DE1909992B2 - Verfahren zum Verbinden von Flächen mittels polymerisierbarer Acrylsäureester - Google Patents
Verfahren zum Verbinden von Flächen mittels polymerisierbarer AcrylsäureesterInfo
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Description
RCHO,
in der R einen Kohlenwasserstoff rest bis zu 12 Kohlenstoffatomen bedeutet, und einem Amin der
allgemeinen Formel
R'R"NH
is*., in der R' einen Kohlenwasserstoffrest mit bis zu
14 Kohlenstoffatomen und R" ein Wasserstoffatom bedeutet oder die gleiche Bedeutung wie R' hat
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der schwefelhaltige, freie Radikale
erzeugende Beschleuniger ein organisches Thiol, organisches Disulfid oder eine organische Verbindung mit einer
—N—C—
oder einer
-N=C- Gruppe
ist
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der reduzierende Aktivator Mercaptobenzthiazol ist
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung eines oxidierbaren
Obergangsmetalls eine Verbindung des Eisens, Kupfers, Kobalts, Nickels oder Mangans ist
Das Verbinden von Flächen mit Hilfe von Haftmitteln bietet bekanntlich eine Anzahl von Vorteilen gegenüber
den herkömmlichen mechanischen Methoden des Zusammenfügen*, z. B. durch Klemmen, Schrauben und
Muttern usw. Unter »Verbinden mit Hilfe von Haftmitteln« ist hier nicht nur das Zusammenfügen
durch starke Haftbindungen, sondern auch das Fixieren (wie das »Gewindefixieren« von Muttern und Schrauben) zu verstehen, bei dem Haftbindungen von
verhältnismäßig geringer Stärke ausreichen. Einer der
wichtigsten Gründe, aus denen Haftmittel keinen stärkeren Eingang in die Technik des Verbindens von
Flächen gefunden haben, liegt darin, daß sie, besonders
ίο bei Raumtemperatur, zu langsam härten. Dies gilt
besonders für Herstellungsverfahren, bei denen es nicht angebracht ist, die Haftmittel zuerst auf die Teile
aufzubringen und sie dann längere Zeit zu lagern, um die
Haftmittel in der üblichen Weise aushärten zu lassen,
besonders wenn es auf Ausrichtung ankommt und die
werden müssen, bis eine hinreichende Härtung des
Lösung der verschiedensten technischen Probleme herangezogen werden könnten, wenn die Härtungsgeschwindigkeit erhöht werden könnte, ist die Klasse der
Haftmittel auf Grundlage polymerisierbarer Acrylsäureester. Die Polymerisation (Härtung) dieser Haftmittel
läßt sich durch gewisse, freie Radikale erzeugende Verbindungen erregen, und meist werden hierfür die als
Polymerisationserreger wirkenden Peroxyverbindungen verwendet Es können viele Arten von Haftmitteln
auf Acrylsäureesterbasis hergestellt werden, da mono
mere Acrylsäureester mit einem weiten Bereich von
Viskositäten und charakteristischen Härtungseigenschaften zur Verfügung stehen und mit ihrer Hilfe
gehärtete Produkte mit einem weiten Bereich von Eigenschaften hinsichtlich Biegsamkeit, Zugfestigkeit
und Wärmebeständigkeit hergestellt werden können. Eine besonders wertvolle Klasse von Haftmitteln auf
Acrylsäureesterbasis sind die unter Luftausschluß härtenden Haftmittel, also diejenigen, die in Gegenwart
von Sauerstoff beständig sind, aber aushärten, sobald sie
in eine sauerstofffreie Atmosphäre, z.B. zwischen unporöse Flächen, gebracht werden.
Es sind verschiedene Polymerisationsbeschleuniger
bekannt die verwendet werden können, um die Härtung von ungesättigten Monomeren zu beschleunigen. Für
Haftmittel auf der Grundlage von Acrylsäureestern steht jedoch noch kein vollständig zufriedenstellender
Bindebeschleuniger zur Verfügung, insbesondere keiner, der eine hinreichende Beschleunigung herbeiführt,
wenn er als »Oberflächenaktivator« auf eine oder beide
der miteinander zu verbindenden Flackern aufgebracht
wird (bzw. wie es bei den herkömmlichen zweiteiligen Haftmittel üblich ist, zum Zeitpunkt der Verwendung
mit dem Haftmittel gemischt wird). Die Ursache dafür
ist noch nicht vollständig aufgeklärt; die meisten
Polymerisationsbeschleumger ermangeln aber nicht nur
des arteigenen Beschleunigungsvermögens, sondern sie sind auch als Bindebeschleuniger ungeeignet, weil sie
entweder eine nachteilige Wirkung auf die Festigkeit der sich ausbildenden Haftbindungen ausüben, oder weil
sie mit dem Haftmittel unverträglich sind. Wenn es sich
um Oberflächenaktivatoren handelt, ist der Gesichtspunkt der Verträglichkeit besonders wichtig, weil unter
diesen Bedingungen kaum ein Vermischen möglich ist Sicher gibt es auch andere maßgebende Faktoren; diese
sind aber wegen der komplizierten Natur der Reaktionsteilnehmer und der verwickelten Reaktionsmechanismen noch nicht vollständig aufgeklärt
Ein anderer wichtiger Faktor, der bei Bindebeschleu-
nigern in Betracht gezogen werden muß, ist die Art der
miteinander zu verbindenden Flächen. Häufig kommt es vor, daß ein Bindebeschleuniger, der sich auf einer
Fläche als recht aktiv erweist, auf einer anderen Fläche weniger wirksam oder völlig unwirksam ist Auch hier
sind die maßgebenden Faktoren noch nicht vollständig aufgeklärt Es wird vermutet, daß einige Bindebeschleuniger eine stärkere Neigung haben, in gewisse Flächen,
wie Holz, einzudringen und dadurch ihre Wirksamkeit zu verlieren. Ferner wird vermutet, daß einige
Oberflächen gewisse Arten von Bindebeschleunigern aktivieren oder entaktivieren.
Es ist bekannt, zum Verkleben von Oberflächen mittels polymerisierbarer monomerer Acrylsäureester
und Peroxyverbindungen entweder eine organische is Stickstoffverbindung als Starter (US-PS 31 80 777) oder
eine oxidierbare Schwefelverbindung als Beschleuniger (FR-PS 14 03 234) zu verwenden.
Ein Verfahren, das imstande ist, eine schnelle Bindung
von Teilen aneinander herbeizuführen, würde eine bedeutende Verbesserung auf dem Gebiet des Verbindens von Flächen darstellen. Ferner wäre es sehr
wertvoll, wenn ein Bindebeschleuniger die Aktivität von Flächen für die Haftverbindung oder die Geschwindigkeit des Bindevorganges bei einem Haftmittel auf
Acrylsäureesterbasis bedeutend steigern könnte und auf allen oder nahezu allen Flächen wirksam wäre.
Erfindungsgegenstand ist das Verfahren gemäß Anspruch 1.
Die erfindungsgemäß verwendeten Bindebeschleuniger verursachen eine bedeutende Erhöhung der
Aktivität der Flächen für die Haftbindung und besonders für die Beschleunigung dir Härtung der
Acrylsäureester-Haftmittel in Gegenwart von freie
Radikale erzeugenden Polymerisations^Tegern, wenn
sie beim Verbinden von Flächen verwendet werden. Mit
Il
H2C=C-C-O
R2
keinem anderen Stoff oder Stoffgemisch erhält man Bindebeschleuniger, die auch nur annähernd so gute
Ergebnisse liefern. Es wurde kein anderer Bindebeschleuniger gefunden, der imstande ist, die verschiedensten Arten von Flächen für die Verbindung mit Hilfe von
Haftmitteln auf Acrylsäureesterbasis in ähnlicher Weise zu aktivieren, wie es beim erfindungsgemäßen Verfahren der Fall ist
Von besonderem Wert zum Verbinden von Flächen sind polymerisierbare Di- und andere Poly-Acrylsäureester, da diese infolge ihrer Fähigkeit, vernetzte
Polymerisate zu bilden, ein noch besseres Haftvermögen aufweisen. Man kann aber auch Monoacrylsäureester verwenden, besonders wenn der Teil des Esters,
der nicht aus dem Acrylatrest besteht, eine Hydroxyl-
oder eine Aminogruppe oder einen sonstigen reaktionsfähigen Substituenten aufweist, der eine Stelle für eine
mögliche Vernetzung bildet Beispiele von geeigneten monomeren Monoacrylsäureestern sind
Die Fähigkeit, unter Luhausschluß zu härten, wird den
monomeren Acrylsäureestern durch Vermischen mit eil er der nachstehend beschriebenen, als Polymerisationserreger wirkenden Peroxyverbindungen verliehen.
