JP6139539B2 - 薄い融解コーティングを有する物品及び同物品の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、薄い、即ち低厚の融解コーティングを有する物品、例えば接着剤コーティング、及びそのようなコーティングの製造方法に関する。
様々なコーティングが融解コーティングプロセス、即ち材料が加熱されて軟化することにより流動し、該材料が基材に適用され、該基材上で冷却されて該基材上に融解コート層を形成するプロセスによって基材に適用される。
材料を融解コーティングするための様々な方法が提案されている。例示的な実施例には、フォワード及びリバースロールコーティング、スロットダイコーティング、押出延伸(落下)ダイコーティング、押出接触ダイコーティング(extrusion contact die coating)及び押出カレンダーコーティングプロセスが挙げられる。例示的なロールコーティング、スロットダイコーティング及び押出カレンダーコーティングプロセスは、「Handbook of Pressure Sensitive Technology(3rd Edition)」edited by Donatas Satas(Satas & Associates(Warwick,RI)1999 pp.896〜937に記載されている。
蝋などの低粘度(即ち約50Pa−s未満)、低分子量(即ち約200,000g/mol未満)ホットメルト糊/接着剤(例えばポリアミド、ポリオレフィン及びポリエステル)などのホットメルトコーティング可能なポリマー;ホットメルトスチレンブロックコポリマーPSA及び低分子量ドラム揚送可能(drum pumpable)(メタ)アクリル酸エステルPSAは、一般に、ロールコーティング及びスロットダイコーティング方法を用いてコーティングされる。これらの材料は、融解状態で液体状であり、材料をコーティングプロセスに供給するのに押出揚送プロセスを必要としない。これらは、材料を融解及び/又は混合するのに押出プロセスを必要とし得る。これらの方法に関する低いコーティング重量の限界は、約20〜約25g/mであり、また多数の因子(例えば分子量、伸長/延伸粘度及び剪断粘度)に依存する。
高粘度(即ち約50Pa−s超)、高分子量重量(即ち約200,000g/mol超)ホットメルトコーティング可能なポリマーは、ポリマー鎖の絡み合いの存在により融解状態で液体状ではなく、混合、揚送及びコーティング操作に押出プロセスを必要とする。そのような材料のための1つの例示的なコーティング方法は、融解ポリマーをスロットダイから、2つのロール(適合性を有し得る、例えばゴムコーティング)によって形成されるニップに押出し、基材を移動する工程を含む。融解ポリマーが粘着性の場合、リリースコート面を有するローラー上に融解物を落下させ、次いでゴムで覆われた第2のロールを使用して、移動する基材にポリマー融解物をニッピングすることにより積層され得る。第2の押出コーティング方法は、Satasの参考文献に記載されているカレンダーコーティングである。この方法は、比較的大きい厚さの、即ち約0.004インチ(100μm)を超えるホットメルトコーティングに適しており、比較的遅く、かつ極めて高いニップ圧(約3000psi(20.7メガパスカル)超)を必要とする。カレンダーコーティング操作では、コーティング組成物及び基材を、固定された間隙又はニップに通し、ここでコーティング組成物及び基材は一緒に押し出される。このような加工の例示的な実施例は、米国特許第3,783,072号(Korpman)に開示されている。
米国特許第4,167,914号(Mladota)は、ホットメルト接着剤配合物のための、時折「プレスコート」と称される押出コーターを開示しており、押出コーターは大径の回転圧縮性プレスロールと協働する小径の回転ロッドを有する細長いスロットコーティングヘットを使用する。ロッド及びプレスロールは、それぞれ、モーターによって所定の速度で回転する。図1は、米国特許第4,167,914号の図2の一部に由来し、図2に示されている構成成分のいくつかを示し、細長いコーティングヘット29を含み、コーティングヘット29は、コンジット36に接続されたチャンバ45を有し、それにより粘稠なホットメルトのコーティングの供給物が電動ポンプ(図示せず)によって所定の圧力及び速度でコンジット36内に揚送されて、案内(lead-on)リップ、即ち縁、46及び開放(lead-off)リップ、即ち縁、47により形成された細長い、狭い押出スロット28を通して正確な押出量が計量される。ウェブ22はプレスロール49のゴム状弾性表面48の下に仕込まれ、プレスロール49は、例えばエアシリンダーのピストンによって支持されて、所定の圧力を付与すると共に、曲げられる。プレスロール49の弾性表面48と協働し、プレスロール49の弾性表面48と共にプレスロールニップ53を形成するのは、好ましくは硬い平滑表面を有する細長い円筒状ロッド54であり、このロッドは、その主体積が、実質的に円筒状の断面を有する、開放又は下流リップ47の隣接表面58内の溝57内に回転可能に嵌め込まれている。ロッド54は、その上部約1/4の体積のみが露出するように、溝57内に深く嵌め込まれている。ロッド54は、その溝内に装着されているため、ウェブ22が所定の長手方向及び側方張力下で案内即ち上流縁46から回転ロッド54の曲線状硬質表面へ前進されるにつれて、ポンプ圧及び速度がコーティング組成物の層をウェブ22の面に適用し、プレスロール及びウェブはかなりより速い速度で前進する一方で、ロッドは9〜12rpmなどの比較的遅い速度で回転しているため、該ロッドは計量機能を行わない。
回転ロッドを使用するウェブコーティング方法の別の例は、押出ヘットの供給スリットから離間され、かつ該スリットから垂れるバーがスプレッダーとして使用される米国特許第4,465,015号(Osta et al.);明かに駆動されていない回転ドクター部材が使用されて、低粘度組成物の拡散を促進する米国特許第4,765,272号(Mladota);及び逆駆動、即ち接線的に反対方向に駆動されている回転ロッドが、低粘度組成物の平滑装置として使用される米国特許第4,757,782号(Pullinen)に開示されている。
接着剤は、通常、多様な被着体及び他の接着剤を含む他の物質に対する表面取り付けによって結合される。感圧性接着剤(PSA)は、周囲温度で長期間の、好ましくは永久的な粘着性を有し、例えば指又はハンドローラーによる軽い圧力の適用により、様々な基材に接着されるであろう。一般に認められるPSAの定量的記載は、Dahlquist基準(Handbook of Sensitive Adhesive Technology,Second Edition,D.Satas,ed.,Van Nostrand Reinhold,New York,N.Y.,1989,pages 171〜176参照)により付与され、前記記載は、約3×10パスカル未満(室温、即ち約22℃にて10rad/秒で測定して)の貯蔵弾性率(G’)を有する材料はPSA特性を有するが、これを超えるG’を有する材料はPSA特性を有さないことを示している。より詳細には、本明細書で使用されるPSAは、室温とは異なる場合がある使用温度にてDahlquist基準を下回る貯蔵弾性率を有する材料を指す。
PSAは、無数の用途にて広く使用されている。通常の構成において、PSAのコーティングは、物品上にて所望の位置に提供される。例示的な実施例には、例えばシート若しくは細長片形態の、又はロール形態に巻回されたタブ;自己接着性シート、例えばメモ用紙、ラベル、標識用シートなど;容器閉鎖物;などが挙げられる。多様な性能、費用及び製品基準を提供する多様な接着剤配合物が、益々使用されている。PSAが作製される材料の例示的な実施例は、アクリル系ポリマー、熱可塑性エラストマー、天然ゴム及び合成ゴム、非エラストマー熱可塑性ポリマーなどが挙げられる。
PSAコーティングの作製方法、又は所望の表面上にPSAコーティングを形成する例示的な実施例には、押出コーティング及び溶媒コーティングが挙げられる。好適な方法の選択は、使用するPSA配合物の性質、上部にコーティングが形成される基材の性質、入手可能な機器及び材料などに一部依存するであろう。
ホットメルトコーティングの様々な作製方法が既知であるが、これらは、所定の厚さを超えるコーティングでのみ、満足なコーティング品質、即ち、所望通りの連続性を有するコーティング品質を生成することが可能である。より厚さが小さい高品質の融解コーティングを、より高速で生成する必要性が存在している。
本発明は、高分子量、高粘度材料からなる低厚の融解コーティングを有する物品、及びそのような物品の製造方法を提供する。いくつかの実施形態では、特定の利点はPSAコーティングを用いて達成される。
本発明の物品は、異なる多様な融解コート配合物を有する多様な構成にて作製することができる。例示的な実施形態は、感圧性コーティング及びホットメルト接着剤コーティングを含む。本発明で使用し得る配合物の例示的な実施例には、アクリル系ポリマー、熱可塑性エラストマー、天然ゴム、合成ゴム、及び非エラストマー熱可塑性ポリマーが挙げられる。
簡単に纏めると、本発明の物品は、第1の表面を有する基材と、第1の主表面及び第2の主表面を有する融解コート層とを含み、融解コート層の第1の主表面は、基材の第1の表面上に配置されている。融解コート層は、実質的に連続性を有し、所望の特性、例えばPSAを有し、ホットメルト接着剤などを提供する。本発明によれば、融解コート層は、そのような高分子量、高粘度材料の、以前から入手可能なコーティングよりも薄い。
本発明の融解コート層は、
(a)少なくとも約200,000の集団分子量を有する1種以上のアクリル系ポリマーであって、組成物が、溶媒を含有せず、約1重量%以下のゲル化アクリル系ポリマーを含有する、アクリル系ポリマー、
(b)組成物のホットメルトコーティングに好適な任意の温度、及び100秒−1未満の剪断速度、又は100rad/秒未満の周波数で測定して、約20,000cPを超える集団融解粘度を有する1種以上の熱可塑性エラストマー、
(c)いずれも熱可塑性エラストマーではない1種以上の天然ゴム又は合成ゴムであって、少なくとも約200,000g/molの集団分子量と、組成物のホットメルトコーティングに好適な任意の温度、及び100秒−1の剪断速度、又は100rad/秒未満の周波数で測定して、約50,000cPを超える集団融解粘度とを有する、天然ゴム又は合成ゴム、及び
(d)約50,000〜約3,000,000g/molの集団分子量を有する1種以上の非エラストマー熱可塑性ポリマーであって、組成物が溶媒を含有しない、非エラストマー熱可塑性ポリマー、からなる群から選択される融解組成物から形成されてもよい。本明細書で使用される用語、集団は、示される特性、即ち分子量又は融解粘度が、対象のコーティング組成物の全体に関して表されることを表すように使用される。
簡単に纏めて、本発明の方法は、
(a)本明細書に記載する融解コーティング組成物を、約30mils(760マイクロメートル)未満の厚さを有するダイスロットを通して供給する工程と、
(b)組成物を基材上に融解コーティングし、例えば約3インチ(7.6cm)未満の直径を有する回転ロッドと、支持ローラー上に支持される移動する基材との間におけるニップ地点の入口側に融解組成物を直接接触させる工程であって、ニップ地点の圧力が好ましくは支持ローラーを変形させる、工程と、
(c)コーティングされた基材をニップの出口側で得る工程と、を含み、
回転ロッド及び支持ローラーが、それぞれ、移動する基材の動作方向、即ち順方向に回転し、
回転ロッドが約20rpmを超えて回転し、移動する基材の接線速度の約1〜約20%の接線表面速度を有する。驚くべきことに、回転ロッドがダイの供給スロット内に位置するこのプロセスによって、このロッドが計量装置として機能し、極薄融解コーティングの形成を可能にするやり方でコーティング組成物が基材上に「刈り取られ(sheared down)」及び「塗り付けられる」ことが見出された。
本発明の方法は、融解加工、即ち組成物上に熱及び機械的圧力を適用し、かつ基材を相対的に移動して、コーティング組成物を基材上の所望の位置及び厚さに押出す。高分子量、高粘度PSA及び他の組成物のコーティングに一般に使用される以前から知られる方法とは異なり、液体分散媒又は溶媒は使用されない。その結果、得られたコーティングの乾燥を必要しないことにより、特別の乾燥及び溶媒回収システムなどの潜在的に高価な更なる操作が排除され、また基材が露出されて、融解コート層に対するコーティング後処理が潜在的に損なわれる危険性が排除される。
本出願人らは、選択された高粘度、高分子量材料を有するPSA材料の達成不可能に高品質なコーティングを、本発明により作製できることを見出した。本発明の他の利点は、これまでに達成不可能であった、高速と非常に高い薄さとの組み合わせにおいてコーティングを作製できることである。その結果、本発明は、例えば非常に薄いPSAコーティングを有する物品の高速生産を初めて可能にする。得られる利点としては、そのような物品を生産する際の規模の潜在的な経済性、得られる物品の費用の低減、及び、PSAコーティングの厚さが低減されて材料費が排除されることによるパフォーマンスの潜在的な改善、得られる物品の他の特性、例えば重量、可撓性などの改善が挙げられる。
本記載は、PSAコーティングを参照して本発明の方法及び物品を記載しているが、本発明の利点は、他の融解コーティングを使用しても獲得できることを理解するべきである。例示的な実施例としては、薄い結合層、例えば熱可塑性接着剤層、薄いエラストマー層、例えば熱可塑性エラストマー(TPE)、及び適合層(conformable layer)が挙げられる。
本発明は、高分子材料、特に例えば200,000g/molを超える高分子量、例えば50Pa−sを超える高い融解粘度を有する材料に関して達成され得る融解コーティングの厚さの範囲を拡大する。驚くべきことに、非常に低い厚さを有するそのような材料の連続的コーティングを達成できることが見出された。したがって、本発明はこれまで達成不可能であった、有意な潜在的な費用削減、材料消費の低減、及び持続可能性の向上を提供する。加えて、本発明は、可能な限り薄く軽い製品を作製する。
一般に、本発明の融解コーティングは、実質的に連続的であり、即ちピンホールタイプの欠陥を含まない。いくつかの実施形態では、本発明の融解コーティングはマイクロテクスチャード表面(即ち、基材と接触する面の反対側の面)を有する。そのような融解コーティングは、平滑な表面を有する、即ち実質的に均一の厚さを有する同一の材料のコーティングよりも有意に低いコーティング密度を有することができる。本発明のコーティングは、一般に、同一の材料の平滑縁(smooth edged)コーティングのコーティング密度の約60〜約95%であるコーティング密度を有するため、より少ない費用で接着性能を提供することができる。米国特許第4,167,914号に開示されている方法で得られたコーティングは、より大きい厚さを有すること、即ちより大きいコーティング重量を有することに加えて、同一の材料の平滑縁コーティングの95〜100%のオーダーのコーティング密度を有するであろう。
本発明について、図面を参照して更に説明する。
先行技術によるコーティングヘット、プレスロール、回転ロッド、及びロッドシートの部分側面図である。 本発明の方法のコーティングヘット、プレスロール、回転ロッド、及びロッドシートの部分側面図である。 本発明の物品の融解コート層の露出表面の顕微鏡写真である。 本発明の物品の縁の顕微鏡写真である。 これらの図は一定の縮尺ではなく、また、単に説明のためのものであって非限定的なものである。
手がかり及び用語集
別段の指示がない限り、本明細書及び「特許請求の範囲」において先に使用した分子量や反応条件などの成分の量や特性を表す全ての数値は、いかなる場合においても「約」という語で修飾されているものと解されるべきである。したがって、特に異議を唱えない限り、先の明細書及び添付した特許請求の範囲に記述されている数値パラメータは、当業者により本発明の技術を利用して獲得しようとされてきた所望の性質に応じて変化し得る概算である。最低限でも、また、特許請求の範囲への同等物の原則の適用を限定する試行としてではなく、少なくとも各数値パラメータは、報告された有効数字の数を考慮して、そして通常の概算方法を適用することによって解釈されなければならない。本発明の広範囲で記載される数値範囲及びパラメータは、近似値であるが、具体的な実施例に記載される数値は、可能な限り正確に報告する。しかしながら、いずれの数値も、それらの各試験測定値において見られる標準偏差から必然的に生じるある程度の誤差を本質的に含む。
重量パーセント(Weight percent)、重量パーセント(percent by weight)、重量%(% by weight)などは、材料の重量を組成物の重量で除して100を乗じたものとして、材料の濃度を指す同義語である。
数値範囲の終点による列挙は、その範囲内に入る全ての数を含む(例えば、1〜5は、1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、及び5を含む)。本明細書及び添付の「特許請求の範囲」において使用されるとき、単数形「a」、「an」、及び「the」は、その内容について別段の明確な指示がない限り、複数の指示対象を包含する。したがって、例えば「化合物」を含有する組成物への言及は、2種以上の化合物の混合物も含む。本明細書及び添付の「特許請求の範囲」で使用されるとき、用語「又は」は、その内容によって別段の明確な指示がなされていない場合は、一般に「及び/又は」を含む意味で用いられる。
次に定義する用語については、別の定義が特許請求の範囲中あるいは本明細書中に与えられなければ、これらの定義が適用されるものとする。
「脂肪族」は、環状、直鎖状又は分枝状の飽和一価又は多価炭水化物ラジカルを意味する。
「アルキル」は、1〜約12個の炭素原子を有する直鎖状の飽和一価炭化水素ラジカル、又は3〜約12個の炭素原子を有する環状又は分枝状の飽和一価炭化水素ラジカル、例えばメチル、エチル、1−プロピル、2−プロピル、ペンチルなどを意味する。
「アルキレン」は、1〜約12個の炭素原子を有する直鎖状の飽和二価炭化水素ラジカル、又は3〜約12個の炭素原子を有する環状若しくは分枝状の飽和二価炭化水素ラジカル、例えばメチレン、エチレン、プロピレン、2−メチルプロピレン、ペンチレン、ヘキシレンなどを意味する。
「多」量及び「少」量は、少量よりも多量が、より多いことを意味する。
「(メタ)アクリレート」は、アクリレート及び/又はメタクリレートを意味する。
「ポリマー」は、ポリマー、コポリマー(例えば2種以上の異なるモノマーを用いて形成されたポリマー)、オリゴマー、及びこれらの組み合わせと、例えば共押出又はエステル交換を含む反応により混和ブレンドにて形成され得るポリマー、オリゴマー又はコポリマーを意味して含む。別段の指定がない限り、ブロック及びランダムコポリマーの両者が含まれる。
本記載において以下の略語が使用される。
Figure 0006139539
本発明によるコーティング組成物の基材への適用は、一般に、混合工程及びコーティング工程の両方を含む。使用される機器及び技術に応じて、両方の加工工程は、統合された単一の混合及びコーティングラインにて行われ得る。しかしながら、このことは本発明の実施に必須ではない。当業者は、使用されている構成成分材料の性質に一部応じて、好適な機器及び加工パラメータを容易に選択することができるであろう。
混合
本発明は、バッチ又は連続的混合プロセスのいずれかを用いて、均一の混合物の融解コーティング組成物、即ち混和性構成成分及び非混和性構成成分の両方のドメインサイズが約0.1μm.未満である組成物を生産し得る。バッチ又は連続的混合のため、構成成分は、例えば物理的ブレンディングを用いて混合され得る。
