldung mit der Serien-Nummer 60/213,862, mit dem Titel „Adhesive
Compositions", eingereicht
am 23. Juni 2000, beansprucht und auf die hierin ausdrücklich Bezug
genommen wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft wässrige
druckempfindliche Klebe(„PSA")-Mittel und insbesondere
solche Mittel, die in trockener Form entfernbar oder wiederpositionierbar
sind und die zur Verwendung bei herkömmlichen Transfer-Aufschichtungs-
bzw. Transfer-Beschichtungsverfahren angepasst sind.
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Feste
und hohle inhärent
klebrige Mikrokügelchen
aus einem Acrylatpolymeren sind im Stand der Technik zur Verwendung
bei Anwendungen von wiederpositionierbaren druckempfindlichen Klebemitteln
bekannt. Die Bezeichnung „wiederpositionierbar" bedeutet die Fähigkeit
des Materials, wiederholt an ein Substrat angeklebt werden zu können und
entfernt werden zu können,
ohne dass ein wesentlicher Verlust der Klebfähigkeit erfolgt.
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Die
Aufschichtung von solchen Klebemitteln aus Mikrokügelchen
auf Papier erfolgt in typischer Weise direkt. Die Aufschichtung
von Klebemitteln auf Wasserbasis auf Papier bringt aber aufgrund
einer Verwerfung des Papiers oftmals nicht-zufriedenstellende Ergebnisse
hervor. Dies wird durch Verwendung des gut bekannten Transfer-Aufschichtungs-
bzw. Transfer-Beschichtungsverfahrens
vermieden. Bei Transfer-Aufschichtungsverfahren unter Verwendung
von Klebemitteln auf Wasserbasis wird eine kontinuierliche Zwischensubstratschicht,
die gewöhnlich
einen Überzug
aus einem Silikon-Trennmittel enthält, d.h. der „release
liner" mit dem Klebemittel
beschichtet, das dann auf dem Zwischensubstrat getrocknet wird.
Hierauf wird das getrocknete Klebemittel von dem Zwischensubstrat
auf die Oberfläche
einer anderen Schicht (gewöhnlich
als „face stock" bezeichnet) in einer
Laminierungsstufe transferiert, wobei der face stock gewöhnlich kontinuierlich
auf das getrocknete Klebemittel aufgebracht und aufgepresst wird,
so dass beim Trennen der zwei Komponenten das Klebemittel von dem „release
liner" zu dem „face stock" transferiert wird.
Jedoch wegen der Natur der wiederpositionierbaren PSA-Mikrokügelchen
bzw. = perlen übertragen
diese sich nicht sauber und konsistent auf den „face stock", sondern bleiben
zumindest teilweise auf dem „release
liner" zurück.
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Die
U.S. 5,877,252 von Tsujimoto et al. spricht das Problem des Transferaufschichtens
auf einen Papier-face-stock dadurch an, dass den Mikrokügelchen
in dem Klebemittel auf Wasserbasis ein Bindemittel zugesetzt wird,
von dem es heißt,
dass es die Mikrokügelchen
miteinander mechanisch verschließt um den Transfer zu dem Substrat
der Endstufe bei dem Transferbeschichtungsverfahren zu erleichtern.
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Im
Stand der Technik besteht weiterhin ein Bedarf an Klebemitteln auf
Wasserbasis, die PSA-Mikrokügelchen
enthalten, und die ohne weiteres auf einen breiten Bereich von Endsubstratmaterialien
mit niedriger Oberflächenenergie
und mit hoher Oberflächenenergie
Transferaufgeschichtet werden können
oder direkt aufgeschichtet werden können oder die ohne weiteres
auf hitzeempfindliche oder voluminöse Stützmaterialien Transfer-aufgeschichtet
werden können,
die im Trockenofen schwierig handhabbar sind und die auch release-liner
zum Schutz des Klebemittels erfordern.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
sind nun entfernbare oder wiederpositionierbare Klebemittel auf
Wasserbasis, die PSA-Mikrokügelchen
enthalten, die leicht durch Transferbeschichten aufgeschichtet werden
können,
entdeckt worden. Demgemäß ist es
eine Hauptaufgabe dieser Erfindung, wässrige PSA-Mittel zur Verfügung zu stellen, die Transfer-beschichtbar
sind.
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Es
ist eine weitere Aufgabe, solche Mittel zur Verfügung zu stellen, die so eingestellt
werden können, dass
sie für
einen breiten Bereich von Anwendungen angepasst sind, welche verschiedene
Klebfestigkeiten und Einsatztemperaturen erfordern.
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Andere
Aufgaben liegen zum Teil auf der Hand und sie werden zum Teil aus
der folgenden detaillierten Beschreibung und den Ansprüchen ersichtlich.
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Gemäß der Erfindung
wird ein wässriges
Klebemittel zur Verfügung
gestellt, welches Folgendes umfasst: (a) etwa 5 bis etwa 75 Gew.-%
einer wässrigen
Suspension von Mikrokügelchen
aus einem Acrylatpolymeren; (b) etwa 25 bis etwa 95 Gew.-% einer
wässrigen
Emulsion eines vernetzten Acrylatpolymeren; und gegebenenfalls (c)
eine funktionell wirksame Menge von einem oder mehreren Hilfsbestandteilen
zur Modifizierung der Beschichtungseigenschaften oder zur Erhöhung der
Klebeigenschaften, wobei das Gewichtsverhältnis auf Feststoffbasis der
Mikrokügelchen
zu dem vernetzten Acrylatpolymeren etwa 0,025:1 bis etwa 1,9:1 beträgt.
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Weiterhin
wird gemäß der Erfindung
ein Gegenstand, umfassend ein face-stock-Material, auf das ein entfernbares oder
wiederpositionierbares druckempfindliches Klebemittel aufgeschichtet
worden ist, welches Folgendes umfasst: (a) Mikrokügelchen
aus einem Acrylatpolymeren, (b) ein vernetztes Acrylatpolymer und gegebenenfalls
(c) eine funktionell wirksame Menge von einem oder mehreren Hilfsbestandteilen
zur Modifizierung der Beschichtungseigenschaften oder zur Erhöhung der
Klebeigenschaften; wobei das Gewichtsverhältnis auf Feststoffbasis der
Mikrokügelchen
zu dem vernetzten Acrylatpolymeren etwa 0,025:1 bis etwa 1,9:1 beträgt, bereit
gestellt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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NICHT ANWENDBAR
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung stellt wässrige
Klebemittel zur Verfügung,
die als wiederpositionierbare druckempfindliche Klebemittel bei
der Herstellung von entfernbaren und wiederpositionierbaren Produkten
auf einer Vielzahl von Materialien mit niedriger Oberflächenenergie
und hoher Oberflächenenergie,
wie Etiketten, Notizpapier, Bänder
und dergleichen, geeignet sind. Diese Erfindung stellt auch wässrige Klebemittel
zur Verfügung,
die auf wärmeempfindliche
oder voluminöse
Stützmaterialien
bzw. Substratmaterialien durch Transferbeschichtung aufgebracht
werden können,
die in dem Trockenofen schwierig handhabbar sind und die auch einen „release
liner" zum Schutz
des Klebemittels benötigen.
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Die
wässrigen
Klebemittel gemäß der Erfindung
können
auf das „face
stock-Material" Transfer-aufgeschichtet
werden oder direkt aufgeschichtet werden.
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Eine
erste Ausführungsform
der Erfindung betrifft ein wässriges
Klebemittel, umfassend: (a) etwa 5 bis etwa 75 Gew.-% einer wässrigen
Suspension von Mikrokügelchen
aus einem Acrylatpolymeren; (b) etwa 25 bis etwa 95 Gew. % einer
wässrigen
Emulsion eines vernetzten Acrylatpolymeren; und gegebenenfalls (c)
eine funktionell wirksame Menge von einem oder mehreren Hilfsbestandteilen
zur Modifizierung der Beschichtungseigenschaften oder zur Erhöhung der
Klebeigenschaften, wobei das Gewichtsverhältnis auf Feststoffbasis der Mikrokügelchen
zu dem vernetzten Acrylatpolymeren etwa 0,025:1 bis etwa 1,9:1 beträgt.
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Die
erfindungsgemäß verwendbaren
Mikrokügelchen
aus einem Acrylatpolymeren schließen sowohl feste als auch hohle
Mikrokügelchen
ein. Die hierin verwendete Bezeichnung „fest" bedeutet Mikrokügelchen, die im Wesentlichen
keine inneren Hohlräume
oder innere Höhlungen
mit einem Durchmesser von größer als 10%
des Durchmessers der Mikrokügelchen
enthalten, obgleich eine feststellbare Anzahl von hohlen oder hohl erscheinenden
Mikrokügelchen
in dem gesamten Mikrokügelchenprodukt
feststellbar sein kann. Die hierin verwendete Bezeichnung „hohl" bedeutet Mikrokügelchen,
die mindestens einen Hohlraum oder eine innere Höhlung mit einem Durchmesser,
der größer als
10% des Durchmessers der Mikrokügelchen
ist, enthalten.
