專利名稱：吸音層壓材料的制作方法
背景技術(shù)：
為了保護和隔離操作室或者客艙，免受由相關(guān)車輛的機械設(shè)備產(chǎn)生的噪音和熱的影響，在汽車、卡車或者其他車輛上裝備聲音和熱絕緣體，這在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的。為此，已經(jīng)使用了高溫玻璃纖維墊子，例如用在(a)儀表盤和發(fā)動機艙之間的防火墻上，和(b)客艙和驅(qū)動線和排氣系統(tǒng)之間的車輛地板底座上。這些材料提供了絕熱作用，使得可以在操作員室/客艙中保持較冷的和更舒適的溫度，特別是在夏季。此外，這些材料提供了隔音作用，降低或者消除了來自馬達、傳動列以及當車輛在通常坎坷和崎嶇的路面上行駛時懸掛系統(tǒng)和輪胎產(chǎn)生的各種機械聲音。
過去，隔音層壓材料一直通過模塑玻璃纖維增強聚酯樹脂來制造，通常通過不同于熱成型的疊鋪模塑方法。熱成型不同于疊鋪模塑，是成本有效的?？蔁岢尚途郾揭蚁┡菽瓕优c在其兩邊粘合的牛皮紙或者聚合物薄膜材料粘合并且用柔軟的聚氨酯背襯織物覆蓋而成的層壓材料是已知的。為了獲得更好的吸音性能，許多努力致力于從這類層壓材料中消除紙或者聚合物薄膜覆蓋物，并且代之以在硬的聚苯乙烯泡沫部件的一側(cè)或者兩側(cè)上使用非織造織物襯墊。結(jié)構(gòu)泡沫聚苯乙烯-非織造織物層壓材料在暴露于高溫時傾向于脫層和/或塌陷。其原因之一是，為了是可熱成型的，用于形成層壓材料部件的粘合劑必須是熱塑性的或等效的。高熔點熱塑性粘合劑傾向于缺乏將泡沫芯材層粘合到層壓材料的外層上所需要的粘合性。
汽車制造商及其他制造商目前將熱熔粘合劑作為熱塑粘合劑就地施加到非織造基材例如回彈毛墊上。為了在基材表面上具有適當?shù)牧鲃有再|(zhì)，熱熔粘合劑必須被加熱到250到350的溫度。在將熱熔粘合劑施加到非織造基材之后，將其與泡沫層一起并且通常與另一個非織造基材層一起放入模具，并且經(jīng)受升高的溫度和壓力，借此形成層壓材料。
將熱熔粘合劑就地施加到非織造基材上產(chǎn)生了許多工藝問題，這常常導致運行延誤和維護問題。以熔融形式施加到非織造基材上的熱熔粘合劑通常是100％的固體，并且通?；谝蚁?醋酸乙烯酯聚合物。因為在施加熱熔粘合劑時需要高溫，因此存在由燃燒和氣味產(chǎn)生的通常的健康問題。此外，熱熔粘合劑的貯存和輸送系統(tǒng)以及其維修都存在值得注意的問題。
以下專利是用于汽車應(yīng)用的吸音層壓材料制劑和生產(chǎn)這類隔音層壓材料的方法的代表US 5,068,001公開了生產(chǎn)吸音層壓材料的方法，該層壓材料由附著于纖維的多孔增強墊的彈性的多孔纖維芯層組成。在模塑層壓材料之前，將熱固性聚合物滲透到纖維的多孔襯墊中。當在模具中加熱時，層壓材料固化。
US 5,296,657公開了形成用于車輛中的減音層壓材料的方法，該層壓材料由聚酯纖維片材組成，該片材浸漬有熱塑粘合劑，其中浸漬劑是羧化苯乙烯-丁二烯共聚物。該材料被切割成形，然后模塑成需要的形狀。
US 2003/0077969公開了具有優(yōu)異的可模塑性的吸音材料，該吸音材料由用熱粘合性纖維層壓和結(jié)合成一體的長絲非織造織物和切斷纖維非織造織物組成，所述熱粘合性纖維具有低于100℃的熔點。聚乙烯或者聚酯泡沫可以被引入該吸音材料。實施例2顯示使用聚氨酯基乳液樹脂將聚酯的熔融發(fā)泡非織造織物層壓到聚乙烯泡沫上。
US 6,572,723公開了形成用于汽車產(chǎn)品領(lǐng)域的聲學和熱應(yīng)用的多層復合材料隔離物的方法。在該方法中，將隔離物在第一表面和第一和第二層聚合物毯子之間的位置定位。然后，施加熱和壓力，以將隔離物前體粘合，并將其轉(zhuǎn)化為需要的形狀。
US 5,971,099公開了由基材和纖維組合體組成的隔音材料，該纖維組合體由不同的熱塑性樹脂制造。這些纖維利用超聲波振動將纖維熔融而被粘合。
