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Die
vorliegende Erfindung betrifft Silikon-Acrylat-Polymerlatices und insbesondere Silikon-Acrylat-Polymerlatices, die
durch Emulsionspolymerisation hergestellt werden und zur Verwendung
als Trennbeschichtungen geeignet sind.
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Herkömmliche
Trennbeschichtungszusammensetzungen sind im allgemeinen auf Lösungsmitteln
basierende Polymere. Sie werden in der Regel durch Lösungspolymerisation
in organischen Lösungsmitteln
hergestellt. In dem Bestreben, zahlreiche umweltschutzbedingte Normen
zur Verringerung oder zum Ersatz leichtflüchtiger organischer Lösungsmittel
zu erfüllen,
wurden Anstrengungen zur Entwicklung von Trennbeschichtungen auf
Wasserbasis und Rückseitenbeschichtungen
mit geringer Haftung unternommen. Außerdem hat die Verringerung
und/oder Eliminierung von Lösungsmitteln
zusätzliche
wirtschaftliche Vorteile. Viele der in der Literatur beschriebenen
wäßrigen Trennbeschichtungen
sind jedoch nicht völlig
lösungsmittelfrei.
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Bei
vielen der bestehenden Trennbeschichtungen auf Wasserbasis kommen
Verfahren zur Anwendung, bei denen bei der Polymerisation Lösungsmittel
verwendet werden. Diese Verfahren erfordern dann einen zusätzlichen
Destillationsschritt oder ein oder mehrere andere Verfahren zur
Entfernung der Lösungsmittel.
Nachteilig sind bei dieser Technologie der geringe Feststoffgehalt,
die Verwendung von Lösungsmittel
bei der Produktion, die Umweltschutzprobleme aufwirft, und die zur
Entfernung des Lösungsmittels
zur Invertierung in Wasser benötigte
lange Zeit, die zu erhöhten
Kosten führen
kann. Die Verwendung von Lösungsmitteln ist
aus Umweltschutz-, Wirtschaftlichkeits- und Sicherheitsgründen nicht
wünschenswert.
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Daher
besteht Bedarf an der Bereitstellung von Trennbeschichtungen auf
Wasserbasis, die im wesentlichen lösungsmittelfrei sind und gleichzeitig
wünschenswerte
Trenn-, Beschriftbarkeits-, Bedruckbarkeits- und Alterungseigenschaften
bereitstellen.
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Kurz
gesagt werden in einem Aspekt der vorliegenden Erfindung Polymerlatices
bereitgestellt, die zur Verwendung als Trennbeschichtungen für haftklebstoffbeschichtetes
Papier und haftklebstoffbeschichtete Bänder geeignet sind. In noch
einem anderen Aspekt werden beschichtete Artikel bereitgestellt,
die eine Schicht der erfindungsgemäßen Polymerlatexzusammensetzungen
umfassen.
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Mit
der allgegenwärtigen
Umweltschutzforderung nach der Eliminierung organischer Lösungsmittel wird
die Verwendung von Trennbeschichtungen mit 100 Feststoffgehalt und
auf Wasserbasis wünschenswerter.
Die erfindungsgemäßen Latices
basieren auf Wasser, was einen Vorteil gegenüber den herkömmlicheren Trennbeschichtungszusammensetzungen
darstellt, die in der Regel aus Polymeren auf Lösungsmittelbasis bestehen,
und besitzen gute und stabile Trenneigenschaften.
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Die
erfindungsgemäßen Trennbeschichtungen
auf Wasserbasis umfassen:
- (a) Latexteilchen,
wobei die Latexteilchen ein Emulsionspolymerisations-Umsetzungsprodukt
sind, umfassend:
(1) etwa 15 bis etwa 45 Gewichtsprozent eines
silikonhaltigen Monomers, wobei das silikonhaltige Monomer ausgewählt ist
aus (i) mercaptofunktionellen makromolekularen Silikon-Kettenübertragungsmitteln,
(ii) silikonhaltigen Makromonomeren mit einer einzigen Alkenylgruppe
und (iii) einer Kombination davon;
(2) etwa 25 bis etwa 85
Gewichtsprozent eines oder mehrerer kurzkettiger Alkylacrylat- oder Alkylmethacrylatmonomere,
wobei die Alkylgruppe weniger als etwa 12 Kohlenstoffatome enthält,
(3)
0 bis etwa 15 Gewichtsprozent eines oder mehrerer carbonsäurefunktioneller
Monomere; und
(4) 0 bis etwa 15 Gewichtsprozent eines oder
mehrerer stickstoffhaltiger Monomere, derart, daß die Kombination der Komponenten
(3) und (4) mehr als 0 Gew.-% vorzugsweise mehr als 0 bis 30 Gew.-%
und besonders bevorzugt mehr als 0 bis 15 Gew.-% ergibt;
- (b) eine wirksame Menge eines Emulgators oder eines Emulgatorgemischs;
- (c) Wasser und
- (d) gegebenenfalls ein oder mehrere Additive.
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Silikonhaltige
Monomere, die zur Verwendung bei der Bildung der erfindungsgemäßen Polymerlatices geeignet
sind, können
als mercaptofunktionelle makromolekulare Silikon-Kettenübertragungsmittel
oder silikonhaltige Makromonomere definiert werden.
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Als
Additive für
die obigen Zusammensetzungen kommen Füllstoffe, Koalesziermittel,
Entschäumer und
dergleichen in Betracht.
