KR20120039052A - 저온 적용 핫멜트 접착제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고온 성능 핫멜트 접착제가 저온, 즉 300 ℉ 미만에서의 적용을 위해 제형화되는 것이다. 저수준의 메탈로센 중합체와 함께 말레에이트화 폴리에틸렌 왁스를 함유하는 핫멜트 접착제는 고온 및 저온 성능의 우수한 균형을 나타내고, 특히 포장 케이스 및 상자 접착제로서 유용하다.

Description

저온 적용 핫멜트 접착제 {LOW APPLICATION TEMPERATURE HOT MELT ADHESIVE}
본 출원은 2009 년 7 월 31 일에 출원된 미국 가출원 제 61/230,322 호의 우선권을 주장하며, 그 내용이 본원에서 참조 인용된다.
본 발명은 핫멜트 접착제, 더 구체적으로는 높은 내열성 및 양호한 냉온 성능을 모두 갖는 저온 적용 핫멜트 접착제에 관한 것이다. 접착제는 특히 포장 적용물에 상당히 적합하다.
핫멜트 접착제는 용융되었을 때 기판에 적용된 후, 제 2 기판과 접촉되게 위치한다. 접착제를 냉각 및 경화시켜 기판 사이에 결합을 형성한다. 핫멜트는 제품 조립 및 포장과 같은 산업 접착제 적용물에 널리 사용된다. 상기는 케이스 및 상자 밀봉을 포함한다.
핫멜트 접착제는 판지 케이스, 트레이 및 상자를 밀봉하기 위해 포장 산업에서 널리 사용된다. 이러한 작업 중 일부는 이례적으로 높은 내열성 (고온에서 섬유 인열을 유지하는 능력) 을 갖고 양호한 냉온 성능을 위태롭게 하지 않는 핫멜트 접착제를 필요로 한다. 한 예는 140 ℉ 초과의 온도에서 갓 베이킹된 상품을 포장하는 것 및 이의 이후 -20 ℉ 의 냉동고 온도에서의 보관이다. 양호한 열 및 냉각 저항성을 갖는 핫멜트 접착제를 필요로 하는 또다른 예는, 밀봉된 케이스, 상자 또는 트레이를 트럭 또는 철로로 운송하는 과정에서이다. 트럭의 온도는 여름에는 매우 높거나 (145 ℉ 이하) 겨울에는 매우 낮을 (-20 ℉) 수 있다. 사용된 핫멜트 접착제는 밀봉된 용기가 수송 과정 도중에 갑자기 열리지 않도록 하기에 충분히 강해야 한다.
포장 적용물 예컨대 케이스 및 상자 밀봉을 위한 핫멜트는 전형적으로 중합체, 희석제 (일반적으로 증점제) 및 왁스로 구성된다. 왁스는 여러 기능을 한다. 이는 분자량이 낮으므로 점도를 낮춘다. 저점도는 적용 온도를 낮추는 것을 돕고, 더 깨끗한 처리를 제공하고, 또한 기판을 적시기 양호하다. 또한, 왁스는 빠르게 결정화되는데, 이는 물질이 빠르게 경화 또는 세팅되는 것을 돕는다. 빠른 세팅 속도는 빠른 속도의 제조에 중요하다. 마지막으로, 왁스는 이의 상승된 용융점으로 인해 최종 결합물에 온도 저항성을 제공한다.
통상적인 포장 접착제는 석유-유래 왁스 예컨대 파라핀 및 미소결정질 왁스를 사용한다. 파라핀 왁스의 낮은 분자량은, 이것이 저온 적용 접착제에 대한 첫 번째 선택이 되게 한다.
에틸렌 비닐 아세테이트 및/또는 에틸렌 n-부틸 아크릴레이트 기반의 핫멜트 접착제가 포장 적용물에 사용되고 있기는 하지만, 높은 내열성 및 양호한 냉각 접착력을 모두 갖는, 신규 중합체 또는 중합체의 특정 조합물을 기반으로 하는 제형을 포함하는 신규 및 개선된 핫멜트 제형에 대한 요구가 지속되고 있다. 본 발명은 이러한 요구에 관한 것이다.
본 발명은 폴리올레핀 공중합체 성분 및 말레에이트화 폴리에틸렌 왁스를 포함하는 저온 적용 핫멜트 접착제를 제공한다. 접착제는 300 ℉ 미만의 온도에서의 적용을 위해 제형화된다.
한 구현예에서, 저온 적용 핫멜트 접착제는 폴리올레핀 공중합체 성분 및 말레에이트화 폴리에틸렌 왁스 성분을 포함한다. 폴리올레핀 성분은 2 개의 상이한 폴리올레핀 공중합체를 포함한다. 하나 이상의 폴리올레핀 공중합체는 메탈로센 촉매계를 사용하여 에틸렌과 α-올레핀 (예를 들어, 부탄, 헥센, 옥텐) 을 중합함으로써 제조된 메탈로센-촉매화 에틸렌/α-올레핀 공중합체이고, 상기 공중합체는 용융 지수가 190 ℃ 에서 약 400 g/10 분 초과이다. 한 바람직한 구현예에서, 용융 지수가 190 ℃ 에서 약 400 g/10 분 초과인 폴리올레핀 공중합체는 에틸렌 및 1-옥텐 단량체로부터 제조된다.
