Diese Erfindung bezieht sich auf Kolophoniumester und Klebstoffe,
die die Kolophoniumester enthalten.
Hintergrund der Erfindung
Ester von Kolophonium und Polyalkoholen (Polyole), welche im allgemeinen
als Kolophoniumester bezeichnet werden, sind seit über 70 Jahren bekannt. Siehe
z. B. US-Patent. Nr. 1,696,337 von Symmes. Sie werden gewöhnlich durch die Reaktion
von Kolophonium (eine Mischung aus isomerischen C20-trizyklischen Monocarbonsäuren)
mit mehrwertigen Alkoholen (nachfolgend als "Polyole" bezeichnet) wie Pentaerythrit
hergestellt. Kolophoniumester finden derzeit eine weitverbreitete kommerzielle Verwendung
in vielen Anwendungen, einschließlich als Klebrigmacher für Verpackungsmaterial
und als druckempfindliche Klebstoffe und in kosmetischen Formulierungen.
Für viele Anwendungen ist die Farbe eines Kolophoniumesters eine Eigenschaft,
die dessen kommerzielle Rentabilität bestimmt. Die Farbe des Kolophoniumesters wird
normalerweise auf der Gardner-Farbskala gemessen, wobei eine Gardner-Farbe von 0
farblos und eine Farbe von 15 rot-braun bedeutet. Der Markt ordnet Kolophoniumester
mit einer hellen Farbe eine besondere Stellung zu und wird keine dunkel gefärbten
Ester akzeptieren. Jedoch ist die Herstellung und Instandhaltung von hellgefärbten
Kolophoniumestern schwierig und/oder teuer. Es wurde eine beträchtliche Menge an
Forschung darauf gerichtet, Kolophoniumester herzustellen, die sowohl anfänglich
hell gefärbt sind und diese helle Färbung über eine anhaltende Lagerung und/oder
während eines Heizverfahrens, das der Ester während seiner Bildung zu einem bestimmten
Endprodukt durchläuft, zu behalten. Siehe z. B. US-Patent Nr. 2,409,173 von Webb;
3,423,389 von Glenn und 5,395,920 von Maeda et al., welche nur beispielhaft angeführt
werden sollen. Das '920 Patent von Maeda et al. offenbart, dass es möglich ist (obwohl
wahrscheinlich in der Praxis zu kostenintensiv), durch umfangreiche Reinigung, Disproportionierung
und Dehydrierung des Ausgangskolophoniums und/oder des fertigen Kolophoniumesters
einen Kolophoniumester mit einer Gardner-Farbe von nicht mehr als eins herzustellen.
Trotz einer beträchtlichen Menge an Forschung verbleibt beim Stand
der Technik ein Bedarf für kosteneffektive Verfahren, um hell gefärbte Kolophoniumester
zu erhalten. Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedarf und stellt damit verbundene
Vorteile wie nachfolgend beschrieben bereit.
Kurzdarstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein hell gefärbtes
Veresterungsprodukt aus Kolophonium und einer aromatischen oder aliphatischen Kohlenwasserstoffeinheit,
die wenigstens zwei Hydroxylgruppen enthält, bereitzustellen, mit der Maßgabe, dass
die Hydroxylgruppen in der Einheit durch wenigstens vier Kohlenstoffatome getrennt
sind. In bevorzugten Ausführungsformen hat das Produkt eine Disproportionierung,
aber keine Dehydrierung durchlaufen, weist eine Farbe mit einem Gardner-Wert von
weniger als 2,5 auf, umfasst einen Stabilisator wie ein Antioxidans oder einen UV-Stabilisator
und/oder wird aus einem Ausgangskolophonium mit einer Farbe mit einem Gardner-Wert
von wenigstens 3 hergestellt.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Klebstoffzusammensetzung bereitzustellen, die ein Polymer und als Modifikationsmittel
das hell gefärbte Veresterungsprodukt aus Kolophonium und einer aromatischen oder
aliphatischen Kohlenwasserstoffeinheit umfasst, die, wie oben beschrieben, wenigstens
zwei Hydroxylgruppen enthält.
Dies und andere Aufgaben der Erfindung werden unter Bezugnahme auf
die folgende detaillierte Beschreibung ersichtlich. Dazu sind bestimmte Druckschriften
zum Zwecke der Klarheit und der Vollständigkeit genannt. Solche Druckschriften werden
durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hier einbezogen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Veresterungsprodukte
aus Kolophonium und aromatischen oder aliphatischen Kohlenwasserstoffeinheiten,
die wenigstens zwei Hydroxylgruppen enthalten. Die Erfindung bezieht sich auch auf
Klebstoffzusammensetzungen, die diese Kolophoniumester enthalten. Es wurde überraschenderweise
festgestellt, dass, wenn Kolophoniumester Estergruppen aufweisen, die durch wenigstens
vier Kohlenstoffatome getrennt sind, die Ester eine bemerkenswert helle Farbe und
bemerkenswert gute Verhaltenseigenschaften als Klebrigmacher in Klebstofformulierungen
aufweisen.
Kolophonium ist hauptsächlich eine Mischung aus C20-tricyclisch
ankondensierten Ring-Monocarbonsäuren, gekennzeichnet durch Pimar- und Abietinsäuren,
die gewöhnlicherweise als "Harzsäuren" bezeichnet werden. Kolophonium,
welches für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, kann aus
vielen Quellen erhalten werden und kann einen weiten Bereich an Verunreinigungen
aufweisen. Beispielsweise kann Wurzelkolophonium in der vorliegenden Erfindung verwendet
werden, wobei Wurzelkolophonium aus Pinienstümpfen nach dem Ernten der Stümpfe,
Zerkleinern der Stümpfe in kleine Schnitzel, Extraktion der Schnitzel mit Hexan
oder höhersiedenden Paraffinen und Abdestillieren des Hexans oder Paraffins erhalten
wird, um Wurzelkolophonium zu ergeben. Es kann auch Balsamkolophonium, welches der
Name ist, dem Kolophonium gegeben wird, nachdem ein Kienbaum angeritzt wird, der
Exsudatsaft gesammelt wird und dann die flüchtigen Bestandteile abdestilliert werden,
in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Das Kolophonium kann ein Tallölkolophonium sein, welches ein Nebenprodukt
des Kraft-(d. h. Sulfat)-Zellstoffverfahrens zur Herstellung von Papier ist. Gemäß
diesem Verfahren wird Pinienholz mit Alkali und Sulfid aufgeschlossen, wobei Tallölseife
und Rohsulfatterpentin als Nebenprodukte gebildet werden. Die Ansäuerung dieser
Seife mit anschließender Fraktionierung des Rohtallöls führt zu Tallölkolophonium
und Fettsäuren. Irgendeiner oder mehrere der C20-cyclischen carbonsäurehaltigen
Isomere, die in Kolophonium enthalten sind, können in der Erfindung verwendet werden.
Unabhängig von seiner Herkunft wird Kolophonium normalerweise über
seine Säurezahl charakterisiert und Kolophonium mit Säurezahlen im Bereich von etwa
160 bis etwa 195 werden erfindungsgemäß bevorzugt. Kolophonium kann auch durch seine
Gardner-Farbe charakterisiert werden, wobei ein unterer Gardner-Farbwert ein heller
gefärbtes Kolophonium anzeigt. Hell gefärbtes Kolophonium wird für die Herstellung
von Klebrigmachern bevorzugt. Jedoch wird, damit die vorliegende Erfindung kommerzielle
Rentabilität aufweist, das Kolophonium vorzugsweise kein aufwendiges Reinigungs-
oder Modifikationsverfahren durchlaufen, was notwendigerweise die Kosten für das
Herstellungsverfahrens des Kolophoniumesters erhöht. Somit ist in einer bevorzugten
Ausführungsform das Kolophonium ein Kolophonium mit "Standard"qualität, das leicht
bei vielen kommerziellen Destillateuren für Marinelieferanten erhältlich ist. Dieses
Kolophonium mit Standardqualität hat vor dessen Verwendung bei der Veresterungsreaktion
der vorliegenden Erfindung keine Disproportionierungs- oder Dehydrierungsverfahren
durchlaufen. Darüber hinaus hat das Kolophonium mit Standardqualität keine speziellen
Reinigungsverfahren wie Redestillation (d. h. weitere Destillation des Kolophoniums,
nachdem es destillativ von dem Rohtallöl isoliert worden ist), Rekristallisation-
oder Extraktionsverfahren, um Verunreinigungen zu entfernen, durchlaufen. Anstelle
davon ist das bevorzugte erfindungsgemäße Kolophonium das Kolophonium von Standardqualität,
welches durch Destillation von Rohtallöl hergestellt wurde und aus vielen Quellen
erhältlich ist. Solch ein Kolophonium mit "Standardqualität" hat eine Farbe mit
einem Gardner-Wert von wenigstens 3, noch typischer von wenigstens 4 und noch typischer
von wenigstens 5. In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung Kolophoniumester
mit einer Farbe bereit, die wenigstens so hell ist wie die Farbe des Kolophoniums,
welches in den Veresterungsreaktionsbehälter gegeben wurde und stellt normalerweise
Kolophoniumester bereit, die in der Farbe durch wenigstens ein, wenigstens eineinhalb
oder wenigstens zwei Gardner-Werteinheiten heller sind als das Ausgangskolophonium.
Ein bedeutender Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass
sie hell gefärbte und geruchsarme Kolophoniumester aus Kolophonium mit Standardqualität
bereitstellt. Natürlich könnte auch, falls erwünscht, ein gereinigtes Kolophonium
in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wenn dehydriertes Kolophonium in
der vorliegenden Erfindung verwendet werden würde und das Kolophonium von Rohtallöl
abstammt, dann erfordert das Tallöl-Kolophonium wesentlich höhere Katalysatorstufen,
um die Dehydrierung zu erreichen (im Vergleich zu einem Kautschuk- oder Wurzelkolophonium),
damit der Katalysator nicht durch die Schwefel-Bestandteile, die in dem Tallölkolophonium
enthalten sind, deaktiviert wird.
Ein bevorzugtes Kolophonium mit Standardqualität ist von Union Camp
Corporation (Wayne, NJ) unter dem Handelsnamen Uni-Tol® kommerziell
erhältlich. Kautschukkolophonium einschließlich indonesisches und chinesisches Kautschukkolophonium
ist ein anderes geeignetes Kolophonium für die Herstellung der Kolophoniumester
der Erfindung, wobei Kautschukkolophonium Kolophoniumester mit einem höheren Schmelzpunkt
ergibt als die, die bei der Verwendung einer äquivalenten Menge von Tallölkolophonium
erhalten werden, obwohl sie nicht die helle Farbe ergeben, die aus Tallölkolophonium
erhalten wird.
