KR20100018496A - 핫멜트 접착제 - Google Patents
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Abstract
베이스 중합체 성분, 점착 성분, 및 대두 왁스를 포함하는 왁스 성분을 포함하는 핫멜트 포장 접착제가 기재되어 있다.
Description
본 발명은 대두 왁스와 같은 식물 유래 왁스를 포함하는 핫멜트 접착제에 관한 것이다. 더욱 특히 본 발명은 이러한 핫멜트 접착제를 포장 적용에 특히 잘 적합하도록 하는 고정 속도 특성 및 내열성이 양호한 핫멜트 접착제에 관한 것이다.
핫멜트 접착제는 용융되었을 때 기판에 적용된 다음, 두번째 기판과 접촉하며 놓인다. 접착제는 냉각되고 단단해져 기판 사이에 결합을 형성한다. 핫멜트는 제품 조립 및 포장과 같은 산업적 접착 적용에 널리 사용된다. 포장에는 케이스 및 판지 상자 (carton) 봉인이 포함된다.
케이스 및 판지 상자 봉인과 같은 포장 적용을 위한 핫멜트는 전형적으로, 중합체, 희석제 또는 점착제, 및 왁스로 구성된다. 왁스는 여러 기능을 제공한다. 왁스의 저분자량으로 인해 점도를 감소시킨다. 저점도는 적용 온도를 감소시키는 것, 세정 공정을 제공하는 것, 또한 기판 밖을 양호하게 적시는 것을 돕는다. 또한, 왁스는 신속하게 결정화되고, 이는 물질을 신속하게 경화시키거나 고정시키도록 돕는다. 신속한 고정 속도는 고속 제조를 위해 중요하다. 최근에, 왁스는 이의 상승된 용융점으로 인해 최종 결합에 대한 온도 저항성을 제 공한다.
현재 사용되는 포장 접착제는 파라핀 및 미세결정질 왁스와 같은 석유-유래 왁스를 포함한다. 파라핀 왁스의 저분자량은 저온 적용 접착제를 제형화할 때 이를 일차적으로 선택하게 만든다.
최근에는, 파라핀 왁스의 공급이 제한되기 때문에, 천연 왁스의 사용으로 관심을 기울이고 있다. 천연 왁스 중에서, 최저 비용 물질은 고도로 수소화된 트리글리세리드에 기초한다 [Borsinger et al., 미국 특허 제 6,890,982 B2 호]. 파라핀과 가깝게 융점을 향상시키기 위해 높은 수준의 수소화 (저 요오드가) 가 필요하다. 불행히도, 상기 물질을 사용하여 용융점이 충분히 높고 고정 속도가 적절한 접착제를 달성하는 것이 곤란하다.
파라핀 왁스에 대한 대체물 및 고정 속도 또는 내열성을 손상시키지 않는 핫멜트 접착제 제형물에 대한 요구가 지속적으로 존재한다. 본 발명은 상기 요구를 충족시킨다.
발명의 개요
본 발명은 고정 속도가 5 초 이하이고 내열성이 130 ℉ 이상인, 식물 유래 왁스를 포함하는 핫멜트 접착제를 제공한다. 특히 바람직한 구현예에서 접착제는 하나 이상의 에틸렌 공중합체, 대두 왁스와 합성 또는 파라핀 왁스의 혼합물, 및 점착제를 포함한다. 접착제는 유리하게는 저온 적용을 위해 제형화될 수 있다. 본 발명의 접착제는 포장 적용, 특히 케이스 및 판지 상자 봉인 적용에 특히 유용하다.
한 구현예는 18 내지 33 중량%의 비닐 아세테이트를 갖고 용융 지수가 3 내지 800 dg/분인 에틸렌 비닐 아세테이트 및/또는 28 내지 35 %의 n-부틸 아크릴레이트를 갖고 용융 지수가 60 내지 900 dg/분인 에틸렌 n-부틸 아크릴레이트 25 내지 40 중량%,
용융점이 130 ℉ 내지 190 ℉ 인 대두 왁스 10 내지 25 중량%,
용융점이 140 ℉ 내지 250 ℉ 인 합성 왁스 10 내지 25 중량%, 및
(i) 25 % 이상의 방향족 탄소를 갖고 연화점이 90 ℃ 내지 150 ℃인 C5 개질된 C9, (ii) 연화점이 120 ℃ 내지 150 ℃인 테르펜 페놀 로진, (iii) 연화점이 100 ℃ 내지 140 ℃인 로진 에스테르 및 (iv) 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 점착제 20 내지 40 중량%를 포함하는 핫멜트 접착제에 관한 것이다.
