熱熔融粘接劑的制作方法
【專利摘要】熱熔融粘接劑，其在300°F或之下溫度施用，并且當粘合和受力時能夠耐受其施用溫度以下100°F以內的溫度。
【專利說明】熱熔融粘接劑
[0001]本申請是分案申請，其母案是申請日為2004年7月I日、申請?zhí)枮?00410055293.X和發(fā)明名稱為“熱熔融粘接劑”的申請。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及一種低施用溫度的具有高耐熱性的熱熔融粘接劑組合物。配制該粘接劑用于低溫施用，并具有高溫性能。
【背景技術】
[0003]熱熔融粘接劑熔化時用于基材，然后與第二基材接觸，在接觸點粘結劑冷卻以固化粘合層并形成膠合層。熱熔體廣泛用于工業(yè)粘合劑，而且廣泛用于諸如箱子密封和紙板箱封口操作的產品裝配和包裝應用。
[0004]到目前為止，市售的粘合劑都在350° F(177°C )或更高溫度下施用，以使所有成分完全熔融并獲得令人滿意的施用粘度?？紤]到殘留揮發(fā)物的燃燒和吸入以及需要較多能量，升高溫度的需要增加了操作人員的危險，因此對生產的便利性存在很大需求。雖然最近的發(fā)展帶來熱熔融粘接劑，其可以在低至約250° F的溫度下施用，在此，仍需要低施用溫度的粘接劑，包括甚至可以在更低溫度下施用的粘接劑，這樣在其制備和施用上提供了節(jié)省的成本和便利，以及性能的改善。本發(fā)明滿足這種需要。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明提供改進的熱熔融粘接劑，其可以在低于350° F的溫度下施用，尤其是約300° F或更低溫度下施用，優(yōu)選的溫度約200° F或更低，而且在高溫和應力下表現(xiàn)良好。配制本發(fā)明的熱熔融粘接劑，使`得在粘接和受力時能夠耐受施用溫度以下110° F內，更優(yōu)選約100 ° F內，尤其優(yōu)選約90 ° F內的溫度。
[0006]本發(fā)明提供一種含有半結晶聚合物、蠟和增粘性樹脂的熱熔融粘接劑。乙烯共聚物的混合物，特別是乙烯乙酸乙烯酯和乙烯丙烯酸正丁酯，優(yōu)選在本發(fā)明中使用。由于本發(fā)明的粘接劑可以在低于300° F時，更典型和優(yōu)選低于約250° F，尤其優(yōu)選約200° F時制造、再加熱并用在選定的基材上，迄今沒有考慮摻入熱熔融粘接劑中的添加劑可以包含在本發(fā)明的配方中。對熱分解敏感的諸如各種紅外、紫外和熒光染料，在高于如250° F溫度時不穩(wěn)定的熱塑性微球膠囊等，現(xiàn)在可以加入到熱熔物中。
[0007]本發(fā)明還提供了一種密封和/或制造或形成箱子、紙板箱、盤、盒子或袋的方法。該方法包括施用300° F或之下溫度施用的熱熔融粘接劑，并且其中粘合的粘接劑熱應力值和粘接劑施用溫度分開110° F或以下。
[0008]本發(fā)明進一步提供了含有熱熔融粘接劑的制品，該粘接劑在300° F或以下溫度施用，并且其中粘合的粘接劑熱應力值和粘接劑施用溫度分開不超過110° F。優(yōu)選的制品包括用于包裝產品的紙板箱、箱子、盤、袋等包裝制品，其用熱熔融粘接劑形成和/或密封。包裝制品可以含有被這種熱熔融粘接劑粘合的卡片紙板或紙板。如果需要，粘接劑可以在制備期間預先施用在諸如紙板箱、箱子、盤或袋上，并在包裝產品前將之再活化。其他制品非限定性包括，盒制品和無紡布(如尿布)應用等。
[0009]本發(fā)明還進一步提供了包含在紙板箱、箱子、盤或袋內的包裝制品，如包裝食品，其中紙板箱、箱子、盤或袋含有在300° F或以下溫度下施用的熱熔融粘接劑，并且其中粘合的粘接劑熱應力值和粘接劑施用溫度分開110° F或以下。
[0010]本發(fā)明的另一方面在于，使用本發(fā)明熱熔融粘接劑將第一基材與相似或不相似的第二基材粘合的方法。該方法包括，向至少第一基材施加熔化的熱熔融粘接劑組合物，使第二基材與第一基材上的粘接劑接觸，由此將第一基材與第二基材粘合。在一實施方案中，在第一基材上施加熔化的粘接劑(即，預施加)，并使之固化。然后在將第二基材與第一基材上的粘接劑接觸步驟之前或之后，再活化該粘接劑。粘合在一起的基材可以相同也可以不同(即，不相似的)。在一優(yōu)選實施方案中，被粘合的基材是纖維素基材。
[0011]由于低溫可以用于制備和使用本發(fā)明的粘接劑，目前不能用于本領域制備粘接劑的方法和方式成為可能，并由本發(fā)明提供。因此，本發(fā)明提供一種制備方法，其可以有效利用能量，并使用以前不足以用于混合或分散熱熔融粘接劑的低成本混合和存儲設備。由于其高熔點、低溫時的高粘度和在由蒸汽達到的溫度下不切實際的混合時間，低壓(< 20psig飽和蒸汽)蒸汽夾套式容器對于通常的350° F施用的粘接劑的熔融混合是不適當?shù)摹５腿廴跍囟群偷驼扯冗€使有效且快速的連續(xù)混合方法是可行的?，F(xiàn)在可以使用連續(xù)靜態(tài)和動態(tài)或循環(huán)混合來獲得均勻的粘接劑混合物。經濟、有效的融體運輸，例如用于制造和運輸糖果的那種，以前不能用于制造和分散現(xiàn)有技術的粘接劑，可以用于此處公開的粘接劑。
