ES2962476T3 - Adhesivos termofusibles biodegradables - Google Patents
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Abstract
La presente divulgación proporciona un adhesivo termofusible que incluye al menos los siguientes componentes: (1) de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 por ciento en peso de un oligómero o polímero de ácido láctico que tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 1500 a aproximadamente 3000; (2) de aproximadamente 40 a aproximadamente 75 por ciento en peso de polilactida que tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 10.000 a aproximadamente 18.000; (3) de aproximadamente 20 a aproximadamente 35 por ciento en peso de un poliéster formado a partir de la copolimerización de uno o más dioles y uno o más ácidos dicarboxílicos; y (4) de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 5 por ciento en peso de un copolímero de acetato de vinilo y un ácido graso monoinsaturado de cadena corta, teniendo el ácido graso de 4 a 12 átomos de carbono. Todos los porcentajes en peso antes mencionados se basan en el peso total del adhesivo termofusible. También se describen un sustrato recubierto de adhesivo y un método para aplicar un adhesivo termofusible a un sustrato. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Adhesivos termofusibles biodegradables
Referencia cruzada con las solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica el beneficio de la fecha de presentación anterior de la solicitud provisional pendiente núm.
62/448,483, presentada el 20 de enero de 2017.
Campo
La presente descripción se refiere en general a adhesivos termofusibles y en particular a adhesivos termofusibles que tienen una estabilidad térmica mejorada, así como también un alto contenido de componentes que son de origen biológico y/o biodegradables.
Antecedentes
Los adhesivos termofusibles se usan comercialmente para unir una amplia variedad de sustratos. Una ventaja principal de los adhesivos termofusibles es la falta de un portador líquido en la composición de adhesivo. Sin un portador líquido, no hay necesidad de un período de secado después de la aplicación, por lo que pueden aumentarse las velocidades de la línea de producción. En situaciones en las que se usan solventes orgánicos como portadores líquidos, su eliminación reduce los riesgos ambientales y humanos asociados con su uso. La eliminación del portador líquido también reduce el peso y el volumen del adhesivo para su envío y almacenamiento. El documento núm. WO2014/074115A1 describe un adhesivo termofusible para aplicar a un sustrato que comprende papel o cartón, que comprende oligómero o polímero de ácido láctico, polilactida, amida alifática y acetato de polivinilo.
Los adhesivos termofusibles típicamente se funden y luego se mantienen fundidos durante un período de tiempo en un recipiente calentado a una temperatura cercana a la temperatura de aplicación del adhesivo. El período de tiempo que el adhesivo se mantiene en estado fundido puede variar desde unas pocas horas hasta varios días. Para los adhesivos termofusibles derivados de componentes a base de petróleo, este tiempo de calentamiento prolongado plantea pocos problemas para la integridad del adhesivo.
No obstante, todavía es conveniente incorporar componentes biodegradables, reciclables y/o de origen biológico en composiciones de adhesivo termofusible debido a preocupaciones medioambientales y de salud. Sin embargo, para los adhesivos derivados de componentes de origen biológico y/o biodegradables, se ha descubierto que los componentes poliméricos que dan al adhesivo su resistencia son susceptibles a las reacciones de degradación mencionadas anteriormente, tanto durante el período de aplicación como después de que se haya formado una unión. Como resultado, los adhesivos termofusibles derivados de componentes de origen biológico generalmente exhiben una estabilidad térmica bastante baja cuando se mantienen en un estado fundido y calentado durante un período prolongado de tiempo. Debido a esto, hasta la fecha ha habido pocas, o ninguna, aplicaciones comercialmente exitosas de tales adhesivos termofusibles.
Por lo tanto, sería ventajoso proporcionar una composición de adhesivo termofusible que incorpore un alto contenido de componentes de origen biológico y/o biodegradables, que también presente estabilidad térmica en comparación con composiciones de adhesivo termofusible anteriores.
Resumen
En un primer aspecto, la presente descripción proporciona una composición de adhesivo termofusible. De acuerdo con una modalidad, el adhesivo termofusible incluye al menos los siguientes componentes: (1) de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 por ciento en peso de un oligómero o polímero de ácido láctico que tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 1500 a aproximadamente 3000; (2) de aproximadamente 40 a aproximadamente 75 por ciento en peso de polilactida que tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 10000 a aproximadamente 18000; (3) de aproximadamente 20 a aproximadamente 35 por ciento en peso de un poliéster formado a partir de la copolimerización de uno o más dioles y uno o más ácidos dicarboxílicos; y (4) de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 5 por ciento en peso de un copolímero de acetato de vinilo y un ácido graso monoinsaturado de cadena corta, el ácido graso tiene de 4 a 12 átomos de carbono. Todos los porcentajes en peso antes mencionados se basan en el peso total de la composición de adhesivo termofusible. En determinadas modalidades de la presente descripción, el adhesivo termofusible tiene preferentemente una viscosidad de aproximadamente 1000 centipoise a aproximadamente 6000 centipoise a una temperatura de aproximadamente 143 °C. Con mayor preferencia, el adhesivo termofusible tiene una viscosidad de aproximadamente 2000 centipoise a aproximadamente 4000 centipoise a una temperatura de aproximadamente 143 °C, y con la máxima preferencia una viscosidad de aproximadamente 2000 centipoise a aproximadamente 3000 centipoise a una temperatura de aproximadamente 143 °C.
