專利名稱：基于可再生資源的壓敏粘合劑及相關(guān)方法
基于可再生資源的壓敏粘合劑及相關(guān)方法相關(guān)申請的交叉參考本申請要求2010年8月18日提交的美國臨時申請序號61/374，743的優(yōu)先權(quán)。發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總體涉及壓敏粘合劑(PSAs)領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及由可再生資源例如生物基材料形成的壓敏粘合劑和形成該壓敏粘合劑的方法。背景目前，幾乎所有已知的壓敏粘合劑均主要由基于石油產(chǎn)品的單體制成。隨著油成本增加和供應(yīng)有限，可再生資源用作這種粘合劑的原料組分已具有經(jīng)濟(jì)吸引力和社會責(zé)任性。用于丙烯酸壓敏粘合劑的丙烯酸單體的有限生產(chǎn)能力是研究替代來源的另一驅(qū)動力。此外，生物基壓敏粘合劑的性能優(yōu)勢可包括生物降解性，其支持這些粘合劑的環(huán)境友好性。本發(fā)明滿足這些需求。發(fā)明概述與此前已知的壓敏粘合劑及其生產(chǎn)相關(guān)的困難和缺陷在本發(fā)明粘合劑和方法中得以解決。一方面，本發(fā)明提供形成壓敏粘合劑的方法。該方法包括提供環(huán)氧化天然存在油或脂肪和使其與至少一種多官能劑反應(yīng)，該多官能劑選自醇類、胺類、氨基醇類及其組合。本發(fā)明還提供通過這些方法形成的壓敏粘合劑。另一方面，本發(fā)明提供通過提供有效量的生物基甘油酯形成壓敏粘合劑的方法。甘油酯包括大比例的C8至C22脂肪酸。該方法還包括將環(huán)氧化物官能團(tuán)至少摻入大比例的甘油酯，從而生成環(huán)氧化甘油酯中間體。并且，該方法包括使環(huán)氧化甘油酯中間體與至少一種多官能劑反應(yīng)，該多官能劑選自(i)醇類、(ii)胺類、(ill)氨基醇類及(iv)其組合，從而形成壓敏粘合劑。本發(fā)明還提供通過這些方法形成的壓敏粘合劑。如將理解，本發(fā)明能夠進(jìn)行其他和不同的實(shí)施方式，并且其若干細(xì)節(jié)能夠進(jìn)行多個方面的改動，其全部均未背離本發(fā)明。因此，描述將被認(rèn)為具有示例性而非限制性。實(shí)施方式詳述在本發(fā)明的多 個優(yōu)選實(shí)施方式中，壓敏粘合劑產(chǎn)自一種或多種天然存在的脂肪和/或油。天然脂肪或油被環(huán)氧化，然后與一種或多種醇類、胺類、氨基醇類或其組合反應(yīng)，生成壓敏粘合劑。在本發(fā)明的其他優(yōu)選實(shí)施方式中，壓敏粘合劑產(chǎn)自生物學(xué)基或生物基甘油酯。如將理解，甘油酯包括甘油單酯、甘油二酯、甘油三酯及其組合。生物基甘油酯被環(huán)氧化，并與一種或多種醇類、胺類、氨基醇類或其組合反應(yīng)，生成壓敏粘合劑。這些和其他方面在本文中描述如下。本文所用的術(shù)語“天然存在”或“天然”的脂肪和/或油總體是指相對于得自石油或其他化石燃料的那種材料而得自植物或動物的脂肪或油。因此，術(shù)語“天然存在”或“天然”不包括直接或間接得自石油來源或化石燃料來源的油或其他材料。如將理解，化石燃料的實(shí)例包括煤、石油基油和氣。天然脂肪和/或油在本文中是指包括得自植物或動物的脂肪和/或油以及已經(jīng)過多種純化、處理或化學(xué)反應(yīng)的這種脂肪和/或油。術(shù)語“生物基”在關(guān)于甘油酯、甘油單酯、甘油二酯、甘油三酯及其組合使用時指得自天然存在的脂肪和/或油的這種劑。天然脂肪和油包括甘油三酯，其是包括三個結(jié)合于甘油分子的脂肪酸的酯。來自植物或動物來源的天然脂肪和油的實(shí)例包括但不限于，大豆油、棕櫚油、橄欖油、玉米油、芥花籽油、亞麻籽油、菜籽油、蓖麻油、椰子油、棉籽油、棕櫚仁油、米糠油、紅花油、芝麻油、葵花籽油、妥爾油、豬油、牛油、魚油及其組合。一般地，天然脂肪和油相關(guān)的脂肪酸包括長鏈一例如C8至C22,更一般是C12至C14—部分，其中多種脂肪酸的每條鏈包含多個雙鍵。甘油分子具有三個羥基(0H-)。每個脂肪酸具有羧基(C00H-)。在甘油三酯中，甘油的羥基結(jié)合脂肪酸的羧基，形成酯鍵。如述，天然存在或生物基甘油三酯中脂肪酸的鏈長可以為不同長度。但是，具有
16、18和20個碳的鏈長最常見。在植物和動物中發(fā)現(xiàn)的天然脂肪酸基于其由乙酰輔酶A生物合成的方式一般僅由偶數(shù)個碳原子組成。但是，某些細(xì)菌具有合成奇數(shù)支鏈脂肪酸的能力。因此，反芻動物脂肪由于細(xì)菌在瘤胃中的作用通常包含奇數(shù)個脂肪酸，如15個。多數(shù)天然脂肪包含單獨(dú)甘油三酯的復(fù)雜混合物。因此，多數(shù)天然脂肪在寬溫度范圍下融化?？煽芍煌瑢こ?，因?yàn)槠鋬H由幾種甘油三酯組成，其中一種以濃度為序包含棕櫚酸、油酸和硬脂酸。因此，可可脂的融化溫度范圍相對較窄。目標(biāo)天然脂肪和油的甘油三酯中的優(yōu)選脂肪酸顯示在下文表I中。表1-常見脂肪酸的化學(xué)名稱和描述
