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Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine strahlungshärtende Klebstoffzusammensetzung
umfassend mindestens ein vinylmodifiziertes Blockcopolymer mit aromatischen
(Styrol)-Polyvinylendblöcken und
Polydienmittelblöcken
mit Vinylfunktionalität.
Die Klebstoffzusammensetzung zeigt mindestens eine aus einer Vielzahl
von verbesserten Klebstoffleistungsmerkmalen abhängig von der Art und Menge
der gewählten
Bestandteile.
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Erfindungshintergrund
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„UV-vernetzte
Styrolblockcopolymere ... Ein Weg zu hochtemperaturwärmebeständigen Heißschmelzklebstoffanwendungen" von Martine Dupont
im Journal of the Adhesive and Sealent Council, Inc., 1997 Spring Convention,
Pittsburgh, Pennsylvania, März
23-26, 1997 Seiten 229-240, offenbart Zusammensetzungen enthaltend
25 bis 35 Gew.-% eines Blockcopolymers KX-222C, eines festen hydrierten
klebrigmachenden Harzes Regalite R91 oder MBG 264, ein hydriertes
flüssiges
Harz Regalrez 1018, einen Photoinitiator Irgacure 651 sowie ein
Antioxidans Irganox 1010. Die Zusammensetzung zeigt ihre geringste
Viskosität
von 10 Pa·s
bei 160°C.
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Das
US-Patent Nr. 5,804,663 offenbart strahlungsempfindliche aromatische
Vinylblockcopolymere und strahlungshärtende Klebstoffe, Dichtmittel
und Beschichtungen enthaltend derartige Blockcoplymere. Die strahlungsempfindlichen
Blockcopolymere enthalten mindestens einen Block der von einem aromatischen
Vinylmonomer abgeleitet ist, sowie mindestens einen Block der von
Butadien abgeleitet ist. Der Klebstoff zeigt seine geringste Viskosität von 6,7
Pa·s
bei 160°C.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In
einer Ausführungsform
betrifft die Erfindung eine strahlungshärtende Klebstoffzusammensetzung die
dafür geeignet
ist bei niedriger Auftragungstemperatur aufgebracht zu werden, d.
h. bei einer Auftragstemperatur von nicht mehr als etwa 150°C. Vorzugsweise
ist die Auftragstemperatur nicht größer als etwa 140°C und besonders
bevorzugt nicht mehr als etwa 130°C.
Die Klebstoffzusammensetzung umfasst von etwa 10 Gew.-% bis etwa
40 Gew.-% mindestens eines vinylmodifizierten Blockcopolymers mit
aromatischen (Styrol)-Polyvinylendblöcken und vinylfunktionalisierten
Polydienmittelblöcken,
sowie von etwa 20 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-% mindestens eines klebrigmachenden
Harzes. Die Vinylfunktionalität
des Polydienblocks stellt in reaktiver Hinsicht günstige Stellen
dar und liegt in einer ausreichenden Konzentration vor, so dass
das Blockcopolymer im Wesentlichen über die Vinylfunktionalität bei Aussetzung
an Strahlungsenergie vernetzt. Die Klebstoffzusammensetzung kann
ferner mindestens einen Weichmacher enthalten. Vorzugsweise sind
etwa 30 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-% der Bestandteile der Zusammensetzung
bei Raumtemperatur flüssig.
Vorzugsweise umfassen die flüssigen
Bestandteile eine Mischung aus mindestens einem Polydienblock-kompatiblen klebrigmachenden
Harz und mindestens einem aromatischen Polyvinylblock-kompatiblen
Weichmacher. Die Klebstoffzusammensetzung kann ferner bis zu etwa
40 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 5 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-%, besonders
bevorzugt von etwa 5 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% mindestens eines
zweiten Polymers enthalten, so dass der gesamte Polymergehalt in
der Zusammensetzung bei mindestens etwa 15 Gew.-% liegt. Das zweite
Polymer kann auch strahlungsempfindlich sein, d. h. dazu in der
Lage bei Aussetzung an Strahlungsenergie im Wesentlichen zu vernetzen,
oder es kann nicht strahlungsempfindlich sein. Die Klebstoffzusammensetzung
hat eine Brookfield-Viskosität
von weniger als etwa 10.000 m Pa·s (cps) und vorzugsweise weniger
als etwa 6.000 m Pa·s
(cps) bei einer Temperatur von etwa 160°C.
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In
einer anderen Ausführungsform
betrifft die Erfindung eine strahlungshärtende Klebstoffzusammensetzung
umfassend von etwa 10 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% mindestens eines
vinylmodifizierten Blockcopolymers mit mindestens zwei Blöcken, wobei
der erste Block ein aromatischer Polyvinylblock ist und der zweite Block
ein Polydienblock mit Vinylfunktionalität, von etwa 10 Gew.-% bis etwa
80 Gew.-% mindestens eines klebrigmachenden Harzes des mit dem Polydienblock
kompatibel ist; sowie von etwa 10 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% mindestens
eines Weichmachers. Der Weichmacher ist vorzugsweise ein aromatischer
Polyvinylblock-kompatibler Weichmacher mit einem Erweichungspunkt
von nicht mehr als 100°C,
ein hochmolekulargewichtiger Polydienblockkompatibler Weichmacher
mit einem Gewichtsmittelmolekulargewicht von nicht weniger als etwa
20.000 g/mol, vorzugsweise bis zu etwa 100.000 g/mol, wie etwa Polyisopren
oder Mischungen davon.
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In
einer wiederum anderen Ausführungsform
betrifft die Erfindung eine strahlungshärtende Klebstoffzusammensetzung
umfassend von etwa 10 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% mindestens eines
vinylmodifizierten Blockcopolymers mit mindestens zwei Blöcken, wobei
der erste Block ein aromatischer Polyvinylblock ist und der zweite
Block eine Polydienblock mit Vinylfunktionalität; von etwa 5 Gew.-% bis etwa
40 Gew.-% mindestens eines zweiten Polymers ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Styrolblockcopolymeren, Ethylen/α-Olefininterpolymeren,
amorphen Polyalphaolefinen, Interpolymeren von Ethylen und Mischungen
davon; sowie von etwa 10 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-% mindestens eines
klebrigmachenden Harzes.
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In
einer weiteren Ausführungsform
betrifft die Erfindung eine strahlungshärtende Klebstoffzusammensetzung
umfassend von etwa 10 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-% mindestens eines
vinylmodifizierten Blockcopolymers mit mindestens zwei Blöcken, wobei
der erste Block ein aromatischer Polyvinylblock ist und der zweite Block
ein Polydienblock mit Vinylfunktionalität; von etwa 20 Gew.-% bis etwa
55 Gew.-% mindestens eines klebrigmachenden Harzes; von etwa 10
Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% mindestens eines Wachses; sowie von etwa
0 Gew.-% bis etwa 35 Gew.-% mindestens eines Weichmachers. Der Klebstoff
ist bei einer Temperatur die niedriger ist als der Trübungspunkt
des Wachses im Wesentlichen nicht klebrig. Der Klebstoff zeigt bei
hoher Temperatur einen hohen Scherwiderstand und ist daher geeignet
für dehnbare
Etiketten.
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In
wiederum einer anderen Ausführungsform
betrifft die Erfindung ein doppelseitiges Klebeband gebildet aus
einer einzelnen strahlungshärtenden
Klebstoffzusammensetzung, wobei das doppelseitige Klebeband eine
erste Oberfläche
und eine zweite gegenüberliegende
Oberfläche
aufweist, die erste Oberfläche
einen ersten 180° Schälwert aufweist
und die zweite Oberfläche
einen zweiten 180° Schälwert aufweist
der größer ist als
der erste Schälwert
nach der Strahlungshärtung,
und betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des doppelseitigen
Klebebands umfassend das Aufbringen einer Klebstoffzusammensetzung
auf eine ablösend
beschichtete Oberfläche
um eine Klebstofffilmschicht zu erzeugen und Aushärten des
Klebstofffilms so dass der Klebstofffilm unterschiedliche Klebstoffeigenschaften
auf einer Oberfläche
im Gegensatz zur gegenüberliegenden
Oberfläche
aufweist.
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In
wiederum einer anderen Ausführungsform
betrifft die Erfindung eine Kunststoffverpackung umfassend eine
Folie sowie eine Klebstoffzusammensetzung aufgebracht auf einer
Oberfläche
der Folie, wobei die Klebstoffzusammensetzung ein Speichermodul
(G') von weniger
als etwa 10.000 Pa (1 × 105 dynes/cm2) bei ungefähr 25°C aufweist.
Vorzugsweise ist der Speichermodul innerhalb des Bereichs selbstklebender
Klebstoffe wie durch die Dahlquistkriterien über einen Temperaturbereich
von etwa 0°C
bis etwa 120°C
definiert.
