具有包括与粘合剂互锁的底切特征结构的多层结构的制品及其制备方法_3

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(A.V.Pocius,"粘合和粘合剂技术",Hanser/Gardner出版社,1997年,第183页)中所述。 [0065]合适的热固性材料包括环氧化物、聚氨酯、氰酸酯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、酚醛 树脂(包括腈酚醛树脂)、以及它们的任意组合。
[0066] 环氧化物
[0067]合适的环氧化物包括那些包含至少两个1,2_环醚的环氧化物。这类化合物可以是 饱和的或非饱和的、脂肪族、芳族的或杂环的,或可包括它们的组合。合适的环氧化物在室 温下可以是固态或液态的。
[0068] 优选包含至少两个环氧基的化合物(即,聚环氧化合物)。可以使用环氧基化合物 的组合,可以在组合中使用具有一个或少于两个官能团的环氧化物,只要混合物中环氧基 官能团的总数至少为两个。聚合的环氧化物包括具有末端环氧基团的直链聚合物(例如,聚 氧化亚烷基二醇的二缩水甘油醚)、具有骨架环氧乙烷单元的聚合物(例如,聚丁二烯聚环 氧化物)和具有侧环氧基团的聚合物(例如,甲基丙烯酸缩水甘油酯的聚合物或共聚物)。本 公开还涵盖使用具有环氧基官能团之外的官能团的材料,但所述材料基本上不与环氧基官 能团发生反应,例如,同时含有环氧基官能团和丙烯酸官能团的材料。任选的添加剂是核/ 壳增韧剂。
[0069] 市售的合适的基于环氧化物的粘合剂的例子包括可从美国明尼苏达州圣保罗的 3M公司(3M Company,St · Paul,MN)以商品名 "3M SCOTCH-WELD环氧树脂粘合剂"(3M SCOTCH-WELD EPOXY ADHESIVE)商购获得的那些。
[0070] 聚氨酯材料
[0071] 如本文所用,术语"聚氨酯材料"是指由包含至少两个异氰酸酯基团(-N = C = 〇)的 化合物(在本文中被称为"异氰酸酯")与包含至少两个含活性氢基团的化合物的反应产物 制成的聚合物。含活性氢基团的例子包括伯醇、仲醇、酚和水。其他含活性氢基团包括伯胺 和仲胺,其与异氰酸酯反应生成脲键,从而得到聚脲。多种异氰酸酯封端材料和适当的共反 应物是众所周知的,并且其中许多可商购获得(参见例如Gunter Oertel,"Polyurethane Handbook",Hanser Publishers,Munich(1985) (Gunter Oertel,"聚氨酯手册",翰思出版 社,慕尼黑,1985年))。聚氨酯粘合剂可包括双组分室温固化粘合剂。聚氨酯粘合剂还可包 括在加热后施涂的单组分湿固化粘合剂,包括可从美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M company,St · Paul,MN)以商品名"3M S⑶TCH-WELD聚氨酯反应型粘合剂"(3M S⑶TCH-WELD POLYURETHANE REACTIVE ADHESIVES)商购获得的那些。
[0072] 氰酸酯材料
