DE60208526T2

DE60208526T2 - Organophile, plättchenartige tonpartikel umfassendes, in der schmelze verarbeitbares haftklebemittel, verfahren zu dessen herstellung und daraus hergestellte gegenstände

Info

Publication number: DE60208526T2
Application number: DE60208526T
Authority: DE
Inventors: Zhiming Saint Paul ZHOU; Jingjing Saint Paul MA; James R. Saint Paul PETERSON
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-04-04
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2022-01-23
Also published as: US6617020B2; WO2002081586A1; DE60208526D1; US20030021989A1; EP1379601A1; ATE315071T1; JP2004530012A; EP1379601B1

Description

Die Erfindung betrifft ein in der Heißschmelze verarbeitbares, druckempfindliches Haftklebemittel, das organophile plättchenartige Tonpartikel umfasst, daraus angefertigte Gegenstände sowie ein Verfahren zur Herstellung des druckempfindlichen Haftklebemittels.
Druckempfindliche Haftklebemittel (PSAs) finden Verwendung für eine Vielzahl von Anwendungen. Dem Durchschnittsfachmann ist bekannt, dass PSAs Eigenschaften einschließlich der folgenden aufweisen: (1) aggressive und dauerhafte Klebrigkeit, (2) Anhaftung nur durch Fingerdruck, (3) genügende Fähigkeit an einer Klebfläche festzuhalten sowie (4) genügende kohäsive Stärke um sauber von der Klebfläche entfernt zu werden. Materialien, über die herausgefunden wurde, dass sie gut als PSAs funktionieren, sind Polymere, welche so entworfen und formuliert wurden, dass sie die erforderlichen viskoelastischen Fähigkeiten zeigen, die zu einer gewünschten Ausgewogenheit der Klebrigkeit, Schälhaftung und Scherfestigkeit führen. Es ist kein einfacher Vorgang, eine einwandfreie Ausgewogenheit der Eigenschaften zu erhalten.
Es werden PSAs mit Leistungsmerkmalen benötigt, die anspruchsvollen Umgebungen, wie etwa erhöhten Temperaturen, widerstehen können. Die erwünschten Leistungsmerkmale können eine gute Schälhaftung, eine gute Scherfestigkeit und eine saubere Entfernbarkeit umfassen.
Ferner haben Umweltbedenken hinsichtlich der Verwendung von Lösemitteln bei der Verarbeitung von PSAs zu einer stärkeren Gewichtung lösemittelfreier Verarbeitungsverfahren, wie etwa Verarbeitung in der Heißschmelze, geführt. Die Verarbeitbarkeit in der Heißschmelze begrenzt jedoch die Polymere, welche in PSA Formulierungen verwendet werden können. Beispielsweise sind quervernetzte Polymere, welche eine hohe Scherfestig keit aufweisen, im Allgemeinen nicht in der Heißschmelze verarbeitbar. Dementsprechend wurden die Verwendung von thermoplastischen Elastomeren in solchen PSA Formulierungen und/oder die Quervernetzung der Zusammensetzungen nach der Beschichtung untersucht, um die Scherfestigkeit eines in der Heißschmelze verarbeitbaren PSAs auf andere Weise zu steigern. Nichtsdestoweniger sind diese Ansätze manchmal in den Leistungsmerkmalen begrenzt, die sie in der Lage sind zu erreichen.
JP-A-07090229 beschreibt eine photopolymerisierbare Zusammensetzung, die durch das Zusammenmischen von (A) 100 Gew.% eines Monomerengemischs, welches sich aus (a) 50–98 Gew.% eines (Meth)acrylestermonomers, (b) 50-2 Gew.% eines spezifischen Monomers und (c) 0,01–1 Gew.% eines spezifischen Monomers zusammensetzt, mit (B) 0,01–5 Gew.% eines Photopolymerisationsstarters sowie (C) 1–15 Gew.% eines hydrophoben lamellaren Tonmaterials hergestellt wird. Es wird ein Haftklebeband hergestellt durch Beschichtung eines Blattes mit der Zusammensetzung und durch Bestrahlung der Beschichtungsoberfläche mit Licht. Ein klebriges Haftklebeband wird durch Laminierung einer klebrigen Haftklebeschicht auf mindestens eine der Oberflächen des Haftklebebands erhalten.
Es besteht somit ein Bedarf an alternativen in der Heißschmelze verarbeitbaren, druckempfindlichen Haftklebezusammensetzungen (PSA). Ferner besteht ein Bedarf an in der Heißschmelze verarbeitbaren, PSA Zusammensetzungen, die vorzugsweise eine gute Scherfestigkeit bei hohen Temperaturen und eine gute Schälhaftung bei hohen Temperaturen sowie eine saubere Entfernbarkeit von einer Klebfläche aufweisen.
In einer Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Zusammensetzung: (a) mindestens ein Elastomer; (b) organophile plättchenartige Tonpartikel; und (c) minde stens ein nichtflüchtiges organophiles Abblätterungsmittel. Die Zusammensetzung ist ein in der Heißschmelze verarbeitbares PSA. In einer weiteren Ausführungsform sind die organophilen plättchenartigen Tonpartikel ausgerichtet.
Die erfindungsgemäße PSA Zusammensetzung zeigt in einer Ausführungsform eine gute Scherfestigkeit bei hohen Temperaturen. Die erfindungsgemäße PSA Zusammensetzung zeigt in einer weiteren Ausführungsform eine gute Schälhaftung bei hohen Temperaturen. Die erfindungsgemäße PSA Zusammensetzung zeigt auch eine saubere Entfernbarkeit von einer Klebfläche in einer weiteren Ausführungsform. Idealerweise zeigt die erfindungsgemäße PSA Zusammensetzung auch eine gute kohäsive Festigkeit. Eine gute kohäsive Festigkeit stellt eine Kombination aus guter Scherfestigkeit, guter Schälhaftung und sauberer Entfernbarkeit bereit.
Der hierin verwendete Begriff „nichtflüchtig" bezieht sich auf solche Abblätterungsmittel, die weniger als etwa drei Gewichtsprozent VOC (flüchtigen organischen Gehalt) erzeugen, wenn das Abblätterungsmittel einer Temperatur von etwa 110 °C +/– 5 °C in einem Gebläseofen eine Stunde lang gemäß des ASTM Testverfahrens DS403-93 ausgesetzt wird.
Der hierin verwendete Begriff „organophiler Ton" bezieht sich auf einen Ton, der oberflächenverändert wurde, so dass mindestens ein Anteil seiner Oberflächenbeschaffenheit von einem organophoben Zustand in einen organophilen Zustand (vorzugsweise in einen hydrophoben Zustand) überführt wird. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform ein Ton anfangs sowohl organophobe als auch organophile Stellen aufweisen. Jedoch wird nach erfindungsgemäßer Veränderung mindestens ein Anteil der organophoben Stellen in organophile Stellen überführt. In weiteren Ausführungsformen enthält ein Ton anfangs im Wesentlichen ausschließlich organophobe Stellen und, nach erfindungsgemäßer Veränderung, wird mindestens ein Anteil der organophoben Stellen in organophile Stellen überführt. Vorzugsweise werden mindestens 50 % der austauschbaren Kationen auf dem unveränderten organophilen Ton mit organophil verändernden Kationen ausgetauscht.
Der hierin verwendete Begriff „organophiles Abblätterungsmittel" bezieht sich auf ein organophiles Material, welches in der Lage ist, eine organophile Tonplatte in plättchenartige Partikel aufzutrennen und die plättchenartigen Partikel bei der Temperatur der Verwendung (typischerweise Raumtemperatur; d.h. etwa 21 °C) aufrecht zu erhalten.
Der hierin verwendete Begriff „lösemittelfrei" bezieht sich auf Zusammensetzungen, die im Wesentlichen 100 Prozent Festsysteme sind (d.h. Systeme, die im Wesentlichen frei von VOC und Wasser sind). Typischerweise weisen solche Zusammensetzungen nicht mehr als etwa fünf Gewichtsprozent VOC und Wasser auf, insbesondere nicht mehr als etwa drei Gewichtsprozent VOC und Wasser. Am typischsten sind solche Zusammensetzungen frei von VOC und Wasser.
Der hierin verwendete Begriff „in der Heißschmelze verarbeitbar" bezieht sich auf eine Zusammensetzung, die sich beispielsweise durch Hitze und Druck aus einem Feststoff in eine viskose Flüssigkeit umwandeln kann. Die Zusammensetzung sollte in der Heißschmelze verarbeitbar sein, ohne dass sie sich dabei chemisch verändert, was sie für die beabsichtigte Anwendung unbrauchbar machen würde. Typischerweise sind in der Heißschmelze verarbeitbare Zusammensetzungen lösemittelfrei.
