專利名稱：用于難粘基材和低溫的水基粘合劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進的水基或水性粘合劑，包括壓敏粘合劑(PSA)。具體地說，本發(fā)明涉及包含一種或多種可聚合的表面活性劑的水性粘合劑。這種粘合劑組合物可與許多種基材(從高能或極性的，到低能或非極性的)很好地粘合，尤其是能夠與常規(guī)粘合劑難以與之粘合的低能基材很好地粘合，而且，與常規(guī)的水基PSA相比，當這種粘合劑組合物被施涂于這些基材時，具有改進的低溫和高溫性能。
背景技術(shù)：
用丙烯酸基乳液聚合物制備的常規(guī)水基PSA一般不能與低能或非極性基材的表面良好地粘合，所述低能或非極性基材包括但不限于，例如聚烯烴、熱塑性聚合物、再生紙/板和波面紙板(總體被稱為“難粘基材”的基材)。用丙烯酸基乳液聚合物制備的常規(guī)水基PSA在低溫下、特別是15℃以下通常不具有良好的粘合性。
美國專利第5164444號描述了用常規(guī)丙烯酸類單體和有效量的(positiveamount)具有側(cè)鏈的螯合單體制備的水基PSA，從而使制得的乳液聚合物是在存在少量(等于或小于0.4重量％)乙烯基官能單體的條件下形成，該單體有助于該乳液單體混合物的共聚，但是也可僅使用常規(guī)表面活性劑制備該乳液粘合劑聚合物。相反，在本發(fā)明中，在制備通用的水基粘合劑的聚合過程中，將特別設(shè)計的用于高性能PSA的丙烯酸類乳液聚合物，與一種或多種特別設(shè)計的可聚合表面活性劑結(jié)合使用，所述表面活性劑的用量大于0.4重量％，所述通用的水基粘合劑包括但不限于PSA，具有改進的低溫和高溫性能，對包括非極性基材和其它難以粘合的基材在內(nèi)的許多種高能到低能的基材具有良好的粘合性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種或多種能夠與低能和高能基材相粘合的水性粘合劑組合物，該組合物包含以所述一種或多種水性粘合劑組合物的總重量計，0.40-100重量％的一種或多種可聚合表面活性劑單體，相對于相應(yīng)的不含所述一種或多種可聚合表面活性劑單體的水性粘合劑組合物，本發(fā)明的一種或多種水性粘合劑組合物有以下諸性能中的至少一種獲得了改進，選自以下的一種或多種改進的機械穩(wěn)定性，改進的干燥特性(drying profile)、改進的涂布流變性、改進的在很寬范圍的高溫和低溫下一包括低于15℃的溫度下一的粘合性、改進的在低于15℃的溫度下對基材或復(fù)合基材的固著性、改進的對低能基材或非極性基材的粘合性、改進的對再生材料(例如再生紙和紙板)的粘合性、改進的在低于15℃的溫度下的流變性、改進的耐水性、改進的在低于15℃的溫度下的膜完整性(即原始強度)；改進的比粘合、提高的剝離-構(gòu)建(peel build)特性、改進的防潮性、改進的耐水增白性、以及改進的抗增塑劑遷移性、改進的耐溶劑性、改進的抗添加劑遷移性、氣體屏蔽性、改進的對低溫處理的流變性、改進的干燥/固化特性、低噪聲展開性、以及降低了的邊緣滲出和流動性，從而使粘合制品具有改進的轉(zhuǎn)化、切割和剝離性能。
本發(fā)明還提供能夠與低能和高能基材相粘合的水性粘合劑組合物，該組合物包含一種水性丙烯酸類乳液聚合物，該乳液聚合物進一步包含作為共聚單元的0.25重量％-99.75重量％(以聚合物干重計)的單烯鍵不飽和非離子(甲基)丙烯酸類單體、0.40重量％-99.75重量％(以聚合物干重計)的一種或多種烯鍵式不飽和表面活性劑單體、和0.25重量％-10重量％(以聚合物干重計)的單烯鍵不飽和酸單體，所述聚合物的Tg為-100℃至40℃，其中所述粘合劑組合物粘合在低能和高能基材上。
本發(fā)明還提供一種水性粘合劑組合物，該組合物包含一種水性乳液聚合物，該乳液聚合物進一步包含作為共聚單元的0.25重量％-99.75重量％(以聚合物干重計)的單烯鍵不飽和非離子(甲基)丙烯酸類單體、0.40重量％-99.75重量％(以聚合物干重計)的一種或多種烯鍵式不飽和表面活性劑單體、和0.25重量％-10重量％(以聚合物干重計)的單烯鍵不飽和酸單體，所述聚合物的Tg為-100℃至40℃，其中所述粘合劑組合物在很寬的高溫至低溫的范圍內(nèi)粘合在低能和高能基材上，所述溫度范圍包括低于15℃的溫度，包括在低于100℃的溫度和在低于60℃的溫度。
