CN107108836B - 双组份组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及双组份组合物,所述双组份组合物包含:至少一种在室温下为液体的含硅烷基团的聚合物,至少一种液体环氧树脂,至少一种聚醚胺和至少一种氨基硅烷或巯基硅烷。所述组合物低气味,在室温下迅速固化而无气泡形成,并且形成具有高强度、高粘附力和良好耐热性的粘弹性材料,所述粘弹性材料既不倾向于变黄也不倾向于基材变色。所述组合物非常适合作为粘弹性粘合剂用于建筑领域和工业制造中的结构粘合。
Description
技术领域
本发明涉及基于含硅烷基团的聚合物和环氧树脂的组合的室温可固化的双组份组合物,及其特别是作为粘弹性粘合剂的用途。
背景技术
作为用于结构粘合的粘合剂,已知双组份聚氨酯体系。所述双组份聚氨酯体系迅速固化并且形成具有高强度的粘弹性材料,但是在一些情况下包含有害健康的异氰酸酯并且可能在固化时形成气泡。
同样已知的是双组份环氧树脂粘合剂。所述双组份环氧树脂粘合剂实现极高的强度,但是不具有粘弹性而是脆性,并且几乎不可伸展,因此不适合许多结构粘合应用。
还已知的是基于硅烷官能的聚合物的可固化物料。所述可固化物料通常以单组份形式配制并且在室温下通过与空气水分的反应而交联。其特征在于无气泡固化以及高粘附力,但是相对缓慢地固化并且在可实现的最大强度方面非常受限。其通常还具有低撕裂强度,因此相当脆。此外其相对不耐热。因此其不太适合作为粘弹性粘合剂。
例如通过EP 0 186 191和EP 0 370 464还已知的是基于硅烷官能的聚合物与环氧树脂的组合的可固化物料。所述物料为双组份的并且相比于仅基于硅烷官能的聚合物的物料实现更高的强度和韧性,但是在此方面仍然存在改进的空间。这种已知体系通常还包含促进环氧基团反应的曼尼希碱,例如特别是2,4,6-三(二甲基氨基甲基)酚。但是曼尼希碱赋予物料明显的难闻的胺气味,并且造成物料随着时间变黄。由于曼尼希碱在固化时不结合入聚合物,所以还可能出现不希望的迁移效应和基材变色。
发明内容
本发明的目的是提供可固化物料,所述可固化物料低气味,在室温下迅速固化而无气泡形成,并且形成具有高强度、高粘附力和良好耐热性的粘弹性材料,所述粘弹性材料既不倾向于黄变也不倾向于基材变色或迁移效应。
出人意料地,通过根据权利要求1所述的组合物实现所述目的。所述组合物的特征在于低气味,可长期储存并且在室温下容易加工。即使不加热其也迅速固化而无气泡形成,并且形成具有出人意料的高强度并且非常热稳定的粘弹性材料。特别出人意料的事实是,所述组合物尽管具有极高的强度但是仍然具有良好的伸展性。还出人意料地,所述组合物在室温下固化时几乎达到在额外加热至80℃之后获得的最终机械值。还非常有利的是,相比于在混合组分之后可剧烈发热的纯环氧树脂体系,新鲜混合的组合物产生较少的热。由于这些性能,所述组合物非常适合作为粘弹性粘合剂用于建筑领域和工业制造中的结构粘合。出人意料地,相比于其它现有技术中常见的胺(例如三甲基六亚甲基二胺或异佛尔酮二胺或二亚乙基三胺或胺-环氧化物-加合物),聚醚胺能够实现明显更高的强度。
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。
具体实施方式
本发明的主题是包含第一组分和第二组分的组合物,所述组合物包含
-至少一种在室温下为液体的含硅烷基团的聚合物,
-至少一种液体环氧树脂,
-至少一种聚醚胺,和
-至少一种氨基硅烷或巯基硅烷,
其中聚醚胺和氨基硅烷或巯基硅烷不存在于与液体环氧树脂相同的组分中。
在本文献中,术语“烷氧基硅烷基团”或简称“硅烷基团”表示连接至有机基团并且硅原子上具有1至3,特别是2或3个可水解烷氧基的甲硅烷基。
相应地,术语“烷氧基硅烷”或简称“硅烷”表示具有至少一个硅烷基团的有机化合物。
“氨基硅烷”、“巯基硅烷”、“羟基硅烷”或“异氰酸基硅烷”表示在有机基团上除了硅烷基团之外还具有一个或多个氨基、巯基、羟基或异氰酸酯基团的有机硅烷。
术语“含硅烷基团的聚醚”还包括含硅烷基团的聚合物,所述聚合物除了聚醚单元之外还可以包含氨基甲酸酯基、脲基或硫代氨基甲酸酯基。所述含硅烷基团的聚醚也被称为“含硅烷基团的聚氨酯”。
以“聚/多”为首的物质名称(如多元醇或多异氰酸酯)表示形式上每分子包含两个或更多个在其名称中出现的官能团的物质。
“伯氨基”表示结合至一个有机基团的NH2-基团,并且“仲氨基”表示结合至两个有机基团(也可以是环的公共部分)的NH-基团。
“胺氢”表示伯氨基和仲氨基的氢原子。
“分子量”在本文献中被理解为分子或分子的一部分(也被称为“基团”)的摩尔质量(以克/摩尔计)。“平均分子量”表示低聚或聚合形式的分子或基团的混合物的数均Mn,其通常通过凝胶渗透色谱法(GPC)相对于聚苯乙烯标样确定。
“储存稳定的”或“可储存的”表示物质或组合物可以在室温下在合适的容器中保存较长时间,通常至少3个月至6个月和更久,而其应用性能或使用性能在储存过程中不会以与其使用相关的程度变化。
本文献的式中的虚线各自表示取代基和所属分子基团之间的键。“室温”表示23℃的温度。
术语“高强度”涉及高弹性模量和任选的高拉伸强度。
术语“粘弹性”描述了具有高强度、良好伸展性和高冲击韧性的组合的材料。
双组份组合物包含至少一种在室温下为液体的含硅烷基团的聚合物。
含硅烷基团的聚合物优选为含硅烷基团的有机聚合物,特别是聚烯烃、聚(甲基)丙烯酸酯或聚醚或这些聚合物的混合形式,它们各自带有一个或优选多个硅烷基团。硅烷基团可以位于链的侧面或端部。特别地,含硅烷基团的聚合物为含硅烷基团的聚醚。其优选具有多个氧化亚烷基单元,特别是1,2-氧化亚丙基单元。
含硅烷基团的聚合物每分子平均具有优选1.3至4,特别是1.5至3,特别优选1.7至2.8个硅烷基团。硅烷基团优选位于端部。
优选的硅烷基团是三甲氧基硅烷基团、二甲氧基甲基硅烷基团或三乙氧基硅烷基团。
含硅烷基团的聚合物优选具有通过GPC相对于聚苯乙烯标样确定的1000至30000g/mol,特别是2000至20000g/mol范围内的平均分子量。
含硅烷基团的聚合物优选包含式(II)的端基。
其中
x表示0或1或2,优选0或1,特别是0的值,
R4表示具有1至5个C原子的线性或支化的一价烃基,
R5表示具有1至8个C原子的线性或支化的一价烃基,特别是甲基或乙基,
R6表示具有1至12个C原子的线性或支化的二价烃基,其任选具有环状和/或芳族部分并且任选具有一个或多个杂原子,特别是一个或多个氮原子,
Y表示选自-O-、-S-、-N(R7)-、-N(R7)-CO-、-O-CO-N(R7)-、-N(R7)-CO-O-和-N(R7)-CO-N(R7)-的二价基团,
其中R7表示氢原子或具有1至20个C原子的线性或支化的烃基,其任选具有环状部分并且任选具有烷氧基甲硅烷基、醚基团或羧酸酯基团。
优选地,R4表示甲基或乙基或异丙基。
特别优选地,R4表示甲基。所述含硅烷基团的聚合物是特别有反应性的。
还特别优选地,R4表示乙基。所述含硅烷基团的聚合物特别储存稳定并且在毒理学方面是有利的。
优选地,R5表示甲基。
优选地,R6表示1,3-亚丙基或1,4-亚丁基,其中亚丁基可以被一个或两个甲基取代。
特别优选地,R6表示1,3-亚丙基。
用于制备含硅烷基团的聚醚的方法是本领域技术人员已知的。
在一个方法中,含硅烷基团的聚醚可由含烯丙基的聚醚与含氢硅烷的反应获得,其中任选使用例如二异氰酸酯进行链延长。
在另一个方法中,含硅烷基团的聚醚可由环氧烷和环氧硅烷的共聚获得,其中任选使用例如二异氰酸酯进行链延长。
在另一个方法中,含硅烷基团的聚醚可由聚醚多元醇与异氰酸基硅烷的反应获得,其中任选使用二异氰酸酯进行链延长。
在另一个方法中,含硅烷基团的聚醚可由含异氰酸酯基团的聚醚(特别是得自聚醚多元醇与超化学计量的多异氰酸酯的反应的NCO-封端的氨基甲酸酯聚醚)与氨基硅烷、羟基硅烷或巯基硅烷的反应获得。得自这些方法的含硅烷基团的聚醚是特别优选的。所述方法允许使用大量市售容易获得的廉价的起始材料,因此可以获得不同的聚合物性能,例如高伸展性、高强度、低玻璃化转变温度或高耐水解性。
