DE2410846A1 - Thermoplastischer klebstoff - Google Patents

Thermoplastischer klebstoff

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DE2410846A1 DE2410846A DE2410846A DE2410846A1 DE 2410846 A1 DE2410846 A1 DE 2410846A1 DE 2410846 A DE2410846 A DE 2410846A DE 2410846 A DE2410846 A DE 2410846A DE 2410846 A1 DE2410846 A1 DE 2410846A1
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Description

Die Erfindung betrifft thermoplastische Klebstoffe, die außergewöhnlich gut insbesondere auf kupferhaltigen Oberflächen haften.
Kupfer ist ein Substrat, auf dem Materialien nur schwer haften, da es eine stark oxidierte Oberfläche hat und die Verklebung leicht durch das Stören einer Oxidschicht reißen kann, wenn Sauerstoff durch den Klebstoff durchdiffundiert. Bestimmte herkömmlicherweise bekannte Epoxyklebstoffe werden zum Verkleben von Materialien-mit Kupfer verwendet, jedoch bilden sie schwache Zwischenschichten, die schließlich zu einem Versagen der Haftung führen. Wenn immer in der Technik ein Erfolg beim Verkleben von
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Materialien mit Kupfer erzielt worden ist, dann resultierte dieser Erfolg aus der Verwendung von blankem, geputztem Kupfer, das mechanisch abgeschliffen oder das dampfentfettet und säuregeätzt worden war.
üblicherweise wird eine wäßrige Ferri chlorid/Salpetersäurelösung verwendet, um blankes Kupfer zu erzielen. Die Kupferoberflächen können außerdem mit einem Silan grundiert werden, wie einem Aminosilan, um das Kleben auf Kupfer zu verbessern.
Die US-PS 3 342 647 lehrt, daß Kupferbleche dadurch verklebt werden können, daß man Harnstoff, Formamid oder Hexamethylentetramin verwendet, die thermisch zersetzt werden, und dann üblichen Klebstoff auf eine derart aktivierte Oberfläche aufbringt.
Zu den üblichen Klebstoffen, die zum Kleben von Kupfer verwendet werden, gehören mit Polyamin gehärtete Epoxide oder ein Ionomerharz, wie Surlyn (DuPont). Wenn Heißschmelzen zu verwenden sind, dann können nylonartige Polyamide oder Polyhydroxyätherpolymere verwendet werden.
Besonders formulierte Acrylsäure oder ein Glycidylaerylatpfropfprodukt, die eine flexible, d.h. elastomere Komponente enthalten, können als Kupferklebstoffe verwendet werden, ohne daß eine Bearbeitung der. Kupfer ober fläche erforderlich ist.
In der IT-PS 953 632 wird eine neue Klasse von Pfropfpolymerer beschrieben, die vorzugsweise nach einem neuen Verfahren hergestellt werden und die ein außergewöhnliches Haftvermögen auf zahlreichen Substraten zeigen, überraschenderweise wurde gefunden, daß die meisten nach dem italienischen Patent hergestellten Gemische ausgezeichnete Hafteigenschaften inner-
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halb eines weiten Bereiches von Substraten zeigen, jedoch gegenüber Kupfer nicht das mindeste Haftvermögen aufweisen.
Es wurde nun gefunden, daß bestimmte hochspezifische Verbindungen, die in die allgemeine Klasse der vorstehend beschriebenen Patentanmeldung fallen wenn sie besonders formuliert sind, außergewöhnliche Haftung auf Kupfer aufweisen. Bei einem Direktvergleich mit dem DuPont-Surlyn erwiesen sich die'erfindungsgemäßen spezifischen Produkte mindestens in einem Punkt als äquivalent und in anderen Punkten als weit überlegen.
Die erfindungsgemäßen Formulierungen reichen in ihren Klebstoffwerten gegenüber Kupfer von etwas besser als Surlyn bis über den doppelten Klebstoffwert von Surlyn.
Allgemein gesagt können die speziellen erfindungsgemäßen auf Kupfer haftenden thermoplastischen Massen als entweder auf Polyäthylenbasis oder Polypropylenbasis klassifiziert werden.
Wenn es solche auf Polyäthylenbasis sind, besteht· der wichtige Paktor in ihrer Formulierung und Zusammensetzung darin, daß ein direktes Pfropfen mit entweder einerplycidylacrylatkomponente oder einer Acrylsäurekomponente auf einen Polyäthylengrundstoff ohne .zusätzliche Modifizierung dieser Grundstoffformulierung Massen zur Folge hat, die nicht gut auf Kupfer kleben.