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Beispiele
für geeignete
hohle Mikrokügelchen
und Verfahren zu ihrer Herstellung werden in den U.S.-PSen Nrn.
5,053,436 und 5,578,650 beschrieben, auf die hierin in ihrer Gesamtheit
ausdrücklich
Bezug genommen wird. Geeignete feste Mikrokügelchen und Verfahren zu ihrer
Herstellung werden in der U.S.-PS Nr. 3,691,140, auf die hierin
in ihrer Gesamtheit ausdrücklich
Bezug genommen wird, und in der folgenden Beschreibung beschrieben.
Geeignete feste Mikrokügelchen
können
auch gemäß dem untenstehenden
Verfahren bzw. den untenstehenden Verfahren und gemäß den Beispielen
hergestellt werden.
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Die
derzeit bevorzugten Mikrokügelchen
aus einem Acrylatpolymeren sind feste Mikrokügelchen. Feste druckempfindliche
Mikrokügelchen
aus einem Acrylatpolymeren können
durch ein Suspensionspolymerisationsverfahren hergestellt werden,
das Folgendes umfasst: (a) die Kontaktierung einer polymerisierbaren wässrigen
Emulsion von mindestens einem nichtionischen Monomeren eines Alkylacrylat-
oder Alkylmethacrylatesters eines nicht-tertiären Alkohols mit mindestens
einem ionischen Monomeren, das mit dem genannten nichtionischen
Monomeren copolymerisierbar ist, und mindestens einer nicht durch
freie Radikale polymerisierbaren Säure; und (b) die Polymerisation
der Emulsion zur Bildung einer wässrigen
Suspension der genannten festen druckempfindlichen polymeren Klebemittel-Mikrokügelchen;
wobei die genannte nicht durch freie Radikale polymerisierbare Säure mit
der genannten polymerisierbaren wässrigen Emulsion vor der Erreichung
einer etwa 95%igen Umwandlung des genannten nichtionischen Monomeren
kontaktiert wird.
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Die
polymerisierbare wässrige
Emulsion kann dadurch hergestellt werden, dass Wasser, mindestens ein
nichtionisches Monomeres eines Alkylacrylat- oder Alkylmethacrylatesters
eines nicht-tertiären
Alkohols, mindestens ein mit dem nichtionischen Monomeren copolymerisierbares
ionisches Monomeres und ein Emulgator miteinander kontaktiert werden.
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Alternativ
können
die festen druckempfindlichen Mikrokügelchen aus einem Acrylatpolymeren
durch ein Suspensionspolymerisationsverfahren hergestellt werden,
das Folgendes umfasst: (a) die Bildung einer polymerisierbaren wässrigen
Emulsion durch Kontaktierung von Wasser, mindestens eines nichtionischen
Monomeren eines Alkylacrylat- oder Alkylmethacrylatesters eines
nicht-tertiären
Alkohols, mindestens eines mit dem genannten nichtionischen Monomeren
copolymerisierbares ionisches Monomeres und mindestens eines Emulgators,
(b) die Initiierung der Polymerisation und (c) die Zugabe von mindestens
einer nicht durch freie radikalisch polymerisierbaren Säure und
(d) die Polymerisation des die durch freie Radikale nicht polymerisierbare
Säure enthaltenden
Gemisches um die festen druckempfindlichen polymeren Klebemittel-Mikrokügelchen
zu bilden; wobei die nicht durch freie Radikale polymerisierbare
Säure zu
der polymerisierbaren wässrigen
Emulsion vor dem Erhalt einer etwa 95%igen Umwandlung des genannten
nichtionischen Monomeren zugesetzt wird.
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Nichtionische
Monomere, die zum Einsatz kommen können, schließen Alkylacrylat- oder Alkylmethacrylatester
eines nicht-tertiären
Alkohols ein. Die Alkylgruppen der Alkylacrylat- oder Alkylmethacrylatmonomeren
sind lineare oder verzweigte Alkylreste mit 4 bis etwa 14 Kohlenstoffatomen,
vorzugsweise 4 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen und mehr bevorzugt
4 bis etwa 8 Kohlenstoffatomen. Solche Acrylate und Methacrylate sind
oleophil, mit Wasser emulgierbar und sie haben eine eingeschränkte Wasserlöslichkeit
und als Homopolymere im Allgemeinen Glasübergangstemperaturen von unterhalb
etwa –20°C. Beispiele
für diese
Klasse von Monomeren schließen,
jedoch ohne Begrenzung darauf, folgende ein: Isooctylacrylat, 4-Methyl-2-pentylacrylat,
2-Methylbutylacrylat, Isoamylacrylat, sek.-Butylacrylat, n-Butylacrylat,
2-Ethylhexylacrylat,
Isodecylmethacrylat, Isononylacrylat, Isodecylacrylat und dergleichen,
und zwar entweder einzeln oder in Gemischen.
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Die
derzeit bevorzugten nichtionischen Monomeren sind 2-Ethylhexylacrylat,
n-Butylacrylat und
Gemische davon, wobei das 2-Ethylhexylacrylat am meisten bevorzugt
wird.
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Ionische
Monomere, die verwendet werden können,
sind ionische Monomere, die mit dem nichtionischen Monomeren copolymerisierbar
sind und die wasserlöslich
und im Wesentlichen ölunlöslich sind.
Unter im Wesentlichen ölunlöslich und
wasserlöslich
soll verstanden werden, dass das Monomere eine Löslichkeit von weniger als 0,5
Gew.-% und ein Verteilungsverhältnis
(D) bei gegebener Temperatur (vorzugsweise 50° bis 65°C) der Löslichkeit in dem Öl- phasen-Monomeren
zu der Löslichkeit
in der wässrigen
Phase von weniger als etwa 0,005 hat, d.h. dass folgender Beziehung
genügt
wird:
D = Gesamtkonzentration in der organischen Schicht
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Gesamtkonzentration in der
wässrigen
Schicht
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Solche
ionische Monomere schließen
die Alkalimetall-, Ammonium- oder Aminsalze einer Säure, ausgewählt aus
monoolefinischen Monocarbonsäuren,
monoolefinischen Dicarbonsäuren
oder Gemischen davon ein.
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Die
bevorzugten Alkalimetallsalze sind die Natrium- und Kaliumsalze.
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Geeignete
Aminsalze schließen
die Kationen, abgeleitet von allen beliebigen wasserlöslichen Amin-enthaltenden
organischen Verbindungen ein. Beispiele für geeignete Aminsalze schließen, jedoch
ohne Begrenzung darauf, Kationen, angegeben durch die Formel (R)4N+, wobei jedes
R unabhängig
voneinander für
Wasserstoff, Alkyl mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Aminoalkyl mit
2 bis 10 Kohlenstoffatomen oder Hydroxyalkyl mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen
bedeutet, mit der Maßgabe,
dass mindestens eines von R kein Wasserstoff ist, ein. Die Gruppierung
(R)4N+ kann ein
primäres,
sekundäres
oder tertiäres
Ammonium oder ein quaternäres
Ammonium sein. Vorzugsweise ist das Aminsalz Triethanolammonium.
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Die
derzeit bevorzugten Salze sind die Alkalimetalle und die Ammoniumsalze,
wobei die Natrium- und Ammoniumsalze am meisten bevorzugt werden.
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Beispiele
für geeignete
ionische Monomere schließen,
jedoch ohne Begrenzung darauf, die Salze der Acrylsäure, der
Methacrylsäure,
der Fumarsäure,
der Maleinsäure,
der Itaconsäure,
der Crotonsäure
und Gemische davon ein. Die derzeit bevorzugten Säuren sind
Acrylsäure
und Methacrylsäure,
wobei die Acrylsäure am
meisten bevorzugt wird.
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Die
ionischen Monomeren können
direkt zu dem Polymerisations-Reaktions-Gemisch gegeben werden oder
sie können
in situ gebildet werden, indem eine monoolefinische Monocarbonsäure, eine
monoolefinische Dicarbonsäure
oder ein Gemisch davon und eine Verbindung, ausgewählt aus
einem Alkalimetallhydroxid, einem Ammoniumhydroxid oder einem Amin,
zugegeben wird. Wenn das ionische Monomere in situ gebildet wird,
dann wird die durch freie Radikale nicht-polymerisierbare Säure mit
der polymerisierbaren wässrigen
Emulsion nach der Bildung des ionischen Monomeren kontaktiert.
