Чувствительный к давлению клей на основе возобновляемых ресурсов и способ его получения

Чувствительный к давлению клей на основе возобновляемых ресурсов и способ его получения

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка претендует на приоритет предварительной патентной заявки US сер. №61/374743, поданной 18 августа 2010 г.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

В целом, настоящее изобретение относится к области чувствительных к давлению клеев (англ. pressure sensitive adhesive, сокращенно PSA). В частности, изобретение относится к чувствительным к давлению клеям, которые получают из возобновляемых ресурсов, например, материалов, полученных из биологического сырья, и к способам получения чувствительных к давлению клеев.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время почти все известные чувствительные к давлению клеи в основном получают из мономеров, полученных на основе нефтепродуктов. По мере повышения стоимости и истощения ограниченных запасов нефти, использование возобновляемых ресурсов в качестве компонентов исходного сырья для таких клеев становится экономически привлекательным и социально ответственным. Другой причиной для изыскания альтернативных источников сырья служит ограниченный выпуск акриловых мономеров, входящих в состав чувствительных к давлению акриловых клеев. Кроме того, одним из возможных преимуществ чувствительных к давлению клеев, полученных из биологического сырья, может быть их способность к биологическому разложению, которая способствует сохранению окружающей среды при использовании таких клеев. Настоящее изобретение позволяет решать перечисленные выше задачи.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сложности и недостатки, связанные с получением и применением уже известных чувствительных к давлению клеев, могут быть преодолены посредством применения клеев и способов согласно настоящему изобретению.

Один из аспектов изобретения относится к способам получения чувствительных к давлению клеев. Способы включают получение эпоксидированного природного масла или жира и его реакцию с по меньшей мере одним полифункциональным агентом, выбранным из группы, состоящей из спиртов, аминов, аминоспиртов и их комбинаций. Изобретение также относится к чувствительным к давлению клеям, полученным такими способами.

Другой аспект настоящего изобретения относится к способам получения чувствительного к давлению клея, которые включают получение эффективного количества сложных эфиров глицерина, полученных из биологического сырья. Основную часть сложных эфиров глицерина составляют C₈-C₂₂ жирные кислоты. Способы также включают введение эпоксидной функциональной группы в по меньшей мере основную часть сложных эфиров глицерина, с целью получения, таким образом, промежуточного эпоксидированного сложного эфира глицерина. Кроме того, способы включают проведение реакции промежуточного эпоксидированного сложного эфира глицерина с по меньшей мере одним полифункциональным агентом, выбранным из группы, состоящей из (i) спиртов, (ii) аминов, (iii) аминоспиртов и (iv) их комбинаций, с образованием чувствительного к давлению клея. Изобретение также относится к чувствительным к давлению клеям, полученным такими способами.

Очевидно, что изобретение может иметь другие различные примеры осуществления, и некоторые из его деталей могут быть подвергнуты различным модификациям, не выходящим за пределы объема изобретения. Соответственно, нижеследующее описание приведено для иллюстрации, а не для ограничения изобретения.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В различных предпочтительных примерах осуществления изобретения чувствительные к давлению клеи получают из одного или более встречающихся в природе (природных) жиров и/или масел. Натуральные жиры или масла подвергают эпоксидированию и затем вводят в реакцию с одним или более спиртами, аминами, аминоспиртами или их комбинациями, получая чувствительные к давлению клеи. В других предпочтительных примерах осуществления изобретения чувствительные к давлению клеи получают из сложных эфиров глицерина, полученных на биологической основе или из биологического сырья. Как известно, сложные эфиры глицерина включают моноглицериды, диглицериды, триглицериды и их комбинации. Полученные из биологического сырья сложные эфиры глицерина подвергают эпоксидированию и вводят в реакцию с одним или более спиртами, аминами, аминоспиртами или их комбинациями, получая чувствительные к давлению клеи. Ниже рассмотрены эти и другие аспекты изобретения.

