DE10393236T5

DE10393236T5 - Schmelzkleber und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE10393236T5
Application number: DE10393236T
Authority: DE
Inventors: Lie-Zhong Gong; James W. Nowicki; Renu Lamba; Jagruti B. Patel
Original assignee: National Starch and Chemical Investment Holding Corp
Current assignee: National Starch and Chemical Investment Holding Corp
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2005-12-01
Also published as: GB2408742A; GB0504985D0; CN1678705A; WO2004022664A1; JP2005538220A; US20040045666A1; GB2408742B; AU2003263055A1; CN1289623C

Abstract

Schmelzkleber-Formulierung, die eine hohe Wärmebeständigkeit und Kältebeständigkeit hat, und ein Ethylencopolymer, das einen hohen polaren Anteil und einen niedrigen Schmelzindex hat, ein Ethylencopolymer, das einen niedrigen polaren Anteil und einen hohen Schmelzindex hat, einen polaren Klebrigmacher und ein Wachs umfasst.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schmelzkleber, die ausgezeichnete Kälte- und Wärmebeständigkeit haben. Der Kleber ist insbesondere zum Kleben bzw. Verbinden von mit Polymer laminierter Pappe einsetzbar.

Hintergrund der Erfindung

Von Kisten und Kartons, die bei der Verpackung von Lebensmitteln und Verbrauchsgütern verwendet werden, wird verlangt, dass sie gegenüber Kälte und Wärme beständig sind. Typischerweise wird ein vollständiges Faserreißen für Klebebindungen bei Temperaturen von 0°F bis 140°F gefordert. Obgleich herkömmlicherweise Schmelzkleber auf Ethylen-Vinylacetat (EVA)- und Ethylen-N-butylacrylat (EnBA)-Basis für Kisten- und Karton-Abdichtungsvorgänge verwendet werden, leidet die Bindungsfestigkeit an der Unfähigkeit des Klebers, wirksam in die Oberfläche einzudringen. Außerdem fehlt es an der notwendigen Kälte- und Wärmebeständigkeit, zum Beispiel erfüllen die im Handel verfügbaren Schmelzkleber auf EVA/EnBA-Basis nicht die Wärmebeständigkeitsanforderungen (Vollfaserreißen bei 140°F).

Um sicherzustellen, dass Kisten/Kartons die notwendige breite Kälte- und Wärmebeständigkeit (0°F bis 140°F) besitzen, verwenden Verpackungsfirmen üblicherweise Schmelzkleber auf Styrol-Isopren-Styrol (SIS)-Basis und/oder Styrol-Butadien-Styrol (SBS)-Basis, um Kisten oder Kartons zu versiegeln, die aus mit Polymerfilm laminierter Pappe hergestellt sind. Während Schmelzkleber auf SIS/SBS-Basis eine gute Klebebindungsintegrität und ausgezeichnete Kälte- und Wärmebeständigkeit für ein mit Polymer laminiertes Substrat liefern, haben sie verschiedene Nachteile.

1. Im Gegensatz zu EVA/EnBA-Schmelzkleber haben Schmelzkleber auf SIS/SBS-Basis eine schlechte thermische Stabilität. Beispielsweise kann die Viskosität über 85% abfallen, wenn sie für 72 h einem Standard-Wärmestabilitätstest bei 350°F unterworfen werden. Eine schlechte thermische Stabilität bedeutet eine kurze Klebertopfzeit. Darüber hinaus kann resultierende künstliche Kohle während der Kleberauftragung Schlauch und/oder Düse blockieren.
2. Schmelzkleber auf SIS/SBS-Basis sind mit Schmelzklebern auf EVA/EnBA-Basis nicht kompatibel, was Schwierigkeiten bereitet (zum Beispiel hinsichtlich der Reinigung usw.), wenn der Konverter/Verpacker während einer "On-line" Kleberauftragung zwischen den zwei Klebertypen wechseln möchte. Da Schmelzkleber auf der Basis von SIS/SBS sehr gummiartig sind, haben sie im Allgemeinen eine langsame Härtungsgeschwindigkeit, was zu einer langsamen Arbeitsgeschwindigkeit der Verpackungslinie führt.

Somit besteht ein Bedarf an der Entwicklung von Schmelzklebern auf EVA/EnBA-Basis zur Verwendung bei der Bindung von mit Polymer laminierten Substraten, die dieselbe gute Bindungsintegrität und ausgezeichnete Kälte- und Wärmebeständigkeit (von 0°F bis 140°F) wie Schmelzkleber auf SIS/SBS-Basis bereitstellen können, während die mit SIS/SBS verbundenen Probleme vermieden werden. Die vorliegende Erfindung wendet sich diesem Bedarf zu.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt eine Schmelzkleber-Formulierung bereit, die eine hohe Wärmebeständigkeit und Kältebeständigkeit hat. Bevorzugte Kleber haben eine Wärmebeständigkeit von mindestens etwa 125°F, bevorzugter mindestens etwa 140°F und eine Kältebeständigkeit bis herunter auf etwa 40°F, bevorzugter auf etwa 0°F haben, wenn sie bei Kisten- und Karton-Verschließvorgängen verwendet werden. Der Kleber ist besonders vorteilhaft, wenn er zum Verbinden von Substraten, die aus mit Polymer laminierter Pappe hergestellt sind, verwendet wird.

