專利名稱：含粒狀熱塑性組分的粘合劑組合物的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種含有含成膜聚合物的水基組分和粒狀熱塑性組分的粘合劑組合物。該粘合劑組合物適用作一步法裝訂粘合劑，或者在兩步裝訂法中適用作底涂層組合物。
現(xiàn)有技術(shù)在書坯(book block)的生產(chǎn)中，或者使用一步法或者使用兩步法。在一步法中，直接在書坯的脊部上涂覆熱熔粘合劑組合物(即一步法粘合劑)。然而在兩步法中，首先在書脊上涂覆底涂層組合物作為“第一步物料(first shot)”。然后在干燥的底涂層表面上涂覆粘合劑組合物(即第二步粘合劑)作為“第二步物料”。水基組合物或者熱熔組合物均可用作底涂層組合物和/或第二步粘合劑組合物，典型的是，水基組合物用作底涂層組合物，熱熔組合物用作第二步粘合劑組合物。
水基底涂層組合物具有較好的滲透入書帖(紙片組)內(nèi)的性能，因為它們的敞開時間(open times)長、粘度低。而且一旦書裝配好，它們對溫度的波動不敏感。然而，由于含在其中的水蒸發(fā)所需要的時間，所以水基底涂層固定更慢。因此，干燥和固定水基底涂層所需的時間限制了最大裝訂生產(chǎn)速度。為保持合理的生產(chǎn)速度，經(jīng)常使用干燥器和加熱手段以便于促進(jìn)水基底涂層的干燥。然而當(dāng)暴露于強(qiáng)熱時，水基底涂層涂層傾向于剝落并在形成的聚合物膜內(nèi)吸收水分。水基底涂層層內(nèi)部吸收的水分蒸發(fā)將導(dǎo)致膜起皮，并形成在加熱下會破裂和燃燒的大砂眼。另一方面，由于在水基底涂層內(nèi)存在的殘留水分，未充分干燥的水基底涂層涂層在約100～200℃的使用溫度下涂覆第二步熱熔粘合劑時，還會導(dǎo)致飛濺和砂眼現(xiàn)象。水基底涂層的砂眼層與書坯不粘接，由此導(dǎo)致沿著書脊和在固定的粘合劑層內(nèi)存在空隙。部分粘接的書不僅是不能出售的次品，而且在裝訂過程本身會導(dǎo)致堵塞和延遲。
US 4536012公開了使用水基底涂層組合物和熱熔粘合劑的兩步連續(xù)裝訂法。該水基底涂層組合物含有聚合物膠乳和粒徑為約2～150微米的未膠凝化的淀粉。在干燥階段中，顆粒淀粉復(fù)合了大部分含在底涂層組合物中的水，由此在暴露于高干燥溫度時，抑制了砂眼和燒焦現(xiàn)象。
US 4702496進(jìn)一步說明了在水基底涂層組合物中未膠凝化的淀粉的使用，該水基底涂層組合物與熱封粘合劑一起使用，目的是省略需要干燥的步驟。
US 4960295公開了兩步法熱熔裝訂粘合劑，該粘合劑包括作為底涂層的第一步熱熔粘合劑和作為封膠的第二步熱熔粘合劑。底涂層是基于低粘度的乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)聚合物。第二步粘合劑是基于粘度較高的EVA聚合物。
發(fā)明概述一方面，本發(fā)明涉及一種含有水基組分和熱塑性組分的粘合劑組合物，其中水基組分含有成膜聚合物，熱塑性組分選自熱塑性聚合物、熱塑性樹脂、熱熔粘合劑組合物及其混合物。所述熱塑性組分為平均粒徑約10～1500微米的顆粒形式。
另一方面，本發(fā)明涉及一種制備上述粘合劑組合物的方法，該方法包括將熱塑性組分研磨至所需的粒徑，并將熱塑性組分顆粒與水基組分和任選的添加劑混合。
另一方面，本發(fā)明涉及一種粘合具有書脊區(qū)域的書坯以形成書的方法，該方法包括將上述粘合劑組合物涂覆到書坯的書脊，干燥粘合劑組合物，并將第二步熱熔裝訂粘合劑涂覆到干燥的粘合劑組合物的表面。
再一方面，本發(fā)明涉及一種粘合具有書脊區(qū)域的書坯以形成書的方法，該方法包括將上述粘合劑組合物涂覆到書坯的書脊，加熱粘合劑組合物，使得水基組分形成干燥的膜并使熱塑性組分熱熔，并通過熱塑性組分將書的封面或壓頂紙與書坯粘接。
本發(fā)明通過加入粒狀熱塑性組分，對傳統(tǒng)的水基裝訂底涂層組合物進(jìn)行了改進(jìn)。有利地，粒狀熱塑性組分改善了水基底涂層和第二步熱熔粘合劑之間的界面粘接，特別是當(dāng)使用粒狀熱熔粘合劑組合物作為熱塑性組分時。熱塑性組分還抑制或延遲了在水分迅速損失時聚合物膜障礙部分的形成，由此消除了大砂眼的形成。而且，在保持足夠低粘度的同時，可以配制成固含量明顯增加的粘合劑組合物。增加的固含量提高了粘合劑組合物作為底涂層的固定速度，由此加快了生產(chǎn)速度。
特別地，本發(fā)明的粘合劑組合物可用作底涂層組合物，其中首先將該底涂層組合物涂覆于基質(zhì)如書坯的書脊上，干燥，然后將第二步熱熔粘合劑涂覆到干燥的底涂層表面上。在這種情形下，可以將本發(fā)明的粘合劑組合物配制成180°剝離強(qiáng)度至少增加20％，優(yōu)選至少增加30％。也就是說，與缺少粒狀熱塑性組分的相同的底涂層組合物和第二步熱熔粘合劑之間的界面粘接相比，在作為底涂層的本發(fā)明的粘合劑組合物和隨后涂覆的第二步熱熔粘合劑之間的界面粘合力，提高了至少20％，優(yōu)選至少30％。
上述粘合劑組合物還可以與任何底涂層組合物相結(jié)合，配制成用于兩步裝訂法中的第二步粘合劑，其中上述任何底涂層組合物包括配制成作為底涂層組合物的本發(fā)明的粘合劑組合物。