En determinadas modalidades de la presente descripción, el oligómero o polímero de ácido láctico tiene preferentemente una viscosidad de aproximadamente 350 centipoise a aproximadamente 450 centipoise a una temperatura de aproximadamente 280 °C.
En algunas modalidades de la presente descripción, la polilactida tiene preferentemente una viscosidad de aproximadamente 1800 centipoise a aproximadamente 2200 centipoise a una temperatura de aproximadamente 143 °C.
En algunas modalidades de la presente descripción, la polilactida también incluye un grupo protector de polímero formado por reacción de la polilactida con un ácido carboxílico o un derivado de ácido carboxílico. Con mayor preferencia, los grupos protectores de polímero se forman mediante reacción de la polilactida con un anhídrido de ácido. Con la máxima preferencia, el anhídrido de ácido es anhídrido propiónico.
En una modalidad de la presente descripción, el poliéster tiene preferentemente una viscosidad de aproximadamente 15000 centipoise a aproximadamente 35000 centipoise a una temperatura de aproximadamente 216 °C. En determinadas modalidades de la presente descripción, el poliéster también tiene preferentemente un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 55000 a aproximadamente 72000.
En algunas modalidades de la presente descripción, el poliéster también incluye un grupo protector de polímero formado por reacción del poliéster con un ácido carboxílico o un derivado de ácido carboxílico. Con mayor preferencia, los grupos protectores de polímero se forman mediante reacción del poliéster con un anhídrido de ácido. Con la máxima preferencia, el anhídrido de ácido es anhídrido propiónico.
En algunas modalidades de la presente descripción, el poliéster es polibutileno (succinato-co-adipato) ("PBSA"). En determinadas modalidades de la presente descripción, uno o más ácidos dicarboxílicos en el PBSA incluyen preferentemente de aproximadamente 10 a aproximadamente 30 por ciento en moles de ácido adípico y de aproximadamente 70 a aproximadamente 90 por ciento en moles de ácido succínico.
En algunas modalidades de la presente descripción, el ácido graso monoinsaturado de cadena corta es preferentemente ácido crotónico.
En un segundo aspecto, la presente descripción proporciona un sustrato recubierto de adhesivo. De acuerdo con una modalidad, el sustrato recubierto de adhesivo incluye un sustrato que tiene al menos un primer lado; y un recubrimiento de adhesivo termofusible aplicado a al menos una porción del primer lado del sustrato. El adhesivo termofusible incluye al menos los siguientes componentes: (1) de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 por ciento en peso de un oligómero o polímero de ácido láctico que tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 1500 a aproximadamente 3000; (2) de aproximadamente 40 a aproximadamente 75 por ciento en peso de polilactida que tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 10000 a aproximadamente 18000; (3) de aproximadamente 20 a aproximadamente 35 por ciento en peso de un poliéster formado a partir de la copolimerización de uno o más dioles y uno o más ácidos dicarboxílicos; y (4) de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 5 por ciento en peso de un copolímero de acetato de vinilo y un ácido graso monoinsaturado de cadena corta, el ácido graso tiene de 4 a 12 átomos de carbono. Todos los porcentajes en peso antes mencionados se basan en el peso total de la composición de adhesivo termofusible.
En otro aspecto más, la presente descripción proporciona un método para fabricar un adhesivo termofusible. De acuerdo con una modalidad, el método incluye una primera etapa de mezclar en estado fundido, a una temperatura de aproximadamente 140 a aproximadamente 175 °C, una mezcla que incluye al menos los siguientes componentes: (1) de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 por ciento en peso de un oligómero o polímero de ácido láctico que tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 1500 a aproximadamente 3000; (2) de aproximadamente 40 a aproximadamente 75 por ciento en peso de polilactida que tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 10 000 a aproximadamente 18 000; (3) de aproximadamente 20 a aproximadamente 35 por ciento en peso de un poliéster formado a partir de la copolimerización de uno o más dioles y uno o más ácidos dicarboxílicos; y (4) de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 5 por ciento en peso de un copolímero de acetato de vinilo y un ácido graso monoinsaturado de cadena corta, el ácido graso tiene de 4 a 12 átomos de carbono.
