低應用溫度無定形聚-α-烯烴粘合劑的製作方法

2023-12-06 03:05:31

專利名稱：低應用溫度無定形聚-α-烯烴粘合劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及用在無紡製品上的低應用溫度無定形聚-α -烯烴粘合劑。該粘合劑特別用在無紡製品的結構中，所述無紡製品例如一次性吸收製品如尿布、女性衛生製品、成人失禁用設備、護理墊、床用襯墊、工業用襯墊等。
背景技術：
熱熔性粘合劑以熔融狀態被施用到基材上並被冷卻以固化粘合劑層。這種粘合劑被廣泛用在各種商業和工業應用中，例如產品組裝和包裝，並被廣泛用在無紡工業中以製造無紡製品。在這些應用中，粘合劑被施用到至少一個基材上以將該基材粘接到類似或不同的第二基材上。在熱熔性粘合劑中，基礎聚合物提供內聚強度和彈性。通常使用高分子量聚合物或高聚合物含量提高內聚強度和粘合性；然而，這也導致顯著的熔體粘度增加。具有高粘度的熱熔性粘合劑可能需要非常高的加工溫度，在高的加工溫度下聚合物易於降解、炭化、膠凝和失去粘合性。此外，高的加工溫度增加能耗成本，產生安全危險並使得聚合物基材膜變形/褪色。已知傳統的低應用溫度熱熔性粘合劑，例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯和茂金屬聚烯烴基粘合劑，但是，無定形聚-α -烯烴基粘合劑在低溫下不能被加工，除非加入大量的低分子量稀釋劑以降低粘合劑粘度。加入高含量水平的稀釋劑，例如增粘劑和蠟，降低粘合劑的機械強度，而且更重要的是，引起在體溫下較小的流動抵抗性。而且，隨著時間的過去，粘合劑中的低分子量稀釋劑傾向於遷移並從粘合劑中析出，進一步影響粘合劑的強度和性能。需要一種熱熔性粘合劑，其可以在低溫下施用，SM氏於約150°c，具有較少量的稀釋劑，不損害粘合劑的機械強度和性能。這些特徵使得粘合劑特別適合於用在一次性吸收物品中。本發明針對這個需要。

發明內容
已經發現軟化點為約70°C至約105°C且粘度在190°C下小於約1900cP的無定形聚-α -烯烴共聚物可以被用於製備低應用溫度熱熔性粘合劑。這種粘合劑可用作結構粘合劑並特別適合於製造一次性吸收製品，例如衛生巾、失禁襯墊、床用襯墊、女性護墊、褲襠墊布、尿褲墊等。在一個實施方式中，本發明提供一種低應用溫度熱熔性粘合劑，基於總的粘合劑，其包含至少45%的無定形聚丁烯共聚物，該無定形聚丁烯共聚物具有約70°C至約105°C的環與球法軟化點和在190°C下小於約1900cP的粘度。由相同的無定形聚丁烯共聚物製備的熱熔性粘合劑在150°C下具有小於約6000cP的粘度。另一個實施方式涉及含有在140°C下具有大於30的tan ( δ )值的無定形聚丁烯共聚物的低應用溫度熱熔性粘合劑。在另一實施方式中，低應用溫度熱熔性粘合劑的無定形聚丁烯共聚物與乙烯、丙烯、己烯和/或辛烯共聚單體共聚合。在另一實施方式中，低應用溫度熱熔性粘合劑還包含軟化點大於或等於80°C的增粘劑。另一實施方式提供使用本發明的低應用溫度粘合劑製備的製品。該製備包括一次性吸收製品，例如衛生巾、失禁襯墊、床用襯墊、女性護墊、褲襠墊布、尿褲墊、肉墊等。另一實施方式涉及將本發明的低應用溫度粘合劑在150 V或更低的溫度下施用到第一基材上，將第二基材施用到所述粘合劑上，由此形成粘接的方法。
