DE69628831T2

DE69628831T2 - Beschichtigungszusätze für klebstoffformulierungen auf wasserbasis

Info

Publication number: DE69628831T2
Application number: DE69628831T
Authority: DE
Inventors: J. Paul NORTHEY
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1995-06-02
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2016-04-19
Also published as: US5643992A; AR002144A1; KR19990022172A; CA2219798C; EP0828802A1; MY132177A; JPH11506140A; DE69628831D1; CA2219798A1; WO1996038511A1; CN1186508A; ZA963866B; CN1102627C; EP0828802B1; AU5555996A; BR9609172A

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Viskositätsveränderern zur Anpassung der Viskosität von Formulierungen auf Wasserbasis. In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf Veränderer, wie zum Beispiel Poly(ethylenoxid)-Harze („PEO") zur Anpassung der Viskosität von wässrigen Systemen.
In einer anderen Ausführungsform bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Beschichtungstechniken mit vorab festgelegter Dosierung zur Beschichtung von Trägern mit dünnen Filmen aus Zusammensetzungen, wie zum Beispiel Latex-Klebstoffen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Viskositätsveränderer
Viskositätsveränderer sind hilfreich bei der Anpassung der Flüssigkeitsscherviskosität als eine Funktion der Schergeschwindigkeit. Latex-Anstreichmittel, zum Beispiel, müssen eine geeignete Viskosität bei hohen Schergeschwindigkeiten aufweisen, um eine gute Abdeckung und den richtigen Pinselstrich zu erreichen. Sie müssen jedoch auch eine geeignete Viskosität bei niedrigen Schergeschwindigkeiten aufweisen, so dass sie auf vertikalen Oberflächen nicht abhängen, wobei sie ein Ausgleichen von Fehlern in der Beschichtung ermöglichen.
Die Anpassung der Viskosität von wassergetragenen Latex-Anstreichmitteln wird oft durch die Zugabe von Materialien, wie zum Beispiel von alkali-quellfähigen Eindickern, niedermolekularen assoziierenden Eindickern, wasserlöslichen Polymeren und Ähnlichem erreicht.
Siehe auch Soules et al. „Dynamic Uniaxial Extensional Viscosity", Kapitel 20, Seiten 322 bis 332 in Polymers as Rheology Modifiers, D. N. Schulz und J. E. Glass, Herausgeber, in American Chemical Society Symposium, Seriennr. 462 (1991), worin die Verwendung von Zusatzstoffen zur Beeinflussung von verschiedenen rheologischen Eigenschaften von wassergetragenen Latex-Anstreichmittel-Beschichtungen beschrieben wird und Soules et al., J. Rheology 32(2): 181 bis 198 (1988), worin die Verwendung von Füllstoffen, einschließend Poly(oxyethylen), zur Beeinflussung der Dehnviskosität von Formulierungen für Sprühanwendungen beschrieben wird.
Zwei Arten von Viskositätsveränderern auf Wasserbasis werden gewöhnlich zur Erhöhung der Scherviskosität verwendet und werden oft als „Eindicker" bezeichnet. Die erste Art schließt alkali-aktivierte Copolymere aus Acryl- oder Methacrylsäuremonomer und Alkyl(meth)acrylat oder Butylacrylatmonomer ein. Eine Eindickung wird erreicht, wenn die anfänglich sauren Lösungen auf einen pH-Wert von über etwa 6,5 neutralisiert werden, weil dadurch die Säuregruppen löslich werden und Quellung und Wechselwirkung der Polymerketten eintritt.
Die zweite An von Eindickern, die als assoziierende Eindicker bezeichnet werden, werden in der Farben- und Lackindustrie immer beliebter, weil sie den gewünschten „Pinselstrich" und die gewünschten Ausgleicheigenschaften bereitstellen. Diese Eindicker sind den alkali-aktivierten Copolymeren ähnlich, schließen aber ein gepfropftes nichtionisches oberflächenaktives Mittel ein, wodurch physische intermolekulare Vernetzungen ermöglicht werden.
Von im Handel erhältlichen HMW PEO-Harzen sagt man, dass sie sowohl in Süßwasser als auch in Salzwasser sehr wirkungsvolle Verdickungsmittel sind. Die wässrigen Lösungen werden als pseudoplastisch bezeichnet (das heißt „Scherentzähung"). (Siehe zum Beispiel „POLYOX Water Soluble Resins", Union Carbide Product literature, 12 Seiten, 1991, 1992).
Glass, „Dynamics of Roll Spatter and Tracking", J. Coatings Techn. 50 (641): 56 bis 71 (1978) beschreibt die Zugabe von wasserlöslichen Polymeren, einschließend Poly(ethylenoxid)polymere mit hohem Molekulargewicht, zu Latex-Anstreichmitteln, um ihre Auswirkung auf Eigenschaften, wie zum Beispiel auf die Sprüh- und Spurmuster, zu untersuchen.
Andere haben die Verwendung von Epoxidpolymeren mit hohen oder niedrigen Molekulargewichten in Systemen auf Wasserbasis beschrieben. Siehe zum Beispiel U. S. Patent Nr. 3,944,100 (Brockway et al.), worin eine „Containment"-Beschichtungszusammensetzung für Glasbehälter beschrieben wird, wobei die Zusammensetzung gegebenenfalls die Verwendung von 100 bis 800 ppm PEO einschließt, das zur Scherverbesserung zugefügt werden kann.
U. S. Patent Nr. 4,507,413 (Thoma et al.) beschreibt eine streichbare reaktive Polyurethan-Beschichtungszusammensetzung zur Beschichtung von textilen Bahnenerzeugnissen und Ähnlichem. Das Patent beschreibt die gegebenenfalls mögliche Verwendung von Stoffen zur Eindickung der Streichbeschichtungsviskosität einer wässrigen Dispersion von geblocktem Isocyanat-Vorpolymer. In der Aufzählung von Stoffen zur Eindickung sind wasserlösliche Polymere, einschließlich langkettige Polyethylenoxide enthalten.
Schuppiser et al., beschreibt in U. S. Patent Nr. 4,542,182 die Verwendung von Ethylenglykolpolymeren, mit niedrigen Molekulargewichten (MW (molecular weight) zwischen 1.000 und 50.000) zur Herstellung eines Teilchenverbundes aus Vinylacetat-Olefin-Copolymeren. Dieser Verbund wird wiederum als Bindemittel bei der Herstellung von Anstreichmitteln und anderen Materialien angewendet.
U. S. Patent Nr. 5,108,782 von Reed beschreibt eine Silikon-Trennbeschichtungsemulsion, die die Verwendung eines wasserlöslichen oder eines in Wasser dispergierbaren, polymeren Verdickungsmittels, wie zum Beispiel PEO mit hohem Molekulargewicht, einschließt. Von dieser Silikonemulsion sagt man, dass sie dem Silikon eine verbesserte Ergiebigkeit auf dem Träger verleiht.
U. S. Patent Nr. 5,342,883 (Jenkins et al.) offenbart die Verwendung von wasserlöslichen Polymeren, hergestellt aus (alpha, beta)-monoethylenisch-ungesättigten Monomeren. Diese Polymere sind weder löslich, noch quellen sie in wässrigem alkalischem Medium. Wenn sie zu Latex-Anstreichmitteln gegeben und neutralisiert werden, sagt man, dass die Viskosität des Anstreichmittels ansteigt und dass der Pinselstrich verbessert wird.
Bisher wurden noch keine Polymere mit hohem Molekulargewicht, wie zum Beispiel Poly(ethylenoxide), für die Verbesserung der rheologischen Eigenschaften von Materialien, wie zum Beispiel Haftklebstoffen auf Wasserbasis, verwendet oder dafür als hilfreich beschrieben.