本發(fā)明還提供一種粘合在低能和高能基材上的水性粘合劑組合物，進一步包含兩種或兩種以上水性乳液聚合物的摻混物，包括與水性聚合物分散體的摻混物。
本發(fā)明還提供一種水性的壓敏粘合劑組合物，該組合物包含一種水性丙烯酸類乳液聚合物，該乳液聚合物進一步包含作為共聚單元的0.25重量％-99.75重量％(以聚合物干重計)的單烯鍵不飽和非離子(甲基)丙烯酸類單體、0.40重量％-99.75重量％(以聚合物干重計)的一種或多種烯鍵式不飽和表面活性劑單體、和0.25重量％-10重量％(以聚合物干重計)的單烯鍵不飽和酸單體，所述聚合物的Tg為-100℃至40℃，其中所述粘合劑組合物在很寬的高溫至低溫的范圍內(nèi)粘合在低能和高能基材上，所述溫度范圍包括低于15℃的溫度。
本發(fā)明還提供一種增粘的水性壓敏粘合劑組合物，該組合物進一步包含一種或多種增粘劑。
本發(fā)明還提供一種在很寬的高溫至低溫范圍內(nèi)粘合在低能和高能基材上的壓敏粘合帶，并且當施涂于一種或多種難以粘合的基材時，具有良好的粘合性，所述溫度范圍包括低于15℃的溫度。
本發(fā)明還提供一種具有高防裂性、能夠用于封閉所有類型的紙板箱的封箱帶，包括用再生紙板制成的更有挑戰(zhàn)性的箱子、或者那些甚至在較低溫度下(低于15℃)仍具有極高崩裂強度的箱子(諸如僵硬的雙層或多層箱子)。
具體實施例方式
在本文中，術(shù)語“烯鍵式不飽和表面活性劑單體”是指那些當加入到水中時使水的表面張力減小到72達因/厘米以下的單體。本發(fā)明中所用的烯鍵式不飽和單體的烯鍵式不飽和基團在本文所述的乳液聚合條件下發(fā)生聚合，結(jié)合在形成的水性乳液聚合物當中，然后用于制備本發(fā)明的粘合劑。所述用一種或多種烯鍵式不飽和表面活性劑單體制備的粘合劑組合物提供了粘合劑，該粘合劑能夠粘合在低能和高能基材上，可以認為是通用粘合劑。
本發(fā)明的水性粘合劑組合物包含平均直徑為20-800納米的聚合物顆粒的水性分散體，該顆粒包含作為聚合單元的至少一種多烯鍵式或烯鍵式不飽和單體、至少一種烯鍵式不飽和表面活性劑單體和至少一種烯鍵式不飽和水溶性單體。在本文中，術(shù)語“分散體”表示一種物質(zhì)的物理狀態(tài)，這種物理狀態(tài)包含至少兩種不同的相，其中第一相分散在第二相中，第二相為連續(xù)介質(zhì)。在本文中，“水性”表示以水性介質(zhì)的重量計，所述連續(xù)介質(zhì)中包含50-100重量％的水。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述通用水性粘合劑組合物包含至少一種用一種或多種烯鍵式不飽和單體制得的水性乳液聚合物，包括但不限于丙烯酸類乳液聚合物。該水性丙烯酸乳液聚合物包含作為共聚單元的0.40-99.75重量％、包括0.40-99.35重量％在內(nèi)的(以聚合物干重計)單烯鍵不飽和非離子(甲基)丙烯酸類單體，該單體包括(甲基)丙烯酸的酯、酰胺和腈，例如(甲基)丙烯酸酯單體，包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯(EHA)、丙烯酸異辛酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸十八烷酯、丙烯酸羥基乙基酯(HEA)、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯；甲基丙烯酸脲(urieido(meth)acrylate)；(甲基)丙烯腈和(甲基)丙烯酰胺。在本說明書中，在丙烯酸酯、丙烯腈或丙烯酰胺之類的其它術(shù)語之前使用術(shù)語“(甲基)”，分別表示丙烯酸酯、丙烯腈或丙烯酰胺和甲基丙烯酸酯、甲基丙烯腈或甲基丙烯酰胺。在本文中，術(shù)語“非離子單體”表示共聚單體的殘余物在pH＝1-14范圍內(nèi)不帶有離子電荷。