具體實施例方式本發明涉及包含無定形聚-α-烯烴共聚物的粘合劑組合物，該粘合劑組合物具有比傳統熱熔性粘合劑更好的性能特徵和/或更低的成本。已經發現具有約70°C至約105°C的軟化點和在190°C下小於約1900cP的粘度的無定形聚丁烯共聚物具有所期望的性質，並可以用於製備用在一次性吸收製品中的低應用溫度熱熔性粘合劑。在本文中，術語「聚-α-烯烴」是指具有較小結晶度的無定形的無規立構聚- α -烯烴共聚物。無定形聚丁烯共聚物具有約70°C至約105°C的環與球法軟化點(根據ASTM E28測定)。環與球法軟化點與共聚物的丁烯含量有關。通過改變共聚物中的丁烯含量，可以選擇所需的共聚物軟化點。優選的聚丁烯是高1-丁烯無規立構聚-α-烯烴。術語「高丁烯聚-α-烯烴」通常是指大於40重量％，優選大於約50重量％的聚合物包含1- 丁烯單體。與丁烯共聚合的其它單體是乙烯、丙烯、己烯、辛烯以及它們的混合物。通常，在無定形聚丁烯共聚物中存在約40%-約70%的1- 丁烯和約30%-約60%的丙烯以及少量的其它單體。無定形聚丁烯共聚物在190°C下具有小於約1900cP的粘度，根據ASTMD3236測試方法使用布氏(Brookfield)粘度計測定。無定形聚丁烯共聚物的粘度依賴於共聚物的分子量。隨著共聚物的分子量增加，粘度增加。在選擇用於低應用溫度熱熔性粘合劑的聚合物時，共聚物的tan δ值也是一個主要因素。聚合物的tan δ是耗損模量(loss modulus) (G』』)與儲能模量(storage modulus)(G』 )的比例:(G』』 /G』)。這是一個與能量損失與能量存儲的比例成比例的無量綱數量。已經發現，可以有利地將在140°C下tan δ值大於30，優選大於40，更優選大於50的共聚物用作低應用溫度熱熔性粘合劑，因為它們可以流動並可以使用常規給料器在150°C或更低溫度下噴灑。使用在140°C下tanS值小於30的共聚物製備的粘合劑在150°C或更低溫度下不能噴灑，且必須在更高的溫度下噴灑。
聚合物提供重要的粘合劑性質，例如開放時間、切變強度、抗張強度、粘結性和粘度。粘合劑以其全部可以包含許多有用聚合物中的一種、聚合物的共混物，或者作為替代，粘合劑可以包含熱熔性粘合劑，該熱熔性粘合劑包含與其它成分混合的至少一種聚合物。所述聚合物可以與增粘劑或添加劑組合以調節粘合劑的性質。在另一實施方式中，低應用溫度熱熔性粘合劑其它成分。這些成分包括提供強度的增粘劑、調節粘度的蠟或增塑劑/油、和/或其它添加劑包括抗氧化劑或其它穩定劑。合適的增粘劑具有大於或等於80°C的軟化點。合適的增粘劑的實例列在PaulC.W.(2002)Hot Melt Adhesives, Chaudhury M and Pocius AV(ed)Surfaces, Chemistryand Applications:Adhesion Science and Engineering,Elsevier Science B.V.，TheNetherlands第711 - 757頁中，其包括完全或基本上飽和的(即氫化的)C5樹脂，衍生自戊間二烯或二-環戊二烯(DCPD)。其它合適的增粘劑包括衍生自石油蒸餾物的烴類、松香、松香酯、氫化松香酯、衍生自木材的聚萜烯類、衍生自合成化學品的聚萜烯類、以及這些中的任意組合。合適的增粘劑的可商購實例是得自Exxon-Mobil的ESC0REZ 5340增粘齊U。ESC0RE.Z 5340具有140°C的軟化點和在177°C下5000cps的粘度。另一適合的增粘劑ESCOREZ 5320具有122°C的軟化點和在177°C下1500cP的相對低的粘度。