Термоплавкий клеящий состав
Описывается новый термоплавкий клеящий состав на основе радиальных блок-сополимеров стирола и бутадиена и радиальных блок-сополимеров стирола и изопрена, который содержит: а) от 15 до 50% по весу радиального блок-сополимера с четырьмя ответвлениями, соответствующего общей формуле (S-B-)4-X (I), где В соответствует полибутадиеновому блоку; S соответствует полистирольному блоку; Х является остатком четырехвалентного связывающего вещества; b) компонент, выбранный из от 8 до 35% по весу радиального блок-сополимера, соответствующего общей формуле (S-I-)3-X (II) где I -соответствует полиизопреновому блоку, тогда как S соответствует полистирольному блоку, а Х имеет вышеуказанное значение; с) от 35 до 80% по весу по меньшей мере одной смолы, усиливающей адгезию, отличающийся тем, что (i) общее содержание полистирола в блок-сополимере (I) составляет менее 40% по весу, (ii) общее содержание полистирола в блок-сополимере (II) составляет менее 35% по весу, (iii) молекулярный вес полистирольных блоков в сополимере (I) составляет менее 30000, молекулярный вес полистирольных блоков в сополимере (II) составляет менее 32000, (iv) молекулярный вес радиального блок-сополимера (I) (S-B-)4-X составляет между 180000 и 260000, (v) молекулярный вес радиального блок-сополимера (II) (S-I-)3-X составляет между 120000 и 180000. Новый состав имеет превосходные самоклеящие свойства. Он сохраняет низкие значения клейкости при отслаивании, быстром прилипании, хотя при этом имеет хорошее равновесие обычно требуемых свойств. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к самоклеящему составу, основанному на: а/ радиальном блок-сополимере бутадиена и стирола, b/ линейном или радиальном блок-сополимере изопрена и стирола; с/ по крайней мере одной смоле, усиливающей адгезию, а также по крайней мере одном пластифицирующем масле и антиоксидах.
Смесь имеет превосходные самоклеящие характеристики, подобные характеристикам смеси, полученной с натуральным частично поперечно-связанным каучуком, смешанным со смолами, усиливающими адгезию. Она может быть использована для производства клейких лент, этикеток, самоклеяющихся изделий для гигиенических применений /например, гигиенических полотенец/. Ее можно сравнить со смесями, основанными на натуральном каучуке, которые однако имеют более худшие технологические свойства /например, когезию/. Эта смесь является подходящей для усложненного использования, которое требует хорошего баланса когезионных и адгезионных свойств; эти свойства оценивали в соответствии со следующими испытаниями: - испытание на клейкость вращающегося шарика /АSТM/ Американский стандартный метод испытаний /D 3121/; - липкость образца /АSТMD 2979/71/; - испытание на адгезионную прочность при отслаивании на 180°, РSТС1; - испытание на быстрое прилипание; PS ТС5; - адгезия при сдвиге /удерживающая способность/ видоизмененная инструкция PSTC7; - устойчивость против старения. Среди патентной документации, известной в данной области, описывающей составы клея, основанного на линейных блок-сополимерах АВА, можно сослаться на следующие документы; заявку на патент WO 91/02039 и патенты США 3239478, 3784587, 3427269. Из числа патентной документации, известной в данной области, описывающей составы клея, основанного на радиальных блок-сополимерах типа /АВ/n, ВА, можно сослаться на патент США N 4096203 и IT 93/A00879. Термоплавкие клеящие составы, основанные на блок-сополимерах стирола, также в особенности используют, когда необходимо сцепление с не очень полярным /или полностью неполярными/ субстратами, например, полиэтиленом и подобными веществами, и в таких применениях, где продукт подвергают механическим и/или упругим напряжениям, как, например, в случае с клеями для пеленок и гигиенических полотенец. При использовании составов клея, основанных на блок-сополимере стирола и бутадиена, очень часто сталкиваются с технологическими проблемами, связанными с их