[发明专利]高耐热性粘合剂和密封剂组合物

说明书

发明领域

本发明涉及氨基甲酸酯二醇、氨基甲酸酯预聚物和使用本发明的氨基甲酸酯预聚物制备的耐蠕变性粘合剂和密封剂。本发明为本领域提供了以粘合剂为基础的对本领域所认识到的问题的解决方案，上述问题在诸如结构隔绝板(SIP)之类的成品暴露于热时出现。

发明背景

湿固化型氨基甲酸酯预聚物已经在粘合剂、密封剂、涂料和粘结剂领域中得到应用。具体地，它们可以是液体预聚物或热熔体。可固化的热熔粘合剂和密封剂在室温下为固体材料，并且在高温下以熔融形式施用。冷却时，所述材料凝固并且随后通过化学交联反应固化成具有良好的强度和韧性的形态。可固化的热熔粘合剂和密封剂较非固化型热熔体系的优点包括改善的耐温性和耐化学品性。可固化的热熔粘合剂较传统的液体固化型体系的一个优点在于它们能够在固化前冷却时提供“湿强度(green strength)”。

大多数的反应性热熔体为湿固化型氨基甲酸酯体系。它们由异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物构成，该预聚物与表面或环境湿分反应从而扩链和支化，形成新的聚氨酯/脲聚合物。常规地通过使多元醇与异氰酸酯反应得到聚氨酯预聚物。通过湿分从大气或者基材扩散入所述预聚物中并且随后反应，实现固化。湿分与残留异氰酸酯的反应形成氨基甲酸。这种酸是不稳定的，分解成胺和二氧化碳。该胺迅速与异氰酸酯反应而形成脲。最终的粘合剂制品为主要通过脲基团和氨基甲酸酯基团聚合的交联材料。热熔粘合剂和密封剂、特别是称为“反应性”或“湿固化型”热熔体的那些具有使得它们非常适合于许多应用的特性，这些应用需要将经受苛刻的环境条件的高强度粘结。

氨基甲酸酯预聚物被用于许多需要半结构性能或者甚至结构性能的工业应用。传统地，热熔体提供比单组分(one-part)湿固化型液体氨基甲酸酯体系或双组分氨基甲酸酯更好的加工特性。然而，在较低的交联密度下，固化的热熔体的耐热性一般较另外两类氨基甲酸酯体系差。这限制了热熔型氨基甲酸酯粘合剂和密封剂在其中耐热性是重要的关键领域中的应用。已经有改善热熔体的高温机械性能以扩大其应用范围的持续动力。

存在若干改善热熔体的耐热性的途径。这些方法包括使用结晶聚酯多元醇和热塑性材料以及改变热熔体的交联密度。

当前的技术采用室温下具有高机械强度的结晶聚酯多元醇设计配方。所得的反应性热熔体在完全固化后具有良好的机械性能，但是热稳定性会受到所述聚酯的机械强度的限制。加热时，当聚酯主链达到其转变温度，该固化的氨基甲酸酯体系的机械强度受到损害。

当添加热塑性材料时，如果它的Tg高于最终使用温度并且分子量高于其缠结分子量(entangled molecular weight)，则所述热塑性材料可有助于耐热性。然而，为了实现80-100℃的耐热性，需要玻璃化转变温度高于90℃的高分子量热塑性聚合物。高分子量和高Tg可能会限制该聚合物与体系的其余组分的相容性。这将会在粘合剂的制造中以及在后续应用中造成加工困难。

交联密度也有助于耐热性。例如，湿固化型单组分液体氨基甲酸酯具有高交联密度和良好的耐热性。然而，提高热熔体系的交联密度需要更高的异氰酸酯基团浓度，这导致安全和健康问题并且可能造成影响最终粘结性能的过量起泡。粘合剂在典型的热熔体施涂设备中的稳定性也受到损害，因为预聚物的高NCO浓度导致在施涂温度下粘度迅速增加。因此通过提高异氰酸酯基团浓度来改善热熔体系的耐热性是不合需要的。

本领域需要高耐热性的湿固化型氨基甲酸酯预聚物组合物，其提供开放时间、湿强度和有利的应用性能的良好平衡。本发明解决了这种需要。

发明概述

本发明的一种实施方案涉及异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，其通过使氨基甲酸酯二醇、多元醇和过量的多异氰酸酯反应而制备。本发明实践中使用的氨基甲酸酯二醇为多异氰酸酯与过量的低分子量二醇的反应产物。低分子量二醇将具有小于1000、更典型地小于500、甚至更典型地小于约250的分子量，和将选自脂族二醇、芳族二醇、环脂族二醇以及它们的混合物。

本发明的另一实施方案涉及湿反应性(moisture reactive)的聚氨酯热熔粘合剂或密封剂组合物。本发明的粘合剂或密封剂组合物包含(i)通过使多异氰酸酯与过量的低分子量二醇反应而制备的氨基甲酸酯二醇，(ii)多元醇和(iii)多异氰酸酯。所述粘合剂或密封剂组合物如果需要的话可以进一步包含一种或多种任选的添加剂。所述添加剂包括例如热塑性材料、增粘剂、填料或其它期望的成分。添加剂可以独立地在所述预聚物的制备过程中加入，或者在制成预聚物之后且在湿固化之前加入。