CN119301165A - 耐热丙烯-乙烯共聚物和含有丙烯-乙烯共聚物的粘合剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种类别的丙烯‑乙烯共聚物,这些丙烯‑乙烯共聚物已被发现可以容易地用于高耐热性应用中并形成具有改善的机械强度和耐热性的粘合剂。更具体地,这些丙烯‑乙烯共聚物具有特定丙烯含量、三元组立构规整度、环球软化点和结晶度,从而提供表现出期望的高耐热性、拉伸强度和伸长率的共聚物。此外,这些丙烯‑乙烯共聚物可用于产生表现出优异的耐热性特征和优越的内聚强度的粘合剂。
Description
相关申请
本申请要求以下美国临时专利申请的优先权权益:2022年3月22日提交的名称为“HEAT RESISTANT PROPYLENE-ETHYLENE COPOLYMERS”的美国临时专利申请序列号63/269,737;2022年3月22日提交的名称为“PROCESS FOR MAKING HEAT RESISTANT PROPYLENE-ETHYLENE COPOLYMERS”的美国临时专利申请序列号63/269,738;2022年3月22日提交的名称为“COMPOSITIONS COMPRISING HEAT RESISTANT PROPYLENE-ETHYLENE COPOLYMERS”的美国临时专利申请序列号63/269,742;以及2022年3月22日提交的名称为“PROPYLENE-ETHYLENE COPOLYMER BASED HOT MELT COMPOSITIONS WITH IMPROVED HEAT RESISTANCE”的美国临时专利申请序列号63/269,743,这些专利申请的全部公开内容通过引用方式并入本文。
背景技术
在高温应用中使用的热熔粘合剂需要在高温以及低于室温下具有结构完整性和耐久性。示例是耐久的组装应用,诸如定位于座位腰线上方的器具和汽车内饰件。对于这些高要求的应用,经常使用聚酯、聚酰胺和可湿气固化的基于聚氨酯(PUR)的热熔反应型粘合剂、基于溶剂的单组份反应型粘合剂和基于水的聚氨酯(聚氨酯分散剂)。
车辆内饰件诸如仪表板和门饰条典型地包含基于烯烃的树脂诸如聚丙烯(PP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和氯乙烯作为基体基材,其中PP或氨基甲酸酯泡沫表皮材料,典型地织物或人造革覆盖物被层压在表面上以提供良好的外观和触感。热塑性聚烯烃化合物(TPO),诸如与未交联的EPDM橡胶和/或聚乙烯共混的聚丙烯已经越来越普遍用于汽车内饰件诸如例如仪表板、中央控制台、门板、顶篷和内部装饰件等部件。
基于溶剂的改性氯丁二烯单组份反应型粘合剂可提供优异的耐热蠕变特性。然而,这些化学品可能是昂贵且对环境有害的,并且当使用反应型热熔粘合剂时仍然存在一些缺点,诸如适用期短、施用温度窗口窄、难以平衡适用期和固化时间以及长固化时间可能导致加工困难。另外地,这些粘合剂典型地表现出对聚烯烃基材的差粘附性。高成本以及与车内饰中未反应单体相关的潜在健康危害正促使OEM和配方师寻找基于聚烯烃的热熔粘合剂,该热熔粘合剂可提供耐高温性和对基于聚烯烃的基材的良好粘附性以及良好的施用温度窗口。
期望粘合剂具有延长的开放时间(分配粘合剂的时间与基材间的粘结不再能够形成时的时间之间的工作时间)和良好的耐热性,特别地如通过耐热蠕变性所测量的。车辆内饰件典型地需要约80℃的实际耐热性。例如,美国专利申请公开号2020/0017731提供了具有80℃的耐热蠕变性的基于聚烯烃的粘合剂;然而,已经观察到,汽车仪表盘可能具有高达90℃或100℃的温度。
含有无定形聚α烯烃(即APO、无定形聚烯烃)或APO/全同立构聚丙烯(IPP)共混物的热熔粘合剂组合物是本领域众所周知的,并且在不存在危险单体的情况下对聚烯烃基材具有良好的粘附性。基于APO的粘合剂典型地由至少一种APO和烃类增粘树脂组成,任选地具有可官能化的蜡。然而,众所周知的是,基于APO的热熔粘合剂具有差耐热性和低内聚强度,这使得它们不适合用于耐久的组装应用,诸如汽车内饰件。最近的发展已表明,改进的APO可以提供改善的性能并且与多种聚合物、增粘树脂、蜡和油一起配制,但是仍然需要具有更高耐热性同时平衡改善的机械强度和对期望基材的粘附性的APO。
已知用齐格勒-纳塔催化剂制备的无定形丙烯-乙烯共聚物是可用于热熔粘合剂应用中的成分。此类共聚物在立构规整度和/或组成方面可以是分子间不均匀的。此外,此类共聚物在聚合物链内也可以是组成上不均匀的。此类特征可以是但不总是反应器工艺条件和/或所用催化剂体系的类型的结果。然而,此类共聚物的拉伸强度、伸长率和耐热性通常不适合用于耐热性应用。
此外,已知当配制适用于耐热性的粘合剂化合物时,可将高熔点/软化点聚丙烯蜡添加到组合物中以改善耐热性,其中熔点为至少145℃的PP蜡占配方的多达14重量%。为了实现期望的高熔点或软化点,这些蜡通常具有非常高的结晶度。然而,这些蜡是高脆性材料(如由低针头穿透力所指示的),使其熔化会消耗大量能源。因此,具有高立构规整度和熔点/软化点的聚丙烯蜡通常与粘合剂的主要聚烯烃聚合物具有差的相容性,通常具有低分子量,并缩短粘合剂开放时间。由于蜡与主要聚烯烃聚合物之间的这种不相容性,所得粘合剂可表现出差内聚强度、伸长率和粘度。
因此,仍然需要表现出期望的耐热性和可控制的加工特性的聚烯烃聚合物用于粘合剂组合物。另外地,需要能够产生具有高耐热性和高内聚强度的粘合剂的聚烯烃聚合物。
发明内容
本公开的一个或多个方面通常涉及包含丙烯和乙烯的丙烯-乙烯共聚物。此外,丙烯-乙烯共聚物:(a)包含89重量%至98重量%的丙烯,(b)具有至少135℃的环球软化点,(c)具有至少50%的三元组立构规整度(mm%),以及(d)具有至少25J/g的结晶热(Hc,20℃/min冷却速率)。
关于以上公开的丙烯-乙烯共聚物,本公开的一个或多个方面通常涉及包含以上提及的丙烯-乙烯共聚物的粘合剂。如上所述,丙烯-乙烯共聚物:(a)包含89重量%至98重量%的丙烯,(b)具有至少135℃的环球软化点,(c)具有至少50%的三元组立构规整度(mm%),以及(d)具有至少25J/g的结晶热(Hc,20℃/min冷却速率)。此外,粘合剂包含:(a)5重量%至100重量%的丙烯-乙烯共聚物;(b)0重量%至90重量%的至少一种第二聚合物;(c)不超过70重量%的至少一种增粘剂;(d)不超过20重量%的加工油;以及(e)不超过35重量%的至少一种蜡。
以下陈述涉及本公开的各个方面。关于这些方面的以下陈述可按任何组合来组合或者可单独地适用于相关联的方面(例如,以下限制中的一种限制可适用于第一方面,而另一种限制可能不适用于第一方面)。
根据本公开的第一方面,提供了一种包含丙烯和乙烯的丙烯-乙烯共聚物,其中丙烯-乙烯共聚物:(a)包含89重量%至98重量%的丙烯,(b)具有至少135℃的环球软化点,(c)具有至少50%的三元组立构规整度(mm%),并且(d)具有至少25J/g的结晶热(Hc,20℃/min冷却速率)。
关于第一方面,丙烯-乙烯共聚物可包含0.5重量%至11重量%的乙烯。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物具有在190℃下1,000cP至50,000cP的粘度。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物:(a)具有在190℃下2,000cP至7,000cP的粘度,(b)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,(c)表现出1.5MPa至8MPa的断裂拉伸强度,以及(d)25J/g至55J/g的结晶热。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物:(a)具有在190℃下7,000cP至15,000cP的粘度,(b)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,(c)表现出3MPa至10MPa的断裂拉伸强度,以及(d)25J/g至55J/g的结晶热。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物:(a)具有在190℃下15,000cP至27,000cP的粘度,(b)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,(c)表现出3MPa至14MPa的断裂拉伸强度,以及(d)25J/g至55J/g的结晶热。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物:(a)具有在190℃下大于27,000cP的粘度,(b)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,(c)表现出至少7MPa的断裂拉伸强度,以及(d)25J/g至50J/g的结晶热。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物具有135℃至160℃范围内的环球软化点。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物具有50%至70%范围内的三元组立构规整度。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物具有0.1dmm至21dmm范围内的针头穿透力。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物表现出1.5MPa至14MPa范围内的断裂拉伸强度。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物具有大于300%的断裂伸长率。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物具有20J/g至55J/g范围内的结晶热(Hc,20℃/min冷却速率)。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物:(a)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,(b)具有25J/g至55J/g的结晶热,以及(c)具有以下特征中的一种特征:
(i)具有在190℃下2,000cP至7,000cP的粘度,并表现出1.5MPa至8MPa的断裂拉伸强度,或者
(ii)具有在190℃下7,000cP至15,000cP的粘度,并表现出3MPa至8MPa的断裂拉伸强度,
(iii)具有在190℃下15,000cP至27,000cP的粘度,并表现出3MPa至14MPa的断裂拉伸强度,或者
(iv)具有在190℃下大于27,000cP的粘度,表现出至少7MPa的断裂拉伸强度,以及25J/g至50J/g的结晶热。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物:(a)具有53%至78%范围内的三元组立构规整度,(b)表现出135℃至165℃的环球软化点,并且(c)表现出28J/g至60J/g的结晶热。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物:(a)具有在190℃下15,000cP至50,000cP的粘度,(b)表现出至少3MPa的断裂拉伸强度,并且(c)表现出至少300%的断裂伸长率。
根据本公开的第二方面,提供了一种组合物,该组合物包含如第一方面中所讨论的丙烯-乙烯共聚物,以及与第一方面相关的添加物和替代物。
根据本公开的第三方面,提供了一种方法,该方法用于在齐格勒-纳塔催化剂体系的存在下产生如第一方面中所讨论的丙烯-乙烯共聚物,以及与第一方面相关的添加物和替代物。
根据本公开的第四方面,提供了一种粘合剂,该粘合剂包含:
(a)5重量%至100重量%的至少一种丙烯-乙烯共聚物,其中丙烯-乙烯共聚物包含乙烯和丙烯,其中丙烯-乙烯共聚物:
(i)包含89重量%至98重量%的丙烯,
(ii)具有至少135℃的环球软化点,
(iii)具有至少50%的三元组立构规整度(mm%),以及
(iv)具有至少25J/g的结晶热(Hc,20℃/min冷却速率);
(b)0重量%至90重量%的至少一种第二聚合物;
(c)不超过70重量%的至少一种增粘剂;
(d)不超过20重量%的加工油;以及
(e)不超过35重量%的至少一种蜡。
关于第四方面,粘合剂组合物包含5重量%至55重量%的第二聚合物。
另外地或可替代地,粘合剂组合物具有(a)至少135℃的剪切粘附失效温度,以及/或者(b)在110℃下5mm或更小的热蠕变长度。
另外地或可替代地,粘合剂组合物具有(a)至少约135℃的剪切粘附失效温度,以及(b)在120℃下5mm或更小的热蠕变长度。
另外地或可替代地,粘合剂组合物包含:(a)10重量%至70重量%的丙烯-乙烯共聚物,(b)5重量%至55重量%的第二聚合物,(c)不超过70重量%的增粘剂,(d)不超过20重量%的加工油,以及(e)不超过20重量%的蜡。
另外地或可替代地,粘合剂组合物包含:(a)5重量%至95重量%的丙烯-乙烯共聚物,(b)5重量%至90重量%的第二聚合物,(c)不超过70重量%的增粘剂,(d)不超过20重量%的加工油,以及(e)不超过20重量%的蜡。
另外地或可替代地,粘合剂组合物包含:(a)30重量%至80重量%的丙烯-乙烯共聚物,(b)1重量%至45重量%的第二聚合物,(c)不超过70重量%的增粘剂,(d)不超过20重量%的加工油,以及(e)不超过20重量%的至少一种蜡。
另外地或可替代地,粘合剂组合物包含小于10重量%的蜡。
另外地或可替代地,第二聚合物是选自由以下项组成的组的至少一种聚合物:无定形聚烯烃、半结晶聚烯烃、α-聚烯烃、反应器即用型聚烯烃、茂金属催化的聚烯烃聚合物和弹性体、反应器制备的热塑性聚烯烃弹性体、烯烃嵌段共聚物、热塑性聚烯烃、无规立构聚丙烯、聚乙烯、乙烯-丙烯聚合物、丙烯-己烯聚合物、乙烯-丁烯聚合物、乙烯-辛烯聚合物、丙烯-丁烯聚合物、丙烯-辛烯聚合物、茂金属催化的聚丙烯聚合物、茂金属催化的聚乙烯聚合物、基于丙烯的三元共聚物、由丙烯和直链或支链C4-C10α-烯烃单体产生的共聚物、由乙烯和直链或支链C4-C10α-烯烃单体产生的共聚物、官能化聚烯烃、基于异戊二烯的嵌段共聚物、基于丁二烯的嵌段共聚物、氢化嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(SEPS)、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚酯、基于聚酯的共聚物、氯丁橡胶、氨基甲酸酯、丙烯酸、聚丙烯酸酯、丙烯酸酯共聚物、聚醚醚酮、聚酰胺、氢化苯乙烯嵌段共聚物、无规苯乙烯共聚物、乙烯-丙烯橡胶、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、丁基橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶、聚异戊二烯、聚异丁烯和聚乙酸乙烯酯。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物可包含0.5重量%至11重量%的乙烯。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物具有在190℃下1,000cP至50,000cP的粘度。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物:(a)具有在190℃下2,000cP至7,000cP的粘度,(b)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,(c)表现出1.5MPa至8MPa的断裂拉伸强度,以及(d)25J/g至55J/g的结晶热。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物:(a)具有在190℃下7,000cP至15,000cP的粘度,(b)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,(c)表现出3MPa至10MPa的断裂拉伸强度,以及(d)25J/g至55J/g的结晶热。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物:(a)具有在190℃下15,000cP至27,000cP的粘度,(b)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,(c)表现出3MPa至14MPa的断裂拉伸强度,以及(d)25J/g至55J/g的结晶热。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物:(a)具有在190℃下大于27,000cP的粘度,(b)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,(c)表现出至少7MPa的断裂拉伸强度,以及(d)25J/g至50J/g的结晶热。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物具有135℃至160℃范围内的环球软化点。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物具有50%至70%范围内的三元组立构规整度。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物具有0.1dmm至21dmm范围内的针头穿透力。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物表现出1.5MPa至14MPa范围内的断裂拉伸强度。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物具有大于300%的断裂伸长率。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物具有20J/g至55J/g范围内的结晶热(Hc,20℃/min冷却速率)。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物:(a)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,(b)具有25J/g至55J/g的结晶热,以及(c)具有以下特征中的一种特征:
(i)具有在190℃下2,000cP至7,000cP的粘度,并表现出1.5MPa至8MPa的断裂拉伸强度,或者
(ii)具有在190℃下7,000cP至15,000cP的粘度,并表现出3MPa至8MPa的断裂拉伸强度,
(iii)具有在190℃下15,000cP至27,000cP的粘度,并表现出3MPa至14MPa的断裂拉伸强度,或者
(iv)具有在190℃下大于27,000cP的粘度,表现出至少7MPa的断裂拉伸强度,以及25J/g至50J/g的结晶热。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物:(a)具有53%至78%范围内的三元组立构规整度,(b)表现出135℃至165℃的环球软化点,并且(c)表现出28J/g至60J/g的结晶热。
另外地或可替代地,丙烯-乙烯共聚物:(a)具有在190℃下15,000cP至50,000cP的粘度,(b)表现出至少3MPa的断裂拉伸强度,并且(c)表现出至少300%的断裂伸长率。
根据本公开的第五方面,提供了一种制品,该制品包含如在第四方面中所讨论的粘合剂组合物,以及与第四方面相关的添加物和替代物。
关于第五方面,制品选自由以下项组成的组:粘合剂、密封剂、填缝剂、屋顶膜、防水膜、化合物和垫层、地毯、层压体、层压制品、胶带、标签、胶粘剂、聚合物共混物、电线涂层、模塑制品、热密封涂层、一次性卫生制品、绝缘玻璃(IG)单元、桥面系、改性沥青、改性柏油、电子外壳、防水膜、电缆浸没/填充化合物、片材模塑化合物、面团模塑化合物、过模塑化合物、橡胶化合物、聚酯复合材料、玻璃复合材料、玻璃纤维增强塑料、木塑复合材料、聚丙烯酸共混化合物、脱蜡精密铸件、熔模铸造蜡成分、书籍装订物、蜡烛、窗户、轮胎、膜、垫片、密封件、O形圈、机动车、摩托车、机动车模塑部件、机动车挤出部件、服装制品、橡胶添加剂/加工助剂和纤维,其中粘合剂包括包装粘合剂、食品接触级粘合剂、间接食品接触包装粘合剂、产品组装粘合剂、木工粘合剂、封边粘合剂、型材包装粘合剂、地板粘合剂、汽车组装粘合剂、结构粘合剂、柔性层压粘合剂、刚性层压粘合剂、柔性膜粘合剂、柔性包装粘合剂、水活化粘合剂、家居装修粘合剂、工业粘合剂、构造粘合剂、家具粘合剂、床垫粘合剂、压敏粘合剂(PSA)、PSA胶带、PSA标签、PSA保护膜、自粘合膜、层压粘合剂、柔性包装粘合剂、热密封粘合剂、工业粘合剂、卫生非织造构造粘合剂、卫生芯完整性粘合剂或卫生弹性附接粘合剂。
附图说明
本文参照以下附图描述本发明的实施方案,其中:
图1是比较表3A-表3D的共聚物和蜡的结晶热和软化点的曲线图。
具体实施方式
