TW202124650A - 分散黏著劑 - Google Patents

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羅伯特 萊柏瑞堤
彼得 庫科
馬汀 麥裘爾斯
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Abstract

本發明係關於以水性聚胺酯或聚胺酯-脲分散液為基礎的水性分散黏著劑調配物,及關於黏著劑調配物用於藉由噴霧凝固法(spray coagulation process)黏合發泡體基板的用途。

Description

分散黏著劑
本發明係關於以水性聚胺酯或聚胺酯-脲分散液為基礎的水性分散黏著劑調配物、其製備方法,及分散黏著劑用於藉由噴霧凝固法黏合發泡體基板的用途。
當將發泡體基板與其他基板(例如發泡體-發泡體、發泡體-木材和發泡體-塑膠之組合)進行黏合時,主要係以噴霧凝固法(spray coagulation process)使用聚氯平分散黏著劑。在此法中,黏著劑和凝固劑分開被輸送到噴槍中、在噴霧器中混合及凝固。由於在噴霧器中才進行混合,故無需考量適用期(pot life)。此外,凝固的黏著劑仍留在待黏合基板表面,即使有,也只有少量擴散到發泡體基板的孔隙結構內。這樣通常可獲得高初始強度、足夠長的晾置時間(open time)和良好耐熱性。
這種噴霧凝固法的重要應用領域為製造褥墊和座椅家具。特別係北歐國家,為了滿足如北歐環保標章的要求,需有不含有機氯的聚氯平分散黏著劑的替代品。此外,它們應具有高初始強度、足夠長的晾置時間和良好耐熱性。
基於水性聚胺酯分散液的黏著劑已在全世界被廣泛應用於高要求的工業領域,例如製鞋、汽車內裝零件接合、片材層疊或織物基板黏合。
在使用基於水性聚胺酯分散液的黏著劑接合基板的情況下,通常係在熱活化法後進行。在此情況下,將分散液施用於基板上,在水完全蒸發後,藉由加熱(例如使用紅外輻射器)來活化黏著劑層並轉化成黏著狀態。將黏著劑膜變黏的溫度稱作活化溫度。
然而,使用聚胺酯或聚胺酯-聚脲分散液時,亦可採用濕式接合法,也就是說,在施用黏著劑後立即進行黏著劑黏合。在此情況下,在黏著劑固化前,需要對待連接部件進行機械固定。此法常用於木材或織物基板的黏合。
熱活化法和濕式接合法對發泡體基板的黏合適用性有限。尤其是水的緩慢蒸發,在施用黏著劑與接合過程之間需要有較長的等待時間或相應的乾燥安裝。此外,在乾燥之前或期間,有相當部分的黏著劑會擴散到發泡體基板的孔隙內,然後無法用於實際接合。
基於水性聚胺酯分散液的黏著劑在市場上已經成熟,但一般不適合使用噴霧凝固法,因其他們經常凝固不夠快,導致耐熱性差,特別係對於難處理的基板,例如具高回復力的發泡體,它們不能顯示出足夠的黏著力和強度。晾置時間(即從施用黏著劑直至將待連接部件連接在一起的時間,在此期間仍可獲得足夠好的接合連接)通常亦少於2分鐘。就許多接合法而言,需要明顯更長的時間。
WO 2013/053786 A1描述一種水性聚胺酯分散液,依據DIN 65467,利用微差掃描熱卡計以20 K/min的加熱速率測定,其聚合物具有在30℃至50℃範圍的熔融溫度,其中聚合物可由兩種不同結晶聚酯聚醇依特定定量比獲得。這些聚胺酯分散液主要適合作為冷接觸黏著劑,但也可以噴霧凝固法使用。然而,依此可達成的強度對大多數發泡體接合應用而言並不足夠。
BASF AG(Ludwigshafen,德國)的Luphen® D DS 3548提供一種環氧樹脂改質的聚胺酯分散液,其據述尤其亦適用噴霧凝固法。在此所用的環氧樹脂的基礎為雙酚A二縮水甘油醚。由於這些環氧樹脂特別是受到終端使用者極嚴格地看待而普遍遭拒,因此市場需要不以環氧樹脂為基礎的黏著劑和其他產品。
WO 2014/182170 A1描述使用特定的無氣噴霧法進行噴霧凝固法。為此,既使用聚氯平分散液與增黏劑分散液混合物,也使用聚胺酯分散液與增黏劑分散液混合物。然此本文件中未進一步具體說明。其提及應用領域為褥墊和家具製造業的發泡體黏合。
US 2015/0079339 A1描述多層物件,也尤其由發泡體基板組成,其藉由使用聚胺酯分散液,在100至200℃的溫度範圍黏合製造。為防止黏著劑分散液滲透到基板的孔隙中,可視情況添加凝固劑,但不使用噴霧凝固法。
因此,本發明的目的為提供一種不含有機氯和環氧化物的聚氯平分散黏著劑替代品,用於藉由噴霧凝固法黏合發泡體基板,其無先前技術的缺點,即使對於難處理的基板也展現足夠的黏著力和強度,特別係在具高回復力的發泡體的情況下。此外,其目的是實現高耐熱性,特別係至少70℃,及長晾置時間,特別係至少5分鐘。
現驚人地發現,含有水性聚胺酯或聚胺酯-脲分散液、至少一塑化劑與視情況的至少一增黏樹脂的混合物的水性黏著劑調配物適用於藉由噴霧凝固法黏合發泡體基板,且沒有先前技術的缺點。
因此,本發明提供含有以下之混合物的調配物: I.    水性聚胺酯或聚胺酯-脲分散液,其含有至少一聚合物A)作為分散相,其在乾燥後呈半結晶或結晶且具有為30至80℃的熔融溫度和≥35 J/g的熔化焓(fusion enthalpy); II.   至少一塑化劑B);及 III.  視情況的至少一增黏樹脂C), 其中按整體存在的固體計,混合物含有: 60重量%至80重量%的至少一聚合物A); 20重量%至40重量%、較佳21重量%至40重量%的至少一塑化劑B);及 0重量%至10重量%的至少一增黏樹脂C), 且A)、B)與C)的量按重量計合計為100重量%。