Klebschicht-Techniken
Flüssigkeitsbeschichtungsvorrichtungen mit vorab festgelegter Dosierung schließen Flüssigkeitsbeschichtungsvorrichtungen ein, bei welchen die Fließgeschwindigkeit des Beschichtungsmaterials, vor dem Auftragen auf den Träger, überprüft wird. Solche Beschichtungsvorrichtungen, die Spaltbeschichter, Gleitbeschichter und Lackgießanlagen einschließen, können verwendet werden, um dünne Bahnen von Materialien, wie zum Beispiel Klebstoffe auf einen Träger aufzutragen. Immer wird dabei ein Beschichtungsformwerkzeug mit einer Flüssigkeit beschickt und diese auf einen Träger in der Form einer stabilen Bahn aufgetragen (im Zusammenhang mit Spaltbeschichtung auch als „bead" bekannt).
Bei anderen Beschichtungstechniken (zum Beispiel mit vorab nicht festgelegter Dosierung), wie zum Beispiel bei Tauchbeschichtungseinrichtungen und Walzlackiermaschinen, hängt die Menge der Flüssigkeit, die auf den Träger aufgetragen wird, von den Eigenschaften der Flüssigkeit selber ab, wie zum Beispiel von der Viskosität und der Oberflächenspannung der Flüssigkeit, aber auch von den Durchführungsbedingungen, wie zum Beispiel von der Geschwindigkeit des Trägers und der Beschichtungsspalte.
Normalerweise stellt ein Beschichter mit vorab festgelegter Dosierung ein Beschichtungsformwerkzeug zum Auftragen von Material bereit, wobei eine räumliche Spalte zwischen dem Formwerkzeug und dem Träger besteht. Bei Spalt- und Gleitbeschichtern ist dieser Spalt normalerweise ein Abstand von mehr als 100 Mikrometer (etwa 4 Mils), wogegen bei Lackgießanlagen dieser Spalt in der Größenordnung von Zentimetern liegen kann.
Die Kombination von Fließgeschwindigkeit pro Einheitsbreite und Trägergeschwindigkeit zusammen bestimmen die Dicke der aufgetragenen Bahn und dadurch die der Beschichtung. Um dünnere Beschichtungen zu erhalten ist es oft mehr wünschenswert die Fließgeschwindigkeit abzusenken, als die Trägergeschwindigkeit zu erhöhen, da Letzteres im Allgemeinen eher zu Problemen der Fließstabilität und zu Einschränkungen bei der Trocknung neigt. Jedoch ist die Möglichkeit, die Fließgeschwindigkeit zu verringern, im Allgemeinen durch die rheologischen Eigenschaften der Beschichtungszusammensetzung eingeschränkt. Ein zu starkes Absenken der Fließgeschwindigkeit hat zur Folge, dass ungleichmäßige oder instabile Bahnen aufgetragen werden.
Da auch bekannt ist, dass die Schichtdicke von der Größe des Beschichtungsspalts zwischen dem Formwerkzeug und dem Träger abhängt, neigt man in die Industrie der Extrusionsbeschichtungen stark dazu, sehr schmale Spalten zu verwenden, um sehr dünne Beschichtungen herzustellen. Jedoch führen Spalten von weniger als etwa 100 Mikrometer oft zu Problemen bei der Durchführung, da ein teilchenförmiger Stoff, der sich in der Beschichtungsspalte ansammelt, Schlieren verursachen kann. Schmale Spalten führen bei großen Teilchen oder an zusammengeklebten Stellen im Träger zum Zerreißen des Trägers (zum Beispiel Gewebebahn). Deshalb werden bei den meisten herkömmlichen Spaltbeschichtungsverfahren weiterhin Spalten die größer als etwa 50 Mikrometer sind verwendet.
Zur besseren Handhabung in der Beschichtungsausrüstung wird Haftklebstoff-Latex normalerweise eingedickt. Die normalerweise verwendeten Schereindicker schließen Celluloseeindicker, Poly(vinylalkohol) und wässrige Lösungen von alkalilöslichen Acrylemulsionen ein. (Siehe zum Beispiel D. Satas, Kapitel 13, Handbook of Pressure-Sensitive Adhesive Technology, Van Nostrand Reinhold (1982)).
Es zeigt sich eindeutig, dass in der Industrie ein Bedarf für Verfahren besteht, die die Beschichtungsfähigkeit von Haftklebstoffformulierungen verbessern, und insbesondere, die im Laufe einer Beschichtung mit vorab festgelegter Dosierung die Fließgeschwindigkeit erniedrigen oder die Beschichtungsspalte vergrößern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Beschichtungszusammensetzung bereit, umfassend eine Haftklebstoffformulierung auf Wasserbasis und Ethylenoxidpolymere oder -copolymere mit einem Molekulargewicht von mindestens etwa 100.000 in einer Konzentration zwischen etwa 1 ppm und 1.000 ppm. Das Polymer ist in einer Gesamtkonzentration vorhanden, die geeignet ist, die Zusammensetzung aus einem Beschichtungsformwerkzeug eines Beschichters mit vorab festgelegter Dosierung in der Form einer stabilen Bahn bei einer Fließgeschwindigkeit, die wesentlich niedriger ist, als die minimale Auftragungs-Fließgeschwindigkeit, die unter Verwendung einer Formulierung ohne Polymer erreicht werden kann, aufzutragen.
Der Anmelder fand heraus, dass eine überraschend geringe Menge an Polymer eine drastische Verbesserung der Viskosität von solchen Zusammensetzungen verursachen kann, ohne nachteilige Auswirkungen auf den Klebstoff und auf andere wünschenswerte Eigenschaften der Zusammensetzung.
In einer Ausführungsform ermöglicht die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer minimalen Fließgeschwindigkeit, die niedriger als etwa 70% und stärker bevorzugt niedriger als etwa 50% der minimalen Fließgeschwindigkeit ist, die notwendig ist, um eine stabile Bahn der Formulierung ohne Polymerzugabe unter vergleichbaren Durchführungsbedingungen aufrechtzuerhalten.
Zusätzlich zur Beeinflussung der Fließgeschwindigkeit ermöglicht die vorliegende Erfindung Beschichtungsspaltabstände die zwei- oder mehrfach größer sind, als die normalerweise verwendeten. Die Fähigkeit, eine bedeutend größere Spalte zur Bereitstellung einer gleich dünnen Beschichtung zu verwenden bringt bedeutende Vorteile bei der Herstellung von solchen Materialien.
In einer Ausführungsform ist das Beschichtungsmaterial eine Haftklebstoffformulierung („PSA", pressure-sensitive adhesive), wie zum Beispiel ein Latex-PSA auf Acrylatbasis. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung einen Latex-Haftklebstoff auf Wasserbasis und zwischen etwa 1 ppm und etwa 50 ppm an PEO mit hohem Molekulargewicht.
In einer anderen Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung bereit. Das Verfahren umfasst die Schritte: (a) Herstellung einer Haftklebstoffformulierung auf Wasserbasis, und (b) Zugabe von Ethylenoxidpolymeren oder -copolymeren mit einem Molekulargewicht von mindestens etwa 100.000 in einer Konzentration zwischen etwa 1 ppm und 1.000 ppm. Das Polymer wird in einer Endkonzentration zugegeben, die geeignet ist, die Zusammensetzung aus einem Beschichtungsformwerkzeug eines Beschichters mit vorab festgelegter Dosierung in der Form einer stabilen Bahn bei einer Fließgeschwindigkeit, die wesentlich niedriger ist, als die minimale Auftragungs-Fließgeschwindigkeit, die bei der Verwendung der Formulierung als solche erreicht werden kann, aufzutragen. In einer Ausführungsform wird das Polymer zugefügt, um eine Endkonzentration zwischen etwa 1 ppm und etwa 50 ppm, basierend auf dem Gewicht der Zusammensetzung, zu erreichen.
In noch anderen Ausführungsformen stellt die Erfindung sowohl eine Beschichtungszusammensetzung, die über das Verfahren der Erfindung hergestellt wurde, als auch eine Beschichtungszusammensetzung, die über das Verfahren der Erfindung hergestellt werden kann, bereit. In weiteren Ausführungsformen stellt die Erfindung eine Beschichtung, erhalten durch die Verwendung einer Zusammensetzung der Erfindung, und ein beschichtetes Produkt, umfassend eine solche Beschichtung, bereit.