[0012]發(fā)明詳述
[0013]這里引用的所有文獻的全文作為參考。
[0014]本申請包括以下 實施方案:
[0015]1.低施用溫度的熱熔融粘接劑，其在300° F或之下溫度施用，其中粘合的粘接劑熱應力值和粘接劑施用溫度分開110° F或以下。
[0016]2.實施方案I的粘接劑，其在250° F或之下溫度施用，其中粘合的粘接劑熱應力值和粘接劑施用溫度分開100° F或以下。
[0017]3.實施方案2的粘接劑，其在200° F或之下溫度施用，其中粘合的粘接劑熱應力值和粘接劑施用溫度分開100° F或以下。
[0018]4.實施方案I的粘接劑，其中，用差示掃描量熱計分析時，從施用溫度到室溫以1500C /分鐘的冷卻速率冷卻，粘接劑結晶產生0.35分鐘或更長的在起始冷卻和結晶之間的時間。
[0019]5.實施方案I的粘接劑，其在施用溫度下在100小時時間內是熱穩(wěn)定的，正如粘度變化在起始施用粘度的± 10 %內所說明的。
[0020]6.實施方案I的粘接劑，其還含有能量吸收組分。
[0021]7.實施方案I的粘接劑，其還含有芳香劑。
[0022]8.制備的物品，其含有實施方案I的粘接劑。
[0023]9.實施方案8的物品，其中，用差示掃描量熱計分析時，從施用溫度到室溫以1500C /分鐘的冷卻速率冷卻，粘接劑結晶產生0.35分鐘或更長的在起始冷卻和結晶之間的時間，并且其在施用溫度下在72小時時間內是熱穩(wěn)定的，正如粘度變化在起始施用粘度的±10%內所說明的。
[0024]10.實施方案8的物品，其為紙板箱、箱子、盤、包或書。
[0025]11.密封和/或形成紙板箱、箱子、盤、包或書的方法，包括使用實施方案I的熱熔融粘接劑密封和/或形成紙板箱、箱子、盤、包或書。
[0026]12.包含在紙板箱、箱子、盤或包內的包裝的物品，其中紙板箱、箱子、盤或包含有實施方案I的粘接劑。
[0027]13.實施方案12的包裝的物品，是包裝的食品。
[0028]14.將基材與相似或不相似的基材粘合的方法，其包括在至少一個基材上施用實施方案I的熔化的熱熔融粘接劑，并將所述基材粘合在一起。
[0029]15.在基材上施用實施方案I的粘接劑的裝置，所述裝置包括熱熔融運送和/或施用系統(tǒng)，其操作溫度小于約225° F。
[0030]16.生產實施方案I的粘接劑的方法，所述方法包括在低于約250° F溫度下加熱粘接劑成分以形成均勻的粘接劑混合物。
[0031]17.實施方案16的方法，使用約小于25psi的低壓蒸汽或熱水完成加熱。
[0032]18.實施方案16的方法，利用加熱的IBC或其它轉送容器作為主容器，來混合、貯存、分配和/或傳送。
[0033]19.實施方案16的方法，其中使用連續(xù)流動混合方法得到所述均勻混合物。
[0034]20.實施方案16的方法，其中粘接劑成分是熔化的、預熔融的材料。
[0035]21.施用熱熔融粘接劑的裝置，所述裝置最高操作溫度小于約225° F。
[0036]已經發(fā)現(xiàn)能夠獲得高耐熱性以及具有低施用溫度的熱熔融粘接劑。本發(fā)明的熱熔融粘接劑形成的膠合層在施用溫度以下110° F以內，優(yōu)選100° F以內，更優(yōu)選90° F以內能夠耐高應力。除了高耐熱性，本發(fā)明熱熔融粘接劑在室溫或室溫以下仍能粘接。該熱熔融粘接劑理想地適合用于制造盒、紙箱或盤。
[0037]本發(fā)明在于低施用溫度、高耐熱性的熱熔融粘接劑，其典型地包括半結晶聚合物、蠟和增粘性樹脂。本發(fā)明的粘接劑可以用于自動化包裝應用上，例如，但不限于，紙板箱、箱子或盤制造，其中粘接劑從大型工業(yè)熔融體系施加，其包裝速度可以達到每分鐘數(shù)百單位。
[0038]本發(fā)明包括一類新的熱熔融粘接劑，其可以在300° F或以下溫度施加，并在高溫和高應力下表現(xiàn)顯著提高的粘合性能。配制的本發(fā)明的粘接劑能在基本接近于粘接劑施用溫度的溫度下耐受現(xiàn)有技術所能達到的應力。與先前已知的常規(guī)的(350° F和以上)和低施用溫度的粘接劑相反，耐受高溫和應力十分接近于本發(fā)明粘接劑施用的溫度。
[0039]由于當熱熔融粘接劑接近其低施用溫度時將開始熔化，本發(fā)明粘接劑的高溫性能是出乎意外的。本發(fā)明粘接劑在粘接劑施用溫度和粘接的粘接劑熱應力值之間具有窄溫度范圍(110° F或以下)，然而表現(xiàn)出當前商業(yè)使用的典型的現(xiàn)有技術熱熔融粘接劑的粘性、機械性能和成本性質。
