ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ АДГЕЗИВНЫЕ КОМПОЗИЦИИ, НЕ СОДЕРЖАЩИЕ РАСТВОРИТЕЛЯ, И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ
TWO-COMPONENT ADHESIVE COMPOSITIONS WHICH DO NOT CONTAIN A SOLVENT, AND METHODS FOR PRODUCTION THEREOF

Область техники
Данное изобретение относится к адгезивным композициям, не содержащим растворителя. Более конкретно, данное изобретение относится к двухкомпонентным адгезивным композициям, не содержащим растворителя, для применения в слоистых пленках, причем указанные композиции имеют улучшенную прочность склеивания, химическую стойкость и прочность термического шва, а также к способам их получения.
Уровень техники
Адгезивные композиции находят применение во многих областях. Например, адгезивные композиции используют для склеивания различных подложек, например, подложек из полиэтилена, полипропилена, сложных полиэфиров, полиамида, металла, бумаги или целлофана, с получением композиционных пленок, т.е. ламинатов. Хорошо известно применение адгезивов для получения различных ламинатов. Например, адгезивы можно использовать при изготовлении ламинатов типа пленка/пленка и пленка/фольга, которые применяют в упаковочной промышленности, особенно для упаковки пищевых продуктов. Адгезивы, используемые для получения ламинатов, или «ламинирующие адгезивы», можно, в целом, разделить на три категории: на основе растворителей, на водной основе и без растворителей. Характеристики адгезива варьируются в зависимости от категории и области применения адгезива.
Не содержащие растворителя ламинирующие адгезивы можно использовать в форме, содержащей до 100% твердого вещества, без органических растворителей или водного носителя. Благодаря отсутствию необходимости высушивать органический растворитель или воду из такого адгезива при его использовании, указанные адгезивы можно использовать на высокоскоростных линиях и, предпочтительно, в тех областях применения, где необходимо быстрое нанесение адгезива. Ламинирующие адгезивы на основе растворителей и воды ограничены скоростью, с которой можно эффективно высушивать растворитель или водный носитель и удалять их в процессе нанесения. По причинам, связанным с окружающей средой, здоровьем и безопасностью, ламинирующие адгезивы, предпочтительно, являются водными или не содержащими растворителя.
К категории ламинирующих адгезивов, не содержащих растворителя, относятся многие их разновидности. Одна из конкретных разновидностей включает в себя двухкомпонентные ламинирующие адгезивы на основе полиуретана. Как правило, двухкомпонентный ламинирующий адгезив на основе полиуретана содержит первый компонент, содержащий изоцианатсодержащий форполимер, и второй компонент, содержащий один или большее количество полиолов. Первый компонент получают посредством взаимодействия полиизоцианата с простым полиэфирполиолом и/или со сложным полиэфирполиолом. Второй компонент представляет собой простой полиэфирполиол и/или сложный полиэфирполиол. Каждый компонент, необязательно, может содержать одну или большее количество добавок. Указанные два компонента объединяют в заданном соотношении и наносят на подложку из пленки/фольги, которую затем наслаивают на другую подложку из пленки/фольги.
Двухкомпонентные ламинирующие адгезивы на основе полиуретана, не содержащие растворителя, по сравнению с традиционными содержащими растворители адгезивами, имеют слабые первоначальные связи и медленное нарастание прочности связей до обработки ламината. Кроме того, указанные адгезивы склонны к проявлению относительно низкой химической стойкости, особенно в кислотных условиях, а также склонны к проявлению низкой прочности термического шва. В некоторых случаях в адгезивную композицию вводят силановый адгезионный промотор для улучшения начальной прочности склеивания. Тем не менее, на силановые адгезионные промоторы не распространяется теплостойкость и кислотостойкость, и прочность склеивания адгезивной композиции нарушается после тепловой и/или кислотной обработки. Кроме того, ламинаты, включающие в себя силановые адгезионные промоторы, требуют сухого хранения, потому что силан чувствителен к влаге.
Таким образом, необходимы композиции двухкомпонентных не содержащих растворителя ламинирующих адгезивов на основе полиуретана с улучшенной прочностью склеивания, химической стойкостью и прочностью термического шва, а также способы их получения.
