АДГЕЗИОННЫЕ КОМПОЗИЦИИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
ADHESIVE COMPOSITIONS AND USE THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к клеям-расплавам с широким диапазоном рабочей температуры, что делает эти клеи особенно подходящими для применений в запечатывании коробок и картонных упаковок, которые подвергаются действию чрезвычайно высоких температур.
Уровень техники настоящего изобретения
Клеи-расплавы наносятся на подложку, находясь в расплавленном состоянии с последующим охлаждением до отверждения клеевого слоя. Применение клеев-расплавов широко используется в тароупаковочном производстве, для запечатывания контейнеров, напримерартонных коробок, поддонов и картонных упаковок. Многие виды упаковочных применений требуют использования клея, который был бы и термостойким и холодоустойчивым. Тем не менее, традиционные клеи-расплавы обладают высокой прочностью склеивания либо при высоких, либо при низких конечных температурах и не являются универсальными. Были использованы системы на основе полипропилена для улучшения термостойкости, но полипропилены обеспечивали недостаточную холодоустойчивость, поскольку становились хрупкими при примерно 0°C температуре. При транспортировке и хранении в зависимости от сезона и места расположения запечатанная тара подвергается воздействию температур от приблизительно -20°F до приблизительно 140°F. Следовательно, существовала потребность в универсальных клеях-расплавах с хорошей тепло- и морозостойкостью. Настоящее изобретение посвящено этой проблеме.
Краткое изложение сущности настоящего изобретения
Настоящее изобретение обеспечивает клей-расплав с широким диапазоном рабочих температур, способы применения клея для соединения подложек (основ) в единое целое, запечатывания/заклеивания контейнеров и картонных коробок и т.п., а также в готовых изделиях, включающих клей.
Один аспект настоящего изобретения обеспечивает клей-расплав, содержащий сополимер полиэтилена, катализированный металлоценом, менее чем 10 масс.% функционализированного сополимера полиэтилена, катализированного металлоценом, более чем 22 масс.% воска, вещество, повышающее клейкость, и необязательно добавки. Полученный клей-расплав имеет как хорошую термостойкость, так и хорошие показатели морозостойкости.
Другой аспект настоящего изобретения обеспечивает способ запечатывания и/или создания, или формирования коробки, картонной упаковки, поддона, бокса или полиэтиленового пакета. Способ включает использование клея-расплава, где клей содержит сополимер полиэтилена, катализированный металлоценом, и менее чем 10 масс.% функционализированного сополимера полиэтилена, катализированного металлоценом.
Еще один аспект настоящего изобретения относится к промышленному изделию, включающему клей-расплав, содержащий сополимер полиэтилена, катализированный металлоценом, и менее чем 10 масс.% функционализированного сополимера полиэтилена, катализированного металлоценом. Промышленным изделием являются картонная упаковка, коробка, поддон или пакет, используемые для упаковки продуктов. Изделие может включать картон, бумажный картон или другую подложку (основу), которую склеивали с помощью таких клеев-расплавов. В другом варианте осуществления клей предварительно наносили на изделие, например картонную упаковку, коробку, поддон или пакет в ходе их изготовления, и до упаковки продукта.
Настоящее изобретение также обеспечивает способ для склеивания подложки (основы) с подобной или отличающейся подложкой, включающий нанесение, по меньшей мере, на одну подложку композиции клея-расплава и соединение вместе упомянутых подложек, где клей-расплав содержит сополимер полиэтилена, катализированный металлоценом, и менее чем 10 масс.% функционализированного сополимера полиэтилена, катализированного металлоценом.
Подробное описание изобретения
Все документы, приведенные в настоящем описании, включены в полном объеме ссылкой.
Массовые проценты (масс.%) рассчитываются в расчете на полную массу клея, если не указано иное.
Использование клеев-расплавов, работающих в широком диапазоне температур, имеющих высокую термостойкость и хорошую морозостойкость, важно, когда упакованные товары транспортируются и/или хранятся в условиях, где существует вероятность воздействия экстремальных температур.
