DD259196A1 - Verfahren zur herstellung einer haftkleberloesung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Haftkleberlösungen durch radikalisch initiierte Copolymerisation vorwiegend höherer Acrylsäurealkylester in organischen Lösungsmitteln. Eine besondere Verfahrensgestaltung hinsichtlich des Einsatzes des Initiators und das Verhältnis Monomere/Lösungsmittel ergibt bei relativ niedrigen Lösungsviskositäten ohne Vernetzung des Polymeren Haftklebstoffe mit ausgewogenem Verhältnis zwischen Oberflächenklebrigkeit und Kohäsion.{Haftkleber, Haftkleberlösung, Lösungsviskosität, Haftklebefilm, Kohäsion, Adhäsion, Crylsäureestercopolymer, Monomer-Lösungsmittel-Verhältnis, Copolymerisation}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung . .

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Haftkleberlösung durch radikalisch initiierte Copolymerisation vorwiegend höherer Acrylsäureaikylester in organischen Lösungsmitteln.

Die Copolymerlösung ist zur Beschichtung unterschiedlichster Untergründe, wie Kunststoffolien oder textlien Materialien zur Herstellung von Klebebändern geeignet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist die Verwendung von Estern der Acrylsäure mit Alkoholen der Ketteniänge Cj-Cb als wesentliche Bestandteile für die Herstellung von Polymeren, die als Haftklebstoffe geeignet sind (H. Reinhard, Dispersionen synthetischer Hoch polymerer, Teil II, Springer-Verlag, 1969, S. 115). Sie zeichnen sich durch niedrige Glasübergangstemperaturen und eine gute Adhäsion gegenüber vielen Substraten aus.

Die Polymere finden Anwendung in Form von wäßrigen Dispersionen oder Lösungen in organischen Lösungsmitteln. Die Homopolymerisate zeigen zwar eine hohe Oberflächenklebrigkeit (Adhäsion), jedoch ist die Firmfestigkeit (Kohäsion) unzureichend. Diese zwei Eigenschaften sind wesentliche Qualitätsmerkmale eines Haftklebstoffes. Ein Weg zur Verbesserung der Kohäsion ist die Verwendung von Comonomeren, die zu einer Erhöhung der Glasübergangstemperaturen führen. Bevorzugt sind polare Monomere wie niedere Acrylsäureester, Vinylacetat oder ungesättigte polymerisierbare Säuren. Besondere Bedeutung besitzen in dieser Beziehung Acrylsäure bzw. Methacrylsäure (DE-OS 2330328).

Ein weitererWeg zur Erhöhung der Filmfestigkeit ist die Verwendung von bifunktionellen Comonomeren, die eine Vernetzung der Polymerkette gestatten. Die Vernetzungsreaktionen werden sowohl thermisch wie strahlenchemisch oder durch Zufügen von weiteren Reaktanten erreicht (DE-PS 2443414).

• Bei Polymerlösungen müssen Reaktionen nach dem Auftragen der Polymerlösung auf einen Träger (Folie, Vlies) durchgeführt werden, zweckmäßig im Zusammenhang mit dem Trockenprozeß zur Entfernung des Lösungsmittels. Nach DE-PS 2243702 werden bei der Synthese eines Lösungspolymerisates Co.monomere vom Typ der N-Alkylolacrylamide eingesetzt. Die Vernetzung erfolgt durch Temperaturerhöhung bei der Applikation über die M-Alkylol-Gruppen. In der US-PS 3284423 wird die Copolymerisation von einem niedrigen Alkylester der Acrylsäure oder Methacrylsäure mit einem anderen ethylenisch ungesättigten Monomeren, welches mehr als 6C-Atome pro Molekül hat, einem Glycidester einer ethylenisch ungesättigten Monocarbonsäure oder Dicarbonsäure und einer Acrylverbindung, die eine Gruppe enthält, welche fähig ist, mit der Epoxid-Struktur des Glycidylesters zu reagieren, beansprucht.

Die Vernetzung mit mehrwertigen Metallverbindungen über in den Polymerketten enthaltenen funktioneilen Gruppen (z. B. Carboxyl, Hydroxyl) durch Einpolymerisieren entsprechender Monomerer, Mischen mit einem entsprechenden Metallalkoxid, Auftragen der Mischung auf Träger und Trocknen des Filmes ist gleichfalls bekannt.