我们已经发现一种类别的丙烯-乙烯共聚物,这些丙烯-乙烯共聚物在齐格勒-纳塔催化剂的存在下产生,可容易地用于高耐热性应用并形成具有改善的机械强度和耐热性的粘合剂。更具体地,我们已经发现具有特定丙烯含量、全同立构规整度(即三元组立构规整度)、环球软化点和结晶度的丙烯-乙烯共聚物表现出期望的高耐热性、拉伸强度和伸长率。此外,我们已经发现丙烯-乙烯共聚物的独特全同立构规整度(如通过三元组立构规整度所展示的)是获得期望的耐热特性和改善的机械特性的关键。
这些丙烯-乙烯共聚物通过独特的工艺条件产生,这些工艺条件更具体地为改变外部供体/Ti比率、改变乙烯流速以及在齐格勒-纳塔催化剂的存在下调节氢气流速。
此外,我们已经发现这些本发明丙烯-乙烯共聚物可用于产生表现出优异的耐热性特征和优越的内聚强度的粘合剂。更具体地,包含本发明丙烯-乙烯共聚物的粘合剂在性能测试中表现出改善的耐热性和良好的剥离强度,从而克服了上述现有技术粘合剂的缺点。包含本发明丙烯-乙烯共聚物的粘合剂表现出对感兴趣基材的优越的剥离强度和在高温下优越的耐热蠕变性。
我们还已经发现,本发明丙烯-乙烯共聚物具有丙烯含量、全同立构规整度(如通过三元组立构规整度测量的)和软化点的独特平衡,这种独特平衡提供在不含丙烯蜡的情况下可在90℃下保持T-剥离强度并通过110℃下的热蠕变测试的共聚物。另外地,我们已经发现本发明丙烯-乙烯共聚物可容许多达20重量%的聚丙烯蜡。此外,发现包含本发明丙烯-乙烯共聚物的粘合剂可以用8重量%至35重量%的聚乙烯蜡和聚丙烯蜡的组合配制以调节粘合剂的粘度、纤维撕裂粘附、开放/凝固时间和其他特征。
耐热丙烯-乙烯共聚物
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,提供了一种丙烯-乙烯共聚物,该丙烯-乙烯共聚物包含丙烯和乙烯;其中丙烯的量在89重量%至98重量%的范围内,其中丙烯-乙烯共聚物具有从135℃至165℃的环球软化点、50%至75%的三元组立构规整度(mm%)和至少25J/g的结晶热(Hc,20℃/min冷却速率)。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,提供了一种丙烯-乙烯共聚物,该丙烯-乙烯共聚物包含丙烯和乙烯;其中丙烯的量在约89重量%至约98重量%的范围内;其中丙烯-乙烯共聚物具有约135℃至约160℃的环球法软化点,其中丙烯-乙烯共聚物具有约50%至约70%的三元组立构规整度(mm%)。
根据各种实施方案,本文所述的丙烯-乙烯共聚物可包含不同量的乙烯。在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,基于共聚物的总重量,丙烯-乙烯共聚物可包含至少0.5重量%、1重量%、2重量%、3重量%、4重量%、5重量%、6重量%、7重量%、8重量%、9重量%、10重量%或11重量%的乙烯。另外地或在替代方案中,基于共聚物的总重量,丙烯-乙烯共聚物可包含小于15重量%、14重量%、13重量%、12重量%、11重量%、10重量%、9重量%、8重量%、7重量%、6重量%、5重量%、4重量%或3重量%的乙烯。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,丙烯-乙烯共聚物可包含约0.5重量%至约11重量%、约0.5重量%至约10重量%、约0.5重量%至约9重量%、约0.5重量%至约8重量%、约0.5重量%至约7重量%、约0.5重量%至约6重量%、约0.5重量%至约5重量%、约0.5重量%至约4重量%或约0.5重量%至约3重量%、约1重量%至约11重量%、约1重量%至约10重量%、约1重量%至约9重量%、约1重量%至约8重量%、约1重量%至约7重量%、约1重量%至约6重量%、约1重量%至约5重量%、约1重量%至约4重量%或约1重量%至约3重量%范围内的乙烯。
此外,在各种实施方案中,丙烯-乙烯共聚物可含有不同量的丙烯。在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,基于共聚物的总重量,丙烯-乙烯共聚物可包含至少89重量%、90重量%、91重量%、92重量%、93重量%、94重量%、95重量%、96重量%、97重量%或98重量%的丙烯。另外地或在替代方案中,基于共聚物的总重量,丙烯-乙烯共聚物可包含小于98重量%、97重量%、96重量%、95重量%、94重量%、93重量%或92重量%的丙烯。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,丙烯-乙烯共聚物可包含约89重量%至约97重量%、约89重量%至约96重量%、约89重量%至约95重量%、约89重量%至约94重量%、约89重量%至约93重量%、约89重量%至约92重量%、约89重量%至约91重量%、约90重量%至约98重量%、约90重量%至约97重量%、约90重量%至约96重量%、约90重量%至约95重量%、约90重量%至约94重量%、约90重量%至约93重量%、约90重量%至约92重量%、约91重量%至约98重量%、约91重量%至约97重量%、约91重量%至约96重量%、约91重量%至约95重量%、约91重量%至约94重量%、约91重量%至约93重量%、约92重量%至约98重量%、约92重量%至约97重量%、约92重量%至约96重量%、约92重量%至约95重量%、约92重量%至约94重量%、约93重量%至约97重量%、约93重量%至约96重量%、约93重量%至约95重量%、约94重量%至约98重量%、约94重量%至约97重量%、约94重量%至约96重量%、约95重量%至约98重量%、约95重量%至约97重量%或约96重量%至约98重量%范围内的丙烯。
共聚物的乙烯和丙烯含量通过NMR经由Wang等人在Macromolecules,2000年,第33卷,第1157-1162页中描述的技术测定,该文献的整个内容通过引用方式并入本文。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,共聚物可含有一种或多种C4-C10α-烯烃。通常,当用于粘合剂中时,C4-C10α-烯烃可用于增加共聚物的所得粘结强度。这些C4-C10α-烯烃可包括例如1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯以及它们的组合。根据一个或多个实施方案,基于共聚物的总重量,共聚物可包含不超过10重量%、8重量%、5重量%、3重量%、2重量%、1重量%、0.5重量%或0.1重量%的至少一种C4-C10α-烯烃。此外,在各种实施方案中,基于共聚物的总重量,共聚物可包含0.5重量%至10重量%、1重量%至10重量%、2重量%至10重量%、3重量%至10重量%、4重量%至10重量%或5重量%至10重量%范围内的至少一种C4-C10α-烯烃。
在某些实施方案中,丙烯-乙烯共聚物可以不含有任何C4-C10α-烯烃。
通常,丙烯-乙烯共聚物的软化点可通过控制丙烯-乙烯共聚物的共聚单体含量、三元组立构规整度、结晶度和粘度来改变和优化。可能期望共聚物具有较低软化点,使得共聚物可在较低的施用温度下使用和加工。在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,丙烯-乙烯共聚物可表现出至少135℃、140℃或145℃的环球软化点,如根据ASTM E28衍生自松脂化学品和烃的树脂的软化点的标准测试方法,通过环球装置使用每分钟5℃的加热速率和USP甘油的浴液测量的。另外地或在替代方案中,丙烯-乙烯共聚物可表现出小于165℃、163℃、160℃、158℃、155℃、153℃、150℃、147℃、145℃或140℃的环球软化点,如根据ASTM E28衍生自松脂化学品和烃的树脂的软化点的标准测试方法,通过环球装置使用每分钟5℃的加热速率和USP甘油的浴液测量的。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,共聚物可具有约135℃至约165℃、135℃至约163℃、约135℃至约160℃、135℃至约158℃、约135℃至约155℃、约135℃至约153℃、约135℃至约150℃、约135℃至约147℃、约135℃至约145℃、约135℃至约140℃、约140℃至约165℃、约140℃至约163℃、约140℃至约160℃、约140℃至约158℃、约140℃至约155℃、约140℃至约153℃、约140℃至约150℃、约140℃至约148℃、约140℃至约145℃、约145℃至约155℃或约145℃至约150℃范围内的环球软化点,如根据ASTM E28衍生自松脂化学品和烃的树脂的软化点的标准测试方法,通过环球装置使用每分钟5℃的加热速率和USP甘油或有机硅油的浴液测量的。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,丙烯-乙烯共聚物可具有至少50mm含量%、51mm含量%、52mm含量%、53mm含量%、54mm含量%、55mm含量%、56mm含量%、57mm含量%、58mm含量%、59mm含量%、60mm含量%、61mm含量%、62mm含量%、63mm含量%、64mm含量%或65mm含量%的三元组立构规整度。另外地或在替代方案中,丙烯-乙烯共聚物可具有小于78mm含量%、77mm含量%、76mm含量%、75mm含量%、74mm含量%、73mm含量%、72mm含量%、71mm含量%或70mm含量%、69mm含量%、68mm含量%、67mm含量%、66mm含量%、65mm含量%、64mm含量%、63mm含量%、62mm含量%、61mm含量%或60mm含量%的三元组立构规整度。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,丙烯-乙烯共聚物可具有约50mm含量%至约78mm含量%、约53mm含量%至约78mm含量%或约50mm含量%至约70mm含量%范围内的三元组立构规整度。其他范围为约50mm含量%至约65mm含量%、约50mm含量%至约60mm含量%、约50mm含量%至约55mm含量%、约55mm含量%至约70mm含量%、约55mm含量%至约66mm含量%、约55mm含量%至约65mm含量%、约55mm含量%至约60mm含量%、约60mm含量%至约70mm含量%或约65mm含量%至约70mm含量%。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,丙烯-乙烯共聚物可具有52mm含量%至78mm含量%、52mm含量%至77mm含量%、52mm含量%至76mm含量%、52mm含量%至75mm含量%、52mm含量%至74mm含量%、52mm含量%至70mm含量%、52mm含量%至65mm含量%、52mm含量%至60mm含量%、53mm含量%至78mm含量%、53mm含量%至77mm含量%、53mm含量%至76mm含量%、53mm含量%至75mm含量%、53mm含量%至74mm含量%、53mm含量%至70mm含量%、53mm含量%至65mm含量%、53mm含量%至60mm含量%、54mm含量%至78mm含量%、54mm含量%至77mm含量%、54mm含量%至76mm含量%、54mm含量%至75mm含量%、54mm含量%至74mm含量%、54mm含量%至70mm含量%、54mm含量%至67mm含量%、54mm含量%至66mm含量%、54mm含量%至65mm含量%、54mm含量%至60mm含量%、55mm含量%至78mm含量%、55mm含量%至77mm含量%、55mm含量%至76mm含量%、55mm含量%至75mm含量%、55mm含量%至74mm含量%、55mm含量%至70mm含量%、55mm含量%至65mm含量%、55mm含量%至60mm含量%、58mm含量%至78mm含量%、58mm含量%至77mm含量%、58mm含量%至76mm含量%、58mm含量%至75mm含量%、58mm含量%至74mm含量%、58mm含量%至70mm含量%、58mm含量%至68mm含量%、60mm含量%至78mm含量%、60mm含量%至77mm含量%、60mm含量%至76mm含量%、60mm含量%至75mm含量%、60mm含量%至74mm含量%、60mm含量%至70mm含量%或60mm含量%至68mm含量%、61mm含量%至78mm含量%、61mm含量%至77mm含量%、61mm含量%至76mm含量%、61mm含量%至75mm含量%、61mm含量%至74mm含量%、61mm含量%至70mm含量%或61mm含量%至68mm含量%范围内的三元组立构规整度。
聚合物的三元组立构规整度是三个相邻丙烯单元的序列(由头-尾键组成的链)的相对立构规整度,表示为内消旋(m)和外消旋(r)序列的二元组合。用于测量三元组立构规整度的方法描述于以下实施例部分中。
通常,丙烯-乙烯共聚物的结晶度可通过结晶热测定。在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,丙烯-乙烯共聚物可具有约20J/g至约30J/g、约20J/g至约35J/g、约20J/g至约40J/g、约20J/g至约45J/g、约20J/g至约50J/g、约20J/g至约55J/g、约25J/g至约30J/g、约25J/g至约50J/g、约25J/g至约55J/g、约27J/g至约40J/g、约28J/g至约60J/g、约30J/g至约35J/g、约30J/g至约40J/g、约30J/g至约45J/g、约30J/g至约50J/g、约30J/g至约55J/g、约35J/g至约40J/g、约35J/g至约45J/g、约35J/g至约50J/g、约40J/g至约45J/g、约40J/g至约50J/g或约40J/g至约55J/g范围内的结晶热(Hc,20℃/min冷却速率,DSC)。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,丙烯-乙烯共聚物可具有至少20J/g、21J/g、22J/g、23J/g、24J/g、25J/g、26J/g、27J/g、28J/g、29J/g、30J/g、31J/g、32J/g、33J/g、34J/g、35J/g、36J/g、37J/g、38J/g、39J/g或40J/g的结晶热(Hc,20℃/min冷却速率,DSC)。另外地或在替代方案中,丙烯-乙烯共聚物可具有小于65J/g、64J/g、63J/g、62J/g、61J/g、60J/g、59J/g、58J/g、57J/g、56J/g、55J/g、54J/g、53J/g、52J/g、51J/g、50J/g、49J/g、48J/g、47J/g、46J/g、45J/g、44J/g、43J/g、42J/g、41J/g或40J/g的结晶热(Hc,20℃/min冷却速率,DSC)。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,丙烯-乙烯共聚物可具有在190℃下约1,000cP至约120,000cP、约1,000cP至约100,000cP、约1,000cP至约75,000cP、约1,000cP至约50,000cP、约1,000cP至约45,000cP、约1,000cP至约40,000cP、约1,000cP至约35,000cP、约1,000cP至约30,000cP、约1,000cP至约25,000cP、约1,000cP至约20,000cP、约1,000cP至约15,000cP、约1,000cP至约10,000cP、约1,000cP至约5,000cP、约1,000cP至约3,000cP、2,000cP至约120,000cP、约2,000cP至约100,000cP、约2,000cP至约75,000cP、约2,000cP至约50,000cP、约2,000cP至约45,000cP、约2,000cP至约40,000cP、约2,000cP至约35,000cP、约2,000cP至约30,000cP、约2,000cP至约25,000cP、约2,000cP至约20,000cP、约2,000cP至约15,000cP、约2,000cP至约10,000cP、约2,000cP至约5,000cP、约2,000cP至约7,000cP或约2,000cP至约3,000cP范围内的粘度。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,丙烯-乙烯共聚物可具有在190℃下约1,000cP至约7,000cP范围内的低粘度(ASTM D-3236)。在190℃下的其他低粘度范围为约1,000cP至约5,000cP、约1,000cP至约3,000cP或约2,000cP至约3,000cP。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,丙烯-乙烯共聚物可具有在190℃下约7,000cP至约15,000cP范围内的中等粘度。在190℃下的其他中等粘度范围为约7,000cP至约12,000cP、约7,000cP至约10,000cP或约7,000cP至约9,000cP。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,丙烯-乙烯共聚物可具有在190℃下约15,000cP至约27,000cP范围内的高粘度。在190℃下的其他高粘度范围为约15,000cP至约25,000cP、约15,000cP至约20,000cP或约15,000cP至约18,000cP。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,丙烯-乙烯共聚物可具有在190℃下大于27,000cP、大于30,000cP、大于35,000cP、大于40,000cP、大于45,000cP或大于50,000cP的超高粘度。在190℃下的其他超高粘度范围为约27,000cP至150,000cP、约27,000cP至约125,000cP、约27,000cP至约100,000cP、约27,000cP至约75,000cP、约27,000cP至约70,000cP、约27,000cP至约65,000cP、约27,000cP至约60,000cP、约27,000cP至约55,000cP、约27,000cP至约50,000cP、约27,000cP至约45,000cP、约27,000cP至约40,000cP或约27,000cP至约35,000cP。
通常,丙烯-乙烯共聚物的针头穿透力可通过控制丙烯-乙烯共聚物的共聚单体含量、三元组立构规整度和结晶度来改变和优化。在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,丙烯-乙烯共聚物可具有约0.1丝米至约21丝米(“dmm”)范围内的针头穿透力,如根据ASTM D5测量的。其他示例性针头穿透范围为1dmm至19dmm、1dmm至16dmm、2dmm至10dmm、2dmm至8dmm、3dmm至21dmm、3dmm至19dmm、3dmm至16dmm、3dmm至10dmm、3dmm至8dmm、4dmm至21dmm、4dmm至19dmm、4dmm至16dmm、4dmm至10dmm、4dmm至8dmm2dmm至约21dmm。其他范围为2dmm至19dmm、2dmm至16dmm、2dmm至10dmm、2dmm至8dmm、3dmm至21dmm、3dmm至19dmm、3dmm至16dmm、3dmm至10dmm、3dmm至8dmm、4dmm至21dmm、4dmm至19dmm、4dmm至16dmm、4dmm至10dmm或4dmm至8dmm。
通常,丙烯-乙烯共聚物的断裂拉伸强度可通过控制丙烯-乙烯共聚物的共聚单体含量、三元组立构规整度、结晶度和粘度来改变和优化。在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,丙烯-乙烯共聚物可具有约1.5MPa至约25MPa、约1.5MPa至约18MPa、约1.5MPa至约17MPa、约3MPa至约17MPa、约1.5MPa至约14MPa、约3MPa至约18MPa、约3MPa至约15MPa、约3MPa至约14MPa、约3MPa至约12MPa、约3MPa至约10MPa、约3MPa至约8MPa、约3MPa至约6MPa、约4MPa至约14MPa、约4MPa至约12MPa、约4MPa至约10MPa、约4MPa至约8MPa、约4MPa至约6MPa、约5MPa至约14MPa、约5MPa至约12MPa、约5MPa至约10MPa、5MPa至约8MPa、约6MPa至约14MPa、约6MPa至约12MPa、约6MPa至约10MPa、约6MPa至约8MPa、约7MPa至约14MPa、约7MPa至约12MPa、约7MPa至约10MPa、约8MPa至约14MPa或约8MPa至约12MPa范围内的断裂拉伸强度(MPa),如根据ASTM D412测量的。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,丙烯-乙烯共聚物可具有大于100%、大于200%、大于300%、大于350%、大于375%、大于400%、大于425%、大于450%、大于475%和大于500%的断裂伸长率(MPa),如根据ASTM D412测量的。例如,丙烯-乙烯共聚物可具有300%至2,000%、300%至1,000%、300%至约800%范围内的断裂伸长率(MPa)。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,丙烯-乙烯共聚物可具有约18J/g至约45J/g、约10J/g至约36J/g、约10J/g至约30J/g、约10J/g至约25J/g、约10J/g至约20J/g、约10J/g至约15J/g、10J/g至约36J/g、约10J/g至约30J/g、约10J/g至约25J/g、约10J/g至约20J/g、约10J/g至约15J/g、15J/g至约36J/g、约15J/g至约30J/g、约15J/g至约25J/g、约15J/g至约20J/g、约20J/g至约36J/g、约20J/g至约30J/g或约20J/g至约25J/g范围内的熔化热(Hf,20℃/min加热速率,DSC)。
