MX2010014334A - Adhesivos sensibles a la presion auto-reticulables a temperatura ambiente. - Google Patents

Abstract

Se protege el uso como adhesivos sensiblea a lapresion de copolimeos base agua que están constituidos por unidades de uno o varios monómeros cuyos polímeros tienen la característica de tener una temperatura de transición vítrea muy baja, como el acrilato de butilo, el acrilato de 2-etilhexilo o el acrilato deisooctilo, entre otros, en un alcance que va del 30 al 95% en paso con respecto a la mezcla total de monómeros; uno o varios monómeros cuyos polímeros tienen una temperatura de transición vitrea mayor, como el actrilato de etilo, el acrilato de metilo, el acrilato de vinilo o el metacrilato de metilo, entre otros, en un alcance quie va del 5 al 60% en peso con respecto a la mezcla total de monomeros; ademas de unidades del monomero isocianato de 3-isopropenil-?, ?-dimetilbencilo, TMI, en un alcance que va del 0.5 al 10% en peso con respecto a la mezcla total de monomeros.

Description

ADHESIVOS SENSIBLES A LA PRESIÓN AUTO-RETICULABLES A TEMPERATURA AMBIENTE" DESCRIPCIÓN OBJETO DE LA INVENCIÓN El objeto de la presente invención es proteger el uso como adhesivos sensibles a la presión de copolímeros cuya característica es la de que están formados con unidades de uno o varios monómeros cuyos polímeros tienen la característica de tener una temperatura de transición vitrea muy baja, como el acriltato de butilo, el acrilato de 2-etilhexilo o el acrilato de isooctilo, entre otros; uno o varios monómeros cuyos polímeros tienen una temperatura de transición vitrea mayor, como el acrilato de etilo, el acrilato de metilo, el acetato de vinilo o el metacrilato de metilo, entre otros; además de unidades del monómero isocianato de 3-isopropenil-a,a-dimetilbencilo, TMI, cuya función es la de generar puntos de entrecruzamiento entre las cadenas poliméricas. Las reacciones de entrecruzamiento originada por el TMI pueden ocurrir a temperatura ambiente y los adhesivos tienen mejores propiedades de resistencia al hinchamiento con agua y otros disolventes.

ANTECEDENTES Los adhesivos sensibles a la presión (PSAs) son aquellos que se adhieren a un sustrato rápida y firmemente bajo la aplicación de una ligera presión. Dos de las principales características de este tipo de materiales son la adhesión (la fuerza con la cual se une el adhesivo a la superficie del sustrato) y la cohesión (la fuerza interna entre las moléculas de la película del adhesivo). Un PSA debe mostrar una fuerte adhesión al sustrato sin que se genere algún enlace de tipo químico en la interface [C. Creton en Materials Science and Technology: A Comprenhensive Treatment, H. E. H. Meijer (Ed.), Vol. 18, p. 708, VCH, Weinhein, Germany, 1997] La calidad de un artículo auto-adherente depende principalmente de la relación entre la adhesión y la cohesión de la capa de adhesivo. Esta relación puede ser diseñada de acuerdo a cada aplicación. En el caso de una cinta protectora, se procura una baja adhesión combinada con una muy alta cohesión, porque se requiere que después de un largo periodo de tiempo, la cinta pueda ser retirada, sin que permanezca ningún residuo del adhesivo sobre el sustrato que originalmente protegía. Por otra parte, en el caso de cintas adhesivas para embalaje, la capa de adhesivo necesita la combinación de una alta adhesión y una alta cohesión [M. C. Bricker and S. T. Gentry, Adhesives Age, Jury, 30-33, 1994].

Actualmente, en la producción de los PSAs existe la tendencia a sustituir los sistemas base solvente, por sistemas base agua que tienen ciertas ventajas comparados con los primeros [D. J. Dunn and R. H. D. Beswick, Natural and Synthetic Látex Polymers Market Report, Rapra Technology Limited, Shawbury, Shrewsbury, Shropshire, SY4 4NR, UK, 2002]. A diferencia de un sistema base solvente, la viscosidad de un sistema base agua no depende del peso molecular del polímero, ya que este se encuentra contenido dentro de las partículas del látex. La viscosidad de estos sistemas es función del tamaño de las partículas y del contenido de sólidos. Normalmente, un látex con un contenido de 35-55 % de sólidos tiene una viscosidad relativamente baja (< 1000 cp), mientras que productos base solventes de una viscosidad similar tienen contenidos de sólidos < 30 .

