DE10062861A1 - Geruchsreduzierte schwefel-vernetzende Kautschukmassen - Google Patents
Geruchsreduzierte schwefel-vernetzende KautschukmassenInfo
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Abstract
Heißhärtende, reaktive Zusammensetzungen auf der Basis von natürlichen und/oder synthetischen, olefinische Doppelbindungen enthaltenden Elastomeren auf der Basis von flüssigen Polyenen, ggf. Festkautschuken, Vulkanisations-Systemen, bestehend aus Schwefel und einem oder mehreren organischen Beschleunigern und/oder Metalloxiden, die eine oder mehrere heterocyclische Verbindungen enthalten, die mindestens 2 Stickstoffatome im Ring haben, lassen sich unter Vermeidung bzw. starker Reduktion der Geruchsbelästigung durch Schwefel und Schwefelverbindungen vulkanisieren. Diese Zusammensetzungen eignen sich als Klebstoffe, Dichtstoffe oder Beschichtungsmassen, insbesondere im Automobilbau.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft heißhärtende, reaktive Zusammensetzungen auf
der Basis von natürlichen und/oder synthetischen Kautschuken und
schwefelhaltigen Vulkanisationsmitteln, die beim Aushärten geringere bis gar
keine Geruchsbelästigung verursachen. Weiterhin betrifft diese Erfindung die
Verwendung derartiger Zusammensetzungen, deren Herstellung sowie ein
Verfahren zum Verbinden von Metallteilen und/oder Abdichten von Fugen
zwischen Metallteilen.
Bei den modernen Fertigungsmethoden zum Verbinden von metallischen
Komponenten im Maschinen-, Fahrzeug- oder Gerätebau, insbesondere im
Automobilbau, werden die klassischen Befestigungsmethoden, wie Nieten,
Schrauben oder Schweißen immer häufiger durch das Kleben ersetzt.
Insbesondere das Punktschweißen als Quelle zukünftiger Korrosion wird dabei so
weit wie möglich zurückgedrängt bzw. in Kombination mit Strukturklebstoffen
angewendet. Aus diesem Grunde besteht ein verstärkter Bedarf an hochfesten
Strukturklebstoffen und abdichtenden flexiblen Materialien. Aus
fertigungstechnischen Gründen müssen diese Klebstoffe in der Automobilfertigung
im sogenannten Rohbau eingesetzt werden, d. h., diese Klebstoffe werden im
allgemeinen auf die ungereinigte Metalloberfläche appliziert. Diese Oberflächen
sind häufig mit den verschiedensten Korrosionsschutz- bzw. Ziehölen beschichtet,
so daß die dort eingesetzten Klebstoffe durch diese Öle nicht in ihrer Funktion
beeinträchtigt werden dürfen. Weiterhin müssen diese Klebstoffe vorzugsweise
ohne Vorgelierung beständig gegen die diversen Wäscher-Bäder und -Anlagen
sein sowie den hohen Temperaturen bis zu etwa 240°C der Einbrennöfen für die
Elektrotauchlackierung schadlos widerstehen und in diesem Temperaturbereich
aushärten. Weiterhin müssen diese Kleb-/Dichtstoffe gute alterungsbeständige
Haftung auf den diversen verzinkten Stählen wie z. B. elektrolytisch verzinkten,
feuerverzinkten sowie den entsprechenden thermisch nachbehandelten
Verzinkungen oder verzinkten und nachträglich phosphatierten Stahlblechen
sowie unverzinkten Stählen und Aluminium haben. Strukturklebstoffe für diese
Anwendungen müssen weiterhin eine Mindestfestigkeit von etwa 15 MPa haben.
Versiegelungs- und Abdichtmaterialien sowie Unterfütterungsklebstoffe weisen
Festigkeiten zwischen 0,2 und 3 MPa auf. Aus Gründen des einfachen
Arbeitsablaufes kommen nur einkomponentige Materialien in Frage, die durch
Pumpen gefördert werden können und maschinell applizierbar sind.
Wegen der hohen Festigkeitsanforderungen wurden in der Vergangenheit für
diese Anwendungen ganz überwiegend einkomponentige hitzehärtende
Epoxyklebstoffe eingesetzt. Neben den Vorteilen einer hohen Zugfestigkeit haben
die Epoxyklebstoffe jedoch eine Reihe von entscheidenden Nachteilen. Die
pastösen, hitzehärtenden einkomponentigen Epoxyklebstoffe besitzen keine
ausreichende Auswaschbeständigkeit in den Wäscher- und Phosphatierbädern, so
daß diese Verklebungen üblicherweise durch Induktionsheizungen oder spezielle
Öfen vorgeliert werden müssen. Dies bedeutet jedoch einen zusätzlichen
Arbeitsschritt. Man hat dies zu umgehen versucht, indem man einkomponentige
hitzehärtende Epoxyklebstoffe mit Hotmelt-Charakter entwickelt hat, diese
erfordern jedoch spezielle Auftragsanlagen, da diese Klebstoffe heiß appliziert
werden müssen. Ein weiterer genereller Nachteil von Epoxyklebstoffen ist ihre
Tendenz unter dem Einfluß hoher Luftfeuchtigkeit Wasser aufzunehmen, was zu
Korrosionserscheinungen und Schwächung der Haftung in der Klebefuge führen
kann. Epoxyklebstoffe zeichnen sich zwar durch eine hohe Zugfestigkeit aus, ihre
Bruchdehnung ist jedoch in der Regel sehr gering, selbst die durch Kautschuk-
Zusatz flexibilisierten Epoxyklebstoffe haben nur eine Bruchdehnung von unter
5%. Außerdem ist der Einsatz der Epoxyklebstoffe auf Basis von niedermole
kularen Epoxyverbindungen (Molekulargewicht < 700) aus arbeitshygienischen
Gründen unerwünscht, da diese niedermolekularen Epoxyverbindungen bei
Hautkontakt allergische bzw. sensibilierende Reaktionen auslösen können.
