DE19512744A1 - Dispersion adhesive with no or low solvent content - Google Patents

Dispersion adhesive with no or low solvent content

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Abstract

A dispersion adhesive, low in or free from solvent, is based on an aq. sec. dispersion of polystyrene, of PVC, or of other synthetics.

Description

Die Erfindung betrifft Klebstoffe, die - als Basisstoff - Kunststoffe enthalten. Es sind Lösungsmittelklebstoffe bekannt, die ihre Basisstoffe aus Kunststoffabfällen beziehen, d. h. die Grundstoffe werden nicht neu synthetisiert, sondern aus sortenreinem oder vorher getrennten Kunststoffabfällen bezogen (Zeitschrift "Spektrum der Wissenschaft", Jahrgang 1993, Heft 12/93, Seiten 102 bis 106 - oder - Patentschrift DE 37 41 777 C. So können aus Kunststoffabfällen z. B. Polystyrol und Polyvinylchlorid durch Löseverfahren ausgesondert werden, und in konzentrierten Lösungen mit organischen Lösemitteln (z. B. Aceton, Ethylacetat, Ethanol, Benzol, Toluol, THF, etc.) als Lösungsmittelklebstoff verwendet werden.The invention relates to adhesives which contain plastics as the base material. There are Solvent adhesives known that get their base materials from plastic waste, d. H. the Raw materials are not newly synthesized, but from pure or previously separated Plastic waste related (magazine "Spektrum der Wissenschaft", year 1993, issue 12/93, Pages 102 to 106 - or - Patent DE 37 41 777 C. So plastic waste z. B. Polystyrene and polyvinyl chloride can be separated out by dissolution processes, and in concentrated Solutions with organic solvents (e.g. acetone, ethyl acetate, ethanol, benzene, toluene, THF, etc.) can be used as a solvent adhesive.

Das Problem liegt hier darin, daß die Klebstoffe mit Kunststoffen aus Recycling als Basis immer organische Lösungsmittel z. B. Aceton, Ethylactat, Ethanol, Benzol, Toluol, THF, etc.) enthalten, die, wenn sie eingeatmet werden, gesundheitliche Schädigungen bei Menschen und Tieren verursachen, und zusätzlich eine Belastung für die Umwelt darstellen.The problem here is that the adhesives are always based on recycled plastics organic solvents e.g. B. acetone, ethyl acetate, ethanol, benzene, toluene, THF, etc.) contain which, if inhaled, harm human and animal health cause, and also represent a burden on the environment.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Klebstoff herzustellen, der gegenüber den bisherigen Klebstoffen durch Lösemittelfreiheit oder Lösemittelarmut und gleichzeitig durch das Verwenden billigerer Kunststoffe (z. B. Polystyrol oder Polyvinylchlorid anstelle von Polyacrylat, Polyurethan oder Poyvinylacetat), die auch noch durch Recycling gewonnen werden können, umweltfreundlicher ist, die Gesundheit der Menschen besser schont, und zusätzlich aber auch im Herstellungsverfahren wesentlich kostengünstiger als bisherige Klebstoffe ist. Die Verbindung dieser drei Punkte (umweltfreundlich, gesundheitsunschädlich und billig in der Herstellung) wurde bisher noch nicht erzielt, und daher lag hier mein Forschungsansatz.The invention has for its object to produce an adhesive compared to the previous adhesives through the absence of solvents or low solvents and at the same time through the Use cheaper plastics (e.g. polystyrene or polyvinyl chloride instead of polyacrylate, Polyurethane or polyvinyl acetate), which can also be obtained by recycling, is more environmentally friendly, protects human health better, and also in addition Manufacturing process is much cheaper than previous adhesives. The connection of these three points (environmentally friendly, harmless to health and cheap in the Manufacturing) has not been achieved yet, so this is where my research approach lay.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus den Kunststoffabfällen durch Löseverfahren (beschrieben in Zeitschrift "Spektrum der Wissenschaft", Jahrgang 1993, Heft 12/93, Seiten 102 bis 106) Polystyrol oder Polyvinylchlorid ausgesondert werden, und diese Lösungen dann in wäßrige Sekundär-Dispersionen überführt werden, die - nach eventuellem Zusatz von Weichmachern und anderen Hilfsstoffen - besonders als Consumer-(speziell Holz-, Pappe-, Papier-)Klebstoffe eingesetzt werden können. Diese Herstellung von Dispersionsklebstoffen aus Kunststoffabfällen ist bisher anscheinend nicht bekannt.This object is achieved in that from the plastic waste Solving process (described in the journal "Spektrum der Wissenschaft", year 1993, issue 12/93, Pages 102 to 106) polystyrene or polyvinyl chloride, and then these solutions are converted into aqueous secondary dispersions, which - after any addition of plasticizers and other auxiliaries - especially as consumer (especially wood, cardboard, Paper) adhesives can be used. This manufacture of dispersion adhesives Plastic waste is apparently not yet known.