Das erfindungsgemäße Veresterungsprodukt wird, wie oben beschrieben,
aus Kolophonium und einem Polyol hergestellt, wobei das Polyol eine aromatische
oder aliphatische Kohlenwasserstoffeinheit ist, die wenigstens zwei Hydroxylgruppen
enthält, wobei diese Hydroxylgruppen durch wenigstens vier Kohlenstoffatome getrennt
sind. Die Kohlenwasserstoffeinheit, die hier verwendet wird, besteht nur aus Wasserstoff
und Kohlenstoff und kann entweder aromatisch oder aliphatisch sein. Der Kohlenwasserstoff
kann entweder cyclisch sein (wobei der cyclische Kohlenwasserstoff entweder aromatisch
oder aliphatisch sein kann) oder anticyclisch, wobei der anticyclische Kohlenwasserstoff
aliphatisch ist und entweder linear oder verzweigt, gesättigt oder ungesättigt oder
irgendeine Kombination davon ist. Aromatisch bezieht sich auf irgendwelche konjugierte
cyclische polyenhaltige (4n + 2) pi-Elektronen mit n = 1, 2, 3 usw. Ein gesättigter
Kohlenwasserstoff enthält keine Doppel- oder Dreifach-Kohlenstoff-Kohlenstoff- Bindungen,
d. h. er ist nicht in der Lage, Substanzen durch Addition aufzunehmen. Ein ungesättigter
Kohlenwasserstoff enthält wenigstens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung
oder wenigstens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifach-Bindung.
Wie oben ausgeführt, enthält die aromatische oder aliphatische Kohlenwasserstoffeinheit
wenigstens zwei Hydroxylgruppen. Zusätzlich sind alle Hydroxylgruppen durch wenigstens
vier Kohlenstoffatome voneinander getrennt und in einer Ausführungsform der Erfindung
sind die Hydroxylgruppen durch wenigstens sechs Kohlenstoffatome voneinander getrennt.
Wenn die Kohlenwasserstoffeinheit cyclisch ist, gibt es mehr als eine Möglichkeit
für die Kohlenstoffatome, um die zwei Hydroxylgruppen voneinander zu trennen. In
solch einer Situation ist es notwendig, die geringste Anzahl Kohlenstoffatome zu
zählen, die die beiden Hydroxylgruppen voneinander trennt und diese geringste Anzahl
muss vier oder größer sein, damit die Kohlenwasserstoffeinheit ein Veresterungsprodukt
der vorliegenden Erfindung ergibt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die überraschende Tatsache,
dass unerwartet hell gefärbte Kolophoniumester aus Polyolen mit wenigstens zwei
Hydroxylgruppen hergestellt werden können, wobei alle Hydroxylgruppen durch wenigstens
vier Kohlenstoffatome voneinander getrennt sind und in einer Ausführungsform der
Erfindung diese Gruppen durch wenigstens sechs Kohlenstoffatome voneinander getrennt
sind. Die Kohlenwasserstoffeinheit des verwendeten Polyols zur Herstellung des Veresterungsprodukts
enthält notwendigerweise wenigstens vier Kohlenstoffatome und in einer Ausführungsform
der Erfindung enthält die Kohlenwasserstoffeinheit wenigstens sechs Kohlenstoffatome.
Demgemäß ist 1,4-Butandiol, welches genau vier Kohlenstoffatome enthält, das kleinste
Polyol, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Das Polyol kann
bis zu 40 Kohlenstoffatome enthalten. Ein bevorzugtes Polyol ist als Dimerdiol bekannt,
enthält 36 Kohlenstoffatome und ist das Reduktionsprodukt von Dimersäure. Dimerdiol
ist beispielsweise von Unichema International, Chicago, IL als PriplastWZ
2033 kommerziell erhältlich.
In einer Ausführungsform enthält das Polyol von vier bis zehn Kohlenstoffatome.
Geeignete Polyole mit einer Kohlenstoffatomanzahl, die in diesen Bereich fallen,
umfassen 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, 1,8-Oktandiol und 1,10-Dekandiol. Ein anderes
Polyol mit 4–10 Kohlenstoffatomen ist 1,4-Cyclohexandimethanol, welches die
Chemical Abstract-Registrierungsnummer 105-08-8 hat. 1,4-Cyclohexandimethanol, und
andere C4-C10-Polyole sind beispielsweise bei Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)
erhältlich.
Das Polyol kann einen aromatischen Ring enthalten. Beispielsweise
ist ein geeignetes Polyol zur Herstellung eines Veresterungsprodukts der Erfindung
1,4-(CH2OH)2Ar, wobei Ar einen Benzolkern darstellt und die
beiden Methylolgruppen (CH2OH)2 in einer Para-Stellung um
den Benzolkern angeordnet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat entweder das Ausgangskolophonium
oder das Veresterungsprodukt eine Disproportionierung durchlaufen, um das erfindungsgemäße
Produkt zu ergeben. Die Disproportionierung wird leicht mit bekannten Disproportionierungskatalysatoren,
die typischerweise bei der Veresterung von Kolophonium im Stand der Technik verwendet
werden, durchgeführt. Beispielhafte Disproportionierungskatalysatoren umfassen,
sind aber nicht beschränkt auf Trägermetallkatalysatoren wie Rhodium auf Kohlenstoff,
Platin auf Kohlenstoff und Palladium auf Kohlenstoff. Es können auch Metallpulver
als Disproportionierungskatalysatoren verwendet werden, wobei beispielhafte Metallpulver
umfassen, aber nicht beschränkt sind auf Platin, Nickel, Iodid und Metalliodide
wie Eiseniodid. Diese Disproportionierungskatalysatoren sind leicht von vielen kommerziellen
Zulieferern wie beispielsweise Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI) erhältlich.
Sie werden typischerweise in einer Konzentration von 0,01–5 Gew.-%, bezogen
auf das Gesamtgewicht von Kolophonium und Polyol und vorzugsweise in einer Konzentration
von 0,01 bis 1 Gew.-% verwendet.
Ein bevorzugter Disproportionierungskatalysator ist eine Phenolsulfidverbindung.
Eine bevorzugte Phenolsulfidverbindung weist die Formel
auf, wobei die Arylgruppe Phenyl oder Naphthyl sein kann, R1, R2
und R3 gleich oder verschieden sein können und Kohlenwasserstoffgruppen
(auch als Hydrocarbylgruppen bekannt) sind, wobei "a" und "b" unabhängig voneinander
0, 1 oder 2 sind und wobei "c" eine ganze Zahl zwischen 0 und 20 ist. Eine bevorzugte
Phenolsulfidverbindung ist ein Amylphenoldisulfidpolymer (CAS Registrierungs-Nr.
68555-98-6), wobei solch ein Polymer von Elf Atochem North America, Inc., Philadelphia,
PA als VULTACWZ 2 erhältlich ist. Normalerweise wird das Amylphenoldisulfidpolymer
zu dem Kolophonium und dem Polyol in einer Konzentration von etwa 0,05 Gew.-% bis
etwa 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht an Kolophonium und Polyol, gegeben.
Vorzugsweise wird die Phenolsulfidverbindung zu dem geschmolzenen Kolophonium vor
Beginn der Veresterungsreaktion gegeben, obwohl es bei einer späteren Stufe zugefügt
werden kann. Es wird angenommen, dass die Phenolsulfidverbindung zu der Oxidationsstabilität
des Kolophoniumesters beiträgt und auch eine gewisse Bleichwirkung während der Bildung
des Kolophoniumesters herbeiführt.
Das hell gefärbte Veresterungsprodukt (d. h. der Kolophoniumester)
der vorliegenden Erfindung hat vorzugsweise keine Dehydrierung
durchlaufen. Die Dehydrierung bezieht sich auf das Entfernen von Wasserstoff von
dem Kolophoniumester ohne Ersatz durch ein anderes Atom. Das Entfernen von Wasserstoff
ohne gleichzeitige Zugabe eines anderen Atoms führt zur Bildung einer Kohlenstoff-Kohlenstoftdoppelbindung
aus einer Kohlenstoff-Kohlenstoffeinfachbindung. Die Dehydrierung findet statt,
wenn Kolophonium oder ein Kolophoniumester einem Dehydrierungskatalysator bei erhöhter
Temperatur ausgesetzt wird.
Obwohl das zur Bildung von Kolophoniumester der vorliegenden Erfindung
verwendete Kolophonium vorzugsweise von "Standardqualität" ist, kann das Kolophonium
in situ während der Veresterungsreaktion stabilisiert werden. Wie hier verwendet,
bezieht sich "Stabilisierung" auf. die chemische Veränderung des Kolophoniums oder
der Kolophoniumeinheit in dem Kolophoniumester, was zu einer verstärkten thermischen
Stabilität oder Oxidationsstabilität des entstandenen Kolophoniumesters beiträgt.
Beispiele an Stabilisierungen umfassen Disproportionierung, Hydrierung und Dehydrierung.
Wie oben ausgeführt, durchlaufen die erfindungsgemäßen Kolophoniumveresterungsprodukte
vorzugsweise eine Disproportionierung, aber vorzugsweise keine zusätzliche Dehydrierung
oder Hydrierung.
Es können während der Kolophoniumveresterungsreaktion ein oder mehrere
verschiedene Zusatzstoffe oder Katalysatoren vorhanden sein. Ein geeigneter Zusatzstoff
ist ein Metallsalz wie ein Calcium- oder Magnesiumsalz eines sterisch gehinderten
Phenylphosphonats oder Diphenylphosphonats (nachfolgend als "Phosphonatsalz" bezeichnet),
welches zu den Reaktanten (Kolophonium und Polyol) zugeben werden kann. Diese Phosphonate
sind beispielsweise in dem US-Patent 3,310,575 beschrieben. Ein bevorzugtes Phosphonatsalz
ist Calciumbismonoethyl(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)phosphonat (65140-91-2),
welches kommerziell von Ciba Specialty Chemicals (Tarrytown, NY) als IRGANOXWZ
1425 erhältlich ist. Es werden etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 0,5 Gew.-% und vorzugsweise
etwa 0,15 Gew.-% bis etwa 0,25 Gew.-% des Phosphonatsalzes zu den Reaktanten gegeben,
wobei sich die Gew.-%-Werte hier und innerhalb dieser Offenbarung auf das Gesamtgewicht
an Kolophonium und Polyol, welche in den Reaktionsbehälter gegeben wurden, beziehen.
