JP2023536709A - 無溶剤接着剤組成物 - Google Patents
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Abstract
二成分無溶剤接着剤組成物であって、(A)第1の基材への適用のために配合された少なくとも1つのイソシアネート成分であって、少なくとも1つの芳香族系イソシアネートか、又は(Ai)少なくとも1つの芳香族系イソシアネート及び(Aii)少なくとも1つの脂肪族系イソシアネートのブレンドのいずれかを含む、少なくとも1つのイソシアネート成分と、(B)第2の基材への適用のために配合された少なくとも1つのイソシアネート反応性成分であって、(Bi)2つ以上の第一級ヒドロキシル基及び第三級アミンを組み込んだ骨格を含む少なくとも1つのアミン開始ポリオール、(Bii)少なくとも1つのヒドロキシル末端ポリウレタンポリオール、(Biii)少なくとも1つのリン酸エステルポリオール、(Biv)少なくとも1つのポリエステルポリオール、(Bv)少なくとも1つのポリエーテルポリオール、及び(Bvi)任意選択で、少なくとも1つのシラン接着促進剤、のブレンドを含む、少なくとも1つのイソシアネート反応性成分と、を含む、二成分無溶剤接着剤組成物;並びに上記二成分無溶剤接着剤組成物を調製するための方法;並びに上記二成分無溶剤接着剤組成物を使用して作製された積層構造体。
Description
本発明は、無溶剤接着剤組成物に関する。より詳細には、本発明は、積層構造体の製造に使用するための二成分無溶剤積層用ポリウレタン接着剤組成物に関する。
接着剤組成物は、多種多様な目的に有用である。例えば、接着剤組成物は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、金属、紙、又はセロファンなどの基材を互いに結合させて、複合フィルム、すなわち、積層体を形成するために使用される。異なる最終使用用途における接着剤の使用は概ね知られている。例えば、接着剤は、包装産業において、特に食品包装のために使用されるフィルム/フィルム及びフィルム/箔積層体の製造に使用することができる。多くの既知の積層用接着剤系の中でも、良好な接着性、剥離強度、ヒートシール強度、及びアグレッシブ充填用物品(aggressive filling goods)に対する耐性を含む多くの望ましい特性から、ポリウレタン系積層用接着剤の使用が好ましい。積層用途で使用される接着剤、すなわち「積層用接着剤」は、全般に、溶剤系、水系、及び無溶剤の3つのカテゴリーに分類することができる。接着剤の性能は、カテゴリーによって、また接着剤が適用される用途によって変わる。二成分無溶剤接着剤は、溶剤を含有しない接着剤、及び/又は有機溶剤や水などの溶剤なしで適用される接着剤である。二成分無溶剤接着剤は、2つの別個の成分として供給され、2つの成分は、混合した後、適用され、続いて硬化される。
無溶剤積層用接着剤は、有機溶剤又は水性担体のいずれも用いずに、最大100パーセントの固形分を適用することができる。無溶剤接着剤は、適用時に有機溶剤や水を乾燥させる必要がないので、有利なことに高いライン速度で適用及び稼働することができ、このような接着剤は、迅速接着が必要な用途に好ましい。溶剤系及び水系の積層用接着剤は、接着剤の適用後に溶剤又は水が効果的に乾燥し、積層構造体から除去することのできる速度によって限定される。
更に、積層用接着剤は、環境、健康、及び安全上の理由から、水性又は無溶剤であることが好ましい。しかしながら、無溶剤接着剤は、特に、ボイルインバッグ用途などの高性能用途において、ポットライフが短い、初期結合が少ない、結合の発生が遅い、一級芳香族アミン(「PAA」)及びイソシアネート(「NCO」)減衰が遅い、金属表面への接着性が弱い、並びに耐薬品性及び耐熱性が乏しいなどの問題に遭遇することが多い。
無溶剤積層用接着剤のカテゴリーには多くの種類がある。1つの特定の種類には、適用前に予混合され、本明細書では「予混合二成分接着剤」と呼ばれる、予混合二成分ポリウレタン系積層用接着剤が含まれる。典型的には、二成分ポリウレタン系積層用接着剤は、イソシアネート含有プレポリマー及び/又はポリイソシアネートを含む第1の構成成分と、ポリオールを含む第2の構成成分と、を含む。プレポリマーは、1分子当たり2つ以上のヒドロキシル基を含有するポリエーテル及び/又はポリエステルと過剰のイソシアネートとの反応によって得ることができる。第2の成分は、1分子当たり2つ以上のヒドロキシル基で官能化されたポリエーテル及び/又はポリエステルである。2つの成分は、所定の比率で組み合わされ、又は「予混合」され、次いで、互いに積層される2つの基材のうちの1つに適用される。例えば、接着剤は、フィルム又は箔基材などの第1の基材(「キャリアウェブ」)に適用される。次いで、第1の基材を第2の基材と合わせて、積層構造体を形成する。基材の追加の層を、その積層構造体に追加することができ、連続する各基材の間には接着剤組成物の追加の層が配置される。次いで、接着剤を室温(約23℃)又は高温で硬化させ、それによって基材を互いに結合させる。
積層構造体の更なる加工は接着剤の硬化速度に依存する。接着剤の硬化速度は、積層された基材間の機械的結合が更なる加工を可能にするのに十分になるのにかかる時間によって示され、積層体は適用可能な規制(例えば、食品接触規制)に準拠する。硬化速度が遅いと、変換効率が低下する。従来の溶剤含有接着剤と比較して、予混合二成分無溶剤ポリウレタン積層用接着剤は、弱い初期結合を含み、積層加工前の硬化速度が遅い(つまり、結合の発生が遅い)ことを示す。更に、これらの接着剤は、特に酸性条件下では乏しい耐薬品性を示す傾向がある。また、従来の二成分無溶剤ポリウレタン系積層用接着剤は、遅い第一級芳香族アミン及びイソシアネート減衰を示し、したがって変換効率が低い。
加工産業における全般的な傾向は、積層用接着剤をより速く硬化させる方向にある。より速い硬化は、コンバータの作業効率を改善する。具体的には、完成品を倉庫から迅速に移動させることで、直前の注文(例えば、小売販促キャンペーン)を処理するための生産能力と柔軟性とを増大させる。したがって、動作効率を向上させるために、既存の接着剤組成物よりも遥かに高い反応性を有する接着剤組成物を使用して積層体を形成する必要がある。しかしながら、そのような高反応性接着剤組成物は、従来の接着剤適用技術についての課題を提供する。換言すれば、無溶剤接着剤組成物は、既存の接着剤組成物よりも反応性が高く、より速い硬化速度を示すように配合されていることから、既存の接着剤組成物は、既存の接着剤適用装置での使用に理想的に適しているものではない。これは、既存の接着剤組成物の2つの成分が非常に迅速に反応することにより、接着剤がゲル化し、基材に適用するのに不適当になるためである。
更に、このような高反応性接着剤組成物は、金属基材及び/又は金属化基材、並びにポリマーバリア基材を含む積層構造体で使用される場合、限界を示した。比較的高いライン速度(例えば、250メートル/分[m/分]を超える速度)では、生成された積層体中に欠陥が、視覚的に観察され得る。これらの欠陥は、それほど深刻ではないが、比較的遅いライン速度(例えば、150m/分未満)であっても顕著である。欠陥は、とりわけ、積層方法中の濡れ性不良及び空気同伴、並びに積層体が巻直される際のCO2の発生に起因する。
したがって、コストが低いという利点、及びより環境に優しい接着剤に対する産業界の要望により、溶剤型接着剤に代わるいくつかの二成分無溶剤接着剤が開発されてきたが、可撓性包装構造体などのための積層体を生成するための溶剤型積層用接着剤は、今日、依然として使用されている。いくつかの用途では、溶剤型接着剤が依然として使用されており、これは、このような溶剤型接着剤の特定の性能、及び溶剤型接着剤によって互いに結合される基材の特性からである。したがって、全ての二成分無溶剤積層用接着剤が全ての構造体及び全ての用途に有用であるわけではない。
したがって、改善された結合強度、より速い結合の発現、硬化反応を加速するための触媒の使用を必要としないより速い硬化速度、高性能適用能力、バリア積層構造体上でのより高いライン速度、改善された耐薬品性及び耐熱性、より速い第一級芳香族アミン及びイソシアネートの減衰、並びに金属基材、金属化基材、及び/又はポリマーバリア基材への向上した接着性を有する、二成分無溶剤ポリウレタン系積層用接着剤組成物が依然として望まれている。
本発明は、二成分無溶剤ポリウレタン積層用接着剤配合物、及び無溶剤接着剤配合物を使用して積層体を形成する方法に関する。本発明の接着剤組成物は、金属基材、金属化基材、又はポリマーバリア基材を含む積層構造体に使用するのに特に適している。
いくつかの実施形態では、無溶剤接着剤組成物は、1つ以上のイソシアネートを含む、イソシアネート成分を含む。例えば、イソシアネート成分は、少なくとも1つの芳香族系イソシアネート、又は(i)少なくとも1つの芳香族系イソシアネート及び(ii)芳香族イソシアネート、脂肪族イソシアネート、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される1つ以上の他のイソシアネート、のブレンドを含む。無溶剤接着剤組成物は、ポリオールなどのイソシアネート反応性成分を更に含み、イソシアネート反応性成分が、高反応性アミン開始ポリオール;ヒドロキシル(-OH)末端ポリウレタンポリオール;リン酸エステルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、及び任意選択でアミノシラン、のブレンドを含む。
好ましい一実施形態では、無溶剤接着剤積層用配合物は、(A)少なくとも1つのイソシアネート成分、及び(B)少なくとも1つのイソシアネート反応性成分(B)を含み、イソシアネート成分(A)が、(1)少なくとも1つの芳香族系イソシアネートか、又は(2)(Ai)少なくとも1つの芳香族系イソシアネート及び(Aii)少なくとも1つの脂肪族系イソシアネートのブレンドのいずれかを含み、少なくとも1つのイソシアネート反応性成分(B)が、(Bi)少なくとも1つのアミン開始ポリオール、(Bii)少なくとも1つのヒドロキシル末端ポリウレタンポリオール、(Biii)少なくとも1つのリン酸エステルポリオール、(Biv)少なくとも1つのポリエステルポリオール、(Bv)ポリエーテルポリオール、及び(Bvi)少なくとも1つのシラン接着促進剤、のブレンドを含む。
別の好ましい実施形態では、成分(B)を含む成分(Bi)~(Bv)は、以下の濃度、すなわち、イソシアネート反応性成分に基づいて、(Bi)0.5重量パーセント(重量%)~30重量%の少なくとも1つのアミン開始ポリオール、(Bii)10重量%~85重量%の少なくとも1つのヒドロキシル末端ポリウレタンポリオール、(Biii)0.5重量%~40重量%の少なくとも1つのリン酸エステルポリオール、(Biv)0.5重量%~50重量%の少なくとも1つのポリエステルポリオール、(Bv)1重量%~30重量%の少なくとも1つのポリエーテルポリオール、及び(Bvi)0重量%~5重量%の少なくとも1つのシラン接着促進剤、で使用することができる。
本発明の接着剤組成物は、積層構造体で使用される場合、既存の二成分無溶剤接着剤組成物と比較して速い硬化速度を示す。しかし、無溶剤接着剤組成物の二成分があまりにも迅速に反応して接着剤をゲル化させ、基材への適用に適さなくなることを避けるために、本発明の二成分無溶剤接着剤組成物は、イソシアネート成分及びイソシアネート反応性成分が、予め混合されて単一のキャリアウェブ上に適用される代わりに、2つの異なる基材上に別々に独立して適用されるように配合される。一実施形態では、本発明の接着剤組成物は、2つの基材に別々に独立して適用され、次いで、これらを合わせて、基材に適用された接着剤組成物を混合して反応させるように配合される。
例えば、接着剤組成物の一方の成分(例えば、イソシアネート成分)、すなわち成分(A)は、第1の基材の表面に均一に適用されるように構成され、接着剤組成物の他方の成分(例えば、イソシアネート反応性成分)、すなわち成分(B)は、第2の基材の表面に均一に適用されるように構成される。続いて、第1の接着剤成分でコーティングされた第1の基材の表面を、第2の接着剤成分でコーティングされた第2の基材の表面と接触させることにより、2つの成分を混合及び反応させて、第1の基材と第2の基材との間に配置された混合硬化性接着剤組成物を形成し、これにより未硬化積層体を形成する。このようにして、次に接着剤組成物を硬化させることにより、第1の基材と第2の基材を結合し、硬化積層体を形成することができる。
