CN104603199A - 用于聚烯烃膜的增粘剂组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种组合物，其包含－至少一种有机聚合物，－至少一种选自丙烯酸酯的单体－至少一种选自有机叔胺的催化剂－至少一种溶剂。

Description

用于聚烯烃膜的增粘剂组合物
技术领域
本发明涉及增粘剂组合物领域，所述增粘剂组合物能够通过用增粘剂组合物预处理表面然后施涂粘合剂从而持久地和结构地粘合聚烯烃基材。
背景技术
在许多应用领域中需要持久地粘合聚烯烃基材(例如以聚烯烃膜的形式)与其它基材。对于例如可以用于平面屋顶密封、坡面屋顶密封、建筑物密封或隧道密封的密封幅材来说，这是特别重要的。已知所述聚烯烃基材(例如聚乙烯、聚丙烯或EPDM)具有不利于粘合的表面。仅当所述材料经受特别的预处理方法时，所述材料才能持久地和结构地粘合。所述预处理通常为物理预处理，其中例如使表面氧化，使得粘合剂在施用之后可以物理地或化学地连接。
通过现有技术已知多种能够结合这些聚烯烃膜与其它基材的方法。
根据一种方法，通过热空气焊接进行结合。所述方法的缺点在于，通常需要电流连接并且在待焊接基材的窄小几何形状的情况下不能使用。此外，所述方法不能结合不可焊接的材料。此外，当彼此待焊接材料不相容时，所述方法不能成功。虽然能够焊接PVC基材与PVC基材或焊接TPO(热塑性烯烃)基材与TPO基材，但是不能焊接TPO基材与PVC基材，因为这两种聚合物在焊接过程中不相容。
结构地和持久地粘合聚烯烃基材与其它基材的另一种可能性是例如通过等离子体处理、火焰处理、蚀刻或相似方法物理预处理聚烯烃基材的表面，其中在物理预处理之后进行与其它基材的粘合。然而所述预处理方法复杂且昂贵。此外，预处理不能在现场进行，而是必须已经整合在制备过程中。由于预处理的效果随着时间消退，所以经如此预处理的基材的储存时间受限，这造成在粘合基材之后结合强度的不足的可再现性。
同样地，在现有技术中已知使用由在合适溶剂中的氯丁二烯橡胶或氯化聚烯烃组成的聚烯烃底漆。通过用所述底漆预处理聚烯烃基材的表面可以在新状态下和在热空气老化之后获得良好的结合强度。然而已经发现，在潮湿条件(温水或100％的空气湿度)下在提高的温度(例如60℃)下储存时，粘合在最短时间内迅速减弱。
同样地，现有技术已知使用硼烷引发的粘合剂来粘合聚烯烃基材与其它基材。然而所述粘合剂的缺点在于其较高的价格和在23℃下的低储存稳定性。此外所述粘合剂具有的缺点在于，开放时间相对较短，然而固化时间极长。
发明内容
本发明的目的因此是提供一种组合物，所述组合物能够持久地和结构地粘合聚烯烃基材与其它基材。本发明的另一个目的在于，提供一种方法，所述方法能够持久地和结构地粘合聚烯烃基材与其它基材。
出人意料地发现，根据权利要求1所述的组合物实现所述目的。
此外，也通过根据权利要求9所述的方法实现所述目的。
从属权利要求中提供了优选的实施方案。
具体实施方式
本发明的主题是一种组合物，所述组合物包含
-至少一种有机聚合物
-至少一种选自丙烯酸酯的单体
-至少一种选自有机叔胺的催化剂
-至少一种溶剂。
所述含溶剂组合物能够活化聚烯烃基材的表面，使得所述表面然后能够用粘合剂，特别是用丙烯酸酯粘合剂持久地和结构地与其它基材粘合。
根据本发明的组合物为低粘度含溶剂液体，其优选通过刷涂或喷涂施涂在待处理表面上。所述组合物在干燥之后在表面上形成薄膜，所述薄膜充当材料之间的“极性介质”并且可以与基材的聚烯烃以及粘合剂的成分相互作用。所述组合物还包含反应性物质，所述反应性物质参与粘合剂的固化并且因此能够实现表面的持久结合。
以“聚/多”为首的物质名称，例如聚烯烃，在本文中表示形式上每分子包含两个或多个在其名称中出现的官能团的物质。
术语“聚合物”在本文中一方面包含通过聚合反应(聚加成、加聚、缩聚)制得的化学上一致，但是在聚合度、摩尔质量和链长方面不同的大分子的集合。所述术语另一方面也包含来自聚合反应的所述大分子集合的衍生物，亦即通过给定大分子上官能团的反应例如加成或取代而获得的且可化学一致或化学不一致的化合物。所述术语还包含所谓的预聚物，亦即其官能团参与大分子构成的反应性低聚预加合物。
“分子量”在本文中应被始终理解为数均分子量Mn。
