专利名称：可逆的干粘合剂的制作方法
技术领域：
0002本申请 一 般涉及的领域包括环氧干粘合剂的组合物 (composition of epoxy dry adhesives )。
背景技术：
0003壁虎足垫，在其上具有纳米毛(nanohair)结构，为灵活的干 粘合剂的实例。壁虎粘附的工作原理是该纳米毛结构允许脚垫与相对表 面最大接触，与其粗糙度和化学组成无关。这是由納米毛实现的，納米 毛较长且从脚垫以一定角度突出以便相邻的纳米毛可以接触相对表面， 无论所述相对表面的地形结构如何。最大接触进一步使壁虎脚垫和相对 表面之间可以累积数百万个小的范德华(在微牛顿的范围内)相互作用， 导致整个粘附力(拉脱力(pull-offforce))为约10N/cm2。然而，当该脱 附力(detaching force )以剥离的方式(in a peel-off mode)应用时，通 过克服相应于非常小的面积的小粘附力逐渐地实现完全脱附。因此，粘 附容易逆转。总的来说，壁虎粘附的吸引力在于如下组合粘附强度(IO N/cm2)、可逆性和适合于就表面粗糙度和组成而言的各种表面的能力。 壁虎粘附的上述独特特征刺激了制备合成的、灵活的干粘合剂的科学研 究的努力，所述粘合剂使用与壁虎足部相同的原理工作。迄今为止，两 种最好的合成壁虎粘合剂显示出对玻璃的最大拉脱粘合强度为3和10 N/cm2。在仅仅一次或两次附着/脱附循环后，这两种粘合剂都遭受严重 的粘附损失，这是因为纳米结构的破坏和侧向坍塌(lateral collapse),后 者指壁虎脚垫的相邻纳米毛彼此结合。另外，合成的壁虎粘合剂生产费 用高，并且事实上大批生产十分困难。
发明内容
0004本发明的一个实施方案包括类似于壁虎足垫起作用的干粘合剂。
0005本发明的一个实施方案包括产品，含有弹性环氧干粘合剂 (elastomeric epoxy dry adhesive ),其从不錄钢304合金基材(SS304)的 拉脱强度为1-200 N/cm2。
0006本发明的一个实施方案包括含有脂肪族二环氧化物 (aliphatic diepoxy)和二胺固化齐'J ( diamine curing agent)的组合物。
00071本发明的另一个实施方案包括方法，其包括固化组合物，所
述组合物包含脂肪族二环氧化物和二胺固化剂，以提供能粘附到表面的
弹性环氧干粘合剂，其从SS304基材的拉脱强度大于10N/cm2,且从相 同基材的剥离力为1 N/cm或更小。
0008本发明的另一个实施方案包括方法，其包括提供由包含脂肪 族二环氧化物和二胺固化剂的组合物制成的弹性环氧干粘合剂，将该粘
合剂放置在表面上，用力使该粘合剂预先加上栽荷以便该粘合剂具有从 SS304基材的大于10N/cr^的拉脱强度，使用1 N/cm2或更小的剥离力 从相同的基材上剥离该粘合剂，并重复所述附着和剥离步骤超过六次。0009本发明的其它示例性实施方案将根据下文提供的详细说明 变得显而易见。应当理解本发明的详细说明和具体实施例虽然公开了本 发明的示例性实施方案，但仅仅是用于阐述目的，而不意味着限制本发 明的范围。
0010根据详细说明和附图将更充分地理解本发明的示例性实施
方案，其中
0011图1图解了 Jeffamine D-230和NGDE的化学结构。0012图2图解了在干环氧粘合剂的刚性背层上的拉脱力。 [0013图3为拉脱强度对附着/脱附循环数的关系图。0014图4图解了干粘合剂的剥离力。0015图5图解了 EPON 826和十八烷基胺的化学结构。
