CN108350322A - 粘合剂粘结法 - Google Patents
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Abstract
一种粘合剂粘结法，可以包括：‑处理硅酮部件的表面的至少一个区域以便将所述处理区域的表面能提高至大于30mJ/m2的值，‑提供双面粘合带，所述粘合带包含支撑带、在所述支撑带第一表面上的压敏粘合剂(PSA)的第一层以及在所述支撑带第二表面上的PSA的第二层，‑将非硅酮基结构性粘合剂涂覆至所述硅酮部件的所述表面的所述处理区域和/或涂覆至所述第一PSA层，‑使所述硅酮部件的所述表面的所述处理区域与所述第一PSA层接触，以及‑固化所述非硅酮基结构性粘合剂。通过此类方法可以获得组合件。
Description
技术领域
本公开涉及用于将粘合带固定至硅酮部件，尤其固定至硅酮成型元件的新颖方法，并且还涉及通过此方法获得的组合件。
具体实施方式
与图结合提供以下描述来帮助理解本文所公开的教示内容。以下论述将集中于教示内容的特定实施方案和实施例。提供此焦点以帮助描述教示内容，并且其不应被解释为对所述教示内容的范围或适用性的限制。然而，可以基于如本申请案中所公开的教示内容来使用其它实施例。
术语“包含(comprises/comprising)”、“包括(includes/including)”、“具有(has/having)”或其任何其它变化形式意图涵盖非独占性的包括。举例来说，包含特征列表的方法、制品或设备不一定仅限于那些特征，但可以包括没有明确列出的其它特征或所述方法、制品或设备所固有的其它特征。另外，除非明确相反地陈述，否则“或”是指包括性的或，而非排它性的或。举例来说，条件A或B通过以下中的任一个来得到满足：A是真的(或存在的)并且B是假的(或不存在的)、A是假的(或不存在的)并且B是真的(或存在的)以及A和B都是真的(或存在的)。
而且，使用“一(a/an)”是用于描述本文中所述的要素及组分。这样做仅是为方便起见和给出本发明范围的一般性意义。除非显而易见指的是其它情况，否则此描述应将包括一个、至少一个或单数个解读为也包括多个，或反之亦然。举例来说，当本文中描述单个项目时，可以使用多于一个项目来代替单个项目。类似地，在本文中描述多于一个项目时，可以用单个项目取代所述多于一个项目。
对应于元素周期表内的列的族编号基于日期为2011年1月21日版本的IUPAC元素周期表。
除非另外定义，否则本文所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的一般技术人员通常所理解相同的含义。材料、方法和实例仅是说明性的并且不欲为限制性的。就本文未描述的内容来说，关于具体材料和加工行为的许多细节是常规的并且可以见于粘合剂及组合件领域的教科书和其他来源中。
硅酮密封件固定于机身、火车身或机动车身可以借助于室温可硫化(RTV)硅酮粘合剂进行。然而，双组分混合物的固化时间相当长，约为几个小时至几十个小时，并且将密封件维持于位置处如此长的时间段可能难以进行。密封件借助于硅酮基结构性粘合剂以粘附方式直接粘结于支撑件的这一方式需要大的存储空间并且降低方法的总体产率。
总体来说针对在此类粘合带与硅酮表面之间产生足够强度的粘合剂粘结的困难，想出以下想法，在硅酮密封件上产生能够瞬时粘结于另一种材料的粘合表面，例如通过将带有压敏粘合剂(PSA)的粘合带粘附至密封件。
可以对硅酮的疏水性表面进行氧化表面处理(等离子体、电晕、UV-臭氧)以便至少暂时提高其表面能并且产生能够与粘合剂反应的-SiOH基团。表面能的这种提高随时间推移可能不稳定，并且材料可能再次逐渐变得疏水性。
针对获得PSA粘合带与先前通过表面处理活化(呈现更大亲水性)的硅酮表面之间的强粘合剂粘结，申请人已进行多个试验。其已经测试了包括硅酮基及非硅酮基结构性粘合剂的实施例，以及在两个表面之间产生可能的瞬时粘合的各种压敏粘合剂(PSA)。
