JP2017531732A - 低モノマー積層接着 - Google Patents

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Abstract

本発明は、積層接着組成物及びそれから作製されるフレキシブル包装用積層体を提供する。本発明による積層接着組成物は、a)メチレンジフェニルジイソシアネート及び第1のポリオールの反応生成物を含む第1のプレポリマーと、b)イソシアネート及び第2のポリオールの反応生成物を含む第2のプレポリマーと、を含み、当該第2のプレポリマーが0.1重量パーセント未満の遊離イソシアネートモノマーを有する。【選択図】なし

Description

関連出願への参照
本願は、2014年10月13日に出願された米国仮特許出願第62/063,256号の利益を主張し、これは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本発明は、積層接着組成物及びその作製方法に関する。
TDI、MDI、及び脂肪族イソシアネートのプレポリマーを含む物質は、臨界積層上でわずか3日間であり得る、第1級芳香族アミン(PAA)の高速減衰を達成するために使用される。しかしながら、これらの組成物は、脂肪族イソシアネートの低反応性のため、より長い硬化時間を有する。
典型的な無溶剤接着製剤には、単量体ジイソシアネートと反応した1つ以上のポリオールが含まれる。過剰なメチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)モノマーは、粘度を低下させるために使用され、そのため、これらのシステムは、標準的な無溶剤積層機械において使用することができる。過剰なMDIモノマーは、PAA減衰をより減速させる。したがって、十分な硬化時間を維持しつつ、PAA減衰速度を増大させる混合が所望されるであろう。
本発明は、積層接着組成物及びそれから作製されるフレキシブル包装用積層体を提供する。
一実施形態において、本発明は、a)メチレンジフェニルジイソシアネート及びポリオールの反応生成物を含む第1のプレポリマーと、b)イソシアネート及び第2のポリオールの反応生成物を含む第2のプレポリマーと、を含む積層接着組成物を提供し、第2のプレポリマーは、0.1重量パーセント未満の遊離イソシアネートモノマーを有し、積層接着組成物は、実質的には溶剤を含まない。
別の代替の実施形態において、本発明は、本発明の積層接着組成物を含むフレキシブル包装用積層体をさらに提供する。
本発明は、積層接着組成物である。本発明は、実質的には溶剤を含まない積層接着組成物である。積層接着組成物は、a)メチレンジフェニルジイソシアネート及びポリオールの反応生成物を含む第1のプレポリマーと、b)イソシアネート及び第2のポリオールの反応生成物を含む第2のプレポリマーと、を含み、第2のプレポリマーは、0.1重量パーセント未満の遊離イソシアネートモノマーを有する。
積層接着組成物は、任意に1つ以上の界面活性剤、任意に1つ以上の分散剤、任意に1つ以上の増粘剤、任意に1つ以上の色素、任意に1つ以上の充填剤、任意に1つ以上の凍結融解剤、任意に1つ以上の中和剤、任意に1つ以上の可塑剤、任意に1つ以上の粘着付与剤、任意に1つ以上の接着促進剤、及び/またはそれらの任意の組み合わせをさらに含み得る。
本発明は、以下のさらなる詳細の説明に記載される、積層接着組成物を含む。積層接着組成物は、任意に1つ以上の界面活性剤、任意に1つ以上の分散剤、任意に1つ以上の増粘剤、任意に1つ以上の色素、任意に1つ以上の充填剤、任意に1つ以上の凍結融解剤、任意に1つ以上の中和剤、任意に1つ以上の可塑剤、任意に1つ以上の接着促進剤、及び/またはそれらの任意の組み合わせをさらに含み得る。積層接着組成物は、任意の他の添加剤をさらに含み得る。他の例示的な添加剤としては、防カビ剤及び殺菌剤が挙げられるが、これらに限定されない。
本明細書で使用される「第1のプレポリマー」は、第1のプレポリマーを含有する流れを指す。第1のプレポリマーは、実質的には溶剤を含有しない。
