Die Erfindung bezieht sich auf einen wässrigen Einkomponenten-Dispersionskleber auf der Basis von Polyurethan zum elastischen Verkleben zweier Substratflächen. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum elastischen Verkleben zweier Substratflächen, wovon wenigstens eine porös ausgebildet ist, mit diesem Dispersionskleber.
Werden zwei Substratflächen mit einem Kleber beschichtet und nach dem Trocknen des Klebers aufeinander gelegt, spricht man von einem Kontaktkleber. Dieser kann bei üblichen Klebern seine Wirkung erst entfalten, wenn das Lösungsmittel oder das Wasser verdunstet ist. Wird lediglich eine der beiden zu verbindenden Substratflächen mit einem Kleber beschichtet und die andere, unbehandelte Substratfläche nach dem Verdunsten des Lösungsmittels oder Wassers aufgelegt und angedrückt, handelt es sich um einen Einseitkleber. Die Bezeichnungen Kontakt- und Einseitkleber werden auch bei einem Aufeinanderlegen der Substratflächen mit nassem Kleber beibehalten.
In leicht flüchtigen organischen Lösungsmitteln gelöste Kleber sind rasch verarbeitbar. Dieser Vorteil wird jedoch durch eine Reihe von Nachteilen weitgehend oder überwiegend aufgehoben. Die beim Spritzen und Trocknen entweichenden organischen Lösungsmittel stellen einen bedeutenden arbeitsökonomischen Verlust dar. Weiter sind die sich verflüchtigenden Lösungsmittel feuergefährlich, gesundheitsschädigend und/oder umweltbelastend. Trotz besonders gebauten Anlagen und umfangreichen Vorkehrungen zum Vermeiden von unkontrolliertem Entweichen von organischen Lösungsmitteln hat sich in zahlreichen Industrieländern der Gesetzgeber eingeschaltet und den Einsatz von organischen Lösungsmit teln, wenn dies nicht bereits erfolgt ist, in naher oder mittlerer Zukunft weitgehend verboten.
In den EP A1 0 470 928 und 0 624 634 werden wässrige Dispersionen und Verfahren zum elastischen Verkleben zweier Substratflächen aufgezeigt, welche den Einsatz von wässrigen Dispersionen als Kontakt- oder Einseitkleber erlauben. Überraschend zeigen diese wässrigen Dispersionen eine hohe Initialhaftung, wenn die beiden Substratflächen mit nassem Kleber aufeinander gelegt und kurz angedrückt werden. Die Klebstoffdispersionen sind drucksensibel, ohne Wasserabgabe wird spätestens beim Andrücken sofort ein Abbindevorgang eingeleitet. Nach der erstgenannten EP A1 0 470 928 wird eine erste Dispersion mit einem Acrylsäureestercopolymer und eine kolloidale zweite Dispersion eines Chloroprenpolymerisats nach vorheriger oder mit gleichzeitiger Durchmischung auf wenigstens eine der Substratflächen aufgetragen.
Die zu verklebenden Substratflächen mit den nassen Klebstoffdispersionen werden aufeinander gelegt und angedrückt. Die EP A1 0 624 634 beschreibt einen Kleber für Schaumstoffe und andere Materialien mit poröser Oberfläche, eine aufsprühbare Dispersion auf der Basis eines Acrylsäureestercopolymers und eines kolloidalen Chloroprenpolymerisats, welche als kennzeichnendes Merkmal Borsäure enthält.
Weiter sind wässrige Polyurethandispersionen bekannt, welche als Klebstoffe bzw. Kleber verwendet werden. Polyurethane, kurz PUR genannt, bezeichnen eine Gruppe hochmolekularer Werkstoffe, die durch Polyaddition von Diisocyanaten und bi- oder mehrfunktionellen Hydroxylverbindungen hergestellt werden. In ihren Molekülen sind die Grundbausteine durch die Urethangruppe (-NH-COO-) verbunden. Je nach chemischer Natur der eingesetzten Ausgangsverbindungen (Edukte) lassen sich Polyurethane mit linearen, verzweigten oder vernetzten Makromolekülen erhalten. Lineare Polyurethane sind thermoplastische Stoffe, welche eine vielfältige Anwendung gefunden haben. Hier interessieren nur vernetzte, elastomere Polyurethane, welche als Kleber verwendet werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen wässrigen Einkomponenten-Dispersionskleber auf der Basis von Polyurethan und ein Verfahren zum elastischen Verkleben zweier Substratflächen, wovon wenigstens eine porös ausgebildet ist, mit einem derartigen Dispersionskleber zu schaffen, welche die Initialhaftkraft von nass aufeinander gelegten Substratflächen weiter verbessern und/oder vereinfachen, weiterhin eine hohe Endhaftkraft aufweisen und auch eine lange, praxisgerechte Verarbeitungszeit nach dem Auftragen der Dispersion gewährleisten, ohne die ökonomischen und ökologischen Vorteile von weniger effizienten wässrigen Einkomponenten-Dispersionsklebern einzubüssen.
