TW201809199A - 高固體含量之基於溶劑之黏著劑組合物及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

揭示一種雙組分黏著劑組合物。所述黏著劑組合物包括異氰酸酯組分，所述異氰酸酯組分包括異氰酸酯封端預聚物，其為聚異氰酸酯與平均分子量大於1,000之異氰酸酯反應性組分的反應產物，所述異氰酸酯反應性組分包括聚酯多元醇，其為多元醇與多元酸之反應產物。所述異氰酸酯組分之NCO含量視情況在3%與9%之間。所述異氰酸酯反應性組分包括聚酯多元醇，其佔所述異氰酸酯反應性組分之50wt%或多於50wt%。所述組合物進一步包括多元醇組分，其包括平均分子量小於1,500之聚醚多元醇。所述組合物又進一步包括助黏劑。所述黏著劑組合物之平均官能度為2至2.4。所述黏著劑組合物提供經改良之效能及可加工性。亦揭示一種形成層製品之方法。亦揭示一種由此方法形成之層製品。

Description

高固體含量之基於溶劑之黏著劑組合物及其製造方法
本發明係關於黏著劑組合物。更特定言之，本發明係關於用於與層壓膜一起使用的基於溶劑之雙組分黏著劑組合物，所述組合物能夠以50%或多於50%之固體含量流動且展現出經改良之加工特徵，其包含低黏度及長適用期及升高之耐溫性與耐化學性；且關於其製造方法。
黏著劑組合物適用於多種目的。舉例而言，黏著劑組合物用於將基板，諸如聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚醯胺、金屬、紙或塞璐芬(cellophane)黏結在一起以形成複合膜，亦即層製品。黏著劑在不同的層壓最終用途應用中之用途為通常已知的。舉例而言，黏著劑可用於製造用於封裝行業，尤其用於食品封裝之膜/膜及膜/箔層製品。用於層壓應用中之黏著劑或「層壓黏著劑」通常可分為三種類別：基於溶劑、基於水及無溶劑。黏著劑之效能視類別及塗覆黏著劑之應用而改變。
在基於溶劑之層壓黏著劑之類別中，存在諸多種類。一種特定種類包含雙組分聚胺甲酸酯類層壓黏著劑。通常，雙組分聚胺基甲酸酯類層壓黏著劑包含第一組分，其包 括異氰酸酯及/或聚胺基甲酸酯預聚物，及包括一或多種多元醇之第二組分。聚胺基甲酸酯預聚物可由聚異氰酸酯與聚醚多元醇及/或聚酯多元醇之反應而獲得。第二組分包括聚醚多元醇及/或聚酯多元醇。各組分可視情況包含一或多種添加劑。此類系統中所常用之溶劑包含甲基乙基酮、乙酸乙酯、甲苯及其類似物，其皆必須為無濕氣的以防止聚胺基甲酸酯之異氰酸酯基過早反應。
兩種組分以預定比率合併，由此形成黏著劑組合物。隨後將溶劑中所攜載之黏著劑組合物塗覆於膜/箔基板上。自所塗覆之黏著劑組合物蒸發溶劑。隨後使另一膜/箔基板與另一基板接觸，形成可固化層壓結構。對層壓結構加以固化以將兩個基板黏結在一起。
為了達成良好濕黏結(green bond)(亦即，早黏結強度)及經改良之耐溫性與耐化學性，通常使用高分子量聚酯組分，尤其含有芳族部分之組分來提高基於溶劑之黏著劑的效能。此等高分子量聚酯組分在室溫下為固體或黏性液體，且因此，出於較佳可加工性，必須溶解於諸如乙酸乙酯或甲基乙基酮之溶劑中。通常，基於溶劑之黏著劑含有約70%-80%固體，但當利用現代化層壓機塗覆時，其必須稀釋至30%-40%固體。
達成可接受加工特徵所需之溶劑量(以重量計佔60%-70%)在一些態樣中為不利的。舉例而言，在層壓過程中必須移除溶劑。可有效移除溶劑之速度表示為層壓機之線速度。溶劑含量愈高，且固體含量愈低，暗示線速度愈低，從產率角度看，其並非所期望的。此外，製造層製品期間所 蒸發之溶劑必須加以收集、再循環及/或燃燒。再循環會產生額外成本且燃燒可對環境產生不利影響。再者，從成本角度看燃燒溶劑並非高效的。
因此，能夠以較高固體含量(亦即以重量計，50%或多於50%)流動同時具有良好加工特徵(例如，低黏度及延長之適用期)及效能屬性(例如，濕黏結及耐溫性與耐化學性)的基於溶劑之黏著劑為所期望的。
儘管較高固體含量下之塗覆為所期望的，但由於習知的基於溶劑之黏著劑在較高流動固體含量下黏度增加且適用期縮短，因此操作在傳統上會受到限制。另一方面，能夠以較高固體含量(大於45%)流動之商購的基於溶劑之產品通常會在濕黏結、耐溫性及耐化學性方面呈現不充分效能。挑戰在於達成較高流動固體含量同時將折衷降至最低且提高耐溫性及耐化學性。當黏著劑用於食品封裝，諸如熱填裝及乾餾應用中時，耐化學性及耐熱性為尤其重要之問題。
本發明係關於一種能夠以多於50%固體含量流動的一類新型基於溶劑之黏著劑。新型黏著劑呈現經改良之加工特徵，包含低黏度及長適用期，及增強之耐溫性與耐化學性。此等所期望之效能屬性經由具有平衡分子量分佈與官能度的聚酯/聚醚混合系統來達成。
揭示一種雙組分黏著劑組合物。黏著劑組合物包括異氰酸酯組分，所述異氰酸酯組分包括異氰酸酯封端預聚物，其為聚異氰酸酯與平均分子量大於1,000之異氰酸酯反應性組分的反應產物。異氰酸酯組分之NCO含量視情況在3% 與9%之間。異氰酸酯反應性組分包括聚酯多元醇，其佔所述異氰酸酯反應性組分之50wt%或多於50wt%。組合物進一步包括多元醇組分，其包括佔多元醇組分之至少50wt%或多於50wt%且平均分子量小於1,500之聚醚多元醇。組合物又進一步包括助黏劑。黏著劑組合物之平均官能度為2至2.5。黏著劑組合物提供經改良之效能及可加工性。