Als Alternative werden seit geraumer Zeit Zusammensetzungen auf der Basis von
vulkanisierbaren Kautschuken eingesetzt. Die EP-B-97394 beschreibt eine
Klebstoffmischung auf der Basis eines flüssigen Polybutadienkautschukes,
pulverförmigem Schwefel, organischen Beschleunigern und gegebenenfalls
festem Kautschuk. B. D. Ludbrook, Int. J. Adhesion and Adhesives Vol. 4, No. 4, S.
148-150, gibt an, daß derartige auf flüssigen Polybutadienen basierende
Klebstoffe durch entsprechende Auswahl der Menge an Schwefel und
Beschleunigern Festigkeitswerte erreichen können, die denen von flexibilisierten
Epoxyklebstoffen gleichwertig sind. Während diese Formulierungen gute
Härtungseigenschaften und gute Alterungsbeständigkeit haben und auch auf
normalem geölten Stahlblech einigermaßen brauchbare Haftung zeigen, ist ihre
Einsetzbarkeit für die diversen verzinkten Stahlbleche unbefriedigend, außerdem
ist die Bruchdehnung dieser hochfesten Kautschukklebstoffe sehr gering.
Zur Verbesserung der Haftung schlägt die DE-C-38 34 818 vor, für den flüssigen
Kautschuk OH-terminierte Polybutadiene einzusetzen. Gemäß EP-B-441244
können als funktionelles Kautschukpolymer neben hydroxyfunktionellen Homo-
oder Copolymeren auch solche mit Thiol-, Amino-, Amido-, Carboxyl-, Epoxy-,
Isocyanat-, Anhydrid- oder Acetoxy-Gruppen eingesetzt werden, wobei jedoch die
ausgehärtete Klebstoffmischung eine Bruchdehnung aufweist, die 15% nicht
übersteigt.
Gemäß EP-B-309903 bzw. DE-C-40 27 064 können den Klebstoffmischungen auf
Basis von flüssigen Kautschuken polyfunktionelle Epoxyverbindungen zugesetzt
werden, um die Haftung zu verbessern bzw. die Zugscherfestigkeit zu verbessern.
Abgesehen davon, daß es aus den oben erwähnten Gründen unerwünscht ist,
epoxidharzhaltige Klebstoffzusammensetzungen einzusetzen, sind die in den
beiden letztgenannten Schriften beschriebenen Klebstoffzusammensetzungen
nicht als Strukturklebstoffe geeignet, da sie nur ein sehr niedriges
Festigkeitsniveau von maximal 3 MPa erreichen.
Die WO 96/23040 beschreibt hochfeste, strukturelle Rohbauklebstoffe auf
Kautschukbasis, die in ihren Festigkeiten Epoxidharzklebstoffen ebenbürtig sind,
mit diesen Zusammensetzungen lassen sich Zugscherfestigkeiten von über 15 MPa
erreichen, wobei die Bruchdehnung deutlich über 15%, sehr häufig über 20%
liegt.
Die vorgenannten Kautschuk-Zusammensetzungen werden bevorzugt im
Automobilbau eingesetzt, sie haben insgesamt ein hervorragendes
Eigenschaftsspektrum, nachteilig und sehr störend ist jedoch der bei der
Aushärtung auftretende unangenehme Geruch, der vermutlich von
Schwefelverbindungen aus den Vulkanisationsmitteln stammt. Einige der Schriften
des vorgenannten Standes der Technik sowie insbesondere auch die WO 9818853
offenbaren Zusammensetzungen auf Kautschuk-Basis, die
Vulkanisationsmittel verwenden, die frei von elementaren Schwefel sind. So
führen Vulkanisations-Systeme auf Basis von Peroxiden, Chinonen oder
Chinondioxidemen zwar auch zu weniger stark riechenden Produkten bei der
Aushärtung, diese Zusammensetzungen sind jedoch im Vergleich zu
schwefelhalteigen Vulkanisations-Systemen deutlich teurer und zum Teil schwerer
handhabbar bei der Herstellung und Lagerung.
