CN104419330B - 环境友好的粘合剂组合物及使用其制造的胶带 - Google Patents

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Abstract

提供一种环境友好的粘合剂组合物，其基于100重量份的排除苯、甲苯和二甲苯(BTX)的溶剂，包含约10至约70重量份的包括丙烯酸基贴附剂作为原料的增粘剂基料，约5至约40重量份的萜烯基粘性改进剂，约0.5至约5重量份的环氧基交联剂，约5至约60重量份的阻燃剂，和其组合。该阻燃剂包含选自卤系阻燃剂、锑阻燃剂和磷系阻燃剂的至少一种。该粘合剂组合物和使用其制造的胶带可专用于汽车工业中和各种电子工业中。

Description

环境友好的粘合剂组合物及使用其制造的胶带
技术领域
本发明涉及环境友好的粘合剂组合物及使用其制造的胶带，并且具体地涉及可以广泛应用于汽车工业和电子工业等中的环境友好的粘合剂组合物。本发明提供环境友好的粘合剂组合物及使用该粘合剂组合物制造的胶带，该粘合剂组合物可以在不包含芳族石化产品(如苯、甲苯和二甲苯(BTX))的溶剂中包含增粘剂基料(base)、萜烯基粘性改进剂(即，增粘剂)、交联剂和少量的阻燃剂。
背景技术
在近来的制造工业中，各种粘合剂和胶带型粘合剂材料已被广泛使用。同时，许多国家已加强特别是在电子产品、汽车等中使用的此类工业产品的环境法规。因此，减少此类产品制造过程中挥发性有机化合物(VOC)和气味(odor)污染的量已成为汽车工业中未解决的问题。此外，对研发具有较佳粘性和阻燃性的高功能胶带具有持续的需求。
汽车制造商已对降低汽车重量作出努力，并且汽车制造中使用的材料已经扩大至包含有色金属。因此，也增加了对粘合剂和增粘胶带的需求。例如，汽车顶蓬，其是在汽车中用于降低车身重量的部件，由包含发泡性树脂的材料的组合构成。
然而，在使用此类材料时，汽车的车身强度可能变差，并且车辆的内部形状可能在操作和贮存过程中进一步发生变形。因此，通常将金属支架附接到顶蓬以固定顶蓬。另外，用于汽车部件的材料可从发展步骤具有环境友好的特性以达到汽车工业的环境要求同时具有高增粘特性和阻燃性。
在许多汽车部件中，顶蓬可以由发泡性树脂制成，并且顶蓬的形状在操作、运输和贮存过程中可能弯曲或变形。为了防止此类损坏，通常将金属支架贴附到顶蓬。当支架不足以固定顶蓬时，驾驶员或任何乘客可能在事故中受到重大威胁。因此，牢固地将支架贴附到顶蓬在汽车制造中是关键事项。当包括此类带有贴附支架的顶蓬结构时，常规的制造方法可能不是有效的，因为汽车的重量增加且制造生产率降低。
另外可选地，汽车专用的固定带支架的顶蓬的胶带可能是对前述问题最适合的解决方法之一。因此，这种粘合剂或胶带可能需要呈现与具有顶蓬粗糙表面的材料的高贴附强度。
在粘合剂材料近来的发展中，已经开发了丙烯酸基的水性压敏粘合剂组合物。然而，此类丙烯酸基的水性压敏粘合剂组合物具有局限。例如，由于在制造此类粘合剂中所使用的萜烯酚树脂，在热反应过程中酚可能被热分解且可能生成苯衍生物，产生待排出的有害污染物。在其他例子中，已经研发了制造涂有丙烯酸基贴附剂的胶带和涂有乙酸乙酯和丙酮的增粘胶带的方法。然而，在保持阻燃性和高贴附强度方面可能出现问题。
发明内容
本发明提供高功能胶带，其包括含量减少的VOC(挥发性有机化合物)和气味并呈现高贴附强度和显著提高的阻燃性，这在火灾等事件中确保安全。具体地，本发明提供粘合剂组合物，其在排除BTX溶剂的溶剂中包含丙烯酸基贴附剂、萜烯基粘性改进剂、环氧基交联剂和阻燃剂；还提供通过该粘合剂组合物制造的出于最佳性能专用于汽车中的胶带。
