CN104722460B - 用于热施加甲硅烷基化的粘合成分的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助于包括以下的系统来将粘合成分(80)热施加到支承件(96)上的工艺，所述系统包括：用于施加粘合成分(80)的喷嘴(50)、用于向喷嘴(50)供应以流体形式施加的粘合成分(80)的管线(88)、定位在管线(88)中以用于在其施加之前均一混合粘合成分的主要组分的混合器(30)；施加的粘合成分(80)包括作为主要组分的以下：甲硅烷基化的预聚物，相容的粘性树脂；包括交联催化剂的粘性成分；该工艺包括：向管线(88)供应与交联催化剂分离的甲硅烷基化的预聚物，借助于混合器(30)来使交联催化剂与主要组分混合，将混合的粘合成分(80)热施加在支承件(96)上。

Description

用于热施加甲硅烷基化的粘合成分的工艺
技术领域
本发明涉及一种用于以粘合成分的主要组分的单独供应来热施加甲硅烷基化的粘合成分的工艺。
背景技术
在粘合剂行业中，粘合表面可通过将粘合成分热施加在表面上的技术来产生。图1示出了根据粘合成分80的热施加的现有技术的系统100。该系统100包括用于储存粘合成分80的储存器82，这里为200升的桶。粘合成分80旨在施加到表面96上，这里为在具有轴线94的筒92上延伸的聚酯膜。这种施加借助于胶合喷嘴90来执行，以便形成粘合表面98。供应待施加80到喷嘴上的粘合成分借助于桶与喷嘴80之间的用于粘合成分的流体连通管线88来实现，管线88设有用于循环粘合成分的泵86。
为了便于由喷嘴90施加且从桶泵送至喷嘴90，可能在室温下为高度粘性的液体的粘合成分80例如加热至从100℃到180℃的温度，以便具有足够的粘性。系统100然后包括泵86上游的加热器84。加热器84例如对应于放入与桶中的粘合成分接触的熔化板。该熔化板以加热电阻器来电加热。从加热器84传送至粘合成分80的热量显著地取决于加热器84与粘合成分80之间的交换表面面积。参看图2、3和4，然后可构想出熔化板的不同备选方案，分别是具有光滑的交换表面76的备选方案70和具有带翅片78的交换表面的备选方案72和74。
然而，该系统100在待施加的粘合成分80包括反应性预聚物时没有令人满意的操作，且具有过于接近例如从100℃到140℃的交联温度范围的施加温度，例如从100℃到120℃。实际上，具有高于或等于100℃的加热目标温度的在储存器82中加热的该粘合成分80开始交联，且在水分存在时更甚。实际上，利用储存器82中的此加热器84，一方面，100℃下的粘合成分80的停留时间较差地受控，且另一方面，实际施加温度也较差地受控。因此，这里存在的风险在于与加热器84的翅片78接触的粘合成分80完全交联导致形成紧密的交联块的风险。此交联块可闭塞熔化板72或74，且防止流体粘合成分80至施加喷嘴90的任何循环。
熔化板72或74结垢的该风险特别在用于以水分交联的粘合成分时恶化。实际上，各个桶改变板上的粘合成分的残余物对空气的水分的暴露，因此加强了板上的这些残余物的交联。
因此，这里存在的需要在于施加具有接近交联温度的施加温度的反应性粘合成分。
发明内容
更具体而言，本发明针对提供一种用于施加此类粘合成分的系统及工艺。
出于此目的，本发明的目的在于一种用于借助于用于热施加粘合成分的系统将粘合成分热施加到支承件上的工艺，该系统包括：
用于施加粘合成分的施加喷嘴，
用于向施加喷嘴供应以流体形式施加的粘合成分的供应管线，
定位在供应管线中来用于在粘合成分施加之前的粘合成分的主要组分的一致混合的混合器；
施加的粘合成分包括作为主要组分的以下：
按重量计从20%到85%，优选按重量计从30%到75%的甲硅烷基化的预聚物，
