耐油的聚丁烯基熱熔膠的製作方法
2023-09-15 22:39:50
專利名稱：耐油的聚丁烯基熱熔膠的製作方法
技術領域：
本發明涉及熱熔膠組合物，更具體而言，涉及一種耐油的聚丁烯基熱熔膠，該熱熔膠可用在如嬰兒尿布的非紡織的一次性吸水物品的結構和彈性附件中。
背景技術：
商業上可獲得的非紡織的一次性吸水物品有很多種，用於吸收和容納如尿液和糞便等人體排洩物。典型的這類物品有一次性嬰兒尿布和大小便失禁成人用的內衣。在製造這類一次性物品時，採用褲腿內側打褶或反褶的方法來防止人體排洩物沿使用者腿周圍洩漏。在使用時，這種反褶或下垂物用一條或多條彈性帶繞在腿上以固定。這些彈性帶則常常使用熱熔膠粘附到一次性物品上。
大量的熱熔膠組合物是已知的，並且被用於一次性物品的製造中，同時大家還知道，在一種特定用途或應用中使用的熱熔膠也許完全不適用於其它用途或應用。因此，在製造一次性物品中使用的熱熔膠組合物是多種多樣的。例如，眾所周知，聚烯烴基熱熔膠適用於製造嬰兒尿布，尤其是在製造這種物品中將聚乙烯薄膜，或者其類似物粘接到紡織或非紡織底物上。然而，人們也知道，聚烯烴基熱熔膠不適用於粘接嬰兒尿布的彈性帶，因為在這樣的應用中，該熱熔膠的耐蠕變性不足。因此，使用的是如苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)嵌段共聚物或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)嵌段共聚物的基於苯乙烯的熱熔膠。然而這類嵌段共聚物粘合劑也具有如粘度不穩定的缺點，該缺點在溫度升高時顯現出來。
這類嵌段共聚物的另一個缺點是，當與礦物油或油基藥膏接觸時，其粘接強度會降低很多。而在給嬰幼兒治療皮疹時，經常會使用礦物油或油基藥膏，因此先前的熱熔膠組合物在接觸到這些油類後通常會失去粘接力。其結果是，彈性腿帶從尿布上鬆開，導致粘接徹底失敗和腿內側翻邊的破壞。因此，人們非常需要一種能夠禁得起暴露於礦物油或其它油基藥膏，而仍能夠向腿內側翻邊的彈性帶附件提供足夠的粘接強度的粘合劑。
如嬰兒尿布這樣的非紡織的一次性物品的製造者更願意選用單一的熱熔膠來製備這類物品。很明顯，製備同一物品時使用兩種或多種熱熔膠會造成一些問題，例如不同的操作程序、清洗程序等等，這些問題是生產者希望避免的。因此，人們非常需要一種在非紡織的一次性物品的結構和彈性附件中都能起到粘接作用的單一粘合劑。
發明概述本發明涉及一種熱熔膠組合物，該組合物具有非常適用於非紡織的一次性物品上的一些物理性能。特別地，即使在被礦物油浸溼後，本發明的熱熔膠依然保持可接受的粘接強度。
特別在象嬰兒尿布這樣的一次性非紡織物品的彈性附件上的應用中，本發明的熱熔膠組合物用於將各種彈性材料粘接到多孔或非多孔的底物上，如無紡布、聚乙烯、聚丙烯及類似物。該熱熔膠組合物經標準耐蠕變測試表明具有良好的彈性附件粘合力。
本發明的熱熔膠組合物經標準剝離強度實驗證明具有優異的結構粘合力。另外，當用於聚烯烴薄膜上時，即使經過高溫老化條件，即模擬倉庫條件後，本熱熔膠仍然具有優異的乾燥粘接強度。
本發明的熱熔膠組合物包括下列組分的共混物(a)約10％～65％(重量)的聚丁烯共聚物，(b)約0％～65％(重量)的聚烯烴共聚物，(c)約13％～約60％(重量)的粘性樹脂；(d)約0％～約30％(重量)的增塑劑；
(e)約0％～約20％(重量)的蠟；和(f)約0.1％～約2％(重量)的穩定劑。
優選的既可用作可噴塗的彈性附件粘合劑，又可用作結構粘合劑，同時在與油類接觸後，仍然能提供令人滿意的粘接強度的熱熔膠組合物包括下列組分的共混物(a)約27.1％(重量)的聚丁烯共聚物；(b)約27.1％(重量)的粘性樹脂；(c)約36.1％(重量)的聚烯烴共聚物；(d)約9.2％(重量)的蠟；和(e)約0.5％(重量)的穩定劑。
