A primer for use with a thermosetting adhesive

Abstract

The present disclosure provides for a primer for use with a thermosetting adhesive. The primer includes a first resin having a surface free energy of 29 dynes / cm to 37 dynes / cm, and a second polar resin having a surface free energy of at least 37 dynes / cm, where the primer includes the first resin and the second polar resin in a weight ratio in the range of 10: 0 to 1: 9. The present disclosure further includes a multi-layered structure that includes a first adherend, a second adherend adjacent the first adherend, the primer layer on at least the first adherend and a thermoset adhesive in contact with the primer layer and joining the first adherend and the second adherend.

Description

A PRIMER FOR USE WITH A THERMOSETTING ADHESIVETechnical Field

[0001] The present disclosure relates to a primer for use with a thermosetting adhesive.Background

[0002] With the demands for re-workability, recyclability and low carbon footprint emission for the whole life cycle, detachable adhesives have been widely requested in flexible packaging, electric vehicle (EV) battery, and pressure sensitive adhesive (PSA) related markets. This is especially true for detachable thermosetting adhesives due to their cross-linked structure and good bonding abilities. Such detachable adhesives can include water-borne, solvent-borne, or solventless adhesives, where the bonded substrates can be metal, non-metal or polymers such as polyurethane, epoxy or polyacrylate. At workable conditions, the detachable adhesives maintain acceptable performance while detachment could be achieved under some predetermined triggering condition.

[0003] In order to detach an adhesive layer on a substrate, traditional physical methods such as mechanical prying by a lever, laser treatment or mechanical cutting have been widely applied in the market. These are straightforward methods that work with high efficiency. However, sometimes it can also damage the detached substrates, which hinder its application, especially for EV battery pack due to the large size of the pack and high bonding strength between battery cell and pack substrates.

[0004] Other approaches for providing detachable adhesives and trigger methods include the use of UV light, ultrasound, electrical, magnetic, chemical or thermal treatments, which can be applied in the process. Organic solvent based techniques have also been used in detachment, but they have environmental health and safety issues and sometimes are unable to penetrate sufficiently into the adhesive layers. Similarly, the use of base or acid based solvents in detachment are limited due to their corrosive properties. It is, however, difficult to detach thermosetting adhesives using these techniques, and the introduction of additives into adhesive formulation, or introduction of detachable bonds in adhesive resin backbones can damage the adhesive's performance due to compatibility issue or weak bond in the backbone. Besides, some trigger conditions such as the use of high temperatures can lead to damage of the substrate, which is undesirable. Therefore, there is a need in the art for an effective way of de-bonding thermosetting adhesives.Summary

[0005] There is a strong need in the art for detachable thermoset based adhesives. To this end, the present disclosure provide for a primer for use with a thermoset adhesive. For the various embodiments, the primer of the present disclosure can be used as a primer layer along with an adhesive layer in a multi-layer structure, as provided herein. For the various embodiments, the primer layer as provided herein can be a thermoplastic, while the adhesive layer can be a thermoset adhesive. As discussed herein, the primer of the present disclosure is a mixture of a first resin and a second polar resin, where the first resin is a less-polar resin as compared to the second polar resin. The primer can be dissolved in a solvent (e.g., a solvent-borne primer) , or dispersed into water with the help of a surfactant (e.g., a waterborne primer) , or melt blended directly (e.g., a hot-melted primer) . The primer of the present disclosure, however, is not a pressure sensitive adhesive (PSA) . In addition, the primer of the present disclosure is directly bonded with a substrate and an adhesive (e.g., a thermoset adhesive) . The primer layer of the present disclosure helps to provide de-bonding at low temperature, as discussed herein.

[0006] The primer of the present disclosure includes a first resin having a surface free energy of 29 dynes / cm to 37 dynes / cm, and a second polar resin having a surface free energy of at least 37 dynes / cm, where the primer includes the first resin and the second polar resin in a weight ratio in the range of 10: 0 to 1: 9. The primer of the present disclosure has been developed for, among other things, detaching a thermosetting adhesive in EV batteries at low temperature.

