專利名稱：單體殘留量低的粘合劑及其制造方法
技術領域：
本發明涉及包含聚合物的粘合劑，其中殘余單體的量非常少，本發明還涉及它們的制造方法及其應用。
典型地說，膠帶、膠布等是將聚合物溶液或懸浮液涂敷在薄膜上或紙上而制成的。隨后經過干燥將有機溶劑或水份除去。溶于有機溶劑的聚丙烯酸溶液尤其適用于此。這些聚丙烯酸酯溶液一般是由丙烯酸、丙烯酸酯、以及某些情況下兼有乙酸乙烯酯，在加入例如偶氮二異丁腈或其他的自由基引發劑，經聚合而制成的。聚合反應或共聚合反應完成之后，加入有機溶劑稀釋到固體含量約為40％，之后該溶液準備用于涂布。
近來人們已經認識到這種方法有局限性，特別是在共聚合的情況下，其中活性最低的單體難以參與聚合反應。由于這個原因，為了獲得可重復制備的確定的聚合物，就要使用過量的該活性最低的單體，如乙酸乙烯酯。原則上，乙酸乙烯酯反應比丙烯酸酯要慢，因為乙酸乙烯酯所含的雙鍵沒有與羰基共軛。加入過量的乙酸乙烯酯的缺點是溶液中游離的乙酸乙烯酯的比例相對于固體含量最高為7-8％。由于前面已經提到的稀釋作用，該殘留單體含量可以減少到大約3％。
通常，在粘合劑中，尤其是在醫藥、化妝品領域中使用以及食品包裝方面使用的粘合劑中，在這一數量級的殘留單體含量是不合乎要求的。此外，在許多國家中已通過法律規定了最大的殘留單體濃度。因此，在廣泛的工業領域已經開展了旨在減少用于醫藥和食品方面的聚合物溶液中剩余聚合物含量的活動。
已知的一種嘗試的方法是萃取蒸餾。在這一方法中，原存于聚合物合成中的溶劑幾乎全部被除去。由于乙酸乙烯酯和乙酸乙酯的物理性質(佛點、蒸氣壓力)僅有微小差別，因此必須蒸干或者不斷地補充被蒸掉的乙酸乙酯。蒸干時需要經歷很高的溫度，以致于會使聚合物發生改變。補充被蒸掉的乙酸乙酯會導致大量溶劑消耗，并形成大量溶劑的浪費，是一種極為昂貴的方法。
除去殘留單體的另一種方法是使未轉化的殘留單體與有機過氧化物類的極活潑的自由基引發劑進行反應，已知這種有機過氧化物可作為一種清除劑。這種方法的缺陷是殘留單體并沒有被除去，而是反應形成齊聚物，仍留在聚合物中。
因此，一種理想的方法應該具有下列優點它產生的聚合物應有極低比例的未轉化的單體或齊聚物；聚合過程中或除去溶劑過程中熱負荷應降到最小；僅僅使用少量的有機溶劑；應該避免使用清除劑；并且應該是經濟的。
現已發現，借助于催化加氫的方法，可以制造殘留單體含量很低，具有上述優點的聚合物粘合劑。
得到的粘合劑包含由烯烴單體制備的聚合物，其中剩余單體含量非常低。這些粘合劑適用于專門技術用途，如辦公室用的膠粘帶，或化妝品、醫藥用途，如用于膠布、電極膠帶或透皮治療體系的制造。
因此，本發明的是一種粘合劑，它包含一種或多種由烯烴單體制備的聚合物，其中游離的殘留單體的含量按重量計算少于1％，優選少于0.3％，更優選少于0.02％，最優選少于0.01％，但是不少于0.0001％。
這些聚合物可以是一種均聚物，或不同均聚物的混合物；一種共聚物或不同共聚物的混合物；一種嵌段聚合物或不同嵌段聚合物的混合物；或者是一種或多種均聚物、共聚物或嵌段聚合物的混合物。按照本發明的粘合劑可以包含其他物質，例如粘合劑樹脂，如氫化松香脂；然而，它們也可以完全由所說的聚合物組成。
