DE2657901A1 - Verfahren zum verbinden von metallen und polysulfidmaterialien - Google Patents

Verfahren zum verbinden von metallen und polysulfidmaterialien

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Description

In der Industrie besteht seit vielen Jahren Bedarf an einer Methode zur Verbesserung der Haftung von elastischen Dichtungsmaterialien auf Po lysulfid basis an Aluminium. Diese Haftung wird gewöhnlich bei Einwirkung von Wasser und Hitze beeinträchtigt, weshalb ein besonderes Interesse an der Verbesserung des Haftvermögens der genannten Materialien in feuchter und warmer Umgebung besteht.
Eine derartige Verbesserung der Haftung von Dichtungsmaterialien auf Polysulfidgrundlage an Aluminium oder dessen Legierungen sollte zweckmäßig unabhängig vom Zeitpunkt, bei welchem die Metalloberfläche behandelt wird, erzielt werden. Insbesondere sollte eine feste Haftung erzielt werden, ohne daß die Aluminiumoberfläche unmittelbar vor dem Kontakt mit dem Dichtungsmaterial einer zeitraubenden Behandlung unterworfen zu
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werden braucht. Eine solche Oberflächenbehandlung des Metalls (z.B. von Bauelementen, wie Fensterrahmenteilen) vor dem Ankleben der Dichtungsmaterialien wäre im allgemeinen sehr unzweckmäßig und sollte daher vermieden werden.
Für Aluminium, das mit den genannten Dichtungsmaterialien verbunden wird, verwendet man bekanntlich silanhaltige Grundiermittel. Aus der ÜS-PS 3 457 099 ist es ferner bekannt, dem Grundiermittel auf Silanbasis eine Friedel-Orafts-Verbindung (z.B. AlCl^ oder BFO zuzusetzen. Außerdem ist es bekannt, dem Dichtungsmaterial selbst Silan zuzumischen; vgl. "Adhesive Age" (November 1974), Seiten 25 bis 27. Auch Phenolharze und Polyvinylacetat wurden als Mittel zur Verbesserung der Haftung zwischen elastomeren Dichtungsmaterialien und verschiedenen Substraten vorgeschlagen; vgl. "Rubber Chemistry and Technology" (Februar 1968), Seiten 149 bis 151. Es existiert somit ein umfassendes Schrifttum über organische Dichtungsmaterialien und deren Eigenschaften. Es wurden zahlreiche verschiedene Zusätze und Zusatzkombinationen vorgeschlagen, welche die Haftung zwischen den Dichtungsmaterialien und dem Substrat (wie Aluminium) verbessern sollen; vgl. z.B. "Thioplaste" (1971), Leipzig, Seiten 80 bis 85. Aus der erwähnten Literatur geht hervor, daß sich die Forschungen bisher auf organische Grundiermittel richteten. Solche Mittel erfordern den häufig mit beträchtlichen Nachteilen verbundenen Einsatz organischer Lösungsmittel und sind daher weder zweckmäßig noch wirtschaftlich. Andererseits erlauben Vorbehandlungsmethoden, welche einigen Erfolg versprachen, keine befriedigende Lösung der Probleme. Außerdem ergeben die genannten organischen Grundiermittel auf Polysulfidgrundlage nur eine unzureichende technische Leistungsfähigkeit. Silane neigen beispielsweise dazu, bei Wassereinwirkung hydrolysiert zu werden, und verlieren ferner zu rasch ihre Grundierwirkung.
Nunmehr wurde überraschenderweise festgestellt, daß sich in sehr wirksamer, einfacher und billiger Weise eine feste, was-
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serbeständige Bindung zwischen Aluminium und einem Polysulfidmaterial erzielen läßt. Es wurde nämlich gefunden, daß man eine ausgezeichnete Haftung erreichen kann, indem man auf das Aluminium (oder dessen Legierung) eine Lösung einer stark alkalisch reagierenden anorganischen Alkalimetallverbindung aufbringt.