Ein anderer geeigneter phosphorhaltiger Zusatzstoff weist die Formel
(R-O-)3-P auf, wobei R unabhängig ein C1-C22-Hydrocarbylradikal
ist. Beispielhafte phosphorhaltige Zusatzstoffe dieser allgemeinen Formel umfassen
ohne Einschränkung Phosphitverbindungen wie Triphenylphosphit, Tris(nonylphenyl)phosphit,
Phenyldiisodecylphosphit und dergleichen. Phosphinsäure ist ein anderer geeigneter
Zusatzstoff und wird durch die Formel HP2(O)OH wiedergegeben, wobei die
Phosphinsäure kommerziell erhältlich ist. Ein anderer geeigneter Zusatzstoff ist
Phosphorsäure. Solche phosphorhaltigen Zusatzstoffe werden normalerweise in einer
Konzentration von 0,01–1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht an Kolophonium
und Polyol verwendet. Phosphorhaltige Materialien, gegebenenfalls in Verbindung
mit VULTACWZ 2, können verwendet werden, um eine Veresterungsreaktion
der vorliegenden Erfindung zu katalysieren.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Veresterungsprodukt
die folgende Formel auf
worin R eine aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffeinheit mit von 4 bis
36 Kohlenstoffatomen und "Kolophonium" das Radikal einer Harzsäure (z. B. Abietinsäure
oder eine stabilisierte Form davon) darstellt, welche beim Entfernen der Carbonsäure
verbleibt, was für eine Harzsäure charakteristisch ist. In einer weiteren Ausführungsform
ist R eine aliphatische Kohlenwasserstoffeinheit mit von 4 bis 10 Kohlenstoffatomen.
Der aliphatische Kohlenwasserstoff kann cyclisch oder anticyclisch sein, wobei die
anticyclische Einheit linear oder verzweigt sein kann und die Einheit sowohl cyclische
als auch anticyclische Anteile aufweisen kann. Das Veresterungsprodukt wird gewöhnlich
aus Kolophonium und einem zweiwertigen Polyol (d. h. einem Diol mit exakt zwei Hydroxylgruppen)
mit 4 bis 36 Kohlenstoffatomen hergestellt. In einer anderen Ausführungsform kann
ein dreiwertiges Polyol (d. h. ein Triol mit exakt drei Hydroxylgruppen) wie 1,3,5-Benzoltrimethanol,
1,2,4-Benzoltrimethanol, 1,3,5-Cyclohexantrimethanol und 1,2,4-Cyclohexantrimethanol
verwendet werden.
In einer anderen Ausführungsform weist das Veresterungsprodukt die
folgende Formel auf
worin "R" eine spezifische C8-cycloaliphatische Einheit ist. Das Veresterungsprodukt
wird gewöhnlicherweise aus 1,4-Cyclohexandimethanol und Kolophonium
hergestellt.
Die vorliegende Erfindung stellt hell gefärbte Kolophoniumester bereit,
die vorzugsweise aus Kolophonium mit Standardqualität, (d. h. nicht gereinigtes)
Kolophonium hergestellt werden. In einer Ausführungsform weist das Veresterungsprodukt
(d. h. der Kolophoniumester) eine Farbe mit einem Gardner-Wert von weniger als 2,5
auf.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Veresterungsprodukt eine
Farbe mit einem Gardner-Wert von zwischen 0,5 und weniger als 2,5 auf. In einer
weiteren Ausführungsform weist das Veresterungsprodukt einen Gardner-Wert von weniger
als 2,0 auf und in einer weiteren Ausführungsform weist es einen Gardner-Wert von
zwischen 0,5 und weniger als 2,0 auf.
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Klebstoftzusammensetzung
bereit, die ein Polymer und als Modifikation davon das Kolophoniumveresterungsprodukt
von Kolophonium und einer aromatischen oder aliphatischen Kohlenwasserstoffeinheit
umfasst, die, wie oben beschrieben, wenigstens zwei Hydroxylgruppen enthält. Das
Polymer kann sich auch auf ein Elastomer oder einen Klebstoffpolymerbestandteil
beziehen. Das Polymer sollte ein für einen Klebstoff geeignetes Polymer sein, sodass
es mit dem Kolophoniumester der vorliegenden Erfindung gebildet werden kann, um
eine Zusammensetzung mit Klebstoffeigenschaften bereitzustellen. Polymere, die im
Stand der Technik für die Herstellung von Klebstoffen als geeignet gelten, sind
geeignete Polymere für die Klebstoftzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung.
Geeignete Klebstoffpolymere umfassen ohne Beschränkung Blockcopolymere
auf Isoprenbasis, Blockcopolymere auf Butadienbasis, hydrierte Blockcopolymere,
Ethylenvinylacetatcopolymer, Polyester, Copolymere auf Polyesterbasis, Neopren,
Urethan, Poly(acrylat), Acrylatcopolymere wie Ethylenacrylsäurecopolymer, Ethylen-n-Butylacrylatcopolymer
und Ethylenmethylacrylatcopolymer, Polyetheretherketon, Polyamid, Styrol-Blockcopolymere,
hydrierte Styrol-Blockcopolymere, statistische Styrol-Copolymere, Ethylen-Propylenkautschuk,
Ethylen-Propylenkautschuk, Butylkautschuk, Styrolbutadienkautschuk, Butadien-Acrylnitrilkautschuk,
Polyestercopolymere, natürlichen Kautschuk, Polyisopren, Polyisobutylen, Polyvinylacetat,
Polyolefin wie Polyethylen und Polypropylen einschließlich ataktisches Polypropylen
und EPDM.
Bevorzugte Polymere der Klebstoffzusammensetzungen der Erfindung umfassen
ohne Einschränkung Ethylenvinylacetatcopolymer, Ethylen-n-Butylacrylatcopolymer,
Ethylenmethylacrylatcopolymer, Polyester, Neopren, Urethan, Poly(acrylat), Ethylenacrylsäurecopolymer,
Polyetheretherketon, Polyamid, Styrol-Blockcopolymere, hydrierte Styrol-Blockcopolymere,
Styrolbutadiencopolymere, ataktisches Polypropylen, Polyethylen, Ethylen-Propylenkautschuk,
Butylkautschuk, Polyestercopolymere, natürliches Kautschuk, Polyester, Isopren und
EPDM. Normalerweise- ist ein bevorzugtes Polymer der Klebstoffzusammensetzungen
der Erfindung mit dem Kolophoniumester der Erfindung kompatibel, wobei die Kompatibilität
dadurch gezeigt wird, dass eine Mischung eines Polymers mit dem Kolophoniumester
eher transparent als trüb ist.
Normalerweise wird die Klebstoffzusammensetzung beträchtliche Mengen
an sowohl Kolophoniumester wie auch Polymer enthalten. Beispielsweise kann die Klebstoffzusammensetzung
pro 100 Teile Kolophoniumester 50 bis 300 Teile an Polymer enthalten.
Die Klebstoffzusammensetzungen können zusätzlich Zusatzstoffe enthalten,
die die Zusammensetzung insbesondere für eine besondere Anwendung geeignet machen.
Die Verwendung vieler solcher Zusatzstoffe ist im Stand der Technik bekannt und
kann für den beabsichtigten Zweck in den Klebstoffzusammensetzungen der vorliegenden
Erfindung verwendet werden. Ist es beispielsweise beabsichtigt, den Klebstoff als
einen Schmelzverpackungsklebstoff zu verwenden, dann ist ein Wachs ein geeigneter
zusätzlicher Bestandteil. Geeignete Wachse umfassen ohne Einschränkung mikrokristallines
Wachs, Paraffinwachs, Wachse, hergestellt über Fischer-Tropsch-Verfahren, pflanzliche
Wachse und dergleichen. Normalerweise wird ein Wachs in die Zusammensetzung in einer
Menge von zwischen 40 und 100 Teilen Wachs pro 100 Teile an Polymerbestandteil eingearbeitet.
Wenn der Klebstoff für einen druckempfindlichen Klebstoff (PSA) vorgesehen
ist, kann ein geeigneter Bestandteil ein Öl sein. Geeignete Öle umfassen naphthenisches
Öl, Paraffinöle, Mineralöle, Triglyceridöle und dergleichen. Ein oder mehrere Weichmacher
können der Zusammensetzung zugegeben werden, wobei geeignete Weichmacher ohne Einschränkung
Ester wie Dibutylphthalat und Dioctylphthalat, chlorierte Paraffine umfassen. Ein
oder mehrere Füllstoffe wie Carbon-Black, Titanoxid und Zinkoxid. Extenderöle können
in der Zusammensetzung zugegen sein, wobei beispielhafte Extenderöle ohne Einschränkung
flüssiges Paraffin, Rizinusöl, Kolzaöl, Mineralöl und dergleichen umfassen.
Andere Harze können in der Klebstoffzusammensetzung vorhanden sein,
wobei geeignete Harze ohne Einschränkung cycloaliphatische Kohlenwasserstoffharze,
C5-Kohlenwasserstoffharze, C5/C9-Kohlenwasserstoffharze,
C9-Kohlenwasserstoffharze, vollständig oder teilweise hydrierte Kohlenwasserstoffharze,
Terpenharze, modifizierte Terpenharze (Terpenphenol oder styrolisiertes Terpen),
Flüssigharze, andere Kolophoniumester und dergleichen umfassen.
Somit können Klebstoffzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung
zusätzlich zu dem Polymer und einem oder mehreren Kolophoniumestern der Erfindung
einen Zusatzstoff umfassen, der ausgewählt ist aus Wachs, Weichmacheröl, cycloaliphatischem
Kohlenwasserstoffharz, C5-Kohlenwasserstoffharz, C5-C9-Kohlenwasserstoffharz,
C9-Kohlenwasserstoffharz, Terpenharz, Terpenphenolharz, Terpenstyrolharz
und Ester aus Kolophonium und Polyolen, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die
Hydroxylgruppen davon durch weniger als vier Kohlenstoffatome voneinander getrennt
sind.
Die Klebstoffzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann aus dem
Kolophoniumester, dem Klebstoffpolymer und zusätzlichen Bestandteilen wie oben beschrieben
unter Verwendung von konventionellen Techniken und Einrichtungen hergestellt werden.
Beispielsweise können die Bestandteile der Klebstoffzusammensetzung in einem Mischer
wie einem Z-förmigen Knetarmmischer, einem Zweischneckenextruder oder dergleichen
vermischt werden. Die Klebstoffzusammensetzung kann über eine geeignete Technik
einschließlich Extrusion, Formpressen, Kalandrieren oder dergleichen in eine gewünschte
Form wie ein Streifen oder ein Blatt geformt werden.
