WO2024095131A1 - Cola termofusível para aplicação na indústria dos colchões, seu método de produção e sua utilização - Google Patents
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Definitions
- the present invention falls within the scope of hot-melt glues and refers, more particularly, to a hot-melt glue for application in industrial processes for manufacturing pocket spring cores for application in mattresses, being composed exclusively of propylene-based components, which facilitates the recycling of the propylene non-woven fabric at the end of the mattress' life cycle.
- the hot-melt composition referred to in this invention has a rheological behavior, an open time and a setting time duly adjusted to the production process used in the industry.
- Hot melt glues are products that are applied to the surface of a material in a molten state, at high temperatures, and harden when cooled to form a bond between at least two materials. Therefore, these products are supplied in a solid state and are subsequently heated and applied in a liquid state. Generally speaking , the application temperature for this type of product varies between 120 and 200 ° C . Hot melt glues are used in a wide variety of industrial applications worldwide and can respond to a wide range of complex requirements in the glue industry. In this context, among others, you will find if the mattress industry. The hot melt glue market has seen exponential growth in recent decades due to the large-scale production of synthetic polymers. In addition to the economic advantages, these types of glues also do not include organic solvents in their composition, which makes them a preferred option due to the strong focus on sustainability that exists in this industry.
- a hot-melt glue considered standard for use in the mattress industry is selected from two groups: pressure-sensitive adhesives for bonding foam to foam and formulations based on ethylene-vinyl-acetate (EVA) or polyolefin blend (mPO). for gluing pocket springs.
- EVA ethylene-vinyl-acetate
- mPO polyolefin blend
- Hot melt glues are typically formulated by combining several polymers and additive components into a uniform thermoplastic mixture. Such additive components include adhesion agents, plasticizers or waxes. As these components are dissimilar materials in chemical composition, non-woven waste is not accepted for recycling.
- the object of the present invention is a hot-melt glue consisting of propylene-based materials, therefore, the The chemical composition of both the glue and the textile is similar and the non-woven residue - which only includes propylene-based components - is accepted by recycling companies.
- a hot melt glue formulation contains the following types of raw materials:
- a polymeric component consisting of at least one thermoplastic polymer capable of guaranteeing rheological properties suitable for its application.
- This component can be selected from polyolefins, ethylene vinyl acetate polymers, styrene block copolymers, among others.
- a resin component used to increase adhesion strength to substrates which can be selected from natural or synthetic resins.
- natural resins include rosin resins, tall oil, polyterpenoid or terpene phenolic resins.
- Synthetic hydrocarbon resin can be selected from aliphatic (C5), aromatic (C9), aliphatic- aromatics (C5 /C9) and dicyclopentadiene (DCPD).
- additive components such as plasticizers or waxes that allow the adjustment of the viscosity, softening point and open time of the glue.
- a plasticizer can be selected from liquid polybutenes, saturated hydrocarbons, mineral oils, hydrotreated naphthenic or paraffinic oils and isobutylene-butene copolymer, among others.
- waxes include modified acrylic or carboxylic acid, polyolefin copolymer, Fischer-Tropsch and paraffin.
- hot-melt glue compositions are described in several patent documents, such as US20210348032A1, US20210284872A1, US20220169897A1 and US20220017796A1.
- An alternative solution can be found in "unmixed" polymers.
- An unblended polymer consists of a type of polymer obtained only through its own specific polymerization process, rather than a mixture of polymers that are obtained through a process of separate polymerization and mixed after polymerization. These may additionally comprise small amounts of additives such as antioxidants, perfumes and other low molecular weight components, but are substantially free of other polymers, mineral oils or adhesion agents (resins).
- Unblended polymers are known to have strong adhesion to non-woven materials due to the similar chemical composition of the polymer and the textile. Hot-melt glues consisting of pure polyolefins produced by metallocene catalysts are known in the art.
- the solidification temperatures of homopolymers known in the art are below 40 ° C. This value is considerably low when compared to alternative hot melt glues used in this market, whose solidification temperatures are normally above 60°C. Additionally, the homopolymers are significantly amorphous, which results in very different rheological behavior when compared to a typical hot melt glue composition. Because they have a different rheological behavior than a glue composition Typical hot-melt, it is estimated that the storage module is obtained at temperatures below 20 ° C. This value is typically related to the glue's setting time, a characteristic that is considered very relevant for this application.
- the open time and setting time of hot melt glue is generally inversely related to the properties of the glue, such as solidification temperature, meaning that a low solidification temperature results in a significantly longer open time.
- One solution to the technical problem is the combination of a propylene homopolymer, with a viscosity of less than 5000 mPa-s measured at 190 °C, and a crystalline polypropylene wax, catalyzed by metallocene and with a cloud point substantially at 140 °C and a viscosity of less than 70 mPa - s measured at 170 ° C, in order to obtain a hot-melt glue with adequate rheological behavior to achieve the objectives proposed for the present invention, that is, with an open time and setting time that allow its use in gluing pocket springs.
- the high viscosity of the polymer in the temperature range of interest can be adjusted by adding the wax component.
- the modulus values also increase due to the high crystallinity of the wax, guaranteeing a rheological behavior that allows the glue to be used in gluing pocket springs.
- the cloud point of polypropylene wax is quite high, substantially 140°C, the softening point obtained for this formulation is considerably higher than typical values for hot-melt glues used for gluing pocket springs - from 100°C to 135°C.
- this considerable increase in the softening point did not affect the open time as expected.
- the rheological behavior of the mixture resulted in a solidification temperature below 85 ° C, very close to the solidification temperature of alternative formulations, which have softening points substantially below 100 ° C (determined according to Ring & Ball, ASTM E28).
- the hot melt glue formulation obtained in this invention has a solidification temperature between 60 and 100 °C, and the storage module is obtained at a temperature between 40 °C and 100 °C. Consequently, the open time of the hot-melt glue is equal to or less than 10 seconds and the setting time is equal to or less than 1 second, giving the glue a rheological behavior suitable for its use in gluing pocket springs. Additionally, this formulation only includes propylene materials, making the non-woven residue from pocket springs acceptable to recycling companies.