表1示出了丙烯-乙烯共聚物的各种实施方案。通常,本发明乙烯共聚物包含约89重量%至约98重量%的丙烯,具有约135℃至约165℃的环球软化点、约50%至约78%的三元组立构规整度和选自表1的至少一种其他特性。为了便于参考且不被认为限制本发明,在表1A和表1B中将聚合物指定为四个“类别”:(1)高粘度、高拉伸和高RBSP聚合物;(2)中等粘度、高拉伸和高RBSP聚合物;(3)超高粘度和高RBSP聚合物;以及(4)低粘度和高RBSP聚合物。
表1A
表1B
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,本文所述的共聚物当在高温下在长时间段内经受储存条件时不表现出显著的颜色变化。在由于储存而发生任何老化之前,本发明共聚物可具有小于4、3、2或1的初始加德纳颜色,如根据ASTM D1544测量的。在177℃下热老化至少96小时后,本发明共聚物可表现出小于7、5、3或2的最终加德纳颜色,如根据ASTM D1544测量的。因此,本发明共聚物即使在长期储存和暴露后也可保持期望的颜色。
另外,本文所述的共聚物可以是无定形的或半结晶的。如本文所用,“无定形”意指共聚物具有小于5%的结晶度,如根据ASTM E 794-85使用差示扫描量热法(“DSC”)测量的。如本文所用,“半结晶”意指共聚物具有5%至40%范围内的结晶度,如根据ASTM E 794-85使用DSC在20℃/min扫描速率下测量的。在各种实施方案中,共聚物可具有不大于60%、40%、30%、20%、10%、5%、4%、3%、2%或1%的结晶度,如根据ASTM E 794-85使用DSC在20℃/min扫描速率下测量的。另外地或在替代方案中,共聚物可具有小于60%、50%、45%、40%、35%、30%、25%、24%、23%或22%的结晶度,如根据ASTM E 794-85使用DSC在20℃/min下测量的。例如,共聚物可具有2%至50%、3%至46%、4%至40%、4%至30%、4%至20%、16%至25%、16%至23%、17%至25%、17%至23%、20%至35%或20%至30%范围内的结晶度,如根据ASTM E 794-85使用DSC在20℃/min下测量的。
用于产生丙烯-乙烯共聚物的方法
本发明的一个目的是提供一组丙烯-乙烯共聚物,该组丙烯-乙烯共聚物可用于高耐热性应用并表现出改善的机械强度。不希望受理论的束缚,据信由于若干不同的共聚物特征诸如共聚物的丙烯/乙烯含量、共聚物的三元组立构规整度含量(mm%)、共聚物的环球软化点和共聚物的结晶热的组合,可以实现独特的耐热性和在高温下支持负荷的能力。本发明的目的通过特定范围的聚合物组成,更具体地,丙烯/乙烯共聚单体比率以及优选范围的丙烯三元组立构规整度含量(mm%)来实现。这些聚合物组成通过改善的工艺条件来实现。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,共聚物可通过使丙烯单体和乙烯单体在包含至少一种电子供体的催化剂体系的存在下反应来产生。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,催化剂体系可包含齐格勒-纳塔催化剂。根据一个或多个实施方案,齐格勒-纳塔催化剂可含有含钛组分、铝组分和电子供体。在某些实施方案中,催化剂包含在氯化镁载体上的氯化钛。
在某些实施方案中,催化剂体系可包括由钛化合物与有机铝助催化剂组合形成的非均相负载型催化剂体系。在各种实施方案中,助催化剂可包括烷基铝助催化剂,诸如三乙基铝(“TEAL”)。
在一个或多个实施方案中,催化剂体系可具有至少1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1或15:1和/或不大于100:1、50:1、35:1或25:1的铝与钛摩尔比。此外,催化剂体系可具有1:1至100:1、5:1至50:1、10:1至35:1或15:1至25:1范围内的铝与钛摩尔比。另外地或可替代地,在各种实施方案中,催化剂体系可具有至少0.1:1、0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1或6:1和/或不大于100:1、50:1、35:1、20:1、15:1、10:1或8:1的铝与硅摩尔比。此外,催化剂体系可具有0.5:1至100:1、1:1至50:1、2:1至35:1、2:1至20:1、2:1至15:1、2:1至10:1或2:1至8:1范围内的铝与硅摩尔比。
电子供体能够增加共聚物的立体专一性。然而,严格地调节电子供体的含量可能很重要,因为在一些情况下它们可将催化剂活性抑制到不可接受的水平。在聚合过程中使用的电子供体可包括例如有机酯、醚、醇、胺、酮、酚、膦和/或有机硅烷。此外,催化剂体系可包含内部供体和/或外部供体。
对于齐格勒-纳塔催化剂体系,已经开发出许多代的内部供体,如J.Severn和R.L.Jones Jr的“Stereospecificα-Olefin Polymerization with HeterogeneousCatalysts”,Handbook of Transition Metal Polymerization Catalysts(2018年),第9章,第229-312页中所定义的,该文献的整个内容通过引用方式并入本文。由Severn和Jones描述的齐格勒-纳塔催化剂代数如下:
第3代齐格勒-纳塔催化剂(苯甲酸酯):第三代催化剂通常包含MgCl2、TiCl4和内部电子供体,它们与烷基铝助催化剂诸如Al(CH2CH3)3组合。可将“外部”电子供体添加到催化剂体系中。第三代催化剂中的内部供体通常是苯甲酸乙酯,其与作为外部供体的第二芳族酯诸如对甲基苯甲酸甲酯或对乙氧基苯甲酸乙酯(PEEB)组合使用。由于涉及助催化剂的反应诸如烷基化和/或络合反应会损失大部分内部供体,因此需要外部供体。外部供体在很大程度上代替固体催化剂中的内部供体,从而保持高催化剂立体专一性。
第4代齐格勒-纳塔催化剂(邻苯二甲酸酯):第四代催化剂包含MgCl2、TiCl4和内部电子供体,它们与烷基铝助催化剂诸如Al(CH2CH3)3组合。并且可将“外部”电子供体添加到催化剂体系中。第四代催化剂中的内部供体是基于邻苯二甲酸酯/烷氧基硅烷的。已发现双齿邻苯二甲酸酯供体可与MgCl2的(110)面上的四配位Mg原子形成强螯合络合物或与(100)面上的两个五配位Mg原子形成双核络合物。
第5代齐格勒-纳塔催化剂(二醚和琥珀酸酯):已发现当催化剂与Al(CH2CH3)3助催化剂接触时,某些二醚化合物,特别是其中氧-氧距离在范围内(类似于烷氧基硅烷外部供体的那些)的2,2-双取代的-1,3-二甲氧基丙烷未被提取。因此,即使在不存在用于第五代二醚催化剂体系的外部供体的情况下,也可获得高立体专一性。第五代二醚催化剂体系可显示出特别高的聚合活性和良好的稳定性。它们还具有相对窄的分子量分布(MWD)并显示出对氢的高敏感性。最近,已经使用基于脂族二羧酸酯的新型内部供体化合物,诸如丙二酸酯和戊二酸酯,特别是琥珀酸酯和多元醇酯。烷氧基硅烷通常用作外部供体。
第6代齐格勒-纳塔催化剂(邻苯二甲酸酯替代物):第6代齐格勒-纳塔催化剂中使用的新型1,2-亚苯基二苯甲酸酯内部供体是重要的邻苯二甲酸酯替代物。此外,有关混合的内部供体的公开不断增加,例如,将琥珀酸酯和二醚共混,或将琥珀酸酯和二甲氧基甲苯共混。在不存在外部供体的情况下,第6代催化剂也可产生高立体专一性。因此,取决于结晶度目标,可以使用或可以不使用外部供体来达到期望的结晶度目标。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,比第三代和第四代更高代的齐格勒-纳塔催化剂体系可在不存在外部电子供体的情况下操作。取决于结晶度目标,当使用第5代和第6代催化剂体系时,可以使用或可以不使用外部电子供体来达到期望的结晶度目标。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,催化剂体系可包含第三代齐格勒-纳塔催化剂、第四代齐格勒-纳塔催化剂、第五代齐格勒-纳塔催化剂或第六代齐格勒-纳塔催化剂。
通常,催化剂体系包含至少一种外部电子供体。在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,外部电子供体包含至少一种烷氧基硅烷,诸如“D”供体(例如,二环戊基二甲氧基硅烷)、“C”供体(例如,环己基甲基二甲氧基硅烷)或它们的组合。此外,在一些实施方案中,烷氧基硅烷可包含“D”供体或“C”供体、基本上由其组成或完全由其组成。
在本发明的一个实施方案中,在该方法中不使用电子供体。
已经观察到,将上述外部供体添加到催化剂体系中可增加共聚物的硬度(即降低针头穿透力)和粘度。然而,与本领域先前观察到的情况相反,上述电子供体可降低而不是增加所产生的共聚物的软化点。此外,已经观察到,当使用上述电子供体时,在聚合过程中添加到反应器中的基本上全部(即大于95%)的乙烯都可发生反应。因此,这可产生具有较高乙烯含量和较低丙烯含量的共聚物。因此,当使用上述电子给体时,可产生具有较高乙烯含量但仍表现出软化点和硬度之间的期望平衡的丙烯-乙烯共聚物。
此外,根据各种实施方案,催化剂体系可具有至少0.1:1、0.5:1、1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1或4:1和/或小于10:1、9:1或8:1的外部电子供体与钛摩尔比。另外地或可替代地,催化剂体系可具有0.1:1至10:1、0.5:1至10:1、1:1至10:1、1.5:1至10:1、2:1至10:1、2.5:1至10:1、3:1至10:1、3.5:1至10:1、4:1至10:1、0.5:1至9:1、1:1至9:1、1.5:1至9:1、2:1至9:1、2.5:1至9:1、3:1至9:1、3.5:1至9:1、4:1至9:1、0.5:1至8:1、1:1至8:1、1.5:1至8:1、2:1至8:1、2.5:1至8:1、3:1至8:1、3.5:1至8:1或4:1至8:1范围内的外部电子供体与钛摩尔比。
另外地或可替代地,在各种实施方案中,催化剂体系可包含至少0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1或6:1和/或不大于100:1、50:1、35:1、20:1、15:1、10:1或8:1的TEAL助催化剂与电子供体摩尔比。此外,催化剂体系可包含0.5:1至100:1、1:1至50:1、2:1至35:1、2:1至20:1、2:1至15:1、2:1至10:1或2:1至8:1范围内的TEAL助催化剂与电子供体摩尔比。
在某些实施方案中,电子供体的类型可影响必要的TEAL/电子供体比率。例如,在电子供体是“D”供体或“C”供体的实施方案中,TEAL/电子给体比率可小于20:1。
催化剂体系可表现出在200g/g至2,000g/g、400g/g至1,200g/g、500g/g至1,000g/g、1,000g/g至6,000g/g或6,000g/g至18,000g/g范围内的催化剂活性。通过测量在反应器中制备的聚合物的重量与装入到反应器中的催化剂的重量的比率来计算催化剂活性。这些测量基于一小时的反应时间。
由于添加外部供体可增加粘度和分子量,因此可能需要添加氢气以在聚合期间充当链终止剂。例如,该方法可在5psig至100psig、10psig至80psig或15psig至50psig范围内的氢气压力下进行。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,聚合反应可在等于或小于160℃、等于或小于155℃、等于或小于150℃,或者等于或小于145℃、等于或小于140℃、在100℃至200℃、110℃至180℃、110℃至155℃、120℃至160℃、140℃至155℃或120℃至150℃范围内的温度下发生。此外,聚合反应可在500psig至2,000psig、600psig至1,500psig、700psig至1,250psig或800psig至1,100psig范围内的压力下进行。
在本发明的实施方案中,进入聚合反应的乙烯流与丙烯流的比率可在0.1:100至18:100、0.1:100至10:100、0.1:100至5:100、0.1:100至4:100、0.5:100至3:100、0.5:100至2:100、0.5:100至1.5:100、0.5:100至1:100、1:100至4:100、1:100至3:100、1:100至2:100、1.5:100至4:100、1.5:100至3:100、1.5:100至2:100、2:100至4:100、2:100至3:100、3:100至18:100、3:100至14:100、3:100至12:100、3:100至10:100、4:100至18:100、4:100至14:100、4:100至12:100、4:100至10:100、7:100至18:100、7:100至14:100、7:100至12:100、7:100至10:100、8:100至18:100、8:100至14:100、8:100至12:100或8:100至10:100的范围内。
在本发明的实施方案中,进入聚合反应的氢气流与丙烯流的比率可以在0.03:100至0.5:100、0.04:100至0.4:100、0.15:100至0.4:100、0:100至0.3:100、0:100至0.2:100、0.100:100至0.02:100、0:100至0.01:100、0.01:100至0.02:100、0.04:100至0.2:100、0.05:100至0.1:100、0.07:100至0.3:100或0.08:100至0.4:100的范围内。
在某些实施方案中,反应器可包括搅拌反应器,并且聚合反应在反应器中的停留时间可在0.1小时至6小时、0.5小时至4小时或1小时至2小时的范围内。在一些实施方案中,聚合反应在反应器中的停留时间可在6小时至72小时、16小时至36小时、16小时至24小时、12小时至48小时或12小时至24小时的范围内。在其他实施方案中,反应器可包括环流反应器,并且聚合反应在反应器中的停留时间可在8小时至72小时、12小时至48小时、12小时至24小时或16小时至36小时的范围内。在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,乙烯可作为气体添加到反应器中并且丙烯可作为液体添加。
包含耐热丙烯-乙烯共聚物的最终用途
本文所述的本发明丙烯-乙烯共聚物和包含这些共聚物的组合物可用于广泛的应用,这些应用包括例如粘合剂(例如汽车粘合剂、木工粘合剂、包装粘合剂)、密封剂、填缝剂、屋顶膜、防水膜、化合物和垫层、地毯、层压体、层压制品、胶带(例如,防伪胶带、水发泡胶带、胶粘带、密封胶带、布基增强胶带、胶合板胶带、增固和非增固胶纸带、制盒胶带、纸胶带、包装胶带)、标签、胶粘剂、聚合物共混物、电线涂层、模塑制品、热密封涂层、一次性卫生制品、绝缘玻璃(IG)单元、桥面系、沥青改性、柏油改性、电缆浸没/填充化合物、片材模塑化合物、面团模塑化合物、过模塑化合物、橡胶化合物、聚酯复合材料、玻璃复合材料、玻璃纤维增强塑料、塑料纤维增强化合物、木塑复合材料、脱蜡精密铸件、熔模铸造蜡成分、蜡烛、窗户、膜、垫片、密封件、O形圈、机动车模塑部件、机动车挤出部件、服装制品、橡胶添加剂/加工助剂和纤维。
包含本文所述的本发明丙烯-乙烯共聚物和包含这些共聚物的组合物的膜包括但不限于多层膜、共挤出膜、压延膜和流延膜。包含本发明丙烯-乙烯聚合物或包含本发明丙烯-乙烯聚合物的组合物的层压体包括但不限于纸-箔层压体、纸-膜层压体和非织造布-膜层压体。
包含本文所述的本发明丙烯-乙烯共聚物和包含这些共聚物的组合物的粘合剂组合物包括包装粘合剂、食品接触级粘合剂、间接食品接触包装粘合剂、产品组装粘合剂、木工粘合剂、封边粘合剂、型材包装粘合剂、地板粘合剂、汽车组装粘合剂、结构粘合剂、床垫粘合剂、压敏粘合剂(PSA)、PSA胶带、PSA标签、PSA保护膜、自粘合膜、层压粘合剂、柔性包装粘合剂、热密封粘合剂、工业粘合剂、卫生非织造构造粘合剂、卫生芯完整性粘合剂或卫生弹性附接粘合剂。
在某些实施方案中,本文所述的共聚物可用于粘合剂,诸如例如热熔粘合剂、基于水的粘合剂、基于溶剂的粘合剂、热熔压敏粘合剂、基于溶剂的压敏粘合剂、热熔非织造/卫生粘合剂、热熔产品组装粘合剂、热熔木工粘合剂、热熔汽车部件组装粘合剂、热熔层压粘合剂和热熔包装粘合剂。特别地,由于如前所述的软化点、耐热性和针头穿透力的独特组合,由本发明共聚物产生的粘合剂可用于大量的最终产品中,这些最终产品包括卫生包装材料、家用电器、汽车部件、需要耐热性的木工和包装应用。在许多实施方案中,可选择本发明共聚物的各种特性诸如软化点和针头穿透力,以适合掺入本发明耐热共聚物的组合物的预期最终用途。
在某些实施方案中,本发明共聚物可用于产生粘合剂组合物,这些粘合剂组合物可用于汽车内部组件、包装、产品组装、热封、层压、间隙密封(例如,电缆填充、填缝剂和窗户密封剂)、木工、封边和/或型材包装。术语“粘合剂”、“粘合剂组合物”和“组合物”可互换使用。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,本发明的粘合剂组合物包含热熔粘合剂。热熔粘合剂可在其熔融状态下施用于基材并冷却以使粘合剂层硬化。此类粘合剂广泛用于各种商业和工业应用,诸如产品组装、层压和包装。在这些应用中,将粘合剂应用于至少一个基材以将该基材粘结到第二个类似或不同的基材。
粘合剂、密封剂和其他产品配方师和使用者通常希望热稳定的、低色热熔粘合剂具有有利的物理特性平衡,这些物理特性包括耐温性、耐化学性、内聚强度、粘度、对各种基材的粘附性以及可针对特定用途和应用条件定制的开放和凝固时间。期望特性的平衡随应用而变化,并且本文所述的本发明热熔组合物为多种最终用途提供改善的特性平衡。
热熔粘合剂组合物可具有适用于常规热熔粘合剂施用设备的熔体流变学和热稳定性。在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,热熔粘合剂组合物的共混组分在施用温度下具有低熔体粘度,从而促进组合物流动通过涂覆装置(例如涂覆模头或喷嘴)。
热熔粘合剂组合物可用于粘结各种基材,这些基材包括例如硬纸板、经涂覆的硬纸板、纸板、纤维板、原生和再生牛皮纸、高密度和低密度牛皮纸、木屑压合板、经处理和经涂覆的牛皮纸和木屑压合板以及它们的瓦楞形式、经粘土涂覆的木屑压合板硬纸盒、复合材料、皮革、聚合物膜(例如,聚烯烃膜(例如,聚乙烯和聚丙烯)、聚偏二氯乙烯膜、乙烯乙酸乙烯酯膜、聚酯膜、金属化聚合物膜、多层膜以及它们的组合)、纤维和由纤维制成的基材(例如,原生纤维、再生纤维、合成聚合物纤维、纤维素纤维以及它们的组合)、隔离衬垫、多孔基材(例如织造纤维网、非织造纤维网、非织造稀松布和穿孔膜)、纤维素基材、片材(例如,纸和纤维片材)、纸制品、胶带背衬以及它们的组合。可用的复合材料包括例如层压到金属箔(例如,铝箔)的木屑压合板(其可任选地层压到聚合物膜的至少一层)、粘结到膜的木屑压合板、粘结到膜(例如,聚乙烯膜)的牛皮纸以及它们的组合。
热熔粘合剂组合物可用于在多种应用和构造中将第一基材粘结到第二基材,这些应用和构造包括例如包装、袋、盒、硬纸盒、箱子、托盘、多壁袋、包含附件(例如,附接到饮料盒的吸管)的制品、令纸包装纸、香烟(例如,成型纸)、过滤器(例如,褶式过滤器和过滤器框架)、装订、鞋类、一次性吸收制品(例如,一次性尿布、卫生巾、医用敷料(例如,伤口护理产品)、绷带、手术垫、帷帘、手术服和肉类包装产品)、纸制品(包括例如纸巾(例如,多用途毛巾)、卫生纸、面巾纸、擦拭物、薄纸、毛巾(例如,纸毛巾))、片材、胶合板、床垫罩、汽车箔、TPO化合物和吸收制品的组件(包括例如吸收元件、吸收芯、不可渗透层(例如,底片)、薄纸(例如,包裹薄纸)、采集层及织造和非织造纤维网层(例如,顶片、吸水薄纸)以及它们的组合。
热熔粘合剂组合物还可用于形成多孔基材和聚合物膜的层压体,诸如用于制造一次性制品的那些,这些一次性制品包括例如医用帷帘、医用手术服、片材、女性卫生制品、尿布、成人失禁制品、动物用吸收垫(例如,宠物垫)和人(例如,身体和尸体)用吸收垫以及它们的组合。
可使用任何合适的施用方法将热熔粘合剂组合物以任何可用的形式施用于基材,该任何可用的形式包括例如作为纤维、作为涂层(例如,连续涂层和不连续涂层(例如,无规、图案和阵列))、作为珠粒、作为膜(例如,连续膜和不连续膜)以及它们的组合,该任何合适的施用方法包括例如槽式涂覆、帘式涂覆、喷涂(例如,螺旋喷涂、无规喷涂和无规纤维化(例如,熔喷))、发泡、挤出(例如,施用珠粒、细线挤出、单螺杆挤出和双螺杆挤出)、轮施用、非接触式涂覆、接触式涂覆、凹版印刷、凹版印刷辊、辊式涂覆、转移涂覆、丝网印刷、柔性版印刷以及它们的组合。
