ES2340158T3 - Masas autoadhesivas de acrilato bimodal. - Google Patents
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Abstract
Proceso para preparar un poliacrilato con distribución al menos bimodal del peso molecular, caracterizado porque se polimeriza una mezcla monomérica que contiene a1) 70 - 100% en peso, respecto al polímero, de ácido acrílico y/o de éster de ácido acrílico de la fórmula CH2 = C(R'') (COOR2), donde R'' = H o CH3 y R2 es una cadena alquílica de 1 a 20 átomos de C, a2) 0 - 30% en peso, respecto al polímero, de monómeros olefínicamente insaturados con grupos funcionales, mediante una polimerización radicalaria, al menos bifásica, en presencia de un disolvente orgánico o de una mezcla de disolventes orgánicos, para obtener un poliacrilato con amplia distribución, al menos bimodal, del peso molecular; de modo que en una primera fase de la polimerización, al menos bifásica, se polimeriza con una pequeña concentración de iniciador respecto al monómero, obteniéndose un primer polímero de alto peso molecular medio; de modo que antes de la reacción completa de la mezcla monomérica se inicia otra fase de la polimerización añadiendo, al menos una vez, un regulador, y de manera que en esta u otras fases adicionales se forma otro polímero de peso molecular medio más bajo.
Description
Masas autoadhesivas de acrilato bimodal.
La presente invención se refiere a un proceso
para elaborar un poliacrilato con al menos una distribución bimodal
del peso molecular, a un poliacrilato obtenible mediante este
proceso y a su empleo.
En el sector de las masas autoadhesivas, debido
al continuo perfeccionamiento del proceso tecnológico de
recubrimiento, hay una demanda ininterrumpida de nuevos
desarrollos. En la industria tienen una importancia creciente los
procesos de termofusión ("hot melt") con tecnología de
recubrimiento sin disolvente, para la elaboración de masas
autoadhesivas, pues las exigencias medioambientales son cada vez
mayores y los precios de los disolventes siguen subiendo. Por tanto
los disolventes deberían eliminarse en la mayor medida posible del
proceso de fabricación de cintas autoadhesivas. La consiguiente
introducción de la tecnología de termofusión plantea mayores
exigencias para las masas adhesivas. En concreto las masas
autoadhesivas de acrilato son objeto de muy intensas investigaciones
para su perfeccionamiento. Para usos de gran valor industrial se
prefieren los poliacrilatos, porque son transparentes y estables a
la intemperie. Aparte de estas ventajas las masas autoadhesivas de
acrilato deben cumplir elevados requisitos en cuanto a resistencia
al cizallamiento y fuerza de adherencia, lo cual se logra con
poliacrilatos de alto peso molecular, gran polaridad y subsiguiente
reticulación eficaz. Sin embargo estas masas autoadhesivas tan
resistentes al cizallamiento y tan polares tienen el inconveniente
de que no son adecuadas para el proceso de termofusión con
extrusora, ya que su gran viscosidad requiere altas temperaturas de
transformación y además el peso molecular del polímero se degrada
por cizallamiento en la extrusora. Con este deterioro disminuye
claramente el nivel técnico de adhesión. La fuerza de adherencia y
la pegajosidad (tack) son generalmente bajas, porque la temperatura
de transición vítrea es bastante alta debido a los componentes
polares en las masas adhesivas. Sobre todo disminuyen notablemente
las resistencias al cizallamiento de las masas autoadhesivas de
acrilato aplicadas por termofusión, en comparación con las aplicadas
originalmente con disolvente. Por ello actualmente se investigan
distintas posibilidades de reducción de la viscosidad, para
facilitar la aplicación de estas masas autoadhesivas por
extrusión.
Un concepto muy importante es el ajuste
selectivo de la distribución del peso molecular, para facilitar la
transformación. Las distribuciones bimodales del peso molecular
facilitan la transformación, porque las partes de bajo peso
molecular disminuyen la viscosidad y las partes de peso molecular
elevado aumentan la resistencia al cizallamiento. Las distribuciones
bimodales de peso molecular se forman casi siempre por mezcla
selectiva. En la patente US 5,548,014 se preparan con este método
mezclas de poliolefina que se transforman por termofusión. El
inconveniente general de este método es que primero se preparan los
polímeros de distinto peso molecular medio en un proceso de dos
etapas y luego hay que mezclarlos. En las patentes US 5, 863, 665 y
5, 773, 155 se describe un proceso de este tipo para mezclar
poliolefinas. En este caso también se requiere un aporte de energía
bastante grande para mezclar ambos sistemas, porque los polímeros -
a causa de sus largas cadenas - son relativamente poco miscibles
entre sí.
También se han revelado distribuciones bimodales
de peso molecular para la degradación de almidón en dispersiones de
poliacrilato (US 6,084,018, US 6,080,813, US 5,705,563), pero aquí
no hay ninguna relación con el elastómero ni con un proceso de
termofusión y extrusión.