按重量计从15%到80%，优选按重量计从25%到70%的相容的粘性树脂；
粘合成分还包括按重量计从0.01%到3%，优选按重量计从0.1%到2%的交联催化剂；
该过程包括：
向供应管线供应与交联催化剂分开的所述至少一种甲硅烷基化的预聚物，
借助于混合器来使交联催化剂与主要组分混合，
借助于施加喷嘴来热施加支承件上混合的粘合成分。
根据优选实施例，本发明包括一个或多个以下特征：
在供应供应管线时，交联催化剂基于粘合成分与全部组分分开；
混合器为静态混合器，优选静态混合器包括导电材料，热施加系统包括在线的加热装置；其在交联催化剂的混合点的上游，具有主要组分且包括静态混合器和包绕静态混合器的感应线缆，该过程包括在热施加之前，通过对在线的加热装置的感应线缆供电来将粘合成分加热至施加温度；
混合器为动态混合器；
待施加的粘合成分包括反应性预聚物，其在一定温度范围内交联，待施加的粘合成分具有包括在交联温度范围中的施加温度范围；
待施加的粘合成分以水分交联；
该系统包括加热器，其能够定位在储存器处，储存器包括分离的主要组分中的至少一者以用于将所述至少一个单独的主要组分升高至泵送温度，优选所述至少一个单独的主要组分升高至包括在50℃到140℃之间的泵送温度，优选包括在80℃到120℃之间，更优选在100℃到110℃之间；
粘合成分在包括在50℃到140℃之间的温度下施加，优选包括在80℃到120℃之间，更优选在100℃到110℃之间。
本发明的其它特征和优点将在阅读作为实例给出且参照附图的后续本发明的实施例的描述时变得清楚。
附图说明
图1示出了根据现有技术的用于施加粘合成分的系统。
图2、3和4示出了用于图1的系统中的熔化板的不同备选方案。
图5示出了能够应用用于施加粘合成分的提出的工艺的系统。
图6示出了用于提出的过程的动态混合器的实施例。
图7示出了用于提出的过程的静态混合器的实施例。
图8示出了在组分的混合点处的橄榄形区段减小部分。
图9示出了包括图7的静态混合器的加热装置。
具体实施方式
提出了一种用于粘合成分的热施加的工艺，特别是可交联的粘合成分，且主要是可利用热交联和/或可利用水分交联的粘合成分。该粘合成分可对应于压敏粘合(PSA)成分。
待施加的粘合成分为甲硅烷基化的粘合成分。因此，粘合成分可对应于文献WO2012/090151 A2中所述的粘合成分，所述至少一种甲硅烷基化的预聚物例如为聚氨基甲酸酯或聚醚，其包括烷氧基硅烷类型的2个可水解的端基。具体而言，待施加的粘合成分包括：
按重量计从20%到85%，优选按重量计从30%到75%的所述至少一种甲硅烷基化的预聚物；
按重量计从15%到80%，优选按重量计从25%到70%的所述至少一种相容的粘性树脂；
按重量计从0.01%到3%，优选按重量计从0.1%到2%的至少一种交联催化剂。
包括甲硅烷基团的至少一种预聚物和所述至少一种相容的粘性树脂属于待施加的粘合成分的主要组分。换言之，这些组分为对于获得粘性性能不可缺少的成分的组分。甲硅烷基化的预聚物与水分反应，反应物由催化剂促进。除主要组分之外，待施加的粘合成分因此可包括添加剂，如，交联催化剂(也称为固化催化剂)或另一抗氧化剂。
催化剂促进粘合成分的交联，且特别是甲硅烷基化的预聚物以水分的交联，在本文献的各处称为"交联催化剂"。如在总体情况中那样，交联催化剂应当与交联剂(也称为"固化剂")区分开。这里，甲硅烷基化的预聚物利用水分反应，特别是交联；水为对应于甲硅烷基化预聚物的交联剂的试剂。交联剂通过至少部分地与交联链化学组合的交联反应消耗，形成三维网络。因此，交联剂在交联反应结束时被回收。相反，交联催化剂仅促进交联反应。所述催化剂不由交联反应消耗，且其甚至不与交联链部分地化学结合。