Обычно полипропилен, катализированный металлоценом, используется для улучшения тепловой стойкости в клеях-расплавах; и полиэтилен, катализированный металлоценом, используется для улучшения хладостойкости в клеях-расплавах. Как правило, вещества, повышающие клейкость, с высокой температурой размягчения и менее чем 20 масс.% восков с высокой температурой размягчения, формируются с сополимером полиэтилена, катализированного металлоценом, для придания высокой термостойкости; однако, это может привести к ухудшению эксплуатационных характеристик при низких температурах применения. С другой стороны, вещества, повышающие клейкость, с низкой температурой размягчения и воски с низкой температурой плавления объединяли с полимером для придания хороших эксплуатационных характеристик при низких температурах применения; однако, получающийся клей имел недостаточные эксплуатационные характеристики при высоких температурах применения.
Было обнаружено, что клеи-расплавы, имеющие прекрасный баланс между высокой и низкой температурными эксплуатационными характеристиками, могут быть получены с использованием комбинации сополимера полиэтилена, катализированного металлоценом, и низкого уровня функционализированного сополимера, катализированного металлоценом. Композиция клея-расплава, содержащая сополимер полиэтилена, катализированного металлоценом, и менее чем 10 масс.% функционализированного сополимера полиэтилена, катализированного металлоценом в качестве основы клеящего полимера, расширяет эксплуатационные характеристики клеев при высоких и низких температурах, независимо от температур размягчения веществ, повышающих клейкость, и температур плавления восков.
Полиэтилен, катализированный металлоценом, получают реакцией полимеризации мономера этилена с альфа-олефином (например, с бутеном, гексеном, октеном), используя металлоценовую каталитическую систему. Сополимеры полиэтилена, катализированные металлоценом, коммерчески доступны от поставщика Exxon Mobil Corporation (под торговым названием Exact) или от поставщика Dow Chemical (под торговым названием Affinity polymer). Металлоценовые катализаторы известны как катализаторы с единым центром полимеризации. Эти катализаторы имеют один реакционный центр и могут участвовать в производстве сополимеров этилена и других альфа-олефинов, которые имеют только короткие разветвленные цепи, таким образом, формируя по существу линейный сополимер с очень узким молекулярно-массовым распределением. Катализатор также обеспечивает превосходное однородное включение сомономера в полимерную цепь. Однако это относится непосредственно к этиленовому сополимеру, а не к способу получения этиленового сополимера, что является важным для настоящего клея.
Полимер, катализированный металлоценовым катализатором с единым центром полимеризации, имеет очень узкое молекулярно-массовое распределение с коэффициентом полидисперсности менее чем приблизительно 2,5. Этот полимер отличается от полимера, катализированного с помощью катализатора типа Циглера - катализатора со множеством реакционных центров, и имеет, как правило, коэффициент полидисперсности от приблизительно 3 до 6; и полимера, катализированного с помощью пероксидного катализатора, как правило, имеющего коэффициент полидисперсности от приблизительно 2,8 до 4,6. Полиэтилен, катализированный металлоценом настоящего изобретения, имеет очень узкое молекулярно-массовое распределение с коэффициентом полидисперсности менее чем 2,5, предпочтительно менее чем 2,3, более предпочтительно 2,0 или менее. Коэффициент полидисперсности рассчитывается как среднемассовая молекулярная масса (MW), измеренная с помощью гель-проникающей хроматографии, разделенная на среднечисловую молекулярную массу (MN), также измеренную с помощью гель-проникающей хроматографии.
У другого сомономера, присутствующего в сополимере полиэтилена, катализированного металлоценом, имеется от 3 до 12 атомов углерода. Наиболее предпочтительными сомономерами являются 1-бутен, 1-гексен и 1-октен. Количество другого сомономера в этиленовом сополимере изменяется от приблизительно 8 до 30 масс.%. Количество этого другого альфа-олефина составляет предпочтительно от приблизительно 15 до 25 масс.%, наиболее предпочтительно от приблизительно 21 масс.% до 23 масс.%.
Подходящие полиэтилены, катализированные металлоценом, имеют индекс расплава в диапазоне от приблизительно 200 г/10 мин до приблизительно 2000 г/10 мин, при температуре 190°C, нагрузке 2,16 кг, вязкость предпочтительно составляет от приблизительно 500 сП до приблизительно 1750 cП, измеренная в соответствии со стандартом ASTM D1238. Подходящий полиэтилен, катализированный металлоценом, включает этиленовые сополимеры с 20% степенью кристалличности и вязкостью по Брукфильду 13000 cП при температуре 350°F.