分散混合、分配混合、又は分散混合と分配混合との組み合わせを提供する物理的ブレンディング装置も、本発明のホットメルトコーティング可能な材料の調製に有用である。上述したように、物理的ブレンディングのバッチ及び連続的方法の両方を使用することができる。バッチ方法の例としては、以下の機器が挙げられる:BRABENDER(C.W.Brabender Instruments,Inc.,South Hackensack,NJ製のBRABENDER PREP−CENTER(登録商標)ユニットを使用)又はBANBURY(商標)内部混合及びロールミリング(FARREL COMPANY,Ansonia,CT製の機器を使用)。
本発明のホットメルトコーティング可能な材料の調製には、連続的混合プロセスが用いられることが好ましい。連続的方法の例示的な実施例には、以下のタイプの機器及び加工を用いるものが挙げられる:単軸押出、二軸押出、ディスク押出、往復式単軸押出、及びピンバレル(pin barrel)単軸押出。連続的方法は、キャビティ移動要素(例えばCTM、Rapra Technology Ltd.,Shrewsbury,England製)などの分配要素と、ピン混合要素、静的混合要素及び分散要素(例えば「Mixing in Single−Screw Extruders,」Mixing in Polymer Processing,edited by Chris Rauwendaal(Marcel Dekker Inc.:New York(1991)、pp.129,176〜177、及び185〜186に記載されているようなMADDOCK混合要素又はSAXTON混合要素)との両方の使用を含んでもよい。
PSAコーティング組成物の構成成分が広く異なる粘度及び分子量を有する比較的高いスループット率を達成するためには、連続的混合が特に有利である。高スループット率のためには、融解、混合及びかみ砕き(mastication)は、好ましくは迅速に行われる必要がある。
多数の好適な連続的混合装置が既知である。連続的混合装置は、単一ユニット又は一連の相互接続ユニットを含んでもよい。本発明に有用な連続的混合装置の例示的な実施例は、米国特許第5,539,033号(Bredahl et al.)に記載されているものなどの、供給及び加工区画の連続を有する二軸押出機である。
連続的押出機の長さに沿って複数の投入開口部が提供されて、熱可塑性エラストマー、熱可塑材、非熱可塑性エラストマー、(メタ)アクリレート(コ)ポリマー、粘着付与剤、可塑剤、及び当技術分野にて既知の他の添加剤などの、ホットメルトコーティング可能な材料の多様な構成成分の添加を容易にしてもよい。添加温度にて固体である材料、又は添加時に固体の材料は、投入ポートを通して部分的に満たされた供給区画へ添加される。添加温度にて液体の材料、又は添加時に液体の材料は、任意の利用可能なアクセスポートにて添加されて融解されてもよい。融解ポンプ及びフィルターが押出機の一体化部分として、又は別個のユニットとして存在して、連続的混合装置からの接着剤の除去と、接着剤の流れからの不必要な混入物の除去との両方を容易にしてもよい。
ホットメルトコーティング可能な材料は、連続的に混合され、コーティング操作へ揚送され、又は輸送及び後の再加工のためのドラムなどの第2の槽内に揚送されてもよい。
コーティング
本発明の例示的なコーティング装置を図2に示す。ダイヘット110は、縁114を有する細長い上流又は案内バー112、縁118を有する細長い下流又は後部バー116、細長いロッド120、及びロッドシート122を含む。案内バー112と後部バー116とは離間されて、スロット124を画定している。案内バー112及び後部バー116は、縁114が縁118を超えて突出して受け口Uを画定するように構成されている。後部バー116の縁先端部118は、ロッド120と実質的に接線配置にて終結している。ロッド120及びバー112は、案内ダイ先端部114とロッド120との間の間隙D2がダイスロット124の幅D1、即ちバー112と116との間の寸法よりも小さいか又は該寸法と実質的に等しいように配置されている。本明細書で時折ダイスロットと称される間隙D2は、コーティング組成物の流れが、もはやダイによって制約されないダイ出口地点である。間隙D2は、一般に、約0.005〜約0.035インチ(0.13〜0.9mm)である。間隙D1は、一般に、約0.005〜約0.070インチ(0.13〜1.8mm)である。間隙D2は、分配マニフォルドに向かって後方に延びる固定距離のもの、又は可変距離のものであってもよい。間隙が、ロッドシート及びロッド自体から遷移するにつれて、該間隙の不連続性が存在し、又は間隙は固定距離若しくは単調減少する距離であってもよい。当業者に周知のように、間隙のパラメータは、ダイのこの区分内の圧力低下に影響を与えるであろう。一般に、ダイヘット110は、ロッド120が縁先端部114よりも基材130に接近するように配向され、圧力ニップNを形成する。
対照的に、図1に示すように、米国特許第4,167,914号の装置では、後縁の縁47の先端部は、ニップ53内に繋がる融解コーティング配合物のリザーバが形成されるように、間隙が劇的に拡大して終焉している。
本発明では、ホットメルトコーティング可能なポリマー組成物126がスロット124を通してダイヘット110内に揚送されて、縁114とロッド120との間に形成される間隙から外部へと計量される。コーティング中、組成物126は、最初にロッド120及び縁114の機能により計量された後、ニップNにおいてロッド120によりウェブ130上に塗り付けられる。コーティング操作中、一般に、連続的コーティングビード128が形成される。ゴム覆い133を用いて支持ロール132上に支持されているウェブ130がコーティングダイ110を越えて移動するにつれて、融解コート134がウェブ130上に形成される。理解されるように、コーティングビード128のサイズ及び形状は、ダイヘット110と支持ロール132との間の距離、縁先端部114を越えて延びるロッド120部分の寸法、支持ロール132に対するダイヘット110の角度に一部応じるであろう。
縁先端部114及び118は、きれいで、かつ切り欠き及び刻み目を有さない必要があり、また長さ25cm中1マイクロメートルの範囲内で真っ直ぐでなければならない。本発明の利点は、ロッド、ダイ縁などに対する剪断負荷が低減されているため、構成成分の耐用年数が、一般に、より長いことである。
典型的な実施形態では、支持ロール132は約8〜約16インチ(20〜40cm)の直径を有する。
支持ロール132は実質的に非圧縮性であってもよいが、一般に、ニップ地点において僅かに変形するように弾性である。時折ダイ進入と称されるそのような変形は、特に細長いダイスロット、ロッドなどが数フィートの幅を有し得る大きい装置を用いた場合、基材に対するコーティングビードの所望の均一な接触を達成することを容易にする。例示的な実施例は、シリコーンゴムから作製され又はゴム覆いを有して、融解残留物の洗浄を容易にする支持ロールを含む。支持ロールが柔らか過ぎる場合、ロールはコーティング中に過剰に変形する傾向を有し、ロールの永久的な変形、及び得られたコーティングにおける容認不可能な非均一性がもたらされる。本発明の典型的な実施形態では、約50〜約90デュロメータ以上のショアA硬度を有する支持ロールが使用されるであろう。
典型的な実施形態では、支持ローラー132の表面は、約1〜約25mils(25〜635マイクロメートル)の深さまで変形される。所望の場合、操作パラメータは、支持ローラー132の変形の深さが、場合によっては約10mils(380マイクロメートル)以下、別の場合、約5mils(125マイクロメートル)以下、尚別の場合、約1mil(25マイクロメートル)以下までに制限されるように選択される。均一の接触を達成するのに必要な最小量まで進入の量を低減することにより、比較的薄い、より小さい断裂強度又は引張強度を有する基材が本発明に使用できる。
コーティング中の温度制御を容易にするために、支持ローラーは所望により冷却又は加熱されてもよい。
典型的な実施形態では、ロッド120は約0.125〜1インチ(0.3〜2.5cm)の直径を有する。
ロッド120は、平滑な表面又はテクスチャード表面を有してもよい。いくつかの実施形態では、ロッドは平滑であり、又は約1000マイクロインチ(25μm)未満のR値を有する表面テクスチャを有する。別の場合、回転は、約100マイクロインチ(2.5μm)未満のR値を有する表面テクスチャを有し、別の場合、ロッドは、約20マイクロインチ(0.5μm)未満のR値を有する表面テクスチャを有する。
作動中、ロッドは、最初に計量装置として機能した後、組成物を基材上に塗り付ける。ロッドは、移動する基材の速度の約1〜約20%、好ましくは約3〜約8%の有効表面速度を有するように、約20rpmを超える速度で回転する。ロッドの回転が遅すぎる場合、融解コーティング組成物が滞って、移動する基材上にコーティングボイド又は非コーティング領域をもたらす一方、ロッドの回転が速すぎる場合、コーティング欠陥、例えばびびり(chatter)パターンがもたらされ、これは得られたコーティングの不連続性に繋がり得る。
本発明の方法は、高速で行うことができ、これは該方法を工業規模製品に好適なものとする。例えば、一般に、プロセスは、約200フィート/分(60メートル/分)を超える速度でニップNを通って移動するウェブ130を用いて実行されてもよい。いくつかの実施形態では、ウェブ130は約500フィート/分(150メートル/分)を超える速度で移動し、いくつかの実施形態では、ウェブは約1000フィート/分(300メートル/分)を超える速度でニップNを通って移動する。
米国特許第4,167,914号のように、ロッドの回転は、ニップ内に留まった摩耗物及び任意の粒子を拡散させる役割を果たし、ロッドの回転は、計量目的ではなく、任意の筋を克服すると共に摩耗物を拡散させるためである。ロッドは、コーティング速度、ポリマー融解粘度、ポリマー伸長/延伸粘度、ニップ圧などに応じて融解ポリマー及びコーティング厚さを削り落とす(knife off)ように機能する。融解ポリマーはコーティングニップ内で計量され、コーティングされていないポリマー融解物の残りの部分は、カレンダリング操作と同様に、ロッドの上流に再循環(回転)プール(bank)を形成する。コーティング速度及び厚さの主な限界は、ホットメルトコーティング可能なポリマー分子量の関数である剪断及び伸長/延伸粘度である。分子量が大きすぎると、コーティング速度及び達成可能な小さいコーティング厚さが、厚い縁ビードを含むコーティングの欠陥により制限されるであろう。これらの欠陥は、表面欠陥(例えば杉綾模様、山形模様など)又はコーティングボイドであってもよい。
米国特許第4,167,914号と比較すると、比較的小さいニップ圧が使用される。回転ロッドは、インデックスを付けて送って、必要に応じてのみ基材及び支持ロールに進入し及び該基材及び支持ロールと接触して、基材及び支持ロールとの均一の接触を提供することが好ましい。ニップ圧が小さすぎる場合、融解コーティング組成物は基材上を効果的に湿潤せず、不完全なコーティング性能がもたらされる。ニップ圧が大きすぎる場合、得られるコーティングは「コーティングアウト」、即ち孔を有し、また他のコーティング欠陥がもたらされ得るであろう。
本発明のホットメルトコーティングプロセスは、特定のプロセス変更を用いた、上述した回転ロッドダイスロット押出の変更物である押出コーティング方法である。ロッドの回転速度を、ダイスロットにより供給される融解ポリマーフィルムの厚さと、移動する基材及びゴムで覆われた支持ロール内への回転ロッド/融解ポリマーフィルムのより小さい進入から生じるより小さいコーティングニップ圧と組み合わせることにより、融解粘度、融解温度、コーティング速度及び低いコーティング厚さ限界に関連したコーティング手段が実質的に開発される。薄い(例えば、約0.030インチ(760マイクロメートル)未満の)ポリマー融解フィルムと結合された回転ロッドと、小さいコーティングニップ圧(支持ロール内への進入)とは、本発明のホットメルトコーティング可能なポリマーを正確に計量するよう機能する。順方向に回転するロッドの回転速度は、一般に、均一のコーティング厚さ及び最小限の縁ビードを提供するように、移動する基材の約1〜約20パーセントである。
本発明の利点は、所望通りの基材上への流れを達成する、コーティング組成物の所望の流れが、組成物に熱及び圧力を適用することにより達成されることである。液体媒体、例えば水又は揮発性有機溶媒を使用してコーティング組成物の流れを達成し、得られたコート層から、例えば乾燥によって除去する必要がある伝統的な液体媒体コーティング操作とは異なり、本発明に使用されるコーティング組成物は液体媒体を実質的に含まず、コーティング後の乾燥操作を用いない。
本発明の方法の、米国特許第4,167,914号を超える他の利点は、該文献に従って生成されたコーティングと比較すると、コーティングが最小限の縁ビード(即ち、堆積された融解コート材料の、コーティングゾーンの縁の厚い部分)を有し又は縁ビードを有さずに形成できることである。前記文献に従ってコーティングを作製する場合、目立った縁ビード結果を有する縁、例えばコーティングの全幅の10%以上までを占め得る、各コーティング縁上のゾーンが形成され得る。そのようなビード及び前記文献が提供する破壊的性能を排除するために、通常、例えば細長く切ることによって側縁部分を除去し、これは有意な廃棄物の流れをもたらす。対照的に、本発明の方法は、最小限の縁ビードを有し又は縁ビードを有さないことにより、廃棄物を多大に減少させ又は排除さえもする、結果として得られる製品を生成する。
いくつかの実施形態では、本発明の融解コーティングはマイクロテクスチャード表面(基材に接触する面の反対側)を有し、前記マイクロテクスチャード表面は、機械方向に延びる、比較的より厚い及びより薄いコーティング厚さを有する数個の細筋を含む。得られたそのようなコーティングは、平滑な表面、即ち実質的に均一の厚さを有する同一の材料のコーティングと比較して有意に低いコーティング密度を有し得る。本発明のコーティングは、一般に、同一の材料の平滑な表面を有するコーティングのコーティング密度の約60〜約95%であるコーティング密度を有し得る。Mladotaに開示されている方法で得られるコーティングは、同一の材料の平滑縁コーティングの95〜100%のオーダーのコーティング密度を有するであろう。コーティング厚さの変動は、光学的手段、例えば、得られたコーティングの比較光沢を測定し、また直接的な物理的手段、例えばキャリパーを用いて厚さを測定することにより評価することができる。そのような細筋の例は、図3及び4にて視認でき、ウェブ130上の融解コーティング134の表面138上の細筋136が可視である。そのような細筋は、融解コーティングが弛緩するにつれて、特にコーティング物品が、例えばロール形態に巻回されるなど圧縮に付される場合、消失する傾向があり得るが、コート材料の残留する並列状態が度々観察されであろう。
コーティング組成物
本発明に使用し得る融解コーティング可能な組成物は、
(a)少なくとも約200,000の集団分子量を有する1種以上のアクリル系ポリマーであって、組成物が、溶媒を含有せず、約1重量%以下のゲル化アクリル系ポリマーを含有する、アクリル系ポリマー、
(b)ホットメルトコーティングに好適な任意の温度、及び100秒−1未満の剪断速度、又は100rad/秒未満の周波数で測定して、約20,000cPを超える集団融解粘度を有する1種以上の熱可塑性エラストマー、又は
(c)いずれも熱可塑性エラストマーではない1種以上の天然ゴム又は合成ゴムであって、少なくとも約200,000g/molの集団分子量と、ホットメルトコーティングに好適な任意の温度、及び100秒−1の剪断速度、又は100rad/秒未満の周波数で測定して、約50,000cPを超える融解粘度とを有する、天然ゴム又は合成ゴム、及び
(d)約50,000〜約3,000,000g/molの集団分子量を有する1種以上の非エラストマー熱可塑性ポリマーであって、組成物が溶媒を含有しない、非エラストマー熱可塑性ポリマー、からなる群から選択されるものを含む。
所望の場合、1種以上の好適な添加剤を加えて、得られる融解コート層の特性を変更してもよい。そのような添加剤の例示的な実施例には、色素、ガラス性又は高分子性の気泡又はビーズ(拡張(expanded)又は非拡張(unexpanded)であってもよい)などの充填剤、疎水性又は親水性シリカ、炭酸カルシウム、ガラス又は合成繊維、化学的及び物理的気泡(発泡)剤、強化剤、補強剤、難燃剤、酸化防止剤、及び安定剤が挙げられる。添加剤は、所望の最終性質を得るのに十分な量で添加される。
(a)アクリル系ポリマー
いくつかの実施形態では、融解コート層は、少なくとも約200,000の分子量を有する1種以上のアクリル系ポリマーを含み、約25g/m未満のコーティング重量を有する。いくつかのそのような実施形態では、融解コート層は、実質的に粘着付与剤、油及び可塑剤を含まない。所望の場合、そのような実施形態の融解コート層は、約21g/m未満、約17g/m未満、約13g/m未満、又は更には約9g/m未満のコーティング重量を有し得る。
融解コート層が1種以上のアクリル系ポリマーを含む実施形態では、アクリル系ポリマーは、少なくとも約500,000、少なくとも約800,000場合によっては、所望の場合、更に少なくとも約1,000,000の集団分子量を有し得る。
所望の場合、融解コート層は、1種以上のアクリル系ポリマーから本質的になってもよい。いくつかの実施形態では、融解コート層は、イソオクチルアクリレートのポリマー及びコポリマーからなる群から選択されるアクリル系ポリマーを含む。本発明に使用し得る他のアクリル系ポリマーを以下に記載する。
低T(メタ)アクリレートモノマー。本発明のプロセスによりコーティングされ得る高分子材料の一クラスは、ホットメルトコーティング可能な(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーである。ホットメルト(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーは、1種以上の低T(メタ)アクリレートモノマーを含む。有用な低T(メタ)アクリレートモノマーの例には、非第3級アルキルアルコールの(メタ)アクリレートエステルからなる群から選択されるモノ官能性不飽和モノマーが挙げられ、前記非第3級アルキルアルコールのアルキル基は約1〜約18個、好ましくは約4〜約12個の炭素原子を含む。好ましい(メタ)アクリレートモノマーは、ホモ重合された際、約20℃を下回るTを有し、また以下の一般式(I)を有する。
Figure 0006139539
式中、Rは、H又はCHである。RがHの場合、アクリレートモノマーが示され、RがCHの場合、メタクリレートモノマーが示される。Rは、広く直鎖状、分枝状、芳香族、又は環状炭化水素基から選択される。好ましくは、Rは、直鎖状又は分枝状炭化水素基である。炭化水素基の炭素原子の数は、好ましくは約1〜約20、より好ましくは約1〜約18である。Rが炭化水素基の場合、炭化水素基は、(例えば酸素又は硫黄)も含み得る。
本発明に有用な好適な低T(メタ)アクリレートモノマーの例には、ベンジルアクリレート、n−ブチルアクリレート、n−ブチルメタクリレート、sec−ブチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、デシルアクリレート、2−エトキシエチルアクリレート、
2−エトキシエチルメタクリレート、エチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、
