DE1083461B - Klebmittel in Schaumform - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Klebmittel aus synthetischen härtbaren Harzen, die durch Gas stabil aufgeschäumt sind.

Es besteht schon seit langem ein Bedarf an solchen an sich bekannten aufgeschäumten Klebmitteln aus härtbaren synthetischen Harzen, jedoch sind bisher offensichtlich alle Versuche fehlgeschlagen, ein Klebmittel für solche Zwecke zu schaffen, bei denen es längere Zeit über im Schaumzustand beständig sein muß. Überdies ist offensichtlich bisher noch kein Schaumstabilisator gefunden worden, der zum Aufschäumen einer Mehrzahl verschiedener synthetischer wärmeerhärtender Harze geeignet ist.

Stabile Schaumklebmittel sind aus wirtschaftlichen Gründen erwünscht, da bei ihrer Anwendung 25 bis 65 % Klebmittel erspart werden können. Ein Schaumklebmittel ist auch erwünscht, um eine vollständige Flächenbedeckung zu erzielen und eine aus einer dünnen, zusammenhängenden Klebmittelschicht bestehende, dünne »Kleblinie« (im Querschnitt) zu erhalten, da nur bjei vollständiger Flächenbedeckung eine durchgehende Bindung eintritt und erfahrungsgemäß die Bindung um so besser ist, je feiner die Kleblinie ist. Eine feine oder dünne Kleblinie ist auch aus ästhetischen Gründen, insbesondere bei der Möbelherstellung, empfehlenswert. Schließlich besitzen stabile Schaumklebmittel auch den Vorteil, daß man sie mit wenig oder ganz ohne Füllmittel verwenden und gleichzeitig ihr Eindringen in die zu verbindenden Flächen weitgehend verhindern kann, wodurch nicht nur Klebmittel eingespart, sondern auch eine unerwünschte Verfärbung der so verklebten G'egenstände erzielt wird.

Die Erfindung besteht in der Schaffung eines Schaumklebmittels, das erfindungsgemäß aus einer Mischung eines in Wasser entweder suspendierten oder aufgelösten wärmeerhärtbaren Klebkunstharzes und eines zur Stabilisierung des Klebharzes in Schäumform geeigneten Zusatzes in Form eines kationischen, quaternären Salzes besteht, bei dem mindestens eine substituierende Gruppe aus einem aliphatischen Radikal von mindestens 9 Kohlenstoffatomen besteht.

Mit dem hier verwendeten Ausdruck »wäßrige Dispersion« ist sowohl eine Lösung als auch eine Suspension des wärmehärtenden Kunstharzes in Wasser gemeint. Das flüssige Klebmittel wird dann mit einem Gas, ζ. Β. Luft, zu einem stabilen Schaum einer Dichte zwischen etwa 0,1 und etwa 0,6 g/cm⁸ aufgeschäumt, wobei die Dichte durch Änderung der Viskosität des flüssigen Klebmittels eingestellt wird. Wenn die mit Hilfe dieses erfindungsgemäßen Schaumklebmittels zu verbindenden Flächen einer Wärme- und Druckeinwirkung unterworfen werden, bildet das Klebmittel einen zusammenhängenden, dünnen Film, der praktisch frei von Blasen und sonstigen Unregelmäßigkelten ist und dadurch eine

Anmelder:

Arthur D. Little, Inc.,
Cambridge, Mass. (V. St. A.)

Vertreter; Dr. phil. G. Henkel, Patentanwalt,
Berlin-Schmargendorf, Auguste-Viktoria-Str. 63

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. November 1957

Charles Gordon Harford, San Mateo, Calif.,

Paul Noble jun., Los Altos, Calif.,

und James Louis Zeigler, Tiburon, Calif. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden

praktisch vollständige Bedeckung bei minimalem Materialverbrauch schafft.

Um die Viskosität des flüssigen Klebmittels einzustellen und sein Eindringen in die Fläche zu verringern, kann es mit einem Verdickungs- und gewünschtenfalls mit etwas Füllmittel versetzt werden. Im allgemeinen bedarf es jedoch im vorliegenden Falle nicht wie bei vielen flüssigen Klebmitteln eines Füllmittels, um das Eindringen des Klebmittels in die Flächen zu verhindern. Das Füllmittel wird vielmehr deswegen zugesetzt, um die Viskosität der Ausgangsflüssigkeit und damit wiederum die endgültige Dichte des Schaumklebmittels einzustellen. Fernerhin können auch Katalysatoren oder andere zur richtigen Klebmittelausreifung erforderliche Zusätze in kleiner Menge zugesetzt werden -.

Nachdem das erfindungsgemäße Klebmittel einmal aufgeschäumt worden ist, behält der Schaum längere Zeit, beispielsweise mehrere Stunden lang, sein Volumen bei und erlaubt daher seine Verwendung bei der Sperrholzherstellung, bei der im allgemeinen zwischen dem Klebmittelauftrag und dem abschließenden Erhitzen und Verpressen des Sperrholzes eine vergleichsweise lange Zeit vergeht.

In der nachstehenden Beschreibung und in den Zeichnungen ist das erfindungsgemäße Klebmittel und die Art seiner Verwendung zum Verkleben von Flächen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 Kurvendiagramme über den Zusammenhang der Viskosität der Klebmittelflüssigkeit und der Dichte des fertigen Schaumklebmittels,

009 530/517

3 4

Fig. 3 bis 5 stark vergrößerte und schematisierte aufgeklärt, jedoch mögen die nachstehenden Angaben

Querschnitte, um zu zeigen, wie das erfindungsgemäße als Erläuterung für dieses Erfordernis dienen.

