KR0174516B1 - 우수한 저온성능을 갖는 점착성 아크릴 에멀션 압감성 접착제 - Google Patents

우수한 저온성능을 갖는 점착성 아크릴 에멀션 압감성 접착제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 95내지 97.5중량 %의 아크릴산의 알킬 에스테르 및 2.5내지 5중량 %의 카르복실산의 혼합물을 함유하는 중합체 및 삼성분 음이온성 계면활성제계에 기초한 에멀션화된 압감성 접착제에 관한 것이다.
상기의 중합체는 접착성화되는 것이 바람직하다.

Description

[발명의 명칭]
우수한 저온성능을 갖는 점착성 아크릴 에멀션 압감성 접착제
[발명의 분야]
본 발명은 제조시 압감성 접착제로서 유용하고 점착성화(tackification)에 대한 감수성이 좋아서 개량된 압감성 접착제를 형성하는 점착성 에멀션 중합체를 원료로 하는 압강성 접착제에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명의 압강성 접착제는 우수한 저온성능 뿐만아니라 습윤 표면에 대한 접착성 및 고에너지 및 저에너지 표면에 대한 접착성을 갖는다.
[발명의 배경]
압강성 접착제는 에멀션 중합체를 원료로 할 수 있다. 일부의 에멀션 중합체들은 본래부터 점착성이고 압강성 접착제로서 작용하지만, 다른 중합체들은 이러한 목적을 달성하기 위해 점착성화를 필요로 한다.
본래부터 점착성일 뿐만 아니라 점착성화되기 쉬워서 접착제의 성질들을 조화시키는데 있어서 조절이 가능한 에멀션 중합체를 제공하는 것이 여러 가지의 제품을 제공하는데 있어서 바람직하다.
또한, 넓은 범위의 최종 사용 온도에 걸쳐서 상이한 표면 에너지의 기재에 잘 결합하는 접착제를 제공하는 것이 일반적인 사용을 위하여 바람직하다.
이와 같은 목적들은 본 발명의 실시에 의해 실현된다.
[발명의 요약]
본 발명에 따라, 스테인레스강과 같은 극성의 비교적 고에너지 표면, 폴리에틸렌과 같은 비극성의 비교적 저에너지 표면, 및 주름진 판지와 같은 결합하기가 어려운 표면을 비롯한 많은 종류의 표면에 대하여 우수한 접착력을 갖는 본래부터 접착성이 있는 아크릴 에멀션 접착성 중합체가 제공된다.
또한, 저온일때의 박리 접착성 및 습윤 표면에 대한 접착성이 우수하고, 압감성 접착제 라벨 소재로서 이용되는 경우 다이 절삭, 메트리스 스트리핑(matrix stripping) 및 팬 포울딩(fan folding)과 같은 우수한 고속 가공 특성을 제공한다. 말하자면, 접착성 중합체는 광범위한 기반하에 생태학적 안전에 기초하여 수많은 용매계 접착제들을 대체할 뿐만 아니라 수많은 에멀션계 접착제들을 대체하도록 이용되어 다대한 시장성을 제공한다.
본 발명의 본래부터 점착성이 있는 에멀션 압강성 접착제는 알킬기에 약 1개 내지 약 10개의 탄소원자를 함유하는 하나 이상의 아크릴산의 알킬 에스테르, 바람직하게는 부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트 및 이들의 혼합물을 공중합된 상태를 기준으로 하여, 그리고 중합체의 총 중량을 기준으로 하여 약 95% 내지 95.5% 함유하고 3개 내지 약 5개의 탄소원자를 함유하는 불포화 카르복실산들의 혼합물, 바람직하게는 약 1:1 내지 약 1:3, 특히 약 1:1내지 약 1:2의 중랴비로 된 아크릴산과 메타크릴산의 혼합물을 약 2.5% 내지 5% 함유하는 중합체를 원료로 하며, 바람직하게 에멀션 중합체는 약 -10℃이하의 유리전이 온도, 및 중합체의 중량을 기준으로 하여 약 50중량 % 이상의 겔 함량을 갖고 있다. 에멀션 접착성 중합체는 계면활성제 및 중합체의 중량을 기준으로 하여 약 1중량 % 내지 2중량 %의 소듐 알킬 에테르 설페이드, 약 0.1 내지 약 0.2 중량 %의 소듐 디-알킬 술포숙신에이트, 및 술포숙신산의 디소듐 에폭시화 알킬 알콜 1/2 에스테르를 포함하는 음이온성 계면활성제계와의 혼합물 상태로 제공된다.