优选的含硅烷基团的聚醚可得自NCO-封端的氨基甲酸酯聚醚与氨基硅烷或羟基硅烷的反应。适合与此的NCO-封端的氨基甲酸酯聚醚可获自聚醚多元醇(特别是聚氧化亚烷基二元醇或聚氧化亚烷基三元醇,优选聚氧化亚丙基二元醇或聚氧化亚丙基三元醇)与超化学计量的多异氰酸酯(特别是二异氰酸酯)的反应。
优选地,多异氰酸酯和聚醚多元醇之间的反应在排除水分的情况下在50℃至160℃的温度下任选在合适催化剂的存在下进行,其中计量加入多异氰酸酯,使得其异氰酸酯基团相比于多元醇的羟基以化学计量过量存在。特别地,选择过量的多异氰酸酯,使得在所有羟基反应之后在获得的氨基甲酸酯聚醚中剩余0.1至5重量%,优选0.2至4重量%,特别优选0.3至3重量%的自由异氰酸酯基团含量,以整个聚合物计。
优选的二异氰酸酯选自1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、1-异氰酸基-3,3,5-三甲基-5-异氰酸基甲基-环己烷(=异佛尔酮二异氰酸酯或IPDI)、2,4-和2,6-甲苯二异氰酸酯和所述异构体的任意混合物(TDI)和4,4'-、2,4'-和2,2'-二苯甲烷二异氰酸酯和所述异构体的任意混合物(MDI)。特别优选的是IPDI或TDI。最优选的是IPDI。因此获得具有特别良好的耐光性的含硅烷基团的聚醚。
特别适合作为聚醚多元醇的是不饱和度低于0.02mEq/g,特别是低于0.01mEq/g并且平均分子量在400至25000g/mol,特别是1000至20000g/mol范围内的聚氧化亚烷基二元醇或聚氧化亚烷基三元醇。
除了聚醚多元醇之外,还可以按比例使用其它多元醇,特别是聚丙烯酸酯多元醇,以及低分子量二元醇或三元醇。
用于与NCO-封端的氨基甲酸酯聚醚反应的合适的氨基硅烷是伯氨基硅烷和仲氨基硅烷。优选的是3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基二甲氧基甲基硅烷、4-氨基-丁基-三甲氧基硅烷、4-氨基-3-甲基丁基-三甲氧基硅烷、4-氨基-3,3-二甲基丁基-三甲氧基硅烷、N-丁基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、伯氨基硅烷的加合物例如3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基二甲氧基甲基硅烷或N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷和迈克尔受体,例如丙烯腈、(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺、马来酸二酯或富马酸二酯、柠康酸二酯或衣康酸二酯,特别是N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氨基-琥珀酸二甲基酯或二乙基酯。同样合适的是上述氨基硅烷的在硅上具有乙氧基或异丙氧基代替甲氧基的相似物。
用于与NCO-封端的氨基甲酸酯聚醚反应的合适的羟基硅烷特别可得自氨基硅烷在内酯或环状碳酸酯或交酯上的加成反应。
这种类型的优选的羟基硅烷为N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-2-羟基丙酰胺、N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-2-羟基丙酰胺、N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-4-羟基戊酰胺、N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-4-羟基辛酰胺、N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-5-羟基癸酰胺或N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-2-羟基丙基氨基甲酸酯。
其它合适的羟基硅烷可获自氨基硅烷在环氧化物上的加成反应或胺在环氧硅烷上的加成反应。
这种类型的优选的羟基硅烷为2-吗啉代-4(5)-(2-三甲氧基甲硅烷基乙基)环己烷-1-醇、2-吗啉代-4(5)-(2-三乙氧基甲硅烷基乙基)环己烷-1-醇或1-吗啉代-3-(3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基)丙烷-2-醇。
适合作为含硅烷基团的聚醚的还有可市售获得的产物,特别是如下:MS PolymerTM(得自Kaneka Corp.;特别是类型S203H、S303H、S227、S810、MA903和S943);MS PolymerTM或SilylTM(得自Kaneka Corp.;特别是类型SAT010、SAT030、SAT200、SAX350、SAX400、SAX725、MAX450、MAX951);(得自Asahi Glass Co.Ltd.;特别是类型S2410、S2420、S3430、S3630);SPUR+*(得自Momentive Performance Materials;特别是类型1010LM、1015LM、1050MM);VorasilTM(得自Dow Chemical Co.;特别是类型602和604);(得自Bayer Mater ialScience AG;特别是类型S XP 2458、S XP 2636、SXP 2749、S XP 2774和S XP 2821),(得自Evonik Industries AG;特别是类型Seal 100、Bond 150、Bond 250),Polymer ST(得自Hanse Chemie AG/Evonik IndustriesAG,特别是类型47、48、61、61LV、77、80、81);STP(得自Wacker Chemie AG;特别是类型E10、E15、E30、E35)。
优选地,组合物具有5至60重量%,特别优选10至50重量%,特别是15至40重量%的含量的含硅烷基团的聚合物。
所述组合物具有高强度和良好伸展性和粘弹性能。
双组份组合物还包含至少一种液体环氧树脂。
适合作为液体环氧树脂的是在室温下能够流动并且具有低于25℃的玻璃化转变温度的常见的工业环氧树脂。其以已知的方式和方法获得,特别是由具有至少两个活性氢原子的化合物(特别是多酚、多元醇或胺)通过与表氯醇反应的缩水甘油基化而获得。
适合作为液体环氧树脂的是脂族或脂环族环氧树脂,特别是
-饱和或不饱和、支化或非支化、环状或开链的二官能、三官能或四官能的C2-至C30-醇的缩水甘油醚,特别是乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、辛二醇、聚丙二醇、二羟甲基环己烷、新戊二醇、二溴新戊二醇、蓖麻油、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、季戊四醇、山梨醇或甘油,或烷氧基化甘油或烷氧基化三羟甲基丙烷;
-氢化的双酚A、双酚F或双酚A/F的缩水甘油醚或核氢化的双酚A液体树脂、双酚F液体树脂或双酚A/F液体树脂;
-乙内酰脲、酰胺或杂环含氮碱的N-缩水甘油基衍生物,例如特别是三缩水甘油基氰脲酸酯或三缩水甘油基异氰脲酸酯。
优选作为液体环氧树脂的是芳族环氧树脂,特别是