Der Herstellungsprozeß meines Klebstoffes besteht darin, daß aus Kunststoffabfällen durch bekannte Recyclingverfahren über Lösen die Trennung der Kunststoffe vollzogen wird. Für meine Erfindung kommt es auf die im Abfall in großen Mengen vorhandenen Massenpolymere Polystyrol und Polyvinilchlorid an, die sich leicht lösen lassen. Die PS- und PVC-Moleküle werden durch die Zugabe von Emulgatoren - hauptsächlich anionischen Tensiden (z. B. "Emulgator F" (Beiersdorf AG)) - aber bei Bedarf auch nicht ionische Tenside oder andere ionische und nicht ionische Emulgatoren und Copolymere modifiziert und stabilisiert. Die Konzentration der Emulgatoren und Copolymere beträgt ca. 0,5 bis 4% bezüglich des Basispolymers, abhängig von der gewünschten Konzentration des Klebstoffes und Faktoren, wie der Reinheit der zugesetzten Basispolymere, etc. Je geringer der endgültige Lösungsmittelanteil des Dispersionsklebstoffes sein soll, desto höher muß der Weichmacheranteil werden, um eine Vernetzung der PS-Aggregate bei Raumtemperaturen zu gewährleisten. Als Weichmacher für PS können z. B. Dioctylphthalat, Trikresylphosphat oder andere Weichmacher - vorzugsweise wasserunlösliche - zugesetzt werden. Aufgrund der hohen Affinität der Lösungsmittel zu dem Polystyrol und dem PVC, und der Tatsache, daß die Lösemittel in die Polymeraggregate hineindiffundiert sind, kann durch Vakuumdestillation keine vollständige Lösemittelfreiheit erzielt werden. Um hier nicht nur einen lösemittelarmen, sondern sogar einen lösemittelfreien Dispersionsklebstoff auf wäßriger Basis herzustellen, ist es nötig, ein Striping-Verfahren oder eine vergleichbare Methode anzuwenden. Die Konzentration des Basispolymers des Dispersionsklebstoffes, der am Ende des Herstellungsverfahren steht, beträgt zwischen 25-70%. Bei Bedarf kann mit technische Verdickern die Viskosität weiter erhöht werden. Die Teilchengröße der Polymeraggregate liegt im kolloiddispersen bis grobkolloiden Bereich von 100 nm bis zu ca. 5 µm.The manufacturing process of my glue is that of plastic waste Known recycling process via solving the separation of the plastics is carried out. For my Invention is based on the bulk polymers polystyrene present in the waste and polyvinil chloride, which are easy to dissolve. The PS and PVC molecules are made by the Addition of emulsifiers - mainly anionic surfactants (e.g. "Emulsifier F" (Beiersdorf AG)) - but if necessary also non-ionic surfactants or other ionic and non-ionic Emulsifiers and copolymers modified and stabilized. The concentration of emulsifiers and Copolymers is about 0.5 to 4% based on the base polymer, depending on the desired one Concentration of the adhesive and factors such as the purity of the base polymers added, etc. The lower the final solvent content of the dispersion adhesive, the higher must be the plasticizer content is used to crosslink the PS aggregates at room temperature  guarantee. As a plasticizer for PS z. B. dioctyl phthalate, tricresyl phosphate or others Plasticizers - preferably water-insoluble - can be added. Due to the high affinity of the solvents for the polystyrene and PVC, and the fact that the solvents have diffused into the polymer aggregates can by vacuum distillation no complete freedom from solvents can be achieved. In order not only to have a low solvent, but even to produce a solvent-free water-based dispersion adhesive, it is necessary to use a striping process or a comparable method. The concentration of the base polymer of the dispersion adhesive, which at the end of the Manufacturing process is between 25-70%. If necessary, with technical thickeners the viscosity can be increased further. The particle size of the polymer aggregates is in the colloidally disperse to coarse-colloidal range from 100 nm down to approx. 5 µm.