In Bezug auf den Dispersionskleber auf der Basis von Polyurethan wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass er wenigstens einen eingemischten Säureträger mit schwacher Säure enthält, und einen bezüglich der rohen Polyurethan-Dispersion abgesenkten pH-Wert aufweist. Spezielle und weiterführende Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.
Die wässrigen Einkomponenten-Dispersionskleber auf der Basis von Polyurethan können als Kontakt- oder Einseitkleber eingesetzt werden. Eine hohe, mit derjenigen von lösungsmittelhaltigen Klebstoffen wenigstens vergleichbare Initialhaftkraft kann nach dem Auftragen bereits in Sekundenschnelle erreicht werden, wenn die beiden Substratflächen nass aufeinander gelegt und zweckmässig kurz angedrückt werden. Die Initialhaftkraft ist unabhängig von einer vorgängigen Ablüftung. Bei einem kürzeren Maschinenstopp entstehen keine Produktionsausfälle, die aufgetragene Dispersion bleibt verhältnismässig lange nass bzw. offen und behält ihre vorteilhaften Eigenschaften bis zum Austrocknen, z.B. nach 15-30 min, im Wesentlichen unverändert.
Die Dispersionskleber sind drucksensibel. Bei einem Versprühen mit Schockwirkung kann die Koagulation bereits in der Flugphase ausgelöst werden. Je nach Eigengewicht des beim Zusammenfügen oben liegenden, zu verklebenden Substrates kann die Koagulation bzw. die Destabilisierung des Dispersionsklebers auch durch das Eigengewicht ausgelöst werden. In der Regel erfolgt jedoch ein kurzes Andrücken, was den notwendigen Schock zur Auslösung der Koagulation sicherstellt.
Ein gezieltes Auslösen der Koagulation mit hoher Initialhaftkraft ist in der Praxis von wesentlicher Bedeutung. Mit einem Dispersionskleber beschichtete, nasse Oberflächen können kurz aufeinander gedrückt werden und erreichen sofort die für eine Weiterverarbeitung und/oder einen Transport notwendige Initialhaftkraft. Diese steigt auch nach dem Zusammenfügen weiter an und erreicht z.B. bei einem Schaum mittlerer Härte nach wenigen Sekunden die Ausreissgrenze.
Die Dispersionen auf der Basis von Polyurethan werden in einem Mischer üblicher Bauart hergestellt, wobei die Komponenten in vorausbestimmter Reihenfolge zugegeben werden. Eine fertig gemischte Dispersion kann unter Luftabschluss mehrere Monate aufbewahrt werden ohne zu koagulieren.
Das Einmischen wenigstens einer in einem Säureträger aufgelösten schwachen Säure ist in zweierlei Hinsicht von wesentlicher Bedeutung:
- Die Zugabe von Säure in Form eines Granulates, Pulvers oder flüssigen Konzentrates zum Polyurethan könnte einen unerwünschten Schock bewirken und die Koagulation vorzeitig, vor dem Auftragen auf ein Substrat, auslösen. Dies könnte den Inhalt eines ganzen Gebindes unbrauchbar machen.
- Durch die Zugabe der schwachen Säure in einem Säureträger zum Polyurethan kann die Mischung stabilisiert werden. Sie wird in Balance gehalten, wenn bevorzugt mehr als 10 Gew.-% Säureträger mit Säure, bezogen auf das Gesamtgewicht, zugegeben werden. Zweckmässig liegt der Bereich bei 15 bis 40 Gew.-% Säureträger mit Säure, insbesondere bei 20 bis 30 Gew.-% wieder bezogen auf das Gesamtgewicht.
Durch Zugabe von Säure wird der pH-Wert der rohen Polyurethan-Dispersion zweckmässig auf weniger als etwa 8, vorzugsweise in den sauren Bereich unterhalb 7 abgesenkt. Als besonders vorteilhaft hat sich ein pH-Wert im Bereich von 4 bis 6, also im schwach bis mässig sauren Bereich, erwiesen. So erreicht und übertrifft der Dispersionskleber nach dem Auftragen die erforderlichen Eigenschaften und die notwendige Stabilität.
