具有宽的工作温度窗口的粘合剂组合物及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有宽的工作温度窗口的热熔粘合剂，这些粘合剂特别适合用于盒 子、盘子、袋子和纸箱的密封应用。
【背景技术】
[0002] 热熔粘合剂以熔融状态被施加到基材上，并冷却以固化粘合剂层。所述热熔粘合 剂通常用于密封包装如纸箱、盘子和盒子。根据环境和运输条件，一些包装需要热熔粘合剂 具有高的耐热性和低温性能。通常情况下，常规的热熔粘合剂或者在高温或者在低温下表 现出强粘结作用，但不能同时在上述两种温度情况下表现出强粘结作用。因此，根据包装的 需求或环境条件，必须使用不同的或多种粘合剂，这导致在制造过程中更长的停机次数。
[0003] 由于种种原因，具有高乙酸乙烯酯含量的乙烯乙酸乙烯酯(EVA)被广泛用做密封 盒子和箱子的热熔粘合剂。高乙酸乙烯酯含量的聚合物对极性纤维素基材形成强的粘合力 (adhesion);然而，高乙酸乙烯酯含量的EVA聚合物价格昂贵并或者在高温或者在低温下粘 合力较差。
[0004] 热熔粘合剂的低温粘合力可通过使用低玻璃化转变温度的聚合物和/或低熔点蜡 和增粘剂而改善。这种改善的发生是以牺牲粘合剂的高温性能为代价。
[0005] 本领域存在对能够将其工作温度窗口同时延伸至高温和低温的热熔粘合剂的需 求。本发明满足这种需要。 发明简述
[0006] 本发明涉及一种提供宽的工作温度窗口的热熔粘合剂以及含有所述粘合剂的制 品。
[0007] 本发明的一个方面涉及一种热熔粘合剂，其包含：（1)乙酸乙烯酯含量小于约25重 量％的乙烯乙酸乙烯酯聚合物；（2)官能化的乙烯-α-烯烃共聚物；（3)蜡;和(4)增粘剂。所 述粘合剂具有改善的低温度柔性和高耐热性。
[0008] 在另一个实施方案中，本发明涉及一种热熔粘合剂，其包含：（1)乙酸乙烯酯含量 小于约20重量％的乙烯乙酸乙烯酯聚合物；（2)官能化的乙烯-α-烯烃共聚物；（3)蜡;和(4) 增粘剂。
[0009] 另一个实施方案涉及一种制品，其包含纤维素基材和热熔粘合剂，所述热熔粘合 剂包含：（1)乙酸乙烯酯含量小于约25%的乙烯乙酸乙烯酯聚合物；（2)官能化的乙烯-α-烯 烃共聚物；（3)蜡;和(4)增粘剂。所述制品是用于包装产品的纸箱、盒子、盘子或袋子。所述 制品可包括硬纸板、纸板或其它已粘附有所述热熔粘合剂的基材。在另一个实施方案中，在 制品如盒子、箱子、袋子或盘子的制造过程中并且在产品包装之前，预先施加粘合剂。 发明详述
[0010] 本文引用的所有文件都通过引用整体并入。
[0011]重量百分比（重量％)是基于粘合剂的总重量计算，除非另有说明。
[0012]对于在极端温度下进行运输和/或贮存的包装物例如盒子、箱子、袋子或盘子，需 要所使用的热熔粘合剂具有高的耐热性和良好的耐寒性。
[0013] 已经发现，具有高和低温性能的优异平衡性的热熔粘合剂可通过使用具有低乙酸 乙烯酯含量的乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)聚合物与官能化的茂金属催化的共聚物的聚合物组 合而得到。
[0014] 热熔粘合剂组合物包含至少一种乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA共聚物）。存在的乙 酸乙烯酯的相对量可以被看作确定所得到的乙烯共聚物如何以及在何种程度上被视为共 混组合物中的极性聚合物组分的。
[0015] 乙烯乙酸乙烯酯共聚物可以具有不同的乙酸乙烯酯含量，但优选具有按重量计为 6至30重量％的乙酸乙烯酯单元含量，更优选低于25重量％，最优选低于24%、23%、22%、 21 %和20重量％。所述乙烯乙酸乙烯酯共聚物可任选通过本领域熟知的方法(例如接枝)进 行改性，包括用不饱和羧酸或其衍生物改性。
[0016] 本发明的粘合剂包含约10至约60重量％、更优选约20至约50重量％的乙烯乙酸乙 烯酯聚合物，其具有至少约400克/10分钟、优选500克/10分钟的熔体指数。
[0017] 合适的乙稀乙酸乙稀酯共聚物包括来自Ε· I .du Pont de Nemours and Company (DuPont)，Wilmington，Delaware的商品名为ELVAX的那些。其它乙稀乙酸乙稀酯共聚物是 来自Exxon Chemical Co.的商品名为ESC0RENE的那些，以及来自Millennium Petrochemicals，Rol 1 ing Meadows，Illinois的商品名为ULTRATHENE的那些，来自 AT Polymers&Film Co.，Charlotte，NC 的 AT 共聚物，和来自 Atofina Chemicals， Philadelphia，PA的商品名为EVATANE的聚合物。
