CN106232661B - 磷酸酯粘合促进剂 - Google Patents

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Abstract

本发明的第一方面为包含一种或多种多异氰酸酯和一种或多种磷酸酯官能多元醇的粘合剂组合物。本发明的第二方面为将两个衬底粘结在一起以形成粘结制品的方法，所述方法包含以下步骤：将第一方面的组合物的层涂覆到所述衬底中的一个，使根据权利要求1所述的组合物的所述层接触第二衬底，以及固化或允许固化根据权利要求1所述的组合物。本发明的第三方面为通过第二方面的方法形成的粘结制品。

Description

磷酸酯粘合促进剂
有用类型的粘合剂组合物为含有多异氰酸酯和多元醇的一种粘合剂组合物。当使用此类粘合剂组合物粘附到金属表面时，常常期望包括磷酸酯官能化合物作为粘合促进剂。在过去，粘合促进剂包括由二缩水甘油醚(如，例如双酚A二缩水甘油醚)制备的磷酸酯。二缩水甘油醚的使用对于健康、安全和环境原因是不期望的。期望提供不使用二缩水甘油醚制备的磷酸酯官能粘合促进剂。期望提供此类粘合促进剂用于粘合剂组合物，该粘合剂组合物用于制备保存食品的包装。期望含有此类粘合促进剂的粘合剂甚至在暴露于醋、油和调味蕃茄酱的混合物之后保留其粘合剂特性。
US 3,309,427描述了适合用于制备聚氨基甲酸酯泡沫的多羟基磷酸酯。在通过US3,309,427教导的方法中，使多元醇与聚磷酸反应以形成酸性偏酯，其然后与足够量的1,2-环氧烷反应以基本上中和酸性；在中和步骤之后，然后产物与多异氰酸酯混合以形成硬质聚氨基甲酸酯泡沫。期望提供含有具有羟基官能团以及一种或多种磷酸酯官能团的粘合促进剂的粘合剂组合物。
以下是本发明的陈述。
本发明的第一方面为包含一种或多种多异氰酸酯和一种或多种磷酸酯官能多元醇的粘合剂组合物。
本发明的第二方面为将两个衬底粘结在一起以形成粘结制品的方法，所述方法包含以下步骤：将第一方面的组合物的层涂覆到所述衬底中的一个，使根据权利要求1所述的组合物的所述层接触第二衬底，以及固化或允许固化根据权利要求1所述的组合物。
本发明的第三方面为通过第二方面的方法形成的粘结制品。
以下为本发明的详细描述。
如本文所用，除非上下文另外明确指示，否则以下术语具有所指定的定义。
如本文所用，多异氰酸酯为含有两个或更多个异氰酸酯基的化合物。多异氰酸酯可为单体或非单体的。如本文所用，“单体多异氰酸酯”为具有两个或更多个异氰酸酯基的化合物，其分子量小于500，并且无氨基甲酸酯键并且无脲键。不是单体多异氰酸酯的任何多异氰酸酯为非单体多异氰酸酯。
如本文所用，“MDI”为亚甲基二苯基二异氰酸酯，也被称作二苯基甲烷二异氰酸酯。MDI以三种异构体(4,4'MDI、2,4'MDI和2,2'MDI)中的一种的形式存在，或以这些异构体的两种或更多种的混合物的形式存在。如本文所用，除非另外具体地说明，否则“MDI”不指聚合MDI(有时被称作PMDI)。聚合MDI为具有通过亚甲基桥彼此连接的三个或更多个苯环的链的化合物，其中异氰酸酯基附接到每个苯环。
羟基具有结构-OH，其中氧原子键合到碳原子，并且-OH基团不是羧基的一部分。具有两个或更多个羟基的化合物为多元醇。具有恰好两个羟基的多元醇为二醇。具有恰好三个羟基的多元醇为三醇。如在此所使用的，“高级多元醇”为具有3个或更多个羟基的多元醇。烷基多元醇为具有两个或更多个取代基羟基并且除了为羟基的一部分的氧原子之外无不是碳和氢的原子的烷的化合物。烷基高级多元醇为具有三个或更多个取代基羟基的烷基多元醇。
在原子的同一线性链中含有两个或更多个醚键的化合物在本文称为聚醚。在原子的同一线性链中含有两个或更多个酯键的化合物在本文称为聚酯。为聚酯和多元醇的化合物为聚酯多元醇，并且为聚醚和多元醇的化合物为聚醚多元醇。
一些非单体多异氰酸酯为一种或多种多异氰酸酯与具有多个活性氢化合物的一种或多种化合物的反应产物，其中此类反应产物具有两个或更多个未反应的异氰酸酯基。此类非单体多异氰酸酯可为例如一种或多种多异氰酸酯与一种或多种多元醇的反应产物或一种或多种多异氰酸酯与一种或多种多元胺的反应产物或其混合物。为一种或多种多异氰酸酯与具有多个活性氢化合物的一种或多种化合物的反应产物并且分子量为500或更大的多异氰酸酯在本文称为预聚物。因为预聚物为多异氰酸酯，所以它在本文称为异氰酸酯官能预聚物。
表征在组合物中的异氰酸酯基的量的有用方法为“％NCO”，其为存在于组合物中的所有异氰酸酯基的总重量除以组合物的总重量，表示为百分比。
如果化合物含有结构I，那么在本文该化合物被认为磷酸酯官能：
磷酸酯官能多元醇为具有两个或更多个羟基和一个或多个结构I的化合物。如果化合物不含磷的原子，那么在本文该化合物被认为不含磷。
包括在结构I中的为其中酸性氢原子中的一个或多个已被夺取的结构。酸氢原子为附接到氧原子的氢原子，该氧原子附接到磷原子。当一个或多个酸性氢已被夺取时，磷酸酯基为阴离子。