Der hierin verwendete Begriff „ausgerichtet" bezieht sich auf plättchenartige Partikel, die in nicht-zufälliger Weise positioniert sind. Ein Fachmann wäre typi scherweise in der Lage eine Zusammensetzung zu betrachten und zu bestimmen, ob die plättchenartigen Partikel ausgerichtet sind und, wenn ja, ob die plättchenartigen Partikel in einer Achse oder in zwei Achsen ausgerichtet sind oder nicht. In einem in zwei Achsen ausgerichteten System sind die Hauptoberflächen einer Mehrzahl der plättchenartigen Partikel annähernd parallel. Dies kann beispielsweise bei einer Folie der Fall sein, die in sowohl die X-Richtung als auch die Y-Richtung ausgedehnt wird. In einem in einer Achse ausgerichteten System ist eine Mehrzahl der plättchenartigen Partikel typischerweise entlang ihrer größten Ausdehnung (d.h. ihrer Länge) annähernd parallel angeordnet. Beispielsweise wäre dies die Y-Richtung (oder „Netz abwärts" Richtung) im Fall einer Folie, die auf ein Netz extrudiert und in der Y-Richtung gedehnt wird.
Die erfindungsgemäße in der Heißschmelze verarbeitbare, druckempfindliche Haftklebezusammensetzung (PSA) umfasst mindestens ein Elastomer, organophile plättchenartige Tonpartikel, mindestens ein nichtflüchtiges organophiles Abblätterungsmittel sowie wahlweise Zusätze.
Elastomere
Es sollte ein Elastomer ausgewählt werden, das in der Heißschmelze verarbeitbar ist, so dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung in der Heißschmelze verarbeitbar ist. In der Heißschmelze verarbeitbare Elastomere umfassen bestimmte herkömmliche Elastomere wie auch bestimmte thermoplastische Elastomere. Diese in der Heißschmelze verarbeitbaren Elastomere sind typischerweise lineare oder verzweigte Polymere mit geringer oder keiner Quervernetzung. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung umfasst typischerweise etwa 25 bis etwa 98 Gewichtsprozent Elastomer bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Herkömmliche Elastomere
Verwendbare herkömmliche Elastomere bilden typischerweise eine Phase bei etwa 21 °C und weisen eine Glasübergangstemperatur von weniger als 20 °C (insbesondere weniger als etwa 0 °C) auf, zusätzlich dazu, dass sie elastomere Eigenschaften zeigen. Beispiele herkömmlicher Elastomere, die für die vorliegende Erfindung verwendbar sind umfassen, sind aber nicht eingeschränkt auf Natur- und synthetische Kautschuke, Polyvinylether, Poly(meth)acrylate, Polyurethane, Poly-α-Olefine, Silikone und Kombinationen davon.
Naturkautschukelastomere, die zur Formulierung als PSAs verwendbar sind, enthalten im Allgemeinen plastifizierten Naturkautschuk. Naturkautschuk kann sich in der Graduierung von einem hell blassen Kreppgrad zu einem dunkleren gerippten, gerauchten Fellgrad bewegen. Repräsentative Beispiele umfassen CV-60 von Goodyear Tire and Rubber Co.; Akron, OH, der eine Kautschukgraduierung von kontrollierter Viskosität darstellt und SMR-5 von Cargill Inc.; Ontario, NY, der einen gerippten, gerauchten Fellkautschukgrad darstellt. Naturkautschuke sind im Allgemeinen nicht klebrig und werden daher typischerweise mit klebrigmachenden Harzen formuliert, um PSAs zu bilden. Weitere Zusatzstoffe wie etwa Antioxidantien werden ebenfalls regelmäßig zu PSA Formulierungen hinzugefügt, die auf Naturkautschuken basieren.
Verwendbare synthetische Kautschuke können entweder klebrig oder nicht klebrig sein. Synthetische Kautschukelastomere umfassen beispielsweise Butylkautschuk (ein Copolymer von Isobutylen und weniger als drei Gewichtsprozent Isopren); Polyisobutylen; Polyisopren; Polybutadien sowie Styrol/Butadienkautschuk. Ein spezifisches Beispiel eines synthetischen Kautschuks ist AMERIPOL 101 IA, ein Styrol/Butadienkautschuk, der von BF Goodrich Co.; Charlotte, NC erhältlich ist.
Polyvinyletherelastomere werden im Allgemeinen als Gemische aus Homopolymeren von verschiedenen Vinylethern (z.B. Vinylmethylether, Vinylethylether oder Vinylisobutylether) oder Gemischen aus Homopolymeren von Vinylethern und Copolymeren (d.h. solchen Polymeren, die sich von mindestens zwei chemisch unterschiedlichen Monomeren ableiten) von Vinylethern, wie etwa beispielsweise mit (Meth)acrylaten eingesetzt. In Abhängigkeit vom Polymerisationsgrad können die Homopolymere viskose Öle, klebrige Weichharze oder Kautschukähnliche Substanzen sein. Polyvinyletherelastomere umfassen beispielsweise solche, die auf Vinylmethylether basieren, wie etwa LUTANOL M 40, erhältlich von BASF Corp.; Mount Olive, NJ sowie GANTREZ M574 und GANTREZ M 555, erhältlich von ISP Technologies, Inc.; Wayne, NJ; Vinylethylether, wie etwa LUTANOL A 25, LUTANOL A 50 und LUTANOL A 100, erhältlich von BASF Corp.; Mount Olive, NJ; Vinylisobutylether, wie etwa LUTANOL 130, LUTANOL 160, LUTANOL IC, LUTANOL I 60D und LUTANOL I 65D, erhältlich von BASF Corp.; Mount Olive, NJ sowie ein Terpolymer von Methacrylat/Vinylisobutylether/Acrylsäure, wie etwa ACRONAL 550 D, erhältlich von BASF Corp.; Mount Olive, NJ.
Poly(meth)acrylelastomere weisen im Allgemeinen eine Glasübergangstemperatur von –20 °C oder darunter auf. Häufig sind diese Elastomere Copolymere und können beispielsweise von etwa 80 bis etwa 100 Gewichtsprozent eines C₃-C₁₂ Alkylesteranteils wie etwa beispielsweise Isooctylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und/oder n-Butylacrylat sowie von etwa 0 bis etwa 20 Gewichtsprozent eines polaren Anteils, wie etwa beispielsweise (Meth)acrylsäure, Ethylenvivylacetat, N-Vinylpyrrolidon und/oder Styrolmacromer umfassen. Die Polyacrylatelastomere können klebrig oder nicht klebrig sein.
Das Elastomer kann ein Polyurethanelastomer umfassen. Ein repräsentatives Beispiel eines geeigneten Polyu rethanelastomers ist Polyoctadecylcarbamat, das in der U.S. Patentschrift Nr. 2,532,011 beschrieben wird.
Bei den Poly-α-Olefineastomeren, auch als Poly(I-Alken)elastomere bezeichnet, kann es sich um jedes beliebige geeignete Poly-α-Olefin handeln, solange das Material elastomere Eigenschaften aufweist. Im Allgemeinen umfassen solche Elastomere ein nicht quervernetztes Polymer, in das durch Strahlung aktivierbare funktionelle Gruppen eingebaut sein können, wie in der U.S. Patentschrift Nr. 5,209,971 beschrieben. Das Poly-α-Olefinelastomer kann klebrig oder nicht klebrig sein. Die inhärente Viskosität des Polymers beträgt, wenn es nicht quervernetzt ist, zwischen etwa 0,7 dL/g und etwa 5 dL/g, gemessen nach ASTM D 2857-93, „Standard Practice for Dilute Solution Viscosity of Polymers". Ferner ist das Polymer im Allgemeinen vorwiegend amorph. Geeignete Poly-α-Olefinelastomere umfassen beispielsweise C₃-C₁₈ Poly(1-Alken)homopolymere und Copolymere von Propylen mit C₅-C₁₂ 1-Alkenen. Bevorzugte Poly-α-Olefinelastomere umfassen beispielsweise C₅-C₁₂ Poly(1-Alken)polymere und Copolymere von Propylen mit C₆-C₈ 1-Alkenen.
Silikonelastomere sind typischerweise Polydimethhylsiloxan- oder Polydimethyldiphenylsiloxanpolymere, die eine restliche Silanolfunktionalität (SiOH) an den Enden der Polymerkette aufweisen oder Blockcopolymere, die Polydiorganosiloxansegmente und durch Harnstoff begrenzte Segmente umfassen.
Thermoplastische Elastomere
Thermoplastische Elastomere zeigen elastomere Eigenschaften bei Raumtemperatur (d.h. etwa 21 °C), weisen jedoch thermoplastische Fähigkeiten bei erhöhten Temperaturen, bei denen sie geformt werden können, auf. Repräsentative Beispiele davon umfassen styrolische Blockcopolymere (wie etwa Styroldienblockcopolymere), Polyolefine, Polyurethane, Polyester und Kombinationen davon.
