ホットメルト接着剤
ベースポリマー成分、粘着付与剤成分およびワックス成分を含み、このワックス成分が大豆ワックスを含む、ホットメルト包装接着剤が開示されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大豆ワックスのような植物由来のワックスを含むホットメルト接着剤に関する。より具体的には、本発明は、固化速度が速いという特性および耐熱性を有し、それ故に特に包装用途に適切なホットメルト接着剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホットメルト接着剤は、溶融時に基体に塗布され、次いで第２の基体と接触させる。接着剤を冷却および硬化して基体間の接合を形成する。 ホットメルトは、製品組立および包装のような工業的な接着剤用途で広範に使用される。後者は、ケースおよびカートンのシーリングが含まれる。
【０００３】
ケースおよびカートンのシーリングのような包装用途のためのホットメルトは、典型的には、ポリマー、希釈剤または粘着付与剤、およびワックスから構成される。ワックスはいくつかの機能を果たす。このワックスの分子量は低いので、粘度を低下させる。粘度が低いということは、塗布温度を下げ、衛生的な方法を提供し、かつ基体が良好に浸潤することにも役立っている。さらに、ワックスは迅速に結晶化し、材料を迅速に硬化または固化するのに役立つ。速い固化速度は製造の速度を高めるに重要である。最後に、このワックスは融点が高いので、最終接合に対して耐熱性を提供する。
【０００４】
最近使用される包装用接着剤は、パラフィンおよび微結晶ワックスのような石油由来のワックスを含む。パラフィンワックスの分子量は低いので、塗布温度が低い接着剤を配合する場合には、第１に選択される。
【０００５】
最近、パラフィンワックスの供給には限界があるので、天然ワックスを利用することが注目されている。天然ワックスのうち、最も安価な材料は、高度に水素化されたトリグリセリドをベースとしている（Ｂｏｒｓｉｎｇｅｒら、米国特許第６，８９０，９８２号（Ｂ２）公報）。高いレベルでの水素化（低いヨウ素価）は、融点をパラフィンの融点近くまで上げるために必要である。残念ながら、これらの材料でもって十分に高い融点および適切な固化速度を有する接着剤を実現することは困難である。
【０００６】
パラフィンワックスの置換えの要望、および固化速度または耐熱性を犠牲にすることがないホットメルト接着剤配合物の要望が存続している。本発明はこの要望を満たすものである。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、植物由来のワックスを含むホットメルト接着剤を提供し、この接着剤の固化速度は５秒以下、および耐熱性は１３０°F（５４℃）以上である。特に好ましい態様では、接着剤は少なくとも１種のエチレンコポリマー、大豆ワックスと合成またはパラフィンワックスの混合物、および粘着付与剤を含むことができる。接着剤は、塗布温度が低くなるように都合よく配合することができる。本発明の接着剤は特に、包装用途、特にケースおよびカートンのシーリング用途に有用である。
【０００８】
１つの態様は、ビニルアセテートを１８−３３重量％有し、メルトインデックスが３−８００ｄｇ／分であるエチレンビニルアセテートおよび／またはｎ−ブチルアクリレートを２８−３５％有し、メルトインデックスが６０−９００ｄｇ／分であるエチレンｎ−ブチルアクリレートを２５−４０重量％、
融点が１３０°Ｆ（５４℃）から１９０°Ｆ（８８℃）である大豆ワックスを１０−２５重量％、
融点が１４０°Ｆ（６０℃）から２５０°Ｆ（１２１℃）である合成ワックスを１０−２５重量％、および
（ｉ）少なくとも２５％の芳香族炭素を有し、軟化点が９０℃から１５０℃であるＣ５変性Ｃ９、（ｉｉ）軟化点が１２０℃から１５０℃であるテルペンフェノール樹脂ロジン、（ｉｉｉ）軟化点が１００℃から１４０℃であるロジンエステルおよび（ｉｖ）これらの混合物からなる群より選択される粘着付与剤を２０−４０重量％含む、ホットメルト接着剤を志向している。
【０００９】
他の態様では、接着剤は、ビニルアセテートを１８−３３重量％有し、メルトインデックスが４００−３０００ｄｇ／分であるエチレンビニルアセテートおよび／またはｎ−ブチルアクリレートを２８−３５％有し、メルトインデックスが３００−１０００ｄｇ／分であるエチレンｎ−ブチルアクリレートを２５−４０重量％、
融点が１３０°Ｆ（５４℃）から１９０°Ｆ（８８℃）である大豆ワックスを１０−２５重量％、
融点が１４０°Ｆ（６０℃）から２００°Ｆ（９３℃）である合成ワックスおよび／またはパラフィンワックスを１０−２５重量％、および
（ｉ）軟化点が１１０℃から１５０℃であるロジンまたはロジンエステル、（ｉｉ）軟化点が１２５℃から１５０℃であるテルペンフェノール樹脂ロジン、（ｉｉｉ）軟化点が１２５℃から１５０℃であるロジンフェノール樹脂ロジンおよび（ｉｖ）これらの混合物からなる群より選択される粘着付与剤を２０−４０重量％含む、ホットメルト接着剤を志向している。
【００１０】
さらに本発明の他の態様は、本発明のホットメルト接着剤を使用して製造された物品を提供する。本発明のまだ他の態様は、シーリングおよび／またはケース、カートン、トレー、ボックスまたはバッグまたは他の包装物品を作製または形成する方法を志向している。これらの方法は、固化速度が５秒以下で耐熱性が１３０°Ｆ（５４℃）以上である、大豆ワックス含有のホットメルト接着剤を使用することを含む。また、本発明の大豆ワックス含有接着剤を使用して製造した物品が提供される。物品として包含されるものは、製品を包装するために使用できるカートン、ケース、トレー、バッグなどである。このような物品は、典型的には、前記ホットメルト接着剤によって接着される厚紙または板紙を含む。本発明は、カートン、ケース、トレーまたはバッグの中に入れられた包装された物品、特に包装された食品も提供し、ここでカートン、ケース、トレーまたはバッグは大豆ワックスを含有する接着剤を含んでいる。
【００１１】
また、本発明は、基体をこの基体と類似または異なった基体に接合する方法であって、少なくとも１種の基体に大豆ワックス含有する溶融ホットメルト接着剤を塗布し、その後、前記基体を共に接合することを含む、方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、市販の２５０°Ｆ（１２１℃）で塗布するパラフィン／合成ワックスをベースとするホットメルト接着剤および大豆ワックスベースのホットメルト接着剤に対する、接合力と圧縮時間との関係を示す。
【図２Ａ−Ｄ】図２Ａ−Ｄは、パラフィン／合成ワックスの異なった温度での偏光光学顕微鏡写真である。これらの写真は、合成／パラフィンワックスが非常に速く結晶化し、冷却によって大きな結晶を形成することを示している。
【図３Ａ−Ｄ】図３Ａ−Ｄは、大豆ワックスの異なった温度での偏光光学顕微鏡写真である。これらの写真は、大豆ワックスが非常にゆっくり結晶化し、冷却によって小さな結晶を形成することを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（発明の詳細な説明）
本明細書に記載されたすべての参考文献は、その全部を参照して本明細書に組み込まれる。
【００１４】
本明細書において植物由来のワックスとは、例えば、大豆、綿の実、トウモロコシ、ヒマワリ、キャノーラおよびパームのような植物資源からの再生可能な天然資源として定義される。より具体的には、脂肪酸成分に炭素数の範囲があるトリグリセリドからなる水素化油であり、ステアリン酸（Ｃ１８）が最も優位な脂肪酸成分である。用語「大豆ワックス」は、本明細書における使用では大豆由来のワックスを意味する。
【００１５】
ホットメルト接着剤は、包装産業においてダンボール箱、トレー、およびカートンをシールするために広範に使用されている。固化速度および耐熱性は、包装用途のためにホットメルト接着剤の２つの重要な特性である。
【００１６】
