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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Klebstoff auf Basis von Acrlysäure-
und/oder Methacrylsäureestern mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1, sowie seine Verwendung, insbesondere zum Kleben
von Magnetlegierungen.
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Zum
Aufschneiden von werkzeuggepressten bzw. isostatisch gepressten
Magnetblöcken in Einzelmagnete oder Scheiben wird üblicherweise
ein Klebeverfahren eingesetzt, mit dem zunächst eine sichere
Fixierung der zu bearbeitenden Teile während des Schneid-
oder Schleifprozesses sichergestellt wird, wobei die Fixierung dann
nach der Fertigstellung des Bearbeitungsschrittes wieder aufgelöst wird,
so dass anschließend die benötigten Einzelteile wieder
vorliegen.
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So
wird in der
DE 198
20 033 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern
beschrieben, wobei die Formkörper von einem Werkstück
abgetrennt werden und das Werkstück dabei auf einem Träger
mit Hilfe von Klebstoffen vorübergehend während
der Abtrennung fixiert wird. Dazu wird zwischen dem Träger
und dem Werkstück eine erste Klebstoffzusammensetzung zur
Bildung einer ersten Klebstoffschicht aufgetragen, die Novolake
umfasst, und dann wird zwischen dem Träger und dem Werkstück eine
zweite Klebstoffzusammensetzung aufgetragen, die vernetzte Harze
auf Epoxid- oder Phenolbasis, Polyurethane, Acrylate oder Mischungen
dieser Substanzen enthält. Anschließend werden
die Klebstoffschichten ausgehärtet. Nach dem Abtrennen
des gewünschten Formkörpers werden die abgetrennten Formkörper
von den mit den abgetrennten Formkörpern verbundenen ebenfalls
abgetrennten Trägerteilen mechanisch separiert. Nachteilig
bei diesem Verfahren ist, dass es zweistufig durchgeführt
werden muss, wobei zunächst ein Beschichten der Werkstücke
mit Novolak und eine anschließende Trocknung des Lackes
erfolgt und dann in einem zweiten Schritt die Werkstücke
verklebt werden. Hinzu kommt, dass die Beschichtung aus einer Novolaklösung
mit einem brennbaren Lösungsmittel erfolgt, was zusätzliche Arbeitssicherheitsmaßnahmen
erfordert. Weiterhin ist nachteilig, dass es aufgrund der eingeschränkten inneren
Festigkeit der Novolakschichten bei falscher Applikation leicht
zu einem Versagen der Klebung kommen kann.
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In
der
DE 10 2004
015 013 A1 sowie in der
DE 42 30 116 A1 werden Verfahren zum Aufschneiden
von blockförmigen Werkstücken in dünne
Scheiben beschrieben, wobei Hilfsklebstoffe auf Basis von Cyanacrylat
eingesetzt werden. Diese Klebstoffe sind im wässrigen alkalischen
Medium löslich, wobei die Klebstofffilme auf Basis von
Cyanacrylaten jedoch den Nachteil haben, dass sie nicht vollständig
aufgelöst werden, sondern oftmals nur unterlöst
werden, so dass nach dem Abtrennen des Werkstückes vom Träger
in einem nachgeschalteten Gleitschleifprozess anhaftende Klebstoffreste
entfernt werden müssen.
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Darüber
hinaus ist es üblich, für Hilfsklebungen konventionelle
Zweikomponentenkleber auf Methylmethacrylatbasis einzusetzen, wobei
hier jedoch die Auflösung des Klebstoffs bisher nur in
giftigen oder brennbaren Lösemitteln, wie z. B. Dichlormethan
oder Aceton, gelingt. Weiterhin ist nachteilig, dass zum Lösen
der Verklebungen relativ lange Behandlungszeiten (bis zu mehreren
Tagen) notwendig sind.
