專利名稱：高固體含量的粘合劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加工聚氯丁二烯壓合式粘合劑和制備這種粘合劑的方法以改進其噴涂性。更具體地說，本發(fā)明涉及制造高固體/高丙酮含量的聚氯丁二烯的可霧化用于噴涂的壓合式粘合劑。
在高固體壓合式粘合劑領(lǐng)域一般都知道，為了符合VOC的規(guī)定，壓合式粘合劑必須是氯化溶劑產(chǎn)品或含水產(chǎn)品。
完全符合VOC規(guī)定的早期產(chǎn)品是氯化溶劑類。但是，蒙特里爾協(xié)議禁止使用甲基氯仿類，因為這種產(chǎn)品可能是上層大氣臭氧生成的阻滯劑。這使得只有二氯甲烷可能作為壓合式粘合劑的溶劑。
在1997年，危險空氣污染物法規(guī)，40 C.F.R..Part 63(木制家俱(Wood Furniture)NESHAP)規(guī)定二氯甲烷是危險的空氣污染物。而且，1997年1月10日，美國職業(yè)安全和健康辦公室(OSHA)發(fā)布了一種標(biāo)準(zhǔn)，(29 C.F.R.Parts 1910、1915和1926)，此標(biāo)準(zhǔn)降低了對工人暴露于二氯甲烷的限量。根據(jù)這些法規(guī)，對這些化合物的唯一的替代辦法似乎是含水的壓合式粘合劑。
在1997年，由于兩種因素使第三種替代辦法成為可能。第一種因素是EPA取消了丙酮作為揮發(fā)性有機化合物(VOC)。第二種因素是開發(fā)了能夠使聚氯丁二烯酚醛壓合式粘合劑成為氣溶膠的技術(shù)。當(dāng)將聚氯丁二烯壓合式粘合劑涂于兩種材料時，干燥后接觸時自行粘接。已經(jīng)將聚氯丁二烯壓合式粘合劑配制成溶劑和含水系統(tǒng)。聚氯丁二烯可以適用的材料包括木材、塑料層壓板、紙、玻璃、碳纖維、陶瓷和鐵、鋼和鋁等金屬。
對聚氯丁二烯壓合式粘合劑的一個要求是可以由氣溶膠容器中以均勻噴霧方式噴涂。還有一個要求是聚氯丁二烯可以由裝有市售的壓力調(diào)節(jié)器和/或閥門和噴嘴如Bink Spraypot的標(biāo)準(zhǔn)加壓容器中噴出。
因此希望開發(fā)一種聚氯丁二烯壓合式粘合劑，這種粘合劑含高固體制成，從而能使單位粘合劑能完成更多的工作。這也使在完成相同的工作量的同時向空氣中排放較少的溶劑揮發(fā)物。還希望開發(fā)一種聚氯丁二烯壓合式粘合劑，可以低于木材家俱NESHAP規(guī)定的每磅固體排出一磅危險空氣污染劑(HAP)的水平。本發(fā)明開發(fā)的壓合式粘合劑含的HAP低于0.2和可能低至零HAP。
按照本發(fā)明，一種制造壓合式粘合劑的方法包括將溶劑同橡膠摻合物和/或樹脂混合以制備壓合式粘合劑，然后將溶劑/橡膠/樹脂摻合物加工直到粘度降低達到要求，同時固體含量不低于30％重量。還討論了由聚氯丁二烯或聚氯丁二烯衍生物和丙酮的混合物制造的高固體/高丙酮的壓合式粘合劑。
本發(fā)明提供制造壓合式粘合劑的方法以及這種壓合式粘合劑的本身。該法一般包括先將溶劑同橡膠摻合物和樹脂混合以生成用作壓合式粘合劑類型的溶劑/橡膠/樹脂摻合物，將此溶劑/橡膠/樹脂摻合物加工直到產(chǎn)品的ASTM D 1084賽波特粘度降低達到要求，同時固體含量達到高于30％重量。本發(fā)明方法可以用多步完成以提高固體含量，同時陸續(xù)將粘度降低到所要求水平，以適用于噴涂應(yīng)用。高固體含量產(chǎn)品在溶劑價格不斷升高和VOC法規(guī)日益嚴格的時代是有意義的。每加侖很高固體含量產(chǎn)品能夠提供涂布更多的面積，這樣，可以在進行一定的工作量下向空氣排放出較少的溶劑。由于每單位噴涂的粘合劑有較少的溶劑蒸發(fā)到空氣中，所以HAP和VOC量降低。此外，固體含量增加使得用戶可以用較少的噴涂達到所要求的粘合。因此用戶不需要長時間噴涂，也因此減少了污染物的排放。
