熱熔體粘結劑及其形成方法
【專利說明】熱熔體粘結劑及其形成方法
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年3月14日提交的美國臨時專利申請61/781,204的權益,該申 請在此通過引用將其全部內容并入本申請。 發明領域
[0003] 本發明總體涉及熱熔體粘結劑,更具體來說,涉及包含異氰酸酯組分、聚酯和羥基 聚合物的熱熔體粘結劑以及形成該熱熔體粘結劑的方法。
[0004]相關技術的說明
[0005] 熱熔體粘結劑(或稱"HMA")通常在室溫下為100%固體的材料,其不含或需要任 何溶劑。施加熱時,HM熔化成液體/流體狀態,在這樣的形式下將它們施涂到一種或多種 基底上。冷卻后,HM重新達到其之前的固體形式并且得到了其粘結強度。以熔融形式施 涂并冷卻凝固,然后通過化學交聯反應固化的HMA采用特定的材料,例如聚氨酯來制備。
[0006] 聚氨酯(PUR)粘結劑通常可作為冷固化雙組分(2- K)PUR體系,熱固化單組分 (1 -K)PUR體系,濕氣固化1 -KPUR體系,和反應性1 -KPUR熱熔體獲得。濕氣固化 1一 K體系通過縮聚反應和加成反應固化,縮聚反應作為固化過程的第一步發生,加成反應 在固化過程的第二步中發生。反應性1一 KPUR熱熔體通過初始物理固化和二次化學交聯 的組合來固化。二次化學交聯可以由熱、濕氣、或熱和濕氣來引發。冷卻后,初始黏接(或 稱"濕")強度快速發展,這說明基底可以快速黏附以進行進一步加工。化學交聯結束后,達 到最終強度。濕氣引發交聯的體系由高分子量、"可熔化的"聚氨酯組成,其具有當暴露于濕 氣時反應的端位異氰酸酯基團。
[0007]已知的是,將由不含反應性氫的烯屬不飽和單體形成的低分子量聚合物加入常規 聚氨酯HMA提供了內聚和粘結強度方面的改進,并且對于一些傳統上難以黏結的基底來說 有助于發展粘結力。為了將低分子量聚合物加入1一 KPUR熱熔體,可以在氨基甲酸酯預 聚物的存在下聚合各單體,或任選地將含有不含反應性氫的烯屬不飽和單體的預聚的低分 子量聚合物與氨基甲酸酯預聚物共混。
[0008]雖然上述類別的粘結劑對于大多數應用來說有改進的性能,但低分子量聚合物僅 僅共混入氨基甲酸酯而不是與其化學鍵合,因此對需要高耐熱和/或溶劑性例如汽車粘結 劑和密封劑的應用仍然產生問題。而且,可用單體的范圍就玻璃化轉變溫度(Tg)來多少受 限,玻璃化轉變溫度在開放時間、濕強度、和HMA粘結強度的發展方面起重要的作用。此外, 許多常規聚氨酯HMA包括對于具有活性氫的組分來說穩定性低的聚合的低分子量聚合物。 需要這樣的HMA,其穩定,采用低Tg材料,從而改進對某些基底的粘結,并且提供較長的開 放時間。因此,仍有提供改進的HMA的機會以及提供形成改進的HMA的方法的機會。
【發明內容】
[0009] 和優點
[0010] 披露了一種熱熔體粘結劑。該熱熔體粘結劑在室溫下為固體。該熱熔體粘結劑包 含以下組分的反應產物:5-25重量%的異氰酸酯組分,75-85重量%的聚酯,和1一10 重量%的羥基聚合物。該異氰酸酯組分的NCO含量為約20 -約50重量%。該羥基聚合物 的OH值為約40 -約50。
[0011] 還披露了一種制品。該制品包含第一表面,與第一表面相鄰設置的第二表面,和在 第一和第二表面之間設置的粘結劑層。第一和第二表面通過該粘結劑層粘結偶聯。該粘結 劑層由該熱熔體粘結劑形成。
[0012] 還披露了形成該熱熔體粘結劑的方法。該方法包括以下步驟:提供該異氰酸酯組 分,提供該聚酯,和提供該羥基聚合物。該方法進一步包括合并該異氰酸酯組分、該聚酯和 該羥基聚合物以形成該熱熔體粘結劑的步驟。
[0013] 本公開的熱熔體粘結劑總體顯示出優異的物理和/或化學性質,例如相對于常規 熱熔體較低的施涂溫度,低或沒有揮發性有機化合物(例如溶劑),不需要混合,可變的開 放時間,快速濕強度和粘結強度的快速發展,改進的耐高溫性,改進的耐濕氣和溶劑性,改 進的對基底的粘結,改進的耐蠕變性,優異的拉伸強度和斷裂伸長率,以及上述的組合。該 熱熔體粘結劑可用于將各種物品和/或材料粘接到一起。
[0014] 發明詳述