Um mit einem System auf Polyäthylenbasis maximale Kupferklebwerte zu erzielen, muß in dieser Formulierung auch einekleine Menge einer elastomeren Komponente vorhanden sein.
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Eine solche Elastomerenkomponante kann jedes Elastomer sein, das mit Polyäthylen verträglich ist, wobei im allgemeinen die schwach ungesättigten Arten bevorzugt werden. Zu den geeigneten Beispielen gehören Äthylen/Propylen-Copolymere, Butylkautschuke, Polyisobutylen,Sthylenvinylacetat und dergleichen.
Ganz allgemein enthalten die erfindungsgemäßen Klebstoffe für Kupfer auf Polyäthylenbasis 60 bis 97, vorzugsweise 80 bis 95 und besonders bevorzugt 85 bis 92 Gew.-% eines Niederdruckpolyathylens (LDPE) vermischt mit einem Rest aus einem Elastomer, wie Butylkautschuk, Polyisobutylen oder Äthylen/Propylen-Copolymer.
Dieses Gemisch wird dann mit etwa 0,02 bis 20, vorzugsweise 0,1 bis 10 und besonders bevorzugt 0,2 bis 8 Gew.-% Acrylsäure oder Glycidylacrylat gepfropft. Das Pfropfen wird vorzugsweise nach dem in der IT-PS 953 632 beschriebenen Verfahren durchgeführt.
Wenn es sich um einen thermoplastischen Klebstoff für Kupfer auf der Basis eines Polypropylens handelt, ist es außerdem wichtig zu wissen, daß direktes Pfropfen oder Einarbeiten von Acrylsäure oder Glycidylacrylat in das Polypropylen als solches geringe oder minimale Kupferklebwerte zur Folge hat, außer wenn Schmelztemperaturen von mindestens 26O°C angewandt werden.
Es kann nur dann eine außergewöhnliche Haftung auf Kupfer erzielt werden, wenn ein Äthylen/Propylen-Copolymerbestandteil entweder als Elastomer oder in Form eines Reaktorcopolymers oder eine ähnliche Elastomerenkomponente, wie sie vor-
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stehend beschrieben werden, beispielsweise Butylkautschuk, Polyisobutylen und dgl., in geringen Mengen in die Formulierung auf der Basis von Polypropylen eingearbeitet werden und anschließend mit entweder Acrylsäure oder Glyeidylacrylat gepfropft wird.
Das andere wichtige Kriterium beim Arbeiten mit Formulierungen auf Polypropylenbasis besteht darin, daß das gewählte Pfropfpolymer Glycidylacrylate sind, da in solchen Fällen außergewöhnlich hohe Klebwerte auf Kupfer erzielt werden können, insbesondere beim Vergleich mit einem Industriestandard wie Surlyn.
Ganz allgemein wurde gefunden, daß Gemische aus 60 bis 97, vrzugsweise 80 bis 95 und besonders bevorzugt 85 bis92 Gew.-% eines Polypropylens.,vermischt mit einem Rest an Elastomer oder Reaktorcopolymer und dann mit etwa 0,02 bis 20, vorzugsweise 0,1 bis 10 und besonders bevorzugt 0,2 bis 8 Gew.-% Acrylsäure oder ganz besonders bevorzugt Glycidylacrylat gepfropft auf Kupfer oder Kupferlegierungssubstraten haften. Zur Erzielung einer maximalen Haftung auf Kupfer sind Glycidylacrylatpfropfprodukte außergewöhnlich gut geeignet.
Die Komponenten der Kupferklebstoffe können miteinander vermischt und gepfropft, oder sie können einzeln gepfropft und dann vermischt und miteinander formuliert werden. Der Fachmann wird jeweils den zweckmäßigsten Weg wählen.
Weitere Einzelheiten werden in der ITj-PS 953 632 beschrieben.
