DE1232683B - Verfahren zum Verkleben von zwei Oberflaechen - Google Patents

Verfahren zum Verkleben von zwei Oberflaechen

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DE1232683B
DE1232683B DEE23089A DEE0023089A DE1232683B DE 1232683 B DE1232683 B DE 1232683B DE E23089 A DEE23089 A DE E23089A DE E0023089 A DEE0023089 A DE E0023089A DE 1232683 B DE1232683 B DE 1232683B
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cyanoacrylic acid
mixture
aromatic vinyl
acid ester
monomeric
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Thomas Hamilton Wicker Jun
Newton Henry Shearer Jun
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Eastman Kodak Co
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Eastman Kodak Co
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Description

DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Deutsche Kl.: 22i-2
Nummer: 1232683
Aktenzeichen: E 23089IV c/22 i
Anmeldetag: 26. Juni 1962
Auslegctag: 19. Januar 1967
Zum Verkleben von Oberflächen haben sich bekanntlich α-Cyanacrylsäureester als geeignet erwiesen.
Geeignete «-Cyanacrylsäureester, die außergewöhnlich hochfeste Verklcbungen ergeben und sich zum Verkleben der verschiedensten Stoffe, wie Glas, Metall, Plastik, Gummi, Holz, Zement, Papier, Tuchen, eignen, sind aus der USA.-Patentschrift 2 794 788 bekannt.
Die Ester werden in monomerer Form auf die zu verklebenden Oberflächen aufgebracht und binden rasch ab. Obwohl sich mit den «-Cyanacrylsäureestern außerordentlich feste Bindungen erzielen lassen, haben diese doch den Nachteil, daß sie gegenüber der Einwirkung von Wasser nur mäßig resistent sind.
Es sind aber auch bereits Klebeverfahren, z. B. aus der USA-Patentschrift 2 816 093 bekannt, bei denen α-Cyanacrylsäureester gemeinsam mit einem Alkylacrylat und AUylacrylat oder Diphcnylbenzol verwendet werden. Bei diesem Verfahren wird vorzugsweise ein Polymerisationskatalysator verwendet, da die Polymerisation der Monomeren in Abwesenheit eines Polymerisationskatalysators relativ langsam voranschreitct.
Von den beim bekannten Verfahren verwendeten Monomeren sind nur die «-Cyanacrylsäureestermonomeren autopolymerisierbar, d. h., die übrigen Monomeren der Klebstoffmischung beteiligen sich erst nach Beginn der Polymerisation der a-Cyanacrylsäureestermonomeren an der Polymerisation. Das bekannte Verfahren stellt daher ein 2stufiges Klebeverfahren dar (Spalten 5 unten und 6 oben der USA.-Patentschrift 2 816 093).
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß sich zwei Oberflächen außerordentlich rasch und fest ohne Verwendung eines Katalysators miteinander verkleben lassen, wobei die erzielten Verklebungen eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Wasser besitzen, wenn man zum Verkleben zweier Oberflächen Cyanacrylsäurcestermonomere gemeinsam mit bestimmten monomeren aromatischen Vinylverbindungen verwendet.
Demzufolge betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verkleben von zwei Oberflächen mittels Cyanacrylsäureestermonomeren der allgemeinen Formel
CN
CH2 = C — COOR
worin R einen Alkylrest mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, einen Cyclohexylrest, einen Phenyl- oder
Verfahren zum Verkleben von zwei Oberflächen
Anmelder:
Eastman Kodak Company,
Rochester, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-lng. W. Wolff und H. Bartels, Patentanwälte, München 2, Thierschstr. 8
Als Erfinder benannt:
Thomas Hamilton Wicker jun..
Kingsport, Tcnn. (V. St. A.);
Newton Henry Shearer jun., Zollikon (Schweiz)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. Juli 1961 (125 380)
einen Alkcnylrest bezeichnet, und einer monomeren aromatischen Vinylverbindung in Abwesenheit eines Polymerisationskatalysators, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die monomere aromatische Vinylverbindung die allgemeine Formel
= CH2
worin R, ein Wasserstoffatom oder ein Methylrest ist und X und Y Halogenatome, Wasserstoffatome, niedere Alkyl- oder Alkenylreste oder Vinylreste bezeichnen, aufweist und entweder im Gemisch mit dem monomeren «-Cyanacrylsäurecster oder aber getrennt von diesem auf mindestens eine der zu verklebenden Oberflächen aufgetragen wird.
