热熔体粘结剂及其形成方法
【专利说明】热熔体粘结剂及其形成方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年3月14日提交的美国临时专利申请61/781，204的权益，该申 请在此通过引用将其全部内容并入本申请。 发明领域
[0003] 本发明总体涉及热熔体粘结剂，更具体来说，涉及包含异氰酸酯组分、聚酯和羟基 聚合物的热熔体粘结剂以及形成该热熔体粘结剂的方法。
[0004]相关技术的说明
[0005] 热熔体粘结剂（或称"HMA"）通常在室温下为100%固体的材料，其不含或需要任 何溶剂。施加热时，HM熔化成液体/流体状态，在这样的形式下将它们施涂到一种或多种 基底上。冷却后，HM重新达到其之前的固体形式并且得到了其粘结强度。以熔融形式施 涂并冷却凝固，然后通过化学交联反应固化的HMA采用特定的材料，例如聚氨酯来制备。
[0006] 聚氨酯（PUR)粘结剂通常可作为冷固化双组分（2- K)PUR体系，热固化单组分 (1 -K)PUR体系，湿气固化1 -KPUR体系，和反应性1 -KPUR热熔体获得。湿气固化 1一 K体系通过缩聚反应和加成反应固化，缩聚反应作为固化过程的第一步发生，加成反应 在固化过程的第二步中发生。反应性1一 KPUR热熔体通过初始物理固化和二次化学交联 的组合来固化。二次化学交联可以由热、湿气、或热和湿气来引发。冷却后，初始黏接（或 称"湿"）强度快速发展，这说明基底可以快速黏附以进行进一步加工。化学交联结束后，达 到最终强度。湿气引发交联的体系由高分子量、"可熔化的"聚氨酯组成，其具有当暴露于湿 气时反应的端位异氰酸酯基团。
[0007]已知的是，将由不含反应性氢的烯属不饱和单体形成的低分子量聚合物加入常规 聚氨酯HMA提供了内聚和粘结强度方面的改进，并且对于一些传统上难以黏结的基底来说 有助于发展粘结力。为了将低分子量聚合物加入1一 KPUR热熔体，可以在氨基甲酸酯预 聚物的存在下聚合各单体，或任选地将含有不含反应性氢的烯属不饱和单体的预聚的低分 子量聚合物与氨基甲酸酯预聚物共混。
[0008]虽然上述类别的粘结剂对于大多数应用来说有改进的性能，但低分子量聚合物仅 仅共混入氨基甲酸酯而不是与其化学键合，因此对需要高耐热和/或溶剂性例如汽车粘结 剂和密封剂的应用仍然产生问题。而且，可用单体的范围就玻璃化转变温度（Tg)来多少受 限，玻璃化转变温度在开放时间、湿强度、和HMA粘结强度的发展方面起重要的作用。此外， 许多常规聚氨酯HMA包括对于具有活性氢的组分来说稳定性低的聚合的低分子量聚合物。 需要这样的HMA，其稳定，采用低Tg材料，从而改进对某些基底的粘结，并且提供较长的开 放时间。因此，仍有提供改进的HMA的机会以及提供形成改进的HMA的方法的机会。
【发明内容】
[0009] 和优点
[0010] 披露了一种热熔体粘结剂。该热熔体粘结剂在室温下为固体。该热熔体粘结剂包 含以下组分的反应产物：5-25重量％的异氰酸酯组分，75-85重量％的聚酯，和1一10 重量％的羟基聚合物。该异氰酸酯组分的NCO含量为约20 -约50重量％。该羟基聚合物 的OH值为约40 -约50。
[0011] 还披露了一种制品。该制品包含第一表面，与第一表面相邻设置的第二表面，和在 第一和第二表面之间设置的粘结剂层。第一和第二表面通过该粘结剂层粘结偶联。该粘结 剂层由该热熔体粘结剂形成。
[0012] 还披露了形成该热熔体粘结剂的方法。该方法包括以下步骤：提供该异氰酸酯组 分，提供该聚酯，和提供该羟基聚合物。该方法进一步包括合并该异氰酸酯组分、该聚酯和 该羟基聚合物以形成该热熔体粘结剂的步骤。
[0013] 本公开的热熔体粘结剂总体显示出优异的物理和/或化学性质，例如相对于常规 热熔体较低的施涂温度，低或没有挥发性有机化合物（例如溶剂），不需要混合，可变的开 放时间，快速湿强度和粘结强度的快速发展，改进的耐高温性，改进的耐湿气和溶剂性，改 进的对基底的粘结，改进的耐蠕变性，优异的拉伸强度和断裂伸长率，以及上述的组合。该 热熔体粘结剂可用于将各种物品和/或材料粘接到一起。
[0014] 发明详述