Полиэтиленовый сополимер, катализированный металлоценом, как правило, используется в количестве от приблизительно 20 масс.% до приблизительно 60 масс.%, более предпочтительно от приблизительно 25 масс.% до приблизительно 50 масс.% в качестве основного клейкого полимерного компонента.
.
На металлоценовый полиэтиленовый сополимер прививают функциональную группу, для формирования функционализированного сополимера полиэтилена, катализированного металлоценом. Этот способ может выполняться путем смешивания сополимера полиэтилена, катализированного металлоценом, с функционализирующим компонентом в реакторе или в экструдере Специалист в данной области понимает, что различная функциональная группа может реагировать с сополимером полиэтилена, катализированным металлоценом, и это приводит к функционализированному сополимеру полиэтилена, катализированному металлоценом. Функциональные группы, которые могут использоваться в практике настоящего изобретения, включают акриловую кислоту, ацетат, сульфонат, малеиновый ангидрид, фумаровую кислоту, цитраконовый ангидрид и другие. Пригодный для клея функционализированный сополимер полиэтилена, катализированный металлоценом, включает функционализированный акриловой кислотой сополимер полиэтилена, катализированный металлоценом, включает функционализированный ацетатом сополимер полиэтилена, катализированный металлоценом, включает функционализированный сульфонатом сополимер полиэтилена, катализированный металлоценом, включает функционализированный малеиновым ангидридом сополимер полиэтилена, катализированный металлоценом, и тому подобное. В одном варианте осуществления функционализированным сополимером полиэтилена, катализированным металлоценом, является модифицированный малеиновым ангидридом сополимер полиэтилена, катализированный металлоценом. В другом варианте осуществления функционализированным сополимером полиэтилена, катализированным металлоценом, является модифицированный фумаровой кислотой сополимер полиэтилена, катализированный металлоценом. В еще одном варианте осуществления функционализированным сополимером полиэтилена, катализированным металлоценом, является модифицированный цитраконовым ангидридом сополимер полиэтилена, катализированный металлоценом.
Функциональные группы в функционализированном этиленовом сополимере, катализированном металлоценом, являются, как правило, распределенными случайным образом по всему сополимеру. Особенно предпочтительные варианты осуществления клея настоящего изобретения будут содержать функционализированный полиэтиленовый сополимер, катализированный металлоценом, содержащий функциональную группу в количестве от приблизительно 0,3 до приблизительно 8 масс.%, более предпочтительно от приблизительно 0,5 до приблизительно 5 масс.%, в расчете на полную массу сополимера полиэтилена, катализированного металлоценом.
Функционализированный сополимер этилена, катализированный металлоценом, подходящий для настоящего изобретения, будет иметь молекулярную массу более чем 2000 дальтон. Функционализированный сополимер этилена, катализированный металлоценом, отличается от функционализированного, модифицированного воска. Специалист в данной области понимает, что функционализированный, модифицированный воск, как правило, имеет молекулярную массу менее чем 2000 дальтон, тогда как у сополимеров молекулярная масса больше чем 2000 дальтон. Кристалличность функционализированного этиленового сополимера, катализированного металлоценом, изменяется в диапазоне от 10 до 30%. Вязкость функционализированного этиленового сополимера, катализированного металлоценом, изменяется в диапазоне от 10000 cП до 20000 сП при температуре 350°F. Подходящие функционализированные полиэтилены, катализированные металлоценом, имеют индекс расплава в диапазоне от приблизительно 200 г/10 мин до приблизительно 2000 г/10 мин, при температуре 190°C, нагрузке 2,16 кг, предпочтительно от приблизительно 500 г/10 мин до приблизительно 1750 г/10 мин, измеренные в соответствии со стандартом ASTM D1238. Одним примерным функционализированным полиэтиленом, катализированным металлоценом, является AFFINITY™ GA 1000R от Dow.