- composition of the hot melt glue consists of:
- the hot-melt glue formulation obtained contains only propylene-based components and has a rheological behavior that allows its use in gluing pocket springs in industrial production lines.
- This hot-melt glue has an open time and setting time equal to or less than 10 s and 1 s, respectively, considered suitable for machines used in industry, as it has a solidification temperature equal to or greater than 60 ° C, more preferably between 60 and 90 ° C, a storage module obtained at a temperature greater than 40°C, more preferably between 40 and 65°C and viscosity at 160°C comprised between 1000 and 8000 mPa-s, more preferably between 1500 and 3 000 mPa - s .
- hot melt glue has good adhesion to non-woven fabric as it has a similar chemical composition to non-woven fabric. Additionally, this formulation is capable of keeping the pocket springs glued together while the mattress is rolled, stacked and stored. Additionally, the composition of the present invention provides easy cleaning of the metal parts of the equipment that make up the production line. Finally, the composition of the present invention lacks the presence of components other than propylene, which makes the non-woven residue, which is obtained at the end of the mattress' life cycle, acceptable for subsequent recycling.
- Figure 1 and Figure 2 present the results of the rheological analysis and the 7 MPa storage modulus through the setting time analysis, carried out on an ARES-G2 rheometer, 25 mm, 0.4 g, 6 °C/min, ( 100-1)%, 1 Hz.
- the present invention relates to a composition/formulation of a hot-melt glue consisting of a propylene-based wax and a propylene homopolymer.
- substrate is meant the material or surface of the material to which the hot-melt glue is applied and/or directly contacts. In the context of mattress construction, the most common substrates are polyurethane foams.
- open time is meant the maximum time interval, after the hot-melt glue is applied to the first substrate, in which it is possible to effectively glue a second substrate.
- Setting time is understood as the minimum time interval in which it is necessary to exert pressure for two substrates to bond effectively. Thus, setting time is associated with the speed at which the glue recovers its cohesive forces.
- rheological behavior is meant the analysis of the viscoelastic nature of the glue and its dependence on temperature variations.
- suitable rheological behavior is meant the change in material properties with temperature, which results in suitable technical properties such as open time and setting time.
- suitable viscosity is meant the viscosity value at 160 ° C between 1 000 and 8 000 mPa - s , more preferably between 1 500 and 6 000 mPa - s and even more preferably between 2 000 and 5 000 mPa * s .
- suitable solidification temperature is meant a solidification temperature between 60 and 130°C.
- equate open time is meant an open time equal or less than 10 seconds.
- equate setting time is meant a setting time equal to or less than 1 second.
- storage modulus is meant the temperature value at which a modulus value of 7 MPa is reached, indicating the behavior of the glue during cooling.
- DIN EN ISO means the test carried out in accordance with national (DIN), European (EN) and international (ISO) standards relating to hot melt glues.
- the "loss module" referred to in the Examples in the embodiments of the invention is only referred to together with the storage module to determine the solidification temperature.
- the object of the present invention is a hot-melt glue formulation composed of propylene-based raw materials, which has strong adhesion to non-woven materials with a rheological behavior adjusted to the production process used in this industry. Furthermore, the formulation keeps the pocket springs connected when the mattress is rolled, stacked and stored, and provides easy cleaning of metal parts of the manufacturing equipment that become soiled with hot melt glue during said process.
- the object of the present invention is a hot-melt glue for the furniture industry, particularly, but not exclusively, in the manufacture of pocket spring cores for application in mattresses.
- the hot melt glue consists of:
- polymeric component comprising at least one thermoplastic polyolefin polymer, preferably at least one propylene homopolymer, more preferably at least one metallocene-catalyzed low modulus propylene homopolymer;
- wax component comprising at least one metallocene-catalyzed crystalline polypropylene wax.
- the hot-melt glue intended for use in the furniture industry, particularly, but not exclusively, in the manufacture of pocket springs includes a polymeric component consisting of at least one thermoplastic polymer capable of guaranteeing the rheological properties suitable for its application in the construction of pocket springs, such as viscosity, storage modulus and solidification temperature. Furthermore, the polymeric component is a propylene homopolymer, as other polymers will be chemically different from the nonwoven, making the residue unacceptable for recycling.
- the polymeric component suitable for the present glue comprises at least one propylene homopolymer, more preferably, at least one metallocene-catalyzed low modulus propylene homopolymer.
- the polymeric component used has a melt viscosity of between 4,000 and 6,000 mPa-s at 190°C and a softening point of between 80 and 100°C measured in accordance with ISO 4625.
- the polymeric component corresponds to up to 95% by weight of the hot-melt glue, preferably between 55 and 80%, even more specifically between 60 and 70%.
- a wax component allows the viscosity, solidification temperature, open time and setting time of the hot melt glue to be adjusted to values considered appropriate, so that it can be easily used in industrial production lines.
- the application temperature necessary for using the glue in industrial lines is adequate, that is, between 100 and 200 ° C. , more preferably between 120 and 180 ° C, and even more specifically between 140 and 170 ° C.
- the suitable wax component for the present glue comprises a propylene-based wax, more preferably a metallocene-catalyzed crystalline polypropylene wax.
- the wax component is a polypropylene wax, as other polymers will be chemically different from the nonwoven, making the residue not acceptable for recycling. For this reason, preference is given to a metallocene-catalyzed crystalline polypropylene wax.
- the wax component used has a melting viscosity between 5 and 70 mPa-s measured at 170°C according to the DIN 53019 test method and a falling point between 120 and 150°C measured according to the DIN 53019 test method. ASTM D 3954 test.
- the wax component corresponds to up to 50% by weight of the hot-melt glue, preferably between 20 and 45%, even more specifically between 30 and 40%.
- the process for producing hot-melt glue for manufacturing pocket spring cores for application in mattresses comprises the following steps: a) Place the wax component in a mixer at a constant temperature between 130 and 150 ° C, until it forms a paste with a homogeneous appearance; b) Add the polymeric component to the wax component from step a) and mix with constant stirring, keeping the temperature constant; c) Maintain constant stirring and temperature until the mixture obtained in step b) presents a translucent appearance.
- the process begins with the wax component as it has low viscosity and, therefore, allows uniform and rapid melting just by the action of temperature, without the need for agitation inside the mixer.