n−ヘキサデシルメタクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、イソアミルアクリレート、イソブチルアクリレート、イソデシルアクリレート、イソデシルメタクリレート、イソノニルアクリレート、イソオクチルアクリレート、イソオクチルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソトリデシルアクリレート、ラウリルアクリレート、ラウリルメタクリレート、2−メトキシエチルアクリレート、メチルアクリレート、2−メチルブチルアクリレート、4−メチル−2−ペンチルアクリレート、
1−メチルシクロヘキシルメタクリレート、2−メチルシクロヘキシルメタクリレート、3−メチルシクロヘキシルメタクリレート、4−メチルシクロヘキシルメタクリレート、オクタデシルアクリレート、オクタデシルメタクリレート、
n−オクチルアクリレート、n−オクチルメタクリレート、2−オクチルアクリレート、2−オクチルメタクリレート、2−フェノキシエチルメタクリレート、プロピルアクリレート、n−テトラデシルアクリレート、n−テトラデシルメタクリレート、及びこれらの混合物が挙げられるが、それらに限定されない。
高Tモノマーホットメルトコーティング可能な(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーは、1種以上の高Tモノマーを含んでもよい。本発明の高Tモノマーは、好ましくは、約20℃を超える、最も好ましくは約50℃を超えるホモポリマーTを有するモノ−エチレン性不飽和モノマーであり、前述した低T(メタ)アクリレートモノマーと重合され得る。好適な高Tモノマーの例には、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート及びtert−ブチルメタクリレートなどの置換低級(C〜C)アルキルメタクリレート;n−ヘキサデシルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート及びイソブチルメタクリレート;ビニルアセテート、ビニルピバレート;及びビニルネオノナノエートなどのビニルエステル;シクロアルキルのアクリレート及びメタクリレートエステル;ベンジルメタクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、4−t−ブチルシクロヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、フェニルアクリレート、フェニルメタクリレート、2−ナフチルアクリレート及び2−ナフチルメタクリレートなどの芳香族又は架橋シクロアルキルアルコール、並びにスチレン及びα−メチルスチレンなどの置換スチレン誘導体のうちの1つ以上が挙げられるが、これらに限定されない。他の有用な(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーには、米国特許第4,554,324号(Husman et al.)及び同第4,693,776号(Krampe et al.)に記載され、約20℃を超えるTと、約2,000g/モル〜約30,000g/モルの範囲内の重量平均分子量(Mw)とを有する部分を含むビニル末端高分子モノマー(所謂「巨大分子モノマー」又は「マクロマー」)が挙げられる。有用な高分子部分には、ポリスチレン、ポリ(α−メチルスチレン)、ポリ(ビニル−トルエン)及びそのアイソマーなどのビニル芳香族ポリマー、又はポリ(メチルメタクリレート)などの非芳香族ビニルポリマーが挙げられる。
極性モノマー任意の極性モノマーは、ホットメルト(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーの機械的特性にも寄与する。加えて、そのような極性モノマーは、得られた(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマー組成物の内部強度及び表面親和性を向上させる。有用な酸性極性モノマーには、モノエチレン的に不飽和なカルボン酸、スルホン酸、ホスホン酸及びこれらの混合物から選択される1つ以上が挙げられるが、これらに限定されない。そのような化合物の例には、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、クロトン酸、シトラコン酸、マレイン酸、オレイン酸、β−カルボキシエチルアクリレート、2−スルホエチルメタクリレート、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ビニルホスホン酸など、及びこれらの混合物から選択されるものが挙げられる。その入手可能性に起因して、特に好ましい酸性極性モノマーは、モノエチレン的に不飽和なカルボン酸である。更により強い酸を所望する場合、特に好ましい酸性極性モノマーとしては、エチレン的に不飽和なスルホン酸及びエチレン的に不飽和なホスホン酸が挙げられる。他の有用な極性モノマーには、N−ビニルピロリドンなどのN−ビニルラクタム;N−ビニルカプロラクタム;N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジメチルメタクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N,N−ジエチルメタクリルアミド、N−tert−オクチルアクリルアミド及びN−イソプロピルアクリルアミドなどの置換(メタ)アクリルアミド;(メタ)アクリロニトリル、並びに無水マレイン酸が挙げられる。
(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーがPSA特性を必要とする場合、対応するホモポリマー又はコポリマーを約0℃未満の、得られたガラス転移温度(T)を有するように調整してもよい。PSAは、Donatas Satas(van Nostrand,New York,1989)による「Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology(2nd Edition)」に記載されているものに従った物理的特性を有する必要がある。特に好ましいPSA(コ)ポリマーは、(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーである。そのような(コ)ポリマーは一般に、約40重量%〜約98重量%、好ましくは少なくとも約70重量%、より好ましくは少なくとも約85重量%、最も好ましくは約90重量%の少なくとも1種の低Tアルキル(メタ)アクリレートモノマーを含むモノマーから誘導され、該モノマーは、ホモポリマーとして、約0℃未満、好ましくは約−20℃未満のTを有する。極性(メタ)アクリル酸エステルコポリマーは一般に、約2重量%〜約30重量%、好ましくは約2重量%〜約15重量%の共重合性極性モノマーを含むモノマーから誘導される。場合により、ホモポリマーとして、20℃を超えるTを有する他のビニルモノマー及び高Tアルキル(メタ)アクリレートモノマーは、得られた(メタ)アクリル酸エステルコポリマーのTが約0℃未満であるという条件で、1種以上の低Tアルキル(メタ)アクリレートモノマー及び極性モノマーと共に使用されてもよい。
重合法本発明の実施に際して、(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーは、非限定的に溶媒重合、分散重合、エマルション重合、懸濁液重合、無溶媒バルク重合、並びに、紫外線、電子ビーム及びγ放射を使用したプロセスを含む放射重合を含む従来の技術によって重合することができる。出発物質は、重合開始剤、特に(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーのモノマーの重合に有効な量の一タイプの熱開始剤又は光開始剤を含んでもよい。
溶媒重合法溶媒重合は当技術分野にて周知であり、米国特許第Re 24,906号(Ulrich)及び同第4,554,324号(Husman et al.)などの多様な情報源に記載されている。要約すると、上記手順は、モノマー、酢酸エチルなどの好適な溶媒、及び任意の連鎖移動剤を反応槽に加え、フリーラジカル開始剤を添加し、窒素でパージし、反応が完了するまで反応槽を一般に約40℃〜約100℃の範囲内の高温で、バッチのサイズ及び温度に応じて一般に約1〜約20時間維持することによって実施される。好適なフリーラジカル開始剤は、VAZO商標名表記のDuPont Company製のものなど、市販されている。特定の例としては、VAZO(商標)64(2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)及びVAZO(商標)52が挙げられる。好適な開始剤はまた、tert−ブチルヒドロペルオキシドなどのヒドロペルオキシド、並びに、過酸化ベンゾイル及びシクロヘキサンペルオキシドなどのペルオキシド類が挙げられる。
分散重合法分散重合は一般に、得られるポリマーを溶解しない溶媒中のモノマー、開始剤及び立体安定剤からなる単相反応混合物として実施される。重合の初期段階は典型的な溶液重合であり、ポリマー鎖は反応混合物中に不溶となるまで、その大きさが成長する。混合物からのポリマーの沈殿が開始するにつれて、立体安定剤がポリマーの表面上に吸着し、ポリマー粒子が形成されるときの該粒子の合体を防止する。反応は、全部のモノマーが消費され、該モノマーがその中で形成された反応媒体に不溶のポリマー粒子の形成がもたらされるまで継続するであろう。
エマルション重合法米国特許第Re 24,906号にはエマルション重合も記載されており、モノマーを乳化剤及び好適な開始剤と共に反応槽内の蒸留水に添加し、窒素でパージし、反応が完了するまで振盪しながら、一般に約25℃〜約80℃の範囲内の温度に加熱する。
取り扱いの容易さのため、及び/又はエマルション重合(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーを固体材料又はコーティング可能な分散性粉末として使用するために、従来の乾燥技術を用いてエマルション重合(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーを噴霧乾燥してもよい。そのような粉末を調製する際、エマルションを高温ガス流中に噴霧するノズルに、エマルション重合ベースコポリマーを供給してもよい。最初に水性エマルション媒体が蒸発し、濃縮されたベースコポリマーの小滴が形成される。水性媒体の除去が完了に近づくにつれて、小滴は粉末粒子に変換される。例えば、米国特許第3,772,262号(Clementi)又はK.Masters,「Spray Drying」,2nd ed.,Wiley:1976を参照されたい。
懸濁液重合法(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーはまた、懸濁液重合法を用いて、ビーズ形態で調製することができる。そのような懸濁液方法は、例えば、欧州特許出願第853092号(Bogaert et al.)に記載されている。この懸濁液プロセスは、低T(メタ)アクリレートモノマー、高Tモノマー、極性モノマー、フリーラジカル開始剤、連鎖移動剤及び他の所望の添加剤を混合してプレミックスを形成する工程を含む。デキストリン又はデキストリン誘導体などの懸濁液安定剤を水と組み合わせた後、プレミックスと組み合わせて、水懸濁液を形成する。得られた懸濁液は、一般に、約10〜約50重量パーセントのプレミックスと、約90〜約50重量パーセントの水相とを含む。次いで、重合を一般に熱的に開始させ、約40℃〜約90℃の温度で約2〜約16時間行う。(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマービーズは、様々な手段により単離することができ、概して約1〜約5000マイクロメートルの直径を有する。エマルションプロセスと同様、より小さい粒子を噴霧乾燥して(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーを回収してもよい。より大きい粒子は、例えば、単純な濾過及び風乾により単離され得る。
無溶媒重合プロセス米国特許第4,619,979号及び同第4,843,134号(両方ともKotnour et al.)に記載されている連続的フリーラジカル重合法などの無溶媒重合法;米国特許第5,637,646号(Ellis)に記載されているバッチ反応器を使用した本質的に断熱的な重合法、及び米国特許第5,804,610号(Hamer et al.)に記載されている包装された接着剤組成物(pre-adhesive composition)の重合に関して記載された方法も、(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーの調製に使用することができる。
この後者の方法の好ましい一実施形態では、0.1〜約500グラムの、低T(メタ)アクリレートモノマー、高Tモノマー、極性モノマー、開始剤、及び任意の連鎖移動剤を含む重合性混合物は、パッケージ材料により完全に包囲される。別の好ましい実施形態では、接着剤組成物は、シートの表面上、又は実質的に平行の一対の2つのシートの間に配置される。
パッケージ材料は、(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマー又は可塑化PSA組成物と組み合わされた際、実質的に所望のPSA特性に悪影響を与えない材料から作製される。感圧性接着剤とパッケージ材料との混合物から生成されたホットメルトコートPSAは、PSA単独から生成されたホットメルトコートPSAと比較して改善されたPSA特性を有することができる。
パッケージ材料は、使用する重合方法にとって適切でなければならない。例えば、光重合による場合、重合をもたらすために必要な波長の紫外線を十分に通すフィルム材料を使用する必要がある。重合は、米国特許第4,181,752号(Martens et al.)に記載されているように、紫外(UV)放射への暴露により達成され得る。好ましい実施形態では、重合はUVブラックライトを用いて実施され、該UVブラックライトは、それらの約280〜約400ナノメートル(nm)の発光スペクトルの約60パーセント超、好ましくは約75パーセント超を有し、また約0.1〜約25mW/cmの強度を有する。
別の好ましい無溶媒重合法では、本発明の(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーは、米国特許第4,181,752号に記載されている技術に従って、光開始重合法により調製される。低T(メタ)アクリレートモノマー、高Tモノマー、極性モノマー及び光開始剤を溶媒の不在下で一緒に混合し、約500cPs〜約50,000cPsの範囲内の粘度に部分的に重合させて、コーティング可能なシロップ剤を達成する。代替的に、モノマー及び光開始剤を溶媒の不在下で一緒に混合し、部分的に重合させてシロップ剤を作製する。更に別の方法では、モノマー及び可塑剤は、ヒュームド親水性シリカなどのチキソトロープ剤と混合して、コーティング可能な厚みとしてよい。次いで、UV架橋剤及び任意の他の成分を予備重合シロップ剤又は粘度の高い可塑化モノマー混合物に加える。代替的に、これらの成分(架橋剤を除く)を初期重合に先立ってモノマー混合物に直接加えてもよい。
得られた組成物を基材(UV放射を通すものであり得る)上にコーティングし、不活性(即ち、無酸素)雰囲気中(例えば、UV放射に暴露することによる窒素雰囲気)にて重合する。好適な基材の例としては、剥離ライナー(例えば、シリコーン剥離ライナー)、及びテープ裏材(下塗りしているか又は下塗りしていない紙又はプラスチックであってもよい)が挙げられる。十分に不活性な雰囲気は、重合性コーティング層を、実質的にUVを通すプラスチックフィルムで覆い、そのフィルムを通して、空気中で、上述の特許にて記載されているように、UVランプを使用して照射することによっても得ることができる。代替的に、重合性コーティングを覆う代わりに、易酸化性スズ化合物を、重合性シロップ剤に加えて、米国特許第4,303,485号(Levens)に記載されているように、酸素に対するシロップ剤の耐性を増大させてもよい。紫外光源は、好ましくは約90%の約280〜約400nm(より好ましくは約300〜約400nm)の発光を有し、最大は約351nmである。
フリーラジカル開始剤は、好ましくは低T(メタ)アクリレートモノマー、高Tモノマー及び極性モノマーの重合を援助するように添加される。使用する反応開始剤のタイプは、重合プロセスに依存する。重合性混合物モノマーの重合に有用な光開始剤には、ベンゾインメチルエーテル又はベンゾインイソプロピルエーテルなどのベンゾインエーテル、2−メチル−2−ヒドロキシプロピオフェノンなどの置換ベンゾインエーテル、2−ナフタレンスルホニルクロリドなどの芳香族スルホニルクロリド、及び1−フェニル−1,1−プロパンジオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシムなどの光反応性酸化物が挙げられる。市販の光開始剤の一例は、IRGACURE(商標)651(BASF Corp.製の2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン)である。概して、光開始剤は、共重合性モノマーの重量に基づいて、約0.005〜1重量パーセントの量で存在する。好適な熱開始剤の例には、AIBN(2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)、tert−ブチルヒドロペルオキシドなどのヒドロペルオキシド、及び過酸化ベンゾイル及び過酸化シクロヘキサンなどの過酸化物が挙げられる。
好ましくは、(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーは、溶媒なしで重合される。けれども、所望であれば、好適な不活性有機溶媒は、反応に特に悪影響を及ぼさないように、反応物及び生成物に対して十分不活性な任意の有機液体であってもよい。そのような溶媒には、酢酸エチル、アセトン、メチルエチルケトン類、及びこれらの混合物が挙げられる。使用する場合、溶媒の量は、反応物(モノマー及び開始剤)及び溶媒の総重量に基づいて、概ね約30〜約80重量%である。そのような場合、溶媒は、概してコーティングに先だってポリマーから除去される。
場合により、組成物はまた、(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーの分子量を制御する連鎖移動剤を含有する。連鎖移動剤は、フリーラジカル重合を調節する物質であり、概して当技術分野にて既知である。好適な連鎖移動剤には、四臭化炭素などのハロゲン化炭化水素;ラウリルメルカプタン、ブチルメルカプタン、エタンチオール、イソオクチルチオグリコレート(IOTG)、2−エチルヘキシルチオグリコレート、2−エチルヘキシルメルカプトプロピオネート、ペンタエリスリトールメルカプトプロピオネート、
2−メルカプトイミダゾール及び2−メルカプトエチルエーテルなどの硫黄化合物が挙げられる。
有用な連鎖移動剤の量は、所望の分子量及び連鎖移動剤のタイプに依存する。連鎖移動剤は、一般に、100重量部のベースコポリマー当たり約0.001重量部〜約10重量部、好ましくは約0.01重量部〜約0.5重量部、最も好ましくは約0.02重量部〜約0.20重量部の量で使用される。