固化速度は、ホットメルト接着剤が接合を形成するのに十分な強度を持つまで固化するために必要な時間として定義される。速い固化速度は接着剤にとって重要であり、それによって接着包装ラインにおいて圧縮部門を終了した直後に、シールされたボックスおよびトレーがパッと開くことはない。最近の高速の包装ラインでは、５秒以下の固化速度が必要である。
【００１７】
耐熱性（または熱応力）は、接着剤の破壊が始まる温度を測定する。ホットメルト接着剤は一般的に、シールされたケース、カートンまたはトレーが夏季に輸送中または倉庫に保存中に暑さから破壊されないような５４℃（〜１３０°Ｆ）以上の耐熱性を必要とする。
【００１８】
最近入手できるホットメルト接着剤は、ポリマー、粘着付与剤およびワックスから構成される。これらの成分の内、ワックスは非常に重要である。この理由は、ワックスが接着剤の粘度を低減し、そしてもっと重要なことに、結晶化メカニズムを介して接着剤の固化速度を制御するのに役立つからである。もっとも一般的に使用されるワックスは、パラフィンワックス、微結晶ワックス、フィッシャー・トロプシュ（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ）合成ワックス、およびポリエチレンワックスであり、これらはすべて直鎖および分岐鎖炭化水素のブレンドである。例えば、パラフィンワックスは、下記：
直鎖パラフィン
【００１９】
【化１】
分岐鎖パラフィン
【００２０】
【化２】
シクロ−パラフィン
【００２１】
【化３】
の直鎖、分岐鎖および環式炭化水素の混合物である。
【００２２】
本発明の接着剤は、接着剤ベースポリマー成分、粘着付与剤成分およびワックス成分を含む。ホットメルト接着剤を配合するために最近使用されるワックスとは対照的に、本発明の接着剤は植物由来のワックスを使用して配合される。植物由来のワックスの例としては、大豆、トウモロコシ、綿の実、菜種、キャノーラ、ヒマワリ、パーム、ココナッツ、ハマナ、アマニおよびピーナツワックス由来のワックスが挙げられる。１つの態様では、大豆由来のワックスを使用する。大豆ワックスは完全に水素化された大豆油から誘導され、実質的にトリグリセリドであって、これは以下：
【００２３】
【化４】
のように例示することができる。
【００２４】
最近、再生可能で容易に入手できるという特質が故に、大豆ワックスのような植物由来のワックスからホットメルト接着剤を配合することに大いなる関心がある。米国特許第６，８９０，９８２号（Ｂ２）公報は、酸価が約３から約１０の大豆ワックス、エチレンビニルアセテートおよびロジンエステル粘着付与剤を使用して、ホットメルト接着剤が製造でき、包装用途のために十分な固化時間と耐熱性が得られることを開示している。
【００２５】
ホットメルト包装用接着剤として使用するのに適していて、一般的に塗布される［３００°Ｆ（１４９℃）を超える温度での塗布］ホットメルト接着剤および低い温度で塗布される［２００から３００°Ｆ（９３から１４９℃）での塗布］ホットメルト接着剤が共に、大豆ワックスを使用して配合できることをこの度見出した。塗布温度が低いホットメルト接着剤を使用する利点としては、ホットメルト接着剤タンク内で必要とされる発熱体の数および／または容量の低下、揮発物の排出の低減、熱傷の危険性の低下、および塗布装置の損傷の低減が挙げられる。最近、数種の塗布温度が低いホットメルト接着剤、例えば、ＮＳＣ３４−２１２５（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）、ＮＳＣ３４−２５０Ａ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃａｍｐａｎｙ）、 ＮＳＣ３４−６５０Ａ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）、ＨＬ７０００（Ｈ．Ｂ．Ｆｕｌｌｅｒ）、およびＨＬ７００２（Ｈ．Ｂ．Ｆｕｌｌｅｒ）が商業的に入手できるが、これらの塗布温度が低いホットメルト接着剤はいずれも大豆ワックスをベースとしていない。
【００２６】
良好な熱応力および固化速度を共に有し、大豆ワックスをベースとするホットメルト接着剤が、大豆ワックスと合成／パラフィンワックスとの十分な相互作用を確実にするために注意深く粘着付与剤を選択することにより、配合できることを見出した。その上、使用するために選択される粘着付与剤が、さらに接着剤を使用する塗布温度を基準に選択されなければならない、ということを見出した。
【００２７】
本発明のホットメルト接着剤を配合するために使用するポリマーは、エチレンおよびプロピレンのホモ−またはコ−ポリマーならびにこれらの混合物である。エチレンコポリマーが使用するのに好ましい。例としては、ビニルアセテート、ｎ−ブチルアクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ブテン、オクテン、アクリル酸、およびメタクリル酸とのエチレンコポリマーが挙げられる。また、アタクチックプロピレンならびにエチレン、ブテン、ヘキセン、およびオクテンとのプロピレンコポリマーのような無定形のポリ−α−オレフィンも有用である。
【００２８】
本発明の接着剤は、少なくとも１種のエチレンポリマーを含むのが好ましいと考えられ、２種以上のポリマーのブレンドを含んでいてもよい。本明細書で用いる場合、用語「エチレンポリマー」は、エチレンのホモポリマー、コポリマーおよびターポリマーを意味する。エチレンと、例えば、ビニルアセテートまたは他のモノカルボン酸のビニルエステル、もしくはアクリル酸またはメタクリル酸またはこれらのメタノール、エタノールまたは他のアルコールのエステルのような１種以上の極性モノマーとのコポリマーが好ましい。エチレンのコポリマーとしては、エチレンビニルアセテート、エチレンメチルアクリレート、エチレンｎ−ブチルアクリレート、エチレンアクリル酸、エチレンメタクリレート、エチレン２−エチルヘキシルアクリレート、エチレンオクタン、エチレンブテンおよびこれらの混合物およびブレンドが挙げられる。エチレンｎ−ブチルアクリレートおよびエチレンビニルアセテート、さらにはこれらの混合物が特に好ましい。本発明の接着剤組成物は粘着力を高められる。粘着付与剤成分の存在量は、約１０重量％から約６０重量％が普通であり、約２０重量％から約５０重量％がより好ましく、約２０重量％から約４０重量％がさらにより好ましいと考えられる。これらは天然および合成樹脂を含む。天然樹脂としては、ロジン、ロジンエステル、およびポリテルペンが挙げられる。合成樹脂としては、Ｃ５環式および非環式樹脂、芳香族樹脂、Ｃ９樹脂、α−メチルスチレンをベースとするような純粋のモノマー樹脂、および上記モノマー相互のコポリマー樹脂および／またはフェノールとのコポリマー樹脂が挙げられる。
【００２９】
本発明の配合物は、植物由来のワックスに加えて、石油をベースとするワックスまたは合成ワックスも含む。本発明で使用するのに適したワックスとしては、パラフィンワックス、微結晶ワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、副生物ポリエチレンワックス、フィッシャー・トロプシュワックス、酸化フィッシャー・トロプシュワックスならびにヒドロキシステアラミドワックスおよび脂肪アミドワックスのような官能基化ワックスが挙げられる。用語「合成高融点ワックス」を使用することは、当該技術分野では一般的であり、高密度低分子量ポリエチレンワックス、副生物ポリエチレンワックスおよびフィッシャー・トロプシュワックスが挙げられる。また、ビニルアセテート変性ワックス、無水マレイン酸変性ワックスおよび酸化ワックスのような変性ワックスも使用することができる。
【００３０】
