适用于粘合到玻璃的快速固化粘合剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于将两个衬底粘合在一起的快速固化系统，其包含一或多种异 氰酸酯官能组分。本发明还包含一种使用所述系统用于将衬底粘合在一起的方法。
【背景技术】
[0002] 具有异氰酸酯官能组分的组合物被用来将衬底粘合在一起，如将玻璃（通常呈窗 户的形式）粘合到结构中。在汽车组装厂中，窗户通常是用含有异氰酸酯官能组分的一份 式（one part)粘合剂组合物粘合，所述粘合剂组合物通过与环境湿气反应而固化，并且耗 费数小时或数天来固化。在组装厂中，车辆持续数小时不被驾驶，并且这是可接受的。所属 领域中已知的一份式湿气固化粘合剂公开于美国专利4, 374, 237、4, 687, 533、4, 780, 520、 5, 063, 269、5, 623, 044、5, 603, 798、5, 852, 137、5, 922, 809、5, 976, 305、5, 852, 137 以及 6, 512, 033中，相关部分以引用的方式并入本文中。
[0003] 含有异氰酸酯官能预聚物（在一份中）和具有异氰酸酯反应性组分的化合物 (在另一份中）的两份式组合物在固化速度较为重要时使用，如在汽车售后更换玻璃业 务中。顾客希望粘合剂快速固化以使得在更换窗户之后可以尽可能快地驾驶车辆。两份 式组合物的实例公开于EP 1，524, 282 ;美国专利5, 852, 103、6, 709, 539、7, 101，950以及 7, 361，292中，其以全文引用的方式并入本文中。对于某些应用，即使是含有异氰酸酯官能 预聚物的两份式组合物对于某些应用或顾客而言也固化得不够快。一种先前在商业上利 用的解决方案涉及使异氰酸酯官能预聚物与含有水的糊状物接触，参见谢（Hsieh)等人US 4,687,533，其以全文引用的方式并入本文中。对于原始设备制造（〇1^8；[1^1￡9111口11161^ Manufacturing)，两份式系统的使用已经被含有促进快速固化的催化剂的一份式系统替 换，参见例如里斯克（Risk)等人US 4, 780, 520,其以全文引用的方式并入本文中。一些本 领域技术人员已经试图通过增加催化剂浓度或其它配方调节来解决这一问题，这些配方调 节中的大多数导致粘合剂中的气泡形成。经固化粘合剂中的气泡可以导致经固化粘合剂的 强度的显著减小。这些粘合剂可以在与安全性相关并且所述强度减少是不可接受的应用中 使用。
[0004] 当温度显著低于环境温度（约23°C )和/或环境相对湿度较低（低于50% RH) 时，具有快速固化催化剂的粘合系统的固化速率与所希望的相比可能较慢。当温度和/或 相对湿度较低时，需要甚至更快的固化系统。因此，需要在较低环境温度和湿度下展现快速 固化速率并且不在经固化粘合剂中形成气泡的粘合系统。
【发明内容】
[0005] 本发明是一种组合物，其包含：一份式粘合剂组合物，所述一份式粘合剂组合物包 含a) -或多种异氰酸酯官能组分；b) -或多种催化剂，所述催化剂用于异氰酸酯基与含 有活性氢的基团的反应；c) 一或多种不增强在固化期间的空隙形成的填充剂；d) -或多种 具有碱性特征的填充剂；以及固化促进剂，所述固化促进剂包含：e) -或多种液体载剂；f) 水；以及g) -或多种糊状物形成剂。当环境温度和湿度提供适当快的固化速率时，一份式 粘合剂组合物可以单独使用。当温度和/或湿度足够低以使得单独的粘合剂的固化速率对 于特定用途而言不可接受时，可以使用固化促进剂。优选地，一或多种不增强在固化期间 的空隙形成的填充剂是选自高表面积碳黑。在一些实施例中，糊状物形成剂包含与水和液 体载剂形成均质糊状物的一或多种物质。在一些实施例中，液体载剂是乙二醇醚或聚醚多 元醇。在一些实施例中，固化促进剂中所含的羟基与粘合剂中的异氰酸酯基的当量比是约 0. 7:1. 0到1. 3:1. 0。优选地，一或多种具有碱性特征的填充剂在溶解或分散于去离子水中 时展现9. 0或大于9. 0的pH。优选地，一或多种具有碱性特征的填充剂包含滑石或碳酸钙 中的一或多者。
[0006] 在另一实施例中，本发明是一种方法，其包含：i)使粘合剂与固化促进剂接触； ii)使经接触的部分与第一衬底和/或第二衬底中的一者或两者接触；iii)使第一衬底与 第二衬底接触，其中经接触部分安置在两个衬底之间；以及iv)使粘合剂固化并且将两个 衬底粘合在一起。优选地，在步骤i)中接触的粘合剂与固化促进剂在与衬底接触之前被混 合。
[0007] 在一个实施例中，一份式可固化组合物和固化促进剂都在25°C下具有一定粘度以 使得一份式可固化组合物与固化促进剂的粘度比是约〇. 1到10. 0。在一些实施例中，本发 明可以是一种方法，其包含：i)使一份式可固化组合物与固化促进剂接触，其中一份式可 固化组合物和固化促进剂都在25°C下具有一定粘度以使得一份式可固化组合物与固化促 进剂的粘度比是约〇. 1到10. 〇并且一份式可固化组合物与固化促进剂的体积比是约25:1 到大于25:1 ;ii)使混合物与第一衬底接触；以及iii)使第一衬底与第二衬底接触以使得 经混合组分被安置在其间在衬底中的每一者的至少一部分上。
