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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Wärmetauschers, wobei der Begriff „Herstellung"
auch die Instandsetzung eines gebrauchten Wärmetauschers
mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte
umfasst. Die Erfindung betrifft die Verbindung von Leitungsrohren
für das Wärmeübertragungsmedium durch
Verkleben. Dabei wird zumindest eines der jeweils zu verklebenden
Rohrenden in deren Überlappungsbereich mit einem Klebstoff
beschichtet, der bei Raumtemperatur fest und nicht klebrig ist und
der nicht ohne einen Aktivierungsschritt aushärtet. Die
so mit Klebstoff vorbeschichteten Rohrstücke können
versandt und gelagert werden, ohne dass die Klebstoffschicht ihre
Funktionsfähigkeit verliert. Der Klebstoff härtet
erst nach einem Aktivierungsschritt aus, der unmittelbar vor oder
nach dem Verbinden der Rohrstücke ausgeführt wird.
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1 zeigt
den schematischen Aufbau eines Wärmetauschers, der nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden
kann. Diese Abbildung ist dem Dokument
JP 2006/194543 entnommen. Dieser Wärmetauscher
besteht aus metallischen Rohrstücken (
1), die
durch senkrecht zu den Rohrstücken verlaufende Kühllamellen
(
2) miteinander verbunden sind. Offene Enden benachbarter
Metallrohre (
1) werden durch U-förmige Endrohre
miteinander verbunden, wofür gemäß dem
zitierten Dokument ein flüssiger wärmehärtbarer
Klebstoff verwendet wird. Ein ähnliches Verfahren speziell
zur Verbindung von Aluminium- und Kupferrohre wird in
JP 2006/138468 beschrieben.
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2 zeigt
genauer, wie das Verkleben der U-förmigen Endrohre (
3)
mit den Metallrohren (
1) erfolgen kann. In dieser Ausführungsform
sind die Endstücke (
4) der Metallrohre (
1)
aufgeweitet. Das U-förmige Endrohr wird in diese aufgeweiteten
Endstücke der Metallrohre (
4) hinein gesteckt,
wobei in den entstehenden Spalt zwischen dem aufgeweiteten Endstück
(
4) und dem U-förmigen Endrohr (
3) ein
Klebstoff (
5) eingebracht wird. Gemäß dem
Dokument
GB 2008462 ,
dem die
2 entnommen ist, geschieht dies
offensichtlich unmittelbar vor dem Fügen der beiden Teile.
Als Klebstoff wird typischerweise ein thermisch härtbarer
Epoxy-Klebstoff eingesetzt. In diesem Fall bestehen die Metallrohre
(
1) und die U-förmigen Endrohre (
3) beide
aus Aluminium. Zur Verbesserung von Klebkraft und Korrosionsschutz
wird zusätzlich vorgeschlagen, die Aluminiumoberflächen
vor dem Auftragen des Klebstoffs einer Konversionsbehandlung zu
unterwerfen, um eine unkontrollierte Oxidbildung zu vermeiden.
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Das
Auftragen eines flüssigen Klebstoffs im Fertigungsbereich
der Wärmeaustauscher hat den Nachteil, dass hierfür
spezielle Applikationssysteme zur Verfügung gestellt werden
müssen. Fehlfunktionen der Applikationssysteme können
zu einer Verschmutzung von Arbeitsbereich und Werkstücken
mit Klebstoff führen. Die vorliegende Erfindung schlägt
eine Lösung dieses Problems vor.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
eines Wärmetauschers, der Wärmeaustauscher-Lamellen
(2) und mit diesen in thermischem Kontakt stehende im wesentlichen
parallele Metallrohre (1) aufweist, wobei die Metallrohre
im wesentlichen senkrecht zu den Lamellen angeordnet sind und offene
Enden aufweisen und wobei je zwei benachbarte Metallrohre an ihren
offenen Enden durch jeweils ein U-förmiges Endrohr (3)
miteinander in Überlappungsbereichen unter Verwendung eines
Klebstoffs verbunden werden, der einen Spalt im Überlappungsbereich
zwischen Metallrohr und U-förmigem Endrohr ausfüllt,
wobei man:
- a) den Klebstoff auf die Überlappungsbereiche
des U-förmigen Endrohrs aufbringt und wobei der Klebstoff so
ausgewählt wird, dass er nach dem Aufbringen auf die Überlappungsbereiche
des U-förmigen Endrohrs und vor deren Verbinden mit den Metallrohren
bei Temperaturen unterhalb von 30°C fest und nicht klebrig ist
und nicht ohne einen Aktivierungsschritt aushärtet,
- b) das Endrohr mit dem Überlappungsbereich und dem
hierauf angebrachten Klebstoff auf die Metallrohre aufsteckt oder
in die Metallrohre einsteckt und
- c) den Klebstoff vor oder nach Schritt b) durch Bestrahlung
mit energiereicher Strahlung oder thermisch aktiviert, so dass er
nach dem Schritt b) aushärtet und das Metallrohr mit dem
U-förmigen Endrohr im Überlappungsbereich verbindet.
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Nach
diesem Verfahren kann beispielsweise ein Wärmeaustauscher
hergestellt werden, wie er schematisch in 1 dargestellt
ist. 2 zeigt eine der möglichen Ausführungsformen,
wie die Verbindung zwischen U-förmigem Endrohr (3)
und den Metallrohren (1) nach dem Zusammenfügen
und dem Aktivieren und Aushärten des Klebstoffs (5)
beschaffen sein kann.
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Der
Unterschied zum einleitend beschriebenen Stand der Technik besteht
darin, dass der Klebstoff nicht unmittelbar vor dem Zusammenfügen
von Metallrohr und Endrohr in flüssiger Form im Bereich
der Überlappung der beiden Fügeteile aufgebracht
wird und beim Fügen dieser Teile flüssig ist.
Vielmehr wird der Klebstoff vor dem Fügen der beiden Teile
auf die Überlappungsbereiche des U-förmigen Endrohrs
in einer Form aufgetragen, dass er beim Ein- oder Aufstecken des
U-förmigen Endrohrs in bzw. auf die Metallrohre in fester und
nicht klebriger Form vorliegt. Nach diesem Verfahren ist es möglich,
den Klebstoff am Ort der Herstellung der U-förmigen Endrohre
auf zu bringen und die mit dem Klebstoff vorbeschichteten Endrohre
zu versenden und zu lagern. Der Klebstoff kann also zentral beim
Hersteller der U-förmigen Endrohre aufgetragen werden und
muss nicht mehr dezentral an den Fertigungsorten der kompletten
Wärmetauscher appliziert werden. Dies vereinfacht den gesamten
Produktionsverlauf beträchtlich.
