JP4644770B2 - 感水性ホットメルト接着剤のための高ヒドロキシル化合物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
ホットメルト接着剤は商業的に広範囲の用途に用いられる。ホットメルト接着剤系の主要な利点は、担体液体を欠くことであり、それは、支持体に一度塗布すると接着剤フィルムを乾燥させる必要性を取り除く。この乾燥工程の除去は溶媒の使用に関連する危険を克服し、より早い生産ライン速度及びより低い輸送コストをも可能とする。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
種々の用途、たとえば、ティッシュ/タオル積層、ロールラップ、袋の接着を含む紙接着用途及び封筒の湿気活性化前端シールのために、ある種の水分散性であるホットメルト接着剤も望ましい。
【0003】
【課題を解決するための手段】
我々は、ホットメルト接着剤配合物において粘着付与剤として機能する高ヒドロキシル化合物を>10%の高レベルで用いることが、慣用の粘着付与剤を配合したホットメルト接着剤に比較して改良された感水性を有するホットメルト接着剤を与えることを見い出した。これらの化合物は、スルホン化ポリエステル並びにビニルモノマーとポリアルキレンオキシドポリマーのグラフトコポリマーをベースとするホットメルト接着剤において、特別の用途を見い出す。
【0004】
したがって、最も広い観点においては、本発明は、スルホン化ポリエステルまたは少なくとも1種のビニルモノマーと少なくとも1種のポリアルキレンオキシドポリマーのグラフトコポリマー、及び高ヒドロキシル価化合物を含むホットメルト接着剤を目的とする。
【0005】
上記一般的な配合は、特定の技術分野の当業者に既知のように、広範囲のホットメルト接着剤組成物に適用できること、そのより正確な配合は特定の最終用途に依存して変化するだろうことに気がつくだろう。
本発明は、スルホン化ポリエステルまたは少なくとも1種のビニルモノマーと少なくとも1種のポリアルキレンオキシドポリマーとのグラフトコポリマー、及び高ヒドロキシル価化合物を含む、改良された感水性を有するホットメルト接着剤組成物を目的とする。
【0006】
高ヒドロキシル化合物はホットメルト接着剤配合物の水分散性を助ける。特に、ここに記載する化合物は、慣用の粘着付与剤(ロジン及びロジン誘導体、テルペンフェノール樹脂並びにα−メチルスチレン)を配合したホットメルト接着剤に比較して、改良された感水性を有する本発明の接着剤を提供するだろう。感水性接着剤は再湿性及び再パルプ性用途または湿潤度表示接着剤に用いることができる。
【0007】
本発明の化合物は、100mg KOH/gより大きいヒドロキシル価を有する固体の高ヒドロキシル物質である。該化合物は、低溶融粘度と室温より高い軟化点を有し、非晶質である。好ましい化合物はアルコ(ARCO)ケミカル社から、商品名SAA−100で得られる210mg KOH/gのヒドロキシル価を有するスチレンアリルアルコールコポリマー及びステパン(Stepan)社から商品名ステパノール(Stepanol)PN−110で得られる、110mg KOH/gのヒドロキシル価を有するオルトフタル酸ネオペンチルグリコールポリエステルポリオールである。これらの化合物はスルホン化ポリエステルベースポリマー及びポリエチレングリコールグラフト化ポリ酢酸ビニルベースポリマーと混和性のブレンド物を形成する。該化合物は、接着剤の5〜40質量%、好ましくは10〜35質量%の量で存在する。
【0008】
本接着剤配合物の重合体成分は、ホットメルト接着剤を配合するのに用いるのに適当ないかなるポリマーでもよい。好ましいものはスルホン化ポリエステルまたはビニルモノマーとポリアルキレンオキシドポリマーのグラフトコポリマーである。重合体成分は接着剤組成物中に40質量%、好ましくは60質量%より多い量で存在する。
【0009】
本発明のスルホン化ポリエステル成分は、
(a)少なくとも1種の、スルホモノマーでない2官能性ジカルボン酸または対応するメチルエステル、
(b)2〜25モル%の、芳香核または脂環式核に結合した少なくとも1個のスルホン酸金属塩の基または窒素含有スルホン酸非金属塩の基並びにヒドロキシル、カルボキシル及びアミノからなる群から選択された少なくとも1個の官能基を含有する、少なくとも1種のスルホモノマー、
(c)グリコールまたはグリコール及び2個の−NRH基を有するジアミンの混合物から選択された少なくとも1種の2官能性反応体であって、前記グリコールは2個の−C(R1 )2 −OH基を含有し、そこで、該反応体におけるRは水素または1〜6個の炭素原子のアルキル基であり、該反応体におけるR1 は水素原子、1〜5個の炭素原子または6〜10個の炭素原子のアリール基である、前記反応体、
(d)0〜40モル%の、1個の−C(R)2 −OH基、1個の−NRH基を有するアミノカルボン酸、1個の−C(R)2 −OH基及び1個の−NRH基を有するアミノアルコールから選択された2官能性反応体または前記2官能性反応体の混合物であり、そこで、該反応体におけるRは水素または1〜6個の炭素原子のアルキル基である、前記2官能性反応体またはそれらの混合物及び
(e)0〜40モル%の、ヒドロキシル、カルボキシル及びそれらの混合物から選択された少なくとも3個の官能基を含有する多官能性反応体であって、該多官能性反応体の少なくとも一部分が少なくとも3個のヒドロキシル基を含有する、前記多官能性反応体、
の反応生成物を含む縮合ポリマーであって、すべての前記モル%は、200モル%に等しい、すべての酸、ヒドロキシル及びアミノ基含有反応体の合計に基づき、そして、そこで、前記ポリマーは、酸当量で割った塩基当量の値が0.5〜2であるような割合の、ヒドロキシ及びアミノ基含有反応体(100モルパーセント塩基)に対する酸基含有反応体(100モルパーセント酸)を含有する。
【0010】