出人意料地，这些试验已展示在某些实施例中可以通过组合结构性粘合剂与PSA类型的粘合剂来获得较高的粘合力(剥离强度)值。换句话说，申请人已发现在某些实施例中，在意图与硅酮成型元件接触的粘合带表面上存在PSA类型的粘合剂可以提高使用结构性粘合剂产生的粘合剂连接的剥离强度。
在一个实施例中，在支撑带表面以薄层形式存在的PSA粘合剂不会如可能担忧的减弱粘合剂粘结，而且惊人地加强粘合剂粘结，在某些实施例中，剥离强度与在不存在PSA的情况下相比高大约两倍到十倍。
因此本公开基于以下发现，通常意图借助于其高粘性以粘附方式直接粘结于待以粘附方式粘结的衬底的PSA可以用作一种连接层或底涂层，用于结构性粘合剂。
本公开的一个实施例可以包括粘合剂粘结法，所述方法包括：
-处理硅酮部件表面的至少一个区域，以便将处理区域的表面能提高至大于30mJ/m2、优选大于35mJ/m2的值，
-提供双面粘合带，所述粘合带包括：
●支撑带，优选由有机聚合物制成，
●在所述支撑带的第一表面上的PSA的第一层，意图使其与硅酮部件接触，
●在所述支撑带的第二表面上的PSA的第二层，
-将非硅酮基结构性粘合剂涂覆至硅酮部件表面的处理区域和/或涂覆至第一PSA层，
-使硅酮部件表面的处理区域与第一PSA层接触，这两个表面中的至少一个带有结构性粘合剂，以及
-固化非硅酮基结构性粘合剂。
本公开的一个实施例可以包括可以通过此类方法获得的组合件，所述组合件包括：
-硅酮部件及
-双面粘合带，所述粘合带包括：
●支撑带，优选由有机聚合物制成，
●在所述支撑带的第一表面上的PSA的第一层，
●在所述支撑带的第二表面上的PSA的第二层，
所述硅酮部件与所述双面粘合带可以使用非硅酮基结构性粘合剂不可逆地以粘附方式彼此粘结。
结构性粘合剂为可以用于以粘附方式不可逆地将两种材料粘结在一起的粘合剂。在一个实施例中，结构性粘合剂可以通过蒸发溶剂、标准冷却(热熔性粘合剂)或通过化学反应固化并且形成三维聚合网状结构(交联)。在一个具体实施例中，用于本公开的结构性粘合剂可以选自通过化学反应固化的那些粘合剂。结构性粘合剂的玻璃转化温度(Tg)通常但不一定显著大于设想的操作温度。在一个实施例中，结构性粘合剂可以呈玻璃态及刚性材料状态。在另一实施例中，可以使用意图在大于其Tg的温度下使用的结构性粘合剂，尤其聚氨基甲酸酯，但相比于具有高Tg的那些粘合剂可能不那么强力。在一个实施例中，无论Tg高于或低于设想的操作温度，如果粘合剂的粘合性能在热变量情况下不可见剧烈变化，那么选择Tg与操作温度差距相当大的结构性粘合剂通常是合理的。
在一个实施例中，结构性粘合剂的主要化学类别可以包括环氧树脂、丙烯酸、氰基丙烯酸以及酚系粘合剂，以及聚氨基甲酸酯及硅酮。如本文所用，术语“结构性粘合剂”不涵盖硅酮基粘合剂。用于本公开中的结构性粘合剂可以是非硅酮基粘合剂，也就是说它们可以包括小于30重量％、小于10重量％、小于5重量％并且理想地小于1重量％的聚有机硅氧烷。
如本文所用，术语“结构性粘合剂”涵盖单组分及双组分粘合剂组合物。
在一个实施例中，结构性粘合剂包括能够与具有不稳定氢的基团，尤其羟基反应的化学官能团，如异氰酸酯官能团(存在于聚氨基甲酸酯中)及环氧官能团(存在于环氧树脂粘合剂中)。此类官能团的存在可以提供结构性粘合剂在硅酮部件表面的良好粘合力，所述硅酮部件表面在表面处理后带有大量SiOH官能团。
由于上文陈述的理由，可以使用选自环氧树脂粘合剂及聚氨基甲酸酯的结构性粘合剂。
聚氨基甲酸酯结构性粘合剂组合物类型可以包括具有异氰酸酯官能团的预聚物及固化剂，所述固化剂通常为多元醇或包含至少两个具有不稳定氢的官能团的另一种化合物。固化剂还可以是大气水分。聚氨基甲酸酯类型的结构性粘合剂尤其描述于以下专利中：US 4,511,626、US 4,515,933、US 4,551,517、US 5,290,853、US 5,719,252、US 5,723,534、US 5,852,103、US 5,900,809以及US 6,130,268，其中的每一个以全文引用的方式并入本文中。
它们是例如3MTM SCOTCH-WELDTM氨基甲酸酯粘合剂系列的粘合剂或BOSTIKTM PU结构胶粘剂。
