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CN106661188A - 氨基甲酸酯粘着剂 - Google Patents

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CN106661188A CN201580043182.3A CN201580043182A CN106661188A CN 106661188 A CN106661188 A CN 106661188A CN 201580043182 A CN201580043182 A CN 201580043182A CN 106661188 A CN106661188 A CN 106661188A
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Abstract

提供一种粘着剂组合物,其包含(A)一种或多种多异氰酸酯和(B)一种或多种聚合多元醇,其中所述聚合多元醇是(I)多元醇引发剂和(II)一种或多种环氧化合物或一种或多种缩水甘油醚化合物或其混合物的反应产物,其中所述多元醇引发剂是(a)一种或多种二羟基叔胺化合物和(b)多羟基醇的反应产物;其中按所述粘着剂组合物的重量计,所述粘着剂组合物以0到5重量%的量含有溶剂。还提供一种使用此类粘着剂组合物来粘结衬底的方法。

Description

氨基甲酸酯粘着剂
背景技术
一种适用的粘着剂组合物类别是无溶剂的氨基甲酸酯粘着剂,其是含有多异氰酸酯和多元醇以及可能其它成分的液体组合物。当使此类组合物与两个衬底接触并且接着暴露于如高温的条件(其中多异氰酸酯和多元醇彼此反应以形成固化组合物)下时,合乎需要的是所述固化组合物在两个衬底之间形成粘结。合乎需要的是粘着剂组合物是具有以下特性的液体组合物:在将其最初混合时的相对较低粘度;在长至足以充分混合各成分并且将组合物涂覆于衬底上的时间段内保持较低的粘度;在将组合物涂覆于衬底上之后相对快速积聚的粘着强度(“生粘性(green tack)”);以及在经过充分固化时可以承受热循环和在化学品中暴露的最终粘结强度。
US 2010/0010110描述柔性聚氨基甲酸酯发泡体,其通过使多异氰酸酯与高当量多元醇反应来制备,所述多元醇包括含有至少一个叔胺基的至少一种聚醚或聚酯多元醇。需要提供具有上文所提及的所需特性中的一些或全部的粘着剂组合物。
发明内容
以下是本发明的陈述。
本发明的第一方面是一种粘着剂组合物,其包含
(A)一种或多种多异氰酸酯和
(B)一种或多种聚合多元醇,其中所述聚合多元醇是以下的反应产物:
(I)多元醇引发剂,其中所述多元醇引发剂是以下的反应产物:
(a)一种或多种具有结构I的二羟基叔胺化合物:
其中R1是氢或C1-C6直链或分支链烷基,并且
R2和R3独立地是C1-C6直链或分支链烷基,和
(b)多羟基醇,和
(II)一种或多种具有结构X的环氧化合物:
或一种或多种具有结构XI的缩水甘油醚化合物:
或其混合物;
其中R4是氢、苯基、环己基或C1-C18直链或分支链烷基,并且
R5是氢、苯基、被C1-C6直链或分支链烷基取代的苯基或C1-C18直链或分支链烷基,
其中按所述粘着剂组合物的重量计,所述粘着剂组合物以0到5重量%的量含有溶剂。
本发明的第二方面是一种将第一衬底粘结于第二衬底上的方法,其包含
(i)将根据权利要求1所述的粘着剂组合物的层涂覆于所述第一衬底的表面上;
(ii)接着使所述第二衬底的表面与根据权利要求1所述的粘着剂组合物的所述层接触;以及
(iii)接着使根据权利要求1所述的粘着剂组合物的所述层固化。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式。
