CN107001577A - 聚脲组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及组合物,所述组合物包含至少一种第一组分和至少一种第二组分,其中‑第一组分K1包含至少一种式(I)的二(氨基苯甲酸)酯A1,其平均分子量为500g/mol至2000g/mol、优选600g/mol至1500g/mol、特别优选650g/mol至1300g/mol,其中G为源自聚(四亚甲基醚)二醇的二价基团,并且‑第二组分K2包含至少一种芳族多异氰酸酯B1,其平均分子量为160g/mol至1100g/mol、优选500g/mol至800g/mol。
Description
技术领域
本发明涉及聚脲组合物领域及其用途,特别是在由具有不饱和单元的弹性体材料构成的基材上作为粘合剂、涂料或填充料的用途。
本发明还涉及用于修补上述弹性体材料中的缺陷(例如裂缝或穿孔)和用于粘合所述基材的方法,所述方法优选不对基材进行化学预处理或机械预处理,以及本发明还涉及所述组合物用于粘合和修补该弹性体材料(特别是在传送带维修范围内)的用途。
背景技术
传送带设备是目前采矿工业中最有效的用于固体材料的输送装置。
传送带是所述传送设备的与待输送材料直接接触的元件。其通常由多层元件组成,所述多层元件可以用不同材料增强。表面层通常由具有不饱和单元的弹性体材料组成。此外,取决于各种应用还可以使用其它材料,例如聚合物或钢。存在用于湿润和干燥材料、粗粒和细粒材料或不同硬度的固体的各种传送带类型。
传送带由于其使用而经受高磨损,因此经常需要修复裂缝或其它损坏。然而目前市场上可得的许多基于聚氨酯的修复体系的缺点在于,其只能相当缓慢地固化或者只能与传送带材料不充分地结合。这可能造成用于修复的设备必须相对长时间地停机,这造成升高的成本,因为该时间内必须中断传送。因此需要用于传送带的修复体系和结合体系,所述修复体系和结合体系可以迅速施加并且同样迅速地建立粘附并且固化,从而使传送带的停机时间最小化。
所述由具有不饱和单元的材料(例如EPDM(乙烯丙烯二烯混合聚合物)、NBR(丙烯晴丁二烯-橡胶)或SBR(苯乙烯-丁二烯-橡胶))构成的弹性体基材通常难以用粘合剂、密封剂或填充剂加工。特别地,所述基材的接合或粘合存在巨大困难,因为常规粘合剂在所述基材上仅具有不足的粘附性。对于受到动态负荷(例如在传送带的绕行辊的情况下)或者经受震动、突然变形或碰撞的基材,对粘附性提出特别高的要求。
因此需要一种组合物和方法,借助于所述组合物和方法能够粘合或修复包含具有不饱和双键的材料(例如EPDM、NBR或SBR)或由其组成的基材,同时实现基材与粘合剂的良好结合,特别是无需对基材进行预处理。
优选地,组合物具有如下机械性能:
拉伸强度:6-40MPa
断裂伸长:100-800%,特别是200-800%
弹性模量(0.05-0.25%):8-110MPa
断裂能:0.1-1.3J/mm2
凝胶时间:10-60min,优选10-30min
特别需要这样的组合物,所述组合物在尽可能大的温度范围内具有高的粘合拉伸强度和高的伸展性,同时强度与温度的相关度极低。还需要这样的组合物,所述组合物在包含具有不饱和单元的弹性体材料的基材上显示出良好的粘附,特别是当所述基材受到动态负荷时。
发明内容
本发明的目的因此在于提供一种聚脲组合物,所述聚脲组合物具有高强度和高伸展性并且机械性能与温度的相关度极低,并且在包含具有不饱和单元的弹性体材料的基材上具有良好的粘附性能,特别是当所述基材受到动态负荷时。
出人意料地通过根据本发明的组合物实现所述目的。
本发明的其它方面为其它独立权利要求的主题。本发明的特别优选的实施方案为从属权利要求的主题。
具体实施方式
本发明涉及一种组合物,所述组合物包含至少一种第一组分和至少一种第二组分;其中
-第一组分K1包含
至少一种式(I)的二(氨基苯甲酸)酯A1
其平均分子量为500g/mol至2000g/mol、优选600g/mol至1500g/mol、特别优选650g/mol至1300g/mol,其中G为源自聚(四亚甲基醚)二醇的二价基团,并且
-第二组分K2包含
至少一种芳族多异氰酸酯B1,其平均分子量为160g/mol至1100g/mol、优选500g/mol至800g/mol,
其中第二组分K2的异氰酸酯基团和第一组分K1的对异氰酸酯有反应性的基团的摩尔比例为1.3至1.0、优选1.15至1.05。
物质名称(例如“多元醇”、“多异氰酸酯”、“聚醚”、“聚脲”或“多胺”)中的前缀“聚/多”在本文中表示,每种物质在形式上每分子包含多于一个在其名称中出现的官能团。
“分子量”在本文中被理解为分子的摩尔质量(以克/摩尔计)。“平均分子量”表示低聚或聚合形式的分子混合物的数均分子量Mn,其通常通过GPC相对于聚苯乙烯标样确定。
