CH643182A5

CH643182A5 - Verfahren zum binden von urethanformulierungen an ein substrat aus vulkanisiertem kautschuk mit ausnahme von silikonkautschuk.

Info

Publication number: CH643182A5
Application number: CH1104679A
Authority: CH
Inventors: Edward N Gomberg; Dana W Somesla
Original assignee: Synair Corp
Priority date: 1978-12-14
Filing date: 1979-12-13
Publication date: 1984-05-30
Also published as: AR220023A1; IT7951064A0; CA1125110A; NZ192230A; ZA796482B; IE792406L; KR830000928B1; BR7908082A; NO794081L; GB2039232B; SE7909803L; ES486867A0; MX153385A; FR2444059A1; AU513525B2; NL184114C; IL58836A; FI68637B; IN153375B; PL123640B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Binden von Urethanformulierungen an Substrate aus vulkanisiertem Kautschuk, insbesondere Naturkautschuk oder synthetischem Kautschuk (im folgenden als Naturgummi oder synthetischer Gummi bezeichnet) mit Ausnahme von Silikonkautschuk. Gewisse Silikonkautschuke sind keine befriedigenden Substrate für die Ausführung der Erfindung.

Der Technik ist seit langem bekannt, dass es erwünscht ist, eine grösstmögliche Bindefestigkeit zwischen Urethanformulierungen und Substraten aus gehärtetem Naturgummi oder synthetischem Gummi zu erzielen. Das Binden von Urethanformulierungen an Substrate aus Naturgummi oder synthetischem Gummi ist eines der schwierigeren Probleme gewesen, die in der Gummiindustrie und auch bei den Benutzern von Gummiprodukten aufgetreten sind. Die herkömmliche Verwendung von im Handel erhältlichen Klebstoffen, Grundiermitteln, Bindemitteln usw. hat sich als ungeeignet s für die Schaffung einer Urethan-Gummi-Bindung erwiesen, die hinsichtlich der Abziehfestigkeit einer Gummi-Gummi-Bindung entspricht.

Im Laboratorium unter Anwendung herkömmlicher Methoden, wie Aufbringen von Grundiermitteln oder Klebstof-io fen, Trocknen derselben und dann Aufbringen einer Urethanformulierung als Flüssigkeit oder Paste und Härten derselben, durchgeführte Adhäsionsteste ergaben normalerweise eine Bindefestigkeit von 1,76 bis 52,58 N je lineares cm (1 to 30 pounds per linear inch). Eine erwünschte Bindefestigkeit i5 sollte mindestens 140,22 N je lineares cm (80 pounds per linear inch) betragen.

Es ist nun gefunden worden, dass, wenn das unvernetzte Urethan unmittelbar auf eine Oberfläche aus Naturgummi oder synthetischem Gummi, die mit Klebstoff benetzt wor-20 den ist, vordem Trocknen des Klebstoffs aufgetragen wird, die Bindung zwischen dem Urethan nach dem Vernetzen und der Oberfläche aus Naturgummi oder synthetischem Gummi um das Drei- bis Vierfache gegenüber der maximalen Bindefestigkeit erhöht worden ist, welche nach den bis-25 herigen Verfahren erzielt wird, bei denen der Klebstoff vor dem Aufbringen des Urethans auf die Oberfläche trocknen konnte.

Für die Erfindung sind viele Einsatzmöglichkeiten gegeben, wie z. B. beim Reparieren von Riss- oder Abnutzungs-30 stellen bei Gegenständen auf Gummibasis, die einem erheblichen Abrieb unterworfen sind. Zum Beispiel kann das Verfahren der Erfindung in wirksamer Weise zum Reparieren von Transportbändern aus einem Material aus Naturgummi oder synthetischem Gummi, Ausbessern von Reifen, die auf-35 gerissen oder aufgeschlitzt worden sind, und auch zur Laufflächenerneuerung von Reifen angewendet werden.

Wie der Fachmann weiss, besteht ein grosses wirtschaftliches Bedürfnis nach einem Verfahren, das dem Benutzer ermöglicht, den Vorteil der höheren Abriebfestigkeit von ver-40 netztem Urethan und der Kaltvernetzbarkeit von vielen Urethanformulierungen, die erhebliche Energie- und Kosteneinsparungen verschafft, wahrzunehmen. Ein weiter Bereich für kostensparende industrielle Anwendungen ergibt sich dadurch, dass der Benutzer in der Lage ist, auf einem Substrat 45 aus Naturgummi oder synthetischem Gummi ein kaltvernetzendes System, das gutes Haftvermögen aufweist, anzubringen.