具体实施例方式
0016下述实施方案的描述本质上仅仅是示例性的，决不意味着限 制本发明、其应用或用途。0017本发明的一个实施方案包括具有类似于壁虎足垫功能的干 粘合剂。在一个实施方案中，所述干粘合剂可具有玻璃转化温度Tg为从 -90至25。C。
0018本发明的一个实施方案包括产品，含有弹性环氧干粘合剂， 其从SS304基材的拉脱强度为1-200 N/cm2。关于拉脱强度，本发明不 限于从SS304基材的拉脱强度。可使用多种基材获得1-200 N/cn^的拉
脱强度。
0019本发明的一个实施方案包括包含脂肪族二环氧化物和二胺 固化剂的组合物。
0020本发明的另一个实施方案包括方法，所述方法包括固化组合 物，所迷组合物包含脂肪族二环氧化物和二胺固化剂，以提供能粘附到 表面的弹性环氧干粘合剂，其从SS304基材的拉脱强度大于10N/cm2, 且从相同基材的剥离力为1N/cm或更小。
0021本发明的另一个实施方案包括一种方法，其包括提供由包含 脂肪族二环氣化物和二胺固化剂的组合物制备的弹性环氧干粘合剂，将 该粘合剂放置在表面上，用力对该粘合剂预先施加载荷以便该粘合剂从 SS304基材的拉脱强度为大于10N/cn^，使用1 N/cm或更小的剥离力从 相同的基材上剥离该粘合剂，并重复所述附着和剥离步骤超过六次。
0022在本发明的一个实施方案中，制备弹性环氧干粘合剂。在一 个实施方案中，将4.32 g的新戊二醇二环氧甘油醚(NGDE)与2.3 g的 Jeffamine D-230混合，Jeffamine D-230为固化剂聚(丙二醇)二(2-氨基丙 基)醚。Jeffamine D-230为聚醚胺，其为双官能的伯胺，平均分子量为约 230。伯胺基位于脂肪族聚醚链末端的仲碳上。NGDE可以从TCI America 获得，Jeffamine D-230可以从Huntsman获得。Jeffamine D-230和NGDE 的化学结构显示在图1中。将4.32 g的NQDE和2.3 g的Jeffamine D-230 的液体混合物倾入铝模中。在IO(TC,在烘箱中固化该混合物约1.5小 时。然后，将该混合物在130'C后固化约1小时。
0023脱才莫所固化的环氧干粘合剂，并切成约1 cm x 1 cm的片。 为了测定拉脱力，将1 cmx 1 cm环氧干粘合剂片IO的一面结合到刚性 基材或背层12比如刚性环氧化物上。将所述环氧干粘合剂片的另一面 放置在基材14例如SS304上。通过将载荷16施加在朝上的刚性基材表 面上而施加4N的预栽荷力，所迷干环氧粘合剂面朝下对着基材14,如图2所示。
0024用测力计测定粘附力，对应于相同的样品的多个附着/脱附 循环的最大拉脱力显示在图3中。在图3中的数据显示出在六次附着/ 脱附循环后拉脱力不降低，平均的拉脱力为约60N/cm2。
0025为了测定剥离力，通过负载16施加的4N预栽荷，将不含 刚性背层的干粘合剂10压在SS304表面14上，以剥离方式施加分离力 并用测力计测量，如在图4中所示。所述剥离力小于1 N/cm。在一个实 施方案中，弹性干粘合剂可以进行多次附着和脱附循环，而没有粘附损 失。
0026在另一个实施方案中，以在下述表1中列出的比例混合 NGDE和Jeffamine D-230。 在IOO'C固化该混合物1.5小时，并在130 。C后固化其1小时。在NGDE对Jeffamine D-230的各种摩尔比下得到 的拉脱强度显示在下表1中。