GENAUE BESCHREIBUNG
Wenn nicht durch andere Umstände offensichtlich, sollen die folgenden Wörter und Ausdrücke die folgenden Bedeutungen haben.
„Formulierung" bezieht sich auf ein Material auf Wasserbasis, zum Beispiel auf einen Haftklebstoff, der in einer beschichteten Form, aufgetragen über herkömmliche Flüssigkeitsbeschichtungstechniken, auf einem gewünschten Träger bereitgestellt werden kann.
„Zusammensetzung" bezieht sich auf eine Formulierung in Kombination mit einem oder mehreren Polymeren, mit hohen Molekulargewichten, gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung.
„Auf Wasserbasis" bezieht sich auf eine Formulierung, die in wässriger Form hergestellt wurde und eine Suspension eines Haftklebstoffs einschließt. Die Klebstoffsuspension kann in jeder geeigneten Form vorliegen, einschließend eine kolloidale Emulsion (das heißt „Latex") oder eine Suspension von haftfähigen Mikrokügelchen.
„Haftklebstoff" bezieht sich auf ein viskoelastisches Material, das in lösungsmittelfreier Form fortdauernd klebrig bleibt. Im Allgemeinen haftet so ein Material sofort unter Ausübung eines geringen Drucks auf den meisten festen Oberflächen.
„Beschichten" wird austauschbar mit „beschichtungsfähig" und anderen Flexionen des Wortes, die sich auf die Fähigkeit der Zusammensetzung, in der Form eines dünnen Films auf einen Träger aufgetragen zu werden (zum Beispiel auf eine Gewebebahn) beziehen, verwendet.
„Viskosität" bezieht sich sowohl auf die Dehnviskosität (auch als extensionale Viskosität bekannt) als auch auf die Scherviskosität. Bei der Scherviskosität handelt es sich um die Bestimmung einer Flüssigkeitsströmung, bei der sich die Geschwindigkeitskomponente nur in einer Ebene senkrecht zu seiner Richtung verändert. Bei der Dehnviskosität handelt es sich um die Bestimmung einer Flüssigkeitsströmung, bei der sich die Geschwindigkeitskomponente nur in seiner eigenen Koordinatenrichtung verändert.
„Spinnfähigkeit" bezieht sich auf die Fähigkeit eine flüssige Formulierung oder Zusammensetzung in die Form einer stabilen Faser zu ziehen.
„Stabile Bahn" bezieht sich auf einen flachen Flüssigkeitsfilm, der über ein Beschichtungsformwerkzeug hergestellt und in einer kontinuierlichen Form auf einen Träger aufgetragen werden kann.
„Fließgeschwindigkeit" bezieht sich auf das Fließvolumen der Flüssigkeit pro Zeiteinheit und Einheitsbreite, ausgedrückt als cm³/cm·s.
Die vorliegende Erfindung stellt Beschichtungszusammensetzungen auf Wasserbasis bereit, die die Zugabe von Polymeren mit hohem Molekulargewicht, gemäß der vorliegenden Erfindung, einschließen, um die flüssigen Bahnen oder Filme in den Beschichtungsanwendungen zu stabilisieren. Die Verwendung von solchen Polymeren verursacht eine bedeutende Vergrößerung des nützlichen Bereichs der Betriebsparameter, die eine stabile Durchführung ermöglichen, wie zum Beispiel die der Trägergeschwindigkeit, der Beschichtungsspalte und der Flüssigkeitsfließgeschwindigkeit.
Der Anmelder hat diese und andere Vorteile bei der Verwendung von HMW PEO-Polymer-Zusatzstoffen bei Lackgieß- und Spaltbeschichtungsanwendungen entdeckt. Die Beziehung zwischen der Schichtdicke T, der Trägergeschwindigkeit S und der Fließgeschwindigkeit pro Einheitsbreite Q wird durch die folgende Formel beschrieben: Q = T × S
Bei Flüssigkeiten, die normalerweise bei der Curtain-Beschichtung verwendet werden, liegt die minimale Fließgeschwindigkeit, bei der ein stabiler Vorhang aufrecht erhalten werden kann, in der Größenordnung von etwa 0,5 cm³/cm·s. (Siehe, zum Beispiel, E. B. Gutoff, Kapitel 4, „Premetered Coating", Seiten 117 bis 167, E. D. Cohen und E. B. Gutoff, Herausgeber, Modern Coating and Drying Technology (1992). Über dieser Geschwindigkeit breiten sich Lücken, die sich in dem Vorhang bilden könnten, in Produktionsrichtung mit einer Schnelligkeit aus, die niedriger ist, als die der fallenden Flüssigkeit, wodurch der Fehler aus dem Material verschwindet. Bei Flüssigkeiten, die normalerweise bei der Lackgieß-Beschichtung verwendet werden, ist für eine Schichtdicke von 25 mm S = 200 cm/s (120 m/min), was in manchen Fällen zu schnell ist und Einschränkungen bei der Trocknung hervorruft. Die Verringerung der minimalen Fließgeschwindigkeit, durch den Zusatz an HMW PEO-Polymer, ermöglicht niedrigere Beschichtungsgeschwindigkeiten und längere Verweilzeiten im Ofen.
Der Anmelder fand heraus, dass PEO ein wirksamer Zusatzstoff für Latex-Klebstoffe zum Lackgieß- und Spaltbeschichten ist, insbesondere, wenn es in Formulierungen verwendet wird, die einen pH-Wert von etwa sieben oder weniger haben. Zum Beispiel wurde bei Verwendung eines 8.000.000 MW PEO in einer Konzentration von 2 bis 20 ppm (parts per million, Teile pro Million) eine verbesserte Beschichtungsfähigkeit beobachtet. Es zeigte sich, dass diese Wirkung nach einigen Tagen nicht mehr zu beobachten war, aber durch Zusatz von mehr PEO wieder reaktiviert werden konnte. Stabile Offline-Bahnen können durch die Verwendung von PEO-eingedicktem Latex, bei Fließgeschwindigkeiten in einer Größenordnung, die zehnmal niedriger sind, als die nicht eingedickter PSA-Formulierungen, erhalten werden.
Eine so umfangreiche Wirkung ermöglicht es, Formulierungen auf Wasserbasis zum Lackgieß-beschichten bei Geschwindigkeiten von 10 bis 300 m/min und geringen Dicken von 10 Mikrometern maßzuschneidern. Ebenso wird das Spaltbeschichten mit Flüssigkeiten auf Wasserbasis bei Verfahrensbedingungen ermöglicht, die vorher nicht erreichbar waren.
Beschichtungsformulierungen
Beschreibungen und Beispiele von Acrylklebstoffen, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, werden in Kapitel 13 „Acrylic Adhesives", Donald Satas, in Handbook of Pressure-Sensitive Adhesive Technology, Van Nostrand Reinhold Company bereitgestellt. Solche Klebstoffe können aus Monomeren, die Acrylat, Diacrylat, Triacrylat, Methacrylat, Dimethacrylat, Trimethacrylat, Tetramethacrylat, Acrylamid und Ähnliches einschließen, hergestellt werden.
In einer Ausführungsform schließt die Zusammensetzung der Erfindung einen Haftklebstoff ein, insbesondere Polyvinyl-PSAs von einem Typ, wie in U. S. Patent Nr. Re 24,996 beschrieben. In diesen PSAs sind die Polymere von Acrylatestern von Acrylsäuren mit nicht-tertiären Alkylalkoholen, wie zum Beispiel n-Butanol, n-Pentanol, Isopentanol, 2-Methylbutanol, 1-Methylbutanol, 2-Methylpentanol, 3-Methylpentanol, 2-Ethylbutanol, Pentanol-3,3,5,5-trimethylhexanol, Heptanol-3, Isooctanol, n-Decanol, Dodecanol und Ähnlichem und auch verschiedene Copolymere enthalten.
