專利名稱：快固化非水泥質(zhì)粘結(jié)劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提供初粘性和粘結(jié)強(qiáng)度的含水快固化非水泥質(zhì)粘結(jié)劑，並涉及非水泥質(zhì)粘結(jié)劑的初粘性和粘結(jié)強(qiáng)度的改進(jìn)方法。
外部的隔離(熱，音)和飾面系統(tǒng)(“EIFS”)是安裝在建筑物和其它戶外結(jié)構(gòu)外表面上的多層復(fù)合系統(tǒng)，起到隔離(熱，音)，防護(hù)及美化的作用。建筑物或其它戶外結(jié)構(gòu)的外表面可以由混凝土，礦渣磚，石頭，磚，木材，石膏板等構(gòu)成。將一層材料復(fù)在建筑物或其它戶外結(jié)構(gòu)的外表面，並涂上一種用絲網(wǎng)增強(qiáng)的底涂層，再涂上一種面涂層，上述這層材料一般是實(shí)心或發(fā)泡的片材形式諸如發(fā)泡的和擠出的聚苯乙烯。如果不采用機(jī)械固定裝置，則需要用一種粘結(jié)劑將這層材料粘合到建筑物或其它戶外結(jié)構(gòu)的外表面上。這種粘結(jié)劑可以含有水泥，也可以不含水泥。無(wú)論是否水泥還是不含水泥的粘結(jié)劑都遇到問(wèn)題。
氧化鈣，硅石，氧化鋁和氧化鐵按合適的比例在高溫下化合成一種水凝水泥的復(fù)合料。當(dāng)水凝水泥同水接觸，其組分開始水合並一般過(guò)1～3小時(shí)固化成硬物質(zhì)。這就給含水泥的粘結(jié)劑在它們?nèi)匀皇橇黧w時(shí)涂敷僅留下短的適用期。采用含水泥粘結(jié)劑的承包商由于粘結(jié)劑固化成硬物質(zhì)后便不能使用(一般不到約5小時(shí))，必然要扔掉任何尚未使用的材料。這導(dǎo)致很大的浪費(fèi)。
采用非水泥質(zhì)粘結(jié)劑可以避免浪費(fèi)問(wèn)題。但是，傳統(tǒng)的非水泥質(zhì)粘結(jié)劑由于缺乏由水泥所提供的粘結(jié)性和內(nèi)聚強(qiáng)度，已經(jīng)遇到初粘性和初內(nèi)聚粘結(jié)性差的問(wèn)題。其干燥時(shí)間取決于環(huán)境條件可以是若干天。另外由于這層復(fù)蓋在建筑物或其它戶外結(jié)構(gòu)外表面上的材料一般是疏水性材料諸如聚苯乙烯發(fā)泡體，該材料妨礙水從層狀外部飾面系統(tǒng)跑出來(lái)，從而使該問(wèn)題更趨嚴(yán)重。直到層狀外部飾面系統(tǒng)固化為止，粘結(jié)劑並不具有足夠的內(nèi)聚粘結(jié)性和粘結(jié)強(qiáng)度使材料層同建筑物或其它戶外結(jié)構(gòu)的外表面相粘接。在材料可能斷裂或天氣冷而潮濕的地區(qū)，上面所述的問(wèn)題尤其突出。
本發(fā)明的目的是提供一種非水泥質(zhì)粘結(jié)劑組合物，該組合物易于涂敷，並在所有固化條件下提供初粘性和粘結(jié)強(qiáng)度而不留下廢棄物。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種在非水泥質(zhì)粘結(jié)劑所有固化條件下改進(jìn)初粘性和粘結(jié)強(qiáng)度的方法。
本發(fā)明通過(guò)提供一種含水快干非水泥質(zhì)組合物解決了傳統(tǒng)的水泥質(zhì)和非水泥質(zhì)組合物所遇到的問(wèn)題，該組合物易于涂敷，能在所有固化條件下提高初粘性和粘結(jié)強(qiáng)度而不留下廢棄物。本發(fā)明特別適用于作外部的隔離(熱，音)和飾面系統(tǒng)用粘接劑。本發(fā)明還提供一種在非水泥質(zhì)粘結(jié)劑所有的固化條件下改進(jìn)初粘性和內(nèi)聚粘結(jié)強(qiáng)度的方法。
本發(fā)明的含水快干非水泥質(zhì)組合物需要三種組分(1)具有陰離子特性的一種成膜膠乳聚合物;
(2)由至少20%(重量)含胺官能團(tuán)單體構(gòu)成的一種含胺聚合物，以及(3)一種揮發(fā)性堿。
在所有固化條件下改進(jìn)初粘性和內(nèi)聚粘結(jié)強(qiáng)度的方法包括(1)制成一種含以下組分的非水泥質(zhì)粘結(jié)劑
(a)一種具有陰離子特性的成膜膠乳聚合物;
(b)一種含胺的聚合物;以及(c)一種揮發(fā)性堿;
(2)將非水泥質(zhì)粘結(jié)劑涂敷在建筑物或其它戶外結(jié)構(gòu)的外表面;
(3)將實(shí)心或泡沫層狀保護(hù)材料復(fù)合到非水泥質(zhì)粘結(jié)劑上。
本發(fā)明的含水粘結(jié)劑組合物需要(1)一種具有陰離子特性的成膜膠乳聚合物;
(2)一種含胺的聚合物;以及(3)一種揮發(fā)的堿。
本發(fā)明的含水的粘結(jié)劑組合物是“非水泥質(zhì)”的，本文所用的該名稱指的是這種組合物完全不含水泥。
