DE60218387T2

DE60218387T2 - Wässrige Hybridklebemittelzusammensetzung und Verfahren

Info

Publication number: DE60218387T2
Application number: DE60218387T
Authority: DE
Inventors: Mai Hoffman Estates Chen; Jeffrey Harold Crystal Lakes Deitch; Christine Margaret Crystal Lake Zack
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: BR0202780A; DE60218387D1; CN101362930A; JP4139639B2; US20030022979A1; CN1398940A; CN106497459A; EP1279712A2; EP1279712B1; MXPA02006823A; BR0202780B1; CN103773285A; JP2003064341A; EP1279712A3; US7220338B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte Systeme zum Kleben an eine Oberfläche und insbesondere ein verbessertes Klebesystem auf Wasserbasis, unter Anwenden einer Acrylat/Urethan-Hybridzusammensetzung auf Wasserbasis zum Bilden eines Sondercopolymers bzw. interpenetrierenden Polymernetzwerks (IPN). Die Erfindung ist besonders zur Verwendung als ein Laminierklebstoff geeignet, und ist zum Beispiel zum Laminieren von biegsamen Folien und anderen Substraten geeignet.
In den letzten Jahren wurde eine Erweiterung der Auswahl von kommerziell erhältlichen Klebemittelsystemen (einschließlich zum Beispiel Klebstoffe und Grundierungen) gewünscht, um die ständig steigende Anzahl an neuen technologischen Anwendungen zu erfüllen. Der Wunsch, flüchtige Emissionen zu vermindern und die Leichtigkeit der Handhabung zu verbessern, hat die Forderung nach verbesserten Klebemittelsystemen auf Wasserbasis vorangetrieben. Ein solches System, das in weit verbreiteten Anwendungen beliebt war, ist ein Latexsystem; das heißt, eine Dispersion oder Emulsion auf Wasserbasis. Besonders attraktiv sind Acryllatexsysteme.
Acryllatexsysteme auf Wasserbasis wurden zum Beispiel in großem Umfang für Laminierklebstoffe verwendet. Jedoch verglichen mit bestimmten, in Wasser dispergierbaren Hochleistungsurethanen oder Amin-Epoxy-Systemen, haben viele Systeme auf Wasserbasis in der Regel relativ niedrige Wärmebeständigkeit, geringe Anhaftung und geringe chemische und Umweltbeständigkeit.
Die Modifizierung von Acrylsystemen durch Verwendung von Urethanen, um Acryl/Urethan-Hybridsysteme zu bilden, wurde in vielen Anmeldungen versucht. Zum Beispiel beschreibt US-Patent Nr. 6 197 878 ein System zum Bilden eines relativ steifen Polymerschaums. Latexpolymere werden in einer kontinuierlichen flüssigen Phase polymerisiert, wobei eine Diolkomponente 60 bis 100 Gewichtsprozent der kontinuierlichen Phase darstellt. Im Hinblick auf den hohen Anteil an Polyol ist die Reaktion des Latex und Isocyanats zu einem Ausmaß exotherm, dass ein relativ steifes Polymer gebildet wird, was es nur in begrenzten Anwendungen verwendbar macht.
US-Patent Nr. 4 731 416 ist auf ein Klebemittel gerichtet, das aus einem organischen Polyisocyanat und einer Lösung von Copolymer, gebildet aus Alkylestern und Hydroxyalkylestern von α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren in einem Polyol, gebildet wird.
US-Patent Nr. 5 331 039 [ EP 542 105 ] ist auf ein Bindemittel auf Wasserbasis gerichtet, welches ein Polyisocyanat und eine wässrige Lösung oder Dispersion von einem in Wasser verdünnbaren organischen Polyol, enthaltend ein Gemisch von mindestens 5 Gewichtsprozent jeweils von mindestens zwei Hydroxy-funktionellen Polymeren, ausgewählt aus den nachstehenden: (a) Polyesterharzen, enthaltend Hydroxyl-, Urethan- und Carboxylatgruppen; (b) Polyesterharzen, enthaltend Hydroxyl- und Carboxylatgruppen, jedoch keine Urethan- oder Sulfonatgruppen; (c) Polyesterharzen, enthaltend Hydroxyl- und Sulfonatgruppen und gegebenenfalls Carboxylatgruppen und/oder Urethangruppen; (d) Polyacrylatharzen, enthaltend Hydroxyl-, Carboxylat- und/oder Sulfonatgruppen; und (e) Acrylat-gepfropften Polyesterharzen, enthaltend Hydroxyl-, Carboxylat- und/oder Sulfonatgruppen, enthält.
