MXPA02003509A

MXPA02003509A - Adhesivos que comprenden polimeros isotacticos lineales.

Info

Publication number: MXPA02003509A
Application number: MXPA02003509A
Authority: MX
Inventors: Bernhard Hanke
Original assignee: Procter & Gamble
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 2000-10-02
Publication date: 2002-08-20
Also published as: EP1238035A1; CN1378580A; AU7846900A; AU776090B2; BR0014609A; WO2001027213A1; CA2386904A1; KR20020035897A; JP2003511541A; KR100497591B1; CN1179013C

Abstract

La presente invencion se refiere a adhesivos que comprenden material polimerico en los cuales la estructura del material polimerico contiene areas amorfas elasticas de tamano de nano escala reforzadas con dominios cristalinos auto dispuestos de nano cristales.

Description

ADHESIVOS QUE COMPRENDEN POLÍMEROS ISOTACTICOS LINEALES CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a adhesivos que se utilizan por ejemplo para ensamblar artículos. Específicamente, la presente ¡nvención se refiere a adhesivos elásticos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los adhesivos y en particular los adhesivos que comprenden polímeros olefínicos son bien conocidos en la técnica y disfrutan de uso extendido a través de la industria. Las áreas típicas de aplicación de tal adhesivo incluyen artículos higiénicos y en particular artículos absorbentes desechables, materiales de empaque, partes automotrices, y similares. Los adhesivos elaborados a partir de poliolefinas de uso común tales como PP, PE, PS, PIB, tienen un número de propiedades útiles. Son materiales bio-compatibles y compatibles con alimentos, estables químicamente, inertes, no tóxicos. Sin embargo, la mayoría de ellos tienen propiedades mecánicas deficientes, incluyendo fuerza/resistencia al desgarre insuficiente, capacidad de estiramiento/elasticidad insuficiente, y similares. Otros adhesivos, tales como adhesivos a base de PU, también se han utilizado ampliamente por ejemplo debido a sus propiedades elásticas. **a jAL a*-*"*— -«-.-**- Sin embargo, los adhesivos de PU tienen la desventaja de que se polimerizan a partir de ¡socianato de monómero muy tóxico y por consiguiente no se pueden utilizar para muchas aplicaciones debido a su toxicidad inherente provocada por el contenido de monómero residual. Se han propuesto varios métodos en la técnica anterior para proveer propiedades elásticas a tales adhesivos. El método utilizado más comúnmente se basa en cambiar la estructura química del polímero introduciendo porciones/uniones articuladas en la cadena principal del polímero. Estos grupos laterales o cadenas laterales proveen más flexibilidad a la estructura de base polimérica evitando la cristalización del polímero, disminuyendo la temperatura de transición de vidrio (Tg) y mejorando la elasticidad del material resultante. Normalmente, los grupos articulados contienen heteroátomos que proveen flexibilidad tales como oxígeno, nitrógeno o cloro colocados en la cadena principal o en grupos laterales voluminosos. Otro método es la masticación del polímero combinando con agentes de plastificación especiales. Sin embargo, ambos métodos requieren que se introduzcan heteroátomos en la molécula o en el volumen del material de recubrimiento. El tercer método propuesto por la técnica anterior para proveer propiedades elásticas a tales adhesivos, el cual se acerca más a la presente ¡nvención, es explotar la formación de hetero-fases que refuerzan el material volumétrico formando una red física. Para hacer esto se ha utilizado la copolimerización de bloque de dos o más monómeros diferentes lo que conduce I?úX ÁJ z?^ a estructuras de base poliméricas que comprenden bloques con diferente Tg. Esto resulta en separación de micro-fase en el volumen con formación de dominios cristalinos de refuerzo de un co-polímero enlazado con cada uno de los otros mediante cadenas flexibles del segundo co-polímero. En esencia, los adhesivos convencionales llevan una amplia variedad de desventajas inherentes incluyendo pero no están limitadas a fuerza/resistencia al desgarre insuficiente, capacidad de estiramiento/elasticidad insuficiente, no ser biocompatibles, no ser compatibles con alimentos, que comprenden heteroátomos tales como cloro y por consiguiente conducen a residuos tóxicos cuando se queman, y similares. Es un objeto de la presente invención proveer adhesivos que superan las desventajas de los adhesivos de la técnica anterior. Es un objeto adicional de la presente ¡nvención proveer artículos que comprenden adhesivos elásticos. Es un objeto adicional de la presente ¡nvención proveer un método para fabricar el adhesivo de la presente ¡nvención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención provee un artículo que comprende un primer elemento y un segundo elemento que está unido a dicho primer elemento por medio de un adhesivo. El artículo se caracteriza en que dicho __aj¿_ tja j«»"ti'** &~>- adhesivo comprende un homopolímero poliolefínico que tiene una isotacticidad de menos de 60% de concentración de pentada [mmmm]. La presente ¡nvención provee además un método para proveer el recubrimiento de adhesivo mencionado anteriormente que comprende un paso de aplicar un recubrimiento de adhesivo seleccionado del grupo consistente de fundición en caliente, aspersión, fundición en polvo, esfera extruida, líquido, a base de solvente, sensible a la presión, y combinaciones de los mismos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente ¡nvención provee un artículo que comprende un primer elemento y un segundo elemento que está unido a dicho primer elemento por medio de un adhesivo elástico que comprende un homopolímero poliolefínico. El término "homopolímero poliolefínico" como se utiliza en la presente, se refiere a aquellas poliolefinas que comprenden únicamente una fase de moléculas todas las cuales exhiben una configuración estereoquímica similar. Por ejemplo, las combinaciones de polímeros atácticos e isotácticos en donde las dos fases se han polimerizado simultáneamente se excluyen cuando se utiliza este término. El término homopolímero incluye copolímeros en donde todas las moléculas exhiben una configuración estereoquímica similar.