[0040]用來制備本發(fā)明的粘接劑的成分類型的化學和物理性質可以明顯變化。然而，這些成分被選擇成使配制的粘接劑(I)其粘度適于將該粘接劑施加到所選基材上，典型地低于約2000CPS(即，該粘度可以使粘接劑可以進行機械加工并且使基材被粘接劑滲透或潤濕)；(2)只有在施用溫度以下約110° F以內才表現(xiàn)受力粘合的不足；(3)其中，基材與熱熔融粘接劑接觸時，粘接劑立刻從熔融狀態(tài)成為固體結晶；以及(4)材料粘接在接近室溫時發(fā)生。
[0041]施用溫度
[0042]施用溫度主要取決于機械加工的需要和所要粘接的基材。分配熱熔融粘接劑時所用的自動化設備典型地受泵的作用限制。密封箱子和紙板箱的典型粘度希望少于2000厘泊(cps)，大多數(shù)商業(yè)使用的熱熔施加設備所需的有利的粘度低于1500cps。使用較高粘度的粘接劑典型地導致粘接劑從嘴成條，并且傳送到基材的粘接劑量或控制不適當。此外，較高粘度的粘接劑將典型地減少分配部件的壽命，并增加機器的維護保養(yǎng)費用。而且由于降低了壓力下的擴散，諸如由纖維素組成的多孔的包裝基材不容易被高粘度的粘接劑所潤濕。這里所描述的施用溫度是指到最接近的25° F增量，使粘接劑的粘度介于約SOOcps和1500cps之間的溫度。
[0043]熱應力
[0044]這里定義的熱應力是受力粘合破壞時的溫度。粘合的耐熱性可以按如下所述測定，并如附圖2A和2B所示?？偟闹v，受力粘合的斷裂溫度測定如下:將兩個起皺的基材粘合在一起、用300克重量對該粘合件加力，然后放在烘箱中24小時，之后檢查粘合件看是否仍未受損。
[0045]起皺的基材兩面有凹槽。參見附圖2A，粘接劑珠施加到基材，凹槽的方向垂直于粘接劑珠的方向。粘接劑珠離下面的基材的前端一英寸，離上面的基材的前端五英寸。壓縮前基材上的珠寬為百分之八英寸寬。用兩百克重量壓縮后，上面和下面基材之間的粘接劑珠為兩英寸的粘合寬度。
[0046]如附圖2B所示，三百克重物固定在上面基材的前端。接著使用一個支架，使得在粘接劑珠正下方得到一支點。帶有重物的支起來的粘合件接著放在烘箱中，設置為低于粘接劑施用溫度100° F的溫度。該粘合件放在烘箱中24小時，然后檢查來確定粘合件是否仍未受損。仍未受損的粘合件記錄為通過溫度測試的結果。對通過測試的粘合件重復測試，并使之經受更高溫度，直到出現(xiàn)失敗。粘合件通過的最高溫度記錄為該粘接劑的耐熱性。
[0047]開放時間和結晶
[0048]熔化和固態(tài)之間的結晶時間對于粘合區(qū)固化達到將基材固定在一起所需合適的強度的速度是關鍵的。接觸基材后迅速固化允許快速的粘接應用，實現(xiàn)高速生產粘合的材料。
[0049]用來表征粘接劑結晶動力學的方法包括用差示掃描量熱器(DSC)進行急冷。DSC記錄加熱或冷卻過程期間粘接劑樣品中的熱動力學的改變。以150°C /分鐘的速率將粘接劑從施用溫度冷卻到室溫，得到結晶動力學記錄。比較分析DSC方法得到的結晶時間與在不同粘合劑應用中形成充分粘結的熱熔性膠粘劑的時間。分析的樣品為15-25mg。從粘接劑結晶開始時間(t開始)減去DSC元件冷卻開始時間卩)來計算結晶時間(tss)。本發(fā)明粘接劑通過上述方法顯示出0.35分鐘或更長的結晶時間是特別合適的。參見附圖1，其顯示本發(fā)明粘接劑的結晶曲線。
[0050]參見附圖1，線性曲線是 粘接劑樣品的溫度，非線性曲線是DSC記錄的熱動力學數(shù)據(jù)。附圖1畫出在150°c/分鐘冷卻速率下樣品溫度和DSC測試中的熱流。對于該樣品，t冷卻=3.96分鐘，t開始=4.64分鐘,得到的t結晶=0.68分鐘。在測試并表示在附圖1中的樣品中，直到粘接劑到達室溫時才出現(xiàn)粘接劑結晶峰，其為粘接劑從施用溫度開始冷卻后的0.68分鐘。
[0051]0.35分鐘后熱熔融粘接劑結晶的值，說明在固化發(fā)生前，粘合有足夠時間來形成，粘接劑有足夠時間來滲透基材。在上述DSC方法中，0.35分鐘前結晶的粘接劑，沒有足夠的時間滲透進行粘合的目標基材，導致差的粘接。
[0052]粘接劑組合物
[0053]本發(fā)明包括的粘接劑是粘合粘接劑熱應力值和粘接劑施用溫度分開110° F或以下，并在300° F或以下施加的粘接劑。粘合的粘接劑熱應力值和粘接劑施用溫度分開100° F或更少是合適的，甚至更優(yōu)選分開90° F或更少。優(yōu)選地粘接劑的施用溫度是250° F或更少。甚至更優(yōu)選粘接劑的施用溫度為大約200° F。粘合的粘接劑熱應力值和粘接劑施用溫度是否分開110° F或更少，本領域技術人員使用上述方法和計算很容易測定。