好ましい一実施形態では、本発明の積層体を形成する方法は、
(I)イソシアネート成分の第1のコーティング層を、第1の基材の表面に適用する工程と、
(II)イソシアネート反応性成分の第2のコーティング層を、第2の基材の表面に適用する工程と、
(III)第1の基材の表面上のイソシアネート成分のコーティング層を、第2の基材の表面上のイソシアネート反応性成分のコーティング層と接触させて、第1の基材と第2の基材との間に配置された組み合わされた混合接着剤配合物層を形成する工程と、
(IV)第1の基材と第2の基材との間に配置された接着剤配合物層を硬化させて、第1の基材を第2の基材に接着/付着させる(すなわち、結合又は積層する)工程と、を含む。
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(IV)第1の基材と第2の基材との間に配置された接着剤配合物層を硬化させて、第1の基材を第2の基材に接着/付着させる(すなわち、結合又は積層する)工程と、を含む。
更に別の実施形態では、本発明は、上記の二成分無溶剤ポリウレタン積層用接着剤配合物を使用して調製された積層構造体を含む。
広範な一実施形態では、本発明の二成分無溶剤接着剤組成物は、(A)イソシアネート成分と、(B)ポリオール成分を含むイソシアネート反応性成分と、を含む。
一実施形態では、積層体を生成するための二成分無溶剤ポリウレタン積層接着剤配合物又は組成物の成分(A)は、少なくとも1つの芳香族系イソシアネート、又は(Ai)少なくとも1つの芳香族系イソシアネート、(Aii)少なくとも1つの脂肪族系イソシアネート及びこれらの組み合わせ、のブレンドを含む。一実施形態では、積層体を生成するための二成分無溶剤ポリウレタン積層接着剤配合物又は組成物の成分(B)は、ポリオールを含む、少なくとも1つのイソシアネート反応性成分を含む。ポリオール成分である成分(B)は、(Bi)少なくとも1つのアミン開始ポリオール、(Bii)少なくとも1つのヒドロキシル末端ポリウレタンポリオール、(Biii)少なくとも1つのリン酸エステルポリオール、(Biv)少なくとも1つのポリエステルポリオール、(Bv)少なくとも1つのポリエーテルポリオール、及び(Bvi)任意選択で、少なくとも1つのシラン接着促進剤、の新規な組み合わせ、混合物又はブレンドを含む。
イソシアネート成分
前述のように、本発明の無溶剤接着剤を製造するために使用される少なくとも1つのイソシアネート含有成分である成分(A)は、例えば、少なくとも1つの芳香族系イソシアネート、又は(Ai)少なくとも1つの芳香族系イソシアネート、及び(Aii)少なくとも1つの脂肪族系イソシアネート、のブレンドである。一実施形態では、本発明のイソシアネート成分である成分(A)は、例えば、イソシアネートモノマー、ポリイソシアネート(例えば、ダイマー、トリマーなど)、イソシアネートプレポリマー、及びそれらの2つ以上の混合物からなる群から選択される2つ以上のイソシアネート含有成分を含む。
前述のように、本発明の無溶剤接着剤を製造するために使用される少なくとも1つのイソシアネート含有成分である成分(A)は、例えば、少なくとも1つの芳香族系イソシアネート、又は(Ai)少なくとも1つの芳香族系イソシアネート、及び(Aii)少なくとも1つの脂肪族系イソシアネート、のブレンドである。一実施形態では、本発明のイソシアネート成分である成分(A)は、例えば、イソシアネートモノマー、ポリイソシアネート(例えば、ダイマー、トリマーなど)、イソシアネートプレポリマー、及びそれらの2つ以上の混合物からなる群から選択される2つ以上のイソシアネート含有成分を含む。
本明細書で使用される場合、「ポリイソシアネート」は、2つ以上のイソシアネート基を含む任意の化合物である。本明細書で使用される場合、「イソシアネートプレポリマー」は、イソシアネート末端プレポリマーを含む。イソシアネート末端プレポリマーは、イソシアネート又はポリイソシアネート及びポリオールを含む反応物の反応生成物である。このような反応では、イソシアネート末端プレポリマーを生成するために、イソシアネート又はポリイソシアネートが過剰に存在する。「イソシアネートプレポリマー」は、ポリイソシアネート自体であり得る。
いくつかの実施形態では、本発明の接着剤組成物の調製における使用に好適なポリイソシアネートは、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、及びこれらの組み合わせからなる群から選択することができる。「芳香族ポリイソシアネート」は、イソシアネート基が芳香族基に結合しており、かつ1つ以上の芳香環を含有する、ポリイソシアネートである。「脂肪族ポリイソシアネート」は、芳香環に直接結合したイソシアネート基を含まない。すなわち、「脂肪族ポリイソシアネート」は、他の脂肪族基、脂環式基又は芳香環(基)に結合できる脂肪族基に結合したイソシアネート基を含むイソシアネートとしてよりよく定義される。
芳香族イソシアネート
好適な芳香族ポリイソシアネートとしては、1,3-及び1,4-フェニレンジイソシアネート、1,5-ナフチレンジイソシアネート、2,6-トルエンジイソシアネート(「2,6-TDI」)、2,4-トルエンジイソシアネート(「2,4-TDI」)、2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(「2,4’-MDI」)、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(「4,4’-MDI」)、3,3’-ジメチル-4,4’-ビフェニルジイソシアネート(「TODI」)、及びこれらのうちの2つ以上の混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
好適な芳香族ポリイソシアネートとしては、1,3-及び1,4-フェニレンジイソシアネート、1,5-ナフチレンジイソシアネート、2,6-トルエンジイソシアネート(「2,6-TDI」)、2,4-トルエンジイソシアネート(「2,4-TDI」)、2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(「2,4’-MDI」)、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(「4,4’-MDI」)、3,3’-ジメチル-4,4’-ビフェニルジイソシアネート(「TODI」)、及びこれらのうちの2つ以上の混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
脂肪族イソシアネート
好適な脂肪族ポリイソシアネートとしては、シクロヘキサンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、エチルシクロヘキサンジイソシアネート、プロピルシクロヘキサンジイソシアネート、メチルジエチルシクロヘキサンジイソシアネート、プロパンジイソシアネート、ブタンジイソシアネート、ペンタンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネート、ヘプタンジイソシアネート、オクタンジイソシアネート、ノナンジイソシアネート、4-イソシアナトメチル-1,8-オクタンジイソシアネート(「TIN」)などのノナントリイソシアネート、デカンジ-及びトリイソシアネート、ウンデカンジ-及びトリイソシアネート並びにドデカンジ-及びトリイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(「IPDI」)、ヘキサメチレンジイソシアネート(「HDI」)、ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン(「H12MDI」)、2-メチルペンタンジイソシアネート(「MPDI」)、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート/2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(「TMDI」)、ノルボルナンジイソシアネート(「NBDI」)、キシリレンジイソシアネート(「XDI」)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、並びにそれらのダイマー、トリマー、及び2つ以上の混合物が挙げられるが、これらに限定されない。本発明での使用に好適な追加のイソシアネートとしては、4-メチルシクロヘキサン-1,3-ジイソシアネート、2-ブチル-2-エチルペンタメチレンジイソシアネート、3(4)-イソシアナトメチル-1-メチルシクロヘキシルイソシアネート、2-イソシアナトプロピルシクロヘキシルイソシアネート、2,4’-メチレンビス(シクロヘキシル)ジイソシアネート、1,4-ジイソシアナト-4-メチルペンタン、及びそれらの2つ以上の混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
好適な脂肪族ポリイソシアネートとしては、シクロヘキサンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、エチルシクロヘキサンジイソシアネート、プロピルシクロヘキサンジイソシアネート、メチルジエチルシクロヘキサンジイソシアネート、プロパンジイソシアネート、ブタンジイソシアネート、ペンタンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネート、ヘプタンジイソシアネート、オクタンジイソシアネート、ノナンジイソシアネート、4-イソシアナトメチル-1,8-オクタンジイソシアネート(「TIN」)などのノナントリイソシアネート、デカンジ-及びトリイソシアネート、ウンデカンジ-及びトリイソシアネート並びにドデカンジ-及びトリイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(「IPDI」)、ヘキサメチレンジイソシアネート(「HDI」)、ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン(「H12MDI」)、2-メチルペンタンジイソシアネート(「MPDI」)、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート/2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(「TMDI」)、ノルボルナンジイソシアネート(「NBDI」)、キシリレンジイソシアネート(「XDI」)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、並びにそれらのダイマー、トリマー、及び2つ以上の混合物が挙げられるが、これらに限定されない。本発明での使用に好適な追加のイソシアネートとしては、4-メチルシクロヘキサン-1,3-ジイソシアネート、2-ブチル-2-エチルペンタメチレンジイソシアネート、3(4)-イソシアナトメチル-1-メチルシクロヘキシルイソシアネート、2-イソシアナトプロピルシクロヘキシルイソシアネート、2,4’-メチレンビス(シクロヘキシル)ジイソシアネート、1,4-ジイソシアナト-4-メチルペンタン、及びそれらの2つ以上の混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
好ましい一実施形態では、本発明において有用なイソシアネート成分は、MDI系ポリイソシアネート、TDI系ポリイソシアネート、HDI系ポリイソシアネート、XDI系ポリイソシアネート、及びこれらの混合物であり得る。
本発明において有用ないくつかの市販の芳香族イソシアネート成分の例としては、Isonate 125 M、MOR-FREE(商標)L75-100、PACACEL(商標)L75-191、Coreactant CT、及びCatalyst F(全てThe Dow Chemical Companyから入手可能)を挙げることができる。