如本文所用,除非上下文另外明确指示,否则以下术语具有所指定的定义。
“多元醇”是具有两个或更多个侧接羟基的化合物。“酯多元醇”是含有一个或多个酯键的多元醇。“聚酯多元醇”是含有两个或更多个酯键的多元醇。酯键具有结构-C(O)-O-。“醚多元醇”是具有一个或多个醚键的多元醇。“聚醚多元醇”是具有两个或更多个醚键的多元醇。醚键是-C-O-C-。“混合多元醇”是含有至少一个酯键和至少一个醚键的多元醇。氨基甲酸酯键-NH-C(O)-O-。
多元醇的一个特征是羟值,其根据ASTM D4274-11(美国测试与材料协会(American Society for Testing and Materials),美国宾夕法尼亚州康舍霍肯(Conshohocken,PA,USA))测量并且以毫克KOH/克(mg KOH/g)的单位报导。本文中考虑的羟值在不进行任何酸度校正的情况下报导。多元醇的另一个特征是酸值,其使用ASTM D974-12测量并且以mg KOH/g的单位报导。
“多异氰酸酯”是具有两个或更多个异氰酸酯基的化合物。异氰酸酯基是-NCO。单体多异氰酸酯是分子量为300或更小并且不具有脲二酮结构、不具有异氰脲酸酯结构、不具有缩二脲结构并且不具有氨基甲酸酯键的多异氰酸酯。二聚体多异氰酸酯是具有两个单体多异氰酸酯以脲二酮结构键结在一起的分子结构的多异氰酸酯。三聚体多异氰酸酯是具有三个单体多异氰酸酯以异氰脲酸酯结构键结在一起的分子结构的多异氰酸酯。
芳香族化合物是含有一个或多个芳香族环的化合物。脂肪族化合物是不含有芳香族环的化合物。
当比率在本文中称为X:1或更大时,其意味着所述比率是Y:1,其中Y大于或等于X。举例来说,如果比率称为3:1或更大,那么所述比率可以是3:1或5:1或100:1,但不可以是2:1。类似地,当比率在本文称为W:1或更小时,所述比率意味着Z:1,其中Z小于或等于W。举例来说,如果比率称为15:1或更小,那么所述比率可以是15:1或10:1或0.1:1,但不可以是20:1。
如本文所用,“溶剂”是在包括20℃到50℃的温度范围内为液体并且不与本发明中所用多异氰酸酯或多元醇中的任一种反应的化合物。
如本文所用,“膜”是相比于其它两个维度,在称作“厚度”的一个维度相对较小的具有任何组成的材料。膜的厚度为2微米到1毫米。除厚度以外的每一维度的膜尺寸是厚度的至少100倍。膜是柔性的;在25℃下,膜可以在不断裂的情况下以1cm的曲率半径弯曲到90°角度。膜的“表面”是垂直于厚度维度的膜平坦面。
本发明公开一种引发剂组合物,所述引发剂组合物用于制造聚醚多元醇和由其制成的聚氨基甲酸酯聚合物。引发剂组合物是二羟基叔胺与多羟基醇(1)的反应产物。优选地,二羟基叔胺具有以下结构I:
R1是氢或C1-C6直链或分支链烷基,优选地是C1-C4直链或分支链烷基,更优选地是甲基。R2和R3独立地是C1-C6直链或分支链烷基,优选地是C1-C4直链或分支链烷基,更优选地是乙基。优选地,二羟基叔胺是N-甲基二乙醇胺(MDEA)。
合适的多羟基醇(1)是具有2到8个羟基的醇,所述醇可以是C2到C18烷基、芳基或烷芳基并且其可以是直链、分支链或环状的。优选地,多羟基醇(1)是亚甲基二醇(MEG)、二乙二醇(DEG)、甲基丙二醇(MPG)、二丙二醇(DPG)、丙三醇、三羟甲基丙烷(TMP)、季戊四醇以及糖,如蔗糖和山梨糖醇)。最优选的多羟基醇(1)是丙三醇、二醇以及糖。
展示于流程1中的优选的引发剂组合物是MDEA与丙三醇的反应产物:
流程1
其中x优选地是1到10的整数,并且独立地,y优选地是1到10的整数。
二羟基叔胺与多羟基醇(1)的反应产物可以包含产物以及部分和/或完全未反应的叔胺和/或多羟基醇(1)的混合物。举例来说,除未反应的N-甲基二乙醇胺和/或丙三醇以外,N-甲基二乙醇胺与丙三醇的反应可以产生包含(但不限于)以下中的一种或多种的产物的混合物:
