Verfahren zum Verkleben von saugfähigem Material mit Hilfe von Dispersionsklebstoffen
Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum Verkleben von saugfähigen Materialien aus Textilfasern, Kunststoffen und/oder Naturstoffen mit saugfähigem oder nichtsaugfähigem Material, ausgenommen Textilien, mit Hilfe von Dispersionsklebstoffen, wobei gute Anfangshaftungen und gute Dauerhaftfestigkeiten des Klebverbundes erzielt werden können.
In zunehmendem Masse werden in vielen Bereichen der Technik saugfähige Materialien verwendet, welche z.B. in Form von Vliesen oder Filzen aus nicht gewebten Fasern mit oder ohne Bindemittel oder in Gestalt von insbesondere offenen Geweben, Schwämmen, Schäumen oder dergleichen porösen und saugfähigen Gebilden hergestellt werden.
Zur Verarbeitung derartiger Materialien benötigt man in vielen Fällen ein Verfahren, welches es ermöglicht, Bahnen, Stückware oder andere Erzeugnisse aus derartigen Stoffen mit beispielsweise Folien, Lederteilen, Holz, Stein, metallischen Gegenständen oder dergleichen oder - mit Ausnahme von Textilien - mit sich selbst zu verkleben.
Für diese Verklebungen erreicht man bei der Verwendung von handelsüblichen Lösungsmittelklebstoffen zum Teil befriedigende Haftfestigkeiten, jedoch stören bei der Verarbeitung in grosser Serie die freiwerdenden Lösungsmitteldämpfe so erheblich, dass man im allgemeinen die Verwendung von Dispersionsklebstoffen bevorzugt.
Ausserdem hindert bei der Verwendung von Lösungsmittelklebstoffen die Feuergefährlichkeit, die Geruchsbelästigung, der höhere Preis und die allgemeine physiologische Bedenklichkeit; auch verarbeitungstechnisch bringen Lösungsmittelkleber Nachteile mit sich, da sie zur Erzielung besonders fester Verklebungen meist auf beiden Teilen aufgestrichen werden müssen und ausserdem stets eine bestimmte Ablüftzeit benötigen.
Ausserdem entstehen durch das Verdunsten der relativ teuren organischen Lösungsmittel erhebliche Verluste.
Alle diese Nachteile können vermieden werden, wenn man Klebstoff-Dispersionen verwendet. Dem stand bisher jedoch entgegen, dass beim Versuch, saugfähige Materialien mit offener oder poröser Struktur, z. B. solche auf der Basis nicht gewebter Fasern, mit Dispersionsklebstoffen zu verkleben - miteinander oder mit anderen Stoffen, wie beispielsweise Folien, Lederwaren, Erzeugnisse aus Holz, Stein, Metall, Kunststoffen oder dergleichen - die Klebstoffdispersion infolge der hohen Saugfähigkeit der genannten Materialien sehr schnell in diesen aufgesaugt wurde. Der Fachmann spricht vom zu schnellen Wegschlagen . Es verbleibt daher nicht genügend Klebsubstanz auf der Materialoberfläche, um im nassen Zustand einen Klebverbund zu erhalten.
Es wurde nun gefunden, dass eine Verklebung von saugfähigen Materialien aus Textilfasern, Kunststoffen und/oder Naturstoffen mit saugfähigem oder nichtsaugfähigem Material, ausgenommen Textilien, mit Hilfe von Dispersionsklebstoffen, beispielsweise schon nach einmaligem einseitigem Einstrich und ohne oberflächiges Abtrocknen, mit hohen Anfangshaftungen ausgeführt werden kann, wenn man mindestens eines der saugfähigen Materialien oberflächig oder durchgehend mit mindestens einem Elektrolyten ausrüstet und die Materialien sodann oder später mittels einer Klebstoffdispersion verklebt.