本発明において有用な脂肪族系成分の市販製品のいくつかの例としては、例えば、TAKENATE(登録商標)D-110N及びTAKENATE(登録商標)D-120N(両方とも三井化学から入手可能);DESMODUR(登録商標)N 3300、DESMODUR(登録商標)Quix 175、及びDESMODUR(登録商標)E 2200/76(全てThe Covestro Companyから入手可能);並びにこれらの混合物が挙げられる。
イソシアネート成分は、当業者に一般的に既知の他のイソシアネート含有化合物を更に含み得る。
本発明のイソシアネート成分(A)などのイソシアネート基を有する化合物はまた、イソシアネート成分の総重量に基づいて、イソシアネート基(NCO)の重量パーセンテージによっても特徴付けることができる。イソシアネート基の重量パーセンテージは、「NCO%」と称され、ASTM D2572-97に従って測定される。一実施形態では、成分(A)のNCO含有量は7NCO%以上であり、別の実施形態では、成分(A)のNCO含有量は10NCO%以上である。更に別の実施形態では、成分(A)のNCO含有量は30NCO%以下であり、なお別の実施形態では、成分(A)のNCO含有量は25NCO%以下である。
イソシアネート成分は、2以上のイソシアネート基/分子の平均官能価を有する。一実施形態では、例えば、イソシアネートは、2~4.0の平均官能価を有し得る。イソシアネート成分は、ASTM D2196の方法によって測定して、摂氏25度(℃)で、300ミリパスカル秒(mPa.s)~40,000mPa.s、又は500mPa.s~20,000mPa.s、又は1,000mPa.s~15,000mPa.sの粘度を有する。
本発明のイソシアネート成分に使用される脂肪族系成分の量は、例えば、一実施形態では0重量%~40重量%であり、別の実施形態では1重量%~30重量%であり、更に別の実施形態では2重量%~20重量%である。本発明で使用される脂肪族系成分の量は、成分(A)中の成分の総量に基づく。
接着剤組成物中のイソシアネートの量は、接着剤組成物の重量に基づく重量基準(すなわち、イソシアネート成分及びイソシアネート反応性成分の総重量)で、少なくとも20重量%、又は少なくとも30重量%、又は少なくとも40重量%である。接着剤組成物中のイソシアネートの量は、接着剤組成物の重量に基づく重量基準で、90重量%を超えない、又は80重量%を超えない、又は70重量%を超えない量である。
イソシアネート反応性成分
前述のように、本発明の無溶剤接着剤を製造するために使用される少なくとも1つのイソシアネート反応性成分である成分(B)は、例えば、(Bi)少なくとも1つのアミン開始ポリオール、(Bii)少なくとも1つのヒドロキシル末端ポリウレタンポリオール、(Biii)少なくとも1つのリン酸エステルポリオール、(Biv)少なくとも1つのポリエステルポリオール、(Bv)少なくとも1つのポリエーテルポリオール、及び(Bvi)任意選択で、少なくとも1つのシラン接着促進剤、のブレンドを含む。例えば、無溶剤接着剤は、(Bi)高反応性アミン開始ポリオール、(Bii)ヒドロキシル末端ポリウレタンポリオール、(Biii)リン酸エステルポリオール、(Biv)ポリエステルポリオール、(Bv)ポリエーテルポリオール、及び(Bvi)任意選択でアミノシランを含む。
前述のように、本発明の無溶剤接着剤を製造するために使用される少なくとも1つのイソシアネート反応性成分である成分(B)は、例えば、(Bi)少なくとも1つのアミン開始ポリオール、(Bii)少なくとも1つのヒドロキシル末端ポリウレタンポリオール、(Biii)少なくとも1つのリン酸エステルポリオール、(Biv)少なくとも1つのポリエステルポリオール、(Bv)少なくとも1つのポリエーテルポリオール、及び(Bvi)任意選択で、少なくとも1つのシラン接着促進剤、のブレンドを含む。例えば、無溶剤接着剤は、(Bi)高反応性アミン開始ポリオール、(Bii)ヒドロキシル末端ポリウレタンポリオール、(Biii)リン酸エステルポリオール、(Biv)ポリエステルポリオール、(Bv)ポリエーテルポリオール、及び(Bvi)任意選択でアミノシランを含む。
アミン開始ポリオール
成分(B)の成分(Bi)であるアミン開始ポリオールは、ヒドロキシル基と、少なくとも1つの第三級アミンを組み込んだ骨格と、を含む。本発明の接着剤組成物に使用するのに好適なアミン開始ポリオールは、1つ以上のアミン開始剤を1つ以上のアルキレンオキシドでアルコキシル化することによって作製される。いくつかの実施形態では、アミン開始ポリオールは、以下の構造(I):
成分(B)の成分(Bi)であるアミン開始ポリオールは、ヒドロキシル基と、少なくとも1つの第三級アミンを組み込んだ骨格と、を含む。本発明の接着剤組成物に使用するのに好適なアミン開始ポリオールは、1つ以上のアミン開始剤を1つ以上のアルキレンオキシドでアルコキシル化することによって作製される。いくつかの実施形態では、アミン開始ポリオールは、以下の構造(I):
[式中、nは0~4の範囲、xは10~30の範囲、yは1~10の範囲である]の化学構造を有する。いくつかの実施形態では、アミン開始ポリオールは、第三級アミン及び第二級アミンを含む。
アミン開始ポリオールは、2~12、又は3~10、又は4~8の官能価を含む。ポリオール成分に関して使用される場合、「官能価」は、1分子当たりのイソシアネート反応部位の数を指す。更に、アミン開始ポリオールは、5~1,830、又は15~800、又は20~100、又は31~60のヒドロキシル価(OH#)を含む。ポリオール成分に関して使用される場合、「ヒドロキシル価」又は「OH#」は、反応に利用可能な反応性ヒドロキシル基の量の尺度である。この値は、湿式分析法で決定され、試料1グラム中に見られるヒドロキシル基に相当する水酸化カリウムのミリグラム数(mgKOH/g)として報告される。OH#を求めるために最も一般的に使用される方法は、ASTM D 4274 Dに記載されている。更に、アミン開始ポリオールは、25℃で500mPa.s~40,000mPa.s、又は1,000mPa.s~30,000 mPa.sまで、又は1,500mPa.s~20,000 mPa.sの粘度を有する。
本発明において有用な市販のアミン開始ポリオール成分のいくつかの例としては、例えば、VORANOL(商標)800、VORANOL(商標)RA640、及びSPECFLEXTMACTIV 2306(これらは全てThe Dow Chemical Companyから入手可能である);MULTRANOL(登録商標)4063及びMULTRANOL(登録商標)9138(共にCOVESTROから入手可能);並びにこれらの混合物を挙げることができる。
本発明のイソシアネート反応性組成物に使用されるアミン開始ポリオール成分の量は、例えば、イソシアネート反応性成分の重量に基づいて、全般的な一実施形態では0.5重量%~30重量%であり、別の実施形態では2重量%~25重量%であり、更に別の実施形態では、3重量%~20重量%である。好ましい一実施形態では、アミン開始ポリオールの濃度は、イソシアネート反応性成分の重量に基づいて、5重量%~15重量%である。
本発明のアミン開始ポリオール成分によって示されるいくつかの有利な特性の例としては、既存の二成分無溶剤接着剤組成物において使用される従来のポリオールと比較して、二成分無溶剤接着剤組成物において使用される、より高い反応性及びより速い硬化を提供することが挙げられる。
ヒドロキシル末端ポリウレタンポリオール
ポリウレタンポリオールは、ウレタン結合及びヒドロキシル末端基の構造を有する化合物である。本発明において有用な成分(B)の成分(Bii)である好適なポリウレタンポリオールは、ポリイソシアネートとポリオールとの反応によって調製することができる。このような反応では、ヒドロキシ末端ポリウレタンポリオールを生成するためにポリオールが過剰に存在し、言い換えると、ヒドロキシル基とイソシアネート基の化学量論比は1より大きいものとなる。ヒドロキシ末端ポリウレタン樹脂の調製に使用するのに好適なポリイソシアネートとしては、芳香族ポリイソシアネート及び脂肪族ポリイソシアネートが挙げられるが、これらに限定されない。ヒドロキシ末端ポリウレタン樹脂の調製に使用するのに好適なポリオールとしては、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
ポリウレタンポリオールは、ウレタン結合及びヒドロキシル末端基の構造を有する化合物である。本発明において有用な成分(B)の成分(Bii)である好適なポリウレタンポリオールは、ポリイソシアネートとポリオールとの反応によって調製することができる。このような反応では、ヒドロキシ末端ポリウレタンポリオールを生成するためにポリオールが過剰に存在し、言い換えると、ヒドロキシル基とイソシアネート基の化学量論比は1より大きいものとなる。ヒドロキシ末端ポリウレタン樹脂の調製に使用するのに好適なポリイソシアネートとしては、芳香族ポリイソシアネート及び脂肪族ポリイソシアネートが挙げられるが、これらに限定されない。ヒドロキシ末端ポリウレタン樹脂の調製に使用するのに好適なポリオールとしては、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
好ましい一実施形態では、本発明において有用なポリウレタンポリオール成分は、(1)ポリエーテルポリオールとジフェニルメタンジイソシアネートとの反応生成物、(2)ポリエーテルポリオール及び/又は脂肪族ポリエステルポリオールとジフェニルメタンジイソシアネートとの反応生成物、並びに(3)これらの混合物であり得る。本明細書で使用されるポリエーテルポリオールは、2以上のヒドロキシ官能価(例えば、二官能性、三官能性など)を有し、100mgKOH/g~400mgKOH/gのOH#を有する。いくつかの実施形態では、ポリエーテルポリオールは、100g/mol~3,000g/mol、200g/mol~2,500g/mol、又は350g/mol~1,500g/molの数平均分子量(Mn)を有する。いくつかの実施形態では、ポリエーテルポリオールは、25℃で50mPa.s~2,000mPa.sの粘度を有する。本開示による使用に好適なポリエーテルポリオールの市販の例としては、商品名、VORANOL(商標)CP-450、VORANOL(商標)220-260、及びVORANOL(商標)220-110N、で販売される製品が挙げられ、それぞれThe Dow Chemical Companyから入手可能である。
本発明の接着剤組成物のイソシアネート反応性成分に使用されるヒドロキシル末端ポリウレタンポリオールの量は、例えば、一実施形態では10重量%~85重量%であり、別の実施形態では15重量%~70重量%であり、更に別の実施形態では25重量%~60重量%である。
本発明のポリウレタンポリオール成分によって示されるいくつかの有利な特性の例としては、接着剤用途に好適な粘度、並びに、ポリマーフィルム、金属化フィルム及び箔を含む広範囲の基材上での良好な濡れ性を提供することが挙げられる。
リン酸エステルポリオール
一実施形態では、本発明において有用な成分(B)の成分(Biii)であるリン酸エステルポリオールは、例えば、以下の化学構造(II):
一実施形態では、本発明において有用な成分(B)の成分(Biii)であるリン酸エステルポリオールは、例えば、以下の化学構造(II):
[式中、R1は、任意の有機基である]を有するリン酸エステルポリオールから選択され得る。構造(II)に示されるペンダント基に加えて、R1は、1つ以上の追加のペンダント-OH基を有しても有していなくてもよく、R1は、構造(II)の1つ以上の追加のペンダント基を有しても有していなくてもよい。-OH基及び構造(II)の基のうちのいずれか2つ以上は、R1の同じ原子に結合してもしなくてもよい。好ましい実施形態では、各OH基及び構造(II)の各基は、R1の別個の原子に結合している。
R1を特徴付ける簡便な方式は、以下の構造(III):
[式中、R1は、構造(II)のものと同じである]を有する化合物を説明することである。構造(III)を有する化合物は、本明細書では「前駆体ポリオール」と称される。