또다른 구현예의 접착제는 18 내지 33 중량% 의 비닐 아세테이트를 갖고 용융 지수가 400 내지 3000 dg/분인 에틸렌 비닐 아세테이트 및/또는 28 내지 35 %의 n-부틸 아크릴레이트를 갖고 용융 지수가 300 내지 1000 dg/분인 에틸렌 n-부틸 아크릴레이트 25 내지 40 중량,
용융점이 130 ℉ 내지 190 ℉인 대두 왁스 10 내지 25 중량%,
용융점이 140 ℉ 내지 200 ℉인 합성 왁스 및/또는 파라핀 왁스 10 내지 25 중량%, 및
(i) 연화점이 110 ℃ 내지 150 ℃인 로진 또는 로진 에스테르, (ii) 연화점이 125 ℃ 내지 150 ℃인 테르펜 페놀 로진, (iii) 연화점이 125 ℃ 내지 150 ℃인 로진 페놀 로진 및 (iv) 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 점착제 20 내지 40 중량%를 포함하는 핫멜트 접착제에 관한 것이다.
본 발명의 또한 또다른 구현예는 본 발명의 핫멜트 접착제를 사용하여 제조된 물품을 제공한다.
본 발명의 또한 또다른 양태는 케이스, 판지 상자, 트레이, 박스 또는 백 또는 기타 포장 물품의 봉인 및/또는 제조 또는 형성 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 고정 속도가 5 초 이하이고 내열성이 130 ℉ 이상인 대두 왁스-함유 핫멜트 접착제를 사용하는 것을 포함한다. 또한 본 발명의 대두 왁스-함유 접착제를 사용하여 제조되는 물품을 제공한다. 제품 포장에 사용될 수 있는 판지 상자, 케이스, 트레이, 백 등이 포함된다. 이러한 물품은 전형적으로 이러한 핫멜트 접착제에 의해 부착된 마분지 또는 판지를 포함한다. 또한 본 발명은 판지 상자, 케이스, 트레이 또는 백 내에 함유된 포장 물품, 특히 포장 식품을 제공하고, 여기서 판지 상자, 케이스, 트레이 또는 백은 대두 왁스-함유 접착제를 포함한다.
또한 본 발명은 하나 이상의 기판에 용융된 대두 왁스 함유 핫멜트 접착제 조성물을 적용하고, 상기 기판을 서로 결합시키는 것을 포함하는 비슷하거나 비슷하지 않은 기판에 대한 기판의 결합 방법을 제공한다.
발명의 상세한 설명
본원에 언급된 모든 참조는 전체가 참조로서 인용된다.
식물 유래 왁스는 본원에서 재생가능한 천연 자원 유래의, 예컨대 대두, 면실, 옥수수, 해바라기, 캐놀라 및 팜과 같은 식물 공급원 유래의 왁스로서 정의된다. 더욱 특히 지방산 성분이 다양한 탄소수를 갖는 트리글리세리드를 포함하는 수소화유로, 스테아르산 (C18) 이 가장 두드러진다. 용어 "대두 왁스" 가 대두로부터 유래된 왁스를 지칭하기 위해 본원에 사용된다.
핫멜트 접착제는 마분지 케이스, 트레이, 판지 상자를 봉인하는 포장 산업에서 널리 사용된다. 고정 속도 및 내열성은 포장 적용를 위한 핫멜트 접착제의 두 가지 중요한 특성이다.
고정 속도는 핫멜트 접착제가 결합을 형성하기에 충분한 강도를 지니는 시점까지 응고하는데 필요한 시간으로서 정의된다. 양호한 고정 속도는 봉인된 박스 및 트레이가 포장 라인 상에서 압축 섹션을 나간 직후 팝 오픈 (pop open) 되지 않도록 하는 접착제에 중요하다. 현대식 고속 포장 라인 상에서, 5 초 이하의 고정 속도가 필요하다.
