CN1192070C - 含有可热膨胀微胶囊的胶粘剂组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种组合物及其应用，以及将其作为玻璃窗胶粘剂使用的方法。该组合物含有一种胶粘剂和分散在其中作为压力致动器的可热膨胀的微胶囊。所述微胶囊受热引发，释放出包封在微胶囊外壳内的至少一种挥发性试剂。

Description

含有可热膨胀微胶囊的胶粘剂组合物
本发明涉及一种胶粘剂，用于将两个表面密封到一起，特别是常用于装配玻璃行业，以及用于交通工具的挡风玻璃和/或窗子和/或其它需要更换的交通工具零件，如汽车仪表盘，但不限于此；本发明也提供一种方法，用来安装和/或更换交通工具挡风玻璃和/或其它交通工具、建筑物等上的固定玻璃。
发明背景
一般在木/塑料/金属框上装窗玻璃时，首先将窗玻璃保持在靠着钉子或其它扣子的适当位置，然后用油灰或胶泥材料将其固定在该位置。常用的油灰是由白垩粉和亚麻子油制成的粘固剂，经过一段时间硬化，给窗玻璃提供一个外边框，因此将内外环境分开，并防止空气、水气和/或热传递。一旦油灰变干则安装完成，这通常用6个小时左右取决于所用胶泥的种类。
窗玻璃固定在窗框的适当位置之后，要将其除去则需要打碎窗子，以便从窗框刮落/铲掉硬化的油灰或胶泥。清除操作可能损坏窗框和清漆。
应用中，窗玻璃的四边被紧紧地卡住，以致甚至相对较小的机械振动，如地震或炸弹冲击波或强风都可能引起窗玻璃破碎。
在汽车工业中，直接从工厂生产线上下来的车子一般都有挡风玻璃和其它固定窗子，包括固定在适合位置的光学部件，其通过将玻璃靠着窗框边安放并使用胶粘剂以便直接安装玻璃。挡风玻璃和其它固定窗子的寿命比交通工具本身的寿命明显要短，这部分是由于老化或损坏，或被破坏者/偷车贼故意打破造成的。因此，在该交通工具的使用年限内，汽车驾驶员可能需要若干次更换挡风玻璃。
另外，任何时侯窗子特别是挡风玻璃的光学性能受损坏时，例如被石头击中或其它破裂或被刮水器磨损，都不得不更换已粘牢的玻璃窗。窗表面的损坏可能增加光的散射，并且可能使可见度降低到安全限度以下。另外，汽车价值规则(MOT)规定，在层压挡风玻璃上不能有屑片或可视缺陷，所以尽管近来已经改善了挡风玻璃的防碎性，它们仍然易于碎裂和断裂，因此将需要更换。
换交通工具的挡风玻璃的方法既费力又费时。汽车玻璃装配工首先要除去有缺陷的挡风玻璃(通常是整个的)，然而挡风玻璃牢牢地粘在适当位置上，并且粘合密封胶也已硬化。一般，装配工使用包括线锯(cheesewire)的装置。线锯用来沿挡风玻璃的边缘切/锯开硬化的橡胶。该方法需要体力，并且由于反复扭伤可能导致装配工自己的肌肉骨骼疾病。该方法的其它相关问题是由于摩擦可能使线锯过热，另外金属线本身可能断开。
将挡风玻璃与密封胶分离的其它方法包括：利用机械振荡器刀/刀具切开硬化的物质或；在用或者线锯或者专业刀具除去挡风玻璃之前，直接加热，如用激光束以软化密封剂。直接将密封剂加热的方法的问题在于，软化硬化的密封胶所需热量可能伴随和无意中损坏交通工具的油漆和/或其它外表面。例如，脉冲设置太快的脉冲激光器不能产生足够能量来碳化密封胶，而脉冲设置太慢的脉冲激光器将使密封胶燃烧并将其液化。
一旦挡风玻璃除去橡胶密封剂，可以将其除去并且在将其更换以前把围绕物刮落。从现有技术已知，用氨基甲酸乙酯基胶粘剂将更换的挡风玻璃固定/密封在适当位置，并且从配料枪施用胶粘剂到指定的外缘上，以便不影响挡风玻璃的眺望性能。胶粘剂一般用约8小时固化。
近来的进展给该行业提供了快固剂/催化剂的包体，从而加速了从交通工具拆卸到交通工具安装的时间。快固剂/催化剂可以在胶粘剂组合物中预混合提供，或者选择在从配料枪出口处与胶粘剂混合。然而，仍然存在着清除有缺陷的挡风玻璃的问题，并且随后的更换既费力又费时，可以导致对仪表盘内部或交通工具油漆的破坏。
能满足交通工具安全压碎和碰碎标准，并且能从交通工具上容易、有效和无损害地除去有缺陷的挡风玻璃或其它固定玻璃的胶粘剂将为该行业和消费者提供直接改善。