いくつかの実施形態では、好適な前駆体ポリオールは、一実施形態では90g/mol以上、別の実施形態では200g/mol以上、更に別の実施形態では400g/mol以上のMnを有する。いくつかの実施形態では、好適な前駆体ポリオールは、一実施形態では4,000g/mol以下、別の実施形態では2,000g/mol以下、更に別の実施形態では1,200g/mol以下、なお別の実施形態では900g/mol以下、更になお別の実施形態では500g/mol以下のMnを有する。いくつかの実施形態では、好適な前駆体ポリオールは、一実施形態では200g/mol~4,000g/mol、別の実施形態では400g/mol~2,000g/mol、更に別の実施形態では400g/mol~1,200g/mol、なお別の実施形態では、400g/mol~900g/molのMnを有する。
いくつかの実施形態では、好適な前駆体ポリオールは、アルキル高級ポリオール、単糖、二糖、及び以下の構造(IV):
[式中、R2、R3、R4、及びR5のそれぞれは、互いに独立して、任意の有機基であり、n1、n2、n3のそれぞれは、互いに独立して、0~10の整数である]を有する化合物である。構造(IV)に示されているペンダント基に加えて、R2は、1つ以上の追加のペンダント基を有しても有していなくてもよい。更に、ペンダント基のうちの2つ以上は、R2の同じ原子に結合してもしなくてもよいことが理解されよう。いくつかの実施形態では、構造(IV)を有する化合物の混合物が存在し、構造(IV)の化合物は、n1、n2、及びn3のうちの1つ以上の値が互いに異なる。そのような混合物は、パラメータn1、n2、又はn3の非整数値を述べることにより本明細書で説明され、非整数値は、そのパラメータの数平均を表す。そのような混合物の分子量を評価することが所望である場合には、数平均分子量が使用される。
構造(IV)を有する前駆体ポリオールの中でも、好ましい一実施形態では、各ペンダント基は、R2の別個の原子に結合している。構造(IV)を有する前駆体ポリオールの中でも、別の好ましい実施形態では、R3、R4、及びR5のうちの1つ以上は、一実施形態では1C~4C、別の実施形態では2C~3C、なお別の実施形態では3Cを有する炭化水素基である。構造(IV)を有する前駆体ポリオールの中でも、更に別の好ましい実施形態では、R3、R4、及びR5のうちの1つ以上は、直鎖状又は環状又は分岐状又はこれらの組み合わせであり得るアルキル基であり、なお別の好ましい実施形態では、R3、R4及びR5のうちの1つ以上は、直鎖状又は分岐状アルキル基であり、更に別の好ましい実施形態では、R3、R4及びR5のうちの1つ以上は、分岐状アルキル基である。更になお別の好ましい実施形態では、R3、R4、及びR5は、互いに同一である。
構造(IV)を有する前駆体ポリオールの中でも、好ましい一実施形態では、n1、n2、及びn3のうちの1つ以上は、0~8である。構造(IV)を有する前駆体ポリオールの中でも、別の好ましい実施形態では、n1、n2、及びn3のうちの1つ以上は、1以上である。構造(IV)を有する前駆体ポリオールの中でも、更に別の好ましい実施形態では、n1、n2、及びn3のうちの1つ以上は、6以下である。構造(IV)を有する前駆体ポリオールの中でも、なお別の好ましい実施形態では、n1、n2、及びn3は、互いに同じである。
一実施形態では、構造(IV)を有する前駆体ポリオールの群は、R2、R3、R4、及びR5の各々がアルキル基である化合物であり、そのような前駆体ポリオールは、本明細書ではアルコキシル化アルキルトリオールと呼ばれる。トリオールでは、n1、n2、及びn3のうちの少なくとも1つが1以上であり、R2が、以下の構造(V):
を有する場合、トリオールは、本明細書ではアルコキシル化グリセロールと呼ばれる。アルコキシル化トリオールにおいて、R3、R4、及びR5の各々が、正確に3つの炭素原子(C)を有する分岐状アルキル基である場合、アルコキシル化トリオールは、本明細書ではプロポキシル化トリオールと呼ばれる。R2が構造(V)を有するプロポキシル化トリオールは、本明細書ではプロポキシル化グリセロールと呼ばれる。
アルキル高級ポリオールである前駆体ポリオールの中でも、一実施形態では、10個以下の炭素原子を有する化合物である。別の実施形態では、6個以下の炭素原子を有する化合物である。更に別の実施形態では、3個以下の炭素原子を有する化合物であり、なお別の実施形態では、化合物はグリセロールである。
更になお別の実施形態では、前駆体ポリオールは、アルキル高級ポリオール及び構造(IV)を有する化合物である。n1がn2=n3=0に等しい(=)場合、かつR2がアルキル基、又はヒドロキシル基を有するアルキル基のいずれかである場合、構造(V)を有する化合物は、アルキル高級ポリオールであることに留意されたい。
一実施形態では、前駆体ポリオールの群は、アルキルトリオール及びアルコキシル化アルキルトリオールである。これらの化合物の中でも、グリセロール、及び一実施形態ではアルコキシル化グリセロール、別の実施形態ではアルコキシル化グリセロールである。アルコキシル化グリセロールの中でも、好ましい一実施形態では、プロポキシル化グリセロールである。
本発明において有用な別の部類の好適なリン酸エステルポリオールとしては、ウレタン結合を含有する化合物が挙げられる。ウレタン結合を含有するリン酸エステル化合物は、1つ以上の好適なホスフェート官能性ポリオールを、1つ以上のポリイソシアネートと、好ましい実施形態では1つ以上のジイソシアネートを含む1つ以上のポリイソシアネートと反応させることによって作製される。好ましい実施形態では、ポリイソシアネートの量は、反応生成物の一部又は全てがホスフェート官能性ポリオールであるように十分に低く保持される。あるいは、ポリオールを最初にポリイソシアネートと反応させて-OH末端プレポリマーを作製し得、次にこれをポリリン酸と反応させる。ウレタン結合を有するリン酸エステルポリオールとしては、全般的な一実施形態では1,000g/mol~6,000g/molの範囲、別の実施形態では1,200g/mol~4,000g/molの範囲、なお別の実施形態では1,400g/mol~3,000g/molの範囲のMnを有する化合物が挙げられる。
いくつかの実施形態では、リン酸エステルポリオールは、前駆体ポリオールとリン酸型の酸とを含む反応物の反応生成物であり、生じたリン酸エステルポリオールは、構造(II)の化学構造を有する。
好ましい一実施形態では、リン酸型の酸及び前駆体ポリオールの量は、Mp:Mxの比を以下のように決定するために選択される。Mhy=前駆体ポリオールの分子あたりのヒドロキシル基の数;Nx=Mhy-2;Mx=(前駆体ポリオールのモル数)×(Nx);Mp=リン酸型の酸に含まれるリン原子のモル数。
概ね、Mp:Mxの比は、一実施形態では0.1:1以上、別の実施形態では0.2:1以上、なお別の実施形態では0.5:1以上、更に別の実施形態では0.75:1以上である。いくつかの実施形態では、Mp:Mxの比は、1.1:1以下である。
概ね、リン酸型の酸の前駆体ポリオールに対する重量比は、一実施形態では0.005:1以上、別の実施形態では0.01:1以上、なお別の実施形態では0.02:1以上である。いくつかの実施形態では、リン酸型の酸の前駆体ポリオールに対する重量比は、0.3:1以下、又は0.2:1以下、又は0.12:1以下である。
いくつかの実施形態では、リン酸型の酸は、ポリリン酸を含有する。また、概ね、リン酸型の酸中のポリリン酸の量は、リン酸型の酸の重量に基づく重量基準で、一実施形態では75重量%以上、別の実施形態では80重量%以上、なお別の実施形態では、90重量%以上である。ポリリン酸は様々なグレードで入手可能である。各グレードはパーセンテージによって特徴付けられる。グレードを決定するためには、純粋なモノマーオルトリン酸は、五酸化リンの含有量が72.4%とみなされることをまず認識する。いずれのグレードのポリリン酸もまた分析することができ、1モルのポリリン酸(式量は「Fppa」と表示)は、「Nppo」と表示されるモル数の五酸化リンを含有するものとみなされ、五酸化リンのパーセンテージ(「PCppo」)は、PCppo=(Nppo×142)/Fppaによって求められ、これはパーセンテージで表される。次に、そのポリリン酸のグレードは、パーセンテージ:グレード=PCppo/72.4で表される比である。
いくつかの実施形態では、使用されるポリリン酸は、一実施形態では100パーセント(%)以上、別の実施形態では110%以上のグレードを有する。いくつかの実施形態では、使用されるポリリン酸は、一実施形態では150%以下、別の実施形態では125%以下のグレードを有する。
いくつかの実施形態では、本開示の溶剤系接着剤組成物は、1つ以上のホスフェート官能性ポリオールに加えて、1つ以上のリン不含ポリオールを含有する。
好適なリン酸エステル及びそのような好適なリン酸エステルの調製に関する更なる情報は、例えば、国際公開第2015/168670号に見出すことができる。
本発明の接着剤組成物のイソシアネート反応性成分に使用されるリン酸エステルポリオールの量は、イソシアネート反応性成分である成分(B)の乾燥重量に基づいて、一実施形態では0.1重量%~30重量%であり、別の実施形態では0.2重量%~20重量%であり、更に別の実施形態では0.5重量%~10重量%であり、なお別の実施形態では1重量%~8重量%である。
本発明のリン酸エステルポリオールによって示されるいくつかの有利な特性の例としては、金属表面への接着性を改善すること、並びに接着剤の耐熱性及び耐製品性を高めることが挙げられる。
ポリエステルポリオール
本発明において有用なポリエステルポリオール成分である成分(B)の成分(Biv)は、1つ以上のポリエステルポリオールを含む。好ましい一実施形態では、本発明において有用なポリエステルポリオールは、脂肪族疎水性ポリエステルポリオールである。
本発明において有用なポリエステルポリオール成分である成分(B)の成分(Biv)は、1つ以上のポリエステルポリオールを含む。好ましい一実施形態では、本発明において有用なポリエステルポリオールは、脂肪族疎水性ポリエステルポリオールである。
いくつかの実施形態では、好ましいポリエステルポリオールは、ジオール及び二酸から作製される。ポリエステルポリオールの調製に使用するのに好適なジオールの例としては、ネオペンチルグリコール、2-メチルプロピレンジオール、ヘキサンジオール、ブタンジオール、プロピレングリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、主鎖中に6~16個の炭素原子を有する他のアルキレンジオール、及びこれらの混合物が挙げられる。これらのジオールは2つ以上組み合わせて使用される。ポリエステルポリオールの調製に使用するのに好適な二酸の例としては、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、及びこれらの混合物が挙げられる。これらの二酸は、単独で、又は2つ以上の二酸の組み合わせで使用することができる。いくつかの実施形態では、好ましいポリエステルポリオールは、ネオペンチルグリコールを含有するモノマーから作製された脂肪族疎水性ポリオールである。
本明細書で使用されるポリエステルポリオールは、2のヒドロキシ官能価を有し、20mgKOH/g~250mgKOH/gのOH#を有する。いくつかの実施形態では、ポリエステルポリオールは、100~3,000g/mol、200~2,500g/mol、又は350~1,500g/molのMnを有する。いくつかの実施形態では、ポリエーテルポリオールは、25℃で100mPa.s~20,000mPa.s、200mPa.s~10,000mPa.s、及び1,000mPa.s~5000mPa.sの粘度を有する。
本発明において有用な市販の脂肪族ポリエステルポリオール成分のいくつかの例としては、例えば、ADCOTE(商標)113-7、ADCOTE(商標)X108-53(The Dow Chemical Companyから入手可能)を挙げることができる。