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Die
Zusammensetzung der Copolymer-Mikrokügelchen kann als die für die Polymerisation
zugegebenen Mengen des nichtionischen Monomeren und des ionischen
Monomeren ausgedrückt
werden. Die zugegebene Menge der nichtionischen und der ionischen
Monomeren kann, ausgedrückt
als Gew.-%, bezogen auf das gesamte Monomere, das für die Polymerisation
zugesetzt wird, ausgedrückt
werden. In breitem Sinne enthält
das zugesetzte Monomere etwa 85 bis etwa 99,5 Gew.-% nichtionisches
Monomeres und etwa 0,5 bis etwa 15 Gew.-% ionisches Monomeres, vorzugsweise
etwa 90 bis etwa 99,5 Gew.-% nichtionisches Monomeres und etwa 0,5
bis etwa 10 Gew.-% ionisches Monomeres, und noch mehr bevorzugt
etwa 94 bis etwa 98 Gew.-% nichtionisches Monomeres und etwa 2 bis
etwa 6 Gew.-% ionisches Monomeres.
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Die
nicht durch freie Radikale polymerisierbaren Säuren, die verwendet werden
können,
schließen
beliebige der zahlreichen Säuren
ein, von denen im Stand der Technik bekannt ist, dass sie nicht
durch freie Radikale polymerisierbar sind. Typischerweise umfassen
Säuren,
die nicht durch freie Radikale polymerisierbar sind, keine Kohlenstoff
Kohlenstoff-Doppelbindungen
und sie können
entweder organische oder anorganische Säuren sein. Beispiele für geeignete,
nicht durch freie Radikale polymerisierbare Säuren schließen, jedoch ohne Begrenzung
darauf, Essigsäure,
Hexansäure,
Phenylundecansäure,
Stearinsäure,
Salzsäure,
Schwefelsäure
oder Gemische davon ein. Derzeit ist die bevorzugte, nicht durch
freie Radikale polymerisierbare Säure Schwefelsäure aufgrund
der damit erzielbaren ausgezeichneten Ergebnisse.
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Im
breiten Sinne wird die nicht durch freie Radikale polymerisierbare
Säure in
einer genügenden
Menge zur Verfügung
gestellt, dass ein pH-Wert von weniger als etwa 6, vorzugsweise
weniger als etwa 4 in dem resultierenden Polymerisationsreaktionsgemisch,
gemessen unter Verwendung eines pH-Messgeräts, erhalten wird.
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Ausgenommen
wie oben in dem Fall vorgesehen, dass das ionische Monomere in situ
gebildet wird, kann die nicht durch freie Radikale polymerisierbare
Säure zu
dem Polymerisationsreaktionsgemisch zu jedem beliebigen Zeitpunkt
vor dem Erhalten einer etwa 95%igen Umwandlung, vorzugsweise einer
etwa 90%igen Umwandlung, des nichtionischen Monomeren zugesetzt
werden. Es wird derzeit bevorzugt, die nicht durch freie Radikale
polymerisierbare Säure
nach der Initiierung der Polymerisation zuzusetzen. So kann beispielsweise
die nicht durch freie Radikale polymerisierbare Säure zu dem
Polymerisationsreaktionsgemisch nach dem Erhalt einer 5%igen bis
etwa 15%igen Umwandlung des nichtionischen Monomeren zugegeben werden.
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Die
Polymerisationsreaktion kann in jedem beliebigen herkömmlichen
Reaktionsgefäß durchgeführt werden,
das für
die Suspensionspolymerisation geeignet ist. Wenn die Hitzeabführungskapazität des bei
der Polymerisation verwendeten Reaktionsgefäßes so ist, dass die exotherme
Natur der Reaktion bewirkt, dass die Temperatur des Polymerisationsgemisches
die Temperatur der zur Kontrolle der Temperatur verwendeten Wärmeübertragungsflüssigkeit übersteigt,
dann wird der Zeitraum, während
dem die Temperatur des Polymerisationsgemisches die Temperatur der
zur Kontrolle der Temperatur verwendeten Wärmeübertragungsflüssigkeit übersteigt,
hierin als „exotherm" bezeichnet. Wenn
die Polymerisation in einem Polymerisationsgefäß unter Verwendung eines Temperaturprofils
der Polymerisationsreaktion, wie demjenigen, wie unmittelbar oben beschrieben,
durchgeführt
wird, dann wird es bevorzugt, die nicht durch freie Radikale polymerisierbare
Säure während des
exothermen Zeitraums zum Erhalt der besten Klebemittel-Tranfereigenschaften
der erfindungsgemäßen Mikrokügelchen
zuzugeben.
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Wenn
das Polymerisationsreaktionsgefäß eine ausreichende
Kapazität
für die
Wärmeentfernung
derart hat, dass kein exothermer Zeitraum auftritt, dann wird es
derzeit bevorzugt, die nicht durch freie Radikale polymerisierbare
Säure nach
der Initiierung der Polymerisation zuzusetzen.
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Die
Verfahren verwenden mindestens einen Emulgator in einer größeren Konzentration
als die kritische Mizellenkonzentration, definiert als minimale
Emulgatorkonzentration, die für
die Bildung von Mizellen erforderlich ist. Diese Konzentration schwankt
bei den einzelnen Emulgatoren geringfügig und verwendbare Konzentrationen
liegen typischerweise im Bereich von etwa 0,0001 bis etwa 3,0 mol/Liter.
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Emulgatoren,
d.h. oberflächenaktive
Mittel, die verwendet werden können,
schließen
anionische, nichtionische, kationische und amphotere Emulgatoren
sowie Gemische davon ein. Anionische Emulgatoren werden derzeit
bevorzugt. Beispiele für
geeignete anionische Emulgatoren schließen, jedoch ohne Begrenzung darauf,
Alkylarylsulfonate (z.B. Natriumdodecylbenzolsulfonat), Alkylsulfate
(z.B. Natriumdodecylsulfat, Ammoniumdodecylsulfat), Sulfate von
ethoxylierten Alkoholen (z.B. Natriumlaurylethersulfat), Sulfate
und Sulfonate von ethoxylierten Alkylphenolen (z.B. das Natriumsalz
von Alkylarylpolyethersulfonaten), Sulfosuccinate (z.B. Natriumdioctylsulfosuccinat),
Diphenylsulfonate (z.B. Natriumdodecyldiphenyloxiddisulfonat) und
Gemische davon ein. Beispiele für
geeignete nichtionische Emulgatoren schließen, jedoch ohne Begrenzung
darauf, ethoxylierte Alkohole (z.B. ethoxylierten Oleylalkohol),
ethoxylierte Alkylphenole (z.B. Nonylphenolethoxylat) und Gemische
davon ein. Beispiele für
geeignete kanonische Emulgatoren schließen, jedoch ohne Begrenzung
darauf, ethoxylierte Fettamine (z.B. ethoxyliertes Talgamin) ein.
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Die
Verfahren verwenden auch mindestens einen öllöslichen Polymerisationsinitiator
mit sehr geringer Löslichkeit
in Wasser. Öllösliche,
im Wesentlichen wasserunlösliche
Polymerisationsinitiatoren sind solche, die normalerweise für die Polymerisation
von Acrylatmonomeren durch freie Radikale geeignet sind und sie
sind im Stand der Technik gut bekannt. Die typische Konzentration
der öllöslichen,
im Wesentlichen wasserunlöslichen
Polymerisationsinitiatoren beträgt
etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,1 Gew.-% bis
etwa 15 Gew.-% des Gesamtgewichts der in die Polymerisation eingeführten nichtionischen
und ionischen Monomeren.
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Öllösliche,
im Wesentlichen wasserunlösliche
Polymerisationsinitiatoren, die verwendet werden können, schließen Azoverbindungen,
Peroxide und dergleichen sowie Gemische davon ein. Beispiele für Azoverbindungen
schließen,
jedoch ohne Begrenzung darauf, 2,2'-Azobisisobutyronitril
(VAZO 64 von der Firma E.I. duPont de Nemours and Company), 2,2'-Azobis-(2-methylbutyronitril) (VAZO
67 von der Firma E.I. duPont de Nemours and Company) und Gemische
davon ein. Beispiele für
Peroxide schließen,
aber ohne Begrenzung darauf, Benzoylperoxid (Cadet BPO von der Firma
Akzo Nobel Chemicals Inc.), Di-(2-ethylhexyl)peroxydicarbonat (Trigonox
EHP von der Firma Akzo Nobel Chemicals Inc.) und Gemische davon
ein.
