TWI791641B - 用於製備水性熱封塗料組合物之方法 - Google Patents
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Abstract
揭示用於製備水性熱封塗料組合物之方法,其包含(A)在第一混合裝置中熔融摻合乙烯乙酸乙烯酯共聚物、增黏劑及蠟以形成熔融摻合物,(B)在第二混合裝置之乳化區中使所述熔融摻合物與包括中和劑、水及界面活性劑之初始含水料流接觸以形成分散液,及(C)在所述第二混合裝置之稀釋區中用水稀釋所述分散液以形成所述水性熱封塗料組合物。亦揭示用於製備水性熱封塗料組合物之方法,其包含(A)在混合裝置之混合及運送區中熔融摻合乙烯乙酸乙烯酯共聚物、增黏劑及蠟以形成熔融摻合物,(B)在所述混合裝置之乳化區中使所述熔融摻合物與包括中和劑、水及界面活性劑之初始含水料流接觸以形成分散液,及(C)在所述混合裝置之稀釋區中用水稀釋所述分散液以形成所述水性熱封塗料組合物,其中所述擠出機混合裝置之長徑比大於或等於12比1。而且揭示根據所揭示之方法製備之水性熱封塗料組合物。
Description
本發明係關於用於製備水性熱封塗料組合物之方法。詳言之,所揭示之方法包含用於製備水性熱封塗料組合物同時仍保持或改進水性熱封塗料品質及效能之方法,所述方法比現存方法更有效率且有效。
熱封塗料已用於食品、醫藥、醫療及工業封裝應用中。熱封塗料產品之實例包含乙烯乙酸乙烯酯(「EVA」)熱封塗料,其可為基於高分子量乙烯互聚物之水性分散液。此類水性產品之市售實例包含彼等獲自陶氏化學公司(The Dow Chemical Company)以名稱ADCOTE™ 37系列出售之水性產品。
水性熱封塗料產品典型地藉由分批分散工藝製造,所述工藝由於長循環時間以及所生產分散液中之重大批次差異(batch-to-batch variation)而具有相對較高的加工成本。另外,在分批分散工藝中需要大量蠟作為加工助劑以便幫助分散且降低混合物之熔融黏度,即使蠟不會有助於黏著特性。另外,由於在高溫下在強鹼性環境中進行較長時間加工,所以乙烯乙酸乙烯酯樹脂可能在分批分散工藝中經受水解,這將導致EVA聚合物之降解及熱封塗料之效能降低。因此,具有短滯留時間之連續性分散工藝可較佳用於減輕乙烯乙酸乙烯酯樹脂水解。
最近,且考慮到分批工藝之限制性,水性熱封塗料已藉由連續性工藝來生產,在所述連續性工藝中使用單個擠出機來摻合、乳化及稀釋最終分散液。然而,連續性工藝意外地遭遇大型商業規模擠出機之可擴縮性問題,其中最終產物未充分地分散,亦即窄粒度分佈之不均勻分散,導致不穩定的分散產物。這可能為用於生產分散液之原材料之熔融溫度差異的後果。亦即是,較低熔點之材料在低溫下首先在擠出機中進行熔融後潤滑較高熔點材料之丸粒,由此防止形成產生具有窄粒度分佈之均勻分散液所需之調配物的均質混合物。因此,需要用於有效率地且有效地生產適用於熱封塗料應用之均勻含水分散液同時仍保持或改進品質及水性熱封塗料效能之方法。
揭示用於製造水性熱封塗料產物之方法。在一些實施例中,所述方法包括預混配或預混合水性熱封塗料組合物中之至少一部分組分。舉例而言,在一些實施例中,所揭示之方法包括(A)在第一混合裝置中熔融摻合乙烯乙酸乙烯酯共聚物、增黏劑及蠟以形成熔融摻合物,(B)在第二混合裝置之乳化區中使熔融摻合物與包括中和劑、水及界面活性劑之初始含水料流接觸以形成分散液,及(C)在第二混合裝置之稀釋區中用水稀釋分散液以形成水性熱封塗料組合物。
在一些實施例中,第一混合裝置為內部分批混合器,諸如BANBURY™混合器。在一些實施例中,第一混合裝置為擠出機,諸如雙螺桿擠出機。在一些實施例中,第二混合裝置為擠出機,諸如雙螺桿擠出機。在一些實施例中,第二混合裝置為轉子定子混合器。在再其他實施例中,所述過程係在諸如擠出機之單個高效混合裝置中進行,其中擠出機具有特定長徑比以達成均勻分散。
