ES2346295T3 - Resina de poliacrilato adhesiva por contacto. - Google Patents
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Abstract
Mezcla de un poliacrilato adhesivo por contacto, el cual puede obtenerse mediante polimerización con radicales de una mezcla de monómeros que contienen por lo menos los siguientes componentes (a) del 60 al 99% en peso, de derivados del ácido acrí-lico y del ácido metacrílico, según la siguiente fórmula **(Ver fórmula)** en donde R1 = H ó CH3, y R2 = una cadena alquílica de 1 a 20 átomos de carbono (b) de 1 a 10% en peso, de monómeros de vinilo, acrilo y/o metacrilato, con un grupo X capaz de una copulación química, puede obtenerse según uno de los procedimientos de por sí ya conocidos con partículas poliméricas reticuladas, las cuales contienen por lo menos dos grupos funcionales Y y Z, los cuales son apropiados con los grupos funcionales X, para poner en marcha una reacción de copulación química en forma de una reacción de substitución o reacción de adición.
Description
Resina de poliacrilato adhesiva por
contacto.
La invención se refiere a un poliacrilato
adhesivo por contacto y a un procedimiento para la obtención de una
masa reticulada de adhesivo por contacto a base de poliacrilato que
sirve de poliacrilato adhesivo por contacto según la invención.
Para las aplicaciones industriales de las bandas
adhesivas por contacto, se emplean muy a menudo masas adhesivas por
contacto de poliacrilato. Los poliacrilatos poseen diversas ventajas
frente a otros elastómeros. Son muy estables frente a la luz UV,
oxígeno y ozono. Las masas sintéticas y naturales adhesivas de
caucho, contienen en su mayor parte enlaces dobles, los cuales
hacen que estas masas adhesivas se vuelvan lábiles frente a las
antes llamadas influencias ambientales. Otra ventaja de los
poliacrilatos es su transparencia y su aptitud para ser empleadas
en un intervalo de temperaturas relativamente amplio.
Las masas adhesivas por contacto de poliacrilato
se obtienen por regla general en solución por medio de una
polimerización con radicales libres. Los poliacrilatos se aplican
por regla general en solución recubriendo mediante una rasqueta
sobre el correspondiente material de soporte y a continuación se
seca. Para aumentar la cohesión se reticula el polímero. El
endurecimiento tiene lugar térmicamente o mediante reticulación por
rayos UV ó mediante endurecimiento por ES. El procedimiento descrito
es cuestionable en relación con los costes, de difícil ejecución, y
ecología, puesto que el disolvente no se recicla. Además, es muy
difícil obtener bandas adhesivas por contacto con una alta
aplicación de masa sin que se produzcan burbujas.
Para mejorar estas limitaciones, se desarrolló
el procedimiento de Hotmelt ("fusión térmica"). En este
procedimiento se aplica el adhesivo por contacto, en forma de masa
fundida sobre el material de soporte. Las aplicaciones del Hotmelt
de acrilato ya son conocidas y han sido descritas desde hace mucho
tiempo [NL 6 606 711 y NL 7 009 629].
Con esta nueva técnica van también unidas
ciertas limitaciones. Antes del recubrimiento se elimina el
disolvente de la masa adhesiva por contacto en una extrusionadora
de secaje. El procedimiento de secaje va unido a una temperatura
relativamente alta y a un efecto de cizallamiento, de manera que
particularmente las masas adhesivas por contacto de poliacrilato de
alto peso molecular, quedan fuertemente dañadas.
La masa adhesiva por contacto de acrilato, se
gelifica o la proporción de bajos pesos moleculares aumenta debido
a la degradación de los pesos moleculares. Ambos efectos son
indeseables. La masa adhesiva, o bien no se deja recubrir o bien
las propiedades técnicas de adhesividad de la masa adhesiva por
contacto se alteran, puesto que por ejemplo en el test de
cizallamiento la proporción de bajos pesos moleculares actúa como
agente lubricante y así conducen a un prematuro fracaso de la masa
adhesiva. Esto tampoco puede equilibrarse mediante una eficiente
reticulación. En principio pueden reticularse los Hotmelts de
acrilato mediante rayos UV, o mediante radiación rica en energía,
como por ejemplo rayos de electrones. Ambos métodos presentan
ciertas desventajas. Los rayos UV pueden penetrar debido a la
absorción propia del poliacrilato en la masa adhesiva por contacto
sólo hasta un máximo de aproximadamente 100 \mum. Puesto que
justamente la tecnología del Hotmelt, presenta ventajas para las
bandas adhesivas por contacto con una aplicación particularmente
alta de masa, resulta de ello una particular desventaja. Este
efecto se refuerza además todavía por la resina que se añade a
menudo a las masas adhesivas por contacto de poliacrilato, para
aumentar la fuerza adhesiva. La reticulación por rayos de
electrones presenta en cambio otras desventajas. Junto al coste
evidentemente alto del conjunto de aparatos, la relativamente
pequeña irradiación ES selectiva precisa de un peso molecular medio
alto, que a continuación pueda reticularse estadísticamente. Por el
contrario, para la reticulación ES de masas adhesivas por contacto
de acrilato, de bajo peso molecular, se requieren altas dosis, las
cuales conducen sin embargo a redes de malla muy estrecha con las
características de un barniz. Otras desventajas son los fragmentos
que apare-cen por escisión de las cadenas laterales
de éster, mediante la radiación rica en energía. Estos elementos
fácilmente volátiles pueden conducir a una desagradable carga de
olor a partir de la cinta adhesiva de contacto.
La reticulación térmica de los hotmelts de
acrilato es por el contrario significativamente más difícil y
plagada de problemas, puesto que la mayor parte de reactivos de
reticulación ya reaccionan en el proceso de Hotmelt y por esta
razón las masas adhesivas por contacto se verifican antes del
recubrimiento. En la patente DE 195 24 250 A1, se emplean
isocianatos para la reticulación térmica del hotmelt de acrilato.