本發明特別涉及到壓敏粘合劑，尤其是那些含有一種或多種由下列單體制備的共聚物的粘合劑丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，其中酯基部分可以包含多達8個碳原子(C1-C8烷基)，或者涉及那些包含上述單體和乙酸乙烯酯或苯乙烯單體的共聚物的粘合劑。適宜的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯類有甲基、乙基、直鏈或支鏈丙基、丁基、戊基、己基、庚基或辛基酯，如乙基己酯，或羥基酯，如羥乙酯。
本發明特別涉及包含丙烯酸2-乙基己酯和乙酸乙烯酯共聚物的壓敏粘合劑。
本發明另一個具體目標為包含一種或多種烯烴聚合物的粘合劑的制造方法，其中游離單體的含量按重量計算少于1％。該方法包括，在聚合物的聚合或共聚合反應完成之后，該粘合劑在有機溶劑中在非均相或均相催化劑存在下進行加氫反應。
可以使用任何適宜的催化劑，例如鉑、鈀和活性炭上的鈀。適用的非均相催化劑是活性炭上的鈀以及硅膠/氧化鋁上的鎳。一種適用的均相催化劑是三(三苯基膦)氯化銠(I)。
氫化過程將在最高150℃的溫度下以及在最高100巴的氫氣壓力下進行，優選的溫度最高為100℃，氫氣壓力最高80巴，更優選的溫度最高100℃，氫氣壓力最高為52巴，最優選的是在室溫和1個壓力下。
在任何適宜的有機溶劑中尤其是在極性小于水的有機溶劑中可以完成加氫反應。優選的溶劑是乙酸乙酯。
這些粘合劑在材料要求低殘留單體含量時十分有用，例如在透皮治療體系和繃帶中，包括具有化妝品功效的透皮體系中，并且還可以用于食品包裝的粘合劑。這些粘合劑也可以用于醫用膠布，包括獸醫用的醫用膠布。
特別地，本發明還涉及到含有符合本發明的粘合劑的透皮治療體系，尤其是一種壓敏粘合劑，如丙烯酸2-乙基己酯和乙酸乙烯酯的共聚物。這種透皮治療體系典型地是由一種儲液器組成，其中包含將被釋放的活性藥劑，以及由與皮膚接觸的壓敏粘合劑制成的鄰近層。
然而，在這一體系中，壓敏粘合劑也可以形成單層或多層的與皮膚接觸的基質層，在其中活性藥劑以分散的或者甚至是溶解的形式存在。如果該基質是多層的，各層可以由符合本發明的不同粘合劑組成。
鏈烯中C＝C雙鍵在鉑、鈀或炭上的鈀(Pd/c)或周期系第八副族中其他金屬(如鎳)作為催化劑存在下，在一個氣壓或更高的氫氣壓力下，以及在室溫或高溫度下進行催化加氫，這本身是早已被熟知的了。然而，希望通過應用該眾所周知的加氫方法來解決現有的問題是不可能的，因為該方法不得不在最不利的條件下進行。
在氫化之前，例如，殘留單體的濃度非常低(＜3％)。此外，正如我們將看到的，如果使用的溶劑的極性很弱，用金屬催化劑進行加氫尤為不利。由于聚合反應之后進行的加氫反應是在基本上是非極性有機溶劑如乙酸乙酯的條件下進行的，這意味著反應條件尤為不利。盡管如此，通過使用本發明的方法，殘留單體的含量可以成功地減少到0.3％以下，甚至可以低至0.01％。
這不是一個過去的推論，這一點已由美國專利4,375,529((Fong等)證實了。該專利描述了一種在含有部分聚合的丙烯酰胺和丙烯酸鈉的水-油乳液中減少殘留單體含量的方法。在該專利所描述的聚合程度總計僅為80％，這意味著殘留單體的濃度總計約為20％。
隨后的加氫在水中進行，這是一種高極性的溶劑。同時允許使用非常高的壓力。但是，所得到的殘留單體的濃度在最好的情況下還只是大約1％，借助于適合的聚合技術也可以達到這樣的水平。由于上面指出的理由，這些數值仍然太高而不能被接受。