Сущность изобретения
–
–
–
Раскрыта композиция двухкомпонентного адгезива, не содержащего растворителя. Адгезивная композиция содержит изоцианатный компонент, содержащий форполимер изоцианата, который является продуктом реакции реагентов, содержащих по меньшей мере один полиизоцианат, по меньшей мере один полиол, выбранный из группы, состоящей из сложного полиэфирполиола, простого полиэфирполиола и их комбинаций, и по меньшей мере один полиол, имеющий две или большее количество гидроксильных («ОН») групп и группу с водородной мостиковой связью, выбранную из: O=C–O, O=C–C–O, O=C–C=C–O или их протонированных форм. Адгезивная композиция дополнительно содержит полиольный компонент, содержащий по меньшей мере один полиол, выбранный из группы, состоящей из сложного полиэфирполиола, простого полиэфирполиола и их комбинаций. Включение полиола(ов), имеющего(их) две или большее количество ОН-групп и группу с водородной мостиковой связью в изоцианатные форполимерные реагенты улучшает прочность склеивания и химическую стойкость раскрытых адгезивных композиций по сравнению с существующими двухкомпонентными адгезивными композициями, не содержащими растворителя.
Также раскрыт способ получения ламината. Указанный способ включает в себя получение адгезивной композиции, не содержащей растворителя, причём указанная композиция содержит по меньшей мере один полиол, содержащий две или большее количество групп OH и группу с водородной мостиковой связью, нанесение слоя указанной адгезивной композиции на поверхность пленки, приведение указанного слоя в контакт с поверхностью другой пленки с получением ламината, и отверждение адгезивной композиции. Также раскрыт ламинат, полученный указанным способом.
Подробное описание изобретения
Не содержащая растворителя двухкомпонентная адгезивная композиция по данному раскрытию содержит изоцианатный компонент и полиольный компонент.
Изоцианатный компонент
–
–
–
Изоцианатный компонент содержит по меньшей мере один форполимер изоцианата, который представляет собой продукт реакции реагентов («реагентов форполимера»), содержащих по меньшей мере один полиизоцианат, по меньшей мере один полиол, выбранный из группы, состоящей из: сложного полиэфирполиола, простого полиэфирполиола и их комбинаций, и по меньшей мере один полиол, имеющий две или большее количество групп ОН, которые взаимодействуют с изоцианатными группами (т.е. R–N=C=O), и содержащий группу с водородной мостиковой связью, причём указанная группа с водородной мостиковой связью выбрана из: O=C–O, O=C–C–O, O=C–C=C–O или их протонированных форм. Каждый из реагентов форполимера подробно рассмотрен ниже.
Используемый в данном документе термин «полиизоцианат» представляет собой любое соединение, которое содержит две или большее количество изоцианатных групп. «Ароматический полиизоцианат» представляет собой полиизоцианат, который содержит одно или большее количество ароматических колец. «Алифатический полиизоцианат» не содержит ароматических колец.
Полиизоцианаты, подходящие для использования в соответствии с данным раскрытием изобретения, могут быть выбраны из группы, состоящей из: ароматических полиизоцианатов, алифатических полиизоцианатов и их комбинаций. Примеры ароматических полиизоцианатов, подходящих для использования в соответствии с данным раскрытием, включают в себя, но не ограничиваются ими: изомеры метилендифенилдиполиизоцианата («MDI»), например, 4,4-MDI, 2,4-MDI и 2,2’-MDI, изомеры толуолдиполиизоцианата («TDI»), например, 2,4-TDI, 2,6-TDI, изомеры нафталиндиполиизоцианата («NDI»), например, 1,5-NDI и их комбинации. Примеры алифатических полиизоцианатов, подходящих для использования в соответствии с данным раскрытием, включают в себя, но не ограничиваются ими: изомеры гексаметилендиполиизоцианата («HDI»), изомеры изофорондиполиизоцианата («IPDI»), изомеры ксилолдиполиизоцианата («XDI») и их комбинации.
Количество полиизоцианата в изоцианатном компоненте составляет, по массе в расчете на массу изоцианатного компонента, по меньшей мере 10% масс., или по меньшей мере 20% масс., или по меньшей мере 30% масс. Количество по меньшей мере одного полиизоцианата в изоцианатном компоненте не должно превышать, по массе в расчете на массу изоцианатного компонента, 80% масс., или 70% масс., или 65% масс.