US 6,659,223公開了用于車輛的聲音減弱材料，其基于結(jié)合在一起的第一、第二和第三層材料。第一層是聲波纖維阻隔層。第二層是熱塑性層，例如聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)聚合物或者聚丙烯，其通過擠出被熔合到第一層上，并且第三層是熔合到第二層表面的熱塑性材料。在層壓材料的形成過程中，借助于軋輥將這些層壓縮，置于模具中并且加熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及適用于汽車產(chǎn)品的吸音層壓材料的制造方法的改進，以及得到的層壓材料。通常，該層壓材料由非織造基材組成，所述非織造基材例如是各種密度的回彈毛墊，例如高膨松聚酯熱粘合非織造纖維?；镜奈魧訅翰牧暇哂兄辽僖粋€通過熱塑粘合劑粘合到基材上的非織造纖維層。所述層壓材料通過以下過程形成將粘合的非織造纖維層與基材接觸放置，并且施加足夠的熱以將非織造纖維層粘合到基材上。所述方法和得到的層壓材料中的改進包括使用至少一個非織造纖維層，該非織造纖維層最初用醋酸乙烯酯-乙烯(VAE)粘合劑的水乳液涂覆，然后從其中除去水。所述VAE粘合劑的特征在于其通過乙烯和醋酸乙烯酯在穩(wěn)定體系存在下的水乳液聚合制備，所述VAE聚合物包含結(jié)晶的乙烯鏈段并且具有(a)35到110℃、優(yōu)選50到100℃的結(jié)晶熔點(Tm)；在20℃/分鐘的加熱速度下測定；和(b)在115℃下，在6.28弧度/秒的測試頻率下測定為至少1×104達因/平方厘米的拉伸貯能模量。
此外，乳液聚合的醋酸乙烯酯-乙烯粘合劑聚合物應(yīng)該具有(c)5到100焦/克(J/g)，優(yōu)選15到70J/g的結(jié)晶熔化熱(ΔHf)；(d)+25℃到大約-35℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，和(e)在大約50℃的溫度下是非粘連的。
通過使用所述VAE粘合劑組合物來形成例如用于汽車工業(yè)中的吸音層壓材料，可以獲得值得注意的優(yōu)點，這些優(yōu)點包括抗粘連性和在用于非織造基材層壓的提高的壓力和溫度下的快速流動之間的優(yōu)異平衡；能夠消除就地應(yīng)用熱熔粘合劑引起的問題例如噴嘴堵塞、燃燒等等；與將熔融纖維用作粘合劑時通常使用的溫度相比，在層壓材料成型中能夠使用較低的溫度；在最后的層壓材料制造工藝中能夠消除涂覆步驟，因為所述粘合劑被預涂覆到纖網(wǎng)表面并且被干燥，因此便于處理和應(yīng)用；和能夠?qū)Ψ强椩旎倪M行優(yōu)異的粘合，并且在寬的溫度范圍內(nèi)將這類基材粘合。
具體實施例方式
在制造適于用作汽車產(chǎn)品中的吸音和熱保護材料的層壓非織造基材中，將包含VAE粘合劑的水乳液施加到非織造基材的至少一個側(cè)面，然后將非織造基材干燥。被用作原料的這種涂覆和干燥的非織造基材，為了貯存和運輸?shù)阶罱K用戶，通常被卷在其本身上，或者被切割成平的段并且一張張層疊在一起。
在吸音層壓材料的制造工藝中，所述粘合劑涂覆的非織造基材被展開或者從層疊狀態(tài)鋪開，并且將所述粘合劑涂覆的非織造基材的粘合劑側(cè)面與第二非織造基材、泡沫、織物等等接觸放置。通常，將粘合劑涂覆的非織造纖網(wǎng)放置在第二非織造基材、泡沫或者織物的每個側(cè)面，形成多層層壓材料。然后將得到的層壓材料放入模具中，并且升高溫度和施加壓力，以便將粘合劑活化并且將層壓層密封成所需要的模塑的形狀。用于模塑工藝的溫度和壓力可以在較寬范圍內(nèi)變化，并且取決于層壓材料的結(jié)構(gòu)和層壓材料的最終應(yīng)用。
對于所述改進的方法和獲得某些前述優(yōu)點的可能性，用于形成模塑的非織造基材或者纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)的熱封粘合劑是關(guān)鍵性的。用于生產(chǎn)非織造基材或者纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)的這種改進的方法中所用的熱封粘合劑是水基半結(jié)晶VAE共聚物乳液，其中所述聚合物包含結(jié)晶的乙烯鏈段。所述熱封粘合劑通過醋酸乙烯酯和乙烯以及任選地各種其他單體的直接水基自由基乳液聚合制備。用于形成非織造層壓結(jié)構(gòu)的所述半結(jié)晶水基乳液聚合物具有(a)35到110℃、優(yōu)選50到90℃的Tm，在20℃/分鐘的加熱速度下測定，和(b)在115℃下在6.28弧度/秒的測試頻率下測定為至少1×104達因/平方厘米的拉伸貯能模量。此外，優(yōu)選的粘合劑應(yīng)該具有(c)5到100焦/克(J/g)、優(yōu)選15到70J/g的結(jié)晶熔化熱，(d)+25℃到大約-35℃的Tg，和(e)在大約50℃的溫度下是非粘連的。
水基聚合物乳液包含由乙烯鍵合產(chǎn)生的結(jié)晶的鏈段，并且通過乙烯和醋酸乙烯酯、任選地與少量的其他共聚單體、優(yōu)選與羧酸單體在穩(wěn)定體系存在下的乳液聚合制備，所述穩(wěn)定體系基本上由至少一種表面活性劑或者與表面活性劑結(jié)合使用的保護膠體組成。可以在進行聚合時使用較低壓力的方法，即低于2000psig(13,891kPa)、優(yōu)選大約1000(6,996kPa)到大約2000psig(18,891kPa)。