El método también incluye una segunda etapa de mezclar adicionalmente la mezcla con aproximadamente 1 a aproximadamente 5 por ciento en peso de un ácido carboxílico o un derivado de ácido carboxílico, a una temperatura de aproximadamente 140 a aproximadamente 175 °C para proporcionar un adhesivo termofusible estabilizado. Todos los porcentajes en peso antes mencionados se basan en el peso total del adhesivo termofusible. Descripción detallada
La presente descripción proporciona una composición de adhesivo termofusible. De acuerdo con una modalidad, el adhesivo termofusible incluye al menos generalmente los siguientes componentes: (1) de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 por ciento en peso de un oligómero o polímero de ácido láctico; (2) de aproximadamente 40 a aproximadamente 75 por ciento en peso de polilactida; (3) de aproximadamente 20 a aproximadamente 35 por ciento en peso de un poliéster formado a partir de la copolimerización de uno o más dioles y uno o más ácidos dicarboxílicos; y (4) de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 5 por ciento en peso de un copolímero de acetato de vinilo y un ácido graso monoinsaturado de cadena corta, el ácido graso tiene de 4 a 12 átomos de carbono. Todos los porcentajes en peso antes mencionados se basan en el peso total de la composición de adhesivo termofusible. El primer componente de la composición de adhesivo termofusible es un oligómero o polímero de ácido láctico de bajo peso molecular. En general, el oligómero o polímero de ácido láctico tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 1500 a aproximadamente 3000. El oligómero o polímero de ácido láctico se forma generalmente a partir de un material de partida de ácido láctico que se enriquece en su enantiómero L con relación a su enantiómero D. Preferentemente, el material de partida de ácido láctico es al menos 97 % de ácido L-láctico. El oligómero o polímero de ácido láctico generalmente constituye de 10 a aproximadamente 20 por ciento en peso de la composición de adhesivo termofusible. Preferentemente, si se mide por sí mismo, el oligómero o polímero de ácido láctico exhibe una viscosidad de aproximadamente 350 centipoise a aproximadamente 450 centipoise a una temperatura de aproximadamente 280 °C. Funcionalmente, dentro del adhesivo termofusible, el oligómero o polímero de ácido láctico actúa como un agente pegajoso, que mejora la pegajosidad y la humectación del sustrato. El segundo componente de la composición de adhesivo termofusible es una polilactida. En general, la polilactida tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 10000 a aproximadamente 18000. La polilactida generalmente constituye de 40 a aproximadamente 75 por ciento en peso de la composición de adhesivo termofusible. Preferentemente, si se mide sola, la polilactida exhibe una viscosidad de aproximadamente 1800 centipoise a aproximadamente 2200 centipoise a una temperatura de aproximadamente 143 °C.
En algunas modalidades de la presente descripción, la polilactida también incluye un grupo protector de polímero formado por reacción de la polilactida con un ácido carboxílico o un derivado de ácido carboxílico. Con mayor preferencia, los grupos protectores de polímero se forman mediante reacción de la polilactida con un anhídrido de ácido. Con la máxima preferencia, el anhídrido de ácido es anhídrido propiónico.
La polilactida funciona como el material base en el adhesivo termofusible. Al tener un peso molecular más alto que los otros componentes y estar presente en un gran porcentaje en peso, la polilactida actúa como la cadena principal de la composición y proporciona las propiedades principales del adhesivo.
El tercer componente de la composición de adhesivo termofusible es un poliéster formado a partir de la copolimerización de uno o más dioles y uno o más ácidos dicarboxílicos. En general, el poliéster tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 55 000 a aproximadamente 72 000. El poliéster generalmente constituye de 20 a aproximadamente 35 por ciento en peso de la composición de adhesivo termofusible. Preferentemente, si se mide por sí mismo, el poliéster presenta una viscosidad de aproximadamente 15 000 centipoise a aproximadamente 35000 centipoise a una temperatura de aproximadamente 216 °C. Funcionalmente, dentro del adhesivo termofusible, el polímero de diol/diácido proporciona plasticidad, resistencia a la tracción y resistencia al calor mejoradas para la composición.
Los dioles adecuados que pueden usarse para los restos diol del poliéster incluyen etileno, propileno, butileno y hexileno. También puede incorporarse al poliéster una combinación de múltiples dioles. Los diácidos adecuados que pueden usarse para los restos diácidos del poliéster incluyen ácidos dicarboxílicos que tienen de 2 a 12 átomos de carbono.