Obgleich diese Erfindung auf spezifische,engdefinierte thermoplastische Klebstoffe gerichtet ist, die außergewöhnlich Haftung auf Kupfer aufweisen, ist es ein wichtiges Merkmal
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der Erfindungj daß die bevorzugten Kupferklebstaffe entweder ein Reaktorcopolymer aus Äthylen und Propylen oder eine elastomere Komponente in relativ kleinen Proporbionen enthalten. Dies erhöht offensichtlich die Mobilität des Klebstoffs und fördert zusätzliche Haftung. Diese Erscheinung ist jedoch in breiterer Weise anwendbar als nur für Formulierungen, die zum Verkleben von Kupfer hergestellt werden.
Es wurde außerdem gefunden, und es ist ein wichtiger Gesichtspunkt für die Technologie, die mit diesen gepfropften Formulierungen verbunden ist, daß die Einarbeitung einer relativ kleinen, z.B. 2 bis 30, vorzugsweise 5 bis 20, besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%3 Menge an Elastomerenkomponente, wie sie vorstehend beschrieben wird, eine Formulierung ergibt, insbesondere im Hinblick auf eine Formulierung auf Basis von Polypropylen, worin ein drastisches Abschrecken, wie beispielsweise ein Einweichen in Wasser, um die Haftung zu fördern, sich als überflüssig erwies.
Mit anderen Worten,lassen sich sehr gute und vielleicht maximale Klebwerte mit Formulierungen auf der Basis von Polypropylen und Hochdruckpolyäthylen erreichen, worin eine geringe Menge einer Elastomerenkomponente eingearbeitet ist, ohne daß ein Abschrecken erforderlich ist. Dies ist offensichtlich ein Merkmal von beachtlichem wirtschaftlichem Wert.
Die erfindungsgemäßen thermoplastischen Klebstoffe können genauer durch weitere Kriterien definiert werden, d.h. ihre Schmelzfließgeschwindigkeit (MFR) oder ihren Schmelzindex (MI). Im allgemeinen erhöht sich die Fähigkeit eines Klebstoffes, ein Kupfer subs tr at zu benetzen, indem Maße, in dem dieser Wert sich vergrößert. Die MFR oder Mi-Werte
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einer bestimmten Formulierung liegen im Bereich zwischen etwa 1 bis 300, vorzugsweise 2 bis 50 und besonders bevorzugt 2 bis 35·
Obgleich Glycidylacrylat und Acrylsäuremonomere erfindungsgemäß besonders geeignete Pfropfmonomere sind, kann man annehmen, daß andere naheverwandte Monomere gleichwertig sind.
Der Ausdruck Reaktorcopolymer, wie er im Vorliegenden verwendet wird, betrifft isotaktisches kristallines Polypropylen, das im Reaktor mit Äthylenabschnitten modifiziert worden ist, entweder alternierend oder in Blocks, um dessen Schlagverhalten bei niedrigen Temperaturen zu verbessern. Dies ist eine übliche industrielle Maßnahme.
Es soll außerdem betont werden, daß die Elastomerenkomponente dem Grundpolymer zugesetzt werden kann, wenn es in Form eines schlagfesten Gemisches (impact blend),manchmal fälschlicherweise als schlagfestes Copolymer bezeichnet, vorliegt. Dieses Gemisch hat gewöhnlich unterschiedliche Proportionen an Polypropylen, Polyäthylen und einem Elastomer, wie Äthylen/Propylen-Copolymere.
Nachstehende Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Beispiel 1
In diesem Beispiel wurde eine Reihe von Formulierungen, die unterschiedliche Mengen an Polypropylen oder Polyäthylen aufwiesen, mit-einander vermischt, entweder mit oder ohne zusätzliche modifizierende Elastomer- oder Reaktorcopolymerkomponenten.
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Aus den Formulierungen wurden entweder Filme oder Kissen hergestellt, und sie wurden zwischen zwei Kupferstreifen geschmolzen, abgekühlt,und es wurde eine ASTM-Norm
Schälfestigkeitsbestimmung an diesen Streifen durchgeführt
Die Ergebnisse werden in nachstehender Tabelle zusammengefaßt .
