适合作为粘合剂的热硬化硅酮涂层的制作方法

文档序号:3635355阅读:275来源:国知局
专利名称:适合作为粘合剂的热硬化硅酮涂层的制作方法
技术领域
本发明涉及在热塑性塑料上的热硬化硅酮涂层领域以及制备和粘结的方法。
现有技术长期以来一直在使用热塑性塑料。但是,在应用中会带来很多缺陷。由于其具有柔软性而易于被划伤。这在热塑性塑料的可见部分和/或外露部分上是特别不利的。很多的热塑性塑料是透明的,因而经常作为玻璃的替代品用作圆板或盖板。在这些应用中,划伤同样是不利的,因为光线会被划痕散射,因而会不清晰甚至模糊。
为了消除热塑性塑料的这些缺陷,长期以来,用耐划伤的硅酮组合物进行涂覆。将这种硅酮组合物在热塑性塑料上涂覆并烘焙。这些热硬化的硅酮涂层以英文术语“硅酮硬涂层”而为本领域技术人员熟知。例如,这种涂层公开在US5041313、US4624870和EP0570165A2或者G.Medford等人的“TheNext generation in Weatherable Hardcoats for polycarbonate”,internationalCoatings for Plastics Symposium,4.-6.June 2001,Troy,MI中。但是,由这种热硬化硅酮涂覆处理的热塑性塑料所形成的结构部分大多与其他结构部分连接。由于粘结技术的已知优点,希望这些部分被粘结。但是这表明,这些涂覆的部分难以用普通的粘合剂,特别是难以用单组分聚氨酯粘合剂粘结。
EP1382625A1通过使用特殊的在塑料上具有良好粘性的含异氰酸酯的底层涂料解决了该问题,例如具有基于聚二甲基硅氧烷涂层的聚(甲基丙烯酸甲酯)或者聚碳酸酯(PDMS-PMMA或者PDMS-PC)。但是,其缺点在于,在使用这种结构部分的生产线上,必需有额外的步骤,即底层涂料的涂覆。而且缺点还在于,由于受必需的通风干燥的限制,即涂覆底层涂料和涂覆粘合剂之间的时间段,形成了一个等待时间,这在连续生产中限制了例如中间层。此外,通常存在于底层涂料中的溶剂大多会造成应力裂纹侵蚀(应力断裂)。

发明内容
本发明的任务在于,提供一种热塑性塑料上的热硬化硅酮涂层,其与粘合剂无底层涂料粘结。
用语“无底层涂料粘结”在此以及在下文中应理解为不使用粘合底层涂料的可粘合性质。
令人惊奇地发现,用权利要求1的方法可以获得这种涂层。
本发明涉及一种制备热塑性塑料上的热硬化硅酮涂层的方法。该方法包括以下步骤-在热塑性塑料表面或者在用塑料底层涂料处理的热塑性塑料表面涂覆硅酮组合物-将硅酮组合物至少部分干燥形成硅酮膜-在硅酮膜上施用粘结组合物-在80至200℃温度下烘焙。
硅酮组合物通常含有胶体硅酸的水性分散液,所述胶体硅酸的水性分散液在水和一种有机溶剂和至少一种三烷氧基硅烷RSi(OR′)3或者其硅醇RSi(OR′)3-n(OH)n或者其部分缩合物的混合物中形成。这里,R代表1-3个碳原子的烷基取代基或者6-13个碳原子的芳基取代基,R′代表1-3个碳原子的烷基取代基而且n表示1、2或3。R优选为甲基。同样,R′优选为甲基。详细的硅酮组合物制备方法以及由其所制备的热硬化硅酮涂层例如在专利文本US4373061、US4624870、US5869185和US5041313中有记载,并因此作为参考引入作为本发明的一部分。硅酮组合物的固体份额通常为10至30重量%,尤其是15至25重量%。此外,硅酮组合物的pH值优选为6至8.5,尤其是6.5-8。优选的硅酮组合物成分是烷氧基硅烷化的UV吸收剂,尤其是在已知专利的段落中提及的那些。适合作为制备热硬化硅酮涂层(硬涂层)的涂覆剂的硅酮组合物可以在市场上购得,例如PPG Industries Ohio的Resilient或者GE Silicones的PHC587、AS4000或AS4700或者SDCTechnologies Inc.的CrystalCoat或Supercoat以及由Fujikura Kasei销售的类似体系。
涂覆硅酮组合物的热塑性塑料基本上是各种已知的热塑性塑料。特别合适的是在烘焙时其形状不变化或基本不变化的热塑性塑料。因此,热塑性塑料具有的玻璃化温度优选为超过100℃,尤其为超过120℃。
热塑性塑料优选为透明的。
特别优选的热塑性塑料一方面是单体的均聚物或共聚物,单体选自甲基丙烯酸、丙烯酸、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、苯乙烯以及它们的任意混合物。均聚物或共聚物优选为聚(甲基丙烯酸甲酯)。
另一方面,特别合适的是聚碳酸酯、尤其是基于双酚A的以及无定形的聚酯,如PETG或PET。
优选芳族热塑性塑料,尤其是芳族聚碳酸酯,如General ElectricCompany的Lexan聚碳酸酯或者Bayer的Makrolon。
根据用途,还可以使用其他热塑性塑料或其混合物,例如聚亚苯基醚、聚醚酰亚胺、聚酯、聚酰胺或聚砜。
粘结组合物优选包括至少一种有机硅化合物和/或至少一种有机钛化合物。在此,有机硅化合物具有至少一个与硅原子相连的烷氧基以及至少一个通过碳-硅键与硅原子相连的有机取代基。在此,有机钛化合物具有至少一个通过氧-钛键与钛原子相连的取代基。