Bei Durchführung des Verfahrens der Erfindung können beide Monomeren im Überschuß angewendet werden. Vorzugsweise werden jedoch die aromatischen Vinylverbindungen in einem geringen molaren Überschuß verwendet, da gerade in den Fällen, in denen die aromatischen Vinylverbindungen im Überschuß angewendet werden, besonders wasserfeste Verbindungen erzielt werden.
Vorzugsweise werden ferner Ester der «i-Cyanacrylsäure mit kurzkettigen Alkylgruppen verwende^
609 758/
weil bei ihrer Verwendung ein rascheres Abbinden erfolgt als bei Verwendung höherer Ester, wie beispielsweise a-Cyanacrylsäurecaprylester. Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäß verwendeten aromatischen Vinylverbindungen spontan gemeinsam mit den a-Cyanaerylsäureestern polymerisieren.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, Mischungen aus «-Cyanacrylsäureestem und monomeren aromatischen Vinylverbindungen gegen eine vorzeitige Polymerisation der Monomeren zu stabilisieren. Eine solche Stabilisierung kann durch Zusatz phenolischer Inhibitoren, wie beispielsweise Hydrochinon, tert.-ßutylbrenzcatechin, erfolgen. Im übrigen enthalten die Monomeren gewöhnlich wechselnde Mengen von etwa 0,001 bis 0,10 Gewichtsprozent von darin verbliebenen, gasförmigen Inhibitoren, wie beispielsweise Schwefeldioxyd, Stickoxyde und Fluorwasserstoff, die ursprünglich zugesetzt wurden, um die Polymerisation der Monomeren während ihrer Herstellung zu verhindern. Für eine wirksamere Stabilisierung können größere Mengen von sauren Inhibitoren, wie beispielsweise Schwcfeldioxyd, Stickoxyde, Fluorwasserstoff, organische Säuren oder deren Anhydride, Zinn(IV)-chlorid, Eisen(IlI)-chlorid und andere Glieder der Klasse der sogenannten Lewissäuren (1. M. Kolthoff, J. Phys. Chem., 48, S. 51 bis 57. 1944) gegebenenfalls gemeinsam mit phenolischen Inhibitoren zugesetzt werden.
Die u-Cyanacrylsäureester und die aromatischen Vinylverbindungen polymerisieren spontan nach vorangegangenem Vermischen ohne Zusatz eines Katalysators, gleichgültig ob groi3e oder kleine Mengen saure Inhibitoren in den monomeren a-Cyanacryl Säureestern vorhanden sind.
Demzufolge können diese α-Cyan acrylsäureester unter Verwendung von relativ großen Mengen Schwefeldioxyd oder anderen sauren Inhibitoren hergestellt worden sein, ohne daß die Inhibitoren entfernt werden müssen.
Die Monomeren können allein oder aber gemeinsam mit die Viskosität steigernden Mittel, wie beispielsweise einem polymeren u-Cyanacrylsäureester, einem Polyacrylsäureester, einem Polymethacrylsäureester, einem Celluloseester, der in dem «-Cyanacrylsäurecster gelöst ist, oder einer in der aromatischen Vinylverbindung gelösten polymeren aromatischen Vinylverbindung, in Mengen bis zu 25 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstorfmischung, verwendet werden.
Zweckmäßig kann es ferner sein, der Klebstolfmischung ί bis 20%. bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, eines Plastinzierungsmittcls zuzusetzen. Besonders geeignete Plastifizierungsmittel sind z. B. monofunktionelle aliphatische Ester, difunklionelle aliphatische oder aromatische Ester, Phosphorsäureester und Ester von Phosphonsäuren.