可使用許多種單體或單體混合物制備用于本發(fā)明粘合劑的乳液聚合物。其它合適的丙烯酸酯單體包括但不限于，例如丙烯酸丙酯、丙烯酸異丙酯、丙烯酸仲丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸新戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸庚酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸異癸酯、丙烯酸冰片酯、丙烯酸異冰片酯、丙烯酸肉豆蔻酯、丙烯酸十五烷酯等；同樣的，也可使用其它甲基丙烯酸酯，包括但不限于甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸庚酯、甲基丙烯酸異庚酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸冰片酯、甲基丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸肉豆蔻酯、甲基丙烯酸十五烷酯、甲基丙烯酸十八烷酯、甲基丙烯酸磷乙酯等；馬來酸酯等。
根據(jù)另一個實施方式，或者通過乳液聚合、或者通過摻混，根據(jù)本發(fā)明使用的其它合適的水性聚合物分散體包括，但不限于聚氨酯、聚酯、天然橡膠、合成橡膠的分散體，包括苯乙烯-丁二烯和相關(guān)的共聚物、聚乙烯醚、聚氯乙烯以及它們的共聚物。
所述水性乳液聚合物還包含作為共聚單元的0.40重量％-99.75重量％、包括0.50重量％-50重量％、0.50重量％-10重量％和0.50重量％-5重量％的一種或多種烯鍵式不飽和表面活性劑單體，以聚合物干重計。該烯鍵式不飽和表面活性劑單體是表面活性試劑，能夠特別有效地用于乳液聚合反應(yīng)，通常能夠與乳液聚合反應(yīng)中常用的其它烯鍵式不飽和單體共聚，自身也能夠聚合，或者與部分聚合的聚合物共聚。
合適的烯鍵式不飽和表面活性劑單體包括，但不限于例如那些包含至少一種酸的鹽或季氮化合物和至少一種含氮堿，所述的酸為硫酸、羧酸或磷酸、或它們的混合物，所述含氮堿包含至少一個氮原子和至少一種烯鍵式不飽和部分。美國專利公開第2003/0149119號中描述了其它合適的例子。
其它合適的可聚合表面活性劑單體包括壬基苯氧基丙烯基聚乙氧基化硫酸酯(例如Daiichi公司生產(chǎn)的HitenolTM)；烷基烯丙基磺基琥珀酸鈉(例如Henkel公司生產(chǎn)的TremTMLF-40)；二(三環(huán)(5.2.1.0 2，6)癸-3-烯-(8或9)乙氧基)磺基琥珀酸銨；和二(三環(huán)(5.2.1.0 2，6)癸-3-烯-(8或9)磺基琥珀酸銨。另外也可將C6-C30不飽和有機酸的銨和金屬鹽單獨或與上述表面活性劑結(jié)合使用。這些酸的例子為α-甲基肉硅酸、α-苯基肉硅酸、油酸、線性油酸(如美國專利第5362832所述)、蓖麻醇酸、松漿油松香和脂肪酸的不飽和部分、歧化松香酸、大豆油脂肪酸、橄欖油脂肪酸、葵花油脂肪酸、亞麻子油脂肪酸、紅花油脂肪酸、失水山梨糖醇單油酸酯、松香酸、聚氧乙烯山梨糖醇倍半油酸酯和EmpolTM1010二聚酸。另外的合適的可聚合表面活性劑單體還包括例如馬來酸衍生物(如美國專利第4246387號所述)和烷基苯酚乙氧基化物的烯丙基衍生物(如日本專利第62-227435號所述)。以單體總重量計，表面活性劑的用量通常為0.40-10重量％，包括0.50-6重量％。
根據(jù)另一個實施方式，用0.40-100重量％的一種或多種可聚合的表面活性劑單體制備一種水性粘合劑。一個例子是用一種或多種可聚合的表面活性劑單體制備的均聚物或共聚物。
所述水性乳液聚合物還包含作為聚合單元的0.25重量％-10重量％(基于干聚合物重量)的單烯鍵不飽和酸單體，例如丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、衣康酸、甲基丙烯酸硫乙酯、甲基丙烯酸磷乙酯(PEM)、富馬酸、馬來酸、衣康酸一甲酯、富馬酸一甲酯、富馬酸一丁酯、馬來酸酐。較佳的是，基于干聚合物重量，該乳液聚合物包含作為共聚單元的0.3重量％-2.5重量％的(甲基)丙烯酸。