Функционализированный сополимер полиэтилена, катализированный металлоценом, будет, как правило, использоваться в клее в количестве от приблизительно 0,5 масс.% до 10 масс.%, более предпочтительно от приблизительно 1 масс.% до приблизительно 8 масс.%, или приблизительно 7 масс.%, или приблизительно 6 масс.%, или приблизительно 5 масс.%. Использование более чем 10 масс.% может привести к разделению фаз и несовместимости с другими компонентами клея.
Композиции клея настоящего изобретения предпочтительно являются повышенной клейкости. Компонент, повышающий клейкость, обычно присутствует в количестве от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 60 масс.%, более предпочтительно от приблизительно 20 масс.% до приблизительно 50 масс.%, еще более предпочтительно от приблизительно 20 масс.% до приблизительно 45 масс.%. Смолы, повышающие клейкость, как правило, будут иметь температуры размягчения, определенные по методу кольца и шара, в соответствии со стандартом ASTM, способ E28, от приблизительно 70°C до 150°C, как правило, в основном, от приблизительно 80°C до 110°C, и даже еще ниже чем 100°C, 99°C, 98°C, 97°C, 96°C и 95°C. Смеси двух или более повышающих клейкость смол могут быть желательными для некоторых составов.
В некоторых вариантах осуществления веществами, повышающими клейкость, являются синтетические углеводородные смолы. Включенные в состав синтетические углеводородные смолы являются алифатическими или циклоалифатическими углеводородами, ароматическими углеводородами, алифатическими или циклоалифатическими углеводородами, модифицированными ароматическими углеводородами и их смесями. Кроме того, включенными являются гидрированные версии вышеупомянутых синтетических углеводородных смол.
Неограничивающие примеры включают смолы, полученные из алифатических олефинов, такие, которые доступны от Cray Valley под торговым названием Wingtack™ Extra и Escorez™ 2203L серии от Exxon. Характерной, полученной из С5 углеводородов, повышающей клейкость смолой в этом классе, является диен-олефиновый сополимер пиперилена и 2-метил-2-бутена, имеющий температуру размягчения выше 80°C. Эта синтетическая смола является коммерчески доступной под торговым названием Wingtack 95.
Кроме того, применяют повышающие клейкость реагенты, полученные из С5 углеводородов, модифицированных с помощью С9 ароматических углеводородов. Такими веществами, повышающими клейкость, являются доступные от Sartomer и Cray Valley под торговым названием Norsolene и от Rutgers, серии TK ароматических углеводородных смол. Norsolene M1090 является низкомолекулярным термопластичным полимером, имеющим определенную методом кольца и шара температуру размягчения 95-110°C, и является коммерчески доступным от Cray Valley.
Воски, подходящие для использования в настоящем изобретении, включают парафиновые воски, микрокристаллические воски, полиэтиленовые воски, полипропиленовые воски, полиэтиленовые воски побочных продуктов и воски Фишера Тропша. Низкомолекулярные полиэтиленовые воски высокой плотности, полиэтиленовые воски побочных продуктов и воски Фишера Тропша традиционно относятся в данной области к синтетическим воскам с высокой температурой плавления. Callista 122, 158, 144, 435, и 152 доступны от Shell Lubricants, Houston, Tex.; Paraflint C-80 и Paraflint H-1, H-4 и H-8, воски Фишера Тропша доступны от Sasol-SA Moore&Munger, Shelton, Conn и являются также предпочтительными восками для использования в практике настоящего изобретения.
Парафиновые воски, которые могут использоваться в практике настоящего изобретения, включают Pacemaker 30, 32, 35, 37, 40, 42, 45 & 53, доступные от Citgo Petroleum, Co., Houston, Tex.; Okerin 236 TP, доступные от Astor Wax Corporation, Doraville, Ga.; Penreco 4913, доступные от Pennzoil Products Co., Houston, Tex.; R-7152 Wax, доступные от Moore & Munger, Shelton, Conn.; и Paraffin Wax 1297, доступные от International Wax, Ltd. in Ontario, Canada; R-2540, доступные от Moore и Munger; и другие парафиновые воски, такие как те, которые доступны от СП Hall под обозначениями 1230, 1236, 1240, 1245, 1246, 1255, 1260, & 1262, доступны от СП Hall (Stow, Ohio).