特別地，上述粘合劑組合物還可用作一步法裝訂粘合劑，其中首先將該粘合劑組合物涂覆于基質(zhì)如書坯的書脊上，然后加熱，使得粒狀熱塑性組分變成熔融狀態(tài)。在這種情形下，本發(fā)明的粘合劑組合物具有下述兩種優(yōu)點的結(jié)合，一是由水基組分作出貢獻(xiàn)的、更好的滲透入書帖(紙片組)內(nèi)的性能，二是由粒狀熱塑性組分作出貢獻(xiàn)的、粘合劑固定速度和特性粘合(比粘合)的提高。
發(fā)明詳述本發(fā)明的粘合劑組合物含有含成膜聚合物的水基組分和粒狀熱塑性組分。
本發(fā)明中，“水基組分”是指乳液、溶液、分散液、懸浮液或其混合物，它們含有乳化、溶解或懸浮在含水介質(zhì)中的至少一種成膜聚合物的顆粒，并任選地含有通常用于這些乳液、分散液或懸浮液中的其它組分或添加劑，如表面活性劑、泡沫控制劑、殺生劑和流變改性劑等。成膜聚合物構(gòu)成了水基組分固含量的主要部分。適用作本發(fā)明的水基組分的乳液和分散液的實例包括各種天然和合成的成膜聚合物，如聚氯丁二烯、丁苯橡膠(SBR)、氯乙烯-偏氯乙烯共聚物、乙烯-氯乙烯共聚物、醋酸乙烯酯-乙烯共聚物、丙烯酸系聚合物、醋酸乙烯酯-丙烯酸系共聚物、聚氨酯聚合物和丙烯腈-丁二烯共聚物，優(yōu)選醋酸乙烯酯-丙烯酸系聚合物、醋酸乙烯酯-乙烯共聚物和聚氨酯聚合物。典型地，膠乳乳液在水中的固含量為約45～75重量％，更優(yōu)選為約50～65重量％；而典型地，聚氨酯分散液的固含量稍低，為約35～50重量％。
水基組分中的成膜聚合物可以由多種方式來確定，如粒徑、分子量，成膜聚合物為基于醋酸乙烯酯-乙烯共聚物時的乙烯含量。典型地，包含在乳液或分散液中的成膜聚合物的顆粒，其平均粒徑為小于約1微米。例如聚氨酯分散液通常其平均粒徑為約0.04～0.08微米。醋酸乙烯酯-乙烯共聚物(VAE)膠乳的平均粒徑為大約1微米。數(shù)均分子量(Mn)是基于所使用的成膜聚合物的類型。典型的醋酸乙烯酯-乙烯共聚物(VAE)、醋酸乙烯酯-丙烯酸系共聚物(VAA)和丙烯酸系乳液的數(shù)均分子量為約500000～2000000克/摩爾，而典型的聚氨酯分散液的數(shù)均分子量為約50000～150000克/摩爾。醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液還可以通過成膜聚合物的乙烯含量來定義，該含量為約10～30％。
適用的商業(yè)可得的乳液和分散液包括H.B.Fuller Co.(St.Paul，MN)的乙烯基丙烯酸系共聚物乳液PD-2044和PD-2135，Rohm and Haas Co.(Philadelphia，PA)的RovaceHP-2931和RovaceHP-3213；Air Products andChemicals(Allentown，PA)的醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液Airflex410、Airflex440H、Airflex465和Airflex7200，Reichhold Chemical(ResearchTriangle Park，NC)的Elvace4075-00和Elvace40706-00；H.B.Fuller Co.的聚氨酯分散液WD-4009，Bayer Corp.(Pittsburgh，PA)的DispercollU53和DispercollU42；H.B.Fuller Co.的醋酸乙烯酯均聚物PD-0330和PD-0382，Rohm and Haas Co.的Rovace571和Rovace6206，Air Products and Chemicals的VinacXX-211和XX-241；Rohm and Haas Co.的丙烯酸系共聚物RhoplexN-495和RhoplexB-60A。
公開于這里并入作為參考的US 4536012、4702496和5443674中的各種水基裝訂組合物，也可以用作本發(fā)明的水基組分。
基于粘合劑組合物的總重量，存在于粘合劑組合物中的水基組分的量為約30～99重量％。當(dāng)用作底涂層組合物時，本發(fā)明的水基組分的含量優(yōu)選占約70～99重量％，更優(yōu)選為約80～99重量％?；蛘呤牵?dāng)用作一步法裝訂粘合劑組合物時，水基組分的量優(yōu)選為約30～99重量％，更優(yōu)選為約60～85重量％。
熱塑性組分優(yōu)選以固體顆粒的形式存在，與水基組分中的成膜聚合物的粒徑相比，該固體顆粒的粒徑相對較大。熱塑性組分顆粒為固體，即它們不是多孔狀的或泡狀的。這些顆粒是足夠大的，以致于在由粘合劑組合物形成的干燥膜的表面上，它們會產(chǎn)生可見的外形標(biāo)志。然而，這些顆粒也是足夠小的，以致于它們不會妨礙組合物的涂覆過程。優(yōu)選地，熱塑性組分的平均粒徑為至少約10微米～約1500微米，優(yōu)選約50微米～500微米。