表l.样品1-7的拉脱强度
样品#NGDE/ Jeffamine拉脱强度
D-230的摩尔比(N/cm2)
12.1252.4
22.0949.6
32.0456.1
42.0050.7
51.9660.0
61.9259.0
71.8943.8
0027在另一个实施方案中，保持胺基的总数为环氧基总数的两 倍，以不同的比例混合EPON 826 (双酚A环氧单体的二环氧甘油醚)、 Jeffamine D-230和十八烷基胺((^3(0142)17朋2,示例性的脂肪单胺)。 EPON 826和十八烷基胺的化学结构显示在图5中。EPON 826可以从 Hexion获得。在IO(TC固化该混合物1.5小时，并在130。C后固化其1 小时。当Jeffamine D-230和十八烷基胺的摩尔比从0变至无限大时，从 固化的环氧化物获得的从SS304基材的拉脱强度落入1 N/cm2至100N/cm2的范围。
0028在根据本发明各种实施方案的组合物中使用的胺可以是脂 肪族胺、支链的胺或芳香族胺。
0029
一个实施方案包括方法，其包括固化组合物，所述组合物包 含至少一种多官能环氧化物(脂肪族或芳香族)、和固化剂(例如芳香族或 脂肪族酐，或芳香族或脂肪族多胺)或者催化剂的至少一种，以提供从 SS304基材的拉脱强度为1-100 N/cm2的弹性环氧干粘合剂。
在各个实施方案中，弹性环氧干粘合剂的组分可包括刚性环氧化物 和柔性增充剂(flexible extender)。可用于获得弹性环氧干粘合剂的可
能的交联化学品的范围可包括0t,O)-二氨基烷烃、有机多羧酸、酸酐或
催化的(如咪唑类型中)交联反应物(crosslinking reaction)。存在许多获 得分子性质之间的适当关系的不同方式。例如，所述弹性环氧干粘合剂 可包括刚性环氧化物、环氧增充剂和交联剂；或刚性环氧化物、柔性交 联剂和柔性环氧化物；或刚性环氧化物、刚性交联剂和柔性环氧化物； 或刚性环氧化物、柔性环氧化物和催化固化剂；或刚性环氧化物、交联 剂和稀释剂；或柔性环氧化物、交联剂和稀释剂；或刚性环氧化物和柔 性交联剂；或柔性环氧化物和催化固化剂；或柔性环氧化物和交联剂； 和其中，所述刚性环氧化物为具有至少两个环氧基的芳香族环氧化物， 所述柔性环氧化物为具有至少两个环氧基的脂肪族环氧化物，所述环氧 化物增充剂具有一个环氧基，且所述交联剂为多胺、有机多羧酸或酸酐 中的一种，所述稀释剂为单胺或单羧酸。在各个实施方案中，所述催化 固化剂(或催化固化物)促进环氧基-至-环氧基或环氧基-至-羟基的反应。 所述催化固化剂可包括但不限于叔胺、胺盐、三氟化硼络合物或硼酸胺。 所述干粘合剂的组分可以以一定量存在，当所述组合物固化时，该量足 够提供具有低于室温的玻璃转化温度和从基材的拉脱强度为1-200 N/cm2的弹性环氧干粘合剂。
[0030本发明实施方案的上述说明本质上仅仅是示例性的，因此， 其变化不能被认为是背离本发明的精神和范围。
权利要求
1.弹性环氧干粘合剂组合物，其包括刚性环氧化物或柔性环氧化物的至少一种；和交联剂或催化固化剂的至少一种；其中所述刚性环氧化物为具有至少两个环氧基的芳香族环氧化物，所述柔性环氧化物为具有至少两个环氧基的脂肪族环氧化物，且所述交联剂为多胺、有机多羧酸或酸酐中的一种；和其中所述组分以一定量存在，当所述组合物固化时，该量足够提供具有低于室温的玻璃转化温度和从基材的拉脱强度为1-200N/cm2的弹性环氧干粘合剂。
