JP6420765B2 - 低坪量多層基材のための水性接着剤およびその使用 - Google Patents

Description

本発明は、接着剤および多層基材の間に挿入された水性接着剤を含む物品に関する。

多層薄板物品は、接着剤で一緒に接着された個々の基材からなる。通常、セルロースの薄板、例えば、板紙、厚紙、紙、コート紙、フィルムは、水性接着剤によって一緒に接着されて、カップ、食品容器、ケース、ボール箱、バッグ、箱、封筒、ラップ、クラムシェル型容器等の消費者製品用の容器を形成する。

より高坪量の基材は、より低坪量の基材より、優れた強度および断熱性を物品に提供する。しかし、環境的におよび経済的により健全になるように、基材の坪量を減少させる試みが存在する。

坪量の低減は、物品の断熱性および強度に悪影響を与える。マイクロスフェアは、断熱性を改良することが公知であるが、基材の厚さが、物品の断熱性に関する主要な要因となっている。

ＷＯ２００８／０８４３７２に記載されているように、マイクロスフェアはまた、重量を低減した、紙および薄い厚紙を作製するために製紙用パルプに添加されている。しかし、得られた紙は、鉛直の応力にかけられた場合、面外座屈しやすい。

低坪量の基材の強度を改良するために、Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｌｅｖｅｌ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ Ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ Ｂｏａｒｄ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ−Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ＦＥ Ｍｏｄｅｌｉｎｇは、基材の間に挿入される接着剤の量を増加させることを教示している。しかし、物品中の接着剤の量の増加は、乾燥時間を延長させ、これによって、製造速度を低下させる。基材から水を追い出すために、長い乾燥時間または加熱器を使用しなければならず、これがエネルギー消費量を増加させる。

本発明は、膨張したマイクロスフェアを有する水性接着剤組成物の使用を介して、低減された坪量を有するパッケージの欠点を改良する。本発明は、パッケージに適用された場合、低減された坪量の基材に十分な強度および断熱性を提供する環境的に健全なパッケージを提供する。

本発明は、最大約２６％までの低減された坪量を有する基材に、実質的に同様な断熱性および十分な強度を提供する接着剤組成物に関する。本発明は、より低坪量の基材の間に挿入された水性接着剤を含む多層基材の物品をさらに提供する。さらに、該接着剤および物品は、より高坪量の基材を有する従来の水性接着剤および多層基材より少ないカーボンフットプリント、例えば、熱および樹木を必要とする。

第１の実施形態において、（ａ）酢酸ビニルエチレン分散体、ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニルポリビニルアルコール、デキストリン安定化ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニルコポリマー、酢酸ビニル−エチレンコポリマー、ビニルアクリル酸、スチレンアクリル酸、アクリル酸、スチレンブチルゴム、ポリウレタンおよびこれらの混合物からなる群から選択されるエマルジョンベースのポリマーと、（ｂ）複数のマイクロスフェア（ここで、マイクロスフェアは、接着剤の約１０から約５０Ｖ／Ｖ％の体積を有する）と、ならびに場合によって、（ｃ）水と、（ｄ）可塑剤とを含む接着剤組成物が提供される。該接着剤は、坪量が低減されていない基材上のマイクロスフェアを含有しない接着剤に比較して、最大約２６％まで低減された坪量を有する基材に対して、実質的に同様な断熱性および十分な強度を提供する。

さらに別の実施形態は、複数の低減された坪量の基材、および基材の間に挿入された水性接着剤組成物を含む多層基材の容器である製造品を提供する。接着剤組成物は、（ａ）エマルジョンベースのポリマーと、（ｂ）複数のマイクロスフェア（ここで、マイクロスフェアは、接着剤の約１０から約５０Ｖ／Ｖ％の体積を有する）と、場合によって、（ｃ）水と、（ｄ）可塑剤とを含む。前記物品は、坪量が低減されていない、基材上にマイクロスフェアを含有していない接着剤に比較して、約２６％低い坪量を有している基材にもかかわらず、実質的に同様な断熱性および十分な強度を有する。

さらに別の実施形態は、低減された坪量の基材で、十分な断熱性および構造的完全性を有する多層基材パッケージを作製する方法を提供する。このステップは、（ａ）第１および第２の面を有する第１の基材を準備するステップと、（ｂ）接着剤を形成するために、（ｉ）酢酸ビニルエチレン分散体、ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニルポリビニルアルコール、デキストリン安定化ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニルコポリマー、酢酸ビニル−エチレンコポリマー、ビニルアクリル酸、スチレンアクリル酸、アクリル酸、スチレンブチルゴム、ポリウレタンおよびこれらの混合物からなる群から選択されるエマルジョンベースのポリマー；（ｉｉ）複数の膨張性マイクロスフェア（ここで、膨張したマイクロスフェアは、接着剤の約１０から約５０Ｖ／Ｖ％の体積を有する）；ならびに場合によって、（ｉｉｉ）可塑剤および（ｉｖ）水を組み合わせることによって接着剤組成物を調製するステップと、（ｃ）第１の基材の第１の面上に接着剤を適用するステップと、（ｄ）第１および第２の面を有する第２の基材を準備するステップと、（ｅ）第２の基材の第１の面上に接着剤を直接接触させるステップと、（ｆ）膨張性マイクロスフェアを膨張させるために、熱または放射線を適用するステップと、（ｇ）第１および第２の基材を一緒に接着させる結合を形成するために、接着剤を乾燥させるステップとを含む。得られた、マイクロスフェアを含有する接着剤を有する多層基材は、接着剤中にマイクロスフェアを含有しない多層基材より約２６％低い坪量を有する基材で、実質的に同様な断熱性および十分な強度を有する。