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Dabei
ist das Merkmal, dass der Klebstoff „fest" sein soll, so
zu verstehen, dass dieser zumindest eine solche Viskosität
aufweist, dass er unter dem Einfluss der Schwerkraft nicht fließt
und dass er bei der normalen Handhabung der U-förmigen
Endrohre zur Verpackung und zum Versand nicht deformiert wird.
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Das
Merkmal, „nicht klebrig" zu sein, bedeutet, dass sich der
Klebstoff beim Berühren mit dem Finger nicht klebrig anfühlt
und dass er nicht an Verpackungsmaterial oder an anderen vorbeschichteten
U-förmigen Endrohren haftet. Dieses und das vorgenannte
Merkmal erlauben es, die mit Klebstoff vorbeschichteten U-förmigen
Endrohre entweder einzeln verpackt oder als geschüttete
Ware zu versenden.
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Zum
Auftragen des Klebstoffs auf die U-förmigen Endstücke
muss dieser zumindest streichfähig sein. Dies kann man
beispielsweise dadurch erreichen, dass man einen bei Temperaturen
unterhalb von 30°C festen Klebstoff so weit erwärmt,
dass er streichfähig ist und beispielsweise durch Auspressen
aus einer Düse aufgetragen werden kann. Beim Abkühlen
auf eine Temperatur unterhalb von 30°C nimmt der Klebstoff
wieder den wie vorstehend definierten festen Zustand an. Bei thermisch
aktivierbaren Klebstoffen darf die Auftragstemperatur selbstverständlich
nicht oberhalb der Aktivierungstemperatur liegen. Bei strahlenhärtbaren
Klebstoffen besteht eine derartige Einschränkung hinsichtlich
der Auftragstemperatur nicht. Weiterhin kann der Klebstoff als Wasser-
oder Lösemittel-haltige, streichfähige Paste aufgebracht
werden. Nach Abdampfen des Wassers bzw. des Lösungsmittels
geht er in den erwünschten festen Zustand über.
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Das
Aushärten des Klebstoffs wird durch einen Aktivierungsschritt
ausgelöst. Solange dieser unterbleibt, härtet
der Klebstoff nicht aus, so dass er während Transport oder
Lagerung der vorbeschichteten U-förmigen Endrohre seine
Klebekraft nicht verliert. Der Aktivierungsschritt kann in einer
Bestrahlung mit energiereicher Strahlung oder im Erwärmen
des Klebstoffs auf eine Klebstoff-spezifische Härtungstemperatur
erfolgen.
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Unter
energiereicher Strahlung ist beispielsweise UV-Strahlung oder Elektronenstrahlung
zu verstehen. Wegen des geringeren apparativen Aufwands wird UV-Strahlung
bevorzugt. Die Wärmezufuhr für eine thermische
Aktivierung kann beispielsweise durch Bestrahlen mit IR-Strahlung,
durch Einwirkung von Heißluft, durch Plazieren der Teile
in einen Wärmeofen oder durch Erhitzen der metallischen
Fügeteile im Bereich der Klebstoffbeschichtung durch elektromagnetische
Induktion erfolgen. Nach der Aktivierung härtet der Klebstoff im Überlappungsbereich
aus und verbindet hierdurch das Metallrohr mit dem U-förmigen
Endrohr.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ist für die
gängigen Metalle geeignet, aus denen im Wärmetauscher-Bau
die Metallrohre und die U-förmigen Endrohre üblicherweise
gefertigt werden. Dies sind insbesondere Kupfer bzw. Kupferlegierungen
sowie Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen. Dabei sind folgende Materialkombinationen
möglich:
- 2a) Metallrohre und U-förmige
Endrohre bestehen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung,
- 2b) Metallrohre und U-förmige Endrohre bestehen aus
Aluminium oder einer Aluminiumlegierung,
- 2c) Metallrohre bestehen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung
und U-förmige Endrohre bestehen aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung,
- 2d) Metallrohre bestehen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
und U-förmige Endrohre bestehen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.
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Sofern
die U-förmigen Endrohre aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
bestehen, können sie zumindest im Überlappungsbereich
vor dem Aufbringen des Klebstoffs einer chemischen Oberflächenbehandlung
unterzogen werden. Für Einzelheiten wird auf die Ausführungen
in dem zitierten Dokument
GB
2008462 verwiesen. Anstelle der dort bevorzugt eingesetzten
Chromatierung wird jedoch vorzugsweise aus Umweltgründen
ein chromfreies Konversionsverfahren bevorzugt, beispielsweise eine
Behandlung der Aluminiumoberflächen mit einer sauren wässrigen
Lösung komplexer Fluoride mindestens eines der Elemente
B, Si, Ti, Zr. Hierfür können beispielsweise Verfahren
eingesetzt werden, wie sie in
EP
754 251 oder im dort einleitend zitierten Stand der Technik
vorgeschlagen werden.
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Eine
mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist in 3 dargestellt. Hierbei ist vorgesehen, dass das
U-förmige Endrohr (3) auf die Metall rohre (1)
aufgesteckt wird, so dass sich im Überlappungsbereich das
Metallrohr innerhalb des U-förmigen Endrohrs befindet.
In diesem Fall wird im Schritt a) der Klebstoff (5) im Überlappungsbereich
innen in dem U-förmigen Endrohr aufgebracht. Vorzugsweise
ist dabei das U-förmige Endrohr im Überlappungsbereich
aufgeweitet, so dass es zusammen mit der Klebstoffschicht über das
Metallrohr geschoben werden kann, ohne dass eine Einengung des Strömungsquerschnitts
im Metallrohr und im U-förmigen Endrohr eintritt.
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4 ist
ein Beispiel für eine alternative Ausführungsform,
wobei das U-förmige Endrohr (3) in die Metallrohre
(1) eingesteckt wird, so dass sich im Überlappungsbereich
das U-förmige Endrohr (3) innerhalb des Metallrohrs
(1) befindet. In diesem Fall ist der Klebstoff in Art einer
Manschette (5) im Überlappungsbereich außen
auf das U-förmige Endrohr aufgetragen. Vorzugsweise ist
in diesem Fall, wie in 4 dargestellt, das Metallrohr
im Überlappungsbereich aufgeweitet, so dass das U-förmige
Endrohr zusammen mit der Klebstoffschicht in das Metallrohr eingesteckt
werden kann, ohne dass eine Verengung des Strömungsquerschnitts
im Metallrohr und im U-förmigen Endrohr eintritt. Nach
Aktivierung und Aushärten des Klebstoffs gelangt man so zu
einer Anordnung, wie sie in 2 dargestellt
ist.
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Je
nach Aktivierungsmechanismus kann der Klebstoff vor dem Zusammenstecken
der beiden Rohre oder nach dem Zusammenstecken aktiviert werden.
