具有改进的冲切性能的粘合剂制造技术

本发明专利技术通过使用苯乙烯四嵌段共聚物或五嵌段共聚物提供了一种改进的粘合剂，其中的共聚物在标签生产所采用的冲切条件下降低了弹性行为。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及特别适用于标签和胶带生产中的弹性体或橡胶基压敏粘合剂组合物。
技术介绍
标签生产过程中，将面料、压敏粘合剂层和释放衬层例如涂覆了硅氧烷的纸的层压物通过一设备，该设备将该层压物转变为商业上有用的标签和标签坯料。该转变操作过程涉及印刷、冲切、使标签留在释放衬层上的基质剥离、边缘冲孔(hole punching)、穿孔(perforating)、扇形折叠、切割等。重要的是，切开工序要切断面料和粘合剂层，但是不能在释放衬层上切出凹痕。在背衬片材上制备一系列标签包括围绕标签切开以及除去两标签之间的材料(基质)同时要留下标签本身粘附在背衬片材上。重要的是，冲切机械要在工作速度下干净利索地切断。这些应用中的粘合剂被复配以具有适当的粘弹性和粘合剂性能，以使它们能够涂覆到释放衬层或面料背面并在剥离后留在标签上并具有所需要的粘合力。但是这些性能使得粘合剂膜难以切开或切断。它们使冲切困难和不连贯，并引起粘合剂拉丝和沉积在切割刀具上。冲切涉及将层压物一直切到释放衬层表面上。其它工序涉及完全切透标签层压物，并包括冲孔、穿孔和切割，特别是在平的片材上。将层压物转变为最终产品例如标签的成本是多个加工操作速率的函数。线速度取决于是否包括印刷步骤。如果没有印刷步骤例如计算机标签，速度能够达到300m/min。否则，速度一般为50-100m/min。尽管所有的层压物层都影响可变成本，但粘合剂层可能限制可变成本。粘合剂层的粘弹性产生该限制—它的高弹性将阻止它在冲切过程中从冲切线流走，并且也促进了它在冲切过程中转移到刀刃上。高的粘合剂弹性还引起粘合剂拉丝，这将在将不需要的面料在冲切之后除去时阻碍基质剥离。高的弹性还促进了粘合剂层在切断后重新连接。实现好的可转变性不一定非要牺牲优异的粘合性能。粘合剂必需复配以使用需要。重要的粘合剂性能包括在各种温度以及各种基质例如聚合物、纸、玻璃和钢表面上的剥离粘性、粘着性、剪切和粘度。好的通用粘合剂可能仅仅因为该粘合剂难以干净地切断而具有差的可转变性。粘合剂可能粘结到冲模或刀刃上。此外，在一定速度范围内，利用特定粘合剂可能造成基质的断裂，尽管存在在断裂速度的两个端值速度之一下可能出现成功的基质剥离的事实。本专利技术的目的之一是提供粘合剂体系，其中该粘合剂具有好的冲切性能并且其中基质能够在整个工作速度范围内成功地剥离。一般的标签粘合剂是由丙烯酸聚合物乳液制成的，该乳液可以通过烃或天然树脂增粘剂增粘。尽管这些粘合剂具有好的冲切性能，但是它们需要处理大量液体以及随后液体的去除。因此，优选热熔胶。低温下，丙烯酸基粘合剂比热熔胶体系的性能更差。此外，热熔胶可以在更快的线速度下在更宽的温度范围内使用，具有更高的粘着性并且能够在潮湿环境下使用。热熔压敏粘合剂体系是公知的，并由增粘的热塑性弹性体例如苯乙烯嵌段共聚物组成。例如，含有聚苯乙烯和聚丁二烯嵌段和/或聚异戊二烯嵌段的苯乙烯嵌段共聚物是已知的。这些材料一般以纯的三嵌段(有时称为SIS和SBS共聚物)和二嵌段(有时称为SI和SB共聚物)获得。这些材料也可以以二嵌段和三嵌段材料的混合物(有时称为SIS+SI和SIS+SB)获得。这些材料的实例包括Dexco和KratonPolymers出售的弹性体。将二嵌段/三嵌段混合物作为弹性体组分用在热熔压敏粘合剂中是已知的。还已知粘合剂性能和粘度可以通过改变二嵌段与三嵌段的比例、改变苯乙烯含量、改变聚合物分子量以及改变聚合物内部的嵌段分子量来控制。已经使用的材料的实例是KARTONTMD1113，它含有16％的苯乙烯和56％的二嵌段；Nippon Zeon出售的QUINTACTM3433，它含有55％的二嵌段和17％的苯乙烯；VECTORTM4114，含有42％的二嵌段和17％的苯乙烯；以及VECTORTM4113，含有20％的二嵌段和17％的苯乙烯。