CN103930512A - 粘合剂组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及包含组分A和组分B的粘合剂组合物，其中组分A包含双酚A树脂、优选地为丙酮或乙醇或其混合物的亲水溶剂以及硅胶(SiO2)或氧化铝(Al2O3)，并且所述组分B包含优选地为聚酰氨型胺类的脂肪族多胺或芳香族多胺、聚硫醇、优选地为1-(2-氨基乙基)哌嗪和乙二胺的伯胺和叔胺的组合，任选地亲水溶剂以及任选地硅胶(SiO2)或氧化铝(Al2O3)凝胶。所述组合物的优点是其除了在干燥条件下以外，在有水存在或潮湿条件下，在30分钟时间里同样能够固化并且是柔韧的。本发明还涉及获得所述粘合剂组合物的方法。本发明还涉及本发明的粘合剂组合物在含水介质和不含水介质中用于粘合任何类型的材料以及需要柔韧性的材料的用途。
Description
发明领域
本发明涉及粘合剂领域。
发明背景
在工业水平和专业水平上，粘合剂的重要性已经为当今世界所熟知。在大量制造方法中使用粘合剂进行粘合，例如，在诸如图形艺术、纸和纸板变形、容器和包装、家具和木材、汽车工业等的行业中。粘合剂在材料的安装或者材料的粘合尤其是施工(用于路面的粘合剂或者诸如地毯、PVC、油毡的覆盖物的粘合剂)中也是非常重要的。甚至在居家或儿童中，粘合剂的使用相当广泛。显而易见地由于其千差万别的应用领域，粘合剂组合物的变化很大。这样，我们可以有固体、液体、丙烯酸型、氰基丙烯酸酯类和环氧树脂等的粘合剂。
在技术水平上，粘合剂被定义为用于保持两个载体通过表面相互作用粘合在一起的物质的混合物。该相互作用可以为物理型或化学型(化学键)。粘合剂的粘合机理基于两种力的平衡：
粘合力(Fa)：为将粘合剂和表面分离所必须施加的力。
内聚力(Fc)：为将粘合剂的内部结构破裂所必须施加的力。
良好的粘合剂的特征为导致内聚型破裂，即粘合剂必须在与载体分离之前破裂。在某些情况下粘合剂可以与载体出现破裂(对于结构粘合剂)有关。
内聚型破裂的特征为在Fc<Fa的体系中出现。
具有低Fc︰低阻力粘合(low resistance bonds)的粘合剂或者提供非常高的Fa(例如包含促粘剂)的体系可以获得该内聚型破裂。
然而，目前的难题之一是找到在其应用的位置与高湿度接触或直接与水接触时能够固化的粘合剂，另外，所述固化在最短的可能时间内进行。这是非常重要的，当工作条件经常被水性介质包围时，诸如在船上、水下管道的维修、敷设水管的应用、海上施工和维修或者一般地由于其特征必须不断与水接触并且需要粘合剂尽可能快地起作用的任何器具。
目前已有用于在所述水性条件下用于固化的粘合剂组合物，但是其效力远远不够最好。所述市售产品的实例为3MTM的MarineAdhesive fast cure5200TM或LoctiteTM的Hysol U-05FLTM。
文件JP200033633公开了包含组分A和组分B的防水粘合剂，其中组分A为氨基甲酸乙酯(urethane)改性的环氧树脂组合物、双酚A树脂以及丙烯酸颗粒，并且组分B为聚酰氨型胺。
文件JP60023467涉及具有极佳防水性的粘合剂，并且该粘合剂由甲醛、双酚A型环氧树脂以及诸如具有氨基的化合物的任选的环氧树脂固化剂组成。
文件JP59191713公开了环氧树脂混合物的用途，该混合物衍生自与氧化铁和纤维材料构成组合物的双酚A和聚酰氨型胺以获得对金属和木材具有好的粘合性以及良好的防水性的材料。
本发明的发明人意外地获得了具有固化能力的粘合剂组合物，除了在干燥条件下以外，在潮湿条件下或在水(该水为例如纯水、淡水、咸水、海水、大洋水、污染水以及在一般情况下主要溶剂是水的溶液)下，在30分钟时间里，对不论在干燥或潮湿条件下或是在水下的任何类型的材料同样具有粘合能力，并且另外固化后该粘合剂具有柔韧性使得其尤其适于柔韧粘合的需要并且该粘合剂具有可变的形状。甚至在5℃左右保持所有这些性质。