[0073] 合适的氰酸酯材料(单体和低聚物)是具有两个或更多个-0-CN官能团的那些。合 适的氰酸酯化合物包括:1,3-二氰酸苯、1,4_二氰酸苯、2-叔丁基-1,4_二氰酸苯、2,4_二甲 基 _1,3-二氰酸苯、2,5-二叔丁基-1,4-二氰酸苯、四甲基-1,4-二氰酸苯、4-氯-1,3-二氰酸 苯、1,3,5-三氰酸苯、2,2-二氰酸联苯、4,4-二氰酸联苯、3,3',5,5'_四甲基-4,4 二氰酸 联苯、1,3-二氰酸萘、1,4-二氰酸萘、1,5-二氰酸萘、1,6-二氰酸萘、1,8-二氰酸萘、2,6-二 氰酸萘、2,7-二氰酸萘、1,3,6-三氰酸萘、双(4-氰酸苯基)甲烷、双(3-氯-4-氰酸苯基)甲 烷、双(3,5-二甲基-4-氰酸苯基)甲烷、1,1-双(4-氰酸苯基)乙烷、2,2-双(4-氰酸苯基)丙 烷、2,2-双(3,5-二溴-4-氰酸苯基)丙烷、2,2-双(4-氰酸苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、双 (4-氰酸苯基)醚、双(4-氰酸苯氧基苯氧基)苯、双(4-氰酸苯基)酮、双(4-氰酸苯基)硫醚、 双(4-氰酸苯基)砜、三(4-氰酸苯基)亚磷酸酯和三(4-氰酸苯基)亚磷酸酯。酚醛预缩合物 与卤代氰化物反应得到的聚氰酸酯化合物也是合适的。
[0074] 酚醛树脂材料
[0075]合适的酸酸树脂在"Encyclopedia of Polymer Science and Engineering", Volume 11 John Wiley&Sons,Inc.(New York, 1988),pp.45_92("聚合物科学和工程百科 全书",第11卷,约翰?威利父子出版公司,纽约,1988年,第45-92页)中进行了大致描述。
[0076]基于酸酸树脂的树脂在Alphonsus V · Pocius,"Adhesion and Adhesives Technology : An Introduction",Hanser Publishers(New York,1997),pp.185-188 (Alphonsus V.Pocius,"粘合和粘合剂技术:导论",翰思出版社,纽约,1997年,第185-188 页)中进行了大致描述。合适的酚醛树脂材料是以酚和甲醛的反应产物制备的,包括甲阶酚 醛树脂和线性酚醛树脂。酚的例子包括苯酚、间苯二酚、对位取代苯酚、甲酚以及双酸A和双 酸A的单缩水甘油醚的反应产物。
[0077] 合适的双马来酰亚胺材料也称为N,N'_双马来酰亚胺单体和预聚物,其例子包括 1,2-乙二胺、1,6-己二胺、三甲基-1,6-己二胺、1,4-苯二胺、4,4'-亚甲基-双(苯胺)、2-甲 基-1,4-苯二胺、3,3 ' -亚甲基-双(苯胺)、3,3 ' -磺酰基-双(苯胺)、4,4 ' -磺酰基-双(苯胺)、 3,3'_氧-双(苯胺)、4,4'_氧-双(苯胺)、4,4'_亚甲基-双(环己胺)、1,3_苯二甲胺、1,4_苯 二甲胺、4,4'_环己烷-双(苯胺)、以及它们的混合物的N,N'_双马来酰亚胺。
[0078] 用于热固性材料的固化剂
[0079] 热固性粘合剂层优选地包括热固性材料和一种或多种固化剂。术语"固化剂"应用 范围广泛,不仅包括那些传统上被认为是固化剂的材料,还包括催化或加速可固化材料反 应的材料,以及可以同时作为固化剂和催化剂或促进剂的材料。还可以组合使用两种或更 多种固化剂。
[0080] 本公开所用的固化剂可包括热活化固化剂,其表现出潜在的热反应性;即,它们主 要在高温(优选地至少80°C的温度)下反应,或仅在活化步骤例如暴露于光化辐射后在低温 下反应。本公开所用的固化剂可包括在涂覆到基底上之前与热固性材料混合,从而导致粘 合剂在室温下固化的固化剂。本领域的技术人员将很容易理解适合每类热固性材料的固化 剂。
[0081] 用于环氧化物聚合的合适固化剂包括多元酸及其酸酐;含氮固化剂;铝、硼、锑和 钛的含氯、溴和氟的路易斯酸;质子酸或路易斯酸的光化学活化生成剂;以及如上所述的酚 醛树脂材料。