Микрокристаллическими восками, применимыми в настоящем изобретении, являются те, которые имеют 50 процентов по массе или больше цикло- или разветвленных алканов с длиной цепи от 30 до 100 атомов углерода. Они, как правило, менее кристаллические, чем парафиновые и полиэтиленовые воски, и имеют температуры плавления выше, чем приблизительно 70°C. Примеры включают Victory Amber Wax, воск с температурой плавления 70°C, доступный от Petrolite Corp., located in Tulsa, Okla.; Bareco ES-796 Amber Wax, воск с температурой плавления 80°C, доступный от Bareco in Chicago, I11.; Okerin 177, Astor Wax Corp.; Besquare 175 и 195 Amber Waxes, и микрокристаллические воски с температурами плавления 80°C и 90°C , оба доступны от Petrolite Corp. in Tulsa, Okla.; Indramic 91, воск с температурой плавления 90°C доступен от Industrial Raw Materials located in Smethport, Pa.; и Petrowax  9508 Light, воск с температурой плавления 90°C, доступен от Petrowax Pa., Inc. located in New York, N.Y.
3
Типичные низкомолекулярные полиэтиленовые воски с высокой плотностью, попадающие под эту категорию, включают этиленовые гомополимеры, доступные от Petrolite, Inc. (Tulsa, Okla.) как Polywax 500, Polwax™ 1500 и Polywax™ 2000. Polywax™ 2000 имеет молекулярную массу приблизительно 2000, Mw/Mn приблизительно 1,0, плотность при температуре 16°C приблизительно 0,97 г/см и температуру плавления приблизительно 126°C.
Воск, как правило, присутствует в композициях клея в количестве более чем 20 масс.%, предпочтительно приблизительно более чем 22 масс.%, приблизительно 23 масс.%, приблизительно 24 масс.% и наиболее предпочтительно от более чем приблизительно 25 масс.% до приблизительно 40 масс.%, в расчете на полную массу клея. Широко распространено мнение, что большое количество воска, как правило, более чем 20 масс.%, негативно влияет на стойкость к воздействию пониженной температуры. Неожиданно оказалось, что использование воска в количестве более чем 20 масс.% улучшает стойкость к воздействию пониженной температуры клея, сформированного с сополимером полиэтилена, катализированным металлоценом, и с функционализированным сополимером полиэтилена, катализированным металлоценом.
Предпочтительные воски имеют температуру плавления от 120°F до 250°F, более предпочтительно от 150°F до 230°F и наиболее предпочтительно от 180°F до 220°F. Температуру плавления воска можно измерять различными средствами, известными в данной области техники, но значения температуры плавления, как сообщается в настоящем документе, определяли с помощью DSC: воск нагревали со скоростью 10°C/мин приблизительно до температуры на 20°C выше его температуры плавления и выдерживали при постоянной температуре приблизительно в течение 3 минут, затем быстро охлаждали до -50°C со скоростью 100°C/мин и затем нагревали опять при скорости 10°C/мин, и самый высокий пик кривой второго нагревания DSC считали как температуру плавления DSC.
Следует понимать, что другие полимерные добавки могут, при желании, быть добавлены в композицию клея. Клеи настоящего изобретения могут также содержать стабилизатор или антиоксидант. Эти соединения добавляются для защиты клея от деструкции, вызванной реакцией с кислородом, индуцированной такими условиями, как высокая температура, свет или остаточный катализатор от исходных материалов, таких как смола, повышающая клейкость. Среди применяемых стабилизаторов или антиоксидантов, включенных в настоящий документ, представлены высокомолекулярные пространственно-затрудненные фенолы и многофункциональные фенолы, такие как фенолы, содержащие серу и фосфор.
Пространственно-затрудненные фенолы хорошо известны специалистам в данной области техники и могут быть охарактеризованы как производные фенола, которые также содержат пространственно объемные радикалы в непосредственной близости к фенольной гидроксильной группе. В частности, третичные бутильные группы обычно замещены на бензольное кольцо, по меньшей мере, в одно из орто-положений относительно фенольной гидроксильной группы. Присутствие этих пространственно объемных замещенных радикалов в непосредственной близости от гидроксильной группы служит для замедления ее частоты валентного колебания и, соответственно, ее реакционной способности; это замедление, таким образом, обеспечивает фенольному соединению стабилизирующие свойства.