事實上，木材家俱NESHAP對現(xiàn)有源的每磅固體規(guī)定為1磅HAP，規(guī)定新源為每磅固體為0.2磅HAP。本發(fā)明的壓合式粘合劑能夠達到0.2或更低的HAP，VOC低于400克/升。
尤其是，溶劑/橡膠/樹脂摻合物可以用此領(lǐng)域眾所周知的釜式法制造。本發(fā)明所用的溶劑類型可以選自芳香烴、酮類、脂肪烴、醇類和酯類。溶劑的濃度為35-70％重量。
本發(fā)明所用的樹脂可選自包括改性的樹脂、聚萜烯樹脂、酚醛樹脂、酚醛改性的萜烯樹脂、以及脂肪族石油烴樹脂。優(yōu)選使用酚醛樹脂。廣泛地說，樹脂用量為4-30％重量。更優(yōu)選的樹脂用量為6-25％重量。樹脂的重量百分比與固體重量百分比線性相關(guān)。例如，當(dāng)固體為36％時，在粘合劑中樹脂的重量百分比為14，當(dāng)固體為65％時，樹脂的重量百分比為25。
所用的橡膠在該領(lǐng)域是眾所周知的。所用的橡膠優(yōu)選是聚氯丁二烯合成橡膠，所用的濃度范圍為8-40％重量。更優(yōu)選的橡膠濃度為10-36％重量。優(yōu)選的橡膠濃度是20％重量。
固體總濃度高于30％重量。令人吃驚地是固體含量可為30-65％，為前所未聽到的含量。另外，前所未聽到過的丙酮量可用于相同的混合物中。丙酮用量超過溶劑混合物體積的60％，從而得到高固體和高丙酮的粘合劑，其揮發(fā)性有機化合物(VOC)低于SCAQMD規(guī)定的250克/升，甚至低于加利福尼亞其它地區(qū)規(guī)定的200克/升。
上述的加工步驟最優(yōu)選地由將溶劑/橡膠/樹脂摻合物剪切以達到所要求的粘度來實現(xiàn)。在1998年3月31日發(fā)布的Pruvis II等人的美國專利5,733,961曾詳細地討論過剪切法。這篇專利在此作為參考?？傊?，加工步驟包括在Microfluidiser加工機中用電驅(qū)動的雙柱塞或活塞液壓強化泵加壓流體產(chǎn)品進行剪切。
在操作中，在釜式法中將溶劑同橡膠和/或樹脂混合生成摻合物，然后進入Microfluidiser中，在其中泵中的高壓柱塞/活塞前后移動，迫使摻合物從泵的一端出來，同時摻合物從另一端進入。泵的作用是迫使摻合物流進入相互作用室的限制孔中。此室的微通道幾何上是固定的，途經(jīng)的尺寸和人發(fā)的截面相同。一旦進入，摻合物流是高度加壓的，并以達每秒幾百米的速度向前推進。它分成兩個，改變方向，并相互沖突成單一流。在極短的時間內(nèi)有大量的能量消散，同時產(chǎn)生剪切、沖擊和孔腔。末端的粒子和液滴的尺寸急劇降低。此后，如果需要，在釜式法的摻合物中加入更多的溶劑、橡膠和/或樹脂，將新的摻合物導(dǎo)入Microfluidiser中以進一步加工。
進入加工區(qū)的產(chǎn)品未碰到任何運動部件。由于壓力加速或減速沒有發(fā)生任何的波動，從而沒有發(fā)生批與批之間的不一致。此外，收集粒子和復(fù)雜的清洗沒有任何缺陷和障礙。結(jié)果是一致的并容易再現(xiàn)。
使用的聚氯丁二烯的具體類型取決于在所要應(yīng)用中所要求的性質(zhì)(例如可燃性、耐油性、韌性、伸長性、結(jié)晶速度、抗結(jié)晶性等)。
聚氯丁二烯壓合式粘合劑的市購的增粘劑包括天然的和改性的樹脂、聚萜烯樹脂、酚醛樹脂、酚醛改性的萜樹脂以及脂肪族石油烴樹脂。
金屬氧化物如氧化鎂和氧化鋅通過中和聚氯丁二烯老化時放出的鹽酸用作酸接受劑，使材料同聚氯丁二烯壓合式粘合劑接觸時材料的變質(zhì)降至最小。另外，它們還作為聚氯丁二烯的固化劑，從而提高產(chǎn)生的粘合劑的抗張強度，并有助于室溫下交聯(lián)。