Die Klebstoftzusammensetzung kann auf ein Substrat aufgebracht werden,
indem die Zusammensetzung geschmolzen wird und unter Verwendung von konventionellen
Schmelzklebstoffanwendungsausrüstungen vom Stand der Technik verwendet werden. Geeignete
Substrate umfassen Textilgewebe, Papier, Glas, Kunststoff und Metall. Normalerweise
werden etwa 5 bis 50 g/m2 der Klebstoffzusammensetzung auf ein Substrat
aufgetragen. Die Klebstoffzusammensetzung ist für einen Schmelzklebstoff für die
Anwendungen im breiten Umfang nützlich, bei denen Schmelzklebstoffe gegenwärtig
verwendet werden. Die vorliegende Erfindung gewährleistet, dass der Schmelzpunkt
des Kolophoniumester-Klebrigmachers so ausgewählt werden kann, dass er an die Endbenutzung,
für die die beabsichtigte Klebstoftzusammenfassung vorgesehen ist, angepasst ist.
Der Kolophoniumester der vorliegenden Erfindung zeigt keine große
Farbänderungen, wenn er Lagerungsbedingungen bei erhöhter Temperatur über einen
verlängerten Zeitraum ausgesetzt wird. Die so gebildeten Kolophoniumester werden
eine gute Farbstabilität bei erhöhter Temperatur aufweisen und die aus ihnen hergestellten
Schmelzklebstoffe werden eine gute Viskositätsstabilität aufweisen, mit geringer
oder keiner Hautbildung. Beim Erwärmen wird ein akzeptabler Kolophoniumester eine
minimale Farbzunahme zeigen. Ein Kolophoniumester gemäß dem erfinderischen Verfahren
wird kaum oder keine Hautbildung aufweisen, wenn er mit einem Klebstoffpolymer z.
B. mit PETROLITE BE SQUAREWZ 185 oder ELVAXWZ 250 vermischt
wird und bei 176°C für 96 Stunden hitzegealtert wird.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung stellt Kolophoniumester mit
einer hellen Farbe und einer guten Farbstabilität mit einen Minimum an Arbeit und
Kosten bereit. Die erfindungsgemäßen Kolophoniumester sind somit für die Verwendung
als Klebrigmacher und in anderen Anwendungen, bei denen hell gefärbte, farbstabile
Kolophoniumester benötigt oder erwünscht sind, gut geeignet. Die erfindungsgemäßen
Kolophoniumester sind insbesondere für Schmelzklebstoffklebrigmacher und druckempfindliche
Klebstoffklebrigmacher geeignet, da sie eine gute Farbstabilität bei erhöhter Temperatur
aufweisen mit geringer oder keiner Hautbildung und mit einer akzeptablen Änderung
bei der Klebstoftviskosität.
In einem allgemeinen Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Kolophoniumester wird Kolophonium in einem Reaktionsbehälter unter einer Inert-,
d. h. eine nichtoxidierende Atmosphäre, typischerweise Stickstoff gegeben und auf
eine Temperatur von etwa 160°C–195°C erwärmt. Da der Kolophoniumester
eine helle Farbe aufweist und die Farbe gegenüber einer Exposition an Sauerstoff
empfindlich ist, wird die Reaktion vorzugsweise unter einer Inertgasatmosphäre durchgeführt,
um solch eine Sauerstoffexposition zu minimieren. Eine geringe Menge eines Reaktionsbeschleunigers
und/oder ein anderer Zusatzstoff wie ein Stabilisierungsmittel, wie oben beschrieben,
werden dann zusammen mit dem Polyol zugegeben. Das Erwärmen wird normalerweise bei
einer Temperatur von etwa 240-280°C durchgeführt, zusammen mit dem Abfangen
von Wasser, welches bei der Veresterungsreaktion gebildet wird.
Der Verlauf der Reaktion kann verfolgt werden, indem in regelmäßigen
Abständen Proben entnommen werden und die Säurezahl der Proben gemessen wird. Techniken
zur Messung einer Säurezahl sind dem Fachmann bekannt und müssen hier nicht beschrieben
werden. Siehe z. B. ASTM D-465 (1982). Typischerweise kann eine Reaktionszeit von
12 Stunden bei 270–280°C einen Kolophoniumester mit einer Säurezahl von
etwa 10 bereitstellen.
Wenn die Säurezahl der Produktmischung etwa 50, vorzugsweise etwa
25 erreicht hat, kann der Reaktionsbehälter auf einen Druck von etwa 10–50
mbar bei einer bevorzugten Temperatur von 275°C oder leicht darüber evakuiert
werden. Gleichzeitig kann ein Inertgas, vorzugsweise Dampf oder Stickstoff in den
geschmolzenen Kolophoniumester eingeführt werden. Diese „Einström"-Bedingungen
werden solange aufrechterhalten, bis die Säurezahl der Produktmischung den gewünschten
Wert erreicht hat. Die Verwendung von Vakuum, Stickstoff oder Dampf und einer Temperatur
von etwa 275°C oder höher führt zum Entfernen der flüchtigen Kolophoniummaterialien
wie decarboxyliertes Kolophonium. Diese flüchtigen Materialien werden vorzugsweise
entfernt, damit der gewünschte Erweichungspunkt für das Harz erreicht werden kann
und auch, weil diese Materialien dazu neigen, den Geruch, die Farbe und die Farbstabilität
des Kolophoniumveresterungsproduktes nachteilig zu beeinflussen.
In einem alternativen bevorzugten Verfahren wird Kolophonium in einem
Reaktionsbehälter unter einer Inert-, d. h. nicht-oxidierenden Atmosphäre, typischerweise
Stickstoff, gegeben und auf eine Temperatur von etwa 140°C–170°C
erwärmt. Dann wird eine kleine Menge eines Phosphonatsalzes, wie oben definiert,
zugegeben und vorzugsweise wird Calciumbismonoethyl-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)phosphonat
zu dem geschmolzenen Kolophonium gegeben. Das bevorzugte Phosphonatsalz ist IRGANOXWZ
1425. Es werden etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 0,5 Gew.-% und vorzugsweise etwa 0,15 Gew.-%
bis etwa 0,25 Gew.-% des Phosphonatsalzes zu dem Kolophonium zugegeben.
Es kann entweder vorher, gleichzeitig oder gleich nach der Zugabe
des Phosphonatsalzes zu dem Kolophonium eine Phenolsulfidverbindung zu dem Kolophonium
zugegeben werden. Vorzugsweise wird sofort vor der Zugabe des Phosphonatsalzes die
Phenolsulfidverbindung zugegeben und die Phenolsulfidverbindung weist die oben angegebene
Formel auf. Eine bevorzugte Phenolsulfidverbindung ist Amylphenoldisulfidpolymer
(z. B. VULTACWZ 2, wie oben beschrieben) und wird zu der Reaktionsmischung
in einer Menge von etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 0,5 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht
von Kolophonium und Polyol) gegeben. Anschließend wird das geschmolzene Kolophonium
zu dem Polyol gegeben.
Phosphitester/Derivate können zu der Veresterungsreaktionsmischung
zugegeben werden, um die Farbe des Esters zu vermindern. Ein Beispiel eines geeigneten
Arylphosphits ist Tris(nonylphenyl)phosphit. Ein oder mehrere dieser Materialien
können entweder vor, gleichzeitig oder nach der Zugabe der Phenolsulfidverbindung
zu der Reaktionsmischung zugegeben werden.
Die Kombination von Phosphitester und von Phosphonatsalz kann unabhängig
davon verwendet werden, ob das Kolophonium oder der Polyol in einem äquivalenten
Überschuss vorliegen oder sogar auch, wenn die Äquivalente von Kolophonium den Äquivalenten
von Polyol entsprechen.
Die Zugabe von Phosphitester zu einem sich bildenden Kolophoniumester
findet vorzugsweise nach der Zugabe des Kolophoniums statt. Nach der Zugabe des
Phosphitesters wird die Veresterungsreaktion weitergeführt, bis die Säurezahl der
Produktmischung etwa 50 bis 25 erreicht hat. Dann wird, wie zuvor beschrieben, der
Reaktionsbehälter an ein Vakuum mit einem Druck von etwa 10–50 mbar angelegt,
während ein Inertgas, vorzugsweise Stickstoff oder Dampf in den geschmolzenen Kolophoniumester
eingeblasen wird. Diese "Einström"-Bedingungen werden aufrechterhalten, bis die
Säurezahl den gewünschten Wert erreicht hat, der für Kolophoniumester, welche als
Klebrigmacher verwendet werden, etwa 5 bis 15 beträgt.
Die Kolophoniumester der vorliegenden Erfindung finden eine kommerzielle
Verwendung als Klebrigmacher für Verpackungsklebstoffe, für Klebstoffe zum Bücherbinden,
Möbelklebstoffe, Textilklebstoffe, Holzklebstoffe, Einmalklebstoffe (kein Gewebe),
Klebstoffe für Fahrzeuge, Anwendungsklebstoffe, Klebstoffe für Schuhe, druckempfindliche
Klebstofe und Bauklebstoffe und in kosmetischen Formulierungen neben anderen Verwendungen.
Die Kolophoniumester der vorliegenden Erfindung, die aus Polyolen
mit einer Hydroxylfunktionalität hergestellt werden, die durch wenigstens vier Kohlenstoffatome,
vorzugsweise durch wenigstens sechs Kohlenstoffatome voneinander getrennt ist, weisen
im Vergleich zu den Kolophoniumestern, die aus Polyolen mit Hydroxylgruppen hergestellt
worden sind, die durch weniger als vier Kohlenstoffatome voneinander getrennt sind,
eine überraschend helle Farbe auf. Zusätzlich zu der hellen Farbe weisen sie auch
andere überraschende Vorteile auf. Beispielsweise haben sie einen überraschend geringen
Geruch. Sie können auch in Klebstoftzusammensetzungen eingearbeitet werden und da
sie typischerweise niedrige Erweichungspunkte aufweisen, können die Klebstoffzusammensetzungen
bei einer relativ geringen Temperatur hergestellt und verwendet werden. Solch geringe
Temperaturen sind normalerweise wünschenswert, da Klebstoffe bei einer niedrigeren
Temperatur weniger oxidieren und sich weniger zersetzen. Obwohl die Kolophoniumester
der vorliegenden Erfindung geringe Erweichungspunkte aufweisen können, können sie
dennoch in Klebstofftormulierungen verwendet werden, die auch bei einer erhöhten
Temperatur ausgezeichnete Klebstofteigenschaften aufweisen, was ein überraschendes
Ergebnis ist. Darüber hinaus stellen sie ein Material mit einem niedrigen Erweichungspunkt
dar, welcher in vielerlei Hinsicht ein verbessertes Verhalten gegenüber einer Mischung
aus Kolophoniumestern darstellt, welche eine bestimmte Zusammensetzung aufweisen,
um den gleichen niedrigen Erweichungspunkt zu ergeben.