Estos compuestos son sin embargo muy reactivos debido a su alta
concentración de funcionalidad y son difíciles de incorporar en el
proceso de Hotmelt y de estabilizar. Las partículas funcionalizadas
de isocianato presentan por el contrario debido a su pequeña
cantidad de grupos reactivos así como debido a los impedimentos
estéricos, una significativa menor reactividad y poseen por lo
tanto un más largo "pot-life" ("vida
útil") en el proceso del Hotmelt. Además, pueden influenciarse
positivamente las propiedades técnicas adhesivas de la masa adhesiva
por contacto de acrilato, mediante la elección del substrato de
partículas, en lo que se refiere por ejemplo a la cohesión. Las
partículas se mezclan muy a menudo en la masa adhesiva por contacto
de acrilato. Pueden emplearse por ejemplo, las micropartículas
dilatables por calor [US 5.441.810], las cuales se dilatan por
acción de la temperatura y permiten un ligero alejamiento del
substrato.
Estas partículas no contribuyen sin embargo a la
reticulación de la masa adhesiva por contacto. Junto a ellas se
emplean también muchas partículas como componentes adicionales
adhesivos [US 3.857.731]. Estos se obtienen por ejemplo, según
Bohnel [US 4.166.152] en un procedimiento de polimerización en
emulsión. También han sido empleadas micropartículas adhesivas para
aplicaciones adhesivas por contacto [US 4.810,763]. Para superficies
adhesivas por contacto, reposicionables, han sido empleadas
microbolas de PMMA y ácido poliacrílico [US 4.735.837]. Para
obtener una óptima aptitud a la reposición, se variaron las
proporciones de las bolas en la masa adhesiva por contacto. En
ningún procedimiento se emplearon bolas o partículas para la
reticulación de los adhesivos por contacto de acrilato fundido. En
combinación con un proceso de Hotmelt han sido añadida partículas
adhesivas a las masas adhesivas por contacto [US 4.049.483]. Junto
a las partículas de polímero pueden emplearse también bolas de
vidrio en las masas adhesivas [US 4.223.067].
La patente JP 04 342784 A describe la adición de
partículas poliméricas acrílicas a una dispersión alcohólica de un
polímero acrílico y compuestos de alcoxilosiloxanos.
La integración química de estas partículas no ha
sido descrita.
Las patentes JP 07 331214 A y JP 07 331219 A
describen la presencia de partículas funcionalizadas en las
composiciones adhesivas, pero sin embargo no mencionan ningunas
partículas previamente reticuladas ni la integración química de las
partículas previamente reticuladas en la masa adhesiva por contacto,
durante la reticulación de las masas adhesivas.
Las partículas funcionalizadas se emplean por el
contrario en la química combinatoria y en la bioquímica; a título
de ejemplo pueden citarse las patentes US 6.168.913 y las citas allí
mencionadas de la literatura, así como las patentes US 6.147.159 y
6.114.493.
Objetivo de la invención es la preparación y
puesta a punto de un producto perfeccionado para la obtención de
masas adhesivas por contacto de acrilato, y un material de partida
apropiado.
Ha sido descubierto sorprendentemente por el
experto, que estas partículas desarrolladas especialmente para la
química combinatoria son magníficamente apropiadas para la
reticulación térmica del hotmelt de acrilato, y actúan junto a la
reticulación térmica mediante la estructura de las partículas
produciendo un aumento de las propiedades cohesivas.
La invención se refiere correspondientemente a
poliacrilatos adhesivos por contacto según una composición de por
sí ya conocida, a la cual se añaden partículas poliméricas
reticuladas y funcionalizadas, las cuales debido a su naturaleza
química son apropiadas para apoyar una reacción de reticulación de
los poliacrilatos y con ello sirven para la obtención de masas
adhesivas por contacto.
De preferencia, se emplean para ello
poliacrilatos adhesivos por contacto los cuales pueden obtenerse por
polimerización de radicales de una mezcla de monómeros que
contienen por lo menos los siguientes componentes
(a) de 60 a 99% en peso de ácido acrílico y
derivados del ácido metacrílico, según la siguiente fórmula
en donde R_{1} = H ó CH_{3}, y
R_{2} = una cadena alquílica de 1 a 20 átomos de
carbono,
(b) de 1 a 10% en peso de los monómeros vinilo,
acrilo y/o metacrilato, con un grupo X capaz de copulación
química,
según uno de los procedimientos de por sí ya
conocidos.
Las partículas poliméricas contienen por lo
menos dos grupos funcionales Y y Z, que son capaces con el grupo
funcional X, de una copulación química en forma de una reacción de
substitución o reacción de adición. En este sentido, la
denominación "copulación química" abarca en particular las
reacciones de adición y substitución (en particular reacciones de
esterificación y transesterificación), en donde en la reacciones de
substitución pueden ser escindidos grupos enteros o partes de un
grupo.
Como monómeros para los componentes (b), se
emplean compuestos, que por lo menos llevan un grupo funcional X,
los cuales son capaces de una copulación química con el artículo de
polimerización en el sentido de reacciones de substitución y/o
reacciones de adición con los grupos Y y/o Z. Estas reacciones
promueven con la entrada de energía térmica, una reticulación de la
masa adhesiva por contacto. Para una reticulación efectiva, las
partículas poliméricas pueden presentar ventajosamente también más
de dos grupos funcionales, los cuales pueden reaccionar con los
grupos X, para lo cual puede reducirse la cantidad de partículas
poliméricas añadidas para lograr el deseado grado de
reticulación.
Estos grupos X son ventajosamente por ejemplo:
grupos carboxílicos, grupos hidroxilo, aminas, amidas, isocianatos,
imidas, aldehidos, tioles, sin que esta enumeración quiera ser
innecesariamente limitada. A título de ejemplo pueden citarse aquí
algunos ejemplos: N-vinilformamida, vinílpiridina,
ácido acrílico, hidroxietilacrilato,
hidroxietilme-tacrilato.