Ausgehend von diesem Stand der Technik bestand die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, heißhärtende, reaktive Zusammensetzungen auf der Basis von
natürlichen und/oder synthetischen Kautschuken und den technisch bewerten
schwefelhaltigen Vulkanisationsmitteln so weiter zu entwickeln, daß die
Geruchsbildung bei der Aushärtung eliminiert oder doch mindestens drastisch
reduziert wird.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist den Patentansprüchen zu
entnehmen, sie besteht im Wesentlichen darin, heißhärtende, reaktive
Zusammensetzungen auf der Basis von natürlichen und/oder synthetischen
Kautschuken (d. h. olefinische Doppelbindung enthaltenden Elastomeren) und
Vulkanisationsmitteln bereit zu stellen, die
- a) 0-10 Gew.% Festkautschuk(e) mit einem Molekulargewicht von 100000 oder höher
- b) 5-50 Gew.% flüssige(s) Polyen(e) mit einem Molekulargewicht unter 20000
- c) ein Vulkanisationssystem bestehend aus Schwefel und einem oder mehreren organischen Beschleuniger(n) und/oder Metalloxid(en)
- d) eine oder mehrere heterocyclische Verbindung mit mindestens zwei Stickstoffatomen im Ring
enthalten.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von
heterocyclischen Verbindungen mit mindestens zwei Stickstoffatomen im Ring zur
Eliminierung oder Reduzierung der Geruchsbildung bei der Vulkanisation der
heißhärtenden Kautschuk-Zusammensetzungen mit schwefelhaltigen
Vulkanisationsmitteln, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Kautschuk-
Zusammensetzungen.
Ein weitere Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur
Verbindung von Metallteilen und/oder Abdichten von Fugen zwischen
Metallteilen, bei dem
- - zumindest eine Oberfläche eines Teils mit den vorgenannten Kautschuk- Zusammensetzungen beschichtet wird,
- - die zu verbindenden Teile zusammengefügt werden,
- - und die gefügten Teile, ggf. unter mechanischer Fixierung, erhitzt werden um die reaktive Zusammensetzung ohne Geruchsbelästigung auszuhärten.
Die erfindungsgemäßen Kleb-/Dichtstoffzusammensetzungen enthalten
mindestens einen der folgenden Stoffe:
- - einen oder mehrere Flüssigkautschuke und/oder Festkautschuke oder Elastomere,
- - feinteilige Pulver aus thermoplastischen Polymeren,
- - Vulkanisationsmittel, Vulkanisationsbeschleuniger, Katalysatoren,
- - Füllstoffe,
- - Klebrigmacher und/oder Haftvermittler,
- - Treibmittel,
- - Extenderöle,
- - Alterungsschutzmittel,
- - Rheologiehilfsmittel,
- - Heterocyclische Verbindungen mit mindestens zwei Stickstoffatomen im Ring.
Flüssigkautschuke oder Elastomere können dabei aus der folgenden Gruppe der
Homo- und/oder Copolymeren ausgewählt werden:
Polybutadiene, insbesondere die 1,4- und 1,2-Polybutadiene, Polybutene, Polyisobutylene, 1,4- und 3,4-Polyisoprene, Styrol-Butadien-Copolymere, ButadienAcrylnitril-Copolymere, wobei diese Polymeren endständige und/oder (statistisch verteilte) seitenständige funktionelle Gruppen haben können. Beispiele für derartige funktionelle Gruppen sind Hydroxy-, Amino-, Carboxyl-, Carbonsäureanhydrid- oder Epoxygruppen. Das Molekulargewicht dieser Flüssigkautschuke ist typischerweise unterhalb von 20 000, vorzugsweise zwischen 900 und 10 000. Der Anteil an Flüssigkautschuk an der Gesamtzusammensetzung hängt dabei von der erwünschten Rheologie der ungehärteten Zusammensetzung und den erwünschten mechanischen Eigen schaften der ausgehärteten Zusammensetzung ab. Der Anteil an flüssigem Kautschuk oder Elastomer variiert normalerweise zwischen 5 und 50 Gew.% der Gesamtformulierung. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, vorzugsweise Mischungen von Flüssigkautschuken unterschiedlicher Molekulargewichte und unterschiedlicher Konfiguration in bezug auf die restlichen Doppelbindungen einzusetzen. Zur Erzielung optimaler Haftung auf den diversen Substraten wird in den besonders bevorzugten Formulierungen anteilig eine Flüssigkautschukkomponente mit Hydroxylgruppen bzw. Säureanhydridgruppen eingesetzt. Mindestens einer der Flüssigkautschuke sollte einen hohen Anteil an cis-1,4-Doppelbindungen, ein weiterer einen hohen Anteil an Vinyl doppelbindungen enthalten.
Polybutadiene, insbesondere die 1,4- und 1,2-Polybutadiene, Polybutene, Polyisobutylene, 1,4- und 3,4-Polyisoprene, Styrol-Butadien-Copolymere, ButadienAcrylnitril-Copolymere, wobei diese Polymeren endständige und/oder (statistisch verteilte) seitenständige funktionelle Gruppen haben können. Beispiele für derartige funktionelle Gruppen sind Hydroxy-, Amino-, Carboxyl-, Carbonsäureanhydrid- oder Epoxygruppen. Das Molekulargewicht dieser Flüssigkautschuke ist typischerweise unterhalb von 20 000, vorzugsweise zwischen 900 und 10 000. Der Anteil an Flüssigkautschuk an der Gesamtzusammensetzung hängt dabei von der erwünschten Rheologie der ungehärteten Zusammensetzung und den erwünschten mechanischen Eigen schaften der ausgehärteten Zusammensetzung ab. Der Anteil an flüssigem Kautschuk oder Elastomer variiert normalerweise zwischen 5 und 50 Gew.% der Gesamtformulierung. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, vorzugsweise Mischungen von Flüssigkautschuken unterschiedlicher Molekulargewichte und unterschiedlicher Konfiguration in bezug auf die restlichen Doppelbindungen einzusetzen. Zur Erzielung optimaler Haftung auf den diversen Substraten wird in den besonders bevorzugten Formulierungen anteilig eine Flüssigkautschukkomponente mit Hydroxylgruppen bzw. Säureanhydridgruppen eingesetzt. Mindestens einer der Flüssigkautschuke sollte einen hohen Anteil an cis-1,4-Doppelbindungen, ein weiterer einen hohen Anteil an Vinyl doppelbindungen enthalten.