Styroldienblockcopolymerelastomere sind im Allgemeinen vom A-B oder [A-B]_n Typ, wobei A einen thermoplastischen Polystyrolblock darstellt und B einen Kautschukblock aus Polyisopren, Polybutadien oder einer ihrer hydrierten Versionen, wie etwa Poly(ethylen/butylen) oder Poly(ethylen/propylen) repräsentiert. Beispiele spezifischer Styroldienblockcopolymere umfassen, sind aber nicht beschränkt auf lineare, radiale und abgeschrägte Styroldienblockcopolymere, wie etwa KRATON D 1107, erhältlich von Shell Chemical Co.; Houston, TX und EUROPRENE SOL TE 9110, erhältlich von EniChem Elastomers Americas, Inc.; Houston, TX; lineare Styrol(ethylen/butylen)blockcopolymere, wie etwa KRATON G1657, erhältlich von Shell Chemical Co.; Houston, TX; lineare Styrol(ethylen/propylen)blockcopolymere, wie etwa KRATON G 1750X, erhältlich von Shell Chemical Co.; Houston, TX; Butadienblockcopolymere, wie etwa KRATON D 1118, erhältlich von Shell Chemical Co.; Houston, TX und EUROPRENE SOL TE 6205, erhältlich von EniChem Elastomers Americas, Inc; Houston, TX; sowie radiale asymmetrische Styrolisoprenblockcopolymere wie beschrieben in den U.S. Patentschriften Nr. 5,393,787 und 5,296,547. Die Polystyrolblöcke neigen dazu, Domänen in der Gestalt von Sphäroiden, Zylindern oder Lamellen zu bilden, wodurch das Blockcopolymer zwei Phasen aufweist.
Polyolefin thermoplastische Elastomere sind beispielsweise von DuPont-Dow Elastomers; Wilmington, DE unter dem Handelsnamen ENGAGE erhältlich. Spezifische Beispiele davon umfassen ENGAGE 8150, ENGAGE 8180, ENGAGE 8100, ENGAGE 8452, ENGAGE 8445, ENGAGE 8480, ENGAGE 8490, ENGAGE 8200 und ENGAGE 8840.
Organophiler Ton
Organophiler Ton ist dadurch erhältlich, dass ein hydrophiler Ton so modifiziert wird, dass er organophil wird. Herkömmlicher hydrophiler Ton kann im Allgemeinen nicht hinreichend erfindungsgemäß abgeblättert werden. Daher verwendet die vorliegende Erfindung organophilen Ton, um einen höheren Abblätterungsgrad des Tons zu erreichen.
Bei dem zu modifizierenden hydrophilen Ton kann es sich um ein beliebiges Phyllosilikat oder einen anderen Ton, der eine blattartige Struktur aufweist, handeln. Beispiele dafür umfassen, sind aber nicht beschränkt auf hydrierte Aluminiumsilikate, Kaolinit, Atapulgit, Illit, Halloysit, Beidelit, Nontronit, Hektorit, Hektit, Bentonit, Saponit und Montmorillonit. Smektitton, wie etwa beispielsweise Beidelit, Nontronit, Hektorit, Hektit, Bentonit, Saponit und Montmorillonit wird bevorzugt.
Für die Erfindung geeigneter organophiler Ton kann aus im Handel erhältlichem hydrophilem Ton hergestellt werden. Nachfolgend ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines organophilen Tons:
Der hydrophile Ton wird gerührt und in Wasser zur Bildung einer Lösung von entblättertem hydrophilem Ton gelöst. Daraufhin werden, in Abhängigkeit von dem Ton, austauschbare Ionen (z.B. Natrium- oder Calciumionen) zum Beispiel aus dem hydrophilen Ton, mit organophil verändernden Kationen ausgetauscht. Typische organophil verändernde Kationen umfassen Onium-Kationen. Beispielsweise umfassen solche Kationen C₂ bis C₆₀ Alkylprimäre, sekundäre, tertiäre und quaternäre Ammoniumkationen und quaternäre Phophoniumkationen, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Beispiele dafür umfassen (Meth)acrylatammoniumkationen, wie etwa 2-(Dimethylammonium)ethylmethacrylatkationen, Octadecylammoniumka tionen, Dimethyl-dihydrierte Talgammoniumkationen, Thiolgruppen-funktionalisierte Alkylammoniumkationen und Kombinationen davon, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Der Austausch der hydrophilen Tonionen mit organophilen modifizierenden Kationen verursacht das Fällen des modifizierten Tons aus der Wasserlösung. Der gefällte Ton (der sich nicht mehr in einem entblätterten Zustand befindet) wird daraufhin zur Entfernung des übrigen Wassers getrocknet.
Einige organophile Tonarten sind im Handel erhältlich. Organophil-modifizierter Montmorillonit ist beispielsweise erhältlich als SCPX CLOISITE 20A, SCPX CLOISITE 15A, SCPX CLOISITE 10A, SCPX CLOISITE 6A, SCPX CLOISITE 30b und SCPX CLOISITE 2398 von Southern Clay Products; Gonzalez, TX sowie unter der Handelsbezeichnung NANOMER von Nanocor Inc.; Arlington Heights, IL.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung umfasst typischerweise eine beliebige geeignete Menge von organophilem Ton. Im Allgemeinen wird die Menge an vorhandenem organophilem Ton so gewählt, dass die Gesamtzusammensetzung ein druckempfindliches Haftklebemittel ist. Vorzugsweise umfasst die Zusammensetzung etwa 1 bis etwa 40 Gewichtsprozent der organophilen plättchenartigen Tonpartikel, besonders bevorzugt etwa 1 bis etwa 20 Gewichtsprozent und insbesondere 1 bis etwa 10 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Die genaue Menge variiert in Abhängigkeit von beispielsweise dem Elastomertyp und dem Vorhandensein und der Menge anderer Bestandteile in der Zusammensetzung.
Nichtflüchtige organophile Abblätterungsmittel
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung umfasst typischerweise, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, etwa 1 bis etwa 75 Gewichtsprozent eines nichtflüchtigen organophilen Abblätterungsmittels. Ein nichtflüchtiges organophiles Abblätterungsmittel wird verwendet, um den organophilen Ton abzublättern. Es wurde herausgefunden, dass der organophile Ton in einfacher Weise durch Abblätterungsmittel abgeblättert werden kann, bei denen es sich um niedrigmolekulare Harze handelt. Beispiele von verwendbaren niedrigmolekularen Harzen umfassen klebrigmachende Mittel und niedrigmolekulare Blockcopolymere, wie etwa Styrol-Isopren-Blockcopolymere, Styrol-Butadien-Blockcopolymere und hydrierte Blockcopolymere, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Solche Abblätterungsmittel weisen typischerweise ein durchschnittliches Molekulargewicht von weniger als etwa 20000 g/mol, vorzugsweise weniger als etwa 10000 g/mol und insbesondere weniger als etwa 5000 g/mol auf.
Klebrigmachende Mittel sind die bevorzugten Abblätterungsmittel. Jedoch können nicht alle klebrigmachenden Mittel in einem beliebigen gegebenen System als Abblätterungsmittel dienen. Damit ein klebrigmachendes Mittel als ein erfindungsgemäßes Abblätterungsmittel fungieren kann, muss es im Allgemeinen genügend viskos sein, um der Zusammensetzung bei der Abblätterung Scherkräfte zu verleihen, damit der organophile Ton wirkungsvoll abgeblättert wird. Es wird auch bevorzugt, dass solch ein klebrigmachendes Mittel eine beträchtliche Anhäufung der abgeblätterten Partikel minimiert oder verhindert. Die Auswahl eines mit dem organophilen Ton verträglichen klebrigmachenden Mittels verhilft dazu, diese bevorzugte Ausführungsform zu erreichen. Geeignete klebrigmachende Mittel können in den folgenden Gruppen gefunden werden: aliphatische, aromatischmodifizierte aliphatische, aromatische und mindestens teilweise hydrierte Versionen sowie deren Derivate.
Beispiele von klebrigmachenden Mitteln, die als Abblätterungsmittel geeignet sind, umfassen Kolophoniumarten, wie etwa Holzkolophoniumarten und deren hydrierte Derivate; Kolophoniumderivate, wie etwa FORAL 85, ein stabilisierter Kolophoniumester von Hercules Chemical Co.; Wilmington, DE, die SNOWTACK Serie von Gummikolophoniumarten von Tenneco Corp.; Greenwich, CN sowie die AQUATAC Serie von Tallölkolophoniumarten von Arizona Chemical Co.; Panama City, FL; Terpenharze verschiedener Erweichungspunkte, wie etwa α-Pinen und β-Pinen, erhältlich als PICCOLYTE A-115 und ZONAREZ B-100 von Arizona Chemical Co.; Panama City, FL; Harze auf Petroleumgrundlage, wie etwa die ESCOREZ 1300 Serie aliphatischer Olefin-abgeleiteter Harze und die ESCOREZ 2000 Serie aromatisch/aliphatisch Olefin-abgeleiteter Harze von Exxon Chemical Co.; Houston, TX; sowie synthetische Kohlenwasserstoffharze, wie etwa die PICCOLYTE A Serie aromatischer Harze, wie etwa PICCOTEX LC-55WK; und aliphatische Harze, wie etwa PICCOTAC 95, erhältlich von Hercules Chemical Co.; Wilmington, DE.