Die vorstehenden pH-Werte werden vorzugsweise durch einen Säureanteil von 0,01 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 2 Gew.-%, immer bezogen auf den Feststoffgehalt, erreicht.
Sehr gute Ergebnisse bezüglich der Initialhaftkraft, aber auch der Endhaftkraft und der Stabilität, sind beispielsweise mit Zitronensäure, Weinsäure, Borsäure und/oder Essigsäure erzielt worden. Selbstverständlich sind zahlreiche weitere schwache Säuren geeignet, mit einem Säureträger in den erfindungsgemässen wässrigen Dispersionskleber auf der Basis von Polyurethan eingemischt zu werden.
Der Säureträger selbst besteht beispielsweise aus Wasser, Glycerin, wenigstens einem Acrylsäureestercopolymer oder Mischungen davon. Vorteilhafte Acrylsäureestercopolymere sind beispielsweise die Produkte Acronal A310S und Acronal S600 der deutschen Firma BASF.
Die Basiskomponente des erfindungsgemässen wässrigen Einkomponenten-Dispersionsklebers, dem Polyurethan, ist im Wesentlichen aus Polyisocyanaten, Dihydroxylverbindungen und Kettenverlängerern aufgebaut. Mit Vorteil ist weiter ein Vernetzer zugegeben, welcher wenigstens zwei gegenüber Isocyanat reaktive Gruppen enthält. Diese Polyurethane gewährleisten bei gezieltem Einsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht nur eine hohe Initialhaftkraft, sondern auch universelle Verwendungsmöglichkeiten für polare und unpolare Substrate, wobei auch unter Feuchtigkeitseinwirkung eine gute Beständigkeit erhalten bleibt. Die Herstellung eines Polyurethans, welche nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, wird beispielsweise in der DE A 3 437 918 beschrieben.
Obwohl auch als Kleber eingesetzte Polyurethane und ihre Eigenschaften seit langem bekannt und immer wieder Gegenstand zahlreicher Publikationen sind, wird bezüglich der einzelnen Komponenten Folgendes ausgeführt:
- Als Polyisocyanate sind insbesondere aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Diisocyanate geeignet. Diese haben die allgemeine Formel X(NCO)2. Die Komponente X bezeichnet einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit zweckmässig 4 bis 12 C-Atomen, einen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit zweckmässig 6 bis 15 Atomen oder einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit zweckmässig 7 bis 15 C-Atomen. Als spezifische Beispiele können 1,4-Butandiisocyanat, Cyclohexandiisocyanat und 2,6-Toluoldiisocyanat aufgeführt werden.
Auch geeignete Mischungen von Diisocyanaten sind geeignet.
- Die Dihydroxylverbindungen haben vorzugsweise ein Molekulargewicht von 400 bis 6000 g/mol, es handelt sich insbesondere um Polyesterdiole, Umsetzungsprodukte von zweiwertigen Alkoholen mit zweiwertigen Carbonsäuren, beispielsweise Phtalsäure, Adipinsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und dimere Fettsäuren. Geeignete Alkohole für Polyesterdiole sind beispielsweise Äthylenglykol, Propylenglykol -(1,2) und -(1,3), o-Hexandiol und Polyäthylenglykol.
- Kettenverlängerer haben bevorzugt ein Molekulargewicht unter 400 g/mol. Es handelt sich beispielsweise um Verbindungen mit zwei Hydroxylgruppen, zwei primären oder sekundären Aminogruppen oder einer Hydroxyl- und einer primären oder sekundären Aminogruppe. Beispiele sind hier Äthylendiamin, Hexamethylendiamin, Piperazin, Äthanolamin und Isopropanolamin.
Kettenverlängerer haben in der Regel auch eine Vernetzerfunktion.
Besonders gute Resultate sind mit einem Dispersionskleber auf Polyurethanbasis Luphen D DS 3482 X oder D DS 3418 X der bereits erwähnten deutschen Firma BASF erzielt worden.
