DE102006044068A1 - Aqueous polymer dispersion, useful e.g. as adhesive in bookbindery, comprises dispersion containing polyvinyl acetate and/or polyvinyl acetate copolymer; and aqueous silicon dioxide-dispersion with defined silicon dioxide particle size - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft wässrige Dispersionen auf Basis von Siliciumdioxid und hydroxylgruppenhaltigen wasserlöslichen Verbindungen, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung als Komponente bei der Herstellung von Dicht- bzw. Klebstoffen und Beschichtungen – besonders zur Herstellung von klebenden Beschichtungen – sowie die resultierenden Dicht- bzw. Klebstoffformulierungen und ein Verfahren zum Verbinden der einseitig oder beidseitig beschichteten Substrate unter Verwendung dieser Formulierungen.The Invention relates to aqueous Dispersions based on silica and hydroxyl-containing water-soluble Compounds, a process for their preparation and their use as a component in the manufacture of sealants and adhesives and Coatings - especially for the production of adhesive coatings - as well as the resulting Sealing or adhesive formulations and a method of bonding the unilaterally or bilaterally coated substrates using of these formulations.
Für wässrige Siliciumdioxid – Dispersionen besteht ein breiter Einsatzbereich, z.B. als Bindemittel im Gießerei- und Stahlsektor im Bereich Feingußformen, als Zusatzstoff zur Modifizierung von Oberflächen, d.h. Herstellung rutschfester Papiersäcke und Beschichtung von Spezialpapieren, Antiblocking von Folien, im Bausektor als Additiv für Spritzbeton und für die Imprägnierung. (vgl.: Levasil Broschüre der Fa. H. C. Starck, Goslar Deutschland, www.hcstarck.com). Weiterhin ist der Einsatz von Siliciumdioxid Dispersionen in wässrigen Klebstoffsystemen bekannt (Ganster et al., Neue Rohstoffe für lösemittelfreie Kleb- und Dichtstoffe in Zeitschrift „Kleben und Dichten", 3/2003).For aqueous silica dispersions there is a wide range of use, e.g. as a binder in foundry and Steel sector in the area of investment casting, as an additive for modifying surfaces, i. Manufacture non-slip paper bags and coating of special papers, antiblocking of films, in the construction sector as an additive for Shotcrete and for the impregnation. (compare: Levasil brochure Fa. C. C. Starck, Goslar Germany, www.hcstarck.com). Farther is the use of silica dispersions in aqueous Adhesive systems known (Ganster et al., New raw materials for solvent-free Adhesives and sealants in "Glue and Dense" magazine, 3/2003).
Aus dem Stand der Technik ist der Einsatz von Kieselsäure-Produkten für unterschiedliche Anwendungen bekannt. Während feste SiO2-Produkte vielfach zur Steuerung rheologischer Eigenschaften, als Füllstoffe oder Adsorbentien eingesetzt werden, dominiert bei Siliciumdioxid-Dispersionen (beispielsweise Kieselsolen) die Anwendung als Bindemittel diverser anorganischer Materialien, als Poliermittel von Halbleitern oder als Flockungspartner in kolloidchemischen Reaktionen. Beispielsweise wird in EP-A 0 332 928 der Einsatz von Polychloropren-Latices in Gegenwart von Kieselsolen als Imprägnierschicht bei der Herstellung von Brandschutzelementen offenbart. In FR-A 2 341 537 und FR-A 2 210 699 werden pyrogene Kieselsäuren in Kombination mit Polychloroprenlatices zur Herstellung flammfester Schaumzurichtungen oder zur Bitumenvergütung und in der JP-A 06 256 738 in Kombination mit Chloropren-Acrylsäure-Copolymeren beschrieben.From the prior art, the use of silica products for different applications is known. While solid SiO 2 products are widely used to control rheological properties, as fillers or adsorbents, silica dispersions (for example, silica sols) are used as binders for diverse inorganic materials, as semiconductors for polishing, or as flocculation partners in colloid chemical reactions. For example, EP-A 0 332 928 discloses the use of polychloroprene latices in the presence of silica sols as an impregnation layer in the production of fire protection elements. FR-A 2 341 537 and FR-A 2 210 699 describe fumed silicas in combination with polychloroprene latexes for the production of flame-resistant foam coatings or for bitumen coating and in JP-A 06 256 738 in combination with chloroprene-acrylic acid copolymers.
Weiterhin ist der Einsatz von Siliciumdioxid Dispersionen bei der Herstellung von Klebstoff-Formulierungen auf Basis von Polychloropren-Dispersionen bekannt (WO 03/102066 A2).Farther is the use of silica dispersions in the manufacture of adhesive formulations based on polychloroprene dispersions known (WO 03/102066 A2).
Wichtige Kenngrößen für solche Formulierungen sind „offene Zeit" und „Topfzeit" der Dispersionen, sowie „Wärmebeständigkeit" und „Wasserfestigkeit", der resultierenden trockenen Beschichtungs- oder Klebstoff-Filme. Bei Klebstoffen versteht man unter der „offenen Zeit" nach DIN 16920 die Zeitspanne nach dem Klebstoffauftrag, innerhalb der ein Nasskleben möglich ist. Dies ist die Zeit vom Auftrag des Klebstoffs bis zum Einsetzen des Pressdrucks. Üblicherweise werden der Formulierung Harze zugesetzt wie z.B. Terpenphenolharze oder Cumaronindenharze, um die Verarbeitungszeit (offene Zeit) zu verlängern. Der Ersatz dieser Harze durch Siliciumdioxid Dispersionen erhöht zwar die Temperaturbeständigkeit der Verklebungen, reduziert jedoch die „offene Zeit". Der Zusatz von Siliciumdioxid Dispersionen zu wässrigen harzhaltigen Polychloropren Dispersionen verlängert zwar die „offene Zeit", reduziert jedoch die Temperaturbeständigkeit der Verklebungen.Important Characteristics for such Formulations are "open Time and pot life of the dispersions, and "heat resistance" and "water resistance", the resulting dry coating or adhesive films. For adhesives understands one under the "open Time "according to DIN 16920 the period of time after the adhesive application, within which a wet gluing possible is. This is the time from application of the adhesive to insertion the pressing pressure. Usually resins are added to the formulation, e.g. Terpene phenolic resins or cumarone-in resins to increase the processing time (open time) extend. Although the replacement of these resins by silica dispersions increases the temperature resistance gluing, but reduces the "open time." The addition of Silica dispersions to aqueous Although resin-containing polychloroprene dispersions prolongs the "open Time ", reduced however the temperature resistance the bonds.
Unter der „Topfzeit" versteht man die Zeit, in der man die Formulierung nach dem Einmischen mindestens einer weiteren Dispersion verarbeiten kann. Nach dem Stand der Technik, (Ullmann, Encyklopädie der technischen Chemie Bd. 14, 4. Auflage, S. 250) lässt sich durch Zusatz von Lösemitteln und/oder Weichmachern die Abbindgeschwindigkeit beschleunigen und die Filmbildungstemperatur absenken. Durch diese Maßnahme wird jedoch der Wärmestand der Beschichtung bzw. der Klebstoffnaht reduziert. Einen höheren Wärmstand kann man durch Zusatz einer zweiten Dispersion auf der Basis von Resorcin- oder Melaminharz oder anorganische Salzen wie z.B. Chromnitrat erreichen. Diese Zwei-Komponenten-Dispersionsformulierungen sind jedoch in ihrer „Topfzeit" auf einige Stunden beschränkt.Under The "pot life" is understood as the Time in which the formulation after mixing at least can process a further dispersion. According to the state of the art, (Ullmann, Encyclopaedia the technical chemistry Bd. 14, 4th edition, p 250) can be by addition of solvents and / or softeners speed up the setting speed and lower the film formation temperature. This measure will but the heat level the coating or the adhesive seam reduced. A higher heat level can be made by adding a second dispersion on the basis of Resorcinol or melamine resin or inorganic salts, e.g. chromium nitrate to reach. These two-component dispersion formulations are but in their "pot life" to a few hours limited.
Beschichtungen bzw. Verklebungen mit hoher Wasserfestigkeit und Wärmebeständigkeit erhält man durch das sogenannte „EPI System" (Emulsion-Polymer-Isocyanat). Erreicht wird dies durch Zusatz von ca. 15% Isocyanat – meist MDI (Diphenylmethan-4,4'-Diisocyanat) – zur Polymer-Dispersion. Aufgrund der sehr kurzen Topfzeit ist hier nur ein maschineller Auftrag der Zwei-Komponenten-Formulierung (2K-Formulierung) möglich.coatings or adhesives with high water resistance and heat resistance receives one by the so-called "EPI System "(emulsion polymer isocyanate). This is achieved by adding about 15% isocyanate - usually MDI (diphenylmethane-4,4'-diisocyanate) - for polymer dispersion. by virtue of the very short pot life is here only a machine order of Two-component formulation (2K formulation) possible.