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In
wiederum einer anderen Ausführungsform
betrifft die Erfindung ein Klettverschlusssubstrat welches mit einer
strahlungshärtenden
Klebstoffzusammensetzung gemäß der Erfindung
verklebt ist.
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In
wiederum einer anderen Ausführungsform
betrifft die Erfindung einen Wegwerfartikel mit mindestens einem
Substrat welches mit einer strahlungshärtenden Klebstoffzusammensetzung
der Erfindung geklebt ist, wobei die Klebstoffzusammensetzung mit
einem ölbasierten
Hautpflegebestandteil in Kontakt kommt.
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Die
Klebstoffzusammensetzungen der Erfindung sind einer Vielzahl von
Endanwendungen zugänglich,
insbesondere für
Haftklebstoffe, für
Hochleistungsklebebänder
und Etiketten wie etwa tiefgefriergeeignete Klebebänder und
Etiketten, sowie Klebstoffe für
die Automobilindustrie wie auch für verschiedene Klebstoffanwendungen
wo Haftung auf nassen Oberflächen
erwünscht
ist, wie etwa bei Medizinprodukten die einen Klebstoff verwenden.
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Die
strahlungshärtenden
Klebstoffzusammensetzungen können
so formuliert werden, dass sie höhere Schälwerte,
höhere
Wärmebeständigkeit
und verbesserte Tieftemperatureigenschaften aufweisen, insbesondere
bei Temperaturen unter 0°C,
verbesserte Haftung auf nassen Oberflächen und/oder eine verbesserte
Lösemittel-
und Weichmacherbeständigkeit.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
den Speichermodul (G'),
den Lossmodul (G'') und Tangensdelta
der Klebstoffzusammensetzung im Beispiel 2 vor der Aushärtung.
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Die 2 und 3 zeigen
den Speichermodul (G'),
den Lossmodul (G'') und Tangensdelta
der Klebstoffzusammensetzung in den Beispielen 6 und 20 vor und
nach der Aushärtung.
Die strahlungsinduzierte Vernetzung vergrößert das Speichermodulplateau.
Das Rheogram des Beispiels 2 nach der Aushärtung würde einen ähnlichen Effekt zeigen.
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4 zeigt
die Aushärtungsexothermen
der Klebstoffzusammensetzung im Beispiel 6 bei Raumtemperatur, 100°C bzw. 160°C. Die Fläche unter
der Kurve steht für
das Ausmaß der
Umsetzung. Nur ein Teil der Reaktion findet bei Raumtemperatur im
Vergleich zu höheren
Temperaturen statt. Bei Erhöhen
der Temperatur über
100°C wurden
jedoch keine signifikanten Unterschiede gefunden.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
strahlungshärtende
Klebstoffzusammensetzung der Erfindung umfasst mindestens ein vinylmodifiziertes
Blockcopolymer, mindestens ein klebrigmachendes Harz und gegebenenfalls
mindestens einen Weichmacher.
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Das
vinylmodifizierte Blockcopolymer umfasst mindestens zwei Blöcke, wobei
der erste Block ein aromatischer (Styrol)-Polyvinylendblock ist
und der zweite Block ein Polydienmittelblock ist der 1,2-vinylmodifiziert wurde,
d. h. die übrig
bleibenden 1,2-Vinyldoppelbindungen
hängen
an den Polydienmittelblöcken.
Die hängenden
Doppelbindungen, oder die Vinylfunktionalität ergeben in reaktiver Hinsicht
vorteilhafte Stellen und liegen in einer ausreichenden Konzentration
vor, so dass das vinylmodifizierte Blockcopolymer im Wesentlichen über derartige
Vinylfunktionalität
bei Aussetzung an eine Strahlungsenergiequelle vernetzt. Der aromatische Polyvinylblock
in dem vinylmodifizierten Blockcopolymer ist typischerweise Styrol.
Verschiedene alkylsubstituierte Styrole, alkoxysubstituierte Styrole,
Vinylnaphtalen, alkylsubstituierte Vinylnaphtalene und dergleichen sind
jedoch auch geeignete Verbindungen zur Ausbildung des aromatischen
Polyvinylblocks. Der Polydienblock kann aus einer Vielzahl von konjugierten
Diolefinen enthaltend von etwa 4 bis etwa 24 Kohlenstoffatomen hergestellt
werden, wie etwa die im US-Patent Nr. 5,382,604 offenbarten. Typischerweise
jedoch ist das konjungierte Dien 1,3- Butadien und/oder Isopren. Der konjugierte
Dienblock ist typischerweise modifiziert, so dass eine ausreichende
Vinylfunktionalität
eingebaut ist.
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Die
Struktur des vinylmodifizierten Blockcopolymers kann linear, multiblock,
radial, multiarm oder eine gepfropfte Struktur sein. Vorzugsweise
ist das vinylmodifizierte Blockcopolymer ein verzweigtes asymmetrisches
Molekül
enthaltend Styrolbutadien (SB) und Homopolybutadienarme mit der
allgemeinen Formel (SB)2B2,
wobei der Butadienmittelblock 1,2-vinylmodifiziert wurde. Informationen
bezüglich
der Synthese der physikalischen Eigenschaften der Kompatibilität mit anderen
Bestandteilen etc. ist aus dem US-Patent Nr. 5,804,663 bekannt.
Ein bevorzugtes (SB)2B2-Blockcopolymer
ist kommerziell erhältlich
von Shell unter dem Handelsnamen Kraton® D-KX-222C.
Obwohl vinylmodifizierte Blockcopolymere mit Homopolybutadienarmen bevorzugt
sind können
auch andere vinylmodifizierte Styrolbutadienstyrol(SBS)-Blockcopolymere
wie etwa vinylmodifiziertes zufällig
verteiltes Styrolbutadienmultiblockcopolymere (S-B-S-B-S) verwendet
werden, vorausgesetzt, dass der Polydienmittelblock eine ausreichende
Konzentration der Vinylfunktionalität aufweist die bei Aussetzung
an Strahlungsenergie vernetzt. Alternative vinylmodifizierte Blockcopolymere
die allein oder in Kombination mit Kraton® D-KX-222C
verwendet werden können
umfassen solche wie etwa ein vinylmodifiziertes Zufallsstyrolbutadienmultiblock(S-B-S-B-S)-Blockcopolymer
mit einem Vinylgehalt im Bereich von etwa 10 Gew.-% bis etwa 50
Gew.-%, vertrieben unter den Handelsbezeichnungen SR-8272 und SR-8273
von Firestone.
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Die
verwendete Menge des vinylmodifizierten Blockcopolymers kann in
gewissem Maß vom
typischen Endgebrauch abhängen.
Typischerweise umfasst die Klebstoffzusammensetzung von etwa 10
Gew.-% bis etwa 50 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 10 Gew.-% bis etwa
40 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 10 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-%
und insbesondere bevorzugt von etwa 15 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-%
des vinylmodifizierten Blockcopolymers, basierend auf dem Gesamtgewicht
der Zusammensetzung.
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Die
strahlungshärtende
Klebstoffzusammensetzung der Erfindung umfasst auch mindestens ein
klebrigmachendes Harz, d. h. jede der unten beschriebenen Bestandteile
der verwendbar ist um die Glasübergangstemperatur
(Tg) des vinylmodifizierten Blockcopolymer auf eine höhere Temperatur
zu verschieben und der Klebstoffzusammensetzung Klebrigkeit zu verleihen
ist geeignet. Klebrigkeit ist in der ASTM D-1878-61T definiert als „die Eigenschaft
eines Materials die es ihm ermöglicht
eine Bindung messbarer Stärke
unmittelbar beim Kontakt mit einer anderen Oberfläche auszubilden". Die Menge des klebrigmachenden
Harzes reicht von etwa 10 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%, vorzugsweise
von etwa 10 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht
der Klebstoffzusammensetzung. Vorzugsweise umfasst die Klebstoffzusammensetzung mindestens
etwa 20 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens etwa 40 Gew.-% und
insbesondere bevorzugt mindestens etwa 50 Gew.-% Klebrigmacher.
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Im
Allgemeinen werden geeignete Klebrigmacher entweder abgeleitet von
erneuerbaren Quellen wie etwa Kolophoniumharzderivate einschließlich Holzkolophonium,
Tallöl,
Gummiharze wie auch Kolophoniumester und natürliche und synthetische Terpene
sowie deren Derivate; oder sind erdölbasierte Harze wie etwa Kohlenwasserstoffharze.
Beispiele geeigneter Kohlenwasserstoffharze umfassen Alphamethylstyrol
und andere styrolmonomerbasierte Harze, verzweigte oder unverzweigte
C5-Harze, C9-Harze,
Dicyclopentadien(DCPD)-basierte Harze, wie auch Styrol- und hydrierte
Modifikationen dieser. Geeignete Klebrigmacher reichen typischerweise
von einem flüssigen
Zustand bei etwa 25°C
(Raumtemperatur) bis dahin das sie einen ring-and-ball-Erreichungspunkt
von bis zu etwa 150°C
aufweisen.