亦揭示一種形成層製品之方法。所述方法包括形成如上文所述之黏著劑組合物，將所述黏著劑組合物之層塗覆至膜表面，使所述層與另一膜表面接觸以形成層製品，且固化所述黏著劑組合物。亦揭示一種由此方法形成之層製品。
根據本發明之雙組分黏著劑組合物包括異氰酸酯組分及多元醇組分。組分可經混合以形成可固化黏著劑組合物。
異氰酸酯組分
異氰酸酯組分包括含異氰酸酯之化合物。含異氰酸酯之化合物可選自由以下組成之群：異氰酸酯單體、聚異氰酸酯(例如，二聚體、三聚體等)、異氰酸酯預聚物及其兩者或多於兩者之混合物。如本文所用，「聚異氰酸酯」為任何含有兩個或多於兩個異氰酸酯基之化合物。
此外，含異氰酸酯之化合物可選自由以下組成之群：芳族聚異氰酸酯、脂族聚異氰酸酯、環脂族聚異氰酸酯及其兩者或多於兩者之組合。「芳族聚異氰酸酯」為含有一或 多個芳環之聚異氰酸酯。「脂族聚異氰酸酯」不含芳環。「環脂族聚異氰酸酯」為脂族聚異氰酸酯之子集，其中化學鏈為環結構。
適合芳族聚異氰酸酯包含(但不限於)二異氰酸1,3-伸苯酯與二異氰酸1,4-伸苯酯、二異氰酸1,5-伸萘酯、二異氰酸2,6-甲苯酯、二異氰酸2,4-甲苯酯(2,4-TDI)、2,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯(2,4'-MDI)、4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、3,3'-二甲基-4,4'-聯苯二異氰酸酯(TODI)、聚合異氰酸酯及其兩者或多於兩者之混合物。
適合脂族聚異氰酸酯在直鏈或分支鏈伸烷基殘基中具有3至16個碳原子或4至12個碳原子。適合環脂族聚異氰酸酯在環伸烷基殘基中具有4至18個碳原子或6至15個碳原子。環脂族二異氰酸酯係指以環與脂族方式鍵結之NCO基團，諸如異佛酮二異氰酸酯(IPDI)及二異氰酸基二環己基甲烷(H12MDI)。
脂族聚異氰酸酯與環脂族聚異氰酸酯之實例包含環己烷二異氰酸酯、甲基環己烷二異氰酸酯、乙基環己烷二異氰酸酯、丙基環己烷二異氰酸酯、甲基二乙基環己烷二異氰酸酯、丙烷二異氰酸酯、丁烷二異氰酸酯、戊烷二異氰酸酯、己烷二異氰酸酯、庚烷二異氰酸酯、辛烷二異氰酸酯、壬烷二異氰酸酯、壬烷三異氰酸酯(諸如4-異氰酸酯基甲基-1,8-辛烷二異氰酸酯(TIN))、癸烷二異氰酸酯與癸烷三異氰酸酯、十一烷二異氰酸酯與十一烷三異氰酸酯及十二烷二異氰酸酯與十二烷三異氰酸酯、異佛酮二異氰酸酯(IPDI)、二異氰酸六亞甲酯(HDI)、二異氰酸基二環己基甲烷 (H12MDI)、2-甲基戊烷二異氰酸酯(MPDI)、二異氰酸2,2,4-三甲基六亞甲酯/二異氰酸2,4,4-三甲基六亞甲酯(TMDI)、降冰片烷二異氰酸酯(NBDI)、二異氰酸二甲苯酯(XDI)、二異氰酸四甲基二甲苯酯及二聚體、三聚體及其兩者或多於兩者之混合物。
根據本發明，適用之額外含異氰酸酯之化合物包含4-甲基-環己烷1,3-二異氰酸酯、二異氰酸2-丁基-2-乙基伸戊酯、異氰酸3(4)-異氰酸酯基甲基-1-甲基環己酯、異氰酸2-異氰酸酯基丙基環己酯、二異氰酸2,4'-亞甲基雙(環己基)酯、1,4-二異氰酸酯基-4-甲基-戊烷及其兩者或多於兩者之混合物。
根據本發明，適用之異氰酸酯預聚物為以大於1.5或2至6或2.5至4的化學計量比(NCO/OH)混合的聚異氰酸酯與異氰酸酯反應性組分之反應產物。聚異氰酸酯選自如上文所述之芳族異氰酸酯、脂族異氰酸酯、環脂族異氰酸酯及其混合物。可與聚異氰酸酯反應以形成異氰酸酯預聚物(亦稱為「聚胺基甲酸酯預聚物」)的適合之異氰酸酯反應性化合物包含具有羥基、胺基及硫基之化合物。適合之異氰酸酯反應性化合物包含聚酯、聚己內酯、聚醚、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、多元醇及其兩者或多於兩者之組合。異氰酸酯反應性組分之平均羥基數可為15至5,00mg KOH/g，且平均分子量大於1,000g/mol。異氰酸酯反應性組分之平均OH數可為20至350mg KOH/g、或34至250mg KOH/g、或44至150mg KOH/g。異氰酸酯反應性化合物之平均官能度可為1至6、或1.8至4、或2至3。異氰酸酯反應性化合物之平均分子量 可大於1,500g/mol、或大於2,500g/mol、或為1,500至4,500g/mol。
異氰酸酯反應性組分之適合聚酯多元醇包含(但不限於)脂族聚酯多元醇、芳族聚酯多元醇、脂族聚酯多元醇與芳族聚酯多元醇之共聚物、聚碳酸酯多元醇及聚己內酯多元醇。此等聚酯多元醇為多元酸與多元醇之反應產物、或光氣或碳酸酯單體與多元醇之反應物、或經由環酯化合物之開環聚合來產生。
適合多元酸之實例包含丁二酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二甲酸、順丁烯二酸酐、反丁烯二酸、1,3-環戊烷二甲酸、1,4-環己烷二甲酸、對苯二甲酸、間苯二甲酸、鄰苯二甲酸、1,4-萘二甲酸、2,5-萘二甲酸、2,6-萘二甲酸、萘二甲酸(naphthalic acid)、二苯二甲酸、1,2-雙(苯氧基)乙烷-p,p'-二甲酸及此等二甲酸之酐或成酯衍生物；及對羥基苯甲酸、對(2-羥基乙氧基)苯甲酸及此等二羥基甲酸之成酯衍生物或二聚酸。此等多元酸可單獨或以組合形式使用。