本發(fā)明的含水的粘結(jié)劑組合物在所有固化條件下提供初粘性和內(nèi)聚粘結(jié)強(qiáng)度。本文所用的名稱“初期”指的是粘結(jié)劑仍然濕的時(shí)期。本文所用的名稱“內(nèi)聚粘結(jié)強(qiáng)度”指的是粘結(jié)劑材料本身之間具有的吸引力。“粘結(jié)強(qiáng)度”指的是粘結(jié)劑材料對(duì)基體具存的吸引力以及同基體表面粘合在一起的強(qiáng)度。本發(fā)明的含水的粘結(jié)劑組合物最嚴(yán)酷的固化條件是冷而潮濕的環(huán)境。
“玻璃化轉(zhuǎn)變溫度”或“Tg”這里是指按Fox方程式〔Bulletin of American Physics Society 1，3頁(yè)，123(1956)〕計(jì)算的聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度1/(Tg) = (W1)/(Tg(1)) (W2)/(Tg(2))對(duì)一種共聚物來(lái)說(shuō)，W1和W2指的是兩種共聚單體的重量分?jǐn)?shù)，Tg(1)和Tg(2)指的是兩種對(duì)應(yīng)的均聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
本發(fā)明的含水粘結(jié)劑組合物需要一種具有陰離子特性的成膜膠乳聚合物。這里所用的名稱“膠乳”指的是一種可通過(guò)傳統(tǒng)的聚合方法如乳液聚合制得的水不溶性聚合物。這種膠乳聚合物是由可生成水不溶性膠乳聚合物的任何單體或單體混合物制得，該聚合物在涂敷條件下成膜。
膠乳聚合物的Tg僅受所使用的粘結(jié)劑組合物具體用途所限制。例如，如果該粘結(jié)劑在炎熱的夏天戶外使用，則膠乳聚合物組合物可選擇使它的Tg高于該粘結(jié)劑在寒冷的冬天戶外使用所選的Tg。一般說(shuō)來(lái)，膠乳聚合物的Tg為約-50℃～約50℃。含有Tg＜-50℃的膠乳聚合物的涂料一般不適用，因?yàn)樗泚K缺乏用作粘結(jié)劑的足夠的強(qiáng)度。含有Tg＞50℃的膠乳聚合物的涂料一般也不適用，因?yàn)樗y以成膜，即使是高于室溫。優(yōu)選的是Tg為約-15℃～約10℃的聚合物。最優(yōu)選的是Tg為約-10℃～約5℃的聚合物。
本發(fā)明還可采用形態(tài)更復(fù)雜的聚合物諸如芯殼型聚合物加以實(shí)施。這些復(fù)雜的聚合物形態(tài)通常顯示多個(gè)Tg，而且其多個(gè)Tg之一可以顯示出超出約-50℃～約50℃范圍的Tg值，但是聚合物的平均或有效Tg必須是約-50℃～約50℃。
成膜膠乳聚合物的陰離子特性按任一不同方法得到，最常用的方法是在乳液聚合期間采用陰離子表面活性劑或分散劑作穩(wěn)定劑或在聚合完畢后將其添加入乳液。在這些陰離子穩(wěn)定的膠乳聚合期間或聚合之后，膠乳中也可以含有非離子型表面活性劑。表面活性劑和分散劑其中合用的是脂肪族松香和環(huán)烷酸的鹽，萘磺酸和甲醛的低分子量縮合產(chǎn)物，合適的親水-憎水平衡的羧酸聚合物和共聚物，高級(jí)烷基硫酸鹽(諸如十二烷基硫酸鈉)，烷基芳基磺酸鹽(諸如十二烷基苯磺酸鹽，異丙基苯磺酸鈉或鉀或異丙基萘磺酸鈉或鉀)，硫代琥珀酸鹽諸如二辛基硫代琥珀酸鈉，高級(jí)烷基硫代琥珀酸堿金屬鹽(如辛基硫代琥珀酸鈉)，N-甲基-N-十六烷酰?；撬徕c，油基羥乙磺酸鈉，烷基芳基多乙氧基乙醇硫酸(或磺酸)的堿金屬鹽(如含1～5個(gè)氧化乙烯基單元的叔辛基苯氧基-多乙氧基乙基硫酸鈉)，以及技術(shù)上眾知的各種其它陰離子表面活性劑和分散劑。
另一類具有陰離子特性的膠乳聚合物，其陰離子特性是由于聚合物含有少量酸基的結(jié)果而得，酸基可處于鹽的形式諸如堿金屬鹽或銨鹽。這類酸基的例子可來(lái)自加入的引發(fā)劑碎片，馬來(lái)酸，乙烯基磺酸，巴豆酸，丙烯酸，甲基丙烯酸，衣康酸等。
第三類合用的具有陰離子特性的膠乳聚合物是一種含有經(jīng)中和的堿性單體的膠乳聚合物，這類單體如丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺等。
這種膠乳聚合物可以具有不止一種類型的陰離子特性。
具有陰離子特性的膠乳聚合物可以通過(guò)已知的步驟制備，內(nèi)容可見出版的教科書，題目為如Emulsion PolymerizationTheory and Practice(作者D.C.Blackley，Wiley公司1975年出版)，Emulsion Polymerization(作者F.A.Bovey等，Interscienel Publishers公司1965年出版)。這種膠乳聚合物一般為由以下的單體制得的聚合物或共聚物，這些單體如丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸丁酯，丙烯酸2-乙基己酯，丙烯酸癸酯，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸丁酯，苯乙烯，丁二烯，乙烯，醋酸乙烯酯，“Versatic”酸的乙烯基酯(該酸為鏈長(zhǎng)含C9，C10和C11的叔一元羧酸，其乙烯基酯也稱作“Vinyl Versatate”)，氯乙烯，乙烯基吡啶，1，1-二氯乙烯，丙烯腈，氯丁二烯，丙烯酸，甲基丙烯酸，衣康酸，馬來(lái)酸及富馬酸。優(yōu)選采用的是α，β-烯屬不飽和單體及其酯的聚合物和共聚物(尤其是丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的聚合物和共聚物)。它們宜通過(guò)下文給出的方法制取，這里引入該文以供參考“Emulsion Polymerization of Acrylic MonomersMay，1966”，Rohm & Haas公司(Philadelphia，Pennsylvania)出版。