Erfindungsgemäss werden unter den saugfähigen Materialien, die Textilfasern, Naturstoffe wie z. B. Zellulose, und bzw. oder Kunststoffe enthalten oder daraus bestehen, solche Stoffe und Erzeugnisse, insbesondere in Bahn-, Blatt- oder Plattenform, verstanden, die eine offene, porige, weitmaschige oder ähnliche Struktur aufweisen und für Wasser eine gute Saugfähigkeit besitzen; hierzu rechnen in erster Linie Textilgebilde, und zwar vor allem die sogenannten nichtgewebten Gebilde, also Vliese, Filze, Papier oder dergleichen, aber auch Gewebe und Gewirke, insbesondere in weitmaschiger oder offener Struktur oder mit aufgerauhten Oberflächen, aus Fasern aller Art, einschliesslich Mischfasergebilde; bei Verwendung synthetischer Fasern ist die Wirkung der erfindungsgemässen Massnahmen besonders auffallend und gut, weil deren Kapillarwirkung im Vergleich zu Naturfasern relativ gering ist.
Als saugfähige Materialien können auch solche Gebilde eingesetzt werden, die vorher präpariert und bzw. oder einseitig und bzw. oder teilweise beschichtet bzw. gummiert sind mit Bindemitteln aller Art, insbesondere mit Kunststoffen oder Kunststoffmassen, sofern als Merkmal die Saugfähigkeit des Materials mindestens teilweise oder einseitig erhalten geblieben ist.
Das saugfähige Material kann auf verschiedene Weise mit den Elektrolyten ausgerüstet werden, vorzugsweise auf nassem Wege durch Imprägnieren mit den Lösungen der Elektrolyte mit nachfolgendem Entfernen der überschüssigen Lösung, beispielsweise durch Abquetschen und/oder Absaugen, und Trocknen des Materials. Dabei kann die Imprägnierung mit der Lösung durch und durch vorgenommen werden, oder nur an der Oberfläche, z. B. durch Besprühen oder durch Auftragen mittels Filz, Pflatsch- oder Rasterwalzen. Man kann beispielsweise aber auch die Beladung mit den trockenen Salzen in feinstgemahlenem Zustand durch Aufblasen, Aufstäuben oder Aufdüsen auf das angefeuchtete saugfähige Material durchführen.
Die elektrolythaltigen Materialien werden nach oder ohne Zwischenlagerung zur Verklebung zuerst mit der Klebstoffdispersion versehen, und zwar vorzugsweise durch Aufspritzen, Aufdüsen, Aufstreichen, Aufrakeln oder Aufbringen mit Auftragswalzen oder auf ähnliche Weise; im allgemeinen genügt schon ein einziger einseitiger Auftrag, wenn auch das zwei- oder mehrmalige Aufbringen nicht ausgeschlossen werden soll.
Die Elektrolyte bewirken nun ein Koagulieren oder Brechen der Klebstoffdispersion, was bei geeigneter Auswahl überraschenderweise, auch schon bei geringer Elektrolytkonzentration in dem saugfähigen Material, au sserordentlich schnell vor sich geht; dadurch verbleiben die Klebstoffpartikel an der Oberfläche des Materials und gestatten somit eine glatte Verklebung mit guten Anfangshaftungen, die bisher vergeblich angestrebt wurden. Das im wesentlichen klebstofffreie Wasser aus der Dispersion wird von der Verklebungsfläche weggesaugt. Die eigentliche Verklebung geschieht auf übliche Weise durch Zusammenfügen und Aufeinanderdrükken der zu verklebenden Flächen.
Die für das erfindungsgemässe Verfahren verwendbaren Elektrolyte sind in erster Linie eine Reihe von wasserlöslichen, dissozüerenden Salzen von vorzugsweise zwei- oder/und dreiwertigen Metallen. Insbesondere haben sich Salze des Calciums, Strontiums, Bariums, Magnesiums und des Aluminiums als sehr gut geeignet erwiesen. Es sind aber auch die Salze von Zink, Nickel, Cobalt und unter Umständen Eisen und Chrom geeignet.
Als Säurereste werden diejenigen der starken anorganischen Säuren, wie der Schwefel- und Salzsäure, vorgezogen.
Auch Salze, die in Form ihrer Lösungen sauer oder alkalisch reagieren, kommen in Betracht, wobei der pH Wert des mit Wasser benetzten, erfindungsgemäss ausge rüsteten, saugfähigen Materials zwischen den Werten 3-10 liegen kann.
