使用熔接促進劑來熔接塑料的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種使用熔接促進劑來熔接塑料的方法。本發明還涉及由此制得的制 品，以及在本文中描述的組合物作為熔接促進劑的用途。
【背景技術】
[0002] 使用螺釘、粘合劑或熔接技術來連接不同的材料在本領域中是廣為人知的。例如， 對于組裝制品的生產來說，通常需要將兩個部件一一特別是兩個由聚合物制成的部件一一 熔接在一起。盡管合適的熔接技術(例如，熱氣熔接、熱板熔接、高頻熔接、超聲熔接、摩擦熔 接和激光熔接)為已知的，但是可熔接復雜部件的界面設計仍然是具有挑戰性的。這是由于 這樣的事實:所有如上所述的技術均具有這樣的共同點，它們會在將要連接的兩個部件之 間誘發大量的能量或熱量。為了將能量導向至界面并避免所述部件的未定界(undefined) 熔融，對將要連接的部件或者更特別地它們的界面的特別設計就是必須的。通常使用的特 殊的界面設計形狀被稱為"能量導向器(energy director)"。例如，粗糙表面或者具有小的 凸起的表面對于熔接來說是極其有利的，因為更小的接觸面積促使熔接能量聚焦于目標區 域。然而，對于這種特殊的表面設計的需求造成高度復雜的部件設計和生產。
[0003] 因此，在本領域中存在著對于克服現有技術中如上所述的缺陷并允許使部件在相 對于這種連接技術來說無需調整它們的形狀或界面的情況下進行熔接的方法的需求。這將 具有如下的優點：用于在可熔接界面方面的部件設計以及注射成型方法的時間可被顯著地 縮短。
[0004] 盡管在本領域中已知的是，在界面處使用用以活化或清潔將要連接的表面的底層 涂料(primer)或者粘合劑以在將要連接的兩個部件之間形成更好的連接，但是這樣的應用 并未克服部件設計問題，因為它們僅支持連接兩個已被設計用于熔接的部件。
【發明內容】
[0005] 本發明滿足了對于熔接方法的如上所述的需求，即：對于這種連接技術來說，通過 提供使用熔接促進劑組合物來熔接未經特別調整的兩個聚合物表面的方法，所述方法允許 在無需調整它們的形狀或界面的情況下熔接部件，所述熔接促進劑為對與表面聚合物的化 學反應呈惰性的，并且不會增強兩個將要連接的表面之間的粘附性。更特別地，本發明的發 明人令人驚訝地發現，使用粉末、凝膠或分散體形式的化學惰性顆粒作為熔接促進劑能夠 消除對起能量導向器作用的表面結構的需求，因為所述顆粒可以接替這種功能，并將熔接 能量導向至將要恪接的表面的特定(concrete)區域。
[0006] 在第一方面中，本發明由此涉及一種用于在第一和第二聚合物表面之間形成熔接 結合的方法，其包括：
[0007] (i)將熔接促進劑組合物施加至所述第一聚合物表面、所述第二聚合物表面或者 二者的將要熔接的區域，其中所述熔接促進劑組合物包含顆粒尺寸范圍為0.1至1000 ym的 顆粒，所述顆粒為對與所述第一和/或第二聚合物表面的化學反應呈惰性的材料；
[0008] (ii)將能量施加至所述第一聚合物表面、所述第二聚合物表面或者二者的將要熔 接的區域，所述能量足以熔融所述第一聚合物表面、所述第二聚合物表面或者二者的將要 熔接區域中的至少一部分聚合物，并使所述第一和第二聚合物表面的將要熔接的區域接觸 在一起，其中所述施加能量的步驟可以在使所述第一和第二聚合物表面的將要熔接的區域 相互接觸之前和/或期間執行;和
[0009] (iii)使所述第一聚合物表面、所述第二聚合物表面或者二者的將要熔接的區域 中的熔融聚合物固化，從而在所述第一和第二聚合物表面之間形成熔接結合。
[0010] 本發明的另一個方面涉及包含熔接結合的制品，所述熔接結合可以根據如上所述 的方法獲得。
[0011] 在又一個方面中，本發明還包括包含顆粒的組合物作為熔接促進劑用以在兩個聚 合物表面之間形成熔接結合的用途，所述顆粒為對與聚合物表面的化學反應呈惰性的材 料，并且不會增強第一和第二聚合物表面之間的粘附性，其中所述顆粒的顆粒尺寸范圍為 0 · 1至ΙΟΟΟμηι。
【具體實施方式】
[0012] 在下文中，更加詳細地描述本發明。然而，可以理解的是，本發明并不限于如下的 實施方案，而是可以容易地經調整以使用其它的聚合物和顆粒材料。這樣的替代實施方案 同樣包括在本發明的范圍內。
[0013] 在用于形成熔接結合的方法的第一步中，將熔接促進劑組合物施加至第一聚合物 表面、第二聚合物表面或者二者的將要熔接的區域。其中所使用的術語"聚合物表面"是指 構成將要連接的部件的表面的聚合物材料。優選地，部件由這種聚合物材料構成，即，聚合 物表面為聚合物主體或部件(例如樹脂主體）的表面。如在本文中所使用的，"聚合材料"或 者"聚合物材料"涉及除了聚合物之外還可以包含其它組分(例如填料、添加劑等）的聚合物 組合物。將要連接的兩個表面的兩種聚合物一一或者在更特別的實施方案中，將要連接的 兩個主體或部件的材料一一可以是相同的或不同的。如果它們為不同的，那么所述不同的 材料可能具有不等的熔融溫度范圍，這會使現有的熔接方法變得復雜，但是當采用在本文 中所描述的方法時就是不成問題的。如在本文中所使用的，"不等的熔融溫度范圍"是指兩 種聚合材料的熔融溫度范圍可檢測為不同的。