先前所述的文件均未公开本发明所公开的同时具有以上所有性质的粘合剂组合物。
因此，本发明的第一个目的为获得具有固化能力的粘合剂组合物，除了在干燥条件下，其在水性介质(即在水下，认为该水可以为例如纯水、淡水、咸水、海水、大洋水、污染水以及在一般情况下主要溶剂是水的溶液)中或者在潮湿的条件下、在最短的可能时间里(如30分钟)同样具有固化能力，并且还是柔韧的，该最后的参数可以容易地通过粘合剂组合物的改性来控制。
本发明的另一个目的为开发获得文中所述的粘合剂组合物的方法。
本发明的又一个目的为提供本发明的粘合剂组合物用于在任何无论含水与否的环境条件下粘合任何类型的表面的用途。
发明简要说明
本发明首先涉及包含组分A和组分B的粘合剂组合物，其中组分A包含双酚A树脂、优选丙酮或乙醇或其混合物的亲水溶剂以及硅胶(SiO2)或氧化铝(Al2O3)凝胶，并且所述组分B包含优选聚酰氨型胺类的脂肪族多胺或芳香族多胺、聚硫醇、优选1-(2-氨基乙基)哌嗪和乙二胺的伯胺和叔胺的组合、任选的亲水溶剂以及任选地硅胶(SiO2)或氧化铝(Al2O3)凝胶。所述组合物的优点为其除了在干燥条件下，在有水存在或潮湿条件下或在水下同样能够固化，考虑到该水可以为例如纯水、淡水、咸水、海水、大洋水、污染水以及在一般情况下主要溶剂是水的溶液，在30分钟时间里固化并且固化后是柔韧的。另外，可以通过粘合剂组合物的改性容易地控制柔韧度。
本发明还涉及获得所述粘合剂组合物的方法。
最后，本发明还涉及本发明的粘合剂组合物在无论含水与否的介质中用于粘合任何类型的材料以及需要柔韧性的材料的用途。
发明详细说明
本发明的第一方面涉及包含组分A和组分B的粘合剂组合物，其中所述组分A包含：
-双酚A树脂；
-优选丙酮或乙醇或其混合物的亲水溶剂；以及
-硅胶(SiO2)或氧化铝(Al2O3)凝胶
并且所述组分B包含：
-优选聚酰氨型胺类的脂肪族多胺或芳香族多胺；
-聚硫醇；
-优选1-(2-氨基乙基)哌嗪和乙二胺的伯胺和叔胺的组合；
-任选的亲水溶剂；以及
-任选地硅胶(SiO2)或氧化铝(Al2O3)凝胶。
以上表明，亲水溶剂组分可以任选地存在于组分B的配方中。
以上表明，硅胶(SiO2)或氧化铝(Al2O3)凝胶组分可以任选地存在于组分B的配方中。
以上表明，亲水溶剂组分以及硅胶(SiO2)或氧化铝(Al2O3)凝胶组分可以任选地一同存在于组分B的配方中。
所述组合物的优点是其除了在干燥条件下以外，在有水存在或潮湿条件下或在水下，在30分钟时间里同样能够固化并且固化后是柔韧的。
本发明中“在水下”应理解为待固化的组分与水接触，该水为纯水、淡水、咸水、海水、大洋水、污染水以及在一般情况下主要溶剂是水的溶液。
本发明使用的双酚A树脂的数均分子量优选低于700(Wn<700)。
在本发明语境中，无论在上文和下文中，当将“柔韧性”用于材料时或材料为“柔韧的”，其应被理解为材料在弹性限度内具有高变形性。
本发明的“亲水溶剂”应被理解为能够部分地或完全地溶于水的任何溶剂。优选使用丙酮或乙醇。该组分提供了在水下条件的固化能力而且不改变固化速率、柔韧性以及粘合力。
在优选的实施方案中，组分A中的各个化合物的浓度如下：以组合物总重量计，35重量％至45重量％的双酚A树脂，10重量％至15重量％的亲水溶剂以及10重量％至15重量％的SiO2或Al2O3，并且组分B中的各个化合物的浓度如下：以组合物总重量计，30重量％至40重量％的脂肪族多胺或芳香族多胺，3重量％至4.5重量％的聚硫醇，0.5重量％至2.5重量％的伯胺和叔胺的组合。