Das Haupteinsatzgebiet für meine Klebstoffe liegt in der Verklebung von Holz, Pappe und Papier. Das organische Lösemittel, daß für die Überführung der Kunststoffabfälle in Teilchen disperser Größe für die Sekundärdispersion benötigt wird, läßt sich in einem Kreislauf wiederverwenden.The main area of application for my adhesives is in the bonding of wood, cardboard and paper. The organic solvent that is used to convert plastic waste into particles Size required for the secondary dispersion can be reused in a cycle.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Umweltfreundlichkeit, die aus dem Einsatz von Altkunststoffen aus Recycling entsteht, nun auch mit einer zusätzlich geringeren Belastung der Umwelt durch die Einsparung organischer Lösungsmittel, und mit einer Nicht- oder Geringerbelastung des Anwenders kombiniert wird. Aus der Einsparung von Lösungsmitteln ergeben sich Kostensenkungen bei der Herstellung gegenüber den Lösemittelklebstoffen. Es entstehen aber auch Kostensenkungen in der Herstellung gegenüber den lösemittelfreien Dispersionsklebstoffen, da die Basisstoffe um bis zu 90% weniger kosten. Durch den relativ hohen Tensidgehalt und die hohe Polymerkonzentration sind Benetzung der Fügeteile und Anfangsfestigkeit bei meinem Klebstoff höher, als bei den Lösemittelklebstoffen aus Kunststoffabfällen. Auch wenn die Basisstoffe (Polystyrol oder Polyvinylchlorid) nicht aus Recycling gewonnen werden, ist mein Dispersionsklebstoff immer noch billiger zu produzieren als die anderen Klebstoffe, die hauptsächlich auf Polyacrylat-, Polyurethan- und Polyvinylacetatbasis beruhen, teurere Basisstoffe benutzen.The invention has the advantage that the environmental friendliness resulting from the use of Waste plastics from recycling are created, now with an additional lower load on the Environment by saving organic solvents, and with a non-or Low load on the user is combined. The savings in solvents result in cost reductions in production compared to solvent-based adhesives. However, there are also cost reductions in production compared to the solvent-free ones Dispersion adhesives because the base materials cost up to 90% less. Due to the relatively high surfactant content and the high polymer concentration, wetting of the The parts to be joined and the initial strength of my adhesive are higher than those of solvent-based adhesives Plastic waste. Even if the base materials (polystyrene or polyvinyl chloride) are not obtained from recycling, is my dispersion adhesive still cheaper to produce than the other adhesives that mainly based on polyacrylate, polyurethane and polyvinyl acetate, more expensive base materials to use.