Schaumklebmittel zur Schaffung eines typischen drei- Das kationische, quaternäre Salz besitzt eine solche

schichtigen Sperrholzes verwendet wird, Struktur, daß die aliphatische Kette R' von den Wasser-

Fig. 6 eine ähnliche Querschnittsdarstellung einer mit 5 molekülen, mit denen es sich in Lösung befindet, ab-

dem erfindungsgemäßen Schaumklebmittel bedeckten gestoßen wird. Darüber hinaus wächst mit Vergrößerung

rauhen Fläche und der Kettenlänge von R' die Tendenz, daß mindestens

Fig. 7 eine vergleichende Darstellung einer ebensolchen, das Ende der Kette abgestoßen und der Kettenabschnitt

aber mit flüssigem Klebmittel bedeckten, rauhen Fläche. infolgedessen an der Oberfläche der Blasen adsorbiert

Für die Durchführung der Erfindung sind wärme- io wird, die sich beim Ausdehnen der Flüssigkeit mittels

erhärtbare Kondensatkunstharze geeignet, die z. B. Gas bilden. Das normale Bestreben einer Blase besteht

durch Kondensation von Phenol, Melamin, Harnstoff, darin, wegen der starken Oberflächenverkleinerungs-

Thioharnstoff, Furfurol oder Resorcinol mit einem tendenz der Flüssigkeit aufzuplatzen. Daher scheint die

Aldehyd, für gewöhnlich Formaldehyd, entstehen. Man Adsorption des R'-Anteils des Schaumstabilisators am

kann sie allgemein als wärmeerhärtende Aldehyd- 15 Bläschen ihre Oberflächenspannung derart zu ändern,

kondensationsharze bezeichnen. Diese Verbindungen daß sie der natürlichen Zerfallstendenz der Blase ent-

können auch in Mischungen untereinander verwendet gegenwirkt,

werden. Ein typisches Beispiel eines für die Erfindungs-

Das Molekulargewicht und die Struktur dieser Kunst- durchführung geeigneten quaternären Salzes ist ein

harze müssen so eingestellt sein, daß sie von Natur aus 20 Alkyltrimethylammoniumchlorid der Formel
klebend werden. Natürlich müssen sich die Harze in

einer Stufe, beispielsweise der A- oder B-Stufe, befinden, (CH₃)₃

in der sie schließlich durch Wärme aktiviert werden I

können. Mit A-Stufen-Harz bezeichnet man im all- R' — N Cl
gemeinen ein solches, das sich im ursprünglichen Harz- 25

zustand befindet und für gewöhnlich wasserlöslich ist. in der R'eine aliphatische Kette mit 12 bis 18 Kohlenstoff-Ais B-Stufen-Harz bezeichnet man demgegenüber eine atomen bedeutet, und Mischungen solcher Salze.
Zwischenform eines schmelzbaren, jedoch schwerlöslichen In der weiter oben angegebenen generellen Formel Harzes, das durch weiteres Erhitzen des A-Stufen-Harzes kann R' auch an Y durch einen Arylkörper gebunden bei gemäßigter Temperatur entsteht. Diese B-Stufen- 30 sein, wie dies beispielsweise bei einem Alkyltolylmethyl-Harze werden für gewöhnlich in Wasser dispergiert oder trimethylammoniumchlorid der Formel
suspendiert. In dieser Beziehung wird beispielsweise
auf S. 172 von »The Technology of Plastics and Resins«

von J. P. Mason und J. F. Manning, D. Van Nostrand „, / ^ „„ ,

Company, Inc., verwiesen. 35 \ / ²

Diese Harze werden zweckmäßigerweise in Form einer wäßrigen Dispersion verwendet, wobei der Ausdruck »Dispersion« echte oder kolloidale oder teilweise Lösungen

und Suspensionen umfaßt. Natur und Dichte des Harzes der Fall ist, in der R' C₉H₁₉ bis C₁₅H₃₁ bedeutet,

bestimmen im allgemeinen seine geeignete Bildung und 40 In der gleichen generellen Formel kann R' auch über

Verwendung. ■ einen heterozyklischen Körper in der in dieser Formel

Normalerweise beträgt der Feststoffgehalt der wäßrigen gestrichelt angedeuteten Weise angekuppelt sein. Eine

Dispersion zwischen 15 und 60 Gewichtsprozent mit solche Verbindung ist beispielsweise
einem bevorzugten Bereich zwischen etwa 25 bis 40%.

Der günstigste Wert hängt verständlicherweise von der 45 N—— C H
gewünschten Bindequalität ab.

Die zur Erfindungsdurchführung geeigneten schaum- R' q

stabilisierenden Zusätze werden als kationische, quaternäre Salze, insbesondere der allgemeinen Formel

,.(R)₃ ⁵⁰

/ j
R'—Y⁺X"

definiert, in der Y Stickstoff, Phosphor oder Arsen, X ein Bei diesen kationischen quaternären Salzen besteht Anion und R ein Alkyl, substituiertes Alkyl, Aryl oder 55 das mit X bezeichnete Anion zweckmäßigerweise aus substituiertes Aryl bedeutet. Die R-Substituenten können einem Halogen, üblicherweise Chlor. Y andererseits unter sich gleich oder verschieden sein. Die hier ver- besteht im allgemeinen aus Stickstoff, da die entwendete Darstellung des quaternären Salzes soll andeuten, sprechenden Stickstoffverbindungen im Handel leicht daß mindestens eine der substituierenden Gruppen, die erhältlich und daher in der Anwendung besonders in der Formel mit R' bezeichnet ist, eine solche Länge 60 wirtschaftlich sind. Bekanntlich können jedoch quaternäre besitzen muß, daß sie als Schaumstabilisator geeignet Salze dieser Art auch an Stelle von Stickstoff Arsen oder ist. R' kann daher als ein aliphatisches Radikal mit Phosphor enthalten und haben dann ähnliche Eigenmindestens 9 Kohlenstoffatomen definiert werden. Der schäften wie die entsprechenden Stickstoffverbindungen, hier verwendete Ausdruck »aliphatisches Radikal« umfaßt Der Gehalt der noch nicht aufgeschäumten Flüssigkeit dabei sowohl gesättigte, d. h. Alkyl-, als auch un- 65 an Schaumstabilisator kann 0,2 bis 3,0 Gewichtsprozent gesättigte, d. h. olefinische Strukturen. Auch von den aktives Material, auf Klebmittelfestsubstanz bezogen, mit R bezeichneten Radikalen können eines oder mehrere betragen.

