JP2021501247A - 水性ヒートシールコーティング組成物を調製するための方法 - Google Patents

水性ヒートシールコーティング組成物を調製するための方法 Download PDF

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Abstract

水性ヒートシールコーティング組成物を調製するための方法であって、（Ａ）第１の混合装置内で、エチレン酢酸ビニルコポリマー、粘着付与剤、およびワックスを溶融ブレンドして、溶融ブレンドを形成することと、（Ｂ）第２の混合装置の乳化ゾーン内で、溶融ブレンドを、中和剤、水、および界面活性剤を含む初期水性ストリームと接触させて、分散液を形成することと、（Ｃ）第２の混合装置の希釈ゾーン内で、分散液を水で希釈して、水性ヒートシールコーティング組成物を形成することとを含む方法が開示される。また、水性ヒートシールコーティング組成物を調製するための方法であって、（Ａ）混合装置の混合および搬送ゾーン内で、エチレン酢酸ビニルコポリマー、粘着付与剤、およびワックスを溶融ブレンドして、溶融ブレンドを形成することと、（Ｂ）混合装置の乳化ゾーン内で、溶融ブレンドを、中和剤、水、および界面活性剤を含む初期水性ストリームと接触させて、分散液を形成することと、（Ｃ）混合装置の希釈ゾーン内で、分散液を水で希釈して、水性ヒートシールコーティング組成物を形成することとを含み、押出機混合装置の長さ対直径の比は、１２対１以上である方法が開示される。開示された方法に従って調製された水性ヒートシールコーティング組成物もまた開示される。【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１０月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／５７９，３５４号の利益を主張する。
本開示は、水性ヒートシールコーティング組成物を調製するための方法に関する。特に、開示された方法は、水性ヒートシールコーティングの品質および性能を維持または改善しながら、既存の方法よりも効率的かつ効果的である水性ヒートシールコーティング組成物を調製するための方法を含む。
開示の背景と概要
ヒートシールコーティングは、食品、製薬、医療、および工業用包装用途で使用されている。ヒートシールコーティング製品の例には、高分子量エチレンインターポリマーに基づく水ベースの分散液であり得るエチレン酢酸ビニル（「ＥＶＡ」）ヒートシールコーティングが含まれる。そのような水ベースの製品の市販の例には、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＡＤＣＯＴＥ（商標）３７シリーズの名称で販売されているものが含まれる。
水性ヒートシールコーティング製品は、典型的には、バッチ分散プロセスによって製造され、これは、長いサイクル時間、および生成された分散液のバッチ間の大幅な変動により、変換コストが比較的高くなる。加えて、ワックスは接着特性に寄与しないにも関わらず、分散性を助け、混合物の溶融粘度を低下させるために、バッチ分散プロセスにおける加工助剤としてかなりのワックスが必要である。さらに、エチレン酢酸ビニル樹脂は、高温の強塩基環境での処理時間が長くなるため、バッチ分散プロセスで加水分解を受けやすく、これはＥＶＡポリマーの劣化およびヒートシールコーティングの性能低下を引き起こす。したがって、エチレン酢酸ビニル樹脂の加水分解を緩和するには、滞留時間が短い連続分散プロセスが好ましい場合がある。
より最近では、バッチプロセスの制限を考慮して、水性ヒートシールコーティングは、単一の押出機を使用して最終的な分散液をブレンド、乳化、および希釈する連続プロセスによって製造されている。しかしながら、連続プロセスでは、驚くべきことに、大型の商業規模の押出機におけるスケーラビリティの問題が発生しており、最終製品が十分に分散されず、すなわち狭い粒径分布の不均一な分散が見られ、その結果、分散生成物が不安定になる。これは、分散液の製造に使用される原材料の溶融温度の違いの結果である可能性がある。すなわち、低融点材料は、最初に押出機内で低温で溶融する際、高融点材料のペレットを潤滑し、それにより、狭い粒径分布の均一な分散液を生成するために必要な配合物の均質な混合物の形成を妨げる。したがって、品質および水性ヒートシールコーティング性能を維持または改善しながら、ヒートシールコーティング用途での使用に適した均一な水性分散液を効率的かつ効果的に生成するための方法が望ましい。
水性ヒートシールコーティング製品を製造するための方法が開示される。いくつかの実施形態において、方法は、水性ヒートシールコーティング組成物の成分の少なくとも一部を事前配合または事前混合することを含む。例えば、いくつかの実施形態において、開示される方法は、（Ａ）第１の混合装置内で、エチレン酢酸ビニルコポリマー、粘着付与剤、およびワックスを溶融ブレンドして、溶融ブレンドを形成することと、（Ｂ）第２の混合装置の乳化ゾーン内で、溶融ブレンドを、中和剤、水、および界面活性剤を含む初期水性ストリームと接触させて、分散液を形成することと、（Ｃ）第２の混合装置の希釈ゾーン内で、分散液を水で希釈して、水性ヒートシールコーティング組成物を形成することとを含む。