Соединение с двумя или большим количеством гидроксильных групп представляет собой «полиол». Полиол с ровно двумя гидроксильными группами представляет собой «диол». Полиол с ровно тремя гидроксильными группами представляет собой «триол». Соединение, которое содержит две или большее количество сложноэфирных связей в одной и той же неразветвленной цепи атомов, известно, как «сложный полиэфир». Соединение, которое представляет собой сложный полиэфир и полиол, известно, как «сложный полиэфирполиол». Раскрытые сложные полиэфирполиолы имеют молекулярную массу, которая не должна превышать 4000 г/моль. Кроме того, функциональность гидроксильной группы раскрытых сложных полиэфирполиолов составляет по меньшей мере 1,5 и не должна превышать 3 (т.е. 1,5 ≤ f ≤ 3).
Сложные полиэфирполиолы, подходящие для использования в соответствии с данным раскрытием, представляют собой известные поликонденсаты диолов, а также, необязательно, полиолы (например, триолы, тетраолы) и дикарбоновые кислоты, а также, необязательно, поликарбоновые кислоты (например, трикарбоновые кислоты, тетракарбоновые кислоты) или гидроксикарбоновые кислоты или лактоны. Сложные полиэфирполиолы также могут быть получены, вместо свободных поликарбоновых кислот, из соответствующих поликарбоновых ангидридов или соответствующих поликарбоновых сложных эфиров низших спиртов.
Подходящие диолы включают в себя, но не ограничиваются ими: этиленгликоль, бутиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, полиалкиленгликоли, например, полиэтиленгликоль, а также 1, 2-пропандиол, 1, 3-пропандиол, 1, 3-бутандиол, 1, 4-бутандиол, 1, 6-гександиол и неопентилгликоль. Для того, чтобы функциональность сложного полиэфирполиола достигла более чем 2, полиолы, имеющие функциональность, составляющую 3, необязательно, могут быть включены в адгезивную композицию (например, триметилолпропан, глицерин, эритрит, пентаэритрит, триметилолбензол или трисгидроксиэтилизоцианурат).
Подходящие дикарбоновые кислоты включают в себя, но не ограничиваются ими: алифатические кислоты, ароматические кислоты и их комбинации. Примеры подходящих ароматических кислот включают в себя: фталевую кислоту, изофталевую кислоту, терефталевую кислоту и тетрагидрофталевую кислоту. Примеры подходящих алифатических кислот включают в себя: гексагидрофталевую кислоту, циклогександикарбоновую кислоту, адипиновую кислоту, азелаиновую кислоту, себациновую кислоту, глутаровую кислоту, тетрахлорфталевую кислоту, малеиновую кислоту, фумаровую кислоту, итаконовую кислоту, малоновую кислоту, субериновую кислоту, 2-метилянтарную кислоту, 3,3-диэтилглутаровую кислоту, 2,2-диметилянтарную кислоту и тримеллитовую кислоту. Используемый в данном документе термин «кислота» также включает в себя любые ангидриды указанной кислоты. Кроме того, монокарбоновые кислоты, например, бензойная кислота и гексанкарбоновая кислота, должны быть сведены к минимуму или исключены из раскрытых композиций. Предпочтительными являются насыщенные алифатические или ароматические кислоты, например, адипиновая кислота или изофталевая кислота.
Количество сложного полиэфирполиола в изоцианатном компоненте составляет, по массе в расчете на массу изоцианатного компонента, по меньшей мере 2% масс., или по меньшей мере 5% масс., или по меньшей мере 8% масс. Количество сложного полиэфирполиола в изоцианатном компоненте не должно превышать, в расчете на массу изоцианатного компонента, 45% масс., или 40% масс., или 35% масс.
Соединение, которое содержит две или большее количество простых эфирных связей в одной и той же неразветвленной цепи атомов, известно, как «простой полиэфир». Соединение, которое представляет собой простой полиэфир и полиол, является «простым полиэфирполиолом». Раскрытые простые полиэфирполиолы имеют молекулярную массу, которая не должна превышать 5000 г/моль. Кроме того, функциональность гидроксильной группы раскрытых простых полиэфирполиолов составляет по меньшей мере 1,5 и не должна превышать 4 (т.е. 1,5 ≤ f ≤ 4).