Der Kleber umfasst eine Mischung von Ethylencopolymeren, insbesondere ein Ethylen-Copolymer, das einen hohen polaren Anteil und einen niedrigen Schmelzindex hat, und ein Ethylen-Copolymer, das einen niedrigen polaren Anteil und einen hohen Schmelzindex hat. Typischerweise liegt das Ethylen-Copolymer, das einen hohen polaren Anteil und einen niedrigen Schmelzflussindex hat, in der Formulierung in Mengen vor, die größer sind als die des Ethylen-Copolymers, das einen geringen polaren Anteil und einen hohen Schmelzflussindex hat.

Kleber der Erfindung umfassen außerdem einen polaren Klebrigmacher und ein Wachs und können gegebenenfalls auch einen Kompatibilisator umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Klebrigmacher ein Terpenphenol, das einen Erweichungspunkt von etwa 115 bis etwa 140°C hat. Ein bevorzugter Kompatibilisator ist ein Terpenphenol mit einem Erweichungspunkt von weniger als etwa 115°C.

Ein besonders bevorzugter Kleber umfasst etwa 20 bis etwa 45 Gew.-% eines Ethylen-Vinylacetats, das einen Vinylgehalt von etwa 33 bis etwa 60 Gew.-% und einen Schmelzflussindex von kleiner als etwa 400 g/10 Minuten hat, etwa 1 bis etwa 30 Gew.-% eines Ethylen-Vinylacetats, das einen Vinylgehalt von weniger als etwa 32 Gew.-% und einen Schmelzflussindex von größer als 400 g pro 10 Minuten hat, etwa 2 bis etwa 40 Gew.-% eines Terpenphenolklebrigmachers, der einen Erweichungspunkt von etwa 115 bis etwa 140°C hat, etwa 0 bis etwa 10 Gew.-% eines Terpenphenols, das einen Erweichungspunkt von weniger als etwa 110°C hat, 20 bis 45 Gew.-% Wachs und 0 bis etwa 4 Gew.-% Stabilisator.

Von der Erfindung mit umfasst wird ein Herstellungsgegenstand, der den Schmelzkleber umfasst, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Verpackungskisten und -kartons, verpackte Gegenstände, Verfahren zum Verpacken bzw. Abdichten bzw. Versiegeln und/oder Bilden einer Kiste, eines Kartons, einer Schale, eines Beutels, eines Buchs oder dergleichen unter Verwendung des Klebers sowie Verfahren zum Binden eines ersten Subtrats an ein ähnliches oder nicht ähnliches zweites Substrat. Bei der Durchführung der Erfindung kann wenigstens eines des ersten Substrats oder des zweiten Substrats, oder können beide eine mit Polymer laminierte Pappe sein.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt Schmelzkleberzusammensetzungen und Verfahren zur Verwendung der Kleber zum Verbinden eines ersten Substrats mit einem zweiten Substrat bereit. In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Substrat, das an ein zweites Substrat zu binden ist, eine mit Polymer laminierte Pappe. Die Kleber haben eine gute Bindungsfestigkeit und eine hohe Wärme- und Kältebeständigkeit und werden vorteilhafterweise bei der Kisten- und Kartonherstellung und bei der Verpackung bzw. Versiegelung von Behältern, wie zum Beispiel Kisten oder Kartons, speziell von solchen, die aus mit Polymer laminierter Pappe hergestellt sind, verwendet.

Es wurde gefunden, dass EVA/EnBA-Schmelzkleber formuliert werden können, die (1) gute Bindungsintegrität und gute Kälte- und Wärmebeständigkeit zur Bindung von mit Polymerfilm laminierter Pappe besitzen (Faserreißen (full fiber tear) von 0°F bis 140°F), (2) eine bessere thermische Stabilität als Schmelzkleber auf SIS/SBS-Basis besitzen, (3) mit anderen Schmelzklebern auf EVA/EnBA-Basis gute Kompatibilität besitzen, (4) eine schnellere Härtungsgeschwindigkeit als Schmelzkleber auf SIS/SBS-Basis besitzen, (5) eine Viskosität von unter 1500 cPs bei 350°F besitzen, um sicherzustellen, dass sie unter Verwendung der gängigen Kleberauftragungsvorrichtung (zum Beispiel Schlitzextrusion von Norton, Inc.) anwendbar sind, und (6) einen Trübungspunkt von weniger als 330°F besitzen, um die Schmelzkleber bei der Auftragungstemperatur (zum Beispiel 350°F) als einzelne Faser aufrechtzuerhalten.