別の実施形態は、より低坪量の基材で、十分な断熱性および構造的完全性を有する多層基材パッケージを作製する方法を提供する。このステップは、（ａ）第１および第２の面を有する第１の基材を準備するステップと、（ｂ）接着剤を形成するために、（ｉ）酢酸ビニルエチレン分散体、ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニルポリビニルアルコール、デキストリン安定化ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニルコポリマー、酢酸ビニル−エチレンコポリマー、ビニルアクリル酸、スチレンアクリル酸、アクリル酸、スチレンブチルゴム、ポリウレタンおよびこれらの混合物からなる群から選択されるエマルジョンベースのポリマー；（ｉｉ）複数の予め膨張させたマイクロスフェア（ここで、マイクロスフェアは、接着剤の約１０から約５０Ｖ／Ｖ％の体積を有する）；（ｉｉｉ）可塑剤および（ｉｖ）水を組み合わせることによって接着剤組成物を調製するステップと、（ｃ）第１の基材の第１の面上に接着剤を適用するステップと、（ｄ）第１および第２の面を有する第２の基材を準備するステップと、（ｅ）第２の基材の第１の面上に接着剤を直接接触させるステップと、（ｆ）第１および第２の基材を一緒に接着させる結合を形成するために、接着剤を乾燥させるステップとを含む。得られた、マイクロスフェアを含有する接着剤を有する多層基材は、接着剤中にマイクロスフェアを含有しない多層基材より約２６％低い坪量を有する基材で、実質的に同様な断熱性および十分な強度を有する。

接着剤試料のモジュラス−温度曲線を示すグラフである。 重ねせん断試料の一定応力によるひずみ−温度曲線を示すグラフである。

本発明は、基材の坪量を最大約２６％まで低減しながら、実質的に同じ断熱性および十分な強度を維持するための水性接着剤組成物を提供する。本明細書に記載の接着剤組成物は、カップ、食品容器、ケース、ボール箱、バッグ、箱、封筒、ラップ、クラムシェル型容器等の消費者製品用の多層薄板パッケージで有用である可能性がある。本発明の接着剤組成物の使用を介して、低減された坪量の基材を有しているにもかかわらず、多層基材のパッケージに対して実質的に同様な断熱性および十分な強度を達成することができる。最終結果は、経済的であり、より環境を意識した製品である。

本発明は、複数の膨張性マイクロスフェアを有する水性接着剤組成物が、従来の坪量の基材より低い坪量の基材に、十分な断熱性および強度を提供することの発見に基づいている。例えば、マイクロスフェアを有する接着剤は、基材の坪量が、約８％、約１７％、さらに最大約２６％まで減少されたときでさえ、実質的に同様な断熱性および十分な強度を提供する。

第１の実施形態において、本発明は、低坪量の基材のための多層薄板パッケージを製造するための接着剤を含む。該基材は、任意のタイプの紙および／またはプラスチック材料から作製されてもよい。望ましくは、使用される紙の製品は、再生利用可能な材料である。

接着剤組成物は、任意の数の材料から作製されてもよい。望ましくは、接着剤組成物は、エマルジョンポリマー成分、複数のマイクロスフェア、および場合によって、可塑剤および水を含む。接着剤組成物は、１種または複数の保存剤、粘着性付与剤または充填剤をさらに含んでいてもよい。接着剤組成物の接着性および断熱性に悪影響を及ぼさない他の材料を、要望通りに使用してもよい。

接着剤組成物は、エマルジョンポリマー成分を含む。エマルジョンポリマーは、接着剤組成物中に任意の量で存在してもよく、望ましくは、組成物の固化前の接着剤組成物の約５０ｗｔ％から約９９．５ｗｔ％の量で存在する。エマルジョンポリマーに応じて、固体濃度は、エマルジョンポリマーに対して約４０ｗｔ％から約６０ｗｔ％まで変化する。エマルジョンポリマー成分は、酢酸ビニルエチレン分散体、ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニルポリビニルアルコール、デキストリン安定化ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニルコポリマー、酢酸ビニルエチレンコポリマー、ビニルアクリル酸、スチレンアクリル酸、アクリル酸、スチレンブチルゴム、ポリウレタンおよびこれらの混合物を含めて、任意の所望のポリマー成分を含んでいてもよい。特に好ましいエマルジョンポリマー成分は、酢酸ビニルエチレン分散体およびポリ酢酸ビニルである。

