JP3608176B2 - ホットメルト接着剤組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、基本的に、a)ブタジエンとスチレンとのラジアルブロック共重合体、b)イソプレンとスチレンとの線状又はラジアルブロック共重合体、c)少なくとも1つの可塑剤オイル及び酸化防止剤と共に、少なくとも1つの接着促進樹脂を基材とする自己接着(self−adhesive)組成物に係る。
【0002】
かかる組成物は、部分的に架橋した天然ゴムを接着促進樹脂と混合することによって得られる混合物のものと同様の優れた自己接着特性を有する。この組成物は接着テープ、ラベル、衛生用自己接着用品(たとえばナプキン)の製造に使用される。当該組成物は、技術的特性(たとえば結合性(cohesion))は低いが、結合性及び接着性の良好な均衡を要求する用途に適する天然ゴムを主剤とする混合物に匹敵するものである。これらの特性は下記のテストに従って評価される。
−ローリングボールタック(ASTM D3121)
−プローブタック(prove tack)(ASTM D2979/71)
−180°引きはがし接着力テスト;PSTC 1
−クイックスティック(quick stick);PSTC 5
−せん断接着力(保持力);変形 PSTC 7
−老化安定性(aging stability)
ABA線状ブロック共重合体を主剤とする接着剤組成物を開示する公知の特許文献としては、PCT WO 91/02039号及び米国特許第3,239,478号、同第3,784,587号、同第3,427,269号が挙げられる。(AB)nBAタイプのラジアルブロック共重合体を主剤とする接着剤組成物を開示する公知の特許文献としては、米国特許第4,096,203号及びイタリー国特許出願第93/A 00879号が挙げられる。
【0003】
あまり強くない極性の(又は全く極性のない)物質(たとえばポリエチレンなど)との接着が求められる場合、及び生成物を機械的及び/又は弾性プレスに供するような用途では、特にスチレンブロック共重合体を主剤とするホットメルト接着剤組成物も使用される。後者はナプキン用接着剤の場合である。
【0004】
スチレン−ブタジエンブロック共重合体を主剤とする接着剤処方は、極めてしばしば、その限られた粘着性に由来する技術的問題があり、一方、スチレン−イソプレンブロック共重合体を主剤とする接着剤処方は過剰の粘着性を有し、接着テープのアンローリング(unrolling)における重大な困難性を生ずる。
【0005】
高粘着性は、工業的に行われる高速スプール切断操作の間にうるさい及び過剰の騒音を発生する原因となる。スプール切断のためのアンローリング操作の際に大きい騒音値は高い粘着値(たとえばピーリン及びクイックスティック)に伴うものである。
【0006】
発明者らは、4つのラジアルブロックを有しかつ後述する特別な性質を有するスチレン−ブタジエンブロック共重合体を主剤とし、少なくとも1つの接着促進樹脂、可塑剤オイル及び酸化防止剤と共に、スチレン−イソプレン共重合体を含有又は含有しない重合体組成物が、上述の欠点を有することなく、部分的に架橋した天然ゴム及び接着促進樹脂から得られたものと同様の優れた自己接着剤特性を有するとの知見を得て本発明に至った。その特性のため、衛生用品の製造、ナプキンの製造、ラベル及び上述のすべての接着テープの製造において、アンローリングの間に騒音を発生することなく使用される。
【0007】
従って、本願発明は、a)一般式(I)
(S−B−)4−X
(式中、Bはポリブタジエンブロックに相当し、Sはポリスチレンブロックに相当し、Xは4価結合剤の残基である)で表される4つのブランチを有するラジアルブロック共重合体15〜50重量%、b)一般式(II)
(S−I−)3−X
(式中、Iはポリイソプレンブロックに相当し、Sはポリスチレンブロックに相当し、Xは結合剤の残基である)で表されるラジアルブロック共重合体0〜35重量%、c)一般式(III)
S−I−S