様々な実施形態において、第1のプレポリマーは、メチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)及び第1のポリオールの反応生成物を含む。例えば、2,2’−MDI、2,4’−MDI、及び4,4’−MDI等の任意の適した形態のMDIを使用することができる。
第1のプレポリマーを生成するために使用することができるポリオールの例としては、カプロラクトン系ポリエステルポリオール、種油系ポリエステルポリオール、任意のポリエステル/ポリエーテルハイブリッドポリオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール、PTMEG系ポリエーテルポリオール;酸化エチレン、酸化プロピレン、酸化ブチレン、及びこれらの混合物に基づいているポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリアセタールポリオール、ポリアクリレートポリオール、ポリエステルアミドポリオール、ポリチオエーテルポリオール、飽和もしくは不飽和ポリブタジエンポリオール等のポリオレフィンポリオール、2つ以上の遊離ヒドロキシル基を含有する低分子量種、ならびにこれらの任意の2つ以上の混合物を含む、脂肪族及び芳香族ポリエステルポリオールが挙げられるが、これらに限定されない。一実施形態において、酸化プロピレン及びポリエステルポリオールに基づいているポリエーテルポリオールからなる混合物が使用される。
第1のプレポリマーは、0.1重量パーセント〜99.9重量パーセントの範囲内で積層接着剤に存在する。0.1〜99.9重量パーセントのすべての個々の値及び部分範囲は、本明細書に含まれ、本明細書に開示されており、例えば、第1のプレポリマーの重量パーセントは、0.1、5、30、または45重量パーセントの下限から75、82、85、90、または95重量パーセントの上限までであり得る。例えば、積層接着組成物は、第1のプレポリマーの5〜95重量パーセントを含み得るか、またはその代替として、積層接着組成物は、第1のプレポリマーの5〜90重量パーセントを含み得るか、またはその代替として、積層接着組成物は、第1のプレポリマーの5〜85重量パーセントを含み得るか、またはその代替として、積層接着組成物は、第1のプレポリマーの30〜85重量パーセントを含み得る。
本発明で使用される第1のプレポリマーの数平均分子量は、500〜10000の範囲内であり得る。500〜10000のすべての個々の値及び部分範囲は、本明細書に含まれ、本明細書に開示されており、例えば、第1のプレポリマーは、1000〜約5000の数平均分子量を有し得る。
本発明で使用される第1のプレポリマーは、1つ以上の無機触媒、1つ以上の有機触媒、及び/またはこれらの組み合わせの存在下で、あらゆる従来既知のプロセス、例えば、溶解プロセス、ホットメルトプロセス、またはプレポリマー混合プロセスにより生成され得る。さらに、第1のプレポリマーは、例えば、ポリイソシアネート化合物を活性水素含有化合物と反応させるためのプロセスを介して生成され得、その例には、1)有機溶剤を使用することなく、ポリイソシアネート化合物をポリオール化合物と反応させるためのプロセス、及び2)有機溶剤においてポリイソシアネート化合物をポリオール化合物と反応させた後に、溶剤を除去するためのプロセスが含まれる。
例えば、ポリイソシアネート化合物は、20℃〜120℃の範囲内、またはその代替として、30℃〜100℃の範囲内の温度で、例えば、1.1:1〜3:1、またはその代替として、1.2:1〜2:1のイソシアネート基対活性水素基の当量比で、活性水素含有化合物と反応し得る。その代替として、プレポリマーは、過剰な量のポリオールで調製し、それによって、ヒドロキシル末端ポリマーの生成を促進し得る。
本明細書で使用される「第2のプレポリマー」は、第2のプレポリマーを含有する流れを指す。第2のプレポリマーもまた、実質的には溶剤を含有しない。