[0082] 用于聚氨酯材料的合适固化剂包括含氮固化剂,所述含氮固化剂如上文所述与环 氧化物(其在解封闭反应得到脲之后可与封闭的异氰酸酯基团反应)以及例如包含可与异 氰酸酯反应的羟基(如,酚)或硫醇官能团的材料一起使用。质子酸或路易斯酸的光化学活 化生成剂可用于增强这些反应。
[0083] 用于氰酸酯材料的合适固化剂包括含氮固化剂,所述含氮固化剂如上文所述可与 环氧化物以及可热活化或光化学活化的固化剂一起使用。此类固化剂的例子包括含有环戊 二烯基团(C 5H5)和环戊二烯基团衍生物的有机金属化合物。
[0084] 用于酚醛树脂材料和腈酚醛树脂材料的合适固化剂包括六亚甲基四胺(甲醛的潜 在来源)以及有机酸(如磷酸、对甲苯磺酸和水杨酸)和金属氧化物(如氧化锌和氧化镁)的 组合。
[0085] 用于双马来酰亚胺材料的合适固化剂包括含氮固化剂,所述含氮固化剂如上文所 述可与环氧化物以及烯丙基酚的潜在来源一起使用。
[0086] 丙烯酸类
[0087] 合适的丙烯酸类粘合剂包括自由基固化丙烯酸和氰基丙烯酸酯。如本文所用,术 语"(甲基)丙烯酸"是指丙烯酸和甲基丙烯酸。可用于本公开的(甲基)丙烯酸酯优选地生成 硬度或模量匹配或超出聚烯烃基底的性质的聚合物。丙烯酸类粘合剂可包括常规添加剂, 诸如增塑剂、增韧剂、流动改性剂、中和剂、稳定剂、抗氧化剂、填充剂、着色剂等等。
[0088] 合适的自由基固化丙烯酸可包括但不限于甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙 烯酸四氢糠酯、丙烯酸异冰片酯和甲基丙烯酸异冰片酯。多官能(甲基)丙烯酸酯可任选地 作为交联剂包括在内。这些多官能(甲基)丙烯酸酯可包括但不限于乙二醇二甲基丙烯酸 酯、1,6_己二醇二甲基丙烯酸酯、1,6_己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、四丙 烯酸季戊四醇酯、1,2_乙二醇二丙烯酸酯、环氧乙烷改性的双酚A的二甲基丙烯酸酯和环氧 乙烷改性的双酸A的二丙烯酸酯。
[0089] (甲基)丙烯酸类粘合剂可通过自由基引发的聚合反应而固化。在一类聚合反应 中,通过氧化还原反应生成自由基。氧化还原引发剂可包括过氧化物、氢过氧化物、金属离 子、糖精和N,N_二甲基-对甲苯胺。自由基可在双组分粘合剂体系(混合后在室温下固化)或 单组分粘合剂体系中生成。由(甲基)丙烯酸类粘合剂单体生成可用于本公开的聚合物的聚 合反应可使用热能、电子束辐射、紫外线辐射等等进行。此类聚合可通过聚合引发剂促进, 该聚合引发剂可为热引发剂或光引发剂。合适的光引发剂的例子包括但不限于诸如安息香 甲醚和安息香异丙醚的安息香醚、诸如茴香偶姻甲醚的取代安息香醚、诸如2,2_二甲氧基-2-苯基苯乙酮的取代苯乙酮、和诸如2-甲基-2-羟基苯丙酮的取代α-酮醇。
[0090] 氰基丙烯酸酯粘合剂可包括氰基丙烯酸甲酯和氰基丙烯酸乙酯以及其他氰基丙 烯酸酯。它们可任选地包括添加剂,诸如氢醌。优选地,氰基丙烯酸酯粘合剂选自多个公司 以商品名Super Glue Gel出售的粘合剂,它们具有增强的粘度和适当长度的粘合层。
[0091] 基底不受具体限制,并且优选地包括非LSE聚合物的材料。合适的基底包括例如但 不限于玻璃、金属、陶瓷、木材、丙烯酸酯、环氧树脂、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、纸板、皮革、泡 沫、织物、丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合物、聚氯乙烯或它们的组合。优选地,基底包括至少一个 平坦的主表面。
