DE1719323A1

DE1719323A1 - Verfahren zur Verbindung von Polypropylen mit einem Klebstoff

Info

Publication number: DE1719323A1
Application number: DE19671719323
Authority: DE
Inventors: Hansen Ralph Holm; Harold Schonhorn
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1966-08-11
Filing date: 1967-08-09
Publication date: 1972-03-16
Also published as: NL6710563A; GR33610B; US3493416A; GB1201196A; BE700082A

Description

pipUng. August Boshart ,

DipWng. WalterJackisch

Patentanwälte
Stutioart-N, Menzelsfraß· 40 1719323

Western Electric Company ei «*»*-. Incorporated -8· Aug. 13o7

195 Broadway
New York N.Y. 10007

A 29 782-sz

Verfahren zur Verbindung von Polypropylen mit einem Klebstoff

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von Polypropylen mit einem Klebstoff, wobei der Klebstoff auf das Polypropylen gebracht und die so erhaltene Anordnung für eiuejzißn Aushärten des Klebstoffes ausreichende Zeltdauer unterhalb desjsohmelzpunktes des Polypropylens gehalten nird»

ϊη der Klehet^bchnlk wurde bisher allgemein angenommen» daS die Polymere des Propylene ohne vorbereitende Veränderung der Kunststoffoberfläche, z.B. durch Oxydation, strukturell mit dentiandelsOblichen -

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Klebstoffen nicht verbunden werden können« Die in diesem Zusemmenhanjfe in der Klebetechnik bereits bekannten Verfahren neigen nachtelllgerwelse dazu, bestimmte Eigenschaften des Kunststoffes auf Kosten anderer zu beeinträchtigen, was in vielen Anwendungsfällen zu unerwünschten Ergebnissen führt_o

Sine Verfahrensweise zur Überwindung der für die bisherige Klebetechnik geltenden Beschränkungen 1st in der deutschen PatentsehrIf-t.,. (Patentanmeldung W 42 405) ·»· vorgeschlagen worden. Diese Verfahrensweise umfasst die Beaufschlagung von Kohlenwasserstoff-, Fluorkohlenstoff- und Polyamid-. Polymeren mit einem Strom eines angeregten inerten Gases» wodurch die ursprünglichen chemischen und die vor allem von der Benetzungsf ählgkelt bestimmten elektrischen Eigenschaften des Kunststoffes «!beeinträchtigt erhalten bleiben. Die so behandelten Kunststoffe konnten mit üblichen Klebstoffen in Verbindung von bisher unerreicht hoher Scherfestigkeit gebracht werden· Diese Verfahrensweise erwies sich jedoch In aev Anwendung auf Polypropylen als unzureichend.

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X>emgema*ss besteht die Aufgabe vorliegender Erfindung in der Schaffung eines Verfahrens» welches die erwähnten Grenzen der bisher bekannten Klebet?echnik tiberwindet und über das zuletzt erläuterte Verfahren hinaus auf ' Polypropylen anwendbar ist. Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabejkennzeiehnet sich bei einem Verfahren der eingangs genannten Art hauptsächlich dadurch» daß für eine Zeitdauer von wenigstens einer Sekunde vor dem λ Aufbringen des Klebstoffes das löfrpropylen mit einem Strom von angeregtem Distickstoffmonoxyd beaufschlagt wird· Durch eingehende Untersuchungen wurde festgestellt, daß hierdurch die chemischen und elektrischen Eigenschaften sowie insbesondere die Senetzungsfählgkeit des behandelten Kunststoffes unbeeinträchtigt erhalten bleiben» während sich eine strukturelle Verbindung mit dem Klebstoff erzielen lässt» welche bisher unerreichte Seherfestigkeitswerte von mindestens 20,3 kp/cm bei einer Teaperatur von 23°Ö aufweist* '!'■'■"

das erfindungsgea&sse Verfahren konant vorzugsweise die Verwendung vorjEfcoxydklebet of fen in Betracht. Es versteht eich jedoch» daß «it entsprechenden Vorteilen auch andere' handelsübliche Klebstoffe verwendbar sind« z.B. solche auf der Basis von Polysulf !den»

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Polyamiden» Silikonen und dgl··

Die Erfindung wird weiter anhand eines Ausführungabelspieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläut<£, in der eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch angedeutet ist.