접착제는 점도가 120 ℃ 에서 약 3000 센티푸아즈 미만이도록 제형화된다.
한 구현예에서, 접착제는 용융 지수가 190 ℃ 에서 약 500 g/10 분인 폴리올레핀 공중합체 및 융융 지수가 190 ℃ 에서 약 1000 g/10 분인 폴리올레핀 공중합체를 포함한다.
또다른 구현예에서, 접착제는 용융 지수가 190 ℃ 에서 약 1000 g/10 분인 폴리올레핀 공중합체 및 용융 지수가 190 ℃ 에서 약 35 g/10 분 미만인 폴리올레핀 공중합체를 포함한다. 더 낮은 용융 지수 공중합체는 바람직하게는 블록 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 접착제 제형은 전형적으로 폴리올레핀 공중합체 성분을 30 중량% 이하, 더 전형적으로는 25 내지 30 중량% 의 양으로 함유할 것이다. 말레에이트화 폴리에틸렌 왁스 성분은 전형적으로 접착제의 중량을 기준으로 10 중량% 이하, 더 전형적으로는 5 내지 10 중량% 의 양으로 접착제 제형에 존재할 것이다.
본 발명은 또한 본 발명의 접착제를 사용하여 제조된 물품을 제공한다. 접착제는 유리하게는 예를 들어 케이스, 상자, 트레이 및 백의 밀봉 및/또는 형성에 사용될 수 있다. 따라서 본 발명은 케이스, 상자, 트레이 또는 백의 밀봉 및/또는 형성 방법을 제공한다. 방법은 기판 표면에 용융 형태로 핫멜트 접착제를 적용하여 케이스, 상자, 트레이 또는 백을 밀봉 및/또는 형성하는 것을 포함한다. 또한 본 발명에 포함되는 것은 상자, 케이스, 트레이 또는 백이 핫멜트 접착제를 사용하여 형성 및/또는 밀봉되는, 상자, 케이스, 트레이 또는 백에 함유된 포장 물품 예컨대 포장 식품이다.
본 발명의 또다른 구현예는 기판을 유사 또는 비유사 기판에 결합시키는 방법에 관한 것이다. 방법은 적어도 제 1 기판의 일부 이상에 용융된 핫멜트 접착제를 적용시키고, 제 2 기판을 제 1 기판에 존재하는 접착제와 접촉시키고, 접착제를 고형화시켜, 제 1 기판을 제 2 기판에 결합시키는 것을 포함한다. 용융된 접착제는 300 ℉ 미만의 온도에서 기판에 적용된다.
도 1A 및 1B 는 접착제 비드의 배치를 나타내는 측면도 및 접착제 결합의 내열성을 측정하는데 사용되는 다른 차원의 매개 변수이다.
본 발명은 저온 적용 핫멜트 접착제를 갖는 물품을 제공한다. 저온 적용된 핫멜트 접착제로 또한 나타내어지는 저온 적용 핫멜트 접착제는 300 ℉ 미만의 접착 온도에서 기판 표면에 적용된 후, 제 2 기판 표면에 기판을 결합시키는데 사용될 수 있다. 상기 접착제는 적용 전에 점도를 감소시키기 위해 300 ℉ 초과의 온도로 가열시킬 필요가 없다. 본 발명의 접착제는 약 275 ℉ 미만의 온도에서의 적용, 및 250 ℉ 또는 보다 더 낮은 온도에서의 적용을 위해 제형화될 수 있다. 접착제는 높은 내열성 및 냉온 접착력을 나타내고, 500 시간 동안 275 ℉ 에서 결합 및 우수한 열 안정성에 충분한 개방 시간을 갖는다.
저온 적용된 핫멜트 접착제 조성물은 말레에이트화 폴리에틸렌 왁스 및 저수준의 에틸렌 α-올레핀 공중합체와 제형화될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 현재 핫멜트 접착제에서 널리 사용되는 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA), 에틸렌 n-부틸 아세테이트 (EnBA) 및 EVA/EnBA 의 배합물 기반의 핫멜트에 비하여, 말레에이트화 폴리에틸렌 왁스의 사용은 높은 내열성을 나타내도록 다양한 수지 및 메탈로센 촉매화 중합체와의 우수한 상용성을 제공한다. 본원에서 증명된 바와 같이, 저수준의 메탈로센 중합체 (25% 내지 30%) 와 5-10% 말레에이트화 폴리에틸렌 왁스, 예컨대 AC 575P (Honeywell 사제) 를 함유하는 핫멜트 접착제는 300 ℉ 미만에서 포장 케이스 및 상자 접착제에서의 고온 및 저온 성능의 우수한 균형을 나타낸다.