[0007] For the various embodiments, the primer includes the first resin and the second polar resin, both as described herein, in a weight ratio in the range of 10: 0 to 1: 9. In additional embodiments, the weight ratio of the first resin and the second polar resin is in the range of 10: 0.1 to 2: 8. In further embodiments, the weight ratio of the first resin and the second polar resin is in the range of 9: 1 to 3: 7.

[0008] For the various embodiments, the first resin can be selected from the group consisting of maleic anhydride grafted chlorinated polyolefin (MAH-g-CPO) , maleic anhydride grafted styrene-ethylene-butylene-styrene (MAH-g-SEBS) , styrene-ethylene-butylene-styrene (SEBS) , maleic anhydride grafted ethylene-vinyl acetate (MAH-g-EVA) , chlorinated polyolefin (CPO) , ethylene-vinyl acetate (EVA) and combinations thereof. For the various embodiments, each of the MAH-g-CPO, MAH-g-SEBS and MAH-g-EVA can include up to 10 wt. %of MAH based on the total weight of the respective first resin.

[0009] For the various embodiments, the second polar resin can be selected from the group consisting of thermoplastic polyurethane (TPU) , polyacrylate, polyester, epoxy, tackifier resins such as rosin, hydrogenated rosin or rosin ester, acrylate, terpene resin, phenolic tackifiers, C5 or C9 petroleum resin, polyethylene terephthalate (PET) or other polyester resins and mixtures thereof.

[0010] For the various embodiments, the primer can be dissolved in an organic solvent to form a solvent-borne composition. For the various embodiments, the organic solvent can be selected from toluene, xylene, methyl cyclohexane, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, butyl acetate and combinations thereof. In an alternative embodiments, the primer can be dispersed in water to form a water-borne composition. In additional embodiments, the primer can be melt blended to form a solventless (hot-melted) composition. For the various embodiments, the thermosetting adhesive can be selected from polyurethane, polyacrylate, epoxy, a polyester resin that can include polyethylene terephthalate (PET) , polysiloxane and combinations thereof.

[0011] For the various embodiments, the present disclosure also provides for a multi-layered structure. For the various embodiments, the multi-layered structure includes a first adherend, a second adherend adjacent the first adherend, a primer layer on at least the first adherend, where the primer layer is formed from the primer of the present disclosure as provided herein, and a thermoset adhesive in contact with the primer layer and joining the first adherend and the second adherend. For the various embodiments, the adherend can be selected from a metal that includes aluminum, steel, steel alloy; a polar polymer that includes epoxy, polyurethane, polyacrylate and a polyester resin that includes polyethylene terephthalate (PET) . But less polar polymers such as polyethylene (PE) , polypropylene (PP) , polyvinyl chloride (PVC) , polyolefin elastomer (POE) , their derivatives or mixtures are not included as the adherend in the present disclosure. For the various embodiments, the first adherend and the second adherend adjacent the first adherend detach under a force applied at a temperature of -60 to -10 ℃. Preferably, the first adherend and the second adherend adjacent to the first adherend detach under a force at a temperature of -50 ℃ to -20 ℃. For the various embodiments, the present disclosure also provides for an electric vehicle battery device comprising the multi-layered structure as provided herein.