Wenn sie aus linearen Diolen hergestellt werden, welche bevorzugte
Polyole darstellen, aus denen die Kolophoniumester der vorliegenden Erfindung hergestellt
werden, sind sie mittelblockspezifisch (in styrolischen Blockcopolymeren), während
die gleiche Polarität für die Adhäsion auf Substraten mit einer geringen Energieoberfläche
erhalten bleibt. Sie sind mit vielen verschiedenen Polymeren kompatibel, was man
von flüssigen C5-Kohlenwasserstoffharzen nicht behaupten kann. Sie zeigen ein ausgezeichnetes
Gleichgewicht zwischen der Adhäsion und der Kohäsion in Schmelz-PSA-Formulierungen.
Sie erfordern auch geringere Viskositäten bei Raumtemperatur als typische kommerziell
erhältliche Vergleichsharze wie WINGTACWZ 10, ein flüssiges aliphatisches
C5-Petroleum-Kohlenwasserstoffharz.
Wenn sie aus cycloaliphatischen Diolen (z. B. 1,4-Cyclohexandimethanol)
hergestellt werden, welches ein anderes bevorzugtes Polyol darstellt, aus dem die
Kolophoniumester der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, weisen die entstandenen
Kolophoniumester eine überraschend helle Farbe und einen überraschend geringen Geruch
auf. Diese Kolophoniumester zeigen auch bei styrolischen Blockcopolymeren eine Mittelblockspezifität,
was durch die geringe Migration der Klebrigmacher in einer Klebstofformulierung
zum Ausdruck kommt. Sie zeigen auch Adhäsionseigenschaften in druckempfindlichen
Klebstoffen (PSA), die zu anderen Kolophoniumestern vergleichbar sind, während der
geringe Geruch und die helle Farbe erhalten bleibt. Cycloaliphatische Kolophoniumester
zeigten eine gute Kompatibilität mit einem weiten Bereich an anderen Polymeren.
In Kombination mit EnBA-Polymeren (Etylen-n-Butylacrylatpolymere) ergeben sie Klebstoffe
mit einer höheren Wärmebeständigkeit als erwartet, was durch den rheologischen Übergangspunkt
des gebildeten Klebstoffs im Vergleich mit Harzen, die einen doppelt so hohen Erweichungspunkt
aufweisen, ersichtlich ist. Diese Harze weisen auch einen geringeren Tg (über rheologische
Messungen) auf als Harze vom Stand der Technik. Auf Grund dieser Differenz zwischen
Tg und Übergangspunkt ist die Formulierung für die Herstellung von Klebstoffen mit
einer geringen Auftragungstemperatur, mit einer guten Abbindezeit und einer hohen
Kohäsionsfestigkeit geeignet.
Die Erfindung wird nun detaillierter durch die folgenden Beispiele,
die die Erfindung nicht einschränken, beschrieben, die die vorteilhaften Eigenschaften
der vorliegenden Erfindung zeigen. Teile und Prozentsätze sind, wenn nicht anders
angegeben, in Gewicht angegeben.
Tallölharz (CAS # 8050-09-7) wurde in den Beispielen verwendet. Soweit
nicht anders angegeben, weisen die Reaktanten eine kommerzielle Standardqualität
auf, so, wie sie von den chemischen Zulieferern erworben werden (z. B. Aldrich Chemical,
Milwaukee, WI). VULTACWZ 2, welches ein Amylphenoldisulfidpolymer (CAS
# 68555-986) ist, wurde von Elf Atochem, Nordamerika, Inc., Philadelphia, Pennsylvania
(dieses Phenolsulfid kann als Lösung in anderen Lösemitteln erhalten und verwendet
werden und könnte in lösungsfreier Form verwendet werden) bezogen. IRGANOXWZ
1425-Katalysator (CAS # 65140-91-2), was Calciumbismonoethyl-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)phosphonat
darstellt, wurde von Ciba Specialty Chemicals (Tarrytown, NY) bezogen.
Geeignete Stabilisatoren, welche bis zu etwa 1 Gew.-%, bezogen auf
das Gewicht des Kolophoniumesters vorhanden sein können, umfassen einen oder mehrere
aus IRGANOXWZ 565 (GAS # 991-84-4), welches 4-(4,6-Bis(oktylthio)-s-triazin-2-yl)amino-2,6-di-tert-butyl-phenol
ist, IRGANOXWZ 1010 (CAS 6683-19-8), welches Tetrakis(methylen-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamat)methan
ist, oder IRGANOXWZ 1520 (CAS 110553-27-0), welches 2-Methyl-4,6-bis{(oktylthio)methyl}phenol
ist, und wurden von Ciba Specialty Chemicals (Tarrytown, NY) bezogen. ULTRANOXWZ
257, welches die Reaktionsprodukte von 4-Methylphenol mit Dicyclopentadien und Isobutylen
(CAS # 68610-51-5) darstellt und ULTRANOXWZ 236 (CAS 96-69-5), welches
4,4''-Thio-bis-(2-tertiär-butyl-5-methylphenol) ist, wurden von GE Specialty Chemicals,
Parkersburg, West Virginia bezogen. WESTONWZ 618-Stabilisator, was Distearylpentaerythritdiphosphit
(GAS # 3806-34-6) ist, wurde von GE Specialty Chemicals, Morgantown, West Virginia
bezogen.
In den folgenden Beispielen wurde im Hinblick auf die Reaktantenstöchiometrie
der Ausdruck "äquivalenter Überschuss" verwendet und es ist beabsichtigt, dass dies
eine Standardbedeutung ist, wie sie in dem Stand der Technik verwendet wird. Jedoch
wird zur zusätzlichen Klarheit angemerkt, dass sich die Äquivalente auf die Anzahl
der reaktiven Gruppen beziehen, die in einer molaren Einheit eines Moleküls vorhanden
sind. Somit hat ein Mol Monocarbonsäure (d. h. Kolophonium) ein Äquivalent Carbonsäure,
ein Mol Diol (z. B. 1,4-Cyclohexandimethanol) zwei Äquivalente Hydroxyl. Ein 10%-iger
äquivalenter Überschuß an Kolophonium bedeutet, dass 1,1 Mol Carbonsäuregruppen
aus Kolophonium in der Reaktionsmischung für je 1,0 Mol Hydroxylgruppen aus Polyol
vorhanden sind.
Der Ausdruck "AN" bezieht sich auf die Säurezahl und kann mit Techniken,
die dem Fachmann bekannt sind, gemessen werden. Siehe z. B. ASTM D-465 (1982). Der
Ausdruck "gsm" bezieht sich auf Gramm pro Quadratmeter. Erweichungspunkte wurden
mit einem Mettler FP80 Central Prozessor und mit einer Mettler FP83 HAT-Dropping
point cell (Tropfpunktzelle) mit einem Erweichungspunktring gemessen und sind unten
in Grad Celsius angegeben.
Für eine höhere Genauigkeit wurden Gardner-Farben und Werte mit einem
Spectronic 301 Spektralphotometer (Milton Roy, Rochester, Ny) im Absorbtionsmodus
(Abs) gemessen. Die Gardner-Werte sind eine digitale Version der Gardner-Farben.
Beispielsweise ist eine Gardner-Farbe von 3- mit einem Gardner-Wert von 2,50 bis
2,82 äquivalent; und eine Gardner-Farbe von 3 ist mit einem Gardner-Wert von 2,38
bis 3.17 äquivalent und eine Gardner-Farbe von 3+ ist mit einem Gardner-Wert von
3,17 bis 3,49 äquivalent. Das Spektronic 301 ist ein Einstrahl-Spektralphotometer
im sichtbaren Bereich, der über einen Mikroprozessor gesteuert wird. Der Wellenlängenbereich
liegt bei 325 bis 900 nm mit einer Genauigkeit von +/– 2 nm und einer Wellenlängenpräzision
von +/– 1 nm. Das Spektronic 301 hat einen photometrischen Bereich von –0,1
bis 2,5 Abs.-Einheiten. Das Spektronic 301 erfordert eine dreißigminütige Aufwärmphase,
um diese Bereiche akkurat einzuhalten und wird jährlich unter Verwendung von Miltron
Roy Spectronic Standards geeicht. Wellenlängen und photometrische Daten werden zu
einem externen Computer über einen eingebauten RS-232 C-Anschluß geschickt. Der
externe Computer interpretiert die Daten, die Absorbtion bei den Wellenlängen 200
nm bis 700 nm in Inkrementen von 10 nm auf Basis der Gardner-Farbstandards. Die
Daten werden unter Verwendung von ASTM Standard E308 übersetzt und es wird ein Ausdruck
von sowohl Gardner-Farben als auch -Werten bereitgestellt. Die Software ist von
Paul N. Gardner Company Inc. (Pompano Beach, FI) erhältlich.
Rheologische Messungen wurden auf einen TA-Instruments TA Rheolyst
1000-N (New Castle, DE) durchgeführt, das mit den folgenden Parametern
arbeitete, wenn es verwendet wurde, um rheologische Kurven zu erhalten, die zur
Auswertung von beispielsweise Übergangspunkten geeignet waren: Geometrie –
4 cm parallele Platte; Abstand – 1000 &mgr;m; Frequenz – 6,28 rad/s;
Temperaturbereich = –20°C bis 150 °C; Steigungsgeschwindigkeit –
3 Grad pro Minute von 150°C bis –20°C; Belastung – 10% konstant.
Es wurde in einen geeigneten Reaktionsbehälter ein 10%-iger Äquivalentüberschuss
von Tallölkolophonium gegeben (Säurezahl ca. 180,0) und unter Stickstoffschutzgas
nach der Vakuumevakuierung geschmolzen. Das Kolophonium wurde auf ca. 200°C
geschmolzen und es wurden 0,33% von 50% VULTACWZ 2 in Toluol, 0,18% IRGANOXWZ
1425 und 17,5% 1,4-Cyclohexandimethanol in den Behälter zugegeben. Die Reaktionstemperatur
wurde auf 275°C erhöht und diese Temperatur wurde etwa 8 Stunden gehalten, bis
eine Säurezahl von <25 erreicht wurde. Danach wurden die flüchtigen Bestandteile
aus der Produktmischung unter Vakuum mit einem Stickstoffstrom entfernt. Die Temperatur
wurde auf unter 200°C gesenkt. Dann wurde der Stabilisator zugegeben und für
fünfzehn Minuten gerührt. Das Endprodukt wurde analysiert und wies eine Säurezahl
von 13,7, einen Erweichungspunkt von 59,5 und einen Gardner-Wert von 1,50 auf.