按整體存在的固體計,混合物較佳含有: 65重量%至80重量%的至少一聚合物A); 20重量%至35重量%、較佳21重量%至35重量%的至少一塑化劑B);及 0重量%至10重量%的至少一增黏樹脂C), 其中A)、B)與C)的按重量計合計為100重量%。
按固體計,混合物特佳含有: 70重量%至80重量%的至少一聚合物A); 20重量%至30重量%、較佳21重量%至30重量%的至少一塑化劑B);及 0重量%至10重量%的至少一增黏樹脂C), 其中A)、B)與C)的量按重量計合計為100重量%。
與本發明有關的被稱作聚胺酯分散液的分散液含有至少一聚合物作為分散相,其狹義上可為一或多種聚胺酯,即那些由聚醇與聚異氰酸酯聚合而得的聚合物,但亦可為其中單胺及/或二胺用作形成組分(可用作擴鏈劑)的那些。可根據本發明使用的分散液因此可稱作水性聚胺酯或聚胺酯-脲分散液。
當聚合物依據DIN 65467,利用DSC以20 K/min的加熱速率測量出現熔融峰時,稱之為半結晶或結晶。熔融峰係因聚合物中規則子結構熔融所致。由本發明調配物中得到的聚合物或聚合物層的熔融溫度在此情況下較佳在35至80℃的範圍內,特佳為40至70℃,非常特佳為42至55℃。由本發明調配物中得到的聚合物層的熔化焓為≥35 J/g,較佳為≥40 J/g,特佳為≥45 J/g。評估第一次加熱,以一併偵測緩慢結晶的聚合物。
儘管本發明的教示原則上可用任何分散的聚胺酯或聚胺酯-脲聚合物作為聚合物A)來實現,但根據本發明,至少一聚合物A)較佳由下列形成: A(i)   至少一結晶或半結晶雙官能聚酯聚醇,其具有至少400 g/mol的數目平均分子量和至少35℃的熔融溫度和至少35 J/g的熔化熱; A(ii)  視情況的至少一雙官能聚醇組分,其具有62至399 g/mol的數目平均分子量; A(iii) 異氰酸酯組分; A(iv) 帶有至少一離子或潛在離子基團的至少一異氰酸酯-反應性組分;及 A(v)  視情況的其他異氰酸酯-反應性組分。
本發明的水性分散液包含15重量%至60重量%的至少一聚合物和40重量%至85重量%的水,較佳為30重量%至50重量%的至少一聚合物和50重量%至70重量%的水,特佳為40重量%至50重量%的至少一聚合物和50重量%至60重量%的水。
該至少一聚合物含有50重量%至95重量%的成分A(i)、0至10重量%的成分A(ii)、4重量%至25重量%的成分A(iii)、0.5重量%至10重量%的成分A(iv)和0至30重量%的成分A(v),其中成分總和合計為100重量%。
在本發明的較佳形式中,該至少一聚合物含有65重量%至92重量%的成分A(i)、0至5重量%的成分A(ii)、6重量%至15重量%的成分A(iii)、0.5重量%至5重量%的成分A(iv)和0至25重量%的成分A(v),其中成分總和合計為100重量%。
在本發明的特佳形式中,該至少一聚合物含有75重量%至92重量%的成分A(i)、0至5重量%的成分A(ii)、8重量%至15重量%的成分A(iii)、0.5重量%至4重量%的成分A(iv)和0至15重量%的成分A(v),其中成分總和合計為100重量%。
在本發明的非常特佳形式中,該至少一聚合物含有80重量%至90重量%的成分A(i)、0至3重量%的成分A(ii)、8重量%至14重量%的成分A(iii)、0.5重量%至3重量%的成分A(iv)和0至10重量%的成分A(v),其中成分總和合計為100重量%。
適合的結晶或半結晶雙官能聚酯聚醇A(i)特別係基於二羧酸及/或其衍生物(諸如酸酐、酯或醯氯)的直鏈或微分支的聚酯聚醇,且較佳為脂族直鏈聚醇。二羧酸及/或其衍生物的混合物亦適用。適合的二羧酸例如為己二酸、琥珀酸、癸二酸或十二烷二酸。較佳者係琥珀酸、己二酸和癸二酸及其混合物,特佳者係琥珀酸和己二酸及其混合物,非常特佳者係己二酸。按所有羧酸總量計,其用量為至少90莫耳%,較佳為95至100莫耳%。
雙官能聚酯聚醇A(i)可例如藉由二羧酸與聚醇的聚縮合而製備。聚醇較佳具有62至399 g/mol的分子量、由2至12個碳原子組成,較佳為非支鏈、雙官能,且較佳具有一級OH基。
可用於製備聚酯聚醇A(i)的實例包括多元醇,例如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、1,2-丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、四丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、2,3-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、1,4-二羥基環己烷、1,4-二羥甲基環己烷、1,8-辛二醇、1,10-癸二醇、1,12-十二烷二醇或其混合物。
用於聚酯聚醇A(i)的較佳聚醇組分為1,2-乙二醇、1,4-丁二醇和1,6-己二醇。特佳為1,4-丁二醇和1,6-己二醇,非常特佳為1,4-丁二醇。
聚酯聚醇A(i)可由一或多種聚醇形成。在本發明的較佳具體實例中,其只由一種聚醇形成。