El homopolímero poliolefínico de la presente invención puede comprender polímeros isotácticos lineales que tienen una estructura de uno o varios monómeros olefínicos de C3 a C20, que tienen una isotacticidad de menos de 60%, preferiblemente menos de 50%, más preferiblemente menos de 40%, y más preferiblemente menos de 30% de [mmmm] concentración de pentada, y que tienen una isotacticidad de más de 8%, preferiblemente más de 10%, más preferiblemente más de 12%, y más preferiblemente más de 15% de [mmmm] concentración de pentada. Preferiblemente, el homopolímero poliolefínico es polipropileno. La ¡sotacticidad de los homopolímeros se puede reducir comparada con los polipropilenos isotácticos de la técnica anterior debido a una distribución estadística de errores estereoscópicos en la cadena de polímero. El término "error estereoscópico" se refiere a una secuencia estereoscópica caracterizada por una pentada [mrrm]. En este caso, el monómero central tiene una configuración estéreo opuesta a los otros cuatro monómeros en esta pentada. La concentración de pentada [mrrm] de este polímero por lo tanto está por arriba de la probabilidad estadística de p2 (1-p)2 en donde p = [m] y por consiguiente 1-p = [r] y p4 = [mmmm]. Preferiblemente, la concentración de pentada es de al menos [p (1-p)]q p (1-p) con q siendo 0.8, más preferiblemente q siendo 0.6, aún más preferiblemente q siendo 0.4, más preferiblemente q siendo 0.2, más preferiblemente q siendo 0.1. En algunas modalidades del homopolímero y en particular en aquellas modalidades en donde la cristalinidad se reduce por medio de errores estéreo sencillos, se ha probado que es benéfico un bajo contenido de secuencias atácticas para las propiedades del adhesivo de la presente invención. Preferiblemente, la concentración de pentada [rmrm] está por debajo de 6%, más preferiblemente por debajo de 5%, aún más preferiblemente por debajo de 4%, más preferiblemente por debajo de 3%, más preferiblemente por debajo de 2.5%. En algunas modalidades del homopolímero y en particular en aquellas modalidades en donde la cristalinidad se reduce por medio de errores estéreo sencillos, se ha probado que es benéfico un bajo contenido de secuencias sindiotácticas para las propiedades del adhesivo de la presente invención. Preferiblemente, la concentración de pentada [rrrr] está por debajo de 6%, más preferiblemente por debajo de 5%, aún más preferiblemente por debajo de 4%, más preferiblemente por debajo de 3%, más preferiblemente por debajo de 2.5%. De manera alternativa, el homopolímero de la presente invención puede incluir secuencias de bloques de polímero atácticas e isotácticas. Preferiblemente, el peso molecular PMp medio del polímero está por arriba de 100000 g/mol, más preferiblemente por arriba de 200000 g/mol, aún más preferiblemente por arriba de 250000 g/mol, aún más preferiblemente por arriba de 300000 g/mol, más preferiblemente más de 350000 g/mol. Pesos moleculares más altos son particularmente benéficos en donde se desean propiedades elásticas y de resistencia al desgarre del material adhesivo. ?l, .i¿ . - ^-A-i...