US-Patent Nr. 6 013 725 offenbart einen vernetzbaren Latex, der durch in-situ-Erzeugung von Isocyanat- und Aminfunktionalitäten gebildet wird. Das System darin erfordert die Verwendung von einem speziellen Monomer mit Amidfunktionalität für die Emulsionspolymerisation von dem Latex.
JP 09 077809 und JP 05 320299 widmen sich dem Umsetzen von Isocyanatmonomer mit einem Acrylmonomer mit einer OH-Gruppe, um ein Acryl-Urethan-Oligomer herzustellen, welches dann in Wasser polymerisiert wird, um Urethan-Acrylstoffe herzustellen.
JP 08 060063 und JP 06 329985 lehren das Herstellen von Polyurethandispersion (PUD) und dann Mischen von PUD mit wässrigen Latizes, um ein Urethan/Acryl-Hybrid zu bilden.
US-Patente Nummern 4 491 646 und 4 609 690 und EP 562 282 , JP 3 068081 sind auf wässrige Hydroxyl-funktionelle Acryllatizes gerichtet, die mit in Wasser dispergierbarem Isocyanat vernetzt sind. Die Hydroxyl-funktionelle Gruppe in dem Latex wird aus Hydroxyl-enthaltenden Acrylmonomeren bereitgestellt.
Es ist deshalb erwünscht, ein Klebemittelsystem auf Wasserbasis aus Zusammensetzungen und Verfahren mit verbesserten Leistungseigenschaften, und vorzugsweise Aufzeigen von Leistungseigenschaften von Systemen, die größtenteils aus Urethanen- oder Amin-Epoxy-Systemen zusammengesetzt sind, bereitzustellen. Es ist auch erwünscht, ein verbessertes Klebemittelsystem auf Wasserbasis bereitzustellen, das relativ lange Standzeit, relativ gute Anhaftungsleistung über einen breiten Temperaturbereich (z.B. –10°C bis +120°C) und relativ gute Fallscherfestigkeit zeigt. Es ist auch erwünscht, dass das Klebemittelsystem relativ kostengünstig ist, nicht den Bedarf der Bildung eines PUD erfordert, um ein Hybrid herzustellen, im Wesentlichen frei von überschüssigen funktionellen Gruppen oder speziellen Latizes mit funktionellen Gruppen zum Vernetzen ist, leicht herzustellen und anzuwenden ist und härtungsfähig oder anderweitig härtbar wegen funktioneller Kompatibilität mit den Materialschichten, an das es zu kleben ist.
Die vorliegende Erfindung ist in ihren verschiedenen Aspekten wie in den beigefügten Ansprüchen ausgewiesen.
Die vorliegende Erfindung erfüllt die vorstehenden Bedürfnisse durch Bereitstellen eines verbesserten Klebemittelsystems auf Wasserbasis von Zusammensetzungen und Verfahren und insbesondere eines Hybrids von einem Urethan und einem Latex oder einer Dispersion auf Wasserbasis von Teilchen von einem Polymer, umfassend mindestens ein ethylenisch ungesättigtes Monomer. Der Latex wird mit einem darin dispergierten Polyol bereitgestellt. Vor dem In-Kontakt-Bringen einer Oberfläche (wie, wenn auf einer Laminiermaschine aufgetragen) wird ein mit Wasser dispergierbares Isocyanat mit dem Latex vermischt, um ein Hybridsystem (z.B. ein Acrylat/Urethan-Hybridsystem) zu bilden. Das Polyol in dem Latex härtet vorzugsweise mit dem Isocyanat, um mindestens ein interpenetrierendes Polymernetzwerk von Urethan und dem Polymer zu bilden, wobei das Polymer mindestens ein ethylenisch ungesättigtes Monomer umfasst. Somit schließt ein bevorzugtes Klebemittel der vorliegenden Erfindung vor der Auftragung mindestens zwei Komponenten ein, nämlich eine erste Komponente, die ein Polyol und einen Latex, einschließlich eines Polymers von mindestens einem ethylenisch ungesättigten Monomer, einschließt, und eine zweite Komponente, die ein Polyisocyanat einschließt.