Nach DE-AS 2337558 werden statt der üblichen Metallalkoxide sogenannte „gelierte Metallalkoxide" verwendet, die nicht gewünschte vorzeitige Vernetzung verhindern. .

Eine ausführliche Darstellung der Vernetzung von carboxylgruppenhaltigen Polymeren mit Alköxymetallverbindungen bei Umgebungstemperatur wird von Roland Milker und Zbigniew Czech (Adhäsion [1985] 3, 29-32) gegeben. Ziel der Vernetzungsreaktionen ist in allen Fällen eine Verbesserung der Kohäsion der Klebefilme, jedoch muß auch die Adhäsion des Filmes ausreichend sein. In dem ausgewogenen Verhältnis von Adhäsion, Kohäsion und der Alterungsbeständigkeit der Polymerfilme liegt die Schwierigkeit jeder Haftkleberentwicklung. Nachteile dieser den Stand der Technik beschreibenden Patentschriften sind in der häufig begrenzten Lagerfähigkeit der Polymerlösungen durch Viskositätserhöhung und die Neigung zur Vergelung infolge einer bereits in der Lösung beginnenden Vernetzung zu sehen.

Im weiteren ergeben sich besondere Aufwendungen durch den Einsatz der teuren bifunktionellen Monomeren bzw. Vernetzungsmittel und die Zuführung der für den Ablauf des Vernetzungsprozesses notwendigen Energien.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Synthese einer Haftkleberlösung, die für die Beschichtung unterschiedlicher Untergründe Wie Kunststoffolien, Papier und textlien Materialien geeignet ist.

Es soll der Einsatz von teuren und zu Vernetzungen in der Polymerlösung bei der Lagerung neigenden mehrfunktionellen Monomeren vermieden werdenderen Einsatz nach dem Stand der Technik bisher zur Einstellung der notwendigen Kohäsion der Haftkleber unumgänglich war.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Haftkleberlösung durch radikalisch initiierte Copolymerisation vorwiegend höherer Acrylsäurealkylester in organischen Lösungsmitteln, vorzugsweise Ethylacetat, in Gegenwart von Initiatoren, vorzugsweise Azobisisobutyronitril, zu entwickeln, die niedrige Lösungsviskositäten besitzen. Die Haftkleber sollen bei hoher Oberflächenklebrigkeit gute Kohäsion besitzen.

Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß gelöst, indem 5 bis 10% Lösungsmittel bezogen auf die Monomermischung in den Polymerisationsreaktor gegeben werden und im Laufe von 4 bis 10 Stunden die Monomerenmischung und 10 bis 20% Lösungsmittel sowie 0,005 bis 0,05% eines öllöslichen Initiators, bevorzugte Azobisisobutyronitril, jeweils bezogen auf die Monomermischung zugeführt werden. In der ersten und zweiten Stunde nach beendigter Zufuhr der Monomer/ Lösungsmittelmischung werden jeweils 0,05 bis 0,1 % Initiator bezogen auf die Monomermischung nachdosiert.

In üblicher Weise wird eine der Zerfallstemperatur des angewendeten Initiators entsprechende Polymerisationstemperatur gewählt, das vorgelegte Lösungsmittel auf diese Temperatur gebracht. Die Zuführung der Monomer/Lösungsmittel-Mischung erfolgt bei diesem Temperaturniveau.

Je nach Notwendigkeit wird nach der Ausführung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise durch chargenweise oder kontinuierliche Initiatorzuführung die Polymerisation zu Ende geführt.

Die erfindungsgemäß hergestellten Polymerlösungen haben eine Viskosität von 3000 bis 10000mPas(gemessen im Rotationsviskosimeter vom Typ Rheotest 2, VEB MLW, Prüfgeräte-Werk Medingen) bei einem Feststoffgehalt von 40,0%.

Nach zahlreichen Veröffentlichungen in der Fachliteratur besteht die Notwendigkeit der Herstellung und Anwendung vernetzungsfähiger Polymerlösungen für Haftklebstoffe mit ausreichender Kohäsion. In der US-PS 3284423 wird zwar die die Kohäsion verbessernde Wirkung eines höheren durchschnittlichen Molekulargewichtes erläutert, auf die Notwendigkeit von Maßnahmen zur Vernetzung des Polymeren bei der Applikation wird trotzdem verwiesen.