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Es
besteht somit weiterhin Bedarf an einem Montageklebstoff, der die
Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch einen Klebstoff mit den Merkmalen des Anspruchs
1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen sind Gegenstand
der entsprechenden Unteransprüche.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es auch, ein Verfahren zur Verwendung
des Klebstoffs als Montageklebstoff zur Verfügung zu stellen.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch die Verwendung des Klebstoffs gemäß den
Ansprüchen 16 bis 18. Vorteilhafte Ausgestaltungen bei
der Verwendung des erfindungsgemäßen Klebstoffs
sind Gegenstand der entsprechenden Unteransprüche.
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Der
erfindungsgemäße Klebstoff basiert auf der Chemie
der Acrylat- bzw. Methacrylatklebstoffe. Diese Kleber werden einerseits
als Zweikomponentenkleber eingesetzt, wobei der Basisklebstoff zunächst
in zwei Komponenten A und B aufgeteilt wird. Anschließend
wird die Komponente A mit einem organischen Peroxid und wahlweise
ein Koreagenz oder Beschleuniger versetzt, während der
Komponente B ein Härtungsaktivator zugesetzt wird. Vor
der Klebung werden die beiden Komponenten A und B miteinander vermischt
und die jeweiligen Klebepartner werden dann mit Hilfe des Zweikomponentenklebers
zusammenge fügt. Beim Vermischen der beiden Komponenten
wird der Peroxidzerfall und damit die Polymerreaktion initiiert.
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Ein
weiteres Verfahren für den Einsatz von Acrylsäure
oder Methacrylsäureester ist das sogenannte No-Mix-Verfahren,
wobei auf einem ersten Klebepartner der Klebstoff aufgetragen wird,
während auf einem zweiten Klebepartner der Härtungsaktivator
zusammen mit einem flüchtigen Lösungsmittel aufgetragen
wird. Beim Zusammenfügen der beiden Klebepartner wird dann
die Polymerisationsreaktion initiiert.
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Darüber
hinaus können Acrylsäure- oder Methacrylsäureester
auch in einer Art Kombination der oben geschilderten Verfahrensvarianten
für eine direkte Klebung eingesetzt werden, wobei zunächst die
Klebstoffbasis zusammen mit dem Radikalstarter und optional einem
Koreagenz gemischt werden und dann kurz vor der Klebung dieser Mischung
der Härtungsaktivator in reiner Form zugegeben wird, der dann
wiederum die Polymerisationsreaktion initiiert. Ähnlich
wie beim Zweikomponentenverfahren können dann nach wenigen
Minuten die beiden Klebepartner mit Hilfe der Klebstoffmischung
zusammengefügt werden.
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Die
Basis für den erfindungsgemäßen Klebstoff
sind Acrylsäure- und/oder Methacrylsäureester, wobei
die Acrylate und/oder Methacrylate erfindungsgemäß einen
Anteil an freier ungesättigter mono- oder multifunktioneller,
radikalisch polymerisierbarer Carbonsäure aufweist. Dabei
sollte der Anteil an Carbonsäurefunktion in der auspolymerisierten Polymermatrix
mehr als 0.1 mol/100 g Basispolymer betragen. Als freie Carbonsäuren
werden vorzugsweise Acrylsäure oder Methacrylsäure
eingesetzt; es können aber auch andere ungesättigte
mono- oder multifunktionelle, radikalisch polymerisierbare Carbonsäuren,
wie z. B. Maleinsäure, Fumarsäure oder sonstige
mit der allgemeinen Formel
eingesetzt werden, wobei
R
1 die Zusammensetzung C
nH
2n+1 und R
2 bzw.
R
3 jeweils die Zusammensetzung C
nH
2n+1 oder COOH
aufweisen und n eine ganze Zahl von 0 bis 5 ist. Wesentlich ist
hierbei, dass der Anteil an Carbonsäurefunktionen in der
auspolymerisierten Polymermatrix (nach der Klebung) zwischen 0.1
und 1.7 mol/100 g Basispolymer, vorzugsweise zwischen 0.15 und 0.5
mol/100 g Basispolymer beträgt, um auf diese Weise eine
ausreichende Alkalilöslichkeit des Basispolymers sicherzustellen.