いくつかの実施形態において、第１の混合装置は、ＢＡＮＢＵＲＹ（商標）ミキサー等の内部バッチミキサーである。いくつかの実施形態において、第１の混合装置は、二軸スクリュー押出機等の押出機である。いくつかの実施形態において、第２の混合装置は、二軸スクリュー押出機等の押出機である。いくつかの実施形態において、第２の混合装置は、ロータステータミキサーである。さらに他の実施形態において、プロセスは、押出機等の単一の非常に効率的な混合装置で実行され、押出機は、均一な分散を達成するために特定の長さ対直径の比を有する。
いくつかの実施形態において、水性ヒートシールコーティング組成物を調製するための方法は、（Ａ）押出機混合装置の混合および搬送ゾーン内で、エチレン酢酸ビニルコポリマー、粘着付与剤、およびワックスを溶融ブレンドして、溶融ブレンドを形成することと、（Ｂ）押出機混合装置の乳化ゾーン内で、溶融ブレンドを、中和剤、水、および界面活性剤を含む初期水性ストリームと接触させて、分散液を形成することと、（Ｃ）押出機混合装置の希釈ゾーン内で、分散液を水で希釈して、水性ヒートシールコーティング組成物を形成することとを含み、押出機混合装置の長さ対直径の比は、１２対１以上である。
本開示の方法によって生成された水性ヒートシールコーティング組成物もまた開示され、本開示の水性ヒートシールコーティング組成物を含む食品包装物品等の物品も同様に開示される。
本明細書では、以下の図を参照する。
本開示による水性ヒートシールコーティング組成物を調製するために使用される第１の押出機混合装置および第２の押出機混合装置を含む装置の概略図である。 本開示による水性ヒートシールコーティング組成物を調製するために使用される第１の押出機混合装置および第２のロータステータ混合装置を含む装置の概略図である。 本開示による水性ヒートシールコーティング組成物を調製するために使用される拡張混合および搬送ゾーンを含む装置の概略図である。
いくつかの実施形態において、開示された方法に従って調製された水性ヒートシールコーティング組成物は、熱可塑性ポリマーを含む。適切な熱可塑性ポリマーには、エチレンと、ビニルエステル、アクリル酸、アクリル酸のＣ１〜Ｃ４アルキルエステル、Ｃ１〜Ｃ４アルキルアクリル酸のＣ１〜Ｃ４アルキルエステルから選択される少なくとも１種のエチレン性不飽和コモノマーとのコポリマー、および環状オレフィンコポリマー、ならびにそれらのブレンドが含まれる。ビニルエステルの例には、酢酸、プロピオン酸、酪酸、２−エチルヘキサンカルボン酸、ペラルゴン酸、およびステアリン酸、特にＣ２〜Ｃ４カルボン酸のビニルエステルが含まれ、特に酢酸ビニルが使用され得る。エチレンとエチレン性不飽和コモノマーとのコポリマーの代表的な例には、エチレン／酢酸ビニルコポリマー（ＥＶＡ）、エチレン／アクリル酸コポリマー（ＥＡＡ）エチレン／メチルアクリレートコポリマー（ＥＭＡ）、エチレン／メチルメタクリレートコポリマー（ＥＭＭＡ）、エチレン／メチルアクリレート／アクリル酸コポリマー（ＥＭＡＡＡ）、エチレン／メチルアクリレート／メタクリル酸コポリマー（ＥＭＡＭＡＡ）、エチレン／ブチルアクリレート／アクリル酸コポリマー（ＥＢＡＡＡ）、およびエチレン酢酸ビニルスチレンコポリマーが含まれる。ポリマーは、バルク、乳化、気相重合、または溶液重合によって調製することができる。様々な実施形態において、熱可塑性ポリマーは、エチレン酢酸ビニルコポリマーである。一般に、ビニルエステル含有量は、１０〜８０重量パーセント、または２０〜４５重量パーセント、または２５〜３２重量パーセント、または２８〜３２重量パーセントの範囲内である。２〜４５重量パーセントの酢酸ビニルを含み、６〜１５０ｇ／１０分の溶融粘度指数を有するエチレン酢酸ビニルコポリマーの市販の例は、ＥＬＶＡＸ（商標）４２６０等、ＤｕＰｏｎｔからＥＬＶＡＸ（商標）の名称で販売されている。
水性ヒートシールコーティング組成物中の熱可塑性ポリマーは、一般に、分散液中の固形分の総重量を基準として５０〜８５重量パーセントの範囲内の量、いくつかの実施形態において５５〜８０重量パーセントの範囲内の量、および他の様々な実施形態において６０〜７５重量パーセントの範囲内量で存在する。
いくつかの実施形態において、開示された方法に従って調製された水性ヒートシールコーティング組成物は、粘着付与剤を含む。任意の適切な粘着付与剤が使用され得る。粘着付与剤の例には、ロジン酸、ロジンエステル、テルペンフェノール樹脂、純粋なモノマー樹脂、およびフェノール樹脂またはそれらの混合物が含まれるが、それらに限定されない。粘着付与剤は、天然生成物または合成生成物であってもよい。
水性ヒートシールコーティング組成物中の粘着付与剤は、一般に、組成物中の固形分の総重量を基準として５〜３０重量パーセント、またはいくつかの実施形態において６〜２０重量パーセント、または他の様々な実施形態において１０〜１５重量パーセントの範囲内の量で存在する。ロジン粘着付与剤の市販の例は、ＥａｓｔｍａｎからＤＹＭＥＲＥＸ（商標）の名称で販売されている。