Das Einmischen von Zusatzkomponenten richtet sich nach den erwünschten Eigenschaften der Dispersion. Eine oder mehrere der folgenden organischen Komponenten sind dazu geeignet:
- N-Alkylpyrrolidon, beispielsweise in Form von N-Methyl-2-Pyrrolidon, bis zu 15 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt, und/oder eine Substanz der Gruppe bestehend aus N-Octyl-2-Pyrrolidon und N-Dodecyl-2-Pyrrolidon, vorzugsweise jeweils bis zu 10 Gew.-%, immer bezogen auf den Feststoffgehalt. N-Methyl-2-Pyrrolidon kann auch mit N-Octyl-2-Pyrrolidon oder N-Dodecyl-2-Pyrrolidon, bei unveränderten Gewichtsanteilen, gemischt sein.
Das erstgenannte N-Methyl-2-Pyrrolidon dient als Weichmacher, die beiden anderen Pyrrolidone fördern eher die Koagulationsfähigkeit und die Benetzung.
- Die Zugabe von Natriumlaurylsulfat, vorzugsweise in einer Konzentration von 0,1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt, verbessert beim Auftragen durch Aufsprühen die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Bearbeitbarkeit.
- Mit dem Ziel des Weichmachens, der Haftvermittlung, der Wärmestandfähigkeit und der Lagerstabilität kann als weitere Komponente auch Dimetylphtalat oder Diisobutylphtalat eingemischt sein, vorzugsweise mit bis zu 20 Gew.-% wiederum bezogen auf den Feststoffgehalt.
- Weitere, dem Fachmann bekannte fakultative Zusatzkomponenten sind beispielsweise Entschäumer (Tego Antifoam 2-89), Emulgatoren (Emulphor OPS 25), Dispersionspulver für einen hohen Festkörpergehalt (Acronal DS 6200), Weichharze (Dertoline 25) und Verdicker (Latekoll D 8%ig). In Klammern ist stets eine marktgängige Produktebezeichnung aufgeführt.
Schliesslich können auch feinkörnige Füllmaterialien eingemischt sein, vorzugsweise Zn0, Mg0 und/oder Farbpigmente.
In Bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Dispersionskleber auf wenigstens eine der Substratflächen aufgetragen, die zu verklebenden Substratflächen nass aufeinander gelegt und während wenigstens etwa 0,5 sec mit wenigstens 0,1 N/cm<2> angedrückt werden.
Beim Austritt der Dispersion aus einer Spritz- oder Sprühvorrichtung, beispielsweise einer Spritzdüse, einem Spritzbalken oder einem ähnlichen Zerstäubungsmittel, beginnt die drucksensible Dispersion sofort zu koagulieren, wenn eine entsprechende Schockwirkung erzeugt wird. Neben der Verbesserung der Initialhaftkraft hat dies den Vorteil, dass praktisch keine staubförmigen Partikel in die Umgebungsluft austreten, welche Arbeitsplatzhygiene und Umwelt belasten. Die Koagulation ist derart schnell, dass bei extremen Bedingungen auf vertikale Flächen dicke Schichten, sogar warzenförmige Buckel aufgetragen werden können, ohne dass die aufgetragene Schicht abläuft.
Wird die erfindungsgemässe Dispersion anstelle des mit einem Schock verbundenen Aufspritzens oder Aufsprühens aufgewalzt, aufgestrichen oder aufgegossen, kann schon durch Aufeinanderlegen der Substrate eine hinreichende Initialhaftkraft erzielt werden. Genügt das praktisch immer mit einer, wenn auch kurzen, Scherbewegung verbundene Auflegen nicht für die eine Koagulation auslösende Schockwirkung, erfolgt zusätzlich ein kurzes Andrücken. Mit Blick auf den geringen Aufwand des kurzen Andrückens mit oder ohne Scherbewegung erfolgt dieses praktisch immer, entweder sofort oder später.
Sprühgut wird bevorzugt mit einem Luftdruck von 0,5 bis 1,5 bar und einem Materialdruck von 0,3 bis 0,6 aufgetragen.
Der erfindungsgemässe Dispersionskleber wird vorzugsweise mit einer spezifischen Menge von 30 bis 300 g/m<2>, insbesondere von 50 bis 150 g/m<2>, aufgetragen. Das Auftragen erfolgt zweckmässig bei Raumtemperatur, die Initialhaftkraft greift derart rasch und stark, dass sich eine Erwärmung in der Praxis normalerweise erübrigt.
Die zu verklebenden nassen Substratflächen können sofort nach dem Beschichten oder bis vorzugsweise etwa 30 min, insbesondere bis etwa 20 min später aufeinander gedrückt werden, ohne dass die Initialhaftkraft merklich verändert wird.