En una modalidad preferida de acuerdo con la presente descripción, el poliéster puede incluir restos formados a partir de butileno, ácido succínico y ácido adípico. Por tanto, el poliéster puede ser polibutileno (succinato-coadipato) o "PBSA". En estas modalidades, uno o más ácidos dicarboxílicos en el PBSA incluyen preferentemente de aproximadamente 10 a aproximadamente 30 por ciento en moles de ácido adípico y de aproximadamente 70 a aproximadamente 90 por ciento en moles de ácido succínico.
Al igual que con la polilactida, en algunos casos, el poliéster también puede incluir un grupo protector de polímero formado por reacción del poliéster con un ácido carboxílico o un derivado de ácido carboxílico. Con mayor preferencia, los grupos protectores de polímero se forman mediante reacción del poliéster con un anhídrido de ácido. Con la máxima preferencia, el anhídrido de ácido es anhídrido propiónico.
El cuarto componente de la composición de adhesivo termofusible es un copolímero de acetato de vinilo y un ácido graso monoinsaturado de cadena corta, el ácido graso tiene de 4 a 12 átomos de carbono. En general, este copolímero constituye de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 5 por ciento en peso de la composición de adhesivo termofusible. En una modalidad preferida, el ácido graso monoinsaturado de cadena corta es preferentemente ácido crotónico. Por tanto, el copolímero es preferentemente un copolímero de acetato de vinilo y ácido crotónico. Un copolímero adecuado está disponible comercialmente con el nombre comercial Wacker Vinnapas C305.
El copolímero de acetato de vinilo/ácido graso funciona dentro del adhesivo termofusible para mejorar la resistencia cohesiva y adhesiva de la formulación, especialmente cuando el adhesivo se expone a condiciones de alta humedad.
En algunos casos, la composición polimérica también puede incluir uno o más aditivos adicionales. Por ejemplo, la composición polimérica puede incluir uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste en rellenos, pigmentos, aditivos antiaglomerantes, agentes antiespumantes, aditivos de liberación, antioxidantes, estabilizadores, ceras, plastificantes, biocidas y aditivos antiestáticos.
Preferentemente, tantos componentes del adhesivo termofusible como sea posible derivan de recursos renovables. Estos componentes pueden denominarse de origen biológico. También es preferible que tantos componentes del adhesivo termofusible como sea posible sean biodegradables y/o reciclables. Sin embargo, es difícil preparar un adhesivo termofusible adecuado mediante el uso de únicamente estos materiales. No obstante, de acuerdo con determinadas modalidades de la presente descripción, al menos el 50 por ciento en peso de los componentes del adhesivo termofusible son de origen biológico. Con mayor preferencia, al menos el 75 por ciento en peso de los componentes del adhesivo termofusible son de origen biológico. En particular, al menos el oligómero o polímero de ácido láctico y la polilactida generalmente se derivan de recursos renovables. En algunos casos, el poliéster también puede derivarse de recursos renovables. Por ejemplo, la PBSA puede derivarse de recursos renovables.
Además, de acuerdo con determinadas modalidades de la presente descripción, al menos el 50 por ciento en peso de los componentes del adhesivo termofusible son biodegradables. Con mayor preferencia, al menos el 75 por ciento en peso de los componentes del adhesivo termofusible son biodegradables. En particular, al menos el oligómero o polímero de ácido láctico y la polilactida son generalmente biodegradables. En algunos casos, el poliéster también puede ser un polímero biodegradable tal como PBSA.
En general, la composición de adhesivo termofusible se prepara típicamente al combinar y mezclar en estado fundido sus componentes. Por ejemplo, en una primera etapa (y en algunos casos única), el oligómero o polímero de ácido láctico, la polilactida, el poliéster diol/diácido y el copolímero de acetato de vinilo y un ácido graso monoinsaturado de cadena corta pueden combinarse y derretir mezclados. La mezcla en estado fundido se lleva a cabo generalmente a una temperatura suficiente para fundir todos los componentes, típicamente de aproximadamente 140 a aproximadamente 175 °C.
En general, se cree que el orden de adición de los componentes durante el mezclado no afecta a las propiedades finales de la composición de adhesivo. El método también incluye una segunda etapa de mezclar adicionalmente la mezcla con aproximadamente 1 a aproximadamente 5 por ciento en peso de un ácido carboxílico o un derivado de ácido carboxílico, a una temperatura de aproximadamente 140 a aproximadamente 175 °C para proporcionar un adhesivo termofusible estabilizado. Todos los porcentajes en peso antes mencionados se basan en el peso total del adhesivo termofusible.