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Der öllösliche,
im Wesentlichen wasserunlösliche
Polymerisationsinitiator kann zu der polymerisierbaren wässrigen
Emulsion gegeben werden und die Polymerisation kann vor oder nach
der Kontaktierung der durch freie Radikale nicht polymerisierbaren
Säure mit
der polymerisierbaren wässrigen
Emulsion initiiert werden. Es wird derzeit bevorzugt, dass der öllösliche,
im Wesentlichen wasserunlösliche
Polymerisationsinitiator zugesetzt wird und dass die Polymerisation
initiiert wird, bevor die nicht durch freie Radikale polymerisierbare Säure mit
der polymerisierbaren wässrigen
Emulsion kontaktiert wird.
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Die
Polymerisation kann durch alle beliebigen herkömmlichen Methoden, die dem
Fachmann bekannt sind, initiiert werden, wie durch Erhitzen oder
Bestrahlung. Das Verfahren der Initiierung hängt von dem öllöslichen,
im Wesentlichen wasserunlöslichen
Polymerisationsinitiator, der verwendet wird, ab und liegt für den Fachmann
ohne weiteres auf der Hand.
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Die
Verfahren wenden gegebenenfalls mindestens einen wasserlöslichen
Initiator an. Solche wasserlöslichen
Polymerisationsinitiatoren sind im Stand der Technik gut bekannt.
Die wasserlöslichen
Polymerisationsinitiatoren können
allein verwendet werden oder sie können in Kombination mit einem
oder mehreren herkömmlichen
Reduktionsmitteln, wie Bisulfiten, Metabisulfiten, Ascorbinsäure, Natriumformaldehydsulfoxylat, Eisen(II)-sulfat,
Eisen(II)-ammoniumsulfat, Eisen(III)-ethylendiamintetraessigsäure und
dergleichen, eingesetzt werden. Die Konzentration der wasserlöslichen
Polymerisationsinitiatoren, die bei dem Verfahren gemäß der Erfindung
angewendet wird, ist diejenige Menge, die dahingehend wirksam ist,
das wässrige,
nichtumgewandelte ionische Monomere weiter zu verringern bzw. zu
reduzieren. Typischerweise beträgt
die Konzentration der wasserlöslichen
Polymerisationsinitiatoren etwa 0,04 bis etwa 5 Gew.-%, vorzugsweise
etwa 0,05 bis etwa 2 Gew.-%, des Gesamtgewichts der der Polymerisation
zugeführten
nichtionischen und ionischen Monomeren.
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Wasserlösliche Polymerisationsinitiatoren,
die verwendet werden können,
schließen
wasserlösliche Persulfate,
Peroxide, Azoverbindungen und dergleichen sowie Gemische davon ein.
Beispiele für
wasserlösliche
Initiatoren schließen,
jedoch ohne Begrenzung darauf, Persulfate (z.B. Kaliumpersulfat
und Natriumpersulfat), Peroxide (z.B. Hydrogenperoxid und tert.-Butylhydroperoxid)
und Azoverbindungen (z.B. 4,4'-Azobis-(4-cyanopentansäure), V-510
der Firma Wako Chemicals ein). Die derzeit bevorzugten wasserlöslichen Polymerisationsinitiatoren
sind die Persulfate und zwar insbesondere das Kaliumpersulfat.
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Der
wasserlösliche
Polymerisationsinitiator kann zu dem Polymerisationsgemisch gegeben
werden, nachdem eine etwa 90%ige, vorzugsweise etwa 95%ige Umwandlung
des nichtionischen Monomeren erreicht worden ist. Wenn die Polymerisation
in einem Polymerisationsgefäß derart
durchgeführt
wird, dass die exotherme Natur der Reaktion bewirkt, dass die Temperatur
des Polymerisationsgemisches die Temperatur der zur Kontrolle der
verwendeten Wärmeübertragungsflüssigkeit überschreitet,
dann kann der wasserlösliche
Polymerisationsinitiator nach der exothermen Phase zugesetzt werden.
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Wasser
wird dazu eingesetzt um die polymerisierbare wässrige Emulsion herzustellen,
die bei den Verfahren verwendet wird. Obgleich nicht erforderlich,
wird es doch derzeit bevorzugt, Wasser mit einem niedrigen Ionengehalt
einzusetzen.
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Die
Polymerisationstemperatur hängt
von der Auswahl des öllöslichen,
im Wesentlichen wasserunlöslichen
Polymerisationsinitiators und der Methode der Initiierung ab und
sie wird dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich. Wenn beispielsweise
Benzoylchlorid als öllöslicher,
im Wesentlichen wasserunlöslicher
Polymerisationsinitiator verwendet wird, dann liegt die Polymerisationstemperatur
typischerweise im Bereich von etwa 60°C bis etwa 90°C.
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Die
Polymerisationszeit ist die Zeit, die erforderlich ist, die gewünschte Umwandlung
auf der Basis der anderen Reaktionsbedingungen, z.B. des Temperaturprofils
und der Reaktionskomponenten, z.B. der Monomeren, des Initiators
etc., zu erreichen. Die Polymerisationszeit ist für den Fachmann
ohne weiteres ersichtlich.
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Die
Polymerisation wird vorzugsweise bei atmosphärischem Druck und unter einer
inerten Atmosphäre
durchgeführt.
Geeignete inerte Gase schließen
Stickstoff, Argon, Kohlendioxid, Helium, Krypton, Xenon und Neon
ein, wobei Stickstoff bevorzugt wird. Jedoch kann die Polymerisation
auch bei erhöhtem
Druck durchgeführt
werden, wenn es gewünscht
wird. Obgleich die Polymerisation auch unter einer Sauerstoff-enthaltenden Atmosphäre durchgeführt werden
könnte,
wird dies deswegen nicht bevorzugt, weil die Anwesenheit von Sauerstoff
die Polymerisation hemmt. Wenn das Polymerisationsgemisch Sauerstoff
enthält,
dann muss dieser ausgetrieben oder verbraucht werden, bevor die
Polymerisationsreaktion initiiert werden kann.
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Nach
der Polymerisation ist die wässrige
Suspension der Copolymer-Mikrokügelchen
gegenüber
einer Agglomerierung oder einer Koagulierung bei Raumtemperaturbedingungen
stabil. Die Suspensionen der Copolymer-Mikrokügelchen haben typischerweise
Feststoffgehalte von etwa 10 bis etwa 50 Gew.-%, vorzugsweise etwa
20 bis etwa 40 Gew.-%.
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Eine
Scherkraft, wie sie durch Rühren
induziert wird, wird dazu eingesetzt um die Teilchengröße wirksam
zu kontrollieren. Es wird derzeit bevorzugt, eine genügende Scherkraft
zu induzieren um Mikrokügelchen mit
einer mittleren Teilchengröße von weniger
als etwa 200 μm,
vorzugsweise von weniger als etwa 100 μm und mehr bevorzugt von etwa
15 μm bis
etwa 50 μm
zu erhalten. Wenn das Ausmaß der
Scherkraft zu hoch ist, dann besteht die Neigung, dass die gebildeten
Teilchen so fein werden, dass sie sich beim Aufbringen auf ein Substrat
bei mäßigen Beschichtungsgewichten
wie ein kontinuierlicher Film verhalten. Wenn die Mikrokügelchen
zu klein sind, dann treten höhere
Haftkräfte
und ein Haftaufstau auf. Wenn die Scherkraft zu niedrig ist, dann
werden Teilchen mit zu hoher Größe gebildet.
Wenn die Mikrokügelchen
zu groß sind,
dann erfolgt ein gesteigerter Transfer des Klebstoffs. Vorzugsweise
sollten Scherraten angewendet werden, die ausreichend sind um Mikrokügelchen
zur Verfügung
zu stellen, die eine mittlere Teilchengröße von weniger als etwa 200 μm haben.
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Alle
beliebigen herkömmlichen
Gewinnungstechniken, die dem Fachmann bekannt sind, können dazu zum
Einsatz kommen um die Mikrokügelchen
zu gewinnen oder man kann auch so vorgehen, dass man die wässrige Dispersion
der Mikrokügelchen
direkt aus dem Endpolymerisationsreaktionsgemisch einsetzt. Es wird
derzeit bevorzugt, die wässrige
Dispersion der Mikrokügelchen
aus dem Endpolymerisationsreaktionsgemisch direkt einzusetzen um
eine wässrige
Suspension von Mikrokügelchen
aus einem Acrylatpolymeren zur Verwendung in inhärent klebrigen druckempfindlichen
wässrigen
Klebemitteln gemäß der Erfindung
zur Verfügung
zu stellen.