본 발명의 실시에서 사용될 수 있는 폴리올레핀 공중합체는 AFFINITY 폴리올레핀 플라스토머, ENGAGE 폴리올레핀 엘라스토머 및 INFUSE 열가소성 올레핀 블록 공중합체 (OBC) (Dow Chemical 사제) 를 포함한다.
본 발명의 핫멜트 접착제는 2 개 이상의 상이한 올레핀 공중합체를 포함해야 한다. 용어 "상이한" 은 본원에서 중합체가 예를 들어 용융 지수, 용융점, 결정성 또는 블록 현상 (blockiness) 에 관하여 상이함을 의미하는데 사용된다.
용어 "에틸렌/α-올레핀 화중합체 (interpolymer)" 는 일반적으로 에틸렌 및 탄소수 3 이상의 α-올레핀을 포함하는 중합체를 나타낸다. 바람직하게는, 에틸렌은 전체 중합체의 주요 몰 분획을 포함하는데, 즉 에틸렌은 전체 중합체 중 약 50 몰% 이상을 포함한다. 더 바람직하게는 에틸렌은 약 60 몰% 이상, 약 70 몰% 이상 또는 약 80 몰% 이상을 포함하는데, 전체 중합체의 실질적인 나머지는 바람직하게는 탄소수 3 이상의 α-올레핀인 하나 이상의 다른 공단량체를 포함한다. 많은 에틸렌/옥텐 공중합체의 경우, 바람직한 조성물은 전제 중합체 중 약 80 몰% 초과의 에틸렌 함량, 및 전체 중합체 중 약 10 내지 약 15 몰%, 바람직하게는 약 15 내지 약 20 몰% 의 옥텐 함량을 포함한다.
메탈로센 촉매계를 사용하여 에틸렌 단량체와 α-올레핀 (예를 들어, 부탄, 헥산, 옥탄) 의 중합을 통해 수득되고 190 ℃ 에서 약 400 g/10 분 초과의 용융 지수를 갖는 메탈로센 폴리에틸렌 공중합체가 요구된다.
상기 중합체는 Exxon Mobil Corporation (상품명 EXACT) 또는 Dow Chemical (상품명 AFFINITY polymer) 로부터 시판된다.
용어 "블록 구조" 또는 "블록 공중합체" 는 바람직하게는 선형 방식으로 연결된 2 개 이상의 화학적으로 별개인 영역 또는 분절 (또한 "블록" 으로 나타냄) 을 포함하는 공중합체, 즉 펜던트 또는 그라프트 방식보다는 중합된 에틸렌성 관능기에 대하여 끝과 끝을 이어 연결한 화학적으로 분화된 단위를 포함하는 중합체를 나타낸다. 블록은 그 안에 혼입된 공단량체의 양 또는 유형, 밀도, 결정도의 양, 상기 조성물의 중합체에 기여가능한 결정 크기, 입체 규칙성 (이소탁틱 또는 신디오탁틱) 의 유형 또는 정도, 위치-규칙성 또는 위치-불규칙성, 장쇄 분지 또는 과다-분지를 포함하는 분지의 양, 동종성, 또는 임의의 기타 화학적 또는 물리적 특성이 다를 수 있다. 멀티블록 공중합체는 공중합체 제조 방법으로 인한 모든 다분산 지수 (PDI 또는 Mw/Mn) 의 독특한 분포, 블록 길이 분포 및/또는 블록 수 분포에 의해 특징지어진다.
본 발명의 실시에 사용될 수 있는 적합한 올레핀 블록 공중합체는 반결정질 "하드" 및 엘라스토머 "소프트" 분절의 랜덤 또는 교대 블록을 가질 수 있고, 에틸렌 및 알파 올레핀 (프로필렌, 부틸렌, 헥산, 옥텐) 을 기반으로 한다. 바람직한 블록 올레핀 블록 공중합체는 190 ℃ 에서 약 35 g/10 분 미만의 용융 지수 및 130 ℃ 미만의 용융점을 갖는 것이다. 블록 구조를 갖는 유용한 올레핀 공중합체는 Dow Chemical (상품명 ENGAGE) 로부터 시판되는 38 내지 104 ℃ 의 용융점을 갖는 올레핀 공중합체이고, Dow Chemical (상품명 INFUSE polymer) 로부터 시판되는 올레핀 공중합체는 118 내지 122 ℃ 의 용융점을 갖는다.
올레핀 공중합체는 30 중량% 미만, 더 전형적으로는 약 25 내지 약 30 중량% 의 양으로 존재할 것이다.
본 발명의 접착제는 올레핀 성분 이외에 개질된 왁스, 특히 말레에이트화 폴리에틸렌 왁스를 포함해야 한다. 상기 말레에이트화 폴리에틸렌 왁스는 약 10 중량% 미만, 더 전형적으로는 약 5 내지 10 중량% 의 양으로 존재할 것이다. 말레산 무수물 개질된 왁스는 Eastman Chemical (상품명 EOPOLENE) 및 Honeywell (상품명 AC-575A, AC-575P, AC-573A 및 AC-573P) 로부터 시판된다.
