用於紙板箱密封的組合物的製作方法

2023-05-21 08:07:06 1

專利名稱：用於紙板箱密封的組合物的製作方法
技術領域：
本發明涉^^用於密封紙板箱的方法，通過〗OT水基苯胺印刷或照相 凹版印刷法在展開的紙板箱的一個或多個褶翼上印刷一種粘合劑組合物，然後 通過用射頻輻射活化該粘合劑，並摺疊該褶翼來形成密封的紙板箱。具體說， 本發明公開了一種用於此工藝的粘合劑組合物，該組合物既可以fflil苯胺印刷 或照相凹版印刷法進行印刷，又能夠隨後被射頻輻射活化。
背景技術：
熱熔膠被廣泛用於密封紙板箱，例如那些用於儲藏和運輸啤酒罐、 蘇打7K瓶子和此類物品的紙板箱。熱熔膠具有非常快的固化時間，這使得它們 非常適於用於裝填和封離氏板箱的高速裝配機器。然而，熱熔塗敷設備會經常發生堵塞。這種堵塞是紙板筘裝填機
器中斷和停機的主要原因。因此，人們期望有一種粘合劑，它可以被預塗敷在待密封的紙板 箱褶翼上，然後在希望密封時，以某種方式被活化。理想的方式是在紙板箱的 印刷歩驟中塗敷此類粘合劑。這比在判蟲的製備步驟中進行塗敷更加有效率。 因為大多數紙板箱都是通過使用水基的油墨的苯胺印刷或照相凹版印刷法進行 印刷，因此人們最期望存在可以由這種方法塗敷的可再活化粘合劑。在過去，人們己經嘗試了許多製備可再活化粘合劑的可能方法， 但都由於種種原因而宣告失敗。例如，水可幫顯(remoistenable)粘合劑由於需要 大量能量來除去水而導致固化太慢。也己經嘗試了包含微囊活化劑的粘合劑， 但是它們的活化速度會受到包封組分的本體傳輸速率(mass transport rate)的限制。快速活化粘合劑的一種方式是iM:射頻(以下稱做RF)輻射加熱來
3使之熔化。US 6,348,679和US 6，600,142公開了通過RF輻射活化預塗敷粘合劑 來密封各種基質的方法。這些專利中的粘合齊條層包含雙組分 一種極性聚合 物，比如磺化聚酯；和一種高極性、非水載體。雖然由於磺化聚酯中芳香酯鍵 的存在，這種粘合劑易於ffl3lRF輻射活化，但由於其中存在極性載體，^f吏得它 們完全不適合通群胺印刷^it行塗敷。US 6,348,679和US 6,600,142中描述的 作為載體的極性溶劑具有很高的沸點，然而苯3安油墨需要相對較低熔點的^PJ， 以便在印刷時完全乾燥。通常，水基苯胺印刷或照相凹版印刷的凝岫水和少 量包含14個碳原子的醇組成。在現有技術中描述的極性"載體"在典型的苯胺印 刷或照相凹版印刷條件下不會蒸發，它們會存在於印片用膠片中，使得膠片發 粘，並在隨後處理印刷的紙板箱時引起粘連問題。對於用於飲料紙板箱的粘合劑來說， 一個重要的條件是所述最終 粘合是防水的。這種紙板箱經常會被放在冰中，這些冰有時會部分融化，因此 此時粘合齊脂魏刻每紙板箱粘住而不會鬆脫變得非常重要。這對通常的熱熔膠來 說不是問題，因為它們通常都是防水的。然而，在US 6,348,679和US 6,600，142 中公開的組合物是高極性聚合物與高極性溶齊啲混合物，對水非常敏感，經不 起通常用於此類紙板箱的"浸泡試驗"。顧名思義，這個試驗是將充滿飲料的紙 板箱浸入水中一段時間，然後觀察是否存在任何粘合鬆脫。
發明推 本發明的目的是提供一種粘合劑組合物，它能夠通il7乂基苯胺印 刷或照相凹版印刷被塗敷到紙板箱上，隨後在紙板箱密封的操作中MilRF輻射 被活化(即熔融)，提供防水的粘合。