En las patentes US 4,619,979 y US 4,843,134 se
describe un proceso de fabricación para polimerizar acrilatos sin
disolvente. En este caso se preparan polímeros muy ramificados en un
determinado reactor de polimerización. La desventaja es la
formación de una gran proporción de gel durante la polimerización,
que, si bien permite lograr una distribución bimodal de peso
molecular, hace imposible la aplicación de este tipo de material, y
el bajo rendimiento de la polimerización, que obliga a extraer
monómero acrílico del sistema, de manera relativamente costosa.
Como las masas autoadhesivas de acrilato casi siempre constan de
varios comonómeros, cuyas temperaturas de ebullición y presiones de
vapor son diferentes, el proceso resulta muy complejo.
El objeto de la presente invención consiste en
evitar los inconvenientes actuales del estado técnico y proporcionar
un poliacrilato de distribución ampliamente bimodal, fácil de
transformar por termofusión, manteniendo sus buenas características
técnicas de adherencia. El poliacrilato debe tener preferiblemente
un bajo contenido de resto de monómeros.
Este objetivo se resuelve con un proceso de
polimerización según la reivindicación principal, y con un
poliacrilato y su uso según las reivindicaciones secundarias, las
cuales describen desarrollos ventajosos de la presente
invención.
Por lo tanto es objeto de la presente invención
un proceso para preparar un poliacrilato con distribución al menos
bimodal del peso molecular, el cual se caracteriza por polimerizar
una mezcla monomérica que contiene
- a1)
- 70 - 100% en peso, respecto al polímero, de ácido acrílico y/o de éster de ácido acrílico de la fórmula CH_{2} = C(R') (COOR^{2}), donde R' = H o CH_{3} y R^{2} es una cadena alquílica lineal, ramificada o cíclica de 1 a 20 átomos de C,
- a2)
- 0 - 30% en peso, respecto al polímero, de monómeros olefínicamente insaturados con grupos funcionales,
mediante una polimerización radicalaria, al
menos bifásica, para obtener un poliacrilato con una amplia
distribución, al menos bimodal, del peso molecular; de modo que en
una primera fase de la polimerización al menos bifásica se
polimeriza con una pequeña concentración de iniciador respecto al
monómero, resultando un primer polímero de alto peso molecular
medio, de modo que antes de la reacción completa de la mezcla
monomérica se inicia otra fase de la polimerización mediante la
adición, al menos única, de un regulador, y de manera que en esta u
otras fases adicionales se forma otro polímero de peso molecular
medio más bajo.
Como poliacrilato con una amplia distribución
bimodal se entiende aquél que comprende un polímero o una población
de pesos moleculares (en lo sucesivo P_{1}) de peso molecular
medio relativamente bajo y un polímero o población de pesos
moleculares (en lo sucesivo P_{2}) de peso molecular medio
relativamente alto, de modo que los máximos de ambas distribuciones
de peso molecular disten entre sí, preferiblemente, al menos 50.000
g/mol. En una forma de ejecución preferida la polimerización se
realiza en dos fases y el polímero obtenido tiene dos picos
marcados de peso molecular en el cromatograma de gel, es decir, dos
máximos pronunciados en la distribución de peso molecular, que
distan 50.000 g/mol entre sí.
En una forma de ejecución preferida la
polidispersión de los polímeros es mayor de 6.
Preferiblemente la polimerización radicalaria,
al menos bifásica, se realiza hasta una conversión total, incluyendo
todas las fases, superior al 97%, de manera que el contenido
residual de monómeros queda muy bajo.
La composición de los respectivos monómeros se
elige de modo que las masas adhesivas resultantes posean
características adherentes según D. Satas (Handbook of Pressure
Sensitive Adhesive Technology [Manual de tecnología de adhesivos
sensibles a la presión], 1989, editorial VAN NOSTRAND REINHOLD,
Nueva York).
La polimerización se puede llevar a cabo en
reactores de polimerización provistos en general de un agitador,
varios recipientes de alimentación, enfriador de reflujo,
calefacción y refrigeración, y equipados para trabajar en atmósfera
de N_{2} y con sobrepresión.
La polimerización por radicales libres se
efectúa en presencia de un disolvente orgánico o en mezclas de
disolventes orgánicos. Preferiblemente se utiliza la menor cantidad
posible de disolvente. El tiempo de polimerización - según el grado
de conversión y la temperatura - está comprendido entre 6 y 48 h.
Como disolventes para la polimerización en disolución se usan
preferiblemente ésteres de ácidos carboxílicos saturados (como
acetato de etilo), hidrocarburos alifáticos (como
n-hexano o n-heptano), cetonas (como
acetona o metil-etilcetona), bencina tipo "White
spirit" o mezclas de dichos disolventes.
Como iniciadores de polimerización para el
proceso de la presente invención se usan los habituales compuestos
generadores de radicales, por ejemplo peróxidos y azocompuestos.