在一些實施例中,用於製備水性熱封塗料組合物之方法包括(A)在擠出機混合裝置之混合及運送區中熔融摻合乙烯乙酸乙烯酯共聚物、增黏劑及蠟以形成熔融摻合物,(B)在擠出機混合裝置之乳化區中使熔融摻合物與包括中和劑、水及界面活性劑之初始含水料流接觸以形成分散液,及(C)在擠出機混合裝置之稀釋區中用水稀釋分散液以形成水性熱封塗料組合物,其中擠出機混合裝置之長徑比大於或等於12比1。
亦揭示藉由本發明之方法產生之水性熱封塗料組合物,如包括所揭示之水性熱封塗料組合物之製品諸如食品封裝製品一樣。
在一些實施例中,根據所揭示之方法製備之水性熱封塗料組合物包含熱塑性聚合物。合適的熱塑性聚合物包含乙烯與選自以下之至少一種烯系不飽和共聚單體之共聚物:乙烯基酯、丙烯酸、丙烯酸之C1
-C4
烷基酯、C1
-C4
烷基丙烯酸之C1
-C4
烷基酯及環烯烴共聚物及其摻合物。乙烯基酯之實例包含乙酸之乙烯基酯、丙酸、丁酸、2-乙基己烷羧酸、壬酸及硬脂酸,特別地可使用C2
至C4
羧酸且尤其乙酸乙烯酯。乙烯及烯系不飽和共聚單體之共聚物之代表性實例包含乙烯/乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯/丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMMA)、乙烯/丙烯酸甲酯/丙烯酸共聚物(EMAAA)、乙烯/丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸共聚物(EMAMAA)、乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸共聚物(EBAAA)及乙烯乙酸乙烯酯苯乙烯共聚物。聚合物可藉由整體聚合、乳液聚合、氣相聚合或溶液聚合來製備。在各種實施例中,熱塑性聚合物為乙烯乙酸乙烯酯共聚物。一般而言,乙烯基酯含量在重量10 %至80%或重量20%至45%或重量25%至32%或重量28%至32%範圍內。包括重量2%至45%乙酸乙烯酯且熔體黏度指數為6至150 g/10 min之乙烯乙酸乙烯酯共聚物之市售實例係由杜邦(DuPont)以名稱ELVAXTM
諸如ELVAX™ 4260出售。
水性熱封塗料組合物中之熱塑性聚合物以分散液中之固體之總重量計在一些實施例中一般以在重量50%至85%範圍內之量、以在重量55%至80%範圍內之量且在各種其他實施例中以在重量60%至75%範圍內之量存在。
在一些實施例中,根據所揭示之方法製備之水性熱封塗料組合物包含增黏劑。可使用任何合適的增黏劑。增黏劑之實例包含但不限於松香酸、松香酯、萜烯酚醛樹脂、純單體樹脂及酚醛樹脂或其混合物。增黏劑可為天然產物或合成產物。
水性熱封塗料組合物中之增黏劑以所述組合物中之固體之總重量計在一些實施例中一般以在重量5 %至30%或6%至重量20%範圍內或在各種其他實施例中重量10%至15%範圍內之量存在。松香增黏劑之市售實例係由伊士曼(Eastman)以名稱DYMEREX™出售。
在一些實施例中,根據所揭示之方法製備之水性熱封塗料組合物包含蠟作為抗結塊劑。合適的蠟包含但不限於石蠟、微晶蠟、高密度低分子量聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、熱降解蠟、副產物聚乙烯蠟、費托蠟(Fischer-Tropsch wax)、氧化費托蠟及諸如羥基硬脂醯胺蠟之功能化蠟、諸如巴西棕櫚蠟之脂肪酸酯蠟、脂肪醯胺蠟、氟化聚合物蠟及其組合。在本領域中通常使用術語「合成高熔點蠟」以包含高密度低分子量聚乙烯蠟、副產物聚乙烯蠟及費托蠟。其他蠟亦包含彼等描述於美國專利第6,335,410號、第6,054,544號及第6,723,810號中之蠟,所述專利均以引用之方式併入本文中。
在一些實施例中,在進入第二混合裝置以進行分散及稀釋之前,在第一混合裝置中預混配熱塑性聚合物、增黏劑及蠟。在其他實施例中,在進入同一混合裝置之乳化區且隨後進入稀釋區之前,在具有特定長徑比之混合裝置之混合及運送區段中混合熱塑性聚合物、增黏劑及蠟以形成熔融摻合物。在再其他實施例中,在與熱塑性聚合物及/或增黏劑摻合之前將蠟加熱至熔融狀態。將水性熱封塗料組合物之其他組分引入且摻入所述組合物中,如下文所進一步詳細論述。