중합체와 음이온성 계면 활성제계의 에멀션화된 혼합물이 그대로 사용될 수 있지만, 그 혼합물은 분산성 점착성 부여제, 바람직하게는 로진 또는 톨유(tall oil)의 혼힙에 의해 이상적으로 점착성화될 수 있다. 점착성 부여제는 분산상태로 제공되는 것이 이상적이다.
혼합물에 제공된 점착성 부여제의 양은 최종 용도에 따라 변할 수 있고, 일반적으로는 점착성 부여제 및 중합체의 중량을 기준으로 하여 50중량 % 이하의 양, 바람직하게는 약 20내지 40중량 %의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명의 압강성 에멀션계는 급속 건조 및 실리콘 오염에 대하여 고도의 내성을 나타내는 유연한 피막을 형성하기에 적합하다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 우수한 전단성을 가지며, 극성, 비극성, 및 결합하기 어려운 기판에 대한 높은 접착성을 제공하는 압강성 접착성 조성물에 관한 것이다. 또한, 이 접착제는 피부 및 습윤 표면에 대한 우수한 접착성을 나타낼 뿐만아니라 실리콘 오염에 대하여 내성을 나타낸다. 접척성 에멀션 중합체 의해 제조된 에멀션 중합체이고, 음이온성 계면활성제계와 함께 사용되고 임의로 점착성화된다. 바람직하게 점착성화는 수분산성, 상용성 점착성 부여제의 수성 분산액과의 결합에 의해 달성된다.
본 발명의 압강성 접착제는 대부분의 입수 가능한 표면 소재(face stock)상에 사용되도록 개작될 수 있다.
폴리올레핀과 같은 비극성 표면 및 재순환된 주름진 판지와 같은 특정의 다른 표면데 해단 우수한 접착력을 제공하지 못하는 종래의 아크릴 압강성 접착제와 비교하여, 본 발명에 따라 제공된 압강성 접착제는 폴리올레핀 및 재순환된 주르진 판지에 대한 우수한 접착성을 제공하고 우수한 저온성능을 제공한다. 이 접착제는 가장 광범위한 용도를 갖는데 이것은 단일 중합체 에멀션 압강성 접착제에서 종래 달성하지 못했던 결과이다.
본 발명의 에멀션계 압강성 접착제는 알킬기에 약 1개 내지 약 10개의 탄소원자를 함유하는 하나 이상의 아크릴산의 알킬 에스테르를 총 약 95중량 % 내지 약 97.5중량 %로 함유하는 중합체를 원료로 한다. 유용한 알킬 아크릴레이트로는 n-부틸 아크릴레이트, 2-에틸 헥실 아크릴레이트, 이소옥틸 아크릴레이트등이 있다. 부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아클릴레이트 및 이들의 혼합물이 바람직하다. 부틸 아크릴레이트가 가장 바람직하다.
제2단량체성 성분은 약 2.5%중량 %이상, 바람직하게는 약 2.5중량 % 내지 약 5중량 %의 총량으로 존재하는 α, β불포화 카르복실산의 혼합물이다.
불포화 카르복실산은 약 3개 내지 약 5개의 탄소원자를 함유할 수 있고, 구체적으로 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산 등을 들 수 있다. 약 1:1내지 약 1:3, 바람직하게는 약 1:1 내지 약 1:2의 중량비의 아크릴산과 메타크릴산의 혼합물이 바람직하다.
광범위한 에멀션 접착제계를 제공하기 위해 다은 단량체가 요구되지는 않지만 포함될 수도 있다. 그렇지만 스티렌성 단량체는 회피되어야 한다.