本発明の組成物の(a)の2官能性酸またはエステル反応体は、好ましくは実質的に本質的に脂肪族であって、シュー酸、マロン酸、ジメチルマロン酸、スクシン酸、グルタル酸、アジピン酸、トリメチルアジピン酸、ピメリン酸、ピバリン酸、フマル酸、マレイン酸、ドデカンジ酸、2,2−ジメチルグルタル酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,3−シクロペンタンジカルボン酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、2,5−ノルボルナンジカルボン酸、1,3−ナフタル酸、ジフェン酸、4,4′−オキシジ安息香酸、ジグリコール酸、チオジプロピオン酸、4,4′−スルホニルジ安息香酸及び2,5−ナフタレンジカルボン酸及びそれらのエステル並びにそれらの混合物からなる群から選択される酸であることができる。
【0011】
(a)の2官能性酸またはエステル反応体は、好ましくは、イソフタル酸、テレフタル酸、無水フタル酸(酸)、アジピン酸、ピバリン酸、ドデカンジ酸、セバシン酸、アゼライン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、無水マレイン酸、フマル酸、無水スクシン酸(酸)、2,6−ナフタレンジカルボン酸及びグルタル酸及びそれらのエステル並びにそれらの混合物からなる酸の群から選択される。更に好ましい(a)の2官能性酸反応体は、イソフタル酸、アジピン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸及びそれらの混合物からなる群から選択され、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸が最も好ましい。
【0012】
(b)のスルホモノマー反応体は、好ましくは、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ジフェニル、オキシジフェニル、スルホジフェニル及びメチレンジフェニルからなる群から選択された核に結合した−SO3 M基を含有する2官能性モノマーからなる群から選択され、ここで、Mは、Na+ ,Li+ ,Mg++,Ca++,Fe++及びFe+++ である。より好ましい(b)のスルホモノマー反応体は、ジオール、少なくとも3個のヒドロキシル基を含有する多官能性反応体と芳香族核または脂環式核に結合した少なくとも1個のスルホン酸金属塩の基または窒素含有スルホン酸非金属塩の基を含有するモノカルボン酸スルホモノマーとのジオール付加物からなる群から選択される。代りにより好ましい群のスルホモノマーは、5−ナトリウムスルホイソフタル酸、5−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチル、5−リチウムスルホイソフタル酸及びビス(2−ヒドロキシエチル)−5−ナトリウムスルホイソフタル酸塩であり、5−ナトリウムスルホイソフタル酸または5−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチルが最も好ましい。
【0013】
(c)の2官能性反応体は、好ましくは、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,4−ジメチル−2−エチル−ヘキサン−1,3−ジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール(ネオペンチルグリコール)、2−エチル−2−ブチル−1,3−プロパンジオール(ネオペンチルグリコール)、2−エチル−2−ブチル−1,3−プロパンジオール、2−エチル−2−イソブチル−1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,2,4−トリメチル−1,6−ヘキサンジオール、チオジエタノール、1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、2,2,4,4−テトラメチル−1,3−シクロブタンジオール、p−キシレンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、ヘキサエチレングリコール、ヘプタエチレングリコール、オクタエチレングリコール、ノナエチレングリコール、デカエチレングリコール、2,2,4−トリメチル−1−1,3−ペンタンジオール、ヒドロキシピバリルヒドロキシピバレート、ジプロピレングリコール、1,10−デカンジオール、水素添加ビスフェノールA及びそれらの混合物からなる群から選択されるジオールである。
【0014】
(C)の2官能性反応体は、より好ましくは、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、2−エチル−2−ブチル−1,3−プロパンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、ヒドロキシピバリルヒドロキシピバレート及び2−メチル−1,3−プロパンジオールからなる群から選択され、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール及びシクロヘキサンジメタノールが最も好ましい。
【0015】
成分(d)に関して、アミノアルコールである有利な2官能性成分は、芳香族、脂肪族、異節環及び他の型を包含する。特定の例は、5−アミノメチル−シクロヘキサンメタノール、5−アミノ−2−エチル−ペンタノール−1、2−(4−b−ヒドロキシエトキシ−フェニル)−1−アミノエタン、3−アミノ−2,2−ジメチルプロパノール、ヒドロキシエチルアミン等を包含する。一般に、これらのアミノアルコールは2〜20の炭素原子、1個の−NRH基及び1個の−C(R)2 −OH基を含有する。
【0016】
成分(d)に関して、アミノカルボン酸である有利な2官能性モノマー成分は、芳香族、脂肪族、異節環及び他の型を包含する。特定の例は6−アミノカプロン酸、カプロラクタムとして知られるそのラクタム、ω−アミノウンデカン酸、3−アミノ−2−ジメチルプロピオン酸、4−(b−アミノエチル)−安息香酸、2−(b−アミノプロポキシ)安息香酸、4−アミノメチルシクロヘキサンカルボン酸、2−(b−アミノプロポキシ)シクロヘキサンカルボン酸等を包含する。一般にこれらの化合物は2〜20個の炭素原子を含有する。