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Die
vorliegende Erfindung zieht Vorteil aus dem Emulsionspolymerisationsverfahren,
bei dem alle Monomere in wäßrigem Medium
zu einem Polymer reagieren. Die Neuheit der Erfindung liegt in der
Fähigkeit
zum Einbau von Monomeren, die gute Trenneigenschaften bereitstellen
oder zu diesen beitragen, aber auch eine geringe Wasserlöslichkeit
aufweisen (d.h. silikonhaltige Monomere). Erreicht wird dies durch
Anwendung eines Mini-Emulsionsverfahrens mit einem Homogenisierungsschritt
an Stelle einer herkömmlichen
Emulsionspolymerisationsverfahrensweise, bei der keine Homogenisierung
erforderlich ist.
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Die
erfindungsgemäßen Latices
sorgen für
Trennung beim Abziehen eines klebstoffbeschichteten Blatts Papier
von einem Block oder beim Abwickeln von haftklebstoffbeschichteten
Bändern,
wie transparenten Bändern,
Abdeckband, Verpackungsband usw. Des weiteren liefern die Latices
vorteilhafterweise eine hohe Wiederhaftung, d.h. eine Wiederhaftung
im Bereich von 80% oder mehr, ohne daß eine zusätzliche Verarbeitung zur Entfernung
von freiem Silikon aus den Latices erforderlich ist.
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Die
erfindungsgemäßen Latices
auf Wasserbasis werden vorteilhafterweise ohne die Verwendung organischer
Lösungsmittel
hergestellt. Die erhaltenen Trennbeschichtungen besitzen gute Trenn-,
Beschriftbarkeits-, Bedruckbarkeits- und Alterungseigenschaften
für herkömmliche
Haftklebstoffe.
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In
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein beschichtetes
Flächenmatertial
gemäß Anspruch
11 bereitgestellt, umfassend ein flexibles Flächengebilde und eine mindestens
einen Teil einer Hauptoberfläche
des flexiblen Flächengebildes
bedeckende Trennbeschichtung, wobei die Trennbeschichtung durch
Auftragen des oben beschriebenen wäßrigen Silikon-Acrylat-Polymerlatex nach
auftragsgerechter Verdünnung
gebildet wird. Der so erhaltene beschichtete Artikel besitzt hervorragende
Trenn-, Beschriftbarkeits-, Bedruckbarkeits- und Alterungseigenschaften.
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Trennbeschichtungszusammensetzungen
auf Wasserbasis
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Die
erfindungsgemäßen Latices
bestehen aus einem Polymer, das in einer mit einem Emulgator stabilisierten
wäßrigen Phase
dispergiert ist. Die Latices werden durch Emulsionscopolymerisation
von silikonhaltigen Monomeren hergestellt. Die Latices sorgen für Trennung
beim Abziehen von klebstoffbeschichteten Blättern von Papier von einem
Block oder beim Abwickeln von haftklebstoffbeschichteten Bändern und
dergleichen.
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Monomere
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Silikonhaltige Monomere
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Silikonhaltige
Monomere, die zur Verwendung bei der Bildung der erfindungsgemäßen Polymerlatices geeignet
sind, sind u.a. mercaptofunktionelle makromolekulare Silikon-Kettenübertragungsmittel,
wie seitengruppenfunktionelle Mercaptopolydiorganosiloxan-Copolymere,
die durch die folgende allgemeine Formel (1) beschrieben werden:
worin:
R
1,
R
2 und R
3 einwertige
Einheiten sind, die unabhängig
gleich oder verschieden sein können
und aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, Aryl, Alkylaryl, Alkoxy,
Alkylamino, Hydroxyl, Wasserstoff, Fluoralkyl und zweiwertigen verbindenden
Resten ausgewählt
sind und ganz besonders bevorzugt Alkyleinheiten sind;
R
4, R
5 und R
6 einwertige Einheiten sind, die unabhängig gleich
oder verschieden sein können
und aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, Aryl, Alkylaryl, Alkoxy,
Alkylamino, Hydroxyl, Wasserstoff und Fluoralkyl ausgewählt sind
und ganz besonders bevorzugt Alkyleinheiten sind;
z im Bereich
von 1 bis etwa 16 und vorzugsweise 1 bis 5 liegen kann und ganz
besonders bevorzugt 3 ist;
x und y ganze Zahlen von mindestens
eins sind und die Summe x + y eine ganze Zahl von 10 oder mehr ist, und
y im Bereich von 0,5 bis etwa 80% von (x + y), vorzugsweise von
1–20%
von (x + y) und ganz besonders bevorzugt von 3,5–14% von (x + y) liegen kann.
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Ein
ganz besonders bevorzugtes Additiv ist im Handel von Shin-Etsu,
Inc. Akron, OH, unter dem Handelsnamen „X-22-980" erhältlich,
wobei R1, R2, R3, R4, R5 und
R6 = CH3 sind, y
= 3,5 bis 4,5% von (x + y) ist, z = 3 ist und das Zahlenmittel des
Molekulargewichts (Mn) = 8000 ist. Weitere besonders bevorzugte
Additive mit variierenden Werten von R, x, y und z sind von Huls
America, Inc. (Piscataway, NJ), erhältlich.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen unter den Begriff silikonhaltiges
Monomer auch Silikon-Makromonomere
der allgemeinen Formel (2):
worin:
X eine polymerisierbare
Vinylgruppe ist;
Y ein zweiwertiger verbindender Rest, ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus -CH
2-, -CH
2-CH
2- und -CH
2-CH
2-CH
2-,
ist;
m 20 bis 2000 ist und
jedes R unabhängig aus
der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, C
1-8-Alkyl,
Aryl und Alkoxy ausgewählt
ist.
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Vorzugsweise
sind die Formeln des Silikon-Makromonomers so gewählt, daß X aus
der Gruppe bestehend aus:
ausgewählt ist.
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Vorzugsweise
ist das Makromonomer durch die allgemeine Formel (4) dargestellt:
wobei m 100 bis 150 ist (hergestellt
nach der in der US-PS 4,728,571 beschriebenen Verfahrensweise).
Dieses Monomer wird hier als „SiMac" bezeichnet.
