JP6104271B2 - 複合シート貼り合わせのための水性ポリウレタン分散液の使用 - Google Patents

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Description

本発明は、複合シート貼り合わせのための水性ポリウレタン分散液の使用であって、前記ポリウレタンは非晶質ポリエステルポリオールから構成されている前記使用に関する。本発明は、また複合シートの製造方法ならびに前記方法により製造された複合シートに関する。
異なる材料からなる2つ以上のシートの接着もしくは貼り合わせによって、前記材料の特性は組み合わされる。ここで、フレキシブルな包装は、しばしば複合シートからなり、好適な接着剤で互いに接着されており、その際、互いに結合されたシートの少なくとも1つがポリマーシートである。前記シートの互いの接着のためには、通常はいわゆる貼り合わせ接着剤が使用される。前記貼り合わせ接着剤は、例えば、有機溶剤中に溶解されたバインダー系であって、ポリイソシアネート化合物と、ヒドロキシ基を有するポリエステルまたはポリエーテルとの反応によって、またはポリイソシアネート化合物へと水を作用させることで架橋するバインダー系である。しかしながら、かかる有機溶液の貼り合わせ接着剤としての使用は技術的に手間と費用がかかる。それというのも、この溶剤の引火しやすさのため、防爆されたコーティング装置を使用せねばならないからである。更に、複合ラミネート中の残留溶剤は、味や香りをつけることによって包装されるべき内容物を害する危険性がある。
複合シート貼り合わせ用の接着剤についての先行技術には、例えばEP 0615988、DE 102005006235またはEP 0884336に記載される水性ポリウレタン分散液も該当する。前記分散液中に含まれるポリウレタンは、一般に、ポリエーテルジオール、すなわち二価のポリエーテルアルコール、例えばエチレンオキシド、プロピレンオキシドまたはブチレンオキシドの重合によって得られるものから形成される。シート複合物のより高い強さを達成するために、前記系は、架橋剤と組み合わせて使用することができる。かかる2成分系の場合に、架橋剤は、使用直前に混加され、それが、シート複合物のより高い強さをもたらす。架橋剤を使用するにもかかわらず、今までに知られた水性系は、有機溶液をベースとする系と比べて、特に高い負荷に晒される複合シートの製造のために使用するために十分ではない。激しい負荷が可能なシート複合体は、特にいわゆるレトルト用途のために食品の包装で必要とされている。この場合に、シート複合体全体はそこに包装された内容物と一緒に、該シート包装物内に含まれる食品を滅菌または煮沸するためにオートクレーブプロセスにかけられる。その場合に、前記シート複合体は、激しい熱的かつ化学的な負荷に晒される。典型的な条件は、120℃に45分間加熱することか、または130℃に30分間加熱することである。典型的には、そのために使用される複合シートは、以下のシート材料:アルミニウムシート、印刷されたポリエステルシート、印刷されていないポリエステルシート、印刷されたポリアミドシート、印刷されていないポリアミドシート、ポリプロピレンシートの組み合わせからなる。特に、アルミニウムシートとポリエステルシートからなる複合体は、技術的に挑戦的である。それというのも、前記条件下では金属シートへの良好な付着の達成が困難だからである。シート複合体が激しく負荷される他の用途は、いわゆる「ホットフィル技術」である。その際、複合シートからなる包装材は、85〜90℃の温度で高温の食品で充填される。水性ポリウレタン分散液ベースの従来の貼り合わせ接着剤は、かかる用途のためにはまだ完全に満足のいくものではなかった。
本発明の課題は、有機溶剤を含まない水性接着剤であって、高負荷可能な複合シート、特にレトルト用途のための複合シートおよびホットフィル用途のための複合シートの製造のための貼り合わせ接着剤として使用できる水性接着剤を開発することにあった。
前記課題は、以下に記載されるポリウレタン接着剤分散液を使用することによって解決できることが判明した。本発明の対象は、複合シート貼り合わせのための水性ポリウレタン分散液の使用であって、前記ポリウレタンの少なくとも20質量%が、少なくとも1種の非晶質ポリエステルポリオールから構成されている前記使用である。
本発明の対象は、また、複合シートの製造方法であって、以下により詳細に記載される水性ポリウレタン分散液を準備し、該ポリウレタン分散液をプラスチックシートまたは金属シート上に塗布し、そして1種以上の更なるプラスチックシートおよび/または金属シートと接着して複合シートとする前記製造方法である。本発明の対象は、また、本発明による方法により製造された複合シートである。
本発明により使用されるべき接着剤は、本質的に、ポリマーバインダーとしての水中に分散された少なくとも1種のポリウレタンと、任意に充填剤、増粘剤、抑泡剤などの添加剤とからなる。前記ポリマーバインダーは、好ましくは、水中の分散液として、または水および好ましくは150℃未満の沸点(1バール)を有する水溶性有機溶剤からなる混合物においても存在する。単独の溶剤としての水が特に好ましい。接着剤の組成物についての質量表記に際して、水またはその他の溶剤は算入しない。
非晶質は、構成単位が結晶格子に配置されていない、すなわち結晶性でない固体である。非晶質ポリエステルは、本発明によれば、特に、−30℃から+60℃の温度範囲において融点を有さないポリエステルである。
好ましくは、ポリウレタンは、非晶質ポリエステルジオールを、該ポリウレタンに対して、10質量%より多い量で、または25質量%より多い量で、特に好ましくは少なくとも35質量%の量で含有する。
全体として、前記ポリウレタンは、好ましくは、
a)500g/モルを上回り4000g/モルまでの分子量を有する少なくとも1種の非晶質ポリエステルジオールと、
b)前記非晶質ポリエステルジオール(a)とは異なる、500g/モルを上回り4000g/モルまでの分子量を有する少なくとも1種の更なるマクロジオールと、
c)少なくとも1種の有機ジイソシアネートまたは算術平均NCO官能価1.9〜2.3を有する複数の有機イソシアネート化合物からなる混合物、好ましくはトルエン−2,4−ジイソシアネートと、
d)一価ないし三価のアルコールであって、少なくとも1つのイオン性基もしくは少なくとも1つのイオン性基に変換可能な基を更に含むアルコール、ジアミノカルボン酸およびジアミノスルホン酸からなる群から選択される少なくとも1種の化合物と、