優選的僅用作彈性附件粘合劑，同時在與油類接觸後，依然能提供令人滿意的粘接強度的熱熔膠組合物包括下列組分的共混物(a)約63.2％(重量)的聚丁烯共聚物；(b)約27.1％(重量)的粘性樹脂；(c)約9.2％(重量)的蠟；和(d)約0.5％(重量)的穩定劑。
這樣，依靠特殊的配方，本發明的熱熔膠組合物具有足夠的耐蠕變性以用作非紡織的一次性物品的彈性附件粘合劑，而且具有足夠的粘接強度以用作非紡織的一次性物品的結構粘合劑，並且與油類接觸後仍保持可接受的粘接強度，並且在高溫老化後對聚烯烴仍具有良好的剝離粘附力。
優選實施方案的詳述當評價與油類接觸後保留的粘接強度時，具有下述範圍組分的聚丁烯基熱熔膠組合物能提供超越現有技術的優點。特別是，這種粘合劑組合物包括約10％～65％(重置)的聚丁烯，或聚丁烯和聚烯烴的混合物。無論聚丁烯是單獨使用或聚丁烯與聚烯烴混合使用，組合物中聚合物的最低含量應為20％(重量)左右。取決於最終用途及需要的性能，可不使用聚烯烴組分。特別是當粘合劑組合物用於彈性附件應用中時，不含聚烯烴組分是可接受的。本發明的熱熔膠組合物還包括約13％～約60％(重量)的粘性樹脂，約0％～約30％(重量)的增塑劑，約0％～約20％(重量)的蠟，和約0.1％～約2％(重量)的穩定劑。
本發明的熱塑性熱熔膠中的聚丁烯共聚物組分是用來提高材料在溫度升高時的粘接強度的，這對於彈性附件應用是必要的，聚丁烯組分還使組合物具有耐油性。這裡使用的術語「聚丁烯共聚物」是指那些包括了乙烯和丁烯單體的聚合體，其中共聚物中至少含有89％的丁烯單體單元。從殼牌化學公司可獲得這些產品，商品名為「Duraflex」。一種合適的商業上可得到的丁烯-1-乙烯共聚物可從德克薩斯州休斯頓的殼牌化學公司獲得，商品名為Duraflex 8910PC或Duraflex 8510。這種優選材料的環球軟化點約為150℃(302°F)。儘管聚丁烯共聚物的用量範圍可以是10～65％(重量)，但優選範圍為20％～45％。
本發明所使用的丁烯-1均聚物和共聚物主要是線性的鏈狀分子，具有規則和立體定向排列的乙基側鏈基團。這些側鏈基團是丁烯-1通過1、2位碳碳雙鍵聚合形成的，同時形成乙烯主鍵。在美國專利3,362,940中對此有詳細描述。當從熔融狀態冷卻時，乙基側鏈基團最初是以四方形空間排布方式排列，慢慢地該四方晶相轉變成穩定的六方形空間排布形式，使物理性能得以改善。有關這裡使用的聚合物的更詳細的論述可參考Mostert，美國專利4,937,138，其內容此處引用作為參考。從上面公開內容可知，該聚合物的用量約為10％～約65％(重量)。
無定形的烯烴共聚物組分，即本發明組合物中的聚α-烯烴共聚物，是一種基於乙烯、丙烯和丁烯的重複單元的共聚物。它們可由下列單體混合物的交替重複單元構成
(a)乙烯和丙烯(b)乙烯和丁烯(c)丙烯和丁烯(d)乙烯，丙烯和丁烯商業上可得到的合適的共聚物可由Huls America獲得，商品名為「Vestoplast」。優選產品的軟化點為約300°F(149℃)。可以認為，上述任何共聚物的混合物也可作為本發明組合物中的基本成分。聚α-烯烴共聚物的作用是提供對非多孔底物的粘合力。儘管聚α-烯烴共聚物的用量範圍可為0～65％(重量)，但優選範圍為20％～40％。
應該注意到，只要使用足夠量的聚丁烯共聚物以使粘合劑組合物的耐蠕變性達到需要的數值，那麼也可使用聚丁烯共聚物和聚α-烯烴共聚物的混合物。在組合物中聚合物的最低含量應為約20％。因此，取決於最終用途，並如上所指出的那樣，組合物中可不含聚α-烯烴組分。