根据本发明的组合物的通常的应用领域为预处理聚烯烃基材以用于关于铺盖屋顶(Roofing)的粘合、防水，以及用于平面屋顶密封、坡面屋顶密封、建筑物密封和隧道密封的密封幅材的粘合。
优选地，根据本发明的组合物以使得有机聚合物、选自丙烯酸酯的单体和选自有机叔胺的催化剂完全溶解在溶剂中的方式存在。
根据本发明的组合物的制备优选通过如下方式进行：伴随着搅拌，例如在约80℃下将聚合物、选自丙烯酸酯的单体和选自有机叔胺的催化剂溶解在溶剂中达约3小时同时回流。
根据本发明的组合物特别适合于用粘合剂持久地结合被称为FPO或TPO(柔性聚烯烃或热塑性聚烯烃)的聚烯烃膜，其中丙烯酸酯粘合剂是特别优选的。通过用所述组合物预处理可以使FPO膜与其它FPO膜或甚至是与其它基材粘合，在所述基材上粘合剂显示出良好和持久的结合。在本发明的范围内，非FPO基材特别包括PVC膜和刚性基材(塑料、混凝土和/或金属)。
在本发明中，持久的结合被理解为即使在天然老化和人为老化之后仍然具有高的结合强度的粘合。
根据本发明的组合物的特征特别在于，其能够实现聚烯烃基材与其它具有极高老化能力的基材的结合。
在用根据本发明的组合物预处理聚烯烃基材之后，适合作为用于粘合基材的粘合剂的特别为双组分丙烯酸酯粘合剂，其中具有过氧化物引发的基于四氢糠基甲基丙烯酸酯或甲基丙烯酸甲酯的体系是特别优选的。在施涂根据本发明的组合物和干燥成膜之后，可以例如通过使用所述双组分丙烯酸酯粘合剂建立粘合结合，所述粘合结合即使在老化之后仍然具有出人意料的高粘合力的特点。
在一个特别优选的实施方案中，根据本发明的组合物这样设计：至少一种有机聚合物包含至少一种氯化聚烯烃和/或至少一种马来酸酐改性的聚烯烃，所述氯化聚烯烃基于硬质聚丙烯或软质聚丙烯并且具有20至30％的氯化度。
当至少一种有机聚合物包含选自如下的一种或多种聚合物时，实现特别良好的结果：
硬质聚烯烃，所述硬质聚烯烃具有20-30％的氯化度和150000g/mol的分子量(Poly1)。
软质聚烯烃，所述软质聚烯烃具有20-30％的氯化度和100000g/mol的分子量(Poly2)。
硬质聚烯烃，所述硬质聚烯烃具有20-30％的氯化度、1至2％的马来酸酐含量和60000g/mol的分子量(Poly3)。
软质聚烯烃，所述软质聚烯烃具有20-30％的氯化度、1至2％的马来酸酐含量和65000g/mol的分子量(Poly4)。
根据本发明的组合物还具有至少一种选自丙烯酸酯的单体。虽然原则上所有选自丙烯酸酯的单体都是合适的，但是发现当至少一种选自丙烯酸酯的单体包含丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯(特别是以选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸月桂酯的一种或多种的形式)时，实现特别良好的结果。
根据本发明的组合物还具有至少一种选自有机叔胺的催化剂。芳族叔胺被证明是特别合适的。
合适的芳族叔胺的实例特别为选自如下的芳族叔胺：N,N-二甲基苯胺、N,N-二乙基苯胺、N,N-双(羟基烷基)苯胺例如N,N-双(2-羟基乙基)苯胺、N,N-烷基羟基烷基苯胺例如N-乙基-N-羟基乙基苯胺、N,N-二甲基-对-甲苯胺、N,N-二乙基-对-甲苯胺、N-甲基-N-羟基乙基-对-甲苯胺、N,N-双(2-羟基乙基)-对-甲苯胺以及烷氧基化的N,N-双(羟基乙基)-对-甲苯胺、N-乙氧基化的对-甲苯胺、N,N-双(2-羟基乙基)-二甲基苯胺、N-烷基吗啉及其混合物。
在一个特别优选的实施方案中，根据本发明的组合物这样设计：至少一种选自有机叔胺的催化剂包含N,N-双-(2-羟基乙基)-对-甲苯胺(Bisomer PTE)。
在一个特别优选的实施方案中，至少一种溶剂为有机溶剂，其中选自芳族溶剂、特别是烷基芳族化物的溶剂是特别优选的。发现当使用二甲苯作为溶剂时，实现特别良好的结果。
特别优选的是，根据本发明的组合物以使得所有成分溶解在溶剂中的方式存在。
当根据本发明的组合物这样设计时实现特别良好的结果：各个组分以如下重量比存在，使得增粘剂组合物包含：
－约1至10重量份、特别是约4至7重量份的至少一种有机聚合物
－约3至20、特别是约10至15重量份的至少一种选自丙烯酸酯的单体
－约3至16、特别是约5至10重量份的至少一种选自有机叔胺的催化剂