[0092]制品的有利方面是,引入底切特征结构得到表现出如180°剥离测试所测得至少50 牛(N),或如180°剥离测试所测得至少100N、或至少150N、或至少200N、或至少250N、或至少 300N的峰值载荷的制品。相似地,引入底切特征结构得到表现出如重叠剪切测试所测得至 少1000牛(N),或如重叠剪切测试所测得至少1500N、或至少200N、或至少2500N的峰值载荷 的制品。在经受尚峰值载荷时,制品的损坏t旲式根据制品的具体材料而变化。例如,制品任 选地通过以下方式损坏:底切特征结构变形和/或损坏、基底弯曲(例如,变形)、基底损坏 和/或粘合剂与基底之间的粘合失效。下文所描述的各项为制品或制备制品的方法。
[0093]项目1是一种包括多层结构的制品,该多层结构包括(a)第一层,其包括多个底切 特征结构,所述底切特征结构形成于一体化背衬上并从其延伸,其中第一层由聚烯烃形成; (b)第二层,其包括固化时Shore D硬度大于59的粘合剂,其中第二层与所述多个底切特征 结构互锁;以及(c)第三层,其包括基底。第三层附着到粘合剂,并且第二层设置于第一层与 第三层之间。
[0094]项目2是根据项目1所述的制品,其中所述多个底切特征结构中的每一个底切特征 结构包括从一体化背衬延伸的杆状物。
[0095] 项目3是根据项目2所述的制品,其中杆状物具有倒转形状。
[0096] 项目4是根据项目3所述的制品,其中所述倒转形状包括漏斗形状。
[0097] 项目5是根据项目2至4中任一项所述的制品,其中所述多个底切特征结构的杆状 物均从一体化背衬以相同的角度延伸。
[0098] 项目6是根据项目2至5中任一项所述的制品,其中所述多个底切特征结构中每一 个底切特征结构的杆状物具有这样的形状:其横截面积从一体化背衬的近侧向一体化背衬 的远侧逐渐增大。
[0099] 项目7是根据项目2至6中任一项所述的制品,其中所述多个底切特征结构中每一 个底切特征结构的杆状物具有包括一个或多个圆形横截面的单个轴。
[0100] 项目8是根据项目2至7中任一项所述的制品,其中所述多个底切特征结构中的每 一个底切特征结构包括形成于杆状物上的头部,所述头部定位于一体化背衬的远侧。
[0101] 项目9是根据项目8所述的制品,其中所述多个底切特征结构中每一个底切特征结 构的头部具有的横截面积大于杆状物的横截面积,并且每个头部从杆状物沿至少三个方向 径向延伸。
[0102] 项目10是根据项目8或项目9所述的制品,其中所述多个底切特征结构中每一个底 切特征结构的头部具有一个或多个圆形横截面。
[0103] 项目11是根据项目8至10中任一项所述的制品,其中所述多个底切特征结构中每 一个底切特征结构的头部从杆状物延伸介于〇.〇〇5in(0.127mm)和0. lin(2.54mm)之间的距 离。
[0104] 项目12是根据项目8至11中任一项所述的制品,其中所述多个底切特征结构中每 一个底切特征结构的头部从杆状物延伸介于〇.〇2in(0.508mm)和0. lin(2.54mm)之间的距 离。
[0105] 项目13是根据项目8至11中任一项所述的制品,其中所述多个底切特征结构中每 一个底切特征结构的头部从杆状物延伸介于〇.〇〇5in(0.127mm)和0.05in(1.27mm)之间的 距离。
[0106] 项目14是根据项目8至11中任一项所述的制品,其中所述多个底切特征结构中每 一个底切特征结构的头部从杆状物延伸介于〇. 01 in(0.254mm)和0.05in( 1.27mm)之间的距 离。
[0107] 项目15是根据项目1至14中任一项所述的制品,其中所述多个底切特征结构具有 钉子形状、蘑菇形状或它们的组合。
[0108] 项目16是
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