JP2010523769A - ホットメルト接着剤 - Google Patents

Abstract

大豆ワックスのような植物由来のワックスを含む、塗布温度が低いホットメルト包装用接着剤が開示されている。
【選択図】なし

Description

(発明の分野)
本発明は、植物由来のワックスおよびパラフィンワックスを含む、塗布温度が低いホットメルト接着剤に関する。

ホットメルト接着剤は、溶融時に基体に塗布され、次いで第２の基体と接触させる。接着剤を冷却および硬化して基体間の接合を形成する。
ホットメルトは製品組立および包装のような工業的な接着剤用途で広範に使用される。後者には、ケースおよびカートンのシーリングが含まれる。

ケースおよびカートンのシーリングのような包装用途のためのホットメルトは、典型的には、ポリマー、希釈剤または粘着付与剤、およびワックスから構成される。ワックス成分の１つの機能は、分子量が低いことから、粘度を下げることである。最近使用される包装用接着剤は、パラフィンおよび微結晶ワックスのような石油由来のワックスを含む。パラフィンワックスの分子量は低いので、塗布温度が低い接着剤を配合する場合には第１の選択になる。

しかしながら、最近、パラフィンワックスの供給には限界があるので、天然ワックスを利用することが注目されている。天然ワックスのうち最も安価な材料は、高度に水素化されたトリグリセリドをベースとしている。Ｂｏｒｓｉｎｇｅｒらは、米国特許第６，８９０，９８２号（Ｂ２）公報に植物由来のワックスを含むホットメルト接着剤を開示している。Ｂｏｒｓｉｎｇｅｒらの接着剤組成物は、３５０°Ｆ（１７７℃）での溶融粘度が約１０００から約５０００ｃｐｓである。高いレベルでの水素化（低いヨウ素価）は、融点をパラフィンの融点近くまで上げるために必要である。残念ながら、典型的なパラフィンワックスの分子量４３０Ｄａに対して、純粋のグリセリンのトリステアレートでは約８９０Ｄａであり、トリグリセリドの分子量はパラフィンよりもずっと大きいので、高度に水素化されたトリグリセリドを使用した接着剤は、粘度が高く低温での塗布には不適切である。

低い温度で塗布することができるホットメルト接着剤、すなわち、低い温度［３００°Ｆ（１４９℃）未満の温度］で塗布することが可能な塗布粘度を有し、かつパラフィンワックスの使用にあまり依存せず配合することができるホットメルト接着剤が要望されている。本発明はこの要望を満たすものである。

本発明の１つの目的は、植物由来のワックスを含む塗布温度が低いホットメルト接着剤を提供することである。本発明の接着剤を使用して、この接着剤を基体の表面に３００°Ｆ（１４９℃）未満から２００°Ｆ（９３℃）またはそれ以下の温度で塗布した後、１つの基体を第２の基体に接合することができる。１つの態様において、接着剤は約２８０°Ｆ（１３８℃）未満の温度で塗布するために配合される。他の態様において、接着剤は約２５０°Ｆ（１２１℃）未満の温度で塗布するために配合される。１つの態様において、本発明の接着剤組成物は、植物由来のワックスおよびパラフィンワックスを含む。１つの好ましい態様において、大豆ワックスおよびパラフィンワックスの混合物が使用される。

接着剤組成物は、消費者の使用および他の包装商品用途のために紙、板紙、および類似物のような物品に塗布し、これらを共に接合することができる。

さらに本発明の他の態様では、本発明のホットメルト接着剤を使用して製造された物品を提供する。好ましい態様において、この物品は包装物品である。

本発明の他の態様は、ケース、カートン、トレー、ボックスまたはバッグまたは他の包装物品をシーリングおよび／または作製または形成する方法を志向している。これらの方法は、塗布温度が低く、大豆ワックスを含有するホットメルト接着剤を使用することを含んでいる。また、このような大豆ワックス含有の接着剤を使用して製造された物品も提供される。物品としては、製品を包装するために使用できるカートン、ケース、トレー、バッグおよび類似物が包含される。このような物品は典型的には、本発明のホットメルト接着剤によって接着された厚紙または板紙を含む。また本発明は、カートン、ケース、トレーまたはバッグの中に含まれる包装された物品、特に、包装された食品を提供し、ここでカートン、ケース、トレーまたはバッグは大豆ワックス含有の接着剤を含んでいる。

