快速固化的环氧粘合剂组合物制造技术

本公开涉及一种可固化组合物，该可固化组合物包含：a)环氧树脂；b)包括至少一种脂环族胺的环氧固化剂；c)至少3重量％的金属三氟甲磺酸盐催化剂；d)任选地，脂肪酸聚酰胺；以及e)任选地，填充材料。本公开的组合物尤其适用于结构组件，尤其是用于夹层结构中的灌封和填充操作。本公开还涉及一种复合组件和使用这类环氧树脂基可固化组合物的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开整体涉及环氧树脂基可固化组合物，更具体地涉及环氧树脂基可固化粘合剂组合物的领域。本公开的组合物尤其适用于结构组件，特别是用于夹层结构中的灌封和填充操作。本公开还涉及一种复合组件和多种使用这类环氧树脂基可固化组合物的方法。
技术介绍
结构粘合剂是可通过相当于机械紧固件的机械强度来粘结材料的粘合剂组合物。它们可用于取代或增强常规的连接技术，诸如焊接、硬钎焊或机械紧固件(诸如螺母和螺栓、螺丝和铆钉)。具体地，在运输和建筑工业中，结构粘合剂可对机械紧固件呈现出轻重量的支持或甚至作为机械紧固件的替代品。环氧树脂基组合物长期以来以其良好的粘合性能和机械性能而闻名，并被广泛地作为粘结剂用于多种应用中。这些组合物中的许多包含潜在性的固化剂(例如，双氰胺、酸酐或芳香族胺，诸如例如二氨基二苯砜)，并需要高温来固化粘合剂组合物。这类粘合剂体系被称为“单组分体系”。其它具有更具反应性的固化剂的环氧粘合剂配方可在较低温度下固化。这类体系被称为“双组分体系”，因为环氧树脂的至少大部分保持与固化剂分离以避免过早交联。该两部分在施加粘合剂时结合，以引发固化反应。夹层结构板，尤其是所谓的“蜂窝板”经常用于隔板、储存室底板和飞机内部内的其他应用。蜂窝板的其它应用为：飞机飞行控制表面；移动式军事庇护所；各种地面支持设备；以及电子器件机柜。蜂窝板通常是优选的，因为它们具有较高的强度重量比并且因为它们可易于构造成符合飞机内部中所需的构造。与蜂窝板的使用有关的一个问题是设备对其的附接。因为蜂窝板的内芯通常由具有大量开放空间的多孔材料组成，所以穿进板中开口中的螺丝或螺栓未获得许多抗拔力。出于此原因，用于提供螺纹构件诸如螺栓对蜂窝板的附接的手段的标准技术已采用各种类型的插入件的使用。蜂窝板中使用的插入件的示例在例如US3,271,498(Rohe等人)和US3,282,015(Rohe等人)中有所描述。如例如US4,941,785(Witten)中所述，环氧粘合剂通常与插入件组合使用，以便一旦环氧粘合剂发生硬化就将插入元件牢固地安装在板内。一般来讲，在适当地施加组合物之后，结构环氧粘合剂的粘结强度继续良好地建立，有时粘合剂组合物需要数小时或甚至数天来达到其极限强度。因此，在通常的粘合剂工业中，尤其是对于飞机内部之内的结构组件应用，对于通常使生产速率提高并使粘结操作更快的快速固化产品存在强烈需要。在航天内部工业中，聚氨酯基组合物由于其高固化速率而通常用于内部板中的插入灌封操作。然而，由于持续发展和日益严格的规定要求，这些已知的聚氨酯基组合物已变得不适合，这归因于其差的阻燃特性并且归因于其毒理学分类。在不对与本领域已知的聚氨酯基粘合剂组合物相关联的技术优势提出质疑的情况下，对适用于结构组件应用并且可有利地替代已知组合物的快速固化的环氧树脂基可固化组合物仍存在强烈的需求。本专利技术的结构粘合剂和方法的其它优点将从以下描述中显而易见。
技术实现思路
根据一个方面，本公开涉及一种可固化组合物，该可固化组合物包含：a)环氧树脂；b)包括至少一种脂环族胺的环氧固化剂；c)至少3重量％的金属三氟甲磺酸盐催化剂；d)任选地，脂肪酸聚酰胺；以及e)任选地，填充材料。在另一个方面，本公开涉及一种包括设置有空隙的夹层结构的复合组件，其中所述空隙的至少一部分填充有上述可固化组合物。根据本公开的另一方面，提供了一种填充夹层结构中的空隙的方法，该方法包括以下步骤：a)提供上述可固化组合物；b)使用可固化组合物填充被包括在夹层结构中的所述空隙的至少一部分；以及c)使可固化组合物固化。在另一方面，本公开涉及上述可固化组合物用于工业应用的用途，尤其是用于建筑、汽车、航空或航天工业中的制造和修复操作的用途。在另一方面，本公开涉及上述可固化结构粘合剂组合物用于将插入件灌封在夹层结构，具体地蜂窝结构中的用途。具体实施方式在详细解释本公开的任何实施方案前，应当理解，本公开的应用并不限于下文描述提及的构造与组件布置方式的细节。本专利技术能具有其它实施方案，并且能够以多种方式实践或进行。另外，应当理解，本文使用的措词和术语是用于说明目的而不应视为限制性的。与“由...组成”的使用相反，“包括”、“含有”、“包含”或“具有”及其变体的使用意指涵盖其后所列举的项目及其等同物，以及另外的项目。“一个(种)(a/an)”的使用意指涵盖“一个(种)或多个(种)”。本文引述的任何数值范围都旨在包括从该范围的下限值到上限值的所有值。例如，1％至50％的浓度范围旨在为缩写且旨在明确公开1％和50％之间的值，比如2％、40％、10％、30％、1.5％、3.9％等。