La adhesión y la cohesión dependen fuertemente de la formulación del adhesivo. Si un adhesivo debe ser adaptado a una cierta aplicación o condiciones de proceso, uno de los principales parámetros que puede ser alterado es la composición en la mezcla de monómeros utilizada. El acrilato de butilo (BA) y el acrilato de 2-etilhexilo (2-EHA) son de los monómeros más utilizados para el desarrollo de este tipo de adhesivos y, en la mayoría de los casos es el principal compuesto en la formulación [S. Kirsch, M. Kutschera, N. Y; Frechen, J. Appl. Polym. Sci., 101, 1444, 2006; M. D. Gower, R. A Shanks, J. Appl. Polym. Sci., J. Polym. Sci. Part. B: Polym Phys, 44, 1237, 2006; S. Jitladda, T. Narumol, P. Nanthaporn, T. Yasuyuki, J. Appl. Polym. Sci., 100, 413, 2006 ; M. D. Gower, R. A Shanks, Macromol. Chem. Phys, 205, 2139, 2004]. Otro monómero que también se utiliza para este propósito es el acetato dé vinilo (VA) copolimerizado con BA.[ M. Sanmiguel, N. Soto, Y. Reyes, F. Vázquez, Int. J. Polym. Mat., 55, 595, 2006; N. Soto, M. Sanmiguel, Y. Reyes, M. A. Duda, F. Vázquez, Int. J. Polym. Mat., 55, 187, 2006; R. Jovanovic, M. A. Dubé, Ind. Eng. Chem. Res., 44, 6668, 2005]. También es común el uso de monómeros bifuncionales que promueven una excelente adhesión al sustrato, al mismo tiempo propician el entrecruzamiento de las cadenas para darle una mayor cohesión a la película, como el ácido acrílico (AA) y la acrilamida (AM) [S. Kirsch, M. Kutschera, N. Y. Frechen, J. Appl. Polym. Sci., 101, 1444, 2006; M. D. Gower, R. A Shanks, J. Appl. Polym. Sci., J. Polym. Sci. Part. B: Polym Phys, 44, 1237, 2006 ; S. Jitladda, T. Narumol, p. Nanthaporn, T. Yasuyuki, J. Appl. Polym. Sci., 100, 413, 2006; M. D. Gower, R. A Shanks, Macromol.

Chem. Phys, 205, 2139, 2004; M. Sanmiguel, N. Soto, Y. Reyes, F. Vázquez, Int. J. Polym. Ma , 55, 595, 2006; N. Soto, M. Sanmiguel, Y. Reyes, M. A. Duda, F. Vázquez, Int. J. Polym. Mat., 55, 187, 2006; R. Jovanovic, M. A. Dubé, Ind. Eng. Chem. Res., 44, 6668, 2005]. Sin embargo, en un proceso de polimerización en emulsión, el uso de un monómero como el ácido acrílico no deja de tener efectos colaterales, a diferencia de lo que ocurre en procesos base solvente, donde no se han observado este tipo de limitaciones.

Con respecto al surfactante, este componente de la formulación tiene un gran impacto en todas las etapas de producción del látex, ya que controla el número de partículas formadas, su distribución de tamaños y la estabilidad del producto terminado. Podría decirse que existe un sistema de surfactantes adecuado para cada aplicación, por lo que su selección es de gran importancia si se desea lograr un desempeño óptimo del adhesivo [J. Mallegol, O. Dupont, J. L. Keddie, J. Adhesión Sci. Technol., 17, 243, 2003]. Dependiendo del tipo de surfactante y de las condiciones de secado, un exceso de surfactante puede quedar localizado en la interfase PS A/sustrato y en la interfase PS A/aire, lo cual puede tener una influencia importante en las propiedades de adhesión [J. Y. Charmeau, P. A. Gerin, L. Vovelle, R. Schirrer, Y. Holl., J. Adhesión Sci. Technol., 13, 203, 1999; A. Zosel, B. Schuler, J. Adhesión 70, 179, 1999].

El monómero bifuncional isocianato de 3-isopropenil-a,a-dimetilbencilo, TMI, es un monómero que combina una insaturación vinílica con un grupo isocianato, -NCO, de tal manera que puede reaccionar con el doble enlace para formar un copolímero y, posteriormente, reaccionar con el grupo -NCO para generar el entrecruzamiento de las cadenas poliméricas [S. Mohammed, E.S. Daniels, A. Klein and M.S. El-Aasser, J. Appl. Polym. Sci., 61, 91 1, 1996; R.W. Dexter, R. Saxon and D.S. Fiori, J. Coat. Teph., 58, 43, 1986]. Se ha encontrado que películas preparadas a partir de látex del terpolímero formado por metacrilato de metilo, acrilato de butilo (BA) y TMI tienen mejores propiedades mecánicas debido al entrecruzamiento ocasionado por el TMI [S. Mohammed, E.S. Daniels, L.H. Sperling, A. Klein and M.S. El Aasser, J. Appl. Polym. Sci., 66, 1869, 1997].