중합체의 겔함량 또는 불용물 %는 최소한 약 50중량 %이고 대개는 내부 가교제 또는 다작용기 단량체를 사용하는 일 없이 우수한 결합 강도를 제공하는 범위로서 약 50중량 %내지 약 65중량 %이다. 이점에 있어서, 겔은 중량 %로 표시되고 멤브레인 겔 분할 방법(membrane gel partitioning method )에 의해 측정되는 테트라히드로푸란중의 불용성 중합체의 양을 나타낸다.
이러한 방법에 있어서, 약 600내지 800밀리그램의 100% 고체상 중합체를 5마이크로미터 다공성의 밀리포어 멤브레인 디스크상에 평량한다.
이 디스크를 가열 밀봉하고 신틸레이션 바이얼(scintillation vial)에 옮긴다. 이 바이얼에 약 20밀리미터의 테트라히드로푸란을 부가하고 이 바이얼을 16내지 24시간 동안 진탕기(shaker)에서 회전시킨다.
이어서, 밀봉된 디스크를 제거하고, 테트라히드로푸란으로 세척하고, 이것을 와트만 1호 여과지에 위치시킨 후 오븐중에서 몇 시간 동안 100℃에 노출시킴으로써 건조한다. 건조된 디스크를 평량하고 중합체의 불용물 분율을 하기의 식으로 결정한다 :
상기식에서, a =100% 고체상 중합체의 총 중량
b =테트라히드로푸란 처리이전에 중합체 + 멤브레인의 중량
c =테트라히드로푸란 처리후 남아 있는 중합체 + 멤브레인, 에멀션 중합체는 약 -10℃이하, 바람직하게는 약 -30℃이하의 유리전이 온도를 가지며, 음이온성 계면 활성제계와 결합된 경우 주위 온도 및 저온에서 좋은 균형의 접착성을 나타낸다. 성질들은 점착성화에 의해 변성될 수 있다.
본 발명의 중합체는 수용성 과황산염과 같은 적당한 중합 개시제의 존재하에 자생 분위기에서 교반 조건하에 에멀션 중합함으로써 제조된다.
알킬 메르캡탄과 같은 연쇄 이동제가 이용될 수 있다. 에멀션을 안정화하기 위해 전해질이 사용될 수 있다. 고체 함량은 선택된 중합 조건에 의존하여 변할 수 있다. 바람직하게 중합 조건은 그리트(grit)수준이 낮게 유지되도록 선택된다. 대표적으로 중합은 산성 조건하에서 일어나고 형성된 에멀션은 대표적으로 약 6내지 약 6.5의 최종 pH까지 암모니아로 중화된다.
본 발명의 중합체는 70℃ 내지 85℃의 온도에서 단량체들의 초기 회분을 사용하고, 이어서 일정 시간에 걸쳐 에멀션 반응계에 그 나머지의 단량체들을 부가하여, 높은 고체 농도로 제조될 수 있다.
에멀션 중합체가 이용되며, 바람직하게 이는 단량체 및 음이온성 계면활성제계의 중량을 기준으로 하여 약 2.5 중량 % 이하의 양으로 존재하는 음이온성 계면 활성제계의 존재하에 형성된다.
주된 음이온성 계면 활성제는 혼합물중 약 1중량 % 내지 2중량 %의 총량으로 존재하는, 하기 일반식의 소듐 알킬 에테르 설페이드이다 :
상기 식에서, n은 일반적으로 약 6내지 약 12의 범위의 (-CH2)-기의 수를 나타내고, x는 일반적으로 2내지 약 30, 바람직하게는 약 20내지 약 30의 범위의 반복 에톡시기의 수를 나타낸다. 주된 음이온성 계면활성제는 하기 식으로 표시되는 약 0.1중량 % 내지 약 0.2중량 %의 소듐 디알킬 술포숙신에이트와의 혼합물 상태로 사용된다 :
상기 식에서, y는 각각의 일킬기내의 반복 (-CH2)-기의 수를 나타내는데, 대표적으로 약 6내지 약 18, 바람직하게는 약 7이다. 제3의 음이온성 계면활성제는 0.2중량 % 내지 약 0.3중량 %의 양으로 존재하고 알킬기와 약 10개 내지 약 12개의 탄소원자를 함유하는 술포숙신산의 디소듐 에톡시화 알킬 알콜 1/2 에스테르등이다.