Darüber hinaus werden bei diesen 2K-Formulierungen verschiedene Metallsalz-Vernetzer als ätzend oder brandfördernd eingestuft. Bei isocyanat-basierenden Vernetzern sind – abhängig vom Isocyanattyp – ihre Reizwirkung und ihr sensibilisierendes Potential auf Haut und Atemwege zu berücksichtigen. (vgl. Merkblatt TKH-3 „Dispersions-Holzleime" Ausgabe 2004, vom Industrieverband Klebstoffe eV, Düsseldorf (www.klebstoffe.com)).Furthermore In these 2K formulations, different metal salt crosslinkers are used as corrosive or oxidising classified. In the case of isocyanate-based crosslinkers, depending on Isocyanate type - its irritant effect and to consider their sensitizing potential on the skin and respiratory tract. (see leaflet TKH-3 "Dispersion-Wood Glues" Edition 2004, from Industrieverband Klebstoffe eV, Dusseldorf (www.klebstoffe.com)).
Auf Grund gestiegener ökologischer Anforderungen an die Begrenzung von Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen ist es zudem wünschenswert auch den Restgehalt an freiem Monomer – im Folgenden auch als Restmonomergehalt bezeichnet – von Polymer Dispersionen vor ihrer Weiterverarbeitung in einer Klebstoff Formulierung zu senken.On Reason for increased ecological Requirements for the limitation of emissions of volatile Organic compounds, it is also desirable also the residual content of free monomer - im Also referred to below as residual monomer content - of polymer dispersions prior to their further processing in an adhesive formulation reduce.
Es bestand somit weiterhin Bedarf an wässrigen Beschichtungs- und Klebstsoff-Dispersionen, die die beschriebenen Nachteile nicht aufweisen, d.h. in Formulierungen die Topfzeit verlängern, den Restmonomergehalt der verwendeten Polymerdispersionen reduzieren und Verklebungen mit hohem Wärmestand und hoher Wasserfestigkeit erzeugen.It Thus, there was still a need for aqueous coating and Adhesive dispersions which do not have the described disadvantages, i.e. in formulations extend the pot life, the residual monomer content reduce the polymer dispersions used and bonds with high heat resistance and produce high water resistance.
Der vorliegenden Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, wässrige Siliciumdioxid Dispersionen bereitzustellen, die in wässrigen polymerhaltigen Klebstoff – Dispersionen nach der Applikation auf den zu beschichtenden oder verklebenden Substraten je nach Bedarf eine schnelle Abbindung und/oder eine lange offene Zeit sowie hohe Anfangsfestigkeit aufweisen. Vorteilhaft wäre dabei zudem, wenn die resultierenden trockenen Beschichtungs- oder Klebstoff-Filme eine hohe Wasserfestigkeit und Wärmebeständigkeit aufweisen. Weiterhin wäre ein reduzierter Restmonomergehalt vorteilhaft.Of the The present invention was therefore based on the object, aqueous silica To provide dispersions in aqueous polymer-containing adhesive dispersions after application to the surface to be coated or glued Substrates as needed a fast setting and / or a have long open time and high initial strength. Advantageous would be present moreover, if the resulting dry coating or adhesive films a high water resistance and heat resistance exhibit. Further would be a reduced residual monomer content is advantageous.
Überraschend wurde gefunden, dass Dispersionen enthaltend Siliciumdioxid-Dispersion und bestimmte wasserlösliche organische Verbindungen diese Eigenschaften aufweisen.Surprised has been found to contain dispersions of silica dispersion and certain water-soluble Organic compounds have these properties.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit wässrige Dispersionen, dadurch gekennzeichnet, dass sie
- (a) mindestens eine wässrige Siliciumdioxid-Dispersion mit einem mittleren Partikeldurchmesser der SiO2-Partikel von 1 bis 400 nm, bevorzugt 1 bis 200 nm und
- (b) mindestens eine wasserlösliche hydroxylgruppenhaltige organische Verbindung enthalten.
- (A) at least one aqueous silica dispersion having an average particle diameter of the SiO 2 particles of 1 to 400 nm, preferably 1 to 200 nm and
- (B) contain at least one water-soluble hydroxyl-containing organic compound.
Die wasserlöslichen hydroxylgruppenhaltigen organischen Verbindungen liegen erfindungsgemäß in der Siliciumdioxid-Dispersion gelöst vor. Nichtgelöste Anteile werden vor dem Einsatz abgetrennt. Diese Dispersionen enthaltend die Komponenten (a) und (b) werden im Folgenden auch kurz als erfindungsgemäße Dispersionen bezeichnet.The water-soluble Hydroxyl-containing organic compounds according to the invention in the Dissolved silica dispersion in front. not Solved Shares are separated before use. Containing these dispersions the components (a) and (b) are also briefly referred to below as dispersions of the invention designated.
Wässrige Siliciumdioxid-Dispersionen sind seit langem bekannt. Je nach Herstellprozess liegen sie in unterschiedlichen Formen vor.Aqueous silica dispersions have been known for a long time. Depending on the manufacturing process, they are in different Forms before.
Erfindungsgemäß geeignete Siliciumdioxid-Dispersionen (a) können auf Basis von Kieselsol, Kieselgel, pyrogenen Kieselsäuren, Fällungskieselsäuren oder Mischungen der genannten erhalten werden.According to the invention suitable Silica dispersions (a) may be based on silica sol, Silica gel, fumed silica, Precipitated silicas or Mixtures of the mentioned can be obtained.
Kieselsäuresole sind kolloidale Lösungen von amorphem Siliciumdioxid in Wasser, die auch als Siliciumdioxidsole meist aber kurz als Kieselsole bezeichnet werden. Das Siliciumdioxid liegt dabei in Form von kugelförmigen und an der Oberfläche hydroxilierten Partikeln vor. Der Partikeldurchmesser der Kolloidteilchen beträgt in der Regel 1 bis 200 nm, wobei die zur Teilchengröße korrelierende spezifische BET-Oberfläche (bestimmt nach der Methode von G. N. Sears, Analytical Chemistry Vol. 28, N. 12, 1981–1983, Dezember 1956) bei 15 bis 2000 m2/g liegt. Diese Korrelation lässt sich wie folgt darstellen: Unter der Annahme, dass Kieselsole als kugelförmige Primärpartikel vorliegen und eine Dichte von 2,2 g/cm3 haben, ergibt sich ein Faktor von 2750. Dieser Faktor dividiert durch die spezifische Oberfläche ergibt die Teilchengröße in nm. (Zur Ermittlung des Faktors siehe Ralph K. Iler, The Chemistry of Silica, John Wiley & Sons New York 1979 S. 465 f.). Die Oberfläche der SiO2-Teilchen weist eine Ladung auf, die durch ein entsprechendes Gegenion ausgeglichen wird, das zur Stabilisierung der kolloidalen Lösung führt. Die alkalisch stabilisierten Kieselsole besitzen einen pH-Wert von 7 bis 11,5 und enthalten als Alkalisierungsmittel beispielsweise geringe Mengen Na2O, K2O, Li2O, Ammoniak, organische Stickstoffbasen, Tetraalkylammoniumhydroxide oder Alkali- oder Ammoniumaluminate. Kieselsole können auch als semistabile kolloidale Lösungen schwach sauer vorliegen. Ferner ist es möglich, durch Beschichtung der Oberfläche mit Al2(OH)5Cl kationisch eingestellte Kieselsole herzustellen. Die Feststoff-Konzentrationen der Kieselsole liegen bevorzugt bei 5 bis 60 Gew.-% SiO2.Silica sols are colloidal solutions of amorphous silica in water, which are also commonly referred to as silica sols but are referred to briefly as silica sols. The silica is present in the form of spherical and surface-hydroxylated particles. The particle diameter of the colloid particles is usually 1 to 200 nm, wherein the particle size correlating BET specific surface area (determined by the method of GN Sears, Analytical Chemistry Vol. 28, N. 12, 1981-1983, December 1956) at 15 up to 2000 m 2 / g. This correlation can be represented as follows: Assuming that silica sols are present as spherical primary particles and have a density of 2.2 g / cm 3 , this results in a factor of 2750. This factor divided by the specific surface area gives the particle size in nm (For the determination of the factor, see Ralph K. Iler, The Chemistry of Silica, John Wiley & Sons New York 1979, pp. 465 f.). The surface of the SiO 2 particles has a charge which is counterbalanced by a corresponding counterion which results in the stabilization of the colloidal solution. The alkali-stabilized silica sols have a pH of 7 to 11.5 and contain as alkalizing agents, for example, small amounts of Na 2 O, K 2 O, Li 2 O, ammonia, organic nitrogen bases, tetraalkylammonium hydroxides or alkali or ammonium aluminates. Silica sols may also be slightly acidic as semi-stable colloidal solutions. Furthermore, it is possible to produce cationic silica sols by coating the surface with Al 2 (OH) 5 Cl. The solids concentrations of the silica sols are preferably from 5 to 60 wt .-% SiO 2 .
Der Herstellprozess für Kieselsole durchläuft im wesentlichen die Produktionsschritte Entalkalisierung von Wasserglas mittels Ionenaustausch, Einstellung und Stabilisierung der jeweils gewünschten Teilchengrößen(verteilung) der SiO2-Partikel, Einstellung der jeweils gewünschten SiO2-Konzentration und gegebenenfalls einer Oberflächenmodifikation der SiO2-Partikel, wie beispielsweise mit Al2(OH)5Cl. In keinem dieser Schritte verlassen die SiO2-Partikel den kolloidal gelösten Zustand. Dadurch erklärt sich das Vorliegen der diskreten Primärpartikel.The production process for silica sols essentially goes through the production steps of dealkalization of water glass by means of ion exchange, adjustment and stabilization of the respectively desired particle sizes (distribution) of the SiO 2 particles, adjustment of the respective desired SiO 2 concentration and optionally a surface modification of the SiO 2 particles, such as for example with Al 2 (OH) 5 Cl. In none of these steps do the SiO 2 particles leave the colloidally dissolved state. This explains the presence of the discrete primary particles.