Para una versión preferida del poliacrilato
adhesivo por contacto según la invención, la mezcla de monómeros
contiene como otro componente
(c) hasta el 30% en peso de compuestos vinílicos
con grupos funcionales, como estireno, derivados de estireno,
acetato de vinilo, etc.
Para ello son en particular apropiados uno o
varios compuestos de vinilo escogidos del siguiente grupo:
ésteres vinílicos, haluros de vinilo, haluros de
vinilideno, hidrocarburos etilénicamente no saturados de
nitrilo.
Como ejemplos para este tipo de compuestos
vinílicos pueden citarse aquí el acetato de vinilo, etilviniléter,
cloruro de vinilo, cloruro de vinilideno, acrilonitrilo sin
pretender limitar innecesariamente esta enumeración. Además, pueden
emplearse todos los otros compuestos de vinilo comprendidos en el
grupo antes citado, pero también cuales-quiera
otros compuestos de vinilo que no están comprendidos en la clase de
compuestos citados más arriba.
La cantidad de las partículas poliméricas
añadidas se elige ventajosamente de tal forma que su proporción en
la mezcla de poliacrilato/partículas poliméricas es de hasta el 30%
en peso, de preferencia hasta el 25% en peso, de preferencia hasta
el 10% en peso, con la mayor preferencia hasta el 5% en peso.
Mediante la cantidad de partículas poliméricas añadidas se puede
ajustar el grado de reticulación deseado y con ello la dureza y la
adhesividad de la masa adhesiva por contacto reticulada,
resultante.
Las partículas poliméricas con las
funcionalidades capaces de reticulación pueden en principio elegirse
del grupo de todas las partículas poliméricas reticuladas con
dichos grupos funcionales. Las partículas pueden a este respecto,
ser de formas asimétricas aunque también pueden tener forma
simétrica, en particular en forma de esferas. El tamaño de las
partículas debe estar por debajo del grueso de capa de la posterior
masa adhesiva por contacto de acrilato, cuando ésta se aplica sobre
un soporte. En casos particulares, puede ser ventajoso que las
partículas de mayor tamaño se empleen para obtener, por ejemplo,
bandas adhesivas por contacto, reposicionables.
Se prefieren emplear las partículas poliméricas
con un tamaño desde 1 hasta 500 \mum, con más preferencia de 50 a
200 \mum, con la mayor preferencia de 75 a 150 \mum.
En las partículas esencialmente redondas, se
denomina "tamaño" el diámetro de las partículas, y en las
partículas que no tienen forma de esfera o son asimétricas se elige
la longitud de la expansión más larga de las partículas, en el caso
de las partículas en forma de barritas por ejemplo, se toma la
longitud del eje longitudinal. Los tamaños se escogen de
preferencia con la condición de que el grueso de la capa de la masa
adhesiva por contacto, no sobrepase en un recubrimiento posterior,
el material de soporte.
Los poliacrilatos provistos con artículos
poliméricos pueden orientarse mediante procedimientos apropiados
en, o después del, recubrimiento de tal forma, que la dirección de
las partículas en la capa presenta una dirección preferente de
forma que el tamaño de las partículas también puede escogerse de
manera que el grueso de capa de la masa adhesiva por contacto
sobrepase, sin que las partículas sobresalgan de la capa y actúen
perjudicando, con respecto a la imagen homogénea o lisa del
recubrimiento.
Como grupos funcionales Y y Z pueden emplearse
independientemente entre sí, las hidrazinas, aminas, fenoles,
cloruros de tosilo, isocianatos, aldehidos, carbonatos, fosfinas,
carbodiimidas, N-metilmorfolinas, oxazolidina o
grupos de ácido sulfónico, sin que esta enumeración pretenda ser
limitativa.
Para adhesivos por contacto fundidos, puede ser
particularmente ventajoso emplear como grupos funcionales, grupos
isocianato, que estén bloqueados. En la patente US 5.510.443 se
describen algunas variantes para el bloqueo de isocianatos. Bajo el
nombre de isocianatos bloqueados, se comprenden grupos funcionales,
los cuales bajo la influencia de la temperatura forman grupos
isocianato y con ello se inicia una reacción.
Las reacciones de copulación entre los grupos
funcionales X del poliacrilato y los grupos funcionales Y ó
respectivamente Z de las partículas poliméricas pueden constituir en
particular tanto reacciones de adición como también reacciones de
substitución.
\newpage
Sobre las siguientes reacciones debe tenerse
particularmente en cuenta a este respecto, que la lista no es sin
embargo concluyente y sirve solamente para aclarar la invención a la
vista de algunas reacciones de copulación a título de ejemplo:
Debe tenerse en cuenta que los grupos anteriores
definidos como Y ó respectivamente Z, pueden estar también en el
sentido de grupos X de poliacrilato, y los grupos funcionales
anteriores definidos como X sirven entonces correspondientemente
como grupos Y ó respectivamente Z de las partículas poliméricas. En
correspondencia, lo dicho para estos grupos sirve entonces para la
forma contraria.
Las partículas se componen de polímeros que
pueden presentar temperaturas estáticas de transición vítrea muy
diferentes. Los polímeros con una temperatura estática de transición
vítrea inferior a los 25ºC pueden presentar a temperatura ambiente
propiedades adhesivas y con ello influir sobre las propiedades
técnicas de adhesividad. Con mucha más preferencia se emplean sin
embargo, los polímeros que tienen una temperatura de transición
vítrea superior a los 25ºC. Ejemplos de los mismos son las esferas
de PMMA (polimetilmetacrilato) o poliestireno. Estas esferas se
obtienen por ejemplo, mediante polimerización en emulsión, y están
reticuladas.
En otro ejemplo preferido se emplean resinas de
la firma Argonaut Technologies. Estas resinas pueden por ejemplo
contener como grupos funcionales, hidrazinas, aminas, fenoles,
cloruros de tosilo, isocianatos, aldehidos, carbonatos, fosfinas,
carbodiimidas, N-metilmorfolinas, oxazolidina o
grupos de ácido sulfónico, sin pretender ninguna limitación con
esta enumeración. En una versión muy preferida de la masa adhesiva
por contacto según la invención se emplean las resinas
PS-Isocyanate^{PM} (firma Argonaut
Technologies).
