CN104903376A - 具有反应性粘合剂的屋面接缝 - Google Patents

Abstract

一种屋面系统，包括第一膜、第二膜和一不含VOC的粘接层。所述第二膜的一部分与所述第一膜的一部分相重叠。所述粘接层直接粘附到所述第二膜与所述第一膜的重叠部分上。

Description

具有反应性粘合剂的屋面接缝

相关申请

本申请要求2012年12月14日申请的No.61/737,356美国临时专利申请。上述申请的内容通过引用其整体并入本申请。

技术领域

本申请涉及单组分和双组分粘合剂，其具有低的挥发性有机物含量，用于屋面接缝。

背景技术

在许多屋面应用中，例如在大型平的商业屋面板上，屋顶基板为混凝土、轻质混凝土、木材、石膏、木质纤维或钢材屋面板。屋面膜用于密封屋面板，并使其免受环境天气状况的影响，该屋面膜被放置于提供隔热品质的隔热板之上。该隔热板通常通过粘合剂组合物或固定件被固定到屋顶基板或屋面板。该屋面膜可以由各种材料制成，例如聚合物材料，包括：EPDM(三元乙丙橡胶)，改性沥青，TPO(热塑性聚烯烃)或聚氯乙烯(PVC)。该屋面膜也可以是复合材料，其包括EPDM或TPO。该屋面膜使用如拖沥青(通常为III型或IV型)或其它常规的粘合剂组合物的一种粘合剂组合物粘附着上层建筑隔热板或面板。常规粘合剂通常需要同时被应用于屋面膜和该基板。

当该膜片被应用到该基板时，相邻膜片的边缘通常用接缝带拼接在一起。在胶带的应用之前，底漆被施加到膜片。常规的底漆含有高浓度挥发性有机化合物(VOC)，而低浓度VOC的底漆是非常昂贵的。

因此，在本领域中存在用表现出良好性能的粘合剂组合物将相邻的膜片拼接在一起的需要，例如，以下性能：足够的粘合强度，低至无VOC含量，以及易于使用。

发明内容

一种屋面系统，包括一个第一膜，第二膜以及无VOC含量的粘合剂层。第二膜的一部分与第一膜的一部分重叠。所述粘合剂层直接粘结在所述第一膜和所述第二膜的该重叠部分。

进一步的特征、优点和适用范围从所提供的说明书中将变得清楚明了。应当将说明书内容和具体实施例理解为旨在用于说明的目的，而并非意图限制本发明的范围。

附图说明

本文所描述的附图仅仅是为了说明的目的，而并非意图以任何方式限制本发明的范围。图中的部件不一定是按比例的，用于强调而非在于说明本发明的原理。附图中：

图1展示了按照本发明的原理用粘合剂组合物附着到基板的重叠的膜的一张横截面侧视图。

详细说明

以下说明仅仅是示例性的，而并不意图限制本发明内容，应用或用途。

现在参见图1，展示了一种屋面接缝，实施了如下所述的粘合剂组合物。所述粘合剂组合物可以是单组分粘合剂，或者该粘合剂组合物的第一和第二部件被制备并单独封装，然后以适当的比例结合以用于施工现场。如图1所示，根据本发明的原理，该粘合剂组合物22被施加于如EPDM之类的聚合物屋面材料20与屋顶板基板18之间。所述粘合剂组合物可以允许在所需的一段时间内在所需温度下固化，以获得最佳的粘结强度。当屋面材料20被施加到所述基板18时或者在所述粘合剂组合物22被固化以形成连续膜之后，重叠片或膜20然后可以用一个拼接粘合剂11接合。所述拼接粘合剂11可以由与粘合剂组合物22相同的组分构成。如图1所示的实施方式不需要重叠片在拼接粘合剂11的实施之前上底漆。此外所述实施方案并不需要如通常地应用以在重叠片20之间形成一个密封件一样的接缝胶带的使用，由于，重叠片20之间的密封件的强度与使用该粘合剂组合物22的片20和基板18之间的结合强度一样。值得再次注意的是，由片20组成的接缝的形成是无底漆的，以致于该片不需要在结合该片到一起以形成所述接缝之前被施加底漆。另外，附加的胶带层不需要一起并入片。还要注意，实施方式并不局限于如下所述的该粘合剂的使用。例如，该无底漆的接缝可采用其他技术来形成，例如，但不限于，聚脲或环氧型组合物，或任何其他合适的粘合剂组合物。