环氧树脂结构性粘合剂通常包含具有缩水甘油基官能团的单体或预聚物及胺固化剂。环氧树脂结构性粘合剂描述于例如以下专利申请中：US 7,157,143、US 8,618,204、US 2004/0072927以及US 2008/0045670，其中的每一个以全文引用的方式并入本文中。环氧树脂结构性粘合剂可以单组分组合物或包含两种紧接在使用前混合的反应性组合物的双组分试剂盒的形式提供。
压敏粘合剂(PSA)可以支撑件带有的薄层形式存在。它们可以通过单纯的接触及施加压力以粘附方式几乎立刻粘结于待以粘附方式粘结的材料。尽管存在一些具有极高粘附性的PSA，但将其它PSA视为非结构性或半结构性粘合剂，也就是说粘合剂粘结是可逆的。PSA的玻璃转化温度通常低于设想的操作温度。在环境温度下，形成粘合剂层的聚合物网状结构可以是粘弹性流体，聚合物链的高移动性可以帮助在粘合剂与待以粘附方式粘结的表面之间形成大量弱键(凡得瓦尔力(van der Waals)及氢键)。
PSA可以通过其粘性、其剥离强度及其剪切强度表征。
通常，压敏粘合剂的三种主要化学类别是突出的：
-弹性体基PSA，
-丙烯酸PSA以及
-硅酮基PSA。
在一个实施例中，PSA不包括硅酮基PSA。在双面粘合带第一表面上使用的那些PSA可以是丙烯酸PSA。涂覆于所述带第二表面的PSA可以根据其必须粘附的材料自由地选择。
包含至少一层丙烯酸PSA的双面粘合带是已知的并且描述于多个专利申请中，可以借助于实例提及以下专利申请：US2011/0244230、US2011/012966、US2013/0078463、US8828 539、US2001/0033988、EP 0 587 752、EP 2 385 090、EP 2 499 194、EP 2 551 320以及US 2011/0043737。
此类包含至少一个丙烯酸PSA层的双面粘合带为可商购的，并且由例如圣戈班功能塑料(Saint-Gobain Performance Plastics)在名称A6100至A6300下出售，或由SCAPA在名称AS1270、AS1160、AS197K以及C705下出售。
意图借助于结构性粘合剂以粘附方式粘结于硅酮部件表面的第一PSA层展现10与50g/m2之间、优选15与40g/m2之间的每单位面积重量。
支撑带可以由任何适合于所设想用途的材料制成。它可以是基于纤维素纤维如纸的带，或基于以非编织品形式拼接的聚合物纤维的带。在优选实施例中，支撑带可以是基于热塑性有机聚合物的膜。它可以是膨胀膜，也就是说泡沫。
形成本公开双面粘合带的支撑带的聚合物可以选自以下组成的组：聚酯、聚(氯乙烯)、含氟聚合物、聚酰亚胺、乙烯/丙烯/二烯单体(EPDM)、聚氨基甲酸酯、丙烯酸酯以及聚烯烃，如聚乙烯。
在一个特定实施例中，双面粘合带可以由均匀质量的丙烯酸泡沫粘合剂组成。在此类粘合带中，上文所述的三个层(第一PSA层、支撑带以及第二PSA层)无法与彼此区分开，因为它们由同一种材料形成，所述材料即在表面呈现PSA的性质的粘弹性丙烯酸材料。此类带由3M在名称下出售。
硅酮部件可以是空心或实心成型元件。这一成型元件宜包含会接受双面粘合带的平坦表面。双面粘合带的长度优选大体上等于成型元件的长度。此外，在涂覆/粘合剂粘结之后，双面粘合带可以完全覆盖成型元件的平坦表面。
在一个实施例中，为了非硅酮基结构性粘合剂最佳地粘附于硅酮部件，有必要通过引起硅酮部件表面能升高的表面处理制备硅酮部件的表面。硅酮(聚有机硅氧烷)通常在处理之前展现约为20mJ/m2的表面能。然而，此类表面不会令人满意地被非硅酮基粘合剂组合物湿润。
在一个实施例中，由此对待与非硅酮基结构性粘合剂接触的硅酮部件的表面区域进行表面处理，所述表面处理使得有可能将表面能提高至至少等于30mJ/m2的值。将本发明中的所有表面能值理解为已根据座滴法(sessile drop method)使用欧文斯-万特(Owens-Wendt)理论(D.Owens及R.Wendt,聚合物表面自由能估算(Estimation of the SurfaceFree Energy of Polymers),在应用聚合物科学杂志(J.Appl.Polym.Sci.)中,13(1969),第1741-1747页)确定。