Según la invención se reivindica además un
procedimiento para la obtención de una masa adhesiva por contacto,
reticulada, a base de poliacrilatos, en la cual
- un poliacrilato, mediante polimerización con
radicales de una mezcla de monómeros que contiene por lo menos los
siguientes componentes
(a) del 60 al 99 por ciento en peso de ácido
acrílico y derivados del ácido metacrílico, según la siguiente
fórmula
en donde R_{1} = H ó es CH_{3}
y R_{2} = una cadena alquílica de 2 a 20 átomos de
carbono.
(b) Del 1 al 10% en peso de monómeros de vinilo,
acrilo y/o metacrilato, con un grupo X capaz de una copulación
química,
se obtiene según un procedimiento de por sí ya
conocido, de manera que el poliacrilato presenta grupos X
libres,
- la masa adhesiva por contacto, se concentra
para una obtener la masa fundida, hasta un contenido en disolvente
< 2% en peso,
- la masa adhesiva por contacto, de la masa
fundida, se mezcla por debajo de una temperatura de reacción crítica
T, con partículas poliméricas reticuladas y funcionalizadas en una
amasadora, en donde las partículas poliméricas por lo menos
contienen dos grupos funcionales Y y Z, los cuales son capaces con
el grupo funcional X, de un copulación química en forma de una
reacción de substitución o de adición,
- se efectúa una reacción de reticulación,
llevando la temperatura de la masa adhesiva por contacto a por lo
menos la temperatura de reacción crítica T de manera que se consigue
la reacción de copulación entre los grupos funcionales X del
poliacrilato y los grupos funcionales Y y Z de las partículas
poliméricas.
En gran manera, se emplean en el procedimiento
según la invención, como grupos funcionales X, y/o como grupos
funcionales Y, y/o como grupos funcionales Z, grupos isocianato
bloqueados.
El procedimiento sirve también de preferencia,
para que los poliacrilatos provistos con partículas poliméricas
según la invención, se empleen en el procedimiento para la obtención
de masas adhesivas por contacto reticuladas. La cohesión de la masa
adhesiva por contacto, ha sido empleada en primer lugar por la
reticulación y, para el caso de que las partículas poliméricas se
empleen con una alta temperatura de transición vítrea, para cambiar
por integración de las partículas poliméricas, las propiedades
viscoelásticas.
A este respecto, es ventajoso que a la mezcla de
monómeros pueda añadirse correspondientemente, el componente
(c).
Para la mezcla de monómeros, los componentes
(a), (b) y (c), así como los grupos X, Y y Z, vale lo ya dicho
precedentemente, y también lo descrito con más detalle referente a
las partículas poliméricas.
La temperatura crítica T se define de tal forma
que por debajo de la temperatura crítica (en el proceso de fusión
en caliente) no tiene lugar una reacción entre los grupos X y los
grupos Y y Z (o bien, el equilibrio de la reacción de copulación
está en el lado del educto), por encima de la temperatura crítica
sin embargo, tiene lugar una reacción con la suficiente velocidad,
para conducir a una suficiente reticulación de los poliacrilatos.
Así, la temperatura crítica puede corresponder esencialmente a la
energía de activación de la reacción de copulación.
Para la polimerización se escogen los monómeros
de forma que los poliacrilatos resultantes puedan ser empleados
como masas adhesivas por contacto para usos industriales, en
particular de manera que los poliacrilatos resultantes posean
propiedades adhesivas por contacto correspondientemente al
"Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology"
("Manual de tecnología de adhesivos sensibles a la presión") de
Donatas Satas (van Nostrand, Nueva York, 1989). Para estas
aplicaciones, la temperatura de transición vítrea estática del
poliacrilato resultante está ventajosamente por debajo de los
25ºC.
La polimerización puede efectuarse en presencia
de uno o varios disolventes orgánicos y/o en presencia de agua. En
una versión preferida del procedimiento, están presentes también
codisolventes o tensioactivos adicionales, como por ejemplo
glicoles o sales de amonio de ácidos grasos.
Los procedimientos preferidos emplean el mínimo
disolvente posible. Disolventes orgánicos apropiados o mezclas de
disolventes son por ejemplo, los alcanos puros (hexano, heptano,
octano, isooctano), hidrocarburos aromáticos (benceno, tolueno,
xileno), ésteres (éster etílico del ácido acético, ésteres
propilico, butílico o hexílico del ácido acético), hidrocarburos
halogenados (clorobenceno), alcanoles (metanol, etanol,
etilenglicol, etilenglicolmonometiléter) y éteres (dietiléter,
dibutiléter) o mezclas de los mismos. Las reacciones acuosas de
polimerización pueden mezclarse con un codisolvente miscible en
agua o hidrófilo, para garantizar que la mezcla de reacción durante
toda la adición del monómero esté en forma de una fase homogénea.
Ventajosamente, los codisolventes utilizables para la presente
invención, se escogen del siguiente grupo formado por alcoholes
alifáticos, glicoles, éteres, glicoléteres, pirrolidenos,
N-alquil-pirrolidonas,
N-alquilpirrolidonas, polietilenglicoles,
polipropilenglicoles, amidas, ácidos carboxílicos y sales de los
mismos, ésteres, organosulfuros, sulfóxidos, sulfonas, derivados de
alcoholes, derivados de hidroxiéteres, aminoalcoholes, cetonas y
similares, así como derivados y mezclas de los mismos.
Los poliacrilatos obtenidos presentan de
preferencia un peso molecular medio M_{w} (promedio del peso) de
100.000 a 1.200.000 g/mol, con más preferencia entre 250.000 y
400.000 g/mol. La determinación del peso molecular medio M_{w}
tiene lugar mediante cromatografía de exclusión por tamaños,
(cromatografía de permeación sobre gel, GPC) ó desorción/ionización
con láser-espectrometría de masas, apoyada con
matriz (MALDI-MS).