本発明のポリエステルポリオール成分によって示されるいくつかの有利な特性の例としては、接着剤の耐熱性及び耐製品性の改善、フィルム、金属基材上での良好な濡れ性、透明で安定なイソシアネート反応性成分を形成するためのアミン開始ポリオールとの良好な相溶性が挙げられる。
本発明のイソシアネート反応性成分に使用されるポリエステルポリオール成分の量は、例えば、一実施形態では0.5重量%~50重量%であり、別の実施形態では5重量%~45重量%であり、更に別の実施形態では10重量%~40重量%である。好ましい一実施形態では、ポリエステルポリオールの濃度は、イソシアネート反応性成分に基づいて20重量%~40重量%である。
ポリエーテルポリオール
いくつかの実施形態では、成分(B)の成分(Bv)であるポリエーテルポリオールは、2以上のヒドロキシ官能価(例えば、二官能性、三官能性など)を有する。いくつかの実施形態では、ポリエーテルポリオールは、ASTM D4274に従って測定して、100mgKOH/g~400mgKOH/gのOH#を有する。いくつかの実施形態では、ポリエーテルポリオールは、100~3,000g/mol、200~2,500g/mol、又は350~1,500g/molのMnを有する。いくつかの実施形態では、ポリエーテルポリオールは、ASTM D4878に従って測定して、25℃で50mPa.s~1,000mPa.sの粘度を有する。本発明において使用するのに好適なポリエーテルポリオールの市販の例としては、VORANOL(商標)CP-450、VORANOL(商標)CP-755、VORANOL(商標)CP-1055、VORANOL(商標)220-260、VORANOL(商標)220-056N及びVORANOL(商標)220-110Nの商品名で販売されている製品が挙げられ、それぞれDow Chemical Companyから入手可能である。いくつかの実施形態では、イソシアネート反応性成分中のポリエーテルポリオールの量は、イソシアネート反応性成分の重量基準で、一実施形態では1重量%~30重量%、又は別の実施形態では3重量%~25重量%、又は更に別の実施形態では5重量%~20重量%である。
いくつかの実施形態では、成分(B)の成分(Bv)であるポリエーテルポリオールは、2以上のヒドロキシ官能価(例えば、二官能性、三官能性など)を有する。いくつかの実施形態では、ポリエーテルポリオールは、ASTM D4274に従って測定して、100mgKOH/g~400mgKOH/gのOH#を有する。いくつかの実施形態では、ポリエーテルポリオールは、100~3,000g/mol、200~2,500g/mol、又は350~1,500g/molのMnを有する。いくつかの実施形態では、ポリエーテルポリオールは、ASTM D4878に従って測定して、25℃で50mPa.s~1,000mPa.sの粘度を有する。本発明において使用するのに好適なポリエーテルポリオールの市販の例としては、VORANOL(商標)CP-450、VORANOL(商標)CP-755、VORANOL(商標)CP-1055、VORANOL(商標)220-260、VORANOL(商標)220-056N及びVORANOL(商標)220-110Nの商品名で販売されている製品が挙げられ、それぞれDow Chemical Companyから入手可能である。いくつかの実施形態では、イソシアネート反応性成分中のポリエーテルポリオールの量は、イソシアネート反応性成分の重量基準で、一実施形態では1重量%~30重量%、又は別の実施形態では3重量%~25重量%、又は更に別の実施形態では5重量%~20重量%である。
シラン接着促進剤
本発明の成分(B)の成分(Bvi)である任意選択のシラン接着促進剤成分は、1つ以上のアミノシランを含み得る。本発明において有用なアミノシラン接着促進剤の例としては、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-アミノプロピル-トリメトキシシラン、N-β(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメチルジメトキシシラン、及びN-フェニル-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、並びにこれらの混合物が挙げられる。
本発明の成分(B)の成分(Bvi)である任意選択のシラン接着促進剤成分は、1つ以上のアミノシランを含み得る。本発明において有用なアミノシラン接着促進剤の例としては、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-アミノプロピル-トリメトキシシラン、N-β(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメチルジメトキシシラン、及びN-フェニル-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、並びにこれらの混合物が挙げられる。
本発明において有用な市販のシラン接着促進剤成分のいくつかの例としては、例えば、SIQUEST(商標)A-1100(MOMENTIVE PERFORMANCE MATERIALSから入手可能);及びGENIOSIL(登録商標)GF-93(WACKERから入手可能)を挙げることができる。
本発明の方法で使用されるシラン接着促進剤成分の量は、例えば、イソシアネート反応性成分に基づいて、一実施形態では0重量%~5重量%であり、別の実施形態では0.2重量%~3重量%であり、更に別の実施形態では0.5重量%~2重量%である。
上述のシラン接着促進剤に加えて、いくつかの実施形態では、本発明の二成分無溶剤積層接着剤組成物は、例えば、粘着付与剤、可塑剤、レオロジー調整剤、他の接着促進剤、酸化防止剤、充填剤、着色剤、界面活性剤、及びこれらの2つ以上の組み合わせを含むがこれらに限定されない、1つ以上の任意選択の添加剤を含み得る。
任意選択の成分の量は、使用される場合、例えば、一実施形態では0重量%~2重量%、別の実施形態では0.01重量%~1重量%、なお別の実施形態では0.1重量%~0.5重量%であり得る。
広範な一実施形態では、本発明の二成分無溶剤積層接着剤組成物は、所定量の少なくとも1つの芳香族系イソシアネート又は成分(Ai)及び(Aii)の各々それぞれを十分に混合、混和又はブレンドして、少なくとも1つのイソシアネート成分である成分(A)又は「A側」成分を形成し、所定量の成分(Bi)~(Bvi)のそれぞれを十分に混合、混和又はブレンドして、少なくとも1つのイソシアネート反応性成分である成分(B)又は「B側」成分を形成することによって調製される。A側成分及びB側成分は、成分(A)及び(B)が徹底的に混合されて均一かつ均質な反応性接着剤配合物を形成すると、反応性混合物になる。A側成分及びB側成分を構成する成分は、任意の既知の接着剤混合方法及び装置によって互いに混合することができる。
本発明の固有の二成分無溶剤積層接着剤組成物は、これまで知られている無溶剤接着剤系に勝るいくつかの利点を有する。例えば、本発明の固有の二成分無溶剤積層接着剤組成物によって示される有利な特性としては、(1)ポットライフが長いこと、(2)結合が速いこと、(3)硬化が速いこと、(4)金属又は金属化基材及びポリマーバリア基材などの様々な基材への接着性能(結合強度)が良いこと、(5)結合強度の発現が速いこと、(6)耐薬品性が良いこと、(7)耐熱性/耐温度性が良いこと、(8)安定性が良いこと、(9)ライン速度が速いこと、及び(10)変換効率が改善されたことが挙げられる。次に、本発明の固有の無溶剤接着剤組成物は、本明細書で後述する様々な有益な属性を有する多層積層構造体を作製する方法において有用である。
接着剤組成物のポットライフに関しては、例えば、本発明の接着剤組成物は、2つの基材に別々に独立して(2つの別個の接着剤成分で)適用され、次いで、これらを合わせて、基材に適用された接着剤組成物を混合して反応させるように配合されているので、得られる二成分無溶剤積層接着剤組成物のポットライフは、接着剤組成物が2つの基材を合わせた直後に混合され使用されることから、問題にも限定要因にもならない。
二成分無溶剤積層接着剤組成物の結合強度特性は、例えば、全般的な一実施形態では1N/15mm以上、別の実施形態では1N/15mm~10N/15mmの範囲であり得る。二成分無溶剤積層接着剤組成物の結合強度は、ASTM法D638を用いて測定することができる。1N/15mm未満の結合強度特性を有する接着剤組成物を使用すると、接着剤組成物を使用して調製された最終包装の耐久性が損なわれる。10N/15mmを超える結合強度特性を有する接着剤組成物は、本発明において有益である。
二成分無溶剤積層接着剤組成物の硬化反応速度特性は、赤外線分光法によって測定して、例えば、全般的な一実施形態では、1日~3日の範囲であり得る。可能な限り速い硬化速度特性を有する接着剤組成物が望まれる。
二成分無溶剤積層接着剤組成物の耐薬品性及び耐熱性は、例えば、全般的な一実施形態では1N/15mm以上、別の実施形態では1N/15mm~5N/15mmの範囲であり得る。二成分無溶剤積層接着剤組成物の耐薬品性及び耐熱性は、ASTM D638に記載されている方法によって測定される。接着剤の耐薬品性及び耐熱性が1N/15mm未満である場合、接着剤組成物を使用して調製される最終包装の耐久性が損なわれる。5N/15mmを超える耐薬品性及び耐熱性を有する接着剤組成物は、本発明において有益である。
積層構造体の形成
概して、本発明の積層構造体は、第1のフィルム基材と第2のフィルム基材との間に本発明の接着剤組成物を適用して、第1のフィルム基材の内面及び第2のフィルム基材の内面上に接着剤層を形成することと、基材の内面を介して2つの基材を互いに接触させ、それによって接着剤配合物をそれらの間に配置することと、2つの基材を互いに結合するのに十分な硬化温度で接着剤配合物を硬化させることと、によって生成される。
概して、本発明の積層構造体は、第1のフィルム基材と第2のフィルム基材との間に本発明の接着剤組成物を適用して、第1のフィルム基材の内面及び第2のフィルム基材の内面上に接着剤層を形成することと、基材の内面を介して2つの基材を互いに接触させ、それによって接着剤配合物をそれらの間に配置することと、2つの基材を互いに結合するのに十分な硬化温度で接着剤配合物を硬化させることと、によって生成される。
好ましい一実施形態では、本発明の積層構造体を生成するための方法は、例えば、(I)少なくとも1つの第1の基材を準備する工程と、
(II)少なくとも1つの第2の基材を準備する工程と、(III)本発明の二成分無溶剤積層用接着剤組成物を含む接着剤組成物を準備する工程と、
(IV-i)二成分無溶剤接着剤組成物のイソシアネート成分の第1のコーティング層を、第1の基材の1つの表面の少なくとも一部分に適用して、第1の基材上に配置されたイソシアネート成分のフィルム層を形成する工程と、(IV-ii)二成分無溶剤接着剤組成物のイソシアネート反応性成分の第2のコーティング層を、第2の基材の1つの表面の少なくとも一部分に適用して、第2の基材上に配置されたイソシアネート反応性成分のフィルム層を形成する工程と、(V)第1の基材の表面上に配置されたイソシアネート成分の第1のコーティング層を、第2の基材の表面上に配置されたイソシアネート反応性成分の第2コーティング層と接触させて、第1の基材と第2の基材との間にイソシアネート成分及びイソシアネート反応性成分を含む組み合わされた未硬化接着剤配合物層を形成して、層状積層構造体を形成する工程と、(VI)第1の基材と第2の基材との間の接着剤配合物層を硬化させて、硬化した接着剤を介して、第1の基材を第2の基材に取り付けて、結合した積層構造体を形成する工程と、を含む。
(II)少なくとも1つの第2の基材を準備する工程と、(III)本発明の二成分無溶剤積層用接着剤組成物を含む接着剤組成物を準備する工程と、