熱塑性組分的由環(huán)&球法測定的軟化點溫度為約65～200℃，優(yōu)選約65～190℃，更優(yōu)選約65～175℃，最優(yōu)選約65～120℃。當(dāng)用作底涂層組合物時，優(yōu)選熱塑性組分的軟化溫度約相同于或低于第二步熱熔粘合劑的施用溫度。推測，熔融的第二步熱熔粘合劑的施用使得熱塑性組分顆粒熔融，以在底涂層層和隨后使用的熱熔粘合劑之間形成粘接，由此改進(jìn)了界面粘接。
熱塑性組分在相對較低的施用溫度下相對呈流體，特別是與干燥的成膜聚合物比較時。熱塑性組分在177℃下的Brookfield粘度為小于約100000cps，優(yōu)選小于約50000cps，更優(yōu)選小于約25000cps，最優(yōu)選小于約10000cps。低粘度使得熱塑性組分可以熔融和流動，由此在兩步法中改進(jìn)了底涂層和第二步粘合劑之間的界面粘接。在一步法中，它還使得熱塑性組分可以流動并形成與基質(zhì)的粘接。
在本發(fā)明的粘合劑組合物中，可以使用各種材料作為熱塑性組分，如熱塑性聚合物、熱塑性樹脂、熱熔粘合劑及其混合物。熱塑性聚合物可以是在熱熔粘合劑中用作基礎(chǔ)聚合物，以提供柔韌性、強(qiáng)度、韌性和粘接性能的任何聚合物。在熱塑性聚合物用作熱塑組分的實施方案中，優(yōu)選按照ASTM D 1238測定的熱塑性聚合物的熔融指數(shù)為約1～2000g/10min，優(yōu)選約5～1000g/10min。
適用的熱塑性聚合物包括乙烯的共聚物和三元共聚物；無定形聚α-烯烴；均相線性或基本上線性的乙烯/α-烯烴共聚物；橡膠狀的嵌段共聚物；聚酰胺；聚酯；及其混合物。
優(yōu)選的乙烯共聚物和三元共聚物包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)；乙烯-丙烯酸共聚物(FAA)及其離聚物；乙烯-甲基丙烯酸共聚物及其離聚物；乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)；乙烯-丙烯酸正丁酯共聚物(EnBA)；及其各種結(jié)合了兩種或多種共聚單體的衍生物。乙烯的共聚物和三元共聚物中，通常其共聚單體含量為約15～40重量％，優(yōu)選約18～35重量％，更優(yōu)選約18～33重量％。
適用的商業(yè)可得的乙烯共聚物和三元共聚物包括Eastman ChemicalCo.(Kingsport，TN)商品名為Epolene的乙烯均聚物；Du Pont de Nemours&Co.(Wilmington，DE)商品名為Elvax的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；Exxon MobileChemical Co.商品名為Escorene的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；Exxon MobileChemical Co.(Houston，TX)商品名為Enable的乙烯-丙烯酸正丁酯共聚物；Exxon Mobile Chemical Co.商品名為Optema的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物；以及Du Pont de Nemours&Co.商品名為Elvaloy的乙烯-丙烯酸正丁酯-一氧化碳三元共聚物。
無定形聚α-烯烴(APAO)為C2～C8α-烯烴的均聚物、共聚物和三元共聚物。適用的商業(yè)可得的無定形聚α-烯烴包括Rexene(Dallas，TX)的Rextac和REXFlex基于丙烯的均聚物、乙烯-丙烯共聚物和丁烯-丙烯共聚物，以及Creanova Inc.(Somerset，NJ)的Vestoplastα-烯烴共聚物。而且，還可以由Eastman Chemical Co.，以商品名Eastoflex獲得丙烯的均聚物、共聚物和三元共聚物。
均相乙烯/α-烯烴共聚物為使用受限幾何形狀或單位點茂金屬催化劑制備的乙烯和至少一種C3～C20α-烯烴的共聚物。這里所用的術(shù)語“共聚物”是指二元共聚物、或三元聚合物或更多元的聚合物。也就是說，至少一種其它的共聚單體與乙烯聚合以得到共聚物。典型地，優(yōu)選的均相乙烯/α-烯烴共聚物其密度較低，為約0.865～0.890g/cm3，更優(yōu)選小于約0.880g/cm3。適用的商業(yè)可得的均相線性乙烯/α-烯烴共聚物包括Exxon Mobile Chemical Co.的Exact；基本上為線性的乙烯/α-烯烴共聚物包括Dow Chemical Co.(Midland，MI)的Affinity聚烯烴塑性體和Engage聚烯烴彈性體。
適用的橡膠狀嵌段共聚物包括A-B-A三嵌段結(jié)構(gòu)、A-B二嵌段結(jié)構(gòu)、(A-B)n星型嵌段共聚物結(jié)構(gòu)，以及這些的支化和接枝形式，其中A端嵌段為非彈性聚合物嵌段，典型地包括聚苯乙烯和/或聚乙烯基單體，B嵌段為不飽和共軛二烯或其氫化形式。通常，B嵌段典型地為異戊二烯、丁二烯、乙烯/丁烯(氫化的丁二烯)、乙烯/丙烯(氫化的異戊二烯)及其混合物。商業(yè)可得的橡膠狀嵌段共聚物包括Shell Chemical Company(Houston，TX)的KratonD和G系列嵌段共聚物，EniChem(Houston，TX)的EuropreneSol T嵌段共聚物，Exxon(Dexco)(Houston，TX)的Vector嵌段共聚物。