lt選實施方案本發明的目的在於提供一種水性組合物，其中包含兩種樹脂組分 (a廣基甲酸酯-改性的松香衍生物，該衍生物不溶於水，但可溶於鹼水溶液；以 及(b)丙烯酸或苯乙烯膠乳。眾所周知，聚氨酯在RF範圍內有吸收性。該範圍包括13.56MHz 及其i默員(例如，27.12 MHz， 40.68 MHz，等等。)，它們已經被FCC許可用於 工業用途。操作頻率高達120 MHz的商業輻射元件已經被製備用於各種應用。 例如，在這些頻率的RF可以用於熔融聚氨酯用於加工。馬來酸化或富馬酸化松香與各種多元醇的偏酯是已知的，且通常被本領域技術人員稱作馬來樹月旨。Coa加g朋d/^:ifew'朋，W.Kmmbhaar(Remhold, NewYorkJ947)的第m章中詳細地描述了馬來樹脂，這裡引入作為參考。酸值 在約140以上的馬來樹脂通常可溶於M7K溶液，但不溶於中性pH的水。劍門研究發現，通過用由多元醇與多異氰酸酯形成的羥基氨基甲 酸酯來替代多元醇能夠對用於本發明的這種可溶性馬來樹脂進行改性。這樣就 能在松香衍生物中引入氨基甲酸酯官能團，從而使得其成為RF輻射的天線 (antenna) o製備氨甲基酸脂-改性的馬來樹脂的優選方法是先讓多元醇與多 異氰酸酯反應形成一種低聚氨甲基酸酯。應選擇多元敏多異氰酸酯的摩爾比， 使得多元醇過量，從而產生以羥基封端的低聚物。適於用於此步驟的異氰酸酯是通常包含兩到約四個異氰酸酯基的 那些異氰酸酯。實施例包括，但不限於，六亞甲基二異氰酸酯、甲苯二異氰酸 酯、異氟爾酮二異氰酸酯、亞甲基二(苯撐二異氰酸酯)、亞甲基二(環己基異氰 酸酯)、四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯和它們的混合物。異氰酸酯三聚物如由 Rhodia以商品名TOLONATE提供的那些商品也可以用於此歩驟中。適合用於此步驟的多元醇通常是那些包含兩到約六^^羥基的多元 醇。實施例包括，但不限於，乙二醇、丙二醇、二甘醇、三甘醇、二丙二醇、 三丙二醇、環己烷二甲醇、新戊二醇、丁二醇、己二醇、甘油、三羥甲基乙烷、 三羥甲基丙烷、乙氧基化三羥甲基丙烷、二三羥甲基丙烷、季戊四醇、乙氧基 化季戊四醇、二季戊四醇、乙氧基4W酚A、丙氧基化雙酚A和它們的混合物。異氰酸酯與醇形成氨基甲酸酯的反應是公知的。該反應可以在溫 和^j牛下進行，通常在室溫到8(TC之間進行約1到約6個小時。相比於脂肪族 異氰酸酯和受阻醇，芳族異氰酸酯和未受阻醇的反應速度更快、溫度更低。可 以使用催化劑來加速反應。正如本領i EA所周知的，四價錫化合物是所述反應 的特別有效的催化劑。如果在此步驟中製得的羥基封端氨基甲酸酯太粘而難以處理，則 所述多異氰酸酯與多元醇的反應可以在揮發性、質子惰性有機溶劑中進行，然 後在後繼反應步驟中通過蒸餾除去所述有機溶齊ij。此類溶劑包括，但不限於， 丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、乙酸乙酯、四氫呋喃和它們的混合物。
在第二步驟中，松香通過如上述列舉的Krumbhaar參考文件中所述的已知方式與馬來酸、馬來酸酐或富馬酸反應。通常，所述松香被熔化並與