【0017】
ジアミンである2官能性モノマー成分(d)の有利な例は、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、4−オキサヘプタン−1,7−ジアミン、4,7−ジオキサデカン−1,10−ジアミン、1,4−シクロヘキサンビスメチルアミン、1,3−シクロヘプタメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン等を包含する。
【0018】
用いる時は、反応体(e)は、好ましくは3〜6個のヒドロキシル基及び/またはカルボキシル基を含有し、より好ましくは、トリメチロールプロパン(TMP)、トリメチロールエタン(TME)、グリセリン、ペンタエリトリット、アリトリトール(arytritol)、トレイトール、ジペンタエリトリット、ソルビトート、無水トリメリット酸、ジ無水ピロメリット酸またはジメチロールプロピオン酸であり、TMPが最も好ましい。反応体(e)は少量から40モル%まで、より好ましくは0〜20モル%で存在する。
【0019】
本発明のホットメルト接着剤の成分として用いられるポリエステル組成物は、好ましくは、60〜100モル%の(a)、4〜20モル%(b)、80〜100モル%の(c)、0〜10モル%の(d)及び0〜20モル%の(e)を含む。
他の本発明のより好ましい態様では、ポリエステルは60〜100モル%の1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、4〜20モル%の5−ナトリウムスルホイソフタル酸または5−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチル及び80〜100モル%のジエチレングリコール、ネオペンチルグリコールまたはシクロヘキサンジメタノールを含む。
【0020】
スルホン化ポリエステルの使用は、水性環境のイオン強度に依存する感水度を提供するという追加の利点を与える。したがって、使用中に遭遇するイオン性環境(たとえば、おむつ及び女性用ナプキンにおいて遭遇する体液への暴露)に十分に耐性であって、なお、水道水(より低いイオン強度である)に分散及び/または脱接着する接着剤を配合できる。したがって、これらの接着剤は、水で流す廃棄物品を構築するのに特に有用である。
スルホン化ポリエステルに基づくホットメルト接着剤は米国特許第5,750,605号に記載されている。本明細書で用いられるポリエステルの製造は、たとえば、米国特許第4,910,292号、第4,973,656号及び第4,990,593号に記載されている。
【0021】
ポリエステルの製造に好ましい重縮合反応条件は触媒の存在下で150〜230℃の温度である。重縮合反応のための触媒は好ましくは酸触媒で、より好ましくは有機金属化合物、たとえば、錫またはチタン含有化合物である。酸触媒の適当な例は、ジブチル錫酸化物、シュー酸第一錫、チタンテトライソプロポキシド、ブチル錫酸(butylstannoic acid)及びp−トルエンスルホン酸であり、ブチル錫酸が最も好ましい。好ましいブチル錫酸触媒の量は反応体の合計質量に基づき、0〜0.5質量%、好ましくは0.01〜0.2質量%、最も好ましくは0.1質量%である。
【0022】
ポリエステルの粘度は好ましくは、約177℃(350°F)で、1Pa・s〜1,000Pa・s(1000cP〜1,000,000cP) で、最も好ましくは5〜60Pa・s(5000〜60,000cP)である。粘度は#27スピンドルを用いてブルックフィールド粘度計で測定する。粘度は一般に分子量と関係し、高粘度は高分子量に対応する。
他の態様では、本発明のホットメルト接着剤の重合体成分は、約40〜85質量%の少なくとも1種のビニルモノマー及び約15〜60質量%の少なくとも1種のポリアルキレンオキシドポリマーを含むグラフトコポリマーに基づく。
【0023】
本明細書で用いるグラフトコポリマーは、実際には、それぞれモノマーのグラフトポリマー及びホモポリマーの混合物である。便宜上、これらのグラフトコポリマー/ホモポリマー混合物を、本明細書及び請求の範囲を通して、「グラフトコポリマー」という。グラフトコポリマーに用いられる好ましいビニルモノマーは酢酸ビニルまたはアルキル置換アクリル酸エステル、たとえば、メチルアクリル酸エステルまたはエチルアクリル酸エステルまたはそれらの混合物である。好ましいポリアルキレンオキシドは、分子量3,000〜10,000のポリエチレンオキシドホモまたはコポリマーである。最も好ましいのはポリエチレングリコールグラフト化ポリ酢酸ビニルポリマーである。
【0024】
本明細書記載のグラフトコポリマーに用いられる特定の水溶性ポリアルキレンオキシドポリマーは、約3,000〜10,000の分子量及び少なくとも50質量%の重合エチレンオキシド含量を有する。ポリアルキレンオキシドポリマーはエチレンオキシドのホモポリマー(それらのエステル及びエーテル誘導体を含む)、エチレンオキシド及びプロピレンオキシドのランダムコポリマー、エチレンオキシド及びプロピレンオキシドのブロックコポリマーまたはそれらの混合物でよい。異なったポリアルキレンオキシドの混合物を用い得ること並びに上記混合物においてコポリマー及びホモポリマーをいっしょに用い得ることを特に言及する。ポリマーは、会社、たとえば、ユニオン・カーバイド〔ポリエチレンオキシドポリマー、ポリ(エチレンオキシド/プロピレンオキシド)コポリマー及びポリエチレンオキシドのモノメチルエーテル〕、バスフ・ワイアンドッテ(BASF Wyandotte)(ブロックコポリマー)及びダウ・ケミカル・カンパニー(ホモポリマー及びランダムコポリマー)から市販されている。より詳細には、商品名CARBOWAX(ポリエチレンオキシドについて)及びMETHOXY CARBOWAX(ポリエチレンオキシドのモノメチルエーテルについて)で販売されているユニオン・カーバイドの製品は商品名の後の数字により、概略的に示された平均分子量を有している。