Простые полиэфирполиолы, подходящие для использования в соответствии с данным раскрытием изобретения, представляют собой продукты полиприсоединения этиленоксида, пропиленоксида, тетрагидрофурана, бутиленоксида и их сопутствующие и привитые продукты, а также простые полиэфирполиолы, полученные посредством конденсации многоатомных спиртов или их смесей. Примеры простых полиэфирполиолов, подходящих для использования, включают в себя, но не ограничиваются ими: полипропиленгликоль («PPG»), полиэтиленгликоль («PEG»), полибутиленгликоль и политетраметиленэфиргликоль («PTMEG»).
Количество простого полиэфирполиола в изоцианатном компоненте составляет, по массе в расчете на массу изоцианатного компонента, по меньшей мере 5% масс., или по меньшей мере 10% масс., или по меньшей мере 15% масс. Количество простого полиэфирполиола в изоцианатном компоненте не должно превышать, в расчете на массу изоцианатного компонента, 45% масс., или 40% масс., или 35% масс.
Изоцианатный компонент дополнительно содержит полиол, имеющий две или большее количество групп ОН на конце молекулярной цепи полиола и по меньшей мере одну группу с водородной мостиковой связью в боковой молекулярной цепи. Примеры подходящих групп с водородной мостиковой связью включают в себя, но не ограничиваются ими: O=C–Oˉ, O=C–C–Oˉ и O=C–C=C–Oˉ и их протонированные формы. Раскрытый полиол, имеющий две или большее количество групп ОН и группу с водородной мостиковой связью, также имеет коэффициент кислотности, составляющий по меньшей мере 50 мг КОН/г и который не должен превышать 200 мг КОН/г. Кроме того, молекулярная масса раскрытого полиола составляет по меньшей мере 600 г/моль и не должна превышать 3000 г/моль. Кроме того, функциональность гидроксильной группы раскрытого полиола составляет по меньшей мере 1,8 и не должна превышать 3 (т.е. 1,8 ≤ f ≤ 3).
Количество полиола, имеющего две или большее количество групп ОН и группу с водородной мостиковой связью в изоцианатном компоненте составляет, по массе в расчете на массу изоцианатного компонента, по меньшей мере 0,01% масс., или по меньшей мере 0,1% масс., или по меньшей мере 1% масс. Количество полиола, имеющего две или большее количество групп ОН и группу с водородной мостиковой связью в изоцианатном компоненте, не должно превышать, в расчете на массу изоцианатного компонента, 25% масс., или 20% масс., или 15% масс.
Раскрытый изоцианатный компонент, необязательно, может дополнительно содержать полиол на биооснове, например, касторовое масло или другие известные биооснованные полиолы. Функциональность гидроксильной группы раскрытого биооснованного полиола составляет по меньшей мере 1,5 и не должна превышать 4 (т.е. 1,5 ≤ f ≤ 4).
Если полиол на биооснове, необязательно, включен в изоцианатный компонент, то его количество в изоцианатном компоненте составляет, по массе в расчете на массу изоцианатного компонента, по меньшей мере 0,01% масс., или по меньшей мере 0,1% масс., или по меньшей мере 3% масс. Количество биооснованного полиола в изоцианатном компоненте не должно превышать, по массе в расчете на массу изоцианатного компонента, 15% масс., или 10% масс., или 5% масс.
Соединения, содержащие полиизоцианатные группы, например, изоцианатный форполимер изоцианатного компонента, могут быть охарактеризованы параметром «%NCO», который представляет собой количество изоцианатных групп по массе в расчете на массу соединения. Параметр «%NCO» измеряют стандартным методом ASTMD 2572-97 (2010). %NCO раскрытого изоцианатного компонента составляет по меньшей мере 3% масс., или по меньшей мере 5% масс., или по меньшей мере 7% масс. В некоторых вариантах осуществления изобретения %NCO раскрытого изоцианатного компонента не должно превышать 30% масс., или 25% масс., или 22% масс., или 19% масс.
В некоторых вариантах осуществления изобретения изоцианатный компонент при 25°С имеет вязкость, составляющую от 300 мПа·с до 20000 мПа·с, измеренную стандартным методом ASTM D 2196.
Изоцианатный компонент может, необязательно, содержать один или большее количество катализаторов. Примеры по меньшей мере одного катализатора, подходящего для использования по данному раскрытию, включают в себя, но не ограничиваются ими: дилауринат дибутилолова, ацетат цинка, 2,2-диморфолинодиэтиловый эфир и их комбинации.