[0054]除了需要的粘合的粘接劑熱應力值和粘接劑施用溫度的差異外，用DSC分析時，從施用溫度到室溫以150°C /分鐘的冷卻速率冷卻，配方結晶優(yōu)選產生0.35分鐘或更長的在起始冷卻和結晶之間的時間。優(yōu)選的粘接劑在室溫實現(xiàn)粘接。
[0055]本發(fā)明熱熔融粘接劑特別優(yōu)選的實施方案中，粘接劑在施用溫度下在72小時內是熱穩(wěn)定的，正如粘度變化在起始施用粘度的± 10 %內所說明的。
[0056]以下描述按本發(fā)明配制的粘接劑組分和本發(fā)明配方的實施例。不過，技術人員能夠以各種量配制這些和其它組分，以及為了制備本發(fā)明中這些配方而進行這里描述和教導的性質的測試。
[0057]1.聚合物組分
`[0058]本發(fā)明粘接劑優(yōu)選包含至少一種乙烯聚合物，并可以包含兩種或多種聚合物的混合物。這里使用的術語乙烯聚合物是指，乙烯的均聚物、共聚物和三元共聚物。優(yōu)選的是乙烯與一種或多種極性單體的共聚物，例如乙酸乙烯酯或其它單羧酸的乙烯基酯、或丙烯酸或甲基丙烯酸或其與甲醇、乙醇或其它醇的酯。包括乙烯乙酸乙烯酯、乙烯丙烯酸甲酯、乙烯丙烯酸正丁酯、乙烯丙烯酸、乙烯甲基丙烯酸酯、乙烯丙烯酸2-乙基己酯、乙烯辛烯及其混合物和共混物。乙烯丙烯酸正丁酯和乙烯乙酸乙烯酯的混合物是特別優(yōu)選的。
[0059]本發(fā)明利用的其它聚合物包括丙烯、辛烯、己烯、庚烯、丁烯和乙烯單體的均聚物或共聚物。優(yōu)選通過單位點催化劑合成這些聚合物。茂金屬是適合合成本發(fā)明使用的聚合物的單位點催化劑的例子。Dow Chemical出售商標為Insight的商品茂金屬催化聚合物。
[0060]特別優(yōu)選的粘接劑含有乙烯丙烯酸正丁酯共聚物，其含有最多約45重量％，特別是15-35%的丙烯酸正丁酯，熔融指數(shù)至少約300。乙烯丙烯酸正丁酯共聚物可以購自ElfAtochem North America, Philadelphia, PA,商標Lotryl匕，購自 Exxon Chemical C0.,商
標Enable? (例如，熔融指數(shù)約330克/10分鐘并且丙烯酸ιΕ丁酯在共聚物中的含量約33重量％的EN33330，和熔融指數(shù)約900并且丙烯酸正丁酯含量約35重量％的EN33900)，以及購自Millennium Petrochemicals,商標Fn.ali1.ene? (例如，熔融指數(shù)約400克/10分鐘并且丙烯酸正丁酯在共聚物中的含量約35重量％的EA89822)。
[0061]本發(fā)明使用的乙烯乙酸乙烯酯聚合物通常的MI至少約300克/10分鐘，并具有從約10-約45重量％的乙烯乙酸酯含量，以及其共混物。乙烯乙酸乙烯酯共聚物可購自Dupont Chemical C0.,Wilmington,DE,商標(例如，熔融指數(shù)800并且乙酸乙烯酯
在共聚物中的含量約28重量％的￡1￥@(8205\￥)。其它乙烯乙酸乙烯酯共聚物可購自ExxonChemical C0.,商札 Lscoraie? (例如，UL7505),也可購自 Millennium Petrochemicals,Rolling Meadows, IL，商標UltratheiieK (例如，UE64904),購自 AT Polymers & Film C0.，Charlotte, NC 的AX? (例如 ATk 1850Μ )以及購自 Atofina Chemicals, Philadelphia,PA.的Evata1.1c'k
[0062]通常，聚合物組分的量約10重量％ -約60重量％，更優(yōu)選約20重量％ -約40重量％，尤其優(yōu)選約25重量％ -約35重量％。
[0063]i1.增粘性組分
[0064]本發(fā)明的粘接劑組合物優(yōu)選被增粘。增粘劑組分通常以約10重量％ -約60重量％的量存在，更優(yōu)選以約25重量％ -約45重量％，尤其優(yōu)選以約30重量％ -約40重量％的量存在。典型地增粘樹脂具有的環(huán)和球軟化點，通過ASTM方法E28測定，為約70°〇-1501:，更優(yōu)選約901: _120°C，最優(yōu)選約95°C_110°C。一些配方中可能需要兩種或多種以下描述增粘樹脂的混合物。