(IV-i)二成分無溶剤接着剤組成物のイソシアネート成分の第1のコーティング層を、第1の基材の1つの表面の少なくとも一部分に適用して、第1の基材上に配置されたイソシアネート成分のフィルム層を形成する工程と、(IV-ii)二成分無溶剤接着剤組成物のイソシアネート反応性成分の第2のコーティング層を、第2の基材の1つの表面の少なくとも一部分に適用して、第2の基材上に配置されたイソシアネート反応性成分のフィルム層を形成する工程と、(V)第1の基材の表面上に配置されたイソシアネート成分の第1のコーティング層を、第2の基材の表面上に配置されたイソシアネート反応性成分の第2コーティング層と接触させて、第1の基材と第2の基材との間にイソシアネート成分及びイソシアネート反応性成分を含む組み合わされた未硬化接着剤配合物層を形成して、層状積層構造体を形成する工程と、(VI)第1の基材と第2の基材との間の接着剤配合物層を硬化させて、硬化した接着剤を介して、第1の基材を第2の基材に取り付けて、結合した積層構造体を形成する工程と、を含む。
例えば、上記方法の適用工程は、接着剤組成物のイソシアネート成分を第1の基材の片側、例えば第1の基材層の内側又は内面に適用し、第1の基材の外側又は外面にはイソシアネート成分を適用しないことによって;及び接着剤組成物のイソシアネート反応性成分を第2の基材の片側、例えば第2の基材の内側又は内面に適用し、第2の基材の外側又は外面にはポリオール成分を適用しないことによって行うことができる。次に、第1の基材の内面が第2の基材の内面と接触すると、接着剤配合物の層が第1の基材と第2の基材との間に配置される。
本発明では、本発明の無溶剤接着剤組成物のイソシアネート成分(A側)及びイソシアネート反応性成分(B側)を別々に配合し、積層構造体を形成することが望まれるまで保管することが想定される。好ましくは、イソシアネート成分及びイソシアネート反応性成分は、25℃で液体状態である。成分が25℃で固体であっても、必要に応じて成分を加熱して成分を液体状態にすることは許容される。接着剤組成物のポットライフは硬化方法から切り離されているので、A側成分及びB側成分は別々に無期限に保管することができる。
前述のように、無溶剤接着剤組成物を含む積層体は、接着剤組成物のイソシアネート成分及びポリオール成分を、2つのフィルムなどの2つの異なる基材に別々に適用することによって形成される。本明細書で使用される場合、「フィルム」は、1つの寸法が0.5ミリメートル(mm)以下であり、他の2つの寸法が両方とも1センチメートル(cm)以上である任意の構造体である。「ポリマーフィルム」は、ポリマー又はポリマーの混合物から作製されるフィルムである。ポリマーフィルムの組成は、典型的には、80重量パーセント(重量%)以上の1つ以上のポリマーである。
一実施形態では、イソシアネート成分の層は、第1の基材の表面に適用される。好ましくは、第1の基材上のイソシアネート成分の層の厚さは、0.5マイクロメートル(μm)~2.5μmである。イソシアネート反応性成分の層は、第2の基材の表面に適用される。好ましくは、第2の基材上のイソシアネート反応性成分の層の厚さは、0.5μm~2.5μmである。各基材に適用される層の厚さを制御することによって、成分の比を制御することができる。いくつかの実施形態では、最終接着剤組成物中のイソシアネート成分のイソシアネート反応性成分に対する混合比は、100:100、又は100:90、又は100:80とすることができる。接着剤組成物は、従来の接着剤よりも寛容であり、いくらかのコーティング重量誤差(例えば、最大約10%のコーティング重量誤差)を受け入れることができる。
次いで、第1の基材及び第2の基材の表面は、ニップローラーなどの第1の基材及び第2の基材に外圧を加えるための装置に通される。イソシアネート成分及びイソシアネート反応性成分を合わせると、硬化性接着剤混合物層が形成される。第1の基材及び第2の基材の表面を合わせると、硬化性接着剤混合層の厚さは、1~5μmである。第1の基材及び第2の基材を合わせて、成分が互いに接触すると、イソシアネート成分とイソシアネート反応性成分とが混合し、反応し始める。これは、硬化方法の始まりを示している。
更なる混合及び反応は、第1の基材及び第2の基材が様々な他のローラーに通され、最終的に巻直しローラーに通されるときに達成される。基材は各々、各ローラーを横切って他の基材よりも長いか又は短い経路をとるため、第1の基材及び第2の基材がローラーを通るときに、更なる混合及び反応が起こる。このようにして、2つの基材は、互いに移動し、それぞれの基材上の成分を混合する。適用装置におけるそのようなローラーの配置は、当該技術分野において一般に知られている。次いで、硬化性混合物は、硬化するか又は硬化させられる。
イソシアネート成分及びイソシアネート反応性成分を、積層構造体を形成する基材に適用する方法の工程は、例えば、一実施形態では室温~80℃の温度、別の実施形態では30℃~70℃の温度、更に別の実施形態では40℃~60℃の温度で実施される。
ニップローラーなどを用いて第1の基材及び第2の基材に外圧を加える方法の工程は、全般的な一実施形態では、例えば、ニップローラーにおいて圧力1.5バール~圧力4バールの圧力範囲で、並びに巻直し時のレイオンロール圧力で実施される。圧力が1.5バール未満に低下した場合、接着剤組成物の架橋により長い時間がかかる場合があり、最終リールにおいて外観上の問題が生じる場合がある。圧力が4バールを超える場合、外観上の問題が発生し、最終リールで、積層でのカールの増加など、接着剤組成物とは関係のない外観の問題が観察される場合がある。
全般的な一実施形態では、積層構造体を形成する方法の硬化工程は、例えば、室温~60℃の硬化温度で実施され、接着剤配合物の硬化時間は、1日~3日の期間であり得る。
積層構造体
広い実施形態では、本発明の積層構造体は、本発明の接着剤配合物及び適用方法を用いて2つの基材の間に形成された接着剤配合物層によって互いに接着又は結合された少なくとも2つのフィルム層基材の組み合わせを含む。例えば、積層製品は、(a)第1のフィルム基材と、(b)第2のフィルム基材と、(c)第1のフィルム基材及び第2のフィルム基材、層(a)及び(b)を結合するための上記の接着剤配合物の層と、を含む。必要に応じて、1つ以上の他の任意選択のフィルム基材を使用して、多層積層構造体を生成し得る。
広い実施形態では、本発明の積層構造体は、本発明の接着剤配合物及び適用方法を用いて2つの基材の間に形成された接着剤配合物層によって互いに接着又は結合された少なくとも2つのフィルム層基材の組み合わせを含む。例えば、積層製品は、(a)第1のフィルム基材と、(b)第2のフィルム基材と、(c)第1のフィルム基材及び第2のフィルム基材、層(a)及び(b)を結合するための上記の接着剤配合物の層と、を含む。必要に応じて、1つ以上の他の任意選択のフィルム基材を使用して、多層積層構造体を生成し得る。
全般的に、積層構造体における好適な基材としては、フィルム、例えば、ポリオレフィン系フィルム、ポリアミド系フィルム、エチレンビニルアルコール系フィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、金属化フィルム、及び金属基材が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかのフィルムは、任意選択で、接着剤組成物と接触し得るインクで画像が印刷される表面を有する。基材は、基材のうちの2つ以上を互いに接着する、本発明による無溶剤接着剤組成物を用いて、層化されて積層構造体を形成する。
第1のフィルム基材層である成分(a)に使用される材料としては、例えば、印刷ポリエステル、印刷ポリプロピレン、ナイロン、金属化ポリエステル、金属化ポリプロピレン、箔、ポリエチレン、紙など、及びこれらの混合物を挙げることができる。好ましい一実施形態では、第1の層の材料としては、例えば、印刷ポリエステル、印刷ポリプロピレン、及びこれらの混合物を挙げることができる。
本発明のリサイクル可能な多層積層製品を形成するために使用される第1のフィルム層の厚さは、例えば、全般的な一実施形態では7μm~300μmであり得る。
第2のフィルム層である成分(b)に使用される材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリエチレン-EVOH-ポリエチレン、金属化ポリエステル、金属化ポリプロピレン、ナイロン、箔、紙など、及びこれらの混合物を挙げることができる。好ましい一実施形態では、第2のフィルム層の材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリエチレン-EVOH-ポリエチレン、及びこれらの混合物を挙げることができる。
本発明のリサイクル可能な多層積層製品を形成するために使用される第2のフィルム層の厚さは、例えば、全般的な一実施形態では7μm~300μmであり得る。
上記の本発明の二成分無溶剤接着剤組成物である成分(c)は、第1のフィルム層及び第2のフィルム層である成分(a)及び(b)をそれぞれ結合するために使用される。
第1の層及び第2の層を互いに結合して本発明の多層積層製品を形成するために使用される接着剤層の厚さは、例えば、全般的な一実施形態では1μm~5μmであり得、別の実施形態では1.5μm~3μmであり得る。
第1のフィルム層及び第2のフィルム層以外の追加のフィルム基材は任意選択であり、必要に応じて多層積層構造体を生成するために使用することができる。加えて、フィルム基材の1つ以上は、フィルム基材の少なくとも1つの表面上にバリアコーティングを任意選択で含有し得る。例えば、任意選択のバリアコーティングは、AlOx、SiOx、及びこれらの混合物を含み得る。
上述したように、無溶剤接着剤組成物及びこのような無溶剤接着剤組成物の基材への適用方法は、積層後に形成された積層体の速い硬化/速い結合を提供するので、変換効率を改善し、コストを低減する。更に、本発明の接着剤組成物は、様々な積層構造体上で高い稼働ライン速度を提供する。例えば、本発明の接着剤組成物は、特に、(1)その中に金属及び/又は金属化基材、例えば、金属化PETフィルム、アルミニウムフィルムなど、並びに(2)その中にポリマーバリア基材、例えば、ポリエチレン(「PE」)フィルム、ポリアミド(「PA」)フィルム、エチレンビニルアルコール(「EVOH」)フィルムなどを有する積層構造体において使用される場合、改善された変換効率を有する積層構造体を提供する。
本発明の上述の方法に従って二成分無溶剤積層接着剤組成物を使用して生成された、得られる積層構造体によって示される有利な特性のいくつかとしては、例えば、(1)良好なバリアフィルムを含有する構造体上での高い稼働ライン速度、(2)(a)芳香族アミン移動のレベルが全くないか、又は(b)芳香族アミン移動のレベルが非常に低いかのいずれか、(3)金属又は金属化基材及びポリマーバリア基材などの様々な基材への良好な接着性能(結合強度)、(4)良好な耐薬品性、及び(5)良好な耐熱性/耐温度性を挙げることができる。
積層構造体の高い稼働ライン速度は、例えば、全般的な一実施形態では60m/分以上であり、別の実施形態では60m/分~450m/分であり得る。積層構造体の高い稼働ライン速度は、ラミネータの電子機器の読み取り値から測定して区別することができ、高い稼働ライン速度は、本発明の接着剤を使用する積層構造体が、積層方法の最終リールにおいていかなる積層外観の問題(すなわち、積層体の傷)も観察することなく、どれだけ速く稼働することができるか、及び「ミスチング」が積層方法の適用ローラーに存在するかどうかに基づくものである。
接着剤からの芳香族アミン移動発生が全くないか又は非常に低い積層構造体のアミン移動特性は、例えば、全般的な一実施形態では、0~10十億分率(ppb)未満の範囲であり得る。積層構造体の芳香族アミン移動が全くないか又は非常に低いことは、従来の液体クロマトグラフィー質量分析(LC-MS)によって測定することができる。
本発明の二成分無溶剤接着剤組成物は、積層構造体を生成するために使用され、この積層構造体は、多層積層物品又は製品を生成するために使用される。例えば、本発明の接着剤組成物は、高性能食品包装用途(例えば、ボイルインバッグ用途)などの包装用途での使用に有益に好適である。加えて、本発明の接着剤組成物は、例えば、ホットフィルパウチ、ウェットワイプ、コーヒー包装、洗剤包装、ペットフード包装などの物品を製造するための用途において使用することができる。
以下の実施例は、本発明を更に詳細に説明するために提示されるが、特許請求の範囲の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。別途指示されない限り、全ての部及びパーセンテージは、重量による。