Используемые в настоящем описании термины "природные" или "натуральные" жиры и/или масла, в общем, относятся к жирам или маслам, получаемым из тканей растений или животных, в отличие от аналогичных материалов, получаемых из нефти или других ископаемых топлив. Таким образом, термины "природный" или "натуральный" не включают масла или другие материалы, получаемые как непосредственно, так и опосредованно из нефтяных источников или источников, содержащих ископаемое топливо. Как известно, примеры ископаемых топлив включают уголь, масло на нефтяной основе и газ. Упоминаемые в настоящем описании натуральные жиры и/или масла включают жиры и/или масла, получаемые из тканей растений или животных, а также подобные жиры и/или масла, которые были подвергнуты различным видам очистки, обработки или химическим превращениям.

Термин "полученный из биологического сырья", используемый в сочетании со сложными эфирами глицерина, моноглицеридами, диглицеридами, триглицеридами и их комбинациями, относится к соответствующим веществам, которые получены из природных жиров и/или масел.

Натуральные жиры и масла включают триглицериды, которые представляют собой сложные эфиры, содержащие три молекулы жирных кислот, присоединенные к молекуле глицерина. Неограничивающие примеры натуральных жиров и масел, получаемых из растительных или животных источников, включают соевое масло, пальмовое масло, оливковое масло, кукурузное масло, масло канолы, льняное масло, рапсовое масло, касторовое масло, кокосовое масло, хлопковое масло, пальмоядровое масло, масло из рисовых отрубей, сафлоровое масло, кунжутное масло, подсолнечное масло, талловое масло, свиной жир, сало, рыбий жир и их комбинации. Обычно жирные кислоты, входящие в состав натуральных жиров и масел, включают длинноцепочечные, например, от С₈ до C₂₂ и, в частности, от C₁₂ до C₁₄, фрагменты, многие из которых включают множество двойных связей в одной цепочке. Молекула глицерина содержит три гидроксильные (OH-) группы. Каждая жирная кислота содержит карбоксильную группу (COOH-). В триглицеридах гидроксильные группы глицерина присоединены к карбоксильным группам жирных кислот и образуют сложноэфирные связи.

Как было отмечено, длины цепочек жирных кислот в природных или полученных из биологического сырья триглицеридах могут быть различными. Однако чаще всего встречаются цепочки, включающие 16, 18 и 20 атомов углерода. Натуральные жирные кислоты, находящиеся в тканях растений и животных, обычно состоят только из четного числа атомов углерода, что обусловлено их биосинтезом из ацетил-коэнзима А. Тем не менее, некоторые бактерии способны синтезировать жирные кислоты, включающие нечетные количества атомов углерода и разветвленные цепочки. Вследствие этого, благодаря действию бактерий, содержащихся в рубце жвачных животных, животный жир последних часто содержит жирные кислоты с нечетным числом атомов углерода, например 15.

Большинство натуральных жиров содержит сложную смесь индивидуальных триглицеридов. Вследствие этого температуры плавления большинства натуральных жиров лежат в широком температурном диапазоне. Масло какао представляет собой необычное масло, поскольку оно состоит только из нескольких триглицеридов, один из которых содержит пальмитиновую, олеиновую и стеариновую кислоты, перечисленные в порядке понижения их содержания. В результате масло какао имеет относительно узкий диапазон температуры плавления.

Предпочтительные жирные кислоты, содержащиеся в триглицеридах натуральных жиров и масел, представляющих интерес, перечислены ниже в Таблице 1.