所述水基聚合物乳液是基于醋酸乙烯酯和乙烯，其中醋酸乙烯酯的聚合單元的量為所述聚合物的15到90％重量，并且乙烯的聚合單元的量為10％到85％重量，優(yōu)選包含25到80重量百分數(shù)醋酸乙烯酯和20到75％重量乙烯，并且最優(yōu)選包含35到75％重量醋酸乙烯酯和25到65％重量乙烯。這種水基聚合物乳液的優(yōu)選的實施方案由30到50wt％醋酸乙烯酯和50到70wt％乙烯組成。在聚合物的其他參數(shù)，即Tg、Tm、ΔHf和高溫拉伸貯能模量中考慮了醋酸乙烯酯和乙烯在共聚物中的分布。
可以乳液聚合到所述聚合物中(通常以少的量)的其他單體包括，但是不局限于，C1到C15烷基乙烯基酯，丙烯酸C1到C15烷基酯或者甲基丙烯酸C1到C15烷基酯，例如甲基(甲基)丙烯酸酯，乙基(甲基)丙烯酸酯，丙基(甲基)丙烯酸酯，丁基(甲基)丙烯酸酯，和2-乙基己基(甲基)丙烯酸酯，C1到C6羥烷基(甲基)丙烯酸酯，例如羥乙基(甲基)丙烯酸酯和羥丙基(甲基)丙烯酸酯，C1到C15烷基馬來酸酯，C1到C15烷基富馬酸酯，丙烯酸，甲基丙烯酸。N-羥甲基酰胺，N-羥甲基酰胺的C1-C4鏈烷酸醚和烯丙基氨基甲酸酯，例如丙烯腈，丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺，N-羥甲基丙烯酰胺，N-羥甲基甲基丙烯酰胺，N-羥甲基烯丙基氨基甲酸酯，和C1-C4烷基醚或者N-羥甲基丙烯酰胺的C1-C4鏈烷酸酯，乙烯磺酸鈉；和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸酯。所述單體可以以少的量引入，例如0到大約10％重量。上述不同于羧酸的附加的單體的優(yōu)選水平是低于大約2％。
在制備VAE聚合物中羧酸可以用作優(yōu)選的附加單體。這些羧酸包括C3-C10鏈烯酸，例如丙烯酸，甲基丙烯酸，巴豆酸，和異巴豆酸，和α，β-不飽和C4-C10鏈烯二酸，例如馬來酸，富馬酸，和衣康酸。通常，這些酸以聚合物的0到10％重量和優(yōu)選0.2到10％重量的量引入。用于熱封應(yīng)用的示例性聚合物具有的醋酸乙烯酯含量為15到80％，乙烯含量為20到85％，和羧酸含量為0.5到5％，基于聚合物的重量。
VAE乳液聚合物的可用性和它們在此的應(yīng)用是由聚合物性能決定的，聚合物性能又受許多除使用的特定制劑例如使用的單體等之外的因素的影響，單體比，引發(fā)劑水平和表面活性劑包裝，以及聚合過程。例如，因為醋酸乙烯酯和乙烯在本文描述的聚合條件下具有顯著不同的蒸氣壓，并且因為乙烯難以溶解在聚合介質(zhì)中，因此可以極大地影響醋酸乙烯酯和乙烯在聚合物中的分布。因此，具有基本上相等水平的醋酸乙烯酯和乙烯的兩種聚合物可以具有實質(zhì)上不同的結(jié)構(gòu)和顯著不同的性能。
在開發(fā)用于形成非織造層壓結(jié)構(gòu)的通過乳液聚合制備的聚合物中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，醋酸乙烯酯和乙烯在聚合物中的濃度不是唯一決定其用作熱封粘合劑的因素。醋酸乙烯酯和乙烯的分布是主要因素。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，需要存在足夠水平的無定形乙烯聚合物鏈段以提供對基材的粘合性，和存在足夠水平的結(jié)晶乙烯聚合物鏈段以提供適當?shù)臒崦芊馓卣骱头钦尺B性的平衡。聚合的乙烯鏈段導致聚合物中乙烯結(jié)晶性。一種太多和另一種太少都可能導致聚合物具有小的就熱濕強度和室溫粘合強度而言的粘合性，但是能夠通過非粘連試驗，或者它們可能具有需要的粘合性，但是在要求的溫度和壓力下不能滿足非粘連試驗。
VAE聚合物的Tg可以通過調(diào)節(jié)乙烯含量來控制，即通常存在于聚合物中的乙烯相對于其他共聚單體越多，Tg越低。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在某些對于結(jié)晶聚乙烯微相的形成有利的聚合條件下，Tg并不隨著乙烯濃度的提高而繼續(xù)系統(tǒng)地成比例地降低。
聚合物中的結(jié)晶聚乙烯微相使聚合物具有Tm和ΔHf。還發(fā)現(xiàn)，通過影響聚合物中的無定形乙烯-醋酸乙烯酯微相和結(jié)晶乙烯微相的平衡，可以制備一系列具有一定范圍的Tg、Tm和ΔHf，和在高溫(即大約115℃的溫度)下具有高拉伸貯能模量的含水共聚物分散體。在普通的VAE乳液聚合物中，乙烯單元主要以無定形狀態(tài)引入，并且基本上沒有結(jié)晶乙烯微相的存在。