Die erfindungsgemäßen Kleberzusammensetzungen umfassen wenigstens ein Ethylencopolymer und können ein Gemisch aus zwei oder mehreren Polymeren umfassen. Der Ausdruck Ethylencopolymer, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf Homopolymere, Copolymere und Terpolymere von Ethylen. Die Polymerkomponente liegt üblicherweise bei einer Menge von etwa 10% bis etwa 60%, bevorzugter von etwa 20% bis etwas 45%, noch bevorzugter von etwa 25% bis etwa 35%. Beispiele für Ethylencopolymere umfassen Copolymere mit einem polaren Monomer oder mehreren polaren Monomeren, die mit Ethylen copolymerisieren können, zum Beispiel Vinylacetat oder andere Vinylester von Monocarbonsäuren oder Acryl- oder Methacrylsäure oder deren Ester mit Methanol, Ethanol oder anderen Alkoholen. Eingeschlossen sind Ethylen-Vinylacetat, Ethylen-Methylacrylat, Ethylen-Ethylacrylat, Ethylen-n-Butylacrylat, Ethylen-Acrylsäure, Ethylen-Methacrylat und Gemische und Mischungen davon. Andere Beispiele umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, recyceltes Polyethlenperephthalat und Polyethylen, Ethylen/α-Olefin-Interpolymere, Poly(buten-1-coethylen), ataktisches Polypropylen, Polyethylen niedriger Dichte, homogene lineare Ethylen/α-Olefin-Copolymere, n-Butylacrylat-Copolymere mit niedrigerem Schmelzindex, Ethylen-Vinylestercopolymere. Statistische und Blockcopolymere wie auch Mischungen davon können in der Praxis der Erfindung eingesetzt werden.

Bevorzugte Kleber zur Verwendung bei der Durchführung der Erfindung umfassen wenigstens ein Ethylen-n-butylacrylat-Copolymer und/oder Ethylen-Vinylacetat.

Ethylen-n-butylacrylat-Copolymere sind von Elf Atochem North America, Philadelphia, PA unter den Handelsbezeichnungen Lotryl^®, von Exxon Chemical Co. unter der Handelsbezeichnung Enable^® (z. B. EN33330, das einen Schmelzindex von etwa 330 Gramm/10 Minuten und einen n-Butylacrylatgehalt von etwa 33 Gew.-% in dem Copolymer hat, und EN33900, das einen Schmelzindex von etwa 900 und einen n-Butylacrylatgehalt von etwa 35 Gew.-% hat) und von Millennium Petrochemicals unter der Handelsbezeichnung Enathene^® (z. B. EA 89822, das einen Schmelzindex von etwa 400 Gramm/10 Minuten und einen n-Butylacrylatgehalt von etwa 35 Gew.-% in Copolymer hat).

Ethylen-Vinylacetatcopolymere sind von DuPont Chemical Co., Wilmington, DE unter der Handelsbezeichnung Elvax^® (z. B. Elvax^® 210, das einen Schmelzindex von 400 Gramm/10 Minuten und einen Vinylacetatgehalt von 28 Gew.-% in dem Copolymer hat, Elvax^® 205W, das einen Schmelzindex von 800 und einen Vinylacetatgehalt von etwa 28 Gew.-% in dem Copolymer hat, und Elvax^® 410, das einen Schmelzindex von 500 und einen Vinylacetatgehalt von etwa 18 Gew.-% hat). Andere Ethylenvinylacetatcopolymere sind von Exxon Chemical Co. unter der Handelsbezeichnung Escorene^® (z. B. UL 8705) und von Millennium Petrochemicals, Rolling Meadows, IL, unter der Handelsbezeichnung Ultrathene^® (z. B. UE 64904) und AT^®-Copolymere, erhältlich von AT Polymers & Film Co., Charlotte, NC (z. B. AT^® 1850M) verfügbar.

Besonders bevorzugte Kleber umfassen ein EVA mit einem hohen Vinylgehalt und einem niedrigen Schmelzindex, ein EVA mit einem niedrigen Vinylgehalt und einem hohen Schmelzflussindex, einen polaren Klebrigmacher und ein Wachs. Besonders bevorzugte Schmelzkleber auf EVA-Basis umfassen etwa 20 bis etwa 45 Gew.-% eines EVA mit einem hohen Vinylgehalt und einem niedrigen Schmelzindex, etwa 1 bis etwa 30 Gew.-% eines EVA mit einem niedrigen Vinylgehalt und einem hohen Schmelzindex, etwa 2 bis etwa 40 Gew.-% eines polaren Klebrigmachers, etwa 0 bis etwa 10 Gew.-% eines Kompatibilisators, etwa 20 bis etwa 45 Gew.-% eines Wachses und können auch herkömmliche Additive wie z. B. bis zu etwa 4 Gew.-% eines Stabilisators, wie z. B. Organox, enthalten.

EVA mit einem hohen Vinylgehalt und mit einem niedrigen Schmelzindex liegt typischerweise in Mengen von etwa 20 bis etwa 45 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Klebers, vor. Der Vinylacetatgehalt wird im Allgemeinen etwa 33 bis etwa 60 Gew.-% sein. EVAs mit hohem Vinylgehalt, die bei der Durchführung der Erfindung einsetzbar sind, werden typischerweise Schmelzindices von kleiner als etwa 400 Gramm/10 Minuten, typischer kleiner als etwa 100 Gramm/10 Minuten, haben.