Таблица 1
Химические наименования и описание часто встречающихся жирных кислот
Тривиальное название	Количество атомов углерода	Количество двойных связей	Научное наименование	Источники
Масляная кислота	4	0	бутановая кислота	сливочное масло
Капроновая кислота	6	0	гексановая кислота	сливочное масло
Каприловая кислота	8	0	октановая кислота	кокосовое масле
Каприновая кислота	10	0	декановая кислота	кокосовое масле
Лауриновая кислота	12	0	додекановая кислота	кокосовое масло
Миристиновая кислота	14	0	тетрадекановая кислота	пальмоядровое масло
Миристолеиновая кислота	14	1	9-тетрадеценовая кислота
Пальмитиновая кислота	16	0	гексадекановая кислота	пальмовое масло
Пальмитолеиновая кислота	16	1	9-гексадеценовая кислота	животные жиры
Маргариновая кислота	17	0	гептадекановая кислота
Маргаролеиновая кислота	17	1
Стеариновая кислота	18	0	октадекановая кислота	животные жиры
Олеиновая кислота	18	1	9-октадеценовая кислота	оливковое масло
Рицинолеиновая кислота	18	1	12-гидрокси-9-октадеценовая кислота	касторовое масло
Вакценовая кислота	18	1	11-октадеценовая кислота	сливочное масло
Линолевая кислота	18	2	9,12-октадекадиеновая кислота	масло из виноградных косточек
Альфа-Линоленовая кислота (англ. сокращение ALA)	18	3	19,12,15-октадекатриеновая кислота	льняное масло (из семян льна)
Гамма-Линоленовая кислота (англ. сокращение GLA)	18	3	16,9,12-октадекатриеновая кислота	масло бурачника
Арахидиновая кислота	20	0	эйкозановая (кислота	арахисовое масло, рыбий жир
Гадолеиновая кислота	20	1	9-эйкозеновая (кислота	рыбий жир
Арахидоновая кислота (англ. сокращение АА)	20	4	5,8,11,14-эйкозатетраеновая кислота	печеночные жиры
ЕРА (англ. сокращение)	20	5	5,8,11,14,17-эйкозапентаеновая кислота	рыбий жир
Бегеновая кислота	22	0	докозановая кислота	рапсовое масло
Эруковая кислота	22	1	13-докозеновая кислота	рапсовое масло
DMA (англ. сокращение)	22	6	4,7,10,13,16,19-докозагексаеновая кислота	рыбий жир
Лигноцериновая кислота	24	0	тетракозановая кислота	Небольшие количества в большинстве жиров

В зависимости от типа или источника жира или масла и соотношения между маслом и жиром, натуральные жиры и масла содержат различные количества триглицеридов. См. Таблицы 1 и 2 и публикацию "The Chemistry of Oils and Fats", Frank D. Gunstone (Blackwell Publishing 2004). В представленной ниже Таблице 2 приведены характерные количества (в массовых процентах) жирных кислот, содержащихся в часто встречающихся маслах и жирах.

Таблица 2
Характерный состав жирных кислот (% масс.) в часто встречающихся маслах и жирах
Масло/жир	16:0	16:1	18:0	18:1	18:2	18:3	20:1	22:1	24:0	Средняя степень ненасыщенности на одну молекулу триглицерида
соевое	11	0,1	4	23,4	53,2	7,8				4,6
пальмовое	44,4	0,2	4,1	39,3	10	0,4				1,8
рапсовое	3	0,2	1	13,2	13,2	9	9	49,2	1,2	3,8
подсолнечное	6		5	20	60					1,4
талловый жир	27	11	7	48	2					0,6
хлопковое	21,6	0,6	2,6	18,6	54,5	0,7				3,9
оливковое	13,7	1,2	2,5	71,1	10	0,6				2,8
кукурузное	10,9	0,2	2	25,4	59,6	1,2				4,5
масло канолы	4,1	0,3	1,8	60,9	21	8,8	1	0,7	0,2	3,9
льняное	5,5		3,5	19,1	15,3	56,6				6,6

Ненасыщенные связи, находящиеся в различных триглицеридах, содержащихся в маслах и/или жирах, служат потенциальными реакционными центрами для протекания полимеризации и/или реакции с одним или более агентами, рассмотренными в настоящем описании. Двойные связи относительно нереакционно-способны в реакции полимеризации, если они не представляют собой сопряженные двойные связи, как в быстровысыхающих маслах, например в тунговом масле. Тем не менее в одном или более примере осуществления, рассмотренном в настоящем описании, двойные связи подвергают модификации, и полимеризация протекает после модификации.

В некоторых предпочтительных примерах осуществления изобретения для получения чувствительных к давлению клеев используют один или более особый класс сложных эфиров глицерина, полученных из биологического сырья. Например, сложные эфиры глицерина включают моноглицериды, диглицериды, триглицериды и их комбинации. Предпочтительно, сложные эфиры глицерина включают основную часть, состоящую из триглицеридов; однако следует понимать, что изобретение включает применение моноглицеридов, диглицеридов и других компонентов полученных из биологического сырья сложных эфиров глицерина. Следует понимать, что моноглицериды и диглицериды обычно содержат множество упомянутых выше в настоящем описании жирных кислот.