式(I)或(II)或(III)的有机硅化合物特别适合作为有机硅化合物 这里,R1表示1-20个碳原子的直链或者支链的、任选为环状的亚烃基,任选具有芳族部分,任选具有一个或多个杂原子,尤其是氮原子。
R2表示1-5个碳原子的烷基,尤其是指甲基或乙基。
R3表示1-8个碳原子的烷基,尤其是甲基。
X表示H或者一种选自环氧乙基、OH、(甲基)丙烯酰氧基、胺基、SH、酰硫基和乙烯基的官能团,优选为胺基。为完整而应提及的是,在本文中的酰硫基应理解为取代基 R4表示烷基,尤其是1-20个碳原子的烷基,虚线表示与取代基R1的键。
X1表示选自NH、S、S2和S4的官能团。
X2表示选自N和异氰脲酸的官能团。
a表示值0、1或2,优选为0。
取代基R1尤其是亚甲基、亚丙基、甲亚丙基、亚丁基或二甲亚丁基。特别优选作为取代基R1的是亚丙基。
具有氨基、巯基或环氧乙基的有机硅化合物被称为“氨基硅烷”、“巯基硅烷”或者“环氧硅烷”。
式(I)的有机硅化合物是例如选自以下物质的合适的有机硅化合物甲基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、甲基辛基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酸氧丙基三烷氧基硅烷、3-甲基丙烯酸氧丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酸氧丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基-二甲氧基甲基硅烷、3-氨基-2-甲丙基-三甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基-三甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基-三乙氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基-二甲氧基甲基硅烷、4-氨丁基-三甲氧基硅烷、4-氨丁基-二甲氧基甲基硅烷、4-氨基-3-甲丁基-三甲氧基硅烷、4-氨基-3,3-二甲丁基-三甲氧基硅烷、4-氨基-3,3-二甲丁基-二甲氧基甲基硅烷、2-氨乙基-三甲氧基硅烷、2-氨乙基-二甲氧基甲基硅烷、氨甲基-三甲氧基硅烷、氨甲基-二甲氧基甲基硅烷、氨甲基甲氧基二甲基硅烷、7-氨基-4-氧杂庚基-二甲氧基甲基硅烷、N-(甲基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(正丁基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷;3-硫醇丙基三乙氧基硅烷、3-硫醇丙基三甲氧基硅烷、3-硫醇丙基-甲基二甲氧基硅烷;3-酰基硫丙基三甲氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷以及乙烯基三乙氧基硅烷。
式(II)的有机硅化合物式例如选自以下物质的合适的有机硅化合物双-[3-(三甲氧硅基)-丙基]-胺、双-[3-(三乙氧基硅基)-丙基]-胺、4,4,15,15-四乙氧基-3,16-二氧代-8,9,10,11-四硫代-4,15-二硅基十八烷、多硫化(双(三乙氧基-硅丙基))或者双(三乙氧基硅丙基)四硫化物、双(三乙氧基硅丙基)二硫化物。
式(III)的有机硅化合物式例如选自以下物质的合适的有机硅化合物三-[3-(三甲氧硅基)-丙基]-胺、三-[3-(三乙氧硅基)-丙基]-胺、1,3,5-三-[3-(三甲氧硅基)丙基]-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮-脲(=三-(3-(三甲氧硅基)丙基)异氰酸酯)和1,3,5-三[3-(三乙氧硅基)丙基]-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮-脲(=三(3-(三乙氧硅基)丙基)异氰酸酯)。
优选作为有机硅化合物的是氨基硅烷,尤其是X=NH2或NH2-CH2-CH2-NH、X1=NH和X2=N的氨基硅烷。特别优选的是3-氨丙基-三甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基-三乙氧基硅烷、双[3-(三甲氧硅基)-丙基]-胺、3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基-三乙氧基硅烷和双[3-(三乙氧硅基)-丙基]-胺以及它们相互的混和物。这表明,特别地,使用氨基硅烷,特别是文章中提及的氨基硅烷,减少了热硬化硅酮涂层的微小裂纹的形成。
特别适合作为通过氧-钛键与钛原子相连的取代基的基团选自烷氧基、磺酸基、羧酸基、二烷基磷酸基、二烷基焦磷酸基和乙酰丙酮基。
特别合适的化合物是,在化合物中,所有与钛原子相连的取代基都选自烷氧基、磺酸基、羧酸基、二烷基磷酸基、二烷基焦磷酸基和乙酰丙酮基,其中,所述取代基相互可以相同或不同。