本發(fā)明的含水粘結(jié)劑需要一種含胺的聚合物，該聚合物由至少20%(重量)含胺官能團(tuán)的單體制得。優(yōu)選是聚合物含有至少50%(重量)含胺官能團(tuán)的單體。這種水溶性或水分散性含胺聚合物的平均分子量還優(yōu)選為約5000～約100，000。
含有胺官能團(tuán)的單體的例子包括如下1.氨烷基乙烯基醚或硫醚，其中烷基可以是直鏈或支鏈型，並含2～3個(gè)碳原子，其中氮原子可以是伯，仲或叔氮原子(U.S.2，879，178)。后種情況下，余下的氫原子之一可以被烷基，羥烷基或烷氧基烷基所取代，其烷基組分可以含1～4個(gè)碳原子，優(yōu)選僅含一個(gè)碳原子。
具體例子包括β-氨乙基乙烯基醚;β-氨乙基乙烯基硫醚;N-單甲基-β-氨乙基乙烯基醚或硫醚;N-單乙基-β-氨乙基乙烯基醚或硫醚;N-單丁基-β-氨乙基乙烯基醚或硫醚;以及N-單甲基-3-氨丙基乙烯基醚或硫醚。
2.丙烯酰胺或丙烯酸酯，諸如式Ⅱ所示
式中R為H或CH3;
n為0或1;
X為O或N(H);
當(dāng)n為0，A是O(CH2)x(式中x為2-3)或(O-亞烷基)y(式中(O-亞烷基)y為聚氧化烯基，其分子量為88～348，其中各個(gè)亞烷基可以相同或不同，而且可以是亞乙基或亞丙基);
當(dāng)n為1，A是含2-4個(gè)碳原子的亞烷基;
R＊為H，甲基或乙基;
R為H，甲基或乙基;
R0為H，苯基，芐基，甲基芐基，環(huán)己基或(C1-C6)烷基。
式Ⅱ化合物的例子包括丙烯酸或甲基丙烯酸的二甲氨基乙酯;丙烯酸或甲基丙烯酸的β-氨乙酯;N-β-氨乙基的丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺;N-(單甲氨基乙基)的丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺;丙烯酸或甲基丙烯酸的N-(單-正丁基)-4-氨丁酯;甲基丙烯酰氧乙氧基乙胺;以及丙烯酰氧丙氧基丙胺。
3.N-丙烯酰氧烷基-噁唑烷和N-丙烯酸烷基-四氫-1，3-噁嗪及相應(yīng)的組分，這些組分中，烷基鍵被烷氧基烷基和聚(烷氧基烷基)所取代，所有這些化合物均用式Ⅲ來(lái)包括
式中R為H或CH3;
m為2-3的整數(shù);
R′，當(dāng)不與R2直接相連時(shí)，可選自H，苯基，芐基，以及(C1-C12)的烷基;
R2，當(dāng)不與R′直接相連時(shí)，可選自H，以及(C1-C4)的烷基;
R1和R2，當(dāng)直接連在一起，與式中環(huán)上連結(jié)的碳原子形成5-6碳原子環(huán)時(shí)，即R1和R2當(dāng)連在一起時(shí)，可選自五亞甲基和四亞甲基;
A1是O(CmH2m)-或(O-亞烷基)n，其中(O-亞烷基)n是聚氧化烯基，其分子量為88～348，該式中各亞烷基可以相同或不同，而且可以是亞乙基或亞丙基。
式Ⅲ的化合物可以在各種條件下水解成仲胺。水解產(chǎn)生式Ⅳ的產(chǎn)物
式Ⅲ的化合物公開在共同受讓人的U.S.3，037，006和3，502，627，以及它們相應(yīng)的外國(guó)申請(qǐng)書和專利中，其中公開的任何單體化合物都可用來(lái)制造本發(fā)明組合物所用的共聚物。
式Ⅲ化合物的例子包括
甲基丙烯酸噁唑烷基乙酯;
丙烯酸噁唑烷基乙酯;
3-(γ-甲基丙烯酸丙基)-四氫-1，3-噁嗪;
3-(β-甲基丙烯酸乙基)-2，2-五亞甲基噁唑烷;
3-(β-甲基丙烯酸乙基)-2-甲基-2-丙基嘌唑烷;
N-2-(2-丙烯酸乙氧基)乙基噁唑烷;
N-2-(2-甲基丙烯酸乙氧基)乙基噁唑烷;
N-2-(2-甲基丙烯酸乙氧基)乙基-5-甲基-噁唑烷;
N-2-(2-丙烯酸乙氧基)乙基-5-甲基-噁唑烷;
3-〔2-(2-甲基丙烯酸乙氧基)乙基)〕-2，2-五亞甲基噁唑烷;
3-〔2-(2-甲基丙烯酸乙氧基)乙基)〕2，2-二甲基噁唑烷;
3-〔2-(甲基丙烯酸乙氧基)乙基〕-2-苯基噁唑烷。
4.易通過(guò)水解產(chǎn)生胺的單體的聚合物可用作該粘結(jié)劑組合物的含胺組分或用來(lái)產(chǎn)生含胺組分聚合物。這類單體的例子是丙烯酸酮亞胺和丙烯酸-醛亞胺，其式Ⅴ和Ⅵ如下
式中，R為H或CH3;
Q選自以下基團(tuán)
R6為H，或在一個(gè)CHR6單元中它可以是甲基;
R5選自(C1-C12)烷基和環(huán)己基;
R4選自(C1-C12)烷基和環(huán)己基;
R3選自苯基，鹵苯基，(C1-C12)烷基，環(huán)己基，以及(C1-C4烷氧基苯基;
A″為(C1-C12)亞烷基;
Ao，B和D為相同或不同的氧化烯基，其通式為-OCH(R7)-CH(R7)，式中R7為H，CH3，或C2H5;
X為4-5的整數(shù);
