專利名稱：適于有機(jī)金屬催化劑的使用非遷移性阻滯劑的可控固化脂肪族層壓粘合劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有較長(zhǎng)適用期和較快固化速率的雙組分聚氨酯粘合劑組合物。本發(fā)明還涉及多層食品包裝材料，其包含粘接材料的相鄰層的雙組分聚氨酯粘合劑組合物的固化反應(yīng)產(chǎn)物。
背景技術(shù)：
食品包裝已經(jīng)從玻璃瓶和金屬罐演變成了軟袋,后者可用來(lái)徹底地包裹和封裝一切食品，從湯羹到飲料到金槍魚(yú)再到堅(jiān)果。這些軟袋包括多層層壓材料的疊加片層，其沿著邊緣密封，從而在疊加片層之間和密封邊緣之內(nèi)封裝食物產(chǎn)品。一個(gè)廣為人知的軟食品袋商業(yè)范例是CAPRISUN果汁袋。軟食品袋可以由單個(gè)、折疊的片層或兩個(gè)疊加單個(gè)片層形成。軟袋的每塊片層均是精細(xì)的多層結(jié)構(gòu)，其由特定材料的疊加層構(gòu)成，每一層與相鄰層通過(guò)粘合劑粘接。每一層的材料在選擇上要滿足適當(dāng)性質(zhì)，例如阻隔性，如阻擋氧氣或水；物理性質(zhì)，如拉伸強(qiáng)度；或通過(guò)熱封熔化和熔合成接觸層的熱塑能力。包裹食品的軟袋片層或壁的橫斷面總厚度是，例如，但不限于，大約2毫英寸(0.002英寸)(0.05mm)至大約20 毫英寸(0.020 英寸)(0.5mm)。典型地，食品包裝多層材料在第一外表面上至少具有熱熔性密封層，其包括熱塑性聚合物例如聚丙烯，以及在相對(duì)的外表面上具有抗損層(abuse-resistance layer)。抗損層可以是聚酯層或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)層，而且其它材料，包括提供合適性質(zhì)的其它聚酯也可以使用。阻隔層(由一層或多層，例如金屬箔，鋁氧化物(AlOx)，硅氧化物(SiOx)，聚偏二氯乙烯，乙烯乙烯醇共聚物限定)可以任選地位于密封層和外部聚酯層之間。每層與相鄰層通過(guò)粘合劑粘接，所述粘合劑通常是可固化的、雙組分聚氨酯粘合劑組合物。 雙組分聚氨酯粘合劑組合物通常包含在混合到一起之前在室溫下是液體或糊狀物的組分。組合物的一種組分包括多元醇。另一種組分包含單體性的、聚合性的或預(yù)聚合物異氰酸酯。上述組分的一種或二者可以包含其它成分例如增鏈劑或催化劑。兩種粘合劑組分單獨(dú)存放且在使用前即刻充分混合在一起。一旦上述組分混合，在自由異氰酸酯基團(tuán)和來(lái)自多元醇的活性氫之間開(kāi)始固化反應(yīng)。如果在主要的固化反應(yīng)后，還存在過(guò)量的自由異氰酸酯基團(tuán)，其會(huì)被來(lái)自大氣中的環(huán)境濕氣或者來(lái)自基材表面的濕氣所固化。混合之后，在混合組分部分地固化至對(duì)于施用到基材上過(guò)濃的粘度之前，存在開(kāi)放時(shí)間或“適用期”。適用期的一個(gè)定義是混合后的粘合劑組合物在粘度增加到初始混合粘度的兩倍時(shí)所需要的時(shí)間。在施用到基材上后，混合的組合物繼續(xù)固化，在轉(zhuǎn)變成固態(tài)的同時(shí)逐步顯示粘接強(qiáng)度。適用期和固化速率通常是相關(guān)的。組合物的固化速率越快，其反應(yīng)越快，適用期越短。用來(lái)加快固化速率的添加劑同樣可以縮短適用期。因此，兩組分粘合劑組合物的配方需要在期望的快速固化速率和期望的長(zhǎng)適用期之間尋找一個(gè)平衡。人們期望適用期較長(zhǎng)，因?yàn)檫@樣可以使混合的粘合劑在必須停止處理以便清理設(shè)備和更換粘合劑之前有更長(zhǎng)的時(shí)間可以施用到基材上，并且使待粘接的基材的潤(rùn)濕時(shí)間更長(zhǎng)。長(zhǎng)適用期可以使粘合劑的工作壽命周期最大化，反過(guò)來(lái)又會(huì)簡(jiǎn)化加工設(shè)備的設(shè)計(jì)?？焖俟袒梢允拐澈蟿┛焖倮喂痰卣辰拥交纳?，處理速度更快并且最小化加工時(shí)間以及粘接但未完全固化的材料存儲(chǔ)。制備軟食品袋的方法包括在外層上印刷期望的圖片和/或其它信息，然后粘合地層壓各層，制備軟包裝材料的片層。