Beispiel 21,8-Oktandiolkolophoniumester
Es wurde das Verfahren von Beispiel 1 identisch wiederholt mit der
Ausnahme, dass 17,69% 1,8-Oktandiol anstelle von 1,4-Cyclohexandimethanol verwendet
wurde. Das Produkt hatte eine Säurezahl von 17,8, war bei Raumtemperatur fließbar
und hatte einen Gardner-Wert von 1,78.
Beispiel 31,4-Butendiolkolophoniumester
Es wurde das Verfahren von Beispiel 1 identisch wiederholt mit der
Ausnahme, dass eine Gesamtmenge von 23,51% 1,4-Butandiol anstelle von 1,4-Cyclohexandimethanol
in drei separaten Zugaben verwendet wurde. Die erste Zugabe von 11,73% 1,4-Butandiol
erfolgte vor der zweiten Zugabe von 5,86% nach etwa vier Stunden und die dritte,
5,92% nach etwa 6 Stunden Reaktion. Das Reaktionsgemisch wies einen Äquivalentüberschuss
von 107,6% 1,4-Butandiol auf. Das Produkt hatte eine Säurezahl von 13,3, war bei
Raumtemperatur fließbar und hatte einen Gardner-Wert von 2,39.
Beispiel 41,6-Hexandiolkolophoniumester
Es wurde das Verfahren von Beispiel 1 identisch wiederholt mit der
Ausnahme, dass 14,62% 1,6-Hexandiol anstelle von 1,4-Cyclohexandimethanol verwendet
wurde. Das Produkt hatte eine Säurezahl von 22,5, war bei Raumtemperatur fließbar
und hatte einen Gardner-Wert von 1,69. Dieser Kolophoniumester kann beispielsweise
bei einer Verpackungsklebstofformulierung verwendet werden.
Beispiel 5Dimerdiolkolophoniumester
Es wurde das Verfahren von Beispiel 1 identisch wiederholt mit der
Ausnahme, dass insgesamt 47,88% Dimerdiol (PRIPLASTWZ 2033, Unichema
International, Chicago, IL) anstelle von 1,4-Cyclohexandimethanol verwendet wurde.
Das Reaktionsgemisch wies einen Äquivalentüberschuss von Dimerdiol von 5,6% auf.
Das Produkt hatte eine Säurezahl von 4,4, war bei Raumtemperatur fließbar und hatte
einen Gardner-Wert von 1,20.
Es wurde das Verfahren von Beispiel 1 identisch wiederholt mit der
Ausnahme, dass eine Gesamtmenge von 13,96% 1,3-Propandiol anstelle von 1,4-Cyclohexandimethanol
in zwei separaten Zugaben verwendet wurde. Die erste Zugabe von 11,18% 1,3-Propandiol
erfolgte vor der zweiten Zugabe von 2,78% nach etwa 4 Stunden Reaktion. Das Reaktionsgemisch
wies einen Äquivalentüberschuss von 31,8% 1,3-Propandiol auf. Das Produkt hatte
eine Säurezahl von 17,2, einen Erweichungspunkt von 41,8°C und einen Gardner-Wert
von 2,71.
Vergleichsbeispiel 2Glycerinkolophoniumester
Es wurde in einen geeigneten Reaktionsbehälter Tallölkolophonium gegeben
(Säurezahl ca. 180,0) und unter Stickstoffschutzgas nach der Vakuumevakuierung geschmolzen.
Das Kolophonium wurde auf ca. 200°C geschmolzen und 0,51% von 50% VULTACWZ
2 in Toluol, 0,18% IRGANOXWZ 1425, 0,37% von 50% WESTONWZ
399 in Toluol und 10,1% (15%-iger Überschuss) Glycerin wurden in den Behälter gegeben.
Die Reaktionstemperatur wurde schrittweise in einem Zeitraum von 8–9 Stunden
auf 270°C erhöht. Die Reaktion wurde bei 270°C weitergeführt, bis eine Säurezahl
von <15 erreicht wurde. Danach wurden die flüchtigen Bestandteile aus der Produktmischung
unter Vakuum mit einem Stickstoffstrom entfernt. Die Reaktionstemperatur wurde auf
unter 200°C gesenkt. Dann wurde der Stabilisator zugegeben und es wurde für
fünfzehn Minuten gerührt. Das Endprodukt wurde analysiert und wies eine Säurezahl
von 9,4, einen Erweichungspunkt von 82,4°C und einen Gardner-Wert von 3,32 auf.
Vergleichsbeispiel 3Pentaerythritkolophoniumester
Es wurde in einen geeigneten Reaktionsbehälter ein 10%-iger Überschuß
an Tallölkolophonium gegeben (Säurezahl ca. 180,0) und unter Stickstoffschutzgas
nach der Vakuumevakuierung geschmolzen. Das Kolophonium wurde auf ca. 200°C
geschmolzen und 0,33% von 50% VULTACWZ 2 in Toluol, 0,19% IRGANOXWZ
1425 und 9,03% Pentaerythrit wurden in den Behälter zugegeben. Die Reaktionstemperatur
wurde auf 280°C erhöht und bei dieser Temperatur für etwa 8 Stunden gehalten.
Die Reaktion wurde bei 280°C weitergeführt, bis eine Säurezahl von <25 erreicht
wurde. Danach wurden die flüchtigen Bestandteile aus der Produktmischung unter Vakuum
mit einem Stickstoffstrom entfernt. Die Reaktionstemperatur wurde auf unter 200°C
gesenkt. Dann wurde der Stabilisator zugegeben und es wurde für fünfzehn Minuten
gerührt. Das Endprodukt wurde analysiert und wies eine Säurezahl von 15,1, einen
Erweichungspunkt von 100,8°C und einen Gardner-Wert von 4,10 auf.
Beispiel 6Druckempfindliche Klebstoffzusammensetzungen aus Kolophoniumestern
von DiolenA. Klebstoffzubereitung
Alle Klebstoffe wurden unter Verwendung der folgenden Einrichtung
gerührt: Laborheizmantel mit Metallseiten, Blattrührer, elektrisch variabler Geschwindigkeitsmotor,
Behälter mit dem Volumen eines Pints (0,568 l) und elektronischer Temperaturkontrolle.
Die Klebstoffe wurden in 200 g Chargen zubereitet.
Die Klebstoffe wurden vermischt, indem zuerst das gesamte Öl (SHELLFLEXWZ
371 hydrobehandeltes schweres naphthenisches Destillat), Antioxidans (IRGANOXWZ
1010) und Kolophoniumester oder andere Harze (wie UNI-TACWZ XL-10 Harz
auf Kolophoniumbasis oder HERCOLYNWZ D hydrierter Methylester aus Wurzelharz)
zu einem Behälter mit dem Volumen eines Pints gegeben wurden. Der Behälter wurde
in den Heizmantel gegeben und unter einem Stickstoffstrom auf 177°C (350°F)
erwärmt. Sobald das feste Harz geschmolzen war, wurde die Harzmischung gerührt,
indem der Mischer eingeschaltet wurde. Sobald die Mischung vollständig homogen und
bei dem 177°C (350°F)-Einstellpunkt war, wurde der thermoplastische Kautschuk
(KRATONWZ 1107) langsam zugegeben. Der Kautschuk wurde ausreichend langsam
zugegeben, so dass die Temperatur nicht unter 149°C (300°F) fiel oder die
Kautschukpartikel nicht verklumpen. Wenn sich der Kautschuk vollständig aufgelöst
hatte und gründlich gemischt worden war, wurde der Klebstoff in eine silikonbeschichtete Pappschachtel
gegeben und abgekühlt. Die Gesamtmischzeit für die Klebstoffe betrug zwischen 1
bis 4 Stunden. Die Mischzeit ist von der Art des Kautschuks und von dem Verhältnis
von Kautschuk zu Harz in der Formulierung abhängig.
Die Formulierungen, die in TABELLE A angegeben sind, wurden wie oben
beschrieben hergestellt.
TABELLE A
KLEBSTOFFORMULIERUNGENB. Klebstoffbewertung
Die Klebstofformulierungen 1–8, die in TABELLE A angegeben sind,
wurden gemäß den folgenden Testverfahren bewertet, wobei die Ergebnisse in TABELLE
B angegeben sind. PSTC-1 wurde verwendet, um 180 Schälvorgänge zu messen, wobei
SS rostfreier Stahl darstellt. PE steht für Polyethylen, pli bedeutet Pfund/Zoll
und die Probenabmessungen waren 2,5 × 20,3 cm (1 × 8 inch).
In den TABELLEN, soweit angegeben, bedeutet "s" kohäsive Spaltbildung,
"ss" bedeutet geringfügige kohäsive Spaltbildung, "c" bedeutet adhäsiver Ausfall
ohne Klebstoffrückstand auf der Prüfplatte. Diese Bestimmungen geben die Art des
Ausfalls beim Prüfen von druckempfindlichen Klebstoffstreifen an. Im speziellen
bedeutet "c" rein und ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Klebstoffwirkung
an der Schnittstelle zwischen Klebstoff zu Prüfplatte ausfällt. Dies ist die wünschenswerteste
Form des Ausfalls. Sie gibt einen Hinweis auf die Klebstoffeigenschaft, um die Oberfläche
zu kontaktieren und es wird eine Bindung gebildet, ohne dass innerhalb der Klebstoffmasse
ein Bruch auftritt. Klebstoffe mit einem "reinen" Bruch weisen eine höhere Kohäsionsfestigkeit
auf (was auch durch entweder Theologische Messungen oder durch Scherfestigkeitsmessungen
angegeben werden kann). Grundlegend ist die Tatsache, dass, da der gesamte Klebstoff
auf der Streifenoberfläche verbleibt, die innere Festigkeit des Klebstoffs höher
ist als die Haftung.
Die Bezeichnung "ss" steht für leichte Spaltbildung. Dies ist auf
die Beobachtung zurückzuführen, dass der Klebstoff dazu neigt, entlang bestimmter
Abschnitte der Klebstoftmasse kohäsiv auszufallen. Eine leichte Spaltbildung bedeutet,
dass ein Bruch in der Klebstoffmasse auftreten kann, sich aber nicht von sich aus
weiter verbreitet. Diese Art des Ausfalles ist nicht wünschenswert, ist aber besser
als eine vollständige kohäsive Spaltbildung ("s", siehe unten). Ein "ss"-Ausfall
bedeutet, dass die Kohäsionsfestigkeit des Klebstoffs immer noch höher als dessen
Adhäsion ist. Ein Großteil des Klebstoffs verbleibt auf der Streifenoberfläche,
wobei keine Färbung auf der Prüfplatte zu beobachten ist.