Эпоксидированные жиры и масла

Настоящее изобретение основано на проведении реакции эпоксидированных природных жиров или масел с одним или более спиртом, амином и/или аминоспиртом, более подробно рассмотренными ниже. В частности, в реакциях участвуют полученные из биологического сырья сложные эфиры глицерина, которые предпочтительно включают триглицериды встречающихся в природе жиров или масел. Сложные эфиры глицерина, предпочтительно триглицериды, подвергают эпоксидированию и затем вводят в реакцию с одним или более спиртом, амином и/или аминоспиртом, как указано в настоящем описании.

Эпоксидированные природные жиры или масла могут быть образованы или иначе получены с помощью множества различных методик. Например, эпоксидированные масла могут быть коммерчески доступными. Эпоксидированные растительные масла, например, соевое масло и льняное масло, поставляют такие поставщики, как Cognis of Cincinnati, Ohio; Arkema Inc. (Arkema) of King of Prussia, Pennsylvania; и Cytec Industries (Cytec) of West Paterson, New Jersey. Эти материалы широко используют в качестве пластификаторов и стабилизаторов поливинилхлоридных полимеров.

Эпоксидированные природные жиры или масла также могут быть получены из натуральных жиров или масел. Один или более природный жир или масло вводят в реакцию, в результате которой в триглицериды жира или масла вводят эпоксидные функциональные группы. Введение производят эпоксидированием двойных связей триглицеридов. Затем эпоксидированные материалы вводят в реакцию с дополнительными компонентами, рассмотренными в настоящем описании.

При получении эпоксидированных жиров и/или масел или при проведении их реакций с дополнительными компонентами, рассмотренными в настоящем описании, также могут быть использованы эпоксидированные жирные кислоты и/или сложные эфиры, которые могут быть включены в реакционную систему. В некоторых примерах осуществления в реакционную систему могут быть включены олигомеры или низкомолекулярные полимеры, содержащие эпоксидные группы. Величины температуры стеклования T_g и плотности поперечных связей в полученном полимере, содержащем такие компоненты, относительно низки. Полимеры, полученные из таких материалов, могут применяться в качестве чувствительных к давлению клеев. В частности, монофункциональные жирные кислоты и сложные эфиры могут быть включены в реакционную систему, применяемую для получения чувствительных к давлению клеев. Например, могут быть использованы олеиновая кислота или эруковая кислота. В этих примерах осуществления может быть применен следующий способ. Двойные связи, находящиеся в молекулах жирных кислот или триглицеридов, могут быть эпоксидированы по реакции с надкислотами. Полученные материалы затем дополнительно вводят в реакцию с одним или более спиртами, аминами, аминоспиртами или их комбинацией, рассмотренными в настоящем описании.

Эпоксидированные натуральные жиры или масла и необязательно жирные кислоты и сложные эфиры могут быть дополнительно функционализированы с помощью винилкарбоновых кислот, например, акриловой кислоты и/или метакриловой кислоты; такая функционализация приводит к введению акриловых функциональных групп. Акриловые или метакриловые группы могут реагировать с дополнительными акриловыми сомономерами в соответствии с механизмами традиционных реакций свободнорадикальной полимеризации.

В других примерах осуществления акрилированию (модификации акрилатами) могут быть подвергнуты сложные эфиры жирных кислот, в результате чего получают монофункциональные материалы, которые могут подвергаться сополимеризации с эпоксидированными природными жирами и маслами с образованием чувствительных к давлению клеев. Например, основным компонентом многих растительных масел и масел, получаемых из семян, включающих соевое, оливковое, кукурузное, пальмовое масло, масло канолы и т.д., является олеиновая кислота. Эруковая кислота представляет собой более длинноцепочечную мононенасыщенную жирную кислоту, получаемую из рапсового масла. Из сложных эфиров этих жирных кислот, включающих метиловый, бутиловый и 2-этилгексиловый эфиры, может быть получен, с помощью которого можно изменять величины T_g и модуля упругости, получая требуемые значения, которые должны иметь различные композиции чувствительных к давлению клеев.