Besonders bevorzugt sind Harze, die sich von der Polymerisation C₅ bis C₉ ungesättigter Kohlenwasserstoffmonomere, Polyterpene, synthetischer Polyterpene und ähnlicher herleiten. Beispiele solcher im Handel erhältlichen Harze dieses Typs sind WINGTACK PLUS klebrigmachende Mittel, erhältlich von Goodyear Tire and Rubber Co.; Akron, OH; REGALREZ 1126 klebrigmachende Mittel, erhältlich von Hercules Chemical Co.; Wilmington, DE sowie ESCOREZ 180, ESCOREZ 1310 und ESCOREZ 2393 klebrigmachende Mittel, allesamt erhältlich von Exxon Chemical Co.; Houston, TX.
Zusatzstoffe
Die erfindungsgemäße PSA Zusammensetzung kann wahlweise Zusatzstoffe enthalten. Typ und Menge der Zusatzstoffe kann beispielsweise abhängen von der Natur des Elastomers, der plättchenartigen Tonpartikel und des Abblätterungsmittels. Beispiele von Zusatzstoffen umfassen allgemeine klebrigmachende Mittel, Weichmacher, Antioxidantien, Pigmente, Härtungsmittel, adhäsionsfördernde Mittel und Kombination davon, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
Klebrigmachende Mittel
In einigen Fällen kann das nichtflüchtige organophile Abblätterungsmittel zum Klebrigmachen des Elastomers dienen. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung umfasst typischerweise, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, etwa 0 bis etwa 75 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 0 bis etwa 60 Gewichtsprozent und insbesondere etwa 0 bis etwa 50 Gewichtsprozent eines klebrigmachenden Mittels. Die zuvor genannten Gewichtsprozente in Bezug auf klebrigmachende Mittel umfassen solche klebrigmachenden Mittel, die gleichsam Abblätterungsmittel sind, zusätzlich zu denen, die es nicht sind.
Adhäsionsfördernde Mittel
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann wahlweise ein adhäsionsförderndes Mittel umfassen. Adhäsionsfördernde Mittel sind Materialien, welche die Bindung des PSA an ein Trägermaterial verbessern. Beispiele von geeigneten adhäsionsfördernden Mitteln umfassen solche, die ausgewählt sind aus Trimethylolpropan (TMPTA), Hexandioldiacrylat (HDDA) und Pentaerythritolacrylat (PETA), sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
Vorzugsweise umfasst die Zusammensetzung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, von etwa 0 bis etwa 10 Gewichtsprozent eines adhäsionsfördernden Mittels (typischerweise etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent, wenn inbegriffen), vorzugsweise etwa 0 bis etwa 5 Gewichtsprozent und insbesondere etwa 0 bis etwa 2 Gewichtsprozent.
Herstellung von in der Heißschmelze verarbeitbaren PSAs
Das Durchmischen kann mittels eines beliebigen Verfah rens ausgeführt werden, das zu einer im Wesentlichen homogenen Verteilung der Bestandteile führt. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung wird typischerweise hergestellt durch Mischen der Bestandteile in geschmolzenem oder weichem Zustand in der Schmelze, durch Vorrichtungen, die dispergierendes Mischen, verteilendes Mischen oder eine Kombination davon bereitstellen. Sowohl Batch- als auch kontinuierliche Verfahren des Mischens können angewandt werden. Beispiele von Batchverfahren umfassen Innenmischen und Mischen mit der Walzenmühle. Beispiele von kontinuierlichen Verfahren umfassen Einzelschneckenextrudieren, Doppelschneckenextrudieren, Scheibenextrudieren, hin und her bewegendes Einzelschneckenextrudieren sowie Stiftzylinder-Einzelschneckenextrudieren. Kontinuierliche Verfahren können verteilende Elemente, Stiftmischelemente, statische Mischelemente und dispergierende Elemente, wie etwa MADDOCK Mischelemente und SAXTON Mischelemente verwenden.
Es ist schwierig, organophilen Ton durch Mischen des Tons in der Heißschmelze nur mit einem Elastomer zu entblättern. Es wurde herausgefunden, dass die direkte Verarbeitung des organophilen Tons mit einem Elastomer in der Heißschmelze zu einer begrenzten Abblätterung des organophilen Tons führt, wobei viele Tonaggregate oder Platten übrigbleiben. Deshalb wird erfindungsgemäß ein Abblätterungsmittel eingesetzt.
Mehrere unterschiedliche Abfolgen können bei der Herstellung der in der Heißschmelze verarbeitbaren erfindungsgemäßen PSA Zusammensetzung verwendet werden, um ein Elastomer, organophilen Ton, Abblätterungsmittel und wahlweise Zusatzstoffe zu mischen. Elastomer, organophiler Ton, Abblätterungsmittel und wahlweise Zusatzstoffe können beispielsweise einfach in der Wärme unter Scherkräften gemischt werden, wie etwa in einem Extruder oder einem Mischer, wie etwa einem BRABENDER Mischer (im Handel erhältlich von C.W. Brabender Co.; South Hackensack, NJ) oder einem BANBURY Mischer. Falls die Zusammensetzung lieber in einem Mischer als in einem Extruder hergestellt wird, kann sie daraufhin in einem Extruder überführt werden. Alternativ kann ein Hauptansatz zuvor abgeblätterten organophilen Tons durch Mischen von organophilem Ton und einem Abblätterungsmittel unter Erwärmen bei Scherbedingungen hergestellt werden. Dieser Hauptansatz kann daraufhin mit einem Elastomer gemischt werden, um die in der Heißschmelze verarbeitbare PSA Zusammensetzung zu bilden.
Ein Hauptansatz zuvor abgeblätterten organophilen Tons kann beispielsweise durch Zusammenmischen des organophilen Tons und des Abblätterungsmittels in einem Doppelschneckenextruder, wie etwa einem 33 Millimeter co-rotierenden Doppelschneckenextruder, im Handel erhältlich von APV Chemical Machinery Inc.; angeschlossen an Davis-Standard, a Crompton Company; Pawcatuck, CT oder einem BRABENDER Mischer (im Handel erhältlich von C.W. Brabender Co.; South Hackensack, NJ) hergestellt werden. Die Temperatur des Zusammenmischens beträgt typischerweise von etwa 100 °C bis etwa 180 °C, in Abhängigkeit von der Schmelzverarbeitungstemperatur des Abblätterungsmittels. Die Temperatur des Zusammenmischens sollte so gewählt werden, dass sie sich oberhalb des Erweichungspunktes des Abblätterungsmittels, aber unterhalb der Zersetzungstemperatur der Bestandteile befindet.
Nach dem vorangehenden Zusammenmischen des organophilen Tons mit dem Abblätterungsmittel zur Bildung eines Hauptansatzes, kann der Hauptansatz in der Heißschmelze mit dem Elastomer gemischt werden zur Bildung einer in der Heißschmelze verarbeitbaren PSA Zusammensetzung. Da die endgültige Abblätterung des organophilen Tons viel vollständiger ist, wenn der organophile Ton vor dem Mischen mit dem Elastomer bereits abgeblättert wird, sollte dieses Verfahren dem direkten Mischen von Elastomer, organophilem Ton und Abblätterungsmittel vorgezogen werden.
Nach dem Schritt des Mischens, ob in einem Extruder oder einem Mischer durchgeführt, kann die Zusammensetzung durch kontinuierliche Heißschmelzformverfahren zu einer Beschichtung gestaltet werden. Kontinuierliche Gestaltungsverfahren umfassen beispielsweise das Ziehen der PSA Zusammensetzung aus einer Foliendüse und daraufhin das Kontaktieren der Zusammensetzung mit einem beweglichen Plastiknetz oder einem anderen geeigneten Trägermaterial. Ein verwandtes kontinuierliches Gestaltungsverfahren umfasst das Extrudieren der Zusammensetzung und eines co-extrudierten Trägermaterials aus einer Foliendüse und darauf folgender Kühlung der Struktur zur Bildung eines PSA Bandes. Weitere kontinuierliche Gestaltungsverfahren umfassen das unmittelbare Kontaktieren der geschmolzenen Zusammensetzung mit einem sich schnell bewegenden Plastiknetz oder einem anderen geeigneten Trägermaterial. Bei diesem Verfahren kann die Zusammensetzung dem Plastiknetz unter Verwendung einer Düse zugeführt werden, welche flexible Düsenlippen aufweist, wie etwa einer Beschichtungsdüse mit reverser Öffnung und/oder anderer Kontaktdüsen, die rotierende Stangen verwenden. Nach der Gestaltung können die PSA Beschichtungen verfestigt werden unter Verwendung direkter Verfahren, wie etwa Kühlwalzen oder Wasserbäder sowie indirekter Verfahren, wie etwa Luft- oder Gasbeaufschlagung.
PSA Gegenstände
Erfindungsgemäße PSA Gegenstände können beispielsweise durch Anwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung auf ein Trägermaterial mittels diverser Heißschmelzbeschichtungsverfahren angefertigt werden. Jedes beliebige Trägermaterial kann verwendet werden.
Ein besonders bevorzugter Gegenstand ist ein Band. Beispiele geeigneter Bänder umfassen Bänder mit Stoffunterlage, Bänder mit Papierunterlage, Bänder mit Folienunterlage sowie Abziehbänder, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Ein PSA Band kann angefertigt werden durch Beschichtung einer Lage PSA auf eine Unterlage. Die exponierte Oberfläche der PSA Beschichtung kann daraufhin auf eine Oberfläche aufgebracht werden, von der sie später entfernt werden könnte, oder direkt auf die Oberfläche, auf welcher sie haften soll.