“伯羟基”表示结合至具有两个氢的C原子的OH-基团。
“开放时间”在本文中表示在组分混合之后的这样的时间,在该时间内必须使待粘合部件接合。
术语“强度”在本文中表示经固化组合物的强度,其中强度特别意指在0.05至0.25%的伸长范围内的拉伸强度和弹性模量(E-模量)。
“室温”在本文中表示23℃的温度。
术语“聚氨酯聚合物”包括通过所谓的二异氰酸酯-加聚-方法制得的所有聚合物。术语“聚氨酯聚合物”还包括具有异氰酸酯基团的聚氨酯聚合物,例如通过多异氰酸酯和多元醇的反应获得并且本身表示多异氰酸酯并且通常也被称为预聚物的那些。
“玻璃化转变温度”或“Tg”在本文中表示通过动态机械热分析(DMTA)确定的玻璃化转变温度,其在损耗角“tanδ”的曲线中以最大值的形式获得。
术语“对异氰酸酯有反应性的基团”在本文中特别表示羟基、巯基或伯氨基或仲氨基,优选羟基或伯氨基或仲氨基。
“凝胶时间”在本文中以如下方式确定。以如下方式确定30g经混合的组合物:在室温下混合之后将混合物直接引入隔热容器(由聚苯乙烯泡沫塑料(Styropor)制成)并且使用刮刀良好地手动搅拌所有物质60秒。确定直至手在不使用大力的情况下就不再能移动刮刀时的持续时间作为凝胶时间。
组合物的第一组分K1包含至少一种式(I)的二(氨基苯甲酸)酯A1
其平均分子量为500g/mol至2000g/mol、优选600g/mol至1500g/mol、特别优选650g/mol至1300g/mol,其中G为源自聚(四亚甲基醚)二醇的二价基团。
优选地,二(氨基苯甲酸)酯A1的G为–(CH2-CH2-CH2-CH2-O)n-,其中n为9-14的值。
优选地,二(氨基苯甲酸)酯A1为式(I I)的化合物
其中n为9-14的值。
二(氨基苯甲酸)酯A1可以例如通过硝基取代的卤代苯甲酰或硝基取代的苯甲酸与合适的聚(四亚甲基醚)二醇反应,然后将产生产物的硝基还原成相应的氨基而制得。一种有利的二(氨基苯甲酸)酯因此可以例如通过2摩尔对硝基苯甲酰氯与1摩尔二元醇(例如平均分子量为约230至约1730g/mol的聚(四亚甲基醚)二醇)并且通过还原所产生的聚(四亚甲基醚)二(对硝基苯甲酸)酯而制得。
聚(四亚甲基醚)二醇可以例如通过在优选选自如下列表的化合物的存在下聚合四氢呋喃而容易地制得:1,3-丙二醇、1,4-丁二醇和乙二醇,特别是1,4-丁二醇和乙二醇,最优选1,4-丁二醇。
合适的聚(四亚甲基醚)二醇优选有≥90重量%,特别是≥95重量%由四氢呋喃的聚合产物或1,4-丁二醇的缩聚产物组成。所述聚(四亚甲基醚)二醇可以例如通过1,4-丁二醇的缩聚(特别是酸催化的缩聚)或通过四氢呋喃的开环聚合而制得。
合适的二(氨基苯甲酸)酯A1例如以商标名VERSALINK市售获得并且由AirProducts and Chemicals,Inc.销售,特别是以VERSALINK P650和VERSALINK P 1000市售获得。
还有利的是,二(氨基苯甲酸)酯A1是平均分子量700-1000g/mol的二(氨基苯甲酸)酯A1-1和平均分子量1100-1300g/mol的二(氨基苯甲酸)酯A1-2的混合物,其中A1-1/A1-2的摩尔比例为0.01-100,特别是0.5-2。其优点在于由此延长了凝胶时间。
还可能有利的是,二(氨基苯甲酸)酯A1是平均分子量700-1000g/mol的二(氨基苯甲酸)酯A1-1。其优点在于由此获得更高的弹性模量值。
还可能有利的是,二(氨基苯甲酸)酯A1是平均分子量1100-1300g/mol的二(氨基苯甲酸)酯A1-2。其优点在于由此获得更高的拉伸强度、断裂伸长和断裂能的值。
此外,所述二(氨基苯甲酸)酯A1-2造成低温、特别是-40℃至-20℃的第一Tg。其优点在于在低温下已经存在发现的有利机械性能。
此外,所述二(氨基苯甲酸)酯A1-2造成两个相继的Tg之间的-20℃至40℃,优选-20℃至50℃的温度范围,这在保持不变的机械性能方面是有利的,因为许多技术应用(特别是采矿工业中的传送带)落入所述温度范围。此外,所述二(氨基苯甲酸)酯A1-2有助于EPDM上更好的粘附结果。
还可能有利的是,第一组分K1还包含平均分子量900g/mol至2100g/mol、优选1200g/mol至1500g/mol的脂族(优选非支化)的聚醚二胺A2,其中聚醚二胺A2具有1-15摩尔%、优选2-11摩尔%、特别优选2.5-7摩尔%的第一组分K1的对异氰酸酯有反应性的基团。其优点在于,由此只需使用更少的二(氨基苯甲酸)酯A1(这相对于脂族聚醚二胺A2通常价格更高)并且组合物保持特别是拉伸强度和断裂伸长方面的相似的机械性能。
另一个优点是耐用性的增加,这在组合物在维修中的用途(优选在维修中作为填料的用途)中可能是特别有利的。