EVA mit einem niedrigen Vinylgehalt und einem hohen Schmelzflussindex wird typischerweise in Mengen von etwa 1 bis etwa 30 Gew.-%, bevorzugter in Mengen von etwa 1 Gew.-% bis etwa 12 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Klebers, vorliegen. Der Vinylacetatgehalt wird im Allgemeinen unter etwa 32% liegen. EVAs mit niedrigem Vinylgehalt zur Verwendung bei der Durchführung der Erfindung werden typischerweise Schmelzindices von größer als etwa 400 Gramm/10 Minuten, typischer von etwa 900 bis etwa 2500 Gramm/10 Minuten haben.

In bevorzugten Ausführungsformen wird die Menge des EVA mit hohem Vinylgehalt und niedrigem Schmelzindex in der Kleberformulierung in größeren Mengen als diejenige mit niedrigem Vinylgehalt und hohem Schmelzindex vorliegen.

Die Kleber der vorliegenden Erfindung umfassen auch einen polaren Klebrigmacher. Bevorzugte polare Klebrigmacher zur Verwendung bei der Durchführung der Erfindung sind modifizierte Terpene, vorzugsweise ein mit Phenol modifiziertes Harz mit einem Erweichungspunkt von etwa 115 bis etwa 140°C, z.B. SYLVARES TP 2040 HM, erhältlich von Arizone Chemical Company.

Terpene sind cyclische, ungesättigte C₁₀-Kohlenwasserstoffe, die aus dem Kraftverfahren zur Herstellung von Papier, Terpentinen und Citrusölen erhalten werden. Beispiele für Terpenverbindungen umfassen alpha-Pinen, beta-Pinen, d-Limonen, Dipenten (racemisches Limonen), delta-3-Caren, Camphen, Terpinen und dergleichen. Alpha-Pinen ist zur Verwendung bevorzugt.

Eine phenolische Verbindung hat wenigstens eine Hydroxylgruppe direkt an einen aromatischen Ring gebunden. Die phenolische Stammverbindung ist Phenol selbst. Andere phenolische Verbindungen sind Derivate von Phenol, in denen 0 bis 2 der aromatischen Wasserstoffe durch eine gleiche Anzahl von Substituenten, die unabhängig ausgewählt sind, aus Hydroxyl, C₁–C₁₂-Alkyl, C₁–C₁₂-Alkyl, substituiert mit 1 oder 2 Gruppen, ausgewählt aus Hydroxyl und Phenyl, Phenyl, und Phenyl, substituiert mit 1 oder 2 Gruppen, ausgewählt aus Hydroxyl und C₁–C₁₂-Alkyl, ersetzt sind.

Spezifische Derivate von Phenol umfassen Cresole (einschließlich Ortho-, Meta- und Paracresole), 1,3,5-Xylenole, C₁–C₁₂-Alkylphenol, Iso-propylphenol, Tert.-Butylphenol, Amylphenol, Octylphenol, Nonylphenol, Diphenylolpropan, Phenylphenol, Resorcinol, Cashew-Nussschalenflüssigkeit, Bisphenol-A und Cu mylphenol. Phenolische Verbindungen mit einem einzelnen Substituenten in der Paraposition (bezüglich der Hydroxylgruppe) umfassen p-tert-Butylphenol, p-Octylphenol und p-Nonylphenol. Eine bevorzugte phenolische Verbindung zur Verwendung in der Durchführung der Erfindung ist Phenol.

Besonders bevorzugte Schmelzkleberzusammensetzungen umfassen auch bis zu etwa 10 Gew.-% eines Kompatibilisators. Übliche Kompatibilisatoren umfassen Harzsäureester, C₅/C₉-Kohlenwasserstoffharze und Terpenphenole mit niedrigem Erweichungspunkt. Ein Terpenphenolharz mit einem Erweichungspunkt von niedriger als etwa 115°C, z. B. XR 7086, erhältlich von Arizona Chemical Company, ist ein bevorzugter Kompatibilisator zur Verwendung bei der Durchführung der Erfindung.

Geeignete Wachse zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung umfassen Paraffinwachse, mikrokristalline Wachse, Polyethylenwachse mit hoher Dichte und niedrigem Molekulargewicht, Nebenproduktpolyethylenwachse, Fischer-Tropsch-Wachse, oxidierte Fischer-Tropsch-Wachse und funktionalisierte Wachse, wie z. B. Hydroxysteramidwachse und Fettamidwachse. Auf dem Fachgebiet ist es üblich, die Terminologie synthetische Wachse mit hohem Schmelzpunkt zu verwenden, um Polyethylenwachse hoher Dichte und niedrigem Molekulargewicht, Nebenproduktpolyethylenwachse und Fischer-Tropsch-Wachse zu bezeichnen. Modifizierte Wachse, z. B. Vinylacetat-modifizierte und mit Maleinsäureanhydrid modifizierte Wachse, können ebenfalls verwendet werden. Die Wachskomponente wird in Konzentrationen von über etwa 10 Gew.-%, typischerweise etwa 20 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Klebers, verwendet.