【0025】
ポリアルキレンオキシドポリマーの重合エチレンオキシド含量はポリマーの少なくとも50質量%で好ましくは少なくとも75%であるべきである。重合エチレンオキシド基の含量の低いポリマーは、水へのほんの限定された溶解度を示し、したがって、本発明の感水ポリマー成分として有用でない。しかしながら、約50質量%より少ない重合エチレンオキシドを含有するポリアルキレンオキシドポリマーは、可塑剤または希釈剤として有用である。
【0026】
唯一のポリアルキレンオキシドとして用いる時、約3,000未満の分子量を有するポリアルキレンオキシドポリマーは、グラフトコポリマーに水分散性を与えないことが分かった。したがって、このような低分子量ポリアルキレンオキシド分画は、グラフトコポリマーに存在する水溶性成分の割合を測定するのに含めるべきではない。一方、このような低分子量ポリアルキレンオキシド(たとえば、CARBOWAX600)は、可塑剤または希釈剤として有用である。
【0027】
本発明のグラフトコポリマーにおいて有用なビニルモノマーは、好ましくは酢酸ビニル及び低級アルキル置換アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステル、たとえば、メチルアクリル酸エステル及びエチルアクリル酸エステルである。他の有用なビニルモノマーは、アルキル部分に1〜10個の炭素原子を含有するアクリル酸のアルキルエステル、スチレン及びビニルエステル、たとえば、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、2−エチルヘキサン酸ビニル等を含む。
【0028】
ビニルモノマー及び特に酢酸ビニルモノマーを用いることは、熱的に安定で、中位に極性で、かつ、すぐに接着剤に配合できるグラフトコポリマーを製造するのに十分な連鎖移動反応を提供する。グラフトコポリマーは好ましくは、約40〜85質量%の少なくとも1種のビニルモノマー及び約15〜60質量%の少なくとも1種の水溶性ポリアルキレンオキシドポリマーを含み、最も好ましくは15〜45質量%のポリアルキレンオキシド成分を含有する。
【0029】
種々のビニルモノマー自体を水溶性ポリマー主鎖上にグラフト化させるために用い得るが、少量の他のエチレン性不飽和モノマーも、特定の性質、たとえば、水分散性、接着性、軟度等を改良するために前記ビニルモノマーと共にコモノマーとして用いることができる。ビニルモノマーと共にコモノマーとして有用なモノマーはアクリル酸2−ヒドロキシエチル、N−ビニルピロリドン、ビニルスルホン酸ナトリウム(エチレンスルホン酸のナトリウム塩)及びアルキル部分に1〜8個の炭素原子を含有するメタクリル酸のアルキルエステルを含む。上記コモノマーは、一般に全グラフトコポリマーの約40質量%を超えない量で用いられる。
【0030】
本明細書に用いられるグラフトコポリマー並びにそれらの製造方法は、1975年6月24日にレイ−チャンドウリ等に発行された米国特許第3,891,584号に記載されており、その開示を参照により組み入れる。
ホットメルメ接着剤組成物において、ベースポリマーとして本明細書で用いるのに適切な他のポリマーは、感水性及び/または生分解性熱可塑性ポリマー、たとえば、ヒドロキシブチレート/ヒドロキシバレレートポリマー、ポリラクチドホモ−またはコポリマー、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリエチルオキサゾリン、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルピロリドン、ポリアミド、ヒドロキシ官能性または脂肪族ポリエステル、置換度(DS)2.5未満のデンプンエステルまたはセルロースエステル等を含む。
【0031】
したがって、有用なポリマーは少なくとも20モル%のラクチドモノマーを含有するポリラクチドのホモまたはコポリマーを含む。そのポリラクチドの一般構造を下記に示す。
【化1】
本明細書で用いるのに適当なポリマーは、10,000〜200,000の範囲内の数平均分子量(Mn)を有する。
【0032】
ポリ(D,L−ラクチド)及びメソ−ラクチドは本質的に非晶質であるが、ポリ(L−ラクチド)またはポリ(D−ラクチド)は本質的に結晶性で、分子量及び立体純度に依存して186℃の結晶融点を有する。ポリマーは乳酸の2分子環状エステルの酸または塩基触媒、たとえば、PbO,SnCl2 ,SnCl4 ,ZnCl2 ,SbF5 ,Sb2 O3 またはトリエチルアミンを用いて、溶液、沈澱または溶融方法を用いる、開環重合により製造できる。代りに、ヘンレイ・ケミカルス・インコーポレイティド(Henley Chemicals,Inc.)(商品名Resomereで)、ポリサイエンス・インコーポレイティド(Poly Sciences Inc.)またはカーギル(Cargill)から商業的に得られる。
【0033】
ポリ(L−ラクチド)、ポリ(D,L−ラクチド)及びポリ(メソ−ラクチド)のホモポリマーに加えて、本明細書で用いるのに適当なポリマーは、他のラクトン、たとえば、グリコシドまたはカプロラクトンとの共重合によっても製造できる。したがって、等モル量のラクチド成分とグリコシド成分を含有するポリ(D,L−ラクチド−コ−グリコシド)ポリマーは、ヘンレイ・ケミカルスから、Resomer RG502、503、504、505及び506として得ることができ、本明細書で用いるのに適当である。さらに、75%のラクチド成分を含有するResomer RG752、755及び756、並びに85%のラクチドを含有するResomer 858ポリマーとして知られる、ポリ(D,L−ラクチド−コ−グリコシド)ポリマーも適当である。
ホットメルト接着剤において、このクラスのポリマーの使用はロビン他への米国特許第5,252,646号及び第5,312,850号に記載されている。
【0034】
細菌アルカリジェネス・ユートロフス(Alcaligenes eutrophus)により、糖類の発酵により生産された、3−ヒドロキシ酪酸(HB)及び3−ヒドロキシ吉草酸(HV)の線状ポリエステルも本明細書において有用である。一般構造を下記に示す。