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Vorzugsweise
umfasst die Klebstoffzusammensetzung der Erfindung mindestens einen
Klebrigmacher der mit dem Polydienblock kompatibel ist. Die Klebrigmacher
sind vorzugsweise Kolophoniumderivate, insbesondere hydrierte kolophoniumbasierte
Weichmacher und hydrierte styronisierte Terpenharze.
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Geeignete
kommerziell erhältliche
Klebrigmacher umfassen beispielsweise Regalite® R
91, Regalite® R
R101, Regalite® R
S 100, Regalite® R
5260, Regalrez® 1018,
Regalrez® Regalrez® 3102,
Regalrez® 6108, Regalrez® 5095,
Zonatec® Lite
series wie etwa Zonatec® 105 Lite, Escorez® 5300
series, Foral® AX,
Foral® 85 und
Foral® 105.
Die Klebstoffzusammensetzung der Erfindung umfasst mindestens einen
Weichmacher.
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Vorzugsweise,
für Klebstoffzusammensetzungen
die bei niedrigen Temperaturen aufgebracht werden können, Klebstoffzusammensetzungen
aufweisend gute Tieftemperatureigenschaften wie etwa Kühl- oder
Gefriergrad-Klebstoffe), sowie Klebstoffzusammensetzungen die eine
gute Haftung auf nassen Oberflächen
aufweisen, wird die Klebstoffzusammensetzung mindestens einen Weichmacher
aufweisen der mit dem aromatischen Polyvinylblock kompatibel ist,
bekannt als aromatischer Polyvinylblockweichmacher. Der aromatische Vinylblockweichmacher
hat die Funktion der Verdünnung
oder Erweichung des aromatischen Polyvinylblocks in dem vinylmodifizierten
Blockcopolymer. Die verwendbaren aromatischen Polyvinylblockweichmacher
haben einen Erweichungspunkt von weniger als etwa 100°C, vorzugsweise
weniger als etwa 80°C,
besonders bevorzugt weniger als etwa 50°C und insbesondere bevorzugt
weniger als etwa 25°C.
Die aromatischen Polyvinylblockweichmacher weisen typischerweise
ein geringes Molekulargewicht auf, vorzugsweise haben sie ein Gewichtsmittelmolekulargewicht
von weniger als etwa 3.000 g/mol, besonders bevorzugt weniger als
etwa 2.000 g/mol, und besonders bevorzugt weniger als etwa 1.000
g/mol.
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Verwendbare
kommerziell erhältliche
aromatische Polyvinylblockweichmacher umfassen solche wie etwa Piccolastic® A5
von Hercules, welche einen ring-and-ball-Erreichungspunkt von 5°C und ein
Gewichtsmittelmolekulargewicht (Mw) von 430 g/mol aufweist, sowie
Kristalex® 3070,
welcher einen ring-and-ball-Erreichungspunkt von 70°C und ein
Gewichtsmittelmolekulargewicht (Mw) von 880 g/mol, von Hercules,
aufweist.
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Die
in der Klebstoffzusammensetzung der Erfindung verwendete Menge von
aromatischen Polyvinylblockweichmachern liegt vorzugsweise bei bis
zu 40 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 10 Gew.-% bis etwa 40
Gew.-%, insbesondere bevorzugt von etwa 15 Gew.-% bis etwa 3% Gew.-%,
basierend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
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Alternativ
oder zusätzlich
zum aromatischen polyvinylblockkompatiblen Weichmacher können die Klebstoffzusammensetzungen
der Erfindung einen oder mehrere polydienkompatible Weichmacher
in einer Menge von 10 Gew.-% bis 40 Gew.-% enthalten. Die polydienkompatiblen
Weichmacher sind Weichmacher die mehr mit dem Polydienmittelblock
als mit dem aromatischen Polyvinylendblock des vinylmodifizierten Blockcopolymers
kompatibel sind.
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Beispielhafte
polydienkompatible Weichmacher umfassen Kohlenwasserstofföle, Polybuten,
sowie flüssige
Elastomere wie etwa flüssiges
Polyisopren. Kohlenwasserstofföle
sind in erster Linie die Kohlenwasserstofföle die einen geringen Aromatenanteil
aufweisen und paraffinischen oder naphtenischen Charakter aufweisen.
Vorzugsweise weisen diese Öle
eine geringe Flüchtigkeit
auf, sind transparent und haben so wenig Farbe und Geruch wie möglich. Die
Verwendung von Weichmachern in dieser Erfindung sieht auch die Verwendung
von Olefinoligomeren, niedrigmolekulargewichtigen Polymeren, natürlichen Ölen wie
etwa pflanzliche Öle
und deren Derivate und ähnliche
weichmachende Flüssigkeiten
vor. Kommerziell erhältliche
bevorzugte Polydienweichmacher umfassen Isolene® 40,
Isolene® 75
und Isolene® 400
von Elementis Specialty.
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In
Abhängigkeit
vom beabsichtigten Endnutzen kann die Klebstoffzusammensetzung der
Erfindung ferner mindestens ein zweites Polymer in Kombination mit
dem Blockcopolymer mit Vinylfunktionalität, d. h. dem vinylmodifizierten
Blockcopolymer, aufweisen. Das zweite Polymer kann in einigen Fällen als
ein Streckmittel zur Minimierung der Konzentration von Vinylfunktionalität enthaltendem
Blockcopolymer dienen um die Kosten zu verringern. In anderen Fällen ist
das zweite Polymer jedoch ein wesentlicher Bestandteil der in synergistischer
Weise zu den Klebstoffeigenschaften wie etwa verbesserter Klebrigkeit
in Kombination mit höherer
Wärmebeständigkeit
beiträgt.
Das zweite Polymer wird typischerweise mit Konzentrationen von etwa
40 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 5 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% und
besonders bevorzugt von etwa 5 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-%, basierend
auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eingesetzt.
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Eine
breite Vielzahl von Polymeren kann als zweites Polymer verwendet
werden. Das zweite Polymer ist typischerweise ein zweites Blockcopolymer
das keine Vinylfunktionalität
aufweist, d. h. ein Blockcopolymer das nicht 1,2-vinylmodifiziert
wurde, ein homogenes Ethylen/Alphaolefininterpolymer, ein amorphes
Polyalphaolefin, ein Interpolymer von Ethylen, oder Mischungen davon.
Diese Polymere können
relativ unempfindlich gegenüber
der Strahlungshärtung
sein, bieten jedoch eine Verdünnung
oder synergistische Auswirkungen auf die Klebstoffeigenschaften.
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Eine
breite Vielzahl von zweiten Blockcopolymeren die nicht vinylmodifiziert
wurden und als ein zweites Polymer in den strahlungshärtenden
Klebstoffzusammensetzungen der Erfindung verwendet werden können umfassen
A-B-A-Triblockstrukturen, A-B-Diblockstrukturen,
(A-B)n radiale Blockcopolymerstrukturen,
wie auch verzweigte und gepfropfte Versionen dieser sein, wobei
der A-Block ein nicht elastomerer Polymerblock ist, typischerweise
umfassen Polystyrol und/oder aromatische Vinylstruktur, und der
B-Block ein ungesättigtes und
konjugiertes Dien oder eine hydrierte Version davon ist. Im Allgemeinen
ist der B-Block typischerweise Isopren, Butadien, Ethylen/Butylen,
Ethylen/Propylen sowie Mischungen davon.
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Verwendbare
kommerziell erhältliche
zweite Blockcopolymere umfassen die Kraton® D
und G Reihenblockcopolymere von Shell Chemical Company (Houston,
TX), Europren® Sol
T-Blockcopolymere
von EniChem (Houston, TX), Vector®-Blockcopolymere
von Exxon (Dexco) (Houston, TX) wie auch andere.
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Die
Erfinder haben herausgefunden, dass durch Mischen mindestens eines
Styrolisoprenstyrol-(SIS)-Blockcopolymers mit einem Styrolgehalt
von weniger als etwa 25 Gew.-% als eines zweites Blockcopolymer
zusammen mit dem vinylmodifizierten Blockcopolymer die resultierende
Klebstoffzusammensetzung eine verbesserte Klebrigkeit aufweist während die
hohe Scherklebstoffausfalltemperatur (SAFT) erhalten bleibt.
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Ein
homogenes Ethylen/α-Olefininterpolymer
ist ein homogenes lineares oder im Wesentlichen lineares Interpolymer
des Ethylens und mindestens eines C3-C20-α-Olefins.
Der Begriff „Interpolymer" wird hierin verwendet
um ein Copolymer, Terpolymer oder ein Polymer höherer Ordnung zu bezeichnen.
D. h. mindestens ein anderes Copolymer wie etwa im Falle von Ethylen/α-Olefininterpolymer,
mindestens ein C3-C20-α-Olefincomonomer
wird mit Ethylen polymerisiert um das Interpolymer herzustellen.
