基于低熔點聚丙烯均聚物的熱熔性粘合劑的制作方法
【專利說明】基于低熔點聚丙烯均聚物的熱熔性粘合劑
[0001] 發明背景
[0002] 本發明涉及熱熔性粘合劑,并且更尤其涉及使用低分子量、低模量聚丙烯聚合物 的熱熔性粘合劑。雖然聚丙烯聚合物長的結晶時間,但是該粘合劑產生高初始結合強度。添 加劑和聚丙烯聚合物聯合使用,使得粘合劑的結晶時間和硬化速度增加。這對于要求高的 原始強度或低滲膠的應用是必要的。
[0003] 熱熔性粘合劑在許多工業過程中用于將各種襯底粘合在一起。一些這樣的終端用 途包括密封紙箱和瓦楞紙箱、用于各種應用的標簽和組裝一次性尿片。對于一些應用,熱熔 體是相當硬的、撓性的固體材料,在粘合劑施加之后立即沒有表面粘性。一個例子是紙箱密 封應用,其中產品需要快速"變定"或固化,以使紙箱折板在熱熔體施加之后的數秒內保持 在適當的位置。對于其他應用,熱熔體需要在其冷卻之后具有相當的表面粘性,例如當用作 壓敏帶或標簽,其中粘合劑必須在室溫下結合至另一襯底。
[0004] 對于一些其他應用比如尿片構造,粘合劑以熔融態施加至襯底,但是必須立即構 建強度,從而其將物品保持在一起,即使存在作用在粘合劑粘合的力。熱熔體的一種常見的 終端用途是將尿片中的彈性繩粘合在適當的位置。粘合劑必須能夠抵抗彈性繩的收縮力, 因為彈性繩在它們粘合至尿片之前伸長。一種其他挑戰是為了確保粘合劑不滲透其接觸的 襯底。無紡布織物經常用于產生一次性制品并且必須小心使用,以使粘合劑不滲透無紡布。 如果這出現,其可積聚在尿片生產線(diaperline)的輥或壓縮部分上。用于制備一次性 制品的許多粘合劑本質上是壓敏的,因為這傾向于給予熱熔體更寬的處理窗口。所以在為 了容易施加的相對低的粘度、在施加之后快速發展內部強度以將襯底立即保持在一起和即 使粘合劑是軟的和/或壓敏的耐滲膠之間必須實現平衡。
[0005] 通常熱熔性粘合劑可基于聚合物,比如聚烯烴(例如乙烯或丙烯型聚合物),或官 能化的聚烯烴(具有含氧單體的乙烯或丙烯共聚物),或包含至少一種橡膠相的苯乙烯嵌 段共聚物,如苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)聚合物。 苯乙烯嵌段共聚物常用于其中經常使用無紡布織物的尿片構造應用。它們傾向于在這些材 料上非常耐滲膠。認為這是由于施加之后苯乙烯端基封閉(endblock)重整的速度,其隨著 熱熔體冷卻非常快速地發生。不基于苯乙烯嵌段共聚物的熱熔體在施加之后必須在一些程 度上冷卻并且重結晶以抵抗滲膠。
[0006] 這些年中,許多不同的烯烴聚合物已經用于制造用于構造一次性紡織品的熱熔性 粘合劑。一類是無定形的聚α烯烴,也稱為ΑΡΑ0。它們主要使用齊格勒-納塔催化產生 并且可使用各種單體制造,包括但不限于丙烯、乙烯和丁烯。許多制造商生產了許多不同 類型的ΑΡΑ0共聚物和三元共聚物。它們包括EvonikIndustries,其生產Vestoplast·? 聚合物;REXtac,LLC,其生產Rextac?R.T系列的材料;和EastmanChemical,聚合物 Ea_ftex?截的制造商。它們的特征皆在于具有非常低程度的結晶度,如通過dsc測量。 當商業上生產時,它們是具有寬分子量分布的無規聚合物。
[0007] 當配制成熱恪性粘合劑用于構造一次性制品時,由于它們的無定形特征,ΑΡΑ0具 有一些缺陷。盡管它們用于尿片構造應用(將無紡布粘合至聚乙烯),但是它們不具有彈性 附著應用需要的高溫蠕變阻力的水平。另一缺陷是它們不容易使用常規的熱熔體施加裝置 良好噴射。