市販のメタ(アクリル系)エステル(コ)ポリマーPSAは、温度約160℃未満及び高生産のコーティング速度でコーティング又はスロットダイ方法によりホットメルトコーティング可能であると考慮するには、低いMw(約200,000g/モル未満)及び低い融解粘度(温度約130℃で約40Pa−s未満、及びコーン−プレートレオロジー測定において約100秒−1の剪断)を有する。約160℃を超える温度は、PSAの熱分解を促進する。そのような市販の(メタ)アクリル酸エステルPSAの例には、BASF Corp.製のacRESIN(商標)シリーズ(A204UV、A250UV、A260UV及びDS3532)及びNOVARAD(商標)RCシリーズ(Novamelt Gmbh製)が挙げられる。これらのアクリル酸エステルコポリマーは、それらの低い分子量に起因して、有用なPSA性能を生じるためにコーティング後にUV硬化を必要とする。UV架橋は、高強度UV暴露と、コポリマー構造中にグラフトされたUV応答性化学的架橋剤との組み合わせによってもたらされる。
本発明の接触コーティングプロセスは、遙かに大きい分子量(約1,000,000g/モルまで又はそれ以上)の(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーを、小さいコーティング重量(〜約4g/mへ)及び高速(>約1000フィート/分)にてコーティングする能力を可能にする。より大きい分子量のアクリル樹脂をコーティングする能力は、より低いUV又は電子ビーム線量において、より高い接着剤性能を有するコーティングを含めるように配合物の窓を開放し、いくつかの製品用途の場合、放射後の硬化の必要性を排除することができる。より大きい分子量は、きれいな除去及び剪断抵抗性を必要とする多数の用途(例えば段ボール固着用の包装テープ)においてPSA性能に強く影響を与える。
ホットメルトコーティング可能な(メタ)アクリル酸エステルコポリマーのための粘着付与剤及び可塑剤
(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーは、自己粘着性又は粘着性付与されてもよい。有用な(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーPSAは、概して、100部の(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーに対して、0部〜約100部の1種以上の相溶性粘着性付与樹脂を含む。(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーと共に使用するのに好適な粘着性付与樹脂には、概して、ESCOREZ(商標)1000シリーズ(ExxonMobil Chemical Co.製)などの脂肪族オレフィン誘導樹脂;FORAL(商標)シリーズ及びSTAYBELITE−E(商標)シリーズ(両方ともPinova,Inc.製)などのゴムロジンエステル;SYLVATAC(商標)及びSYLVALITE(商標)シリーズ(Arizona Chemical製)、WESTREZ(商標)5000シリーズ(MeadWestvaco Corp.製)及びPERMALYN(商標)シリーズ(Eastman Chemical Co.製)などのトールオイルロジンエステル;PICCOLYTE(商標)A、F、C及びSシリーズ(Pinova,Inc.製)などのポリテルペン;ESCOREZ(商標)5000シリーズ(ExxonMobil Chemical Co.製)などの脂環式炭化水素、及びSYLVARES(商標)TP 2019(Arizona Chemical製)などの石油又はテルペンチン源由来のテルペンフェノール樹脂が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明の(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマー中での使用に選択された可塑剤は、様々な特性を所有する。概して、可塑剤は、液体又は固体であってもよく、様々な分子量及び構造を有し、(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーと相溶性であり、モノマー又はポリマーであり、不揮発性かつ非反応性である。更に、固体と液体との混合物、モノマー及びポリマー、並びに可塑剤のその他の組み合わせを本発明で使用することができる。
概して、液体可塑剤は、(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーと容易に混合可能であり、及び/又はバルク重合法を用いて調製される可塑化PSA組成物のためのモノマーと混和性であるように選択されてもよい。加えて、液体可塑剤は、非粘着性(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーに直接、又は既にコーティングされているベースコポリマーフィルム上に供給されてもよく、一般に、迅速に吸収されて感圧性接着特性が活性化される。
更に、可塑剤は、一連の分子量及び構造を有することができる。すなわち、可塑剤は、本質的にポリマー又はモノマーのいずれか一方であることができる。一般に、モノマー可塑剤は、低分子量の酸又はアルコールから誘導され、それらは次にモノ官能性アルコール又はモノ官能性酸によってそれぞれエステル化される。これらの例は、単塩基酸及び多塩基酸のエステル、例えば、イソプロピルミリステート、ジブチルフタレート、ジイソオクチルフタレート、ジブチルアジパート、ジブチルセバケートなどである。有用なポリマー可塑剤は、非アクリル系であり、典型的には、カチオン又はフリーラジカル重合可能な、縮合重合可能な、又は開環重合可能なモノマーから誘導されて、低分子量ポリマーを製造する。これらポリマー可塑剤の例としては、ポリウレタン、ポリ尿素、ポリビニルエーテル、ポリエーテル、ポリエステルなどの材料が挙げられる。本適用で使用される「非アクリル系」は、ポリマー可塑剤が約20重量%未満の任意の(メタ)アクリルのモノマーを含むことを意味する。
有用な可塑剤は、(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーと相溶性であるため、一旦可塑剤が(コ)ポリマーと混合されたら、可塑剤は(コ)ポリマーから相分離しない。「相分離」又は「相分離する」とは、可塑化(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマー中の純可塑剤に関して、示差走査熱量計(DSC)によって検知可能な、融解又はガラス転移温度などの、熱遷移が全く見つからないことを意味する。例えば組成物の平衡又は温度の影響に起因する僅かな分離などの、可塑化(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーからの又は可塑化(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマー全体での可塑剤の幾分かの移動は許容することができるが、可塑剤は(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーと可塑剤とが相分離する程度まで移動しない。高分子可塑剤が使用される場合、その高分子可塑剤は、モノマー可塑剤と比較して用途が少々制限される傾向にあり、一般に、高分子可塑剤の分子量が小さくなるほど、それらの(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーとの相溶性が高くなる。(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーと相溶性にある可塑剤は、可塑剤の化学的性質と、(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーのモノマー含有量とにも依存し得る。例えば、ポリエーテル骨格(ポリエチレングリコールなど)に基づく高分子可塑剤は、特により高い濃度の酸性極性モノマーが使用されている場合、ポリエステル可塑剤と比較してより相溶性であることが観察されている。
本発明に使用される可塑剤はまた、不揮発性である。可塑剤が、(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーが可塑剤の存在下で形成されるバルク重合プロセスで使用される場合、可塑剤はモノマーを溶媒和させるだけでなく、重合反応条件下で存在した状態に留まり、かつ安定であり、低T(メタ)アクリレートモノマー、高Tモノマー及び極性モノマーのための重合媒体としての役割を果たす。PSA特性を有する可塑化(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマー中の可塑剤の存在は、PSA組成物の接着特性を維持するよう機能する。
加えて、有用な可塑剤は非反応性であるため、(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーのモノマーの共重合を防止する。このため、アクリレート官能基、メタクリレート官能基、スチレン官能基、又はその他のエチレン性不飽和、フリーラジカル反応性官能基を有する可塑剤は、通常使用されない。
特に有用な可塑剤には、約150〜約5,000、好ましくは約150〜約1,500の重量平均分子量を有する、ポリエチレンオキシド類、ポリプロピレンオキシド類、ポリエチレングリコール類などのポリアルキレンオキシド類;PYCAL(商標)94(Croda International Plc.製のポリエチレンオキシドのフェニルエーテル)などのアルキル又はアリール官能化ポリアルキレンオキシド類;BENZOFLEX(商標)シリーズ(Eastman Chemical Co.製)などのベンゾイル官能化ポリエーテル;ポリエチレンオキシド類のモノメチルエーテル;ジオクチルアジペート、ジイソノニルアジペート、ジブトキシエトキシエチルアジペート及びジブトキシプロポキシプロピルアジペートなどのアジペートモノマー;ポリエステルアジペートなどの高分子アジペート;アセチルトリ−n−ブチルシトレートなどのシトレート;ブチルベンジルフタレートなどのフタレート;トリメリテート;セバケート;PARAPLEX(商標)Gシリーズ(HallStar Co.製)などのポリエステル;SANTICIZER(商標)シリーズ(Ferro Corp製)などのホスフェートエステル;PLASTHALL(商標)7050(HallStar Co.製のジアルキルジエーテルグルタレート)などのグルタレート、並びに及びこれらの混合物が挙げられる。
可塑剤は一般に、100重量部(pph)の(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマー当たり約1〜約100重量部の量で使用される。好ましくは、可塑剤は、約3〜約50pphの量で存在する。最も好ましくは、可塑剤は、約3〜約40pphの量で存在する。
使用される可塑剤の量は、(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマー中に使用される低T(メタ)アクリレートモノマー、高Tモノマー及び極性モノマーのタイプ及び比率と、組成物中に使用される可塑剤の化学クラス及び分子量とに依存する。例えば、(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーの弾性率が増大するにつれて、混合材料の弾性率をPSA作製に有用な範囲に下げるために、より高濃度の可塑剤が必要となる(即ち剪断貯蔵弾性率がDahlquist基準よりも低い)。PSA中の可塑剤の量が増大するにつれて、粘着強度の維持が益々困難となるため、最終的なPSA中に許容され得る可塑剤の量の実際上の上限が形成される。高濃度の可塑剤は、乾燥粘着性(aggressive tack)、低温性能又は速やかな剥離などの特性が必要な場合、有益であり得る。一般に、(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーの分子量が低下するにつれて、用いることができ、かつ尚良好な粘着強度を得る最大可塑剤添加量も低下する。これと非常に類似して、高温剪断の保持が所望される場合、より低い可塑剤濃度が推奨される。
PSA配合物に関する実用的制約を考慮すると、開始されるべき(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーの剪断弾性率の上限であって、約100pph以下の可塑剤を添加してPSA挙動が尚可能である、上限も存在することが明かな筈である。実際の弾性率の値は、それが可塑剤のタイプ、可塑化の効率性及び可塑剤の(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーとの相溶性に強く依存するため、画定が困難である。
架橋剤本発明の(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーは、内部強度、溶媒耐性及び他の特性を改善する架橋剤も含み得る。架橋剤は、100重量部の(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーに基づいて、又は、100重量部の使用される低T(メタ)アクリレートモノマー、高Tモノマー及び極性モノマーに基づいて、約0.05〜約5パーセントの量で存在する。
溶液、エマルション、懸濁液及び無溶媒重合ホットメルト(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマー組成物中に有用な架橋剤は、フリーラジカル共重合性であり、及び/又は、(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーのコーティング後の放射、水分若しくは熱に対する暴露を介して架橋を達成するものである。一般に、ホットメルト加工性及び(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーのコーティング可能性を維持するために、(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーを粘着付与剤、可塑剤、架橋剤及び他の添加剤と混合し、混合物をコーティングした後に架橋が行われる。化学的架橋剤の一タイプは、高強度UV光に対する暴露により活性化される感光性架橋剤である。そのような架橋剤の例は、米国特許第4,737,559号(Kellen et al.)に記載されており、水素取り込み(hydrogen abstracting)ベンゾフェノン及びモノ−エチレン的に不飽和な芳香族ケトン類、特に4−アクリルオキシベンゾフェノン(4ABP)を含む。感光性架橋剤の他のクラスには、米国特許第4,329,384号(Vesley et al.)及び同第4,330,590号(Vesley)に開示されているものなどの置換トリアジン類、例えば2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−p−メトキシスチレン−S−トリアジン及び発色団ハロメチル−S−トリアジンが挙げられる。置換トリアジンは、中圧水銀ランプ又はUVブラックライトなどの人工源から生成されたUV光により活性化される。化学的架橋剤の他のクラスには、HDDA、TMPTA、ペンタエリトリトールテトラアクリレート(PETA)、1,2−エチレングリコールジアクリレート(EGDA)及び1,12−ドデカンジオールジアクリレートなどの、米国特許第4,379,201号(Heilmann et al.)に開示されている多官能性アクリレートが挙げられる。多官能性アクリレートは、IRGACURE(商標)651(2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、BASF Corp.製)などのUV吸収光開始剤と、IRGACURE 819[BASF Corp.製のビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキシド]などの可視光吸収光開始剤と、組み合わされた際、UV光に対する暴露により活性化される。多官能性アクリレートは、光開始剤の不在下で、γ又は電子ビーム放射などの高エネルギー電磁放射に対する暴露により活性化され得る。(メタ)アクリル酸エステル(コ)ポリマーのいくつかは、γ又は電子ビーム放射に対する暴露により、化学的光架橋剤を加えることなく架橋するであろう。
イオン性架橋方法も使用し得る。それらの例には、例えば酢酸ジルコニウム(Magnesium Elektron Ltd.,Flemington,NJ,USA製)などの多官能性金属イオンの単純な添加;又は米国特許第6,720,387号(Stark et al.)に開示されている高分子塩基性架橋剤との混合が挙げられる。
(b)熱可塑性エラストマー
いくつかの実施形態では、融解コート層は、ホットメルトコーティングに好適な任意の温度、及び100秒−1未満の剪断速度、又は100rad/秒未満の周波数で測定して、約20,000cPを超える集団融解粘度を有する1種以上の熱可塑性エラストマーを含み、また融解コート層は、約12g/m未満のコーティング重量を有する。
所望の場合、そのような融解コート層は、約9g/m未満のコーティング重量を有するように形成されてもよい。
所望の場合、そのような融解コート層は、ホットメルトコーティングに好適な任意の温度、及び100秒−1未満の剪断速度、又は100rad/秒未満の周波数で測定して、約50,000cPを超える、又は約100,000cPを超える、又は更には約1,000,000cPを超える集団融解粘度を有する熱可塑性エラストマーを使用して形成されてもよい。
本明細書に用いるのに好適な熱可塑性エラストマーの例示的な実施例には、スチレンブロックコポリマー、例えばスチレン−イソプレン−スチレントリブロックコポリマー又はスチレン−エチレン/ブチレン−スチレントリブロックコポリマーからなる群から選択されるエラストマーが挙げられる。
所望の場合、融解コート層が1種以上の熱可塑性エラストマーを含む実施形態では、融解コート層は粘着付与樹脂、例えばC樹脂を含んでもよい。
熱可塑性ポリマーは、熱の適用により軟化かつ流動化するが冷却により再固化し、熱可塑性ポリマーは、再融解及び成形することができる。熱可塑性ポリマーは、非晶質又は半結晶性であってもよい。非晶質のホットメルトコーティング可能な熱可塑性ポリマーは、ガラス転移温度(T)を有するが、結晶質ではない。半結晶性熱可塑性ポリマーはガラス転移温度(Tg)を有し、部分的に結晶質である。
ホットメルトコーティング可能な熱可塑性ポリマーは、相溶性の粘着性付与剤及び可塑剤、プロセス助剤、抗酸化剤、色素、充填剤、化学的発泡剤及び物理的発泡剤により変性されてもよい。