내열성 (또는 열응력) 은 접착제가 약해지기 시작하는 온도를 측정한다. 핫멜트 접착제는 통상적으로 봉인된 케이스, 판지 상자 또는 트레이가 수송 또는 창고 저장 동안 여름에 열과 관련되어 약해지지 않도록 54 ℃ (~ 130 ℉) 이상의 내열성이 필요하다.
통상 이용할 수 있는 핫멜트 접착제는 중합체, 점착제 및 왁스로 구성되어 있다. 상기 성분 중, 왁스는 매우 중요한데, 이들은 접착제 점도를 감소시키고, 매우 중요하게는 결정화 매커니즘을 통해 접착제의 고정 속도를 조절하는 것을 돕기 때문이다. 가장 널리 사용되는 왁스는 파라핀 왁스, 미세결정질 왁스, Fischer-Tropsch 합성 왁스, 및 폴리에틸렌 왁스이고, 이들 모두는 선형 및 분지형 탄화수소의 배합물이다. 파라핀 왁스는 예를 들어 다음과 같은 선형, 분지형 및 시클릭 탄화수소의 혼합물이다:
본 발명의 접착제는 접착제 베이스 중합체 성분, 점착제 성분 및 왁스 성분을 포함한다. 핫멜트 접착제를 제형화하는데 통상 사용되는 왁스와 대조적으로, 본 발명의 접착제는 식물 유래 왁스를 사용하여 제형화된다. 예에는 대두, 옥수수, 면실, 평지 (rape), 캐놀라, 해바라기, 팜, 코코넛, 크람베 (crambe), 아마인 및 땅콩 왁스로부터 유래된 왁스가 포함된다. 한 구현예는 대두 유래 왁스를 사용한다. 대두 왁스는 완전 수소화된 대두유로부터 유래되고, 본질적으로 트리글리세리드이고, 이는 다음과 같이 나타낼 수 있다:
식물 유래 왁스의 재생가능한 특성 및 용이한 이용가능성으로 인해 식물 유래 왁스, 예컨대 대두 왁스로부터 핫멜트 접착제를 제형화하는 것에 현재 상당한 관심이 있다. 미국 특허 제 6,890,982 B2 호에는 대두 왁스, 에틸렌 비닐 아세테이트 및 약 3 내지 약 10 의 산가를 갖는 로진 에스테르 점착제를 사용하여 핫멜트 접착제를 제조할 수 있다는 것이 개시되어 있지만, 포장 적용에서 사용하기 위한 충족스러운 고정 시간 및 내열성을 수득할 수 없었다.
핫멜트 포장 접착제로서 사용하기에 적합한, 통상 적용되고 (300 ℉ 초과의 온도에서 적용) 저온 적용되는 (200 내지 300 ℉의 온도에서 적용) 핫멜트 접착제가 대두 왁스를 사용하여 제형화될 수 있다는 것을 이제 발견하였다. 저온 적용 핫멜트 접착제를 사용하는 이점에는 핫멜트 접착제 탱크에 필요한 가열 소자의 수 및/또는 용량의 감소, 휘발성 배출물의 감소, 화상의 위험 감소, 및 적용 장치의 마모 감소가 포함된다. 현재 몇몇의 저온 적용 핫멜트 접착제, 예를 들어 NSC 34-2125 (National Starch and Chemical Company), NSC 34-250A (National Starch and Chemical Company), NSC 34-650A (National Starch and Chemical Company), HL 7000 (H B. Fuller), 및 HL 7002 (H B. Fuller) 가 시판되고 있지만, 이들 저온 적용 핫멜트 접착제는 대두 왁스 기재가 아니다.
열응력 및 고정 속도가 모두 양호한 대두 왁스 기재 핫멜트 접착제가 대두 왁스 및 합성/파라핀 왁스가 잘 상호 작용하는 것을 보장하는 점착제를 신중히 선택함으로써 제형화될 수 있다는 것을 발견하였다. 사용하기 위해 선택되는 점착제가 또한 접착제가 사용될 적용 온도를 기준으로 선택되어야 한다는 것을 추가로 발견하였다.