等等。
优选地,二羟基叔胺与多羟基醇(1)的摩尔比是10:1或更小;更优选地是5:1或更小;更优选地是3:1或更小。优选地,二羟基叔胺与多羟基醇的摩尔比是0.1:1或更大;更优选地是0.2:1或更大;更优选地是0.3:1或更大。
尤其优选的引发剂组合物是其中在二羟基叔胺与多羟基醇(1)产物之间反应产物的主链中,存在超过一个叔胺、优选地N-甲基胺基团的引发剂组合物。举例来说,对于结构II,x优选地大于1,更优选地是2,更优选地是3,更优选地是4,更优选地是5。N-甲基胺存在度可以通过基质辅助激光解吸/电离(MALDI)和核磁共振(NMR)光谱法测定并量化。
上文引发剂组合物的重量平均分子量(Mw)优选地等于或小于5,000,更优选地等于或小于3,000,更优选地等于或小于1,700,更优选地等于或小于1,000。上文引发剂组合物的Mw优选地等于或大于180,更优选地等于或大于250,并且更优选地等于或大于600。根据本发明,Mw数据可以通过凝胶渗透色谱法测定。
上文引发剂组合物的平均羟值(以mg KOH/g形式报导)优选地等于或大于34,更优选地等于或大于56,更优选地等于或大于99,更优选地等于或大于169。上文引发剂组合物的平均羟值优选地等于或小于935,更优选地等于或小于674,更优选地等于或小于280。羟值通过ASTM D4274D测量。
如本文上文中所描述的包含二羟基叔胺I与多羟基醇(1)的反应产物的引发剂组合物适用于制造包含聚合多元醇(B)化合物的聚合多元醇(B)组合物。第一聚合聚合物(B)组合物是如本文上文中所描述的引发剂组合物与至少一种具有结构X的环氧化合物:
或至少一种具有结构XI的缩水甘油醚化合物:
或其组合的反应产物;其中R4是氢、苯基、环己基或C1-C18直链或分支链烷基;并且R5是氢、苯基、被C1-C6直链或分支链烷基取代的苯基或C1-C18直链或分支链烷基。
在式X中,R4可以是氢、苯基、环己基或C1-C18直链或分支链烷基。根据本发明的一个方面,R4是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、2-乙基己基、辛基、癸基、十二基、十四基、十六基或十八基。在另一方面中,R4可以是氢、苯基或环己基。在又另一方面中,R4是氢、甲基或苯基。在R4是氢、甲基、丁基或苯基的这一方面中,式X的环氧化合物分别是环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷或氧化苯乙烯。
式XI中的R5可以是氢、苯基、被C1-C6直链或分支链烷基取代的苯基或C1-C18直链或分支链烷基。举例来说,在本发明的一个方面中,R5可以是氢、苯基或被C1-C6直链或分支链烷基取代的苯基。在本发明的另一方面中,R5是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、2-乙基己基、辛基、癸基、十二基、十四基、十六基或十八基。然而,在本发明的再一方面中,R5可以是苯基或被丁基取代的苯基。
上文所得聚合多元醇(B)组合物的Mw优选地等于或小于8,000,更优选地等于或小于7,000,并且甚至更优选地等于或小于6,000。上文所得聚合多元醇(B)组合物的Mw优选地等于或大于2,000,更优选地等于或大于3,000,并且更优选地等于或大于4,000。
本文上文中所公开的聚合多元醇(B)组合物的羟值优选地等于或小于800mgKOH/g,更优选地等于或小于300,更优选地等于或小于170,更优选地等于或小于100,并且甚至更优选地等于或小于75mg KOH/g。本文上文中所公开的所得聚合多元醇组合物(B)的羟值优选地等于或大于15mg KOH/g,更优选地等于或大于20,更优选地等于或大于25,更优选地等于或大于35,并且甚至更优选地等于或大于50mg KOH/g。羟值根据ASTM D 4274测定。