Das Basispolymer umfasst das reine Polymer aus Acrylsäure-
und/oder Methacrylsäureestern zusammen mit den mono- oder
multifunktionellen, radikalisch polymerisierbaren Carbonsäuren.
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Erfindungswesentlich
ist auch, dass die Polymermischung zusätzlich Oligomere
und/oder Polymere mit phenolischen Hydroxylgruppen umfasst, wobei
es sich vorzugsweise um Phenol- oder Kresolnovolake, Resole und/oder
Umsetzungsprodukte von bifunktionellen Aralkylethern oder Aralkylhalogeniden
mit Phenol oder anderen aromatischen Alkoholen, handelt. Dabei sollten
die Oligomeren und/oder Polymeren mit phenolischen Hydroxylgruppen
vorzugsweise zu mindestens 20% in der Polymermatrix gelöst
sein, während die Polymermischung gleichzeitig disper gierte,
im Basispolymer unlösliche Feinanteile an Oligomeren und/oder
Polymeren mit phenolischen Hydroxylgruppen enthält. Diese
im Basispolymer nicht gelösten Anteile sollten jedoch vollständig alkalilöslich
sein, um das Auftreten von schwer abtrennbaren, unlöslichen
Feststoffen zu vermeiden.
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Die
gezielte Beimischung von Oligomeren und/oder Polymeren mit phenolischen
Hydroxylgruppen dient dem Zweck, die Kühlschmiermittelbeständigkeit
des fertigen Klebstoff so weit heraufzusetzen, dass bei einer späteren
Bearbeitung der zusammengefügten Klebepartner ein Anläsen
des Klebstoffs durch das Kühlschmiermittel vermieden wird.
Durch Variation der dispergierten, ungelösten Anteile an
Oligomeren oder Polymeren mit phenolischen Hydroxylgruppen kann
die Viskosität des Klebstoffs erhöht und verarbeitungsfreundlich
eingestellt werden. Der optimale Viskositätsbereich für
den Klebstoff liegt zwischen 200 mPas und 2000 mPas. In diesem Viskositätsbereich
können einerseits die Klebespalte minimiert und andererseits
Unebenheiten auf den Werkstücken spaltfrei gefüllt
werden, wobei sicherzustellen ist, dass die Luftblasen im Klebstoff
nach dem Auftragen noch ausreichend schnell ablüften können. Insgesamt
beträgt der Anteil an Oligomeren und/oder Polymeren mit
phenolischen Hydroxylgruppen im fertigen Klebstoff zwischen 20 und
70 Gew.-%, bezogen auf die Klebstoffmischung.
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Daneben
enthält der Klebstoff noch die für Acrylat- oder
Methacrylatklebstoffe üblichen Radikalstarter, wie z. B.
organische Peroxide. Als bevorzugte organische Peroxide kommen Cumolhydroperoxid oder
Dibenzoylperoxid in Frage. Optional kann auch noch ein Beschleuniger
oder ein Koreagenz, wie z. B. Saccharin, eingesetzt werden.
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Als
Härtungsaktivator werden die üblichen tertiären
aromatischen Amine, wie z. B. N,N-Dimethyl-p-toluidin, oder ein
Dihydropyridinderivat, wie z. B. 3,5-Diethyl-1,2-dihydro-1-phenyl-2-propylpyridin, eingesetzt.
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Sowohl
für das No-Mix-Verfahren als auch für das Zweikomponentenverfahren
sowie für das direkte Kleben können die gleichen
Radikalstarter, Koreagenzien oder Härtungsaktivatoren eingesetzt
werden.