Das Andrücken erfolgt zweckmässig während 1 bis 5 sec, vorzugsweise mit 0,1 bis 1 N/cm<2>, insbesondere mit etwa 0,5 N/cm<2>. Das Andrücken kann in besonderen Fällen auch mehrmals erfolgen, mit vollständiger oder teilweiser Entlastung. Durch Wiederholungen, auch durch Erhöhen des Anpressdruckes oder eine Scherbewegung, kann die Initialhaftung und die Zunahme der Haftung erhöht werden, was jedoch nicht immer erwünscht ist. Wesentlich ist die sofortige Bearbeitbarkeit und das Aufrechterhalten der Initialhaftkraft bei längerer Ablüftzeit vor dem Zusammenfügen.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemässsen Dispersionsklebers liegt im Verkleben von Schaumstoffen. Ein häufiger Arbeitsgang besteht hier z.B. darin, dass quaderförmige Schaumstoffblöcke zu Kissen verklebt werden, indem nach dem Auftragen eines erfindungsgemässen Dispersionsklebers die schmalen Seiten eingeknickt und sofort nass aufeinander gedrückt werden können. Dank der hohen Initialhaftkraft kann der angelegte Pressdruck sofort wieder weggelassen werden. Ein Zurückfedern oder Verschieben des gespannten Schaumstoffes konnte nicht festgestellt werden, auch bei Ablüftzeiten bis zu etwa einer Stunde. Trotzdem können nach dem Aufeinanderlegen, vor dem Anpressen, bei nicht passgerechten Verklebungen Korrekturen vorgenommen werden.
Schaumstoffe aller Art, beispielsweise Polyäthylen, Polyäther, Polyurethan oder Naturlatex haben ein breites Verwendungsspektrum in der Polstermöbel- und Matratzenindustrie, für Sportartikel usw. Eine besonders wertvolle Anwendung der Erfindung liegt im Überziehen von geformten Schaumstoffen mit einem textilen Überzug, beispielsweise mit einem Gewebe überzogene Fahrzeugsitze.
Die wichtigsten Vorteile der vorliegenden Erfindung können kurz wie folgt zusammengefasst werden:
- Einfachste Handhabung, Einkomponentenwerkstoff mit hohem Feststoffgehalt, der kein Gefahrengut ist.
- Ausserordentlich hohe und schnelle Initialhaftkraft von nassen Dispersionen, auch bei Raumtemperatur und nach längerer Ablüftzeit.
- Keine Verwendung von organischen Lösungsmitteln oder Lösungsmittelkomponenten, welche Arbeitsplatz und Umwelt belasten, und praktisch pH-neutral.
Nebelarmer Sprühauftrag, geringe Abwassermengen, die gut gereinigt und entsorgt werden können, deshalb keine Probleme mit strengen bis sehr strengen arbeitsplatzhygienischen und feuerpoli zeilichen Vorschriften oder Abwasserverordnungen.
- Hohe Wärmestandfestigkeit, nicht feuergefährlich.
- Breites Anwendungsspektrum, insbesondere für die Verklebung von Schaumstoffen, wie Latex, Polyäther-, Polyurethan- und Polyäthylenschaum untereinander sowie auf Holz, Spanplatten, Pappe, Jute, Gummihaar usw.
Alles, was zur Verarbeitung des erfindungsgemässen schnellabbindenden Dispersionsklebers benötigt wird, ist eine passende Spritzpistole und ein Materialschlauch. Es werden weder Pumpen noch teure Druckbehälter benötigt. Ein ganzes Gebinde kann ohne Nachfüllen geleert werden, beim Nachfüllen sind Fehler nicht möglich.
The invention relates to an aqueous one-component dispersion adhesive based on polyurethane for the elastic bonding of two substrate surfaces. The invention further relates to a method for the elastic bonding of two substrate surfaces, at least one of which is porous, with this dispersion adhesive.
If two substrate surfaces are coated with an adhesive and placed on top of each other after the adhesive has dried, this is called a contact adhesive. With conventional adhesives, this can only take effect when the solvent or the water has evaporated. If only one of the two substrate surfaces to be connected is coated with an adhesive and the other, untreated substrate surface is placed on and pressed on after the solvent or water has evaporated, it is a single-sided adhesive. The terms contact and single-sided adhesive are retained even when the substrate surfaces are stacked with wet adhesive.