ebenso langkettig wie R' sein. Der bevorzugte Mengenbereich liegt zwischen etwa

Warum das aliphatische Radikal mindestens 9 Kohlen- 0,5 und etwa 1,5 Gewichtsprozent, da bei noch höherem

stoffatome enthalten muß, ist noch nicht vollständig 70 Gehalt der Schaumstabilisator nur noch wenig, wenn

5 6

überhaupt, Einfluß auf die Einstellung der gewünschten dert zur Erzielung bestimmter Eigenschaften im fertig Schaumklebmitteldichte besitzt. ausgehärteten Klebmittel den Zusatz von Kataly-Zur Schaffung eines Schaumklebmittels im Sinne des satoren oder anderer Stoffe. Unter die Begriffe »Klebvorstehend angegebenen Erfindungsziels muß der Schaum mittelzusammensetzung« und »Klebstoff« gehören also eine Dichte von etwa 0,1 bis etwa 0,6 g/cm³ besitzen. 5 im Sinne der Erfindung auch solche Zusatzbestandteile Unterhalb 0,1 ist die Klebmittelverdünnung so stark, daß zur Erzielung bestimmter Eigenschaften im ausgeder aufgebrachte Film nicht mehr die für praktische härteten Klebmittel.

Verklebungszwecke erforderliche Dicke besitzt. Bei einer Obwohl am häufigsten Luft zum Ausdehnen und

Dichte oberhalb 0,6 andererseits wird die fertige Kleb- Verschäumen des Klebmittels benutzt wird, sind auch linie zwischen den Verbundflächen unnötig dick. Der i° andere Gase, wie Stickstoff und die unter dem gesetzlich

bevorzugte Dichtebereich des fertigen Schaumkleb- geschützten Warenzeichen »Freone« bekannten halo-

mittels liegt zwischen etwa 0,25 und etwa 0,35 g/cm³. genierten Kohlenwasserstoffe, geeignet, vorausgesetzt

Diese endgültige Dichte wird durch Einstellen der natürlich, daß sie die Eigenschaften des Klebmittels

Viskosität der zu verschäumenden flüssigen Klebmittel- selbst weder verschlechtern noch sonstwie beein-

zusammensetzung geregelt. Die jeweils erforderliche *·5 flüssen.

Viskosität ändert sich in der in den Fig. 1 und 2 dar- Die Klebstofflösung in Form einer wäßrigen Mischgestellten Weise je nach dem Ausgangs-Klebmittel- dispersion aus Harz und Schaumstabilisator sowie gegesystem. So muß beispielsweise im Fall der Fig. 1, wo ein benenfalls Verdickungsmittel wird zweckmäßigerweise so niedrigmolekulares Phenolformaldehydharz verwendet lange durch Schlagen aufgeschäumt, bis die gewünschte wird, die Viskosität der wäßrigen Dispersion auf den ao Volumenvergrößerung und Dichte erzielt ist, wofür im Bereich zwischen etwa 3800 und etwa 1125OcP ein- allgemeinen 10 bis 30 Minuten Schlagdauer ausreichen, gestellt werden, um im Schaumklebmittel Dichten Das zur Verschäumung benutzte Gas kann auch in zwischen 0,2 bis 0,35 g/cm³ zu erzielen. Wenn dagegen anderer Weise eingeführt werden. So kann beispielsweise ein Phenolformaldehydharz von hoher Alkalinität ver- ein Gasstrahl durch das flüssige Klebmittel hindurchwendet wird, sind zur Erzielung des gleichen Schaum- 25 gejagt werden, wobei gegebenenfalls noch gleichzeitig dichtenbereichs Viskositäten von nur etwa 200 bis 580 cP gerührt oder geschlagen werden kann, erforderlich. Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Normalerweise beträgt das Volumen des fertigen Systemen wurde die Viskosität durch Fülmiittelzusatz Schaumklebmittels etwa das Doppelte bis Neunfache des eingestellt, wobei im Falle der Fig. 1 ein handelsübliches Ausgangsvolumens der flüssigen Klebmittelzusammen-Rindenpräparat und im Falle der Fig. 2 ein Kornderivat 30 Setzung.

verwendet wurde. Natürlich kann man bei zu hoher Für viele Verwendungszwecke ist es erwünscht, wenn

Viskosität der Ausgangsharzdispersion die Viskosität nicht sogar erforderlich, ein Klebmittel zur Hand zu

der Flüssigkeit durch Zusatz von Wasser auf den ge- haben, das bereits vor dem eigentlichen Bindevorgang