Ein Abziehband kann durch Schichtung der PSA Zusammensetzung zwischen zwei Lagen angefertigt werden, die beide mit einer Trennbeschichtung beschichtet sind. Die Trennlagen umfassen häufig ein klares polymeres Material, wie etwa Polyolefin oder Polyester, welches für ultraviolette Strahlung durchlässig ist.
Es wurde herausgefunden, dass der Grad der Abblätterung des organophilen Tons die adhäsiven Eigenschaften der Zusammensetzung beeinträchtigt. Der genaue benötigte Abblätterungsgrad hängt jedoch von der jeweiligen Anwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ab. Vorzugsweise wird der organophile Ton tatsächlich zu einem solchen Grad abgeblättert, dass, bei dessen Verwendung als Haftklebemittel eines erfindungsgemäßen Bandes, das Band eine Scherfestigkeit bei 70 °C aufweist, die mindestens etwa 50 Prozent höher, bevorzugt mindestens etwa 100 Prozent höher, besonders bevorzugt mindestens etwa 200 Prozent höher und insbesondere mindestens etwa 300 Prozent höher ist, als die eines Kontrollbandes, welches ansonsten identisch ist, außer dass das Kontrollband frei von organophilem Ton ist, bei Messung gemäß des ASTM Testverfahrens D3654-88.
In ähnlicher Weise wird bevorzugt, dass der organophile Ton tatsächlich zu einem solchen Grad abgeblättert ist, dass, bei dessen Verwendung als Haftklebemittel eines erfindungsgemäßen Bandes, das Band eine 180° Schälhaftung bei 75 °C aufweist, die mindestens etwa 50 Prozent höher, bevorzugt mindestens etwa 100 Prozent höher und insbesondere mindestens etwa 200 Prozent höher ist, als die eines Kontrollbandes, welches ansonsten identisch ist, außer dass das Kontrollband frei von organophilem Ton ist. Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Band eine 180° Schälhaftung bei 100 °C auf, die mindestens etwa 50 Prozent höher, bevorzugt mindestens etwa 100 Prozent höher und insbesondere mindestens etwa 200 Prozent höher ist, als die eines Kontrollbandes, welches ansonsten identisch ist, außer dass das Kontrollband frei von organophilem Ton ist. Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Band eine 180° Schälhaftung bei 125 °C auf, die mindestens etwa 50 Prozent höher, bevorzugt mindestens etwa 100 Prozent höher und insbesondere mindestens etwa 200 Prozent höher ist, als die eines Kontrollbandes, welches ansonsten identisch ist, außer dass das Kontrollband frei von organophilem Ton ist.
Härtung
Die beschichtete Zusammensetzung kann wahlweise durch Aussetzung gegenüber beispielsweise thermaler (d.h. Wärme) oder anderer Strahlung gehärtet werden. Wird Wärme zur Härtung der Zusammensetzung verwendet, wird der Zusammensetzung vorzugsweise ein Wärmehärtungsmittel zugesetzt, vorzugsweise eines, das bei einer Temperatur aktiv wird, die oberhalb der Temperatur der Heißschmelzverarbeitung der Zusammensetzung liegt. Eine Härtung durch Aussetzung gegenüber ultraviolettem Licht wird im Allgemeinen bevorzugt. Geeignete Strahlungsquellen umfassen aktinische (wie etwa beispielsweise ultraviolette), Elektronenstrahl (E-Strahl) und ähnliche Quellen. Der Zusammensetzung wird im Allgemeinen ein Photohärtungsmittel zugefügt, wenn aktinische Strahlung eingesetzt wird. Photohärtungsmittel sollten so ausgewählt werden, dass sie mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verträglich sind.
Beispiele
Diese Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht zur Einschränkung des Umfangs der angefügten Ansprüche gedacht. Alle Anteile, Prozentangaben, Verhältnisse usw. in den Beispielen und der übrigen Beschreibung verstehen sich, wenn nicht anders angegeben, als auf das Gewicht bezogen. Alle Reagenzien sind, wenn nicht anders angegeben, von Aldrich Chemical Co.; Milwaukee, WI erhältlich.
Aufstellung der Abkürzungen/Handelsbezeichnungen
TESTVERFAHREN
180° Schälhaftungstests bei Raumtemperatur und erhöhter Temperatur
Dieser Schälhaftungstest ist dem in ASTM D 3330-90 beschriebenen Testverfahren ähnlich, wobei ein Glasträgermaterial anstelle von rostfreiem Stahl verwendet wird. Die Schälhaftung ist die Kraft, welche aufgewendet werden muss, um eine Testprobe von einem Testträgermaterial zu entfernen, gemessen in einem bestimmten Winkel und einer bestimmten Enfernungsgeschwindigkeit. In den Beispielen ist diese Kraft als Newton/Dezimeter (N/dm) Breite der beschichteten Platte dargestellt. Bandproben mit druckempfindlichem Haftklebemittel (PSA) mit den Maßen 1,25 Zentimeter (Breite) × 15 Zentimeter (Länge) wurden für mehr als 24 Stunden bei annähernd 21 °C und 50 % relativer Feuchtigkeit konditioniert. Diese Proben wurden daraufhin auf das Testträgermaterial unter einmaligem Aufrollen mit einer 2,1 Kilogramm Walze befestigt. Die Proben wurden dann in einem Winkel von 180° und mit einer Schälgeschwindigkeit von 230 Zentimeter/Minute entfernt. Die Entfernungskraft wurde unter Verwendung eines IMASS Modell 3M90 Schlupf/Schältesters (erhältlich von Instrumentors Inc.; Strongsville, OH) gemessen. Das Testen bei Raumtemperatur wurde bei einer Temperatur von annähernd 21 °C und 50 % relativer Feuchtigkeit ausgeführt. Für das Testen bei erhöhter Temperatur wurden die PSA Testproben wie oben beschrieben auf das Testträgermaterial bei Raumtemperatur aufgerollt und vor dem Schältest bei der festgelegten Testtemperatur verweilen gelassen (12 Minuten Verweilen bei Testtemperaturen für Trägermaterial aus Glas).
Verankerung des Haftklebemittels
Dieses Verfahren wurde verwendet, um die zur Entfernung einer PSA Beschichtung von ihrer Unterlage erforderliche Kraft zu messen. Proben wurden in 2,5 Zentimeter breite × 20 Zentimeter lange Streifen geschnitten. Unter Verwendung einer sauberen Stahlplatte wurde ein 5 Zentimeter breiter Streifen von doppelt beschichtetem Band (3M^TM Double Stick SCOTCH^TM Band, erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Co.; St. Paul, MN), bei dem die Trennschicht entfernt wurde, auf der Platte zentriert und befestigt. Eine Bandprobe wurde auf das doppelt beschichtete Band mit der klebrigen Seite nach oben aufgebracht. Ein 24 Zentimeter langer auf 1,27 Zentimeter breiter Streifen eines Testbandes (SCOTCH^TM Nr.56 Elektroband, erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Co.; St. Paul, MN), wurde daraufhin zentriert und mit der klebrigen Seite nach unten auf die Bandprobe zur Bildung eines Laminats aufgebracht.
Das Laminat wurde dann durch einmaliges Überrollen mit einer 2,0 Kilogramm Walze mit einer Geschwindigkeit von 230 Zentimeter/Minute aufgerollt. Die übrige Länge des Testbandes (annähernd 4 Zentimeter) wurde anschließend an einer Kraftmesszelle so befestigt, dass durch Bewegung des Schlittens ein 180° Schälwinkel erhalten wurde. Der Schlitten bewegte sich mit einer Geschwindigkeit von 230 Zentimeter/Minute. Die Kraft wurde in Newton/Dezimeter (N/dm) angegeben.
Auto-Adhäsionstest
Die kohäsive Festigkeit des PSA wurde unter Verwendung einer statischen Belastung von 1750 Gramm gemessen. Sechs Proben, die bei einer kontrollierten Temperatur und Feuchtigkeit von 21 °C, 50% relative Feuchtigkeit 24 Stunden lang konditioniert wurden, wurden in 1,3 Zentimeter breite auf 15,2 Zentimeter lange Streifen geschnitten. Die Enden der Streifen wurden befestigt, wobei ein 1,3 Zentimeter × 1,3 Zentimeter adhäsiver Bindungsbereich gebildet wurde, und durch sechsmaliges Überrollen mit einer 300 Gramm Walze aufgerollt. Die anderen Enden der Streifen wurden um Messinghaken gewickelt und festgeheftet. Ein Messinghaken wurde an einem Haltestift befestigt, während der andere an einem 1750 Gramm Gewicht befestigt wurde. Beim Lösen der Proben voneinander, sank das Gewicht, was eine Abschaltzeituhr aktivierte. Die durchschnittliche Zeit bis zum Abschalten bei den zwei Proben wurde als Auto-Adhäsion angegeben.