Eine zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeignete Klebstoffmischung kann beispielsweise aus den folgenden Mischungsbestandteilen A und B bestehen:
Mischungsbestandteil A
92 Gewichtsprozent Methyl - « - cyanacrylat mit 0,01% Hydrochinon sowie 0,001 bis 0,10% 6» Schwefeldioxyd;
5 Gewichtsprozent Poly(methylmethacrylat);
3 Gewichtsprozent Dimethylsebacat.
Mischungsbestandteil B
100% «-Methylstyrol
Der Mischungsbestandteil A kann auf eine der zu verbindenden Oberflächen und der Mischungsbestandteil B auf die andere Oberfläche aufgebracht werden. Beide Bestandteile können aber auch, bevor sie verwendet werden, miteinander vermischt werden. Die Haltbarkeit der Mischung beträgt in der Regel 10 bis 30 Minuten. Sie kann jedoch durch Veränderung der Konzentrationen, der Größe des Mischungsansatzes und der Temperatur verändert werden.
Vorzugsweise werden die Reaktionsteilnehmcr in ungefähr äquimolaren Mengen verwendet. Bei Verhältnissen von 0,25 bis 0,75 Mol Cyanacrylsäureester zu 0,75 bis 0.25 Mol aromatischer Vinylverbindung werden jedoch gleichermaßen gute Ergebnisse erhalten.
Das Verfahren der Erfindung eignet sich zum Verkleben der verschiedensten Oberflächen, wie beispielsweise zum Verkleben von Metalloberflächen, sowie zur Herstellung von Verklcbungen zwischen Kautschuk und Glas, Glas und Aluminium, Ahornholz und Aluminium, Kunststoff auf Polyesterbasis, Filz und Leder sowie der verschiedensten anderen Materialkombinationen.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen das Verfahren der Erfindung.
Beispiel 1
a) Zu Ul g (0.01 Mol) (j-Cyanacrylsäuremethylester mit einem Gehalt an 100 Teilen Schwcfeldioxyd auf I 000 000 Teile Ester, die sich in einem kleinen Gläschen befinden, werden 1,04 g (0,01 Mol) monomeres Styrol gigeben. Die Mischung beginnt augenblicklich zu polymerisieren, wie an der allmählich erfolgenden Erwärmung unter Vergrößerung der Viskosität zu erkennen ist. Innerhalb von 15 Minuten ist die Mischung sehr viskos. Nach 30 Minuten liegt ein festes, erhärtetes Polymerisat vor.
b) 2 Minuten nach Vermischen der beiden Bestandteile wird ein Tropfen der Mischung aus dem Gläschen herausgenommen und zwischen zwei kleinere Stahlplättchen gebracht. Innerhalb von 2 Minuten hat. sich eine feste Verklebung gebildet. Nach 24stündiger Härtung bei Raumtemperatur beträgt die Zerreißfestigkeit der Klebverbindung 133 kg/cm2.
Beispiel 2
Es wird eine Mischung aus 1,11g (0,01 Mol) a-Cyanacrylsäureniethylester und 1,18 g (0,01 Mol) «-Methylstyrol hergestellt. Ein Tropfen dieser Mischung wird zwischen zwei 6,45 cm2 große Stahlplättchen gebracht. Nach einer Abbindezeit von 2,5 Minuten können die Stahlplättchen nicht mehr auseinandergezogen werden.
Der Versuch wird wiederholt, wobei jedoch eine Mischung von 0,0075 Mol a-Cyanacrylsäuremethylester und 0,0025 Mol «-Methylstyrol verwendet wird. Zwei mit der Mischung verklebte Aluminiumplättchen können nach einer Abbindezeit von 3 Minuten nicht mehr auseinandergezogen werden.
Beispiel 3
Es wird eine Mischung aus 1,1.1. g (0,01 Mol) a-Cyanacrylsäuremethylester und 1,18 g (0,01 Mol) p-Vinyltoluol hergestellt. Ein Tropfen dieser Mi-
schung wird zwischen zwei plane, 6,45 cm2 große Aluminiumplättchen gebracht. Nach 3 Minuten können die beiden Aluminiumplättchen von Hand nicht mehr auseinandergezogen werden.
Beispiel 4
In einem Gläschen wird eine Mischung aus 2,09 g (0,01 Mol) a-Cyanacrylsäure^-äthylhexylester und 1,14 g (0,01 Mol) monomerem Styrol hergestellt. Ein Tropfen dieser Mischung wird zwischen zwei 6,45 cm2 große Tafelglasstücke gebracht. Innerhalb von 10 Sekunden ist eine feste, nicht mehr zu trennende Klebverbindung entstanden.