Opcionalmente, en algunos casos, el método para preparar el adhesivo termofusible también puede incluir una segunda etapa de mezclar adicionalmente la mezcla antes mencionada con aproximadamente 1 a aproximadamente 5 por ciento en peso de un ácido carboxílico o un derivado de ácido carboxílico a una temperatura de aproximadamente 140 a aproximadamente 175 °C. Para ello se prefieren anhídridos de ácido como derivados de ácidos carboxílicos, el anhídrido propiónico es particularmente preferido. Se cree que la adición del ácido carboxílico o un derivado de ácido carboxílico a estas temperaturas conduce a la reacción con la polilactida y/o el poliéster diol/diácido y a la formación del grupo protector de polímero antes mencionado en los extremos de la polilactida y/o las moléculas de poliéster diol/diácido. Se cree que la formación de estos grupos protectores de polímero mejora la estabilidad térmica de la composición de adhesivo termofusible, como se describe en más detalle más abajo.
En algunas modalidades, cualquiera o ambas etapas de mezclado pueden llevarse a cabo mediante el uso de un tanque calentado con un agitador adecuado, tal como un mezclador de alto cizallamiento, por ejemplo. Alternativamente, sin embargo, los componentes de la composición de adhesivo termofusible pueden añadirse a un extrusor y calentarse y mezclarse dentro del extrusor antes de extruirse a través de un troquel. Si se desea, la composición de adhesivo termofusible puede extruirse directamente sobre un sustrato adecuado. Más típicamente, sin embargo, la composición de adhesivo termofusible se extruye inicialmente en gránulos o en cualquier otra forma deseada y luego se deja enfriar y solidificar. Una vez en forma granulada u otra forma sólida, el adhesivo termofusible puede empacarse para almacenamiento y/o envío. Los gránulos finalmente se recalientan, se funden y se aplican a un sustrato adecuado durante una segunda etapa de extrusión.
Una vez preparado como se describió anteriormente, el adhesivo termofusible de la presente descripción<generalmente tiene una viscosidad de aproximadamente 1000 centipoise a aproximadamente>6000<centipoise a una>temperatura de aproximadamente 143 °C. Con mayor preferencia, el adhesivo termofusible tiene una viscosidad de aproximadamente 2000 centipoise a aproximadamente 4000 centipoise a una temperatura de aproximadamente 143 °C, y con la máxima preferencia una viscosidad de aproximadamente 2000 centipoise a aproximadamente 3000 centipoise a una temperatura de aproximadamente 143 °C.
Ventajosamente, se ha descubierto que la composición de adhesivo termofusible presenta una estabilidad mejorada cuando se expone a temperaturas elevadas. Por ejemplo, se ha descubierto que la composición de adhesivo termofusible mantiene su viscosidad estable durante al menos 4 a 12 horas antes de que una degradación significativa de la composición de adhesivo haga que la composición sea inutilizable. Preferentemente, la composición de adhesivo termofusible retiene una viscosidad de aproximadamente 4000 a aproximadamente 5000 centipoise después de mantenerse a una temperatura de aproximadamente 135 °C a aproximadamente 145 °C durante un período de tiempo de aproximadamente 8 a aproximadamente 16 horas. Con mayor preferencia, la composición de adhesivo termofusible conserva una viscosidad de aproximadamente 4000 a aproximadamente 5000 centipoise después de mantenerse a una temperatura de aproximadamente 135 °C a aproximadamente 145 °C durante un período de tiempo de al menos 48 horas.
Una vez preparada, la composición de adhesivo termofusible se calienta a una temperatura de al menos 140 °C para asegurar una buena fluidez. La composición de adhesivo termofusible puede aplicarse luego a cualquier superficie de sustrato deseada. Por ejemplo, el adhesivo termofusible puede aplicarse a papel o cartón. Los sustratos a los que se aplica el adhesivo termofusible pueden usarse para artículos de servicio de alimentos fríos y calientes (tales como platos, tazas y tazones), empaques de cartón y sellos de cajas o cartón, que incluyen los usados para alimentos congelados.
Los métodos adecuados para la aplicación del adhesivo termofusible al sustrato incluyen la aplicación con tobera de extrusión, la aplicación con pistola manual, la aplicación de recubrimiento con rodillo y la aplicación de envoltura de perfil.
Una vez que el adhesivo termofusible se aplica al sustrato y se deja enfriar, el adhesivo exhibe preferentemente una buena resistencia de unión inicial.
Ejemplos
Los siguientes ejemplos no limitantes ilustran diversos aspectos adicionales de la invención. Amenos que se indique de otra forma, las temperaturas están en grados Celsius y los porcentajes son en peso.
Ejemplos 1 y 2 - Preparación de composiciones de adhesivo termofusible con protección terminal.