在一些实施方式中，所述粘合剂组合物要么是一种单组分粘合剂组合物，要么是一种双组分的活性粘合剂组合物。所述粘合剂组合物一般包括多元醇、预聚物、催化剂，并且可能含有或可能不含一种粘合促进剂。

所述多元醇可以是在聚氨酯生产中常规使用的任何化合物，具有至少一个异氰酸酯活性官能团。这些多元醇包括乙二醇、二醇、单醇或多官能醇。适于本发明的组合物的一种示例性的多元醇包括基于商购自Stepan的STEPANPOL PS-2352型号的芳香聚酯多元醇的一种邻苯二甲酸二乙二醇酯。另一种适于本发明组合物的示例性的多元醇包括一种双官能团聚醚二醇，其商购自Huntsman的JEFFOL PPG-1000和JEFFOL PPG-2000型号。另一种适于本发明的示例性的多元醇包括一种多官能团的聚醚多元醇，其商购自BASF的PLURACOL SG360型号。不脱离本发明的范围的情况下，化学衍生物和多元醇的组合也可在组合物中使用。多元醇包括约占组合物重量的30％至50％。

预聚物或聚合物前体可以是任何的聚氨酯预聚物，其由过量的二异氰酸酯与多元醇的混合而生成。该预聚物反应类似二异氰酸酯，但具有几个重要的区别。当与初始的二异氰酸酯相比较时，所述预聚物具有更高的分子量，较高的粘度，更低的异氰酸酯含量(重量)(％NCO)，以及较低的蒸气压。适于本发明的组合物的一种示例性的预聚物包含一种湿气固化预聚物，其商购自Huntsman的RUBINATE 9272型号。适于本发明的组合物的另一种示例性的预聚物包括4,4'-MDI预聚物，其商购自Huntsman的RUBINATE 1209型号。不脱离本发明的范围的情况下，预聚物的组合以及可商购的预聚物或改性预聚物也可被实施于该组合物中。在一个实施例中，所述预聚物包含约占组合物重量的30％至70％。

所述催化剂可以为金属或基于氨基甲酸乙酯催化剂的胺类。优选胺类，进一步优选二唑，更进一步优选咪唑。适于本发明的组合物的一种示例性催化剂包括1-甲基咪唑，其商购自空气化工产品公司的IMICURE AMI-1型号。次级催化剂也可被使用。一个实施例包括一种季铵盐，其商购自空气化工产品公司的Dabco TMR-3型号。不脱离本发明的范围的情况下，催化剂的组合也可在组合物中使用。所述催化剂包含约占组合物重量的0.5％至5％。

发泡剂可以是反应性的或非反应性的。非反应性的发泡剂包括烃类和氢氟烃。反应性的发泡剂与产生二氧化碳的异氰酸酯基反应。二氧化碳的产生在粘合剂内生成了蜂窝结构。该膜的应用将粉碎粘合剂从而释放产生的二氧化碳。在双组份聚氨酯中，水是一种常用的反应性发泡剂。当水被引入双组份聚氨酯的B面时，该水与A面组分反应，在混合A面和B面的情况下。另外，水不被视为VOC或溶剂。

所述粘合剂组合物可包括粘合促进剂，例如氯化蜡、氯化石蜡或氯化聚烯烃。一个实施例为Paroil 60H，商购自Dover Chemicals。

所述粘合剂组合物可以进一步包括其它的添加剂，例如，增粘剂、填料、增塑剂、表面活性剂、流变改性剂、粘度调节剂和触变剂。填料、增塑剂、流变改性剂、表面活性剂和触变剂可被用于改变液体粘度，对于A与B部分之一或全部，优化调配过程中的混合性能，提高夹杂空气，改善浸润，以及应用过程中改善粘合剂的流动特性。填料的例子包括二氧化硅粒子和滑石。增塑剂的例子包括工艺油和邻苯二甲酸酯。流变改性剂的例子包括有机粘土，天然粘土，和煅制二氧化硅。示例性的有机粘土为来自Southern Clay Products公司的CLAYTONE APA。表面活性剂包括基于硅胶或基于非硅胶的化合物。增粘剂可被加入以改进初始生坯强度并且可选自例如一组包括多萜，松香酯，酚醛树脂，烃树脂，和氢化树脂。

