DE2307252C3

DE2307252C3 - Verfahren zum Überziehen von zylindrischen Gegenständen mit einer Überzugsmasse und einem Verfestigungsmittel

Info

Publication number: DE2307252C3
Application number: DE2307252A
Authority: DE
Inventors: Andrew G. Weatogue Bachmann; Robert E. Newington Batson
Original assignee: Henkel Loctite Corp
Current assignee: Henkel Loctite Corp
Priority date: 1972-02-14
Filing date: 1973-02-14
Publication date: 1979-06-07
Also published as: IT988121B; DE2307252A1; DE2307252B2; FR2172679A5; BR7301051D0; US3826673A; GB1421985A; CA1005288A; AU5206173A; AU466835B2; SE397479B; JPS4893629A

Description

Die Aufbringung vo Überzügen, wie klebenden oder dichtenden Überzügen, hochviskosen oder festen Schmiermitteln oder Schutzüberziigen, auf Gegenstände wie mit Gewinden versehene Befestigungsmittel, kann deren Verwendungsbereich sehr vergrößern. Von besonderem Interesse ist die Aufbringung härtender klebender oder dichtender Überzüge, wie sie beispielsweise in den US-PSen 3489 59» und 3 485 112 beschrieben ist. Dabei ist von speziellem Interesse die US-PS 3489 599, welche polymerisierhare anaerobe Massen, die Klebstoffe und Dichtungsmittel aus Gemischen von Acrylsäureestern und Peroxypolymerisationsinitiatoren sind, betrifft. Diese Massen anaerob bezeichnet, weil sie, solange sie Sauerstoff ausgesetzt sind, im ungehärteten flüssigen Zustand bleiben. Wenn sie in Abwesenheit von Sauerstoff aufgebracht sind (beispielsweise zwischen den Gewinden zueinander passender Muttern und Schrauben), ist Sauerstoff ausgeschlossen und der Initiator bewirkt, daß der Acrylsäureester polymerisiert (aushärtet). Diese Eigenschaft macht die Massen außerordentlich geeignet für eine Verwendung als Klebstoffe und Dichtungsmittel auf mit Gewinden versehenen Gegenständen, wie mit Gewinden versehenen Befestigungsmitteln.

Leider ist aber die rasche Aufbringung von Überzugsmassen auf mit Gewinden versehene Gegenstände, svie Befestigungsmittel, außerordentlich schwierig. Üblicherweise müssen solche Überzüge in Form einer Flüssigkeit oder Paste aufgebracht werden, damit das Überzugsmaterial in innigen Kontakt mit der mit dem Überzug zu versehenden Oberfläche gebracht werden kann. Außerdem muß der Überzug auf der Oberfläche zurückgehalten werden, wodurch es notwendig wird, das Material anschließend an die Aufbringung zu trocknen, um es dauerhafter zu madich, d, h, zu Verhindern, daß es abgerieben wird oder als Flüssigkeit abfließt.

Normalerweise wird ein solcher Überzug hergestellt, indem man das Überzugsmaterial als Lösung oder Dispersion in einem flüchtigen Lösungsmittel aufbringt und dann in Trocknungszyklcn Unter Erwärmen oder bei Raumtemperatur das Lösungsmittel abdampfen läßt, wobei der überzug auf dem zylindri

schen Gegenstand zurückbleibt. Diese Art der Aufbringung bringt jeduch mit Hinblick auf die außerordentlich große Anzahl von Teilen, die in gegebener Zeit mit einem Überzug versehen werden muß, damit das Verfahren wirtschaftlich ist, beträchtliche Schwierigkeiten mit sich. Auch die Tatsache, daß Klebstoff- und Dichtungsmassen fast ausnahmslos organische Substanzen sind und daher in den Überzugsmassen im allgemeinen organische Lösungsmittel verwendet werden, hat Schwierigkeiten durch Entzündlichkeit, Giftigkeit, unangenehmen Geruch, Korrosivität usw. mit sich gebracht. Diese Schwierigkeiten können zwar durch die Verwendung eines Lösungsmittels verhältnismäßig geringer Flüchtigkeit überwunden werden, jedoch wird dadurch wieder die Trocknungszeit verlängert, womit wiederum die Schwierigkeiten der Aufbringung von Überzügen auf eine große Anzahl von Teilen erhöht werden.

