CH624141A5

CH624141A5 -

Info

Publication number: CH624141A5
Application number: CH1602976A
Authority: CH
Inventors: Thor Borresen; Niels Ulrik Harder
Original assignee: Thor Borresen
Priority date: 1975-12-22
Filing date: 1976-12-20
Publication date: 1981-07-15
Also published as: IE44111L; JPS5281349A; NZ182897A; GB1570778A; EG12165A; ATA956576A; TR19522A; MX145616A; FI61710C; AU2077076A; FI763672A; SE429762B; GR62648B; AR221580A1; PT65995A; NL7614232A; CA1090210A; FI61710B; PT65995B; DE2657901A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer festen, gegen Wasser widerstandsfähigen Bindung zwischen Aluminium oder einer Legierung auf Aluminiumbasis und einem Polysulfidmaterial mittels eines Grundiermittels, welches man auf das Metall anwendet.

Schon seit vielen Jahren besteht in der Industrie das Bedürfnis, die Haftfähigkeit von elastischen Dichtungsmaterialien auf Basis von Polysulfid zu Aluminium zu verbessern. Diese Haftfähigkeit weist im allgemeinen die Neigung dazu auf, unter dem Einfluss von Wasser und Wärme abzunehmen, und daher war es insbesondere wichtig, das Haftvermögen derartiger Materialien in feuchter und warmer Umgebung zu verbessern.

Eine derartige Verbesserung des Haftvermögens von Dichtungsmaterialien auf Polysulfidbasis zu Aluminium oder Aluminiumlegierungen sollte vorzugsweise in Unabhängigkeit von dem Zeitpunkt, bei welchem die Metalloberfläche behandelt wird, erhalten werden. Insbesondere sollte man eine gute Adhäsion erzielen, ohne dass man die Oberfläche des Aluminiums einer zeitraubenden Behandlung direkt vor ihrer Kontaktbringung mit dem Dichtungsmaterial unterwirft. Die Notwendigkeit einer derartigen Oberflächenbehandlung des Metalls, z.B. Konstruktionselemente wie Teile von Fensterrahmen, bevor des Anklebens des Dichtungsmaterials würde im allgemeinen sehr unpraktisch sein und sollte daher vermieden werden.

Es ist allgemeinen bekannt, dass silanhaltige Grundiermittel für Aluminium in Zusammenhang mit der Verwendung der genannten Dichtungsmaterialien eingesetzt werden können. Aus dem U.S.-Patent Nr. 3 457 099 ist ebenfalls bekannt, dass man Friedel-Crafts-Verbindungen (A1C1:1, BF;i usw.) zu dem Grundiermittel auf Silanbasis geben kann. Ausserdem kennt man das Vermischen von Silan direkt mit dem Dichtungsmaterial («Adhesive Age», November 1974, Seiten 25-27). Ausserdem wurden Phenolharze und Polyvinylacetat als Mittel zur Verbesserung der Haftfähigkeit zwischen elastomeren Dichtungsmaterialien und verschiedenen Substraten vorgeschlagen («Rubber Chemistry and Technology», Februar 1968, Seiten 149-151). Man sieht also, dass umfangreiche Literaturangaben, die sich auf Dichtungsmaterialien sowie ihre Eigenschaften beziehen, vorliegen. Man schlug die verschiedensten Zusatzstoffe und Kombinationen von Zusatzstoffen vor, um die Haftbarkeit zwischen Dichtungsmaterialien und einem Substrat, einschliesslich Aluminium zu verbessern (siehe z.B. «Thioplaste», Leipzig 1971, Seiten 80 bis 85). Aus diesen Literaturzitaten geht also hervor, dass man bisher nur daran dachte, organische Grundiermittel zu verwenden. Bei der Verwendung derartiger Mittel muss man auch organische Lösungsmittel einsetzen, wobei Nachteile entstehen, und daraus geht hervor, dass die genannten Materialien weder praktisch noch wirtschaftlich sind. Man nahm zuerst an, dass eine Vorbehandlung vorteilhaft sein könnte, aber es stellte sich heraus, dass eine derartige Vorbehandlung die vorhandenen Probleme auf keine zufriedenstellende Weise löst. Ausserdem erscheint es, dass die genannten organischen Grundiermittel, die zusammen mit Dichtungsmaterialien auf Polysulfidbasis verwendet werden, in bezug auf ihren technischen Nutzeffekt keine genügend guten Resultate liefern. So z.B. weisen Silane die Neigung auf, in Gegenwart von Wasser bzw. Feuchtigkeit zu hydrolysieren, und ausserdem verlieren sie ihre Aktivität als Grundiermittel zu schnell.