wünschten Grad einstellen. aufgebracht und längere Zeit hindurch stehengelassen

Andererseits kann die Viskosität auch durch Zusatz 35 werden kann. So ist beispielsweise bei der Herstellung handelsüblicher Verdickungsmittel eingestellt werden, von Sperrholz die Vereinigungszeit, nämlich die Zeitzu denen neben anderen Stoffen beispielsweise Carboxy- spanne zwischen dem Aufspritzen des Klebmittels auf methylcellulose, Alginate, natürliche Klebharze wie das Furnier und der Druckanlegung, vergleichsweise lang. Karaya, Gummiarabikum usw. gehören. Für die er- Das erfindungsgemäße Schaumklebmittel ist daher wegen findungsgemäßen Schaumklebmittel hat sich Carboxy- 40 seiner hohen Stabilität besonders gut zur Herstellung von methylcellulose als besonders geeignet erwiesen. Wieviel Sperrholz geeignet. Außer dieser verbesserten Stabilität Verdickungs- oder Füllmittel zugesetzt werden muß, besteht ein weiterer Vorteil des Schaumklebmittels darin, hängt fallweise von der gewünschten Viskosität oder daß zur Erzielung einer guten Bindung und brauchbaren letztlich im Sinne des Vorhergesagten von der ge- Furnierbedeckung 25 bis 35 % weniger Klebmittel als bei forderten Fertigschaumdichte ab und kann vom Fach- *5 Verwendung eines üblichen, flüssigen Harzes erfordermann durch bekannte, einfache Versuche bestimmt lieh ist.

werden. Da die Viskosität je nach Ausgangsmaterial Zum Aufbringen des erfindungsgemäßen Schaumkleb-

verschieden ist, lassen sich für sie keine Grenzwerte Stoffs genügen die fabriküblichen Klebstoffaufspritzein-

festlegen; sie muß vielmehr für jedes Klebmittelsystem richtungen. Es hat sich herausgestellt, daß mit ihnen

der geforderten Schaumdichte entsprechend durch leicht 50 tatsächlich sogar einem nur partiell verschäumten, erfin-

durchführbare Versuche bestimmt werden. dungsgemäßen Klebmittel noch zusätzliches Schaum-

Die Bläschengröße im Schaumklebmittel scheint zu- volumen gegeben werden kann. Das endgültige Schaum-

mindest im gewissen Ausmaß seine Stabilität zu be- volumen des Klebmittels stabilisiert sich an dem Punkt,

einfmssen. Im allgemeinen ist die Lagerungsstabilität der durch die Viskosität der Ausgangslösung gegeben ist,

des Schaumklebmittels um so besser, je kleiner die 55 und ändert sich auch nach Erreichen dieses Stabilitäts-

Bläschengröße ist. Die Bläschengröße kann zwischen punktes nicht mehr durch Versprühen, es sei denn, daß

etwa 20 und etwa 300 μ, liegen und hängt von dem ge- frisches, noch nicht völlig ausgeschäumtes Klebmittel

wählten Schaumstabilisator, der Schlagzeit und dem zugesetzt wird. Dies ist für die Praxis von großer Bedeu-

verwendeten Harzsystem ab. tung, da man nicht dauernd das Ausmaß der Klebmittel-

Wie weiter oben angegeben wurde, kann es erwünscht 60 verspritzung zu ändern braucht.

sein, als ein mögliches Einstellmittel für die Viskosität Bei Verwendung des ernndungsgemäßen Schaumklebder Ausgangsflüssigkeit ein Füllmittel zu verwenden. mittels befindet sich auf der Flächeneinheit dem Gewicht Solche Füllstoffe, wie z. B. Holzmehl, können auch dazu nach nur wenig, dem Volumen nach jedoch viel Klebbenutzt werden, um das Klebmitteleindringen zu ver- mittel, so daß Schwankungen in der Filmdicke eine weit meiden oder zu vermindern, sind aber im allgemeinen 65 geringere Bedeutung als im Falle eines flüssigen Klebnicht erforderlich, da das erfindungsgemäße Schaum- mittels haben und die endgültige Kleblinie wenig oder klebmittel an sich nicht nennenswert von der Oberfläche überhaupt nicht beeinflussen. Wenn daher die Spritzher in das zu verbindende Material eindringt. apparatur einmal auf eine gewünschte Leistung einge-

Ein Teil der im vorliegenden Falle verwendeten stellt worden ist, braucht die Klebmittelmenge nicht

wärmeaushärtenden Aldehydkondensationsharze erfor- 70 mehr geändert zu werden, und die Menge des aufge-

brachten Schaumklebmittels bleibt konstant. Im Gegensatz dazu müssen bei Verwendung flüssiger Klebmittel Schaumzerstörungsmittel verwendet werden, da in diesem Fall die Kombination von Flüssigkeit und Schaum Fehlresultate ergibt.

Zum Aufbringen des Schaumklebmittels auf zu verklebende Flächen können mit gleichem Erfolg auch andere bekannte Vorrichtungen zum Aufbringen von Klebmitteln, Überzügen usw. verwendet werden. Geeignet sind beispielsweise Klingenauftrag, Walzenauftrag, Aufsprühen od. dgl.

Die Stabilität des erfindungsgemäßen Schaumklebmittels möge an Hand folgender, speziell hierfür entwickelter Untersuchungsverfahren erläutert werden: Nachdem das flüssige Klebmittel ungefähr 15 bis 20 Minuten lang geschlagen worden ist, wird ein 250-cm³-Becherglas mit dem Schaumklebmittel strichvoll gefüllt und 4 Stunden lang ungestört stehengelassen. Halbstündlich werden der Absetzstand, d. h. die Niveauabsenkung unter die Becheroberkante, die Blasenvergrößerung und die am Becherboden zusammenlaufende Flüssigkeitsmenge, beobachtet. Diese Werte werden als die Stabilität bei »unbewegter« Lagerung bezeichnet. Ein Schaumklebmittel gilt als »ausgezeichnet«, wenn nach 2 Stunden seine Oberfläche noch nicht abgesunken ist, sich keine merkbare Flüssigkeitsmenge am Boden angesammelt hat und keine merkbare Blasenvergrößerung aufgetreten ist. Es gilt als »gut«, wenn nach 1 Stunde eine gewisse Blasenvergrößerung und etwas Flüssigkeit am Boden aufgetreten sind. Es gilt als »schlecht«, wenn sich nach 1 Stunde eine beträchtliche Flüssigkeitsmenge abgeschieden hat, die Oberfläche abgesunken ist und die Schaumblasen sich vergrößert haben.

