用於結構粘合劑的聚合物稀釋劑的製作方法

2023-10-23 21:11:42 2

專利名稱：用於結構粘合劑的聚合物稀釋劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於結構粘合劑(包括活性熱熔體粘合劑)的活性稀釋劑的替代組合物。更具體來說，本發明涉及在製備粘合的層疊體的時候，使用液態水分固化的聚合物活性熱熔體作為活性稀釋劑，延長結構粘合劑的工作時間，所述結構粘合劑包括，但不限於活性熱熔體粘合劑。
背景技術：
在製備粘合的層疊體的時候，活性熱熔體之類的結構粘合劑受到其工作時間、生坯強度和蠕變速率的限制。被稱為活性稀釋劑的包括揮發性有機化合物的小分子量有機化合物被用來通過保持結構粘合劑的流體狀態，以延長其工作時間。常規的活性稀釋劑具有很多局限性，即它們不僅在生理學上是有害的，而且還具有獨特的特徵性的不良味道和氣味。這種活性稀釋劑中可達到的交聯度僅接近小於90％，這必然使它們不能被用來完成封裝層疊體和粘合的層疊體。另外，常規活性稀釋劑的缺點在於，含量為ppm級的殘餘物不會發生交聯，而且由於它們能夠象溶劑那樣發生分散，因此會對界面的粘著性產生負面影響。
美國臨時專利申請系列號第60/615668號揭示了一種可與水分反應的活性熱熔體粘合劑組合物，該組合物具有改進的蠕變阻力，對基材具有良好的粘著性。該活性熱熔體粘合劑包含(a)重均分子量為30000-100000的一種或多種聚合物；(b)一種或多種多官能多元醇；(c)一種或多種包含至少兩個羥基的有機化合物；(d)一種或多種多異氰酸酯，所述異氰酸酯基與羥基的比值(NCO/OH)為2.1-6.0，以該組合物的總重量為基準計，其中游離的異氰酸酯基的量大於3.5重量％。不幸的是，這種粘合劑組合物的工作時間較短，當將其施塗於大面積基材以形成粘合的結構層疊體的時候，這一點會對其造成限制。
已經發現了一些可與水分反應的小分子量液態熱熔體，這些熱熔體可以出乎預料地作為結構粘合劑中的活性稀釋劑，而且沒有常規活性稀釋劑所存在的問題。這種活性水分固化組合物是一種不尋常的活性稀釋劑，其能夠延長結構粘合劑的工作時間；這種特徵是非常顯著的，因為它涉及在不會負面影響蠕變的前提下製造大面積粘合的結構層疊體。

發明內容
因此，本發明提供一種粘合劑組合物，該組合物包含(a)活性熱熔體粘合劑；(b)包含以下組分的聚合物活性稀釋劑(i)重均分子量為2000-4000的一種或多種聚合物；(ii)一種或多種多官能多元醇；(iii)一種或多種多異氰酸酯，其中異氰酸酯基和羥基的比值(NCO/OH)為4.0-11.0，以組合物的總重量為基準計，游離的異氰酸酯基的量大於7.5重量％。根據一個實施方式，(a)包含(i)重均分子量為30000-100000的一種或多種聚合物(ii)一種或多種多官能多元醇；(iii)包含至少兩個羥基的一種或多種有機化合物；(iv)一種或多種多異氰酸酯，其中異氰酸酯基和羥基的比值(NCO/OH)為2.1-6.0，以組合物的總重量為基準計，游離的異氰酸酯基的量大於3.5重量％。
本發明提供一種用來延長活性熱熔體粘合劑的工作時間的方法，該方法包括混合(a)和(b)的步驟(a)活性熱熔體粘合劑；(b)包含以下組分的聚合物活性稀釋劑(i)重均分子量為2000-4000的一種或多種聚合物；(ii)一種或多種多官能多元醇；(iii)一種或多種多異氰酸酯，其中異氰酸酯基和羥基的比值(NCO/OH)為4.0-11.0，以組合物的總重量為基準計，游離的異氰酸酯基的量大於7.5重量％。根據一個實施方式，(a)包含(i)重均分子量為30000-100000的一種或多種聚合物(ii)一種或多種多官能多元醇；(iii)包含至少兩個羥基的一種或多種有機化合物；(iv)一種或多種多異氰酸酯，其中異氰酸酯基和羥基的比值(NCO/OH)為2.1-6.0，以組合物的總重量為基準計，游離的異氰酸酯基的量大於3.5重量％。
本發明還提供一種粘合一個或多個基材的方法，該方法包括以下步驟(a)將活性熱熔體粘合劑與包含以下組分(i)、(ii)、(iii)的聚合物活性稀釋劑相混合(i)重均分子量為2000-4000的一種或多種聚合物；(ii)一種或多種多官能多元醇；(iii)一種或多種多異氰酸酯，其中異氰酸酯基和羥基的比值(NCO/OH)為4.0-11.0，以組合物的總重量為基準計，游離的異氰酸酯基的量大於7.5重量％。