Es konnte nun festgestellt werden, dass eine feste und gegen Wasser widerstandsfähige Bindung zwischen Aluminium oder einer Legierung auf Aluminiumbasis und einem Polysulfidmaterial mittels eines Grundiermittels, welches man auf das Metall anwendet, überraschenderweise auf sehr einfachem, wirksamem und billigem Weg erhalten werden kann. Es wurde nämlich entdeckt, dass man eine ausgezeichnete Haftfähigkeit erzielt, indem man als Grundiermittel eine Lösung einer stark alkalisch reagierenden Alkalimetallverbindung einsetzt.

Als stark alkalisch reagierende Alkalimetallverbindungen, die im erfindungsgemässen Verfahren eingesetzt werden können, verwendet man vorzugsweise eines oder mehrere der stark basisch reagierenden Hydroxide von Lithium, Natrium oder Kalium. Man kann ebenfalls Natriumphosphat, Kaliumphosphat, Natriumsilikat und Kaliumsilikat einsetzen. Bevorzugte anorganische Basen sind ebenfalls die Karbonate von Alkalimetallen, insbesondere von Lithium, Natrium und Kalium.

Ais Lösungsmittel für die anorganische Base kann man prinzipiell beliebige Flüssigkeiten einsetzen, die die Alkali-metallverbindung, welche in dem Grundiermittel enthalten sein soll, genügend auflösen wird. Für das vorliegende erfin-dungsgemässe Verfahren ist von Vorteil, dass man Wasser als Lösungsmittel verwenden kann. Ebenfalls kann man niedere Alkohole als Lösungsmittel für die Alkalimetallverbindung einsetzen, oder, falls gewünscht, Mischungen derartiger Alkohole mit Wasser. Die Zusammensetzung des Lösungsmittels ist im allgemeinen nicht kritisch, da man das Lösungsmittel von der Metalloberfläche nach dem Grundieren abdampft.

Es wurde festgestellt, dass man das erfindungsgemässe Verfahren mit guten Resultaten anwenden kann, wenn das Aluminium bzw. die Aluminiumlegierung entweder elektrolytisch oder chemisch oxydiert waren. Auf jeden Fall ist es aber nicht notwendig, das Metall einer speziellen Oxydationsbehandlung zu unterwerfen. Das Aluminium weist immer einen Oxydfilm auf, da das Metall durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff oxydiert wird.

Die Konzentration der Alkalimetallverbindung, welche in dem Grundiermittel enthalten ist, kann ziemlich niedrig sein und beträgt vorzugsweise weniger als 5 Gew.-%, insbesondere etwa 1 Gew.-%. Diese Konzentration ist nicht kritisch oder für die Erreichung guter Resultate entscheidend. Es ist jedoch von äusserster Wichtigkeit, dass das Metall während der Grundierung und der nachfolgenden Trocknung einen dün-

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SO

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nen Bezug der Alkalimetallverbindung aufweist, welche in dem Grundiermittel enthalten ist.

Das in dem erfindungsgemässen Verfahren eingesetzte Grundiermittel muss sich im Zusammenhang mit der Poly-sulfidverbindungs-Verbindung auf Basis eines Polymer-captan-polymers insbesondere wirksam erweisen.

Aluminiumteile, die oft eine anodisierte Oberfläche aufweisen, werden häufig zur Verwendung als z.B. Konstruktionselemente für Fensterrahmen hergestellt, die vorwiegend zusammen mit einem Polysulfidmaterial als Verdichtungsverbindung verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist daher für die Entwicklung auf diesem Gebiet äusserst wichtig. Es scheint, dass das im erfindungsgemässen Verfahren verwendete Grundiermittel die Oberflächenstruktur des Aluminiummetalls auf vorteilhafte Weise verändert, wobei das Metall eine Oberflächenschicht von Molekülen erhält, die von basischer Natur bei der Anwendung anorganischer Basen sind. Auf diese Weise stellt das vorliegende erfindungsge-mässe Verfahren einen grossen Vorteil dar, um Polysulfid-verbindungs-Bindungen mit dem Metallteil zu verbinden, wobei die Basisschicht der Moleküle scheinbar als ein Mittel zur Erhöhung der Adhäsion dient.