本发明使用的聚硫醇优选为高分子量的聚硫醇。聚硫醇的分子量越高，所获得的最终粘合剂组合物的柔韧性越大。
在具体的实施方案中，组合物还具有高柔韧性，在实验示例中，当分别施加2.5N和9N时，其相应地发生3％和5％的变形。
在具体的实施方案中，无论是否具有组分A或组分B，本发明的组合物还可以包括一种或多种选自如下的另外的组分：至少一种紫外光稳定剂(例如tinuvin型)、任选为纳米级的金属粉末(以获得粘合剂导体)、诸如优选0.5重量％的铜盐的至少一种抗真菌剂、至少一种抗氧化剂(例如BHT型)、至少一种水可混溶的有机溶剂(例如乙二醇、醇类)、至少一种粘度调节剂和至少一种触变剂或者其混合物。
根据本文公开的任一实施方案，本发明的粘合剂组合物具有以下性质：
-在干燥或潮湿条件下或在水下在30分钟时间里固化
-固化后柔韧性大
-无论在干燥或潮湿条件或在水下，粘合任何类型的材料的能力
-在低温下(甚至5℃左右的温度)仍具有以上性质
本发明的第二方面涉及获得本发明根据之前实施方案中公开的粘合剂组合物的方法，该方法包括：形成B的组分的初始混合物，还任选地与除双酚A树脂以外的A的组分形成初始混合物；以及如果所述初始混合物已经含有A的其余组分，则将所述双酚A树脂与所述初始混合物形成后续混合物；或者如果所述B的组分的初始混合物未与所述A的组分混合，则将所述双酚A树脂与所述B的组分的初始混合物和所述A的其余组分形成后续混合物。
将B的组分的混合物的形成与双酚A树脂分开的目的是为了阻止固化反应的开始，可以在两种组分中都加入硅胶或氧化铝凝胶和亲水溶剂从而根据所希望的粘合剂的最终性质调整至适合的化学计量比。
本发明的第三方面涉及根据之前任何实施方案中的本发明公开的粘合剂组合物的用途，其中待所述粘合剂组合物粘合的材料例如，但是不限于，木材、金属、陶瓷、聚合物或由上述材料的混合物组成的材料。
在具体实施方案中，在所述材料的表面上有任何物理状态的水。
在另一个具体实施方案中，在所述材料的表面上没有任何物理状态的水。
在另一个具体实施方案中，所述材料在水下，该水为纯水、淡水、咸水、海水、大洋水、污染水以及在一般情况下主要溶剂是水的溶液。
在优选的实施方案中，将根据之前任何实施方案中的本发明公开的粘合剂组合物用于粘合材料，诸如但是不限于，木材、金属、陶瓷、聚合物或由上述材料的混合物组成的材料，其中组合物和材料表面的粘合区域需要柔韧性或者具有活动性。
实施例
组合物的以下实例用于解释和举例说明本发明且不旨在限制本发明。所有涉及％的百分数为以重量计。
为方便阅读，使用了以下缩写：
双酚A树脂(Wn<700)＝BPAR
高分子量的聚硫醇＝DAP
1-(2-氨基乙基)哌嗪＝APZ
乙二胺＝EDA
组合物1：
BPAR(41％)4份
聚酰氨型胺(31％)3份
DAP(3％)0.3份
APZ(1％)0.1份
EDA(1％)0.1份
丙酮(11.5％)1.125份
硅胶(11.5％)1.125份
该组合物的固化时间为25分钟。粘合剂的最终外观是柔韧的，当有水(纯水、淡水、咸水、海水、大洋水、污染水以及在一般情况下主要溶剂是水的溶液)存在或在水下固化时它具有极佳的表现。在10℃、室温和45℃下获得了相同的性质。
组合物2：
BPAR(41％)4份
聚酰氨型胺(31％)3份
DAP(4％)0.4份
APZ(0.5％)0.05份
EDA(0.5％)0.05份
丙酮(11.5％)1.125份
硅胶(11.5％)1.125份
该组合物的固化时间为30分钟。粘合剂的最终外观是非常柔韧的，当有水(纯水、淡水、咸水、海水、大洋水、污染水以及在一般情况下主要溶剂是水的溶液)存在或在水下固化时它具有非常好的表现。在10℃、室温和45℃下均获得了相同的性质。
对照组合物3：
BPAR(41％)4份