該水性乳液聚合物還包含作為共聚單元的0重量％-49.75重量％(以聚合物干重計)可任選的單體，該單體既不是非離子單烯鍵不飽和(甲基)丙烯酸類單體也不是單烯鍵不飽和酸單體?？扇芜x的單體包括例如苯乙烯或烷基取代的苯乙烯；丁二烯；(甲基)丙烯酸氨基烷基酯、N-烷基氨基烷基(甲基)丙烯酸酯、N，N-二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酸酯；馬來酸二辛酯、馬來酸二丁酯和其它合適的馬來酸酯；衣康酸酯；乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯或其它的乙烯酯；氯乙烯、偏氯乙烯和N-乙烯基吡咯烷酮；甲基丙烯酸烯丙酯、乙烯基甲苯、乙烯基二苯酮、鄰苯二甲酸二烯丙酯、1，3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯和二乙烯基苯。
用于本發(fā)明的乳液聚合物，當被以本發(fā)明的方法施涂于基材時，基本不交聯(lián)，雖然也可有少量故意的或偶發(fā)的交聯(lián)。當需要低水平的交聯(lián)或凝膠含量時，可以使用低含量的可任選非離子多烯鍵不飽和單體，例如0-5重量％，包括0.05重量％-1重量％(以干聚合物重量計)。術(shù)語“多烯鍵不飽和”表示每個分子包含兩個或兩個以上的烯類不飽和位點。合適的多烯鍵不飽和單體包括例如(甲基)丙烯酸烯丙酯、鄰苯二甲酸二烯丙酯、1，4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二乙烯基酮、N，N-亞甲基二丙烯酰胺、季戊四醇的聚烯丙酯和聚乙烯酯、以及它們的混合物。也可使用本領(lǐng)域已知的其它常規(guī)交聯(lián)方法。然而，重要的是膜形成的質(zhì)量不要受到本質(zhì)損壞。
所述丙烯酸類聚合物可通過各種用于聚合烯鍵式不飽和單體的加成聚合技術(shù)制備。較佳的是，該聚合物通過自由基引發(fā)水性乳液聚合制備。這些技術(shù)在本領(lǐng)域是眾所周知的。
通常，要控制將引發(fā)劑和要在乳液聚合反應(yīng)中進行聚合的的單體加入到水性介質(zhì)中去的速度，聚合反應(yīng)在存在穩(wěn)定劑的條件下進行。然而，使用可聚合的表面活性劑單體時，便不需加入穩(wěn)定劑。
在制備水性丙烯酸類乳液聚合物時采用熱引發(fā)法。熱引發(fā)劑在反應(yīng)溫度下以有效的速率提供自由基。在反應(yīng)過程中，反應(yīng)溫度保持在70-99℃。優(yōu)選的是75-95℃，更優(yōu)選的是80-90℃。根據(jù)需要，在部分或整個反應(yīng)中可使反應(yīng)溫度保持穩(wěn)定或者發(fā)生變化。反應(yīng)的pH通常為2-8。單體混合物可以以純相或水中的乳液的形式加入。在反應(yīng)過程中可將單體混合物一次加入或分多次加入，或連續(xù)加入，可以是均速的也可以不是，或者是它們的組合。有效的引發(fā)劑包括，例如過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸銨、過硼酸鈉和過硫酸銨鹽或堿金屬過硫酸鹽。優(yōu)選的是過硫酸鹽。也可通過少量的氧化還原引發(fā)反應(yīng)來增大熱引發(fā)，所述氧化還原引發(fā)反應(yīng)是當熱引發(fā)劑與還原劑接觸時產(chǎn)生的，在本領(lǐng)域中，所述熱引發(fā)劑也被稱為氧化劑。合適的還原劑包括例如甲醛次硫酸鈉，含硫的酸的堿金屬鹽和銨鹽，例如亞硫酸鈉、亞硫酸氫(bisulfite)鈉、硫代硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、硫化鈉、硫氫化鈉或連二亞硫酸鈉，formadine亞磺酸、羥甲基磺酸、丙酮亞硫酸氫鹽、乙醇胺之類的胺、乙醇酸、乙醇酸水合物、抗壞血酸、異抗壞血酸、乳酸、甘油酸、蘋果酸、亞磺酸基乙酸、酒石酸以及前面這些酸的鹽?？扇芜x地使用鐵、銅、錳、銀、鉑、釩、鎳、鉻、鈀或鈷的催化氧化還原反應(yīng)的金屬鹽。在任意情況下，在該反應(yīng)中每摩爾熱引發(fā)劑中包含少于0.5摩爾、較佳的是少于0.2摩爾、更佳的是少于0.1摩爾還原劑，最佳的是不含還原劑。以聚合物的干重計，熱引發(fā)劑的用量為0.05重量％-4.0重量％。根據(jù)一個實施方式，以聚合物干重計，熱引發(fā)劑的用量為0.05重量％-0.3重量％。