n0為1-200的整數(shù);
n1為1-200的整數(shù);
n″為1-200的整數(shù)，n0-1，n1-1和n″-1的總和為2-200。
式Ⅴ和Ⅵ的例證性化合物是甲基丙烯酸2-〔4-(2，6-二甲基亞庚基)氨基〕乙酯;
甲基丙烯酸3-〔2-(4-甲基亞戊基)氨基〕丙酯;
甲基丙烯酸β-(亞芐氨基)乙酯;
甲基丙烯酸3-〔2-(4-甲基亞戊基)氨基〕乙酯;
丙烯酸2-〔4-(2，6-二甲基亞庚基)氨基〕乙酯;
甲基丙烯酸12-(環(huán)亞戊基氨基)十二烷酯;
N-(1，3-二甲基亞丁基)-2-(2-甲基丙烯酸乙氧基)乙胺;
N-(亞芐基)甲基丙烯酸乙氧基乙胺;
N-(1，3-二甲基亞丁基)-2-(2-丙烯酸乙氧基)乙胺;
N-(亞芐基)-2-(2-丙烯酸乙氧基)乙胺。
式Ⅴ和Ⅵ化合物在酸性，中性或堿性水介質(zhì)中水解，生成相應(yīng)的伯胺或其鹽，水解時(shí)上式的-N＝Q基變成-NH2和O＝Q。美國(guó)專利3，037，969和3，497，485公開了式Ⅴ和Ⅵ的化合物，其中公開的任何單體化合物都可用來(lái)制造本發(fā)明組合物中水溶性聚合物部分所用的共聚物。
本發(fā)明優(yōu)選使用的一類含胺聚合物是水溶性的。所謂水溶性指的是該聚合物無(wú)論處于游離堿，中性或鹽的狀態(tài)都是完全可溶性的。優(yōu)選的是這種可溶性在所有PH時(shí)均具備，尤其是在約4～10的范圍。不大滿意的一類水溶性含胺聚合物通常在高PH值時(shí)是不溶性的，而只是在酸性PH值，尤其是PH在約4～約7的范圍才是可溶或部分可溶性。所謂部分可溶的是指兩種情況，一種情況是聚合物部分可溶于水，另一情況是所有的聚合物以膠束狀態(tài)或單個(gè)分子的聚集體(通常為被水高度溶脹的聚集體)狀態(tài)溶解。后種情況常稱作膠體溶液。優(yōu)選的是聚合物的大部分在酸性PH值時(shí)是可溶的。本發(fā)明的水溶性含胺聚合物既包括完全可溶性的聚合物，也包括上面剛才所述的部分可溶性聚合物。
一類合用的但依然不大滿意的含胺聚合物是水不溶性聚合物，如下面所述，其分子量相當(dāng)于其水溶性對(duì)應(yīng)物范圍的低端。這些水不溶性含胺聚合物起水溶性聚合物的同樣的作用。當(dāng)用這些水不溶性聚合物代替水溶性聚合物時(shí)，改善了陰離子穩(wěn)定的膠乳聚合物的初粘強(qiáng)度;不過(guò)，這種改進(jìn)通常沒有象用水溶性聚合物所達(dá)到的那樣明顯。
一般說(shuō)來(lái)，上述1，2，3和4類單體至少占20%(重量)的含胺聚合物可以通過(guò)在水介質(zhì)中溶液聚合制取，介質(zhì)可以是中性，堿性或酸性，取決于具體尋求的聚合物。聚合通常在含少量酸的水介質(zhì)中進(jìn)行，該酸可以是有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸諸如醋酸或鹽酸。這種含胺聚合物包括含有最多達(dá)80%(重量)的一種或多種以下單體的共聚物，這些單體諸如丙烯酸甲酯，丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺，以及由胺單體得來(lái)的季胺鹽如氯化2-甲基丙烯酸乙基三甲基銨。也可使用少量相對(duì)說(shuō)不溶性的共聚單體來(lái)制得水溶性聚合物。不溶性聚合物可以含有較大量的以下的共聚單體。這類單體包括如帶(C1-C18)醇的丙烯酸酯以及帶(C1-C18)醇的甲基丙烯酸酯，特別是帶(C1-C4)鏈烷醇的上述酯;苯乙烯，乙烯基甲苯，醋酸乙烯酯，氯乙烯，1，1-二氯乙烯，取代的苯乙烯，丁二烯，取代的丁二烯，乙烯;以及丙烯腈和丙烯酰胺或甲基丙烯腈和甲基丙烯酰胺。在制造給定的含胺聚合物中所用的具體的共聚單體(一種或多種)取決于制造該共聚物中所用含胺單體的比例。優(yōu)選的是僅使用在水中有較高溶解度的共聚單體來(lái)制造水溶性聚合物。這類聚合物因此是陰離子型以及任選的非離子型乙烯基單體的聚合物或共聚物。陽(yáng)離子型單體的例子是胺，亞胺和季胺鹽;其它列舉的單體是非離子型的。因此，這些水溶性共聚物除了因所用單體中的雜質(zhì)或合成，儲(chǔ)存或使用中有點(diǎn)兒水解可能存在的微量酸基外不含有酸基。
不溶性含胺聚合物的粘均分子量為約5000～約100，000，優(yōu)選的是約15，000～約90，000。水溶性聚合物的分子量可以落在很寬的范圍;一般說(shuō)來(lái)，粘均分子量為約5，000～約300，000，優(yōu)選的是約40，000～約100，000。含胺聚合物的用量可占陰離子型膠乳聚合物和含胺聚合物總重量的約0.1%～約20%(重量)，優(yōu)選的范圍為0.5～8%。
水溶性含胺聚合物既包括完全可溶的聚合物也包括部分可溶的聚合物。水溶性含胺聚合物的名稱說(shuō)的是在游離堿，中性或鹽狀態(tài)都完全可溶的聚合物。某些聚合物在所有PH均可溶，而另一些則在一個(gè)PH范圍如約5～10之間可溶。其它含胺聚合物一般在高PH時(shí)不溶而在酸性PH值，尤其是PH為約5～約7的范圍，則可溶或部分可溶。所謂部分可溶是指兩種情況，一種情況是聚合物部分可溶于水，另一種情況是所有的聚合物以膠束狀態(tài)或單個(gè)分子的聚集體(通常為被水高度溶脹的聚集體)狀態(tài)溶解。后種情況常稱作膠體溶液。優(yōu)選的是，聚合物的大部分在酸性PH值時(shí)可溶的。