In PO-PS 103388 wird ausgeführt, daß durch Zusatz von Polymerfraktionen mit höherem Molekulargewicht eine ausreichende Kohäsion des Klebstoffilmes erreicht wird. Jedoch weist die Polymerlösung eine schwer zu handhabende Viskosität von 30000 bis40000mPasauf.

Für den Fachmann überraschend ist, daß die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polymerlösungen relativ niedrige Viskositäten besitzen und die FHme bei hoher Oberflächenklebrigkeit sich durch eine gute Kohäsion auszeichnen.

Die Polymerlösungen lassen in problemloser Weise eine Beschichtung mit technisch üblichen Einrichtungen zu, wobei bevorzugt die Umkehrbeschichtung angewendet werden sollte.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

in einem mit den üblichen technischen Einrichtungen ausgerüsteten Rührreaktor wird eine Vorlage bestehend aus 8,5 Gew.-TIn.

Ethylacetat bereitet, die Luftatmosphäre durch ein Inertgas verdrängt und auf die Polymerisationstemperatur von 75 bis 80°C aufgeheizt.

Über einen Zeitraum von 4 Stunden wird der Zulauf bestehend aus

11 Gew.-Tln. Ethylacetat

0,01 Gew.-Tln. Azobisisobutyronitril 81 Gew.-Tln. 2-Ethylhexylacrylat 15Gew.-Tln. Acrylsäuremethylester

4Gew.-Tln. Acrylsäure

dem Polymerisationsreaktor zugeführt.

Der Polymerisation schließt sich eine Nachpolymerisation über 10 Stunden hinweg bei 75⁰C an. Stündlich erfolgt die portionsweise Zugabe von 0,07 Gew.-Tln. Azobisisobutyronitril. Nach der 2. und 3. Zugabe des Initiators wird die Lösung auf einen Feststoffgehalt von 40% verdünnt. Es wird ein Lösungspolymerisat mit einer Viskosität von 5500 mPas erhalten.

Die Ermittlung der Trennfestigkeit des Klebebandes (Masseauftrag 40 g/m² auf Polyesterfolie_rMessung des Schälwiederstandes nach DDR-Standard, TGL 3744) gegen Metall ergibt einen Wert von 4,5 N/cm ohne Spaltungs- bzw. Übertragungserscheinungen des Haftklebstoffes vom Klebeband auf das Metall.

Der rolling-ball-Wert (d. h. die Rollänge einer definiert beschleunigten Kugel auf ein mit dem Haftklebstoff beschichteten Substrat), ein Maß für die Adhäsion eines Klebstoffilmes, beträgt 15cm.

Nach vierteljähriger Lagerung des Klebebandes wurde für die Trennfestigkeit ein Wert von 4,3 N/cm und ein rollingball-Wert von 18cm bestimmt.

Beispiel 2

In einem rr Ethyl aceta aufgeheizt.

In einem mit den üblichen technischen Einrichtungen ausgerüsteten Rührreaktor wird eine Vorlage bestehend aus 5 Gew.-Tln. Ethylacetat bereitet, die Luftatmosphäre durch ein Inertgas verdrängt und auf die Polymerisationstemperatur von 75 bis 80°C

Über einen Zeitraum von 6 Stunden wird der Zulauf bestehend aus

IBGew.-Tln. Ethylacetat

0,01 Gew.-Tln. Azobisisobutyronitril 85Gew.-Tln. 2-Ethylhexylacrylat 12Gew.-Tln. Acrylsäuremethylester 3Gew.-Tln. Acrylsäure

dem Polymerisationsreaktor zugeführt.

Der Polymerisationsreaktor schließt sich eine Nachpolymerisation über 10 Stunden hinweg bei 75°C an. Stündlich erfolgt die portionsweise Zugabe von 0,05Gew.-Tln. Azobisisobutyronitril. Nach der 2. und 3.Zugabe des Initiators schließt sich die Verdünnung auf einen Feststoffgehalt von 40% an. Es wird ein Lösungspolymerisat mit einer Viskosität von 6200mPas erhalten.