權(quán)利要求
1.形成壓敏粘合劑的方法，所述方法包括: 提供環(huán)氧化天然存在的油或脂肪； 使所述環(huán)氧化天然存在的油或脂肪與至少一種多官能劑反應(yīng)，從而形成壓敏粘合劑，所述多官能劑選自(i)醇類、(ii)胺類、(iii)氨基醇類和(iv)其組合。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述天然存在的油或脂肪選自大豆油、棕櫚油、橄欖油、玉米油、芥花籽油、亞麻籽油、菜籽油、蓖麻油、椰子油、棉籽油、棕櫚仁油、米糠油、紅花油、芝麻油、葵花籽油、妥爾油、豬油、牛油、魚油及其組合。
3.權(quán)利要求中1-2任一項(xiàng)所述的方法，其中醇類被選擇。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述醇類是二元醇。
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述醇類選自甘油、丙二醇、丁二醇、己二醇、聚乙二醇、四乙二醇、二乙二醇、2-甲基丙二醇、甲基丁二醇、甲基戊二醇、季戊四醇、三羥甲基丙烷、山梨醇、衍生自甘油三酯具有8至18個碳原子的脂肪醇及其組合。
6.權(quán)利要求 1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中至少一種一元醇被包括在所述反應(yīng)步驟(一種或多種)中。
7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述醇類是聚合雙官能或聚合多官能醇類。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述醇類是生物基的或衍生自植物油。
9.權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述醇類選自(i)具有側(cè)羥基的蓖麻油、( )由二聚酸形成的二聚二醇和(iii)由環(huán)氧化油形成的生物基多元醇。
10.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法，其中胺類被選擇。
11.權(quán)利要求ι- ο中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述胺類是二胺。
12.權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述胺類是二胺，并選自肼、乙二胺(1，2- 二氨基乙燒)、1，3- 二氨基丙燒(丙燒-1, 3- 二胺)、腐胺(丁燒-1, 4- 二胺)、尸胺(戍烷-1，5- 二胺)、六亞甲基二胺(己烷-1，6- 二胺、鄰苯二胺、間苯二胺、對苯二胺；鄰苯二甲胺、間苯二甲胺、對苯二甲胺和二甲基_4_苯二胺；N, N’- 二 -2- 丁基-1，4-苯二胺、二苯基乙二胺、1，8- 二氨基萘及其組合。
13.權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中至少一種單胺被包括在所述反應(yīng)步驟(一個或多個)中。
14.權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中氨基醇類被選擇。
15.權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述氨基醇類選自乙醇胺、丙醇胺、丁醇胺、戊醇胺、庚醇胺、己醇胺、基于甲酚和酚的胺類及其組合。
16.權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述的方法，其中反應(yīng)通過選自(i)本體聚合、(ii)溶劑聚合、(iii)水基聚合、(iv)基料聚合及(V)其組合的技術(shù)進(jìn)行。
17.權(quán)利要求16所述的方法，其中本體聚合被選擇。
18.權(quán)利要求16所述的方法，其中溶劑聚合被選擇。
19.權(quán)利要求16所述的方法，其中水基聚合被選擇。
20.權(quán)利要求16所述的方法，其中基料聚合被選擇。
21.權(quán)利要求1-20中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括: 提供環(huán)氧化脂肪酸，和將所述環(huán)氧化脂肪酸包括在所述反應(yīng)步驟中。
22.權(quán)利要求1-21中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括: 提供環(huán)氧化脂肪酯，和將所述環(huán)氧化脂肪酯包括在所述反應(yīng)步驟中。
23.權(quán)利要求1-22中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括: 提供丙烯酸酯組分，和將所述丙烯酸酯組分包括在所述反應(yīng)步驟中。