Geeignete Festkautschuke haben im Vergleich zu den Flüssigkautschuken ein
signifikant höheres Molekulargewicht (MW = 100000 oder höher), Beispiele für
geeignete Kautschuke sind Polybutadien, vorzugsweise mit einem sehr hohen
Anteil an cis-1,4-Doppelbindungen (typischerweise über 95%),
Styrolbutadienkautschuk, Butadienacrylnitrilkautschuk, synthetischer oder
natürlicher Isoprenkautschuk, Butylkautschuk oder Polyurethankautschuk.
Der Zusatz von feinverteilten thermoplastischen Polymerpulvern bringt eine
signifikante Verbesserung der Zugscherfestigkeit unter Beibehaltung einer sehr
hohen Bruchdehnung, wie sie bisher für Strukturklebstoffe ungewöhnlich war. So
lassen sich Zugscherfestigkeiten von über 15 MPa erreichen, wobei die
Bruchdehnung deutlich über 15%, sehr häufig über 20% liegt. Die bisher übli
cherweise eingesetzten hochfesten Strukturklebstoffe waren auf der Basis von
Epoxidharzen, die selbst als flexibilisierte Klebstoffformulierungen nur
Bruchdehnungen von unter 5% aufweisen. Die Kombination von hohen Zugscher
festigkeitswerten gepaart mit hoher Reißdehnung wird auf den
erfindungsgemäßen Zusatz von thermoplastischen Polymerpulvern zurückgeführt.
Erfindungsgemäß eignen sich eine Vielzahl von thermoplastischen
Polymerpulvern als Zusatz, beispielhaft genannt sei Vinylacetat, entweder als
Homopolymer oder als Copolymer mit Ethylen so wie anderen Olefinen und
Acrylsäurederivaten, Polyvinylchlorid, Vinylchlorid-/Vinylacetat-Copolymere,
Styrolcopolymere, wie sie z. B. in der DE-A-40 34 725 beschrieben sind,
Polymethylmethacrylat sowie dessen Copolymeren mit anderen (Meth)acryl
säureestern und funktionellen Comonomeren, wie sie beispielsweise in der DE-C-
24 54 235 beschrieben sind, oder Polyvinylacetale wie z. B. das Polyvinylbutyral.
Obwohl die Teilchengröße bzw. Teilchengrößenverteilung der Polymerpulver nicht
besonders kritisch zu sein scheint, sollte die mittlere Teilchengröße unter 1 mm,
vorzugsweise unter 350 µm, ganz besonders bevorzugt zwischen 100 µm und 20 µm
liegen. Ganz besonders bevorzugt werden Polyvinylacetat bzw. Copolymere
auf Basis Ethylenvinylacetat (EVA). Die Menge des zugesetzten
thermoplastischen Polymerpulvers richtet sich nach dem gewünschten
Festigkeitsbereich, sie liegt zwischen 2 und 20 Gew.% bezogen auf die
Gesamtzusammensetzung, ein besonders bevorzugter Bereich sind 10 bis 15%.
Da die Vernetzungs- bzw. Härtungsreaktion der Kautschukzusammensetzung
einen entscheidenden Einfluß auf die Zugscherfestigkeit und auf die Reißdehnung
der ausgehärteten Klebstoff-Zusammensetzung hat, muß das Vulkanisationssystem
besonders sorgfältig ausgewählt und abgestimmt werden. Es eignen sich
eine Vielzahl von Vulkanisationssystemen sowohl auf der Basis von elementarem
Schwefel als auch Vulkanisationssysteme ohne elementarem Schwefel, zu
letzterem zählen die Vulkanisationssysteme auf der Basis zu Thiuramdisulfiden.
Besonders bevorzugt sind Vulkanisationssysteme auf der Basis von elementarem
Schwefel und organischen Vulkanisationsbeschleunigern sowie Zinkverbindungen.
Der pulverförmige Schwefel wird dabei in Mengen von 1 bis 15 Gew.%, bezogen
auf die Gesamtzusammensetzung eingesetzt, besonders bevorzugt werden
Mengen zwischen 4 und 8% eingesetzt. Als organische Beschleuniger eignen
sich die Dithiocarbamate (in Form ihrer Ammonium- bzw. Metallsalze),
Xanthogenate, Thiuram-Verbindungen (Monosulfide und Disulfide), Thiazol
verbindungen, Aldehyd/Aminbeschleuniger (z. B. Hexamethylentetramin) sowie
Guanidinbeschleuniger, ganz besonders bevorzugt wird Dibenzothiazyldisulfid
(MBTS). Diese organischen Beschleuniger werden in Mengen zwischen 2 und 8 Gew.%
bezogen auf die Gesamtformulierung, bevorzugt zwischen 3 und 6%
eingesetzt. Bei den als Beschleuniger wirkenden Zinkverbindungen kann zwischen
den Zinksalzen von Fettsäuren, Zinkdithiocarbamaten, basischen Zinkcarbonaten
sowie insbesondere feinteiligem Zinkoxid gewählt werden. Der Gehalt an
Zinkverbindungen liegt im Bereich zwischen 1 und 10 Gew.%, vorzugsweise
zwischen 3 und 7 Gew.%. Zusätzlich können weitere typische Kautschuk
vulkanisationshilfsmittel wie z. B. Fettsäuren (z. B. Stearinsäure) in der
Formulierung vorhanden sein.