-如下物质的缩水甘油醚:多酚,更特别是间苯二酚、对苯二酚、邻苯二酚、2,2-双(4-羟基苯基)丙烷(双酚A)、双(羟基苯基)甲烷(双酚F)、双酚A/F、双(4-羟基-3-甲基苯基)甲烷、2,2-双(4-羟基-3-甲基苯基)丙烷(双酚C)、双(3,5-二甲基-4-羟基苯基)甲烷、2,2-双(3,5-二甲基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3,5-二溴-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(4-羟基-3-叔丁基苯基)丙烷、2,2-双(4-羟基苯基)丁烷(双酚B)、3,3-双(4-羟基苯基)戊烷、3,4-双(4-羟基苯基)己烷、4,4-双(4-羟基苯基)庚烷、2,4-双(4-羟基苯基)-2-甲基丁烷、2,4-双(3,5-二甲基-4-羟基苯基)-2-甲基丁烷、1,1-双(4-羟基苯基)环己烷(双酚Z)、1,1-双(4-羟基苯基)-3,3,5-三甲基环己烷(双酚TMC)、1,1-双(4-羟基苯基)-1-苯乙烷、1,4-双[2-(4-羟基苯基)-2-丙基]苯(双酚P)、1,3-双[2-(4-羟基苯基)-2-丙基]苯(双酚M)、4,4'-二羟基联苯(DOD)、4,4'-二羟基苯甲酮、双(2-羟基萘-1-基)甲烷、双(4-羟基萘-1-基)甲烷、1,5-二羟基萘、三(4-羟基苯基)甲烷、1,1,2,2-四(4-羟基苯基)乙烷、双(4-羟基苯基)醚或双(4-羟基苯基)砜;
-在酸性条件下获得的酚与醛的缩合产物的缩水甘油醚,特别是苯酚-甲醛线性清漆或甲酚-甲醛线性清漆的缩水甘油醚;
-芳族胺特别是苯胺、对甲苯胺、4-氨基酚、4,4'-亚甲基二苯基二胺、4,4'-亚甲基二苯基二(N-甲基)胺、4,4'-[1,4-亚苯基-双(1-甲基亚乙基)]二苯胺(二苯胺-P)或4,4'-[1,3-亚苯基-双(1-甲基亚乙基)]二苯胺(二苯胺-M)的缩水甘油基化产物。
特别优选作为液体环氧树脂的是双酚A或双酚F或双酚A/F的二缩水甘油醚,例如由Dow、Huntsman或Momentive市售获得的那些。这些液体环氧树脂具有容易操作的粘度并且能够实现高的强度和耐受性。
优选地,组合物具有30至70重量%,特别优选35至65重量%的含量的液体环氧树脂。
所述组合物具有良好伸展性下的高强度和粘弹性能。特别出人意料的情况是,所述材料即使在极高强度下仍然显示出良好的伸展性。
双组份组合物还包含至少一种聚醚胺。
合适的聚醚胺是具有末端氨基的聚氧化烯或聚氧化烷基化的化合物,例如以商标名(来自Huntsman)、Polyetheramine(来自BASF)或PC(来自Nitroil)市售获得的那些,特别是如下物质:
-具有2-氨基丙基端基或2-氨基丁基端基的聚醚二胺,特别是D-230、D-400或D-2000、D-4000、XTJ-582、XTJ-578、HK-511、ED-600、ED-900、ED-2003、XTJ-568、XTJ-569、THF-100、THF-140、THF-230、XTJ-533或XTJ-536(全部来自Huntsman)。
-氨基丙氧化的聚醚胺,例如通过聚醚胺与丙烯腈的反应和之后的氢化获得的那些。
优选地,聚醚胺具有200至500g/mol的平均分子量。
特别优选的聚醚胺是具有伯氨基和200至500g/mol的平均分子量的聚醚二胺或聚醚三胺,特别是D-230、D-400、XTJ-582、HK-511、XTJ-568、T-403或XTJ-566(全部来自Huntsman),或来自BASF或Nitroil的相应类型。
使用优选的聚醚胺获得特别高的强度。
优选地,组合物具有5至30重量%,特别优选10至30重量%的含量的聚醚胺。
所述组合物具有良好伸展性下的高强度和粘弹性能。
双组份组合物还包含至少一种氨基硅烷或巯基硅烷。
氨基硅烷或巯基硅烷特别是烷氧基硅烷,其也可以以水解或部分水解和/或低聚形式存在,即可以包含缩合部分。
在一个实施方案中,适合作为氨基硅烷或巯基硅烷的是仲氨基硅烷,特别是N-丁基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷,或伯氨基硅烷(例如3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基二甲氧基甲基硅烷或N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷)与迈克尔受体(例如丙烯腈、(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺、马来酸二酯或富马酸二酯、柠康酸二酯或衣康酸二酯)的加合物,特别是N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氨基琥珀酸二甲酯或二乙酯。同样合适的是上述氨基硅烷的在硅上具有乙氧基代替甲氧基的相似物。
优选作为氨基硅烷或巯基硅烷的是式(I)的硅烷
其中
X表示S或NH,
R1表示具有1至5个C原子的线性或支化的一价烃基,
R2表示具有1至8个C原子的线性或支化的一价烃基,
R3表示具有1至12个C原子的线性或支化的二价烃基,其任选具有环状和/或芳族部分并且任选具有一个或多个杂原子,并且
n表示0或1或2。
优选地,X表示NH。所述硅烷能够实现特别低气味的组合物。
优选地,n表示0或1,特别是0。所述硅烷是特别有反应性的。
优选地,R1表示甲基或乙基或异丙基。
特别优选地,R1表示甲基。所述硅烷是特别有反应性的。还特别优选地,R1表示乙基。所述硅烷在与水反应时分解出在生态学和毒理学方面无害的乙醇。
优选地,R2表示甲基。
优选地,R3表示具有1至6个C原子的任选具有氮原子的线性或支化的二价烃基。
特别优选地,R3表示选自1,3-亚丙基、2-甲基-1,3-亚丙基、1,4-亚丁基、2,2-二甲基-2,4-亚丁基和3-氮杂-1,6-亚己基的基团。这些基团从基团HX开始进行编号。
优选地,氨基硅烷或巯基硅烷选自3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基-2-甲基丙基三甲氧基硅烷、4-氨基丁基三甲氧基硅烷、4-氨基-3,3-二甲基丁基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基二甲氧基甲基硅烷和N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基二甲氧基甲基硅烷,或其在硅上具有乙氧基代替甲氧基的相似物。其中特别优选的是3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷或N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
优选地,组合物具有1至10重量%,特别优选1.5至8重量%,特别是2至6重量%,最优选3至5重量%的含量的氨基硅烷或巯基硅烷。
所述组合物具有良好伸展性下特别高的强度和粘弹性能。特别出人意料的情况是,使用优选高含量的(比现有技术中常用含量更高的)氨基硅烷或巯基硅烷获得具有极高强度的物料,同时相比于具有更低含量的氨基硅烷或巯基硅烷的物料观察不到明显的伸展性损失。
优选地,含硅烷基团的聚合物和氨基硅烷或巯基硅烷在硅烷基团上具有相同的烷氧基。由此在组合物固化时只释放一种醇。优选地,R1和R4表示相同基团,特别是甲基或乙基。
在组合物中,液体环氧树脂和含硅烷基团的聚合物之间的重量比例优选至少为1。所述组合物在固化状态下具有极高的拉伸强度、高弹性模量和良好伸展性,因此特别适合作为具有粘弹性能的粘合剂。
优选地,液体环氧树脂和含硅烷基团的聚合物之间的重量比例为1.2至10,特别优选1.3至9,特别是1.4至5。
基于含硅烷基团的聚合物和液体环氧树脂的总和,组合物优选具有至少2重量%的相对含量的氨基硅烷或巯基硅烷。
特别优选地,基于含硅烷基团的聚合物和液体环氧树脂的总和,组合物具有2至10重量%,优选2.5至8重量%,特别是3至7重量%的相对含量的氨基硅烷或巯基硅烷。所述组合物在固化状态下具有极高的强度和出色的粘弹性能。
非常特别优选的是满足如下条件的组合物
(i)液体环氧树脂和含硅烷基团的聚合物之间的重量比例为1.2至10,特别优选1.3至9,特别是1.4至5,和
(ii)基于含硅烷基团的聚合物和液体环氧树脂的总和,氨基硅烷或巯基硅烷的相对含量为2至10重量%,优选2.5至8重量%,特别是3至7重量%。
还非常特别优选的是满足如下条件的组合物
(i)室温下为液体的含硅烷基团的聚合物的含量为5至60重量%,优选10至50重量%,特别是15至40重量%,