根據本發明，可使用任何已知的多元醇。適合多元醇之非限制性實例包含二醇，諸如乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、甲基戊二醇、二甲基丁二醇、丁基乙基丙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、二丙二醇、三丙二醇、雙羥基乙氧基苯、1,4-環己二醇、1,4-環己烷二甲醇、聚己內酯二醇、二聚二醇、雙酚A及氫化雙酚A；經由環酯化合物(諸如丙內酯、γ-丁內酯、ε-己內酯、δ-戊內酯及β-甲基-δ-戊內酯)之開環聚合而產生之聚酯；及由一或多種單體 以常用方式藉助於作為引發劑的一或多種含有兩個活性氫原子之化合物進行加成聚合而產生之聚醚，所述單體包含環氧乙烷、環氧丙烷、環氧丁烷、氧化苯乙烯、表氯醇、四氫呋喃及伸環己基，所述一或多種化合物為例如，乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇及新戊二醇。此等多元醇可單獨或以組合形式使用。
具有聚異氰酸酯基之化合物，諸如異氰酸酯組分之異氰酸酯預聚物可藉由參數「%NCO」或藉由術語「NCO含量」來表徵，其為聚異氰酸酯基以化合物之重量計之量(以重量計)。參數%NCO藉由ASTM D 2572-97(2010)的方法量測。所揭示之異氰酸酯組分的%NCO為3%至9%或4%至6%。
多元醇組分
多元醇組分包括聚醚多元醇。在一些實施例中，以多元醇組分之乾重計，聚醚多元醇佔多元醇組分之至少60wt%。在一些實施例中，聚醚多元醇之分子量小於1,500g/mol、或小於1,000g/mol、或為50g/mol至1,500g/mol。適合聚醚多元醇包含聚丙二醇、聚四亞甲基醚二醇、基於聚環氧丁烷之多元醇或其混合物及共聚物。適合之聚丙二醇包含基於環氧丙烷、環氧乙烷或其與選自丙二醇、二丙二醇、山梨糖醇、蔗糖、甘油及/或其混合物的混合物之多元醇，其以商標名VoranolTM購自陶氏化學公司(Dow Chemical Company)、以商標名PluracolTM購自巴斯夫(BASF)、以商標名Poly-GTM、Poly-LTM及Poly-QTM購自龍沙(Lonza)且以商標名AcclaimTM購自科思創(Covestro)。特定而言，官能度在 2至6之間且分子量為250至1500之聚丙二醇為較佳的。適合之聚四亞甲基醚二醇包含(但不限於)分子量為250至1,500之來自巴斯夫公司之PolyTHFTM、來自英威達(Invista)之TerathaneTM、來自三菱(Mitsubishi)之PTMGTM及來自Dairen之PTGTM。
適合的基於聚環氧丁烷之多元醇包含(但不限於)分子量為150g/mol至1500g/mol且官能度為2.0至4.0之聚環氧丁烷均聚物多元醇、聚環氧丁烷-聚環氧丙烷共聚物多元醇及聚環氧丁烷-聚環氧乙烷共聚物多元醇。
此外，包含(但不限於)乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、三羥甲基丙烷、三異丙醇胺及新戊二醇的低分子量二醇可併入多元醇組分中。
此外，分子量為150g/mol至1,500g/mol且官能度為2.0至4.0之聚酯多元醇亦可併入多元醇組分中。適合聚酯多元醇包含(但不限於)脂族聚酯多元醇、芳族聚酯多元醇、脂族聚酯多元醇與芳族聚酯多元醇之共聚物、聚碳酸酯多元醇及聚己內酯多元醇。
黏著劑組合物
異氰酸酯及多元醇組分可混合以形成可固化黏著劑組合物。在一些實施例中，黏著劑組合物進一步包括助黏劑。適合助黏劑之非限制性實例包含偶合劑，諸如矽烷偶合劑、鈦酸酯偶合劑及鋁酸酯偶合劑；環氧樹脂；磷酸；聚磷酸及磷酸酯。
矽烷偶合劑之實例包含(但不限於)胺基矽烷， 諸如γ-胺基丙基三乙氧基矽烷、γ-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-β(胺基乙基)-γ-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-β(胺基乙基)-γ-胺基丙基三甲基二甲氧基矽烷及N-苯基-γ-胺基丙基三甲氧基矽烷；環氧矽烷，諸如β-(3,4-環氧環己基)-乙基三甲氧基矽烷、γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷及γ-縮水甘油氧基丙基三乙氧基矽烷；乙烯基矽烷，諸如乙烯基參(β-甲氧基乙氧基)矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷及γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷；六甲基二矽氮烷；及γ-巰基丙基三甲氧基矽烷。
鈦酸酯偶合劑之實例包含(但不限於)四異丙氧基鈦、四正丁氧基鈦、鈦酸丁酯二聚體、鈦酸四硬脂醯酯、乙醯基丙酮酸鈦、乳酸鈦、鈦酸四辛二醇酯及四硬脂氧基鈦。