如本文所用，短语“磷酸型酸”意指正磷酸或通过水的消除由正磷酸的缩合制备的一系列化合物的任何成员，或其任何混合物。该系列包括例如焦磷酸、三聚磷酸和聚磷酸。
在期望引起组合物的分子量的增加和/或引起组合物的交联以便提高组合物的特性的化学反应发生时，本文组合物被认为“固化”。此类化学反应被称为“固化反应”。当此类反应完成时或当固化反应已经进行足够深的程度使得组合物的特性有用并且随时间推移不明显地改变时，组合物被认为“被固化”。能够进行一种或多种固化反应的组合物为可固化组合物。
如本文所用，当组合物被认为具有“极少量或无”成分时，意指按组合物的重量计，该成分的量为零或者0.01重量％或更小中的任一者。
聚合物膜为由聚合物或聚合物的混合物制成的结构，并且其在一个维度上为0.5mm或更小，在另外两个维度的两者上为1cm或更大。以膜的重量计，聚合物膜的组合物为80重量％或更大一种或多种聚合物。
当量本在本文被描述为“X到Y”时，意指该量为大于或等于X并且小于或等于Y的数。当比率在本文被描述为“R:1或更大”时，意指该比率为S:1，其中S为大于或等于R的数。类似地，当比率在本文被描述为“T:1或更小”时，意指该比率为U:1，其中U为小于或等于T的数。
本发明的粘合剂组合物含有一种或多种多异氰酸酯。优选的多异氰酸酯为MDI、聚合MDI、碳化二亚胺改性的MDI、异氰酸酯官能预聚物及其混合物。更优选的多异氰酸酯为碳化二亚胺改性的MDI、异氰酸酯官能预聚物及其混合物。再更优选的多异氰酸酯为异氰酸酯官能预聚物。碳化二亚胺改性的MDI具有使化合物抗水解降解稳定的一个或多个碳化二亚胺键；碳化二亚胺键为可逆的；碳化二亚胺键的分解产生附加异氰酸酯官能团。优选的异氰酸酯官能预聚物为MDI的一种或多种异构体与一种或多种多元醇的反应产物。当制备预聚物时，优选的MDI为其中以所有MDI异构体的重量计4,4'-MDI的量为90重量％或更多的异构体的混合物。当制备预聚物时，优选的多元醇包括一种或多种聚酯多元醇、一种或多种聚醚多元醇或其混合物；更优选的为聚酯多元醇。优选的预聚物具有0.5％或更多的％NCO；更优选1％或更多；更优选2％或更多。优选的预聚物具有30％或更少的％NCO；更优选25％或更少。
本发明的组合物含有一种或多种磷酸酯官能多元醇。磷酸酯官能多元醇可由结构II表示：
其中R1为任何有机基团。除了在结构II中示出的侧基之外，R1可或可不具有一个或多个附加侧-OH基团，并且R1可或可不具有一个或多个结构I的附加侧基。-OH基团和结构I的基团中的任何两种或更多种可或可不附接到R1的同一原子。优选地，每个-OH基团和每个结构I的基团附接到R1的单独的原子。
表征R1的方便的方式为描述具有结构III的化合物：
其中R1与在结构II中相同。具有结构III的化合物在本文称为“前体多元醇”。
优选的前体多元醇分子量为90或更高；更优选200或更高；更优选400或更高。优选的前体多元醇分子量为4,000或更低；更优选2,000或更低；更优选1,200或更低；更优选900或更低；更优选500或更低。
优选的前体多元醇为烷基高级多元醇、单糖、二糖和具有结构IV的化合物：
其中R2、R3、R4和R5中的每个独立于彼此，为任何有机基团；n1、n2和n3中的每个独立于彼此，为0到10的整数。除了在结构IV中示出的侧基之外，R2可或可不具有一种或多种附加侧基。还应理解，侧基中的任何两个或更多个可或可不附接到R2的同一原子。在一些实施例中，存在具有结构IV的化合物的混合物，其中结构IV的化合物的n1、n2和n3中的一个或多个的值彼此不同；此类混合物在本文通过陈述对于参数n1、n2和n3的非整数值来描述，其中非整数值代表该参数的平均数。当期望评估此类混合物的分子量时，使用数均分子量。
在具有结构IV的前体多元醇中，优选地每个侧基附接到R2的单独原子。
在具有结构IV的前体多元醇中，优选地，R3、R4和R5中的一个或多个为具有1到4个碳原子的烃基；更优选2到3个碳原子；更优选3个碳原子。在具有结构IV的前体多元醇中，优选地，R3、R4和R5中的一个或多个为烷基，其可为直链或环状或支链的或其组合；更优选，R3、R4和R5中的一个或多个为直链或支链烷基；更优选R3、R4和R5中的一个或多个为支链烷基。优选地，R3、R4和R5彼此相同。
在具有结构IV的前体多元醇中，优选地，n1、n2和n3中的一个或多个为0到8。在具有结构IV的前体多元醇中，优选地，n1、n2和n3中的一个或多个为1或更大。在具有结构IV的前体多元醇中，优选地，n1、n2和n3中的一个或多个为6或更小。在具有结构IV的前体多元醇中，优选地，n1、n2和n3彼此相同。
具有结构IV的前体多元醇的优选组为其中R2、R3、R4和R5中的每个为烷基的化合物；此类前体多元醇在本文称为烷氧基化烷基三醇。在三醇中，当n1、n2和n3中的至少一个为1或更大并且R2具有结构V时：
然后三醇在本文称为烷氧基化丙三醇。在烷氧基化三醇中，当R3、R4和R5中的每个为具有恰好3个碳原子的支链烷基时，烷氧基化三醇在本文称为丙氧基化三醇。其中R2具有结构V的丙氧基化三醇在本文称为丙氧基化丙三醇。