其它合適的自由基引發(fā)劑包括人們熟知的過氧化物、氫過氧化物、過硫酸鹽和偶氮引發(fā)劑，例如過氧化氫、苯甲酰過氧化物、叔丁基氫過氧化物、叔戊基氫過氧化物、氫過氧化枯烯、過苯甲酸叔丁酯、叔丁基二過鄰苯二甲酸酯和甲基乙基酮過氧化物、偶氮二異丁腈以及它們的混合物。所述引發(fā)劑可以單獨使用，即以熱引發(fā)體系，或者任選地與還原劑結(jié)合使用，即以氧化還原引發(fā)體系。較佳的是，每100pbw總單體進料中所述引發(fā)劑的用量約為0.01-3pbw。在本文中，術(shù)語“pbw”表示重量份數(shù)。在本文中，術(shù)語“總單體進料”表示在聚合過程中加入水性介質(zhì)中去的所有單體。
根據(jù)一個實施方式，由于引入了一種或多種烯鍵式不飽和表面活性劑單體，不需要另外使用常規(guī)的表面活性劑。根據(jù)另一個實施方式，常規(guī)的乳液聚合表面活性劑可以與一種或多種烯鍵式不飽和表面活性劑單體組合使用。
如果用了的話，常規(guī)的表面活性劑包括，但不限于例如每100pbw總單體進料包含約0.05-5pbw的陰離子表面活性劑或每100pbw總單體進料包含約0.1-10pbw的非離子表面活性劑。合適的表面活性劑包括例如烷基硫酸鹽、烷基苯酚乙氧基硫酸鹽、烷基磺酸鹽、烷芳基磺酸鹽和烷基磺基琥珀酸鹽，例如月桂基硫酸鈉、任基苯酚乙氧基(4)硫酸鹽、十二烷基苯磺酸鈉、二辛基磺基琥珀酸二鈉、以及它們的混合物。合適的非離子表面活性劑包括例如乙氧基化烷基苯酚、聚(環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷)嵌段共聚物，例如乙氧基化(10-60摩爾環(huán)氧乙烷)壬基苯酚、以及它們的混合物。
在本發(fā)明中可以有效地使用鏈轉(zhuǎn)移劑。可通過在乳液聚合過程中加入正十二烷基硫醇之類的鏈轉(zhuǎn)移劑調(diào)節(jié)乳液聚合物的重均分子量(Mw)，從而使粘合性和粘結(jié)強度達到合適的平衡。合適的鏈轉(zhuǎn)移劑包括但不限于，例如異丙醇、鹵代化合物、正丁烷基硫醇、正戊基硫醇、正十二烷基硫醇、叔十二烷基硫醇、硫基乙醇酸烷基酯、巰基丙酸和巰基鏈烷酸烷基酯。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，對鏈轉(zhuǎn)移劑沒有要求，但是在一些實施方式中，其用量為每千克聚合物干重含0.001-0.5摩爾、包括0.0025-0.1摩爾。優(yōu)選的是直鏈或支鏈C4-C22烷基硫醇，例如正十二烷基硫醇和叔十二烷基硫醇。鏈轉(zhuǎn)移劑可以在整個反應(yīng)的大部分或所有時間內(nèi)、或者在界定的反應(yīng)時間段內(nèi)(例如在向釜中加料時或殘余單體還原步驟中)，一次加入或分多次加入或連續(xù)加入，加入可以均速的也可以不是。
在制備水性丙烯酸乳液聚合物時，使用了中和劑。在本文中，“中和劑”是指能夠與酸單體發(fā)生酸-堿反應(yīng)的堿性材料。合適的中和劑包括例如氨、胺、氫氧化鈉、碳酸鉀和碳酸氫鈉。以單烯鍵不飽和酸單體當量計，所述中和劑的用量為5-75％、較佳的是5-50％當量。
所述水性丙烯酸類乳液聚合物的平均顆粒直徑為1-1000納米，包括20-800納米和70-400納米。在本文中，顆粒大小是使用紐約Holtsville的BroolhavenInstruments公司制造的Broolhaven型號BI-90顆粒尺寸儀測定的，稱為“有效直徑”。還考慮了如美國專利第5340858號、5350787號、5352720號、4539361號和4456726號所述的多重顆粒大小乳液聚合物，在此聚合物中具有兩種或兩種以上不同的顆粒大小或極寬的分布。
所述水性丙烯酸類乳液聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(“Tg”)取決于所需粘合劑的種類，對于PSA通常為-100℃至40℃，包括-80℃至-10℃，包括-60℃至+40℃和-60℃至-10℃。所選擇的用來制備具有所需Tg范圍聚合物的單體是本領(lǐng)域眾所周知的，所述聚合物用來制備特定種類的粘合劑。
所述粘合劑組合物可包含常規(guī)的粘合劑輔助劑，例如增粘劑、乳化劑和濕潤劑、交聯(lián)劑、單體、低聚物、聚合物、溶劑或增塑劑、緩沖劑、中和劑、增厚劑或流變改性劑、生物殺傷劑、消泡劑或去沫劑。它們還可包含本領(lǐng)域已知的其它添加劑，例如顏料、填料、固化劑、助粘劑、色料、蠟和抗氧化劑，以及其它常規(guī)添加劑。