Die Bezeichnung "s" steht für Spaltbildung. Dies bezieht sich auf
die Neigung des Klebstoffs, sich kohäsiv aufzuspalten. Genauer bedeutet "s", dass
ein Bruch in dem Klebstoff am Anfang der Klebstoffmasse auftritt und sich durch
die Klebstoffmasse ausbreitet. Diese Beobachtung bedeutet, dass die innere Festigkeit
des Klebstoffs schwächer ist als die Bindungsstärke zu der Prüfplatte. Solch ein
Ergebnis ist nicht erwünscht, da die Bindungsstärke nie zunehmen wird. Es wird auch
angezeigt, dass die statische Scherung des Klebstoffs gering sein wird. Ein kohäsiver
Spalt lässt gleiche Mengen an Klebstoff sowohl an der Streifenoberfläche als auch
an der Prüfplatte zurück.
"Scherung" bedeutet die statische Scherprüfung, die gemäß PSTC-7 durchgeführt
wurde, wobei min Minuten darstellen, RT die Raumtemperatur (ca. 25°C) und ET
eine erhöhte Temperatur (65,5°C) darstellt, wobei die Scherprüfung entweder
bei RT oder bei ET durchgeführt wurde und die Proben, die bei RT bewertet wurden,
waren 1,3 × 1,3 cm (0,5 × 0,5 inch) × 1000 Gramm, während die
Proben, die bei ET bewertet wurden, 2,5 × 10,2 cm (1 × 4 Inch) ×
500 Gramm waren. PSTC-5 wurde verwendet, um die Schleifenhaftstellen zu messen,
wobei pli Pfund/Zoll darstellt und die Proben 2,5 × 20,3 cm (1 × 8 Inch)
waren. Im allgemeinen sind höhere Werte für 180 Schälvorgänge, Schleifenhaftstellen
und Scherzeiten bevorzugt.
TABELLE B
VERHALTENSEIGENSCHATENTABELLE B (Fortsetzung)
VERHALTENSEIGENSCHATEN
Die Daten in TABELLE B zeigen, dass die Zusammensetzungen der vorliegenden
Erfindung, die die erfindungsgemäßen Kolophoniumester umfassen und insbesondere
die Formulierungen 3, 4, 5 und 6 zusätzlich zu der hellen Farbe im Vergleich zu
den Zusammensetzungen vom Stand der Technik exzellente und ausgezeichnete Verhaltenseigenschaften
aufweisen.
Beispiel 7Druckempfindliche Klebstoffzusammensetzung aus dem Kolophoniumester
von 1,4-CyclohexandimethanolA. Klebstoffherstellung
Klebstoffe wurden unter Verwendung des Verfahrens, das in Beispiel
6 angegeben ist, unter Verwendung der Bestandteile (und Mengen),
die in der TABELLE C angegeben sind, hergestellt. "1,4-CHDM" bedeutet ein Kolophoniumester,
der aus 1,4-Cyclohexandimethanol und Kolophonium hergestellt worden ist. Jede der
Formulierungen 9 und 10 wurden in 200 Gramm Chargen mit einer Gesamtmischzeit von
2,5 h hergestellt. Die Formulierung 9 enthält ein Gewichtsverhältnis von UNI-TACWZ
R85 und UNI-TACWZ XL-10, welches so ausgewählt wurde, dass sie den gleichen
Erweichungspunkt (60°C) wie der Kolophoniumester, der aus 1,4-CHDM hergestellt
wurde, aufweist und wurde verwendet, um Formulierung 10 herzustellen.
TABELLE C
KLEBSTOFFORMULIERUNGENB. Klebstoffbewertung
Das Verhalten der Klebstofformulierungen 9 und 10, das in TABELLE
C angegeben ist, wurde bewertet, wobei die Ergebnisse in TABELLE D angegeben sind.
In TABELLE D bedeutet "s" eine kohäsive Spaltbildung, "ss" bedeutet eine leichte
kohäsive Spaltbildung und "c" bedeutet einen Klebstoffausfall, wobei kein Klebstoff
auf der Prüfplatte verbleibt, wie es im Zusammenhang mit der TABELLE B angegeben
ist.
TABELLE D
VERHALTENSEIGENSCHAFTEN
Die Daten in TABELLE D zeigen, dass ein 1,4-CHDM-Ester der vorliegenden
Erfindung hervorragende Verhaltenseigenschaften im Vergleich zu einer Mischung von
zwei Kolophoniumestern aus dem Stand der Technik mit äquivalentem Erweichungspunkt
aufweist. Beispielsweise zeigen Klebstoffe, die mit den CHDM-Estern formuliert worden
sind, eine außergewöhnlich gute Scherfestigkeit, während die hohen Haftfestigkeiten
erhalten bleiben. Zusätzlich ist die Formulierung 10 gegenüber der Formulierung
9 überlegen, da erstere nur einen Klebstoffausfall zeigt, während die letztere einen
kohäsiven Ausfall zeigt.
Beispiel 8SchmelzverpackungsklebstoffzusammensetzungA. Klebstoffherstellung
Klebstoffe wurden gemäß dem Verfahren nach Beispiel 6 hergestellt,
unter Verwendung der Bestandteile (und Mengen), die in den TABELLEN E und F angegeben
sind. Die Mischzeiten waren für jeden der Klebstoffe in der Größenordnung von 45-70
Minuten. Für die Klebstoffe, die in der TABELLE E angegeben sind, war der Polymerbestandteil
Ethylen-n-Butylacrylatcopolymer (EnBA), während für die Klebstoffe, die in der TABELLE
F angegeben sind, der Polymerbestandteil Ethylenvinylacetat-copolymer (EVA) war.
In jeder der TABELLEN E und F bedeutet die Bezeichnung "CHDM-Ester" einen Kolophoniumester,
der aus 1,4-Cyclohexandimethanol und Kolophonium hergestellt wurde mit einem Erweichungspunkt
von 60°C. Des weiteren bezieht sich in den TABELLEN E und F die Bezeichnung
"MIXED WINGTACS" auf eine Mischung aus WINGTACWZ 95 und
WINGTACWZ 10 (30 Gew.-% WINGTACWZ 95 und 20 Gew.-% WINGTACWZ
10, Gesamt 50 Gew.-%), mit einem Erweichungspunkt, der an den Erweichungspunkt von
CHDM-Ester angepasst ist, d. h. ein Erweichungspunkt von 60°C.
TABELLE E.
KLEBSTOFFORMULIERUNGEN MIT ETHYLEN-n-BUTYLACRYLATTABELLE F
KLEBSTOFFORMULIERUNGEN MIT ETHYLEN-VINYLACETATB. Klebstoffkompatibilität
Die Kompatibilität des CHDM-Esters und des Vergleichharzes mit sowohl
EnBA und EVA wurden bestimmt, wobei die Ergebnisse in TABELLE G angegeben sind,
in der "C" eine gute Kompatibilität bedeutet, "SIC" eine gewisse Inkompatibilität
bedeutet und "IC" eine Inkompatibilität bedeutet. Diese Kompatibilitäten wurden
durch visuelle Beurteilung der Mischung bestimmt, wobei ein höherer Grad an Trübung
einen höheren Grad an Inkompatibilität bedeutet.
TABELLE G
HARZ/POLYMERKOMPATIBILITÄTC. Klebstoffbewertung
Bestimmte Verhaltenseigenschaften der Klebstoffformulierungen 11–15
und 17 sind in TABELLE E bewertet, wobei die Ergebnisse in TABELLE H angegeben sind:
In TABELLE N wurden Tg-Messungen auf einem TA-Rheolyst 1000-N (TA-Instruments, New
Castle, DE) durchgeführt, die Trübung wurde durch visuelle Beurteilung gemessen,
wobei die Nummern 1–6 höchste Trübung (6) bis zu geringste Trübung (1) bedeuten
und sich der "Übergangspunkt" auf den Übergangspunkt von G''- und G'-Kurven gemäß
einer rheologischen Messung bezieht.
Insbesondere besteht eine rheologische Kurve, wie von dem TA-Rheolyst
1000-N oder von einem äquivalenten Rheometer erhalten, aus drei Teilen. Die erste
Kurve ist die G'-Kurve, die den elastischen Bestandteil eines Klebstoffes anzeigt.
Die zweite Kurve ist die G''-Kurve, die die viskosen Bestandteile des Klebstoffs
misst. Die dritte Kurve ist die Tan-Delta-Kurve, die das Verhältnis der G''- und
G'-Kurven angibt, nämlich G''/G'. Der "Übergangspunkt" auf einer rheologischen Kurve
ist der Schnittpunkt der G''- und G'-Kurven im Fließbereich des Graphen. Insbesondere
wird der Übergangspunkt als der Punkt auf den G''- und G'-Kurven bezeichnet, bei
dem die Tan Delta-Kurve im Fließbereich des Graphen gleich 1 ist. Der "Fließbereich"
ist die Fläche der Kurve, die nach dem gummiartigen Plateau-Bereich auftritt. Der
Fließbereich wird so bezeichnet, weil er die Eigenschaften des Klebstoffs bei Temperaturen
wiedergibt, bei denen der Klebstoff weich wird und anfängt zu schmelzen. Im speziellen
kann der Übergangspunkt als der Erweichungspunkt des Klebstoffs angesehen werden
und/oder als SAFT-Wert (Ausfalltemperatur des Klebstoffs infolge Scherung). Der
Übergangspunkt ist die Temperatur, oberhalb der der Klebstoff keine oder nur eine
geringe kohäsive Festigkeit aufweist.
Der Tg eines Klebstoffes (oder einer anderen Probe) wird als der Punkt
definiert, bei dem sich ein Klebstoff von einem starren glasartigen Zustand in einen
amorphen gummiartigen Zustand ändert. Dieser Punkt wir instrumententechnisch unter
Verwendung eines Rheometers bestimmt, um den Peak der Tan-Delta-Kurve in der Region
vor seinem Minimum zu identifizieren. Das Minimum der Tan-Delta-Kurve wird in der
gummiartigen Region des Graphs gefunden. Bei Temperaturen unterhalb des Tg's wird
der Klebstoff nicht länger irgendwelche Klebstoffeigenschaften aufweisen.
Der Unterschied zwischen dem Übergangspunkt und dem Tg gibt einen
Hinweis auf die "Abbindezeit des Klebstoffs". Es wird der Unterschied zwischen der
niedrigstmöglichen Anwendungstemperatur und der Temperatur, unterhalb der ein Klebstoff
nicht länger an einer Oberfläche haftet, gezeigt. Je größer die Unterschiede zwischen
der Übergangstemperatur und der Tg, umso länger muss der Endverbraucher den Klebstoff
auftragen und die Substrate zusammenkleben. Wenn die Zeit lang ist, ist der Endverbraucher
in der Lage, den Klebstoff bei niedrigen Temperaturen aufzutragen, ohne "Abbindezeiten"
zu opfern.