さらに本発明の他の態様は、基体を類似のまたは非類似の基体に接合する方法を志向し、この方法は少なくとも１つの基体に、溶融された塗布温度が低く大豆ワックスを含むホットメルト組成物を塗布すること、および前記基体を接合することを含んでいる。

（発明の詳細な説明）
本明細書に記載されたすべての参考文献は、その全部を参照して本明細書に組み込まれる。

ホットメルト接着剤は、包装産業においてダンボール箱、トレー、およびカートンをシールするために広範に使用される。これらの操作の一部では、良好な低温性能を犠牲にすることなく、耐熱性が特別に高い（高い温度での繊維引裂きを維持する性能）ホットメルト接着剤を必要とする。１つの例では、新鮮さをベースとする商品を１４０°F（６０℃）より高い温度で包装し、その後、−２０°F（−２９℃）の冷凍庫温度で保存する。耐熱性および耐寒性が良好なホットメルト接着剤を必要とする他の例としては、シールされたケース、カートンまたはトレーのトラックまたは鉄道による出荷の過程である。トラック内の温度は、夏季には非常に高く［最高、１４５°Ｆ（６３℃）まで］、または冬季には非常に低く［−２０°Ｆ（−２９℃）］なると考えられる。使用されるホットメルト接着剤は、シールされた容器が輸送の間にパッと開くことがないように、十分に強くなければならない。

本発明は、包装用接着剤として優位に使用でき、新規の塗布温度が低いホットメルト接着剤を提供する。

塗布温度が低いホットメルト接着剤とは、３００°F（１４９℃）未満の温度で基体表面に塗布することができ、次いで、前記基体を第２の基体表面に接合するのに使用できる接着剤である。このような接着剤は、塗布前に粘度を低下させるために３００°F（１４９℃）を超える温度に加熱する必要がない。

この度、パームおよび大豆などの高度に水素化された油をワックス（植物由来のワックス）に転化でき、このワックスが塗布温度が低いホットメルト接着剤複合物の配合における通常のワックスの代替として有効に使用できることを見出した。

本明細書において植物由来のワックスは、例えば、大豆、綿の実、トウモロコシ、ヒマワリ、キャノーラおよびパームのような植物源からの再生可能な天然資源として定義される。より具体的には、脂肪酸成分に炭素数の範囲があるトリグリセリドを含む水素化油であり、ステアリン酸（Ｃ_１８）が最も優位な脂肪酸成分である。用語「大豆ワックス」は、本明細書における使用では大豆由来のワックスを意味する。

本発明の塗布温度が低い接着剤は、接着性ベースポリマー成分、粘着付与剤成分、およびワックス成分を含む。ホットメルト接着剤の配合で最近使われる石油または合成物由来のワックスとは対照的に、本発明の接着剤は、植物由来のワックスを使用して配合される。植物由来のワックスの例としては、大豆、トウモロコシ、綿の実、菜種、キャノーラ、ヒマワリ、パーム、ココナッツ、ハマナ、アマニおよびピーナツワックス由来のワックスが挙げられる。１つの態様では、大豆由来のワックスを使用する。大豆ワックスは、完全に水素化された大豆油から誘導され、実質的にトリグリセリドであって以下：

のように例示することができる。

この度、低い温度で塗布されるホットメルト接着剤［２００から３００°Ｆ（９３から１４９℃）］の温度で塗布される）がホットメルト包装用接着剤として適しており、大豆ワックスを使用して配合できることが見出された。塗布温度が低いホットメルト接着剤を使用する利点としては、ホットメルト接着剤タンク内で必要とされる発熱体の数および／または容量の低下、揮発物の排出の低減、熱傷の危険性の低下、および塗布装置の損傷の低減が挙げられる。最近、数種の塗布温度が低いホットメルト接着剤、例えば、ＮＳＣ３４−２１２５（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）、ＮＳＣ３４−２５０Ａ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）、ＮＳＣ３４−６５０Ａ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）、ＨＬ７０００（Ｈ．Ｂ．Ｆｕｌｌｅｒ）、およびＨＬ７００２（Ｈ．Ｂ．Ｆｕｌｌｅｒ）が商業的に入手できるが、これらの塗布温度が低いホットメルト接着剤はいずれも大豆ワックスをベースとしていない。