In einer Ausführungsform umfassen bevorzugte PSA-Formulierungen im Allgemeinen eine Mischung von Materialien, die ein Acrylat- (oder Methacrylat-)Copolymer mit einer logarithmischen Viskositätszahl von mehr als etwa 0,2 dl/g einschließen. Das Copolymer umfasst polymerisierte primäre Monomere und gegebenenfalls polares Comonomer. Die primäre Monomerkomponente umfasst mindestens ein durch freie Radikale polymerisierbares Vinylmonomer, das ein Acryl- oder Methacrylsäureester eines nicht-tertiären Alkohols ist, der 1 bis 18 Kohlenstoffatome, bei einer mittleren Anzahl an Kohlenstoffatomen von 4 bis 12, aufweist. Die polare Monomerkomponente ist mit dem primären Monomer copolymerisierbar und der Gewichtsanteil des polaren Monomers beträgt bis zu etwa 30 %, bezogen auf das Gesamtgewicht aller Monomere in diesem Copolymer. Geeignete Formulierungen dieses Typs sind zum Beispiel in U. S. Patent Nr. 4,737,577 (Brown) beschrieben.
Auch andere Monomere können in der Formulierung enthalten sein, einschließend zum Beispiel bis zu etwa 150 Gewichtsteile eines kompatiblen klebrigmachenden Harzes pro 100 Gewichtsteile Copolymer und bis zu etwa 50 Gewichtsteile eines verträglichen Weichmachers pro 100 Gewichtsanteile Copolymer.
Geeignete Latex-PSA-Formulierungen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, beinhalten normalerweise etwa 30 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-% Feststoffe und bevorzugt etwa 40 Gew.-% bis etwa 55 Gew.-% Feststoffe, bezogen auf das Gewicht der Formulierung.
Beschichtungsformulierungen können auch in anderen Formen bereitgestellt werden, einschließend in der Form von haftfähigen Mikrosphären. Geeignete Mikrosphären schließen jene ein, die im ebenfalls angemeldeten PCT-Patent WO 94/13751 („Tacky Microspheres Having Pendant Hydrophilic Polymeric or Oligomeric Moieties", eingereicht am 9. Dezember 1993 als Internationale Anmeldung Nr. PCT/US93/11967) beschrieben sind.
PEO-Polymere mit hohem Molekulargewicht
Geeignete PEO-Polymere mit hohem Molekulargewicht, die bei der Herstellung der Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, schließen Ethylenoxidpolymere und -copolymere, wie zum Beispiel in „1,2 Epoxide Polymers", Seiten 337 bis 343 in Concise Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, J. Kroschwitz, Herausgeber, J. Wiley & Sons, 1990 beschrieben, ein. Bevorzugte PEO-Polymere stellen eine hervorragende Kombination von Eigenschaften, wie zum Beispiel Elastizität, niedrige Glasübergangstemperatur („Tg"), Wasserlöslichkeit bereit. Die PEO-Polymere haben auch ein Molekulargewicht von mindestens etwa 100.000 g/mol, bevorzugt mindestens etwa 1000000 g/mol und am meisten bevorzugt mindestens etwa 5.000.000 g/mol.
Beispiele von bevorzugten PEO-Polymeren schließen PEO-Polymere ein, die als Poly(ethylenoxid)polymere mit der Wiederholungseinheit -(CH₂-CH₂-O)_n- bekannt sind und im Handel unter dem Markennamen POLYOX erhältlich sind. Das im Handel erhältliche Produkt ist ein frei fließendes weißes Pulver mit variierenden Größen der Molekulargewichte von etwa 1 × 10(5) bis 5 × 10(6). Solche Polymere sind nicht-ionische, wasserlösliche Poly(ethylenoxid)polymere mit hohem Molekulargewicht (von 100.000 bis etwa 8.000.000).
HMW PEO stellt einen billigen Zusatzstoff zur Veränderung der Viskosität von Latex-Klebstoffen für Lackgieß- und Extrusions-Beschichtung dar. Der Anmelder fand heraus, dass es bei sehr niedrigen Konzentrationen wirksam ist, dass es im Latex eine verbesserte Spinnfähigkeit („höhere Kohäsionsfestigkeit") bereitstellt, dass es eine vergleichsweise niedrige Glasübergangstemperatur (Tg) aufweist und dass es angemessene Klebstoffeigenschaften verleiht.
Herstellung der Beschichtungszusammensetzungen
Die Formulierungen der vorliegenden Erfindung können unter Verwendung von herkömmlichen Mischungstechniken hergestellt werden. Da PEO-Polymere normalerweise in der Form von Pulvern bereitgestellt werden, schlagen verschiedene Hersteller vor, dass das Pulver zuerst in der Form einer konzentrierten Stammlösung zubereitet wird. Ein geeigneter Anteil kann aus dieser Stammlösung entnommen und der PSA-Formulierung zugesetzt werden, um schnell, reproduzierbar und wirksam eine Zusammensetzung der Erfindung herzustellen. Die Stammlösung wiederum zeichnet sich durch eine größere Langzeitstabilität als die Endzusammensetzung auf.
Im Hinblick auf die vorliegende Lehre wird der Fachmann die Art und Weise, in der verschiedene Parameter innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung verändert werden können, erkennen. Solche Parameter schließen die relativen Konzentrationen und die Endkonzentrationen von Latex und Polymer, das Molekulargewicht des Polymers, den pH-Wert der Formulierung und die Lagerstabilität ein.
Wie vorstehend beschrieben, liegen die PSA-Konzentrationen, die normalerweise verwendet werden, bei Feststoffkonzentrationen von etwa 30 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-% Feststoff, bezogen auf die Formulierung. Bei diesen bevorzugten PSA-Konzentrationen kann ein PEO-Polymer mit hohem Molekulargewicht in jeder geeigneten An und Weise, zum Beispiel während oder nach der Herstellung der PSA-Formulierung, in die Formulierung eingebracht werden. Zur Verwendung bei Spaltbeschichtungsanwendungen sind bevorzugt ein oder mehrere PEO-Polymere mit hohem Molekulargewicht in einer Gesamtkonzentration zwischen etwa 1 ppm und etwa 50 ppm, und bevorzugt zwischen etwa 2 ppm und etwa 20 ppm, basierend auf dem Gewicht der Endzusammensetzung, vorhanden. In Mikrosphären-PSA-Zusammensetzungen zum Spaltbeschichten ist das PEO-Polymer mit hohem Molekulargewicht in einer Gesamtkonzentration zwischen etwa 10 ppm und etwa 1.000 ppm, und bevorzugt zwischen etwa 100 ppm und etwa 500 ppm vorhanden.
Zur Verwendung bei Anwendungen des Lackgießbeschichtens ist das PEO-Polymer mit hohem Molekulargewicht bevorzugt in einer Konzentration zwischen etwa 10 ppm und etwa 100 ppm, stärker bevorzugt zwischen etwa 20 ppm und etwa 70 ppm, und am stärksten bevorzugt zwischen etwa 30 ppm und etwa 60 ppm vorhanden. Im Allgemeinen bedingen niedrigere Konzentrationen von PSA-Feststoffen höhere Konzentrationen von HMW PEO-Polymer.
Es scheint, dass bei der Sicherstellung der Wirksamkeit des Polymers der pH-Wert der PSA-Formulierung ein wichtiger Faktor ist. Ganz allgemein sollte der pH-Wert neutral bis leicht sauer sein. Geeignet sind pH-Werte in einer Größenordnung von pH 2 bis pH 7, wobei pH-Werte zwischen etwa pH 4 und pH 6 bevorzugt sind.
Auch scheint es, dass die gewünschte Wirkung des Polymers in der PSA-Formulierung von Natur aus vergänglich ist, wobei sie im Allgemeinen während der Lagerung in einem Zeitraum von über einer Woche nachlässt. Wie in den BEISPIELEN beschrieben, kann diese Wirkung wieder in derselben Art und Weise hervorgerufen werden, wie sie ursprünglich erreicht wurde, das heißt durch Zusatz von Polymer, in der Art und Weise, wie hierin beschrieben.