Bas erf lndungsgemässe Verfahren eignet sich praktisch für alle handelsüblichen Epoxydklebstoffe* wobei jedoch zur Erzielung hochfester Verbindungen eine ausreichende Benetzung des Kunststoffes durch den Klebstoff« z.B. also ehe Oberflächenspannung des Klebstoffes von weniger als 50 dyn/cm gewährleistet sein sollte. Bei höherer Oberflächenspannung kann ein geeignetes EntspaimungsmLttel zur Verminderung der Oberflächenspannung auf einen * zulässigen Wert angewendet werden. Als für die Zwecke der Erfindung besondere günstige Klebstoffmischung hat sich «Ine Zusanaensetzung aus Diglycidyläther von Bisphenol A und Diithylamlnopropylaialn erwiesen«

In der Zeichnung ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines angeregten Oasetrones für die Zwecke der Erfindung dargestellt« Von einen Vorratsbehälter 11 gelangt

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gasförmiges Stickoxydul (Distickstoffmonoxid) über einen DurchfluSmesser 12 und ein Nadelventil 12 in ein aus Bojirsilikatglas bestehendes Entladungsgefäß 14, in dem ζ·Β· mittels eines induktiv angekoppelten Hoch» frequenzfeldes oder auch eines niederfrequenten Wechselstromfeldes (105 bis 125 V» 60 Hz) eine elektrische Oasentladung erzeugt wird. Im Beispielsfall ist ein Hochfrequenzgenerator 18 mit einem Einstellkondensator 20 zur Regulierung äev Frequenz und der Energieüöa?· tragung auf ein Maximum sowie eine Koppelspule 19 vorgesehen. Von dem Entladungsge%S gelangt der Strom angeregten Stickoxyduls in ein BehandlungsgefäB Ιβ und trifft hier auf den zu behandelnden Gegenstand 15 aus Polypropylen. Das verbrauchte Stickoxydul wird durch ein© Pump© 17 abgesaugt·

Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens wird das Polypropylen mit einem üblichen Lösungsmittel behandelt« um Fremdkörper von der Oberfläche zu entfernen· Nach dem Einsetzen des Kunststoffkörpers in das Behänd! ungsgefäS 17 wird letzteres auf einen Druck von etwa 0,1 ram Hg evakuiert und anschliessend mit einer durch die Purapenlelstung bestimmten

StrunungsgeschjiwindLgkeit mit Stickoxydul gefüllt. Es Kird ein Partialdi^?ck des Stickoxyduls von etwa einem Millimeter Hg aufrechterhalten.

Nach dem Einschalten des Hachfrequenzf eldes stellt sich in Entladungsgefäß eine sichtbare Glimmentladung ein, wob·! daa Gas in elneft hoch angeregten Zustand versetzt wird. Das angeregte Stickoxydulgas wird für eine Zeitdauer im Bereich von einer Sekunde bisfzu 10 Minuten zur Einwirkung auf das Polypropylen gebracht. Obwohl kein ausgesprochenes Optimum hinsichtlich der Behandlungsdauer beobachtet wurde und demgensäss für die Bemessung der letzteren praktische Gesichtspunkte maßgebend sind, dürfte eine Behandlungsdauer von mindesten« einer Minute empfehlenswert sein.

Im übrigen versteht es sich, dall anstelle der beispielsweise angedeuteten auch andere geeignete Entladungsvorrichtung«! *ur Breeugung des *g«r$gten Oasstromes verwendet werden können, z.B. solche mit Te/slaspulen.

üÄUittelber nach der Behandlung,, da» Kunststoffkörpers wird die Verklebung vorgenoonen, z.B. mit dem _: in der folgenden Beschreibung angenommenen Epoxydlcl obst off»

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Löt2terer wird gleichförmig auf die Kunststoffoberfläche aufgebracht und der so erhaltene, beschichtete Kunststoff körper für eine sum Aushärten des Epoxydklebstof fs ausreichende Zeitdauer in einem Temperaturbereich zwiechen Raumtemperatur und einer Temperatur knapp unter« halb der Schmelztemperatur gehalten, wobei sieh die strukturelle Verbindung zwischen dem Polypropylen und

- ." . - , - ·- - . ; - M dem Klebstoff bildet. ^

Ia folgenden wird eine VersuchsausfUhrune des erfIn-

dungsgemässens Verfahrens beschrieben. Hierbei wurde ein scheibenförmiger Körper aus Polypropylen mit den

Abmessungen 2,5 cm χ 7a6 cm handelsüblicher Qualität

in Aceton gewaschen und in einer Einrichtung ähnlich derjln der Zeichnung dargestellten in Luft getrocknet.

Anschliessend wurde die Einrichtung auf etwa 0,1 mn Hg

evakuiert und Stiökoxydulgase mit einer Strömungsge- g

schwihdigkeit von 4 ca?/Äiin eingeführt, Anschlieesend wurde ein partialdruek von etwa »lnea Millimeter Hg aufrechterhalten· BIe QlinBaentladung wurde mit einer

Spannung von 110 7 eingestellt. Der angeregte Gasstrom

wurde vor dem Absaugen für eine Sekunde zur Einwirkung

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auf das Polypropylen gebracht« Nach dieser Behandlung wurden die elektrischen Eigenschaften und die Benetzungsfähigkeit des ,Kunststoffes gemessen. Hierbei ergab sich keine Veränderung gegenüber dem Zustand Vor der Behandlung.