【化2】
本発明において用いるのに適当なポリマーは9〜35%のヒドロキシ吉草酸エステル成分を含有し、Biopolという商品名でゼネカ(Zeneca)から得られた。
【0035】
ホットメルト接着剤におけるこれらのポリマーの使用はブラディ他への米国特許第5,169,889号に記載されている。
次の式、
【化3】
(式中、R1 及びR2 の各々は、別々に、主として炭化水素である2価の有機部分であり、各R3 は別々に水素または低級アルキルであり、yは0〜0.5の分数であり、xは約0.05〜約0.4の分数である)の繰り返し単位を含有する熱可塑性メチロールポリエステルも有用である。
【0036】
ヒドロキシ官能性ポリエステルは適切には、1以上のジグリシジルエーテルまたはジグリシジルエステルと1以上のジ酸または酸無水物を、酸部分とエポキシ部分との反応を引き起こして、エステル結合と側鎖メチロール部分とを有するポリマー主鎖を形成するのに十分なオニウム触媒の使用を含む条件下に接触させることにより製造する。特定の出発物質に依存して、得られるポリマーは、本質的に、結晶性、半結晶性または非晶質であろう。
これらの物質の製造は、マング等への米国特許第5,171,820号により詳細に記載され、一方そのホットメルト接着剤における使用は米国特許第5,583,187号に記載されている。
【0037】
飽和ポリエステルは飽和ジ酸及びジオールに由来する。これらも非晶質から高度に結晶性まで結晶性において変化する。それらはフィルス社から、商品名Dynapolで得られる。
親水性ホットメルト接着剤におけるヒドロキシプロピルセルロースの使用は、たとえば、米国特許第5,356,963号に開示されている。同様に、セルロースまたはデンプンエステル、特に2.5未満の置換度の酢酸セルロース及び酢酸デンプンも本発明にしたがって、安息香酸スクロースで粘着付与できる。ホットメルト接着剤におけるデンプンエステルの使用は、特に、米国特許第5,360,845号に開示されている。
【0038】
本発明の接着剤配合物に存在し得る他の成分は、極性非イオン性、アニオン性またはカチオン性可塑剤、結晶性ワックス物質及び安定剤を含む。
本発明のホットメルト接着剤は、相溶性結晶性ワックス及び結晶性熱可塑性ポリマーからなる群から選択される0〜35%の少なくとも1種の結晶性物質を含むことができる。このような場合、ワックスを溶融粘性を下げる一方で耐熱性を改良するために0から約35質量%のレベルで用いる。用いられるワックスは、≧3×10-3当量/gの極性基と、分子当たりその基を少なくとも1個含み、500g/モル未満の分子量をもち、高度に極性でなければならない。より高い分子量のワックスほど、より高濃度の極性基が必要である。これらの極性基には、ヒドロキシル、アミド(第一級、第二級、および第三級)、スルホン、リン酸エステル、スルホンアミド、炭酸エステル、尿素、アミン、ウレタン、カルボン酸、ならびにカルボン酸塩、尿素類、およびスルホン酸塩がある。
【0039】
適切な結晶性の極性ワックスには、12−ヒドロキシステアルアミド、N−(2−ヒドロキシエチル)12−ヒドロキシステアルアミド(CasChem社のPARICIN 220)、ステアルアミド(Witco社のKEMAMIDES)、グリセリンモノステアラート、ソルビタンモノステアラート、および12−ヒドロキシステアリン酸がある。また、N,N′−エチレン−ビス−ステアルアミド(Witco社のKEMAMIDE W−40)、水素化ヒマシ油(ヒマシ油ワックス)、酸化した合成ワックス、および官能化合成ワックス、たとえば、酸化ポリエチレンワックス(PETROLITE E−1040)などのそれほど極性のないワックスは上記との組み合わせにおいて有用である。
【0040】
代わりに、結晶性成分は、接着剤中に5〜60%、好ましくは10〜40%で存在する結晶性疎水性熱可塑性ポリマーであってもよい。これらのポリマーは、柔軟性、靱性及び強度を与えるために用いられる。適切な結晶性熱可塑性ポリマーは約12〜50%の酢酸ビニルを含有するエチレン酢酸ビニルコポリマー、エチレンアクリル酸、エチレンアクリル酸メチル及びエチレンアクリル酸n−ブチルコポリマー並びにポリラクチド、カプロラクトンポリマー及びポリ(ヒドロキシブチレート/ヒドロキシバレレート)、ポリビニルアルコール、線状飽和ポリエステル、たとえば、フィルス(Huls)社からのDYNAPOLまたはDYNACOLLポリマー、EMS−Chemie社からのGRILTEX、Atochem(PEBAX)社またはHoechst Celanese社(RTTEFLEX)から、それぞれ、得られる、ポリ(エチレンオキシド)ポリエーテルアミドまたはポリエステルエーテルブロックコポリマー、及びポリアミドポリマー、たとえば、Union Camp社(UNIREZ)またはHuls社(VESTAMELT)から得られるものを含む。添加されるポリマーは非晶質または結晶質でよいが、少なくとも5%の結晶性ポリマーが適当な性質を達成するのに必要である。
【0041】
これらの結晶性ポリマーの中では、他のポリマー、たとえば、商品名GRILTEXの名でEMS−Chemie社(サウスカリフォリニア州、サンター)で得られるもの、DYNAPOL及びDYNACOLL(低分子量)の商品名でHuls America社(ニュージャージー州、ピスカタウェイ)から得られるものが好ましい。ポリアミド、たとえば、UNIREZの商品名でUnionCamp社(ニュージャージー州、ウェイン)から得られるもの、VESTAMELTの商品名でHuls社から得られ、またGRILTEXの名称でもESM−Chemie社からも得られるコポリアミドも好ましい。
【0042】
20質量%までの特定の他の親水性非結晶性ポリマー、たとえば、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルピロリドン、ポリエチルオキサゾリン、デンプンまたはセルロースエーテル、特に2.5未満の置換度の酢酸エステル(後者のポリマーは、ある用途には所望される、接着剤の感水性を増加させるために機能する)をホットメルト接着剤に組み込むことも望ましい。