除熱塑性聚合物之外,本文所描述之水性熱封塗料組合物亦包含分散劑。如本文所使用之術語「分散劑」意謂有助於形成及/或穩定分散液之試劑。有時稱為「界面活性劑」之適用於本發明之分散劑包含離子及非離子界面活性劑。
非離子界面活性劑為其中極性官能團不由陰離子或陽離子基團提供而由中性極性基團諸如典型地醇、胺、醚、酯、酮或醯胺官能團提供之材料。適用於所揭示之組合物之非離子界面活性劑包含但不限於聚乙氧基化烷基苯酚,諸如聚乙氧基化對壬基苯酚、對辛基苯酚或對十二烷基苯酚;衍生自椰子油、牛脂或包含油基衍生物之合成材料之聚乙氧基化直鏈醇;分子量典型地為1000至30,000之聚乙氧基化聚氧丙二醇(環氧乙烷及環氧丙烷之嵌段共聚物);聚乙二醇;聚乙氧基化硫醇;長鏈羧酸酯,包含天然脂肪酸之甘油酯及聚甘油酯、丙二醇酯、山梨糖醇酯、聚乙氧基化山梨糖醇酯、聚氧乙二醇酯及聚乙氧基化脂肪酸;烷醇胺「縮合物」,例如藉由使脂肪酸之甲基或甘油三酯與等莫耳或兩等莫耳量之烷醇胺反應製得之縮合物;三級炔二醇;聚乙氧基化聚矽氧,藉由使反應性聚矽氧中間體與諸如環氧丙烷或混合環氧乙烷/環氧丙烷共聚物之封端烯丙基聚環氧烷反應來製備;N-烷基吡咯啶酮及烷基多醣苷(多醣之長鏈縮醛)。另外的非離子界面活性劑更特定地包含乙氧基化椰油醯胺;油酸;第三十二烷基硫醇;改質聚酯分散劑;基於聚異丁烯基丁二酸酐之酯、醯胺或混合酯-醯胺分散劑;基於聚異丁基苯酚之分散劑;ABA型嵌段共聚物非離子分散劑;丙烯酸接枝共聚物;辛基苯氧基聚乙氧基乙醇;壬基苯氧基聚乙氧基乙醇;烷基芳基醚;烷基芳基聚醚;胺聚乙二醇縮合物;改質聚乙氧基加合物;改質封端烷基芳基醚;改質聚乙氧基化直鏈醇;線性一級醇之封端乙氧基化物;高分子量三級胺,諸如1-羥乙基-2-烷基咪唑啉;噁唑啉;全氟烷基磺酸酯;去水山梨糖醇脂肪酸酯;聚乙二醇酯;脂族及芳族磷酸酯。亦包含烴基取代之丁二酸醯化劑及胺之反應產物。
適用於所揭示之水性熱封塗料組合物之離子界面活性劑包含但不限於用含水鹼中和之油酸、脂肪酸、二聚物脂肪酸、烷基磺酸、烷基取代之芳族磺酸、烷基磷酸、聚(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸之共聚物及其組合。界面活性劑可在稀釋及冷卻之前之任何時候添加至所述組合物中,這將在下文更詳細地論述。
水性分散液組合物中之界面活性劑之存在量以分散液中之固體之總重量計在一些實施例中一般以重量0.1 %至5%範圍內之量、以在重量0.2%至2.5%範圍內之量且在各種其他實施例中以在重量0.5%至1.5%範圍內之量存在。
界面活性劑可用中和劑部分或完全中和。在某些實施例中,諸如長鏈脂肪酸之穩定劑之中和以莫耳計可為25%至200%;或在替代方案中,其以莫耳計可為50%至110%。舉例而言,對於脂肪酸,中和劑可為鹼,例如氫氧化銨或氫氧化鉀。其他中和劑可包含例如氫氧化鋰或氫氧化鈉。在另一替代方案中,中和劑可為例如碳酸鹽。在另一替代方案中,中和劑可為有機胺,例如胺(諸如單乙醇胺)或2-胺基-2-甲基-1-丙醇(AMP)。可用於本文所揭示之實施例之胺可包含單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺及TRIS AMINO™(均可自安格斯(Angus)獲得)、NEUTROL™ TE(可自巴斯夫(BASF)獲得)以及三異丙醇胺、二異丙醇胺及N,N-二甲基乙醇胺(均可自密歇根州米德蘭的陶氏化學公司(The Dow Chemical Company, Midland, MI)獲得)。其他有用胺可包含氨、單甲胺、二甲胺、三甲胺、單乙胺、二乙胺、三乙胺、單正丙胺、二甲正丙胺、N-甲醇胺、N-胺基乙基乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、單異丙醇胺、N,N-二甲丙醇胺、2-胺基-2-甲基-1-丙醇、三(羥甲基)-胺基甲烷、N,N,N'N'-肆(2-羥丙基)乙二胺、1.2-二胺基丙烷。在一些實施例中,可使用胺之混合物或胺及界面活性劑之混合物。本領域普通技術人員應瞭解,適當的中和劑之選擇視所調配之特定組合物而定,且瞭解此類選擇在本領域普通技術人員之知識範圍內。