Die Erfindung schlägt ein Verfahren zum Binden von Urethanformulierungen an ein Substrat aus vulkanisiertem so Kautschuk mit Ausnahme von Silikonkautschuk vor, das dadurch gekennzeichnet ist, dass a) die Substratoberfläche gereinigt,

b) die gereinigte Substratoberfläche mit einem flüssigen Cyanoacrylatklebstoff beschichtet,

55 c) die mit dem Cyanoacrylatklebstoff benetzte Substratoberfläche mit einer unvernetzten, flüssigen oder pastenförmigen Urethanformulierung, während der Klebstoff noch feucht ist, beschichtet und d). ermöglicht wird, dass die Urethanformulierung vernetzt.

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Man kann folgendermassen vorgehen: Die unvernetzte Urethanformulierung wird in flüssiger Form oder in Pastenform aufgebracht, bis die Oberfläche die gewünschte Form oder Dicke erhalten hat. Man ermöglicht dann, dass das 65 Urethan härten kann, und nach Beendigung des Härtens kann die reparierte Oberfläche in der gewünschten Weise poliert bzw. geschliffen oder geformt und dann mit dem reparierten Bereich, der das Urethan enthält, das eine grössere

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Abriebfestigkeit als das umgebende Gummigrundmaterial aufweist, benutzt werden.

Nach dem oben aufgezeigten Verfahren ist es möglich, Bindefestigkeiten über 175 N je lineares cm (100 pounds per linear inch) zu erzielen.

Ein besonderes Anwendungsgebiet für die Erfindung, das grosse wirtschaftliche Bedeutung hat, ist die Benutzung der Erfindung zur Laufflächenerneuerung von Reifen. Nach der herkömmlichen Arbeitsweise zur Laufflächenerneuerung von Reifen wird ein Reifen poliert bzw. mit einer Schwabbelscheibe bearbeitet, um die verschlissene Lauffläche zu entfernen, und wird ein Klebstoff auf den geschwabbelten Bereich aufgetragen. Sobald der Klebstoff nicht mehr feucht ist, wird auf den Klebstoff ein unvulkanisierter Kautschuk aufgebracht. Der Reifen mit dem darauf befindlichen Kautschuk wird in einer Stahlform angeordnet, in der der Kautschuk unter Anwendung von Wärme vulkanisiert wird. Bei diesem Vorgang wird der Kautschuk an den Reifen gebunden. Das herkömmliche Verfahren zur Laufflächenerneuerung erfordert einen erheblichen Energieverbrauch.

Bei Anwendung der Erfindung zur Laufflächenerneuerung von Reifen kann man wie folgt vorgehen: Der Reifen wird poliert oder mit einer Schwabbelscheibe bearbeitet, und das gesamte abpolierte Material wird von dem Reifen entfernt. Der saubere Reifen wird dann mit einem Cyanoacrylatklebstoff benetzt, und vor dem Trocknen des Klebstoffs wird eine Schicht aus einer Flüssigkeit oder Paste von unvernetztem Urethan unmittelbar auf die benetzte Oberfläche aufgetragen. Bevor das Urethan Gelegenheit zum Vernetzen hat, wird der Reifen mit der darauf befindlichen Urethanflüssigkeit oder -paste in eine Form gebracht und weiteres unvernetztes Urethan in den Hohlraum der Form gepumpt, um dadurch den Prozess zur Ausbildung der gewünschten Dicke des Laufflächenmaterials auf der äusseren Oberfläche des Reifens zu vervollständigen. Dann wird ermöglicht, dass das Urethan vernetzt, und bei schnell vernetz-tenden Urethanformulierungen kann der Reifen in etwa 15 Minuten aus der Form herausgenommen werden. Die Dauer für das Entfernen aus der Form kann je nach der Vernetzungsgeschwindigkeit der verwendeten speziellen Urethanformulierung variiert werden. Es ist vorteilhaft, wenn die exotherme Reaktion der Urethanvernetzung gelinde verläuft, so dass eine grössere Vielfalt von Materialien zur Herstellung der Form verwendet werden kann.