e)任意に、62〜500g/モルの平均分子量の少なくとも1種の二価アルコールと、
f)任意に、モノマー(a)ないし(e)とは異なる、アルコール性ヒドロキシル基、第一級もしくは第二級アミノ基またはイソシアネート基である反応性基を有する更なる多価化合物と、
g)任意に、モノマー(a)ないし(f)とは異なる、アルコール性ヒドロキシル基、第一級もしくは第二級アミノ基またはイソシアネート基である反応性基を有する一価化合物と、
h)少なくとも1種の有機または無機の中和剤、好ましくはアンモニアと、
から構成されている。
全体として、前記ポリウレタンは、好ましくは、
a)500g/モルを上回り4000g/モルまでの分子量を有する少なくとも1種の非晶質ポリエステルジオール10〜80質量%と、
b)前記非晶質ポリエステルジオール(a)とは異なる、500g/モルを上回り4000g/モルまでの分子量を有する少なくとも1種の更なるマクロジオール10〜80質量%と、
c)少なくとも1種の有機ジイソシアネートまたは算術平均NCO官能価1.9〜2.3を有する複数の有機イソシアネート化合物からなる混合物、好ましくはトルエン−2,4−ジイソシアネート5〜30質量%と、
d)一価ないし三価のアルコールであって、少なくとも1つのイオン性基もしくは少なくとも1つのイオン性基に変換可能な基を更に含むアルコールおよびジアミノカルボン酸から選択される少なくとも1種の化合物2〜10質量%と、
e)62〜500g/モルの平均分子量の少なくとも1種の二価アルコール0〜5質量%と、
f)モノマー(a)ないし(e)とは異なる、アルコール性ヒドロキシル基、第一級もしくは第二級アミノ基またはイソシアネート基である反応性基を有する更なる多価化合物0〜5質量%と、
g)モノマー(a)ないし(f)とは異なる、アルコール性ヒドロキシル基、第一級もしくは第二級アミノ基またはイソシアネート基である反応性基を有する一価化合物0〜5質量%と、
h)少なくとも1種の有機または無機の中和剤を、化合物(d)の少なくとも20%がイオノゲンで、すなわち中和されて存在する量で、
から構成されている。
良好な被膜形成および弾性の点で、ジオール(a)および(b)として、主として、500g/モルを上回り4000g/モルまでの、好ましくは約1000〜3000g/モルの分子量を有するより高分子量のジオールが考慮される。その分子量は、数平均分子量Mnである。Mnは、末端基(OH価)の数の測定によって得られる。好ましくは、二価アルコールと二価カルボン酸との反応によって得られる非晶質ポリエステルジオールが使用される。遊離のポリカルボン酸の代わりに、相応のポリカルボン酸無水物または低級アルコールの相応のポリカルボン酸エステルまたはそれらの混合物を、前記のポリエステルポリオールの製造のために使用してよい。
非晶質ポリエステルジオール(a)の製造のためには、少なくとも1種のポリカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、特にイソフタル酸が好ましい。好ましい一実施形態においては、非晶質ポリエステルジオール(a)の製造のためには、3〜10個の、好ましくは4〜8個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族ジカルボン酸と少なくとも1種の芳香族ジカルボン酸とからなるカルボン酸の混合物が使用される。混合比は、好ましくは0.5:1〜2:1である。好ましいジカルボン酸混合物は、アジピン酸/イソフタル酸、特に0.5:1〜2:1の比率のアジピン酸/イソフタル酸である。
ポリエステルジオール(a)および(b)の製造のためには、多価アルコールとして、例えばエチレングリコール、プロパン−1,2−ジオール、プロパン−1,3−ジオール、ブタン−1,3−ジオール、ブテン−1,4−ジオール、ブチン−1,4−ジオール、ペンタン−1,5−ジオール、ネオペンチルグリコール、ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、例えば1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、2−メチルプロパン−1,3−ジオール、メチルペンタンジオール、更に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、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジブチレングリコールおよびポリブチレングリコールが該当する。一般式HO−(CH2x−OHのアルコールが好ましく、式中、xは、1〜20の数、好ましくは2〜20の偶数である。そのための例は、エチレングリコール、ブタン−1,4−ジオール、ヘキサン−1,6−ジオール、オクタン−1,8−ジオールおよびドデカン−1,12−ジオールである。更にネオペンチルグリコールが好ましい。
非晶質ポリエステルジオール(a)の製造のためには、好ましくは2〜10個の、好ましくは4〜8個の炭素原子を有する少なくとも1種のアルカンジオールが使用される。
非晶質ポリエステルジオール(a)に加えて、マクロジオール(b)として、非晶質でない、すなわち晶質または部分晶質のポリエステルポリオールであって、ポリカルボン酸および多価アルコールから製造できるものを使用できる。多価アルコールとしては、上述のものが該当する。ポリカルボン酸は、脂肪族、脂環式、芳香脂肪族、芳香族または複素環式であってよく、場合により、例えばハロゲン原子によって置換されていてよく、かつ/または不飽和であってよい。このための例としては、コルク酸、アゼライン酸、フタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラクロロフタル酸、無水エンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水グルタル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、二量体脂肪酸が挙げられる。一般式HOOC−(CH2y−COOHで示され、式中、yが1〜20の数、好ましくは2〜20の偶数であるジカルボン酸、例えばコハク酸、アジピン酸、セバシン酸およびドデカンジカルボン酸が好ましい。
マクロジオール(b)としては、ポリカーボネートジオール、例えばホスゲンと、ポリエステルポリオールのための構成成分として挙げられる過剰の低分子アルコールとの反応によって得ることができるポリカーボネートジオールも該当する。
