DD294472A5 - Verfahren zur herstellung einer klebeverbindung zwischen glas und metall, metall und metall und glas und glas - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Klebeverbindung zwischen Glas und Metall, Metall und Metall und Glas und Glas. Die Erfindung eignet sich fuer solche Verbindungen, deren Gebrauch hohe Anforderungen an Feuchte- und Dauerstabilitaet stellt. Die Glas- oder Metalloberflaeche wird vor der Verklebung mittels eines Flammhydrolyseverfahrens mit einer SiOx-C-Schicht zwischen 2 und 200 nm beschichtet und dies wiederum mit einer Silanhaftvermittlerloesung bestrichen. Danach wird erfindungsgemaesz das Flammhydrolyseverfahren derart gestaltet, dasz einer brennbaren Fluessigkeit eine Menge Alkoxysilan im Verhaeltnis von 0,5-5 * zugemischt wird.{Klebeverbindung; Glas - Metall; Metall - Metall; Glas - Glas; Flammhydrolyseverfahren; Schichtaufbringung; SiOx-C-Schicht; Alkoxysilan}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Klebeverbindung zwischen Glas und Metall, Metall und Metall und Glas und Glas.

Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich zur Herstellung von Verklebungen mit hoher Feuchte- und Dauerstabilität zwischen Metall und Glas, Metall und Metall sowie zwischen Glas und Glas.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Verklebung von Metallen untereinander, von Metall und Glas sowie von Glas und Glas nimmt in der Technik einen breiten Raum ein (W. Ludeck: Taschenbuch der Klebetechnik, Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1983). Demzufolge existieren auch eine Vielzahl von Lösungen, die eine dauerhafte Verbindung der genannten Materialien ermöglichen sollen. Zu diesem Zweck werden die Oberflächen stets gereinigt und in vielen Fällen aufgerauht. Die Reinigungsprozesse werden entweder mit Lösungsmittelbädern, die durch Ultraschallbehandlung unterstützt werden, durch Reinigungsprozesse bei höheren Temperaturen und durch mechanische Reinigung durchgeführt. Es ist ebenfalls möglich, Metalloberflächen vor der Verklebung aufzurauhen. Dazu können mechanische Mittel, wie Bürsten oder Schleifer, dienen. Es können aber auch Sandstrahlprozesse als Mittel für die Aufrauhung angewendet werden. Neben diesen mechanischen Oberflächenbehandlungen existieren ebenfalls eine Vielzahl von Lösungen, die Metalloberfläche vor der Verklebung zu konditionieren. Ein häufiges Mittel sind Oxydationsprozesse, die eine oberflächliche Oxidschicht erzeugen. Dazu dient die Behandlung in Flammen, die chemische Oberflächenbehandlung, durch Anwendung von oxydierenden Mitteln - wie beispielsweise Wasserstoffperoxid - oder es werden elektrochemische Verfahren der Oberflächenkonditionierung - wie die anodische Oxydation, aber auch die elektrochemische Beschichtung- beschrieben. Ein besonderes Gebiet der Oberflächenkonditionierung stellt die Schaffung von Mikroretentionen dar, die im Prinzip bereits durch Aufrauhprozesse - wie den Sandstrahlprozeß - entstehen, die sich aber auch auf chemischem Wege durch die sogenannte Säureätztechnik realisieren lassen. Dergestalt konditionierte Oberflächen haben eine verbesserte Haftung gegenüber Haftsilanen, die als Primär gegenüber einer nachfolgend aufgebrachten organischen Klebeschicht dienen können. Glasoberflächen werden ebenfalls neben einem Reinigungsprozeß durch geeignete thermische Verfahren, die zu einer Reduzierung der auf Glasoberflächen typischen Gelschicht dienen, konditioniert. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Auslaugung von silikatischen Oberflächen. Dadurch werden ebenfalls Mikroretentionen auf der Oberfläche erzeugt, wobei diese Mikroretentionen eine verbesserte Anbindung von Haftsilanen an die Oberfläche ermöglichen sollen. Auch in diesem Fall können Haftsilanschichten als Übergangsschichten für eine nachfolgende Kunststoffbeschichtung dienen. Als nachteilig haben sich bei den bekannten technischen Lösungen eine ungenügend feste und randspaltfreie Bindung des Kunststoffes an die Metalloberfläche erwiesen. Diese hat ihre Ursache in einer hydrolysoanfälligen Bindung des Haftsilans bzw. andersartiger verwendeter Primerschichten an der Metall- bzw. Metalloxidoberfläche. Die Ursachen hierfür liegen in der Chemie der Korroston dieser Bindung, dio insbesondere unter dem Einfluß von Feuchtigkeit innerhalb der Grenzfläche Metall-Kunststoff abläuft. Die Bindung von Glasoberflächen an den Kunststoff über Haftsilane erbringt im Hegelfall hohe und dauerhafte Festigkeiten. Diese weisen auch gegenüber Feuchtigkeit eine gute Stabilität auf. Die Schwachstelle des Verbundes liegt im Regelfall auf der Metallseite.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, dauerhafte und feuchtestabile Verklebungen oder Fügungen zwischen Glas und Metall, Metall oder Metall und zwischen Glas und Glas zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahret, zu erarbeiten, das den beschriebenen Nachteil einer begrenzten, insbesondere feuchteanfälligen Festigkeit zwischen Metall und Kunststoff beseitigt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf die Metalloberfläche eine dünne, die gesamte Metalloberfläche bedeckende silikatische Schicht mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, das darin besteht, daß das Flammenhydrolyse-Verfahren derart gestaltet ist, daß einer brennbaren Flüssigkeit oine Menge Alkoxysilan im Verhältnis von 0,5-5VoI.-% zugemischt wird, aufgebracht wird. Dieses Flammenhydrolyse-Verfahren scheidet auf der Metalloberfläche eine kohlenstoffhaltige SiO_x-Schicht ab. Der Aufwachsprozeß dieser SiO„-Schicht garantiert eine feste Verbindung zwischen Metall bzw. Metalloxid und dieser Schicht, da im Oberflächenbereich zum Zeitpunkt des Flammenkontaktes Temperaturen herrschen, die eine Diffusion der entsprechenden Oxidkomponenten ineinander gewährleisten. Die erfindungsgemäße Lösung enthält neben dem eigentlichen Beschichtungsvorgang eine Vorkonditionierung der Metalloberfläche, d. h. eine Reinigung, gegebenenfalls eine Aufrauhung, wobei dieser Reinigungs- und Aufrauhungsprozeß nach dem bewährten Verfahren der Sandstrahlung erfolgen kann. Mit der Flammenhydrclyse und dem damit verbundenen Flammenkontakt ist ebenfalls eine partielle Oxydation der Oberfläche verbunden, so daß die innige Verbindung zwischen SiO_x- und Metallschicht begünstigt wird. Mit dem Verfahren der Flammenhydrolyse-Beschichtung erhält die aufgebrachte silikatische Schicht - im folgenden SiO„-C-Schicht genannt - eine hochporöse Struktur. Diese Struktur ermöglicht es, ein nachfolgend aufzubringendes Haftsilan nicht nur chemisch, sondern über die Mikroretentionen dieser hochporösen Oberfläche auch mit einem mechanischen Anteil mit der SiO„-C-Schicht zu verbinden. Das Haftsilan besitzt funktioneile organische Gruppen, die mit dem nachfolgend aufzubringenden Kleber eine chemische Reaktion eingehen und damit eine chemische Verbindung zwischen SiO.-Schicht und Kunststoff ermöglichen. Die funktionell organische Gruppe der Haftsilan-Lösung muß auf die chemische Struktur des Klebers abgestimmt werden. Beispielsweise ist das Haftsilan Methacryloxypropyltrimethoxysilan in besonderem Maße für die Ankopplung von Methacrylaten bzw. strukturell ähnlich aufgebauten Kunststoffen oder Klebern geeignet. Gleichzeitig findet eine partielle Lösung des Haftsilans im Kunststoff statt, so daß eine spannungsmindernde Übergangsschicht zwischen Metall und Kunststoff über die Schichtfolge oxydierte Metalloberfläche-Silikat-SiOx-C-Haftsilan-Kunststoff entsteht. Die Bestandteile dieserSchichtfolge sind durch ihre Struktur in hohem Maßa gegenüber Feuchtigkeit stabil und stellen somit die Ursache und Voraussetzung für die erfindungsgemäße Ljsung der Aufgabe, einen feuchtestabilen dauerhaften Verbund zwischen Metall und Metall aber auch zwischen Metall und Glas zu erreichen, dar. Überraschenderweise zeigte es sich, daß diese silikatische Zwischenschicht, auf eine Glasoberfläche aufgebracht, auch die Verbindung zwischen Glas und Kunststoff fester, feuchtestabiler und dauerhafter macht. Damit wird es möglich, nicht nur Metall-Glas-Verbindungen, sondern auch Glas-Glas-Verbindungen mit einer höheren Qualitä.t des Verbundes - insbesondere unter Bedingungen extremer Feuchte- und Temperaturwechsellast-Beanspruchung - herzustellen.