Eine der besonders bevorzugten Gruppen von Polyacrylsäureester!!, die in den Haftmitteln gemäß der
Erfindung verwendet werden können, sind Polyacrylsäureester der allgemeinen Formel
-(CH2L-
R1 '
h-c—ο
R1
Il
-C -C=CH2
R2
in der R1 ein Wasserstoffatom, einen niederen Alkylrest
mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, einen Hydroxyalkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder einen Rest der
Zusammensetzung
50
-CH2-O-C-C=CH2
R2
R2 ein Wasserstoff- oder Halogenatom oder einen niederen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, R3 ein
Wasserstoffatom, eine Hydroxylgruppe oder einen Rest der Zusammensetzung
Il
—O—C-C=CH2
R2
bedeuten, m eine ganze Zahl mit einem Wert von
mindestens 1, z. B. von 1 bis etwa 15 oder mehr und vorzugsweise von 1 bis einschließlich 8, ti eine ganze
Zahl mit einem Wert von mindestens 1, z. B. von 1 bis
bO
etwa 20 oder mehr ist und ρ den Wert 0 oder 1 hat
Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare polymerisierbare Polyacrylsäureester der obigen allgemeinen
Formel sind
Diese Monomeren brauchen nicht in reinem Zustand vorzuliegen, sondern sie können Handelsprodukte sein,
die Stabilisatoren, wie Hydrochinon^ oder Chinone, enthalten.
Eine zweite Klasse von bevorzugten Acrylsäureestern sind diejenigen, die durch Umsetzung (a) eines
Acrylsäureester, der in seinem Alkoholteil ein reaktionsfähiges Wasserstoffatom aufweist, mit (b) einem
organischen Isocyanat erhalten werden. Vorzugsweise ist das reaktionsfähige Wasserstoffatom das Wasserstoffatom eines Hydroxylsubstituenten oder eines
primären oder sekundären Aminosubstituenten des
Aikoholteils des Estermoleküls, und das Isocyanat ist ein Diisocyanat oder ein sonstiges Polyisocyanat Der
Acrylsäureester soll im Oberschuß angewandt werden, um zu gewährleisten, daß alle funktioneilen Isocyanatgruppen in dem Polyisocyanat substituiert werden.
Von den in der oben beschriebenen Weise verwendeten Acrylsäureestern werden ganz besonders die
Acrylsäurealkylester oder die Acrylsäurearylester bevorzugt, insbesondere diejenigen der allgemeinen
Formel
R2 O
I Il
H2C=C-C—O—R4—X—H
worin X die Bedeutung ^s
—O— oder —M—
hat, R5 ein Wasserstoffatom oder einen Alkyl- oder
Aralkylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet, R2
die obige Bedeutung hat und R4 einen zweiwertigen organischen Rest, und zwar einen Alkylenrest mit 1 bis
10 Kohlenstoffatomen, einen Ätherbindungen aufweisenden Polyalkylenrest mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen
oder einen zweiwertigen aromatischen Rest mit bis zu 14 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise den Phenylenrest,
den Biphenylenrest oder den Naphthylenrest, bedeutet
Typische Polyisocyanate, die sich mit den obengenannten Acrylsäureestern zu monomeren Polyacrylaten
umsetzen lassen, sind
R2 O
CH2=C-C-O-
R2 O
CH2=C-C-O-
Toluylendiisocyanat,
Diphenyl-4,4'-diisocyanat,
Dianisidindiisocyanat,
Naphthylen-1 ^-diisocyanat,
Trimethylendüsocyanat,
Cyclohexylendiisocyanat,
2-Chlorpropandiisocyanat,
Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat,
Diäthyläther-2^'-düsocyanat,
3-(Dimethylamino)-pentandiisocyanat,
Tetrachlorpbenylen-1,4-diisocyanat und
trans-Vinylendiisocyanat
Weitere verwendbare Polyisocyanate sind diejenigen von höherem Molekulargewicht, die man durch
Umsetzung eines Überschusses eines der obengenannten Isocyanate mit Polyaminen mit endständigen
primären oder sekundären Aminogruppen oder mit mehrwertigen Alkoholen, z. B. den Alkan- und Alkenpolyolen, wie
Glycerin, 1Ä6-Hexantriol,
1,5-Pentandiol, Äthylenglykol,
»Bisphenol-A«
(4,4'-Dihydroxydiphenyldimethylmethan),
Kondensationsprodukten von
Alkylenoxiden mit
Bisphenol-A und dergleichen,
erhält
Andere Monomere, die für die Haftmittel gemäß der
Erfindung verwendet werden können, sind Epoxy- oder Estereinheiten mit endständigen Acrylatgruppen oder
niedere Polymerisate derselben. Typische Beispiele für Verbindungen, die in diesem. Sinne hergestellt worden
sind, haben die folgenden allgemeinen Formeln:
(CRiL-C-CH2-N-(CRJL-O
(CRiL-O-C-(CRiL-O-C-C=CH2
in denen R1, R2, R3, m und π die obigen Bedeutungen
haben.
Alle oben beschriebenen monomeren Acrylsäure- und Poly-Acrylsäureester können gegebenenfalls auch so
in Kombination miteinander verwendet werden. Viele der oben beschriebenen Acrylsäureester von höherem
Molekul&sgewicht sind äußerst zähflüssig und werden zweckmäßig mit einem Acrylsäureester von niedriger
Viskosität, wie einem Acrylsäurealkylester, verdünnt
Der Ausdruck »polymerisierbarer monomerer Acrylsäureester« umfaßt nicht nur die obengenannten
Monomeren in reinem oder unreinem Zustande, sondern auch diejenigen anderen Zusammensetzungen,
die diese Monomeren in ausreichenden Mengen enthalten, um ihnen das Polymerisationsvermögen der
Acrylsäureester zu verleihen. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, die Eigenschaften der ausgehärteten
Masse zu modifizieren, indem man ein Monomeres oder mehrere Monomere im Rahmen der oben angegebenen
Formel zusammen mit anderen ungesättigten Monomeren, wie ungesättigten Kohlenwasserstoffen oder
ungesättigten Estern, ν rwendet.
Die in Kombination mit den oben beschriebenen polymerisierbaren Acrylsäure- oder Polyacrylsäureestern zu verwendenden, besonders bevorzugten
Polymerisationserreger sind die organischen Hydroperoxide, besonders diejenigen der allgemeinen Formel
R6OOH,
in der R6 einen Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 18 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise einen Alkyl-, Atyl-
oder Aralkylrest rait 1 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen,
bedeutet Typische Beispiele für solche Hydroperoxide sind Cumolhydroperoxid, tertButyihydroperoxid, Methyläthylketonhydroperoxid und Hydroperoxide, die
sich durch Oxyda'Jon von verschiedenen Kohlenwasserstoffen, w'e Methylbuten, CeUn und Cyclohexen, und
von verschiedenen Ketonen und Athern einschließlich der unter die allgemeine Formel (1) faltenden Verbindungen bilden. Es können aber auch andere Peroxyverbindungen als Polymerisationserreger verwendet werden, wie Wasserstoffperoxid, organische Peroxide und
organische Perester. Häufig eignen sich besonders diejenigen Peroxide und Perester, die durch Hydrolyse
oder Zersetzung in Hydroperoxide übergehen. Die Hydroperoxyverbindungen bilden besonders beständige, unter Luftausschluß hartende Haftmittel. Das
Gemisch aus dem monomeren Acrylsäureester und der Hydroperoxyverbindung läßt sich viele Monate lagern,
ohne seine Wirksamkeit als Haftmittel zu verlieren. Aus der belgischen Patentschrift 6 92 031 ist bekannt, daß
Peroxide, die bei 1000C eine Halbwertszeit von mehr als
5 Stunden aufweisen, sich für ähnliehe Haftmittel eignen. Wenn die Peroxyverbindung kurz vor der beabsichtigten
Verwendung zugesetzt wird (d. h. wenn eine Härtung unter Luftausschluß nicht erforderlich ist),
eignen sich alle obengenannten Peroxyverbindungen als Poiymerisationserreger, und man braucht keine Vorsichtsmaßnahmen
gegen die vorzeitige Härtung zu r, treffen.