本发明的一个实施方案涉及一种车辆,该车辆具有包含施用有热熔组合物的表皮材料(优选基于聚烯烃的基材)的车辆内饰材料(优选汽车内饰材料)。根据本发明的车辆的示例包括但不特别限于诸如机动车辆(汽车)、机动自行车(摩托车)、公共汽车、卡车和有轨电车之类的车辆。在本说明书中,虽然在一些句子中使用术语“汽车内饰材料”,但是该术语也可以被理解为意指用于除汽车之外的车辆的内饰材料,只要可施用本发明的热熔组合物即可。
本发明组合物可用于形成粘结以产生层压体和多层层压体。术语“层压体”和“多层层压体”可互换使用。
根据本发明的一个或多个实施方案的本发明组合物可粘结到各种粘附体,这些粘附体包括但不限于:纤维素聚合物材料诸如纸、棉、亚麻、布和木板;合成聚合物材料,包括聚烯烃树脂诸如聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)、苯乙烯树脂诸如聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS树脂)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(AS树脂)、丙烯腈-乙烯/丙烯苯乙烯共聚物(AES树脂)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS树脂)、聚碳酸酯树脂(PC树脂)、PC-ABS树脂、(甲基)丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂诸如尼龙和聚氨酯、酚树脂和环氧树脂、木质材料、金属材料、塑料材料、弹性体材料、复合材料、纸材料、织物材料、玻璃材料、发泡材料、金属、网材料、皮革材料、合成皮革材料、乙烯基材料、聚(丙烯腈丁二烯苯乙烯)(ABS)、聚丙烯(PP)、玻璃填充PP、滑石填充PP、冲击改性PP、氨基甲酸酯弹性体、热塑性聚烯烃(TPO)化合物、着色TPO化合物、填充TPO化合物、橡胶改性TPO化合物、底漆(涂漆)材料。用于粘附体的材料可以是两种或更多种不同材料的混合物或组合。在通过将两种不同的粘附体经由包含本发明丙烯-乙烯聚合物或热熔粘合剂的粘合剂层粘结来形成层压体的情况下,两种粘附体的材料可以彼此相同或不同。
包含本发明聚合物或组合物的层压体可适合用于其中覆盖材料和成形制品被用作粘附体的应用,诸如汽车的内饰材料(例如,汽车内饰件的顶棚材料、汽车内饰件的门组件、汽车内饰件的仪表板组件、仪表板)、家用电器的组件(例如,个人计算机的外壳、平板电视的框架)和外壳材料(例如,内墙板、装饰膜等)。
覆盖材料是指已经形成为膜、片材、泡沫或任何类型的非织造或织造材料的材料。示例包括由以下物质制成的装饰性聚合物片材:聚氯乙烯、各种聚烯烃、ABS、热塑性聚烯烃化合物(TPO)诸如与未交联EPDM橡胶和/或聚乙烯共混的聚丙烯、聚酯非织造织物、起绒针织物、织物、聚氨酯人造革和主要由聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯或这些烯烃的共聚物形成的聚烯烃泡沫。成形制品的示例包括各种聚合物材料诸如ABS、PC/ABS、聚烯烃、玻璃纤维增强的聚烯烃和玻璃纤维增强的尼龙的注塑制品;以及通过将材料诸如木屑或木质粉末通过热压模塑包封在热固性树脂或聚烯烃树脂中来制备的木质成形制品和木质板。
通过将覆盖材料诸如装饰片材与用作基体材料的成形制品经由包含本发明丙烯-乙烯聚合物或热熔粘合剂组合物的粘合剂层粘结来制备多层层压体时,可使用各种成形方法诸如热层压、真空成形、真空压力成形、热压、热轧和热冲压。在由上述材料制成的成形制品中,弯曲成形制品表示具有平面弧形表面作为要粘结到覆盖材料的表面的成形制品。此类成形制品用于在汽车内饰件或家用电器的外壳中形成形状骨架。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,提供了一种方法,其中可将至少一种可用于本发明的组合物施用于第一基材,或任选地,可施用于两个或更多个基材,其中每个基材可独立地选择,其中第一基材和第二基材可各自独立地选自由以下项组成的组:聚(丙烯腈丁二烯苯乙烯)(ABS);聚碳酸酯(PC);PC-ABS共混物;热塑性聚烯烃诸如聚丙烯(PP);TPO化合物;纺织品,例如织物材料、网状物、夹板、桦树木材、胶合板、MDF板、织造物和/或非织造物;泡沫材料;皮革材料;乙烯基材料;和/或对于本领域普通技术人员将显而易见的其他材料。这些材料可以与或可以不与填料一起使用。
热熔粘合剂组合物的典型但非限制性的工业应用包括包装,特别是用于高温用途的包装,诸如仓库、木工和车辆(例如,汽车)内饰件组装中的箱子和硬纸盒。传统的最终用途应用诸如装订、一次性卫生消费品和标签也将受益于在将热熔粘合剂组合物施用于各种基材的自动化方式中的耐热性和最终用途的效率。
此外,在各种实施方案中,本文所述的本发明共聚物还可用于将典型地用于塑料、弹性体施用、屋顶施用、沥青改性、电缆填充和轮胎改性的现有聚合物共混物改性。本发明共聚物可改善这些聚合物共混物的粘附性、可加工性、稳定性、粘弹性、热特性和机械特性。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,可将本发明丙烯-乙烯共聚物改性以产生接枝共聚物。在此类实施方案中,本发明共聚物可用马来酸酐、富马酸酯和马来酸酯、甲基丙烯酸酯(例如,甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酸羟乙酯)、甲基丙烯酸、乙烯基衍生物、硅烷衍生物或它们的组合接枝。这些接枝共聚物可使用本领域已知的任何常规方法(包括例如酯交换和自由基诱导的偶联)产生。
上述各种最终用途和最终产品可单独使用本发明共聚物或者可将其与其他添加剂和聚合物组合使用。可与本发明共聚物组合以形成聚合物共混物的合适聚合物可以包括例如基于异戊二烯的嵌段共聚物;基于丁二烯的嵌段共聚物;氢化嵌段共聚物;苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS);苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS);苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(SEPS);乙烯乙酸乙烯酯共聚物;聚酯;基于聚酯的共聚物;氯丁橡胶;氨基甲酸酯;丙烯酸;聚丙烯酸酯;丙烯酸酯共聚物,诸如但不限于乙烯丙烯酸共聚物、乙烯丙烯酸正丁酯共聚物和乙烯丙烯酸甲酯共聚物;聚醚醚酮;聚酰胺;苯乙烯嵌段共聚物;氢化苯乙烯嵌段共聚物;无规苯乙烯共聚物;乙烯-丙烯橡胶;乙烯乙酸乙烯酯共聚物;丁基橡胶;丁苯橡胶;丁腈橡胶;天然橡胶;聚异戊二烯;聚异丁烯;聚乙酸乙烯酯;和聚烯烃。
本发明中与本发明丙烯-乙烯共聚物一起使用的聚烯烃可以是本领域已知的任何聚烯烃。在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,聚烯烃可以是选自由以下项组成的组的至少一种聚烯烃:无定形聚烯烃、半结晶聚烯烃、α-聚烯烃、反应器即用型聚烯烃、茂金属催化的聚烯烃聚合物和弹性体、反应器制备的热塑性聚烯烃弹性体、烯烃嵌段共聚物、热塑性聚烯烃、无规立构聚丙烯、聚乙烯、乙烯-丙烯聚合物、丙烯-己烯聚合物、乙烯-丁烯聚合物、乙烯-辛烯聚合物、丙烯-丁烯聚合物、丙烯-辛烯聚合物、茂金属催化的聚丙烯聚合物、茂金属催化的聚乙烯聚合物、基于丙烯的三元共聚物(包括乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物)、由丙烯和直链或支链C4-C10α-烯烃单体产生的共聚物、由乙烯和直链或支链C4-C10α-烯烃单体产生的共聚物和官能化聚烯烃。
本领域中存在多种用于官能化聚合物的方法,这些方法可与本文所述的聚合物一起使用。这些方法包括选择性氧化、自由基接枝、臭氧分解、环氧化等。官能化组分包括但不限于官能化烯烃聚合物(诸如官能化C2至C40均聚物、官能化C2至C40共聚物、官能化较高Mw蜡)、官能化低聚物(诸如官能化低Mw蜡、官能化增粘剂)、β成核剂以及它们的组合。可用于本发明的官能化烯烃聚合物和共聚物包括马来酸化聚乙烯、马来酸化茂金属聚乙烯、马来酸化茂金属聚丙烯、马来酸化乙烯丙烯橡胶、马来酸化聚丙烯、马来酸化乙烯共聚物、官能化聚异丁烯(通常用马来酸酐官能化,通常以形成琥珀酸酐)等。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,本文所述的本发明丙烯-乙烯共聚物可用于产生热熔粘合剂。根据一个或多个实施方案,粘合剂组合物可包含至少1重量%、5重量%、6重量%、7重量%、8重量%、9重量%、10重量%、15重量%、20重量%、23重量%、25重量%、30重量%、35重量%、37重量%、40重量%、45重量%、47重量%或50重量%和/或不大于95重量%、90重量%、85重量%、80重量%、76重量%、75重量%、70重量%、66重量%、63重量%、60重量%、59重量%、56重量%、55重量%、52重量%、50重量%、45重量%、40重量%、35重量%、30重量%、25重量%、20重量%、15重量%或10重量%的本发明共聚物。此外,粘合剂组合物可包含1重量%至95重量%、5重量%至90重量%、10重量%至80重量%、20重量%至70重量%、30重量%至60重量%、40重量%至55重量%、50重量%至80重量%、50重量%至70重量%、30重量%至90重量%、30重量%至80重量%、30重量%至70重量%、30重量%至60重量%、30重量%至50重量%或30重量%至40重量%范围内的本发明共聚物。在某些实施方案中,粘合剂组合物可完全由本发明共聚物组成。
此外,取决于预期的最终用途,这些热熔粘合剂组合物还可包含各种添加剂,这些添加剂包括例如聚合物、增粘剂、加工油、蜡、抗氧化剂、增塑剂、颜料和填料。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,粘合剂组合物可包含至少1重量%、5重量%、6重量%、7重量%、10重量%、12重量%、20重量%、23重量%、30重量%、35重量%、40重量%或47重量%和/或不超过90重量%、80重量%、70重量%、56重量%或55重量%的至少一种不同于本发明共聚物的聚合物。此外,粘合剂可包含10重量%至90重量%、20重量%至80重量%、30重量%至70重量%或40重量%至55重量%范围内的至少一种不同于本发明共聚物的聚合物。在其他实施方案中,粘合剂可包含至少1重量%、5重量%、6重量%、7重量%、8重量%、9重量%、10重量%、15重量%、20重量%、23重量%、25重量%、30重量%、35重量%、40重量%、45重量%、47重量%或50重量%的至少一种不同于本发明共聚物的聚合物。这些聚合物可包括但不限于以上列出的聚合物中的任何聚合物。
此外,已经发现本发明共聚物与各种类型的聚烯烃的共混物可以提供具有改善的粘附性、内聚强度、耐温性、粘度以及开放时间和凝固时间的粘合剂。因此,在各种实施方案中,可以与本发明丙烯-乙烯共聚物组合的上述聚合物可包含至少一种聚烯烃。在某些实施方案中,除包含本发明丙烯-乙烯共聚物之外,粘合剂还可包含至少1重量%、5重量%、6重量%、7重量%、10重量%、12重量%、15重量%、20重量%、23重量%、25重量%、30重量%、35重量%、40重量%、45重量%、47重量%或50重量%的至少一种聚烯烃。另外地或在替代方案中,除包含本发明丙烯-乙烯共聚物之外,粘合剂组合物还可包含不超过99重量%、95重量%、90重量%、85重量%、80重量%、75重量%、70重量%、65重量%、60重量%、55重量%、50重量%、45重量%、40重量%、35重量%、30重量%、25重量%、20重量%、15重量%、10重量%、7重量%或5重量%的至少一种聚烯烃。例如,基于总重量,粘合剂组合物可包含1重量%至90重量%、1重量%至60重量%、1重量%至40重量%、1重量%至20重量%、10重量%至90重量%、20重量%至80重量%、20重量%至40重量%、30重量%至70重量%、30重量%至40重量%或40重量%至55重量%范围内的至少一种聚烯烃。在一个或多个实施方案中,这些聚烯烃可以是具有小于25J/g或小于15J/g的熔化热的无定形聚烯烃。在一个或多个实施方案中,这些聚烯烃可以是茂金属催化的聚烯烃聚合物。
可接受的聚烯烃的商业示例包括Eastman的AerafinTM17;Eastman的AerafinTM180;由REXtac LLC制备的RextacTM聚合物,包括RextacTME-63、E-65、2760、2815、2730和2830;由Evonik Industries制备的聚合物包括408和708;以及Eastman的包括E1060和P1010。
茂金属催化的聚合物的一些示例包括聚烯烃,诸如聚乙烯、聚丙烯以及它们的共聚物。示例性的基于聚丙烯的弹性体包括由ExxonMobil Chemical以商品名VISTAMAXXTM销售的那些和由Idemitsu Kosan(日本)以商品名L-MODUTM销售的那些;示例性的基于聚乙烯的弹性体和塑性体包括由Dow Chemical Company以商品名AFFINITYTM、AFFINITYTMGA、INFUSETM和ENGAGETM销售的那些;由ExxonMobil Chemical Company(Houston,Texas)以商品名VISTAMAXXTM销售的那些,以及由Clariant以商品名LlCOCENETM销售的那些。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,烯烃聚合物包括至少两种不同烯烃聚合物的混合物,例如包含烯烃均聚物和烯烃共聚物的共混物、包含相同或不同单体的不同烯烃均聚物的共混物、包含不同烯烃共聚物的共混物以及它们的各种组合。可用的烯烃聚合物还包括例如改性的、未改性的、接枝的和未接枝的烯烃聚合物、单峰烯烃聚合物、多峰烯烃聚合物以及它们的组合。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,这些添加的聚烯烃可增加本发明粘合剂组合物的内聚强度、粘附特性、粘着性、低温柔韧性、总结晶度和/或耐温性。此外,由于上述聚烯烃的广泛可得性,添加上述聚烯烃可降低组合物的生产成本。
在某些实施方案中,粘合剂组合物可包含本发明丙烯-乙烯共聚物和茂金属催化的聚乙烯共聚物,例如乙烯-辛烯共聚物。在此类实施方案中,本发明丙烯-乙烯共聚物可用于代替各种类型的粘合剂(诸如用于包装应用的那些)中的聚乙烯。
在某些实施方案中,所添加的聚合物和/或聚烯烃可在聚合物链末端和/或聚合物内的侧链位置用基团官能化,这些基团包括但不限于硅烷、酸酐诸如马来酸酐、羟基、乙氧基、环氧基、硅氧烷、胺、胺硅氧烷、羧基和丙烯酸酯。
可添加到本发明粘合剂组合物中的另外的聚合物和聚烯烃可通过齐格勒-纳塔催化剂、单位点催化剂(茂金属)、多单位点催化剂、非茂金属杂芳基催化剂、它们的组合或另一种聚合方式制备。另外的聚合物可以包括无定形结构、半结晶结构、无规结构、支链结构、直链结构或嵌段结构的组合。
任何常规的聚合合成方法都可以制备另外的聚烯烃组分。在一个或多个实施方案中,一种或多种催化剂(通常为茂金属催化剂或齐格勒-纳塔催化剂)用于烯烃单体或单体混合物的聚合。聚合方法包括高压聚合、淤浆聚合、气体聚合、本体聚合、悬浮聚合、超临界聚合或溶液相聚合或它们的组合。催化剂可以是均质溶液、负载型催化剂或它们的组合的形式。聚合可以通过连续、半连续或间歇方法进行,并且可以包括使用链转移剂、清除剂或认为适用的其他此类添加剂。在一个或多个实施方案中,使用单一聚合催化剂在单个或多个聚合区中产生另外的聚合物。金属茂(或多相)聚合物通常使用获得期望的多相结构的多种茂金属催化剂共混物制备。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,所添加的聚合物或聚烯烃的结晶含量可增加粘合剂组合物的内聚强度。通常,基于茂金属聚合的半结晶共聚物的制剂最终可随时间产生足够的结晶含量以在制剂中实现良好的内聚强度。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,粘合剂组合物可包含至少5重量%、10重量%、15重量%、20重量%、25重量%、30重量%、35重量%、40重量%或45重量%和/或不超过90重量%、80重量%、70重量%、55重量%、50重量%、45重量%或40重量%的至少一种增粘剂。此外,粘合剂可包含5重量%至90重量%、20重量%至80重量%、20重量%至40重量%、20重量%至30重量%、30重量%至70重量%或40重量%至55重量%范围内的至少一种增粘剂。增粘剂赋予粘合剂粘着性,并且还可以降低粘合剂的粘度。更低的粘度可改善施用流动特征,从而允许更容易加工、更低的能量要求和更低的加工温度。更低的粘度还有助于粘合剂“彻底湿透”或基本上均匀地涂覆表面并渗透基底。在大多数粘合剂制剂中需要粘着性以允许在热熔粘合剂固化之前适当地接合制品。特定增粘剂的适合性和选择可取决于所采用的烯烃共聚物和另外的聚合物的具体类型。
合适的增粘剂可包括例如脂环族烃树脂、C5烃树脂;C5/C9烃树脂;芳族改性的C5树脂;C9烃树脂;纯单体树脂,诸如苯乙烯与α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、对甲基苯乙烯、茚、甲基茚、C5树脂和C9树脂的共聚物;萜烯树脂;萜烯酚醛树脂;萜烯苯乙烯树脂;松香酯;改性松香酯;完全或部分氢化松香的液体树脂;完全或部分氢化的松香酯;完全或部分氢化的改性松香树脂;完全或部分氢化的松香醇;完全或部分氢化的C5树脂;完全或部分氢化的C5/C9树脂;完全或部分氢化的芳族改性的C5树脂;完全或部分氢化的C9树脂;完全或部分氢化的纯单体树脂;完全或部分氢化的C5/脂环族树脂;完全或部分氢化的C5/脂环族/苯乙烯/C9树脂;完全或部分氢化的脂环族树脂;以及它们的组合。示例性的商业烃树脂包括RegaliteTM烃树脂(Eastman Chemical)。在某些实施方案中,增粘剂可包括官能化的增粘剂。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,粘合剂组合物可包含至少1重量%、2重量%、5重量%、8重量%或10重量%和/或不超过40重量%、30重量%、25重量%、20重量%或15重量%的至少一种加工油。此外,粘合剂可包含2重量%至40重量%、5重量%至30重量%、8重量%至25重量%或10重量%至20重量%范围内的至少一种加工油。加工油可包括例如矿物油、环烷油、石蜡油、芳族油、蓖麻油、菜籽油、甘油三酯油或它们的组合。如本领域技术人员将理解的,加工油还可以包括常用于粘合剂中的增量油。如果粘合剂用作压敏粘合剂来产生胶带或标签或用作粘合剂来粘附非织造制品,则可能期望在粘合剂中使用油。在某些实施方案中,粘合剂可以不包含任何加工油。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,粘合剂组合物可包含至少1重量%、2重量%、3重量%、4重量%、5重量%、6重量%、7重量%、8重量%、9重量%、10重量%、11重量%、12重量%、15重量%、16重量%、17重量%、18重量%、19重量%、20重量%、21重量%、22重量%、23重量%、24重量%、25重量%和/或不超过40重量%、35重量%、34重量%、33重量%、32重量%、31重量%、30重量%、29重量%、28重量%、27重量%、26重量%、25重量%、24重量%、23重量%、22重量%、21重量%、20重量%、19重量%、18重量%、17重量%、16重量%或15重量%的至少一种蜡。此外,粘合剂可包含0重量%至15重量%、1重量%至40重量%、5重量%至30重量%、8重量%至25重量%、10重量%至20重量%、1重量%至25重量%、1重量%至20重量%、1重量%至15重量%、1重量%至10重量%或1重量%至5重量%范围内的至少一种蜡。蜡用于降低粘合剂的总体粘度,从而允许其液化并允许将热熔粘合剂适当地施用或涂覆到预期的基材上。蜡的类型和熔点及其与粘合剂组合物的其他组分的相容性控制粘合剂的开放时间和凝固速度。开放时间在本领域中被称为粘合剂在施用后彻底湿透并粘结到基材的时间量。适合用于配制热熔粘合剂的任何常规已知的蜡均可用于实践本发明。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,粘合剂组合物可包含至少1重量%、2重量%、3重量%、4重量%或5重量%的聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、马来酸化聚烯烃蜡或者它们中的两种或更多种蜡的组合。另外地或在替代方案中,粘合剂组合物可包含不超过40重量%、35重量%、34重量%、33重量%、32重量%、31重量%、30重量%、29重量%、28重量%、27重量%、26重量%、25重量%、24重量%、23重量%、22重量%、21重量%、20重量%、19重量%、18重量%、17重量%、16重量%、15重量%、14重量%、13重量%、12重量%、11重量%、10重量%、9重量%、8重量%、7重量%、6重量%、5重量%、4重量%、3重量%、2重量%或1重量%的聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、马来酸化聚烯烃蜡或者它们中的两种或更多种蜡的组合。