接着剤組成物は、複数の予め膨張させたまたは膨張性のマイクロスフェアを含む。予め膨張させたマイクロスフェアは、完全に膨張しており、さらなる膨張を受ける必要はない。本発明で有用な膨張性マイクロスフェアは、熱および／または放射線エネルギー（例えば、マイクロ波、赤外線、高周波、および／または超音波エネルギーを含む）の存在下で、サイズの膨張が可能であるべきである。本発明で有用なマイクロスフェアには、例えば、炭化水素コアおよびポリアクリロニトリルシェルを有するもの（商標名Ｄｕａｌｉｔｅ（登録商標）として販売されているもの等）を含む熱膨張性ポリマーマイクロスフェア、および他の類似のマイクロスフェア（商標名Ｅｘｐａｎｃｅｌ（登録商標）として販売されているもの等）が含まれる。膨張性マイクロスフェアは、直径約１２ｍｉｃｒｏｎから約３０ｍｉｃｒｏｎを含めて、任意の未膨張のサイズを有していてもよい。熱の存在下で、本発明の膨張性マイクロスフェアは、直径を約３倍から約１０倍増加させることが可能であり得る。即ち、膨張性マイクロスフェアの直径は、開始時の直径の約３００％から開始時の直径の約１，０００％膨張可能であり、最も望ましくは、膨張性マイクロスフェアの直径は、開始時の直径の約３５０％から約６００％膨張可能であってもよい。接着剤組成物中でマイクロスフェアが膨張後、接着剤組成物は気泡様の材料になり、これが断熱性を改良している。以下で説明するように、マイクロスフェアの膨張は、部分的に固化された接着剤組成物中で行われることが望ましいことがある。

膨張性マイクロスフェアは、これらが膨張を開始する特定の温度、およびこれらが最大の膨張に達する第２の温度を有する。異なるグレードのマイクロスフェアは、異なる膨張温度（Ｔｅｘｐ）および最大膨張温度（Ｔｍａｘ）を有する。例えば、１つの特に有用なマイクロスフェアは、約８０℃のＴｅｘｐおよび約１２０℃のＴｍａｘを有し、一方、別の有用なマイクロスフェアは、約１３５℃のＴｅｘｐおよび約２００℃のＴｍａｘを有する。本発明に任意の特定のグレードのマイクロスフェアを使用してもよいが、マイクロスフェアのＴｅｘｐおよびＴｍａｘは、配合および処理する場合に考慮に入れておくべきである。望ましくは、これらのマイクロスフェアが膨張を開始する温度（Ｔｅｘｐ）は、約８０℃から約１３５℃である。マイクロスフェアが最大膨張に達する温度（Ｔｍａｘ）は、望ましくは、約１２０℃から約２００℃である。

特定のマイクロスフェアおよびその個々のＴｅｘｐおよびＴｍａｘの選択は、本発明に対して重大な意味は持たないが、これらの温度に応じて、処理温度を変更することができる。接着剤組成物が完全に乾燥される前に、これらのマイクロスフェアは、組成物中で移動することができ、膨張することができる。しかし、接着剤組成物が完全に乾燥すると、マイクロスフェアは同じ場所に実質的に固定されて、その膨張を、不可能ではないにしても困難にする。

組成物に使用される個々の膨張性マイクロスフェアに応じて、組成物中のマイクロスフェアの所望量を変更してもよい。接着剤組成物が、高すぎる濃度の膨張性マイクロスフェアを含む場合、マイクロスフェアの膨張の後、接着性および強度が不十分となることが見出されている。しかし、低すぎる濃度の膨張性マイクロスフェアが存在する場合、得られる接着剤の膨張が不十分であり、それによって断熱性が不十分となる。したがって、組成物中の膨張性マイクロスフェアの最適濃度を決定する場合、添加濃度と膨張比、ならびに添加濃度における膨張比と温度の考察を考慮に入れなければならない。マイクロスフェアの膨張比がより低い場合、接着剤組成物中でより高い濃度であってもよく、逆に、マイクロスフェアの膨張比がより高い場合、接着剤組成物中でより低い濃度であってもよい。

好ましい実施形態において、マイクロスフェアは、完全に乾燥した（固化した）後の接着剤の約１０Ｖ／Ｖ％から約５０Ｖ／Ｖ％、好ましくは約２０Ｖ／Ｖ％から約４０Ｖ／Ｖ％の体積で接着剤組成物中に存在することが望ましい。マイクロスフェアの完全に膨張したサイズに応じて、接着剤中の膨張性マイクロスフェアの量を調整することができる。Ｔｍａｘで約３７０％の直径膨張比を有する膨張性マイクロスフェアを含む実施形態では、マイクロスフェアは、組成物を固化する前の接着剤組成物の約０．５重量％から約５重量％の量で存在してもよい。Ｔｍａｘで約４７０％の直径膨張比を有する膨張性マイクロスフェアを含む実施形態では、マイクロスフェアは、組成物を固化する前の接着剤組成物の約０．５重量％から約３重量％の量で存在してもよい。より低い加熱能力を持つシステムにおいて、組成物を固化する前の接着剤組成物の最大８重量％まで等の、より高い濃度の膨張性マイクロスフェアを含むことが望ましい。膨張性マイクロスフェアの膨張比とマイクロスフェアの添加濃度は、相互に関連している。望ましくは、接着剤組成物中のマイクロスフェアの濃度は、これらの２つのゾーンの間に含まれるべきである。これは、得られる気泡様の接着剤の、膨張性、断熱性および強度と接着性との釣合いを保たせる。

接着剤組成物は、場合によって可塑剤を含む。例示的な可塑剤は、ジエチレングリコールジベンゾアート、ジプロピレングリコールジベンゾアート等の、Ｂｅｎｚｏｆｌｅｘ（登録商標）として入手可能なジベンゾアートである。