[0012] The above summary of the present disclosure is not intended to describe each disclosed embodiment or every implementation of the present disclosure. The description that follows more particularly exemplifies illustrative embodiments. In several places throughout the application, guidance is provided through lists of examples, which examples can be used in various combinations. In each instance, the recited list serves only as a representative group and should not be interpreted as an exclusive list.Brief Description of Drawings

[0013] Fig. 1 provides an illustration of an embodiment of a multi-layered structure according to the present disclosure.Detailed Description

[0014] There is a strong need in the art for detachable thermoset based adhesives. To this end, the present disclosure provide for a primer for use with a thermoset adhesive. For the various embodiments, the primer of the present disclosure can be used as a primer layer along with an adhesive layer in a multi-layer structure, as provided herein. For the various embodiments, the primer layer as provided herein can be a thermoplastic, while the adhesive layer can be a thermoset adhesive. As discussed herein, the primer of the present disclosure is a mixture of a first resin and a second polar resin, where the first resin is a less-polar resin as compared to the second polar resin. The primer can be dissolved in a solvent (e.g., a solvent-borne primer) , dispersed in water (e.g., a waterborne primer) or melt blended (e.g., a hot-melted primer) . For the various embodiments, the primer of the present disclosure acts as a surface treatment agent for use with a thermoset adhesive. The primer of the present disclosure, however, is not a pressure sensitive adhesive (PSA) . In addition, the primer of the present disclosure is directly bonded with a substrate and an adhesive (e.g., a thermoset adhesive) . The primer layer of the present disclosure helps to provide de-bonding at low temperature, as discussed herein.

[0015] For the various embodiments, the primer of the present disclosure includes a first resin having a surface free energy of 29 dynes / cm to 37 dynes / cm, and a second polar resin having a surface free energy of at least 37 dynes / cm. Preferably, the primer of the present disclosure includes the first resin having a surface free energy of 29 dynes / cm to 37 dynes / cm, and the second polar resin having a surface free energy of 37 dynes / cm to 50 dynes / cm. Surface energy values can be measured using contact angle techniques as discussed in the Examples section below. As seen, the first resin has a surface free energy value that is less than the surface free energy value of the second polar resin. Preferably, the surface free energy of the first resin is in a range of 29 dynes / cm to 33 dynes / cm.

[0016] For the various embodiments, the first resin can be selected from the group consisting of maleic anhydride grafted chlorinated polyolefin (MAH-g-CPO) , maleic anhydride grafted styrene-ethylene-butylene-styrene (MAH-g-SEBS) , styrene-ethylene-butylene-styrene (SEBS) , maleic anhydride grafted ethylene-vinyl acetate (MAH-g-EVA) , chlorinated polyolefin (CPO) , ethylene-vinyl acetate (EVA) and combinations thereof. For the various embodiments, each of the MAH-g-CPO, MAH-g-SEBS and MAH-g-EVA can include up to 10 wt. %of MAH based on the total weight of the respective first resin. In an additional example, each of the MAH-g-CPO, MAH-g-SEBS and MAH-g-EVA can include up to 5 wt. %of MAH based on the total weight of the respective first resin. Embodiments for MAH-g-CPO include a maleic anhydride grafting degree of greater than 1% (1.6 %) and chlorination degree of greater than 10%. For the various embodiments, the first resin can have a weight average  molecular weight in a range of 10,000 Da to 200,000 Da. Weight average molecular weight values of more than 200,000 Da are also possible. Weight average molecular weight values can be measured by gel permeation chromatography or size exclusion chromatography both using known standards and both as are both known in the art.

[0017] For the various embodiments, the second polar resin can be selected from the group consisting of thermoplastic polyurethane (TPU) , polyacrylate, polyester, epoxy, tackifier resins such as rosin, hydrogenated rosin or rosin ester, acrylate, terpene resin, phenolic tackifiers, C5 or C9 petroleum resin, polyethylene terephthalate (PET) or other polyester resins and mixtures thereof. Herein the melt temperature (Tm) of the second polar resin should be over 50 ℃, preferable over 80 ℃. For the various embodiments, the second polar resin is included with the first resin to both reduce the cost of the primer and / or to improve the bonding strength of the primer layer in the application.

[0018] For the various embodiments, the primer includes the first resin and the second polar resin, both as described herein, in a weight ratio in the range of 10: 0 to 1: 9. In additional embodiments, the weight ratio of the first resin and the second polar resin is in the range of 10: 0.1 to 2: 8. Preferably, the weight ratio of the first resin and the second polar resin is in the range of 9: 1 to 3: 7.