若具有至少400 g/mol的數目平均分子量和至少35℃的熔融溫度之結晶或半結晶雙官能聚酯聚醇具有至少50 J/g的熔化熱,則以其製得的聚合物通常具有≥35 J/g的熔化熱。若有需要,可稍微改變組成物的聚酯聚醇A(i)含量或藉由小幅改變聚酯聚醇的熔化熱,以調整聚合物的熔化熱。這些措施只消探索性實驗,完全在本領域一般技術人士的實踐經驗範圍內。
聚酯聚醇A(i)的製備乃先前技術中所周知。
聚酯聚醇A(i)的數目平均分子量較佳為400至4000 g/mol,更佳為1000至3000 g/mol,特佳為1500至2500 g/mol,非常特佳為1800至2400 g/mol。
結晶或半結晶聚酯聚醇的熔融溫度通常為至少35℃,較佳為40至80℃,特佳為42至60℃,非常特佳為45至52℃。熔化熱為≥35 J/g,較佳為≥40 J/g,特佳為≥50 J/g。
適合作為形成組分A(ii)、具有62至399 g/mol分子量的雙官能聚醇組分的實例包括上述用於製備聚酯聚醇A(i)的聚醇。低分子量聚酯二醇、聚醚二醇、聚碳酸酯二醇或其他聚合物二醇原則上亦適用,只要其具有62至399 g/mol的分子量。
本領域一般技術人士已知聚合物二醇的數目平均分子量例如可由OH數(羥基數)計算而得。對於單體聚醇,分子量對應於絕對分子質量,單位為g/mol。
適合的形成組分A(iii)為每分子具有至少二游離異氰酸酯基團的任何所欲有機化合物。較佳者係使用二異氰酸酯Y(NCO)2 ,其中Y係具4至12個碳原子的二價脂族烴基團、具6至15個碳原子的二價環脂族烴基團、具6至15個碳原子的二價芳族烴基團或具7至15個碳原子的二價芳脂族烴基團。較佳使用的這種二異氰酸酯的實例包括四亞甲基二異氰酸酯、甲基五亞甲基二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、十二亞甲基二異氰酸酯、1,4-二異氰酸基環己烷、1-異氰酸基-3,3,5-三甲基-5-異氰酸基甲基環己烷、4,4’-二異氰酸基二環己基甲烷、4,4’-二異氰酸基-2,2-二環己基丙烷、1,4-二異氰酸基苯、2,4-二異氰酸基甲苯、2,6-二異氰酸基甲苯、4,4’-二異氰酸基二苯基甲烷、2,2’-和2,4’-二異氰酸基二苯基甲烷、四甲基二甲苯基二異氰酸酯(tetramethylxylylene diisocyanate)、對二甲苯基二異氰酸酯、對異亞丙基二異氰酸酯及上述化合物組成的混合物。
亦可使用一定比例、在聚胺酯化學中本身已知的高官能度聚異氰酸酯或本身已知且例如包含碳二亞胺基、脲甲酸酯基、異氰脲酸酯基、胺基甲酸酯基及/或縮二脲基的改質聚異氰酸酯。
除了這些簡單的二異氰酸酯,在連結異氰酸酯基的基團中含有雜原子及/或每分子的官能度大於2個異氰酸酯基的聚異氰酸酯亦適用。前者例如為藉由改質簡單的脂族、脂環族、芳脂族及/或芳族二異氰酸酯製備、由至少兩種二異氰酸酯形成並具有脲二酮、異氰脲酸酯、胺基甲酸酯、脲甲酸酯、縮二脲、碳二亞胺、亞胺基㗁二𠯤二酮及/或㗁二𠯤三酮結構的聚異氰酸酯。每分子具有大於2個異氰酸酯基的未改質聚異氰酸酯的一個例子為4-異氰酸基甲基辛烷1,8-二異氰酸酯(壬烷三異氰酸酯)。
特佳的形成組分A(iii)為六亞甲基二異氰酸酯(HDI)和1-異氰酸基-3,3,5-三甲基-5-異氰酸基甲基環己烷(IPDI)及其混合物。
較佳的帶有至少一離子或潛在離子基團的異氰酸酯-反應性組分A(iv)為單羥基與二羥基羧酸、單胺基與二胺基羧酸、單羥基與二羥基磺酸、單胺基與二胺基磺酸,還有單羥基與二羥基膦酸或單胺基與二胺基膦酸及其鹼金屬和銨鹽。實例為二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸、羥基三甲基乙酸、N-(2-胺基乙基)-β-丙胺酸、N-(2-胺基乙基)-2-胺基乙烷磺酸、N-(2-胺基乙基)-2-胺基乙烷羧酸、乙二胺丙基磺酸或乙二胺丁基磺酸、1,2-或-1,3-丙二胺-β-乙基磺酸、蘋果酸、檸檬酸、乙醇酸、乳酸、甘胺酸、丙胺酸、牛磺酸、離胺酸、3,5-二胺基苯甲酸、IPDI與丙烯酸的加成物(EP-A 0 916 647,實施例1)及其鹼金屬及/或銨鹽;亞硫酸氫鈉加至丁-2-烯-1,4-二醇上的加成物,聚醚磺酸鹽、2-丁烯二醇與NaHSO3 的丙氧化加成物,例如描述於DE-A 2 446 440(第5-9頁,式I-III)。非常適合鹽形成的是鈉、鉀、鋰、鈣的氫氧化物和三級胺,例如三乙胺、二甲基環己胺和乙基二異丙胺。其他胺類亦可用於鹽形成,例如氨、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺、甲基二乙醇胺、胺基甲基丙醇及所述胺類與其他胺類的混合物。有利地,這些胺類是在異氰酸酯基廣泛轉化後才加入。
其他適合作為組分A(iv)的是藉由加入酸後可轉化成陽離子基團的單元,例如N-甲基二乙醇胺。
特佳的組分A(iv)為那些具有羧基及/或羧酸根及/或磺酸根者。
非常特佳為N-(2-胺基乙基)-2-胺基乙烷磺酸和N-(2-胺基乙基)-2-胺基乙烷羧酸的鈉鹽,特別係N-(2-胺基乙基)-2-胺基乙烷磺酸的鈉鹽。另外,非常特佳者係二羥甲基丙酸的鹽。
異氰酸酯-反應性組分A(v)可為如含至少一羥基或胺基的聚氧伸烷醚。常用的聚環氧烷烴聚醚醇可以本身已知方式由適合起始分子烷氧化而得。適用於烷氧化反應的環氧烷烴特別係環氧乙烷和環氧丙烷,其在烷氧化反應中可單獨或一起使用。
異氰酸酯-反應性組分A(v)的其他實例為單胺、二胺及/或多胺及其混合物。