脂族聚醚二胺A2通常为聚氧化烯-二胺,特别选自聚氧化丙烯-二胺、聚氧化丁烯-二胺和聚四亚甲基醚-二胺,特别优选选自聚氧化丙烯-二胺和聚四亚甲基醚-二胺,最优选为聚四亚甲基醚-二胺。
特别地,这是例如可以名称(来自HuntsmanChemicals)、名称Polyetheramin(来自BASF)或名称PC(来自Nitroil)获得的具有两个氨基的聚氧化烯-多胺,以及上述多胺的混合物。
优选地,当二(氨基苯甲酸)酯A1是平均分子量1100-1300g/mol的二(氨基苯甲酸)酯A1-2时,第一组分K1具有上述脂族聚醚二胺A2。
还可能有利的是,第一组分K1还包含一定量的脂族聚醚二胺A2,使得脂族聚醚二胺A2具有0-5摩尔%、优选0-3摩尔%、特别是0-1摩尔%、最优选0-0.1摩尔%、最优选0摩尔%数目的第一组分K1的对异氰酸酯有反应性的基团。其优点在于,组合物由此具有特别是高弹性模量方面的更好的机械性能。还获得组合物的Tg之间的较大的温度间隔。
还可能有利的是,第一组分K1还包含平均分子量600g/mol至1200g/mol、优选900g/mol至1100g/mol的脂族(优选非支化)的聚醚二醇A3,特别是聚(四亚甲基醚)二醇,其中聚醚二醇A3具有1-40摩尔%、优选2-10摩尔%、特别优选3-7摩尔%的第一组分K1的对异氰酸酯有反应性的基团。其优点在于,组合物由此获得更高的断裂伸长和基本上不变的拉伸强度。此外这有利于升高断裂能并且可以升高凝胶时间。
优选地,当二(氨基苯甲酸)酯A1为二(氨基苯甲酸)酯A1-2时,第一组分K1还包含上述脂族聚醚二醇A3。
还可能有利的是,第一组分K1还包含一定量的上述脂族聚醚二醇A3,使得聚醚二醇A3具有0-5摩尔%,优选0-3摩尔%,特别是0-1摩尔%,最优选0-0.1摩尔%,最优选0摩尔%数目的第一组分K1的对异氰酸酯有反应性的基团。
优选地,当二(氨基苯甲酸)酯A1为二(氨基苯甲酸)酯A1-2时,第一组分K1还以上述量包含脂族聚醚二醇A3。其优点在于,组合物由此具有更高的弹性模量值并且实现更短的凝胶时间。
第二组分K2的异氰酸酯基团和第一组分K1的对异氰酸酯有反应性的基团的摩尔比例为1.3至1.0、优选1.15至1.05。其优点在于,组合物由此具有更高的拉伸强度、更高的弹性模量值和更短的凝胶时间。此外,过低的摩尔比例由于过高的断裂伸长值而是不利的,过高的摩尔比例由于过高的弹性模量值(特别是弹性模量(0.05-0.25%))而是不利的。
所述组合物还可以包含其它能够与异氰酸酯基团反应的物质作为第一组分K1的成分。
优选地,基于第一组分K1中的胺化合物的总量,第一组分K1具有小于3重量%、优选0-2.5重量%、特别是0-1.8重量%、特别优选0-1重量%、最优选0重量%份额的分子量60至500g/mol、特别是60至400g/mol的多胺PA。最优选地,第一组分K1不包含多胺PA。
优选地,基于第一组分K1中的胺化合物的总量,第一组分K1具有小于17摩尔%、优选0-15摩尔%、特别是0-12摩尔%、特别优选0-10摩尔%、最优选0摩尔%份额的分子量60至500g/mol,特别是60至400g/mol的多胺PA。
多胺PA优选为芳族多胺,特别是选自如下列表的芳族多胺:间-和对-苯二胺、4,4'-、2,4'-和/或2,2'-二氨基二苯甲烷、3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯甲烷(MOCA)、2,4-和/或2,6-甲苯二胺、3,5-二甲基硫代-2,4-和-2,6-甲苯二胺的混合物(可作为300获自Albermarle)、3,5-二乙基-2,4-和-2,6-甲苯二胺的混合物(DETDA)、3,3',5,5'-四乙基-4,4'-二氨基二苯甲烷(M-DEA)、3,3',5,5'-四乙基-2,2'-二氯-4,4'-二氨基二苯甲烷(M-CDEA)、3,3'-二异丙基-5,5'-二甲基-4,4'-二氨基二苯甲烷(M-MIPA)、3,3',5,5'-四异丙基-4,4'-二氨基二苯甲烷(M-DIPA)、4,4'-二氨基二苯砜(DDS)、4-氨基-N-(4-氨基苯基)苯磺酰胺、5,5'-亚甲基二氨茴酸、二甲基-(5,5'-亚甲基二氨茴酸酯)、1,3-亚丙基-双-(4-氨基苯甲酸酯)、1,4-亚丁基-双-(4-氨基苯甲酸酯)、1,2-双-(2-氨基苯基硫代)乙烷、2-甲基丙基-(4-氯-3,5-二氨基苯甲酸酯)和叔丁基-(4-氯-3,5-二氨基苯甲酸酯)。优选地,多胺PA为芳族二胺。
其优点在于,组合物由此具有更高的开放时间。此外其有助于实现更高的断裂伸长和更高的弹性模量(0.05-0.25%)。
还有利的是,第一组分K1中二(氨基苯甲酸)酯A1、任选的聚醚二胺A2和任选的聚醚二醇A3的总和具有第一组分K1中所有对异氰酸酯有反应性的基团的95-100摩尔%、优选98-100摩尔%、特别优选99-100摩尔%、最优选100摩尔%。