Beispiel 5
'5
Es wird eine Mischung aus 1,11g (0,01 Mol) «-Cyanacrylsäuremethylester und 1,38 g (0,01 Mol) monomerem o-Chlorstyrol hergestellt. Ein Tropfen der Mischung wird zwischen zwei 6,45 cm2 große Stahlplättchen gebracht. Innerhalb von 3 Minuten ist eine feste Klebverbindung entstanden.
Beispiel 6
Es wird eine Mischung aus 1,11 g (0,01 Mol) ii-Cyanacrylsäurcmethylester und 1,73 g (0,01 Mol) 2,4-Dichlorstyrol hergestellt- Ein Tropfen der Mischung wird zwischen zwei vorher gesäuberte, 6,45 cm2 große Aluminiumplätlchen gebracht. Innerhalb von 5 Minuten ist eine feste, nicht mehr zu trennende Klebverbindung entstanden.
Mit einer Mischung aus 0,0025 Mol u-Cyanacrylsäuremcthylester und 0,0075 Mol 2,4-Dichlorstyrol werden zwei gesäuberte Stahlplättchen verklebt. Nach einer Abbindezeit von 4 Minuten wird eine feste Verklebung erhalten.
Beispiel 7
In einem sauberen Gasgefäß wird eine Mischung aus 1,11 g (0,01 Mol) «-Cyanacrylsäurcmethylesler und 1,32 g (0.01 Mol) 2,4-Dimethylstyrol hergestellt. Ein Tropfen dieser Mischung wird zwischen zwei 6,45 cm2 große Stahlplättchen gebracht. Innerhalb von 3 Minuten ist eine feste Klebverbindung entstanden.
Beispiel 8
In einem kleinen Gefäß wird eine Mischung aus 1,11 g (0,01 Mol) u - Cyanacrylsäuremethylester, 0,988 g (0,0095 MoI) monomerem Styrol und 0,065 g (0,0005 Mol) Divinylbenzol hergestellt. Ein Tropfen der Mischung wird zwischen zwei 6,45 cm'2 große Stahlplättchen gebracht. Nach einer Abbindezeit von 2 Minuten ist eine feste Klebverbindung entstanden.
55
Beispi el 9
Auf ein Stahlplättchen wird ein Tropfen von monomerem u-Cyanacrylsäuremethylester gebracht. Auf ein anderes Stahlplättchen wird ein Tropfen von monomerem Styrol gebracht. Die beiden Plättchen werden dann mit den beschichteten Seiten zusammengebracht, wobei das eine Plättchen mit einer einen Kreis beschreibenden Bewegung auf das andere Plättchen aufgedrückt wird. Nach einer Abbindezeit von 24 Stunden bei Raumtemperatur wird die Klebverbindung einer Zugfestigkeitsprüfung unterworfen. Die Bindefestigkeit beträgt 126 kg/cm2.
Beispiel 10
Auf ein Stahlstiick von 6,3 ■ 25,4 76,2 mm wird ein Tropfen u-Cyanacrylsäureneopentylestcr gebracht. Auf ein anderes, entsprechendes Stahlstiick wird ein Tropfen u-Methylstyröl gebracht. Die beiden Stücke werden dann aufeinandergepreßt, wobei die beiden Tropfen durch eine kreisförmige Bewegung des einen Stückes auf dem anderen gemischt werden. Innerhalb von 3 Minuten hat sich eine feste Klebverbindung gebildet, die von Hand nicht aufzubrechen ist.
Beispiel 11 (Vergleichsbcispicl)
In einem kleinen Gefäß wird eine äquimolare Mischung, bestehend aus u-Cyanaciylsäuremcthylester und Styrol, hergestellt. Nach 2 Minuten werden 5 · 2 Stahlplättchen mit der Mischung verklebt. Die Klebstellen werden 24 Stunden lang bei Raumtemperatur und anschließend 24 Stunden lang bei 75 C gehärtet. Danach werden die Proben in 75 C heißes Wasser gebracht. Noch nach 750 Stunden sind die Klebverbindungen einwandfrei.
In einer weiteren Versuchsreihe wird «-Cyanacrylsäuremetbylester allein verwendet. Bei gleichen Versuchsbedingungen lösen sich die hergestellten Klebverbindungen bereits nach 600 Stunden.