Ausführungsbeispiel

Das Wesen der Erfindung soll an einem im folgenden näher beschriebenen Ausführungsbeispiel erläutert werden. In den Handbrenner wird eine Mischung aus Brennflüssigkeit (Katalyt) und Tetraethoxysilan eingefüllt. Das Mischungsverhältnis beträgt dabei 1 mol Silan in 10OmI Katalyt. Nach Entzünden der Brennflüssigkeit wird das Metall in einem Abstand von 2cm mit einer Geschwindigkeit von 1 cm s"' beschichtet. Nach Abkühlen des Metalls auf 20°C erfolgt das Bestreichen mit dem Haftsilan (1 mi A174,19m Ethanol, 3,5ml 30%ige Essigsäure) und das Aufbringen des Klebers.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung einer Klebeverbindung zwischen Glas und Metall, Metall und Metall und Glas und Glas, bei der die Glas- oder Metalloberfläche von der Verklebung mittels eines Flammenhydrolyseverfahrens mit einer SiO_x-C-Schicht zwischen 2 und 200nm beschichtet und diese wiederum mit einer Silanhaftvermittlerlösung bestrichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammenhydrolyseverfahren derart gestaltet ist, daß einer brennbaren Flüssigkeit eine Menge Alkoxysilan im Verhältnis von 0,5-5 Vol.-% zugemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenhydrolyse mittels eines mit flüssigem Brennstoff gespeisten Brenners erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der siliziumorganischen Verbindung bevorzugt um Tetraethoxysilan handelt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall- oder Glasoberfläche vor der Beschichtung auf Temperaturen zwischen 50 und 200⁰C erwärmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberfläche vor der Beschichtung durch einen Sandstrahlprozeß aufgerauht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die SiO_x-C-Schicht nach der Herstellung mit einem Haftsilan bestrichen wird, das eine mit dem Kleber reagierende funktionell Gruppe enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Haftsilan als angesäuerte alkoholische Lösung verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur An mauerung bevorzugt Essigsäure verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine 2 bis 10%ige alkoholische Lösung eines funktionellen Trialkoxysilans verwendet wird.