DE1065965B

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Publication number: DE1065965B
Application number: DENDAT1065965D
Authority: DE
Priority date: 1956-12-04
Publication date: 1959-09-24
Also published as: FR1189187A; US2971876A; GB836938A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

JTlük

DEUTSCHES M&Gk PATENTAMT

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INTERNAT. KL. C 09 j

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AUSLEGESCHRIFT 1065 965*

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ANMELDETAG: 27. SEPTEMBER 1957

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 24. SEPTEMBER 1959

Das Verkleben von Polystyrolerzeugnissen miteinander bietet in der Praxis besondere Schwierigkeiten, weil Polystyrol in vielen polaren und nichtpolaren Lösungsmitteln löslich ist und daher bei Verwendung solcher Flüssigkeiten als Bestandteil von Klebstoffen oder Kitten durch dieselben angegriffen wird. Dieser Ubelstand macht sich insbesondere beim Verkleben dünner Polystyrolfolien bemerkbar, und er verursacht deren Ätzung sowie ein Anlaufen oder Rissigwerden des Materials an der Verklebungsstelle. Diese schädlichen Auswirkungen der in fast allen üblichen Klebmitteln enthaltenen Lösungsmittel treten in verstärktem Maße bei orientierten Polystyrolfolien auf, welche zwecks Verbesserung ihrer physikalischen Eigenschaften im thermoplastischen Zustand einer Spannung ausgesetzt worden sind, so daß die Polymerketten sich nach dem Erkalten in einem Nichtgleichgewichtszustand befinden. Unter der Einwirkung des Lösungsmittels findet dann leicht ein Verziehen oder Werfen der Folie statt, da die angeätzten Stellen derselben dazu neigen, in den spannungsfreien Zustand zurückzukehren.

Eine weitere Schwierigkeit beim Verkleben von Polystyrolerzeugnissen besteht in der möglichen Verschlechterung ihrer ausgezeichneten dielektrischen Eigenschaften. Bekanntlich weist Polystyrol einen sehr geringen Verlustfaktor von etwa 0,0003 im Bereich der Mikrowellenfrequenzen auf, und es wird daher besonders gern als Werkstoff für elektrische Apparaturen verwendet. Der zur Herstellung einer festen Bindung zwischen den einzelnen Polystyrolteilen verwendete Klebstoff darf diese guten elektrischen Eigenschaften nicht beeinträchtigen, und er soll nach Möglichkeit ein ähnlich günstiges dielektrisches Verhalten wie Polystyrol selbst zeigen.

Es ist an sich bekannt, Lösungen von Polystyrol in niedrig- oder hochsiedenden Flüssigkeiten, wie Xylol, Methylenchlorid und Perchloräthylen oder in Gemischen derartiger Lösungsmittel, als Klebstoff zu verwenden, wobei gegebenenfalls auch noch ein Weichmacher zugesetzt werden kann, doch lassen sich auf diese Weise keine dünnen orientierten Polystyrolfolien unter Vermeidung der eingangs geschilderten Nachteile fest miteinander verkleben. Vielmehr treten schon innerhalb kurzer Zeit Veränderungen des Materials infolge der ätzenden Wirkung der Lösungsmittel auf, die das Entstehen einer einwandfreien Bindung verhindern.

Weiterhin wurde zum Aufkleben von Etiketten auf Glas, Metall oder Faserstoffen eine Klebstoffmischung empfohlen, welche neben Polystyrol und chlorierten isomeren Terphenylen auch noch hydrierte Terphenyle in einem leicht flüchtigen organischen Lösungsmittel gelöst enthält, wobei das hydrierte Ter-Verfahren zum Binden von orientierten Polystyrolerzeugnissen aneinander

mit Hilfe eines Klebstoffs, der eine Lösung von Polystyrol in einem Lösungsmittel enthält

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. K. Boehmert und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte, Bremen 1, Feldstr. 24

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 4. Dezember 1956

Robert Joseph Phair, Hoboken, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

phenyl als Weichmacher und die chlorierten Ter-

phenyle als nicht lösendes Verdünnungsmittel für das Polystyrol betrachtet werden können. Die chlorierten Terphenyle sind dabei aber viel weniger flüchtig als das eigentliche Lösungsmittel, welches z. B. aus einer Mischung von 50 %> Aceton und 50% Toluol bestehen

kann, so daß beim Verdunsten des letzteren leicht eine Phasentrennung stattfindet und sich das Polystyrol als feste Phase ausscheidet. Für das Aufkleben von Etiketten hat dieser Vorgang zwar keine besondere Bedeutung, doch würde dadurch die

Festigkeit der Polystyrolbindung wesentlich beeinträchtigt werden. Diese bekannten Klebstoffmischungen eignen sich daher gleichfalls nicht zur Lösung des der Erfindung zugrunde liegenden technischen Problems.