環氧樹脂之實例包含(但不限於)多種可在市面上購得之環氧樹脂，諸如雙酚A-表氯醇(epi-bis)型環氧樹脂、酚醛清漆型環氧樹脂、β-甲基表氯醇型環氧樹脂、環狀環氧乙烷型環氧樹脂、縮水甘油醚型環氧樹脂、縮水甘油酯型環氧樹脂、聚二醇醚型環氧樹脂、二醇醚型環氧樹脂、環氧化脂肪酸酯型環氧樹脂、聚羧酸酯型環氧樹脂、胺基縮水甘油基型環氧樹脂及間苯二酚型環氧樹脂。
在一些實施例中，助黏劑為磷酸酯化合物。在其他實施例中，助黏劑為環氧矽烷((3-縮水甘油基氧基丙基)三甲氧基矽烷)。在一些實施例中，磷酸併入多元醇組分中而環氧矽烷併入異氰酸酯組分中。在一些實施例中，環氧矽烷與磷酸均併入多元醇組分中。
在一些實施例中，不包括非反應性組分(諸如溶 劑)之黏著劑組合物(亦即，異氰酸酯組分與多元醇組分一起)之平均官能度為2至2.5。平均官能度之計算在下文進行論述。
預期所揭示黏著劑組合物之異氰酸酯組分及多元醇組分可分開製造，且若需要，加以儲存直至需要使用黏著劑組合物為止。在一些實施例中，異氰酸酯組分及多元醇組分在25℃下均各自為液體。當需要使用黏著劑組合物時，通常以1與2.5之間的化學計量比(NCO/OH)使異氰酸酯組分與多元醇組分彼此接觸且混合在一起。預期當使此等兩種組分接觸時，開始固化反應，其中異氰酸酯基與羥基反應以形成胺基甲酸酯鍵聯。藉由使兩種組分接觸形成之黏著劑組合物可稱作「可固化混合物」。
亦揭示一種使用黏著劑組合物形成層製品之方法。在一些實施例中，黏著劑組合物，諸如上文所論述之黏著劑組合物在25℃下呈液態。即使組合物在25℃下為固體，仍可接受視需要加熱組合物以使其呈液態。溶劑添加至經混合之黏著劑組合物中直至達至所需固體含量為止。在下文所論述之多個說明性實例中，固體含量展現為50%或多於50%。
將組合物之層塗覆至膜表面。「膜」為在一個維度中為0.5mm或小於0.5mm且在其他兩個維度中均為1cm或大於1cm的任何結構。聚合物膜為由聚合物或聚合物之混合物製成的膜。聚合物膜之組成通常為80重量%或大於80重量%的一或多種聚合物。在一些實施例中，可固化混合物之層厚度為1至5μm。
在一些實施例中，使另一膜之表面與可固化混合 物之層接觸以形成未固化層製品。可固化混合物隨後經固化或允許其固化。未固化層製品可經受壓力，例如藉由穿過可經或可未經加熱之軋輥。未固化層製品可經加熱以加速固化反應。
適合膜包含紙、編織及非編織纖維、金屬箔、聚合物及金屬化聚合物膜。膜視情況具有在其上用油墨印刷影像的表面。油墨可與黏著劑組合物接觸。在一些實施例中，膜為聚合物膜及金屬塗佈之聚合物膜，更佳為聚合物膜。
本發明之實例
本發明現將藉由說明性實例及比較實例(統稱為「實例」)進一步詳細解釋。然而，本發明之範疇理所當然不限於實例中所闡述之調配物。確切而言，實例對本發明僅為說明性的。
黏結強度量測
對切割成15mm或25.4mm(1吋)寬條帶且在配備有50N測力計之THWING ALBERTTM QC-3A剝離測試儀上以10吋/分鐘之速率對1吋條帶進行牽拉的層製品樣品進行90°T-剝離測試。當形成層製品之兩種膜分離，亦即剝離時，記錄牽拉期間的力之平均值。若膜中之一者伸長或破裂，則記錄最大力或斷裂時的力。所記錄值為對三種獨立層製品樣品所進行之測試的平均值。
失效模式(「FM(failure mode)」)或失效模式(「MOF(mode of failure)」)記錄如下：「FS」指示拉伸膜；「FT」指示撕裂或斷裂之膜；「AF」指示黏著失效，其中第一膜上之黏著劑無法黏著於第二膜；「AT」指示黏著劑轉移，其中黏著 劑無法黏著於第一膜且轉移至第二膜；「AS」指示黏著劑分解或內聚失效，其中發現黏著劑處於第一膜與第二膜兩者上；「MT」指示金屬自金屬化膜轉移至第二膜(「PMT」指示部分金屬轉移)。
製成層製品之後儘快測試初始黏結或「濕」黏結。以如下文所指示之時間間隔，諸如一天之後及七天之後進行額外T-剝離測試。
蒸煮袋(boil-in-bag)測試工序
由如下文所述之「prelam」膜，Prelam Al及GF-19以及92-LBT及GF-19製造層製品。摺疊9"×12"(23cm×30.5cm)層製品薄片得到約9"×6"(23cm×15.25cm)之雙層，以使得一個層之聚乙烯膜與另一層之聚乙烯膜接觸。在切紙機上修整邊緣以得到約5"×7"(12.7cm×17.8cm)摺疊件。在邊緣處熱封兩個長邊及一個短邊以得到內部尺寸為4"×6"(10.2cm×15.2cm)之成品小袋。在276kPa(40psi)之液壓下在177℃(350℉)下進行熱封持續一秒。針對各測試製造多於一個小袋。
經由開口側用100±5ml之「1：1：1醬」(相等重量份之番茄醬、醋及植物油之摻合物)填充小袋。在填充期間，避免將所述醬噴濺至熱封區域上，因為此可導致測試期間熱封失敗。填充之後，以使小袋內部之滯留空氣降至最低的方式密封小袋頂部。
對各小袋之全部四邊的密封完整性進行檢查以確保不存在可能會導致小袋在測試期間發生漏泄之密封缺陷。丟棄任何可疑小袋且用測試可接受之小袋加以替代。在 一些情況下，標記層製品中之缺陷以鑑別在測試期間是否會有新的額外缺陷產生。