[0015] 披露了熱熔體粘結劑。還披露了形成該熱熔體粘結劑的方法。而且還披露了包含 由該熱熔體粘結劑形成的粘結劑層的制品。該熱熔體粘結劑(或稱"HMA")在下文中可簡 稱為"粘結劑",并在下文描述。該制品和方法在下文進一步描述。
[0016] 粘結劑包含異氰酸酯組分、聚酯和羥基聚合物的反應產物。以這樣的方式,所有三 種這些組分化學反應/鍵合,而不是僅僅物理結合,從而形成粘結劑。在進一步的實施方案 中,粘結劑主要由該異氰酸酯組分、聚酯和羥基聚合物的反應產物組成。在再進一步的實施 方案,粘結劑由該異氰酸酯組分、聚酯和羥基聚合物的反應產物組成。在某些實施方案中, 粘結劑可包含一種或多種另外的組分,例如有助于粘結劑固化的催化劑組分。這些任選的 組分在下文中進一步描述。
[0017] 關于該異氰酸酯組分,可以使用各種類型的異氰酸酯以形成粘結劑。該異氰酸酯 組分典型地具有至少兩個異氰酸酯官能(NCO)基團。該NCO基團與該聚酯和羥基聚合物在 反應條件下均有反應性。各種組分的反應在下文中進一步描述。該異氰酸酯組分在本領域 中可一般地稱為二異氰酸酯(即,具有兩個NCO基團的異氰酸酯)或多異氰酸酯(即,具有 三個或更多個NCO基團的異氰酸酯)。
[0018] 用作(或用于)該異氰酸酯組分的合適的異氰酸酯的實例包括常規脂族、環脂族、 芳脂族和芳族異氰酸酯。在某些實施方案中,該異氰酸酯組分選自二苯基甲烷二異氰酸酯 (MDI),聚合物型二苯基甲烷二異氰酸酯(PMDI),和它們的組合。在特定的實施方案中,該異 氰酸酯組分為MDI,例如4,4'一MDI。在這些實施方案的一些中,該異氰酸酯組分可包括殘 余量的2,4'一MDI。聚合物型二苯基甲烷二異氰酸酯在本領域中也被稱為多亞甲基多亞苯 基多異氰酸酯。合適的異氰酸酯的其它實例包括,但不限于,甲苯二異氰酸酯(TDI),六亞甲 基二異氰酸酯(HDI),異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI),萘二異氰酸酯(NDI),和它們的組合。
[0019] 在某些實施方案中,該異氰酸酯組分為異氰酸酯封端的預聚物。異氰酸酯封端的 預聚物是異氰酸酯與多元醇和/或多元胺的反應產物,如聚氨酯領域所知。異氰酸酯可為 聚氨酯領域中的技術人員已知的任何類型的異氰酸酯,例如上述異氰酸酯之一,例如MDI。 如果用于制備異氰酸酯封端的預聚物,則多元醇典型地選自乙二醇,二乙二醇,丙二醇,二 丙二醇,丁二醇,甘油,三羥甲基丙烷,三乙醇胺,季戊四醇,山梨糖醇,和它們的組合。如果 用于制備異氰酸酯封端的預聚物,則多元胺典型地選自乙二胺,甲苯二胺,二氨基二苯基甲 烷和多亞甲基多亞苯基多元胺,氨基醇,和它們的組合。合適的氨基醇的實例包括乙醇胺, 二乙醇胺,三乙醇胺,和它們的組合。異氰酸酯封端的預聚物也可由前述多元醇和/或多元 胺中兩種或更多種的組合形成。該異氰酸酯組分也可為改性異氰酸酯,例如或用以下改性 的:碳二酰亞胺,脲基甲酸酯,異氰脲酸酯,和縮二脲。
[0020] 合適的異氰酸酯組分的具體實例可購自FlorhamPark,NJ的BASFCorporation
M70R異氰酸酯。該異氰酸酯組分可包括前述異氰酸酯中兩種或更多種的任何組合。
[0021] 該異氰酸酯組分可以為各種形式,例如固體、半固體或液體。在各種實施方案中, 該異氰酸酯組分為固體(例如在室溫下)。該異氰酸酯組分典型地具有的標稱官能度為2 - 5, 2 - 4, 2 - 3,或2,或這些值的最高值和最低之間的任何子范圍。典型地,該異氰酸酯組 分的NCO含量為約20%-約50%,約25%-約45%,約30%-約40%,約30%-約35%, 或約33%,或這些值的最高值和最低之間的任何子范圍。如果異氰酸酯封端的預聚物被用 作該異氰酸酯組分,NCO含量通常是比上述值低的,但低得不多,例如低于10%,低于5%等 的NCO含量。實際的NCO含量將取決于預聚物預反應的程度,例如異氰酸酯的原始NCO含 量與多元醇和/或多元胺反應的程度。
[0022] 該異氰酸酯組分可以以各種量使用以形成粘結劑。典型地,該異氰酸酯組分的用 量為約5 -約25,約5約20,約5 -約15,約10 -約15,或約12重量%,各自基于粘結劑 的總重量計,或這些值的最高值和最低之間的任何子范圍。
[0023] 關于該聚酯,各種類型的聚酯可以用于形成粘結劑。在各種實