DE2441918A1 - Anaerob haertende klebstoffe und dichtungsmassen - Google Patents

Anaerob haertende klebstoffe und dichtungsmassen

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DE2441918A1 DE2441918A DE2441918A DE2441918A1 DE 2441918 A1 DE2441918 A1 DE 2441918A1 DE 2441918 A DE2441918 A DE 2441918A DE 2441918 A DE2441918 A DE 2441918A DE 2441918 A1 DE2441918 A1 DE 2441918A1
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Description

Düsseldorf, den 22. August 1974 Henkel&CieGmbH
-Henkelstraße 67 Patentabteilung
Dr.SchOe/Bk
Patentanmeldung
D 497*1 ifüj*~*
Anaerob härtende Klebstoffe und Dichtungsmassen
Die Erfindung betrifft unter Sauerstoffausschluß beschleunigt erhärtende Systeme auf Basis von (Meth)-acrylsäureestern und organischen Peroxiden, insbesondere Hydroperoxiden, die als anaerobe Klebstoffe, Dichtungsmittel und dergleichen bekannt sind. Sie vrerden vorzugsweise in lösungsmittelfreier Form für die genannten Zwecke verwendet.
Als wesentliehe Bestandteile enthalten diese Systeme monomere oder oligomere (Meth)-acrylsäureester von ein- oder mehrwertigen Alkoholen sowie Peroxid bzw. Hydroperoxid. Damit bei Ausschluß von Sauerstoff eine genügend schnelle Härtung einsetzt, fügt man den Systemen Beschleuniger zu.
Es ist bekannt, als Beschleuniger bestimmte Schwefel und/oder Stickstoff enthaltende organische Verbindungen zu verwenden. Mit derartigen Verbindungen erzielt man nach nicht allzu langer Zeit eine Festigkeit, die das Hantieren mit den verbundenen Gegenständen erlaubt. Sie wird meist nach der sogenannten Handfestigkeitsprüfung beurteilt. Dabei werden mehrere Tropfen der anaerob härtenden Massen z.B. auf die Gewindegänge einer entfetteten Schraube aufgebracht und diese anschließend mit der dazugehörenden Mutter zusammengeschraubt. Von Zeit zu Zeit wird die Mutter etwas gegen die Schraube gedreht. Die Zeit, die verstreicht, bis sich die Mutter nicht mehr von Hand drehen läßt, wird als Maß für die Handfestigkeit verwendet.
-2-6098 1 1 / 0809
Henkel &Cie GmbH
Blatt zur Patentanmeldung D *\9'(η * Patentabteilung
.2441318
Von größerer Aussagekraft für den Einsatz der anaerob härtenden Klebstoffe oder Dichtungsmittel ist aber die Zeit, die benötigt wird, bis eine Drehkraft von mindestens 50 kpcm zum Aufbrechen der verklebten Schrauben notwendig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, solche Beschleuniger zu finden, die nach Zusammenfügen der zu verbindenden Teile sehr schnell zu einer kraftschlüssigen Verbindung führen, darüber hinaus aber nicht die Lagerbeständigkeit der Klebstoffe bzw. Dichtungsmittel ungünstig beeinflussen.
Erfindungsgemäß enthalten die neuen anaerob härtenden Klebstoff- und Dichtungssysteme auf Basis von (Meth)-acrylsäureestern neben den üblichen Hilfsstoffen organische Sulfonsäurehydrazlde, wobei die aromatischen Sulfonsäurehydrazide bevorzugt sind. Zweckmäßig werden die Sulfonsäurehydrazide in einer Menge von 0,01 bis 10 Gewichtsprozent, insbesondere 0,1 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf die (Meth)-acrylester eingesetzt.
Praktisch sind alle Aryl- und Alkylsulfonsäurehydrazide brauchbar, sofern sie in den Acrylestern in hinreichender Menge löslich sind und sofern sie die Stabilität der anaeroben Mischungen nicht ungünstig beeinflussen.
Geeignete Sulfonsäurehydrazide leiten sich beispielsweise von Benzolsulfonsäure, o- und p-Toluolsulfonsäure, ei- und /S -Naphthalinsulfonsäure, p-Chlorbenzolsulfonsäure, p-Brombenzolsulfonsäure und dergleichen mehr ab. Auch die Hydrazide von Cyclohexylsulfonsäuren, Camphersulfonsäure, Hexadecansulfonsäure können eingesetzt werden.
Ferner können die Sulfonsäurehydrazide am Stickstoff substituiert sein, beispielsweise durch Alkylgruppen, Cycloalkylgruppen oder durch aromatische Reste, wie dem Phenylrest.