合适的蜡可包括例如微晶蜡、石蜡、通过费-托法产生的蜡、官能化蜡(马来酸化蜡、富马酸化蜡或具有官能团的蜡等)、聚烯烃蜡、石油蜡、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、乙烯乙酸乙烯酯蜡和植物蜡。如果粘合剂用作热熔包装粘合剂,则可能期望在粘合剂中使用蜡。
适用于本发明的可商购获得的蜡的非限制性示例包括:可购自Sasol WaxAmericas,Inc.的H-1;可购自Honeywell International Inc.的A-CTM-9、AC-596和A-C 810;可购自Westlake Chemical的EPOLENETMN-15和E-43;以及购自Baker HughesInc.的POLYWAXTM400、850、1000和3000。其他示例性蜡包括但不限于ClariantLicoceneTMPE4201;Westlake EPOLENETMC-10、EPOLENETMC-17和EPOLENETMC-18;以及微晶蜡Be SquareTM195。
如本文所用,“官能化”意味着组分是在并入到该组分中的官能团的存在下制备的,或者组分与官能团接触,并任选地与催化剂、热、引发剂或自由基源接触以使全部或部分的官能团(诸如马来酸或马来酸酐)并入、接枝、键合至、物理连接至和/或化学连接至聚合物。
可用作官能化组分的示例性官能化蜡聚合物包括用醇、酸、酮、酸酐等改性的那些。商业官能化蜡包括:可以商品名MAPP 40购自Chusei的马来酸化聚丙烯;马来酸化茂金属蜡(诸如购自Clariant的TP LICOCENE PP1602);可以商品名EPOLENE C-16、EPOLENE C-18、EPOLENE E43购自Westlake的马来酸化聚乙烯蜡和马来酸化聚丙烯蜡;购自EastmanChemical的EASTMAN G-3003;可购自Clariant的马来酸化聚丙烯蜡LICOMONT AR 504;可以商品名AMPLIFY EA 100和AMPLIFY VA 200购自Dow Chemical Co.的接枝官能化聚合物;以及可以商品名CERAMER 1608、CERAMER 1251、CERAMER 67和CERAMER 24购自Baker Hughes的CERAMERTM马来酸化乙烯聚合物。可用的蜡还包括聚乙烯和聚丙烯蜡,这些蜡具有15,000或更小,优选3,000至10,000的Mw和5重量%或更大,优选10重量%或更大的结晶度,并具有至多10重量%的官能团含量。可以用作功能组分的另外的官能化聚合物包括可购自Honeywell International Inc.的A-C 575P、A-C 573P、A-C X596A、A-C X596P、A-CX597A、A-C X597P、A-C X950P、A-C X1221、A-C 395A、A-C 395A、A-C 1302P、A-C 540、A-C 54A、A-C629、A-C 629A、A-C 307和A-C307A。
在某些实施方案中,粘合剂组合物可以不包含蜡。例如,粘合剂组合物可以包含小于10重量%、5重量%、4重量%、3重量%、2重量%或1重量%的蜡,诸如但不限于聚乙烯蜡和/或费托蜡。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,粘合剂组合物可包含至少0.1重量%、0.2重量%、0.5重量%、1重量%、2重量%或3重量%和/或不超过20重量%、10重量%、8重量%、5重量%、1重量%或0.5重量%的至少一种抗氧化剂。此外,粘合剂组合物可包含0.1重量%至20重量%、1重量%至10重量%、2重量%至8重量%或3重量%至5重量%范围内的至少一种抗氧化剂。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,粘合剂组合物可包含至少0.5重量%、1重量%、2重量%或3重量%和/或不超过20重量%、10重量%、8重量%或5重量%的至少一种增塑剂。此外,粘合剂可包含0.5重量%至20重量%、1重量%至10重量%、2重量%至8重量%或3重量%至5重量%范围内的至少一种增塑剂。合适的增塑剂可包括例如烯烃低聚物、低分子量聚烯烃诸如液体聚丁烯、聚异丁烯、矿物油、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、氯化石蜡和不含邻苯二甲酸酯的增塑剂。商业增塑剂可包括例如BenzoflexTM增塑剂(Eastman Chemical);Eastman 168TM(Eastman Chemical);B10(BASF);REGALREZ 1018(Eastman Chemical);Calsol 5550(Calumet Lubricants);Kaydol油(Chevron);或ParaLux油(Chevron)。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,粘合剂组合物可包含至少10重量%、20重量%、30重量%或40重量%和/或不超过90重量%、80重量%、70重量%或55重量%的至少一种填料。此外,粘合剂可包含1重量%至90重量%、20重量%至80重量%、30重量%至70重量%或40重量%至55重量%范围内的至少一种填料。合适的填料可包括例如炭黑、碳酸钙、粘土、氧化钛、氧化锌或它们的组合。
粘合剂组合物可使用常规技术和设备来产生。例如,粘合剂组合物的组分可以在混合器中共混,该混合器诸如西格玛叶片式混合器、塑度计、布拉本德混合器、双螺杆挤出机或罐内共混器(品脱罐)。在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,可通过合适的技术将粘合剂成形为期望的形式,诸如胶带或片材,该技术包括例如挤出、压塑、压延或辊涂技术(例如,凹版、逆转辊等)、帘式涂覆、槽模涂覆或喷涂。
此外,可以通过溶剂浇铸工艺或通过熔化粘合剂然后使用本领域已知的常规热熔粘合剂施用设备将粘合剂组合物施用于基材。合适的基材可包括例如非织造物、纺织品织物、纸、玻璃、塑料、膜(聚乙烯、聚丙烯、聚酯等)和金属。通常,可将约0.1g/m2至100g/m2、约0.1g/m2至约150g/m2或约1g/m2至约1000g/m2的粘合剂组合物施用于基材。
根据一个或多个实施方案,热熔粘合剂组合物可具有在177℃下至少100cps、300cps、500cps、750cps或1,000cps和/或不大于60,000cps、40,000cps、30,000cps、20,000cps、10,000cps、5,000cps、4,000cps、3,000cps或2,500cps的布氏粘度,如根据ASTMD3236测量的。此外,热熔粘合剂可具有在177℃下100cps至60,000cps、300cps至10,000cps、500cps至5,000cps、750cps至2,500cps、400cps至3,000cps、500cps至1,000cps、500cps至5,000cps、500cps至10,000cps、500cps至15,000cps、500cps至20,000cps、1,000cps至5,000cps、1,000cps至10,000cps、1,000cps至15,000cps、1,000cps至20,000cps、1,000cps至40,000cps、1,000cps至60,000cps范围内的布氏粘度。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,热熔粘合剂组合物可具有在190℃下至少100cps、500cps、1,000cps、2,000cps、3,000cps、4,000cps、5,000cps、6,000cps、7,000cps、8,000cps或9,000cps和/或不大于60,000cps、50,000cps、40,000cps、30,000cps、20,000cps、15,000cps或10,000cps的布氏粘度,如根据ASTM D3236测量的。例如,热熔粘合剂可具有在190℃下100cps至60,000cps、500cps至30,000cps、1,000cps至40,000cps、1,000cps至10,000cps、2,000cps至20,000cps、2,000cps至10,000cps、2,000cps至15,000cps、3,000cps至15,000cps、2,500cps至25,000cps或2,000cps至30,000cps范围内的布氏粘度。
此外,在各种实施方案中,热熔粘合剂组合物可具有至少1g/mm、2g/mm、5g/mm、10g/mm或15g/mm和/或不大于50g/mm、40g/mm、35g/mm、30g/mm或25g/mm的90度剥离强度(T-剥离),如根据ASTM D903测量的。此外,热熔粘合剂可具有1g/mm至50g/mm、2g/mm至40g/mm、5g/mm至35g/mm、10g/mm至30g/mm或15g/mm至25g/mm范围内的剥离强度,如根据ASTM D903测量的。另外地或可替代地,热熔粘合剂可具有至少0.05磅力/英寸、0.1磅力/英寸、0.2磅力/英寸或0.5磅力/英寸和/或不大于20磅力/英寸、10磅力/英寸、5磅力/英寸或1磅力/英寸的90度剥离强度,如根据ASTM D903测量的。
根据各种实施方案,含有本发明共聚物的粘合剂组合物可具有宽操作窗口并且可以具有80℃至230℃的施用窗口。这种宽操作窗口可通过粘合剂在不同温度下的剥离强度来证实。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,热熔粘合剂组合物可具有在50℃下至少0.1小时、0.5小时或1小时和/或不大于50,000小时、10,000小时、5,000小时、1,000小时、500小时、100小时、50小时、20小时、10小时、7小时或4小时的持粘力,如根据ASTM D3654测量的。此外,热熔粘合剂可具有在50℃下0.1小时至10小时、0.5小时至7小时或1小时至4小时范围内的持粘力,如根据ASTM D3654测量的。
在其他实施方案中,热熔粘合剂组合物可表现出在60℃下至少5分钟、15分钟、20分钟或25分钟和/或不超过150分钟的持粘力。另外地或可替代地,热熔粘合剂可表现出在50℃下至少400分钟、600分钟、800分钟或1,000分钟的持粘力。在50℃和60℃下的持粘力可通过以下方式来测量:在通常为20℃至23℃的室温下将胶粘的硬纸盒基材稳定过夜,然后将该基材以剥离模式悬挂在剪切组烘箱中。然后将砝码悬挂在胶粘的基材下。记录每个样本的因失效而导致重量下降的时间。
热熔粘合剂组合物可表现出至少2℃、3℃、30℃、50℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、110℃、120℃、130℃、135℃和/或不大于200℃、160℃、155℃、150℃、140℃、135℃、134℃、133℃、130℃或135℃的剪切粘附失效温度(“SAFT”),如根据ASTM D4498测量的。此外,热熔粘合剂可具有2℃至200℃、30℃至200℃、50℃至150℃、75℃至125℃、130℃至160℃、130℃至155℃、130℃至150℃、130℃至145℃、135℃至155℃、135℃至150℃、140℃至160℃、140℃至155℃、140℃至150℃、145℃至160℃、145℃至155℃或145℃至150℃范围内的SAFT,如根据ASTM D4498测量的。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,热熔粘合剂组合物可表现出在60℃下至少50%、65%、70%、75%、80%、85%、90%或95%的高温性能纤维撕裂(“HTFT”)。HTFT测试由在60℃的条件下用手手动撕开胶粘的瓦楞硬纸板(硬纸盒)基材组成。在撕裂之前,胶粘的硬纸盒基材必须在60℃的条件下稳定4小时加或减5分钟。如果基材的80%纤维断裂,则认为该测试通过,因此认为热熔粘合剂表现良好。对于一些应用,如果基材的50%纤维断裂,则认为该测试通过并且认为该粘合剂在60℃下表现良好。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,含有本发明共聚物的粘合剂当在高温下在长时间段内经受储存条件时不表现出显著的颜色变化。在由于储存而发生任何老化之前,粘合剂可具有小于18、15、10、8、5、4、3、2或1的初始加德纳颜色,如根据ASTMD1544测量的。在177℃下热老化至少96小时后,粘合剂可表现出小于18、15、10、7、5、3、2或1的最终加德纳颜色,如根据ASTM D1544测量的。因此,粘合剂即使在长期储存和暴露后也可保持期望的颜色。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,本发明丙烯-乙烯共聚物可用于如本公开先前所述的粘合剂组合物中。特别地,本发明丙烯-乙烯共聚物可用于产生具有宽工艺窗口和对层压材料(诸如但不限于用于汽车内饰件的仪表板组件)的高剥离强度的热熔粘合剂。在本发明的各种实施方案中,粘合剂制剂用作热熔粘合剂并包含至少一种本发明共聚物和至少一种增粘剂树脂。任选地,热熔粘合剂还可包含蜡、任选的油和/或抗氧化剂。在一个具体的实施方案中,热熔粘合剂包含约40重量%至约85重量%的本发明共聚物和约15重量%至约45重量%的增粘剂树脂。在另一个实施方案中,热熔粘合剂组合物不包含增粘剂树脂。
本发明的一个实施方案涉及一种车辆,该车辆具有包含施用有热熔组合物的表皮材料(优选基于聚烯烃的基材)的车辆内饰材料(优选汽车内饰材料)。根据本发明的车辆的示例包括但不特别限于诸如机动车辆(汽车)、机动自行车(摩托车)、公共汽车和有轨电车之类的车辆。在本说明书中,虽然在一些句子中使用术语“汽车内饰材料”,但是该术语也可以被理解为意指用于除汽车之外的车辆的内饰材料,只要可施用本发明的热熔组合物即可。
本发明组合物可用于形成粘结以产生层压体和多层层压体。术语“层压体”和“多层层压体”可互换使用。
根据本发明的一个或多个实施方案的本发明组合物可粘结到各种粘附体,这些粘附体包括但不限于:纤维素聚合物材料诸如纸、棉、亚麻、布和木板;合成聚合物材料,包括聚烯烃树脂诸如聚丙烯和聚乙烯、苯乙烯树脂诸如聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS树脂)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(AS树脂)、丙烯腈-乙烯/丙烯苯乙烯共聚物(AES树脂)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS树脂)、聚碳酸酯树脂(PC树脂)、(甲基)丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂诸如尼龙和聚氨酯、酚树脂和环氧树脂。用于粘附体的材料可以是两种或更多种不同材料的混合物或组合。在通过将两种不同的粘附体经由包含本发明丙烯-乙烯聚合物或热熔粘合剂的粘合剂层粘结来形成层压体的情况下,两种粘附体的材料可以彼此相同或不同。
包含本发明聚合物或组合物的层压体可适合用于其中覆盖材料和成形制品被用作粘附体的应用,诸如汽车的内饰材料(例如,汽车内饰件的顶棚材料、汽车内饰件的门组件、汽车内饰件的仪表板组件、仪表板)、家用电器的组件(例如,个人计算机的外壳、平板电视的框架)和外壳材料(例如,内墙板、装饰膜
覆盖材料是指已经形成为膜、片材、泡沫或任何类型的非织造或织造材料的材料。示例包括由以下物质制成的装饰性聚合物片材:聚氯乙烯、各种聚烯烃或ABS、热塑性聚烯烃化合物(TPO)诸如与未交联EPDM橡胶和/或聚乙烯共混的聚丙烯、聚酯非织造织物、起绒针织物、织物、聚氨酯人造革和主要由聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯或这些烯烃的共聚物形成的聚烯烃泡沫。成形制品的示例包括各种聚合物材料诸如ABS、PC/ABS、聚烯烃、玻璃纤维增强的聚烯烃和玻璃纤维增强的尼龙的注塑制品;以及通过将材料诸如木屑或木质粉末通过热压模塑包封在热固性树脂或聚烯烃树脂中来制备的木质成形制品和木质板。
通过将覆盖材料诸如装饰片材与用作基体材料的成形制品经由包含本发明丙烯-乙烯聚合物或热熔粘合剂的粘合剂层粘结来制备多层层压体时,可使用各种成形方法诸如热层压、真空成形、真空压力成形、热压、热轧和热冲压。在由上述材料制成的成形制品中,弯曲成形制品表示具有平面弧形表面作为要粘结到覆盖材料的表面的成形制品。此类成形制品用于在汽车内饰件或家用电器的外壳中形成形状骨架。
在本发明的其他实施方案中,提供了粘合剂组合物制剂。后续实施方案中的每个实施方案均含有如本公开先前所述的本发明的丙烯-乙烯共聚物。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,提供包含至少一种丙烯-乙烯共聚物的粘合剂组合物,其中丙烯-乙烯共聚物包含乙烯和丙烯;其中丙烯的量在约89重量%至约95重量%的范围内;其中乙烯-丙烯共聚物具有约135℃至160℃的环球软化点,并且其中乙烯-丙烯共聚物具有约50%至约70%的三元组立构规整度;其中该组合物包含:
(a)5重量%至100重量%的该至少一种丙烯-乙烯共聚物;
(b)0重量%至55重量%的至少一种第二聚合物;
(c)不超过70重量%的至少一种增粘剂;
(d)不超过20重量%的加工油;以及
(e)不超过35重量%的至少一种蜡。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,提供了一种粘合剂组合物,其中该组合物包含:
(a)5重量%至100重量%的该至少一种丙烯-乙烯共聚物;
(b)0重量%至50重量%的至少一种第二聚合物;
(c)不超过70重量%的至少一种增粘剂;
(d)不超过20重量%的加工油;以及
(e)不超过35重量%的至少一种蜡。
这些粘合剂组合物可具有在177℃下约2,000cP至约20,000cP范围内的布氏粘度;和/或至少约135℃的剪切粘附失效温度;和/或在110℃下5mm或更小的热蠕变长度;和/或在120℃下5mm或更小的热蠕变长度。
这些粘合剂组合物可具有在190℃下约2,000cP至约20,000cP范围内的布氏粘度;和/或至少约135℃的剪切粘附失效温度;和/或在110℃下5mm或更小的热蠕变长度;和/或在120℃下5mm或更小的热蠕变长度。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,这些粘合剂组合物可具有以下组成:该组成具有在177℃下约2,000至约20,000cP范围内的布氏粘度;和/或至少约135℃的剪切粘附失效温度;和/或在以下温度下5mm或更小的热蠕变长度:该温度比不包含该至少一种丙烯-乙烯共聚物的等同组合物具有5mm或更小的热蠕变长度的温度高至少10℃。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,这些粘合剂组合物可具有以下组成:该组成具有在190℃下约2,000至约20,000cP范围内的布氏粘度;和/或至少约135℃的剪切粘附失效温度;和/或在以下温度下5mm或更小的热蠕变长度:该温度比不包含该至少一种丙烯-乙烯共聚物的等同组合物具有5mm或更小的热蠕变长度的温度高至少10℃。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,提供了一种粘合剂组合物,该粘合剂组合物包含:
(a)10重量%至70重量%的该至少一种丙烯-乙烯共聚物;
(b)5重量%至55重量%的至少一种第二聚合物;
(c)不超过70重量%的至少一种增粘剂;
(d)不超过20重量%的加工油;以及
(e)不超过20重量%的至少一种蜡
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,提供了一种粘合剂组合物,该粘合剂组合物包含:
(a)5重量%至95重量%的该至少一种丙烯-乙烯共聚物;
(b)5重量%至90重量%的该至少一种第二聚合物;
(c)不超过70重量%的至少一种增粘剂;
(d)不超过20重量%的加工油;以及
(e)不超过20重量%的至少一种蜡。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,提供了一种粘合剂组合物,该粘合剂组合物包含:
(a)30重量%至80重量%的该至少一种丙烯-乙烯共聚物;
(b)1重量%至45重量%的该至少一种第二聚合物;
(c)不超过70重量%的至少一种增粘剂;
(d)不超过20重量%的加工油;以及
(e)不超过20重量%的至少一种蜡。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,提供了一种粘合剂组合物,该粘合剂组合物包含:
a)35重量%至85重量%的该至少一种丙烯-乙烯共聚物;
(b)0重量%至45重量%的该至少一种第二聚合物;
(c)5重量%至35重量%的至少一种增粘剂;
(d)不超过33重量%的至少一种蜡;以及
(e)不超过17重量%的至少一种聚丙烯蜡。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,提供了一种粘合剂组合物,该粘合剂组合物包含:
(a)35重量%至85重量%的该至少一种丙烯-乙烯共聚物;