本発明の実施で使用することができるパラフィンワックスとしては、Ａｓｔｏｒ Ｗａｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｄｏｒａｖｉｌｌｅ、ＧＡ）から入手できるＯｋｅｒｉｎ（登録商標）２３６ＴＰ、Ｐｅｎｎｚｏｉｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｈｏｕｓｔｏｎ、ＴＸ）から入手できるＰｅｎｒｅｃｏ（登録商標）４９１３、Ｍｏｏｒｅ＆Ｍｕｎｇｅｒ（Ｓｈｅｌｔｏｎ、ＣＮ）から入手できる Ｒ−７１５２ Ｐａｒａｆｆｉｎ Ｗａｘ、およびＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗａｘｅｓ Ｌｔｄ．（Ｏｎｔａｒｉｏ、Ｃａｎａｄａ）から入手できるＰａｒａｆｆｉｎ Ｗａｘ１２９７、Ｃｉｔｇｏから入手できるＰａｃｅｍａｋｅｒ、およびＭｏｏｒｅ＆Ｍｕｎｇｅｒから入手できるＲ−２５４０、ならびにＣＰ Ｈａｌｌから製品表示１２３０、１２３６、１２４０、１２４５、１２４６、１２５５、１２６０、、および１２６２で入手できるような他のパラフィン性のワックスが挙げられる。ＣＰ Ｈａｌｌ １２４６パラフィンワックスは、ＣＰ Ｈａｌｌ（Ｓｔｏｗ、Ｏｈｉｏ）から入手できる。
【００３１】
大豆ワックスはカーギル（Ｃａｒｇｉｌｌ）、ＡＤＭ、およびバンジオイル（Ｂｕｎｇｅ Ｏｉｌ）から市販品が入手可能である。
【００３２】
物理的特性に影響を与えない他の化合物も添加することができ、わずか２つの例を挙げれば、色を付与する顔料または蛍光剤のような化合物がある。このような添加剤は当業者に公知である。接着剤の意図する最終用途によって決まるが、従来、ホットメルト接着剤に添加される可塑剤、顔料および染料のような他の添加剤は含まれると推定される。さらに、追加の少量の粘着付与剤および／またはワックス、例えば、微結晶ワックス、水素化ひまし油およびビニルアセテート変性の合成ワックスも少量で、すなわち、最高、約１０重量％までの量で本発明の配合物中に包含されてもよい。
【００３３】
本発明の接着剤は、安定剤または抗酸化剤を含有していることが好ましいと考えれる。これらの化合物を添加して、熱、光、または粘着力を高める樹脂などの原材料から由来する残存触媒のようなものによって誘発される酸素との反応で生じる接着剤の分解を防ぐ。本発明において、適用することができる安定剤または抗酸化剤として、高分子量のヒンダードフェノールならびに硫黄およびリンを含むフェノールのような多官能フェノールが挙げられる。
【００３４】
３００°Ｆ（１４９℃）より高い温度で適用するために配合された接着剤、例えば、３５０°Ｆ（１７７℃）塗布ホットメルト接着剤を使用して卓越した固化速度および熱応力が共に得られることを見出したが、ただし、この接着剤が、１）エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）［１８−３３重量％のビニルアセテート（ＶＡ）、３−８００メルトインデックス（ＭＩ）］および／またはエチレンｎ−ブチルアクリレート（ＥｎＢＡ）［２８−３５％のｎ−ブチルアクリレート（ｎＢＡ）、６０−９００ＭＩ］を２５−４０重量％、２）融点が１３０°Ｆ（５４℃）から１９０°Ｆ（８８℃）の大豆ワックスを１０−２５重量％、３）融点が１４０°Ｆ（６０℃）から２５０°Ｆ（１２１℃）の合成ワックスを１０−２５重量％、および４）少なくとも２５％の芳香族炭素を有し、軟化点が９５から１５０℃のＣ５で変性されたＣ９を２０−４０重量％、または軟化点が１２０℃から１５０℃のテルペンフェノール樹脂、または軟化点が１００℃から１４０℃のロジンエステルを２０−４０重量％、含んでいる場合である。これらの粘着付与剤の１種以上の混合物も使用することができる。
【００３５】
ロジンエステルを使用した場合、ロジンエステル酸価はホットメルト接着剤の性能に重要でないことが判明した。最も重要な特性はロジンエステルの軟化点（ＳＰ）であることが実証された。ロジンエステルのＳＰが低いとホットメルト接着剤の熱応力が犠牲になるが、一方、ロジンエステルのＳＰが高すぎると、結果としてホットメルト接着剤の接着性が劣り、粘度が高くなることが判明した。
【００３６】
また、塗布温度の低いホットメルト接着剤、すなわち、３００°Ｆ（１４９℃）より低い温度で塗布するために配合された接着剤、例えば、２５０°Ｆ（１２１℃）塗布ホットメルト接着剤を使用して卓越した固化速度および熱応力が共に得られることを見出したが、ただし、この接着剤が、１）ＥＶＡ（１８−３３重量％のＶＡ、４００−３０００ＭＩ）および／またはＥｎＢＡ（２８−３５％のｎＢＡ、３００−１０００ＭＩ）を２５−４０重量％、２）融点（ｍｐ）が１３０°Ｆ（５４℃）から１９０°Ｆ（８８℃）の大豆ワックスを１０−２５重量％、３）融点が１４０°Ｆ（６０℃）から２００°Ｆ（９３℃）の合成ワックス／パラフィンを１０−２５重量％、および４）軟化点が１１０℃から１５０℃のロジン、またはロジンエステルまたは軟化点が１２５℃から１５０℃のテルペンフェノール樹脂、または軟化点が１２５℃から１５０℃のロジンフェノール樹脂を２０−４０重量％、含んでいる場合である。これらの粘着付与剤の１種以上の混合物も使用することができる。また、ロジンエステルを使用する場合、ロジンエステルの酸価はホットメルト接着剤の性能に重要でないことが実証された。
【実施例】
【００３７】
温度３２５°Ｆ（１６３℃）に加熱した単独翼混合機において、複数成分を均一になるまで混合することによって、本実施例において開示されたすべての接着剤配合物を製造した。次いで、適する商業用途を想定するために接着剤を各種試験にかけた。
【００３８】
Ｎｏ．２７スピンドルを用い、ブルックフィールド・サーモセル（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ Ｔｈｅｒｍｏｓｅｌ）粘度計によって、塗布温度が低いホットメルト接着剤に対しては２５０°Ｆ（１２１℃）または２７５°Ｆ（１３５℃）で、３５０°Ｆ（１７７℃）塗布ホットメルト接着剤に対しては３５０°Ｆ（１７７℃）でホットメルト接着剤の溶融粘度を決定した。
【００３９】
ＩｏＰＰ［Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐａｃｋｉｎｇ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｓ（包装専門家協会）］熱応力試験標準と類似した以下の手順で接着剤の耐熱性試験を行なった。接着剤接合構造は、ＩｏＰＰ試験に記載されているものと同一であった。接着層の寸法が２インチ×０．５インチ（５．１×１．３ｃｍ）の接着剤接合を圧縮後、４５０ｇカンチレバー応力を接合にかけ、オーブン中に放置した。オーブン温度を１００°Ｆ（３８℃）から１８０°Ｆ（８２℃）に８時間で直線的に昇温した。接着剤接合が破壊した温度を、接着剤の熱応力として記録した。この熱応力の報告結果は、５回の接合試験の平均である。
【００４０】
接着剤の固化速度は、以下のように決定した。ホットメルト接着剤を、長さ４インチ（１０．２ｃｍ）、幅２インチ（５．１ｃｍ）の単一溝付きダンボール板紙に１．４ｇ／ｍの被覆量で、塗布温度が低い接着剤に対しては２５０°Ｆ（１２１℃）または２７５°Ｆ（１３５℃）で塗布し、通常のホットメルト接着剤に対しては３５０°Ｆ（２７７℃）で適用した。接着剤をむき出しのまま１秒間放置し、次いで他の長さ２インチ（５．１ｃｍ）、幅２インチ（５．１ｃｍ）の単一溝付きダンボール板紙に接合した。接合を１ｋｇ応力で異なった時間、圧縮し、次いで張力モードで引き離した。得られたピーク接合力を記録した。固化速度は、５ｋｇの接合力を得るのに必要な最も短い圧縮時間として定義した。
【００４１】
比較例１
パラフィン／合成ワックスをベースとする商業グレードの２５０°Ｆ（１２１℃）適用のホットメルト接着剤であり、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＣｏｏｌ Ｌｏｋ３４−２５０Ａと、米国特許第６，８９０，９８２号（Ｂ２）公報の表４に説明された配合を有し、大豆ワックスをベースとするホットメルト接着剤とを比較した。図１は、これら２種の接着剤に対する接合力と圧縮時間との関係を示す。大豆ワックスをベースとする接着剤は、固化に１０秒より長くかかり、固化速度に関する特性は非常に劣った。この固化速度は非常に遅く、近年の包装用途に対しては、典型的には５秒またはそれより短い圧縮時間が要求されているが、これを満たしていない。
【００４２】
比較例２
大豆ワックスをベースとするホットメルト接着剤の固化速度を速めるために、合成ワックスおよび大豆ワックスを共にブレンドした。ホットメルト接着剤試料１および２の組成、および試料の固化速度および熱応力特性を表１に示す。