Ejemplo 1 - En este ejemplo, se preparó una composición de adhesivo termofusible. Se cargó un reactor de dos litros equipado con un condensador con los siguientes componentes:
La polilactida tenía un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 14879. El oligómero de ácido láctico tenía un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 1645. Vinnapas C305 es un copolímero de acetato de vinilo y ácido crotónico.
La presión del reactor se redujo a 1 torr y se dejó reposar durante la noche para eliminar cualquier humedad de la superficie. Luego se calentó el reactor en atmósfera de nitrógeno a 150 °C durante 3 horas hasta que todos los materiales se fundieron y se mezclaron homogéneamente. Se añadió anhídrido propiónico (55,9 gramos) al reactor y se dejó agitar durante 2 horas, después de lo cual la presión se redujo lentamente hasta 2-5 torr para eliminar cualquier exceso de anhídrido propiónico. El producto adhesivo se recogió en forma de un sólido de color canela. Se midió que el peso molecular promedio en peso (Mw) del adhesivo final era 36447 y se midió que la polidispersidad era 4,02.
Ejemplo 2 - Se preparó un segundo adhesivo termofusible. Como en el Ejemplo 1, se cargó un reactor de dos litros equipado con un condensador con los siguientes componentes:
La polilactida tenía un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 18323. El oligómero de ácido láctico tenía un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 2609.
Nuevamente, la presión del reactor se redujo a 1 torr y se dejó reposar durante la noche para eliminar la humedad de la superficie. Luego se calentó el reactor en atmósfera de nitrógeno a 150 °C durante 3 horas hasta que todos los materiales se fundieron y se mezclaron homogéneamente. Se añadió anhídrido succínico (51,9 gramos) al reactor y se dejó agitar durante 2 horas, después de lo cual la presión se redujo lentamente hasta 2-5 torr para eliminar cualquier exceso de anhídrido propiónico. El producto adhesivo termofusible se recogió en forma de un sólido de color canela.
Ejemplo 3 - Prueba de viscosidad.
El adhesivo termofusible del Ejemplo 1 se sometió a prueba de viscosidad mediante el uso de un viscosímetro Brookfield DV-II+ equipado con un Thermosel para un control de temperatura más preciso y un husillo de aluminio #27. En el procedimiento de prueba, se añadieron 16 gramos de resina adhesiva termofusible a una copa de aluminio y se colocaron en el Thermosel a 290 °F/143 °C. Después de 10 minutos de equilibrio a 10 RPM, se registró la viscosidad del material. Mediante el uso de este procedimiento, se midió que la viscosidad inicial del adhesivo (antes del envejecimiento a temperatura elevada) era 5100 centipoise.
Luego se envejeció el adhesivo termofusible al mantenerlo a una temperatura de 290 °F/143 °C durante un total de 72 horas, se midió y registró la viscosidad nuevamente a las 24 horas, 48 horas y 72 horas. Las mediciones de la viscosidad se resumen en la siguiente tabla:
Viscosidad del adhesivo, envejecimiento inicial y posterior
Estos números de viscosidad demuestran que el adhesivo termofusible de la invención exhibe una buena viscosidad inicial y que esta viscosidad se mantiene sustancialmente cuando la composición de adhesivo termofusible se mantiene a una temperatura elevada durante un período de tiempo prolongado. Esto indica que los componentes de la composición se degradan lentamente en estas condiciones de temperatura elevada.
Ejemplos 4-7: Prueba de adhesivo.
Las propiedades adhesivas del adhesivo termofusible del Ejemplo 1 se analizaron en una serie de pruebas. El tiempo de fraguado, el tiempo abierto y la resistencia de sellado en caliente se midieron cada uno por separado para el adhesivo termofusible del Ejemplo 1. Cada una de las pruebas se llevó a cabo mediante el uso de un probador de fusión en caliente, modelo As M-15N. La temperatura de aplicación del adhesivo durante la prueba fue de 290 °F/143 °C.
Ejemplo 4 - Prueba de tiempo de fraguado
Primero se midió el tiempo de fraguado para el adhesivo termofusible del Ejemplo 1. Como se usa en la presente descripción, "tiempo de fraguado" se refiere a la cantidad de tiempo necesaria para que se forme una unión después de que se aplica un adhesivo a un primer sustrato y se presiona un segundo sustrato contra él. Por ejemplo, puede aplicarse pegamento a una pieza de cartón y luego puede aplicarse otra pieza de cartón sobre el adhesivo y mantenerlo durante unos segundos. El tiempo de fraguado es la cantidad mínima de tiempo que las dos piezas deben mantenerse juntas para garantizar que las dos piezas estén realmente unidas y no se separen después de que se libere la sujeción.