Adhesives dissolved in volatile organic solvents can be processed quickly. However, this advantage is largely or largely eliminated by a number of disadvantages. The organic solvents escaping during spraying and drying represent a significant economic loss. Furthermore, the volatilizing solvents are flammable, harmful to health and / or polluting. Despite specially built systems and extensive precautions to avoid uncontrolled escape of organic solvents, the legislature has intervened in numerous industrial countries and the use of organic solvents, if this has not already been done, has been largely banned in the near or medium future.
EP A1 0 470 928 and 0 624 634 show aqueous dispersions and methods for the elastic bonding of two substrate surfaces, which allow the use of aqueous dispersions as contact or single-sided adhesives. Surprisingly, these aqueous dispersions show a high initial adhesion when the two substrate surfaces are placed on top of one another with wet adhesive and pressed briefly. The adhesive dispersions are pressure-sensitive; without water being released, a setting process is initiated immediately when pressed on. According to the first-mentioned EP A1 0 470 928, a first dispersion with an acrylic acid ester copolymer and a colloidal second dispersion of a chloroprene polymer after previous or with simultaneous mixing are applied to at least one of the substrate surfaces.
The substrate surfaces to be bonded with the wet adhesive dispersions are placed on top of one another and pressed on. EP A1 0 624 634 describes an adhesive for foams and other materials with a porous surface, a sprayable dispersion based on an acrylic ester copolymer and a colloidal chloroprene polymer, which contains boric acid as a characteristic feature.
Furthermore, aqueous polyurethane dispersions are known which are used as adhesives. Polyurethanes, or PUR for short, refer to a group of high-molecular materials that are produced by polyaddition of diisocyanates and bi- or polyfunctional hydroxyl compounds. In their molecules, the basic building blocks are connected by the urethane group (-NH-COO-). Depending on the chemical nature of the starting compounds (starting materials) used, polyurethanes with linear, branched or crosslinked macromolecules can be obtained. Linear polyurethanes are thermoplastic materials that have found a wide range of uses. Only cross-linked, elastomeric polyurethanes, which can be used as adhesives, are of interest here.
The present invention has for its object to provide an aqueous one-component dispersion adhesive based on polyurethane and a method for the elastic bonding of two substrate surfaces, of which at least one is porous, with such a dispersion adhesive, which further increases the initial adhesive force of wet substrate surfaces improve and / or simplify, continue to have a high final adhesive force and also guarantee a long, practical processing time after application of the dispersion without losing the economic and ecological advantages of less efficient aqueous one-component dispersion adhesives.
With regard to the dispersion adhesive based on polyurethane, the object is achieved according to the invention in that it contains at least one mixed acid carrier with weak acid, and has a pH value which is lower with respect to the raw polyurethane dispersion. Special and further embodiments of the invention are the subject of dependent claims.
The aqueous one-component dispersion adhesives based on polyurethane can be used as contact or single-sided adhesives. A high initial adhesive force, which is at least comparable to that of solvent-based adhesives, can be achieved in a matter of seconds after application if the two substrate surfaces are placed wet on top of one another and expediently pressed on briefly. The initial adhesive force is independent of prior ventilation. With a shorter machine stop, there are no production downtimes, the applied dispersion remains wet or open for a relatively long time and retains its advantageous properties until it dries out, e.g. after 15-30 min, essentially unchanged.
The dispersion adhesives are pressure sensitive. When spraying with a shock effect, the coagulation can be triggered in the flight phase. Depending on the weight of the substrate to be glued, which is on top when joining, the coagulation or the destabilization of the dispersion adhesive can also be triggered by the weight. As a rule, however, there is a short pressure, which ensures the necessary shock to trigger the coagulation.
A targeted triggering of the coagulation with high initial adhesive force is essential in practice. Wet surfaces coated with a dispersion adhesive can be pressed briefly together and immediately achieve the initial adhesive force required for further processing and / or transport. This continues to increase even after joining and reaches e.g. with a foam of medium hardness, the pull-out limit after a few seconds.
The dispersions based on polyurethane are produced in a mixer of the usual type, the components being added in a predetermined order. A completely mixed dispersion can be stored for several months in the absence of air without coagulating.
Mixing in at least one weak acid dissolved in an acid carrier is essential in two ways:
- The addition of acid in the form of a granulate, powder or liquid concentrate to the polyurethane could cause an undesirable shock and trigger coagulation prematurely before application to a substrate. This could render the contents of an entire container unusable.