で表される線状ブロック共重合体0〜35重量%、d)少なくとも1つの接着促進樹脂35〜80重量%、e)少なくとも1つの可塑剤オイル 0〜30重量%、f)少なくとも1つの酸化防止剤0〜1重量%を含有する、スチレンとブタジエンとのラジアルブロック共重合体及びスチレンとイソプレンとのラジアル及び/又は線状ブロック共重合体を主剤とするホットメルト接着剤組成物(ただし、前記一般式( II )で表されるラジアルブロック共重合体及び前記一般式( III )で表される線状ブロック共重合体の両方が同時に存在しない場合を除く)において、(i)前記ブロック共重合体(I)におけるポリスチレンの総含量が40重量%より小であり、(ii)前記ブロック共重合体(II)におけるポリスチレンの総含量が35重量%より小であり、(iii)前記線状ブロック共重合体(III)におけるポリスチレンの総含量が40重量%より小であり、(iv)前記共重合体(I)におけるポリスチレンブロックの分子量が30,000より小であり、前記共重合体(II)におけるポリスチレンブロックの分子量が32,000より小であり、前記共重合体(III)におけるポリスチレンブロックの分子量が36,000より小であり、(v)一般式(I)
(S−B−)4−X
で表されるラジアルブロック共重合体の分子量が180,000〜260,000であり、(vi)一般式(II)
(S−I−)3−X
で表されるラジアルブロック共重合体の分子量が120,000〜180,000であり、(vii)一般式(III)
S−I−S
で表される線状ブロック共重合体の分子量が70,000〜180,000であることを特徴とする、ホットメルト接着剤組成物に係る。
【0009】
本発明の好適な他の具体例は、a)一般式(I)
(S−B−)4−X
(式中、B、S及びXは前記と同意義である)で表される4つのブランチを有するラジアルブロック共重合体20重量%、c)一般式(III)
S−I−S
で表される線状ブロック共重合体20重量%、d)少なくとも1つの接着促進樹脂50重量%、e)少なくとも1つの可塑剤オイル 9.6重量%、f)酸化防止剤0.4重量%を含有し、前記成分b)を含有しないホットメルト接着剤組成物に係る。
【0010】
特に物理特性及び技術特性の間の優れた均衡に関して有効な接着剤組成物は、a)一般式(I)
(S−B−)4−X
(式中、B、S及びXは前記と同意義である)で表される4つのブランチを有するラジアルブロック共重合体32重量%、b)一般式(II)
(S−I−)3−X
(式中、I、S及びXは前記と同意義である)で表されるラジアルブロック共重合体8重量%、d)少なくとも1つの接着促進樹脂50重量%、e)少なくとも1つの可塑剤オイル 9.6重量%、f)少なくとも1つの酸化防止剤0.4重量%を含有し、前記成分c)を含有しないものである。
【0011】
一般式(I)の4つのラジアルブロック(又はブランチ)を有する共重合体及び一般式(II)の3つのラジアルブロックを有するものは、公知の調製法のいずれかに従って調製される。これらの方法は、たとえば米国特許第4,096,203号及び同第5,118,762号に開示されている。
【0012】
各種の調製法の中でも、開始剤としてリチウムの有機金属化合物を使用するアニオン系溶液重合を利用する方法が好適である。
【0013】
一般に、本発明のラジアルブロック共重合体の調製には、公知の各種の溶媒を使用できる。各種の溶媒の中でも、ヘキサン、ヘプタン及びシクロヘキサンが好適である。反応速度を改善する目的で調節剤を使用することもできる。これらとしては、直鎖状又は環状エーテル(たとえばジメチルエーテル、テトラヒドロフランなど)がある。
【0014】
重合反応は、スチレンを、式
RLi
