JP2006117932A - ブロックアクリルコポリマーを含む反応性ホットメルト接着剤 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、改良されたグリーン強度とオープンタイムを有する湿分硬化可能な反応性ホットメルト接着剤組成物を提供するものである。高いグリーン強度の反応性ホットメルト接着剤はアクリルブロックコポリマーを使用して製造される。
【選択図】図1
Description
ここに引用される全ての開示は、参照することによってそれらの全体が組み込まれるものとする。
全てのパーセントは、他に断らない限り、その接着剤組成物の重量によるパーセントである。
二つ以上のイソシアネート基を含有するいかなる好適な化合物も、本発明のウレタンプレポリマーを製造するために使用され得る。通常約0.1〜約90重量%の、好ましくは約0.1〜約30重量%のイソシアネートが使用される。
ここで使用されるように、ブロックコポリマーは、少なくとも1種のアクリル酸またはメタクリル酸のアルキルエステルモノマーを含有するそれらのポリマー類を含むように意図されている。本発明の接着剤は、約0.1〜約95重量%のブロックコポリマーを含有する。有用なブロックコポリマー類の例には、式‐A‐B‐のジブロック、‐A‐B‐A‐のトリブロック、(‐A‐B‐)nのマルチブロック、および(‐A‐B‐)n‐Xmのものが含まれる。式−[A1]−[B]−[A2]−のブロックコポリマーが特に好ましい。上記の代表的な式において、A、A1およびA2はそれぞれ、示差走査熱量法(DSC)によって測定されるような、約30℃より高い、好ましくは80℃より高い、最も好ましくは110℃より高いガラス転移温度(Tg)を有する硬質ポリマーブロックを表し、BはDSCによって測定されるような約20℃未満、好ましくは0℃未満、最も好ましくは−20℃未満のTgを有するポリマーブロックを表し、そしてXは四塩化珪素、ジブロモエタンおよびトリス(ノニルフェニル)ホスフィットのような多官能性カップリング剤を表す。本発明の実施において使用され得るブロックコポリマーは、一般にマルチブロックポリマーであって、そのポリマーの約50重量%未満が一つ以上の硬質ブロックを含有する。そのブロックコポリマーは、好ましくはイソシアネート官能性を含む化合物と反応し得るある量のモノマーを含有する。イソシアネートと反応し得る官能性モノマー類には、非限定的に、酸、ヒドロキシ、アミン、イソシアネート、およびチオ官能性モノマーが含まれる。ブロック転移(block transitions)間でモノマーのグラジェント(gradient)セグメントを有することが有利である。グラジェントセグメントの長さは、そのポリマーのブロック相分離特性を変化させ、そして種々の接着用途に適した異なる接着特性を付与するように調整され得る。
本発明の接着剤組成物は、任意に、イソシアネート末端のポリウレタンプレポリマーを製造するためにポリオールを含む。そのポリオールは通常0〜約90重量%、より好ましくは10〜50重量%の量で使用されて、そして過剰の反応性イソシアネート相当物と反応する。非官能性アクリルブロックコポリマーを含む本発明の態様は、好ましくは1種以上のポリオールを含有する。この例において、そのプレポリマーは、ポリイソシアネートと1種以上のポリオールの重合、最も好ましくはジイソシアネートとジオールの重合によって製造され、そこでは好ましくは非官能性ブロックコポリマーがその攪拌容器中に存在するが、プレポリマー形成の前または後に、任意にブレンドされ得る。官能性ブロックアクリルコポリマーを含む接着剤組成物は、そのブロックアクリル成分とイソシアネート成分の反応の前、間または後の投入され得る1種以上のポリオール成分を任意に含有する。使用されるポリオール類には、ポリヒドロキシエーテル(置換または非置換のポリアルキレンエーテルグリコールまたはポリヒドロキシポリアルキレンエーテル)、ポリヒドロキシポリエステル、ポリオールおよびグリセロールのモノ置換エステルのエチレンまたはプロピレンオキシド付加物、並びに「ポリマーポリオール」(polymer polyols)(即ち一部のビニルモノマーを含むグラフトポリオールで、現場で重合されるもの、例えばNiax Polyol 34−28)、並びにそれらの混合物が含まれる。