Die Ermittlung der Trennfestigkeit des Klebebandes gegen Metall ergibt einen Wert von 4,9 N/cm ohneSpaltungs- bzw. Übertragungserscheinungen des Haftklebstoffes vom Klebeband auf das Metall. Der rolling-ball-Wert beträgt 21 cm. Nach vierteljähriger Lagerung des Klebebandes wurde für die Trennfestigkeit ein Wert von 4,7 N/cm und ein rolling-ball-Wert von 22cm bestimmt.

Beispiel 3

In einem mit den üblichen technischen Einrichtungen ausgerüsteten Rührreaktor wird eine Vorlage₍bestehend aus lOGew.-Tln.

Ethylacetat bereitet, die Luftatmosphäre durch ein Inertgas verdrängt und auf die Polymerisationstemperatur von 75 bis 80°C aufgeheizt.

Über einen Zeitraum von 8 Stunden wird der Zulauf bestehend aus

10Gew.-Tln. Ethylacetat

0,03Gew.-Tln. Azobisisobutyronitril 85Gew.-Tln. 2-Ethylhexylacrylat 12Gew.-Tln. Vinylacetat 3Gew.-Tln. Acrylsäure

dem Polymerisationsreaktor zugeführt.

Der Polymerisation schließt sich eine Nachpolymerisation über 10 Stunden hinweg bei 75⁰C an. Stündlich erfolgt die portionsweise Zugabe von 0,05Gew.-Tln. Azobisisobutyronitril. Nach der 2. und 3. Zugabe des Initiators schließt sich eine Verdünnung auf einen Feststoffgehalt von 40% an. Es wird ein Lösungspolymerisat mit einer Viskosität von 4500 mPas erhalten. Die Ermittlung der Trennfestigkeit des Klebebandes gegen Metall ergibt einen Wert von ,2 N/cm ohne Spaltungs- bzw. ,Übertragungserscheinungen des Haftklebstoffes vom Klebeband auf das Metall. Der rolling-ball-Wert beträgt 17 cm. Nach vierteljähriger Lagerung des Klebebandes wurde für die Trennfestigkeit ein Wert von 5,1 N/cm und ein rolling-ball-Wert von 18cm bestimmt.

Beispiel 4

In einem mit den üblichen technischen Einrichtungen ausgerüsteten Rührreaktor wird eine Vorlage₍bestehend aus 5Gew.-Tln.

Ethylacetat bereitet, die Luftatmosphäre durch ein Inertgas verdrängt und auf die Polymerisationstemperatur von 74 bis 80⁰C aufgeheizt.

Über einen Zeitraum von 5 Stunden wird der Zulauf bestehend aus

20Gew.-Tln. Ethylacetat 0,05Gew.-Tln. Azobisisobutyronitil 85Gew.-Tln. 2-Thylhexylacrylat 10Gew.-Tln. Vinylacetat 5Gew.-Tln. Acrylsäure

dem Polymerisationsreaktor zugeführt.

Der Polymerisation schließt sich eine Nachpolymerisation über 10 Stunden hinweg bei 75⁰C an. Stündlich erfolgt die portionsweise Zugabe von 0,05 Gew.-Tln. Azobisisobutyronitril. Nach der 2. und 3. Zugabe des Initiators wird auf einen Feststoffgehalt von 40% verdünnt. Es wird ein Lösungspolymerisat mit einer Viskosität von 4800 mPas erhalten. Die Ermittlung der Trennfestigkeit des Klebebandes gegen Metall ergibt einen.Wert von 4,8N/cm ohne Spajtungs- bzw. Übertragungserscheinungen des Haftklebstoffes vom Klebeband auf das Metall. Der rolling-ball-Wert beträgt 12cm. Nach vierteljähriger Lagerung des Klebebandes wurde für die Trennfestigkeit ein Wert von 4,8 N/cm und ein rolling-ball-Wert von 14cm bestimmt.

Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel)

In einem mit den üblichen technischen Ausrüstungen ausgerüsteten Rührreaktor wird eine Vorlage₍bestehend aus 15Gew.-Tln.

Ethylacetat bereitet, die Luftatmosphäre durch ein Inertgas verdrängt und auf die Polymerisationstemperatur von 75 bis 80⁰C aufgeheizt.