水性分散液組合物中之中和劑一般以一定量存在以向所述組合物提供以所述組合物之酸之總莫耳數計在一些實施例中在20%至200%範圍內、在20%至150%範圍內且在各種其他實施例中以在25%至90%範圍內之量之中和度。
在各種其他實施例中,熱封塗料組合物一般包括大於重量40%水及大於重量50%水。
在一些實施例中,在混合裝置之乳化區中將分散劑、中和劑及水添加至水性熱封塗料組合物中。
熱封塗料組合物可含有其他添加劑,其包含但不限於消泡劑、流變改質劑、潤濕劑及有機或無機顏料。
圖 1
顯示可用於製備本發明之水性熱封塗料之裝置之示意圖。在圖 1
中,將例如圖 1
中之雙螺桿擠出機之第一混合裝置102
耦合至背壓調節器(back pressure regulator)、熔融泵或齒輪泵104
。在其他實施例中,可使用本領域中已知之任何熔融捏合方法作為第一混合裝置。舉例而言,在一些實施例中,使用捏合機、BANBURY®
混合器、單螺桿擠出機或多螺桿擠出機。將熱塑性聚合物、蠟及增黏劑形成或固結成母料,其可呈丸粒、粉末或薄片之形狀或形式且進料至進料器100
中。第一混合裝置熔融且摻合丸粒、粉末或薄片,將所述丸粒、粉末或薄片自進料器100
進料至第一混合裝置102
之入口106
中以在典型地用於熔融捏合熱塑性樹脂之條件下形成均質熔融摻合物。熔融摻合物包括分散於水中之體積平均粒度為150 nm至4,000 nm之聚合物粒子。本文包含且揭示150 nm至4,000 nm之所有值及子範圍。在一些實施例中,第一混合裝置在80℃至240℃範圍內之溫度下操作。
隨後將熔融摻合物自第一混合裝置102
經由第二混合裝置120
之入口108
輸送至第二混合裝置120
中,所述第二混合裝置120
為圖 1
中之擠出機。第二混合裝置包含乳化區118
及稀釋區122
。將第二混合裝置120
耦合至背壓調節器、熔融泵或齒輪泵124
。經由熔融摻合物之下游處之入口110
添加初始量之水及中和劑。在一些實施例中,乳化區在80℃至240℃範圍內之溫度下操作。在一些實施例中,可存在中和劑儲器112
及初始水儲器114 ,
其中之一者包含泵。分別由中和劑儲器112
及初始水儲器114
提供所需量之中和劑(例如鹼)及初始水。可使用任何合適的泵,但在一些實施例中,舉例而言,使用在240巴之壓力下提供約150 cc/min之流量之泵以向第二混合裝置提供中和劑及初始水。在其他實施例中,液體注射泵在200巴下提供300 cc/min之流量或在133巴下提供600 cc/min之流量。在一些實施例中,在預熱器中預熱中和劑及初始水。在一些實施例中,可將界面活性劑自界面活性劑儲器116
添加至入口110
中。離開乳化區118
之混合物為乳化混合物/分散液。
經由第二混合裝置120
之稀釋區122
之入口128
用來自儲器126
之額外的水(例如去離子水、pH為7或更高之緩衝水等)進一步稀釋分散液。典型地,將分散液在冷卻區中稀釋至至少重量40 %水。在各種實施例中,將分散液稀釋至重量40%至80%水。在一些實施例中,將分散液稀釋至具有重量20%至80%之固體含量。另外,可稀釋經稀釋混合物任何次數直至達成所需之稀釋程度。
此外,在各種實施例中,熱交換器(未示出)用於在分散液離開第二混合裝置120
之後將分散液冷卻至低於80℃。分散液之pH典型地為8至11.5。
圖 2
顯示可用於製備本發明之水性熱封塗料之裝置之示意圖。在圖 2
中,將例如圖 2
中之雙螺桿擠出機之第一混合裝置202
耦合至背壓調節器、熔融泵或齒輪泵204
。在其他實施例中,可使用本領域中已知之任何熔融捏合方法。舉例而言,在一些實施例中,使用捏合機、BANBURY®
混合器、單螺桿擠出機或多螺桿擠出機。將熱塑性聚合物、蠟及增黏劑形成或固結成母料,其可呈丸粒、粉末或薄片之形狀或形式且進料至進料器200