本発明の接着剤組成物は、任意に粘着付与される。その粘着付与成分は、通常、0重量%〜約80重量%、より好ましくは約10重量%〜約50重量%、更により好ましくは約20重量%〜約40重量%の量で存在する。その粘着付与性樹脂は、通常、ASTM法E28によって測定されるような、約70℃〜150℃、より好ましくは約80℃〜120℃、最も好ましくは約90℃〜110℃の環球式軟化点を有する。下記の粘着付与性樹脂の2種以上の混合物が、ある配合物において必要とされ得る。
種々の可塑剤または希釈剤が、接着剤組成物の0重量%〜約75重量%、好ましくは約0重量%〜約45重量%の量で、接着剤組成物中に任意に存在する。好適な希釈剤は、好ましくは、アクリルブロックコポリマーの軟質(B)ブロックと本来相溶性である。希釈剤は、室温より低温でDSCによって測定されるTgを有する液体または半固体の物質である。このセクションにおけるいくつかの可塑剤または希釈剤は、二重の目的に供するものであり、それらはプレポリマー中のウレタン形成に好適なヒドロキシル基を有する。好適な希釈剤類には、脂肪族エステル、例えばフタル酸エステル、アジピン酸エステル、セバシン酸エステルおよびアゼライン酸エステル、並びにそれらのランダムまたはブロックコポリマーが含まれる。塩素化パラフィンのようなパラフィンも、可塑剤として機能し得る。ジブチルフタレート、ジ‐n‐デシルフタレート、ビス‐2‐エチルヘキシルフタレートおよびジイソデシルフタレートのようなフタル酸エステル、並びにジトリデシルアジペートが、本発明の実施における使用に好適な追加の希釈剤である。ジトリデシルアジペートが、本発明のための最も好ましい希釈剤である。
本発明の反応性ホットメルト接着剤組成物は、相溶性の熱可塑性ポリマーを0〜約50重量%含有し、それが他の接着剤成分と協同して、本発明の組成物に初期グリーン強度および硬化強度を提供する。好ましくは、熱可塑性ポリマーの組成は、ウレタン成分、アクリルブロックコポリマー、および粘着付与剤または希釈剤のような任意の成分と類似の極性および相溶性であるように選択される。本発明の好ましい任意の熱可塑性コポリマー成分類には、アクリル酸、メタクリル酸、ビニルエステル(酢酸ビニルおよびプロピオン酸ビニル)、ビニルエーテル、スチレン、アクリルアミド、メタクリルアミド、フマレート、マレエート、アクリロ二トリル、エチレン、プロピレンおよびそれらの誘導体を非限定的に含むオレフィンモノマーのホモポリマーまたはランダムコポリマーが含まれる。アクリル酸およびメタクリル酸のアルキルエステルモノマーのホモポリマーまたはランダムコポリマー、例えばエチレンビニルアセテートコポリマーのような、メチルメタクリレートとn‐ブチルメタクリレートまたはエチレンビニルモノマーのコポリマーが最も好ましい。好ましくは、ビニルモノマーのコポリマー類には、カルボン酸成分の、1種以上のアクリレートモノマーまたはビニルエステルモノマーが含まれる。本発明の任意の熱可塑性ホモポリマーまたはランダムコポリマー成分中に使用され得るアクリレートモノマー類には、ブロックアクリルコポリマーに関して上記セクションに挙げられたものが含まれる。好ましいエチレンビニルアクリレートコポリマーは、約20〜50%のブチルアクリレートを含有するエチレンn‐ブチルアクリレートである。
種々の特性を満たし、且つ特定の用途の要求を満たすために、ホットメルト接着剤中に従来使用されていた他の添加剤が、本発明の接着剤組成物に0重量%〜約20重量%で任意に含有され得る。そのような添加剤類には、例えば、目的に応じて接着剤配合物中に少量でまたは大量に投入され得る、充填剤、顔料、硬化触媒、解離触媒、抗酸化剤、流れ調整剤、色素、難燃剤、インヒビター(inhibitors)、UV吸収剤、定着剤、安定剤、およびワックスが含まれる。