特别地,所谓新烷氧基取代基被证实特别合适作为烷氧基,尤其是下式(IV) 特别地,芳族磺酸基被证实特别合适作为磺酸基,特别是烷基取代的芳香物质。下式(V)的基团适合作为优选的磺酸基 特别地,脂肪酸的羧酸盐被证实特别适合作为羧酸基。癸酸盐适合作为优选的羧酸盐。
在所有上述式中,虚线键表示氧-钛键。
有机钛化合物可商购得到,例如从Kenrich Petrochemicals公司或DuPont公司购得。合适的有机钛化合物的例子是Kenrich Petrochemicals的Ken-ReactKR TTS、KR 7、KR 9S、KR 12、KR 26S、KR 33DS、KR 38S、KR 39DS、KR44、KR 134S、KR 138S、KR 158FS、KR212、KR 238S、KR262ES、KR 138D、KR 158D、KR238T、KR 238M、KR238A、KR238J、KR262A、LICA 38J、KR 55、LICA 01、LICA 09、LICA 12、LICA 38、LICA 44、LICA97、LICA 99、KR OPPR、KR OPP2或者DuPont的TyzorET、TPT、NPT、BTM、AA、AA-75、AA-95、AA-105、TE、ETAM。优选适合的是Ken-ReactKR 7、KR 9S、KR 12、KR 26S、KR 38S、KR44、LICA 09、LICA 44、NZ 44,以及DuPont的TyzorET、TPT、NPT、BTM、AA、AA-75、AA-95、AA-105、TE、ETAM。
特别优选的是式(IV)和/或式(V)的具有通过氧-钛键与钛原子相连的取代基的有机钛化合物。
粘结组合物优选含有至少一种有机硅化合物和至少一种有机钛化合物。
另外,粘结组合物还含有至少一种溶剂。特别优选作为溶剂的是用热塑性塑料以及在任何情况下用现有的塑料底层涂料都不会导致形成裂纹的那些。特别适合作为溶剂的是易挥发溶剂,即在760托时沸点为40℃至140℃,尤其是50℃至120℃,更优选为65至99℃的那些。此外还表明,不同溶剂的混合物更有利。已表明,如果混合物使用至少一种烃和至少一种在结构式中具有至少一个杂原子的极性溶剂,是特别合适的。烃可以是饱和的或者是不饱和的烯烃或者芳族烃。烃优选为饱和的。尤其是O、N和S适合考虑作为极性溶剂中的的杂原子。优选至少一个杂原子是氧,其特别优选以羟基、羰基、醚基、碳酸基或碳酸衍生物基,例如酯基、酰胺基或羧酸基,存在于极性溶剂的结构式中。优选的极性溶剂是水、醇和酮。极性溶剂大多优选是醇,尤其是1-8个碳原子的饱和、支链或直链或环状醇。
优选作为溶剂的是醇和脂族和脂环烃,特别是乙醇、异丙醇、己烷、环己烷、庚烷或辛烷。溶剂优选为乙醇或庚烷。
特别优选的是醇和脂族或脂环烃的溶剂混合物。尤其是乙醇或异丙醇与己烷或环己烷或庚烷或辛烷的混合物。已证明,乙醇和庚烷的混合物是特别优选的。
在使用这种溶剂时可以实现的是,均相小浓度的粘结物质,即有机硅化合物和/或有机钛化合物可以施用在硅酮膜上。溶剂的含量这样选择,即有机硅化合物和/或有机钛化合物的含量为1-20重量%,尤其是2-10重量%。
但是,还绝对有利的是,粘结组合物不含溶剂,有机硅化合物和/或有机钛化合物的含量超过90重量%,尤其是超过99重量%。因而可以避免例如VOC规则的强制限制并避免了缺点,或者其可以在任何情况下排除受限于溶剂的硅酮膜性能变化。
粘结组合物可以含有其他成分。特别合适作为其他成分的是UV吸收剂以及光学增亮剂。光学增亮剂例如可以用于质量控制,即其借助UV光的控制可以作为示踪剂来确定是否在制备热硬化硅酮涂层时,粘结组合物完成涂覆或者没有完成涂覆。这种光学增亮剂吸收UV光并发射可见的普通的蓝光。一个优选的光学增亮剂是Ciba Speciality Chemicals的Ciba UvitexOB。其他合适的增亮剂在例如Kirk-Othmer,″Encyclopedia of Chemical Technology″,第4版,John Wiley & Sons,New York,11卷,227-241页中有说明。
因为热塑性材料以及其上的热硬化涂层大多都是透明的,因而可以使用UV吸收剂,其能够使与热硬化硅酮涂层相连的粘结剂避免UV光,其能到达热塑性材料以及在其上的热硬化硅酮涂层。首先,这种UV保护对于聚氨酯粘结剂是非常有利的。UV吸收剂可以是例如有机的,例如Ciba SpecialityChemicals的Tinuvin产品线,或者其可以是无机的,例如染料,尤其是碳黑或二氧化钛。
如果粘结组合物不含具有异氰酸基的化合物,则是优选的。同样可以确定的是,在粘结组合物中存在这种具有异氰酸基的化合物,会导致由此所制备的热硬化硅酮涂层的机械缺陷。据猜测,活性异氰酸基在烘焙之前或者在烘焙时与硅酮组合物反应并因此破坏了硅酮组合物的网络。
硅酮组合物能够以各类技术人员已知的涂覆方式而使用,如喷涂、浸涂、辊涂等等。硅酮组合物的干燥膜涂层厚度优选为约5-15微米。其可以是多个涂层相互覆盖。
此外,在涂覆硅酮涂层之前必须在热塑性塑料上涂覆塑料底层涂料,从而保证在热塑性塑料上具有好的粘性。这种塑料底层涂料典型的涂层厚度为0.1-3微米。用语“塑料底层涂料”在这里以及在本文中都理解为在硅酮组合物涂覆之前而在热塑性塑料上涂覆的底层涂料。