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C? CO OO CO OO
Tabelle Kupfer/Thermoplastik-Schälfestigkeit
Probe
Form( 1)
der Probe
MFH
Formulierungen auf BssLs
von Propylen
Kissen
Film " ■
Film
Kissen
Kissen
Film
Film
Film
Film
Kissen
Kissen
Produkte auf Basis
von LDPE
350
7
250
.10
Genalt
(2)
1 6 6 6 7
15 15 30 25 25 25 6
Gew.-* (Ml, oder (R)C2a; Gew.-^
Monomer
(3)
(Kupfer) Schalfestigkeitswert kp/3,8l cm
10 M 10 M 10 M 156
25 M 2.5 M 50 M 25 R 25 R 25 R 10 M A.A. G.A.(Belastung/Breite der Kleblinie)
6 - 0,454
1 - 0,681-1,362
5 - 0,681
6 - 0,454
6 - 0,454
1 ■ · 0,454
2 - 0,454-0,681 1 - 0,454-0,908
7 - 0,908-1,362 3 5,902-7,264 3 5,448-6,356
_= 2_ , 9,08-9,988
Film Film -Film Film Film Film
Kissen
>97 >96 >94 >85
0,908 0,454-0,681
008
0,908-1,362 0,908-1,362 3,632-4,O86t5')
O OO
CD
(1) Die Proben wurden entweder aus einem 38,1 bis 63,5 M-PiIm oder aus einem 15 bis 17 cm großen formgepreßten Kissen hergestellt.
(2) In diesen Proben liegt das Äthylen (C2=) entweder in Form eines stoßfesten Gemisches (M) oder eines Reaktorcopolymers (R) vor. Die Proben, die C2=-Werte größer als
85 % haben, wurden aus LDPE hergestellt.
(2a) M ist ein Gemisch aus 20 Gew.-% hochmolekularem isotaktischen Polypropylen, 40 Gew.-% Hochdruckpolyäthylen und kO Gew.-? Äthylen/Propylen-Copolymer-Elastomeren.
(3) A.A. = Acrylsäure, G.A. = Glycidylacrylat.
(4) Die Probe enthält 10 Gew.-% Butylkautschuk.
(5) Diese Probe wurde von Dritten geliefert.
(6) 15 Gew.-% Äthylen/Propylen-Copolymer-Elastomer.
(7) Äthylen (Acrylsäurecopolymer). (Union Carbide DQDA 2300).
(8) Ionomer (DuPont Surlyn).
Wie aus den Daten der vorstehenden Tabelle ersichtlich ist, wurden ausgezeichnete Ergebnisse nur mit einigen speziell formulierten Gemischen erzielt, da ein' direktes Pfropfen von Polypropylen oder Polyäthylen entweder mit Acrylsäure oder Glycidylacrylat nicht ausreicht, um unter normalen Bedingungen außergewöhnliche Klebeigenschaften auf Kupfer zu erzielen. Mit Glycidyl gepfropftes Polypropylen haftet
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nur dann auf Kupfer, wenn die Schmelztemperatur mindestens 26O°C beträgt.
Es ist außerdem erfindungswesentlieh, daß die Kupferklebstoffe auch sehr gut auf vielen anderen üblichen eisenhaltigen und nichteisenhaltigen Metallen als auch auf Thermoplasten, wärmehärtbaren und anderen Oberflächen haften.
Zu den Beispielen für spezifische Laminate gehören
Kupfer +
eisenhaltige Metalle Aluminium
metallisierte Polyesterfilme (Mylar) Nylon nitrilartige Polymere
Glas.
Außerdem können alle aufgeführtenMetalle mit den erfindungsgemäßen Klebstoffen miteinander - verbunden werden.
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Claims (6)

Patentansprüche:
1. Thermoplastischer Klebstoff mit außergewöhnlicher Haftung auf Kupfer, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Gemisch aus 70 bis 98 Gew.-% eines C1 bis
C,-Polyolefins oder Reaktor-Xthylen/Propylen-CopolymersMwcl 2 bis 30Gev.-% eines Elastomers oder Reaktoreopolymers aus Äthylen/Propylen-Copolymer enthält, wobei das Gemisch mit 0,02 bis 20 Gew.-% Acrylsäure oder Glycidylacrylat gepfropft ist.
2. Klebstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Polyolefin Polyäthylen enthält.
3. Klebstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Polyolefin Polypropylen enthält.
k. Klebstoff nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er als Elastomer Butylkautschuk enthält.
5. Klebstoff nach Anspruch 1 bis 3S dadurch gekennzeichnet, daß er als Elastomer ein Äthylen/Propylen-Copolymer
enthält.
6. Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß er — eine Kupfe? oberfläche, die an der Oberfläche des Klebstoffs einer der Ansprüche 1 bis 5 klebt, enthält.
Für: Esso Research and Engineering Company
Dr.H.J.wi/lff Rechtsanwalt
409838/0971
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