在为烷基高级多元醇的前体多元醇中，优选的为具有10个或更少碳原子的那些；更优选的为具有6个或更少碳原子的那些；更优选的为具有3个或更少碳原子的那些；更优选的为丙三醇。
更优选的前体多元醇为烷基高级多元醇和具有结构IV的化合物；更优选的为具有结构IV的化合物。应指出，如果n1＝n2＝n3＝0，并且如果R2为烷基或具有羟基的烷基中的任一者，那么具有结构IV的化合物为烷基高级多元醇。
前体多元醇的优选组为烷基三醇和烷氧基化烷基三醇。其中，更优选的为丙三醇和烷氧基化丙三醇；更优选的为烷氧基化丙三醇。在烷氧基化丙三醇中，优选的为丙氧基化丙三醇。
另一类合适的磷酸酯官能多元醇为含有氨基甲酸酯键的那些。优选地，此类的成员通过使一种或多种合适的磷酸酯官能多元醇与一种或多种多异氰酸酯(优选地包括一种或多种二异氰酸酯)反应制备。优选地，多异氰酸酯的量保持足够低使得反应产物中的一些或全部为磷酸酯官能多元醇。可替代地，多元醇可首先与多异氰酸酯反应以制备OH封端的预聚物，其然后与聚磷酸反应。
制备本发明的磷酸酯官能多元醇的优选方法为使前体多元醇与磷酸型酸反应以产生具有结构II的化合物。
优选地，选择磷酸型酸和前体多元醇的量以按如下确定Mp:Mx的比率：
Mhy＝每分子前体多元醇的羟基数
Nx＝Mhy-2
Mx＝(前体多元醇的摩尔)×Nx
Mp＝含在磷酸型酸中的磷原子的摩尔
优选地，Mp:Mx的比率为0.1:1或更高；更优选0.2:1或更高；更优选0.5:1或更高；更优选0.75:1或更高。优选地，Mp:Mx的比率为1.1:1或更小。
优选地，磷酸型酸与前体多元醇的重量比为0.005:1或更高；更优选0.01:1或更高；更优选0.02:1或更高。优选地，磷酸型酸与前体多元醇的重量比为0.3:1或更低；更优选0.2:1或更低；更优选0.12:1或更低。
优选地，磷酸型酸含有聚磷酸。优选地，以磷酸型酸的重量计，在磷酸型酸中聚磷酸的量为75重量％或更多；更优选80重量％或更多；更优选90重量％或更多。聚磷酸以各种等级可用；每个等级通过百分比表征。为了确定等级，首先识别纯单体正磷酸，五氧化二磷的含量被视为72.4％。还可分析任何等级的聚磷酸，考虑到一摩尔的聚磷酸(化学式量标记为“Fppa”)含有标记为“Nppo”的五氧化二磷的摩尔数，并且五氧化二磷百分比(“PCppo”)通过PCppo＝(Nppo×142)/Fppa给出，表达为百分比。然后，聚磷酸的等级为表达为百分比的比率：等级＝PCppo/72.4。
优选地，使用具有100％或更高的等级的聚磷酸；更优选110％或更高。优选地，使用具有150％或更低的等级的聚磷酸；更优选125％或更低。
优选地，本发明的粘合剂组合物含有除了一种或多种磷酸酯官能多元醇之外的一种或多种无磷多元醇。
在组合物中包括无磷多元醇的一种优选方法(本文“方法A”)如下。磷酸酯官能多元醇通过使为无磷多元醇的前体多元醇与磷酸型酸反应制备。使用一定量的磷酸型酸，使得即使在磷酸型酸中的每个磷原子与在无磷多元醇上的羟基反应，在反应完成时，以在反应之前无磷多元醇的重量计，保持无磷的无磷多元醇的量将优选为50重量％或更多；更优选75重量％或更多。使用一定量的磷酸型酸的，使得即使在磷酸型酸中的每个磷原子与在无磷多元醇上的羟基反应，在反应完成时，以在反应之前无磷多元醇的重量计，保持无磷的无磷多元醇的量将优选为99重量％或更少；更优选95重量％或更少。
优选地，使用方法A。
不管用于制备磷酸酯官能多元醇的方法，在一些实施例中，本发明的粘合剂组合物含有无磷多元醇(本文被称作“前体型”多元醇)，其具有与存在于组合物中的磷酸酯官能多元醇相同的结构，不同的是在其中磷酸酯基存在于磷酸酯官能多元醇上的每个位置中，羟基存在于无磷多元醇上。前体型多元醇可存在，因为它从制备磷酸酯官能多元醇的过程中剩余，或前体型多元醇可存在，因为它在形成磷酸酯官能多元醇之后添加到组合物，或其组合。
除了方法A之外或代替方法A，除了一种或多种磷酸酯官能多元醇之外的一种或多种无磷多元醇可通过添加不是前体型多元醇的一种或多种无磷多元醇(本文被称作“非前体”多元醇)引入。合适的非前体多元醇包括聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚醚聚酯多元醇、烷基多元醇、具有单个醚键的多元醇、具有单个酯键的多元醇，及其混合物。
优选地，以100重量份的在组合物中的所有多异氰酸酯化合物的总和计，在本发明的粘合剂组合物中多元醇的总量为1重量份或更多；更优选2重量份或更多。优选地，以100重量份的在组合物中的所有多异氰酸酯化合物的总和计，在本发明的粘合剂组合物中多元醇的总量为800重量份或更少；更优选600重量份或更少。
优选地，本发明的组合物含有一种或多种溶剂。溶剂在25℃下为液体，并且能够提供其中在组合物中的其它成分中的每种要么溶解要么分散的连续介质。优选地，以溶剂的重量计，一种或多种多异氰酸酯成分中的每种可溶于溶剂中的量为10重量％或更多；更优选50重量％或更多；更优选100重量％或更多。优选地，以溶剂的重量计，一种或多种多元醇成分中的每种可溶于溶剂中的量为10重量％或更多；更优选50重量％或更多；更优选100重量％或更多。还预计其中使用极少或无溶剂的实施例(“无溶剂实施例”)。预计，在无溶剂实施例中，选择成分使得本发明的组合物在25℃下为液体。