Verwendung von Beschichtunaszusammensetzungen
Die Erfindung stellt eine Beschichtungszusammensetzung auf Wasserbasis bereit, die die Verwendung des Polymers mit hohem Molekulargewicht gemäß der vorliegenden Erfindung einschließt, um eine Stabilisierung von flüssigen Bahnen oder Fasern in Beschichtungsanwendungen zu ermöglichen. Die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können in einer Vielzahl von Beschichtungstechniken angewendet werden, einschließend Lackgieß-Beschichtung und Spaltbeschichtung (das heißt Extrusionsbeschichtung) von Latex- und Mikrokügelchen-PSA-Materialien. Siehe „Premetered Coating", Kapitel 4, Seiten 117 bis 167 in Modern Coating and Drying Technology, E. Cohen und E. Gutoff, Herausgeber.
Eine Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann aus dem Beschichtungsformwerkzeug eines Beschichters mit vorab festgelegter Dosierung in der Form einer stabilen Bahn oder einer stabilen Faser bei einer Fliessgeschwindigkeit, die wesentlich niedriger ist, als die minimale Auftragungs-Fließgeschwindigkeit, die bei der Verwendung der Formulierung selber erreichbar ist, aufgetragen werden.
Die Fließgeschwindigkeit der PSA-Formulierung kann unter Verwendung des gleichen Beschichters und der gleichen Technik, wie bei der vergleichbaren PSA/Polymer-Zusammensetzung, bestimmt werden. Unter diesen Bedingungen wird die minimale Fließgeschwindigkeit, bei der PSA in der Form einer stabilen Bahn oder Faser aufgetragen werden kann, mit der minimalen Fließgeschwindigkeit der Zusammensetzung, die in der Lage ist reproduzierbar eine stabile Bahn oder Faser bereitzustellen, verglichen.
Lackgieß- und Spaltbeschichtung
Die Verwendung einer Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung vergrößert die Verwendungsbereiche von Durchführungsparametern eines Beschichters mit vorab festgelegter Dosierung deutlich, so zum Beispiel die Trägergeschwindigkeit, die Beschichtungsspalte und die Flüssigkeitsfließgeschwindigkeit.
Lackgieß-Beschichtung bietet einige Vorteile gegenüber anderen Beschichtungsverfahren, bei denen Beschichtungsformwerkzeuge verwendet werden, einschließend: einen einfachen Übergang an Klebestellen, die Möglichkeit nicht einheitliche Spaltabstände zwischen dem Beschichtungsformwerkzeug und dem Träger anzuwenden und eine frei zugänglichen Spalte zur einfachen Reinigung. Ein Hauptnachteil ist jedoch die vergleichsweise hohe Fließgeschwindigkeit, die bei der Verwendung von vielen Beschichtungsflüssigkeiten notwendig ist, um einen stabilen Vorhang aufrecht zu erhalten.
Wenn die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung zum Beispiel bei Verfahren der Lackgieß-Beschichtung verwendet werden, stellen diese eine deutlich verbesserte Spinnfähigkeit bereit. Siehe allgemein, C. Petrie und M. Denn, „Instabilities in Polymer Processing", AIChE Journal 22 (2): 209 bis 235 (1976). Eine verbesserte Spinnfähigkeit von Zusammensetzungen für Lackgieß-Beschichtung wiederum ermöglicht wünschenswerte Veränderungen bei den Verfahrensparametern. Solche Veränderungen schließen zum Beispiel die Möglichkeit der Verwendung einer niedrigeren Fließgeschwindigkeit und eines niedrigeren Endbeschichtungsgewichts für eine bestimmte Trägergeschwindigkeit oder einer niedrigeren Trägergeschwindigkeit für ein bestimmtes Endbeschichtungsgewicht ein.
Solche spinnfähigen Flüssigkeiten können auch stabile Vorhänge bei so niedrigen Fließgeschwindigkeiten wie 0,05 cm³/s·cm Vorhangbreite aufrechterhalten, verglichen mit Fließgeschwindigkeiten in einer Größenordnung von 0,5 bis 1 cm³/s·cm für PSA-Formulierungen ohne PEO. Eine bedeutende Wirkung kann in manchen Fällen bei so geringen Konzentrationen wie 5 ppm erreicht werden. So geringe Konzentrationen haben eine geringe Auswirkung auf die Klebeeigenschaften der getrockneten Endfolie und haben eine geringe Auswirkung auf die Eigenschaften der niedrigen Schergeschwindigkeit (das heißt Ausgleichen) der Flüssigkeit.
Wenn nach einem herkömmlichen Spaltbeschichtungsverfahren beschichtet wird, benötigen herkömmliche Latex-Klebstoffformulierungen normalerweise eine Beschichtungsspalte in einer Größenordnung von 75 Mikrometern bis 100 Mikrometern, um eine Schichtdicke von 50 Mikrometern zu erreichen. Verglichen damit können die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung, unter Verwendung einer Beschichtungsspalte in einer Größenordnung von 250 Mikrometern bis 500 Mikrometern oder größer, eine ähnliche Beschichtungsdicke erreichen.
Das Verfahren und die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung können auch dazu verwendet werden, die Beschichtungsfähigkeit von Zusammensetzungen, die haftfähige Mikrokügelchen enthalten, zu verbessern. Solche Mikrokügelchen werden normalerweise aus Materialien hergestellt, die man als Haftklebstoffe verwendet, und sie schließen die Materialien ein, die im ebenfalls angemeldeten Patent WO 94/13751, („Tacky Microspheres Having Pendant Hydrophilic Polymeric or Oligomeric Moieties", eingereicht am 9. Dezember 1993 als Internationale Patentanmeldung mit der Nummer: PCT/US93/11967)) beschrieben sind.
Faserherstellung
Solche Zusammensetzungen können auch zur Herstellung von PSA-Fasern verwendet werden, die zur Herstellung und Beschichtung von Gewebebahnen verwendet werden können. Siehe zum Beispiel „Fibers, Manufacture", Seiten 389 bis 392 in Concise Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, J. Kroschwitz, Herausgeber J. Wiley & Sons, 1990.
Im Allgemeinen können Fasern unter Verwendung von Spinnverfahren, wie zum Beispiel von Techniken des Trockenspinnens, hergestellt werden, bei denen eine Polymerlösung aus einer Spinndüse durch einen Bereich, in dem das Lösungsmittel schnell verdampfen kann, extrudiert wird, wobei die austretenden Fasern mit Geschwindigkeiten von bis zu etwa 1.000 m/min aufgewickelt werden. Techniken des Nassspinnens, bei denen eine Polymerlösung aus einer Spinndüse in ein nicht lösendes Lösungsmittel, das das Polymer fest werden lässt (das heißt, ausfallen lässt), extrudiert, um Fasern herzustellen, sind ebenso hilfreich.
Diese und andere Beispiele der Erfindung werden durch die folgenden Beispiele veranschaulicht.
BEISPIELE
TESTVERFAHREN
Schäladhäsionsversuch
Die Schäladhäsionseigenschaften von beschichteten Materialien wurden gemäß des Testverfahrens ASTM D3330-90 der ,American Society for Testing and Materials', unter Verwendung von Glas als Versuchsträger, durchgeführt. Zum Reinigen der Glasplatte wurden Diacetonalkohol und 2-Propanol verwendet. Es wurde ein kleines Teststück (1/2 Inch auf 6 bis 8 Inch) hergestellt und angewendet. Die Beschichtung wurde dann mit einer 4,5-Pfund-Walze aufgewalzt und sofort bei entweder 31 cm/Minute oder 230 cm/Minute begutachtet.
Scherversuch
Das Abscheren wurde unter Verwendung eines klebrigen Stücks (etwa 1,3 cm × 1,3 cm), das mit 1.000 Gramm Beladung von einer Edelstahlplatte hing, gemessen. Ein Stück wurde auf einer gereinigten Edelstahlplatte angewendet, wobei es mit einer 4,5-Pfund-Walze (sechs Durchgänge) aufgewalzt wurde und in einer herkömmlichen Scheruntersuchungsvorrichtung begutachtet wurde. Scherversuche wurde im Allgemeinen sowohl bei Raumtemperatur, als auch bei 70°C durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Minuten aufgeführt, und geben den Zeitpunkt an, bei dem sich der Klebstoff vollständig von der Platte ablöste.