Es ist auch möglich, die Salzbildung auf dem saugfähigen Material dadurch zustandezubringen, dass eine Imprägnierung mit einer sauren Lösung und anschlie ssend mit einer alkalischen Lösung - oder auch umgekehrt - vorgenommen wird.
Für die Praxis wird die Eignung der verschiedenen Elektrolyten durch eine Reihe von Faktoren beeinflusst.
So verbietet sich die Anwendung von an sich wirksamen Verbindungen unter Umständen wegen ihres schädlichen Verhaltens gegenüber nachfolgend auf das saugfähige Material aufzubringende Beschichtungen, oder wegen mangelnder physiologischer Unbedenklichkeit, oder auch deswegen, weil sie bei dem saugfähigen Material unerwünschte Verfärbungen hervorrufen.
Andere an sich wirksame Salze wirken als Kau- tschukgifte und verbieten demzufolge die Verwendung von Kautschuk oder ähnlichen Elastomeren als Bindemittel im saugfähigen Material oder als nachfolgende Beschichtung, Imprägnierung oder Ausrüstung.
Ausserdem können wirksame Elektrolyte weniger geeignet sein, wenn sie hygroskopisch sind und dadurch dem saugfähigen Material eine zu hohe ständige Restfeuchtigkeit verleihen.
Eine andere Einschränkung des Einsatzes von an sich wirksamen Elektrolyten ist ihr zu hoher Preis.
Die Wirksamkeit ist von Elektrolyt zu Elektrolyt von der Konzentration abhängig. Selbstverständlich sind Elektrolyten, die schon in sehr geringen Konzentrationen eine hohe bzw. rasche Wirksamkeit ergeben, besonders geeignet, weil sie keine oder nur eine sehr geringe Beeinflussung der sonstigen Eigenschaften des saugfähigen Materials bewirken.
Die erforderliche Konzentration bei ein und demselben Elektrolyten ist noch abhängig von der Art der Aufbringung, von den Bedingungen der Trocknung und der Auswahl des saugfähigen Materials, z.B. der textilen Fasern, weil durch alle diese Faktoren die Verteilung des Eletrolyten im saugfähigen Material beein- flusst wird.
Die erfindungsgemäss verwendbaren Klebstoffdispersionen sind insbesondere Elastomerlatices, vorzugsweise Latices auf Basis von Naturkautschuk und deren Abmischungen mit Latices von Synthesekautschuken und/ oder Harzen.
Ein saugfähiges Material kann auf beschriebene Weise glatt und sehr fest mit sich selbst - wie gesagt mit Ausnahme von Textilien - oder auch mit vielen anderen Stoffen oder Formkörpern verklebt werden, beispielsweise mit Erzeugnissen aus Kunststoff, wie z.B.
Folien, oder aus Leder, Lederersatz, synthetischem Leder, Holz, Stein, Metall usw. Dabei kann das Einstreichen des anderen Materials mit Klebstoff gegebenenfalls wegfallen, so dass dessen Qualität wie z.B. die Atmungsfähigkeit oder Porosität nicht wesentlich vermindert wird. Als saugfähiges Material kommen auch Schwämme, Schaumstofferzeugnisse, etwa solche auf Basis von Polyurethanen, Polyäthern, Zellulose, und dergleichen poröse und saugfähige Stoffe und Gebilde in Betracht.
Als vorteilhaft ist insbesondere die hohe Anfangshaftung der Klebverbindungen hervorzuheben, so dass beispielsweise die sofortige Weiterverarbeitung im noch nassen Zustand erfolgen kann. Bisher hatte man dagegen keine Möglichkeit zur Verklebung von saugfähigen Materialien mit Hilfe von Dispersionsklebstoffen, obgleich dem Fachmann dieses ungelöste Problem stets vor Augen stand.
Die folgenden Beispiele sollen den Erfindungsgegenstand erläutern, aber nicht beschränken.
