[发明专利]具有高伸长率和优异的热稳定性的单组分环氧改性聚氨酯和/或聚脲粘合剂以及使用其的装配工艺

说明书

单组分环氧改性聚氨酯和/或脲粘合剂包含非常高含量的含反应性氨基甲酸酯基团和/或脲基团的增韧剂、环氧树脂和环氧硬化剂。这些粘合剂被配制成在高温下固化，并令人惊讶地提供高伸长率、优异的热稳定性和良好的粘合性。

本发明涉及单组分环氧改性聚氨酯粘合剂和使用那些粘合剂的装配工艺。

在汽车装配时，通常通过将部分或全部装配的车身框架浸入涂层浴中，然后烘烤涂覆组件以固化涂层材料来施加涂层。烘烤步骤将车身框架暴露于标称约160°的温度。但是，烤箱中存在显著的温度梯度。举例来说，烤箱的上部区倾向于比其它区域显著更热。烤箱内的局部温度可能会达到180-210℃。

过去，汽车车身结构完全或几乎完全由钢部件制得，它们主要通过焊接紧固在一起。最近，该工业已转向结构粘合剂以减少焊接数量，或完全消除焊接。这些结构粘合剂通常是增韧的单组分环氧树脂类型。这些是需要高温才能固化的潜伏性粘合剂。当固化时，这些粘合剂表现出对金属表面的强粘附力，即使当施用粘合剂时那些表面是油性的，并且当固化时它们形成的粘合剂粘合具有非常高的动态抗剥离性。环氧粘合剂能够与涂层同时固化。由于这些增韧环氧粘合剂具有很高的耐热性，因此它们可以承受烘烤固化步骤的温度。

增韧环氧粘合剂的配方包括“增韧剂”，其帮助固化粘合剂在碰撞情况下抵抗失效。增韧剂封端了在固化反应条件下可以变解封并与环氧树脂反应的异氰酸酯基。这种类型的增韧剂描述于例如美国专利第5,202,390号、美国专利第5,278,257号、WO 2005/118734、WO 2007/003650、WO2012/091842、美国公开专利申请第2005/0070634号、美国公开专利申请第2005/0209401号、美国公开专利申请2006/0276601、EP-A-0 308 664、EP 1 498441A、EP-A 1 728 825、EP-A 1 896 517、EP-A 1 916 269、EP-A 1 916 270、EP-A 1 916272和EP-A-1 916 285中。

汽车工业的另一个趋势是朝着替代的结构材料迈进。钢部件正在被重量更轻和/或提供增强的设计能力或美学特征的其它材料所取代。现代车身通常由两种或两种以上不同材料制得的部件制得。

加入不同材料更加重视适合的粘合剂的开发，因为焊接可能是不可能的，并且其它类型的机械紧固件的使用增加了复杂性、成本和重量。不幸的是，当把不同材料加入彼此时，单组分增韧环氧结构的粘合剂并不总是有用。这是因为不同的材料会随着温度的变化在它们膨胀和收缩程度方面变化显著。它们在烘烤固化步骤时以不同的量膨胀。如果部件过于牢固地粘合在一起，则它们不能相对于彼此“移动”以减轻由不均匀膨胀(以及随后在组件被冷却时发生的不均匀收缩)引起的应力，并且组件可能永久变形或者粘合剂粘合可能会失效。单组分增韧环氧粘合剂是具有非常低的断裂伸长率(通常为10％或更低)和高弹性模量的刚性材料，不能适应不均匀的热膨胀和收缩。

聚氨酯粘合剂易于配制成具有高伸长率，从这一考虑将非常适用于这些应用。聚氨酯粘合剂的缺点是它们的热稳定性较差。当经受车辆涂层固化的烘烤温度时，聚氨酯粘合剂降解。

所需要的是具有类似于聚氨酯粘合剂的伸长率和弹性模量性能，但是另外在固化汽车烘烤涂层时通常遇到的温度下热稳定的粘合剂。粘合剂应牢固地粘附到各种衬底上，并展现出高抗冲击剥离性。

本发明在一个方面是单组分环氧改性聚氨酯和/或脲粘合剂，包含以下混合物：

组分A和B中的至少一种，其中组分A)是一种或多种非橡胶改性环氧树脂，并且组分B)是一种或多种橡胶改性环氧树脂；

C)一种或多种数均分子量高达35,000的含反应性氨基甲酸酯基和/或脲基的增韧剂，所述增韧剂具有至少一种重量为至少1000原子质量单位的聚醚或二烯橡胶链段，以及其中至少75％为单酚或多酚封端的异氰酸酯基的封端的异氰酸酯基；

D)任选地，一种或多种核-壳橡胶；

E)一种或多种潜伏性环氧固化剂；以及