Eine bevorzugte Technik besteht darin, dass der polierte und gereinigte Reifen auf einem Dorn motiert wird, so dass er sich in der senkrechten Ebene drehen kann. Während des Drehens wird der Klebstoff auf den Reifen gesprüht, und in dem Masse, in dem der Reifen sich weiter dreht, wird unvernetztes flüssiges oder pastenförmiges Urethanmaterial auf die mit Klebstoff benetzte Oberfläche des Reifens aufgetragen. Dabei ist der Zeitfaktor, d.h. die dafür benutzte Zeitdauer, kritisch, weil sichergestellt werden muss, dass das Urethan auf die Oberfläche aufgetragen wird, während der Klebstoff noch feucht ist. Vorzugsweise beträgt die Zeitdauer bei den meisten Urethanformulierungen in der Praxis hierfür etwa 5 sek. Die Zeitdauer kann entweder durch Bewegen eines Schalters an einer Urethan abgebenden Düse bis zu dem Punkt, an dem die Klebstoffdüse den Klebstoff auf den Reifen sprüht, oder durch ein geeignetes schnelleres Drehen des Reifens eingestellt werden. Dieses sind alles Techniken, die von einem Fachmann durchgeführt werden können, sofern er das erfinderische Konzept des Auftragens des zunächst unvernetzten Urethans auf den Reifen, während der Klebstoff noch feucht ist, benutzt.

Wegen der gelinden exothermen Reaktion, die durch das Vernetzen von zahlreichen Urethanformulierungen stattfindet. kann der Reifen mit dem Urethananfangsüberzug in eine Form gebracht werden, die aus Kunststoffmaterial besteht, und zwar anstelle der herkömmlicherweise benutzten Metallformen.

Vorzugsweise hält die Kunststofform die Lauffläche in senkrechter Lage und ermöglicht einen Einlass oder ermöglichen mehrere Einlasse zu dem Forminneren, dass weiteres unvernetztes Urethanmaterial in den Hohlraum der Form gepumpt wird, bis dieser vollständig mit unvernetztem Urethan gefüllt ist. Ein Entlüftungsventil sollte am Oberteil der Form vorhanden sein, so dass, wenn das unvernetzte Urethan in das Innere der Form gelangt, eingeschlossene Luft von dem Entlüftungsventil am Oberteil der Form herausgetrieben wird. Das Entlüftungsventil kann ausserdem als Anzeigegerät benutzt werden, das erkennen lässt, wenn die Form gefüllt ist, weil das erste Auftreten von Urethanmaterial in der Öffnung des Entlüftungsventils ein Anzeichen dafür ist, dass die Form gefüllt ist.

Bei dem herkömmlichen Verfahren zur Laufflächener-neuerung variiert die Dauer in der Form mit der Grösse des bezüglich der Lauffläche zu erneuernden Reifens. Mit Zunahme der Reifengrösse und der Laufflächendicke verlängert sich die Verweildauer in der Form. Die umgekehrte Beziehung ist für mit Urethanlaufflächen versehene Reifen gegeben. Je grösser die Urethanmasse ist, desto schneller reagiert sie. Dementsprechend erfordern kleine und grosse Reifen ungefähr die gleiche Verweildauer in der Form.

Weil Urethan eine wesentlich bessere Abriebfestigkeit als Gummi hat, ist es möglich, bei einer Laufflächenerneuerung die Lauffläche mit einer dünneren Urethanschicht zu versehen und dennoch die gleiche Gebrauchsdauer zu erzielen, die sonst bei einem laufflächenerneuerten Reifen mit einer viel dickeren Schicht aus Gummimaterial erreicht wird. Schätzungsweise könnte es möglich sein, bei Durchführung der Erfindung an Automobilreifen, die mit erneuerten Laufflächen aus Urethanmaterial versehen worden sind, eine Betriebslänge von 128 000 bis 160 000 km zu erreichen, und zwar im Gegensatz zu 40 000 bis 64 000 km für Gummireifen.