Es folgt eine Erläuterung der bevorzugten Ausführungsformen.
Als anorganische Alkalimet all verbindung oder Base verwendet man erfindungsgeraäß vorzugsweise mindestens eines der stark alkalisch (basisch) reagierenden Hydroxide von Lithium, Natrium und/oder Kalium. Auch Natriumphosphat, Kaliumphosphat, Natriumsilikat und Kaliumsilikat sind geeignet. Als anorganische Basen bevorzugt werden ferner Alkalimetallcarbonate, insbesondere Lithium-, Natrium- und Kaliumcarbonat.
Als Lösungsmittel für die anorganische Base kann im Prinzip jede beliebige Flüssigkeit verwendet werden, welche die dem Grundiermittel (Primer) zuzusetzende anorganische Verbindung in ausreichendem Maße löst. Es stellt jedoch einen Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, daß Wasser als Lösungsmittel verwendbar ist. Auch niedere Alkohole (oder nach Bedarf deren Gemische mit Wasser) können als Lösungsmittel für die anorganische Base eingesetzt werden. Die Art bzw. Zusammensetzung des Lösungsmittels ist ansonsten nicht ausschlaggebend, da das Lösungsmittel nach dem Grundiervorgang von der Metalloberfläche abgedampft wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich unter Erzielung ausgezeichneter Resultate an elektrolytisch oder chemisch oxydiertem Aluminium (bzw. entsprechend behandelten Aluminiumlegierungen) anwenden. Es ist jedoch nicht notwendig, daß das Metall einer solchen speziellen Oxidationsbehandlung unterworfen wurde. Außerdem weist Aluminium immer einen Oxidfilm auf, da es durch den Luftsauerstoff oxydiert wird.
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Die Konzentration der im Grundiermittel enthaltenen Base kann ziemlich gering sein und beträgt zweckmäßig weniger als 5 Gew.-$, vorzugsweise etwa 1 Gew.-fo. Diese Konzentration ist jedoch für die Erzielung guter Ergebnisse nicht entscheidend. Ausschlaggebend ist jedoch, daß das Metall nach der Grundierung und anschließenden Trocknung einen dünnen Überzug der im Grundiermittel enthaltenen Alkalimetallverbindung aufweist.
Das erfindungsgemäß verwendete Grundiermittel hat sich in Verbindung mit einer Polysulfid-Dichtungsmasse auf Basis eines Polymercaptanpolymeren als besonders wirksam erwiesen.
Aluminiumteile, welche häufig eine eluxierte Oberfläche aufweisen, werden derzeit z.B. als Bauelemente für Fensterrahmen erzeugt, für welche als Dichtungsmasse vorwiegend ein Polysulf idmateri al verwendet wird. Die Erfindung bringt auf diesem Gebiet einen außerordentlich wichtigen Fortschritt mit sich. Das erfindungsgemäß verwendete Grundiermittel verändert anscheinend die Oberflächenstruktur des Aluminiummetalls in vorteilhafter Weise, wobei das Metall bei der Applikation der anorganischen Base mit einer Oberflächenschicht von Molekülen basischer Natur versehen wird. Erfindungsgemäß wird eine hervorragende Haftung zwischen einer Polysulfid-Dichtungsmasse und dem Metallteil erzielt, wobei die basische Molekülschicht offensichtlich als Haftförderer fungiert.
Die hervorragende Haftung zwischen dem Aluminium und der Polysulfid-Dichtungsmasse ist von hoher praktischer Bedeutung, insbesondere was Fensterrahmen betrifft. Diese werden nämlich häufig sehr starken Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen ausgesetzt. Die Polysulf idmaterxalien, die gewöhnlich für solche in Gebäudeteile einzufügende und mit dem Mauerwerk und dgl. zu verbindende Fensterrahmen verwendet werden, basieren auf Polymercaptanpolymeren (z.B. Thiocol LP-Polymeren), welche mit Hilfe eines Aktivators vom flüssigen in den festen Zustand übergeführt werden können.
