[发明专利]低表面能粘合剂配方及其使用方法

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求了2013年2月7日提交的美国临时专利申请序列号为61/762,151的优先权，兹以引用方式引入该临时申请的内容。

技术领域

本发明总体上涉及粘合剂，并且更具体地讲，涉及能够粘合到低表面能基板上同时快速建立粘合剂强度的自由基固化粘合剂。

背景技术

能够粘结诸如聚烯烃的低能量表面的粘合剂配方现在很普通。能够粘结到具有有限数量的可用粘结位点并且其特征在于表面能值小于大约48毫焦耳每平方米(mJ/m²)的表面上的能力在过去通过使用各种处理方法对低能量表面进行表面激活来解决，这些处理方法例如是暴露于火焰、等离子、离子轰击或其他工艺以建立粘合剂可以粘结的反应性部分。尽管已证实这些低能量表面改性处理有效，因为表面激活的成本、有限的持续时间以及在现场使用中进行表面处理或者粘结大面积基板的不切实际性，它们的接受度受到限制。

已发现依靠在低能量表面与粘合剂中间的引物组合物部分地解决了高能量表面处理的限制，然而这些引物增加了粘结的成本和复杂性，从而限制了实际使用的实例。另外，通过依靠引物粘结性而粘结的低能量表面的强度由于界面分层而具有折衷的强度。

在对这些限制响应中，已经开发了粘合剂配方，这些粘合剂配方依靠有机硼烷作为自由基聚合引发剂，以引起粘合剂配方固化并且同时促进粘合剂粘结在接触基板上。这些成分的实例详见于美国专利号5,106,928、6,706,831和5,935,711的专利中。有机硼烷-胺络合物克服了与有机硼烷有关的众多稳定性问题，并且代表了粘结在低能量表面上的粘合剂的现有技术的状态。遗憾的是，尽管有机硼烷-胺络合物克服了能量表面处理、引物和不稳定的有机硼烷的许多上述问题，但是这些配方一直存在的限制导致市场接受度有限。现有的粘合剂配方是要求粘合剂部分A与活化剂部分B的混合重量比为4:1比例的两部分配方，这对于许多应用而言代表了不方便的混合。另外，按照ASTM D1002在标准温度和压力(STP)下的测量，常规的有机硼烷-胺络合物配方具有低于所需的固化速率的速率，粘合强度建立缓慢，如花费大约2小时建立的单个搭接剪切强度345千帕斯卡(kPa)所证实的。另外，这些常规的配方在40°C以上的升高的温度下经历较低的存储热稳定性，这个温度是粘合剂配方在使用前通常经历的。

因此，需要一种低表面能粘结粘合剂配方，这种粘合剂配方能够比常规配方更快速地建立初始强度，并且在不依靠此前的低表面能基板处理的情况下实现这种效果。还需要这样一种配方，该配方具有出色的热稳定性以改善使用之前的配方的存储。

发明内容

本发明提供了一种粘合剂配方，所述粘合剂配方包括自由基可固化单体用量，每种所述单体均包含至少一种丙烯酸酯部分或至少一种甲基丙烯酸酯部分。所述配方中存在氯磺化聚合物、低分子量磺酰氯、或弹性体聚合物添加剂或它们的组合的用量，连同路易斯酸，二甲基丙烯酸酯单体、三甲基丙烯酸酯单体或它们的组合的多官能单体用量。提供了有机硼烷-胺络合物作为活化剂。

一种在基板上涂覆粘合剂的方法包括将前述两部分配方的成分混合在一起，其中所述两个部分的每个部分均具有在50℃下存储21天的稳定性，并且在一些情况下可存储30天或更多天，使得存储的粘性在初始粘性的20％以内。所述混合物涂覆在所述基板上，然后允许所述混合物固化以分别在30分钟(粘合剂：活化剂重量比为1:1)内和在40分钟(粘合剂：活化剂重量比为10:1)内获得至少345千帕斯卡(kPa)的初始强度。

具体实施方式

本发明具有作为特别好地适用于粘结低表面能基板(例如聚烯烃)的固化粘合剂的效用。聚烯烃在本文中被同义地称为热塑性聚烯烃(TPOs)。本文实施中的TPOs说明性地包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚异戊二烯和包含它们的亚基的共聚物、它们的氟化类似物以及包含任何上述烯烃的亚基的共聚物。由发明配方粘附的其他低表面能基板说明性地包括喷砂软钢(GBMS)、E-涂层钢、玻璃、木材、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、尼龙6、尼龙66、CFRP和聚碳酸酯(PC)以及封闭模制复合材料。发明配方特别地可用于低表面能基板彼此的粘合，也可用于低表面能基板与其他包括金属和其他塑料的基板的粘合，以便在固化期间快速建立强度以便于处理并且便于基板与制造设备中的紧固装置的分离。