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Die
erfindungsgemäßen Latices
enthalten etwa 15 bis etwa 45 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt
25 bis etwa 45 Gewichtsprozent des silikonhaltigen Monomers, bezogen
auf das Gesamtgewicht aller Monomere.
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Alkylacrylat-Monomere
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Zur
Verwendung bei der Bildung der erfindungsgemäßen Polymerlatices eignen sich
ein oder mehrere kurzkettige Alkylacrylat- oder Alkylmethacrylat-Monomere,
wobei die Alkyl-Gruppe weniger als etwa 12 Kohlenstoffatome enthält. Brauchbare
Monomere sind u.a. diejenigen aus der Gruppe bestehend aus Alkylestern von
Acryl- und Methacrylsäure,
wie Methylacrylat, Ethylacrylat, Isobornylacrylat, Hydroxyethylacrylat,
Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat usw. und Gemische und Kombinationen
davon.
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Die
erfindungsgemäßen Latices
enthalten etwa 25 bis etwa 85 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt
45 bis etwa 75 Gewichtsprozent des kurzkettigen Alkylacrylat- oder Alkylmethacrylat-Monomers
bzw. der kurzkettigen Alkylacrylat- oder Alkylmethacrylat-Monomere,
bezogen auf das Gesamtgewicht aller Monomere.
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Carbonsäurefunktionelle
Monomere
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Zur
Verwendung bei der Bildung der erfindungsgemäßen Polymerlatices geeignete
carbonsäurefunktionelle
Monomere sind u.a. polymerisierbare Säuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäure usw.
und Gemische davon.
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Die
erfindungsgemäßen Latices
enthalten etwa 0 bis etwa 15 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt
etwa 4 bis etwa 10 Gewichtsprozent des carbonsäurefunktionellen Monomers bzw.
der carbonsäurefunktionellen
Monomere, bezogen auf das Gesamtgewicht aller Monomere.
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Stickstoffhaltige
Monomere
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Eine
Klasse von geeigneten Comonomeren sind amidofunktionelle Monomere
mit einem Kern oder Kernteil der allgemeinen Formel (5):
worin
R
1 H,
-CH
3, -CH
2CH
3, Cyano oder Carboxymethyl ist; und
R
3 und R
4 unabhängig H oder
eine Alkylgruppe mit 1 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen oder eine Arylalkylgruppe sind
oder gemeinsam eine cyclische oder heterocyclische Einheit bilden.
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Beispiele
für Comonomere
der Formel (5) sind u.a. N- Vinylpyrrolidon,
N-Vinylcaprolactam, Acrylamid oder N, N-Dimethylacrylamid.
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Eine
andere Klasse geeigneter Comonomere sind aminofunktionelle Monomere
mit einem Kern oder Kernteil der allgemeinen Formel (6):
worin
R, -H, -CH
3, -CH
2CH
3, Cyano oder Carbonxymethyl ist;
R
2 ein Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis etwa
12 Kohlenstoffatomen ist;
R
3 und R
4 unabhängig
H oder eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen oder
eine Arylalkyl-Gruppe sind oder gemeinsam eine cyclische oder heterocyclische
Einheit bilden;
L eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung, O,
NH oder S ist, und
x eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist.
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Beispiel
für Comonomere
der Formel (6) sind u.a. N,N-Dimethylaminoethyl(methyl)acrylat,
N,N-Dimethylaminopropyl(meth)acrylat, t-Butylaminoethyl(methyl)acrylat
und N,N-Diethylaminoacrylat.
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Beispiele
für andere
geeignete Comonomere, die nicht in die obigen Klassen, aber in den
Bereich zulässiger
Comonomere fallen, sind u.a. (Meth)acrylnitril, Furfuryl(meth)acrylat
und Tetrahydrofurfuryl(meth)acrylat, 2-Vinylpyridin und 4-Vinylpyridin
und Gemische und Kombinationen davon.
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Die
erfindungsgemäßen Latices
enthalten etwa 0 bis etwa 15 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt
etwa 4 bis etwa 10 Gewichtsprozent des stickstoffhaltigen Monomers
bzw. der stickstoffhaltigen Monomere, bezogen auf das Gesamtgewicht
aller Monomere. Des weiteren können
alle der oben beschriebenen stickstoffhaltigen Monomere in Gemischen
und Kombinationen davon verwendet werden, vorausgesetzt, daß der kombinierte
Gewichtsprozentanteil in den Bereichen gemäß obiger Beschreibung liegt.
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Die
Kombination des kurzkettigen Alkylacrylat- oder -methacrylat-Monomers
bzw. der kurzkettigen Alkylacrylat- oder -methacrylat-Monomere,
des carbonsäurefunktionellen
Monomers bzw. der carbonsäurefunktionellen
Monomere und des stickstoffhaltigen Monomers bzw. der stickstoffhaltigen
Monomere ist derart, daß sich
bei Polymerisation mit dem silikonhaltigen Monomer eine Polymerstruktur
mit guter Trennung und Trennwerten, die gegenüber Alterung gegen Haftklebstoffe
stabil sind, Filmbildungsvermögen
(Neigung der Teilchen, zu koaleszieren und einen Film zu bilden),
Beschriftbarkeit, Bedruckbarkeit und guter Oberflächenhaftung
des Polymers auf einer Oberfläche
bei Beschichtung ergibt.
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Emulgatoren
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Bei
der Emulsionspolymerisation der erfindungsgemäßen Trennbeschichtungen können Emulgatoren (die
auch als „Tenside" bezeichnet werden)
verwendet werden, die zur Verwendung bei der herkömmlichen Emulsionspolymerisation
geeignet sind, einschließlich
der Kategorien anionischer, nicht-ionischer, amphoterer und kationischer
Emulgatoren.