いくつかの実施形態において、開示された方法に従って調製された水性ヒートシールコーティング組成物は、ブロッキング防止剤としてワックスを含む。好適なワックスには、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、高密度低分子量ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、熱分解ワックス、副生ポリエチレンワックス、フィッシャートロプシュワックス、酸化フィッシャートロプシュワックス、および官能化ワックス、例えばヒドロキシステアラミドワックス、脂肪酸エステルワックス、例えばカルナバワックス、脂肪アミドワックス、フッ素化ポリマーワックス、ならびにそれらの組み合わせが含まれるが、それらに限定されない。当技術分野では、高密度低分子量ポリエチレンワックス、副生ポリエチレンワックスおよびフィッシャートロプシュワックスを含むように用語「合成高融点ワックス」を使用することが一般的である。他のワックスにはまた、米国特許第６，３３５，４１０号、第６，０５４，５４４号、および第６，７２３，８１０号に記載されているものも含まれ、これらは全て参照により本明細書に組み込まれる。
いくつかの実施形態において、熱可塑性ポリマー、粘着付与剤、およびワックスは、分散および希釈のために第２の混合装置に入る前に、第１の混合装置で予備配合される。他の実施形態において、熱可塑性ポリマー、粘着付与剤、およびワックスは、乳化ゾーン、およびその後に同じ混合装置の希釈ゾーンに入る前に、特定の長さ対直径比を有する混合装置の混合および搬送セクション内で混合されて、溶融ブレンドを形成する。さらに他の実施形態において、ワックスは、熱可塑性ポリマーおよび／または粘着付与剤とブレンドされる前に溶融状態に加熱される。以下でさらに詳細に議論されるように、水性ヒートシールコーティング組成物の追加の成分が導入され、組成物に組み込まれる。
熱可塑性ポリマーに加えて、本明細書に記載の水性ヒートシールコーティング組成物は、分散剤を含む。本明細書で使用される場合、「分散剤」という用語は、分散液の形成および／または安定化を助ける薬剤を意味する。「界面活性剤」と呼ばれることもある本開示での使用に適切な分散剤には、イオン性界面活性剤および非イオン性界面活性剤の両方が含まれる。
非イオン性界面活性剤は、極性官能基がアニオン基またはカチオン基によってではなく、典型的にはアルコール、アミン、エーテル、エステル、ケトン、またはアミド官能基等の中性極性基によって提供される材料である。開示された組成物での使用に適した非イオン性界面活性剤には、ポリエトキシル化ｐ−ノニルフェノール、ｐ−オクチルフェノール、またはｐ−ドデシルフェノール等のポリエトキシル化アルキルフェノール；ココナツ油、獣脂、またはオレイル誘導体を含む合成材料に由来するポリエトキシル化直鎖アルコール；典型的には１０００〜３０，０００の分子量を有するポリエトキシル化ポリオキシプロピレングリコール（エチレンオキシドおよびプロピレンオキシドのブロックコポリマー）；ポリエチレングリコール；ポリエトキシル化メルカプタン；天然脂肪酸のグリセリルおよびポリグリセリルエステル、プロピレングリコールエステル、ソルビトールエステル、ポリエトキシル化ソルビトールエステル、ポリオキシエチレングリコールエステル、およびポリエトキシル化脂肪酸を含む長鎖カルボン酸エステル；アルカノールアミン「縮合物」、例えば、脂肪酸のメチルまたはトリグリセリドエステルと等モルまたは２倍等モル量のアルカノールアミンとの反応により生成される縮合物；第三アセチレングリコール；反応性シリコーン中間体と、プロピレンオキシドまたは混合エチレンオキシド／プロピレンオキシドコポリマー等のキャップされたアリルポリアルキレンオキシドとの反応によって調製されるポリエトキシル化シリコーン；Ｎ−アルキルピロリドン、およびアルキルポリグリコシド（多糖類の長鎖アセタール）が含まれるが、それらに限定されない。さらなる非イオン性界面活性剤には、より具体的には、エトキシル化ココアミド；オレイン酸；ｔ−ドデシルメルカプタン；変性ポリエステル分散剤；ポリイソブテニルコハク酸無水物に基づくエステル、アミド、または混合エステル−アミド分散剤；ポリイソブチルフェノールに基づく分散剤；ＡＢＡ型のブロックコポリマー非イオン性分散剤；アクリルグラフトコポリマー；オクチルフェノキシポリエトキシエタノール；ノニルフェノキシポリエトキシエタノール；アルキルアリールエーテル；アルキルアリールポリエーテル；アミンポリグリコール縮合物；変性ポリエトキシ付加体；変性末端アルキルアリールエーテル；変性ポリエトキシル化直鎖アルコール；直鎖第一級アルコールの末端エトキシレート；ｌ−ヒドロキシエチル−２−アルキルイミダゾリン等の高分子量の第三級アミン；オキサゾリン；ペルフルオロアルキルスルホネート；ソルビタン脂肪酸エステル；ポリエチレングリコールエステル；脂肪族および芳香族リン酸エステルが含まれる。また、ヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤およびアミンの反応生成物も含まれる。
開示された水性ヒートシールコーティング組成物における使用に適したイオン性界面活性剤には、オレイン酸、脂肪酸、二量体脂肪酸、アルキルスルホン酸、アルキル置換芳香族スルホン酸、アルキルリン酸、ポリ（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸のコポリマー、および水性塩基で中和されたそれらの組み合わせが含まれるが、それらに限定されない。界面活性剤は、希釈および冷却の前の任意の時点で組成物に加えることができ、これについては以下でより詳細に議論する。
水性分散組成物中の界面活性剤は、一般に、分散液中の固形物の総重量を基準として０．１〜５重量パーセントの範囲内の量、いくつかの実施形態において０．２〜２．５重量パーセントの範囲内の量、および他の様々な実施形態において０．５〜１．５重量パーセントの範囲内の量で存在する。