按照本發明的方法，在金屬催化劑存在下，在最高為150℃的溫度下，優選為最高100℃，并在0.3巴～100巴的壓力下，優選為0.5巴～80巴，在有機溶劑中將粘合劑溶液進行氫化。
特別優選的方法是在鉑、鈀或在炭上的鈀存在下，在室溫及一個氣壓的氫氣壓力下進行加氫。按照本發明的方法也可以在周期系中第八副族中其他金屬如鎳作為催化劑的存在下，在更高的溫度和更高的氫氣壓力下進行。
優選的溶劑是那些比水極性低的(即那些介電常數小于水的)溶劑。一種優選的溶劑是乙酸乙酯。
應該認識到在透皮治療體系中，存在于粘合劑中的任何未反應的單體或聚合反應引發劑的副產物以及與透皮體系中所將要被釋放的藥品有進行反應傾向的物質都是所不希望有的。因此，能夠降低粘合劑中殘留單體或其他反應性化合物的含量，達到盡可能低的程度，其一個明顯的好處是可以將其應用于這樣的治療體系中。
再者，應用加氫技術產生作為產物的乙酸乙酯，因而可以減少乙酸乙烯酯的含量。由于乙酸乙酯常被選作粘合劑的溶劑，所以沒有新的組分添加到粘合劑基質中。
下列實施例將用來進一步說明本發明，但不可視其為對本發明的限制。加氫反應的說明和實施例中所使用的檢測步驟在實施例后面的工藝過程部分有所描述。
實施例實施例1.乙酸乙烯酯制劑的加氫反應。由乙酸乙烯酯、丙烯酸2-羥乙酯(2-HEA)、丙烯酸2-乙基己酯(2-EHA)和甲基丙烯酸縮水甘油酯制備的共聚物被配制成在乙酸乙酯中固含量為10％的溶液，在如表1的條件下加氫，催化劑用量為溶液重量的10％，然后測定乙酸乙烯酯單體(VAM)剩余量。盡管只在室溫下和一個壓力氫氣的溫和條件下和使用在活性炭上的鈀催化劑，數據表明剩余的乙酸乙烯酯減少了。該數據也表明雖然在溫和條件下承載的鎳催化劑不起作用，但在80℃和52巴氫的比較強烈的條件下它卻是有效的。進行無氫的實驗證明不僅有乙酸乙烯酯吸附在催化劑的炭上，事實上，還發生了還原反應。盡管使用了理想化的條件，10％的聚合物固體和10％的催化劑負載量，這些實驗表明對于特定的催化劑，其條件經優化后，無論使用鈀或鎳基的催化劑進行催化還原，都可以使乙酸乙烯酯單體的剩余量下降。優選的催化劑是鈀催化劑。
表1加氫對乙酸乙烯酯單體(VAM)含量的影響
備注a.活性炭上的鈀b.硅膠上的鎳c.硅膠/氧化鋁上的鎳d.室溫、1大氣壓氫e.按聚合物固體為100％計算實施例2.使用更高聚合物固體含量加氫的效果。在這個實施例中的實驗旨在測定高于10％的固體物質時是否可以還原。加氫是與實施例1中所使用的相同共聚物在80℃和氫氣壓力為52巴的加氫條件下進行的，使用活性炭上有5％鈀的催化劑，或者用硅膠/氧化鋁上的有65％鎳的催化劑，催化劑的量為聚合物溶液重量的10％。結果列于表2a中。表明當在至少最高約50％固體以下的任意濃度下進行該反應時，剩余VAM的量可以減少到低于1000ppm的水平。
表2a固體聚合物量的變化<
>備注a.按聚合物固體為100％計算這是很重要的，因為表2b顯示出基質的粘度隨著制劑中固體的百分數而顯著增加。因此表2a中的數據進一步說明在非常粘的基質中加氫仍有效。
表2b粘度表<
>實施例3.加氫對其他殘留單體的影響。使用與實施例1中相同的共聚物在加氫之后進行除乙酸乙烯酯外其他單體存在的試驗。唯一達到可檢測水平的單體是2-EHA；可能存在剩余的2-HEA和GMA，但是低于可檢測的極限。結果列于表3。它表明當使用所描述的加氫條件而使得剩余乙酸乙烯酯的減少時剩余的丙烯酸酯也減少。