聚酰氨型胺(31％)3份
DAP(5％)0.5份
丙酮(11.5％)1.125份
硅胶(11.5％)1.125份
该组合物的固化时间为接近80分钟。
对照组合物4：
BPAR(41％)4份
聚酰氨型胺(31％)3份
APZ(2.5％)0.25份
EDA(2.5％)0.25份
丙酮(11.5％)1.125份
硅胶(11.5％)1.125份
对照组合物5：
BPAR(53.34％)4份
聚酰氨型胺(40％)3份
DAP(4％)0.3份
APZ(1.33％)0.1份
EDA(1.33％)0.1份
该组合物的固化时间为20分钟，然而其在有水存在时不能够适当地固化。
Claims (11)
1.粘合剂组合物，包含组分A和组分B，其中所述组分A包含：
双酚A树脂；
亲水溶剂；以及
硅胶(SiO2)或氧化铝(Al2O3)凝胶；
并且所述组分B包含：
脂肪族多胺或芳香族多胺；
聚硫醇；
伯胺和叔胺的组合；
任选地亲水溶剂；以及
任选地硅胶(SiO2)或氧化铝(Al2O3)凝胶。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述亲水溶剂为丙酮、乙醇或其混合物。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述伯胺和叔胺的组合为1-(2-氨基乙基)哌嗪和乙二胺。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述脂肪族多胺或芳香族多胺为聚酰氨型胺类。
5.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的组合物，其中以组合物总重量计，组分A的各个组分的浓度如下：35重量％至45重量％的双酚A树脂，10重量％至15重量％的亲水溶剂以及10重量％至15重量％的SiO2或Al2O3。
6.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的组合物，其中以组合物总重量计，组分B的各个组分的浓度如下：30重量％至40重量％的聚酰氨型胺，3重量％至4.5重量％的聚硫醇，计0.5重量％至2.5重量％的伯胺和叔胺的组合。
7.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的组合物，还包含一种或多种选自如下的另外的组分：至少一种紫外光稳定剂、金属粉末、至少一种抗氧化剂、至少一种抗真菌剂、至少一种水可混溶的有机溶剂、至少一种粘度调节剂和至少一种触变剂或者其混合物。
8.获得根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的组合物的方法，包括如下：
形成B的组分的初始混合物，还任选地与除双酚A树脂以外的A的组分形成初始混合物；以及
如果所述初始混合物已经含有A的其余组分，则将所述双酚A树脂与所述初始混合物形成后续混合物；或者如果所述B的组分的初始混合物未与所述A的组分混合，则将所述双酚A树脂与所述B的组分的初始混合物和所述A的其余组分形成后续混合物。
9.根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的组合物的用途，其中所述待粘合的材料为木材、金属、陶瓷、聚合物或由上述材料的混合物组成的材料。
10.根据权利要求9所述的组合物的用途，其中在所述材料的表面上有任何物理状态的水。
11.根据权利要求9所述的组合物的用途，其中所述组合物和所述材料表面的粘合区域需要柔韧性或者具有活动性。
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