Die Peroxyverbindungen werden gewöhnlich in Mengen von weniger als etwa 10 Gewichtsprozent,
bezogen auf die Gesamtmenge aus dem Monomeren und der als Polymerisationserreger dienenden Peroxy- 2η
verbindung, zugesetzt; in größeren Mengen beeinträchtigen sie die Festigkeit der sich bildenden Haftbindungen.
Vorzugsweise werden diese Polymerisationserreger in Mengen von etwa 0,1 bis 5 Gewichtsprozent,
bezogen auf die Gesamtmenge aus dem Monomeren r, und dem Polymerisationserreger, angewandt.
Wenn man unter Luftausschluß härtende Haftmittel verwendet, können zu dem Gemisch aus dem polymerisierbaren
monomeren Acrylsäureester und dem Polymerisationserreger auch noch andere Verbindungen,
wie Chinone oder mehrwertige Phenole als Stabilisiermittel, tertiäre Amine oder Imide als Beschleuniger, und
andere funktionell Stoffe, wie Klebstoffe, Verdicker, Weichmacher, Färbemittel usw, zugesetzt werden.
Diese Zusätze werden verwendet, um technisch j-, wertvolle Eigenschaften, nämlich eine geeignete Viskosität
und längere Haltbarkeit (vorzugsweise für mindestens 6 Monate), zu erzielen. Beschleuniger und
Stabilisatoren sind besonders wichtig, wenn als Erreger andere Peroxyverbindungen als organische Hydroper- 41t
oxide verwendet werden. Eine vollständige Erörterung der unter Luftausschluß härtenden Massen findet sich in
den USA-Patentschriften 28 95 950,30 41 322,30 43 820,
30 46 262,32 03 941,32 18 305 und 33 00 547.
Die Kondensationsprodukte aus Aldehyden und 4; Aminen sind als Beschleuniger für bestimmte Arten von
Reaktionen bereits bekannt und befinden sich in erster Linie als Vulkanisationsbeschleuniger für Kautschuk im
Handel. Eine Beschreibung dieser Produkte findet sich in den USA-Patentschriften 17 80 334, 19 08 093 und
25 78 690. Bisher sind .fiese Kondensationsprodukte aber noch nicht als Bindebeschleuniger vorgeschlagen
worden.
Die Zusammensetzung der Kondensationsprodukte aus Aldehyden und Aminen ist noch niemals genau
bestimmt worden. Chemische Analysenmethoden zeigen, daß die Kondensationsprodukte verwickelt zusammengesetzte
Gemische aus einer großen Anzahl von Verbindungen sind, und ihre Fähigkeit, die Haftbindung
zu beschleunigen, läßt sich bis jetzt noch nicht auf ω
bestimmte Bestandteile dieser Gemische zurückführen. Höchstwahrscheinlich tragen die verschiedenen Be
standteile der Gemische in unterschiedlichem Ausmaß zum Gesamtwh-kungsgrad der Endprodukte bei
Eine wesentliche Beschleunigung der Entwicklung der Haftbindung erhält man mit diesen Reaktionspro
dukten unabhängig von dem zu ihrer Herstellung angewandten Verhältnis von Aldehyd zu Amin. Die
stärkste Bindebeschleunigung erhält man aber, wenn das Reaktionsgemisch, aus dem das Kondensationsprodukt hergestellt wird, mindestens 1 Mol Aldehyd je Mol
Amin enthalt Vorzugsweise enthält das Reaktionsgemisch etwa 1,0 bis 3,5 Mol, Insbesondere etwa 1,5 bis 3,0
Mol, Aldehyd je Mol Amin. Es wurde gefunden, daß die Bildung geeigneter Reaktionsprodukte beschleunigt
wird, wenn das für die Kondensationsreaktion verwendete Gemisch einen sauren Stoff enthalt, wenngleich
dies nicht unbedingt erforderlich ist Vorzugsweise sind diese Säuren schwache organische Säuren, besonders
Carbonsäuren, wie Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure und Valeriansäure. Man kann auch anorganische
Säuren, wie Phosphorsäure und Schwefelsäure, in niedrigen Konzentrationen anwenden. Von den Carbonsäuren
wird Essigsäure besonders bevorzugt. Die Bildung geeigneter Reaktionsprodukte läßt sich auch
durch Wärme, z. B. durch Anwendung von Reaktionstemperaturen bis etwa 175°C, vorzugsweise aber nicht
über etwa 1000C, beschleunigen.
Die Art der für die Herstellung der Kondensationsprodukte verwendeten Aldehyde ist nicht besonders
ausschlaggebend. Allerdings werden aliphatische Aldehyde besonders bevorzugt, obwohl man auch eine
gewisse Beschleunigungswirkung mit Kondensationsprodukten vcn aromatischen Aldehyden (wie Benzaldehyd
oder Naphthaldehyd) erzielt.
Zum Beispiel können aliphatische Aldehyde, wie
Formaldehyd, Acetaldehyd, Propionaldehyd, Butyraldehyd, Heptaldehyd, Hexaldehyd, Crotonaldehyd, Zimtaldehyd,
Hydrozimtaldehyd und 2-PhenylpropionaIdehyd,
zur Herstellung dieser Kondensationsprodukte verwendet werden. Im allgemeinen entsprechen die verwendbaren
Aldehyde der allgemeinen Formel
R7CHO,
in der R7 eine Kohlenwasserstoffgruppe mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen bedeutet Die Gruppe R7 kann auch
Kohlenwasserstoff- oder sonstige Substituenten oder Bindungen enthalten, sofern diese die Eigenschaften des
Kondensationsproduktes für den hier in Betracht kommenden Zweck nicht beeinträchtigen.
Auch die Art der primären oder sekundären Amine ist für die Zwecke der Erfindung nicht besonders
ausschlaggebend; man kann aliphatische oder aromatische Amine verwenden. So können z. B. primäre
aliphatische Amine, wie Äthylamin, n-Butylamin, n-Propylamin, isopropylamin, n-Hexylamin und tertButylamin
verwendet werden. Ebenso kann man primäre aromatische Amine, wie Anilin, p-Toluidin, o- oder
p-Naphthylamin, Xylidin, Benzylamin oder p-Benzylani-Un,
verwenden. Obwohl die primären Amine zur Herstellung der Kondensationsprodukte bevorzugt
werden, kann man auch aliphatische oder aromatisdie sekundäre Amine verwenden. Beispiele für verwendbare sekundäre Amine sind Diethylamin, Dipropylamin,
Diisopropylamin, Diphenylamin, N-Phenylbenzylamin
und N-AUylanilin. Allgemein entsprechen die verwendbaren Amine der allgemeinen Formel
R8R9NH,
in der R8 einen Kohler^asserstoffrest mit bis zu 14
Kohlenstoffatomen bedeutet und R9 ein Wasserstoffatom bedeutet oder die gleiche Bedeutung wie R8 hat
Sowohl R8 als R9 können Kohlenwasserstoff- oder sonstige Substituenten oder Bindungen enthalten,
sofern diese die Eigenschaften des Kondensationsproduktes für den hier in Betracht kommenden Zweck nicht
nachteilig beeinflussen.