(b)加熱該活性熱熔體粘合劑；(c)在水分的存在下將所述熱熔體粘合劑施塗在第一基材上；(d)使施塗的熱熔體粘合劑與至少一個第二基材接觸；(e)冷卻粘合的熱熔體粘合劑。
具體實施例方式
在本文中，「可與水分反應的」表示與水接觸之後，能夠根據需要與水反應，從而增大組合物分子量和/或使粘合劑組合物發生交聯，從而增大粘合劑的強度性質的任意的組合物，其包括但不限於例如任何包含異氰酸酯基的組合物。在本文中，「熱熔體」表示任意合適的粘合劑，這種粘合劑可以是固態的、半固態的或粘性物質，這種物質可通過加熱方便地生成具有適合施塗和粘合在基材上的粘性的流體粘合劑。
根據本發明使用的可有效用作聚合物活性稀釋劑的組合物是任意的可與水分反應的組合物，該組合物具有較低的重均分子量，這種用作稀釋劑的組合物與具有適當的較高重均分子量的相應化學和/或結構相關活性熱熔體組合物相混合。常規低重均分子量的可與水分反應的組合物不適合單獨用作製備大面積粘合層疊體的結構粘合劑。但是將所述可與水分反應的低重均分子量聚合物組合物加入化學和/或結構相關的活性熱熔體組合物之後，在製造粘合的層疊體的時候，可以延長活性熱熔體組合物的工作時間，同時不會對蠕變產生負面影響。
可以在熱熔體粘合劑中有效地用作聚合物活性稀釋劑的可與水分反應的組合物包含一種或多種低分子量聚合物組分。合適的低分子量組分包括，但不限於例如重均分子量(Mw)為1000-20000的聚合物，包括Mw為2000-10000的聚合物和Mw為2000-7000的聚合物。小分子量聚合物的例子包括，但不限於例如任何合適的聚合物，如(甲基)丙烯酸類聚合物、共聚物和三元共聚物，聚氨酯聚合物和共聚物，聚矽氧烷聚合物，聚酯，聚乙烯基聚合物，聚苯乙烯(PS)，PS共聚物，以及這些聚合物的混合物。其他合適的小分子量聚合物組分包含至少一個羥基官能團。
可與水分反應的聚合物稀釋劑組合物包含一種或多種多官能多元醇。合適的多官能多元醇包括，但不限於例如二醇、三元醇、四元醇、五元醇、六元醇、聚酯型多元醇、聚醚型多元醇，聚醚胺多元醇聚合物及其混合物，以及它們的混合物。以所述可與水分反應的組合物的總重量為基準計，所述多官能多元醇組分的含量為0-80重量％。合適的多元醇組分包括，但不限於例如重均分子量(Mw)為400-10000的聚合物，包括Mw為2000-7000的聚合物，包括Mw為2000-5000的聚合物。合適的多元醇的其他例子包括由羥基丙酸和生物物質(例如糖)的其他發酵產物製備的低聚物和聚合物。
所述可與水分反應的聚合物稀釋組分還包含含有至少兩個異氰酸酯基的一種或多種多異氰酸酯。合適的多異氰酸酯包括但不限於例如芳族、脂族、脂環族的多異氰酸酯及其組合，例如間苯二異氰酸酯、2，4-甲苯二異氰酸酯、2，6-甲苯二異氰酸酯、1，6-己二異氰酸酯、1，4-丁二異氰酸酯、1，4-環己烷二異氰酸酯、六氫甲苯二異氰酸酯、1，5-萘二異氰酸酯、1-甲氧基-2，4-苯二異氰酸酯、4，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯、2，4』-二苯甲烷二異氰酸酯、4，4』-亞聯苯二異氰酸酯、3，3』-二甲氧基-4，4』-聯苯二異氰酸酯、3，3』-二甲基-4，4』-聯苯二異氰酸酯、3，3』-二甲基-4，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、4，4』，4-三苯基甲烷三異氰酸酯、1，3，5-三異氰酸根合苯、2，4，6-三異氰酸根合甲苯、4，4』-二甲基二苯基甲烷-2，2』，5，5』-四異氰酸酯、多亞甲基多異氰酸酯、多亞苯基多異氰酸酯、2，4，6-甲苯三異氰酸酯、4，4』-二甲基二苯基甲烷四異氰酸酯，以及數均分子量Mn小於2000、且包含至少兩個異氰酸酯基的預聚物，以及它們的混合物。以所述可與水分反應的組合物的總重量為基準計，所述多異氰酸酯組分的含量為1-30重量％。
由所有混合的組分製得的聚合物活性稀釋劑組合物中異氰酸酯基與羥基(NCO/OH)的當量比為1.0-11.0，以組合物的總重量為基準計，所述游離異氰酸酯基的量大於7.5重量％。