Para algunas aplicaciones tales como adhesión a polímeros y a tejido de mamífero, se prefiere que el peso molecular esté por debajo de 200000 g/mol, más preferiblemente por debajo de 175000 g/mol, más preferiblemente por debajo de 150000 g/mol. La temperatura de vidrio Tg es de entre -50 y +30°C.

Preferiblemente la temperatura de vidrio está por debajo de 10°C, más preferiblemente por debajo de 5°C, aún más preferiblemente por debajo de 0°C, más preferiblemente por debajo de -6°C. La temperatura de fusión del polímero se obtiene después de calentar la muestra a 150°C y enfriando de manera subsecuente el polímero a -50°C. Sin desear estar limitados por esta teoría, los polímeros poliolefínicos exhiben una estructura semi cristalina. La estructura contiene áreas amorfas elásticas de tamaño de nano escala reforzadas con dominios cristalinos auto dispuestos de nano cristales. La formación de material macro-cristalino quebradizo a partir del polímero se logra introduciendo los defectos en la estructura de base polimérica. Las unidades de monómero aisladas con configuración estéreo opuesta se han utilizado como los defectos, es decir, errores estéreo sencillos. Los polímeros adecuados y un procedimiento para fabricar dichos polímeros se describen en la solicitud de patente PCT EP99/02379, incorporada a la presente por referencia. Una combinación de catalizador adecuada para la preparación de tales polímeros se describe en la solicitud de patente PCT EP99/02378, incorporada a la presente por referencia. Í ^ÍTIHÍ M ilii ül l.l'i Preferiblemente, el procedimiento de la solicitud de patente PCT EP99/02378 se lleva a cabo por temperaturas de menos de 30°C, más preferiblemente menos de 25°C, aún más preferiblemente menos de 20°C, más preferiblemente menos de 15°C, para incrementar el peso molecular del polímero resultante. Con el fin de incrementar el peso molecular, la polimerización se lleva a cabo preferiblemente en monómero líquido tal como en propeno líquido. Si se desea incrementar el peso molecular, el catalizador se utiliza preferiblemente en combinación con los activadores de boro mencionados en la solicitud de patente PCT EP99/02378. Otros polímeros adecuados y un procedimiento para fabricar dichos polímeros se describe en WO99/20664, incorporada a la presente por referencia. En la técnica anterior, se conoce una amplia variedad de técnicas adecuadas para proveer recubrimientos adhesivos tales como aplicar un adhesivo en una forma incluyendo pero no estando limitadas a fundición en caliente, aspersión, fundición en polvo, esfera extruida, líquido, a base de solvente, sensible a la presión, fibras sopladas en fundición y combinaciones de las mismas. Los métodos mencionados anteriormente para proveer recubrimientos adhesivos tienen todos ventajas específicas que son conocidas para el experto en la técnica. Por consiguiente, el experto en la técnica podrá seleccionar un método adecuado para proveer un recubrimiento adhesivo de la presente invención dependiendo del requerimiento específico de la aplicación respectiva del adhesivo.