Der Begriff „homogen" bedeutet, dass jedes
Comonomer zufällig
verteilt ist innerhalb eines gegebenen Interpolymermoleküls und im
Wesentlichen alle Interpolymermoleküle das gleiche Ethylen/Comonomerverhältnis innerhalb
des Interpolymers aufweisen.
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Das
homogene Ethylen/α-Interpolymer
welches in bevorzugten strahlungshärtenden Klebstoffzusammensetzungen
der Erfindung verwendet wird hat eine Dichte von nicht mehr als
0,965 g/cm3, vorzugsweise nicht mehr als
0,900 g/cm3, besonders bevorzugt nicht mehr
als 0,890 g/cm3, und insbesondere bevorzugt nicht
mehr als 0,885 g/cm3 und am meisten bevorzugt
nicht mehr als 0,880 g/cm3. Im Fall der
strahlungshärtenden
Haftklebstoffzusammensetzungen haben die homogenen Ethylen/α-Olefininterpolymere
eine Dichte von mindestens 0,850 g/cm3,
vorzugsweise mindestens 0,860 g/cm3 und
besonders bevorzugt etwa 0,870 g/cm3.
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Amorphe
Polyalphaolefine (APAO) auch als amorphe Polyolefine beschrieben,
unterscheiden sich von homogenen Ethylen/α-Olefininterpolymeren bezüglichen
ihrer Homogenität
der Molekulargewichtsverteilung (Mw/Mn) wie auch im Comonomer (α-Olefin)-Gehalt.
Amorphe Polyalphaolefine sind Homopolymere, Copolymere und Terpolymere
von Alphaolefinen die typischerweise mittels Verfahren polymerisiert
werden welche Ziegler-Natta-Katalysatoren verwenden, was zu einer
relativ breiten Molekulargewichtsverteilung führt, typischerweise größer als
4. Im Gegensatz dazu sind homogene Ethylen/α-Olefininterpolymere gekennzeichnet dadurch,
dass sie eine enge Molekulargewichtsverteilung aufweisen. Die homogenen
Ethylen/α-Olefininterpolymere
haben ein Mw/Mn von
weniger als 4, vorzugsweise weniger als 3, besonders bevorzugt von
1,5 bis 2,5, insbesondere bevorzugt von 1,8 bis 2,2 und am meisten
bevorzugt etwa 2,0. Ferner, während
amorphe Polyalphaolefine hergestellt durch Ziegler-Natta-Katalyse
typischerweise eine Alphaolefinkonzentration von mehr als 50 Gew.-%
aufweisen haben homogene Ethylen/α-Olefininterpolymere
die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden im Wesentlichen
Etyhlen, mit einem viel höheren
Ethylengehalt als dem α-Olefincomonomergehalt.
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Interpolymere
von Ethylen sind Polymere des Ethylens und mindestens eines Comonomers
ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Vinylestern einer gesättigten
Carbonsäure
worin die Säuregruppe
bis zu 4 Kohlenstoffatome aufweist, ungesättigte Mono- oder Dicarbonsäuren mit
3 bis 5 Kohlenstoffatomen und ein Salz davon, Ester der ungesättigten
Säure abgeleitet
von einem Alkohol mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, sowie Mischungen
davon. Terpolymere von Ethylen und diese Copolymere sind auch geeignet.
Insbesondere geeignete Interpolymere des Ethylens sind Ethylen/Vinylacetat
(EVA), Ethylen/Methylacrylat (EMA), Ethylen-n-butylacrylat (EnBA)
sowie Mischungen davon mit einem relativ geringen Comonomergehalt
von etwa 25 Gew.-% oder weniger.
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Die
strahlungshärtende
Zusammensetzung der Erfindung kann auch ein Wachs umfassen. Insbesondere
für den
Fall der Flaschenetikettierung, Laminierung, zum Buch binden und
für Verpackungsklebstoffe
wo Haftklebstoffeigenschaften unerwünscht sind können Wachse
in nützlicher
Weise in den strahlungshärtenden Klebstoffzusammensetzungen
der Erfindung eingesetzt werden.
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Wachse
werden üblicherweise
verwendet um die Viskosität
zu modifizieren und die Klebrigkeit zu Verringern und werden in
Konzentrationen von bis zu etwa 40 Gew.-%, vorzugsweise von etwa
10 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der
Zusammensetzung verwendet. Bevorzugte Wachse sind diejenigen mit
einem minimalen Unsättigungsgrad.
Paraffinwachs wie etwa Paraffin 155F zeigt eine ausreichend geringe
Menge an UV-absorbierenden Komponenten. Andere Wachse können auch
verwendbar sein, vorausgesetzt, dass die Klebstoffzusammensetzung
bei einer Temperatur oberhalb des Trübungspunkts des Wachses ausgehärtet wird.
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Im
Allgemeinen enthalten die zusätzlichen
Bestandteile die mit den strahlungsempfindlichen vinylmodifizierten
Blockcopolymeren compoundiert werden typischerweise geringe Unsättigungsgrade
und einen minimalen Aromatengehalt, so dass die Bestandteile die
strahlungshärtenden
Eigenschaften der Klebstoffzusammensetzung nicht nachteilig beeinflussen.
Ferner können
wie im Stand der Technik bekannt verschiedene andere Bestandteile
zugesetzt werden um die Klebrigkeit, Farbe, Geruch ect. der strahlungshärtenden
Klebstoffzusammensetzung zu modifizieren. Additive wie etwa Antiblockadditive,
Pigmente und Füllstoffe
können in
den Formulierungen auch eingeschlossen werden. Es ist im Allgemeinen
bevorzugt, dass die Additive relativ inert sind und vernachlässigbare
Auswirkungen auf die Eigenschaften aufweisen die von den homogenen
linearen oder im Wesentlichen linearen Interpolymer, dem klebrigmachenden
Mittel und dem Weichmacher beigetragen werden.
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Im
Falle von UV-Aushärtung
werden ein oder mehrere fotoaktive Starter und/oder fotoaktive Kopplungsmittel
zur Klebstoffzusammensetzung hinzugegeben. Repräsentative Beispiele umfassen
ohne darauf beschränkt
zu sein Aldehyde, Benzaldehyd, Acetaldehyd und deren substituierte
Derivate; Ketone wie etwa Acetophenon, Benzophenon und deren substituierte
Derivate, insbesondere die 4-Alkylbenzophenone worin die Alkylgruppe
1 bis 18 Kohlenstoffe aufweist; Chinone wie etwa Benzochinon, Anthrachinon
und deren substituierte Derivate; Thioxantone wie etwa 2-Isopropylthioxanthon
und 2-Dodecylthioxanthon; und bestimmte Chromophor-substituierte
Halomethylsymtriazine wie etwa 2,4-bis(trichlormethyl)-6-(3',4'-Dimethoxyphenyl)-sym-triazin.
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Ein
anderer geeigneter Typ von Fotoinitiator der in den Zusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann ist ein Fotoinitiator
des „Alphaspaltungstyps
(alpha cleavage type)".
Dieser Fotoinitiator ist insbesondere vorteilhaft wenn andere ungesättigte Spezies
wie etwa acrylierte Oligomere und Monomere im Weiteren eingesetzt werden.
Fotoinitiatoren des Alphaspaltungstyps sind im Stand der Technik bekannt.
Kommerzielle Beispiele umfassen Irgacure 184 und Darocur 1173, beide
von Ciba-Giegy (Hawthorne, NY) erhältlich.
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Bevorzugte
Fotoinitiatoren des Radikaltyps umfassen Acylphosphinoxide, Bisacrylphosphinoxide
und Mischungen davon, sowie Mischungen in welchen diese enthalten
sind. Geeignete kommerziell erhältliche
Beispiele umfassen Irgacure® 819, Irgacure® 1800
sowie Irgacure® 1850
von Ciba; sowie Lucirin TPO von BASF.
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Fotoaktive
Starter und fotoinduzierende Kopplungsmittel liegen in einer Konzentration
von etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 3 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 0,1
Gew.-% bis etwa 2,0 Gew.-% und besonders bevorzugt von etwa 0,3
Gew.-% bis etwa 1,5 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der
Zusammensetzung für
UV-härtbare
Zusammensetzungen vor. Für
den Fall der Elektronenstrahl(EB)-Strahlungsaushärtung werden fotoaktive Mittel
jedoch nicht benötigt
um das Blockcopolymer mit Vinylfunktionalität zu vernetzen. Zur Aushärtung der
Zusammensetzung der Erfindung sollte eine Schwelle aktinischer Strahlung
von ausreichender Energie (d. h. Wellenlängenbereich) ausgewählt werden
um freie Radikale zu erzeugen, wenn die Strahlung auf den jeweiligen
Fotoinitiator der zur Verwendung in der Zusammensetzung ausgewählt wurde,
trifft. Die bevorzugten Wellenlängenbereiche
für die
Fotoinitiatoren wie oben beschrieben liegen bei 400 bis 250 nm.