另外的优点在于,安装具有UV屏蔽物质或颜料的中间层。这种中间层还可以仅仅具有美学的或者装饰的视觉效果。
假如使用中间层,则其可以仅在热塑性塑料或者其上粘结的层的某些表面位置上存在,而不强制在全表面存在。对此,作为例子的可以是在圆盘边缘具有中间覆盖层的汽车聚碳酸圆盘,在该处,粘合剂粘合了具有车身法兰或Alu或KTL钢框的圆盘。
必须至少部分地通风干燥硅酮组合物。也就是说,必须消耗特定的时间段,直到进行其他工序。在该时间段中,硅酮组合物形成一个膜。典型地,通过蒸发溶剂和/或硅酮组合物活性成分的预处理,进行至少部分干燥。部分通风时间的长度和通风的范围都非常易变,并且非常依赖于硅酮组合物的详细配方。但是,时间至少要长到硅酮组合物形成一个膜,下文称为硅酮膜。任何情况下,通过用空气吹,主要是用热空气,或者借助热塑性聚合物的轻微加热(但是明显低于烘焙温度),时间长度被缩短到一个确定的范围。但是典型地,通风时间至少为5分钟。优选部分通风时间为5分钟至60分钟,尤其是5至30分钟,更优选是5至25分钟。
在部分通风后,将粘结组合物涂覆在所形成的硅酮膜上。但是,涂覆已经可以在硅酮组合物完全通风干燥的时刻之前实现。组合物的涂覆基本上能够在不同的领域进行。优选的应用领域是喷涂。为了有目的地应用一种图案或者有目的地处理部分区域,任何情况下都可以使用遮盖。作为必要时存在溶剂的后果,涂覆的粘结组合物的量变化很大。粘结组合物涂覆在硅酮膜上的涂覆量优选为10-200g/m2,特别是30-100g/m2。优选的是,有机硅化合物和/或有机钛化合物涂覆在硅酮膜上的涂覆量为0.02-40g/m2、尤其是0.1-20g/m2、更优选是0.5-10g/m2。
粘结组合物的涂覆可以在两个或多个依次相连接的步骤中进行。接下来的涂覆可以是湿式地或者首先在粘结组合物涂层已经通风干燥之后进行。优选在相连的两个粘结组合物的涂覆之间存在10秒至1分钟的时间间隔。借助多次粘结组合物的涂覆,可以轻易地均匀涂覆较高浓度的粘结物质,也即较高浓度的有机硅化合物和/或有机钛化合物。
涂覆粘结组合物后,优选进行通风干燥步骤。为了在烘焙过程之前能够蒸发全部存在的溶剂,尤其要进行此步骤。为了确保更好的涂层表面品质,这在操作安全技术方面是有利的。如果没有蒸发步骤,则会出现烘焙涂层时溶剂逃逸的情况。但是,在没有溶剂的粘结组合物中,通常不必进行这种通风干燥。
粘结组合物的通风时间非常依赖于所使用的溶剂,并且通常为10秒至1天,尤其是10秒至5分钟,更优选为30秒至3分钟。
生产过程通常也不受限于通风干燥的延迟,因为粘结组合物涂覆位置和烘焙位置之间传送的时间间隔通常大大地短于粘结组合物的通风干燥时间。
此外,典型地,由于额外的粘结组合物的涂覆以及其在任何情况下的通风干燥,也不会出现生产过程的延迟,因为涂覆粘结组合物在硅酮组合物完全通风干燥之前进行。
在涂覆粘结组合物之后和任选地在其通风干燥之后,在80℃至200℃温度下烘焙涂层。烘焙温度和时间优选根据硅酮组合物和热塑性塑料而调整。
通常在100至140℃温度,特别是在120至130℃温度下,典型地在30至90分钟烘焙时间内,特别是在40至60分钟内进行烘焙。其优点在于,烘焙温度在烘焙过程中不是恒定的而是形成了温度特征曲线。烘焙通常在炉子中进行。用于在热塑性塑料上制备热硬化硅酮涂层的硅酮组合物的其他烘焙细节已经可以由本领域技术人员从现有技术的硅酮组合物文献中得知。
通过烘焙工序,硅酮涂层被硬化,即硅酮涂层硬化并形成网络。如果目前不存在实验证据,则原因在于,前述热硬化硅酮涂层表面附近具有更大浓度,该浓度是源自粘结组合物的组合物的浓度,该浓度比硅酮涂层/热塑性塑料的界面附近的浓度大。
热硬化硅酮涂层被证实具有出色的长久稳定性并且特别不易形成裂纹或者仅仅产生很小的裂纹,从而能够保证涂层的耐久性。
令人惊奇地,这样制备的热硬化硅酮涂层最适合与不同粘合剂进行无底层涂料粘合。
如果在硅酮膜上不使用粘结组合物的涂覆步骤而制备硅酮涂层,那么不应用粘合底层涂料的粘合是不适当的。“粘合底层涂料”在这里以及在本文中都理解为涂覆在施用或者可以施用粘合剂的热硬化硅酮涂层上的底层涂料。
如果在涂覆硅酮组合物之后直接湿式涂覆粘结组合物,即,如果在形成硅酮膜时没有硅酮涂层的至少部分通风干燥步骤而制备热硬化硅酮涂层,那么不应用粘合底层涂料的粘合同样也是不适当的。
如果粘结组合物的涂覆在烘焙之后而不在烘焙之前进行,那么不应用粘合底层涂料的粘合同样也是不适当的。
优选的粘合剂是基于环氧树脂的、基于具有(甲基)丙烯酸酯基单体或低聚体的、基于以烷氧基硅烷封端预聚物的或者以异氰酸酯封端预聚物的那些物质。
双组分粘合剂一方面可以作为基于环氧树脂的合适的粘合剂,其中一个组分含有胺树脂或硫醇固化剂(Merkaptanhrter),第二组分含有双酚A或双酚F或双酚A/F的二缩水甘油醚。2-组分环氧树脂粘合剂的例子是从SikaSchweiz AG商购的Sikadur产品线的那些。
此外,单组分热硬化环氧树脂粘合剂可以作为基于环氧树脂的合适的粘合剂。这些粘合剂通常含有一种首先在较高温度下游离或活泼的固化剂(Hrter)。这种固化剂的例子是双氰胺(dicy)。作为特别优选的1-组分热硬化环氧树脂粘合剂的是具有提高的冲击韧性的那些,例如在EP1359202A1中公开的那些。1-组分热硬化黄杨树脂粘合剂的例子是从Sika Schweiz AG商购的SikaPower产品线的那些。