본 발명의 핫멜트 접착제를 제형화하기 위해 사용되는 중합체는 에틸렌 및 프로필렌 단독- 및 공-중합체 및 이들의 혼합물이다. 에틸렌 공중합체가 사용하기에 바람직하다. 예는 비닐 아세테이트, n-부틸 아크릴레이트, n-헥실 아크릴레이트, 부텐, 옥텐, 아크릴산 및 메타크릴산을 갖는 에틸렌 공중합체이다. 또한, 비결정질 폴리알파 올레핀, 예컨대 어태틱 (atactic) 프로필렌, 및 에틸렌, 부텐, 헥센 및 옥텐을 갖는 프로필렌 공중합체가 유용하다.
본 발명의 접착제는 바람직하게는 하나 이상의 에틸렌 중합체를 포함할 것이고, 2 이상의 중합체의 배합물을 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 에틸렌 중합체는 에틸렌의 단독중합체, 공중합체 및 삼원중합체를 지칭한다. 하나 이상의 극성 단량체, 예컨대 비닐 아세테이트 또는 모노카르복실산의 기타 비닐 에스테르, 또는 아크릴산 또는 메타크릴산 또는 메탄올, 에탄올 또는 기타 알코올을 갖는 이들의 에스테르와 에틸렌의 공중합체가 바람직하다. 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 메틸 아크릴레이트, 에틸렌 n-부틸 아크릴레이트, 에틸렌 아크릴산, 에틸렌 메타크릴레이트, 에틸렌 2-에틸헥실아크릴레이트, 에틸렌 옥탄, 에틸렌 부텐 및 이들의 혼합물 및 배합물이 포함된다. 에틸렌 n-부틸 아크릴레이트 및 에틸렌 비닐 아세테이트 및 이들의 혼합물이 특히 바람직하다. 본 발명의 접착제 조성물은 점착된다. 점착제 성분은 통상적으로 약 10 중량% 내지 약 60 중량%, 더욱 바람직하게는 약 20 중량% 내지 약 50 중량%, 더욱더 바람직하게는 약 20 중량% 내지 약 40 중량%의 양으로 존재할 것이다. 이들에는 천연 및 합성 수지가 포함된다. 천연 수지에는 로진, 로진 에스테르, 및 폴리테르펜이 포함된다. 합성 수지에는 C5 시클릭 및 비시클릭 수지, 방향족 수지, C9 수지, 순수 단량체 수지, 예컨대 알파-메틸 스티렌 기재 수지, 및 상기 단량체 서로 및/또는 상기 단량체와 페놀의 공중합체 수지가 포함된다.
식물 유래 왁스에 더해, 본 발명의 제형물은 또한 석유 기재 또는 합성 왁스를 포함한다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 왁스에는 파라핀 왁스, 미세결정질 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스, 부산물 폴리에틸렌 왁스, Fischer-Tropsch 왁스, 산화된 Fischer-Tropsch 왁스 및 관능화된 왁스, 예컨대 히드록시 스테아르아미드 왁스 및 지방 아미드 왁스가 포함된다. 당업계에서 고밀도 저분자량 폴리에틸렌 왁스, 부산물 폴리에틸렌 왁스 및 Fischer-Tropsch 왁스를 포함하는 용어 합성 고용융점 왁스를 사용하는 것이 통상적이다. 개질된 왁스, 예컨대 비닐 아세테이트 개질된, 말레산 무수물 개질된, 및 산화된 왁스를 또한 사용할 수 있다.
본 발명의 실시에서 사용될 수 있는 파라핀 왁스에는 Astor Wax Corporation, Doraville, GA. 에서 입수가능한 Okerin® 236 TP; Pennzoil Products Co., Houston, TX 에서 입수가능한 Penreco® 4913; Moore & Munger, Shelton, CN. 에서 입수가능한 R-7152 Paraffin Wax; 및 International Waxes, Ltd. in Ontario, Canada 에서 입수가능한 Paraffin Wax 1297, Citgo 에서 입수가능한 Pacemaker, 및 Moore and Munger 에서 입수가능한 R-2540; 및 상표명 1230, 1236, 1240, 1245, 1246, 1255, 1260 및 1262 로 CP Hall 에서 입수가능한 파라핀 왁스와 같은 기타 파라핀 왁스가 포함된다. CP Hall 1246 파라핀 왁스는 CP Hall (Stow, Ohio) 에서 입수가능하다.