用水將鍋填充至三分之二滿，將其加熱至滾沸。達成沸騰之後，用蓋子覆蓋所述鍋以將水及蒸汽損失降至最低。在測試期間觀測所述鍋以確保存在足夠的水來保持沸騰。將小袋置放於沸水中且使沸騰保持30分鐘。移除小袋且將(若存在)穿隧、起泡、脫層及/或漏泄之程度與經標記之先前存在的缺陷進行比較。記錄下觀測結果。隨後將小袋切開，清空且用肥皂及水沖洗。自小袋切割出一或多個1"(2.54cm)條帶且根據先前所述之標準黏結強度測試量測層製品黏結強度。此儘快在移除小袋內含物之後完成。檢查小袋內部且記錄下任何其他可見缺陷。
化學老化測試工序
由如下文所述之「prelam」膜，Prelam Al及GF-19以及Prelam Al/澆鑄聚丙烯製造層製品。摺疊9"×12"(23cm×30.5cm)層製品薄片得到約9"×6"(23cm×15.25cm)之雙層，以使得一個層之聚乙烯膜與另一層之聚乙烯膜接觸。在切紙機上修整邊緣以得到約5"×7"(12.7×17.8cm)摺疊件。在邊緣處熱封兩個長邊及一個短邊以得到內部尺寸為4"×6"(10.2cm×15.2cm)之成品小袋。在276kpa(40PSI)之液壓下在177℃(350℉)下進行熱封持續一秒。針對各測試製造多於一個小袋。
經由開口邊緣用100±5ml之「1：1：1醬」(相等重量份之番茄醬、醋及植物油之摻合物)填充小袋。在填充期間，避免將所述1：1：1醬噴濺至熱封區域上，因為此可導致 測試期間熱封失敗。填充之後，以使小袋內部之滯留空氣降至最低的方式密封小袋頂部。
對小袋之全部四邊的密封完整性進行檢查以確保不存在可能會導致小袋在測試期間發生漏泄之密封缺陷。丟棄任何可疑小袋且用測試可接受之小袋加以替代。在一些情況下，標記層製品中之缺陷以鑑別在測試期間是否會有新的額外缺陷產生。
將含有1：1：1醬之小袋置放於設定在50℃下之對流烘箱中持續100小時。在老化之後移除小袋且將穿隧、起泡、脫層及/或漏泄之程度與經標記之先前存在的缺陷中之任一者進行比較。記錄下觀測結果。將小袋切開，清空且用肥皂及水沖洗。自小袋切割出一或多個1"(2.54cm)條帶且根據先前所述之標準黏結強度測試量測層製品黏結強度。此儘快在移除小袋內含物之後完成。檢查小袋內部且記錄下任何其他可見缺陷。
軟化劑測試工序
由下文所述之「prelam」膜，Prelam Al及GF-19以及92-LBT及GF-19製造層製品。摺疊9"×12"(23cm×30.5cm)層製品薄片產生約9"×6"(23cm×15.25cm)之雙層，以使得一個層之聚乙烯膜與另一層之聚乙烯膜接觸。在切紙機上修整邊緣以得到約5"×7"(12.7×17.8cm)摺疊件。在邊緣處熱封兩個長邊及一個短邊以得到內部尺寸為4"×6"(10.2cm×15.2cm)之成品小袋。在276kPa(40psi)之液壓下在177℃(350℉)下進行熱封持續一秒。針對各測試製造多於一個小袋。
經由開口側用100±5ml購自超級市場之軟化劑(此情況為由The Dial Corporation，a Henkel Company製造之Purex Mountain Breeze Ultra)填充小袋。填充之後，以使小袋內部之滯留空氣降至最低的方式密封小袋頂部。
對小袋之全部四邊的密封完整性進行檢查以確保不存在可能會導致小袋在測試期間發生漏泄之密封缺陷。丟棄任何可疑小袋且用測試可接受之小袋加以替代。在一些情況下，標記層製品中之缺陷以鑑別在測試期間是否會有新的額外缺陷產生。
隨後將小袋置放於預設在65℃下之對流烘箱中。在所述溫度下老化30天之後，移除小袋且將(若存在)穿隧、起泡、脫層及/或漏泄之程度與經標記之先前存在的缺陷進行比較。記錄下觀測結果。隨後將小袋切開，清空且用肥皂及水沖洗。自小袋切割出一或多個1"(2.54cm)條帶且根據先前所述之標準黏結強度測試量測層製品黏結強度。此儘快在移除小袋內含物之後完成。檢查小袋內部且記錄下任何其他可見缺陷。
乾餾測試工序
由下文所述之「prelam」膜，Prelam Al及澆鑄聚丙烯製造層製品。摺疊一種9"×12"(23cm×30.5cm)層製品薄片得到約9"×6"(23cm×15.25cm)之雙層，以使得一個層之聚乙烯膜與另一層之聚乙烯膜接觸。在切紙機上修整邊緣以得到約5"×7"(12.7cm×17.8cm)摺疊件。在邊緣處熱封兩個長邊及一個短邊以得到內部尺寸為4"×6"(10.2cm×15.2cm)之成品小袋。在276kpa(40PSI)之液壓下在 177℃(350℉)下進行熱封持續一秒。針對各測試製造多於一個小袋。
在填充期間，避免將所述1：1：1醬噴濺至熱封區域上，因為此可導致測試期間熱封失敗。填充之後，以使小袋內部之滯留空氣降至最低的方式密封小袋頂部。
對小袋之全部四邊的密封完整性進行檢查以確保不存在可能會導致小袋在測試期間發生漏泄之密封缺陷。丟棄任何可疑小袋且用測試可接受之小袋加以替代。在一些情況下，標記層製品中之缺陷以鑑別在測試期間是否會有新的額外缺陷產生。
將含有所述1：1：1醬之小袋置放於設定在121℃下之乾餾室中持續2小時。移除小袋且將穿隧、起泡、脫層及/或漏泄之程度與經標記之先前存在的缺陷中之任一者進行比較。記錄下觀測結果。將小袋切開，清空且用肥皂及水沖洗。自小袋切割出一或多個1"(2.54cm)條帶且根據先前所述之標準黏結強度測試量測層製品黏結強度。此儘快在移除小袋內含物之後完成。檢查小袋內部且記錄下任何其他可見缺陷。