表3加氫對2-HEA的影響
實施例4.全丙烯酸酯制劑的加氫。由丙烯酸2-乙基己酯(2-EHA)、丙烯酸甲酯、丙烯酸和甲基丙烯酸縮水甘油酯制備成全丙烯酸酯共聚物，溶解于54％乙酸乙酯、34.6％異丙醇和11.4％己烷的混合溶液中，配制成37％聚合物固體。該聚合物溶液使用硅膠/氧化鋁上含65％鎳的催化劑在80℃和氫氣壓力為52巴的條件下進行加氫。結果列于表4。它表明應用所描述的加氫條件，剩余的丙烯酸酯單體可以顯著地減少。表4
實施例5.使用催化劑與剩余催化劑的量。從經濟的原因以及從易于除去催化劑來考慮，催化劑含量盡可能低是有利的。
(a)在這個實施例中，使用活性炭上含5％的Pd來進行加氫反應，催化劑用量降至為聚合物溶液重量的0.05％～0.1％。共聚物組合物為在實施例1中所使用的，聚合物溶液有50％的固體含量。加氫條件以及加氫之前和加氫之后的剩余乙烯乙酸酯單體含量列于表5中。結果顯示即使在催化劑含量為0.05％時加氫也是十分有效的。
為了測定剩余Pd的含量，被還原的聚合物溶液經過過濾除去催化劑，通過原子吸收試驗測定剩余的Pd含量。使用3.0μmMillipore濾紙在4巴和60℃下進行過濾。表5中的四個樣品都顯示Pd含量很低(＜2ppm)。留下其中一個樣品放置2周，然后進行過濾并分析Pd含量。這個樣品與那些加氫之后直接過濾的樣品相比，其Pd含量并沒有明顯的增加。四個樣品加氫之后的顏色與加氫之前聚合物的顏色沒有改變。結果列于表5中。
表55％Pd/C催化劑的含量
另外用5.0μm和1.0μm的Millipore濾紙進行過濾。5.0μm濾紙去除催化劑效果不好，但是在紙上加上塞里(Celite)塑料襯墊可以提高過濾能力。1.0μm濾紙在60℃和最高8巴的氮氣壓力下也無法使聚合物溶液或催化劑通過。為了試驗按工業規模放大比例的實際過濾，在60℃和7巴下，用相同的樣品在市售濾紙上進行過濾，發現能夠有效地去除催化劑。
(b)剩余的Ni催化劑。在52巴氫氣壓力和80℃下，使用硅膠/氧化鋁上含65％鎳的催化劑以相對于聚合物溶液重量10％的加載量進行加氫。在這個樣品中剩余的VAM按50％固體計算是55ppm，按在乙酸乙酯中50％固體計算，鎳的含量是5.1ppm。
實施例6.用大顆粒催化劑進行加氫。在前面的實施例中，所用的催化劑為粉狀，雖然還原效果很好，但是在加氫結束時需將粉末從聚合物溶液中過濾出來，給本方法增加了一個額外的步驟。為了免去過濾，在本實施例中的加氫反應中采用大顆粒的催化劑。這些催化劑，是小球狀或碎片狀的，懸掛在反應器中的一個金屬網籃中，設置反應器的混合漿片使得聚合物溶液流經過這個網籃的位置。顆粒尺寸大的催化劑的這種應用方法是模仿用于例如連續加氫設備的市售固定床體系。
使用兩種不同的催化劑在3.2mm氧化鋁小球上含有0.50％的鈀，和在4×8目炭片上含有1.0％的鈀。所有的反應都是在含50％聚合物固體的聚合物溶液中，在48巴氫氣壓力和表6中注明的溫度和時間下進行的。使用的共聚物與實施例1中的共聚物相同。正如從這些數據中所看到的，采用顆粒尺寸大的催化劑可以實現加氫。
表6