[0065]有用的增粘樹脂包括任何相容的樹脂或其混合物，諸如天然和改性松香，例如包括，松香、木松香、浮油松香、餾出松香、氫化松香、二聚松香、樹脂酸酯和聚合松香；天然或改性松香的甘油和季戊四醇酯，例如包括，pale、木松香甘油酯，氫化松香甘油酯，聚合松香甘油酯，氫化松香季戊四醇酯，酚醛改性的松香季戊四醇酯；天然萜的共聚物和三元共聚物，例如包括，苯乙烯/萜和α-甲基苯乙烯/萜；具有通過ASTM法Ε28-58Τ測定約700C _150°C軟化點的多萜樹脂；酚醛改性的萜樹脂及其氫化的衍生物，例如包括，在酸性介質中二環(huán)萜和酚的縮合樹脂產物；具有球和環(huán)軟化點約70°C _135°C的脂肪族的石油烴樹脂；芳香族的石油烴樹脂以 及氫化衍生物；以及脂環(huán)石油烴樹脂及其氫化衍生物。還包括環(huán)或無環(huán)C5樹脂和芳香改性的環(huán)和無環(huán)樹脂?？梢杂糜诒景l(fā)明的能買到的松香和松香衍生物的例子包括，購自 Arizona Chemical 的 SYLVALITE RE110L、SYLVARES RE115L 和SYLVARES RE104L ;購自 DRT 的 DertocalHO ;購自 Arakawa Chemical 的 Limed 松香 N0.1，GB-120，和 Pencel C。
[0066]優(yōu)選增粘劑是合成的烴樹脂。非限定性的例子包括，脂肪族烯烴衍生物樹脂，諸如
購自Goodyear的商標力Wmgtack?的樹脂，以及購自Exxon的￡scorez?D()()系列。這類的
普通C5增粘樹脂是軟化點約95°C的間戊二烯和2-甲基-2- 丁烯的二烯-烯烴共聚物?？少I到商標為Wingtack95的該樹脂。最優(yōu)選的是C8芳香族/脂肪族烯烴衍生的芳香烴樹脂，購自Startomer和Cray Valey的商標為Norsolene和Rutgers的TK芳香族經樹脂系列。Norsolene M1090是低分子量的熱塑性烴聚合物,主要衍生自購自Cray Valley、環(huán)和球軟化點為95-105?的α-菔烯。當用α-菔烯、苯二烯、萜、α-甲基苯二烯，和/或乙烯基甲苯，及其聚合物、共聚物和三元共聚物，萜、萜化酚、改性萜及其組合進行合成時，C9基的烴樹脂是特別有用的。增加這些樹脂芳香結構使樹脂有更多極化的性質，有利于本發(fā)明粘接劑的相容性和性能。[0067]少量烷基酚增粘劑可以與上述額外增粘劑試劑同時摻入，以提高這些粘接劑的高溫度性能?？偱浞街屑尤肷儆?0%的烷基酚是相容的，并以合適的組合增加高溫粘接性能。燒基酌.可購自 Arakava Chemical,商標為 Tamanol,和 Schenectady International 的幾個
生產線。
[0068]ii1.蠟組分
[0069]適合用于本發(fā)明的蠟包括:石蠟、微晶蠟、聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、副產物聚乙烯蠟、Fischer-Tropsch臘、氧化Fischer-Tropsch臘，以及諸如輕基硬脂酸酰胺臘和脂肪酰胺臘的官能化蠟。本領域通常使用術語合成高熔點蠟，包括高密度低分子量聚乙烯蠟、副產物聚乙烯臘和Fischer-Tropsch臘。也可使用改性臘,諸如乙烯乙酸酯改性的、馬來酐改性的以及氧化蠟。
[0070]可以用于本發(fā)明的石臘包括，Astor Wax Corportion, Doraville, GA.的Okerfn*236TP ;Pennzoil Products C0., Houston, TX.WPenreco*4913；Moore & Munger,Shelton,CN.的R-7152石臘；International Waxes,Ltd in Ontario,Canada的石臘 1297,Citgo的Pacemaker,和Moore和Munger的R-2540 ；以及其它石臘，諸如購自CPHall的標記為 1230、1236、1240、1245、1246、1255、1260、和 1262 的產品。購自 CPHall (Stow, Ohio)的CPHall 1246 石蠟。
[0071]本發(fā)明配方中的蠟典型的量為約10-約60wt%，更優(yōu)選25_45wt%，尤其優(yōu)選30-40wt%。優(yōu)選的蠟的熔化溫度為120° F-200。F，更優(yōu)選130° F-170。F，最優(yōu)選145。F-165。F。
[0072]iv.其它任選和/或希望的組分
[0073]本發(fā)明粘接劑任選和優(yōu)選還含有其它組分，其非限定性地包括功能性添加劑。這里定義的功能性添加劑是這樣的組分，其增加特殊的物理或化學性質，為制造或施用賦予特性，和粘接性質無關，更容易體現(xiàn)和保持在低溫度粘接劑中。這樣的功能性添加劑可以對環(huán)境產生影響。這樣的功能性組分的例子包括，生物殺傷劑、therma-鉻材料(例如，作為揭示偽造或溫度傳感器)、防偽標簽、香料、增鮮劑(例如，O2清除劑、抗菌劑、除蟲劑、污染檢測、低溫包封(例如，250° F以上溫度不穩(wěn)定的熱塑微球)等。
