[发明专利]用于增强成膜的水性底漆组合物及其使用方法

说明书

一种水基粘合底漆组合物和在粘合剂粘合之前将所述水基粘合底漆组合物施加至金属表面上的方法。所述粘合底漆组合物是含有水、一种或多种环氧树脂、一种或多种固化剂、硅烷化合物、少量碳酸亚丙酯(PC)和任选的添加剂的水基分散体。所述粘合底漆组合物可通过喷涂形成基本上光滑的膜，且同时符合环境法规并提供高粘合性能。

在复合结构的制造中，特别是在航空和汽车工业中，通常使用结构粘合剂将所制造的金属结构体粘合至金属或复合粘合体或将经树脂浸渍的纤维状强化物的一或多个预浸体铺层层压至所制造的金属结构体。在所述结构体被连接之后，粘合通常需要固化所述结构粘合剂。通常，为确保最大程度的粘合强度，在即将粘合之前小心地清洁掉一个或多个金属表面的污垢、土、油脂和金属氧化产物。不幸的是，该程序在大多数情况下通常无法使用，因为清洁与粘合操作通常被长的停工时间段隔开。在这样的时间段期间，金属表面可能变得水解的，降低了粘合物的粘合强度。克服这一困难的解决方法是将底漆施加至经清洁的一个或多个金属表面上。

常规的底漆通常是通过将热固性树脂溶解在挥发性有机溶剂中来制备，这样的有机溶剂例如丙酮、异丙醇、四氢呋喃(THF)、甲基醚酮、乙二醇、二甲苯、甲苯、乙酸乙酯等等。这样的基于溶剂的底漆在固化之前被喷涂到金属表面上时可形成光滑的膜。然而，出于毒理学和环境二者的原因，含有大量挥发性有机化合物(“VOC”)的底漆的使用受到越来越多的审查。因此，水基底漆变得更可取。然而，市售的包含环氧树脂的水基粘合底漆在其经由喷涂施加时往往形成粉末(粉末状)涂层，且所得的风干膜在固化之前具有较差的抗刮擦性或抗摩擦性。如果底漆在固化之前被刮掉，则这在结构粘合中可成问题。抗刮擦性或抗摩擦性与风干后的底漆膜在对上面具有底漆膜的金属部件进行处理期间的抵抗刮擦或摩擦(即通过摩擦被移除)的能力相关。

使用底漆的另一重要的考虑因素是在金属表面与被粘合至金属表面的材料之间形成的接头的耐用性和抗腐蚀性。这在结构应用(如飞机结构)中尤为重要，因为这些接头被暴露于宽范围的具有极端温度、高湿度和高腐蚀性海洋环境的环境条件下。为了避免接头失效并符合严格的商用客机和货机标准，结构部件的经粘合剂粘合的接头必须耐受恶劣的环境条件，并且具体而言是耐腐蚀和耐潮湿、含盐环境中的解体，特别是来自海沫或除冰材料的那些。这些接头的失效通常开始于水扩散通过粘合剂，然后腐蚀底层的金属结构。

仍然需要一种使用底漆调配物粘合金属结构体的方法，所述底漆调配物可通过喷涂形成基本上光滑的膜，且同时符合环境法规、提供高粘合性能和腐蚀保护。

概述

本文公开了一种在经由可固化的粘合剂将金属表面粘合至第二基材之前将单组分的水基粘合底漆组合物施加至第一基材的金属表面上的方法。所述粘合底漆组合物是一种含有水、一种或多种环氧树脂、一种或多种固化剂、硅烷化合物、少量碳酸亚丙酯(PC)和任选的添加剂的水基分散体。

附图简述

图1A是示出根据一个实施方案的由包含碳酸亚丙酯的调配物形成的底漆膜的表面的摄影图像。

图1B是示出由不含溶剂的对照调配物形成的底漆膜的表面的摄影图像。

图2是示出根据另一实施方案的由包含碳酸亚丙酯的调配物形成的底漆膜的表面的摄影图像。

详述

本公开的粘合底漆组合物提供给金属材料、特别是用于航空工业中的铝和铝合金腐蚀保护和增强的粘合能力。已经发现，碳酸亚丙酯的存在通过能够形成在固化前抗刮擦并抗摩擦且在固化后抗溶剂擦拭的光滑底漆膜来增强所述底漆组合物的成膜。另外，碳酸亚丙酯可以通过与所述底漆组合物中的某些水溶性固化剂/催化剂反应而起到缓冲剂的作用，以稳定并提供中性的pH(约7±0.5)。一些水溶性固化剂和催化剂(例如咪唑)往往溶解于所述水基底漆组合物中以形成具有高碱性pH的溶液，从而对底漆膜至金属表面的粘合产生负面影响。因此，碳酸亚丙酯是所述底漆组合物中的多功能组分。