黏著劑組合物之理論官能度
理論官能度(f 平均 )定義為：f 平均 =(m 1 ．f 1 +m 2 ．f 2 +m 3 ．f 3 +...)/(m 1 +m 2 +m 3 +...)，其中m 1 、m 2 、m 3 為以莫耳為單位之組分質量，且f 1 、f 2 及f 3 為組分之官能度。黏著劑組合物之理論官能度不包括黏著劑組合物之非反應性組分，例如溶劑。舉例而言，在說明性實例1中，異氰酸酯組分之平均官能度為2且平均分子量為2000，且多元醇組分之平均 官能度為3且平均分子量為655。當300公克多元醇組分與2100公克異氰酸酯組分混合時，黏著劑之平均官能度為：f 平均 =(300/655.3+2100/2000.2)/(300/655+2100/2000)=2.30。
組合物製備
用於製備實例的原料中之一部分在下表1中藉由名稱、一般描述及商業供應商鑑別。
說明性實例1(「IE1」)
異氰酸酯組分
使用由配備有機械攪拌器之4頸燒瓶與溫度控制器組成的實驗室玻璃反應器來製造異氰酸酯組分。在氮氣吹掃下，首先將在45℃下預熔融之194.8公克ISONATETM 125M裝載至燒瓶。反應器溫度設定成50℃。在攪拌下，將250公克乙酸乙酯裝入反應器，之後裝入555.3公克INTERMEDIATETM 88X102。若溫度超過75℃，則施加冷卻。在75℃下反應4小時之後，獲得透明低黏度預聚物，所述預聚物之NCO含量為4.2%，固體含量為75%，室溫黏度為1,445cps且理論官能度為2。根據ASTM D 2572-97量測NCO含量。在給定溫度下用布絡克菲爾德(Brookfield)DV-II黏度計量測黏度。藉由HR 73鹵素水分分析器(HR 73 Halogen Moisture Analyzer)量測固體含量，且藉由瑞士萬通(Metrohm)滴定器測定OH數。
多元醇組分
在室溫下將45公克ADCOTETM L87-118、5公克POLYGTM 30-112及50公克VORANOLTM CP 450混合30分鐘。混合物為透明的且固體含量為89%，OH數為257且理論官能度為3。
層壓結構
以1.53之NCO/OH指數將300公克多元醇組分、2,100公克異氰酸酯組分及1,283公克乙酸乙酯混合以形成50%固體溶液。黏著劑組合物之平均官能度為2.30。隨後以1.75磅/令之塗佈重量將溶液塗覆至預層壓鋁箔，之後使用諾德美克(Nordmeccanica)LABO-COMBITM層壓機對其與低密 度聚乙烯膜(GF-19)進行層壓。隨後使層壓結構經歷先前所述之蒸煮袋及1：1：1醬老化測試。蒸煮袋及1：1：1醬老化測試之後，將小袋切開，洗滌乾淨且針對失效模式加以檢查。量測且記錄層製品之黏結強度。關於層壓結構之黏結強度及失效模式之結果概述於表2中。
說明性實例2(「IE2」)
重複說明性實例1但替代第二膜。以1.75磅/令之塗佈重量將黏著劑組合物塗覆至預層壓鋁箔，之後對其與2 mil澆鑄聚丙烯膜進行層壓。對層壓結構進行說明性實例1中所述之相同測試及乾餾測試。關於層壓結構之黏結強度及失效模式之結果概述於表2中。
說明性實例3(「IE3」)
重複實例1但更換基板。首先以1.75磅/令之塗佈重量將說明性實例1中之混合黏著劑塗覆至金屬化聚對苯二甲酸伸乙酯膜，之後使用諾德美克LABO-COMBITM層壓機對其與聚醯胺膜進行層壓。將所得層製品置於60℃烘箱中1小時，之後將其用作第一基板，且使用諾德美克LABO-COMBITM將相同黏著劑塗覆至層製品之PET側，隨後與4 mil低密度聚乙烯膜進行層壓。緊接在層壓之後且在層壓之後的1天、7天及14天之時間間隔裏量測聚乙烯與PET之間的黏結強度。14天之後，使用層壓結構製成小袋，且用商購軟化劑加以填充。隨後將小袋置放於預設在65℃下之烘箱中30天，之後將其切開，洗滌乾淨且針對失效模式加以檢查。 在老化測試之後量測且記錄層製品之黏結強度。關於層壓結構之黏結強度及失效模式之結果概述於表2中。
說明性實例4(「IE4」)
重複說明性實例1但改變混合比率，NCO/OH指數。以1.27之NCO/OH指數將340公克多元醇組分、1,972公克異氰酸酯組分及1,250公克乙酸乙酯混合以達成50%固體溶液。黏著劑之平均理論官能度為2.34。以1.70磅/令之塗佈重量將黏著劑塗覆至預層壓鋁箔，之後使用諾德美克LABO-COMBITM層壓機對其與低密度聚乙烯膜(GF-19)進行層壓。對層壓結構進行說明性實例1中所述之相同測試。關於層壓結構之黏結強度及失效模式之結果概述於表2中。
說明性實例5(「IE5」)
重複說明性實例4但替代第二膜。以1.70磅/令之塗佈重量將黏著劑塗覆至預層壓鋁箔，之後使用諾德美克LABO-COMBITM層壓機對其與3 mil澆鑄聚丙烯膜進行層壓。對層壓結構進行說明性實例1中所述之相同測試及乾餾測試。關於層壓結構之黏結強度及失效模式之結果概述於表2中。
說明性實例6(「IE6」)