Unter Kieselgelen versteht man kolloidal geformte oder ungeformte Kieselsäuren von elastischer bis fester Konsistenz mit lockerer bis dichter Porenstruktur. Die Kieselsäure liegt in Form von hochkondensierter Polykieselsäure vor. Auf der Oberfläche befinden sich Siloxan und/oder Silanol-Gruppen. Die Herstellung der Kieselgele erfolgt aus Wasserglas durch Umsetzung mit Mineralsäuren.Under Silica gels are understood to mean colloidally shaped or unshaped silicas of elastic to firm consistency with a loose to dense pore structure. The silicic acid is in the form of highly condensed polysilicic acid. Located on the surface siloxane and / or silanol groups. The silica gels are prepared from water glass by reaction with mineral acids.
Des Weiteren wird zwischen pyrogener Kieselsäure und Fällungskieselsäure unterschieden. Beim Fällungsverfahren wird Wasser vorgelegt und anschließend Wasserglas und Säure, wie H2SO4, simultan zugegeben. Dabei entstehen kolloidale Primärteilchen, die mit fortschreitender Reaktion agglomerieren und zu Agglomeraten verwachsen. Die spezifische Oberfläche liegt in der Regel bei 30 bis 800 m2/g (ermittelt nach Meßvorschrift: DIN 66131) und die Primärpartikelgröße bei 5 bis 100 nm. Die Primärpartikel von diesen als Feststoff vorliegenden Kieselsäuren sind in der Regel zu Sekundäragglomeraten fest vernetzt. Bei den Partikelgrößenangaben handelt es sich um mittlere Teilchengrößen.Furthermore, a distinction is made between fumed silica and precipitated silica. In the precipitation process, water is introduced and then water glass and acid, such as H 2 SO 4 , are added simultaneously. This produces colloidal primary particles which agglomerate as the reaction progresses and grow into agglomerates. The specific surface area is generally from 30 to 800 m 2 / g (determined according to measurement specification: DIN 66131) and the primary particle size at 5 to 100 nm. The primary particles of these silica present as solid are usually firmly crosslinked to secondary agglomerates. The particle size data are average particle sizes.
Pyrogene Kieselsäure kann durch Flammenhydrolyse oder mit Hilfe des Lichtbogenverfahrens hergestellt werden. Das dominierende Syntheseverfahren für pyrogene Kieselsäuren ist die Flammenhydrolyse, bei der Tetrachlorsilan in einer Knallgasflamme zersetzt wird. Die dabei gebildete Kieselsäure ist röntgenamorph. Pyrogene Kieselsäuren besitzen an ihrer nahezu porenfreien Oberfläche deutlich weniger OH-Gruppen als Fällungskieselsäure. Die über Flammhydrolyse hergestellte pyrogenen Kieselsäure hat in der Regel eine spezifische Oberfläche von 50 bis 600 m2/g (ermittelt nach DIN 66131) und eine Partikelgröße von 5 bis 50 nm, die über das Lichtbogenverfahren hergestellte Kieselsäure eine spezifischen Oberfläche von 25 bis 300 m2/g (ermittelt nach DIN 66131) und eine Partikelgröße von 5 bis 500 nm. Auch hier werden die Primärpartikel von diesen als Feststoff vorliegenden Kieselsäuren in der Regel zu Sekundäragglomeraten fest vernetzt. Bei den Partikelgrößenangaben handelt es sich um mittlere Teilchengrößen, die die Größe von Primärpartikeln und gegebenenfalls vorhandenen Agglomeraten daraus einschließt.Pyrogenic silica can be prepared by flame hydrolysis or by the arc process. The dominant synthesis method for fumed silicas is flame hydrolysis, in which tetrachlorosilane is decomposed in an oxyhydrogen flame. The resulting silica is X-ray amorphous. Pyrogenic silicic acids have significantly less OH groups than precipitated silica on their virtually pore-free surface. The fumed silica prepared via flame hydrolysis generally has a specific surface area of 50 to 600 m 2 / g (determined according to DIN 66131) and a particle size of 5 to 50 nm, and the silica prepared by the arc process has a specific surface area of 25 to 300 m 2 / g (determined according to DIN 66131) and a particle size of 5 to 500 nm. Again, the primary particles of these present as solid silicas usually crosslinked to secondary agglomerates. The particle size data are average particle sizes which include the size of primary particles and any agglomerates present therefrom.
Weitere Angaben zu Synthese und Eigenschaften von Kieselsäuren in fester Form sind beispielsweise K. H. Büchel, H.-H. Moretto, P. Woditsch „Industrielle Anorganische Chemie", Wiley VCH Verlag 1999, Kap. 5.8 zu entnehmen.Further Information on the synthesis and properties of silicas in solid form are, for example, K. H. Büchel, H.-H. Moretto, P. Woditsch "Industrielle Inorganic chemistry", Wiley VCH Verlag 1999, chap. 5.8 to take.
Werden für die erfindungsgemäßen Dispersionen ein als isolierter Feststoff vorliegender SiO2-Rohstoff, wie beispielsweise pyrogene oder gefällte Kieselsäure, eingesetzt, so wird dieser in eine wässrige SiO2-Dispersion durch Dispergieren überführt.If an SiO 2 raw material present as an isolated solid, such as, for example, pyrogenic or precipitated silica, is used for the dispersions according to the invention, this is converted into an aqueous SiO 2 dispersion by dispersing.
Zur Herstellung der Siliciumdioxid-Dispersionen werden Dispergatoren des Standes der Technik eingesetzt, bevorzugt solche, die zur Erzeugung hoher Scherraten geeignet sind, wie z.B. Ultratorrax oder Dissolverscheiben.to Preparation of the silica dispersions become dispersants used in the prior art, preferably those for the production high shear rates are suitable, such as Ultratorrax or dissolver discs.
Bevorzugt werden solche wässrigen Siliciumdioxid-Dispersionen (a) eingesetzt, deren SiO2-Partikel eine Primärpartikelgröße von 1 bis 400 nm, bevorzugt 5 bis 100 nm und besonders bevorzugt 8 bis 60 nm aufweisen. Für den Fall das gefällte Kieselsäuren eingesetzt werden, werden diese zwecks Teilchenverkleinerung gemahlen.Preference is given to using those aqueous silicon dioxide dispersions (a) whose SiO 2 particles have a primary particle size of 1 to 400 nm, preferably 5 to 100 nm and particularly preferably 8 to 60 nm. In the case of precipitated silicas are used, they are ground for particle reduction.
Die Partikelgröße von Kieselsolenpartikeln kann – wie weiter vorne beschrieben – aus der BET-Oberfläche berechnet werden.The Particle size of silica sol particles can - like described further on - off the BET surface area is calculated become.
Bei Fällungskieselsäuren und pyrogenen Kieselsäuren können die Partikel sowohl als sogenannte Primärpartikel als auch in der Form von Agglomeraten vorliegen. Der Ausdruck „mittlere Partikelgröße" bedeutet erfindungsgemäß die mittels Ultrazentrifugation bestimmte mittlere Partikelgröße und schließt die Größe von Primärpartikeln und gegebenenfalls vorhandenen Agglomeraten daraus ein (vgl.: H. G. Müller, Progr. Colloid Polym. Sci. 107, 180–188 (1997)). Es wird das Massenmittel angegeben).at Precipitated silicas and fumed silicas can the particles both as so-called primary particles as well as in the form of agglomerates. The term "average particle size" means according to the invention by means of Ultracentrifugation determines average particle size and excludes the size of primary particles and optionally present agglomerates thereof (see: H. G. Müller, Progr. Colloid Polym. Sci. 107, 180-188 (1997)). It becomes the mass agent specified).
Bevorzugte erfindungsgemäße Dispersionen sind solche, in denen die SiO2-Partikel der Siliciumdioxid-Dispersion (a) als diskrete unvernetzte Primärpartikel vorliegen. Solche bevorzugten erfindungsgemäßen Dispersionen enthaltend diskrete unvernetzte Primärpartikel sind insbesondere Kieselsole.Preferred dispersions of the invention are those in which the SiO 2 particles of the silica dispersion (a) are present as discrete uncrosslinked primary particles. Such preferred dispersions according to the invention containing discrete uncrosslinked primary particles are, in particular, silica sols.
Es ist ebenfalls bevorzugt, dass die SiO2-Partikel über Hydroxylgruppen an der Partikel-Oberfläche verfügen.It is also preferred that the SiO 2 particles have hydroxyl groups on the particle surface.
Besonders bevorzugt werden als wässrige Siliciumdioxid-Dispersionen wässrige Kieselsäuresole eingesetzt. Geeignete Kieselsäuresole sind unter anderem auch kommerziell erhältlich, beispielsweise bei der Firma H. C. Starck GmbH (Levasil®).Particular preference is given to using aqueous silica sols as aqueous silicon dioxide dispersions. Suitable silicic acid sols are also commercially available, for example in the Company HC Starck GmbH (Levasil ® ).