スチレンブロックコポリマー熱可塑性エラストマー合成エラストマー本発明のプロセスを用いてコーティングし得る高分子材料の別のクラスは、ホットメルトコーティング可能なスチレンブロックコポリマー熱可塑性エラストマー(TPE)合成エラストマーである。スチレンブロックコポリマー(SBC)TPEは、熱可塑性流動も有する独特のクラスの合成エラストマーである。SBCは、概してA−B又はA−B−Aタイプのコポリマーを含み、Aは、熱可塑性ポリスチレンブロックを表し、Bは、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリ(エチレン/ブチレン)、ポリ(エチレン/プロピレン)又はポリ(イソプレン/ブタジエン)のエラストマーブロックを表す。SBC分子量は、一般に、約100,000g/モル〜約1,500,000g/モルの範囲である。SBCは、直線状、放射状、星状、及びテーパ状の形状を含む多様な分子構造にて存在することができる。2相組成物中のスチレンの体積比の変動により、回転楕円体、円筒、プレート、及び共連続構造の形状のポリスチレンドメインがもたらされる。感圧性接着剤(PSA)の配合にて有用な市販のSBCの例には、KRATON(商標)D1161P(Kraton Performance Polymers,Inc.製)、VECTOR(商標)4113(Dexco Polymers LLP製)、QUINTAC(商標)3620(Zeon Corp.製)及びEUROPRENE(商標)SOL T 9113(Polimeri Europa S.p.A.製)などのスチレン−イソプレンブロックコポリマー;KRATON(商標)G1657(Kraton Performance Polymers,Inc.製)などのスチレン−エチレン/ブチレンブロックコポリマー;KRATON(商標)G1702(Kraton Performance Polymers,Inc.製)などのスチレン−エチレン/プロピレンブロックコポリマー;KRATON(商標)D1118X(Kraton Performance Polymers,Inc.製)などのスチレン−ブタジエンブロックコポリマー及びKRATON(商標)D1171P(Kraton Performance Polymers,Inc.製)などのスチレン−イソプレン/ブタジエンブロックコポリマーが挙げられる。米国特許第5,296,547号及び同第5,773,506号(両方ともNestegard et al.)に記載されているものなどの、マルチアーム星状−ブロックコポリマー構造に基づく高分子量(例えば>800,000g/モル)SBC’sは、SBC PSA中の電子ビーム放射線硬化性TPE構成成分として特に有用である。他のSBCは、無水マレイン酸(MA)などの、エラストマーブロック上の反応性官能基を含む。一例は、MA変性スチレン−エチレン/ブチレンブロックコポリマーのKRATON(商標)FGシリーズ(Kraton Performance Polymers,Inc.製)である。ポリスチレン末端ブロック及び軟性アクリル系ポリ(n−ブチルアクリレート)中央ブロックに基づくSBCは、NANOSTRENGTH SAS(ArkemaInc.製)の下で入手可能である。異なるSBCを組み合わせて、アロイド(alloyed)ブレンドを形成してもよい。
SBCは、粘着性付与樹脂及び可塑化油を添加して感圧性粘着を増大させることにより変性されてもよい。添加剤はまた、エラストマー融解粘度を低下させることによりホットメルトコーティングを促進することができる。エラストマー相に関連する粘着性付与樹脂は、概してPSA中で粘着を生じる。樹脂に関連する市販のエラストマー相の例には、ESCOREZ(商標)1000シリーズ(ExxonMobil Chemical Co.製)及びWINGTACK(商標)シリーズ(Cray Valley USA,LLC製)などの脂肪族オレフィン誘導樹脂;ESCOREZ(商標)2000シリーズ(ExxonMobil Chemical Co.製)及びNORSOLENE(商標)Mシリーズ(Cray Valley USA,LLC製)などの芳香族変性脂肪族樹脂;ESCOREZ(商標)5000シリーズ(ExxonMobil Chemical Co.製)などの脂環式炭化水素;REGALREZ(商標)シリーズ(Eastman Chemical Co.製)などの水素化純粋モノマー樹脂;FORAL(商標)シリーズ及びSTAYBELITE−E(商標)シリーズ(両方ともPinova,Inc.製)などのゴムロジンエステル;SYLVATAC(商標)及びSYLVALITE(商標)シリーズ(Arizona Chemical製)、WESTREZ(商標)5000シリーズ(MeadWestvaco Corp.製)及びPERMALYN(商標)シリーズ(Eastman Chemical Co.製)などのトールオイルロジンエステル;PICCOLYTE(商標)A、F、C及びSシリーズ(Pinova,Inc.製)などのポリテルペン;並びにSYLVARES(商標)TP 2019(Arizona Chemical製)などの、石油又はテルペンチン源由来のテルペンフェノール樹脂が挙げられるが、これらに限定されない。熱可塑性(ポリスチレン)相に関連する樹脂は、感圧性接着剤を固くする傾向を有する。樹脂に関連する熱可塑性相には、PICCO(商標)6100芳香族炭化水素樹脂(Eastman Chemical Co.製)などのポリ芳香族;CUMAR(商標)P−25(Neville Chemical Co.製)などのクマロン−インデン樹脂、及び、α−メチルスチレン/ビニルトルエン樹脂のSYLVARES(商標)SA 100 α−メチルスチレン樹脂(Arizona Chemical製)及びPICCOTEX(商標)シリーズ(Eastman Chemical Co.製)などの、コールタール又は石油から誘導され、約85℃を超える軟化点を有する他の高溶解度パラメータ樹脂が挙げられるが、これらに限定されない。有用な市販の可塑剤には、ナフテン油のTUFFLO(商標)HRシリーズ(Calumet Specialty Products Partners,LP製)、NYFLEX(商標)222Bナフテン油(Nynas AB製)、KAYDOL(商標)ヘビー・ホワイト・ミネラル・オイル(heavy white mineral oil)(Sonneborn Refined Products B.V.製)などのゴム相関連炭化水素油、及びOPPANOL(商標)B10(BASF製)などの液体ポリイソブチレンエラストマーが挙げられるが、これらに限定されない。
色素;IRGANOX(商標)1010及びIRGANOX(商標)1076ヒンダードフェノール(両方ともBASF Corp.製)、IRGANOX(商標)1726二官能性ヒンダードフェノール/チオエステル(BASF Corp.製)及びARENOX(商標)DLチオエステル抗酸化剤(Mayzo,Inc.製)などの抗酸化剤;NIBUD(商標)、ニッケルジブチルジチオカルバメート(Akrochem,Inc.製)などのオゾン劣化防止剤、並びにTINUVIN(商標)P(BASF Corp.製)などの紫外線阻害剤を含むが、これらに限定されない他の材料を特別の目的のために添加してもよい。IRGANOX(商標)1010及びIRGANOX(商標)819(BASF Corp.製)などの紫外(UV)開始剤をヘキサンジオールジアクリレート(HDDA)、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)などの多官能性アクリレートモノマーと組み合わせて、SBC PSAコーティングの紫外(UV)及び又は電子ビーム(EB)硬化を容易にしてもよい。イソプレン及びブタジエン中央ブロックに基づく高分子量マルチアーム星状ブロックSBCは、化学的薬剤(例えば多官能性アクリレート)の不在下で、電子ビーム及びγ放射に対する暴露により架橋され得る。
アクリル系ブロックコポリマー熱可塑性エラストマー本発明のプロセスを用いてコーティングすることができる別のクラスの高分子材料は、ホットメルトコーティング可能なアクリル系ブロックコポリマー熱可塑性エラストマーである。アクリル系ブロックコポリマー(ABC)熱可塑性エラストマーは、ポリスチレンブロックがガラス状熱可塑性ポリ(メチルメタクリレート)PMMAブロックで置き換えられ、エラストマーブロックがポリ(ブチルアクリレート)BA又はポリ(2−エチルヘキシルアクリレート)2EHAなどの軟性アクリル酸エステルブロックで置き換えられている以外は、SBCと類似している。ABCは自己粘着性であり、又は相溶性粘着性付与樹脂(例えばゴム又はトールオイルロジンエステル)及び可塑剤(例えばフタレートエステル又はオリゴマーBA又は2EHA)で変性されてもよい。ABCは、NANOSTRENGTH(商標)MAM(Arkema Inc.製)及びKURARITY(商標)(Kuraray Co.,Ltd.製)で市販されている。ABCは、従来のUV、電子ビーム及びγ放射方法を用いることにより、SBCと同一の方法で架橋されてもよい。
ホットメルトコーティング可能なアクリル系ブロックコポリマー熱可塑性エラストマーは、相溶性粘着性付与及び可塑剤、プロセス助剤、抗酸化剤、色素、充填剤、化学的発泡剤及び物理的発泡剤を用いて変性されてもよい。
熱可塑性エラストマー本発明のプロセスによりコーティングすることができる他のクラスの高分子材料は、ホットメルトコーティング可能な熱可塑性エラストマーである。市販のホットメルトコーティング可能な熱可塑性エラストマーには、ポリエーテル及びポリエステル芳香族系TPUのESTANE(商標)及びペレットHANE(商標)シリーズなどの熱可塑性ポリウレタン(TPU)(Lubrizol Corp製);HYTREL(商標)シリーズ(Dupont Co.製)などの熱可塑性コ−ポリエステル;ポリアミド12(PA12)及びポリテトラメチレングリコール(PTMG)ベースのPEBAX(商標)シリーズ(Arkema Inc.製)などのポリエーテル−ブロック−アミド;AFFINITY(商標)、AMPLIFY(商標)、ENGAGE(商標)、EXACT(商標)、及びINFUSE(商標)シリーズ(Dow Chemical Co.製)並びにEXACT(商標)、EXXELON(商標)、及びVISTAMAXX(商標)シリーズ(ExxonMobil Chemical Co.製)などのメタロセン触媒熱可塑性ポリオレフィン(TPO)ブロックコポリマーエラストマー;並びにこれらのブレンドが挙げられるが、これらに限定されない。
ホットメルトコーティング可能な熱可塑性エラストマーは、相溶性粘着性付与及び可塑剤、プロセス助剤、抗酸化剤、色素、充填剤、化学的発泡剤及び物理的発泡剤を用いて変性されてもよい。
(c)天然ゴム及び合成ゴム
本発明のプロセスによりコーティングされ得る高分子材料の別のクラスは、ホットメルトコーティング可能な非熱可塑性エラストマーである。「非熱可塑性炭化水素エラストマー」は、炭化水素ホモポリマー又は炭化水素コポリマーである。それらは、本明細書にて概して「エラストマー」と称される。定義により、非熱可塑性炭化水素エラストマーとは、示差走査熱量測定(DSC)を用いて測定された測定可能な融解温度を有さない炭化水素エラストマーである。非熱可塑性炭化水素エラストマーは、SBCなどのブロックコポリマー、及びPMMA−BAに基づくアクリル系ブロックコポリマー(ABC)から区別される。本発明の有用な非TPEは、天然ゴム(NR)及び合成ゴム(SR)エラストマーを含む。
いくつかの実施形態では、所望の場合、融解コーティング組成物は、少なくとも約200,000g/molの集団分子量を有する1種以上の天然ゴム又は合成ゴムを含み、該天然ゴム又は合成ゴムから本質的になってもよく、該天然ゴム又は合成ゴムは、熱可塑性エラストマーではなく、ホットメルトコーティングに好適な任意の温度、及び100秒−1未満の剪断速度、又は100rad/秒未満の周波数で測定して、約50,000cPを超える、いくつかの場合、約100,000cPを超える、所望の場合、更には約1,000,000cPを超える融解粘度を有する。
そのような組成物を用いて作製された本発明の典型的な実施形態では、融解コート層は、約29g/m未満のコーティング重量を有する。本発明によれば、融解コーティング層は、ある場合には、例えば約25g/m未満、ある場合には、約19g/m未満、ある場合には、約15g/m未満、所望の場合、更には約11g/m未満のコーティング重量で作製されてもよい。
一般に、そのような融解コート層は、約1重量%以下のゲル化天然ゴム又は合成ゴムを含む。
本明細書に記載するような1種以上の天然ゴム又は合成ゴムを含む、本発明の物品の融解コート層は、粘着付与剤及び可塑剤からなる群から選択される少なくとも1つの添加剤を更に含んでもよい。例えば、融解コート層は、100重量部の天然ゴム当たり10〜200重量部の粘着付与剤を含んでもよい。
本明細書で使用され得る天然及び合成ゴムの例示的な実施例には、イソプレン、ブタジエン、ニトリルゴム、及びスチレン−ブタジエンゴムからなる群から選択される1種以上のゴムが挙げられる。
天然ゴムは、優位にシス−1,4−ポリイソプレン(シス−PI)であり、ライトペールクレープ等級からより暗色のリブドスモークドシートの範囲にある。実施例には、SVR CV−60(粘度調節ゴム等級)及びSMR−5(リブドスモークドシートゴム等級)が挙げられる。NR分子量は、約100,000g/mol〜約1,000,000g/molの範囲にある。殆どのNR等級は、かみ砕かれて、それらの分子量を低減し、ホットメルトコーティングを容易にする必要がある。米国特許第5,539,033号(Bredahl et al.)には、ホットメルトNRコーティングを提供するための二軸押出混合操作が記載されている。
非熱可塑性エラストマーの別のクラスには、自己粘着性又は非粘着性のいずれかであり、かつ粘着付与剤及び/又は可塑剤を添加してPSA粘着を生み出す必要がある合成ゴムを含む。合成ゴムは、高分子量(例えば分子量>約300,000グラム/モル)を有するが、概してNRよりも加工が容易である。そのようなエラストマーには、ブチルゴム(イソブチレンと3パーセント未満のイソプレンとのコポリマー−BR);アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)及び水素化アクリロニトリルブチルゴム(HNBR);ポリイソブチレン(PIB);ポリクロロプレン(CR);エチレン−プロピレン−ジエンモノマーゴム(EPDM);シス−ポリイソプレン(シス−PI);ポリブタジエン(PB);ポリ(スチレン−コ−ブタジエン)ランダムコポリマー(SBR);ポリ(α−オレフィン);フルオロエラストマー;熱可塑性加硫物(TPV);高い(40重量%を超えるビニルアセテート含有率)を有するエチレンビニルアセテートゴム(EVM)、並びにこれらのブレンドが挙げられるが、これらに限定されない。
市販の非熱可塑性合成ゴムには、CARIFLEX(商標)IRシリーズ(Kraton Performance Polymers,Inc.製)及びNATSYN(商標)シリーズ(Goodyear Chemical製)、例えば、B30(Mv約200,000g/モル)及びB80(Mv約800,000g/モル)を含む高分子量PIBゴム(BASF Corp.製)のOPPANOL(商標)シリーズなどの高分子量[粘度平均分子量(Mv)約500,000g/モル]合成シス−PIエラストマー;「EPDM炭化水素エラストマーのNORDEL(商標)IPシリーズ」(Dow Chemical Co.製)及びVISTALON(商標)シリーズ(ExxonMobil Chemical Co.製)などのEPDM炭化水素エラストマー;BUDENE(商標)シリーズ(Goodyear Chemical製)及びDIENE(商標)シリーズ(Firestone Polymers製)などのPBエラストマー;SOLFLEX(商標)及びPLIOFLEX(商標)シリーズ(Goodyear Chemical製)並びにSTEREON(商標)及びDURADENE(商標)シリーズ(Firestone Polymers製)などのSBRエラストマー;NEOPRENE(商標)シリーズ(Dupont Elastomers製)などのCRエラストマー;ETPVシリーズ(Dupont Elastomers製)及びSANTOPRENEシリーズ(ExxonMobil Chemical Corp.製)などのTPV’s;VITONシリーズ(Dupont Elastomers製)及びDYNEON(商標)シリーズ(3M Company製)などのフルオロエラストマー;KRYNAC(商標)、PERBUNAN(商標)及びBAYMOD(商標)Nシリーズ(Lanxess Emulsion Rubber,France製)などのNBRエラストマー;THERBAN(商標)シリーズ(Lanxess Emulsion Rubber,France製)などのHNBRエラストマー、並びにLEVAPREN(商標)、BAYMOD(商標)L、及びLEVAMELT(商標)シリーズ(Lanxess Emulsion Rubber,France製)などのEVMエラストマーが挙げられる。
NR及び合成非TPEsは、粘着性付与樹脂及び可塑化油を添加して感圧性粘着を増大させることにより変性され得る。添加剤はまた、エラストマー融解粘度を低下させることによりホットメルトコーティングを促進することができる。有用なNR PSAは、概して、かみ砕かれた天然ゴム、100部の天然ゴムに対して約25部〜約300部の1種以上の粘着性付与樹脂、及び約0.5〜約2.0部の1種以上の抗酸化剤を含む。NR及びシス−PIと共に使用するのに好適な粘着性付与樹脂には、概して、PICCOTAC(商標)1000シリーズ(Eastman Chemical Co.製)及びESCOREZ(商標)1000シリーズ(ExxonMobil Chemical Co.製)などの脂肪族オレフィン誘導樹脂;FORAL(商標)シリーズ及びSTAYBELITE−E(商標)シリーズ(両方ともPinova,Inc.製)などのガムロジンエステル;SYLVATAC(商標)及びSYLVALITE(商標)シリーズ(Arizona Chemical製)、WESTRES(商標)5000シリーズ(MeadWestvaco Corp.製)及びPERMALYN(商標)シリーズ(Eastman Chemical Co.製)などのトールオイルロジンエステル;PICCOLYTE(商標)A、F、C及びSシリーズ(Pinova,Inc.製)などのポリテルペン;ESCOREZ(商標)5000シリーズ(ExxonMobil Chemical Co.製)などの脂環式炭化水素、並びにSYLVARES(商標)TP 2019(Arizona Chemical製)などの、石油又はテルペンチン源から誘導されたテルペンフェノール樹脂が挙げられるが、これらに限定されない。可塑化助剤を添加してNR及びシス−PIエラストマーを軟化させ、融解粘度を低減することによってホットメルトコーティングを更に促進することができる。有用な市販の可塑剤には、ナフテン油のTUFFLO(商標)HRシリーズ(Calumet Specialty Products Partners,LP製)、NYFLEX(商標)222Bナフテン系プロセス油(Nynas AB製)、KAYDOL(商標)重質白色鉱油(heavy white mineral oil)(Sonneborn Refined Products B.V.製)などの炭化水素油及びOPPANOL(商標)B10(BASF製)などの液体ポリイソブテンエラストマーが挙げられるが、これらに限定されない。PB及びSBRなどのブタジエン含有エラストマーは、概して、ガムロジンエステル、トールオイルロジンエステル、α−ピネン(例えばPinova製のPICCOLYTE(商標)Aシリーズ)、芳香族変性脂肪族樹脂(例えばESCOREZ(商標)2000シリーズ)及び脂環式炭化水素(例えばESCOREZ(商標)5000シリーズ)などの粘着性付与樹脂と相溶性である。PIB及びBRは、概して、脂肪族オレフィン誘導樹脂(例えばESCOREZ(商標)1000シリーズ)及び水素化純粋モノマー樹脂(例えばREGALREZ(商標))と相溶性である。PIB及びBRはまた、概して、及び脂肪族油、ナフテン油及び(Calumet Specialty Products Partners,LP製)、NYFLEX(商標)222Bナフテン系油、及びOPPANOL(商標)B10(BASF製)などの液体ポリイソブチレンエラストマーと相溶性である。
エラストマーの粘着強度の損失をもたらし得る、NR及び他の非熱可塑性合成エラストマー上の酸化攻撃を遅延させるために、抗酸化剤が使用される。有用な抗酸化剤には、AgeRite Dとして入手可能なN−N’ジ−β−ナフチル−1,4−フェニレンジアミンなどのアミン;IRGANOX(商標)1010及びIRGANOX(商標)1076ヒンダードフェノール(両方ともBASF Corp.製)、IRGANOX(商標)1726二官能性ヒンダードフェノール/チオエステル抗酸化剤(BASF Corp.製)及びARENOX(商標)DLチオエステル抗酸化剤(Mayzo,Inc.製);NIBUD(商標)、ニッケルジブチルジチオカルバメート(Akrochem,Inc.製)などのオゾン劣化防止剤;SANTOVAR(商標)として入手可能な2,5−ジ−(t−アミル)ヒドロキノンなどのフェノール樹脂、抗酸化剤2246として入手可能なMonsanto Chemical Co.製の2−2’−メチレンビス(4−メチル−6−tertブチルフェノール);並びに亜鉛ジチオジブチルカルバメートなどのジチオカルバメートが挙げられるが、これらに限定されない。