Beispielsweise besteht eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darin, dass man einen durch Bestrahlung mit energiereicher
Strahlung wie weiter oben definiert aktivierbaren Klebstoff verwendet
und den Klebstoff unmittelbar vor dem Schritt b) durch Bestrahlung
mit energiereicher Strahlung aktiviert. Das Aushärten erfolgt
dann nach dem Zusammenstecken der beiden Fügeteile ohne
weitere Strahleneinwirkung.
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Demgegenüber
ist es bei thermisch aktivierbaren Klebstoffen vorzuziehen, dass
man die beiden Fügeteile zuerst zusammensteckt und anschließend
erwärmt, wodurch der Klebstoff aushärtet. Auf
welche Weise das Erwärmen geschehen kann, wurde weiter
oben dargelegt.
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In
einer vorgezogenen Ausführungsform verwendet man unabhängig
vom Aktivierungsmechanismus vorzugsweise einen Klebstoff, der sein
Volumen nach dem Aktivierungsschritt um mindestens 5% vergrößert. In
diesem Fall enthält der Klebstoff ein physikalisch oder
chemisch wirkendes Treibmittel, das bei der Aktivierung des Klebstoffs
selbst aktiviert wird und das durch Gasbildung oder Gas-Ausdehnung
das Volumen des Klebstoffs vergrößert. Bei physikalisch
wirkenden Treibmitteln ist die Volumenvergrößerung
eine physikalische Folge des Erwärmens von mit Gas oder
verdampfbarer Flüssigkeit gefüllten Mikrohohlkugeln.
Bei chemischen Treibmitteln wird durch eine chemische Reaktion ein
Gas abgespalten, welches die Volumenvergrößerung
des Klebstoffs bewirkt.
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Aufgrund
der Volumenvergrößerung nach der Aktivierung ist
es nicht erforderlich, dass das mit Klebstoff vorbeschichtete U-förmige
Endrohr passgenau in das Metallrohr eingesetzt wird. Vielmehr darf
ein Luftspalt zwischen Klebstoff und Wand des Metallrohrs verbleiben,
was das Zusammenstecken der beiden Rohrteile erleichtert. Aufgrund
der Volumenvergrößerung füllt der Klebstoff
nach der Aktivierung diesen Luftspalt aus und verbindet hierdurch
die beiden Fügeteile kraftschlüssig.
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Geeignete
Treibmittel sind im Stand der Technik bekannt, z. B. die "chemischen
Treibmittel" die durch Zersetzung Gase freisetzten oder "physikalische
Treibmittel", d. h. expandierende Hohlkugeln. Beispiele für
die erstgenannten Treibmittel sind Azobisisobutyronitril, Azodicarbonamid,
Di-Nitrosopentamethylentetramin, 4,4'-Oxybis(benzolsulfonsäurehydrazid),
Diphenylsulfon-3,3'-disulfohydrazid, Benzol-1,3-disulfohydrazid, p-Toluolsulfonylsemicarbazid.
Besonders bevorzugt werden jedoch die expandierbaren Kunststoffmikrohohlkugeln
auf der Basis von Polyvinylidenchloridcopolymeren oder Acrylnitril/(Meth)acrylat-Copolymeren,
diese sind z. B. unter den Namen "Dualite" bzw. "Expancel" von den
Firmen Pierce & Stevens
bzw. Casco Nobel im Handel erhältlich.
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In
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Verwendung
eines Klebstoffs, der sich nach Aktivierung ausdehnt, ist es nicht
erforderlich, dass sich der Klebstoff während oder nach
der Aktivierung verflüssigt, um die Klebefuge zwischen
Metallrohr und U-förmig gebogenem Endrohr vollständig
auszufüllen. In einer alternativen Ausführungsform
kann man jedoch so vorgehen, dass man auf Einsatz eines Treibmittels verzichtet
und dass man einen Klebstoff verwendet, der während des
Aktivierungsschritts zuerst (d. h. vor dem Abbinden) geschmolzen
bzw. verflüssigt wird, ohne dass hierbei eine über
die übliche Wärmeausdehnung hinausgehende Volumenvergrößerung
stattfindet. Diese Ausführungsform kann vorzugsweise dann
gewählt werden, wenn die Aktivierung des Klebstoffs erst
nach dem Zusammenfügen der Teile erfolgt. Während
des Zusammenfügens ist der Klebstoff also noch fest. Das
Aufschmelzen bzw. Verflüssigen nach dem Zusammenstecken
der Fügeteile führt dazu, dass der Klebstoff aufgrund
von Kapillarkräften die Klebefuge überbrückt.
Er härtet dann in diesem Zustand aus, so dass eine kraftschlüssige
Verbindung zwischen Metallrohr und U-förmig gebogenem Endrohr
hergestellt wird. Das Aufschmelzen bzw. Verflüssigen geschieht
durch Wärmeeintrag, wofür die weiter oben genannten
Möglichkeiten des Erwärmens zur Verfügung
stehen.
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Für
das erfindungsgemäße Verfahren kann man einen
Klebstoff auf Basis von Polyurethanen, Epoxidharzen oder Acrylaten
verwenden, wobei der Begriff „Acrylat" substituierte Acrylate
wie Methacrylat einschließt.
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Beispiele
von Klebstoffen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt
werden können, sind sogenannte „reaktive Schmelzklebstoffe".
Diese sind in geschmolzenen Zustand streichfähig, so dass
sie in diesem Zustand im Überlappungsbereich auf die U-förmigen
Endrohre aufgebracht werden können, ohne dass der Aushärtungs-Mechanismus
aktiviert wird. Dieser erfordert vielmehr ein Erwärmen
auf eine höher liegende Aktivierungstemperatur, bei der
ein latenter Härter für eine rektionsfähige
Bindemittel-Komponente (beispielsweise ein Präpolymer mit
Epoxid- oder Isocyanat-Gruppen) aktiviert wird.
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Wenn
nachfolgend (mittlere) Molmassen oder (mittlere) Molekulargewichte
von Polymeren angegeben werden, handelt es sich um das zahlenmittlere
Molekulargewicht, MN, wie durch GPC bestimmbar.
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Beispielsweise
ist ein reaktiver Schmelzklebstoff geeignet, der in
EP 354 498 A2 näher
beschrieben wird. Dieser enthält eine Harzkomponente, mindestens
einen thermisch aktivierbaren latenten Härter für
die Harzkomponente sowie ggf. Beschleuniger, Füllstoffe,
Thixotropiehilfsmittel und weitere übliche Zusatzstoffe, wobei
die Harzkomponente durch Umsetzung von einem beim Raumtemperatur
festen Epoxidharz, einem bei Raumtemperatur flüssigen Epoxidharz
und einem linearen Polyoxypropylen mit Amino-Endgruppen erhältlich ist.