Die hierin verwendeten Paraffinwachse sind solche, die einen Ring- und Kugelerweichungspunkt von etwa 55°C bis etwa 85°C haben. Bevorzugte Paraffinwachse sind Okerin^® 236 TP, erhältlich von Astor Wax Corporation, Doraville, VA.; Penreco^® 4913, erhältlich von Pennzoil Products Co., Houston, TX.; R-7152 Paraffin Wax, erhältlich von Moore & Munger, Shelton, CN.; und Paraffin Wax 1297, erhältlich von International Waxes, Ltd. in Ontario, Kanada. Besonders bevorzugt sind Paraffinwachse mit Schmelzpunkten im Bereich von etwa 130 bis 170°F, z. B.

Pacemaker, erhältlich von Citgo, und R-2540, erhältlich von Moore und Munger; und synthetische Fischer-Tropsch-Wachse mit niedrigem Schmelzpunkt, die einen Schmelzpunkt von weniger als etwa 180°F haben. Das am meisten bevorzugte Wachs ist Paraffinwachs und Gemische davon mit einem Schmelzpunkt von etwa 145 bis etwa 165°F. Andere paraffinische Wachse umfassen Wachse, erhältlich von CP Hall unter den Produktbezeichnungen 1230, 1236, 1240, 1245, 1246, 1255, 1260 und 1262. Das paraffinische Wachs CP Hall 1246 ist von CP Hall (Stow, Ohio) erhältlich.

Die verwendbaren mikrokristallinen Wachse sind solche, die 50 Gew.-% oder mehr cyclo- oder verzweigte Alkane mit einer Länge von zwischen 30 und 100 Kohlenstoffatomen haben. Sie sind im Allgemeinen weniger kristallin als Paraffin und Polyethylenwachse und haben Schmelzpunkte von höher als etwa 70°C. Beispiele umfassen Victory^® Amber Wax, ein bei 70°C schmelzendes Wachs, das von Petrolite Corp. mit Sitz in Tulsa, OK., erhältlich ist; Bareco^® ES-796 Amber Wax, ein bei 70°C schmelzendes Wachs, das von Bareco, Chicago, IL., erhältlich ist; Okerin^® 177, ein bei 80°C schmelzendes Wachs, erhältlich von Astor Wax Corp.; Besquare^® 175 und 195 Amber Waxes und mikrokristalline Wachse mit einem Schmelzpunkt von 80°C und 90°C, die beide von Petrolite Corp. in Tulsa, OK., erhältlich sind; Indramic^® 91, ein Wachs mit einem Schmelzpunkt von 90°C, das von Industrial Raw Materials mit Sitz in Smethport, PA., erhältlich ist, und Petrowax^® 9508 Light, ein Wachs mit einem Schmelzpunkt von 90°C, das von Petrowax PA, Inc., mit Sitz in New York, N.Y., erhältlich ist.

Beispiele für Polyethylenwachse mit hoher Dichte und niedrigem Molekulargewicht, die in diese Kategorie fallen, umfassen Ethylenhomopolymere, verfügbar von Petrolite, Inc. (Tulsa, Okla.) als Polywax^TM 500, Polywax^TM 1500 und Polywax^TM 2000. Polywax^TM 2000 hat ein Molekulargewicht von etwa 2000, einen Mw/Mn-Wert von etwa 1,0, bei 16°C eine Dichte von etwa 0,97 g/cm³ und einen Schmelzpunkt von etwa 126°C.

Die erfindungsgemäßen Kleber enthalten vorzugsweise auch einen Stabilisator oder ein Antioxidans. Diese Verbindungen werden zugesetzt, um den Kleber von einem durch Reaktion mit Sauerstoff bewirkten Abbau, der durch Dinge wie Wärme, Licht oder restlicher Katalysator aus den Ausgangsmaterialien, wie z. B. dem klebrig machenden Harz, zu schützen.

Unter den anwendbaren Stabilisatoren oder Antioxidantien, die hier eingeschlossen werden, sind gehinderte Phenole mit hohem Molekulargewicht und multifunktionellen Phenole, wie z. B. Schwefel- und Phosphor enthaltendes Phenol. Gehinderte Phenole sind dem Fachmann gut bekannt und können als phenolische Verbindungen charakterisiert werden, die auch sterisch voluminöse Reste in enger Nachbarschaft zu der phenolischen Hydroxylgruppe enthalten. Tertiäre Butlygruppen sind im Allgemeinen am Benzolring in wenigstens einer der Orthopositionen bezüglich der phenolischen Hydroxylgruppe substituiert. Das Vorliegen dieser sterisch voluminösen substituierten Reste in Nachbarschaft zur Hydroxylgruppe dient dazu, ihre Dehnungsfrequenz zu verzögern und entsprechend ihre Reaktivität zu verzögern; diese Hinderung versieht somit die phenolische Verbindung mit ihren stabilisierenden Eigenschaften. Typische gehinderte Phenole umfassen: 1,3,5-Trimethyl-2,4,6-tris-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)-benzol; Pentaerythrityl-tetrakis-3(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionat; n-Octadecyl-3(3,5-di-tertbutyl-4-hydroxyphenyl)-propionat; 4,4'-Methylenbis (2,6-tert-butylphenol); 4,4'-Thiobis (6-tert-butyl-o-cresol); 2,6-di-tert-butyphenol; 6-(4-Hydroxyphenoxy)-2,4-bis(n-octyl-thio)-1,3,5-triazin; di-n-octylthio)ethyl-3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzoat und Sorbitolhexa[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxy-phenyl)-propionat].