NR及び合成非TPEエラストマー並びにそれらの対応するPSAは、電子ビーム及びγなどの高エネルギー電磁放射線に対する暴露により架橋され得る。色素、充填剤、化学的発泡剤、物理的発泡剤、HDDA、TMPTAなどを含むがこれらに限定されない多官能性アクリレートモノマーなどの電子ビーム硬化共力剤を含む他の材料を、特別の目的のために、NR及び合成エラストマー及びPSAに添加して、NR PSAコーティングの紫外(UV)及び/又は電子ビーム(EB)硬化を促進してもよく、熱硬化剤を添加してNR、合成エラストマー及びそれらの対応するPSAを部分的に加硫処理してもよい。
(d)非エラストマー熱可塑性ポリマー
尚、別の実施形態では、本発明の物品は、約50,000〜約3,000,000g/molの集団分子量を有し、溶媒を含まない1種以上の非エラストマー熱可塑性ポリマーを含む、又は更には該非エラストマー熱可塑性ポリマーから本質的になる、組成物から形成された融解コート層を用いて作製されてもよい。そのような融解コート層は、一般に約17g/m未満、いくつかの場合、約13g/m未満、所望の場合、更には約9g/m未満のコーティング重量を有してもよい。
本明細書で使用するのに好適な非エラストマー熱可塑性ポリマーの例示的な実施例としては、ポリオレフィン及び脂肪族ポリエステルからなる群から選択されるものが挙げられる。いくつかの実施形態では、融解コート層は、1種以上の半結晶性非エラストマー熱可塑性ポリマーを含む。
本明細書の融解組成物として使用し得る熱可塑性ポリマーの例示的な実施例は、下記に論じられる。
実施例としては、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのアクリル樹脂、ポリカーボネート(PC)、アタクチックポリスチレン(a−PS)、アクリロニトリルブタジエンスチレンコポリマー(ABS)、スチレンアクリロニトリルコポリマー(SAN)及びこれらのブレンドが挙げられるが、これらに限定されない。大部分のホットメルトコーティング可能な熱可塑材は、Tと、より高温の結晶融点(T)を有する。例としては、低密度ポリエチレン(LDPE)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、中密度ポリエチレン(MPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、イソタクチックポリプロピレン(i−PP)、エチレン/プロピレンコポリマー、エチレン/ブチレンコポリマー及びポリ(エチレン−コ−ビニルアセテート)又はEVAなどのポリオレフィン;シンジオタクチックポリスチレン(s−PS);ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリ乳酸(PLA)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリエチレンアジペート(PEA)及びポリヒドロキシアルカノエート(PHA)などのポリエステル;ポリ塩化ビニル(PVC);ポリ塩化ビニリデン(PVDC);ポリアミド;ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素化エチレンプロピレン(FEP)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、並びにTHVとして既知のテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン及びフッ化ビニリデンのコポリマーなどのイオノマー及びフッ素プラスチック;並びにこれらのブレンドが挙げられるが、これらに限定されない。
基材
本発明は、一般に、得られる物品の所望の特性に主に基づいて選択された様々な基材材料を用いて実施され得る。基材は、コーティングプロセスを介して操作可能である必要がある。一般に、基材は可撓性である。本発明の利点は、比較的小さいニップ圧と、支持ロールの最小限の変形又は進入とを使用できるため、基材がいくつかの他のコーティング操作に必要とする高い引裂強度又は引張強度を呈する必要がないことである。基材は、単層又は多層であってもよく、場合により、その第1の主表面が、該第1の主表面に適用されるホットメルトコーティングと適合可能であるように処理又は下塗りされてもよい。本明細書にて基材として使用される材料の例示的な実施例には、高分子フィルム(例えば二軸延伸ポリプロピレン及びポリエステル)、布地(例えば織物、編物及び不織布ウェブ)、金属フィルム(例えばアルミニウム箔)、紙(例えば平坦な紙、擦れ紙、又はクレープ紙)、及びこれらの組み合わせが挙げられる。基材は、実質的に連続的であっても、又は所望により連続的でなくてもよい。基材は、内部に規則的又は不規則な開口部を有してもよい。
本発明は融解コーティングを使用するため、多数の実施形態では、コーティング組成物は、実質的に液体媒体を含まないであろう。したがって、好適な基材は、液体媒体との適合性、又は液体媒体を除去するのに用いられるコーティング後の処理を考慮することなく選択され得る。
場合によっては、基材又はウェブをコーティングに先だって下塗りして、上部の融解コート層の接着を改善してもよい。
本発明による融解コーティング後、得られた物品を更なる加工に供してもよい。例えば、物品をそれ自体上に巻回して、ロールを形成してもよい。本発明の利点は、コーティング工程と、ロール形態に巻回する工程との間に、乾燥工程を必要としないことである。場合によっては、物品をシート形態に切ってもよい。
いくつかの実施形態では、コーティング後に、例えばUV、電子ビーム、又は他の有効な化学線に対する暴露により、融解コート層を架橋させてもよい。
融解コート層が接着剤の場合、使用時、物品は、融解コート層を被着体に接触させ、接着剤を活性化、例えば融解コート層がPSAの場合、好適な圧力を適用し、又は融解コーティングが化学的薬剤、開始剤若しくは熱により活性化される場合、化学的薬剤、開始剤若しくは熱などの好適な手段を適用することにより、被着体に接着され得る。
以下の非限定的な実施例を参照して、本発明を更に説明する。
便利な変換
・RMS=1.11Ra
・1μm=40μin
・1oz/in=0.11N/cm
・1フィート/分=0.305m/分
・1グレイン/24in=4.2グラム/メートル(gsm)
・24rpmにおける0.5”直径ロッド=0.96メートル/分線速度
材料
以下の材料を、下記に示す実施例にて使用した。
Figure 0006139539
試験方法
以下の試験方法を、下記に示す実施例にて用いた。
コーティング重量コーティング重量は、PSA−コートフィルム基材の24in(3.7cm)サンプルの重量を秤量し、非コーティング基材の24in(3.7cm)サンプルの重量を減算して、PSAコーティングの重量を得ることにより決定された。
コーティング密度
コーティング密度は、得られた融解コーティングのコーティング重量を決定し、平均コーティング厚さ(厚)で除算することにより決定された。
融解粘度融解粘度は、振動動的機械分析(DMA)を用いて、25mmの平行板を使用して、本発明のホットメルトコーティングに関してコーティング温度及び100秒−1剪断速度で測定された。振動剪断粘度データを、1秒−1〜およそ100秒−1剪断速度にて得た。べき法則指数を抽出できるように、データをべき法則傾向線に適合させた。表1は、実施例に例示したポリマーに関する振動剪断融解粘度データを含む。
Figure 0006139539
鋼に対する剥離粘着力の試験幅2.54cm(1インチ)、長さ15cm(6インチes)の感圧性接着剤テープサンプルを、鋼に対する剥離粘着力に関して試験した、テープに2.1kg(4.5lb.)のハンドローラーを4回通過させて転がすことにより、きれいなステンレス鋼表面にサンプルを接着した。制御された温度及び湿度条件(およそ22℃、40%相対湿度)で少なくとも15分熟成させた後、モデル3M90滑り/剥離試験器(Instrumentors,Inc.製)を使用して、特に記さない限り180°配置にて30.5cm/分(12in/分)剥離で、テープを除去する力を測定した。
ローリングボール粘着力.直径7/16インチ(1.1cm)のステンレス鋼ボールを、幅2インチ(5.1cm)、長さ12インチ(30.5cm)のPSAコートテープサンプル上にて、角度21° 30’で長さ167mmの軌道を転がす。ボールがPSA表面上で移動した距離を記録する。ボールが移動した距離が短いほど、粘着力が大きくなる。
鋼に対する剪断の試験#1。保持時間として表される剪断強度を、制御された温度及び湿度条件(およそ22℃、40%相対湿度)にて感圧性接着剤テープサンプル上で測定した。幅12.7mm(0.5インチ)、長さ25.4mm(1インチ)のPSAコートテープの切片を、2.1kg(4.5lb.)ローラーを使用して4回通過させて、きれいなステンレス鋼シートに接着した。サンプルから1000g重りを吊した。重りが落下するまでの時間を記録した。剪断時間後の「+」は、剪断破壊を有することなく試験がその時間に停止したことを示す。
鋼に対する剪断の試験#2幅25.4mm(1インチ)、長さ25.4mm(1インチ)のテープの切片を使用した以外は、鋼に対する剪断の試験#1と同一である。
鋼に対する剪断の試験#3幅12.7mm(0.5インチ)、長さ12.7mm(0.5インチ)のテープの切片を使用した以外は、鋼に対する剪断の試験#1と同一である。
段ボール(FB)表面に対する剪断サンプルが鋼の代わりに段ボール表面に結合された以外は、鋼に対する剪断の試験#3と同一である。
重量平均分子量(Mw)の決定実施例に使用したホットメルトコーティング可能なポリマーに関するMwを測定した。10ミリリットル(mL)のテトラヒドロフラン(THF)をおよそ25ミリグラム(mg)の各コート実施例に加えて、およそ0.25%重量/体積の濃度の溶液を与えた。溶液を一晩振盪し、0.2マイクロメートル(μm)のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シリンジフィルターを使用して濾過した。Agilent高圧液体クロマトグラフィー(HPLC)分子量分布(MWD)分析器を使用して、ポリマー溶液に関するゲル透過クロマトグラフィー(GPC)分析を行った。カラムセットは、40℃のカラムヒーターを有するJORDI−GEL(商標)DVB Mixed Bed LS(250×10mm)であった。溶離液は、1.0mL/分で流れる安定化THFであった。ポリマー溶液を30μLで注入し、検出器が屈折率の変化を測定した。実施例のポリマー構成成分に関してMwを測定し、これらを表1に示す。
%光沢マイクロ−TRI光沢計(BYK Instruments、LTANAの部門より)を使用して60°でコーティング表面の拡散反射又は%光沢を測定した。表に示した値は、実施例毎に5回の測定の平均である。塗装産業界では、平面(艶消)ガラスは、1〜9%光沢の範囲である。
(実施例1〜5)
実施例1〜5は、ホットメルト粘着付与スチレン−イソプレン(SI)熱可塑性エラストマーブロックコポリマー感圧性接着剤(PSA)を超低重量コーティングにてコーティングする変更された回転ロッドスロットダイ接触コーティングプロセスを示す。
SI PSAは、米国特許第6,632,522号(Hyde et al.)の実施例C17に記載されているように、二軸押出機(TSE)プロセスを用いて予め混合された。SI PSAは、40.7重量%のKRATON(商標)D1161 SIコポリマー、46.7重量%のWINGTACK(商標)PLUS炭化水素粘着性付与樹脂、11.4重量%のNYFLEX(商標)222Bナフテン系可塑化油、0.6重量%のIRGANOX(商標)1010ヒンダードフェノール抗酸化剤及び0.6重量%のARENOX(商標)DLチオエステル抗酸化剤からなっていた。予め混合したSI PSAを再融解し、3.0立方センチメートル/回転(cc/rev)ZENITH(商標)歯車ポンプ(Zenith Pumps,Monroe,NC)を装着した直径2インチ(5.1cm)BONNOT(商標)1ステージ押出機(Bonnot Company,Uniontown,OH)を使用して、HAAKE(商標)マイクロ−18 18mmのバレル#2内に揚送し、このバレル#2は、30:1の長さ対直径の比(L/D)と、輸送及び混練区画を有する8バレル区画とを有するTSEと十分にかみ合い、かつ逆回転した。TSEスクリュー速度は200rpmであった。3.0cc/rev ZENITH歯車ポンプを使用して、可撓性ホースを通してTSEを回転ロッドスロットダイ内に放出した。ダイは、幅5.25インチ(13.3cm)、厚さ0.005インチ(127マイクロメートル)のスロットを有した。ホットメルトはダイスロットを退出し、回転ロッドに接触された。
ロッド材は、直径0.5インチ(1.3cm)の浸炭ステンレス鋼Thomson 60 CASE LINEARRACE(商標)シャフト(Thomson Industries,Inc.,Radford,VA)であった。ロッドは、24マイクロインチ(μin)又は0.6μmのピーク−ピーク平均表面粗さ(Ra)を有していた。平均ピーク−谷表面粗さ定数(Rz)は、169μin(4.2μm)であった。
回転ロッドスロットダイ及び流動するホットメルトPSAをゴムで覆った支持ロールと接触している、厚さ0.0016インチ(41μm)、幅6.0インチ(15.2cm)の二軸配向ポリエチレンテレフタレート(BOPET)フィルムと接触させた。ホットメルトPSAが5.25インチ(13.3cm)全体にわたってコーティングされるまで、順方向(移動するBOPETフィルムと同一の方向)に10rpmで回転するロッドを有するロッドダイを、移動ウェブに向かってゆっくりとインデックスを付けて送った。BOPETフィルム/支持ロール内へのロッドの最終的な進入深さは「LOW」と示され、0.005インチ(127μm)〜0.010インチ(254μm)の範囲であった。ロッド速度はBOPETフィルム上にホットメルトの連続的コーティングを提供するように調整された。より遅いロッド速度により、BOPETフィルム上に、コーティング及び非コーティング領域(コーティング間隙)が生じた。
表2はプロセスパラメータを纏め、表3は実施例1〜5に関する接着剤テープ特性を纏める。
Figure 0006139539
Figure 0006139539
実施例1〜5は、本発明の変更された回転ロッドスロットダイプロセスが、ホットメルト粘着付与SIコポリマーPSAの極小さいコーティング重量のコーティング(15g/m未満)を提供できることを示す。これは、低いダイ進入(254μm未満)と、ライン速度の6.6%を越える速度の回転ロッドとの組み合わせにより得られる。表2のデータは、鋼に対する接着が、4.2グレイン/24in(17.6g/m)未満のコーティング重量にて、ホットメルト粘着付与SIコポリマーPSAに関して制御できることを示す。このことは、ゴムベースのPSAの溶媒コーティングに関して観察されている。本発明のホットメルトコーティングは、縁がコーティングの中央よりも厚い「縁ビード」を有さなかった。コーティングの表面の50倍の倍率での反射光学顕微鏡分析により、コーティング方向に平行に整合された波形の存在が明かとなった。波形は15μm〜50μm、分離していた。
実施例6〜9及び比較例C1
実施例6〜9は、高分子量(7.4×10g/mol)ホットメルトアクリル酸エステルPSAを極小さいコーティング重量にてコーティングした以外は、実施例1〜5と同一の方法で作製した。
米国特許第5,804,610号(Hamer et al.)に記載されているプロセスを用いてアクリル酸エステルPSAを調製した。アクリル酸エステルPSAは、90部のイソオクチルアクリレート(IOA)モノマー、10部のアクリル酸(AA)モノマー、0.15部/100(pphm)のモノマーIRGACURE(商標)651光開始剤、0.03pphmのチオグリコール酸イソオクチル(IOTG)連鎖移動剤及び0.4pphmのIRGANOX(商標)1076抗酸化剤からなっていた。アクリル酸エステルPSAをエチレンビニルアセテートフィルムで包囲し、エチレンビニルアセテートフィルムは、総PSA組成物の5重量%であった。Bonnot押出機温度を350°F(177℃)に設定し、速度15.0rpmで作動するZENITH歯車ポンプがアクリル系PSAを0.91kg/時間でTSEのバレル2内に揚送した。TSEバレル温度は300°F(149℃)に設定され、TSEスクリュー速度は200rpmであった。第2の3.0cc/rev Zenith歯車ポンプを使用して、回転ロッドスロットダイへの融解アクリル酸エステルPSAの流速を制御した。直径0.5インチ(1.3cm)のThomson 60 CASE LINEARRACEシャフト上に厚さ0.0005インチ(12.7μm)の酸化クロムの外側層を有する25μin(6μm)Raロッドを実施例6〜9にて使用した。11μin(2.6μm)Ra表面粗さを有する標準的な直径0.5インチ(1.3cm)のThomson 60 CASE LINEARRACEシャフトを、比較例C1にて使用した。BOPETフィルム/支持ロール内へのロッドの最終的な進入距離は、実施例6〜9の0.005インチ(127μm)〜0.010インチ(254μm)の「LOW」設定から、比較例C1の0.020インチ(508μm)〜0.030インチ(762μm)の「HIGH」設定であった。C1の場合、米国特許第4,167,904号(Mladota et al.)に記載されている伝統的な回転ロッドダイプロセスを用いて極小さいコーティング重量にて高粘度アクリル酸エステルホットメルトPSAをコーティングすることを容易にするためには、より高い進入及び高い押出機/ダイ温度とを必要とした。比較例C1に使用した極限条件は、BOPETフィルムを実質的に変形させ、皺をもたらした。
表4はプロセスパラメータを纏め、表5は実施例6〜9及び比較例C1の接着剤テープ特性を纏める。
Figure 0006139539
Figure 0006139539
比較例C1の接着特性の測定は、伝統的な高圧の回転ロッドスロットダイ接触コーティングプロセス中のテープの皺により困難であった。実施例6〜9は、本発明の変更された回転ロッドダイスロットプロセスが、実質的により低いダイ進入(より小さいコーティングニップ圧)を用いて、極小さいコーティング重量にて縁ビードを有することなく高分子量ホットメルトアクリル酸エステルPSAをコーティングすることを可能にすることを示す。実施例1〜5に関して、鋼に対する接着は、実施例6〜9に示した極小さいコーティング重量範囲にわたって、同一の方法で制御された。
(実施例10〜13)
実施例10〜13は、米国特許第5,539,033号(Bredahl et al.)に記載されている天然及び合成非熱可塑性エラストマーホットメルトベースのPSAを処理するための混合及びコーティング装置を使用して調製した。