マクロジオール(b)としてはラクトンベースのポリエステルジオールも使用でき、その際、それらは、ラクトンの単独重合体または混合重合体、好ましくは末端ヒドロキシル基を有する、ラクトンの好適な二官能性の出発分子への付加生成物である。ラクトンとしては、好ましくは、一般式HO−(CH2z−COOHで示され、zが1〜20の数であり、かつメチレン単位のH原子がC1〜C4−アルキル基によって置換されていてもよい化合物から誘導されるものが該当する。例は、ε−カプロラクトン、β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトンおよび/またはメチル−ε−カプロラクトンならびにそれらの混合物である。好適な出発成分は、例えばポリエステルポリオールのための構成成分として上述した低分子の二価アルコールである。ε−カプロラクトンの相応の重合体は、特に好ましい。また、より低級のポリエステルジオールまたはポリエーテルジオールは、ラクトン重合体の製造のための出発物として使用できる。ラクトンの重合体の代わりに、ラクトンに相当するヒドロキシカルボン酸の相応の化学的に同等の重縮合物を使用することもできる。
マクロジオール(b)としては、ポリエーテルジオールもしくはアルカンジオールポリカーボネートまたはそれらの混合物を併用することもできる。前記アルカンジオールポリカーボネートは、アルカン鎖中に、好ましくは2〜10個の、特に4〜8個の炭素原子を有する。ポリエーテルジオールは、特に、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、テトラヒドロフラン、スチレンオキシドまたはエピクロロヒドリンのそれ自体との、例えばBF3の存在下での重合によって、または前記化合物の、場合により混合物でのもしくは前後しての、反応性水素原子を有する出発成分、例えばアルコールもしくはアミン、例えば水、エチレングリコール、プロパン−1,2−ジオール、プロパン−1,3−ジオール、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンまたはアニリンとの付加によって得られる。ポリエーテルジオールは、例えば分子量240〜5000g/モルの、とりわけ500〜4500g/モルのポリプロピレンオキシド、ポリテトラヒドロフランである。ポリウレタンのための構成成分として特に好ましいポリエーテルジオールは、ポリテトラヒドロフランである。
マクロジオール(b)としては、ポリヒドロキシオレフィンも、好ましくは2つの末端ヒドロキシル基を有するもの、例えばα,ω−ジヒドロキシポリブタジエン、α,ω−ジヒドロキシポリメタクリルエステルまたはα,ω−ジヒドロキシポリアクリルエステルも併用できる。更なる好適なポリオールは、ポリアセタール、ポリシロキサンおよびアルキド樹脂である。
非晶質ポリエステルジオール(a)の、それとは異なるマクロジオール(b)に対するモル比は、好ましくは1:5〜5:1、特に1:2〜2:1である。
ジイソシアネート(c)としては、特に、ジイソシアネートX(NCO)2が挙げられ、その際、Xは、4〜15個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基、6〜15個の炭素原子を有する脂環式もしくは芳香族の炭化水素基または7〜15個の炭素原子を有する芳香脂肪族の炭化水素基が挙げられる。かかるジイソシアネートの例は、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、1,4−ジイソシアナトシクロヘキサン、1−イソシアナト−3,5,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン(IPDI)、2,2−ビス(4−イソシアナトシクロヘキシル)プロパン、トリメチルヘキサンジイソシアネート、1,4−ジイソシアナトベンゼン、2,4−ジイソシアナトトルエン、2,6−ジイソシアナトトルエン、4,4′−ジイソシアナトジフェニルメタン、2,4′−ジイソシアナトジフェニルメタン、p−キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)、ビス(4−イソシアナトシクロヘキシル)メタンの異性体(HMDI)、例えばトランス/トランス−、シス/シス−およびシス/トランス−異性体ならびに前記化合物からなる混合物である。かかるジイソシアネートは、市販されている。前記イソシアネートの混合物としては、特に、ジイソシアナトトルエンおよびジイソシアナトジフェニルメタンのそれぞれの構造異性体の混合物が重要であり、特に80モル%の2,4−ジイソシアナトトルエンと20モル%の2,6−ジイソシアナトトルエンとからなる混合物が適している。更に、芳香族イソシアネート、例えば2,4−ジイソシアナトトルエンおよび/または2,6−ジイソシアナトトルエンと、脂肪族もしくは脂環式のイソシアネート、例えばヘキサメチレンジイソシアネートもしくはIPDIとの混合物が特に好ましく、その際、脂肪族イソシアネートの芳香族イソシアネートに対する好ましい混合比は、4:1〜1:4である。ポリウレタンの合成のためには、前記以外の化合物として、遊離イソシアネート基の他に更なる封鎖されたイソシアネート基、例えばウレットジオン基を有するイソシアネートも使用できる。
一価ないし三価のアルコール(d)は、特にアニオン性基、例えばスルホネート基、カルボキシレート基およびホスフェート基を有する。イオン性基という概念は、イオン性基に変換できる基もともに含むべきである。相応して、中和によってイオン性基に変換可能なカルボン酸基、スルホン酸基またはリン酸基は、イオン性基として理解される。化合物(d)としては、ジヒドロキシカルボン酸およびジアミノカルボン酸が好ましい。
通常は、少なくとも1つのアルコール性ヒドロキシル基を有する、脂肪族の、脂環式の、芳香脂肪族のまたは芳香族のカルボン酸およびスルホン酸が該当する。ジヒドロキシカルボン酸、特にジヒドロキシアルキルカルボン酸であって、とりわけ3〜10個の炭素原子を有するもの、例えばUS-A 3,412,054に記載されるものも好ましい。特に、一般式(d1
Figure 0006104271
[式中、R1およびR2はC1〜C4−アルカンジイル(単位)を表し、かつR3はC1〜C4−アルキル(単位)を表す]の化合物、とりわけジメチロールプロピオン酸(DMPA)が好ましい。