(b)0重量%至45重量%的该至少一种第二聚合物;
(c)5重量%至35重量%的至少一种增粘剂;
(d)不超过26重量%的至少一种聚乙烯蜡;以及
(e)不超过7重量%的至少一种聚丙烯蜡。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,提供了一种粘合剂组合物,该粘合剂组合物包含:
(a)50重量%至95重量%的该至少一种丙烯-乙烯共聚物;
(b)0重量%至55重量%的至少一种第二聚合物;
(c)5重量%至35重量%的至少一种增粘剂;以及
(d)0重量%至15重量%的至少一种蜡。
在这些粘合剂组合物中的任何粘合剂组合物中,该组合物还可包含选自由以下项组成的组的至少一种第二聚合物:无定形聚烯烃、半结晶聚烯烃、α-聚烯烃、反应器即用型聚烯烃、茂金属催化的聚烯烃聚合物和弹性体、反应器制备的热塑性聚烯烃弹性体、烯烃嵌段共聚物、热塑性聚烯烃、无规立构聚丙烯、聚乙烯、乙烯-丙烯聚合物、丙烯-己烯聚合物、乙烯-丁烯聚合物、乙烯-辛烯聚合物、丙烯-丁烯聚合物、丙烯-辛烯聚合物、茂金属催化的聚丙烯聚合物、茂金属催化的聚乙烯聚合物、基于丙烯的三元共聚物(包括乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物)、由丙烯和直链或支链C4-C10α-烯烃单体产生的共聚物、由乙烯和直链或支链C4-C10α-烯烃单体产生的共聚物、官能化聚烯烃、基于异戊二烯的嵌段共聚物;基于丁二烯的嵌段共聚物;氢化嵌段共聚物;苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS);苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS);苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(SEPS);乙烯乙酸乙烯酯共聚物;聚酯;基于聚酯的共聚物;氯丁橡胶;氨基甲酸酯;丙烯酸;聚丙烯酸酯;丙烯酸酯共聚物,诸如但不限于乙烯丙烯酸共聚物、乙烯丙烯酸正丁酯共聚物和乙烯丙烯酸甲酯共聚物;聚醚醚酮;聚酰胺;苯乙烯嵌段共聚物;氢化苯乙烯嵌段共聚物;无规苯乙烯共聚物;乙烯-丙烯橡胶;乙烯乙酸乙烯酯共聚物;丁基橡胶;丁苯橡胶;丁腈橡胶;天然橡胶;聚异戊二烯;聚异丁烯;和聚乙酸乙烯酯。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,提供了一种制备粘合剂组合物的方法,该方法包括混合以下物质:
(a)5重量%至100重量%的该至少一种丙烯-乙烯共聚物;其中丙烯
-乙烯共聚物包含乙烯和丙烯;其中丙烯的量在约89重量%至约95重量%的范围内;其中乙烯-丙烯共聚物具有约135℃至160℃的环球软化点,并且其中乙烯-丙烯共聚物具有约50%至约70%
的三元组立构规整度;
(b)0重量%至55重量%的至少一种第二聚合物;
(c)不超过70重量%的至少一种增粘剂;
(d)不超过20重量%的加工油;以及
(e)不超过35重量%的至少一种蜡。
在该方法中,粘合剂组合物可用于粘结到基材并随后层压到另一基材。
在一个实施方案中或与本文提及的任何实施方案组合,提供了一种用于制备汽车组装部件的方法,该方法包括:
(a)将粘合剂组合物施用到基材的至少一层的表面,以及
(b)通过使要粘附的表面彼此接触而形成层压体。
使用该粘合剂组合物可产生各种制品。提供了一种包含该粘合剂组合物的制品,其中制品选自由以下项组成的组:粘合剂、密封剂、填缝剂、屋顶膜、防水膜、化合物和垫层、地毯、层压体、层压制品、胶带、标签、胶粘剂、聚合物共混物、电线涂层、模塑制品、热密封涂层、一次性卫生制品、绝缘玻璃(IG)单元、桥面系、改性沥青、改性柏油、电子外壳、防水膜、电缆浸没/填充化合物、片材模塑化合物、面团模塑化合物、过模塑化合物、橡胶化合物、聚酯复合材料、玻璃复合材料、玻璃纤维增强塑料、木塑复合材料、聚丙烯酸共混化合物、脱蜡精密铸件、熔模铸造蜡成分、书籍装订物、蜡烛、窗户、轮胎、膜、垫片、密封件、O形圈、机动车辆(汽车)、机动自行车(摩托车)、公共汽车和有轨电车、卡车、机动车模塑部件、机动车挤出部件、服装制品、橡胶添加剂/加工助剂和纤维;其中粘合剂包括:包装粘合剂、食品接触级粘合剂、间接食品接触包装粘合剂、产品组装粘合剂、木工粘合剂、封边粘合剂、型材包装粘合剂、地板粘合剂、汽车组装粘合剂、结构粘合剂、柔性层压粘合剂、刚性层压粘合剂、柔性膜粘合剂、柔性包装粘合剂、水活化粘合剂、家居装修粘合剂、工业粘合剂、构造粘合剂、家具粘合剂、床垫粘合剂、压敏粘合剂(PSA)、PSA胶带、PSA标签、PSA保护膜、自粘合膜、层压粘合剂、柔性包装粘合剂、热密封粘合剂、工业粘合剂、卫生非织造构造粘合剂、卫生芯完整性粘合剂和卫生弹性附接粘合剂。
本发明可通过其实施方案的下列实施例来进一步说明,尽管应该理解的是,这些实施例仅仅是为了说明的目的而被包括在内,而不是为了限制本发明的范围,除非另有具体说明
实施例
耐热丙烯-乙烯共聚物的聚合
产生各种本发明丙烯-乙烯共聚物,这些共聚物具有特定的丙烯含量、期望的三元组立构规整度(mm%)(即,反映全同立构结构)和高环球软化点(RBSP)。丙烯-乙烯共聚物根据以下聚合方法产生。
将反应物丙烯、乙烯和氢气连同稀释剂、外部供体和催化剂以表2A、表2B和表2C中针对所产生样品中的每种样品所提供的比率、流速和温度进料到5加仑连续搅拌釜式反应器(CSTR)中。表3A和表3B中的本发明样品和比较样品(即,所产生的比较样品)是用第3代(苯甲酸酯)催化剂和烷氧基硅烷作为上述外部电子供体制备的,并且表3C中的本发明样品和比较样品是用第5代和第6代催化剂在存在和不存在上述外部电子供体的情况下制备的。反应器在790psi至850psi范围内的压力下操作。此外,热油系统为反应器夹套提供跟踪。汲取管将产物从反应器中带出,并且背压调节器(用氦气加压)保持反应器的压力控制。
然后从来自排放槽的共聚物中脱除稀释剂,然后在热油夹套交换器中使用蒸汽和氮气使残余催化剂失活。然后从减活化剂底部收集熔融共聚物并泵送到最终产物收集罐中。
如上所述使用表2A、表2B和表2C中列出的条件来制备表1中的所得共聚物。由表2A、表2B和表2C中的给定条件获得的共聚物的特性提供于表3A、表3B和表3C中。
表2A、表3A、表2B和表3B中的本发明实施例是使用上述第3代或第4代ZN催化剂体系和外部电子供体产生的。与比较实施例1-6相比,低于约1:1的供体比率和低于40g/h的乙烯流量的组合出乎意料地产生高于135℃的环球软化点和典型地小于约21的针头穿透力和典型地高于约2.5MPa的拉伸强度。
如表3A和表3B所示,添加外部供体通常会增加硬度,这通过针头穿透力的降低以及共聚物粘度的增加来表明。此外,乙烯流量降低会导致共聚物具有高丙烯与乙烯共聚单体比率,因此,增加RBSP和硬度,如由针头穿透力降低表示的。与比较实施例6(来自EastmanChemical Company的美国专利942859的实施例C1)相比,本发明实施例是在较低的相对乙烯流量(是指在相当的丙烯流量下较低的相对乙烯流量)下并使用外部供体产生的。如表3所示,观察到本发明实施例1的共聚物与比较实施例6相比,环球软化点(RBSP)增加约20%并且针头穿透力降低约95%。
出乎意料地,具有约2重量%至约11重量%的低乙烯含量和约50重量%至约70重量%的试验立构规整度含量(通过质子NMR测得的mm%)的本发明聚合物同时具有高RBSP(耐热性)和高拉伸性。另外,本发明聚合物具有在190℃下约2000cP至约50000cP的令人惊讶的宽范围粘度。
对在表2A、表2B和表2C中提供的条件下制备的本发明共聚物和比较样品进行测试以验证共聚物的特性和特征。除非另有说明,否则使用所述的测试方法来测试各种特性。
用于通过NMR测定乙烯和丙烯组成的技术可见于Macromolecules,2000年,第33卷,第1157-1162页(Wang等人)中,并且用于测量三元组立构规整度的公式可见于美国专利5,504,172和Tsutsui等人的文章(Polymer,1989年,第30卷,第1350-1356页)中,所有这些文献的整个内容通过引用方式并入。
通过将0.4g聚烯烃样品和100mg Cr(acac)3添加到4-dram小瓶中,随后添加0.5mL邻二氯苯-d4和3.5mL三氯苯(非氘代)来制备样品。将所得溶液在120℃下磁力搅拌直至通过目视检查观察到共聚物完全溶解。溶解通常在1小时内完成。将10mm NMR管温热至80℃。在穿戴耐热性手套的同时,将温溶液倒入10mm NMR管中直到样品高度为约4.5cm-5cm。然后用推进式帽盖将管封盖。重要的是在溶液仍温热时将溶液转移到NMR管中,使得它在转移完成之前不凝固。使用MNova软件分析光谱。在将傅里叶变换应用于FID数据之后,对光谱定相并校正基线,并且如所给出的参考文献中所述进行计算。经确定PP%的标准偏差为0.7,并且mm%的标准偏差为0.3。经确定PP%的标准偏差为0.7,并且mm%的标准偏差为0.3。
聚合物的三元组立构规整度是三个相邻丙烯单元的序列(由头-尾键组成的链)的相对立构规整度,表示为内消旋(m)和外消旋(r)序列的二元组合。此处表示为“mm%”的三元组立构规整度通过13C核磁共振(NMR)和下式确定:
其中PPP(mm)、PPP(mr)和PPP(rr)表示来源于丙烯序列上的甲基基团相对于下一个相应的丙烯序列甲基基团取向的峰面积,如以下化学位移所示:
·PPP(mm)=21.3ppm-22.0ppm;
·PPP(mr)=20.6ppm-21.3ppm;
·PPP(rr)=18.0ppm-22.5ppm。
聚丙烯的三元组立构规整度是三个相邻丙烯单元的序列的相对立构规整度。
为了比较目的,表3D提供了各种可商购获得的共聚物(“CAC”)和商业蜡的特性。
如表3D中所示,市场上有许多软化点与本发明共聚物重叠的可商购获得的共聚物;然而,如图1所示,这些可商购获得的共聚物表现出限制它们用于高耐热性应用的一种或多种缺陷。此外,为了改善粘合剂的耐热特性,可以添加具有高结晶度的可商购获得的高度结晶低分子量蜡,诸如表3D中所述的那些。如表3D和图1中所示,尽管这些商业蜡可以表现出理想的软化点,但它们是非常易碎的(如由结晶热所指示)。因此,由于它们的脆性,将聚烯烃与这些蜡共混存在一些普遍问题。因此,这些蜡的使用可能不利地影响所得粘合剂的粘度和内聚强度。
如图1所示,相对于表3D的商业共聚物和蜡,表3A-表3C的本发明共聚物具有优越的结晶度和软化点。
用于热熔组合物、层压体和粘结形成以及测试的实验程序
表4A—基材
表4B—材料
热熔粘合剂组合物的制备
将加热块预热至180℃。将聚合物、蜡、树脂和抗氧化剂称入品脱铝容器中。随后将容器放置在加热套中。在混合物显示出熔化的迹象后,插入搅拌器并以约150rpm的速度混合直至其均匀。将粘合剂倒在经硅涂覆的隔离纸上并冷却至室温。
热熔粘合剂的粘度测量
使用配备有ThermoselTM和27号锭子的Brookfield DV2Textra粘度计,按照符合ASTM D-3236的内部方法测量粘度。将10.5克粘合剂放置在Brookfield管中,并将样品加热至该温度(如果不熔融的话)保持10分钟。然后使样品在剪切下在各自的测试温度下平衡20分钟。调节锭子rpm以使马达%最大化,并且在剪切平衡时间的最后20分钟内不进行调节。值以厘泊(cP)报告。读取从低温到高温的粘度读数。
粘合剂环球软化点(RBSP)
按照ASTM方法E-28,使用Herzog环球软化点装置来测量粘合剂环球软化点。将配制的粘合剂倾倒入黄铜环中并使其冷却过夜或多于16小时。在测试前将样品修剪平。以5℃/分钟加热有机硅油直至球通过软化样本,测量此时的温度。报告值是两次读数的平均值。
粘合剂开放时间测量
使用基于ASTM D4497-10“Determining the open time of hot melt adhesives(测定热熔粘合剂的开放时间)”的内部方法在实验室中进行开放时间的测定。使用热刮涂棒将熔融粘合剂(180℃)作为127μm或635μm(5密耳或25密耳)的膜施用在牛皮纸上。最终膜厚度为3密耳-5密耳(0.1mm)或20密耳-25密耳(0.5mm)。用1kg砝码块以特定间隔(取决于开放时间)将纸条带压入膜中。在施用最后一个条带30分钟后,用手进行90度剥离,以确定在不拉出纸纤维(50%纤维撕裂)的情况下可去除所施用的纸条带中的哪一个纸条带。记录施用该条带的时间并计算开放时间。
用于拉伸强度测量的聚合物样品的制备
拉伸强度样品制备:
使用Carver压片机来制备用于拉伸测试的膜样品。将20克熔融样品放置在厚度为1mm的5英寸×5英寸(137mm×137mm)方形铝模具框架中。然后将样品夹置在经有机硅涂覆的PET膜、隔离纸和金属板之间,然后在Carver压片机中在不施加压力的情况下加热。将样品在177℃至188℃下保持12分钟,然后施用6000PSI压力保持5秒并释放,然后将压力增加至12000PSI并再次释放。最后,施用18000PSI压力并保持2分钟。然后将样品从压片机中取出,并快速地从热金属板转移到一组室温板,这些室温板在顶部具有10kg砝码块以充当散热器。在8分钟的冷却时间后,撤去块和金属板。将所得137mm×137mm×1mm膜储存在温度和湿度受控室(25℃,50% RH)中保持24小时,然后使用基于ASTM-D412模具C的哑铃形切割器切割。
聚合物拉伸强度测量
拉伸测试:
根据ASTM D412(模具C)中描述的程序在20in/min(51cm/min)下测量拉伸强度和断裂伸长率。所有测试均在25℃、50% RH的温度和湿度受控(CTH)室中进行。断裂拉伸强度通过断裂力的大小除以未应变样本的横截面积来计算。通过记录延长的断裂距离来计算断裂伸长率,并且通过在拉伸夹具内62.5mm的原标距长度进行标准化。
聚烯烃的熔体粘度
聚烯烃聚合物的熔体粘度在190℃下用27号锭子和Brookfield RVDVI+Brookfield RVDVI+粘度计测量。
性能测量
1.TPO箔和PP或ABS基材的层压
1.1TPO-1和PP或ABS
将铝盘中的粘合剂和方形涂膜器(框架2英寸,并且对缝间隙为5密耳-50密耳)在180℃烘箱中加热至少30分钟。将来自烘箱的热涂膜器放置在TPO-1片材(约9"×5")上,并立即将熔融粘合剂倒入涂膜器内部。随后将5密耳厚的粘合剂膜刮涂在TPO-1箔上。冷却后,将经涂覆的箔切成1.0英寸或更大的宽度,用于与PP或ABS基材粘结。
将上述具有预涂覆粘合剂的TPO-1箔放入175℃烘箱中,使粘合剂层朝上,然后将尺寸为4"×1"且厚度为1/8"的PP或ABS基材放置到经涂覆的TPO-1上,随后放置1Kg的砝码。将烘箱门关闭2分钟后,将TPO-1/PP或TPO-1/ABS的层压体从烘箱中取出并冷却至室温。
1.2TPO-2和PP
在将在180℃下熔化的粘合剂引入到具有5密耳间隙的2平方英寸的涂膜器中之后,将宽度为2"且长度为约10"的粘合剂膜刮涂在硅纸上。将硅纸切割成2"长且1"宽或更大的尺寸,并且在纸的一端上具有粘合剂膜。将TPO-2箔切割成约5.5"长且1"宽的条带。接着,按照以下顺序从底部到顶部进行组装:在硅纸上的膜、TPO-2(接触层朝下,装饰层朝上)和砝码,然后放到表面温度为~180℃的热板上。15秒后,将组件从热板上取出并冷却。小心取出硅纸,得到涂覆在TPO-2箔上的粘合剂膜,其涂层重量为60gsm-80gsm(克/平方米)。
将粘合剂预涂覆的TPO-2箔置于IR加热器(Chromalox CPL-0612)下保持25秒,使得粘合剂表面达到140℃或更高的温度。立即将PP基材(4"×1"×1/8"尺寸)放置在粘合剂上面。将PP/TPO-2的层压体从IR加热区域中取出并施用2Kg的砝码。
2.剪切粘附失效温度(SAFT)
2.1 PP和PP,1kgSAFT
用经粘合剂粘结的两个PP基材(尺寸2"×1")测试剪切粘附失效温度(SAFT)。将粘合剂在180℃-200℃下熔化至少20分钟,然后用实验室刮刀施用到PP基材的一个表面。立即轻轻按压将另一个PP基材放置在粘合剂上面以确保1"×1"的粘结面积。将1Kg砝码放置在粘结区域上面保持至少一小时。粘合剂厚度为0.5mm-0.7mm。冷却后,用刀去除过量的粘合剂。
按照ASTM D4498-07“Standard Test Method for Heat-Fail Temperature inShear of hot Melt Adhesives(用于热熔粘合剂的剪切热失效温度的标准测试方法)”进行SAFT温度测量。在室温下调理至少24小时后,将样本放置在配有Cheminstruments 30组测试仪(West Chester Township,OH)的可编程烘箱中。静载荷为1Kg。将加热程序设定为以0.5℃/分钟的升温速率从20℃运行至150℃。该程序记录粘结失效(重量下降)时的时间并将其转化为粘结失效温度。总共测试五个样本并报告平均值。
2.2桦树木材和桦树木材,500gSAFT
本程序与PP/PP粘结相同,不同的是使用桦树木材/桦树木材基材。使用500克静载荷进行测量。
2.3牛皮纸和牛皮纸,500g(包装SAFT)
按照用于样品制备的内部程序和用于温度测量的ASTM D4498-07“Standard TestMethod for Heat-Fail Temperature in Shear of hot Melt Adhesives(用于热熔粘合剂的剪切热失效温度的标准测试方法)”获得SAFT值。将两张大约6"宽×14"长的牛皮纸放置在工作表面上,并且使牛皮纸卷的内侧朝上。将具有1"宽×12"长开口的8"宽×14"长粘结模板放置在一张牛皮纸上面并将模板固定在适当位置。将粘合剂在180℃-200℃下熔化至少20分钟,并将大约1/4"宽的粘合剂珠粒倾倒入模板开口中的牛皮纸上。将第二张牛皮纸以内表面朝下放置在粘合剂上面。使用4.5lb手压辊在粘结线上通过两次。将粘结的牛皮纸切割成1"宽条带,并且在测试之前将条带在恒温恒湿(CTH)室中调理24小时。标准CTH条件是70℉+/-3℉(21℃+/-2℃)和50%(+/-5%)相对湿度。
基材是40lb原生牛皮纸。粘合剂厚度为大约15密耳-20密耳,并且粘结面积为1"×1"。根据ASTM D4498,在配有Cheminstruments 30组测试仪的可编程烘箱中使用500g的静载荷,加热速率为0.5℃/分钟。
3.180度剥离强度
在MTS Criterion 43型机电通用测试系统上以300mm/min的速度测量层压体PP/TPO或ABS/TPO(TPO-1或TPO-2)的180度剥离强度。在测定剥离强度之前,使粘结老化至少24小时。基材尺寸为4"×1"。在每次测量后,观察经剥离的样本并记录其失效模式,该失效模式包括内聚失效(Coh)、粘合失效(Adh)、粘合失效和内聚失效的混合(A+C)、对箔的粘附失效(AFF)、对基材的粘附失效(AFS)和TPO箔失效(FF)。
当在90℃或120℃下测试180度剥离强度时,使用位于具有对应温度的热室内的MTS测试仪来拉脱老化样本。在测量之前,样本在该室中停留5分钟。
4.热蠕变测试
4.1PP和TPO-2的层压体
PP和TPO-2的层压与180度剥离强度相同,其中粘结长度为约2英寸(50mm)。粘结后,将尺寸为4"×1"且在PP的一端处粘结区域为2"×1"的层压体PP/TPO-2在室温下保持24小时或以上。然后将100克的砝码附接到TPO箔上,使得当测试层压体时,TPO和基材PP变成90°的角度。将层压体放置在预设温度的烘箱中保持24小时。24小时后,测量TPO从PP剥离的距离并将其记录为蠕变长度。一式三份地测试样本,如果平均蠕变长度不大于5mm,则表示通过测试。
4.2胶合板纸和MDF木板的层压体
使用厚度为5密耳的6"×6"PET框架,在Carver压片机下在施加0psi压力的情况下制备粘合剂膜,并在193℃下保持1.5分钟。在冷却后,将粘合剂膜切割成1"×4"条带并放置到2"×6"MDF板上。将1"×4.5"的TecofoilTM条带放置在粘合剂条带上面,并且将金属板放置在Tecofoil上面。将组装的样本放置在Carver压片机中,并且在193℃下用0psi压制,直到粘合剂条带熔化并且MDF和Tecofoil被层压在一起。
在样本静置24小时后,将其固定在测试支架中,并且将10克或40克砝码附接到Tecofoil尾部以在MDF与Tecofoil尾部/砝码之间形成90度角。然后将测试组件放置到期望起始温度下的烘箱中。烘箱温度每小时升高10℃。当Tecofoil与MDF的剥离分层距离达到7cm时,将该温度记录为样本失效温度。一式三份地测试样本,并报告平均失效温度。
5.静载荷测试
根据通用马达规范GM 9986384(购买规范)制备静载荷测试样本。将具有1"×1"×1"尺寸且在中间有小孔的两个聚丙烯(PP-1)立方体通过在其中一个立方体上施用粘合剂然后与另一个立方体配合来粘结在一起。将1Kg砝码放置在粘结块上面直到它们达到室温。制备总共3个粘合剂厚度为0.5mm-0.7mm的样本。
将样本悬挂在附接有砝码的烘箱的架子上。砝码预定为200g、300g或500g,而将烘箱温度选择为110℃、120℃或130℃。如果在24小时后未发生粘结失效,则记录通过测试。
6.耐候性测试或适候性测试