FOr die Zubereitung des Klebstoffes wurde ein Epoxydharz» und zwar ■■ . Diglycidyläther von Bisphenol A verwendet. Dieses handelsübliche Harz hatte ein Epoxyd-Äquivalenzgewlcht von 179> einen Gesamtchlorgehalt von weniger als 0,1 Gewichtsprozenten und eine Viskosität von 6,4 cp bei 25⁰CU _:

HandeleÜbliches J)i3thylaminopropy3snin wurde unter

iß

Stickstoff/einer 9 cm - Vigreux-Säule destilliert und die erste Fraktion entfernt· Das anschlleSend durch Destillation bei 0% und 26 rom Hg erhaltene Produkt ward· bifl|zur Verwendung .in einen Dunkelbehälter aufbe* wahrt·

Der Epoxydklebstoff wurde durch Vermischung von 100 Oewichtsteilen des erwähnten Harzes mit 7 Qewichtsteilen DilthylaminopropyJnin zubereitet. Die Mischung wurde

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bis zur Gleiohförmißkeit verrührt und sofort ansohliessend auf die Oberfläche des Polypropylens ge» bracht· Derso beschichtete Kunststoffwurde etwa 16 Stunden auf einer temperatur von 70° C gehalten.

Die Sch£r$estigkeit der Klebverbindung wurde wie folgt bestinsst« ^ι

Ein An§\ohluSkörper aus handelsüblichem Aluminium' mit den Abmessungen 12,7 cm χ 2,5 cm χ 0,3.6 cm wurde in üblicher Weise durch Daoipfbehandlung mit !Crichlor-Öthylen entfettet und anschliessend für ein© Zeltdauer von 7 Minuten bei 65⁰C In einer Lösung von einem Qewlchtsteil NatrlumdichroiDat» 30 Oewichtsteilen Wasser und 10 Geviichtstoilen öiner 95-^igen Schwefelsäure geätzt. Hierauf vrurdö der AnsohluSkSrper 3 Minuten in fließendem Leitungswasser und weiterhin eine Minute in fliesendem destilliertem Wasser gespült sowie in einen Zwangsumlauf «Luftofen bei 6o° C getrocknet. Der Ansohlußkörper wurde bisjzur Verwendung in einem Sikkator aufbewahrt»

Zur Messung o>r Schubfestigkeit wurden zwei AnschluQ-körper der erläuterten Art auf awei gegenüberliegenden

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Oberfläeiien eines Streifens aus Polypropylen angeklebt« so daß sich folgende Anordnung der Verbindungsstelle ergabt Aluminium/Spoxydklebatoff/Polypropylen/Epoxydklobstoff /Aluminium. Die Überlappung der Klebstellen betrug 1,3 ca und die durch eingelegte Drähte entsprechenden Durchmessers kontrollierte Stärke der Klebstoffsohichten zwischen Aluminium und Polypropylen QQ76 am· Die Verklebung der geschichteten Anordnung aus Aluminium, Epoxydklebstoff und Polypropylen wurde durch Zusammenpressen der Klebflächen mit einem Druck von b 1,41 kp/cm in einem Zwangsumlauf-Luft of en beifeiner Temperatur von 70⁰C und einer Behandlungsdauer von 16 Stunden durchgeführt. Die so erhaltene Probe wurde unter Normbedingungen einer ZugscherprUfung unterworfen, wobei die Verformungsgesohwindigkelt 0,25 cm/min betrug· Die so ermittelte Scherfestigkeit der Probe betrug etwa 196,84 kp/cm bei einer Temperatur von Sy c*

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Claims

Ji Anspruch«

1. Verfahren sur Verbindung von Polypropylen «it eines , wobei der Klebstoff auf das Polypropylen

gebracht and die so erhaltene Anordnung für eine Susi Aushärten des Klebetoffee ausreichende Zeitdauer unterhalb des Se^iaelspunlctes des Polypropylens gehalten wird, dadurch gefcennfelehnet* daß für eine Zeltedauer Ton wenigstens einer äcunde vor des Aafbringen des Klebstoffes das Polypropylen alt einen Strom -von angeregte« BistlofcstoffBonoxyd beaufschlagt wird·

2. Verfahren nach Ansprach 1, gekennzeichnet, äuroh die Verwendung eines Bpexydklebstoffs«

dai «Is Kjpoxydklebetoff eine Misnhnng von Diglyoldylttaiep Ton Bisphenol A und fiiithylaslnopropylaaine wnms* vxra· ■

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