【0043】
他の疎水性相溶性ポリマーは、弾性ポリマー、たとえば、スチレン含有ブロックコポリマー、たとえば、スチレン−イソプレン−スチレン、エポキシ化ポリイソプレン、スチレン−ブタジエン−スチレン、スチレン−エチレンブチレン−スチレン、スチレン−エチレンプロピレンスチレンを含み、約30質量%までのレベルで存在することもできる。これらのポリマーの内、スチレン−イソプレン−スチレンに基づくものが最も好ましい。
【0044】
本発明のホットメルト接着剤は0〜45質量%、好ましくは5〜20質量%の、固体または液体形のいずれかで得られる、アニオン性、カチオン性または極性非イオン性可塑剤も含むことができる。
アニオン性可塑剤の例はスルホスクシン酸塩、たとえば、Cytec Industries社から商品名CYTEC OT−100の商品名で得られる、固体可塑剤である、ジオクチルスルホスクシン酸ナトリウム、硫酸化脂肪酸、たとえば、ICI社からのAHCOWET RS及びBayer Inc.から得られる固体アルカンスルホン酸塩を含む。
【0045】
カチオン性可塑剤の例は脂肪アミン第4級アンモニウム塩、たとえば、ICI社から得られる、HLB33のATLAS G−265及びイミダゾリン第4級アンモニウム塩であり、やはり、ICI社から得られるATLAS−G−3634Aを含む。
【0046】
好ましい極性非イオン液体可塑剤は、フタル酸エステル可塑剤、たとえばフタル酸ジオクチル及びフタル酸ブチルベンジル(たとえば、Monsanto社からのSANTICIZER)、液体ポリエステル(非結晶性)たとえば、Huls社からのDYNACOL 720及びC.P.Hall社から得られる液体重合体可塑剤、安息香酸エステル可塑剤、たとえば、ジ安息香酸1,4−シクロヘキサンジメタノール(たとえば、Velsicol社から市販されているBENZOFLEX 352)、ジ安息香酸ジエチレングリコール/ジプロピレングリコール及びエステル化されたヒドロキシル基のモル分率が0.5〜0.95の範囲のジ安息香酸ジエチレングリコール(たとえば、やはりVelsicol社からのBENZOFLEX 2−45 High Hydroxyl)、リン酸エステル可塑剤、たとえば、リン酸t−ブチルフェニルジフェニル(たとえば、Monsanto社から市販されているSANTICIZER 154)、分子量約1000未満のポリ(エチレングリコール)(たとえば、ICI社から市販されているポリエチレングリコールのフェニルエーテルであるMACOL 206EM)、ジノニルフェノールエトキシレート(たとえば、Huntsman Chemical Corp.からのSURFONIC DNP 100)、環球融点約60℃未満の液体ロジン誘導体、たとえば、水素化ロジンのメチルエステル(たとえば、Hercules社からのHERCOLYN D)並びに植物油及び動物油、たとえば、脂肪酸のグリセロールエステル及びそれらの重合生成物を含む。
【0047】
特に好ましい可塑剤は、ポリエチレングリコールのフェニルエーテル、フタル酸ブチルベンジル、安息香酸エステル、たとえば、ジ安息香酸1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジ安息香酸ジエチレングリコール/ジプロピレングリコール及びエステル化されたヒドロキシル基のモル分率が0.5〜0.95の範囲であるジ安息香酸ジエチレングリコールを含む。
【0048】
本明細書に含めることのできる適用可能な安定剤または酸化防止剤には、高分子量のヒンダード・フェノールと、多官能性フェノール、たとえば、イオウおよびリン含有フェノールがある。代表的なヒンダード・フェノールは、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸n−オクタデシル、4,4′−メチレンビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノール)、4,4′−チオビス(6−t−ブチル−o−クレゾール)、2,6−ジ−t−ブチルフェノール、6−(4−ヒドロキシフェノキシ)−2,4−ビス(n−オクチルチオ)−1,3,5−トリアジン、ジ−n−オクタデシル−3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ−ベンジルホスホネート、3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ安息香酸2−(n−オクチルチオ)−エチル、およびヘキサ〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−ヒドロキシフェニル)−プロピオン酸〕ソルビトールを含む。用いる場合、安定剤は約0.1から3質量%のレベルで加えられる。
【0049】
高ヒドロキシル価の化合物に加えて、任意の極性粘着付与剤は0〜40質量%の量で存在し得る。これらの粘着付与用の樹脂は、環球軟化点が60℃を超え、ロジンおよびロジン誘導体、テルペンフェノール樹脂等を含む。より具体的には、有用な粘着付与用の樹脂には任意の相溶性の樹脂あるいはその混合物が含まれ、(1)天然および変性ロジン、たとえば、ガムロジン、ウッドロジン、トール油ロジン、蒸留ロジン、水素化ロジン、二量化ロジン、および重合ロジン、(2)ロジンエステル、たとえば、天然および変性ロジンのグリセロールエステルおよびペンタエリトリットエステル、たとえば、ペール、ウッドロジンのグリセロールエステル、水素化ロジンのグリセロールエステル、重合ロジンのグリセロールエステル、水素化ロジンのペンタエリトリットエステル、およびロジンのフェノール変性ペンタエリトリットエステル、および(3)フェノール変性した(a)テルペンあるいは(b)α−メチルスチレン樹脂およびその水素化誘導体、たとえば、二環式テルペンとフェノールを酸性媒体中で縮合させて得られる樹脂生成物がある。上記粘着付与用の樹脂の2種類以上の混合物並びに上記樹脂と少量(たとえば接着剤の約20%未満)のそれほど相溶性のない樹脂とのブレンド物はある種の配合物に利用することができる。