A continuación, se evapora el disolvente del
polimerizado, y la masa de poliacrilato se sigue procesando, de
preferencia como hotmelt de acrilato (masa fundida en caliente).
Para ello los poliacrilatos obtenidos como se ha
descrito precedentemente, se concentran hasta obtener una masa de
poliacrilato cuyo contenido en disolvente es \leq 2% en peso. Este
procedimiento se efectúa de preferencia en una extrusionadora de
concentración.
En una forma alternativa de procedimiento, el
poliacrilato adhesivo por contacto puede seguirse procesando a
partir de la solución.
La mezcla de partículas poliméricas
funcionalizadas tiene lugar en función de la viscosidad del hotmelt
de acrilato. Junto a las mezclas dinámicas pueden por ejemplo
emplearse también extrusionadoras, como por ejemplo,
extrusionadoras de doble helicoide. Junto con ellas pueden también
emplearse amasadoras. En general, el gradiente de cizallamiento
debe ser lo más pequeño posible, con el fin de que las partículas
poliméricas no se destruyan con el cizallamiento. Además las
partículas poliméricas añadidas pueden servir como auxiliares de
procesado en el procedimiento de Hotmelt. En el sentido de un
efecto similar al de un rodamiento a bolas, la viscosidad del flujo
del hotmelt de acrilato a procesar, disminuiría y con ello
disminuiría también el cizallamiento perjudicial.
Además, la masa adhesiva por contacto de
acrilato, puede también dispersarse en solución con las partículas
poliméricas funcionalizadas.
Para el empleo de los poliacrilatos obtenidos
por el procedimiento según la invención, como masas adhesivas por
contacto, los poliacrilatos se mezclan opcionalmente para la
optimización, por lo menos con una resina. El mezclado de la o de
las resinas puede tener lugar antes o después del mezclado de las
partículas poliméricas funcionalizadas. Como resinas de adición
para la pegajosidad pueden emplearse sin excepción todas las resinas
adhesivas conocidas precedentemente y descritas en la literatura.
Deben citarse como representativas, las resinas de pino, de indeno
y de colofonia, cuyos derivados desproporcionados, hidrogenados,
polimerizados, esterificados y sales, las resinas de hidrocarburos
alifáticos y aromáticos, las resinas terpénicas y resinas de
terpenofenol así como de 5 a 9 átomos de carbono, así como otras
resinas de hidrocarburos. Pueden emplearse cualesquiera
combinaciones de éstas y otras resinas para ajustar las propiedades
de la masa adhesiva resultante según se desee. En general se pueden
emplear todas las resinas compatibles (solubles) con los
correspondientes poliacrilatos, en particular nos remitimos a todas
las resinas de hidrocarburos alifáticos, aromáticos,
alquilaromáticos, resinas de hidrocarburos a base de monómeros
puros, resinas hidrogenadas de hidrocarburos, resinas de
hidrocarburos funcionales así como resinas naturales. Nos remitimos
explícitamente a la presentación del estado actual de la ciencia en
el "Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology"
("Manual de tecnología de los adhesivos sensibles a la
presión"), de Donatas Satas (van
Nostrand, 1989).
Nostrand, 1989).
En otro desarrollo ventajoso se añaden a la masa
adhesiva por contacto uno o varios plastificantes, como por
ejemplo, poliacrilatos de bajo peso molecular, ftalatos,
plastificantes Walö o resinas blandas.
Los Hotmelts de acrilato pueden mezclarse además
con uno o varios aditivos como por ejemplo, conservantes,
protectores de la luz, protectores de ozono, ácidos grasos, resinas,
formadores de gérmenes, agentes esponjantes, agentes de mezclado
y/o acelerantes.
Como acelerantes son apropiados por ejemplo,
substancias que pueden acelerar la reticulación térmica mediante la
ayuda de partículas poliméricas. Aquí pueden ser apropiadas, según
la reacción, los ácidos Lewis o Brönstedt o las bases Lewis o
Brönstedt. Estos compuestos pueden también generarse in situ
mediante la irradiación UV.
Además las masas adhesivas por contacto pueden
mezclarse con otras substancias de carga, como por ejemplo, fibras,
negro de humo, óxido de cinc, dióxido de titanio, (micro) esferas de
vidrio macizo o hueco, microesferas de otros materiales, ácido
silícico, silicatos y tiza.
Además pueden añadirse ventajosamente
substancias reticuladas mediante irradiación, como por ejemplo
acrilatos bi o multifuncionales, o uretanacrilatos bi o
multifuncionales, isocianatos bi o multifuncionales o epóxidos bi o
multifuncionales. Pueden emplearse también aquí otros compuestos bi
o multifuncionales que sean capaces de reticular los poliacrilatos.
Como fotoiniciadores son apropiados preferentemente los divisores
Norrish tipo I y Norrish tipo II, en donde algunos ejemplos para
ambas clases pueden ser los derivados de la benzofenona,
acetofenona, bencilo, benzoína, hidroxialquilfenona,
fenilciclohexilcetona, antraquinona, tioxantona, triazina, o
fluoreno, en donde dicha enumeración no pretende ser completa.
En particular, para el empleo como masa adhesiva
por contacto, es ventajoso para el procedimiento según la invención
que el poliacrilato se aplique a partir de la masa fundida formando
una capa Sobre un soporte o sobre un material de soporte. Por regla
general el recubrimiento debe efectuarse a través de una tobera o
mediante un cilindro lo más pronto posible después del mezclado de
las partículas poliméricas funcionalizadas, para evitar las
reticulaciones o gelificaciónes durante el proceso de Hotmelt.
Alternativamente, la masa adhesiva por contacto
de acrilato provista de partículas poliméricas capaces de una
reticulación térmica, se puede aplicar convencionalmente a partir de
la solución mediante una barra de pintado o puede aplicarse como un
producto con un alto contenido en sólidos mediante una tobera y a
continuación evaporar el disolvente.