在本發明的結構熱熔膠中使用的粘性樹脂，能擴展粘接性能並能改善聚丁烯共聚物和/或聚α-烯烴共聚物的特性粘合性能。此處使用的術語「粘性樹脂」包括(a)天然的和改性松香，例如，松香、木松香、浮油松香、蒸鎦松香、氫化松香、二聚松香和聚合松香；(b)天然和改性松香的丙三醇酯和季戊四醇酯，例如，淺色木松香的丙三醇酯、氫化松香的丙三醇酯、聚合松香的丙三醇酯、淺色木松香的季戊四醇酯、氫化松香的季戊四醇酯、浮油松香的季戊四醇酯和苯酚改性的松香季戊四醇酯；(c)按ASTM E28-58T方法測定的軟化點為約60℃～140℃的多萜樹脂，一般是由萜烯烴，如蒎烯(pinese)的單萜烯在適當低的溫度下和弗瑞德-克萊福特(Friedel-Crafte)催化劑存在下聚合而成的；還包括氫化多萜樹脂；(d)天然萜烯的共聚物和三元共聚物，例如苯乙烯/萜烯，α-甲基苯乙烯/萜烯和乙烯基甲苯/萜烯共聚物；(e)苯酚改性的萜烯樹脂，如在酸性介質中，萜烯和苯酚縮聚得到的樹脂。
(f)環球軟化點為約60℃～140℃的脂肪族石油烴樹脂，該樹脂是主要由烯烴和二烯烴組成的單體聚合生成的；還包括氫化脂肪族石油烴樹脂；這類基於C5-烯烴餾分的可商購的樹脂實例是由Goodyear Tire and Rubber Company出售的「Wingtuek 95」和「Wingtack 115」粘性樹脂；(g)芳香族石油烴和其氫化衍生物；(h)脂肪族/芳香族石油衍生烴及其氫化衍生物。
上述描述的兩種或多種粘性樹脂的混合有一定的配方要求。儘管粘性樹脂的用量範圍可以是13～60％(重量)，但優選範圍是20％～50％。
如上所述，在本發明範圍內有效的粘性樹脂用量為約13％～約60％(重量)。該粘性樹脂可選自任何可商購的非極性粘性樹脂。可用於本發明的可商購的粘性樹脂的例子包括商品名為Escorez 5300的粘性樹脂，是由Exxon Chemical Company生產的。通常，可用於本發明的非極性粘性樹脂包括軟化點範圍為約70℃～約125℃的部分或全部氫化的C9或C5系烴類樹脂。可用於本發明的粘性樹脂還可以包括極性粘性樹脂，然而，由於許多極性樹脂與丁烯-1均聚物和共聚物僅部分相容，對可得到的極性粘性樹脂的選擇是受限制的。
本發明組合物中用量為約0％～30％(重量)，優選用量為約5％～約15％的增塑劑，是用來提供所需的粘度控制的。合適的增塑劑可選自常用的油類增塑劑，如礦物油、烯烴低聚物和低分子量聚合物，植物和動物油以及這些油的衍生物。僅含少量芳香烴的沸點比較高的石油衍生油類也可以採用。在這點上，油中芳香烴的含量優選應低於30％，更優選應低於15％(重量)。作為一種替換方式，該油可以是完全非芳香性的。所述的低聚物可以是聚丙烯、聚丁烯、氫化聚異戊二烯、氫化聚丁二烯等，其平均分子量為約350～約10,000。適用的植物和動物油包括常用的脂肪酸甘油酯及其聚合產物。本發明中可用的增塑劑可以是不同增塑劑的任意組合，但本發明人發現一種對本發明特別有益的增塑劑，這種增塑劑包括了例如可商購的由Amoco公司生產的商品名為Indopol H-100的單烯烴聚合物。正如將要了解到的那樣，增塑劑主要是用來降低粘合劑組合物的整體粘度，而不會明顯降低粘接強度和/或粘合劑的使用溫度。
