TWI437064B - 環保熱熔黏著劑組合物 - Google Patents

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Description

環保熱熔黏著劑組合物
本發明關於一種熱熔樹脂組合物，可黏著至極性表面或非極性表面，藉由使用改質之萜烯樹脂，確保對極性表面的黏著性並輔助對非極性表面的黏著性，同時實現使用聚伸丙基碳酸酯樹脂作為熱熔樹脂之熱熔黏著劑於生命週期評估(life cycle assessment，LCA)(碳排放量分析)期間之低碳產生量。
熱熔黏著劑是一種藉由熱熔化的黏著劑，因為揮發性有機溶劑的排放量非常小，已逐漸成為廣為使用的環保型黏著劑。近來，在環境保護方面，防止全球暖化的努力及防止對人類有害的揮發性有機化合物的排放已被確立。作為全球努力的一部份，已要求使用二氧化碳排放量較低(即具有低生命週期評估值)之樹脂。聚伸丙基碳酸酯係使用二氧化碳作為原料來製備，其具有1.3之LCA值，該數值係遠低於其他聚合物樹脂，例如聚乙烯、聚丙烯。因此，已提出一種藉由使用聚伸丙基碳酸酯製備熱熔黏著劑以在製備熱熔黏著劑組合物期間減少碳排放量的方法。該聚伸丙基碳酸酯係一具有高極性的樹脂，具有一以歐文計算(Owens calculation)達48達因/公分的表面能。由於其極性表面，聚伸丙基碳酸酯對於極性表面具有優異的黏著性。對聚伸丙基碳酸酯具有高黏著性之極性表面的例子可包括木材中的極性纖維素，其對聚伸丙基碳酸酯具有非常大的黏著性，因此在與例如玻璃等表面黏合時不會造成界面剝離。然而，其對於具低極性的聚氯乙烯薄片表面，難以充分展現黏著性，需要改善。
一般而言，熱熔黏著劑係由等量之伸乙基乙酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate)與膠黏劑以及較低黏度之蠟所組成。
最常見的熱熔黏著劑組合物是由40重量%的伸乙基乙酸乙烯酯、40重量%的膠黏劑以及20重量%的蠟所組成。於伸乙基乙酸乙烯酯中，乙酸乙烯酯的比例一般為20至40重量%。可使用松香(gum rosin)、松香酯、C5石油樹脂、C9石油樹脂、薰草酮樹脂(cumarone resin)、經丙烯酸改質之石油樹脂、或其類似物，作為膠黏劑。而蠟係使用石蠟、聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、或其類似物。具有上述組成之現有熱熔黏著劑組合物展現出對於各式材料的黏著性；然而，其沒有展現近似於環氧或胺甲酸乙酯黏著劑的黏著性，且於低溫時的彈性及黏著性低。因此，現有的熱熔黏著劑組合物在作為各領域黏著劑上係受到侷限。
同時，聚伸丙基碳酸酯對極性表面的黏著性遠高於現有之伸乙基乙酸乙烯酯，這使得黏著劑組合物可充份牢固的黏著。然而，需要結合膠黏劑以增進於非極性表面或低極性表面的黏著性。聚伸丙基碳酸酯樹脂與數種極性樹脂具相容性；然而，與低極性之膠黏劑，如松香、石油樹脂、或其類似物則不具相容性，甚至在混合時呈現兩相，例如一連續相與一分散相。熱熔黏著劑組合物的機械強度因而降低。為了使用聚伸丙基碳酸酯作為多用途熱熔黏著劑，需要改善其黏著性並藉由使用具有優異相容性的膠黏劑以增進其機械強度，例如拉伸強度。
為解決上述問題，研究各式膠黏劑後，獲致與聚伸丙基碳酸酯具有優越相容性之膠黏劑以及對於非極性表面的增進黏著性，並提供一種使用聚伸丙基碳酸酯作為黏著劑之熱熔黏著劑組合物，於使用該熱熔黏著劑組合物時，具有足夠機械強度，同時於一廣泛溫度範圍均具有優異黏著性與彈性。
因此，本發明一實施態樣係藉由施用採用二氧化碳之樹脂以減少碳排放，並使用膠黏劑作為具有高相容性之樹脂，以提供一種無須過度取決於表面極性之環保熱熔黏著劑組合物。
本發明關於一種供解決上述技術問題之聚伸丙基碳酸酯系樹脂組合物。該作為本發明熱熔黏著劑組合物之賦形劑(vehicle)的聚伸丙基碳酸酯係藉由二氧化碳與環氧丙烷之聚合反應而獲得，其中該聚伸丙基碳酸酯之重量平均分子量可為約5,000至100,000。重量平均分子量大於100,000之聚伸丙基碳酸酯樹脂，在熔融溫度時的高黏性上，可能不適合作為黏著劑；而重量平均分子量小於5,000之聚伸丙基碳酸酯樹脂，由於其低內聚能，在強度上可能不適合作為黏著劑。具有在上述平均分子量範圍內的聚伸丙基碳酸酯作為黏著劑，可有強內聚力與低熔融黏度的優勢。提供一種方法，其藉由使用上述聚伸丙基碳酸酯樹脂，而確保黏著劑於極性表面的黏著力，以及藉由提供與該聚伸丙基碳酸酯具有優異相容性之經酚改質之萜烯樹脂膠黏劑，而確保甚至是於非極性表面的高黏著力。