대두 왁스는 Cargill, ADM 및 Bunge Oils 에서 시판된다.
물리적 특성에 영향을 주지 않는 기타 화합물은 첨가될 수 있고, 단지 몇 가지를 언급하자면, 색을 첨가하는 안료, 또는 형광제이다. 이와 같은 첨가제는 당업자에 공지되어 있다. 접착제의 예상 최종 용도에 따라, 핫멜트 접착제에 통상적으로 첨가되는 기타 첨가제, 예컨대 가소제, 안료 및 염료가 포함될 수 있다. 또한, 소량의 추가 점착제 및/또는 왁스, 예컨대 미세결정질 왁스, 수소화된 피마자유 및 비닐 아세테이트 개질된 합성 왁스를 또한 소량으로, 즉, 약 10 중량% 이하의 양으로 본 발명의 제형물에 혼입시킬 수 있다.
본 발명의 접착제는 바람직하게는 안정화제 또는 항산화제를 함유할 것이다. 이러한 화합물을 첨가하여 열, 광, 또는 원료로부터의 잔류 촉매, 예컨대 점착 수지에 의해 유발되는 산소와 반응하여 일어나는 분해로부터 접착제를 보호한다. 적용가능한 안정화제 또는 항산화제 중 고분자량 방해된 페놀 및 다관능성 페놀, 예컨대 황 및 인-함유 페놀이 본원에 포함된다.
접착제가 1) EVA (18 내지 33 중량% VA, 3-800 MI) 및/또는 EnBA (28 내지 35 % nBA, 60-900 MI) 25 내지 40 중량%, 2) 용융점이 130 ℉ 내지 190 ℉인 대두 왁스 10 내지 25 중량%, 3) 용융점이 140 ℉ 내지 250 ℉인 합성 왁스 10 내지 25 중량%, 및 4) 25 % 이상의 방향족 탄소를 갖고 연화점이 95 내지 150 ℃인 C5 개질된 C9 20 내지 40 중량%, 또는 연화점이 120 ℃ 내지 150 ℃인 테르펜 페놀, 또는 연화점이 100 ℃ 내지 140 ℃인 로진 에스테르 20 내지 40 중량%를 포함하는 경우, 300 ℉ 초과의 온도에서 적용하기 위해 제형화된 접착제, 예컨대 350 ℉ 적용 핫멜트 접착제를 사용하여 우수한 고정 속도 및 열응력 모두를 수득할 수 있다는 것을 발견하였다. 하나 이상의 상기 점착제의 혼합물이 또한 사용될 수 있다.
로진 에스테르가 사용되는 경우, 로진 에스테르의 산가가 핫멜트 접착제의 성능에 중요하지 않다는 것을 발견하였다. 가장 중요한 특성은 로진 에스테르의 연화점 (SP) 으로 결정된다. 낮은 SP 로진 에스테르가 핫멜트 접착제의 열응력을 손상시키지만, 너무 높은 SP 를 갖는 로진 에스테르는 불량한 접착력 및 높은 점도를 갖는 핫멜트 접착제를 생성할 수 있다는 것을 발견하였다.
또한, 접착제가 1) EVA (18 내지 33 중량% VA, 400 내지 3000 MI) 및/또는 EnBA (28 내지 35 % nBA, 300 내지 1000 MI) 25 내지 40 중량%, 2) 용융점이 130 ℉ 내지 190 ℉인 대두 왁스 10 내지 25 중량%, 3) 용융점이 140 ℉ 내지 200 ℉인 합성 왁스/파라핀 10 내지 25 중량%, 및 4) 연화점이 110 ℃ 내지 150 ℃인 로진 또는 로진 에스테르 또는 연화점이 125 ℃ 내지 150 ℃인 테르펜 페놀 또는 연화점이 125 ℃ 내지 150 ℃인 로진 페놀 20 내지 40 중량%를 포함하는 경우, 우수한 고정 속도 및 열응력 모두가 저온 적용 핫멜트 접착제, 즉 300 ℉ 미만의 온도에서 적용하기 위해 제형화된 접착제, 예컨대 250 ℉ 적용 핫멜트 접착제를 사용하여 수득될 수 있다는 것을 발견하였다. 하나 이상의 상기 점착제의 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 또한, 로진 에스테르를 사용하는 경우, 로진 에스테르의 산가가 제형화된 핫멜트 접착제의 성능에 중요하지 않다는 것을 측정하였다.