包含在组合物中的组分含量被选择以平衡粘性、固化速度与粘合剂的粘合强度。例如，当固化后并且泡沫粘合剂基本上为软的并具有低模量时，呈现的实施方式表现出胶粘剂粘性。该低模量允许粘合促进剂向基板表面的扩散，并提高了热老化粘合强度。

所述A面和B面被混合，以便反应性组分的比例，即A面的异氰酸酯基团与B面的羟基基团的比例，大于1.5:1。这个比例也被称为异氰酸酯指数，以及化学计量上一个异氰酸酯基与一个羟基的反应。下面提供的多个实施例中，此异氰酸酯指数和并入的预聚物结合产生柔软的非刚性胶粘剂。

所述粘合剂组合物通过在基板上实施之前混合各组分而制备。在单组分粘合剂的配置中，各组分在包装到单个容器中之前进行混合。该粘合剂随后被调配，或以其他方式被施加到屋面基板或屋面膜，并通过湿气固化被就地固化。由于粘合剂组合物的反应性质，所述粘合剂组合物可以带状或珠焊法施加，并且可以施加到基板或屋面膜的一侧。另外，这里提供的粘合剂组合物是可喷射的。下述的一些该粘合剂组合物的实施例中，所述粘合剂组合物的可喷涂性有助于使用设备，通过加热或类似方法的运用，能够改变粘合剂的粘度。

在一种双组分粘合剂的配置中，该粘合剂通过在屋面基板上实施之前结合两种独立的组合物或共混物而形成。这两个组分包括一个“B面”或树脂面和“A面”或预聚物面。每面单独包装并且在屋面基板上实施之前由一个涂布器混合。A面或B面组分可以多种方式封装。例如，每个都可被存储在布置在箱子内的折叠袋中，所述箱子例如来自Hedwin公司的或者来自CDF公司的存储在刚性容器中，所述刚性容器为例如罐子或桶子，配对在气缸里，或在灵活的完全可压缩的结构中，例如，配送该物质的可折叠管。在提供的实施例中，B面包括多元醇和催化剂，而A面包括预聚物。所述粘合剂一旦被混合，就被分配或以其它方式施加到屋面基板上或屋面膜上，以将相邻膜拼接在一起。在混合期间，以及在混合之后，所述组分进行反应以形成具有合适的物理性能的聚氨酯粘合剂。由于粘合剂组合物的反应性质，所述粘合剂组合物可以带状或珠焊法施加，并且可以只施加到基板或屋面膜的一侧。如上所述，A面或B面组分优选由一个涂布器混合，在被分配或以其它方式施加到屋面基板上之前。应用形式包括使用卡盒，使用两种成分的低压泵送并用一个静态混合机将它们混合，亦或使用高压罐，其具有约500-1500psi，内涵一种惰性干燥气体，例如氮气。在应用的后一种形式里，所述A面和B面物质作为两个单独的组件测量并汇聚在一起且通过高压冲击或静态混合机混合，随后以带状或珠焊法施加。

所述A面和B面组分一般以1：1的体积比混合，然而，该比例范围为从约10:1至约1:10。混合期间，以及混合之后，所述A面组分和B面组分发生反应以形成具有合适的物理性能的聚氨酯粘合剂。优选地，以离散珠或带的形式施加该粘合剂组合物至屋面基板之上，如隔热板或屋顶板或屋面膜。接着，所述屋面膜被卷起或以其他方式设置在粘合剂组合物与屋面基板的顶部。如图1所示的重叠片随后使用拼接粘合剂11连接在一起，所述拼接粘合剂11通常是相同的粘合剂组合物。该粘合剂组合物然后固化并固定屋面膜到屋面基板上，以及将相邻的屋面膜固定在一起。由于本发明的粘合剂组合物的配方，所述屋面基板与屋面膜可以不经处理，即不使用底漆或膜背面绒需要获得所需的粘接强度。因此，没有绒衬或底漆需要施加，在工厂中生产膜期间，或者在膜现场安装期间。如前面所讨论的，在施加拼接粘合剂之前，所述重叠膜也不需要使用底漆进行处理。另外，如前所述，该粘合剂组合物可以是单组分的配置。