界面活性剤は、中和剤で部分的または完全に中和され得る。ある特定の実施形態において、長鎖脂肪酸等の安定剤の中和は、モル基準で２５〜２００パーセントであってよく、または代替例では、モル基準で５０〜１１０パーセントであってもよい。例えば、脂肪酸の場合、中和剤は、例えば、水酸化アンモニウムまたは水酸化カリウム等の塩基であってよい。他の中和剤は、例えば、水酸化リチウムまたは水酸化ナトリウムを含むことができる。別の代替例では、中和剤は、例えば、炭酸塩であってよい。別の代替例では、中和剤は、有機アミン、例えば、モノエタノールアミン等のアミン、または２−アミノ−２−メチル−ｌ−プロパノール（ＡＭＰ）であってよい。本明細書に開示される実施形態において有用なアミンには、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、およびＴＲＩＳ ＡＭＩＮＯ（商標）（それぞれＡｎｇｕｓから入手可能）、ＮＥＵＴＲＯＬ（商標）ＴＥ（ＢＡＳＦから入手可能）、ならびにトリイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、およびＮ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン（それぞれミシガン州ミッドランドのＴｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）が含まれ得る。他の有用なアミンには、アンモニア、モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、モノ−ｎ−プロピルアミン、ジメチル−ｎプロピルアミン、Ｎ−メタノールアミン、Ｎ−アミノエチルエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、Ｎ，Ν−ジメチルプロパノールアミン、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール、トリス（ヒドロキシメチル）−アミノメタン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’Ｎ’−テトラキス（２−ヒドロキシルプロピル）エチレンジアミン、１．２−ジアミノプロパンが含まれ得る。いくつかの実施形態において、アミンの混合物またはアミンと界面活性剤との混合物を使用することができる。当業者であれば、適切な中和剤の選択が、配合される特定の組成物に依存し得ること、およびそのような選択が当業者の知識の範囲内であることを認識するであろう。
水性分散組成物中の中和剤は、一般に、組成物の酸の総モルを基準として２０〜２００パーセントの範囲内、いくつかの実施形態において２０〜１５０パーセントの範囲内、および他の様々な実施形態において２５〜９０パーセントの範囲内の、組成物に中和度を提供する量で存在する。
ヒートシールコーティング組成物は、一般に、４０重量パーセントを超える水、および他の様々な実施形態において５０重量パーセントを超える水を含む。
いくつかの実施形態において、分散剤、中和剤、および水は、混合装置の乳化ゾーン内で水性ヒートシールコーティング組成物に添加される。
ヒートシールコーティング組成物は、消泡剤、レオロジー調整剤、湿潤剤、および有機または無機顔料を含むがそれらに限定されない他の添加剤を含有してもよい。
図１は、本開示の水性ヒートシールコーティングを調製するために使用され得る装置の概略図を示す。図１では、第１の混合装置１０２、例えば図１の二軸スクリュー押出機は、背圧調整器、溶融ポンプ、またはギアポンプ１０４に結合されている。他の実施形態において、当技術分野で知られている任意の溶融混練手段を第１の混合装置として使用することができる。例えば、いくつかの実施形態において、混練機、ＢＡＮＢＵＲＹ（登録商標）ミキサー、単軸スクリュー押出機、または多軸スクリュー押出機が使用される。熱可塑性ポリマー、ワックス、および粘着付与剤は、ペレット、粉末、またはフレークの形状または形態であってもよいマスターバッチに形成または統合され、フィーダ１００に供給される。第１の混合装置は、フィーダ１００から第１の混合装置１０２の入口１０６に供給されるペレット、粉末またはフレークを溶融およびブレンドして、熱可塑性樹脂の溶融混練に典型的に使用される条件下で均質な溶融ブレンドを形成する。溶融ブレンドは、水に分散された１５０ｎｍ〜４，０００ｎｍの体積平均粒径を有するポリマー粒子を含む。１５０ｎｍ〜４，０００ｎｍの全ての値および部分範囲がここに含まれ、ここに開示される。いくつかの実施形態において、第１の混合装置は、８０〜２４０℃の範囲内の温度で操作される。