本發(fā)明水性粘合劑組合物的固體含量可以約為10-80重量％。用Brookfield粘度計測得的粘度通常為0.05-5Pa/s(50-5000cps)；根據(jù)不同的最終應(yīng)用和施涂方法，對粘度進行相應(yīng)的改變。該粘合劑用常規(guī)的粘合劑施涂方法施涂，這些方法為例如幕涂、輥涂、逆輥涂、麥耶繞線棒涂布、狹縫型板涂布(meyer die)和照相凹板涂布。
將所述粘合劑組合物施涂在一種或多種低能或高能背襯材料上。低能基材包括但不限于例如聚烯烴，塑料，包括塑料片材和取代的乙烯或丙烯單體的聚合物膜、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酰胺酰亞胺、聚酯或復(fù)合摻混物、除能夠有效用作本發(fā)明PSA剝離襯墊(release liner)的TeflonTM之外的全氟代聚合物、乙烯聚合物、蠟光紙和具有低能表面涂層的產(chǎn)品。高能背襯材料包括但不限于玻璃、鍍金屬的膜、紙張、粗糙表面的聚合物膜、紙板、乙酸酯、乙酸纖維素、織物和無紡織物。在施涂之前進行或不進行基材處理皆可，例如化學(xué)底漆處理、處理的剝離墊片、或電暈或火焰處理的表面。該性質(zhì)可有益地用來在粘合制品中提供合適的粘合層，或者例如在粘合帶制品中提供剝離層。
涂布在背襯材料或基材上的粘合劑通常在40-200℃下干燥。本發(fā)明的PSA成功地制成了膠帶并卷繞(wound)在剝離涂層材料上，包括但不限于Teflon和硅氧烷。根據(jù)本發(fā)明，可以使用一種化學(xué)底漆，該化學(xué)底漆可以是包含或不含添加劑的所述粘合劑組合物的預(yù)涂層，或者可以包含其它的底漆組合物，該組合物包含一種或多種溶劑。
在本發(fā)明的一個實施方式中，提供了一種水性粘合劑，該粘合劑包含一種或多種可聚合的烯鍵式不飽和表面活性單體、并具有一種官能組分(functionalspecies)如助粘劑或脫模劑、或其它的可交聯(lián)部分。例如，所述官能組分可通過以下方式提供通過在制備粘合劑時引入相應(yīng)的官能單體，通過過量可聚合烯鍵式不飽和表面活性單體的后反應(yīng)，或者通過吸附、氫鍵等物理結(jié)合將合適的組分結(jié)合在所述可聚合、烯鍵式不飽和表面活性單體上。所述可聚合烯鍵式不飽和表面活性單體也可為功能組分提供比所述官能組分連接在小于50納米的顆粒上的粘合劑更有效的官能組分的應(yīng)用。
在一個實施方式中，粘合劑具有有效的比粘合性(specific adhesion)，意味著對特別難以粘合的基材具有改進的粘合性。難以粘合的基材包括但不限于再生紙張、再生紙板、復(fù)合木板以及它們的波紋板形式，包括波紋紙板和紙張?？梢詫哂泻线m極性官能團的可聚合烯鍵式表面活性單體進行選擇，從而提高與波紋紙和再生紙之類的難以結(jié)合的基材或鍍金屬膜之類高能基材的粘合性。這些極性單體的例子為含羥基(例如HEMA類)和含酸的單體和PEM。類似的，可以對具有合適非極性官能團的可聚合烯鍵式表面活性單體進行選擇，從而提高與低能基材的粘合性，所述低能基材為例如高密度和低密度的聚乙烯、未處理的取向聚丙烯(OPP)和印刷烯烴。
硅氧烷和TeflonTM可以根據(jù)本發(fā)明有效地用作剝離涂層(relase coating)。
可以用可聚合烯鍵式不飽和表面活性單體和合適的單體，制備具有所需氣體屏蔽性和防潮性的水性粘合劑組合物，所述合適的單體包括，但不限于例如氯乙烯、偏氯乙烯、乙烯醇、乙腈，以及已知的當結(jié)合在合適的聚合物中時能夠提供屏蔽性能的其它單體。
能夠吸收和保持水汽、非揮發(fā)性、在預(yù)期的應(yīng)用條件下能夠與丙烯酸類聚合物相容的化合物，都可以有效地用作本發(fā)明粘合劑組合物的濕潤劑。合適的濕潤劑包括但不限于，例如尿素和尿素衍生物之類的蛋白基濕潤劑，包括聚亞氧烷基乙二醇、乙氧基化多元醇和丙氧基化多元醇的多元醇，包括乙氧基化糖和丙氧基化糖的糖，1，3-丁二醇，1，2，6-己三醇，三羥甲基丙烷，季戊四醇，甘油，二甘醇和三甘醇之類的分子量約為100-4000的聚乙二醇，聚(環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷)共聚物，山梨糖醇，葡萄糖，玉米糖漿，乙氧基化(10-40摩爾環(huán)氧乙烷)甘油，乙氧基化(10-40摩爾環(huán)氧乙烷)葡萄糖，丙氧基化(10-40摩爾環(huán)氧丙烷)葡萄糖，水解大豆蛋白質(zhì)，可溶性骨膠原，以及它們的混合物。