También se pueden usar mezclas de iniciadores. Para una forma de
ejecución preferida de la presente invención, la relación molar de
iniciador a monómero en la primera fase es menor de 0,005, con
especial preferencia menor de 0,003. La adición de iniciador en la
primera fase puede efectuarse en una o varias etapas. Como
iniciadores se utilizan con especial preferencia
azobisisobutironitrilo (AIBN) o Vazo 67® (de DuPont).
En la segunda fase se agregan reguladores a la
polimerización para rebajar el peso molecular.
Como reguladores de polimerización pueden
añadirse p.ej. alcoholes, éteres, ditioéteres, ditiocarbonatos,
tritiocarbonatos, nitróxidos, bromuros de alquilo, tioles, TEMPO y
derivados de TEMPO. Según una forma de ejecución preferida de la
presente invención se utiliza isopropanol como regulador. La
adición del regulador tiene lugar como muy pronto al cabo de una
hora de tiempo de polimerización y lo más tarde 2 h antes del final
de la reacción. La distribución del peso molecular se puede
controlar mediante el momento de la adición. Cuanto más tarde se
añada el regulador menor será la proporción de bajo peso molecular
del poliacrilato. La cantidad de regulador depende de la eficiencia;
como mínimo se usan 0,01 partes en peso respecto a monómeros. De
isopropanol, como regulador especialmente preferido, se emplean
entre 3 y 30, sobre todo entre 5 y 25, partes en peso respecto a
monómeros.
Para aumentar el rendimiento también puede ser
ventajoso agregar un iniciador que tenga una eficiencia de
reticulación superior a 5. Tales iniciadores son p.ej. Perkadox 16®,
de la firma Akzo Nobel.
El objetivo de la presente invención también se
resuelve mediante un nuevo poliacrilato con amplia distribución -
al menos y preferiblemente bimodal - del peso molecular, cuyos
máximos, de al menos dos polímeros, distan entre sí,
preferiblemente, al menos 50.000 g/mol. Gracias a sus propiedades,
el poliacrilato según la presente invención es especialmente apto
para ser usado en procesos de recubrimiento por termofusión y por
tanto para la elaboración de cintas autoadhesivas y de artículos
autoadhesivos. Posee una buena resistencia al cizallamiento y una
fluidez suficiente durante la aplicación por termofusión a
temperaturas moderadas.
Asimismo puede ser ventajoso mezclar los
polímeros de la presente invención con reticulantes. Aquí pueden
emplearse como tales todos los compuestos bi- o multifuncionales
cuyos grupos funcionales son capaces de reticular los
poliacrilatos, sobre todo mediante reacciones de polimerización,
policondensación o poliadición. Estas reacciones atacan
preferentemente los grupos carboxilo. Como reticulantes son
adecuados concretamente los epóxidos o isocianatos con al menos dos
grupos funcionales, aunque también son apropiados otros compuestos
capaces de reaccionar con grupos carboxilo. Para ello también pueden
emplearse compuestos de quelato metálico.
Por tanto, de forma ventajosa para la presente
invención el poliacrilato contiene unidades de monómero
olefínicamente insaturado con grupos funcionales, en una proporción
de 0-30% en peso respecto al polímero. Estos grupos
se emplean para regular las propiedades técnicas de adherencia.
Como compuestos vinílicos o monómeros
olefínicamente insaturados con grupos funcionales se pueden
emplear, sobre todo: ésteres vinílicos, éteres vinílicos,
halogenuros de vinilo, halogenuros de vinilideno, compuestos
vinílicos con ciclos y heterociclos aromáticos en posición
\alpha, por ejemplo acetato de vinilo, vinilformamida,
vinilpiridina, etilviniléter, cloruro de vinilo, cloruro de
vinilideno y acrilonitrilo. También se prefiere el uso de monómeros
con los siguientes grupos funcionales: hidroxilo, carboxilo, amido,
isocianato o amino.
Como compuestos vinílicos con grupos funcionales
también se pueden utilizar muy ventajosamente los compuestos de la
siguiente estructura:
donde R_{1} = H o CH_{3} y el
radical -OR_{2} representa o contiene el grupo funcional de la
masa autoadhesiva y no sirve de grupo funcional para la
reticulación - con la base formada a partir de
b).