二官能性カルボン酸の他に、親水性基を有する更なるモノマー、例えば相応のジヒドロキシスルホン酸およびジヒドロキシホスホン酸、例えば2,3−ジヒドロキシプロパンホスホン酸またはジアミノスルホン酸を使用してよい。しかしながら、好ましくは二官能性のスルホン酸またはホスホン酸は使用されない。
潜在イオン性基を有するモノマーが使用される場合、イオン形へのその変換は、イソシアネート重付加の前、その間、しかし好ましくはその後に行うことができる。それというのも、前記イオン性モノマーは、反応混合物中にしばしば困難にのみ溶解するに過ぎないからである。特に好ましくは、前記カルボキシレート基は、対イオンとしてのアルカリ金属イオンとのまたはアンモニウムイオンとのその塩の形で存在する。
ポリウレタンの硬さおよび弾性率は、ジオールとして、付加的に、約62〜500g/モルの、好ましくは62〜200g/モルの分子量を有する二価のアルコール(e)が使用される場合に高めることができる。モノマー(e)としては、とりわけ、ポリエステルポリオールの製造のために挙げられる短鎖のアルカンジオールの構成成分が使用され、その際、2〜12個の炭素原子を有し、かつ偶数の炭素原子を有する非分枝鎖状ジオールならびにペンタン−1,5−ジオールおよびネオペンチルグリコールが好ましい。ジオール(e)としては、例えばエチレングリコール、プロパン−1,2−ジオール、プロパン−1,3−ジオール、ブタン−1,3−ジオール、ブテン−1,4−ジオール、ブチン−1,4−ジオール、ペンタン−1,5−ジオール、ネオペンチルグリコール、ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、例えば1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、2−メチルプロパン−1,3−ジオール、メチルペンタンジオール、更に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、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジブチレングリコールおよびポリブチレングリコールが該当する。一般式HO−(CH2x−OHのアルコールが好ましく、式中、xは、1〜20の数、好ましくは2〜20の偶数である。そのための例は、エチレングリコール、ブタン−1,4−ジオール、ヘキサン−1,6−ジオール、オクタン−1,8−ジオールおよびドデカン−1,12−ジオールである。更にネオペンチルグリコールが好ましい。
好ましくは、前記ポリウレタンにおいて、全てのジオールの全量に対するジオール(a)および(b)の割合は、10〜100モル%または60〜100モル%であり、かつジオール(a)および(b)ならびに多価アルコール(e)の全量に対してモノマー(e)の割合は、0〜90モル%または0〜40モル%である。
モノマー(a)ないし(e)とは異なり、かつ任意にポリウレタンの成分でもあるモノマー(f)は、一般に架橋または連鎖延長に用いられる。前記モノマーは、一般に、二価より多価の非フェノール性アルコール、2つ以上の第一級および/または第二級アミノ基を有するアミンならびに、1つ以上のアルコール性ヒドロキシル基の他に1つ以上の第一級および/または第二級アミノ基を有する化合物である。2より多価のアルコールであって、所定の分枝度または架橋度の調整のために用いることができるアルコールは、例えばトリメチロールプロパン、グリセリンまたは糖である。更に、モノアルコールであって、ヒドロキシル基の他に、イソシアネートに対して反応性の更なる基を有するモノアルコール、例えば1つ以上の第一級および/または第二級アミノ基を有するモノアルコール、例えばモノエタノールアミンが該当する。
2つ以上の第一級および/または第二級アミノ基を有するポリアミンは、とりわけ、連鎖延長もしくは架橋が水の存在下に行われるべきであるときに使用される。それというのも、アミンは、一般にアルコールまたは水よりも素早くイソシアネートと反応するからである。それは、架橋されたポリウレタンまたは高い分子量を有するポリウレタンの水性分散液が所望される場合にしばしば必要となる。かかる場合に、イソシアネート基を有するプレポリマーを製造するという措置が採られ、前記プレポリマーは、水中に素早く分散し、引き続きイソシアネートに対して反応性の複数のアミノ基を有する化合物の添加によって連鎖延長されるか、または架橋される。これに適したアミンは、一般に、32〜500g/モルの、好ましくは60〜300g/モルの分子量範囲の多官能性のアミンであって、第一級および第二級のアミノ基の群から選択される少なくとも2つのアミノ基を含むアミンである。このための例は、ジアミン、例えばジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノヘキサン、ピペラジン、2,5−ジメチルピペラジン、アミノ−3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン(イソホロンジアミン、IPDA)、4,4′−ジアミノジシクロヘキシルメタン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、アミノエチルエタノールアミン、ヒドラジン、ヒドラジン水和物またはトリアミン、例えばジエチレントリアミンもしくは1,8−ジアミノ−4−アミノメチルオクタンである。
前記アミンは、ブロック化された形でも、例えば相応のケチミン(例えばCA-A 1 129 128を参照)、ケタジン(例えばUS-A 4 269 748を参照)またはアミン塩(US-A 4 292 226を参照)の形でも使用できる。オキサゾリジン、例えばUS-A 4 192 937で使用されるオキサゾリジンはまた、封鎖されたポリアミンを表し、前記ポリアミンは、本発明によるポリウレタンの製造のために、プレポリマーの連鎖延長のために使用できる。かかる封鎖されたポリアミンが使用される場合に、これらのポリアミンは、一般にプレポリマーと水の不在下に混合され、この混合物は、引き続き分散水または分散水の一部と混合され、こうして加水分解により相応のポリアミンが遊離される。
好ましくは、ジアミンとトリアミンの混合物が使用され、特に好ましくはイソホロンジアミン(IPDA)とジエチレントリアミン(DETA)の混合物が使用される。
前記ポリウレタンは、全てのイソシアネート反応性の多価の化合物の全量に対して1〜30モル%の、特に好ましくは4〜25モル%の、イソシアネートに対して反応性の少なくとも2つのアミノ基を有する少なくとも1種のポリアミンを成分(f)として含有する。同じ目的のために、モノマー(f)として、二価よりも多価のイソシアネートを使用してもよい。従来の化合物は、例えばヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレートまたはビウレットである。