根据BMW PR308.2“Climatic test for bonded joints and compositematerials on trim parts(装饰件上的粘结接头和复合材料的气候测试)”来选择适候性测试。该测试在Espec BTX-475温度和湿度室(ESPEC North America,Inc.(Hudsonville,MI,USA))内进行。该测试为20个循环,并且一个循环的持续时间为12小时。每个测试循环由以下顺序组成:(a)在20%相对湿度(RH)下从23℃加热1小时;(b)在90℃和80% RH下保持4小时;(c)冷却并除湿1小时;(d)在23℃和20% RH下保持1小时;(e)在-30℃下保持4小时;(f)在20% RH下在1小时内加热至23℃。
7.搭接剪切强度测试
粘结程序如上文针对SAFT桦树木材层压所述,不同的是基材尺寸为4"×1"且粘结区域为1"×0.5"。在MTS Criterion 43型机电通用测试系统上以12.7mm/min的速度测量强度。每个样品最少测试五个样本并报告平均值。
8.包装硬纸板纤维撕裂测试
通过将350℉(177℃)粘合剂珠粒施用到瓦楞硬纸板的粘结表面并立即与一块瓦楞硬纸板的内表面紧密接触来制备用于粘附测试的样品;两个基材的硬纸板楞是垂直的。在测试前将样品在室温下调理最少4小时,或者将样品在室温下调理过夜,然后在60℃下调理4小时±0.5分钟,以使可能影响粘附性能的组分的任何迁移标准化。在室温下或在从调理烘箱中取出之后立即用手将粘结的硬纸板基材分开。目视检查基材,并将纤维撕裂百分比精确估至5%。测试至少三个样品。
表5列出了用于所配制进行施用性能测试的本发明组合物中的本发明丙烯-乙烯共聚物,包括来自表1A和表1B的本发明共聚物的简便类别名称:(1)高粘度、高拉伸和高RBSP聚合物,(2)中等粘度、高拉伸和高RBSP聚合物,(3)超高粘度和高RBSP聚合物以及(4)低粘度和高RBSP聚合物。表6列出了所测试的比较聚烯烃聚合物的特性,其中对应聚合物类别名称仅基于所测试的可商购获得的比较聚合物的粘度。
类别1中的本发明丙烯-乙烯共聚物优选用于卫生粘合剂;类别2和类别3中的丙烯-乙烯共聚物优选用于层压、木工和封边粘合剂。特别值得注意的是,类别4本发明实施例22、23和24中具有较低粘度(3,000cp至6,000cp)和高RBSP的本发明丙烯-乙烯共聚物令人惊讶地可用于包装粘合剂。表5C还示出了用作比较实施例的三种商业聚烯烃聚合物。
表5
表6—可商购获得的比较聚合物实施例的特性
本发明实施例24-43和比较实施例10-12:具有标准组成的聚合物的比较
如先前在实验部分中的“热熔粘合剂的制备”下所述制备所有实施例。实施例组成以基于总组合物重量的重量百分比(重量%)给出。所添加的抗氧化剂的量基于其他成分的总重量。
表7A、表7B和表7C给出了具有典型配方的本发明丙烯-乙烯共聚物和比较聚合物的性能,该典型配方含有70重量%聚合物以及相同种类和相同量的增粘剂树脂、蜡和抗氧化剂。除了包含较低伸长率聚合物的本发明实施例3和4之外,本发明实施例表现出142℃至151℃的高软化点、3MPa至7MPa范围内的高拉伸强度和高伸长率(450%-780%)。
本发明实施例24至43的热熔粘合剂组合物展现出在25℃下测试的强180度剥离强度,表明有足够的粘附能力来粘结经常用于汽车组件中的基材聚丙烯和TPO-1。与比较实施例7或8(116℃和95℃)相比,如通过ASTM D4498测量的剪切粘附失效温度(SAFT)令人惊讶地是124℃或更高,表明本发明的聚合物和粘合剂组合物在高温下具有足够的耐热性以用于汽车内饰件和需要提高耐热性的其他应用。
本发明实施例25-43使用来自类别(1)的本发明聚合物来制备,并且可与使用在相同粘度范围内的可商购获得的聚合物制备的比较实施例10进行比较。
本发明实施例包含环球软化点为138℃-158℃的聚合物,并且令人惊讶地,与起始聚合物相比,所配制的组合物具有142℃-151℃的RBSP,并且其RBSP降低7℃或更小。对比之下,包含RBSP为161℃的聚合物的比较实施例10导致所配制的组合物具有150℃的RBSP,其RBSP降低11℃。将本发明实施例25-43与比较实施例10进行比较发现,组合物的RBSP可以保持,从而当已指定产品的RBSP时,允许使用本发明实施例代替比较实施例,同时还允许如下所讨论的组合物特性的改善。
本发明实施例25-43在保持RBSP类似于比较实施例10的同时还具有令人惊讶地低于比较实施例10多达57%的在190℃下约6800cP至约12500cP的粘度,从而允许更好的加工、更低的添加或更低的施用温度以及其他商业有益效果的可能性。令人惊讶地,本发明实施例25-43均具有大于比较实施例10约9%至约28%的SAFT值,如先前所述使用PP-PP测量的,其中SAFT值在约125℃至约150℃的范围内。
本发明实施例在25℃下在PP与TPO-1箔基材之间保持或具有更大的180度剥离强度,其中本发明实施例43具有令人惊讶地大于比较实施例10 91%的剥离强度,其中在25℃下在指定基材和测试条件下的剥离值高达约80N/25mm。出乎意料地,本发明实施例具有大于比较实施例10多达188%(本发明实施例40)的剥离强度,其中在90℃下的剥离值高达约5N/25mm。
本发明实施例25-43还具有大于比较实施例约42%至约250%的拉伸值;一些本发明实施例同时具有相当的断裂伸长率,其中该值低于比较实施例的断裂伸长率小于20%。
本发明实施例32、35、37和38使用来自类别(2)的本发明聚合物来制备,并且可与各自使用在相同粘度范围内的可商购获得的聚合物制备的比较实施例11和12进行比较。
对于类别(2),从聚合物到所配制的组合物的RBSP变化没有差异。
与比较实施例11相比,本发明实施例32、35、37和38具有令人惊讶的高26%-30%的RBSP、大约255%至约400%的断裂伸长率和约30%至约45%。本发明实施例35、37和38在90℃、PP/TPO-1下令人惊讶地同时具有高约69%至约26%的180度剥离强度,表明在高热环境中具有改善的性能。另外,与比较实施例
11相比,本发明实施例35、37和38还出乎意料地并同时保持在190℃下相当的粘度和在25℃、PP/TPO-1下相当的180度剥离强度。
本发明实施例35、37和38与比较实施例12相比具有类似的粘度,但出乎意料地具有高约25%至约50%的拉伸值。本发明实施例37和38与比较实施例12相比在90℃、PP/TPO-1下也具有高35%-84%的180度剥离强度,表明在高热环境中具有改善的性能。
2.高耐热性
精选先前制备的组合物示于表8中,其在190℃下的粘度为9000cp-16000cp和约4000cp。本发明实施例的开放时间超过40秒,这对于许多组装、汽车和木工应用是可接受的工作时间。这些开放时间可由本领域技术人员进一步优化,并且改变用于组合物中的蜡的影响稍后在本公开中说明。
除了形成可接受的初始粘结之外,还希望在暴露于外部环境之后保持粘结,如通过本领域已知的测试如耐候性测试或适候性测试所模拟的。下面讨论表8中的结果,这些结果表明本发明组合物在适候性测试之后SAFT及层压体PP/PTO-1和ABS/TPO-1的剥离强度令人惊讶的保留。
本发明实施例25、36、38、40和41使用来自类别(1)的本发明聚合物来制备,并且可与使用在相同粘度范围内的聚合物制备的比较实施例10进行比较。所有本发明实施例均具有高于比较实施例10约20%-25%的PP/PP SAFT温度。与比较实施例10相比,在25℃下高约51%-86%的PP/TPO-1 180度剥离强度和在25℃下高约31%的ABS/TPO-1 180度剥离强度显示在耐候性测试之后优越的耐热性保留。
典型地,所有实施例在耐候性/适候性测试循环之后均具有较低的SAFT和剥离值;然而,在适候性测试之后,本发明实施例36具有在25℃下出乎意料地高约27%的PP/PPSAFT温度和高约27%的PP/TPO-1 180度剥离强度。本发明实施例25、36、38和41与比较实施例10相比还出乎意料地具有在25℃下高约18%-36%的ABS/TPO-1 180度剥离强度,显示在耐候性测试之后优越的耐热性特性保留。
本发明实施例37和39使用来自类别(2)的本发明聚合物来制备,并可与比较实施例11和12进行比较。所配制的粘度是相当的。本发明实施例37和39具有高于比较实施例11约45%的SAFT PP/PP值。与来自聚合物类别(1)的实施例一样,所有实施例在耐候性/适候性测试循环之后均具有较低的SAFT和剥离值;比较实施例11在25℃下损失其PP/TPO-1和ABS/TPO-1 180度剥离强度的约86%。本发明实施例37和39以及比较实施例12在耐候性/适候性暴露之后均保持在25℃下可接受的PP/TPO-1和ABS/TPO-1 180度剥离强度。尽管比较实施例12具有更高的起始SAFT PP/PP值,但本发明实施例39在适候性测试之后出乎意料地具有高于比较实施例12的SAFT PP/PP(高约5%)。
表9A和表9B示出了在25℃至120℃的温度下测量的剥离强度PP/TPO-2。本发明实施例和比较实施例在25℃下的剥离强度是类似的,因为在剥离过程中在TPO-2上粘结表现出箔失效(也称为泡沫层失效,FF)。在更高的温度90℃和120℃下,大多数本发明实施例粘合剂表现出令人惊讶地高于比较实施例的剥离强度,表明本发明实施例保持了强内聚强度行为和高耐热能力。与比较实施例10相比,类别(1)本发明实施例25、36、38、40和41具有在90℃下高约109%至约365%的剥离值,在120℃下高约220%至约595%的剥离值。最令人惊讶且有利的是,与比较实施例10中粘合剂的内聚失效相比,本发明实施例38在120℃下具有箔失效,表明本发明实施例38粘合剂在该温度下甚至具有比TPO箔更强的强度。
在暴露于适候性测试中的耐候性影响之后,与比较实施例10和12以及商业粘合剂比较实施例14中粘合剂的内聚失效相比,本发明实施例38、40和41在90℃、PP/TPO-2下的180度剥离强度出乎意料地且有利地表现出箔失效。这产生高于比较实施例10约575%至约660%的剥离强度值。
在暴露于适候性测试中的耐候性影响之后,与比较实施例10中粘合剂的内聚失效相比,本发明实施例38在120℃、PP/TPO-2下的180度剥离强度最出乎意料地且有利地表现出箔失效,其剥离强度值与比较实施例10相比高约475%。本发明实施例40和41以及比较实施例10、13和商业粘合剂比较实施例13都表现出内聚失效;然而,本发明实施例40和41在120℃、PP/TPO-2下的180度剥离强度大于比较实施例10的剥离值约178%至约211%,表明所测试的所有本发明实施例均具有优越的耐热性和内聚性。出乎意料地,本发明实施例40在120℃、PP/TPO-2下的180度剥离强度比作为比较实施例13和14测试的商业粘合剂高约84%和约57%。本发明人发现这是特别令人惊讶的,因为本发明实施例的配方未被优化,而商业粘合剂被优化。
热蠕变的测量是针对汽车组件的关键测试,并且当需要120℃的耐热性时使用反应性交联粘合剂。表10A和表10B示出了出乎意料的结果,即本发明的耐热共聚物和热熔组合物可以在不发生交联的情况下提供在120℃下的耐热蠕变性。
在表10A和表10B中列出了通过热蠕变测试和静载荷测试测量的耐热性。对于热蠕变测试,将层压体放置在预设温度的烘箱中保持24小时。如果从PP的平均TPO剥离距离(蠕变长度)不大于5mm(小于或等于5mm),则表示通过测试。所测试的包含来自类别(1)和(2)的聚合物的本发明实施例均通过在90℃下的热蠕变测试,而所有包含来自类别(1)和(2)的聚合物的比较实施例均未通过在90℃下的热蠕变测试。两种商业粘合剂比较实施例13和比较实施例14均通过在90℃下的热蠕变测试。
两种商业粘合剂比较实施例13和比较实施例14均未通过在100℃下的热蠕变测试;然而,出乎意料地,本发明实施例25、36、38、40和41通过在100℃下的热蠕变测试;本发明实施例25、38、40和41通过在110℃下的热蠕变测试,并且最令人惊讶地,本发明实施例25、38和40通过在120℃下的热蠕变测试。通过120℃的热蠕变测试表示“在很大程度上提高耐热性的可能性”,因为它可用于代替交联的反应性粘合剂。一些本发明实施例粘合剂组合物通过高达110℃甚至120℃的热蠕变温度,表明对更高温度的强耐受性。出乎意料地,在粘合剂热蠕变失效温度与该温度下的剥离强度之间观察到正相关性。这意味着在测试温度下剥离强度越大,则在相同温度下通过热蠕变测试的可能性越高。
对于静载荷测试,本发明实施例25、36、38、40和41(类别1聚合物)、本发明实施例37和39(类别2聚合物)和比较实施例12通过在110℃下使用200g砝码的测试。比较实施例10和11均未通过在110℃下使用200g砝码的静载荷测试。
本发明实施例36、38、40和41(类别1聚合物)、本发明实施例37和39(类别2聚合物)出乎意料地耐受在130℃下使用300g砝码的1日静载荷测试。令人惊讶地,本发明实施例36和40通过在110℃下使用500g砝码的测试,并且本发明人最惊讶地发现本发明实施例41甚至通过在120℃下使用500g的测试,再次表现出包含先前所公开的本发明聚合物的组合物的优异耐热性能。
3.配方变量
3.1增粘剂树脂
评价具有相同共聚物但不同增粘剂树脂的本发明实施例粘合剂,结果示于表11中。所列出的成分以基于粘合剂总重量的重量百分比提供。所添加的抗氧化剂的量基于其他成分的总重量。所有粘合剂即使在较高温度下也显示出强剥离强度,表明本发明共聚物与广泛的氢化C5、氢化PMR和氢化C8/C9增粘剂树脂具有非常好的相容性。
表11
FF=箔失效(在泡沫层中);coh=粘合剂组合物的内聚失效;adh=粘合剂组合物的粘合失效
3.2蜡和酸改性增粘剂树脂
在表12中,评价具有相同共聚物和增粘剂树脂但具有不同蜡的本发明实施例粘合剂。蜡包括具有马来酸酐接枝的官能团的聚丙烯(PP)蜡(本发明实施例44、49-52)和不含任何官能团的PP蜡(本发明实施例53和54)。蜡在190℃下的粘度为150cp至18,000cp和60,000cp。由于配方中的蜡比率较低,因此除了本发明实施例50(其中马来酸酐改性的PP蜡EastmanTMG3003具有非常高的粘度并提供更高的RBSP和在120℃下更强的剥离强度)之外,不同的蜡似乎几乎不改变粘合剂的性能。
本发明实施例53和54含有未官能化/马来酸化的蜡。在组合物的较低SAFT中可见蜡的较低软化点的影响。令人惊讶的是,尽管所使用的蜡具有较低的软化点,但本发明实施例54在90℃下保持部分箔失效,表明组合物中本发明聚合物的耐热性如何保持拉伸强度、断裂伸长率和在25℃和90℃下的180度剥离强度。改变蜡类型允许配方师调节开放时间(40秒-70秒)、针头穿透力或硬度(3.5dmm至4.2dmm)、粘合剂RBSP(138℃-152℃)、粘合剂SAFT(135℃-148℃)和粘合剂粘度(在190℃下8300cP-11000cP)以根据需要平衡粘合剂特性。这些实施例是使用一种添加剂水平而不改变其他组分的简单说明,并且本领域技术人员将能够以这种知识为基础。
在表13中,粘合剂配方中的官能化蜡Epolene E43被二聚和部分二聚的松香酸增粘剂树脂代替。松香酸在本发明共聚物制剂中是相容的,并且具有部分二聚松香酸的本发明实施例56出乎意料地通过在100℃下的热蠕变测试。基于热蠕变测试,与马来酸酐接枝的聚丙烯蜡相比,二聚松香酸在更高的温度下不显示粘合剂粘附性的改善。
表13
蜡的量对组合物粘合剂特性和性能的影响示于表14中。本发明共聚物与增粘剂树脂的比率在所有配方中保持恒定(70:25),酸官能化的PP蜡EpoleneTME43的量从0增加至30重量%(本发明实施例57-60),Epolene E43的量保持在5重量%,并且使用第二未改性PP蜡的Epolene N15的量从5重量%增加至15重量%(本发明实施例61和62)。
令人惊讶地发现,不含蜡的本发明实施例57在90℃下保持PP/TPO-2 180度剥离强度,并且发生基材箔失效/内聚失效,以及通过在110℃下的热蠕变测试。高达20重量%的马来酸化PP蜡改善了性能并缩短了开放时间,其中30重量%的马来酸化PP蜡的伸长率有所降低。5重量%马来酸化PP蜡和15重量%PP蜡的组合(本发明实施例62)表明本发明共聚物的配制灵活性,从而在可容许较低的伸长率的情况下允许粘合剂开放时间和粘度的类似调节。配方中更多的蜡量缩短了开放时间,这是由于在熔化粘合剂的冷却过程中PP蜡结晶。蜡量增加也导致粘度和拉伸伸长率下降,同时增加软化点和SAFT。
表14
3.3本发明共聚物与增粘剂树脂的比率
在表15A、表15B和表16中,增粘剂树脂与本发明共聚物的比率在约0:1、约0.06:1、约0.2:1、约0.3:1、约0.4:1、约0.5:1、约0.6:1和约0.9:1的值之间变化。令人惊讶的是,增粘剂树脂与本发明共聚物的比率低于0.6:1的所有本发明组合物均保持约140℃或更高的RBSP,并通过在110℃、PP/TPO-2下的热蠕变测试。本发明人惊讶地发现本发明实施例38和64通过在120℃、PP/TPO-2下的热蠕变测试,通常仅交联粘合剂可通过该热蠕变测试。最出乎意料地,本发明实施例64同时通过在120℃、PP/TPO-2下的热蠕变测试和在110℃、PP-1/PP-1下使用500g的1日静载荷测试。
表15A
表15B
NT=未测试;FF=箔失效(在泡沫层中);Coh=粘合剂组合物的内聚失效
还注意到,配方中增粘剂树脂与本发明共聚物的比率越低,热蠕变测试中通过的温度越高,对应于在更高的温度下剥离强度增加。这种相关性为配方师提供通过改变增粘剂的量或不使用增粘剂树脂来平衡组合物的耐热性和剥离强度的机会。
表16
FF=箔失效(在泡沫层中);coh=粘合剂组合物的内聚失效;adh=粘合剂组合物的粘合失效;NT=未测试
3.4与其他聚合物的共混物
表17、表18和表19示出了将本发明耐热丙烯-乙烯共聚物与苯乙烯嵌段共聚物、无定形聚烯烃聚合物或茂金属催化的α-聚烯烃聚合物共混的本发明组合物。所列出的成分以基于粘合剂总重量的重量百分比提供。所添加的抗氧化剂的量基于其他成分的总重量。这些实施例说明这些种类的聚合物可与本发明共聚物共混并保持耐热性并获得有利的特性平衡。本领域技术人员可使用这些制剂作为进一步配制的起点。
在表17所示的实施例粘合剂中,将本发明共聚物实施例18与Kraton G1643(基于苯乙烯和乙烯/丁烯的商业三嵌段共聚物)以约0.09:1、约0.14:1和约0.17:1的SEBS:本发明共聚物比率共混。本发明共聚物和SEBS的共混物本发明实施例40在90℃PP/TPO-2 180度剥离强度下具有箔失效,通过120℃PP/TPO-1热蠕变测试,并且在110℃、PP-1/PP-1和使用500g下通过1日静载荷测试,表明本发明共聚物在组合物中令人惊讶的耐热性保留。
在具有增粘剂树脂和蜡的制剂中SEBS聚合物的存在通常会降低本发明组合物的120℃耐热性,如通过在120℃下的180度剥离强度测试中的内聚失效和在120℃、PP/TPO-1下的热蠕变测试中的失效所示。在具有聚合物和蜡两者的本发明组合物中包含Epolene N-15蜡通常会改善剥离性能。
表17
FF=箔失效(在泡沫层中);coh=粘合剂组合物的内聚失效;adh=粘合剂组合物的粘合失效;NT=未测试
在表18的本发明实施例中,耐热共聚物本发明实施例18与商业聚合物比较实施例7以不同比率共混,并且含有或不含额外的蜡。出乎意料地,发现向本发明共聚物中添加比较实施例7降低了粘合剂组合物的耐热性。然而,结果可以反过来看,即本发明共聚物出乎意料地改善了基于比较实施例7聚合物的组合物的耐热性。另外的Epolene N15蜡似乎改善热蠕变性能,但降低静载荷性能。
表18
FF=箔失效(在泡沫层中);coh=粘合剂组合物的内聚失效;adh=粘合剂组合物的粘合失效;NT=未测试
在表19中所示的本发明实施例粘合剂中,将本发明实施例18共聚物与通过齐格勒-纳塔催化剂产生的可商购获得的共聚物(在本发明实施例82中)或与用金属茂催化剂产生的可商购获得的聚烯烃共聚物(在本发明实施例83中)共混。本发明粘合剂不仅表现出优异的拉伸强度和伸长率,还表现出大于比较实施例10的SAFT 22%的高SAFT,以及大于比较实施例10约5%至约66%的在25℃、PP/TPO-1下的180度剥离强度,以及大于比较实施例10约69%至约190%的在90℃、PP/TPO-1下的180度剥离强度。高SAFT和在90℃下较高的剥离强度说明了含有新型丙烯-乙烯共聚物的制剂的令人惊讶的耐热性。本发明人注意到本发明实施例40、69和70还令人惊讶地具有大于比较实施例10的拉伸强度约150%至约260%的拉伸强度。
表19
4.木工应用
木工应用包括型材包装、层压和使用胶合板、纸、箔和塑料的其他木材组装。粘合剂需要具有低气味,以及比当前商业聚烯烃聚合物通常可获得的更高的耐热性和更大的内聚强度。本发明丙烯-乙烯耐热共聚物解决了木工粘合剂配制中的这种需求。
表20A和表20B比较了所选择的包含本发明共聚物和比较实施例10的本发明实施例的耐热性(通过SAFT和90度蠕变测试来测量)和搭接剪切强度。
与比较实施例10相比,本发明实施例33、36、37、38和41全部出乎意料地具有高约30%的SAFT、高约8%至约20%的用于组装MDF板和Tecofoil V纸的90度蠕变失效温度以及高约80%至约230%的搭接剪切强度,如表中指定那样测量的。
表20A
表20B
5.包装应用