單胺的實例為脂族及/或脂環族一級及/或二級單胺,例如乙胺、二乙胺、異構丙胺與丁胺、較高直鏈脂族單胺和脂環族單胺,例如環己胺。其他實例為胺醇,即在一個分子中含有胺基與羥基的化合物,例如乙醇胺、N-甲基乙醇胺、二乙醇胺或2-丙醇胺。二胺實例為1,2-乙二胺、六亞甲基-1,6-二胺、1-胺基-3,3,5-三甲基-5-胺基甲基環己烷(異佛酮二胺)、哌𠯤、1,4-二胺基環己烷和雙(4-胺基環己基)甲烷。己二酸二醯肼、肼和水合肼亦適用。其他實例為胺醇,即在一個分子中含有胺基與羥基的化合物,例如1,3-二胺基-2-丙醇,N-(2-羥乙基)乙二胺或N,N-雙(2-羥乙基)乙二胺。聚胺實例為二伸乙三胺和三伸乙四胺。
在本發明的較佳形式中,根據本發明所用至少一聚合物含有至少一單胺及/或至少一二胺作為異氰酸酯反應組分A(v),以調整莫耳質量。
水性聚胺酯或聚胺酯-脲分散液較佳不含任何外部乳化劑。
在本發明的特定具體實例中,至少一聚合物A)含有作為組分A(i)的己二酸與1,4-丁二醇的聚酯、作為組分A(ii)的1,4-丁二醇、作為組分A(iii)的1-異氰酸基-3,3,5-三甲基-5-異氰酸基甲基環己烷(IPDI)、作為組分A(iv)的N-(2-胺基乙基)-2-胺基乙烷磺酸的鈉鹽及作為組分A(v)的二乙醇胺。
上述在乾燥後呈半結晶或結晶、具有30至80℃的熔融溫度和≥35 J/g的熔化焓之聚合物A)較佳存於根據本發明之調配物中。
根據本發明,調配物亦可存有超過一種對應聚合物A),例如二、三或更多種對應聚合物A)。
在另一較佳具體實例中,除了上述聚合物A),還有至少一其他聚合物存於根據本發明之調配物中,特別係不同於上述作為組分A(i)之聚合物A)的較佳結構之聚合物,其含有具有至少400 g/mol的數目平均分子量的至少一非晶、雙官能聚酯聚醇。
特佳地,聚合物A)與至少一其他聚合物的混合物在乾燥後呈半結晶,並具有在30至80℃範圍內之熔融溫度和≥35 J/g的熔化焓。
「塑化劑」係指加入聚合物使之變柔軟、可撓曲、可延展、柔順以供使用或進一步加工的化學物質。
根據本發明,作為塑化劑B),較佳使用帶有極性基的非揮發性低分子量化合物。較佳的塑化劑為二(苯氧基乙基)縮甲醛(di(phenoxyethyl) formal)和基於芳族羧酸(如鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、苯甲酸、偏苯三甲酸)、基於脂族羧酸(如馬來酸、富馬酸、琥珀酸、乙酸、丙酸、丁酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、檸檬酸、環己烷二羧酸)或基於脂肪酸(如油酸、蓖麻油酸或硬脂酸)之非揮發性酯化物,及磷酸酯類、磺酸酯類或烷基磺酸酯類。較佳還有環氧化植物油,例如環氧化亞麻油和環氧化大豆油。
特佳為二(苯氧基乙基)縮甲醛、對苯二甲酸二丁酯、苯酚烷基磺酸酯類和苯甲酸系酯類。非常特佳為二(苯氧基乙基)縮甲醛、對苯二甲酸二丁酯和二丙二醇二苯甲酸酯。在本發明的特佳具體實例中,所用塑化劑B)為二(苯氧基乙基)縮甲醛或二丙二醇二苯甲酸酯。在本發明的非常特佳具體實例中,所用塑化劑B)為二丙二醇二苯甲酸酯。
在本發明的較佳具體實例中,不存在增黏樹脂C),即根據本發明之調配物含有以下之混合物: I.    水性聚胺酯或聚胺酯-脲分散液,含有作為分散相的至少一聚合物A),其在乾燥後呈半結晶或結晶且具有為30至80℃熔融溫度和≥35 J/g的熔化焓; II.   至少一塑化劑B), 其中按整體存在的固體計,混合物含有: 60重量%至80重量%的至少一聚合物A); 20重量%至40重量%、較佳21重量%至40重量%的至少一塑化劑B), A)與B)的量按重量計合計為100重量%。
根據此具體實例之混合物按整體存在的固體計較佳含有: 65重量%至80重量%的至少一聚合物A); 20重量%至35重量%、較佳21重量%至35重量%的至少一塑化劑B), 其中A)與B)的量按重量計合計為100重量%。
根據此具體實例之混合物按整體存在的固體計特佳含有: 70重量%至80重量%的至少一聚合物A); 20重量%至30重量%、較佳21重量%至30重量%的至少一塑化劑B), 其中A)與B)的量按重量計合計為100重量%。
在本發明的第二具體實例中,存在至少一增黏樹脂C)。若根據本發明之混合物中存在至少一增黏樹脂C)作為組分C),則其存在的量例如為0.1重量%至10重量%,較佳為1重量%至10重量%,特佳為2重量%至8重量%,其中組分依所述量存在,A)、B)與C)的量按重量計合計為100重量%。
「增黏樹脂」係指當作增黏劑並提高塑膠或黏著劑的黏著力的樹脂。
所用增黏樹脂C)可為天然或合成樹脂,例如脂族、芳族改質、芳族與氫化烴樹脂、萜烯樹脂、改質萜烯樹脂和萜烯-酚樹脂,或為樹木樹脂(tree resin)衍生物,例如松香、改質松香(如松香系樹脂酯化物(松香酯)、巴杉樹衍生物(脂松香)和松油衍生物(松油松香))。增黏樹脂可單獨或混合使用。
所用增黏樹脂C)較佳為松香和改質松香。特佳使用松香系樹脂酯類。增黏劑可作為100%樹脂或作為分散液在根據本發明的調配物中使用,只要能提供相容性即可(如對抗相分離的穩定性)。在本發明的特佳具體實例中,使用水性松香酯的分散液(松香酯分散液)作為組分C)。