本発明は、塗布温度が低いホットメルト接着剤組成物を提供し、ここでワックス成分の少なくとも一部が植物由来のワックスである。１つの態様において、ワックス成分の少なくとも一部が水素化大豆ワックスである。他の態様において、ワックス成分の全体が植物由来のワックスである。本発明の接着剤は特に、包装用接着剤として使用する場合には優位である。配合された接着剤は、典型的には、２５０°Ｆ（１２１℃）での粘度が約１０００から約２５００ｃｐｓである。

本発明の１つの態様は、３００°Ｆ（１４９℃）未満の温度で、溶融状態の間に基体に塗布することができるホットメルト接着剤を志向しており、他の基体を溶融接着剤と接触させ、かつ冷却によってこれらの基体を共に接合させる。１つの態様において、接着剤は２８０°Ｆ（１３８℃）以下で塗布される。他の態様において、接着剤は２７５°Ｆ（１３５℃）以下で塗布される。さらに他の態様において、接着剤は２５０°Ｆ（１２１℃）以下で塗布される。またさらに他の態様において、接着剤は２００°Ｆ（９３℃）以下で塗布される。

本明細書に明示されているように、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、エチレンｎ−ブチルアクリレート（ＥｎＢＡ）およびＥＶＡ／ＥｎＢＡブレンドをベースとするホットメルト接着剤の配合において、今や広範に使用されている石油または合成由来のワックスの全部または一部を水素化大豆ワックスで置き換えた大豆ワックスベースのホットメルト接着剤は、包装ケースおよびダンボール箱の接着剤で石油ベースのパラフィンワックスに匹敵する高温性能と低温性能の優れたバランスを示す。大豆ワックスを使用すると、開口時間がより長くかつ耐熱性が良好な様々な樹脂およびエチレンコポリマーとの相溶性が優れる。

ポリマーの選択は、配合されたホットメルト接着剤の性能を決定する際に重要である。ガラス転移温度が低いポリマーは通常、耐寒性が良好であり、一方、融点が高いポリマーは通常、耐熱性が良好な接着剤を配合することが容易である。本発明の接着剤は、少なくとも１種のエチレンポリマーを含むことが好ましいと考えられ、そして２種以上のポリマーブレンドを含んでいてもよい。ＥＶＡ、ＥｎＢＡまたはこれらのブレンドを含むのが好ましい態様と考えられる。ブチルアクリレートを２８から３３％含有して、メルトインデックスが４０から９００であるエチレンｎ−ブチルアクリレートコポリマーを約５重量％から約３０重量％含み、ビニルアセテートを４から３３％含有して、メルトインデックスが４００から２５００であるエチレンビニルアセテートコポリマーを約５から約３５重量％含む接着剤は、１つの好ましい態様である。

本発明の接着剤組成物は粘着力が高められる。粘着付与剤成分として存在する量は、約１０重量％から約４５重量％が普通であり、約２０重量％から約５０重量％がより好ましく、約２０重量％から約４０重量％がさらにより好ましいと考えられる。これら粘着付与剤成分としては、天然および合成樹脂が挙げられる。天然樹脂としては、ロジン、ロジンエステル、およびポリテルペンが挙げられる。合成樹脂としては、Ｃ５環式および非環式樹脂、芳香族樹脂、Ｃ９樹脂、α−メチルスチレンをベースとするような純粋のモノマー樹脂、および上記モノマー相互のコポリマー樹脂および／またはフェノールとのコポリマー樹脂が挙げられる。スチレン化テルペン、テルペンフェノール樹脂、芳香族炭化水素、芳香族／脂肪族炭化水素、水素化粘着付与剤、またはαメチルスチレンから選択される粘着付与剤を含むものが、好ましい態様と考えられる。本発明の接着剤は、典型的には、約１０から４５重量％の粘着付与剤を含むと考えられる。スチレン化テルペンおよびテルペンフェノール樹脂粘着付与剤は特に好ましい。

本発明の接着剤は、植物由来のワックスを使用して配合される。植物由来のワックスの例としては、大豆、トウモロコシ、綿の実、菜種、キャノーラ、ヒマワリ、パーム、ココナッツ、ハマナ、アマニおよびピーナツワックス由来のワックスが挙げられる。１つの態様では、大豆由来のワックスが使用される。大豆ワックスはカーギル（Ｃａｒｇｉｌｌ）、ＡＤＭ、およびバンジオイル（Ｂｕｎｇｅ Ｏｉｌ）から市販品が入手可能である。大豆ワックス成分の使用量は、典型的には、約５重量％から約４０重量％であると考えられる。