所述活性熱熔體(RHM)粘合劑組合物包含一種或多種高分子量聚合物組分。合適的高分子量組分包括但不限於例如，重均分子量(Mw)為30000-100000的聚合物，包括Mw為45000-100000的聚合物。高分子量聚合物的例子包括，但不限於例如任何合適的熱塑性聚合物，例如(甲基)丙烯酸類聚合物、共聚物和三元共聚物，聚氨酯聚合物和共聚物，聚矽氧烷聚合物，聚酯，聚乙烯基聚合物，聚苯乙烯(PS)，PS共聚物，二乙烯基苯的聚合物和共聚物，乙烯、聚醚醯胺、聚醚的共聚物和三元共聚物和這些熱塑性聚合物的混合物。其他合適的高分子量聚合物組分包含至少一個羥基官能團。包含羥基官能團的高分子量聚合物組分中的羥基數為1-15。關於如何測量組合物中羥基數的描述可以在本領域眾所周知的文獻中找到，例如G.Woods，The ICI Polyurethanes Book，第二版，ICI Polyurethanes，Netherlands(1990)。合適的例子包括，但不限於例如，Mw等於或大於20000的聚乙烯醇(PVOH)、PVOH共聚物、聚(羥基)丙烯酸酯聚合物、聚乙烯基醚/聚乙烯醇共聚物，化學骨架源自生物物質的熱塑性聚合物，它們的聚合物，以及包含羥基官能團的熱塑性聚合物和不含羥基官能團的熱塑性聚合物的聚合物混合物。以所述RHM組合物的總重量為基準計，該組合物包含1-30重量％的一種或多種高分子量聚合物組分。
所述活性熱熔體組合物還包含一種或多種多官能多元醇。術語「多官能多元醇」表示每個鏈包含至少兩個羥基的多元醇。合適的多官能多元醇包括，但不限於例如二醇、三元醇、四元醇、五元醇、六元醇、聚酯型多元醇、聚醚型多元醇，聚醚胺多元醇聚合物及其混合物，以及它們的混合物。以所述RHM粘合劑組合物的總重量為基準計，所述多官能多元醇組分的含量為0.1-80重量％。合適的多元醇組分包括但不限於例如重均分子量(Mw)為400-10000的聚合物，包括Mw為2000-5000的聚合物。合適的多元醇的其他例子包括由羥基丙酸和生物物質(例如糖)的其他發酵產物製備的低聚物和聚合物。
適用於本發明的聚酯型多元醇包括由二元酸或其單酯、二酯或對應酸酐和二醇形成的聚酯型多元醇。所述二元酸可以是飽和的C4-C12脂肪酸，包括支鏈的、非支鏈的或環狀材料和/或C8-C15芳族酸。合適的脂肪酸的例子包括例如琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、1，12-十二烷二酸、1，4-環己烷二羧酸和2-甲基戊二酸。合適的芳族酸的例子包括例如對苯二甲酸、間苯二甲酸、鄰苯二甲酸、4，4』-二苯酮二羧酸、4，4』-二苯胺二羧酸、及其混合物。所述二醇可以是C2-C12支鏈的、非支鏈的或環狀的脂族二醇。合適的二醇的例子包括例如乙二醇、1，3-丙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇、1，3-丁二醇、己二醇、2-甲基-2，4-戊二醇、環己烷-1，4-二甲醇、1，12-十二烷二醇、及其混合物。其他可按照本發明有效使用的合適的聚酯型多元醇包括由酸的二聚體和/或二聚的二醇製備的聚酯型多元醇。各種合適的聚酯型多元醇的混合物也適用於本發明。
根據本發明一個實施方式，所述聚酯型多元醇是半晶態的或晶態的。根據另一個實施方式，所述聚酯型多元醇是無定形的，這意味著它們在環境條件下不會結晶。使用凝膠滲透色譜法測得的半晶態和無定形多元醇的重均分子量(「Mw」)優選為250-10000，包括250-5000，酸值小於5，包括酸值小於2。無定形聚酯型多元醇優選為芳香族化合物，例如由鄰苯二甲酸酐和二甘醇形成的芳香族化合物。各種合適的半晶態和無定形聚酯型多元醇的混合物也適用於本發明。以所述粘合劑組合物的重量為基準計，所述至少一種無定形的或半晶態的聚酯的含量為30-70重量％。
適用於本發明的聚醚型多元醇包括聚氧化C2-C6亞烷基二醇，其包含支鏈的或非支鏈的亞烷基。聚醚型多元醇可通過環氧烷與多元醇的反應製得。合適的聚醚型多元醇的例子包括例如聚環氧乙烷、聚(1，2-和1，3-環氧丙烷)、聚(1，2-環氧丁烷)、環氧乙烷與1，2-環氧丙烷的無規或嵌段共聚物，及其混合物。優選的聚醚型多元醇是聚丙二醇。用凝膠滲透色譜法測得的聚醚型多元醇的重均分子量(「Mw」)優選為400-8000，更優選為1000-3000。各種合適的聚醚型多元醇的混合物也適用於本發明。