另一適合的增粘劑ESCOREZ 5415具有118°C的軟化點和在177°C下900cps的更低的粘度。在粘合劑組合物中增粘劑的量為O-約55重量％，基於 粘合劑的總重量。此外，粘合劑組合物可以包含抗氧化劑穩定劑，其合適用量足以保持粘合劑的所需性質。抗氧化劑穩定劑的足夠用量對於本領域技術人員而言是顯然的。例如，粘合劑組合物可以包含基於該粘合劑組合物約I重量％或更少的抗氧化劑穩定劑。合適的抗氧化劑的一個實例是以商品名1RGANOX 1010得自Ciba Specialty Chemicals的抗氧化劑。而且，蠟可以任選地存在於粘合劑中。合適的蠟包括固體石臘、微晶蠟、聚乙烯蠟、聚丙烯臘、副產聚乙烯臘、費託(Fischer-Tropsch)臘、氧化費託臘以及官能化臘例如輕基硬脂醯胺蠟和脂肪醯胺蠟。在本領域中通常使用術語「合成高熔點蠟」來包括高密度低分子量的聚乙烯蠟、副產聚乙烯蠟和費託蠟。在本發明的實踐中可以使用改性的蠟，包括乙酸乙烯酯改性的臘例如AC-400 (Honeywell)和MC-400 (得自Marcus Oil Company),馬來酸酐改性的蠟例如 Epolene C-18 (得自 Eastman Chemical)和 AC-575A 和 AC-575P (得自Honeywell)和氧化的蠟。如果使用，基於粘合劑的總重量，蠟存在的量通常不超過約15重量% O其它的添加劑包括增塑劑/油、彩色顏料或染料、香料、填料、聚合物增容劑和/或低軟化點添加劑。合適的增塑劑/油的實例包括苯甲酸酯類、鄰苯二甲酸酯類、石蠟油類、礦物油類、聚異丁烯、氯化石蠟等。合適的彩色顏料和填料的實施包括TiO2、炭黑和碳酸鈣。合適的聚合物增容劑的實例包括聚丙烯-聚乙烯、聚丙烯-聚丁烯二嵌段共聚物。可熱熔加工是指粘合劑組合物在加熱下，約38_235°C，可以被液化。通常，在應用位點上，基本上液化的粘合劑組合物經過一個噴嘴或多個噴嘴，或者可以經過一些其它機械元件例如狹縫。使用具有約70°C至約105°C的環與球法軟化點和在190°C下小於約1900cP的粘度的無定形聚丁烯共聚物製備的熱熔性粘合劑在105°C或更低的溫度下是可加工的。使用粘度在150°C下小於約6000cP的無定形聚丁烯共聚物製備的熱熔性粘合劑可以使用常規的噴嘴噴灑以在移動網片(web)上提供粘合劑的所需圖案和添加量(add-onlevels)。合適的噴嘴可商購自 Nordson Corporation 和 Illinois Tool Works Inc.。已經發現在140°C下tan δ值大於30的無定形聚丁烯共聚物基粘合劑可以有利地在等於或小於150°C下噴灑。優選地，在140°C下tanS值大於40，更優選在140°C下tan δ值大於50的無定形聚丁烯共聚物基粘合劑可以在等於或小於150°C的溫度下噴灑。通過將無定形聚丁烯共聚物與任選存在的其它成分加熱並共混來加工粘合劑組合物。這可以使用擠出機或熱熔加工裝置來加熱或加熱/共混。對於加熱和共混方法，可以預期各種方法:(I)可以將無定形聚丁烯共聚物加熱並在加熱該共聚物之後加入任選存在的成分，(2)可以將任選存在的成分加熱並在加熱任選存在的成分之後加入共聚物，或(3)在加熱之前可以將無定形聚丁烯共聚物和任選存在的成分進行組合。所得到的粘合劑可以直接用於粘接製品或可以被冷卻並加工成固體形式(例如，顆粒狀、枕狀或流延進模具或桶中等)，可以被儲存和/或運輸。固體形式的共混物在其被用於製備粘接的製品之前被加熱以使粘性粘合劑組合物基本上液化。