Aus der US-PS 3639 137 ist ein Verfahren zum Überziehen von zylindrischen Gegenständen bekannt, bei dein zunächst ein Überzugsmittel in Form einer Dispersion eines feinteiligen Härtungsmittels in einer Lösung eines Bindemittels aufgebracht wird, wonach Mikrokapseln, die ein härtbares, flüssiges Dichtungsmaterial enthalten, aufgestreut werden. Anschließend wird noch eine Deckschicht aufgebracht. Als Lösungsmittel dient bei diesem dreistufigen Verfahren ein flüchtiges organisches Lösungsmittel.

Aus der US-PS 2 162 618 ist es bekannt, Metalloberflachen durch Aufbringen einer wäßrigen Polyvinylalkiihollösung und Trocknen des Überzugs, gegebenenfalls nach Koagulierung des Polyvinylalkohole mit z. B. Borax, zu schützen. Die Probleme der Massenfertigung von überzogenen zylindrischen Gegenständen werden in dieser Patentschrift nicht angesprochen.

Aus der US-PS 3632391 ist es bekannt, Fasermaterialien (insbesondere Textilien) dadurch zu modifizieren, daß man auf das Substrat eine Lösung eines Reaktanten in einem flüchtigen Lösungsmittel aufbringt, das behandelte Substrat trocknet und das getrocknete Material mit einem einen zweiten Reaktanten enthaltenen Verfestigungsmittel imprägniert. Diese Patentschrift befaßt sich nicht mit den Problemen Ileim Überziehen zylindrischer Gegenstände

Der Frfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Überziehen von zylindrischen Gegenständen, wie Befestigungsmitteln, zu schaffen, das eine rasche Aufbringung der Oberzugsrr'.ssen gestattet, keine organischen Lösungsmittel erfordert und ohne Trocknung dauerhafte Überzüge mit erhöhter Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Abrieb und dem Abfließen liefert.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Überziehen von zylindrischen Gegenständen, bei dem man eine einen Reaktanlen enthaltende Überzugsmasse auf wenigstens einen Teil der Oberfläche der zylindrischen Gegenstände aufbringt und den überzogenen Teil der Oberfläche mit einem einen zweiten Reaktanten enthaltenden Verfestigungsmittel unter Verfestigung wenigstens der Oberfläche der Überzugsmasse in Kontakt bringt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Überzugsmasse Und das Vcffcstigtingsmittel in wäßrigem Medium einsetzt und als Überzugsmasse eine solche mit einer Viskosität zwischen 200 und K)OOOO Cp und als ersten Reaktanten ein thermoplastisches Polymeres mit einer Vielzahl von aüüiven Wässerstoffatoffleii verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Überziehen von mit Gewinden versehenen Befestigungsmitteln, wie Zapfen, Bolzen oder Holzschrauben. Ferner können erfindungsgemäß mit Gewinden vorgesehene Rohrverbindungen sowie Gegenstände ohne Gewinde, wie Nieten, überzogen werden.

Unter »zylindrischen Gegenständen« sind im vorliegenden Rahmen nicht nur gerade oder sich verjüngende zylindrische Gegenstände, sondern auch an- '° dere, allgemein zylindrisch um eine Drehachse orientierte Gegenstände zu verstehen. Die Erfindung wird jedoch im folgenden hauptsächlich im Zusammenhang mit geraden oder sich verjüngenden Zylindern und insbesondere im Zusammenhang mit mit n Gewinden versehenen Befestigungsmitteln beschrieben.

