專利名稱：可逆的干粘合劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0002本申請 一 般涉及的領(lǐng)域包括環(huán)氧干粘合劑的組合物 (composition of epoxy dry adhesives )。
背景技術(shù)：
0003壁虎足墊，在其上具有納米毛(nanohair)結(jié)構(gòu)，為靈活的干 粘合劑的實例。壁虎粘附的工作原理是該納米毛結(jié)構(gòu)允許腳墊與相對表 面最大接觸，與其粗糙度和化學(xué)組成無關(guān)。這是由納米毛實現(xiàn)的，納米 毛較長且從腳墊以一定角度突出以便相鄰的納米毛可以接觸相對表面， 無論所述相對表面的地形結(jié)構(gòu)如何。最大接觸進(jìn)一步使壁虎腳墊和相對 表面之間可以累積數(shù)百萬個小的范德華(在微牛頓的范圍內(nèi))相互作用， 導(dǎo)致整個粘附力(拉脫力(pull-offforce))為約10N/cm2。然而，當(dāng)該脫 附力(detaching force )以剝離的方式(in a peel-off mode)應(yīng)用時，通 過克服相應(yīng)于非常小的面積的小粘附力逐漸地實現(xiàn)完全脫附。因此，粘 附容易逆轉(zhuǎn)?？偟膩碚f，壁虎粘附的吸引力在于如下組合粘附強度(IO N/cm2)、可逆性和適合于就表面粗糙度和組成而言的各種表面的能力。 壁虎粘附的上述獨特特征刺激了制備合成的、靈活的干粘合劑的科學(xué)研 究的努力，所述粘合劑使用與壁虎足部相同的原理工作。迄今為止，兩 種最好的合成壁虎粘合劑顯示出對玻璃的最大拉脫粘合強度為3和10 N/cm2。在僅僅一次或兩次附著/脫附循環(huán)后，這兩種粘合劑都遭受嚴(yán)重 的粘附損失，這是因為納米結(jié)構(gòu)的破壞和側(cè)向坍塌(lateral collapse),后 者指壁虎腳墊的相鄰納米毛彼此結(jié)合。另外，合成的壁虎粘合劑生產(chǎn)費 用高，并且事實上大批生產(chǎn)十分困難。

發(fā)明內(nèi)容
0004本發(fā)明的一個實施方案包括類似于壁虎足墊起作用的干粘合劑。
0005本發(fā)明的一個實施方案包括產(chǎn)品，含有彈性環(huán)氧干粘合劑 (elastomeric epoxy dry adhesive ),其從不錄鋼304合金基材(SS304)的 拉脫強度為1-200 N/cm2。
0006本發(fā)明的一個實施方案包括含有脂肪族二環(huán)氧化物 (aliphatic diepoxy)和二胺固化齊'J ( diamine curing agent)的組合物。
00071本發(fā)明的另一個實施方案包括方法，其包括固化組合物，所
述組合物包含脂肪族二環(huán)氧化物和二胺固化劑，以提供能粘附到表面的
彈性環(huán)氧干粘合劑，其從SS304基材的拉脫強度大于10N/cm2,且從相 同基材的剝離力為1 N/cm或更小。
0008本發(fā)明的另一個實施方案包括方法，其包括提供由包含脂肪 族二環(huán)氧化物和二胺固化劑的組合物制成的彈性環(huán)氧干粘合劑，將該粘
合劑放置在表面上，用力使該粘合劑預(yù)先加上栽荷以便該粘合劑具有從 SS304基材的大于10N/cr^的拉脫強度，使用1 N/cm2或更小的剝離力 從相同的基材上剝離該粘合劑，并重復(fù)所述附著和剝離步驟超過六次。0009本發(fā)明的其它示例性實施方案將根據(jù)下文提供的詳細(xì)說明 變得顯而易見。應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的詳細(xì)說明和具體實施例雖然公開了本 發(fā)明的示例性實施方案，但僅僅是用于闡述目的，而不意味著限制本發(fā) 明的范圍。


0010根據(jù)詳細(xì)說明和附圖將更充分地理解本發(fā)明的示例性實施
方案，其中
0011圖1圖解了 Jeffamine D-230和NGDE的化學(xué)結(jié)構(gòu)。0012圖2圖解了在干環(huán)氧粘合劑的剛性背層上的拉脫力。 [0013圖3為拉脫強度對附著/脫附循環(huán)數(shù)的關(guān)系圖。0014圖4圖解了干粘合劑的剝離力。0015圖5圖解了 EPON 826和十八烷基胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