其它適用的熱塑性聚合物包括熱塑性聚酯聚合物，如Dupont de Nemours&Co.的Hytrel，線性飽和聚酯，如Creanova Inc.的Dynapol和Dynacoll聚合物，聚氧乙烯聚醚酰胺和聚酯醚嵌段共聚物，如Atofina ChemicalsInc.(Philadelphia，PA)的PeBax聚合物，以及聚酰胺聚合物，如Huls AmericaInc.(Piscataway，NJ)的Vestamelt聚合物。
熱塑性聚合物實質(zhì)上不同于存在于水基組分中的成膜聚合物。熱塑性聚合物在這一點上不是成膜聚合物，即單獨含有熱塑性聚合物顆粒的干燥懸浮液、乳液或分散液將不會在環(huán)境溫度下凝聚以成膜，而是不論顆粒的粒徑大小將保持為離散的顆粒。在分子量、分子量分布、熔體粘度方面，熱塑性聚合物也不同于成膜聚合物，且在基于乙烯的共聚物的情形下，它們的共聚單體含量也不同。例如，通常熱塑性聚合物的數(shù)均分子量(Mn)為約10000～250000克/摩爾，而用于粘合劑組合物的水基組分中的成膜聚合物的數(shù)均分子量通常至少為50000克/摩爾，上至大約2000000克/摩爾。至于在基于乙烯的共聚物中的共聚單體含量，包含在水基組分中的用作成膜聚合物的基于乙烯的共聚物，典型地其共聚單體含量不小于約50重量％，而用作熱塑性聚合物的基于乙烯的共聚物，其共聚單體含量較低，例如不大于約40重量％，典型地，基于單體混合物的總重量，其共聚單體含量范圍為約15～40重量％。
熱塑性組分也可以是熱塑性樹脂，如熱塑性增粘樹脂。由石油和萜烯原料流，以及木材、樹膠和妥爾油松香的衍生得到熱塑性增粘樹脂。這些增粘樹脂為低分子量樹脂，其重均分子量(Mw)很少超過2000克/摩爾，通常低于1000克/摩爾。典型的增粘樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為約25～80℃。適用的熱塑性增粘樹脂包括C5樹脂、C9樹脂和基于雙環(huán)戊二烯的樹脂、萜烯和苯乙烯化的萜烯樹脂、芳族改性的烴樹脂、以及松香衍生的增粘樹脂如松香酯。
適用的商業(yè)可得的熱塑性樹脂包括C5樹脂，如Exxon Mobile Chemical Co.的Escorez1000系列，C9樹脂，如Hercules，Inc.(Wilmington，DE)的Kristalex系列樹脂，基于雙環(huán)戊二烯的樹脂，如Exxon Mobile Chemical Co.的Escorez5000系列，多萜烯樹脂，如Hercules，Inc.的Piccolyte系列樹脂，萜烯酚樹脂，如Arizona Chemical(Panama City，F(xiàn)L)的SylvaresTP系列樹脂，以及松香酯樹脂，如Arizona Chemical的Sylvalite和Sylvatac松香酯。
熱塑性聚合物和熱塑性樹脂可以單獨或相互結(jié)合使用，和/或與其它任選的通常用于熱熔粘合劑中的組分，如增塑劑、蠟、抗氧劑和顏料等結(jié)合使用。
熱塑性組分也可以是熱熔粘合劑組合物，優(yōu)選是含有至少一種與其它熱塑性組分如增粘樹脂和蠟配合使用的熱塑性聚合物的熱熔裝訂粘合劑。在熱熔粘合劑中還可以存在其它添加劑，如抗氧劑、顏料、增塑劑和填料。在優(yōu)選的實施方案中，使用一步法裝訂粘合劑作為熱塑性組分。
可以以各種方式，包括研磨和噴霧干燥等形成粒狀熱塑性組分。在一優(yōu)選的實施方案中，通過使用液氮的低溫研磨來完成研磨。用液氮在約-200℃下將熱塑性組分進(jìn)行預(yù)冷凍，然后在也用液氮進(jìn)行預(yù)冷卻的Hammermill研磨機(jī)中進(jìn)行研磨。所得的研磨顆粒為固體，呈非均勻的破碎形式。另一方面，典型地，在熱塑性組分為熔融形式的溫度下進(jìn)行噴霧，隨后對顆粒進(jìn)行冷卻或急冷。與通過研磨所得的顆粒相比，這樣得到的固體顆粒為更均勻的圓球形。一旦獲得顆粒，即通過任何公知的方式按照粒徑對顆粒進(jìn)行分離。優(yōu)選地，熱塑性組分的粒徑為約10～1500微米，更優(yōu)選約50～500微米。
基于組合物的總重量，熱塑性組分在本發(fā)明的粘合劑組合物中的存在量為約1～70重量％。當(dāng)用作底涂層組合物時，熱塑性組分的存在量優(yōu)選為約1～30重量％，更優(yōu)選約1～20重量％?；蛘呤?，當(dāng)用作一步法裝訂粘合劑組合物時，熱塑性組分的量優(yōu)選為約1～70重量％，更優(yōu)選約15～40重量％。
除了水基組分和粒狀熱塑性組分之外，本發(fā)明的粘合劑組合物還包括通常用于水基粘合劑組合物中的組分或添加劑，例如增粘樹脂分散液、增塑劑、流變改性劑、消泡劑、表面活性劑、殺生劑、顏料、交聯(lián)劑、固化劑、填料、粘合促進(jìn)劑及其混合物。