3.0cc/rev ZENITH歯車ポンプを装着した直径2インチ(5.1cm)BONNOT 1ステージ押出機を使用して、天然ゴム(CV60)を直径30mmのバレル#1内に供給し、このバレル#1は、供給及び混練区画を有する共−回転TSE[37:1のL/Dを有するWerner−Pfleiderer(現在のCoperion GmbH)モデルZSK−30)]と十分にかみ合う。実施例10〜12では、組成物は10%の天然ゴム供給速度でKTRONウェイトアンドロス(weight and loss)フィーダーを使用してバレル#2内に固体として供給されるポリテルペン粘着付与樹脂(PICCOLYTE(商標)S115)を含有していた。樹脂の残りの部分は、300°F(149℃)で作動するDYNATEC(商標)グリッドメルター(grid melter)を使用して融解し、バレル#5(33%)及びバレル#7(67%)に分割供給した。実施例13は、ポリテルペン樹脂を炭化水素粘着付与樹脂(ESCOREZ(商標)1310)で代替した以外は、実施例10〜12と同一の方法で調製した。
押出機スクリュー速度は350rpmであり、TSEの温度プロファイルは、温度ゾーン1(バレル#2及び#3)、ゾーン2(バレル#4及び#5)、ゾーン3(バレル#6及び#7)、ゾーン4(バレル#8及び#9)、ゾーン5(バレル#10)及びゾーン6(バレル#11及び#12)に関して、それぞれ100°F(38℃)、150°F(66℃)、150°F(66℃)、150°F(66℃)、150°F(66℃)及び150°F(66℃)に設定した。3.0cc/rev ZENITH歯車ポンプを使用して、回転ロッドスロットダイの入口に対する可撓性ホースを介して、混合物をTSEから放出した。厚さ0.030インチ(762μm)のダイスロットを使用した以外は、混合物を実施例1〜5と同一の方法でコーティングした。回転ロッドスロットダイは、11μin(2.6μm)Ra表面粗さを有する標準的な直径0.5インチ(1.3cm)のThomson 60 CASE LINEARRACE(商標)シャフトを含んでいた。BOPETフィルム/支持ロール内へのロッドの最終的な進入距離は、「LOW」[0.005インチ(127μm)〜0.010インチ(254μm)]であった。実施例10〜12は、55.5重量%の天然ゴム(NR)及び44.5重量%のPICCOLYTE(商標)S115からなっていた。実施例13は、50.0重量%のNR及び50.0重量%のESCOREZ(商標)1310からなっていた。サンプルを厚さ0.0016インチ(41μm)のBOPETフィルム上にコーティングし、このBOPETフィルムは、シリコーン低接着裏糊(LAB)リリースコーティングをフィルムの非コーティング面上に有していた。
表6はプロセスパラメータを纏め、表7は実施例10〜13の接着剤テープ特性を纏める。
Figure 0006139539
Figure 0006139539
実施例10〜13は、高分子量(およそ1×10g/mol)天然ゴムポリマー構成成分及び高いコーティング融解粘度(116Pa−s)を含むホットメルトPSAが、本発明のプロセスを用いて極小さいコーティング重量でコーティングできることを示す。高分子量NRポリマー構成成分(及び高NR PSAコーティング融解粘度)と、回転ロッドの順方向の回転と組み合わせた大きいダイスロット(0.030インチ(0.762mm))とは、NR PSAコーティングの伸張結晶化(SIC)をもたらした。天然ゴムホットメルトPSA中のSICの存在により、鋼に対する機械方向(MD)剥離接着力の低下と、剥離異方性とがもたらされ、横方向剥離接着力(TD)がMD剥離接着力よりも大きい。この現象は、米国特許第5,858,150号及び5,866,249号(両方ともYarusso et al.)に開示されている。コーティングの熱処理は、MD剥離接着力を増大させることにより剥離異方性を低下させる。
(実施例14〜20)
実施例14〜20の組成物は、再溶解された、実施例13と同一のNR PSA組成物を含み、実施例6〜9と同一の方法で揚送及びコーティングされた。
実施例14〜20のNR PSA組成物は、実施例13の作製に使用したものと同一のTSE装置上で予め混合された。回転ロッドスロットダイに直接取り付けた以外は、実施例6〜9と同一の装置を使用して、再溶解されたNR PSAをコーティングした。Bonnot温度、Zenith歯車ポンプ及び回転ロッドスロットダイを300°F(149℃)に設定した。実施例10〜13で使用したものよりも薄いダイスロット[0.010インチ(254μm)及び0.020インチ(508μm)]にダイを装着した。速度を20fpm(6.1メートル/分)に設定した。Bonnot Zenith歯車ポンプ速度の変更によりコーティング重量を制御した。回転ロッドスロットダイは、11μin(2.6μm)Ra表面粗さを有する標準的な直径0.5インチ(1.3cm)のThomson 60 CASE LINEARRACE(商標)シャフトを含み、順方向に回転された。フィルム/支持ロール内へのロッドの最終的な進入距離は、「LOW」[0.005インチ(127μm)〜0.010インチ(254μm)]であった。ロッド速度を調整して、フィルムの非PSAコーティング面上にシリコーン低接着裏糊(LAB)リリースコーティングを有する厚さ0.0016インチ(41μm)のBOPETフィルム上にホットメルトの連続的コーティングを提供した。
表8はプロセスパラメータを纏め、表9は実施例14〜20の接着剤テープ特性を纏める。
Figure 0006139539
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実施例14〜20は、本発明のプロセスが、実施例10〜13にて観察されたものよりも低い伸張結晶化(SIC)を有する高粘度(100Pa−s)ホットメルト天然ゴムベースのPSAをコーティングできることを示す。実施例の殆どは、例えば10〜13で使用した0.030インチ(0.762mm)のダイスロットと比較して、例えば14〜20で使用した、より薄いダイスロット(0.010インチ(0.254cm)及び0.020インチ(0.508mm))の結果としての最小限の剥離異方性を有した。
実施例14〜20のサンプルを、130キロボルト(kV)の加速電圧で作動するELECTROCURTAINモデルCB−300(Energy Sciences Inc.,Wilmington,MA製)からの電子ビーム照射に暴露した。照射は、4.0メガラド(mrads)の計算線量にて不活性窒素雰囲気内で行った。表10は、実施例21〜27に関する接着剤テープデータを含む。
Figure 0006139539
電子ビーム照射に対する暴露により、予想通りに剪断保持力が増大した。
実施例28〜29及び比較例C2
熱可塑性ポリオレフィン樹脂ペレット(PRIMACOR(商標)3330エチレン−アクリル酸コポリマー)を、混合及び供給区画を含む直径58mmの共−回転TSE(13バレル区画及び42:1のL/Dを有するDavis StandardモデルD−Tex 58)内に供給した。押出機の温度プロファイルを設定して、ポリオレフィンの500°F(260℃)融解流動を提供した。100cc/rev歯車ポンプが融解樹脂をTSEから回転ロッドスロットダイへ輸送し、この回転ロッドスロットダイは、定型器が付与されて幅24インチ(61.0cm)のコーティングを提供した。フィルムは、幅24.5インチ(62.2cm)、厚さ0.003インチ(76μm)のTiO充填BOPETであった。
11μin(2.6μm)Ra表面粗さを有する標準的な直径0.5インチ(1.3cm)のThomson 60 CASE LINEARRACEシャフトを、実施例28〜29及び比較例C2にて使用した。ロッドダイ及び流動融解ポリオレフィンを、移動するBOPETフィルムと、50rpmにて順方向に回転する、ロッドを有するゴムで覆われた支持ロールとに向かってインデックスを付けて送った。定型器が付与された幅(24インチ(61cm))と等価なコーティング幅が得られる最終的な位置を、ダイの進入に注目することにより決定した。移動BOPETフィルム基材上に、連続的にコーティングされたポリオレフィンフィルムを提供するように最終的なロッド速度を選択した。より遅いロッド速度は、BOPETフィルム基材上にポリオレフィン材料の非コーティング領域(ボイド)を生成した。回転ロッドスロットダイを移動BOPETフィルムに対して2°の角度(水平方向の9時の位置を下回る)に維持した。BOPETフィルムは、厚さ0.003インチ(76μm)であった。ダイスロットを0.015インチ(381μm)又は0.008インチ(203μm)のいずれかに維持した。
表11及び12は、プロセス条件と、実施例28〜29及び比較例C2の選択された特性とを含む。
Figure 0006139539
Figure 0006139539
実施例28〜29は、本発明のプロセスが高粘度(167Pa−s)熱可塑性ポリオレフィンを、コーティング縁ビードを有することなく、小さいコーティング重量でコーティングできることを示す。比較例C2は、移動ウェブの直線速度の1.9%であるロッド速度が、連続的下ウェブ及び横ウェブコーティングを提供するこのホットメルトポリマーには遅すぎることを示す。コーティングはまた、平坦又は艶消仕上げ光沢と矛盾しない低い光沢(60°でおよそ5%)を有した(低い光沢は、波形表面構造の結果である。実施例28及び29の表面の光学顕微鏡検査(250×の倍率での偏光反射光)により、コーティング方向に平行に配向された半連続的(長さ4mmにわたる)波形が明かとなった。波形は50〜200μm離間していた。波形表面の結果として、実施例29で得られたコーティングのコーティング密度は、0.880g/ccとして見出され、これはPRIMACOR(商標)3330ポリマーの密度よりも約5.4%低かった。
実施例30〜32及び比較例C3〜C5
実施例30〜32及び比較例C3〜C5は、実施例28〜29及び比較例C2に記載したものと同一の混合及びコーティング装置を使用して調製した。
本発明のプロセスを用いて、高速(191メートル/分)及び小さいコーティング重量(10.5g/m)でホットメルト粘着付与スチレン−イソプレン(SI)熱可塑性エラストマーブロックコポリマーPSAをコーティングした。SIコポリマーPSAは、これらの実施例のコーティング条件において広い粘度範囲を有した[300°F(149℃)で139Pa−s融解粘度、及び400°F(205℃)で63Pa−s]。PSAは、54.7/43.7/0.8/0.8 QUINTAC(商標)3620/WINTACK(商標)EXTRA/IRGANOX(商標)1076/ARENOX(商標)DLからなっていた。QUINTAC 3620ペレットをTSEの供給口(バレル#1)内に供給した。WINGTACK EXTRA粘着付与剤を融解し、バレル#4(35%)及びバレル#6(65%)内に分割供給した。抗酸化剤(IRGANOX(商標)1076及びARENOX(商標)DL)を融解し、バレル#4(35%)及びバレル#6(65%)内に分割供給した。TSEスクリュー速度は200rpmであった。
実施例30〜32及び比較例C3〜C5に関する押出プロセス設定点パラメータを表13に纏める。
Figure 0006139539
全体的なホットメルトPSA流速を150ポンド/hr(68kg/時間)に設定して、625フィート/分(191メートル/分)のライン速度において2〜3グレイン/24in(8〜13g/m)の範囲のコーティング重量を提供した。11μin(2.6μm)Ra表面粗さを有する標準的な直径0.5インチ(1.3cm)のThomson 60 CASE LINEARRACEシャフトを、回転ロッドスロットダイ内に使用した。回転ロッドスロットダイを、移動する幅26インチ(66cm)の二軸延伸ポリプロピレン(BOPP)フィルムを有する移動BOPETフィルムに対して4.0°の角度(水平方向の9時の位置を下回る)に維持した。ライン速度は、625フィート/分(191メートル/分)であった。BOPPフィルムは、厚さ0.0013インチ(33μm)であった。ダイに定型器を付与して、幅25.0インチ(63.5cm)のコーティングを提供した。ダイスロットを0.015インチ(381μm)又は0.005インチ(127μm)のいずれかに維持した。比較例C3〜C5に関してロッド速度を一定の10rpm(順方向に)で回転させて、一般に使用されている米国特許第4,167,914号に記載されている接触コーティング回転ロッドスロットダイプロセスを例示した。
容認可能な連続的コーティングを与えたロッド速度範囲を、実施例30〜32に関して記録した。300°F(149℃)の0.015インチ(0.381mm)ダイスロットにおいて、この温度でPSAが高粘度であることによる、スロットダイを通した乏しい流れに起因して、コーティングは任意のロッド速度に関して得られなかった。表14は実施例30〜32及び比較例C3〜C5に関するコーティングプロセス条件を纏め、表15は実施例31〜32に関する、選択されたPSAテープ特性を含む。
Figure 0006139539
Figure 0006139539
表11に纏めた接着剤テープデータは、速いコーティング速度(625フィート/分(191メートル/分))でコーティングした本発明の極小さいコーティング重量の粘着付与SIコポリマーPSAが、現在のホットメルトコーティング方法(スロットダイ及びドロップダイ取り去り(drop-die take-away)から入手可能なものよりも実質的に小さいコーティング重量において、段ボール箱封止テープ用途に容認可能な性能を提供することを示す。
実施例33〜34及び比較例C6〜C7
実施例33〜34及び比較例C6〜C7は、実施例30〜32及び比較例C3〜C5に記載したものと同一の混合及びコーティング装置を使用した、高分子量(8.1×10g/mol)アクリル酸エステルPSAの高速コーティングを示す。
アクリル酸エステルPSAは、異なるモノマー混合物を使用した以外は実施例6〜9と同一の方法で作製した。アクリル酸エステルPSAは、95部のIOAモノマー、5部のAAモノマー、0.10pphmのIRGACURE(商標)651光開始剤、0.02pphmのIOTG連鎖移動剤及び0.4pphmのIRGANOX(商標)1076抗酸化剤からなっていた。アクリル酸エステルPSAをかみ砕き、46.2cc/revを有する歯車融解ポンプ(Textron,Inc.,Providence,RI製のモデルLCI ES45/45)が装着された、外径3.5インチ(8.9cm)の供給スクリューを有するデュアルロールフィーダー(dual roll feeder)(DAVIS−STANDARD(商標)モデル35IN35)を使用して、TSEのバレル#1に供給した。
表16は、実施例33〜34及び比較例C6〜C7に関するデュアルロールフィーダープロセス設定点パラメータを纏める。
Figure 0006139539
デュアルロールフィーダーは、アクリル酸エステルPSAをかみ砕き、174ポンド/時間(79.0kg/時間)でTSEのバレル#1内に揚送した。TSEスクリュー速度は、200rpmであった。実施例33〜34及び比較例C6〜C7に関する押出プロセス設定点パラメータを表17に纏める。
Figure 0006139539
11μin(2.6μm)Ra表面粗さを有する標準的な直径0.5インチ(1.3cm)のThomson 60 CASE LINEARRACEシャフトを、回転ロッドスロットダイ内に使用した。回転ロッドスロットダイを、移動する二軸延伸ポリプロピレン(BOPP)フィルムに対して4.0度の角度(水平方向の9時の位置を下回る)で維持した。ダイに定型器を付与して、幅25.0インチ(63.5cm)のコーティングを提供した。ライン速度は、625フィート/分(191メートル/分)であった。BOPPフィルムは、厚さ0.0013インチ(33μm)、幅26.0インチ(66.0cm)であった。ダイスロットは、0.015インチ(381μm)又は0.005インチ(127μm)のいずれかであった。比較例C6及びC7に関してロッド速度を一定の10rpmで順方向に回転させて、米国特許第4,167,914号(Mladota)に記載されている既知の接触コーティング回転ロッドスロットダイプロセスを例示した。容認可能な連続的コーティングを与えたロッド速度範囲を、実施例33〜34に関して記録した。ロッド速度(ライン速度に対する−速度比)の変化は、間隙順方向ロールコーティング方法とは異なりコーティング重量を変化させないことに留意するべきである。PSAを欠いた非コーティングレーン又は領域の存在も記録された。表18はコーティングプロセス条件を纏め、表19は実施例33〜34及び比較例C6〜C7に関する、選択されたPSAテープ特性を含む。
Figure 0006139539
Figure 0006139539
高分子量(8.1×10g/mol)アクリル酸エステルホットメルトPSAは、本発明のプロセスを用いて、高速(191メートル/分)及び極小さいコーティング重量(厚さ0.0005インチ(0.0127mm)又は13.7g/m未満)にて容易にコーティングされた。ボイドを含まない連続的下ウェブ及び横ウェブコーティングを提供するために、米国特許第4,167,914号に記載されているものよりも実質的に速いロッド速度が必要であった。極小さいホットメルトPSAコーティング重量は、55g/mコーティング重量又は0.002インチ(50.8μm)コーティング厚さ未満のコーティング重量(厚さ)の強い関数であるため、様々な基材に対する剥離接着力の操作を可能にする(Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology 2nd Edition,Donatas Satas pp.77〜79)。別の有用な加工の特徴は、一般に使用されている、米国特許第4,167,914号に記載されているロッド速度(比較例C6及びC7)と比較して速い、本発明のロッド速度(実施例33〜34)におけるダイ圧の低減である。
添付図面を参照しながら、本発明を好ましい実施形態と関連付けて完全に説明したが、様々な変更及び修正が当業者に明らかであることに留意されたい。そのような変更及び修正は、添付された特許請求の範囲によって定められるような本発明の範囲から逸脱しない限り、これに含まれるものと理解すべきである。
本明細書に引用される全ての特許、特許書類、及び刊行物の完全な開示は、参照によりそれら全体が組み込まれる。本発明の実施態様の一部を以下の項目[1]−[100]に記載する。
[1]
第1の表面を有する基材と、第1の主表面及び第2の主表面を有する融解コート層と、を含む物品であって、前記融解コート層の前記第1の主表面が、前記基材の前記第1の表面上に配置され、前記融解コート層が、実質的に連続的であり、かつ
(a)少なくとも約200,000の集団分子量を有する1種以上のアクリル系ポリマーであって、前記融解コート層が、約25g/m未満のコーティング重量を有し、溶媒を含まず、約1重量%以下のゲル化アクリル系ポリマーを含む、アクリル系ポリマーと、
(b)ホットメルトコーティングに好適な任意の温度、及び100秒−1未満の剪断速度、又は100rad/秒未満の周波数で測定して、約20,000cPを超える集団融解粘度を有する1種以上の熱可塑性エラストマーであって、前記融解コート層が、約12g/m未満のコーティング重量を有する、熱可塑性エラストマーと、
(c)いずれも熱可塑性エラストマーではない1種以上の天然ゴム又は合成ゴムであって、少なくとも約200,000g/molの集団分子量と、ホットメルトコーティングに好適な任意の温度、及び100秒−1未満の剪断速度、又は100rad/秒未満の周波数で測定して、約50,000cPを超える集団融解粘度とを有し、前記融解コート層が、約29g/m未満のコーティング重量を有する、天然ゴム又は合成ゴムと、
(d)約50,000〜約3,000,000g/molの集団分子量を有する1種以上の非エラストマー熱可塑性ポリマーであって、前記融解コート層が、約17g/m未満のコーティング重量を有し、溶媒を含まない、非エラストマー熱可塑性ポリマーと、
からなる群から選択される融解コート組成物を含む、物品。