Der Kolophonium-CHDM-Ester der Erfindung zusammen mit EnBA-Polymeren
weist einen der größten Unterschiede zwischen dem Übergangspunkt und dem Tg von
irgendwelchen getesteten Kombinationen auf. Solch ein großer Unterschied gibt einen
Hinweis darauf, dass der CHDM-Ester eine Formulierungsvielfältigkeit bei der Fähigkeit
bietet, einen Klebstoff mit geringen Anwendungstemperaturen zu bilden, ohne die
Haftfestigkeit zu opfern.
TABELLE H
Die Daten in TABELLE N zeigen, dass eine Klebstoffzusammensetzung
der vorliegenden Erfindung (und insbesondere die Formulierung Nr. 14, die einen
Kolophoniumester der vorliegenden Erfindung umfasst) eine exzellente Kompatibilität
mit dem EnBA-Polymer (angegeben durch einen Trübungsgrad von 2) zeigt und auch eine
hohe Differenz zwischen Übergangspunkt und Tg zeigt, wobei diese hohe Differenz
den niedrigen Tg der Formulierung (was anzeigt, dass für die Formulierung eine geringe
Anwendungstemperatur verwendet werden kann), jedoch den hohen Übergangspunkt (was
anzeigt, dass die Zusammensetzung eine gute Wärmefestigkeit aufweist) wiedergibt.
Die Abbindezeitbereiche der ausgewählten Klebstofformulierungen 11–24,
die in den TABELLEN E und F angegeben sind, wurden bewertet, wobei die Ergebnisse
in TABELLE I angegeben sind. Die Bewertungen wurden folgendermaßen durchgeführt:
es wurden etwa 27 g eines Klebstoffs auf EnBA-Basis in einem Behälter mit dem Volumen
eines Pints gegeben und zum Schmelzen in einen 150°C-Ofen gegeben. Die Filmauftrageinrichtung
wurde auch zum Erwärmen in den Ofen gegeben. Ein Stück Pappe (tablet back) mit den
Abmessungen 10,2 × 30,5 cm (4 × 12 Inch) wurde zum Erwärmen und zum
Entfernen von Feuchtigkeit auf den Ofen gelegt. Die Pappe wurde dann auf ein teflonbeschichtetes
Stück aus Sperrholz mit einer großen Bindeklammer befestigt. Es wurde die Auftrageinrichtung
aus dem Ofen entfernt und auf die Pappe gegeben, was einen 5 mil-Film ergab. Der
geschmolzene Klebstoff wurde dann aus dem Ofen entfernt und eine kleine Perle wurde
innerhalb der Breite der Auftrageinrichtung verteilt. Die Auftrageinrichtung wurde
anschließend mit dem geschmolzenen Harz mit einer relativ gleichmäßigen Bewegung
über die Länge der Pappe bewegt, um den Auftrag zu vervollständigen. Zu dieser Zeit
wurde die Uhr angeschaltet und bei 2 Sekunden-Intervallen ein 1,3 × 5,1 cm-Streifen
(0,5 × 2 Inch) Kraftpapier auf den Film gegeben und mit dem Finger mit der
Faserseite nach unten angedrückt. Dies wurde so lange wiederholt, bis sich der Klebstoff
abgesetzt hatte. Nach etwa 1 h wurde jeder Streifen abgeschält. Es wurden gemäß
ASTM D 4497-89 an dem Streifen die Abbindezeiten in Sekunden bestimmt , bei dem
50% der Fasern auf dem Film verblieben. Die Ergebnisse dieser Bewertungen sind in
TABELLE I angegeben.
TABELLE I
Die Daten in der TABELLE I zeigen, dass eine Klebstoftzusammensetzung
der vorliegenden Erfindung, die einen Kolophoniumester der vorliegenden Erfindung
(und insbesondere einen CHDM- Kolophoniumester) umfasst, eine gute Abbindezeit,
die mit den Abbindezeiten der Klebstoffe aus Klebrigmachern vom Stand der Technik
vergleichbar und in vielen Bereichen besser ist, aufweist.
Die Daten für das Überlappungsscherverhalten für die ausgewählten
Klebstoffverbindungen 11–24, die in den TABELLEN E und F angegeben sind, wurden
gemäß dem folgenden Verfahren gemäß ASTM D3163-73 bewertet: auf einer 2,5 ×
10, 2 cm (1 × 4 Inch) ABS-Probe (rauhe Seite nach oben) wurde eine Linie im
Abstand von 2,5 cm (1 Inch) von einem der Enden gezogen. Es wurde in einer Metallschale
eine kleine Menge an Klebstoff geschmolzen. Das ABS-Stück wurde auf eine Waage gegeben
und gewogen, dann wurden 0,4 g des geschmolzenen Klebstoffs auf die 2,5 cm-(1 Inch)-Fläche
gegeben. Es wurde sofort ein zweites Stück ABS mit den Abmessungen
2,5 × 10,2 cm (1 × 4 Inch) unter leichtem Druck (auf die 2,5 cm (1 Inch)-Markierung)
aufgelegt. Die Proben wurden über Nacht equilibriert. Die Proben wurden dann auf
dem Instron-Gerät, Verfahren 50 mit n = 3 geprüft. Das Verfahren misst die erforderliche
Kraft (kg/m2), die zur Trennung des mit EnBA gebildeten Klebstoffs erforderlich
ist. Die Ergebnisse sind in TABELLE J (für Klebstoffe auf EnBA-Basisi) und in TABELLE
K (für Klebstoffe auf EVA-Basis) angegeben, wobei die maximalen Belastungswerte
den Durchschnitt von 2–4 Messungen darstellen.
TABELLE JTABELLE K
Die Daten in den TABELLEN J und K zeigen, dass die Klebstoffzusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung, die einen Kolophoniumester der vorliegenden Erfindung
umfassen, geringe Erweichungspunkte aufweisen, was die Formulierung eines Klebstoffs
erleichtert, dennoch bemerkenswert hohe Haftfestigkeiten (für solche Klebrigmacher
mit niedrigem Erweichungspunkt) ergeben, die mit Klebrigmachern mit viel höheren
Erweichungspunkten vergleichbar und in einigen Fällen besser sind.
Aus den vorstehenden Ausführungen wird deutlich, dass obwohl zum Zwecke
der Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden
sind, verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken
und Rahmen der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend wird die Erfindung nur durch
die beigefügten Ansprüche eingeschränkt.
Anspruch[de]
Hell gefärbtes Veresterungsprodukt, hergestellt aus Kolophonium und
einer aromatischen oder aliphatischen Kohlenwasserstoffeinheit, die wenigstens zwei
Hydroxylgruppen enthält, mit der Maßgabe, dass die Hydroxylgruppen in besagter Einheit
durch wenigstens vier Kohlenstoffatome getrennt sind.
Produkt nach Anspruch 1, das eine Disproportionierungsreaktion durchlaufen
hat.
Produkt nach Anspruch 1, das keine Dehydrierungsreaktion durchlaufen
hat.
Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolophonium
eine Farbe mit einem Gardner-Wert von wenigstens 3 hat.
Produkt nach Anspruch 1, das eine Farbe mit einem Gardner-Wert von
weniger als 2,5 hat.
Produkt nach Anspruch 5, das eine Farbe mit einem Gardner-Wert von
zwischen 0,5 und weniger als 2,5 hat.
Produkt nach Anspruch 1, mit der Formel
worin R eine aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffeinheit mit von 4 bis
36 Kohlenstoffatomen ist und Kolophonium eine Harzsäureeinheit ist.
Produkt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass R eine aliphatische
Kohlenwasserstoffeinheit mit von 4 bis 10 Kohlenstoffatomen ist.
Produkt nach Anspruch 8, hergestellt aus 1,4-Cyclohexandimethanol und
mit der Formel
worin Kolophonium eine Harzsäureeinheit darstellt.
Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Kohlenwasserstoffeinheit
weniger als 40 Kohlenstoffatome enthält.
Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das besage Kohlenwasserstoffeinheit,
die wenigstens zwei Hydroxylgruppen enthält, 1,4-Butandiol ist.
Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Kohlenwasserstoffeinheit,
die wenigstens zwei Hydroxylgruppen enthält, 1,6-Hexandiol ist.
Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Kohlenwasserstoffeinheit,
die wenigstens zwei Hydroxylgruppen enthält, dimeres Diol ist.
Produkt nach Anspruch 1, gebildet durch Veresterung von Kolophonium
mit besagter Kohlenwasserstoffeinheit, die wenigstens zwei Hydroxylgruppen enthält,
durch Erhitzen in Gegenwart von Phosphinsäure.
Produkt nach Anspruch 1, gebildet durch Veresterung von Kolophonium
mit besagter Kohlenwasserstoffeinheit, die wenigstens zwei Hydroxylgruppen enthält,
durch Erhitzen in Gegenwart eines Phosphonatsalzes.
Produkt nach Anspruch 1, gebildet durch Veresterung von Kolophonium
mit besagter Kohlenwasserstoffeinheit, die wenigstens zwei Hydroxylgruppen enthält,
durch Erhitzen in Gegenwart einer Phenolsulfid-Verbindung.
Klebstoffzusammensetzung, die ein Polymer und, als einen Modifikator
dafür, das Kolophonium-Veresterungsprodukt nach Anspruch 1 umfaßt.
Klebstoffzusammensetzung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
dass besagtes Klebstoffpolymer ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymer,
Ethylen-n-Butylacrylat-Copolymer, Ethylen-Methylacrylat-Copolymer, Polyester, Neopren,
Urethan, Poly(acrylat), Ethylen-Acrylsäure-Copolymer, Polyetheretherketon, Polyamid,
Styrol-Blockcopolymeren, hydrierten Styrol-Blockcopolymeren, statistischen Styrol-Copolymeren,
ataktischem Polypropylen, Polyethylen, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Butyl-Kautschuk,
Polyester-Copolymeren, natürlichem Kautschuk, Polyester, Isopren und EPDM besteht.
Klebstoffzusammensetzung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
dass sie weiter einen Zusatzstoff umfaßt, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die
aus Wachs, Weichmacheröl, cycloaliphatischem Kohlenwasserstoffharz, C5-Kohlenwasserstoffharz,
C5- bis C9-Kohlenwasserstoffharz, C9-Kohlenwasserstoffharz,
Terpenharz, Terpenphenolharz, Terpenstyrolharz und Estern von Kolophonium und Polyolen
besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydroxylgruppen derselben durch weniger
als 4 Kohlenstoffatome getrennt sind.