在一个完全不同的技术领域中，已知将可热膨胀的微胶囊或微球体用于制造多孔或轻质材料作为覆盖物或器壁，这种材料具有密度(重量)低、隔声和隔热性质好。微胶囊或微胶囊包括一个聚合物壳或其它类似物质的壳，该壳有一定的厚度和化学/物理/机械性能。该壳包封的物质如挥发性有机溶剂、可膨胀的气体或活化剂，包括炸药或任何其它能够炸开该壳并在某指定条件膨胀的物质，还有选择性的基质。在被加热到足够温度时(一般约75-180℃左右，这取决于包封物质和壳的组成和厚度)，微胶囊可以以高膨胀率产生体积增大，在有些情况下体积膨胀限度高达原始体积的70-160倍。给定组合物中微球体的百分比和分布状态、它们的膨胀率、温度作用范围、壳物质的软化转变范围和基质内聚力和稠度都是能影响二种材料之间的层膨胀体积的参数。
我们已经发现，通过混合一种有合适流变性能的胶粘剂和某个百分比的粉未状的具有特定尺寸分布范围的特制微胶囊，所得的组合物能为玻璃窗提供有效的粘合和密封。另外，其特别的优点是组合物中的粘合力可以通过直接加热该组合物而削弱，由此使粘合材料充分软化，以便可以轻易地吊起交通工具的挡风玻璃/固定的玻璃窗，并且很快除去。提升压力可以通过计算机软件预计(该软件是本发明的一部分)，并且将膨胀的微球体如同胶粘剂状态体积中的触发机械压力致动器和如同两个层之间交界面上的“炸弹式”致动器一样处理。
我们相信本发明主要提供聚酯物质在汽车玻璃窗装配行业中的应用/使用。
应理解，本发明的胶粘剂已经应用于其它领域，特别是将两个表面结合到一起，并且其中一个表面可能后来随着损坏或磨损需要更换，例如淋浴设备的门和交通工具仪表盘以及其它建筑用玻璃窗，但不限于此。
此处所称的交通工具将包括汽车、卡车、货船、小船、飞机、缆车、直升飞机、气垫船和任何其它带有固定玻璃窗的运输工具，但是不限于此。
发明说明
本发明的主要方面是提供一种组合物，其含有一种加热引发的钝化粘合微胶囊或微球体或微珠体(microbead)，一般微胶囊或微球体或微珠体常分散在另一介质中，如一种胶粘剂或底胶，或分散在两个层之间的界面上。
根据本发明的第一个方面，提供一种含有胶粘剂和分散在其中的可热膨胀微胶囊的组合物。
此处所称的微胶囊将包括微球体或微珠体。
优选微胶囊各包括一个外壳，其包封至少一种可膨胀的气体或挥发性可膨胀试剂或一种爆炸物。优选该外壳由聚合物或其它适合的物质组成。
优选该胶粘剂是氨基甲酸乙酯或聚氨酯或聚氯乙烯或MS聚合物。
优选该可热膨胀的胶囊是有特定尺寸范围和性质的粉末状的微球体或中空纤维。
该粉末可以以预混合方式在容器中提供给该胶粘剂，或者该粉末可以从配料装置在出口引入并与该胶粘剂或其一个组分混合，即该组合物可以形成预混合物，或者在使用时或在使用前不久形成。为了最佳混合，可以在配料装置后面装上静态混合器，适宜地润滑组合物的出口。
优选该组合物另外含有快固剂或催化剂，由此使胶粘剂组合物快速固化或凝固。优选该组合物含有着色剂，以便使固化组合物是黑色的。
此处所称的固化指胶粘剂混合物的硬化或凝固，所述硬化或凝固可以是化学的或者非化学的强化。
优选所述微胶囊包封多种物质，理想的是该物质选自膨胀剂、能升华的试剂、水、爆炸物或活化剂。
优选该活化剂能够发泡或收缩。本发明包括同时使用包封各种不同试剂的微胶囊，既可以分别使用又可以结合使用。添加的微胶囊通过破裂或渗透过聚合物外壳进行活化，由此将其内含物释放出来，以便与胶粘剂混合物反应。它们的活化是特定应用条件的结果，因此是可控的。在膨胀状态中，微球体不打破/破坏其外壳而保持完整，所以活化的组合物含有完好的膨胀微球体和已经释放其内含物进入基质组合物的微胶囊。
应理解，胶囊内的膨胀剂能够活化胶粘剂组合物的发泡过程，并且该试剂能够升华以使该组合物在某指定条件下膨胀。这些过程都发生在微胶囊外壳破裂/破坏之后，并因此为易于吊起和除去固定的玻璃窗做出贡献。在微胶囊中包含水将使胶粘剂组合物在一定的条件下变弱，而活化剂的存在将使胶粘剂组合物交联或聚合，由此发生收缩并使胶粘剂组合物变弱。