製備粘接的製品的一個方法包括以下步驟:將無定形聚丁烯共聚物粘合劑加熱至約150°C的溫度，將該粘合劑施用至第一基材上，粘接第二基材使得所施用的粘合劑組合物的一部分或全部位於第一基材和第二基材之間，並將粘合劑冷卻以形成粘接。典型的基材是無紡膜材料，該材料通常具有約10_25gsm(g/m2)的基重(basisweight)，基於聚乙烯、聚丙烯、聚酯或纖維素的纖維。而且，典型的基材是柔性片狀膜，例如聚乙烯或聚丙烯膜。根據本發明的粘合劑可以用於粘接彼此相同或不同的基材材料。粘接的製品具有至少50g/英寸的動態剝離強度，即使在低的添加量下也如此。與傳統的熱熔性粘合劑相比，例如，基於茂金屬聚烯烴和橡膠基粘合劑，本發明的粘合劑顯示出高的多的剝離強度。由於本發明粘合劑的高的剝離強度，因此可以使用較少量的粘合劑塗布重量,例如小於或等於20gsm或小於或等於IOgsm,優選小於或等於5gsm,更優選小於或等於3gsm，來獲得足夠的與基材的粘接強度。此外，與需要大量增粘劑(其通常比聚合物更昂貴)的傳統粘合劑相比，使用無定形聚丁烯共聚物製備的粘合劑更便宜。無定形聚-α -烯烴共聚物基粘合劑在等於或低於150°C是可噴灑的。因為本發明的粘合劑可以在較低溫度下以低添加量施用，聚合物基材膜變形和褪色的可能性減少。本發明的粘接的製品適用於吸收性物品例如尿布、尿褲、嬰兒巾、訓練褲、吸收性內褲、兒童護理褲、遊泳衣、和其它一次性衣服；女性護理產品包括衛生巾、手巾、月經墊、褲內襯、褲襠墊布、止血墊、和止血墊供料器；成人護理產品包括手巾、襯墊、容器、失禁用產品和尿墊布；衣服部件；運動和娛樂產品；進行熱或冷治療的產品，醫用長袍(即保護和/或手術長袍)，手術帷簾，帽子，手套，面罩，繃帶，創傷敷料，手巾，覆蓋物，容器，濾紙，一次性衣服和床用襯墊，醫用吸收性衣服，護理墊；結構和包裝供給，工業用襯墊包括肉墊；清洗和消毒用產品，手巾，覆蓋物，濾紙，毛巾，浴巾，面巾，無紡輥物品，家居產品包括枕頭，墊，褥墊，面膜和身體護理產品例如用於清洗或處理皮膚的產品，實驗室服裝，連體服等。在不背離本發明的精神和範圍下可以對本發明進行各種改進和變化，這對本領域技術人員而言是明顯的。這裡描述的具體實施方式
僅以實施例的方式給出，且本發明僅受到所附的權利要求以及包括在權利要求之內的等效物的全部範圍的限制。實施例使用具有Thermosel加熱裝置和轉子27的布氏粘度計在190°C或150°C下測定粘度。

環與球法軟化點是根據ASTM E28的報告值。
使用得自Rheometric Scientific的ARES M流變儀利用溫度斜坡法(ARES LS)測定儲能模量和耗損模量並計算tan δ值。將樣品置於具有2mm間隙的平行板中(25mm幾何直徑)。以IOrad/秒的頻率和5°C /分鐘的冷卻速率進行從150°C至0°C的動態溫度掃描。由扭矩和應變數據(strain data)計算儲能模量(G』 )和耗損模量(G』』)。計算它們的比值(G，，/G，)(已知為 tan(5))0在模具中製備啞鈴型樣品用於張力峰值測試。測試樣品成型為具有由l/2」xl/2」連接部連接的兩個Γ』χ 」端部(總長度21/2」)，且樣品厚度為1/8」。然後將樣品在23°C和50%相對溼度下調理至少72小時並在23°C和50%相對溼度下在Sintechl/D機械測試儀上測試。夾住樣品的啞鈴端部(Γ』χ 」區域)並以12』』 /分鐘的滑杆速度拉伸樣品直到樣品撕裂或斷裂。該測試重複3-4次，計算和報告平均張力峰值。