[0019] For the various embodiments, the primer can be dissolved in an organic solvent to form a solvent-borne composition. For the various embodiments, the organic solvent can be selected from toluene, xylene, methyl cyclohexane, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, butyl acetate and combinations thereof. The weight percentage of the organic solvent used with the primer could be from 50 wt. %to 99.9 wt. %, preferable from 80 wt. %to 99.8 wt. %. In an alternative embodiments, the primer can be dispersed in water to form a water-borne composition. The weight percentage of the water used with the primer could be from 40 wt. %to 99.9 wt. %. The wt. %values provided here are based on the total weight of the primer. In additional embodiments, the primer can be melt blended to form a solventless (hot-melted) composition. For the various embodiments, the thermosetting adhesive that is used with the primer of the present disclosure can be selected from polyurethane, polyacrylate, epoxy, a polyester resin that can include polyethylene terephthalate (PET) , polysiloxane and combinations thereof.

[0020] For the various embodiments, the present disclosure also provides for a multi-layered structure. An example of such a multi-layered structure can include an electric vehicle (EV) battery device comprising the multi-layered structure as provided herein. The primer of the present disclosure has been developed for, among other things, detaching thermosetting adhesive in the EV battery at low temperature, where the battery block or module was previously bonded using the primer of the present disclosure and a thermoset adhesive. For the present disclosure, detaching the thermosetting adhesive  in an EV battery can be accomplished with the help of a wedge instrument (e.g., a crowbar or a wedge driven by a hammer) , where the EV battery having the primer layer as described herein is cooled at external refrigeration house or by liquid nitrogen, for example, to a predetermined low temperature. Detachment according to the present disclosure is caused by the difference between primer layer and adhesive layer at the low temperature, and failure is happened around primer layer, and not the adhesive layer, by mechanical prying.

[0021] For the various embodiments, the multi-layered structure includes a first adherend, a second adherend adjacent the first adherend, a primer layer on at least the first adherend, where the primer layer is formed from the primer of the present disclosure as provided herein, and a thermoset adhesive in contact with the primer layer and joining the first adherend and the second adherend. Fig. 1 provides an example of such a multi-layered structure 100. As illustrated, the multi-layered structure 100 can include the first adherend 102, the second adherend 104 adjacent the first adherend, the primer layer 106 on at least the first adherend 102, where the primer layer 106 is formed from the primer of the present disclosure as provided herein, and the thermoset adhesive 108 as discussed herein in contact with the primer layer 106 and joining the first adherend 102 and the second adherend 104.

[0022] For the various embodiments, each of the adherend 102 and the second adherend 104 can be independently selected from a metal that includes aluminum, steel, steel alloy; a polar polymer that includes epoxy, polyurethane, polyacrylate and a polyester resin that includes polyethylene terephthalate (PET) . But less polar polymers such as polyethylene (PE) , polypropylene (PP) , polyvinyl chloride (PVC) , polyolefin elastomer (POE) , their derivatives or mixtures are not included as the adherend in the present disclosure. For the various embodiments, the first adherend 102 and the second adherend 104 adjacent to the first adherend 102 detach under a force at a temperature of -60 to -10 ℃. Preferably, the first adherend and the second adherend adjacent to the first adherend detach under a force at a temperature of -50 ℃ to -20 ℃.