期望量的不飽和酸或酸酐混合，然後將該混合物加熱到約180—約23(TC，直到 不飽和酸或酸酐與松香的Diels - Aider加成反應完全。Sffi常需要進行1 —4個 小時。使用的松香可以是脂松香、妥爾油松香或桶公香。在第三步驟中，由第二步驟獲得的馬來酸化或富馬酸化払、香與由 第一步驟獲得的羥基封端氨基甲酸酯進行酯化反應，形成氨基甲酸酯改性的馬 來樹脂。所述酯化反應的典型劍 述在上面列舉的Kmmbhaar參考文件中。 通常，在約180—約24(TC下加熱所述反應混合物，直到獲得所需的酸值。通常， 這要進行約1到約10個小時。產物的^i^酸值為約120_約300，更優選為約 130到約240。在本發明中，以水溶液的形式使用Jt^氨基甲酸酯改性的松香基 樹脂，此時將它們溶於pH為約7.5或更高的水中，優選pH為約8.0到約10.0。 Mil添加短效fogitive)鹼如氨、胺或烷醇胺來獲得想要的pH。可以使用的典型 胺包括，但不限於，包含l一約12個碳原子的單-、二-和三烷基胺、嗎啉和N-烷基嗎啉，其中所述烷基包含1到約4個碳原子。適合用於本發明的典型烷醇 胺包括，但不限於，單烷醇胺、二烷醇胺、三烷醇胺、烷基二烷醇胺和包含2 —約12個碳原子的二烷基烷醇胺。松香基樹脂的鹼溶液在苯胺印刷和照相凹版 印刷油墨和清漆中的使用是本領域公知的，本領域技術人員可以根據需要，容 易地選擇一種合適胺，來調節油墨或清漆的乾燥時間和粘度，滿足所需印刷條 件。松香或松香衍生物能夠提供活化粘合劑以粘合性，使其形成快速 粘合。它同時也能增強最終粘接的耐水性，因為當中和的鹼在粘合齊旰燥中蒸 發後，該松香或松香衍生物會變成水不溶物。本發明的丙烯酸或苯乙烯膠乳也能促進最終粘接的防水性。它還 同時在苯胺印刷中提高該組合物的乾燥JI率。這些膠乳由苯乙烯、取代苯乙烯、 丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯通過眾所周知的乳液聚合方法製得。任何此類通常用 於水基苯胺印刷油墨的膠乳都適於用於本發明。典型的此類產品可以在市場上 以商品名例如 JONREZ(MeadWestvaco) 、 JONCRYL(S.C.Johnson)禾口 RHOPLEX(Rohm & Haas)購得。這些丙烯酸類聚合物可以具有各種各樣的玻璃 化轉變溫度(Tg)，通常為-40至U+10(TC。對於本發明來說，最好選擇足夠硬(高Tg)的樹脂，以使得在加工或運輸過程中堆fi^f絲密封紙板箱時，所述可再活 化塗層不會發生粘連。同時，該Tg不能太低，否則它會{ 1^塗層的熔點升高，
從而增加活化時間。對於具有誠Tg的膠乳的選擇，還取決於塗層其它組分的
軟化點，如上所述，以及各組分的相對比率。對於配製苯胺印刷和照相凹版印 刷油墨的本領域技術人員來說，粘連問題和這些丙烯酸和苯乙烯膠乳的性能是 早已熟悉的，因而可以根據給定的應用選擇^s的膠乳。本發明的兩個組分~~M基甲酸酯改性的松^SW脂和丙烯酸或 苯乙烯膠乳可以通過先在鹼性水溶液中溶解該松香衍生物，然後將得到的溶液 與膠乳混合，來混合在一起，使其具有7K基可苯胺印刷性。或者，先將足以溶 解所述松香衍生物的7jC和鹼添加到膠乳中，然後再將所述松香衍生物溶解在該 膠乳混合物中。為了能夠順利進行苯胺印刷或照相凹版印刷，所述最終的混合物 塗料應該具有以No.2 Shell杯測定的約8—約40秒的粘度。最優選的粘度為約 ]8—約25秒。可以M31添加水或少量的增稠劑，例如聚乙烯醇或聯合增稠劑來 調節該粘度，它們的使用對苯胺印刷或照相凹版印刷油墨配製領域的技術人員 來說是熟知的。為了印刷工藝的穩定，所述可印刷粘合劑組合物的pH應該保持 在約7.5—約10.0的範圍內。可以使用任何Jl^短效鹼來調節該pH^直。對於某些松香衍生物，特別是源自妥爾油的那些，可能會在混合