様々な実施形態において、第2のプレポリマーは、イソシアネート及び1つ以上のポリオールの反応生成物を含む。これらのポリオールは、上で列挙されるポリオールから選択され得、第1のプレポリマーを作製するために使用されるポリオール(複数を含む)と同じまたは異なり得る。
様々な実施形態において、第2のプレポリマーに使用されるイソシアネートは、脂肪族イソシアネートである。一実施形態において、イソシアネートは、トルエンジイソシアネート(TDI)を含む。
第2のプレポリマーの市販例としては、MOR−FREE(商標)ELM 415A及びMOR−FREE(商標)200Cが挙げられるが、これらに限定されない。
第2のプレポリマーは、0.1重量パーセント〜99.9重量パーセントの範囲内で積層接着剤に存在する。0.1〜99.9重量パーセントのすべての個々の値及び部分範囲は、本明細書に含まれ、本明細書に開示されており、例えば、第2のプレポリマーの重量パーセントは、0.4、2、8、または15重量パーセントの下限から30、40、55、60、または75重量パーセントの上限までであり得る。例えば、積層接着組成物は、第2のプレポリマーの0.4〜75重量パーセントを含み得るか、またはその代替として、積層接着組成物は、第2のプレポリマーの2〜60重量パーセントを含み得るか、またはその代替として、積層接着組成物は、第2のプレポリマーの8〜55重量パーセントを含み得るか、またはその代替として、積層接着組成物は、第2のプレポリマーの15〜40重量パーセントを含み得る。
本発明で使用される第2のプレポリマーの数平均分子量は、500〜10000の範囲内であり得る。500〜5000のすべての個々の値及び部分範囲は、本明細書に含まれ、本明細書に開示されており、例えば、第2のポリウレタンプレポリマーは、500〜約2000の数平均分子量を有し得る。
第2のプレポリマーは、第1のプレポリマーと同じ様式で生成することができる。その後、第2のプレポリマーは、過剰なイソシアネートモノマーを除去するために、剥離プロセスを行う。結果として生じる第2のプレポリマーは、0.1重量パーセント未満のモノマーを含有する。0〜0.1重量パーセントのすべての個々の値は、本明細書に含まれ、本明細書に開示されており、例えば、第2のプレポリマーは、0重量パーセントのモノマー、0.037重量パーセントのモノマー、0.05重量パーセントのモノマー、0.06重量パーセントのモノマー、0.07重量パーセントのモノマー、0.085重量パーセントのモノマー、及び0.09重量パーセントのモノマーを含有することができる。
積層接着組成物は、任意に1つ以上の界面活性剤、任意に1つ以上の分散剤、任意に1つ以上の増粘剤、任意に1つ以上の色素、任意に1つ以上の充填剤、任意に1つ以上の凍結融解剤、任意に1つ以上の中和剤、任意に1つ以上の可塑剤、任意に1つ以上の粘着付与剤、任意に1つ以上の接着促進剤、及び/またはそれらの任意の組み合わせをさらに含み得る。
本発明は、積層接着組成物を作製するための方法をさらに開示し、本方法は、MDI及びIMDIからなる群から選択されるi)イソシアネート及び第1のポリオールの反応生成物を含む第1のプレポリマーと、ii)0.1重量パーセント未満の遊離モノマーを有する第2のプレポリマーと、を混合することを含む、それからなる、または実質的にそれからなる。
様々な実施形態において、構成成分は、20℃〜120℃の範囲内の温度で混合することができる。
生成において、積層接着組成物は、任意の数の混合デバイスを介して生成され得る。あるそのようなデバイスは、二重軸を有する垂直混合容器であり得、第1の軸は、掃引ブレードを備え、第2の軸は、高速分散機を備える。第1及び第2のプレポリマーは、容器に添加され得る。この時点で、掃引ブレードが開始され得、次いで、界面活性剤、増粘剤、分散剤、凍結融解剤、プロピレングリコール等の添加剤、及び可塑剤が、容器に添加され得る。一旦十分な物質を、高速分散機ブレードが覆われるように容器に添加すると、このブレードが開始され得る。この混合物に、掃引ブレード及び高速分散機を作動させたままで、二酸化チタン等の色素及び炭酸カルシウム等の充填剤が添加され得る。最後に、アンモニア等の中和剤が、容器に添加され得る。混合は、混合物が完全に混合されるまで、例えば、25℃で継続しなければならない。混合物は、真空であっても真空でなくてもよい。混合物の真空は、混合器内または混合器の外側で任意に好適な容器内で生じ得る。