用于提出的热施加工艺的交联催化剂可为本领域的技术人员已知的用于硅醇冷凝的任何交联催化剂。可作为交联催化剂的实例提到的是钛的有机衍生物如乙酰丙酮钛(来自DuPont公司的以TYZOR® AA75为名称市售的)、铝如螯合铝(来自King Industries公司的以K- KAT® 5218为名称市售的)、胺如1,8 -二氮杂双环(5.4.0)十一碳烯-7或DBU。
提出的热施加工艺借助于热施加系统来执行。图5示出了系统20的实施例的简图。图1和5共用的元件具有相同的参考标号。
用于提出的过程的系统20与图1的系统100的明显差别在于其包括供应管线88的双供应源。该双供应源允许甲硅烷基化的预聚物和交联催化剂在它们作为混合物借助于提出的过程施加之前分离。因此，至少包括交联催化剂的组分66与至少包括甲硅烷基化的预聚物的组分68分离，直到混合器30定位在供应管线88中。换言之，混合器30在线，且给予执行单独地供应至供应管线88的组分66和68的均一混合步骤的可能性。将至少包括交联催化剂的组分66喷射到至少包括甲硅烷基化的预聚物的主要组分68中如图所示在混合器30处执行，以便允许这些组分的立即混合。
混合器30为图5中所示的系统20与之前以图1示出的系统100之间的差异，对于图1，主要组分已经组合来形成储存器82中的粘合成分80。根据提出的过程，组分至少部分地分成为供应管线88的两个不同的供应源，甲硅烷基化的预聚物与交联催化剂分开。例如，由甲硅烷基化的预聚物形成的主要组分可与由粘性树脂和交联催化剂形成的组分分开，另外，由甲硅烷基化的预聚物和粘性树脂形成的主要组分可与交联催化剂分开。组分66和68因此可部分地分开，即，组的组分可从另一个组的组分单独地供应。作为备选，组分可完全地分开，即，各个组分单独地供应至热施加系统20。
在每种情况中，至少甲硅烷基化的预聚物和如前文限定的交联催化剂的分离给出了在系统20中集合组分之前反抗化学交联反应的可能性。化学交联反应在各个至少部分地分开的组分中受阻，这些组分具有更大的稳定性：在一定时间内对温度和水分。换言之，提出的过程允许在组分66和68的混合物的相同的系统处收集，这里是20，以及施加粘合成分；改善了组分的稳定性。
一定时间内的较大稳定性给出了在其生产与其热施加之间将组分保持较长时间储存的可能性。
此外，组分对温度和水分的更大稳定性便于粘合成分的热施加。实际上，参看图5，组分68可在储存器82中由加热器44加热，如，之前由图2到4所示的熔化板，而由于至少包括交联催化剂的组分66的分离而不会引起组分68的交联。示为桶的储存器82中的加热允许减小组分68的粘性，例如，包括甲硅烷基化的预聚物和相容的粘性树脂，以便于在与分开的组分66(例如，包括交联催化剂)的任何接触之前系统20中的泵送，如，借助于泵46。
该加热器44便于设置组分68的施加温度。施加温度对应于施加的粘合成分具有足够低的粘性来允许施加(换言之，所谓的涂布)粘合成分80到表面96上的温度。实际上，在组分66和68混合之后，粘合成分构成，且可借助于施加喷嘴50热施加在支承件96上。因此，粘合成分80的施加温度可对应于粘合成分的粘性小于或等于20Pa.s的温度，优选小于或等于10Pa.s。举例来说，粘合成分80可在从100℃到120℃的施加温度下具有15±5Pa.s的粘性。在将粘合成分80施加到表面96上之后，涂布的支承件98经历受控的温度，且可选经历受控的水分水平，以便允许粘合成分的交联。受控的温度可借助于烘箱或封壳获得。受控温度对应于交联粘合成分80的温度，且例如包括在50℃到200℃之间。更具体而言，交联温度包括在80℃到160℃之间，或进一步包括在100℃到150℃之间。
以类似方式，组分66在其与组分68混合之前其自身还可被加热，而没有在它们混合之前交联的任何风险。