Con base en lo anteriormente expuesto, el objeto de la presente invención es proteger el uso como adhesivos sensibles a la presión de copolímeros base agua preparados mediante la técnica de polimerización en emulsión cuya característica es la de que están formados con unidades de uno o varios monómeros cuyos polímeros tienen la característica de tener una temperatura de transición vitrea muy baja, como el acriltato de butilo, el acrilato de 2-etilhexilo o el acrilato de isooctilo, entre otros; uno o varios monómeros cuyos polímeros tienen una temperatura de transición vitrea mayor, como el acrilato de etilo, el acrilato de metilo, el acetato de vinilo o el metacrilato de metilo, entre otros; además de unidades del monómero isocianato de 3-isoproperul-a,a-dimetilbencilo, TMI, cuya función es la de generar puntos de entrecruzamiento entre las cadenas poliméricas. Las reacciones de entrecruzamiento originada por el TMI pueden ocurrir a temperatura ambiente y los adhesivos tienen mejores propiedades de resistencia al hinchamiento con agua y otros disolventes.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se prepararon diferentes látex, mediante la copolimerización en emulsión de una mezcla de monómeros formada por diferentes proporciones, acrilato de butilo, acetato de vinilo y TMI, los cuales fueron evaluados como PSAs, encontrándose que la presencia de TMI ocasionó la reticulación del polímero y un aumento en la fuerza cohesiva (holding power) de los adhesivos sensibles a la presión y una disminución en el grado de hinchamiento del polímero con tolueno.

Los copolímeros que son la base de los PSAs auto-reticulables a temperatura ambiente están constituidos por unidades de uno o varios monómeros cuyos polímeros tienen la característica de tener una temperatura de transición vitrea muy baja, como el acriltato de butilo, el acrilato de 2-etilhexilo o el acrilato de isooctilo, entre otros, en un alcance que va del 30 al 95 % en peso con respecto a la mezcla total de monómeros; uno o varios monómeros cuyos polímeros tienen una temperatura de transición vitrea mayor, como el acrilato de etilo, el acrilato de metilo, el acetato de vinilo o el metacrilato de metilo, entre otros, en un alcance que va del 5 al 60 % en peso con respecto a la mezcla total de monómeros; además de unidades del monómero isocianato de 3-isopropenil-a,a-dimetilbencilo, TMI, en un alcance que va del 0.5 al 10 % en peso con respecto a la mezcla total de monómeros.

El polímero puede ser preparado mediante polimerización por radicales libres utilizando un proceso de polimerización en emulsión, suspensión, miniemulsión, microemulsión o cualquier otro tipo de polimerización en heterofase que permita la obtención de partículas de polímero dispersas en agua. Para la estabilización de las partículas pueden utilizarse uno o varios surfactantes que pueden ser de tipo catiónico, aniónico, no iónico o polimérico, entre otros. Una vez obtenido el látex, éste puede ser formulado con la adición de diferentes cargas y aditivos como espesantes, fungicidas, modificadores del pH, entre otros, necesarios para incrementar su vida de anaquel y mejorar su aplicación en su uso final como adhesivo para madera. El adhesivo puede ser utilizado para la fabricación de productos sensibles a la presión como cintas adhesivas para diferentes aplicaciones, etiquetas, películas autoadherentes protectoras, entre otros. Además, las diferentes reacciones químicas originadas por los grupos -NCO del TMI puede llevarse a cabo a temperatura ambiente o ser aceleradas por el uso de calor, agentes catalizadores o radiofrecuencia, entre otros métodos.

Habiéndose descrito la invención de forma general, se describe a continuación un ejemplo de realización que sirve únicamente de ilustración de la forma de proceder y no pretende en ningúri case ser limitativo.

EJEMPLO 1 Utilizando un reactor de vidrio enchaquetado de 500 mL, se prepararon 3 látex mediante la técnica de polimerización en emulsión. La formulación empleada se presenta en la Tabla 1.

Tabla 1. Formulación utilizada en la preparación de los adhesivos sensibles a la presión Se cargó el reactor con una parte del agua total del sistema (210 g), así como la totalidad del surfactante, el bicarbonato de sodio y el VA. Con el agua restante (40 g) se prepararon las soluciones de los iniciadores redox (persulfato de potasio y metabisulfito de potasio), las cuales fueron adicionadas en semicontinuo en dos corrientes individuales.