Teststückklebrigkeit
Die Klebrigkeit von Bahnen, die mit einer hierin beschriebenen Zusammensetzung oder Formulierung beschichtet wurden, wurde mit einer Polyken-Teststückklebrigkeits-Testvorrichtung (verfügbar von Kendall Company) gemäß des Testverfahrens ASTM D2979-88 der ,American Society for Testing and Materials' gemessen. Die Zusammensetzungen wurden auf 10-Mil-Papier beschichtet, wodurch die getrockneten Beschichtungsdicken, die in den BEISPIELEN beschrieben sind, erhalten wurden. Nach dem Reinigen des Teststücks mit Ethylacetat unter Verwendung eines fusselfreien Stoffs wurde ein 2 cm × 2 cm großes Probestück der beschichteten Bahn auf dem ringförmigen Gewicht (mit kreisförmigem Querschnitt) der Testvorrichtung platziert. Dann wurde die Klebrigkeit der Latex-Formulierungen/-Zusammensetzungen gemessen und aufgezeichnet, wobei ein 10-mm-Edelstahl-Teststück mit einer Fläche von einem Quadratzentimeter mit einer Geschwindigkeit von 1 cm/s und einer Verweildauer von 1 Sekunde verwendet wurde.
BEISPIEL 1
Latex-PSA „A" – Wirkung von PEO (25 ppm, 52 ppm)
Latex A wurde in der Form eines Polyacryl-Latex-PSA erhalten. Es wurde eine Stammlösung mit 4.000 Teilen pro Million („ppm", parts per million) PEO (basierend auf dem Gewicht der Lösung), unter Verwendung von Poly(ethylenoxid) mit einem Molekulargewicht von 8.000.000, erhalten von Aldrich Chemical Co. (Katalognummer 37,283-8), hergestellt. Diese Stammlösung wurde durch langsames Zugeben von PEO-Pulver zu Wasser, unter Rühren mit einem magnetischen Rührstab, hergestellt. Nach der vollständigen Zugabe des PEO folgte fortwährendes Rühren der Zusammensetzung, bis sich das PEO vollständig aufgelöst hatte; normalerweise innerhalb von ein bis vier Stunden. Dann wurden Anteile dieser PEO-Stammlösung zu den Latex-Formulierungen unter kontinuierlichem Vermischen gegeben, in Mengen, die ausreichten, um jeweils 25 und 52 ppm PEO, basierend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung, bereitzustellen. Nach der letzten PEO-Zugabe wurde noch bis zu 10 Minuten vermischt.
Um die Scherviskosität einer Probe zu bestimmen, wurde eine 12-Milliliter-Probe in den Becher eines Rotationsrheometers (Bohlin VOR) gegeben und es wurden Scherviskositätsdaten bei ansteigender Schergeschwindigkeit und bei 25 Grad Celsius für das Latex, mit und ohne den Zusatz von PEO, erhalten. Die Ergebnisse sind in TABELLE 1 bereitgestellt. Eine 200-Milliliter-Probe wurde in die Brechvorrichtung einer gegenläufigen Ausgussapparatur (Rheometrics RFX) gegeben und es wurden Dehnviskositätsdaten bei ansteigender Dehngeschwindigkeit und bei 20 bis 24 Grad Celsius für das Latex, mit und ohne 52 ppm PEO, erhalten.
TABELLE 1
Sowohl die Scher- als auch die Dehnviskositäten der Zusammensetzungen zeigen einen plötzlichen und bedeutenden Anstieg nach einer Verformungsgeschwindigkeit von 46 s^–1. Im krassen Gegensatz dazu zeigt die Latexformulierung ohne PEO bei ansteigenden Verformungsgeschwindigkeiten nur kleiner werdende Viskositäten. Die Verformungsgeschwindigkeit bei der die Viskosität anstieg und die Größe des Anstiegs standen in direktem Zusammenhang mit dem beobachtetem Ausmaß der Spinnfähigkeit, das heißt, Zusammensetzungen, mit einer besseren Spinnfähigkeit zeigen bei einer niedrigeren Verformungsgeschwindigkeit einen größeren Viskositätsanstieg.
TABELLE 2 zeigt die Adhäsionsdaten des Latex-PSA, mit und ohne Zusatz von 25 ppm PEO. Nach 0 und 2 Tagen, nachdem die Zusammensetzung hergestellt worden war, wurden die Beschichtungen mit der Hand aufgebracht, indem ein Polyester-Träger unter einem feststehenden steifen Messer in einem Abstand von 50 Mikrometern mit einer langsamen und maßvollen Geschwindigkeit von ungefähr 2 und 10 cm/s entlang gezogen wurde. Die aus den Latex-PSA/PEO-Zusammensetzungen hergestellten Beschichtungen, die mit 2 cm/s hergestellt wurden, hatten eine gleichmäßigere Dicke als jene, die mit 10 cm/s hergestellt wurden.
TABELLE 2
Man kann sehen, dass im Hinblick auf die Gesamtleistungsfähigkeit in jedem Fall ein kleiner oder kein Unterschied zwischen den Zusammensetzungen mit PEO und den ursprünglichen Latexformulierungen war. Mit anderen Worten, die Vorteile der vorliegenden Erfindung, ausgedrückt in den Beschichtungsdurchführungsbedingungen, können ohne nachteilige Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit der aufbeschichteten Endzusammensetzung erreicht werden.
BEISPIEL 2
Latex „B" – Wirkung von PEO (20 ppm)
Es wurde ein PSA-Copolymer, hier als „Latex B" bezeichnet, unter Verwendung des allgemeinen Verfahrens, wie es für die Herstellung des Kontroll-Copolymers in Beispiel 41 des U. S. Patents mit der Nummer 4,737,577, dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist, beschrieben wird, hergestellt. Genauer, das zu Grunde liegende Copolymer war Isooctylacrylat (IOA)/Acrylsäure (AA), das in einem wassergetragenen (Emulsion) System polymerisiert wurde.
In der selben Art und Weise, wie in BEISPIEL 1 beschrieben, wurde eine 5.000 ppm PEO-Stammlösung hergestellt und mit Wasser auf 500 ppm PEO verdünnt. Es wurde ein Anteil dieser 500 ppm Lösung zu der Latex-Formulierung, unter Verwendung des Verfahrens wie in BEISPIEL 1 beschrieben, in einer ausreichenden Menge zugegeben, um eine Endkonzentration von 20 ppm PEO bereitzustellen.
Die Scher- und Dehnviskositäten gegen die Verformungsgeschwindigkeit wurden für das Latex mit und ohne Zugabe von PEO bestimmt. Für die Zusammensetzungen wurden steigende Viskositäten bei einer Verformungsgeschwindigkeit von 29 s^–1 beobachtet, wobei die PSA-Formulierungen nur abnehmende Viskositäten bei ansteigender Verformungsgeschwindigkeit zeigten.
BEISPIEL 3
PSA-Mikrokügelchen – Wirkung von PEO
Latex-Mikrokügelchen wurden gemäß des Verfahrens, das im ebenfalls angemeldeten Patent WO 94/13751, („Tacky Microspheres Having Pendant Hydrophilic Polymeric or Oligomeric Moieties", eingereicht am 9. Dezember 1993 als Internationale Patentanmeldung mit der Nummer: PCT/US93/11967)) beschrieben ist, hergestellt.