根據本發明之調配物較佳利用噴霧凝固法黏合。在此法中,水性黏著劑調配物和凝固劑被分開輸送到二組分噴槍及在噴霧器中混合。噴霧一般係在0.1至5巴壓力下使用霧化器空氣進行。然亦可如WO 2015/137808所述,無氣傳送二組分中的至少一者。噴霧器中的分散液在往第一基板表面途中凝固;存於黏著劑分散液的一部分水已在過程中蒸發。撞擊時,黏著劑聚合物在第一基板表面形成膜,其在濕潤狀態下立即具有黏性。由於黏著劑分散液與凝固劑在噴霧器中才進行混合,是以無需考量適用期。考慮到聚合物膜在濕潤狀態下的黏性,可立即接合第二表面,理想的情況是,例如在基板上朝向黏著表面施加壓力。藉由把二基板表面壓在一起以施加壓力係有利的,因此可提高接合強度。亦有利的是,二基板中的至少一者為多孔或可讓水滲透的,使水得從固化黏著接點流出。
適合的凝固劑包括鹽的水溶液,較佳為元素週期表中第一、第二和第三主族金屬的水溶液,特別係如果他們展現良好水溶性。較佳使用基於二價或三價陽離子的鹽。特佳使用氯化鈣、硫酸鋅或硫酸鋁。非常特佳使用氯化鈣。如上描述的不同鹽類的混合物亦可用作水溶液。
適合作為凝固劑的鹽水溶液的鹽濃度通常為1重量%至20重量%,較佳為2重量%至10重量%,特佳為3重量%至4重量%。按黏著劑溶液與凝固劑溶液的總和計,凝固劑水溶液的比例為0.1重量%至50重量%,較佳為1重量%至30重量%,特佳為8重量%至20重量%,極佳為12重量%至18重量%。
或者,所用的凝固劑亦可為無機酸或有機酸水溶液,較佳為檸檬酸、磷酸或碳酸,及一或多種上述鹽類與一或多種所述酸的混合物。
根據本發明之調配物較佳係藉由混合水性聚胺酯或聚胺酯-脲分散液與塑化劑和視情況的增黏樹脂而製備。此可依任何所欲順序完成。較佳先裝入聚胺酯分散液,然後邊攪拌下依序是視情況的增黏樹脂C)和塑化劑B)。在此較佳使用能引入夠大剪切力的攪拌器。適合的攪拌器乃熟諳此技術者所周知,或可以簡單初步實驗決定。
在發泡體基板具有70 kg/m3 或更高的高發泡體密度和因此具有相關的高回復力的情況下,使用本發明調配物以噴霧凝固法產生黏合可展現足夠的立即強度。
發泡體基板應理解為意指由發泡體製成的基板,發泡體通常為具蜂巢結構且低密度的合成製造物質。在此可區分成開孔、閉孔和混孔發泡體。發泡體可視硬度分成硬質發泡體(rigid foam)和軟質發泡體(flexible foam)。幾乎所有塑膠都適合發泡。發泡體的重要特徵係發泡體密度。此以kg/m3 表示,及給定邊長1公尺的發泡體塊重量。發泡體密度視為是區分發泡體的最重要特性,其他性質與之息息相關。發泡體密度越高,回復力越大,對黏著劑的立即強度要求越高。
原則上,根據本發明之調配物適合以噴霧凝固法黏合所有發泡體基板。較佳為黏合開孔與混孔發泡體基板。在此,即使具高發泡體密度和高回復力的發泡體基板也可黏合。
在本發明的較佳具體實例中,發泡體基板由聚胺酯(如聚醚與聚酯發泡體)及/或橡膠(如天然橡膠(NR)、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、乙烯-丙烯-二烯聚合物(EPDM)、丁二烯-丙烯腈橡膠(NBR)或氯平橡膠(CR))組成。
在本發明的特佳具體實例中,發泡體基板由聚胺酯組成。
使用本發明調配物以噴霧凝固法產生的黏合顯示出至少70℃、較佳至少80℃的耐熱性。
晾置時間(即藉由噴霧凝固法施用本發明調配物至將待連接零件連接在一起的時間,在此期間仍可獲得夠佳的接合連接)通常為至少5分鐘,較佳為至少8分鐘。
再者,根據本發明之調配物對各式各樣的其他基板具有良好黏著力,例如發泡體、木材、紙張、皮革、織物、軟木和塑膠(熱塑性塑膠、彈性體、熱固性塑膠、複合材料),例如不同質性聚氯乙烯、聚胺酯、聚醋酸乙烯酯、ABS、橡膠、聚醋酸酸乙烯乙酯或聚碳酸酯。
含本發明調配物的黏著劑組成物故適於黏合任何預定基板,較佳由上述材料形成。
因此,本發明亦關於本發明調配物的用途,用於黏合由發泡體、木材、紙張、皮革、織物、軟木和塑膠(熱塑性塑膠、彈性體、熱固性塑膠、複合材料)組成的基板,例如不同質性聚氯乙烯、聚胺酯、聚醋酸乙烯酯、ABS、橡膠、聚醋酸乙烯乙酯或聚碳酸酯,特別係用於發泡體至發泡體、發泡體至木材、發泡體至塑膠及織物至各種基板的黏合。
本發明更佳係關於根據本發明的用途,其中至少一待黏合基板為發泡體基板,其係選自包含聚胺酯發泡體(如聚醚與聚酯發泡體)或發泡體橡膠(如由天然橡膠(NR)、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、乙烯-丙烯-二烯聚合物(EPDM)、丁二烯-丙烯腈橡膠(NBR)或氯平橡膠(CR)形成)的群組。
本發明更關於使用本發明調配物製造的褥墊或家具。實施例
本發明將以實施例為基礎進一步詳述如下。在此使用下面方法和測試方法。A) 噴霧凝固法:
使用二組分分散黏著劑用標準噴槍(即Walther Pilot的PILOT III 2K)進行施用。將黏著劑和凝固劑CaCl2 (3重量%的水溶液)分開輸送到噴槍並在噴霧器中混合,使黏著劑凝固。由於在噴霧器中才進行混合,因此無需考慮適用期。選用86重量%的黏著劑分散液與14重量%的CaCl2 比例的溶液。
噴槍的精確設置原則上乃熟諳此技術者所周知,並可就具體情況修改,而不會造成過多負擔,且可以簡單初步實驗決定。重新稱量儲液容器和基板,以確定定量比和施用重量。