Die Menge an Strahlungsenergiedichte die notwendig ist um den Klebstofffilm
oder die Beschichtung die aus der Zusammensetzung der Erfindung
gebildet wurde zu vernetzen liegt bei etwa 25 bis etwa 200 mJ/cm3, (für
UVA, von etwa 315 nm bis etwa 400 nm), besonders bevorzugt von etwa
40 bis etwa 200 mJ/cm3, (für UVA, von
etwa 315 nm bis etwa 400 nm), wie mittels einem Power-PuckTM-Radiometer hergestellt von EIT gemessen.
Details des Fotoaushärtungsverfahrens
sind in den US-Patenten Nrn. 4,181,752 und 4,329,384 offenbart.
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Die
Zusammensetzungen der Erfindung können auch ausgehärtet werden
mittels Elektronenstrahl(EB)-Strahlung ohne Fotoinitiatoren zu verwenden.
Die für
die Vernetzung der Zusammensetzungen benötigte Dosis variiert in Abhängigkeit
von der jeweiligen Zusammensetzung reicht jedoch im Allgemeinen
von etwa 10 Gy bis etwa 200 Gy (ungefähr 1 bis etwa 20 Mrad) vorzugsweise
von etwa 20 Gy bis etwa 100 Gy (etwa 2 bis etwa 10 Mrad). Details
eines geeigneten Verfahrens zur Elektronenstrahl(EB)-Härtung von
klebstoffbeschichteten Substraten können im US-Patent Nr. 4,533,566
gewonnen werden.
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Die
Strahlungsenergiedichte und daher die Liniengeschwindigkeit für eine ausreichende
Aushärtung hängt von
der Zusammensetzung und wichtiger von der Dicke des Klebstofffilms
der ausgehärtet
wird ab. Für etwa
25,4 μm
(1 mil) Klebstofffilme werden die Klebstoffzusammensetzungen bei
Liniengeschwindigkeiten ausreichend ausgehärtet die von 91,4 m/min (300
ft/min) bis etwa 152 m/min (500 ft/min) reichen, wenn mit 2 × 600 Watt-Lampen ausgehärtet wird.
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In
Abhängigkeit
von der Art und den Mengen der Bestandteile die mit dem Blockcopolymer
mit Vinylfunktionalität
kombiniert werden zeigt die resultierende Klebstoffzusammensetzung
mindestens eine aus einer Vielzahl von verbesserten Eigenschaften.
In einigen Ausführungsformen
hat die Klebstoffzusammensetzung in vorteilhafter Weise eine Brookfield-Viskosität von weniger
als etwa 10.000 mPa·s
(cps) bei ungefähr
160°C, vorzugsweise
weniger als etwa 8.000 mPa·s
(cps) bei ungefähr
160°C, besonders
bevorzugt weniger als etwa 6.000 mPa·s (cps) bei etwa 160°C, und insbesondere
bevorzugt weniger als etwa 4.000 mPa·s (cps) bei etwa 160°C, was der
Klebstoffzusammensetzung erlaubt bei einer niedrigen Auftragstemperatur
aufgebracht zu werden, d. h. eine Auftragstemperatur von nicht mehr
als etwa 150°C,
vorzugsweise nicht mehr als etwa 140°C und besonders bevorzugt nicht
mehr als etwa 130°C.
Die bei niedriger Auftragstemperatur aufgebrachte Klebstoffzusammensetzung
kann in charakteristischer Weise als ein „Warmschmelz"-Klebstoff beschrieben werden, da die
Zusammensetzung eine niedrige Viskosität bei sogar noch niedrigeren
Temperaturen aufweist. Die Zusammensetzung zeigt die erwünschte Viskosität bei einer
Temperatur von weniger als etwa 140°C, und vorzugsweise bei einer
Temperatur von weniger als 130°C.
In den meisten bevorzugten Ausführungsformen
ist die Klebstoffzusammensetzung bei etwa 120°C ausreichend flüssig. Die
geringe Auftragstemperatur ist dazu geeignet wärmeempfindliche Substrate wie
etwa low gauge- Polyethylenfolien
zu beschichten. Die geringe Auftragungstemperatur hilft auch bei
der Verhinderung thermischen Abbaus der Klebstoffzusammensetzung.
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Die
Klebstoffzusammensetzungen der Erfindung können so formuliert werden,
dass die Zusammensetzungen verbesserte Weichmacherbeständigkeit,
ausreichende Klebrigkeit und verbesserte Wärmebeständigkeit aufweisen. Vorzugsweise
liegt die Scherhaftungsausfalltemperatur (SAFT) bei nicht weniger
als etwa 149°C
(300°F),
und bevorzugt bei nicht weniger als etwa 177°C (350°F), und die statische Scherung
liegt bei nicht weniger als etwa 24 Stunden nach Aushärtung der
Klebstoffzusammensetzung. Im Fall von Haftklebstoffen wird die hohe
Wärmebeständigkeit
angezeigt durch eine hohe SAFT die mit ausreichender Klebrigkeit
verbunden ist, in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Endgebrauch. Der Loop Tack liegt typischerweise
bei mindestens etwa 33,5 kg/m (30 oz/in) (1,875 lb/in), vorzugsweise
bei etwa 55,8 kg/m (50 oz/in) (3,125 lb/in) oder mehr, und besonders
bevorzugt bei etwa 83,7 kg/m (75 oz/in) (4,6 lg/in) oder mehr. Für permanente
Haftklebstoffe liegt der 180°-Schälwert bei
typischerweise mindestens etwa 446 g/cm (2,5 lbs/linear Inch) (pli),
vorzugsweise bei mindestens etwa 536 g/cm (3,0 lbs/linear Inch)
(pli) und insbesondere bevorzugt bei mindestens etwa 714 g/cm (4
lbs/linear Inch) (pli) oder mehr, abhängig vom beabsichtigten Endgebrauch.
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Die
Klebstoffzusammensetzung zeigt gute Weichmacherbeständigkeit
und Lösungsmittelbeständigkeit.
Die Weichmacherbeständigkeit
ist insbesondere vorteilhaft zum Verkleben hoch weichmacherhaltige
Substrate wie etwa verschiedene ölgestreckte
elastomerbasierte Substrate. Die Zusammensetzungen sind auch beständig gegenüber der
Aussetzung an ölbasierte
Hautpflegeprodukte die in Wegwerfabsorberprodukten enthalten sein
können.
Der Klebstoff kann auf eine Vielzahl von Substraten wie etwa verschiedene
Folien, Filze, Papiermaterialien, Pappe, Kunststoffe, Metalle, lackierte
Substrate, Glas, Leder, Kautschuke, etc. aufgeklebt werden.
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Die
Klebstoffzusammensetzungen der Erfindung können für verschiedene Anwendungen
einschließlich
zur Verwendung als Haftklebstoffe für Hochleistungsklebebänder und
Etiketten angewandt werden, und insbesondere zur Verwendung in der
Automobilindustrie wie etwa Fensteretiketten und Autokennzeichenplattenhalterungen
(license plate tabs), sterilisierbare medizinische Anwendungen,
tiefgefriergeeignete Etiketten, schrumpfbare Etiketten für konturierte
Behältnisse,
Klettverschlussklebebänder,
Abrasivprodukte, Straßenmarkierungsbänder, Schaumverklebung,
Verklebung von Kautschuk, Dichtungen an Luftfilter und Positionierklebstoffe.
Ferner können
sowohl Haftklebstoffe als auch Nichthaftklebstoff-Klebstoffzusammensetzungen
für Filmlaminierungs-
und Nonwoven-Konstruktionsanwendungen
wie etwa die Wegwerfwindel-Konstruktion wie auch für wood flooring-Klebstoffe
verwendet werden. Darüber
hinaus sind die Klebstoffzusammensetzungen geruchsarm.
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Gemäß einem
anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein doppelseitiges Klebeband
und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Das doppelseitige Klebeband
wird aus einer einzelnen Schicht der Klebstoffzusammensetzung der
Erfindung gebildet. Es umfasst eine erste Oberfläche und eine zweite entgegengesetzte Oberfläche ohne
dass es irgendein tragendes Substrat zwischen den beiden Oberflächen aufweist.
Bei Strahlungshärtung
zeigt die erste Oberfläche
einen ersten 180°-Schälwert und
eine zweite gegenüberliegende Oberfläche zeigt
einen zweiten 180°-Schälwert der
größer ist
als der erste Schälwert.
Vorzugsweise ist das Verhältnis
des zweiten Schälwerts
zum ersten Schälwert
bei etwa 2:1 bis etwa 20:1, besonders bevorzugt von etwa 4:1 bis
etwa 20:1.