【００４３】
単に大豆ワックスをベースとする試料１は、米国特許第６，８９０，９８２号（Ｂ２）公報の表４に説明された配合と同一にした。
【００４４】
試料２は、大豆ワックスおよび合成ワックスのブレンドで配合した。
【００４５】
試料１と比較して試料２の固化速度は、合成ワックスの添加によって劇的に増加した。しかしながら、 大豆ワックスをベースとする配合において合成ワックスの添加は、ホットメルト接着剤の熱応力を著しく減少した。試料１は必要な固化速度特性を持っていないので、包装用途には適していない。一方、試料２は、固化速度は増加したが耐熱性は劣り、従って包装用途には役立たなかった。
【００４６】
【表１】
【００４７】
比較例３
塗布温度が低く、大豆ワックスをベースとするホットメルト接着剤を配合するために力を注いできた。ホットメルト接着剤試料３および４の組成、および試料の固化速度および熱応力特性を表２に示す。
【００４８】
単に大豆ワックスをベースとする試料３は、熱応力が良好であったが、しかし、固化速度は満足できなかった。
【００４９】
大豆ワックスと合成ワックスのブレンドを使用した配合である試料４は、固化速度は改善されたが耐熱性は劣り、従って包装用途には役立たなかった。
【００５０】
【表２】
【００５１】
詳細な検討によって、大豆ワックスは合成ワックスまたはパラフィンワックスとは異なった結晶化をすることが判明した。
【００５２】
図２Ａ−Ｄは、異なった温度でのパラフィン／合成ワックスの偏光光学顕微鏡写真である。これらの写真は、合成／パラフィンワックスが非常に速く結晶化し、冷却によって大きなサイズの結晶を形成することを示した。
【００５３】
図３Ａ−Ｄは、異なった温度での大豆ワックスの偏光光学顕微鏡写真である。これらの写真は、大豆ワックスが非常にゆっくりと結晶化し、冷却によって小さなサイズの結晶を形成することを示した。
【００５４】
図２Ａ−Ｄおよび３Ａ−Ｄに示すように、大豆ワックスは明確な核生成と成長過程の後、 非常にゆっくりと結晶化し、小さなサイズの結晶を形成するが、一方、合成およびパラフィンワックスは迅速に結晶化し、大きなサイズの結晶を形成した。このような異なった結晶化経路は、接着剤における大豆ワックスとパラフィン／合成ワックスの単純なブレンドは接着剤の熱応力が犠牲になる過程を説明すると考えられる。
【００５５】
実施例４
表３Ａおよび３Ｂに示す配合を有する３５０°Ｆ（１７７℃）塗布の接着剤試料５−１０を製造し、固化速度および熱応力の性能を評価した。優れた固化速度および熱応力は共に表３Ａおよび３Ｂに示す３５０°Ｆ（１７７℃）塗布のホットメルト接着剤を使用して達成した。
【００５６】
【表３Ａ】
【００５７】
【表３Ｂ】
【００５８】
実施例５
表４Ａおよび４Ｂに示す配合を有する塗布温度が低いホットメルト接着剤試料１１−１７を製造し、固化速度および熱応力の性能を評価した。優れた固定化速度および熱応力は共に表４Ａおよび４Ｂに示す塗布温度が低いホットメルト接着剤を使用して達成した。
【００５９】
【表４Ａ】
【００６０】
【表４Ｂ】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大豆ワックスのような植物由来のワックスを含むホットメルト接着剤に関する。より具体的には、本発明は、固化速度が速いという特性および耐熱性を有し、それ故に特に包装用途に適切なホットメルト接着剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホットメルト接着剤は、溶融時に基体に塗布され、次いで第２の基体と接触させる。接着剤を冷却および硬化して基体間の接合を形成する。 ホットメルトは、製品組立および包装のような工業的な接着剤用途で広範に使用される。後者は、ケースおよびカートンのシーリングが含まれる。
【０００３】
ケースおよびカートンのシーリングのような包装用途のためのホットメルトは、典型的には、ポリマー、希釈剤または粘着付与剤、およびワックスから構成される。ワックスはいくつかの機能を果たす。このワックスの分子量は低いので、粘度を低下させる。粘度が低いということは、塗布温度を下げ、衛生的な方法を提供し、かつ基体が良好に浸潤することにも役立っている。さらに、ワックスは迅速に結晶化し、材料を迅速に硬化または固化するのに役立つ。速い固化速度は製造の速度を高めるに重要である。最後に、このワックスは融点が高いので、最終接合に対して耐熱性を提供する。
【０００４】
最近使用される包装用接着剤は、パラフィンおよび微結晶ワックスのような石油由来のワックスを含む。パラフィンワックスの分子量は低いので、塗布温度が低い接着剤を配合する場合には、第１に選択される。
【０００５】
最近、パラフィンワックスの供給には限界があるので、天然ワックスを利用することが注目されている。天然ワックスのうち、最も安価な材料は、高度に水素化されたトリグリセリドをベースとしている（Ｂｏｒｓｉｎｇｅｒら、米国特許第６，８９０，９８２号（Ｂ２）公報）。高いレベルでの水素化（低いヨウ素価）は、融点をパラフィンの融点近くまで上げるために必要である。残念ながら、これらの材料でもって十分に高い融点および適切な固化速度を有する接着剤を実現することは困難である。
【０００６】
パラフィンワックスの置換えの要望、および固化速度または耐熱性を犠牲にすることがないホットメルト接着剤配合物の要望が存続している。本発明はこの要望を満たすものである。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、植物由来のワックスを含むホットメルト接着剤を提供し、この接着剤の固化速度は５秒以下、および耐熱性は１３０°F（５４℃）以上である。特に好ましい態様では、接着剤は少なくとも１種のエチレンコポリマー、大豆ワックスと合成またはパラフィンワックスの混合物、および粘着付与剤を含むことができる。接着剤は、塗布温度が低くなるように都合よく配合することができる。本発明の接着剤は特に、包装用途、特にケースおよびカートンのシーリング用途に有用である。
【０００８】
１つの態様は、ビニルアセテートを１８−３３重量％有し、メルトインデックスが３−８００ｄｇ／分であるエチレンビニルアセテートおよび／またはｎ−ブチルアクリレートを２８−３５％有し、メルトインデックスが６０−９００ｄｇ／分であるエチレンｎ−ブチルアクリレートを２５−４０重量％、
融点が１３０°Ｆ（５４℃）から１９０°Ｆ（８８℃）である大豆ワックスを１０−２５重量％、
融点が１４０°Ｆ（６０℃）から２５０°Ｆ（１２１℃）である合成ワックスを１０−２５重量％、および
（ｉ）少なくとも２５％の芳香族炭素を有し、軟化点が９０℃から１５０℃であるＣ５変性Ｃ９、（ｉｉ）軟化点が１２０℃から１５０℃であるテルペンフェノール樹脂ロジン、（ｉｉｉ）軟化点が１００℃から１４０℃であるロジンエステルおよび（ｉｖ）これらの混合物からなる群より選択される粘着付与剤を２０−４０重量％含む、ホットメルト接着剤を志向している。
【０００９】
他の態様では、接着剤は、ビニルアセテートを１８−３３重量％有し、メルトインデックスが４００−３０００ｄｇ／分であるエチレンビニルアセテートおよび／またはｎ−ブチルアクリレートを２８−３５％有し、メルトインデックスが３００−１０００ｄｇ／分であるエチレンｎ−ブチルアクリレートを２５−４０重量％、
融点が１３０°Ｆ（５４℃）から１９０°Ｆ（８８℃）である大豆ワックスを１０−２５重量％、
融点が１４０°Ｆ（６０℃）から２００°Ｆ（９３℃）である合成ワックスおよび／またはパラフィンワックスを１０−２５重量％、および
（ｉ）軟化点が１１０℃から１５０℃であるロジンまたはロジンエステル、（ｉｉ）軟化点が１２５℃から１５０℃であるテルペンフェノール樹脂ロジン、（ｉｉｉ）軟化点が１２５℃から１５０℃であるロジンフェノール樹脂ロジンおよび（ｉｖ）これらの混合物からなる群より選択される粘着付与剤を２０−４０重量％含む、ホットメルト接着剤を志向している。
【００１０】