- The mixture can be stabilized by adding the weak acid in an acid carrier to the polyurethane. It is kept in balance if more than 10% by weight of acid carrier with acid, based on the total weight, is preferably added. The range is expediently from 15 to 40% by weight of acid carrier with acid, in particular from 20 to 30% by weight, based on the total weight.
By adding acid, the pH of the crude polyurethane dispersion is suitably reduced to less than about 8, preferably in the acidic range below 7. A pH in the range from 4 to 6, ie in the weak to moderately acidic range, has proven to be particularly advantageous. This way the dispersion adhesive achieves and exceeds the required properties and stability after application.
The above pH values are preferably achieved by an acid content of 0.01 to 10% by weight, in particular 0.1 to 2% by weight, always based on the solids content.
Very good results with regard to the initial adhesive force, but also the final adhesive force and the stability, have been achieved, for example, with citric acid, tartaric acid, boric acid and / or acetic acid. Of course, numerous other weak acids are suitable for being mixed with an acid carrier in the aqueous dispersion adhesive according to the invention based on polyurethane.
The acid carrier itself consists, for example, of water, glycerol, at least one acrylic ester copolymer or mixtures thereof. Advantageous acrylic ester copolymers are, for example, the products Acronal A310S and Acronal S600 from the German company BASF.
The basic component of the aqueous one-component dispersion adhesive according to the invention, the polyurethane, is essentially composed of polyisocyanates, dihydroxyl compounds and chain extenders. It is also advantageous to add a crosslinker which contains at least two groups which are reactive toward isocyanate. When specifically used in the context of the present invention, these polyurethanes ensure not only a high initial adhesive force, but also universal uses for polar and non-polar substrates, with good resistance being retained even when exposed to moisture. The production of a polyurethane, which is not the subject of the present invention, is described for example in DE A 3 437 918.
Although polyurethanes and their properties, which are also used as adhesives, have long been known and have repeatedly been the subject of numerous publications, the following is carried out with regard to the individual components:
- Aliphatic, cycloaliphatic and aromatic diisocyanates are particularly suitable as polyisocyanates. These have the general formula X (NCO) 2. Component X denotes an aliphatic hydrocarbon radical with expediently 4 to 12 carbon atoms, a cycloaliphatic hydrocarbon radical with expedient 6 to 15 atoms or an aromatic hydrocarbon radical with expedient 7 to 15 carbon atoms. As specific examples, 1,4-butane diisocyanate, cyclohexane diisocyanate and 2,6-toluene diisocyanate can be listed.
Suitable mixtures of diisocyanates are also suitable.
- The dihydroxyl compounds preferably have a molecular weight of 400 to 6000 g / mol, in particular polyester diols, reaction products of dihydric alcohols with dihydric carboxylic acids, for example phthalic acid, adipic acid, maleic acid, fumaric acid and dimeric fatty acids. Suitable alcohols for polyester diols are, for example, ethylene glycol, propylene glycol - (1,2) and - (1,3), o-hexanediol and polyethylene glycol.
- Chain extenders preferably have a molecular weight below 400 g / mol. These are, for example, compounds with two hydroxyl groups, two primary or secondary amino groups or one hydroxyl and one primary or secondary amino group. Examples here are ethylenediamine, hexamethylenediamine, piperazine, ethanolamine and isopropanolamine.
Chain extenders usually also have a crosslinking function.
Particularly good results have been achieved with a polyurethane-based dispersion adhesive Luphen D DS 3482 X or D DS 3418 X from the German company BASF already mentioned.
The mixing in of additional components depends on the desired properties of the dispersion. One or more of the following organic components are suitable:
- N-alkylpyrrolidone, for example in the form of N-methyl-2-pyrrolidone, up to 15% by weight, based on the solids content, and / or a substance from the group consisting of N-octyl-2-pyrrolidone and N-dodecyl -2-pyrrolidone, preferably up to 10% by weight, always based on the solids content. N-methyl-2-pyrrolidone can also be mixed with N-octyl-2-pyrrolidone or N-dodecyl-2-pyrrolidone, with unchanged proportions by weight.
The first-mentioned N-methyl-2-pyrrolidone serves as a plasticizer, the other two pyrrolidones tend to promote coagulation and wetting.
The addition of sodium lauryl sulfate, preferably in a concentration of 0.1 to 3% by weight, based on the solids content, improves the mechanical properties, in particular the machinability, when applied by spraying.
- With the aim of softening, promoting adhesion, heat resistance and storage stability, dimethyl phthalate or diisobutyl phthalate can also be mixed in as a further component, preferably again with up to 20% by weight, based on the solids content.