根據(jù)一個實施方式，通過在水性介質(zhì)中將聚合物和濕潤劑相結(jié)合來制備本發(fā)明的粘合劑組合物，其中水性聚合物乳液包含約40重量％-80重量％的聚合物固體。所述聚合物顆粒的平均顆粒大小約為80-1000納米。在加入濕潤劑之前，向乳液中加入有效量的氫氧化鈉或氨水之類的堿，將水性聚合物乳液的pH調(diào)節(jié)到7-9.5。
通過將本發(fā)明粘合劑組合物的涂層施涂到基本背襯材料上、使涂層干燥、由此產(chǎn)生一種覆蓋所述背襯材料部分表面的粘合層，而制備出了一種粘合制品，其中所述粘合層由粘合劑組合物的固體部分組成。
通過輥涂、繞線棒涂布、刮涂或幕涂之類的常規(guī)方法將粘合劑乳液涂層施涂在所述基本背襯材料至少一個表面的至少一部分上，并使其干燥，從而在所述基材表面的涂布部分上形成干燥的粘合層。粘合劑可以連續(xù)涂布或不連續(xù)涂布。
根據(jù)一個實施方式，將粘合劑乳液施涂在基本背襯材料的一個表面上，施涂的量能夠在所述基本背襯材料表面的涂布部分上有效形成5-100克/平方米的干粘合層。所述基本背襯材料是片狀材料，例如紙片、聚合物膜、紡織織物或無紡織物片，本發(fā)明的粘合制品為相應(yīng)的片狀材料，例如壓敏粘合帶、亞敏涂膠標簽或壓敏粘合膜。
在另一實施方式中，所述粘合制品是一種粘合帶，該粘合帶的一面涂布有粘合劑，反面未涂布。
在另一實施方式中，該制品包括一種聚合物膜之類的剝離層，該剝離層用于在使用之前暫時覆蓋粘合層。
在另外的優(yōu)選實施方式中，所述粘合帶為同心卷的形式，粘合帶下層(underlying layer)的未涂布表面作為粘合層的剝離層。
可將粘合劑組合物施涂在基本基材一個以上的表面上，例如可對一條聚合物膜的兩面都進行涂布，制得“雙面”粘合帶。
使用本發(fā)明粘合制品時，如果有剝離層，先從制品上除去剝離層，然后將粘合制品的一個粘合劑涂布表面使用到一個或多個第二基材上，或施用到單個第二基材的一個或多個部分上，形成復(fù)合制品，所述基材或基本背襯材料和第二基材部分通過介于其間的干粘合層粘合在一起。
合適的第二基材包括高能至低能基材，包括片狀材料，紙張和卡紙之類的紙產(chǎn)品、紙板、波紋紙板、木材、金屬膜、聚合物膜和復(fù)合基材。在本文中，術(shù)語“復(fù)合基材”表示由聚合物涂布的卡紙或紙板和粘合的木材產(chǎn)品之類的不同基材材料的組合形成的基材，所述紙板包括例如涂蠟紙板。
在除去剝離層和將粘合制品施用于第二基材之間的時間段內(nèi)，粘合制品的粘合層暴露于環(huán)境濕度下。本發(fā)明的粘合制品在其所使用的環(huán)境下，對環(huán)境相對濕度相對不敏感。
以下的實施例進一步說明本發(fā)明的各個方面。用活性表面活性劑單體制備如美國專利第5679732號所描述的聚合物樣品，并將其與用常規(guī)表面活性劑制備的聚合物樣品相對比(見表1)。
在實驗涂布儀上將粘合劑涂布在取向聚丙烯(OPP)膜上，用麥耶繞線棒將涂布重量控制在12.5-13.0磅/令(~21-22克/平方米)，以便將制得的帶作為箱子密封帶進行評價。發(fā)現(xiàn)與使用常規(guī)表面活性劑的相同組合物相比，本發(fā)明粘合劑能夠制備干粘合劑的最大線速度可以快至少10-15％。評價了不同類型的箱子，最難粘的箱子是粗糙再生紙板箱(North Atalntic Packaging，Scarborough，Ontario；較高的崩裂強度，總重量限制95磅)和硬雙壁箱子(Thomas G.Goldkamp，Inc.，Amber，PA，美國，高崩裂強度，總重量限制90磅)。實驗過程需要兩個人，一個固定住箱子，另一個用4磅輥子施用粘合帶，以使各受測箱子受到均一的施用壓力。對粘合帶進行剪切，使得所有受測箱子各側(cè)的懸垂量相同。各種粘合帶在特定的一組條件下(溫度和濕度)對特定類型的箱子進行測試，封閉了5個的箱子，所以可能有20個下垂的懸垂頭(so a possible 20overhanging tape flaps that could fail)。在應(yīng)用前，粘合帶和箱子在穩(wěn)定環(huán)境的房間內(nèi)，在特定的使用條件(包括溫度和濕度)下進行陳化。在表1所列的測試條件下封箱，在測試過程中箱子保留在穩(wěn)定環(huán)境的房間內(nèi)。