올레핀 기재 중합체 및 말레에이트화 폴리에티올렌 왁스 이외에, 본 발명의 핫멜트 접착제 조성물은 일반적으로 또한 적합한 증점제 및/또는 가소제, 통상적 왁스 및 전형적으로 첨가제 예컨대 안정화제, 항산화제, 안료 등을 포함할 것이다.
필요한 말레산 무수물 개질된 폴리에틸렌 왁스 이외에, 본 발명의 핫멜트 접착제는 전형적으로 또한 석유 기재 왁스를 함유할 것이다. 용어 석유 유래 왁스는 약 130 ℉ 내지 약 225 ℉ 범위의 용융점을 갖는 파라핀 및 미소결정질 왁스 및 합성 왁스 예컨대 저분자량 폴리에틸렌 또는 피셔-트롭시 (Fisher-Tropsch) 왁스를 모두 포함한다. 사용하기에 가장 바람직한 것은 합성, 피셔-트롭시 및 파라핀 왁스이다. 미소결정질 왁스는 5-10 중량% 의 양으로 전형적으로 다른 왁스와의 조합으로 사용될 것이다.
본 발명의 접착제 조성물에 유용한 점착성 수지는 탄화수소 수지, 합성 폴리테르펜, 로진 에스테르, 천연 테르펜 등을 포함한다. 점착성제는 일반적으로 접착제 조성물의 약 40 내지 약 70 중량% 의 수준, 바람직하게는 약 60 중량% 이상의 수준으로 존재할 것이다.
더욱 특히, 및 특정 베이스 중합체에 따라, 유용한 점착성 수지는 임의의 적합한 수지 또는 이의 혼합물, 예컨대 예를 들어 검 로진, 우드 로진, 톨유 로진, 증류 로진, 수소화 로진, 이량체화 로진 및 중합 로진을 포함하는 천연 및 개질된 로진; 예를 들어 옅은 우드 로진의 글리세롤 에스테르, 수소화 로진의 글리세롤 에스테르, 중합 로진의 글리세롤 에스테르, 수소화 로진의 펜타에리트리톨 에스테르, 및 로진의 페놀-개질된 펜타에리트리톨 에스테르를 포함하는 천연 및 개질된 로진의 글리세롤 및 펜타에리트리톨 에스테르; 예를 들어 스티렌/테르펜 및 알파 메틸 스티렌/테르펜을 포함하는 천연 테르펜의 공중합체 및 3량체; 약 80 ℃ 내지 150 ℃ 의 ASTM 방법 E28-58T 에 의해 측정된 연화점을 갖는 폴리테르펜 수지; 예를 들어 산성 매질에서 비시클릭 테르펜 및 페놀의 축합으로부터 생성된 수지 생성물을 포함하는 페놀 개질된 테르펜 수지 및 이의 수소화 유도체; 약 70 ℃ 내지 135 ℃ 의 볼 & 링 연화점 (Ball and Ring softening point) 을 갖는 지방족 석유 탄화수소 수지; 방향족 석유 탄화수소 수지 및 이의 수소화 유도체; 및 지환식 석유 탄화수소 수지 및 이의 수소화 유도체를 포함할 수 있다. 상기 기재된 점착성 수지 중 둘 이상의 혼합물이 일부 제형에 필요할 수 있다. 또한 포함되는 것은 시클릭 또는 비시클릭 (acyclic) C5 수지 및 방향족 개질된 비시클릭 또는 시클릭 수지이다.
바람직한 증점제는 석유로부터 유래된 합성 탄화수소 수지이다. 비제한적 예는 지방족 올레핀 유래 수지 예컨대 상품명 Wingtack
Figure pct00001
으로 Goodyear 로부터 시판되는 것 및 Exxon 으로부터의 Escorez
Figure pct00002
1300 시리즈이다. 이러한 부류에서 통상적인 C5 점착성 수지는 약 95 ℃ 의 연화점을 갖는 피페릴렌과 2-메틸-2-부텐의 디엔-올레핀 공중합체이다. 이러한 수지는 상품명 Wingtack 95 로 시판되고, 미국 특허 제 3,577,398 호의 교시에 따라 약 60% 피페릴렌, 10% 이소프렌, 5% 시클로-펜타디엔, 15% 2-메틸-2-부텐 및 약 10% 2량체를 함유하는 혼합물의 양이온성 중합에 의해 제조된다. 수지는 보통 약 20 ℃ 내지 150 ℃ 의 ASTM 방법 E28 에 의해 측정된 링 & 볼 연화점을 갖는다. 또한 유용한 것은 Escorez 2000 시리즈로 Exxon 으로부터 시판되는 C9 방향족/지방족 올레핀-유래 수지이다. 수소화 탄화수소 수지가 특히 유용하다. 이러한 수소화 수지는 Exxon 으로부터의 수소화 시클로지방족 수지의 Escorez 5000 시리즈와 같은 수지, Arakawa Chemical 에 의해 공급되는 Arkon
Figure pct00003
P70, P90, P115, P125 와 같은 수소화 C9 및/또는 C5 수지, Hercules Specialty Chemicals 로부터의 수지의 Regalrez
Figure pct00004
1018, 1085 및 Regalite
Figure pct00005
R 시리즈와 같은 수소화 방향족 탄화수소 수지를 포함한다. 기타 유용한 수지는 일본의 Yasuhara Yushi Kogyo Company 로부터의 Clearon
Figure pct00006
P-105, P-115 및 P-125 와 같은 수소화 폴리테르펜을 포함한다. 상기 증점제의 혼합물이 또한 사용될 수 있다.