Die nach Entnahme des 250-cm³-Musters im Schlaggerät verbleibende Klebmittelmenge wird dauernd langsam weitergeschlagen. 4 Stunden lang wird halbstündlich je ein Muster entnommen und zwecks Feststellung einer etwaigen Dichtezunahme gewogen. Diese Dichtenänderung dient als Maß für die Stabilität bei »bewegter« Lagerung des Schaumklebmittels. Wenn außer der auf die Wasserverdunstung zurückzuführenden keine sonstige Dichtenänderung feststellbar ist, gilt das Schaumklebmittel als »ausgezeichnet«. Wenn die Dichte um ein meßbares Ausmaß über den durch Wasserverdampfung verursachten Betrag zunimmt, gilt das Klebmittel als »gut«. Bei rascher Dichtezunahme und Schaumzerfall schließlich wird es als »mangelhaft« bewertet.

Die Bindequalität des SchaumHebmittels wurde in der Weise festgestellt, daß eine aus einem mittleren und zwei äußeren Furnieren gebildete dreischichtige, 9,53 mm dicke Holztafel von Hand verklebt und 4 Minuten lang bei 149° C und 14,06 kg/cm² verpreßt wurde. Das Muster wurde dann zur Bestimmung des Fehlerausmaßes in der Kleblinie zerbrochen. Je nachdem, ob der Bruch vollständig im Holz oder nur teilweise oder hauptsächlich in der Kleblinie erfolgte, war die Bewertung »ausgezeichnet«, »gut« oder »mangelhaft«.

Die nachstehende Tabelle über die Stabilitätsgüte bei unbewegter und bei bewegter Lagerung und über die Bindequalität zeigt die starke Verbesserung, die bei Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten Schaumklebmittels im Vergleich zu anderen Schaumklebmitteln erzielt wird, die nach anderen bekannten Verfahren unter Benutzung von beispielsweise sulfonierten Substanzen, Saponin und einem Salz einer hochmolekularen Säure, wie z. B. Laurylsäure, hergestellt worden sind.

Schaumstabilisator

Schaumdichte in g/cm³ Lagerungsstabilität
unbewegt I bewegt

Bindequalität

Alkyltrimethylammoniumchlorid

l-(2-Hydroxyäthyl)-2-heptadecenyl-l-(or-3)-benzyl-

2-imidazoHniumchlorid

Alkyltolyhnethyltrimethylammoniumchlorid

Natriumsulfonat

Sulfatester eines Alkylphenoxypolyoxyäthylen-

äthanols

Natriumlaurylsulfat

Saponin

0,29 bis 0,32

0,26 bis 0,39

0,25 0,32 bis 0,40

0,53 0,16 bis 0,24 ausgezeichnet

ausgezeichnet

ausgezeichnet

gut

mangelhaft

gut
mangelhaft

ausgezeichnet

ausgezeichnet

ausgezeichnet

mangelhaft

niangehlaft
mangelhaft
mangelhaft

ausgezeichnet

ausgezeichnet

ausgezeichnet

mangelhaft

mangelhaft mangelhaft mangelhaft

In den Fig. 3 bis 6, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Schaumklebmittels insbesondere bei der Herstellung von Sperrholz erläutert.

Fig. 3 zeigt ein 3,18 mm dickes Tannenfurnier 10, das beiderseits zur Erzielung einer doppelten Kleblinie mit Schaumklebmittel 11 bedeckt ist. In der Fig. 4 ist auf jede der beiden Schaumklebmittelschichten 11 des Furniers gemäß Fig. 3 je ein ähnliches 3,18-mm-Tannenfurnier aufgelegt dargestellt. Die Verbundlagen werden dann zusammengepreßt und erhitzt, damit das Klebmittel ausgehärtet und die in Fig. 5 dargestellte, fertige Sperrholzplatte geschaffen wird. Das Schaumklebmittel 11 bildet unter Druck einen dünnen, zusammenhängenden Film 13, durch den eine vollständige Bedeckung und eine Verklebung der Furniere 14 mit dem Furnier 10 erzielt wird.

Das erfindungsgemäße Schaumklebmittel ist nicht nur zur Herstellung von Sperrholz in der in den Fig. 3 und 5 dargestellten Weise, sondern auch gleichwertig zur Herstellung von viellagigen Verbundgebilden aus allen möglichen Materialien und Zusammensetzungen geeignet. Beispielsweise kann man ein Verbundgebilde aus Holzfurnier mit ein- oder beiderseitiger Bedeckung aus Kraftpapier herstellen. In gleicher Weise können unter Verwendung des erfindungsgemäßen Schaumklebmittels Verbundmaterialien aus Leder, plastischen Massen usw. geformt und dauernd miteinander verbunden werden.
Fig. 6 zeigt schematisch den Vorteil, der bei der Ver-Wendung des erfindungsgemäßen stabilisierten Schaums beim Verkleben rauher Oberflächen 12 erzielt wird, wie sie normalerweise bei der Herstellung von Sperrholz und Hartholzfurnieren vorkommen. Hierbei nimmt das Schaumklebmittel 11 mehr oder weniger die Kontur der rauhen Oberfläche an und hält dadurch im Gegensatz zur Verwendung eines flüssigen Klebmittels die erforderliche Klebmittelmenge auf einem Kleinstwert. Außerdem überschreitet die Schaumschichtdicke gewöhnlich die höchsten Rauhigkeitsspitzen, wodurch eine Bedeckung der gesamten Fläche mit Klebmittel gewährleistet ist. Im Gegensatz dazu müßte bei Verwendung eines flüssigen Klebmittels zur Erzielung einer ausreichenden Klebmittelmenge auch auf den Rauhigkeitsspitzen eine dicke Schichtlage aufgebracht werden, die ein vollständiges Ausfüllen aller Rauhigkeitstäler bis zur Höhe des die