一種優(yōu)選的提高VAE聚合物中乙烯結(jié)晶微相的形成的方法是在聚合過程期間延遲加入醋酸乙烯酯，使得存在于反應(yīng)器中的未反應(yīng)的醋酸乙烯酯水平在所述方法的不同階段是最小的，即存在低于5％的未反應(yīng)的自由醋酸乙烯酯單體。一個優(yōu)選的實施方案是在聚合過程中，在一定的初始時間中分階段加入醋酸乙烯酯。一般在總聚合時間的75％內(nèi)加入醋酸乙烯酯，并且通常在3小時或者更少時間中加入醋酸乙烯酯。因此，VAE聚合可以在一個聚合工藝階段中進行，其中大部分、但不是全部的乙烯將處于無定形區(qū)中，并且主要部分的結(jié)晶乙烯微相的形成可以在另一聚合工藝階段中進行。
這些聚合物的拉伸貯能模量特征提供了有關(guān)醋酸乙烯酯和乙烯在聚合物中的分布以及熔體流動特征的指示。適于用作用于形成本文描述的具有吸音性能的非織造層壓結(jié)構(gòu)的熱封層壓粘合劑的聚合物通常具有高拉伸貯能模量，并且是高度粘稠的，在其他EVA熱熔聚合物熔融和顯示熔體流動特征的溫度下具有最低的流動性質(zhì)。本文描述的聚合物在遠遠超過其熔融溫度的溫度下仍然保持高粘度和抗流動性。在115℃下模量應(yīng)該是至少1×104達因/平方厘米(優(yōu)選2×104)，其在6.28弧度/秒的測試頻率下測定。
導致聚合物中的結(jié)晶乙烯微相的其他因素包括聚合的壓力、溫度和引發(fā)劑水平。雖然壓力對于在聚合物中獲得較高的乙烯濃度水平是有作用的，其還是決定所存在的乙烯的量是存在于無定形區(qū)中還是存在于結(jié)晶微相中的因素。溫度與乙烯結(jié)晶的形成也是有關(guān)的。最后，引發(fā)劑的水平也是開發(fā)用于預涂覆、熱封應(yīng)用的共聚物中的因素。
在優(yōu)選的方法中，為了進行聚合和制備用作用于形成非織造層壓結(jié)構(gòu)的層壓粘合劑的VAE聚合物，通過熱引發(fā)劑或者通過氧化還原體系引發(fā)乙烯、醋酸乙烯酯和優(yōu)選地包括的官能共聚單體的聚合。通常，引發(fā)劑的水平為加入的單體總量的至少0.3％，并且通常大于0.8％重量。此外，優(yōu)選引發(fā)劑在聚合過程期間加入。據(jù)信在這種低壓聚合期間由較高水平的引發(fā)劑產(chǎn)生的高自由基通量促進乙烯的結(jié)合，并且在得到的共聚物中導致結(jié)晶乙烯鏈段和支化聚合物結(jié)構(gòu)，因此得到的共聚物在提高的溫度下具有較高的拉伸貯能模量，具有熱熔點和熔化熱。熱引發(fā)劑在乳液聚合物技術(shù)領(lǐng)域中是眾所周知的，并且包括例如過硫酸銨，過硫酸鈉，偶氮衍生物，等等。適合的氧化還原體系基于氧化和還原劑。還原劑，例如甲醛合次硫酸氫鈉和異抗壞血酸鹽是代表性實例。氧化劑，例如過氧化氫和叔丁基氫過氧化物(t-BHP)是代表性實例。
然后，在低于大約2000psig(13,891kPa)、通常1400到2000psig(9754到13,891kPa)壓力下，在攪拌下，將乙烯和任選地其他單體加入反應(yīng)器，并且將溫度升高到反應(yīng)溫度。在反應(yīng)期間，將引發(fā)劑、醋酸乙烯酯和乳化劑分階段加入或者逐漸地加入，并且將反應(yīng)混合物保持在反應(yīng)溫度下，達到生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品所要求的時間。
適于制造用于形成非織造層壓結(jié)構(gòu)的熱封粘合劑的聚合物的制備高度地受穩(wěn)定劑體系的影響。首先，穩(wěn)定體系必須支持具有至少35％重量、通常45％重量和更高的固體含量的乳液的形成。第二，穩(wěn)定體系應(yīng)該是不妨礙乙烯微相，在聚合物中導致結(jié)晶聚乙烯鏈段的那種。可以使用保護性膠體，例如聚(乙烯基醇)。用作本文描述的一種適合的穩(wěn)定體系組分的優(yōu)選的保護膠體是纖維素膠體。纖維素保護膠體的實例是羥乙基纖維素。保護膠體可以基于單體總量為大約0.1到10重量％、優(yōu)選0.5到5重量％的量使用。