항산화제 또는 안정화제가 또한 약 3 중량% 이하의 양으로, 더 전형적으로는 약 0.5 중량% 의 양으로 본원에 기재된 접착제 조성물에 포함될 수 있다. 안정화제 또는 항산화제 중에서, 본원에서 유용한 것은 부자유 페놀 또는 디스테아릴 티오디프로피오네이트 ("DSTDP") 또는 디라우릴 티오-디프로피오네이트 ("DLTDP") 와 같은 2차 항산화제와의 조합으로의 부자유 페놀이다. 대표적인 부자유 페놀은 하기를 포함한다: 1,3,5-트리메틸 2,4,6-트리스 (3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질)벤젠; 펜타에리트리틸 테트라키스-3(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트; 펜타에리트리톨 테트라키스 (3-라우릴 티오디프로피오네이트); n-옥타데실-3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페놀)-프로피오네이트; 4,4'-메틸렌비스 (2,6-tert-부틸페놀); 4,4'-티오비스 (6-tert-부틸-o-크레졸); 2,6-디-tert부틸페놀; 6-(4-히드록시페녹시)-2,4-비스(n-옥틸-티오)-1,3,5-트리아진; 디-n-옥타데실 3,5-디-tert-부틸-4-히드록시-벤질-포스포네이트; 2-(n-옥틸티오)에틸 3,5-디-tert-부틸-4-히드록시-벤조에이트; 및 소르비톨 헥사[3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)-프로피오네이트]. IRGAFOS 168, Ciba 로부터 시판되는 2차 항산화제 및 IRGANOX 1010, Ciba-Geigy 로부터 시판되는 부자유 페놀 1차 항산화제가 바람직하다. 기타 항산화제는 ETHANOX 330, Albermarle 로부터의 부자유 페놀; SANTOVAR, Monsanto 로부터의 2,5 디tert-아밀 히드로퀴논; 및 Navagard P, Uniroyal 로부터의 트리스 (p-노닐페닐)포스파이트를 포함한다.
상이한 특성을 만족시키고 특정 적용 요건을 충족시키기 위해 핫멜트 접착제에 통상적으로 사용되는 기타 첨가제가 또한 본 발명의 접착제 조성물에 첨가될 수 있다. 상기 첨가제는 예를 들어 충전제, 안료, 흐름 개질제, 염료를 포함하고, 이는 목적에 따라 접착제 제형에 소량 또는 대량으로 혼입될 수 있다.
본 발명의 접착제 조성물은 예를 들어 균질 배합물이 수득될 때까지 약 90 ℃ 초과의 온도, 전형적으로 약 110 ℃ 에서 용융물의 성분을 배합함으로써 제조되는데, 보통 약 2 시간이면 충분하다. 다양한 배합 방법이 당업계에 공지되어 있고, 균질한 배합물을 제조하는 임의의 방법이 만족스럽다.
본 발명의 핫멜트 접착제는 예를 들어 포장, 개조 (converting), 제본, 백 마감 및 부직물 시장에서 사용된다. 접착제는 케이스, 상자 및 트레이 형성, 및 가열 밀봉 적용물을 포함하는 밀봉 접착제, 예를 들어 시리얼, 크래커 및 맥주 제품의 포장에 특정하게 사용된다. 본 발명에 포함되는 것은 용기, 예를 들어 상자, 케이스, 박스, 백, 트레이 등이다.
포장용 핫멜트 접착제는 일반적으로 피스톤 펌프 또는 기어 펌프 압출 장비를 사용하여 기판에 비드 형태로 압출된다. 핫멜트 적용 장비는 Nordson, ITW 및 Slautterback 을 포함하는 여러 공급처로부터 시판된다. 휠 적용기가 또한 핫멜트 접착제를 적용하는데 보통 사용되지만, 압출 장비보다는 덜 자주 사용된다. 대안적으로 접착제는 포장업자에게 운송되기 전에 포장 변환기 (packaging converter) 에 의해 적용될 수 있는데, 즉 용기는 사전-적용된 접착제를 포함한다. 용기의 포장에 따르면, 용기는 통상적인 방법에 의해 가열 밀봉되거나, 적절한 결합 온도로 접착제를 가열하는 임의의 대안적 에너지원에 적용된다. 본 발명의 저온 접착제는 이러한 적용물에 특히 적합한데, 이는 결합 형성을 위한 적절한 온도로 재가열하거나 반응시키는데 더 적은 에너지를 필요로 하기 때문이다. 바람직한 구현예에서, 사전-적용되는 접착제는 에너지 흡수 성분을 포함한다.