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Die
wässrige
Emulsion des vernetzten Acrylatpolymeren gemäß der Erfindung ist ein Acrylemulsionspolymeres
mit niedriger Glasübergangstemperatur
(Tg). Im breiten Sinne ist der Tg-Wert des erfindungsgemäßen vernetzten Acrylatpolymeren
kleiner als 0°C
und beträgt
vorzugsweise etwa –10°C bis etwa –50°C. Die Emusion
des vernetzten Acrylatpolymeren kann nach allen beliebigen herkömmlichen,
freie Radikale-Polymerisationen hergestellt werden, die dem Fachmann
bekannt sind.
-
Das
Acrylemulsionspolymere gemäß der Erfindung
mit niedrigem Tg Wert ist das Polymerisationsprodukt
eines Alkylaerylatmonomeren und eines olefinisch multifunktionellen
Monomeren, gegebenenfalls in Gegenwart von anderen bzw. weiteren
polymerisierbaren Monomeren. Die Acrylemulsionspolymerzusammensetzung
mit niedrigem Tg Wert besteht (bezogen auf
das gesamte Monomere, das der Polymerisation zugeführt wird,)
aus etwa 50 bis etwa 99,9, vorzugsweise etwa 60 bis etwa 98, Gew.-%
Alkylacrylatmonomerem, etwa 0,1 bis etwa 1, vorzugsweise etwa 0,15
bis etwa 0,5 Gew.-% multifunktionellem Monomerem und 0 bis etwa 49,9,
vorzugsweise etwa 1,5 bis etwa 39,85 Gew.-% anderen polymerisierbaren
Monomeren.
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Die
Alkylgruppen des Alkylacrylatmonomeren sind lineare oder verzweigte
Alkylgruppen mit 4 bis etwa 14 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 4
bis etwa 10 Kohlenstoffatomen, mehr bevorzugt 4 bis etwa 8 Kohlenstoffatomen.
Beispiele für
diese Klasse von Monomeren schließen, jedoch ohne Begrenzung
darauf, Isooctylacrylat, 4-Methyl-2-pentylacrylat, 2-Methylbutylacrylat,
Isoamylacrylat, sek.-Butylacrylat, n-Butylacrylat, n-Hexylacrylat,
n-Octylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, n-Decylacrylat, Isononylacrylat,
Isodecylacrylat, n-Laurylacrylat und dergleichen, entweder einzeln
oder im Gemisch, ein.
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Die
derzeit bevorzugten Alkylacrylatmonomeren sind 2-Ethylhexylacrylat,
n-Butylacrylat und
Gemische davon.
-
Das
multifunktionelle Monomere ist ein vernetzendes Monomeres, ausgewählt aus
der Gruppe von multifunktionellen Monomeren mit Einschluss von Diacrylaten,
Dimethacrylaten, Trimethacrylaten, Divinylbenzol oder Monomeren
mit mehreren olefinischen Unsättigungen,
die bei den Bedingungen einer freie Radikale-Emulsionspolymerisation
reaktiv sind.
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Beispiel
für geeignete
multifunktionelle Monomere schließen, jedoch ohne Begrenzung
darauf, Ethylenglykoldiacrylat, Propylenglykoldiacrylat, Allylmethacrylat,
Glycidylmethacrylat, Allylglycidyletheralkohol, Hexandioldiacrylat,
Ethylenglykoldiacrylat, Diethylenglykoldimethylacrylat, 1,3-Butanglykoldimethacrylat,
Pentaerythrittrimethacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat und
Gemische davon ein. Die derzeit bevorzugten multifunktionellen Monomeren
sind Hexandioldiacrylat (HDDA) und Allylmethacrylat.
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Geeignete
andere bzw. weitere polymerisierbare Monomere werden aus Alkylestern
der Methacrylsäure,
Styrol, Allylestern von ungesättigten
Monocarbonsäuren,
Vinylestern, Vinylethern, Hydroxyl-enthaltenden Alkylestern von
Acryl- und Methacrylsäure,
Dialkylestern von monoethylenisch ungesättigten Dicarbonsäuren, ethylenisch
ungesättigten
Monocarbonsäuren
und Polycarbonsäuren
und den Anhydriden oder Nitrilen ausgewählt. Die derzeit bevorzugten
anderen bzw. weiteren polymerisierbaren Monomeren sind Methylmethacrylat,
Vinylacetat und Gemische davon.
-
Das
Acrylemulsionspolymere mit niedrigem Tg Wert
kann in Gegenwart von vielen oberflächenaktiven Mitteln, wie nichtionischen
und anionischen oberflächenaktiven
Mitteln, hergestellt werden.
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Beispielhafte
Emulsionen von vernetzten Acrylatpolymeren und Verfahren zu ihrer
Herstellung werden in den U.S.-PSen 5,763,555 (Skoglund), 3,971,766
(Ono et al.), 3,998,997 (Mowdood et al.), 4,151,147 (Neuschwanter
et al.) und 4,507,429 (Lenny) beschrieben. Auf alle diese Druckschriften
wird in ihrer Gesamtheit hierin Bezug genommen.
-
Der
in Gew.-% ausgedrückte
Feststoffgehalt der Mikrokügelchen
aus dem Acrylatpolymeren in der wässrigen Suspension der Mikrokügelchen
aus Acrylatpolymeren beträgt
etwa 10 bis etwa 50 Gew.-%, vorzugsweise etwa 20 bis etwa 40 Gew.-%.
Der in Gew.-% ausgedrückte
Feststoffgehalt des vernetzten Acrylatpolymeren in der wässrigen
Emulsion des vernetzten Acrylatpolymeren beträgt etwa 40 bis etwa 65 Gew.-%, vorzugsweise
etwa 50 bis etwa 60 Gew.-%.
-
Das
wässrige
Klebemittel gemäß der Erfindung
enthält
etwa 5 bis etwa 75, vorzugsweise etwa 40 bis etwa 75 Gew.-% einer
wässrigen
Suspension von Mikrokügelchen
aus einem Acrylatpolymeren und etwa 25 bis etwa 95, vorzugsweise
etwa 25 bis etwa 60 Gew.-% einer wässrigen Emulsion des vernetzten
Acrylatpolymeren. Auf Feststoffbasis beträgt das Gewichtsverhältnis der
Mikrokügelchen
zu dem vernetzten Acrylatpolymeren etwa 0,025:1 bis etwa 1,9:1,
vorzugsweise etwa 0,03:1 bis etwa 1,6:1.
-
Die
optionalen Hilfsbestandteile in den wässrigen Klebemitteln gemäß der Erfindung
werden aus der Gruppe von oberflächenaktiven
Mitteln, Entschäumungsmitteln,
Modifizierungsmitteln für
die Viskosität,
Neutralisationsmitteln, Mitteln zur Fließkontrolle, Stabilisatoren
oder Klebrigmachungsmitteln ausgewählt. Die bevorzugten wässrigen
Klebemittel gemäß der Erfindung
enthalten mindestens ein oberflächenaktives
Mittel, mindestens ein Entschäumungsmittel,
mindestens ein Mittel zur Modifizierung der Viskosität und mindestens ein
Neutralisationsmittel.
-
Wenn
in den wässrigen
Klebemitteln gemäß der Erfindung
vorhanden, dann liegen die oberflächenaktiven Mittel in einer
wirksamen Menge vor um die Oberflächenenergie/Oberflächenspannung
des Klebstoffs zu erniedrigen, und zwar insbesondere für Anwendungszwecke
auf Oberflächen
mit niedriger Energie, z.B. Polyolefine und Polyester. Wenn verwendet,
beträgt
die Konzentration der oberflächenaktiven
Mittel typischerweise etwa 0,1 bis etwa 1,15 Gew.-%, vorzugsweise
etwa 0,2 bis etwa 0,9 Gew.-% des Gesamtgewichts der wässrigen
Suspension der Mikrokügelchen
aus dem Acrylatpolymeren und der wässrigen Emulsion des vernetzten Acrylatpolymeren.
-
Solche
oberflächenaktiven
Mittel sind im Stand der Technik gut bekannt. Beispiele für geeignete
oberflächenaktive
Mittel schließen,
jedoch ohne Begrenzung darauf, anionische oberflächenaktive Mittel, wie Olefinsulfonate,
Alkylsulfate, Sulfobernsteinsäureester,
Polyglykolethersulfate und -phosphate, nichtionische oberflächenaktive
Mittel, wie Nonylphenolethoxylate, Alkylethoxylate, Alkoxylate und
Gemische davon ein.
-
Wenn
in den wässrigen
Klebemitteln gemäß der Erfindung
vorhanden, liegen die Entschäumungsmittel
in einer Menge vor, die dazu wirksam ist, die Schaumbildung zu hemmen.