重複說明性實例4但更換基板。首先以1.70磅/令之塗佈重量將說明性實例4中之混合黏著劑塗覆至金屬化聚對苯二甲酸伸乙酯膜，之後使用諾德美克LABO-COMBITM 中試層壓機對其與聚醯胺膜進行層壓。將所得層製品置於60℃烘箱中1小時，之後將其用作第一基板，且使用諾德美克LABO-COMBITM將相同黏著劑塗覆至層製品之PET側，隨後與4 mil低密度聚乙烯膜進行層壓。緊接在層壓之後且在層壓之後的1天、7天及14天之時間間隔裏量測聚乙烯與PET之間的黏結強度。14天之後，使用層壓結構製成小袋，且用商購軟化劑加以填充。隨後將小袋置放於預設在65℃下之烘箱中30天，之後將其切開，洗滌乾淨且針對失效模式加以檢查。在老化測試之後量測且記錄層製品之黏結強度。關於層壓結構之黏結強度及失效模式之結果概述於表2中。
說明性實例7(「IE7」)
異氰酸酯組分與說明性實例1中保持相同，但改變多元醇組分。在室溫下將50公克POLYGTM 30-112、600公克VORANOLTM CP 450、6公克磷酸、350公克MOR-FREETM C117及50公克GLYMOTM混合45分鐘。獲得透明混合物，所述混合物之固體含量為100%、OH數為299且平均理論官能度為2.75。
以1.88之NCO/OH指數將212.5公克多元醇組分、2,125公克異氰酸酯組分及1,275公克乙酸乙酯混合以形成50%固體黏著劑組合物。黏著劑之平均官能度為2.21。以1.75磅/令之塗佈重量將黏著劑塗覆至預層壓鋁箔，之後使用諾德美克LABO-COMBITM層壓機對其與低密度聚乙烯膜(GF-19)進行層壓。對層壓結構進行說明性實例1中所述之相同測試。關於層壓結構之黏結強度及失效模式之結果概述 於表2中。
說明性實例8(「IE8」)
重複說明性實例7但更換基板。首先以1.75磅/令之塗佈重量將說明性實例5中之混合黏著劑塗覆至金屬化聚對苯二甲酸伸乙酯膜，之後使用諾德美克LABO-COMBITM中試層壓機對其與聚醯胺膜進行層壓。將所得層製品置於60℃烘箱中1小時，之後將其用作第一基板，且使用諾德美克LABO-COMBITM將相同黏著劑塗覆至層製品之PET側，隨後與4 mil低密度聚乙烯膜進行層壓。緊接在層壓之後且在層壓之後的1天、7天及14天之時間間隔裏量測聚乙烯與PET之間的黏結強度。14天之後，使用層壓結構製成小袋，且用商購軟化劑加以填充。隨後將小袋置放於預設在65℃下之烘箱中30天，之後將其切開，洗滌乾淨且針對失效模式加以檢查。在老化測試之後量測且記錄層製品之黏結強度。關於層壓結構之黏結強度及失效模式之結果概述於表2中。
比較實例1(「CE1」)
以1.74之NCO/OH指數將140.8公克ADCOTETM 577B、1,600公克ADCOTETM 577及859公克乙酸乙酯混合以形成50%固體溶液。黏著劑之平均官能度為2.14。對於配備有凹版滾筒之習知層壓機而言，發現溶液黏度過高而無法以50%固體含量流動。
隨後用650公克乙酸乙酯稀釋溶液而使固體含量達至40%。隨後以1.8磅/令之塗佈重量將稀釋溶液塗覆至預 層壓鋁箔，之後使用諾德美克LABO-COMBITM層壓機對其與低密度聚乙烯膜(GF-19)進行層壓。隨後對層壓結構進行說明性實例1中所述之相同測試。層壓結構之結果及失效模式概述於表2中。
比較實例2(「CE2」)
以2.50之NCO/OH指數將247.0公克ADCOTETM 536B、1,900公克ADCOTETM 555及901公克乙酸乙酯混合以形成50%固體溶液。黏著劑之平均官能度為2.06。對於配備有凹版滾筒之習知層壓機而言，發現溶液黏度過高而無法以50%固體含量流動。
隨後用762公克乙酸乙酯稀釋溶液而使固體含量達至40%。隨後以1.8磅/令之塗佈重量將稀釋溶液塗覆至預層壓鋁箔，之後使用諾德美克LABO-COMBITM層壓機對其與低密度聚乙烯膜(GF-19)進行層壓。隨後對層壓結構進行說明性實例1中所述之相同測試。層壓結構之結果及失效模式概述於表2中。
IE1至IE8呈現經改良之加工特徵，諸如50%固體含量下之低黏度及充足適用期及如藉由蒸煮袋、化學老化及乾餾測試中之良好濕黏結、優良黏結強度及極佳耐溫性與耐化學性所證明的增強之效能。相反，CE1在50%固體含量下呈現較高黏度(需要在塗覆之前將固體含量稀釋至40%)，其歸因於使用NCO含量小於4.0%之預聚物及含有小於40%聚醚組分之共反應物。CE1亦呈現不夠最佳之耐溫性與耐化學性。CE2在50%固體含量下呈現較高黏度(需要在塗覆之前將固體含量稀釋至40%)、較差黏結強度及不良耐溫性與耐化學性，其歸因於使用NCO含量小於4.0%之預聚物及含有小於40%聚醚組分之多元醇組分。此外，預聚物係基於含有小於50%聚酯多元醇之異氰酸酯反應性組分且平均分子量小於1000。

Claims (20)

  1. 一種雙組分黏著劑組合物，其包括：異氰酸酯組分，所述異氰酸酯組分包括異氰酸酯預聚物，其為以下之反應產物：聚異氰酸酯；及平均分子量大於1,000之異氰酸酯反應性組分，其包括聚酯多元醇；及多元醇組分，其包括平均分子量小於1,500之聚醚多元醇；及助黏劑，其中所述黏著劑組合物之平均官能度為2至2.5。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的組合物，當以1.0：1.0至2.5：1.0之NCO/OH指數混合以形成具有50%固體含量之溶液時，其進一步包括13秒至25秒初始黏度。