粘合劑組合物還可以包括淀粉。淀粉可以從任何可與粘合劑組合物以下述濃度進(jìn)行混合的那些中進(jìn)行選擇，該濃度應(yīng)有效地復(fù)合存在于干燥過程中的大部分的游離水，同時不至于在干燥步驟之前過度增加粘合劑組合物的粘度。適用的商業(yè)可得的淀粉產(chǎn)物包括土豆、小麥、稻米、蠟質(zhì)玉米、西米、高梁、竹芋、木薯、及其混合物。典型地，沿長軸測定，這些原料淀粉產(chǎn)物的顆粒尺寸范圍為約2～150微米，且凝膠溫度為約55～80℃?；谡澈蟿┙M合物的總重量，淀粉的存在量為約1～20重量％，優(yōu)選約2～15重量％，最優(yōu)選約3～10重量％。
本發(fā)明的粘合劑組合物，即水基組分、粒狀熱塑性組分、以及任選地其它添加劑的混合物，在25℃下的Brookfield粘度優(yōu)選為約50～50000cps。在其中粘合劑組合物用作裝訂底涂層組合物的優(yōu)選實施方案中，其在25℃下的粘度優(yōu)選為約50～15000cps，更優(yōu)選約100～5000cps。在其中粘合劑組合物用作一步法粘合劑組合物的優(yōu)選實施方案中，其在25℃下的粘度優(yōu)選為約1000～50000cps，更優(yōu)選約2000～20000cps。粘合劑組合物的pH值為約4～10。且典型地，pH值依賴于含在水基組分中的成膜聚合物的選擇。在丁苯橡膠(SBR)的情形下，組合物相對呈堿性，而其它成膜聚合物可以在相對酸性的介質(zhì)中形成穩(wěn)定的乳液或分散液。粘合劑組合物的固含量優(yōu)選為約至少40～80重量％，更優(yōu)選約50～75重量％。
可以通過混合水基組分、粒狀熱塑性組分、以及任選地其它添加劑，來制備本發(fā)明的粘合劑組合物。例如，可使用任何公知技術(shù)將粒狀熱塑性組分和任選地其它添加劑分散在水基組分中。在優(yōu)選的實施方案中，在環(huán)境溫度下將水基組分加入到適宜的液體混合器中。若需要的話加入增塑劑，并將混合物在攪拌下保持約0.25～0.75小時。然后加入添加劑，如消泡劑和/或表面活性劑。將混合物緩慢攪拌的同時逐漸地加入粒狀熱塑性組分。若需要的話，加入更多的添加劑如殺生劑、淀粉、增粘樹脂分散液和流變改性劑，并強(qiáng)力混合?？筛鶕?jù)最終用途加入水以調(diào)節(jié)粘度。
本發(fā)明的粘合劑組合物特別適用作一步法裝訂粘合劑，或者兩步裝訂法中的底涂層組合物，其中隨后使用熱熔粘合劑作為第二步粘合劑。作為底涂層組合物，本發(fā)明的粘合劑組合物可潛在地用于任何底涂層應(yīng)用中，特別是其中隨后在干燥的水基底涂層組合物表面上涂覆熱熔粘合劑的應(yīng)用。在兩步裝訂法中，首先將底涂層組合物涂覆到書坯的書脊上。典型地，書坯由書帖制成，每一書帖是均勻的并含有特定數(shù)量的頁數(shù)。書帖被整理成壓緊的堆或“坯”。底涂層的作用是第二步粘合劑的底物或固定物。典型地，第二步粘合劑為熔融涂覆在干燥的底涂層表面上的熱熔粘合劑組合物。作為底涂層組合物使用時，本發(fā)明的粘合劑組合物粘度低，具有良好的滲透入書坯的性能，由此在書的頁之間提供良好的相互粘接。適用作底涂層組合物的本發(fā)明的粘合劑組合物還可用于下述情形，即其中第二步粘合劑可以是任何通常的水基粘合劑以及配制成第二步粘合劑的本發(fā)明的粘合劑組合物。此外，本發(fā)明的粘合劑組合物還可用于其中書坯通過書脊首先縫合的“膠粘”(gluing off)應(yīng)用。
本發(fā)明的粘合劑組合物有利于頁與頁之間的良好粘接，因為它具有足夠的流動性，使得粘合劑組合物可以滲透入書的紙坯料中幾毫米。干燥時水基組分凝聚形成均勻的膜。粒狀熱塑性組分在環(huán)境溫度下并不成膜，一旦干燥，本發(fā)明的粘合劑組合物即具有織構(gòu)的外觀，這歸因于粒狀熱塑性組分。與含有水基組分的成膜聚合物相比，熱塑性組分在相對較低的溫度如大約120℃下即變成熱熔或可流動的，因此可以在相對較低的溫度下加熱使其再活化。
本發(fā)明的粘合劑組合物具有幾個顯著的優(yōu)點。當(dāng)用作底涂層組合物時，含在組合物中的水基組分滲透入書坯，由此在書的各頁之間提供良好的相互粘接。而且，在涂覆熔融的第二步熱熔粘合劑時，含在組合物中的熱塑性組分熔融并形成與第二步熱熔粘合劑的粘接，因此改善了在水基底涂層組合物和第二步熱熔粘合劑的界面處的粘接。與缺少熱塑性組分的相同的水基底涂層組合物與第二步熱熔粘合劑之間的界面粘接強(qiáng)度相比，界面粘接強(qiáng)度可提高至少約20％，優(yōu)選至少約30％。推測，熱塑性組分是以下述方式起作用的，即與含在通常的底涂層組合物中的成膜聚合物和第二步熱熔粘合劑之間的親和力相比，熱塑性組分和第二步熱熔粘合劑之間具有更好的親和力。
可以在對粘度不產(chǎn)生不利影響下，以相對較高的量結(jié)合摻入熱塑性組分。通過增加固含量減小水的含量，可提高粘合劑組合物的固定速度，并由此提高了整個生產(chǎn)速度。加入粒狀熱塑性組分還可以暫時延遲干燥過程中聚合物組礙物的形成，由此防止了大砂眼的形成。而且，由于熱塑性組分顆粒的均勻分散，粒狀熱塑性組分的加入導(dǎo)致形成具有均勻質(zhì)地的干燥底涂層表面。這一具有均勻質(zhì)地的底涂層表面改善了第二步粘合劑的粘接。