抗氧劑可防止氧化和褪色。適用于配制聚氯丁二烯壓合式粘合劑的抗氧劑有苯基α-萘胺、苯基-β-萘胺、苯基-β-萘以及2，2’-亞甲基-雙(4-甲基-6-叔丁基酚)。
所要求的VOC的降低值是低于400克/升。所要求的VOC是200-400克/升，在一優(yōu)選的具體實施方案中是390克/升。按照本發(fā)明，加工步驟，特別是使用本發(fā)明的剪切加工可使粘度降低10-70％以上。這種粘度范圍可以用加壓金屬容器或加壓噴霧罐噴涂，以及少量用途的氣溶膠噴涂。
這些氣溶膠噴霧機構(gòu)的實例公開于美國專利4,401,272和5,444,112中。4,401,272專利公開了一種氣溶膠噴嘴結(jié)構(gòu)，可用于配制可溶的聚氯丁二烯的氣溶膠粘合劑。但是，這篇專利4401272公開的噴頭可容許氣溶膠固體含量高達11.1％。使用本發(fā)明，這些氣溶膠噴嘴可以噴固體濃度超過11.1％的氣溶膠。
根據(jù)具體應(yīng)用類型的粘合劑用量，上述制備的粘合劑可以包裝在未加壓的大容器中，如55加侖筒或5加侖提筒大容器的粘合劑可以由加壓的噴罐系統(tǒng)施用。
本發(fā)明還提供了由上述方法制備的壓合式粘合劑。最一般地說，這種壓合式粘合劑是具有可霧化的ASTM D 1084賽波特粘度和固體含量高于30％重量的溶劑/橡膠/樹脂摻合物。
實施例下面各表提供了按照本發(fā)明制造的粘合劑組合物的方法的實施例。這些方法說明從單步加工到多步加工的各步，后者六次向摻合物中加入橡膠和樹脂。表1含36％固體的粘合劑VOC ASTM D 3960＝380克/升<
表2含40％固體的粘合劑VOC ASTM D 3960＝593克/升<
表3含50％固體的粘合劑VOC ASTM D 3960＝365克/升
表4含55％固體的粘合劑VOC ASTM D 3960＝242克/升
表5含60％固體的粘合劑VOC ASTM D 3960＝230克/升
表6含65％固體的粘合劑VOC ASTM D 3960＝191克/升
本發(fā)明的一個具體實施例是830 Lockweld高度耐燃的高固體含量的噴涂級壓合式粘合劑。830粘合劑是聚氯丁二烯合成橡膠和酚醛樹脂在甲苯、丙酮、石腦油以及環(huán)己烷的溶劑系統(tǒng)的混合物。830粘合劑具有36％重量的高固體含量，而一般的較典型的耐燃產(chǎn)品的固體含量為17.5-18％重量。
830粘合劑在每加侖7.4磅下為紅色，粘度900±400厘泊。固體含量是36.0±1.0％重量。用此粘合劑得到的覆蓋度在每平方英尺2.5千克下約為每加侖241粘合平方英尺。
用830粘合劑，一加侖足可以覆蓋482平方英尺面積或在覆蓋率為每一表面上每平方英尺2.5千克粘合劑下將241平方英尺高壓裝飾層壓板(HPDL)粘合于241平方英尺基體上。
這種粘合劑按本發(fā)明的方法制造，在木材加工方面用處極廣，特別是在粘合層壓板和非金屬基體，如刨花板、膠合板或?qū)訅喊濉?br> 用于涂布這種粘合劑所用的設(shè)備的實施例如下推薦的設(shè)備噴槍 流體噴嘴 氣帽Blinks 66ss66SD-3Model 95Model 7B/CModel 62Model 18SSModel 692001 SS2001噴槍 流體噴嘴 氣帽DeVilbussFF 797JGA-510MSA-510自動噴涂噴槍 流體噴嘴 氣帽Binks 66ss 66SD-3Model 61DeVibussAGX 510FF797
對于空氣源，連續(xù)80-100磅/英寸2的空氣源用于每分鐘20立方英尺的噴嘴。流體壓力應(yīng)能支承12-14磅/英寸2，泵的壓力應(yīng)為30-50磅/英寸2。