根据第一方面，本公开涉及一种可固化组合物，该可固化组合物包含：a)环氧树脂；b)包括至少一种脂环族胺的环氧固化剂；c)至少3重量％的金属三氟甲磺酸盐催化剂；d)任选地，脂肪酸聚酰胺；以及e)任选地，填充材料。在本公开的上下文中，已意外地发现上述可固化组合物在室温下提供了快速固化，同时保留了优异的可挤出特性，这使得该可固化组合物显著适用于结构组件应用，尤其适用于夹层结构，具体地蜂窝结构中的灌封和填充操作。特别是已发现包括至少一种脂环族胺的环氧固化剂与按可固化组合物的重量计至少3重量％的量的金属三氟甲磺酸盐催化剂(作为固化促进剂)的特定且独特的组合允许实现快速固化，当根据实验部分中所述的测试方法在23℃下测量时，通常使得对应于达到≥50的肖氏硬度D的时间的固化速率达到小于90min、优选小于60min，同时保留了优异的可挤出性能，当根据实验部分中所述的测试方法在23℃下测量时，通常为至少20g/min的挤出速率。不希望受理论的束缚，据信由脂环族胺固化剂提供的低粘度特性允许使用大量的金属三氟甲磺酸盐固化催化剂，使得可实现所需的高固化速率，同时仍保持可固化组合物的优异可挤出特性。促进包含胺基固化剂的环氧树脂基组合物的固化的普遍已知的方法在于使用硝酸钙和叔胺的组合作为固化促进剂。已发现该已知的促进剂体系不适用于结构组件应用，尤其是不适用于夹层结构中的灌封和填充操作，其原因在于使用高水平的硝酸钙将使得达到不适当的高水平粘度，该高水平粘度不利地影响所得可固化组合物的可挤出特性以至于在某些实施方案中所得可固化组合物变为不可挤出的。根据本公开的结构粘合剂组合物可在结构组件应用中，尤其是对于夹层结构，具体地蜂窝结构中的灌封和填充操作存在特定用途。此外，可另外发现本公开的可固化组合物适用于其它工业应用，尤其适用于建筑、汽车、航空或航天工业中的制造和修复操作。根据本公开的结构粘合剂组合物是常规聚氨酯基组合物的轻重量且更安全的替代品，这些常规聚氨酯基组合物通常用于内部板中的插入灌封操作并且不适合满足可接受的阻燃性和毒理学要求。在本公开的上下文中，术语“固体”或“液体”是指环境条件(23℃，101kPa)。根据本公开的可固化组合物包含环氧树脂。环氧树脂是具有一个或多个环氧官能团的聚合物。通常，但非排他地，这些聚合物包含衍生自具有环氧官能团的单体的重复单元，但环氧树脂还可包括，例如，包含环氧基团的有机硅基聚合物，或者涂覆有环氧基团或通过其改性的有机聚合物颗粒，或涂覆有含环氧基团的聚合物或分散在其中或通过其改性的颗粒。环氧官能团允许树脂进行交联反应。环氧树脂可具有至少1、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可固化组合物，所述可固化组合物包含：a)环氧树脂；b)包括至少一种脂环族胺的环氧固化剂；c)至少3重量％的金属三氟甲磺酸盐催化剂；d)任选地，脂肪酸聚酰胺；以及e)任选地，填充材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.17 EP 14172755.21.一种可固化组合物，所述可固化组合物包含：a)环氧树脂；b)包括至少一种脂环族胺的环氧固化剂；c)至少3重量％的金属三氟甲磺酸盐催化剂；d)任选地，脂肪酸聚酰胺；以及e)任选地，填充材料。2.根据权利要求1所述的可固化组合物，所述可固化组合物包含至少3.5重量％、至少4.0重量％、至少4.5重量％、至少5.0重量％、至少5.5重量％、或甚至至少6重量％的金属三氟甲磺酸盐催化剂。3.根据权利要求1或2中任一项所述的可固化组合物，所述可固化组合物包含小于15重量％、小于12重量％、小于10重量％或甚至小于8重量％的金属三氟甲磺酸盐催化剂。4.根据前述权利要求中任一项所述的可固化组合物，其中所述金属三氟甲磺酸盐催化剂选自由以下项组成的组：三氟甲磺酸钙、三氟甲磺酸镁、三氟甲磺酸锂、三氟甲磺酸镧以及它们的任何组合或混合物。5.根据前述权利要求中任一项所述的可固化组合物，其中所述金属三氟甲磺酸盐催化剂选自由三氟甲磺酸钙和三氟甲磺酸镁组成的组。6.根据前述权利要求中任一项所述的可固化组合物，其中所述金属三氟甲磺酸盐催化剂包括三氟甲磺酸钙。7.根据前述权利要求中任一项所述的可固化组合物，其中所述脂环族胺选自由以下项组成的组：1，4-二氨基环己烷；4，4′-二氨基二环己基甲烷；1，3-二氨基环戊烷；4，4′-二氨基二环己基砜；4，4′-二氨基-二环己基-丙烷-1，3；4，4′-二氨基-二环己基-丙烷-2，2；3，3′-二甲基-4，4′-二氨基二环己基甲烷；3-氨甲基-3，3，5-三甲基环己基胺(异佛尔酮二胺)；氨甲基三环癸烷；以及它们的任何组合或混合物。8.根据前述权利要求中任一项所述的可固化组合物，当根据实验部分中所述的测试方法在23℃下测量时，所述可固化组合物提供的达到≥50的肖氏硬度D的时间小于90min、小于80min、小于7...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏海勃·埃尔吉姆阿维，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US