Die Herstellung meines lösungsmittelarmen Dispersionsklebstoffes auf Polystyrolbasis könnte zum Beispiel so erfolgen:
Nach bekannten Lösemittelverfahren zur Trennung und Reinigung von Kunststoffen (z. B. entwickelt von Prof. Dr. Käufer vom Kunststofftechnikum im Institut für Nichtmetallische Werkstoffe an der TU Berlin) wird aus nicht sortenrein getrennten Kunststoffabfällen Polystyrol in der Lösung mit Ethylacetat ausgesondert. Ansonsten wird reines Polystyrol in Ethylacetat mit Hilfe eines Magnetrührers gelöst, und zwar im Verhältnis Polystyrol/Wasser 7/20. Von dieser Polystyrollösung, die 35% Polystyrol enthält, werden 100ml in ein ansonsten abgedecktes Becherglas überführt. Nun werden 4% (bezüglich des Polystyrols) "Emulgator F" (Beiersdorf AG - anionisches Tensid), also 1,4 ml Emulgator unter starkem Rühren mit einem Magnetrührer zugegeben. Nach etwa 3 Stunden ist die Bildung der Tensid-Polystyrol-Micellen soweit abgeschlossen, daß nun 6% Dioctylphthalat bezüglich des Polystyrols, also 2,1 ml Weichmacher hinzugegeben werden. Nach weiteren 3 h rühren ist auch die Einlagerung des Weichmachers in die PS-Aggregate soweit fortgeschritten, daß 52,5 ml entionisiertes Wasser hinzugegeben werden können. Die Wasserzugabe erfolgt mit einer Bürette kontinuierlich und langsam über einen Zeitraum von etwa 2 h. Das Becherglas bleibt während dieser Zeit offen, die Lösung wird aber ständig gerührt. The production of my low-solvent polystyrene-based dispersion adhesive could be done, for example:
According to known solvent processes for the separation and cleaning of plastics (e.g. developed by Prof. Dr. buyer from the plastics technology center in the institute for non-metallic materials at the TU Berlin), polystyrene in the solution with ethyl acetate is separated out from plastic waste that is not separated according to type. Otherwise, pure polystyrene is dissolved in ethyl acetate using a magnetic stirrer, in a ratio of polystyrene / water 7/20. 100ml of this polystyrene solution, which contains 35% polystyrene, are transferred to an otherwise covered beaker. Now 4% (with respect to the polystyrene) "Emulsifier F" (Beiersdorf AG - anionic surfactant), ie 1.4 ml of emulsifier are added with vigorous stirring using a magnetic stirrer. After about 3 hours, the formation of the surfactant-polystyrene micelles has been completed to such an extent that 6% dioctyl phthalate with respect to the polystyrene, ie 2.1 ml of plasticizer, is now added. After stirring for a further 3 h, the incorporation of the plasticizer into the PS units has progressed to such an extent that 52.5 ml of deionized water can be added. The water is added with a burette continuously and slowly over a period of about 2 hours. The beaker remains open during this time, but the solution is constantly stirred.

1 h nach Beendigung der Wasserzugabe erfolgt der Entzug des Ethylacetats mit Hilfe einer Vakuumdestillation, wobei die Dispersion nie zum sieden gebracht werden sollte. Der Entzug erfolgt langsam über mehrere Stunden, wobei der Wassergehalt der Dispersion immer wieder auf 52,5 ml aufgefüllt wird. Die Dispersion muß mit hoher Scherkraft gerührt werden. Bei einem Entzug ohne Vakuum kann die Dispersion auch über einige Stunden (ca. 20-40 h) bei etwa 20°C offen stehen, wobei auch hier stark gerührt werden muß, und der Wassergehalt wie oben aufgestockt wird.1 h after the addition of water has ended, the ethyl acetate is withdrawn with the aid of a Vacuum distillation, whereby the dispersion should never be brought to the boil. The withdrawal takes place slowly over several hours, the water content of the dispersion repeatedly increasing to 52.5 ml is replenished. The dispersion must be stirred with high shear. In the case of withdrawal without vacuum, the dispersion can also last for a few hours (approx. 20-40 h) about 20 ° C open, with strong stirring, and the water content as above is increased.

Dieser Lösungsmittelentzug erfolgt solange, bis der Ethylacetatgehalt bei 1,75 ml liegt, also 63,25 ml entzogen wurden. Die verbleibenden 5% Lösemittel (bezüglich des Polystyrols) dienen der Filmbildung und Vernetzung des Polystyrols, spielen aber keine Rolle bei einer möglichen gesundheitlichen Gefährdung durch Lösemittel, da hier der Lösungsmittelanteil meines Klebstoffes gegenüber Lösemittelklebstoffen auf unter 3% reduziert werden konnte. Dieses Beispiel erhebt nicht den Anspruch auf absolut optimierte Konzentrationen der Zusatzstoffe. Durch erhöhen oder erniedrigen einiger Konzentrationen der Hilfsstoffe ließen sich noch wesentlich bessere Klebeeigenschaften erzielen. Mit der im Beispiel beschriebenen Methode des Lösemittelentzuges läßt sich keine absolute Lösemittelfreiheit erzielen. Das wäre jedoch z. B. durch ein Striping Verfahren möglich.This solvent removal continues until the ethyl acetate content is 1.75 ml, that is 63.25 ml were withdrawn. The remaining 5% solvent (with respect to the polystyrene) is used Film formation and cross-linking of the polystyrene, but play no role in a possible Health hazard from solvents, because here the solvent content of my adhesive compared to solvent-based adhesives could be reduced to less than 3%. This example does not claim to have absolutely optimized concentrations of additives. By increasing or decreasing some concentrations of the auxiliary substances it was still possible to make a significant difference achieve better adhesive properties. With the method of solvent removal described in the example, no absolute method can be used Achieve freedom from solvents. However, that would be z. B. possible by a striping process.