接着剤組成物は、任意の極性溶媒、特に水を配合物中に場合によって含んでいてもよい。

接着剤組成物は、任意の粘着性付与剤、保湿剤、保存剤、例えば、酸化防止剤、殺生物剤；充填剤、顔料、染料、安定剤、レオロジー調整剤、ポリビニルアルコール、およびこれらの混合物を場合によってさらに含む。これらの成分は、組成物を固化する前の接着剤組成物の約０．０５重量％から約１５重量％の量で含めることができる。例示的な保存剤には、１，２−ベンゾイソチアゾリン−３−オン、５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンおよび２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンが含まれる。典型的には、保存剤は、組成物を固化する前の接着剤組成物の約０．０５重量％から約０．５重量％の量で使用してもよい。

接着剤は、室温で合体を開始することができるが、接着剤組成物は、依然として高い含水量を有していることもあり、実質的に流体である。膨張性マイクロスフェアを有する接着剤に対して、ある形態のエネルギーが接着剤に導入されて、接着剤を完全に乾燥する前に、マイクロスフェアを膨張させる。エネルギーの形態は、典型的には熱または放射線である。予め膨張させたマイクロスフェアを含有する接着剤に対しては、追加の形態のエネルギーは必要ない。

膨張性および予め膨張させたマイクロスフェアの両方を含有する接着剤に対して、接着剤の乾燥を助けるために、ヒーターおよびファンを使用して過剰な水を除去してもよい。製品の製造の特に望ましい実施形態において、接着剤組成物は、基材の表面（または表面（複数））に適用され、接着剤を合体するのに十分な熱に当てられる。接着剤の合体の開始時において、かつ接着剤がまだ実質的に流体様である間、接着剤は、接着剤およびマイクロスフェアを同じ場所に保持するのを助けることができるが、マイクロスフェアに膨張する自由を与える。次いで、マイクロスフェアを膨張させるのに十分な温度まで熱を上昇させる。ヒーターに対して、マイクロスフェアのＴｅｘｐとＴｍａｘの間の温度範囲に設定することが好ましい。最後に、接着剤組成物から水を完全に追い出すのに十分な温度まで再度温度を上昇させる。オーブン中でまたは熱ローラーの使用を介することを含めて、熱を任意の所望の方法によって適用してもよい。様々な段階（固化の開始、マイクロスフェアの膨張、および接着剤の完全な乾燥）は、直接の熱の代替として、またはそれに加えて、放射線エネルギーによって達成されてもよいことに留意するべきである。即ち、例えば、様々な段階は、マイクロ波または高周波放射線の使用によって達成してもよい。さらに、この工程は、熱の適用と放射線の適用の任意の組合せを含んでいてもよい。例えば、接着剤の合体の開始は、直接加熱によって達成されてもよく、一方、マイクロスフェアの膨張は、放射線エネルギーの適用によって達成されてもよい。

接着剤の合体を向上させるために、組成物中に他の添加剤が含まれていてもよく、望ましい。

マイクロスフェアを有する本発明の接着剤は、マイクロスフェアがない接着剤より、高温において高い強度を有する。当業者には、接着剤の強度は、マイクロスフェアの添加により高温において低下するものと予想される。驚くべきことに、本発明の接着剤は、図１に示すように、より高いマイクロスフェアの添加量において、マイクロスフェアを含有しない接着剤に比べて、約５０℃から約１８０℃の範囲の温度でより高いモジュラスを有する。本発明の接着剤は、典型的には高温における使用を指向し、断熱性が必要な、断熱性パッケージに特に適している。

本発明は、低坪量の基材に対して、改良された断熱性および十分な強度を有する接着剤組成物を調製する方法を提供する。１つの方法は、エマルジョンポリマー成分、複数の膨張性マイクロスフェア、ならびに任意選択の可塑剤、および極性溶媒、粘着性付与剤、保湿剤、保存剤または充填剤を組み合わせて、混合物を形成するステップを含む。別の方法は、先ず、エマルジョンポリマー成分、および任意選択の可塑剤、極性溶媒、粘着性付与剤、保湿剤、保存剤または充填剤を組み合わせて、混合物を形成するステップと、次いで、複数の予め膨張させたマイクロスフェアを該混合物に添加するステップとを含む。両方の接着剤は、基材上に適用する直前に形成されるか、または事前に予め作成され、必要なときまで貯蔵してもよい。

別の実施形態は、断熱パッケージ、および特に、低坪量の基材を有する断熱パッケージを形成する方法を対象とする。該パッケージには、カップ、食品容器、ケース、ボール箱、バッグ、箱、封筒、ラップ、クラムシェル型容器等が含まれる。パッケージの基材は、同様のパッケージに使用される従来の基材に比較して、低減された、坪量、厚さおよび繊維含量を有することが特に好ましい。より低い、坪量および繊維含量の基材から作製されるパッケージは、強度および断熱性等の重要な性能特性が十分でないことが予想される。エマルジョンポリマー、複数の膨張性または予め膨張させたマイクロスフェア、および任意選択の極性溶媒、可塑剤、保存剤、粘着性付与剤、または充填剤を含む本発明の接着剤の使用を通して、前記パッケージは、基材の坪量の約８％、約１７％またはさらに最大約２６％までの低減にもかかわらず、十分な断熱性および強度を有する。