Das erhaltene Klebemittel zeigt ausgezeichnete Wärme-, chemische und Umweltbeständigkeit, ein Fallscherwirkung, was auf hohe Scherfestigkeit, Kleben über einen breiten Bereich von Temperaturen (z.B. vorzugsweise mindestens –10°C bis +120°C) und Feuchtigkeiten hinweist. Das Klebemittel hat nach Vermischen vorzugsweise eine nutzbare Standzeit von mehr als 8 Stunden und ist leicht zu handhaben und aufzutragen. Das Klebemittel wird mit einem ersten Substrat in Kontakt gebracht und ein zweites Substrat wird mit dem Klebemittel auch in Kontakt gebracht, um ein Laminat zu bilden.
Wie hierin verwendet, ist ein "Klebemittel" ein Mittel, das zum Verbinden von sich selbst an mindestens ein erstes Material und vorzugsweise auch an ein zweites Material geeignet ist. Das erste und zweite Material können das gleiche oder verschieden sein. "Klebemittel" umfasst einen Klebstoff, eine Grundierung oder beliebige andere geeignete Beschichtung zum Kleben auf einer Oberfläche. Wie hierin verwendet, bezieht sich die Terminologie "(Meth)acrylatmonomer" insgesamt auf Acrylatmonomere und Methacrylatmonomere. "Latex" oder "Latexzusammensetzung" bezieht sich auf eine Dispersion von in Wasser unlöslichem Polymer, das durch herkömmliche Polymerisationstechniken, wie zum Beispiel durch Emulsionspolymerisation, hergestellt werden kann.
Wendet man sich nun genauer der Erfindung zu, ist der in der vorliegenden Erfindung verwendbare Latex eine Dispersion auf Wasserbasis von Teilchen eines Poly mers von mindestens einem α,β-ethylenisch ungesättigten Monomer. Der Latex schließt Teilchen ein, die auf Acrylaten oder Methacrylaten basieren, ausgewählt aus Acrylsäureethylester, Acrylsäurebutylester, Acrylsäure-2-ethylhexylester, Acrylsäurelaurylester, Methacrylsäuremethylester, Methacrylsäureethylester, Methacrylsäurebutylester, Methacrylsäureisodecylester, Methacrylsäurelaurylester, Sulfoethylmethacrylat, Phosphoethylmethacrylat oder Gemischen davon. Andere geeignete Monomere schließen Vinylacetate, wie Vinylacetat, Ethylenvinylacetat; und Vinylchloride, wie Polyvinyldichlorid, Polyvinylchlorid, oder dergleichen ein. Acrylsäure, Methacrylsäure oder Gemische davon können auch zum Herstellen des Polymers von dem Latex angewendet werden. Obwohl andere funktionelle Gruppen in den Monomeren für den Zweck des Bildens eines Latex (z.B. eines Amids) angewendet werden könnten, erlaubt die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise die Verwendung von im Wesentlichen reinen ethylenisch ungesättigten Monomeren, oder Monomeren, die im Wesentlichen aus dem ethylenisch ungesättigten Monomer bestehen. Eines oder mehrere geeignete Acrylnitrile oder Methacrylnitrile könnten auch angewendet werden. Kommerziell erhältliche, herkömmliche Acryllatexzusammensetzungen können ebenfalls angewendet werden. Der Latex wird typischerweise eine Viskosität im Bereich von etwa 10 bis 1000 cPs und bevorzugter 20 bis 500 cPs zeigen. Der Feststoffgehalt in dem Latex kann im Bereich von 5 bis 95 % liegen. Bevorzugter liegt er im Bereich von 20 bis 80 %, noch bevorzugter von 30 bis 70 % und auch noch bevorzugter liegt er im Bereich von 40 bis 60 %. In einer Ausführungsform hat das Polymer des Latex ein gewichtsmittleres Molekulargewicht zwischen 5 000 und 2 000 000 und bevorzugter zwischen 1 000 000 und 2 000 000.
Der Latex wird mit einem Mittel zum Bereitstellen von Hydroxylfunktionalität vermischt. Vorzugsweise ist das Mittel ein geeignetes Polyol und kann ein Polyether-Polyol, ein Polyester-Polyol, Polyester-Polyether-Polyol oder ein Gemisch davon sein. Ein bevorzugtes Polyol wird Mehrfach-Hydroxyl-Funktionalität aufweisen und wird somit mindestens zwei Hydroxylgruppen enthalten. Bevorzugte Polyole sind ausgewählt aus Diolen, Triolen oder Gemischen davon. Das Polyol ist ausreichend nichtflüchtig, sodass es vollständig oder mindestens teilweise für die Reaktion mit dem Isocyanat während der Mischvorgänge zur Verfügung steht. Das Polyol ist ebenfalls in Wasser löslich oder mit Wasser dispergierbar. Vorzugsweise wird das Polyol ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 100 bis 7 500, bevorzugter 150 bis 5 000 und noch bevorzugter 200 bis 1 000 aufweisen. In einer Ausführungsform ist das Molekulargewicht weniger als 1 500 und noch bevorzugter weniger als 600. Ein Beispiel von einem stark bevorzugten Polyol ist Polypropylenglycol, wie Polypropylenglycol 400 MW. Das Polyol wird in einer Menge von weniger als 50 Gewichtsprozent, bevorzugter weniger als 30 Gewichtsprozent, noch bevorzugter weniger als 20 Gewichtsprozent, auch noch bevorzugter 0,1 bis 20 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt 1 bis 6 Gewichtsprozent von der Latex/Polyol-Anmischung bereitgestellt.