[0074]可以添加而且也不影響物理性質的其它化合物是增加顏色的顏料，或熒光劑，只提到幾個。這樣的添加劑對于本領域技術人員是已知的。取決于粘接劑預期的最終用途，通常加入熱熔融粘接劑中的可以包括諸如增塑劑、顏料和染料的其它添加劑。此外，少量額外的增塑劑和/或蠟，諸如微結晶蠟，氫化蓖麻油和乙酸乙烯酯改性的合成蠟也可以以微量，例如最多約10重量％，加入本發(fā)明配方中。
[0075]由于低施用溫度和室溫下的粘性，本發(fā)明的粘接劑在芳香粘接劑配方中是特別有用的?？梢允贡景l(fā)明的熱熔物有效增加香味。芳香材料加入本發(fā)明的熱熔融粘接劑中，在施用前和施用后能夠保持穩(wěn)定，沒有明顯損失香味。術語“有效增加香味”是指香味在粘接劑生產中、粘接劑施用前的存放中保持穩(wěn)定，而且粘接劑被施用后仍然能放出香味。“放出”是指香味從粘接劑放出到粘接劑周圍的環(huán)境中?！胺€(wěn)定的”是指粘接劑制成后、粘接劑存放后、用粘接劑形成的物品制成后、制成的物品存放期間以及最后使用者使用制成的物品期間，香味仍然是明顯的。術語“芳香的和香味的”通常意義上是指并包括任何芳香物質或物質的混合物，其包括天然的(例如，通過萃取花、草、花朵或植物得到)、人造的(例如，天然油或油組分的混合物)和合成制備的物質以及有氣味的化合物。
[0076]多數(shù)情況下，配制具有香味的芳香組合物，通常被認為對于組合物的使用者或由粘接劑制得的物品的使用者來說至少是無害的，優(yōu)選是令人愉快的。芳香組合物還可以用于賦予皮膚和/或那些使人愉快的氣味是必要的或合意的任何產品以令人滿意的氣味。芳香組合物還用于通常具有不誘人或令人討厭的氣味的產品，來掩蓋氣味并且產生一種較少不誘人或令人討厭的氣味。這種(令人愉快的)芳香特性可以是產品的主要功能，在該產品中芳香組合物結合或附屬于產品的主要功能中。
[0077]可以加入本發(fā)明熱熔融粘接劑的香料優(yōu)選具有大于100° F的閉杯閃點，其優(yōu)選大于約200° F。芳香材料，包括其改性物和組合物，例如改性的精油組合物，可以按照ASTM法D93-00 (Pensky-Martens閉杯閃點測試儀)測量閉杯閃點。
[0078]本發(fā)明的粘接劑優(yōu)選含有穩(wěn)定劑或抗氧化劑。加入這些化合物來保護粘接劑不發(fā)生降解，該降解是通過諸如熱、光或來自諸如增粘樹脂的原材料的殘留催化劑引發(fā)，與氧反應導致的。
[0079]可用的穩(wěn)定劑或抗氧化劑中，這里包括的是高分子量的受阻酚和多官能團的酚，諸如含有硫和磷的酚。受阻酚是本領域技術人員熟知的，特征為酚的化合物，該化合物還含有與其酚羥基很接近的空間上大的基團。特別是，通常特丁基在至少一個酚羥基的鄰位上取代到苯環(huán)上。鄰近羥基的空間上大的取代基的存在抑制了拉伸頻率，相應地抑制其反應性；因此為酚化合物提供穩(wěn)定性。代表的受阻酚包括:1，3，5_三甲基-2，4，6-三-(3，5- 二-叔丁基-4-羥基芐基)苯；四-3 (3，5- 二-叔丁基-4-羥基苯基)-丙酸季戊四醇酯；正十八烷基-3 (3，5- 二-叔丁基-4-羥基苯基)-丙酸酯；4，4'-亞甲基雙(2，6-叔丁基-苯酚)；4，4'-硫代雙-(6-叔丁基-氧代-甲酚)；2，6-二-叔丁基酚；6-(4-羥基苯氧基)_2，4-雙(正辛基-硫代)-1，3，5-三嗪；二 -(正辛基硫代)乙基3，5- 二-叔丁基-4-羥基-苯甲酸酯；以及六[3- (3，5- 二-特丁基-4-羥基-苯)-丙酸]山梨醇酯。
[0080]與此結合使用的諸如增效劑，例如，硫代二丙酸酯和亞磷酸酯可以進一步提高抗氧化劑的性能。硫代二丙酸二硬脂酯是特別有用的。如果使用，這些穩(wěn)定劑通常的量為約
0.1-1.5 重量％，優(yōu)選 0.25-1.0 重量％。
[0081]這樣的抗氧化劑可以購自Ciba-Geigy, Hawthorne, NY,包括Jrganox-565，1010 和1076的受阻酚。這些是作為自由基清除劑的主抗氧化劑，其可以單獨使用，或與諸如亞磷酸酯的其它抗氧化劑組合使用，如購自Ciba Geigy的Irgafos_R 1(38。認為亞磷酸酯催化劑是次級催化劑，通常不能單獨使用。這些主要用作過氧化物分解劑。其它可用的催化劑是購自Cytec industries in Stamford, CN.的CyailOX丨(LTDP，和購自 Albemarle Corp.1n Baton
Rouge，LA.的lithanax"1330。很多這樣的抗氧化劑可以單獨使用或者與其它這樣的抗氧化劑結合使用。將這些化合物小量加入熱熔融物中，對其它物理性質沒有影響。
[0082]V.再活化預施加的粘接劑的成分