－约54至93重量份、特别是约68至87重量份的至少一种溶剂。
已经发现根据本发明的组合物在施涂在非极性表面上并且干燥之后出人意料地起到增粘剂作用。发明人猜测，正是聚合物(非反应性)与选自丙烯酸酯的单体(反应性)的组合并协同其它成分溶剂和催化剂，才造成了作为增粘剂的出人意料的良好效果。该原理示意性地描绘在图1中。
本发明的主题还为根据本发明的组合物用于处理聚烯烃基材的表面的用途。通过优选通过刷涂或喷涂待处理聚烯烃基材的表面然后干燥待处理位置进行的这种处理，待处理基材的表面被活化，使得在之后的步骤中能够例如通过使用丙烯酸酯粘合剂实现经如此处理的表面与其它基材的持久结合。
本发明的另一个主题是用于表面处理聚烯烃基材的方法。根据本发明的方法这样设计：将根据本发明的组合物施涂在聚烯烃基材的表面上然后进行干燥。
在根据本发明的方法的一个优选的实施方案中，在干燥经施涂的组合物之后将粘合剂施涂在经如此预处理的位置上，然后使聚烯烃基材与其它基材粘合。为了粘合预处理的聚烯烃基材，优选使用特别是以双组分丙烯酸酯粘合剂的形式的丙烯酸酯粘合剂，其中优选使用具有过氧化物引发的基于四氢糠基甲基丙烯酸酯或甲基丙烯酸甲酯的体系。
在根据本发明的方法的一个特别优选的实施方案中，聚烯烃基材为密封幅材，特别是来自平面屋顶密封、坡面屋顶密封、建筑物密封和/或隧道密封领域的密封幅材，其中例如与热塑性烯烃膜、PVC膜、金属基材或混凝土基材进行粘合。
通过如下实施例更详细地解释根据本发明的教导。
实施例
实施例1
确定在用根据本发明的组合物预处理时剥离力(peel force)随组 合物的聚合物含量的变化
以如下成分制备用于预处理聚烯烃基材的组合物：
通过所述成分制备根据本发明的组合物，其中使用如下用量比：
通过改变聚合物成分的0至10重量％的重量比例可以进行聚合物比例的优化。
为此目的，用根据本发明的组合物预处理基材Sarnafil FPO铺盖屋顶膜，在干燥30分钟之后通过使用粘合剂将铺盖屋顶膜与基材Sarnafil FPO粘合。
在使粘合结合在23℃下固化4小时之后，针对具有不同聚合物比例的组合物确定粘合结合的剥离力(peel force)。
不同聚合物含量的结果列于表1中。
表1
浓度[％] 剥离力[N/5cm]
0 1
1 18
2 21.5
3 54
4 75
5 75
6 75
7 61.5
8 52
表1中列出的结果示意性地描绘在图2中。
实施例2
确定在用根据本发明的组合物预处理时剥离力(peel force)随组 合物的单体含量的变化
以如下成分制备用于预处理聚烯烃基材的组合物：
通过所述成分制备根据本发明的组合物，其中使用如下用量比：
通过改变单体成分的0至20重量％的重量比例可以进行单体比例的优化。
为此目的，用根据本发明的组合物预处理基材Sarnafil FPO铺盖屋顶膜，在干燥30分钟之后通过使用粘合剂将铺盖屋顶膜与基材Sarnafil FPO粘合。
在使粘合结合在23℃下固化4小时之后，针对具有不同单体比例的组合物确定粘合结合的剥离力(peel force)。
不同单体含量的结果列于表2中。
表2
浓度[％] 剥离力[N/5cm]
0 127
3 130
6 140
12 198
20 147
表2中列出的结果示意性地描绘在图3中。
实施例3
确定在用根据本发明的组合物预处理时剥离力(peel force)随组 合物的催化剂含量的变化
以如下成分制备用于预处理聚烯烃基材的组合物：
通过所述成分制备根据本发明的组合物，其中使用如下用量比：
通过改变催化剂成分的0至12重量％的重量比例可以进行催化剂比例的优化。
为此目的，用根据本发明的组合物预处理基材Sarnafil FPO铺盖屋顶膜，在干燥30分钟之后通过使用粘合剂将铺盖屋顶膜与基材Sarnafil FPO粘合。
在使粘合结合在23℃下固化4小时之后，针对具有不同聚合物比例的组合物确定粘合结合的剥离力(peel force)。
不同催化剂含量的结果列于表3中。
表3
浓度[％] 剥离力[N/5cm]
0 86
3 93
6 135
12 121
表3中列出的结果示意性地描绘在图4中。
实施例4
对比根据本发明的组合物与来自现有技术的组合物
为了对比试验，使用以如下重量比包含如下成分的根据本发明的组合物：