一般說(shuō)來(lái)，含胺的聚合物可以通過(guò)在水介質(zhì)中溶液聚合制取，介質(zhì)可以是中性，堿性或酸性，取決于具體尋求的聚合物，這在技術(shù)上是眾知的，例如參見U.S.4，119，600。聚合通常在含少量酸的水介質(zhì)中進(jìn)行。該酸可以是有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸諸如醋酸或鹽酸。這種含胺聚合物包括含有最多達(dá)80%(重量)的一種或多種單烯屬不飽和單體的共聚物，這些單體諸如丙烯酸甲酯，丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺。也可使用少量相對(duì)說(shuō)不溶性的共聚單體來(lái)制得水溶性聚合物。不溶性聚合物可以含有較大量的以下的共聚單體，這類單體包括如帶(C1-C18)醇的丙烯酸酯以及帶(C1-C18)醇的甲基丙烯酸酯，特別是帶(C1-C4)鏈烷醇的上述酯;苯乙烯，乙烯基甲苯，醋酸乙烯酯，氯乙烯，1，1-二氯乙烯，取代的苯乙烯，丁二烯，取代的丁二烯，乙烯;以及丙烯腈和丙烯酰胺或甲基丙烯腈和甲基丙烯酰胺。在制造給定的含胺聚合物中所用的具體的共聚單體(一種或多種)取決于制造該共聚物中所用含胺單體的比例。這類聚合物因此是陰離子型以及任選的非離子型乙烯基單體的聚合物或共聚物。陰離子型單體的例子是胺和亞胺;其它列舉的單體是非離子型的。因此，這些水溶性共聚物除了因所用單體中的雜質(zhì)或合成，儲(chǔ)存或使用中有點(diǎn)兒水解可能存在的微量酸基外不含有酸基。
本發(fā)明的粘結(jié)劑組合物需要一種揮發(fā)性的堿。所用的揮發(fā)性堿的類型和用量必須足以使組合物的PH升高到含胺聚合物的胺官能團(tuán)被非離子化(脫質(zhì)子化)的程度，一般升高到至少PH為5，優(yōu)選為PH＝7～9，以避免同粘合劑組合物中陰離子穩(wěn)定的膠乳聚合物和其它陰離子組分相互作用。
達(dá)到這個(gè)程度需要的揮發(fā)性堿的用量估算，其起點(diǎn)可以從中和膠乳中所有的酸基(即來(lái)自共聚的帶羧基單體;表面活性劑;或引發(fā)劑的酸基)和胺的共軛酸需要的堿的當(dāng)量數(shù)計(jì)算出。如果胺未被充份脫質(zhì)子化，膠乳會(huì)顯示出可觀察到的隨時(shí)間的不穩(wěn)定性跡象，諸如粘度升高，顯微鏡下可觀察到的“顆粒熔合物”，一種初期的聚集/膠凝作用。通常，用一當(dāng)量的揮發(fā)性堿(根據(jù)膠乳的酸和聚胺的滴定度計(jì)算)足以產(chǎn)生穩(wěn)定的體系，雖然為長(zhǎng)期儲(chǔ)存穩(wěn)定可能必需有含量更高的揮發(fā)性堿(～3～4當(dāng)量)。只要不偏離本發(fā)明的宗旨可以采用更多量的堿，不過(guò)這會(huì)影響涂層的“快干”性能。如果在生產(chǎn)過(guò)程中所用的裝置，從加入揮發(fā)性堿直到產(chǎn)品包裝入密封容器里的任何工序，存在著揮發(fā)性堿蒸發(fā)的機(jī)會(huì)，則應(yīng)提高加入生產(chǎn)裝置的揮發(fā)性胺的用量以補(bǔ)償損失。
粘結(jié)劑涂敷以后，揮發(fā)性堿蒸發(fā)使組合物的PH降低。當(dāng)該P(yáng)H降低到胺官能團(tuán)開始發(fā)生質(zhì)子化的程度，胺官能團(tuán)變成陰離子性。據(jù)信，快干是由于胺官能團(tuán)在陰離子穩(wěn)定的膠乳聚合物存在下轉(zhuǎn)化成陰離子狀態(tài)而產(chǎn)生，不過(guò)產(chǎn)生快干性能的確切機(jī)理尚未搞清楚，發(fā)明者本人並不希望受確切機(jī)理的理論所束縛。
適用的揮發(fā)性堿包括但不限于胺，嗎啉，烷基胺，2-甲氨基乙醇，N-甲基嗎啉，乙二胺，以及它們的混合物。優(yōu)選使用的是氨。
含水快干非水泥質(zhì)粘接劑可以任選地含有一種處于金屬離子，鹽，絡(luò)合物或氧化物狀態(tài)的水溶性或水分散性多價(jià)金屬?？梢圆捎玫亩鄡r(jià)金屬離子諸如鈣，鎂，鋅，鋇，鍶，鋁等。也可以采用多價(jià)金屬離子的絡(luò)合物，諸如六氨合鋅，碳酸氫銨鋅等，以及帶抗衡離子的多價(jià)金屬離子鹽，諸如氯化物，醋酸鹽，碳酸氫鹽等。優(yōu)選的多價(jià)金屬是鋅。
多價(jià)金屬離子，鹽，絡(luò)合物或氧化物的適用量占膠乳聚合物固體重量的約0.5～約10%(重量)。優(yōu)選的用量為約1～約7%(重量)。
此外，本發(fā)明可以采用傳統(tǒng)的粘結(jié)劑組分諸如顏料，粘合劑，連接料，增量劑，分散劑，表面活性劑，聚結(jié)劑，潤(rùn)濕劑，流變改進(jìn)劑，增稠劑，阻干劑，消泡劑，著色劑，蠟，防腐劑，熱穩(wěn)定劑，溶劑，防結(jié)皮劑，催干劑等。