在本发明的另一方面中,本文上文中聚合多元醇(B)组合物的平均官能度(F)优选地等于或小于8,优选地等于或小于7,更优选地等于或小于6,更优选地等于或小于5,并且甚至更优选地等于或小于4。优选地,上文聚合多元醇(B)组合物的平均官能度等于或大于2,并且更优选地等于或大于3。
本发明的聚合多元醇组合物也可以通过氮含量来表征。举例来说,本文上文中所公开的聚合多元醇组合物的胺值等于或小于5mg/g,优选地等于或小于4,更优选地等于或小于3,更优选地等于或小于2mg KOH/g。氮含量根据ASTM D 6979测定并且以mg/g形式报导。
制造聚合多元醇组合物是所属领域中熟知的;任何合适的由上文引发剂I制造聚合多元醇组合物(B)的工艺都是可接受的。举例来说,可以将引发剂I与催化剂混合,并且随后可以使这一混合物与环氧乙烷或环氧丙烷在介于约100℃到160℃范围内的温度下反应。用于这一反应中并且所属领域的技术人员已知的传统催化剂是KOH。可以采用其它基于Ba(钡)或Sr(锶)的碱性氢氧化物或氢氧化物水合物催化剂作为烷氧基化催化剂;与使用传统KOH催化剂制造的那些产物相比,制造不饱和度更低的产物。用于使用Ba或Sr催化剂制造多元醇的工艺描述于USP 5,070,125;5,010,187;以及5,114,619中。
除聚合多元醇(B)以外,本发明的粘着剂组合物任选地含有一种或多种额外多元醇。优选的额外多元醇是聚酯多元醇。优选的额外多元醇的官能度为2到2.5。优选的额外多元醇的羟值为50到150。本身为聚酯多元醇的优选的额外多元醇优选地是一种或多种二酸与一种或多种多元醇的反应产物。优选的用于制造此类聚酯多元醇的二酸是己二酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸以及其混合物。优选的用于制造此类聚酯多元醇的多元醇是乙二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷以及其混合物。
优选地,所有额外多元醇的重量与所有聚合多元醇(B)的重量的比率是0:1到1:1;更优选地0:1到0.45:1;更优选地0:1到0.3:1;更优选地0:1到0.15:1;更优选地0:1。
本发明的粘着剂组合物包含一种或多种多异氰酸酯。多异氰酸酯可以是芳香族或脂肪族;优选的是脂肪族。优选的多异氰酸酯是一种或多种单体多异氰酸酯、一种或多种二聚体多异氰酸酯、一种或多种三聚体多异氰酸酯、一种或多种多异氰酸酯预聚物以及其混合物。优选的单体多异氰酸酯是氢化的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)(任何异构体)、异佛尔酮二异氰酸酯、己-1,6-二异氰酸酯(HDI)、六亚甲基二异氰酸酯、2,2,4-三甲基-六亚甲基二异氰酸酯、2,4,4-三甲基-六亚甲基二异氰酸酯以及其混合物。
优选的二聚体多异氰酸酯和三聚体多异氰酸酯是优选的单体多异氰酸酯的二聚体和三聚体。优选的二聚体多异氰酸酯和三聚体多异氰酸酯是其中个别单体成分彼此相同的二聚体和三聚体。举例来说,优选的三聚体多异氰酸酯是“HDI三聚体”,其具有三个HDI分子以异氰脲酸酯结构键结在一起的结构。
多异氰酸酯预聚物是单体多异氰酸酯与一种或多种多元醇的反应产物。每一多异氰酸酯预聚物都具有两个或更多个侧接异氰酸酯基。优选的多异氰酸酯预聚物含有一种或多种脂肪族单体多异氰酸酯与一种或多种脂肪族聚醚多元醇、一种或多种脂肪族聚酯多元醇、一种或多种脂肪族混合多元醇或其混合物的反应产物。优选的多异氰酸酯预聚物含有HDI与一种或多种脂肪族聚醚多元醇、一种或多种脂肪族聚酯多元醇、一种或多种脂肪族混合多元醇或其混合物的反应产物。优选的多异氰酸酯预聚物含有一种或多种脂肪族单体多异氰酸酯与一种或多种脂肪族聚醚多元醇和任选地一种或多种额外脂肪族多元醇的反应产物。优选地,在多异氰酸酯预聚物的形成中,异氰酸酯基与羟基反应以形成氨基甲酸酯键。