成分の選択、添加の順序および添加比率は、熟練した接着剤に関する化学者に委ねられ得るが、一般に本発明の反応性ホットメルトウレタン接着剤は、ブロックアクリルコポリマーを製造し、必要であれば、ポリオールまたは粘着付与剤のような任意の成分全てを、通常約150°F〜300°F(約66℃〜149℃)の範囲の高められた温度で好適な反応容器中でブレンドすることによって、製造され得る。次いで、イソシアネート成分が、通常約150°F〜300°F(約66℃〜149℃)の範囲の高められた反応温度でその反応容器中に投入される。湿分は通常、乾燥した化学物質を用い、そして減圧下でまたは無水のガスで覆ってその反応を実施することによって、反応から排除される。
本発明はまた、本発明の反応性ホットメルト接着剤組成物を液体状の溶融した形で第1物品に適用する工程と、その第1物品に適用された組成物に第2物品を接触させる工程と、組成物を冷却させて不可逆の固体状態に硬化させる湿分を含む条件にその適用された組成物をさらす工程とを含む、物品どうしを接着する方法をも提供する。その組成物は通常分配されて、その固体状態で保管され、そして湿分の無い状態で保存される。その組成物の使用の準備が整っている場合、その固体が加熱されて、適用前に溶融される。かくして、本発明には、通常保存および配布されるべきものであるような固体状態、およびその適用直前に溶融されてしまった後の液体状態の、両方の状態の反応性ポリウレタンホットメルト接着剤組成物が含まれる。本発明のもう一つの態様は、固体状態にある反応性ホットメルトを圧力で第1物品に適用し、その第1物品に適用された組成物に第2物品を加圧して接触させ、その適用された組成物を圧力および不可逆の固体状態への硬化を生ずるのに適した条件にさらすことによって、特定の湿分硬化ブロックコポリマーウレタン接着剤組成物の感圧接着剤特性を活用する、物品どうしを接着する方法を提供する。
粘度:Thermosel加熱ユニット、スピンドル27を備えたB型粘度計
動的剥離:
6ミル(mil)の接着剤フィルムをガラスプレートに貼り付け、120℃で予備加熱した。一端部近くに開けられた穴を有するビニル樹脂のストリップ(幅16mm、厚さ7ミル)をその接着剤の上に貼り付けた。そのプレートを裏返しにして、いくつかの温度間隔で、103gの荷重を10〜60秒間そのビニル樹脂中の穴に適用した。これらの間隔での剥離速度を算出した。この試験は、接着剤が適用温度から室温に冷却する際の接着強さを示す剥離データを提供する。
5ミルの接着剤フィルムを250°F(121℃)で1個のきれいなポンダロサ パイン(ponderosa pine)上に引き伸ばした。数個の高圧ラミネート(HPL)を異なる時間の間隔で1インチ×1インチの面積の塗布された接着剤フィルムに結合する。そのHPLが結合され、次いで硬化され、そして1分間当り0.5インチ(13mm)でインストロンによるせん断モードで引っ張られて、そのパインボードの基材破損を引き起こし得るときの最大の時間間隔を、オープンタイムとして記録する。
表1に示される配合(重量%)を有する反応性ホットメルト接着剤を準備した。全てのポリオールおよびブロックアクリルコポリマー(反応性または非反応性)を添加して、溶融し、そして均質で湿分がなくなるまで減圧下で混合した。次いで、MDIを添加し、反応が完了するまで減圧下で混合しながら重合を進めさせた。その結果得られたプレポリマーを、湿分への曝露を防止するために更に乾燥した窒素で覆った容器中に入れた。この実施例における全てのポリマーサンプルは、ブチルアクリレート(BA)中間ブロックとメチルメタクリレート(MMA)末端ブロックを有する。この実施例におけるヒドロキシ官能性サンプルを、ヒドロキシエチルメタクリレートモノマーで合成した。従来の反応性ホットメルト技術を代表する比較サンプルを、同様な方法で準備した。それをサンプルGと称する。比較サンプルGの組成物は、米国特許第5,866,656号明細書(表1のサンプルD)から得られる。比較サンプルGは、ポリプロピレングリコール(ポリエーテル成分)、1,6‐ヘキサンジオールネオペンチルグリコールアジペート(ポリエステル成分)、ランダムアクリルコポリマー、およびジイソシアネートを含む。