表面处理宜可为通过火焰、通过含氧气(O2)等离子体、通过等离子体炬、通过电晕放电、通过红外照射或通过UV-臭氧或化学处理的处理，例如用强酸、强碱或氧化剂处理。
亲水化处理可以在经处理表面与非硅酮基结构性粘合剂接触的不久之前进行。这是因为所处理区域的亲水性质仅为暂时性的并且消失相当快。已知名称为“疏水性恢复(hydrophobic recovery)”的这一现象可以在仅数分钟内发生并且通常是因为硅烷醇基缩合、极性基团的再定向以及低分子量组分从部件内部向表面迁移。
在一个实施例中，表面处理宜在使经处理区域与非硅酮基结构性粘合剂接触之前少于5分钟、优选少于3分钟并且更优选仍少于一分钟进行。
非硅酮基结构性粘合剂可以涂覆至硅酮部件表面的所述区域，或另外涂覆至双面粘合带的PSA层，亦或同时涂覆至两者。优选地涂覆至硅酮部件。
非硅酮基结构性粘合剂可以8与1500g/m2之间、优选40与450g/m2之间的量涂覆。
非硅酮基结构性粘合剂的固化可以在不提供能量的情况下进行，例如当固化反应在双组分粘合剂的两种反应物之间进行时，所述反应物以在即将涂覆之前混合的两种独立组合物的形式储存，或另外在单组分粘合剂的情况下其使用大气水分用于固化反应。
固化反应可以通过提供热或光化能量触发或加速。因此当粘合带和/或硅酮部件不透光时可以使用光可固化粘合剂组合物。
固化非硅酮基粘合剂层的厚度可以介于10μm与1mm之间，或介于50μm与300μm之间。
在一个有利实施例中，将压力施加至粘合剂粘结密封件用于固化阶段的至少一部分。
上文所述的粘合剂粘结法可以是连续方法，其中上文所述阶段中的每一个(硅酮的表面处理-涂覆结构性粘合剂-接触-翘曲)对应于专用设备中的工作台。在此类专用设备中，硅酮部件，优选硅酮成型元件，连续传递：
-进入表面处理台，
-任选地进入用于涂覆非硅酮基结构性粘合剂的台，
-进入用于使硅酮部件与双面粘合带接触的台，并且随后
-进入加热或照射台。
硅酮部件与双面粘合带之间的粘合剂粘结密封展现大于8N/cm，优选介于10与100N/cm之间，尤其介于12与80N/cm之间的剥离强度(根据标准ISO 4578测量)。
实例1(根据本发明)
通过模制或挤压硅酮配制物产生包含平坦表面的硅酮部件。硅酮部件的平坦表面用等离子体(分子氧及氮以200l.min-1的流动速率)以200W功率处理15分钟。将聚氨基甲酸酯结构性粘合剂(3MTMScotch-WeldTM氨基甲酸酯粘合剂DP605NS)以薄膜形式沉积于经处理表面上。将丙烯酸双面粘合带(来自圣戈班功能塑料的Normount A6300)施加至粘合剂层。使组合件在轻微压力下固化24小时。将双面带从硅酮部件剥离所必需的力为16N/cm(标准ISO 4578)。
实例2(比较)
通过模制或挤压硅酮配制物产生包含平坦表面的硅酮部件。硅酮部件的平坦表面用等离子体(分子氧及氮以200l.min-1的流动速率)以200W功率处理15分钟。将聚氨基甲酸酯结构性粘合剂(3MTMScotch-WeldTM氨基甲酸酯粘合剂DP605NS)以薄膜形式沉积于经处理表面上。将具有乙烯基支撑物的单面粘合带的非粘附性表面施加至粘合剂层。使组合件在轻微压力下固化24小时。将双面带从硅酮部件剥离所必需的力为5N/cm(标准ISO 4578)。
实例3(比较)
通过模制或挤压硅酮配制物产生包含平坦表面的硅酮部件。硅酮部件的平坦表面用等离子体(分子氧及氮以200l.min-1的流动速率)以200W功率处理15分钟。将聚氨基甲酸酯结构性粘合剂(3MTMScotch-WeldTM氨基甲酸酯粘合剂DP605NS)以薄膜形式沉积于经处理表面上。将具有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)支撑物的单面粘合带的非粘附性表面施加至粘合剂层。使组合件在轻微压力下固化24小时。将双面带从硅酮部件剥离所必需的力为6N/cm(标准ISO 4578)。
实例4(比较)