Es wird eingeschätzt, dass solche Tenside, falls erwünscht, in der erfindungsgemäßen Klebemittelzusammensetzung (z.B. zur Verwendung bei der Emulsions- oder Dispersionspolymerisation) angewendet werden können, um Stabilität sowie die Steuerung der Teilchengröße bereitzustellen. Herkömmliche Tenside schließen anionische oder nichtionische Emulgatoren oder deren Kombination ein. Typische anionische Emulgatoren schließen Alkali- oder Ammoniumalkylsulfate, Alkali- oder Ammoniumalkylethersulfate, Alkali- oder Ammoniumalkylarylethersulfate, Alkylsulfonate, Salze von Fettsäuren, Ester von Sulfobernsteinsäuresalzen, Alkyldiphenyletherdisulfonate und Salze oder freie Säuren von Komplex-organischen Phosphatestern ein, sind jedoch nicht darauf begrenzt. Typische nichtionische Emulgatoren schließen Polyether, z.B. Ethylenoxid- und Propylenoxidkondensate, die gerade oder verzweigtkettige Alkyl- und Alkylarylpolyethylenglycol- und -polypropylenglycolether und -thioether, Alkylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanole mit Alkylgruppen, die etwa 7 bis etwa 18 Kohlenstoffatome enthalten und etwa 4 bis etwa 100 Ethylenoxyeinheiten aufweisen, und Polyoxyalkylenderivate von Hexit, einschließlich Sorbitane, Sorbide, Mannitane und Mannide ein, sind jedoch nicht darauf begrenzt. Tenside können in den erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzungen mit Anteilen von 0,1 bis 3 Gewichtsprozent oder größer, bezogen auf das Gesamtgewicht der Endzusammensetzung, angewendet werden.
Nach Vermischen kann die erhaltene Polyol/Latex-Anmischung in einem geeigneten Gefäß oder Behälter zur anschließenden Verwendung, zum Beispiel an der Stelle von Polyol/Latex-Vermischung, Bindemittelauftragung oder an einer entfernten Stelle, gelagert werden. Anschließend wird die Polyol/Latex-Anmischung mit einem geeigneten Isocyanat zum Erreichen einer Reaktion zwischen dem Polyol und dem Isocyanat, die für die in-situ-Bildung von einem Urethan geeignet ist, vermischt, welches dabei in dem Latex dispergiert wird und zum Auftragen auf ein Substrat fertig ist. Vorzugsweise wird sich nach Härten ein interpenetrierendes Polymernetzwerk ergeben.
Das angewendete Isocyanat kann jedes geeignete Isocyanat sein, ist jedoch vorzugsweise ein aliphatisches Isocyanat, ein aromatisches Isocyanat oder ein Gemisch davon. Vorzugsweise wird das Isocyanat auch in Wasser löslich oder dispergierbar sein. Beispiele für geeignete Isocyanate schließen jene, die auf Toluoldiisocyanat (TDI), Isophorondiisocyanat (IPDI), Hexamethylendiisocyanat (HDI), Diphenylmethandiisocyanat (MDI), Dicyclohexylmethandiisocyanat (HMDI), Isomeren davon oder Gemischen davon basieren, ein. Prepolymere von einem Isocyanat und einem Polyol können auch angewendet werden.
