镀锌金属粘合粘合剂配方及其使用方法

文档序号:9400793阅读:1252来源:国知局
镀锌金属粘合粘合剂配方及其使用方法
【专利说明】
[0001]相关专利申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求了 2013年2月20日提交的美国临时专利申请序列号为61/767, 050 的优先权,兹以引用的方式引入该临时专利申请的内容。
技术领域
[0003] 本发明总体上涉及粘合剂,并且更具体地讲,涉及能够粘合各种各样的金属基板 并且具有在23°C下超过300天的存储稳定性的自由基固化粘合剂。
【背景技术】
[0004] 在许多行业中,金属部件的制造商已经更改为采用结构粘合剂来代替诸如铆接、 螺栓和焊接的常规的紧固技术。粘合剂在理论上提供许多诱人的性能,包括提高产品性能、 美观性、减少整体组装时间和降低制造成本。另外,粘合剂排除了在铆接、螺栓、焊接和其他 传统紧固方法中常见的大部分应力点集中、腐蚀和部件损坏。
[0005] 尽管常规的结构粘合剂已经取得相当大的进步以便能粘结各种各样的基板,例 如,铝、冷乳钢和碳钢,但是常规的粘合剂在镀锌钢板上的强度随时间流逝而降低。由于常 规的结构粘合剂不能保持镀锌基板上的强度,各行业依赖的镀锌材料保留了传统的接头, 例如,焊接和机械紧固件,从而遇到这些传统方法的所有已知限制。
[0006] 由于在50°C的高温下不良的粘合强度,以及在-40°C下较低的冲击强度和屈服强 度,金属成分的粘合剂接头在各行业中均无法被广泛接受。另外,常规的金属基板接头粘合 剂往往具有在20°C下六个月或更短的不充足的储存寿命。现有的结构粘合剂的更进一步的 限制包括较低的末端搭接剪切强度以及较低的安装处理强度,这导致与高效的整体制造相 悖的长夹具时间。
[0007] 因此,需要一种在高温下具有提高的粘性同时提供更长的储存寿命和出色的热稳 定性的结构粘合剂配方。还需要这样一种粘合剂配方,该粘合剂配方甚至在温度降低时能 提供更快的建立处理强度和更高的末端搭接剪切强度,以便得到能粘结包括镀锌金属在内 的各种各样的结构基板的粘合剂。