Wenn verwendet, beträgt
die Konzentration der Entschäumungsmittel
typischerweise etwa 0,05 bis etwa 0,4 Gew.-%, vorzugsweise etwa
0,1 bis etwa 0,25 Gew.-% des Gesamtgewichts der wässrigen
Suspension der Mikrokügelchen
aus dem Acrylatpolymeren und der wässrigen Emulsion des vernetzten
Acrylatpolymeren.
-
Solche
Entschäumungsmittel
sind im Stand der Technik gut bekannt. Beispiele für geeignete
Entschäumungsmittel
schließen,
jedoch ohne Einschränkung
darauf, Fettsäureamide,
Ester, Esteramide, Polyalkylenglykole, Organophosphate, Metallseifen
von Fettsäuren,
Silikonöle,
hydrophobes Siliciumdioxid und Gemische davon ein.
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Wenn
in den wässrigen
Klebemitteln gemäß der Erfindung
vorhanden, liegen die Mittel für
die Modifizierung der Viskosität
in einer wirksamen Menge vor um die Viskosität der wässrigen Klebemittel entsprechend den
Verarbeitungs- bzw. Bearbeitungserfordernissen zu erhöhen. Wenn
verwendet, beträgt
die Konzentration des Mittels zur Modifizierung der Viskosität typischerweise
etwa 1 bis etwa 5 Gew.-%, vorzugsweise etwa 1,5 bis etwa 4 Gew.-%
des Gesamtgewichts der wässrigen
Suspension der Mikrokügelchen
aus dem Acrylatpolyrneren und der wässrigen Emulsion des vernetzten
Acrylatpolymeren.
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Solche
Mittel zur Modifizierung der Viskosität sind im Stand der Technik
gut bekannt. Beispiele für
geeignete Mittel zur Modifizierung der Viskosität schließen, jedoch ohne Einschränkung darauf,
alkalilösliche oder
-quellbare Acrylemulsionscopolymere, Urethanblockcopolymere, Cellulosederivate,
Poly(ethylenoxid)polymere, Polysaccharide und Gemische davon ein.
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Wenn
in den wässrigen
Klebemitteln gemäß der Erfindung
vorhanden, sind die Neutralisationsmittel in einer wirksamen Menge
vorhanden um den pH-Wert des wässrigen
Klebemittels entsprechend den Verarbeitungs- bzw. Bearbeitungserfordernissen
einzustellen. Wenn verwendet, beträgt die Konzentration des Neutralisationsmittels
typischerweise etwa 0,1 bis etwa 0,5 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,1
bis etwa 0,35 Gew.-% des Gesamtgewichts der wässrigen Suspension der Mikrokügelchen
aus dem Acrylatpolymeren und der wässrigen Emulsion des vernetzten
Acrylatpolymeren.
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Solche
Neutralisationsmittel sind im Stand der Technik gut bekannt. Beispiele
für geeignete
Neutralisationsmittel schließen,
jedoch ohne Einschränkung
darauf, Alkalimetallbasen, Amine, wie Ammoniak, n-Hexylamin, Monoethanolamin,
2-Aminomethyl-1-propanol, Hexamethylendiamin und Gemische davon
ein.
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Wenn
in den wässrigen
Klebemitteln gemäß der Erfindung
vorhanden, sind die Mittel zur Fließkontrolle in einer wirksamen
Menge vorhanden um eine verbesserte Einebnung (bzw. Egalisierung)
der wässrigen
Klebemittel während
der Verarbeitung bzw. Bearbeitung zu erzielen. Wenn verwendet, beträgt die Konzentration des
Mittels zur Fließkontrolle
typischerweise etwa 0,25 bis etwa 3 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,5
bis etwa 2 Gew.-% des Gesamtgewichts der wässrigen Suspension der Mikrokügelchen
aus dem Acrylatpolymeren und der wässrigen Emulsion des vernetzten
Acrylatpolymeren.
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Solche
Mittel zur Fließkontrolle
sind im Stand der Technik gut bekannt. Beispiele für geeignete
Mittel zur Fließkontrolle
schließen,
jedoch ohne Einschränkung
darauf, Acetylenglykole, Acrylcopolymere, Carbonsäureester,
Polysiloxan, Polyethercopolymere und Gemische davon ein.
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Wenn
in den wässrigen
Klebemitteln gemäß der Erfindung
vorhanden, sind die Stabilisatoren in einer wirksamen Menge vorhanden
um die Stabilität
der Klebemittel bei Gebrauchsbedingungen zu verbessern. Wenn verwendet,
beträgt
die Konzentration des Stabilisators typischerweise etwa 0,1 bis
etwa 1 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,1 bis etwa 0,5 Gew.-% des Gesamtgewichts
der wässrigen
Suspension der Mikrokügelchen aus
dem Acrylatpolymeren und der wässrigen
Emulsion des vernetzten Acrylatpolymeren.
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Solche
Stabilisatoren, z.B. UV-Stabilisatoren, sind im Stand der Technik
gut bekannt. Beispiele für
geeignete Stabilisatoren schließen,
jedoch ohne Einschränkung
darauf, Absorptionsmittel für
Ultraviolettlicht (UVA), Lichtstabilisatoren auf der Basis von behinderten
Aminen (HALS), Antioxidantien (AO) und Gemische davon ein.
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Wenn
in den wässrigen
Klebemitteln gemäß der Erfindung
vorhanden, dann sind die Klebrigmachungsmittel in einer wirksamen
Menge vorhanden um die Klebrigkeit des wässrigen Klebrigmachungsmittels zu
erhöhen.
Wenn verwendet, beträgt
die Konzentration des Klebrigmachungsmittels typischerweise etwa
5 bis etwa 40 Gew.-%, vorzugsweise etwa 5 bis etwa 25 Gew.-% des
Gesamtgewichts der wässrigen
Suspension der Mikrokügelchen
aus dem Acrylatpolymeren und der wässrigen Emulsion des vernetzten
Acrylatpolymeren.
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Solche
Klebrigmachungsmittel sind im Stand der Technik gut bekannt. Beispiele
für geeignete
Klebrigmachungsmittel schließen,
jedoch ohne Einschränkung
darauf, Kollophoniumester, Kollophoniumsäure, Kohlenwasserstoffharze
und Gemische davon ein.
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Die
wässrigen
Klebrigmachungsmittel gemäß der Erfindung
können
auf eine weite Vielzahl von „face-stock-Materialien" unter Anwendung
von herkömmlichen
Transfer-Beschichtungsverfahren, die im Stand der Technik gut bekannt
sind, Transfer-aufgeschichtet werden. Typische Transfer-Aufschichtungsverfahren bzw.
-Beschichtungsverfahren werden im Handbook oder Pressure Sensitive
Adhesive Technology (Donatas Satas), Zweite Auflage 1989 beschrieben.
Das Transfer-Aufschichten bzw. -Beschichten wird auch dazu eingesetzt
um den Klebschicht auf hitzeempfindliche oder voluminöse Unterlage
bzw. Stützmaterialien
aufzubringen, die im Trockenofen schwierig zu handhaben sind und
bei denen auch ein „release
liner" zum Schutz
des Klebstoffs notwendig sind. Weiterhin können die wässrigen Klebemittel gemäß der Erfindung
direkt auf eine weite Vielzahl von „face-stock-Materialien" aufgeschichtet werden.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung wird ein Gegenstand zur Verfügung gestellt, umfassend ein „face-stock-Material" mit einem darauf
aufgeschichteten entfernbaren oder wiederpositionierbaren druckempfindlichen
Klebemittel, umfassend (a) Mikrokügelchen aus einem Acrylatpolymeren,
(b) vernetztes Acrylatpolymeres und optional (c) eine funktionell
wirksame Menge von einem oder mehreren Hilfsbestandteilen zur Modifizierung
der Beschichtungseigenschaften oder zur Erhöhung der Klebeigenschaften;
wobei das Gewichtsverhältnis
der Mikrokügelchen
zu vernetztem Acrylatpolymeren etwa 0,025:1 bis etwa 1,9:1 beträgt.
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„Face-stock-Materialien", die mit den wässrigen
Klebemitteln gemäß der Erfindung
zur Herstellung eines „face-stock-Materials" mit einem darauf
aufgeschichteten entfernbaren oder wiederpositionierbaren druckempfindlichen
Klebemittel gemäß der Erfindung,
insbesondere durch ein Transfer-Aufschichtungsverfahren verwendet
werden können,
schließen
sowohl „face-stock-Material" mit niedriger Oberflächenenergie
als auch solche mit hoher Oberflächenenergie
ein. Beispiele für
geeignete „face-stock-Materialien" schließen, jedoch ohne
Einschränkung
darauf Papier, Polyolefine (z.B. Polyethylen und Polypropylen),
Polyester (z.B. Polyethylenterephthalat), Polyurethane und weichgemachtes
Polyvinylchlorid ein. Die „face-stock-Materialien" liegen vorzugsweise
in Form von flexiblen Folien oder Filmen vor.