積層接着組成物は、概して、3重量パーセントのエチル酢酸ビニルを含む配向ポリアミド/ポリエチレンエチル酢酸ビニル膜上で1〜3日間の範囲内の第1級芳香族アミンの減衰速度を有する。1〜3日間のすべての個々の値及び部分範囲は、本明細書に含まれ、本明細書に開示されており、例えば、組成物は、1.4日、2日、2.2日、2.7日、または2.9日の第1級芳香族アミンの減衰速度を有し得る。
本発明の積層接着剤は、生鮮食品及び乳製品のためのフレキシブル包装用に有用である。これらはまた、コーヒー及びスナック食品包装用の高性能積層体としても使用することができる。
MOR−FREE 200Cは、The Dow Chemical Companyから市販のHDI系三量体である。
Bester 648は、ポリエステル樹脂である。
Voranol P400は、The Dow Chemical Companyから市販のポリプロピレングリコールである。
SYNALOX 100D45は、The Dow Chemical Companyから市販のポリ(オキシプロピレン)系滑沢剤である。
MOR−FREE ELM 425Aは、The Dow Chemical Companyから市販のTDI/ポリエチレングリコール製品である。それは、<0.1重量%の遊離モノマーを含有する。
MOR−FREE ELM 415Aは、The Dow Chemical Companyから市販のTDI/ポリエチレングリコール製品である。それは、0重量%の遊離モノマーを含有する。
MOR−FREE L75−100は、The Dow Chemical Companyから市販のMDI/ポリプロピレングリコール/ポリエステル樹脂製品である。それは、24重量%の遊離モノマーを含有する。
極端に低いモノマー製品は、異なる従来の無溶剤接着剤と混合した。製剤を下の表1に示す。
中間体1−純度49%MDI、11% Bester 648、40% SYNALOX 100D45
中間体2−純度51%MDI、8% Bester 648、41% SYNALOX 100D45
MDI混合物は、4,4’、4,2’、及び2,2’MDIの混合物であった。
比較実施例Fは、Liofol H 7735及びエチレン酢酸ビニル(EVA)を含有した。
表9〜15:NCO減衰
反応性試験については、粘度の変化が、剪断応力下で測定される。結果を表16に示す。
試験方法
結合強度
結合強度は、100mm/分の試験速度でZwicki機械を使用して測定した。試験試料の各層を分離するために必要とされる平均力は、単一試料に対する結果と見なされた。5つの試料を試験し、5つの試料の平均を最終結果として報告した。
ヒートシール強度
ヒートシール強度は、HSG−ETKヒートシールプレス(Brugger Feinmechanik GmbH)で測定した。設定は以下の通りであった:ジョー:平坦 150×10mm。ジョー(上及び下)の温度:PE:150℃ cPP:160℃、Coex:145℃。滞留時間:1秒。圧力:4バール。
PAA減衰
この手順は、食品模擬蒸留水及び3%酢酸中の第1級芳香族アミン(PAA)の決定のための方法を記載する。食品模擬物中の第1級芳香族アミンの含量は、模擬溶剤中のアニリンの含量(mg/l)として表す。本方法は、0.2μg/100ml〜6μg/100ml(2ppb〜60ppb)の範囲内のPAAの定量決定に適切である。第1級芳香族アミン(PAA)は、残留モノマーとして、イソシアネートの加水分解生成物として、またはアゾ染料の混入物質として食品と接触する材料中に生じ得る。食品模擬物中に存在する可能性のあるPAAは、塩酸及び亜硝酸ナトリウム溶液の添加によってジアゾ化される。その後、スルファミン酸アンモニウムを添加して、過剰なニトロソ化剤がニトロソ化PAAを破壊するのを防ぐ。その後、ニトロソ化PAAは、N−(1−ナフチル)−エチレンジアミン二塩酸塩と結合して、紫色溶液を生成する。色素の濃度は、固相抽出(SPE)カラムによって行われる。アニリンとして計算される、第1級芳香族アミンの含量は、550nmにて測光的に決定される。検定は、既知量のアニリンを含有する関連模擬物の分析によって達成される。