在選擇添加劑的類型和用量時(shí)必須倍加小心，以避免使組合物的PH改變到影響其儲(chǔ)存穩(wěn)定性的程度，或避免使PH緩沖到這樣的程度，以致在涂敷以后PH並不下降到足以發(fā)生聚胺的質(zhì)子化的數(shù)值。例如，采用PKa較低的聚胺和太多量的碳酸鈣作填料制得的粘結(jié)劑的固化時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)得令人難以接受。
本發(fā)明的粘結(jié)劑組合物，其固含量一般為約10%～約75%(重量)，粘度為約50，000厘泊到約300，000厘泊。
本發(fā)明的粘結(jié)劑組合物適用于任何類型的需要初粘性和內(nèi)聚粘結(jié)強(qiáng)度的建筑粘結(jié)劑用途，諸如EIFS;穹窿底部;包括乙烯基塑料質(zhì)，陶瓷質(zhì)和木質(zhì)的地板磚，膠合板等。
本發(fā)明的方法可用于改進(jìn)非水泥質(zhì)粘結(jié)劑的初期內(nèi)聚粘結(jié)強(qiáng)度，該方法包括(1)制成一種含有以下組分的非水泥質(zhì)粘結(jié)劑(a)一種具有陰離子特性的成膜膠乳聚合物;
(b)由至少20%(重量)含胺官能團(tuán)單體構(gòu)成的一種含胺的聚合物;以及(c)一種揮發(fā)性堿;
(2)將非水泥質(zhì)粘結(jié)劑涂敷在建筑物或其它戶外結(jié)構(gòu)的外表面;
(3)將實(shí)心或泡沫層狀保護(hù)材料復(fù)合到非水泥質(zhì)粘結(jié)劑上。
建筑物和其它戶外結(jié)構(gòu)可以由混凝土，水泥，磚，礦渣磚，木材，石膏板，碎料板等構(gòu)成。
實(shí)心或泡沫層狀保護(hù)材料可以是發(fā)泡的聚苯乙烯片材等。
下列實(shí)施例舉例說(shuō)明了本發(fā)明的某些形態(tài)，但不應(yīng)視作對(duì)本說(shuō)明書和權(quán)利要求中所述的本發(fā)明范圍的限制。
實(shí)施例1 粘結(jié)劑的配制按照下列配方將表1.1所列研磨組分一起研磨，然后往各粘結(jié)劑配方中加入余下的組分，由此制得粘結(jié)劑。
表1.1對(duì)照粘結(jié)劑1 粘結(jié)劑1 粘結(jié)劑2研磨組分陰離子穩(wěn)定的膠乳聚合物 330.7 330.7 330.7(Rhoplex
AC-264膠乳)(固含量60%)氨水(28%) 5 5 5聚甲基丙烯酸 0 4 4噁唑烷基乙酯(固含量25%)氧化鋅 0 0 100碳酸鈣 100 100 0陰離子分散劑 2.5 2.5 2.5(Tamol
850分散劑)(總固含量30%)三聚磷酸鉀 1.5 1.5 1.5乙二醇 2 2 2Texanol
聚結(jié)劑 2 2 2(2,2,4-三甲基-3-羥戊基醋酸酯)消泡劑(Nopco
NXZ消泡劑) 4 4 4粘土填料 T5 T5 T5大理石粉 400 400 400#70砂子 400 400 400余下數(shù)量的組分水 20 20 20羥乙基纖維素(Natrasol
0.3 0.3 0.3HR增稠劑)
實(shí)施例2 固化時(shí)間測(cè)試各粘結(jié)劑配方，以確定它們多長(zhǎng)時(shí)間完全固化。將各粘結(jié)劑配方澆注在涂有TeflonR的玻璃上，以制備測(cè)試樣品，其厚度為約1/32～約1/16英寸。
測(cè)試在溫度72°F，相對(duì)濕度32.8%下進(jìn)行。在每個(gè)新制成的測(cè)試樣品上放一臺(tái)Gardner固化時(shí)間記錄儀。儀器上的探針以每小時(shí)回轉(zhuǎn)一次通過(guò)粘結(jié)劑面層或沿面層前進(jìn)。報(bào)導(dǎo)的固化時(shí)間以分鐘表示，當(dāng)探針圓滿地沿粘結(jié)劑表面前進(jìn)沒有在表面上造成任何軌痕時(shí)的時(shí)間被確定為固化時(shí)間。短的固化時(shí)間是受人歡迎的，因?yàn)檫@表明該粘結(jié)劑構(gòu)成了初粘性和粘結(jié)強(qiáng)度。結(jié)果示于表2.1。
表2.1粘結(jié)劑 固化時(shí)間(分鐘)對(duì)照例1 851 602 35按本發(fā)明制得的粘結(jié)劑配方，其固化時(shí)間縮短了25分鐘(粘結(jié)劑1)。按照本發(fā)明任選含有多價(jià)金屬制得的粘結(jié)劑配方，其固化時(shí)間縮短了共50分鐘(粘結(jié)劑2-含氧化鋅)。
實(shí)施例3 抗拉強(qiáng)度測(cè)試在不同固化條件下測(cè)試粘結(jié)劑配方的初期拉伸的粘結(jié)強(qiáng)度，以證實(shí)本發(fā)明的含水粘結(jié)劑組合物在所有固化條件下顯示出改進(jìn)的性能。
在一個(gè)預(yù)平衡室中，采用某種雙組分環(huán)氧膠將多孔的聚苯乙烯泡沫體圓片(厚1英寸)膠合在一塊木質(zhì)圓片上(直徑2.25英寸;厚0.5英寸)。按同樣的方法，還將膠合板膠粘到第二塊木質(zhì)圓片的膠合板表面上涂敷一層各粘結(jié)劑配方，然后把第一塊木質(zhì)圓片的聚苯乙烯-面緊緊壓向粘結(jié)劑層。再使各樣品固化。