- Example 1 information is presented regarding the composition/formulation of a hot-melt glue for gluing pocket springs with technical properties and a rheological behavior considered adequate, namely viscosity, open time and setting time, storage modulus of Example 1 (1 2), loss modulus from Example 1 (1.1) and solidification temperature.
- this composition contains all the components typically used in hot melt glue formulations. For this reason, when used for gluing pocket springs, the non-woven residue becomes unacceptable for the recycling process. Therefore, it is not considered suitable for the present invention and is presented for comparison purposes only.
- Example 2 the results of a composition that is composed of a single low modulus propylene homopolymer catalyzed by pure metallocene are presented.
- the rheology of this hot melt glue is not suitable for production lines used in gluing pocket springs. It is possible to draw this conclusion since it was not possible to measure the storage modulus of Example 2 (2.2) and the loss modulus of Example 2 (2.1) for temperatures above 20°C.
- the solidification temperature obtained was 34°C, lower than the solidification temperature obtained in Example 1 (86°C).
- the viscosity obtained in the temperature range between 140 to 160 °C is so high that the application of the glue is not possible in typically used industrial machines (Table 1). For these reasons, this formulation is not considered suitable for this invention.
- Example 3 A similar behavior is obtained for the hot-melt glue consisting of a polyolefin plastometer, shown in Example 3 in Figure 1. It was not possible to measure the storage modulus of Example 3 (3.2) and the loss modulus of Example 3 (3.1) for temperatures above 20°C. Additionally, as mentioned previously, this is a polyethylene-based solution which is not suitable for the present invention.
- Example 4 refers to a metallocene-catalyzed ethylene copolymer that functions as an alternative to compositions/formulations such as that of Example 1. Due to the presence of ethylene in the composition, this glue is not considered suitable for the present invention (due to the presence of a material chemically different from propylene), but the rheological behavior of this glue, namely viscosity, open time and setting time, storage modulus of Example 4 (4.2), loss modulus of Example 4 (4.1) and solidification temperature is compatible with the production lines used in gluing pocket springs. The rheological behavior of Example 4 is represented in Figure 2.
- Example 5 Optimization of the properties mentioned in Example 2 is possible by adding a metallocene polypropylene wax to the hot melt glue formulation.
- the composition has been optimized in open time and setting time by adding a highly crystalline polypropylene homopolymer wax with a falling point of 152°C measured in accordance with ASTM D3954 -94 and a viscosity of 80 mPa - s measured in accordance with PN-EN ISO 3219.
- the viscosity obtained was 8,000 mPa-s, that is, very high (Table 1) when compared to that of Example 1. High viscosity would inhibit the functionality of production lines in the working temperature range of 140 to 160 °C. Since the hot-melt glue corresponding to Example 5 is not suitable for the aforementioned reason, the rheological analyzes (storage modulus, loss modulus and solidification temperature) were not carried out.
- Example 6 the only solution found capable of solving the technical problems mentioned above and meeting all the requirements proposed by the present invention was the composition/formulation of Example 6. To obtain this, it was necessary to mix a metallocene-catalyzed polypropylene crystalline wax with a melting viscosity comprised between 5 to 75 mPa - s measured at 170 ° C, in accordance with the DIN 53019 test method and a falling point of 120 at 150°C measured in accordance with the ASTM D 3954 test method with a metallocene catalyzed propylene homopolymer having a melt viscosity comprised between 4,000 to 6,000 mPa - s measured at 190°C and a softening point comprised between 80 to 100°C measured in accordance with ISO 4625.
- a metallocene-catalyzed polypropylene crystalline wax with a melting viscosity comprised between 5 to 75 mPa - s measured at 170 ° C, in accordance with
- Example 6 modulus of storage of Example 6 (6.2) and loss module of Example 6 (6.1) ) is represented in Figure 2.
- a - Wax component normally used in the formulation of glues for pocket springs Fischer-Tropsch wax.
- B - Alternative wax component polypropylene homopolymer with melt viscosity of 80 mPa-s measured at 170 °C, according to test method PN-EN ISO 3219; a drop point of 152°C measured in accordance with ASTM test method D3954-94.
- C - Wax component selected for the invention polypropylene homopolymer with a melt viscosity of 5 to 100 mPa -s measured at 170 °C according to test method DIN 53019 and a drop point of 120 to 160 ° C measured in accordance with ASTM D 3954 test method.
- D - Polymeric component normally used for glue formulations for pocket springs copolymers of olefins of butene, propylene, ethylene, among others.
- E - Polymeric component selected for the invention metallocene-catalyzed propylene homopolymer, with a melt viscosity of 4,000 to 6,000 mPa -s measured at 190 °C; a softening point of 80 to 100 °C measured in accordance with ISO 4625.
- F - Alternative polymeric component polyethylene polyolefin plastom.
- G Alternative polymer component used for gluing pocket springs: metallocene-catalyzed ethylene copolymers.
- ARES-G2 25 mm, 0.4 g, 6 °C/min, (100-1)%, 1 Hz.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
Abstract
A presente invenção refere-se a uma cola termofusível para uso na indústria do mobiliário, nomeadamente, mas não exclusivamente, no fabrico de colchões, mais especificamente no fabrico de molas ensacadas. A cola termofusível é constituída exclusivamente por componentes à base de propileno, o que permitirá a reciclagem do material não-tecido de propileno no final do ciclo de vida do colchão.
Description
DESCRIÇÃO
COLA TERMOFUSIVEL PARA APLICAÇÃO NA INDÚSTRIA DOS COLCHÕES , SEU MÉTODO DE PRODUÇÃO E SUA UTILIZAÇÃO
Airíbito da invenção
A presente invenção insere-se no âmbito das colas termofusiveis e refere-se , mais particularmente , a uma cola termofusivel para aplicação em processos industriais de fabrico de núcleos de mola ensacada para aplicação em colchões , sendo composta exclusivamente por componentes à base de propileno , o que facilita a reciclagem do não-tecido de propileno no final do ciclo de vida do colchão . A composição termofusivel a que se refere esta invenção tem um comportamento reológico , um tempo aberto e um tempo de presa devidamente aj ustado ao processo produtivo utilizado na indústria .