Die Epoxidharze werden in einer solchen Menge, bezogen auf das Polyoxypropylen
mit Amino-Endgruppen, eingesetzt, dass ein Überschuss an
Epoxidgruppen, bezogen auf die Aminogruppen, gewährleistet
ist. Als latenter Härter ist beispielsweise Dicyandiamid
geeignet. Für weitere Einzelheiten wird auf das genannte Dokument
verwiesen. Speziellere Ausführungsformen für einen
derartigen reaktiven Schmelzklebstoff sind in
WO 93/00381 offenbart. Auch diese
sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet.
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Weiterhin
können Epoxidharz-Strukturklebstoffe eingesetzt werden,
wie sie beispielsweise in
WO 00/37554 näher
beschrieben sind. Hierbei handelt es sich um Zusammensetzungen,
die a) ein Copolymeres mit mindestens einer Glasübergangstemperatur
von –30°C oder niedriger und gegenüber
Epoxiden reaktiven Gruppen oder ein Reaktionsprodukt dieses Copolymeren
mit einem Polyepoxid, b) ein Reaktionsprodukt aus einem Polyurethan-Prepolymer
und einem Polyphenol oder Aminophenol sowie c) mindestens ein Epoxidharz enthalten.
Um diese Zusammensetzungen wärmehärtbar zu machen,
enthalten sie zusätzlich einen latenten Härter
aus der Gruppe Dicyandiamid, Guanamine, Guanidine, Aminoguanidine,
feste aromatische Diamine und/oder Härtungsbeschleuniger.
Zusätzlich können sie Weichmacher, Reaktivverdünner,
Rheologie-Hilfsmittel, Füllstoffe, Netzmittel und/oder
Alterungsschutzmittel und/oder Stabilisatoren enthalten. Für
weitere Einzelheiten und konkrete Beispiele wird auf das genannte
Dokument verwiesen.
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Weiterhin
können für das erfindungsgemäße
Verfahren wärmehärtbare Schmelzklebstoffe auf
Epoxidharz-Basis mit folgender Zusammensetzung eingesetzt werden
(Mengenangaben in Gewichtsteilen):
Rohstoff | Einsatzmenge (Gew.-Teile) |
Epoxidharz | 450 |
Mineralische
Füllstoffe (Silicate und Carbonate) | 360 |
Nitril-Polymerkautschuk | 100 |
Härter/Beschleuniger
(Dicyandiamid, Epoxidharz-Aminaddukt) | 30 |
Expandierbare
Mikroholkugeln auf Acrylatbasis | 25 |
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Die
vorstehend beispielhaft genannten thermisch aktivierbaren Klebstoffsysteme
können mit oder ohne die weiter oben beschriebenen Treibmittel
formuliert werden, je nach dem, ob man eine Volumenvergrößerung
des Klebstoffs bei bzw. nach der thermischen Aktivierung anstrebt
oder nicht.
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Bei
den vorstehend genannten Beispielen handelt es sich um thermisch
aktivierbare Klebstoffe, die vorzugsweise nach dem Zusammenstecken
des klebstoffbeschichteten U-förmigen Endrohrs und der
Metallrohre durch Erwärmen aktiviert werden. Alternativ
hierzu können Klebstoffe und insbesondere Schmelzklebstoffe
eingesetzt werden, die durch Strahlung polymerisierbare reaktive
Gruppen enthalten. Diese können durch Bestrahlung mit Elektronenstrahlung
oder vorzugsweise UV-Strahlung vor dem Zusammenstecken dieser Bauteile
aktiviert werden.
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Ein
Beispiel hierfür ist ein Schmelzklebstoff enthaltend mehr
als 30% bezogen auf den Schmelzklebstoff mindestens eines Polyurethanpolymeren,
das mindestens eine durch Strahlung polymerisierbare reaktive Gruppe
enthält, hergestellt durch Umsetzung
- A)
eines reaktiven PU-Prepolymeren mit zwei oder drei NCO-Gruppen pro
Molekül hergestellt aus
i) mindestens einem di- oder
trifunktionellen Polyol ausgewählt aus Polyethern, Polyestern,
Polyolefinen, Polyacrylaten oder Polyamiden mit einer Molmasse zwischen
200 bis 50000 g/mol, umgesetzt mit
ii) einem Überschuss
mindestens eines di- oder tri-Isocyanats mit einer Molmasse unterhalb
von 1000 g/mol,
- B) 20 bis 95 Mol-% mindestens einer niedermolekularen Verbindung
(B) enthaltend eine radikalisch polymerisierbaren Doppelbindung
und eine mit einer NCO-Gruppe reagierenden Gruppe, und
- C) 1 bis 50 Mol-% mindestens einer Verbindung (C), die mindestens
eine gegen NCO-Gruppen reaktive Gruppe aufweist, aber keine unter
radikalischen Bedingungen polymerisierbare Gruppe, mit einer Molmasse
von 32 bis 5000 g/mol und
- D) 5 bis 50 Mol-% mindestens eines radikalischen Photoinitiators
(D), der eine primäre oder sekundäre OH-Gruppe
aufweist, wobei die Angeben auf die NCO-Gruppen des PU-Prepolymeren
bezogen sind und die Summe aus B, C, D 100 Mol% ergeben soll, sowie
ggf. weitere Hilfsstoffe.
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Dieser
erfindungsgemäß einsetzbare Schmelzklebstoff besteht
im Wesentlichen aus einem PU-Polymer, das endständig strahlenvernetzbare
reaktive Doppelbindungen aufweist. Weiterhin soll das PU-Polymer freie,
nicht vernetzbare Polymerkettenenden aufweisen. Zusätzlich
können an dem PU-Polymer chemisch gebundene Initiatoren
vorliegen. Das PU-Polymer soll aus einem NCO-reaktiven Polyurethanprepolymer
hergestellt werden.
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Das
Polyurethanprepolymer A) als Basis für die weiteren Umsetzungen
wird durch Umsetzung von Diolen und/oder Triolen mit Di- oder Tri-Isocyanatverbindungen
hergestellt. Dabei werden die Mengenverhältnisse so gewählt,
dass endständig NCO-funktionalisierte Prepolymere erhalten
werden. Insbesondere sollen die Prepolymere linear sein, d. h. überwiegend
aus Diolen und Diisocyanaten hergestellt werden. Eine zusätzliche Verwendung
von geringen Anteilen an trifunktionellen Polyolen oder Isocyanaten
ist möglich. Die bei der Synthese der Prepolymeren einsetzbaren
Polyole und Polyisocyanate sind dem Fachmann bekannt.