さらに本発明の他の態様は、本発明のホットメルト接着剤を使用して製造された物品を提供する。本発明のまだ他の態様は、シーリングおよび／またはケース、カートン、トレー、ボックスまたはバッグまたは他の包装物品を作製または形成する方法を志向している。これらの方法は、固化速度が５秒以下で耐熱性が１３０°Ｆ（５４℃）以上である、大豆ワックス含有のホットメルト接着剤を使用することを含む。また、本発明の大豆ワックス含有接着剤を使用して製造した物品が提供される。物品として包含されるものは、製品を包装するために使用できるカートン、ケース、トレー、バッグなどである。このような物品は、典型的には、前記ホットメルト接着剤によって接着される厚紙または板紙を含む。本発明は、カートン、ケース、トレーまたはバッグの中に入れられた包装された物品、特に包装された食品も提供し、ここでカートン、ケース、トレーまたはバッグは大豆ワックスを含有する接着剤を含んでいる。
【００１１】
また、本発明は、基体をこの基体と類似または異なった基体に接合する方法であって、少なくとも１種の基体に大豆ワックス含有する溶融ホットメルト接着剤を塗布し、その後、前記基体を共に接合することを含む、方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、市販の２５０°Ｆ（１２１℃）で塗布するパラフィン／合成ワックスをベースとするホットメルト接着剤および大豆ワックスベースのホットメルト接着剤に対する、接合力と圧縮時間との関係を示す。
【図２Ａ−Ｄ】図２Ａ−Ｄは、パラフィン／合成ワックスの異なった温度での偏光光学顕微鏡写真である。これらの写真は、合成／パラフィンワックスが非常に速く結晶化し、冷却によって大きな結晶を形成することを示している。
【図３Ａ−Ｄ】図３Ａ−Ｄは、大豆ワックスの異なった温度での偏光光学顕微鏡写真である。これらの写真は、大豆ワックスが非常にゆっくり結晶化し、冷却によって小さな結晶を形成することを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（発明の詳細な説明）
本明細書に記載されたすべての参考文献は、その全部を参照して本明細書に組み込まれる。
【００１４】
本明細書において植物由来のワックスとは、例えば、大豆、綿の実、トウモロコシ、ヒマワリ、キャノーラおよびパームのような植物資源からの再生可能な天然資源として定義される。より具体的には、脂肪酸成分に炭素数の範囲があるトリグリセリドからなる水素化油であり、ステアリン酸（Ｃ１８）が最も優位な脂肪酸成分である。用語「大豆ワックス」は、本明細書における使用では大豆由来のワックスを意味する。
【００１５】
ホットメルト接着剤は、包装産業においてダンボール箱、トレー、およびカートンをシールするために広範に使用されている。固化速度および耐熱性は、包装用途のためにホットメルト接着剤の２つの重要な特性である。
【００１６】
固化速度は、ホットメルト接着剤が接合を形成するのに十分な強度を持つまで固化するために必要な時間として定義される。速い固化速度は接着剤にとって重要であり、それによって接着包装ラインにおいて圧縮部門を終了した直後に、シールされたボックスおよびトレーがパッと開くことはない。最近の高速の包装ラインでは、５秒以下の固化速度が必要である。
【００１７】
耐熱性（または熱応力）は、接着剤の破壊が始まる温度を測定する。ホットメルト接着剤は一般的に、シールされたケース、カートンまたはトレーが夏季に輸送中または倉庫に保存中に暑さから破壊されないような５４℃（〜１３０°Ｆ）以上の耐熱性を必要とする。
【００１８】
最近入手できるホットメルト接着剤は、ポリマー、粘着付与剤およびワックスから構成される。これらの成分の内、ワックスは非常に重要である。この理由は、ワックスが接着剤の粘度を低減し、そしてもっと重要なことに、結晶化メカニズムを介して接着剤の固化速度を制御するのに役立つからである。もっとも一般的に使用されるワックスは、パラフィンワックス、微結晶ワックス、フィッシャー・トロプシュ（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ）合成ワックス、およびポリエチレンワックスであり、これらはすべて直鎖および分岐鎖炭化水素のブレンドである。例えば、パラフィンワックスは、下記：
直鎖パラフィン
【００１９】
【化１】
分岐鎖パラフィン
【００２０】
【化２】
シクロ−パラフィン
【００２１】
【化３】
の直鎖、分岐鎖および環式炭化水素の混合物である。
【００２２】
本発明の接着剤は、接着剤ベースポリマー成分、粘着付与剤成分およびワックス成分を含む。ホットメルト接着剤を配合するために最近使用されるワックスとは対照的に、本発明の接着剤は植物由来のワックスを使用して配合される。植物由来のワックスの例としては、大豆、トウモロコシ、綿の実、菜種、キャノーラ、ヒマワリ、パーム、ココナッツ、ハマナ、アマニおよびピーナツワックス由来のワックスが挙げられる。１つの態様では、大豆由来のワックスを使用する。大豆ワックスは完全に水素化された大豆油から誘導され、実質的にトリグリセリドであって、これは以下：
【００２３】
【化４】
のように例示することができる。
【００２４】
最近、再生可能で容易に入手できるという特質が故に、大豆ワックスのような植物由来のワックスからホットメルト接着剤を配合することに大いなる関心がある。米国特許第６，８９０，９８２号（Ｂ２）公報は、酸価が約３から約１０の大豆ワックス、エチレンビニルアセテートおよびロジンエステル粘着付与剤を使用して、ホットメルト接着剤が製造でき、包装用途のために十分な固化時間と耐熱性が得られることを開示している。
【００２５】
ホットメルト包装用接着剤として使用するのに適していて、一般的に塗布される［３００°Ｆ（１４９℃）を超える温度での塗布］ホットメルト接着剤および低い温度で塗布される［２００から３００°Ｆ（９３から１４９℃）での塗布］ホットメルト接着剤が共に、大豆ワックスを使用して配合できることをこの度見出した。塗布温度が低いホットメルト接着剤を使用する利点としては、ホットメルト接着剤タンク内で必要とされる発熱体の数および／または容量の低下、揮発物の排出の低減、熱傷の危険性の低下、および塗布装置の損傷の低減が挙げられる。最近、数種の塗布温度が低いホットメルト接着剤、例えば、ＮＳＣ３４−２１２５（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）、ＮＳＣ３４−２５０Ａ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃａｍｐａｎｙ）、 ＮＳＣ３４−６５０Ａ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）、ＨＬ７０００（Ｈ．Ｂ．Ｆｕｌｌｅｒ）、およびＨＬ７００２（Ｈ．Ｂ．Ｆｕｌｌｅｒ）が商業的に入手できるが、これらの塗布温度が低いホットメルト接着剤はいずれも大豆ワックスをベースとしていない。
【００２６】
良好な熱応力および固化速度を共に有し、大豆ワックスをベースとするホットメルト接着剤が、大豆ワックスと合成／パラフィンワックスとの十分な相互作用を確実にするために注意深く粘着付与剤を選択することにより、配合できることを見出した。その上、使用するために選択される粘着付与剤が、さらに接着剤を使用する塗布温度を基準に選択されなければならない、ということを見出した。
【００２７】
本発明のホットメルト接着剤を配合するために使用するポリマーは、エチレンおよびプロピレンのホモ−またはコ−ポリマーならびにこれらの混合物である。エチレンコポリマーが使用するのに好ましい。例としては、ビニルアセテート、ｎ−ブチルアクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ブテン、オクテン、アクリル酸、およびメタクリル酸とのエチレンコポリマーが挙げられる。また、アタクチックプロピレンならびにエチレン、ブテン、ヘキセン、およびオクテンとのプロピレンコポリマーのような無定形のポリ−α−オレフィンも有用である。
【００２８】