Unter wasserlöslichen Hydroxylgruppenhaltigen organischen Verbindungen sind im Rahmen der Erfindung alle linearen oder cyclischen Oligomere oder Polymere zu verstehen, die in der Oligomer- oder Polymerkette Hydroxylgruppen enthalten und wasserlöslich sind. Unter Oligomeren sind im Rahmen der Erfindung solche Verbindungen mit bis zu 10 Wiederholungseinheiten und einem Molekulargewicht unter 1000 zu verstehen, unter Polymeren solche mit mehr als 10 Wiederholungseinheiten, wobei in beiden Fällen die Wiederholungseinheiten gleich oder verschieden sein können. Bevorzugte Beispiele für OH-gruppenhaltige Polymere sind Hydroxyalkylcellulosen, Polyvinylalkohole oder polymere Cyclodextrine. Bevorzugte OH-gruppenhaltige Oligomere oder Polymere sind im Rahmen der Erfindung Cyclodextrine.Under water-soluble Hydroxyl-containing organic compounds are within the scope the invention all linear or cyclic oligomers or polymers to understand that in the oligomer or polymer chain hydroxyl groups contained and water-soluble are. Oligomers in the context of the invention are such compounds with up to 10 repeat units and one molecular weight under 1000, among polymers those with more than 10 Repeating units, in both cases repeating units may be the same or different. Preferred examples of OH group-containing Polymers are hydroxyalkylcelluloses, polyvinyl alcohols or polymers Cyclodextrins. Preferred OH-group-containing oligomers or polymers are in the context of the invention cyclodextrins.
Cyclodextrine als wasserlösliche Hydroxylgruppenhaltige organische Verbindungen in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bieten den Vorteil, dass der Restmonomergehalt in den resultierenden Dispersionen deutlich reduziert werden kann.cyclodextrins as water-soluble Hydroxyl-containing organic compounds in the compositions of the invention offer the advantage that the residual monomer content in the resulting Dispersions can be significantly reduced.
Geeignete Cyclodextrine sind unsubstituierte und substituierte Cyclodextrine.suitable Cyclodextrins are unsubstituted and substituted cyclodextrins.
Bevorzugte Cyclodextrine sind ἀ-, β- und γ-Cyclodextrine und deren Ester-, Alkylether-, Hydroxyalkylether-, Alkoxycarbonylalkylether-, Carboxyalkylether-Derivate oder deren Salze.preferred Cyclodextrins are ἀ-, β- and γ-cyclodextrins and their ester, alkylether, hydroxyalkylether, alkoxycarbonylalkylether, Carboxyalkyl ether derivatives or their salts.
Besonders bevorzugt sind Methyl-ἀ-cyclodextrin, Methyl-β-cyclodextrin, Methyl-γ-cyclodextrin, Ethyl-β-cyclodextrin, Butyl-ἀ-cyclodextrin, Butyl-β-cyclodextrin, Butyl-γ-cyclodextrin, 2,6-Dimethyl-ἀ-cyclodextrin, 2,6-Dimethyl-β-cyclodextrin, 2,6-Dimethyl-γ-cyclodextrin, 2,6-Diethyl-β-cyclodextrin, 2,6-Dibutyl-β-cyclodextrin, 2,3,6-Trimethyl-ἀ-cyclodextrin, 2,3,6-Trimethyl-β-cyclodextrin, 2,3,6-Trimethyl-β-cyclodextrin, 2,3,6-Trimethyl-ἀ-cyclodextrin, 2,3,6-Trioctyl-β-cyclodextrin, 2,3,6-Triacetyl-ἀ-cyclodextrin, 2,3,6-Triacetyl-β-cyclodextrin, 2,3,6-Triacetyl-γ-cyclodextrin, (2-Hydroxy)propyl-ἀ-cyclodextrin, (2-Hydroxy)propyl-β-cyclodextrin, (2-Hydroxy)propyl-γ-cyclodextrin, teilweise oder vollständig acetyliertes, methyliertes und succinyliertes ἀ-, β- und γ-Cyclodextrin, 2,6-Dimethyl-3-acetyl-β-cyclodextrin und 2,6-Dibutyl-3-acetyl-β-cyclodextrin.Especially preferred are methyl-ἀ-cyclodextrin, methyl-β-cyclodextrin, Methyl γ-cyclodextrin, ethyl β-cyclodextrin, Butyl γ-cyclodextrin, butyl β-cyclodextrin, butyl γ-cyclodextrin, 2,6-dimethyl-ἀ-cyclodextrin, 2,6-dimethyl-β-cyclodextrin, 2,6-dimethyl-γ-cyclodextrin, 2,6-diethyl-β-cyclodextrin, 2,6-dibutyl-β-cyclodextrin, 2,3,6-trimethyl-ἀ-cyclodextrin, 2,3,6-trimethyl-β-cyclodextrin, 2,3,6-trimethyl-β-cyclodextrin, 2,3,6-trimethyl-ἀ-cyclodextrin, 2,3,6-trioctyl-β-cyclodextrin, 2,3,6-triacetyl-ἀ-cyclodextrin, 2,3,6-triacetyl-β-cyclodextrin, 2,3,6-triacetyl-γ-cyclodextrin, (2-hydroxy) propyl-ἀ-cyclodextrin, (2-hydroxy) propyl-β-cyclodextrin, (2-hydroxy) propyl-γ-cyclodextrin, partially or completely acetylated, methylated and succinylated ἀ-, β- and γ-cyclodextrin, 2,6-dimethyl-3-acetyl-β-cyclodextrin and 2,6-dibutyl-3-acetyl-β-cyclodextrin.
Die Mono-, Di- oder Triether-substituierten, Mono-, Di- oder Triester-substituierten oder Monoester/-diether substituierten Derivate werden in der Regel durch Veretherung von ἀ-, β- und γ-Cyclodextrinen mit Alkylierungsmitteln wie beispielsweise Dimethylsulfat oder Alkylhalogeniden mit 1 bis 30 C-Atomen wie beispielsweise Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Pentyl-, Hexyl-, Heptyl-, Octylchlorid, -bromid oder -iodid und/oder Veresterung mit Essigsäure oder Bernsteinsäure in Gegenwart von Säuren erhalten.The Mono-, di- or triether-substituted, mono-, di- or triester-substituted or monoester / -diether substituted derivatives are usually by etherification of ἀ-, β- and γ-cyclodextrins with alkylating agents such as dimethyl sulfate or alkyl halides with 1 to 30 C atoms, such as, for example, methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, Hexyl, heptyl, octyl chloride, bromide or iodide and / or esterification with acetic acid or succinic acid in the presence of acids receive.
Cyclodextrine sind ebenfalls kommerziell erhältlich, beispielsweise bei der Firma Wacker (Cavamax® und Cavasol®).Cyclodextrins are also commercially available, for example from Wacker (Cavamax ® and Cavasol ®).
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Dispersionen als Komponente bei der Herstellung von Kleb- und Dichtstoffen unter Verwendung von Polymerdispersionen (c) sowie die resultierenden Kleb- und Dichtstoffe.One Another object of the invention is the use of the dispersions of the invention as a component in the production of adhesives and sealants under Use of polymer dispersions (c) and the resulting Adhesives and sealants.
Insbesondere können die erfindungsgemäßen Dispersionen als Komponente bei der Herstellung von Dichtstoffen und Beschichtungen – besonders zur Herstellung von klebenden Beschichtungen – unter Zusatz von mindestens einer Polymerdispersion (c) verwendet werden.Especially can the dispersions of the invention as a component in the production of sealants and coatings - especially for the production of adhesive coatings - with the addition of at least a polymer dispersion (c) can be used.
Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Dispersionen als Komponente bei der Herstellung von Kleb- und Dichtstoffen sind alle Polymerdispersionen (c) geeignet, in welchen der Feststoff in einer flüssigen Phase gelöst ist und diese Phase wiederum mit einer weiteren flüssigen Phase eine Emulsion bildet oder solche Polymerdispersionen (c), bei denen Polymere mit Hilfe von Emulgatoren oder Dispergatoren in Wasser dispergiert sind. Beispiele sind Latices von Polymeren aus Dienen oder olefinisch ungesättigten Monomeren und deren Copolymeren, wie Polystyrol-Butadien-Latex, Acrylnitril-Butadien-Latex, Polychloropren-Latex, Latex eines Copolymeren aus Chloropren und Dichlorbutadien, Latex von chloriertem Polyisopren oder (Meth)acrylat-Latex.at the use of the dispersions of the invention as a component in the production of adhesives and sealants all polymer dispersions (c) are suitable, in which the solid in a liquid phase solved is and this phase in turn with another liquid phase forms an emulsion or those polymer dispersions (c) in which Polymers with the help of emulsifiers or dispersants dispersed in water are. Examples are latices of polymers of dienes or olefinic unsaturated Monomers and their copolymers, such as polystyrene-butadiene latex, acrylonitrile-butadiene latex, Polychloroprene latex, latex of a copolymer of chloroprene and Dichlorobutadiene, latex of chlorinated polyisoprene or (meth) acrylate latex.
Die Polymerdispersionen (c) können ein oder mehrere solcher Polymerdispersionen enthalten.The Polymer dispersions (c) can contain one or more such polymer dispersions.