【0050】
代表的な極性の粘着付与剤には、イオン性材料、たとえば、Hercules社から得られるFORAL NC、非イオン性材料、たとえば、やはりHercules社から得られるFORAL AX、α−メチルスチレンフェノール樹脂、たとえば、DSM Resins社から得られるURATAK 68520、ロジンエステル、たとえば、Union Camp社から得られるUNITACR100L、およびテルペンフェノール樹脂、たとえば、Arizona Chemical社から得られるNIREZ 300がある。
【0051】
他の粘着付与剤には、その生分解性と堆肥にできる特性により特に有用な安息香酸スクロースがある。安息香酸スクロースは好ましくはアルコールに可溶な形で利用され、その中でスクロースは部分的にエステル化される。このグレードのものは薄い色をした透明な非晶質の固体で約95℃の軟化点をもつ。もう一つの非アルコール有機物に可溶のグレード品は、98℃の軟化点を有する無色透明の非晶質フレーク状固体であり、これもまた用いることができる。両グレード品はVelsicol Chemical Corporationが市販している。
【0052】
それらの特定の特性を変性するためにホットメルト組成物に任意の添加剤を組み込むことができる。これらの添加剤には着色剤、たとえば、2酸化チタン及び充てん剤、たとえば、タルク及びクレイなどが含まれる。
このように、好ましい態様では本発明は、(a)>40質量%のスルホン化ポリエステルまたは少なくとも1種のビニルモノマーと少なくとも1種のポリアルキレンオキシドポリマーのグラフトコポリマー、(b)5〜40質量%の高ヒドロキシル価化合物、(c)0〜45質量%の極性非イオン性、アニオン性またはカチオン性可塑剤、(d)0〜35質量%の、相溶性結晶性ワックス希釈剤及び結晶性熱可塑性ポリマーからなる群から選択された少なくとも1種の結晶性材料、及び(e)0〜3質量%の安定剤を含み、(a)〜(e)の合計が100質量%に等しいホットメルト接着剤組成物を目指している。
【0053】
本発明のホットメルト接着剤組成物は当業界で既知の技術を用いて配合できる。上記好ましい態様に記載の接着剤を製造するための代表的な手順には、約40%の合計濃度の高ヒドロキシル価化合物を、全てのポリマー、ワックス、可塑剤、および安定剤と共にジャケット付きのミキシング用ケトル、好ましくはジャケット付きのローターを備えた強力ミキサー中に置くこと、その上で最高約190℃の範囲まで温度を上昇させることが含まれる。樹脂が溶融したのち温度を150℃〜165℃まで下げる。混合および加熱は、滑らかで均一な塊が得られるまで続け、その上で残りの前記化合物をそれと完全に、かつ均一に混ぜ合わせる。
【0054】
上記のように、本発明の親水性ホットメルト接着剤は特定の最終用途に依存して異なって配合されるだろう。
次の例は単に説明のためであって、本特許請求の範囲をいかなる風にも限定するつもりはない。
【0055】
例
次の説明のための例においては、別な風に記載されていないなら、すべての部は質量により示され、すべての温度はセ氏温度で示される。
次の試料を製造するのに、165℃に加熱され、撹拌パドルを備えた強力ミキサーに40%の粘着付与剤及び/または希釈剤を装てんした。樹脂の溶融後、次いで撹拌を開始し、ポリエステルを165℃でゆっくりと1時間半かけて加え、その後、温度を150℃まで下げた。加熱と撹拌を均一な塊が得られるまで続け、そこで粘着付与剤及び/または希釈剤の残りをそれと混合させた。
【0056】
試料を次の手順で試験した。
粘度測定をブルックフィールド粘度計(スピンドル27)を用いて30分後に測定した。
いくつかの接着剤は、約135℃(275°F)で24時間貯蔵することにより熱安定性も試験した。試験期間後、ジャーから取り出し、次のことをチェックする。
a.スキン層
b.ごみ/炭(char)粒子
c.沈降−部分的なスキン層のジャーの底への沈澱及び落下
d.揮発性の炭(char)
e.ゲル化−ゲルまたは塊の徴候について、ガラス撹拌棒で注意深く内容物を調べる。
f.色または臭
g.分離生成物−フェージングとしても知られる、明確な層の存在。
【0057】
水分散性
水分散性のパーセントはTAPPI UM 666試験手順を用いて判定する。試験の結果は慣用のホットメルト接着剤に比較して本発明の接着剤の改良された分散性を示す。
次のものを配合に用いた。
PARICIN 220はCasChem Inc.からの12−ヒドロキシステアルアミドワックスである。
SANTOVRRAはMonsanto社からの2,5−ジ(t−アミル)ヒドロキノン酸化防止剤である。
TNPPはGE Inc.からのトリスノニルフェニルホスファイト酸化防止剤である。
【0058】
URATAK 68528はDSM Resins社から得られる、ヒドロキシル価0mg KOH/gのα−メチルスチレン−スチレン粘着付与剤である。
URATAK 68520はDSM Resins社から得られる、ヒドロキシル価39mg KOH/gのα−メチルスチレンフェノール樹脂粘着剤である。
NIREZ V−2040はArizona Chemical社からのヒドロキシル価72mg KOH/gのテルペンフェノール樹脂である。
STEPANOL PN−110はStepan社から得られるオルソフタレートネオペンチルグリコールポリエステルポリオールである。
SAA−100はARCO Chemical社から得られるスチレンアリルアルコールコポリマーである。
CYCLOFLEX 70−3566はNational Starch and Chemical Companyから得られる、酢酸ビニル70%及びポリエチレングリコール30%を含有するポリエチレングリコールグラフト化ポリ酢酸ビニルポリマーである。
【0059】
例1
ホットメルト接着剤を、Eeastman Chemical社から得られる分枝スルホン化ポリエステルであるEASTMAN AQ 1350を用いて配合した。各試料は50質量%のEASTMAN AQ 1350、50質量%の下記表1に示すような粘着付与剤または高ヒドロキシル化合物から製造した。