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Dabei
lässt sich beim Zweikomponentenverfahren die Topfzeit über
die Art der ausgewählten Radikalstarterkomponenten und
die eingesetzten Konzentrationen einstellen und es kann auf diese
Weise eine sichere Verarbeitung des Klebstoffs gewährleistet
werden. So kann beispielsweise problemlos eine ausreichend lange
Zeit zwischen 5 und 10 Min. eingestellt werden. Die Mischung der
beiden Komponenten erfolgt entweder manuell (kleinere Mengen) oder
mit Hilfe der Mischrohrtechnik.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform des Klebstoffs geht man
von schwachpolaren monomeren Methacrylsäureestern aus,
wie z. B. Tetrahydrofurfurylmethacrylat oder Hydroxyethylmethacrylat oder
Abmischungen davon, und mischt diese vorzugsweise im Verhältnis
1:1 bis 3:1 mit Methacrylsäure. In dieser Mischung löst
man dann einen hochmolekularen Phenol- oder Kresol-Novolak auf,
der einen Schmelzpunkt über 100°C aufweist. Bei
dieser bevorzugten Ausführungsform kann das Verhältnis
von flüssiger Methacrylatkomponente zu Novolak zwischen
3:1 bis 1:1 liegen.
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Im
No-Mix-Verfahren enthält der Klebstoff typischerweise zwischen
0.5 und 5 Gew.-% bevorzugt zwischen 1 und 2 Gew.-%, organisches
Peroxid als Radikalstarter und optional 0.1 bis 2 Gew.-% Saccharin
als Koreagenz oder Beschleuniger. Als Aktivator kann jeder für
Methacrylatklebstoffe geeignete und kommerziell verfügbare
Aktivator eingesetzt werden.
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Beim
Zweikomponentenverfahren werden ebenfalls typischerweise der den
Radikalstarter enthaltenden Komponenten A 0.5 bis 5 Gew.-% bevorzugt
1 bis 2 Gew.-%, organisches Peroxid zugesetzt. Auch hier kann natürlich
wieder optional Saccharin als Beschleuniger und Koreagenz eingesetzt
werden. Die Komponente B wird bevorzugt mit 0.5 bis 5 Gew.-% besonders
bevorzugt 1 bis 2 Gew.-% eines aromatischen Amins oder eines Dihydropyridinderivats
als Härtungsaktivator versetzt. Vor dem Verkleben werden
die beiden Komponenten im Verhältnis zwischen 1:5 bis 5:1,
vorzugsweise 1:1, vermischt.
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Bei
der direkten Klebung werden die gleichen Mischungsverhältnisse
wie beim No-Mix-Verfahren eingesetzt, wobei dann jedoch vor der
Klebung noch der Härtungsaktivator in reiner Form der Klebstoffmischung
zugegeben wird.
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Der
Montageklebstoff hat die Funktion, Werkstücke miteinander
zu verkleben oder Werkstücke auf einen Träger
aufzukleben, um die mechanische Bearbeitung dieser Werkstücke
zu erleichtern. Bei der mechanischen Bearbeitung handelt es sich häufig
um Trennschleifprozesse, für die eine hohe Haltekraft des
erfindungsgemäßen Montageklebstoffs gefordert
wird. Darüber hinaus zeichnet sich der erfindungsgemäße
Montageklebstoff durch schnelle Aushärtung und Beständigkeit
gegenüber Kühlschmierstoffen aus. Erfindungswesentlich
ist das schnelle Wiederauflösen des Klebstoffs im alkalischen
Medium sowie seine Beständigkeit gegenüber Kühlschmierstoffen.
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von ausgewählten
Beispielen ausführlich erläutert.
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Beispiel 1 (Kleben von NdFeB-Magnetlegierungen
im No-Mix-Verfahren)
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Bei
dem vorliegenden Beispiel wird das Aufschneiden von Neodym-Eisen-Bor-Magnetlegierungen
zu Quadermagneten beschrieben.