Enquadramento da invenção
A invenção enquadra-se , de um modo geral , na indústria das colas termofusiveis . As colas termofusiveis são produtos que são aplicados sobre a superfície de um material em estado de fusão , a altas temperaturas , e endurecem quando arrefecidas para formar uma ligação entre pelo menos dois materiais . Deste modo , estes produtos são fornecidos em estado sólido sendo , posteriormente , aquecidos e aplicados em estado liquido . De um modo geral , a temperatura de aplicação deste tipo de produto varia entre os 120 e os 200 ° C . As colas termofusiveis são utilizados numa grande variedade de aplicações industriais à escala mundial e conseguem responder a um vasto conj unto de requisitos complexos da indústria das colas . Neste contexto , entre outras , encontra-
se a indústria de colchões . O mercado das colas termofusiveis tem verificado um crescimento exponencial nas últimas décadas devido à produção em grande escala de polímeros sintéticos . Além das vantagens económicas , estes tipos de colas também não incluem solventes orgânicos na sua composição , o que as torna uma opção de eleição devido ao forte foco na sustentabilidade que existe nesta indústria .
Atualmente , uma cola termofusivel considerada padrão para utilização na indústria de colchões é selecionada de entre dois grupos : adesivos sensíveis à pressão para colagem de espuma a espuma e formulações à base de etileno-vinil-acetato ( EVA) ou mistura de poliolefinas (mPO ) para colagem de molas ensacadas . A presente invenção surge como uma alternativa às tradicionais colas termofusiveis usadas para colagem de molas ensacadas .
Devido ao foco em sustentabilidade que se verifica no mercado , a reciclagem de materiais no final do ciclo de vida do colchão é uma nova preocupação que tem vindo a crescer . No que diz respeito a molas ensacadas , é possível reciclar a mola metálica dentro da "bolsa" de não-tecido , por se tratar de um único material ( ex . aço ) . No entanto , o mesmo não é viável para a bolsa de não-tecido , devido à cola termofusivel que é aplicada na superfície . As colas termofusiveis são normalmente formuladas combinando diversos polímeros e componentes aditivos numa mistura termoplástica uniforme . Esses componentes aditivos incluem agentes de adesão , plastif icantes ou ceras . Como estes componentes são materiais dissimilares em composição quimica, os resíduos não-tecidos não são aceites para reciclagem .
A presente invenção tem como obj etivo uma cola termofusivel que consiste em materiais à base de propileno , portanto , a
composição quimica, tanto da cola como do têxtil é semelhante e o residue do não-tecido - que inclui apenas componentes à base de propileno - é aceite pelas empresas de reciclagem.
Identificação do problema técnico
A sustentabilidade é atualmente um dos principais focos da indústria de colas termofusiveis , devido às crescentes preocupações com a degradação ambiental do nosso planeta e dos seus recursos . Um método simples , mas eficaz , para diminuir o desperdício e a exploração dos recursos é a reciclagem de materiais e o prolongamento do seu ciclo de vida . No entanto , o processo de reciclagem de um material pode ser incompatível com a presença de cola na sua superfície , uma vez que as colas termofusiveis contêm diferentes tipos de componentes químicos .
Antecedentes da invenção
Tipicamente , a formulação de uma cola termofusivel contém os seguintes tipos de matérias-primas :
• Um componente polimérico constituído por pelo menos um polímero termoplástico capaz de garantir propriedades reológicas adequadas à sua aplicação . Este componente pode ser selecionado de entre poliolef inas , polímeros de etileno vinil acetato , copolimeros em bloco de estireno , entre outros .
• Um componente resinico usado para aumentar a força de adesão a substratos , que pode ser selecionado de entre resinas naturais ou sintéticas . Alguns exemplos de resinas naturais incluem resinas de colofónia, talóleo , resinas fenólicas de politerpenóides ou terpeno . A resina sintética de hidrocarboneto pode ser selecionada a partir de resinas alifáticas ( C5 ) , aromáticas (C9 ) , alifático-
aromáticas (C5 /C9 ) e diciclopentadieno ( DCPD) .
• Componentes aditivos como plastif icantes ou ceras que permitem o aj uste da viscosidade , ponto de amolecimento e tempo aberto da cola . Um plastif icante pode ser selecionado de entre polibutenos líquidos , hidrocarbonetos saturados , óleos minerais , óleos nafténicos ou parafinicos hidrotratados e copolimero de isobutileno-buteno , entre outros . Por outro lado , alguns exemplos de ceras incluem ácido acrílico ou carboxilico modificado , copolimero de poliolefina , Fischer-Tropsch e parafina .
Exemplos de composições de colas termofusiveis são descritas em diversos documentos de patentes , como US20210348032A1 , US20210284872A1 , US20220169897A1 e US20220017796A1 .
Os documentos US20210348032A1 e US20210284872A1 referem colas termofusiveis cuj a composição contém homopolimeros de propileno, que são quimicamente semelhantes a têxteis não- tecidos à base de propileno . No entanto , estas composições ( ou formulações ) incluem outros componentes , como resinas de hidrocarbonetos ou ceras de Fischer-Tropsch, que têm como obj etivo aj ustar propriedades como adesão e resistência a certos materiais , resistência ao calor , tempo aberto e de presa . A presença desses componentes é um fator decisivo para a aceitação do residue de não-tecido para reciclagem. Devido a esses materiais dissimilares que estão presentes na cola , o não-tecido com cola na sua superfície não é aceite para reciclagem.