当使用溶剂时，优选的溶剂为烃溶剂、极性非质子溶剂、极性质子溶剂及其混合物；更优选的为极性非质子溶剂，更优选的为乙酸乙酯、丙酮和甲基乙基酮；更优选的为乙酸乙酯。
当使用溶剂时，以组合物的总重量计，优选的溶剂的量为10重量％或更多；更优选20重量％或更多；更优选40重量％或更多。当使用溶剂时，以组合物的总重量计，优选的溶剂的量为80重量％或更少；更优选60重量％或更少。
本发明的组合物任选地含有一种或多种硅烷粘合促进剂。优选的硅烷粘合促进剂含有一种或多种反应性有机环氧基团和一种或多种烷氧基甲硅烷基，更优选一种或多种甲氧基甲硅烷基或乙氧基甲硅烷基。当使用硅烷粘合促进剂时，以100重量份的所有多元醇的总重量计，优选的量为0.05重量份或更多；更优选0.1重量份或更多；更优选0.2重量份或更多。当使用硅烷粘合促进剂时，以100重量份的所有多元醇的总重量计，优选的量为5重量份或更少；更优选2重量份或更少；更优选1重量份或更少。
粘合剂组合物可任选地含有一种或多种附加常规成分，如填料、颜料、增粘剂、塑化剂、流变改性剂、聚合物(包括，例如不是本文以上讨论的那些的热塑性塑料树脂)、脱水剂(包括，例如硅烷)、苯甲酰氯、其它多元醇(包括，例如脂肪多元醇)、紫外指示剂等。
优选地，本发明的粘合剂组合物可固化。优选地，本发明的粘合剂组合物进行一种或多种化学反应，其期望地实现组合物的分子量的增加和/或实现组合物的交联，以便改善组合物的特性。优选地，固化的化学反应包括异氰酸酯基与羟基的反应以形成氨基甲酸酯键。
在包括将本发明的粘合剂组合物施加到至少一个衬底的实施例中，施加优选地由常规装置(如，例如喷雾涂覆器、珠涂覆器、喷嘴、刮浆刀、挤出或滚涂机)实现，以形成粘合剂组合物的连续或不连续膜。
以克的干组合物每平方米为单位，组合物优选地以0.5或更高的水平涂覆；更优选1或更高。以克的干组合物每平方米为单位，组合物优选地以10或更少的水平涂覆；更优选7或更少。
优选地，本发明的可固化粘合剂组合物用作将第一衬底粘结到至少一个后续衬底的粘合剂。在此类实施例中，将粘合剂组合物涂覆到第一衬底，并且，随后或同时，使涂覆的粘合剂组合物与至少一个后续衬底接触以提供粘结组件。
在本发明的优选实施例中，使本发明的可固化粘合剂组合物涂覆到或另外接触一种或多种衬底。一些合适的衬底包括，例如木(包括天然木、胶合板、柳桉木和粒子板)、金属、塑料(包括硬质塑料、柔性塑料、塑料膜和塑料泡沫)、复合材料、织物(包括织造和非织造)、纸、定向刨花板及其组合。如果使用多于一个衬底，那么合适衬底的任何组合也为合适的。在一些实施例中，所有衬底将由相同的材料制成；在其它实施例中，两种或更多种不同材料将用作衬底。
优选地，衬底中的一个或多个为金属。
优选地，一个或多个衬底为聚合物膜。优选的聚合物膜含有有机聚合物。优选的有机聚合物为聚酯、聚烯烃(包括烯烃与其它单体的共聚物)、聚酰胺及其共混物。更优选的有机聚合物为聚对苯二甲酸乙二酯、聚乙烯、聚丙烯和尼龙。
本发明组合物的优选用途为在层合物中用作粘合剂。层合物为含有与粘合剂层粘结在一起的两个膜的结构。膜的“平面”为垂直于厚度方向的表面。在层合物中，粘合剂与一个膜的平面和另一膜的平面接触。本发明的层合物含有使用本发明的组合物作为粘合剂粘结到另一个膜的膜。本发明的层合物可含有粘结膜的附加层，其中的每个可用本发明的组合物或用不同的粘合剂粘结到其邻近层。
制备层合物的优选方法为将本发明的组合物的层涂覆到一个膜的平面，然后去除溶剂(如果存在)，优选地通过蒸发，然后使第二衬底的平面与本发明的组合物的层接触以形成层合物，并且然后加热整个层合物以固化本发明的组合物。
应理解，为了本发明实例的目的，除非另外规定，否则本文公开的每个操作在25℃下执行。
以下为本发明的实例。
使用以下术语和缩写：
OHN＝OH数，通过ASTM D 4274-88测量
AV＝酸值，通过ASTM D 3644-83测量(与“酸数”同义)
VISC＝粘度，用具有恒温小样品适配器的布氏DVII+粘度计，使用心轴SC-27测量。根据需要旋转速率从6变化到60rpm以获得粘度读数
粘度(C&P)＝用TA INSTRUMENTS AR 2000变流仪测量的粘度，使用40mm锥和Peltier板用于温度控制，锥角＝0°30min 4sec，剪切速率＝10sec-1
％NCO通过ASTM 2572-70测量
分子量通过液体尺寸排阻色谱ASTM D3536-76或D3593-80测量
Tg＝使用中点法和10℃/min的升温速率通过差示扫描热量测定测量的玻璃化转变
pbw＝重量份
PPA＝聚磷酸，115％等级
PA＝磷酸，100％(固体)
DPG＝二丙二醇(奥德里奇化学公司(ALDRICH Chemical Co.))