Obwohl die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen aufgrund des Gehaltes an
Flüssigkautschuk mit funktionellen Gruppen in aller Regel bereits eine sehr gute
Haftung auf den zu verklebenden Substraten haben, können, falls erforderlich,
Klebrigmacher und/oder Haftvermittler zugesetzt werden. Hierzu eignen sich
beispielsweise Kohlenwasserstoffharze, Phenolharze, Terpen-Phenolharze,
Resorcinharze oder deren Derivate, modifizierte oder unmodifizierte Harzsäuren
bzw. -ester (Abietinsäurederivate), Polyamine, Polyamino-amide, Anhydride und
Anhydrid-enthaltende Copolymere. Auch der Zusatz von Polyepoxidharzen in
geringen Mengen (< 1 Gew.%) kann bei manchen Substraten die Haftung
verbessern. Hierfür werden dann jedoch vorzugsweise die festen Epoxidharze mit
einem Molekulargewicht deutlich über 700 in feingemahlener Form eingesetzt, so
daß die Formulierungen trotzdem im wesentlichen frei von Epoxyharzen sind,
insbesondere solchen mit einem Molekulargewicht unter 700. Falls Klebrigmacher
bzw. Haftvermittler eingesetzt werden, hängt deren Art und Menge von der
Polymerzusammensetzung des Kleb-/Dichtstoffes, von der gewünschten
Festigkeit der gehärteten Zusammensetzung und von dem Substrat, auf welches
die Zusammensetzung appliziert wird, ab. Typische klebrigmachende Harze
(Tackifier) wie z. B. die Terpenphenolharze oder Harzsäurederivate, werden
normalerweise in Konzentrationen zwischen 5 und 20 Gew.% verwendet, typische
Haftvermittler wie Polyamine, Polyamino-amide oder Resorcinderivate werden im
Bereich zwischen 0,1 und 10 Gew.% verwendet.
Zum Erzielen der Aufschäumung während des Härtungsvorganges können
prinzipiell alle gängigen Treibmittel verwendet werden, vorzugsweise werden
jedoch organische Treibmittel aus der Klasse der Azoverbindungen, N-Nitro
soverbindungen, Sulfonylhydrazide oder Sulfonylsemicarbazide. Für die
erfindungsgemäß zu verwendenden Azoverbindungen seien beispielhaft das
Azobisisobutyronitril und insbesondere das Azodicarbonamid genannt, aus der
Klasse der Nitrosoverbindungen sei beispielhaft das Di-Nitroso
pentamethylentetramin genannt, aus der Klasse der Sulfohydrazide das 4,4'-
Oxybis(benzolsulfonsäurehydrazid), das Diphenylsulfon-3,3'-disulfohydrazid oder
das Benzol-1,3-disulfohydrazid und aus der Klasse der Semicarbazide das p-
Toluolsulfonylsemicarbazid genannt. An die Stelle der vorgenannten Treibmittel
können auch die sogenannten expandierbare Mikrohohlkugeln ("expandable
microspheres"), d. h. nicht expandierte thermoplastische Polymerpulver treten, die
mit niedrigsiedenden organischen Flüssigkeiten getränkt bzw. gefüllt sind.
Derartige "Microspheres" sind beispielsweise in der EP-A-559254, der EP-A-
586541 oder der EP-A-594598 beschrieben. Obwohl nicht bevorzugt, können
auch bereits expandierte Mikrohohlkugeln verwendet bzw. mit verwendet werden.
Gegebenenfalls können diese expandierbaren/expandierten Mikrohohlkugeln in
beliebigem Mengenverhältnis mit den oben genannten "chemischen" Treibmitteln
kombiniert werden. Die chemischen Treibmittel werden in schäumbaren
Zusammensetzungen in Mengen zwischen 0,1 und 3 Gew.%, vorzugsweise
zwischen 0,2 und 2 Gew.%, die Mikrohohlkugeln zwischen 0,1 und 4 Gew.%,
vorzugsweise zwischen 0,2 und 2 Gew.% verwendet.
Vorzugsweise sind die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen frei von
Weichmachern für das thermoplastische Polymer. Insbesondere sind sie frei von
Phthalsäureestern. Es kann jedoch notwendig sein, die Rheologie der
ungehärteten Zusammensetzung und/oder den mechanischen Eigenschaften der
gehärteten Zusammensetzung durch die Zugabe von sogenannten Extenderölen,
d. h. aliphatischen, aromatischen oder naphtenischen Ölen, zu beeinflussen.
Vorzugsweise geschieht diese Beeinflussung jedoch durch die zweckmäßige
Auswahl der niedrigmolekularen Flüssigkautschuke oder durch die Mitverwendung
von niedermolekularen Polybutenen oder Polyisobutylenen. Falls Extenderöle
eingesetzt werden, werden Mengen im Bereich zwischen 2 und 15 Gew.%
verwendet.