Eine 4000 ppm PEO-Stammlösung wurde, wie in BEISPIEL 1 beschrieben, hergestellt und zur Mikrokügelchen-PSA-Suspension, unter Verwendung des Verfahrens wie in BEISPIEL 1 beschrieben, in einer ausreichenden Menge zugegeben, um 650 ppm PEO zu erhalten. Die Scherviskositätsdaten der Mikrokügelchen-Zusammensetzungen und -Formulierungen zeigten, dass bei allen Schergeschwindigkeiten die Scherviskosität für die Zusammensetzung mit PEO größer war, als für die Formulierung ohne PEO. In der Zusammensetzung stieg die Viskosität bei einer Schergeschwindigkeit über 2 s^–1. TABELLE 3 zeigt die Adhäsionsdaten von Mikrokügelchen-Suspensionen mit 300 und 500 ppm PEO die über Spaltbeschichtung aufbeschichtet wurden, wobei eine 40 Mikrometer Trockenbeschichtung erhalten wurde.
TABELLE 3 Adhäsionseigenschaften von mit PEO eingedicktem Mikrosphären-PSA
So wie bei den anderen Latex-Systemen zeigen die Daten in TABELLE 3 geringe oder keine nachteiligen Auswirkungen und manchmal einige offensichtliche Verbesserungen der funktionellen Gesamteigenschaften der Beschichtungen, die von den Zusammensetzungen der Erfindung herrühren.
BEISPIEL 4
Auswirkung der PEO-Konzentration
Zusammensetzungen von Latex A und 8.000.000 MW PEO wurden, wie in BEISPIEL 1 beschrieben, in Konzentrationen von 0, 5, 12, 25 und 52 ppm (bezogen auf das Gewicht) PEO hergestellt. TABELLE 4 zeigt die Scherviskositäten für jede der Zusammensetzungen. Daraus geht hervor, dass ein Anstieg der Konzentration von PEO überraschenderweise einen starken Anstieg der Viskosität verursacht und es ist ebenfalls überraschend, dass dieser starke Anstieg mit steigenden Konzentrationen bei einer niedrigeren Schergeschwindigkeit stattfindet.
TABELLE 4
BEISPIEL 5
Auswirkung des PEO-Molekulargewichts
Zusammensetzungen von Latex A und 52 ppm PEO wurden, wie in BEISPIEL 1 beschrieben, unter Verwendung von 8.000.000 und 1.000.000 MW PEO hergestellt. TABELLE 5 zeigt die Scherviskositäten für jede der Zusammensetzungen und für Latex ohne PEO, wobei die 8.000.000 MW PEO Zusammensetzung einen größeren Anstieg der Viskosität bei 46 s^–1 zeigt und die 1.000.000 MW PEO Zusammensetzung einen geringeren Anstieg der Viskosität bei 460 s^–1 zeigt. Auch die Spinnfähigkeit wurde beobachtet und es zeigte sich, dass sie sich mit steigendem Molekulargewicht erhöhte.
TABELLE 5
BEISPIEL 6
Auswirkung des PSA-Teilchengewichts
Zusammensetzungen von 25 ppm 8.000.000 MW PEO und Latex A mit Teilchengewichtsanteilen von 50 und 55 Prozent wurden, wie in BEISPIEL 1 beschrieben, hergestellt. TABELLE 6 zeigt die Scherviskositäten für diese Zusammensetzungen und für entsprechendes Latex ohne PEO, wobei ein plötzlicher Anstieg der Scherviskosität für das Latex mit 55-Prozent-Feststoff-Anteil bei 190 s^–1 und für das Latex mit 50-Prozent-Feststoff- Anteil bei 290 s^–1 beobachtet wird. Auch die Spinnfähigkeit wurde beobachtet und es zeigte sich, dass sie sich mit einem steigenden Latex-Teilchengewichtsanteil erhöhte.
TABELLE 6
BEISPIEL 7
Auswirkung des pH-Werts
In der Latex-A-Formulierung, wie in BEISPIEL 1 beschrieben, wurde durch langsame Zugabe von 10% NH₄OH-Lösung ein pH-Wert von 8,5 eingestellt. Nach der Zugabe von 100 ppm 8.000.000 MW PEO, unter Verwendung des in BEISPIEL 1 beschriebenen Verfahrens, zeigte die Zusammensetzung keine Erhöhung der Spinnfähigkeit. Außerdem verlor eine bei pH 5,5 und wie in BEISPIEL 1 hergestellte 100 ppm 8.000.000 MW PEO Zusammensetzung ihre Spinnfähigkeit nach der Einstellung eines pH-Werts von 8,5 durch Zugabe von NH₄OH. Aber sie konnte ihre Spinnfähigkeit zurückerlangen, nachdem durch ausreichende Zugabe von verdünnter HCl ein pH-Wert von unter 7 eingestellt worden war.
BEISPIEL 8
Auswirkung der Zeit auf die Spinnfähigkeit
Eine Zusammensetzung von Latex A und 50 ppm 8.000.000 MW PEO wurde, wie in BEISPIEL 1 beschrieben, hergestellt und die Scherviskosität wurde zu den Zeitpunkten 10 Minuten, 5 Stunden, 20 Stunden, 48 Stunden und 72 Stunden, wie in TABELLE 7 gezeigt, bestimmt. Es zeigt sich, dass sich mit der Zeit die Schergeschwindigkeit, bei der der Viskositätsanstieg einsetzt, erhöht. Bei Zeiten über 5 Stunden konnte eine Abnahme der Spinnfähigkeit beobachtet werden.
TABELLE 7
BEISPIEL 9
Regenerieren von gealterten Zusammensetzungen
Die Latex/PEO-Zusammensetzung, die für 72 Stunden, wie in BEISPIEL 8 beschrieben, gealtert war, wurde mit einer ausreichenden Menge einer Stammlösung von 4.000 ppm 8.000.000 MW PEO in Wasser, wie in BEISPIEL 1 beschrieben, vereinigt, um eine Gesamtkonzentration von PEO von 80 ppm einzustellen. 10 Minuten nach der zuletzt erwähnten Zugabe von PEO wurde die Viskosität gemessen und dieser Wert ist zusammen mit den Viskositäten der Anfangszusammensetzung und der gealterten Zusammensetzung in TABELLE 8 gezeigt. Der Wert beim Einsetzen des Anstiegs der Scherviskosität ging auf den Wert vor dem Altern zurück und die Spinnfähigkeit wurde beobachtet und es zeigte sich, dass sie nach der Zugabe des PEO zu der gealterten Zusammensetzung auf ein Ausmaß zurückging, das sie vor dem Altern hatte.
TABELLE 8
BEISPIEL 10
Lackgieß-Beschichtungszusammensetzungen
Es wurden Zusammensetzungen von Latex-PSA und 8.000.000 MW PEO in Konzentrationen von 0, 25, 50 und 70 ppm, wie in BEISPIEL 1 beschrieben, hergestellt, und mit diesen Zusammensetzungen wurde eine Lackgießanlage beschickt, deren Formwerkzeug einen tangentialen Zugang der Flüssigkeit zum Träger ermöglicht. Für jede Zusammensetzung wurde zu Beginn für die Flüssigkeitsfließgeschwindigkeit ein Wert festgelegt, der ausreichend war, eine kontinuierliche Flüssigkeitsbahn zwischen dem Formwerkzeug oben, dem Träger unten und den Kantenführungsvorrichtungen an den Seiten, die einen Abstand von 5 cm von oben und von 3 cm von unten hatten, sicherzustellen. Die Flüssigkeitsfließgeschwindigkeit wurde dann langsam verringert, solange bis die Bahn abriss und nur noch unregelmäßige Tropfen oder Fasern erzeugt wurden. TABELLE 9 zeigt für jede Flüssigkeit die minimale Fließgeschwindigkeit bei der die Bahn noch aufrechterhalten werden konnte, bevor sie abriss. Eine Zugabe von 25 ppm PEO zum Latex ermöglichte eine Verringerung der minimalen Fließgeschwindigkeit um den Faktor vier; Eine Zugabe von 50 ppm PEO ermöglichte eine Verringerung der minimalen Fließgeschwindigkeit um den Faktor sechs; Und eine Zugabe von 70 ppm PEO ermöglichte eine Verringerung der minimalen Fließgeschwindigkeit um den Faktor acht. Für die Zusammensetzungen von Latex und PEO sind in TABELLE 9 auch die maximalen Trägergeschwindigkeiten aufgeführt, die bei der minimalen Flüssigkeitsfließgeschwindigkeiten erreichbar sind, wobei die maximale Trägergeschwindigkeit von 10 Metern pro Minute auf 20 Meter pro Minute auf 30 Meter pro Minute ansteigt, bei 25, 50 bzw. 70 ppm PEO.