表面活性劑或者乳化劑可以以基于單體的總重量為大約1到10重量％、優(yōu)選1.5到6重量％的水平使用，并且可以包括任何已知的和普通的表面活性劑和乳化劑，主要包括迄今用于水乳液聚合的非離子、陰離子和陽離子物質(zhì)。在發(fā)現(xiàn)的能提供優(yōu)良結(jié)果的陰離子表面活性劑當中，可以提到烷基硫酸鹽和醚硫酸鹽，例如月桂基硫酸鈉，辛基硫酸鈉，十三烷基硫酸鈉，異癸基硫酸鈉，磺酸鹽例如十二烷基苯磺酸鹽，α-烯烴磺酸鹽和磺基琥珀酸鹽，以及磷酸鹽酯例如各種直鏈醇磷酸鹽酯，支鏈醇磷酸鹽酯，以及烷基酚磷酸鹽酯。適合的非離子表面活性劑的實例包括Igepal表面活性劑，其是一系列具有包含大約7到18個碳原子的烷基基團并且具有大約4到100個亞乙基氧基單元的烷基酚氧基聚(乙烯氧基)乙醇的成員，例如辛基酚氧基聚(乙烯氧基)乙醇，壬基酚氧基聚(乙烯氧基)乙醇，和十二烷基酚氧基聚(乙烯氧基)乙醇。其他的包括脂肪酸酰胺，脂肪酸酯，甘油酯，和其乙氧基化物，環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷嵌段聚合物，仲醇乙氧基化物和十三烷醇乙氧基化物。
水溶性或者油溶性的鏈轉(zhuǎn)移劑可以用于優(yōu)選的聚合過程中，用于形成用于非織造織物層壓粘合劑應(yīng)用的半結(jié)晶EVA聚合物?？梢允褂萌橐壕酆霞夹g(shù)領(lǐng)域中任何已知的普通鏈轉(zhuǎn)移劑，例如硫醇衍生物。十二烷基硫醇是油溶性鏈轉(zhuǎn)移劑的實例。例如，可以將十二烷基硫醇溶解在醋酸乙烯酯單體中，并且通過單體延遲進料引入反應(yīng)器。鏈轉(zhuǎn)移劑通常以基于聚合物總重量低于2.0重量百分數(shù)、優(yōu)選低于1.0重量百分數(shù)的量使用。
本發(fā)明乳液聚合物的聚合物粒子的平均粒子尺寸分布為0.05微米到2微米，優(yōu)選0.10微米到1微米。
在使用本發(fā)明乳液聚合物形成非織造層壓結(jié)構(gòu)的實例中，所述乳液聚合物可以被涂覆(通過噴涂，泡沫飽和，及其他飽和方法)到非織造織物基材或者纖網(wǎng)，進行干燥，儲存，并且運輸?shù)阶罱K用戶，其中所述非織造織物基材或者纖網(wǎng)借助于加熱和施加壓力，通常在加熱的模具中，與另一非織造織物基材，泡沫基材，特別是聚苯乙烯或者聚氨酯或者纖網(wǎng)層壓。典型的在非織造織物基材上粘合劑的施加水平為1-15重量％，優(yōu)選5-10重量％。正如所提到的，對于將涂覆的非織造織物基材疊放或者繞成大卷，非粘連性是必要的。然而，為了獲得生產(chǎn)效率的最大化和提供堅固的層壓粘合效果，在中等壓力和溫度下的熱封性是需要的。
通過討論以下實施例進一步闡明本發(fā)明，該實施例僅僅是本發(fā)明的示例。聚合物中的乙烯水平通過質(zhì)量平衡確定。
粘連粘連被定義為粘合劑涂覆的非織造織物基材與其本身或者與未涂覆的非織造織物基材的接觸的層之間的不希望有的粘合。在貯存期間或者在使用之前，當涂覆的基材被卷在或者纏繞在其自身上時，或者當被疊放在其本身上時，在中等壓力、溫度或者高的相對濕度(RH)下，可能會發(fā)生這一現(xiàn)象。在卷形物展開期間，粘連可能引起張力增大，這可能使總的加工速度減慢。粘連還可能引起非織造織物基材之間的某些程度的纖維撕裂，可能破壞或者除去熱封粘合劑涂層。
拉伸貯能模量作為溫度的函數(shù)的拉伸貯能模量在6.28弧度/秒的測試頻率下測定，并且單位為達因/平方厘米。更具體地，使用以下過程進行聚合物樣品的動態(tài)力學試驗，以測量拉伸貯能模量。ASTM-D-4065-94和ASTM-D-5026-94被用作這一過程的指南。將每種聚合物乳液流延形成薄膜，并且在環(huán)境條件下干燥最少幾天。干膜厚度通常在0.3到0.5毫米范圍內(nèi)。對于在室溫下不能適當?shù)匦纬杀∧さ臉悠?，將聚合物?00到150℃下壓縮模塑。從所述薄膜上沖切用于試驗的試樣，其為大約6.3毫米寬和30毫米長。在來自Rheometric Scientific，Inc.的Rheometrics固體分析儀(RSA II)上測試所述試樣，獲得拉伸動態(tài)機械性能。使用纖維/薄膜夾具和6.28弧度/秒的形變頻率，在-100到+200℃范圍內(nèi)每6℃采集數(shù)據(jù)。為了確保線性粘彈性條件，施加的應(yīng)變在玻璃態(tài)范圍內(nèi)通常為0.05％，在橡膠態(tài)范圍內(nèi)為最高1％。在每種溫度下使用一分鐘的均熱時間，以保證等溫條件。對于每種溫度，RSA II基于樣品的寬度、厚度和長度計算拉伸貯能模量(E’)，拉伸損耗模量(E”)，和損耗角正切(tanδ)。