Полиольный компонент
Не содержащая растворителей адгезивная композиция дополнительно содержит полиольный компонент, содержащий по меньшей мере один полиол, выбранный из группы, состоящей из: сложного полиэфирполиола, простого полиэфирполиола и их комбинаций. Полиольный компонент, необязательно, может содержать полиол, имеющий две или большее количество групп ОН и группу с водородной мостиковой связью, адгезионные промоторы и диольные или триольные мономеры.
Сложные полиэфирполиолы, подходящие для использования в полиольном компоненте, имеют молекулярную массу, которая не должна превышать 4000 г/моль. Кроме того, функциональность гидроксильной группы раскрытых сложных полиэфирполиолов составляет по меньшей мере 1,5 и не должна превышать 3 (т.е. 1,5 ≤ f ≤ 3).
Сложные полиэфирполиолы, подходящие для использования в соответствии с данным изобретением, представляют собой известные поликонденсаты диолов, а также, необязательно, полиолы (например, триолы, тетраолы) и дикарбоновые кислоты, а также, необязательно, поликарбоновые кислоты (например, трикарбоновые кислоты, тетракарбоновые кислоты) или гидроксикарбоновые кислоты или лактоны. Сложные полиэфирполиолы также могут быть получены, вместо свободных поликарбоновых кислот, из соответствующих поликарбоновых ангидридов или соответствующих поликарбоновых сложных эфиров низших спиртов.
Подходящие диолы включают в себя, но не ограничиваются ими: этиленгликоль, бутиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, полиалкиленгликоли, например, полиэтиленгликоль, а также 1, 2-пропандиол, 1, 3-пропандиол, 1, 3-бутандиол, 1, 4-бутандиол, 1, 6-гександиол и неопентилгликоль. Для того, чтобы функциональность сложного полиэфирполиола достигла более чем 2, полиолы, имеющие функциональность, составляющую 3, необязательно, могут быть включены в адгезивную композицию (например, триметилолпропан, глицерин, эритрит, пентаэритрит, триметилолбензол или трисгидроксиэтилизоцианурат).
Подходящие дикарбоновые кислоты включают в себя, но не ограничиваются ими: алифатические кислоты, ароматические кислоты и их комбинации. Примеры подходящих ароматических кислот включают в себя: фталевую кислоту, изофталевую кислоту, терефталевую кислоту и тетрагидрофталевую кислоту. Примеры подходящих алифатических кислот включают в себя: гексагидрофталевую кислоту, циклогександикарбоновую кислоту, адипиновую кислоту, азелаиновую кислоту, себациновую кислоту, глутаровую кислоту, тетрахлорфталевую кислоту, малеиновую кислоту, фумаровую кислоту, итаконовую кислоту, малоновую кислоту, субериновую кислоту, 2-метилянтарную кислоту, 3,3-диэтилглутаровую кислоту, 2,2-диметилянтарную кислоту и тримеллитовую кислоту. Используемый в данном документе термин «кислота» также включает в себя любые ангидриды указанной кислоты. Кроме того, монокарбоновые кислоты, например, бензойная кислота и гексанкарбоновая кислота, должны быть сведены к минимуму или исключены из раскрытых композиций. Предпочтительными являются насыщенные алифатические или ароматические кислоты, например, адипиновая кислота или изофталевая кислота.
Количество сложного полиэфирполиола в полиольном компоненте составляет, по массе в расчете на массу полиольного компонента, по меньшей мере, 0% масс., или по меньшей мере 5% масс., или по меньшей мере 8% масс. Количество сложного полиэфирполиола в полиольном компоненте не должно превышать, в расчете на массу полиольного компонента, 100% масс., или 90% масс., или 80% масс.
Полиэфирполиолы, подходящие для использования в полиольном компоненте, имеют молекулярную массу, которая не должна превышать 5000 г/моль. Кроме того, функциональность гидроксильной группы раскрытых простых полиэфирполиолов составляет по меньшей мере 1,5 и не должна превышать 3 (т.е. 1,5 ≤ f ≤ 4).