所述粘合剂组合物可以具有低的弹性模量。例如，该粘合剂可具有约121.5psi的模量。类似地，该粘合剂还可以有柔软而有弹性的特点，其促进在粘合剂中的氯化石蜡的流动性。粘附一个“整齐的”EPDM屋面膜至屋顶构件以及形成相邻膜之间的接缝的方法，提供了超过现有方法的几个优点。本发明的方法提供了VOC的免费应用，使用了两个不透水膜之间的固化化学。此外，本发明的方法不需要绒背衬或底漆以将EPDM屋面膜粘结到该屋顶构件。

在各种布置中，所述双组份粘合剂展现出一个缓慢的反应起始时间，为改进的附着力，以从该基板允许更多的潮湿。一些咪唑结构(全甲基化的氮)用作潜在的催化剂，并且在聚合物的热老化之后更有效。其他咪唑结构(活泼氢)产生嵌段异氰酸酯，其在热量下成为非嵌段的。各种双组份粘合剂表现出粘合剂的可接受固化时间，其允许足够生坯强度以抵抗在屋顶上的风掀力(这种改进来自聚合物粘度增加和拉伸强度增加)。所述双组份粘合剂可表现出粘合剂的可接受固化时间，以锁定该膜以允许在屋顶上的正常活动(这种改进来自聚合物粘度增加和拉伸强度增加)。所述双组份粘合剂在一些实施方式中具有NCO与OH的比例，导致柔软聚合物具有小于500psi的一个模量，并且粘附有大于0.5psi的T-剥离破坏强度。

所述双组份粘合剂可含有MDI异氰酸酯预聚物，其具有高的2-4’含量，其展示出缓慢的反应起始时间，为改进的附着力，以从该基板允许更多的潮湿。(这是由于具有2-4’MDI的4-4’MDI平衡，考虑到来自4-4’的快速聚合物生成较慢的反应和良好的润湿，由于2-4’空间位阻)。某些双组份粘合剂含有二乙醇胺或其它添加剂，其扰乱了聚氨酯粘合剂的硬/软部分嵌段，导致一种具有良好的剥离强度的软聚合物。所述双组份粘合剂可包含一种酸组分，其可改变表面张力或者粘合剂或膜的化学性质，从而允许更好的浸润或反应位点的创建和改进的粘合性。

在各种布置中，上述粘合剂组合物可能包含也可能不含石蜡或其它粘合促进剂。任一种组合物可以包括链增长剂，例如，甘油、二乙二醇等，用于后端固化速度的改进。甘油或类似化学物质的添加提供了一种配方，其在很大的应用温度范围内作为屋面粘合剂使用。在反应时间的启动期间，这允许足够的浸润时间以允许粘合剂到屋面基板上。此外，采用甘油或类似化学物质的配方表现出可接受的反应完成度，以及时地使该膜耐受风掀力。在采用甘油或类似化学物质某些组合物中，对于这些组合物的应用温度范围具有从约0°F to约190°F的范围。

所述粘合剂组合物可以是压敏粘合剂(PSA)。这些粘合剂可易于作为液体配送，其在期望的时间周期内固化成其最终形式，具有最终的物理特性(即压敏粘合剂)，于是例如允许其粘附至具有足够粘结强度的聚合物片材以抵抗应力的施加。

所述组合物可以包括高分子量聚合物添加剂，如增粘剂和流变改性剂。截留空气的减少或消除可通过聚合物的固化速度、聚合物流变性或施加粘接剂的方法而获得。例如，采用更快的聚合物粘度增加或者使用涂布机以截获膜之间的更少的空气。

合适的粘合剂组合物的进一步的详细说明以及这些组合物的应用记载于2013年11月1日申请的美国专利申请No.14/069,653中，在此将该申请的全部内容通过引用并入本文。

本发明的说明书内容实质上仅仅是作为范例性的说明，而不脱离本发明目的的内容的变形都意图处于本发明的范围之内。这样的变化不应被视为脱离本发明的精神和范围。

Claims (22)