使用以下設定: a.)黏著劑組分:輸送壓力1.3巴 b.)凝固劑組分:輸送壓力0.3巴 c.)霧化器氣壓:2.8巴 d.)用於黏著劑組分的孔徑(噴嘴):1.0 mm e.)用於凝固劑組分的孔徑(噴嘴):0.4 mm f.)施用重量:130-150 g/m2 (濕)B) 初始強度測定 B1)試樣 標準發泡體變型
作為測試材料,如下使用PU發泡體:發泡體等級stn/schaumstoff-technik-NürnbergGmbH,型號ST 5540,試樣尺寸101×49×30 mm,材料基礎為PUR,顏色白色,總密度40 kg/m³,淨密度38 kg/m3 (ISO-845),壓縮硬度5.5 kPa (40%,DIN EN ISO 3386),拉伸強度>120 kPa (DIN EN ISO 1798),斷裂伸長率>110% (ISO-1798),壓縮形變<4 (50%/70℃/22小時,DIN EN ISO-1856)。 硬質發泡體變型
作為測試材料,使用如下PU發泡體(硬質):發泡體等級stn/schaumstoff-technik-NürnbergGmbH,型號ST 5540,試樣尺寸100×50×30 mm,材料基礎為PUR,顏色白色,總密度70 kg/m³,淨密度64 kg/m3 (ISO-845),壓縮硬度12.0 kPa (40%,DIN EN ISO 3386),拉伸強度>100 kPa (DIN EN ISO 1798),壓縮形變<5 (50%/70℃/22小時,DIN EN ISO-1856)。 B2)初始強度測定
使用ST 5540 PU發泡體試樣(1)作為測試材料。用於測定初始強度的設備如圖1所示。為評估初始強度,在藉由噴霧凝固法將黏著劑施用(施用速率為130至150 g/m2 (濕))至發泡體(1)的上側(2)後,立即用木棒(3) (7×7 mm2 )將試樣從中間摺疊(4),並藉由測試設備(5)通過2個鋼輥(6) (直徑40 mm,長度64 mm)饋送,剛輥的切線間距(7)事先用螺紋心軸(8)設為10 mm。 B3)初始強度評估
如果試樣或接縫(9)在試樣中存在回復力的情況下不再發生脫開,則初始強度是足夠的(正向評估)。
為更適當地量化初始強度,對其進行以下評估: 1. 優(+++): 將試樣從兩輥之間的縫隙拉出一次後,立即承受應力,發泡體在120秒後從兩側拉開會出現材料撕裂,或只有耗費很大力量才能再次展開。 2. 非常好(++): 將試樣從兩輥之間的縫隙拉出一次後,立即承受應力,但發泡體在120秒後從兩側拉開,無需耗費很大力量便可輕鬆地再次展開。 3. 好(+): 儘管將試樣從二輥之間的縫隙拉出一次後,試樣就展開了,然而在重複或後續手動加壓(施加1倍壓力,計約1秒)後,試樣仍保持閉合。 4. 差(-): 在拉過輥多次後或手動加壓後,皆不承受應力,且試樣是展開的。C) 耐熱性測試方法 耐熱性的測定
為測試耐熱性,依據方法B2由標準發泡體變型的PU發泡體(參見B1)和木棒(7×7 mm2 )製造試樣。首先將閉合的試樣儲放在室溫下24小時,然後在空氣循環烘箱中在40℃下20分鐘。如果試樣未展開,則按每20分鐘10℃逐步升溫,直到接合失效為止。當在此溫度下經過20分鐘後仍未觀察到接合失效,則稱之為具對應溫度示值的耐熱性。D) 利用 DSC 確定玻璃轉化溫度、熔融溫度和熔化焓
利用微差掃描熱分析(DSC),使用Perkin-Elmer的Pyris Diamond DSC卡計,測定玻璃轉化溫度、熔融溫度和熔化焓。為此,用刮刀將分散液塗佈至玻璃片上,以100 μm的濕膜厚度製膜,晾乾2小時,隨後把膜連同玻璃片一起放入乾燥箱,在室溫暨相對室內濕度0%下乾燥3天。隨後,使用該膜中的10 mg的樣品材料,依下列測量條件記錄DSC曲線:快速冷卻至起始溫度-100℃,然後在氦氣環境下和以液態氮冷卻的情況下以20 K/min的加熱速率和320 K/min的冷卻速率進行從-100℃至+150℃的三段加熱。玻璃轉化溫度對應於玻璃轉化高度一半處的溫度,以第三段加熱作為評估。對於熔融溫度和熔化焓的測定,評估的是第一段加熱。E) 晾置時間測試方法
將100 g/m2 的調配物施用於22×5 cm大小的試樣(標準發泡體)。試樣的厚度為3 cm。將試樣從中摺疊,然後用手掌將其接在一起一次。使用對應製備試樣量,在每次間隔1分鐘後,重複此程序,直至黏合失效。晾置時間為接合失效前測定的持續時間。最長的測量時間為20分鐘。F) 原料 - 聚酯I:由1,4-丁二醇和己二酸形成的聚酯二醇,OH數=50。 - 聚酯II:由1,6-己二醇和鄰苯二甲酸酐形成的聚酯二醇,OH數=56。 - Desmodur® H:六亞甲基-1,6-二異氰酸酯(Covestro Deutschland AG, Leverkusen/德國)。 - Desmodur® I:異佛酮二異氰酸酯(Covestro Deutschland AG, Leverkusen/德國)。 - 二丙二醇二苯甲酸酯:塑化劑,商品實例包括比利時蒙聖吉貝爾Synegis公司的Synegis 9100、或Eastman Chemical Company的Benzoflex 9-88。 - Aquatac® XR-4343:水性松香酯分散液,固含量為60重量%(Kraton Corporation, Almere/荷蘭)(增黏樹脂)。實施例 1 :水性聚胺酯或聚胺酯 - 脲分散液的製備