2. 如权利要求1所述的弹性环氧千粘合剂组合物，其进一步包括具 有 一 个环氧基的环氧增充剂。
3. 如权利要求1所述的弹性环氧干粘合剂组合物，其进一步包括稀 释剂，其中所述稀释剂为单胺或单羧酸。
4. 如权利要求1所述的弹性环氧干粘合剂组合物，其中所述弹性环 氧干粘合剂从基材的拉脱强度为10-100 N/cm2。
5. 如权利要求1所述的弹性环氧干粘合剂组合物，其中所述弹性环 氧干粘合剂能够粘合至基材，从所述基材的剥离力小于1N/cm。
6. 如权利要求1所述的弹性环氧干粘合剂组合物，包括脂肪族二环 氧化物和二胺。
7. 如权利要求6所述的弹性环氧干粘合剂组合物，进一步包括芳香 族二环氧化物。
8. 如权利要求1所述的弹性环氧干粘合剂组合物，其中所述芳香族 环氧化物为环氧当量为18 0的双酚A环氧单体的二环氧甘油醚。
9. 如权利要求1所述的弹性环氧干粘合剂组合物，其中所述脂肪族 环氧化物为NGDE。
10. 如权利要求1所述的弹性环氧干粘合剂组合物，其中所述多胺 为平均分子量为230的聚(丙二醇)二(2-氨基丙基)醚。
11. 如权利要求3所述的弹性环氧干粘合剂组合物，包括芳香族二 环氧化物、二胺和单胺。
12. 如权利要求1所述的弹性环氧干粘合剂组合物，其中所述柔性 环氧化物的分子量等于或大于216。
13. 方法，包括固化包含如下组分的组合物多官能脂肪族环氧化物或多官能芳香族环氧化物的至少一种；和 至少一种固化剂，其中所述固化剂为芳香族酸酐、脂肪族酸酐、芳 香族多胺或脂肪族多胺中的 一种；以提供弹性环氧干粘合剂，其从基材的拉脱强度为1-100 N/cm2。
14. 如权利要求13所述的方法，其中所迷弹性环氧干粘合剂能够 粘合至基材，从基材的剥离力为1 N/cn^或更少。
15. 如权利要求13所述的方法，其中所述弹性环氧干粘合剂的玻 璃转化温度低于室温。
16. 方法，包括提供由包含脂肪族二环氧化物和二胺的组合物制备 的弹性环氧干粘合剂，将该粘合剂放置在基材上，用力为该粘合剂预先 施加栽荷以便所述粘合剂从所述基材的拉脱强度大于10N/cm2，和使用 1 N/cm或更小的剥离力从所述相同的基材上剥离所述粘合剂。
17. 如权利要求16所述的方法，进一步包括重复所述附着和剥离 步骤超过六次。
18. 弹性环氧干粘合剂，包括刚性环氧化物或柔性环氧化物的至少 一种和交联剂或催化固化剂的至少一种的反应产物；所迷柔性环氧化物为l有至少两个环氧基的脂肪i环氧化物，、:所述交联剂为多胺、有机多羧酸或酸酐中的一种；和其中所述弹性环氧干粘合剂的玻璃转化温度低于室温，且从基材的 拉脱强度为1-200 N/cm2。
19. 如权利要求18所迷的弹性环氧干粘合剂，进一步包括具有一 个环氧基的环氧增充剂的反应产物。
20. 如权利要求18所述的弹性环氧干粘合剂，进一步包括稀释剂 的反应产物，其中所述稀释剂为单胺或单羧酸。
全文摘要
本发明涉及可逆的干粘合剂。本发明的一个实施方案包括含有弹性环氧干粘合剂的产品，所述弹性环氧干粘合剂从基材的拉脱强度为1-200N/cm<sup>2</sup>，且通过小于1N/cm的剥离力可以可逆的脱附。
文档编号C09J163/00GK101550324SQ200810092950
公开日2009年10月7日 申请日期2008年4月18日 优先权日2007年4月20日
发明者T·谢, X·肖 申请人:通用汽车环球科技运作公司