  3. 如前述申請專利範圍中任一項所述的組合物，其中所述聚酯多元醇為多元醇與多元酸之反應產物。
  4. 如前述申請專利範圍中任一項所述的組合物，其中所述異氰酸酯組分之NCO含量在沒有溶劑之情況下為3%至9%。
  5. 如前述申請專利範圍中任一項所述的組合物，其中所述異氰酸酯組分之NCO含量在沒有溶劑之情況下為4%至6%。
  6. 如前述申請專利範圍中任一項所述的組合物，其中所述異氰酸酯反應性化合物之平均分子量為1,500至4,500。
  7. 如前述申請專利範圍中任一項所述的組合物，其中所述聚醚多元醇之平均分子量為250至1,000。
  8. 如前述申請專利範圍中任一項所述的組合物，其中所述異 氰酸酯反應性組分包括聚酯多元醇，以所述異氰酸酯反應性化合物之乾重計，所述聚酯多元醇佔所述異氰酸酯反應性化合物之至少50wt%。
  9. 如前述申請專利範圍中任一項所述的組合物，其中所述多元醇組分包括聚醚多元醇，以所述多元醇組分之乾重計，所述聚醚多元醇佔所述多元醇組分之至少50wt%。
  10. 如前述申請專利範圍中任一項所述的組合物，其進一步包括選自由以下組成之群的添加劑：催化劑、界面活性劑、調平劑、消泡劑、流變改質劑、著色劑及其兩者或多於兩者之混合物。
  11. 如前述申請專利範圍中任一項所述的組合物，其進一步包括選自由以下組成之群的溶劑：乙酸乙酯、甲基醚酮、甲苯及其兩者或多於兩者之混合物。
  12. 如前述申請專利範圍中任一項所述的組合物，其中所述異氰酸酯組分進一步包括選自由以下組成之群的聚異氰酸酯：芳族聚異氰酸酯、脂族聚異氰酸酯、環脂族聚異氰酸酯及其兩者或多於兩者之混合物。
  13. 如前述申請專利範圍中任一項所述的組合物，其中所述聚異氰酸酯選自由以下組成之群：二異氰酸1,3-伸苯酯與二異氰酸1,4-伸苯酯、二異氰酸1,5-伸萘酯、二異氰酸2,6-甲苯酯、二異氰酸2,4-甲苯酯(2,4-TDI)、2,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯(2,4'-MDI)、4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、3,3'-二甲基-4,4'-聯苯二異氰酸酯(TODI)、聚合異氰酸酯及其兩者或多於兩者之組合。
  14. 如前述申請專利範圍中任一項所述的組合物，其中所述聚 異氰酸酯選自由以下組成之群：環己烷二異氰酸酯、甲基環己烷二異氰酸酯、乙基環己烷二異氰酸酯、丙基環己烷二異氰酸酯、甲基二乙基環己烷二異氰酸酯、丙烷二異氰酸酯、丁烷二異氰酸酯、戊烷二異氰酸酯、己烷二異氰酸酯、庚烷二異氰酸酯、辛烷二異氰酸酯、壬烷二異氰酸酯、壬烷三異氰酸酯(諸如4-異氰酸酯基甲基-1,8-辛烷二異氰酸酯(TIN))、癸烷二異氰酸酯與癸烷三異氰酸酯、十一烷二異氰酸酯與十一烷三異氰酸酯及十二烷二異氰酸酯與十二烷三異氰酸酯、異佛酮二異氰酸酯(IPDI)、二異氰酸六亞甲酯(HDI)、二異氰酸基二環己基甲烷(H12MDI)、2-甲基戊烷二異氰酸酯(MPDI)、二異氰酸2,2,4-三甲基六亞甲酯/二異氰酸2,4,4-三甲基六亞甲酯(TMDI)、降冰片烷二異氰酸酯(NBDI)、二異氰酸二甲苯酯(XDI)、二異氰酸四甲基二甲苯酯及二聚體、三聚體及其兩者或多於兩者之組合。
  15. 如前述申請專利範圍中任一項所述的組合物，其中所述聚異氰酸酯選自由以下組成之群：4-甲基-環己烷1,3-二異氰酸酯、二異氰酸2-丁基-2-乙基伸戊酯、異氰酸3(4)-異氰酸酯基甲基-1-甲基環己酯、異氰酸2-異氰酸酯基丙基環己酯、二異氰酸2,4'-亞甲基雙(環己基)酯、1,4-二異氰酸酯基-4-甲基-戊烷及其兩者或多於兩者之組合。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的組合物，其中所述助黏劑選自磷酸、聚磷酸、磷酸酯、矽烷及其兩者或多於兩者之混合物。
  17. 如前述申請專利範圍中任一項所述的組合物，其中所述多 元醇選自由以下組成之群：二醇、聚酯、聚醚及其兩者或多於兩者之混合物。
  18. 如前述申請專利範圍中任一項所述的組合物，其中所述多元酸選自由以下組成之群：聚羧酸、聚羧酸酐、間苯二甲酸、對苯二甲酸及其兩者或多於兩者之混合物。
  19. 一種用於製造包括如前述申請專利範圍中任一項所述的黏著劑組合物之層壓結構之方法，所述方法包括：以1至2.5之化學計量比(NCO/OH)混合所述異氰酸酯組分與所述多元醇組分以形成可固化黏著劑混合物；在溶劑中溶解所述可固化黏著劑混合物以形成可塗佈黏著劑混合物；將所述可塗佈黏著劑混合物塗佈於第一基板之表面上；在壓力下使第二基板之表面與所述第一基板之所述表面接觸以形成層壓結構；及固化所述層壓結構。
  20. 一種層製品，其由如申請專利範圍第19項所述的方法形成。
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