活性熱熔體組合物還包含一種或多種含有至少兩個羥基的有機化合物。合適的有機化合物的重均分子量(Mw)約為100-10000，包括Mw約為100-5000的聚合物。所述包含至少兩個羥基官能團的有機組分中的羥基數為10-2000，包括10-1500，10-1000和10-500。合適的有機組分包括但不限於例如二醇、三元醇、四元醇、五元醇、六元醇、不飽和脂肪酸的酯、飽和脂肪酸的酯、脂肪、油類、棉籽油、亞麻子油、橄欖油、棕櫚油、玉米油、花生油、大豆油和蓖麻油。油類包括通過氫化和聚氧化烯聚合物(例如聚氧化乙烯聚合物)改性的油，還包括例如氫化的油、部分氫化的油、以及聚氧化乙烯油。以粘合劑組合物的重量為基準計，所述包含至少兩個羥基官能團的有機組分的含量為1-15重量％。
所述活性熱熔體組合物還包含一種或多種具有至少兩個異氰酸酯基的多異氰酸酯。合適的多異氰酸酯包括但不限於例如芳族、脂族、脂環族的多異氰酸酯及其組合，例如間苯二異氰酸酯、2，4-甲苯二異氰酸酯、2，6-甲苯二異氰酸酯、1，6-己二異氰酸酯、1，4-丁二異氰酸酯、1，4-環己烷二異氰酸酯、六氫甲苯二異氰酸酯、1，5-萘二異氰酸酯、1-甲氧基-2，4-苯二異氰酸酯、4，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯、2，4』-二苯甲烷二異氰酸酯、4，4』-亞聯苯二異氰酸酯、3，3』-二甲氧基-4，4』-聯苯二異氰酸酯、3，3』-二甲基-4，4』-聯苯二異氰酸酯、3，3』-二甲基-4，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、4，4』，4-三苯基甲烷三異氰酸酯、1，3，5-三異氰酸根合苯、2，4，6-三異氰酸根合甲苯、4，4』-二甲基二苯基甲烷-2，2』，5，5』-四異氰酸酯、多亞甲基多異氰酸酯、多亞苯基多異氰酸酯、2，4，6-甲苯三異氰酸酯、4，4』-二甲基二苯基甲烷四異氰酸酯，數均分子量Mn小於2000、且包含至少兩個異氰酸酯基的預聚物，以及它們的混合物。以所述RHM粘合劑組合物的總重量為基準計，所述多異氰酸酯組分的含量為14-30重量％。
在由所有混合的組分形成的活性熱熔體粘合劑組合物中，異氰酸酯基與羥基(NCO/OH)的當量比為2.1-6.0，包括2.2-4.0，包括大於3.0，包括等於或大於3.5；從而可以提供具有過量異氰酸酯基的粘合劑組合物。
另一種表徵本發明組分混合物的方法是游離NCO含量。所述游離NCO含量是以該混合物的總重量為基準計的游離NCO的重量百分數。游離NCO是超過達到與混合物中的OH基團的當量比為1∶1要求的那部分NCO的量。在本發明的實踐中，合適的組合物中游離NCO的含量至少為3.5％，包括3.5-20％，包括3.5-7％。不希望被理論所束縛，認為增大NCO/OH比和游離NCO的含量可以使固化的粘合劑組合物具有更高的交聯濃度，從而改進蠕變阻力所述活性熱熔體粘合劑和聚合物活性稀釋劑組合物的組分通過常規方法混合，優選在惰性、乾燥的氣氛下混合，然後優選在50-120℃反應一段時間，這段時間足以基本將所有的羥基轉化為相應的氨基甲酸乙酯基團。所述聚合物組分在與多異氰酸酯反應之前，通過加熱和與至少一種包含非異氰酸酯的組分混合而溶解。可以任選地在反應生成粘合劑組合物之前、過程中、或之後，將例如季銨或錫基催化劑之類的催化劑與所述組分混合。當使用這種任選的催化劑時，以混合的組分的總重量為基準計，所述催化劑的用量通常小於0.3重量％。所述工作時間獲得延長的粘合劑組合物優選儲存在惰性、乾燥氣氛下，直至使用。
配製所述熱熔體組合物時，可根據需要保持的NCO官能團的反應活性混合另外的常規組分，例如增鏈劑、填料、顏料、增粘劑、增塑劑、流變改性劑和其他合適的添加劑。根據一個實施方式，以所述RHM粘合劑組合物的重量為基準計，增鏈劑的加入量為0-10重量％。
根據本發明一個實施方式，所述組分包含一種或多種脂肪酸的至少一種羥基官能甘油三酸酯或者其至少一種三官能的多元醇。脂肪酸的羥基官能甘油三酸酯的化學式為CH2OR1CHOR1CH2OR3，式中R1、R2和R3是脂肪酸的殘基，它們可以是相同或不同的，其中至少一種包含羥基官能團。