Se ha encontrado que el adhesivo de la presente invención se puede adherir a superficies pulidas tales como placas de metal, superficies recubiertas con PTFE, superficies poliméricas y similares. El adhesivo de la presente invención también es adecuado para adhesión a tejido de mamífero tal como tejido epidérmico. Preferiblemente, la fuerza de adhesión entre los dos elementos del artículo de la presente invención se ajusta para que sea de al menos 5 Newton por centímetro, más preferiblemente al menos 10N/cm, aún más preferiblemente 20N/cm, más preferiblemente 40N/cm. Por supuesto, si se desean fuerzas de desprendimiento más bajas, las propiedades del adhesivo tales como peso molecular se pueden cambiar de acuerdo con esto. De manera alternativa, el mismo requerimiento de fuerza de desprendimiento se aplica cuando las superficies están adheridas una a otra. Las fuerzas de desprendimiento se miden con respecto a las superficies específicas que se utilizan. Se ha encontrado además que el adhesivo de la presente invención libera únicamente cantidades relativamente pequeñas de olor incluso en estado de fusión. En particular, es posible fabricar el adhesivo de la presente invención sin el uso de solventes, y por consiguiente, en algunas modalidades de la presente invención, el adhesivo no contiene solventes. En algunas modalidades y en particular en aquellas modalidades que tienen un alto peso molecular, se ha encontrado que el adhesivo de la presente invención exhibe estabilidad de temperatura incrementada j«á¿iá?. ¡.^¿.^.¿^^^¡gaUffift. _trtft-- . ^_._ comparado con adhesivos de la técnica anterior. Esto es debido en parte al hecho de que para los adhesivos de la presente invención se utiliza un homopolímero y es parcialmente debido al alto peso molecular del homopolímero. Preferiblemente, el material adhesivo de la presente invención tiene un punto de fusión de al menos 100°C, más preferiblemente de al menos 110°C, más preferiblemente de al menos 120°C, más preferiblemente de al menos 130°C. La temperatura de fusión del polímero se obtiene después de calentar la muestra a 150°C y enfriando después el polímero a -50°C. Si se desea, se puede lograr un punto de fusión mas alto combinando el homopolímero por ejemplo con polímero isotáctico convencional tal como polipropileno. De manera alternativa y en particular en aquellas modalidades en las cuales el adhesivo tiene un peso molecular relativamente bajo, se puede lograr n punto de fusión de alrededor de 50°C. Dicho punto de fusión se puede utilizar para desactivar el adhesivo en donde esto se desea. El calentamiento del adhesivo a su punto de fusión provocará que el adhesivo fluya y por consiguiente se puede desprender a fuerzas de desprendimiento muy bajas. Se ha encontrado que el adhesivo de la presente invención es estirable así como elástico. La capacidad de estiramiento del adhesivo contra su comportamiento elástico se puede ajustar por medio de la tacticidad del homopolímero de la presente invención. Se ha encontrado que el material adhesivo de la presente ¡nvención es estirable sin desgarramiento a al menos *^jat- --—- - .- - "¿>- - 500% de su longitud original, más preferiblemente 1000% de su longitud original, aún más preferiblemente a al menos 1500% de su longitud original, más preferiblemente a al menos 2000% de su longitud original. Además, el material adhesivo de la presente invención se recupera preferiblemente dentro de 10 minutos después de estirarse y sostenerse durante 1 minuto a 500% de su longitud original de regreso a menos de 300% de su longitud original, preferiblemente menos de 200% de su longitud original, más preferiblemente menos de 150% de su longitud original. Adicionalmente, se ha encontrado que el adhesivo de la presente ¡nvención exhibe una baja fijación compresiva. El adhesivo de la presente invención se recupera dentro de 10 minutos después de una compresión a 50% de su grosor original durante 1 minuto a al menos 60% de su grosor original, más preferiblemente al menos 70% de su grosor