用活性表面活性劑制備的樣品在較冷溫度和高溫下都勝過了其它樣品。結(jié)果列于下表1。
表1使用和不使用烯鍵式不飽和表面活性劑制備的粘合劑。

用常規(guī)丙烯酸酯乳液壓敏粘合劑制造的粘合帶缺乏在難粘基材表面上的寒冷溫度性能。發(fā)現(xiàn)用市售的表面活性劑單體制備水性丙烯酸酯乳液PSA，代替它們的常規(guī)對應(yīng)物，意想不到地改進了在低溫和高溫下的封箱性能。
權(quán)利要求
1.一種通用水性粘合劑組合物，包含水性丙烯酸類乳液聚合物，該乳液聚合物進一步包含以聚合物干重為基準計、作為共聚單元的0.25重量％-99.75重量％的單烯鍵不飽和非離子(甲基)丙烯酸類單體、0.40重量％-99.75重量％的一種或多種烯鍵式不飽和表面活性劑單體和0.25重量％-10重量％的單烯鍵不飽和酸單體；所述聚合物的Tg為-100℃至40℃，其中所述粘合劑組合物可粘合至低能和高能基材之上。
2.如權(quán)利要求1所述的通用粘合劑，其特征在于，所述粘合劑組合物由Tg為-100℃至0℃的聚合物制備。
3.一種通用水性粘合劑組合物，包含以所述一種或多種水性粘合劑組合物的總重量計0.40重量％-100重量％的一種或多種可聚合的表面活性劑單體，相對于相應(yīng)的不含所述一種或多種可聚合的表面活性劑單體的水性粘合劑組合物，所述水性粘合劑組合物有一種或多種以下的性能得到改進改進的機械穩(wěn)定性、改進的干燥特性、改進的涂布流變性、改進的在寬范圍的高溫和低溫下一包括低于15℃的溫度下-的粘合性、改進的在低于15℃的溫度下對基材或復(fù)合基材的固著性、改進的對低能基材或非極性基材的粘合性、改進的對再生材料的粘合性、改進的在低于15℃的溫度下的流變性、改進的耐水性、改進的防潮性；改進的在低于15℃的溫度下的膜完整性，即原始強度；改進的比粘合、提高的剝離-構(gòu)造特性、改進的耐水增白性、以及改進的抗增塑劑遷移性、改進的耐溶劑性、改進的抗添加劑遷移性、膜的低噪聲展開性、氣體屏蔽性、改進的對低溫處理的流變性、以及降低的邊緣滲出和流動性，從而使粘合制品具有改進的轉(zhuǎn)化、切割和剝離性能。
4.一種水性的壓敏粘合劑組合物，該組合物包含水性丙烯酸類乳液聚合物，該乳液聚合物進一步包含以聚合物干重計作為共聚單元的0.25重量％-99.75重量％的單烯鍵不飽和非離子(甲基)丙烯酸類單體、0.40重量％-99.75重量％的一種或多種烯鍵式不飽和表面活性劑單體和0.25重量％-10重量％的單烯鍵不飽和酸單體，所述聚合物的Tg為-100℃至0℃，其中所述壓敏粘合劑組合物在低于15℃的溫度下粘合在低能基材和高能基材上。
5.如權(quán)利要求4所述的壓敏粘合劑，還包含一種或多種增粘劑。
6.一種壓敏粘合帶，該粘合帶在低于15℃的溫度下能粘合在低能基材和高能基材上，并且當該粘合帶施用在一種或多種難以粘合的基材上時，具有高的抗崩裂性。
7.如權(quán)利要求6所述的壓敏粘合帶，其特征在于，所述粘合帶對低能基材和難以粘合的基材具有改進的粘合性。
8.如權(quán)利要求4所述的壓敏粘合劑，其特征在于，產(chǎn)生干粘合劑的最大線速度比常規(guī)粘合劑至少快10-15％。
9.一種紙箱密封帶，用如權(quán)利要求4或5所述的粘合劑組合物制成。
10.如權(quán)利要求4所述的壓敏粘合劑，其特征在于，所述粘合劑用兩種或兩種以上聚合物的摻混物制成。
全文摘要
包含作為乳液聚合物一部分的一種或多種可聚合的表面活性劑單體的粘合劑組合物，能夠與常規(guī)粘合劑難以粘合的多種基材很好地粘合，與常規(guī)PSA相比，該粘合劑組合物具有改進的低溫和高溫性能。
文檔編號C09J7/02GK1772830SQ20051012015
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月9日
發(fā)明者A·G·邦恩, W·B·格利非斯, A·K·舒爾茨 申請人:羅門哈斯公司