Uma solução alternativa pode ser encontrada em polímeros "não-misturados " . Um polímero não-misturado consiste num tipo de polímero obtido apenas através do seu próprio e especifico processo de polimerização , em vez de uma mistura de polímeros que são obtidos através de um processo de
polimerização separado e misturados após a polimerização . Estes podem adicionalmente compreender pequenas quantidades de aditivos , tais como antioxidantes , perfumes e outros componentes de baixo peso molecular, mas são substancialmente isentos de outros polímeros , óleos minerais ou agentes de adesão ( resinas ) . Polímeros não-misturados são conhecidos por terem forte adesão a materiais não-tecidos devido à composição quimica semelhante do polímero e do têxtil . São conhecidos no estado da técnica colas termofusiveis constituídas por poliolefinas puras produzidas por catalisadores de metaloceno . No entanto , estes são copolimeros de propileno-etileno catalisados por metaloceno , não homopolimeros de propileno . São igualmente conhecidos no estado da técnica homopolimeros de propileno de baixo módulo catalisado por metaloceno puro . No entanto , estes polímeros possuem viscosidade muito elevada, próxima a 8 . 000 mPa -s a 190 ° C, tornando-os incompatíveis para uso nas máquinas de elevada velocidade utilizadas na indústria em causa . No estado da técnica existe uma alternativa semelhante , no entanto , os plastómetros de poliolefina são à base de polietileno . Por outro lado , verificou-se que composições de colas termofusiveis compostas por homopolimeros puros têm outras limitações de desempenho .
As temperaturas de solidificação dos homopolimeros conhecidos no estado da técnica são inferiores a 40 ° C . Este valor é consideravelmente baixo , quando comparado com colas termofusiveis alternativas usadas neste mercado , cuj as temperaturas de solidificação são normalmente superiores a 60 ° C . Adicionalmente , os homopolimeros são significativamente amorfos , o que resulta num comportamento reológico muito diferente quando comparado com uma composição de cola termofusivel tipica . Por possuírem um comportamento reológico diferente de uma composição de uma cola
termofusivel tipica , estima-se que se obtém o módulo de armazenamento a temperaturas inferiores a 20 ° C . Este valor é tipicamente relacionado com o tempo de presa da cola, característica que se considera bastante relevante para esta aplicação . Uma vez que se obtém um módulo de armazenamento a uma temperatura inferior a 20 ° C , pode-se concluir que o tempo de presa será bastante mais longo que o das colas alternativas - que obtém este valor a temperaturas superiores a 40 ° C . Adicionalmente , o tempo aberto e o tempo de presa da cola termofusivel geralmente está inversamente relacionado com as propriedades da cola , tais como a temperatura de solidificação , o que significa que uma baixa temperatura de solidificação resulta num tempo aberto bastante mais longo . Essas diferenças dão origem a uma cola com tempo aberto e tempo de presa longos , que não são adequados para trabalhar nas máquinas de alta velocidade usadas na indústria de colagem de molas ensacadas .
Solução para o problema técnico
Uma solução para o problema técnico é a combinação de um homopolimero de propileno , com viscosidade inferior a 5000 mPa - s medida a 190 ° C, e uma cera cristalina de polipropileno , catalisada por metaloceno e com um ponto de turvação substancialmente de 140 ° C e uma viscosidade inferior a 70 mPa - s medida a 170 ° C, de modo a obter uma cola termofusivel com comportamento reológico adequado para atingir os obj etivos propostos para a presente invenção , ou sej a , com tempo aberto e tempo de presa que permitem a sua utilização na colagem de molas ensacadas .
Como esperado , a elevada viscosidade do polímero na gama de temperatura de interesse ( temperatura de aplicação da cola termofusivel no mercado em causa , 140 a 170 ° C ) pode ser
ajustado através da adição do componente de cera . Para além disso , os valores de módulo também sofrem aumento devido à elevada cristalinidade da cera, garantindo um comportamento reológico que permite a utilização da cola na colagem de molas ensacadas . No entanto , devido ao ponto de turvação da cera de polipropileno ser bastante alto , substancialmente 140 ° C, o ponto de amolecimento obtido para esta formulação é consideravelmente superior aos valores tipicos para colas termofusiveis usados para colagem de molas ensacadas - de 100 ° C a 135 ° C . Inesperadamente , este aumento considerável no ponto de amolecimento não afetou o tempo aberto como seria expetável . O comportamento reológico da mistura resultou numa temperatura de solidificação inferior a 85 ° C, muito próxima da temperatura de solidificação das formulações alternativas , que possuem pontos de amolecimentos substancialmente de 100 ° C ( determinados de acordo com Ring & Ball , ASTM E28 ) .
A formulação de cola termofusivel obtida nesta invenção tem uma temperatura de solidificação entre 60 e 100 ° C, e o módulo de armazenamento é obtido a uma temperatura entre 40 ° C e 100 ° C . Consequentemente , o tempo aberto da cola termofusivel é igual ou inferior a 10 segundos e o tempo de presa igual ou inferior a 1 segundo , conferindo à cola um comportamento reológico adequado para a sua utilização na colagem de molas ensacadas . Além disso , esta formulação inclui apenas materiais de propileno , tornando o residue de não-tecido das molas ensacadas aceitável para as empresas de reciclagem .
De acordo com a invenção , a composição da cola termofusivel consiste em :
- uma cera cristalina de polipropileno catalisado por metaloceno com uma viscosidade de fusão entre 5 e 70 mPa - s
medida a 170 ° C, de acordo com o método de teste DIN 53019 e um ponto de queda entre 120 e 150 ° C medido de acordo com o método de teste ASTM D 3954 ;
- um homopolimero de propileno catalisado por metaloceno com uma viscosidade de fusão entre 4000 e 6000 mPa - s medida a 190 ° C e um ponto de amolecimento entre 80 e 100 °C de acordo com a ISO 4625 .
Vantagens da invenção
De acordo com a presente invenção , a formulação de cola termofusivel que se obtém contém apenas componentes à base de propileno e tem um comportamento reológico que permite o seu uso em colagem de molas ensacadas em linhas de produção industrial . Esta cola termofusivel possui tempo aberto e tempo de presa igual ou inferior a 10 s e 1 s , respetivamente , considerados adequados para as máquinas utilizadas na indústria, por possuir temperatura de solidificação igual ou superior a 60 ° C , mais preferencialmente entre 60 e 90 ° C, um módulo de armazenamento obtido a uma temperatura superior a 40 ° C, mais preferencialmente , entre 40 e 65 ° C e viscosidade a 160 ° C compreendida entre 1 000 e 8 000 mPa -s , mais preferencialmente , entre 1 500 e 3 000 mPa - s .