當(dāng)用作一步法裝訂粘合劑時，本發(fā)明的粘合劑組合物具有水基粘合劑和熱熔粘合劑相結(jié)合的優(yōu)點。粘合劑組合物類似于水基粘合劑滲透入書帖，產(chǎn)生良好的各頁間的相互粘接。而且，在加熱和干燥粘合劑組合物時，熱塑性組分變成熔融態(tài)。熔融的熱塑性組分具有足夠的熱粘性以粘起封面或壓頂紙，這在生產(chǎn)過程中是很重要的。粘起封面或壓頂紙的能力目前還不能以通常的水基粘合劑以生產(chǎn)速度來實現(xiàn)。相對于其它用作一步法粘合劑的水基粘合劑來說，由于固含量更高，因此本發(fā)明粘合劑組合物的另一優(yōu)點是提高了固定速度。此外，本發(fā)明的粘合劑組合物相對于一步法熱熔粘合劑其優(yōu)點還在于不必使用熱熔罐和預(yù)熔器。取消使用預(yù)熔器和涂覆罐設(shè)備在安全上是有利的。多數(shù)預(yù)熔器和涂覆罐要加熱到大約177℃。當(dāng)使用這些加熱的設(shè)備時必須要小心，會發(fā)生危險。取消使用這些設(shè)備，還將消除熱熔涂覆罐所帶來的令人不愉快的氣味和煙霧，使工作環(huán)境更好。
可以使用任何水基組合物所使用的標(biāo)準(zhǔn)涂覆方法，包括輥涂、刷涂、擠涂等，將本發(fā)明的粘合劑組合物涂覆到書坯的書脊上。
下述非限定性的實施例進(jìn)一步詳細(xì)地說明了本發(fā)明的粘合劑組合物。除非另加說明，這里所述的所有的份數(shù)、比例、百分?jǐn)?shù)和量均以重量計。
實施例測試方法180°剝離強(qiáng)度測試方法使用Thwing-Albert Intelect 500測試機(jī)，按照下述在環(huán)境溫度下測定作為底涂層組合物使用的粘合劑組合物的180°剝離強(qiáng)度用涂料刷將成膜聚合物如Airflex440H預(yù)涂在20”×30”的帆布片的一側(cè)，在49℃的烘箱中干燥2小時，然后使其在環(huán)境溫度下放置過夜。從涂覆的帆布上切割下一4”×8”的長條，并用膠紙帶將其固定在一木塊上，涂覆的一側(cè)向下。用涂料刷在帆布條未涂覆的一側(cè)涂覆上一層約5密耳的粘合劑組合物，保證所有的孔隙均被覆蓋。然后在距離帆布條約6.5cm處放置一紅外熱源約30～40秒，目的是使其在不變黃或脫色的前提下將樣品均勻干燥。
立即在約177℃下，在干燥的粘合劑層上均勻地傾倒作為第二步粘合劑使用的熱熔粘合劑組合物，并用20密耳的棒進(jìn)行刮涂。然后立即用一4”×8”未涂覆的帆布條覆蓋在上述帆布條上。在帆布條未涂覆的一側(cè)上放置一4”×8”的1kg重的木塊，并將其靜置，直至冷卻至環(huán)境溫度。
然后將制備好的樣品在環(huán)境溫度條件下放置至少約24小時，切割成2”×8”的長條(從每邊切割1”)，并以10cm/min的剝離速率按照180°剝離的方式進(jìn)行測定。使剝離進(jìn)行20cm，且第一個1cm不記錄。記錄下三個樣品中最小的一個的平均剝離強(qiáng)度。
定性粘接測試方法按照下述在環(huán)境溫度下測定作為一步法粘合劑組合物使用的粘合劑組合物的定性粘接在牛皮紙上涂覆均勻的粘合劑組合物膜。然后用紅外熱源對該膜進(jìn)行干燥。將紅外熱源放置在牛皮紙上，距離約6.5cm，并輻射加熱約20秒鐘。立即在粘合劑膜之上涂覆封面坯料(coverstock)，并用5lb的滾筒在粘接處之上滾動，以保證形成牢固的粘接。然后緩慢地從牛皮紙上移開封面坯料，通過觀察評價粘接的質(zhì)量。評價測試樣品的封面坯料的纖維撕裂，以及含在粘合劑組合物中的粒狀熱塑性組分是否變得熔融。
干燥速度測試法I通過視覺上比較測試樣品與對照物的干燥速度，來評價粘合劑組合物的干燥速度。觀察干燥過程中的外觀以及最終干燥膜的外觀。通過用刮涂直角尺，將要測試的粘合劑組合物和對照物同時涂覆在粗紙板上，分別得到10密耳的濕層，而制備測試樣品和對照物。立即將粗紙板放置在具有四個高密度紅外燈的Research Inc.Model 5610干燥單元下。將功率設(shè)定在50％。
干燥速度測試法II按照下述測定粘合劑組合物的干燥速度并表達(dá)為干燥面積的重量百分?jǐn)?shù)在粗紙板上刮涂20密耳的粘合劑組合物層。將樣品放置在紅外熱源Research Inc.Model 5610干燥單元下，50％功率下放置20秒鐘。然后將粗紙板從熱源處移開并使其冷卻。將有砂眼的區(qū)域和刮涂的粘合劑組合物的總區(qū)域描繪在透明膜上。切割下描繪的區(qū)域并稱重，記錄下基于刮涂的區(qū)域總重量的、砂眼區(qū)域的重量百分?jǐn)?shù)。
粒徑和粒徑分布用Malvern Instrument Ltd.(Malvern，UK)的Malvern Mastersize X，測定熱塑性組分的粒徑和粒徑分布。
實施例1在-195℃下用Hammermill研磨機(jī)，將由H.B.Fuller Co.商業(yè)可得的基于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熱熔粘合劑，即HL-3195，低溫研磨至平均粒徑為約100微米。然后將15重量％研磨的HL-3195加入到85重量％由Air Products andChemical Co.(Allentown，PA)得到的乙烯-醋酸乙烯酯乳液共聚物Airflex440H中。實旋例1與作為對比例A的僅含Airflex440H的對照實施例進(jìn)行比較。用水對兩個樣品進(jìn)行稀釋，直至室溫下粘度達(dá)到475cps。按照干燥速度測試法I評價干燥速度和干燥膜的外觀。結(jié)果列于表I中。