Ejemplos especialmente preferidos de compuestos
vinílicos con grupos funcionales para usar en el marco de la
presente invención son acrilato de hidroxietilo, acrilato de
hidroxipropilo, metacrilato de hidroxietilo, metacrilato de
hidroxipropilo, alcohol alílico, anhídrido maleico, anhídrido
itacónico, ácido itacónico, acrilamida, acrilato de bencilo,
metacrilato de bencilo, acrilato de fenilo, metacrilato de fenilo,
acrilato de t-butilfenilo, metacrilato de
t-butilfenilo, acrilato de fenoxietilo, metacrilato
de fenoxietilo, metacrilato de 2-butoxietilo,
acrilato de 2-butoxietilo, metacrilato de
dimetilaminoetilo, acrilato de dimetilaminoetilo, metacrilato de
dietilaminometilo, acrilato de dietilaminometilo, metacrilato de
cianoetilo, acrilato de cianoetilo, metacrilato de
6-hidroxihexilo,
N-terc-butilacrilamida,
N-metilolmetacrilamida,
N-(butoximetil)metacrilamida,
N-metilolacrilamida,
N-(etoximetil)acrilamida,
N-isopropilacril-amida, ácido
vinilacético, acrilato de tetrahidrofurfurilo, ácido
\beta-acriloiloxipropiónico, ácido
tricloroacrílico, ácido fumárico, ácido crotónico, ácido aconítico,
ácido dimetil-acrílico, aunque esta relación no es
excluyente.
También se pueden usar compuestos vinílicos
aromáticos, preferiblemente con núcleos aromáticos de C_{4} hasta
C_{18}, que asimismo pueden llevar heteroátomos. Como ejemplos
particularmente preferidos cabe mencionar estireno,
4-vinilpiridina, N-vinilftalimida,
metilestireno, 3,4-dimetoxiestireno, ácido
4-vinilbenzoico, aunque esta relación no es
excluyente.
Además los polímeros para elaborar masas
autoadhesivas se mezclan opcionalmente con resinas. Como tales
pueden utilizarse, por ejemplo, resinas terpénicas,
terpenofenólicas, resinas de hidrocarburo C_{5} y C_{9},
resinas de pineno, indeno y colofonia, solas o combinadas entre sí.
En principio pueden usarse todas las resinas solubles en el
respectivo poliacrilato, especialmente todas las resinas de
hidrocarburo alifáticas, aromáticas, alquilaromáticas, resinas de
hidrocarburo basadas en monómeros puros, resinas de hidrocarburo
hidrogenadas, resinas de hidrocarburo funcionales, así como resinas
naturales.
También pueden añadirse plastificantes, diversas
cargas (por ejemplo negro de humo, TiO_{2}, esferas macizas o
huecas de vidrio o de otros materiales, agentes nucleantes), agentes
hinchantes, coadyuvantes de mezcla y/o antioxidantes.
Según un desarrollo ventajoso se añaden
fotoiniciadores de UV a los copolímeros. Como fotoiniciadores son
útiles los éteres de benzoína, como p.ej. benzoinmetiléter y
benzoinisopropiléter; las acetofenonas sustituidas, como p.ej.
2,2-di-etoxiacetofenona (que puede
adquirirse de la firma Ciba Geigy como Irgacure 651),
2,2-dimetoxi-2-fenil-1-fenil-etanona,
dimetoxihidroxiacetofenona; alfacetoles sustituidos, como p.ej.
2-metoxi-2-hidroxipropiofenona;
cloruros de sulfonilo aromáticos, como p.ej. cloruro de
2-naftilsulfonilo y oximas
foto-activas, como p.ej.
1-fenil-1,2-propanodion-2-(O-etoxicarbonil)oxima.
Los poliacrilatos de la presente invención se
aplican directamente en solución sobre un material soporte. En una
forma de ejecución especialmente preferida los poliacrilatos se
liberan de disolvente y se reelaboran en estado fundido. Para
concentrarlos se usa con especial preferencia una extrusora de doble
husillo, que se acciona sincrónicamente o en contrasentido.
Como material soporte, por ejemplo para cintas
adhesivas, pueden emplearse materiales corrientes y habituales para
el especialista, como láminas (de poliéster, PET, PE, PP, BOPP,
PVC), velos, espumas, telas y láminas tejidas, así como papel
separador (pergamino, HDPE, LDPE), aunque esta enumeración no es
excluyente.
La reticulación de las masas autoadhesivas
termofusibles de la presente invención se efectúa por breve
irradiación UV en la región de 200 - 400 nm con lámparas de
mercurio de alta y media presión, p.ej. de 80 hasta 200 W/cm de
potencia, habituales del comercio, o por irradiación ionizante, como
p.ej. el curado por radiación electrónica. Para la reticulación UV
puede ser conveniente adaptar la potencia del irradiador a la
velocidad de la cinta o, en caso de marcha lenta, sombrear
parcialmente la cinta para reducir su carga térmica. El tiempo de
irradiación depende del tipo y de la potencia de la lámpara
correspondiente.
El disolvente de la masa autoadhesiva aplicada
en solución se elimina en un canal de secado a temperaturas altas.
Además la energía aportada se puede usar para la reticulación
térmica.
La presente invención se refiere asimismo al uso
de una masa autoadhesiva que contiene el poliacrilato de la
presente invención.
También forma parte de la presente invención el
uso para una cinta adhesiva de la masa autoadhesiva así obtenida,
de modo que la masa autoadhesiva de acrilato está aplicada como film
sobre una o ambas caras de un soporte.