(式中、Rは好ましくは炭素数1〜20の脂肪族又は脂環式炭化水素である)で表されるリチウムの有機金属化合物と接触させることによって開始される。無水の単量体の量と共に、触媒の量は、得ようとする重合体の分子量に関連して選択される。開始剤と単量体との間の比が大きければ大きいほど、相当するブロックの長さが小さくなる。一般に、単量体100g当たり開始剤1.1〜2.0ミリモルが使用される。重合反応は一般に広い範囲内の温度に維持される(実用的には温度20〜100℃である)。スチレンの重合反応後(重合温度に応じて20〜40分)、所望量の無水のジエン単量体(イソプレン又はブタジエン)を添加し、混合物を徹底的に重合させる(反応温度に応じて一般に40〜60分)。このようにして、2ブロックリビング重合鎖(Sはスチレンブロックを示し、Dはジエンブロックを示す)が得られ、これらを結合剤で結合剤させる。
【0015】
各種の結合剤を使用できる。3以上の反応部位を含有するいくつかの多官能性結合剤、たとえばポリエポキシド、ポリイソシアネート、ポリアミン、ポリアルデヒド、ポリケトン、ポリアンヒドリッド、ポリエステル、ポリクロリドを使用できる。
【0016】
好適な結合剤はポリクロロシランであり、これらの中でも、フェニルトリクロロシラン(3ブランチ共重合体を生成する)及び四塩化ケイ素(4ブランチ共重合体を生成する)が好適である。しかしながら、当分野で公知のものの中から3価及び4価の多数の結合剤が選択される(たとえば、米国特許第3,468,972号及び同第3,595,941号に開示されたもの)。結合反応の反応温度は一般に80〜120℃の範囲内に維持される。リビング鎖を水又は過剰のアルコールで中和し、アルコールで凝固させ、減圧下でのオーブン処理又はカレンダーリングによって乾燥させた後、最終重合体が得られる。
【0017】
組成物の接着特性を促進するように作用する樹脂は、一般に140℃より低い、好ましくは110℃より低い軟化点を有し、次の成分、すなわちテルペン樹脂、ロジン酸及びそれらのエステル、水素化ロジンエステル、C5オレフィン樹脂(特にシクロペンタジエン)、C9オレフィン系留分からの樹脂及び、さらに一般的には、三塩化アルミニウム又は三フッ化ホウ素を主剤とする触媒(電子供与体化合物と錯化させたもの及び錯化させていないもの)を使用する炭素数4〜6の少なくとも1つのオレフィン系単量体及び/又はピペリレンの共重合によって調製される樹脂、の少なくとも1つである。
【0018】
ピペリレンとメチルブテンとの重合反応によって調製された樹脂(任意にα−メチルスチレン及び/又はジシクロペンタジエンを含有する)が特に好適である。
【0019】
熱酸化に対する良好な抵抗性及び良好な黄変安定性を得るためには、水素化又は飽和形の上記樹脂が好適に使用される。
【0020】
上記のグループに属する多くの樹脂は市場から入手できる。これらは、商標名Escorez 5000(Exxon)、Escorez 6000(Exxon)、Piccotack 95E、Hercolite、Regalite,Regalrez(Hercules)、Westrez 2110(Westvaco Chem.Co.)、Zonatac(Arizona)、Wingtack(Goodyear)として市販されている。
【0021】
既に述べたように、樹脂は本発明の接着剤組成物の35〜80重量%を占める。この量は、好ましくはブロック共重合体又はブロック共重合体の混合物の重量に等しいか又はそれよりも多い。たとえば、上述の如く、この種の樹脂に必須と考えられる特性の優れた均衡に関して特に研究されたホットメルト接着剤組成物は、一般式(I)を有するラジアルブロック重合体32重量%、一般式( III )を有する線状ロック共重合体8重量%及び接着促進樹脂50重量%を含有し、残余は少なくとも1つの可塑剤オイルでなる。
【0022】
本発明の接着剤組成物における成分e)として多数の可塑剤オイルを使用できる。これらの高分子オリゴマーとしては、動物性又は植物性の可塑剤オイル(たとえば脂肪酸のグリセルエステル)と共に、オレフィン系オリゴマーがある。これらも市場から入手可能である(たとえば、Tufflo オイル 6056;Arco)。
【0023】
上述のように、オイル又は可塑剤オイルは、本発明の接着剤組成物の0〜30重量%を構成する。この量は、好ましくは組成物の5〜20重量%である。
【0024】
