专利名称：高固体含量的粘合剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及加工聚氯丁二烯压合式粘合剂和制备这种粘合剂的方法以改进其喷涂性。更具体地说，本发明涉及制造高固体/高丙酮含量的聚氯丁二烯的可雾化用于喷涂的压合式粘合剂。
在高固体压合式粘合剂领域一般都知道，为了符合VOC的规定，压合式粘合剂必须是氯化溶剂产品或含水产品。
完全符合VOC规定的早期产品是氯化溶剂类。但是，蒙特里尔协议禁止使用甲基氯仿类，因为这种产品可能是上层大气臭氧生成的阻滞剂。这使得只有二氯甲烷可能作为压合式粘合剂的溶剂。
在1997年，危险空气污染物法规，40 C.F.R..Part 63(木制家俱(Wood Furniture)NESHAP)规定二氯甲烷是危险的空气污染物。而且，1997年1月10日，美国职业安全和健康办公室(OSHA)发布了一种标准，(29 C.F.R.Parts 1910、1915和1926)，此标准降低了对工人暴露于二氯甲烷的限量。根据这些法规，对这些化合物的唯一的替代办法似乎是含水的压合式粘合剂。
在1997年，由于两种因素使第三种替代办法成为可能。第一种因素是EPA取消了丙酮作为挥发性有机化合物(VOC)。第二种因素是开发了能够使聚氯丁二烯酚醛压合式粘合剂成为气溶胶的技术。当将聚氯丁二烯压合式粘合剂涂于两种材料时，干燥后接触时自行粘接。已经将聚氯丁二烯压合式粘合剂配制成溶剂和含水系统。聚氯丁二烯可以适用的材料包括木材、塑料层压板、纸、玻璃、碳纤维、陶瓷和铁、钢和铝等金属。
对聚氯丁二烯压合式粘合剂的一个要求是可以由气溶胶容器中以均匀喷雾方式喷涂。还有一个要求是聚氯丁二烯可以由装有市售的压力调节器和/或阀门和喷嘴如Bink Spraypot的标准加压容器中喷出。
因此希望开发一种聚氯丁二烯压合式粘合剂，这种粘合剂含高固体制成，从而能使单位粘合剂能完成更多的工作。这也使在完成相同的工作量的同时向空气中排放较少的溶剂挥发物。还希望开发一种聚氯丁二烯压合式粘合剂，可以低于木材家俱NESHAP规定的每磅固体排出一磅危险空气污染剂(HAP)的水平。本发明开发的压合式粘合剂含的HAP低于0.2和可能低至零HAP。
按照本发明，一种制造压合式粘合剂的方法包括将溶剂同橡胶掺合物和/或树脂混合以制备压合式粘合剂，然后将溶剂/橡胶/树脂掺合物加工直到粘度降低达到要求，同时固体含量不低于30％重量。还讨论了由聚氯丁二烯或聚氯丁二烯衍生物和丙酮的混合物制造的高固体/高丙酮的压合式粘合剂。
本发明提供制造压合式粘合剂的方法以及这种压合式粘合剂的本身。该法一般包括先将溶剂同橡胶掺合物和树脂混合以生成用作压合式粘合剂类型的溶剂/橡胶/树脂掺合物，将此溶剂/橡胶/树脂掺合物加工直到产品的ASTM D 1084赛波特粘度降低达到要求，同时固体含量达到高于30％重量。本发明方法可以用多步完成以提高固体含量，同时陆续将粘度降低到所要求水平，以适用于喷涂应用。高固体含量产品在溶剂价格不断升高和VOC法规日益严格的时代是有意义的。每加仑很高固体含量产品能够提供涂布更多的面积，这样，可以在进行一定的工作量下向空气排放出较少的溶剂。由于每单位喷涂的粘合剂有较少的溶剂蒸发到空气中，所以HAP和VOC量降低。此外，固体含量增加使得用户可以用较少的喷涂达到所要求的粘合。因此用户不需要长时间喷涂，也因此减少了污染物的排放。
事实上，木材家俱NESHAP对现有源的每磅固体规定为1磅HAP，规定新源为每磅固体为0.2磅HAP。本发明的压合式粘合剂能够达到0.2或更低的HAP，VOC低于400克/升。
尤其是，溶剂/橡胶/树脂掺合物可以用此领域众所周知的釜式法制造。本发明所用的溶剂类型可以选自芳香烃、酮类、脂肪烃、醇类和酯类。溶剂的浓度为35-70％重量。
本发明所用的树脂可选自包括改性的树脂、聚萜烯树脂、酚醛树脂、酚醛改性的萜烯树脂、以及脂肪族石油烃树脂。优选使用酚醛树脂。广泛地说，树脂用量为4-30％重量。更优选的树脂用量为6-25％重量。树脂的重量百分比与固体重量百分比线性相关。例如，当固体为36％时，在粘合剂中树脂的重量百分比为14，当固体为65％时，树脂的重量百分比为25。
所用的橡胶在该领域是众所周知的。所用的橡胶优选是聚氯丁二烯合成橡胶，所用的浓度范围为8-40％重量。更优选的橡胶浓度为10-36％重量。优选的橡胶浓度是20％重量。
