[发明专利]双组分聚氨酯粘合剂组合物及其粘合方法

说明书

本公开提供了双组分聚氨酯粘合剂组合物及其粘合方法。所述双组分聚氨酯粘合剂组合物包括A)多元醇组分，和B)异氰酸酯组分。所述多元醇组分包括A1)一种或多种聚醚多元醇，所述异氰酸酯组分包括B1)第一异氰酸酯预聚物，其中，所述第一异氰酸酯预聚物由异氰酸酯和非线性扩链剂聚合而成。本公开的双组分聚氨酯粘合剂组合物具有良好力学性能特别是具有高G模量和高伸长率。双组分聚氨酯粘合剂组合物中的多元醇组分良好的相稳定性和与异氰酸酯组分的良好混溶性。本公开的双组分聚氨酯粘合剂组合物可用于汽车部件等机械部件的生产制造。

技术领域

本公开涉及双组分聚氨酯(2K PU)组合物的领域，更具体地涉及结构型双组分聚氨酯粘合剂。这种类型的2K PU粘合剂主要在汽车工业中应用。

背景技术

很久以来，2K PU粘合剂主要用于汽车行业，用以固定面板、尾门、车顶模块、扰流板和装饰部件。

如今，人们希望减轻车辆的重量，以节省燃油并改善车辆性能。电动车辆的发展加速了这种趋势。为了减轻车辆的重量，大多数情况下需要结合使用不同的结构材料。金属零件被重量更轻的塑料材料代替。还使用金属如铝、钢和镁的组合。塑料和金属的各种组合也都是可能的。碳纤维增强塑料(CFRP)正变得越来越重要。CFRP零件既可以与其他CRFP零件结合，也可以与其他结构材料结合。粘接具有不同的线性膨胀系数的结构材料是困难的。由于机械固定不再可行，从而需要使用专门开发的粘合剂代替，2K PU粘接剂也是可行的。2KPU粘合剂的粘合过程还可以通过自动化来简化。这需要2K PU胶粘剂具有3至5分钟的相对较长的开放时间(open time)，并需要通过机械或热处理方法来加速固化。

2K PU粘合剂的多元醇组分主要基于每个OH基团具有2-4个环氧丙烷(PO)和高官能度F＝3–6(每个分子的OH基团的数量)的中链多元醇。

研发发现，这些种类的聚合物显示出具有在-10℃至80℃之间的玻璃化转变温度(Tg)的无定形结构，其在汽车应用的使用温度范围内。在这种玻璃化转变温度下，该类粘合剂的刚度和机械强度可能下降几十个数量级。这使得粘合剂至少不适用于半结构和结构应用。

为了应对温度/力学性能依赖性问题的不同的聚合物形态技术，使用具有硬链段和软链段的弹性体结构来代替无定形聚合物。在这种技术中，混溶性和相分离起着重要作用。

流变性能是2K PU粘合剂的另一个重要特性。粘合剂应显示出非流挂性能。一旦将粘合剂粘贴到基材上，就应保持其位置和形状。已经发现，将含伯胺基的化合物如聚氧化丙烯二胺或聚氧化丙烯三胺添加到多元醇组分中，在将其与异氰酸酯组分混合后，将立即产生抗流挂性糊状物。

2K PU粘合剂的开放时间和固化速率是其他关键特性。需要长的开放时间和随后的快速固化。在大多数情况下，可以采用热引发的加速固化。可以通过冲击热、红外辐射、感应或微波来施加热源。所使用的催化剂组合也起重要作用，具有延迟作用的催化剂是优选的。

粘合剂的刚度由G模量/E模量表示。在弹性PU结构中，可以通过增加硬链段来增加刚度。硬链段的增加可通过增加扩链剂的含量并因此增加多异氰酸酯的含量来获得。扩链剂在多元醇组分中以及在两种组分的混合物中的溶解度是限制多元醇组分的相稳定性以及两种组分的混溶性和相分离的因素。但某些扩链剂虽然可以改善相分离，但具有的溶解性过于高，从而导致较低的力学性能和较低的Tg。

已发现将线性扩链剂掺入异氰酸酯组分中是行不通的。异氰酸酯和线性扩链剂的反应产物是晶体状的，会导致预聚物的粘度增加甚至形成糊状物。

因此，开发同时具有良好力学性能特别是具有高G模量和高伸长率的双组分聚氨酯胶黏剂是一个很大的挑战。

发明内容

本公开的目的包括例如提供一种双组分聚氨酯粘合剂组合物，其同时具有高强度性能、高刚度和高延伸率。胶粘剂对G模量的温度依赖性也应很小。

本公开提供一种双组分聚氨酯粘合剂组合物，包括：