層壓后，片層材料固化足夠長(zhǎng)時(shí)間，使粘合劑形成期望的強(qiáng)度和耐熱性。完全固化也使在片層材內(nèi)的粘合劑組分交聯(lián)從而大大減少粘合劑組分遷移到隨后封裝的食物產(chǎn)品之內(nèi)的可能性。該固化時(shí)間可以是，例如，一至十天或更長(zhǎng)。在一些應(yīng)用中，食品包裝要進(jìn)行“高溫蒸煮包裝”或“高溫蒸煮處理”。這是指用來(lái)給密封食品袋內(nèi)的食品帶來(lái)“商業(yè)無(wú)菌”條件的熱處理方法。在上述方法中，封裝食品的密封食品包裝在加壓大氣下的熱水和蒸汽中進(jìn)行處理，這種情況下，水是溫度高于水的大氣壓沸點(diǎn)溫度的液態(tài)。通常的高溫蒸煮處理溫度從大約240華氏度至大約275華氏度。 “商業(yè)無(wú)菌”意味著包裝產(chǎn)品放在指定的最低溫度下指定的最小時(shí)間，足以殺死基本上所有病理性破壞性有機(jī)體。指定溫度和時(shí)間根據(jù)包裝內(nèi)的產(chǎn)品種類變化而變化，這些對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的。包裝需要經(jīng)過(guò)所述熱處理過(guò)程以滿足商業(yè)無(wú)菌條件的實(shí)際時(shí)間長(zhǎng)度取決于許多因素，例如處理溫度，處理設(shè)備設(shè)計(jì)和功能，包裝尺寸和構(gòu)造，包裝內(nèi)所含產(chǎn)品性質(zhì)等等。處理時(shí)間短至5分鐘至10分鐘可以是足夠的，在一些情況下，高溫蒸煮處理時(shí)間通常是大約30分鐘至大約60分鐘。高溫蒸煮的食品包裝應(yīng)當(dāng)大體上在高溫蒸煮條件下是物理穩(wěn)定的，以便包裝外觀在高溫蒸煮處理之后對(duì)于通常消費(fèi)者是可接受的。也就是說(shuō)，包裝不是有害扭曲的，起皺的，折疊的，或者其他方式損壞的，并且可以為使用者提供商業(yè)上可接受的外觀。高溫蒸煮處理可接受的定義在 21CFR176.170 表 2 中 “Components of Paper and Paperboard inContact with Aqueous and Fatty Foods (與水性和脂肪食品接觸的紙和紙板成分)”,使用條件“A”，“在212華氏度之上高溫?zé)嵯尽?。如同任何與食品接觸的材料一樣，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注可能從包裝上通過(guò)或遷移到包裝內(nèi)所含食品的材料及其控制問(wèn)題。在進(jìn)行高溫蒸煮處理之后，由于包裝暴露于升高的壓強(qiáng)和溫度下，食品包裝引起的關(guān)注更大。美國(guó)聯(lián)邦食品和藥品管理局推薦了測(cè)試方法(Guidance for Industry:Preparation of Premarket Submissions for Food ContactSubstances:Chemistry Recommendations ;源自FDA網(wǎng)站)以測(cè)量可能從食品包裝上遷移到食品上的材料含量。這些以及其它測(cè)試方法都是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。向食物產(chǎn)品上遷移高水平的化學(xué)成分的食品包裝片層材料通常是不期望的或者在食品包裝應(yīng)用中不被接受。
美國(guó)專利7，834，123公開(kāi)了使用8_羥基喹啉阻滯劑以在組合物中在兩組分聚氨酯粘合劑組合物的混合步驟與固化開(kāi)始之間提供一個(gè)誘導(dǎo)期(例如，延遲固化)。所公開(kāi)的阻滯劑具有以下結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.一種雙組分聚氨酯粘合劑組合物，其包括一種或多種多元醇作為第一組分；以及一種或多種異氰酸酯作為第二組分；催化劑和具有如下結(jié)構(gòu)的阻滯劑
2.權(quán)利要求1所述的粘合劑，其中A、B、C、D、E和F中的至少一個(gè)是-CH2OH,并且剩余的A、B、C、D、E和F各自是氫。
