具有可调节适用期的三组分聚氨酯组合物的制作方法

本发明涉及多组分聚氨酯组合物的领域及其特别是作为层合粘合剂的用途。

背景技术：

1、长久以来已经使用基于多元醇和多异氰酸酯的双组分聚氨酯组合物。双组分聚氨酯组合物相对于单组分聚氨酯组合物的优点在于，其在混合之后迅速固化并且因此在短时间之后已经能吸收和传递更高的力。为了用作层合粘合剂，对这种组合物的强度和附着力方面提出了较高的要求，因为这种粘合剂用于制备复合元件，例如夹心元件，并且必须在大面积上持久地粘合保持住各种基材。特别地，这种处于固化状态的组合物需要良好的机械性能，例如足够的拉伸强度与合适的弹性模量，使得即使在热应力或机械应力下也能够确保复合材料的稳定性。在基板具有不同热膨胀系数的情况下，这特别是一个挑战。此外，粘合剂的粘合性能必须在复合元件的寿命内持久稳定。此外，例如在工业制造中，希望这种粘合剂具有足够长的开放时间以在制备复合元件时用于所需的大面积施涂，但随后又能尽可能快地固化，这会缩短周期时间。另外，开放时间和固化时间应当尽可能恒定，从而能够实现自动化应用。

2、为了实现期望的机械性能，尤其是特别迅速的固化，组合物包含高含量的异氰酸酯是有利的，所述异氰酸酯以游离多异氰酸酯或结合至聚合物的多异氰酸酯的形式存在于两个组分之一中，并且在与包含多元醇的另一组分混合之后固化形成聚合物网络。然而，高含量的异氰酸酯会导致问题。特别是在使用交联催化剂时(交联催化剂对于最佳的选择性交联和固化来说是必不可少的)，这样的双组分体系几乎不受控制地迅速交联，并且适用期对于用作例如层合粘合剂而言太短了。

3、对于双组分聚氨酯组合物的使用，通常期望可以结合足够长的适用期、极其快速的固化以及非常迅速的强度构建。目前已经提出该问题的解决方案。例如在wo 2019/002538 a1中公开了一种这样优化的双组分聚氨酯组合物。该公开中教导的组合物含有特定的催化剂体系，特别是铋络合物，其与硫醇配体络合，因此能够实现所需的长的、甚至可调节的适用期，并随后快速固化，这使其原则上适合用作层合粘合剂。然而，wo 2019/002538 a1中教导的原理不能直接转用于作为层合粘合剂的应用。工业层合过程中特别出现的一个主要问题是粘合剂对相对空气湿度的高灵敏度。这特别是一个问题，因为在工业层合中，粘合剂以极薄(例如100μm至1mm)但大面积(高达数m2)的层施涂，因此与环境空气形成很大界面。在相对空气湿度超过50％的情况下，当所述双组分聚氨酯用作粘合剂时，大面积薄层层合应用会出现问题，组合物会不受控制地固化并且局部形成气泡并且对基材层的附着力不足，或者由于催化剂体系因水分而失活。此外，双组分组合物的储存稳定性往往不足，因为催化活性随着储存时间的推移而变化，这在以大面积薄层施涂粘合剂的工业自动化层合工艺中导致工艺故障。此外，已知的双组分聚氨酯组合物通常附着力不足，特别是在金属表面上。

4、因此需要一种基于聚氨酯的层合粘合剂，所述粘合剂具有相对长的适用期和开放时间，但固化仍然极快，并且具有改进的储存稳定性、对金属更好的附着力和对高相对空气湿度的低灵敏度。

技术实现思路

0、发明概述

1、因此，本发明的目的是提供一种多组分聚氨酯组合物，所述多组分聚氨酯组合物非常迅速地固化成适合作为层合粘合剂的机械性能方面出色的物料，但是同时具有可在一定界限内调节的足够长的适用期和开放时间，从而使其可以毫无问题地进行加工。此外，所述组合物应当具有改进的储存稳定性、对金属更好的附着力以及对高相对空气湿度的低敏感度，并且特别是在层合过程中具有恒定的压制时间，并且即使在远高于50％的相对空气湿度下也可以使用。