此外，本发明提供通过减少未反应单体和剩余溶剂而包含显著减少的量的挥发性有机化合物(VOC)和气味的粘合剂组合物。另外，本发明提供高功能胶带，其使用该粘合剂组合物制造从而具有高粘附强度并且由于内部和外部提高的阻燃性而在火中具有自熄灭性。
在本发明的示例性实施方式中，基于100重量份的排除BTX的溶剂，环境友好的粘合剂组合物可以包含：约10至约70重量份的包括丙烯酸基贴附剂作为原料的增粘剂基料；约5至约40重量份的萜烯基粘性改进剂；约0.5至约5重量份的环氧基交联剂；和约5至约60重量份的阻燃剂，该阻燃剂包含选自卤系阻燃剂、锑阻燃剂、磷系阻燃剂及其组合的至少一种。
在本发明的另一个示例性实施方式中，胶带可使用环境友好的粘合剂组合物制造。
根据本发明的粘合剂组合物可提供通过减少未反应的单体和剩余的溶剂而具有显著减少的气味和VOC含量的环境友好的粘合剂材料。使用该粘合剂组合物制造的胶带可具有高粘性且由于外部和内部效果通过提高火情中的阻燃性而具有高功能特性。根据本发明，粘合剂组合物和使用其制造的胶带可以是环境友好的并可以具有高(例如，改进的)粘性和阻燃性，并因此可广泛应用到各种工业，如汽车工业和电子工业。
附图说明
通过详细描述其示例性实施方式并结合附图，本发明的上述和其他特征和优点会变得更加明显，其中：
图1是根据本发明示例性实施方式的汽车顶蓬的示例图；
图2示出根据本发明示例性实施方式的汽车顶蓬和支架的示例性视图；且
图3示出根据本发明示例性实施方式使用粘合剂组合物制造的胶带的示例图。
应当理解，所附的附图并非必然是按比例的，而只是呈现说明本发明的基本原理的各种示例性特征的一定程度的简化表示。本文公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体尺寸、方向、位置和形状将部分取决于特定的既定用途和使用环境。
具体实施方式
应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、燃烧、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。
本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种、该(a、an、the)”也意在包括复数形式，除非上下文中另外清楚指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising)”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。
除非具体说明或从上下文明显得到，否则本文所用的术语“约”理解为在本领域的正常容许范围内，例如在均值的2个标准差范围内。“约”可以理解为在所述数值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非另外从上下文清楚得到，本文提供的所有数值都由术语“约”修饰。
本发明提供环境友好的粘合剂组合物，基于100重量份的排除BTX的溶剂，环境友好的粘合剂组合物可以包含：约10至约70重量份的包括丙烯酸基贴附剂作为原料的增粘剂基料；约5至约40重量份的萜烯基粘性改进剂；约0.5至约5重量份的环氧基交联剂；和约5至约60重量份的阻燃剂，该阻燃剂包含选自卤系阻燃剂、锑阻燃剂、磷系阻燃剂及其组合的至少一种。