EtAc＝乙酸乙酯
层合物的制备：
测试的膜为：
●PET＝24微米厚聚对苯二甲酸乙二酯(92LBT)；
●由聚对苯二甲酸乙二酯(PET，12微米(μm)厚)制备预层合膜层合到具有ADCOTETM550/COREACTANT F的软层合等级AMCOR铝箔(9μm厚)(陶氏化学公司(Dow ChemicalCo.))。该层合结构从伊利诺斯州卡里的AMPAC公司(AMPAC Company,Cary,IL)获得，并且被称作“Prelam”或PET-Al；
●Pliant 808.24＝来自贝里塑料(Berry Plastics)的聚乙烯密封剂膜。
●GF-19＝来自贝里塑料的含大量的助滑剂的聚乙烯密封剂膜
●PET＝聚对苯二甲酸乙二酯。
膜的样品切成大约23×30cm(9英寸×12英寸)部分。PET和聚乙烯膜经电晕处理以获得38达因或更高的表面能。将次膜放置在层合机的橡胶垫上(处理的侧朝上)。一条约5cm宽和20cm长的纸横放片材的中心，以提供未层合的带区域，以分开膜用于剥离测试。将粘合剂的两组分合并并且稀释成35％至50％固体(通常40％固体)。
主膜附接到平表面(处理的侧朝上)。用#6Meyer线缠绕棒将粘合剂涂覆到PET-AL层合物的铝侧或涂覆到聚酯膜(主膜)。涂层重量大约为3.25g/m2(2.0磅/令)。如果需要，调节粘合剂浓度或选择更合适的棒以获得目标涂层重量。通过将涂覆的膜放置在80℃强制空气烘箱中约30秒将溶剂从粘合剂中蒸发。主膜从板去除，并且膜的顶部边缘(粘合剂侧朝下)与在层合机垫上的次膜的顶部配对。层合机的油加热(大约82℃)辊通过膜，推动主膜与次膜接触，并且将两个膜层合在一起。将层合片材放置在顶部片材上具有足够重量(大约500Kg)的两个硬的表面(例如，钢板)之间，以保持层合物的片材压制在一起直至固化完成。
测试层合物
90°T-剥离测试在切割成15mm或25.4mm(1英寸)宽带的层合样品上进行，并且在Thwing AlbertTM拉伸测试器上以25.4cm/min(10英寸/min)的速率拉25.4mm(1英寸)带或以10.2cm(4英寸)/min拉15mm带。当在层合物中的两个膜分离(剥离)时，记录在拉期间的力的平均值。如果膜中的一个伸展或断裂，那么记录最大力或在断裂时的力。值为三个单独样品带的平均值。失效模式(“FM”)如下记录：
FS＝膜伸展
PFS＝部分膜伸展(膜伸展并且同时在一定程度上剥离)
FT＝膜撕裂或断裂
1°＝主网(粘合剂涂布到主网或膜上)
2°＝次网(层合到主网的膜，常常类似聚乙烯的密封剂膜)
AF＝粘合剂失效(粘合剂在主膜上，未能粘附到次膜)
AT＝粘合剂转移(粘合剂未能粘附到主膜并且转移到次膜)。
AS＝粘合剂分离或内聚失效(粘合剂存在于主膜和次膜两者上)。
Delam＝在测试期间(例如，在袋内沸腾测试期间)层合膜分离，在膜之间极少或无粘附。
在制备层合物之后尽可能快地测试初始或“生”粘结。附加T-剥离测试以指定时间间隔进行(通常在1天和7天之后)。
袋内沸腾(“BB 1:1:1”)测试程序：
如上文所述，层合物由粘结到聚乙烯密封剂膜(来自贝里塑料的Pliant 808.24)“prelam”膜PET-Al制备。折叠层合物的9″×12″(23cm×30.5cm)片材中的一个，以得到约9″×6″(23cm×15.25cm)的双层。在切纸机上修整边缘以得到约5″×7″(12.7×17.8cm)的折叠条。两个长边和一个短边在边缘处热密封，以得到具有10.2cm×15.2cm(4英寸×6英寸)的内部尺寸的成品袋。热密封在276kPa(40PSI)的液压下在177℃(350℉)下进行1秒。对于每个测试制备两个或三个袋。袋通过开口边缘填充有100±5ml的1:1:1酱(等重量份调味蕃茄酱、醋和植物油共混物)。避免喷溅填充物到热密封区域上，因为这可引起在测试期间热密封失效。在填充之后，袋的顶部以最小化在袋的内部的空气截留的方式密封。
在袋的所有四个侧上检测密封完整性以确保在密封中不存在可引起袋在测试期间渗漏的瑕疵。丢弃并且替换任何可疑袋。在一些情况下，标记在层合物中的瑕疵以确认在测试期间是否产生新的附加瑕疵。
釜填充2/3满的水并且进入翻滚沸腾。沸腾釜覆盖有盖以最小化水和蒸汽损失。在测试期间观察釜以确保有足够水存在以维持沸腾。将袋放入沸腾水中并且在那里保持30分钟。取出袋，并且与标记的先前存在的瑕疵比较隧穿、起泡、分层或渗漏的程度。记录观察结果。切开袋、清空并且用肥皂和水冲洗。从袋切割一个或多个2.54cm(一英寸)带，并且在拉伸测试器上测量层合物粘结强度。在去除袋内容物之后尽可能快地进行此测试。检查袋的内部并且记录任何其它目测缺陷。
水浸泡测试如下执行：在允许层合物固化7天之后，从层合物片材切割一英寸(2.54cm)宽和约6英寸(15cm)的三个带。将这些带放入水的瓶中，并且通过将重量(比如重纸夹片)附接到带保持完全浸没。在环境温度下静止过夜之后，取出带并且在几分钟内进行T-剥离测试。
如下执行热密封测试：从层合物片材切割大约30cm×20cm的样品。折叠样品并且将片材的长边缘在276kPa(40PSI)的压力下在约177℃(350℉)下放入热封口机中一秒。将具有密封边缘的此片材切成1英寸(2.54cm)宽带。切割与热密封边缘相对的环绕边缘，以得到在中间具有热密封部分的带。将带的端部放入INSTRON拉伸测试器的钳口中，并且以10英寸(25.4cm)每分钟牵拉。记录在热密封下使膜断裂需要的力。另外，注意在测试期间可已经出现的任何分层。以牛顿每25.4mm的宽度的单位报告热密封结果。
粘合剂制备
在以下实例中的样品通过将粘合剂的多元醇部分与表中示出的添加剂合并，接着添加溶剂(其中示出)以获得期望最终浓度，然后添加异氰酸酯官能部分并且混合约15分钟来制备。
实例1.ADCOTETM 577(可购自陶氏化学公司)为由约72％至74％聚氨基甲酸酯树脂、2％至3％亚甲基双(4-异氰酸苯酯)和23％至25％乙酸乙酯组成的异氰酸酯官能预聚物。典型粘度(技术数据表)为3900mPa*s。
实例2.聚酯聚醚多元醇