NCO減衰
遊離NCO減衰は、2270cm−1でピークの減衰をモニタリングすることによって赤外線分光学法を用いて測定された。その強度は、コーティング重量の接着性及びその均質性によって影響を及ぼされ得る。したがって、前述の変数によって影響を受けない内部基準としてピークを得ることは重要である。ポリエステル系ポリウレタンにおいて、内部基準ピークは725cm−1でのものであるが、一方、ポリエーテル系ポリウレタンにおいて、内部基準ピークは2900〜2700cm−1の範囲でCH3である。あるいは、ピーク1598cm−1は、芳香族イソシアネートの場合、考慮され得る。
反応性試験
接着剤の反応性は、Rheometer Anton Paar Physica MCR 301を用いて測定された。接着剤技術は、無溶剤及び溶剤系システムの両方を含む。コーン及びプレートレオメーターにおいて、液体は、水平板上に置き、浅いコーンをその中に置く。コーン及びプレートの表面間の角度は、1度であり、すなわち、コーンは浅い。プレートを回転させ、コーン上の力を測定した。回転レオメーターにおいて、液体は、別のシリンダーの内部のあるシリンダーのアニュラス内に置かれた。シリンダーのうちの1つが、アニュラス内の剪断速度を決定するために設定速度で回転された。反応性測定のために、アニュラスは特定の速度で設定され、粘度の増大は、60分間、毎分記録された(剪断速度=10 1/秒、回転/分=1.68)。

Claims (8)

  1. 積層接着組成物であって、
    a)メチレンジフェニルジイソシアネート及び第1のポリオールの反応生成物を含む第1のプレポリマーと、
    b)イソシアネート及び第2のポリオールの反応生成物を含む第2のプレポリマーと、を含み、前記第2のプレポリマーが、0.1重量パーセント未満の遊離イソシアネートモノマーを有し、
    かつ実質的には溶剤を含まない、積層接着組成物。
  2. 前記水性組成物の総重量に基づいて、前記第1のプレポリマーが、0.1重量パーセント〜99.9重量パーセントの範囲内で存在し、前記第2のプレポリマーが、0.1重量パーセント〜99.9重量パーセントの範囲内で存在する、請求項1に記載の積層接着組成物。
  3. 前記第1のポリオール及び前記第2のポリオールが同じまたは異なり、ポリエーテル、ポリエステル、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1または2に記載の積層接着組成物。
  4. 前記第1のプレポリマーの前記メチレンジフェニルジイソシアネートが4,4’−メチレンジフェニルジイソシアネートである、請求項1〜3のいずれかに記載の積層接着組成物。
  5. 前記第2のプレポリマーの前記イソシアネートがトルエンジイソシアネートを含む、請求項1に記載の積層接着組成物。
  6. 積層接着組成物を作製するための方法であって、
    i)メチレンジフェニルジイソシアネート及び第1のポリオールの反応生成物を含む第1のプレポリマーと、
    ii)0.1重量パーセント未満の遊離モノマーを有するイソシアネート及び第2のポリオールの反応生成物を含む第2のプレポリマーと、を混合することを含む、方法。
  7. i)及びii)が20℃〜120℃の範囲内の温度で混合される、請求項6に記載の方法。
  8. 3重量パーセントのエチル酢酸ビニルを含む配向ポリアミド/ポリエチレンエチル酢酸ビニル膜上で1〜3日間の範囲内の第1級芳香族アミンの減衰速度を有する、請求項1に記載の積層接着組成物。
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