[0083]本發(fā)明的粘接劑可以預施加到基材上，然后再活化。由于可以在低溫時實現(xiàn)對本發(fā)明粘接劑的再活化，不依賴于使用的再活化方法，再活化過程需要較少的能量。用較少能量再活化的能力使這些粘接劑能夠在生產線上以較快的生產速度或較少的再活化空間運行。[0084]在本發(fā)明的一個實施方案中，將粘接劑預施加于基材，將其固化，然后使用如常規(guī)的熱密封裝置將之再活化。在優(yōu)選實施方案中，為預施加/再活化而配制了本發(fā)明的粘接齊U。預施加于基材上的優(yōu)選的再活化粘接劑含有能量吸收組分。顏料和染料是特別優(yōu)選的能量吸收組分，尤其優(yōu)選近紅外吸收的染料和顏料。
[0085]在本發(fā)明的實際應用中使用的能量吸收組分典型的吸收范圍為約400nm_約IOOOOOnm,更優(yōu)選為約700nm_約lOOOOnm，尤其優(yōu)選為約750nm_約5000nm。能量吸收組分包括那些染料、顏料、填料、聚合物和樹脂或其它能夠吸收能量并且提供最佳吸收、反射、傳遞和傳導平衡的組分。顏料和染料是特別優(yōu)選的能量吸收組分，近紅外染料和顏料是尤其優(yōu)選的。
[0086]本發(fā)明實際使用的優(yōu)選的能量吸收組分是寬譜帶近IR吸收劑，諸如Epolight1125(Epolene, Inc)，SDA6248 (H.ff.Sands Corp.)，SDA2072 (H.ff.Sand Corp.)和炭黑。炭黑可購自 Cabot,商標為 Monarch、Regal、Black PearlPElfiex.或 Degussa (FW 系列)，或購自Columbian Chemical Company (Raven系列)。可以用不同的方法生產炭黑,諸如爐黑法、氣(槽)黑法和燈黑法。影響由這些多種方法制得的炭黑的輻射能量吸收的關鍵因素是平均基本粒子尺寸、表面化學和聚集結構。短時間暴露在輻射能量下使本發(fā)明的粘接劑再活化，提供優(yōu)良的在線行為和固定速度，使生產速度更快。
[0087]本發(fā)明粘接劑的再活化方式非限定性包括，加熱、熱空氣、蒸汽、超聲、電子束、無線電頻率和微波。
[0088]應用和用途
[0089]制備本發(fā)明的粘接劑組合物，包括在溫度高于約90°C，典型地在約110°C混合熔融物中的成分，直到得到均一的混合物，通常約2小時是足夠的。本領域中多種混合方法是已知的，任何能夠得到均一混合物的方法都是令人滿意的。
[0090]本發(fā)明的熱熔融粘接劑用于，例如包裝、轉換、裝訂業(yè)、袋封端以及用于無紡布市場。該粘接劑特別用于，如形成盒子、紙板箱和盤，以及作密封粘接劑，包括熱密封應用，例如包裝谷類、薄脆餅干和啤酒產品。本發(fā)明包括的是容器，如紙板箱、箱子、盒子、袋、盤等。
[0091]通常使用活塞泵或齒輪泵擠壓設備，將用于包裝的熱熔融粘接劑以珠形擠出到基材上。熱熔融物施加設備可以從幾個供應商購買，包括NordsoruITW和Slautterback。通常也可使用旋轉點樣器施加熱熔融粘接劑，但是不如擠壓設備那樣頻繁使用?；蛘咴撜辰觿┰谘b運前通過包裝轉換器轉換到包裝機，即，容器含有預施加的粘接劑。容器包裝后，容器可以常規(guī)方式進行熱密封，或使用任何可選的能源，將粘接劑加熱到合適的粘合溫度。本發(fā)明的低溫粘接劑特別適于這些應用，因為它們在形成粘合時需要很少的能量來再活化或再加熱到合適的溫度。在優(yōu)選的實施方案中，預施用的粘接劑含有能量吸收組分。
[0092]被粘合的基材包括新鮮的和再生牛皮紙、高和低密度的牛皮紙、紙板以及各種類型處理過和涂層過的牛皮紙和紙板。復合材料也用于包裝，例如包裝醇類飲料。這些復合材料可以包括層壓到鋁箔上的紙板，進而層壓到膜材料，諸如聚乙烯、聚酯薄膜、聚丙烯、聚偏1，1-二氯乙烯、乙烯乙酸乙烯酯和各種其它類型膜。此外，這些膜材料也可以直接粘合到紙板或牛皮紙。上述基材并非窮舉，可以是包裝業(yè)中使用的相當多的基材，特別是復合材料。
[0093]處理設備[0094]由于本發(fā)明粘接劑的制備和施用要求低溫，這樣就增加了生產能力并減少了制造和分配成本。這點特別適于施用溫度為200° F或以下的粘接劑。這些粘接劑在不將粘接劑用于300° F以上的熱熔融物生產領域提供了新的可能性。以下詳細討論一些該生產的可能性。
[0095]可以使用15_25psig的蒸汽夾套式容器來生產本發(fā)明的熱熔融粘接劑，產生均一穩(wěn)定的粘接劑，而沒有熱歷程和有害的目前高溫混合技術的影響。這些混合過程還允許結合熱敏材料(例如，低沸點或熱活性材料)。
[0096]連續(xù)流混合技術中，粘接劑成分以熔融、預熔化或者漿料形式泵進動態(tài)混合區(qū)，消除了批式循環(huán)時間并大大提高了混合效率。這些連續(xù)流動混合技術優(yōu)選利用蒸汽夾套網(wǎng)絡或低溫電子阻抗加熱管道來泵送和混合原料。