Scherfestigkeitstests bei Raumtemperatur und erhöhter Temperatur
Diese Scherfestigkeitstests sind ähnlich derer, die in ASTM D 3654-88 beschrieben werden, und werden in Zeiteinheiten (Minuten) gemessen, die erforderlich sind, um einen Standardbereich eines PSA Bandes von einem Träger aus rostfreiem Stahl unter konstanter Belastung zu ziehen.
Jede Testprobe wurde für über 24 Stunden bei annähernd 21 °C und 50 % relativer Feuchtigkeit konditioniert. Die Proben wurden daraufhin auf Scherfestigkeit von einem sauberen Träger aus rostfreiem Stahl getestet. Die Testproben, welche 1,25 Zentimeter (Breite) × 2,5 Zentimeter (Länge) maßen, wurden auf den Träger aus rostfreiem Stahl unter viermaligem Überrollen mit einer 2,1 Kilogramm Walze geklebt. Zum Testen bei Raumtemperatur (21 °C) wurde der mit Band belegte Träger in ein vertikales Haltegestell überführt, und es wurde ein statisches Gewicht von 500 Gramm an das Band in einem Winkel von 180 Grad befestigt. Die Zeit, die das Gewicht zum Absinken benötigte, wurde in Minuten gemessen. Zum Testen bei erhöhter Temperatur (70 °C oder 93 °C, wie in dem jeweiligen Beispiel angegeben) wurde der mit Band belegte Träger in ein vertikales Haltegestell überführt und bei dieser Temperatur fünfzehn Minuten lang konditioniert, bevor ein statisches Gewicht von 500 Gramm an jede Probe gehängt wurde. Bei beiden Testtemperaturen wurde die Zeit, die das Gewicht zum Absinken benötigte, in Minuten festgehalten. Bei solchen Proben, die noch nach 4000 Minuten (70 °C) oder 7000 Minuten (93 °C) an dem Träger festhielten, wurde der Test abgebrochen. Zwei Musterproben jedes Bandes wurden getestet. Es wurde die durchschnittliche Scherfestigkeit aus den von jeder Probe erhaltenen Werten berechnet, um die angegebene Scherfestigkeit zu erhalten.
Schälhaftungsfestigkeit unter niedriger Belastung
Die Schälhaftungsfestigkeit unter niedriger Belastung, nach der Haltezeit bestimmt, wurde an PSA Bandproben bei Raumtemperatur (21 °C) gemessen. Eine Bandprobe, die 1,90 Zentimeter (Breite) × 10,2 Zentimeter (Länge) maß, wurde durch jeweils viermaliges Überrollen mit einer 2,1 Kilogramm Walze an einen 10,2 Zentimeter langen Träger aus rostfreiem Stahl geklebt, nach einer Konditionierung für mehr als 24 Stunden bei annähernd 21 °C und 50 % relativer Feuchtigkeit. Jeder mit Band belegte Träger wurde auf die Unterseite eines horizontalen Haltegestells mit der beklebten Seite nach unten überführt, und es wurde ein statisches Gewicht von 200 Gramm an dem Band in einem Winkel von 90° befestigt. Die Zeit, die das Gewicht zum Absinken benötigte, wurde in Minuten gemessen und wird als Schälhaftungsfestigkeit unter niedriger Belastung angegeben. Bei solchen Proben, die noch nach 5500 Minuten an dem Träger festhielten, wurde der Test abgebrochen.
T-Schäladhäsion
Dieser Test wurde, wenn nicht anders angegeben, nach ASTM D3330-87 ausgeführt. Ein Streifen Schaumband der Maße 11,43 Zentimeter auf 1,27 Zentimeter Breite, wurde zwischen zwei eloxierte Aluminiumstreifen (10,16 Zentimeter Länge auf 1,59 Zentimeter Breite auf 0,127 mm Dicke) laminiert. Die laminierte Testprobe wurde mindestens eine Stunde lang bei Raumtemperatur (21 °C) konditioniert und daraufhin auf kohäsive Festigkeit unter Verwendung eines INSTRON Dehnungstesters (erhältlich von Instron Corp.; Canton, MA) mit 180° Schälung und einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 76,2 Zentimeter/Minute (30,48 Inch pro Minute) getestet. Der Durchschnittswert aus dem Testen von fünf verschiedenen Proben wird als der T-Schäladhäsionswert angegeben.
Entfernbarkeit nach Temperaturalterung
Die Entfernbarkeit eines PSA Bandes von einer Testplatte nach dem Altern bei erhöhter Temperatur wurde durch Betrachtung der Menge an restlichem Klebstoff bestimmt, welche nach dem Entfernen des Bandes nach Aussetzung gegenüber erhöhten Temperaturen auf der Platte vorhanden war. Die Bandprobe sowie eine mit Zinkphosphat behandelte Kühlwalzenstahlplatte (ACT APR 15461 von ACT Laboratories, Incorporated; Hillsdale, MI) wurden mehr als 24 Stunden lang bei annähernd 21 °C und 50 % relativer Feuchtigkeit konditioniert. Die Bandprobe der Maße 1,27 Zentimeter (Breite) × 10,2 Zentimeter (Länge) wurde daraufhin an die Kühlwalzenstahlplatte, die 10,2 Zentimeter (Breite) × 20,3 Zentimeter (Länge) × 0,08 Zentimeter (Dicke) maß, unter viermaligem Überrollen mit einer 2,1 Kilogramm Walze geklebt. Der mit Band belegte Träger wurde 30 Minuten lang in einen 218 °C Ofen überführt. Nach 30 Minuten wurde die Ofentür geöffnet, und 2,2 Zentimeter Länge des Bandes wurde von dem heißen Träger in einem Winkel von 180° per Hand geschält. Der teilweise vom Band befreite Träger wurde daraufhin aus dem Ofen entfernt und auf 54 °C abgekühlt, zu welchem Zeitpunkt weitere 2,2 Zentimeter Länge des Bandes von dem Träger in einem Winkel von 180° per Hand geschält wurden. Der teilweise vom Band befreite Träger wurde daraufhin auf Raumtemperatur (21 °C) abgekühlt, zu welchem Zeitpunkt weitere 2,2 Zentimeter Länge des Bandes von dem Träger in einem Winkel von 180° per Hand geschält wurden. Der teilweise vom Band befreite Träger wurde daraufhin 24 Stunden lang bei 21 °C und 50 % relativer Feuchtigkeit stehen gelassen, zu welchem Zeitpunkt weitere 2,2 Zentimeter Länge des Bandes von dem Träger in einem Winkel von 180° per Hand geschält wurden. Die Menge an Resthaftklebemittel, die in jedem der vier Bereiche des vom Band befreiten Trägers verblieb, wurde visuell mit dem Auge geschätzt und als Entfernbarkeitsindex auf einem linearen Maßstab von 0 bis 5 (0 = kein Rückstand, 5 = vollständige Übertragung des Haftklebemittels auf den Träger) für jede der vier Bereiche (218 °C, 54 °C, 21 °C sowie 24 Stunden bei 21 °C) angegeben. Nach diesem Test wird von „sauberer Entfernung" gesprochen, wenn der in jedem Bereich des vom Band befreiten Trägers verbleibende Haftklebemittelrückstand einen Entfernbarkeitsindex von etwa 0,5 oder weniger aufweist.
Polyoctenelastomer Synthese
In diesem Verfahren wurde die Cokatalysatorlösung AlEt₃-Heptan und gereinigtes 1-Octen in einem Verhältnis von 66:1000 und die Katalysatorlösung LYNX 900 und Hexan in einem Verhältnis von 63,6:10000 verwendet. Gereinigtes 1-Octen (mit einer Geschwindigkeit von 350,0 g/min), Cokatalysatorlösung (mit einer Geschwindigkeit von 22,13 g/min) sowie die Katalysatorlösung (mit einer Geschwindigkeit von 25,30 g/min) wurden in einen in der U.S. Patentschrift Nr. 5,644,007 beschriebenen tubulären Rührreaktor (STR) mit einer Kapazität von 20 L eingespeist. Das gereinigte 1-Octen und die Cokatalysa torlösung wurden durch eine T-Röhrenverbindung vereinigt, auf annähernd 70 °C vorgeheizt und unter Druck in den STR gespeist. Die Katalysatorlösung, die kontinuierlich unter N₂ gerührt wurde, um Schichtenbildung und Sauerstoffverunreinigung tu verhindern, wurde über eine peristaltische Pumpe zugeführt. Die Temperatur des Reaktionsgemisches in jedem Bereich des STR wurde bei annähernd 70 °C aufrechterhalten. Das abgekühlte Reaktionsgemisch wurde gesammelt, flüchtige Bestandteile entfernt und die intrinsische Viskosität (I.V.) des Polymers als 2,0 dL/g bestimmt.