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Brauchbar
sind u.a. die folgenden anionischen Emulgatoren: Sulfosuccinate
und Derivate, Alkylarylsulfonate, Olefinsulfonate, Phosphatester,
Sulfate und Sulfonate ethoxylierter Alkylphenole, Sulfate und Sulfonate
ethoxylierter Fettalkohole, Sulfate von Fettsäureestern und Gemische davon.
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Brauchbar
sind u.a. die folgenden nicht-ionischen Emulgatoren: Ethoxilierte
Fettalkohole, ethoxylierte Fettsäureester,
Ethoxylierte Fettsäuren,
ethoxylierte Alkylphenole, Ethylenoxid-Propylenoxid-Blockcopolymere
und Gemische davon.
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Brauchbar
sind u.a. die folgenden kationischen Emulgatoren: langkettige Amine
und deren Salze, quaternäre
Ammoniumsalze und Gemische davon.
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Brauchbar
sind u.a. die folgenden amphoteren Emulgatoren: Betain-Derivate,
Sulfobetain-Derivate und Gemische davon.
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Es
kommen auch polymerisierbare Tenside, d.h. Tenside mit einer polymerisierbaren
Vinylgruppe, in Betracht. Brauchbare polymerisierbare Tenside sind
u.a. TREM LF-40
von Henkel, SAM 211-80 von PPG Industries und Hitenol BC-10 von
DKS International, Inc., und Gemische davon. Man kann auch Gemische
von polymerisierbaren Tensiden mit herkömmlichen nicht-polymerisierbaren
Tensiden einsetzen.
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Polymere
Stabilisatoren, wie Poly(vinylalkohol), Celluloseverbindungen, wie
Hydroxyethylcellulose, Poly(acrylsäure) usw., können für sich allein
oder in Kombination mit anderen Emulgatoren verwendet werden.
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Der
HLB-wert (Hydrophilic-Lipophilic Balance) eines Tensids ist ein
Ausdruck für
die Balance zwischen der Größe und Stärke der
hydrophilen Gruppen und der lipophilen Gruppen des Tensids. Im allgemeinen
kann man den HLB-Wert jedes Emulgators als Leitfaden für die Wahl
eines geeigneten Emulgators oder einer geeigneten Emulgatorkombination
verwenden. Für
die Herstellung der erfindungsgemäßen Emulsionslatices eignet
sich in der Regel ein Emulgator mit einem HLB-Wert von mehr als
B. Durch diesen Wert soll jedoch die Art des verwendeten Emulgators
nicht eingeschränkt
werden, vorausgesetzt, daß der
Emulgator oder die Emulgatorkombination bei dem Polymerisationsverfahren
als Emulgator wirkt. Des weiteren wird der Emulgator oder das Emulgatorgemisch
der Emulsion in einer Menge zugesetzt, die zum Wirken als Emulgator
ausreichend effektiv ist.
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Vorzugsweise
verwendet man bei der erfindungsgemäßen Emulsionspolymerisation
ein Gemisch aus einem anionischen und einem nicht-ionischen Emulgator
oder einem Gemisch aus einem polymerisierbaren Tensid und einem
anionischen Emulgator. Ein besonders gut geeigneter Emulgatorkonzentrationsbereich
liegt bei etwa 0,5 bis etwa 8 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht
aller Monomere.
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Initiatoren
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Die
Initiatoren, die bei dem erfindungsgemäßen Emulsionspolymerisationsverfahren
verwendet werden können,
sind dem Fachmann gut bekannt und werden in Emulsion Polymerization,
D.C. Blackley, 1975, Kapitel 6, Applied Science Publishers, Ltd.,
London, beschrieben.
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Herkömmlicherweise
werden Initiatoren in zwei breite Klassen unterteilt: (a) dissoziative
Initiatoren und (b) Redox-Initiatoren. Vorzugsweise handelt es sich
bei dem gewählten
Initiator um einen wasserlöslichen Initiator,
wie Kalium- oder Ammoniumpersulfat, Wasserstoffperoxid und 2,2'-Azobis(2-amidoinopropan)dihydrochlorid.
In Betracht kommen auch teilweise wasserlösliche Peroxide, wie Bernsteinsäureperoxid
und t-Butylhydroperoxid, und Azoverbindungen, wie 4,4'-Azobis(4-cyanopentansäure). Auch
Redox-Systeme, wie Persulfat mit Eisen(II)-ion, finden breite Anwendung.
Redox-Systeme sind vorteilhaft bei der Lieferung wünschenswerter
Initiierungsraten bei Temperaturen unter 50°C. Andere brauchbare Redox-Systeme
sind Cumylhydroperoxid oder Wasserstoffperoxid mit Eisen(II)-, Sulfit-
oder Hydrogensulfition. Man kann auch öllösliche Initiatoren verwenden.
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Initiatoren
werden der Emulsion in katalytisch wirksamen Mengen zur Initiierung
der Polymerisation zugesetzt, und derartige Mengen liegen in der
Regel in einem Bereich von 0,05% bis 1%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Monomere.
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Molekulargewichtsmodifikatoren
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Modifikatoren
sind zwar bei der Erfindung nicht erforderlich, können aber
zur Einstellung der Polymereigenschaften des Latexpolymers verwendet
werden. Kettenübertragungsmittel
werden zur Begrenzung des Molekulargewichts des Polymers verwendet.
Beispiele hierfür
sind u.a.: Tetrabromkohlenstoff, Isooctylthioglycolat und tert.-Dodecylmercaptan.
Vernetzer können
zur Erhöhung
des Molekulargewichts des Polymers verwendet werden. Beispiele für brauchbare
Vernetzer sind u.a. multifunktionelle(s) (Meth)acrylat(e), z.B.
Hexandioldiacrylat oder Butandioldiacrylat, oder andere multifunktionelle
Vernetzer, wie Divinylbenzol, und Gemische davon.