Простые полиэфирполиолы, подходящие для использования в соответствии с данным раскрытием, представляют собой продукты полиприсоединения этиленоксида, пропиленоксида, тетрагидрофурана, бутиленоксида и их сопутствующие и привитые продукты, а также простые полиэфирполиолы, полученные посредством конденсации многоатомных спиртов или их смесей. Примеры простых полиэфирполиолов, подходящих для использования, включают в себя, но не ограничиваются ими: полипропиленгликоль («PPG»), полиэтиленгликоль («PEG»), полибутиленгликоль и политетраметиленэфиргликоль («PTMEG»).
Количество простого полиэфирполиола в полиольном компоненте составляет, по массе в расчете на массу полиольного компонента, по меньшей мере, 0% масс., или по меньшей мере 10% масс., или по меньшей мере 20% масс. Количество простого полиэфирполиола в полиольном компоненте не должно превышать, в расчете на массу изоцианатного компонента, 100% масс., или 90% масс., или 80% масс.%.
В некоторых вариантах осуществления изобретения массовое соотношение изоцианатного компонента к полиольному компоненту составляет 1:1 или выше, или 1,5:1 или выше; или 1,8:1 или выше. В некоторых вариантах осуществления изобретения массовое соотношение изоцианатного компонента к полиольному компоненту составляет 5:1 или ниже, или 4,5:1, или ниже, или 4:1 или ниже.
Предусмотрено, что изоцианатный компонент и полиольный компонент раскрытой не содержащей растворителя адгезивной композиции могут быть изготовлены по отдельности и, при необходимости, храниться до тех пор, пока не потребуется использовать адгезивную композицию. В некоторых вариантах осуществления изобретения при 25°С как изоцианатный компонент, так и полиольный компонент являются жидкостями. При возникновении необходимости использования адгезивной композиции, изоцианатный компонент и полиольный компонент приводят в контакт друг с другом и смешивают. Предусмотрено, что при приведении этих двух компонентов в контакт начинается реакция отверждения, в которой изоцианатные группы взаимодействуют с гидроксильными группами с образованием уретановых связей. Адгезивная композиция, полученная посредством приведения указанных двух компонентов в контакт, может быть упомянута как «отверждаемая смесь».
Также раскрыт способ получения ламината с применением адгезивной композиции. В некоторых вариантах осуществления изобретения адгезивная композиция, например, адгезивная композиция, рассмотренная выше, находится в жидком состоянии. В некоторых вариантах осуществления изобретения при 25°С указанная композиция представляет собой жидкость. Даже если при 25°C композиция является твердой, то допустимо нагревание композиции, в случае необходимости, для ее перевода в жидкое состояние. Слой композиции наносят на поверхность пленки. «Пленка» представляет собой любую структуру, имеющую размер 0,5 мм или менее в одном направлении и 1 см или более в обоих из двух других направлений. Полимерная пленка представляет собой пленку, изготовленную из полимера или смеси полимеров. Композиция полимерной пленки состоит, как правило, на 80 процентов по массе или более из одного или большего количества полимеров. В некоторых вариантах осуществления изобретения толщина слоя отверждаемой смеси составляет от 1 до 5 мкм.
В некоторых вариантах осуществления изобретения поверхность другой пленки приводят в контакт со слоем отверждаемой смеси с получением неотвержденного ламината. В некоторых вариантах осуществления изобретения неотвержденный ламинат получают тогда, когда количество непрореагировавших полиизоцианатных групп, присутствующих в адгезивной композиции, в молярном выражении относительно количества полиизоцианатных групп, присутствующих в изоцианатном компоненте до приведения в контакт с полиольным компонентом, составляет по меньшей мере 50%, или по меньше мере 75%, или по меньшей мере 90%. Неотвержденный ламинат также получают тогда, когда количество непрореагировавших полиизоцианатных групп, присутствующих в отверждаемой смеси, составляет менее чем 100%, или менее чем 97%, или менее чем 95%.
Затем отверждаемую смесь отверждают или оставляют отверждаться. Неотвержденный ламинат может быть подвергнут прессованию, например, посредством пропускания через зажимные ролики, которые могут быть или не быть нагретыми. Неотвержденный ламинат может быть нагрет для ускорения реакции отверждения.
