高性能水基增粘丙烯酸类压敏粘合剂的制作方法
【专利摘要】压敏粘合组合物，其包含：第一聚合物，其是包含选自丙烯酸、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸辛酯、苯乙烯、乙酸乙烯酯及其组合的聚合单体的丙烯酸酯聚合物或共聚物；和b)选自乙烯-丙烯酸共聚物、氧化聚乙烯、氧化乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、马来酸化聚烯烃及其组合的第二聚合物；其中该组合物是水基的并适合压敏粘合到基底上。该粘合组合物还可包含选自松香酯树脂、松香酸树脂、合成烃树脂、合成萜烯树脂及其组合的增粘剂树脂。包含载体元件和附着到其上的包含所述压敏粘合组合物的压敏粘合层的制品。形成压敏粘合制品的方法。
【专利说明】高性能水基增粘丙烯酸类压敏粘合剂
[0001] 对相关申请的交叉引用 本申请依据35 U.S.C. § 119(e)要求2012年2月8日提交的美国临时专利申请No. 61/596,622的优先权，其公开内容全文并入本文作为参考。 发明领域
[0002] 本发明涉及压敏水基丙烯酸酯粘合剂及其使用方法。
[0003] 发明背景 压敏粘合剂在工业中广泛使用。压敏粘合剂（PSA)是在对其施加压力时与被粘着物粘 合的粘合剂。这例如不同于通过热、照射或化学反应活化的粘合剂。
[0004] 压敏粘合剂可作为乳状液或分散体施加到载体材料上，然后将其干燥以除去液体 载体，或作为固体施加，其以加热形式施加以降低其粘度。
[0005] 用于纸标签的典型PSA组合物是主要含有弹性体和增粘剂的水基分散体。通常， 这些制剂中所用的弹性体是丙烯酸酯聚合物，增粘剂基于松香酯。高分子量丙烯酸酯聚合 物为该制剂提供弹性、内聚力和抗剪切性，而粘性低分子量增粘剂使该制剂更粘。
[0006] 仍然需要具有与难粘基底，如聚乙烯、聚丙烯和纸板的更好粘合性和更好的内聚 力和抗剪切性的改进的PSA组合物。本发明致力于解决这一需要。
[0007] 发明概述 本发明提供压敏粘合组合物，其包含a)第一聚合物，其是包含选自丙烯酸、丙烯酸丁 酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸辛酯、苯乙烯、乙酸乙烯酯及其组合的聚 合单体的丙烯酸酯聚合物或共聚物；和b)第二聚合物，其选自乙烯-丙烯酸共聚物、氧化 聚乙烯、氧化乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、马来酸化（maleated)聚烯经及其组合；其中该组合 物是水基的并适合压敏粘合到基底上。
[0008] 在本发明的某些实施方案中，该压敏粘合组合物进一步包含选自松香酯树脂、松 香酸树脂、合成烃树脂、合成萜烯树脂及其组合的增粘剂树脂。
[0009] 在本发明的其他实施方案中，第一聚合物以粘合剂总重量的大约59重量％至大约 98. 5重量％的浓度存在；增粘剂以粘合剂总重量的大约0. 5重量％至大约40重量％的浓 度存在；且第二聚合物以粘合剂总重量的大约1重量％至大约17. 5重量％的浓度存在。
[0010] 在本发明的其他实施方案中，该乙烯-丙烯酸共聚物具有大约40 mgKOH/g至大约 200 mgKOH/g的根据方法ASTM D-1386测得的酸值、小于大约20 dmm的根据方法ASTM D-5 测得的在25?下的硬度和大约200 cps至大约800 cps的用Brookfield旋转粘度计测得的 在140°C下的粘度；该氧化乙烯-乙酸乙烯酯共聚物具有大约8 mgK0H/g至大约20 mgKOH/ g的根据方法ASTM D-1386测得的酸值、小于大约10 dmm的根据方法ASTM D-5测得的在 25?下的硬度和大约250 cps至大约800 cps的用Brookfield旋转粘度计测得的在14(TC 下的粘度；该氧化聚乙烯具有大约10 mgK0H/g至大约21 mgK0H/g的根据方法ASTM D-1386 测得的酸值、大约〇. 5 dmm至大约13 dmm的根据方法ASTM D-5测得的在25°C下的硬度和 大约100 cps至大约500 cps的用Brookfield旋转粘度计测得的在14(TC下的粘度；且该 马来酸化聚烯烃具有大约5 mgKOH/g至大约100 mgKOH/g的根据方法ASTM D-1386测得的 皂化值、小于大约15 dmm的根据方法ASTM D-5测得的在25°C下的硬度和大约500 cps至 大约5000 cps的用Brookfield旋转粘度计测得的在140°C下的粘度。