在一个优选的组合物中,第一组分K1包含
-二(氨基苯甲酸)酯A1、任选的聚醚二胺A2和任选的聚醚二醇A3的总和的50至90重量%,特别是60至80重量%,和
-10至50重量%、特别是20至40重量%的选自如下列表的添加剂:
填料,特别是炭黑、白垩和层状硅酸盐,
颜料,和
流变改性剂,特别是无定形二氧化硅,
以及任选的其它成分。
在另一个优选的组合物中,第一组分K1包含二(氨基苯甲酸)酯A1、任选的聚醚二胺A2和任选的聚醚二醇A3的总和的80至100重量%、特别是90至100重量%、最优选98至100重量%,以及任选的其它成分。
组合物的第二组分K2具有至少一种平均分子量160g/mol至1100g/mol、优选300g/mol至800g/mol、最优选500g/mol至800g/mol的芳族多异氰酸酯B1。
适合的芳族多异氰酸酯特别是单体二异氰酸酯或三异氰酸酯,以及单体二异氰酸酯或三异氰酸酯的低聚物、聚合物和衍生物,及其任意混合物。
合适的芳族单体二异氰酸酯或三异氰酸酯特别为2,4-和2,6-甲苯二异氰酸酯和这些异构体的任意混合物(TDI)、4,4'-、2,4'-和2,2'-二苯基甲烷二异氰酸酯和这些异构体的任意混合物(MDI)、MDI和MDI-同系物的混合物(聚合MDI或PMDI)、1,3-和1,4-亚苯基二异氰酸酯、2,3,5,6-四甲基-1,4-二异氰酸基苯、萘-1,5-二异氰酸酯(NDI)、3,3'-二甲基-4,4'-二异氰酸基联苯(TODI)、邻联茴香胺二异氰酸酯(DADI)、1,3,5-三-(异氰酸基甲基)苯、三-(4-异氰酸基苯基)甲烷和三-(4-异氰酸基苯基)硫代磷酸酯。
优选地,多异氰酸酯B1具有2.0-4,优选2.1-2.4的NCO官能度。
还有利的是,芳族多异氰酸酯B1为MDI和/或TDI,优选MDI。
优选地,芳族多异氰酸酯B1为这些多异氰酸酯的碳化二亚胺或脲酮亚胺或尿烷,特别是MDI-碳化二亚胺或MDI-脲酮亚胺或MDI-尿烷,特别优选是MDI-碳化二亚胺。
还可能有利的是,第二组分包含60至100重量%,优选80至100重量%,特别优选90至100重量%,最优选98至100重量%的芳族多异氰酸酯B1。
还有利的是,芳族多异氰酸酯B1具有第二组分K2的全部异氰酸酯基团的95-100摩尔%,优选98-100摩尔%,特别优选99-100摩尔%,最优选100摩尔%。
所述单体二异氰酸酯和三异氰酸酯的合适的低聚物、聚合物和衍生物特别源自MDI和TDI。其中特别合适的是市售获得的类型,特别是TDI-低聚物例如IL(来自Bayer)。还特别适合的是在室温下为液体形式的MDI(所谓的“改性MDI”),其为MDI与MDI-衍生物(例如特别是MDI-碳化二亚胺或MDI-脲酮亚胺或MDI-氨基甲酸酯)的混合物,以如下商标名已知:例如CD、PF、PC(均来自Bayer)或M 143(来自Dow),以及MDI和MDI-同系物(聚合MDI或PMDI)的混合物,以如下商标名获得:例如VL、VL50、VL R10、VLR20、VH 20N和VKS 20F(均来自Bayer)、M 309、M 229和M 580(均来自Dow)或M 10R(来自BASF)。上述低聚多异氰酸酯在实践中通常表示具有不同低聚度和/或化学结构的物质的混合物。其优选具有2.1至4.0的NCO-官能度。
还有利的是,芳族多异氰酸酯B1是在室温下为液体形式的芳族多异氰酸酯。
特别优选作为芳族多异氰酸酯B1的是在室温下为液体的MDI-类型,特别是MDI与MDI-衍生物(例如特别是NCO-官能度为2.1-2.4的MDI-碳化二亚胺或MDI-脲酮亚胺或MDI-尿烷)的混合物。特别优选地,第二组分包含60至100重量%,优选80至100重量%,特别优选90至100重量%,最优选98至100重量%的所述在室温下为液体的MDI-类型。
使用所述芳族多异氰酸酯B1获得特别良好的加工性能和特别高的强度。
此外使用所述芳族多异氰酸酯的优点在于,组合物由此具有更高的拉伸强度、更高的弹性模量值、更高的断裂伸长值和更短的凝胶时间。
此外获得组合物的Tg之间的更大的温度间隔,这有助于特别是更大温度范围内的保持不变的机械性能。这与二(氨基苯甲酸)酯A1-2结合是特别有利的。此外在橡胶(特别是NBR、SBR、EPDM,特别是NBR)上获得更好的粘附结果。
还有利的是,第二组分K2还包含至少一种具有异氰酸酯基团的聚氨酯聚合物B2。
聚氨酯聚合物B2具有优选50-95质量%、特别是70-90质量%的聚氧化烯单元,特别优选聚氧化乙烯和/或聚氧化丙烯单元,特别是聚氧化丙烯单元。所述聚氨酯聚合物具有低粘度并且能够实现良好的伸展性。
聚氨酯聚合物B2具有优选1'000至20'000g/mol,特别优选2'000至10'000g/mol的平均分子量。