双组分室温硬化的(甲基)丙烯酸酯粘合剂特别可以作为基于具有(甲基)丙烯酸酯基单体或低聚体的合适的粘合剂,其在第一组分中含有辐射引发剂,特别是有机过氧化物,优选为过氧化苯甲酰,并且在第二组分中含有具备(甲基)丙烯酸酯基的单体或低聚体。双组分室温硬化的(甲基)丙烯酸酯粘合剂的例子是从Sika SchweizAG商购的SikaFast产品线的那些。
作为基于烷氧基硅烷封端的预聚物的合适的粘合剂,单组分潮湿硬化粘合剂可以是所谓的MS聚合物或烷氧基硅烷封端的聚氨酯预聚物,特别是那些由多元醇和异氰酸酯制备并与异氰酸酯活化的有机硅烷(organosilanes)或异氰酸酯官能化的有机硅烷反应的那些物质。
双组分聚氨酯粘合剂可以作为基于异氰酸酯封端预聚物的合适的粘合剂,其第一组分含有一种胺或多元醇,其第二组分具有含NCO的预聚物。这些双组分室温硬化聚氨酯粘合剂的例子是从Sika Schweiz AG商购的SikaForce产品线的那些。
此外,活性聚氨酯热熔粘合剂可以作为基于异氰酸酯封端预聚物的合适的粘合剂,其含有热塑性聚合物以及一种异氰酸酯封端预聚物或者一种热塑性异氰酸酯封端预聚物。将这种活性聚氨酯热熔粘合剂熔融,并一方面在冷却条件下固化,而且另一方面通过与潮湿空气的反应而交联。
另外,单组分潮湿硬化的聚氨酯粘合剂可以作为基于异氰酸酯封端预聚物的合适的粘合剂。这种粘合剂在湿气,尤其是潮湿空气的作用下交联。这种单组分潮湿硬化的聚氨酯粘合剂的例子是从Sika Schweiz AG商购的SikaFlex和SikaTack产品线的那些。
上述异氰酸酯封端预聚物由尤其是聚氧化烯多元醇的多元醇与尤其是二异氰酸酯的多异氰酸酯制得。
优选的是基于异氰酸酯封端预聚物的粘合剂。
在粘合时,用没有借助粘合底层涂料进行前述预处理的热硬化硅酮涂层与粘合剂接触使用。此外,在粘合时,热硬化硅酮涂层借助粘合剂与其他配合体相粘结。
粘合这样实现,即一方面在热硬化硅酮涂层上施用粘合剂,接着与其他配合体粘结,或者首先在其他配合体上施用粘合剂,接着与热硬化硅酮涂层粘结。此外还可以将粘合剂压入热硬化硅酮涂层和其他配合体的之间形成的缝隙中。另一个实施方式并非优选,即粘合剂不仅施用在热硬化硅酮涂层上,也施用在其他配合体上,接着将它们相互连接。
在与配合体配合之后,粘合剂硬化,因而,配合体被持久地连接。这样形成的连接体在不同的气候条件下都具有持久的粘合性,并且能够承受高的机械负荷。
不用粘合底层涂料预处理热硬化硅酮涂层,其优点在于,在粘合之前使其清洁。这种清洁尤其包括擦拭,优选使用轻微挥发性的溶剂擦拭。溶剂优选相对于涂层应当为惰性。此外要注意的是,在粘合剂施用在清洁过的表面之前或者与其接触之前,要尽可能完全去除溶剂。
其他的配合体可以由不同的材料构成。一方面优选的是塑料,另一方面优选的是金属,最后是玻璃和玻璃陶瓷。着重考虑粘合技术中常规的塑料作为塑料。在特别优选的情况下,其他配合体同样可以是热硬化硅酮涂层,或者是用热硬化硅酮涂层覆盖的热塑性塑料。因此,其他配合体还可以与本发明的热硬化硅酮涂层相同,或者与用其覆盖的热塑性塑料相同。
特别优选金属铁、铝、铜、铬和它们的合金作为金属。更特别优选的是钢和铝及其合金。特别优选,金属被涂漆。特别优选汽车漆作为漆。
玻璃和玻璃陶瓷同样是优选的基材。特别是被称为浮法玻璃的玻璃以及由其制备的制品,优选特别是圆盘。特别优选是用丝网印刷涂覆的并接着烘焙过的玻璃陶瓷。
其他配合体可以用底层涂料或其他粘结组合物在粘结之前预处理或不处理。这大大依赖于配合体的材料或者依赖于应当使用这种连接地点的气候条件。
在另一个实施方式中,用活性的单一热塑性材料覆盖热硬化硅酮涂层。其特别是指具有活性材料的圆盘,例如借助RIM法(反应注射模塑)或者通过涂覆一种热塑塑料,例如一种热塑性聚氨酯(TPU)而覆盖一种单组分或双组分聚氨酯。
这样形成的连接体优选是一种交通工具,特别是一种汽车,或其一部分。其在汽车制造中常用于粘合模具或者粘合在生产线上的部件。
特别优选的是,用本发明涂层覆盖的由透明塑料,特别是由聚碳酸酯构成的圆盘与交通工具的车身,尤其是与汽车车身粘合,其中,通常在法兰或框架上进行粘合。车身或者法兰或框架典型地由涂漆的金属制得。特别优选的实施方式是天窗和侧圆盘窗。
本发明另一个优选的实施方式是一个由本发明热硬化硅酮涂层覆盖的聚碳酸酯所构成的前大灯散射盘,或者是一种由前大灯散射盘和前大灯壳体构成的前大灯。
由于用本发明热硬化硅酮涂层覆盖的热塑性塑料的应用领域,尤其是在粘结这种材料的领域或应该粘结的领域,出现了本发明实施方式的其他可能性。
因此,用本发明热硬化硅酮涂层覆盖的热塑性塑料可以用于制造例如灯壳体、安全眼镜、灯罩、显示器罩、安全镜片和安全盘、顶盖、数据载体,例如CD或DVD或类似载体,尤其用于在产品制备中使用粘合剂的场合,或者用于产品与其他配合体粘合的场合。