Como materiales de soporte para la masa adhesiva
por contacto, se emplean materiales corrientes y habituales para el
experto, como por ejemplo láminas (de poliéster, PET, PE, PP, BOPP,
PVC), tejidos sin tejer, espumas, tejidos y láminas de tejido así
como papel de separación (glasina, HDPE, LDPE). Esta enumeración no
es concluyente.
Otro desarrollo del procedimiento según la
invención es la reticulación térmica mediante las partículas
poliméricas funcionarizadas. Aquí es de particular ventaja que la
banda adhesiva por contacto después de la reticulación térmica
todavía sufra un tratamiento térmico en un canal o túnel de calor.
La temperatura debe ser aquí por encima de la temperatura de
activación, necesaria para una reticulación térmica de las
partículas poliméricas antes citadas. En una versión muy preferida
la temperatura está por encima de los 100ºC, y en una versión
extremadamente preferida por encima de los 140ºC. La temperatura a
aplicar puede estar limitada por el material de soporte de la banda
adhesiva por contacto. Por regla general deben evitarse las
descomposiciones térmicas del material de soporte.
Además puede efectuarse ventajosamente una
reticulación por rayos UV, mediante una irradiación ultravioleta
durante un corto tiempo en un intervalo de longitudes de onda de 200
a 400 nm, en particular bajo el empleo de lámparas de alta presión
de mercurio o de media presión de mercurio, con una potencia de 80 a
240 W/cm.
Además, se reivindica el empleo como masa
adhesiva por contacto del poliacrilato obtenido según el
procedimiento según la invención.
En particular, el empleo de la masa adhesiva por
contacto de poliacrilato obtenida como se ha descrito, para
producir una banda adhesiva, tiene la ventaja de que la masa
adhesiva por contacto de poliacrilato puede ser aplicada por una
cara o por las dos caras de un soporte.
Por regla general aumenta mediante la
reticulación, la cohesión de la banda adhesiva por contacto. En
correspondencia, pueden emplearse para aplicaciones industriales
las bandas adhesivas por contacto obtenidas por el procedimiento
según la invención, las cuales exigen altas temperaturas o altas
cargas de cizallamiento.
Además pueden obtenerse bandas adhesivas por
contacto reposicionables, mediante la adecuada elección de las
partículas de polímero. Esto vale en particular para las bandas
adhesivas por contacto con un grueso de capa que está por debajo
del tamaño de partículas o esferas empleado.
Además, mediante la adecuada selección de las
partículas de polímero puede reforzarse la fuerza adhesiva de las
bandas adhesivas por contacto. Esto puede lograrse por ejemplo
mediante esferas que tienen una temperatura de transición vítrea
estática claramente inferior a los 25ºC.
Además pueden obtenerse bandas adhesivas por
contacto activables por el calor. Esto sirve para bandas adhesivas
que a la temperatura ambiente y temperaturas elevadas no poseen
ninguna pegajosidad ni fuerza adhesiva al tacto. Mediante la
adición de las partículas poliméricas que a una determinada elevada
temperatura se vuelven pegajosas de repente, se genera una fuerza
adhesiva mediante las esferas de reticulación adhesivas en la matriz
de otra manera no pegajosa, de manera que el producto se puede
emplear como banda adhesiva por contacto.
Además, pueden obtenerse bandas adhesivas por
contacto mediante la adición de partículas poliméricas, que poseen
una mejor aptitud para el corte o respectivamente una mejor aptitud
para ser troqueladas.
Se emplearon los siguientes métodos de ensayo
para evaluar las propiedades técnicas adhesivas así como también
las propiedades generales de las masas adhesivas por contacto
obtenidas.
Una tira de 20 mm de ancho de una masa adhesiva
por contacto de acrilato, aplicado como una capa sobre poliéster,
se aplicó sobre placas de acero. La tira adhesiva por contacto, se
presionó por dos veces con un peso de 2 kg sobre el substrato. A
continuación se extrajo enseguida del substrato, la banda adhesiva a
razón de 300 mm/minuto y con un ángulo de 180º. Las placas de acero
se lavaron dos veces con acetona y una vez con isopropanol. Los
resultados de la medición están expresados en N/cm y se determinan a
partir de tres mediciones. Todas las mediciones se efectuaron a
temperatura ambiente.
Se aplicó una tira de 13 mm de ancho de la banda
adhesiva, sobre una superficie lisa de acero, la cual había sido
lavada tres veces con acetona y una vez con isopropanol. La
superficie de aplicación fue de 20 mm x 13 mm (largo x ancho). A
continuación se presionó la banda adhesiva con una presión de 2
kilos, cuatro veces sobre el soporte de acero. A 80ºC se fijó un
peso de 1 kg a la cinta adhesiva (B1), y a temperatura ambiente, un
peso de 2 kg (B2). Los tiempos medidos de cizallamiento están
expresados en minutos y corresponden al valor medio de tres
mediciones.
La determinación del peso molecular medio
M_{w}, y la polidispersidad PD se efectuó mediante la
cromatografía de permeación sobre gel. Como eluyente se empleó el
THF con 0,1% en volumen de ácido trifluoroacético. La medición tuvo
lugar a 25ºC. Como precolumna se empleó la
PSS-SDV, 5\mu, 10^{3} \ring{A}, ID 8,0 mm x
50 mm. Para la separación se emplearon las columnas
PSS-SDV, 5\mu, 10^{3} así como 10^{5} y
10^{6} con un ID de 8,0 x 300 mm cada vez. La concentración de la
muestra fue de 4 g/litro, la cantidad de flujo, 1,0 ml por minuto.
La medición se efectuó frente a un estándar de PMMA.