本発明の接着剤は、少なくとも１種のエチレンポリマーを含むのが好ましいと考えられ、２種以上のポリマーのブレンドを含んでいてもよい。本明細書で用いる場合、用語「エチレンポリマー」は、エチレンのホモポリマー、コポリマーおよびターポリマーを意味する。エチレンと、例えば、ビニルアセテートまたは他のモノカルボン酸のビニルエステル、もしくはアクリル酸またはメタクリル酸またはこれらのメタノール、エタノールまたは他のアルコールのエステルのような１種以上の極性モノマーとのコポリマーが好ましい。エチレンのコポリマーとしては、エチレンビニルアセテート、エチレンメチルアクリレート、エチレンｎ−ブチルアクリレート、エチレンアクリル酸、エチレンメタクリレート、エチレン２−エチルヘキシルアクリレート、エチレンオクタン、エチレンブテンおよびこれらの混合物およびブレンドが挙げられる。エチレンｎ−ブチルアクリレートおよびエチレンビニルアセテート、さらにはこれらの混合物が特に好ましい。本発明の接着剤組成物は粘着力を高められる。粘着付与剤成分の存在量は、約１０重量％から約６０重量％が普通であり、約２０重量％から約５０重量％がより好ましく、約２０重量％から約４０重量％がさらにより好ましいと考えられる。これらは天然および合成樹脂を含む。天然樹脂としては、ロジン、ロジンエステル、およびポリテルペンが挙げられる。合成樹脂としては、Ｃ５環式および非環式樹脂、芳香族樹脂、Ｃ９樹脂、α−メチルスチレンをベースとするような純粋のモノマー樹脂、および上記モノマー相互のコポリマー樹脂および／またはフェノールとのコポリマー樹脂が挙げられる。
【００２９】
本発明の配合物は、植物由来のワックスに加えて、石油をベースとするワックスまたは合成ワックスも含む。本発明で使用するのに適したワックスとしては、パラフィンワックス、微結晶ワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、副生物ポリエチレンワックス、フィッシャー・トロプシュワックス、酸化フィッシャー・トロプシュワックスならびにヒドロキシステアラミドワックスおよび脂肪アミドワックスのような官能基化ワックスが挙げられる。用語「合成高融点ワックス」を使用することは、当該技術分野では一般的であり、高密度低分子量ポリエチレンワックス、副生物ポリエチレンワックスおよびフィッシャー・トロプシュワックスが挙げられる。また、ビニルアセテート変性ワックス、無水マレイン酸変性ワックスおよび酸化ワックスのような変性ワックスも使用することができる。
【００３０】
本発明の実施で使用することができるパラフィンワックスとしては、Ａｓｔｏｒ Ｗａｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｄｏｒａｖｉｌｌｅ、ＧＡ）から入手できるＯｋｅｒｉｎ（登録商標）２３６ＴＰ、Ｐｅｎｎｚｏｉｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｈｏｕｓｔｏｎ、ＴＸ）から入手できるＰｅｎｒｅｃｏ（登録商標）４９１３、Ｍｏｏｒｅ＆Ｍｕｎｇｅｒ（Ｓｈｅｌｔｏｎ、ＣＮ）から入手できる Ｒ−７１５２ Ｐａｒａｆｆｉｎ Ｗａｘ、およびＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗａｘｅｓ Ｌｔｄ．（Ｏｎｔａｒｉｏ、Ｃａｎａｄａ）から入手できるＰａｒａｆｆｉｎ Ｗａｘ１２９７、Ｃｉｔｇｏから入手できるＰａｃｅｍａｋｅｒ、およびＭｏｏｒｅ＆Ｍｕｎｇｅｒから入手できるＲ−２５４０、ならびにＣＰ Ｈａｌｌから製品表示１２３０、１２３６、１２４０、１２４５、１２４６、１２５５、１２６０、、および１２６２で入手できるような他のパラフィン性のワックスが挙げられる。ＣＰ Ｈａｌｌ １２４６パラフィンワックスは、ＣＰ Ｈａｌｌ（Ｓｔｏｗ、Ｏｈｉｏ）から入手できる。
【００３１】
大豆ワックスはカーギル（Ｃａｒｇｉｌｌ）、ＡＤＭ、およびバンジオイル（Ｂｕｎｇｅ Ｏｉｌ）から市販品が入手可能である。
【００３２】
物理的特性に影響を与えない他の化合物も添加することができ、わずか２つの例を挙げれば、色を付与する顔料または蛍光剤のような化合物がある。このような添加剤は当業者に公知である。接着剤の意図する最終用途によって決まるが、従来、ホットメルト接着剤に添加される可塑剤、顔料および染料のような他の添加剤は含まれると推定される。さらに、追加の少量の粘着付与剤および／またはワックス、例えば、微結晶ワックス、水素化ひまし油およびビニルアセテート変性の合成ワックスも少量で、すなわち、最高、約１０重量％までの量で本発明の配合物中に包含されてもよい。
【００３３】
本発明の接着剤は、安定剤または抗酸化剤を含有していることが好ましいと考えれる。これらの化合物を添加して、熱、光、または粘着力を高める樹脂などの原材料から由来する残存触媒のようなものによって誘発される酸素との反応で生じる接着剤の分解を防ぐ。本発明において、適用することができる安定剤または抗酸化剤として、高分子量のヒンダードフェノールならびに硫黄およびリンを含むフェノールのような多官能フェノールが挙げられる。
【００３４】
３００°Ｆ（１４９℃）より高い温度で適用するために配合された接着剤、例えば、３５０°Ｆ（１７７℃）塗布ホットメルト接着剤を使用して卓越した固化速度および熱応力が共に得られることを見出したが、ただし、この接着剤が、１）エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）［１８−３３重量％のビニルアセテート（ＶＡ）、３−８００メルトインデックス（ＭＩ）］および／またはエチレンｎ−ブチルアクリレート（ＥｎＢＡ）［２８−３５％のｎ−ブチルアクリレート（ｎＢＡ）、６０−９００ＭＩ］を２５−４０重量％、２）融点が１３０°Ｆ（５４℃）から１９０°Ｆ（８８℃）の大豆ワックスを１０−２５重量％、３）融点が１４０°Ｆ（６０℃）から２５０°Ｆ（１２１℃）の合成ワックスを１０−２５重量％、および４）少なくとも２５％の芳香族炭素を有し、軟化点が９５から１５０℃のＣ５で変性されたＣ９を２０−４０重量％、または軟化点が１２０℃から１５０℃のテルペンフェノール樹脂、または軟化点が１００℃から１４０℃のロジンエステルを２０−４０重量％、含んでいる場合である。これらの粘着付与剤の１種以上の混合物も使用することができる。
【００３５】
ロジンエステルを使用した場合、ロジンエステル酸価はホットメルト接着剤の性能に重要でないことが判明した。最も重要な特性はロジンエステルの軟化点（ＳＰ）であることが実証された。ロジンエステルのＳＰが低いとホットメルト接着剤の熱応力が犠牲になるが、一方、ロジンエステルのＳＰが高すぎると、結果としてホットメルト接着剤の接着性が劣り、粘度が高くなることが判明した。
【００３６】
また、塗布温度の低いホットメルト接着剤、すなわち、３００°Ｆ（１４９℃）より低い温度で塗布するために配合された接着剤、例えば、２５０°Ｆ（１２１℃）塗布ホットメルト接着剤を使用して卓越した固化速度および熱応力が共に得られることを見出したが、ただし、この接着剤が、１）ＥＶＡ（１８−３３重量％のＶＡ、４００−３０００ＭＩ）および／またはＥｎＢＡ（２８−３５％のｎＢＡ、３００−１０００ＭＩ）を２５−４０重量％、２）融点（ｍｐ）が１３０°Ｆ（５４℃）から１９０°Ｆ（８８℃）の大豆ワックスを１０−２５重量％、３）融点が１４０°Ｆ（６０℃）から２００°Ｆ（９３℃）の合成ワックス／パラフィンを１０−２５重量％、および４）軟化点が１１０℃から１５０℃のロジン、またはロジンエステルまたは軟化点が１２５℃から１５０℃のテルペンフェノール樹脂、または軟化点が１２５℃から１５０℃のロジンフェノール樹脂を２０−４０重量％、含んでいる場合である。これらの粘着付与剤の１種以上の混合物も使用することができる。また、ロジンエステルを使用する場合、ロジンエステルの酸価はホットメルト接着剤の性能に重要でないことが実証された。
【実施例】
【００３７】
温度３２５°Ｆ（１６３℃）に加熱した単独翼混合機において、複数成分を均一になるまで混合することによって、本実施例において開示されたすべての接着剤配合物を製造した。次いで、適する商業用途を想定するために接着剤を各種試験にかけた。
【００３８】