(ii)液体环氧树脂的含量为30至70重量%,优选35至65重量%,
(iii)平均分子量为200至500g/mol的聚醚胺的含量为5至30重量%,优选10至30重量%,和
(iv)氨基硅烷或巯基硅烷的含量为1至10重量%,优选1.5至8重量%,特别优选2至6重量%,特别是3至5重量%。
使用所述组合物可以实现具有极高强度的粘弹性材料。特别获得在0.05至0.25%伸长下弹性模量为约400MPa至约1000MPa并且断裂伸长为约8至15%的材料。
在组合物中,聚醚胺和氨基硅烷或巯基硅烷不存在于与液体环氧树脂相同的组分中。
在本发明一个实施方案中,组合物具有包含如下物质的第一组份
-至少一种含硅烷基团的聚合物,和
-至少一种液体环氧树脂,
和包含如下物质的第二组分
-至少一种聚醚胺,和
-至少一种氨基硅烷或巯基硅烷。
所述组合物具有的优点在于,第一组份特别储存稳定。
在另一个实施方案中,组合物具有包含如下物质的第一组份
-至少一种含硅烷基团的聚合物,
-至少一种聚醚胺,和
-至少一种氨基硅烷或巯基硅烷,
和包含如下物质的第二组分
-至少一种液体环氧树脂。
所述组合物具有的优点在于,两种组分的可混合性特别好。
对于这两个实施方案,组分本身单独在排除水分的情况下是储存稳定的。在混合两种组分时,伯氨基和/或仲氨基和/或巯基与存在的环氧基团反应。当与水接触时,硅烷基团反应同时释放醇。
在本发明的一个优选的实施方案中,组合物包含水或释水物质。所述组合物特别适合于从空气或组合物所施加的基材中吸收的水量较少的应用。所述应用特别是在防扩散材料(例如金属、塑料、纤维增强的复合材料、玻璃或陶瓷)之间用作为粘合剂并且粘合剂几乎不与空气接触。
优选地,组合物中包含的或组合物中释放的水与硅烷基团完全水解和交联所需的水之间的比例为至少0.5,优选至少1,并且最高5,优选最高2.5。
优选地,组合物可以总共包含至多1重量%的游离水。
水可以以游离形式存在或者与载体材料物理结合或化学结合。适合作为水的载体材料的是将水封入空腔中的多孔材料,特别是硅藻土或分子筛。其它合适的载体材料是以非化学计量的量吸收水并且具有膏状稠度或者形成凝胶的那些,例如硅胶、粘土、多糖或聚丙烯酸,其也以术语“超吸收剂”已知并且例如用于制备卫生制品。其它合适的载体材料是水可以在其中乳化从而形成稳定乳液的聚合物。
适合作为释水物质的是与水配位结合或者包含结晶水形式的水的水合物或含水络合物,特别是无机化合物,尤其是Na2SO4·10H2O、CaSO4·2H2O、CaSO4·1/2H2O、Na2B4O7·10H2O、MgSO4·7H2O,铁(II)、铁(III)、钴(II)、钴(III)或镍(II)、[(H2O)4Co(NH3)2]3+或[Cl(H2O)3Co(NH3)2]2+的六水络合物。
还适合作为释水物质的是在加热时(特别是在50至150℃,特别是70至130℃的温度下)释放水的化合物,例如硼酸、氢氧化铝或二氧化硅。特别合适的是硼酸。所述化合物优选以微细分散的形式存在。其特别具有0.01至100μm,优选0.1至50μm,特别是0.3至30μm的平均粒径。
还适合作为释水物质的是可以与伯胺缩合并且释放水的化合物。可以与伯胺缩合的合适的化合物特别是:
-酮,特别是丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、甲基戊基酮、甲基异戊基酮、环己酮;
-二酮,特别是1,3-二酮,特别是2,4-戊二酮或3,5-庚二酮,或1,4-二酮,特别是2,5-己二酮;
-醛,特别是丙醛、2-甲基丙醛、丁醛、2-甲基丁醛、2-乙基丁醛、戊醛、新戊醛、2-甲基戊醛、3-甲基戊醛、4-甲基戊醛、2,3-二甲基戊醛、己醛、2-乙基己醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、十一醛、2-甲基十一醛、十二醛、甲氧基乙醛、环丙烷甲醛、环戊烷甲醛、环己烷甲醛、2,2-二甲基-3-苯丙醛、1-萘甲醛、苯甲醛、水杨醛、2-甲基苯甲醛、3-甲基苯甲醛、4-甲基苯甲醛、4-甲氧基苯甲醛、4-二甲基氨基苯甲醛、2,2-二甲基-3-(N,N-双(甲氧基乙基))氨基丙醛、2,2-二甲基-3-(N-吗啉代)丙醛、2,2-二甲基-3-(N-(2,6-二甲基)吗啉代)丙醛、2,2-二甲基-3-乙酰氧基丙醛、2,2-二甲基-3-异丁酰氧基丙醛或2,2-二甲基-3-月桂酰氧基丙醛。
在本发明的一个特别优选的实施方案中,组合物包含至少一种释水物质,所述释水物质是能与伯胺缩合的化合物。所述化合物优选不存在于与聚醚胺和氨基硅烷或巯基硅烷相同的组分中。
在混合组分时,能与伯胺缩合的化合物可以与存在的伯胺反应,其中在组合物中非常迅速地产生精细分布的水,因此可以使存在的硅烷基团特别有效地交联。所述组合物优选具有足够多的伯氨基,使得在混合组分之后剩余足够数目的伯氨基,从而连同任选存在的仲氨基和/或巯基一起转化组合物中包含的环氧基团。
优选地,所述组合物包含至少一种式(I)的硅烷,其中X表示NH。
除了上述成分之外,组合物还可以包含其它成分。
组合物优选包含促进含硅烷基团的聚合物交联的催化剂。为此特别合适的是金属催化剂和/或含氮化合物。合适的金属催化剂为钛、锆、铝和锡的化合物,特别是有机锡化合物、有机钛酸盐、有机锆酸盐或有机铝酸盐,其中这些金属催化剂特别具有烷氧基、氨基烷氧基、磺酸酯基、羧基、1,3-二酮酸化物基、1,3-酮酸酯基、二烷基磷酸酯基和二烷基焦磷酸酯基。
特别合适的有机锡化合物是二烷基氧化锡、二烷基二氯化锡、二烷基二羧酸锡或二烷基二酮酸锡,特别是二丁基氧化锡、二丁基二氯化锡、二丁基二乙酸锡、二丁基二月桂酸锡、二丁基二乙酰丙酮酸锡、二辛基氧化锡、二辛基二氯化锡、二辛基二乙酸锡、二辛基二月桂酸锡或二辛基二乙酰丙酮酸锡以及烷基锡硫代酯。
特别合适的有机钛酸盐是双(乙基乙酰乙酸基)-二异丁氧基-钛(IV)、双(乙基乙酰乙酸基)-二异丙氧基-钛(IV)、双(乙酰丙酮基)-二异丙氧基-钛(IV)、双(乙酰丙酮基)-二异丁氧基-钛(IV)、三(氧乙基)胺-异丙氧基-钛(IV)、双[三(氧乙基)胺]-二异丙氧基-钛(IV)、双(2-乙基己烷-1,3-二氧)-钛(IV)、三[2-((2-氨基乙基)氨基)乙氧基]-乙氧基-钛(IV)、双(新戊基(二烯丙基)氧-二乙氧基-钛(IV)、钛(IV)-四丁醇化物、四-(2-乙基己氧基)钛酸盐、四-(异丙氧基)钛酸盐或聚丁基钛酸盐。特别合适的是市售获得类型AA、GBA、GBO、AA-75、AA-65、AA-105、DC、BEAT、BTP、TE、TnBT、KTM、TOT、TPT或IBAY(全部来自Dorf Ketal);Tytan PBT、TET、X85、TAA、ET、S2、S4或S6(全部来自Borica Company Ltd.)或TTS、7、9QS、12、26S、33DS、38S、39DS、44、134S、138S、133DS、158FS或44(全部来自Kenrich Petrochemicals)。
特别合适的有机锆酸盐是可市售获得的类型38J、TPPJ、TPP、01、09、12 38、44或97(全部来自Kenrich Petrochemicals)或3020、3030、1020(全部来自Johnson Matthey&Brandenberger)。
特别合适的有机铝酸盐是可市售获得的类型K-Kat 5218(来自KingIndustries)。