[2]
前記融解コート層が液体媒体を実質的に含まない、項目1に記載の物品。
[3]
前記融解コート層が自己粘着性である、項目1に記載の物品。
[4]
前記融解コート層が感圧性接着特性を有する、項目1に記載の物品。
[5]
前記融解コート層の前記第2の主表面が艶消仕上げを有する、項目1に記載の物品。
[6]
前記融解コート層が、60°の測定角度にて約1〜約9%の光沢低下を有する、項目1に記載の物品。
[7]
前記融解コート層の前記第2の主表面が、複数の隆起細筋を有する、項目1に記載の物品。
[8]
前記融解コート層の前記コーティング密度が、前記融解コート組成物密度の約60〜約95%である、項目7に記載の物品。
[9]
前記隆起細筋が、約25マイクロメートル未満の平均高さを有する、項目7に記載の物品。
[10]
前記隆起細筋が、約5〜約10マイクロメートルの平均高さを有する、項目7に記載の物品。
[11]
前記隆起細筋が不規則に離間され、隣接する隆起細筋のいずれの対も、隣接する隆起細筋の任意の他の対の間隔の10倍を超える前記間隔を有さない、項目7に記載の物品。
[12]
前記複数の隆起細筋が、約20〜約500マイクロメートルの、隣接する隆起細筋間の平均間隔を有する、項目7に記載の物品。
[13]
前記複数の隆起細筋が、約150〜約200マイクロメートルの、隣接する隆起細筋間の平均間隔を有する、項目7に記載の物品。
[14]
前記融解コート層が、ピンホールよりも大きい貫通ボイドを有さない、項目1に記載の物品。
[15]
前記基材が可撓性である、項目1に記載の物品。
[16]
前記基材が2つ以上の層を含む、項目1に記載の物品。
[17]
前記基材が、高分子フィルム、織物、金属フィルム又は紙の少なくとも1つを含む、項目1に記載の物品。
[18]
前記基材が、二軸延伸ポリプロピレン及びポリエステルの少なくとも一方を含む、項目1に記載の物品。
[19]
前記物品が、接着剤テープ又は接着剤シートである、項目1に記載の物品。
[20]
前記物品が、箱封止テープ、マスキングテープ、医療用テープ、図形(graphics)シート及び反射シートからなる群から選択される、項目19に記載の物品。
[21]
前記物品が、ロール物品の形態にあり、前記コート層が、切断(slitting)又は変換の前に縁ビードを有さない、項目1に記載の物品。
[22]
前記融解コート層が、本質的に1種以上のアクリル系ポリマーからなる、項目1に記載の物品。
[23]
前記融解コート層が、イソオクチルアクリレートのポリマー及びコポリマーからなる群から選択されるアクリル系ポリマーを含む、項目1に記載の物品。
[24]
前記融解コート層が、1種以上のアクリル系ポリマーを含み、前記融解コート層が、粘着付与剤、油及び可塑剤を実質的に含まない、項目1に記載の物品。
[25]
前記融解コート層が、1種以上のアクリル系ポリマーを含み、約21g/m未満のコーティング重量を有する、項目1に記載の物品。
[26]
前記融解コート層が、1種以上のアクリル系ポリマーを含み、約17g/m未満のコーティング重量を有する、項目1に記載の物品。
[27]
前記融解コート層が、1種以上のアクリル系ポリマーを含み、約13g/m未満のコーティング重量を有する、項目1に記載の物品。
[28]
前記融解コート層が、1種以上のアクリル系ポリマーを含み、約9g/m未満のコーティング重量を有する、項目1に記載の物品。
[29]
前記融解コート層が、少なくとも約500,000の集団分子量を有する1種以上のアクリル系ポリマーを含む、項目1に記載の物品。
[30]
前記融解コート層が、少なくとも約800,000の集団分子量を有する1種以上のアクリル系ポリマーを含む、項目1に記載の物品。
[31]
前記融解コート層が、少なくとも約1,000,000の集団分子量を有する1種以上のアクリル系ポリマーを含む、項目1に記載の物品。
[32]
前記融解コート層が、スチレンブロックコポリマーからなる群から選択される1種以上の熱可塑性エラストマーを含む、項目1に記載の物品。
[33]
前記スチレンブロックコポリマーが、スチレン−イソプレン−スチレントリブロックコポリマー又はスチレン−エチレン/ブチレン−スチレントリブロックコポリマーを含む、項目32に記載の物品。
[34]
前記融解コート層が1種以上の熱可塑性エラストマーを含み、更に粘着性付与樹脂を含む、項目1に記載の物品。
[35]
前記粘着性付与樹脂がC樹脂である、項目34に記載の物品。
[36]
前記融解コート層が1種以上の熱可塑性エラストマーを含み、油及び可塑剤を実質的に含まない、項目1に記載の物品。
[37]
前記融解コート層が1種以上の熱可塑性エラストマーを含み、約9g/m未満のコーティング重量を有する、項目1に記載の物品。
[38]
前記融解コート層が、ホットメルトコーティングに好適な任意の温度で測定して、約50,000cPを超える融解粘度を有する1種以上の熱可塑性エラストマーを含む、項目1に記載の物品。
[39]
前記融解コート層が、ホットメルトコーティングに好適な任意の温度で測定して、約100,000cPを超える集団融解粘度を有する1種以上の熱可塑性エラストマーを含む、項目1に記載の物品。
[40]
前記融解コート層が、ホットメルトコーティングに好適な任意の温度で測定して、約1,000,000cPを超える集団融解粘度を有する1種以上の熱可塑性エラストマーを含む、項目1に記載の物品。
[41]
前記融解コート層が、本質的に天然ゴム又は合成ゴムからなる、項目1に記載の物品。
[42]
前記融解コート層が、天然ゴム及び合成ゴムからなる群から選択される1種以上のゴムを含み、約1重量%以下のゲル化天然ゴム又は合成ゴムを含む、項目1に記載の物品。
[43]
前記融解コートが、天然ゴム及び合成ゴムからなる群から選択される1種以上のゴムを含み、粘着付与剤及び可塑剤からなる群から選択される少なくとも1つの添加剤を更に含む、項目1に記載の物品。
[44]
前記融解コート層が、100重量部の天然ゴム当たり10〜200重量部の粘着付与剤を含む、項目43に記載の物品。
[45]
前記融解コート層が、天然ゴム及び合成ゴムからなる群から選択される1種以上のゴムを含み、約25g/m未満のコーティング重量を有する、項目1に記載の物品。
[46]
前記融解コート層が、天然ゴム及び合成ゴムからなる群から選択される1種以上のゴムを含み、約19g/m未満のコーティング重量を有する、項目1に記載の物品。
[47]
前記融解コート層が、天然ゴム及び合成ゴムからなる群から選択される1種以上のゴムを含み、約15g/m未満のコーティング重量を有する、項目1に記載の物品。
[48]
前記融解コート層が、天然ゴム及び合成ゴムからなる群から選択される1種以上のゴムを含み、約11g/m未満のコーティング重量を有する、項目1に記載の物品。
[49]
前記融解コート層が、イソプレン、ブタジエン、ニトリルゴム及びスチレン−ブタジエンゴムからなる群から選択される1種以上のゴムを含む、項目1に記載の物品。
[50]
前記融解コート層が、少なくとも約100,000cPの集団分子量を有する1種以上のゴムを含む、項目1に記載の物品。
[51]
前記融解コート層が、少なくとも約1,000,000cPの集団分子量を有する1種以上のゴムを含む、項目1に記載の物品。
[52]
前記融解コート層が、本質的に非エラストマー熱可塑性ポリマーからなる、項目1に記載の物品。
[53]
前記融解コート層が1種以上の非エラストマー熱可塑材を含み、約13g/m未満のコーティング重量を有する、項目1に記載の物品。
[54]
前記融解コート層が1種以上の非エラストマー熱可塑材を含み、約9g/m未満のコーティング重量を有する、項目1に記載の物品。
[55]
前記融解コート層が、ポリオレフィン及び脂肪族ポリエステルからなる群から選択される1種以上の非エラストマー熱可塑性ポリマーを含む、項目1に記載の物品。
[56]
前記融解コート層が、1種以上の半結晶性非エラストマー熱可塑性ポリマーを含む、項目1に記載の物品。
[57]
上部に融解コート層を有する物品の製造プロセスであって、
前記製造プロセスが、(a)ポリマーを含有する融解コーティング組成物を、約35mils(0.89ミリメートル)未満の厚さを有するダイスロットを通して運搬する工程と、
(b)前記融解組成物を、約3インチ(7.6cm)未満の直径を有する回転ロッドと、支持ローラー上に支持された移動する基材との間のニップ地点の入口側に直接接触させる工程であって、前記支持ローラーの表面が約20mils(0.51ミリメートル)以下の深さで変形されるように、十分小さいニップ圧が使用される、工程と、
(c)上部に融解コート層を有する基材を、前記ニップ地点の出口側で獲得する工程と、を含み、
前記回転ロッド及び前記圧縮性支持ローラーが、それぞれ、前記移動する基材の動作の方向に回転し、
前記回転ロッドが約20rpmを超えて回転し、前記移動する基材の速度の約1〜約20%の表面速度を有する、製造プロセス。
[58]
前記融解コーティング組成物が、
(a)少なくとも約200,000の集団分子量を有する1種以上のアクリル系ポリマーであって、前記組成物が、溶媒を含有せず、約1重量%以下のゲル化アクリル系ポリマーを含有する、アクリル系ポリマー、又は
(b)ホットメルトコーティングに好適な任意の温度、及び100秒−1未満の剪断速度、又は100rad/秒未満の周波数で測定して、約20,000cPを超える集団融解粘度を有する1種以上の熱可塑性エラストマー、又は
(c)少なくとも約200,000g/molの集団分子量を有し、熱可塑性エラストマーではない1種以上の天然ゴム又は合成ゴムであって、ホットメルトコーティングに好適な任意の温度、及び100秒−1未満の剪断速度、又は100rad/秒未満の周波数で測定して、約50,000cPを超える融解粘度を有する、天然ゴム又は合成ゴム、又は
(d)約50,000〜約3,000,000g/molの集団分子量を有する1種以上の非エラストマー熱可塑性ポリマーであって、前記組成物が溶媒を含有しない、非エラストマー熱可塑性ポリマー、
からなる群から選択される、項目57に記載のプロセス。
[59]
前記ダイスロットが約15mils(380マイクロメートル)未満の厚さを有する、項目57に記載のプロセス。
[60]
前記ダイスロットが約10mils(250マイクロメートル)未満の厚さを有する、項目57に記載のプロセス。
[61]
前記ダイスロットが約5mils(125マイクロメートル)未満の厚さを有する、項目57に記載のプロセス。
[62]
前記ダイスロットが約1mil(25マイクロメートル)を超える厚さを有する、項目57に記載のプロセス。
[63]
前記回転ロッドが、約2インチ(5cm)未満の直径を有する、項目57に記載のプロセス。
[64]
前記回転ロッドが、1インチ(2.5cm)未満の直径を有する、項目57に記載のプロセス。
[65]
前記回転ロッドが、約1/4〜約3/4インチ(0.6〜2cm)の直径を有する、項目57に記載のプロセス。
[66]
前記支持ローラーが圧縮性である、項目57に記載のプロセス。
[67]
前記支持ローラーの前記表面が、約10mils(380マイクロメートル)以下の深さで変形される、項目57に記載のプロセス。
[68]
前記支持ローラーの前記表面が、約5mils(125マイクロメートル)以下の深さで変形される、項目57に記載のプロセス。
[69]
前記支持ローラーの前記表面が、約1mil(25マイクロメートル)以下の深さで変形される、項目57に記載のプロセス。
[70]
前記支持ローラーの前記表面が、約1〜約20mils(25〜500マイクロメートル)の深さで変形される、項目57に記載のプロセス。
[71]
前記支持ローラーが非圧縮性である、項目57に記載のプロセス。
[72]
前記回転ロッドが、前記移動する基材の前記速度の約1〜約15%の接線表面速度を有する、項目57に記載のプロセス。
[73]
前記回転ロッドが、前記移動する基材の前記速度の約1〜約10%の接線表面速度を有する、項目57に記載のプロセス。
[74]
前記回転ロッドが、前記移動する基材の前記速度の約1〜約5%の接線表面速度を有する、項目57に記載のプロセス。
[75]
前記回転ロッドが、前記移動する基材の前記速度の約2〜約20%の接線表面速度を有する、項目57に記載のプロセス。
[76]
前記回転ロッドが、前記移動する基材の前記速度の約2〜約10%の接線表面速度を有する、項目57に記載のプロセス。
[77]
前記回転ロッドが、前記移動する基材の前記速度の約5〜約20%の接線表面速度を有する、項目57に記載のプロセス。
[78]
前記回転ロッドが、前記移動する基材の前記速度の約5〜約10%の接線表面速度を有する、項目57に記載のプロセス。
[79]
前記融解組成物の前記粘度が約10,000cPを超える、項目57に記載のプロセス。
[80]
前記融解組成物の前記粘度が約50,000cPを超える、項目57に記載のプロセス。
[81]
前記融解組成物の前記粘度が約100,000cPを超える、項目57に記載のプロセス。
[82]
前記融解組成物の前記粘度が約1,000,000cPを超える、項目57に記載のプロセス。
[83]
前記回転ロッドが平滑であり、又は約1000マイクロインチ(25μm)未満のR値を有する表面テクスチャを有する、項目57に記載のプロセス。
[84]
前記回転ロッドが、約100マイクロインチ(2.5μm)未満のR値を有する表面テクスチャを有する、項目57に記載のプロセス。
[85]
前記回転ロッドが、約20マイクロインチ(0.5μm)未満のR値を有する表面テクスチャを有する、項目57に記載のプロセス。
[86]
前記コート基材が、切断又は変換の前に可視の縁ビードを有さない、項目57に記載のプロセス。
[87]
前記移動する基材が、約200フィート/分(60メートル/分)を超えて移動する、項目57に記載のプロセス。
[88]
前記移動する基材が、約500フィート/分(150メートル/分)を超えて移動する、項目57に記載のプロセス。
[89]
前記移動する基材が、約1000フィート/分(300メートル/分)を超えて移動する、項目57に記載のプロセス。
[90]
前記融解組成物を前記ニップ地点の前記入口側に接触させることによる可視の回転プールが存在しない、項目57に記載のプロセス。
[91]
前記コート基材の前記厚さが前記ニップ圧とは独立して、前記ダイスロットの前記厚さと前記回転ロッドの前記表面速度とに依存するような前記範囲内で、前記ダイスロットの前記厚さと、前記回転ロッドの前記表面速度と、前記ニップ圧が設定される、項目57に記載のプロセス。
[92]
前記基材が可撓性である、項目57に記載のプロセス。
[93]
前記基材が2つ以上の層を含む、項目57に記載のプロセス。
[94]
前記基材が、高分子フィルム、不織布ウェブ又は紙のうちの少なくとも1つを含む、項目57に記載のプロセス。
[95]
前記基材が、前記基材に対する前記融解コート層の接着を改善するように下塗りされている、項目57に記載のプロセス。
[96]
更に、
(d1)前記基材を、前記基材上の融解コート層と共に、前記基材自体の上に券回してロール形態とすることを含む、項目57に記載のプロセス。
[97]
前記融解コート層が工程(c)と工程(d1)との間に乾燥されない、項目96に記載のプロセス。
[98]
工程(c)の後に前記融解コート層を架橋させることを更に含む、項目57に記載のプロセス。
[99]
更に、
(d2)前記融解コート層を被着体に接触させて、前記基材を前記被着体に接着することを含む、項目57に記載のプロセス。
[100]
前記融解コート層が工程(c)と工程(d2)との間で乾燥されない、項目99に記載のプロセス。

Claims (7)

  1. 第1の表面を有する基材と、第1の主表面及び第2の主表面を有する融解コート層と、を含む物品であって、前記融解コート層の前記第1の主表面が、前記基材の前記第1の表面上に配置され、前記融解コート層が、実質的に連続的であり、かつ
    (a)少なくとも約200,000の重量平均分子量を有する1種以上のアクリル系ポリマーであって、前記融解コート層が、約25g/m未満のコーティング重量を有し、溶媒を含まず、ゲル化アクリル系ポリマーの含有量が約1重量%以下である、アクリル系ポリマーと、
    (b)ホットメルトコーティングに好適な任意の温度、及び100秒−1未満の剪断速度、又は100rad/秒未満の周波数で測定して、約20,000cPを超える融解粘度を有する1種以上の熱可塑性エラストマーであって、前記融解コート層が、約12g/m未満のコーティング重量を有する、熱可塑性エラストマーと、
    (c)いずれも熱可塑性エラストマーではない1種以上の天然ゴム又は合成ゴムであって、少なくとも約200,000g/molの重量平均分子量と、ホットメルトコーティングに好適な任意の温度、及び100秒−1未満の剪断速度、又は100rad/秒未満の周波数で測定して、約50,000cPを超える融解粘度とを有し、前記融解コート層が、約29g/m未満のコーティング重量を有する、天然ゴム又は合成ゴムと
    らなる群から選択される融解コート組成物を含む、物品。
  2. 前記融解コート層が液体媒体を実質的に含まない、請求項1に記載の物品。
  3. 前記融解コート層の前記第2の主表面が、複数の隆起細筋を有する、請求項1に記載の物品。
  4. 上部に融解コート層を有する物品の製造プロセスであって、
    前記製造プロセスが、
    (a)ポリマーを含有する融解コーティング組成物を、約35mils(0.89ミリメートル)未満の厚さを有するダイスロットを通して運搬する工程と、
    (b)前記融解組成物を、約3インチ(7.6cm)未満の直径を有する回転ロッドと、支持ローラー上に支持された移動する基材との間のニップ地点の入口側に直接接触させる工程であって、前記支持ローラーの表面が約20mils(0.51ミリメートル)以下の深さで変形されるように、十分小さいニップ圧が使用される、工程と、
    (c)上部に融解コート層を有する基材を、前記ニップ地点の出口側で獲得する工程と、を含み、
    前記回転ロッド及び前記圧縮性支持ローラーが、それぞれ、前記移動する基材の動作の方向に回転し、
    前記回転ロッドが約20rpmを超えて回転し、前記移動する基材の速度の約1〜約20%の表面速度を有する、製造プロセス。
  5. 前記融解コーティング組成物が、
    (a)少なくとも約200,000の重量平均分子量を有する1種以上のアクリル系ポリマーであって、前記組成物が、溶媒を含有せず、ゲル化アクリル系ポリマーの含有量が約1重量%以下である、アクリル系ポリマー、又は
    (b)ホットメルトコーティングに好適な任意の温度、及び100秒−1未満の剪断速度、又は100rad/秒未満の周波数で測定して、約20,000cPを超える融解粘度を有する1種以上の熱可塑性エラストマー、又は
    (c)少なくとも約200,000g/molの重量平均分子量を有し、熱可塑性エラストマーではない1種以上の天然ゴム又は合成ゴムであって、ホットメルトコーティングに好適な任意の温度、及び100秒−1未満の剪断速度、又は100rad/秒未満の周波数で測定して、約50,000cPを超える融解粘度を有する、天然ゴム又は合成ゴ
    らなる群から選択される、請求項4に記載のプロセス。
  6. 前記回転ロッドが、前記移動する基材の前記速度の約1〜約15%の接線表面速度を有する、請求項4に記載のプロセス。
  7. 前記コート基材の前記厚さが前記ニップ圧とは独立して、前記ダイスロットの前記厚さと前記回転ロッドの前記表面速度とに依存するような範囲内で、前記ダイスロットの前記厚さと、前記回転ロッドの前記表面速度と、前記ニップ圧が設定される、請求項4に記載のプロセス。
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