[0023] Examples

[0024] Examples provided herein include the following:

[0025] MAH-g-CPO / hydrogenated rosin based primers

[0026] MAH-g-CPO / hydrogenated rosin having a weight ratio of first resin to second polar resin of 10: 0 to 3: 7

[0027] MAH-g-CPO / TPU based primers

[0028] MAH-g-CPO and TPU from 10: 0 to 6: 4

[0029] MAH-g-CPO / polyacrylate based primers

[0030] MAH-g-CPO / acrylate from 10: 0 to 4: 6

[0031] EVA / polyacrylate based primers

[0032] EVA  / polyacrylate is around 7: 3 to 5: 5

[0033] MAH-g-SEBS / polyacrylate and MAH-g-SEBS / TPU based primers

[0034] MAH-g-SEBS  / polyacrylate is around 7: 3 to 5: 5

[0035] MAH-g-SEBS  / TPU is around 3: 7

[0036] MAH-g-EVA / TPU and MAH-g-POE / TPU based primers

[0037] No

[0038] MAH-g-EVA / polyacrylate and MAH-g-POE / polyacrylate based primers

[0039] No data due to no stable solvent-borne primer samples

[0040] In the application, these primers were firstly coated on substrates, then substrates were further bonded by thermosetting adhesive, and detaching could be easily achieved under low temperature (-30 ℃ or -40 ℃) with the aid of external force, and clean substrate surface with adhesive failure mode could be obtained. Here adhesive failure means that the failure is not happened in adhesive layer itself but between substrate and adhesive layer.

[0041] Table 1 -Raw Materials

[0042] Surface free energy measurement

[0043] Measurement of contact angles on solids yields data that reflect the thermodynamics of a liquid / solid interaction. Calculations based on these measurements produce a parameter (critical surface tension, surface tension, surface free energy, etc. ) , which quantifies the characteristic of the solid surface and its wettability. In the present disclosure, distilled water and diiodomethane were applied in the contact angle measurement at 20 ℃ using a Dataphysics OCA contact angle goniometer, (Germany) . The data indicated that the first resins had less than 37 dynes / cm surface free energy while the second polar resins had at least 37 dynes / cm surface free energy.

[0044] Product Formulations

[0045] Inventive Examples (EX) and Comparable Examples (CE)

[0046] MAH-g-CPO  / hydrogenated rosin based primers

[0047] Primers with different weight ratio of MAH-g-CPO and hydrogenated rosin were prepared and applied in the bonding test and detaching test, results are summarized in Table 1.

[0048] Table 1: MAH-g-CPO  / hydrogenated rosin based EX and CE

[0049] Regarding sample bonded by 2K PU adhesive but without primer, CE-A data indicate that lap shear strength and cross tensile strength are 17.0 MPa and 14.4 MPa, respectively, both of them are dramatically higher than targeted goal of higher than 8 MPa, but it is difficult to achieve detaching at -30 ℃, and the failure mode is cohesive. When the weight ratio of MAH-g-CPO and hydrogenated rosin are changed from 10: 0, 7: 3, 5: 5, 4: 6 and 3: 7 in primer recipes, EX-1 to EX-5 data indicate that  both of lap shear and cross tensile strengths are higher than 8 MPa, and detaching at -30 ℃ could be easily achieved with adhesive failure mode. When the weight ratio of MAH-g-CPO and hydrogenated rosin are changed from 2: 8 to 0: 10 in primer recipes, CE-B data indicate that cross tensile strength is only 6.4 MPa, while CE-C could not pass the low temperature detaching test.

[0050] Lap shear strength and cross tensile strength at -20 ℃ were also measured for all samples. It is found that the strength could be further increased with the temperatures change from room temperature to -20 ℃, and all IEs could also meet targeted bonding strength goal of higher than 8 MPa.

[0051] In short, the primer of the present disclosure with a weight ratio of MAH-g-CPO / hydrogenated rosin from 10: 0 to 3: 7 can achieve low temperature detaching.

[0052] MAH-g-CPO  / thermoplastic polyurethane (TPU) based primers

[0053] Primers with different weight ratio of MAH-g-CPO and TPU were prepared and applied in the bonding test and detaching test, the results are summarized in Table 2.