适合作为催化剂的含氮化合物特别是胺例如特别是N-乙基-二异丙基胺、N,N,N',N'-四甲基-亚烷基二胺、聚氧化亚烷基胺、1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷;氨基硅烷例如特别是3-氨基丙基-三甲氧基硅烷、3-氨基丙基-二甲氧基甲基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基-三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基-甲基二甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-N'-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺及其在硅上具有乙氧基或异丙氧基代替甲氧基的类似物;脒例如特别是1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)、1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯(DBN)、6-二丁基氨基-1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯;胍例如特别是四甲基胍、2-胍基苯并咪唑、乙酰丙酮胍、1,3-二-邻甲苯基胍、2-叔丁基-1,1,3,3-四甲基胍或碳化二亚胺和胺(例如特别是聚醚胺或氨基硅烷)的反应产物;或咪唑例如特别是N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-4,5-二氢咪唑或N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-4,5-二氢咪唑。
特别合适的还有不同催化剂的组合,特别是至少一种金属催化剂和至少一种含氮化合物的组合。
优选作为催化剂的是有机锡化合物、有机钛酸盐、胺、脒、胍或咪唑。
组合物还可以包含其它对环氧基团有反应性的物质,特别是如下物质:
-一元胺例如己胺或苯甲胺或聚醚一元胺,特别是始于醇的类型,例如M-600、M-1000、M-2005、M-2070、XTJ-581、XTJ-249或XTJ-435,或始于烷基酚的类型,例如XTJ-436(全部来自Huntsman);
-脂族、脂环族或芳脂族伯二胺,特别是2,2-二甲基-1,3-丙二胺、1,3-戊二胺(DAMP)、1,5-戊二胺、1,5-二氨基-2-甲基戊烷(MPMD)、2-丁基-2-乙基-1,5-戊二胺(C11–新二胺)、1,6-己二胺、2,5-二甲基-1,6-己二胺、2,2(4),4-三甲基六亚甲基二胺(TMD)、1,7-庚二胺、1,8-辛二胺、1,9-壬二胺、1,10-癸二胺、1,11-十一烷二胺、1,12-十二烷二胺、1,2-、1,3-或1,4-二氨基环己烷、双-(4-氨基环己基)甲烷(H12-MDA)、双(4-氨基-3-甲基环己基)甲烷、双(4-氨基-3-乙基环己基)甲烷、双(4-氨基-3,5-二甲基环己基)甲烷、双(4-氨基-3-乙基-5-甲基环己基)甲烷、1-氨基-3-氨基甲基-3,5,5-三甲基环己烷(异佛尔酮二胺或IPDA)、2-或4-甲基-1,3-二氨基环己烷或其混合物、1,3-双(氨基甲基)环己烷、1,4-双(氨基甲基)环己烷、2,5(2,6)-双(氨基甲基)双环[2.2.1]庚烷(NBDA)、3(4),8(9)-双(氨基甲基)三环-[5.2.1.02,6]癸烷、1,4-二氨基-2,2,6-三甲基环己烷(TMCDA)、1,8-薄荷烷二胺、3,9-双(3-氨基丙基)-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷、1,3-双(氨基甲基)苯(MXDA)或1,4-双(氨基甲基)苯;
-脂族、脂环族或芳脂族伯三胺,特别是1,3,5-三(氨基甲基)苯、1,3,5-三(氨基甲基)环己烷、三(2-氨基乙基)胺、三(2-氨基丙基)胺或三(3-氨基丙基)胺;
-含醚基团的脂族伯二胺或伯三胺,特别是双(2-氨基乙基)醚、3,6-二氧杂辛烷-1,8-二胺、4,7-二氧杂癸烷-1,10-二胺、4,7-二氧杂癸烷-2,9-二胺、4,9-二氧杂十二烷-1,12-二胺、5,8-二氧杂十二烷-3,10-二胺或4,7,10-三氧杂十三烷-1,13-二胺;
-具有两个脂族伯氨基的具有仲氨基的多胺,特别是3-(2-氨基乙基)氨基丙胺、双(六亚甲基)三胺(BHMT)、二亚乙基三胺(DETA)、三亚乙基四胺(TETA)、四亚乙基五胺(TEPA)、五亚乙基六胺(PEHA)或线性聚亚乙基胺的更高级的同系物,例如具有5至7个亚乙基胺单元的聚亚乙基多胺(所谓的“更高级的亚乙基多胺”,HEPA),通过具有至少两个伯氨基的伯二胺和伯多胺的多重氰乙基化或氰丁基化和随后的氢化而获得的产物,例如二亚丙基三胺(DPTA)、N-(2-氨基乙基)-1,3-丙二胺(N3-胺)、N,N'-双(3-氨基丙基)亚乙基二胺(N4-胺)、N,N'-双(3-氨基丙基)-1,4-二氨基丁烷、N5-(3-氨基丙基)-2-甲基-1,5-戊二胺、N3-(3-氨基戊基)-1,3-戊二胺、N5-(3-氨基-1-乙基丙基)-2-甲基-1,5-戊二胺或N,N'-双(3-氨基-1-乙基丙基)-2-甲基-1,5-戊二胺;
-具有一个或两个仲氨基的多胺,特别是N-丁基-1,2-乙二胺、N-己基-1,2-乙二胺、N-(2-乙基己基)-1,2-乙二胺、N-环己基-1,2-乙二胺、4-氨基甲基-哌啶、N-(2-氨基乙基)哌嗪、N-甲基-1,3-丙二胺、N-丁基-1,3-丙二胺、N-(2-乙基己基)-1,3-丙二胺、N-环己基-1,3-丙二胺、3-甲基氨基-1-戊胺、3-乙基氨基-1-戊胺、3-环己基氨基-1-戊胺、脂肪二胺例如N-椰油烷基-1,3-丙二胺,脂族伯二胺与丙烯腈、马来酸二酯或富马酸二酯、柠康酸二酯、丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺或衣康酸二酯以1:1摩尔比反应的迈克尔型加成反应的产物,来自脂族伯多胺与醛或酮的还原烷基化的产物,特别是N-苯甲基-1,3-双(氨基甲基)苯、N,N'-二苯甲基-1,3-双(氨基甲基)苯、N-2-乙基己基-1,3-双(氨基甲基)苯、N,N'-双(2-乙基己基)-1,3-双(氨基甲基)苯、N1-苯甲基-1,2-丙二胺、N1-(4-甲氧基苯甲基)-1,2-丙二胺、N1-(4-(二甲基氨基)苯甲基)-1,2-丙二胺,或部分苯乙烯化的多胺,例如苯乙烯化的MXDA(以240由Mitsubishi Gas Chemical获得);
-具有脂族伯氨基的具有叔氨基的多胺,例如特别是3-(N,N-二甲基氨基)丙胺(DMAPA)、3-(N,N-二乙基氨基)丙胺(DEAPA)、2-(N,N-二乙基氨基)乙胺、1-(N,N-二乙基氨基)-4-氨基戊烷、N,N-二甲基二(1,3-亚丙基)三胺(DMAPAPA)、N,N'-双(氨基丙基)哌嗪、N,N-双(3-氨基丙基)甲胺、N,N-双(3-氨基丙基)乙胺、N,N-双(3-氨基丙基)丙胺、N,N-双(3-氨基丙基)环己胺、N,N-双(3-氨基丙基)-2-乙基己胺,通过脂肪胺的双重氰乙基化和随后的还原获得的产物,所述脂肪胺源自天然脂肪酸,例如可以Y12D或YT(来自Akzo Nobel)获得的N,N-双(3-氨基丙基)十二烷胺或N,N-双(3-氨基丙基)牛脂烷基胺;三(2-氨基乙基)胺、三(2-氨基丙基)胺、三(3-氨基丙基)胺或4-氨基甲基-1,8-辛二胺;
-芳族多胺,例如特别是间-和对-苯二胺、4,4'-、2,4'-和/或2,2'-二氨基二苯甲烷、3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯甲烷(MOCA)、2,4-和/或2,6-甲苯二胺、3,5-二甲基硫代-2,4-和-2,6-甲苯二胺的混合物(可以300获自Albermarle)、3,5-二乙基-2,4-和-2,6-甲苯二胺的混合物(DETDA)、3,3',5,5'-四乙基-4,4'-二氨基二苯甲烷(M-DEA)、3,3',5,5'-四乙基-2,2'-二氯-4,4'-二氨基二苯甲烷(M-CDEA)、3,3'-二异丙基-5,5'-二甲基-4,4'-二氨基二苯甲烷(M-MIPA)、3,3',5,5'-四异丙基-4,4'-二氨基二苯甲烷(M-DIPA)、4,4'-二氨基二苯砜(DDS)、4-氨基-N-(4-氨基苯基)苯磺酰胺、5,5'-亚甲基二羧甲基邻氨基苯甲酸、二甲基-(5,5'-亚甲基二羧甲基邻氨基苯甲酸酯)、1,3-亚丙基-双(4-氨基苯甲酸酯)、1,4-亚丁基-双(4-氨基苯甲酸酯)、聚四亚甲基氧化物-双(4-氨基苯甲酸酯)(可以获自Air Products)、1,2-双(2-氨基苯基硫代)乙烷、2-甲基丙基-(4-氯-3,5-二氨基苯甲酸酯)或叔丁基-(4-氯-3,5-二氨基苯甲酸酯);