在本發明粘合基材的方法中，對所述具有延長的工作時間的活性熱熔體粘合劑進行加熱，使其達到適合用來(例如通過泵或重力加料)將粘合劑輸送到施塗設備，以及在水分的存在下將粘合劑施塗到第一基材上的粘度。溫度應當高到足以達到合適的粘度，但是又應當低到足以避免粘合劑發生過度的降解或者其他不希望有的影響。通常有效的溫度為40-200℃，優選50-160℃，更優選100-150℃。可根據需要通過常規方法施塗粘合劑以形成連續的或不連續的粘合劑膜，所述施塗方法包括例如加熱噴塗機、加熱珠塗機、加熱噴嘴和加熱輥塗機。粘合劑的施塗用量通常為50-250克/平方米(4-20克/平方英尺)，但是當其中一個基材是織物的時候，施塗用量也可低達1-50克/平方米。預期能夠與NCO官能團發生反應，從而增加施塗的粘合劑最終粘合強度的水分(即水)可以是例如環境溼度所產生的，人工增加的或控制的潮溼空氣，水滴霧，或與施塗的粘合劑接觸的噴灑的液體水。還預期可以用其他可與NCO官能團反應的組分(例如胺)來增加水分。
使施塗的粘合劑與第二基材接觸以形成複合結構。例如通過使這樣製得的複合結構通過輥之間，對其施壓，以增加基材與粘合劑的接觸，然後冷卻該複合結構或使其自然冷卻。在另一實施方式中，所述粘合劑可以同時或依次施塗到第一基材的兩個表面上，然後將施塗了粘合劑的表面同時或依次地與兩個另外的基材相粘合，所述另外的兩個基材可以是相同或不同的。進一步預期隨後還可以在進行所述步驟之前或之後，使用相同或不同的粘合劑將所述複合結構與一個或多個其它的基材相粘合。在本發明方法中，進行粘合的第一基材和第二基材可以是相同或不同的，包括例如金屬、木材、膠合木質產品、紙張、織造織物和非織造織物，以及塑料，這些材料可以具有光滑的或具有結構的表面，以卷、片材、膜、箔等形式提供。它們包括例如柳安木桃花心木膠合板、樹脂浸漬紙、擠出的聚苯乙烯泡沫體、膨脹的聚苯乙烯泡沫體、玻璃纖維加固的聚酯、聚酯織物、高壓或低壓層疊體、膠合板、鋁、鋼、PVC和工程塑料。
在本發明一些實施方式中，粘合的基材較薄而平整，在此情況下，所述複合製品被稱為層疊體或層疊結構。在其它實施方式中，所述基材不薄或不平坦。
根據一實施方式，所述具有延長的工作時間的結構粘合劑將在許多年裡滿足ICC AC05建築規範要求。
美國臨時專利申請第60/615668號揭示的最近開發的結構粘合劑遵循ICCAC05的要求。但是在一些實施方式中，這種產品的工作時間僅為2分鐘，是針對結構絕緣板(SIP)市場的。這是一種在膨脹的聚苯乙烯(EPS)絕緣體的兩個面上粘合定向刨花板(oriented strand board)組成的層疊體。這種板材被用於建築市場構建工業或民用建築物。該專利製備的聚合物稀釋劑和粘合劑使得SIP製造商能夠獲得優於常規製造法的生產效率，從而提高生產能力。但是由於工作時間僅為2分鐘，這種結構粘合劑僅限於製造較小面積的板材，例如4英尺×8英尺的板材。需要製造更大的板材，包括例如8英尺×24英尺的板材，這需要具有延長的工作時間的結構粘合劑。
發現(在加入催化劑之前)加入1-10重量％的液態聚合物活性稀釋劑組合物，可以出人意料地作為上述活性熱熔體粘合劑的活性稀釋劑。根據一個實施方式，通過將無定形的聚合物稀釋劑組合物加入滿足ICC AC05建築標準的結構粘合劑中，可以顯著延長結構粘合劑的工作時間。所述聚合物稀釋劑組合物的優點在於，當該稀釋劑組合物與活性熱熔體粘合劑混合時，該稀釋劑能夠完全反應(大於80％，包括100％)，而且不會對所述活性熱熔體的蠕變阻力造成負面影響。實際上，加入聚合物活性稀釋劑可以通過增加交聯密度而改進粘合劑。所述聚合物稀釋劑的另一個優點在於，由於是液態聚氨酯，所述可與水分反應的組合物可在所述活性熱熔體中相容(相容性也是指所述聚合物稀釋劑與所用的RHM在化學或結構上是相關的)、相溶或混溶。常規的活性稀釋劑對活性熱熔體壓敏性能的負面影響與加入量成比例。令人吃驚地發現，加入液態的可與水反應的組合物可提高與定向刨花板的粘著性，所述與定向刨花板之間的粘著性是開發活性熱熔體首先要考慮的問題。另外，所述可與水分反應的化合物還改進了刨花板的浸溼性。
根據一個實施方式，所述無定形的可與水分反應的液態聚合物組合物作為不含催化劑的活性稀釋劑。這種特殊的聚合物稀釋劑被用來防止由於加入催化劑造成的熱熔體熱穩定性下降。