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Es
handelt sich dabei um die für Klebstoffanwendung bekannten
monomeren Di- oder Triisocyanate. Beispiele für geeignete
monomere Polyisocyanate sind 1,5-Naphthylendiisocyanat, 2,2'-, 2,4-
und/oder 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), hydriertes MDI (H12MDI),
Allophanate des MDI, Xylylendiisocyanat (XDI), Tetramethylxylylendiisocyanat
(TMXDI), 4,4'-Diphenyldimethylmethandiisocyanat, Di- und Tetraalkylendiphenylmethandiisocyanat,
4,4'-Dibenzyldiisocyanat, 1,3-Phenylendiisocyanat, 1,4-Phenylendiisocyanat,
die Isomeren des Toluylendiisocyanats (TDI), 1-Methyl-2,4-diisocyanato-cyclohexan,
1,6-Diisocyanato-2,2,4-trimethylhexan, 1,6-Diisocyanato-2,4,4-trimethylhexan,
1-Isocyanatomethyl-3-isocyanato-1,5,5-trimethylcyclohexan (IPDI),
chlorierte und bromierte Diisocyanate, phosphorhaltige Diisocyanate,
4,4'-Di-isocyanatophenylperfluorethan, Tetramethoxybutan-1,4-diisocyanat,
Butan-1,4-diisocyanat, Hexan-1,6-diisocyanat (HDI), Dicyclohexylmethandiisocyanat,
Cyclohexan-1,4-diisocyanat, Ethylen-diisocyanat, Phthalsäure-bis-isocyanato-ethylester, Trimethylhexamethylendiisocyanat,
1,4-Diisocyanatobutan, 1,12-Diisocyanatododecan, Dimerfettsäurediisocyanat.
Besonders geeignet sind aliphatische Isocyanate wie Hexamethylendiisocynat,
Undecan-, Dodecamethylendiisocyanat, 2,2,4-Trimethylhexan-2,3,3-Trimethyl-hexamethylen,
1,3- oder 1,4-Cyclohexandiisocynat-, 1,3- oder 1,4-Tetramethylxyloldiisocynat,
Isophorondiisocynat, 4,4-Dicyclohexylmethan-, Lysinesterdiisocyanat
oder Tetramethylxylylendiisocyanat (TMXDI).
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Als
trifunktionelle Isocyanate geeignet sind Polyisocyanate, die durch
Trimerisation oder Oligomerisation von Diisocyanaten oder durch
Reaktion von Diisocyanaten mit polyfunktionellen hydroxyl- oder
aminogruppenhaltigen Verbindungen entstehen. Zur Herstellung von
Trimeren geeignete Isocyanate sind die bereits oben genannten Diisocyanate,
wobei die Trimerisierungsprodukte von HDI, TMXDI oder IPDI besonders
bevorzugt sind.
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Der
Anteil an aromatischen Isocyanaten soll bevorzugt weniger als 50%
der Isocyanate betragen. Besonders bevorzugt sind PU-Prepolymere
auf Basis von aliphatischen oder cycloaliphatischen Polyisocyanaten oder
von Oligomeren auf Basis von HDI, IPDI und/oder 2,4'- oder 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan.
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Als
di-funktionelle oder tri-funktionelle Polyole können die
bekannten Polyole mit einem Molekulargewicht bis 50000 g/mol ausgewählt
werden. Sie sollen beispielsweise auf Basis von Polyethern, Polyestern,
Polyolefinen, Polyacrylaten oder Polyamiden ausgewählt
werden, wobei diese Polymere zusätzlich OH-Gruppen aufweisen
müssen. Bevorzugt sind Polyole, die endständige
OH-Gruppen aufweisen.
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Als
Polyol zur Herstellung des PU-Prepolymeren geeignete Polyester können
durch Polykondensation von Säure- und Alkoholkomponenten
gewonnen werden, insbesondere durch Polykondensation einer Polycarbonsäure
oder eines Gemischs aus zwei oder mehr Polycarbonsäuren
und einem Polyol oder einem Gemisch aus zwei oder mehr Polyolen.
Als Polycarbonsäure sind solche mit einem aliphatischen,
cycloaliphatischen, aromatischen oder heterocyclischen Grundkörper
geeignet. Gegebenenfalls können anstatt der freien Carbonsäuren
auch deren Säureanhydride oder deren Ester mit C1-5-Monoalkoholen zur Polykondensation eingesetzt werden.
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Als
Diole zur Umsetzung mit den Polycarbonsäuren können
eine Vielzahl von Polyolen eingesetzt werden. Beispielsweise sind
aliphatische Polyole mit 2 bis 4 primären oder sekundären
OH-Gruppen pro Molekül und 2 bis 20 C-Atomen geeignet.
Ebenfalls eingesetzt werden können anteilsweise höherfunktionelle
Alkohole. Verfahren zur Herstellung solcher Polyesterpolyole sind
dem Fachmann bekannt und diese Produkte sind kommerziell erhältlich.
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Weiterhin
können als Polyol Polyetherpolyole eingesetzt werden. Polyetherpolyole
werden vorzugsweise durch Umsetzung von niedermolekularen Polyolen
mit Alkylenoxiden erhalten. Die Alkylenoxide weisen vorzugsweise
zwei bis vier C-Atome auf. Geeignet sind beispielsweise die Umsetzungsprodukte
von Ethylenglykol, Propylenglykol oder den isomeren Butandiolen
mit Ethylenoxid, Propylenoxid oder Butylenoxid. Es sind auch Umsetzungsprodukte
polyfunktionellerAlkohole wie Glycerin, Trimethylolethan oder Trimethylolpropan, Pentaerythrit
oder Zuckeralkohole mit den genannten Alkylenoxiden zu Polyetherpolyolen
geeignet. Es kann sich um statistische Polymere oder um Blockcopolymere
handeln. Besonders geeignet sind aus den genannten Umsetzungen erhältliche
Polyetherpolyole mit einem Molekulargewicht von etwa 200 bis etwa
20.000 g/mol, vorzugsweise von etwa 400 bis etwa 6.000 g/mol.
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Ebenfalls
als Polyol geeignet sind Polyacetale, die endständig OH-Gruppen
aufweisen. Weitere Polyole können auf Basis von Polycarbonaten
oder Polycaprolactonen ausgewählt werden.
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Weitere
geeignete Polyole können auf Basis von Polyacrylaten hergestellt
sein. Es handelt sich dabei um durch Polymerisation von Poly(meth)acrylestern
hergestellte Polymere. Gegebenenfalls können auch andere
copolymerisierbare Monomere zu geringen Anteilen enthalten sein.
Die erfindungsgemäßen Acrylate sollen zwei OH-Gruppen
aufweisen. Diese können bevorzugt endständig in
dem Polymer vorhanden sein. Solche OH-funktionellen Poly(meth)acrylate
sind dem Fachmann bekannt.
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Eine
weitere geeignete Klasse von Polyolen sind OH-funktionalisierte
Polyolefine. Polyolefine sind dem Fachmann bekannt und können
in vielen Molekularmassen erzeugt werden. Solche Polyolefine auf
Basis von Ethylen-, Propylen- oder höherkettigen α-Olefinen
als Homo- oder Copolymer können entweder durch Copolymerisation
von funktionelle Gruppen enthaltenden Monomeren oder durch Pfropfreaktionen
funktionalisiert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht
darin, dass diese Basispolymere nachträglich beispielsweise durch
Oxidation mit OH-funktionellen Gruppen versehen werden.