任意に併用されるモノマー(g)は、モノイソシアネート、モノアルコールおよび第一級および第二級のモノアミンである。一般に、その割合は、該モノマーの全モル量に対して最大で10モル%である。これらの一官能性の化合物は、通常は、オレフィン性基もしくはカルボニル基などの更なる官能基を有し、かつ官能基をポリウレタンに導入するために用いられ、前記官能基は、ポリウレタンの分散もしくは架橋または更なるポリマー類似反応を可能にする。このためには、イソプロペニル−α,α−ジメチルベンジルイソシアネート(TMI)およびアクリル酸もしくはメタクリル酸のエステル、例えばヒドロキシエチルアクリレートもしくはヒドロキシエチルメタクリレートなどのモノマーが該当する。
特に良好な特性プロフィールを有する接着剤は、とりわけ、ジイソシアネート(c)として本質的に脂肪族ジイソシアネート、脂環式ジイソシアネートまたは芳香脂肪族ジイソシアネートのみが使用される場合に得られる。このモノマーの組み合わせは、優れた様式で、成分(d)として、ジヒドロキシモノカルボン酸−アルカリ金属塩またはジアミノモノカルボン酸−アルカリ金属塩によって補われる。その際、Na塩が最も適している。
ポリウレタン化学の分野では、どのようにして、ポリウレタンの分子量を、互いに反応性のモノマーの割合と、1分子当たりの反応性官能基の数の算術平均の選択によって調整できるかは一般に公知である。通常は、成分(a)ないし(g)ならびにそれらのそれぞれのモル量は、全てのNCO基の合計と全てのNCO反応性OH基の合計とからなる商、すなわちA:Bの比率(その際、Aは、イソシアネート基のモル量であり、Bは、ヒドロキシル基のモル量およびイソシアネートと付加反応で反応しうる官能基のモル量からなる合計である)が、0.5:1〜2:1、好ましくは0.8:1〜1.3:1、特に好ましくは0.9:1〜1.2:1であるように選択される。殊に好ましくは、A:Bの比率は、1:1にできるだけ近くする。
使用されるモノマー(a)ないし(g)は、平均して、通常は1.5〜2.5個の、好ましくは1.9〜2.1個の、特に好ましくは2.0個のイソシアネート基もしくはイソシアネートと付加反応で反応しうる官能基を有する。
ポリウレタンの酸基は、少なくとも部分的に、少なくとも1種の有機もしくは無機の中和剤で中和されている。酸基は、好ましくは少なくとも20モル%が、特に好ましくは少なくとも30モル%が、殊に好ましくは少なくとも50モル%が中和されている。特に、酸基の20〜80モル%が、特に好ましくは30〜70モル%が中和されている。好ましくは、中和剤として苛性ソーダ液、苛性カリ液またはアンモニアが使用され、その際、アンモニアが特に好ましい。
一実施形態においては、前記ポリウレタンは、本質的に、
a)10〜80質量%の、500g/モルを上回り4000g/モルまでの分子量を有する少なくとも1種の非晶質ポリエステルジオール、前記ポリエステルジオールは、0.5:1〜2:1の比率における、3〜10個の、好ましくは4〜8個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族ジカルボン酸および少なくとも1種の芳香族ジカルボン酸からなる混合物と、2〜10個の、好ましくは4〜8個の炭素原子を有する少なくとも1種のアルカンジオールとから構成されている、
b)10〜80質量%の、500g/モルを上回り4000g/モルまでの分子量を有する少なくとも1種のマクロジオール、前記マクロジオールは、ポリエーテルジオール、好ましくはポリテトラヒドロフランおよびアルカン鎖中に2〜10個の、好ましくは4〜8個の炭素原子を有するアルカンジオールポリカーボネートならびにそれらの混合物からなる群から選択される、
c)5〜30質量%の、少なくとも1種の有機ジイソシアネートまたは算術平均NCO官能価1.9〜2.3を有する複数の有機イソシアネート化合物からなる混合物、
d)2〜10質量%の少なくとも1種のジヒドロキシカルボン酸、
e)0〜5質量%の、62〜500g/モルの平均分子量の少なくとも1種の二価アルコール、ならびに
f)少なくとも1種の有機もしくは無機の中和剤を、化合物(d)の少なくとも20%がイオノゲンで、すなわち中和されて存在する量で
から構成されている。
ポリウレタンの製造のための構成成分の重付加は、好ましくは180℃までの、好ましくは150℃までの反応温度で、常圧下または自圧下に行われる。ポリウレタンもしくは水性ポリウレタン分散液の製造は、当業者に公知である。ポリウレタンは、好ましくは水性分散液として存在し、この形で使用される。該ポリマー分散液のpH値は、好ましくは5を上回るpHにまで、特に5.5〜8.5のpH値にまで調整される。
本発明により使用されるべき接着剤は、カルボキシレート基を含み、かつ好ましくは互いに架橋反応しうるかまたは外部架橋剤と架橋反応しうる更なる反応性基を含む。これらの反応性基は、好ましくは100gの接着剤当たりに、0.0001〜0.5モルの量で、特に好ましくは0.0005〜0.5モルの量で存在する。カルボキシル基は、また、鹸化反応によっても形成されるので、ポリウレタン中にカルボキシル基の当初の含量なくしても架橋が生じうる。
本発明の一実施形態においては、ポリウレタン分散液接着剤は、少なくとも1種の外部架橋剤を含有する。好適な架橋剤は、例えば少なくとも2つのイソシアネート基を有するポリイソシアネート、例えばジイソシアネートから形成されるイソシアヌレート、少なくとも1つのカルボジイミド基を有する化合物、化学的にブロック化されたイソシアネート、封鎖されたイソシアネート、封鎖されたウレトジオン、ビウレットまたはアロファネートである。またアジリジン、オキサゾリンおよびエポキシドも適している。脂肪族ポリイソシアネート、特に水乳化性ポリイソシアネート、例えばBasonat(登録商標)LR9056が特に好ましい。外部架橋剤は、好ましくは、分散液の固体含量に対して0.5〜10質量%の量で使用される。外部架橋剤は、架橋反応の前に、ポリウレタンに結合されておらず、ポリウレタン分散液中に溶解もしくは分散されている化合物である。しかしまた、ポリウレタンに結合されている架橋剤(内部架橋剤)も該当する。
本発明によるポリウレタン分散液は、本発明によれば、ラミネートの製造用の水性接着剤調合物において、すなわち大表面積の基材の接着のための、特に複合シートの製造のための水性貼り合わせ接着剤調合物において使用される。