Es ist zwar auch schon darauf hingewiesen worden, daß man die Viskosität einer Klebstofflösung durch den Zusatz von Verdünnungsmitteln etwas herabsetzen kann, die nur teilweise als Lösungsmittel wirken, doch konnten aus diesen Angaben mehr all-

gemeiner Art keine Schlüsse gezogen werden, wie sich gerade orientierte Polystyrolfolien ohne Beeinträchtigung ihrer günstigen physikalischen und vor allem dielektrischen Eigenschaften fest miteinander verkleben lassen würden.

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Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß eine sehr wirksame Arbeitsweise zum miteinander Verbinden von orientierten Polystyrolerzeugnissen darin besteht daß man als Klebstoff ein Gemisch verwendet, welches aus einer Lösung von Polystyrol in einem Lösungsmittel und aus einem Verdünnungsmittel besteht, in welchem Polystyrol selbst zu nicht mehr als 4 Gewichtsprozent löslich ist, und welches außerdem flüchtiger als das eigentliche Lösungsmittel und zudem mit der Polystyrollösung verträglich ist, so daß ein einphasiges homogenes Gemisch erhalten wird.

Das Verdünnungsmittel vermindert dabei das Ätzyermögen des eigentlichen Lösungsmittels, so daß auch dünne Folien ohne Beschädigung miteinander verklebt werden können. Außerdem wird durch die geforderten Flüchtigkeitseigenschaften sichergestellt, daß das Verdünnungsmittel zuerst verdunstet und daher eine echte Lösung von Polystyrol als Bindemittel zurückbleibt, so daß auch keine Phasentrennung im Verlauf des Trocknungsprozesses auftritt, welche zu einer Schwächung der Bindung Anlaß geben könnte. Auch die Forderung, daß das Verdünnungsmittel mit .der Polystyrollösung verträglich sein soll, ist von praktischer Bedeutung, da so von vornherein die Homogenität des Klebmittels sichergestellt wird.

In Anbetracht der Sprödigkeit des Polystyrols kann es zweckmäßig sein, den erfindungsgemäß verwendeten Kitten auf Polystyrolgrundlage einen Weichmacher zuzusetzen. Der Zusatz eines Weichmachers zu dem Gemisch aus Lösungsmittel, Verdünnungsmittel und plastischem Stoff verleiht dem nach dem Verdunsten von Lösungsmittel und Verdünnungsmittel hinterbleibenden Polystyrolrückstand Biegsamkeit. Für andere Eigenschaften des Kittes ist dieser Zusatz jedoch nicht wesentlich, und er ist daher nicht erforderlich, wenn es nicht auf die Biegsamkeit des Kittfi'lmes ankommt.

Als Lösungsmittel für Polystyrol sind Ketone, Ester und flüchtige aromatische Verbindungen, insbesondere aromatische Kohlenwasserstoffe, besonders zu erwähnen, obwohl sie nicht die einzigen möglichen Stoffe sind. Wie erwähnt, ist Polystyrol äußerst stark löslich in den meisten üblichen organischen Lösungsmitteln. Als Beispiele für geeignete aromatische Stoffe seien Benzol, Toluol und Xylol erwähnt. Geeignete Ketonlösungsmittel sind z. B. Dimethylketon und Methylisobutylketon. Äthylacetat, Butylacetat und »Cellosolve«-acetat (Äthylenglykolmonoäthylätheracetat, CH₃COOCH₂Ch₂OC₂H₅) seien als Beispiele für geeignete Ester zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polystyrolkitte genannt. Von den ■möglichen Lösungsmitteln hat sich Xylol als besonders wertvoll erwiesen.