可塑剤オイルの代わりに、40℃より低い融点を有するC5オレフィン系樹脂(たとえば Wingtack 10;Goodyear)も使用できる。
【0025】
本発明の接着剤組成物に他の成分を添加することもでき、これらの中には、組成物を特徴づけるものよりも低い粘度が望まれる際には、粘度低減剤として使用されるワックス、及び熱及び/又は酸化劣化を阻止し又は抑制するために使用される安定剤又は酸化防止剤がある。
【0026】
最も一般的に使用される安定剤としては、フェノール系酸化防止剤及びホスファイトを基材とする酸化防止剤がある。これら酸化防止剤の例としては、ペンタエリトリトール−テトラキス−3(3,5−ジ第3級ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、4,4′−メチレンビス(4−メチル−6−第3級ブチルフェノール)、ジ−n−オクタデシル−3,5−ジ第3級ブチル−4−ヒドロキシベンゾホスホネートがある。
【0027】
上記組成物には、レオロジー変性剤として無機フィラー(CaCO3、SiO2 など)も添加できる。
【0028】
本発明の接着剤組成物は、当分野で公知の技術のいずれかを使用して調製される。これら技術の代表的な例によれば、SIGMA BLADEタイプのミキサーにおいて、温度130〜190℃、好ましくは140〜170℃で各成分を混合し、均質なブレンドが得られるまで混合を続けることによって組成物を調製する。SIGMA BLADEタイプのミキサーの代わりに、同じブレンドを生成できる各種の手段を使用できる。
【0029】
本発明の組成物は、上述のように、一般式(I)
(S−B−)4−X
で表される4ブランチ含有ラジアルブロック重合体及び一般式(II)
(S−I−)3−X
で表される3ブランチ含有ラジアルブロック重合体の両方を含有し、一般式(III)
S−I−S−
で表される線状ブロック共重合体を含有することも可能である(式中、Bはポリブタジエンブロックに相当し、Sはポリスチレンブロックに相当し、これらは炭化水素溶媒の溶液中でのアニオン共重合によって得られる)。
【0030】
スチレンを触媒と接触させ、定量的に反応した時点でリビング重合体をジエン系単量体と接触させる。この段階で、タイプ(I)又は(II)の場合には、リビング重合体を結合剤で結合し、つづいて好適な脱活性化剤(たとえば水)で脱活性化する。一方、タイプ(II)の場合には、好適量のスチレンの添加後も反応を続け、停止剤(アルコール、水など)で停止させる。
【0031】
以下の実施例において行ったテストでは、高い結合効率を有することができる結合剤を使用することを試みた(他の場合には、接着特性にマイナスの影響を及ぼすことがある)。結合効率は、結合した重合体の分子数/(結合した重合体の分子数+結合しなかった重合体の分子数)として定義される。この結合効率は、理論的には結合を完了させるために必要な結合剤の化学量論量から決定され、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析によって測定される。面積%に基づき、次式により重合体の結合効率を知ることができる。
【0032】
(SI)n−X の面積%/総面積%
当分野における結合効率は代表的には80〜95%である。結合効率が低すぎる(たとえば50%より小)場合には、実用的には保持力が不十分である。
【0033】
結合効率は、合成レベルに応じて、化学量論量に対して結合剤を低減することにより、又は活性中心の一部を脱活性化し、つづいて結合に供することによって制御される。
【0034】
本発明の一般態様を記載しているが、以下の実施例は詳細を説明するためのものであって、限定するものではない。
【0035】
実施例において表示する組成及び百分率は、別に示さないかぎり重量基準であり、各実施例に示すブロック共重合体は結合効率75〜95%を有する。
【0036】
【実施例1】
ラジアルブロック共重合体(I)の合成
ラジアルブロック3個を有する共重合体の場合、イタリー国特許出願第93A00879号を参照する。
【0037】