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Gemäß der Erfindung
wird das doppelseitige Klebeband hergestellt durch Aufgingen einer
strahlungshärtenden
Klebstoffzusammensetzung der Erfindung auf eine ablösend beschichtete
Oberfläche
um einen Klebstofffilm zu erhalten der eine erste Oberfläche und
eine gegenüberliegende
zweite Oberfläche
aufweist die auf der ablösend
beschichteten Oberfläche
aufliegt; sowie Aushärten
des Klebstofffilms durch Aussetzen der ersten Oberfläche an Strahlungsenergie
um ein doppelseitiges Klebeband zu erhalten bei dem die zwei Oberflächen unterschiedliche
Haftung aufweisen. Es wird angenommen ohne auf eine Theorie festgelegt
sein zu wollen, dass das Aushärten
des Klebstofffilms in unterschiedlichem Ausmaß auf der ersten Oberfläche der Klebstoffschicht
im Vergleich zur zweiten gegenüberliegenden Oberfläche der
gleichen Klebstoffschicht die unterschiedliche Haftung erzeugt.
Die erhaltenen unterschiedlichen Haftungseigenschaften hängen von
der Dicke der Klebstoffschicht, den Strahlungsaushärtbedingungen
wie auch der Liniengeschwindigkeit und der Lampenleistung ab.
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Die
Dicke des Klebstofffilms ist typischerweise bei mindestens etwa
3 mils und vorzugsweise von etwa 0,1 bis 0,25 mm (4 bis 10 mils).
Die Klebstoffzusammensetzung wird auf solche Weise hergestellt,
dass die Strahlungsenergie, etwa das Licht im Fall der UV-Aushärtung, den
Klebstofffilm nicht über
seine Gesamtdicke gleichförmig
penetriert. Daher neigt die Klebstoffoberfläche die näher zur Strahlungsenergiequelle
liegt dazu in wesentlich größerem Ausmaß zu vernetzen
als die gegenüberliegende
Oberfläche
des Klebstofffilms die von der Strahlungsenergiequelle weiter entfernt
ist. Bei der Aushärtung
mittels Strahlung zeigt die erste Oberfläche des Klebstofffilms Klebstoffeigenschaften
die dem Grad entfernbar entsprechen und die zweite gegenüberliegende
Oberfläche
zeigt Klebstoffeigenschaften die dem Grad permanent entsprechen.
Der Schälwert
der Klebstoffoberfläche
mit dem Grad permanent ist typischerweise mindestens zweimal so
groß wie
der der gegenüberliegenden
Klebstoffoberfläche,
und vorzugsweise um das 4 bis 20-fache größer.
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Die
Anmelder haben auch gefunden, dass die Zusammensetzungen der Erfindung,
insbesondere die Zusammensetzung umfassend mindestens einen aromatischen
Polyvinylblockweichmacher eine ausgezeichnete Haftung auf nassen
Oberflächen
zusätzlich
zur Beibehaltung der guten Hafteigenschaften über den gesamten Temperaturbereich
von etwa 0°C
bis etwa 100°C
aufweisen. Derartige Eigenschaften sind dazu geeignet in Kunststoffverpackungsprodukten
umfassend eine Folienschicht und einen ablösbaren versiegelbaren Klebstoff
wie im US-Patent Nr. 5,662,758 verwendet zu werden, welches hier
per Zitierung einbezogen ist. Die gute Haftung auf nassen Oberflächen und
die stabilen Klebstoffeigenschaften ohne Transfer sind auch wichtige
Eigenschaften für
medizinisch verwendbare Klebstoffe die auf die Haut geklebt werden.
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Die
Erfindung wird veranschaulicht durch die folgenden nicht einschränkenden
Beispiele. Es sollte jedoch klar sein, dass viele Variationen und
Modifikationen vorgenommen werden können ohne vom Schutzumfang
der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Alle Bestandteile sind in
Gewichtsprozent angegeben sofern nicht anders angegeben. Die Scherhaftungsausfalltemperaturen
(SAFT) wurden auch gemäß der SAFT-Testmethode
I bestimmt, sofern nicht anders angegeben.
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Beispiele
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Testverfahren
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Brookfield-Viskosität
-
Die
Brookfield-Viskosität
wird gemessen mittels eines Brookfiled-RVDT-Viskometers gemäß den Betriebsanweisungen
des Herstellers.
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Schälprüfung
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Der
Schälwert
wird gemessen gemäß PSTC-1,
revidiert 8/85, „Peel
Adhesion of Single Coated Pressure-Sensitive Tapes at 180° Angle" (Schälhaftung
von einfach beschichteten Haftklebebändern in einem Winkel von 180°). Der Klebstoff
wird bei einer Temperatur von 350°F
(177°C)
auf 50,8 μm
dickes (2 mil) MylarTM (Polyethylenterephthalat)
mit einer Beschichtungsdicke von 25,4 μm (1 mil) aufgebracht. Die beschichtete MylarTM-Folie wird in Streifen von (1 Inch) breite
mal 6 Inch Länge
(2,5 cm mal 15,2 cm) geschnitten. Die Streifen werden auf Platten
aus rostfreiem Stahl aufgebracht, wobei der durchschnittliche Schälwert von
vier (4) Proben bei Raumtemperatur (25°C) gemessen angegeben wird.
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Statische Schärung
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Die
statische Schärung
wird gemessen gemäß PSTC-7,
revidiert 8/85, „Holding
Power of Pressure Sensitive Tapes" (Haltekraft von Haftklebbändern).
1'' × 1'' Proben
wurden auf gleiche Weise wie bei der Schälprüfung beschrieben beschichtet.
Die Proben wurden auf eine Testplatte aus rostfreiem Stahl mit einem
4,5 Pfund (2,0 kg) Handroller auflaminiert und man ließ 20 Minuten
vor der Prüfung
ruhen. Eine 500 g Last wird verwendet, angegeben wird die durchschnittliche
statische Scherung von vier (4) Proben und der Ausfallmodus bei
der Temperatur wird angegeben.
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Loop Tack
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Loop
tack wird gemessen gemäß dem FINAT-Testverfahren
Nr. 9 (FTM 9). Die Proben werden auf gleiche Weise beschichtet wie
bei der Schälprüfung beschrieben.
Die Proben wurden bei Raumtemperatur auf rostfreiem Stahl aufgebracht,
angegeben wird der durchschnittliche loop tack-Wert von fünf (5) Proben
und der Ausfallmodus.
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Rheologyprüfung
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Der
storage-Modul (G')
und tan delta werden gemäß ASTM D4440-93
bestimmt. Eine Testfrequenz von 10 radians/sek und ein Temperaturanstieg
oder Stufentest wird durchgeführt
mit einer 10 mm Durchmesser parallelen Plattentestgeometrie mit
einer Lücke
von 1 bis 4 mm.
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Scherhaftungsausfalltemperatur(SAFT)-Testverfahren
I
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Der
1'' × 1'' Klebstofffilm
auf 50,8 μm
(2 mil) MylarTM (Polyethylenterephthalat)-Substrat
wird auf einer lösungsmittelgereinigten
rostfreien Stahlplatte platziert und mit einer Standard 2 kg (4,5
lb) Walze aufgewalzt. Die Probe beließ man 30 Minuten bei 22,8°C (73°F)/50 % relativer
Feuchte und wurde anschließend
in einen 93,3°C
(200°F)
Ofen gegeben. Ein 500 g Gewicht wird an jede Probe angehängt. Nach
einer Minute Equilibrierung wird der Zeitnehmer gestartet und die
Ofentemperatur mit einer Geschwindigkeit von 1°C (1°F) pro Minute bis auf eine Endtemperatur
von 177°C
(350°F)
erhöht,
angegeben wird die durchschnittliche Ausfalltemperatur von vier
(4) Proben.
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Scherhaftungsausfalltemperatur(SAFT)-Testverfahren
II
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Ein
erstes 30,5 cm (12 Inch) langes Blatt von MylarTM wird
auf eine schwere Spanplatte getaped. Zwei Stücke von ablösebeschichtetem Papier werden
auf das MylarTM parallel zueinander mit
einem Inchabstand aufgebracht. Ein zweites 30,5 cm (12 Inch) langes
Blatt von MylarTM wird auf das erste MylarTM welches ablösendes Papier enthält aufgebracht.
Das zweite MylarTM-Blatt wird zurückgefaltet.
Man schließe
das zweite Blatt von MylarTM zwischen zwei
Glasstangen ein wobei die vordere Glasstange mit zwei Stücken darum
gewickeltes Maskierband ausgestattet ist. Dies erreicht eine erwünschte Filmdicke
des Klebstoffs wobei der Klebstoff mit der Glasstange verstrichen
wird. Ein Batzen Klebstoff wird auf das erste Blatt MylarTM zwischen den zwei Ablösepapieren aufgegossen. Die
Glasstangen werden gezogen um den Klebstoff in einen konsistenten
Film auszubreiten und das zweite MylerTM-Blatt
auf das erste Blatt aufzudrücken
und somit eine Verbindung auszubilden. Die resultierende Verbindung
ist etwa 25,4 mm × 30,5
cm (1'' × 12'')
groß.