9 10

Spitzen bedeckenden Klebmittels erfordern würde. Fig. 7 Beispiel 1
zeigt die Verwendung eines solchen flüssigen Klebmittels

auf einer Oberfläche von gleicher Rauhigkeit wie der in 300 g einer 40 bis 42 %. Feststoff enthaltenden wäß-

Fig. 6 dargestellten Oberfläche 12. Wie man sieht, würde rigen Dispersion eines hochmolekularen Phenolformalde-

bei Aufbringen einer normalen Menge flüssigen Kleb- 5 hydharzes von hochalkalischem Klebgrad wurden zusam-

mittels 15 der größte Teil der Rauhigkeitsspitzen kleb- men mit 100 g Wasser in einen 4740-cm³-Hobart-Mischer

mittelunbedeckt oder -unberührt bleiben. Wenn eine eingebracht und mit 4 g einer 33 (gewichts)°/_oigen, wäß-

solche unvollkommen bedeckte Oberfläche anschließend rigen Lösung eines Alkyltrimethylammoniumchlorids

mit einer anderen Fläche verklebt wird, entstehen zahl- versetzt, dessen Alkylradikal 12 bis 18 Kohlenstoff atome reiche Blasen und sonstige Unregelmäßigkeiten in der io enthält. Diese Menge aktiven Schaumstabilisators entfertigen Kleblinie. Diese Unfähigkeit eines flüssigen Kleb- spricht 1,1 Gewichtsprozent des Harzkörpers. Die Mi-

mittels, eine vollständige Bedeckung zu schaffen, wie sie schung wurde 20 Minuten lang mit einem schnell um-

durch das erfindungsgemäße Schaumklebmittel erzielt laufenden Drahtbesenrühref geschlagen. Das entstandene

wird, bedeutet also eine schlechtere Bindung. Schaumklebmittel besaß eine Dichte von 0,15 g/cm³ und

Die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Schaumkleb- *5 das sechs- bis siebenfach höhere Volumen als das flüssige

mittels gegenüber einem flüssigen Klebmittel bei rauhen Ausgangsgemisch. Eine in ein 250-cm³-Becherglas einge-

Flächen kann auch mengenmäßig nachgewiesen werden. brachte Probe blieb stabil und zeigte nach 4 Stunden

Wenn beispielsweise auf gleich großer Fläche gleiche Ge- keinen flüssigen Bodensatz. Sie besaß ausgezeichnete

Wichtsmengen der beiden Klebmittelarten aufgebracht Stabilität sowohl bei unbewegter als auch bei bewegter werden, dann bildet ein Schaumklebmittel mit der Dichte ³⁰ Lagerung.

0,3 g/cm³ eine viermal so dicke Klebschicht wie ein flüs- Ein 3,18 mm dickes Musterstück aus Douglastannensiges Klebmittel mit der Dichte 1,25 g/cm³. Das bedeutet, furnier von der Größe 20,3 -20,3 cm wurde auf beiden daß die gesamte rauhe Fläche mit Schaum bedeckt ist. Seiten mit einer kleinen Menge dieses Schaumklebmittels Außerdem reichen selbst bei sehr rauhen Flächen noch bestrichen und durch anschließendes Bedecken der klebgeringere Mengen Schaumklebmittel zur erforderlichen ^a5 stoffüberzogenen Flächen mit je einem 3,18 mm dicken Flächenbedeckung aus. Tannenfurnier in einen Sperrholzkörper umgewandelt,

Infolgedessen bietet die Verwendung des erfindungs- wobei das Phenolformaldehyd durch 4 Minuten langes gemäßen Schaumklebmittels die Möglichkeit, die Ver- Anlegen von 14,06 kg/cm² Druck bei 149° G ausgehärtet brauchsmenge an Klebmittel zu verringern und obendrein wurde, Die entstehenden Kleblinien bestanden aus zurauheres Material zu verarbeiten, das sonst übermäßig 3° sammenhängenden Filmen. Die Bindequalität war ausviel normales Klebmittel erfordern würde. gezeichnet. Die angewandte Klebmittelmenge entsprach

Manchmal ist es auch erwünscht, angewärmtes Furnier ungefähr 185,5 g/m² bei 9,53 mm Sperrholz mit zwei

mit Klebmittel zu versehen. Falls das Klebmittel flüssig Kleblinien oder ungefähr 75 % der bei Verwendung von

ist, muß es in größerer Menge angewandt werden, während flüssigem Klebmittel erf orderlichen Menge. Es wurden

dies bei Schaumform nicht erforderlich ist. 35 also etwa 25 % Klebmittelsubstanz eingespart.

Das erfindungsgemäße Schaumklebmittel kann auf alle

möglichen Arten von Flächen aufgebracht werden, zu Beispiel 2
denen unter anderem solche von Holz, Papier, Leder,

plastischen Massen, Textilien, Metallen usw. sowie deren 300 g einer 50 % Feststoff enthaltenden wäßrigen Kombinationen untereinander gehören. Wegen der Aus- 4o Dispersion eines klebfähigen Phenolformaldehydharzes dehnung des Klebmittels mittels Gas und des unter Um- wurden zusammen mit 100 g Wasser in einen 4740-cm³-ständen geringen, aber niemals beträchtlichen Gehalts an Hobart-Mischer mit eingebautem Drahtbesenrührer einFüllstoff kann die Dicke der Kleblinie ganz klein gehalten gebracht und mit 6 g einer 50- bis 52%igen wäßrigen und dadurch der Vorteil einer beträchtlichen Material- Lösung eines Alkyltolyhnethyltrimethylammoniumchloeinsparung erzielt werden. Darüber hinaus ist die Festig- 45 rids mit einer zwischen C₉H₁₉ und C₁₅H₃₁ liegenden keit der Verklebung bis zu einem bestimmten Punkt um Alkylgruppe und einem mittleren Molekulargewicht von so besser, je dünner die Kleblinie ist, sofern natürlich ein 331 versetzt. Der Anteil an aktivem Schaumstabilisator im wesentlichen zusammenhängender Film vorhanden ist. betrug ungefähr 2 Gewichtsprozent des Harzkörpers.