中。第一混合裝置熔融且摻合丸粒、粉末或薄片,將所述丸粒、粉末或薄片自進料器200
進料至第一混合裝置202
之入口206
中以在典型地用於熔融捏合熱塑性樹脂之條件下形成均質熔融摻合物。可在入口206
處及/或在入口206
下游處之第一混合裝置202
中之任何其他點處將乳化劑與上述組分一起添加。熔融摻合物包括分散於水中之體積平均粒度為150 nm至4,000 nm之聚合物粒子。本文包含且揭示150 nm至4,000 nm之所有值及子範圍。在一些實施例中,第一混合裝置在80℃至240℃範圍內之溫度下操作。
隨後將熔融摻合物自第一混合裝置202
經由第二混合裝置220
之入口208
輸送至第二混合裝置220 ,
所述第二混合裝置220
為圖 2
中之轉子定子混合器。轉子定子混合器220
包含旋轉內部元件或轉子以及固定外部殼體或定子。將來自第一混合裝置202
之熔融摻合物經由入口208
進料至轉子-定子裝置中,轉子能夠高速旋轉且將熔融摻合物連同中和劑機械地均質化/分散至初始含水料流中,所述中和劑係由儲器210
提供以形成高固體含量之乳液。在一些實施例中,可在第二混合裝置220
中添加額外的乳化劑。隨後,用由稀釋混合器222
中之稀釋水儲器212
供應之水(例如去離子水、pH為7或更高之緩衝水等)將高固體含量乳液進一步稀釋至所需之固體含量。典型地,將分散液在冷卻區中稀釋至至少重量40%水。在各種實施例中,將分散液稀釋至重量40%至80%水。在一些實施例中,將分散液稀釋至具有重量20%至80%之固體含量。另外,可稀釋經稀釋混合物任何次數直至達成所需之稀釋程度。第二裝置之製程可在80℃至180℃範圍內之溫度下操作。在一些實施例中,轉子定子混合器220及稀釋混合器222可組合成單個轉子定子混合裝置。
此外,在各種實施例中,熱交換器(未示出)用於在分散液離開稀釋混合器222
之後將分散液冷卻至低於80℃。分散液之pH典型地為8至11.5。
圖 3
顯示可用於製備本發明之水性熱封塗料之裝置之示意圖。在圖 3
中,將較佳為雙螺桿擠出機之擠出機302
耦合至背壓調節器、熔融泵或齒輪泵304
。在各種實施例中,擠出機302
具有三個區域:(1)運送、熔融及混合區306
、(2)乳化區308
及(3)稀釋區310
。在各種實施例中,混合及運送區306
在80℃至240℃範圍內之溫度下操作,且乳化區308
在80℃至240℃範圍內之溫度下操作。在一些實施例中,擠出機302 之
運送、熔融及混合區306
部分具有長度為「L」且直徑為直徑「D」之筒,其提供不小於12比1諸如12比1至60比1之長徑比。
將熱塑性聚合物、蠟及增黏劑形成或固結成母料,其可呈丸粒、粉末或薄片之形狀或形式且進料至進料器312
中。將丸粒、粉末或薄片自進料器312
進料至擠出機302
之入口314
中,其中熔融或混配組分以形成均質熔融摻合物。熔融摻合物包括分散於水中之體積平均粒度為150 nm至2,000 nm之聚合物粒子。本文包含且揭示150 nm至4,000 nm之所有值及子範圍。
亦將乳化劑注入擠出機302
之運送、熔融及混合區306
中,較佳在此區306
之後者部分中。亦可將其他添加劑經由入口314
添加至擠出機中。隨後將熔融摻合物自運送、熔融及混合區306
進料至擠出機302
之乳化區308
中,其中經由入口316
添加初始量之水及中和劑。在一些實施例中,可存在中和劑儲器318
及初始水儲器320
,其中之一者包含泵。分別由鹼儲器及初始水儲器提供所需量之中和劑(例如鹼)及初始水。可使用任何合適的泵,但在一些實施例中,舉例而言,使用在240巴之壓力下提供約150 cc/min之流量之泵以向擠出機提供中和劑及初始水。在其他實施例中,液體注射泵在200巴下提供300 cc/min之流量或在133巴下提供600 cc/min之流量。在一些實施例中,在預熱器中預熱中和劑及初始水。在一些實施例中,可將界面活性劑自界面活性劑儲器322
添加至入口316
中。離開乳化區308
之混合物為乳化混合物/分散液。
經由入口326
用來自儲器324