热塑性塑料的一种新用途,也就是用于OLED箔片(有机发光二极管),也是本发明的主题。在热塑性塑料中储存有有机分子,通过接通针对光源的电流,其能够受到激发并因此能够用于信息显示。这种OLED的作用和制造是已知的,例如从Matthias Rehan,″Elektrisch leitfhige Kunststoffe″,Chemiein Unserer Zeit 2003,17-30页,或者US 6703184或US 5247190中可以得知。这种OLED可以用作OLED显示器的箔片。OLED显示器已经由剑桥技术和柯达商业化。出于保护这些OLED箔片的目的,目前可以用本发明的方法将热硬化硅酮涂层涂覆在热塑性塑料上。这种箔片作为薄的显示器单元特别适合于计算机,还可以作为信息载体用于广告目的。作为这种箔片重要性质的是其小的厚度和由此产生的柔韧性,其能够显示用传统信息技术不能实现的信息。这种箔片能够卷曲或者能够完全符合形体的轮廓,从而能够实现复杂的几何体。
所有这些用途是指,特别希望粘合用热硬化硅酮涂层覆盖的聚碳酸酯制箔片。因此,本发明的热硬化硅酮涂层可以不借助粘合底层涂料处理而具有技术上和经济上的优点。
实施例粘结组合物的制备表1 所用物质

根据表2,形成了粘结物质HV1至HV8,其中,将有机硅化合物和/或钛化合物在惰性气氛下,在搅拌时分别加入至溶剂中,并接着继续搅拌1小时。粘结组合物接着装入玻璃烧瓶并密封。
表2 粘结组合物(重量数值%)

热硬化硅酮涂层的制备在23℃和50%相对湿度条件下完成所有的涂层实验。使用Bayer公司的MakrolonAL2647聚碳酸酯盘片作为基材。在使用前,用异丙醇浸湿的不含杂醇油的抹布将尺寸为10cm×15cm×3mm的盘片清洁,接着通风干燥3分钟。
使用都商购自GE Silicones的PHC587和AS4700作为硅酮组合物。使用AS4700时,首先用建议使用的GE Silicones公开的塑料底层涂料SHP470Basecoat流水线涂覆,也就是说,借助喷洒瓶均匀地在垂直放置的盘片上喷洒塑料底层涂料,并使其在此位置用空气干燥20分钟。接着,所涂覆的盘片在125℃在循环空气炉中热处理25分钟。
借助喷洒瓶,均匀地在垂直放置的盘片上,将PHC587喷洒在已清洁的垂直放置的聚碳酸酯盘片上,将AS4700喷洒在已涂漆的垂直放置的聚碳酸酯盘片上,在垂直位置,使其干燥在表3至7中以“Tx”表示的部分通风干燥时间,接着通过喷涂器,分别将粘结组合物HV1至HV8或者SikaAktivator(SA)以50g/m2的量喷涂在垂直放置的盘片上。在某个实验中(B11、B14、B17、B20和B25),随后立即再进行喷涂,这会产生双倍的涂覆量。接着,等待在表3至7中以“Ty”表示的时间,直到该垂直放置的涂覆试样体放入加热为125℃或130℃的循环空气炉中,在125℃,水平烘焙基于AS4700的硅酮涂层45分钟,在130℃水平烘焙基于PHC587的硅酮涂层50分钟。冷却之后,在3小时内,将粘合剂涂覆在这样制备的热硬化硅酮涂层上,粘性如下文所述来确定。
借助模压孔和喷嘴,分别将单组分潮湿硬化的聚氨酯粘合剂Sikaflex-221(“SF221”),SikaTack-Plus(“STP”)和SikaTack-Ultrafast(“STUF”)(全部商购自Sika Schweiz AG)的圆形带涂覆在热硬化硅酮涂层的表面。
在空调存放(“KL”)(23℃,50%相对湿度)硬化7天之后,以及接着在水存放(“WL”)的23℃水中经过7天之后,以及接着在70℃、100%相对湿度的糊剂存放(“CP”)中经过7天之后,测试粘合剂。
用“带测试”测试粘合剂的粘性。将末端的带刻划在紧挨着粘合面之上。所刻划的带的末端用圆口钳夹紧,并从底层牵伸。由于带在钳顶端的谨慎松开,以及切口与带的牵伸方向垂直,这直到空白底层都会出现。带的牵伸速率这样选择,即约每3秒必须形成一个切口。测试痕迹必须满足至少8cm。评价在底层牵伸带之后所留下的粘合剂(粘结断裂)。通过粘合面粘结份额的评价来完成粘合性质的评估。
1=>95%粘结断裂2=75-95%粘结断裂3=25-75%粘结断裂4=<25%粘结断裂5=0%粘结断裂(完全粘结断裂)通过加入“B”可以表明,热硬化硅酮涂层从聚碳酸酯上脱落,因此,硅酮涂层具有缺陷。低于75%的粘结断裂测试结果是不足的。
表3 热硬化硅酮涂层覆盖的聚碳酸酯上的粘合剂粘性(PHC587作为硅酮组合物)。

*=粘结组合物涂覆次数表3的粘合结果表明,通过涂覆粘结组合物,尤其是在空调存放和水存放之后,其被大幅度改善,而在参考硅酮涂层R1、R2和R3中没有获得粘性。糊剂存放之后的粘性可以根据粘合剂和粘结组合物而确认有部分明显的改进。
表4的粘合结果表明,如表3的B1与B2的比较,如果涂覆在硅酮膜上的粘结物质超过临界量,与参考实施例相比,粘性大大改善。另一方面,结果还表明,过短的部分通风干燥时间(Tx=1分钟)不会导致或者仅稍微导致粘性的改善。通过粘结组合物的涂覆,尤其是在空调存放和水存放之后,粘性大大改善,而在参考硅酮涂层R1、R2和R3中没有获得粘性。糊剂存放之后的粘性可以根据粘合剂和粘结组合物而确认有部分明显的改进。此外还表明,特别是含有机硅化合物/有机钛化合物(HV8,SA)的粘结组合物在糊剂存放之后,特别是在Sikaflex-221上会导致大幅度的粘性改善。
表4 热硬化硅酮涂层覆盖的聚碳酸酯上的粘合剂粘性(PHC587作为硅酮组合物)。量和部分通风干燥时间的影响。