固体总浓度高于30％重量。令人吃惊地是固体含量可为30-65％，为前所未听到的含量。另外，前所未听到过的丙酮量可用于相同的混合物中。丙酮用量超过溶剂混合物体积的60％，从而得到高固体和高丙酮的粘合剂，其挥发性有机化合物(VOC)低于SCAQMD规定的250克/升，甚至低于加利福尼亚其它地区规定的200克/升。
上述的加工步骤最优选地由将溶剂/橡胶/树脂掺合物剪切以达到所要求的粘度来实现。在1998年3月31日发布的Pruvis II等人的美国专利5,733,961曾详细地讨论过剪切法。这篇专利在此作为参考。总之，加工步骤包括在Microfluidiser加工机中用电驱动的双柱塞或活塞液压强化泵加压流体产品进行剪切。
在操作中，在釜式法中将溶剂同橡胶和/或树脂混合生成掺合物，然后进入Microfluidiser中，在其中泵中的高压柱塞/活塞前后移动，迫使掺合物从泵的一端出来，同时掺合物从另一端进入。泵的作用是迫使掺合物流进入相互作用室的限制孔中。此室的微通道几何上是固定的，途经的尺寸和人发的截面相同。一旦进入，掺合物流是高度加压的，并以达每秒几百米的速度向前推进。它分成两个，改变方向，并相互冲突成单一流。在极短的时间内有大量的能量消散，同时产生剪切、冲击和孔腔。末端的粒子和液滴的尺寸急剧降低。此后，如果需要，在釜式法的掺合物中加入更多的溶剂、橡胶和/或树脂，将新的掺合物导入Microfluidiser中以进一步加工。
进入加工区的产品未碰到任何运动部件。由于压力加速或减速没有发生任何的波动，从而没有发生批与批之间的不一致。此外，收集粒子和复杂的清洗没有任何缺陷和障碍。结果是一致的并容易再现。
使用的聚氯丁二烯的具体类型取决于在所要应用中所要求的性质(例如可燃性、耐油性、韧性、伸长性、结晶速度、抗结晶性等)。
聚氯丁二烯压合式粘合剂的市购的增粘剂包括天然的和改性的树脂、聚萜烯树脂、酚醛树脂、酚醛改性的萜树脂以及脂肪族石油烃树脂。
金属氧化物如氧化镁和氧化锌通过中和聚氯丁二烯老化时放出的盐酸用作酸接受剂，使材料同聚氯丁二烯压合式粘合剂接触时材料的变质降至最小。另外，它们还作为聚氯丁二烯的固化剂，从而提高产生的粘合剂的抗张强度，并有助于室温下交联。
抗氧剂可防止氧化和褪色。适用于配制聚氯丁二烯压合式粘合剂的抗氧剂有苯基α-萘胺、苯基-β-萘胺、苯基-β-萘以及2，2’-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基酚)。
所要求的VOC的降低值是低于400克/升。所要求的VOC是200-400克/升，在一优选的具体实施方案中是390克/升。按照本发明，加工步骤，特别是使用本发明的剪切加工可使粘度降低10-70％以上。这种粘度范围可以用加压金属容器或加压喷雾罐喷涂，以及少量用途的气溶胶喷涂。
这些气溶胶喷雾机构的实例公开于美国专利4,401,272和5,444,112中。4,401,272专利公开了一种气溶胶喷嘴结构，可用于配制可溶的聚氯丁二烯的气溶胶粘合剂。但是，这篇专利4401272公开的喷头可容许气溶胶固体含量高达11.1％。使用本发明，这些气溶胶喷嘴可以喷固体浓度超过11.1％的气溶胶。
根据具体应用类型的粘合剂用量，上述制备的粘合剂可以包装在未加压的大容器中，如55加仑筒或5加仑提筒大容器的粘合剂可以由加压的喷罐系统施用。
本发明还提供了由上述方法制备的压合式粘合剂。最一般地说，这种压合式粘合剂是具有可雾化的ASTM D 1084赛波特粘度和固体含量高于30％重量的溶剂/橡胶/树脂掺合物。
实施例下面各表提供了按照本发明制造的粘合剂组合物的方法的实施例。这些方法说明从单步加工到多步加工的各步，后者六次向掺合物中加入橡胶和树脂。表1含36％固体的粘合剂VOC ASTM D 3960＝380克/升<
表2含40％固体的粘合剂VOC ASTM D 3960＝593克/升<
表3含50％固体的粘合剂VOC ASTM D 3960＝365克/升
表4含55％固体的粘合剂VOC ASTM D 3960＝242克/升
表5含60％固体的粘合剂VOC ASTM D 3960＝230克/升
表6含65％固体的粘合剂VOC ASTM D 3960＝191克/升