該聚伸丙基碳酸酯熱熔黏著劑與該經酚改質之萜烯樹脂對各種表面具有優異的黏著性，但在低溫的彈性低，因此有必要增進其在低溫時的黏著穩定性與機械強度。為解決上述問題，可添加與該聚伸丙基碳酸酯及該經酚改質之萜烯樹脂具有相容性之塑化劑。
下文將詳述本發明。
本發明塑化劑需與聚伸丙基碳酸酯及經酚改質之萜烯樹脂具有相容性。於此，塑化劑的含量可視需要適當增加或減少。一般而言，基於塑化劑效率，每100重量份的樹脂可添加至多20重量份的塑化劑。當塑化劑添加量等於或少於2重量份，則塑化劑係用於具有高硬度之熱熔黏著劑；且由於其彈性，當塑化劑添加量超過2重量份，其係用於具有高度耐衝擊性的熱熔黏著劑。當添加大於20重量份的塑化劑時，則可能難以確保黏著劑具有適當的機械強度且其黏度可能過低。尤其是黏著劑的黏著力可能劣化。
用於以聚伸丙基碳酸酯及經酚改質之萜烯樹脂為基質之熱熔黏著劑的塑化劑具有一結構，於該結構中，以下化學式1所示之甘油碳酸酯、化學式2所示之乙二醇、或化學式3所示之丙二醇係添加最多7莫耳的環氧乙烷，且其末端係由甲基終止。
以上化學式中，a為0至3的整數、且b及c為1至5的整數。
可用的其他類型的塑化劑係具有一種結構，於該結構中，具以下化學式4所示之二酸主鏈(Di-acid backbone)係與乙二醇寡聚物相接。
以上化學式4中，d為0至4的整數且e為1至5的整數。
化學式1至4的塑化劑與聚伸丙基碳酸酯及經酚改質之萜烯樹脂膠黏劑具有相容性，因此可均勻混合聚伸丙基碳酸酯及經酚改質之萜烯樹脂。
經酚改質之萜烯樹脂的軟化點係設定為95至115℃。其原因在於可降低該黏著劑組合物的軟化點，且可與該聚伸丙基碳酸酯樹脂有好的相容性。若經酚改質之萜烯樹脂的軟化點低於95℃時，則黏著劑組合物的軟化點係過低，在被熔化時比聚丙烯熔得快太多，如此會產生相分離。若經酚改質之萜烯樹脂的軟化點過高時，其缺點為黏著劑組合物的軟化點與熔點可能相應增加。
當本發明熱熔黏著劑組合物的使用溫度不超過190℃時，有利於確保其熱穩定性及維持適當的黏度。
如上述所製備的熱熔黏著劑可用於木工、紙箱、裝訂等，此僅為舉例，因此並不以此為限。
其他特點及各方面將透過下文之詳細敘述、圖式及申請專利範圍而更加清楚。
以下將參考所附實施例詳述本發明。然而以下實施例僅用以說明本發明。因此，本發明不侷限於以下的實施例。
[實施例1]
於重量平均分子量為30,000公克/莫耳之聚伸丙基碳酸酯樹脂(GeenPolTM，購自SK energy Co.)中添加10重量份之甘油碳酸酯(甲氧基三伸甘醇)醚(glycerol carbonate(methoxy tri-ethylene glycol)ether)以及添加20重量份之軟化點為95℃之經酚改質之萜烯樹脂(DS105，購自DRT Co.)，並於布拉本德混合器(Brabender mixer)中在160℃之溫度下混合5分鐘。藉由熱壓機壓製以製造具有0.7毫米厚度的薄片並製造各式啞鈴型樣本，之後測量其拉伸強度和伸長率。此外，如圖1所示，將尺寸為25毫米×10毫米之樣本黏合在一木材與一PVC薄片之間，在溫度140℃歷時1分鐘，之後以UTM測量該二者間的黏著力。此外，係在相同的條件下黏合二PVC薄片，並測量該二者間的黏著力。測試速度設定為50毫米/分鐘。上述塑化劑及樣品的測試結果係列於表1。
[實施例2]
以與實施例1相同的方法製備熱熔黏著劑組合物，惟使用二(伸甘醇單甲基醚)戊二梭酯(Di(triethylene glycol monomethyl ether)glutarate)取代甘油碳酸酯(甲氧基三伸甘醇)醚作為塑化劑。
[實施例3]
以與實施例1相同的方法製備及評估樣品，惟不使用塑化劑。
[實施例4]
以與實施例1相同的方法製備，於不使用實施例1之膠黏劑之情況下製備該熱熔黏著劑組合物。