*=粘结组合物涂覆次数表5 热硬化硅酮涂层覆盖的聚碳酸酯上的粘合剂粘性(AS4700作为硅酮组合物)。

*=粘结组合物涂覆次数热硬化硅酮涂层的粘性列于表5,这些硅酮涂层以表3和4以外的硅酮组合物为基础。但是,与表3中类似的硅酮涂层相比显示出某些差异。但是,其还显示出,本发明硅酮涂层的粘性与参考涂层相比一般会大幅度改善,尤其是在糊剂存放之后,使用含有机钛化合物的粘结组合物会大幅度改善粘性。
表6、7和8表明,重要的是在制备过程中在正确的位置安排粘结组合物涂覆的步骤。
表6 热硬化硅酮涂层覆盖的聚碳酸酯上的粘合剂粘性(PHC587作为硅酮组合物)。

*=粘结组合物涂覆次数**=基于在烘焙涂层上施用粘结组合物的10分钟通风干燥时间如果不添加粘结组合物而制备热硬化硅酮涂层,也即相应于现有技术的硬涂覆硅酮涂层,如实施例R8和R11中,首先在粘结组合物烘焙和冷却之后,用浸湿粘结组合物的无杂醇油抹布涂覆,与本发明硅酮涂层B9和B22对比,丝毫没有发现粘性改进,如参考涂层R1、R2、R3、R4、R5和R6中的粘性较差。
在R7中用轻微改善的粘结组合物涂覆,硅酮组合物没有部分通风干燥,同样获得了粘合剂的粘性,即湿式(Tx=0)。
表7 热硬化硅酮涂层覆盖的聚碳酸酯上的粘合剂粘性(AS4700作为硅酮组合物)。

*=粘结组合物涂覆次数**=基于在烘焙涂层上施用粘结组合物的10分钟通风干燥时间表8 粘结物质加入硅酮组合物

在表8的实施例R11至R16中,以100g硅酮组合物配剂1g粘结物质(=有机硅化合物+有机钛化合物),将粘结物质分别加入至硅酮组合物中。但是已证实,在含有有机钛化合物的全部实验中,即R11、R12、R14和R15,在添加之后立即显示出沉淀。由于这种不均一性,这种组合物可以不作为涂层材料使用。但是,组合物R13和R16保持均匀。但是已经表明的是,不施用本发明的热硬化硅酮涂层,其中,将粘结物质/硅酮组合物的混合物如所述施用在热塑性塑料(R13)上,或者施用在预先涂漆的热塑性塑料(R16)上,如所述,在通风干燥20分钟后进行烘焙并使其冷却,其根本没有达到粘性改善(表9)。
表9 基于粘结物质/硅酮组合物的热硬化硅酮涂层的粘性

硅酮涂层的粘合不使用前述粘合底层涂料而在表10所述硅酮涂层上施用一种Sikaflex-221带。接着,将表10中所述配合体材料的涂漆或未涂漆盘片压到粘合剂带上,从而形成的粘合层厚度为3mm。这种连接在23℃、50%相对湿度下放置7天。借助锤子钉入的楔子,连接体不会分离。
表10 借助Sikaflex-221,硬壳聚碳酸酯和不同配合体的粘合。

*购自Rocholl公司,德国^预处理SikaAktivator(购自Sika Schweiz AG)×预处理SikaPrimer-206 G+P(购自Sika Schweiz AG)预处理打磨并用异丙醇浸湿的抹布清洁以及使用SikaPrimer-204N(购自Sika SchweizAG)未涂漆。
权利要求
1.一种热塑性塑料上的热硬化硅酮涂层的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤-在热塑性塑料表面或者在用塑料底层涂料处理过的热塑性塑料表面涂覆硅酮组合物-将所述硅酮组合物至少部分通风干燥以形成硅酮膜-在所述硅酮膜上施用粘结组合物-在80至200℃温度下烘焙。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述硅酮组合物含有胶体硅酸的水性分散液,所述胶体硅酸的水性分散液在水和一种有机溶剂和至少一种三烷氧基硅烷RSi(OR′)3或者其硅醇RSi(OR′)3-n(OH)n或者其部分缩合物的混合物中形成,其中,R代表1-3个碳原子的烷基或者6-13个碳原子的芳基;R′代表1-3个碳原子的烷基,n表示1、2或3。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,R=甲基,R′=甲基。
4.根据权利要求1-3所述的方法,其特征在于,所述硅酮组合物具有的固体含量为10-30重量%,特别为15-25重量%。
5.根据前述权利要求之一所述的方法,其特征在于,所述粘结组合物含有至少一种有机硅化合物,该有机硅化合物具有至少一个与硅原子相连的烷氧基以及至少一个通过碳-硅键与硅原子相连的有机取代基。
6.根据权利要求1-4之一所述的方法,其特征在于,所述粘结组合物含有至少一种有机钛化合物,该有机钛化合物具有至少一个通过氧-钛键与钛原子相连的取代基。
7.根据权利要求1-4之一所述的方法,其特征在于,所述粘结组合物含有至少一种有机硅化合物,该有机硅化合物具有至少一个与硅原子相连的烷氧基,以及至少一个通过碳-硅键与硅原子相连的有机取代基,以及所述粘结组合物还含有至少一种有机钛化合物,该有机钛化合物具有至少一个通过氧-钛键与钛原子相连的取代基。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述至少一个通过氧-钛键与钛原子相连的取代基的基团选自烷氧基、磺酸基、羧酸基、二烷基磷酸基、二烷基焦磷酸基和乙酰丙酮基。