通過以下實施例說明本發明以及由測試步驟測得的結構。
測試步驟樣品製備樣品是根據International Conference of Building Officials(ICBO)在「Acceptance Criteria For Sandwich Panel Adhesives」#AC05公開的步驟製備的定向刨花板(OSB)、粘合劑、膨脹聚苯乙烯泡沫體、粘合劑和OSB的夾層層疊體。
手工破壞將夾層層疊樣品切割成寬度約為5-7.5釐米(2-3英寸)。固定一片OSB，用手對另一片OSB施加拉力，直至該夾層樣品分離，觀察到破壞模式。如果聚苯乙烯泡沫體分裂，則為「合格」的破壞模式，如果在任何粘合表面上的粘合劑受到破壞，則為「不合格」的破壞模式。
高溫蠕變遵照ICBO驗收標準AC05-8.3，對包括粘合在硬木(楓木)上的金屬的夾層樣品施加345千帕(50psi)的應力，並觀察變形情況，如果在第一小時內的蠕變限制在0.002英寸/英寸(0.0508毫米/毫米)，在延續的測試階段中的平均蠕變為0.005英寸/英寸(0.127毫米/毫米)，則為合格，根據章節8.6.3對樣品進行測試，當測試木質基材的蠕變時，在158(70℃)測試一周，當包括粘合的金屬表面時，在182(83℃)測試一周。
高溫重疊剪切遵循ICBO驗收標準AC05-8.4，經過老化的夾層樣品平衡至182(83℃)的膠縫溫度，並測試其重疊剪切強度。當樣品的膠縫在73(23.7℃)進行測試時，試樣能保持至少80％的重疊剪切強度，便為合格。
加快的陳化
遵照ICBO驗收標準AC05-7.2，夾層樣品在室溫下在水中浸沒48小時，然後在145(63℃)乾燥8小時。然後對這些樣品進行三個循環的以下操作在室溫下浸漬16小時，然後在145(63℃)乾燥8小時。在測試前，所述樣品根據章節6.0老化7天。如果樣品至少能夠保持未施加加速陳化試樣80％的初始粘合強度，則為合格。
實施例活性熱熔體組分使用工作時間為1.5分鐘的活性熱熔體粘合劑(Mor-MeltTMR-5022，美國賓夕法尼亞州，費城，羅門哈斯公司)作為參比樣。
作為活性稀釋劑的聚合的、可與水分反應的組合物(MRC)製備了未經催化的、聚合的、液態的、可與水分反應的組合物(PMRC)。
PMRC1組分 重量％Rubinate MTM，Lupranate M-20STM，或Mondur MRTM(輕(light))28.70MDI11.68LuprinateMITM1.24P-2010TM58.3FoamblastTM20F0.006BC 0.033BlamkopherSOLTM0.02總重量 100
MDI二苯基甲烷二異氰酸酯，異構體(即2，4』-MDI和4，4』-MDI)的混合物。
PMRC2組分重量％Rubinate MTM，Lupranate M-20STM，或MondurMRTM(輕) 57.56P-2010TM39.38Santicizer 160TM3.01BC 0.049BlankophorSOLTM0.02總重量 100PMRC3組分重量％Rubinate MTM，Lupranate M-20STM，或MondurMRTM(輕) 12.58Luprinate MITM23.6P-2010TM40.7Poly G 55-56TM20.3DIDP0.75Tufflo 6006TM1.98FoamblastTM20F0.007BC 0.018Blankophor SOLTM0.02總重量 100
SIP包括粘合在EPS兩個面上的OSB。為了方便使用少量的粘合劑以及為了方便起見，在1#EPS一個面上的一部分，預先使用Mor-MeltTMR-5022與7/16英寸OSB層疊。然後將其切割成6英寸×12英寸的片材。還製備了OSB的匹配部分作為匹配的正對材料。這使得我們可以塗布一條粘合線，使我們可以測定打開時間。
PMRC-3作為活性稀釋劑。
將500克整分的Mor-MeltTMR-5022加入玻璃反應器，預熱至90℃，並用乾燥的氮氣吹掃。向其中加入5重量％的MRC-3。PMRC-3的固化後楊氏模量為6000psi，粘度為4500cps。