[0011] 在本发明的其他实施方案中，第二聚合物是乙烯-丙烯酸共聚物。
[0012] 本发明进一步提供包含载体元件和附着到其上的包含上述压敏粘合组合物的压 敏粘合层的制品（article of manufacture)。
[0013] 本发明进一步提供形成压敏粘合制品的方法，其包括将上述压敏粘合组合物施加 到载体元件上的步骤。
[0014] 附图简述 图1显示含有(粘合剂总重量的）大约72重量％的可以以商标Acronal? V215购自 BASF Corporation, Charlotte, NC, USA的丙烯酸酯共聚物的压敏粘合剂在不同基底上的 粘合性质。此外，该压敏粘合剂以(粘合剂总重量的)所示重量％含有可以以商标Tacolyn ? 3509 购自 Eastman Chemical Company, Kingsport, TN, USA 的松香酯树脂和可以以商标 A-C? 5120购自Honeywell International Inc.的乙烯-丙烯酸共聚物。测量单位是牛 顿/英寸(大约2.5厘米；剥离和初粘性（tack))和小时(剪切)。在直方图中描绘关于不同 粘合剂的试验结果的次序对应于在该直方图下方的图例中提到不同粘合剂的次序(从左到 右，从上到下；这也适用于下图2-6)。反映含有最高量的A-C? 5120产品的两种粘合剂的 剪切粘合性的条柱被该图的直方图的小比例截断。正确反映这些粘合剂的剪切粘合性的较 大比例的直方图描绘在下图2中。基于与不锈钢的粘合测定剪切粘合性。基于与低密度聚 乙烯（Tack Poly)或不锈钢（Tack SS)的粘合测定环形初粘性（Loop tack)。基于与低密 度聚乙烯（Peel Poly)或纸板（Peel Card)的粘合测定剥离粘合性。
[0015] 图2显示相同压敏粘合剂(其性质显示在上图1中）的剪切粘合性质，除了放大该 直方图的比例。
[0016] 图3显示与图1中的那些类似的测量的结果，除了在此如该图中所示和如下列实 施例中进一步解释的那样描绘老化对粘合剂性质的影响。
[0017] 图4显示与图1中的那些类似的测量的结果，除了该粘合剂含有大约75重量％的 可以以Orgal AX1260为名购自Organic Kimya, Turke的丙烯酸酯共聚物代替可获自BASF 的 Acronal? V215 产品。
[0018] 图5显示与图4中的那些类似的测量的结果，除了在此如该图中所示和如下列实 施例中进一步解释的那样描绘老化对粘合剂性质的影响。
[0019] 图6显示与图1中的那些类似的测量的结果。受试压敏粘合剂含有(粘合剂总重 量的）大约65重量％的可以以商标Acronal? V215购自BASF的丙烯酸酯共聚物、（粘合剂 总重量的）大约25重量％的可以以商标Aquatac ? XR 4343购自Arizona Chemical, FL, USA的松香树脂分散体和(粘合剂总重量的）大约10重量％的可以以商标A-C? 5120购自 Honeywell International Inc.的乙烯-丙烯酸共聚物和可以以商标A-C? 656购自相同 来源的氧化聚乙烯聚合物的25:75混合物。SS代表不锈钢且LDPE代表低密度聚乙烯。
[0020] 发明详述 典型的压敏粘合剂组合物含有丙烯酸酯聚合物和增粘剂。丙烯酸酯聚合物常用于改进 压敏粘合剂的粘合性和抗剪切性。另一方面，增粘剂常用于改进粘合性。术语增粘剂通常 是指具有大约270至大约1400的分子量的低分子量树脂。大多数市售增粘剂具有大约800 至大约1200的分子量。具有大于大约2000的分子量的分子常被称作聚合物。市售增粘剂 通常基于松香酯，但也可能基于松香酸、二聚松香酸和某些类型的合成树脂，如萜烯树脂和 C9/C5烃树脂。增粘剂是"粘性结构"的，这不同于聚合物，后者是弹性的。