次いで、溶融ブレンドは、第１の混合装置１０２から、図１では押出機である第２の混合装置１２０に、第２の混合装置１２０の入口１０８を介して送達される。第２の混合装置は、乳化ゾーン１１８および希釈ゾーン１２２を含む。第２の混合装置１２０は、背圧調整器、溶融ポンプ、またはギアポンプ１２４に結合される。初期量の水および中和剤が、溶融ブレンドの下流で、入口１１０を介して添加される。いくつかの実施形態において、乳化ゾーンは、８０〜２４０℃の範囲内の温度で操作される。いくつかの実施形態において、それぞれポンプを含む中和剤貯蔵器１１２および初期水貯蔵器１１４が存在してもよい。所望量の中和剤（例えば塩基）および初期水は、それぞれ、中和剤貯蔵器１１２および初期水貯蔵器１１４から提供される。任意の好適なポンプを使用することができるが、いくつかの実施形態において、例えば、２４０バールの圧力で約１５０ｃｃ／分の流量を提供するポンプを使用して、中和剤および初期水を第２の混合装置に提供してもよい。他の実施形態において、液体注入ポンプは、２００バールで３００ｃｃ／分、または１３３バールで６００ｃｃ／分の流量を提供する。いくつかの実施形態において、中和剤および初期水は、予熱器内で予熱される。いくつかの実施形態において、界面活性剤は、界面活性剤貯蔵器１１６から入口１１０に加えることができる。乳化ゾーン１１８を出る混合物は、乳化された混合物／分散液である。
分散液は、第２の混合装置１２０の希釈ゾーン１２２の入口１２８を介して、貯蔵器１２６から追加の水（例えば、脱イオン水、ｐＨ７以上の緩衝水等）でさらに希釈される。典型的には、分散液は、冷却ゾーン内で少なくとも４０重量パーセントの水に希釈される。様々な実施形態において、分散液は、４０〜８０重量パーセントの水に希釈される。いくつかの実施形態において、分散液は、２０〜８０重量パーセントの固形分を有するように希釈される。さらに、希釈混合物は、所望の希釈レベルに達するまで、何回希釈されてもよい。
また、様々な実施形態において、分散液が第２の混合装置１２０を出た後、熱交換器（図示せず）を使用して、分散液が８０℃未満に冷却される。分散液のｐＨは、典型的には８〜１１．５である。
図２は、本開示の水性ヒートシールコーティングを調製するために使用され得る装置の概略図を示す。図２では、第１の混合装置２０２、例えば図２の二軸スクリュー押出機は、背圧調整器、溶融ポンプ、またはギアポンプ２０４に結合されている。他の実施形態において、当技術分野で知られている任意の溶融混練手段を使用することができる。例えば、いくつかの実施形態において、混練機、ＢＡＮＢＵＲＹ（登録商標）ミキサー、単軸スクリュー押出機、または多軸スクリュー押出機が使用される。熱可塑性ポリマー、ワックス、および粘着付与剤は、ペレット、粉末、またはフレークの形状または形態であってもよいマスターバッチに形成または統合され、フィーダ２００に供給される。第１の混合装置は、フィーダ２００から第１の混合装置２０２の入口２０６に供給されるペレット、粉末またはフレークを溶融およびブレンドして、熱可塑性樹脂の溶融混練に典型的に使用される条件下で均質な溶融ブレンドを形成する。乳化剤は、入口２０６で、および／または入口２０６の下流の第１の混合装置２０２の他の任意の点で、前述の成分と共に添加されてもよい。溶融ブレンドは、水に分散された１５０ｎｍ〜４，０００ｎｍの体積平均粒径を有するポリマー粒子を含む。１５０ｎｍ〜４，０００ｎｍの全ての値および部分範囲がここに含まれ、ここに開示される。いくつかの実施形態において、第１の混合装置は、８０〜２４０℃の範囲内の温度で操作される。
次いで、溶融ブレンドは、第１の混合装置２０２から、図２ではロータステータミキサーである第２の混合装置２２０に、第２の混合装置２２０の入口２０８を介して送達される。ロータステータミキサー２２０は、回転内部素子またはロータ、および静止外部ハウジングまたはステータを含む。第１の混合装置２０２からの溶融ブレンドは、入口２０８を介してロータステータ装置に供給され、ロータは、高速で回転し、貯蔵器２１０から提供される中和剤と一緒に初期水性供給物に溶融ブレンドを機械的に均質化／分散させて、高固形分エマルジョンを形成することができる。いくつかの実施形態において、追加の乳化剤を第２の混合装置２２０に加えることができる。続いて、高固形分エマルジョンは、希釈ミキサー２２２内の希釈水貯蔵器２１２から供給される水（例えば、脱イオン水、ｐＨ７以上の緩衝水等）で所望の固形分にさらに希釈される。典型的には、分散液は、冷却ゾーン内で少なくとも４０重量パーセントの水に希釈される。様々な実施形態において、分散液は、４０〜８０重量パーセントの水に希釈される。いくつかの実施形態において、分散液は、２０〜８０重量パーセントの固形分を有するように希釈される。さらに、希釈混合物は、所望の希釈レベルに達するまで、何回希釈されてもよい。第２の装置のプロセスは、８０〜１８０℃の範囲内の温度で操作され得る。いくつかの実施形態において、ロータステータミキサー２２０および希釈ミキサー２２２は、単一のロータステータ混合装置に組み合わせることができる。
また、様々な実施形態において、分散液が希釈ミキサー２２２を出た後、熱交換器（図示せず）を使用して、分散液が８０℃未満に冷却される。分散液のｐＨは、典型的には８〜１１．５である。
図３は、本開示の水性ヒートシールコーティングを調製するために使用され得る装置の概略図を示す。図３では、押出機３０２、好ましくは二軸スクリュー押出機は、背圧調整器、溶融ポンプ、またはギアポンプ３０４に結合されている。様々な実施形態において、押出機３０２は、（１）搬送、溶融、および混合ゾーン３０６、（２）乳化ゾーン３０８、ならびに（３）希釈ゾーン３１０の３つのゾーンを有する。様々な実施形態において、混合および搬送ゾーン３０６は、８０〜２４０℃の範囲内の温度で操作され、乳化ゾーン３０８は、８０〜２４０℃の範囲内の温度で操作される。いくつかの実施形態において、押出機３０２の搬送、溶融、および混合ゾーン３０６の部分は、長さ「Ｌ」のバレルおよび直径「Ｄ」の直径を有し、これは１２対１以上、例えば１２対１〜６０対１の長さ対直径の比を提供する。