通过模制或挤压硅酮配制物产生包含平坦表面的硅酮部件。硅酮部件的平坦表面用等离子体(分子氧及氮以200l.min-1的流动速率)以200W功率处理15分钟。将丙烯酸双面粘合带(来自圣戈班功能塑料的Normount A6300)施加至经处理表面。使组合件在轻微压力下固化24小时。将双面带从硅酮部件剥离所必需的力为1.5N/cm(标准ISO4578)。
Claims (15)
1.一种粘合剂粘结法，包含：
-处理硅酮部件的表面的至少一个区域以便将所述处理区域的表面能提高至大于30mJ/m2的值，
-制备可用的双面粘合带，所述粘合带包含：
·支撑带，
·在所述支撑带的第一表面上的压敏粘合剂(PSA)的第一层，
·在所述支撑带的第二表面上的PSA的第二层，
-将非硅酮基结构性粘合剂涂覆至所述硅酮部件的所述表面的所述处理区域和/或涂覆至所述第一PSA层，
-使所述硅酮部件的所述表面的所述处理区域与所述第一PSA层接触，以及
-固化所述非硅酮基结构性粘合剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述第一PSA层的所述粘合剂为丙烯酸粘合剂。
3.根据权利要求1及2中任一项所述的方法，其中所述非硅酮基结构性粘合剂包含能够与具有不稳定氢的基团，优选与羟基反应的官能团。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述非硅酮基结构性粘合剂选自环氧树脂粘合剂及聚氨基甲酸酯。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中形成所述双面粘合带的所述支撑带的聚合物选自聚酯、聚(氯乙烯)、含氟聚合物、聚酰亚胺、乙烯/丙烯/二烯单体、聚氨基甲酸酯、丙烯酸酯或聚烯烃，如聚乙烯。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述支撑带为泡沫。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一PSA层展现10与50g/m2之间、优选15与40g/m2之间的每单位面积重量。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述双面粘合带由均匀质量的丙烯酸泡沫粘合剂形成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述表面处理为通过火焰、通过含氧气(O2)等离子体、通过等离子体炬、通过电晕放电、通过红外照射或通过UV-臭氧或化学处理的处理，例如用强酸、强碱或氧化剂处理。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述硅酮部件为包含平坦表面的成型元件。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述双面粘合带的长度大体上等于所述成型元件的长度，所述双面粘合带优选完全覆盖所述成型元件的所述平坦表面。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法为连续方法。
13.根据权利要求12所述的方法，其中将所述硅酮部件依次传递至：
-表面处理台，
-任选地用于涂覆所述结构性粘合剂的台，
-用于使所述硅酮部件与所述双面粘合带接触的台，以及
-加热或照射台。
14.一种可以通过根据前述权利要求中任一项所述的方法获得的组合件，包含：
-硅酮部件及
-双面粘合带，所述粘合带包含：
·支撑带，
·在所述支撑带的第一表面上的压敏粘合剂(PSA)的第一层，
·在所述支撑带的第二表面上的PSA的第二层，
所述硅酮部件与所述双面粘合带使用非硅酮基结构性粘合剂不可逆地以粘附方式彼此粘结。
15.根据权利要求14所述的组合件，其中所述硅酮部件与所述双面粘合带之间的粘合剂粘结密封展现大于8N/cm或介于10与100N/cm之间的剥离强度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180731 |