[0008] 較老的齊格勒-納塔催化的聚烯烴,比如聚乙烯或聚丙烯還未廣泛用于尿片構造 應用。盡管這些聚合物用于包裝應用(例如容器和紙箱密封)的熱熔性粘合劑中,但是它 們缺少一次性制品構造應用需要的粘合、開放時間(opentime)和噴涂性。這些類型的聚 合物的例子包括來自WestlakeChemicalCompany的Ep〇丨ene?聚合物,盡管許多其他制 造商也生產這些類型的聚烯烴聚合物。
[0009] 這些較老類型的齊格勒-納塔催化的聚烯烴聚合物通常具有非常高的熔點,原因 是它們高水平的結晶度。這產生具有非常高熔點的熱熔體,其又意味著粘合劑需要在非常 高的溫度,例如高于160°C或甚至170°C施加。這是非期望的,因為在無紡布工業中使用的 許多襯底非常薄并且對高溫非常敏感。
[0010] 最近,已經使用茂金屬催化而不是較老的齊格勒-納塔催化制備聚烯烴。已經發 現這些新聚合物的一些用于開發熱熔性粘合劑。但是,它們還未廣泛用于制造一次性制品, 因為它們不容易良好噴射,它們的溫度應用窗口窄并且它們對某些襯底的粘合差。
[0011] 就噴涂性方面,一次性應用工業的標準已經是基于苯乙烯嵌段共聚物,尤其苯乙 烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)嵌段共聚物的熱熔體。就易于噴涂、性能和溫度應用窗口方 面,沒有烯烴型聚合物能夠與苯乙烯嵌段共聚物的特征相配。
[0012] 最近這些年,尤其在美國,產能的方式已經發生明顯變化。產生的天然氣的量明顯 增加,因為"水力破碎"或"破碎裂"的出現。當加工天然氣時,相對于更高分子量的材料(c5 和更高的),產生高的多比例的低分子量成分(c2、C#PC4)。相對于其中要求(:5至(:9單體 (例如異戊二烯、苯乙烯和其他芳族單體)的其他材料,這轉化為烯烴,如聚乙烯和聚丙烯 更好的可用性和更低的成本。
[0013] 所以,對具有下述的熱熔性粘合劑存在需要,所述熱熔性粘合劑基于烯烴,比如乙 烯和丙烯,以利用天然氣和其他低分子量裂化原料增加的可用性,但是比目前可用的聚烯 烴聚合物具有更好的性能和施加特征。
【發明內容】
[0014]IdemitsuPetrochemical,Ltd已經開發了新型聚稀經聚合物。根據它們的L-M0DU 等級描述它們,L-M0DU等級是低分子量和低模量聚烯烴的簡寫。盡管它們全部是聚丙烯型 的,但是它們具有通常與聚丙烯聚合物不相關的性質。常規聚丙烯均聚物的結晶度和熔點 往往非常高。無論它們是否使用齊格勒-納塔或茂金屬催化劑技術制備,這都一樣。新的 L-M0DU等級使用控制聚合物的立體有規性的獨特茂金屬催化劑制備。這產生新型聚合物, 其給予之前不可得的性質。
[0015] 本發明使用Idemitsu的新L-M0DU聚合物作為配制的熱恪性粘合劑中的原料聚合 物(一種或多種)。以按重量計約10 %至約70 %的水平使用L-M0DU聚合物。粘性樹脂也 是制劑的關鍵部分并且以按重量計約10%至約60%存在。另一關鍵組分是增塑劑,其以按 重量計約5%至約50%使用。第四重要的組分是按重量計約1%至約40%的第二添加劑, 比如蠟或半結晶聚合物,其用于提高粘合劑的硬化速度。沒有該組分,粘合劑的開放時間過 長,其造成最初形成弱結合并且如果粘合劑用在多孔襯底,比如無紡布織物上,也可造成滲 膠。