Die ausgezeichnete Adhäsion zwischen dem Aluminium und der Polysulfidverbindungs-Bindung ist von grosser praktischer Wichtigkeit, insbesondere, wenn es sich auf Fensterrahmen bezieht, da die letzteren sehr oft äusserst drastischen Temperaturunterschieden sowie Feuchtigkeitsunterschieden ausgesetzt werden. Die Polysulfid-Materialien, die man im allgemeinen mit derartigen Fensterrahmen-Strukturen verwendet, welche in Gebäudestrukturen eingebaut und mit dem Mauerwerk oder ähnlichem verbunden werden, basieren vorzugsweise auf einem Polymercaptan-Polymer (z.B. Thiocol--LP-Polymere), welches aus einer Flüssigkeit in einen Feststoff mit Hilfe eines Aktivators umgewandelt werden kann.

Zu den anorganischen Basen, die man mit Vorteil im erfindungsgemässen Verfahren einsetzten kann, gehörten unter anderem:

a) Basen mit Hydroxylgruppen im Molekül, wie z.B. LiOH, NaOH und KOH;

b) Phosphate von Natrium und Kalium, z.B. Trinatriumphosphat;

c) Karbonate von Lithium, Natrium und Kalium, z.B. N atriumkarbonat;

d) Silikate von Natrium und Kalium, z.B. Natriummetasilikat.

In den folgenden Beispielen werden Wasser bzw. Äthylen-glykol als Lösungsmittel für die anorganische Base verwendet.

Beispiel 1

Gepresste Aluminiumteile, die man vorher elektrolytisch oxydierte, wurden bei Zimmertemperatur durch Eintauchen in eine Lösung, die nachfolgend beschrieben ist, grundiert (die Prozente beziehen sich auf Gew.-%). Die letzten drei Tests wurden für Vergleichsteste mit den Tests 1 bis 3 hinzugegeben, welche man nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ausführte.

Test Nr.

1

Wasser 5 Äthylglykol Na2CO,

NaOH 10 Ca (OH)2 HsSO,

keine Grundierung

98 99 98

98 98

2

1 2

2

X

Nachdem man eine halbe Stunde lang in Luft bei 28°C getrocknet hatte, verband man die gepressten Aluminiumstücke mit Glas mit Hilfe einer Polysulfidverbindungs-Ver-bindung «PRC 408 P», welche für die Herstellung von isolierten Fenstern vorgesehen war. Die Testproben wurden dann eine Woche lang bei Zimmertemperatur gehärtet und anschliessend lagerte man sie in Wasser 4 Wochen lang bei einer Temperatur von 70°C. Nach dieser Behandlung wurde die Haftfähigkeit zwischen der Verbindungs-Bindung und dem

Metall untersucht.

Test-Resultate

30 Tests

1

2 3

1 Woche in Wasser bei 70°C

35 2 Wochen in Wasser bei 70°C K

K K K A K K K K A 5A K

3 Wochen in Wasser bei 70°C K K K A 50A 10A

40 4 Wochen in Wasser bei 70°C 10A K K A A A

A: Bruch durch Adhäsionsversagen beim Aluminium.

K: Bruch durch Kohäsionsversagen der Verbindungs-Verbindung. 45 50A: 50% Bruch durch Adhäsionsversagen beim Aluminium.

Beispiel 2

Gepresstes Aluminium, welches man anodisierte, wurde so durch Eintauchen in eine 1 Gew.-% ige wässrige Lösung von NaOH grundiert. Anschliessend trocknete man Proben, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist. Nach einer Verzögerung von 2, 8, 24 Stunden und 7, 30 bzw. 180 Tagen wurden die Proben mit Glas durch eine Polysulfidverbindungs-Verbindung 55 «PRC 408 P» verbunden, die für die Herstellung von isolierten Fenstern vorgesehen waren. Man härtete eine Woche lang bei Zimmertemperatur und dann lagerte man die Proben 4 Wochen lang in Wasser 70°C. Anschliessend untersuchte man die Haftfähigkeit. In allen Fällen konnte man einen 60 Kohäsionsbruch der Verbindungs-Bindung feststellen.

Beispiel 3

Dieses Beispiel entspricht dem Beispiel 1, Test Nr. 2, mit der Ausnahme, dass man Kaliumhydroxid und Lithiumhy-65 droxid anstelle von Natriumhydroxid verwendete. In beiden Fällen lagerte man die Produkte 4 Wochen lang in Wasser bei einer Temperatur von 70°C, und bei Untersuchung der Haftfähigkeit konnte man einen Kohäsionsbruch feststellen.