Bevorzugt sind natürliche und synthetische Polymerdispersionen, die im Klebstoffbereich eingesetzt werden, beschrieben in: Irving Skeist, Handbook of Adhesives 2. Auflage 1977, Van Nostrand Reinhold New York.Prefers are natural and synthetic polymer dispersions used in the adhesive sector, described in: Irving Skeist, Handbook of Adhesives 2nd edition 1977, Van Nostrand Reinhold New York.
Besonders bevorzugt sind Polymerdispersionen (c) deren viskoelastischen Eigenschaften der trockenen Filme in oder im Bereich des Haftklebebereichs liegen. Die Filmherstellung erfolgte aus den Dispersionen bei Raumtemperatur. Aus den Filmen wurden für die Messung Platten bei 100°C gepresst und im Rotationsrheometer der Speichermodul G' bei Temperaturen von 30°C bis 100°C bestimmt. Der Speichermodul soll im Bereich von 0,02 bis 2 MPa liegen. Liegt der Speichermodul G' unter 0,02 MPa, dann wird durch Zusatz der erfindungsgemäßen Dispersion der Speichmodul zwar angehoben, die innere Festigkeit des Polymerdispersion c (Cohäsion) ist jedoch zu niedrig, so dass der Klebstofffilm im Test cohäsiv versagt. Liegt der Speichermodul G' über 2 MPa, dann ist der Klebstofffilm zu hart und die Adhäsion zum Substrat nicht ausreichend.Especially preferred are polymer dispersions (c) whose viscoelastic properties of the dry films in or in the area of the pressure-sensitive adhesive area. The film production took place from the dispersions at room temperature. From the movies were for the measurement plates at 100 ° C pressed and in Rotationsrheometer the memory module G 'at temperatures of 30 ° C up to 100 ° C certainly. The memory module should be in the range of 0.02 to 2 MPa. If the memory module G 'is below 0.02 MPa, then by adding the dispersion of the invention Although the memory module raised, the internal strength of the polymer dispersion c (cohesion) However, it is too low so that the adhesive film cohesively fails in the test. If the memory module G 'is above 2 MPa, then the adhesive film is too hard and the adhesion to the substrate is insufficient.
Ganz besonders bevorzugt sind Polymerdispersionen (c) enthaltend Polymere, die Hydroxylgruppen in der Polymerkette tragen. Der daraus resultierende höhere Hydroxylgruppengehalt kann hinsichtlich eines besseren Vernetzungsverhaltens von besonderem Vorteil sein.All particularly preferred are polymer dispersions (c) containing polymers, carry the hydroxyl groups in the polymer chain. The resulting higher Hydroxylgruppengehalt can in terms of a better crosslinking behavior be of particular advantage.
Die erfindungsgemäßen Dispersionen enthaltend die Komponenten (a) und (b) besitzen bevorzugt einen Gehalt an dispergiertem Siliciumdioxid (a) von 98 Gew.-% bis 25 Gew.-%, bevorzugt von 93 Gew.-% bis 45 Gew.-%. Die Anteile der wasserlöslichen Polymere oder Oligomere (b) in den Dispersionen liegen bei 2 Gew.-% bis 75 Gew.-%, bevorzugt 7 Gew.-% bis 55 Gew.-%., wobei sich die Prozentangaben auf das Gewicht nichtflüchtiger Anteile beziehen und zu 100 Gew.-% addieren.The dispersions according to the invention containing components (a) and (b) preferably have one Content of dispersed silica (a) of 98% by weight to 25% Wt .-%, preferably from 93 wt .-% to 45 wt .-%. The proportions of water-soluble Polymers or oligomers (b) in the dispersions are at 2% by weight to 75 wt .-%, preferably 7 wt .-% to 55 wt .-%., Wherein the Refer to percentages by weight of nonvolatile matter and add to 100 wt .-%.
Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Dispersionen – enthaltend die Komponenten (a) und (b) – als Komponente in Klebstoff- und Dichtstoff-Formulierungen enthalten die Formulierungen die erfindungsgemäßen Dispersionen im Bereich von 3 Gew.-% bis 45 Gew.-%, bevorzugt 5 Gew.-%. bis 30 Gew.-%. Die Polymer-Dispersionen (c) sind in den Formulierungen zu 97 Gew.-% bis 55 Gew.-% enthalten, bevorzugt zu 95 Gew.-% bis 70 Gew.-%, wobei sich die Prozentangaben auf das Gewicht nichtflüchtiger Anteile beziehen und zu 100 Gew.-% addieren.at the use of the dispersions of the invention - containing the components (a) and (b) - as Component contained in adhesive and sealant formulations the formulations of the dispersions of the invention in the field from 3% to 45%, preferably 5%, by weight. to 30% by weight. The Polymer dispersions (c) are in the formulations to 97 wt .-% to 55 wt .-%, preferably to 95 wt .-% to 70 wt .-%, wherein the percentages refer to the weight of non-volatile components and to Add 100 wt .-%.
Die resultierenden Kleb- und Dichtstoffe sind solche Formulierungen enthaltend
- (a) mindestens eine wässrige Siliciumdioxid-Dispersion mit einem mittleren Partikeldurchmesser der SiO2-Partikel von 1 bis 400 nm, bevorzugt 1 bis 200 nm,
- (b) mindestens eine wasserlösliche Hydroxylgruppenhaltige organische Verbindung und
- (a) at least one aqueous silica dispersion having a mean particle diameter of the SiO 2 particles of 1 to 400 nm, preferably 1 to 200 nm,
- (B) at least one water-soluble hydroxyl group-containing organic compound and
Die erfindungsgemäßen Klebstoff- und Dichtstoffformulierungen können weitere Zusatzmittel und gegebenenfalls Beschichtungs- und Klebstoffhilfsstoffe enthalten.The according to the invention and sealant formulations other additives and optionally coating and adhesive adjuvants contain.
Beispielsweise können Füllstoffe wie Quarzmehl, Quarzsand, Schwerspat, Calciumcarbonat, Kreide, Dolomit oder Talkum, gegebenenfalls zusammen mit Netzmitteln, beispielsweise Polyphosphaten, wie Natriumhexametaphosphat, Naphthalinsulfonsäure, Ammonium- oder Natriumpolyacryl-Säuresalze zugesetzt werden, wobei die Füllstoffe in Mengen von 10 bis 60 Gew.-%, bevorzugt von 20 bis 50 Gew.-%, und die Netzmittel in Mengen von 0,2 bis 0,6 Gew.-%, alle Angaben bezogen auf die nichtflüchtigen Anteile, zugesetzt werden. Weitere geeignete, gegebenenfalls einzusetzende Hilfsmittel sind beispielsweise in Mengen von 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf nichtflüchtige Anteile, einzusetzende organische Verdickungsmittel, wie Cellulosederivate, Alginate, Stärke, Stärkederivate, Polyurethan-Verdickungsmittel oder Polyacrylsäure oder in Mengen von 0,05 bis 5 Gew.-%, bezogen auf nichtflüchtige Anteile, einzusetzende anorganische Verdickungsmittel, wie beispielsweise Bentonite. Zur Konservierung können der erfindungsgemäßen Dispersion auch Fungizide zugesetzt werden. Diese kommen in Mengen von 0,02 bis 1 Gew.-%, bezogen auf nichtflüchtige Anteile, zum Einsatz. Geeignete Fungizide sind beispielsweise Phenol- und Kresolderivate oder zinnorganische Verbindungen. Gegebenenfalls können auch klebrigmachende Harze, so genannte Klebharze, wie z.B. unmodifizierte oder modifizierte Naturharze wie Kollophoniumester, Kohlenwasserstoffharze oder synthetische Harze wie Phthalatharze der erfindungsgemäßen Polymer-Dispersion in dispergierter Form zugesetzt werden (siehe z.B. in „Klebharze" R. Jordan, R. Hinterwaldner, S. 75–115, Hinterwaldner Verlag München 1994). Bevorzugt sind Alkylphenolharz- und Terpenphenolharz-Dispersionen mit Erweichungspunkten größer 70°C, besonders bevorzugt größer 110°C. Auch Weichmacher, wie beispielsweise solche auf Adipat-, Phthalat- oder Phosphatbasis können den erfindungsgemäßen Dispersionen in Mengen von 0,5 bis 10 Gew.-Teile, bezogen auf nichtflüchtige Anteile zugesetzt werden.For example can fillers such as quartz, quartz sand, barite, calcium carbonate, chalk, dolomite or talc, optionally together with wetting agents, for example Polyphosphates, such as sodium hexametaphosphate, naphthalenesulfonic acid, ammonium or sodium polyacrylic acid salts be added, the fillers in amounts of from 10 to 60% by weight, preferably from 20 to 50% by weight, and the wetting agents in amounts of 0.2 to 0.6 wt .-%, all information based on the non-volatile Shares are added. Further suitable, if necessary to be used Auxiliaries are, for example, in amounts of from 0.01 to 1% by weight, based on non-volatile Proportions, organic thickeners to be used, such as cellulose derivatives, Alginates, starch, Starch derivatives, Polyurethane thickener or polyacrylic acid or in amounts of 0.05 to 5 wt .-%, based on non-volatile components, to be used inorganic thickeners, such as bentonites. to Conservation can the dispersion of the invention also fungicides are added. These come in quantities of 0.02 to 1 wt .-%, based on non-volatile components used. Suitable fungicides are, for example, phenol and cresol derivatives or organotin compounds. If necessary, too tackifying resins, so-called tackifier resins, e.g. unmodified or modified natural resins such as rosin esters, hydrocarbon resins or synthetic resins such as phthalate resins of the polymer dispersion of the invention in dispersed form (see, e.g., in " Adhesive Resins " R. Jordan, R. Hinterwaldner, Pp. 75-115, Hinterwaldner Verlag Munich 1994). Preferred are alkylphenol resin and terpene-phenolic resin dispersions with Softening points greater than 70 ° C, especially preferably greater than 110 ° C. Also plasticizers, such as those based on adipate, phthalate or phosphate can the dispersions according to the invention in amounts of from 0.5 to 10 parts by weight, based on nonvolatiles be added.