Beispiele für erfindungsgemäQ verwendbare Aldehyd-Amin-Kondensationsprodukte sind die Kondensationsprodukte aus Formaldehyd und p-Benzylanilin, aus
Acetaldehyd und Benzylamin, aus Crotonaldehyd und Butylamin, aus Zimtaldehyd und Anilin, aus Zimtaldehyd
und Butylamin, aus 2-Phenylpropionaldehyd und Butylamin. aus Butyraldehyd und Butylamin, aus Butyraldehyd -und Anilin, aus Hydrozimtaldehyd und Butylamin,
aus Naphthaldehyd und o-Toluidin sowie aus Heptaldehyd und N-Allylanilin.
In Kombination mit den Aldehyd-Amm-Kondensationsprodukten werden in den Bindebeschleunigern
gemäß der Erfindung vorzugsweise reduzierende Aktivatoren verwendet, und zwar (a) schwefelhaltige,
freie Radikale erzeugende Beschjeuniger oder (b) Verbindungen von oxydierbaren Übergangsmetallen,
d. h. solche Verbindungen, bei denen der Metallrest sich nicht in seiner höchsten Oxydationsstufe befindet.
Da die Bindebeschleuniger im Interesse ihrer leichten Anwendbarkeit im allgemeinen in organischen Lösungsmitteln verwendet werden, sollen die schwefelhaltigen
Verbindungen vorzugsweise organische Verbindungen sein, die in normalen organischen Lösungsmitteln löslich
sind. Drei Klassen von schwefelhaltigen Verbindungen haben sich als schwefelhaltige, freie Radikale erzeugende Beschleuniger für die Haftmittel gemäß der
Erfindung als besonders geeignet erwiesen und stellen die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dar.
(a) Die erste Klasse der schwefelhaltigen Verbindungen sind organische Thiole, also Verbindungen der
allgemeinen Formel
R10SH.
Die Art des Restes R10 ist nicht besonders ausschlaggebend; der Rest soll aber derart
beschaffen sein, daß die Verbindung die oben angegebene Löslichkeit aufweist Vorzugsweise ist
R'0 ein Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen. R10 kann auch Kohlenwasserstoff- oder sonstige Substituenten oder Bindungen
aufweisen, sofern diese die Eigenschaften des Thiols für den hier in Betracht kommenden Zweck
nicht beeinträchtigen. Beispiele für geeignete Thiole sind Dodecylmercaptan, Octylmercaptan,
Phenylendimercaptan, Dithioessigsäure, Thioglykolsäure, Thioglycerin und ThiobenzylalkohoL
(b) Die zweite Klasse der schwefelhaltigen Verbindungen sind organische Disulfide, also Verbindungen
der allgemeinen Formel
R11-S-S-R12,
in der R1' und R'2 die gleichen Bedeutungen wie der
unter (a) angegebene Rest R10 haben. Beispiele für
geeignete Disulfide sind Phenyldisulftd, Äthyldisulfid, Benzothiazyldisulfid, Tetramethylthiuramdisulfid und Dipentamethylenthhiramdisulfid.
(c) Die bei weitem bevorzugte dritte Klasse von schwefelhaltigen Verbindungen sind organische
Verbindungen, die eine Gruppe der Zusammensetzung
S S—
Il I
—N—C— oder -N=C-
enthalten, Die NCS-Gruppierung scheint der
ausschlaggebende Faktor in diesen Verbindungen
zu sein, während der übrige Teil des Moleküls für
die Wirksamkeit der Produkte offenbar nicht so ausschlaggebend ist. Wenn die Verbindungen z. B.
durch die allgemeinen Formeln
Z S S-Q
I Il I
ίο gekennzeichnet werden, können die Reste X
und/oder Z Wasserstoffatome oder Reste R13 sein,
wobei R13 einen Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Aralkylrest oder einen sonstigen Kohlenwasserstoffrest
mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen bedeutet. Y kann
ι -, die Bedeutung H, R", SX, NXY oder N = R'3 haben,
wobei R13, X und Y die obigen Bedeutungen haben. O kann die Bedeutung H, R13 oder SX haben, oder
es kann eine andere Gruppe der Zusammensetzung
Y-C=N-X
gemäß der obigen Definition bedeuten.
Alle oben beschriebenen Kohlenwasserstoffgruppen können Kohlenwasserstoff- oder sonstige Substituenten
oder Bindungen aufweisen, sofern diese die Eigenschaften der schwefelhaltigen Verbindung für den hier in
Betracht gezogenen Zweck nicht nachteilig beeinflussen. Zum Beispiel können die Verbindungen häufig
Substituenten, wie Hydroxyl-, Halogen-, Thio- oder Aminosubstituenten und Bindungen, wie Äther-, Thio-
und Iminobindungen aufweisen, ohne daß die Wirksamkeit der Schwefelverbindungen als Bindebeschleuniger
dadurch beeinträchtigt wird.
Häufig sind die Substituenten X und Y zu einem heterocyclischen Ring zusammengeschlossen, der das
Stickstoffatom und das Kohlenstoffatom der Gruppe
— N — C— oder
als Ringatume enthält, z. B.
s—
N=C-
S-Q
X-Y
X-Y
(der Ausdruck »heterocyclischer Ring« umfaßt hier
auch mehrkernige heterocyclische Ringsysteme, wie die nachstehend erwähnten). Zum Beispiel kann dieser
heterocyclische Ring ein Pyrrol-, Pyrazol-, üsoazol-,
Oxazol-, Isoxazin-, Oxazinring oder vorzugsweise ein
Thiazolring sein, oder er kann ein mehrkerniges heterocyclisches Ringsystem, wie ein Indol-, Isobenzazol-, Isochinolin-, Chinolinrest oder vorzugsweise ein
Benzothiazolrest sein. Verbindungen, bei denen X und Y
zu einer heterocyclischen Ringstruktur zusammengeschlossen sind, werden im Rahmen der Erfindung
bevorzugt Diese Verbindungen üben eine besonders starke beschleunigende Wirkung aus, wenn sie in
Kombination mit den nachstehend beschriebenen, unter
Luftausschluß härtenden Haftmitteln verwendet werden.
Beispiele für Bindebeschleuniger der oben beschriebenen Art sind
l-Allyl-2-thiohaf.istoff.
Beispiele für Bindebeschleuniger, bei denen X und Y zu
einem heterocyclischen Ring zusammengeschlossen sind, sind
s-Triazol-3-thiol,
2- M ercaptothiazotin,
S-Amino^-benzimidazolthiol.
Die zweite Klasse von reduzierenden Aktivatoren sind Verbindungen, die ein oxydierbares Übergangsmaterial enthalten. Die Übergangsmetalle sind diejenigen
Metalle, deren Vaienzeiektronen sich in einer d-ünterschale befinden. Sie umfassen die Gruppen 11 Ib, IVb, Vb,
VIb, VIIb, VIIIb und Ib des Periodischen Systems. Die Erfahrung hat gezeigt, daß Eisen, Kupfer, Kobalt, Nickel
und Mangan die bevorzugten Übergangsmetalle sind. Es scheint ein wesentliches Erfordernis für die Zwecke der
Erfindung zu sein, daß das Übergangsmetall in der niedrigeren Oxydationsstufe vorliegt, während der Rest
des Moleküls der Verbindung offenbar nicht ausschlaggebend ist. Zum Beispiel kann man anorganische
Verbindungen dieser Übergangsmetalle verwenden, z. B. Metallsalze, wie die Bromide, Chloride, Phosphate,
Sulfate, Sulfide und Oxide der Übergangsmetalle. Aus Gründen der Löslichkeit verwendet man jedoch
vorzugsweise organische Verbindungen von Übergangsmetallen.