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Es
wurden 30 Scheiben einer NdFeB-Magnetlegierung mit den Abmessungen
90 × 70 × 2 mm als Scheibenstapel auf Marmor als
Trägermaterial aufgeklebt. Der Scheibenstapel, aus dem
Quadermagneten mit den Abmessungen 20 × 10 × 2
mm geschnitten werden sollten, besaß eine Höhe
von ca. 70 mm. Der Marmorträger besaß die Abmessung
120 × 80 × 15 mm. Zur Klebung selber wurde ein
Klebstoffgemisch aus 150 g Tetrahydrofurfurylmethacrylat, 75 g Methacrylsäure,
150 g Phenol-Novolak (0790 K 01, Fa. Hexion), 6 g Cumolhydroperoxid
und 2 g Saccharin eingesetzt.
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Zur
Klebung der Scheiben wurde die Hälfte der Scheiben in eine
5%ige alkoholische Lösung von 3,5-Diethyl-1,2-dihydro-1- phenyl-2-propylpyridin
getaucht und anschließend für 15 Min. an der Luft
getrocknet, um das Lösungsmittel zu verdampfen. Die so
aktivierten Scheiben wurden dann für die Klebung eingesetzt,
wobei zunächst eine Schicht Klebstoff auf die Marmorplatte
aufgebracht wurde und die erste aktivierte Scheibe mit der Marmorplatte
zusammengefügt wurde. Innerhalb von 30 Sekunden war die erste
Scheibe handfest mit der Marmorplatte verbunden und es konnte anschließend
eine nicht aktivierte Scheibe mit Klebstoff bestrichen werden und
auf die aktivierte Oberseite der ersten Scheibe aufgeklebt werden.
Es wurden solange alternierend aktivierte und nicht aktivierte Scheiben
aufgeklebt, bis die zur Verarbeitung vorgesehenen dreißig
Scheiben zu einem ca. 70 mm hohen Scheibenstapel zusammengefügt
waren.
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Nach
2 Stunden Ruhezeit, in der der Klebstoff bis zu seiner maximalen
Festigkeit von ca. 10 bis 15 Newton/mm2 aushärtete,
wurde der Scheibenstapel mit Hilfe einer Innenlochsäge
(TS 23, Fa. Meyer & Burger)
in Quadermagnete mit den Abmessungen 20 × 10 × 2
mm aufgeschnitten. Dabei war zu beobachten, dass während
des Aufschneidens keine Klebungen unterwandert wurden und sich auch
die Trennscheiben nicht mit ausgehärtetem Klebstoff zusetzten.
Nach dem Aufschneiden wurde der Werkstückträger
mit den Magneten in eine 5%ige Natronlauge eingetaucht. Innerhalb
von 6 bis 8 Stunden waren alle Klebungen vollständig aufgelöst.
Danach wurden die abgelösten Magnete zweimal mit Stadtwasser
gewaschen und anschließend getrocknet. Auf den so gefertigten
Magneten waren keinerlei Klebstoffrückstände mehr
zu beobachten.
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Beispiel 2 (Klebung im Zweikomponentenverfahren)
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In
Beispiel 2 wurde für die gleiche Aufgabenstellung ein Klebstoff
nach dem Zweikomponentenverfahren eingesetzt.
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Dazu
wurde als Klebstoffkomponente A eine Mischung aus 150 g Tetrahydrofurfurylmethacrylat, 75
g Methacrylsäure, 150 g Phenol-Novolak (0170 K 01, Fa.
Hexion) und 1 g Dibenzoylperoxid eingesetzt.
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Als
Klebstoffkomponente B wurden 150 g Tetrahydrofurfurylmethacrylat,
75 g Methacrylsäure, 150 g Phenol-Novolak (0170 K 01, Fa.
Hexion) und 1 g N,N-Dimethyl-p-toluidin miteinander vermischt. Vor der
Klebung wurden dann jeweils 10 g der beiden viskosen Lösungen
für 15 Sekunden mit Hilfe eines Spatels miteinander vermischt.