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Henkel &Cie GmbH
Blatt zur Patentanmeldung D -* ' ^ - ' Patentabteilung
* . . ■ 2 A 41S18
Die Alkylgruppen bzw. Cycloalky!gruppen sollen vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatome enthalten. Demnach kommen in Frage Methyl-, Äthyl-, Propyl-, i-Propyl-, Butyl-, Hexyl-, Cyclopentyl- und Cyclohexylgruppen. Erfindungsgemäß in Betracht kommende Sulfonsäurehydrazide sind etwa N,N-Dimethyl-N!-benzolsulfonsäurehydrazid, N-Methyl-N'-benzolsulfonsäurehydrazid, N-Methyl-N'-p-toluolsufonsäurehydrazid, N,N-Dimethyl-N1-p-toluolsulfonsäurehydrazid, N-Isopropyl-N'-p-toluolsulfonsäurehydrazid, N-Cyclohexyl-N1-p-toluolsulfonssäurehydrazid, N,N-Di-n-butyl-N'-p-toluolsulfonsäurehydrazid, N-n-Hexy1-N'-p-chlorbenzolsulfonsäurehydrazid, N,N-Diäthyl-NT-p-chlorbenzolsulfonsäurehydrazid.
Die erfindungsgemäß einzusetzenden Sulfonsäurehydrazide lassen sich prinzipiell in allen sogenannten anaerob härtenden Klebstoffen und Dichtungsmassen verwenden. Derartige Systeme sind aufgebaut beispielsweise aus (Meth)-acrylsäureestern von mehrwertigen Alkoholen, wie Äthylenglykol, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Tetraäthylenglykol, PoIyäthylenglykol, Glycerin, Pentandiol, Di-, Tri-, oder Tetrapropylenglykol oder auch den (Meth)-acrylsäureestern von dimerisiertem oder polymerisiertem Cyclopentadien oder von Tetrahydrofurfurylalkohol oder Cyclopentane»! oder Cyclohexanol. Eine weitere Gruppe anaerob härtender Klebstoffe stellen die Umsetzungsprodukte aus GIycidyläthern mehr- · wertiger Phenole mit Acrylsäure bzw. Methacrylsäure dar.
Ein weiterer wesentlicher Bestandteil der anaerob härtenden Systeme sind die Peroxidinitiatoren. Es handelt sich hier in erster Linie um Hydroperoxide, die sich von Kohlenwasserstoffen ableiten, welche eine Kettenlänge von 3 bis 18 Kohlenstoffatomen aufweisen. Beispielsweise sind ge-, eignet Cumolhydroperoxid, tert.-Butylhydroperoxid, Methyläthylketonhydroperoxid, Diisopropylbenzolhydroperoxid. Weiter sind auch solche Peroxide geeignet, die bei einer
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Henkel &Cie GmbH
Blatt zur Patentanmeldung D i\^l\ -Patentabteilung
Temperatur zwischen etwa 80 und 14O0C eine Halbwertzeit von 10 Stunden haben.
Hier kommen in Betracht tert.-Butylperbenzoat, Di-tert.-butyl-dlperoxyphthalat, 2,5-Dimethyl-2,5-bis-(tert.-butylperoxy)-hexan, Bis-Cl-hydroxy-cyclohexylJ-peroxid, tert.-Butylperoxyacetat, 2,5-Dimethylhexy1-2,5-di-(peroxybenzoat), tert.-Butylvalerat, 2,2-Bis-(tert.-butylperoxy)-butan und Di-tert.-butylperoxid.
Die Peroxide sollen in einer Menge von 0,1 bis 20 %3 insbesondere 1,0 bis 10 %} bezogen auf das Gesamtgemisch, vorhanden sein. Sie werden meist als phlegmatisierte Lösungen oder Pasten eingesetzt, d.h. mit einem relativ geringen Gehalt an inerten Substanzen wie Dimethylphthalat oder Cumol.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung setzt man den Mischungen Stabilisatoren zu. Sie sollen eine vorzeitige Polymerisation verhindern, d. h. die Lagerfähigkeit der Mischungen verbessern. Darüber hinaus sollen sie unter an aeroben Bedingungen beschleunigend auf die Polymerisation der (Meth)-acrylsäureester wirken. Den Stabilisatoren kommt somit eine Doppelfunktion zu. Geeignete Stoffe mit diesen Eigenschaften sind beispielsweise aliphatische Monopercarbonsäuren, insbesondere Peressigsllure. Ein Einsatz von geringen Mengen, nämlich 0,1 bis 5*0 Gew.-%, ist im allgemeinen ausreichend. Diese Stabilisatoren werden in der Regel der fertigen Mischung als letzter Bestandteil zugefügt.