Diese wird dann in 12 Stücke als
Proben geschnitten, wobei jede 25,4 mm × 25,4 mm (1'' × 1'') verklebte Fläche aufweist. Die Proben werden in
einem Ofen bei 54,4°C
(130°F)
ungefähr
5 Minuten lang konditioniert und dann an UV-Strahlung ausgesetzt. Die
Intensität der
Strahlung wird aufgezeichnet. Die Proben werden umgedreht und die
Konditionierung und UV-Strahlung wird wiederholt um eine angemessene
Auswertung durch den gesamten Klebstofffilm sicherzustellen. Die
Proben werden dann in einem Ofen platziert wobei ein 500 g Gewicht
im Schermodus angebracht ist. Die Ofentemperatur wird mit 25°C pro Stunde
gesteigert. Die Temperatur bei der Ausfall auftritt wird aufgezeichnet,
wobei die durchschnittliche Ausfalltemperatur von vier (4) Proben
angegeben wird.
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Schälhaftungsausfalltemperatur
(PAFT)
-
Ein
erstes 30,5 cm (12'') langes Blatt von
MylarTM wird auf eine schwere Spanplatte
aufgetaped. Zwei Stücke
von Ablösepapier
werden auf das MylarTM parallel zueinander
mit einem Inch Abstand aufgebracht. Ein zweites 30,5 cm (12'') langes Blatt von MylarTM wird
auf das erste MylarTM enthaltend das Ablösepapier
aufgebracht. Das zweite MylarTM-Blatt wird
zurückgefalten.
Das zweite Blatt von MylarTM wird zwischen
zwei Glasstangen eingeschlossen, wobei die vordere Glasstange mit
zwei Stücken
darum gewickeltes Maskierungsband ausgestattet ist. Dies erreicht
eine erwünschte
Filmdicke des Klebstoffs wenn der Klebstoff mit der Glasstange ausgebreitet
wird. Ein Batzen Klebstoff wird auf das erste Blatt MylarTM zwischen die zwei Ablösepapiere gegossen. Die Glasstangen
werden gezogen um den Klebstoff in einem konsistenten Film auszubreiten
und das zweite MylarTM-Blatt auf das erste Blatt aufzupressen
wodurch eine Verbindung gebildet wird. Die resultierende Verklebung
ist etwa 25,4 mm × 30,5
cm (1'' × 12'')
groß.
Diese wird dann in 12 Stücke
als Proben geschnitten, jede enthaltend eine 25,4 mm × 25,4 mm
(1'' × 1'')
Verklebungsfläche.
Die Proben werden in einem Ofen bei 54,4°C (130°F) konditioniert über etwa
5 Minuten und dann anschließend
an UV-Strahlung ausgesetzt. Die Intensität der Strahlung wird aufgezeichnet.
Die Proben werden umgedreht und die Konditionierung und UV-Strahlung
werden wiederholt um eine angemessene Aushärtung durch den gesamten Klebstofffilm
sicherzustellen. Die Proben werden dann in einem Ofen mit einem
100 g Gewicht angebracht im Schälmodus platziert.
Die Ofentemperatur wird mit 25°C
pro Stunde gesteigert. Die Temperatur bei der der Ausfall auftritt wird
aufgezeichnet, angegeben ist die durchschnittliche Ausfalltemperatur
von vier (4) Proben.
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Beispiele
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Die
Bestandteile die in den Beispielen verwendet wurden sind in der
folgenden Tabelle A aufgelistet.
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Beispiele 1 – 5
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Es
wurden Klebstoffzusammensetzungen hergestellt durch Kombinieren
der Bestandteile gemäß Tabelle
1. Zusätzlich
zu den aufgelisteten Bestandteilen enthielten die Zusammensetzungen
auch jeweils 0,3 Gew.-% Irganox 1010, Irganox 3052 FF und Irgafos
168 Antioxidantien sowie 0,8 Gew.-% Irgacure 819 Fotoinitiator,
mit Ausnahme des Zusammensetzungsbeispiels 3, die 0,4 Gew.-% Sumilizer
GS und 0,5 Sumilizer TP-D als alternative Antioxidantien enthielt.
Die Brookfield-Viskositäten
der Zusammensetzung wurden gemessen und die Daten sind in Tabelle
II angegeben.
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Eine
1 mil-Beschichtung der Zusammensetzung des Beispiels 1 wurde aufgebracht
auf einen MylarTM (Polyethylenterephthalat)-Film,
anschließend
durch Aussetzung an 75 Gy (7,5 Mrad) Elektronenstrahl (EB) ausgehärtet.
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Der
180°C Schälwert geprüft vor der
Aushärtung
und nach der Aushärtung
zeigte einen Anstieg von 161 g/cm (0,09 lbs/in) (vor der Aushärtung) auf
214 g/cm (1,2 lbs/in) (nach der Aushärtung). Die strahlungsinduzierte
Vernetzung eliminierte Tendenzen zum Kohäsivausfall.
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Die
Klebstoffzusammensetzung der Beispiele 2 – 5 wurden auf MylarTM(Polyethylenterephthalat)-Folien aufgebracht
und durch Aussetzung an eine 600 Watt H Kolbenlampe bei 15,2 m (50
Fuß) pro
Minute ausgehärtet.
SAFT, 180° Schälwerte und
loop tack wurden getestet und die Daten sind in Tabelle III angegeben.
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Tabelle
II Brookfield Viskosität
mPa·s
(cps)
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Tabelle
III Klebstoffeigenschaften
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Beispiele
1 – 5
stellen Haftklebstoffe mit niedriger Auftragstemperatur dar die
in vorteilhafter Weise angewendet werden können bis herunter auf etwa
200°F. Das
Beispiel 2 hat in vorteilhafter Weise auch eine sehr hohe Anfangsklebrigkeit.
Ferner wurde die Zusammensetzung des Beispiels 2 auch bezüglich der
Haftung auf Pyrex Glassubstrat getestet. Die 180° Schälwerte auf trockenen und nassen
Pyrex Glassubstraten betrugen 697 g/cm (3,9 lb/in) und 214 g/cm
(1,2 lb/in), bei einem Beschichtungsgewicht von 12,5 g, gemäß dem Schältestverfahren
mit der Ausnahme der Verwendung einer Pyrex Glasplatte anstelle
einer Platte aus rostfreiem Stahl. Es wurde gezeigt, dass die Zusammensetzungen
hohe Schälwerte
auf niedrig energetischen Oberflächen,
insbesondere nassen Oberflächen
zeigen.
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Beispiel 6
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Eine
Klebstoffzusammensetzung wird hergestellt durch Kombinieren von
30 Teilen KX-222C,
52,9 Teilen ECR-149-B, 14,2 Teilen Kaydolöl, 1 Teil Sumilizer GS, 1 Teil
Sumilizer TPD und 0,9 Teile Irgacure 819. Die Brookfieldviskosität, 180°C Schälwert, Loop
Tack, SAFT und statische Scherung der Zusammensetzung wurden geprüft und die
Daten sind in Tabelle IV angegeben. Ein 0,254 mm (10 mil) dicker
Klebstofffilm der Zusammensetzung wurde auf Ablösepapier aufbeschichtet und
bei 18,3 m (60 Fuß)
pro Minute (fpm) ausgehärtet durch
Aussetzung an eine 600 Watt H Kolbenlampe von Fusion, um ein doppelseitiges
Klebeband zu erhalten. Die 180° Schälwerte auf
beiden Oberflächen
des doppelseitigen Klebebands wurden getestet und die Daten sind
in Tabelle V angegeben.
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Beispiel 7
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Eine
Klebstoffzusammensetzung wurde hergestellt Beispiel 6, mit der Ausnahme
das SR-8273 verwendet
wurde anstelle von KX-222C und 1,9 Teile Irgacure 819 anstelle von
0,9 Teilen Irgacure 819.
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Die
Proben wurden beschichtet auf Ablösepapier mit 0,1 mm (4,0 mil)
Klebstoffdicke und anschließend ausgehärtet bei
30,5 m (100) und 91,4 m (300 Fuß)
pro Minute (fpm), durch Aussetzung an eine 600 Watt H Kolbenlampe.
Die 180° Schälwerte auf
beiden Oberflächen
der doppelseitigen Klebebandproben wurden getestet und die Daten
sind in Tabelle V angegeben.