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Eine
weitere Klasse von Polyolen enthält ein Polyamid-Rückgrat.
Polyamide sind Umsetzungsprodukte von Diaminen mit Di- oder Polycarbonsäuren.
Durch gezielte Synthese ist es möglich, endständig
OH-Gruppen in Polyamide einzuführen.
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Die
zur Herstellung der PU-Prepolymere geeigneten Polyole sollen eine
Molmasse zwischen 200 bis 50000 g/mol aufweisen. Insbesondere soll
das Molekulargewicht kleiner 30000 g/mol sein. Im Falle von Polyetherpolyolen
soll das Molekulargewicht zwischen 200 bis 20000 g/mol liegen, insbesondere
zwischen 400 und 6000 g/mol. Im Falle von Polyesterpolyolen soll
das Molekulargewicht bevorzugt kleiner 10000 g/mol betragen, insbesondere
zwischen 600 und 2500 g/mol. Insbesondere geeignet sind lineare
Polyetherpolyole, Polyesterpolyole oder Gemische davon.
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Die
Umsetzung der Polyole mit den Polyisocyanaten kann beispielsweise
in Gegenwart von Lösemitteln erfolgen, bevorzugt wird jedoch
in lösemittelfreier Form gearbeitet. Zur Beschleunigung
der Reaktion wird üblicherweise die Temperatur erhöht,
beispielsweise zwischen 40 bis 80°C. Gegebenenfalls können
zur Beschleunigung der Reaktion in der Polyurethanchemie übliche
Katalysatoren zum Reaktionsgemisch zugesetzt werden. Bevorzugt ist
die Zugabe von Dibutylzinndilaurat, Dimethylzinndineodecanoat oder
Diazabicyclooctan (DABCO). Dabei soll die Menge von etwa 0,001 Gew.-%
bis etwa 0,1 Gew.-% des Prepolymeren betragen.
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Bevorzugt
werden Prepolymere aus den erwähnten Polyisocyanaten und
Polyolen auf Basis von Polyether- und/oder Polyesterdiolen hergestellt.
Insbesondere sollen Gemische beider Polyoltypen bei der Synthese
eingesetzt werden, beispielsweise mit 95 bis 55 Gew.-% Polyetherpolyolanteil.
Eine weitere besondere Ausführungsform verwendet Polyetherpolyole,
die mindestens 50 Gew.-% Anteil an Ethylenoxideinheiten enthalten.
Die entstehenden reaktiven PU-Prepolymere A) sind NCO-reaktiv und
tragen 3 oder bevorzugt 2 Isocyanatgruppen. Bevorzugt handelt es
sich um endständige NCO-Gruppen.
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In
einer weiteren Reaktion werden die NCO-Gruppen anteilsweise mit
Verbindungen B) umgesetzt, die eine funktionelle Gruppe tragen,
die mit Isocyanaten reagieren kann und als weitere funktionelle
Gruppe eine durch radikalische Polymerisation vernetzbare Doppelbindung
aufweist. Diese habe üblicherweise ein Molekulargewicht
von weniger als 1500 g/mol.
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Beispiele
für solche Verbindungen sind Ester von α-β-ungesättigten
Carbonsäuren mit niedermolekularen insbesondere aliphatischen
Alkoholen, die im Alkylrest noch eine weitere OH-Gruppe tragen.
Beispiele für solche Carbonsäuren sind Acrylsäuren,
Methacrylsäure, Crotonsäuren, Itaconsäure,
Fumarsäure- und Maleinsäure-halbester. Entsprechende
OH-Gruppen tragende Ester von (Meth)acrylsäure sind beispielsweise 2-Hydroxyethyl(meth)acrylamid,
2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat, 3-Hydroxypropyl(meth)acrylat,
3-Hydroxypropyl(meth)acrylamid, N-Hydroxyethyl(meth)acrylamid, Umsetzungsprodukte von
Glycidylethern oder -estern mit Acryl- oder Methacrylsäure,
beispielsweise Umsetzungsprodukte von Versaticsäureglycidylestern
mit Acryl- oder Methacrylsäure, Addukte von Ethylenoxid
oder Propylenoxid an (Meth)acrylsäure, Umsetzungsprodukte
von Hydroxylacrylaten mit ε-Caprolacton oder partielle
Umesterungsprodukte von Poylalkoholen, wie Pentaerythrit, Glycerin
oder Trimethylolpropan, mit (Meth)acrylsäure.
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Die
Menge der OH-funktionellen Verbindung mit radikalisch polymerisierbaren
Doppelbindungen wird so gewählt, dass 20 bis 95 Mol-% insbesondere
22 bis 90 Mol-%, bevorzugt 25 bis 85 Mol-% bezogen auf die NCO-Gruppen
des PU-Prepolymeren eingesetzt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform
verwendet ein Gemisch von Methacrylaten und Acrylaten, wobei der
Anteil an Acrylaten mit mindestens 20 Mol-%, insbesondere mindestens
25 Mol-% der Mischung ausmacht.
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Weiterhin
wird das NCO-reaktive PU-Prepolymer mit mindestens einer Verbindung
C) umgesetzt, die mindestens eine mit Isocyanaten reaktive Gruppe
aufweist, darüber hinaus keine weitere unter radikalischen Bedingungen
poylmerisierbare Gruppe besitzt. Beispiele für solche mit
Isocyanate reaktive Gruppen sind OH-, SH- oder NHR-Gruppen. Diese
Verbindungen C) sollen eine Molmasse zwischen 32 und 10000 g/mol
aufweisen, insbesondere zwischen 40 und 4000 g/mol.
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Geeignete
monofunktionelle Verbindungen sind beispielsweise Alkohole mit 1
bis 36 C-Atomen, wie beispielsweise Methanol, Ethanol, Propanol
und höhere Homologe, sowie die entsprechenden Thioverbindungen.
Weiterhin können auch monohydroxy- oder monoamino-funktionelle
Polymere eingesetzt werden mit einem Molekulargewicht kleiner 10000
g/mol, insbesondere von 200 und 2000 g/mol. Auch Gemische von niedermolekularen
und polymeren Bausteinen sind möglich. Insbesondere soll
die funktionelle Gruppe eine OH-Gruppe sein.