-所述多胺与环氧化物和环氧树脂的加成物,特别是与二环氧化物以约2/1的摩尔比例的加成物,与单环氧化物以约1/1的摩尔比例的加成物,或胺和表氯醇的反应产物,特别是1,3-双(氨基甲基)苯的反应产物,可以328市售获得(来自MitsubishiGas Chemical);
-聚酰胺基胺,特别是一价或多价羧酸或其酯或酸酐,特别是二聚脂肪酸,与化学计量过量使用的脂族、脂环族或芳族多胺,特别是聚亚烷基胺例如DETA或TETA的反应产物,特别是可市售获得的聚酰胺基胺100、125、140或150(来自Cognis),223、250或848(来自Huntsman),3607或530(来自Huntsman)或EH 651、EH 654、EH 655、EH 661或EH 663(来自Cytec);
-由酚与醛(特别是甲醛)和脂族或脂环族胺(特别是非那明)的反应获得的曼尼希碱,即腰果酚(通过热处理腰果壳油提取物获得的长链烷基(烯基)酚和间苯二酚,包含3-(十五烷-8,11,14-三烯基)酚作为主要组分)的曼尼希碱,特别是市售类型NC-541、NC-557、NC-558、NC-566、Lite 2001或Lite 2002(来自Cardolite)、3440、3441、3442或3460(来自Huntsman)或EH 614、EH 621、EH 624、EH 628或EH 629(来自Cytec);
-硫醇封端的液体聚硫化物聚合物,其以商标名(来自MortonThiokol;例如可获自SPI Supplies,或来自Toray Fine Chemicals)已知,特别是LP-3、LP-33、LP-980、LP-23、LP-55、LP-56、LP-12、LP-31、LP-32或LP-2类型;以及还以商标名(来自Akzo Nobel)已知,特别是G 10、G 112、G 131、G 1、G 12、G 21、G 22、G44或G 4类型;
-具有末端巯基的聚醚,特别是通过聚醚多元醇与表氯醇的反应然后通过巯基(例如经由硫氢化钠)代替氯化物基团获得的产物,特别是市售类型3-800或GPM800(来自Gabriel Performance Products);
-巯基羧酸的聚酯,或聚氧化亚烷基二元醇或三元醇、乙氧基化的三羟甲基丙烷或聚酯二元醇与巯基羧酸(例如巯基乙酸或2-或3-巯基丙酸)的酯化产物;或
-其它具有巯基的化合物,例如特别是2,4,6-三巯基-1,3,5-三嗪、2,2'-(亚乙基二氧)-二乙烷硫醇(三乙二醇-二硫醇)或乙二硫醇。
优选地,除了聚醚胺和氨基硅烷或巯基硅烷之外,组合物仅包含少量的其它对环氧基团有反应性的物质。优选地,组合物中至多50%,特别优选至多25%,特别是至多10%的所有对环氧基团有反应性的基团不源自聚醚胺或氨基硅烷或巯基硅烷。
组合物的其它合适的成分特别是如下助剂和添加剂:
-增粘剂和/或交联剂,特别是具有仲氨基的氨基硅烷,例如特别是N-苯基-氨基硅烷、N-环己基-氨基硅烷或N-烷基氨基硅烷、环氧硅烷例如特别是3-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷、(甲基)丙烯酰基硅烷、酸酐基硅烷、氨基甲酸酯基硅烷、烷基硅烷或亚氨基硅烷,或这些硅烷的低聚形式,或伯氨基硅烷与环氧硅烷或(甲基)丙烯酰基硅烷或酸酐基硅烷的加合物。
-增塑剂,特别是羧酸酯例如邻苯二甲酸酯,特别是邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异壬酯或邻苯二甲酸二异癸酯,己二酸酯,特别是二辛基己二酸酯,壬二酸酯,癸二酸酯,多元醇,特别是聚氧化亚烷基多元醇或聚酯多元醇,二醇醚,二醇酯,有机磷酸酯和磺酸酯、聚丁烯或源自天然脂肪或油的脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯,也被称为“生物柴油”;
-溶剂或稀释剂,特别是二甲苯、甲氧基丙基乙酸酯、二丁醚、乙二醇或二乙二醇或丙二醇或二丙二醇的二醚、辛烷、二苯甲烷、二异丙基萘、石油馏分例如产品(来自Exxon)、N-甲基吡咯烷酮或更高级的N-烷基吡咯烷酮,或乙氧基化或丙氧基化的酚。
-用于环氧树脂的反应性稀释剂,特别是甲苯基缩水甘油醚、苯甲基缩水甘油醚、叔丁基苯基缩水甘油醚、壬基苯基缩水甘油醚、2-乙基己基缩水甘油醚、天然醇的缩水甘油醚例如特别是C8至C10烷基缩水甘油醚或C12至C14烷基缩水甘油醚,或二元醇或多元醇(例如聚丙二醇、二羟甲基环己烷、甘油、新戊二醇或三羟甲基丙烷)的缩水甘油醚。
-其它环氧树脂,特别是双酚A固体树脂、双酚F固体树脂或双酚A/F固体树脂,双酚F-线性酚醛清漆,聚丙二醇的缩水甘油醚或氢化双酚A液体树脂、双酚F液体树脂或双酚A/F液体树脂。
-聚合物,特别是聚酰胺、聚硫化物、聚乙烯醇缩甲醛(PVF)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚氨酯(PUR)、具有羧基的聚合物、聚酰胺、丁二烯-丙烯腈-共聚物、苯乙烯-丙烯腈-共聚物、丁二烯-苯乙烯-共聚物、不饱和单体(特别选自乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、异戊二烯、乙酸乙烯酯或(甲基)丙烯酸烷基酯)的均聚物或共聚物,特别是氯磺化的聚乙烯或含氟聚合物、磺酰胺改性的三聚氰胺或纯化的褐煤蜡;
-无机和有机填料,特别是任选涂布有脂肪酸、特别是硬脂酸酯的研磨或沉淀碳酸钙、重晶石(沉晶石)、滑石、石英粉、石英砂、云母例如特别是钾云母(云母)、白云石、硅灰石、高岭土、煅烧高岭土、分子筛、氧化铝、氢氧化铝、氢氧化镁、二氧化硅(包括来自热解过程的高分散性二氧化硅)、水泥、石膏、飞灰、炭黑、石墨、金属粉末例如铝、铜、铁、银或钢,PVC-粉末或空心球;
-纤维,特别是玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、陶瓷纤维或塑料纤维,例如聚酰胺纤维或聚乙烯纤维。
-染料。
-颜料,特别是二氧化钛或氧化铁。
-用于环氧基团反应的促进剂,例如特别是酸或可水解成酸的化合物,特别是有机羧酸例如乙酸、苯甲酸、水杨酸、2-硝基苯甲酸、乳酸,或有机磺酸例如甲磺酸、对二甲苯磺酸或4-十二烷基苯磺酸,或磺酸酯或其它有机或无机酸例如特别是磷酸,或上述酸和酸酯的混合物;或叔胺例如特别是1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷、苯甲基二甲胺、α-甲基苯甲基二甲胺、三乙醇胺、二甲基氨基丙基胺,咪唑例如特别是N-甲基咪唑、N-乙烯基咪唑或1,2-二甲基咪唑,所述叔胺的盐,季铵盐例如特别是苯甲基三甲基氯化铵,脒例如特别是1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯,胍例如特别是1,1,3,3-四甲基胍,酚例如特别是叔丁基酚、壬基酚、十二烷基酚、腰果酚(通过热处理腰果壳油提取物获得的长链烷基(烯基)酚和间苯二酚,包含3-(十五烷-8,11,14-三烯基)酚作为主要组分,特别以NC-700由Cardolite市售获得)、苯乙烯化的酚、双酚、含酚基的芳族烃树脂,特别是型LS500、LX 200、LA 300或LA 700(来自Rütgers)、酚-树脂例如线性酚醛清漆,或曼尼希碱例如特别是2-(二甲基氨基甲基)酚、2,4,6-三(二甲基氨基甲基)酚或由酚、甲醛和N,N-二甲基-1,3-丙二胺形成的聚合物,亚磷酸酯例如特别是二-或三苯基亚磷酸酯,或具有巯基的化合物。
-干燥剂,特别是四乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷或在硅烷基团的α-位上具有官能团的有机烷氧基硅烷,特别是N-(甲基二甲氧基甲硅烷基甲基)-O-甲基-氨基甲酸酯、(甲基丙烯酰氧基甲基)硅烷、甲氧基-甲基硅烷、原甲酸酯以及氧化钙或分子筛。