Типичный представитель затрудненных фенолов включает: 1,3,5-триметил-2,4,6-трис-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензил)-бензол; пентаэритритил тетракис-3(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропионат; н-октадецил-3(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропионат; 4,4'-метилен-бис(2,6-трет-фенол); 4,4'-тио-бис(6-трет-бутил-o-крезол); 2,6-ди-трет-бутилфенол; 6-(4-гидроксифенокси)-2,4-бис(н-октил-тио)-1,3,5-триазин; (ди-н-октил-тио)этил-3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензоат; и сорбит-гекса[3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гироксифенил)-пропионат].
Эффективность этих антиоксидантов может быть дополнительно усилена за счет использования в сочетании с ними известных синергистов, таких как, например, сложные эфиры тио-дипропионата и фосфиты. Дистеарил-тио-дипропионат особенно пригоден. Эти стабилизаторы, если используются, то, как правило, присутствуют в количестве от приблизительно 0,1 до 1,5 масс.%, предпочтительно от 0,25 до 1,0 масс.%.
Такие антиоксиданты коммерчески доступны от компании BASF и включают Irganox 565, 1010 и 1076, которые являются пространственно-затрудненными фенолами. Они являются первичными антиоксидантами, которые реагируют как акцепторы радикалов и могут использоваться по отдельности или в комбинации с другими антиоксидантами, такими как фосфитные антиоксиданты, подобные Irgafos 168, доступные от компании BASF. Фосфитные антиоксиданты считаются вторичными антиоксидантами и, как правило, не используются в одиночку. Они прежде всего используются как пероксидные разлагающие вещества. Другими доступными антиоксидантами являются Cyanox LTDP, доступные от Cytec Industries in Stamford, Conn., и Ethanox 1330, доступный от Albemarle Corp. in Baton Rouge, La. Многие такие антиоксиданты являются доступными, чтобы использоваться как в одиночку, так и в комбинации с другими подобными антиоксидантами. Эти соединения добавляются в клеи-расплавы в небольшом количестве и не оказывают никакого влияния на другие физические свойства.
Другими соединениями, которые могут быть добавлены и которые также не оказывают влияние на физические свойства, являются пигменты, которые придают цвет, или флуоресцирующие агенты, и это всего лишь некоторые из них. Добавки, подобные этим, известны специалистам, работающим в данной области техники. В зависимости от предполагаемого конечного применения клеев, могут быть включены другие добавки, такие как пластификаторы, пигменты, красители и наполнители, обычно добавляемые к клеям-расплавам. Кроме того, небольшие количества дополнительных веществ для придания клейкости и/или восков, таких как микрокристаллические воски, гидрогенизированное касторовое масло и синтетические воски, модифицированные винилацетатом, могут также быть включены в незначительных количествах, то есть приблизительно до 10 масс.%, в композиции настоящего изобретения.
Композиции клея настоящего изобретения получают путем смешивания компонентов в расплаве при температуре приблизительно свыше 275°F, как правило, при температуре приблизительно 300°F до тех пор, пока не будет получена однородная смесь. Различные способы смешивания известны в данной области техники и любой способ, в котором получают однородную смесь, является приемлемым. Например, смеситель Cowles обеспечивает эффективное смешивание для приготовления этих композиций.
Композиции клея настоящего изобретения, как правило, имеют вязкость в диапазоне от приблизительно 500 сП (сантипуаз) до приблизительно 1500 сП при температуре 350°F.
Клеи-расплавы настоящего изобретения являются особенно пригодными в случае, где в области применения запечатывания имеет важное значение высокая термостойкость в дополнение к морозостойкости, то есть в случаях практического применения упаковки для чего-либо горячего; например, запечатывание и заключительные операции для картонной упаковки, контейнеров или поддонов, используемых в упаковке плавленого сыра, мороженого, йогурта или свежей выпечки, которые впоследствии подвергаются охлаждению или замораживанию, и для гофрированных контейнеров, которые часто испытывают высокие нагрузки и неблагоприятные условия окружающей среды во время отгрузки и хранения.