[0008] 本发明的组合物和方法允许衬底被快速粘着在一起，尤其是在低于环境的温度和 /或相对湿度下。经固化组合物优选地在从两个部分于10°c和30%相对湿度下接触4小 时的时候展现约lOOpsi或大于lOOpsi、更优选地约150psi或大于150psi并且最优选地 190psi或大于190psi的搭接剪切强度。组合物适用作将衬底粘合在一起的粘合剂并且可 以用于将类似和不类似的衬底粘合在一起，所述衬底例如塑料、玻璃、木材、陶瓷、金属、经 涂布衬底等。组合物尤其适用于将玻璃粘合到其它衬底（如车辆和建筑物）以及将模块化 组件的零件粘合在一起，如车辆模块化组件。玻璃可以被粘合到车辆的经涂布和未经涂布 的部分。在一个实施例中，组合物很好地粘合到未经底涂的经涂布金属上。优选地，组合物 展现约10到15分钟或多于10到15分钟并且更优选地约15到20分钟或多于15到20分 钟的晾置时间。组合物尤其适用于将玻璃粘合到车辆结构中。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明的经固化组合物的截面图的照片。
[0010] 图2是出于比较目的的未达到所主张的本发明的要求的经固化组合物的截面图 的照片。
【具体实施方式】
[0011] 如本文所用的一或多种意指，如所公开可以使用所列举组分的至少一种或多于一 种。耐久性在此上下文中意指，组合物在固化后保持足够强以执行其所设计的功能，在经 固化组合物是粘合剂的实施例中，粘合剂在含有经固化组合物的结构的使用寿命或大部分 使用寿命中将衬底固定在一起。作为这一耐久性的指标，可固化组合物（例如粘合剂）优 选地在加速老化期间展现极好的结果。优选地，这意味着在一组用本发明的组合物粘合的 衬底暴露于热老化之后，快刀粘附性（Quick Knife adhesion)或搭接剪切测试中的破环 模式是内聚的，其意指粘合剂在粘合剂到衬底的粘合断裂之前断裂。异氰酸酯含量意指 在指定组分中的异氰酸酯基的重量百分比，其可以通过所属领域的技术人员已知的分析 技术测量，例如通过用含有活性氢的化合物（如二丁基胺）的电位滴定法。烃基是指含 有一或多个碳原子主链和氢原子的基团，其可以任选地含有一或多个杂原子。当烃基含 有杂原子时，杂原子可以形成所属领域的技术人员熟知的一或多种官能团。如本文所用， 术语异氰酸酯反应性化合物包括任何标称具有至少两个异氰酸酯反应性基团的有机化合 物。出于本发明的目的，异氰酸酯反应性基团、含有活性氢的基团是指含有氢原子的基团， 其中所述氢原子由于其在分子中的位置而展示根据切尔维持诺夫（Zerewitinoff)测试的 显著活性，所述测试由韦勒（Wohler)在《美国化学学会杂志》（Journal of the American Chemical Society),第49卷，第3181页（1927)中描述。异氰酸醋反应性基团的例子 是-C00H、-OH、-NH2、-NH-、-C0NH 2、-SH以及-C0NH-。含有异氰酸酯反应性基团的优选化合 物包括多元醇、多元胺、聚硫醇以及多元酸。
[0012] 本发明包含含有异氰酸酯官能组分作为反应性组分的一份式粘合剂组合物，其适 于与固化促进剂一起使用。本发明另外包含适用于加速含有异氰酸酯官能组分作为反应性 组分的一份式粘合剂固化的固化促进剂。本发明另外包含一份式粘合剂组合物和固化促进 剂。粘合剂与固化促进剂是以体积比混合以使得实现如本文中所论述的当量比。优选地， 粘合剂与固化促进剂的体积比是约25:1或大于25:1并且最优选地是约30:1或大于30:1。 优选地，粘合剂与固化促进剂的体积比是约200:1或低于200:1，更优选地是约100:1或低 于100:1并且最优选地是约50:1或低于50:1。
[0013] 基于异氰酸酯（形成聚氨酯或聚脲）的可固化系统包含异氰酸酯官能组分。异氰 酸酯官能组分含有平均每个分子具有一个以上异氰酸酯基的一或多种化合物。异氰酸酯官 能组分可以是平均含有一个以上异氰酸酯基（部分）的任何组分。异氰酸酯官能组分可以 呈以下形式：异氰酸酯官能预聚物、单体或低聚物或具有异氰酸酯基的一或多种单体或低 聚物与平均含有大于1个异氰酸酯反应性基团并且优选地2个或2个以上异氰酸酯基的化 合物的加合物。异氰酸酯预聚物可以是通过异氰酸酯官能化合物与平均具有一个以上异氰 酸酯官能团的一或多种化合物的反应制备的任何预聚物。
[0014] -或多种异氰酸酯官能组分（优选为预聚物）是以充足的数量存在以为组合物提 供内聚强度，并且在粘合剂用途中为组合物提供粘合剂特征。所述异氰酸酯官能组分（如 预聚物）具有足以允许在固化之后制备交联聚氨酯并且不过高以致聚合物不稳定的平均 异氰酸酯官能度。适用作异氰酸酯官能组分的预聚物是通过使一或多种聚异氰酸酯与平均 每个分子含有一个以上异氰酸酯反应性基团的一或多种化合物反应来制备。异氰酸酯官能 组分、预聚物优选地具有促进自其制备的组合物的可接受强度的自由异氰酸酯含量，如上 文所描述。异氰酸酯官能组分中的异氰酸酯含量优选地是按异氰酸酯官能组分的重量计 约0. 4重