JP2012180525A - ホットメルト接着剤 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】低塗布温度ホットメルト接着剤であって、(a)(i)15〜35重量%のn−ブチルアクリレートを含有するn−ブチルアクリレートコポリマーと(ii)10〜45重量%のビニルアセテートを含有するエチレンビニルアセテートコポリマーを含む、20重量%〜40重量%のポリマーブレンド、(b)90〜120℃の軟化点を有する、25重量%〜45重量%の粘着付与樹脂、及び(c)54〜77℃の融点を有する、25重量%〜45重量%のワックスを含み、該重量%は接着剤の全重量基準であり、そして、121℃以下の接着剤塗布温度で約0.8Pa・sと1.5Pa・sの間の粘度を有し、応力のかかった結合が破壊する温度で表される、結合された該接着剤の熱応力値と該接着剤塗布温度が38℃(100゜F)以下だけ隔てられる、接着剤。
【選択図】図1
Description
本発明は、300゜F(149℃)の温度で塗布され得て、高い温度及び応力下での実質的に改良された結合性能を呈する、新しいクラスのホットメルト接着剤を包含する。本発明の接着剤は、更にこれまで先行技術で達成された接着剤の塗布温度での応力に耐えるように配合される。これまでに知られていた通常の(350゜F(177℃)以上)の接着剤と低い塗布温度の接着剤を対照して、高い温度及び応力に対する耐性が、本発明の接着剤の塗布温度に非常に近い。
塗布温度は、主として、機械で作る際の要求及び結合の標的とされる基材によって決定される。ホットメルト接着剤の計量分配に用いられる自動化された設備は、通常ポンプの動作によって限定される。ケース及びカートンのシールのための通常の粘度は、望ましくは2,000cps(2Pa・s)未満であり、そして商業的に採用されるホットメルト塗布設備の主なものは、約1,500cps(1.5Pa・s)より低い粘度に有利である。高粘度を有する接着剤を使用することは、ノズルからの接着剤の糸曳き及び基材への接着剤移動の不適当な量又は制御に至る。加えて、より高い粘度の接着剤は、通常計量分配部の寿命を低減させ、機械の保守の増加に繋がる。更に、セルロースからなる物のような多孔質包装用基材類は、圧縮下での拡散の減少のために、高粘度接着剤による濡れに対して感受性が乏しい。ここに記載されたように、塗布温度は、最も近い25゜Fインクリメントに対して、接着剤の粘度が約800cps(0.8Pa・s)と1,500cps(1.5Pa・s)の間になる温度を言う。
熱応力は、ここでは、応力のかかった結合が破壊する温度として定義される。結合の耐熱性は、以下に記載されるようにそして図2A及び図2Bに関して決定されても良い。要約すると、応力のかかった結合についての破壊温度が、共にしわをつけられた2枚の基材を結合し、300g重でその結合に応力をかけ、次いで24時間炉の中に置いて、その後その結合がまだ無傷かどうかを見るために試験されることによって決定される。
溶融と固体状態の間における結晶化の時機は、結合が、基材を共に維持するのに必要な適切な強度になる速度に対して重要である。基材との接触の後のみの急速な固化は、速い接着剤塗布を可能にして、結合された物の高速製造に繋がる。
本発明によって包含される接着剤は、結合した接着剤の熱応力値と接着剤塗布温度が110゜F(43℃)以下だけ隔てられ、そしてその接着剤が300゜F(149℃)以下で塗布される、いかなる接着剤でもある。好ましくは、その結合した接着剤の熱応力値と接着剤塗布温度が100゜F(38℃)以下、さらにより好ましくは90゜F(32℃)以下だけ隔てられる。好ましくは、その塗布温度が250゜F(121℃)以下である。更により好ましくは、その塗布温度が約200゜F(93℃)である。結合した接着剤の熱応力値と接着剤塗布温度が110゜F(43℃)以下だけ隔てられるか否かは、ここに記載された方法及び計算を使って、熟練者により容易に決定され得る。