在示例性实施方式中，基于溶剂总重，溶剂可包含约5至约40wt％的C2～C10脂肪酸酮(fatty acid ketone)化合物、约20至约80wt％的C1～C10乙酸酯化合物、约1至约10wt％的C1～C10醇化合物，和约1至约50wt％的正己烷/环己烷化合物。具体地，在溶剂中，C1～C10乙酸酯化合物和C2～C10脂肪酸酮化合物可以以约80～85：约15～20的比率混合。另外，C1～C10乙酸酯化合物和C2～C10脂肪酸酮化合物之间的比率可以不受限制地为80:20。该比率可以出于聚合物相容性和聚合物合成条件而优化。例如，溶剂可不受限制地通过以约80:20的比率混合乙酸乙酯和丙酮而使用。
根据本发明，该溶剂可以不包含表示苯(B)、甲苯(T)和二甲苯(X)的芳族化学产品的BTX。通过从本发明中的溶剂中除去BTX化合物，该溶剂可被用作环境友好的材料并减少VOC。
增粘剂基料可不受限制地选自硅系、热熔系和丙烯酸系，且丙烯酸系可被用作主要原料。根据本发明的示例性实施方式，具有约1至17个碳链的单体可被用作丙烯酸基的贴附剂。具体地，具有约2至8个碳链的单体可被用于具有约-70至约±10℃玻璃化转变温度的粘合剂。由于典型增粘剂基料的玻璃化转变温度可以为约-40±10℃，增粘剂的玻璃化转变温度可在相当低的范围内。
常规的单体或基于甲基丙烯酸酯的单体可以被用作丙烯酸基单体。丙烯酸基单体可不受限制地包含同型共聚物(homocopolymer)、2元共聚物、3元共聚物、4元共聚物和5元共聚物。在聚合物的交联反应过程中，可以与一种含量基于整个单体总重为约0.5至约10重量份或更低的具有官能团的单体发生共聚反应，官能团不受限制地包含酸基、环氧基、羟基、或胺基。
在另一个示例性实施方式中，主要单体可不受限制地为丙烯酸丁酯(BAM)、2-己基丙烯酸乙酯(2-hexyl ethyl acrylate)(2-HEA)或其混合物。例如，丙烯酸丁酯(BAM)或2-乙基丙烯酸己酯(2-EHA)具有约-70至约40℃的玻璃化转变温度(Tg)，且被归类为软贴附剂。BAM或2-EHA可提高起始的润湿性以增加起始贴附强度。由于固化密度可通过提供高耐热性的固化剂调节，BAM和2-EHA可被用作固化剂。
增粘剂基料可以以基于100重量份的排除BTX的溶剂为约10至约70重量份的量使用。具体地，增粘剂基料的量基于100重量份的排除BTX的溶剂可以为约30至约50重量份。当增粘剂基料的量少于约10重量份时，增粘剂基料的分子量可能不会增加以呈现压敏粘合剂(PSA)特性。相比之下，当含量大于约70重量份时，因为自由基反应是放热反应，由于瞬间热辐射可能不发生粘合剂的稳定合成。因此，可使用前述范围内的增粘基料。
粘性改进剂可以为萜烯基树脂，其能够不排出有害物质如酚和甲苯但可提供粘合剂的高(例如，改进的)贴附强度。粘性改进剂可以基于100重量份的排除BTX的溶剂以约5至约40重量份的量使用。具体地，基于100重量份的排除BTX的溶剂，粘性改进剂的量可以为约10至约20重量份。当粘性改进剂的量少于约5重量份时，贴附强度可能不会增加。当粘性改进剂的量大于约40重量份时，粘附剂的固化度可能增加且粘性改进剂可能不适合在胶带中使用。因此，粘性改进剂可在上述范围内使用。
交联剂可不受限制地为环氧基树脂。交联剂可基于100重量份的排除BTX的溶剂以约0.5至约5重量份的量使用。具体地，基于100重量份的排除BTX的溶剂，交联剂的量可为约0.5至约1.7重量份。当交联剂的量少于约0.5重量份时，粘合剂的耐热性保持强度可能降低。当量大于约5重量份时，贴附强度可能降低。因此交联剂可在上述范围内使用。