Para além disso , a cola termofusivel possui boa adesão ao não-tecido pois possui uma composição quimica semelhante ao não-tecido . Adicionalmente , esta formulação é capaz de manter as molas ensacadas coladas enquanto o colchão é enrolado , empilhado e armazenado . Adicionalmente , a composição da presente invenção proporciona uma limpeza fácil das partes metálicas dos equipamentos que constituem a linha de produção . Por fim, a composição da presente invenção carece da presença de componentes diferentes do propileno, o que torna o residue de não-tecido , que se obtém
no final do ciclo de vida do colchão, aceitável para posterior reciclagem.
Breve descrição das figuras
Estas e outras características podem ser facilmente compreendidas através dos desenhos anexos, que devem ser considerados como meros exemplos e não restritivos de modo algum do âmbito da invenção .
Numa forma de realização preferencial:
A Figura 1 e Figura 2 apresentam os resultados da análise reológica e do módulo de armazenamento de 7 MPa através da análise de tempo de presa, realizado num reómetro ARES-G2, 25 mm, 0,4 g, 6 °C/min, (100-1)%, 1 Hz.
1.1. Módulo de perda do Exemplo 1
1.2. Módulo de armazenamento do Exemplo 1
2.1. Módulo de perda do Exemplo 2
2.2. Módulo de armazenamento do Exemplo 2
3.1. Módulo de perda do Exemplo 3
3.2. Módulo de armazenamento do Exemplo 3
4.1. Módulo de perda do Exemplo 4
4.2. Módulo de armazenamento do Exemplo 4
6.1. Módulo de perda do Exemplo 6
6.2. Módulo de armazenamento do Exemplo 6
Descrição detalhada da invenção
A presente invenção refere-se a uma composição/f ormulação de uma cola termofusivel que consiste numa cera à base propileno e um homopolimero de propileno.
Por "substrato" entende-se como o material ou a superfície do material em que a cola termofusivel é aplicada e/ou contacta diretamente . No contexto de construção de colchões , os substratos mais comuns são espumas de poliuretano .
Por "tempo aberto" entende-se como o intervalo de tempo máximo , depois da cola termofusivel ser aplicada no primeiro substrato, em que é possivel colar eficazmente um segundo substrato .
Por "tempo de presa" entende-se como o intervalo de tempo minimo em que é necessário exercer pressão para que dois substratos se unam eficazmente . Assim, o tempo de presa está associado à velocidade com que a cola recupera as suas forças coesivas .
Por "comportamento reológico" entende-se a análise da natureza viscoelástica da cola e sua dependência de variações de temperatura .
Por "comportamento reológico adequado" entende-se a alteração das propriedades do material com a temperatura, que resulta em propriedades técnicas adequadas como o tempo aberto e tempo de presa .
Por "viscosidade adequada" entende-se o valor de viscosidade a 160 ° C entre 1 000 e 8 000 mPa - s , mais preferencialmente entre 1 500 e 6 000 mPa - s e ainda mais preferencialmente entre 2 000 e 5 000 mPa * s .
Por "temperatura de solidificação adequada" entende-se uma temperatura de solidificação compreendida entre 60 e 130 ° C .
Por "tempo aberto adequado" entende-se um tempo aberto igual
ou inferior a 10 segundos .
Por "tempo de presa adequado" entende-se um tempo de presa igual ou inferior a 1 segundo .
Por "módulo de armazenamento" entende-se pelo valor de temperatura ao qual se atinge um valor módulo de 7 MPa, indicando o comportamento da cola durante o arrefecimento .
Por "substancialmente" entende-se que o valor de uma determinada propriedade da presente invenção não é matematicamente exata , mas que o valor de uma determinada propriedade da presente invenção sej a reconhecido por um perito na especialidade como tendo genericamente ou aproximadamente o valor descrito .
Por "ASTM" entende-se os testes realizados de acordo com as normas da Ameri can Soci ety for Testing and Ma terials .
Por "DIN EN ISO" entende-se o teste realizado de acordo com as normas nacionais ( DIN) , europeias ( EN ) e internacionais ( ISO ) relativas a colas termof usiveis .
O "módulo de perda" referido nos Exemplos existentes nas formas de realização da invenção é apenas referido para j untamente com o módulo de armazenamento ser determinada a temperatura de solidificação .
É obj eto da presente invenção uma formulação de cola termofusivel composta por matérias-primas à base de propileno, e forte na adesão a materiais não-tecidos com um comportamento reológico aj ustado ao processo de produção utilizado nesta indústria .
Além disso , a formulação mantém as molas ensacadas ligadas quando o colchão é enrolado , empilhado e armazenado , e proporciona uma limpeza fácil das partes metálicas do equipamento de fabrico que se suj am com cola termofusivel durante o referido processo .
O obj etivo da presente invenção é uma cola termofusivel para a indústria do mobiliário , nomeadamente , mas não exclusivamente , no fabrico de núcleos de mola ensacada para aplicação em colchões .
De acordo com a invenção , a cola termofusivel consiste em:
- um componente polimérico que compreende pelo menos um polímero termoplástico de poliolefina, preferencialmente por pelo menos um homopolimero de propileno , mais preferencialmente , por pelo menos um homopolimero de propileno de baixo módulo catalisado por metaloceno ;
- um componente de cera que compreende pelo menos uma cera cristalina de polipropileno catalisado por metaloceno .
Componente polimérico
A cola termofusivel destinada à aplicação na indústria do mobiliário , nomeadamente , mas não exclusivamente , no fabrico de molas ensacadas , inclui um componente polimérico constituído por pelo menos um polímero termoplástico capaz de garantir as propriedades reológicas adequadas à sua aplicação na construção de molas ensacadas , tais como a viscosidade , módulo de armazenamento e temperatura de solidificação . Além disso , o componente polimérico é um homopolimero de propileno, pois outros polímeros serão quimicamente diferentes do não-tecido , tornando o residue inaceitável para reciclagem .
O componente polimérico adequado para a cola presente compreende pelo menos um homopolimero de propileno , mais preferencialmente , pelo menos um homopolimero de propileno de baixo módulo catalisado por metaloceno .
O componente polimérico utilizado tem uma viscosidade em fusão compreendida entre 4 000 e 6 000 mPa - s a 190 ° C e um ponto de amolecimento entre 80 e 100 ° C medido de acordo com a ISO 4625 .