-流变学改性剂,特别是增稠剂,特别是层状硅酸盐如膨润土、蓖麻油衍生物、氢化蓖麻油、聚酰胺、聚氨酯、脲化合物、聚氯乙烯、热解二氧化硅、纤维素醚或疏水改性的聚氧乙烯。
-抵抗氧化、热、光或紫外线的稳定剂,
-天然树脂、脂肪或油例如松香、虫胶、亚麻籽油、蓖麻油或大豆油。
-阻燃物质,特别是氢氧化铝(ATH)、氢氧化镁(MDH)、三氧化锑、五氧化锑、硼酸(B(OH)3)、硼酸锌、磷酸锌、硼酸三聚氰胺、氰尿酸三聚氰胺、多磷酸铵、磷酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、多溴化二苯基氧或二苯醚、磷酸酯例如特别是二苯基甲苯基磷酸酯、间苯二酚-双(磷酸二苯酯)、间苯二酚-二磷酸酯低聚物、四苯基间苯二酚二亚磷酸酯、乙二胺二磷酸酯或双酚-A-双(磷酸二苯酯)、三(氯乙基)磷酸酯、三(氯丙基)磷酸酯或三(二氯异丙基)磷酸酯,三[3-溴-2,2-双(溴甲基)丙基]磷酸酯、四溴-双酚A、双酚A的双(2,3-二溴丙基醚)、溴化环氧树脂、亚乙基-双(四溴邻苯二甲酰亚胺)、亚乙基-双(二溴降莰烷二甲酰亚胺)、1,2-双-(三溴苯氧基)乙烷、三(2,3-二溴丙基)异氰脲酸酯、三溴酚、六溴环十二烷、双(六氯环戊二烯基)环辛烷或氯化石蜡;
-表面活性物质,特别是润湿剂、流动控制剂、脱气剂或消泡剂。
-杀生物剂,例如杀藻剂、杀真菌剂或菌类生长抑制物质。
有利的是,某些成分在混入组合物之前以化学或物理的方式进行干燥,特别是当其用作第一组份的成分时。
组合物的这些其它成分可以作为第一组分或第二组分的成分存在。游离水优选不存在于与含硅烷基团的聚合物和氨基硅烷或巯基硅烷相同的组分中。对环氧基团有反应性的其它成分优选不存在于与液体环氧树脂相同的组分中。
在组合物中,对环氧基团有反应性的基团的数量与环氧基团的数量之间的比例优选为0.5至1.5,特别是0.8至1.2。
在一个优选的实施方案中,所述组合物不含2,4,6-三(二甲基氨基甲基)酚。所述化合物造成难闻的气味、组合物变黄并且在一些情况下造成基材污染。
所述组合物的两种组分在排除水分的情况下分别制备和保存。两种组分通常分别储存在各自的容器中。分离的组分是储存稳定的;亦即每种组分在使用之前可以保存数月至一年和更久,而不会在与其使用相关的程度上改变其各自性质。用于储存各个组分的合适的容器特别是桶、瓶、袋、斗、罐、料盒或管。
为了使用所述组合物,紧接着施用之前或者在施用过程中彼此混合两种组分。优选选择混合比例,使得对环氧基团有反应性的基团与环氧基团以上述合适的比例存在。以重量份计,两种组分之间的混合比例通常为1:10至10:1。
通过合适方法进行两种组分的混合;可以通过静态混合器或借助于动态混合器连续或分批地进行。在施用之前进行混合的情况下,必须注意在组合物的适用期内进行施用,否则可能会造成干扰,例如在基材上延缓地或不完全地建立粘附或过早凝胶。“适用期”表示在混合组分之后必需在该期间内施用组合物的时间。
混合优选在环境温度下进行,所述环境温度通常为约5至50℃,优选约10至30℃。
通过混合两种组分开始通过化学反应固化。在此期间伯氨基和仲氨基和巯基与存在的环氧基团反应并且导致环氧基团开环。在与水接触时,存在的硅烷基团水解释放出醇,其中形成硅醇基团(Si-OH-基团)并且通过之后的缩合反应形成硅氧烷基团(Si-O-Si-基团)。所述反应的结果是组合物固化成交联塑料。如果组合物中已经不存在或不释放用于硅烷基团的水解反应的水,则水可以来自空气(空气水分)或基材,或者可以例如通过涂刷、喷涂或混入使组合物与含水组分接触。
特别地,在0至150℃的温度下进行固化。特别可以在环境温度下进行固化,其中固化通常持续数天至数周,直至其在给定条件下基本结束。但是也可以在提高的温度下,特别是在50至130℃的温度下进行固化。在该情况下,组合物优选包含水或特别是释水的物质。在某些情况下有利的是,在环境温度下部分固化的组合物在提高的温度下进行后续固化或完全固化。
特别地,以一定方式进行组合物的固化,使得一方面保证足够的适用期或开放时间从而正确地施用组合物,另一方面使固化迅速进行至一定程度,使得组合物可以进行进一步加工或者特别地以所述组合物实施的粘合体能自支撑并且可以运输。
因此本发明的另一个主题是由本文献中描述的组合物通过混合第一组份与第二组分获得的经固化的组合物。
已经发现,在固化时组合物的无粘性时间由含硅烷基团的聚合物的交联速度决定。这表明在经固化组合物中,通常经固化的含硅烷基团的聚合物形成连续相而经固化的环氧树脂形成分散相,这得到了拉曼显微镜研究的支持。氨基硅烷或巯基硅烷可以使这两个相化学结合。
通过实施例可知,不加入填料的组合物在固化之后可以呈现从不透明白色经半透明直至透明的外观,其中半透明和透明的组合物具有特别高的强度。
当液体环氧树脂和氨基硅烷或巯基硅烷以优选的量存在时,获得特别高的强度。
经固化组合物具有出色的机械性能、极好的耐热性和良好的粘附性能。因此其特别适合作为具有粘弹性能的粘合剂、密封剂、涂布剂或浇铸料。其非常特别适合作为粘合剂,因为观察到的粘弹性能连同良好的耐热性和良好的粘附性能对于刚性-弹性粘合来说是特别有利的。
当出于劳动保护和健康保护的原因需要使用不含异氰酸酯的产品时,所述组合物也是特别有利的。
所述组合物特别适合于粘合、密封或涂布如下基材:
-玻璃、玻璃陶瓷、丝网印刷陶瓷、混凝土、砂浆、砖、瓦、石膏、天然石材例如花岗石或大理石,或玻璃矿物纤维垫;
-金属或合金,例如铝、铁、钢或有色金属,或经表面处理的金属或合金,例如镀锌或镀铬的金属;
-皮革、织物、纸、木材、与树脂(例如酚树脂、三聚氰胺树脂或环氧树脂)结合的木质材料、树脂-织物-复合材料或其它所谓的聚合物复合物;
-塑料,特别是硬质或软质PVC、ABS、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)、聚酯、PMMA、环氧树脂、PUR、POM、PO、PE、PP、EPM或EPDM,其中塑料任选通过等离子体、电晕或火焰进行表面处理;
-纤维增强的塑料,例如碳纤维增强的塑料(CFK)、玻璃纤维增强的塑料(GFK)和片状模塑复合物(SMC);
-经涂布的基材,例如经粉末涂布的金属或合金;
-染料或漆,特别是汽车面漆。
基材可在需要的情况下在施用组合物之前进行预处理。这种预处理包括特别是物理和/或化学的清洁方法,例如打磨、喷砂、喷丸、梳理和/或吹扫,以及还有用清洁剂或溶剂进行处理,或施加增粘剂、增粘剂溶液或底漆。
本发明的另一个主题是所述组合物作为粘合剂特别用于建筑工业或制造工业的结构粘合的用途,特别是作为安装粘合剂、车身粘合剂、夹心元件粘合剂、风力发电站的转子叶片的轴瓦粘合剂或立面元件粘合剂。
这种粘合剂在应用之前优选保存在由具有两个彼此分开的室的包装组成的包装物中,所述两个彼此分开的室分别包含粘合剂的第一组分或第二组分。
优选地,这种包装物为并排双料盒或同轴料盒,其中两个管状室并排设置或内外设置并且用塞子不透气和不透水地封闭。通过推动塞子可以从料盒中推出组分。管的塞子相对侧任选通过适配器进行这样的修改,使得室开口在开口的区域中通过隔板彼此直接连接。有利地,在室的出口区域中设置螺纹,从而可以密封地设置静态混合器或动态混合器。这种包装物特别对于小规模使用(特别是对于至多1升的装填量)是优选的。对于大量使用,特别是对于工业生产中的使用,将两种组分有利地储存在桶或瓶中。在使用粘合剂时通过输送泵挤出组分并且通过混合装置(例如通常在工业生产中用于双组份粘合剂的混合装置)的管道计量加入。混合通常通过静态混合器或借助于动态混合器而进行。为了可视控制混合品质,有利的是使两种组分具有两种不同的颜色。当经混合的粘合剂具有均匀颜色而不具有可见的条纹或纹路时,则存在良好的混合。
粘合剂特别用在用于粘合第一基材和第二基材的方法中,所述方法包括如下步骤:
-混合上述第一组分和第二组分,
-将经混合粘合剂施用至至少一个待粘合的基材表面上,
-在开放时间内接合待粘合的基材,
-使粘合剂固化。
在此两种基材可以由相同或不同的材料组成。合适的基材特别是上文提到的那些。