聚氨酯聚合物B2优选具有1.7至3,特别是1.8至2.5的平均NCO-官能度。特别优选地,聚氨酯聚合物B2具有2.05至2.5的平均NCO-官能度。
聚氨酯聚合物B2优选具有1至10重量%,特别优选1至5重量%的自由异氰酸酯基团含量。
合适的具有异氰酸酯基团的聚氨酯聚合物B2通过至少一种多异氰酸酯与至少一种多元醇的反应获得。反应可以这样进行:多元醇和多异氰酸酯通过常见方法,例如在50℃至100℃的温度下,任选伴随使用合适的催化剂进行反应,其中多异氰酸酯以这样的剂量加入,使得其异氰酸酯基团相比于多元醇的羟基以化学计量过量存在。有利地,多异氰酸酯以这样的剂量加入,使得保持1.3至5、特别是1.5至3的NCO/OH-比例。“NCO/OH-比例”被理解为所使用的异氰酸酯基团的数目与所使用的羟基的数目的比例。优选地,在多元醇的所有羟基反应之后在聚氨酯聚合物B2中剩余1至10重量%,特别优选1至5重量%的自由异氰酸酯基团含量。
聚氨酯聚合物B2具有优选500g/mol或更高的平均分子量。特别地,聚氨酯聚合物B2具有1'000至20'000g/mol,优选2'000至10'000g/mol的平均分子量。
优选作为用于制备聚氨酯聚合物B2的多元醇的是聚氧化烯多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇和聚丙烯酸酯多元醇。特别优选的是聚氧化烯多元醇,特别是聚氧化丁烯多元醇、聚氧化丙烯多元醇和聚氧化乙烯-聚氧化丙烯-混合多元醇。
用于制备聚氨酯聚合物B2的多元醇具有优选500-20'000g/mol,特别是1'000至8'000g/mol的平均分子量。
用于制备聚氨酯聚合物B2的多元醇优选为二元醇或至少一种二元醇和至少一种三元醇的混合物,特别是至少一种二元醇和至少一种三元醇的混合物。
优选作为用于制备聚氨酯聚合物B2的多异氰酸酯的是MDI、TDI、IPDI和HDI。特别优选的是MDI。最优选的是4,4'-和2,4'-MDI和所述异构体的任何混合物。
其优点在于,组合物由此具有更高的断裂伸长值,特别是当第一组分K1的二(氨基苯甲酸)酯A1是平均分子量700-1000g/mol的二(氨基苯甲酸)酯A1-1时。
还可能有利的是,聚氨酯聚合物B2具有第二组分K2的所有异氰酸酯基团的0.1-5摩尔%,特别是0.5-3摩尔%,特别优选2-3摩尔%。
但是还可能有利的是,聚氨酯聚合物B2具有第二组分K2的所有异氰酸酯基团的0-2摩尔%,特别是0-1摩尔%,特别优选0-0.2摩尔%,最优选0摩尔%。最优选地,第二组分K2不包含聚氨酯聚合物B2。
其优点在于,组合物由此具有更高的弹性模量和更高的拉伸强度值。
一个优选的组合物包含第二组分K2,所述第二组分K2包含90至100重量%,特别是95至100重量%的芳族多异氰酸酯B1和任选的聚氨酯聚合物B2。
组合物还可以包含加速羟基与异氰酸酯基团的反应的催化剂,特别是锡-、锌-、锆-和铋-有机金属催化剂,例如二月桂酸二丁基锡,或叔胺、脒或胍,例如1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷(DABCO)或1,8-二-氮杂双环[5.4.0]-7-十一碳烯(DBU)。为了实现热活化,可以特别用苯酚或羧酸(特别是酚类或芳族羧酸)封闭叔胺、脒或胍。可逆地形成在温度升高时分解的盐或络合物。
优选的,第一组分K1连同第二组分K2的重量份额的总和具有小于1.5重量%,优选0-1重量%,特别是0-0.2重量%,特别优选0-0.05重量%,最优选0重量%份数额的三聚催化剂TK。术语“三聚催化剂”在本文中优选被理解为叔胺和二月桂酸二丁基锡,其能够催化形成异氰脲酸酯的反应。
优选地,三聚催化剂TK选自如下列表:DMEA(二甲基乙醇胺)、TMBDA(四甲基丁二胺)、烷基氨基醚(例如双(二甲基氨基乙基)醚)、哌嗪例如哌啶、烷基叔胺例如3-二烷基氨基丙酰胺、TEA(三乙胺)、N,N-二烷基-3-(二烷基氨基)丙胺、取代的吗啉例如N-乙酰胺基丙基吗啉、三-(二甲基氨基)苯酚和三(二甲基氨基甲基)苯酚,和二月桂酸二丁基锡。
其优点在于,组合物在固化反应中不会过快固化,或者组合物在固化反应中不会被过于剧烈地加热。
除了上述成分之外,组合物还可以包含如聚脲组合物领域的技术人员已知的其它成分。所述其它成分可以仅存在于一个组分中或存在于两个组分中。作为其它成分,可以特别存在溶剂,增塑剂和/或增量剂,填料例如特别是炭黑、白垩或层状硅酸盐,还有颜料,流变改性剂例如特别是无定形二氧化硅,干燥剂例如特别是沸石,助粘剂例如特别是三烷氧基硅烷,抵抗氧化、热、光辐射和UV辐射的稳定剂,阻燃物质,以及表面活性物质,特别是湿润剂和消泡剂。
优选地,组合物中不包含发泡物质或适合使反应产物发泡的物质。