Bei der Herstellung von Möbeln und Möbelfurnieren ist Diese Mischung wurde mit dem schnell umlaufenden es geschmacklich erwünscht, die Kleblinie so dünn wie 5° Drahtbesen etwa 20 Minuten lang geschlagen. Das entmöglich zu halten, um jegliches womöglich zu einer Ober- standene Schaumklebmittel besaß eine Dichte von 0,2 g/ flächenverfärbung führendes Eindringen des Klebmittels cm³ und ein etwa fünfmal größeres Volumen als das in das Furnier zu vermeiden. Die Einsparung der sonst flüssige Ausgangsklebmittel. Es zeigte ausgezeichnete als Eindringungsschutz erforderlichen Füllstoffe fördert Stabilität sowohl bei unbewegter als auch bei bewegter weiterhin die Erzielung einer dünnen Kleblinie, Außerdem 55 Lagerung.

läßt sich dadurch das Klebmittel leichter aufbringen, da Bei der Untersuchung eines Musters dieses Schaum-

erfahrungsgemäß jeder weitere Systembestandteil zusatz- klebmittels in der im Beispiel 1 beschriebenen Art wurde

liehe Auftragsschwierigkeiten hervorruft. die Bildung eines dünnen, zusammenhängenden Kleb-

Durch die Verwendung kleinster Klebmittelmengen mittelfilms und eine ausgezeichnete Bindequalität festläßt sich auch die Feuchtigkeitsmenge in der Kleblinie 6o gestellt. Auch die Materialeinsparung lag in derselben äußerst gering halten. Dadurch wird wiederum die Menge Größenordnung wie bei dem Muster nach Beispiel 1.
des beim Wärmeaushärtungsvorgang entstehenden

Dampfes herabgesetzt und dadurch die Möglichkeit zur Beispiel 3
Bildung entsprechender Dampfblasen in der Kleblinie

verringert. Wenn zuviel Dampf entsteht, kann nämlich 65 In der im Beispiel 1 beschriebenen Weise wurde ein das zu verbindende Material, z. B. Holz, brechen, oder Schaumklebmittel hergestellt, in dem 400 g einer 35 °/_p die Verbundplatte kann sich wieder in ihre Schichten Feststoff enthaltenden wäßrigen Lösung eines hochauflösen, molekularen Phenolformaldehydharzes als Klebsubstanz

In den nachfolgenden Beispielen ist die Erfindung be- und 7 g einer 60%igen Isopropanollösung von 1,2-(Hy-

schrieben, ohne auf sie beschränkt zu sein. 70 droxyäthyl)-2-heptadecenyl-l-(oder -3)-benzyl-2-imid-

azoliniumchlorid als Schaumstabilisator verwendet wurden. Der aktive Schaumstabilisator machte 3 Gewichtsprozent des Harzkörpers aus.

- Das entstandene Schaumklebmittel besaß eine Dichte von 0,38 g/cm³ und ein zwei-τ bis dreifach vergrößertes Volumen. Sowohl die Stabilität bei bewegter und unbewegter Lagerung als auch die Bindequalität waren ausgezeichnet.

Beispiel 4

. Unter Verwendung des im Beispiel 1 angegebenen Alkyltrimethylammoniumchlorids als Schaumstabilisator wurden vier Schaumklebmittel hergestellt, in denen einerseits das Harz gemäß Beispiel 1 einerseits ohne Füllstoff und andererseits mit einem Füllstoff und andererseits das Harz gemäß Beispiel 2 ebenfalls ohne und mit einem Füllstoff verwendet wurde. Die Zusammensetzung und Dichte der entstandenen Schaumklebmittel sind in der nachstehenden Tabelle angegeben. Sämtliche vier Schaumklebmittel ergaben nach den früher beschriebenen Untersuchungsmethoden ausgezeichnete Ergebnisse sowohl bezüglich der Stabilität bei bewegter und unbewegter Lagerung als auch bezüglich der Bindequalität.

°/0 Phenolformaldehyd- harz in der Dispersion*	% Füllstofi	% Wasser	Schaum dichte
74 71,1 100 31,1	5,4 5,6	26 23,5 63,3	0,16 0,30 0,14 0,35

* Unter Zusatz von 1% Schaumstabilisator, entsprechend 0,5 Gewichtsprozent aktivemMaterial, auf denHarzkörper bezogen.

Beispiel 5

300 g einer 60 Gewichtsprozent Feststoff enthaltenden alkoholisch-wäßrigen Lösung eines Resorcinolformaldehydharzes wurden in einen mit einem Drahtbesenschläger ausgerüsteten 4740-cm³-Hobart-Mischer eingebracht und mit dem Stabilisator gemäß Beispiel 1 und 6 g eines Alkylolamidkondensatstabilisators sowie mit 60 g eines Paraformaldehydkatalysators vermischt. Diese Mischung wurde zunächst 10 Minuten lang bei mittlerer Drehzahl geschlagen, danach allmählich mit etwa 200 g Wasser versetzt und schließlich weitere 5 Minuten lang mit hoher Drehzahl geschlagen. Der Wasserzusatz diente zur Einstellung der Viskosität der Endmischung, die etwa 42 bis 43 Gewichtsprozent Feststoff, 9 bis 10% Alkohol und 47 bis 48% Wasser enthielt.