Подходящие пленки включают в себя бумагу, тканые и нетканые материалы, металлическую фольгу, полимеры и полимеры с металлическим покрытием. Пленки, необязательно, имеют поверхность, на которой чернилами напечатано изображение; чернила могут быть приведены в контакт с адгезивной композицией. В некоторых вариантах осуществления изобретения пленками являются полимерные пленки и полимерные пленки с металлическим покрытием, более предпочтительными являются полимерные пленки.
Примеры изобретения
Далее данное раскрытие будет более подробно объяснено посредством иллюстративных примеров и сравнительных примеров (в совокупности «примеры»). Однако объем данного раскрытия, разумеется, не ограничивается формулировками, изложенными в примерах. Скорее, примеры просто иллюстрируют данное раскрытие.
Приготовление композиции
Сырьевые материалы, используемые для подготовки примеров, представлены в таблице 1 ниже торговым названием и поставщиком.
Таблица 1. Сырьевые материалы
Компонент
Название
Коммерческий поставщик
Изоцианат
MOR-FREE ™ 698A
Компания Dow Chemical
Полиол
MOR-FREE ™ C-83
Компания Dow Chemical
MOR-FREE ™ C-411
Полиол, содержащий группу сводородной мостиковой связью
HA-0135
GEO Specialty Chemicals, Inc.
1
4
Изоцианатные компоненты примеров (от A до A) синтезированы посредством добавления HA-0135 в состав MOR-FREE ™ 698A товарного сорта в процессе синтеза в соответствии с составами, перечисленными в таблице 2. Составы в таблице 2 показаны в процентах по массе в расчете на общую массу изоцианатного компонента.
1
4
Таблица 2. Изоцианатный компонент композиций A - A
Компонент
A<sub>1</sub>
A<sub>2</sub>
A<sub>3</sub>
A<sub>4</sub>
MOR-FREE™ 698A
100
94,5
97
98,5
Полиол HA-0135
4,5
3
1,5
ВСЕГО
100
100
100
100
1
4
Полиольные компоненты примеров (B - B) синтезированы в соответствии с составами, перечисленными в таблице 3. Составы сырьевого материала в таблице 3 показаны в процентах по массе в расчете на общую массу полиольного компонента.
1
4
Таблица 3. Композиции полиольных компонентов B - B
Сырьевой материал
B<sub>1</sub>
B<sub>2</sub>
B<sub>3</sub>
B<sub>4</sub>
MOR-FREE™ C-83
100
99
95
MOR-FREE™ C-411
100
DMPA™ Polyol HA-0135
5
SILQUEST™ A-187
1
ВСЕГО
100
100
100
100
Как для иллюстративных примеров, так и для сравнительных примеров изоцианатный компонент синтезировали в стеклянном реакторе емкостью 1000 мл в соответствии с типовым процессом приготовления полиуретанового форполимера. Полиизоцианат поместили в реактор и выдерживали при 60°C под защитным слоем азота. Затем в реактор вводили различные полиолы согласно композициям в таблице 2. Температуру медленно повышали до 80°С и выдерживали в течение 2-3 часов. Наконец, полученный изоцианатный форполимер, т.е. изоцианатный компонент, загрузили в герметичную ёмкость с защитным слоем азота для дальнейшего применения.
Полиольный компонент содержит смесь полиолов, как представлено в таблице 3. Перед введением сырьевых материалов полиольного компонента в реактор содержание влаги в сырьевых материалах должно составлять менее чем 500 частей на млн (ppm). При перемешивании и смешивании сырьевых материалов в полиольном компоненте подают азот, чтобы избежать загрязнения смеси влагой.
Для подготовки иллюстративных примеров и сравнительных примеров изоцианатные компоненты и полиольные компоненты затем смешали в соответствии с парами, проиллюстрированными в таблице 4, с образованием адгезивных композиций указанных примеров.
Таблица 4. Полиизоцианатные/полиольные пары IE и CE
Пример
Полиизоцианатные и полиольные пары компонентов
Сравнительный пример 1
A<sub>1</sub>/B<sub>1</sub>
Сравнительный пример 2
A<sub>1</sub>/B<sub>2</sub>
Иллюстративный пример 1
A<sub>2</sub>/B<sub>1</sub>
Иллюстративный пример 2
A<sub>3</sub>/B<sub>3</sub>
Иллюстративный пример 3
A<sub>4</sub>/B<sub>4</sub>
Затем адгезивные композиции примеров использовали для получения ламинатов, содержащих полиэтиленовые и алюминиевые плёнки. Адгезивные композиции нанесли на полиэтилен с массой покрытия 2,0 г/кв.м, вместе с алюминиевой пленкой, а затем отверждали при 50°С в течение 24 часов для получения ламинатов. После получения ламината провели испытания для анализа прочности склеивания, прочности термического шва и устойчивости при кипении в пакете с водой и яблочным соком.