第一和第二组分有利地这样配制,使得其以重量份计的混合比例在10:1至1:1,特别是7.5:1至2:1的范围内。两种组分之间的混合比例优选使得在经混合的组合物中,在固化之前异氰酸酯基团的数目和对异氰酸酯有反应性的基团的数目之间的比例大约为1.2至1,优选1.15至1.05。
两种组分的制备彼此分开地进行,并且至少对于第二组分K2,优选在排除水分的情况下进行。两种组分通常分别储存在各自的容器中。组合物的其它成分可以作为第一或第二组分的成分存在,其中对异氰酸酯基团有反应性的其它成分优选为第一组分的成分。用于储存各个组分的合适的容器特别是桶、瓶、袋、斗、罐、料盒或管。所述组分均是储存稳定的,亦即其在使用之前可以保存数月至一年和更久,而不会在与其使用相关的程度上改变其各自性质。
两种组分在混合组合物之前彼此分开地储存并且在使用时或紧接着使用之前才彼此混合。所述组分有利地存在于由两个彼此分开的室组成的包装中。
在另一个方面,本发明包括由具有两个彼此分开的室的包装组成的包装物,所述两个彼此分开的室分别包含组合物的第一组分或第二组分。
混合通常通过静态混合器或借助于动态混合器而进行。在混合时应注意,尽可能均匀地混合两种组分。当两种组分不完全混合时,出现与有利的混合比的局部偏离,这可能造成粘附和机械性能的劣化。
在第一组分与第二组分的异氰酸酯基团接触时通过化学反应开始固化。在此,存在的羟基和任选存在的其它相对于异氰酸酯基团有反应性的物质与存在的异氰酸酯基团反应。所述反应的结果是组合物固化成固体材料。所述过程也被称为交联。
因此,本发明的另一个主题是通过如本文中描述的组合物的固化获得的经固化组合物。
本发明的另一方面因此涉及用于粘合基材的方法,其中至少一个、优选两个基材是具有不饱和单元的弹性体材料,所述方法包括
a')混合如上所述的组合物,
b')用组合物涂布基材S1,
c')使基材S1的用组合物涂布的部分与基材S2接触,使得组合物设置在两个基材之间,并且
d')使组合物固化。
替代性地,还可以首先用组合物涂布基材S2然后与基材S1接触。同样有可能用组合物涂布两个基材S1和S2。然后接合待粘合部件,接着使组合物固化。在此需要注意,部件的接合在所谓的开放时间内进行,从而保证两个接合部件彼此可靠地粘合。
两个基材S1和S2的至少一者是具有不饱和单元的弹性体材料。优选地,两个基材S1和S2是具有不饱和单元的弹性体材料。
基材S2可以是与S1不同的材料或相同的材料。优选地,S1和S2由相同材料组成。
优选地,具有不饱和单元的弹性体材料是非极性橡胶类材料,特别选自橡胶、EPDM、NBR、SBR、SBS(苯乙烯/丁二烯/苯乙烯-三嵌段共聚物)和SIS(苯乙烯/异戊二烯/苯乙烯-三嵌段共聚物),特别优选NBR、SBR和EPMD,最优选NBR。
本发明的另一方面涉及用于修补基材中的缺陷(特别是裂缝或孔洞)的方法,其中基材是具有不饱和单元的弹性体材料,所述方法包括:
a)混合如上所述的组合物,
b)将组合物引入缺陷,并且
c)使组合物固化。
“缺陷”被理解为一个或多个缺陷。
优选地,在上述方法中在施加组合物之前不预处理基材。优选地,这种预处理不是物理和/或化学清洁方法,例如打磨、喷砂、梳理等,也不是用化学清洁剂处理,而是用于提高组合物在基材(特别是处于其清洁形式)上的粘附性的物理或化学方法。所述物理或化学方法特别选自如下列表:化学增粘剂、化学氧化剂(特别是释氯氧化剂和含过氧化氢的氧化剂)、电晕处理、等离子体处理和火焰处理。
所述预处理的缺点在于,它们需要额外费时的工序,造成开支并且提高方法的复杂性和出错率。优选地,在上述方法中在施加组合物之前不预处理基材表面的化学结构。
本发明的另一方面涉及通过上述方法获得的复合结构。优选地,复合结构为输送带、减震元件和轮胎,最优选输送带,特别是传送带。
最后本发明的另一方面涉及上述组合物用于修补缺陷(特别是裂缝或孔洞)、涂布或粘合基材(特别是输送带、减震元件和轮胎,特别是输送带)的用途,其中基材是具有不饱和单元的弹性体材料。关于这种优选的基材,参见上文对方法的描述。
在一个特别优选的实施方案中,所述基材是传送带(特别优选采矿工业中的传送带)的构件。
实施例
所使用的物质
表1
聚脲组合物的制备
对于组合物1-64,在排除水分的情况下通过真空溶解器将表1和表3或表5或表9中给出的第一组分K1的成分以给定的量(以重量份表示)加工成均匀糊剂并且保存。同样对表1和表3或表5或表9中给出的第二组分K2的成分进行加工和保存。然后通过(DAC 150FV,Hauschild)在30秒内将两种组分加工成均匀糊剂并且立即以如下方式进行检测:
为了确定机械性能,将粘合剂引入根据ISO 527第2部分1B的哑铃形模具中并且在23℃下储存或固化24h然后在80℃下储存或固化3h。在23℃下的24h的调节时间之后,根据ISO 527在Zwick Z020拉伸试验机上分别在表中给出的温度下以50mm/min的测试速度测量所制得的样本在0.05至0.25%伸长范围内的弹性模量(“E-模量”)、拉伸强度和断裂伸长。