Как правило, высокая температура плавления восков и/или высокая температура размягчения веществ, повышающих клейкость, обычно используются для придания производительности клея при высокой температуре; однако, адгезия клея при низкой температуре страдает. С другой стороны, использование восков с низкой температурой плавления и/или веществ, повышающих клейкость, с низкой температурой размягчения часто используются для улучшения адгезионной характеристики клея при низкой температуре; однако, страдает адгезия при высоких температурах. Адгезию при высокой температуре измеряли при 130°F и выше, а низкотемпературную адгезию измеряли при температуре 0°F и ниже. Клей настоящего изобретения с добавлением менее чем 10 масс.% функционализированного полиэтилена, катализированного металлоценом, улучшает адгезию клея как при высокой, так и при низкой температуре, независимо от температур плавления или размягчения веществ для придания клейкости и восков. Клей настоящего изобретения удивительно расширяет диапазон рабочей температуры и при низких, и при высоких температурах. Клей расширяет температурный диапазон клея-расплава от приблизительно температуры -20°F до приблизительно температуры 140°F. Такой новый клей-расплав предлагает универсальность при изготовлении упаковки, дает возможность использования меньшего количества типов клея, при этом обеспечивая требования, предъявляемые к эффективности при работе в экстремальных температурных диапазонах.
Клеи-расплавы настоящего изобретения также нашли свое применение в формировании упаковки, реконструировании, производстве сигарет, переплетном деле, обработке концов пакетов и в нетканых изделиях. Клеи находят особое использование в качестве упаковки, картонной тары и клеев для формирования поддонов, и как запечатывающие клеи, включая применение термосклеивания, например при упаковке зернового продукта, сухого печенья и пивных продуктов. Настоящее изобретение охватывает контейнеры, например картонные коробки, боксы, пакеты, поддоны и тому подобное, где клей применяется изготовителем перед отправкой товара к упаковщику. После упаковки контейнер запечатывается нагреванием. Клей также особенно полезен в производстве нетканых изделий. Клеи могут использоваться как строительные клеи, позиционирующие клеи и в применениях для эластичных креплений, например подгузниках, женских гигиенических пакетах (которые включают обычные гигиенические подушечки и прокладки, прикрепляемые к нижнему белью) и тому подобное.
Подложки (основы), предназначенные для соединения, включают первичную и вторичную крафт-бумагу, высокой и низкой плотности крафт-бумагу, низкосортный картон и различные типы обработанной и с покрытием крафт-бумаги и покрытый низкосортный картон. Композитные материалы также используются для применения в упаковке, например для упаковки спиртных напитков. Эти композитные материалы могут включать низкосортный картон, ламинированный алюминиевой фольгой, которую дополнительно ламинируют пленочными материалами, такими как полиэтилен, полиэтилентерефталат, полипропилен, поливинилиденхлорид, сополимер этилена и винилацетата, и различные другие типы пленок. Кроме того, эти пленочные материалы также могут быть непосредственно присоединены к низкосортному картону или краф-бумаге. Вышеупомянутые подложки ни в коем случае не представляют исчерпывающий список огромной их разновидности, особенно композитных материалов, и находят применение в промышленности по производству бумажной и картонной тары.
Клеи-расплавы для упаковки, как правило, экструдируют в форме шариков (капель) на подложку, используя поршневой насос или шестеренчатый насос экструзионного оборудования. Оборудование для применения клея-расплава доступно от различных поставщиков, включая Nordson, ITW и Slautterback. Колесные аппликаторы также широко используются для нанесения клеев-расплавов, но используются все же менее часто, чем экструзионное оборудование.
Многие модификации и варианты настоящего изобретения могут быть сделаны без отхода от его сущности и объема, что будет очевидно специалистам, работающим в данной области техники. Конкретные варианты осуществления, описанные в настоящем документе, предлагаются только в качестве примера, и настоящее изобретение должно быть ограничено только условиями прилагаемой формулы изобретения вместе с полным объемом эквивалентов, на которые такие пункты формулы изобретения имеют право.
Примеры
Следующие примеры приведены только для иллюстрации. Все части в композиции даны по массе.
Все примеры были созданы комбинированием компонентов, перечисленных в таблице 1, в металлическом сосуде путем перемешивания с помощью лопасти из нержавеющей стали при температуре 350°F до полной однородности клеевой смеси.