Erfindungsgemäß wird ein außerordentlich dauerhafter Überzug, der nach seiner Aufbringung eine beträchtlich verbessere Widerstandsfähigkeit gegen -20 Abrieb und Abfließen von der Oberfläche des damit versehenen Zylinders aufweist, erhalten. Der Überzug wird fester an dem zylindrischen Teil gehalten, und der Rest des Überzugs kann in üblicher Weise bei Raumtemperatur oder unter Verwendung einer Heiz- 2^r> vorrichtung trocknen gelassen werden. Es wurde gefunden, daß bei der normalen Handhabung und dem Transport der mit dem Überzug versehenen Gegenstände während ihrer anschließenden Verwendung der Überzug nur wenig, wenn überhaupt, beschädigt κι wird. Das Endproduk* besitzt ein stark verbessertes Aussehen und, da der Überzug nicht beschädigt oder abgerieben wird odei abfließt, eine größere Einheitlichkeit und bessere Verwendbarkeit für den beabsichtigten Zweck. J^ri

Durch die Verwendung von Wasser als Medium werden die Kosten des Überzugsverfahrens gering gehalten und das Verfahren ist frei von den zahlreichen Problemen, die mit der Verwendung organischer Lösungsmittel verbunden sind. Zahlreiche thermoplasti- -to sehe Polymere mit aktiven Wasserstoffatomen sind in Wasser löslich und können in gelöster Form verwendet werden.

Das als erster Reaktant in der Überzugsmasse enthaltene thermoplastische Polymere kann als Klebstoff ■»> dienen oder eine andere Funktion in der Überzugsmasse haben, oder es kann lediglich wegen seiner Fähigkeit, mit dem Verfestigungsmittel zu reagieren, zugesetzt werden.

Das den /weiten Reaktanten enthaltende Verfesti- in gungsmittel wird auf die Oberfläche der Überzugsmasse aufgebracht, nachdem diese auf den zylindrischen Gegenstand aufgebracht worden ist. Das Verfestigungsmittel wird vorzugsweise in wäßriger Lösung, beispielsweise mit einer Konzentration von η 0,1 bis 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 1 bis 5 Gewichtsprozent, aufgebracht. Auf diese Weise wird eine nicht zu große Menge dieses Reaktanten verwendet, und es wird ein inniger Kontakt mit dem ersten Reaktanten erzielt. 6<i

Die Reaktion zwischen dem ersten und zweiten Reaktanten muß rasch unter Bildung eines Films oder einer anderen Trennschicht an der Oberflache des Überzugs erfolgen, sobald der zweite Reaktant mit dem Überzug in Kontakt kommt. Die Reaktion muß Βΐ derart sein, daß eine merkliche Verfestigung oder Erstarrung der Oberfläche innerhalb kurzer Zeit, beispielsweise 1 Minute und vorzugsweise innerhalb 30 Sekunden, insbesondere 15 Sekunden, erfolgt. Ob sich ein Paar von Reaktanten für die Erfindung eignet, läßt sich leicht durch einen einfachen Versuch ermitteln. Die Verfestigung kann festgestellt werden, indem man leicht mit einem Finger über die mit dem Verfestigungsmittel behandelte Masse reibt und feststellt, wann eine beträchtliche Erhöhung des Widerstands gegen eine Entfernung der Überzugsmasse bemerkbar ist.

Die Bezeichnung »aktive Wasserstoffatome« (der thermoplastischen Polymeren) wird im üblichen Sinn verwendet, d. h. sie bedeutet Wasserstoffatome, die ausreichend polar sind, um leicht an einer Wasserstoffbindung teilzunehmen und/oder rasch durch Substation abgetrennt werden zu können. Üblicherweise ist das aktive Wasserstoffatom an ein Sauerstoff-, Schwefel- oder Stickstoffatom gebunden, kann aber in gewissen Fällen auch an ein Kohlenstoffatom in α-Stellung zu einem stark elektronegativen Atom gebunden sein. Das am meisten bevorzugte Polymere ist Polyvinylalkohol, jedoch eignen sich auch viele Polyvinylacetate und Polyvinylester, wie Polyvinylbutyral, Polyvinylformai oder Polyvinylacetat - möglicherweise wegen der Teilhydrolyse der normalerweise gebundenen Gruppen. Ein weiteres Beispiel für verwendbare Polymere sind die Polyamide.