优选该微球体的直径为10-120μm。
优选该微胶囊外壳厚度为3-7μm。
优选，该组合物含有的微胶囊为1-30体积％，更优选2-10体积％。
优选该组合物通过加热活化，其中热活化的温度是80-170℃，理想的是120-150℃。
优选，该组合物由以下微胶囊的混合物组成：不同直径或外壳厚度的微胶囊，或不同热活化温度或不同适用膨胀系数的微胶囊。
在天然加热条件下，交通工具挡风玻璃的温度可以达到100℃以上。因此，本发明的组合物中微胶囊的热活化温度需要超过任何可能发生的天然温度，而低于可能损坏交通工具仪表盘衬板或油漆的温度。可以设想，本发明的组合物可以应用于许多领域和许多不同气候，因此该组合物可以按选定的热活化范围提供，这取决于预定的用途和/或对于两种微胶囊，即膨胀微球体和有可破外壳的微胶囊的使用领域。例如，在组合物用于固定和密封淋浴设备的门的情况下，可以设想，胶粘剂组合物微胶囊的热活化温度范围将为80-100℃，而对于大多数汽车玻璃窗，该微胶囊的热活化温度范围将是120-150℃。任选在各组合物中，用户可以要求微胶囊能够释放出固化剂和/或能收缩的活化剂。
微胶囊的热活化使珠体/纤维热膨胀，因此沿玻璃窗的边缘产生压力。这有效降低胶粘剂物质的粘度和剪切或撕裂应力。另外，微胶囊的热活化或膨胀降低了内聚力和/或两个被粘合表面之间的胶粘剂膜的界面粘合力，被粘合表面通常是窗框和玻璃层。内聚力和界面粘合力之一或两者都降低，有助于降低破坏应力，从而一旦微胶囊在指定温度范围和时间范围内膨胀(一般不过5分钟)有利于将粘牢的玻璃窗从窗框上除去。因此，本发明的组合物借助于降低在胶粘剂和两个被粘表面(玻璃和窗框表面)之间的界面上的化学和/或物理粘结力，而将粘牢的玻璃窗除去。换言之，由于膨胀微胶囊的作用，粘合破坏只发生在两个粘合表面的界面上。使用中，微胶囊一旦被活化，除了粘合材料本身膨胀，粘合材料的内聚力和材料与各层之间的界面上的粘合力也下降，导致该玻璃窗与窗框的整个粘接松开，从而从那里可以轻易地吊起并除去挡风玻璃或玻璃窗。
根据本发明的另一个方面，提供了一种含有胶粘剂和分散在其中的可热膨胀微胶囊的组合物作为玻璃窗胶粘剂的应用。
优选该组合物还包括此前所述的任何一个或多个特征。
根据本发明的又一个方面，提供一种含有底胶和分散在其中的可热膨胀微胶囊的组合物。优选该组合物还包括此前所述的任何一个或多个特征。
根据本发明的另一个方面，提供一种含有底胶和分散在其中的可热膨胀微胶囊的组合物作为玻璃窗胶粘剂的应用。
优选该组合物还包括此前所述的任何一个或多个特征。
应理解，本发明也包括将微胶囊直接施用于玻璃窗表面和/或交通工具的车身上的应用。
根据本发明的又一个方面，提供了一种安装和/或更换交通工具挡风玻璃或固定的玻璃窗的方法，包括以下步骤：
(i)靠着交通工具的窗孔边框齐平放置一个挡风玻璃；
(ii)将本发明第一方面的组合物施用在挡风玻璃周边上；
(iii)留出充分的时间固化胶粘剂；
(iv)对固化的胶粘剂施加热源，其中所加热量足以引起微胶囊的热膨胀，因此降低胶粘剂内聚力和该组合物的界面粘合力；和
(v)从主车身除去该挡风玻璃。
应当理解，在一个方面中，安装方法包括步骤i-iii，而另一方面，更换方法包括步骤iv-v。
如此所述，通过应用本发明方法，可以比现有技术方法更快速和有利地将交通工具挡风玻璃或固定玻璃窗除去和/或更换，同时对窗框和/或油漆损坏更小，因此该方法对于装配工和顾客两者来说都是更合算的。

Claims (37)

1.一种用胶粘剂组合物将两个表面结合到一起，并且在后来将一个所述的结合的表面从胶粘剂组合物上除去的方法，其特征在于胶粘剂组合物包含可热膨胀微胶囊和胶粘剂，除去所述表面包括对胶粘剂组合物加热，从而引起所述可热膨胀微胶囊膨胀并有助于从胶粘剂组合物上除去所述表面。
2.权利要求1的方法，其中该微胶囊各包括一个外壳，包封至少一种可膨胀的气体。