Los siguientes ejemplos experimentales sirven
para ilustrar con mayor detalle la presente invención, sin pretender
limitarla innecesariamente con la elección de los ejemplos.
Para caracterizar las masas de poliacrilato y
sus productos reticulados se usaron los métodos de ensayo descritos
a continuación.
Una tira de la cinta adhesiva de 13 mm de ancho
se pegó sobre una superficie de acero lisa y limpiada. La
superficie de aplicación fue de 20 mm x 13 mm (longitud x anchura).
A continuación se procedió como sigue:
- Ensayo A: a temperatura ambiente se fijó un peso de 1 kg a la cinta adhesiva y se midió el tiempo transcurrido hasta la caída del peso.
Las muestras de adhesivo libre de disolvente,
cuidadosamente secadas, se introducen en una bolsita de napa de
poli-etileno (napa Tyvek) que se cierra por
soldadura. De la diferencia de pesos de las muestras antes y
después de la extracción con touleno se determina el valor de gel,
es decir, el porcentaje en peso de polímero insoluble en
tolueno.
Sobre unas placas de acero se pegó una tira de
20 mm de anchura de una capa de masa autoadhesiva de acrilato
aplicada sobre poliéster. La tira autoadhesiva se apretó dos veces
con un peso de 2 kg sobre el substrato. A continuación la cinta
adhesiva se arrancó enseguida a 300 mm/min., con un ángulo de 180º
respecto al substrato. Las placas de acero se limpiaron dos veces
con acetona y una con isopropanol. Los resultados están expresados
en N/cm y son la media de tres mediciones. Todas las mediciones se
realizaron a temperatura ambiente en condiciones climatizadas.
El peso molecular medio M_{w} y la
polidispersión PD se determinaron en el eluyente THF con 0,1% en
vol. de ácido trifluoroacético. La medición se efectuó a 25ºC. Como
precolumna se usó PSS-SDV, 5 \mu, 10^{3} A, DI
8,0 mm x 50 mm. Para la separación se emplearon las columnas
PSS-SDV, 5 \mu, 10^{3} así como 10^{5} y
10^{8} con DI 8,0 mm x 300 mm respectivamente. La concentración de
la muestra fue de 4 g/l y el caudal de 1,0 ml por minuto. Se midió
contra patrones de PMMA.
El rendimiento se determinó por cromatografía de
gases y se expresa porcentualmente respecto al peso de los
monómeros utilizados. El resto de monómeros se determinó por CG,
trazando una curva de calibración para cada monómero.
Las mediciones se llevaron a cabo con el aparato
Dynamic Stress Rheometer de Rheometrics. Las muestras se prepararon
aplicando los polímeros fluidos sobre un papel separador siliconado
y secando en la estufa a 120ºC durante 10 minutos. El gramaje fue
de 100 g/m^{2}. A continuación se cortaron tiras y se laminaron
superpuestas, hasta formar un conjunto de 1 mm de grosor
aproximadamente. De estos laminados se recortaron muestras
circulares de 25 mm de diámetro, con las cuales se efectuaron las
mediciones reológicas. A 130ºC la frecuencia se varió de 0,1 hasta
100 rad/s. Para su comparación, las respectivas mediciones de
viscosidad se indican a 1 rad/s.
Las muestras utilizadas en los ensayos se
prepararon del modo siguiente.
Un reactor de vidrio convencional de 2 l para
polimerizaciones radicalarias se llenó con 20 g de ácido acrílico,
380 g de acrilato de 2-etilhexilo, 133 g de bencina
60/95 y 133 g de acetona. Tras 45 minutos de pasar gas nitrógeno a
través de la solución reactiva en agitación, el reactor se calentó a
58ºC y se añadieron 0,2 g de Vazo 67® (de la firma DuPont). A
continuación se calentó el baño exterior a 75ºC y la reacción se
efectuó manteniendo constante esta temperatura externa. Tras 2,5 h
de tiempo de reacción se diluyó con 100 g de acetona. Después de 4
h de tiempo de reacción se añadieron otros 0,2 g de Vazo 67®. Tras 5
h de tiempo de polimerización se diluyó con 100 g de acetona y a
las 6 h con 100 g de bencina 60/95. Después de 24 h de tiempo de
reacción se interrumpió la polimerización y el reactor se enfrió
hasta temperatura ambiente. El polímero se analizó según los
métodos de ensayo D y E. A continuación el polímero se liberó de
disolventes en la estufa a 80ºC y seguidamente se aplicó en estado
fundido con una boquilla de ranura ancha, sobre una lámina de PET
imprimada con Saran, dejando un gramaje de 50 g/m^{2}, se curó
por radiación electrónica con una tensión de aceleración de 230 kV
y luego se analizaron sus propiedades técnicas de adherencia según
los métodos de ensayo A, B y C.