Ｎｏ．２７スピンドルを用い、ブルックフィールド・サーモセル（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ Ｔｈｅｒｍｏｓｅｌ）粘度計によって、塗布温度が低いホットメルト接着剤に対しては２５０°Ｆ（１２１℃）または２７５°Ｆ（１３５℃）で、３５０°Ｆ（１７７℃）塗布ホットメルト接着剤に対しては３５０°Ｆ（１７７℃）でホットメルト接着剤の溶融粘度を決定した。
【００３９】
ＩｏＰＰ［Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐａｃｋｉｎｇ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｓ（包装専門家協会）］熱応力試験標準と類似した以下の手順で接着剤の耐熱性試験を行なった。接着剤接合構造は、ＩｏＰＰ試験に記載されているものと同一であった。接着層の寸法が２インチ×０．５インチ（５．１×１．３ｃｍ）の接着剤接合を圧縮後、４５０ｇカンチレバー応力を接合にかけ、オーブン中に放置した。オーブン温度を１００°Ｆ（３８℃）から１８０°Ｆ（８２℃）に８時間で直線的に昇温した。接着剤接合が破壊した温度を、接着剤の熱応力として記録した。この熱応力の報告結果は、５回の接合試験の平均である。
【００４０】
接着剤の固化速度は、以下のように決定した。ホットメルト接着剤を、長さ４インチ（１０．２ｃｍ）、幅２インチ（５．１ｃｍ）の単一溝付きダンボール板紙に１．４ｇ／ｍの被覆量で、塗布温度が低い接着剤に対しては２５０°Ｆ（１２１℃）または２７５°Ｆ（１３５℃）で塗布し、通常のホットメルト接着剤に対しては３５０°Ｆ（２７７℃）で適用した。接着剤をむき出しのまま１秒間放置し、次いで他の長さ２インチ（５．１ｃｍ）、幅２インチ（５．１ｃｍ）の単一溝付きダンボール板紙に接合した。接合を１ｋｇ応力で異なった時間、圧縮し、次いで張力モードで引き離した。得られたピーク接合力を記録した。固化速度は、５ｋｇの接合力を得るのに必要な最も短い圧縮時間として定義した。
【００４１】
比較例１
パラフィン／合成ワックスをベースとする商業グレードの２５０°Ｆ（１２１℃）適用のホットメルト接着剤であり、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＣｏｏｌ Ｌｏｋ３４−２５０Ａと、米国特許第６，８９０，９８２号（Ｂ２）公報の表４に説明された配合を有し、大豆ワックスをベースとするホットメルト接着剤とを比較した。図１は、これら２種の接着剤に対する接合力と圧縮時間との関係を示す。大豆ワックスをベースとする接着剤は、固化に１０秒より長くかかり、固化速度に関する特性は非常に劣った。この固化速度は非常に遅く、近年の包装用途に対しては、典型的には５秒またはそれより短い圧縮時間が要求されているが、これを満たしていない。
【００４２】
比較例２
大豆ワックスをベースとするホットメルト接着剤の固化速度を速めるために、合成ワックスおよび大豆ワックスを共にブレンドした。ホットメルト接着剤試料１および２の組成、および試料の固化速度および熱応力特性を表１に示す。
【００４３】
単に大豆ワックスをベースとする試料１は、米国特許第６，８９０，９８２号（Ｂ２）公報の表４に説明された配合と同一にした。
【００４４】
試料２は、大豆ワックスおよび合成ワックスのブレンドで配合した。
【００４５】
試料１と比較して試料２の固化速度は、合成ワックスの添加によって劇的に増加した。しかしながら、 大豆ワックスをベースとする配合において合成ワックスの添加は、ホットメルト接着剤の熱応力を著しく減少した。試料１は必要な固化速度特性を持っていないので、包装用途には適していない。一方、試料２は、固化速度は増加したが耐熱性は劣り、従って包装用途には役立たなかった。
【００４６】
【表１】
【００４７】
比較例３
塗布温度が低く、大豆ワックスをベースとするホットメルト接着剤を配合するために力を注いできた。ホットメルト接着剤試料３および４の組成、および試料の固化速度および熱応力特性を表２に示す。
【００４８】
単に大豆ワックスをベースとする試料３は、熱応力が良好であったが、しかし、固化速度は満足できなかった。
【００４９】
大豆ワックスと合成ワックスのブレンドを使用した配合である試料４は、固化速度は改善されたが耐熱性は劣り、従って包装用途には役立たなかった。
【００５０】
【表２】
【００５１】
詳細な検討によって、大豆ワックスは合成ワックスまたはパラフィンワックスとは異なった結晶化をすることが判明した。
【００５２】
図２Ａ−Ｄは、異なった温度でのパラフィン／合成ワックスの偏光光学顕微鏡写真である。これらの写真は、合成／パラフィンワックスが非常に速く結晶化し、冷却によって大きなサイズの結晶を形成することを示した。
【００５３】
図３Ａ−Ｄは、異なった温度での大豆ワックスの偏光光学顕微鏡写真である。これらの写真は、大豆ワックスが非常にゆっくりと結晶化し、冷却によって小さなサイズの結晶を形成することを示した。
【００５４】
図２Ａ−Ｄおよび３Ａ−Ｄに示すように、大豆ワックスは明確な核生成と成長過程の後、 非常にゆっくりと結晶化し、小さなサイズの結晶を形成するが、一方、合成およびパラフィンワックスは迅速に結晶化し、大きなサイズの結晶を形成した。このような異なった結晶化経路は、接着剤における大豆ワックスとパラフィン／合成ワックスの単純なブレンドは接着剤の熱応力が犠牲になる過程を説明すると考えられる。
【００５５】
実施例４
表３Ａおよび３Ｂに示す配合を有する３５０°Ｆ（１７７℃）塗布の接着剤試料５−１０を製造し、固化速度および熱応力の性能を評価した。優れた固化速度および熱応力は共に表３Ａおよび３Ｂに示す３５０°Ｆ（１７７℃）塗布のホットメルト接着剤を使用して達成した。
【００５６】
【表３Ａ】
【００５７】
【表３Ｂ】
【００５８】
実施例５
表４Ａおよび４Ｂに示す配合を有する塗布温度が低いホットメルト接着剤試料１１−１７を製造し、固化速度および熱応力の性能を評価した。優れた固定化速度および熱応力は共に表４Ａおよび４Ｂに示す塗布温度が低いホットメルト接着剤を使用して達成した。
【００５９】
【表４Ａ】
【００６０】
【表４Ｂ】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固化速度が５秒以下であり、かつ耐熱性が１３０°Ｆ（５４．４℃）以上である、植物由来のワックスを含むホットメルト接着剤。
【請求項２】
大豆ワックスを含む、請求項１に記載の接着剤。
【請求項３】
さらに、合成またはパラフィンワックスを含む、請求項１に記載の接着剤。
【請求項４】
基体に２００°Ｆ（９３．３℃）から３００°Ｆ（１４９℃）の温度で塗布される、請求項１に記載の接着剤。
【請求項５】
エチレンコポリマー、大豆ワックス、合成またはパラフィンワックス、および粘着付与剤を含む、請求項３に記載の接着剤。
【請求項６】
前記粘着付与剤が、（ｉ）少なくとも２５％の芳香族炭素を有し、軟化点が９０℃から１５０℃であるＣ５変性Ｃ９、（ｉｉ）軟化点が１２０℃から１５０℃であるテルペンフェノール樹脂ロジン、（ｉｉｉ）軟化点が１００℃から１４０℃であるロジンエステルおよび（ｉｖ）これらの混合物からなる群より選択される、請求項５に記載の接着剤。
【請求項７】
前記粘着付与剤が、（ｉ）軟化点が１１０℃から１５０℃であるロジンまたはロジンエステル、（ｉｉ）軟化点が９０℃から１５０℃であるＣ５変性Ｃ９、（ｉｉ）軟化点が１２５℃から１５０℃であるテルペンフェノール樹脂ロジン、（ｉｉｉ）軟化点が１２５℃から１５０℃であるロジンフェノール樹脂ロジンおよび（ｉｖ）これらの混合物からなる群より選択される、請求項５に記載の接着剤。
【請求項８】
ビニルアセテートを１８−３３重量％有し、メルトインデックスが３−８００ｄｇ／分であるエチレンビニルアセテートおよび／またはｎ−ブチルアクリレートを２８−３５％有し、メルトインデックスが６０−９００ｄｇ／分であるエチレンｎ−ブチルアクリレート、
融点が１３０°Ｆ（５４．４℃）から１９０°Ｆ（８７．８℃）である大豆ワックス、
融点が１４０°Ｆ（６０℃）から２５０°Ｆ（１２１℃）である合成ワックス、および
（ｉ）少なくとも２５％の芳香族炭素を有し、軟化点が９０℃から１５０℃であるＣ５変性Ｃ９、（ｉｉ）軟化点が１２０℃から１５０℃であるテルペンフェノール樹脂ロジン、（ｉｉｉ）軟化点が１００℃から１４０℃であるロジンエステルおよび（ｉｖ）これらの混合物からなる群より選択される粘着付与剤を含む、ホットメルト接着剤。