表4においてサンプル1として挙げられた本発明の例示の接着剤組成物は、低エネルギー表面への強力な接着の可能性がある。比較の目的のための従来の反応性ホットメルトがサンプル2にラベルされる。サンプル2は、ポリイソシアネート、ポリエーテル、熱可塑性ポリマーおよび粘着付与剤を組み合わせた配合物からの、接着が困難なプラスチックまたはポリマー基材に対して良好な接着を提供する配合サンプルである。サンプル2は、ポリエーテル、ランダムアクリルコポリマー、粘着付与剤およびジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)を含有する。MDIを除いて、これらのサンプルの配合物の全ての成分を添加して、溶融し、そして均質で湿分がなくなるまで減圧下で混合した。次いで、MDIを添加し、反応が完了するまで減圧下で混合しながら重合を進めさせた。その結果得られたプレポリマーを更に乾燥した窒素で覆った容器中に入れて、湿分への曝露を防止した。
Claims (45)
- イソシアネートと、1種以上のブロックアクリルコポリマーを含むホットメルト接着剤組成物であって、該イソシアネートが重合体イソシアネートまたはイソシアネート末端のプレポリマーのいずれかを含むものである、接着剤組成物。
- 粘着付与剤を更に含む、請求項1に記載の接着剤。
- ポリオールを更に含む、請求項1に記載の接着剤。
- 前記ブロックアクリルコポリマーが、イソシアネートと反応することが可能な少なくとも1種の官能基を含有するものである、請求項1に記載の接着剤。
- 前記反応性官能基がヒドロキシル基である、請求項4に記載の接着剤。
- 前記アクリルブロックコポリマーが、端部ブロック分子量の2%よりも大きいセグメント分子量を有するブロック間でモノマーグラジェント転移を有するものである、請求項1に記載の接着剤。
- 前記アクリルブロックコポリマーがトリ‐ブロックコポリマーである、請求項1に記載の接着剤。
- 前記アクリルブロックコポリマーが、次式
−[A1]−[B]−[A2]−
そこでは、A1およびA2が約30℃よりも高いガラス転移温度を有するアクリルブロックポリマーを表し、Bが約20℃よりも低いガラス転移温度を有するアクリルブロックポリマーを表す、
を有するものである、請求項7に記載の接着剤。 - 前記アクリルブロックコポリマーがジ‐ブロックコポリマーである、請求項1に記載の接着剤。
- 前記アクリルブロックコポリマーが、次式
−[A]−[B]−
そこでは、Aが約40℃よりも高いガラス転移温度を有するアクリルブロックポリマーを表し、Bが約20℃よりも低いガラス転移温度を有するアクリルブロックポリマーを表す、
を有するものである、請求項9に記載の接着剤。 - A,A1,A2およびBが、主としてアクリル酸またはメタクリル酸のアルキルエステルモノマーに由来する1種以上のブロックコポリマーセグメントである、請求項8または10に記載の接着剤。
- A1およびA2が、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n‐プロピルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、t‐ブチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、メタクリル酸およびそれらの組み合わせから成る群より選択されるものである、請求項11に記載の接着剤。
- Bが、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n‐プロピルアクリレート、イソブチルアクリレート、n‐ブチルアクリレート、sec‐ブチルアクリレート、t‐ブチルアクリレート、アミルアクリレート、イソアミルアクリレート、n‐ヘキシルアクリレート、2‐エチルヘキシルアクリレート、ラウリルアクリレート、イソオクチルアクリレート、デシルメチルアクリレートおよびそれらの組み合わせから成る群より選択されるものである、請求項11に記載の接着剤。