ラジアルブロック4個を有する共重合体の合成は、結合剤を変更するのみで同様に行われる。いずれの場合にも、この合成法を利用する。
【0038】
THF 100ppm及びスチレン単量体25gを含有するシクロヘキサン 700gを、恒温ジャケット及び撹拌システムを具備するステンレス鋼製反応器(2リットル)に供給した。
【0039】
混合物を50℃に加熱し、N−ブチルリチウム 0.12g(ヘキサン溶液)を添加した。反応25分後、温度を55℃に上昇させた。抽出した溶液サンプルを分析したところ、スチレンが完全に変化したことを示した。ついで、ブタジエン 75gを添加し、第2の単量体が完全に変化するまで混合物を25分間反応させた。混合物の温度は90℃である。
【0040】
このようにして、スチレン−ブタジエン(S−B)の2ブロック共重合体を得た後、これを結合に供してブランチ4個を有するラジアル重合体を生成した。ついで、ブロック重合体を含有する溶液に四塩化ケイ素0.08g(5重量%シクロヘキサン溶液)を添加し、90℃に維持し、混合物をこの温度で10分間反応させた。
【0041】
重合体溶液を反応器から取り出し、BHT(2,6−ジ第3級ブチルパラクレゾール)0.5g及び TNPP(トリノニルフェニルホスファイト)1gを酸化防止剤として添加した。
【0042】
ついで、蒸留によって溶媒を除去し、オーブンにおいて減圧下60℃で12時間ラジアル共重合体を乾燥させた。
【0043】
テトラヒドロフラン(THF)中におけるゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)による分析では、重量平均分子量PMwが210,000であることを示し、結合前のS−B共重合体が重量平均分子量PMw=60,500を有することを示した。スチレンブロックの分子量(GPCによって測定)は15,500であった。従って、ブロック共重合体におけるポリスチレンの合計含量は25重量%(FT−IRで測定)であった。結合効率は87%である。これは、総面積に対する非結合タイプのクロマトグラフィーピークに関する面積として定義される。
【0044】
【実施例2】
ブレンドの調製及びその特性測定
上述の如く合成したブロック共重合体を使用し、各種成分を Werner SIGMA BLADEタイプミキサーにおいて温度140℃で約50分間ブレンドすることによって接着剤組成物を調製した。
【0045】
組成物は、ラジアル共重合体100g、脂肪族炭化水素樹脂でなる粘着剤120g及びナフテン系オイル 30gを含有する。
【0046】
2つの処方にフェノール系酸化防止剤(Irganox 1010;Ciba Geigy)1gを添加した。
【0047】
このようにして調製した各組成物30g(トルエン 100g中に溶解)をポリエステルフィルム上に延展し、120℃で3分間乾燥させて厚さ3μmとした。これらの組成物の接着特性及び結合特性を下記の方法によって測定した。
−180°引きはがし接着力(PSTC 1):PSTC 1に従って、180°で引きはがし、g/2.5cmで測定した鋼上における接着能力
−ローリングボールタック(ASTM D3121):ASTM D3121に従って測定したダイナミック接着能力
−プローブタックテスト(ASTM D2979/71):ASTM D2979/71に従って測定した接着能力
−クイックスティック(PSTC 5):PSTC 5に従って鋼及びクラフト紙上で測定した接着能力
−せん断接着力(保持力)(PSTC 7):PSTC 7に従って鋼及びクラフト紙上で測定した結合能力
テストの結果を表1に示す。
【0048】
比較用の処方は線状S−I−S重合体のみを主剤とするもので、処方2として示すと共に、処方1、3、4、5及び6は重合体(I)、(II)及び(III)の間の比の点で相違する。
【0049】
【表1】
【0050】
表1から、S−I−S共重合体を主剤とする処方2は、調製後及び老化後のいずれにおいても、評価したフィルム上での180°引きはがし接着力及びクイックスティックの値が高すぎることが理解される。