在23°C /50%相對溼度下在Sintechl/D機械測試儀上測定剝離強度。將粘合劑施用到無紡膜和Pliant poly膜(Pliant Corporation)之間並置於室溫下至少72個小時製備塗布的層疊樣品。使用三英寸寬的層疊樣品用於測試峰值剝離強度。在180°的角度以12英寸/分鐘的速率以T型將每個膜端彼此拉伸分離，並報告得到的剝離強度，以g/英寸計。表I列出了各種無定形聚丁烯共聚物和它們的相應粘度、軟化點和tan δ值。這類的共聚物可以通過Rextac, Evonik或Eastman購得,或者可以通過本領域已知的方法形成。表1:無定形丁烯-丙烯共聚物實例
權利要求
1.熱熔性粘合劑，基於所述粘合劑，其包含至少45重量％的無定形聚丁烯共聚物，所述無定形聚丁烯共聚物具有約70°C至約105°C的軟化點和在190°C下小於約1900cP的粘度，並且，其中，所述熱熔性粘合劑在150°C下具有小於約6000cP的粘度。
2.權利要求1所述的熱熔性粘合劑，其中所述無定形聚丁烯共聚物在140°C下具有大於3O的tan(S)值。
3.權利要求1所述的熱熔性粘合劑，其中所述無定形聚丁烯共聚物還包含丙烯共聚單體。
4.權利要求3所述的熱熔性粘合劑，其中所述無定形聚丁烯共聚物具有大於約40%的丁烯含量。
5.權利要求1所述的熱熔性粘合劑，其還包含軟化點大於或等於80°C的增粘劑。
6.權利要求4所述的熱熔性粘合劑，其中所述增粘劑的軟化點大於或等於100°C。
7.權利要求4所述的熱熔性粘合劑，其中所述增粘劑選自C5樹脂、石油蒸餾物、氫化烴類、C5/C9、聚萜烯類、松香、氫化松香、和松香酯、以及它們的任意混合物。
8.權利要求1所述的熱熔性粘合劑，其還包含熔點大於60°C的結晶蠟。
9.權利要求8所述的熱熔性粘合劑，其中所述結晶蠟選自費託蠟、石油基蠟、傳統蠟、天然來源蠟、功能化蠟、聚烯烴共聚物和它們的任意混合物。
10.權利要求1所述的熱熔性粘合劑，其基本上不含蠟和/或增塑劑。
11.權利要求1所述的熱熔性粘合劑，其包含大於50%的無定形聚丁烯共聚物。
12.權利要求11所述的熱熔性粘合劑，其包含大於60%的無定形聚丁烯共聚物。
13.權利要求1所述的熱熔性粘合劑，其中在23°C以12英寸/分鐘的拉伸速率下，所述粘合劑的張力峰值大於55psi。
14.包含權利要求1所述的粘合劑的物品。
15.權利要求14所述的物品，其是個人護理產品、健康產品、醫用產品、家居產品或工業產品。
16.權利要求15所述的物品，其是尿布、訓練褲、女性衛生護墊、肉墊和成人失禁用產品O
17.將權利要求1所述的粘合劑在150°C或更低溫度下施用至第一基材上，將第二基材施用到所述粘合劑上，由此形成粘接的方法。
18.權利要求17所述的方法，所述基材是無紡膜。
19.權利要求18所述的方法，其中以約0.1-約20g/m2的添加量通過熔體噴灑、旋轉成圖、無規噴灑和/或狹縫塗布將所述粘合劑施用到基材上。
20.權利要求19所述的方法，其中以約0.1-約10g/m2的添加量施用所述粘合劑。
全文摘要
發現具有約70℃至約105℃的軟化點和在190℃下小於約1900cP的粘度的無定形聚丁烯共聚物具有所需的性質，並可以用於製備用在一次性吸收製品中的低應用溫度熱熔性粘合劑。
文檔編號C09J5/00GK103189461SQ201180041300
公開日2013年7月3日 申請日期2011年8月24日 優先權日2010年8月26日
發明者胡宇紅, C·W·保羅, D·德賽, S·阿爾瓦拉多 申請人:漢高公司