Die vorgenannten Poly.neren werden in die Überzugsmasse eingebracht, um als »erster Reaktant« zu dienen. Für diese Polymeren stehen eine große Anzahl geeigneter Coreaktanten zur Verfugung. Diese Materialien werden als »zweiter Reaktant« verwendet. Mit allen im folgenden aufgeführten Coreaktanten wird fast momentan und in jedem Fall innerhalb weniger als 15 Sekunden eine wahrnehmbare Verfestigung erzielt. Geeignete Klassen von Coreaktanten für die thermoplastischen Polymeren sind:

1. Anorganische polyfunktionelle Säule, die mit den aktiven Wasserstoffatomen der obigen Polymeren zu reagieren vermögen. Beispiele sind Borax und Kieselsäure.

2. Wasserstoff bindende Verbindungen. Typische Beispiele sind Baumwollechtfarbstoffe, wie Kongorot, polyhydroxyaromatische Verbindungen, wie Resorcin, Salicylanilide und Phenolsäuren, wie Gallussäure oder Dihydroxybenzoesäure.

3. Vernetzungsmittel, wie Adelhyde oder methylolierte Amide;

4. Metallhydroxide, wie Kupferhydroxide, Titanhydroxide, Zinnhydroxide oder deren Vorläufer, wie Kupfer(I)-chlorid oder Tetraisopropyltitan;

5. Stark chelatbildendc Salze von Übergangsmetallen, wie Kupfer(II)-ammoniumchlorid.

Fast alle erwähnten Vcrfestigungsmittel können in Verbindung mit Polyvinylalkohol verwendet werden; jedoch sind die bevorzugten Verfestigungsmittel Borax, Kongorot und Metallhydroxide.

Auch weitere Verbindungen, die wie dem Fachmann bekannt - mit den aktiven Wasserstoffatomen des thermoplastischen Polymeren zu reagieren vermögen, können verwendet werden.

Die bevorzugten Überzugsmassen enthalten feste Teilchen₍ vorzugsweise Klebstoffe und Dichtungsmittel in Mikrokapseln eingeschlossen. Solche Überzugsmassen, die Klebstoffe oder Verdichtungsiriittel oder Reaktanten dafür. Wie ein Eopxyharz und einen Härter dafür, in kleinen oder sogar mikroskopisch kleinen festen Mikrokapseln eingeschlossen enthalten, sind

flüssig oder fließfähig. Die Teilchen haben gewöhnlich eine Größe in dem Bereich von 50 μηι oder darunter bis zu 2000 μτη oder darüber. Sie können in bekannter Weise, beispielsweise wie in den obenerwähnten US-PSen 3489 599 und 3485 132 beschrieben, hergestellt werden. Vorzugsweise enthält die Überzugsmasse in Mikrokapseln eingeschlossene anaerohe Klebstoffe oder Dichtungsmittel.

Die Überzugsmasse kann auch z. B. Weichmacher, Bindemittel zur Verbesserung der Qualität des Überzugs, Färbemittel zur Verbesserung des Aussehens uncr vieles andere üblicherweise in solchen Überzugsmassen verwendete Zusätze enthalten.

Die Überzugsmasse kann eine pumpbare pastenartige Substanz sein, ist vorzugsweise aber bei normaler Temperatur und normalem Druck eine Flüssigkeit. Sie fließt entweder unter ihrem Eigengewicht oder Kann durch mäßigen Druck leicht gepumpt oder ausgebreitet werden. Ihre Applikation erfolgt daher unter Ausnutzung ihres Eigengewichts, mit*els normaler Pumpvorrichtungen und anderer üblicher Vorrichtungen und Methoden. Die Überzugsmasse ist »fließfähig« zum Unterschied von trockenen oder festtn Materialien. Die Viskosität der Überzugsmasse beträgt mindestens 200 Cp. Die obere Grenze ergibt sich aus Zweckmäßigkeitserwägungen mit Hinblick auf die vorhandene Aufbringvorrichtung und liegt nicht über K)OOOO Cp, insbesondere nicht über 75 000 Cp. Die Überzugsmasse kann eine echte Lösung sein oder kann Flüssigkeitströpfchen oder feste Teilchen statt oder außer den gelösten Komponenten enthalten. Um einen erwünschten Ausgleich zwischen statischer und dynamischer Viskosität zu erzielen, können thixotrope Mittel zugesetzt werden.