Ebenfalls möglich ist ein Einsatz organischer Lösungsmittel, wie beispielsweise aromatischer Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Toluol oder Xylol, Ether, wie z.B. Dioxan, Ketone, wie z.B. Aceton, oder Methylethylketon, Ester, wie z.B. Butylacetat oder Ethylacetat, oder deren Gemische in Mengen von bis zu Gew. 10% bezogen auf die gesamte Klebstoff-Formulierung Solche Zusätze organischer Lösungsmittel können beispielsweise die Haftung zum zu beschichtenden oder verklebenden Substrat verbessern oder der Lösung der vorangehend beschriebenen gegebenenfalls enthaltenen weiteren Zusatzmittel oder gegebenenfalls Beschichtungs- und Klebstoffhilfsstoffe dienen.Also possible is the use of organic solvents such as aromatic hydrocarbons such as toluene or xylene, ethers such as dioxane, ketones such as acetone, or methyl ethyl ketone, esters such as butyl acetate or ethyl acetate, or mixtures thereof in amounts of up to Weight 10% Such additions of organic solvents may, for example, improve the adhesion to the substrate to be coated or bonded or serve for the solution of the optionally described further additives or, optionally, coating and adhesive adjuvants described above.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Klebstoff- und Dichtstoffformulierungen werden die Mengenverhältnisse der einzelnen Komponenten so gewählt, dass die resultierende erfindungsgemäße Formulierung die Komponenten (a), (b) und (c) sowie gegebenenfalls weitere Zusatzmittel oder Beschichtungs- oder Klebstoffhilfsstoffe in den vorangehend angegebenen Mengen enthält.to Production of the Adhesive and Sealant formulations are the proportions the individual components chosen so that the resulting formulation according to the invention the components (a), (b) and (c) and optionally further additives or Coating or adhesive adjuvants in the above Contains quantities.
Die einzelnen Komponenten können grundsätzlich in beliebiger Reihenfolge zusammengegeben werden.The individual components can in principle be combined in any order.
Die erfindungsgemäßen Dispersionen eignen sich hervorragend als Klebstoffe oder Beschichtungsmittel für diverse Substrate. Beispielsweise können Substrate wie Holz, Papier, Kunststoffe, Textilien, Leder, Gummi oder aus anorganischen Materialien wie Keramik, Steingut, Glasfaser oder Zement beschichtet oder verklebt werden. Beim Verkleben von Substraten können Substrate gleicher oder verschiedener Art verklebt werden. Die erfindungsgemäßen Klebstoff- und Dichtstoffformulierungen zeigen gegenüber bekannten Klebstoffformulierungen trotz des hohen Wassergehaltes eine hohe Anfangsfestigkeit und die resultierenden trockenen Beschichtungs- oder Klebstoff-Filme eine hohe Wasserfestigkeit und Wärmebeständigkeit.The dispersions according to the invention are ideal as adhesives or coating agents for various Substrates. For example, you can Substrates such as wood, paper, plastics, textiles, leather, rubber or of inorganic materials such as ceramics, earthenware, glass fiber or cement coated or glued. When bonding by Substrates can Substrates of the same or different kind are glued. The adhesive and sealant formulations show over known adhesive formulations despite the high water content, a high initial strength and the resulting dry coating or adhesive films high water resistance and heat resistance.
Weiterhin Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit die Verwendung der erfindungsgemäßen Klebstoff- und Dichtstoffformulierungen als Klebstoffe oder Beschichtungsmittel.Farther The present invention thus relates to the use of according to the invention and sealant formulations as adhesives or coating agents.
Die Auftragung der erfindungsgemäßen Polymer-Dispersionen kann auf bekannte Weisen, z.B. durch Streichen, Gießen, Rakeln, Spritzen, Walzen oder Tauchen durchgeführt werden. Die Trocknung des Beschichtungs- bzw. Klebstofffilms kann bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur erfolgen, wobei eine Erwärmung der trockenen Klebstoffschicht auf 80°C bis 200°C über eine Zeitraum von 10 Sekunden bis 20 Minuten vorteilhaft ist um einen höheren Wärmestand der Klebnaht zu erreichen.The Application of the polymer dispersions of the invention can be determined in known ways, e.g. by brushing, pouring, knife coating, Spraying, rolling or dipping are performed. The drying of the Coating or adhesive films can at room temperature or increased Temperature, wherein a heating of the dry adhesive layer at 80 ° C up to 200 ° C over a Period of 10 seconds to 20 minutes is beneficial to one higher thermal stability to achieve the bond line.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Substrate die mit einer erfindungsgemäßen Formulierung beschichtet oder verklebt sind sowie ein Verfahren zum Verbinden der einseitig oder beidseitig beschichteten Substrate unter Verwendung der Formulierungen.Also The present invention relates to substrates with a inventive formulation coated or glued and a method of bonding the unilaterally or bilaterally coated substrates using the formulations.
Die folgenden Beispiele dienen der beispielhaften Erläuterung der Erfindung und sind nicht als Beschränkung aufzufassen. Beispiele 1.1. Eingesetzte Substanzen Tab. A: Siliziumdioxid-Dispersionen (Kieselsole) der Firma H. C. Starck GmbH (wässrige Siliciumdioxid-Dispersion (a))
- (*) Mittelwerte, berechnet aus der spezifischen Oberfläche
- (*) Mean values calculated from the specific surface
Tab. B: Cyclodextrine der Firma Wacker Burghausen Deutschland (wasserlösliche hydroxylgruppenhaltige Verbindung (b)) Tab. B: cyclodextrins from Wacker Burghausen Germany (water-soluble hydroxyl-containing compound (b))
Tab. C1: Polymer-Dispersionen (c) Table C1: Polymer dispersions (c)
Tab. C2: Polymer-Dispersionen (c) Tab. C2: Polymer dispersions (c)
Tab. C3: Polymer-Dispersionen (c) Table C3: Polymer dispersions (c)
Tab. C4: Polymer-Dispersionen (c) Table C4: Polymer dispersions (c)
1.2 Messmethoden:1.2 Measurement methods:
1.2.1. Thermomechanische Analyse (TMA)1.2.1. thermomechanical Analysis (TMA)
Die Dispersionen werden in einer Teflonschale als Film getrocknet und zwar 3 Tage bei Raumtemperatur, 1 Stunde bei 80°C und danach noch einmal 3 Tage bei Raumtemperatur, wobei ein Film mit einer Dicke von 1,0 mm bis 1,5 mm entstehen soll. Gemessen wird mit einem Gerät der Firma Perkin Elmer DMA 7 bei einer Belastung von 500 mN und einem Temperaturprogramm von –100°C bis +240°C, Steigerungsrate 5°/min. Gemessen wird die Eindringtiefe des Messkopfes bei der entsprechenden Temperatur. Je weicher der Film wird, umso tiefer dringt der Messkopf in das Substrat ein. Diese Messung korreliert mit der Ermittlung der Wärmebeständigkeit der Klebungen im Heizschrank. Beispiel für eine solche Wärmebeständigkeitsprüfung: Die Prüfkörper werden mit 4 kg belastet und in einem Heizschrank innerhalb von 30 min. auf 40°C temperiert. Anschließend werden die Prüfkörper mit einer linearen Heizrate von 0,5°C/min. auf 150°C aufgeheizt. Die Erweichungstemperatur, d.h. die Temperatur in °C bei der die Klebung unter der 4 kg Last versagt, wird registriert.The Dispersions are dried in a Teflon dish as a film and Although 3 days at room temperature, 1 hour at 80 ° C and then again 3 days at room temperature, leaving a film with a thickness of 1.0 mm to 1.5 mm should arise. It is measured with a device of the company Perkin Elmer DMA 7 at a load of 500 mN and a temperature program from -100 ° C to + 240 ° C, rate of increase 5 ° / min. Measured The penetration depth of the measuring head is at the corresponding temperature. The softer the film gets, the deeper the probe penetrates into it Substrate. This measurement correlates with the determination of the heat resistance the bonds in the heating cabinet. Example of such a heat resistance test: The Be test specimen loaded with 4 kg and in a heating cabinet within 30 min. at 40 ° C tempered. Subsequently are the test specimen with a linear heating rate of 0.5 ° C / min. to 150 ° C heated. The softening temperature, i. the temperature in ° C at the the bond under the 4 kg load fails, is registered.