使用在WO 2013/053555中描述的方法。2011.0g(7.89mol)的VORANOLTM CP260三醇聚醚多元醇、1520.4g(10.25mol)邻苯二甲酸酐和0.20g的2-乙基-4-甲基-咪唑(EMI，以产物的重量计，41ppm)在5L不锈钢烷氧基化反应器中以50rpm借助搅拌混合。反应混合物用600kPa(6巴)氮气(N2)压力吹扫10次。反应器在具有600kPa(6巴)的N2压力的130℃下恒温。获得的浆料逐渐溶解于反应器中，在此温度下0.5h之后主要变为液体。搅拌速率从50rpm逐渐增加到200rpm。再搅拌反应器内容物1.5h。反应器中的N2压力降低到1.0巴，且搅拌速率增加到300rpm。PO(1246.0g，21.46mol)以15g/min的进料速率经85min进料到反应器中。即时反应起始伴随着放热。在进料完成时，反应器中的总压力已达到490kPa(4.9巴)。允许3.0h的附加分解时间。反应器中的总压力减小到430kPa(4.3巴)反应器温度减小到100℃。6.80g三氟甲磺酸(TFA，以产物重量计，142ppm)于乙醇中的10％溶液借助于连接到反应器的加压的不锈钢弹注射到反应器中。观察在反应器中的即时压降和放热，允许30min的附加分解时间。残余氮气压力被排出；反应混合物用600kPa(6巴)N2压力吹扫10次。氢氧化钾(7.16g，在乙醇中的0.5mol/l溶液)借助于连接到反应器的加压不锈钢弹注射到反应器中以中和其余的三氟甲磺酸。产物随后在120℃下在真空中汽提1h。获得无色粘滞液体。
产生的杂化聚酯-聚醚多元醇具有以下特性：OHN：276mg KOH/g；在25℃下锥板粘度(40mm直径，0.5°锥，10Sec-1)：31700mPa*s(在25℃下密度:1.156g/cm3；pH：5.9；Mn＝460g/mol，Mw/Mn＝1.17。
实例3.MOR-FREETM C411(陶氏化学公司)为含聚酯多元醇的无溶剂共混物，其中典型粘度报告为1100mPa*s
实例4.聚醚磷酸酯的制备
反应物量在下表中示出。1L多颈圆底烧瓶在烘箱中干燥，用干燥N2吹扫30分钟，然后装入聚醚多元醇，并且放置在70mL/min的N2吹扫下。注射器装载有来自奥德里奇化学公司的115％聚磷酸(PPA)。在强搅拌下，将PPA从注射器逐滴添加到聚醚多元醇。注意温度的最小上升。然后将反应器内容物加热到100℃维持1小时，冷却(观察到粘度的显著增加)，并且包装澄清并且无色产物。
为了比较，通过将100％磷酸(PA)晶体添加到VORANOLTM CP 450来制备样品4F。将混合物升温到50℃，并且搅拌直至晶体完全溶解。
结果：
(1)陶氏化学公司，平均分子量＝450
(2)ARCH化学公司，平均分子量＝700
(3)陶氏化学公司，平均分子量＝1055
实例 VISC(mPa*s) OHN AV
4A 6700 402 45.2
4B 820 393 25.8
4C 550 387 9.7
4D 415 240 11.1
4E 460 159 12.3
4F 369 18.5
实例5：氨基甲酸酯聚醚磷酸酯的制备
反应物量在下表中。1L多颈圆底烧瓶在烘箱中干燥，用干燥N2吹扫30分钟，然后装入VORANOLTM CP 450聚醚多元醇，并且放置在70mL/min的N2吹扫下。注射器装载有来自奥德里奇化学公司的115％聚磷酸(PPA)。在强搅拌下，将PPA逐滴添加到聚醚多元醇。观察最小温度增加。将反应器内容物加热到100℃维持1小时，然后冷却到45℃。添加ISONATETM 125M多异氰酸酯。温度由于反应热上升到约95℃。另外，存在粘度增加和黄色颜色的出现。反应器然后进入65℃，并且添加乙酸乙酯以截止粘度并且提高搅拌。在1小时之后，冷却反应器并且包装内容物。
实例6：测试粘合剂
在下表中的样品通过将粘合剂的多元醇部分与表中示出的添加剂合并，接着添加溶剂以获得期望最终浓度，然后添加异氰酸酯官能部分并且混合约15分钟来制备。
下表汇总了对于PET-Al/Pliant 808.24层合物的T-剥离测试结果。粘合剂涂层重量(干)大约为3.26g/m2(2.0磅/令)。示出在各种时间下的T-剥离结果。也所示用1:1:1酱(等重量份的醋、油和调味蕃茄酱的共混物)的袋内沸腾测试的结果。数据示出用磷酸酯官能多元醇制备的大部分层合物产生与对照粘合剂可比的固化粘结，但是生粘结(即，在短时下的T-剥离值)显著好于对照物。期望较高生粘结，因为这简化层合工艺并且帮助避免可由两个膜在层合物已固化之前的移动产生的缺陷。一旦粘合剂已固化，期望的失效模式为膜伸展(FS)或膜撕裂(FT)。用实例1的异氰酸酯官能预聚物作为一个组分以及共反应物ADCOTETM577B多元醇(本文“多元醇CON”)作为第二组分制备对照粘合剂。ADCOTETM 577B为含聚酯和聚醚多元醇以及28％至30％乙酸乙酯的共混物，其中典型粘度(技术数据表)为130mPa*s。它可购自陶氏化学公司。
由于CP 1055聚醚与实例1预聚物的有限掺混性，用VORANOLTM CP 1055多元醇制备的样品产生差的生粘结。对于所有的样品4A至4E，在袋内沸腾测试之后的T-剥离粘结与对照粘合剂一样好或好于对照粘合剂，并且好于无PPA的比较例。在VORANOLTMCP 450中具有较高浓度(4％至10％)的PPA的一些样品(例如，4A和4B)中，看到一些缺陷(“起泡”)。“起泡”是指在暴露于袋内沸腾测试之后出现在层合物表面中的小泡。表5示出了100％磷酸(PA)不产生对1/1/1酱的耐性的益处，观察到其中多元醇与PPA反应。“隧穿”是指从其中两个膜在测试期间已经分离的分层的区域形成的通道。这是主要缺陷。
下表1-9示出PET-Al prelam(主衬底)与Pliant 808.24(次衬底)的层合物的结果。
表1A：调配物
表1B：T-剥离结果(克每2.54cm(g/英寸))
表1C：进一步T-剥离结果(克每2.54cm(g/英寸))
表2A：调配物
对照 59-3 59-4 69-3 69-4
名称 Wt.(g) Wt.(g) Wt.(g) Wt.(g) Wt.(g)