【請求項９】
前記エチレンビニルアセテートおよび／またはエチレンｎ−ブチルアクリレートを５から４０重量％、前記大豆ワックスを１０−２５重量％、前記合成ワックスを１０−２５重量％、および前記粘着付与剤を２０−４０重量％含む、請求項８に記載のホットメルト接着剤。
【請求項１０】
ビニルアセテートを１８−３３重量％有し、メルトインデックスが４００−３０００ｄｇ／分であるエチレンビニルアセテートおよび／またはｎ−ブチルアクリレートを２８−３５％有し、メルトインデックスが３００−１０００ｄｇ／分であるエチレンｎ−ブチルアクリレート、
融点が１３０°Ｆ（５４．４℃）から１９０°Ｆ（８７．８℃）である大豆ワックス、
融点が１４０°Ｆ（６０℃）から２００°Ｆ（９３．３℃）である合成ワックスおよび／またはパラフィンワックス、および（ｉ）軟化点が１１０℃から１５０℃であるロジンまたはロジンエステル、（ｉｉ）軟化点が１２５℃から１５０℃であるテルペンフェノール樹脂ロジン、（ｉｉｉ）軟化点が１２５℃から１５０℃であるロジンフェノール樹脂ロジンおよび（ｉｖ）これらの混合物からなる群より選択される粘着付与剤を含む、ホットメルト接着剤。
【請求項１１】
前記エチレンビニルアセテートおよび／またはエチレンｎ−ブチルアクリレートを２５から４０重量％、前記大豆ワックスを１０−２５重量％、前記合成ワックスおよび／またはパラフィンワックスを１０−２５重量％、および前記粘着付与剤を２０−４０重量％含む、請求項１０に記載のホットメルト接着剤。
【請求項１２】
請求項１、５、８または１０のいずれかに記載の接着剤を含む、製造物品。
【請求項１３】
包装物品である、請求項１２に記載の物品。
【請求項１】
固化速度が５秒以下であり、かつ耐熱性が１３０°Ｆ（５４．４℃）以上である、植物由来のワックスを含むホットメルト接着剤。
【請求項２】
大豆ワックスを含む、請求項１に記載の接着剤。
【請求項３】
さらに、合成またはパラフィンワックスを含む、請求項１に記載の接着剤。
【請求項４】
基体に２００°Ｆ（９３．３℃）から３００°Ｆ（１４９℃）の温度で塗布される、請求項１に記載の接着剤。
【請求項５】
エチレンコポリマー、大豆ワックス、合成またはパラフィンワックス、および粘着付与剤を含む、請求項３に記載の接着剤。
【請求項６】
前記粘着付与剤が、（ｉ）少なくとも２５％の芳香族炭素を有し、軟化点が９０℃から１５０℃であるＣ５変性Ｃ９、（ｉｉ）軟化点が１２０℃から１５０℃であるテルペンフェノール樹脂ロジン、（ｉｉｉ）軟化点が１００℃から１４０℃であるロジンエステルおよび（ｉｖ）これらの混合物からなる群より選択される、請求項５に記載の接着剤。
【請求項７】
前記粘着付与剤が、（ｉ）軟化点が１１０℃から１５０℃であるロジンまたはロジンエステル、（ｉｉ）軟化点が９０℃から１５０℃であるＣ５変性Ｃ９、（ｉｉ）軟化点が１２５℃から１５０℃であるテルペンフェノール樹脂ロジン、（ｉｉｉ）軟化点が１２５℃から１５０℃であるロジンフェノール樹脂ロジンおよび（ｉｖ）これらの混合物からなる群より選択される、請求項５に記載の接着剤。
【請求項８】
ビニルアセテートを１８−３３重量％有し、メルトインデックスが３−８００ｄｇ／分であるエチレンビニルアセテートおよび／またはｎ−ブチルアクリレートを２８−３５％有し、メルトインデックスが６０−９００ｄｇ／分であるエチレンｎ−ブチルアクリレート、
融点が１３０°Ｆ（５４．４℃）から１９０°Ｆ（８７．８℃）である大豆ワックス、
融点が１４０°Ｆ（６０℃）から２５０°Ｆ（１２１℃）である合成ワックス、および
（ｉ）少なくとも２５％の芳香族炭素を有し、軟化点が９０℃から１５０℃であるＣ５変性Ｃ９、（ｉｉ）軟化点が１２０℃から１５０℃であるテルペンフェノール樹脂ロジン、（ｉｉｉ）軟化点が１００℃から１４０℃であるロジンエステルおよび（ｉｖ）これらの混合物からなる群より選択される粘着付与剤を含む、ホットメルト接着剤。
【請求項９】
前記エチレンビニルアセテートおよび／またはエチレンｎ−ブチルアクリレートを５から４０重量％、前記大豆ワックスを１０−２５重量％、前記合成ワックスを１０−２５重量％、および前記粘着付与剤を２０−４０重量％含む、請求項８に記載のホットメルト接着剤。
【請求項１０】
ビニルアセテートを１８−３３重量％有し、メルトインデックスが４００−３０００ｄｇ／分であるエチレンビニルアセテートおよび／またはｎ−ブチルアクリレートを２８−３５％有し、メルトインデックスが３００−１０００ｄｇ／分であるエチレンｎ−ブチルアクリレート、
融点が１３０°Ｆ（５４．４℃）から１９０°Ｆ（８７．８℃）である大豆ワックス、
融点が１４０°Ｆ（６０℃）から２００°Ｆ（９３．３℃）である合成ワックスおよび／またはパラフィンワックス、および（ｉ）軟化点が１１０℃から１５０℃であるロジンまたはロジンエステル、（ｉｉ）軟化点が１２５℃から１５０℃であるテルペンフェノール樹脂ロジン、（ｉｉｉ）軟化点が１２５℃から１５０℃であるロジンフェノール樹脂ロジンおよび（ｉｖ）これらの混合物からなる群より選択される粘着付与剤を含む、ホットメルト接着剤。
【請求項１１】
前記エチレンビニルアセテートおよび／またはエチレンｎ−ブチルアクリレートを２５から４０重量％、前記大豆ワックスを１０−２５重量％、前記合成ワックスおよび／またはパラフィンワックスを１０−２５重量％、および前記粘着付与剤を２０−４０重量％含む、請求項１０に記載のホットメルト接着剤。
【請求項１２】
請求項１、５、８または１０のいずれかに記載の接着剤を含む、製造物品。
【請求項１３】
包装物品である、請求項１２に記載の物品。
【図１】
【図２Ａ−Ｄ】
【図３Ａ−Ｄ】
【図２Ａ−Ｄ】
【図３Ａ−Ｄ】
【公表番号】特表２０１０−５２３７７０（Ｐ２０１０−５２３７７０Ａ）
【公表日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５０２２５５（Ｐ２０１０−５０２２５５）
【出願日】平成２０年４月２日（２００８．４．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０５９１０４
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１２４４２２
【国際公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【出願人】（３９１００８８２５）ヘンケル・アクチェンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト・アウフ・アクチェン (309)
【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｎｋｅｌ ＡＧ ＆ Ｃｏ． ＫＧａＡ
【住所又は居所原語表記】Ｈｅｎｋｅｌｓｔｒａｓｓｅ ６７，Ｄ−４０５８９ Ｄｕｅｓｓｅｌｄｏｒｆ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２日（２００８．４．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０５９１０４
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１２４４２２
【国際公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【出願人】（３９１００８８２５）ヘンケル・アクチェンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト・アウフ・アクチェン (309)
【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｎｋｅｌ ＡＧ ＆ Ｃｏ． ＫＧａＡ
【住所又は居所原語表記】Ｈｅｎｋｅｌｓｔｒａｓｓｅ ６７，Ｄ−４０５８９ Ｄｕｅｓｓｅｌｄｏｒｆ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]