Клеи затем были применены со сжатой шириной шарика (капли) 0,5 дюйма между двумя слоями из крафт-бумаги при заданных температурах нанесения.
Точку помутнения клея измеряли как температуру, при которой клей начнет затвердевать. Измерение проводилось следующим образом. Клей нагревали до заданной температуры нанесения. Термометр погружали в клей с сохранением равновесия. Термометр затем удаляли с одновременным закручиванием, чтобы сохранить каплю клея на шарике термометра. Точку помутнения регистрировали как температуру, при которой капля начинала преобразовываться в непрозрачную.
Вязкость была измерена при температуре 350°F с помощью вискозиметра Брукфельда со шпинделем #27.
Термическое напряжение определялось как температура, при которой находящиеся под напряжением связи рвутся. Испытание термического напряжения проводилось путем формирования соединительной конструкции клея (0,5 дюйма) между двумя кусками гофрированного картона определенных размеров. По меньшей мере, три образца были приготовлены для испытания. Испытуемые образцы были выдержаны при комнатной температуре в течение 24 часов. Шарик клея, формирующий это соединение, затем положили под приблизительно 100 граммовый груз консольного исполнения на 24 часа при определенных температурах. Самая высокая температура, при которой клей прошел тест термического напряжения, была зафиксирована.
Испытание на раздир волокна проводили следующим образом. Клей с шириной капли 0,5 дюйма был нанесен при указанной температуре на кусок волокнистого гофрокартона размером 2 дюйма × 3 дюйма и был сразу же приведен в контакт со вторым куском волокнистого гофрокартона для образования соединения. Масса 200 г тут же помещалась на верхнюю часть соединения на 10 секунд для обеспечения компрессии. Приготовленные образцы выдерживали при комнатной температуре в течение 24 часов и далее выдерживали при обусловленных температурах в течение еще 24 часов. Клеевое соединение было разделено вручную и полученный раздир волокна был зарегистрирован (более высокие значения указывали на лучшее прилипание). Испытание на раздир волокна подсчитывали как количество волокна, оставшегося на поверхности клея, что указывает на разрыв внутри подложки, а не на границе между клеем и подложкой. Три образца были испытаны для получения среднего процента волокнистого раздира.
Таблица 1
Сравнит. обр. А (масс.%)
Сравнит. обр. В (масс.%)
Обр. 1 (масс.%)
Металлоценовый полиэтилен (MI 500-1000 г/10 мин при 190°С, 2,16 кг, ASTM D238)
35
34,1
29,1
АFFINITY <sup>TM </sup>GA 1000R
0
0
5
Углеводородное вещество, повышающее клейкость, при 95°С (температура размягчения по методу кольца и шара)
40
40
Углеводородное вещество, повышающее клейкость, при или выше 130°С (температура размягчения по методу кольца и шара)
44,1
Воск или смесь восков (DSC температура плавления в диапазоне от 150°F до 250°F)
20
25
25
Антиоксиданты
0,9
0,9
0,9
Общее количество
100
100
100
Свойства
Сравнит. обр. А (масс.%)
Сравнит. обр. В (масс.%)
Обр. 1 (масс.%)
Температура помутнения °F
250
285
280
Вязкость при 350°F (сП)
810
585
520
Тепловая нагрузка
140°F
130°F
140°F
Среднее значение испытания волокна на раздир при заданной температуре
140°F
56
нет измерений
68
135°F
94
72
90
130°F
нет измерений
84
нет измерений
20°F
90
52
81
0°F
88
48**
88
-20°F
77*
25**
88
* легкое растрескивание наблюдалось при разрушении связи** трещина, образовавшаяся под действием мороза, наблюдалась при разрушении связи
Клей сравнительного примера 1 с высокой температурой размягчения веществ, повышающих клейкость, и высокой температурой плавления восков показал высокую прочность связи при высоких температурах (135°F и выше); однако, адгезия была недостаточной при низкой температуре. С другой стороны, сравнительный пример 2, с низкой температурой размягчения веществ, повышающих клейкость, привел к недостаточным эксплуатационным характеристикам при высокой и низкой температурах. Добавление в клей функционализированного полиэтилена, катализированного металлоценом, значительно улучшило эксплуатационные характеристики как при высокой, так и при низкой температуре.