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pH-Puffer
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Je
nach der gewählten
Monomerzusammensetzung, der gewählten
Emulgatorart und der gewählten Initiatorart
kann es wünschenswert
sein, den pH-Wert des Emulsionspolymerisationssystems in einem bestimmten
Bereich zu halten. Brauchbare pH-Puffer sind u.a. Natriumhydrogencarbonat,
Natriumhydrogenphosphat und dergleichen
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Andere Additive
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Der
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte Latex kann für
sich alleine als Trennbeschichtung verwendet werden oder alternativ
dazu mit verschiedenen Additiven, die in der Technik gut bekannt sind,
wie pH-Modifikatoren,
Koalesziermitteln, Rheologiemodifikatoren und Entschäumern, versetzt
werden: pH-Modifikatoren,
wie Ammoniumhydroxid, Natriumhydroxid usw., können zur Einstellung des pH-Werts
des Latex je nach der Anwendung verwendet werden. Koalesziermittel
können
mit dem Latex vermischt werden, um eine adäquate Abdeckung einer Beschichtung
davon auf einem Substrat zu gewährleisten.
Brauchbare Koalesziermittel sind u.a. N-Methylpyrrolidon, die CarbitolTM-Serie von Poly(ethylenglycol)alkylethern
(von Union Carbide) und Gemische davon. Man kann auch Poly(ethylenglycol)
mit unterschiedlichem Molekulargewicht hinzufügen. Man kann auch Rheologiemodifikatoren
zusetzen, um die rheologischen Eigenschaften des Latex zu verbessern.
Brauchbare Rheologiemodifikatoren sind u.a. die Kelzan®-Serie
(von Kelco), Hydroxyethylcellulose, die UCAR®-Polyphobe-Serie
(von Union Carbide) und Gemische davon. Bei den Anwendungen, bei
denen Schaum erzeugt wird, kann man auch Entschäumer zusetzen. Brauchbare Entschäumer sind
u.a. die Surfynol®-Serie (von Air Products),
Antifoam H-10 Emulsion (von Dow Corning) und Gemische davon. Darüber hinaus
können
auch noch andere fakultative Hilfsstoffe zugesetzt werden, wie Farbmittel,
Füllstoffe,
Stabilisatoren usw. Bei Verwendung derartiger Hilfsstoffe sind die
im Latex verwendeten Mengen für
die bekannten Verwendungen derartiger Hilfsstoffe effektive Mengen.
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Emulsionspolymerisationsverfahren
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Die
erfindungsgemäßen Polymere
umfassen silikonhaltige Monomere. Da diese Monomere wenig wasserlöslich sind
(beispielsweise haben langkettige Alkylacrylate eine Löslichkeit
von weniger als 200 millimol/Liter bei 20 bis 50°C und silikonhaltige Monomere ähnliche
oder sogar noch geringere Löslichkeit
als die Alkylacrylate), stellen sie große Herausforderungen dar, wenn
sie bei der Synthese von Latices auf Wasserbasis mitverwendet werden
sollen. Zur Überwindung
dieser Schwierigkeit wird ein Homogenisierungsschritt durchgeführt, um
die Reaktivität
der silikonhaltigen Monomere zu verbessern. Durch die Homogenisierung
der Monomere wird die Größe der Monomertröpfchen stark
veringert (≤ etwa
0, 5 μm),
so daß sie
mit den Micellen um die Radikalabsorbtion konkurrieren können. So
können
auch die silikonhaltigen Monomere polymerisieren, die auf Grund
ihrer begrenzten Löslichkeit
in den Monomertröpfchen
verbleiben.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird ein diskontinuierliches Polymerisationsverfahren
angewandt. Ein Gefäß wird mit
Wasser und einem Emulgator oder einem Emulgatorgemisch beschickt,
und die Mischung wird gerührt,
bis sich der Emulgator gelöst
hat., Dann werden die Monomere zugegeben, und die erhaltene Mischung
wird adäquat
homogenisiert, wobei die Adäquatheit
der Homogenisierung in der Regel durch die Tröpfchengröße bestimmt wird; beispielsweise
lassen Tröpfchen
mit einem Durchmesser im Bereich von 0, 1 bis 0, 5 μm in der
Regel darauf schließen,
daß die
Dispersion adäquat
homogenisiert ist. Die Homogenisierung kann mit herkömmlichen
Homogenisatoren erreicht werden, wie z.B. einem WaringTM-Mischer
(von Dynamics Corporation of America), einem Manton-GaulinTM-Homogenisator (von Gaulin Corporation),
einem MicrofluidizerTM-Homogenisator (von Microfluidics Corporation),
einer Kolloidmühle,
einem SonifierTM-Homogenisator (von Bronson
Ultrasonics Corporation), einem Rotor-Stator-Homogenisator usw. Die so erhaltene
Emulsion (d.h. die homogenisierte Dispersion) wird dann in einen
Reaktor gegeben, wonach eine Initiatorlösung mit Initiator, Puffer
und Wasser zu der Emulsion gegeben wird. Gegebenenfalls kann man
die Mischung vor der Homogenisierung mit der Initiatorlösung versetzen,
vorausgesetzt, daß der
Initiator nicht so weit aktiviert wird, daß die Polymerisation erst beginnt,
wenn die Monomere homogenisiert worden sind. Dann wird die Reaktionsmischung
unter Stickstoffüberlagerung
gerührt
und auf die Reaktionstemperatur erhitzt, und die Polymerisation
wird ablaufen gelassen, bis der Monomerumsatz größer als etwa 90% ist.