Infolge der großen Anzahl von Lösungsmitteln für Polystyrol ist die Zahl der Verdünnungsmittel, in denen Polystyrol unlöslich oder nur schwach löslich ist, beschränkt. Cyclohexan ist als Verdünnungsmittel weitgehend mit vielen echten Lösungsmitteln für Polystyrol verträglich und kann mit Erfolg verwendet werden. Methylcyclohexan und Methylcellosolve (Äthylenglykolmonomethyläther, CH₈ OCH₂ CH₂ OH) besitzen ewas geringere Verträglichkeit, können aber ebenfalls verwendet werden, vorausgesetzt, daß das • Mengenverhältnis von Verdünnungsmittel zu Lösungsmittel nicht so groß ist, daß eine Ausfällung des gelösten Polystyrols stattfindet.

Als ,Weichmacher, der zugesetzt werden kann, wenn ein biegsamerer Kittfilm aus Polystyrol gewünscht wird, kann man Dibutylsebacat, Dibutylphthalat und zur 40- bis 50%igen Sättigung teilweise hydriertes Terphenyl verwenden. Es sind auch andere Weich-. macher zur Verwendung in Verbindung mit PoIystyrol bekannt. Das erwähnte, teilweise hydrierte Terphenyl eignet sich besonders gut als Weichmacher für Polystyrolfilme, wenn der Weichmacher die dielektrischen Eigenschaften des Polystyrols nicht abträglich beeinflussen soll.

ίο In der Zeichnung ist ein modifiziertes Dreiecksdiagramm dargestellt, welche die Zusammensetzung besonders guter Kitte für Polystyrol wiedergibt.

Die Koordinaten stellen die Gewichtsprozente an Polystyrol, Cyclohexan und Xylol in den betreffenden Kitten dar. Diejenigen Gemische, die sich als besonders gut erwiesen haben, besitzen Zusammensetzungen, welche in die von dem Fünfeck AB CDE umgrenzte Fläche fallen. Die Scheitelpunkte des Fünfecks entsprechen den folgenden prozentualen

ao Zusammensetzungen:

A — 3 % Polystyrol, 2 Vo Xylol, 95 Vo Cyclohexan, B— 3 Vo Polystyrol, 25VoXyIoI, 72¹Vo Cyclohexan, C—10 Vo Polystyrol, 25VoXyIoI, 65 Vo Cyclohexan, D— 15Vo Polystyrol, 20% Xylol, 65Vo Cyclohexan, E —15 Vo Polystyrol, 2 Vo Xylol, 83 % Cyclohexan.

Bevorzugte Zusammensetzungen innerhalb des oben definierten Bereiches entsprechen Punkten innerhalb der rechteckigen Fläche FGHI der Abbildung. Die Punkte F, G, H, I entsprechen den folgenden prozentualen Zusammensetzungen:

F— 5 Vo Polystyrol, 5% Xylol, 90Vo Cyclohexan, G— 5 Vo Polystyrol, 20⁰AXyIoI, 75% Cyclohexan, H— 11 Vo Polystyrol, 20% Xylol, 69% Cyclohexan, /—11% Polystyrol, 5% Xylol, 84% Cyclohexan.

Die besten Xylol und Cyclohexan als Lösungsmittel bzw. Verdünnungsmittel enthaltenden Kitte besitzen Zusammensetzungen, welche innerhalb der rechteckigen Fläche IKLM der Abbildung liegen, wobei die Punkte /, K, L und M, die das Rechteck bestimmen, den folgenden prozentualen Zusammensetzungen entsprechen:

/ — 5 Vo Polystyrol, 12% Xylol, 83% Cyclohexan, K — 5 Vo Polystyrol, 16% Xylol, 79% Cyclohexan, L —8 Vo Polystyrol, 16% Xylol, 76% Cyclohexan, M — 8% Polystyrol, 12% Xylol, 80% Cyclohexan.

Die obigen, in die Fläche ABCDE oder engere Teile derselben fallenden Zusammensetzungen wurden ohne Bezugnahme auf die Mengen an Weichmacher beschrieben, die gegebenenfalls zugesetzt werden können. Derartige Weichmacher, von denen teilweise hydriertes Terphenyl ein bevorzugtes Beispiel ist, können in Mengen bis zu 25 Gewichtsprozent des Polystyrols in der Masse enthalten sein. Üblicherweise setzt man eine Mindestmenge von 5 Vo Weichmacher zu. Durch Zusatz eines Weichmachers in Mengen von 15 bis 25 Gewichtsprozent des Polystyrols erhält man einen Kitt von besonders guter Beschaffenheit.