Чувствительный к давлению клей на основе пальмового масла может быть получен из пальмового масла, имеющего следующий состав:

Пальмитиновая кислота (16:0)	44,4%
Стеариновая кислота (18:0)	4%
Олеиновая кислота (18:1)	39,3%
Линолевая кислота (18:2)	10%
Линоленовая кислота (18:3)	0,4%

Пальмовое масло приведенного выше состава в среднем содержит 1,82 двойных связи на одну молекулу триглицерида и, следовательно, может вводиться в более высоких концентрациях, при сохранении низких значений модуля упругости. Эпоксидирование двойных связей пальмового масла может быть произведено под действием надкислот, получаемых in situ, например, по реакции пероксида водорода и муравьиной кислоты. Эпоксидированное пальмовое масло может быть дополнительно модифицировано в реакции с акриловой кислотой, приводящей к образованию акрилированного эпоксидированного пальмового масла.

Дополнительные примеры предпочтительных материалов, содержащих эпоксидные функциональные группы, могут включать эпоксидированные триглицериды, например, эпоксидированные растительные масла, например, эпоксидированное соевое масло и эпоксидированное пальмовое масло; монофункциональные эпоксидные материалы, например, эпоксидированные жирные кислоты и эпоксидированные сложные эфиры жирных кислот; и эпоксидные полимеры (смолы), полученные из нефтяных источников, например, полимеры на основе аддуктов простого диглицидилового эфира и резорцина, бисфенола А, бисфенола F, бутандиола и полиэтиленгликоля. Дополнительные аспекты этих и других агентов рассмотрены в настоящем описании.

Реакции эпоксидированного масла (масел)

Как уже было отмечено, один или более эпоксидированный натуральный жир или масло вводят в реакцию с одним или более из следующих полифункциональных компонентов, получая чувствительный к давлению клей. Полифункциональные компоненты выбраны из (i) спиртов, (ii) аминов, (iii) аминоспиртов и их комбинаций. Каждый из этих компонентов более подробно описан ниже.

Кроме одного или более из этих полифункциональных компонентов могут быть применены один или более монофункциональные спирты, амины, аминоспирты и их комбинации. В общем случае для получения полимерного продукта, имеющего молекулярную массу, достаточную для того, чтобы продукт реакции можно было применять в качестве подходящего чувствительного к давлению клея, для введения в реакцию с эпоксидированными натуральными жирами или маслами предпочтительно используют бифункциональный компонент. Однако в некоторых вариантах применения для регулирования плотности получаемой сетчатой структуры или других характеристик полученных полимерных продуктов может быть использован один или более монофункциональный агент. Предпочтительно, если применяют монофункциональные агенты, то они представляют собой один или более одноатомные спирты или моноамины или их комбинации. Кроме того, если применяют монофункциональный агент (агенты), то его используют в комбинации с отмеченным выше полифункциональным агентом (агентами). Согласно изобретению также может быть использовано множество монофункциональных агентов, при условии, что их применяют в комбинации с одним или более полифункциональными агентами, например, добавляют в реакцию с эпоксидированными маслами и жирами.

Спирты

Эпоксидированные жиры или масла могут быть введены в реакцию с одним или более полифункциональными спиртами с образованием требуемых чувствительных к давлению клеев. Предпочтительно спирты представляют собой бифункциональные спирты, т.е. диолы. В реакцию с эпоксидированными жирами или маслами могут быть введены различные диолы. Диол, гликоль или двухатомный спирт представляет собой химическое соединение, содержащее две гидроксильные группы. В Таблице 3 перечислены некоторые репрезентативные примеры диолов, которые могут быть применены для получения различных предпочтительно используемых чувствительных к давлению клеев.