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Wenngleich
bei der vorliegenden Erfindung eine diskontinuierliche Polymerisation
angewandt wird, kommt auch eine halbdiskontinuierliche oder zweistufige
Polymerisation in Betracht. In der ersten Stufe werden das silikonhaltige
Monomer und mindestens eines der anderen Monomere zu der Emulgatorlösung im Wasser
gegeben und dann zu einer Emulsion homogenisiert. Die Emulsion wird
dann in den Reaktorbehälter gegeben,
die Initiatorlösung
wird zugegeben, und die Reaktionsmischung wird unter Stickstoffüberlagerung gerührt und
auf die Reaktionstemperatur erhitzt. Dann werden ein oder mehrere
der restlichen Monomere in den Reaktor getropft. Vorzugsweise beginnt
man mit der Zugabe der restlichen Monomere, nach dem man die Monomere
der ersten Stufe zu etwa 0 bis etwa 40% polymerisieren gelassen
hat. Nach weiterem Erhitzen und Rühren wird der Latex isoliert.
Im allgemeinen wird die Polymerisation ablaufen gelassen, bis der
Monomerumsatz größer als
etwa 90% ist.
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Beschichtete
Flächenmaterialien
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Die
erfindungsgemäßen Latices
werden in der Regel am besten als Beschichtung für ein festes Substrat, wie
ein Flächengebilde,
eine Faser oder einen Formkörper,
verwendet. Bevorzugt sind jedoch die üblicherweise für Haftklebstoffprodukte
verwendeten Substrate. Hierzu gehören u.a. Papier, Metallleche
und -folien, Vliesstoffe, Cellophan, Folien aus thermoplastischen
Harzen, wie Polyestern, Polyamiden, Polyolefinen, Polycarbonaten,
Polyvinylchlorid, und Acetatfolien. Zur Verbesserung der Haftung
der Latexbeschichtung auf dem Substrat können in der Technik bekannte
Grundierungen verwendet werden, wenngleich dies nicht notwendig
ist.
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Die
gewünschte
Konzentration der Latexbeschichtung hängt von dem Beschichtungsverfahren
und der gewünschten
Beschichtungsdicke ab. Die Latexzusammensetzung kann mit Wasser
auf eine niedrigere Konzentration verdünnt werden, beispielsweise
einen Feststoffgehalt von etwa 1 bis etwa 20 Gew.-%.
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Die
Beschichtungszusammensetzung kann mit Hilfe herkömmlicher Beschichtungstechniken
auf ein geeignetes Substrat aufgebracht werden, wie z.B. Drahtrakel-,
Direktgravur-, Offsetgravur-, Umkehrwalzen-, Rutsch- oder Schlitzdüsen-, Luftmesser-
und Schlepprakelbeschichtung. Die erhaltenen Beschichtungen sorgen
für eine
effektive Trennung für
eine breite Palette herkömmlicher
Haftklebstoffe, wie auf natürlichem
Kautschuk basierenden Materialien, acrylen Materialien und anderen
synthetischen elastomeren Materialien. Das Trenniveau kann mit Trenniveaus
im Bereich von nur 0,5 g/cm für
Mikrokugelklebstoffe maßgeschneidert
werden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein beschichtetes Flächenmaterial
bereit, wobei die Trennbeschichtung sich auf einer Seite des Flächengebildes
und der Klebstoff sich auf der anderen Seite befindet. Die Erfindung
stellt ferner ein beschichtetes Flächenmaterial bereit, wobei
der Klebstoff ein normalerweise klebriger Haftklebstoff ist, beispielsweise
gehärtete
Hot-Melts, klebrige Haftklebstoffe, nachhärtbare Klebstoffe und Mikrokugelklebstoffe
und -beschichtungen. Die Erfindung stellt auch einen Stapel übereinandergelegter
Flächengebilde
von beschichtetem Flächenmaterial
bereit, wobei der Haftklebstoff auf jedem Flächengebilde mit der Trennbeschichtung
auf einem unmittelbar benachbarten Flächengebilde in Berührung steht.
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Die
Erfindung stellt auch eine aus dem beschichteten Flächenmaterial
gebildete Leporello-gefalzte Bahn bereit, wobei der Klebstoff auf
jedem Segment der Bahn mit der Trennbeschichtung eines unmittelbar benachbarten
Segments in Berührung
steht. Die Erfindung stellt auch das beschichtete Flächenmaterial
bereit, in dem der Klebstoff in einem Band neben einer Kante des
Flächengebildes
vorliegt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch eine Bandrolle bereit, die einen
flexiblen Träger,
eine Haftklebstoffbeschichtung auf einer Hauptoberfläche des
Trägers
und eine Trennbeschichtung auf der gegenüberliegenden Hauptoberfläche des
Trägers,
die den erfindungsgemäßen Silikon-Acrylat-Polymerlatex
auf Wasserbasis umfasst, enthält.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch transparente Bänder, Abdeckbänder, Verpackungsbänder, klebstoffbeschichtete
Papiere und dergleichen bereit. Die Erfindung stellt auch einen
beliebigen Artikel bereit, bei dem ein normalerweise klebriger Haftklebstoff
auf einem Träger
oder einem Substrat aufgebracht ist und mit der Trennbeschichtung
auf einem unmittelbar benachbarten Flächengebilde oder einer unmittelbar
benachbarten Oberfläche
in Berührung
steht, wie z.B. eine Bandrolle. Ferner stellt die vorliegende Erfindung
die Konstruktion von Releaselinern oder -flächengebilden bereit, bei denen
die Trennbeschichtung entweder auf eine oder auf beide Hauptoberflächen des
Trägers
oder des Substrats aufgetragen ist. Derartige Substrate können in
allen Fällen
Papier, Polyesterfolien, Polyolefinfolien und dergleichen sein.
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Die
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
anhand der folgenden Beispiele näher
erläutert,
jedoch sollen die in diesen Beispielen angeführten speziellen Materialien
und deren Mengen sowie andere Bedingungen und Einzelheiten die vorliegende
Erfindung nicht unangemessen einschränken.