O componente polimérico corresponde a até 95 % em peso da cola termofusivel , preferencialmente entre 55 e 80% , ainda mais especificamente entre 60 e 70% .
Componente de cera
A utilização de um componente de cera permite aj ustar a viscosidade , temperatura de solidificação , tempo aberto e de presa da cola termofusivel para valores considerados adequados , de maneira que possa ser facilmente utilizada em linhas de produção industrial .
Ao garantir que a formulação tem os valores considerados adequados para a viscosidade e temperatura de solidificação , garante-se também que a temperatura de aplicação necessária para utilização da cola em linhas industriais é adequada , ou sej a , estar compreendida entre 100 e 200 ° C , mais preferencialmente entre 120 e 180 ° C, e ainda mais especificamente entre 140 e 170 ° C .
O componente de cera adequado para a cola presente compreende uma cera à base propileno , mais preferencialmente , uma cera cristalina de polipropileno catalisada por metaloceno .
O componente de cera é uma cera de polipropileno , uma vez que outros polímeros serão quimicamente diferentes do não- tecido , tornando o residue não aceitável para reciclagem. Por esta razão , é dada preferência a uma cera cristalina de polipropileno catalisada por metaloceno .
O componente de cera utilizado tem uma viscosidade de fusão entre 5 e 70 mPa -s medida a 170 ° C , de acordo com o método de teste DIN 53019 e um ponto de queda entre 120 e 150 ° C medido de acordo com o método de teste ASTM D 3954 .
O componente de cera corresponde a até 50% em peso da cola termofusível , preferencialmente entre 20 e 45 % , ainda mais especificamente entre 30 e 40% .
Processo para a produção da cola termofusível
O processo para a produção da cola termofusível para de fabrico de núcleos de mola ensacada para aplicação em colchões , compreende as seguintes etapas : a ) Colocar o componente de cera num misturador a uma temperatura constante compreendida entre 130 e 150 ° C, até se formar uma pasta com aspeto homogéneo ; b ) Adicionar o componente polimérico ao componente de cera da etapa a ) e misturar com agitação constante mantendo a temperatura constante ; c ) Manter a agitação e temperatura constantes até que a mistura obtida na etapa b ) apresente um aspeto translúcido .
Inicia-se o processo com o componente de cera uma vez que apresenta baixa viscosidade e , por isso , permite uma fusão uniforme e célere apenas por ação da temperatura, sem haver necessidade de agitação no interior do misturador .
Formas de realização da invenção
Para verificar os resultados obtidos com a composição/ formulação da cola termofusivel da presente invenção , bem como compará-la com uma cola termofusivel padrão utilizada tipicamente na colagem de molas ensacadas , foram executados diversos testes e ensaios técnicos cuj os resultados são apresentados na Tabela 1 .
No Exemplo 1 é apresentada a informação relativa à composição/f ormulação de uma cola termofusivel para colagem de molas ensacadas com propriedades técnicas e um comportamento reológico considerado adequado , nomeadamente viscosidade , tempo aberto e tempo de presa, módulo de armazenamento do Exemplo 1 ( 1 . 2 ) , módulo de perda do Exemplo 1 ( 1 . 1 ) e temperatura de solidificação . No entanto , esta composição possui todos os componentes tipicamente utilizados em formulações de colas termofusiveis . Por esta razão , quando utilizado para colagem de molas ensacadas , o residue de não-tecido torna-se inaceitável para o processo de reciclagem . Portanto , não é considerado adequado para a presente invenção e é apresentado apenas para fins de comparação .
No Exemplo 2 são apresentados os resultados de uma composição que é composta por um único homopolimero de propileno de baixo módulo catalisado por metaloceno puro . Conforme mostrado pelos resultados na Tabela 1 e Figura 1 , a reologia desta cola termofusivel não é adequada para as linhas de produção utilizadas na colagem de molas ensacadas . É possível tirar esta conclusão uma vez que não foi possivel medir o módulo de armazenamento do Exemplo 2 ( 2 . 2 ) e o módulo de perda do Exemplo 2 ( 2 . 1 ) para temperaturas superiores a 20 ° C . Da mesma forma, a temperatura de solidificação obtida
foi de 34 °C, mais baixa que a temperatura de solidificação obtida no Exemplo 1 (86 °C) . Por último, a viscosidade obtida no intervalo de temperatura entre 140 a 160 °C é tão elevada que a aplicação da cola não é possível nas máquinas industriais tipicamente usadas (Tabela 1) . Por estas razões, esta formulação não é considerada adequada para esta invenção .
Um comportamento semelhante é obtido para a cola termofusivel que consiste num plastómetro de poliolefina, apresentado no Exemplo 3 na Figura 1. Não foi possível medir o módulo de armazenamento do Exemplo 3 (3.2) e o módulo de perda do Exemplo 3 (3.1) para temperaturas superiores a 20 °C. Adicionalmente, como mencionado anteriormente, esta é uma solução à base de polietileno que não é adequada para a presente invenção.
O Exemplo 4 refere um copolimero de etileno catalisado por metaloceno que funciona como alternativo às composições/formulações como a do Exemplo 1. Devido à presença de etileno na composição, esta cola não é considerada adequada para a presente invenção (devido à presença de um material quimicamente diferente de propileno) , mas o comportamento reológico desta cola, nomeadamente a viscosidade, tempo aberto e tempo de presa, módulo de armazenamento do Exemplo 4 (4.2) , módulo de perda do Exemplo 4 (4.1) e temperatura de solidificação é compatível com as linhas de produção usadas na colagem de molas ensacadas. O comportamento reológico do Exemplo 4 encontra-se representado na Figura 2.