【发明内容】

[0008] 提供了一种两部分粘合剂配方,该粘合剂配方具有粘合剂部分A和活化剂部分B。 所述部分A包括甲基丙烯酸酯单体的单体量、多官能单体的交联剂量、韧化剂、冲击改性 剂、抗氧化剂、自由基聚合抑制剂、以及提高与基板的固化粘合剂强度的增粘剂体系以及自 由基聚合抑制剂。当粘合剂部分A与活化剂部分B的重量比为1:1重量比时,所述部分B 包括甲基丙烯酸酯单体的活化剂单体量以及自由基聚合加速剂和冲击改性剂。所述部分A 和部分B各自具有在23°C下至少300天的单独的存储稳定性。当粘合剂部分A与活化剂部 分B的重量比为10:1时,所述活化剂部分B包括丁基橡胶、触变剂和自由基聚合加速剂,同 时保持在23°C下至少300天的存储稳定性的性能。
[0009] 提供了 一种在基板上涂覆粘合剂的方法,所述方法包括使部分A和部分B合并起 来以形成粘合剂混合物。将所述粘合剂混合物涂覆在所述基板上并且允许固化。
【具体实施方式】
[0010] 本发明具有作为特别好地适用于粘结结构基板的固化粘合剂的效用。通过发明的 粘合剂有效粘结的结构基板说明性地包括电镀锌钢、热浸镀锌钢、冷乳钢、铝、铝合金、丙烯 腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、低碳钢(MS)、聚氯乙烯(PVC)和玻璃纤维。将认识到发明的粘 合剂配方有效地粘结在这些结构基板上,并且使一种此类基板粘结在包括其他金属、其他 塑料的其他基板上,并且通过在固化期间的快速处理强度来实现这种效果,以便于处理并 去除制造设备中的紧固装置。
[0011] 发明配方提供为两部分配方,包括粘合剂部分,在本文中同义地被称为部分A。配 方的粘合剂部分包括可聚合单体成分、弹性材料,与在本文中同义地被称为部分B的活化 剂部分发生反应。部分B包括橡胶成分和聚合加速剂。发明配方的以下成分按照配制部 分A或部分B的重量百分比进行详述,所述成分包括除了在固化条件下的非反应性稀释剂 和非反应性成分之外的所有成分,所述非反应性稀释剂和非反应性成分说明性地包括固化 剂、缓蚀剂、链转移剂、颜料、间隔基团、芳香剂、填料和阻燃剂。
[0012] 应当理解,在提供数值范围的实例中,该范围旨在不仅包括范围的端值,而且包括 范围的中间值,如同明确地被包括在范围内并且通过范围内的最后有效数字变化。举例来 说,1至4的列举范围旨在包括1-2、1-3、2-4、3-4和1-4。
[0013] 粘合剂部分A在粘合剂实施例中包括大部分活性重量百分比的丙烯酸酯单体、甲 基丙烯酸酯单体或它们的组合。在本发明的其他实施例中,这些单体代表粘合剂部分A(不 包括非反应性稀释剂)的至少20重量百分比。本发明中有效的丙烯酸酯单体和甲基丙烯 酸酯单体说明性地包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸C 1-C16烷基酯、甲基丙烯酸C ^(^烷基酯、 C1-C16羟基丙烯酸烷基酯、C i-Qjl物胺丙烯酸酯、丙烯酸C ^C16仲胺酯、C ^C16丙烯酸磺酸 和丙烯酸环氧C1-C16酯或甲基丙烯酸环氧C 1-C1Jg。除前述甲基丙烯酸甲酯之外,本文中有 效的具体丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、甲 基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸乙己酯、甲基丙烯酸乙己酯、甲基丙烯 酸十二烷基酯、甲基丙烯酸四氢糠基酯、甲基丙烯酸环己酯、2-羟基丙烯酸乙酯、2-羟基甲 基丙烯酸酯、3-羟基丙烯酸丙酯、1-羟基-2-氨基甲基丙烯酸丙酯、1-氨基-2-羟基甲基 丙烯酸丙酯、丙烯酰胺、1-氨基-3-羟基甲基丙烯酸丙酯、2-叔丁基甲基丙烯酸氨基乙酯、 2_丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯。
[0014] 发明配方也包括二甲基丙烯酸酯单体、三甲基丙烯酸酯单体、它们的羧酸类似物 或它们的组合。这些单体在本文中被同义地称为多官能单体并且说明性地是二或三(甲 基)丙烯酸酯单体,例如选自以下各项的单体:聚二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、双酚-A-二 (甲基)丙烯酸酯、二(甲基)丙烯酸四氢呋喃酯、二(甲基)丙烯酸己二醇酯、聚二(甲 基)丙稀酸(缩)二醇酯(polythyleneglycoldi(meth)acrylates),如二(甲基)丙稀 酸二缩三乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸二缩三丙二醇酯、二(甲基)丙烯酸三缩四乙二醇酯、 二(甲基)丙烯酸一缩二乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸1,4-丁二醇酯、二(甲基)丙烯酸 1,6-己二醇酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲 基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、双季戊四醇单羟基五(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基) 丙烯酸酯、乙氧基化双酚-A二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯 酸酯、三羟甲基丙烷丙氧基化物三(甲基)丙烯酸酯或它们的组合,以及详见于美国专利 7, 408, 012和美国专利5, 376, 746的其他这些单体。在包括多官能单体的本发明的这些实 施例中,多官能单体通常以相对于上述丙烯酸酯单体〇. 001-0. 5:1的摩尔比存在,该比例 修改交联之间的平均链长。
[0015]应该认识到,在一些实施例中,甲基丙烯酸酯单体单独存在于粘合剂部分A中,而 在其他实施例中,甲基丙烯酸酯单体存在于发明配方的部分A和部分B两者中。发明配方包 括一定量的丁基橡胶成分,这种丁基橡胶成分大量存在以促进内聚失效模式(acohesive failuremode)。不希望受到特定理论的限制,据信,固化的发明粘合剂的裂纹扩展受到这 些橡胶域的存在的抑制,从而改变所得粘合剂的失效模式。在部分A和B以10:1的比例存 在的本发明的特定实施例中,丁基橡胶存在于粘合剂部分以及活化剂部分两者中,而在其 他实施例中,丁基橡胶被隔离在这两种发明配方部分的唯一一种中。如本文所用,术语丁基 橡胶旨在涵盖SB橡胶、异戊二烯橡胶、聚异丁烯橡胶、异丁烯异戊二烯橡胶和它们的组合。
[0016]本文中有效的冲击改性剂说明性地包括丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯、丁腈橡胶、 苯乙烯和丁二烯的嵌段共聚物、具有60%橡胶的高橡胶接枝、ABS、天然橡胶以及它们的组 合。而冲击改性剂的负载取决于以下因素,包括粘合剂部分与活化剂部分之间的重量比、冲 击改性剂的分子量以及冲击改性剂的模数(modulus)。粘合剂中典型的冲击改性剂的负载: 活化剂的重量比配方对于10:1比例的配方在10至37总重量百分比的范围内,对于1:1比 例的发明配方在12至50的总重量百分比的范围内。在某些发明实施例中,丁基橡胶结合 冲击改性剂存在为橡胶成分。在另外的其他实施例中,丁基橡胶被隔离在活化剂中,发明配 方的部分B,还依然用于改变固化的粘合剂的失效模式。
[0017]发明配方还包括韧化剂。所述韧化剂与本发明中的橡胶成分的区别在于具有低Tg并且可以显著提高固化粘合剂在例如-40°F(-40°C)的低温下的性能,并且同时不会对 固化的粘合剂在例如180°F的高温下的性能造成不利影响,而本发明中使用橡胶成分是
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