Un reactor de vidrio convencional de 2 l para
polimerizaciones radicalarias se llenó con 20 g de ácido acrílico,
380 g de acrilato de 2-etilhexilo, 133 g de bencina
60/95 y 133 g de acetona. Tras 45 minutos de pasar gas nitrógeno a
través de la solución reactiva en agitación, el reactor se calentó a
58ºC y se añadieron 0,2 g de Vazo 67® (de la firma DuPont). A
continuación se calentó el baño exterior a 75ºC y la reacción se
efectuó manteniendo constante esta temperatura externa. Tras 1 h de
tiempo de reacción se añadieron 20 g de isopropanol. Después de 2,5
h se diluyó con 100 g de acetona. Tras 4 h de tiempo de reacción se
añadieron otros 0,2 g de Vazo 67®. Tras 7 h de tiempo de
polimerización se diluyó con 100 g de acetona y a las 22 h con 100 g
de bencina 60/95. Después de 24 h de tiempo de reacción se
interrumpió la polimerización y el reactor se enfrió hasta
temperatura ambiente. El polímero se analizó según los métodos de
ensayo D y E. A continuación el polímero se liberó de disolventes
en la estufa a 80ºC y seguidamente se aplicó en estado fundido con
una boquilla de ranura ancha, sobre una lámina de PET imprimada con
Saran, dejando un gramaje de 50 g/m^{2}, se curó por radiación
electrónica con una tensión de aceleración de 230 kV y luego se
analizaron sus propiedades técnicas de adherencia según los métodos
de ensayo A, B y C.
Un reactor de vidrio convencional de 2 l para
polimerizaciones radicalarias se llenó con 20 g de ácido acrílico,
380 g de acrilato de 2-etilhexilo, 133 g de bencina
60/95 y 133 g de acetona. Tras 45 minutos de pasar gas nitrógeno a
través de la solución reactiva en agitación, el reactor se calentó a
58ºC y se añadieron 0,2 g de Vazo 67® (de la firma DuPont). A
continuación se calentó el baño exterior a 75ºC y la reacción se
efectuó manteniendo constante esta temperatura externa. Tras 1 h de
tiempo de reacción se añadieron 60 g de isopropanol. Tras 4 h de
tiempo de reacción se añadieron otros 0,2 g de Vazo 67®. A las 7 h y
22 h de tiempo de polimerización se diluyó respectivamente con 100
g de acetona. Después de 24 h de tiempo de reacción se interrumpió
la polimerización y el reactor se enfrió hasta temperatura
ambiente. El polímero se analizó según los métodos de ensayo D y E.
A continuación el polímero se liberó de disolventes en la estufa a
80ºC y seguidamente se aplicó en estado fundido con una boquilla de
ranura ancha, sobre una lámina de PET imprimada con Saran, dejando
un gramaje de 50 g/m^{2}, se curó por radiación electrónica con
una tensión de aceleración de 230 kV y luego se analizaron sus
propiedades técnicas de adherencia según los métodos de ensayo A, B
y C.
Un reactor de vidrio convencional de 2 l para
polimerizaciones radicalarias se llenó con 20 g de ácido acrílico,
380 g de acrilato de 2-etilhexilo, 133 g de bencina
60/95 y 133 g de acetona. Tras 45 minutos de pasar gas nitrógeno a
través de la solución reactiva en agitación, el reactor se calentó a
58ºC y se añadieron 0,2 g de Vazo 67® (de la firma DuPont). A
continuación se calentó el baño exterior a 75ºC y la reacción se
efectuó manteniendo constante esta temperatura externa. Tras 1 h de
tiempo de reacción se añadieron 100 g de isopropanol. Tras 4 h de
tiempo de reacción se añadieron otros 0,2 g de Vazo 67®. A las 22 h
de tiempo de polimerización se diluyó con 100 g de acetona. Después
de 24 h de tiempo de reacción se interrumpió la polimerización y el
reactor se enfrió hasta temperatura ambiente. El polímero se analizó
según los métodos de ensayo D y E. A continuación el polímero se
liberó de disolventes en la estufa a 80ºC y seguidamente se aplicó
en estado fundido con una boquilla de ranura ancha, sobre una
lámina de PET imprimada con Saran, dejando un gramaje de 50
g/m^{2}, se curó por radiación electrónica con una tensión de
aceleración de 230 kV y luego se analizaron sus propiedades
técnicas de adherencia según los métodos de ensayo A, B y C.