凝胶时间以如下方式确定。以如下方式确定30g经混合的组合物:在混合之后将混合物直接引入隔热容器(由聚苯乙烯泡沫塑料制成)并且使用刮刀良好地手动搅拌所有物质60秒。确定直至手在不使用大力的情况下就不能移动刮刀的持续时间作为凝胶时间。
使用Mett ler DMA/SDTA 861e仪器根据DMTA-测量在条形样品(高度2-3mm,宽度2-3mm,长度8.5mm)上确定Tg-值(玻璃化转变温度),所述条形样品在23℃下储存或固化24h然后在80℃下储存或固化3h。测量条件为:拉伸模量测量,10Hz的激发频率和5K/min的加热速度。将样品冷却至-60℃并且加热至200℃从而确定复数弹性模量E*[MPa],其中读取损耗角“tanδ”曲线中的最大值作为Tg-值。
结果列于表8和图1和2中。
在表2中列出的待使用的样品上施涂相应的组合物。分别将组合物浇铸至铸模(1.3cm宽度/13cm长度/0.6cm深度),所述铸模的侧面通过胶带与试样固定连接,并且在铸模中静置12小时。之后除去铸模并且使样品(胶条)在23℃和50%相对空气湿度下固化7天然后测试。
粘合剂的粘附借助“胶条试验”确定。在此,在固化之后在紧挨着粘合面上方的端部处切开胶条。用圆嘴钳固定切割的胶条端部并且从基底上撕掉。其做法为:小心地将胶条卷绕至钳嘴上,并垂直于胶条拉伸方向设置切口直至空白基材。胶条拉伸速度这样选择,使得约每3秒钟必须产生一个切口。试验条长度必须为至少8cm。评估在撕掉胶条之后遗留在基底上的粘合剂(内聚断裂)。通过评价粘附表面的内聚份额进行粘附性能的评估:
1=>95%的内聚断裂
2=75-95%的内聚断裂
3=25-75%的内聚断裂
4=<25%的内聚断裂
5=0%的内聚断裂(纯粘合断裂)
使用如下试样:
表2
组合物1至29和组合物57是根据本发明的实施例。其余组合物是对比实施例。
表3和5和9中的“MV 100K1”表示:每100重量份组分K1使用所述数目的重量份的组分K2。组分K1或K2由所述量(用重量份表示)组成。例如在组合物9中,组分K1由96.7重量份Versal ink 650和3.3重量份pTHFdiAmin1300组成。组分K2由70重量份Isonate M143和30重量份预聚物-1组成。这两种组分以一定重量比例(K1:K2=100:44.3)通过SpeedMixer混合。
“NCO:Reakt”表示NCO-基团:NCO-反应性基团的摩尔比例。
表3
表4
n.b.=不可确定,由于迅速和剧烈的放热反应和由此造成的剧烈的不均匀性使得反应物料凝胶和过热,这妨碍样品的制备。
表5
表6
表7
胶条的机械性能:
+=胶条不撕裂并且力传递至粘合面
-=胶条极“弱”,迅速撕裂并且力不能传递至粘合面
表8
表9
表10
n.b.=不可确定,由于迅速和剧烈的放热反应和由此造成的剧烈的不均匀性使得反应物料凝胶和过热,这妨碍样品的制备。
其它聚脲组合物的制备
借助于Speed(DAC 150FV,Hauschild)在30秒内将96.5重量份MS-23和3.5重量份Ethacure 100加工成均匀糊剂并且将其立即以如下方式进行试验。由于剧烈的不均匀性造成反应物料的局部凝胶和过热,使得不能制备样品。
制备由100重量份Versalink P 1000和39重量份Ethacure 100组成的第一组分K1。通过(DAC 150FV,Hauschi ld)以一定的重量比例(K1:K2=100:65.6)在30秒内加工该第一组分K1和Isonate M 143。由于剧烈的不均匀性造成反应物料的局部凝胶和过热,使得不能制备样品。
制备由100重量份Versal ink P 1000和69重量份Versal ink 740M组成的第一组分K1。通过(DAC 150FV,Hauschi ld)以一定的重量比例(K1:K2=100:54)在30秒内加工第一组分K1和Isonate M 143。由于剧烈的不均匀性造成反应物料的局部凝胶和过热,使得不能制备样品。
结果:
DMTA-测量
根据本发明的组合物在宽的温度范围内显示出弹性模量的较小变化。
相比于Versal ink P 650(A1-1),具有Versal ink P 1000(A1-2)的组合物具有更低温度的第一Tg。其优点在于,直至很低的温度都存在或相对恒定地保持所发现的有利机械性能。这还造成两个相继的Tg之间的-20℃至40℃,优选-20℃至50℃范围内的明显温度间隔,这在保持不变的机械性能方面是有利的,因为许多技术应用(特别是传送带,尤其采矿工业中的传送带)落入所述温度范围。