在110℃與15毫巴下將450 g的聚酯I脫水1小時。在80℃下,加入30.11 g的Desmodur® H,然後為20.14 g的Desmodur® I。在80至90℃下攪拌混合物,直到達恆定的異氰酸酯含量1.15重量%。使反應混合物溶於750 g的丙酮中,並冷卻至48℃。在均質溶液中加入5.95 g的N-(2-胺基乙基)-2-胺基乙烷磺酸鈉鹽與2.57 g的二乙醇胺在65 g水中的溶液,並劇烈攪拌。經過30分鐘後,加入700 g的水,使混合物分散。蒸餾移除丙酮,得到具有40.0重量%固含量的水性聚胺酯-聚脲分散液。
存有的聚合物在乾燥後呈半結晶狀,具有48℃的熔融溫度和50.4 J/g的熔化焓。實施例 2 :水性聚胺酯或聚胺酯 - 脲分散液之製備
在110℃與15毫巴下將1215 g聚酯II脫水1小時。在80℃下,加入4.6 g的1,6-己二醇和179.0 g的Desmodur® H,並在90℃下攪拌混合物,直到達恆定的異氰酸酯含量2.28重量%。使反應混合物溶於2490 g丙酮中,並冷卻至48℃。在均質溶液中加入31.9 g的N-(2-胺基乙基)-2-胺基乙烷磺酸鈉鹽在300 g水中的溶液,並劇烈攪拌。經過30分鐘後,加入1150 g的水,使混合物分散。蒸餾移除丙酮,得到具有50.0重量%固含量的水性聚胺酯-聚脲分散液。
存在的聚合物在乾燥後為非晶的(DSC無熔融峰)。實施例 3
將80重量份的來自實施例1的分散液與20重量份的來自實施例2的分散液混合,並攪拌以均質化。所得混合物的固含量為42重量%。
存在的聚合物混合物在乾燥後呈半結晶狀,具有52℃的熔融溫度和40 J/g的熔化焓。實施例 4 (比較)
向95.0 g的來自實施例1的聚胺酯分散液中加入5.0 g的二(丙二醇)二苯甲酸酯,並使用圓盤攪拌器劇烈攪拌,令混合物再攪拌4小時,然後儲放在室溫下12小時。按固含量計,調配物含有88.4重量%的聚胺酯聚合物和11.6重量%的塑化劑樹脂。實施例 5
向90.0 g的來自實施例1的聚胺酯分散液中加入10.0 g的二(丙二醇)二苯甲酸酯,並使用圓盤攪拌器劇烈攪拌,令混合物再攪拌4小時,然後儲放在室溫下12小時。按固含量計,調配物含有78.3重量%的聚胺酯聚合物和21.7重量%的塑化劑樹脂。實施例 6
向85.0 g的來自實施例1的聚胺酯分散液中加入15.0 g的二(丙二醇)二苯甲酸酯,並使用圓盤攪拌器劇烈攪拌,令混合物再攪拌4小時,然後儲放在室溫下12小時。按固含量計,調配物含有69.4重量%的聚胺酯聚合物和30.6重量%的塑化劑樹脂。實施例 7 (比較)
向84.0 g的來自實施例1的聚胺酯分散液中依次加入9.0 g的Aquatac® XR-4343和7.0 g的二(丙二醇)二苯甲酸酯,並使用圓盤攪拌器劇烈攪拌,令混合物再攪拌4小時,然後儲放在室溫下12小時。所得黏性團塊即使用水稀釋後也不適用噴霧凝固法。按固含量計,調配物含有73.1重量%的聚胺酯聚合物、11.7重量%的增黏劑樹脂和15.2重量%的塑化劑樹脂。實施例 8 (比較)
向95.0 g的來自實施例3的聚胺酯分散液中加入5.0 g的二(丙二醇)二苯甲酸酯,並使用圓盤攪拌器劇烈攪拌,令混合物再攪拌4小時,然後儲放在室溫下12小時。按固含量計,調配物含有88.9重量%的聚胺酯聚合物和11.1重量%的塑化劑樹脂。實施例 9
向90.0 g的來自實施例3的聚胺酯分散液中加入10.0 g的二(丙二醇)二苯甲酸酯,並使用圓盤攪拌器劇烈攪拌,令混合物再攪拌4小時,然後儲放在室溫下12小時。按固含量計,調配物含有79.1重量%的聚胺酯聚合物和20.9重量%的塑化劑樹脂。實施例 10
向85.0 g的來自實施例3的聚胺酯分散液中加入15.0 g的二(丙二醇)二苯甲酸酯,並使用圓盤攪拌器劇烈攪拌,令混合物再攪拌4小時,然後儲放在室溫下12小時。按固含量計,調配物含有70.4重量%的聚胺酯聚合物和29.6重量%的塑化劑樹脂。實施例 11
向80.0 g的來自實施例3的聚胺酯分散液中加入20.0 g的二(丙二醇)二苯甲酸酯,並使用圓盤攪拌器劇烈攪拌,令混合物再攪拌4小時,然後儲放在室溫下12小時。按固含量計,調配物含有62.7重量%的聚胺酯聚合物和37.3重量%的塑化劑樹脂。實施例 12 (比較)
向70.0 g的來自實施例3的聚胺酯分散液中加入30.0 g的二(丙二醇)二苯甲酸酯,並使用圓盤攪拌器劇烈攪拌,令混合物再攪拌4小時,然後儲放在室溫下12小時。由於調配物的黏度對噴霧凝固法而言太高,隨後遂加入10 g的水,又讓混合物再攪拌1小時。按固含量計,調配物含有49.5重量%的聚胺酯聚合物和50.5重量%的塑化劑樹脂。實施例 13
向80.0 g的來自實施例3的聚胺酯分散液中依次加入5.0 g的Aquatac® XR-4343和15.0 g的二(丙二醇)二苯甲酸酯,並使用圓盤攪拌器劇烈攪拌,令混合物再攪拌4小時,然後儲放在室溫下12小時。按固含量計,調配物含有65.1重量%的聚胺酯聚合物、5.8重量%的增黏樹脂和29.1重量%的塑化劑樹脂。實施例 14 (比較)
向70.0 g的來自實施例3的聚胺酯分散液中依次加入5.0 g的Aquatac® XR-4343和30.0 g的二(丙二醇)二苯甲酸酯,並使用圓盤攪拌器劇烈攪拌,令混合物再攪拌4小時,然後儲放在室溫下12小時。由於調配物的黏度對凝固法而言太高,隨後遂加入10 g的水,又讓混合物再攪拌1小時。按固含量計,調配物含有47.1重量%的聚胺酯聚合物、4.8重量%的增黏樹脂和48.1重量%的塑化劑樹脂。實施例 15 (比較)