本発明の接着剤類は、好ましくは、少なくとも1種のエチレンポリマーを含み、そして2種以上のポリマーのブレンドを含んでも良い。エチレンポリマーの語は、ここに用いられるように、エチレンのホモポリマー類、コポリマー類及びターポリマー類を言う。ビニルアセテート又はモノカルボン酸類の他のビニルエステル類、又はアクリル又はメタクリル酸又はそれらのメタノール、エタノール又は他のアルコール類とのエステル類のような1種以上の極性モノマー類とエチレンのコポリマー類が好ましい。エチレンビニルアセテート、エチレンメチルアクリレート、エチレンn−ブチルアクリレート、エチレンアクリル酸、エチレンメタクリル酸、エチレン2−エチルへキシルアクリレート、エチレンオクテン及びそれらの混合物類及びブレンド類が含まれる。エチレンn−ブチルアクリレートとエチレンビニルアセテートの混合物類が特に好ましい。
本発明の接着剤組成物は、好ましくは粘着性が付与されている。その粘着付与成分は、通常約10重量%〜約60重量%、より好ましくは約25重量%〜約45重量%、更により好ましくは約30重量%〜約40重量%の量で存在するだろう。粘着付与樹脂は、一般にASTM法E28で決定されるように、約70℃と150℃の間、より好ましくは約90℃と120℃の間、そして最も好ましくは約95℃と110℃の間に環球式軟化点を有するだろう。以下に記載される粘着付与樹脂の2種以上の混合物類が、ある配合のために要求されても良い。
本発明での使用に適したワックス類は、パラフィンワックス類、マイクロクリスタリンワックス類、ポリエチレンワックス類、ポリプロピレンワックス類、副生品ポリエチレンワックス類、フィッシャー−トロプシュ(Fischer-Tropsch)ワックス類、酸化フィッシャー−トロプシュワックス類及びヒドロキシステアラミドワックス類及び脂肪酸アミドワックスのような官能化ワックス類を含む。当技術分野では、高密度低分子量ポリエチレンワックス類、副生品ポリエチレンワックス類及びフィッシャー−トロプシュワックス類を含むために、合成高融点ワックスの語を使用することが一般的である。ビニルアセテート変性、無水マレイン酸変性のような変性ワックス、及び酸化ワックスが使用されても良い。
本発明の接着剤は、任意にそして好ましくは、限定されるものではないが、機能性添加剤類を含む他の成分を含んでも良い。機能性添加剤類は、接着特性に影響せず、製造又は使用における低温接着剤に含めて保持するのにより容易である特徴に影響する特定の物理的又は化学的性質を付加する成分であるようにここでは定義される。そのような機能性添加剤類は環境に影響を及ぼすかもしれない。そのような機能性成分は、生物毒、サーマ−クロミック(therma-chromic)物質(例えばタンパーエビデンス(tamper evidence)性又は温度センサー)、抗偽造タグ類、芳香類、新鮮増強剤(例えば酸素脱除剤、抗細菌剤、有害物忌避剤、腐敗検知、低温封入剤(例えば250゜F(121℃)より高温で不安定な熱可塑性微小球)及びその類似物を含む。
本発明の接着剤類は基材に予備塗布され、そして後に再活性化されても良い。本発明の接着剤については再活性化が低温でなされ得るので、使用される再活性化法に関係なく再活性化プロセスにおいてエネルギーをあまり必要としない。より少ないエネルギーを使って再活性化できることは、これらの接着剤が生産ラインにおいてより速い生産速度で流され、又は再活性化のためにより少ない場所しか要さないようにできる。
本発明の接着剤組成物類は、約90℃より高温、一般に約110℃で、通常約2時間が充分である、均一なブレンドが得られるまで、溶融状態でその成分をブレンドすることによって調整される。ブレンドする種々の方法は、当技術分野で知られており、そして均一なブレンドを生むいかなる方法でも良い。
本発明の接着剤を製造及び使用するために要する低温によって、高められた生産性と、製造及び配達のコスト低減が得られる。これは、200゜F(93℃)以下を目標とした塗布温度を有する接着剤について特にあてはまる。これらの接着剤は、ホットメルト製造の分野において、300゜F(149℃)より高温で塗布された接着剤には存在しなかった新しい用途を切り開く。これらの製造の可能性のいくつかが以下に更に議論される。
