DE1232683B - Verfahren zum Verkleben von zwei Oberflaechen - Google Patents
Verfahren zum Verkleben von zwei OberflaechenInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
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.
3 Gewichtsprozent Dimethylsebacat.
Mischungsbestandteil B
100% «-Methylstyrol
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.
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.
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.
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.
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.
'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.
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.
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.
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.
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.
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)
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.
USA.-Patentschrift Nr. 2 816 093.
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- 1962-06-26 DE DEE23089A patent/DE1232683B/de active Pending
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- 1962-07-19 FR FR904466A patent/FR1329292A/fr not_active Expired
- 1962-07-20 GB GB2797362A patent/GB1011287A/en not_active Expired
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2816093A (en) * | 1954-06-02 | 1957-12-10 | Eastman Kodak Co | Mixed adhesive compositions including alpha-cyanoacrylate esters |
Also Published As
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---|---|
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