之額外的水(例如去離子水、pH為7或更高之緩衝水等)將乳化混合物進一步稀釋至擠出機302
之稀釋及冷卻區310
中。典型地,將分散液在冷卻區中稀釋至至少重量40%水。在各種實施例中,將分散液稀釋至重量40%至80%水。在一些實施例中,將分散液稀釋至具有重量20%至80%之固體含量。另外,可稀釋經稀釋混合物任何次數直至達成所需之稀釋程度。
此外,在各種實施例中,熱交換器(未示出)用於在分散液離開擠出機302
之後將分散液冷卻至低於80℃。分散液之pH典型地為8至11.5。本發明之實例 樣品製備
在所述實例中使用之恰當原材料包含ELVAX™ 4260(來自杜邦之乙烯乙酸乙烯酯)、DYMEREXTM
松香(來自伊士曼)、巴西棕櫚蠟(來自Gehring-Montgomery)及石蠟(來自Ross Waxes之石蠟128/130及石蠟140/145(1:1(重量)))以及油酸及氫氧化鉀。一般在第一混合裝置中預混配至少ELVAX™ 4260、DYMEREX™松香、巴西棕櫚蠟及石蠟來製備所述實例之水性熱封塗料組合物,所述第一混合裝置為長徑比為45比1之40 mm雙螺桿擠出機。在第一混合裝置中熔融且摻合所選原材料以產生熔融摻合物混合物。由預混配過程產生之熔融摻合物為經由模頭離開擠出機之材料的均質熔融料流,所述模頭進而耦合至水下造粒系統(underwater pelletizing system)。將熔融摻合物擠出通過模板且藉助於安裝在造粒系統之葉片轂中之葉片切割成丸粒。藉助於冷水流將切割丸粒冷卻至固態。隨後,將固體丸粒轉移至旋轉乾燥器系統中,所述系統自丸粒表面移除任何過量之水。之後,將丸粒轉移至分類器系統中且真空轉移至最終封裝容器中。
接著將呈丸粒形式之預混配材料進料至第二混合裝置中以形成熔融摻合物,所述裝置為長徑比為44比1之40 mm雙螺桿擠出機。擠出機總共具有三個區域,其按順序為:(1)運送、熔融及混合區、(2)乳化區及(3)稀釋及冷卻區。經由單個挺桿式注射器(tappet style injector)將乳化劑(所述實例中之油酸)注入乳化區中。雙500 ml ISCO注射泵計量添加具有去離子水及氫氧化鉀溶液(25重量%)之初始含水(IA)料流,經由相同的單個挺桿式注射器將其泵入雙螺桿擠出機之乳化區中。
在運行第二混合裝置之前,將擠出機筒及出口區加熱至所需溫度(加熱至在80℃與160℃之間的運送、熔融及混合區,加熱至在80℃與140℃之間的乳化區及稀釋及冷卻區)。一旦擠出機筒達到所需溫度,則經由擠出機淨化聚合物。為防止堵塞,以約300 rpm操作螺桿直至來自前一次運行之殘餘聚合物自由地離開端閥。隨後開始進料且使聚合物流流出。
所述實例係根據上述方法製備且其特性如表1中所示。在表1中,「E」表示ELVAX™ 4260,「D」表示DYMEREX™,「C」表示巴西棕櫚蠟,「P」表示石蠟,且「O」表示油酸。比較實例1由來自陶氏化學公司之ADCOTE™ 37P295製成,且藉由分批分散工藝製成。
粒度分析在使用由儀器軟體預定義之標準程序之Beckman Coulter LS 13 320雷射繞射粒度分析儀(貝克曼庫爾特有限公司(Beckman Coulter Inc.))中進行。使用Denver Instruments pH計量測分散液pH。用OMNIMARK™水分分析儀進行固體含量分析。在Brookfield旋轉黏度計(在50 rpm下之RV #2心軸)上量測分散液黏度。 效能測試
在所述實例中使用之主要基板為92 g PET膜及預層壓PET-鋁膜箔側。將主基板密封至具有92 g PET膜、鑄造PP(3密耳)膜、PVC片、PETG片、Barex片(黃色)、紙板(黏土塗佈之一側)及預層壓PET-鋁箔側之次基板上。藉由以乾燥塗層重量為3磅/令為目標用Mayer桿刮塗棒塗佈來製備水性熱封塗料組合物樣品以用於效能測試。在90℃烘箱中乾燥塗佈濕膜2分鐘以蒸發水。用於所述實例之實際塗層重量如下:示意性實例1,2.7磅/令塗佈PET及3磅/令塗佈箔;比較實例1,2.8磅/令塗佈PET,2.9磅/令塗佈箔。