El mezclado del hotmelt de acrilato con las
partículas tuvo lugar en la amasadora de medición Rheomix 610p de
la firma Haake. Como unidad motriz se disponía del aparato Rheocord
RC 300p. El aparato se controló con el software PolyLab System. La
amasadora se cargó cada vez con 52 g de masa adhesiva por contacto
de acrilato, exenta de disolvente (- 80% grado de llenado), y
eventualmente con las cantidades de resina descritas en los
ejemplos, de la firma Argonaut Technologies. Los ensayos se
efectuaron a una temperatura de amasado de 100ºC, un número de
revoluciones de 40 U/min y un tiempo de amasado de 30 segundos. A
continuación, las muestras se recubrieron, mediante un aplicador de
Hotmelt con dos cilindros calentados, con un grueso de 23 \mum,
con una lámina de PET provista de una
"Saran-Primer" ("imprimación Saran"), con
una aplicación de masa de 150 g/m^{2}, se calentó durante 15
minutos a 130ºC en una estufa de secaje y a continuación se
ensayaron las propiedades técnicas de adhesividad según los métodos
de ensayo A y B1/B2.
Como esferas poliméricas funcionalizadas se
emplearon las Polymer PS-Isocyanate Resins^{TM}
("Resinas poliméricas de PS-isocianato") de la
firma Argonaut Technologies. Estas resinas están 1% reticuladas,
poseen una funcionalidad desde 1,0 hasta 1,7 mmol/g de polímero, y
un tamaño de 75 hasta 150 micras.
Ejemplo 1a y
1b
Un reactor de 200 litros convencional para
polimerizaciones con radicales, se cargó con 5 kg de ácido acrílico,
45,0 kg de 2-etilhexilacrilato, y 30 kg de
acetona/bencina de límite de ebullición 60/95 (1:1). Después de 45
minutos de borbotear con gas nitrógeno con agitación, se elevó la
temperatura del reactor a 58ºC y se añadieron 20 g de nitrilo de
ácido 2,2'-azoisobutírico (AIBN). A continuación se
calentó el baño de calefacción externo a 75ºC y la reacción tuvo
lugar constantemente a esta temperatura externa. Después de 1 hora
de reacción, se añadieron de nuevo 20 g de AIBN. Después de 2,5
horas y 5 horas se diluyó cada vez con 15 kg de acetona/bencina de
límite de ebullición 60/95 (1:1). La reacción se interrumpió después
de 48 horas de reacción y se enfrió a temperatura ambiente. A
continuación, una parte de la masa adhesiva por contacto se
concentró hasta obtener un hotmelt en una estufa de secaje al vacío
a 10 Torr y 50ºC durante 24 horas.
Para el ejemplo 1a, se procesó de nuevo el
hotmelt puro sin adición de resina según el método D, para obtener
una banda adhesiva por contacto.
Para el ejemplo 1b, se mezclaron 2 g de la
resina de PS-isocianato de la firma Argonaut
Technologies según el método D, y se siguió procesando hasta
obtener la banda adhesiva por contacto.
Ejemplo 2a, 2b y
2c
La obtención tuvo lugar de forma análoga al
ejemplo 1. Para la polimerización se emplearon 5 kg de ácido
acrílico, 45 kg de n-butilacrilato y 30 kg de
acetona/bencina de límite de ebullición 60/95 (1: 1). Más tarde se
emplearon idénticas cantidades de disolvente e iniciador, como se
ha indicado en el ejemplo 1. Después del proceso de concentración
se procedió análogamente al ejemplo 1.
Para el ejemplo 2ª, se siguió procesando el
hotmelt puro sin adición de resina según el método C, hasta obtener
la banda adhesiva por contacto.
Para el ejemplo 2b, se mezclaron 2 g de la
resina PS-isocianato^{TM} de la firma Argonaut
Technologies según el método D y se continuó procesando hasta
obtener la banda adhesiva por contacto.
Para el ejemplo 2c, se mezclaron 3 g de la
resina PS-diisocianato^{TM} de la firma Argonaut
Technologies según el método D y se continuó procesando hasta
obtener la banda adhesiva por contacto.
Ejemplos 3a, 3b y
3c
La obtención se efectuó análogamente al ejemplo
1. Para la polimerización se emplearon 1 kg de ácido acrílico, 24,5
kg de 2-etilhexilacrilato, 24,5 kg de
n-butilacrilato y 30 kg de acetona/bencina de límite
de ebullición 60/95 (1:1). En otra versión se emplearon idénticas
cantidades de disolventes e iniciadores como se ha indicado en el
ejemplo 1. Después del proceso de concentración se procedió
análogamente al ejemplo 1.
Para el ejemplo 3a, se procesó el hotmelt puro
sin adición de resina según el método D, hasta obtener la banda
adhesiva por contacto.
Para el ejemplo 3b, se mezclaron 2 g de la
resina PS-isocianato^{TM} de la firma Argonaut
Technologies según el método D, y se continuó procesando hasta
obtener la banda adhesiva por contacto.
Para el ejemplo 3c, se mezclaron 4 g de la
resina PS-isocianato^{TM} de la firma Argonaut
Technologies según el método D, y se continuó procesando hasta
obtener la banda adhesiva por contacto.
Objeto de la invención es un poliacrilato con
adición de partículas poliméricas funcionalizadas, un procedimiento
para la obtención de masas adhesivas por contacto de acrilato con
ayuda de estos poliacrilatos y el empleo de la masa adhesiva por
contacto resultante, para bandas adhesivas por contacto de acrilato.
Una masa de poliacrilato se mezcla con partículas funcionalizadas,
no pegajosas, reticuladas y en forma de esferas, se recubre como
masa adhesiva por contacto sobre uno o varios materiales de soporte,
y a continuación se inicia la reacción de reticulación mediante una
activación térmica o con rayos UV. Mediante la reticulación aumenta
la cohesión de la masa adhesiva por contacto y con ello también de
la banda adhesiva por contacto correspondiente. Además se mejora la
aptitud al corte de las masas adhesivas por contacto, de alta
pegajosidad, mediante este proceso.