測(cè)試之前，使所有樣品平衡到測(cè)試條件。接著將樣品放在Instron測(cè)試機(jī)的上下夾頭中，接著把樣品的垂直于粘結(jié)層的角度牽引拉斷。所有樣品均以0.5英寸/分的十字頭速度進(jìn)行測(cè)試。報(bào)導(dǎo)的抗拉強(qiáng)度以磅/平方英寸表示，其數(shù)值為Instron機(jī)拉斷時(shí)施加的負(fù)荷(磅)同測(cè)試樣品表面積(平方英寸)之比。結(jié)果示于表3.1。拉斷時(shí)高的抗拉強(qiáng)度是合乎要求的。此外，基材破裂型(聚苯乙烯)比粘結(jié)劑破裂型更受歡迎。
表3.1對(duì)照粘結(jié)劑1 粘結(jié)劑1 粘結(jié)劑2破裂時(shí)抗拉強(qiáng)度 20.1 25.3 34.4(磅/平方英寸)注解:
在環(huán)境條件下固化4小時(shí)在75°F,相對(duì)濕度50%……溫?zé)嵯聹y(cè)試粘結(jié)劑厚度=1/32英寸破裂時(shí)抗拉強(qiáng)度 3.4 7.5 13.6(磅/平方英寸)注解:
在環(huán)境條件下固化3小時(shí)在75°F,相對(duì)濕度50%……溫?zé)嵯聹y(cè)試粘結(jié)劑厚度=1/8英寸破裂時(shí)抗拉強(qiáng)度 16.6 19.0 29.5(磅/平方英寸)破裂方式 粘結(jié)劑100% 90%粘結(jié)劑破 基材100%破裂 裂/10%基材破裂 破裂注解:
在環(huán)境條件下固化2小時(shí)在75°F,相對(duì)濕度50%……溫?zé)嵯聹y(cè)試報(bào)導(dǎo)值為5次測(cè)定的平均值粘結(jié)劑厚度=1/16英寸破裂時(shí)抗拉強(qiáng)度 21.6 31.4 34.9(磅/平方英寸)破裂方式 70%粘結(jié)劑破 基材100% 基材100%裂/30%基材破裂 破裂 破裂注解:
在82°F,相對(duì)濕度94.5%……溫?zé)岫睗裣鹿袒?小時(shí)在75°F,相對(duì)濕度50%……溫?zé)嵯聹y(cè)試報(bào)導(dǎo)值為5次測(cè)定的平均值粘結(jié)劑厚度=1/16英寸同不含有含胺的聚合物的粘結(jié)劑(對(duì)照粘結(jié)劑1)相比較，按本發(fā)明制得的粘結(jié)劑配方(粘結(jié)劑1)，在兩種厚度下的抗拉強(qiáng)度均有所提高。若本發(fā)明制得的粘結(jié)劑配方任選含有多價(jià)金屬(粘結(jié)劑2……含氧化鋅)，則在兩種厚度下的抗拉強(qiáng)度均提高得更多。
在溫?zé)釛l件和很潮濕的條件下，按本發(fā)明制得的粘結(jié)劑配方(粘結(jié)劑1)，其抗拉強(qiáng)度高于不含有含胺聚合物的粘結(jié)劑(對(duì)照粘結(jié)劑1)。在濕熱條件和多雨而很潮濕的條件下，若本發(fā)明制得的粘結(jié)劑配方含有多價(jià)金屬(粘結(jié)劑2……含氧化鋅)，則其抗拉強(qiáng)度提高得更多。在溫?zé)釛l件下，任選含有氧化鋅的粘結(jié)劑經(jīng)歷令人滿意的100%基材破裂(粘結(jié)劑2)，而對(duì)照粘結(jié)劑則經(jīng)歷不合格的100%粘結(jié)劑破裂。在很潮濕的固化條件下，粘結(jié)劑1和粘結(jié)劑2均經(jīng)歷令人滿意的100%基材破裂。
實(shí)施例4 剪切強(qiáng)度測(cè)試在不同固化條件下測(cè)試粘接劑配方的初期剪切強(qiáng)度，以證實(shí)本發(fā)明的含水粘結(jié)劑組合物在所有固化條件下顯示出改進(jìn)的性能。
在一個(gè)預(yù)平衡室中，采用某種雙組分環(huán)氧膠將多孔的矩形聚苯乙烯泡沫體片(厚1英寸)膠合在一塊木片(3英寸×2英寸)上。按相同的方法，將膠合板或水泥板切割成3英寸×2英寸的小片。用一把刮刀在膠合板或水泥板上涂敷一層各粘結(jié)劑配方(厚1/32-1/16英寸)，然后把木片的聚苯乙烯面緊緊壓向粘結(jié)劑層。接著在室溫下使各樣片固化。
測(cè)試之前，使所有樣品平衡到測(cè)試條件。接著將樣品放在Tinius Olsen應(yīng)力測(cè)試儀的上下夾頭中，接著把樣品以粘結(jié)層的180°角度撕開。所有樣品均以0.5英寸/分的十字頭速度進(jìn)行測(cè)試。報(bào)導(dǎo)的剪切強(qiáng)度以磅/平方英寸表示，其數(shù)值為應(yīng)力測(cè)試儀撕開時(shí)施加的負(fù)荷(磅)同測(cè)試樣品表面積(平方英寸)之比。結(jié)果示于表4.1。撕開時(shí)高的剪切強(qiáng)度是合乎要求的。此外，基材破裂型比粘結(jié)劑破裂型更受歡迎。