熱可塑性ポリマー、ワックス、および粘着付与剤は、ペレット、粉末、またはフレークの形状または形態であってもよいマスターバッチに形成または統合され、フィーダ３１２に供給される。ペレット、粉末、またはフレークは、フィーダ３１２から押出機３０２の入口３１４に供給され、そこで成分が溶融または配合されて、均一な溶融ブレンドが形成される。溶融ブレンドは、水に分散された１５０ｎｍ〜２，０００ｎｍの体積平均粒径を有するポリマー粒子を含む。１５０ｎｍ〜４，０００ｎｍの全ての値および部分範囲がここに含まれ、ここに開示される。
乳化剤はまた、押出機３０２の搬送、溶融、および混合ゾーン３０６、好ましくはこのゾーン３０６の後半部分に注入される。他の添加剤もまた、入口３１４を介して押出機に加えることができる。次いで、溶融ブレンドは、搬送、溶融、および混合ゾーン３０６から押出機３０２の乳化ゾーン３０８に供給され、そこで初期量の水および中和剤が入口３１６を介して添加される。いくつかの実施形態において、それぞれポンプを含む中和剤貯蔵器３１８および初期水貯蔵器３２０が存在してもよい。所望量の中和剤（例えば塩基）および初期水は、それぞれ、塩基貯蔵器および初期水貯蔵器から提供される。任意の好適なポンプを使用することができるが、いくつかの実施形態において、例えば、２４０バールの圧力で約１５０ｃｃ／分の流量を提供するポンプを使用して、中和剤および初期水を押出機に提供してもよい。他の実施形態において、液体注入ポンプは、２００バールで３００ｃｃ／分、または１３３バールで６００ｃｃ／分の流量を提供する。いくつかの実施形態において、中和剤および初期水は、予熱器内で予熱される。いくつかの実施形態において、界面活性剤は、界面活性剤貯蔵器３２２から入口３１６に加えることができる。乳化ゾーン３０８を出る混合物は、乳化された混合物／分散液である。
乳化された混合物は、押出機３０２の希釈および冷却ゾーン３１０への入口３２６を介して、貯蔵器３２４から追加の水（例えば、脱イオン水、ｐＨ７以上の緩衝水等）でさらに希釈される。典型的には、分散液は、冷却ゾーン内で少なくとも４０重量パーセントの水に希釈される。様々な実施形態において、分散液は、４０〜８０重量パーセントの水に希釈される。いくつかの実施形態において、分散液は、２０〜８０重量パーセントの固形分を有するように希釈される。さらに、希釈混合物は、所望の希釈レベルに達するまで、何回希釈されてもよい。
また、様々な実施形態において、分散液が押出機３０２を出た後、熱交換器（図示せず）を使用して、分散液が８０℃未満に冷却される。分散液のｐＨは、典型的には８〜１１．５である。
試料調製
実施例で使用される関連する原材料は、ＥＬＶＡＸ（商標）４２６０（ＤｕＰｏｎｔからのエチレン酢酸ビニル）、ＤＹＭＥＲＥＸ（商標）ロジン（Ｅａｓｔｍａｎから）、カルナバワックス（Ｇｅｈｒｉｎｇ−Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙから）、およびパラフィンワックス（Ｐａｒａｆｆｉｎ Ｗａｘ １２８／１３０および ｐａｒａｆｆｉｎ ｗａｘ１４０／１４５（重量で１対１）、Ｒｏｓｓ Ｗａｘｅｓから）、ならびにオレイン酸および水酸化カリウムを含む。実施例の水性ヒートシールコーティング組成物は、一般に、４５対１の長さ対直径の比を有する４０ｍｍ二軸スクリュー押出機である第１の混合装置内で、少なくともＥＬＶＡＸ（商標）４２６０、ＤＹＭＥＲＥＸ（商標）ロジン、カルナバワックス、およびパラフィンワックスを予備配合して調製される。選択された原材料は、第１の混合装置内で溶融およびブレンドされて、溶融ブレンド混合物を生成する。予備配合プロセスから得られる溶融ブレンドは、均質な材料の溶融ストリームであり、水中ペレット化システムに結合されるダイを通して押出機を出る。溶融ブレンドはダイプレートを通して押し出され、ペレット化システムのブレードハブに取り付けられたブレードによってペレットに切断される。切断されたペレットは、冷水流によって固体状態に冷却される。続いて、固体ペレットは、ペレットの表面から余分な水を除去するスピンドライヤーシステムに移送される。その後、ペレットは分級機システムに移送され、最終的な包装容器に真空移送される。
次いで、ペレットの形態の予備配合された材料は、４４対１の長さ対直径の比を有する４０ｍｍ二軸スクリュー押出機である第２の混合装置に供給され、溶融ブレンドを形成する。押出機は、順番に、（１）搬送、溶融、および混合ゾーン、（２）乳化ゾーン、ならびに（３）希釈および冷却ゾーンの合計３つのゾーンを有していた。乳化剤（実施例ではオレイン酸）は、単一タペット型注入器を介して乳化ゾーンに注入される。デュアル５００ｍｌ ＩＳＣＯシリンジポンプは、脱イオン水および水酸化カリウム溶液（２５重量パーセント）の初期水性（ＩＡ）ストリームを計量し、これは同じ単一タペット型注入器を介して二軸スクリュー押出機の乳化ゾーンにポンピングされた。
第２の混合装置を運転する前に、押出機バレルおよび出口ゾーンを所望温度に加熱する（搬送、溶融、混合ゾーンを８０〜１６０℃に加熱し、乳化ゾーンならびに希釈および冷却ゾーンを８０〜１４０℃に加熱する）。押出機バレルが所望温度に達したら、ポリマーは押出機を通してパージされる。詰まりを防ぐために、前の運転からの残留ポリマーがエンドバルブから自由に出るまで、スクリューを約３００ｒｐｍで操作する。その後、供給が開始され、ポリマー流を流す。