該混合物保持在90℃，直至其變均勻。然後將材料移入Black Bros.熱熔輥塗機中，設定油溫為310。使用作為芯材的相同密度EPS設定粘合劑施塗速率。一旦達到12克/平方英尺的施塗速率，則對預先層疊的板材進行塗布，將粘合劑施塗到EPS。然後將板材放置所述所需的工作時間，然後施加OSB匹配部分。然後使用Black Bros.夾合層壓機對完成的SIPS板材夾合兩次，該層壓機設定使板材壓縮3/16英寸。一旦完成，將板材放置一旁，在實驗室條件下靜置一小時。
在一小時結束後，將6英寸×12英寸的板材沿縱向切割成兩半。在一半中，從一個端部除去一英寸的EPS，置於鉗子中，夾持一個OSB面。然後將撬棒插入夾持面和OSB的外側之間，平面銑刀(facer)慢慢地從芯材上撬離，直至板材破壞。在特定的工作時間對每個板材進行該操作。
使用PMRC-3作為活性稀釋劑使工作時間獲得了顯著的增加；根據層壓1小時後進行EPS撕裂測得，工作時間由Mor-MeltTMR-5022(未加入活性稀釋劑)的1.5分鐘延長到5.5分鐘。
PMRC-2作為活性稀釋劑PMRC-2具有更高的楊氏模量(27000psi)和更高的粘度(在25℃為8000cps)。將5重量％的PMRC-2加入Mor-MeltTMR-5022。該層疊體如上所述製備。結果如下通過EPS芯材破壞試驗測得，打開時間為4.5分鐘。為了檢驗這一點，我們使用5重量％的PMRC-0作為Mor-MeltTMR-5022的活性稀釋劑製備了另一批活性熱熔體。
對於使用PMRC-0的體系使用相同的層疊步驟。
又測得使用PMRC-0時的打開時間為5.5分鐘，與PMRC-1相當。PMRC-0的固有粘度是5000cps，非常接近PMRC-1的固有粘度。起初，似乎以較低粘度的可與水分反應的組合物作為Mor-MeltTMR-5022的活性稀釋劑會得到較長的打開時間。然而，發現在24小時之後，PMRC-3製備的板材也表現出顯著的提高。
由PMRC-1製備的板材在最初5.5分鐘打開時間之後的粘合質量有所提高，但是並非完全芯材破壞。使用PMRC-3作為活性稀釋劑，24小時後破壞形式獲得改進。實際上在7分鐘後觀察到芯材破壞。使用PMRC-0活性稀釋劑時觀察到的現象與使用PMRC-1活性稀釋劑時相同。
除了確定最大工作時間以外，還檢測了板材的熱穩定性。需要向Mor-MeltTMR-5022加入100％的活性液態可水分固化組合物以確保熱熔體粘合劑在輥上可能遇到的溫度下保持穩定。
使用Brookfield ThermacellTM粘度計檢測260下6小時內的粘度，測得粘度與時間的變化關係。結果列於表1。
表1在12克/平方英尺的平面張力強度(psi)下，膠合板之間強度與時間的關係

向Mor-MeltTMR-5022加入可與水分反應的組合物PMRC-1和PMRC-2，當用於粘合的結構板材時，相對於Mor-MeltTMR-5022參比樣，獲得了良好的或更佳的熱穩定性。
由於僅加入5％的液態、可與水分反應的組合物可以使活性熱熔體的打開時間獲得顯著的改進，增加了稀釋劑的百分數以觀察效果。
將PMRC-1(9重量％)加入Mor-MeltTMR-5022中，與上文所述相同地製造層疊體，標記為芯材破壞的打開時間顯著增加到8分鐘。
將PMRC-2(9重量％)加入Mor-MeltTMR-5022中。樣品SIPS結構在敞開時間3、4、5、6、6.5、7、7.5、8和8.5分鐘形成。所得的板材沿縱向切成兩半。其中一半在層疊1小時後進行破壞檢測。測試結果是僅在達到5分鐘工作時間觀察到EPS芯材破壞。在6分鐘工作時間時，觀察到OSB的一些粘合劑破壞。
同樣將PMRC-3(9重量％)加入Mor-MeltTMR-5022中。PMRC-3的效果並不像PMRC-1一樣好。沒有在1小時標記處觀察到一致的超過5分鐘的芯材破壞，即使24小時後，仍需要長達8分鐘顯示芯材破壞。最初，在5重量％PMRC-3的時候，觀察到芯材破壞長達4.5分鐘。通過將稀釋劑含量增加到8重量％，獲得0.5和1.0分鐘的工作時間。
還評價了使用Mor-MeltTMR-5022作為參比和使用活性稀釋劑獲得的粘合層疊體的強度進步。結果列於表2。
表2在12克/平方英尺的平面張力強度(psi)下，膠合板之間強度與時間的關係