Eine besonders wertvolle Klasse von metallhaltigen organischen Verbindungen sind die organischen Chelate
der obengenannten Übergangsmetalle. Die organischen Chelate sind Verbindungen, die ein Metallion enthalten,
welches über restliche, nicht gemeinsame Elektronen von mehreren benachbarten Atomen in eine Ringstruktur eingebunden ist Beispiele für Verbindungen, die
gewöhnlich Chelate bilden, wnd die 0-Diketone sowie Äthylen- und Propylendiamin. Beispiele für Chelate, die
in den Bindebeschleunigern gemäß der Erfindung verwendet werden können, sind Eisenpentandion,
Kupferpentandion, Kobaltpentandion, Kupferpropylendiamin und Kupferäthylendiamin.
Eine andere Gruppe von im Rahmen der Erfindung verwendbaren organischen Verbindungen sind diejenigen der allgemeinen Formel
Ri4OM,
in der M ein Übergangsmetall und R14 den Rest einer organischen Säure oder eines Alkohols R14OH bedeutet
Typische Beispiele für Verbindungen dieser Art sind Eisennaphthenat, Nickelnaphthenat, Kobaltnaphthenat,
Mangannaphthenat, Kupfercaprylat, Eisencaproat Eisenpropionat und Kupfercaproat
Ferner können reine metallorganische Verbindungen (also Verbindungen, bei denen das Metall unmittelbar an
ein Kohlenstoffatom gebunden ist) als reduzierende Aktivatoren verwendet werden. Verbindungen dieser
Art lassen sich jedoch in ihren niedrigeren Wertigkeitsstufen nicht leicht herstellen.
Obwohl vom theoretischen Gesichtspunkt aus das Übergangsmetall sich in einem oxydierbaren Zs-tand
befinden soll, wirken im Sinne der Erfindung als
Bindebeschleuniger auch viele Metallverbindungen, bei
denen die Metallatorne anscheinend in einem vollständig oxydierten Zustand vorliegen. Dies ist möglicherweise auf die folgenden beiden Umstände zurückzufüh-
ren. Erstens liegt ein gewisser Prozentsatz der Metallverbindung immer in einer oder mehreren
anderen Oxydationsstufen als der höchsten Oxydationsstufe vor. Zweitens ist das Aldehyd-Amin-Kondensationsprodukt ein so aktives Reduktionsmittel, daß es bei
ίο vielen Metallverbindungen einen Teil des Metalls zu
einer niedrigeren Oxydationsstufe reduziert Obwohl alle diese Systeme im Rahmen der Erfindung liegen,
werden die Übergangsmetalle im Rahmen der vorliegenden Beschreibung als »oxydierbare Übergangsme-
r, talle« bezeichnet, da dieses offenbar der Zustand ist, in
dem sich diese Metalle bei der Verwendung der
befinden.
den beiden Besiaiiuieiieii ucs uc'vüizüij'icn Bindcbeschleunigers (dem Aldehyd-Amin-Konclensationsprodukt und dem reduzierenden Aktivator) ist noch nicht
genau bekannt. Versuche haben gezeigt, daß zwar jeder der beiden Bestandteile eine beschleunigende Wirkung
auf den Bindevorgang ausübt, daß aber das Aldehyd-Amin-Kondensationsprodukt in erster Linie für die
Härtungsgeschwindigkeit verantwortlich ist. Andererseits trägt der reduzierende Aktivator zwar auch etwas
zur Härtungsgeschwindigkeit bei, seine Hauptfunktio-
jo ne ι scheinen jedoch die Wirkung als Aktivator für das
Aldehyd-Amin-Kondensationsprodukt und, noch wichtiger, die Umwandlung des Bindebeschleunigers in einen
allgemein wirksamen Oberflächenaktivator, d. h. einen solchen zu sein, der alle oder nahezu alle Arten von
Die als Bindebeschleuniger verwendete Kombination aus den beiden Bestandteilen liefert Ergebnisse, die
bisher noch mit keiner Kombination von Bestandteilen erzielt worden sind. In dieser Kombination können die
beiden verschiedenen Wirkstoffe des Bindebeschleunigers innerhalb weiter Bereiche von Mengenverhältnissen angewandt werden, ohne den Rahmrn der
Erfindung zu verlassen. Ein gewisses Beschleunigungsvermögen wird durch jede beliebige Kombination der
beiden Arten von Wirkstoffen erzielt Das günstigste Mengenverhältnis läßt sich für jede besondere Stoffkombination durch einige wenige Routineversuche
leicht bestimmen. Das günstigste Verhältnis von Aldehyd-Amin-Kondensationsprodukt zu dem reduzie-
V) renden Aktivator variiert zwar von Fall zu Fall; die
folgenden Richtlinien geben jedoch die bevorzugten Bereiche von Mengenverhältnissen der beiden Bestandteile an. Wenn das Verhältnis von Aldehyd-Amin-Kondensationsprodukt zu dem reduzierenden Aktivator
weniger als etwa 1 :2 oder mehr als etwa 20 :1 beträgt,
erzielt man bei jedem beliebigen Bindebeschleuniger kaum noch einen zusätzlichen Vorteil. Wenn eine der
oben beschriebenen Schwefelverbindungen als reduzierender Aktivator verwendet wird, liegen die bevorzug-
ten Verhältnisse von Aldehyd-Amin-Kondensationsprodukt zur Schwefelverbindung im Bereich von etwa
1 :1,5 bis 4:1. Wenn eine der oben beschriebenen Übergangsmetallverbindungen in Kombination mit dem
Aldehyd-Amin-Kondensationsprodukt verwendet wird,
liegen die bevorzugten Mengenverhältnisse von A-ldebyck-Amin-Kondensationsprodukt zu der Übergangsmetallverbindung im Bereich von etwa 1 :1 bis 15 :1.
Um erfindungsgemäß den größten Vorteil zu erzielen,
ist es wesentlich, daß der Bindebeschleuniger imstande ist, mit dem Haftmittel auf Aerylsäureesterbasta in
innigen Kontakt zu kommen. Dies kann zwar auf verschiedene Weise erfolgen; vorzugsweise löst oder
dispergiert man jedoch den Bindebeschlerniger in einem flüchtigen Löusngsmittel. Die Lösung oder
Dispersion des Bindebeschteunigers in dem Lösungsmittel wird dann auf mindestens eine der miteinander zu
verbindenden Flächen aufgetragen, worauf man das Lösungsmittel verdunsten läßt, so daß eine Abscheidung ι ο
des Bindebeschleunigers auf der Flache oder den Flächen hinterbleibt. In Anbetracht der äußerst hohen
Härtungsgeschwindigkeit trägt man den Bindebeschleuniger vorzugsweise auf beide der miteinander zu
verbindenden Flächen auf. Auf diese Weise erreicht man 1-> eine gleichmäßigere Polymerisation, Spannungen in der
Bindung werden vermindert, und es entstehen festere Haftverbindungen. Dann trägt man das Haftmittel
unmittelbar auf mindestens eine der miteinander zu verbindenden Flächen auf. Wenn der Bindebeschleuniger
nur au' eine Fläche aufgetragen worden ist, ist es nicht wesentlich, ob Haftmittel und Bindebeschleuniger
auf die gleiche Fläche oder auf verschiedene Flächen aufgetragen werden. Die so behandelten Flächen
werden dann aufeinandergelegt oder zusammengeklammert, und man läßt das Haftmittel härten.
Als Lösungsmittel zum Lösen oder Dispergieren des Bindebeschleunigers wählt man zweckmäßig ein schnell
verdampfendes Lösungsmittel. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit geringer, uaß beim Bindevorgang j<>
Lösungsmittel in dem Gemisch aus Bindebeschleuniger und Haftmittel eingeschlossen wird (wodurch die
Haftverbindung schwächer werden kann), und es werden dadurch unnötige Verzögerungen im Verdunsten
des Lösungsmittels vor der vollständigen Bindung r> vermieden. Es stehen viele verschiedene Lösungsmittel
für diesen Zweck zur Verfügung; die vorteilhaftesten sind jedoch die halogenierten Kohlenwasserstoffe,
besonders chlorierte und/oder fluorierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid, Trichloräthan, Methylchloroform
und Trichlormonofluormethan, ferner die Lacklösungsmittel, wie Aceton, Methyläthylketon, Methylisobutylketon
und Äthylacetat Andere verwendbare Lösungsmittel sind Xylol, Benzol und Toluol. Fast alle
diese Lösungsmittel und besonders die halogenierten 4> Kohlenwasserstoffe weisen noch einen zweiten Vorteil
auf, indem sie den Teil der Fläche, der mit der anderen Fläche verbunden werden soll, reinigen und dadurch die
Möglichkeit des Zustandekommens einer schwachen Verbindung zwischen den Flächen vermindern.