VECTORTM4113和VECTORTM4114是Dexco产品。尽管这些材料当被增粘时具有好的粘合性能并且能够用于生产标签的热熔胶中，但是它们缺乏最佳的冲切性能。此外，它们的低温粘合性能不是最好的。美国专利5,663,228涉及改进标签粘合剂的冲切性能。但是所提供的技术方案复杂，需要两种具有特定玻璃化转变温度的特殊嵌段共聚物树脂，并且需要选择增粘树脂，当增粘树脂与两种嵌段共聚物混合时，该增粘树脂增加了这两种嵌段共聚物的玻璃化转变温度之间的差值。用于美国专利5,663,228的粘合剂混合物中的苯乙烯共聚物的实例是购自Fina的FINAPRENETM1205，和购自Kraton Polymers的KRATONTM1107。美国专利5,412,032涉及能够改善标签冲切性能的线形SIS三嵌段/二嵌段共聚物。这是利用苯乙烯含量为18-24wt％，聚苯乙烯嵌段的分子量为25000-35000，整个分子量为280000-520000，偶合率为20％-40％的嵌段共聚物实现的。偶合率相当于整个共聚物的三嵌段含量。美国申请序列号60/214,308描述了具有改进的冲切性能的粘合剂体系，是通过优化二嵌段/三嵌段混合物得到的。现在我们已经发现，这些改进的性能可以通过四嵌段和/或五嵌段聚合物得到，因此能够在一个聚合反应中完成。意识到热熔冲切性能必须提高，我们分析了冲切过程的机械和物理因素。令人惊奇地，冲切涉及相对低的变形速率并且涉及将粘合剂推向切割线的边缘，而不涉及锋利的切开动作。在成功的冲切中，粘合剂在经受刀的作用时必须蠕变，从切割点移开，并且没有沿着切割线重组。鉴于上述观点，我们发现，对于好的冲切来说，苯乙烯四嵌段或五嵌段共聚物粘合剂应当满足下述标准●室温下，在低于玻璃化转变的频率区域内(一般＜10rad/s)，G′随着频率单调降低，一直降低到最低频率下的储能模量的恒定弹性平台。在所述频率下，弹性平台优选恒定在低于10000Pa，更优选低于7000Pa，最优选低于4000Pa。●在优选高于0.001rad/s，更优选高于0.005rad/s，并且最优选高于0.01rad/s的频率下，G′的值为10000Pa。●在10000P处的损耗系数Tanδ(定义为G″/G′)优选为0.2-1；更优选为0.4-1；最优选为0.6-1。冲切过程中令人惊奇地低的变形率以及冲切过程中需要粘合剂流动一起解释了水基丙烯酸粘合剂比它们的三嵌段(例如SBS或SIS)相应物表现更好的原因。这两个体系分别是冲切性能好与坏的好的实例。在一定温度下，热熔胶的流动和粘弹行为一般由两个动态模量，称作G′和G″来决定损耗模量G″表示粘性行为，储能模量G′表示弹性行为。G″和G′的比例称作损耗系数Tanδ。冲切机理将粘合剂推离切割线而不是锋利地切开的发现要求一种更低弹性的粘合剂，这样它就能永久地从切割线上移开。由于在冲切过程中刀非常小的垂直速度，重点应当放在低频行为上。丙烯酸体系的动态力学分析确实地表明，储能模量G′随着频率连续地降低，表明在低频时没有恒定平台。同时，在低频时损耗模量G″相对高，基本上重叠了G′。如图3所示，这加强了粘合剂在应力下永久变形和流动的趋势。另一方面，纯三嵌段粘合剂的类似分析显示了在低频区域的恒定且相对高的平坦模量G′(＞10000Pa)，远远高于损耗模量G″。这反应了该粘合剂从冲切过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含增粘的苯乙烯嵌段共聚物的粘合剂，其中苯乙烯嵌段共聚物包括苯乙烯含量为１０－２７ｗｔ％的四嵌段和／或五嵌段共聚物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JB勒沙特，OJ格欧吉恩，FX吉比尔特，G玛林，K勒塔斯，RR德米，MO米尔斯，
申请(专利权)人：埃克森美孚化学专利公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]