前記基材には、低減された坪量の、ファイバーボード、チップボール、段ボール、ダンボール中芯、ソリッド漂白ボード（ＳＢＢ）、ソリッド漂白亜硫酸塩ボード（ＳＢＳ）、ソリッド無漂白ボード（ＳＬＢ）、裏白チップボール（ＷＬＣ）、クラフト紙、クラフトボール、コート紙、バインダーボード、および延伸ポリプロピレンフィルムが含まれる。基材に応じて、坪量は異なる。

本接着剤組成物の使用によって、基材の坪量を、強度および断熱性を犠牲にすることなしに、坪量を少しも低減していない従来の基材に比較して、最大約７％まで、約１８％まで、さらに約２６％まで減少させることができることが見出されている。したがって、パッケージをより低坪量の基材、より薄い厚さ、およびより低い繊維含量で形成することができ、コストが低減され、廃棄物も低減される。

１つの例示的な消費者パッケージは、より低坪量のライナーボードおよび中芯により形成された段ボール箱パッケージである。片面段ボールに関して、パッケージは、エマルジョンポリマー、複数の膨張性マイクロスフェア、および場合によって、極性溶媒、可塑剤、保存剤および充填剤を含む本発明の接着剤であって、複数の膨張性マイクロスフェアが膨張されており、接着剤組成物が固化または硬化されている接着剤で一緒に接着された、段付き中芯基材およびライナー基材を含む。該基材は、従来の断熱段ボールに比較した場合、低減された坪量を有する紙から作られている。任意のタイプの紙、例えば、１０００ｆｔ^２当たり約２から約３５ポンドの範囲の坪量を有する紙を本発明に使用してもよい。さらに、断熱製品に伝統的に使用されているものより低重量の紙を使用することが望ましい。

片面段ボールに関して、接着剤組成物は、より低坪量中芯の１つの面のみの段の先端部に適用され、その上に１つのより低坪量の紙またはフィルムライナーの第１の面が適用される。接着剤組成物が中芯の第１の面の段の先端部に適用された後、該段の先端部は、第１の紙またはフィルムライナーの第１の面と接触させられる。中芯と紙またはフィルムライナーが効果的に接合するように、接触はわずかな圧力下で行うことが望ましいが、（接着剤が接触点から押し出されることを回避するために）過剰な圧力は避けるべきである。当業者であれば、必要以上の実験をしなくとも、この圧力の強さを決定することができる。この時点で、固化していない波型の生成物が形成され、この場合、紙またはフィルムライナーと中芯は、接着剤を介して相互に固定されるが、接着剤は固化されていない。所望により、固化していない波型の生成物は、接着剤を合体させ始めるのに十分であるが、複数の膨張性マイクロスフェアを膨張させるには不十分な熱および／または放射線エネルギーに暴露されてもよい。接着剤を合体させることは、接着剤が完全に乾燥する（固化する）まで、生成物の様々な成分を所定の位置に保持するのに有用である。

次いで、波型の生成物を、熱（例えば、オーブン中でまたは加熱ローラーとの接触を介して）および／または放射線エネルギー（例えば、マイクロ波、赤外線、高周波、もしくは超音波エネルギー）に暴露して、複数のマイクロスフェアを膨張させる。一実施形態において、波型の生成物は、１つの段の先端部上のマイクロスフェアの少なくとも大多数を膨張させるのに十分な温度であるが、完全に接着剤組成物を固化させるには不十分な温度で熱に暴露される。通常、このような温度範囲は、ＴｅｘｐからＴｍａｘである。別の実施形態において、固化していない波型の生成物は、膨張性マイクロスフェアの少なくとも大多数を膨張させるのに十分であるが、接着剤組成物を完全に固化しないエネルギーレベルで、マイクロ波または赤外線エネルギーに暴露される。得られた生成物は、膨張マイクロスフェアを有する未固化の波型の生成物である。

理解できるように、工程中のこの時点で、任意の所与の段の先端部のマイクロスフェアは膨張されており、気泡様の接着剤組成物を形成して、段先端部と紙またはフィルムライナーの間に拡大した空間が生じる。したがって、製造工程の間に接着剤組成物が膨張することが可能になっていることが重要である。即ち、第１の紙またはフィルムライナーと中芯を保持しているいずれの圧力も、接着剤の膨張、それによる紙またはフィルムライナーと中芯の離隔を妨げるほど高くてはならない。圧力が非常に大きい場合、接着剤は横に、即ち、中芯と紙またはフィルムライナーの間の空域に膨張し得る。当業者であれば、この圧力の量を必要以上の実験をしなくとも決定することができる。さらに、生成物に適用されるいずれの熱および／または放射線エネルギーも、マイクロスフェアを膨張させることを可能にするために、接着剤組成物を完全に固化させるほど大きくするべきではない。膨張接着剤組成物は、ライナーとの接触点におけるそれぞれの段の先端部に位置しており、それによって、接触の部位における第１の紙またはフィルムライナーと中芯の間に断熱空間を提供することが望ましい。

マイクロスフェアの膨張後、次いで、膨張マイクロスフェアを有する波型の生成物は、接着剤組成物を完全に乾燥させるのに十分な、さらなる熱および／または放射線エネルギー（マイクロ波または赤外線エネルギーを含む）に暴露され得る。この結果は、基材の坪量の最大約７％まで、約１８％、さらに最大約２６％までの低減にもかかわらず、改良された断熱性および十分な強度を有する波型の紙となる。