[0015] 披露了热熔体粘结剂。还披露了形成该热熔体粘结剂的方法。而且还披露了包含 由该热熔体粘结剂形成的粘结剂层的制品。该热熔体粘结剂（或称"HMA"）在下文中可简 称为"粘结剂"，并在下文描述。该制品和方法在下文进一步描述。
[0016] 粘结剂包含异氰酸酯组分、聚酯和羟基聚合物的反应产物。以这样的方式，所有三 种这些组分化学反应/键合，而不是仅仅物理结合，从而形成粘结剂。在进一步的实施方案 中，粘结剂主要由该异氰酸酯组分、聚酯和羟基聚合物的反应产物组成。在再进一步的实施 方案，粘结剂由该异氰酸酯组分、聚酯和羟基聚合物的反应产物组成。在某些实施方案中， 粘结剂可包含一种或多种另外的组分，例如有助于粘结剂固化的催化剂组分。这些任选的 组分在下文中进一步描述。
[0017] 关于该异氰酸酯组分，可以使用各种类型的异氰酸酯以形成粘结剂。该异氰酸酯 组分典型地具有至少两个异氰酸酯官能（NCO)基团。该NCO基团与该聚酯和羟基聚合物在 反应条件下均有反应性。各种组分的反应在下文中进一步描述。该异氰酸酯组分在本领域 中可一般地称为二异氰酸酯（即，具有两个NCO基团的异氰酸酯）或多异氰酸酯（即，具有 三个或更多个NCO基团的异氰酸酯）。
[0018] 用作（或用于）该异氰酸酯组分的合适的异氰酸酯的实例包括常规脂族、环脂族、 芳脂族和芳族异氰酸酯。在某些实施方案中，该异氰酸酯组分选自二苯基甲烷二异氰酸酯 (MDI)，聚合物型二苯基甲烷二异氰酸酯（PMDI)，和它们的组合。在特定的实施方案中，该异 氰酸酯组分为MDI，例如4,4'一MDI。在这些实施方案的一些中，该异氰酸酯组分可包括残 余量的2,4'一MDI。聚合物型二苯基甲烷二异氰酸酯在本领域中也被称为多亚甲基多亚苯 基多异氰酸酯。合适的异氰酸酯的其它实例包括，但不限于，甲苯二异氰酸酯（TDI)，六亚甲 基二异氰酸酯（HDI)，异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI)，萘二异氰酸酯（NDI)，和它们的组合。
[0019] 在某些实施方案中，该异氰酸酯组分为异氰酸酯封端的预聚物。异氰酸酯封端的 预聚物是异氰酸酯与多元醇和/或多元胺的反应产物，如聚氨酯领域所知。异氰酸酯可为 聚氨酯领域中的技术人员已知的任何类型的异氰酸酯，例如上述异氰酸酯之一，例如MDI。 如果用于制备异氰酸酯封端的预聚物，则多元醇典型地选自乙二醇，二乙二醇，丙二醇，二 丙二醇，丁二醇，甘油，三羟甲基丙烷，三乙醇胺，季戊四醇，山梨糖醇，和它们的组合。如果 用于制备异氰酸酯封端的预聚物，则多元胺典型地选自乙二胺，甲苯二胺，二氨基二苯基甲 烷和多亚甲基多亚苯基多元胺，氨基醇，和它们的组合。合适的氨基醇的实例包括乙醇胺， 二乙醇胺，三乙醇胺，和它们的组合。异氰酸酯封端的预聚物也可由前述多元醇和/或多元 胺中两种或更多种的组合形成。该异氰酸酯组分也可为改性异氰酸酯，例如或用以下改性 的：碳二酰亚胺，脲基甲酸酯，异氰脲酸酯，和缩二脲。
[0020] 合适的异氰酸酯组分的具体实例可购自FlorhamPark，NJ的BASFCorporation
M70R异氰酸酯。该异氰酸酯组分可包括前述异氰酸酯中两种或更多种的任何组合。
[0021] 该异氰酸酯组分可以为各种形式，例如固体、半固体或液体。在各种实施方案中， 该异氰酸酯组分为固体（例如在室温下）。该异氰酸酯组分典型地具有的标称官能度为2 - 5, 2 - 4, 2 - 3,或2,或这些值的最高值和最低之间的任何子范围。典型地，该异氰酸酯组 分的NCO含量为约20%-约50%，约25%-约45%，约30%-约40%，约30%-约35%， 或约33%，或这些值的最高值和最低之间的任何子范围。如果异氰酸酯封端的预聚物被用 作该异氰酸酯组分，NCO含量通常是比上述值低的，但低得不多，例如低于10%，低于5%等 的NCO含量。实际的NCO含量将取决于预聚物预反应的程度，例如异氰酸酯的原始NCO含 量与多元醇和/或多元胺反应的程度。
[0022] 该异氰酸酯组分可以以各种量使用以形成粘结剂。典型地，该异氰酸酯组分的用 量为约5 -约25,约5约20,约5 -约15,约10 -约15,或约12重量％，各自基于粘结剂 的总重量计，或这些值的最高值和最低之间的任何子范围。
[0023] 关于该聚酯，各种类型的聚酯可以用于形成粘结剂。在各种实