表4.1對(duì)照粘結(jié)劑1 粘結(jié)劑1 粘結(jié)劑2膠合板基材斷開時(shí)的剪切強(qiáng)度 7.5 9.7 11.7(磅/平方英寸)破裂類型 粘結(jié)劑100%破裂 粘結(jié)劑90%破 粘結(jié)劑90%裂/基材10%破裂 破裂/基材10%破裂注解:在75°F,相對(duì)濕度50%……溫?zé)嵯鹿袒?小時(shí)在75℃F,相對(duì)濕度50%……溫?zé)嵯聹y(cè)試報(bào)導(dǎo)值為2次測(cè)定的平均值斷開時(shí)的剪切強(qiáng)度 9.0 13.1 16.2(磅/平方英寸)破裂類型 粘結(jié)劑90%破 粘結(jié)劑80%破 粘結(jié)劑20%裂/基材10%破裂 裂/基材20% 破裂/基材破裂 80%破裂注解:在75°F,相對(duì)濕度50%……溫?zé)嵯鹿袒?小時(shí)在75℃F,相對(duì)濕度50%……溫?zé)嵯聹y(cè)試報(bào)導(dǎo)值為2次測(cè)定的平均值在溫?zé)釛l件下同不含有含胺的聚合物的粘結(jié)劑(對(duì)照粘結(jié)劑1)相比較，按本發(fā)明制得的粘結(jié)劑配方(粘結(jié)劑1)，在兩種類型基材上的剪切強(qiáng)度均有所提高。在溫?zé)釛l件下，若本發(fā)明制得的粘結(jié)劑配方任選含有多價(jià)金屬(粘結(jié)劑2……含氧化鋅)，則在兩種類型基材上的剪切強(qiáng)度均提高得更多。
權(quán)利要求
1.一種含水的粘結(jié)劑組合物，它包含(a)具有陰離子特性的一種成膜膠乳聚合物；(b)由至少約20%(重量)含胺官能團(tuán)單體構(gòu)成的一種水溶性或水分散性聚合物；(c)一種揮發(fā)性堿，其用量能把組合物的PH有效地提升到足夠高的程度，在這場(chǎng)合，基本上所有的胺官能團(tuán)是在非離子狀態(tài)。
2.權(quán)利要求1的組合物，還包含一種水溶性或水分散性多價(jià)金屬。
3.權(quán)利要求1的含水的粘結(jié)劑組合物，其中所述水溶性或水分散性聚合物由至少約50%(重量)含胺官能團(tuán)的單體構(gòu)成。
4.權(quán)利要求1的含水的粘結(jié)劑組合物，其中構(gòu)成該水溶性或水分散性聚合物至少約20%(重量)的含胺官能團(tuán)單體是N-丙烯酸烷基-噁唑烷。
5.權(quán)利要求1的含水的粘結(jié)劑組合物，其中該揮發(fā)性堿是氨。
6.權(quán)利要求2的含水的粘結(jié)劑組合物，其中所述水溶性或水分散性多價(jià)金屬是鋅。
7.一種改進(jìn)非水泥質(zhì)水基粘結(jié)劑初粘性和粘結(jié)強(qiáng)度的方法，該方法包括(a)制成一種含有以下組分的非水泥質(zhì)粘結(jié)劑(1)一種具有陰離子特性的成膜膠乳聚合物;(2)由至少20%(重量)含胺官能團(tuán)單體構(gòu)成的一種水溶性或水分散性聚合物;(3)一種揮發(fā)性堿，其用量能把組合物的PH有效地提升到足夠高的程度，在這場(chǎng)合，基本上所有的胺官能團(tuán)是在非離子狀態(tài);(b)將非水泥質(zhì)粘結(jié)劑涂敷在建筑物或其它戶外結(jié)構(gòu)的外表面;(c)將實(shí)心或泡沫層狀保護(hù)材料復(fù)合到該非水泥質(zhì)粘結(jié)劑上。
8.權(quán)利要求7的方法，其中非水泥質(zhì)粘結(jié)劑還包含一種水溶性或水分散性多價(jià)金屬。
9.權(quán)利要求7的方法，其中該水溶性或水分散性聚合物由至少約50%(重量)含胺官能團(tuán)的單體構(gòu)成。
10.權(quán)利要求7的方法，其中構(gòu)成該水溶性或水分散性聚合物至少約20%(重量)的含胺官能團(tuán)單體是N-丙烯酸烷基-噁唑烷。
11.權(quán)利要求7的方法，其中該揮發(fā)性堿是氨。
12.權(quán)利要求8的方法，其中該水溶性或水分散性多價(jià)金屬是鋅。
13.一種復(fù)合體，它包括(a)一種基材;(b)一種含水的粘結(jié)劑，它由以下組分構(gòu)成(1)一種具有陰離子特性的成膜膠乳聚合物;(2)由約20%～約100%(重量)含胺官能團(tuán)單體構(gòu)成的一種水溶性或水分散性聚合物;(3)一種揮發(fā)性堿，其用量能把組合物的PH有效地提升到足夠高的程度，在這場(chǎng)合，基本上所有的胺官能團(tuán)是在非離子狀態(tài);(c)粘合到該基材上的一層材料。
14.權(quán)利要求13的復(fù)合體，其中含水的粘結(jié)劑還包含一種水溶性或水分散性多價(jià)金屬。
15.權(quán)利要求13的復(fù)合體，其中該水溶性或水分散性聚合物由至少約50%(重量)含胺官能團(tuán)的單體構(gòu)成。
16.權(quán)利要求13的復(fù)合體，其中構(gòu)成該水溶性或水分散性聚合物至少約20%(重量)的含胺官能團(tuán)單體是N-丙烯酸烷基-噁唑烷。
17.權(quán)利要求13的復(fù)合體，其中該揮發(fā)性堿是氨。
18.權(quán)利要求14的復(fù)合體，其中該水溶性或水分散性多價(jià)金屬是鋅。
全文摘要
本發(fā)明通過(guò)提供一種含水的快固化非水泥質(zhì)組合物，還提供一種在所有固化條件下改進(jìn)非水泥質(zhì)粘結(jié)劑初期內(nèi)聚粘結(jié)強(qiáng)度的方法。
文檔編號(hào)C09J201/00GK1086241SQ9311877
公開日1994年5月4日 申請(qǐng)日期1993年10月23日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月23日
發(fā)明者慈曉紅 申請(qǐng)人:羅姆和哈斯公司