도 1 은 시판되는 파라핀/합성 왁스 기재의 250 ℉ 적용 핫멜트 접착제와 대두 왁스-기재 핫멜트 접착제에 대한 결합력과 압축 시간 간의 관계를 나타낸다.
도 2A 내지 D 는 다양한 온도에서의 파라핀/합성 왁스의 편광 광학 현미경 사진이다. 이 사진은 합성/파라핀 왁스가 냉각 시 매우 신속하게 결정화되고 큰 결정 크기를 형성한다는 것을 나타낸다.
도 3A 내지 D 는 다양한 온도에서의 대두 왁스의 편광 광학 현미경 사진이다. 이 사진은 대두 왁스가 냉각 시 매우 느리게 결정화되고 작은 결정 크기를 형성한다는 것을 나타낸다.
균질하게 될 때까지 성분을 혼합함으로써 325 ℉로 가열되는 단일 블레이드 혼합기에서 실시예에 개시되어 있는 모든 접착제 제형물을 제조하였다. 그 다음 접착제를 실제 포장 적용을 시물레이션하는 다양한 시험에 적용하였다.
저온 적용 핫멜트 접착제에 대해서는 250 ℉ 또는 275 ℉에서 그리고 350 ℉ 적용 핫멜트 접착제에 대해서는 350 ℉에서 No.27 스핀들을 사용하는 Brookfield Thermosel 점도계에서 핫멜트 접착제의 용융 점도를 측정하였다.
접착제의 내열성 시험은 IoPP 열응력 시험 표준과 유사한 절차를 방법을 따 랐다. 접착제 결합 구조는 IoPP 시험에 기재된 것과 동일하였다. 압축 후 2" × 0.5" 의 글루 라인 치수를 갖는 접착제 결합을 450 g 캔틸레버력에 적용하고, 오븐에 놓았다. 상기 오븐 온도를 1차원적으로 8 시간 동안 100 ℉에서 180 ℉로 증가시켰다. 접착제 결합이 약해지는 온도를 접착제의 열응력으로 기록하였다. 보고된 열응력 결과는 5 회 시험된 결합의 평균이었다.
접착제의 고정 속도를 다음과 같이 측정하였다. 1.4 g/m 의 코팅 중량에서 길이 4" 및 폭 2"의 단일 홈이 있는 골판지 상에서 핫멜트 접착제를 저온 적용 접착제에 대해서는 250 ℉ 또는 275 ℉에서 적용하고, 통상의 핫멜트 접착제에 대해서는 350 ℉에서 적용하였다. 글루를 1 초 동안 열린 채로 방치한 후, 길이 2" 및 폭 2"의 또다른 단일 홈이 있는 골판지에 결합시켰다. 다양한 시간 동안 1 ㎏ 힘으로 결합물을 압축시킨 후, 인장력 모드에서 잡아 끊었다. 생성된 최대 결합력을 기록하였다. 고정 속도를 5 ㎏ 결합력을 수득하기 위한 결합에 필요한 가장 짧은 압축 시간으로서 정의하였다.
비교예
1
National Starch and Chemical Company 에서 시판되는 파라핀/합성 왁스 기재의 시판 등급 250 ℉ 적용 핫멜트 접착제인 Cool Lok 34-250A 를 미국 특허 제 6,890,982 B2 호의 표 4 에 설명되어 있는 제형물을 갖는 대두 왁스 기재 핫멜트 접착제와 비교하였다. 도 1 은 상기 두 접착제에 대한 결합력과 압축 시간 간의 관계를 나타낸다. 대두 왁스 기재 접착제는 고정시키는데 걸리는 시간이 10 초 초과이고, 고정 속도 특성이 매우 불량했다. 이러한 고정 속도는 너무 느리 고, 압축 시간이 통상적으로 5 초 이하인 현대식 포장 적용에 대한 요구를 충족시키지 못한다.