[0021] 增粘剂改进与"难粘基底"，如聚乙烯和瓦楞纸板的剥离粘合性，它们还改进与低 能量和高能量表面的快粘(初粘）性质。但是，使用增粘剂树脂有许多缺点。增粘剂树脂与 聚合物体系相比需要用高得多浓度的表面活性剂分散。过量表面活性剂吸湿，这会不利地 影响该压敏粘合剂的可转换性。此外，树脂是表现出流动倾向的过冷液体。这导致粘性边 缘和刀具的胶结。另外，树脂的低分子量会使它们迁移到纸基底中，以造成粘合损失。热和 湿加剧了这一效应。
[0022] 现在已经发现，可以制造含有比许多市售粘合剂少的松香基增粘剂并因此较不容 易发生上述问题的压敏粘合剂。另外，与主要由丙烯酸酯聚合物和松香酯制成的压敏粘合 剂相比，本发明的粘合剂具有总体更好的内聚力和抗剪切性，和同时类似或更好的与某些 难粘基底的粘合性，特别是在老化后。
[0023] 本发明提供适合压敏粘合到基底上的水基组合物。这种组合物包含第一聚合物， 其是包含选自丙烯酸、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸辛酯、苯 乙烯、乙酸乙烯酯及其组合的聚合单体的丙烯酸酯聚合物或共聚物。本发明的组合物还包 含第二聚合物，其选自乙烯-丙烯酸共聚物、氧化聚乙烯、氧化乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、马 来酸化聚烯烃及其组合。
[0024] 本发明还提供适合压敏粘合到基底上的水基组合物。这种组合物包含第一聚合 物，其是包含选自丙烯酸、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸辛酯、 苯乙烯、乙酸乙烯酯及其组合的聚合单体的丙烯酸酯聚合物或共聚物。本发明的组合物还 包含选自松香酯树脂、松香酸树脂、合成烃树脂、合成萜烯树脂及其组合的增粘剂树脂。本 发明的组合物还包含第二聚合物，其选自乙烯-丙烯酸共聚物、氧化聚乙烯、氧化乙烯-乙 酸乙烯酯共聚物、马来酸化聚烯烃及其组合。
[0025] 传统上在压敏粘合剂领域中使用丙烯酸酯聚合物（由丙烯酸或丙烯酸衍生物构成 的聚合物）和共聚物（由丙烯酸或丙烯酸衍生物构成的共聚物)，可用于本发明的丙烯酸酯 聚合物和共聚物的类型不受特别限制。但是，优选使用丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯 (它们可以合并写成（甲基）丙烯酸烷基酯)作为本发明的丙烯酸酯聚合物和共聚物中的主 要单体组分。这些（甲基）丙烯酸烷基酯由下列通式表示：
【权利要求】
1. 压敏粘合组合物，其包含a)第一聚合物，其是包含选自丙烯酸、丙烯酸丁酯、丙烯 酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸辛酯、苯乙烯、乙酸乙烯酯及其组合的聚合单体的 丙烯酸酯聚合物或共聚物；和b)第二聚合物，其选自乙烯-丙烯酸共聚物、氧化聚乙烯、氧 化乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、马来酸化聚烯烃及其组合；其中所述组合物是水基的并适合 压敏粘合到基底上。
2. 权利要求1的组合物，其进一步包含选自松香酯树脂、松香酸树脂、合成烃树脂、合 成萜烯树脂及其组合的增粘剂树脂。
3. 权利要求2的组合物，其中第一聚合物以粘合剂总重量的大约59重量％至大约98. 5 重量％的浓度存在；其中增粘剂以粘合剂总重量的大约〇. 5重量％至大约40重量％的浓度 存在；且其中第二聚合物以粘合剂总重量的大约1重量％至大约17. 5重量％的浓度存在。