TABELLE 9 Minimale Fließgeschwindigkeiten und maximale Beschichtungsgeschwindigkeiten bei Lackgieß-Beschichtung
BEISPIEL 11
Faserherstellung – Gewebebahnbeschichtung
Eine Zusammensetzung von Latex B und 10 ppm 8.000.000 MW PEO wurde, wie in BEISPIEL 2 beschrieben, hergestellt und diese Zusammensetzung wurde in eine Tischvorrichtung zur Faserherstellung gepumpt, in der die Flüssigkeit über ein verzweigtes System von zylindrischen Rohren mit 1 cm Durchmesser auf drei Spritzennadeln mit abgestumpften Enden und einem Innendurchmesser von 0,5 mm verteilt wurde. Die flüssige Faser aus jeder Nadel wurde durch Anwendung eines Hochgeschwindigkeitsluftstroms am oder unter dem Nadelauslass im Durchmesser verstreckt und die Faser wurde auf einem sich bewegendem Träger, 25 cm unter den Nadelauslässen, abgefangen und in einem Ofen getrocknet. Durch dieses Verfahren wurde eine ungleichmäßige aber geschlossene Beschichtung von PSA-Fasern hergestellt, wobei diese Fasern mit dem Träger in einer Zufallsanordnung in Berührung kamen. Durch Erhöhen der Flüssigkeitsfließgeschwindigkeit bei einer festgelegten Trägergeschwindigkeit oder durch Erniedrigen der Trägergeschwindigkeit bei einer festgelegten Flüssigkeitsfließgeschwindigkeit wurde der Anteil der Oberfläche, der durch die Matte aus PSA-Fasern bedeckt wurde, erhöht. Im Gegensatz dazu wurde bei der Verwendung einer Latex-B-Formulierung ohne PEO in dieser Faserherstellungsvorrichtung eine Beschichtung aus einzelnen Tropfen erhalten.
BEISPIEL 12
Faserherstellung
Eine Zusammensetzung von Latex B und PEO wurde, wie in BEISPIEL 11 beschrieben, hergestellt und in eine Vorrichtung, wie in BEISPIEL 11 beschrieben, gepumpt, nur mit dem Unterschied, dass die Nadelauslässe in geringem Abstand zu einem sich bewegenden Träger standen. Die flüssigen Fasern die aus jeder Nadel austraten wurden im Durchmesser durch Spannung verstreckt, die auf die Fasern übertragen wurde, indem sich der Träger mit einer Geschwindigkeit bewegte, die größer war, als die Durchschnittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit am Nadelauslass. So wurde eine ungleichmäßige PSA-Beschichtung aus zueinander geradlinig verlaufenden Streifen hergestellt, die dann in einem Ofen getrocknet wurde.
BEISPIEL 13
Spaltbeschichten
Ein Latex B, hergestellt wie in BEISPIEL 2 beschrieben, wurde unter Verwendung des Verfahrens, wie in BEISPIEL 1 beschrieben, mit einer ausreichenden Menge einer 200 ppm 8.000.000 MW PEO Stammlösung, eine Verdünnung, hergestellt aus einer 5.000 ppm Stammlösung, wie in BEISPIEL 1 beschrieben, gemischt, um 2 ppm PEO in der Zusammensetzung zu erhalten. Sowohl diese Zusammensetzung, als auch Latex B ohne PEO wurden für die Durchführung von Beschichtungsversuchen verwendet, bei denen die Flüssigkeit mit 0,21 cm³/cm·s in ein herkömmliches Spaltbeschichtungsformwerkzeug, mit Spaltausmaßen von 250 Mikrometern Höhe und 13 cm Breite, gepumpt wurde. An der Ausströmseite des Formwerkzeugs wurde, unter zu Hilfenahme einer Vakuumkammer, Vakuum angelegt und die Beschichtungsspalte wurde von groß nach klein verändert und angepasst, so lange bis eine kontinuierliche Beschichtung beobachtet werden konnte. TABELLE 10 stellt die Ergebnisse für jede Flüssigkeit bereit, wobei relativ zur Latexformulierung (das heißt ohne PEO) eine kontinuierliche Beschichtung mit der Latex/PEO-Zusammensetzung bei höheren Beschichtungsgeschwindigkeiten und bei einer größeren Beschichtungsspalte erreicht werden konnte.
TABELLE 10 Beobachtete Beschichtungen, hergestellt über Spaltbeschichtung aus Latex-PSA, mit und ohne PEO
BEISPIEL 14
Mikrokügelchenherstellung
Eine Zusammensetzung aus einer Mikrokügelchen-PSA-Suspension und 500 ppm 8.000.000 MW PEO wurde, wie in BEISPIEL 3 beschrieben, hergestellt und wurde in Spaltbeschichtungsversuchen, mit Spaltausmaßen von 250 Mikrometern Höhe und 3 cm Breite, ohne Anwendung von Vakuum an der Ausströmseite und mit einer Spalte von 500 Mikrometern zwischen dem Formwerkzeug und dem Träger, verwendet. Bei einer Flüssigkeitsfließgeschwindigkeit von 0,11 cm³/cm·s und einer Trägergeschwindigkeit von 6 bis 31 m/min wurde eine kontinuierliche Beschichtung beobachtet. Unter Verwendung der selben Vorrichtung und der selben Beschichtungsspalte war für die PSA-Mikrokügelchen-Suspension mit 0 ppm PEO bei einer Trägergeschwindigkeit von 6 m/min eine Flüssigkeitsfließgeschwindigkeit von 0,33 cm³/cm·s notwendig, um eine kontinuierliche Beschichtung zu erhalten.

Claims

Beschichtungszusammensetzung, die eine Haftklebstoffformulierung auf Wasserbasis und Ethylenoxidpolymere oder -copolymere mit einem Molekulargewicht von mindestens etwa 100000 in einer Konzentration zwischen etwa 1 ppm und 1000 ppm umfasst.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung die Verwendung einer minimalen Fließgeschwindigkeit ermöglicht, die weniger als 70% der minimalen Fließgeschwindigkeit beträgt, die notwendig ist, um einen stabilen Vorhang der Formulierung ohne Polymerzugabe in einer Lackgießanlage aufrechtzuerhalten.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung Spaltgrößen ermöglicht, die in einer Größenordnung von zweimal der maximalen Spaltgröße liegen, die verwendbar sind, um die entsprechende Formulierung in Form einer stabilen Folie in einem Spaltbeschichter bereitzustellen.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei die Klebstoffformulierung einen Latex-PSA auf Acrylatbasis umfasst.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei die Klebstoffformulierung einen Latexhaftklebstoff auf Wasserbasis umfasst und die Konzentration des Polymers zwischen etwa 1 ppm und etwa 50 ppm liegt.
Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Herstellung einer Haftklebstoffformulierung auf Wasserbasis, und (b) Zugabe von Ethylenoxidpolymeren oder -copolymeren, mit etwa einem Molekulargewicht von mindestens etwa 100000 in einer Konzentration zwischen etwa 1 ppm und 1000 ppm während oder nach der Herstellung der Formulierung.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Polymer in einer Konzentration zwischen etwa 1 ppm und etwa 50 ppm zugegeben wird.
Beschichtungzusammensetzung, hergestellt gemäß dem Verfahren nach Anspruch 6.
Beschichtetes Produkt, umfassend eine Zusammensetzung nach Anspruch 1.
Verwendung von Ethylenoxidpolymeren oder -copolymeren mit einem Molekulargewicht von mindestens etwa 100000 als ein Verdickungsmittel für eine Haftklebstoffformulierung auf Wasserbasis.