1.一种屋面系统，其包括：

一个第一膜；

一个第二膜，所述第二膜的一部分与所述第一膜的一部分相重叠；和

一个粘接层，其直接粘附在所述第二膜与所述第一膜的重叠部分，所述粘接层无VOC含量。

2.根据权利要求1所述的屋面系统，其特征在于，所述粘接层为将A面组分与B面组分混合在一起的产物。

3.根据权利要求2所述的屋面系统，其特征在于，所述B面组分包括多元醇、催化剂和链增长剂，而所述A面组分包括至少一种聚氨酯预聚物和二异氰酸酯。

4.根据权利要求3所述的屋面系统，其特征在于，在所示A面和所述B面至少其中之一中，还包括至少一种粘合促进剂。

5.根据权利要求4所述的屋面系统，其特征在于，所述至少一种粘合促进剂选自包含氯化石蜡和氯化聚烯烃的组。

6.根据权利要求4所述的屋面系统，其特征在于，所述至少一种粘合促进剂包括至少两种粘合促进剂，每种选自包含氯化石蜡和氯化聚烯烃的组。

7.根据权利要求2所述的屋面系统，其特征在于，所述A面中的异氰酸酯基与所述B面中的羟基的比例大于1.5:1。

8.根据权利要求1所述的屋面系统，其特征在于，所述粘接层还包括一种发泡剂。

9.根据权利要求1所述的屋面系统，其特征在于，所述第一膜和第二膜在粘接层的施加之前是不涂底漆的。

10.根据权利要求1所述的屋面系统，其特征在于，所述第一膜和第二膜是EPDM片。

11.根据权利要求1所述的屋面系统，其特征在于，所述粘接层是一种单组分组合物，包括至少一种多元醇，至少一种湿固化的预聚物和至少一种催化剂。

12.一种复合屋顶结构，包括：

具有基板表面的屋面基板；

第一屋面膜，具有阻挡屋面基板的基板表面的膜表面；

第二屋面膜，具有阻挡屋面基板的基板表面的膜表面，所述第二屋面膜的一部分与所述第一屋面膜的一部分相重叠，和

粘接层，其直接粘附到屋面基板的基板表面并直接粘附到所述第一屋面膜的膜表面和所述第二屋面膜的膜表面；和

拼接粘合层，其直接粘附到所述第一屋面膜和所述第二屋面膜的重叠部分，所述拼接粘合层无VOC含量。

13.根据权利要求12所述的屋顶结构，其特征在于，所述粘接层和所述拼接粘合层是由相同的粘合剂组合物制备的。

14.根据权利要求12所述的屋顶结构，其特征在于，所述粘接层和所述拼接粘合层为将A面组分与B面组分混合在一起的产物。

15.根据权利要求14所述的屋顶结构，其特征在于，所述B面组分包括多元醇、催化剂和链增长剂，而所述A面组分包括至少一种聚氨酯预聚物和二异氰酸酯。

16.根据权利要求15所述的屋顶结构，其特征在于，在所述A面和所述B面至少其中之一中还包括至少一种粘合促进剂。

17.根据权利要求16所述的屋顶结构，其特征在于，所述至少一种粘合促进剂选自包含氯化石蜡和氯化聚烯烃的组。

18.根据权利要求16所述的屋顶结构，其特征在于，所述至少一种粘合促进剂包括至少两种粘合促进剂，每种选自包含氯化石蜡和氯化聚烯烃的组。

19.根据权利要求14所述的屋顶结构，其特征在于，所述A面中的异氰酸酯基与所述B面中的羟基的比例大于1.5:1。

20.根据权利要求12所述的屋顶结构，其特征在于，在拼接粘合层的施加之前，所述第一屋面膜和所述第二屋面膜是未涂底漆的。

21.根据权利要求12所述的屋顶结构，其特征在于，所述第一屋面膜和所述第二屋面膜为EPDM片。

22.根据权利要求12所述的屋顶结构，其特征在于，所述粘接层和所述拼接粘合层为一种单组分组合物，包括至少一种多元醇，至少一种湿固化的预聚物和至少一种催化剂。