实例1 14.77 14.91 14.91 15.00 15.06
多元醇CON 1.30
实例3 0.75 0.67 0.38 0.11
实例4A 0.075 0.15
实例4B 0.38
实例4C 0.60
EtAc 13.93 14.27 14.27 14.24 14.23
表2B：T-剥离结果(克每2.54cm(g/英寸))
表2C：进一步T-剥离结果(克每2.54cm(g/英寸))
表3A：调配物
表3B：T-剥离结果(克每2.54cm(g/英寸))
表4A：调配物
对照 58-59-1 58-59-2 58-69-1 58-69-2
名称 Wt.(g) Wt.(g) Wt.(g) Wt.(g) Wt.(g)
实例1 14.77 14.81 14.81 14.86 14.95
多元醇CON 1.30
实例4A 0.07 0.15
实例4B 0.19
实例4C 0.37
实例2 0.81 0.74 0.67 0.41
EtAc 13.93 14.30 14.30 14.28 14.27
表4B：T-剥离结果(克每2.54cm(g/英寸))
表4C：进一步T-剥离结果(克每2.54cm(g/英寸))
表5A：调配物
22-1 22-2 22-3 22-4
名称 Wt.(g) Wt.(g) Wt.(g) Wt.(g)
实例1 15.09 15.09 15.19 15.00
实例4F 0.68 0.30 0.53 0.45
CP 450 0.38
DPG 0.08
实例2 0.30
EtAc 14.23 14.23 14.20 14.25
表5B：T-剥离结果(克每2.54cm(g/英寸))
表6A：调配物
91-21-1 91-21-2 91-21-3 91-21-4
名称 Wt.(g) Wt.(g) Wt.(g) Wt.(g)
实例1 14.19 14.43 14.76 14.56
实例5 1.63 0.94 0.96 0.95
CP 450 0.29
DPG 0.13
实例2 0.40
EtAc 14.18 14.23 14.15 14.20
表6B：T-剥离结果(克每2.54cm(g/英寸))
表7A：调配物
91-20-2 91-20-3
名称 Wt.(g) Wt.(g)
实例1 13.95 13.87
实例4E 1.53 0.83
CP 1055 0.76
EtAc 14.52 14.54
表7B：T-剥离结果(克每2.54cm(g/英寸))
(4)层合物在BB 1∶1∶1测试之前示出一些缺陷，因为它用此类低生粘结难以制备良好层合物。但是，在BB 1∶1∶1测试期间无新缺陷出现。
表8A：调配物
91-20-4 91-20-5 91-20-6
名称 Wt.(g) Wt.(g) Wt.(g)
实例1 14.29 14.65 14.46
CP 450 0.29
实例4E 0.86 0.88 0.87
DPG 0.13
实例2 0.43
EtAc 14.42 14.34 14.38
表8B：T-剥离结果(克每2.54cm(g/英寸))
(5)实例与Vorano1TMCP 1055多元醇不完全可混溶。这造成差的生粘结。
表9A：调配物
29-1 29-2 29-3
名称 Wt.(g) Wt.(g) Wt.(g)
实例1 14.63 14.55 14.63
实例4D 1.0 0.65 0.66
PolyG<sup>TM</sup> 30-240 0.44
SP11-33 Ex 0.37
EtAc 14.35 14.36 14.34
表9B：T-剥离结果(克每2.54cm(g/英寸))
(6)实例与VoranolTM CP 1055多元醇不完全可混溶。这造成差的生粘结。
实例7：ADCOTETM 795为双组分聚氨基甲酸酯粘合剂的羟基组分。它为含羟基官能聚酯和羟基官能丙烯酸聚合物(70％至80％)、乙二醇(1％至5％)和乙酸乙酯20％至25％的共混物。它可购自陶氏化学公司。典型粘度(来自数据表)825mPa*s。
实例8：异氰酸酯官能预聚物的制备
成分如下：
项 单体/中间体 装料(g)
1 4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(ISONATE<sup>TM</sup> 125M) 200.0
2 丙氧基化丙三醇，Mw 450(Voranol<sup>TM</sup> CP450) 7.46
3 聚丙二醇，Mw 430(Voranol<sup>TM</sup> 220-260) 97.4
4 苯甲酰氯 0.10
项1在50℃下装入干燥反应器。在整个过程中反应器保持在干燥氮气的氛围下。项2装入反应器并且将树脂混合物加热到80℃。项3以维持80℃至85℃的温度的速率经30min添加。树脂混合物在80℃下保持2小时。监测％NCO直至它为15.0±0.3％。树脂冷却到50℃至60℃，添加项4；将溶液很好地混合，然后包装。
最终树脂具有以下特性：14.8％NCO。锥板粘度(40mm直径，0.5°锥，10Sec-1)结果在下表中示出。
温度(℃) 25 35 45 55 65 75 80
VISC(mPa*s) 20,070 6875 2475 1225 650 400 325
将干燥乙酸乙酯(30g)添加到170g的树脂。在搅拌下溶解树脂以得到在25℃下具有85％固体树脂和325mPa*s粘度的溶液。
实例9：丙三醇磷酸酯的制备
将聚磷酸(40克的115％，来自奥德里奇化学公司)放入具有搅拌棒、温度计和氮气入口/出口的三颈烧瓶中。在整个反应时间中，干燥氮气的缓慢流穿过反应器。在搅拌下添加丙三醇(69.4克，奥德里奇)。反应热引起在10分钟内温度从24℃上升到69℃。溶液在60℃至70℃下保持45分钟。冷却澄清、无色、粘滞液体产物，并且包装在玻璃容器中。
实例10：通过将磷酸酯添加到实例7并且将此与异氰酸酯官能共反应物(实例8)合并来制备粘合剂调配物。如早先所描述由这些共混物制备层合物。结果如下。对于每个层合物，列出的第一衬底为主衬底。
表10A：调配物
99-4 99-6C<sup>(7)</sup>
名称 pbw pbw