Formulierungen der Urethanmaterialien, die bei Durchführung der Erfindung benutzt werden können, sind von dem Fachmann nach bekannten chemischen Techniken zur Bildung von Urethanen leicht herstellbar. Ein spezieller Hinweis auf die Materialzusammensetzungen und im Handel zur Verfügung stehende Quellen für die Lieferung von Urethanen, die bei Durchführung der Erfindung benutzt werden können, ist in dem Kapitel 17 der Veröffentlichung RUBBER TECHNOLOGY, herausgegeben von Maurice Morton und veröffentlicht von Von Nostrand Reinhold Company, zu finden. Dem Urethanmaterial können wasserfreie Füllstoffe zugegeben werden, wie es der Technik bekannt ist, um die Vernetzungseigenschaften, die Abriebfestigkeit, die Zugfestigkeit und eine Pigmentierung zu verändern bzw. einzuführen. Zu solchen wasserfreien Füllstoffen gehören z.B. vielfältige Talksorten, hydratisierte Aluminiumoxide, Calciumcarbonat, Diatomeenerde, wasserfreie Kieselerde (silica smoke), Russ, Glasfaser, Titanoxid, Zinkoxid, Bentonit und solche anderen Füllstoffe, die üblicherweise in der Urethantechnologie benutzt werden. Die Füllstoffe werden in solchen Anteilen verwendet, dass die bei dem Urethanmaterial erwünschten Eigenschaften erzielt werden. Der bei Durchführung der Erfindung bevorzugte Cyanoacrylatklebstoff ist ein Material, das Alkylester von Cyanoacrylsäure enthält, wie in der US-PS 2 794 788 beschrieben ist. Solche Klebstoffe können unterschiedliche Viskositäten besitzen. Es ist festgestellt worden, dass eine mittlere Viskosität von 100 bis 120 mPa ■ s Brookfield bei 25,5 C

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vorteilhaft ist, um ein übermässiges Eindringen des Klebstoffs in das Gummisubstrat zu verhindern und eine geeignete Arbeitsdauer für das Aufbringen der Polyurethanschicht, während der Klebstoff noch feucht ist, zu gewährleisten.

Bezüglich weiterer Informationen über Cyanoacrylat-klebstoffe wird auf die Arbeit mit der Bezeichnung «Cyano-acrylate Adhesives» in dem «Handbook of Adhesives», 2. Auflage, Seiten 569 bis 580, veröffentlicht von Von No-5 Strand Reinhold Company, hingewiesen.

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Binden von Urethanformulierungen an ein Substrat aus vulkanisiertem Kautschuk mit Ausnahme von Siliconkatuschuk, dadurch gekennzeichnet, dass man a) die Substratoberfläche reinigt,

b) die gereinigte Substratoberfläche mit einem flüssigen Cyanoacrylatklebstoff beschichtet,

c) die mit dem Cyanoacrylatklebstoff benetzte Substratoberfläche mit einer unvernetzten, flüssigen oder pasten-förmigen Urethanformulierung beschichtet, während der Klebstoff noch feucht ist, und d) die Urethanformulierung vernetzen lässt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Urethanformulierung in Form eines Anfangsüberzugs auf die mit dem Cyanoacrylatklebstoff benetzte Substratoberfläche aufträgt und weitere Urethanmengen aufträgt, bevor der Urethananfangsüberzug vernetzt ist, bis das gewünschte Urethanvolumen erreicht ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das besagte Urethanvolumen zu der endgültigen Form formt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das besagte Urethanvolumen zu der endgültigen Form poliert oder schleift.
5. Verfahren nach Anspruch 1 zur Laufflächen- oder Runderneuerung eines Gummireifens mit einer Urethanformulierung, dadurch gekennzeichnet, dass man a) die Reifenmanteloberfläche poliert oder schleift, um alte Laufflächen zu entfernen, und die besagte Oberfläche von fremdem Material reinigt,

b) die polierte bzw. geschliffene Reifenmanteloberfläche mit einem flüssigen Cyanoacrylatklebstoff beschichtet,

c) einen Anfangsüberzug aus einer unvernetzten, flüssigen oder pastenförmigen Urethanformulierung auf die Oberfläche aufträgt, während der Cyanoacrylatklebstoff noch flüssig ist,

d) den Reifen in einer Form mit dem gewünschten Profil des erneuerten Reifens anordnet,

e) weitere flüssige oder pastenförmige Urethanformulierung in die besagte Form spritzt, bevor das anfänglich aufgetragene Urethan vernetzt ist, und so den Formhohlraum füllt,

f) den erneuerten Reifen aus der Form herausnimmt, sobald die Urethanformulierung durch Vernetzung erstarrt ist, und g) die Urethanformulierung zu Ende vernetzen lässt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Urethanformulierung mindestens einen wasserfreien Füllstoff enthält.