-
Das „face-stock-Material" mit dem darauf aufgeschichteten
entfernbaren oder wiederpositionierbaren druckempfindlichen Klebemittel
gemäß der Erfindung
zeigt eine niedrige Abschäl-
bzw. Abziehhaftung, wobei der Versagungsmodus im Wesentlichen ein
Haft- bzw. Klebeversagen ist. Die Abschäl- bzw. Abziehhaftung bzw.
-adhäsion
hängt von
der Zusammensetzung des wässrigen
Klebstoffs und dem Substrat ab. Wenn beispielsweise Edelstahl als
Substrat verwendet wird, dann zeigen die Klebemittel gemäß der Erfindung
Abschäl- bzw.
Abziehwerte des trockenen Films von etwa 0,2 bis etwa 2,5 Pounds
pro Inch Abziehkraft bei Anwendung des Klebversagensmodus.
-
BEISPIELE
-
Beispiel 1
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Herstellung einer Acrylemulsion
mit niedrigem Tg Wert
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Die
Emulsion wurde durch eine typische freie Radikale-Polymerisation,
wie im Stand der Technik bekannt, hergestellt.
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Bei
dem Polymerisationsverfahren wurden ein Teil der Wassercharge, oberflächenaktive
Mittel (Aerosol NPES 3030, Triton X-305 und Aerosol OT) und die
Monomeren (Butylacrylat/Methylmethacrylat/Vinylacetat/Acrylsäure/Hexandioldiacrylat)
zuerst gemischt um eine dicke weiße Präemulsion in einem getrennten
Verzögerungstank
zu bilden. Ein 2 1-Mehrfachkessel
wurde mit dem Rest des Wassers, einem Teil des Aerosols NPES 3030,
dem Initiator (Kaliumpersulfat) und dem Puffer (Ntariumbicarbonat)
beschickt. Der Mantel des Mehrfachkessels wurde solange erhitzt,
bis das Gemisch in dem Mehrfachkessel 79°C erreicht hatte und dann wurde
die Präemulsions-Verzögerurgscharge
gestartet. Die Gesamtverzögerungs-Chargenperiode betrug
120 Minuten. Die Reaktionstemperatur wurde bei 82°C gehalten.
Am Ende der Verzögerungscharge
wurde das Reaktionsgemisch während
einer Halteperiode von 30 Minuten auf 85°C erhitzt. Nach der Halteperiode
wurde die Reaktionstemperatur auf 55°C abgesenkt und das Post-Redox-Initiatorsystem
wurde zurückgegeben.
Der Ansatz wurde dann auf Raumtempratur abgekühlt und dann wurden die anderen
Nachzugaben zugesetzt.
Reaktorcharge | Gramm |
| |
a.
Präemulsion | |
Wasser | 160,211 |
Aerosol
NPES 3030 | 13,041 |
Triton
X-305 | 1,401 |
Aerosol
OT 75 | 2,713 |
Eisacrylsäure | 3,899 |
Vinylacetat | 0,274 |
Methylmethacrylat | 45,097 |
Butylacrylat | 508,716 |
HDDA(1,6-Hexandioldiacrylat) | 1,734 |
| |
b.
Anfangscharge des Mehrfachkessels | |
Wasser | 235,500 |
Aerosol
NPES 3030 | 1,863 |
Natriumbicarbonat | 0,845 |
Kaliumpersulfat | 1,409 |
| |
c.
Nachzugaben in den Mehrfachkessel | |
TBHP
(70%) | 0,296 |
Parolite | 0,262 |
No
Foam 1976 | 2,823 |
| 1000,138 |
-
Die
resultierende Emulsion hatte einen Gehalt an nicht-flüchtigen
Bestandteilen von 59,8 Gew.-%. Der pH wurde unter Verwendung eines
Cole Parmer-pH/mV/C-Messgeräts
(Reihe pH 500) zu 5,0 gemessen. Die Viskosität betrug 232 cps bei 30 UpM,
bestimmt unter Verwendung eines Brookfield LV-Viskometers, Modell DV-11.
Die mittlere Teilchengröße betrug
0,512 μm,
bestimmt durch Verwendung eines Laser-Streuungs-Teilchenverteilungs-Analyse-geräts Horiba
LA-910. Die Glasübergangstemperatw
(Tg) wurde unter Verwendung eines rheometrischen
Feststoff-Analysegeräts
(RSA II-1) nach dem Zugmodus von –50 bis 60°C und bei einer Frequenz von
10 Hz als –19,1°C bestimmt.
-
Beispiel 2
-
Herstellung
von Perlen eines Acrylpolymeren
-
Perlen
eines Acrylpolymeren wurden durch eine wässrige Suspensionspolymerisation
hergestellt.
-
Beispiel 2.1a
-
Ein
21-Harzreaktor, ausgestattet mit einem mechanischen Rührer, einem
Kondensator, einer Thermopaarsonde und einer Gaseinlassöffnung,
wurde mit einer Lösung
von 740 Gramm entionisiertem Wasser und 5 g Acrylsäure (AA),
neutralisiert mit 5 Gramm Ammoniumhydroxid (28%) zu einem pH-Wert
von 8,5, beschickt. In einem gesonderten Behälter wurden 1,0 Gramm Benzoylperoxid
(BPO) [Cadet BPO-78 (78% aktiv), Akzo Nobel Chemicals, Inc.] in
245 Gramm 2-Ethylhexylacrylat (2-EHA) aufgelöst und dann in den Reaktor
gegeben. Das Rühren
wurde auf 320 UpM eingestellt. Die Lösung wurde 15 Minuten lang
mit Stickstoff gespült, wonach
die Stickstoffleitung oberhalb der Flüssigkeit für den Rest der Reaktion positioniert
wurde. Schließlich wurden
17,8 Gramm Ammoniumdodecylsulfat (ADS) [Rhodapon SB (Lösung mit
einem Feststoffgehalt von 30%), Rhone-Poulenc] in den Reaktor eingegeben.
Nach 15-minütigem
Mischen wurde das Reaktionsgemisch auf 65°C und für die erste Stunde gehalten.
Nach einem Erhitzen mit einer Heizgeschwindigkeit von ungefähr 2,2°C pro Minute
wurde die Reaktion nach 20 Minuten exotherm und sie hörte nach
10 Minuten auf. Das Reaktionsgemisch wurde auf 77°C erhitzt
und für
die nächsten
zwei Stunden gehalten und dann auf 88°C erhitzt und für die finalen
zwei Stunden gehalten. Das Reaktionsgemisch wurde auf Raumtemperatur
abgekühlt
und durch ein Nylon-Maschenfilter mit 400 μm filtriert.
-
Beispiel 2.1b
-
Ein
21-Harzreaktor, ausgestattet mit einem mechanischen Rührer, einem
Kondensator, einer Thermopaarsonde und einer Gaseinlassöffnung,
wurde mit 750 Gramm entionisiertem Wasser und 10 Gramm ADS beschickt.
Die wässrige
Lösung
wurde bei 350 UpM gerührt
und auf 65°C
erhitzt. In einem gesonderten Behälter wurden 1,0 Gramm BPO in
245 Gramm 2-EHA und 5 Gramm Essigsäure (HOAc – Sigma-Aldrich Co.) aufgelöst. Das
Gemisch wurde zu der heißen
wässrigen
Lösung
unter Rühren
mit 350 UpM gegeben. Der pH-Wert wurde zu 2,9 bestimmt. Die Temperatur
des Reaktors wurde auf die Polymerisationstemperatur von 60°C abgesenkt
und der Reaktor wurde mit Stickstoff entgast. Nach 8 Stunden bei
60°C wurde
das Reakti onsgemisch auf 25°C
abgekühlt
und durch ein Nylon-Maschenfilter mit 400 μm filtriert. Es wurde festgestellt,
dass nur sehr geringe Mengen eines koagulierten Produkts vorhanden
waren.
-
Beispiel 2.1c
-
Beispiel
2.1a wurde unter Verwendung der folgenden Monomeren, des folgenden
Katalysators und der folgenden oberflächenaktiven Mittel wiederholt.
-
-
Beispiel 3
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Formulierung eines Transfer-beschichtbaren
PSA-Materials
-
Dieses
Beispiel illustriert das Verfahren, durch das die Klebemittel dieser
Erfindung für
die nachfolgenden Tests formuliert wurde. In einen Glasbehälter mit
400 ml wurden 100 Gramm der Emulsion, hergestellt nach dem Verfahren,
beschrieben in Beispiel 1, Polymerperlen, ein oberflächenaktives
Mittel, ein Entschäumungsmittel
eingegeben und miteinander verrührt.