La mezcla se agitó a 200 rpm y se burbujeó con argón durante 1.5 h, mientras se hacía pasar agua fría por la chaqueta del reactor para evitar el arrastre de monómero por la corriente de argón. Pasado este tiempo, se inició el calentamiento de la mezcla de reacción, haciendo pasar agua caliente por la chaqueta del reactor Después de 30 min, tiempo g suficiente para alcanzar una temperatura de 40°C, se inició la adición en semicontinuo de la mezcla de monómeros (total de BA, TMI y terdodecil mercaptano), así como de las soluciones del oxidante (persulfato de potasio) y del reductor (metabisulfito de potasio). El burbujeo con argón se continuó hasta el final de la reacción. La adición en semicontinuo se hizo a diferentes tiempos (4 y 6 h). En la Tabla 2.

Tabla 2. Propiedades de los adhesivos sensibles a la presión.

Claims (10)

REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficiente la invención, los autores consideran como una novedad y por lo tanto reclaman como de su exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes cláusulas:

1. El objeto de la presente invención es proteger el uso como adhesivos sensibles a la presión de copolímeros cuya característica es la de que están formados con unidades de uno o varios monómeros cuyos polímeros tienen la característica de tener una temperatura de transición vitrea muy baja, como el acriltato de butilo, el acrilato de 2-etilhexilo o el acrilato de isooctilo, entre otros; unidades de uno o varios monómeros cuyos polímeros tienen una temperatura de transición vitrea mayor, como el acrilato de etilo, el acrilato de metilo, el acetato de vinilo o el metacrilato de metilo, entre otros; además de unidades del monómero isocianato de 3- isopropenil-a,o dimetilbencilo, TMI.

2. Los copolímeros de la reivindicación 1, caracterizados porque contienen unidades de uno o varios monómeros cuyos polímeros tienen una temperatura de transición vitrea muy baja como el acrilato de butilo, el acrilato de 2-etilhexilo o el acrilato de isooctilo, entre otros, en un alcance que va del 30 al 95 % en peso con respecto a la mezcla total de monómeros utilizada en la reacción de copolimerización.

3. Los copolímeros de la reivindicación 1, caracterizados porque contienen unidades de uno o varios monómeros cuyos polímeros tienen una temperatura de transición vitrea mayor como el acrilato de etilo, el acrilato de metilo, el acetato de vinilo o el metacrilato de metilo, entre otros, entre otros, en un alcance que va del 5 al 60 % en peso con respecto a la mezcla total de monómeros utilizada en la reacción de copolimerización.

Los copolímeros de la reivindicación 1, caracterizados porque contienen unidades del monómero bifuncional TMI, cuya función es la de generar puntos de entrecruzamiento entre las cadenas poliméricas, en un alcance que va del 0.5 al 10 % en peso con respecto a la mezcla total de monómeros utilizada en la reacción de copolimerización.

Los copolímeros de la reivindicación 1 caracterizados porque pueden ser preparados mediantes polimerización por radicales libres utilizando un proceso de polimerización en emulsión, suspensión, miniemulsión, microemulsión o cualquier otro tipo de polimerización en heterofase que permita la obtención de partículas de polímero dispersas en agua.

Los copolímeros de la reivindicación 1 caracterizados porque las partículas de polímero pueden estar estabilizadas con un surfactante de tipo catiónico como el bromuro de dodeciltrimetilamonio, bromuro de didodecildimetilamonio y bromuro de hexadeciltrimetilamonio, de tipo aniónico como el dodecil sulfato de sodio y el bis(2-etilhexil) sulfosuccinato de sodio, de tipo no iónico como el nonilfenol etoxilado con "n" moles de óxido de etileno, donde "n" debe ser mayor que 6, o de tipo polimérico como el poli(alcohol vinílico).

Los copolímeros de la reivindicación 1 caracterizados porque pueden ser formulados con la adición de diferentes cargas y aditivos como espesantes, fungicidas, modificadores del pH, entre otros, necesarios para incrementar su vida de anaquel y mejorar su aplicación en su uso final como adhesivos sensibles a la presión.

8. Los copolímeros de la reivindicación 1 caracterizados porque pueden ser aplicados sobre diferentes materiales que funcionan como respaldo, como pueden ser películas, plásticas, películas de papel, entre otros.

9. Los copolímeros de la reivindicación 1 caracterizados porque pueden ser utilizados para elaborar, cintas, etiquetas y cualquier tipo de película auto-adherente.

10. Los copolímeros de la reivindicación 1 caracterizados porque la reacción química de los grupos -NCO puede llevarse a cabo a temperatura ambiente o ser acelerada por el uso de calor, agentes catalizadores o radiofrecuencia, entre otros métodos.