初始強度進步的結果說明在最初5分鐘內，Mor-MeltTMR-5022和作為活性稀釋劑的PMRC-1實際上比Mor-MeltTMR-5022和作為活性稀釋劑的PMRC-3提高得更快。從該數據可以看出，PMRC-1作為活性稀釋劑不會像PMRC-3那樣在最初幾分鐘內對強度增強產生負面影響。強度在最初幾分鐘內快速地增加超過撕裂1#密度EPS芯材所需的程度，對於Mor-MeltTMR-5022和PMRC-3，要超過8psi的程度則需要4分鐘以上。
對Mor-MeltTMR-5022和可與水分反應的組合物評價了ICC AC05標準所需要的高溫蠕變要求。使用12克/平方英尺的Mor-Melt R-5022和5％的PMRC-1製備了鋁-Douglas Fir蠕變試樣。數據列於表3。
表3Mor-MeltTMR-5022+5％的PMRC-1的蠕變測試

AC 05章節8.6.3的要求是，第一小時內，任何試樣上的蠕變都不超過0.002英寸(2密耳)，在測試過程期間的平均蠕變不超過0.005英寸(5密耳)。Mor-MeltTMR-5022和PMRC-1的蠕變值在此要求範圍內，說明所述可與水分反應的組合物不會對蠕變造成負面影響。
權利要求
1.一種粘合劑組合物，該組合物包含(a)活性熱熔體；(b)包含以下組分的聚合物活性稀釋劑(i)一種或多種重均分子量為2000-4000的聚合物；(ii)一種或多種多官能多元醇；(iii)一種或多種多異氰酸酯，其中異氰酸酯基和羥基的比值(NCO/OH)為4.0-11.0，以組合物的總重量為基準計，游離的異氰酸酯基的量大於7.5重量％。
2.如權利要求1所述的粘合劑，其特徵在於，所述活性熱熔體粘合劑包含(a)一種或多種重均分子量為30000-100000的聚合物；(b)一種或多種多官能多元醇；(c)一種或多種包含至少兩個羥基的有機化合物；(d)一種或多種多異氰酸酯。
3.一種聚合物活性稀釋劑，該聚合物活性稀釋劑包含(a)一種或多種重均分子量為2000-4000的聚合物；(b)一種或多種多官能多元醇；(c)一種或多種多異氰酸酯，其中異氰酸酯基和羥基的比值(NCO/OH)為4.0-11.0，以組合物的總重量為基準計，游離的異氰酸酯基的量大於7.5重量％。
4.如權利要求3所述的聚合物稀釋劑，該稀釋劑還包括任何含異氰酸酯的活性熱熔體組合物。
5.一種延長活性熱熔體的工作時間的方法，該方法包括混合(a)和(b)的步驟(a)活性熱熔體；(b)包含以下組分的聚合物活性稀釋劑(i)一種或多種重均分子量為2000-4000的聚合物；(ii)一種或多種多官能多元醇；(iii)一種或多種多異氰酸酯，其中異氰酸酯基和羥基的比值(NCO/OH)為4.0-11.0，以組合物的總重量為基準計，游離的異氰酸酯基的量大於7.5重量％。
6.一種粘合一個或多個基材的方法，該方法包括以下步驟(a)將活性熱熔體粘合劑與包含以下組分(i)、(ii)、(iii)的聚合物活性稀釋劑相混合(i)一種或多種重均分子量為2000-4000的聚合物；(ii)一種或多種多官能多元醇；(iii)一種或多種多異氰酸酯，其中異氰酸酯基和羥基的比值(NCO/OH)為4.0-11.0，以組合物的總重量為基準計，游離的異氰酸酯基的量大於7.5重量％。(b)加熱該活性熱熔體粘合劑；(c)在水分的存在下將所述熱熔體粘合劑施塗在第一基材上；(d)使施塗的熱熔體粘合劑與至少一個第二基材接觸；(e)冷卻該粘合的熱熔體粘合劑。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述活性熱熔體包含(i)一種或多種重均分子量為2000-4000的聚合物；(ii)一種或多種多官能多元醇；(iii)一種或多種多異氰酸酯，其中異氰酸酯基和羥基的比值(NCO/OH)為4.0-11.0，以組合物的總重量為基準計，游離的異氰酸酯基的量大於7.5重量％。
全文摘要
本發明涉及可有效地用作包括但不限於活性熱熔體的結構粘合劑的聚合物活性稀釋劑，從而在不對所述結構粘合劑的蠕變造成負面影響的前提下，延長其工作時間的可與水分反應的低分子量聚合物組合物。
文檔編號C09J175/04GK1916099SQ20061011557
公開日2007年2月21日 申請日期2006年8月14日 優先權日2005年8月15日
發明者J·L·裡查德 申請人:羅門哈斯公司