- 前記ブロックアクリルコポリマーが、1種以上の非アクリル酸または非メタクリル酸のアルキルエステルモノマーを更に含むものである、請求項1に記載の接着剤。
- 前記1種以上の他の非アクリル酸または非メタクリル酸のアルキルエステルモノマーが、共重合可能なオレフィンモノマー、ビニルエステル、ビニルエーテル、スチレンモノマー、アクリルアミド、メタクリルアミド、フマレート、マレエート、アクリロニトリル、エチレン及びそれらの誘導体または混合物からなる群から選択されるものである、請求項14に記載の接着剤。
- 希釈剤、可塑剤、充填剤、顔料、硬化触媒、解離触媒、抗酸化剤、流れ調整剤、色素、難燃剤、インヒビター、UV吸収剤、定着剤、安定剤、およびワックスから成る群の1種以上を更に含む、請求項1に記載の接着剤。
- 前記ポリオールが、ポリヒドロキシエーテル(置換または非置換のポリアルキレンエーテルグリコールまたはポリヒドロキシポリアルキレンエーテル)、ポリヒドロキシポリエステル、ポリオールのエチレンまたはプロピレンオキシド付加物、およびグリセロールの一置換エステル、並びにそれらの混合物から成る群から選択されるものである、請求項3に記載の接着剤。
- 前記粘着付与剤が、(1)天然または変性ロジン、(2)天然または変性ロジンのグリセロールおよびペンタエリトリトールエステル、(3)天然または変性テルペン並びに芳香族モノマー、フェノールおよびそれらの水素化誘導体のコポリマーおよびホモポリマー、(4)脂肪族石油炭化水素およびそれらの水素化誘導体、(5)脂環式石油炭化水素樹脂およびそれらの水素化誘導体、(6)脂肪族/芳香族または脂環式/芳香族コポリマーおよびそれらの水素化誘導体、並びに(7)芳香族樹脂から成る群からの相溶性の樹脂または混合物を含むものである、請求項2に記載の接着剤。
- 前記アクリルブロックコポリマーが制御されたラジカル重合によって製造されるものである、請求項1に記載の接着剤。
- 重合体イソシアネート接着剤またはイソシアネート末端プレポリマー接着剤のグリーン強度またはオープンタイムを改良する方法であって、接着剤配合物に有効量の1種以上のアクリルブロックコポリマーを添加する工程を含む、方法。
- 粘着付与剤を更に含む、請求項20に記載の方法。
- ポリオールを更に含む、請求項20に記載の方法。
- 前記ブロックアクリルコポリマーが、イソシアネートと反応し得る少なくとも1種の官能基を含有する、請求項20に記載の方法。
- 前記反応性官能基がヒドロキシル基である、請求項23に記載の方法。
- 前記アクリルブロックコポリマーが、端部ブロック分子量の2%よりも大きいセグメント分子量を有するブロック間にモノマーグラジェント転移を有するものである、請求項20に記載の方法。
- 前記アクリルブロックコポリマーが、トリ‐ブロックコポリマーである、請求項20に記載の方法。
- 前記アクリルブロックコポリマーが、次式
−[A1]−[B]−[A2]−
そこでは、A1およびA2が約30℃よりも高いガラス転移温度を有するアクリルブロックポリマーを表し、Bが約20℃よりも低いガラス転移温度を有するアクリルブロックポリマーを表す、
を有するものである、請求項26に記載の方法。 - 前記アクリルブロックコポリマーがジ‐ブロックコポリマーである、請求項20に記載の方法。
- 前記アクリルブロックコポリマーが、次式
−[A]−[B]−
そこでは、Aが約40℃よりも高いガラス転移温度を有するアクリルブロックポリマーを表し、Bが約20℃よりも低いガラス転移温度を有するアクリルブロックポリマーを表す、
を有するものである、請求項28に記載の方法。 - A,A1,A2およびBが、主としてアクリル酸またはメタクリル酸のアルキルエステルモノマーに由来する1種以上のブロックコポリマーセグメントである、請求項27または29に記載の方法。
- A1およびA2が、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n‐プロピルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、t‐ブチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、メタクリル酸およびそれらの組み合わせから成る群より選択されるものである、請求項30に記載の方法。