实例7多元醇 100 100
实例8多异氰酸酯 22.5 24
实例9丙三醇磷酸酯 0.25
(7)比较样品，(无磷酸酯官能多元醇)
表10B：T-剥离结果(克每2.54cm(g/英寸))
(8)比较样品，(无磷酸酯官能多元醇)
表10C：进一步结果(g/2.54cm)
(9)比较样品(无磷酸酯官能多元醇)
实例11：异氰酸酯官能预聚物的制备
项 单体/中间体 装料(g)
1 4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(ISONATE<sup>TM</sup> 125M) 577.7
2 丙氧基化丙三醇，Mw 450(Voranol<sup>TM</sup> CP450) 135.6
3 聚丙二醇，Mw 430(Voranol<sup>TM</sup> 220-260) 148.9
4 苯甲酰氯 0.10
项1在50℃下装入干燥反应器。在整个过程中反应器保持在干燥氮气的氛围下。项2装入反应器并且将树脂混合物加热到80℃。项3以维持80℃至85℃的温度的速率经30min添加。树脂混合物在80℃下保持2小时。监测％NCO直至它为15.0±0.3％。树脂冷却到50℃至60℃，添加项4；将溶液很好地混合，然后包装(12.4％NCO，布氏粘度810mPa*s)。
实例12.具有聚碳化二亚胺改性MDI的预聚物
项 单体/中间体 装料(g)
1 4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(ISONATE<sup>TM</sup> 125M) 78.5
2 ISONATE<sup>TM</sup>143L聚碳化二亚胺改性的二苯基甲烷二异氰酸酯 160.3
3 丙氧基化丙三醇，Mw 450(Voranol<sup>TM</sup> CP450) 31.1
4 聚丙二醇，Mw 430(Voranol<sup>TM</sup> 220-260) 68.9
5 85％磷酸 0.08
6 乙酸乙酯 59
在搅拌下装入项1至6。经30分钟逐渐加热到50℃至55℃。经30分钟继续加热到75℃。在73℃至77℃下保持90分钟。收集淡黄色产物：12.3％NCO；布氏粘度1620mPa*s(以20rpm#5心轴)。
实例13.聚酯树脂的制备
项 单体/中间体 重量％e
1 邻苯二甲酸酐 42.86
2 二乙二醇 33.35
3 FASCAT 9100(氧化羟丁基锡) 0.07
4 乙酸乙酯 23.72
将项1至3装入配备有搅拌棒、热电偶、氮气入口、用于收集从反应器蒸馏的水的蒸汽夹套分级分离柱和冷凝器的反应器。在整个反应时间内，非常缓慢的氮气流穿过反应器的顶空。
将不均匀混合物加热到100℃至120℃。降低外部热，并且反应热将温度携带到约130℃。温度在120℃至130℃下保持0.25至0.50小时。
将树脂混合物逐渐加热到225℃。在约190℃水下开始蒸馏。在收集85％至95％的理论量的水之后，定期从反应器抽出样品并且测试粘度(在100℃下锥板)和酸数。当酸数小于20mg KOH/g样品时，应用真空并且继续减压蒸馏。首先将压力设置为450托。真空逐渐降低到约25托。压力保持在约20至30托，并且温度维持在225℃，直至酸数小于2.0mg KOH/g样品。
冷却产物并且与乙酸乙酯合并。树脂具有以下特性:74.7％固体，OHN 24mg KOH/g；酸值1.4，OHN 24；在25℃下粘度(C&P)814mPa*s。
实例14：粘合剂调配物
在下表中的样品通过将粘合剂的多元醇部分与添加剂合并，彻底混合并且允许所得溶液在室温下静置至少24小时来制备。当制备层合物时，多元醇共混物以在表中示出的比例与共反应物(NCO封端的预聚物)合并。将乙酸乙酯以足够的量添加到共混物以获得具有35％至40％固体的溶液，并且如先前所描述制备并测试层合物。对于在表14中的所有样品，NCO当量/OH当量的比率为约1.4。
表14A调配物
66-1A 66-1C 66-2A 66-2B
pbw pbw pbw pbw
多元醇部分
实例13聚酯 100 100 97 97
实例4C(2％PPA CP 450) 3 3
异氰酸酯共反应物部分
实例11 23 32
实例12 24 32
表14B结果
66-1A和66-2B都使用实例12作为多异氰酸酯。在BB 1:1:1测试中样品66-1A示出了分层，而样品66-2B未示出分层。66-1C和66-2A都使用实例11作为多异氰酸酯。在BB 1:1:1测试中样品66-1C示出了分层，而样品66-2A未示出分层。这些结果表明磷酸酯官能多元醇的益处仅存在于样品66-2A和66-2B中。

Claims (9)

1.一种粘合剂组合物，其包含一种或多种多异氰酸酯和一种或多种磷酸酯官能多元醇，其中，所述一种或多种磷酸酯官能多元醇包含氨基甲酸酯键。
2.根据权利要求1所述的粘合剂组合物，其中所述磷酸酯官能多元醇为前体多元醇的磷酸酯。
3.根据权利要求2所述的粘合剂组合物，其中所述前体多元醇为烷基三醇或烷氧基化烷基三醇中的任一者。
4.根据权利要求2所述的粘合剂组合物，其中所述前体多元醇为丙三醇或烷氧基化丙三醇中的任一者。
5.根据权利要求2所述的粘合剂组合物，其中所述前体多元醇为丙氧基化丙三醇。
6.一种将两个衬底粘结在一起以形成粘结制品的方法，所述方法包含以下步骤：将根据权利要求1所述的粘合剂组合物的层涂覆到所述衬底中的一个，使根据权利要求1所述的粘合剂组合物的所述层接触第二衬底，以及固化根据权利要求1所述的粘合剂组合物。
7.一种将两个衬底粘结在一起以形成粘结制品的方法，所述方法包含以下步骤：将根据权利要求1所述的粘合剂组合物的层涂覆到所述衬底中的一个，使根据权利要求1所述的粘合剂组合物的所述层接触第二衬底，以及允许固化根据权利要求1所述的粘合剂组合物。
8.一种通过根据权利要求6或7所述的方法形成的粘结制品。
9.根据权利要求8所述的粘结制品，其中所述粘结制品为层合物。
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