本発明の接着剤が、ホットメルトの先行技術に比較された。図3は、これら二つの接着剤に関するレオロジーの図である。Eta*は接着剤の粘度を言い、温度の関数として示される。黒正方形で示す曲線は、先行技術の接着剤(National Starch 34-250A)を表し、黒三角形で示す曲線は本発明の接着剤(表、サンプル2)である。
接着剤サンプルがブレードミキサー中で調整されて、そして成分が均一な混合物を生じるまで加熱された。
本発明の接着剤配合物(サンプル11−13)が、ワックス(35重量%、Pacemaker 53)、粘着付与剤(35重量%、Rutgers TK110H)及び表3に示された成分を、低いせん断応力下において200゜F(93℃)でブレンドすることによって調整された。結果が表4に示される。表4において見られるように、本発明の接着剤類が、充分な接着と共に100゜F(38℃)未満のデルタ値を有する。
表5は、本発明の範囲外の配合物及び従来技術の代表的な配合物を比較する。商業的に入手できるこれらの全てが100゜F(38℃)より相当に高いデルタ値を有する。
1. 300゜F(149℃)以下で塗布される低塗布温度ホットメルト接着剤であって、そこでは結合された接着剤の熱応力値と接着剤塗布温度が110゜F(43℃)以下だけ隔てられる、低塗布温度ホットメルト接着剤。
2. 250゜F(121℃)以下で塗布される態様1に記載の接着剤であって、そこでは結合された接着剤の熱応力値と接着剤塗布温度が100゜F(38℃)以下だけ隔てられる、接着剤。
3. 200゜F(93℃)以下で塗布される態様2に記載の接着剤であって、そこでは結合された接着剤の熱応力値と接着剤塗布温度が100゜F(38℃)以下だけ隔てられる、接着剤。
4. 塗布温度から室温まで150℃/分の冷却速度で示差走査熱量計によって分析された時の該接着剤の結晶化が、最初の冷却と結晶化の間に0.35分以上の時間を生じる、態様1に記載の接着剤。
5. 塗布温度で100時間の期間において、元の塗布粘度の±10%以内での粘度変化によって示されるように、熱的に安定である、態様1に記載の接着剤。
6. エネルギー吸収成分を更に含む、態様1に記載の接着剤。
7. 芳香を更に含む、態様1に記載の接着剤。
8. 態様1に記載の接着剤を含む製品の物品。
9. 塗布温度から室温まで150℃/分の冷却速度で示差走査熱量計によって分析された時の該接着剤の結晶化が、最初の冷却と結晶化の間に0.35分以上の時間を生じ、該接着剤が、塗布温度で72時間の期間において、元の塗布粘度の±10%以内での粘度変化によって示されるように、熱的に安定である、態様8に記載の物品。
10. カートン、ケース、トレイ、バッグ又は本である、態様8に記載の物品。
11. ケース、カートン、トレイ、バッグ又は本をシール及び/又は形成するために、態様1に記載のホットメルト接着剤を塗布する工程を含む、ケース、カートン、トレイ、バッグ又は本をシール及び/又は形成する方法。
12. カートン、ケース、トレイ又はバッグ内に含有された容器入り物品であって、該カートン、ケース、トレイ又はバッグが態様1に記載の接着剤を含む、容器入り物品。
13. 容器入り食物物品である、態様12に記載の容器入り物品。
14. 基材を類似の又は非類似の基材に結合するプロセスであって、態様1に記載の溶融されたホットメルト接着剤組成物を少なくとも1つの基材に塗布する工程、及び前記基材を共に結合する工程を含む、プロセス。
15. 態様1に記載の接着剤を基材に塗布するための装置であって、約225゜F(107℃)未満の温度で作動するホットメルトの送出及び/又は塗布システムを含む、装置。
16. 態様1に記載の接着剤を製造する方法であって、約250゜F(121℃)より低い温度で接着剤成分類を加熱して、均一な接着剤ブレンドを形成する工程を含む、方法。
17. 加熱が、約25psi(1.75kg/cm 2 )未満の低圧水蒸気又は温水を使って遂行される、態様16に記載の方法。
18. 混合、貯蔵、分配、及び/又は配達のための主要な容器として、加熱された断熱バルク容器又は他の中継容器を使用する、態様16に記載の方法。