用具有上側加熱溫度之熱封機進行熱封以用於具有40 psi、1.0 秒、不同溫度(200℉至350℉)及活化溫度40 psi、0.5 秒、77℉至200℉之黏合強度測試。
在室溫(約23℃)下及在40℃下使用1磅重物進行防結塊性測試。
除上述實施例之外,特定組合之許多實施例亦在本發明之範疇內,所述實施例中之一些描述於下文:
實施例1. 一種用於製備水性熱封塗料組合物之方法,其包括: (A)在第一混合裝置中熔融摻合乙烯乙酸乙烯酯共聚物、增黏劑及蠟以形成熔融摻合物; (B)在第二混合裝置之乳化區中使所述熔融摻合物與包括中和劑、水及界面活性劑之初始含水料流接觸以形成分散液;及 (C)在所述第二混合裝置之稀釋區中用水稀釋所述分散液以形成所述水性熱封塗料組合物。
實施例2. 如前述或後述實施例中任一項所述之方法,其中所述方法為連續性工藝。
實施例3. 如前述或後述實施例中任一項所述之方法,其中所述第一混合裝置及/或所述第二混合裝置為擠出機。
實施例4. 如前述或後述實施例中任一項所述之方法,其中所述第一混合裝置及/或所述第二混合裝置為雙螺桿擠出機。
實施例5. 如前述或後述實施例中任一項所述之方法,其中所述第一混合裝置為內部分批混合器。
實施例6. 如前述或後述實施例中任一項所述之方法,其中所述第二混合裝置為轉子定子混合器。
實施例7. 如前述或後述實施例中任一項所述之方法,其中所述蠟係選自由以下組成之群:石蠟、微晶蠟、高密度低分子量聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、熱降解蠟、副產物聚乙烯蠟、費托蠟、氧化費托蠟、功能化蠟及其組合。
實施例8. 如前述或後述實施例任一項所述之方法,其中所述第一混合裝置在120℃至180℃範圍內之溫度下操作。
實施例9. 如前述或後述實施例中任一項所述之方法,其中所述第二混合裝置之乳化區在80℃至150℃範圍內之溫度下操作。
實施例10. 如前述或後述實施例中任一項所述之方法,其中所述中和劑為氫氧化鉀。
實施例11. 如前述或後述實施例中任一項所述之方法,其中所述界面活性劑為油酸。
實施例12. 如前述或後述實施例中任一項所述之方法,其中所述增黏劑為二聚膠松香。
實施例13. 如前述或後述實施例中任一項所述之方法,其中所述水性熱封塗料組合物之酸基團之中和度以所述水性熱封塗料組合物之總酸含量計在25莫耳%至100莫耳%範圍內。
實施例14. 如前述或後述實施例中任一項所述之方法,其中所述水性熱封塗料組合物包括重量40 %至80%水。
實施例15. 如前述或後述實施例中任一項所述之方法,其中以所述水性熱封塗料組合物中之固體之總重量計,所述乙烯乙酸乙烯酯之存在量在重量50%至85%範圍內,且所述增黏劑之存在量在重量6%至20%範圍內。
實施例16. 一種用於製備水性熱封塗料組合物之方法,其包括: (A)在混合裝置之混合及運送區中熔融摻合乙烯乙酸乙烯酯共聚物、增黏劑及蠟以形成熔融摻合物; (B)在所述混合裝置之乳化區中使所述熔融摻合物與包括中和劑、水及界面活性劑之初始含水料流接觸以形成分散液;及 (C)在所述混合裝置之稀釋區中用水稀釋所述分散液以形成所述水性熱封塗料組合物, 其中所述擠出機混合裝置之長徑比大於或等於12比1。
實施例17. 如前述或後述實施例中任一項所述之用於製備水性熱封塗料組合物之方法,其中所述擠出機混合裝置之長徑比為12比1至60比1。
實施例18. 一種水性熱封塗料組合物,其藉由如前述或後述實施例中任一項所述之方法製造。
100‧‧‧進料器102‧‧‧第一混合裝置104‧‧‧背壓調節器、熔融泵或齒輪泵106‧‧‧入口108‧‧‧入口110‧‧‧入口112‧‧‧中和劑儲器114‧‧‧初始水儲器116‧‧‧界面活性劑儲器118‧‧‧乳化區120‧‧‧第二混合裝置122‧‧‧稀釋區124‧‧‧背壓調節器、熔融泵或齒輪泵126‧‧‧儲器128‧‧‧入口200‧‧‧進料器202‧‧‧第一混合裝置204‧‧‧背壓調節器、熔融泵或齒輪泵206‧‧‧入口208‧‧‧入口210‧‧‧儲器212‧‧‧稀釋水儲器220‧‧‧第二混合裝置222‧‧‧稀釋混合器302‧‧‧擠出機304‧‧‧背壓調節器、熔融泵或齒輪泵306‧‧‧混合區308‧‧‧乳化區310‧‧‧稀釋區312‧‧‧進料器314‧‧‧入口316‧‧‧入口318‧‧‧中和劑儲器320‧‧‧初始水儲器322‧‧‧界面活性劑儲器324‧‧‧儲器326‧‧‧入口