在它们混合之前分离的组分66和68的全部的加热给出了将这些组分带至施加温度的可能性，而没有在它们在混合器30中的供应管线88上混合之前(即，在在线混合之前)交联的任何风险。利用混合物获得的粘合成分的停留时间然后相对于在图1的系统100中应用的过程中的所述成分的停留时间有所减少。
通过允许粘合成分80的热停留时间的减少，提出的过程可实现粘合成分80的施加温度的设置，甚至在施加温度包括在粘合成分80的交联温度范围中的情况下。取决于包括在交联温度范围中的提供的施加温度，粘合成分80在运动中的热停留时间然后可改变。运动中的粘合成分的热停留时间可利用粘合成分80的流速和供应管线88从单独的组分66,68的混合点和施加喷嘴50的容量来显著地调制。例如，在100℃下施加且具有从100℃到120℃的交联温度范围的粘合成分80，其中交联时间从一分钟到几分钟(没有附加提供水分)，在线粘合成分80的流速可调整，以便交联反应保持受限，以免由交联的粘合成分结垢。参照系统中的交联反应的转换率可认识到交联反应的发展，其根据以下等式确定：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中X为无维度的转换率；
ṁ0为在桶形式的储存器82处的非交联粘合成分的质量流速；
ṁt为在施加喷嘴50处的非交联粘合成分的质量流速。
在线的粘合成分80的流速因此可调整，以便根据反应动力和根据温度，粘合成分的反应交联的转换率保持小于或等于30%，优选小于或等于10%。例如，在线加热装置中的粘合成分80的流速例如包括在80 g.s-1到170 g.s-1之间，或大约5到10kg每分钟，如，等于120g.s-1，即，大约7kg每分钟。
为了允许组分与高流速混合，在线混合器30可适于很高效的混合。
混合器30可为如图6中所示的动态混合器40。作为备选，图7示出了混合器30(作为静态混合器36)的实施例的内部结构的透视图。静态混合器对于其在注射模制行业中的使用是明显已知的，以便在将其注射到模具中之前使材料均一化。供应管线88上的静态混合器36，即，在线的静态混合器36，包括具有用于偏转流体的偏转表面32的至少一个混合元件，其针对在较近的范围内且以较低的剪切来获得流体的均一的混合。混合元件可具有大于或等于5*103 m-1的表面密度，优选包括在5*103 m-1和10*103 m-1之间。表面密度对应于每体积的偏转表面的量，且因此表示为m2/m3，即，m-1。
如图8中所示，静态混合器36还可设有在供应管线88中的基本组分66的喷射点处的橄榄形部分52。减小组分66的自由通路区段54的该橄榄形部分52然后在其与组分68混合时局部地增大主要组分的流速，使得其在穿过橄榄形部分时连续地从层流状态穿至中间或紊流状态，便于组分66中的组分68的分散，且然后便于层流状态。当组分66包括交联催化剂时，该实施例是特别优选的。实际上，在接触点处，或在混合点处，交联催化剂在以主要组分68较强地增大反应动力时在局部发现有较高的浓度。运行速度的局部增大然后可允许在喷射点处限制它们更均一混合之前的组分66与组分68之间的接触时间，且因此较小局部反应性。组分66的运行速度的该局部增大如交联催化剂例如允许待喷射的交联催化剂的浓度的增大，而不担心混合点处的局部交联。
如图7中的虚线所示，静态混合器将全部混合组分示为包括定位在壳34中的偏转表面32。壳34形成用于循环粘合成分80的导管。当混合器36定位成在线时，作为混合器36的循环导管的壳34为供应管线88的一部分。
静态混合器36可具有包括导电材料的细节。在本文献中，该导电材料意思是具有小于10Ωm的电阻的材料，优选小于10-6Ωm。该细节给出了将感应加热功能加至混合器36的可能性。将加热功能这样加至混合器36还可在混合器为动态混合器时实现。然而，组分66和68可加热至施加温度，而没有交联的任何风险，加入加热功能特别具有保持混合器36处的施加温度的优点。