Claims (11)

1. Lösungsmittelarmer oder lösemittelfreier Dispersionsklebstoff auf Basis einer wäßrigen Sekundär- Dispersion von Polystyrol.1. Low-solvent or solvent-free dispersion adhesive based on an aqueous secondary Dispersion of polystyrene. 2. Lösungsmittelarmer oder lösemittelfreier Dispersionsklebstoff auf Basis einer wäßrigen Sekundär- Dispersion von Polyvinylchlorid.2. Low-solvent or solvent-free dispersion adhesive based on an aqueous secondary Dispersion of polyvinyl chloride. 3. Klebstoff nach Anspruch 1, wobei das Polystyrol aus Recycling, und zwar durch Löseverfahren, manuelle Fraktion oder andere Recyclingverfahren gewonnen wird.3. The adhesive of claim 1, wherein the polystyrene from recycling, by dissolving, manual fraction or other recycling process. 4. Klebstoff nach Anspruch 2, wobei das Polyvinylchlorid aus Recycling, und zwar durch Löseverfahren, manuelle Fraktion oder andere Recyclingverfahren gewonnen wird.4. The adhesive of claim 2, wherein the polyvinyl chloride from recycling, by Solving process, manual fraction or other recycling process is obtained. 5. Klebstoffe nach Anspruch 1, 2, 3 und 4 mit Zusatz von Weichmachern.5. Adhesives according to claim 1, 2, 3 and 4 with the addition of plasticizers. 6. Klebstoffe nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und alle Klebstoffe nach 5, mit Zugabe von anionischen, kationischen und nicht ionischen Emulgatoren.6. adhesives according to claim 1, 2, 3, 4 and all adhesives according to 5, with the addition of anionic, cationic and non-ionic emulsifiers. 7. Klebstoffe nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 und 6 mit Einbringung von Verdickern.7. Adhesives according to claim 1, 2, 3, 4, 5 and 6 with the introduction of thickeners. 8. Klebstoffe nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7, wobei diesen Klebstoffe durch Striping-Verfahren das Lösemittel vollständig - oder bis auf geringe Reste - entzogen wurde.8. Adhesives according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 7, said adhesives being striped the solvent has been removed completely or to a small extent. 9. Lösungsmittelarme oder lösemittelfreie Dispersionsklebstoffe auf Basis einer wäßrigen Sekundär- Dispersion von anderen Kunststoffen.9. Low-solvent or solvent-free dispersion adhesives based on an aqueous secondary Dispersion of other plastics. 10. Klebstoff nach Anspruch 9, wobei die Kunststoffe aus Recycling, und zwar durch Löseverfahren, manuelle Fraktion oder andere Recyclingverfahren gewonnen wird.10. The adhesive of claim 9, wherein the plastics from recycling, by dissolving processes, manual fraction or other recycling process. 11. Klebstoffe nach Anspruch 9 und 10, mit den Zusätzen der Klebstoffe von Anspruch 5, 6, 7, 8 und Kombinationen der Zusätze aus diesen Ansprüchen.11. Adhesives according to claims 9 and 10, with the additions of the adhesives of claims 5, 6, 7, 8 and Combinations of additives from these claims.
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DE10328312A1 (en) * 2003-06-23 2005-01-27 Kröner, Romeo Polystyrene scrap or packaging is recovered and processed to give lacquers or adhesives for bonding plastics by first dissolving the scrap in an organic solvent

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