表I
實施例2將20重量％研磨的HL-3195(約100微米)與80重量％Airflex440H混合。25℃下用水將混合物的粘度調(diào)節(jié)至約2000cps。使用相同的對比例A作為對照物，25℃下其粘度也被調(diào)節(jié)為2000cps。用HL-3195作為第二步熱熔粘合劑，按照180°剝離強(qiáng)度測試法測定180°剝離強(qiáng)度。結(jié)果列于表II中。表II
實施例3～9和對比例B將按照實施例1得到的研磨的HL-3195以規(guī)則的間隔從0重量％增加到30重量％加入到PD-2044中，PD-2044為由H.B.Fuller Co.商業(yè)得到的醋酸乙烯酯-丙烯酸系聚合物乳液。25℃下用水將每一組合物的粘度調(diào)節(jié)至2000cps。用HL-3195作為第二步粘合劑，按照180°剝離強(qiáng)度測試法測定180°剝離強(qiáng)度。結(jié)果列于表III中。
表III
實施例10～15和對比例B將由H.B.Fuller Co.商業(yè)可得的基于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熱熔粘合劑HL-3204，低溫研磨至平均粒徑為約100微米。將用作熱塑性組分的研磨的HL-3204，以5％的增量從0重量％增加至30重量％，加入到PD-2044中。25℃下用水將每一組合物的粘度調(diào)節(jié)至500cps。用HL-3204作為第二步粘合劑，按照180°剝離強(qiáng)度測試法測定180°剝離強(qiáng)度。結(jié)果列于表IV中。表IV
實施例16～21和對比例C和D通過將表V的組分混合來制備實施例16～21以及對比例C和D的組合物。
分別按照180°剝離強(qiáng)度測試法和干燥速度測試法II，測定180°剝離強(qiáng)度和干燥區(qū)域的重量百分?jǐn)?shù)。結(jié)果以及組合物的其它物理性能也列于表V中。表VI列出了按照干燥速度測試法I評價的干燥膜的外觀。
表V
*H.B.Fuller Co.的聚氨酯分散液**來自A.E.Staley Manufacturing Co.(Decatur，IL)***Cognis Co.(Ambler，PA)的消泡劑表VI
實施例22通過混合70.0重量％的PD-2044S(由H.B.Fuller Co.商業(yè)獲得的醋酸乙烯酯-丙烯酸系聚合物乳液)、1.20重量％的消泡劑、0.18重量％的流變改性劑、0.18重量％的表面活性劑、0.05重量％的殺生劑、20.77重量％的水和8.70重量％的研磨的、粒徑分布如表VII所示的HL-3195，來制備粘合劑組合物。在室溫下將每一所得混合物的粘度調(diào)節(jié)至1100cps。按照180°剝離強(qiáng)度測試法測定180°剝離強(qiáng)度，記錄下四個樣品的平均值。結(jié)果列于表VII。
表VII
*觀察到有斑點的粘接實施例23按照實施例22，通過混合70.0重量％的PD-2044S、1.20重量％的消泡劑、0.18重量％的流變改性劑、0.18重量％的表面活性劑、0.05重量％的殺生劑、20.77重量％的水和8.70重量％的研磨的HL-3096(H.B.Fuller Co.的基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)聚合物的粘合劑，與實施例22中的具有相同的粒徑分布)來制備粘合劑組合物。用HL-3096作為第二步熱熔粘合劑，按照180°剝離強(qiáng)度測試法測定180°剝離強(qiáng)度。所有的測試樣品均顯示出帆布基質(zhì)的破壞，由此說明粘接非常強(qiáng)。
實施例24通過混合73.6重量％的PD-2044、0.06重量％的消泡劑、1.84重量％的水和24.5重量％研磨的、粒徑分布如表VIII所示的HL-3195，來制備粘合劑組合物。在室溫下將每一所得混合物的粘度調(diào)節(jié)至1100cps。按照定性粘接測試法評價粘接的質(zhì)量，記錄下三個樣品的平均評價值。結(jié)果列于表VIII中。
表VIII
實施例25～28通過混合表IX所列的組分制備粘合劑組合物。所有的熱塑性組分的平均粒徑均小于約500微米。按照定性粘接測試法評價粘接的質(zhì)量。所有樣品均通過了顯示纖維撕裂的測試。
表IX
*H.B.Fuller Co.的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物**H.B.Fuller Co.的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物
權(quán)利要求