결합되는 기판은 미사용 및 재사용 크라프트, 고밀도 및 저밀도 크라프트, 합판, 및 다양한 유형의 처리 및 코팅 크라프트 및 합판을 포함한다. 복합 물질은 또한 알코올 음료의 포장과 같은 포장 적용물에 사용된다. 이러한 복합 물질은 필름 물질 예컨대 폴리에틸렌, 마일라 (Mylar), 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 클로리드, 에틸렌 비닐 아세테이트 및 다양한 기타 유형의 필름에 추가로 적층되는 알루미늄 포일에 적층된 합판을 포함할 수 있다. 추가적으로, 이러한 필름 물질은 또한 합판 또는 크라프트에 직접적으로 결합될 수 있다. 상기 언급된 기판은 결코 완전한 목록을 나타내지는 않는데, 이는 굉장히 다양한 기판, 특히 복합 물질이 포장 산업에서 이용되기 때문이다.
하기 실시예가 설명을 목적으로 나타내어지나, 이에 제한되지는 않는다.
실시예
오직 설명의 목적으로 주어지는 하기 실시예에서 달리 나타내지 않는 한, 모든 부는 중량부이고, 모든 온도는 화씨도이다. 열 응력은 위에서 상세하게 설명되고 도 1A 및 1B 에 나타낸 방법에 의해 측정한다.
균질해질 때까지 성분을 혼합함으로써 280 ℉ 로 가열된 단일 블레이트 혼합기에서 모든 접착제 제형을 제조하였다. 이후 성공적인 상업적 적용물을 시뮬레이션하는 다양한 시험에 접착제를 적용하였다.
제형 성분을 아래에서 자세하게 설명한다.
AF 1900/1000 은 상품명 AFFINITY™ GA 1900 으로 Dow Chemical Company 로부터 시판되고 용융 지수가 1000 g/10 분인 메탈로센 폴리에틸렌/1-옥텐 공중합체이다.
AF 1950/500 은 상품명 AFFINITY™ GA 1950 으로 Dow Chemical Company 로부터 시판되고 용융 지수가 500 g/10 분인 메탈로센 폴리에틸렌/1-옥텐 공중합체이다.
ENGAGE 8130 은 용융 지수가 35 g/10 분 미만이고 연화점이 38 내지 104 ℃ 이고, Dow Chemical Company 로부터 시판되는 메탈로센 폴리에틸렌/1-옥텐 랜덤 공중합체이다.
ENGAGE 8200 은 용융 지수가 35 g/10 분 미만이고 연화점이 38 내지 104 ℃ 이고, Dow Chemical Company 로부터 시판되는 메탈로센 폴리에틸렌/1-옥텐 랜덤 공중합체이다.
OBC D9808.15 는 용융 지수가 35 g/10 분 미만이고 연화점이 118 내지 122 ℃ 이고, Dow Chemical Company 로부터 시판되는 폴리에틸렌/1-옥텐 블록 공중합체이다.
AC 575P 는 비누화 값이 20 내지 40 mg KOH/gm (시험 방법 357-OR-1) 이고 Honeywell 로부터 시판되는 말레산 무수물 폴리에틸렌 왁스이다.
AC 573P 는 비누화 값이 3 내지 6 mg KOH/gm (시험 방법 357-OR-1) 이고 Honeywell 로부터 시판되는 말레산 무수물 폴리에틸렌 왁스이다.
Calista 158/IGI 1339 는 용융점이 158 ℉ 이고, IGI/Shell oil 로부터 시판되는 피셔 트롭시 왁스이다.
C80 은 피셔 트롭시 분별 왁스이고, Sasol 로부터 시판되는 Paraflint C80 프로필렌 왁스이다.
Parvan 1471 은 ExxonMobil Company 로부터 시판되는 파라핀 왁스이다.
C5 HC 는 C5 탄화수소 점착성 수지를 나타낸다.
C9 HC 는 C9 탄화수소 점착성 수지를 나타낸다.
C5-C9 HC 는 C5-C9 탄화수소 점착성 수지를 나타낸다.
RE 는 로진 에스테르 증점제를 나타낸다.
No. 27 스핀들을 사용하여 브룩필드 정온 점도계 (Brookfield Thermosel viscometer) 에서 핫멜트 접착제의 용융 점도를 측정하였다.