3.权利要求1的方法，其中该微胶囊各包括一个外壳，包封至少一种挥发性可膨胀试剂。
4.权利要求1的方法，其中该微胶囊各包括一个外壳，包封至少一种爆炸物。
5.权利要求2-4任一项的方法，其中该外壳由聚合物组成。
6.权利要求1的方法，其中该胶粘剂是氨基甲酸乙酯或聚氨酯或聚氯乙烯或MS聚合物。
7.权利要求1的方法，其中该胶粘剂组合物还含有：
i)快固剂或催化剂，和/或
ii)着色剂，以便使固化组合物是黑色的。
8.权利要求1的方法，其中该微胶囊直径为10-120μm。
9.权利要求1的方法，其中该微胶囊外壳厚度为3-7μm。
10.权利要求1的方法，其中该微胶囊在胶粘剂组合物中的含量为1-30体积％。
11.权利要求10的方法，其中该微胶囊的含量为2-10体积％。
12.权利要求1的方法，其中胶粘剂组合物含有以下微胶囊的混合物：不同直径或外壳厚度的微胶囊，或不同热活化温度或不同膨胀系数的微胶囊。
13.权利要求1的方法，其中该微胶囊包含在膨胀时不破坏其外壳的微球体。
14.权利要求1的方法，其中组合物通过加热活化，加热活化温度范围为80-170℃。
15.权利要求14的方法，其中胶粘剂组合物被加热到温度为120-150℃。
16.权利要求1的方法，其中粉末状的微球体与胶粘剂在一个容器中预混合以形成预混合物。
17.权利要求1的方法，其中可热膨胀微胶囊为粉末状的中空纤维，其与胶粘剂在一个容器中预混合以形成预混合物。
18.权利要求1的方法，其中粉末状的微球体在一个容器中引入胶粘剂或底胶并与之混合。
19.权利要求1的方法，其中可热膨胀微胶囊为粉末状的中空纤维，其在一个容器中引入胶粘剂或底胶并与之混合。
20.权利要求1的方法，其用于固定和除去玻璃窗。
21.一种安装交通工具挡风玻璃或固定的玻璃窗的方法，包括以下步骤：
(i)靠着交通工具的窗孔边框齐平放置一个挡风玻璃或玻璃窗部件；
(ii)将权利要求1-13任一项所述的胶粘剂组合物施加到该挡风玻璃的周边上；和
(iii)留出充分的时间固化胶粘剂或干燥底胶。
22.一种除去交通工具挡风玻璃或固定的玻璃窗部件的方法，它们用权利要求1-13任一项所述的胶粘剂组合物粘合在适当位置上，该方法包括以下步骤：
(i)对固化的胶粘剂施加热源，其中所加热量足以引起微胶囊的热膨胀，因此降低胶粘剂内聚力和该组合物的界面粘合力；和
(ii)从主车身除去该挡风玻璃。
23.可热膨胀微胶囊在一种包含胶粘剂的组合物中用于热引发降低该固化的组合物的粘合力的应用。
24.权利要求23的应用，其中该微胶囊各包括一个外壳，包封至少一种可膨胀的气体或挥发性可膨胀试剂。
25.权利要求24的应用，其中该外壳由聚合物组成。
26.权利要求23的应用，其中该胶粘剂是氨基甲酸乙酯或聚氨酯或聚氯乙烯或MS聚合物。
27.权利要求23的应用，其中该胶粘剂组合物还含有：
i)快固剂或催化剂，和/或
ii)着色剂，以便使固化组合物是黑色的。
28.权利要求23的应用，其中该微胶囊直径为10-120μm。
29.权利要求23的应用，其中该微胶囊外壳厚度为3-7μm。
30.权利要求23的应用，其中该微胶囊在胶粘剂组合物中的含量为1-30体积％。
31.权利要求30的应用，其中该微胶囊的含量为2-10体积％。
32.权利要求23的应用，其中粘合力降低是在80-170℃的温度下引发的。
33.权利要求32的应用，其中粘合力降低是在120-150℃的温度下引发的。
34.权利要求23的应用，其中胶粘剂组合物含有以下微胶囊的混合物：不同直径或外壳厚度的微胶囊，或不同热活化温度或不同膨胀系数的微胶囊。
35.权利要求23的应用，其中该可热膨胀微胶囊为在膨胀时不破坏其外壳的微球体。
36.一种将包括胶粘剂和分散在其中的钝化粘合的可热膨胀微胶囊的组合物用于固定玻璃窗的应用。
37.一种包括底胶和分散在其中的钝化粘合的可热膨胀微胶囊的组合物作为玻璃窗胶粘剂的应用。
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