【0051】
これに対して、ラジアルS−B−S重合体を主剤とする処方1は、直後及び老化後のいずれにおいても低い引きはがし接着力及びクイックスティックの値を有し、他の接着特性(プローブタックテスト及びローリングボールタック)に関する他の値は処方2のものと同様であることが証明された。
【0052】
ラジアル SBS 重合体及び線状及び/又はラジアル SIS 重合体のラジアルを含有する処方3、4、5及び6は、中間の特性及び均衡のとれた接着/結合特性を有することが証明され、従って、所望の特性に応じて複数の処方の中から選択できるようになる。一般に、SIS重合体の量に応じて接着力が増大する。
Claims (3)
- a)一般式(I)
(S−B−)4−X
(式中、Bはポリブタジエンブロックに相当し、Sはポリスチレンブロックに相当し、Xは4価結合剤の残基である)で表される4つのブランチを有するラジアルブロック共重合体15〜50重量%、b)一般式(II)
(S−I−)3−X
(式中、Iはポリイソプレンブロックに相当し、Sはポリスチレンブロックに相当し、Xは結合剤の残基である)で表されるラジアルブロック共重合体0〜35重量%、c)一般式(III)
S−I−S
で表される線状ブロック共重合体0〜35重量%、d)少なくとも1つの接着促進樹脂35〜80重量%、e)少なくとも1つの可塑剤オイル0〜30重量%、f)少なくとも1つの酸化防止剤0〜1重量%を含有する、スチレンとブタジエンとのラジアルブロック共重合体及びスチレンとイソプレンとのラジアル及び/又は線状ブロック共重合体を主剤とするホットメルト接着剤組成物(ただし、前記一般式( II )で表されるラジアルブロック共重合体及び前記一般式( III )で表される線状ブロック共重合体の両方が同時に存在しない場合を除く)において、(i)前記ブロック共重合体(I)におけるポリスチレンの総含量が40重量%より小であり、(ii)前記ブロック共重合体(II)におけるポリスチレンの総含量が35重量%より小であり、(iii)前記線状ブロック共重合体(III)におけるポリスチレンの総含量が40重量%より小であり、(iv)前記共重合体(I)におけるポリスチレンブロックの分子量が30,000より小であり、前記共重合体(II)におけるポリスチレンブロックの分子量が32,000より小であり、前記共重合体(III)におけるポリスチレンブロックの分子量が36,000より小であり、(v)一般式(I)
(S−B−)4−X
で表されるラジアルブロック共重合体の分子量が180,000〜260,000であり、(vi)一般式(II)
(S−I−)3−X
で表されるラジアルブロック共重合体の分子量が120,000〜180,000であり、(vii)一般式(III)
S−I−S
で表される線状ブロック共重合体の分子量が70,000〜180,000であることを特徴とする、ホットメルト接着剤組成物。 - a)一般式(I)
(S−B−)4−X
(式中、B、S及びXは前記と同意義である)で表される4つのブランチを有するラジアルブロック共重合体20重量%、c)一般式(III)
S−I−S
で表される線状ブロック共重合体20重量%、d)少なくとも1つの接着促進樹脂50重量%、e)少なくとも1つの可塑剤オイル9.6重量%、f)酸化防止剤0.4重量%を含有し、前記成分b)を含有しない、請求項1記載のホットメルト接着剤組成物。 - a)一般式(I)
(S−B−)4−X
(式中、B、S及びXは前記と同意義である)で表される4つのブランチを有するラジアルブロック共重合体32重量%、b)一般式(II)
(S−I−)3−X
(式中、I、S及びXは前記と同意義である)で表されるラジアルブロック共重合体8重量%、d)少なくとも1つの接着促進樹脂50重量%、e)少なくとも1つの可塑剤オイル9.6重量%、f)少なくとも1つの酸化防止剤0.4重量%を含有し、前記成分c)を含有しない、請求項1記載のホットメルト接着剤組成物。
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