Eine bevorzugte Überzugsmasse enthält 1 bis 20 Gewichtsprozent Polymeres, wie Polyvinylalkohol, 15 bis 75 Gewichtsprozent Klebstoff oder Dichtungsmittel in Mikrokapseln eingeschlossen, 20 bis 80 Gewichtsprozent Wasser und gewünschtenfalls noch larbstofL, Viskositätsregulierungsmittel usw.

Die zu überziehenden zylindrischen Gegenstände können einzeln, beispielsweise durch Eintauchen von Hand in die Überzugsmasse und anschließendes Kontaktieren mit dem Verfestigungsmittel, mit dem Überzug versehen werden. Gemäß der bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens der Erfindung wird jedoch eine große Anzahl zylindrischer Gegenstände mittels einer automatischen oder halbautomatischen Vorrichtung verarbeitet.

Bei einer bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird eine Anzahl zylindrischer Gegenstände durch eine Überzugsstalion mit einem Überzugskopf zur Aufbringung der Überzugsmasse geführt. Der Überzugskopf kann ein Überzugsblock, auf dessen I'rontfläche die Überzugsmasse aufgebracht wird, eine rotierende Überzugseinrichtung, wie ein Obcrtragungsrad oder eine rotierende Fasermatte, eine Übertragungs- oder Sprühdose oder eine andere bekannte hierfür geeignete Vorrichtung sein. Vorzugsweise wird der Überzug auf ein bestimmtes lokalisiertes Gebiet der zylindrischen Oberfläche aufgebracht.

Damit um das ganze zylindrische Teil herum ein gleichmäßiger Überzug aufgebracht wird, wird der zylindrische Teil vorzugsweise in Kontakt mit dem Überzugskopf gedreht. Danach wird die Überzugsmasse mit dem Vcitetigungsmittel in Kontakt gebracht. Dies kann durch Eintauchen oder andere

zweckmäßige Verfahren erfolgen und erfolgt vorzugsweise durch Aufsprühen des Verfestigungsmitteb auf die mit dem Überzug versehene Fläche. Wenn das Besprühen richtig gesteuert wird, wird ein inniger Kontakt erzielt, ohne daß eine zu große Menge an Verfestigungsmittel an die mit dem Überzug versehere Oberfläche aufgebracht werden muß.

Danach können die mit dem Überzug versehenen Gegenstände in üblichen Anlagen, beispielsweise mittels Fördervorrichtungen, weiterverarbeiiet werden. Vorzugsweise werden sie einer Induktions-, Heißluft- oder anderen Trocknungsmethode unterworfen, um das Trocknen des Überzugs zu beschleunigen.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Angaben in Verhältnissen und Prozent beziehen sich auf das Gewicht, sofern nicht anders angegeben.

Beispiel 1

Eine Klebstoffüberzugsmass wurde aus den folgenden Materialien hergestellt:

Gew.-Teile

Wasser 94 Polyvinylalkohol (teilweise
hydrolysiertes Polyvinylacetat mittlerer

Viskosität) ft

eingekapselter Klebstoff 50

Färbemittel (Aluminiumpulver) 2,5

Schmiermittel (Graphit) 0,25

Die Überzugsmasse hatte eine Viskosität (gemessen mit einem Brookfield-Viskosimeter, Spindel Nr. 7) von 28000 cPs bei 20 Upm und von 120000 cPs bi;i 2,5 Upm.

Eine Anzahl von Bolzen (0,95 cm; 16 Gewindegänge pro 2,54 cm) wurde mit einem Überzug aus dieser Klebstoffmasse versehen. Die Aufbringung erfolgte, indem eine geringe Menge Übe/zugsiaasse auf eine geeignete Fläche des mit einem Gewinde versehenen Teils eines Bolzens aufgebracht und der Bolzen (.'.inn in Kontakt mit einer befeuchteten Teflonoberfläche gedreht wurde. Auf diese Weise wurde so viel Überzugsmasse aufgebracht, daß rund um den Umfang des Bolzens ein gleichmäßiges Band von etwa 1,27 cm Breite erzeugt wurde. Anschließend wurden die mit dem Überzug versehenen Bolzen in eine von drei Verfestigungsmittellösungen getaucht und sofort entfernt und überprüft. In jedem Fall erfolgte fast momentan eine Verfestigung oder Erstarrung der Oberfläche der Überzugsmasse. In allen Fällen ergab sich innerhalb 5 Sekunden nach dem Eintauchen eine beträchtliche Verfestigung, wie eine Erhöhung des Widerstandes gegen eine Entfernung durch Reiben mit dem Finger und eine beträchtliche Verringerung der Klebrigkeit der Oberfläche des Übemvgs anzeigte. Die verwendeten Verfestigungsmittel waren:

1. Borax - 2 Gew.% in Wasser

2. Kongorot - 5 Gew.% in Wasser

3. Salicylamid - 5 Gew.% in Wasser

Beispiel 2

Das Verfahren von Beispiel 1 wurdu wiederholt mit der Abweichung, daß der Überzugsmasse Vor ihrer Aufbringung auf die Bolzen etwa 1,5 Gew.% Fernchlorid zugesetzt wurden. Die Überzugsmasse wurde dann aufgebracht, wie in Beispiel 1 beschrieben, und unmittelbardanach wurden die mit dem Überzug versehenen Bolzen in eine l%ige wäßrige Ammonium-

hydroxidlösung eingetaucht. Ammoniumhydroxid und Ferrichlorid reagierten unter Bildung von Fcrrihydroxid, das seinerseits mit dem Polyvinylalkohol unter Bildung einer verfestigten Oberfläche auf der Überzugsmasse reagierte. Die Ergebnisse waren praktisch die gleichen wie diejenigen von Beispiel I, d. h. es erfolgte ein im wesentlichen sofortiger Verlust an Oberflächenklebrigkeit und eine Zunahme der Abriebfestigkeit.

Das Verfahren dieses Beispiels wurde unter Ver^ wendürig einer 1 %jgeri wäßrigen Natriiimhydroxidlösung und einer 1 %igen wäßrigen NatriumcarböhatlÖ-sungals Verfestigungsmittei wiederholt. In jedem Fall wurden praktisch gleiche Ergebnisse erzielt.

Beispiel 3

Eine Anzahl Bolzen (O₅ ¹JS cm; 16 CiewintlegängK pro 2,54 cm) wurde auf einer horizontalen FördervoT-

richtung an einen Übefzügsblock, auf dessen Oberfläche die Klebstoff überzugsmasse von Beispiel 1 aufgebracht war, geführt, und daran gedreht. Auf diese Weise wurde ein gleichmäßiges Band von etwa 1,27 cm Breite gleichmäßig um den Umfang der Bolzen aufgebracht. Beim Fortschreiten auf der horizontalen Fördervorrichtung wurden die Bolzen mittels einer Nebelsprühvorrichtung mit einer Lösung von 2Gew.% Borax in Wasser besprüht. Der gesamte ίο Umfang jedes Bolzens wurde verhältnismäßig gleichmäßig mit dem Boraxspray iii Kontakt gebracht. Es erfolgte eine praktisch momentane Erhöhung des Abriebwidersiandes und Abnahme der Klebrigkeit an der Oberfläche des Bolzens, und in weniger als 5 Seil künden konnten die Bolzen einem normalen Kontakt mit einer Abgaberutsche und einer Fördervorrichtung unterworfen werden, ohne daß Aussehen oder Qualität des Überzugs litten.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Überziehen von zylindrischen Gegenständen, bei dem man eine einen Reaktanten enthaltende Überzugsmasse auf wenigstens einen Teil der Oberfläche der zylindrischen Gegenstände aufbringt und den überzogenen Teil der Oberfläche mit einem einen zweite.ι Reaktanten enthaltenden Verfestigungsmittel unter Verfestigung wenigstens der Oberfläche der Überzugsmasse in Kontakt bringt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Überzugsmasse und das Verfestigungsmittel in wäßrigem Medium einsetzt und als Überzugsmasse eine solche mit einer Viskosität zwischen 200 und 100 000 Cp und als ersten Reaktanten ein thermoplastisches Polymeres mit einer Vielzahl von aktiven Wasserstoffatomen verwendet.