Die Leistungsfähigkeit dieser Antioxidantien kann weiter verstärkt werden, indem in Verbindung damit bekannte Synergisten, wie z. B. Thiodipropionatestern und -phosphite verwendet werden. Distearylthidipropionat ist besonders nützlich. Diese Stabilisatoren sind, wenn sie verwendet werden, im Allgemeinen in Mengen von etwa 0,1 bis 4 Gew.-%, typischer von etwa 0,25 bis etwa 1,0 Gew.-% vorhanden.

Solche Antioxidantien sind von Ciba-Geigy, Hawthorne, NY, im Handel verfügbar und umfassen Irganox^® 565, 1010 und 1076, die gehinderte Phenole sind. Diese sind primäre Antioxidantien, die als Radikalfänger wirken und allein oder in Kom bination mit anderen Antioxidantien, wie z. B. Phosphit-Antioxidantien wie Irgafos^® 168, erhältlich von Ciba-Geigy, verwendet werden können. Phosphitkatalysatoren werden als sekundäre Katalysatoren angesehen und werden im Allgemeinen nicht allein verwendet. Diese werden primär als Peroxidzersetzungsmittel eingesetzt. Andere verfügbare Katalysatoren sind Cyanox^® LTDP, erhältlich von Cytec Industries in Stanford, CN., und Ethanox^® 1330, erhältlich von Albemarle Corp. in Baton Rouge, LA. Viele derartige Antioxidantien sind entweder zur alleinigen Verwendung oder in Kombination mit anderen derartigen Antioxidantien verfügbar. Diese Verbindungen werden den Schmelzklebern in geringen Mengen zugesetzt und haben auf die anderen physikalischen Eigenschaften keine Wirkung. Andere Verbindungen, die zugesetzt werden können, die auch die physikalischen Eigenschaften nicht beeinflussen, sind Pigmente, die Farbe verleihen, oder fluoreszierende Mittel, um nur einige zu nennen. Additive wie diese sind dem Fachmann bekannt.

In Abhängigkeit von den ins Auge gefassten Endverwendungen der Kleber können andere Additive wie z. B. Weichmacher, Pigmente und Farbstoffe, die herkömmlicherweise Schmelzklebern zugesetzt werden, enthalten sein. Außerdem können geringe Mengen an zusätzlichen Klebrigmachern und/oder Wachsen wie z. B. mikrokristalline Wachse, hydriertes Castoröl und mit Vinylacetat modifizierte synthetische Wachse, in geringeren Mengen, d.h. bis zu etwa 10 Gew.-%, in die erfindungsgemäßen Formulierungen eingearbeitet werden.

Die erfindungsgemäßen Kleberzusammensetzungen werden hergestellt, indem die Komponenten in der Schmelze bei einer Temperatur von über etwa 120°C, typischerweise bei etwa 150°C, vermischt werden, bis eine homogene Mischung erhalten wird, wobei üblicherweise etwa zwei Stunden ausreichend sind. Auf dem Fachgebiet sind verschiedene Mischverfahren bekannt und jedes Verfahren, das eine homogene Mischung liefert, ist zufriedenstellend.

Die erfindungsgemäßen Kleber werden typischerweise bei Temperaturen von etwa 300°F bis etwa 370°F bis etwa 350°F aufgetragen, um ausgezeichnete Kleberbin dungen bereitzustellen, selbst wenn eine Bindung an mit Polymer laminierte Pappe, einschließlich mit metallisiertem Polymerfilm laminierter Pappe, erfolgt.

Die Kleber besitzen ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und Kältebeständigkeit. Hohe Wärmebeständigkeit, wie sie hier definiert ist, bezeichnet die Fähigkeit, eine akzeptable Faserreißbindung bei erhöhten Temperaturen von etwa 125°F, vorzugsweise 140°F, aufrechtzuerhalten. Kältebeständigkeit ist die Fähigkeit, eine hohe Bindungsfestigkeit in der Kälte ohne Tendenz zum Reißen bei 40°F (4°C), vorzugsweise 0°F, aufrechtzuerhalten. Ein akzeptables Faserreißen wird hierin verwendet, um ein Faserreißen von wenigstens 75% oder höher zu bezeichnen.

Die erfindungsgemäßen Schmelzkleber finden z. B. beim Verpacken, Konvertieren, Buchbinden, Beutelverschließen, Etikettieren und bei Nonwovens Anwendung. Die Kleber finden besondere Verwendung bei der Herstellung von Kisten, Kartons und Schalen und als Dichtungskleber, einschließlich bei Heißsiegelanwendungen, z. B. bei der Verpackung von Getreiden, Crackern und Bierprodukten. Von der Erfindung werden auch Behälter, wie z. B. Kartons, Behälter, Kisten, Beutel, Schalen und dergleichen mit umfasst. Der Kleber der Erfindung kann auch als Laminierungskleber eingesetzt werden.