通过使用粘合剂形成制品,在所述制品中粘合剂使两个基材彼此结合。所述制品因此包含至少部分固化的根据上文描述的组合物。
所述制品特别是房屋、浴室、厨房、屋顶、桥梁、隧道、道路、轻质结构的夹心元件、太阳能板例如光伏模块或太阳能加热模块、玻璃立面、窗户、车窗、镜子、水槽、白色物品、家用电器、洗碗机、洗衣机、烤炉、风力设备的转子叶片、汽车、大客车、卡车、有轨车辆、船舶、飞机、直升飞机或前照灯;或这些制品的构件。
实施例
下文描述实施例,所述实施例应更详细地解释本发明。本发明当然不限于所描述的实施例。
“标准气候”表示23+1℃和50+5%的相对空气湿度。“AHEW”表示胺氢当量。
“EEW”表示环氧化物当量。
所使用的含硅烷基团的聚合物:
STP聚合物-1:
在排除水分的条件下伴随持续搅拌将1000g多元醇12200(来自Bayer;低一元醇含量的聚氧化亚丙基二元醇,OH-数为11.0mg KOH/g,水含量为约0.02重量%)、43.6g异佛尔酮二异氰酸酯(来自Evonik Industries的IPDI)、126.4g邻苯二甲酸二异癸酯和0.12g二月桂酸二丁基锡加热至90℃并且保持于该温度,直至滴定确定的自由异氰酸酯基团的含量达到0.63重量%的值。然后混入62.3g N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氨基-琥珀酸二乙酯并且在90℃下搅拌混合物足够长的时间,直至通过FT-IR-光谱不再检测出自由异氰酸酯。将硅烷官能的聚合物冷却至室温并且在排除水分的情况下保存。
STP聚合物-1包含10重量%的增塑剂(邻苯二甲酸二异癸酯)。
STP聚合物-2:
在排除水分的条件下伴随持续搅拌将600g多元醇12200(来自Bayer;低一元醇含量的聚氧化亚丙基二元醇,OH-数为11.0mg KOH/g,水含量为约0.02重量%)、24.9g异氰酸基丙基三甲氧基硅烷和0.6g二月桂酸二丁基锡加热至80℃并且保持于该温度2小时,直至通过FT-IR-光谱不再检测出反应的进行。通过加入2.0g甲醇使剩余异氰酸酯基团在70℃下反应30分钟然后在80℃和约2mbar下再后处理混合物30分钟。将硅烷官能的聚合物冷却至室温并且在排除水分的情况下保存。
STP聚合物-3:
所使用的市售物质及其缩写:
DBTDL 10% 二月桂酸二丁基锡(IV),10重量%在邻苯二甲酸二异癸酯中
DETA 二亚乙基三胺,AHEW 20.6g
DBU 1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯
醛-1 2,2-二甲基-3-(N-吗啉代)丙醛
醛-2 2-乙基己醛
醛-3 2,2-二甲基-3-月桂酰氧基丙醛
双组份组合物的制备:
实施例1至36:
对于每个实施例,通过离心混合器(SpeedMixerTM DAC 150,FlackTek Inc.)以指定的组分-1的量(重量份)混合表1至7中指定的成分,并且在排除水分的情况下保存。
同样地,加工表1至7中指定的组份-2的成分并且保存。
然后通过离心混合器将每种组合物的两种组分加工成均匀液体并且立即以如下方式检测:
为了测量无粘性时间(缩写为“TFT”),将一小部分经混合的室温组合物以约3mm的层厚度施涂在卡板纸上并且在标准气候下确定直至当通过LDPE移液管轻击组合物表面时移液管上首次不再遗留残余物时所持续的时间。
在从厚度约2mm的膜(所述膜由各个指定条件下固化的组合物制得)冲切形成的长度为75mm、梁长度为30mm并且梁宽度为4mm的哑铃形样品上,根据DIN EN 53504(拉伸速度10mm/min)确定拉伸强度、断裂伸长和0.05至0.25%伸长(弹性模量1)和0.5至5.0%伸长(弹性模量2)下的弹性模量。表中用“10d NK”表示的值在于标准气候下10天的储存时间之后确定。用“+2d 80℃”表示的值在哑铃形样品上确定,所述哑铃形样品在标准气候下储存10天然后在80℃循环空气炉中储存2天。用“+7d 100℃”表示的值在哑铃形样品上确定,所述哑铃形样品在标准气候下储存10天然后在100℃循环空气炉中储存7天。用“+7d 60℃/100%rF”表示的值在哑铃形样品上确定,所述哑铃形样品在标准气候下储存10天然后在60℃和100%相对空气湿度下储存7天。
如此制备测试体从而测量拉伸剪切强度:在混合时间结束1分钟之后在两个用异丙醇除脂的H420钢板(钢板厚度1.5mm)之间将组合物分别以0.3mm的层厚度施涂在10x25mm的重叠的粘合表面上。在该测试体上根据DIN EN 1465在室温下确定拉伸剪切强度,其中测试体在测量之前在标准气候下储存7天然后在80℃循环空气炉中储存3小时,然后冷却至室温。
所有薄膜在固化之后绝对无粘性,不透明白色至完全透明,并且具有光滑至丝质表面。肉眼评估透明度并且用“不透明”或“半透明”(任选缩写为“半透明”)或“透明”表示并且记录为“外观”。被称为“非均相”的膜显示出具有不同透明度的区域或纹路。
结果列于表1至7。
用“(Ref)”表示的实施例为对比实施例。
表中的“EP/STP”分别表示液体环氧树脂和含硅烷基团的聚合物(无增塑剂)之间的重量比例。
表中的“相对硅烷含量”分别表示氨基硅烷或巯基硅烷的以重量%计的相对含量,基于含硅烷基团的聚合物和液体环氧树脂(无增塑剂)的总量计。
表1:实施例1至5和对比实施例6至8的组成和性质。
“Zugf.”表示“拉伸强度”
表2:对比实施例9和实施例10至15的组成和性质。
“Zugf.”表示“拉伸强度”
表3:实施例1、16至19和对比实施例20至22的组成和性质。
“Zugf.”表示“拉伸强度”
表4:实施例1和23至27的组成和性质。
“Zugf.”表示“拉伸强度”
表5:实施例1和28至32的组成和性质。
“Zugf.”表示“拉伸强度”
表6:实施例1和33至34的组成和性质。
“n.b.”表示“未确定”
表7:实施例35至36的组成和性质。
Claims (12)
1.由第一组分和第二组分组成的组合物,所述组合物包含
-5至60重量%含量的至少一种在室温下为液体的含硅烷基团的聚合物,其中所述含硅烷基团的聚合物为含硅烷基团的聚醚,其由聚醚多元醇与异氰酸基硅烷的反应获得,其中任选使用二异氰酸酯进行链延长,或者其由得自聚醚多元醇与超化学计量的多异氰酸酯的反应得到的NCO-封端的氨基甲酸酯聚醚与氨基硅烷、羟基硅烷或巯基硅烷的反应获得,并且术语“硅烷基团”表示连接至有机基团并且硅原子上具有1至3个可水解烷氧基的甲硅烷基,
-至少一种液体环氧树脂,
-5至30重量%含量的至少一种聚醚胺,和
-1至10重量%含量的至少一种氨基硅烷或巯基硅烷,
其中聚醚胺和氨基硅烷或巯基硅烷不存在于与液体环氧树脂相同的组分中,液体环氧树脂和含硅烷基团的聚合物之间的重量比例为1.2至10,并且组合物中至多10%的所有对环氧基团有反应性的基团不源自聚醚胺或氨基硅烷或巯基硅烷。
2.根据权利要求1所述的组合物,其特征在于,所述组合物具有15至50重量%含量的含硅烷基团的聚合物。
3.根据权利要求1或2所述的组合物,其特征在于,所述组合物具有30至70重量%含量的液体环氧树脂。
4.根据权利要求1或2所述的组合物,其特征在于,聚醚胺具有200至500g/mol的平均分子量。
6.根据权利要求1或2所述的组合物,其特征在于,液体环氧树脂和含硅烷基团的聚合物之间的重量比例为1.3至9。
7.根据权利要求1或2所述的组合物,其特征在于,基于含硅烷基团的聚合物和液体环氧树脂的总和,氨基硅烷或巯基硅烷的相对含量为2至10重量%。
8.根据权利要求1或2所述的组合物,其特征在于,所述组合物包含水或释水物质。
9.根据权利要求8所述的组合物,其特征在于,所述组合物包含至少一种释水物质,所述释水物质为可与伯胺缩合的化合物。
10.由根据权利要求1至9任一项所述的组合物通过混合第一组分和第二组分获得的经固化组合物。
11.根据权利要求1至9任一项所述的组合物作为粘合剂的用途。
12.由根据权利要求11所述的用途获得的经粘合制品。
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