物儲存期間傾向於從混合物中結晶出來。這個問題可以 ￡添加少量";^^<10%)
的包含1 —約4個碳原子的S享來解決。
實施例本發明可以通過下列實施例來說明，本發明並不以任何方式受這 些實施例限制。實施例1:月旨肪族氨基甲酸酯改性的松香SM脂的製備
將757克的ROSIN SS(由MeadWestvaco的Specialty Chemical DMsKm提供的一種妥爾油松萄添加到裝有機械攪拌器和加熱套的2升^)f瓦中， 並加熱到16(TC進行熔化。然後加入174克的馬來酸酐和1.89克的氧化二丁錫， 並在185。C下加熱得到的配製料1小時。然後加入161.3克的K-FLEX UD-320-100，並且在20(TC下繼續加熱4小時，製得酸值為157的鹼可溶樹脂狀松香衍生物。K-FLEX UD-320-100是一種由King Industries ilil六亞甲基二異 氰酸酯與二醇反應製得的氨基甲酸酯二醇。實施例2:芳族氨基甲酸酯改性的松香凝對脂的製備將174克的甲恭2,4-二異氰酸酯在攪拌下緩廈添加到裝有100克 乙二醇與100克丙酮^液的圓底燒並瓦中。反應是方文熱反應，通過冰浴冷卻i^ 並WS制所放出的熱量。在初始放熱平息以後，該配製料被加熱到6(TC，並在 該^S下保持4個小時來製得羥基封端的芳族氨基甲酸酯低聚物的粘稠溶液。 將757克的ROSIN SS(由MeadWestvaco的Specialty Chemical D1ViS10n提供的一種妥爾油松香)添加到裝有機械攪拌器和加熱套的2升^f瓦中， 並加熱到16(TC進行烙化。然後加入174克的馬來酸酐和1.89克的氧化二丁錫， 並在185'C下加熱得到的配製料1小時。然後加入168.1克上面製得的氨基甲酸 酯低聚物溶液，並且在20(TC下繼續加熱1小時，製得酸值為132的鹼可溶樹脂 狀松香衍生物。實施例3:可苯胺印刷的、可RF活化的粘合劑的製備 iffil將645克樹脂溶於175克 氨水和845克去離子水的混合
物中製得實施例1樹脂的水溶液。 將652克的上述樹脂溶液在攪拌下添加到1717克的JONREZ E-2069中製得粘合劑，其中JONREZ E-2069是一種由Mea.dWestvaco的Specialty Chemical Division提供的丙烯酸膠乳。實施例4:可苯胺印刷的、可RF活化的粘合劑的製備 M將506克樹脂溶於150克f^T旨氨7乂和663克去離子水的混合 物中製得實施例2樹脂的水溶液。 將109克的上述樹脂溶液在攪拌下添加到124克的JONREZ E-2069中製得粘合齊U，其中JONREZ E-2069是一禾中由MeadWestvaco的Specialty Chemical Division提供的丙烯酸膠乳。實施例5:可RF活化的粘合劑的印刷 {頓Comco Captain試驗規模苯胺印刷將實施例3和4製備的組 合物成功地印刷到18點Canier Cote板(由MeadWestvaco提供的一種級別的紙 板，通常用於製備飲料紙板fl)上。在將所述材料輸送到amlox輥的空格的過程 中、將所述材料由amlox輥輸送到製版的過程中或將所述材料由製版輸送到紙板a^才的過程中，都沒有發現問題。