Gemiiß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich ein organisches Amin als Hilfsbeschleuniger zusammen mit den erfindungsgemäßen Beschleunigern verwendet werden. In diesem Fall zeigen die Systeme ihre besten Eigenschaften be-
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Blatt zur Patentanmeldung D ^197!; 'Patentabteilung
züglich einer raschen Aushärtungszeit. Als Hilfsbeschleuniger seien Ν,Ν-Dimethyl-o-toluidin, N,N-Dimethyl-p-toluidin und Tri-n-butylamin erwähnt. Sie sollen nur in sehr kleinen Mengen von 0,1 oder bis zu 2,5 Gew-# verwendet werden. Die Hilfsbeschleuniger werden zweckmäßig gemeinsam mit den vorstehend genannten Stabilisatoren verwendet.
Die Menge des Stabilisators ist abhängig von den Mengenverhältnissen zwischen SuIfonsäurehydrazid und den aminischen Hilfsbeschleunigern. Sie können durch einfache Vorversuche leicht aufeinander abgestimmt werden,·um zu optimalen Aushärtungszeiten und guter Stabilität zu gelangen.
Schließlich können den erfindungsgemäßen Klebstoffen und Dichtungsmitteln auch Verdickungsmittel, Weichmacher, anorganische Füllstoffe und Farbstoffe zugesetzt werden. Als Verdickungsmittel sind geeignet polymere Verbindungen, wie etwa Polymethylmethacrylat, Polyäthylacrylat, Polystyrol, Polyvinylchlorid, synthetischer Kautschuk und dergleichen. Als Füllstoffe eignen sich beispielsv/eise feinverteiltes Siliciumdioxid, Silikate, Bentonite, Calciumcarbonat, Titandioxid.
Die erfindungsgemäßon anaeroben Klebstoffe und Dichtungsmassen lassen sich in nur teilweise gefüllten Flaschen aus Glas, Polyäthylen oder dergleichen monatelang unverändert aufbewahren. Ein relativ geringer Sauerstoffpartialdruck ist ausreichend, um die Polymerisation zu inhibieren. Es hat sich, wie in anderen Fällen, auch hier als zweckmäßig erwiesen, die Flaschen einzufarben, um somit kurzwelliges Licht fernzuhalten. Dadurch wird die Stabilität günstig beeinflußt.
Die anaerob härtenden Klebstoffe finden in der Technik Anwendung zum Verkleben von Blechen bzw. Metallteilen
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f>· Blatt zur Patentanmeldung D ^97^ Patentabteilung
aus verschiedensten Materialien oder auch zur Befestigung von Gewinden, zum Abdichten von Rohrverbindungen und dergleichen mehr. Durch die erfindungsgemäße Kombination ist es nicht erforderlich, auch bei relativ inaktiven Metalloberflächen noch einen zusätzlichen Beschleuniger aufzubringen. Selbstverständlich ist es möglich, auch mit an sich bekannten Hilfsmitteln, beispielsweise durch geringes Erwärmen, die Aushärtung zu beschleunigen.
Im allgemeinen werden bei Anwendung der erfindungsgemäßen anaeroben Klebstoffe bereits nach wenigen Minuten sogenannte handfeste Verbindungen erreicht. Hervorzuheben ist, daß die Zeit zur Erreichung einer wirklichen Festigkeit, die eine praktische Handhabung ermöglicht, nämlich ein Drehkraftmoment von mindestens 50 kpcm zum Aufbrechen von Schraubverbindungen, zwischen ca. 10 und JiO Minuten liegt.
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Blatt zur Patentanmeldung D 4 9 7 4 Beispiele 1-10
Henkel &Cie GmbH
Patentabteilung
100 g technisches Polyäthylenglykoldimethacrylät (MG ca. 330), das 200 ppm Hydrochinon enthielt, wurden unter Rühren mit den in Tabelle 1, Spalte 2, angegebenen Mengen Sulfonsäurehydrazid vermischt. Anschließend wurde den Mischungen der Beispiele 4—9 1,1 g N,N-Dimethyl-p~ toluidin zugesetzt. Dann erfolgte jeweils die Zugabe von 5,5 g einer handelsüblichen 70#-igen Cumolhydroperoxidlösung. Als letzte Komponente wurde in den Beispielen k - 9 die in Spalte 3 angegebene Menge an lJO#-iger handelsüblicher Peressigsäure in Eisessig zugesetzt.
Tabelle 1
Bei
spiel		 Hydrazid Stabilisator -
1 0,5g p-Toluolsulfonsäurehydrazid 0,5g Peressigsäure
2 0,5g Benzolsulfonsäurehydrazid 1,0g " »
3 l*0g p-Toluolsulfonsäurehydrazid 0,5g "
0,5g Benzolsulfonsäurehydrazid 0,25g " "
VJl 0,5g 1,0g " "
6 0,25g 0,5g "
7 0,25g " "
8 1,0g p-Toluolsulfonsäurehydrazid
9 0,5g !'