阻燃剂基于组成而言可以是卤系阻燃剂或非卤系阻燃剂。另一方面，阻燃剂基于相而言可以是固相阻燃剂或液相阻燃剂。阻燃剂基于其组成和相可以影响贴附强度，贴附强度是贴附剂的基本物理特性。具体地，当阻燃剂是固相时，贴附剂的贴附强度可显著降低而贴附剂的内聚力可能增加。当阻燃剂是液相时，贴附强度可增加，但内聚力可能降低。此外，应提高阻燃剂和贴附剂之间的相容性，混合后不应发生任何化学反应，并且应提高贴附剂的基本物理特性以保持阻燃性和贴附强度。
根据本发明，阻燃剂可包含选自卤系阻燃剂、锑阻燃剂、磷系阻燃剂及其组合的至少一种，并可基于100重量份的排除BTX的溶剂以约5至约60重量份的量包含和使用。具体地，可包含以约90至100：约45至50的比率混合的卤系阻燃剂和锑阻燃剂的混合物。在示例性实施方式中，固体型溴阻燃剂(例如，十溴二苯醚(decabromodiphenyl oxide))可被用作卤素阻燃剂，且三氧化锑阻燃剂(例如，三氧化锑)可被用作锑阻燃剂。可最优化前述卤系阻燃剂与锑阻燃剂之间的混合比以提高贴附强度并提供阻燃性。另外，本发明在阻燃剂中可包含液体型磷系阻燃剂。
当卤系阻燃剂和锑阻燃剂混合时，卤系阻燃剂和锑阻燃剂可以以约90至100：约45至50的比率混合以保证阻燃性。具体地，在约100:50的比率可提高阻燃性。当混合液体型磷系阻燃剂时，粘合剂的贴附强度可以为约3,000g/英寸或更多，并且可获得粘合剂的自熄灭性，从而可制造满足高贴附强度和阻燃性的粘合剂。另外，当基于溶剂以约2至5重量份的量混合液体型磷系阻燃剂以增加作为增粘胶带的贴附强度时，可提高粘性。
如上所述，在本发明的一个示例性实施方式中，基于100重量份的排除BTX的溶剂，可以以约5至约60重量份的量包含阻燃剂。具体地，基于100重量份的排除BTX的溶剂，阻燃剂的量可以为约10至约20重量份。当阻燃剂的量少于约5重量份时，可能导致差的阻燃性。相比之下，当阻燃剂的量大于约60重量份时，可能导致粘性变差。因此，阻燃剂可在上述范围内使用。
根据本发明，可通过将包含环境友好的粘合剂组合物的粘合剂施用到基础材料上来制造胶带。例如，图3示出用根据本发明一个实施方式的粘合剂组合物制造的胶带。制造胶带的基础材料可以不受限制地选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)和聚酰亚胺(PI)。在一个示例性实施方式中，PET基本上是硬质材料且可通过缓冲作用吸收冲击，可能更适合用作胶带的基础材料。
如上所述，根据本发明示例性实施方式的粘合剂组合物可以是环境友好的并可具有高功能特性如高粘性和阻燃性。因此，本发明的粘合剂组合物可更合适用来将支架贴附到汽车顶蓬并保持其形状。特别地，由于顶蓬具有粗糙的表面，粘合剂具有高增粘强度是必要的。本发明提供这样的粘合剂或制造的胶带，其在汽车制造中是必要的。图1和图2示出根据本发明示例性实施方式的汽车的顶蓬和支架。
在下文中，将通过实例更详细地描述本发明。然而，给出实例是为了解释说明本发明，但本发明的范围不局限于此。
实施例1～3
根据下文表1中增粘剂基料的组成和下文表2的组成比率来形成粘合剂组合物。如图3所示来制造结构复杂的胶带。将75μm厚的增粘剂PSA层涂覆在黑色PET膜上，将75μm厚的非织造物层层压其上，再次涂覆75μm厚的增粘剂PSA层，并将制备的粘合剂涂覆在PET膜上。一旦将粘合剂涂布到PET膜上后，就通过充分挥发气味元素并在干燥过程中从起始中度温度逐渐升温到约110℃温度以最大地抑制增粘剂涂覆来减少气味。通过在约43℃的温度下在长期老化期间挥发剩余的气味元素而降低气味，从而制造胶带样本。