相比于Desmodur VKS20,具有Isonate M143的组合物具有两个离散Tg而不是一个混合Tg,或者单个Tg之间的温度间隔更大,这有助于特别是在更大温度范围内保持不变的机械性能。
粘附性测量
出人意料地发现,根据本发明的组合物仅在橡胶上显示粘附,而不在TPO或硬质-PVC上显示粘附。
所有组合物在NBR上显示出最佳的粘附,在SBR上显示出次佳的粘附,在EPDM上显示出再次之的粘附。
包含Isonate M143而不是Desmodur VKS20的组合物在所有橡胶基材上显示出更好的粘附。
仅包含Versal ink P1000A1-2而不是仅包含Versal ink P650A1-2的组合物在EPDM上显示出更好的粘附。
Claims (16)
1.组合物,所述组合物包含至少一种第一组分和至少一种第二组分,其中
-第一组分K1包含
至少一种式(I)的二(氨基苯甲酸)酯A1
其平均分子量为500g/mol至2000g/mol,优选600g/mol至1500g/mol,特别优选650g/mol至1300g/mol,其中G为源自聚(四亚甲基醚)二醇的二价基团,并且
-第二组分K2包含
至少一种芳族多异氰酸酯B1,其平均分子量为160g/mol至1100g/mol,优选500g/mol至800g/mol,
其中第二组分K2的异氰酸酯基团和第一组分K1的对异氰酸酯有反应性的基团的摩尔比例为1.3至1.0,优选1.15至1.05。
2.根据权利要求1所述的组合物,其特征在于,多异氰酸酯B1具有2.0-4,优选2.1-2.4的NCO-官能度。
3.根据前述权利要求任一项所述的组合物,其特征在于,芳族多异氰酸酯B1为MDI和/或TDI,优选MDI。
4.根据前述权利要求任一项所述的组合物,其特征在于,芳族多异氰酸酯B1为这些多异氰酸酯的碳化二亚胺或脲酮亚胺或尿烷,特别是MDI-碳化二亚胺或MDI-脲酮亚胺或MDI-尿烷,优选MDI-碳化二亚胺。
5.根据前述权利要求任一项所述的组合物,其特征在于,第二组分包含60至100重量%,优选98至100重量%的芳族多异氰酸酯B1。
6.根据前述权利要求任一项所述的组合物,其特征在于,芳族多异氰酸酯B1具有第二组分K2的所有异氰酸酯基团的95-100摩尔%,特别是99-100摩尔%。
7.根据前述权利要求任一项所述的组合物,其特征在于,第二组分K2还包含至少一种具有异氰酸酯基团的聚氨酯聚合物B2。
8.根据前述权利要求任一项所述的组合物,其特征在于,二(氨基苯甲酸)酯A1为式(II)的化合物
并且n为9-14的值。
9.根据前述权利要求任一项所述的组合物,其特征在于,二(氨基苯甲酸)酯A1是平均分子量700-1000g/mol的二(氨基苯甲酸)酯A1-1和平均分子量1100-1300g/mol的二(氨基苯甲酸)酯A1-2的混合物,其中A1-1/A1-2的摩尔比例为0.01-100,特别是0.5-2。
10.根据前述权利要求任一项所述的组合物,其特征在于,第一组分K1还包含平均分子量900g/mol至2100g/mol、优选1200g/mol至1500g/mol的脂族、优选非支化的聚醚二胺A2,其中聚醚二胺A2具有1-15摩尔%、优选2-11摩尔%、特别优选2.5-7摩尔%的第一组分K1的对异氰酸酯有反应性的基团。
11.根据前述权利要求任一项所述的组合物,其特征在于,第一组分K1还包含平均分子量600g/mol至1200g/mol、优选900g/mol至1100g/mol的脂族、优选非支化的聚醚二醇A3,特别是聚(四亚甲基醚)二醇,其中聚醚二醇A3具有1-40摩尔%、优选2-10摩尔%的第一组分K1的对异氰酸酯有反应性的基团。
12.用于修补基材中的缺陷的方法,其中基材是具有不饱和单元的弹性体材料,所述方法包括
a)混合根据权利要求1至11任一项所述的组合物,
b)将组合物引入缺陷,和
c)使组合物固化。
13.用于粘合基材的方法,其中至少一个、优选两个基材是具有不饱和单元的弹性体材料,所述方法包括
a')混合根据权利要求1至11任一项所述的组合物,
b')用组合物涂布基材S1,
c')使基材S1的用组合物涂布的部分与基材S2接触,使得组合物设置在两个基材之间,和
d')使组合物固化。
14.根据权利要求12或13任一项所述的方法,其特征在于,具有不饱和单元的弹性体材料是非极性橡胶类材料,特别选自橡胶、EPDM、NBR、SBR、SBS和SIS,特别优选NBR、SBR和EPMD,最优选NBR。
15.通过根据权利要求12至14任一项所述的方法获得的复合结构。
16.根据权利要求1至11任一项所述的组合物用于修复缺陷、涂布或粘合基材的用途,所述基材特别是输送带、减震元件和轮胎,特别是输送带,其中基材是具有不饱和单元的弹性体材料。
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