original, aún más preferiblemente al menos 80% de su grosor original, aún más preferiblemente a al menos 90% de su grosor original, más preferiblemente a al menos 95% de su grosor original. La capacidad de compresión del adhesivo de la presente invención se puede ajustar incrementando la tacticidad del homopolímero o combinando el homopolímero de baja tacticidad con polímero isotáctico convencional tal como polipropileno. Sin desear estar limitados por esta teoría, se cree que las propiedades reológicas del adhesivo de la presente invención, es decir, el almacenamiento o módulo elástico G' y el módulo de viscosidad G", son indicativos de su deslizamiento y de su comportamiento de desprendimiento/adhesión rápida respectivamente durante el uso. Los valores £.-¿£-1 G' y G" a bajas frecuencias (aproximadamente 0.01 rads/s a 1 rad/s) y a altas frecuencias (100 rad/s a 1000 rad/s) se cree que se relacionan con el comportamiento del adhesivo en la aplicación y en la remoción respectivamente. Como es bien sabido en la técnica, para medir G' y G" sobre una amplia gama de frecuencias, se podría utilizar un reómetro Rheometric Scientific RS-5. La medición de G' y G" se debe llevar a cabo a la temperatura de uso deseada, es decir, temperatura ambiente de 25°C para la mayoría de las aplicaciones o 37°C para aplicaciones relacionadas con el cuerpo. Preferiblemente, el adhesivo de la presente invención tiene un módulo de viscosidad G"(1 rad/s) de menos de 30000 Pa, más preferiblemente menos de 25000 Pa, aún más preferiblemente menos de 20000 Pa, más preferiblemente menos de 15000 Pa. Sin desear estar limitados por esta teoría, se cree que estos valores de G"(1 rad/s) son indicativos de que el adhesivo no se corre cuando el adhesivo se aplica a la superficie. Preferiblemente, el adhesivo de la presente invención tiene un módulo de viscosidad G"(1 rad/s) de al menos 500 Pa, más preferiblemente al menos 1000 Pa, aún más preferiblemente al menos 1500 Pa, más preferiblemente al menos 2000 Pa. Sin desear estar limitados por esta teoría, se cree que estos valores de G"(1 rad/s) son indicativos de que el adhesivo se puede conformar a la topología de la superficie a la que se aplica. Preferiblemente, el adhesivo de la presente invención tiene un módulo de viscosidad G"(100rad/s) de menos de 30000 Pa, más preferiblemente menos de 20000 Pa, aún más preferiblemente menos de 15000 Pa, más preferiblemente menos de 10000 Pa. Sin desear estar limitados por esta teoría, se cree que estos valores de G"(100rad/s) son indicativos de que el adhesivo no se corre cuando se remueve de la superficie. Preferiblemente, el adhesivo de la presente invención tiene un módulo de viscosidad G"(100rad/s) de al menos 1000 Pa, más preferiblemente al menos 2000 Pa, aún más preferiblemente al menos 3000 Pa, más preferiblemente al menos 4000 Pa. Sin desear estar limitados por esta teoría, se cree que estos valores de G"(100rad/s) son indicativos de que el adhesivo no se descompone al removerse de la superficie. Preferiblemente, el adhesivo de la presente ¡nvención tiene un módulo de viscosidad G'(1 rad/s) de menos de 30000 Pa, más preferiblemente menos de 25000 Pa, aún más preferiblemente menos de 20000 Pa, más preferiblemente menos de 15000 Pa. Preferiblemente, el adhesivo de la presente invención tiene un módulo de viscosidad G'(1 rad/s) de al menos 500 Pa, más preferiblemente al menos 1000 Pa, aún más preferiblemente al menos 1500 Pa, más preferiblemente al menos 2000 Pa. Sin desear estar limitados por esta teoría, se cree que estos valores de G'(1 rad/s) son indicativos de que el adhesivo mantiene sus propiedades elásticas cuando el adhesivo se aplica a la superficie. Preferiblemente, el adhesivo de la presente invención tiene un módulo de viscosidad G'(100rad/s) de menos de 30000 Pa, más preferiblemente menos de 25000 Pa, aún más preferiblemente menos de 20000 Pa, más preferiblemente menos de 15000 Pa. Preferiblemente, el adhesivo de la presente invención tiene un módulo de viscosidad G'(100rad/s) de al menos 