Un reactor de vidrio convencional de 2 l para
polimerizaciones radicalarias se llenó con 20 g de ácido acrílico,
380 g de acrilato de 2-etilhexilo, 133 g de bencina
60/95 y 133 g de acetona. Tras 45 minutos de pasar gas nitrógeno a
través de la solución reactiva en agitación, el reactor se calentó a
58ºC y se añadieron 0,2 g de Vazo 67® (de la firma DuPont). A
continuación se calentó el baño exterior a 75ºC y la reacción se
efectuó manteniendo constante esta temperatura externa. Tras 2 h de
tiempo de reacción se diluyó con 100 g de acetona, tras 3 h con 100
g de de bencina 60/95. Tras 4 h de tiempo de reacción se añadieron
otros 0,2 g de Vazo 67®, tras 5 h de tiempo de reacción se
adicionaron 60 g de isopropanol. A las 22 h de tiempo de
polimerización se diluyó con 200 g de acetona. Después de 24 h de
tiempo de reacción se interrumpió la polimerización y el reactor se
enfrió hasta temperatura ambiente. El polímero se analizó según los
métodos de ensayo D y E. A continuación el polímero se liberó de
disolventes en la estufa a 80ºC y seguidamente se aplicó en estado
fundido con una boquilla de ranura ancha, sobre una lámina de PET
imprimada con Saran, dejando un gramaje de 50 g/m^{2}, se curó
por radiación electrónica con una tensión de aceleración de 230 kV y
luego se analizaron sus propiedades técnicas de adherencia según
los métodos de ensayo A, B y C.
Un reactor de vidrio convencional de 2 l para
polimerizaciones radicalarias se llenó con 20 g de ácido acrílico,
380 g de acrilato de 2-etilhexilo, 18 g de
isopropanol y 248 g de acetona. Tras 45 minutos de pasar gas
nitrógeno a través de la solución reactiva en agitación, el reactor
se calentó a 58ºC y se añadieron 0,2 g de Vazo 67® (de la firma
DuPont). A continuación se calentó el baño exterior a 75ºC y la
reacción se efectuó manteniendo constante esta temperatura externa.
Tras 2,5 h de tiempo de reacción se diluyó con 100 g de
acetona/isopropanol (93/7). Tras 4 h de tiempo de reacción se
añadieron otros 0,2 g de Vazo 67®. A las 5 h y 6 h de tiempo de
reacción se diluyó respectivamente con 100 g de acetona/isopropanol
(93/7). Después de 24 h de tiempo de reacción se interrumpió la
polimerización y el reactor se enfrió hasta temperatura ambiente. El
polímero se analizó según los métodos de ensayo D y E. A
continuación el polímero se liberó de disolventes en la estufa a
80ºC y seguidamente se aplicó en estado fundido con una boquilla de
ranura ancha, sobre una lámina de PET imprimada con Saran, dejando
un gramaje de 50 g/m^{2}, se curó por radiación electrónica con
una tensión de aceleración de 230 kV y luego se analizaron sus
propiedades técnicas de adherencia según los métodos de ensayo A, B
y C.
A continuación se detallan los resultados.
En la tabla 1 figuran los rendimientos y los
resultados de la cromatografía de gel de todos los ejemplos.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
El ejemplo 1 es de referencia y no tiene ninguna
distribución bimodal del peso molecular. En cambio los ejemplos 2 a
5 se prepararon con adición de un regulador en una segunda fase.
Como regulador se añadió isopropanol. En los ejemplos 2 a 4 el
momento de la adición se mantuvo constante, una hora tras el inicio
de la reacción. En el ejemplo 5 el isopropanol se agregó 4 horas
tras el inicio de la reacción. El ejemplo 6 se realizó de modo
convencional con una proporción constante de regulador y tiene una
distribución monomodal de peso molecular. Sin embargo, debido al
mayor porcentaje de regulador, el peso molecular medio, 455000
g/mol, también es aquí relativamente bajo.
En comparación con las referencias, los
poliacrilatos preparados en dos etapas presentan una distribución
bimodal del peso molecular muy amplia. En todos los casos la
polidispersión M_{W}/M_{N} es mayor que la de las referencias
(ejemplos 1 + 6). Además, con la adición creciente del regulador
isopropanol disminuye el peso molecular medio. La excepción es el
ejemplo 5, porque con la adición retrasada del regulador solo
aumenta la polidispersión. Los ejemplos 2-5
presentan respectivamente dos picos en el espectro de GPC, los
cuales están muy separados entre sí. Así se cumple el criterio de
una distribución bimodal.
En todos los ejemplos los rendimientos son
superiores a 97%.
En la siguiente tabla 2 figuran las propiedades
técnicas de adherencia de cada ejemplo, comparadas unas con
otras.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Para lograr la reticulación óptima se reticuló
con dosis diferentes. Cuanto menor sea el peso molecular medio de
la masa autoadhesiva mayor debe ser la dosis de RE aportada, a fin
de alcanzar una reticulación óptima y eficiente. De esta forma se
pueden producir masas autoadhesivas resistentes al cizallamiento.
Los ejemplos 1 a 5 en la tabla 2 demuestran que las diferencias de
resistencia al cizallamiento son muy bajas cuando se asegura un
nivel del valor de gel. Las respectivas diferencias de fuerza de
adherencia son notablemente mayores, porque, supuestamente debido a
la mayor proporción de componente de bajo peso molecular, aumenta la
adhesión al substrato. El ejemplo 6 presenta una resistencia al
cizallamiento significativamente menor, seguramente porque la
proporción de alto peso molecular es demasiado pequeña para una masa
autoadhesiva de acrilato cohesiva.