ограниченной клейкостью, тогда как с другой стороны, составы клея, основанные на блок-сополимерах стирола и изопрева, имеют чрезмерную липкость, которая создает трудности при раскатывании клейкой ленты. Большая липкость к тому же вызывает раздражение и чрезмерный шум во время выполнения высокоскоростной операции резки катушки при промышленном производстве. Сильный шум на стадии раскатывания для резки катушки связан с высокими значениями клейкости при отслаивании и быстром прилипании. Было обнаружено, и настоящее изобретение имеет к этому отношение, что полимерный состав, основанный на блок-сополимере стирола и бутадиена с четырьмя радиальными блоками и специфическими характеристиками, описанными ниже, содержащий или не содержащий сополимер стирола и изопрена с линейными и/или радиальными блоками, а также по крайней мере одну смолу, усиливающую адгезию, пластифицирующее масло и антиоксиданты, имеет превосходные самоклеящие свойства, подобные таковым, которые можно получить с натуральным, частично поперечно-связанным каучуком и смолами, усиливающими адгезию, и не имеет указанных выше недостатков, свойства состава предоставляют возможность его использования в области получения изделий для санитарного использования, производства пеленок, этикеток и, главным образом, клейкой ленты без шума на стадии раскатывания. Следовательно, настоящее изобретение относится к термоплавким, клеящим составам, основанным на радиальных блок-сополимерах стирола и бутадиена и радиальных и/или линейных блок-сополимерах стирола и изопрена, содержащим: /а/ от 15 до 50% по весу радиального блок-сополимера с четырьмя ответвлениями, соответствующего общей формуле: /S - B - /4 - X, /I/ где В соответствует полибутадиеновому блоку, S соответствует полистироловому блоку, а X является остатком четырехвалентного связующего вещества,/b/ от 0 до 35% по весу радиального блок-сополимера, соответствующего общей формуле
/S - I - /3 - X, /II/
где I соответствует полиизопреновому блоку, тогда как S соответствует полистироловому блоку, а Х - остатку связующего вещества ;
/с/ от 0 до 35% по весу линейного блок-сополимера, соответствующего общей формуле:
S - 1 - S /III/
/d/ от 35 до 80% по весу по крайней мере одной смолы, усиливающей адгезию,
/е/ от 0 до 30% по весу по крайней мере одного пластифицирующего масла,
/f/ от 0 до 1% по весу по крайней мере одного антиоксиданта, при этом составы отличаются тем, что:
/i/ общее содержание полистирола в блок-сополимере /I/ составляет менее 40% по весу;
/ii/ общее содержание полистирола в блок-сополимере /II/ составляет менее 35% по весу;
/iii/ общее содержание полистирола в линейном блок-сополимере /III/ составляет менее 40% по весу,
/iv/ молекулярная масса полистироловых блоков в сополимере /I/ составляет менее 30000, молекулярная масса полистироловых блоков в сополимере /II/ составляет менее 32000, тогда как молекулярная масса полистироловых блоков в сополимере /III/ составляет менее 36000,
/v/ молекулярная масса радиального блок-сополимера /I/ /S - В - /4 - X составляет между 180000 и 260000,
/vi/ молекулярная масса радиального блок-сополимера /II/ /S - I - /3 - X составляет между 120000 и 270000,
/vii/ молекулярная масса линейного блок-сополимера SIS /III/ составляет между 70000 и 180000. Предпочтительный вариант настоящего изобретения относится к термоплавким клеящим составам, основанном на радиальном блок-сополимере /I/, содержащим:
/а/ 40% по весу радиального блок-сополимера с четырьмя ответвлениями, соответствующего общей формуле:
/S - B - /4 - X, /I/
где В, S и X имеют значения, определенные выше,
/d/ 50% по весу по крайней мере одной смолы, усиливающей адгезию,
/е/ 9,6% по весу по крайней мере одного пластифицирующего масла,
/f/ 0,4% по весу антиоксиданта, при этом они не содержат ни компонент /b/ ни компонент /с/. Другой предпочтительный вариант настоящего изобретения относится к термоплавким клеящим веществам, основанным на радиальном /I/ и линейном /III/ блок-сополимере, содержащим:
/а/ 20% по весу радиального блок-сополимера с четырьмя ответвлениями, соответствующего общей формуле
/S - В - /4 - Х, /I/
где В, S и X имеют значение, определенное выше,
/с/ 20% по весу линейного блок-сополимера, соответствующего общей формуле;
/S - I - S/, /III/
в которой S и I имеют значение, определенное выше,
/d/ 50% по весу по крайней мере одной смолы, усиливающей адгезию,
/е/ 9,6% по весу по крайней мере одного пластифицирующего масла,
/f/ 0,4% по весу антиоксиданта, при этом они не содержат компонент /b/. Клеящим составом, который является в частности действительным для превосходного равновесия между физическими и технологическими свойствами, является такой состав, который содержит:
/a/ 32% по весу радиального блок-сополимера с четырьмя ответвлениями, соответствующего общей формуле:
/S - В - /4 - X, /I/
в которой В, S и X имеют вышеприведенное значение,
/b/ 8% по весу радиального блок-сополимера, соответствующего общей формуле:
/S - I - /3 - X, /II/
в которой I, S и Х имеют вышеприведенное значение,
/d/ 50% по весу по крайней мере одной смолы, усиливающее адгезию,
/e/ 9,6% по весу по крайней мере одного пластифицирующего масла,
/f/ 0,4% по весу по крайней мере одного антиоксиданта, при этом следует принять во внимание, что он не содержит какое-либо количество компонента /с/. Как сополимеры с четырьмя радиальными блоками общей формулы /I/, так и сополимеры с тремя радиальными блоками общей формулы /II/, могут быть получены в соответствии с любым способом получения, известным в данной области; они описаны, например, в патентах США N 4096203 и 5118762. Среди различных подготовительных методов предпочтительными являются такие, в которых используют анионную полимеризацию в растворе с металлоорганическими соединениями лития в качестве инициатора. Вообще при получении радиальных блок-сополимеров настоящего изобретения может быть использован любой из растворителей, известных в данной области. Однако предпочтительными среди различных растворителей являются гексан, гептан и циклогексан. С целью улучшения кинетики реакций могут быть также использованы модификаторы, среди них могут быть упомянуты линейные или циклические простые эфиры, такие как диметиловый эфир, тетрагидрофуран и т. д. Полимеризацию инициируют путем приведения в контакт стирола с металлоорганическим соединением лития (R


/S - В - /4 - Х, /I/
так и радиальные блок-сополимеры с тремя ответвлениями типа:
/S - 2 - /3 - Х, /II/
и могут также содержать линейный блок-сополимер S - I - S /III/, где В соответствует полибутадиеновому блоку, I- полиизопреновому блоку, тогда как S соответствует полистироловому блоку, и их получают анионной сополимеризацией в растворе в углеводородном растворителе. Стирол приводят в контакт с катализатором, и когда он количественно провзаимодействует, "живой" полимер приводят в контакт с диеновым мономером. На этой стадии "живой" полимер, если он типа /I/ или типа /II/, соединяют со связующим веществом и впоследствии деактивируют подходящим деактиватором, например водой, при этом, если он типа /II/, после добавления соответствующего количества стирола реакцию продолжают и затем заканчивают посредством "закупоривающего" реагента /спирта, воды и т.д./
В испытаниях, проводимых в последующих примерах, были предприняты попытки использовать связующее вещество, которое дает возможность получать высокую эффективность связывания и которое в ином случае отрицательно влияет на адгезионные свойства /эффективность связывания определяют как число молекул связанного полимера, деленное на сумму числа молекул связанного полимера и числа молекул несвязанного полимера/. Эффективность связывания можно определить теоретически, исходя из стехиометрического количества связующего вещества, необходимого для завершения связывания, и гельпроникающей хроматографией /GРС/; на основе процентного содержания поверхности можно узнать эффективность связывания полимера по реакции:
% поверхности /SIn - / Х /% общей поверхности
Эффективность связывания в известной области составляет обычно между 80 и 95%. Если эффективность связывания слишком низкая /например менее 50%/, удерживающая способность для требуемых применений является недостаточной. Эффективность связывания можно регулировать по степени синтеза путем уменьшения связующего вещества по отношению к стехиометрическому количеству или путем преждевременной деактивации части активных центров и последующего связывания. Описав общие аспекты изобретения, далее с целью иллюстрации некоторых подробностей будут представлены последующие конкретные примеры, которые никоим образом не следует рассматривать как ограничительные. Все составы и приведенные процентные содержания, если не указано иным образом, выражены по весу, при этом блок-сополимеры, упомянутые в примерах, имеют эффективность связывания между 75 и 95%. Пример. Синтез радиальных блок-сополимеров
Для конкретного случая сополимеров с тремя блоками приводится ссылка на заявку на патент Италии IT 93А 00879. Синтез сополимеров с четырьмя радиальными блоками очень похож на синтез полимеров с тремя радиальными блоками и отличается только связующим веществом. Во всяком случае ниже здесь включен пример этого синтеза. В 2-литровый реактор из нержавеющей стали, снабженный термостатированным кожухом и системой перемешивания, загрузили 700 г циклогексана, содержащего 100 ррм/част. на миллион/ ТHЕ /тетрагидрофурана/ и 25 г стиролового мономера. Смесь нагревали до 50oС и в раствор гексана добавляли 0,12 г N-бутил-лития. После протекания реакции в течение 25 минут температуру довели до 55oC. Проба взятого и анализируемого раствора показала полное превращение стирола. Затем добавили 75 г. бутадиена и смесь оставили для взаимодействия в течение 25 минут до тех пор, пока произошло полное превращение второго мономера. Температура смеси составила 90oC. Таким образом получили двублочный сополимер стирола и бутадиена /S - В/, который подвергли связыванию для образования радиального полимера с четырьмя ответвлениями. В раствор, содержащий блокполимер и поддерживаемый при 90°С, затем добавили 0,08 г тетрахлорида кремния в растворе циклогексана с концентрацией 5% по весу и смесь оставили для взаимодействия в течение 10 минут при той же самой температуре. Полимерный раствор выгрузили из реактора и в качестве антиоксиданта добавили 0,5 г. ВНТ /2,6-ди-трет-бутил-паракрезола/ и 1 г ТNРР /тринон-ил-фенилфосфита/. Затем раствор устранили путем перегонки в потоке пара и радиальный полимер сушили в течение 12 часов в печи под вакуумом при 60oС. Анализ гельпроникающей хроматографией /GРС/ в тетрагидрофуране /THF/ показал средневесовую молекулярную массу РMw = 210000, тогда как сополимер S - В перед связыванием имел средневесовую молекулярную массу РМw = 60500. Молекулярная масса стиролового блока, также измеренная GРС, оказалась равной 15500. Как было определено ET - IR, общее содержание полистирола в блок-сополимере следовательно доходит до 25% по весу. Эффективность связывания равна 87%, ее определяли как поверхность, относящуюся к хроматографическому пику несвязынного типа относительно общей поверхности. Пример 2. Получение и характеристика смесей
Используя блок-сополимеры, синтез которых описан выше, путем смешивания различных компонентов в смесителе Вернера типа SIGMA BLADE при температуре 140°С в течение времени около 50 минут получили клеящие составы. Составы содержали: 100 г радиального сополимера, 120 г вещества для повышения клейкости, состоящего из алифатических углеводородных смол, и 30 г нафтенового масла. К двум составам также добавили 1 г. фенольного антиоксиданта /Irganox 1010 от Ciba Leigy/. 30 г каждого из составов, полученных таким образом, растворили в 100 г толуола, нанесли на пленку из сложного полиэфира и сушили при 120oC в течение 3-х минут, получив при этом толщину, равную 30 микронам. Адгезионные и когезионные характеристики этих составов измеряли следующими методами :