이중 홈이 새겨진 골판의 2"x 3" 조각에 250 ℉ 에서 0.5 인치 너비의 접착제 비드를 적용한 즉시, 골판의 제 2 조각을 접촉시켜 결합을 형성함으로써, 기판에 따른 120 ℉, 130 ℉, 135 ℉ 및 140 ℉ 에서의 접착력을 측정하였다. 200 g 의 중량을 즉시 결합물의 상부에 2 초 동안 위치시켜 압착하였다. 제조된 시편을 하룻밤 동안 실온에서 조건화한 후, 상이한 온도의 오븐 또는 냉장고에 8 내지 24 시간 동안 두었다. 결합물을 손으로 분리하고, 산출된 섬유 인열을 기록하였다.
열응력 시험 (HS) 을 위해, 2" 측면을 따르는 2" x 6" 홈의 접착층 치수를 갖는 3 개의 결합물에 100 g 의 힘을 적용하고, 각각 8 시간 및 24 시간 동안 130 ℉ 내지 150 ℉ 에서 시작하는 오븐에 두었다. 시험 결과를 합격 (2 개의 결합물이 합격임); 불합격 (2 개의 결합물이 불합격임) 으로 기록하였다. 도 1A 및 1B 를 참조한다.
운점 온도는, 맑은 균질 액체 상으로부터 반고체 상으로 냉각되는 것으로 인하여, 성분이 고체화되거나 "흐려지기" 시작하는 온도이다. 예를 들어, 왁스의 경우 운점은 일반적으로 왁스의 용융점에 가깝다. 상용성은 접착제의 운점과 관련되는데, 일반적으로 운점이 낮으면 상용성이 더 큰 것으로 말한다.
실시예 1
말레에이트화 폴리에틸렌 (PE) 왁스 (AC 575P) 와 함께 및 없이 접착제 샘플을 제조하였다.
[표 1]
Figure pct00007
표 1 에 나타낸 결과로부터 볼 수 있는 바와 같이, AC 575P 없이 제형화된 접착제에 비해, AFFINITY 및 ENGAGE 메탈로센 중합체와의 조합으로 AC 575P 를 사용하여 더 높은 열 응력 값을 관찰하였다. AC 575P 없이 제형화된 샘플 1, 3 및 4 는 샘플 2, 5 및 6 보다 더 낮은 열 응력 값을 가졌다.
실시예 2
접착제 샘플을 제조하여 말레에이트화 폴리에틸렌 (PE) 왁스 AC 574P 와 저점도 AC 573P 의 효과를 비교하였다. 제형 및 성능 결과를 아래 표 2 에 나타냈다.
[표 2]
Figure pct00008
표 2 에 나타낸 결과로부터 볼 수 있는 바와 같이, AC 575P 와의 조합으로의 AFFINITY, ENGAGE 및 OBC 는 250 ℉ 적용에서 우수한 열 응력 값을 산출하였다. 샘플 7 (AFFINITY + ENGAGE), 샘플 8 (AFFINITY 1000MI + AFFINITY 500MI) 및 샘플 11 (AFFINITY + OBC) 은 150 ℉ 에서 합격된 더 높은 열 응력 및 또한 양호한 냉각 접착력을 산출하였다. AC 575P 가 저점도 AC 573P 로 대체되는 경우 (샘플 9 및 10), 제형은 140 ℉ 열 응력에는 합격하지만, AC 575P 함유 제형 (샘플 7 및 8) 은 동일한 제형에서 5-10 ℉ 더 높은 열 응력 값을 산출한다는 것을 볼 수 있다.
실시예 3
상이한 양의 AC 575P 가 함유된 접착제 제형을 제조하였다. 제형 및 성능 결과를 아래 표 3 에 나타냈다.
[표 3]
Figure pct00009
표 3 에 나타낸 결과에서 볼 수 있는 바와 같이, AC 575P 의 % 의 증가는 250 ℉ 에서 제형의 점도를 증가시켰다.
실시예 4
표 4 에 나타낸 제형을 갖는 접착제 샘플 16-18 을 275 ℉ 에서 적용하였다. 성능 결과를 아래 표 4 에 나타냈다.
[표 4]
Figure pct00010
표 4 에서 볼 수 있는 바와 같이, 중합체 % 의 증가는 모든 상기 제형의 점도를 증가시켰지만, 275 ℉ 에서 적용되는 경우 모든 3 개의 제형은 더 높은 열 응력 및 양호한 냉각 접착력을 가졌다.
실시예 5
표 5 에 나타낸 제형을 갖는 접착제 샘플 19-21 을 제조하였다. 성능 결과를 아래 표 5 에 나타냈다.
[표 5]
Figure pct00011
표 5 에서 볼 수 있는 바와 같이, 샘플 19 및 20 에서 파라핀 왁스 3 % 의 첨가는 이러한 제형의 점도를 감소시키고 양호한 열 응력을 산출하였지만, 냉각 접착력을 개선시키지는 않았다. 샘플 21 제형에서 C80 왁스 30 % 의 첨가는 250 ℉ 에서 점도를 증가시켰지만 135 ℉ 에서의 고온 접착력을 개선시켰다.