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Auch
höherfunktionelle Verbindungen sind geeignet. Beispiele
dafür sind Diole, Triole oder Polyole, bevorzugt Diole
oder Triole, insbesondere Diole. Geeignete Verbindungen sind beispielsweise
Polyole mit 2 bis 44 C-Atomen, beispielsweise Ethylenglycol, Propandiol,
Butandiol und höhere Homologe, sowie die entsprechenden
Thioverbindungen. Die Mengen dieser Polyole werden so gewählt,
dass ein geeigneter molarer Überschuss dieser reaktiven
Funktionalität in Bezug auf die NCO-Gruppen vorliegt. Es
kann eine Kettenverlängerung der NCO-Prepolymere erfolgen,
bevorzugt soll jedoch nur eine OH-Gruppe umgesetzt werden, und man
erhält freie OH-Gruppen. Dabei soll das Molekulargewicht
dieser höherfunktionellen Verbindung C) bis 10000 g/mol
betragen insbesondere von 200 bis zu 3000 g/mol. Es können
auch SH oder NH-Polymere eingesetzt werden.
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Die
Menge der mit NCO-Gruppen reaktiven Verbindung wird so gewählt,
dass 1 bis 50 Mol-% bezogen auf die NCO-Gruppen des PU-Prepolymeren
umgesetzt werden. In einer Ausführungsform werden die Mengen
so gewählt, dass die Summe der monofunktionellen Verbindung
C) und der Verbindung mit den strahlungsreaktiven Gruppen B) zusammen
der Menge Isocyanatgruppen entspricht. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
werden difunktionelle NCO-reaktive Verbindungen eingesetzt, wobei
die Menge so gewählt wird, dass das OH:NCO-Verhältnis
von 1,5 bis 2,5:1 beträgt, bevorzugt von 1,6 bis 2,2:1.
Insbesondere soll das molare Verältnis 2:1 betragen, bevorzugt
als difunktionelle Hydroxyverbindung.
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Die
Umsetzungsverfahren zur Umsetzung der reaktiven PU-Prepolymere sind
dem Fachmann bekannt. Dabei kann eine Reaktion im Gemisch stattfinden,
oder die Bestandteile werden nacheinander umgesetzt. Nach der Umsetzung
erhält man statistisch funktionalisierte PU-Polymere.
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Das
PU-Polymer soll ein Molekulargewicht kleiner 200.000 g/mol aufweisen,
insbesondere zwischen 1000 und 100.000 g/mol, bevorzugt zwischen
2000 und 50.000 g/mol, insbesondere unter 20.000 g/mol. Das PU-Polymer
soll im wesentlichen frei von Isocyanatgruppen sein, d. h. nach
der Umsetzungsreaktion sollen nur noch Spuren von nicht umgesetzten
NCO-Gruppen enthalten sein. Die Menge soll unter 0,1% (bezogen auf
das Prepolymer) betragen, besonders bevorzugt kleiner 0,05%.
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Als
weiterer notwendiger Bestandteil des Schmelzklebstoffs wird ein
Photoinitiator eingesetzt, der bei Bestrahlung mit Licht einer Wellenlänge
von etwa 215 nm bis etwa 480 nm dazu in der Lage ist, eine radikalische
Polymerisation olefinisch ungesättigter Doppelbindungen
zu initiieren. Hierfür sind grundsätzlich alle
handelsüblichen Photoinitiatoren geeignet, die mit dem
erfindungsgemäßen Schmelzklebstoff kompatibel
sind, d. h. wenigstens weitgehend homogene Gemische ergeben.
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Beispielsweise
sind dies alle Norrish-Type I fragmentierenden und Norrish-Typ II
Substanzen. Beispiele hierfür sind Photoinitiatoren der
Kayacure-Reihe (Hersteller Nippon Kayaku), Trigonal 14 (Hersteller:
Akzo), Photoinitiatoren der Irgacure®-,
Darocure®-Reihe (Hersteller: Ciba-Geigy),
Speedcure®-Reihe (Hersteller Lambson),
Esacure-Reihe (Hersteller: Fratelli Lamberti) oder Fi-4 ( Hersteller
Eastman). Insbesondere geeignet sind darunter Irgacure® 651,
Irgacure® 369, Irgacure® 184, Irgacure® 907,
Irgacure® 1850, Irgacure® 1173 (Darocure® 1173),
Irgacure® 1116, Speedcure® EDB, Irgacure® 784
oder Irgacure® 2959 oder Gemische
aus zwei oder mehr Verbindungen der Gruppe. Weiterhin geeignet sind
Benzophenon und seine Derivate, wie Speedcure® MBP,
Speedcure® MBB, Speedcure® BMS oder Speedcure® BEM,
Thioxanthon und seine Derivate, wie Speedcure® ITX,
Speedcure® CTX, Speedcure® DETX, 2,4,6-Trimethylbenzoldiphenylphosphinoxid, das
auch im Gemisch mit einem oder mehreren der oben genannten Photoinitiatoren
eingesetzt werden kann.
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Die
Menge der Photoinitiatoren soll bis zu 6 Gew.-% bezogen auf den
Klebstoff betragen, insbesondere zwischen 1 bis 4 Gew.-%. In einer
bevorzugten Ausführungsform sollen die Photoinitiatoren
unter UV-A-Strahlung die Reaktion starten.
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Zusätzlich
kann der Schmelzklebstoff noch Anteile an Reaktivverdünnern
enthalten. Als Reaktivverdünner sind besonders solche Verbindungen
geeignet, die eine oder mehrere reaktive durch Bestrahlung mit UV-Licht
oder mit Elektronenstrahlen polymerisierbare funktionelle Gruppe
aufweisen.
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Insbesondere
sind di- oder höherfunktionelle Acrylat- oder Methacrylatester
geeignet. Solche Acrylat- oder Methacrylatester umfassen beispielsweise
Ester der Acrylsäure oder Methacrylsäure mit aromatischen, aliphatischen
oder cycloaliphatischen Polyolen oder Acrylatester von Polyetheralkoholen.
Ebenfalls geeignete Verbindungen sind beispielsweise die Acrylsäure-
oder Methacrylsäureester der aromatischen, cycloaliphatischen,
aliphatischen, linearen oder verzweigten C4-20-Monoalkohole
oder von entsprechenden Etheralkoholen. Beispiele für solche
Verbindungen sind 2-Ethylhexylacrylat, Octyl-/Decylacrylat, Isobornylacrylat,
3-Methoxybutylacrylat, 2-Phenoxyethylacrylat, Benzylacrylat oder
2-Methoxypropylacrylat, Neopentylglykoldi(meth)acrylat, 1,6-Hexandioldi(meth)acrylat,
Trimethylolpropantri(meth)acrylat, Pentaerythrittetra(meth)acrylat,
sowie (Meth)acrylatester des Sorbits und anderer Zuckeralkohole.