Die relativen Verhältnisse von Polyol zu Isocyanat können, falls erwünscht, variieren, obwohl ein bevorzugtes Molverhältnis von NCO/OH 0,9 : 3,0 und bevorzugter 1 sein wird. Typischerweise wird ein Überschuss an Isocyanat angewendet, z.B. bei einem NCO/OH-Molverhältnis im Bereich von bis zu 3 Teilen Isocyanat zu 1 Teil Polyol und bevorzugter 2 Teilen Isocyanat zu 1 Teil Polyol. In einem bevorzugten Gesamtgemisch, das Polyol, Isocyanat und Latex einschließt, wird das Isocyanat in einer Menge von bis zu 0,01 bis 0,8 (und vorzugsweise 0,1 bis 0,3) Teilen Isocyanat zu 1 Teil Feststoffen in dem Latex bereitgestellt, wobei das Polyol in den bevorzugten Anteilen, bezogen auf Isocyanat, vorliegt. Der pH-Wert des sich ergebenden Gesamtgemisches ist vorzugsweise 5 bis 9 und ist bevorzugter 6 bis 8.
Andere wahlweise Komponenten der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen schließen ein, sind jedoch nicht darauf begrenzt, Mittel, ausgewählt aus Co-Lösungsmitteln, koaleszierenden Mitteln, Pigmenten oder anderen Färbemitteln, Füllstoffen, Verstärkungsmittel (z.B. Fasern), Dispersantien, Benetzungsmitteln, Wachsen, Katalysatoren, Treibmitteln, Antischaummittel, UV-Absorptionsmitteln, Flammverzögerungsmitteln, Haftkraftverstärkern, Antioxidationsmitteln, Bioziden, Verlaufsmitteln oder Stabilisatoren. Diese wahlweisen Komponenten (falls erwünscht) kön nen in jeder Reihenfolge der Zugabe zugesetzt werden, die keine Unverträglichkeit zwischen den Komponenten verursacht. Komponenten, die sich nicht in dem wässrigen Träger (wie Pigmente und Füllstoffe) lösen, können in dem Latex oder einem wässrigen Träger oder Co-Lösungsmittel, unter Verwendung eines Mischers (gegebenenfalls eines Mischers mit hoher Scherwirkung), dispergiert werden. Der pH-Wert der Zusammensetzung kann durch Zusetzen von Säure oder Base unter Rühren eingestellt werden. Beispiele von Base schließen ein, sind jedoch nicht darauf begrenzt, Ammoniak, Diethylamin, Triethylamin, Dimethylethanolamin, Triethanolamin, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Natriumacetat. Beispiele für Säuren schließen Essigsäure, Ameisensäure, Salzsäure, Salpetersäure und Toluolsulfonsäure ein, sind jedoch nicht darauf begrenzt.
Wie aus dem Vorangehenden zu entnehmen, erwägt das erfindungsgemäße System die Anwendung von zwei Komponenten, die vorzugsweise, unter Verwendung eines geeigneten Mischers (z.B. eines elektrischen, pneumatischen oder andersartig gespeisten mechanischen Mischers), vor oder während der Auftragung auf ein Substrat vermischt werden, um das Klebemittel zu bilden. Somit wird die Latex/Polyol-Anmischung typischerweise getrennt von dem Isocyanat verpackt sein. Das Mischen kann bei jeder geeigneten Zeit in dem Verfahren stattfinden, wie vor, während oder im Ergebnis des Auftragungsverfahren. Alle von den vorliegenden Schritten können unter Umgebungsraumtemperaturbedingungen ausgeführt werden. Falls erwünscht, kann Erhitzen oder Kühlen angewendet werden.
Das erfindungsgemäße Klebemittel ist für das Kleben von Substraten aneinander verwendbar. Die Substrate können von ähnlichem Material oder ungleichem Material sein. Obwohl Nasslaminierungsverfahren möglich sind, wird vorzugsweise das Klebemittel besonders zur Trockenklebelaminierung von einer Vielzahl von Substratschichten verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Schicht von dem Klebemittel auf eine erste Substratschicht aufgetragen, Wasser wird entfernt (z.B. mit erhitzter Luft oder anderweitig), und die sich ergebende, getrocknete Klebemittelschicht wird mit einer zweiten Substratschicht bedeckt, um den laminierten Gegenstand zu bilden, worin die zwei Substrate durch die getrocknete Schicht des Klebemittels miteinander verbunden sind. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Substratschichten in Form von Rollen von Substratmaterial bereitgestellt. Die Folien können in der Größenordnung von 1 bis 10 Mil in der Dicke sein. Größere Dicken sind auch möglich, wie kleinere Dicken es sind (z.B. in der Größenordnung von 1 oder mehreren Mikrometern).