0016下述實施方案的描述本質(zhì)上僅僅是示例性的，決不意味著限 制本發(fā)明、其應(yīng)用或用途。0017本發(fā)明的一個實施方案包括具有類似于壁虎足墊功能的干 粘合劑。在一個實施方案中，所述干粘合劑可具有玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg為從 -90至25。C。
0018本發(fā)明的一個實施方案包括產(chǎn)品，含有彈性環(huán)氧干粘合劑， 其從SS304基材的拉脫強度為1-200 N/cm2。關(guān)于拉脫強度，本發(fā)明不 限于從SS304基材的拉脫強度?？墒褂枚喾N基材獲得1-200 N/cn^的拉
脫強度。
0019本發(fā)明的一個實施方案包括包含脂肪族二環(huán)氧化物和二胺 固化劑的組合物。
0020本發(fā)明的另一個實施方案包括方法，所述方法包括固化組合 物，所迷組合物包含脂肪族二環(huán)氧化物和二胺固化劑，以提供能粘附到 表面的彈性環(huán)氧干粘合劑，其從SS304基材的拉脫強度大于10N/cm2, 且從相同基材的剝離力為1N/cm或更小。
0021本發(fā)明的另一個實施方案包括一種方法，其包括提供由包含 脂肪族二環(huán)氣化物和二胺固化劑的組合物制備的彈性環(huán)氧干粘合劑，將 該粘合劑放置在表面上，用力對該粘合劑預(yù)先施加載荷以便該粘合劑從 SS304基材的拉脫強度為大于10N/cn^，使用1 N/cm或更小的剝離力從 相同的基材上剝離該粘合劑，并重復(fù)所述附著和剝離步驟超過六次。
0022在本發(fā)明的一個實施方案中，制備彈性環(huán)氧干粘合劑。在一 個實施方案中，將4.32 g的新戊二醇二環(huán)氧甘油醚(NGDE)與2.3 g的 Jeffamine D-230混合，Jeffamine D-230為固化劑聚(丙二醇)二(2-氨基丙 基)醚。Jeffamine D-230為聚醚胺，其為雙官能的伯胺，平均分子量為約 230。伯胺基位于脂肪族聚醚鏈末端的仲碳上。NGDE可以從TCI America 獲得，Jeffamine D-230可以從Huntsman獲得。Jeffamine D-230和NGDE 的化學(xué)結(jié)構(gòu)顯示在圖1中。將4.32 g的NQDE和2.3 g的Jeffamine D-230 的液體混合物傾入鋁模中。在IO(TC,在烘箱中固化該混合物約1.5小 時。然后，將該混合物在130'C后固化約1小時。
0023脫才莫所固化的環(huán)氧干粘合劑，并切成約1 cm x 1 cm的片。 為了測定拉脫力，將1 cmx 1 cm環(huán)氧干粘合劑片IO的一面結(jié)合到剛性 基材或背層12比如剛性環(huán)氧化物上。將所述環(huán)氧干粘合劑片的另一面 放置在基材14例如SS304上。通過將載荷16施加在朝上的剛性基材表 面上而施加4N的預(yù)栽荷力，所迷干環(huán)氧粘合劑面朝下對著基材14,如圖2所示。
0024用測力計測定粘附力，對應(yīng)于相同的樣品的多個附著/脫附 循環(huán)的最大拉脫力顯示在圖3中。在圖3中的數(shù)據(jù)顯示出在六次附著/ 脫附循環(huán)后拉脫力不降低，平均的拉脫力為約60N/cm2。
0025為了測定剝離力，通過負(fù)載16施加的4N預(yù)栽荷，將不含 剛性背層的干粘合劑10壓在SS304表面14上，以剝離方式施加分離力 并用測力計測量，如在圖4中所示。所述剝離力小于1 N/cm。在一個實 施方案中，彈性干粘合劑可以進(jìn)行多次附著和脫附循環(huán)，而沒有粘附損 失。
0026在另一個實施方案中，以在下述表1中列出的比例混合 NGDE和Jeffamine D-230。 在IOO'C固化該混合物1.5小時，并在130 。C后固化其1小時。在NGDE對Jeffamine D-230的各種摩爾比下得到 的拉脫強度顯示在下表1中。
表l.樣品1-7的拉脫強度
樣品#NGDE/ Jeffamine拉脫強度
D-230的摩爾比(N/cm2)
12.1252.4
22.0949.6
32.0456.1
42.0050.7
51.9660.0
61.9259.0
71.8943.8