また、植物由来のワックスに加えて本発明の配合物は、石油をベースとするワックスまたは合成ワックスを含んでいてもよい。本発明で使用するのに適したワックスとしては、パラフィンワックス、微結晶ワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、副生物ポリエチレンワックス、フィッシャー・トロプシュ（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ）ワックス、酸化フィッシャー・トロプシュワックスならびにヒドロキシステアラミドワックスおよび脂肪アミドワックスのような官能基化ワックスが挙げられる。本発明の実施で使用することができるパラフィンワックスとしては、Ａｓｔｏｒ Ｗａｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｄｏｒａｖｉｌｌｅ、ＧＡ）から入手できるＯｋｅｒｉｎ（登録商標）２３６ＴＰ、Ｐｅｎｎｚｏｉｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏ．（Ｈｏｕｓｔｏｎ、ＴＸ）から入手できるＰｅｎｒｅｃｏ（登録商標）４９１３、Ｍｏｏｒｅ＆Ｍｕｎｇｅｒ（Ｓｈｅｌｔｏｎ、ＣＮ）から入手できるＲ−７１５２ Ｐａｒａｆｆｉｎ Ｗａｘ、およびＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗａｘｅｓ Ｌｔｄ．（Ｏｎｔａｒｉｏ、Ｃａｎａｄａ）から入手できるＰａｒａｆｉｎ Ｗａｘ１２９７、Ｃｉｔｇｏから入手できるＰａｃｅｍａｋｅｒ、およびＭｏｏｒｅ＆Ｍｕｎｇｅｒから入手できるＲ−２５４０、ならびにＣＰ Ｈａｌｌから製品表示１２３０、１２３６、１２４０、１２４５、１２４６、１２５５、１２６０、および１２６２で入手できるような他のパラフィン性のワックスが挙げられる。ＣＰ Ｈａｌｌ １２４６パラフィンワックスは、ＣＰ Ｈａｌｌ（Ｓｔｏｗ、Ｏｈｉｏ）から入手できる。所望であれば、最高、約２０重量％までのパラフィンワックスを使用することができる。

物理的特性に影響を与えない他の化合物も添加することができ、わずか２つの例を挙げるだけでも、色を付加する顔料または蛍光剤のような化合物がある。このような添加剤は当業者に公知である。接着剤の意図する最終用途によって決まるが、通常はホットメルト接着剤に添加される可塑剤、顔料および染料のような他の添加剤が含まれうる。さらに、追加する少量の粘着付与剤および／または微結晶ワックス、水素化ひまし油およびビニルアセテート変性の合成ワックスのようなワックスも、少量で、すなわち、最高、約１０重量％までの量で本発明の配合物中に包含されてもよい。

本発明の接着剤は、安定剤または抗酸化剤を含有していることが好ましいと考えれる。これらの化合物を添加して、熱、光、または粘着力を高める樹脂などの原材料から由来する残存触媒のようなものによって誘発された酸素との反応で生じる接着剤の分解を防ぐ。本発明において塗布することができ安定剤または抗酸化剤としては、高分子量のヒンダードフェノールならびに硫黄およびリンを含むフェノールのような多官能フェノールが挙げられる。抗酸化剤は典型的に、最高、約１重量％までの量で使用される。

温度２５０°Ｆ（１２１℃）に加熱した単独翼混合機において、複数成分を均一になるまで混合することによって、すべての接着剤配合物を製造した。次いで、適する商業用途を想定するために接着剤を各種試験にかけた。

Ｎｏ．２７スピンドルを用い、ブルックフィールド・サーモセル（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ Ｔｈｅｒｍｏｓｅｌ）粘度計によってホットメルト接着剤の溶融粘度を決定した。

温度１２０°Ｆ（４９℃）、室温、４０°Ｆ（４．４℃）、２０°Ｆ（−６．７℃）、および０°Ｆ（−１８℃）での接着力は、１／２インチ（１．２７ｃｍ）幅の接着剤ビードを２５０°Ｆ（１２１℃）［またはＮＳＣ ３４−２１００に対しては３５０°Ｆ（１７７℃）］で、２インチ×３インチ（５．１ｃｍ×７．６ｃｍ）の二重溝付きダンボール片に塗布し、すぐに第２のダンボール片を接触させて接合を形成することによって決定した。ただちに接合体の一番上に２００ｇの荷重を２秒間かけて圧縮した。調製した試験片を一夜、室温の状態にして、次いでオーブンまたは冷蔵庫の中、様々な温度で８時間放置した。接合を手で分離し、生じた繊維引裂きを記録した。