Los ejemplos 1ª, 2ª y 3ª, sirven para referencia
y con-firman que las muestras no reticuladas no
poseen apenas resistencia al cizallamiento (ver la tabla 1). Por el
contrario, mediante la adición de resinas PS^{TM}, se logra una
evidente mejora. Estas resinas se pueden incorporar fácilmente en un
proceso de amasado con calor, sin que la masa adhesiva por contacto
gelifique. Después del recubrimiento puede lograrse mediante un
subsiguiente atemperado a altas temperaturas, una reacción de los
grupos isocianato de las resinas PS^{TM}, y con ello aparece una
evidente reticulación. De la tabla 1 se puede deducir que esto se
pone de manifiesto en un drástico aumento de los tiempos de espera
de cizallamiento.
Los tiempos de espera de cizallamiento aumentan
desde menos de 5 minutos con una fuerza de cizallamiento de 10 N a
80ºC (ensayo B1), a claramente más de 10.000 minutos para todos los
ejemplos. También, con una fuerza de cizallamiento de 20 N a
temperatura ambiente (ensayo B2) puede observarse una mejora de
menos de 5 minutos hasta más de 10.000 minutos (ejemplo 2c). Con
ello se pueden también reticular térmicamente los hotmelts de
acrilato con seguridad en un proceso de extrusión, lográndose
también una mejora de las propiedades. La fuerza adhesiva del acero
(ensayo A) disminuye por el contrario claramente al aumentar la
resistencia al cizallamiento, lo cual puede explicarse de nuevo
mediante el cambio de comportamiento viscoelástico.
Claims (11)
1. Mezcla de un poliacrilato adhesivo por
contacto, el cual puede obtenerse mediante polimerización con
radicales de una mezcla de monómeros que contienen por lo menos los
siguientes componentes
(a) del 60 al 99% en peso, de derivados del
ácido acrí-lico y del ácido metacrílico, según la siguiente
fórmula
en donde R_{1} = H ó CH_{3}, y
R_{2} = una cadena alquílica de 1 a 20 átomos de
carbono
(b) de 1 a 10% en peso, de monómeros de vinilo,
acrilo y/o metacrilato, con un grupo X capaz de una copulación
química,
puede obtenerse según uno de los procedimientos
de por sí ya conocidos con partículas poliméricas reticuladas, las
cuales contienen por lo menos dos grupos funcionales Y y Z, los
cuales son apropiados con los grupos funcionales X, para poner en
marcha una reacción de copulación química en forma de una reacción
de substitución o reacción de adición.
2. Mezcla según la reivindicación 1,
caracterizada porque,
la cantidad de las partículas poliméricas
añadidas, referida al poliacrilato con las partículas poliméricas
añadidas, es de hasta el 30% en peso, de preferencia hasta el 25% en
peso, con más preferencia hasta el 10% en peso, con la mayor
preferencia hasta el 5% en peso.
3. Mezcla según por lo menos una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque,
la mezcla de monómeros contiene como otros
componentes
(c) hasta el 30% en peso de compuestos vinílicos
con grupos funcionales como estireno, derivados de estireno,
acetato de vinilo.
4. Mezcla según por lo menos una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque,
los artículos de polímero tienen un tamaño de 10
a 500 \mum, de preferencia de 50 a 200 \mum, con la mayor
preferencia de 75 a 150 \mum.
5. Mezcla según por lo menos una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque,
como partículas poliméricas se emplean
partículas de polimetilmetacrilato y/o partículas de
poliestireno.
6. Mezcla según por lo menos una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque,
los grupos funcionales Y y Z de las partículas
poliméricas, se escogen, independientemente entre sí, de la
siguiente relación:
hidrazinas, aminas, fenoles, cloruro de tosilo,
isocianatos, aldehidos, carbonatos, fosfinas, carbodiimidas,
N-metilmorfolina, oxazolidina o grupos de ácido
sulfónico.
7. Procedimiento para la obtención de una masa
adhesiva por contacto reticulada a base de poliacrilatos,
caracterizado porque,
- un poliacrilato mediante una polimerización
con radicales de una mezcla de monómeros conteniendo por lo menos
los siguientes componentes:
(a) del 60 al 99% en peso de derivados del ácido
acrílico y del ácido metacrílico, según la siguiente fórmula
en donde R_{1} = H ó CH_{3}, y
R_{2} = una cadena alquílica de 1 a 20 átomos de
carbono
(b) de 1 a 10% en peso de monómeros de vinilo,
acrilo y/o metacrilato, con un grupo X capaz de una copulación
química,
se obtiene según uno de los procedimientos de
por sí ya conocidos, de manera que el poliacrilato presenta grupos
X libres,
- se concentra la masa adhesiva por contacto
hasta obtener una masa fundida con un contenido en disolvente <
2% en peso,
- la masa adhesiva por contacto de la masa
fundida, se mezcla en una amasadora a una temperatura inferior a la
temperatura de reacción crítica T, con partículas poliméricas
reticuladas y funcionalizadas, en donde las partículas poliméricas
contienen por lo menos dos grupos funcionales Y y Z, los cuales con
los grupos funcionales X, son capaces de una copulación química en
forma de una reacción de substitución o una reacción de
adición,
- se efectúa una reacción de reticulación de
esta clase llevando la temperatura de la masa adhesiva por contacto,
a por lo menos la temperatura de reacción crítica T, de forma que
se logra la reacción de copulación entre los grupos funcionales X
del poliacrilato y los grupos funcionales Y y Z de las partículas
poliméricas.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque,
como grupos funcionales X y/o como grupos
funcionales Y y/o Z, se emplean grupos isocianato bloqueados.
9. Procedimiento según por lo menos una de las
reivindicaciones 7 u 8, en donde el poliacrilato mezclado con las
partículas poliméricas se recubre sobre un material de soporte antes
de la reacción de reticulación de la masa fundida.
10. Masa adhesiva por contacto que se obtiene
según un procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 9.
11. Empleo de una masa adhesiva por contacto
obtenida según uno de los procedimientos según por lo menos una de
las reivindicaciones 7 a 9, para una banda adhesiva por un lado o
por los dos lados.
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