本發明組合物中使用蠟來降低熱熔結構膠的熔體粘度而不明顯降低其粘接特性，其用量為0％-20％(重量)，優選為5％～15％。這些蠟也可以縮短組合物的開放時間而不影響其溫度特性。可用的蠟包括(1)分子量為1000-6000的低分子量聚乙烯，其硬度按ASTM D-1321方法測定為約0.1-120，其ASTM軟化點為約150～250°F；(2)石油蠟，如熔點為約130～175°F的石蠟和熔點為約135～200°F的微晶蠟，後者的熔點是按ASTM D12760方法測定的；(3)環球軟化點為約120℃-160℃的無規立構聚丙烯；(4)一氧化碳和氫聚合製得的合成蠟，如費一託(Fiscler--Tropsch)合成過程中得到的蠟和(5)聚烯烴蠟。此處所用的術語「聚烯烴蠟」是指那些由烯烴單體單元構成的聚合體或長鏈物質。這些材料可以從EastmanChemical Co，商購獲得，商品名為「Epolene」。本發明組合物中優選使用環球軟化點為200°F-350°F的材料。應該明白，每一種該類蠟稀釋劑在室溫下都是固體。其它可用的物質包括氫化的動物、魚和植物的脂肪和油，例如氫化硬脂肪、豬油、豆油、棉子油、蓖麻油、鯡油、魚肝油等等。由於氫化作用它們在室溫下是固體，可以起到與蠟稀釋劑等同的功效。在粘合劑工業領域，這些氫化材料常被稱為「動物或植物蠟」另外，烴油，特別是環烷或石蠟工藝油在此處也可作蠟稀釋劑。
本發明包含的穩定劑用量為約0.1％-約2％(重量)，優選為約0.1％-1％。在本發明熱熔膠組合物中使用的穩定劑是用來保護上述提到的聚合物，並由此保護整個粘合劑體系免受熱降解和氧化降解的影響，這些降解通常發生在粘合劑的製備和使最終產品與周圍環境接觸的過程中。這種降解通常由粘合劑的外觀、物理性能及操作特性的惡化所體現。可應用的穩定劑中有高分子量的受阻酚和多官能基酚，如含硫和含三價磷的酚。受阻酚是本領域技術人員所熟知的，屬於酚化合物，其中在酚羥基附近有空阻很大的基團。特別地，叔丁基通常取代了苯環上酚羥基的至少一個鄰位位置，這些空阻很大的取代基在酚羥基附近的存在，可阻滯其伸展頻率，並相應地降低其反應性；這樣這種空間阻礙使酚化合物具有穩定性能。代表性的受阻酚包括1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羥基苄基)苯；四[3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯；3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八酯；4,4』-亞甲基雙(4-甲基-6-叔丁基苯酚)；4,4』-硫代雙(6-叔丁基鄰甲酚)；2,6-二叔丁基苯酚；6-(4-羥基苯氧基)-2,4-雙(正辛基硫基)-1,3,5-三嗪；2,4,6-三(4-羥基-3,5-二叔丁基苯氧基)-1,3,5-三嗪；3,5-二叔丁基-4-羥基苄基膦酸二正十八烷基酯；3,5-二叔丁基-4-羥基苯甲酸2-(正辛基硫基)乙基酯；和六[3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]山梨醇酯。
特別優選的穩定劑是四[3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季成四醇酯。
通過與下述物質結合使用(1)增效劑，例如硫代二丙酸酯和亞磷酸酯；(2)螯合劑和金屬減活化劑，例如乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸鹽，和雙水楊醛丙烯二胺(disalicglalprlpylenecliimine)，上述穩定劑的性能可以得到進一步的提高。
本發明熱熔膠組合物的配製可以採用本領域內任一已知技術。現有技術中一個有代表性的過程包括，將所有物料投入帶夾套的裝有攪拌葉的混合釜內，並且優選是Baker-Perkins或Day型夾套高負荷混合器，然後將混合物升溫至250~350°F。應該明白，在這一步中溫度的精確值將依特定成分的熔點而定。攪拌該粘合劑組合物直到聚合物完全熔解，然後抽真空以除去任何殘存空氣。