본 발명의 취지 및 범주에서 벗어나지 않는 한, 본 발명의 많은 변형 및 변화가 이루어질 수 있고, 이는 당업자에게 명백할 것이다. 본원에 기재된 특정 구현예는 오로지 예로써 주어지며, 본 발명은 청구항이 표제화되는 등가물의 전체 범주와 함께, 첨부된 청구항에 의해서만 한정되는 것이다.

Claims (20)

  1. 폴리올레핀 공중합체 성분 및 말레에이트화 폴리에틸렌 왁스 성분을 포함하는 저온 적용 핫멜트 접착제로서, 상기 폴리올레핀 공중합체 성분이 2 개의 상이한 폴리올레핀 공중합체를 포함하고, 하나 이상의 폴리올레핀 공중합체가 에틸렌 및 1-옥텐 단량체로부터 제조된 메탈로센-촉매화 에틸렌/α-올레핀 공중합체이며, 상기 공중합체가 190 ℃ 에서 약 400 g/10 분 초과의 용융 지수를 갖고, 상기 접착제가 120 ℃ 에서 약 3000 센티푸아즈 미만의 점도를 갖는 접착제.
  2. 제 1 항에 있어서, 2 개의 상이한 폴리올레핀 공중합체가 분자량이 상이한 접착제.
  3. 제 2 항에 있어서, 용융 지수가 190 ℃ 에서 약 1000 g/ 10 분인 폴리올레핀 공중합체를 포함하는 접착제.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 지수가 190 ℃ 에서 약 35 g/ 10 분 미만인 폴리올레핀 공중합체를 포함하는 접착제.
  5. 제 4 항에 있어서, 용융 지수가 190 ℃ 에서 약 35 g/10 분 미만인 에틸렌-옥텐-기재 올레핀 블록 공중합체를 포함하는 접착제.
  6. 제 4 항에 있어서, 용융 지수가 190 ℃ 에서 약 35 g/10 분 미만인 랜덤 에틸렌-옥텐-기재 공중합체를 포함하는 접착제.
  7. 제 2 항에 있어서, 용융 지수가 190 ℃ 에서 약 500 g/10 분인 폴리올레핀 공중합체 및 용융 지수가 190 ℃ 에서 약 1000 g/10 분인 폴리올레핀 공중합체를 포함하는 접착제.
  8. 제 5 항에 있어서, 에틸렌-옥텐-기재 올레핀 블록 공중합체가 118 내지 122 ℃ 의 용융점을 갖는 접착제.
  9. 제 6 항에 있어서, 랜덤 에틸렌-옥텐-기재 공중합체가 38 내지 104 ℃ 의 용융점을 갖는 접착제.
  10. 제 8 항에 있어서, 용융 지수가 190 ℃ 에서 약 1000 g/10 분인 폴리올레핀 공중합체 및 용융 지수가 190 ℃ 에서 약 35 g/10 분 미만인 폴리올레핀 공중합체를 포함하는 접착제.
  11. 제 9 항에 있어서, 용융 지수가 190 ℃ 에서 약 1000 g/10 분인 폴리올레핀 공중합체 및 용융 지수가 190 ℃ 에서 약 35 g/10 분 미만인 폴리올레핀 공중합체를 포함하는 접착제.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 접착제의 중량을 기준으로, 폴리올레핀 공중합체 성분이 30 중량% 이하의 양으로 존재하고, 말레에이트화 폴리에틸렌 왁스 성분이 10 중량% 이하의 양으로 존재하는 접착제.
  13. 제 12 항에 있어서, 폴리올레핀 공중합체 성분 25 내지 30 중량% 및 말레에이트화 폴리에틸렌 왁스 성분 5 내지 10 중량% 를 포함하는 접착제.
  14. 제 13 항에 있어서, 말레에이트화 폴리에틸렌 왁스 성분과 상이한 왁스 성분을 추가로 포함하는 접착제.
  15. 기판 표면에 용융 형태의 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 핫멜트 접착제를 적용하여 케이스, 상자, 트레이, 백 또는 책을 밀봉 및/또는 형성하는 것을 포함하는, 케이스, 상자, 트레이, 백 또는 책의 밀봉 및/또는 형성 방법.
  16. 상자, 케이스, 트레이 또는 백이 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 핫멜트 접착제를 사용하여 형성 및/또는 밀봉되는, 상자, 케이스, 트레이 또는 백에 함유된 포장 물품.
  17. 제 16 항에 있어서, 포장 식품물인 포장 물품.
  18. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 용융된 핫멜트 접착제 조성물을 하나 이상의 기판에 적용하는 것을 포함하는, 기판을 유사 또는 비유사 기판에 결합시키는 방법으로서, 용융된 접착제를 약 300 ℉ 미만의 온도에서 기판에 적용하고, 적용된 접착제와 제 2 기판을 접촉시키는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 용융된 접착제를 275 ℉ 이하에서 기판에 적용하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 용융된 접착제를 250 ℉ 이하에서 기판에 적용하는 방법.
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