19. 前記均一ブレンドを得るために、連続的な流れ混合プロセスが使用される、態様16に記載の方法。
20. 該接着剤成分類が、溶融され、又は予備溶融された材料である、態様16に記載の方法。
21. ホットメルト接着剤を塗布するための装置であって、約225゜F(107℃)未満の最高作動温度を有する装置。
当業者にとって明らかであるように、本発明について多くの修正と変化が、その精神と範囲から離れることなくなされ得る。ここに記載された特定の態様は単に例として提供されるだけであって、本発明は、十分な均等範囲が与えられる請求項によってのみ限定される。
Claims (21)
- 300゜F(149℃)以下で塗布される低塗布温度ホットメルト接着剤であって、そこでは結合された接着剤の熱応力値と接着剤塗布温度が110゜F(43℃)以下だけ隔てられる、低塗布温度ホットメルト接着剤。
- 250゜F(121℃)以下で塗布される請求項1に記載の接着剤であって、そこでは結合された接着剤の熱応力値と接着剤塗布温度が100゜F(38℃)以下だけ隔てられる、接着剤。
- 200゜F(93℃)以下で塗布される請求項2に記載の接着剤であって、そこでは結合された接着剤の熱応力値と接着剤塗布温度が100゜F(38℃)以下だけ隔てられる、接着剤。
- 塗布温度から室温まで150℃/分の冷却速度で示差走査熱量計によって分析された時の該接着剤の結晶化が、最初の冷却と結晶化の間に0.35分以上の時間を生じる、請求項1に記載の接着剤。
- 塗布温度で100時間の期間において、元の塗布粘度の±10%以内での粘度変化によって示されるように、熱的に安定である、請求項1に記載の接着剤。
- エネルギー吸収成分を更に含む、請求項1に記載の接着剤。
- 芳香を更に含む、請求項1に記載の接着剤。
- 請求項1に記載の接着剤を含む製品の物品。
- 塗布温度から室温まで150℃/分の冷却速度で示差走査熱量計によって分析された時の該接着剤の結晶化が、最初の冷却と結晶化の間に0.35分以上の時間を生じ、該接着剤が、塗布温度で72時間の期間において、元の塗布粘度の±10%以内での粘度変化によって示されるように、熱的に安定である、請求項8に記載の物品。
- カートン、ケース、トレイ、バッグ又は本である、請求項8に記載の物品。
- ケース、カートン、トレイ、バッグ又は本をシール及び/又は形成するために、請求項1に記載のホットメルト接着剤を塗布する工程を含む、ケース、カートン、トレイ、バッグ又は本をシール及び/又は形成する方法。
- カートン、ケース、トレイ又はバッグ内に含有された容器入り物品であって、該カートン、ケース、トレイ又はバッグが請求項1に記載の接着剤を含む、容器入り物品。
- 容器入り食物物品である、請求項12に記載の容器入り物品。
- 基材を類似の又は非類似の基材に結合するプロセスであって、請求項1に記載の溶融されたホットメルト接着剤組成物を少なくとも1つの基材に塗布する工程、及び前記基材を共に結合する工程を含む、プロセス。
- 請求項1に記載の接着剤を基材に塗布するための装置であって、約225゜F(107℃)未満の温度で作動するホットメルトの送出及び/又は塗布システムを含む、装置。
- 請求項1に記載の接着剤を製造する方法であって、約250゜F(121℃)より低い温度で接着剤成分類を加熱して、均一な接着剤ブレンドを形成する工程を含む、方法。
- 加熱が、約25psi(1.75kg/cm2)未満の低圧水蒸気又は温水を使って遂行される、請求項16に記載の方法。
- 混合、貯蔵、分配、及び/又は配達のための主要な容器として、加熱された断熱バルク容器又は他の中継容器を使用する、請求項16に記載の方法。
- 前記均一ブレンドを得るために、連続的な流れ混合プロセスが使用される、請求項16に記載の方法。
- 該接着剤成分類が、溶融され、又は予備溶融された材料である、請求項16に記載の方法。
- ホットメルト接着剤を塗布するための装置であって、約225゜F(107℃)未満の最高作動温度を有する装置。
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