- адгезионная прочность при отслаивании на 180° /PSTS 1/; адгезионную способность на стали при отслаивании на 180° измеряли в г/2,5 см и определяли в соответствии с инструкцией PSTC 1;
- клейкость вращающегося шарика /ASTMD 3121/; динамическую адгезионную способность измеряли в соответствии с инструкцией ASTMD 3121;
- испытание липкости образца /ASTMD 2979/71/; адгезионную способность измеряли в соответствии с инструкцией ASTMD 2979/71;
- испытание на быстрое прилипание /PSTC 5/; адгезионную способность измеряли на стали и бумаге Крафта в соответствии с инструкцией РSТС 5 ;
- испытание на удерживающую способность /видоизмененная инструкция PSTC 7/;
- когезионную способность измеряли на стали и бумаге Крафта в соответствии с видоизмененной инструкцией PSTC 7. Результаты испытаний показаны в таблице. Сравнительный состав был основан только на линейном S - I - S полимере и обнаружен в смеси 2, тогда как составы смесей 1,2, 3,4,5 и 6 отличались различными соотношениями между полимерами /I/, /II/, и /III/. Из таблицы можно видеть, что состав 2, основанный на линейном сополимере S - I - S, оказывается имеет слишком высокие значения адгезионной прочности при отслаивавии на 180o и скорости прилипания, как на пленке, оцененной после получения, так и на пленке, оцененной после старения. Наоборот состав 1, основанный на радиальном S - В - S полимере, оказывается имел пониженные значения адгезионной прочности при отслаивании на 180o и скорости прилипания на пленке как таковой и после старения, тогда как другие значения, относящиеся к адгезионным характеристикам /Испытание образца на липкость и клейкость вращающегося шарика/ оказывается были подобны таковым состава 2. Составы 3,4,5 и 6, содержащие смеси радиальных SBS полимеров и линейных и/или радиальных SIS полимеров, имели промежуточные характеристики и равновесие адгезионных/когезионных свойств для предоставления возможности выбора более чем одного состава в зависимости от требуемых характеристик; типичным было то, что с увеличением количества SIS полимера значения адгезии возрастали.
Формула изобретения
(S - B-)4 - X,
где В соответствует полибутадиеновому блоку;
S соответствует полистирольному блоку;
Х является остатком четырехвалентного связывающего вещества,
b) от 8 до 35% по весу радиального блок-сополимера, соответствующего общей формуле II
(S - I-)3 - X,
где I соответствует полиизопреновому блоку, тогда как S соответствует полистирольному блоку, а Х имеет вышеуказанное значение;
с) от 35 до 80% по весу по меньшей мере одной смолы, усиливающей адгезию, отличающийся тем, что (i) общее содержание полистирола в блок-сополимере (I) составляет менее 40% по весу, (ii) общее содержание полистирола в блок-сополимере (II) составляет менее 35% по весу, (iii) молекулярный вес полистирольных блоков в сополимере (I) составляет менее 30000, молекулярный вес полистирольных блоков в сополимере (II) составляет менее 32000, (iv) молекулярный вес радиального блок-сополимера (I) (S - B-)4 - X составляет между 180000 и 260000, (v) молекулярный вес радиального блок-сополимера (II) (S - I-)3 - X составляет между 120000 и 180000. 2. Термоплавкий клеящий состав по п.1, отличающийся тем, что также содержит: d) от 0 до 30% по весу по меньшей мере одного пластифицирующего масла, е) от 0 до 1% по весу по меньшей мере одного антиоксиданта. 3. Термоплавкий клеящий состав по п.1, отличающийся тем, что содержит: а) 32% по весу радиального блок-сополимера с четырьмя ответвлениями, соответствующего общей формуле I
(S - B-)4 - X,
где В, S и Х имеют вышеуказанные значения,
b) 8% по весу радиального блок-сополимера, соответствующего общей формуле II
(S - I-)3 - X,
где I, S и X имеют вышеуказанные значения,
с) 50% по весу по меньшей мере одной смолы, усиливающей адгезию, d) 9,6% по весу по меньшей мере одного пластифицирующего масла, е) 0,4% по весу по меньшей мере одного антиоксиданта.
РИСУНКИ
Рисунок 1