2000 Pa, más preferiblemente al menos 3000 Pa, aún más preferiblemente al menos 4000 Pa, más preferiblemente al menos 5000 Pa. Sin desear estar limitados por esta teoría, se cree que estos valores de G'(100rad/s) son indicativos de que el adhesivo mantiene sus propiedades elásticas con la remoción de la superficie. Preferiblemente, la relación de G'(1 rad/s) / G"(1 rad/s) está en la escala de 1 a 30. Esto se cree que es indicativo del comportamiento de flujo del adhesivo de la presente invención durante la aplicación del adhesivo a la superficie del sustrato. Por supuesto, si se desean otros valores de G' y G", las propiedades adhesivas se pueden ajustar de acuerdo con esto dentro de los límites dados anteriormente. El adhesivo de acuerdo con la presente invención también se puede utilizar como un elemento de construcción en un artículo. Tales artículos incluyen pero no están limitados a juguetes, muebles, ropas, zapatos, equipo deportivo, construcciones complejas tales como edificios, carros, aparatos domésticos, y similares. Teniendo en consideración las ventajas específicas de los polímeros que se utilizan para los artículos de la presente invención, será fácilmente evidente para el experto en la técnica aplicar y opcionalmente modificar los adhesivos de acuerdo con la presente invención como elementos de construcción en los artículos anteriores y similares. Los adhesivos de la presente ¡nvención son adecuados para unir superficies poliolefínicas no sellables, para unir y adherir a superficies de madera, para unir y adherir a superficies de Plexiglás y similares. Los adhesivos son adecuados para aplicaciones en donde el adhesivo necesita ser estirable, es decir en donde se debe dejar que las superficies unidas del primer elemento y el segundo elemento hagan pequeños movimientos en relación uno con otro. Por ejemplo, el adhesivo de la presente invención se puede utilizar como una resina aglutinante para materiales de red no tejida. El adhesivo de la presente invención permitirá el procesamiento adicional de tales materiales unidos de red no tejida tales como por ejemplo activación mecánica tal como por ejemplo mediante enrollado de anillo. Los adhesivos de la presente invención se pueden activar por ejemplo mediante radiación electromagnética tal como radiación infrarroja, UV o visible, mediante onda ultrasónica y similares. Los aditivos como aquellos conocidos en la técnica se pueden añadir al adhesivo de la presente invención. Por ejemplo, la adición de talco es adecuada para modificar las propiedades adhesivas.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un artículo que comprende un primer elemento y un segundo elemento que está unido a dicho primer elemento por medio de un adhesivo, caracterizado porque dicho adhesivo comprende un homopolímero poliolefínico que tiene una isotacticidad de menos de 60% de [mmmm] concentración de pentada.

2.- El artículo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho homopolímero tiene un peso molecular de al menos 100000g/mol.

3.- El artículo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho adhesivo es estirable.

4.- El artículo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque dicho adhesivo es elásticamente expandible.

5.- Un adhesivo polimérico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque dicho homopolímero es polipropileno.

6.- Un artículo que comprende de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque dicho adhesivo se despliega como un elemento de construcción. i AÍ¿?--^- -f"H-t -^ ^MJ ??^^Ab^aéAb^??

7.- Un método para proveer un recubrimiento adhesivo que comprende un paso de aplicar un recubrimiento adhesivo seleccionado del grupo consistente de fundición en caliente, aspersión, fundición en polvo, esfera extruida, líquido, a base de solvente, sensible a la presión, y combinaciones dé los mismos, caracterizado porque dicho material polimérico comprende un homopolímero poliolefínico que tiene una isotacticidad de menos de 60% de [mmmm] concentración de pentada.