上記の方法は、片面ダンボールを提供する。しかし、両面段ボールを提供するために、上記の方法をさらに使用してもよい。本発明は、片面または両面段ボール以外のいくつかの様々な用途に使用してもよい。本発明が有用である他の用途には、より高粘度を用いるダブルバックコルゲーター、より低粘度を用いるコーター用途等が含まれる。上記工程に加えて、第２の実質的にフラットな紙またはフィルムライナーが提供されてもよい。第２のライナーは、第１のライナーが中芯の第１の面に適用されるのと同時に、中芯の第２の面に適用されてもよく、または第２のライナーは、第１のライナーが中芯に接着された後に、中芯の第２の面に適用されてもよい。第２のライナーは、第１のライナーが中芯に完全に接着された後に、中芯の第２の面に適用されることが望ましいことがある。上記の処理および固化のステップを、第２のライナーで繰り返して、両面段ボールを提供してもよい。

代替の実施形態において、中芯を有さない多層基材パッケージ、および中芯を有さない断熱紙製品を形成する方法を提供する。中芯の除去は、伝統的に必要な紙の半分未満を使用する製品となり、これは製品に関連するコストを有意に削減し、発生する廃棄物を半分を超えて減少させる。これまでは、中芯層を含まないで、必要な断熱性および強度を有する製品を実現することは困難であった。

一実施形態において、第１の面および第２の面を有する実質的にフラットな紙またはフィルムライナーを含む断熱薄板を提供する。該紙またはフィルムライナーの第１の面は、それに固定された接着剤組成物中の複数の膨張性マイクロスフェアを含み、ここにおいて、該複数の膨張性マイクロスフェアはすでに膨張しており、該接着剤組成物は乾燥されている。したがって、該製品は、その第１の面上に、接着された気泡様の組成物を有する紙またはフィルムライナーを含む。膨張性マイクロスフェアには、上記のものが含まれ、接着剤組成物は、エマルジョンポリマー、および任意選択の極性溶媒、可塑剤、保湿剤、保存剤、または充填剤を含めた、上記の成分を含む。

接着剤組成物は、一連の点、ストライプ、波模様、市松模様、実質的にフラットな底面を有する任意の一般的な多面体の形状、およびこれらの組合せを含めて、所望の任意の配置で、紙またはフィルムライナーの第１の表面に適用されてもよい。これらのパターンの適用は、パッケージ中の接着剤の量を低下させる。さらに、接着剤組成物は、一連の円筒で第１の表面に適用されてもよい。さらに、所望により、接着剤組成物は、第１の表面全体を覆う（全面的積層）または第１の表面の一部を覆う、接着剤の実質的にフラットなシートとして第１の表面に適用されてもよい。接着剤組成物は、所望により、熱の存在下で適用されてもよい；しかし、適用における熱は、膨張性マイクロスフェアが膨張する前に接着剤組成物を完全に固化させるほど高くないことが重要である。当業者であれば、必要以上の実験をしなくとも、圧力のこの量を決定することができる。場合によって、第２の紙またはフィルムライナーを、接着剤組成物の上面に適用して、第１の紙またはフィルムライナー−膨張性マイクロスフェアを有する接着剤−第２の紙またはフィルムライナーのサンドウィッチ構造を形成してもよい。

接着剤組成物が紙またはフィルムライナーの第１の面に適用された後、１つの選択肢は、湿性の接着剤をその上に有する紙またはフィルムライナーを、熱および／または放射線エネルギーに暴露して、接着剤組成物を合体させ始めてもよい。したがって、該接着剤組成物は、複数のマイクロスフェアを含む成分を同じ場所に固定し、紙またはフィルムライナーの表面にそれらを接着させる。接着剤組成物を、組成物が成分を固定し、それらが紙またはフィルムライナーの表面に固着するのを維持するが、完全に乾燥していない点まで部分的にのみ乾燥させることが望ましくなり得る。当業者であれば、必要以上の実験をしなくとも状態を決定することができる。上記で説明したように、接着剤組成物を部分的にのみ乾燥させること（即ち、接着剤中により多くの水分、少なくとも１０％の含水量を残すこと）は、膨張性マイクロスフェアが膨張することを可能にする。

接着剤が合体を開始した後、次いで、紙またはフィルムライナーを、複数のマイクロスフェアを膨張させるのに十分な熱および／または放射線エネルギーに暴露させる。一実施形態において、湿性の接着剤をその上に有する紙またはフィルムライナーを、ＴｅｘｐとＴｍａｘの範囲の間の、マイクロスフェアの少なくとも大多数を膨張させるのに十分な温度の熱に暴露する。別の実施形態において、湿性の接着剤をその上に有する紙またはフィルムライナーを、膨張性マイクロスフェアの少なくとも大多数を膨張させるのに十分なマイクロ波または赤外線エネルギーに暴露する。得られた生成物は、膨張したマイクロスフェアをその中に有する接着剤を有する紙またはフィルムライナーである。次いで、接着剤組成物は、接着剤組成物を完全に固化させるのに十分な熱および／または放射線エネルギーに暴露してもよい。

所望により、紙またはフィルムライナーの第１の面に接着剤組成物を適用後、第１の面および第２の面を有する第２の紙またはフィルムライナーを準備し、第２の紙またはフィルムライナーの第１の面を、適用された接着剤組成物の表面に適用して、サンドイッチ構造を形成してもよい。その後、上記で説明したように、マイクロスフェアの膨張および接着剤の固化が起こり得る。