本発明の実施例(Inv.Ex.)及び比較例(Comp.Ex.)において使用される様々な材料を以下の表Iで説明する。
リン酸エステルポリオールの調製
55.1グラム(g)のVORANOL(商標)CP-450と1.5gのポリリン酸とを窒素(N2)パージ下、室温で反応器に加える。次いで、反応器の温度を100℃に設定し、反応器の内容物を1時間(hr)撹拌する。反応器の温度を50℃に下げ、18.4gのISONATE(商標)125Mを反応器に導入する。反応器の温度は、発熱反応により80℃に上昇する。反応温度を78℃で2時間制御する。得られたリン酸エステルポリオールは、ASTM D4274に従って測定して293mgKOH/gのOH#を有し、ASTM D2196に従って測定して25℃で18,000mPa.sの粘度を有する。
55.1グラム(g)のVORANOL(商標)CP-450と1.5gのポリリン酸とを窒素(N2)パージ下、室温で反応器に加える。次いで、反応器の温度を100℃に設定し、反応器の内容物を1時間(hr)撹拌する。反応器の温度を50℃に下げ、18.4gのISONATE(商標)125Mを反応器に導入する。反応器の温度は、発熱反応により80℃に上昇する。反応温度を78℃で2時間制御する。得られたリン酸エステルポリオールは、ASTM D4274に従って測定して293mgKOH/gのOH#を有し、ASTM D2196に従って測定して25℃で18,000mPa.sの粘度を有する。
ポリウレタンポリオールの調製
850gのVORANOL(商標)CP-755を窒素(N2)パージ下、室温で反応器に加える。次いで、反応器温度を40℃に設定する。反応器温度が40℃に達してから、150gのISONATE(商標)125Mを反応器に装填する。反応器の温度は、発熱反応により上昇する。反応器温度が安定してから、反応器温度を70℃に設定する。反応温度を70℃に3時間制御する。得られたポリウレタンポリオールは、ASTM D4274に従って測定して、135mgKOH/gのOH#を有し、ASTM D2196に従って測定して、25℃で約53,000mPa.sの粘度を有する。
850gのVORANOL(商標)CP-755を窒素(N2)パージ下、室温で反応器に加える。次いで、反応器温度を40℃に設定する。反応器温度が40℃に達してから、150gのISONATE(商標)125Mを反応器に装填する。反応器の温度は、発熱反応により上昇する。反応器温度が安定してから、反応器温度を70℃に設定する。反応温度を70℃に3時間制御する。得られたポリウレタンポリオールは、ASTM D4274に従って測定して、135mgKOH/gのOH#を有し、ASTM D2196に従って測定して、25℃で約53,000mPa.sの粘度を有する。
イソシアネート成分(成分A)の調製。
Inv.Ex.1~4のイソシアネート成分について、表IIに適切な成分を示す。Inv.Ex.1のイソシアネート成分を試料調製のための典型的な例として用いて、約40gのMOR-FREE(商標)C33、及び約960gのMOR-FREE(商標)L75-100をガラス反応器に入れる。反応器を約40℃に加熱し、反応器内の得られた混合物を40℃で約30分間撹拌する。次いで、得られた試料を反応器から移し、後の使用のために包装する。
Inv.Ex.1~4のイソシアネート成分について、表IIに適切な成分を示す。Inv.Ex.1のイソシアネート成分を試料調製のための典型的な例として用いて、約40gのMOR-FREE(商標)C33、及び約960gのMOR-FREE(商標)L75-100をガラス反応器に入れる。反応器を約40℃に加熱し、反応器内の得られた混合物を40℃で約30分間撹拌する。次いで、得られた試料を反応器から移し、後の使用のために包装する。
イソシアネート反応性成分(成分B)の調製
Inv.Ex.1~4のイソシアネート反応性成分の適切な成分を表IIに詳述する。Inv.Ex.1のイソシアネート反応性成分を試料調製の典型的な実施例として用いて、約750gのポリウレタンポリオール、及び約510gのADCOTE(商標)113-7、約60gのリン酸エステルポリオール、及び約180gのSPECFLEX(商標)ACTIV 2306をガラス反応器に入れる。反応器を約60℃に加熱し、温度を約60℃に維持しながら、反応器中の得られた混合物を約30分間撹拌する。次いで、得られた試料を反応器から移し、後の使用のために包装する。
Inv.Ex.1~4のイソシアネート反応性成分の適切な成分を表IIに詳述する。Inv.Ex.1のイソシアネート反応性成分を試料調製の典型的な実施例として用いて、約750gのポリウレタンポリオール、及び約510gのADCOTE(商標)113-7、約60gのリン酸エステルポリオール、及び約180gのSPECFLEX(商標)ACTIV 2306をガラス反応器に入れる。反応器を約60℃に加熱し、温度を約60℃に維持しながら、反応器中の得られた混合物を約30分間撹拌する。次いで、得られた試料を反応器から移し、後の使用のために包装する。
共反応物A及び共反応物Bの調製
BESTER(商標)648、VORANOL(商標)CP755及びISONATE商標125Mを、重量基準にて14.83:50.75:9.40の混合比で、N2パージ下、70℃で3時間、反応器内で最初に反応させて、ヒドロキシル(OH)末端成分を形成する。その後、75部(pts)の合成されたOH末端成分を、14.8ptsのIP 9001及び10.2ptsのSPECFLEX(商標)ACTIV 2306と60℃で1時間ブレンドして、共反応物Aを形成する。
BESTER(商標)648、VORANOL(商標)CP755及びISONATE商標125Mを、重量基準にて14.83:50.75:9.40の混合比で、N2パージ下、70℃で3時間、反応器内で最初に反応させて、ヒドロキシル(OH)末端成分を形成する。その後、75部(pts)の合成されたOH末端成分を、14.8ptsのIP 9001及び10.2ptsのSPECFLEX(商標)ACTIV 2306と60℃で1時間ブレンドして、共反応物Aを形成する。
99.8ptsの共反応物Aを0.2ptsのDC 163と60℃で1時間ブレンドして、共反応物Bを形成する。この調製方法に記載された部(pts)は重量基準である。
積層体を調製するための全般手順
表IIIは、上の表IIに記載の接着剤配合物を使用して積層体及び積層試料を調製するために実施例で使用される様々なフィルムを記載している。本発明の接着剤、Inv.Ex.1~4並びにComp.Ex.A及びBに基づく積層体を、Nordmeccanica Duplex One Shotラミネータを用いて生成した。イソシアネート成分(表IIの「組成物A」)を第1の基材の表面にコーティングし、イソシアネート反応性成分(表IIの「組成物B」)を第2の基材の表面に適用した。次いで、2つのコーティングされた基材を合わせて、ラミネータのニッピングステーションにおいて積層体を形成した。各積層体のコート重量は、平方メートル当たり約1.6グラム(g/m2)に維持した。計量温度、適用温度、及びニップ温度は、それぞれ45℃、50℃、及び60℃であった。
表IIIは、上の表IIに記載の接着剤配合物を使用して積層体及び積層試料を調製するために実施例で使用される様々なフィルムを記載している。本発明の接着剤、Inv.Ex.1~4並びにComp.Ex.A及びBに基づく積層体を、Nordmeccanica Duplex One Shotラミネータを用いて生成した。イソシアネート成分(表IIの「組成物A」)を第1の基材の表面にコーティングし、イソシアネート反応性成分(表IIの「組成物B」)を第2の基材の表面に適用した。次いで、2つのコーティングされた基材を合わせて、ラミネータのニッピングステーションにおいて積層体を形成した。各積層体のコート重量は、平方メートル当たり約1.6グラム(g/m2)に維持した。計量温度、適用温度、及びニップ温度は、それぞれ45℃、50℃、及び60℃であった。
比較接着剤Comp.Ex.Cに基づく積層体を、Nordmeccanica Super Combi 3000ラミネータを用いて作製した。比較接着剤配合物のイソシアネート成分及びイソシアネート反応性成分を、最初に、計量混合ポンプを使用して互いに混合した。続いて、得られた接着剤混合物を一次基材の表面にコーティングして、一次基材上にコーティングされたウェブを形成し、次いで、コーティングされたウェブをラミネータのニッピングステーションにおいて二次基材と共にニップして、積層体を形成した。各積層体のコート重量は約1.6g/m2に維持された。
フィルムの試験方法及び測定方法
結合強度測定
幅15mmのストリップに切断した積層試料で90°T型剥離試験を実行し、毎分4インチ(毎分10センチメートル)の速度で、50ニュートン(N)荷重セルを備えたThwing Albert(商標)QC-3A剥離試験機で幅15mmの長さのストリップ上で引張った。3つの別個の試料ストリップを試験し、3つのストリップの得られた試験値を平均した。剥離試験中、積層体試料の2つの結合フィルムが分離(剥離)したとき、引張り中の力の平均を記録した。フィルムのうちの1つが伸張又は破断した場合、最大の力又は破断時の力を記録した。不良モード(FM)又は不良のモード(MOF)を、以下の次の名称に従って記録した。
「FS」は、「フィルム伸張」を意味する。
「FT」は、「フィルムの裂け」(又は「破断」)を意味する。
「DL」は、「層剥離」を意味し、二次フィルムが一次フィルムから分離したことを意味する。
「AT」は、「接着剤移行」を意味し、接着剤が、一次フィルムに接着不良であり、二次フィルムに移行することを意味する。
「AS」は、「接着剤の***」(又は凝集不良)を意味し、接着剤が、一次フィルム及び二次フィルムの両方に見られることを意味する。
「MT」は、「金属移行」を意味し、金属化フィルムから二次フィルムへの金属の移行が生じたことを意味する。
「PMT」は、「部分的な金属移行」を意味する。
結合強度測定
幅15mmのストリップに切断した積層試料で90°T型剥離試験を実行し、毎分4インチ(毎分10センチメートル)の速度で、50ニュートン(N)荷重セルを備えたThwing Albert(商標)QC-3A剥離試験機で幅15mmの長さのストリップ上で引張った。3つの別個の試料ストリップを試験し、3つのストリップの得られた試験値を平均した。剥離試験中、積層体試料の2つの結合フィルムが分離(剥離)したとき、引張り中の力の平均を記録した。フィルムのうちの1つが伸張又は破断した場合、最大の力又は破断時の力を記録した。不良モード(FM)又は不良のモード(MOF)を、以下の次の名称に従って記録した。
「FS」は、「フィルム伸張」を意味する。
「FT」は、「フィルムの裂け」(又は「破断」)を意味する。
「DL」は、「層剥離」を意味し、二次フィルムが一次フィルムから分離したことを意味する。
「AT」は、「接着剤移行」を意味し、接着剤が、一次フィルムに接着不良であり、二次フィルムに移行することを意味する。
「AS」は、「接着剤の***」(又は凝集不良)を意味し、接着剤が、一次フィルム及び二次フィルムの両方に見られることを意味する。
「MT」は、「金属移行」を意味し、金属化フィルムから二次フィルムへの金属の移行が生じたことを意味する。
「PMT」は、「部分的な金属移行」を意味する。
初期結合又は「未硬化」結合は、積層体の作製後可能な限りすぐに試験した。追加のT型剥離試験は、以下の表IVに記載の時間間隔で行った。
ボイルインバッグ試験手順
一方の層のPEフィルムが他方の層のPEフィルムと接触するように、積層体の9インチ×12インチ(23cm×30.5cm)のPEシートのうちの1つを折り畳んで、約9インチ×6インチ(23cm×15.25cm)の寸法を有する二重層シート部材を得た。二重層シート部材の端部をペーパーカッターでトリミングして、約5インチ×7インチ(12.7cm×17.8cm)の折り畳んだ片を得た。折り畳んだ片の2つの長辺と1つの短辺とを端部でヒートシールして、10.2cm×15.2cm(4インチ×6インチ)の内部サイズを有する完成パウチを得た。ヒートシールは、177℃(350°F)で1秒間、276キロパスカル(kpa)(40ポンド/平方インチ[PSI])の油圧で行われた。各試験で2つ又は3つのパウチ試料を作製した。