3.權(quán)利要求1所述的粘合劑，其中所述阻滯劑是5-羥甲基-8-羥基喹啉。
4.權(quán)利要求1所述的粘合劑，其中所述阻滯劑占所述粘合劑的大約0.0001重量％至大約10重量％。
5.權(quán)利要求1所述的粘合劑，其中所述催化劑選自錫催化劑、有機(jī)錫催化劑、有機(jī)金屬催化劑、胺催化劑、叔胺催化劑及其任意混合物。
6.權(quán)利要求1所述的粘合劑，其中所述催化劑是二月桂酸二丁基錫。
7.權(quán)利要求1所述的粘合劑，其中所述催化劑是二月桂酸二丁基錫和一種或多種胺催化劑的混合物。
8.權(quán)利要求1所述的粘合劑，其中所述催化劑占所述粘合劑的大約0.001重量％至大約I重量％。
9.權(quán)利要求1所述的粘合劑，其中所述催化劑占所述粘合劑的大約0.01重量％至大約0.3重量％。
10.權(quán)利要求1所述的粘合劑，其中所述一種或多種多元醇的羥基官能度為至少2并且分子量為大約500至大約5000。
11.權(quán)利要求1所述的粘合劑，其中所述一種或多種多元醇選自聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚烯烴多元醇及其任意混合物。
12.權(quán)利要求1所述的粘合劑，其中所述一種或多種多元醇占所述粘合劑的大約25重量％至大約75重量％。
13.權(quán)利要求1所述的粘合劑，其中所述一種或多種異氰酸酯選自預(yù)聚的異氰酸酯，聚合的異氰酸酯，單體異氰酸酯及其任意混合物。
14.權(quán)利要求1所述的粘合劑，其中所述粘合劑進(jìn)一步包含一種或多種增鏈劑，所述增鏈劑選自低分子量二醇、含醇的二胺和胺、低分子量多元醇、含多元醇的多元胺和胺、乙二醇、丙二醇、1，4_ 丁二醇、二乙二醇、二丙二醇、己二醇、三羥甲基丙烷、丙三醇、羥基封端的聚氧化乙烯(聚乙二醇)、乙二胺、聚氧化丙烯二胺、單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、四(2-羥丙基)乙二胺及其任意混合物。
15.權(quán)利要求1所述的粘合劑，其中所述粘合劑任選地包含占所述粘合劑大約O至大約20重量％的一種或多種增鏈劑。
16.一種食品包裝層壓片層，其包括第一層壓片層部分，所述第一層壓片層部分包括通過(guò)權(quán)利要求1的粘合劑組合物的固化反應(yīng)產(chǎn)物粘接到阻隔層上的熱塑性層。
17.一種食品包裝層壓片層，其包含通過(guò)粘合劑組合物的固化反應(yīng)產(chǎn)物粘接到阻隔層上的熱塑性聚合物層，所述粘合劑組合物由包含一種或多種多元醇的第一組分、以及包含一種或多種異氰酸酯的第二組分、催化劑和具有如下結(jié)構(gòu)的阻滯劑制備得到:暴:
18.一種食品包裝，包括: 第一層壓片層部分，其包含通過(guò)粘合劑組合物的固化反應(yīng)產(chǎn)物粘接到阻隔層上的熱塑性層，所述粘合劑組合物由包含一種或多種多元醇的第一組分、以及包含一種或多種異氰酸酯的第二組分、催化劑和具有如下結(jié)構(gòu)的阻滯劑制備得到:暴:
19.權(quán)利要求18所述的食品包裝，經(jīng)過(guò)高溫蒸煮處理。
20.權(quán)利要求18所述的食品包裝，其中第一片層部分和第二片層部分是單個(gè)折疊片層的一部分。
全文摘要
一種雙組分聚氨酯粘合劑組合物，其具有一種或多種多元醇作為第一組分以及一種或多種異氰酸酯作為第二組分。該組合物還包含催化劑以及用來(lái)延遲固化反應(yīng)的初始部分的羥基烷基-8-羥基喹啉阻滯劑。阻滯劑在固化過(guò)程中連接在粘合劑基質(zhì)上。上述組合物可以提供長(zhǎng)的開(kāi)放時(shí)間，改善的待粘接基材的潤(rùn)濕性，快速的固化速率和阻滯劑與固化的粘合劑基質(zhì)之間的粘接。該粘合劑適用于粘接軟性食品包裝片層的各層。另外，還涉及使用這種粘合劑制備的軟性食品袋。
文檔編號(hào)C08L75/04GK103097484SQ201180024615
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者G·科爾巴赫, B·拉瑪林加姆 申請(qǐng)人:漢高公司