에멀션화된 중합체-계면활성제 혼합물은 그대로 사용되거나 또는 중합체와 상용성이 있는 수분산성 점착성 부여제로 점착성화될 수 있다.
본 발명에 사용하기에 바람직한 점착성 부여제는 점착성 부여제와 중합체의 중량에 기초하여 약 50중량 %이하의 양, 바람직하게는 약 20내지 약 40중량 %의 양으로 존재하는 로진 에스테르계 및/또는 톨유 에스테르계의 점착성 부여제이다. 또한 알킬, 알킬 탄화수소등과 같은 다른 점착성 부여제가 사용될 수도 있다.
적당한 점착성 부여제로는 Tenneco에 의해 시판되는 분산성 점착성 부여제인 Snowtack류; Arizona Chemical Company에 의해 시판되는 Aquatac 및 Zonester 분산점착성 부여제 ; Hercules에 의해 시판되는 Tacolyn 및 Piccova 분산 점착성 부여제 ; Alliance Technical Products Ltd. 에 의해 시판되는 Permatac 분산 점착성 부여제, 스웨덴의 Bervik Kemi와 Arizona Chemical의 합자 회사에 의해 시판되는 Bervik분산 점착성 부여제등이 있다. 점착성 부여제들의 혼합물이 사용될 수 있다. 계면활성제계는 피복성 및 평형성 및 저온 접착력, 습윤 점착성, 표피에 대한 접착성 및 내부 가교제의 부재하에서조차도 고결합 강도와 같은 성능 특성들을 향상시키는데 기여한다. 본 발명의 에멀션화된 조성물은 여러 가지의 표면 소재에 도포될 수 있고 종래의 통상적인 것과 같이 직접 또는 전달 피복에 의해 라벨 및 테이프용으로 사용될 수 있다.
하기의 실시예는 본 발명의 에멀션 접착제의 성질들을 예시한 것으로 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
[실시예 1-6]
혼성 중합된 것을 기준으로 하여 약 97중량 %의 부틸 아크릴레이트, 1.2중량 %의 아크릴산 및 1.8중량 %의 메타크릴산을 함유하는 에멀션화된 중합체를 에멀션 중합 반응에 의해 제조했다(중합체 1). 이 에멀션은 중합체 100중량부를 기준으로 하여 약 0.12 중량부의 음이온성 소듐디옥틸 술포숙신에이트, 0.24 중량부의 술포숙신산의 음이온성 디소듐 에톡시화 알콜[C10-C12]1/2 에스테르, 및 분자당 약 25개의 에틸렌 옥사이드를 갖는 1.5 중량부의 음이온성 에톡시화 라우릴 알콜 소듐 설페이드를 함유했다.
이것은 그대로 사용되거나(실시예 1), 점착성 부여 분산액, 즉 Hercules Tacolyn 64 (실시예 2), Hercules Foral 85-S5(실시예 3), Permatac E607(실시예 4), Arizona 6025와 6085의 50-50 배합물(실시예 5), Snowtack SE 325A와 380A(실시예 6)의 혼합물과 결합되는 중합체 1의 기본 에멀션을 형성하는데 사용했다. 중합체 : 점착성 부여제의 중량비는 약 75:25이다. 나타난 시험 온도에서 수개의 표면에 대한 접착력 값은 표1에 보고하였으며, 표 1에서 PE는 폴리에틸렌을 의미하고, 판지는 재순환된 주름진 판지를 의미하고, 루프 점착성 및 박리는 N/m로 기록되고 전단은 분으로 기록된다. 접착제 피복 중량은 약 25b/㎡이다. 각각의 시험에 대한 조절 시간은 제시된 온도에서 20분이었다. 시험방법 또는 그 변형 방법은 당업게에서 일반적으로 허용되고 America Society for Testing Material의 Pressure Sensitive Tape Counsil에 의해 알려진 것들이다.