[0054] Table 2: MAH-g-CPO and TPU based CE and EX

[0055] When the weight ratio of MAH-g-CPO and TPU are changed from 8: 2, 7: 3, and 6: 4 in the primer, EX-6 to EX-8 data indicate that both of lap shear and cross tensile strengths are higher than 8 MPa, and detaching at -30 ℃ could be easily achieved with adhesive failure mode. When the weight ratio of MAH-g-CPO and TPU are changed from 4: 6, 3: 7 and 2: 8 in primer, CE-D, CE-E and CE-F data indicate that all the samples can pass low temperature detaching test, however, the cross tensile strength data are lower than 8 MPa. If the weight ratio of MAH-g-CPO and TPU is 1: 9, both of lap shear strength and cross tensile strength of CE-G example are lower than 8 MPa, at the same time it is failed in low temperature detaching test. If a pure TPU based primer is applied in the test, although CE-H lap shear strength and cross tensile strength are dramatically higher than 8 MPa, it fails in low temperature detaching test.

[0056] In short, the primer with weight ratio of MAH-g-CPO and TPU from 10: 0 to 6: 4 are inventive examples.

[0057] MAH-g-CPO  / polyacrylate based primers

[0058] Primers with different weight ratio of MAH-g-CPO and polyacrylate were prepared and applied in the bonding test and detaching test, the results are summarized in Table 3.

[0059] Table 3: MAH-g-CPO and acrylate based CE and EX

[0060] When the weight ratio of MAH-g-CPO and Polyacrylate is changed from 10: 0, 7: 3, and 4: 6 in primer, EX-9 to EX-10 data indicate that both of lap shear and cross tensile strengths are higher than 8 MPa, and detaching at -30 ℃ could be easily achieved with adhesive failure mode. When the weight ratio of MAH-g-CPO and Polyacrylate is 3: 7, CE-I data indicate that cross tensile is lower than 8 MPa. Further changing the weight ratio of MAH-g-CPO / acrylate to 2: 8, 0: 10, both of the samples failed in low temperature detaching test.

[0061] In short, the primer with weight ratio of MAH-g-CPO / Polyacrylate from 10: 0 to 4: 6 are inventive examples.

[0062] EVA / polyacrylate and EVA / TPU based primers

[0063] The following Table illustrates that with weight ratio of EVA  / polyacrylate EX-11 and EX-12 (7: 3, 5: 5) are inventive examples.

[0064] Table 4 -EVA / polyacrylate and EVA / TPU based EX and CE

[0065] MAH-g-SEBS / TPU and MAH-g-SEBS / polyacrylate based primers

[0066] EX-13 -EX-15 Primers with weight ratio of MAH-g-SEBS  / polyacrylate (7: 3, 5: 5) or MAH-g-SEBS  / TPU (3: 7) are inventive examples.

[0067] Table 5 -MAH-g-SEBS / TPU and MAH-g-SEBS / polyacrylate CE and EX

[0068] Table 6 -MAH-g-EVA / TPU and MAH-g-POE / TPU based primers

[0069] CE-primers with MAH-g-POE  / TPU or MAH-g-EVA / TPU are comparable examples.

[0070] MAH-g-EVA / polyacrylate and MAH-g-POE / polyacrylate based primers

[0071] Gels formed when MAH-g-EVA or MAH-g-POE was mixed with polyacrylate resin in xylene, therefore, no data was acquired.

[0072] Experimental Procedures

[0073] Preparation of solvent-borne primers

[0074] Xylene was introduced into a 4-neck flask equipped with a mechanical stirrer, a reflux condenser, a thermocouple, and inlets for binder particles. The binder particles were added into the flask with designed solid contents (5 wt. %) . The flask was heated to 80 ℃ under stirring and maintained for 1 hour until all the solid particles have been dissolved. The solution was then cooled down to below 30 ℃ and transferred to a bottle. Sealed the bottle, primer samples were obtained and applied for performance tests.

[0075] Lap shear strength tested by Instron

[0076] Epoxy coated Type-3 aluminum (3003) with dimensions of 25 mm x 100 mm x 1.5 mm were used as substrates. Lap shear strength tests were carried out according to GB / T 7124 with below process:

[0077] 1) Clean the substrate surface with ethanol.