[0097]由于對熱和電的需要少，這些相同的系統(tǒng)也可以用于簡易的低成本的設備，來分配熔融物，傳送并施加本發(fā)明的粘接劑。
[0098]因此，本發(fā)明提供生產、傳送和/或施加根據(jù)本發(fā)明配制的熱熔融粘接劑的方法和設備。這樣的設備典型地在低于約250° F，更典型在低于約225° F的最高溫度情況下操作。加熱方式包括低壓蒸汽(低于約25psi)或熱水。此外，加熱的IBC(絕熱的大體積容器)或其它轉送容器可以被用作主容器，來混合(同時貯存)、分配和/或傳送為低溫施用配制的粘接劑。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0099]圖1表示本發(fā)明粘接劑的結晶曲線。
[0100]圖2A和2B是表示粘接劑珠的位置和其它用來測量粘合劑粘合耐熱性的尺寸參數(shù)的側視圖。
[0101]圖3對比本發(fā)明的粘接劑和現(xiàn)有技術的熱熔融粘接劑
【具體實施方式】
[0102]實施例
[0103]只出于說明性目的提供以下實施例，除非另有說明，所有份都是重量份，所有溫度以華氏度表示。按照以上詳細描述的方法測定熱應力，并表示在附圖2A和2B中。這些實施例中，用“delta”表示熱熔融粘接劑施用溫度和粘接劑最高耐熱性(由上述測試確定)之間的華氏度值。
[0104]實施例1
[0105]本發(fā)明粘接劑與現(xiàn)有技術熱熔融技術比較。附圖3是這兩種粘接劑的流變學示蹤。Eta*指粘接劑的粘度，表示為溫度函數(shù)。曲線表示現(xiàn)有技術的粘接劑(National Starch 34-250A)曲線是本發(fā)明的粘接劑(表,樣品2)。
[0106]由以上描述的測試得出，110° F時兩種粘接劑的熱應力值相等，不過本發(fā)明的粘接劑在其熔融溫度以上時具有明顯較低的粘度。與曲線垂直段相應的熔融溫度，其中隨著溫度微小增加粘度迅速減少。剛剛高于熔融溫度時較低的粘度使得本發(fā)明的粘接劑可以在200° F施加，而現(xiàn)有技術的粘接劑必須在至少約250° F或更高時施加。與現(xiàn)有技術熱熔融物相比，本發(fā)明粘接劑施用溫度和耐熱溫度之間的差值明顯較窄，其
delta值分別為85。F和140° F。
[0107]實施例2
[0108]在單槳攪拌機中制備粘接劑樣品，并加熱組分，直到得到均勻混合物。
[0109]200 ° F溫度、低剪切下，通過混合臘(35wt.% Pacemaker 53)、乙烯共聚物
(20wt.% Enable EN33900 和 IOwt.% Escorene XX-65.12)和表 I 所示的組分，制備本發(fā)明
粘接劑的配方(樣品1-10)。結果表示在表2中。從表2可見，本發(fā)明粘接劑完全粘合時
delta 值小于 100。F。
[0110]表I
[0111]
【權利要求】
1.密封和/或形成紙板箱、箱子、盤、包或書的方法，包括使用熱熔融粘接劑密封和/或形成紙板箱、箱子、盤、包或書，所述熱熔融粘接劑在300° F或之下溫度施用，其中粘合的粘接劑熱應力值和粘接劑施用溫度分開110° F或以下。
2.將基材與相似或不相似的基材粘合的方法，其包括在至少一個基材上施用熔化的熱熔融粘接劑，并將所述基材粘合在一起，所述熱熔融粘接劑在300° F或之下溫度施用，其中粘合的粘接劑熱應力值和粘接劑施用溫度分開110° F或以下。
3.在基材上施用熱熔融粘接劑的裝置，所述裝置包括熱熔融運送和/或施用系統(tǒng)，其操作溫度小于約225° F，所述熱熔融粘接劑在300° F或之下溫度施用，其中粘合的粘接劑熱應力值和粘接劑施用溫度分開110° F或以下。
4.生產熱熔融粘接劑的方法，，所述熱熔融粘接劑在300°F或之下溫度施用，其中粘合的粘接劑熱應力值和粘接劑施用溫度分開110° F或以下，所述方法包括在低于約250° F溫度下加熱粘接劑成分以形成均勻的粘接劑混合物。
5.權利要求4的方法，使用約小于25psi的低壓蒸汽或熱水完成加熱。
6.權利要求4的方法，利用加熱的IBC或其它轉送容器作為主容器，來混合、貯存、分配和/或傳送。
7.權利要求4的方法，其中使用連續(xù)流動混合方法得到所述均勻混合物。
8.權利要求4的方法，其中粘接劑`成分是熔化的、預熔融的材料。
9.施用熱熔融粘接劑的裝置，所述裝置最高操作溫度小于約225°F。
【文檔編號】C08L91/06GK103436219SQ201310369699
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2004年7月1日 優(yōu)先權日:2003年7月3日
【發(fā)明者】D.J.古德, J.A.梅哈菲, D.L.哈納, J.帕特爾, B.D.莫里森, F.N.維利比羅 申請人:漢高股份有限及兩合公司