向70.0 g的來自實施例3的聚胺酯分散液中依次加入10.0 g的Aquatac® XR-4343和30.0 g的二(丙二醇)二苯甲酸酯,並使用圓盤攪拌器劇烈攪拌,令混合物再攪拌4小時,然後儲放在室溫下12小時。由於調配物的黏度對噴霧凝固法而言太高,隨後遂加入5 g的水,又讓混合物再攪拌1小時。按固含量計,調配物含有44.9重量%的聚胺酯聚合物、9.2重量%的增黏樹脂和45.9重量%的塑化劑樹脂。 1 :根據本發明實施例和比較實施例的評估(各例資料係按固含量計且以重量 % 為單位)
實施例 4 (C) 5 6 7 (C) 8 (C) 9 10 11 12 (C) 13 14 (C) 15 (C)
實施例 3 PUD [ 重量 %] - - - - 88.9 79.1 70.4 62.7 49.5 65.1 47.1 44.9
實施例 1 PUD [ 重量 %] 88.4 78.3 69.4 73.1 - - - - - - - -
Aquatec 4343 [ 重量 %] - - - 15.2 - - - - - 5.8 4.8 9.2
( 丙二醇 ) 二苯甲酸酯 [ 重量 %] 11.6 21.7 30.6 11.7 11.1 20.9 29.6 37.3 50.5 29.1 48.1 45.9
總計 [ 重量 %] 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00
                         
耐熱性 [ ] 80 90 90 n.m. 90 90 80 80 60 80 50 40
晾置時間 [min] 6 9 10 n.m. 2 8 9 15 ≥ 20 9 ≥ 20 ≥ 20
初始強度 ( 標準發泡體 ) ++ ++ +++ n.m. ++ ++ ++ +++ ++ +++ ++ ++
初始強度 ( 硬質發泡體 ) - + ++ n.m. - + ++ ++ ++ ++ ++ ++
(C):比較。 n.m.:無法測量。
1:試樣 2:上側 3:木棒 4:摺疊 5:測試設備 6:鋼輥 7:切線間距 8:螺紋心軸 9:接縫
圖1顯示用於測定接合初始強度的設備和方法。
1:試樣
2:上側
3:木棒
4:摺疊
5:測試設備
6:鋼輥
7:切線間距
8:螺紋心軸
9:接縫

Claims (11)

  1. 一種調配物,含有以下之混合物: I.    一水性聚胺酯或聚胺酯-脲分散液,其含有至少一聚合物A)作為分散相,該至少一聚合物A)在乾燥後呈半結晶或結晶,且具有30至80℃的熔融溫度和≥35 J/g的熔化焓; II.  至少一塑化劑B);及 III. 視情況的至少一增黏樹脂C), 其特徵在於,按整體存在的固體計,該混合物含有: 60重量%至80重量%的該至少一聚合物A), 20重量%至40重量%的該至少一塑化劑B),及 0重量%至10重量%的該至少一增黏樹脂C),且 A)、B)與C)的量按重量計合計為100重量%。
  2. 根據請求項1之調配物,其特徵在於,按整體存在的固體計,該混合物含有: 65重量%至80重量%的該至少一聚合物A), 20重量%至35重量%的該至少一塑化劑B),及 0重量%至10重量%的該至少一增黏樹脂C),且 A)、B)與C)的量按重量計合計為100重量%。
  3. 根據請求項1或2之調配物,其特徵在於,按整體存在的固體計,該混合物含有: 70重量%至80重量%的該至少一聚合物A), 20重量%至30重量%的該至少一塑化劑B),及 0重量%至10重量%的該至少一增黏樹脂C),且 A)、B)與C)的量按重量計合計為100重量%。
  4. 根據請求項1至3中任一項之調配物,其特徵在於,乾燥後呈半結晶或結晶的該至少一聚合物A)具有在35至80℃範圍內,特佳在40至70℃範圍內,且非常特佳在42至55℃範圍內的熔融溫度。
  5. 根據請求項1至4中任一項之調配物,其特徵在於,乾燥後呈半結晶或結晶的該至少一聚合物A)具有≥35 J/g,較佳≥40 J/g,特佳≥45 J/g的熔化焓。
  6. 根據請求項1至5中任一項之調配物,其特徵在於,使用帶有極性基團的非揮發性低分子量化合物,較佳二(苯氧基乙基)縮甲醛(di(phenoxyethyl) formal)、對苯二甲酸二丁酯、苯酚的烷基磺酸酯和苯甲酸系酯,作為該至少一塑化劑B)。
  7. 一種用於藉由以二組分噴槍混合如請求項1至6中任一項之調配物與凝固劑來黏合基板的方法,其中該凝固劑被分開輸送到該二組分噴槍並在噴霧器中被混合,且該噴霧器中的分散液在往第一基板表面途中凝固、撞擊該基板時形成膜,該膜在濕潤狀態下立即具有黏性,且在濕潤狀態下立即接合第二表面,若有需要則在基板上朝向黏著表面施加壓力。
  8. 一種根據本發明的調配物的用途,用於黏合由發泡體、木材、紙張、皮革、織物、軟木和塑膠構成的基板。
  9. 根據請求項8之用途,其特徵在於,進行發泡體至發泡體、發泡體至木材、發泡體至塑膠及織物至各種基板之黏合。
  10. 根據請求項8或9之用途,其特徵在於,該待黏合基板的至少一者為選自包含聚胺酯發泡體或發泡體橡膠的群組的發泡體基板。
  11. 一種褥墊或家具,係使用如請求項1至6中任一項之調配物製造。
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