Die zu verbindenden Substrate umfassen unbehandelte und recycelte Kraftmaterialien, Kraftmaterialien hoher und niedriger Dichte, Maschinengraupappe und verschiedene Typen behandelter und beschichteter Kraftmaterialien und Maschinengraupappe. Verbundmaterialien werden ebenfalls für Verpackungsanwendungen wie z. B. für die Verpackung von alkoholischen Getränken, eingesetzt. Diese Verbundmaterialien können Maschinengraupappe auf eine Aluminiumfolie laminiert enthalten, die ferner auf Filmmaterialien wie Polyethylen-, Polyethylenterephthalat (PET, auch Mylar genannt)-, mit Acryl beschichtete, orientierte Polypropylen (OPP)-, Polyvinylidinchlorid (PVC)-, Ethylenvinylacetat-, Polystyrolschaum- und verschiedene andere Typen von Filmen laminiert ist. Außerdem können diese Filmmaterialien auch direkt an Maschinengraupappe oder Kraftmaterial gebunden sein. Die vorstehend genannten Substrate stellen keineswegs eine er schöpfende Liste dar, da in der Verpackungsindustrie eine enorme Vielzahl von Substraten, speziell Verbundmaterialien, Anwendung findet.

Schmelzkleber zur Verpackung werden im Allgemeinen in Perlenform auf ein Substrat extrudiert, wobei eine Extrudiervorrichtung mit Kolbenpumpe oder Zahnradpumpe verwendet wird. Eine Vorrichtung zum Schmelzauftragen ist von verschiedenen Lieferanten, einschließlich Nordson, ITW und Slautterback, verfügbar. Es werden auch Radauftragungsvorrichtungen zum Auftragen von Schmelzklebern verwendet, allerdings werden diese weniger häufig eingesetzt als Extrudiervorrichtungen.

In den folgenden Beispielen, die nur zu erläuternden Zwecken angeführt werden, sind alle Teile Gewichtsteile und alle Temperaturen sind in °C angegeben, wenn nichts anderes angezeigt ist.

BEISPIELE
Schmelzkleber, die in dieser Erfindung offenbart sind, werden den folgenden Tests unterzogen.
Kältebeständigkeitstest
Schmelzkleber wird unter Verwendung eines Glasstabs auf die Trennpapierseite einer mit einem Polymerfilm (z. B. PET, mit Acryl beschichtetes OPP, PVC) laminierten Pappe aufgetragen. Ein Substrat wird dann oben auf den Schmelzkleber mit der Polymerseite dem Schmelzkleber zugewandt gelegt. Die Papier-Schmelzkleber-Polymerstruktur wird leicht für 2 S komprimiert, um eine Bindung zu bilden. Die resultierenden Bindungen werden bei Raumtemperatur über Nacht altern gelassen und dann in Kühlschränken für 24 h bei 0°F, 20°F, 40°F bzw. Raumtemperatur konditioniert. Die Bindungen werden entnommen und unverzüglich von Hand auseinandergezogen und dann wird das erhaltene Faserreißen aufgezeichnet.
Wärmebeständigkeitstest
Bindungen, die oben hergestellt wurden, werden in einem Ofen bei 140°F für 6 h konditioniert und dann unverzüglich abgezogen, um das Faserreißen aufzuzeichnen.
Test auf Heißklebrigkeit
Die Klebebindungen werden bei einer Sekunde Öffnungszeit und zwei Sekunden Kompressionszeit hergestellt. Die Bindung wird dann unverzüglich auseinandergezogen. Die Entbindungskraft wird als Maß für die Heißklebrigkeit des Klebers aufgezeichnet.
Trübungspunkt
Eine Kleberperle, die an einem Thermometer angeklebt ist, wird abkühlen gelassen. Der Trübungspunkt wird als die Temperatur definiert, bei der die Kleberperle trüb wird.
Test auf thermische Stabilität
Kleber werden für 72 h in einen Ofen mit 350°F gelegt. Dann wird die Viskositätsänderung als Resultat dieses Prozesses bestimmt und als Maß für die thermische Stabilität des Klebers verwendet.
Beispiel 1
Schmelzkleberproben 1 bis 6, die die in Tabelle 1 angegebenen Komponenten haben, wurden hergestellt, indem alle Komponenten bei 350°F vermischt wurden, bis sie homogen waren. Bindungen wurden bei 350°F hergestellt und wurden dann bei 0°F, 20°F, 40°F und bei Raumtemperatur für 24 Stunden gealtert. Die Bindungen wurden auseinandergezogen und der Prozentwert des Faserreißens wurde aufgezeichnet. Ein Faserreißen von Bindungen, die in einem Ofen bei 140°F für sechs Stunden gealtert waren, wurden verwendet, um die Wärmebeständigkeit der Formulierung zu beurteilen.
Die Kleberleistungsfähigkeit der Proben 1 bis 5 der Erfindung, des Vergleichsbeispiels 6 (ein EVA/EnBA-Schmelzkleber) und Vergleichsbeispiel 7 (ein SIS/SBS-Mischschmelzkleber) ist in Tabelle 2 gezeigt. Substrate für die Adhäsionstests waren Pappen, die mit acrylbeschichtetem OPP laminiert waren. Tabelle 1
Tabelle 2
Aus den Daten ist zu ersehen, dass die Beispiele 1, 2 und 3 zum Verbinden von Substraten, die aus mit Polymer laminierter Pappe hergestellt sind, besonders geeignet sind. Jedes zeigt bei Temperaturen von 0°F bis 140°F eine gute Adhäsion bei ausgezeichneter thermischer Stabilität. Das Vergleichsbeispiel 7 besaß gute Adhäsion, hatte aber eine sehr schlechte thermische Stabilität.
Es können viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, ohne ihren Geist und Umfang zu verlassen, was dem Fachmann klar sein wird. Die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen werden lediglich beispielhaft angeführt und die Erfindung soll nur durch die beigefügten Ansprüche zusammen mit im Umfang entsprechenden Äquivalenten beschränkt werden.
Zusammenfassung
Schmelzkleber, enthaltend Ethylencopolymere, einen Klebrigmacher und ein Wachs, sind zum Verbinden von Substanzen aus mit Polymer beschichteter Pappe geeignet.
Der Kleber ist insbesondere in Verpackungsanwendungen geeignet.