参看图9，作为静态混合器的混合器36可部分地包括在在线加热装置22中，该装置22包括包绕静态混合器的感应线缆。在线加热装置优选定位在组分66和68的混合点的上游，静态混合器部分36定位在混合点的下游。包绕静态混合器36的感应线缆26生成的磁场然后能够在静态混合器36的电导体中引起电流，称为涡流或傅科电流。在导电体中引起的涡流由焦耳效应引起发热，其经由静态混合器36的构件来扩散至粘合成分80。例如，感应线缆26借助于高频的电流来供能，优选大于或等于1MHz，如，15MHz。
根据在线加热装置22的优选实施例，壳34在电绝缘材料中。在该文献中，该电绝缘材料意思是具有大于或等于106Ωm的电阻的材料。例如，壳34的绝缘材料为玻璃或预聚物，而没有任何传导填料。根据该优选实施例，混合物38的元件在导电材料中产生，以允许静态混合器36的感应的加热。实际上，如前文指出那样，感应线缆26能够以AC电源的供应引起置于产生的磁场中的任何电导体中的涡流。
引起的涡流然后在偏转表面32处的混合元件38中直接地实现，且不在置于感应线缆与混合元件38之间的壳34处。通过将感应和焦耳效应置于偏转表面32处，有可能更有效地加热粘合成分80，其与偏转表面32直接接触，而没有任何中间物。
根据不太有利的实施例，壳34为导电材料，以便涡流感应仅穿透壳34，且不穿透混合元件38。焦耳效应然后在壳34处发生，且热通过经由偏转表面32的传导扩散到粘合成分80中。在该提出的不太有利的实施例中，热交换不太有效，因为使用了用于传导热的中间物。
根据提出的过程20的优选实施例，施加喷嘴50也可加热。施加喷嘴50的加热然后有助于设置粘合成分80的施加温度。因此，根据该实施例，施加喷嘴50为施加温度下的加热装置22的一部分。施加喷嘴50的加热给出了在供应管线88的末端处提供热能的可能性，以用于将粘合成分带至最终施加温度。当该最终施加温度仅在供应管线88的末端达到时，该温度的停留时间很短，则限制了粘合成分交联的风险。根据该实施例，主要组分66和68可加热至略低于最终施加温度的温度，例如，10℃或更低。在静态混合器30的粘合成分80的温度低于施加温度时，在该温度下的交联持续时间较短，且然后在线阻塞的风险进一步降低。
当然，本发明不限于所述和所示的实例和实施例，而是可易于有本领域的技术人员可完成的许多备选方案。

Claims (15)

1.一种用于借助于用于热施加粘合成分的系统来将所述粘合成分(80)热施加到支承件(96)上的工艺，所述系统包括：
用于施加所述粘合成分(80)的施加喷嘴(50)，
用于向所述施加喷嘴(50)供应将以流体形式施加的所述粘合成分(80)的供应管线(88)，
定位在所述供应管线(88)中的混合器(30)，其中，所述混合器是静态混合器并且包括在组分的喷射点处减小用于所述组分的自由通路以在混合时局部地增大所述组分的流速的橄榄形部分；
所述粘合成分(80)包括：
按重量计从20%到85%的甲硅烷基化预聚物，
按重量计从15%到80%的粘性树脂，
其中，所述甲硅烷基化预聚物和所述粘性树脂形成所述粘合成分的主要组分；
所述粘合成分还包括按重量计从0.01%到3%的交联催化剂；
所述工艺包括：
向所述供应管线(88)供应与所述交联催化剂分开的所述主要组分，或向所述供应管线(88)供应与由所述粘性树脂和所述交联催化剂形成的组分分开的所述甲硅烷基化预聚物，
在所述喷射点处将包括所述交联催化剂的组分喷射到所述供应管线中，
借助于所述混合器(30)将所述交联催化剂与所述主要组分相混合，