従って、本発明は、複合シートの製造方法であって、上記の水性ポリウレタン分散液が提供される前記製造方法にも関する。この場合に、前記水性ポリマー分散液はそのままでまたは慣用の助剤と調合した後に水性接着剤調合物として使用できる。通常の助剤は、例えば湿潤剤、増粘剤、保護コロイド、光保護安定剤、殺生剤、抑泡剤などである。任意に調合されるポリウレタン分散液は、プラスチックシートもしくは金属シート上に塗布され、そして1つ以上の更なるプラスチックシートおよび/または金属シートと接着されて複合シートとされる。
本発明による接着剤調合物は、可塑化樹脂(粘着付与剤)または別の可塑剤の添加を必要としない。複合シートの製造方法において、少なくとも2つの基材は、水性ポリマー分散液を使用して互いに接着される。前記基材は、大表面積のフレキシブルなコンポーネントであって、そのうち少なくとも1つが、好ましくは2つがポリマーシートであるコンポーネントである。
本発明による複合シートの製造方法では、本発明によるポリマー分散液または相応して調合された調合物は、接着されるべき基材上に、好ましくは0.1〜20g/m2の層厚で、特に好ましくは1〜7g/m2の層厚で、例えばブレード塗布、塗抹などによって塗布される。通常の被覆方法、例えばロール塗布法、リバースロール塗布法、グラビアロール塗布法、リバースグラビアロール塗布法、ブラシ塗布法、バーコート法、スプレーコーティング法、エアブラシコーティング法、メニスカスコーティング法、カーテンコーティング法またはディップコーティング法を使用できる。分散液水のフラッシュオフのための短い時間後に(好ましくは1〜60秒後に)、被覆された基材を、次いで第二の基材と貼り合わせてよい。その際、温度は、例えば20〜200℃、好ましくは20〜100℃であり、かつ圧力は、例えば100〜3000kN/m2、好ましくは300〜2000kN/m2であってよい。
一実施形態においては、本発明によるポリマー分散液は、一成分剤として使用される。すなわち追加の架橋剤を用いない、特にイソシアネート架橋剤を用いない。しかしながら、本発明によるポリマー分散液は、二成分系接着剤であって、例えば水乳化性のイソシアネートなどの架橋成分が添加される接着剤を使用できる。前記基材の少なくとも1つは、前記接着剤で被覆された側に印刷または金属被覆がされてよい。
基材としては、例えばポリマーシート、特にポリエチレン(PE)、配向ポリプロピレン(OPP)、非延伸ポリプロピレン(CPP)、ポリアミド(PA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアセテート、セロファンからなるポリマーシート、金属、例えばアルミニウムで被覆された(蒸着された)ポリマーシート(略して金属被覆シート)または金属シート、例えばアルミニウム製の金属シートが適している。上述のシートは、互いにまたは別の種類のシートと接着されてよく、例えばポリマーシートと金属シートとが接着されてよく、種々のポリマーシートが互いに接着されていてよい。上述のシートは、例えば印刷インキで印刷されていてもよい。
本発明の一実施形態は、上述の方法により得られた、すなわち上記の本発明による水性ポリウレタン分散液の1つを使用して製造された複合シートである。第一のシートの材料は、好ましくは、OPP、CPP、PE、PETおよびPAから選択され、かつ第二のシートの材料は、好ましくはOPP、CPP、PE、PET、PAおよび金属シートから選択される。本発明の一実施形態においては、第一のシートおよび/または第二のシートは、本発明によるポリマー分散液で被覆されるその都度の側に印刷または金属被覆がされている。前記基材シートの厚さは、例えば5〜100μm、好ましくは5〜40μmであってよい。好ましい複合シートの場合には、前記シート材料は、アルミニウムシート、印刷されたポリエステルシート、印刷されていないポリエステルシート、印刷されたポリアミドシート、印刷されていないポリアミドシート、ポリプロピレンシート、ポリエチレンシートおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される。
シート基材の表面処理は、本発明によるポリマー分散液での被覆の前に絶対に必要というわけではない。しかし、より良い結果は、シート基材の表面が被覆前に変性される場合に得ることができる。この場合に、通常の表面処理を、例えば付着作用の強化のためにコロナ処理を使用することができる。コロナ処理または別の表面処理は、被覆組成物での十分な濡れ性のために必要な程度で実施される。通常は、この目的のためには、1平方メートルおよび1分当たり約10ワットのコロナ処理が十分である。それに代えてまたはそれに加えて、任意にまた、プライマーまたは中間層を、シート基材および接着剤被覆の間で使用することもできる。更に、複合シートは、更なる追加の機能層、例えばバリヤ層、印刷層、インキ層もしくは塗料層または保護層を有してよい。前記機能層は、その際、外側に、すなわち接着剤で被覆された側と反対のシート基材側に、または内側に、シート基材と接着剤層との間に存在してよい。
本発明の利点は、非常に様々な基材を互いに接着、すなわち貼り合わせることができることであり、その際、本発明によるポリマー分散液は、基材上での接着剤調合物の良好な付着を保証し、かつ高い負荷を掛けることができる複合シートを製造でき、前記シートは、特にレトルト用途と、ホットフィル用途のために使用できる。
実施例
例B1
還流冷却器と温度計を有する丸底フラスコにおいて、OH価53.1のアジピン酸/イソフタル酸およびヘキサンジオール−1,6からなるポリエステロール346.5g(0.16モル)、OH価56.1のポリTHF328g(0.16モル)およびジメチロールプロピオン酸51.5g(0.384モル)ならびにアセトン66gを装入する。ヘキサメチレンジイソシアネート112.5g(0.669モル)を添加した後に、115℃の外部温度で95分にわたり撹拌する。次いで、アセトン1016gで希釈し、室温に冷却する。溶液のNCO含量は、0.04%で測定された。そこに、8.5%の水性アンモニア溶液61.3gを入れた。10分後に水1232gで分散させた。アセトンの蒸留後に、固体含量41%の水性ポリウレタン分散液が得られた。
例B2