Tg、Tm和ΔHf的測量使用具有DSC2010模塊的TA Instruments Thermal Analyst 3100通過差示掃描量熱法(DSC)測定Tg、Tm和ΔHf。聚合物樣品在測試之前被充分地干燥。將樣品在熱量計中在100℃下保持5分鐘，冷卻到-75℃，然后在20℃/分鐘的加熱速率下掃描，直至200℃的最終溫度。Tg對應(yīng)于從加熱掃描期間的玻璃化轉(zhuǎn)變處的基線偏移獲得的外推開始值。熔點溫度對應(yīng)于熱流曲線中的峰值。熔化熱通過將熔融吸熱線下面的區(qū)域積分來計算；對于該積分，基線通過外推熱流曲線在熔融之后的線性范圍，回到與在熔融之前的熱流曲線的交點而得到。
提供了以下實施例，以舉例說明本發(fā)明的各種實施方案，但是不打算限制本發(fā)明的范圍。
熱封熱封測試在Sencorp熱封單元，12ASL/1型上進行。將上和下夾頭(jays)/壓板都加熱。剝離強度使用Instron拉伸試驗機，1122型測量，結(jié)果以克/英寸報告。為了熱封，將粘合劑涂覆樣品的5-6英寸部分對折，并且將一英寸區(qū)域暴露于加熱的壓板并且隨后熱封在一起。在折疊的樣品的每個末端上有未熱封的末端，將其中的一個放入Instron的上夾頭，另一個放入下夾頭。夾頭間隔距離為大約一英寸。然后使上夾頭和下夾頭向相反的方向運動，此時Instron測量樣品的封接區(qū)域的剝離強度。報告了一英寸熱封區(qū)域上的平均剝離強度。零剝離強度表示樣品分離，并且不能測量剝離強度。
具體實施例方式
實施例1使用陰離子表面活性劑和膠體穩(wěn)定劑體系制備包含55％乙烯、42.5％醋酸乙烯酯和2.5％丙烯酸的聚合物包含結(jié)晶乙烯鏈段的聚合物乳液通過以下過程制備在35加侖不銹鋼壓力反應(yīng)器中加入以下混合物

Aerosol MA801，由Cytec提供，是磺基琥珀酸鈉的二己基酯。Natrosol 259GR是由Rhodia提供的羥乙基纖維素。
使用了以下延遲混合物

Rhodacal DS-10是由Rhodia提供的十二烷基苯磺酸鈉陰離子表面活性劑。
在氮氣凈化下以50rpm開始攪拌。然后將攪拌提高到375rpm，并且將反應(yīng)器加熱到80℃。在用乙烯將反應(yīng)器加壓到1400psig之后，以34.0克/分鐘的速率加入578克引發(fā)劑溶液。當已經(jīng)加入578克引發(fā)劑時，將引發(fā)劑延遲速率降低至11.6克/分鐘。在引發(fā)時，以115.7克/分鐘開始單體的延遲進料，并且以27.8克/分鐘開始表面活性劑的延遲進料。將1400psig的乙烯壓力保持330分鐘。在3小時時停止醋酸乙烯酯的延遲進料。在330分鐘時停止乙烯供應(yīng)。在360分鐘時停止表面活性劑延遲進料和引發(fā)劑延遲進料，然后將反應(yīng)混合物保溫30分鐘。然后將反應(yīng)冷卻到35℃，輸送到脫氣裝置，并且加入Rhodaline 675消泡劑。測量了得到的乳液共聚物的以下性能

實施例2熱封試驗在由以化學方法粘結(jié)(Airflex192 VAE聚合物粘合劑)的纖維素纖維的空氣沉降纖網(wǎng)獲得的非織造織物基材上噴涂實施例1的聚合物乳液。對于熱封粘合劑的性能，評價了2.5和5wt％的用量。在將噴涂的纖網(wǎng)干燥之后，在各種溫度、壓力和停留時間下將纖網(wǎng)熱封到其本身，并且評價每種情況的剝離強度，如下表注明的。對照物是用Airflex401 VAE噴涂的相同的以化學方法粘結(jié)的空氣沉降纖網(wǎng)。




Airflex 192 VAE聚合物乳液是不含烷基酚乙氧基化物的含水VAE聚合物，其被設(shè)計成用于非織造織物纖網(wǎng)應(yīng)用。其具有醋酸乙烯酯、乙烯、N-羥甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺的聚合單元；但是其不具有乙烯結(jié)晶度。
Airflex 401 VAE聚合物乳液是完全無定形的VAE聚合物粘合劑，其被設(shè)計成用于非織造織物纖網(wǎng)。其具有大約-15℃的Tg。
結(jié)果表明，以上形成的包含實施例1的VAE聚合物的非織造織物層壓結(jié)構(gòu)給出優(yōu)異的剝離強度，說明本文描述的乳液聚合物適合于替代通常用于這類層壓材料的典型的固體樹脂熱熔粘合劑。此外，所述數(shù)據(jù)表明，在5％的實施例1聚合物用量下，與Airflex 401 VAE聚合物對照物相比，剝離強度得到顯著提高，所述Airflex 401 VAE聚合物對照物是在要求較低的非織造織物粘合劑應(yīng)用中通常使用的VAE粘合劑。在5％用量時，當層壓過程使用低溫度(300)時，實施例1的聚合物的剝離強度是尤其值得注意的，其中獲得了粘合性，而Airflex 401 VAE聚合物沒有粘合性，并且在較高的溫度(例如360)下它們是更值得注意的，其中剝離強度能夠是Airflex 401 VAE聚合物的三倍。在2.5％用量下，在360和380下，使用實施例1的聚合物獲得的剝離強度大約等于或者高于Airflex 401 VAE對照物。Airflex 401 VAE聚合物是低Tg VAE聚合物，并且是完全無定形的，不具有必要的非粘連特征，因此不能用作預涂覆的粘合劑用于所述應(yīng)用。