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können aufgetragen werden auf erwünschte Substrate, unter Anwendung herkömmlicher Auftragungstechniken, wie Rototiefdruck, Flexodruck, herkömmliche oder luftlose Sprühung, Walzenbeschichtung, Pinselbeschichtung, Draht umwundenes Stabbeschichten, Messerbeschichtung, oder Beschichtungsverfahren, wie Vorhang-, Flut-, Glocken-, Scheiben- und Tauchbeschichtungsverfahren. Das Beschichten mit dem Klebemittel kann über eine gesamte Oberfläche oder nur einen Teil von ihr, wie entlang einer Kante oder bei unterbrechenden Orten, ausgeführt werden. Einmal auf das Substrat aufgetragen, werden die Zusammensetzungen getrocknet, wie durch Auftragung von Wärme oder Luftstrom, oder etwas anderer geeigneter Ansatz, um im Wesentlichen das gesamte verbleibende Wasser zu entfernen.
Die vorliegende Erfindung profitiert von vorteilhaft langen Standzeiten des Klebemittels. Somit, nachdem die Komponenten des Klebemittels vermischt werden, ist es denkbar, dass verschiedene Stunden vor der Auftragung auf ein Substrat vergehen können. Zum Beispiel ist in einer Ausführungsform die Verwendungsstandzeit mindestens 8 (und bevorzugter mindestens 12 bis 24) Stunden, und somit können mindestens acht Stunden vergehen vor der Auftragung auf ein Substrat.
Die Klebemittelzusammensetzungen können andere geeignete Anwendung als Deckschichten oder andere Zwischenschichten finden, was sie selbst in Anstrichstoffen, Druckfarben, Kunststoffen oder dergleichen potenziell verwendbar macht. Die erfindungsgemäßen Klebemittelzusammensetzungen können auf einer Anzahl von einer oder von einer Vielzahl von geeigneten Substraten, wie Kunststoffen mit hoher, niederer oder mittlerer Dichte (zum Beispiel von einem Typ, ausgewählt aus Polystyrol, Polyethylen, ABS, Polyurethan, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polypropylen, Polyphenylen, Polycarbonat, Polyacrylat, Polyvinylchlorid, Polysulfon oder Gemischen davon), Papier, Holz und wieder aufgebauten Holzpro dukten, Polymer beschichteten Substraten, wachsbeschichteter Pappe, Karton, Holzspanplatte, Textilien, Leder und Metall (Aluminium, Eisen sowie andere Nichteisen), metallisierte Kunststoffe (z.B. metallisierter Kunststofffilm) oder dergleichen verwendet werden. Das Klebemittel ist besonders für Verpackungs- und Versiegelungsanwendungen attraktiv. Zum Beispiel in einem Aspekt wird ein Kunststofffilm, Metallfilm oder metallisierter Kunststofffilm laminiert (z.B. über alles oder mindestens einen Teil seiner Oberfläche, wie entlang seiner Kanten oder bei unterbrechenden Orten) mit dem Klebemittel der vorliegenden Erfindung. In einer solchen Anwendung kann Nahrungsmittel für eine Zubereitung in einem Kochbeutel verpackt sein oder das erhaltene Laminat könnte zum Versiegeln oder Verpacken von etwas anderem Gegenstand verwendet werden.
Laminierte Gegenstände, die sich aus der vorliegenden Erfindung ergeben, zeigen signifikante Verbesserung der Wärmebeständigkeit, Anhaftung und Abfall von Scherwirkung gegenüber herkömmlichen Latizes ohne Urethan. Der Fallscherzeiten (wie durch das in Beispielen hierin beschriebene Protokoll getestet) sind mindestens 150 Stunden, bevorzugter mindestens 300 Stunden, auch bevorzugter mindestens 1 000 Stunden und noch bevorzugter mindestens 2 000 Stunden. Ein inch (2,54 cm)-Streifen Proben von Laminatgegenständen zeigen vorzugsweise T-Abschäl-Klebemessungen und Kochbeutelmessungen von mindestens 300 g/in (118 g/cm), 450 g/in (177 g/cm) und bevorzugter mindestens 600 g/in (236 g/cm). Vorzugsweise übersteigt die Klebefestigkeit die Festigkeit des Substrats (d.h. das Substrat versagt vor dem Klebemittel).
Es wird eingeschätzt, dass die vorstehenden Schritte bevorzugt sind, jedoch dass die beschriebenen Reihenfolgen und Kombination von Bestandteilen verändert werden können und noch innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung bleiben. Die nachstehenden Beispiele werden wiedergegeben, um weitere verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung zu erläutern, sind jedoch nicht vorgesehen, den Umfang der Erfindung in irgendeinem Aspekt zu begrenzen.