本发明的一个具体实施例是830 Lockweld高度耐燃的高固体含量的喷涂级压合式粘合剂。830粘合剂是聚氯丁二烯合成橡胶和酚醛树脂在甲苯、丙酮、石脑油以及环己烷的溶剂系统的混合物。830粘合剂具有36％重量的高固体含量，而一般的较典型的耐燃产品的固体含量为17.5-18％重量。
830粘合剂在每加仑7.4磅下为红色，粘度900±400厘泊。固体含量是36.0±1.0％重量。用此粘合剂得到的覆盖度在每平方英尺2.5千克下约为每加侖241粘合平方英尺。
用830粘合剂，一加仑足可以覆盖482平方英尺面积或在覆盖率为每一表面上每平方英尺2.5千克粘合剂下将241平方英尺高压装饰层压板(HPDL)粘合于241平方英尺基体上。
这种粘合剂按本发明的方法制造，在木材加工方面用处极广，特别是在粘合层压板和非金属基体，如刨花板、胶合板或层压板。
用于涂布这种粘合剂所用的设备的实施例如下推荐的设备喷枪 流体喷嘴 气帽Blinks 66ss66SD-3Model 95Model 7B/CModel 62Model 18SSModel 692001 SS2001喷枪 流体喷嘴 气帽DeVilbussFF 797JGA-510MSA-510自动喷涂喷枪 流体喷嘴 气帽Binks 66ss 66SD-3Model 61DeVibussAGX 510FF797
对于空气源，连续80-100磅/英寸2的空气源用于每分钟20立方英尺的喷嘴。流体压力应能支承12-14磅/英寸2，泵的压力应为30-50磅/英寸2。
本发明已经以说明方式叙述，应理解的是，所用的专门术语只是叙述而不是限制。显然，鉴于上述说明，本发明可以有一些改进和变种。因此，可以理解，除非专门指出，在所附的权利要求的范围内，本发明可以实现。
权利要求
1.一种制造压合式粘合剂的方法，此法包括将溶剂、橡胶掺合物和树脂的一种或多种混合，生成用于制造压合式粘合剂的掺合物；以及将掺合物加工直到粘度降低达到要求，并得到最后固体含量大于30％重量的产品。
2.权利要求1的方法，还包括下面各步在加工步骤后向混掺合物中加入附加的橡胶或树脂；将含有附加橡胶或树脂的掺合物进一步加工，直到粘度降低达到要求；以及重复加入和进一步加工步骤直到粘度降低达到要求并得到最后固体含量大于30％重量的产品。
3.权利要求1的方法，还包括以下各步在加工步骤后，向掺合物中加入附加的橡胶和树脂；将含有附加橡胶或树脂的掺合物进一步加工，直到粘度降低达到要求；以及重复加入和进一步加工步骤直到粘度降低达到要求并得到最后固体含量大于30％重量的产品。
4.权利要求1的方法，其中所说的加工步骤包括将掺合物剪切使达到所要求的粘度。
5.权利要求4的方法，其中所说的加工步骤使粘度至少降低10％。
6.权利要求1的方法，其中橡胶是聚氯丁二烯合成橡胶的掺合物。
7.权利要求1的方法，其中所说的树脂是酚醛树脂。
8.权利要求1的方法，其中所说的溶剂是选自芳香烃、酮类、脂肪烃、醇类和酯类。
9.权利要求1的方法，其中压合式粘合剂是聚氯丁二烯橡胶、酚醛树脂、甲苯、丙酮、石脑油和环己烷的混合物。
10.权利要求1的方法，其中所要求的VOC低于400克/升。
11.一种压合式粘合剂包括粘度可以雾化的和固体含量大于30％重量的溶剂/橡胶/树脂掺合物。
12.权利要求11的压合式粘合剂，进一步定义为具有所要求的粘度同时其固体含量大于30％重量的氯丁二烯/甲基丙烯酸共聚物、聚氯丁二烯、氧化镁、增粘剂、抗氧剂、有机溶剂和水的混合物。
13.权利要求11的压合式粘合剂，其固体含量为30-65％重量。
14.权利要求13的压合式粘合剂，其中所说的固体含量优选为35-55％重量。
15.权利要求14的压合式粘合剂，其中所说的固体含量是36％重量。
16.权利要求11的压合式粘合剂，其中所说的有机溶剂选自芳香烃、酮类、脂肪烃、醇类和酯类。
17.权利要求16的压合式粘合剂，其中所说的丙酮浓度占溶剂混合物体积60％以上。
全文摘要
一种制造压合式粘合剂的方法,包括将溶剂同橡胶掺合物和/或树脂混合以制造压合式粘合剂,然后,将溶剂/橡胶/树脂掺合物加工直到粘度降低达到要求并得到固体含量大于30%重量的产品。此压合式粘合剂的粘度能使固体含量大于30%重量的粘合剂雾化。
文档编号C09J121/00GK1243853SQ9910675
公开日2000年2月9日 申请日期1999年5月19日 优先权日1998年7月30日
发明者D·C·帕维斯二世, J·J·阿奇, J·P·琼斯 申请人:普雷马克Rwp控股公司