還流冷却器と温度計を有する丸底フラスコにおいて、OH価53.1のアジピン酸/イソフタル酸およびヘキサンジオール−1,6からなるポリエステロール126.8g(0.06モル)、OH価61.0のポリカーボネート110.4g(0.06モル)およびジメチロールプロピオン酸19.3g(0.144モル)ならびにアセトン25gを装入する。トルイレンジイソシアネート46g(0.264モル)を添加した後に、115℃の外部温度で180分にわたり撹拌する。次いで、アセトン381gで希釈し、室温に冷却する。溶液のNCO含量は、0.254%で測定された。そこに、9%の水性アンモニア溶液24gを入れた。10分後に水360gで分散させた。アセトンの蒸留後に、固体含量41%の水性ポリウレタン分散液が得られた。
比較例V1(EP 0615 988の例1に類似)
Luphen(登録商標)3621:プロピレンオキシド−ポリエーテル、ジメチロールプロピオン酸およびトルイレンジイソシアネートをベースとする、約50%の固体含量を有するポリエーテルベースのポリウレタン分散液
比較例V2
Epotal(登録商標)Eco:アジピン酸/ブタンジオール−1,4、トルイレンジイソシアネート/ヘキサメチレンジイソシアネートおよびアミノエチルアミノプロピオン酸からなるポリエステロールをベースとする、約40%の固体含量を有するポリウレタン分散液
複合シートの製造および試験
厚さ36μmのポリエチレンテレフタレート(PET)から成るシート上に、試験すべきポリウレタン分散液を5g/m2の量で、3質量%のBasonat(登録商標)LR9056(脂肪族イソシアネートをベースとする水乳化性イソシアネート架橋剤)を使用して塗布した。被覆されたシートを、更なるシート(アルミニウムシート)と一緒に圧縮した。
前記複合シートを、該シートを飽和水蒸気雰囲気において120℃で45分にわたり処理することでレトルト処理にかけた。
15mmの幅のシート複合物の試験ストリップの剥離強さを、100mm/分の引き離し速度で引張試験機を用いてN/15mmにおいて測定した。結果を第1表にまとめる。
第1表:剥離値
Figure 0006104271
第1表の結果は、本発明による分散液B1およびB2が(市販されている)比較例V1およびV2を、その機械的特性において明らかに凌駕していることを示している。そのことは、水中での熱処理(レトルト処理)の前でも後でも当てはまる。

Claims (18)

  1. 水性ポリウレタン分散液の複合シート貼り合わせのための使用であって、前記ポリウレタンの少なくとも10質量%が、少なくとも1種の非晶質ポリエステルポリオールから構成されており、前記ポリウレタン分散液が、少なくとも2つのイソシアネート基を有するポリイソシアネートから選択される、少なくとも1種の外部架橋剤を含有し;
    前記ポリウレタンは、
    a)500g/モルを上回り4000g/モルまでの分子量を有する少なくとも1種の非晶質ポリエステルジオールと、
    b)前記非晶質ポリエステルジオール(a)とは異なる、500g/モルを上回り4000g/モルまでの分子量を有する少なくとも1種の更なるマクロジオールと、
    c)少なくとも1種の有機ジイソシアネートまたは算術平均NCO官能価1.9〜2.3を有する複数の有機イソシアネート化合物からなる混合物と、
    d)一価ないし三価のアルコールであって、少なくとも1つのイオン性基もしくは少なくとも1つのイオン性基に変換可能な基を更に含むアルコール、ジアミノカルボン酸およびジアミノスルホン酸からなる群から選択される少なくとも1種の化合物と、
    e)任意に、62〜500g/モルの平均分子量の少なくとも1種の二価アルコールと、
    f)任意に、モノマー(a)ないし(e)とは異なる、アルコール性ヒドロキシル基、第一級もしくは第二級アミノ基またはイソシアネート基である反応性基を有する更なる多価化合物と、
    g)任意に、モノマー(a)ないし(f)とは異なる、アルコール性ヒドロキシル基、第一級もしくは第二級アミノ基またはイソシアネート基である反応性基を有する一価化合物と、
    h)少なくとも1種の有機または無機の中和剤と、
    から構成されており;
    前記非晶質ポリエステルジオール(a)は、0.5:1〜2:1の比率における3〜10個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族ジカルボン酸および少なくとも1種の芳香族ジカルボン酸からなる混合物と、2〜10個の炭素原子を有する少なくとも1種のアルカンジオールとから構成されており;
    かつ前記マクロジオール(b)は、ポリエーテルジオールおよびアルカン鎖中に2〜10個の炭素原子を有するアルカンジオールポリカーボネートおよびそれらの混合物からなる群から選択される前記使用。
  2. 請求項1に記載の使用であって、前記非晶質ポリエステルポリオールが、−30℃から+60℃の温度範囲において融点を有さないことを特徴とする使用。
  3. 請求項1または2に記載の使用であって、前記ポリウレタンは、本質的に、
    a)500g/モルを上回り4000g/モルまでの分子量を有する少なくとも1種の非晶質ポリエステルジオール10〜80質量%と、
    b)前記非晶質ポリエステルジオール(a)とは異なる、500g/モルを上回り4000g/モルまでの分子量を有する少なくとも1種の更なるマクロジオール10〜80質量%と、
    c)少なくとも1種の有機ジイソシアネートまたは算術平均NCO官能価1.9〜2.3を有する複数の有機イソシアネート化合物からなる混合物5〜30質量%と、
    d)一価ないし三価のアルコールであって、少なくとも1つのイオン性基もしくは少なくとも1つのイオン性基に変換可能な基を更に含むアルコールおよびジアミノカルボン酸から選択される少なくとも1種の化合物2〜10質量%と、
    e)62〜500g/モルの平均分子量の少なくとも1種の二価アルコール0〜5質量%と、
    f)モノマー(a)ないし(e)とは異なる、アルコール性ヒドロキシル基、第一級もしくは第二級アミノ基またはイソシアネート基である反応性基を有する更なる多価化合物0〜5質量%と、
    g)モノマー(a)ないし(f)とは異なる、アルコール性ヒドロキシル基、第一級もしくは第二級アミノ基またはイソシアネート基である反応性基を有する一価化合物0〜5質量%と、
    h)少なくとも1種の有機または無機の中和剤を、化合物(d)の少なくとも20%がイオノゲンで、すなわち中和されて存在する量で、
    から構成されていることを特徴とする使用。