4. 权利要求3的组合物， 其中所述乙烯-丙烯酸共聚物具有大约40 mgKOH/g至大约200 mgKOH/g的根据方法 ASTM D-1386测得的酸值、小于大约20 dmm的根据方法ASTM D-5测得的在25° C下的硬度 和大约200 cps至大约800 cps的用Brookfield旋转粘度计测得的在140° C下的粘度； 其中所述氧化乙烯-乙酸乙烯酯共聚物具有大约8 mgKOH/g至大约20 mgKOH/g的根 据方法ASTM D-1386测得的酸值、小于大约10 dmm的根据方法ASTM D-5测得的在25° C 下的硬度和大约250 cps至大约800 cps的用Brookfield旋转粘度计测得的在140° C下 的粘度； 其中所述氧化聚乙烯具有大约10 mgKOH/g至大约21 mgKOH/g的根据方法ASTM D-1386测得的酸值、大约0. 5 dmm至大约13 dmm的根据方法ASTM D-5测得的在25° C下 的硬度和大约100 cps至大约500 cps的用Brookfield旋转粘度计测得的在140° C下的 粘度；且 其中所述马来酸化聚烯烃具有大约5 mgKOH/g至大约100 mgKOH/g的根据方法ASTM D-1386测得的皂化值、小于大约15 dmm的根据方法ASTM D-5测得的在25° C下的硬度和 大约500 cps至大约5000 cps的用Brookfield旋转粘度计测得的在140° C下的粘度。
5. 权利要求4的组合物，其中第二聚合物是乙烯-丙烯酸共聚物。
6. -种制品，其包含载体元件和附着到其上的压敏粘合层，所述压敏粘合层包含a) 第一聚合物，其是包含选自丙烯酸、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、丙 烯酸辛酯、苯乙烯、乙酸乙烯酯及其组合的聚合单体的丙烯酸酯聚合物或共聚物；和b)第 二聚合物，其选自乙烯-丙烯酸共聚物、氧化聚乙烯、氧化乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、马来酸 化聚烯烃及其组合；其中所述粘合层是水基的并适合压敏粘合到基底上。
7. 权利要求6的制品，其中所述压敏粘合层进一步包含选自松香酯树脂、松香酸树脂、 合成烃树脂、合成萜烯树脂及其组合的增粘剂树脂。
8. 权利要求7的制品，其中第一聚合物以粘合剂总重量的大约59重量％至大约98. 5 重量％的浓度存在；其中增粘剂以粘合剂总重量的大约〇重量％至大约40重量％的浓度存 在；且其中第二聚合物以粘合剂总重量的大约1重量％至大约17. 5重量％的浓度存在。
9. 权利要求8的制品， 其中所述乙烯-丙烯酸共聚物具有大约40 mgKOH/g至大约200 mgKOH/g的根据方法 ASTM D-1386测得的酸值、小于大约20 dmm的根据方法ASTM D-5测得的在25° C下的硬度 和大约200 cps至大约800 cps的用Brookfield旋转粘度计测得的在140° C下的粘度； 其中所述氧化乙烯-乙酸乙烯酯共聚物具有大约8 mgKOH/g至大约20 mgKOH/g的根 据方法ASTM D-1386测得的酸值、小于大约10 dmm的根据方法ASTM D-5测得的在25° C 下的硬度和大约250 cps至大约800 cps的用Brookfield旋转粘度计测得的在140° C下 的粘度； 其中所述氧化聚乙烯具有大约10 mgKOH/g至大约21 mgKOH/g的根据方法ASTM D-1386测得的酸值、大约0. 5 dmm至大约13 dmm的根据方法ASTM D-5测得的在25° C下 的硬度和大约100 cps至大约500 cps的用Brookfield旋转粘度计测得的在140° C下的 粘度；且 其中所述马来酸化聚烯烃具有大约5 mgKOH/g至大约100 mgKOH/g的根据方法ASTM D-1386测得的皂化值、小于大约15 dmm的根据方法ASTM D-5测得的在25° C下的硬度和 大约500 cps至大约5000 cps的用Brookfield旋转粘度计测得的在140° C下的粘度。
10.形成压敏粘合制品的方法，其包括将权利要求1-5之一的压敏粘合组合物施加到 载体元件上的步骤。
【文档编号】C09J133/04GK104271696SQ201380017731
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年1月28日 优先权日:2012年2月8日
【发明者】R.G.多奇, K.塞弗林斯 申请人:霍尼韦尔国际公司