Häufig kann man eine geringe Menge eines zweiten Lösungsmittels oder Lösungsvermittlers zusetzen, um
den Bindebeschleuniger besser in Lösung oder in Dispersion zu bringen. (Einige der hier beschriebenen
Bindeb ischleuniger sind in einer Anzahl der oben beschriebenen »primären« Lösungsmittel nicht besonders
löslich.) Da alle hier beschriebenen Bindebeschleuniger in Alkoholen, wie Äthylalkohol, Methylalkohol,
Butylalkohol und IsopropylalkohoL löslich sind, eignen sich diese Alkohole besonders als Lösungsvermittler. Da
viele dieser Lösungsvermittler nicht so rasch verdampfen
wie die primären Lösungsmittel, sollen sie in möglichst geringen Mengen angewandt werden. Vorzugsweise
soll die Menge des Lcsungsvermittlers 15 Gewichtsprozent der Gesamtmenge aus Lösungsmittel
und LösuRgsvermittJer nicht übersteigen.
Die Menge des Bindebeschleunigers in dem Lösungsmittel wird nur durch die Löslichkeit in dem jeweiligen
Lösungsmittel begrenzt. Wenn zu wenig Bindebeschleuniger angewandt wird, erreicht man nicht die maximale
Härtungsgeschwindigkeit Wenn der Bindebeschleuniger in zu großen Mengen angewandt wird, kann er den
wirksamen Kontakt zwischen dem Haftmittel und den miteinander zu verbindenden Flächen vernindern und
dadurch die schließlich erzielbare Festigkeit der Haftverbindung vermindern. Vorzugsweise wird der
Bindebeschleuniger in dem Lösungsmittel in Konzentrationen von etwa 0,1 bis 10 Gewichtsprozent
angewandt.
Vorzugsweise wird der Bindebeschleuniger auf die Fläche aus einem Aerosolbehälter aufgetragen. Auf
diese Weise läßt sich leicht ein dünner Film des Bindebeschleunigers auf die Fläche aufbringen, und man
erzielt die höchste Verdunstungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels. Ferner kann man bei Verwendung von
Aerosolbehältern flüchtigere Lösungsmittel verwenden, die in unter Atmosphärendruck stehenden Behältern
nicht verwendet werden können. Typische Lösungsmittel dieser Art sind Dichlordifluormethan, Vinylchlorid
und Monochlordifluormethan. Beim Austritt aus dem Aerosolbehälter verdampfen diese Lösungsmittel überaus
rasch, wodurch die Zeitspanne zwischen dem Auftragen des Bindebeschleunigers und der Beendigung
des Bindevorganges verkürzt wird.
Die auf eine gegebene Fläche aufzutragende Menge an Bindebeschleuniger soll nicht mehr als ausreichend
sein, um die gewünschte Beschleunigung des Bindevorganges zu erzielen. Überschüssiger Beschleuniger auf
einer oder beiden der miteinander zu verbindenden Flächen kann die Festigkeit der sich ausbildenden
Haftverbindung beeinträchtigen. Wenn die Menge des Bindebeschleunigers etwa 5 Gewichtsprozent des
verwendeten Haftmittels übersteigt wird kaum noch eine weitere Beschleunigung der Härtung erzielt. Im
allgemeinen genügen Mengen an Bindebeschleuniger von etwa 0,05 bis 1,0 Gewichtsprozent des Haftmittels.
Es ist zwar nicht leicht, die Menge des auf eine gegebene Fläche aufgetragenen Bindebeschleunigers zu bestimmen;
zufriedenstellende Ergebnisse erzielt man jedoch mit einem einzigen Auftrag eines dünnen Films des in
einem geeigneten Lösungsmittel gelösten oder dispergieren Bindebeschleunigers auf eine der miteit -nder zu
verbindenden Flächen aus einem Aerosolbehälter oder auf andere Weise.
Wenn man den Bindebeschleuniger auf die Oberfläche
aufgetragen hat und das gegebenenfalls anwesende Lösungsmittel hat verdunsten lassen, kann der Bindevorgang
in normaler Weise vor sich gehen. Das Haftmittel kann entweder auf die Fläche, die mit dem
Bindebeschieuniger behandelt worden ist oder auf die
andere Fläche aufgetragen werden. Wie bei den meisten Vorgängen zur Herstellung von Flächenverbindungen
bringt man auch im vorliegenden Falle das Haftmittel am vorteilhaftesten in Form eines dünnen Films auf.
Dann werden die beiden aufeinanderpassenden Flächen aufeinandergelegt und vorzugsweise unter mäßigem
Druck gegeneinandergepreßt, so daß sich zwischen den
beiden Flächen eine dünne Haftmittelschicht bildet, das Haftmittel gleichmäßig zwischen den Flächen verteilt
wird und dadurch der höchste Wirkungsgrad der Flächenverbindung erzielt wird. Zweckmäßig beträgt
die Diclce der Haftmittelschicht zwischen den Flächen
etwa 0,025 bis 0,13 mm. Solche Dicken lassen sich mit den oben beschriebenen Haftmittem durch Anwendung
eines mäßigen Druckes, z.B. von etwa 035 bis
3,5 kg/cm2, erzielen.
In den folgenden Beispielen beziehen sich die Verhältnisse und Prozentzahlen auf Gewichtsmengen.
Ein polymerisierbares Haftmittel auf Acrylsäureesterbasis wird hergestellt, indem man 98 Gewichtsprozent Polyäthylengiykoldimethacrylat (mittleres Molekulargewicht 330) mit 2 Gewichtsprozent Cumolhydroperoxid mischt Dieses Haftmittel wird verwendet, um
verschiedene Bindebeschleuniger zu untersuchen. Durch Lösen eines oder mehrerer Wirkstoffe in Benzol
werden neun verschiedene Bindebeschleuniger hergestellt Die Wirkstoffe sind in Tabelle I angegeben.
Diese Bindebeschleuniger Nr. 1 bis 9 werden dann jeweils auf (a) eine Reihe von genormten Stahlschrauben mit 9,525 mm Durchmesser und (b) eine Reihe von
genormten, mit Cadmium überzogenen Schrauben mit 9325 mm Durchmesser aufgetragen. Das Auftragen
erfolgt durch Eintauchen der Schrauben Ln ein mit dem
Bindebeschleuniger gefälltes Becherglas und 30 Sekunden langes Verdunstenlassen des Benzols. Dann werden
auf den Gewindeteil einer jeden Schraube einige
schwach bewegt, und der Zeitpunkt wird verzeichnet, zu
dem eine Bewegung der Muttern von Hand nicht mehr
möglich ist Diese Zeitspanne wird als »Fixierdauer«
bezeichnet
schleuniger verwendeten Wirkstoffe und ihre Mengen sowie die damit erzielten Ergebnisse Finden sich in
Tabelle I. Die Kondensationsprodukte aus Butyraldehyd und Anilin sowie aus Butyraldehyd und Butylamin sind
im Handel erhältlich. Das Kondensationsprodukt aus
Hydrozimtaldehyd und Butylamin wird hergestellt,
indem der Aldehyd mit dem Amin im Molverhältnis 1 :1 3 Stunden bei 50° C in Methylenchlorid als Lösungsmittel umgesetzt wird. Die für die Wirkstoffe angegebenen
Gewichtsprozente beziehen sich auf die Gesamtge
wichtsmenge des Bindebeschleunigers einschließlich des
Benzols. Alle Werte for die Fixierdauer sind Mittelwerte
aus drei Bestimmungen.