Das fertige Schaumklebmittel besaß eine Dichte von 0,2 g/cm³, eine mittlere Blasengröße von 30 bis 100 μ und ausgezeichnete Stabilität bei bewegter und unbewegter Lagerung sowie gute Bindequalität.

Beispiele

100 g eines gepulverten klebfähigen Melaminformaldehydharzes wurden in 300 g einer l,2(gewichts)%igen wäßrigen Lösung von Carboxymethylcellulose bei Raumtemperatur dispergiert. Der Dispersion wurden 4 g, entsprechend 1,3 Gewichtsprozent (auf Harz bezogen), der im Beispiel 1 verwendeten wäßrigen Lösung von Alkyltrimethylammomumchlorid als Schaumstabilisator zugesetzt. Das Gemisch wurde dann ebenso wie im Beispiel 1 in einem 4740-cm³-Hobart-Mischer zu einem Schaumklebmittel mit einer Dichte von 0,11 g/cm³ geschlagen.

Ein 20,3 · 20,3 cm großes Stück Douglastannenfurnier von 3,18 mm Stärke wurde beiderseits mit 4,5 g dieses Schaumklebmittels bestrichen und durch beiderseitiges Auflegen je eines 3,18 mm starken Furniers in ein Sperrholzmusterstück umgewandelt, das 4 Minuten lang bei 149° C einem Druck von 14,06 kg/cm^a unterworfen wurde. Die hierdurch entstandene Haftung und Bindequalität wurde im Vergleich zu den mit einem vergleichbaren, unverschäumten Klebmittel erhaltenen Werten als ausgezeichnet festgestellt. Die Menge des angewandten Klebmittels entsprach 26,8 g/m² eines dreischichtigen Sperrholzes mit doppelter Kleblinie.

Beispiel 7

In der im vorstehenden Beispiel 6 beschriebenen Weise wurde ein Schaumklebmittel hergestellt, bei dem jedoch an Stelle von 100 g Melaminformaldehydharz die gleiche Menge eines Harnstofformaldehydharzes und 2,2 g eines sauren Katalysators verwendet wurden. Das gewonnene Schaumklebmittel besaß ähnliche Eigenschaften wie das aufgeschäumte Melaminformaldehydklebmittel gemäß Beispiel 6 und wurde sowohl bezüglich der Stabilität bei bewegter und unbewegter Lagerung als auch bezüglich der Bindequalität als ausgezeichnet beurteilt.

Beispiel 8

100 g gepulvertes klebfähiges Furfuralformaldehydharz wurdenin200geinerl,2(gewichts)%igenwäßrigenLösung von Carboxymethylcellulose bei Raumtemperatur dispergiert. Diese Dispersion wurde in einen mit einemDrahtbesenrührer ausgestatteten 4740-cm³-Hobart-Mischer eingebracht und etwa 15 Minuten lang bei mittlerer Drehzahl gerührt. Dann wurden 10 g Hexamethylentetramin als Katalysator zugesetzt und das Rühren weitere 15 Minuten lang fortgesetzt. Schließlich wurden 4 g bzw. 1,32 Gewichtsprozent aktives Material (auf Harz berechnet) einer 33%igen wäßrigen Lösung des im Beispiel 1 verwandten Alkyltrimethylammomumchlorids als Schaumstabilisator hinzugefügt und das Umrühren 30 Minuten lang bei hoher Drehzahl fortgesetzt. Das so entstandene Schaumklebmittel besaß eine Dichte von 0,14 g/cm³ und ausgezeichnete Stabilität bei bewegter und unbewegter Lagerung.

Aus der vorstehenden Beschreibung der Erfindung und den erläuternden Beispielen ergibt sich, daß man unter Verwendung eines wärmehärtenden Harzes als Klebmittelgrundlage ein stabiles Schaumklebmittel herstellen kann, für das zahlreiche Vorteile nachgewiesen wurden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Klebmittel in Schaumform, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem in Wasser entweder suspendierten oder aufgelösten wärmehärtbaren synthetischen Klebharz und einem kationischen, quaternären Salz als Zusatz besteht, bei dem mindestens eine substituierende Gruppe ein aliphatisches Radikal mit mindestens 9 Kohlenstoffatomen darstellt.

2. Klebmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es den Zusatz in einer Menge von etwa 0,2 bis 3 Gewichtsprozent des Klebharzes enthält.

3. Verfahren zur Herstellung eines Klebmittels nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Zusatz eines Verdickungsmittels in solcher Menge, daß die Viskosität des Klebmittels so groß wird, daß nach erfolgter Ausdehnung mittels Gas das entstandene Schaumklebmittel eine Dichte zwischen etwa 0,1 und etwa 0,6 g/cm³ besitzt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Verdickungsmittel Carboxymethylcellulose verwendet wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines Klebmittels nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es

mittels Gas auf mindestens das doppelte Volumen der Ausgangsflüssigkeit aufgeschäumt wird, bis es eine zwischen etwa 0,1 und etwa 0,6 g/cm³ liegende Dichte besitzt.

6. Klebmittel nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Stabilisator ein Alkyltrirnethylammoniumchlorid enthält.

7. Verfahren zur Herstellung eines Klebmittels nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein kationisches, quaternäres, schaumstabilisierendes Salz,

bei dem mindestens eine substituierende Gruppe aus einem aliphatischen Radikal mit mindestens 9 Kohlenstoffatomen besteht, zu einer wäßrigen Suspension oder Lösung eines wärmeerhärtenden, synthetischen Klebharzes hinzugefügt wird und mit Hilfe von Gas verschäumt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Lüttgen, »Die Technologie der Klebstoffe«, 1953, S. 25, 26, 52.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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