2、出人意料地，通过根据权利要求1所述的本发明的聚氨酯组合物实现所述目的。所述聚氨酯组合物由三个单独包装的组分组成，这些组分在施用之前或施用时才混合。第一组分包含至少一种多元醇和具有至少一个硫醇基的化合物。第二组分包含至少一种用于固化所述组合物的金属催化剂以及优选至少一种干燥剂，所述金属催化剂可以形成含硫配合物。最后，第三组分包含至少一种多异氰酸酯。所述组合物具有优异的储存稳定性和对高相对空气湿度出乎意料的低灵敏度，在固化状态下具有非常高的强度和良好的弹性，以及特别是在金属表面上的优异的附着力。在混合各组分之后，其在可在一定界限内调节的足够长的适用期和开放时间之后非常迅速地固化，并且在短时间(例如数分钟至数小时至一天)后就达到极好的机械值。此外，本发明的组合物可以以理想的方式用作层合粘合剂，并且具有独立于空气湿度的恒定且短的压制时间。

3、本发明的其它方面为其它独立权利要求的主题。本发明的特别优选的实施方案为从属权利要求的主题。

技术特征：

1.适合作为层合粘合剂的聚氨酯组合物，其由三种在使用时混合的组分组成；其中

2.根据权利要求1所述的聚氨酯组合物，其特征在于，金属催化剂k包含锡(iv)-化合物。

3.根据权利要求2所述的聚氨酯组合物，其特征在于，所述锡(iv)-化合物为二羧酸二辛基锡。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的聚氨酯组合物，其特征在于，组分a-2中还包含至少一种多元醇a。

5.根据前述权利要求中任一项所述的聚氨酯组合物，其特征在于，至少一种化合物t包括具有2至6个硫醇基的多硫醇化合物或巯基硅烷。

6.根据权利要求5所述的聚氨酯组合物，其特征在于，至少一种化合物t选自乙二醇-二(3-巯基丙酸酯)、乙二醇-二巯基乙酸酯、二季戊四醇-六(3-巯基丙酸酯)、三羟甲基丙烷-三(3-巯基丙酸酯)和3-巯基丙基三甲氧基硅烷。

7.根据前述权利要求中任一项所述的聚氨酯组合物，其特征在于，至少一种化合物t的所有硫醇基与至少一种金属催化剂k的所有金属原子的摩尔比介于5:1和100:1之间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的聚氨酯组合物，其特征在于，两种组分a-1和a-2中的至少一种包含填料。

9.根据前述权利要求中任一项所述的聚氨酯组合物，其特征在于，多元醇a包含至少一种聚醚三元醇。

10.根据前述权利要求中任一项所述的聚氨酯组合物，其特征在于，多异氰酸酯i为在室温下为液体形式的4,4'-、2,4'-或2,2'-二苯基甲烷二异氰酸酯和这些异构体(mdi)以聚合mdi形式的或以具有一定比例的低聚物或衍生物，特别是碳二亚胺的mdi形式的任意混合物。

11.根据前述权利要求任一项所述的聚氨酯组合物，其特征在于，第三组分b包含具有异氰酸酯基团的聚氨酯聚合物。

12.用于粘合至少一个第一基材和至少一个第二基材的方法，所述方法包括如下顺序的步骤:

13.通过根据权利要求12所述的用于粘合的方法产生的制品。

14.根据权利要求1至11中任一项所述的聚氨酯组合物作为层合粘合剂用于粘合至少两个基材的用途。

15.根据权利要求14所述的用途，用于制备复合板，特别是隔热板。

技术总结
本发明涉及适合作为层合粘合剂的三组分聚氨酯组合物，其由第一、第二和第三组分组成，其中第一组分包含OH官能度在1.5至4范围内且平均分子量在250至15000g/mol范围内的多元醇和具有至少一个硫醇基的化合物；第二组分包含至少一种用于羟基和异氰酸酯基团的反应的金属催化剂且优选具有干燥剂，所述金属催化剂可以形成含硫配合物；第三组分包含至少一种多异氰酸酯；所述化合物的所有硫醇基与金属催化剂的所有金属原子的摩尔比介于1:1和250:1之间。所述组合物允许在一定界限内任意调节适用期和开放时间并且能够实现长的开放时间和组合物随后非常快速的固化。根据本发明的组合物特别适合作为用于制备复合材料的层合粘合剂并且具有极好的储存稳定性并且在施用过程中相对于高的相对空气湿度没有敏感度。

技术研发人员：托马斯·赛费尔特,托马斯·普泽尔
受保护的技术使用者：SIKA技术股份公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4