[0078] 2) Coat the substrates with primer with the help of a brush, dry at room temperature for over 30 mins until no-sticky surfaces were observed. For comparison, substrates without a primer treatment were also applied in the tests.

[0079] 3) Mask out 25 mm x 12 mm bonding area by using a mask tape.

[0080] 4) Mix Part A and Part B of VoratronTM MA8202S adhesive and put in a speed mixer at 1,000 rpm for 1 min under vacuum condition to make sure thoroughly mixing.

[0081] 5) Apply 0.5 g to 1.5 g adhesive to the bonding area of the substrate. Put two copper wires with diameter 0.2 mm as a spacer to control the thickness of adhesive.

[0082] 6) Along the length direction, stack another substrate with the same bonding area aligned with a head-to-head contact. Press and fasten the bonding surfaces with two clippers side by side.

[0083] 7) Cure the adhesive at 23 ℃ for 7 days.

[0084] 8) Test lap shear strength with a Instron device.

[0085] Cross tensile strength tested with Instron

[0086] Epoxy coated 3003 aluminum cylinder with 60 mm height and 15 mm diameter was used as substrates. Cross tensile strength tests were carried out according to GB / T 6329 with below process:

[0087] 1) Clean the cylinder head surface with ethanol.

[0088] 2) Coat the substrates with primer with help of a brush, dry at room temperature for over 30 mins until dried surfaces were obtained. For comparison, substrates without primer treatment were also applied in the tests.

[0089] 3) Clean the substrate surface by wiping off with ethanol.

[0090] 4) Mix the Part A and Part B of adhesive and put in a speed mixer at 1,000 rpm for 1 min to make sure a thorough mixing.

[0091] 5) Apply 0.5 g to 1 g adhesive on the flat surface of substrate. Put two copper wires with diameter 1 mm as a spacer to control the thickness of adhesive.

[0092] 6) Stack another cleaned substrate with the flat surface bonded together. Keep the stacked substrates vertically so the bonding surfaces can be constantly fastened by gravity force.

[0093] 7) Cure the adhesive at 23 ℃ for 7 days.

[0094] 8) Test cross tensile strength with a Instron device.

[0095] Detaching test

[0096] Epoxy-coated Al substrate was applied in the detaching test following below steps.

[0097] 1) Clean the surface of epoxy-coated Al substrate (size: 10 cm*15 cm *2 mm) by wiping off with ethanol.

[0098] 2) Coat the substrate with primer using a brush, dry at room temperature for over 30 mins until surface is dried. For comparison, substrate without primer treatment is also applied in the tests.

[0099] 3) Mix the Part A and Part B of 2K PU adhesive and put in a speed mixer at 1,000 rpm for 1 min to make sure a thorough mixing.

[0100] 4) Apply 10 g to 15 g adhesive on the surface of substrate or battery cell. Put two copper wires with diameter 1 mm to control thickness of adhesive.

[0101] 5) Along the length direction, stack two substrate together as shown in Figure 2. Press the bonded battery cell with a weight overnight.

[0102] 6) Cure the adhesive at 23 ℃ for 7 days.

[0103] 7) Before detaching test, put bonded battery cell in a temperature controlled chamber (ESPEC CORP. ) for 1 hour at -30 ℃ to guarantee all parts of the samples are at -30 ℃ at the detaching test.

[0104] 8) Quickly take out of the sample from the chamber, fix the battery cell by bench clamp, use screwdriver to pry the bonded sample through gap which is previously treated for better prying. If the bonded battery cell could be easily detached by screwdriver in 1 minute, there is no obvious deformation for bonded substrate, and the failure mode is adhesive (adhesive left only on one side after detaching) , which means that detachment could be achieved and the primer is regarded as an inventive sample. If the bonded battery cell is difficult to be detached in 1 minute, or strong force is needed in detaching process, and there is obvious deformation for bonded substrate, the failure mode is cohesive (adhesive left only on both side after detaching) , which means that detachment is difficult to be achieved and corresponding primer is regarded as a comparable sample.