熱応力試験（ＨＳ）はＩｏＰＰ［Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐａｃｋｉｎｇ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｓ（包装専門家協会）］手順に従った。接着層の寸法が２インチ×０．５インチ（５．１×１．３ｃｍ）の２つの接合に２００ｇまたは３００ｇの力をかけ、オーブン中に１２１°Ｆ（４９℃）から始まって１４０°Ｆ（６０℃）に、それぞれ８時間および２４時間放置した。
試験結果を、それぞれ合格（２つの接合が合格）、不合格（接合が共に破壊）、または引分け（１つの接合が合格、他の接合が破壊）として記録した。

雲点温度とは、透明な均一液体相から半固体相に冷却されるときに、成分が固体化または「曇り」始める温度である。例えば、ワックスに関しては、
雲点は通常、ワックスの融点に近い。相溶性は接着剤の雲点と関係があり、一般的に言って雲点が低いほど相溶性は大きい。

実施例１
大豆ワックスと、表１に示す配合を有し、エチレンビニル−アセテートコポリマーをベースとする接着剤配合物（試料１−５）との相溶性を試験した。

実施例２
大豆ワックスと、表２に示す配合を有し、エチレン−ｎ−ブチルアクリレート（ＥｎＢＡ）−コポリマーをベースとする接着剤配合物（試料６−１０）との相溶性を試験した。

実施例３
表３に示す配合を有し、ＥｎＢＡコポリマー中に様々な融点の水素化大豆ワックスを含む接着剤配合物（試料１１−１６）を試験した。

実施例４
表４に示す配合を有し、大豆ワックスおよびパラフィンのブレンドを含む接着剤配合物（試料１７−２１）を試験した。

Claims (10)

1. エチレンコポリマー、粘着付与剤樹脂、および植物由来のワックスを含む、低い塗布温度で塗布されるホットメルト接着剤組成物。
2. エチレンビニルアセテートコポリマー、エチレンｎ−ブチルアクリレートコポリマーまたはこれらのブレンドを含む、請求項１に記載の接着剤組成物。
3. 植物由来のワックスおよびパラフィンワックスのブレンドを含む、請求項１に記載の接着剤。
4. 前記植物由来のワックスが、大豆、トウモロコシ、綿の実、菜種、キャノーラ、ヒマワリ、パーム、パームカーネル、ココナッツ、ハマナ、アマニおよびピーナツワックスからなる群より選択される、請求項１または３に記載の接着剤。
5. 前記植物由来のワックスが大豆から抽出される、請求項４に記載の組成物。
6. 前記エチレンビニルアセテートコポリマーがビニルアセテートを約４から約３３重量％含有し、メルトインデックスが約４００から約２５００ｇ／１０分であり、および前記エチレンｎ−ブチルアクリレートがブチルアクリレートを約２８から約３３％含有して、メルトインデックスが約４０から約９００ｇ／１０分である、請求項２に記載の接着剤。
7. 前記粘着付与剤がスチレン化テルペン、テルペンフェノール樹脂、芳香族炭化水素、芳香族／脂肪族炭化水素、水素化粘着付与剤、およびαメチルスチレンからなる群より選択される、請求項１に記載の接着剤。
8. ビニルアセテートを約４から約３３重量％含有し、メルトインデックスが約４００から約２５００ｇ／１０分であるエチレンビニルアセテートコポリマーを５から３５重量％、
   ブチルアクリレートを約２８から約３３％含有して、メルトインデックスが約４０から約９００ｇ／１０分であるエチレンｎ−ブチルアクリレートを５から３０重量％、
   大豆ワックスを５から４０重量％、
   パラフィンワックスを０から２０重量％、および
   スチレンテルペン粘着付与剤および／またはテルペンフェノール樹脂粘着付与剤を１０から４５重量％含む、請求項１に記載の接着剤。
9. 請求項１、３または８のいずれかに記載の接着剤を含む、製造物品。
10. 包装物品である、請求項９に記載の物品。