[0014] 構成將要連接的表面或部件的聚合物優選為熱塑性聚合物。盡管優選的是，兩個 表面的聚合物均為熱塑性的，但是在某些實施方案中，兩個聚合物表面中的任意一個可以 由熱塑性材料構成，而另一個則由不同的聚合物材料(例如熱固性聚合物)構成。
[0015] 可以通過所描述的方法熔接在一起的合適的基礎聚合物包括但不限于聚丙烯 (PP)、聚乙烯(PE)、聚辛烯、聚（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）（SBS)、聚（苯乙烯-異戊二烯-苯乙 烯）（SIS)、聚(苯乙烯-乙烯/ 丁烯-苯乙烯）（SEBS)、聚(苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯）（SEPS)、 聚乙烯-醋酸乙烯酯（EVA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（ABS)、聚（甲基丙烯酸甲酯） (PMMA)、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)、聚氯乙 烯(PVC)、及它們的共聚物和共混物。合適的共混物包括例如PC/ABS共混物和PA/ABS共混 物。在優選的實施方案中，第一表面的聚合物為PP或PA，并且第二表面的聚合物為PA、PP、 PC/ABS、ABS、PMMA、PA/ABS或PC。在本文中使用的"基礎聚合物"是指其為所給出聚合物組合 物的主要聚合成分的聚合物，即在所述組合物中大于所有聚合物50wt%的為基礎聚合物。 如上提及的共聚物包括其中如上所述的一種單體單元或預聚物與另一種單體單元或預聚 物共聚的那些。
[0016] 將要結合的表面可以是平坦的或平面的，但是還可以是波狀外形的（contoured)。
[0017] 熔接促進劑組合物可以是允許存在所給定規格的離散顆粒的任意形式。合適的形 式包括但不限于粉末、凝膠和分散體。因為所述顆粒通常為固體形式，所以在它們以凝膠或 分散體形式使用的情況中，它們被分散于合適的基體中。所述基體可以是任意合適的材料， 并且還優選為對與第一和/或第二聚合物表面的化學反應呈惰性的。
[0018] 更特別地，優選的是，熔接促進劑組合物并不包括任何已知的底層涂料或粘合劑， 所述底層涂料例如為清潔或活化表面的那些，所述粘合劑例如為與表面聚合物進行化學反 應并通常在固化之后于兩個表面之間形成化學鍵的那些。優選的是，顆粒僅起能量導向器 的作用，即將熔接能量導向至將要熔接的區域，并導致聚合物表面的至少部分熔融。進一步 優選的是，顆粒和熔接組合物并不會增強第一和第二聚合物表面之間的粘附性，即不具有 粘合作用。
[0019] 如在本文中所使用的，"惰性"是指由此指定的材料在方法的任何步驟中，在熔接 條件下，不會與將要連接的表面的聚合物發生化學反應。如在本文中所使用的，"發生化學 反應"是指在熔接組合物(即特別是顆粒)的材料和聚合物表面之間形成化學鍵。
[0020] 取決于熔接促進劑組合物的形式，施加可以通過適合用于這種目的的任意現有的 技術來完成。合適的施加技術包括但不限于印刷、噴灑、噴涂、旋涂、浸涂等。
[0021] 在各種實施方案中，僅將熔接促進劑組合物施加至那些將要熔接的表面區域。在 這樣的實施方案中，其用于這樣的目的，即將所施加的熔接能量導向至這些特定的區域，所 述特定的區域當接收到所述能量時表面恪融，從而避免未定界的和不受控制的聚合物表面 熔融。
[0022] 熔接促進劑組合物包含顆粒，所述顆粒為對與第一和/或第二聚合物表面的化學 反應呈惰性并且不會增強所述第一和第二聚合物表面之間的粘附性的材料。所述顆粒的比 重優選為0.1至20g/cm 3,更優選為約1至約4g/cm3。體密度可以是1至lOg/cm3。顆粒尺寸為 0.1至ΙΟΟΟμπι，優選為10至500μπι。如在這里所使用的，"尺寸"是指沿顆粒最大維度的長度。 所述顆粒可以具有任意形狀，但是優選為基本上球形的形狀或立方體的形狀。所述顆粒可 以是基本上單分散的或多分散的。顆粒的平均尺寸優選為1至1〇〇〇μπ?，優選為10至500μπ?，更 優選為50至400μπι。"平均尺寸"是指顆粒的算術平均尺寸。用于確定顆粒尺寸的各種不同的 技術為本領域已知的。那些技術包括--僅以舉例的方式--篩分技術、動態光散射和激 光衍射。優選地，顆粒尺寸通過篩分技術來確定。平均顆粒尺寸優選通過動態光散射來確 定。
[0023] 在各種實施方案中，顆粒的莫氏硬度至少為2.5,優選至少為3,更優選至少為3.5， 最優選至少為4。
[0024] 在各種實施方案中，所述顆粒包含無機材料、基本上由無機材料構成或者由無機 材料構成，所述無機材料例如為玻璃、二氧化娃、陶瓷、金屬、金屬化合物等。所述金屬化合 物包括金屬氧化物、金屬鹽、和金屬與非金