借助于所述施加喷嘴(50)将混合的粘合成分(80)热施加到支承件(96)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于借助于用于热施加粘合成分的系统来将所述粘合成分(80)热施加到支承件(96)上的工艺，其特征在于，所述粘合成分包括按重量计从30%到75%的甲硅烷基化预聚物。
3.根据权利要求1所述的一种用于借助于用于热施加粘合成分的系统来将所述粘合成分(80)热施加到支承件(96)上的工艺，其特征在于，所述粘合成分包括按重量计从25%到70%的粘性树脂。
4.根据权利要求1所述的一种用于借助于用于热施加粘合成分的系统来将所述粘合成分(80)热施加到支承件(96)上的工艺，其特征在于，所述粘合成分包括按重量计从0.1%到2%的交联催化剂。
5.根据权利要求1所述的一种用于借助于用于热施加粘合成分的系统来将所述粘合成分(80)热施加到支承件(96)上的工艺，其特征在于，所述交联催化剂与所述粘合成分的主要组分的全部分离地供应至所述供应管线。
6.根据权利要求1所述的一种用于借助于用于热施加粘合成分的系统来将所述粘合成分(80)热施加到支承件(96)上的工艺，其特征在于，所述静态混合器包括导电材料，所述热施加系统包括所述交联催化剂与所述主要组分的混合点上游的在线加热装置(22)，且包括所述静态混合器(30)和包绕所述静态混合器(30)的感应线缆(26)，所述工艺包括在所述热施加之前，通过向所述在线加热装置(22)的感应线缆(26)供电来将所述粘合成分加热至所述施加温度。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的一种用于借助于用于热施加粘合成分的系统来将所述粘合成分(80)热施加到支承件(96)上的工艺，其特征在于，待施加的所述粘合成分(80)利用水分交联。
8.根据权利要求1至6中的一项所述的一种用于借助于用于热施加粘合成分的系统来将所述粘合成分(80)热施加到支承件(96)上的工艺，其特征在于，所述系统包括能够定位在储存器(82)处的加热器(44)，所述储存器包括至少一个单独的主要组分，以将所述至少一个单独的主要组分升高至泵送温度。
9.根据权利要求8所述的一种用于借助于用于热施加粘合成分的系统来将所述粘合成分(80)热施加到支承件(96)上的工艺，其特征在于，所述至少一个单独的主要组分升高至50℃到140℃之间的泵送温度。
10.根据权利要求9所述的一种用于借助于用于热施加粘合成分的系统来将所述粘合成分(80)热施加到支承件(96)上的工艺，其特征在于，所述泵送温度在80℃到120℃之间。
11.根据权利要求9所述的一种用于借助于用于热施加粘合成分的系统来将所述粘合成分(80)热施加到支承件(96)上的工艺，其特征在于，所述泵送温度在100℃到110℃之间。
12.根据权利要求1至6中的一项所述的一种用于借助于用于热施加粘合成分的系统来将所述粘合成分(80)热施加到支承件(96)上的工艺，其特征在于，所述粘合成分(80)在50℃到140℃之间的施加温度下施加。
13.根据权利要求12所述的一种用于借助于用于热施加粘合成分的系统来将所述粘合成分(80)热施加到支承件(96)上的工艺，其特征在于，所述施加温度在80℃到120℃之间。
14.根据权利要求12所述的一种用于借助于用于热施加粘合成分的系统来将所述粘合成分(80)热施加到支承件(96)上的工艺，其特征在于，所述施加温度在100℃到110℃之间。
15.根据权利要求1至6中的一项所述的一种用于借助于用于热施加粘合成分的系统来将所述粘合成分(80)热施加到支承件(96)上的工艺，其中，待施加的所述粘合成分(80)包括在一定温度范围中交联的反应性预聚物，待施加的所述粘合成分(80)具有包括在交联温度范围中的施加温度范围。
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