[发明专利]包含二聚脂肪酸/环氧树脂加合物和多元醇的单组分环氧树脂结构粘合剂

说明书

本申请要求于2009年2月26日递交的美国临时申请61/155,542的优先权。

技术领域

本发明涉及环氧基结构粘合剂。

发明背景

基于环氧树脂的粘合剂用于许多应用中。在汽车工业中，环氧树脂粘合剂在许多粘合应用中使用，包括汽车车架和其他结构的金属-金属粘合。这些粘合剂中的某些在车辆碰撞情况下必须强烈地抗断裂。这类粘合剂有时被称为“耐碰撞粘合剂”或“CDA”。

CDA和其他环氧树脂粘合剂通常被配制为“单组分(one-part)”或“两组分(two-part)”制剂。在两组分制剂中，粘合剂制剂被分为两个组分，一个组分包含环氧化物，另一个组分包含环氧化物固化剂。在使用它们时，将这两个组分混合在一起。混合的要求是：必须提供一些手段来精确地计量这两个组分，以获得适合的混合比率，确保组分混合充分，从而制剂可持续固化，以形成具有完全发挥的性能的固化的粘合剂。

单组分粘合剂制剂允许人们在应用时避免计量和混合步骤。在单组分制剂中，粘合剂制剂的所有的成分(包括环氧化物和固化剂)形成单一混合物。在大多数情况下，固化是通过将制剂置于升高的温度下实现的。

由于所有的活性成分均存在于单组分制剂中，所以粘合剂存在过早固化的倾向。这些粘合剂通常在使用前数周或数月被制造和包装，因此它们必须在整个过程中处于未固化的状态。过早固化导致产品的粘度增加，这使得其难以应用到基底上。在极端情况下，产品变得完全无法使用。

解决该问题的通常方法是通过选择固化剂和催化剂。“潜性(latent)”固化剂和催化剂是可购得的，它们通常被用于单组分粘合剂制剂中。在某些情况下，潜性材料是具有80℃或更高的熔化温度的固体材料。它们可以以固体颗粒的形式分散在粘合剂制剂中，该固体颗粒在被加热和熔化前没有多少反应性。在其他情况下，潜性材料可以封装在蜡状或聚合壳体中。通过加热来熔化或降解封装剂，以释放活性材料。另一类型的潜性材料具有被封闭的官能团。被封闭的官能团可以被加热解封闭，以产生活性材料。

尽管已有这些尝试，仍需要产生储存更加稳定的单组分粘合剂制剂。更好的储存稳定性通常会为产品带来更长的保质期，也同时意味着产品对于接触在产品的运输和储存过程中有时会出现的瞬时温度偏移更加稳定。

通过修饰催化剂可进一步改善储存稳定性。但是，催化剂的变化可对粘合剂如何固化和固化的粘合剂的性质具有很大影响。例如，改变催化剂或固化剂可加速或减缓固化。在某些情况下，固化的粘合剂可能缺乏理想的性能，如机械强度和冲击强度。当基底是金属时，催化剂的改变还可影响基底与粘合剂的界面处的腐蚀速率。理想的是提供单组分环氧树脂粘合剂，该粘合剂为储存更稳定的，同时还具有使用常规催化剂所获得的理想的固化性能和性质。

发明内容

本发明涉及单组分结构粘合剂，包含：

A)至少一种非橡胶改性的环氧树脂；

B)具有氨基甲酸酯和/或脲基团且具有封端的末端异氰酸酯基团的活性增韧剂；

C)占所述结构粘合剂的0.4-6重量％的环氧官能的脂肪酸低聚物；

D)占所述结构粘合剂的2-10重量％的具有500-10,000的分子量且具有40-125℃的晶体熔化温度的聚酯型多元醇，和

E)一种或多种环氧固化剂。

本发明还涉及包括将上述结构粘合剂应用在两个基底的表面并固化所述结构粘合剂以在两个基底之间形成粘结结合的方法。至少一个、优选两个基底为金属。

据发现，环氧官能的脂肪酸低聚物和多元醇的联合存在使得单组分结构粘合剂储存更加稳定。具体而言，当在常规储存条件下保存时，粘合剂随时间建立粘性的倾向减小。在常规储存条件下，在约0-约50℃的温度下(即低于制剂的预期固化温度)，将粘合剂保存在密闭容器中，从而防止与水分和其他化学物质的接触。在这些条件下产品建立粘性的倾向的减小直接导致保质期的延长，因为直到产品粘度增加大到产品无法使用之前需要更多的时间。

很多种环氧树脂可用作非橡胶改性的环氧树脂，包括在美国专利4,734,332第2栏第66行-第4栏第24行中描述的那些环氧树脂，其通过引用方式结合在本文中。每分子环氧树脂包含平均至少2.0个环氧化物基团。