Abblätterung von organophilem Ton unter Verwendung eines Abblätterungsmittels
Abgeblätterter organophiler Ton 1 – Ein abgeblätterter organophiler Ton wurde hergestellt durch Einspeisung von 20 Anteilen SCPX CLOISITE 20A organophilem Ton und 80 Anteilen ESCOREZ 1310 Abblätterungsharz in einen corotierenden Doppelschneckenextruder eines Durchmessers von 33 Millimetern (erhältlich als Modell MP2030TC von APV Chemical Machinery, Inc., angeschlossen an Davis Standard; a Crompton Company; Pawcatuck, CT), der eine 68,6 Zentimeter Schraube und eine Düsentemperatur von 160 °C aufweist. Die Schraubengeschwindigkeit betrug 200 Upm und die Zylinderzonentemperaturen wurden bei 38 °C (Zone 1), 93 °C (Zone 2), 121 °C (Zone 3), 135 °C (Zone 4) und 160 °C (Zonen 5–12) reguliert. Die Produktionsrate von abgeblättertem organophilem Ton betrug 3,6 kg/h. Der Tongehalt betrug 25 Gew.%.
Abgeblätterter organophiler Ton 2 – Derselbe Extruder und dasselbe Verfahren, welche zur Herstellung des abgeblätterten organophilen Tons 1 verwendet wurden, wurden zur Herstellung eines abgeblätterten organophilen Tons verwendet, mit der Ausnahme, dass dieser SCPX CLOISITE 20A organophilen Ton mit ESCOREZ 180 Abblätterungsharz enthielt. Der Tongehalt betrug 40 Gew.%.
Abgeblätterter organophiler Ton 3 – Derselbe Extruder und dasselbe Verfahren, welche zur Herstellung des abgeblätterten organophilen Tons 1 verwendet wurden, wurden zur Herstellung eines abgeblätterten organophilen Tons verwendet, mit der Ausnahme, dass dieser SCPX CLOISITE 20A organophilen Ton mit REGALREZ 1126 Abblätterungsharz enthielt. Der Tongehalt betrug 40 Gew.%.
Beispiele 1–3 sowie Vergleichsbeispiel C1
Diese Beispiele zeigen die Wirkung der Zugabe eines organophilen Tons zu einem Naturkautschuk PSA auf die Leistung des Haftklebemittels bei Raumtemperatur und erhöhter Temperatur. Klebriggemachte Naturkautschuk PSAs, die abgeblätterten organophilen Ton enthalten, wurden unter Verwendung eines vollständig ineinandergreifenden, co-rotierenden Doppelschneckenextruders von 30 Millimeter Durchmesser (erhältlich von Werner & Pfleiderer Co.; Ramsey, NJ) hergestellt. In den Trichter des Extruders wurden die folgenden Zutaten nacheinander in den in Tabelle 1 gezeigten Mengen eingespeist: CV 60; ein Gemisch von IRGANOX 1010, SCPX CLOISITE 20A und zwei Dritteln ESCOREZ 1310 sowie daraufhin das verbleibende Drittel des ESCOREZ 1310. Die Temperaturen der Extruderbereiche wurden fortschreitend von 50 °C auf 105 °C erhöht. Das Schmelzgemisch wurde durch eine 15,2 Zentimeter breite Kontaktdüse auf eine RAYON (70P) Stoffunterlage geleitet. Die Düse wurde auf 150 °C gehalten und der Düsenspalt betrug 0,5 Millimeter bis 0,8 mm. Eine beschichtete Dicke des Haftklebemittels von 127 Mikrometern wurde erhalten. Die Haftklebemittelseite des Bandes wurde daraufhin mit 4 Megarad (Mrad) bei 175 Kilovolt (kV) unter Verwendung eines ELECTROCURTAIN CB-300 Elektronenstrahlsystems (erhältlich von Energy Sciences, Incorporated, Wilmington, MA) bestrahlt. Das resultierende Haftklebeband wurde anschließend gemäß zuvor beschriebener Testverfahren beurteilt.
Tabelle 1
Die Beispiele 1–2 und das Vergleichsbeispiel C1 wurden weiter getestet. Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle
Beispiele 4–6 und Vergleichsbeispiel C2
Diese Beispiele zeigen die Wirkung der Zugabe eines organophilen Tons zu einem radialen Blockcopolymer PSA auf die Leistung des Haftklebemittels bei Raumtemperatur und erhöhter Temperatur. Klebriggemachte radiale Blockcopolymer PSAs, die abgeblätterten organophilen Ton enthalten, wurden auf dieselbe Weise wie in den Beispielen 1–3 und dem Vergleichsbeispiel C1 beschrieben hergestellt, mit der folgenden Änderung, dass der CV 60 Naturkautschuk durch ein RADIALES BLOCKCOPOLYMER ersetzt wurde. Das RADIALE BLOCKCOPOLYMER wies durchschnittliche Molekulargewichte (allesamt in Gramm/mol) von 4000 und 21500 für die beiden Endblöcke, 135400 für den Arm und 108700 für den Stern auf. Das RADIALE BLOCKCOPOLYMER wurde in getrocknete Brocken, die zur Extrusion oder anderer Verarbeitung geeignet sind, verarbeitet. Die Zutaten der Zusammensetzung wurden, wie in den Beispielen 1–3 und dem Vergleichsbeispiel C1 beschrieben, in den in Tabelle 3 dargestellten Mengen nacheinander in den Extruder eingespeist. Die Temperaturen der Extruderbereiche wurden fortschreitend von 50 °C auf 105 °C erhöht. Das Schmelzgemisch wurde durch eine 15,2 Zentimeter breite Kontaktdüse auf eine gegossene 94 Mikrometer dicke Polypropylenschichtunterlage geleitet. Die Düse wurde auf 150 °C gehalten und der Düsenspalt betrug 0,5 Millimeter bis 0,8 mm. Eine beschichtete Dicke des Haftklebemittels von 127 Mikrometern wurde erhalten. Die Haftklebemittelseite des Bandes wurde daraufhin mit 4 Megarad (Mrad) bei 175 Kilovolt (kV) unter Verwendung eines ELECTROCURTAIN CB-300 Elektronenstrahlsystems (erhältlich von Energy Sciences, Incorporated, Wilmington, MA) bestrahlt. Die resultierenden PSA Bänder wurde gemäß zuvor beschriebener Testverfahren beurteilt.
Tabelle 3
Beispiele 7–12 und Vergleichsbeispiele C3–C5
Diese Beispiele stellen die Wirkungen der Abblätterung von organophilem Ton vor dem Zusammenmischen mit einer klebriggemachten Naturkautschuk PSA Formulierung auf die maximale Viskosität der Haftklebemittelzusammensetzung sowie auf die Zeit, die zum Erreichen der maximalen Viskosität erforderlich ist, dar. Sämtliche PSAs enthielten 50 Anteile CV60, 50 Anteile ESCOREZ 1310 sowie 1 Anteil IRGANOX 1010. Die Vergleichsbeispiele C3–C5 und die Beispiele 7–9 wurden hergestellt durch Mischen der Bestandteile in einem BRABENDER Batchmischer (erhältlich von C.W. Brabender Instruments; South Hackensack, NJ), der bei 80 Upm und 160 °C arbeitete, und Hinzufügen des Tons (entweder SCPX CLOISITE 20A oder SCPX CLOISITE Na+) direkt mit diesem vorgemischten PSA. In den Besispielen 10–12 wurde Abgeblätterter Organophiler Ton 1 mit einem vorgemischten PSA, der weniger als 50 Anteile ESCOREZ 1310 enthielt (wie in Tabelle 4 dargestellt, wurde der Rest der 50 Anteile ESCOREZ 1310 durch den Abgeblätterten Organophilen Ton 1 geliefert) zusammengemischt. Die Mengen der verwendeten Zutaten sind in Tabelle 4 dargestellt. Unter den angegebenen Mischbedingungen wurden die Zeit (in Minuten), die zum Erreichen der maximalen Viskosität erforderlich war (wie durch das Drehmoment des Batchmischers angezeigt) sowie der Wert der maximalen Viskosität protokolliert. Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 4 protokolliert. Tests auf Scherfestigkeit bei erhöhter Temperatur sowie Autoadhäsionstests wurden für die Beispiele C3, C5 und 8 ausgeführt. Die Daten sind in Tabelle 5 protokolliert.
Tabelle 4

* wie auf der BRABENDER Ausrüstung vermerkt

Tabelle 5
Beispiel 13 und Vergleichsbeispiel C6
Für das Vergleichsbeispiel C6 und Beispiel 13 wurde dasselbe Verfahren verfolgt mit der Ausnahme, dass für Vergleichsbeispiel C6 kein organophiler Ton verwendet wurde. Beispiel 13 veranschaulicht die Wirkung der Zugabe eines organophilen Tons zu einem geschäumten PSA. Eine PSA Zusammensetzung wurde hergestellt durch Mischen von 95 Anteilen IOA, 5 Anteilen AA, 0,15 Anteilen IRGACURE W651 und 0,03 Anteilen IOTG. Die Zusammensetzung wurde in Packungen der Maße von annähernd 10 Zentimetern auf 5 Zentimeter auf 0,5 Zentimeter überführt, wie in der U.S. Patentschrift Nr. 5,804,610 beschrieben. Als Packfolie wurde ein 0,0635 Millimeter dickes Ethylenvinylacetatcopolymer (VA-24 Folie, erhältlich von Pliant Corporation; Dallas, TX) verwendet. Die Packungen wurden in ein Wasserbad getaucht und ultravioletter Strahlung einer Intensität von 3,5 Milliwatt pro Quadratzentimeter und einer Gesamtenergie von 1627 Millijoule pro Quadratzentimeter, gemessen in NIST Einheiten, ausgesetzt, zur Bildung eines gepackten PSA.