應該明白，其它可選擇的添加劑也可以加入本發明的粘合劑組合物中，以改進某些物理性能。這些添加劑包括例如色料、填料等材料。
下面的實施例進一步說明本發明。實施例1按照本發明製備如下的粘合劑共混物。經測試(實施例5-7)，該粘合劑作為彈性附件粘合劑或結構粘合劑都表現出優異的性能，同時在與油類接觸後仍有足夠的粘接強度。重量％ 組成 商業來源種類27.1Exoorez 5300 Exxon Chemical Company 樹脂27.1Duraflex 8910PC Shell Chemical Company 聚丁烯36.1Vestoplast 708Huls America,Incorporated 聚烯烴9.2 Epolene N15 Eastman Chemical Prodrcts 蠟0.5 Irganox 1010 Ciba Additives 穩定劑實施例2按照本發明製備如下粘合劑組合物。經測試(見實施例5-7)，該粘合劑作為彈性附件粘合劑或結構粘合劑都表現出優異的性能，同時在與油類接觸後仍有足夠的粘接強度。重量％ 組成 商業來源 種類24.9Escorez 5300 Exxon Chemical Company樹脂24.9Duraflex 8910PC Shell Chemical Company聚丁烯33.2Vestoplast 708Huls America,Incorporated 聚烯烴16.6Epolene N15 Eastman Chemical Products 蠟0.4 Inganox 1010 Ciba Additives穩定劑實施例3按照本發明製備如下的粘合劑組合物。經測試(見實施例6-7)，該粘合劑作為彈性附件粘合劑表現出優異的性能，同時在與油類接觸後仍有足夠的粘接強度。重量％ 組成 商業來源 種類27.1 Escorez 5300 Exxon Chemical Company樹脂63.2 Duraflex 8910PC Shell Chemical Company聚丁烯9.2Epolene N10 Eastman Chemical Products 蠟0.5Irganox 1010 Ciba Additives穩定劑實施例4按照本發明製備如下的粘合劑組合物。經測試(見實施例6)，該粘合劑作為彈性附件粘合劑性能優異。因為本實施例的配方與實施例1和2的配方相似，可以預期本配方用作結構粘合劑也會很好，同時與油類接觸後仍有足夠的粘接強度。重量％ 組成商業來源 種類27.1 Escorez 5300Exxon Chemical Company 樹脂40.7 Duraflex 8910pc Shell Chemical Company 聚丁烯22.6 Vestoplast 708 Huls America,Incorporated 聚烯烴9.2Epolene N10 Eastman Chemical Products 蠟0.5Irganox 1010Ciba Additives 穩定劑實施例5測試方法用兩個拉伸250％的彈性帶(Lycra)置於兩層無紡布間製成層狀物。呈螺旋狀噴塗粘合劑，施膠量10mg/in2，開放時間0.25秒。塗布溫度對於粘合劑為365°F，對於空氣為400°F，測試層狀物在乾燥狀態下，用礦物油飽合併在100°F老化90分鐘後的性能。測試方式為180°剝離，速度為12°/分。最大負荷以克/英寸來表示。