  4. 請求項1からまでのいずれか1項に記載の使用であって、前記非晶質ポリエステルジオール(a)は、0.5:1〜2:1の比率における4〜8個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族ジカルボン酸および少なくとも1種の芳香族ジカルボン酸からなる混合物と、4〜8個の炭素原子を有する少なくとも1種のアルカンジオールとから構成されていることを特徴とする使用。
  5. 請求項1からまでのいずれか1項に記載の使用であって、前記非晶質ポリエステル(a)は、0.5:1〜2:1の比率のアジピン酸/イソフタル酸と、4〜8個の炭素原子を有する少なくとも1種のアルカンジオールとから構成されていることを特徴とする使用。
  6. 請求項1からまでのいずれか1項に記載の使用であって、前記マクロジオール(b)は、ポリテトラヒドロフランおよびアルカン鎖中に4〜8個の炭素原子を有するアルカンジオールポリカーボネートおよびそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする使用。
  7. 請求項1からまでのいずれか1項に記載の使用であって、前記化合物(d)は、ジヒドロキシカルボン酸であることを特徴とする使用。
  8. 請求項1からまでのいずれか1項に記載の使用であって、成分(a)ないし(g)についての全てのNCO基の合計と、全てのNCO反応性のOH基の合計とからの商は、0.8〜1.3であることを特徴とする使用。
  9. 請求項1からまでのいずれか1項に記載の使用であって、前記ポリウレタンは、本質的に、
    a)10〜80質量%の、500g/モルを上回り4000g/モルまでの分子量を有する少なくとも1種の非晶質ポリエステルジオール、前記ポリエステルジオールは、0.5:1〜2:1の比率における、3〜10個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族ジカルボン酸および少なくとも1種の芳香族ジカルボン酸からなる混合物と、2〜10個の炭素原子を有する少なくとも1種のアルカンジオールとから構成されている、
    b)10〜80質量%の、500g/モルを上回り4000g/モルまでの分子量を有する少なくとも1種のマクロジオール、前記マクロジオールは、ポリエーテルジオールおよびアルカン鎖中に2〜10個の炭素原子を有するアルカンジオールポリカーボネートならびにそれらの混合物からなる群から選択される、
    c)5〜30質量%の、少なくとも1種の有機ジイソシアネートまたは算術平均NCO官能価1.9〜2.3を有する複数の有機イソシアネート化合物からなる混合物、
    d)2〜10質量%の少なくとも1種のジヒドロキシカルボン酸、
    e)0〜5質量%の、62〜500g/モルの平均分子量の少なくとも1種の二価アルコール、ならびに
    )少なくとも1種の有機もしくは無機の中和剤を、化合物(d)の少なくとも20%がイオノゲンで、すなわち中和されて存在する量で
    から構成されていることを特徴とする使用。
  10. 請求項9に記載の使用であって、前記ポリウレタンは、本質的に、
    a)10〜80質量%の、500g/モルを上回り4000g/モルまでの分子量を有する少なくとも1種の非晶質ポリエステルジオール、前記ポリエステルジオールは、0.5:1〜2:1の比率における、4〜8個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族ジカルボン酸および少なくとも1種の芳香族ジカルボン酸からなる混合物と、4〜8個の炭素原子を有する少なくとも1種のアルカンジオールとから構成されている、
    b)10〜80質量%の、500g/モルを上回り4000g/モルまでの分子量を有する少なくとも1種のマクロジオール、前記マクロジオールは、ポリテトラヒドロフランおよびアルカン鎖中に4〜8個の炭素原子を有するアルカンジオールポリカーボネートならびにそれらの混合物からなる群から選択される、
    c)5〜30質量%の、少なくとも1種の有機ジイソシアネートまたは算術平均NCO官能価1.9〜2.3を有する複数の有機イソシアネート化合物からなる混合物、
    d)2〜10質量%の少なくとも1種のジヒドロキシカルボン酸、
    e)0〜5質量%の、62〜500g/モルの平均分子量の少なくとも1種の二価アルコール、ならびに
    h)少なくとも1種の有機もしくは無機の中和剤を、化合物(d)の少なくとも20%がイオノゲンで、すなわち中和されて存在する量で
    から構成されていることを特徴とする使用。
  11. 請求項1から10までのいずれか1項に記載の使用であって、前記モノマー(c)は、トルエン−2,4−ジイソシアネートであることを特徴とする使用。
  12. 請求項1から11までのいずれか1項に記載の使用であって、前記中和剤(h)はアンモニアであることを特徴とする使用。
  13. 請求項1から12までのいずれか1項に記載の使用であって、前記化合物(d)は、ジメチロールプロピオン酸であることを特徴とする使用。
  14. 請求項1から13までのいずれか1項に記載の使用であって、ポリウレタンの製造のためのジオールとして、ジオールの全量に対して全体で10〜100モル%の、500g/モルを上回り5000g/モルまでの分子量を有するジオール(a)および(b)と、ジオールの全量に対して0〜90モル%の、62〜500g/モルの分子量を有するジオール(e)が使用されることを特徴とする使用。
  15. 請求項1から14までのいずれか1項に記載の使用であって、前記外部架橋剤は、少なくとも1種の脂肪族ポリイソシアネートであることを特徴とする使用。
  16. 複合シートの製造方法であって、請求項1から15までのいずれか1項による水性ポリウレタン分散液を準備し、前記ポリウレタン分散液をプラスチックシートまたは金属シート上に塗布し、そして1つ以上の更なるプラスチックシートおよび/または金属シートと接着して複合シートとすることを特徴とする製造方法。
  17. 請求項16に記載の方法により得られる複合シート。
  18. 請求項17に記載の複合シートであって、前記シート材料が、アルミニウムシート、印刷されたポリエステルシート、印刷されていないポリエステルシート、印刷されたポリアミドシート、印刷されていないポリアミドシート、ポリプロピレンシート、ポリエチレンシートおよびそれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする複合シート。
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