Таблица 3
Репрезентативные двухатомные спирты
Степень разветвленности диола	Гидроксилы на соседних атомах углерода (вицинальные диолы)	Гидроксилы не на соседних атомах углерода
Неразветвленный	Этиленгликоль	1,3-пропандиол, пропиленгликоль, 1,4-бутандиол, 1,5-пентандиол, 1,8-октандиол
Разветвленный	1,2-пропандиол, 1,2-бутандиол, 2,3-бутандиол	1,3-бутандиол, 1,2-пентандиол, этогексадиол, пара-ментан-3,8-диол, 2-метил-2,4-пентандиол

Как уже было отмечено, в некоторых вариантах применения может быть желательно, чтобы реакционная смесь включала одни или более одноатомный спирт. В приведенной ниже Таблице 4 перечислены репрезентативные одноатомные спирты, которые могут быть использованы для получения предпочтительных примеров осуществления чувствительных к давлению клеев. Следует понимать, что, если используют один или более одноатомных спиртов, то их применяют в комбинации с полифункциональным компонентом.

Таблица 4
Репрезентативные одноатомные спирты
Химическая формула	Наименование согласно IUPAC	Тривиальное название
CH3OH	Метанол	Древесный спирт
C2H5OH	Этанол	Хлебный спирт
C4H9OH	Бутанол	Бутиловый спирт
C5H11OH	Пентанол	Амиловый спирт
C16H33OH	Гексадекан-1-ол	Цетиловый спирт
C3H5OH	Проп-2-ен-1-ол	Аллиловый спирт

Примеры предпочтительных спиртов могут включать монофункциональные, бифункциональные и полифункциональные спирты, например метанол, пропанол, изопропанол, бутанол, гексанол, глицерин, пропандиол, бутандиол, гександиол, полиэтиленгликоль, тетраэтиленгликоль, диэтиленгликоль, 2-метилпропандиол, метилбутандиол, метилпентандиол, пентаэритрит, триметилолпропан, сорбит; жирные спирты, например, от С₈ до C₁₈ жирные спирты, полученные из триглицеридов, и их комбинации. Следует понимать, что изобретение никоим образом не ограничено применением любого из перечисленных в настоящем описании спиртов. То есть для введения в реакцию с эпоксидированными природными жирами или маслами с целью получения предпочтительных примеров осуществления чувствительных к давлению клеев могут быть применены почти все соответствующие требованиям спирты, имеющие подходящие характеристики.

Бифункциональный или полифункциональный спирт может представлять собой полимер, содержащий боковые или концевые гидроксильные группы, например, содержащий концевые гидроксильные группы полибутадиен. Спирт может быть получен из биологического сырья или получен из растительных масел. Примеры включают касторовое масло с боковыми гидроксильными группами, димерные диолы, полученные из димерных кислот, или полученные на биологической основе полиолы, получаемые из эпоксидированных масел, например, продукты Agrol, поставляемые Biobased Technologies, продукты Renuva, поставляемые Dow, и продукт BiOH, поставляемые Cargill.

Таким образом, один или более эпоксидированный природный жир или масло могут быть введены в реакцию с одним или более двухатомными спиртами или полифункциональными спиртами и их комбинациями, в результате чего получают предпочтительные примеры осуществления чувствительных к давлению клеев. Могут быть применены одноатомные спирты, при условии, что их используют в комбинации с по меньшей мере одним из следующих соединений: двухатомным спиртом, полифункциональным спиртом или другим бифункциональным или полифункциональным компонентом.

Обычно предпочтительно применяют избыток спиртовых групп по отношению к эпоксидным группам. В настоящем описании такие количества называются эффективными количествами. Для некоторых реакционных систем молярное отношение количества эпоксидных групп к количеству спиртовых групп составляет соответственно приблизительно 1:1,1. Однако следует понимать, что настоящее изобретение включает применение отношений, превышающих или составляющих менее указанного отношения.

Амины

Эпоксидированные природные жиры или масла могут быть введены в реакцию с одним или более полифункциональными аминами, в результате которой образуются требуемые чувствительные к давлению клеи. Предпочтительно амины представляют собой диамины. Амины представляют собой органические соединения и функциональные группы, которые содержат атом азота. Амины являются производными аммиака, в молекуле которого один или более атом водорода замещен заместителем, например алкильной или арильной группой. Часто встречающиеся амины включают аминокислоты, амины биологического происхождения, триметиламин и анилин. Амин может представлять собой первичный амин, вторичный амин и/или третичный амин.