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Alle
Materialien sind im Handel erhältlich
oder dem Fachmann bekannt, sofern nicht anders angegeben oder offensichtlich.
Alle Teile und Prozente in den Beispielen der Beschreibung beziehen
sich auf das Gewicht, sofern nicht anders angegeben.
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Beispiele
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Testmethoden
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Trennung mit Haftklebeband
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Dieser
Trenntest dient zur Messung der zum Abziehen eines Haftklebebandstreifens
von dem trennbeschichteten Substrat mit einem speziellen Abzugswinkel
und einer speziellen Abzugsgeschwindigkeit benötigten Kraft.
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Eine
Probe (15,2 cm × 25,4
cm) des Prüfkörpers wurde
(mit der trennbeschichteten Seite nach oben) mit Hilfe von doppelseitigem
Klebeband auf die Testplatte einer Zugprüfmaschine (Instron® Model
Nr. 1122 von Instron Corp., Canton, MA) aufgebracht. Auf die trennbeschichtete
Oberfläche
des Prüfkörpers wurde
ein 2,54 cm breiter Streifen Scotch MagicTM 810
Tape (von 3M Company, St. Paul, MN) so aufgebracht, daß ein Ende frei
blieb. Zum festen Aufbringen des Streifens von ScotchTM Magic
810 Tape auf den Prüfkörper wurde
per Hand zweimal mit einer Hartkautschukwalze mit einem Gewicht
von 4,5 Pounds (2 kg) über
die Probe gerollt. Das freie Ende des Streifens des Scotch Magic
810 Tape wurde so an der Belastungszelle der Zugprüfmaschine
angebracht, daß der
Abzugswinkel bei 90° gehalten
wurde. Dann wurde die Testplatte in die Klemmbacken der Zugprüfmaschine
eingespannt und die Abzugskraft (in Gramm) bei einer konstanten
Abzugsgeschwindigkeit von 30,8 cm/min. gemessen. Die in den Tabellen
angegebenen Trennwerte sind Mittelwerte aus drei Tests.
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Trennung mit
haftklebstoffbeschichtetem Papier
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Dieser
Trenntest diente zur Messung der zum Abziehen eines haftklebstoffbeschichteten
Papiers von dem trennbeschichteten Substrat bei einem speziellen
Abzugswinkel und einer speziellen Abzugsgeschwindigkeit benötigten Kraft.
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Die
Klebstoffseite eines Blatts (15,2 cm × 15,2 cm) von klebstoffbeschichtetem
Papier (Post-it® Note von
3M Company, St. Paul, MN) wurde auf dem Prüfkörper (mit der trennbeschichteten
Seite nach oben) aufgebracht, und das Laminat wurde 30 Sekunden
in einer Presse eingespannt, wobei eine manuelle Laminierhydraulikpresse
(Mini C Model Nr. 3850 von Carver, Inc., Wabash, IN) verwendet wurde,
so daß der
auf die Probe ausgeübte
Druck 758 kPa (110 psi (7,7 kg/cm2)) betrug.
Ungefähr
ein halber Zoll (1,27 cm) des klebstoffbeschichteten Papiers wurde
mit der Hand zurückgezogen,
wonach auf diese Kante des klebstoffbeschichteten Papiers ein 2,54
cm breiter Streifen des ScotchTM MagicTM 810 Tape aufgebracht wurde, wobei ein Ende
des Streifens von ScotchTM MagicTM 810 Tape frei bleib. Das freie Ende des
Streifens des ScotchTM MagicTM 810
Tape wurde dann an der Belastungszelle der Zugprüfmaschine so angebracht, daß der Abzugswinkel bei
90° gehalten
wurde. Dann wurde die Testplatte in die Klemmbacken der Zugprüfmaschine
eingespannt und die Abzugskraft (in Gramm) bei einer konstanten
Abzugsgeschwindigkeit von 30,8 cm/min. aufgezeichnet. Die in den
Tabellen angegebenen Trennwerte sind Mittelwerte aus drei Tests.
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Wiederhaftungstest
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Der
Wiederhaftungstest diente zur Messung der zum Abziehen einer 1 Millizoll
(0,025 m) dicken, glatten Polyesterfolie von der Klebstoffoberfläche des
klebstoffbeschichteten Papiers, das in der oben beschriebenen Trenntestvorschrift
von dem trennbe schichteten Prüfkörper abgezogen
worden war, benötigten
Kraft. Dieser Test gibt Anhaltspunkte dafür, ob eine Menge der Trennbeschichtung
auf den Klebstoff übertragen
wurde, was die Klebrigkeits- und Hafteigenschaften des Klebstoffs
beeinflussen kann.
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Das
klebstoffbeschichtete Blatt wurde (mit der klebstoffbeschichteten
Steite nach oben) mit Hilfe eines doppelseitigen Klebebands auf
die Testplatte einer Zugprüfmaschine
(Instron® Model
Nr. 1122 von Instron, Corp., Canton, MA) aufgebracht. Auf die Klebstoffoberfläche des
klebstoffbeschichteten Papiers wurde ein 3,18 cm breiter Streifen
Polyesterfolie so aufgebracht, daß ein Ende frei blieb. Zur
festen Auftragung des Polyesterfolienstreifens auf das klebstoffbeschichtete
Papier wurde mit einer Hartkautschukwalze mit einem Gewicht von
4,5 Pounds (2 kg) per Hand zweimal über die Probe gerollt. Das
freie Ende des Polyesterfolienstreifens wurde an der Belastungszelle
der Zugprüfmaschine
so angebracht, daß der
Abzugswinkel bei 90° gehalten
wurde. Dann wurde die Testplatte in die Klemmbacken der Zugprüfmaschine
eingespannt und die Abzugskraft (in Gramm) bei einer konstanten
Abzugsgeschwindigkeit von 30,8 cm/min. aufgezeichnet. Die in den
Tabellen angegebenen Wiederhaftungswerte sind Mittelwerte aus drei
Tests.