可以將本文描述的乳液聚合物組合物，例如實施例1中生產(chǎn)的那種，涂覆在用于層壓的基材上，除去水，然后將涂覆的基材卷繞或者層疊并且儲存，而不發(fā)生粘合(即不粘連)。此外，可以在較晚的時候在熱和/或壓力下將所述粘合劑活化，以將涂覆的非織造織物基材粘合到另一希望的基材上，從而獲得需要的層壓結(jié)構(gòu)。
實施例3由非織造織物基材組成的吸音層壓材料適于用作汽車應(yīng)用中的吸音制品的層壓材料可以按照以下制備用實施例1中描述的乳液聚合物(首先稀釋到20-30％固體)噴涂標準工業(yè)纖網(wǎng)(稱為回彈毛襯墊)。所述回彈毛襯墊由紙漿纖維的聚集體和合成聚合物組成，并且通常稱為低膨松回彈毛襯墊。在烘箱中在320°F下將乳液涂覆的低膨松回彈毛襯墊干燥2.5分鐘，以除去水。將得到的粘合劑聚合物涂覆的低膨松回彈毛襯墊卷起和層疊，用于運輸給最終用戶。
為了形成吸音層壓材料，將粘合劑涂覆的低膨松回彈毛襯墊展開，將第二未涂覆的(或者涂覆的)高膨松回彈毛襯墊置于或者接觸到所述粘合劑涂覆的低膨松回彈毛襯墊的粘合劑側(cè)面。然后，將多層結(jié)構(gòu)放入模具中，使其經(jīng)受足夠的加熱和加壓，以在兩個回彈毛襯墊之間產(chǎn)生粘合。將得到的層壓材料進行修整，以便用于最終應(yīng)用。
實施例4由非織造織物基材和聚苯乙烯泡沫芯組成的用于汽車應(yīng)用的吸音層壓材料可以通過以下過程生產(chǎn)用于汽車車頭襯層(head-liner)應(yīng)用的可熱成型的層壓材料首先形成用實施例1的乳液涂覆的聚乙烯纖維的非織造纖網(wǎng)，將涂覆的非織造纖網(wǎng)干燥，從而留下醋酸乙烯酯-乙烯-丙烯酸聚合物的粘合性薄膜。得到的非織造纖網(wǎng)具有大約1英寸的厚度和大約2.5％重量的熱塑性粘合劑水平。將涂覆的非織造纖網(wǎng)卷在其自身上，以便運輸給最終用戶。
在最終用戶的制造現(xiàn)場，可以將非織造纖網(wǎng)展開并且切成片。通過將一片所述粘合劑涂覆的非織造纖網(wǎng)放在或者接觸到一片硬的聚苯乙烯泡沫芯上，并且使另一片所述粘合劑涂覆的非織造纖網(wǎng)與聚苯乙烯泡沫芯的另一側(cè)接觸，可以制造出多層層壓材料。然后可以將得到的具有聚苯乙烯泡沫芯的層壓材料切割到一定的長度，并且放入模具中。在熱和壓力下，所述層壓材料可以被成型，并且粘合劑涂覆的非織造纖網(wǎng)片可以被粘合到聚苯乙烯泡沫芯的每個側(cè)面。
在等于那些可能存在于汽車內(nèi)部的高環(huán)境溫度的溫度下，所述得到的層壓材料具有優(yōu)異的耐脫層性。這與由不具有本發(fā)明VAE聚合物的結(jié)晶性和許多其他性能特征的VAE壓敏和層壓粘合劑所形成的層壓材料不同。
權(quán)利要求
1.一種吸音層壓材料，其具有至少一個通過熱塑性粘合劑粘合到吸音基材上的非織造纖維層，所述層壓材料通過將非織造纖維層放在所述吸音基材上，施加足夠的熱以活化所述熱塑性粘合劑，以將非織造纖維層粘合到所述吸音基材上而形成，其特征在于在所述吸音層壓材料中使用至少一個非織造纖維的纖網(wǎng)層，該非織造纖維的纖網(wǎng)首先用醋酸乙烯酯-乙烯粘合劑聚合物的水乳液涂覆，然后將水從其中除去，所述醋酸乙烯酯-乙烯粘合劑聚合物包含結(jié)晶乙烯鏈段，其通過乙烯和醋酸乙烯酯在穩(wěn)定體系存在下的水乳液聚合制備，所述醋酸乙烯酯-乙烯粘合劑聚合物具有(a)在20℃/分鐘的加熱速度下測定為35到110℃的結(jié)晶熔點；和(b)在115℃的溫度下和在6.28弧度/秒下測定為至少1×104達因/平方厘米的拉伸貯能模量。
2.權(quán)利要求1的吸音層壓材料，其中醋酸乙烯酯-乙烯粘合劑聚合物由25到80％重量的醋酸乙烯酯的聚合單元和大約20到75％重量的乙烯的聚合單元組成，基于聚合物的總重量。
3.權(quán)利要求1的吸音層壓材料，其中醋酸乙烯酯-乙烯粘合劑聚合物由35到75％重量的醋酸乙烯酯的聚合單元和大約25到65％重量的乙烯的聚合單元組成，基于聚合物的總重量。
4.權(quán)利要求2的吸音層壓材料，其中聚合的羧酸單元以所述醋酸乙烯酯-乙烯粘合劑聚合物的大約0.2到大約10％重量的量存在于所述聚合物中。