本发明的粘着剂组合物中多元醇与多异氰酸酯的相对量可以由当量比表征,所述当量比是所有异氰酸酯基摩尔数与所有羟基摩尔数的比率。优选地,当量比是1:1或更高;更优选地1.01或更高;更优选地1.3:1或更高;更优选地1.3:1或更高;更优选地1.6:1或更高;更优选地2:1或更高;更优选地2.3:1或更高。优选地,当量比是5:1或更低;更优选地4.7:1或更低;更优选地4.3:1或更低;更优选地4:1或更低;更优选地3.7:1或更低。
按粘着剂组合物的重量计,本发明的粘着剂组合物以0到5重量%;优选地0到3重量%;更优选地0到1重量%;更优选地0到0.5重量%;更优选地0到0.1重量%的量含有溶剂。
本发明的粘着剂组合物任选地含有一种或多种佐剂。佐剂是并非多异氰酸酯、并非多元醇并且并非溶剂的化合物。优选的佐剂是塑化剂;非反应性热塑性聚合物;催化剂;增稠剂;针对热、可见光或紫外光降解进行保护的稳定剂;阻燃性物质;杀生物剂;表面活性剂;以及其混合物。优选地,按粘着剂组合物的重量计,所有佐剂的总重量是0%到5%;更优选地0%到3%;更优选地0%到1%;更优选地0%到0.5%;更优选地0%到0.1%。
本发明的粘着剂组合物可以用于任何目的。优选的用途是将两个衬底粘结在一起。此类粘结优选地通过以下来实现:将粘着剂组合物的层涂覆于第一衬底的表面上,接着使第二衬底的表面与粘着剂组合物的所述层接触,由此形成经过组装的物品。接着优选地使经过组装的物品暴露于促进粘着剂组合物中异氰酸酯基与羟基之间固化反应的条件下。
一种优选类型的经过组装的物品是层合物,其是其中两个或更多个膜彼此粘结的物品。为了形成层合物,将本发明粘着剂组合物的层涂覆于第一膜的一个表面上,接着使第二膜的表面与所述粘着剂组合物的层接触。在粘着剂组合物中异氰酸酯基与羟基之间的固化反应之前或在此期间,任选地使由此形成的经过组装的物品暴露于机械压力下以使膜更紧密接触。任选地,通过使经过组装的物品穿过两个紧密隔开的辊的辊隙来施加机械压力。任选地,可以使用本发明粘着剂组合物的额外层或另外使用其它粘着剂组合物的层来将额外的膜粘结于经过组装的物品上。
优选地,经过组装的物品的形成在低于35℃,更优选地20℃到30℃的温度下进行。为了促进粘着剂组合物中异氰酸酯基与羟基之间的固化反应,优选地将经过组装的物品加热到高于35℃的温度,更优选地加热到40℃到60℃的温度。任选地,可以将经过组装的物品在35℃或更高的温度下保持8周或更少;更优选地6周或更少的时段。如果在涂覆粘着剂组合物之后使经过组装的物品暴露于机械压力下,那么可以任选地在施加压力时将经过组装的物品保持在高于35℃的温度下,并且所述温度任选地在经过组装的物品上的不同位置处不同。任选地,可以在高于35℃的一个温度下涂覆粘着剂组合物,并且经过组装的物品中暴露于机械压力下的部分可以处于高于35℃并且与涂覆粘着剂组合物时的温度不同的温度下。
优选的是粘着剂组合物在25℃下是液体。更优选的是粘着剂组合物在25℃下粘度相对较低,以便有助于将粘着剂组合物的层涂覆于衬底表面上的工艺。
当使经过组装的物品暴露于高温中以促进固化反应时,需要粘着剂组合物的粘度在一段时间(“凝固时间(open time)”)内保持较低,以便允许在必要时进行再定位。然而,需要凝固时间相对较短。进一步需要,在凝固时间之后,粘着剂组合物的粘度快速增加。认为尽管粘着剂组合物可能尚未充分固化,但粘度的快速增加将在衬底之间形成粘结(称作“生粘性”),其将允许在衬底不相对于彼此滑移的情况下轻轻地操纵和/或移动经过组装的物品。还需要在使粘着剂组合物充分固化时,衬底之间的粘结应相对较强,甚至在暴露于高温中和/或暴露于水、油、食品或其它化学品中之后仍较强。