【0060】
【表1】
【0061】
次いで、上記各ブレンド物の湿分取り込みを30gの各ブレンド物を約135℃(275°F)のオーブンに24時間入れることにより評価した。試料1−1については不相溶性が認められたので、この試料は捨てた。残りの試料の、各1gを秤量缶に入れて、そこに1週間置いた。1週間後、試料を秤量し、湿分取り込みを判定した。
【0062】
例2
Eastman AQ 1350の代りに、50質量%のCYCLOFLEX70−3566を用いて例1を繰り返した。同じ量の同じ粘着付与剤または高ヒドロキシル化合物を用いた。配合物2−1及び2−5は、約135℃(275°F)で24時間後の相分離により判定されたように不相溶性であった。湿分取り込みが測定され、次の結果が得られた。
【0063】
上記例1及び2に示した結果は、STEPANOL PN−100及びSAA−100を有する接着剤はNIREZ V−2040またはURATAK 68528を用いて製造したものより湿分取り込みが高いことを示す。URATAK68520はこのレベルでは親水性ベースポリマーのいずれとも相溶しなかった。このデータは高ヒドロキシル化合物は最終接着剤配合物に感水性において増加を与えることを示している。
【0064】
例3
EASTMAN AQ 1350を用いてホットメルト接着剤を配合した。各試料を50質量%のEASTMAN AQ 1350、20質量%のPARICIN 220、0.5質量%のSANTOVAR A及び0.5質量%のTNPPから製造した。各配合物を30質量%の下記に示す粘着付与剤または高ヒドロキシル化合物を用いて製造した。
【0065】
【表2】
【0066】
結果を下記表3に示す。
【0067】
【表3】
【0068】
上記表3におけるデータは、両方共100mg KOH/gよりも大きいヒドロキシル価の化合物を含む試料3−1及び3−2は、慣用の粘着剤を用いて配合した接着剤である、試料3−3及び3−4(それぞれ、テルペンフェノール樹脂及びα−メチルスチレン−スチレンを用いて製造された)よりも分散性が優れていることを示す。
【0069】
例4
National Starch and Chemical Companyから得られる、ポリエチレングリコールグラフト化ポリ酢酸ビニルポリマーである、CYCLOFLEX 70−3566を用いてホットメルト接着剤を配合した。各試料を50質量%のCYCLOFLEX 70−3566、20質量%のPARICIN 220、0.5質量%のSANTOVAR A及び0.5重量%のTNPPを用いて製造した。各配合物を30質量%の下記表4に示す粘着付与剤または高ヒドロキシル化合物を用いて製造した。
【0070】
【表4】
【0071】
結果を表5に示す。
【表5】
【0072】
上記表5は、両方共100mg KOH/gよりも大きいヒドロキシル価を有する化合物を含む試料4−1及び4−2は、慣用の粘着付与剤を用いて配合した接着剤である、試料4−3及び4−4(それぞれ、テルペンフェノール樹脂及びα−メチルスチレン−スチレン)よりも分散性が優れていることを示す。さらに、α−メチルスチレン−スチレンを用いて製造された試料4−4は不安定である。それは約135℃(275°F)で相分離を示した。
Claims (2)
- (i)スルホン化ポリエステル、及びビニルモノマーとポリアルキレンオキシドポリマーのグラフトコポリマーからなる群から選択される、40質量%より多いベースポリマー成分、及び(ii)スチレンアリルアルコールコポリマー及びオルトフタル酸ネオペンチルグリコールポリエステルポリオールからなる群から選択される、5〜40質量%の100mg KOH/gより大きいヒドロキシル価を有するヒドロキシル化合物を含む、ホットメルト接着剤組成物。
- 請求項1に記載のホットメルト接着剤組成物であって、前記ベースポリマー成分が、
(a)少なくとも1種の、スルホモノマーでない、2官能性ジカルボン酸または対応するメチルエステル、
(b)2〜25モル%の、芳香族核または脂環式核に結合した少なくとも1個のスルホン酸金属塩の基または窒素含有スルホン酸非金属塩の基並びにヒドロキシル、カルボキシル及びアミノからなる群から選択された少なくとも1個の官能基を含有する少なくとも1種のスルホモノマー、
(c)グリコールまたはグリコール及び2個の−NRH基を有するジアミンの混合物から選択された少なくとも1種の2官能性反応体であって、前記グリコールは、2個の−C(R1 )2 −OH基を含有し、前記反応体におけるRは水素または1〜6個の炭素原子のアルキル基であり、前記反応体におけるR1 は水素原子、1〜5個の炭素原子のアルキルまたは6〜10個の炭素原子のアリール基である、前記反応体、
(d)0〜40モル%の、1個の−C(R)2 −OHを有するヒドロキシカルボン酸、1個の−NRH基を有するアミノカルボン酸、1個の−C(R)2 −OH基及び1個の−NRH基を有するアミノアルコールから選択された2官能性反応体または前記2官能性反応体の混合物であり、前記反応体におけるRは水素または1〜6個の炭素原子のアルキル基である、前記2官能性反応体またはそれらの混合物及び
(e)0〜40モル%の、ヒドロキシル、カルボキシル及びそれらの混合物から選択された少なくとも3個の官能性基を含有する多官能性反応体であって、前記多官能性反応体の少なくとも一部分が少なくとも3個のヒドロキシル基を含有する、前記多官能性反応体、
の反応生成物を含むスルホン化ポリエステル縮合ポリマーであって、すべての前記モル%は、200モル%に等しい、すべての酸、ヒドロキシル及びアミノ基含有反応体の合計に基づき、前記ポリマーは、酸の当量で割った塩基の当量の値が0.5〜2であるような割合のヒドロキシ及びアミノ基含有反応体(100モル%塩基)に対する酸基含有反応体(100モル%酸)を含有する、前記ホットメルト接着剤組成物。
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