Zu diesem Gemisch wurde ein Mittel zur Modifizierung der Viskosität langsam
unter Rühren
gegeben. Dann wurde das Gemisch unter Verwendung eines Neutralisationsmittels
zu einem pH-Wert zwischen 6 bis 8 neutralisiert.
| Gramm |
Polymerperlen | 148,81 |
Oberflächenaktives
Mittel | 0,65 |
Entschäumungsmittel | 0,49 |
Mittel
zur Modifizierung der Viskosität | 4,95 |
Neutralisationsmittel | 1,26 |
Wasser | 1,73 |
-
Wie
in Tabelle 1 gezeigt wird, wurden die Proben 1 – 9 wie in diesem Beispiel
3 beschrieben formuliert, wobei Perlen, hergestellt gemäß Beispiel
3, verwendet wurden. Es wurde jedoch verschiedene Gewichtsverhältnisse
der Acrylemulsion zu den Polymerperlen verwendet.
-
-
Wie
in Tabelle 2 gezeigt wird, wurden die Proben 10 – 14 wie in diesem Beispiel
3 beschrieben formuliert, jedoch wurden unterschiedliche Gewichtsverhältnisse
der Acrylemulsion zu den verschiedenen Polymerperlen eingesetzt.
Die Perlen wurden wie in den Beispielen 2.1a und 2.1b beschrieben
hergestellt.
-
-
Wie
in Tabelle 3 gezeigt wird, wurden Kontrollproben unter Verwendung
von anderen, im Handel erhältlichen
Emulsionsbindemitteln wie in diesem Beispiel 3, jedoch mit der Ausnahme
formuliert, dass die verwendeten Emulsionsbindemittel nicht vom
Typ gemäß der Erfindung
waren. Die Perlen wurden wie in Beispiel 2.1c beschrieben hergestellt.
Das verwendete Emulsionsbindemittel war das Produkt Gelva® Multipolymer Emulsion
5628, erhältlich
von der Firma Solutia Inc.
-
-
Beispiel 4
-
Herstellung eines PSA-Laminats
für die
Bestimmung der Eigenschaften
-
Dieses
Beispiel illustriert, wie Laminate unter Verwendung der wie in Beispiel
3, Tabellen 1, 2 und 3 formulierten Klebemittel hergestellt wurden.
Ein trockener Film des PSA-Materials
mit einer Dicke von 0,7 – 0,8 mil
wurde auf einem mit Silikon behandelten Releaseliner-Substrat (Trennpapier
1–78 BCSCK-164,
im Handel erhältlich
von der Firma DCP LOHJA Inc.) gebildet, indem die Emulsion auf der
mit Silikon behandelten Oberfläche
unter Verwendung einer kalibrierten Unterzugstange abgeschieden
wurde, gefolgt von einem ersten Trocknen bei Umgebungstemperatur
(–20°C) über einen
Zeitraum von 15 Minuten und ein anschließendes Trocknen mit Zwangsheißluft bei
90°C über einen
Zeitraum von 5 Minuten.
-
Beispiel 5
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Test der Eigenschaften
des PSA-Materials
-
Dieses
Beispiel illustriert die Eigenschaften der wie in Beispiel 3, Tabellen
1, 2 und 3, formulierten Klebemittel.
-
Die
Eigenschaften der formulierten PSA-Mittel wurden gemäß der folgenden
Verfahrensweise, entnommen der ASTM Norm-D-3330-98, gemessen. Testlaminate
(mit Mylar), enthaltend das PSA-Material, wurden zu 1 inch (2,5
cm)-Streifen mit einer Länge
von 5,5 inch (14 mm) zugeschnitten und die Streifen wurden 24 Stunden
lang bei 21 °C
und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% konditioniert. Das
Trennpapier wurde entfernt und die Streifen wurden auf eine Edelstahlplatte
(2 Streifen pro Platte) mit einem automatisierten 14,5 lb (2,0 kg)-druckempfindlichen
Band (PSTC) (12 in/min) einmal in beiden Richtungen aufgebracht.
Die Testplatten aus Edelstahl wurden bei CTH-Bedingungen von 21°C, einer
relativen Luftfeuchtigkeit von 50% 20 Minuten lang, 24 Stunden lang
und 72 Stunden lang gehalten und die Abziehfestigkeit und der Modus
des Haftversagens bzw. Adhäsionsversagens
wurde bestimmt. Die mittlere Abziehfestigkeit in lb/in wurde mit
einer Instron-Testmaschine (Modell Nr. 1125) bestimmt, indem der
Streifen von der Platte mit einem Winkel von 180° abgezogen wurde. Beim Berichten der
Ergebnisse wurde der Modus des Abziehversagens wie folgt identifiziert: „A" bedeutet ein Klebversagen
bzw. Adhäsionsversagen,
d.h. der Klebstoff trennt sich vollständig von dem Substrat ab, „C" bedeutet ein Kohäsionsversagen,
wobei der Klebstoff zur Hälfte
auf dem Substrat und zur Hälfte
auf dem „face
stock" verbleibt, „T" bedeutet ein Transferversagen,
wobei der gesamte Klebstoff zu dem Substrat übertragen worden ist, oder „G" bedeutet eine Geistererscheinung,
d.h. einen Versagensmodus, bei dem ein bestimmter Typ eines Restmaterials
von dem Klebstoff auf der Oberfläche
des Testsubstrats abgeschieden wird, der keinerlei signifikanten
Grad einer Klebrigkeit zeigt. Niedrigere Abziehwerte bei einem Klebeversagensmodus
von „A" bedeutet, dass die
gewünschten
Eigenschaften unter Verwendung der erfindungsgemäßen Klebemittel erreicht werden
können.
-
Testergebnisse: Tabelle
4 (Beispiele
von Tabelle 1) TESTBEDINGUNGEN
bei CTH
-
Tabelle
5 (Beispiele
von Tabelle 2) TESTBEDINGUNGEN
bei CTH
-
Tabelle
6 (Beispiele
von Tabelle 3) TESTBEDINGUNGEN
bei CTH
-
Die
Ergebnisse der Tabellen 4 und 5, Proben 4 – 8, 11 und 14 zeigen eindeutig,
dass die Klebemittel gemäß der Erfindung
eine ausgezeichnete Eignung als entfernbarer Klebstoff bei allen
getesteten Bedingungen zeigen. Es ist derzeit noch unklar, warum
die Probe Nr. 13, Tabelle 5, ein schlechtes Gussaussehen lieferte.
-
Die
Ergebnisse der Tabelle 6 zeigen eindeutig, dass es die Verwendung
eines Emulsionsbindemittels außerhalb
des Rahmens der Acrylatemulsionen gemäß der Erfindung zu unerwünschten
Eigenschaften führte, wenn
die Testplatten über
eine gewisse Zeit gelagert wurden.
-
Wie
in Tabelle 7 gezeigt, wurden die Proben 18 – 20 unter Verwendung von Klebstoffen,
hergestellt, wie in Beispiel 3 beschrieben, unter Verwendung von
verschiedenen Gewichtsverhältnissen
von Acrylemulsion zu Polymerperlen, hergestellt und getestet. Die
Polymerperlen waren fest und sie wurden nach der Verfahrensweise
hergestellt, die in Beispiel 2.1c beschrieben wurde. Die Acrylemulsion
wurde nach dem Verfahren hergestellt, das in Beispiel 1 beschrieben
worden ist.
-
-
- Probe 18 – Acrylemulsion
33%, Perlen 67%
- Probe 19 – Acrylemulsion
40%, Perlen 60%
- Probe 20 – Acrylemulsion
50%, Perlen 50%
-
Die
Ergebnisse der Tabelle 7 zeigen weiterhin, dass die Klebstoffe gemäß dieser
Erfindung eine ausgezeichnete Eignung als entfernbarer Klebstoff
haben. Die Entfernbarkeit des Klebemittels sowohl am Anfang als
auch nach dem Altern bei unterschiedlichen Alterungsbedingungen
ist ausgezeichnet. Die Erfindung stellt einen durch Transfer aufschichtbaren
druckempfindlichen Emulsionsklebstoff zur Verfügung, der von einer weiten
Vielzahl von Substraten leicht entfernbar verbleibt. Der Klebstofffilm
zeigt eine genügende
Klebrigkeit um sich mit dem Substrat zu verankern, er bildet jedoch
keine überschüssigen Bindungen
aus, was eine leichte Entfernbarkeit gestattet.