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Alle
obigen Testmethoden werden nach Konditionierung der Proben auf die
Prüfraumumgebung
von 21°C/50%
RF über
einen Zeitraum von 24 Stunden durchgeführt.
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Materialien
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„X-22-980" ist ein mercaptofunktionelles
Silikon mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts (Mn) von ungefähr 8000
von Shin-Etsu, Inc., Akron, OH.
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„SiMac" ist ein Silikon-Makromonomer
(3-methacryloxypropyl-terminiertes Polydimethylsiloxan mit einem Molekulargewicht
von ungefähr
10.000 (hergestellt nach den in der US-PS 4,728,571 beschriebenen
Verfahrensweisen)).
- MA
- ist Methylacrylat.
- AA
- ist Acrylsäure.
- NVP
- ist N-Vinylpyrrolidon.
- n-vC
- ist N-Vinylcaprolactam.
- MMA
- ist Methylmethacrylat.
- MAA
- ist Methacrylsäure.
- EA
- ist Ethylacrylat.
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Siponate
DS-10 ist ein Natriumdodecylbenzolsulfonattensid, das gegenwärtig unter
der Bezeichnung Rhodacal DS-10 von Rhodia, Inc., erhältlich ist.
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Igepal
CA-897 ist ein Octylphenoxypolyethoxyethanol von Rhodia, Inc.
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SAM
211-80 ist ein polymerisierbares Alkylenpolyalkoxysulfattensid von
PPG Industries.
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Beispiele
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Beispiel 1
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Bei
einer typischen Latexherstellung wurde zunächst das Tensid in einem Kolben
in entionisiertem Wasser gelöst.
Dann wurde die Tensidlösung
mit den Monomeren versetzt. Dann wurde die Mischung bei 5.000 psi
(351, 5 kg/cm2) in einem APV-Homogenisator
(Manton-GaulinTM-Typ von Gaulin Corp.) homogenisiert.
Die erhaltene Emulsion wurde dann in einen Reaktionskolben mit Stickstoffspülung, Thermometer,
mechanischem Rührer
und Rückflußkühler gegeben.
Dann wurde die Emulsion mit einer Initiatorlösung (Initiator + Puffer +
Wasser), die 3% der Gesamtwassermenge entsprach, versetzt. Die verwendete
Wassermenge reichte zum Lösen
des Initiators und des Puffers aus. Als Initiator wurde Kaliumpersulfat
verwendet, und als Puffer wurde Natriumhydrogencarbonat verwendet.
Die Initiator- und Puffermenge betrug jeweils ungefähr 0,11
Gew.-%, bezogen auf die gesamte Wassermenge in der Reaktionsmischung.
Dann wurden die Stickstoffspülung,
das Kühlwasser
für den
Rückflußkühler und
der mechanische Rührer
(200 u/min.) angestellt, und die Mischung wurde auf 60°C erhitzt.
Nachdem die Reaktionsmischung 60°C
erreicht hatte, wurde der Stickstoff abgestellt und die Mischung
unter Rühren
8 Stunden bei 60°C
gehalten. Es wurde ein stabiler Latex erhalten.
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Beispiele 2–18
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Die
Beispiele 2–18
wurden in Analogie zu Beispiel 1 hergestellt. Die Mengen der verschiedenen
Komponenten sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Was
die Beispiele 1–18
angeht, so haben alle Formulierungen einen Feststoffgehalt von 30%.
In den Formulierungen, in denen Siponate DS-10 und Igepal CA-897 als Tenside verwendet
wurden, lagen sie in einer Menge von 1,5 bzw. 1,35 Gew.-%, bezogen
auf gesamtes Monomer, vor. In Formulierungen, in denen ein polymerisierbares
Tensid (SAM 211-80) und Siponate DS-10 als Tenside verwendet wurden, beliefen
sich die Mengen auf 2,5 bzw. 0,5 Gew.-%, bezogen auf gesamtes Monomer.
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Die
Latices der Beispiele 1–18
wurden dann nach der folgenden Vorschrift als Trennbeschichtungen auf
Wasserbasis evaluiert. Eine Portion des Latex wurde zu einer Lösung mit
geringerem Feststoffgehalt verdünnt
und dann mit Hilfe einer Schlitzdüse auf ein 20-Pfund-Papier (9-kg-Papier)
bei 50 Fuß/Minute
(15,2 m/min.) aufgetragen. Die beschichtete Bahn wurde dann durch
Hinüberführen über erhitzte
Walzen, die bei ungefähr
118°C gehalten
wurden, getrocknet. Das Trockenschicht gewicht für das trennbeschichtete Papier
betrug 0,04 g/30,5 cm2, angegeben in Tabelle
2. Das trennbeschichtete Papier wurde dann gemäß den obigen Testmethoden auf
Trennung und Wiederhaftung geprüft.
Die Testergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
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Vergleichsbeispiel V-19
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Vergleichsbeispiel
V-19 wurde in Analogie zu Beispiel 2 hergestellt, jedoch ohne Homogenisierungsschritt.
Am Ende der Polymerisation wurde beobachtet, daß sich zwei Schichten gebildet
hatten. Die Oberfläche
der oberen Schicht sah ölig
aus. Außerdem
sah eine kleine Portion der Mischung nach dem Trocknen ölig aus
und fühlte
sich fettig an, was darauf hindeutet, daß nichtumgesetztes Silikon
vorhanden war. Tabelle
1
Tabelle
2
- * Zum Vergleich wurde die Haftung von Post-it® Note
gemessen. Sie betrug 28,0 g/cm (Mittelwert aus 5 Proben)