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4

Beispiel 4

Dieses Beispiel entspricht dem Beispiel I, Test Nr. 2, mit der Ausnahme, dass man anstelle von Natriumhydroxid Na-triumhexametaphosphat und Kaliumhydrogenphosphat verwendet. Man härtete und lagerte 4 Wochen lang bei einer Temperatur von 70°C. In beiden Fällen wurde ein Kohäsionsbruch der Verbindungs-Bindung festgestellt.

Unter Verwendung von Silikaten von Natrium und Kalium als anorganische Base führte man ähnliche Versuche aus. Die Resultate, die mit diesen Verbindungen erhalten wurden, kann man als ziemlich gut bezeichnen.

Auf jedem Fall konnte man aber feststellen, dass die genannten Basen keine derartigen guten Resultate liefern, wie die weiter oben genannten Hydroxide, Phosphate und Karbonate.

Für Vergleichszwecke wurden ähnliche Versuche unter Verwendung von wässrigem Ammoniak als anorganische Base durchgeführt, aber die Resultate waren schlecht. Ammoniak ist flüchtig und lässt keinen Überzug auf dem Metall zurück Ebenfalls, unter Verwendung von Ammoniumsalzen, erhielt man schlechte, nicht zufriedenstellende Resultate.

Entsprechende Versuche, unter Verwendung anderer Metalle als Aluminium wurden durchgeführt, aber man erhielt nur schlechte Resultate.

Versuche, die denjenigen der Beispiele 1 bis 4 entsprachen. wurden ebenfalls mit nicht vorbehandelten (nicht anodi-siert) Aluminium sowie auch mit chemisch oxydiertem Aluminium ausgeführt. Diese Versuche haben im wesentlichen die gleichen guten Resultate, als wenn man anodisiertes Aluminium angewendet hätte.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung der erfindungsgemäss erhaltenen Bindung zur Herstellung von Fensterrahmen. Für deren Herstellung wurde eine stark basisch reagierende Alkalimetallverbindung auf die Aluminiumoberfläche, welche mit dem Poiysulfid-Mate-rial in Berührung steht, angewendet. Bei einer bevorzugten 5 Ausführungsform wurden die Oberflächen der Konstruktionselemente chemisch oder elektrolytisch oxydiert.

Auch andere Konstruktionselemente aus Aluminium, einschliesslich Aluminiumlegierungen, welche zusammen mit einem Polysulfid-Material verwendet werden sollen, können io auf die beschriebene Weise behandelt werden, wobei man ein Grundiermittel aus einer stark basisch reagierenden Alkalimetallverbindung auf die Aluminiumoberflächen, die mit dem Polysulfid-Material in Berührung gebracht werden sollen, verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorlie-is genden Erfindung liegt das Metall in Form von elektrolytisch oder chemisch oxydierten Pressstücken oder ähnlichen Konstruktionselementen vor.

Aus der vorliegenden Beschreibung geht eindeutig hervor, dass das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von 20 dauernden, festen sowie gegen Wasser widerstandsfähigen Bindungen zwischen einem Polysulfid-Material und Aluminium äusserst wirksam ist und ein einfach durchführbares und billiges Verfahren darstellt. Ein besonderer und äusserst wichtiger Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens, im 25 Vergleich zu bekannten Verfahren, beruht auf der Tatsache, dass man die Aluminiumoberfläche erfindungsgemäss bei einem beliebigen Zeitpunkt behandeln kann, bevor die behandelte Metalloberfläche mit dem Polysulfid-Material in Berührung gebracht wird. Diese erwünschenswerte Wirkung 30 der verwendeten anorganischen Basen kann während einer langen Zeitperiode aufrechterhalten werden. Für praktische Zwecke hat es sich auch erwiesen, dass durch die Lagerung die gewünschte Wirkung nicht herabgesetzt wird.

Claims

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1. Verfahren zur Herstellung einer festen, gegen Wasser widerstandsfähigen Bindung zwischen Aluminium oder einer Legierung auf Aluminiumbasis und einem Polysulfidmaterial mittels eines Grundiermittels, welches man auf das Metall anwendet, dadurch gekennzeichnet, dass man als Grundiermittel eine Lösung einer stark alkalisch reagierenden Alkali-metallverbindung einsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkalimetallverbindung Natrium- oder Kaliumhydroxid ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkalimetallverbindung Natrium- oder Kaliumphosphat ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkalimetallverbindung Natrium- oder Kaliumcar-bonat ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Alkalimetallverbindung in Form einer Lösung in Wasser oder einem niederen Alkohol oder einer Mischung davon verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall elektrolytisch oder chemisch oxydiert ist.

7. Verwendung der nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 erhaltenen Bindung zur Herstellung von Fensterrahmen.