비교예
2
대두 왁스 기재 핫멜트 접착제의 고정 속도를 증가시키기 위해, 합성 왁스와 대두 왁스를 함께 배합하였다. 핫멜트 접착제의 조성물 시료 1 및 2 및 이들의 고정 속도 및 열응력 특성을 하기 표 1 에 나타낸다.
오직 대두 왁스 기재의 시료 1 은 미국 특허 제 6,890,982 B2 호의 표 4 에 설명되어 있는 제형물과 동일하였다.
시료 2 는 대두 왁스와 합성 왁스의 배합물로 제형화하였다.
시료 1 과 비교하여, 시료 2 의 고정 속도는 합성 왁스의 첨가로 상당히 증가하였다. 그러나, 대두 왁스 기재 제형물에 합성 왁스를 첨가하는 것은 핫멜트 접착제의 열응력을 상당히 감소시켰다. 시료 1 은 필요한 고정 속도 특성을 갖지 못했고, 따라서 포장 적용에 적합하지 않았다. 시료 2 가 증가된 고정 속도를 보여준 반면, 내열성이 불량하여 포장 적용에 유용하지 못했다.
[표 1]
비교예
3
저온 적용 대두 왁스 기재 핫멜트 접착제를 제형화하는데 노력하였다. 핫멜트 접착제의 조성물 시료 3 및 4 및 이들의 고정 속도 및 열응력 특성을 하기 표 2 에 나타낸다.
오직 대두 왁스 기재의 시료 3 은 열응력이 양호하였지만 허용가능한 고정 속도를 나타내지 못했다.
대두 왁스와 합성 왁스의 배합물을 사용하여 제형화된 시료 4 는 향상된 고정 속도를 나타냈지만, 내열성이 불량하여 포장 적용에 유용하지 못했다.
[표 2]
상세한 연구를 수행하여, 대두 왁스가 합성 왁스 또는 파라핀 왁스와 상이하게 결정화된다는 것을 발견하였다.
도 2A 내지 D 는 다양한 온도에서의 파라핀/합성 왁스의 편광 광학 현미경 사진이다. 이 사진은 합성/파라핀 왁스가 냉각 시 매우 신속하게 결정화되고 큰 결정 크기를 형성한다는 것을 나타낸다.
도 3A 내지 D 는 다양한 온도에서의 대두 왁스의 편광 광학 현미경 사진이다. 이 사진은 대두 왁스가 냉각 시 매우 느리게 결정화되고 작은 결정 크기를 형성한다는 것을 나타낸다.
도 2A 내지 D 및 3A 내지 D 에서 나타낸 바와 같이, 대두 왁스는 매우 느리게 결정화되어 명확한 핵화 및 성장 방법을 따랐고, 작은 크기의 결정을 형성한 반면, 합성 및 파라핀 왁스는 매우 신속하게 결정화되고, 큰 크기의 결정을 형성하였다. 이러한 상이한 결정화 경로는 접착제 중 대두 왁스와 파라핀/합성 왁스의 단일 배합물이 접착제의 열응력을 손상시킬 수 있다는 점을 설명할 수 있다.
실시예
4
하기 표 3A 및 3B 에 나타낸 제형물을 갖는 350 ℉ 적용 접착제 시료 5 내지 10 을 제조하고, 고정 속도 및 열응력 성능을 평가하였다. 하기 표 3A 및 3B 에 나타낸 350 ℉ 적용 핫멜트 접착제를 사용하여 우수한 고정 속도 및 열응력 모두를 수득하였다.
[표 3A]
[표 3B]
실시예 5
하기 표 4A 및 4B 에 나타낸 제형물을 갖는 저온 적용 핫멜트 접착제 시료 11 내지 17 을 제조하고, 고정 속도 및 열응력 성능을 평가하였다. 하기 표 4A 및 4B 에 나타낸 저온 적용 핫멜트 접착제를 사용하여 우수한 고정 속도 및 열응력 모두를 수득하였다.