Se midió el tiempo de fraguado inicial para el adhesivo, y luego el tiempo de fraguado se midió nuevamente después de que el adhesivo termofusible envejeciera al mantenerlo a una temperatura de 290 °F/143 °C durante un total de 72 horas, el tiempo de fraguado se midió y registró nuevamente a las 24 horas, 48 horas y 72 horas. Las medidas de tiempo de fraguado se resumen en la siguiente tabla:
Tiempo de fraguado del adhesivo, inicial y posterior al envejecimiento
Estos números de viscosidad demuestran que el adhesivo termofusible de la invención exhibe un tiempo de fraguado inicial favorable y que este tiempo de fraguado no se degrada sustancialmente cuando la composición de adhesivo termofusible se mantiene a una temperatura elevada durante un período de tiempo prolongado.
Ejemplo 5 - Prueba de tiempo de fraguado adicional
Se enviaron dos muestras adicionales del adhesivo termofusible del Ejemplo 1 para la prueba de tiempo de fraguado. Antes de medir el tiempo de fraguado, la primera muestra se calentó hasta 143 °C, luego se retiró del fuego y se dejó enfriar hasta temperatura ambiente, y luego se recalentó nuevamente hasta 143 °C. Se dejó que la segunda muestra envejeciera durante la noche a 143 °C en un ambiente húmedo de aproximadamente 80 % de humedad relativa antes de la medición del tiempo de fraguado. Las medidas de tiempo de fraguado se resumen en la siguiente tabla:
Tiempos de fraguado del adhesivo - Calor/enfriamiento/recalentamiento y humedad alta
Ejemplo 6 - Prueba de tiempo abierto
También se midió el tiempo abierto para el adhesivo termofusible del Ejemplo 1. Como se usa en la presente descripción, "tiempo abierto" se refiere al período de tiempo después de que se aplica un adhesivo a un sustrato en el que se puede formar una unión. Por ejemplo, puede aplicarse pegamento a una primera pieza de cartón y después de 5 segundos, todavía puede aplicarse otra pieza de cartón y seguir unida a la primera pieza de cartón. Pero después de 6 segundos, es posible que el pegamento esté demasiado duro y se haya endurecido para formar una unión entre las dos piezas de cartón. En este caso, el tiempo abierto sería de 5 segundos.
El tiempo abierto para el adhesivo se midió después de que el adhesivo se calentara a una temperatura de 290 °F/143 °C. Se encontró que el tiempo abierto era de 10 segundos.
Ejemplo 7 - Prueba de sellado en caliente
También se midió la resistencia de sellado en caliente para el adhesivo termofusible del Ejemplo 1. Como se usa en la presente descripción, "resistencia de sellado en caliente" se refiere a la resistencia de los sellados por calor formados entre superficies termoplásticas de bandas flexibles, inmediatamente después de que se haya realizado el sellado y antes de que se enfríe a temperatura ambiente. Esta medición es importante en operaciones de empaque de formado, llenado y sellado de alta velocidad. La resistencia de sellado en caliente se midió de acuerdo con AST<m>F-1921. El sellado en caliente se midió tanto 0,5 segundos después de la formación del sello como 1,0 segundo después de la formación del sello. Los resultados se informan más abajo:
Los números de resistencia de sellado en caliente indican que la composición termofusible de la invención puede ser adecuada en operaciones de empaque de formado, llenado y sellado de alta velocidad.
Ejemplo comparativo 8 - Pruebas mecánicas de Technomelt 8370
En este Ejemplo, se sometieron muestras de un adhesivo termofusible de EVA convencional (Technomelt 8370, disponible en Henkel) a pruebas de adhesivo de una manera similar a la descrita anteriormente en los Ejemplos 4-6. Se probaron múltiples réplicas a tres temperaturas diferentes (325 °F, 350 °F y 375 °F) y se promediaron para determinar el tiempo de fraguado promedio y el tiempo abierto para el adhesivo Technmelt. Los resultados se resumen en la siguiente tabla:
Tiempo de fraguado y tiempo abierto para Technmelt 8370
Como indicó anteriormente, los tiempos de fraguado típicos para el termofusible biodegradable de la presente invención varían de aproximadamente 3 - 5 segundos, y los tiempos abiertos típicos para el termofusible biodegradable de la presente invención son aproximadamente 10 segundos. Por lo tanto, puede verse que los tiempos de fraguado y los tiempos abiertos para el termofusible biodegradable de la invención son comparables a los del termofusible Technomelt convencional (no biodegradable).