對照物一種商業上可得到的彈性附件粘合劑，含有苯乙烯嵌段共聚物及各種樹脂和增塑劑。該對照粘合劑不含聚丁烯，可從AtoFindley,Inc.購得，商品名H2096。表一 NW/NW交叉方向剝離乾燥時最大剝離浸油後的最大剝離(克/英寸)(克/英寸)對照物768 2實施例1 818172實施例2 776232結論對照物浸油後分離開來，這將使彈性帶從製成的物品上掉下來。實施例1和2在浸油後仍保持足夠的粘接強度，以防止彈性帶脫離下來。優選地，在上述測試條件下，浸油後的剝離強度達到約75克/英寸或更大，才具有令人滿意的性能。實施例6測試方法，如實施例5製備層狀物。將對照物、實施例1和2的產品塗布在兩層無紡布間。將實施例3和4塗布在無紡布和處理過的聚乙烯間。部分拉伸樣品並將其固定在一個面板上。(使樣品完全伸展，量取200mm長的一段，然後放鬆並固定為150mm。)切割，做記號，測量彈性帶，在100°F老化90分鐘，再次測量彈性帶，並與其初始長度相比較。
表2耐蠕變性(％保留值)對照物96實施例1 91實施例2 92實施例3 94實施例4 87結論實施例樣品與普通的對照樣品的比較表明，本發明產品在標準測試條件下具有可接受的性能。對於上述測試條件，耐蠕變性為80％或更低是不能接受的。實施例7本實施例是為模擬倉庫儲存條件而設計的。
測試方法用粘合劑將無紡布與聚乙烯粘在一起製成層狀物，粘合劑用量5mg/英寸，塗膠溫度為325°F，開放時間0.25秒。在開始時及於130°F老化1周後測試樣品。測試方式為180°剝離，剝離速度12″/分。最大負荷以克/英寸表示。表3 Poly/NW 交叉方向剝離(克/英寸)初始老化後對照物533 600實施例1 576 463實施例2 470 422實施例3 73461結論測試結果表明，配方合適的粘合劑不僅可用於耐油的非紡織層狀物，而且可用於對聚乙烯有穩定粘接的結構中。實施例3表明，不是所有的聚丁烯基粘合劑都適合於彈性附件和結構兩種應用，即實施例3的配方可用作彈性附件粘合劑，但不能用作如嬰兒尿布的一次性非紡織物的結構粘合劑。
權利要求
1.一種耐油的熱熔膠組合物，包括下列組分的共混物(a)約10％～65％(重量)的聚丁烯共聚物；(b)約0％～65％(重量)的聚α-烯烴共聚物；(c)約13％～60％(重量)的粘性樹脂；(d)約0％～30％(重量)的增塑劑；(e)約0％～20％(重量)的蠟；和(f)約0.1～2％(重量)的穩定劑，其中聚合物的含量最低為20％(重量)。
2.如權利要求1的耐油熱熔膠組合物，其中粘性樹脂選自脂肪烴樹脂，氫化芳香烴樹脂，或氫化脂肪烴樹脂。
3.如權利要求1的耐油熱熔膠組合物，其中增塑劑選自礦物油和低分子量聚丁烯。
4.一種耐油的熱熔膠組全物，包括(a)約27.1％(重量)的聚丁烯共聚物；(b)約27.1(重量)的聚α-烯烴共聚物；(c)約36.1(重量)的粘性樹脂；(d)約9.2(重量)的蠟；和(e)約0.5(重量)的穩定劑。
5.如權利要求4的耐油熱熔膠組合物，其中粘性樹脂選自脂肪烴樹脂，氫化芳香烴樹脂，或氫化脂肪烴樹脂。
6.如權利要求4的耐油熱熔組合物，其中增塑劑選自礦物油和低分子量聚丁烯。
全文摘要
一種聚丁烯基熱熔膠組合物,有各種最終用途,特別是用在非紡織的一次性物品的結構和彈性附件應用中。與一般的熱熔膠不同,本組合物禁得起暴露於礦物油和其它油基藥膏,而不會發生嚴重的粘接失效。該組合物包括聚丁烯共聚物或聚丁烯與聚烯烴的混合物、粘性樹脂、增塑劑、蠟和穩定劑,該熱熔膠組合物可以採用普通的塗布技術如擠塗或噴塗來塗布。
文檔編號C09J123/02GK1221444SQ97195442
公開日1999年6月30日 申請日期1997年4月3日 優先權日1996年4月15日
發明者邦尼·M·哈裡斯, 莫尼納·坎德斯基 申請人:阿託芬德利公司