Die zur Herstellung der Kitte verwendeten Polystyrolfeststoffe können in ihrer Natur weiten Schwankungen unterliegen. Im allgemeinen sind Feststoffe mit einem mittleren Molekulargewicht zwischen 100000 und 200000 im Handel am leichtesten erhältlich. Wenn es auf die dielektrischen Eigenschaften der Kittfilme ankommt, wird eine von Schmiermitteln oder anderen Zusätzen freie Polystyrolzusammen-

Setzung bevorzugt. In anderen Fällen sind andere Gütegrade für die Verwendung geeignet.

Die Aufbringung des Kittes auf die miteinander zu verbindenden Polystyrolteile kann nach verschiedenen Verfahren erfolgen, z. B. durch Aufwalzen, Aufklotzen, Aufsprühen oder Tauchen. Es soll genügend Kitt auf eine oder beide Oberflächen aufgetragen werden, um die beiden miteinander zu verbindenden Oberflächen zu befeuchten; ein Verschlammen oder die Ansammlung eines großen Überschusses von Kitt soll jedoch vermieden werden. Die örtliche Aufbringung einer zu großen Menge von Kitt auf eine kleine Fläche kann zu einer zu hohen Konzentration des echten Lösungsmittels auf dieser Fläche führen, so daß die Oberfläche angegriffen wird.

Das folgende Beispiel dieat zur Erläuterung der Erfindung, soll jedoch nicht einschränkend ausgelegt

werden. _ . . ,

Beispiel

Eine Lösung von 6,2 Gewichtsteilen Polystyrolfeststoffen eines mittleren Molekulargewichts zwischen 100 000 und 200 000 in 14,0 Gewichtsteilen Xylol wurde durch Zusatz der Feststoffe zu dem Xylol und Rühren des Gemisches hergestellt. Teilweise hydriertes Terphenyl (zu 40 bis 50¹Vo gesättigt) wurde in einer Menge von 21 Gewichtsprozent des Polystyrols (1,3 Gewichtsteile des Gesatntgemisches) zugesetzt. Sodann wurden 78,5 Gewichtsteile Cyclohexan innig mit der ersten Lösung zu einer klaren, homogenen Flüssigkeit gemischt.

Die Kante einer 0,13 mm starken Polystyrol folie wurde in die Lösung eingetaucht und dann hochkant auf die Fläche einer anderen, ebenso dünnen Polystyrolfolie aufgesetzt. Die beiden Teile wurden unter leichtem Druck bei Zimmertemperatur so lange in Berührung gehalten, bis der Kitt erhärtet war und eine feste Bindung zwischen beiden Folien herstellte.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Binden von orientierten Polystyrolerzeugnissen aneinander mit Hilfe eines Klebstoffes, der eine Lösung von Polystyrol in einem Lösungsmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebstoff ein Gemisch einer Lösung von Polystyrol in einem Lösungsmittel für Polystyrol mit einem Verdünnungsmittel verwendet wird, in dem nicht mehr als 4 Gewichtsprozent Polystyrol löslich sind, wobei das Verdünnungsmittel mit dem Lösungsmittel und dem darin gelösten Polystyrol verträglich und flüchtiger als das Lösungsmittel ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Klebstoff verwendet, der außerdem einen Weichmacher für das Polystyrol enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel Xylol und als Verdünnungsmittel Cyclohexan verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Weichmacher teilweise hydriertes Terphenyl verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Klebstoff mit einem Gehalt zwischen 3 und 15»/» Polystyrol, 2 und 25% Xylol und 65 bis 95*/o Cyclohexan verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Weichmacher in einer Menge bis zu 25 Gewichtsprozent des gelösten Polystyrols anwendet.

In Betracht gezogene Druckschriften:

USA.-Patentschrift Nr. 2 479130;

Lüttgen, »Die Technologie der Klebstoffe«, 1953, S.178, 313;

Boundy—Boyer, »Styrene, its Polymers, Copolymers and Derivates«, 1952, S. 1173, 1174, 357, 359, 361, 426;

Delmonte, »The Technology of Adhesives«, 1947, S. 16 und 17;

Micksch—Plath, »Taschenbuch der Kitte und Klebstoffe«, 1952, S. 281.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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