Beispiele
Beispiel 1
Ein Latex auf Wasserbasis wird aus einem Gemisch von Acrylsäurebutylester, Acrylsäure und Methacrylsäure (BA/AA/MAA) hergestellt. Er hat Feststoffe von 40 und einen pH-Wert von etwa 7.
Beispiel 2
Eine Menge von 100 g des Materials von Beispiel 1 wird mit 2 g Polypropylenglycol (Mw 400) vermischt.
Beispiel 3
Vier Gramm von in Wasser dispergierbarem Polyisocyanat, basierend auf Hexamethylendiisocyanat (% NCO = 17), wird in 100 g des Materials von Beispiel 2 mit einem elektrischen Mischer für 15 Minuten dispergiert.
Beispiel 4
Eine Menge von 100 g des Materials von Beispiel 1 wird mit 4 g Polypropylenglycol (Mw 400) vermischt.
Beispiel 5
Eine Menge von 7,3 g von in Wasser dispergierbarem Polyisocyanat, basierend auf Hexamethylendiisocyanat (% NCO = 17), wird in 100 g des Materials von Beispiel 4 dispergiert und wird mit einem elektrischen Mischer für 15 Minuten vermischt.
Fallscherwirkungstests wurden unter Verwendung von Laminaten, hergestellt aus 2 Mil PET/PET, mit den Klebstoffen ausgeführt. Ein 0,3 kg/ream (2 lb/ream) Beschichtungsgewicht wurde aufgetragen und die Proben wurden für eine Woche vor dem Fallscherwirkungstest gehärtet. Die Proben wurden in ein 1 000 g-Gewicht, befestigt auf einer Seite des Laminats, suspendiert. Der Test wurde als beendet angesehen, wenn das Probengewicht herabfiel, sodass, je länger die Zeit, die beobachtet wurde, dies stärkerer Scherfestigkeit entsprach.
Klebetests wurden durch Herstellen von 2,54 cm (ein inch)-Streifen ausgeführt, aus dem Laminat geschnitten. Das T-Abschälkleben wurde durch ein Instrument unter Verwendung herkömmlicher Techniken und gemäß ASTM D1876 gemessen.
Die Laminate für Klebe- und Leistungstests wurden durch Beschichten des Klebstoffs auf ein erstes Substrat bei 1,5 Pfund (0,7 kg)/ream, Trocknen des Wassers durch heiße Luft und Laminieren eines zweiten Substrats auf die ersten beschichteten Substrate ausgeführt.
Kochbeuteltests wurden durch Herstellen eines Säckchens aus dem Laminat und Füllen desselben mit Essig, Maisöl und Ketchup in einem Mischverhältnis, auf das Gewicht, von 1 : 1 : 1 ausgeführt. Dieses Säckchen wurde dann in siedendem Wasser für 60 Minuten erhitzt.
Die nachstehenden Ergebnisse wurden erhalten.
Die mit der Acryl/Urethan-Hybridzusammensetzung hergestellten Laminate bestanden den "Kochbeutel"test und zeigten im Wesentlichen höhere Fallscherwirkung als Acrylklebstoff selbst. Filmversagen bestätigt, dass das Substrat vor dem Klebemittel versagt. Die vorstehenden Daten zeigen an, dass die vorliegende Erfindung zum Bereitstellen eines verbesserten Klebemittels für Laminatgegenstände verwendbar ist.

Claims

Zweikomponenten-Klebemittelzusammensetzung, umfassend: eine erste Komponente, die ein Latexgemisch beinhaltet, das 0,1 bis 20 Gew.-% eines Polyols, das mindestens zwei Hydroxylgruppen enthält und aus der Gruppe, bestehend aus Polyetherpolyolen, Polyesterpolyolen, Polyether-Polyesterpolyolen und Gemischen davon, ausgewählt ist, und 80 bis 99,9 % eines Polymers auf Wasserbasis, das aus ethylenisch ungesättigten Monomeren gebildet ist, wobei die Monomere aus der Gruppe, bestehend aus (a) Acrylat- und Methacrylatmonomeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ethylacrylat, Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Laurylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat, Isodecylmethacrylat, Laurylmethacrylat, Sulfoethylmethacrylat, Phosphoethylmethacrylat, (b) Vinylmonomeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Vinylacetaten und Vinylchloriden, (c) Acrylsäure- und Methacrylsäuremonomeren und (d) Acrylnitril- und Methacrylnitrilmonomeren, ausgewählt sind, beinhaltet, und eine zweite Komponente, die ein Wasser-dispergierbares Polyisocyanat beinhaltet, wobei die zweite Komponente relativ zu der ersten Komponente mit einem NCO/OH-Molverhältnis von 0,9 bis 3,0 vorliegt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Polyol Polypropylenglykol ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Polymer aus Alpha, Betaethylenisch ungesättigtem Monomer gebildet ist und ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts zwischen 5000 und 2.000.000 aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei das Polyol ein Molekulargewicht zwischen 200 und 1.000 aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Wasser-dispergierbare Isocyanat aus Isocyanaten, basierend auf Toluoldiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat, Dicyclohexylmethandiisocyanat, Isomeren davon oder Gemischen davon, ausgewählt ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Klebemittel eine Verarbeitungszeit von mindestens 8 Stunden aufweist.