Beispiel 1
Ein handelsübliches Wirrfaservlies aus Polyamidfasern und Acrylnitrilkautschuk als Bindemittel, mit einem Bruttogewicht von 250 g/m2, wird mit einer l0pro- zentigen Lösung von Aluminiumsulfat in Wasser durch Eintauchen imprägniert, anschliessend mit einem Druck von 1 kp/cm2 abgequetscht und bei einer Temperatur von 1100 C getrocknet. Das so behandelte Vlies wird mit einem handelsüblichen 60prozentigen Zentrifugenlatex (Naturkautschukbasis; mit Ammoniak stabilisiert) einseitig dünn eingestrichen und anschliessend von Hand mit einer in analoger Weise mit gleichem Elektrolyten vorbehandelten und mit gleichem Latex eingestrichenen etwa 10 mm starken Moosgummiplatte verklebt.
Die im noch nassen Zustand nach 5 Minuten gemessene Scherfestigkeit der Verklebung beträgt bei einer etwa 2 cm breiten Klebenaht 7 kp/5 cm Streifenbreite.
Nach 6 Stunden steigt die Festigkeit des inzwischen trockenen Materials auf 13 kp/5 cm (Materialbruch) und nach 24 Stunden wird ebenfalls eine Festigkeit von 13 kp/5 cm (Materialbruch) erreicht. Alle angeführten Werte sind Mittelwerte von 3 Messungen.
Das unbehandelte Vlies ergibt bei dem Versuch, es in gleicher Weise zu verkleben, auch nach längerem Aufpressen von Hand, keine Haftung.
Beispiel 2
In analoger Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, werden zwei gleiche, schwarz eingefärbte, 10 cm starke Moosgummiplatten einseitig mit einer 8prozentigen Lösung von Magnesiumsulfat unter sonst gleichen Bedingungen durch Einsprühen imprägniert bzw. aus gerüstet. Die beiden Platten werden dann in einer Breite von etwa 2 cm mit einem drucksensibilisierten Latexklebstoff eingestrichen und die beiden Teile unter leichtem Druck zusammengepresst. Nach 10 Minuten ist die Verklebung schon so stark, dass Entlastung erfolgen kann. Die Haftfestigkeit beträgt 0,9 kp/5 cm Streifenbreite.
Die erzielten Scherfestigkeiten bei gleicher Verklebungsfläche sind 7,5 kp/5 cm nach 10 Minuten in nassem Zustand (= Anfangshaftung); 12,5 kp/5 cm nach 6 Stunden und 12,5 kp/5 cm nach 24 Stunden (Material bei diesen Werten in allen Fällen gerissen).
Beispiel 3
Zwei etwa 2 cm dicke, plattenförmige Gebilde aus offenporigem Polyurethanschaum werden einseitig durch Besprühen mit einer 7gewichtsprozentigen Magnesiumsulfatlösung imprägniert. Die oberflächige Beladung der Schaumstoffplatten mit dem Elektrolyten betrug nach dem Trocknen etwa 10 g/m2.
Die Platten werden nun in einer Breite von etwa 2 cm mit einem durch Zugabe von Polyvinyläther und Formaldehyd drucksensibilisierten Naturlatex eingestrichen und sofort durch leichte Druckausübung mit der Hand miteinander verklebt. Bereits nach 10 Minuten betrug die Scherfestigkeit 1,5 kp/5 cm Klebstreifenlänge. Die Scherfestigkeit nach 6 Stunden betrug 6,5 kp/ 5 cm (Materialbruch).
Bespiel 4
Zwei etwa 2 mm starke biegsame Platten aus mit Zellulose gebundenen Papierfasern (üblicher Lederfaser-Ersatzstoff für Schuhhinterkappen) werden einseitig mit einer 10gewichtsprozentigen Lösung von Calciumchlorid in Wasser durch Aufsprühen imprägniert und anschliessend getrocknet.
Die Verklebung wird mit einem üblichen Zentrifugenlatex ausgeführt. Ein in 2 cm Breite überlappend verklebter Streifen dieses Materials hatte nach 5 Minuten eine Scherfestigkeit von 1,2 kp/5 cm Länge des Klebstreifens und nach 6 Stunden etwa 12,5 kp/5 cm Streifenbreite (kein Materialbruch).