[0105] Criteria for low temperature triggered detachable approach

[0106] Different applications have different requests for a qualified detachable adhesive. In this disclosure, an innovative thermoplastic primer and a commercial thermosetting adhesive are applied in the test and take effect of a detachable adhesive. In order to quickly screen out suitable approach, below two aspects are our criteria for an inventive example.

[0107] Maintain acceptable bonding strength at room temperature or at low temperature (-20 ℃) in the presence of detachable primer.

[0108] - Lap shear strength ＞ 8 MPa

[0109] - Cross tensile strength ＞ 8 MPa

[0110] Achieve detaching at low temperature

[0111] No substantial deformation after low temperature test

[0112] Failure mode is adhesive failure

Claims

1.A primer for use with a thermosetting adhesive, comprisinga first resin having a surface free energy of 29 dynes / cm to 37 dynes / cm; anda second polar resin having a surface free energy of at least 37 dynes / cm, wherein the primer includes the first resin and the second polar resin in a weight ratio in the range of 10: 0 to 1: 9.2.The primer of claim 1, wherein the weight ratio of the first resin and the second polar resin is in the range of 10: 0.1 to 2: 8.3.The primer of claim 1, wherein the weight ratio of the first resin and the second polar resin is in the range of 9: 1 to 3: 7.4.The primer of claim 1, wherein the first resin is selected from the group consisting of maleic anhydride grafted chlorinated polyolefin (MAH-g-CPO) , maleic anhydride grafted styrene-ethylene-butylene-styrene (MAH-g-SEBS) , styrene-ethylene-butylene-styrene (SEBS) , maleic anhydride grafted ethylene-vinyl acetate (MAH-g-EVA) , chlorinated polyolefin (CPO) , ethylene-vinyl acetate (EVA) and combinations thereof.5.The primer of claim 4, wherein each of the MAH-g-CPO, MAH-g-SEBS and MAH-g-EVA includes up to 10 wt. %of MAH based on the total weight of the respective first resin.6.The primer of claim 1, wherein the second polar resin is selected from the group consisting of thermoplastic polyurethane (TPU) , polyacrylate, polyester, epoxy, tackifier resins such as rosin, hydrogenated rosin or rosin ester, acrylate, terpene resin, phenolic tackifiers, C5 or C9 petroleum resin, polyethylene terephthalate (PET) or other polyester resins and mixtures thereof.7.The primer of claim 1, wherein the primer is dissolved in an organic solvent to form a solvent-borne composition.8.The prime of claim 7, wherein the organic solvent is selected from toluene, xylene, methyl cyclohexane, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, butyl acetate and combinations thereof.9.The primer of claim 1, wherein the primer is dispersed in water to form a water-borne composition.10.The primer of claim 1, wherein the primer is melt blended to form a solventless (hot-melted) composition.11.The primer of claim 1, wherein the thermosetting adhesive is selected from polyurethane, polyacrylate, epoxy, a polyester resin that can include polyethylene terephthalate (PET) , polysiloxane and combinations thereof.12.A multi-layered structure, comprising:a first adherend;a second adherend adjacent the first adherend;a primer layer on at least the first adherend, wherein the primer layer is formed from the primer of any one of claims 1-11; anda thermoset adhesive in contact with the primer layer and joining the first adherend and the second adherend.13.The multi-layered structure of claim 12, wherein the adherend is selected from a metal that includes aluminum, steel, steel alloy; a polar polymer that includes epoxy, polyurethane, polyacrylate and a polyester resin that includes polyethylene terephthalate (PET) .14.The multi-layered structure of claim 12, wherein the first adherend and the second adherend adjacent the first adherend detach under a force at a temperature of -60 to -10 ℃.15.An electric vehicle battery device comprising the multi-layered structure of any one of claims 12-14.

Images