一方の層のPEフィルムが他方の層のPEフィルムと接触するように、積層体の9インチ×12インチ(23cm×30.5cm)のPEシートのうちの1つを折り畳んで、約9インチ×6インチ(23cm×15.25cm)の寸法を有する二重層シート部材を得た。二重層シート部材の端部をペーパーカッターでトリミングして、約5インチ×7インチ(12.7cm×17.8cm)の折り畳んだ片を得た。折り畳んだ片の2つの長辺と1つの短辺とを端部でヒートシールして、10.2cm×15.2cm(4インチ×6インチ)の内部サイズを有する完成パウチを得た。ヒートシールは、177℃(350°F)で1秒間、276キロパスカル(kpa)(40ポンド/平方インチ[PSI])の油圧で行われた。各試験で2つ又は3つのパウチ試料を作製した。
パウチの開口端部から、約100ミリリットル(mL)の1:1:1ソース(ケチャップ、酢、及び植物油の、重量基準で等量部のブレンド)でパウチを充填した。試験中にヒートシール不良を引き起こし得るので、ヒートシール領域上への充填物の跳ね上がりを回避した。パウチにソースを充填した後、パウチの内側への空気の封じ込めを最小限に抑える様式で、パウチの上部をシールした。
試験中にパウチの漏れを引き起こす傷がシール部にないことを確認するために、パウチの4つの側面全てについてシールが完全であることを視覚的に検査した。傷がある疑いのあるパウチを全て廃棄し、試験のために別のパウチと交換した。いくつかの場合では、疑わしいパウチは別のパウチと交換されなかったが、試験中に新たな追加の傷が発生したか否かを識別するために、積層体の傷に印を付けた。
ポットに2/3の水を入れ、沸騰させた。沸騰しているポットに蓋をして、水及び蒸気の損失を最小限にした。試験中、ポットを目視観察して、沸騰を維持するのに十分な水が存在することを確認した。パウチをポットの沸騰水中に入れ、ポット/沸騰水中で30分間保持した。パウチをポット/沸騰水から取り出し、パウチの傷を目視検査した。例えば、トンネリング、ブリスタリング、層間剥離、又は漏れなどの傷の程度を、印を付けた既存の傷のいずれかと比較した。観察された傷を記録した。
その後、パウチを切り開き、空にし、石鹸及び水ですすいだ。1つ以上の15mmストリップをパウチから切断し、切断されたストリップのそれぞれの積層体結合強度を、上述の結合強度測定手順を使用する標準的な結合強度試験に従って測定した。パウチからパウチの内容物を取り出した後、可能な限りすぐに結合強度試験を行った。パウチの内部を目視検査し、観察されたその他の視覚的欠陥を記録した。
その後、パウチを切り開き、空にし、石鹸及び水ですすいだ。1つ以上の15mmストリップをパウチから切断し、切断されたストリップのそれぞれの積層体結合強度を、上述の結合強度測定手順を使用する標準的な結合強度試験に従って測定した。パウチからパウチの内容物を取り出した後、可能な限りすぐに結合強度試験を行った。パウチの内部を目視検査し、観察されたその他の視覚的欠陥を記録した。
積層体外観評価
積層体の生成後、積層体の外観を目視検査した。積層体が気泡及びオレンジピールなどの視覚的欠陥を全く示さなかったときに、積層構造体での最高積層速度を求めた。
積層体の生成後、積層体の外観を目視検査した。積層体が気泡及びオレンジピールなどの視覚的欠陥を全く示さなかったときに、積層構造体での最高積層速度を求めた。
表IV及び表Vに記載されるように、Comp.Ex.Fと比較して、本発明の無溶剤接着剤は、90分で、15ミリメートル当たり0.8ニュートン(N/15mm)を超える結合強度で、積層後の形成された積層体の速い硬化/速い結合を可能にし、ひいては変換効率を改善し、コストを低減する。接着剤は、優れた耐薬品性及び耐温度性を示し、Comp.Ex.D及びEの無溶剤接着剤積層製品の層間剥離破壊モードと比較して、1時間のボイルインバッグ1:1:1ソース試験後に1.5N/15mmを超える結合強度を示す。更に、本発明の無溶剤接着剤は、良好な外観を有する高い稼働積層速度を可能にする。
他の実施形態
プレポリマーイソシアネートを含み、プレポリマーイソシアネートを調製するためのイソシアネートモノマーが、メチレンジフェニルジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、及びキシリレンジイソシアネートのうちの1つ以上からなる群から選択される、二成分無溶剤接着剤組成物。
プレポリマーイソシアネートを含み、プレポリマーイソシアネートを調製するためのイソシアネートモノマーが、メチレンジフェニルジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、及びキシリレンジイソシアネートのうちの1つ以上からなる群から選択される、二成分無溶剤接着剤組成物。
アミン開始ポリオールを含み、アミン開始ポリオールが、2~12の官能価、5~1,830のヒドロキシル価、及び25℃で500mPa.s~40,000mPa.sの粘度を有する、二成分無溶剤接着剤組成物。
イソシアネート成分のイソシアネート反応性成分に対する重量比が、0.5:1~1.5:1である、二成分無溶剤接着剤組成物。
粘着付与剤、可塑剤、レオロジー調整剤、他の接着促進剤、酸化防止剤、充填剤、着色剤、界面活性剤、及びこれらの2つ以上の組み合わせを更に含む、二成分無溶剤接着剤組成物。
目視観察による測定/判定において、積層体上に気泡が形成されておらず、積層体上にオレンジピールが形成されていない良好な外観を示す、積層構造体。
Claims (14)
- 二成分無溶剤接着剤組成物であって、
(A)第1の基材に適用するために配合された少なくとも1つのイソシアネート成分であって、少なくとも1つの芳香族系イソシアネートか、又は、
(Ai)少なくとも1つの芳香族系イソシアネート、及び
(Aii)少なくとも1つの脂肪族系イソシアネートのブレンドのいずれかを含む、少なくとも1つのイソシアネート成分と、
(B)第2の基材に適用するために配合された少なくとも1つのイソシアネート反応性成分であって、
(Bi)2つ以上の第一級ヒドロキシル基及び第三級アミンを組み込んだ骨格を含む少なくとも1つのアミン開始ポリオール、
(Bii)少なくとも1つのヒドロキシル末端ポリウレタンポリオール、
(Biii)少なくとも1つのリン酸エステルポリオール、
(Biv)少なくとも1つのポリエステルポリオール、
(Bv)少なくとも1つのポリエーテルポリオール、及び
(Bvi)任意選択で、少なくとも1つのシラン接着促進剤、のブレンドを含む、少なくとも1つのイソシアネート反応性成分と、を含む、二成分無溶剤接着剤組成物。 - 前記イソシアネート反応性成分(B)が、前記イソシアネート反応性成分の総重量に基づいて、
(Bi)0.5重量%~30重量%の、2つ以上の第一級ヒドロキシル基及び第三級アミンを組み込んだ骨格を含む少なくとも1つのアミン開始ポリオール、
(Bii)10重量%~85重量%の少なくとも1つのヒドロキシル末端ポリウレタンポリオール、
(Biii)0.5重量%~40重量%の少なくとも1つのリン酸エステルポリオール、
(Biv)0.5重量%~50重量%の少なくとも1つのポリエステルポリオール、
(Bv)1重量%~30重量%の少なくとも1つのポリエーテルポリオール、及び
(Bvi)0重量%~5重量%の少なくとも1つのシラン接着促進剤、のブレンドを含む、請求項1に記載の二成分無溶剤接着剤組成物。 - 前記イソシアネート成分が、モノマーイソシアネート、ポリマーイソシアネート、及びプレポリマーイソシアネートからなる群から選択される2つ以上の成分を含む、請求項1に記載の二成分無溶剤接着剤組成物。
- 前記アミン開始ポリオールが、アルキレンオキシドとアミンとの反応生成物である、請求項1に記載の二成分無溶剤接着剤組成物。
- 前記アミン開始ポリオールが、第三級アミン又は第二級アミンを含有する化合物を含む、請求項1に記載の二成分無溶剤接着剤組成物。
- 前記少なくとも1つのヒドロキシル末端ポリウレタンポリオールが、(1)ポリエーテルポリオールと芳香族イソシアネートモノマーとの反応生成物、(2)ポリエーテルポリオール及び/又は脂肪族ポリエステルポリオールと芳香族イソシアネートモノマーとの反応生成物、並びに(3)これらの混合物からなる群から選択されるポリオールである、請求項1に記載の二成分無溶剤接着剤組成物。
- 前記少なくとも1つのリン酸エステルポリオールが、構造(II)の以下の化学構造:
[式中、R1は有機基である]を有するポリオール化合物である、請求項1に記載の二成分無溶剤接着剤組成物。 - 前記少なくとも1つのポリエステルポリオールが、ネオペンチルグリコール、2-メチルプロピレンジオール、ヘキサンジオール、ブタンジオール、プロピレングリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、主鎖に6個~16個の炭素原子を有する他のアルキレンジオール;アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、及びこれらの混合物からなる群から選択される、二酸及びジオールによって作製されるポリオールを含む、請求項1に記載の二成分無溶剤接着剤組成物。
- 前記少なくとも1つのシラン接着促進剤が、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-アミノプロピル-トリメトキシシラン、N-β(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメチルジメトキシシラン、N-フェニル-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、及びこれらの混合物からなる群から選択されるアミノシラン接着促進剤である、請求項1に記載の二成分無溶剤接着剤組成物。
- 前記接着剤組成物を使用して製造された積層体を25℃で90分間硬化させたときに、前記接着剤組成物が1N/15mmを超える結合強度を有する、請求項1に記載の二成分無溶剤接着剤組成物。
- 前記接着剤組成物が、25℃で最大3日間硬化された後、10ppb未満の第一級芳香族アミンを有する、請求項1に記載の二成分無溶剤接着剤組成物。
- 積層構造体であって、
(a)少なくとも1つの第1の基材層と、
(b)少なくとも1つの第2の基材層と、
(c)前記第1の基材層と前記第2の基材層との間に配置されることにより、前記第1の基材層を前記第2の基材層に結合する、請求項1に記載の二成分無溶剤接着剤組成物の層と、を含む、積層構造体。 - 積層構造体を作製するための方法であって、
(I)少なくとも1つの第1の基材を準備する工程と、
(II)少なくとも1つの第2の基材を準備する工程と、
(III)請求項1に記載の二成分無溶剤接着剤組成物を含む接着剤組成物を準備する工程と、
(IV)前記二成分無溶剤接着剤組成物の前記イソシアネート成分の第1のコーティング層を、前記第1の基材の1つの表面の少なくとも一部分に適用して、前記第1の基材上に配置されたイソシアネート成分のフィルム層を形成する工程と、
(V)前記二成分無溶剤接着剤組成物の前記イソシアネート反応性成分の第2のコーティング層を、前記第2の基材の1つの表面の少なくとも一部分に適用して、前記第2の基材上に配置された前記イソシアネート反応性成分のフィルム層を形成する工程と、
(VI)前記第1の基材の前記イソシアネート成分の前記第1のコーティング層を、前記第2の基材の前記イソシアネート反応性成分の前記第2のコーティング層と接触させて、前記第1の基材と前記第2の基材との間に前記イソシアネート成分及び前記イソシアネート反応性成分を含む組み合わされた未硬化接着剤配合物層を形成して、層状積層構造体を形成する工程と、
(VII)前記第1の基材と前記第2の基材との間の前記接着剤配合物層を硬化させて、硬化した前記接着剤を介して前記第1の基材を前記第2の基材に取り付けて、結合した積層構造体を形成する工程と、を含む、方法。 - 60メートル/分超~450メートル/分の稼働ライン速度で実施される、請求項13に記載の方法。
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