1.2.2. Bestimmung der Schälfestigkeit1.2.2. Determination of peel strength
Die Prüfung erfolgt gemäß EN 1392. Auf zwei Prüfkörper aus Leinen mit den Maßen 100 × 30 mm, wird ein 100 μm dicker Nassfilm der Formulierung aufgetragen und bei Raumtemperatur gelüftet. Anschließend werden die Prüflinge 10 Sekunden lang Schockaktiviert und mit 4 bar zusammengefügt. Es erfolgt eine Reißprüfung auf einer handelsüblichen Zugprüfmaschine bei Raumtemperatur. Es werden die Festigkeitswerte nach einem Tag ermittelt.The exam complies with EN 1392. On two test specimens Linen with dimensions 100 × 30 mm, becomes a 100 μm thick wet film of the formulation applied and at room temperature ventilated. Subsequently become the candidates Shock activated for 10 seconds and assembled at 4 bar. It takes place a tear test on a commercial one tensile testing machine at room temperature. It will be the strength values after one day determined.
1.2.3. Abkühlversuch im Rotationsrheometer (Bohlin)1.2.3. cooling test in the rotational rheometer (Bohlin)
Die Untersuchungen der viskoelastischen Eigenschaften erfolgten mit einem Rotationsrheometer der Fa. Bohlin mittels oszillierende Deformation in der Platte/Platte-Geometrie. Die Filmherstellung erfolgte aus den Dispersionen bei Raumtemperatur. Aus den Filmen wurden für die Messung Platten bei 100°C gepresst.The Investigations of the viscoelastic properties were carried out a rotary rheometer from Bohlin by means of oscillating deformation in the plate / plate geometry. The film production took place from the Dispersions at room temperature. From the films were for the measurement Plates at 100 ° C pressed.
Die viskoelastischen Eigenschaften werden in Abhängigkeit der Temperatur von 100°C bis 20°C mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 4°C/min bei einer Meßfrequenz von 1 Hz und einer Deformation von 0,05 bestimmt.The viscoelastic properties are dependent on the temperature of 100 ° C to 20 ° C with a cooling of 4 ° C / min at a measuring frequency of 1 Hz and a deformation of 0.05.
1.2.4. Bestimmung des Vernetzungsverhaltens der Klebstoff-Formulierungen1.2.4. Determination of Crosslinking behavior of the adhesive formulations
20 g der wässrigen Formulierungen werden 4 Tage bei Raumtemperatur (RT) getrocknet. Die Ermittlung des Vernetzungsverhaltens erfolgt an einem Moving Die Rheometer der Fa. Alpha Technologies. Die Prüfung erfolgt nach der Methode ASTM D 5289-95. Diese Norm ist äquivalent zu ISO 6502-1991 und DIN 53529 Teil 3. Die Messung erfolgt üblicherweise bei Temperaturen von 100°C bis 200°C. Gemessen wird der Verformungswiderstand der durch die zunehmende Vernetzung ansteigt als Schubkraft bzw. Drehmoment. Angegeben wird die minimale Kraft bei Beginn der Messung (S'min in dNm) und die maximale Kraft (S'max in dNm) beim Erreichen des Vernetzungsplateaus.20 g of the aqueous Formulations are dried for 4 days at room temperature (RT). The determination of the networking behavior takes place on a moving The rheometers of the company Alpha Technologies. The test is carried out according to the method ASTM D 5289-95. This standard is equivalent to ISO 6502-1991 and DIN 53529 Part 3. The measurement is usually carried out at temperatures of 100 ° C up to 200 ° C. The deformation resistance is measured by the increasing Networking increases as thrust or torque. It is stated the minimum force at the beginning of the measurement (S'min in dNm) and the maximum force (S'max in dNm) at Reaching the networking plateau.
1.2.5. Bestimmung des Restmonomergehaltes in der Klebstoff-Formulierung1.2.5. Determination of Residual monomer content in the adhesive formulation
10 g Klebstoff-Formulierung werden in einer 20 ml Rollrandflasche eingewogen, gasdicht verschlossen und mittels Headspacetechnik kapillargaschromatographisch analysiert. Gerät: Gaschromatograph Typ Perkin Elmer 8420; Quarzkapillarsäule. Die Probe wird 30 min bei 70°C thermostatisiert, danach der Restmonomergehalt in der Gasphase ermittelt.10 g of adhesive formulation are weighed into a 20 ml roll edge bottle, sealed gas-tight and capillary gas chromatographically by means of headspace technology analyzed. Device: Gas Chromatograph Type Perkin Elmer 8420; Fused silica capillary column. The Sample is at 70 ° C for 30 min thermostated, then determined the residual monomer content in the gas phase.
1.3. Allgemeine Vorschriften für die Herstellung der erfindungsgemäßen Dispersionen und Formulierungen1.3. General regulations for the Preparation of the dispersions of the invention and formulations
1.3.1 Herstellung der erfindungsgemäßen Dispersionen enthaltend die Komponenten (a) und (b)1.3.1 Production of dispersions according to the invention containing components (a) and (b)
Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Dispersionen wurde die Siliciumdioxid-Dispersion (a) in verschließbaren Glasflaschen vorgelegt und das wasserlösliche hydroxylgruppenhaltige Polymer- bzw. Oligomer (b) unter Rühren zugesetzt. Nach einer Rührzeit von 1 Stunde wurden die Glasflaschen verschlossen und gelagert.For the production the dispersions of the invention The silica dispersion (a) was placed in sealable glass bottles submitted and the water-soluble hydroxyl-containing polymer or oligomer (b) added with stirring. After a stirring time of 1 hour, the glass bottles were sealed and stored.
1.3.2. Herstellung der erfindungsgemäßen Klebstoff-Formulierungen1.3.2. Production of the adhesive formulations according to the invention
Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Klebstoff-Formulierungen wurde die Polymer-Dispersion (c) in einem Becherglas vorgelegt. Nacheinander wurden dann die erfindungsgemäße Dispersion und bei Bedarf Zusatzmittel und gegebenenfalls Klebstoffhilfsstoffe unter Rühren zugesetzt. Nach einer Lagerzeit von 24 Stunden wurde die Formulierung für die Versuche verwendet.For the production the adhesive formulations according to the invention was the polymer dispersion (c) presented in a beaker. The dispersion according to the invention was then successively obtained and if necessary, additives and optionally adhesive adjuvants with stirring added. After a storage period of 24 hours, the formulation became for the Trials used.
Die Angaben in den Tabellen 2a, 3a, 4a und 5a sind Gewichtsteile der jeweiligen Dispersionen (sofern nicht anders angegeben).The Data in Tables 2a, 3a, 4a and 5a are parts by weight of respective dispersions (unless stated otherwise).
1.4. Beispiele1.4. Examples
1.4.1. Herstellung der erfindungsgemäßen Dispersionen aus Siliciumdioxid-Dispersionen und Cyclodextrin1.4.1. Production of the dispersions according to the invention of silica dispersions and cyclodextrin
Tab. 1a: Zusatz von Cyclodextrin gemäß Tab. B in fester Form zu jeweils 100 g der Siliciumdioxid-Dispersion gemäß Tab. ATab. 1a: Addition of cyclodextrin according to Tab. B in solid form to 100 g of the silica dispersion according to Tab. A
Die Bewertung erfolgte nach Lagerung von 7 Tagen.
- +
- = vollständig löslich
- B
- = Bodensatz von Cylodextrin
- *) Vergleichsbeispiele
- +
- = completely soluble
- B
- = Sediment of cyclodextrin
- *) Comparative Examples
Tab 1b: Zusatz von Cyclodextrin gemäß Tab. B in fester Form zu jeweils 100 g der Siliciumdioxid-Dispersion gemäß Tab. ATable 1b: Addition of cyclodextrin according to Tab. B in solid form to 100 g of the silica dispersion according to Tab. A
Die Bewertung nach Lagerung von 12 Monaten.
- *) Vergleichsbeispiele
- *) Comparative Examples
Die erfindungsgemäßen Siliciumdioxid Dispersionen enthalten nur gelöste organische Oligomere oder Polymere und sind mindestens 1 Jahr ohne Ausscheidungen und Gelbildung beständig.The silica according to the invention Dispersions contain only dissolved ones organic oligomers or polymers and are at least 1 year without Eliminations and gelation resistant.
1.4.2. Ermittlung des Vernetzungsverhaltens und des Wärmestandes von Klebstoff Formulierungen bei Einsatz der erfindungsgemäßen Siliciumdioxid Dispersion I und Polychloropren1.4.2. Determination of the Crosslinking behavior and heat balance of adhesive formulations when using the silica according to the invention Dispersion I and polychloroprene
Eingesetzte Substanzen:Substances used:
- – Dispersion I: Silicasol D + 7 Gew.-% Cyclodextrin F, (Tab. 1 Ansatz 4)- Dispersion I: silica sol D + 7% by weight of cyclodextrin F, (Tab. 1 Approach 4)
- – Polychloropren Dispersion L.- polychloroprene Dispersion L.