Как было отмечено выше, в реакции с эпоксидированным натуральным жиром (жирами) и/или маслом (маслами) предпочтительно используют полифункциональный компонент. В том случае, если бифункциональный компонент представляет собой амин, то амин является диамином. При условии, что реакционная система включает один или более полифункциональный амин и предпочтительно один или более бифункциональный амин, возможно использование моноамина.

Амины предпочтительно присутствуют в виде диамина. Неограничивающие примеры диаминов включают гидразин, диамины, содержащие алифатическую неразветвленную углеродную цепочку, например этилендиамин (1,2-диаминоэтан), 1,3-диаминопропан (пропан-1,3-диамин), путресцин (бутан-1,4-диамин), кадаверин (пентан-1,5-диамин) и гексаметилендиамин (гексан-1,6-диамин). Дополнительные неограничивающие примеры диаминов включают диамины с ароматическим углеродным остатком, например, содержащие один ароматический цикл. Они включают фенилендиамины, например орто-фенилендиамин (англ. сокращение OPD), мета-фенилендиамин (англ. сокращение MPD) или пара-фенилендиамин (англ. сокращение PPD); ксилилендиамины, например, орто-ксилилендиамин (англ. сокращение OXD), мета-ксилилендиамин (англ. сокращение MXD) или пара-ксилилендиамин (англ. сокращение PXD); и диметил-4-фенилендиамин; и N,N′-ди-2-бутил-1,4-фенилендиамин. Диамины, содержащие два ароматических цикла, включают дифенилэтилендиамин и 1,8-диаминофтален. Следует понимать, что изобретение включает применение практически любого амина, имеющего подходящие характеристики и соответствующего требованиям проведения реакции с эпоксидированными природными жирами или маслами.

Таким образом, один или более эпоксидированных природных жиров или масел могут быть введены в реакцию с одним или более диамином или другими подобными аминами и их комбинациями с целью получения предпочтительных примеров осуществления чувствительных к давлению клеев. Если в реакции используют один или более полифункциональный агент, то для этой цели может быть применен один или более моноамин.

Обычно предпочтительно применяют избыток аминогрупп по отношению к эпоксидным группам. Наиболее предпочтительно молярное отношение количества эпоксидных групп к количеству аминогрупп составляет соответственно приблизительно 1:1,1. В настоящем описании такие количества называются эффективными количествами.

Аминоспирты

Аминоспирты представляют собой органические соединения, содержащие как функциональную аминогруппу, так и функциональную спиртовую группу. Часто встречающиеся аминоспирты включают, без ограничений, этаноламины, пропаноламины, бутаноламины, пентаноламины, гептаноламины, гексаноламины, амины на основе крезола и фенола и их комбинации. Настоящее изобретение включает применение практически любого аминоспирта для проведения реакции с эпоксидированными природными жирами или маслами. Так, если аминоспирт имеет приемлемые характеристики и подходит для введения в реакцию, то он представляет собой потенциальный реагент. Аминоспирт по определению представляет собой бифункциональный (или полифункциональный) агент.

В приведенной ниже Таблице 5 перечислены репрезентативные предпочтительные аминоспирты, которые могут быть применены в способах согласно изобретению.

Таблица 5
Репрезентативные аминоспирты
Наименование или описание
2-Амино-2-этил-1,3-пропандиол
2-амино-2-этил-1,3-пропандиол
2-Амино-2-метил-1-пропанол
2-амино-1-метил-1,3-пропандиол
Раствор 2-амино-2-метил-1-пропанол
80% 2-Диметиламино-2-метил-1-пропанол
Трис(гидроксиметил)аминометан
Трис(гидроксиметил)аминометан
2-Амино-2-метил-1-пропанол
2-Амино-1-метил-1,3-пропандиол
Трис(гидроксиметил)аминометан

Таким образом, один или более эпоксидированный природный жир или масло может быть введен в реакцию с одним или более аминоспиртом с целью получения предпочтительных примеров осуществления чувствительных к давлению клеев.

Как было указано выше при описании спиртов и аминов, в общем случае при использовании агентов, содержащих комбинацию обеих функциональных групп, предпочтительно применяют избыток общего содержания спиртовых и аминогрупп по отношению к эпоксидным группам. Предпочтительное отношение количества эпоксидных групп к общему количеству спиртовых и аминогрупп составляет соответственно приблизительно 1:1,1.