24.權(quán)利要求1-23中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括: 提供乙烯基羧酸，和將所述乙烯基羧酸包括在所述反應(yīng)步驟中。
25.權(quán)利要求24所述的方法，其中所述乙烯基羧酸選自丙烯酸、甲基丙烯酸及其組合。
26.權(quán)利要求1-24中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述環(huán)氧化天然存在的油或脂肪包含至少一個丙烯酸酯基團(tuán)。
27.權(quán)利要求1-26中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括: 提供試劑，和將所述試劑包括在所述反應(yīng)步驟中，所述試劑包含選自磺酸基團(tuán)、硫酸酯基團(tuán)、膦酸酯基團(tuán)及其組合的一個或多個官能團(tuán)。
28.權(quán)利要求1-27中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括: 提供材料，和將所述材料包括在所述反應(yīng)步驟中，所述材料選自丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、丙烯酸羥丁酯、甲基丙烯酸羥丁酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯及其組合。
29.權(quán)利要求1-28中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括: 添加至少一種添加劑，所述添加劑選自填充劑、生物基增粘劑、增塑劑及其組合。
30.權(quán)利要求1-29中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括: 提供得自化石燃料的組分，和將所述組分包括在所述反應(yīng)步驟中。
31.壓敏粘合劑，其通過權(quán)利要求1-30中任一項(xiàng)所述的任一種方法生成。
32.形成壓敏粘合劑的方法，所述方法包括: 提供有效量的生物基甘油酯，所述甘油酯包括大比例的C8至C22脂肪酸； 將環(huán)氧化物官能團(tuán)摻入至少大比例的所述甘油酯，從而生成環(huán)氧化甘油酯中間體；使所述環(huán)氧化甘油酯中間體與至少一種多官能劑反應(yīng)，所述多官能劑選自(i)醇類、(i i )胺類、(i i i )氨基醇類及(iV )其組合，從而形成壓敏粘合劑。
33.權(quán)利要求32所述的方法，其中所述甘油酯得自天然存在的油和脂肪。
34.權(quán)利要求33所述的方法，其中所述天然存在的油或脂肪選自大豆油、棕櫚油、橄欖油、玉米油、芥花籽油、亞麻籽油、菜籽油、蓖麻油、椰子油、棉籽油、棕櫚仁油、米糠油、紅花油、芝麻油、葵花籽油、妥爾油、豬油、牛油、魚油及其組合。
35.權(quán)利要求32-34中任一項(xiàng)所述的方法，其中醇類被選擇。
36.權(quán)利要求32-35中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述醇類是二元醇。
37.權(quán)利要求32-36中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述醇類選自甘油、丙二醇、丁二醇、己二醇、聚乙二醇、四乙二醇、二乙二醇、2-甲基丙二醇、甲基丁二醇、甲基戊二醇、季戊四醇、三羥甲基丙烷、山梨醇、衍生自甘油三酯具有8至18個碳原子的脂肪醇及其組合。
38.權(quán)利要求32-37中任一項(xiàng)所述的方法，其中至少一種一元醇被包括在所述反應(yīng)步驟(一個或多個)中。
39.權(quán)利要求32-38中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述醇類是聚合雙官能或聚合多官能醇類。
40.權(quán)利要求32-39中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述醇類是生物基的或衍生自植物油。
41.權(quán)利要求32-40中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述醇類選自(i)具有側(cè)羥基的蓖麻油、(ii)由二聚酸形成的二聚二醇和(iii)由環(huán)氧化油形成的生物基多元醇。
42.權(quán)利要求32-41中任一項(xiàng)所述的方法，其中胺類被選擇。
43.權(quán)利要求32-42中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述胺類是二胺。
44.權(quán)利要求32-43中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述胺類是二胺，并選自肼、乙二胺(1，2- 二氨基乙燒)、1，3- 二氨基丙燒(丙燒-1, 3- 二胺)、腐胺(丁燒-1, 4- 二胺)、尸胺(戍烷-1，5- 二胺)、六亞甲基二胺(己烷-1，6- 二胺、鄰苯二胺、間苯二胺、對苯二胺；鄰苯二甲胺、間苯二甲胺、對苯二甲胺和二甲基_4_苯二胺；N, N’- 二 -2- 丁基-1，4-苯二胺、二苯基乙二胺、1，8- 二氨基萘及其組合。