Das resultierende Haftklebemittel wies ein I.V. von etwa 1,1 dL/Gramm auf. Diese gepackte Haftklebemittelzusammensetzung wurde in einen 51 Millimeter Einzelschnecken-BONNOT- Extruder (erhältlich von The Bonnot Company; Uniontown, Ohio) bei 105 °C eingespeist. Das Extrudat wurde in einen 30 Millimeter co-rotierenden Doppelschneckenextruder (Modell ZSK 30, im Handel erhältlich von Werner & Pfleiderer; Ramsey, NJ) einge speist und mit Abgeblättertem Organophilem Ton 2 bei einer Schraubengeschwindigkeit von 200 Upm mit einer Flussgeschwindigkeit von etwa 4,5 Kilogramm/Stunde und einer Temperatur von 110 °C zusammengemischt. Die Einspeisegeschwindigkeiten wurden so festgelegt, dass die gepackte Haftklebemittelzusammensetzung bei etwa 5,67 facher Geschwindigkeit der Geschwindigkeit der Abgeblätterten Organophilen Ton 2 Zusammensetzung eingespeist wurde, was zu einem Gehalt von 6 Gew.% abgeblättertem organophilem Ton in der PSA Zusammensetzung umgesetzt wurde. Ausdehnbare polymere Mikrosphären mit einer Hüllzusammenstzung, die Acrylonitril und Methacrylonitril enthält (F100D, erhältlich von Pierce & Stevens Corp.; Buffalo, NY) wurden in einem nachfolgenden Produktionsschritt in einer Menge von etwa 1,5 Anteilen pro 100 Anteilen der organophilen Ton enthaltenden PSA Zusammensetzung zugefügt.
Die Schlauch- und Düsentemperaturen wurden auf 193 °C eingestellt. Das Extrudat wurde zu einer 15,24 Zentimeter breiten Tropfdüse gepumpt, die auf eine Dicke von 1,016 mm getrimmt wurde. Die resultierenden Schaumplatten wiesen eine Dicke von etwa 1 mm auf. Die extrudierte Platte wurde auf eine Kühlwalze gegossen, die auf 7 °C eingestellt war, auf etwa 25 °C abgekühlt und daraufhin auf eine 0,127 Millimeter dicke Polythylentrennschicht überführt. Nach dem Abkühlen wurden die extrudierten Schaumplatten auf eine 0,127 Millimeter dicke Polythylenfolie überführt und unter Verwendung eines ELECTROCURTAIN CB-300 Elektronenstrahlsystems (erhältlich von Energy Sciences, Incorporated; Wilmington, MA), welches bei einer Beschleunigungsspannung von 300 Kilovolt und bei einer Geschwindigkeit von 6,1 Metern pro Minute arbeitet, quervernetzt. Die gemessene Elektronenstrahldosis betrug 4 Megarad (Mrad). Sämtliche Schäume waren klebrig.
Die Schaumplatten wurden an ein zweilagiges Folienhaftklebemittel unter Verwendung des Drucks einer Press walze zur Herstellung eines Klebebandes laminiert. Die erste Lage des Folienhaftklebemittels wurde durch Lösen von 10 Anteilen Polyamid (MACROMELT 6240, von Henkel of America, Inc.; Gulph Mills, PA) in einem Lösemittelgemisch von 50 Anteilen Isopropanol und 50 Anteilen n-Propanol, Beschichtung der Lösung auf eine Trennschicht und Trocknen in einem Ofen bei 121 °C für etwa 15 Minuten hergestellt. Die zweite Lage des Folienhaftklebemittels war ein PSA auf Lösemittelbasis, welches eine Zusammensetzung von 65 Anteilen IOA, 30 Anteilen MA und 5 Anteilen AA aufwies, hergestellt nach dem in der U.S. Wiederausgabe Nr. 24,906 offenbarten Verfahren. Es wurde daraufhin eine Trennschicht auf das PSA auf Lösemittelbasis aufgetragen, und die Polyamidseite des Folienhaftklebemittels wurde unter Druck auf den Schaum laminiert. Die Klebebänder wurden wie im obigen beschrieben auf T-Schälhaftung getestet. Die Ergebnisse dieser Tests finden sich in Tabelle 6.
Tabelle 6

* beigesteuert durch den Abgeblätterten Organophilen Ton 2

Beispiele 14–23 und Vergleichsbeispiele C7–C11
Polyoctenelastomer wurde in einen co-rotierenden, vollständig ineinandergreifenden Doppelschneckenextruder (Modell ZSK 30 im Handel erhältlich von Werner & Pfleiderer; Ramsey, NJ) mit einem Durchmesser von 30 Millimetern und einem (Länge:Durchmesser) Verhältnis von 26:1 bei 177 °C eingespeist. REGALREZ 1126 und Abgeblätterter Organophiler Ton 3 (ein vorabgeblättertes Gemisch von SCPX CLOISITE 20A und REGALREZ 1126) wurden in den Extruder zu den in Tabelle 6 dargestellten Gehalten eingespeist, gemeinsam mit 2 Anteilen IRGANOX B561, 0,2 Anteilen TRIAZINE HÄRTEMITTEL und 5 Anteilen TMPTA. Die Schraubengeschwindigkeit für das jeweilige Beispiel ist in Tabelle 7 dargestellt.
Das geschmolzene Gemisch wurde auf eine 25 Mikrometer dicke PET Folie in einer Beschichtungsdicke von 29,3 Gramm/Quadratmeter beschichtet. Die beschichteten Folien wurden unter einer Quecksilber-UV-Lampe mittleren Drucks (im Handel erhältlich von Fusion Systems; Gaithersburg, MD) zu den in Tabelle 7 dargestellten Dosen hindurchgeführt. Die Klebebandproben wurden daraufhin gemäß dem Test auf Entfernbarkeit nach Temperaturalterung getestet. Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 8 dargestellt.
Tabelle 7
Tabelle 8

Claims

Zusammensetzung, umfassend: mindestens ein Elastomer; organophile plättchenartige Tonpartikel und mindestens ein nichtflüchtiges organophiles Abblätterungsmittel; wobei die Zusammensetzung ein in der Schmelze verarbeitbares Haftklebemittel ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Elastomer ausgewählt ist aus Naturkautschuk, synthetischem Kautschuk, Polyvinylethern, Polyacrylaten, Polyurethanen, Poly-α-olefinen, Silikonen und deren Kombinationen.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Elastomer ein thermoplastisches Elastomer, ausgewählt aus Styrolblockcopolymeren, Polyolefinen, Polyurethanen, Polyestern und deren Kombinationen, umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die organophilen plättchenartigen Tonpartikel organophil veränderte Versionen von hydratisiertem Aluminiumsilikat, Kaolinit, Atapulgit, Illit, Bentonit, Halloysit, Beidellit, Nontronit, Hektorit, Hektit, Saponit, Montmorillonit und deren Kombinationen umfassen.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das nichtflüchtige organophile Abblätterungsmittel ein Harz umfasst, das ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von weniger als 20000 g/mol aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das nichtflüchtige organophile Abblätterungsmittel ein klebrigmachendes Mittel umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, umfassend: 25 bis 98 Gew.% des mindestens einen Elastomers; 1 bis 40 Gew.% der organophilen plättchenartigen Tonpartikel und 1 bis 75 Gew.% des nichtflüchtigen organophilen Abblätterungsmittels; wobei sich die Gewichtsprozentangaben auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung beziehen.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die organophilen plättchenartigen Tonpartikel ausgerichtet sind.
Gegenstand, umfassend: ein Substrat und die Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, mit der mindestens ein Teil des Substrats beschichtet ist.
Verfahren, das die Schritte umfasst: Kombinieren auf lösungsmittelfreie Art und Weise und in beliebiger Reihenfolge von Bestandteilen, umfassend: mindestens ein Elastomer, mindestens einen organophilen Ton und mindestens ein nichtflüchtiges organophiles Ab blätterungsmittel, und Scherungsmischen der Bestandteile in beliebiger Reihenfolge bei einer Temperatur, die ausreichend ist, um eine in der Schmelze verarbeitbare Haftklebemittelzusammensetzung zu bilden, die organophile plättchenartige Tonpartikel umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, das die Schritte umfasst: Scherungsmischen von mindestens einem organophilen Ton und mindestens einem nichtflüchtigen organophilen Abblätterungsmittel bei einer Temperatur, die ausreichend ist, um eine Zusammensetzung zu bilden, die organophile plättchenartige Tonpartikel und das nichtflüchtige organophile Abblätterungsmittel umfasst, und Mischen der Zusammensetzung mit einem Elastomer bei einer Temperatur, die ausreichend ist, um eine in der Schmelze verarbeitbare Haftklebemittelzusammensetzung zu bilden, die organophile plättchenartige Tonpartikel umfasst.