所有單體濃度均按照10％固含量的溶液計算，按照固體含量100％計算的單體濃度應該乘以因子10實施例7.用均相催化劑進行加氫。正如前面的實施例中所做的那樣，在加氫過程中當使用多相催化劑時，一般要在加氫完成之后經過過濾除去催化劑。當使用均相催化劑時，因為所用催化劑的量非常少，可以將其留在溶液中，因而免去了過濾的步驟。這使得本方法更為有效。在這個實施例中使用一種均相催化劑氫化實施例1中的含有剩余乙酸乙烯酯的量大約是16000ppm的聚合物溶液，各種均相催化劑都是加氫領域中所熟知和常用的，它們都可以應用在本發明所描述的加氫方法中。
在這個實施例中特別使用的催化劑是Wilkinson催化劑，三(三苯基膦)氯化銠(I)，按樣品總重量計算，其用量為1ppm(大約含0.1ppm銠)。用48巴氫氣在60℃時進行16小時的加氫反應。剩余的乙酸乙烯酯單體含量保持不變。用48巴氫氣在60℃時進行16小時重做此加氫反應，使用10ppm Wilkson催化劑(大約含1ppm銠)。在第二個實驗中，剩余的VAM從16200ppm減少到2900ppm。
實施例8.剩余引發劑的加氫。為了試驗存在于聚合物溶液中的剩余聚合物引發劑的加氫效果，將含有250ppm剩余的過氧化苯甲酰的壓敏性聚合物樣品，在60℃時，48巴氫氣壓力下，以每份聚合物固體對0.05重量百分數催化劑的量加入活性炭上含有5％鈀的催化劑，進行16小時加氫反應。加氫之后對樣品進行分析，表明沒有檢測出過氧化苯甲酰。
工藝過程檢測殘留單體的方法。
使用外標物用Hewlett-Packard 5890 GC/FID進行直接注射氣相色譜法對每一個制劑在加氫之前和加氫之后進行殘留單體或副產物含量的測試。試驗所用的色譜條件為氣相色譜柱30m×0.35mm內徑的DB-624(3μm薄膜)或同等物爐子45℃下5分鐘，以30℃/min速度升至230℃注射室180℃檢測器275℃載氣氦氣，8ml/min使用非均相催化劑進行加氫將實施例1中所使用的共聚物樣品1000g在乙酸乙酯中制成含約50％固體的溶液加入到2000ml Parr壓力反應器中，加入0.5g活性炭上的鈀(5％Pd)的粉狀催化劑。將反應器密封，然后用14巴的氮氣吹洗兩次，用35巴的氫氣吹洗兩次，在反應器中壓入48巴氫氣，并加熱至60℃，其中壓力升高至約52巴。然后在60℃時將反應混合物以1000轉/分鐘的轉速攪拌1小時。冷卻之后，給壓力容器排氣，加入乙酸乙酯以稀釋混合物至固體含量約為10-15％。用45μm注射過濾器經過過濾將催化劑除去。
使用均相催化劑進行加氫將200g實施例1中的共聚物的25％溶液樣品加入到2000ml Parr耐壓反應器中，加進10ml Wilkinson催化劑的標準溶液(在乙酸乙酯中的量是0.20mg/ml)。將該反應器密封，然后用28巴氮氣吹洗兩次，用35巴氫氣吹洗兩次。在反應器中壓入44巴氫氣，并加熱至60℃，其壓力升高至約48巴。然后在60℃時將反應混合物以1000轉/分鐘的轉速攪拌1小時。冷卻之后，給耐壓容器放氣。
加壓過濾使用一種Millipore型加壓過濾器(Millipore#YT30142HW142mm廢物過濾體系)大規模地從聚合物溶液中過濾粉狀催化劑。經過加氫實驗之后，該反應器沒有完全排空，也不冷卻聚合物溶液。將氫氣排放至7巴，該裝置用氮氣重新加壓至21巴；這一過程重復兩次或更多直到氫氣被氮氣所取代。然后在7-8巴壓力下，約50-60℃溫度下，經吸管直接將反應混合物排放到過濾器中。從過濾器出來的聚合物溶液的溫度讀數大約為40℃。過濾器四周使用加熱帶以便在整個過濾過程中過濾器保溫。
權利要求