Другие добавки

Как было отмечено выше, кроме одного или более указанных выше полифункциональных спиртов, аминов и/или аминоспиртов, для регулирования плотности сетчатой структуры, в реакцию с эпоксидированными жирами или маслами могут быть включены различные эпоксидированные природные сложные эфиры жирных кислот или эпоксидированные жирные кислоты.

Изобретение также предусматривает возможное включение в реакцию одного или более акрилированных веществ. Неограничивающие примеры акрилированных веществ включают акриловую кислоту, гидроксиэтилакрилат и подобные им вещества. Применение акрилатного компонента позволяет вводить акрилатные двойные связи, которые могут изменять или регулировать способность к отверждению полученного чувствительного к давлению клея, например, при отверждении под действием УФ-излучения и/или при использовании фотоинициаторов.

Также могут быть введены дополнительные добавки, например наполнители, полученные из биологического сырья агенты, придающие клейкость, или пластификаторы, которые также могут быть дополнительно добавлены для модификации свойств получаемого чувствительного к давлению клея.

Для введения таких функциональных групп в получаемую сетчатую полимерную структуру также могут быть использованы дополнительные агенты, содержащие функциональные группы, например сульфоновые кислоты, сульфаты, фосфаты и подобные им вещества. Агенты, выбираемые в качестве сореагентов, могут быть подобраны подходящим образом.

Для введения дополнительной функциональной группы также могут быть использованы материалы, содержащие эпоксидную группу или гидроксильную группу. Для этой цели могут быть применены следующие материалы: гидроксиэтилакрилат, гидроксилэтилметакрилат, гидроксипропилакрилат, гидроксипропилметакрилат, гидроксибутилакрилат, гидроксибутилметакрилат, глицидилметакрилат и их комбинации.

Для регулирования реакционных характеристик или вязкости получаемых чувствительных к давлению клеев, к реагентам, смесям реагентов и/или к полученным полимерным продуктам также могут быть добавлены один или более растворителей. Для этой цели может быть применено множество различных растворителей, например растворители на основе воды или масла. Предпочтительные неограничивающие примеры растворителей на основе масла включают гептан или толуол.

Кроме того, реакционная система также может включать одно или более поверхностно-активное вещество. Например, применение поверхностно-активных веществ может быть желательно, если полимеризацию проводят в эмульсии или суспензии.

Несмотря на то что применение компонентов на основе ископаемых веществ в общем случае нежелательно, следует понимать, что настоящее изобретение включает применение таких компонентов для придания полученной сетчатой структуре некоторых желательных свойств или характеристик. Например, изобретение включает смешивание чувствительных к давлению клеев, рассматриваемых в настоящем описании, получаемых из возобновляемых ресурсов, т.е. натуральных жиров и/или масел, с одним или более компонентами, получаемыми или производимыми из невозобновляемых ресурсов, например, полимеров или компонентов, получаемых из ископаемых топлив. Таким образом, для селективного регулирования или контроля свойств получаемых материалов, чувствительные к давлению клеи, получаемые из натуральных жиров и/или масел, как указано в настоящем описании, могут быть необязательно смешаны с полимерами, полученными из невозобновляемых ресурсов, которые содержат акриловые или эпоксидные функциональные группы или другие группы боковых цепей. Одним из примеров таких свойств является плотность поперечных связей. Методики, основанные на этой стратегии, позволяют применять модификатор, предназначенный для придания специальных свойств и/или регулирования свойств и технических характеристик готового материала. В частности, такая методика позволяет производить "балансировку" свойств получаемого материала. В таких вариантах применения, предполагается, что доля материала, получаемого из возобновляемых ресурсов, предпочтительно составляет по меньшей мере 50%, и предпочтительно по меньшей мере 75%. Однако изобретение включает полимерные материалы, содержащие меньшую часть материала, получаемого из возобновляемых ресурсов, и основную часть материала, получаемого из невозобновляемых ресурсов.

Способы проведения реакций

Для повышения скорости реакции, реакцию между о