Para la aplicación por termofusión es decisiva
la viscosidad dinámica. Por ello, con fines comparativos, se
determinó la viscosidad de todos los ejemplos con el reómetro. Los
resultados figuran en la tabla 3.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Debido a la distribución monomodal del peso
molecular la viscosidad del ejemplo 1 está a un nivel muy alto.
Comparativamente, en los ejemplos 2 a 5 la viscosidad disminuye
claramente gracias a la amplia distribución bimodal. En
consecuencia estas masas adhesivas son realmente más fáciles de
trabajar por termofusión, porque hay que emplear temperaturas más
bajas y los polímeros no se deterioran tanto.
Además, con estas masas autoadhesivas se logra
un perfil caso idéntico de propiedades de adherencia, aunque, para
compensar la distribución de peso molecular más ancha, se irradió
con mayor dosis de RE. En el ejemplo 6 se demuestra que con el peso
molecular más bajo también disminuye la viscosidad, pero ya no se
alcanzan las propiedades técnicas de adherencia (especialmente la
resistencia al cizallamiento) de las masas autoadhesivas con
distribución bimodal.
Claims (11)
1. Proceso para preparar un poliacrilato con
distribución al menos bimodal del peso molecular,
caracterizado porque se polimeriza una mezcla monomérica que
contiene
- a1)
- 70 - 100% en peso, respecto al polímero, de ácido acrílico y/o de éster de ácido acrílico de la fórmula CH_{2} = C(R') (COOR^{2}), donde R' = H o CH_{3} y R^{2} es una cadena alquílica de 1 a 20 átomos de C,
- a2)
- 0 - 30% en peso, respecto al polímero, de monómeros olefínicamente insaturados con grupos funcionales,
mediante una polimerización radicalaria, al
menos bifásica, en presencia de un disolvente orgánico o de una
mezcla de disolventes orgánicos, para obtener un poliacrilato con
amplia distribución, al menos bimodal, del peso molecular; de modo
que en una primera fase de la polimerización, al menos bifásica, se
polimeriza con una pequeña concentración de iniciador respecto al
monómero, obteniéndose un primer polímero de alto peso molecular
medio; de modo que antes de la reacción completa de la mezcla
monomérica se inicia otra fase de la polimerización añadiendo, al
menos una vez, un regulador, y de manera que en esta u otras fases
adicionales se forma otro polímero de peso molecular medio más
bajo.
2. Proceso según la reivindicación 1,
caracterizado porque la polimerización radicalaria, al menos
bifásica, se lleva a cabo hasta un rendimiento global de todas las
fases superior al 97%.
3. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a
2, caracterizado porque la relación molar de iniciador a
mezcla monomérica es menor de 0,005, con preferencia menor de
0,003.
4. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a
3, caracterizado porque el iniciador se añade en varias
etapas.
5. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a
4, caracterizado porque como regulador se emplean alcoholes,
éteres, ditioéteres, ditiocarbonatos, tritiocarbonatos, nitróxidos,
bromuros de alquilo, tioles, TEMPO o derivados de TEMPO.
6. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a
5, caracterizado porque el iniciador se añade como muy pronto
al cabo de una hora de tiempo de polimerización y lo más tarde 2 h
antes del final de la polimerización.
7. Poliacrilato como el puede obtenerse según
una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque
contiene las siguientes unidades monoméricas:
- a1)
- 70 - 100% en peso, respecto al polímero, de ácido acrílico y/o de éster de ácido acrílico de la fórmula CH_{2} = C(R') (COOR^{2}), donde R' = H o CH_{3} y R^{2} es una cadena alquílica de 1 a 20 átomos de C,
- a2)
- 0 - 30% en peso, respecto al polímero, de monómeros olefínicamente insaturados con grupos funcionales,
y presenta una amplia distribución, al menos
bimodal, de peso molecular cuyos máximos, de como mínimo dos
polímeros, distan entre sí preferiblemente al menos 50.000
g/mol.
8. Poliacrilato según la reivindicación 7,
caracterizado porque los monómeros olefínicamente insaturados
con grupos funcionales se escogen entre los siguientes compuestos
vinílicos con grupos funcionales: anhídrido maleico, acetato de
vinilo, acrilamida, fotoiniciadores funcionalizados con enlaces
dobles.
9. Poliacrilato según la reivindicación 7 u 8,
caracterizado porque además lleva reticulantes,
fotoiniciadores, resinas habituales para poliacrilatos,
plastificantes, cargas, agentes hinchantes, coadyuvantes de mezcla
y/o antioxidantes.
10. Uso del poliacrilato según una de las
reivindicaciones anteriores como masa autoadhesiva.
11. Uso según la reivindicación 10 para una
cinta adhesiva, en la cual la masa autoadhesiva de acrilato está
aplicada en forma de film sobre una o ambas caras de una lámina
soporte.
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