Испытание эксплуатационных качеств ламината
Ламинаты, изготовленные из адгезивных композиций примеров, были подвергнуты испытанию на прочность склеивания. Ламинаты разрезали на полоски шириной 15 мм для испытания на Т-отслаивание при скорости траверсной головки 250 мм/мин., с использованием настольной системы Single Column серии 5940 производства Instron Corporation. В процессе испытания хвост каждой полоски слегка подтягивали вручную, чтобы указанный хвост сохранял угол в 90° к направлению отслаивания. Для каждого образца испытали три полоски и рассчитали среднее значение. Результаты выражены в единицах, составляющих Н/15мм. Относительно более высокие значения показывают лучшую прочность склеивания.
Ламинаты, полученные из адгезивных композиций примеров, были подвергнуты испытанию на прочность термического шва. Ламинаты были герметизированы в термоусадочной машине HSG-C, доступной от Brugger Feinmechanik GmbH, при температуре уплотнения 140°C и давлении 300 Н в течение 1 секунды. Затем ламинаты охладили и разрезали на полоски шириной 15 мм для испытания прочности термического шва при скорости траверсной головки 250 мм/мин., с использованием настольной системы Single Column серии 5940 производства Instron Corporation. Для каждого образца испытали три полоски и рассчитали среднее значение. Результаты выражены в единицах, составляющих Н/15мм. Относительно более высокие значения указывают на лучшую прочность термического шва.
Ламинаты, полученные из адгезивных композиций примеров, были подвергнуты испытанию на устойчивость при кипении в пакете. Ламинаты разрезали на части размером 8 см × 12 см и переделали в пакет посредством термосваривания, с водой внутри пакета. Затем пакеты поместили в кипящую воду и оставили на 30 минут, обеспечив постоянное погружение пакетов в воду в течение всего процесса кипения. Зарегистрировали степень продольного вспучивания, расслаивания и/или протекания пакетов после завершения процесса кипения. Образец, прошедший испытание на устойчивость пакета, выдерживающего кипячение, не должен показывать никаких признаков продольного вспучивания, расслаивания или протекания. Затем пакеты открыли, опорожнили и дали остыть перед тем, как нарезать полоски шириной 15 мм, чтобы провести испытание прочности склеивания на T-отслаивание в машине Instron 5943. Три полосы испытали для получения среднего значения.
Таблица 5. Результаты испытаний эксплуатационных качеств
Пример
Прочность склеивания (Н/15мм)
Прочность термического шва (Н/15мм)
Прочность склеивания после BiB (кипение в пакете) с H<sub>2</sub>O (Н/15мм)
Прочность склеивания после BiB (кипение в пакете) с яблочным соком (Н/15 мм)
Сравнительный пример 1
5,4
45
2,5
1,8
Сравнительный пример 2
3,4
40
1,4
1,3
Иллюстративный пример 1
5,7
48
5,7
6,5
Иллюстративный пример 2
5,0
48
5,4
5,5
Иллюстративный пример 3
6,3
49
9,8
11,0
Примеры демонстрируют хорошую прочность склеивания и прочность термического шва при комнатной температуре. Тем не менее, сравнительные примеры демонстрируют снижение прочности склеивания после завершения испытания на устойчивость при кипении в пакете. С другой стороны, примеры изобретения демонстрируют ту же самую или даже повышенную прочность склеивания после завершения испытания на устойчивость при кипении в пакете. Кроме того, примеры изобретения демонстрируют повышенную прочность термического шва по сравнению со сравнительными примерами.
Как было рассмотрено выше и упомянуто в таблицах 2–4, сравнительные примеры композиционно аналогичны иллюстративным примерам за исключением полиола, содержащего полиол, содержащий группу с водородной мостиковой связью. Соответственно, включение этого полиола по меньшей мере в изоцианатный компонент адгезивной композиции приводит к ламинатам с лучшей прочностью склеивания после подвергания испытанию при кипении в пакете.