此處參考以下圖示,其中: 圖1顯示用於製備本發明之水性熱封塗料組合物之包含第一擠出機混合裝置及第二擠出機混合裝置之裝置之示意圖。 圖2顯示用於製備本發明之水性熱封塗料組合物之包含第一擠出機混合裝置及第二轉子定子混合裝置之裝置之示意圖。 圖3顯示用於製備本發明之水性熱封塗料組合物之包含延伸的混合及運送區之裝置之示意圖。
100‧‧‧進料器
102‧‧‧第一混合裝置
104‧‧‧背壓調節器、熔融泵或齒輪泵
106‧‧‧入口
108‧‧‧入口
110‧‧‧入口
112‧‧‧中和劑儲器
114‧‧‧初始水儲器
116‧‧‧界面活性劑儲器
118‧‧‧乳化區
120‧‧‧第二混合裝置
122‧‧‧稀釋區
124‧‧‧背壓調節器、熔融泵或齒輪泵
126‧‧‧儲器
128‧‧‧入口
Claims (13)
- 一種用於製備水性熱封塗料組合物之方法,其包括:(A)在第一混合裝置中熔融摻合乙烯乙酸乙烯酯共聚物、增黏劑及蠟以形成熔融摻合物;(B)在第二混合裝置之乳化區中使所述熔融摻合物與包括中和劑、水及界面活性劑之初始含水料流接觸以形成分散液;及(C)在所述第二混合裝置之稀釋區中用水稀釋所述分散液以形成所述水性熱封塗料組合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中所述第一混合裝置及/或所述第二混合裝置為擠出機。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中所述第一混合裝置為內部分批混合器。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中所述第二混合裝置是轉子定子混合器。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中所述蠟係選自由以下組成之群:石蠟、微晶蠟、高密度低分子量聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、熱降解蠟、副產物聚乙烯蠟、費托蠟、氧化費托蠟、功能化蠟及其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中所述第一混合裝置在120℃至180℃範圍內之溫度下操作。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中所述第二混合裝置之乳化區在80℃至150℃範圍內之溫度下操作。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中所述中和劑為氫氧化鉀。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中所述界面活性劑為油酸。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中所述增黏劑為二聚膠松香。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中所述水性熱封塗料組合物之酸基團之中和度以所述水性熱封塗料組合物之總酸含量計在莫耳25%至莫耳100%範圍內。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中以所述水性熱封塗料組合物中之固體之總重量計,所述乙烯乙酸乙烯酯之存在量在重量50%至85%範圍內,且所述增黏劑之存在量在重量6%至20%範圍內。
- 一種水性熱封塗料組合物,其藉由如申請專利範圍第1項所述之方法製造。
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