[표 4A]
[표 4B]
Claims (13)
- 고정 속도가 5 초 이하이고 내열성이 130 ℉ 이상인, 식물 유래 왁스를 포함하는 핫멜트 접착제.
- 제 1 항에 있어서, 대두 왁스를 포함하는 접착제.
- 제 1 항에 있어서, 합성 또는 파라핀 왁스를 추가로 포함하는 접착제.
- 제 1 항에 있어서, 200 ℉ 내지 300 ℉의 온도에서 기판에 적용되는 접착제.
- 제 3 항에 있어서, 에틸렌 공중합체, 대두 왁스, 합성 또는 파라핀 왁스 및 점착제를 포함하는 접착제.
- 제 5 항에 있어서, 점착제가 (i) 25 % 이상의 방향족 탄소를 갖고 연화점이 90 ℃ 내지 150 ℃인 C5 개질된 C9, (ii) 연화점이 120 ℃ 내지 150 ℃인 테르펜 페놀 로진, (iii) 연화점이 100 ℃ 내지 140 ℃인 로진 에스테르 및 (iv) 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 접착제.
- 제 5 항에 있어서, 점착제가 (i) 연화점이 110 ℃ 내지 150 ℃인 로진 또는 로진 에스테르, (ii) 연화점이 125 ℃ 내지 150 ℃인 테르펜 페놀 로진, (iii) 연화점이 125 ℃ 내지 150 ℃인 로진 페놀 로진 및 (iv) 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 접착제.
- 18 내지 33 중량%의 비닐 아세테이트를 갖고 용융 지수가 3 내지 800 dg/분인 에틸렌 비닐 아세테이트 및/또는 28 내지 35 %의 n-부틸 아크릴레이트를 갖고 용융 지수가 60 내지 900 dg/분인 에틸렌 n-부틸 아크릴레이트,용융점이 130 ℉ 내지 190 ℉ 인 대두 왁스,용융점이 140 ℉ 내지 250 ℉ 인 합성 왁스, 및(i) 25 % 이상의 방향족 탄소를 갖고 연화점이 90 ℃ 내지 150 ℃인 C5 개질된 C9, (ii) 연화점이 120 ℃ 내지 150 ℃인 테르펜 페놀 로진, (iii) 연화점이 100 ℃ 내지 140 ℃인 로진 에스테르 및 (iv) 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 점착제를 포함하는 핫멜트 접착제.
- 제 8 항에 있어서, 에틸렌 비닐 아세테이트 및/또는 에틸렌 n-부틸 아크릴레이트 5 내지 40 중량%, 대두 왁스 10 내지 25 중량%, 합성 왁스 10 내지 25 중량%, 및 점착제 20 내지 40 중량%를 포함하는 핫멜트 접착제.
- 18 내지 33 중량% 의 비닐 아세테이트를 갖고 용융 지수가 400 내지 3000 dg/분인 에틸렌 비닐 아세테이트 및/또는 28 내지 35 %의 n-부틸 아크릴레이트를 갖고 용융 지수가 300 내지 1000 dg/분인 에틸렌 n-부틸 아크릴레이트,용융점이 130 ℉ 내지 190 ℉인 대두 왁스,용융점이 140 ℉ 내지 200 ℉인 합성 왁스 및/또는 파라핀 왁스, 및(i) 연화점이 110 ℃ 내지 150 ℃인 로진 또는 로진 에스테르, (ii) 연화점이 125 ℃ 내지 150 ℃인 테르펜 페놀 로진, (iii) 연화점이 125 ℃ 내지 150 ℃인 로진 페놀 로진 및 (iv) 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 점착제를 포함하는 핫멜트 접착제.
- 제 10 항에 있어서, 에틸렌 비닐 아세테이트 및/또는 에틸렌 n-부틸 아크릴레이트 25 내지 40 중량%, 대두 왁스 10 내지 25 중량%, 합성 왁스 및/또는 파라핀 왁스 10 내지 25 중량%, 및 점착제 20 내지 40 중량%를 포함하는 핫멜트 접착제.
- 제 1 항, 제 5 항, 제 8 항 또는 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 접착제를 포함하는 제조 물품.
- 제 12 항에 있어서, 포장 물품인 물품.
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