Laminat, umfassend eine erste und eine zweite Filmbahn, zusammengehaftet durch die Zusammensetzung nach Anspruch 1.
Verfahren zur Herstellung eines laminierten Gegenstands, wobei mindestens zwei Substratschichten durch eine Schicht eines Klebemittels zusammengeklebt sind, umfassend das Kleben der mindestens zwei Substratschichten mit der Klebemittelzusammensetzung nach Anspruch 1.
Verfahren zur Herstellung eines laminierten Gegenstands, wobei mindestens zwei Substratschichten durch eine getrocknete Schicht eines Klebemittels zusammengeklebt sind, umfassend die Schritte: (a) des Bereitstellens eines Gemisches, das (A) einen Latex eines Polymers aus mindestens einem ethylenisch ungesättigten Monomer, wobei jedes der Monomere aus der Gruppe, bestehend aus (i) Acrylat- und Methacrylatmonomeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ethylacrylat, Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Laurylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat, Isodecylmethacrylat, Laurylmethacrylat, Sulfoethylmethacrylat, Phosphoethylmethacrylat, (ii) Vinylmonomeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Vinylacetaten und Vinylchloriden, (iii) Acrylsäure- und Methacrylsäuremo nomeren und (iv) Acrylnitril- und Methacrylnitrilmonomeren, ausgewählt ist, und (B) ein Polyol beinhaltet, das in einer Menge von weniger als 20 Gew.-% des Gemisches vorliegt, um Hydroxylfunktionalität bereitzustellen; (b) des Mischens eines Wasser-dispergierbaren Isocyanats mit dem Gemisch, um das Klebemittel zu bilden; (c) des Aufbringens einer feuchten Schicht des Klebemittels auf eine erste Substratschicht; (d) des Trocknens des Klebemittels; und (e) des Bedeckens der getrockneten Schicht aus Klebemittel mit einer zweiten Substratschicht, um den laminierten Gegenstand zu bilden.
Verfahren zur Herstellung eines laminierten Gegenstands, wobei zwei Filmsubstratschichten durch eine Schicht eines Klebemittels zusammengeklebt werden, umfassend die Schritte: (a) des Bereitstellens eines Latex, der eine Dispersion von Polymerteilchen auf Wasserbasis, basierend auf Monomeren, die im Wesentlichen aus Acrylat, Methacrylat und Gemischen davon bestehen, wobei die Acrylat- oder Methacrylatmonomere aus der Gruppe, bestehend aus Ethylacrylat, Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Laurylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat, Isodecylmethacrylat, Laurylmethacrylat, Sulfoethylmethacrylat, Phosphoethylmethacrylat, ausgewählt sind, beinhaltet; (b) des Mischens des Latex mit einem Polyol, ausgewählt aus Diolen, Triolen oder Gemischen davon, und mit einem zahlengemittelten Molekulargewicht von 100 bis 7500, um ein Polyol/Latex-Gemisch mit 0,1 bis 20 Gew.-% Polyol in dem Gemisch zu bilden; (c) des Mischens des Polyol/Latex-Gemisches mit einem Isocyanat, ausgewählt aus Isocyanaten, basierend auf Toluoldiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Hexandiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Isomeren davon oder Gemischen davon, um das Klebemittel zu bilden, wobei das resultierende molare NCO/OH- Verhältnis zwischen 0,9 und 3 beträgt; (d) des Aufbringens einer feuchten Schicht des Klebemittels auf einen ersten Film; (e) des Trocknens des Klebemittels, um ein Sonderelastomer zu bilden; und (f) des Bedeckens der Schicht aus Klebemittel mit einem zweiten Film, um den laminierten Gegenstand zu bilden.