本發(fā)明已經(jīng)以說明方式敘述，應(yīng)理解的是，所用的專門術(shù)語只是敘述而不是限制。顯然，鑒于上述說明，本發(fā)明可以有一些改進和變種。因此，可以理解，除非專門指出，在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種制造壓合式粘合劑的方法，此法包括將溶劑、橡膠摻合物和樹脂的一種或多種混合，生成用于制造壓合式粘合劑的摻合物；以及將摻合物加工直到粘度降低達到要求，并得到最后固體含量大于30％重量的產(chǎn)品。
2.權(quán)利要求1的方法，還包括下面各步在加工步驟后向混摻合物中加入附加的橡膠或樹脂；將含有附加橡膠或樹脂的摻合物進一步加工，直到粘度降低達到要求；以及重復(fù)加入和進一步加工步驟直到粘度降低達到要求并得到最后固體含量大于30％重量的產(chǎn)品。
3.權(quán)利要求1的方法，還包括以下各步在加工步驟后，向摻合物中加入附加的橡膠和樹脂；將含有附加橡膠或樹脂的摻合物進一步加工，直到粘度降低達到要求；以及重復(fù)加入和進一步加工步驟直到粘度降低達到要求并得到最后固體含量大于30％重量的產(chǎn)品。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所說的加工步驟包括將摻合物剪切使達到所要求的粘度。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所說的加工步驟使粘度至少降低10％。
6.權(quán)利要求1的方法，其中橡膠是聚氯丁二烯合成橡膠的摻合物。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所說的樹脂是酚醛樹脂。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所說的溶劑是選自芳香烴、酮類、脂肪烴、醇類和酯類。
9.權(quán)利要求1的方法，其中壓合式粘合劑是聚氯丁二烯橡膠、酚醛樹脂、甲苯、丙酮、石腦油和環(huán)己烷的混合物。
10.權(quán)利要求1的方法，其中所要求的VOC低于400克/升。
11.一種壓合式粘合劑包括粘度可以霧化的和固體含量大于30％重量的溶劑/橡膠/樹脂摻合物。
12.權(quán)利要求11的壓合式粘合劑，進一步定義為具有所要求的粘度同時其固體含量大于30％重量的氯丁二烯/甲基丙烯酸共聚物、聚氯丁二烯、氧化鎂、增粘劑、抗氧劑、有機溶劑和水的混合物。
13.權(quán)利要求11的壓合式粘合劑，其固體含量為30-65％重量。
14.權(quán)利要求13的壓合式粘合劑，其中所說的固體含量優(yōu)選為35-55％重量。
15.權(quán)利要求14的壓合式粘合劑，其中所說的固體含量是36％重量。
16.權(quán)利要求11的壓合式粘合劑，其中所說的有機溶劑選自芳香烴、酮類、脂肪烴、醇類和酯類。
17.權(quán)利要求16的壓合式粘合劑，其中所說的丙酮濃度占溶劑混合物體積60％以上。
全文摘要
一種制造壓合式粘合劑的方法,包括將溶劑同橡膠摻合物和/或樹脂混合以制造壓合式粘合劑,然后,將溶劑/橡膠/樹脂摻合物加工直到粘度降低達到要求并得到固體含量大于30%重量的產(chǎn)品。此壓合式粘合劑的粘度能使固體含量大于30%重量的粘合劑霧化。
文檔編號C09J121/00GK1243853SQ9910675
公開日2000年2月9日 申請日期1999年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月30日
發(fā)明者D·C·帕維斯二世, J·J·阿奇, J·P·瓊斯 申請人:普雷馬克Rwp控股公司