1.一種粘合劑組合物，該組合物含有a)含成膜聚合物的水基組分；和b)選自熱塑性聚合物、熱塑性樹脂、熱熔粘合劑組合物及其混合物的熱塑性組分，其中所述熱塑性組分為粒狀形式，其平均粒徑為約10～1500微米。
2.權(quán)利要求1的粘合劑組合物，還含有增粘樹脂、增塑劑、表面活性劑、流變改性劑、殺生劑、泡沫控制劑及其混合物。
3.權(quán)利要求1和2任一項的粘合劑組合物，其中所述熱塑性組分的平均粒徑為約50～500微米。
4.權(quán)利要求1～3任一項的粘合劑組合物，還含有淀粉。
5.權(quán)利要求1～4任一項的粘合劑組合物，其中所述組合物在25℃下的Brookfield粘度為約50～50000cps。
6.權(quán)利要求5的粘合劑組合物，其中所述組合物在25℃下的Brookfield粘度為約50～15000cps。
7.權(quán)利要求5的粘合劑組合物，其中所述組合物在25℃下的Brookfield粘度為約2000～20000cps。
8.權(quán)利要求1～7任一項的粘合劑組合物，其中所述組合物的固含量至少為約40～80重量％。
9.權(quán)利要求8的粘合劑組合物，其中所述組合物的固含量為約50～75重量％。
10.權(quán)利要求1～9任一項的粘合劑組合物，其中所述組合物的180°剝離值至少增加20％。
11.權(quán)利要求10的粘合劑組合物，其中所述組合物的180°剝離值至少增加30％。
12.權(quán)利要求1～11任一項的粘合劑組合物，其中所述熱塑性組分的存在量為約1～70重量％。
13.權(quán)利要求12的粘合劑組合物，其中所述熱塑性組分的存在量為約大于15重量％至約40重量％。
14.權(quán)利要求12的粘合劑組合物，其中所述熱塑性組分的存在量為約1～30重量％。
15.權(quán)利要求1～14任一項的粘合劑組合物，其中所述熱塑性組分的軟化點為約65～200℃。
16.權(quán)利要求1～15任一項的粘合劑組合物，其中所述熱塑性組分在177℃下的Brookfield粘度小于約100000cps。
17.權(quán)利要求1～18任一項的粘合劑組合物，其中所述熱塑性聚合物包括乙烯的共聚物和三元共聚物，無定形聚α-烯烴，均相的線性和基本上線性的乙烯/α-烯烴共聚物，橡膠狀嵌段共聚物，聚酰胺，聚酯，或其混合物。
18.權(quán)利要求1～17任一項的的粘合劑組合物，其中所述熱塑性組分還含有增粘劑、增塑劑、蠟、顏料、抗氧劑、或其混合物。
19.權(quán)利要求1～18任一項的粘合劑組合物，其中所述熱塑性組分為含有熱塑性聚合物、增粘劑、增塑劑和/或蠟的熱熔粘合劑組合物。
20.權(quán)利要求19的粘合劑組合物，其中所述成膜聚合物包括醋酸乙烯酯-乙烯共聚物、醋酸乙烯酯-丙烯酸系共聚物、或其混合物。
21.權(quán)利要求19的粘合劑組合物，其中所述熱塑性聚合物包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或苯乙烯-丁二烯共聚物。
22.權(quán)利要求1～21任一項的粘合劑組合物，其中所述成膜聚合物包括丙烯酸系聚合物、醋酸乙烯酯-丙烯酸系共聚物、醋酸乙烯酯均聚物、醋酸乙烯酯-乙烯共聚物、聚氨酯、或其混合物。
23.一種權(quán)利要求1～22任一項的粘合劑組合物的制備方法，該方法包括a)將所述熱塑性組分研磨至所需的粒徑；和b)將所述粒狀形式的研磨的熱塑性組分與所述水基組分混合。
24.權(quán)利要求23的方法，其中所述研磨為低溫研磨。
25.一種粘接具有書脊區(qū)域的書坯以形成書的方法，該方法包括a)在書坯的書脊上涂覆權(quán)利要求1～6、8～12和14～22任一項的粘合劑組合物；b)干燥所述的粘合劑組合物；和c)在所述干燥的粘合劑組合物表面上涂覆第二步粘合劑。
26.一種粘接具有書脊區(qū)域的書坯以形成書的方法，該方法包括a)在書坯的書脊上涂覆權(quán)利要求1～5、7～13和15～22任一項的粘合劑組合物；b)加熱所述的粘合劑組合物，使得所述水基組分干燥，并使所述熱塑性組分熔融；和c)通過所述的熱塑性組分將書封面或壓頂紙與所述書坯粘接。
27.一種按照權(quán)利要求25的方法制得的書。
28.一種按照權(quán)利要求26的方法制得的書。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含有包括成膜聚合物的水基組分和粒狀熱塑性組分的粘合劑組合物,其中熱塑性組分選自熱塑性聚合物、熱塑性樹脂、熱熔粘合劑組合物及其混合物。熱塑性組分的平均粒徑為約10～1500微米。該粘合劑組合物適用作一步法裝訂粘合劑、底涂層組合物、以及兩步裝訂法中的第二步粘合劑。本發(fā)明還涉及使用該粘合劑組合物的裝訂方法。
文檔編號C09J175/04GK1366546SQ01801118
公開日2002年8月28日 申請日期2001年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月30日
發(fā)明者M·M·勒斯克, K·H·丹戈, R·M·胡姆, D·B·瑪克穆, K·A·克勒曼, R·R·達(dá)維斯 申請人:H.B.富勒許可和金融公司