Tab 2a: Rezepturen Tab 2a: Recipes
- *) Vergleichsbeispiele*) Comparative Examples
Tab 2b: Vulkameterdaten, maximale Kraft (S'max) Tab 2b: Vulkameter data, maximum force (S'max)
Tab 2c: Thermomechanische Eigenschaften der Formulierung (Wärmestand) Tab 2c: Thermomechanical properties of the formulation (heat level)
Gegenüber der
Verwendung der Standardformulierungen – mit und ohne Zusatz von Cyclodextrin – (Ansatz
15, 16, 18) zeigen die erfindungsgemäßen Formulierungen 17 und 19
eine deutlich höhere
Beständigkeit
bei thermischer Belastung und das beste Vernetzungsverhalten. Der
Kurvenverlauf ist in
1.4.3.: Ermittlung des Vernetzungsverhaltens und des Wärmestandes von Klebstoff Formulierungen bei Einsatz der erfindungsgemäßen Siliciumdioxid Dispersion I und II und Polychloropren1.4.3 .: Determination of the Crosslinking behavior and heat balance of adhesive formulations when using the silica according to the invention Dispersion I and II and polychloroprene
Eingesetzte Substanzen:Substances used:
- – Dispersion I: Silicasol D + 7 Gew.-% Cyclodextrin F, (Tab. 1 Ansatz 4)- Dispersion I: silica sol D + 7% by weight of cyclodextrin F, (Tab. 1 Approach 4)
- – Dispersion II: Silicasol D + 5 Gew.-% Cyclodextrin F (Tab. 1 Ansatz 4)- Dispersion II: Silica sol D + 5% by weight of cyclodextrin F (Tab. 1 Approach 4)
- – Polychloropren Dispersion L.- polychloroprene Dispersion L.
Tab 3a: Rezepturen Tab 3a: recipes
- *) Vergleichsbeispiele*) Comparative Examples
Tab 3b: Vulkameterdaten, maximale Kraft (S'max) Tab 3b: Vulkameter data, maximum force (S'max)
Tab 3c: Thermomechanische Eigenschaften der Formulierung (Wärmestand) Tab. 3c: Thermomechanical properties of the formulation (heat level)
Gegenüber den
harzhaltigen und harzfreien Standardformulierung 15, 20, 22 zeigen
die erfindungsgemäßen harzfreien
Formulierungen 21 und 23 eine deutlich höhere Beständigkeit bei thermischer Belastung und
das beste Vernetzungsverhalten. Der Kurvenverlauf ist in
1.4.4.: Ermittlung des Vernetzungsverhaltens von Klebstoff Formulierungen bei Einsatz der erfindungsgemäßen Siliciumdioxid Dispersion I und II und Polychloropren mit Unterschiedlichen Gehalt an Hydroxylgruppen an der Polymerkette1.4.4 .: Determination of the Crosslinking behavior of adhesive formulations when using the silica according to the invention Dispersion I and II and polychloroprene with different content at hydroxyl groups on the polymer chain
Eingesetzte Stoffe:Substances used:
- – Dispersion I: Silicasol D + 7 Gew.-% Cyclodextrin F, (Tab. 1 Ansatz 4)- Dispersion I: silica sol D + 7% by weight of cyclodextrin F, (Tab. 1 Approach 4)
- – Dispersion II: Silicasol D + 5 Gew.-% Cyclodextrin F (Tab. 1 Ansatz 4)- Dispersion II: Silica sol D + 5% by weight of cyclodextrin F (Tab. 1 Approach 4)
- – Polychloropren Dispersion L und K.- polychloroprene Dispersion L and K.
Tab 4a: Rezepturen Tab. 4a: Recipes
- *) Vergleichsbeispiele*) Comparative Examples
Tab 4b: Vulkameterdaten, maximale Kraft (S'max) Tab 4b: Vulkameter data, maximum force (S'max)
In allen Kombinationen zeigt die Polymerdispersionen L mit höherem Gehalt an Hydroxylgruppen ein besseres Vernetzungsverhalten als die gleiche Polymerdispersion K mit niedrigerem Gehalt an Hydroxylgruppen.In all combinations show the polymer dispersions L with higher content on hydroxyl groups a better crosslinking behavior than the same Polymer dispersion K with a lower content of hydroxyl groups.
1.4.5.: Viskoelastische Eigenschaften der Polymerdispersionen C1.4.5 .: Viscoelastic Properties of the Polymer Dispersions C
Die
viskoelastischen Eigenschaften der eingesetzten Polymerdispersionen,
bestimmt am Bohlin Rheometer, sind in
Wie
man in
Gemäß
Gemäß
Gemäß
- *) Vergleichsbeispiele
- *) Comparative Examples
Tab 5b: Thermomechanische Eigenschaften der Formulierung (Wärmestand). Tab. 5b: Thermomechanical properties of the formulation (heat level).
Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Siliciumdioxid Dispersion in den Versuchen 36 und 40 werden Formulierungen mit dem höchsten Wärmestand erreicht.at Use of the silica according to the invention Dispersion in Runs 36 and 40 are formulations the highest thermal stability reached.
1.4.7.: Bestimmung der Schälfestigkeit und des Vernetzungsverhaltens von Formulierungen auf der Basis verschiedener Polymerdispersionen1.4.7 .: Determination of peel strength and the crosslinking behavior of formulations based on various polymer dispersions
Anteile der eingesetzte Produkte:Proportions of used Products:
- – Polymerdispersion 100 Gew.Teile,- Polymer dispersion 100 parts by weight,
- – Siliciumdioxid-Dispersion D: 40 Gew.Teile- Silica dispersion D: 40 parts by weight
- – Erfindungsgemäße Siliciumdioxid-Dispersion I: 43 Gew.Teile- Silica dispersion according to the invention I: 43 parts by weight
Tab. 6a: Rezepturen Tab. 6a: Recipes
- *) = Vergleichsversuch*) = Comparative experiment
- + = Formulierung enthält neben der Polymerdispersion diese Siliciumdioxid-Dispersion+ = Formulation contains in addition to the polymer dispersion, this silica dispersion
Tab 6b: Schälfestigkeit und Vernetzungsverhalten. Tab. 6b: Peel strength and crosslinking behavior.
-
- NN
- = Speichermodul G' bei Temperaturen von 30°C bis 100°C außerhalb des Bereichs von 0,02 bis 2 MPas= Storage modulus G 'at temperatures of 30 ° C up to 100 ° C outside of the range from 0.02 to 2 MPas
- PP
- = Speichermodul G' bei Temperaturen von 30°C bis 100°C im Bereich von 0,02 bis 2 MPas;= Storage modulus G 'at temperatures of 30 ° C up to 100 ° C in the range of 0.02 to 2 MPas;
- n.bn.d
- = nicht bestimmt= not determined
Tab. 7a: Rezepturen Tab. 7a: Recipes
- + = Formulierung enthält neben der Polymerdispersion diese Siliciumdioxid Dispersion+ = Formulation contains in addition to the polymer dispersion, this silica dispersion
Tab 7b: Schälfestigkeit und Vernetzungsverhalten. Tab. 7b: Peel strength and crosslinking behavior.
-
- NN
- = Speichermodul G' bei Temperaturen von 30°C bis 100°C außerhalb des Bereichs von 0,02 bis 2 MPas= Storage modulus G 'at temperatures of 30 ° C up to 100 ° C outside of the range from 0.02 to 2 MPas
- PP
- = Speichermodul G' bei Temperaturen von 30°C bis 100°C im Bereich von 0,02 bis 2 MPas;= Storage modulus G 'at temperatures of 30 ° C up to 100 ° C in the range of 0.02 to 2 MPas;
- n.bn.d
- = nicht bestimmt.= not determined.
Tab. 8a: Rezepturen Tab. 8a: Recipes
- + = Formulierung enthält neben der Polymerdispersion diese Siliciumdioxid Dispersion+ = Formulation contains in addition to the polymer dispersion, this silica dispersion
Tab 8b: Schälfestigkeit und Vernetzungsverhalten. Tab. 8b: Peel strength and crosslinking behavior.
-
- NN
- = Speichermodul G bei Temperaturen von 30°C bis 100°C außerhalb des Bereichs von 0,02 bis 2 MPas= Memory module G at temperatures of 30 ° C up to 100 ° C outside of the range from 0.02 to 2 MPas
- PP
- = Speichermodul G' bei Temperaturen von 30°C bis 100°C im Bereich von 0,02 bis 2 MPas;= Storage modulus G 'at temperatures of 30 ° C up to 100 ° C in the range of 0.02 to 2 MPas;
- n.bn.d
- = nicht bestimmt.= not determined.
Besonders bevorzugte Polymerdispersionen, deren viskoelastische Eigenschaften (Speichermodul G') bei Temperaturen von 30°C bis 100°C im Bereich von 0,02 bis 2 MPas liegen zeigen in Kombination mit der erfindungsgemäßen Siliciumdioxid Dispersion die besten Schälfestigkeiten der verklebten Substrate, bzw. zeigen die höchste Vernetzung (S'max), vgl. insbesondere Versuche 42, 48, 57, 60, 69, 72. Dies gilt auch für die Versuche 45 und 51, von denen die entsprechenden Speichermodul-Kurven nicht vorliegen. 4.1.7 Bestimmung des Restmonomergehaltes Tab 9a: Rezepturen
- *) Vergleichsbeispiele
- *) Vergleichsbeispiele
- *) Comparative Examples
- *) Comparative Examples
Wie Versuch 75 zeigt, wird durch Zusatz der erfindungsgemäßen Dispersion der Gehalt an freiem Restmonomer, gezeigt am Beispiel Polychloropren-Latex, deutlich erniedrigt.As Experiment 75 shows is by addition of the dispersion of the invention the content of free residual monomer, shown by the example polychloroprene latex, significantly lowered.
Claims (11)
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Family Applications (1)
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20120403 |