Die Füllstoffe können aus einer Vielzahl von Materialien ausgewertet werden,
insbesondere sind hier zu nennen Kreiden, natürliche gemahlene oder gefällte
Calciumcarbonate, Calcium-Magnesium-Carbonate, Silicate, Schwerspat, Graphit
sowie Ruß. Auch blättchenförmige Füllstoffe, wie z. B. Vermiculit, Glimmer, Talk
oder ähnliche Schichtsilikate, sind als Füllstoffe geeignet. Es kann ggf.
zweckmäßig sein, daß zumindest ein Teil der Füllstoffe oberflächenvorbehandelt
ist, insbesondere hat sich bei den verschiedenen Calciumcarbonaten bzw. Kreiden
eine Beschichtung mit Stearinsäure zur Verminderung der eingetragenen
Feuchtigkeit und zur Verminderung der Feuchtigkeitsempfindlichkeit der
ausgehärteten Zusammensetzung als zweckmäßig erwiesen. Zusätzlich enthalten
die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen in der Regel zwischen 1 und 20 Gew.%,
vorzugsweise zwischen 8 und 15 Gew.%. Calciumoxid. Der Gesamtanteil
an Füllstoffen in der Formulierung kann zwischen 10 und 70 Gew.% variieren, der
Vorzugsbereich liegt zwischen 25 und 60 Gew.%.
Gegen den thermischen, thermooxidativen oder Ozonabbau der
erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können konventionelle Stabilisatoren,
wie z. B. sterisch gehinderte Phenole oder Aminderivate eingesetzt werden,
typische Mengenbereiche für diese Stabilisatoren sind 0,1 bis 5 Gew.%.
Obwohl die Rheologie der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
normalerweise durch die Auswahl der Füllstoffe und das Mengenverhältnis der
niedermolekularen Flüssig-Kautschuke in den gewünschten Bereich gebracht
werden kann, können konventionelle Rheologiehilfsmittel wie z. B. pyrogene
Kieselsäuren, Bentone oder fibrilierte oder Pulpkurzfasern im Bereich zwischen
0,1 und 7% zugesetzt werden. Außerdem können weitere konventionelle Hilfs-
und Zusatzmittel in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen Verwendung
finden.
Als heterocyclische Verbindungen eigen sich beispielsweise
Imidazolverbindungen, Pyrazolverbindungen, Thiadiazolverbindungen,
Pyrimidinverbindungen, Pyriddizinverbindungen, Pyrazinverbindungen und
Tiadiazinverbindungen sowie deren Mischungen. Konkrete Beispiele sind Imidazol
sowie dessen N-Alkylderivate oder C-Alkylderivate sowie Alkyl-dimercapto-1,3,4-
thiadiazole.
Alkylierte 2,5-dimercapto-1,4-thiadiazole sind zwar aus der WO 94/17164 zur
Verwendung als Schwefelfänger in hydraulischen Öl - Zusammensetzungen
bekannt. Ein Hinweis darauf, daß diese Verbindungen auch als Schwefelfänger in
schwefelhaltigen Vulkanisations-Systemen für heißhärtende Kautschuk-
Zusammensetzungen geeignet sind, ist dieser Schrift jedoch nicht zu entnehmen.
Wie eingangs erwähnt, ist ein bevorzugtes Anwendungsfeld für die
erfindungsgemäßen 1-Komponentigen hitzehärtenden Kleb-/Dichtstoff-
Zusammensetzungen der Rohbau in der Automobilindustrie, so daß die Härtung
der Zusammensetzungen in einem Temperaturbereich zwischen 80 und 240°C in
etwa 10 bis 35 min. stattfinden soll. Vorzugsweise finden im Rohbau
Temperaturen zwischen 160 und 200°C Verwendung. Ein entscheidender Vorteil
der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ist, daß sie alle Vorteile der an sich
bekannten Kautschuk-basierenden Kleb-/Dichtstoffe aufweisen, d. h. sie haben
eine sogenannte "Wäscherbeständigkeit" unmittelbar nach dem Auftrag der
Klebstoffe. Dies bedeutet, daß sie keiner Vorgelierung bedürfen wie z. B.
Epoxidklebstoffe um in den diversen Wasch- und Phosphatierungsbädern des
Rohbaus beständig zu sein. Sie weisen die eingangs geforderte gute alterungsbeständige
Haftung auf den diversen verzinkten Stählen wie z. B. elektrolytisch
verzinkten, feuerverzinkten sowie den entsprechenden thermisch nachbehandel
ten Verzinkungen oder verzinkten und nachträglich phosphatierten Stahlblechen
sowie unverzinkten Stählen und Aluminium auf, auch wenn die Substrate noch mit
den diversen Korrosionsschutz- und/oder Tiefziehölen versehen sind. Gegenüber
den bisher bekannten Schwefel-vulkanisierten, heißhärtenden Kautschuk-
Zusammensetzungen haben sie den Vorteil, daß während der Aushärtung keine
bzw. eine drastisch reduzierte Geruchsbelästigung auftritt.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können dabei sowohl für eine
Vielzahl von strukturellen Klebstoffanwendungen als auch für kleb-/dichtende
Funktionen im Automobilbereich eingesetzt werden. Beispielhaft erwähnt seien
Anwendungen als Nahtabdichtung von Punktschweißnähten, (hochfeste)
Strukturklebstoffe, flächige Beschichtungen zur Versteifung und/oder akustischen
Dämpfung, pumpbare oder profilierte (hoch)expandierbare Kautschukschäume mit
Kontakt zum Luftraum des Fahrzeuginnenraums wie z. B. (pumpbare) "Pillar-Filler".