为了对比试验，用根据本发明的组合物预处理TPO基材，在干燥30分钟之后通过使用粘合剂使之与TPO基材粘合。
在使粘合结合在23℃下固化4小时之后，确定粘合结合的剥离力(peel force)。此外在水中在70℃下老化28天之后确定剥离力。也使用现有技术已知的预处理组合物进行相同的试验。结果显示在表4中。
表4
老化(4周70℃温水)实施例
为了另一个对比试验，用根据本发明的组合物预处理TPO基材，在干燥30分钟之后通过使用粘合剂使之与PVC基材粘合。
在使粘合结合在23℃下固化4小时之后，确定粘合结合的剥离力(peel force)。此外在水中在70℃下老化28天之后确定剥离力。也使用现有技术已知的预处理组合物进行相同的试验。结果显示在表5中。
表5

Claims (12)

1.组合物，其包含
－至少一种有机聚合物
－至少一种选自丙烯酸酯的单体
－至少一种选自有机叔胺的催化剂
－至少一种溶剂。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述至少一种有机聚合物包含至少一种氯化聚烯烃和/或至少一种马来酸酐改性的聚烯烃，所述氯化聚烯烃基于硬质聚丙烯或软质聚丙烯并且具有20至30％的氯化度。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述至少一种有机聚合物包含选自如下的一种或多种：
硬质聚烯烃，所述硬质聚烯烃具有20-30％的氯化度和150000g/mol的分子量(Poly1)；
软质聚烯烃，所述软质聚烯烃具有20-30％的氯化度和100000g/mol的分子量(Poly2)；
硬质聚烯烃，所述硬质聚烯烃具有20-30％的氯化度、1至2％的马来酸酐含量和60000g/mol的分子量(Poly3)；
软质聚烯烃，所述软质聚烯烃具有20-30％的氯化度、1至2％的马来酸酐含量和65000g/mol的分子量(Poly4)。
4.根据权利要求1至3至少一项所述的组合物，其特征在于，所述至少一种选自丙烯酸酯的单体包含丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯，特别是以选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸月桂酯的一种或多种的形式的。
5.根据前述权利要求至少一项所述的组合物，其特征在于，所述至少一种选自有机叔胺的催化剂为苯胺衍生物(优选甲苯胺衍生物例如N,N-双-(2-羟基乙基)-对-甲苯胺(Bisomer PTE))。
6.根据前述权利要求至少一项所述的组合物，其特征在于，所述至少一种溶剂包含一种或多种选自烷基芳族化物的有机溶剂，特别是二甲苯。
7.根据前述权利要求至少一项所述的组合物，其特征在于，所述增粘剂组合物包含：
－约1至10重量份，特别是约4至7重量份的至少一种有机聚合物
－约3至20，特别是约10至15重量份的至少一种选自丙烯酸酯的单体
－约3至16，特别是约5至10重量份的至少一种选自有机叔胺的催化剂
－约54至93重量份，特别是约68至87重量份的至少一种溶剂。
8.根据权利要求1至7至少一项所述的组合物用于处理聚烯烃基材的表面从而改善其与其它基材的粘合性的用途。
9.用于表面处理聚烯烃基材的方法，其特征在于，将根据权利要求1至7至少一项所述的组合物施涂在聚烯烃基材的表面上然后进行干燥。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在干燥经施涂的组合物之后施涂粘合剂，然后使聚烯烃基材与其它基材粘合。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在干燥经施涂组合物之后施涂粘合剂，特别是以具有过氧化物引发或氢过氧化物引发的基于四氢糠基甲基丙烯酸酯或甲基丙烯酸甲酯的体系的形式的双组分丙烯酸酯粘合剂的形式。
12.根据权利要求9至11至少一项所述的方法，其特征在于，所述聚烯烃基材为密封幅材，特别是来自平面屋顶密封、坡面屋顶密封、建筑物密封和/或隧道密封领域的密封幅材，并且与热塑性烯烃膜、PVC膜、金属基材、混凝土基材或用于隔离和绝缘目的的基材进行粘合。
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