La descripción anterior de las modalidades preferidas para esta invención se ha presentado con fines de ilustración y descripción. No pretende ser exhaustiva ni limitar la invención a la forma precisa descrita. Son posibles modificaciones y variaciones evidentes a la luz de las enseñanzas anteriores. Las modalidades se escogieron y describieron en un esfuerzo para proporcionar la mejor ilustración de los principios de la invención y su aplicación práctica y para, de esta manera, permitir al experto en la técnica utilizar la invención en varias modalidades y con varias modificaciones según sean adecuadas para el uso particular contemplado. Todas esas modificaciones y variaciones están dentro del alcance de la invención, como se determina por las reivindicaciones anexas cuando se interpretan de acuerdo con la amplitud para la cual están imparcial, legal y equitativamente facultadas.
Claims (16)
1. Un adhesivo termofusible que comprende:
de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 por ciento en peso de un oligómero o polímero de ácido láctico que tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 1500 a aproximadamente 3000; de aproximadamente 40 a aproximadamente 75 por ciento en peso de polilactida que tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 10000 a aproximadamente 18000;
de aproximadamente 20 a aproximadamente 35 por ciento en peso de un poliéster formado a partir de la copolimerización de uno o más dioles y uno o más ácidos dicarboxílicos; y
de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 5 por ciento en peso de un copolímero de acetato de vinilo y un ácido graso monoinsaturado de cadena corta, el ácido graso tiene de 4 a 12 átomos de carbono, en donde todos los porcentajes en peso se basan en el peso total del adhesivo termofusible.
2. El adhesivo termofusible de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el adhesivo termofusible tiene una viscosidad, medida como se describió en la descripción, de aproximadamente 1000 centipoise a aproximadamente 6000 centipoise a una temperatura de aproximadamente 143 °C.
3. El adhesivo termofusible de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el oligómero o polímero de ácido láctico tiene una viscosidad, medida como se describió en la descripción, de aproximadamente 350 centipoise a aproximadamente 450 centipoise a una temperatura de aproximadamente 280 °C.
4. El adhesivo termofusible de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la polilactida tiene una viscosidad, medida como se describió en la descripción, de aproximadamente 1800 centipoise a aproximadamente 2200 centipoise a una temperatura de aproximadamente 143 °C.
5. El adhesivo termofusible de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la polilactida comprende además un grupo protector de polímero formado por reacción de la polilactida con un ácido carboxílico o un derivado de ácido carboxílico.
6. El adhesivo termofusible de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el poliéster tiene una viscosidad, medida como se describió en la descripción, de aproximadamente 15000 centipoise a aproximadamente 35000 centipoise a una temperatura de aproximadamente 216 °C.
7. El adhesivo termofusible de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el poliéster tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 55000 a aproximadamente 72000.
8. El adhesivo termofusible de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el poliéster comprende además un grupo protector de polímero formado por reacción de la polilactida con un ácido carboxílico o un derivado de ácido carboxílico.
9. El adhesivo termofusible de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el poliéster es polibutileno (succinato-coadipato) ("PBSA").
10. El adhesivo termofusible de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el ácido graso monoinsaturado de cadena corta es ácido crotónico.
11. Un sustrato recubierto de adhesivo que comprende:
un sustrato que tiene al menos un primer lado; y
el adhesivo termofusible de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 como un recubrimiento aplicado a al menos una porción del primer lado del sustrato.
12. Un método para fabricar un adhesivo termofusible, que comprende las etapas de:
mezclar en estado fundido, a una temperatura de aproximadamente 140 a aproximadamente 175 °C, una mezcla que comprende
de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 por ciento en peso de un oligómero o polímero de ácido láctico que tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 1500 a aproximadamente 3000,
de aproximadamente 40 a aproximadamente 75 por ciento en peso de polilactida que tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 10000 a aproximadamente 18000,
de aproximadamente 20 a aproximadamente 35 por ciento en peso de un poliéster formado a partir de la copolimerización de uno o más dioles y uno o más ácidos dicarboxílicos, y
de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 5 por ciento en peso de un copolímero de acetato de vinilo y un ácido graso monoinsaturado de cadena corta, el ácido graso tiene de 4 a 12 átomos de carbono; y mezclar adicionalmente la mezcla con aproximadamente 1 a aproximadamente 5 por ciento en peso de un ácido carboxílico o un derivado de ácido carboxílico, a una temperatura de aproximadamente 140 a aproximadamente 175 °C para proporcionar un adhesivo termofusible estabilizado,
en donde todos los porcentajes en peso se basan en el peso total del adhesivo termofusible.
13. El método de la reivindicación 12, en donde el ácido carboxílico o un derivado de ácido carboxílico comprende un anhídrido de ácido.
14. El método de la reivindicación 12, en donde el poliéster tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 55000 a aproximadamente 72000.
15. El método de la reivindicación 12, en donde el poliéster es polibutileno (succinato-co-adipato) ("PBSA").
16. El método de la reivindicación 12, en donde el ácido graso monoinsaturado de cadena corta es ácido crotónico.
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