[0018] 也可以使用乙烯乙酸乙烯酯共聚物的混合物，只要所得的混合物中乙酸乙烯酯重 量百分比和熔体指数落在所述范围内。因此，可以混合具有不同熔体指数和不同乙酸乙烯 酯百分比的两种乙烯乙酸乙烯酯。
[0019] 官能化的乙烯-α-烯烃共聚物包含乙烯与选自C3(丙烯）、C4(丁烯）、C5(戊烯）、C6 (己烷）、C7(庚烯）、C8(辛烯）、C9(壬烯）、C10(癸烯）、Cll(十一碳烯)或C12(十二碳烯)单体 的共聚单体。
[0020] 将官能团接枝到茂金属催化的聚乙烯共聚物以形成官能化的茂金属催化的聚乙 烯共聚物。这个过程可以通过在反应器或挤出机中混合茂金属催化的聚乙烯共聚物与官能 化组分来进行。本领域技术人员可以理解的是，各种官能团可反应或接枝到茂金属催化的 聚乙烯共聚物的共聚物主链上，以产生官能化的茂金属催化的聚乙烯共聚物。可以在本发 明实施中使用的官能团包括例如丙烯酸、乙酸酯、磺酸酯、马来酸酐、富马酸和柠康酸酐。用 于粘合剂的有用的官能化的茂金属催化的聚乙烯共聚物包括，丙烯酸官能化的茂金属催化 的聚乙烯共聚物，乙酸酯官能化的茂金属催化的聚乙烯共聚物，磺酸酯官能化的茂金属催 化的聚乙烯共聚物，马来酸酐官能化的茂金属催化的聚乙烯共聚物等等。在一个实施方案 中，所述官能化的茂金属催化的聚乙烯共聚物是马来酸酐改性的茂金属催化的聚乙烯共聚 物。在另一个实施方案中，所述官能化的茂金属催化的聚乙烯共聚物是富马酸改性的茂金 属催化的聚乙烯共聚物。在进一步的实施方案中，官能化的茂金属催化的聚乙烯共聚物是 柠康酸酐改性的茂金属催化的聚乙烯共聚物。
[0021] 官能化的茂金属催化的乙烯共聚物中的官能团通常随机地分布在整个共聚物中。 本发明的粘合剂的特别优选的实施方案将包括官能化的茂金属催化的聚乙烯共聚物，其包 含约0.1至约8重量％，特别是约0.3至约5重量％，更特别是约0.5至约3重量％的官能团，基 于所述茂金属催化的聚乙烯共聚物的重量。
[0022] 适合于本发明的官能化的茂金属催化的聚乙烯共聚物将具有大于2,000道尔顿的 分子量。所述官能化的茂金属催化的聚乙烯共聚物与官能化改性的蜡不同。本领域技术人 员能够理解的是，官能化改性的蜡通常具有小于2,000道尔顿的分子量，而共聚物具有大于 2,000道尔顿的分子量。所述官能化的乙烯共聚物的结晶度范围为10至30%。官能化的茂金 属催化的聚乙烯共聚物在350°F下的粘度范围为10,000cP至20,000cP。合适的官能化的茂 金属催化的聚乙烯的熔体指数为约200至约2,000g/10min，优选约500至约1750,根据ASTM D1238在190°C和2.16kg负载下测量。一个示例性官能化的茂金属催化的聚乙烯是来自 DOW?的AFFINITY? GA 1000R。
[0023] 官能化的茂金属催化的聚乙烯共聚物在粘合剂中的用量通常为约0.5重量％至20 重量％，更优选约1重量％至约15重量％，和最优选约2至约10重量％。用量超过20重量％可 能会导致与粘合剂的其它组分之间的相分离和不相容。
[0024] 本发明的粘合剂组合物优选被增粘。增粘剂组分通常以约20重量％至约60重 量％，更优选约20重量％至约50重量％，甚至更优选约20重量％至约45重量％的量存在，基 于粘合剂的总重量。增粘树脂的环球法软化点，如通过ASTM E28方法测定，在约70°C至150 °(3，更典型地在约80°(3至110°(3，甚至低于100°(3、99°(3、98°(3、97°(3、96°(3和95°(3。两种或更多 种增粘树脂的混合物对于一些配制物是理想的。
[0025] 在一些实施方案中，增粘剂是合成烃类树脂。所包括的合成烃类树脂是脂族烃或 脂环族烃、芳烃、芳族改性的脂族烃或脂环族烃以及它们的混合物。还包括上述合成烃类树 脂的氢化物。
[0026]非限制性实例包括脂族烯烃衍生的树脂，例如来自Cray Valley的商品名 Wingtack? Extra和来自Exxon的Escorez? 2203L系列的那些。此类常见的C5经衍生的增 粘树脂是具有高于80°C的软化点的间戊二烯和2-甲基-2-丁烯的二烯-烯烃共聚物。该树脂 市售的商品名为Wingtack95。
[0027] C9芳经改性的C5经衍生的增粘剂同样有用。这样的增粘剂是来自Sartomer和Cray Vail ey的商品名Nor sol ene和Rutgers系列的TK芳经树