Claims

Schmelzkleber-Formulierung, die eine hohe Wärmebeständigkeit und Kältebeständigkeit hat, und ein Ethylencopolymer, das einen hohen polaren Anteil und einen niedrigen Schmelzindex hat, ein Ethylencopolymer, das einen niedrigen polaren Anteil und einen hohen Schmelzindex hat, einen polaren Klebrigmacher und ein Wachs umfasst.
Kleber nach Anspruch 1, wobei der Klebrigmacher ein Terpenphenolharz ist.
Kleber nach Anspruch 1, wobei die Menge des Ethylencopolymers, das einen hohen polaren Anteil und einen niedrigen Schmelzindex hat, in der Formulierung größer ist als die Menge des Ethylencopolymers, das einen niedrigen polaren Anteil und einen hohen Schmelzindex hat.
Kleber nach Anspruch 1, umfassend etwa 20 bis etwa 45 Gew.-% eines Ethylenvinylacetats, das einen Vinylgehalt von etwa 33 bis etwa 60 Gew.-% und einen Schmelzindex von kleiner als etwa 400 g/10 Minuten hat, und etwa 1 bis etwa 30 Gew.-% eines Ethylenvinylacetats, das einen Vinylgehalt von weniger als etwa 32 Gew.-% und einen Schmelzindex von größer als 400 g/10 Minuten hat.
Kleber nach Anspruch 4, der etwa 2 bis etwa 40 Gew.-% eines Terpenphenol-Klebrigmachers umfasst, wobei das Terpenphenol einen Erweichungspunkt von etwa 115 bis etwa 140°C hat.
Kleber nach Anspruch 5, der außerdem ein Terpenphenol mit einem Erweichungspunkt von weniger als etwa 115°C hat.
Kleber nach Anspruch 6, der außerdem ein Wachs umfasst.
Kleber nach Anspruch 1, der eine Wärmebeständigkeit von etwa 140°F oder höher hat.
Herstellungsgegenstand, der den Schmelzkleber nach Anspruch 1 umfasst.
Gegenstand nach Anspruch 9, der ein Verpackungsbehälter oder -karton ist.
Verfahren zur Abdichtung und/oder Bildung eines Behälters, eines Kartons, einer Schale, eines Beutels oder eines Buchs, umfassend Auftragen des Schmelzklebers nach Anspruch 1, um den Behälter, den Karton, die Schale, den Beutel oder das Buch abzudichten und/oder zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Kleber auf ein Substrat aufgebracht wird, das aus mit Polymer laminierter Pappe hergestellt ist.
Verpackter Gegenstand, der in einem Karton, einem Behälter, einer Schale oder einem Beutel enthalten ist, wobei der Karton, das Gehäuse, die Schale oder der Beutel den Kleber nach Anspruch 1 umfasst.
Verpackter Gegenstand nach Anspruch 13, der ein verpackter Lebensmittelgegenstand ist.
Verfahren zum Binden eines ersten Substrats an ein ähnliches oder nicht ähnliches zweites Substrat, umfassend Auftragen auf wenigstens ein erstes Substrat eine geschmolzene Schmelzkleberzusammensetzung, Inkontaktbringen eines zweiten Substrats mit der auf das erste Substrat aufgetragenen Zusammensetzung, wodurch das erste und das zweite Substrat aneinander gebunden werden, wobei der Schmelzkleber den Kleber nach Anspruch 1 umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei wenigstens eines von den ersten und/oder zweiten Substraten eine mit Polymer laminierte Pappe ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei sowohl das erste als auch das zweite Substrat eine mit Polymer laminierte Pappe sind.