Gew.-%
Gew.-%
Fixierdauer bei
Stahlmuttern
und -schrauben
Fixierdauer bei mit Cadmium überzogenen Muttern
und Schrauben
keiner
keiner
keiner
keiner
Kontroll- keines
probe
1 Butyraldehyd-Anilin; 6%
2 Butyraldehyd-Butylamin; 6%
3 Hydrozimtaldehyd-Butylamin; 6%
4 Butyraldehyd-Anilin; 6%
5 Butyraldehyd-Butylamin; 6%
6 Hydrozimtaldehyd-Butylamin; 6%
7 Butyraldehyd-Anilin; 6%
8 Butyraldehyd-Butylamin; 6%
9 Hydrozimtaldehyd-Butyiamin; 6%
Die Versuche des Beispiels 1 werden mit den gleichen Stoffen und den gleichen Mengen lediglich mit dem
Unterschied wiederholt, daß das polymerisierbare Haftmittel nicht mit Polyäthylengiykoldimethacrylat,
sondern mit Methacrylsäure-2-hydroxypropylester hergestellt wird Die Ergebnisse finden sich in Tabelle H,
wobei wiederum die Werte für die Fixierdauer Mittelwerte aus drei Bestimmungen sind.
> 6 Stunden
25 Minuten
18 Minuten
20 Minuten
2-MercaptobenzothiazoI; 2% 2 Minuten
2-Mercaptobenzothiazol; 2% 14 Minuten
2-Mercaptobenzothiazol; 2% 2 Minuten
Kupferpentandion; 0,2%
Kupferpentandion; 0,2%
Kupferpentandion; 0,2%
2^ Minuten
2,5 Minuten
4,5 Minuten
> 20 Stunden
240 Minuten
240 Minuten
> 20 Stunden
3 Minuten
4 Minuten
2 Minuten
4,5 Minuten
2 Minuten
7 Minuten
50
55
Probe Nr.
Fixierdauer bei
Stahlmuttern und
-schrauben
Fixierdauer bei mit
Cadmium überzogenen Muttern und Schrauben
Probe Nr.
Fixierdauer bei
Stahlmuttern und
-schrauben
Fixierdauer bei mi'(
Cadmium überzogenen Muttern und Schrauben
Kontrollprobe
> 20 Stunden
25 Minuten
> 6 Stunden
45 Minuten
2 20 Minuten 15 Minuten
3 20 Minuten 30 Minuten
4 2 Minuten 5 Minuten
5 2 Minuten 5 Minuten
6 2 Minuten 5 Minuten
7 2 Minuten 2 Minuten
8 2,5 Minuten 2 Minuten
9 2 Minuten 3 Minuten
Ein polymerisierbares Haftmittel auf Acrylsäureesterbasis wird hergestellt, indem man die folgenden
909 635/29
65
Bestandteile in den angegebenen Mengenverhältnissen vermischt
Gew.-%
Chinon
Insgesamt
36
6 48
0,01 100
a) Reaktionsprodukt aus 2 Mol Methacrylsäure-^-hydroxprapylester und 1 MoI des Reaktionsproduktes aus 1 Mol
hydriertem »Bisphenol-A« (4,4'-Dicyclohexanoldimethylmethan) und 2 Mol Toluylendiisocyanat
"") Reaktionsprodukt aus 3 Mol Methacrylsäurehydroäthylester und 1 Mol eines Reaktionsproduktes aus Polypropylentriol (mittleres Molekulargewicht 2500) und 3 Mol ToluylendüsocyanaL
Das so hergestellte Haftmittel wird verwendet, um
eine Reihe von 2,54 cm breiten, 12,7 cm langen und
J ,6 nun dicken Stahlblechen unter Verwendung des
Bindebeschleunigers gemäß Beispiel 1 zur Erhöhung der Härtungsgeschwindigkeit des Haftmittels miteinander
zu verbinden. Der Bindebeschleuniger wird mit einem Wattebausch auf mindestens 2£4 cm der ebenen Fläche
am Ende eines jeden der beiden Bleche aufgetragen. Dann wird auf eine der so behandelten Flächen ein
dünner Haftmittelüberzug aufgebracht und die behandelte Fläche des zweiten Bleches sofort auf die
Haftmittelschicht aufgelegt Die Bleche werden so aufeinandergelegt, daß je zwei Bleche sich um 2,54 cm
überlappen. Durch Ausübung von Druck senkrecht zu den behandelten Flächen wird die Dicke der Haftmittelschicht auf etwa 0,025 bis 0,075 mm verringert In
Anbetracht des äußerst hohen Beschleunigungsvermögens des Bindebeschleunigers werden diese Vorgänge
so schnell wie möglich durchgeführt
Um das Beschleunigungsvermögen der verschiedenen Bindebeschleuniger zu messen, wird die »Fixierdauer« bestimmt Die Fixierdauer ist die kürzeste
Zeitspanne, nach deren Ablauf die zusammengefügten Bleche an einem Ende gehalten und leicht geschüttelt
werden können, ohne daß sich die beiden Einzelbleche gegeneinander bewegen. Außerdem wird die Scherfestigkeit der Haftverbindung nach 2 Minute- bestimmt
d. h. die Scherkraft die erforderlich ist um die Bleche 2
Minuten nach dem Aufbringen des Haftmittels voneinander zu trennen. Diese Bestimmung wird mit einem
genormten Laboratoriunis-Zugfestigkeitsprüfgerät (Research Products Company, Modell RPC) durchgeführt
Außer den Versuchen mit Stahlblechen wird die »Fixierdauer« der Haftmittel unter Verwendung der
gleichen Bindebeschlcuniger auch noch für 2,54 cm
breite, 7,62 cm lange und 1,6 mm dicke Glasplatten bestimmt Die Ergebnisse dieser drei Prüfungen sind in
Tabelle III zusammengefaßt, wobei sämtliche Werte Mittelwerte aus drei Versuchen sind. Auch in Tabelle III
bezeichnen die Probenummern die gleichen Bindebeschleuniger wie in Tabelle I.
Probe Nr.
Scherfestigkeit nach 2 Min.
bei Stahlblechen, kg/cm2
Fixierdauer fur Glasplatten
Kontrollprobe | > 6 Stunden |
1 | IS Sekunden |
2 | 10 Sekunden |
3 | 30 Sekunden |
4 | 17 Sekunden |
5 | 15 Sekunden |
6 | 20 Sekunden |
7 | 10 Sekunden |
8 | S Sekunden |
9 | IS Sekunden |
Beispiel 4 |
Das in Beispiel I beschriebene Kondensationsprodukt aus Butyraldehyd und Butylamin wird in Kombination mit verschiedenen reduzierenden Aktivatoren zur
Herstellung bevorzugter Bindebeschleuniger im Rahmen der Erfindung verwendet Diese Bindebeschleuniger werden zusammen mit dem Haftmittel gemäß
Beispiel t und mit demjenigen gemäß Beispiel 3 angewandt Mit dem Haftmittel und nach dem
Verfahren des Beispiels 1 werden die Fixierdauern für genormte Stahlmuttern und -schrauben sowie für
genormte, mit Cadmium überzogene Muttern und Schrauben (Durchmesser in beiden Fällen 9,525 mm)
bestimmt Mit dem Haftmittel und nach dem Verfahren
97,0
158,9
114,0
129,4
92,8
90,0
146,2
194,0
174,4
>6 Stunden 45 Sekunden 20 Sekunden
120 Sekunden 30 Sekunden 10 Sekunden
45 Sekunden 10 Sekunden 4 Sekunden 17 Sekunden
des Beispiels 3 werden die Fixierdauern und Scherfestigkeiten nach 2 Minuten für 2,54 cm breite, 12,7 cm lange
und 1,6 mm dicke Stahlbleche sowie die Fixierdauer für 234 cm breite, 7,62 cm lange und 1,6 mm dicke
Glasplatten bestimmt Die in Kombination mit dem Kondensationsprodukt aus Butyraldehyd und Butylamin
angewandten reduzierenden Aktivatoren und die entsprechenden Fixierdauern sind in Tabelle IV
angegeben. Als Lösungsmittel wird für sämtliche Bindebeschleuniger Benzol verwendet, und die Konzentration des Kondensationsproduktes in dem Benzol
beträgt 6 Gewichtsprozent Die entsprechende Konzentration des reduzierenden Aktivators ist in Tabelle IV
angegeben. Sämtliche Prüfwerte sind Mittelwerte aus drei Versuchen.