0027在另一個實施方案中，保持胺基的總數(shù)為環(huán)氧基總數(shù)的兩 倍，以不同的比例混合EPON 826 (雙酚A環(huán)氧單體的二環(huán)氧甘油醚)、 Jeffamine D-230和十八烷基胺((^3(0142)17朋2,示例性的脂肪單胺)。 EPON 826和十八烷基胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)顯示在圖5中。EPON 826可以從 Hexion獲得。在IO(TC固化該混合物1.5小時，并在130。C后固化其1 小時。當(dāng)Jeffamine D-230和十八烷基胺的摩爾比從0變至無限大時，從 固化的環(huán)氧化物獲得的從SS304基材的拉脫強度落入1 N/cm2至100N/cm2的范圍。
0028在根據(jù)本發(fā)明各種實施方案的組合物中使用的胺可以是脂 肪族胺、支鏈的胺或芳香族胺。
0029
一個實施方案包括方法，其包括固化組合物，所述組合物包 含至少一種多官能環(huán)氧化物(脂肪族或芳香族)、和固化劑(例如芳香族或 脂肪族酐，或芳香族或脂肪族多胺)或者催化劑的至少一種，以提供從 SS304基材的拉脫強度為1-100 N/cm2的彈性環(huán)氧干粘合劑。
在各個實施方案中，彈性環(huán)氧干粘合劑的組分可包括剛性環(huán)氧化物 和柔性增充劑(flexible extender)。可用于獲得彈性環(huán)氧干粘合劑的可
能的交聯(lián)化學(xué)品的范圍可包括0t,O)-二氨基烷烴、有機多羧酸、酸酐或
催化的(如咪唑類型中)交聯(lián)反應(yīng)物(crosslinking reaction)。存在許多獲 得分子性質(zhì)之間的適當(dāng)關(guān)系的不同方式。例如，所述彈性環(huán)氧干粘合劑 可包括剛性環(huán)氧化物、環(huán)氧增充劑和交聯(lián)劑；或剛性環(huán)氧化物、柔性交 聯(lián)劑和柔性環(huán)氧化物；或剛性環(huán)氧化物、剛性交聯(lián)劑和柔性環(huán)氧化物； 或剛性環(huán)氧化物、柔性環(huán)氧化物和催化固化劑；或剛性環(huán)氧化物、交聯(lián) 劑和稀釋劑；或柔性環(huán)氧化物、交聯(lián)劑和稀釋劑；或剛性環(huán)氧化物和柔 性交聯(lián)劑；或柔性環(huán)氧化物和催化固化劑；或柔性環(huán)氧化物和交聯(lián)劑； 和其中，所述剛性環(huán)氧化物為具有至少兩個環(huán)氧基的芳香族環(huán)氧化物， 所述柔性環(huán)氧化物為具有至少兩個環(huán)氧基的脂肪族環(huán)氧化物，所述環(huán)氧 化物增充劑具有一個環(huán)氧基，且所述交聯(lián)劑為多胺、有機多羧酸或酸酐 中的一種，所述稀釋劑為單胺或單羧酸。在各個實施方案中，所述催化 固化劑(或催化固化物)促進(jìn)環(huán)氧基-至-環(huán)氧基或環(huán)氧基-至-羥基的反應(yīng)。 所述催化固化劑可包括但不限于叔胺、胺鹽、三氟化硼絡(luò)合物或硼酸胺。 所述干粘合劑的組分可以以一定量存在，當(dāng)所述組合物固化時，該量足 夠提供具有低于室溫的玻璃轉(zhuǎn)化溫度和從基材的拉脫強度為1-200 N/cm2的彈性環(huán)氧干粘合劑。
[0030本發(fā)明實施方案的上述說明本質(zhì)上僅僅是示例性的，因此， 其變化不能被認(rèn)為是背離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.彈性環(huán)氧干粘合劑組合物，其包括剛性環(huán)氧化物或柔性環(huán)氧化物的至少一種；和交聯(lián)劑或催化固化劑的至少一種；其中所述剛性環(huán)氧化物為具有至少兩個環(huán)氧基的芳香族環(huán)氧化物，所述柔性環(huán)氧化物為具有至少兩個環(huán)氧基的脂肪族環(huán)氧化物，且所述交聯(lián)劑為多胺、有機多羧酸或酸酐中的一種；和其中所述組分以一定量存在，當(dāng)所述組合物固化時，該量足夠提供具有低于室溫的玻璃轉(zhuǎn)化溫度和從基材的拉脫強度為1-200N/cm2的彈性環(huán)氧干粘合劑。
2. 如權(quán)利要求1所述的彈性環(huán)氧千粘合劑組合物，其進(jìn)一步包括具 有 一 個環(huán)氧基的環(huán)氧增充劑。
3. 如權(quán)利要求1所述的彈性環(huán)氧干粘合劑組合物，其進(jìn)一步包括稀 釋劑，其中所述稀釋劑為單胺或單羧酸。