[실시예 7-23]
에멀션이 서로 다른 비율로 여러 가지의 점착성 부여제와 혼합되었다는 것을 제외하곤 실시예 1을 반복했다. 점착성 부여제는 Snowtack 301A(실시예 8-11), PiccovarAP-25-55W(실시예 12-15), Permatc E-607(실시예 16-19) 및 Zonester 6085(실시예 20-33)이었다. 시험된 여러 가지의 성질들이 표 2-5에 나타나 있으며 여기서 피복 중량은 50파운드의 EDM 비피복 석판인쇄지 표면 소재 1㎡당 20내지 25g이었다.

Claims (9)

  1. (a) -10℃ 이하의 유리전이 온도 및 약 50중량 %이상의 겔 함량을 갖고, (ⅰ) 중합체중 95중량 % 내지 97.5중량 %의 총량으로 존재하며 알킬기에 1개 내지 10개의 탄소원자를 함유하는 하나 이상의 아크릴산 알킬 에스테르, 및 (ⅱ) 중합체중 2.5중량 % 내지 5중량 %의 총량으로 존재하는 α,β에틸렌성 불포화 카르복실산의 혼합불을 포함하는, 본래부터 점착성이 있는 중합체:(b) 음이온성 계면활성제계 및 중합체의 총 중량을 기준으로 하여, (ⅰ) 식 CH2-(CH2)-nCH2O(CH2CH2O )xSO3Na(식중, n은 6내지 12이고 x는 2내지 30임)으로 표시되는 1중량 %내지 2중량 %의 소듐 알킬에테프설페이트, (ⅱ) 0.15 중량 % 내지 0.3중량 %의 술포숙신산 디소듐 에톡시화 알킬 알콜 1/2에스테르, 및 (ⅲ) 식(식중, y중 알킬기내의 반복 -(CH2)-그룹의 수임)으로 표시되는 0.1 줄양 % 내지 0.2 중량 %의 소듐 디알킬 술포숙신에이트를 포함하는 음이온성 계면활성제계; 및 (c) 중합체 및 점착성 부여제의 중량을 기준으로 하여 0 내지 50중량 %의 양으로 존재하는 수분산성 상용성 점착성 부여제를 포함하는 압강성 접착제의 수성 에멀션.
  2. 제1항에 있어서, 상기 아크릴산 알킬 에스테르가 2-에틸 헥실 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 에멀션.
  3. 제1항에 있어서, 상기 카르복실산의 혼합물이 아크릴산 : 메타크릴산의 중량비 1:1 내지 1:3으로 제공된 아크릴산과 메타크릴산의 혼합물인 에멀션.
  4. 제1항에 있어서, 에틸렌성 불포화 산의 혼합물이 아크릴산 : 메타크릴산의 중량비 1:1 내지 1:2로 제공된 아크릴산과 메타크릴산의 혼합물인 에멀션.
  5. 제1항에 있어서, 상기 점착성 부여제가 로진 에스테르, 톨유 에스테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 에멀션.
  6. 제3항에 있어서, 상기 점착성 부여제가 로진 에스테르, 톨유 에스테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 압감성 에멀션.
  7. 제3항에 있어서, 아크릴산 알킬 에스테르가 2-에틸 헥실 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 에멀션.
  8. 제7항에 있어서, 상기 점착성 부여제가 로진 에스테르, 톨유 에스테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 에멀션.
  9. 제3항에 있어서, 상기 에틸렌성 불포화 산의 혼합물이 아크릴산 : 메타크릴산의 중량비 1:1 내지 1:2로 제공된 아크릴산과 메타크릴산의 혼합물인 에멀션.
KR1019910701278A 1990-02-07 1991-02-01 우수한 저온성능을 갖는 점착성 아크릴 에멀션 압감성 접착제 KR0174516B1 (ko)

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US476,818 1990-02-07
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