- Bが、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n‐プロピルアクリレート、イソブチルアクリレート、n‐ブチルアクリレート、sec‐ブチルアクリレート、t‐ブチルアクリレート、アミルアクリレート、イソアミルアクリレート、n‐ヘキシルアクリレート、2‐エチルヘキシルアクリレート、ラウリルアクリレート、イソオクチルアクリレート、デシルメチルアクリレートおよびそれらの組み合わせから成る群より選択されるものである、請求項30に記載の方法。
- 前記ブロックアクリルコポリマーが、1種以上の非アクリル酸または非メタクリル酸のアルキルエステルモノマーを更に含むものである、請求項20に記載の方法。
- 前記1種以上の他の非アクリル酸または非メタクリル酸のアルキルエステルモノマーが、共重合可能なオレフィンモノマー、ビニルエステル、ビニルエーテル、スチレンモノマー、アクリルアミド、メタクリルアミド、フマレート、マレエート、アクリロニトリル、エチレン及び誘導体、またはそれらの混合物からなる群から選択されるものである、請求項33に記載の方法。
- 希釈剤、可塑剤、充填剤、顔料、硬化触媒、解離触媒、抗酸化剤、流れ調整剤、色素、難燃剤、インヒビター、UV吸収剤、定着剤、安定剤、およびワックスから成る群の1種以上を更に含む、請求項20に記載の方法。
- 前記ポリオールが、ポリヒドロキシエーテル(置換または非置換のポリアルキレンエーテルグリコールまたはポリヒドロキシポリアルキレンエーテル)、ポリヒドロキシポリエステル、ポリオールのエチレンまたはプロピレンオキシド付加物、およびグリセロールの一置換エステル、並びにそれらの混合物から成る群より選択されるものである、請求項22に記載の方法。
- 前記粘着付与剤が、(1)天然または変性ロジン、(2)天然または変性ロジンのグリセロールおよびペンタエリトリトールエステル、(3)天然または変性テルペンおよび芳香族モノマー、フェノール並びにそれらの水素化誘導体のコポリマーおよびホモポリマー、(4)脂肪族石油炭化水素およびそれらの水素化誘導体、(5)脂環式石油炭化水素樹脂およびそれらの水素化誘導体、(6)脂肪族/芳香族または脂環式/芳香族コポリマーおよびそれらの水素化誘導体、並びに(7)芳香族樹脂から成る群よりの相溶性の樹脂または混合物を含むものである、請求項21に記載の方法。
- 前記アクリルブロックコポリマーが制御されたラジカル重合によって製造されるものである、請求項20に記載の方法。
- 請求項1に記載の接着剤を含む製品。
- 請求項20に記載の方法によって製造された接着剤を含む製品。
- 前記ポリオール成分が全体的に非晶質ポリオールから成るものである、請求項3に記載の接着剤。
- 熱可塑性ポリマーを更に含む、請求項1に記載の接着剤。
- 前記熱可塑性ポリマー成分が、アクリル酸、メタクリル酸、ビニルエステル(酢酸ビニルおよびプロピオン酸ビニル)、ビニルエーテル、スチレン、アクリルアミド、メタクリルアミド、フマレート、マレエート、アクリロニトリル、エチレン、プロピレンおよびそれらの誘導体のようなオレフィンモノマーのホモポリマーまたはランダムコポリマーを含むものである、請求項42に記載の接着剤。
- 熱可塑性ポリマーを更に含む、請求項20に記載の方法。
- 前記熱可塑性ポリマー成分が、アクリル酸、メタクリル酸、ビニルエステル(酢酸ビニルおよびプロピオン酸ビニル)、ビニルエーテル、スチレン、アクリルアミド、メタクリルアミド、フマレート、マレエート、アクリロニトリル、エチレン、プロピレンおよびそれらの誘導体のようなオレフィンモノマーのホモポリマーまたはランダムコポリマーを含むものである、請求項44に記載の方法。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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