Über einen Zeitraum von 4 Stunden wird der Zulauf besehend aus

30Gew.-Tln. Ethylacetat

0,01 Gew.-Tln. Azobisisobutyronitril 81 Gew.-Tln. 2-Ethylhexylacrylat 15Gew.-Tln. Acrylsäuremethylester

4Gew.-Tln. Acrylsäure

dem Polymerisationsreaktor zugeführt. . ' .

Der Polymerisation schließt sich eine Nachpolymerisation über 10 Stunden hinweg bei 75⁰C an. Stündlich erfolgt die portionsweise Zugabe von 0,05Gew.-Tln. Azobisisobutyronitril. Nach der 2. und 3.Zugabe des Initiators wird auf einen .

Feststoffgehalt von 40% verdünnt. Es wird ein Lösungspolymerisat mit einer Viskosität von 2000 mPas erhalten.

Mit dem damit beschichteten Klebeband sind die Trennfestigkeit und der rolling-ball-Wert bestimmt worden. Bei der Ermittlung der Trennfestigkeit kam es zu einem 100%igen Übertrag des Haftklebstoffes vom Klebeband auf das Metall. Der rolling-ball-Wert beträgt 12cm.

Beispiel 6 {Vergleichsbeispiel)

In einem mit den üblichen technischen Ausrüstungen ausgerüsteten Rührreaktor wird eine Vorlage_fbestehend aus 10Gew.-Tln.

Ethylacetat bereitet, die Luftatmosphäre durch ein Inertgas verdrängt und auf die Polymerisationstemperatur von 75 bis 8O⁰C aufgeheizt.

Über einen Zeitraum von 4 Stunden wird der Zulauf bestehend aus

75Gew.-Tln. Ethylacetat

0,05Gew.-Tln. Azobisisobutyronitril 77 Gew.-Tln. 2-Ethylhexylacrylat 17 Gew.-Tln. Acrylsäuremethylester

4Gew.-Tln. Acrylsäure

2Gew.-Tln. Glycidylmethacrylat

dem Polymerisationsreaktor zugeführt.

Der Polymerisation schließt sich eine Nachpolymerisation über lO.Stunden hinweg bei 75⁰C an. Stündlich erfolgt die portionsweise Zugabe von 0,01 Gew.-Tln. Azobisisobutyronitril. Nach der 2. und 3. Zugabe des Initiators wird auf einen Feststoffgehalt von 40% verdünnt. Es wird ein Lösungspolymerisat mit einer Viskosität von 4400 mPas erhalten.

Mit dem beschichteten Klebeband sind die Trennfestigkeit und der rolling-ball-Wert bestimmt worden. Für die Trennfestigkeit ergab sich ein Wert von 3,5 N/cm ohne Spaltungs-bzw. Übertragungserscheinungen des Haftklebstoffes vom Klebeband auf das Metall. Der rolling-ball-Wert beträgt 25cm. Eine Wiederholung dieser Messungen nach einer vierteljährigen Lagerung des Klebebandes ergab für die Trennfestigkeit einen Wert von 2,7 N/cm und einen rolling-ball-Wert von 32 cm.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von Haftkleberlösungen durch radikalisch initiierte Copolymerisation vorwiegend höherer Acrylsäureaikylester in organischen Lösungsmitteln, vorzugsweise Ethylacetat, in Gegenwart von Initiatoren, vorzugsweise Azobisisobutyronitril, mit

   A, 70 bis 95Gew.-Tln. Ester ungesättigter Mono- oder Dicarbonsäuren aus einem Alkohol mit 4 bis 12C-Atomen, vorzugsweise
2. 2-Ethylhexylacrylat

   B, 0 bis 25Gew.-TIn. Ester ethylenisch ungesättigter Mono- oder Dicarbonsäuren aus einem Alkohol mit 1 bis 2 C-Atomen, oder Vinylacetat und

   C, 1 bis 5Gew.-Tln. einer ethylenisch ungesättigten polymerisierbaren Säure, vorzugsweise Acrylsäure oder Methacrylsäure als Comonomere,

   dadurch gekennzeichnet, daß 5 bis 10% Lösungsmittel bezogen auf die Monomeren im Polymerisationsreaktor vorgelegt und im Laufe von 4 bis 10 Stunden dem Reaktor eine Mischung der Monomeren und 10 bis 12% Lösungsmittel sowie 0,005 bis 0,05% eines öllöslichen Initiators, jeweils bezogen auf die Monomerenrnischung, zugeführt werden.