[0016] 本發明使用如目前使用的那些比如涂布技術和加重率(add-on)水平的相同施加 參數,同時提供目前SIS和SBS型技術期望的相同水平的性能(即高結合強度水平、蠕變阻 力、剝離力和耐熱性),解決了具有可噴射的、烯烴型熱熔性粘合劑的重要問題。當配制成熱 熔性粘合劑時,這些聚丙烯聚合物相比ΑΡΑ0型熱熔性粘合劑或基于較老的齊格勒-納塔或 茂金屬催化產生的聚烯烴的那些,提供改善的噴射特征。尤其,當結合半結晶材料比如半結 晶聚合物或蠟配制時,可產生具有獨特的粘性、耐高溫、噴涂性和在多孔襯底上抗滲膠的組 合的熱熔性粘合劑。該性質組合之前在沒有使用苯乙烯嵌段共聚物作為原料聚合物的熱熔 體中還未實現。另外,與常規的SIS型或SBS型粘合劑相比,當在高溫下儲存延長的時間段 時(例如在177°C下48小時),L-M0DU聚合物提供了改善的粘度穩定性。
[0017]發明詳述
[0018]IdemitsuPetrochemical,Ltd已經開發了新型聚稀經。根據它們的L-M0DU等級 描述它們,L-M0DU是低分子量和低模量聚烯烴的簡寫。盡管它們全部是聚丙烯型的,但是 它們具有通常與聚丙烯不相關的性質。常規聚丙烯均聚物的結晶度和熔點往往非常高。無 論它們是否使用齊格勒-納塔或茂金屬催化劑技術制備,這都一樣。新的L-M0DU等級使用 控制聚合物的立體有規性的獨特茂金屬催化劑質被。這產生新型聚合物,其產生之前不可 得的性質。例如,這些新聚合物的熔點比任何其他茂金屬催化聚丙烯均聚物低的多。當如 在ASTME794-01中通過差示掃描量熱法測量時,典型的聚丙烯均聚物的熔融峰為約130°C 至170°C。當根據ASTME-28-99測量時,新L-M0DU聚合物的環球軟化點小于130°C。當使 用差示掃描量熱法(DSC)根據ASTME-794-01測量時,它們的熔點小于100°C和更優選地在 60°C和90°C之間。
[0019] 制備這些聚合物的過程詳細描述在美國專利6, 797,774(讓與日本東京的 IdemisuiPetrochemicalCo.,Ltd.)中,連同各種熱恪性粘合劑制劑。因為它們具有如 此低的熔點和長的重結晶時間,需要考慮具體因素,以使用水下粒化裝置處理它們。這描 述在讓與日本東京的1(^111^81111(〇8311(:〇,.1^(1.的美國專利7,776,242中。美國專利號 6, 797, 774和美國專利號7, 776, 242中的公開內容都通過引用具體并入本專利申請。
[0020] 但是,我們已經發現當IdemitsuL-M0DU聚合物用作熱熔性制劑中的唯一聚合物 時,如它們在上述現有技術參考文獻美國6, 797, 774中,硬化速度太低并且存在高滲膠的 傾向。我們已經發現這可通過添加第二添加劑,比如蠟或半結晶聚合物,以增加硬化速度 和使滲膠最小化或消除被彌補。第二添加劑本身可簡單重結晶,以使得滲膠停止或其可使 L-M0DU聚合物成核,以使得其更快結晶。其也可出現在表面,以防止粘附至襯底。
[0021] 即使L-M0DU聚合物是聚丙烯均聚物,它們也與之前提到的傳統聚丙烯聚合物非 常不同。除了具有當通過DSC時測量時非常低的熔點,它們的熔化熱焓值也比傳統的聚丙 烯等級低的多。當根據ASTME793-01 "通過差示掃描量熱法用于融化和結晶熱焓的標準測 試方法"分析時,獲得了下述結果。使用20°C每分鐘而不是10°C每分鐘的掃描溫度,稍微改 變測試。
[0022]
[0023] 與大部分傳統的聚丙烯型均聚物相比,熔融峰和熔化熱焓值都非常低。典型的聚