実施例は上記のプロセスに従って調製され、それらの特性は表１に示されている。表１において、「Ｅ」はＥＬＶＡＸ（商標）４２６０を表し、「Ｄ」はＤＹＭＥＲＥＸ（商標）を表し、「Ｃ」はカルナバワックスを表し、「Ｐ」はパラフィンワックスを表し、「Ｏ」はオレイン酸を表す。比較例１は、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＣｏｍｐａｎｙのＡＤＣＯＴＥ（商標）３７Ｐ２９５から作製され、バッチ分散プロセスによって作製される。
粒径分析は、機器ソフトウェアによって、事前に決定された標準手順を使用してＢｅｃｋｍａｎ Ｃｏｕｌｔｅｒ ＬＳ １３ ３２０レーザー回折粒径分析器（Ｂｅｃｋｍａｎ Ｃｏｕｌｔｅｒ Ｉｎｃ．）で行われる。分散液ｐＨは、Ｄｅｎｖｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｐＨメーターを使用して測定される。固形分分析は、ＯＭＮＩＭＡＲＫ（商標）水分計で行われる。分散液粘度は、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ回転粘度計（ＲＶ＃２スピンドル、５０ｒｐｍ）で測定される。
性能試験
実施例で使用される主要な基板は、９２ｇのＰＥＴフィルムおよび事前に積層されたＰＥＴ−アルミニウムフィルム、箔側である。一次基板は、９２ｇのＰＥＴフィルム、キャストＰＰ（３ｍｉｌ）フィルム、ＰＶＣシート、ＰＥＴＧシート、Ｂａｒｅｘシート（黄色）、板紙（粘土でコーティングされた片面）、および事前にラミネートされたＰＥＴ−アルミ箔側の二次基板にシールされる。水性ヒートシールコーティング組成物試料は、３ｌｂ／連の乾燥コーティング重量を目標として、Ｍａｙｅｒロッドドローダウンバーでコーティングすることにより、性能試験用に調製される。コーティングされた湿潤フィルムを、９０℃のオーブンで２分間乾燥させ、水を蒸発させる。実施例の実際のコーティング重量は以下の通りである：例示的な実施例１、２．７ｌｂ／ｒｍのコーティングされたＰＥＴおよび３ｌｂ／ｒｍのコーティングされた箔；比較例１、２．８ｌｂ／ｒｍのコーティングされたＰＥＴ、２．９ｌｂ／ｒｍのコーティングされた箔。ヒートシーリングは、４０ｐｓｉ、１．０秒、異なる温度（２００〜３５０°Ｆ）の結合強度試験の上側加熱温度、および４０ｐｓｉ、０．５秒、７７〜２００°Ｆの活性化温度のヒートシーラーで行われる。
貯蔵期間の安定性は、試料を３℃（冷蔵庫内）および４０℃（オーブン内）で様々な期間保持することによって試験する。実施例の貯蔵期間の安定性を表２に要約する。
ブロック抵抗試験は、１ｌｂの重りを使用して、室温（約２３℃）および４０℃で行う。
結合強度は、Ｔｈｗｉｎｇ Ａｌｂｅｒｔ Ｉｎｓｔｒｏｎで１インチのストリップ、１０インチ／分の引張速度、３つの試料を使用して測定し、平均値（ｇ／ｉｎ）を報告する。


上記の実施形態に加えて、特定の組み合わせの多くの実施形態が本開示の範囲内にあり、そのいくつかを以下に説明する。
実施形態１．水性ヒートシールコーティング組成物を調製するための方法であって、
（Ａ）第１の混合装置内で、エチレン酢酸ビニルコポリマー、粘着付与剤、およびワックスを溶融ブレンドして、溶融ブレンドを形成することと、
（Ｂ）第２の混合装置の乳化ゾーン内で、溶融ブレンドを、中和剤、水、および界面活性剤を含む初期水性ストリームと接触させて、分散液を形成することと、
（Ｃ）第２の混合装置の希釈ゾーン内で、分散液を水で希釈して、水性ヒートシールコーティング組成物を形成することとを含む方法。
実施形態２．連続プロセスである、先行するまたは後続の実施形態のいずれかに記載の方法。
実施形態３．第１の混合装置および／または第２の混合装置が、押出機である、先行するまたは後続の実施形態のいずれかに記載の方法。
実施形態４．第１の混合装置および／または第２の混合装置が、二軸スクリュー押出機である、先行するまたは後続の実施形態のいずれかに記載の方法。
実施形態５．第１の混合装置が、内部バッチミキサーである、先行するまたは後続の実施形態のいずれかに記載の方法。
実施形態６．第２の混合装置が、ロータステータミキサーである、先行するまたは後続の実施形態のいずれかに記載の方法。
実施形態７．ワックスが、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、高密度低分子量ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、熱分解ワックス、副生ポリエチレンワックス、フィッシャートロプシュワックス、酸化フィッシャートロプシュワックス、官能化ワックス、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、先行するまたは後続の実施形態のいずれかに記載の方法。
実施形態８．第１の混合装置が、１２０〜１８０℃の範囲内の温度で操作される、先行するまたは後続の実施形態のいずれかに記載の方法。
実施形態９．第２の混合装置の乳化ゾーンが、８０〜１５０℃の範囲内の温度で操作される、先行するまたは後続の実施形態のいずれかに記載の方法。
実施形態１０．中和剤が、水酸化カリウムである、先行するまたは後続の実施形態のいずれかに記載の方法。
実施形態１１．界面活性剤が、オレイン酸である、先行するまたは後続の実施形態のいずれかに記載の方法。