表1
增粘剂基料的组成(单位：重量份)
比较例1至3
根据下文表2的组成比率通过与实施例1至3相同的方法来制造比较例1至3的胶带样本。
表2
根据实施例1至3和比较例1至3的粘合剂组成(单位：重量份)
实验例：物理特性的测定
根据实施例1至3和比较例1至3制造的样本的物理特性通过以下方法测定。结果在下文表3中描述。下文表4中描述的物理特性结果提供五个胶带样本测定后除最高值和最低值以外的平均值。其测试方法描述如下：
(1)VOC量的测定：排出的VOC量通过标准MS 300-55测试方法测定。排出的VOC量的单位是μg/m3。
(2)气味测定：气味的量通过标准MS 300-34测试方法测定。通过将重均分子量(Mw)除以数均分子量(Mn)得到转换比。设置具有4个等级或更多的气味评级的参照与标准样对比。转换比的提高代表气味随后的降低。
(3)增粘强度的测定：贴附强度通过标准KS A 1107测试方法测定。单位用g/英寸表示。KS A 1107测试方法用于增粘胶带和增粘片材，且胶带或片材的试样具有宽度25mm和长度250mm的取样面积。将1英寸×6英寸面积的增粘胶带贴附到不锈钢板(例如，SUS 304)样本上，2kg重的辊往复运动一次进行以粘合，且贴附强度以拉伸速度(300±30mm/min)在30分钟后通过测试方法的180°剥离强度测定。
(4)阻燃性的测定：阻燃性通过表3描述的简化测试方法测定。
表3
阻燃性测试项
对根据实施例1至3和比较例1至3制造的样本通过前述测试方法测定，且结果在下文表4中描述。
表4
物理特性的结果
如在表4中示出的，对于使用根据本发明实施例1至3的粘合剂组合物所制造的胶带，从胶带释放的VOC和气味的量显著减少，增粘强度高(例如，提高的)，且阻燃性提高。因此，该胶带可更合适并更广泛地在汽车工业中使用。
本发明可被广泛地应用到电子工业、汽车工业等，特别是可提供呈现最佳性能的汽车专用胶带。

Claims (4)

1.一种环境友好的粘合剂组合物，其基于100重量份的排除苯、甲苯和二甲苯(BTX)的溶剂包括：
30至50重量份的包括丙烯酸基贴附剂作为原料的增粘剂基料；
5至20重量份的萜烯基粘性改进剂；
0.5至1.7重量份的环氧基交联剂；和
10至20重量份的阻燃剂，所述阻燃剂包括选自卤系阻燃剂、锑阻燃剂、磷系阻燃剂及其组合的至少一种，
其中所述丙烯酸基贴附剂包括丙烯酸丁酯(BAM)、2-乙基丙烯酸己酯(2-EHA)或其混合物作为主要单体，
其中所述溶剂基于溶剂总重包括5至40wt％的C2至C10脂肪酸酮化合物；20至80wt％的C1～C10乙酸酯化合物；1至10wt％的C1至C10醇化合物；和1至50wt％的正己烷/环己烷化合物，且
其中所述增粘剂基料的玻璃化转变温度为-50至-30℃。
2.根据权利要求1所述的环境友好的粘合剂组合物，其中所述阻燃剂中的所述卤系阻燃剂和所述阻燃剂中的所述锑阻燃剂以90～100：45～50的比率混合。
3.一种粘合剂胶带，其使用根据权利要求1所述的粘合剂组合物制造。
4.根据权利要求3所述的粘合剂胶带，其中用于制造所述胶带的基础材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)和聚酰亚胺(PI)。
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