10 0,25g N-Methyl-N'-p-toluolsulfon
säurehydrazid
Diese Formulierungen der Beispiele 1 bis 10 wurden untersucht auf
A) Handfestigkeit
B) Zeitdauer bis zum Erreichen eines Drehmoments von 50 kpcm
C) Festigkeit nach 24 Stunden
D) stabiiitätß 0 9 8 1 1 / 0 8 0 9
-8-
Henkel &Cie GmbH
Blatt zur Patentanmeldung D 4974 . Patentabteilung
Bei der Handfestigkeitsprüfung -werden mehrere Tropfen der anaerob härtenden Masse auf die Gewindegänge einer entfetteten Schraube (M 10 χ 30 DIN 933 - 8.8) aufgebracht und anschließend mit der dazugehörenden Mutter zusammengeschraubt. Von Zeit zu Zeit wird die Mutter etwas gegen die Schraube gedreht, um festzustellen, von welcher Zeit an die Mutter sich nicht mehr von Hand auf der Schraube drehen läßt. Die bis dahin verstrichene Zeitspanne als Maß für die Handfestigkeit ist in der nachstehenden Tabelle 2 in der zweiten Spalte wiedergegeben.
B) Zeitdauer bis zum Erreichen eines Drehmoments von wenigstens 50 kpem
Die Festigkeitsprüfung wird an entfetteten Schrauben (M 10 χ 30 DIN 933 - 8.8) und Muttern durchgeführt. Nach dem Zusammenfügen der mit einigen Tropfen Klebstoff versehenen Schraube mit der dazu passenden Mutter wird in Abständen von einigen Minuten mit einem Drehmomentschlüssel die zum Aufbrechen der Klebverbindung notwendige Drehkraft bestimmt. Als Maß für die Festigkeit v/ird die Zeit angesehen, nach der eine Drehkraft von 50 kpem oder mehr gefunden wurde. Mittelwerte von 5 Messungen sind in Spalte 3 der Tabelle 2 aufgeführt.
C) Festigkeit nach 24 Stunden
An verklebten Schrauben und Muttern wurde nach 24-stündiger Lagerung bei Raumtemperatur mittels eines Drehmomentschlüssels die Drehkraft in kpem bestimmt, die zum Aufbrechen der Bindung benötigt wird. Sie ist in der Spalte 4 der Tabelle 2 wiedergegeben. 6098 11/0809
Blatt zur Patentanmeldung D
D) Stabilität
Henkel &Cie GmbH
Patentabteilung
Bei der Stabilitätsprüfung wurde ein 10 cm langes und 10 mm weites Reagenzglas zu 9/10 niit der Mischung nach Beispiel 1 bis 9 gefüllt und in ein auf 800C gehaltenes Bad eingehängt. Die Zeitspanne vom Einhängen bis zur ersten Gelbildung wurde gemessen. Alle Proben waren* länger als 60 Minuten noch gelfrei. Die ¥erte hinsichtlich der Handfestigkeit, der Zeitdauer bis zur 50 kpcm-Pestigkeit und der Festigkeit nach 24 Stunden waren unverändert. Von einer Fortsetzung der beschleunigten Alterung wurde abgesehen, da diese Prüfung bedeutet, daß die Produkte bei Raumtemperatur in der Regel mehr als ein Jahr unverändert haltbar sind.
Tabelle 2
3eispiel Handfestiglceit
(min)		 50 kpcm
Drehmoment
(min)		 Festigkeit
nach 2H Std.
(kpcm)
1
2
3
h
5
6
7
8
9
10		 3
3
2 .
2
2
2
2
3
3
3		 15
15
15
10
15
15
30
10
10
20		 l40
180
180
1*10
140
120
120
160
: l40
liO
-10-
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Claims (4)

Henkel &Cie GmbH Blatt zur Patentanmeldung D ί| 9 7^ Patentabteilung Patentansprüche
1. Anaerob härtende Klebstoffe und Dichtungsmassen auf Basis von (Meth)-acrylsäureestern und organischen Peroxiden, insbesondere Hydroperoxiden und Schwefel und/ oder Stickstoff enthaltenden organischen Verbindungen als Beschleuniger für die Polymerisation sowie üblichen Hilfsstoffen, gekennzeichnet durch einen Gehalt an organischen Sulfonsäurehydraziden.
2. Anaerob härtende Klebstoffe und Dichtungsmassen nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch einen Gehalt an aromatischen Sulfonsäurehydraziden.
3. Anaerob härtende Klebstoffe und Dichtungsmassen nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfonsäurehydrazide in einer Menge von 0,01 bis Gewichtsprozent, insbesondere 0,1 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf (Meth)-acrylsäureester, vorliegen.
4. Anaerob härtende Klebstoffe und Dichtungsmassen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie organische Persäuren, insbesondere Peressigsäure und/oder Nitron, in einer Menge von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf (Meth)-acrylsäureester, enthalten.
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