マイクロスフェアを含有する本発明の接着剤で形成される多層基材パッケージは、高温における一定の応力下のひずみに耐えるパッケージの能力を改良する。当業者には、接着剤のひずみは、マイクロスフェアの添加により高温において増加することが予想される。驚くべきことに、図２に示すように、より多量のマイクロスフェアを有する多層基材は、マイクロスフェアを含まない接着剤に比べて、約５０℃から約１１０℃の範囲の温度の高温でより低いひずみを有する。本発明の接着剤は、典型的には、高温での使用向けの消費者パッケージに特に適している。

本発明は、以下の実施例の分析を通してより良く理解することができるが、それらは非限定的であり、本発明を説明を助けることのみが意図されている。
実施例

接着剤の形成
各接着剤を、表１の成分を組み合わせ、次いで、約１時間または混合物が同質になるまで撹拌することによって作製した。

多層基材の形成
様々な坪量の基材および表１に挙げた接着剤により、多層基材を形成した。板紙基材、ならびにこれらの厚さ（デジタルマイクロメーターによって測定された厚さ）、および坪量（１２インチ×１２インチの基材を秤量することによって得られた）を表２に挙げた。示された接着剤試料を、＃１５メイヤーロッド（１．５ｍｉｌ）による全面的積層、またはステンシル刷りされた積層で（一連の０．２５インチ格子サイズの５個／６４インチの穴の模様が付けられた）、および規定された付加レベルで、上面基材と下面基材の間に適用して、多層基材１〜９を形成した。比較例試料、Ｃ１〜Ｃ７を、比較例の接着剤でも形成した。基材単独でも、比較の目的で試験した。

表２に挙げたすべての構造物に対して、厚さ、坪量、エッジクラッシュ試験（ＥＣＴ）および表面温度を測定した。厚さおよび坪量は、上記のように測定した。ＥＣＴを、ＥＣＴ保持具モデル０８−２５−２５を備えたＬｏｒｅｎｔｚｅｎ ＆ Ｗｅｔｔｒｅ Ｔｅｓｔｅｒ（５型）で、ＴＡＰＰＩ試験方法Ｔ−８３９ ｐｍ９５に従うことによって、多層基材の強度を決定するために測定した。表面温度はまた、多層基材の断熱性を評価するために測定された。表面温度を、Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｃａｍｅｒａｓ Ｉｎｃ．のＩＣＩ−７３２０ ＵＳＢカメラおよび付随のＩＲ Ｆｌａｓｈソフトウエア（バージョン２．１２．１２．７）で測定した。該カメラをホットプレート表面から１６．５インチ離して配置し、試験片（３×３インチの構造物）を、５５℃高精度ホットプレートから３／４インチ離して木製取り付け具中に配置した。

構造物１〜９に対して、接着剤を模様で適用し、比較例試料Ｃ１〜Ｃ７に対して、接着剤を全面的に積層した。模様で付けられた接着剤であっても、該構造物は、実質的に同様な熱的特性を有していた。

本発明の接着剤の使用は、多層基材の全面的な坪量を低下させた。実際、本発明の接着剤の使用は、実質的に同様な熱的特性および許容される強度を有して、基材の坪量を約７％（構造物１とＣ６の間の比較）、約１８％（構造物１とＣ７の間の比較）、さらに最大２６％（構造物１とＣ３の間の比較）まで低減した。

多層試料、構造物１〜９は、比較例の構造物より、より薄い厚さおよびより低坪量の基材を有するにもかかわらず、実質的に同様な表面温度を有していた。実質的に同様な断熱性とは、熱源から３／４インチ離れて、３０秒、６０秒、および９０秒における表面温度が２℃以内であると定義される。より低坪量で形成された構造物は、接着剤中にマイクロスフェアを含まず、より高坪量の基材で作製された比較例の構造物から、３０秒、６０秒および９０秒において２℃未満の乖離を有していた。実際、全面的な積層ではなく、模様で付けられた接着剤を有する多層構造物は、より高坪量の基材を有し、全面的に積層した接着剤を有する試料と同様な断熱性を有していた。また、４０Ｖ／Ｖ％のマイクロスフェアを有する接着剤は、２０Ｖ／Ｖ％のマイクロスフェアより良好な断熱性（表面温度測定でより低い温度）を有していた。

許容されるエッジクラッシュ試験は、構造物に対して３０ポンド超である。全面的に積層した接着剤を有する多層基材は、模様を有する多層基材より高いエッジクラッシュ試験値を有していたが、両方の積層した試料は、３０ポンド以上のエッジクラッシュ試験値を有していた。さらに、接着剤中のマイクロスフェアのより大きな体積は、より低いエッジクラッシュ試験値をもたらしたが、この場合もやはり、マイクロスフェアのより大きな体積を有する試料は、３０ポンド以上のエッジクラッシュ試験値を有していた。

高温における接着剤のモジュラス
表１の比較例の接着剤Ａ、接着剤１〜２０および接着剤１〜４０を５ｍｉｌフィルムとして流延し、乾燥した。接着剤試料をＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＤＭＡ Ｑ−８００ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｚｅｒによって測定し、−５０℃から１８０℃に対してモジュラスを測定した。図１は、マイクロスフェアを有する接着剤は、約５℃から約１７５℃の高温で、マイクロスフェアを含有していない接着剤より高い強度（より高いモジュラス）を有していたことを示す。さらに、最も高い体積のマイクロスフェアを有する接着剤は、最も高い強度を有していた。