Auch aus dem folgenden Beispiel ergibt sich die überlegene Wasserfestigkeit eines Styrol-u-cyanacrylsäuremetliylcstermischpolymerisales gegenüber einem a-Cyitnacrylsäuremcthylestcrhomopoiymensat.
Beispiel 12 (Vergleichsbeispicl)
a) In einem kleinen Gefäß wird eine äquimolare Mischung aus «-Cyanacrylsäuremethylester und Styrol hergestellt. Die Mischung wird zunächst bei Raumtemperatur und dann durch 15stündigcs Erwärmen auf 60:C polymerisiert. Das entstandene Polymerisat wird in Chloroform gelöst und nach Filtration durch einen leinen Glasfrittentrichter in Diäthyläther ausgefällt. Die Eigenviskosität des ausgefällten Polymeren beträgt 2,30. Das Polymer wird dann 24 Stunden lang in Wasser auf Rückfliißtemperatur erhitzt. Nach dieser Erhitzungsperiode hat die Eigenviskosität des Polymeren nicht abgenommen. Während der Erhitzungspcriode wird aus dem Polymeren auch kein Kohlendioxyd abgespalten. Dies ist ein Hinweis darauf, daß kein Abbau des Mischpolymerisates erfolgt.
b) α-Cyanacrylsäuremethylester wird nach Zusatz von 2,2'-Azobis-(2-methylpropionitril) bei 60 C polymerisiert. Die Eigenviskosität des erhaltenen Polymeren beträgt 1,80. Nach 8 Stunden Erhitzen des Polymerisates in Wasser unter Rückflußbedingungen beträgt die Eigenviskosität nur noch 0,28. Während der Rückflußbehandlung wird eine Kohlendioxydmenge aufgefangen, die einer 28"/(iigen Decarboxylierung des Polymeren entspricht.
Beispiel 13
Auf eine ebene Glasoberiläche wird ein Tropfen (i-Cyanacrylsäuremethylcster gebracht. Auf eine gleich große ebene Aluminiumoberfläche wird ein Tropfen einer 3O°/oigen Lösung von monomerem Styrol in Chloroform gebracht. Nachdem das Lösungsmittel verdampft ist, werden die beiden Oberflächen zusammengebracht. Innerhalb von K) Sekunden ist eine feste Klebverbindung entstanden.
In entsprechender Weise werden Klebverbindungen zwischen zwei Stücken Ahornholz unter Verwendung von a-Cyanacrylsäurcmethylester und einer l%igen Lösung von monomeren Styrol hergestellt.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Verkleben von zwei Oberflächen mittels Cyanacrylsäureestermonomeren der allgemeinen Formel
CN
CH2 = C — COOR
worin R einen Alkylresl mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, einen Cyclohexylrest, einen Phenyl- oder, einen Alkenylrest bezeichnet, und einer monomeren aromatischen Vjnylverbindung in Abwesenheit eines Polynierisationskatalysators, dadurch gekennzeichnet, daß die monomere aromatische Vinylverbindung die allgemeine Formel
C = CH2
γ /^ /
worin Ri ein Wasserstoffatom oder ein Methyl-
rest ist und X und Y Halogenatome, Wasserstoffatome, niedere Alkyl- oder Alkenylreste oder Vinylreste bezeichnen, aufweist und entweder im Gemisch mit dem monomeren α-Cyanacrylsäureester oder aber getrennt von diesem auf mindestens eine der zu verklebenden Oberflächen aufgetragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Cyanacrylsäureester a-Cyanacrylsäuremethylestcr und als aromatische Vinylverbindung α - Methylstyrol, Styrol oder 2,4-Dichlorstyrol verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Cyanacrylsäureester a-Cyanacrylsäure-2-äthylhexylester und als aromatische Vinylverbindung a-Mcthy!styrol verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Cyanacrylsäureester rx-Cyanacrylsäureneopcntylester und als aromatische Vinylverbindung «-Methylstyrol verwendet.
In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 816 093.
DEE23089A 1961-07-20 1962-06-26 Verfahren zum Verkleben von zwei Oberflaechen Pending DE1232683B (de)

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