以下是本发明的实例。
在以下实例中,使用以下术语:
F=官能度。对于多元醇,这意味着每分子的羟基数目。对于多异氰酸酯,这意味着每分子的异氰酸酯基数目。对于混合物或分布,F是数目平均官能度。
OHN=羟值
Visc50=50℃下的粘度,通过锥形和平板流变仪在10sec-1下测量。流变仪是来自安东帕公司(Anton Paar)的MCR 301型。
HDI=十六基-1,6-二异氰酸酯
EG=乙二醇
DEG=二乙二醇
TMP=三羟甲基丙烷
Mw=重量平均分子量
在以下实例中,使用以下多元醇。仅多元醇B1是上文所描述的聚合多元醇(B)的实例。
使用以下多异氰酸酯:
NCO1=HDI三聚体
NCO2=TDI和聚乙二醇预聚物
制造以下粘着剂组合物。比较性粘着剂标记有“-C”后缀。所示的量是重量份。
粘着剂组合物(重量份)
编号 NCO1 NCO2 M2 M1 B1 R1 R2 R3
1-C 60 100
2-C 30 100
3 20 100
4 25 90 10
5 35 70 30
6 25 90 10
7 35 70 30
8 20 90 10
9 25 70 30
一些粘着剂组合物的固化测量如下。混合展示于上表中的成分,并且接着将混合物加热到50℃。在保持在50℃下的同时,如上文所描述测量混合物的粘度(Visc50)。结果如下:
50℃下的粘度(mPa.s)对比时间(分钟)
对前述资料的检查展示,从0到60分钟,粘着剂组合物1-C的粘度以恒定速率增加。因为粘度增加的速率恒定并且极小,所以得出以下结论:组合物1-C将不在任何合理时间内达成合乎需要的高粘度,并且因此在60分钟之后不对组合物1-C进行进一步测量。
组合物3展示比组合物2-C更合乎需要的行为或粘度对比时间。组合物2-C的粘度增加速率相对恒定,并且因此认为,组合物2-C将需要极长时间来实现高达10,000mPa.s的粘度。相比之下,组合物3的粘度展示自身恒定增加的增加速率。因此,虽然组合物2-C具有相对较低粘度(低于500mPa.s)持续超过60分钟,但组合物2-C也在仅120分钟内实现极高粘度(高于10,000mPa.s)。

Claims (5)

1.一种粘着剂组合物,其包含
(A)一种或多种多异氰酸酯和
(B)一种或多种聚合多元醇,其中所述聚合多元醇是以下的反应产物:
(I)多元醇引发剂,其中所述多元醇引发剂是以下的反应产物:
(a)一种或多种具有结构I的二羟基叔胺化合物:
其中R1是氢或C1-C6直链或分支链烷基,并且
R2和R3独立地是C1-C6直链或分支链烷基,和
(b)多羟基醇,和
(II)一种或多种具有结构X的环氧化合物:
或一种或多种具有结构XI的缩水甘油醚化合物:
或其混合物;
其中R4是氢、苯基、环己基或C1-C18直链或分支链烷基,并且
R5是氢、苯基、被C1-C6直链或分支链烷基取代的苯基或C1-C18直链或分支链烷基,
其中按所述粘着剂组合物的重量计,所述粘着剂组合物以0到5重量%的量含有溶剂。
2.根据权利要求1所述的粘着剂组合物,其中所述多异氰酸酯包含一种或多种脂肪族多异氰酸酯。
3.根据权利要求1所述的粘着剂组合物,其中R1是甲基;R2和R3都是乙基;并且所述多羟基醇是丙三醇。
4.一种将第一衬底粘结于第二衬底上的方法,其包含
(i)将根据权利要求1所述的粘着剂组合物的层涂覆于所述第一衬底的表面上;
(ii)接着使所述第二衬底的表面与根据权利要求1所述的粘着剂组合物的所述层接触;以及
(iii)接着使根据权利要求1所述的粘着剂组合物的所述层固化。
5.根据权利要求4所述的方法,其中所述第一衬底是膜并且所述第二衬底是膜。
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