實施例6: RF響應微通過將一條塗敷過的紙板和未塗敷的紙l^t放在一起，然後將它們 方jS在兩段UHMW聚乙烯之間，並將這兩段UHMW聚乙烯固定在橡皮帶上來 進行塗敷有由上述方法製得的組合物的會賺的RF活化試驗，其中所述聚乙烯和 橡皮帶是RF透明的。然後在由Mllis, MA的Radio Frequency Company製造的 THERMALL Model 950機器中用100 MHz頻率的RF輻射輻照所述組^牛5秒。 ，軍所述粘結髮現，兩i央紙板之間存在纖維撕裂粘接。
權利要求
1. 一種水性組合物，包含(a)氨基甲酸酯改性的松香基樹脂，該樹脂可溶於鹼性水溶液和(b)丙烯酸或苯乙烯膠乳，其中所述組合物可以在苯胺印刷或照相凹版印刷印刷機上進行印刷，形成能夠被射頻輻射活化的可熱封塗層。
2. 權利要求1的組合物，其中所述組合物包含以固，質計約10%—約 90%的組分 和約90%—約10。/。的組分(b)。
3. 權利要求1的組合物，其中所述組合物包含以固微質計約20%—約 80。/。的組^(a)和約80%—約20。/。的組iXb)。
4. 權利要求1的組合物，其中所述氨基甲酸酯改性的松，樹脂是馬來酸 化或富馬酸化松香與羥基封端的氨基甲酸酯低聚物的反應產物。
5. 權利要求4的組合物，其中所述氨基甲酸酯低聚物是包含2—約4個異 氰酸酯基柳旨肪族或芳族異氰酸酯與包含2—約6個羥基的多元醇的反應產物。
6. 權禾腰求5的組合物，其中所述多元醇選自乙二醇、丙二醇、二甘醇、 三甘醇、二丙二醇、三丙二醇、環己烷二甲醇、新戊二醇、丁二醇、己二醇、 甘油、三羥甲基乙烷、三羥甲基丙烷、乙氧基化三羥甲基丙烷、二三羥甲基丙 烷、季戊四醇、乙氧基化季戊四醇、二季戊四醇、乙氧基化雙酚A、丙氧基化 雙酚A，或它們的混合物。
7. 權利要求5的組合物，其中所述異氰酸酯選自六亞甲基二異氰酸酯、甲 苯二異氰酸酯、異氟爾酮二異氰酸酯、亞甲基二(苯撐二異氰酸酯)、亞甲基二(環 ciS異氰酸酯)、四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯或它們的混合物。
8. 權利要求1的組合物，其中所述氨基甲酸酯改性的松^SM脂具有大於 約120的酸值。
9. 權利要求1的組合物，其中所述組合物具有由No.2 Shell杯測定的約5 秒一約8秒_約40秒的粘度。
10. 權利要求l的組合物，其中所述組合物具有約7.5—約10.0的pH。
11. 一種〗OT權利要求1的組合物通過水性苯胺印刷或照相凹版印刷得到 的物品。
全文摘要
本發明公開了一種粘合劑組合物，它能夠通過水基苯胺印刷或照相凹版印刷被塗敷到紙板箱上，隨後在紙板箱密封的操作中通過RF輻射被活化(即熔融)，提供防水的粘合。
文檔編號C08L35/00GK101426853SQ200780013965
公開日2009年5月6日 申請日期2007年4月12日 優先權日2006年4月20日
發明者G·F·赫特, J·C·聖阿諾, J·多賓斯 申請人:米德韋斯瓦科公司