9.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述至少一个通过氧-钛键与钛原子相连的取代基的基团选自烷氧基、磺酸基、羧酸基、二烷基磷酸基、二烷基焦磷酸基和乙酰丙酮基。
10.根据权利要求5或7或9所述的方法,其特征在于,所述有机硅化合物具有式(I)或(II)或(III) 这里,R1表示1-20个碳原子的直链或者支链的、任选为环状的亚烃基,任选具有芳族部分,任选具有一个或多个杂原子,尤其是氮原子;R2表示1-5个碳原子的烷基,尤其是指甲基或乙基;R3表示1-8个碳原子的烷基,尤其是甲基;X表示H或者一种选自环氧乙基、OH、(甲基)丙烯酰氧基、胺基、SH、酰硫基和乙烯基的官能团,优选为胺;X1表示选自NH、S、S2和S4的官能团;X2表示选自N和异氰脲酸的官能团;a表示值0、1或2,优选为0。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,取代基R1是亚甲基、亚丙基、甲亚丙基、亚丁基或二甲亚丁基,优选是亚丙基。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,X=NH2或NH2-CH2-CH2-NH,X1=NH,且X2=N。
13.根据权利要求5-12之一所述的方法,其特征在于,所述粘结组合物含有至少一种在760托时的沸点为25℃至140℃,尤其是50℃至120℃,更优选为65至99℃的溶剂。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,所述粘结组合物包括一种混合物,该混合物由至少一种烃和至少一种在结构式中具有至少一个杂原子的极性溶剂组成。
15.根据权利要求13或14所述的方法,其特征在于,所述至少一种溶剂是醇,或者脂族或脂环烃,特别是乙醇、异丙醇、己烷、环己烷、庚烷或辛烷,优选为乙醇或庚烷。
16.根据权利要求5-15之一所述的方法,其特征在于,所述粘结组合物含有的有机硅化合物和/或有机钛化合物的含量为1-20重量%,尤其是2-10重量%。
17.根据前述权利要求之一所述的方法,其特征在于,所述粘结组合物在硅酮膜上的涂覆量为10-200g/m2,特别是30-100g/m2。
18.根据权利要求5-17之一所述的方法,其特征在于,所述有机硅化合物和/或有机钛化合物在硅酮膜上的涂覆量为0.02-40g/m2,尤其是0.1-20g/m2,更优选是0.5-10g/m2。
19.根据前述权利要求之一所述的方法,其特征在于,所述热塑性塑料是聚碳酸酯,特别是芳族聚碳酸酯。
20.根据前述权利要求之一所述的方法,其特征在于,所述硅酮组合物的至少部分通风干燥的时间为5分钟至60分钟,尤其是5至30分钟,更优选是5至25分钟。
21.根据前述权利要求之一所述的方法,其特征在于,所述烘焙在100至140℃的温度和在30至90分钟的烘焙时间内进行。
22.一种热硬化硅酮涂层,其特征在于,该涂层根据权利要求1-21之一的方法制备。
23.一种权利要求22所述热硬化硅酮涂层的粘合方法,其特征在于,将粘合剂与热硬化硅酮涂层接触,而不在热硬化硅酮涂层上涂覆前述的粘合底层涂料。
24.根据权利要求23所述的粘合方法,其特征在于,借助所述粘合剂将热硬化硅酮涂层与其他配合体粘合。
25.根据权利要求24所述的粘合方法,其特征在于,所述其他配合体是塑料。
26.根据权利要求24所述的粘合方法,其特征在于,所述其他配合体是金属,特别是涂漆的金属。
27.根据权利要求24所述的粘合方法,其特征在于,所述其他配合体是玻璃或玻璃陶瓷,特别是一种圆盘。
28.根据权利要求24-27之一所述的粘合方法,其特征在于,在粘合之前用底层涂料预处理所述其他配合体。
29.根据权利要求23-28之一所述的粘合方法,其特征在于,所述粘合剂是一种单组分潮湿硬化的聚氨酯粘合剂,其含有异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物。
30.一种连接体,该连接体通过权利要求23-29之一所述的粘合方法制备,其中粘合剂被硬化。
31.根据权利要求30所述的连接体,其特征在于,所述连接体是交通工具,特别是汽车,或者是交通工具的一部分。
32.根据权利要求30所述的连接体,其特征在于,所述连接体是用于信息显示的显示器。
33.如权利要求5-16中所述的粘结组合物在改善硅酮涂层粘合剂的粘结性上的应用。
全文摘要
本发明涉及热塑性塑料上的热硬化硅酮涂层,其特征在于,无需使用粘合底层涂料而能用作粘合剂。这种热硬化的硅酮涂层可以通过包括以下步骤的方法制备在热塑性塑料表面或者在用粘合底层涂料处理过的热塑性塑料的表面涂覆硅酮组合物,将硅酮组合物至少部分干燥以形成硅酮膜,在硅酮膜上施用粘结组合物,并在80至200℃温度下烘焙。
文档编号C08J7/04GK101068896SQ200580035706
公开日2007年11月7日 申请日期2005年9月2日 优先权日2004年9月3日
发明者W·R·胡克 申请人:Sika技术股份公司
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