1.一種粘合劑，包括一種或多種烯烴聚合物，按重量計，其中之游離單體少于1％。
2.按照權利要求1的粘合劑，按重量計，其中之游離單體含量少于0.3％。
3.按照權利要求1的粘合劑，按重量計，其中之游離單體含量少于0.02％。
4.按照權利要求1的粘合劑，按重量計，其中之游離單體含量少于0.01％。
5.按照權利要求1的粘合劑，其中之聚合物是均聚物或不同均聚物的混合物。
6.按照權利要求1的粘合劑，其中之聚合物是共聚物或不同共聚物的混合物。
7.按照權利要求1的粘合劑，其中之聚合物是嵌段聚合物或不同嵌段聚合物的混合物。
8.按照權利要求1的粘合劑，其中之聚合物是選自均聚物、共聚物、嵌段聚合物和它們的混合物。
9.按照權利要求1的粘合劑，其特征為具有壓敏性質。
10.按照權利要求9的粘合劑，其中之一種或多種聚合物是由選自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸C1-C8烷基酯和甲基丙烯酸C1-C8烷基酯單體制備而成。
11.按照權利要求9的粘合劑，其中一種或多種聚合物是由選自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸C1-C8烷基酯、甲基丙烯酸C1-C8烷基酯、乙酸乙烯酯和苯乙烯單體制備而成。
12.按照權利要求11的粘合劑，其中之聚合物是丙烯酸2-乙基己酯和乙酸乙烯酯的共聚物。
13.一種制備按權利要求1的粘合劑的方法，包括在一個或多個聚合物聚合或共聚合完全之后，將在有機溶劑中之粘合劑在均相或非均相催化劑存在下進行加氫反應。
14.按照權利要求13的方法，其中之催化劑是非均相催化劑，即在活性炭上之鈀。
15.按照權利要求13的方法，其中之催化劑是非均相催化劑，即在硅膠/氧化鋁上之鎳。
16.按照權利要求13的方法，其中之催化劑是均相催化劑，即三(三苯基膦)氯化銠(I)。
17.按照權利要求13的方法，其中加氫反應是在溫度最高為150℃和氫氣壓力最高為100巴下進行的。
18.按照權利要求13的方法，其中加氫反應是在溫度最高為100℃和氫氣壓力最高為80巴下進行的。
19.按照權利要求13的方法，其中加氫反應是在溫度最高為100℃和氫氣壓力最高為52巴下進行的。
20.按照權利要求13的方法，其中加氫反應是在溫度為室溫和在一個氣壓下，在鉑、鈀或炭上之鈀(Pd/C)等催化劑存在下進行的。
21.按照權利要求13的方法，其中之有機溶劑比水的極性小。
22.按照權利要求21的方法，其中之有機溶劑是乙酸乙酯。
23.一種透皮治療系統，包含按照權利要求1的粘合劑。
24.一種醫用或獸醫用膠布，包含按權利要求1的粘合劑。
25.按照權利要求1的粘合劑在化妝品、在食品包裝或在醫用或獸醫用膠布等領域中的應用。
26.按照權利要求1的粘合劑在透皮體系中的應用。
全文摘要
一種粘合劑,它包括聚合物和小于重量1%的游離單體,通過催化加氫制備而成。它優選地應用于化妝品、食品包裝、醫用膠布和透皮體系等領域之中。
文檔編號C08F8/00GK1242019SQ97181134
公開日2000年1月19日 申請日期1997年10月14日 優先權日1997年10月14日
發明者T·希勒, P·M·彼得森, J·布克特, P·B·福爾曼 申請人:國家淀粉及化學投資控股公司, Lts洛曼醫療系統公司