- Other optional additional components known to those skilled in the art are, for example, defoamers (Tego Antifoam 2-89), emulsifiers (Emulphor OPS 25), dispersion powders for a high solids content (Acronal DS 6200), soft resins (Dertoline 25) and thickeners (Latekoll D 8%) ). A marketable product name is always given in brackets.
Finally, fine-grained filler materials can also be mixed in, preferably Zn0, Mg0 and / or color pigments.
With regard to the method, the object is achieved according to the invention in that the dispersion adhesive is applied to at least one of the substrate surfaces, the substrate surfaces to be bonded are placed wet on one another and pressed on for at least about 0.5 sec with at least 0.1 N / cm 2 .
When the dispersion emerges from a spraying or spraying device, for example a spray nozzle, a spray bar or a similar atomizing agent, the pressure-sensitive dispersion begins to coagulate immediately when a corresponding shock effect is generated. In addition to the improvement of the initial adhesive force, this has the advantage that practically no dust-like particles escape into the ambient air, which affect workplace hygiene and the environment. Coagulation is so fast that under extreme conditions thick layers, even wart-like humps, can be applied to vertical surfaces without the applied layer running off.
If the dispersion according to the invention is rolled on, spread on or poured on instead of spraying or spraying on with a shock, a sufficient initial adhesive force can be achieved simply by laying the substrates on top of one another. If this is practically always sufficient, even if a short, shearing motion associated with the application of the shear does not result in the shock effect that triggers a coagulation, there is also a short pressing. In view of the low effort of the short pressing with or without shear movement, this is practically always done, either immediately or later.
Spray material is preferably applied with an air pressure of 0.5 to 1.5 bar and a material pressure of 0.3 to 0.6.
The dispersion adhesive according to the invention is preferably applied in a specific amount of 30 to 300 g / m 2, in particular 50 to 150 g / m 2. It is best applied at room temperature, the initial adhesive force is so rapid and strong that it is usually not necessary to heat it up in practice.
The wet substrate surfaces to be bonded can be pressed onto one another immediately after coating or preferably up to about 30 minutes, in particular up to about 20 minutes later, without the initial adhesive force being noticeably changed.
The pressure is expediently carried out for 1 to 5 seconds, preferably with 0.1 to 1 N / cm 2, in particular with about 0.5 N / cm 2. In special cases, pressure can also be applied several times, with complete or partial relief. The initial adhesion and the increase in adhesion can be increased by repetitions, also by increasing the contact pressure or a shearing movement, but this is not always desirable. It is essential that they can be processed immediately and that the initial adhesive force is maintained with a longer flash-off time before assembly.
A particularly advantageous application of the dispersion adhesive according to the invention is in the bonding of foams. A common step here is e.g. in the fact that cuboid foam blocks are glued to cushions in that, after applying a dispersion adhesive according to the invention, the narrow sides are folded in and can be pressed together wet immediately. Thanks to the high initial adhesive force, the applied pressure can be omitted immediately. Springing back or shifting of the stretched foam could not be determined, even with flash-off times of up to about an hour. Nevertheless, corrections can be made after laying on top of each other, before pressing, if the glue does not fit properly.
Foams of all kinds, for example polyethylene, polyether, polyurethane or natural latex, have a wide range of uses in the upholstered furniture and mattress industry, for sports articles, etc. A particularly valuable application of the invention lies in covering molded foams with a textile covering, for example vehicle seats covered with a fabric .
The main advantages of the present invention can be briefly summarized as follows:
- Easiest handling, one-component material with a high solids content that is not a dangerous good.
- Exceptionally high and fast initial adhesion of wet dispersions, even at room temperature and after a long flash-off time.
- No use of organic solvents or solvent components, which pollute the workplace and the environment, and practically pH-neutral.
Low-fog spray application, small amounts of wastewater that can be cleaned and disposed of well, so no problems with strict to very strict workplace hygiene and fire regulations or wastewater regulations.
- High heat resistance, not flammable.
- Wide range of applications, in particular for the bonding of foams such as latex, polyether, polyurethane and polyethylene foam to one another and to wood, chipboard, cardboard, jute, rubber hair, etc.
All that is required to process the quick-setting dispersion adhesive according to the invention is a suitable spray gun and a material hose. No pumps or expensive pressure vessels are required. An entire container can be emptied without refilling, errors are not possible when refilling.