実施形態１２．粘着付与剤が、二量化ガムロジンである、先行するまたは後続の実施形態のいずれかに記載の方法。
実施形態１３．水性ヒートシールコーティング組成物が、水性ヒートシールコーティング組成物の全酸含有量を基準として、２５〜１００モルパーセントの範囲内の酸基の中和度を有する、先行するまたは後続の実施形態のいずれかに記載の方法。
実施形態１４．水性ヒートシールコーティング組成物が、４０〜８０重量パーセントの水を含む、先行するまたは後続の実施形態のいずれかに記載の方法。
実施形態１５．エチレン酢酸ビニルが、水性ヒートシールコーティング組成物中の固形分の総重量を基準として、５０〜８５重量パーセントの範囲内の量で存在し、粘着付与剤が６〜２０重量パーセントの範囲内の量で存在する、先行するまたは後続の実施形態のいずれかに記載の方法。
実施形態１６．水性ヒートシールコーティング組成物を調製するための方法であって、
（Ａ）混合装置の混合および搬送ゾーン内で、エチレン酢酸ビニルコポリマー、粘着付与剤、およびワックスを溶融ブレンドして、溶融ブレンドを形成することと、
（Ｂ）混合装置の乳化ゾーン内で、溶融ブレンドを、中和剤、水、および界面活性剤を含む初期水性ストリームと接触させて、分散液を形成することと、
（Ｃ）混合装置の希釈ゾーン内で、分散液を水で希釈して、水性ヒートシールコーティング組成物を形成することと
を含み、押出機混合装置の長さ対直径の比は、１２対１以上である方法。
実施形態１７．押出機混合装置の長さ対直径の比が、１２対１〜６０対１である、先行するまたは後続の実施形態のいずれかに記載の水性ヒートシールコーティング組成物を調製するための方法。
実施形態１８．先行するまたは後続の実施形態のいずれかに記載の方法により生成された水性ヒートシールコーティング組成物。

Claims (15)

  1. 水性ヒートシールコーティング組成物を調製するための方法であって、
    （Ａ）第１の混合装置内で、エチレン酢酸ビニルコポリマー、粘着付与剤、およびワックスを溶融ブレンドして、溶融ブレンドを形成することと、
    （Ｂ）第２の混合装置の乳化ゾーン内で、前記溶融ブレンドを、中和剤、水、および界面活性剤を含む初期水性ストリームと接触させて、分散液を形成することと、
    （Ｃ）前記第２の混合装置の希釈ゾーン内で、前記分散液を水で希釈して、前記水性ヒートシールコーティング組成物を形成することとを含む方法。
  2. 前記第１の混合装置および／または前記第２の混合装置が、押出機である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１の混合装置が、内部バッチミキサーである、請求項１に記載の方法。
  4. 前記第２の混合装置が、ロータステータミキサーである、請求項１に記載の方法。
  5. 前記ワックスが、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、高密度低分子量ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、熱分解ワックス、副生ポリエチレンワックス、フィッシャートロプシュワックス、酸化フィッシャートロプシュワックス、官能化ワックス、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
  6. 前記第１の混合装置が、１２０〜１８０℃の範囲内の温度で操作される、請求項１に記載の方法。
  7. 前記第２の混合装置の前記乳化ゾーンが、８０〜１５０℃の範囲内の温度で操作される、請求項１に記載の方法。
  8. 前記中和剤が、水酸化カリウムである、請求項１に記載の方法。
  9. 前記界面活性剤が、オレイン酸である、請求項１に記載の方法。
  10. 前記粘着付与剤が、二量化ガムロジンである、請求項１に記載の方法。
  11. 前記水性ヒートシールコーティング組成物が、前記水性ヒートシールコーティング組成物の全酸含有量を基準として、２５〜１００モルパーセントの範囲内の酸基の中和度を有する、請求項１に記載の方法。
  12. 前記エチレン酢酸ビニルが、前記水性ヒートシールコーティング組成物中の固形分の総重量を基準として、５０〜８５重量パーセントの範囲内の量で存在し、前記粘着付与剤が、６〜２０重量パーセントの範囲内の量で存在する、請求項１に記載の方法。
  13. 水性ヒートシールコーティング組成物を調製するための方法であって、
    （Ａ）混合装置の混合および搬送ゾーン内で、エチレン酢酸ビニルコポリマー、粘着付与剤、およびワックスを溶融ブレンドして、溶融ブレンドを形成することと、
    （Ｂ）前記混合装置の乳化ゾーン内で、前記溶融ブレンドを、中和剤、水、および界面活性剤を含む初期水性ストリームと接触させて、分散液を形成することと、
    （Ｃ）前記混合装置の希釈ゾーン内で、前記分散液を水で希釈して、前記水性ヒートシールコーティング組成物を形成することと
    を含み、前記押出機混合装置の長さ対直径の比は、１２対１以上である方法。
  14. 前記押出機混合装置の長さ対直径の比が、１２対１〜６０対１である、請求項１３に記載の方法。
  15. 請求項１に記載の方法により生成された前記水性ヒートシールコーティング組成物。
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