45.權(quán)利要求32-44中任一項(xiàng)所述的方法，其中至少一種單胺被包括在所述反應(yīng)步驟(一個或多個)中。
46.權(quán)利要求32-45中任一項(xiàng)所述的方法，其中氨基醇類被選擇。
47.權(quán)利要求32-46中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述氨基醇類選自乙醇胺、丙醇胺、丁醇胺、戊醇胺、庚醇胺、己醇胺、基于甲酚和酚的胺及其組合。
48.權(quán)利要求32-47中任一項(xiàng)所述的方法，其中反應(yīng)通過選自(i)本體聚合、(ii)溶劑聚合、(iii)水基聚合、(iv)基料聚合及(V)其組合的技術(shù)進(jìn)行。
49.權(quán)利要求48所述的方法，其中本體聚合被選擇。
50.權(quán)利要求48所述的方法，其中溶劑聚合被選擇。
51.權(quán)利要求48所述的方法，其中水基聚合被選擇。
52.權(quán)利要求48所述的方法，其中基料聚合被選擇。
53.權(quán)利要求32-52中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括: 提供環(huán)氧化脂肪酸，和將所述環(huán)氧化的脂肪酸包括在所述反應(yīng)步驟中。
54.權(quán)利要求32-53中任一項(xiàng)所述的方法,進(jìn)一步包括: 提供環(huán)氧化脂肪酯，和將所述環(huán)氧化脂肪酯包括在所述反應(yīng)步驟中。
55.權(quán)利要求32-54中任一項(xiàng)所述的方法,進(jìn)一步包括: 提供丙烯酸酯組分，和將所述丙烯酸酯組分包括在所述反應(yīng)步驟中。
56.權(quán)利要求32-55中任一項(xiàng)所述的方法,進(jìn)一步包括: 提供乙烯基羧酸，和將所述乙烯基羧酸包括在所述反應(yīng)步驟中。
57.權(quán)利要求56所述的方法，其中所述乙烯基羧酸選自丙烯酸、甲基丙烯酸及其組合。
58.權(quán)利要求32-57中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述環(huán)氧化天然存在的油或脂肪包含至少一個丙烯酸酯基團(tuán)。
59.權(quán)利要求32-58中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括: 提供試劑，和將所述試劑包括在所述反應(yīng)步驟中，所述試劑包含選自磺酸基團(tuán)、硫酸酯基團(tuán)、膦酸酯基團(tuán)及其組合的一種或多種官能團(tuán)。
60.權(quán)利要求32-59中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括: 提供材料，和將所述材料包括在所述反應(yīng)步驟中，所述材料選自丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、丙烯酸羥丁酯、甲基丙烯酸羥丁酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯及其組合。
61.權(quán)利要求32-60中任一項(xiàng)所述的方法,進(jìn)一步包括: 添加至少一種添加劑，所述添加劑選自填充劑、生物基增粘劑、增塑劑及其組合。
62.權(quán)利要求32-61中任一項(xiàng)所述的方法,進(jìn)一步包括: 提供得自化石燃料的組分，和將所述組分包括在所述反應(yīng)步驟中。
63.權(quán)利要求32-62中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述甘油酯包括(i)甘油單酯、(ii)甘油二酯、(iii)甘油三酯及(iv)其組合中至少一種。
64.權(quán)利要求32-63中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述甘油酯包括大比例的甘油三酯。
65.壓敏粘合劑,其通過 權(quán)利要求32-64中任一項(xiàng)所述的任一種方法生成。
全文摘要
本申請描述產(chǎn)自天然存在的脂肪和油的壓敏粘合劑。還描述生成所述壓敏粘合劑的方法。總體而言，一種或多種天然存在的脂肪或油被環(huán)氧化，然后與特定醇類或胺類反應(yīng)，從而獲得所述壓敏粘合劑。
文檔編號C09J191/00GK103154175SQ201180050093
公開日2013年6月12日 申請日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月18日
發(fā)明者C·A·科赫, P·馬爾雅, C·R·威廉姆斯 申請人:艾利丹尼森公司