Innerhalb von ca. 3 Minuten wurden dann die vorgesehenen dreißig Scheiben
zu einem Scheibenstapel von ca. 70 mm Höhe miteinander
verklebt und dabei auf einer Marmorträgerplatte fixiert.
Die Topfzeit des Klebstoffes betrug ca. 4 Minuten. Nach einer Aushärtungszeit von
2 Stunden wurde der so zusammengefügte Stapel aus NdFeB-Magnetlegierungen
analog zu Beispiel 1 verarbeitet. Auch hier bleibt festzuhalten,
dass nach dem Spülen und Trocknen keinerlei Klebstoffrückstände
auf den Magneten zu beobachten waren.
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Beispiele 3 und 4
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In
Analogie zu den Beispielen 1 und 2 wurden Klebungen mit einem Klebstoff
mit leicht geänderter Grundzusammensetzung wiederholt,
wobei als Basisklebstoff eine Mischung aus 100 g Tetrahydrofurfurylmethalcrylat,
50 g 2-Hydroxyethylmethacrylat, 75 g Methacrylsäure und
150 g Phenol-Novolak (0170 K 01, Fa. Hexion) eingesetzt wurde. Mit diesem
Basiskleber wurden Klebungen analog zu den Beispielen 1 und 2 durchgeführt,
wobei die identischen Radikalstarter und Härtungsaktivatoren
eingesetzt wurden. Als Resultat bleibt festzuhalten, dass sowohl
bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Klebstoffs
im No-Mix-Verfahren als auch bei seiner Verwendung im Zweikomponentenklebverfahren
eine Reduzierung der Auflösezeit des Klebstoffs nach der
Bearbeitung auf ca. 4 bis 5 Stunden festzustellen war. Auch hier
waren in beiden Fällen nach dem Waschen und Trocknen keine
Klebstoffrückstände mehr auf den Magnetstücken
festzustellen.
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Beispiele 5 und 6
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Es
wurde für die gleiche Aufgabenstellung wie in den Beispielen
1 bis 4 eine weitere Modifikation der Grundzusammensetzung des Klebstoffs
vorgenommen. Dazu wurden 100 g Tetrahydrofurfurylmethacrylat, 50
g 2-Hydroxyethylmethacrylat, 50 g Methacrylsäure, 25 g
Maleinsäure und 150 g Phenol-Novolak (0170 K 01, Fa. Hexion)
miteinander vermischt. Auch hier wurden wiederum beide Klebeverfahren
durchgeführt und es konnte ein weiteres Absinken der Auflösezeit
nach der Bearbeitung auf ca. 3 bis 4 Stunden beobachtet werden,
wobei wiederum nach dem Waschen und Trocknen auf den Werkstücken
keine Klebstoffreste mehr zu finden waren.
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Beispiele 7 und 8
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Mit
der in den Beispielen 3 und 4 beschriebenen Klebstoffmischung wurden
großflächige Klebungen von NdFeB-Magnetlegierungen
durchgeführt, wobei die gleichen Parameter und Bedingungen
für die Durchführung eingehalten wurden wie in
den Beispielen 1 bis 6. Anschließend wurden die so hergestellten
Scheibenstapel mit Klebeflächen von 30 × 40 mm
in heißer 5%iger Natronlauge bei 90°C aufgelöst, was
innerhalb von 24 Stunden gelang.
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Auch
wenn in den oben aufgeführten Beispielen ausschließlich
das Zweikomponentenverfahren und das No-Mix-Verfahren ausführlich
erläutert werden, ist darin keine Einschränkung
zu sehen, sondern es soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden,
dass zahlreiche Versuche gezeigt haben, dass vergleichbare Ergebnisse
mit der direkten Klebung erzielt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19820033
A1 [0003]
- - DE 102004015013 A1 [0004]
- - DE 4230116 A1 [0004]