19 | IV | 19 | 09 992 | mit Cad | 20 | Stahl | Scherfestig | Fixier | |
Reduzierender Aktivator | mium über | bleche | keit nach | dauer für | |||||
Tabelle | zogene Mut | 2 Min.; | Glasplatten | ||||||
Probe | tern und | Stahlbleche | |||||||
Nr. | Schrauben | ||||||||
Fixierdauer für | > 20 Std. | > 6 Std. | kg/cm2 | ||||||
Art | Stahl | 0 | > 6 Std. | ||||||
keiner | muttern | ||||||||
Gew.-% | und | 7 Min. | 10 Sek. | ||||||
Kon | — | -schrauben | 5 Min. | 5 Sek. | 78,7 | 20 Sek. | |||
troll | l-AUyl-2-thio-harnstoff | 15 Min. | 7 Sek. | 199,7 | 7 Sek. | ||||
probe | Kupferdimethyldithiocarbamat | 13 Min. | 2 Sek. | 236,2 | 25 Sek. | ||||
10 | Kobaltp entand ion | 2,0 | > 6 Std. | 5 Min. | 15 Sek. | 39,4*) | 2 Sek. | ||
11 | Eisenpentandion | 0,2 | IMin. | 2 Sek. | 208.1 | 20 Sek. | |||
12 | Kobaltnaphthenat | 0,2 | 32 Min. | 2 Sek. | 50,6*) | 2 Sek. | |||
13 | Kupfernaphthenat | 0,2 | 5 Min. | 60 Min. | 7 Sek. | 61,9*) | 3 Sek. | ||
14 | Eiserussphthenat | 0,2 | 5Mia | 60 Min. | 10 Sek. | 171,6 | 10 Sek. | ||
15 | Dodecylmercaptan | 0,2 | 15 Min. | 8 Min. | 5 Sek. | 182,8 | 15 Sek. | ||
16 | Thiocarbanilid | 0,2 | 9,5 Min. | 174,4 | 5 Sek. | ||||
17 | N-Oxyddiäthylenbenzothiazol-2- | 2,0 | 7 Min. | ||||||
18 | sulfenamid | 2,0 | IMia | ||||||
19 | 2,0 | 15 Min. | |||||||
20 Min. | |||||||||
30 Min. | |||||||||
2Mia | |||||||||
*) Anmerkung zur Tabelle IV:
Die Untersuchung dieser Proben nach der Erfindung zeigt, daß dii: Hart mgsgeschwindigkeit so hoch ist, da3 sich keine starken
Bindungen ausbilden können. Das Haftmittel ist bereits erhärtet, >evor die Dicke der Haftmittelschicht auf 0,13 mm oder
weniger verringert werden konnte, was für die Ausbildung einer wirksamen Flächenverbindung ungünstig ist Diese Versuche
beweisen jedoch die Wirksamkeit der Bindebeschleuniger.
Wenn man in dem obigen Beispiel/fr irgendeine der
Proben Nr. 10 bis 19 an Stelle des Kondensationsproduktes aus Butyraldehyd und Butylamin ein Kondensationsprodu'ct aus Formaldehyd und p-Benzylanilin, aus
Acetaldehyd und Benzylamin, aus Crotonaldehyd und Butylamin, aus Zimtaldehyd und Anilin, aus Zimtaldehyd
und Butylamin, aus 2-PhenylpropionaIdehyd und Butylamin, aus Butyraldehyd und Butylamin, aus Butyraldehyd und Anilin, aus Hydrozimtaldehyd und Butylamin
oder aus Heptaldehyd und N-Allylanilin verwendet,
erhält man im wesentlichen die gleichen Ergebnisse, nämlich eine äußerst rasche Verbindung der verschiedenen Teile miteinander.
Es werden verschiedene Haftmittel unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Polyäthylenglykol-
dimethacrylats und verschiedener Peroxyverbindungen
als Polymerisationserreger hergestellt Diese Haftmittel werden dann in Kombination mit dem Bindebeschleuniger der Probe Nr. 8 des Beispiels 1 verwendet, um die
Fixierdauer für Stahlmuttern und -schrauben sowie für
mit Cadmium überzogene Mutter« und Schrauben
(Durchmesser 9,525 mm) zu bestimmen. Die Prüfung erfolgt in allen Fällen gemäß Beispiel 1, und das
Haftmittel besteht zu 98 Gewichtsprozent aus Polyäthylenglykol-dimethacrylat und zu 2 Gewichtsprozent aus
der in Tabelle V jeweils angegebenen Peroxyverbindung.
Die Ergebnisse finden sich ebenfalls in Tabelle V; alle Werte sind Mittelwerte aus drei Versuchen. Die
»Kontrollprobe« wird in der gleichen Weise mit
Stahlmuttern und -schrauben durchgeführt, die nicht mit
dem Bindebeschleuniger behandelt worden sind.
Stahlmuttern und -schrauben
mit Cadmium überzogene Kontroll-Muttcrn und Schrauben proben
tert. Butylperbenzoat 3 Min.
tert, Butylisoprupylcarbonat 6 Min,
25 Min.
6 Min.
< 10 Sek.
> 24 Std.
>
24 Std,
> 24 Std.
Wenn in irgendeiner der Proben A, B oder C dieses
Beispiels die als Polymerisationserreger verwendete Peroxyverbindung durch Azo-bis-isobutyronitril (einen
bekannten Polymerisationserreger, jedoch keine Peroxyverbindung) ersetzt wird, erfolgt innerhalb 24
Stunden keine »Fixierung«.
21 22
v . . . , . . . Monomeres, aber kein Acrylsäureester, ist Hierbei
vergieicnsbeispiel e^o,gt in keinem einzjgen Falle innarhalb 6 Stunden
in Beispiel 1 beschriebenen Versuche werden mit eine Fixierung. Ähnliche Ergebnisse erhält man, wenn
:hen Bindebeschleunigem der Proben Nr. 1 bis 9 man an Stelle des Divinylbenzols Acrylsäurenitril,
»spiels 1 mit dem Unterschied durchgeführt, daß 5 2-Chloräthylvinyläther oder Maleinsäurediallylester
in Stelle des Polyäthylenglykol-dimethacrylats verwendet, die sämtlich polymerisierbar Monomere,
■ergleichbsre Menge Divinylbenzol verwendet, aber keine Acrylsäureester sind.
:s ein durch freie Radikale polymerisierbares
:s ein durch freie Radikale polymerisierbares
Claims (3)
1. Verfahren zum Verbinden von Flächen, wobei man ein Klebmittel auf Basis eines Gemisches aus
einem polymerisierbaren monomeren Acrylsäureester und einer Peroxyverbindung als Polymerisationserreger und ferner einen organischen Bindebeschleuniger auf mindestens eine der zu verbindenden
Flächen aufträgt und anschließend die zu verbindenden Flächen miteinander in Berührung bringt,
dadurch gekennzeichnet, daß man auf mindestens eine der zu verbindenden Flächen als
Bindebeschleuniger ein Kondensationsprodukt aus einem Aldehyd und einem primären oder sekundären Amin aufträgt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bindebeschleuniger zusätzlich als
reduzierenden Aktivator einen schwefelhaltigen, freie Radikale erzeugenden Beschleuniger oder eine
Verbindung eines oxidierbaren Obergangsmetalls enthält
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensationsprodukt ein Kondensationsprodukt aus einem Aldehyd der allgemeinen Forme!
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