5.權(quán)利要求4的吸音層壓材料，其中所述醋酸乙烯酯-乙烯粘合劑聚合物在115℃下和在6.28弧度/秒下測定具有至少2×104達因/平方厘米的拉伸貯能模量。
6.權(quán)利要求5的吸音層壓材料，其中醋酸乙烯酯-乙烯粘合劑聚合物由乙烯、醋酸乙烯酯和丙烯酸的聚合單元組成。
7.權(quán)利要求5的吸音層壓材料，其中所述醋酸乙烯酯-乙烯粘合劑聚合物的結(jié)晶熔化熱在20℃/分鐘的加熱速度下測定為大約5到100焦/克。
8.權(quán)利要求7的吸音層壓材料，其中所述醋酸乙烯酯-乙烯粘合劑聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在20℃/分鐘的加熱速度下測定為+25℃到大約-35℃。
9.權(quán)利要求8的吸音層壓材料，其中所述醋酸乙烯酯-乙烯粘合劑聚合物的結(jié)晶熱熔點在20℃/分鐘的加熱速度下測定為50到90℃。
10.一種用于制造吸音層壓材料的方法，其中通過施加壓力和熱將非織造纖維纖網(wǎng)粘合到吸音基材上，其特征在于用含水聚合物乳液涂覆所述非織造纖維的纖網(wǎng)，其中含水聚合物乳液的聚合物包含醋酸乙烯酯和乙烯的乳液聚合單元，所述聚合物具有(i)在20℃/分鐘的加熱速度下測定為35到110℃的結(jié)晶熔點；和(ii)在115℃的溫度下，在6.28弧度/秒下測定為至少1×104達因/平方厘米的拉伸貯能模量；(b)將涂覆的纖維的非織造織物纖網(wǎng)干燥，借此形成涂覆的并且干燥的非織造織物纖網(wǎng)；(c)將所述涂覆的并且干燥的非織造織物纖網(wǎng)與吸音基材接觸放置，借此形成層壓材料；和(d)將層壓材料放在模具中，并且施加足夠的壓力和加熱到足夠的溫度，以將涂覆的并且干燥的非織造纖維的纖網(wǎng)粘合到所述吸音基材上。
11.權(quán)利要求10的方法，其中吸音基材選自聚苯乙烯、聚乙烯和聚氨酯泡沫芯。
12.權(quán)利要求11的方法，其中將在步驟(b)中形成的涂覆的并且干燥的纖維的非織造纖網(wǎng)卷繞成卷，借此形成卷繞的纖維的非織造纖網(wǎng)，或者將所述涂覆的并且干燥的纖維的非織造纖網(wǎng)切成片并且層疊放置；隨后展開卷繞的纖維的非織造纖網(wǎng)或者將層疊的片分離，然后將涂覆的并且干燥的纖維的非織造纖網(wǎng)的涂覆側(cè)面與吸音基材接觸放置，借此形成層壓材料。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述涂覆的并且干燥的纖維的非織造纖網(wǎng)的纖維包含合成聚合物。
14.權(quán)利要求12的方法，其中在所述涂覆的并且干燥的纖維的非織造纖網(wǎng)中的纖維選自聚丙烯、聚酰胺、聚乙烯和聚酯。
15.權(quán)利要求14的方法，其中醋酸乙烯酯的聚合單元在醋酸乙烯酯-乙烯聚合物中以15到90％重量的量存在，乙烯的聚合單元以10到85％重量的量存在，并且丙烯酸的聚合單元以0.5到5％重量的量存在，基于所述聚合物。
16.權(quán)利要求15的方法，其中在所述醋酸乙烯酯-乙烯粘合劑聚合物中結(jié)晶熔化熱在20℃/分鐘的加熱速度下測定為15到70焦/克。
17.權(quán)利要求12的方法，其中將一片或者一卷涂覆的并且干燥的纖維的非織造纖網(wǎng)的涂覆側(cè)面與所述吸音基材的一個側(cè)面接觸放置，并且將另一片或者另一卷的涂覆的并且干燥的非織造纖網(wǎng)的涂覆側(cè)面與所述吸音基材的另一側(cè)面接觸放置。
全文摘要
一種制造吸音層壓材料的方法和得到的層壓材料，該層壓材料包含通過熱塑性粘合劑結(jié)合到基材上的至少一個非織造纖維層。所述層壓材料通過將粘合的非織造纖維的層與基材接觸放置并且將非織造纖維的層粘合到基材上而形成。改進包括使用至少一個非織造纖維的層，該非織造纖維用醋酸乙烯酯－乙烯(VAE)粘合劑的水乳液涂覆，然后進行干燥。所述VAE粘合劑通過水乳液聚合制備，包含結(jié)晶的乙烯鏈段，并且具有(a)35到110℃、優(yōu)選50到100℃的結(jié)晶熔點(Tm)；在20℃/分鐘的加熱速度下測定；和(b)在115℃下，在6.28弧度/秒的測試頻率下測定為至少1×10
文檔編號B32B37/06GK1855222SQ2006100771
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月27日
發(fā)明者J·J·拉巴斯科, S·A·哈努斯, D·A·馬特蘭 申請人:氣體產(chǎn)品聚合物公司