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Tabelle
V 180° Schälwerte des
doppelseitigen Klebebands
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Wie
in Tabelle V gezeigt wies das doppelseitige Klebeband der Erfindung
verschiedene Klebstoffniveaus auf gegenüberliegenden Seiten des Klebstofffilms
aufgrund einer differenziellen Aushärtung des Klebstofffilms der
aus einer einzelnen Zusammensetzung gebildet wurde auf. Die Klebstoffzusammensetzung
ist insbesondere nützlich
für den
Klebebandmarkt um ein Transferklebeband zu erzeugen das unterschiedliche Haftung
aufweist, wobei eine einzelne Klebstoffzusammensetzung in Abwesenheit
eines Trägers
eingesetzt wird. Traditionell wird ein doppelseitiges Klebeband
hergestellt durch Beschichten eines permanentgradigen Klebstoffs
auf eine Oberfläche
einer MylarTM-Trägerfolie, sowie ein entfernbarer
Klebstoff auf der gegenüberliegenden
Seite der Trägerfolie.
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Beispiele 8 – 19
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Klebstoffzusammensetzungen
wurden hergestellt durch Kombinieren der Bestandteile gemäß Tabelle VII
und VIII. SAFT, 180° Schälwerte und
Loop Tack wurden getestet und die Daten sind in Tabelle IX aufgelistet.
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Beispiele
8 – 10
demonstrieren, dass Zufallsmultiblock-Styrol-Butadien-Styrol(SBS)-Blockcopolymere die
entweder geringe oder hohe Vinylfunktionalität aufweisen strahlungshärtbar sind.
Die Beispiele 11 – 16
veranschaulichen Klebstoffzusammensetzungen mit verbesserter Wärmebeständigkeit.
Diese Beispiele zeigen auch, dass Mischungen der vinylfunktionalisierten
Blockcopolymere in Verbindung mit homogenen Ethylen/Alpha-Olefin-Interpolymeren
zu den höchsten
SAFT-Werten in Kombination mit verbesserter Schälung und Loop Tacks führt.
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Die
Beispiele 18 und 19 im Vergleich zu Beispiel 17 zeigen, dass Mischungen
des vinylfunktionalisierten Blockcopolymers in Kombination mit Styrol-Isopren-Styrol
(SIS) die Schälwerte
und den Loop Tack erhöhen
ohne die Wärmebeständigkeit
zu beeinträchtigen. Tabelle
VII
Tabelle
VIII
Tabelle
IX
- AF*:
Klebstoffausfall, d. h. der Klebstoff verbleibt auf dem MylarTM-Substrat.
- CF*: Kohäsivausfall,
d. h. Ausfall aufgrund der Separation innerhalb der Klebstoffschicht,
was zu einer beträchtlichen
Menge an Klebstoff führt
der auf dem MylarTM-Substrat und der rostfreien
Stahltestplatte verbleibt.
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Beispiel 20
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Eine
Klebstoffzusammensetzung wurde hergestellt durch Kombinieren der
Bestandteile gemäß Tabelle
X. Ein 0,254 mm (10 mil) dicker Klebstofffilm der Zusammensetzung
wurde beschichtet auf ein Klettverschlusssubstrat und ausgehärtet bei
18,3 m/min (60 Fuß pro
Minute (fpm)) durch Aussetzen an eine 600 Watt H Kolbenlampe von
Fusion. 180° Schälwert, SAFT,
Loop Tack und statische Scherung wurden getestet und die Daten sind
in Tabelle X gelistet. Tabelle
X
KX-222C | 21,1 |
ECR-149-B | 51,3 |
Kaydolöl | 5,0 |
Isolene
40-S | 20 |
Sumilizer
GS | 1,0 |
Sumilizer
TP-D | 1,0 |
Irgacure
819 | 0,5 |
Klebstoffeigenschaften
180° Schälung (lbs/in)
g/cm | (4,4)
786 |
Loop
Tack (oz/in) kg/m | 45
50 |
SAFT
(°F)°C | (>350) >177 |
Statische
Scherung (bei 100°C)
(Std.) | >24 |
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Beispiel 21
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Eine
Klebstoffzusammensetzung wurde hergestellt durch Kombinieren der
Bestandteile gemäß Tabelle
XI. Die erhaltene Zusammensetzung wies eine anfängliche Brookfieldviskosität von 380
mPa·s
(cps) bei 149°C
(300°F)
und 385 mPa·s
(cps) bei 163°C
(325°F)
auf. Die Thermostabilität
wurde bestätigt
durch Überwachen
der Viskosität
bei der Auftragungstemperatur von 163°C (325°F) über 24 Stunden. Die Viskosität verblieb
bei 385 mPa·s
(cps). Tabelle
XI
KX-222CS | 15 |
Irganox
1010 | 0,23 |
Irganox
3052 FF | 0,23 |
Irgafos
168 | 0,23 |
Regalrez
1018 | 27,7 |
ECR-149B | 16,5 |
Piccolastic
A5 | 15,0 |
Paraffin
155F | 24,6 |
Irgacure
819 | 0,6 |
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Die
Klebstoffzusammensetzung wurde aufbeschichtet auf eine MylarTM-Folie bei etwa 25,4 – 38,1 μm (1,0 – 1,5 mil) Dicke und ausgehärtet mit
einer 600 Watt/25,4 cm (W/inch) H-Kolbenlampe bei 21,3 m/min (70 Fuß pro Minute).
Der SAFT geprüfte
auf dem 25,4 mm × 25,4
mm (1'' × 1'') überlappenden
Klebstoff auf dem MylarTM war größer als
177°C (350°F).
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Die
Klebstoffzusammensetzung wurde auch auf einen standardbeschichteten
Papieretikettenvorrat mit den Dimensionen 76,2 × 228,6 mm (3'' × 9'') mit etwa 25,4 – 38,1 μm (1,0 – 1,5 mil) aufbeschichtet und
die Eigenschaften wurden evaluiert und wie folgt angegeben:
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Die
Klebstoffzusammensetzung wurde auch auf ein orientiertes Polypropylen
(OPP)-Folienetikett
von 50,8 μm
(2 mil) Dicke mit etwa 25,4 μm
(1,0 mil) aufbeschichtet, anschließend auf die Vorderseite eines
zweiten Stücks
des Etiketts aufgeklebt und ausgehärtet durch die klare Überlappung
bei 30,48 m/min (100 fpm) mit einer 600 W/25,4 mm (W/inch) H-Kolbenlampe.
Dies simuliert den Überlappungsteil
eines typischen rollenzugeführten
Etiketts. SAFT-getestet an dem 25,4 mm × 25,4 mm (1'' × 1'') Überlappungsklebstoff
auf OPP betrug etwa 87,8°C
(190°F).
Die Überlappungsverklebungsevaluierung
zeigte eine starke Substratdeformation.
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Wie
durch die oben angegebenen Eigenschaften gezeigt ist die Klebstoffzusammensetzung
ein niedrig viskoser Heißschmelzklebstoff
bestimmt für
die Haftung von Etiketten auf Behältnissen wie etwa Plastik und Glasbehältern. Der
hohe SAFT-Wert bestätigt
die exzellenten Leistungen unter Belastung und die Wärme die notwendig
ist um zu ermöglichen,
dass das Folienetikett unter Aussetzung an Wärme schrumpft und die Naht straff
hält. Auf
diese Weise kann sich das Etikett der Größe und Form des Behälters anpassen.
Der ausgehärtete
Klebstoff zeigt eine hohe Wärmebeständigkeit
und wird für
Schrumpfetikettierung empfohlen.
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Beispiele 22 – 24
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Die
Klebstoffzusammensetzungen der Beispiele 22 – 24 wurden durch Kombinieren
der Bestandteile gemäße der folgenden
Tabelle XII hergestellt. Die Zusammensetzungen wurden dann nach
dem PAFT-Testverfahren und dem SAFT-Testverfahren II getestet. Die
Daten sind in Tabelle XIII gelistet. Tabelle
XII
Tabelle
XIII
- 1. Durchschnitt von 9 Proben; 2. Durchschnitt
von 8 Proben; 3. Durchschnitt von 5 Proben; 4. Durchschnitt von 10
Proben; 5. Durchschnitt von 7 Proben.
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Die
Beispiele 22 – 24
stehen für
Nichthaftklebstoffzusammensetzungen die für Schachtelherstellungsanwendungen
als Ersatz für
Animal Glue verwendbar sind. Die Zusammensetzungen sind auch verwendbar für andere
Buchbindeapplikationen, insbesondere Einschussbuchbinden, wie auch
für verschiedene
Verpackungsanwendungen. Die Zusammensetzungen erhalten ausreichende
Klebrigkeit nach der Aussetzung an UV-Licht um die Klebstoffe auf
Buchrückenmaterialien
zu pressen und gute Haftung zu erhalten. Die Klebrigkeit geht mit
der Abbindung des Klebstoffs verloren. Die Klebstoffe haben herausragende
SAFT-Werte bei moderatem PAFT. Sie zeigen auch exzellente Flexibilität. Diese
Flexibilität
würde gute
Flachlegungseigenschaften (layflat charakteristics) gewährleisten
wie beim Einschussbuchbinden wichtig sind.