Erfindungsgemäß haben diese Materialien Zusammensetzungen dabei die
folgenden bevorzugten Zusammensetzungen:
Gew.-Prozent | |
cis 1,4 Polybutadien, fest | 3,0-10,0 |
Zinkoxid | 3,0-20 |
Calciummoxid | 2,0-20 |
2,2 Methylen-bis-(4 Methyl-6-tert.-Butylphenol) | 0,1-2,0 |
Russ | 0,5-5,0 |
Mikrohohlkugeln | 0-2,0 |
Calciumcarbonat | 5,0-40,0 |
Calciumcarbonat, gecoatet mit Stearat | 5,0-40,0 |
Polybutadien flüssig, MW ca. 1800, cis -1,4 ca. 72% | 5,0-20,0 |
Polybutadien mit aktiven Carboxylgruppen, MW ca. 1700 | 5,0-30,0 |
niedermolekulares, sterospez. Polybutadien-Öl, MW 1800, vinyl | 2,0-40,0 |
AL=L<50% | |
Schwefel | 1,0-10,0 |
MBTS | 0,2-5,0 |
EVA-Copolymer, Tg ca. 40°C | 2,0-10,0 |
Alkyl-Dimercapto-1,3-4 Thiadiazol, oder | 0,1-5,0 |
Imidazol | 0,2-2,0 |
Magnesiumoxid | 0-5,0 |
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können in an sich bekannter Weise
in Mischagregaten mit hoher Scherwirkung hergestellt werden, hierzu gehören
z. B. Kneter, Planetenmischer, Innenmischer, sogenannte "Banbury-Mischer" und
ähnliche dem Fachmann bekannte, Mischagregate.
In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert
werden, wobei die Auswahl der Beispiele keine Beschränkung des Umfanges des
Erfindungsgegenstandes darstellen soll. Falls nicht anders angegeben, sind alle
Mengenangaben in den nachfolgenden Beispielen Gewichtsteile.
In einem Laborkneter wurden die folgenden Bestandteile bis zur Homogenität
gemischt so daß ein Strukturklebstoff erhalten wurde:
cis 1,4 Polybutadien, fest | 2,80 |
Zinkoxid | 3,00 |
Calciumoxid | 2,50 |
2,2 Methylen-bis-(4 Methyl-6-tert.-Butylphenol) | 0,50 |
Russ | 0,50 |
Mikrohohlkugeln | 0,20 |
Calciumcarbonat | 18,20 |
Calciumcarbonat, gecoatet mit Stearat | 15,00 |
Polybutadien flüssig, MG ca. 1800, cis-1,4 ca. 72% | 7,35 |
Polybutadien mit aktiven Carboxylgruppen, MW 1700 | 10,00 |
niedermolekulares, sterospez. PB-Öl, MW 1800, vinyl 50% | 19,00 |
Schwefel | 6,50 |
MBTS | 0,95 |
Polyvinylacetat, EVA-Copolymer, Tg ca. 40°C | 8,50 |
Mg-oxid | 2,00 |
Hexamethylenbisthiosulfat | 0,50 |
Alkyl-dimercapto-1,3,4-thiadiazol | 2,50 |
Es wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 verfahren, das Alkyl-dimercapto-
1,3,4-thiadiazol wurde durch Imidazol ersetzt.
Es wurde wie in den vorhergehenden Beispielen verfahren, jedoch wurde weder
Alkyl-dimercapto-1,3,4-thiadiazol noch Imidazol hinzugesetzt.
Mit allen drei Klebstoffen wurden Eignungstests durchgeführt, dabei zeigten alle 3
Klebstoffe unter Standard-Härtungsbedingungen (30 min 160°C bis 15 min
200°C) ausgezeichnete Haftung auf geölten Stahlblech (St 1505), den veredelten
Stählen ZE, ZEP, HDG, OC sowie auf entfettetem Aluminium oder auf
vorbehandeltem Aluminium (Alodine 2040, Fa. Henkel).
Auf den Stahlsubstraten wurden für alle 3 Klebstoffe die nach den oben genaten
Härtungsbedingungen die folgenden Zugscherfestigkeiten erhalten:
30 min 160°C | 6 MPa |
30 min 180°C | 13 MPa |
30 min 200°C | 15 MPa |
In Anlehnung an automobilspezifische Prüfnormen (VAG-Konzern PV 3900) wurde
während des Punktschweißens der verklebten Substrate der durch die Klebstoffe
verursachte Geruch bewertet, dabei bedeutet
1: nicht wahrnehmbar,
3: deutlich wahrnehmbar, aber noch nicht störend,
6: unerträglich
Dabei werden Bewertungen zwischen 4 und 6 in der Automobilindustrie nicht mehr akzeptiert.
1: nicht wahrnehmbar,
3: deutlich wahrnehmbar, aber noch nicht störend,
6: unerträglich
Dabei werden Bewertungen zwischen 4 und 6 in der Automobilindustrie nicht mehr akzeptiert.
Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:
Beispiel 1: 3,5
Beispiel 2: 3,5
Beispiel 3: 6.
Beispiel 1: 3,5
Beispiel 2: 3,5
Beispiel 3: 6.
Aus diesen Ergebnissen wird ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen
Zusammensetzungen eine erwünschte deutlich verringerte Geruchsbelästigung
verursachen als das Vergleichsbeispiel des Standes der Technik.
Claims (14)
1. Heißhärtende reaktive Zusammensetzung auf der Basis von natürlichen
und/oder synthetischen olefinische Doppelbindungen enthaltenden Elastomeren
und Vulkanisationsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zusammensetzung
- a) 0-10 Gew.% Festkautschuk(e) mit einem Molekulargewicht von 100000 oder höher
- b) 5-50 Gew.% flüssige(s) Polyen(e) mit einem Molekulargewicht unter 20000
- c) ein Vulkanisationssystem bestehend aus Schwefel und einem oder mehreren organischen Beschleuniger(n) und/oder Metalloxid(en)
- d) eine oder mehrere heterocyclische Verbindung mit mindestens zwei Stickstoffatomen im Ring enthält.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
ein flüssiges Polyen aus der Gruppe bestehend aus 1,2-Polybutadien, 1,4-
Polybutadien, Polyisopren, Polybuten, Polyisobutylen, Copolymere des
Butadiens und/oder Isoprens mit Styrol und/oder Acrylnitril, Copolymere von
Acrylsäureestern mit Dienen ausgewählt ist, wobei das Molekulargewicht des
flüssigen Polyens im Bereich von 900 bis etwa 10000 liegt.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oder
die flüssige(n) Polyen(e) zusätzlich terminale und/oder statistisch verteilte
Carboxylgruppen, Carbonsäureanhydridgruppen, Hydroxylgruppen,
Aminogruppen, Mercaptogruppen oder Epoxygruppen als funktionelle Gruppen
enthält.
4. Zusammensetzung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Festkautschuk(e) aus der Gruppe
cis-1,4-Polybutadien, Styrol-Butadien-Kautschuk, synthetischer
Isoprenkautschuk, Naturkautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM),
Nitrilkautschuk, Butylkautschuk, Acrylkautschuk ausgewählt wird/werden.
5. Zusammensetzung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die heterocyclische Verbindung ausgewählt wird
aus Imidazol-, Pyrazol-, Thiadiazol-, Pyrimidin-, Pyridazin-, Pyrazin-,
Thiadiazinverbindungen oder deren Mischungen.
6. Zusammensetzung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich ein thermoplastisches Polymer
enthält.
7. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
thermoplastische Polymer olefinische Doppelbindungen, Hydroxylgruppen,
Carboxylgruppen, Epoxygruppen, Aminogruppen und/oder Mercaptogruppen
als funktionelle Gruppen enthält.
8. Zusammensetzung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich Füllstoffe, Rheologiehilfsmittel,
Extenderöle, Haftvermittler und/oder Alterungsschutzmittel enhält.
9. Verwendung von N-heterocyclischen Verbindungen ausgewählt aus Imidazol-,
Pyrazol-, Thiadiazol-, Pyrimidin-, Pyridazin-, Pyrazin-, Thiadiazinverbindungen
oder deren Mischungen zur Herstellung von geruchsarm vulkanisierbaren
Kautschuk-Zusammensetzungen nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche.
10. Verwendung der Zusammensetzung nach mindestens einem der
vorhergehenden Ansprüche als ein- oder zweikomponentigen Klebstoff,
Dichtstoff oder Beschichtungsmasse mit schwingungsdämpfenden
Eigenschaften.
11. Herstellung der heißhärtenden reaktiven Zusammensetzung nach mindestens
einem der vorhergehenden Ansprüche durch Mischen der Komponenten unter
hoher Scherung.
12. Verfahren zum Verbinden von Metallteilen und/oder Abdichten von Fugen
zwischen Metallteilen, dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest eine Oberfläche eines Teils mit den Zusammensetzungen nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche beschichtet wird,
die zu verbindenden Teile zusammengefügt werden,
und die gefügten Teile, ggf. unter mechanischer Fixierung, erhitzt werden, um die reaktive Zusammensetzung auszuhärten.
zumindest eine Oberfläche eines Teils mit den Zusammensetzungen nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche beschichtet wird,
die zu verbindenden Teile zusammengefügt werden,
und die gefügten Teile, ggf. unter mechanischer Fixierung, erhitzt werden, um die reaktive Zusammensetzung auszuhärten.
13. Verfahren zum Beschichten von Bauteilen durch Aufsprühen oder Extrudieren
von Zusammensetzungen gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 auf
die Oberfläche des Teils und Erhitzen des beschichteten Teils zum Aushärten
der Zusammensetzung.
14. Verfahren zum Beschichten, Kleben und/oder Abdichten von Bauteilen,
dadurch gekennzeichnet, daß eine extrudierte Folie, eine extrudierte Schnur
oder ein extrudiertes Band, hergestellt aus einer Zusammensetzung nach
mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, auf mindestens ein Bauteil aufgelegt
wird, die Teile ggf. zusammengefügt werden und anschließend erhitzt werden,
um die Zusammensetzung auszuhärten.
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