定常的応力下、高温における接合材のひずみ（百分率）
表１の比較例の接着剤Ａ、接着剤１〜２０および接着剤１〜４０の５ｍｉｌの半インチのドローダウンで、１２ｐｔ ＳＢＳを接合することによって、接合材を作製した。１キログラムの定常的な応力下、−２０℃から１４０℃に対してひずみ（相対的伸長）を測定した。乾燥された接合材を７ｍｍのストリップに切断し、ＤＭＡ Ｑ−８００で試験した。図２に示されるように、高温、特に約５０℃から約１１０℃において、ひずみは、マイクロスフェアを含有しないものより、マイクロスフェアを含有する接着剤に対して低かった。

Claims (7)

1. 第１の基材と、第２の基材と、
   （ａ）エマルジョンベースのポリマー；
   （ｂ）接着剤中で約１０から約５０Ｖ／Ｖ％の体積を有する、複数の膨張性マイクロスフェア；および
   （ｃ）場合によって、水、可塑剤、保存剤；
   を含む、前記２つの基材の間に挿入されている接着剤とを含む物品であって、
   前記エマルジョンベースのポリマーが、酢酸ビニルエチレン分散体、ポリ酢酸ビニル、およびこれらの混合物からなる群から選択され、
   前記複数のマイクロスフェアが、前記接着剤の総重量に対して約０．５ｗｔ％から約５ｗｔ％の量で存在し、
   マイクロスフェアを含有しない物品に比べて、基材の坪量の約２６％の低下にもかかわらず、断熱性が実質的に同様であり、ＩｎｆｒａｒｅｄＣａｍｅｒａｓＩｎｃ．のＩＣＩ−７３２０ＵＳＢカメラおよび付随のＩＲＦｌａｓｈソフトウエア（バージョン２．１２．１２．７）を用いて、該カメラをホットプレート表面から４１．９１ｃｍ離して配置し、試験片（７．６２×７．６２ｃｍの構造物）を、５５℃高精度ホットプレートから１．９０５ｃｍ離して木製取り付け具中に配置した条件で、３０秒において測定したときに、表面温度の差が２℃未満である、物品。
2. 前記基材の前記坪量が、１０００ｆｔ^２当たり２から約３５ポンドの範囲である、請求項１に記載の物品。
3. 前記マイクロスフェアが、膨張性ポリマーマイクロスフェアである、請求項１に記載の物品。
4. 前記マイクロスフェアが、約８０℃から約１３５℃の膨張温度（Ｔ_ｅｘｐ）を有する、請求項３に記載の物品。
5. 前記マイクロスフェアが、約１２０℃から約２００℃の最大膨張温度（Ｔ_ｍａｘ）を有する、請求項３に記載の物品。
6. （ａ）酢酸ビニルエチレン分散体、ポリ酢酸ビニル、およびこれらの混合物からなる群から選択されるエマルジョンベースのポリマーと、
   （ｂ）接着剤中で約１０から約５０Ｖ／Ｖ％の体積を有する、複数の膨張性マイクロスフェアと
   を含む、基材の坪量を低下させるための接着剤であって、
   前記複数のマイクロスフェアが、接着剤の総重量に対して約０．５ｗｔ％から約５ｗｔ％の量で存在する、接着剤。
7. （ａ）第１および第２の面を有する第１の基材を準備するステップと、
   （ｂ）（ｉ）酢酸ビニルエチレン分散体、ポリ酢酸ビニル、およびこれらの混合物からなる群から選択されるエマルジョンベースのポリマー；
   （ｉｉ）前記接着剤の総重量に対して約０．５％から約５％の複数の膨張性マイクロスフェア
   を組み合わせることによって接着剤組成物を調製するステップと、
   （ｃ）前記第１の基材の前記第１の面上に前記接着剤を適用するステップと、
   （ｄ）第１および第２の面を有する第２の基材を準備するステップと、
   （ｅ）前記物品を形成するために、前記第２の基材の前記第１の面を前記接着剤上に直接接触させるステップと、
   （ｆ）前記膨張性マイクロスフェアを膨張させるために、熱または放射線を適用するステップと、
   （ｇ）前記第１および前記第２の基材を接着させる結合を形成するために、前記接着剤を乾燥させるステップと
   を含む、改良された構造的完全性を有する物品を作製する方法であって、
   前記物品が、接着剤中で約１０から約５０Ｖ／Ｖ％の体積を有する、複数の膨張性マイクロスフェアを含み、かつ、
   前記物品が、前記マイクロスフェアを含有しない物品より、基材坪量が最大約２６％低下しているにもかかわらず、断熱性が実質的に同様であり、ＩｎｆｒａｒｅｄＣａｍｅｒａｓＩｎｃ．のＩＣＩ−７３２０ＵＳＢカメラおよび付随のＩＲＦｌａｓｈソフトウエア（バージョン２．１２．１２．７）を用いて、該カメラをホットプレート表面から４１．９１ｃｍ離して配置し、試験片（７．６２×７．６２ｃｍの構造物）を、５５℃高精度ホットプレートから１．９０５ｃｍ離して木製取り付け具中に配置した条件で、３０秒において測定したときに、表面温度の差が２℃未満である、方法。
   

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