具有在190℃下3,000cp至6,000cp的粘度和超过140℃的RBSP的本发明耐热性共聚物类别(4)中的本发明实施例8、22和23令人惊讶地非常适合用于包装粘合剂,并且解决了对当储存在不受温度控制的仓库中时(特别地当产品的托盘被堆高时)箱子、硬纸盒和包装所经历的高温具有耐受性的粘合剂的需要。此类粘合剂可用于盒子、箱子、密封硬纸盒和需要耐热性的其他应用。例示性配方示于表21A、表21B和表21C中,这些配方包含低粘度的耐热丙烯-乙烯共聚物、增粘剂以及PE蜡、PP蜡和官能化PP蜡的混合物。配方在37%至76%聚合物、5%至35%增粘剂树脂和10%至约33%总蜡之间变化,导致所配制的粘合剂在180℃下的粘度在约415cP至约4000cP的范围内。基于制剂的总重量,马来酸化PP蜡的另外的含量为2%或5%。本领域技术人员可改变蜡的选择和所使用的PE蜡、PP蜡和马来酸化PP蜡的比率以调节所配制的粘合剂粘度、RBSP、SAFT、粘附性和其他特性的平衡。根据技术数据表,Baker-Hughes Polywax 850(PE蜡)具有107℃的熔点和在150℃下10cP的粘度,并且根据技术数据表,Honeywell MAPP AC-596马来酸酐共聚物具有141℃的梅特勒滴点(ASTM D-3954)和在10℃下150cP的粘度。所给出的实施例并非涵盖全部特性,而是指示在保持耐热性的同时可获得的广泛特性,如由在60℃下的纤维撕裂性能所证实的。
本发明实施例84、89和96具有按重量计约75/15/10的聚合物/增粘剂/蜡重量比,以及用于包装应用的粘度、瓦楞硬纸板上的室温纤维撕裂、瓦楞硬纸板上的60℃纤维撕裂和剪切粘附失效温度范围的令人惊讶期望的组合。该组成也有助于在室温和60℃两者下测试的最佳纤维撕裂百分比,并且基于SAFT显示出优异的耐热性(132℃至134℃)。
令人惊讶地,具有几乎17%总蜡含量的本发明实施例89在室温(93%)和60℃(97%)下具有优异的纤维撕裂和134℃的SAFT;总配方为70/30/17聚合物/增粘剂/蜡。
出乎意料地,配方为50/27/23的本发明实施例93和95具有优异的60℃纤维撕裂(92%-98%)和可接受的室温纤维撕裂(55%-65%),同时具有非常低的粘度(在180℃下为657cP-675cP),这对于高速包装线是高度期望的。
表21A
表21B
表21C—包含用第5/6代催化剂产生的本发明共聚物的粘合剂组合物的性能特性。
| 成分 | 本发明实施例126 |
| 本发明实施例107 | 76 |
| RegaliteTMR1125 | 14 |
| PolywaxTM850,PE蜡 | 6 |
| LicoceneTMPP 6102,PP蜡 | 2 |
| ACTM-596,马来酸化PP蜡 | 2 |
| IrganoxTM1010 | 0.2 |
| 制剂特性和性能 | |
| 室温柔韧性 | 柔性 |
| 熔融外观 | 澄清 |
| 180℃下的粘度,cP | 2,070 |
| RBSP,℃(ASTM E-28) | 138.5 |
| 室温纤维撕裂(%,3次平均值) | 100 |
| 60℃纤维撕裂(%,3次平均值) | 95 |
| PAFT,℃,ASTM,牛皮纸,100g | 38 |
| SAFT,℃,ASTM,牛皮纸,500g | 133 |
定义
应该理解的是,下面的内容并旨在是所定义术语的唯一列表。在前面的描述中可以提供其他定义,例如,当在上下文中伴随所定义的术语的使用时。
如本文所使用的,术语“一”、“一个”和“该”表示一个或多个。
如本文所使用的,术语“约”是指在指定值的90%至110%范围内的任何值。然而,应当注意,与“约”相关联的所有值包括对特定值本身和与“约”特定值相关联的范围的支持。例如,“约10”为特定值“10”和范围从9至11的值提供支持。此外,术语“约”可与本文所述的任何特定值相关联。
如本文所使用的,术语“和/或”当用于两个或更多个项的列表中时,意味着所列项中的任何一个可单独使用,或者可使用所列项目中的两个或更多个的任意组合。例如,如果组合物被描述为包含组分A、B和/或C,则该组合物可仅包含:仅A;仅B;仅C;A和B的组合;A和C的组合,B和C的组合;或A、B和C的组合。
如本文所使用的,术语“包括”是用于从该术语之前引用的主题过渡到该术语之后引用的一个或多个元素的开放式的过渡术语,其中在过渡术语之后列出的一个或多个元素不一定是构成该主题的唯一元素。
如本文所使用的,术语“具有”具有与上面提供的“包括”相同的开放式含义。
如本文所使用的,术语“包含”具有与上面提供的“包括”相同的开放式含义。
本说明书使用数值范围来量化与本发明相关的某些参数。应当理解的是,当提供数值范围时,此类范围应被解释为对仅记载该范围的下限值的权利要求限制以及仅记载该范围的上限值的权利要求限制提供文字支持。例如,10至100的公开数值范围为陈述“大于10”(没有上限)的权利要求和陈述“小于100”(没有下限)的权利要求提供了文字支持。
当指示数字序列时,应当理解,每个数字被修正为与数字序列中或句子中的第一个数字或最后一个数字相同。例如,如果每个数字被陈述为“至少”或不超过”,则每个数字均处于“或”关系。在一种示例性情况中,“至少10重量%、20重量%、30重量%、40重量%、50重量%、75重量%”表示与“至少10重量%或至少20重量%或至少30重量%或至少40重量%或至少50重量%或至少75重量%”相同。
上面描述的本发明的优选形式仅用于说明,并且不应该在限制意义上用于解释本发明的范围。在不脱离本发明的精神的情况下,本领域技术人员可以容易地进行对上述示例性实施方案的修改。
发明人在此声明他们的意图依靠等同原则来确定和评估本发明的合理的公平范围,因为它涉及实质上不偏离但是在下面的权利要求中阐述的本发明的字面范围之外的任何设备。
Claims (43)
1.一种丙烯-乙烯共聚物,所述丙烯-乙烯共聚物包含丙烯和乙烯;其中
所述丙烯-乙烯共聚物:
(a)包含89重量%至98重量%的丙烯,
(b)具有至少135℃的环球软化点,
(c)具有至少50%的三元组立构规整度(mm%),以及
(d)具有至少25J/g的结晶热(Hc,20℃/min冷却速率)。
2.根据权利要求1所述的丙烯-乙烯共聚物,其中所述丙烯-乙烯共聚物包含0.5重量%至11重量%的乙烯。
3.根据权利要求1所述的丙烯-乙烯共聚物,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有在190℃下1,000cP至50,000cP的粘度。
4.根据权利要求1所述的丙烯-乙烯共聚物,其中所述丙烯-乙烯共聚物:
(a)具有在190℃下2,000cP至7,000cP的粘度,
(b)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,
(c)表现出1.5MPa至8MPa的断裂拉伸强度,以及
(d)25J/g至55J/g的结晶热。
5.根据权利要求1所述的丙烯-乙烯共聚物,其中所述丙烯-乙烯共聚物:
(a)具有在190℃下7,000cP至15,000cP的粘度,
(b)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,
(c)表现出3MPa至10MPa的断裂拉伸强度,以及
(d)25J/g至55J/g的结晶热。
6.根据权利要求1所述的丙烯-乙烯共聚物,其中所述丙烯-乙烯共聚物:
(a)具有在190℃下15,000cP至27,000cP的粘度,
(b)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,
(c)表现出3MPa至14MPa的断裂拉伸强度,以及
(d)25J/g至55J/g的结晶热。
7.根据权利要求1所述的丙烯-乙烯共聚物,其中所述丙烯-乙烯共聚物:
(a)具有在190℃下大于27,000cP的粘度,
(b)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,
(c)表现出至少7MPa的断裂拉伸强度,以及
(d)25J/g至50J/g的结晶热。
8.根据权利要求1所述的丙烯-乙烯共聚物,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有135℃至160℃范围内的环球软化点。
9.根据权利要求8所述的丙烯-乙烯共聚物,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有50%至70%范围内的三元组立构规整度。
10.根据权利要求9所述的丙烯-乙烯共聚物,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有0.1dmm至21dmm范围内的针头穿透力。
11.根据权利要求10所述的丙烯-乙烯共聚物,其中所述丙烯-乙烯共聚物表现出1.5MPa至14MPa范围内的断裂拉伸强度。
12.根据权利要求11所述的丙烯-乙烯共聚物,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有大于300%的断裂伸长率。
13.根据权利要求1所述的丙烯-乙烯共聚物,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有20J/g至55J/g范围内的结晶热(Hc,20℃/min冷却速率)。
14.根据权利要求1所述的丙烯-乙烯共聚物,其中所述丙烯-乙烯共聚物:
(a)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,
(b)具有25J/g至55J/g的结晶热,以及
(c)具有以下特征中的一种特征:
(i)具有在190℃下2,000cP至7,000cP的粘度,并表现出1.5MPa至8MPa的断裂拉伸强度,或者
(ii)具有在190℃下7,000cP至15,000cP的粘度,并表现出3MPa至8MPa的断裂拉伸强度,
(iii)具有在190℃下15,000cP至27,000cP的粘度,并表现出3MPa至14MPa的断裂拉伸强度,或者
(iv)具有在190℃下大于27,000cP的粘度,表现出至少7MPa的断裂拉伸强度,以及25J/g至50J/g的结晶热。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的丙烯-乙烯共聚物,其中所述丙烯-乙烯共聚物:
(a)具有53%至78%范围内的三元组立构规整度,
(b)表现出135℃至165℃的环球软化点,以及
(d)表现出28J/g至60J/g的结晶热。
16.根据权利要求1至3或15中任一项所述的丙烯-乙烯共聚物,其中所述丙烯-乙烯共聚物:
(a)具有在190℃下15,000cP至50,000cP的粘度,
(b)表现出至少3MPa的断裂拉伸强度,以及
(c)表现出至少300%的断裂伸长率。
17.一种组合物,所述组合物包含根据权利要求1所述的丙烯-乙烯共聚物。
18.一种用于产生根据权利要求1所述的丙烯-乙烯共聚物的方法,其中所述方法包括在齐格勒-纳塔催化剂体系的存在下使乙烯和丙烯聚合。
19.一种粘合剂组合物,所述粘合剂组合物包含:
(a)5重量%至100重量%的至少一种丙烯-乙烯共聚物,其中所述丙烯-乙烯共聚物包含乙烯和丙烯,其中所述丙烯-乙烯共聚物:
(i)包含89重量%至98重量%的丙烯,
(ii)具有至少135℃的环球软化点,
(iii)具有至少50%的三元组立构规整度(mm%),以及
(iv)具有至少25J/g的结晶热(Hc,20℃/min冷却速率);
(b)0重量%至90重量%的至少一种第二聚合物;
(c)不超过70重量%的至少一种增粘剂;
(d)不超过20重量%的加工油;以及
(e)不超过35重量%的至少一种蜡。
20.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述粘合剂组合物包含5重量%至55重量%的所述第二聚合物。
21.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述粘合剂组合物具有:
(a)至少135℃的剪切粘附失效温度,以及/或者
(b)在110℃下5mm或更小的热蠕变长度。
22.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述粘合剂组合物具有:
(a)至少135℃的剪切粘附失效温度,以及
(b)在120℃下5mm或更小的热蠕变长度。
23.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述粘合剂组合物包含:
(a)10重量%至70重量%的所述丙烯-乙烯共聚物;
(b)5重量%至55重量%的所述第二聚合物;
(c)不超过70重量%的所述增粘剂;
(d)不超过20重量%的所述加工油;以及
(e)不超过20重量%的所述蜡。
24.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述粘合剂组合物包含:
(a)5重量%至95重量%的所述丙烯-乙烯共聚物;
(b)5重量%至90重量%的所述第二聚合物;
(c)不超过70重量%的所述增粘剂;
(d)不超过20重量%的所述加工油;以及
(e)不超过20重量%的所述蜡。
25.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述粘合剂组合物包含:
(a)30重量%至80重量%的所述丙烯-乙烯共聚物;
(b)1重量%至45重量%的所述第二聚合物;
(c)不超过70重量%的所述增粘剂;
(d)不超过20重量%的所述加工油;以及
(e)不超过20重量%的所述至少一种蜡。
26.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述第二聚合物是选自由以下项组成的组的至少一种聚合物:无定形聚烯烃、半结晶聚烯烃、α-聚烯烃、反应器即用型聚烯烃、茂金属催化的聚烯烃聚合物和弹性体、反应器制备的热塑性聚烯烃弹性体、烯烃嵌段共聚物、热塑性聚烯烃、无规立构聚丙烯、聚乙烯、乙烯-丙烯聚合物、丙烯-己烯聚合物、乙烯-丁烯聚合物、乙烯-辛烯聚合物、丙烯-丁烯聚合物、丙烯-辛烯聚合物、茂金属催化的聚丙烯聚合物、茂金属催化的聚乙烯聚合物、基于丙烯的三元共聚物、由丙烯和直链或支链C4-C10α-烯烃单体产生的共聚物、由乙烯和直链或支链C4-C10α-烯烃单体产生的共聚物、官能化聚烯烃、基于异戊二烯的嵌段共聚物、基于丁二烯的嵌段共聚物、氢化嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(SEPS)、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚酯、基于聚酯的共聚物、氯丁橡胶、氨基甲酸酯、丙烯酸、聚丙烯酸酯、丙烯酸酯共聚物、聚醚醚酮、聚酰胺、氢化苯乙烯嵌段共聚物、无规苯乙烯共聚物、乙烯-丙烯橡胶、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、丁基橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶、聚异戊二烯、聚异丁烯和聚乙酸乙烯酯。
27.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述粘合剂组合物包含小于10重量%的所述蜡。
28.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述丙烯-乙烯共聚物包含0.5重量%至11重量%的乙烯。
29.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有在190℃下1,000cP至50,000cP的粘度。
30.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述丙烯-乙烯共聚物:
(a)具有在190℃下2,000cP至7,000cP的粘度,
(b)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,
(c)表现出1.5MPa至8MPa的断裂拉伸强度,以及
(d)25J/g至55J/g的结晶热。
31.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述丙烯-乙烯共聚物:
(a)具有在190℃下7,000cP至15,000cP的粘度,
(b)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,
(c)表现出3MPa至10MPa的断裂拉伸强度,以及
(d)25J/g至55J/g的结晶热。
32.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述丙烯-乙烯共聚物:
(a)具有在190℃下15,000cP至27,000cP的粘度,
(b)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,
(c)表现出3MPa至14MPa的断裂拉伸强度,以及
(d)25J/g至55J/g的结晶热。
33.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述丙烯-乙烯共聚物:
(a)具有在190℃下大于27,000cP的粘度,
(b)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,
(c)表现出至少7MPa的断裂拉伸强度,以及
(d)25J/g至50J/g的结晶热。
34.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有135℃至160℃范围内的环球软化点。
35.根据权利要求34所述的粘合剂组合物,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有50%至70%范围内的三元组立构规整度。
36.根据权利要求35所述的粘合剂组合物,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有0.1dmm至21dmm范围内的针头穿透力。
37.根据权利要求36所述的粘合剂组合物,其中所述丙烯-乙烯共聚物表现出1.5MPa至14MPa范围内的断裂拉伸强度。
38.根据权利要求37所述的粘合剂组合物,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有大于300%的断裂伸长率。
39.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述丙烯-乙烯共聚物具有20J/g至55J/g范围内的结晶热(Hc,20℃/min冷却速率)。
40.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述丙烯-乙烯共聚物:
(a)表现出0.1dmm至21dmm的针头穿透力,
(b)具有25J/g至55J/g的结晶热,以及
(c)具有以下特征中的一种特征:
(i)具有在190℃下2,000cP至7,000cP的粘度,并表现出1.5MPa至8MPa的断裂拉伸强度,或者
(ii)具有在190℃下7,000cP至15,000cP的粘度,并表现出3MPa至8MPa的断裂拉伸强度,
(iii)具有在190℃下15,000cP至27,000cP的粘度,并表现出3MPa至14MPa的断裂拉伸强度,或者
(iv)具有在190℃下大于27,000cP的粘度,表现出至少7MPa的断裂拉伸强度,以及25J/g至50J/g的结晶热。
41.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述丙烯-乙烯共聚物:
(a)具有53%至78%范围内的三元组立构规整度,
(b)表现出135℃至165℃的环球软化点,以及
(d)表现出28J/g至60J/g的结晶热。
42.根据权利要求19所述的粘合剂组合物,其中所述丙烯-乙烯共聚物:
(a)具有在190℃下15,000cP至50,000cP的粘度,
(b)表现出至少3MPa的断裂拉伸强度,以及
(c)表现出至少300%的断裂伸长率。
43.一种制品,所述制品包含根据权利要求19至42中任一项所述的粘合剂组合物,其中所述制品选自由以下项组成的组:粘合剂、密封剂、填缝剂、屋顶膜、防水膜、化合物和垫层、地毯、层压体、层压制品、胶带、标签、胶粘剂、聚合物共混物、电线涂层、模塑制品、热密封涂层、一次性卫生制品、绝缘玻璃(IG)单元、桥面系、改性沥青、改性柏油、电子外壳、防水膜、电缆浸没/填充化合物、片材模塑化合物、面团模塑化合物、过模塑化合物、橡胶化合物、聚酯复合材料、玻璃复合材料、玻璃纤维增强塑料、木塑复合材料、聚丙烯酸共混化合物、脱蜡精密铸件、熔模铸造蜡成分、书籍装订物、蜡烛、窗户、轮胎、膜、垫片、密封件、O形圈、机动车、摩托车、机动车模塑部件、机动车挤出部件、服装制品、橡胶添加剂/加工助剂和纤维,其中粘合剂包括包装粘合剂、食品接触级粘合剂、间接食品接触包装粘合剂、产品组装粘合剂、木工粘合剂、封边粘合剂、型材包装粘合剂、地板粘合剂、汽车组装粘合剂、结构粘合剂、柔性层压粘合剂、刚性层压粘合剂、柔性膜粘合剂、柔性包装粘合剂、水活化粘合剂、家居装修粘合剂、工业粘合剂、构造粘合剂、家具粘合剂、床垫粘合剂、压敏粘合剂(PSA)、PSA胶带、PSA标签、PSA保护膜、自粘合膜、层压粘合剂、柔性包装粘合剂、热密封粘合剂、工业粘合剂、卫生非织造构造粘合剂、卫生芯完整性粘合剂或卫生弹性附接粘合剂。
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