A otimização das propriedades mencionadas no Exemplo 2 é possível pela adição de uma cera de polipropileno metaloceno à formulação da cola termofusivel. No Exemplo 5, a composição
foi otimizada em tempo aberto e tempo de presa adicionando uma cera de homopolimero de polipropileno altamente cristalina com um ponto de descida de 152 ° C medido de acordo com ASTM D3954 -94 e uma viscosidade de 80 mPa - s medida de acordo com PN-EN ISO 3219 . No entanto , a viscosidade obtida foi de 8 000 mPa - s , ou sej a, muito elevada (Tabela 1 ) quando comparado com a do Exemplo 1 . A elevada viscosidade inibiria a funcionalidade das linhas de produção na faixa de temperatura de trabalho de 140 a 160 ° C . Uma vez que , a cola termofusivel que corresponde ao Exemplo 5 não é adequada pelo motivo supra mencionado , as análises reológicas (módulo de armazenamento , módulo de perda e temperatura de solidificação ) não foram realizadas .
Finalmente , a única solução encontrada capaz de resolver os problemas técnicos mencionados anteriormente e cumprir todos os requisitos a que se propõe a presente invenção foi a composição/f ormulação do Exemplo 6 . Para a obter, foi necessário misturar uma cera cristalina de polipropileno catalisado por metaloceno com uma viscosidade de fusão compreendido entre 5 a 75 mPa - s medida a 170 ° C, de acordo com o método de teste DIN 53019 e um ponto de descida de 120 a 150 ° C medido de acordo com o método de teste ASTM D 3954 com um homopolimero de propileno catalisado por metaloceno com uma viscosidade de fusão compreendida entre 4 000 a 6 000 mPa - s medida a 190 ° C e um ponto de amolecimento compreendido entre 80 a 100 ° C medido de acordo com ISO 4625 . Com esta mistura , a viscosidade , tempo aberto e tempo de presa obtidos são considerados adequados para uso em máquinas industriais de colagem de molas ensacadas , como pode ser observado na comparação com o Exemplo 1 e Exemplo 4 . Além disso , o comportamento reológico obtido é adequado para as linhas de produção usadas na colagem de molas ensacadas . O comportamento reológico do Exemplo 6 (módulo de
armazenamento do Exemplo 6 (6.2) e módulo de perda do Exemplo 6 (6.1) ) encontra-se representado na Figura 2.
Legendas :
A - Componente de cera normalmente utilizado na formulação
de colas para molas ensacadas: cera de Fischer-Tropsch .
B - Componente de cera alternativo: homopolimero de polipropileno com viscosidade de fusão de 80 mPa-s medida a 170 °C, de acordo com o método de ensaio PN-EN ISO 3219; um ponto de descida de 152 °C medido de acordo com o método de teste ASTM D3954-94.
C - Componente de cera selecionado para a invenção: homopolimero de polipropileno com uma viscosidade de fusão de 5 a 100 mPa -s medida a 170 °C, de acordo com o método de teste DIN 53019 e um ponto de descida de 120 a 160 °C medido de acordo com o método de teste ASTM D 3954.
D - Componente polimérico normalmente utilizado para formulações de colas para molas ensacadas : copolimeros de olefinas de buteno, propileno, etileno, entre outros.
E - Componente polimérico selecionado para a invenção: homopolimero de propileno catalisado por metaloceno, com uma viscosidade de fusão de 4.000 a 6.000 mPa -s medida a 190 °C; um ponto de amolecimento de 80 a 100 °C medido de acordo com a ISO 4625.
F - Componente polimérico alternativo: plastómetro polietileno poliolefina.
G - Componente de polímero alternativo usado para colagem de molas ensacadas : copolimeros de etileno catalisado por metaloceno .
#1 - Método de teste: Brookfield, Sistema de Termosel, ASTM D3236
#2 - Método de teste: Anel e Bola, ASTM E28
#3 - Método de teste: MC 129 a 160 °C
#4 - Método de teste: MC 129 a 160 °C
#5 - Método de teste: Análise de tempo de presa, Reómetro
ARES-G2, 25 mm, 0,4 g, 6 °C/min, (100-1)%, 1 Hz.
#6 - Método de teste: Análise de Solidificação, Reómetro ARES-G2, 25 mm, 0,4 g, 6 °C/min, (100-1)%, 1 Hz.
Claims
RE I VIND I CAÇÕE S Cola termofusivel para aplicação na indústria dos colchões caracterizada por consistir em um componente de cera à base de propileno e um componente polimérico constituído por pelo menos um polímero termoplástico de poliolef ina . Cola termofusivel de acordo com a reivindicação anterior caracterizada por consistir entre 30%-40% em massa do componente de cera à base de propileno e entre 60-70% em massa do componente polimérico constituído por pelo menos um polímero termoplástico de poliolefina . Cola termofusivel de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caraterizada por o componente de cera à base de propileno ser constituído por pelo menos uma cera de polipropileno catalisado por metaloceno . Cola termofusivel de acordo com a reivindicação 3 caracterizada por a cera de polipropileno catalisada por metaloceno consistir numa cera cristalina de polipropileno catalisada por metaloceno . Cola termofusivel de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizada por o polímero termoplástico de poliolefina consistir em pelo menos um homopolimero de propileno . Cola termofusivel de acordo com a reivindicação 5 caracterizada por o homopolimero de propileno consistir em pelo menos um homopolimero de propileno de baixo módulo catalisado por metaloceno .
Cola termofusivel de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizada por o componente polimérico ter uma viscosidade em fusão compreendida entre 4000 e 6000 mPa - s a 190 ° C e um ponto de amolecimento entre 80 e 100 ° C . Cola termofusivel de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizada por o componente de cera ter uma viscosidade em fusão compreendida entre 5 e 70 mPa - s a 170 ° C e um ponto de queda entre 120 e 150 °C . Processo para a produção da cola termofusivel reivindicada nas reivindicações anteriores , caracterizado por ser constituído pelas seguintes etapas : a ) Colocar o componente de cera num misturador a uma temperatura constante compreendida entre 130 e 150 ° C , até se formar uma pasta com aspeto homogéneo ; b ) Adicionar o componente polimérico ao componente de cera da etapa a ) e misturar com agitação constante mantendo a temperatura constante ; c ) Manter a agitação e temperatura constantes até que a mistura obtida na etapa b ) apresente um aspeto translúcido . Uso da cola termofusivel reivindicada nas reivindicações 1 a 9 na indústria do mobiliário . Uso da cola termofusivel de acordo com a reivindicação 10 no fabrico de colchões . Uso da cola termofusivel de acordo com a reivindicação
11 no fabrico de molas ensacadas .
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