Diese (Meth)acrylatester von aliphatischen oder cycloaliphatischen
Diolen können ggf. mit einem aliphatischen Ester oder einem
Alkylenoxid modifiziert werden. Die durch einen aliphatischen Ester
modifizierten Acrylate umfassen beispielsweise Neopentylglykolhydroxypivalatdi(meth)acrylat,
Caprolacton-modifizierte Neopentylglykolhydroxypivalatdi(meth)acrylate
und dergleichen. Die Alkylenoxid-modifizierten Acrylatverbindungen
umfassen beispielsweise Ethylenoxid-modifizierte Neopentylglykoldi(meth)acrylate,
Propylenoxid-modifizierte Neopentylglykoldi(meth)acrylate, Ethylenoxid-modifizierte
1,6-Hexandioldi(meth)acrylate oder Propylenoxid-modifizierte 1,6-Hexandioldi(meth)acrylate,
Neopentylglykol-modifizierte(Meth)acrylate, Trimethylolpropandi(meth)acrylate,
Polyethylenglykoldi(meth)acrylate, Polypropylenglykoldi(meth)acrylate
und dergleichen. Tri- und höherfunktionelle Acrylatmonomere
umfassen beispielsweise Trimethylolpropantri(meth)acrylat, Pentaerythritoltri- und
tetra(meth)acrylat, Dipenta erythritoltetra(meth)acrylat, Dipentaerytrhitolpenta(meth)acrylat,
Dipentaerythritolhexa(meth)acrylat, Caprolacton-modifiziertes Dipentaerythritolhexa(meth)acrylat,
Pentaerythritoltetra(meth)acrylat, Tris[(meth)acryloxyethyl]isocyanurat,
Caprolactonmodifizierte Tris[(meth)acryloxyethyl]isocyanurate oder
Trimethylolpropantetra(meth)acrylat oder Gemische aus zwei oder
mehr davon.
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Ferner
können zusätzlich Photosensibilisatoren eingesetzt
werden. Durch den Einsatz von Photosensibilisatoren ist es möglich,
die Absorption von Photopolymerisationsinitiatoren zu kürzeren
und/oder zu längeren Wellenlängen auszuweiten
und auf diese Weise die Vernetzung zu beschleunigen. Die von ihnen
absorbierte Strahlung bestimmter Wellenlänge wird als Energie
auf den Photopolymerisationsinitiator übertragen. Im Rahmen
der Erfindung einsetzbare Photosensibilisatoren sind z. B. Acetophenon,
Thioxanthane, Benzophenon und Fluoreszein und deren Derivate.
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Beispielsweise
kann man einen solchen strahlungshärtbaren Schmelzklebstoff
auf folgende Weise erhalten:
Apparatur: 1l-Vierhalskolben mit
Rührer; Thermofühler; N2-Überleitung;
höhenverstellbares Ölbad; Vakuumpumpe mit stickstoffgefüllter
Kühlfalle. Ansatz:
1.)
PPG 1000 | 300,00
g | (Polypropylenglykol
1000; OHZ = 112) |
2.)
IPDI | 78,46
g | (Isophorondiisocyanat) |
3.)
DBTL | 0,01
g | (Dibutylzinndilaurat,) |
4.)
HEA | 3,24
g | (2-Hydroxyethylacrylat) |
5.)
Irgacure 2959 | 12,53
g | (Photoinitiator) |
6.)
Polyglykol 01/40 | 30,72
g | (Butylsubstituierter
PPG-monoalkohol) |
7.)
Irganox 1726 | 0,76
g | (Antioxidanz) |
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Versuchsdurchführung:
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- 1.) wurde vorgelegt und auf ca. 120°C aufgeheizt.
Anschließend wurde Vakuum angelegt und bei < 10 mbar 1 h entwässert
und anschließend mit Stickstoff belüftet. Die
Temperatur wurde auf 30°C gesenkt, 3.) zugegeben und 10
min homogenisiert. Anschließend wurde 2.) zugegeben. Die
Temperatur wurde in Schritten auf 80°C erhöht.
Bei dieser Temperatur wurde weitergerührt, bis der NCO-Wert
bei 1,24% lag. Der Ansatz wurde belüftet, 0,38g 7.) wurde
zugegeben und homogenisiert. Dann wurde 4.) zugegeben und bei 80°C
weitergerührt bis ein NCO-Wert von 0,65% gemessen wurde.
5.) wurde zugegeben und weitergerührt bis der NCO-Wert
bei 0,12% lag. 0,38 g 7.) wurde untergerührt. 6.) wurde
zugegeben und weitergerührt, bis der NCO-Wert kleiner 0,02%
lag. Der Ansatz im Vakuum entgast und abgefüllt.
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Beschreibung der Abbildungen:
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1 zeigt
den schematischen Aufbau eines Wärmeaustauschers mit Metallrohren
(1), deren Enden durch U-förmige Endrohre (3) überbrückt
werden, so dass die Wärmeträgerflüssigkeit
Metallrohre und U-förmige Endrohre durchströmen
kann. Senkrecht zu den Metallrohren verlaufen die wärmeleitend
mit den Metallrohren verbundenen Kühlrippen (2)
und verbinden die Metallrohre miteinander.
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2:
Vergrößerter Ausschnitt aus einem Wärmetauscher
mit einem U-förmigen Endrohr (3), das zwei Metallrohre
(1) (hier nur deren Endstücke gezeigt) miteinander
verbrückt. Die Metallrohre (1) sind im Überlappungsbereich
glockenförmig aufgeweitet (4), wobei der Spalt zwischen
dem glockenförmig aufgeweiteten Bereich und dem U-förmigen
Endrohr durch einen Klebstoff (5) verfüllt ist.
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3 zeigt
eine mögliche Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Das U-förmige Endrohr (3) ist im Überlappungsbereich
aufgeweitet und innen mit einer Klebstoffschicht (5) beschichtet.
Zum Zusammenfügen wird das U-förmige Endrohr (3)
mit seinem Überlappungsbereich über die Metallrohre
(1) geschoben.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In diesem Falle sind die Metallrohre (1) in ihrem Endbereich
(4) glockenförmig aufgeweitet. Das U-förmige
Endrohr (3) ist im Überlappungsbereich außen
mit einer Schicht des Klebstoffs (5) beschichtet. Das Fügen
der Teile geschieht dadurch, dass das U-förmige Endrohr
(3) mit seinem Klebstoff-beschichteten Überlappungsbereich
in den aufgeweiteten Endteil (4) des Metallrohrs (1)
eingesteckt wird.
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- 1
- Metallrohre
- 2
- Kühllamellen
bzw. Kühlrippen
- 3
- U-förmiges
Endrohr
- 4
- Aufgeweitete
Endbereiche der Metallrohre (1)
- 5
- Klebstoffschicht
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2006/194543 [0002]
- - JP 2006/138468 [0002]
- - GB 2008462 [0003, 0014]
- - EP 754251 [0014]
- - EP 354498 A2 [0026]
- - WO 93/00381 [0026]
- - WO 00/37554 [0027]