[實施例5]
以與實施例1相同的方法製備熱熔黏著劑組合物，惟使用化學式2之2-[2-[2-[2-(2-甲氧基丙氧基)乙氧基]乙氧基]乙氧基]乙基甲基醚)取代甘油碳酸酯(甲氧基三伸甘醇)醚作為塑化劑。
[製備例6]
以與實施例1相同的方法製備熱熔黏著劑組合物，惟使用化學式3之四伸甘醇二甲基醚取代甘油碳酸酯(甲氧基三伸甘醇)醚作為塑化劑。
[實施例7]
以與實施例1相同的方法製備熱熔黏著劑組合物，惟添加20重量份之塑化劑。
[實施例8]
以與實施例1相同的方法製備熱熔黏著劑組合物，惟使用重量平均分子量為80,000公克/莫耳之聚伸丙基碳酸酯樹脂(GeenPolTM，SK energy Co.所製備之重量平均分子量為80,000的樣本)。
[實施例9]
以與實施例1相同的方法製備熱熔黏著劑組合物，惟使用軟化點為115℃之經酚改質之萜烯樹脂(DS115)。
[比較例1]
混合20重量份之乙酸乙烯酯、40重量份之伸乙基乙酸乙烯酯、40重量份之松香酯、以及20重量份之石蠟以製備熱熔黏著劑，並以與實施例1相同的方法評估。
[比較例2]
使用實施例1之聚伸丙基碳酸酯取代比較例1之伸乙基乙酸乙烯酯，以製備熱熔黏著劑，並以與實施例1相同的方法評估。
實驗結果列於表1。
由表1結果可知，相較於乙烯乙酸乙烯酯系熱熔組合物或純聚伸丙基碳酸酯組合物，本發明熱熔樹脂組合物於木材-木材間(極性纖維素表面)及PVC-PVC間有較高黏著力。此外，還可得知該純聚伸丙基碳酸酯組合物於極性木材-木材間的黏著力，係遠高於伸乙基乙酸乙烯酯系熱熔組合物。此顯示，本發明由聚伸丙基碳酸酯確保對極性表面的黏著力，以及由經酚改質之萜烯樹脂確保對非極性表面的黏著力，達到黏著力的平衡
除了本發明之經酚改質之萜烯樹脂外之膠黏劑，如松香、松香酯、石油樹脂，會部分或完全造成聚伸丙基碳酸酯的相分離，因而降低內聚能而降低機械強度。本發明所使用之塑化劑提供聚丙烯與經酚改質之萜烯樹脂間的完全相容性，從而能確保本發明所欲達到之機械強度以及黏著力。
本發明係製備由聚伸丙基碳酸酯、與該聚伸丙基碳酸酯具有相容性之經酚改質之萜烯樹脂、以及完全混合該二樹脂的塑化劑構成之熱熔黏著劑組合物。由該三種成分構成之熱熔黏著劑組合物係使用二氧化碳作為原料以實施對極性表面的黏著，同時降低碳的排放，藉該經酚改質之萜烯樹脂確保於非極性表面的黏著性，以及藉彼此間優異的相容性，均勻混合聚伸丙基碳酸酯與經酚改質之萜烯樹脂。於此，完全地均勻混合提供本發明熱熔黏著劑於黏著力及機械強度的改善。
雖然為了說明目的已揭露本發明之例示性實施態樣，然而熟習本領域之技藝之人士當可了解，在不背離本發明之範疇及精神的情況下，可如進行修改、添加及置換，如後附申請專利範圍。因此，此等修改、添加及置換應理解亦屬於本發明的範疇。
第1圖所示為一種藉由將一熱熔樣本結合於一木材與一PVC薄片之間以測量黏著力的概要配置圖。

Claims (8)

  1. 一種熱熔黏著劑組合物，包含聚伸丙基碳酸酯樹脂(polypropylene carbonate resin)以及經酚改質之萜烯樹脂(phenol-modified terpene resin)。
  2. 如請求項1之熱熔黏著劑組合物，其中該聚伸丙基碳酸酯樹脂之重量平均分子量為5,000至100,000公克/莫耳。
  3. 如請求項1之熱熔黏著劑組合物，其中該聚伸丙基碳酸酯樹脂係經由二氧化碳與環氧丙烷之聚合反應獲得。
  4. 如請求項1之熱熔黏著劑組合物，更包含選自以下化學式1至4中所示之化合物的至少一者作為塑化劑： 其中，a為0至3的整數；b及c為1至5的整數；d為0至4的整數；以及e為1至5的整數。
  5. 如請求項4之熱熔黏著劑組合物，其中每100重量份的樹脂係添加2至20重量份的該塑化劑。
  6. 如請求項1之熱熔黏著劑組合物，其中該經酚改質之萜烯樹脂的軟化點為95至115℃。
  7. 如請求項1之熱熔黏著劑組合物，其中該熱熔黏著劑組合物的使用溫度係等於或小於190℃。
  8. 一種熱熔黏著劑，包含如請求項1至7中任一項所述之熱熔黏著劑組合物。
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