4. 如權(quán)利要求1所述的彈性環(huán)氧干粘合劑組合物，其中所述彈性環(huán) 氧干粘合劑從基材的拉脫強度為10-100 N/cm2。
5. 如權(quán)利要求1所述的彈性環(huán)氧干粘合劑組合物，其中所述彈性環(huán) 氧干粘合劑能夠粘合至基材，從所述基材的剝離力小于1N/cm。
6. 如權(quán)利要求1所述的彈性環(huán)氧干粘合劑組合物，包括脂肪族二環(huán) 氧化物和二胺。
7. 如權(quán)利要求6所述的彈性環(huán)氧干粘合劑組合物，進(jìn)一步包括芳香 族二環(huán)氧化物。
8. 如權(quán)利要求1所述的彈性環(huán)氧干粘合劑組合物，其中所述芳香族 環(huán)氧化物為環(huán)氧當(dāng)量為18 0的雙酚A環(huán)氧單體的二環(huán)氧甘油醚。
9. 如權(quán)利要求1所述的彈性環(huán)氧干粘合劑組合物，其中所述脂肪族 環(huán)氧化物為NGDE。
10. 如權(quán)利要求1所述的彈性環(huán)氧干粘合劑組合物，其中所述多胺 為平均分子量為230的聚(丙二醇)二(2-氨基丙基)醚。
11. 如權(quán)利要求3所述的彈性環(huán)氧干粘合劑組合物，包括芳香族二 環(huán)氧化物、二胺和單胺。
12. 如權(quán)利要求1所述的彈性環(huán)氧干粘合劑組合物，其中所述柔性 環(huán)氧化物的分子量等于或大于216。
13. 方法，包括固化包含如下組分的組合物多官能脂肪族環(huán)氧化物或多官能芳香族環(huán)氧化物的至少一種；和 至少一種固化劑，其中所述固化劑為芳香族酸酐、脂肪族酸酐、芳 香族多胺或脂肪族多胺中的 一種；以提供彈性環(huán)氧干粘合劑，其從基材的拉脫強度為1-100 N/cm2。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所迷彈性環(huán)氧干粘合劑能夠 粘合至基材，從基材的剝離力為1 N/cn^或更少。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述彈性環(huán)氧干粘合劑的玻 璃轉(zhuǎn)化溫度低于室溫。
16. 方法，包括提供由包含脂肪族二環(huán)氧化物和二胺的組合物制備 的彈性環(huán)氧干粘合劑，將該粘合劑放置在基材上，用力為該粘合劑預(yù)先 施加栽荷以便所述粘合劑從所述基材的拉脫強度大于10N/cm2，和使用 1 N/cm或更小的剝離力從所述相同的基材上剝離所述粘合劑。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括重復(fù)所述附著和剝離 步驟超過六次。
18. 彈性環(huán)氧干粘合劑，包括剛性環(huán)氧化物或柔性環(huán)氧化物的至少 一種和交聯(lián)劑或催化固化劑的至少一種的反應(yīng)產(chǎn)物；所迷柔性環(huán)氧化物為l有至少兩個環(huán)氧基的脂肪i環(huán)氧化物，、:所述交聯(lián)劑為多胺、有機多羧酸或酸酐中的一種；和其中所述彈性環(huán)氧干粘合劑的玻璃轉(zhuǎn)化溫度低于室溫，且從基材的 拉脫強度為1-200 N/cm2。
19. 如權(quán)利要求18所迷的彈性環(huán)氧干粘合劑，進(jìn)一步包括具有一 個環(huán)氧基的環(huán)氧增充劑的反應(yīng)產(chǎn)物。
20. 如權(quán)利要求18所述的彈性環(huán)氧干粘合劑，進(jìn)一步包括稀釋劑 的反應(yīng)產(chǎn)物，其中所述稀釋劑為單胺或單羧酸。
全文摘要
本發(fā)明涉及可逆的干粘合劑。本發(fā)明的一個實施方案包括含有彈性環(huán)氧干粘合劑的產(chǎn)品，所述彈性環(huán)氧干粘合劑從基材的拉脫強度為1-200N/cm²，且通過小于1N/cm的剝離力可以可逆的脫附。
文檔編號C09J163/00GK101550324SQ200810092950
公開日2009年10月7日 申請日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者T·謝, X·肖 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司