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Beispiele für die erfindungsgemäß mit Vorteil verwendbaren anorganischen Basen sind:
a) Basen mit Hydroxylgruppen im Molekül, wie LiOH, NaOH oder KOH?
b) Phosphate von Natrium und Kalium, wie Trinatriumphosphat;
c) Carbonate von Lithium, Natrium und Kalium, wie Na2CO-3} und
d) Silikate von Natrium und Kalium, wie Natriummetasilikat,
Die nachstehenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie jedoch zu beschränken. Als Lösungsmittel für die anorganische Base werden in den Beispielen Wasser bzw. Äthylenglykol verwendet.
Beispiel
Aluminiumstrangpreßprofile, welche elektrolytisch oxydiert wurden, werden bei Raumtemperatur durch Eintauchen in Lösungen mit der nachstehenden Zusammensetzung (Zahlenwerte in Gew.-#) grundiert. Die letzten drei Tests dienen zum Vergleich mit den Tests 1 bis 3f welche gemäß der Erfindung durchgeführt werden.
Test Nr. 1 keine Grundierung
I 		2 3 4 5 6
Wasser 98 99 98
Äthylenglykol 98 98
Na2CO-, 2
NaOH 1 CV)
Ca(OH)2 2
H2SO4 2
X
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Nach 30 Minuten langer Lufttrocknung bei 28 C werden die Aluminiumstrangpreßprofile mit Hilfe einer zur Herstellung von isolierenden Penstern vorgesehenen Polysulfid-Dichtungsmasse (1TRC 408 P") mit Glas verbunden. Die Testproben werden dann eine Woche bei Raumtemperatur härten gelassen und danach 4 Stunden bei 70 C in Wasser gelagert. Nach dieser Behandlung wird die Haftung zwischen der Dichtungsmasse und dem Metall geprüft.
Testergebnisse
Tests 1 2 3 4 5 6
1 Woche in Wasser bei 700C K K K A K K
2 Wochen in Wasser bei 700C E K K A 5A K
3 Wochen in Wasser bei 700C K K K A 50A 10A
4 Wochen in Wasser bei 7O0C 10A K K A A A
A: Bruch aufgrund mangelnder Adhäsion gegenüber Aluminium; K: Bruch aufgrund mangelnder Kohäsion der Dichtungsmasse;
50A: 50prozentiger Bruch aufgrund mangelnder Adhäsion gegenüber Aluminium.
Beispiel 2
Ein Strangpreßprofil aus elo.xiertem Aluminium wird durch Eintauchen in Igewichtsprozentige wäßrige Natronlauge grundiert. Anschließend werden Proben gemäß Beispiel 1 getrocknet. Nach 2, 8 und 24 Stunden bzw. 7, 30 und 180 Tagen werden die Proben mit Hilfe einer zur Herstellung isolierender Fenster vorgesehenen Polysulfid-Dichtungsmasse (11PRC 408 P") mit Glas verbunden. Nach einwöchiger Härtung bei Raumtemperatur werden die Proben 4 Wochen bei 70 C in Wasser gelagert. Danach wird die Haftung getestet. In sämtlichen Fällen wird ein Kohäsionsversagen (Bruch bzw. Reißen) der Dichtungsmasse festgestellt.
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Beispiel 3
Dieses Beispiel entspricht dem Test Nr.2 von Beispiel 1, außer daß KOH "bzw. LiOH anstelle von NaOH verwendet werden. In beiden Fällen ergibt der Hafttest nach vierwöchiger Lagerung in Wasser bei 7O0C ein Kohäsionsversagen.
Beispiel 4
Dieses Beispiel entspricht dem Test Nr.2 von Beispiel 1, außer daß Natriumhexametaphosphat bzw. Kaliumhydrogenphosphat anstelle von NaOH verwendet werden. Nach der Härtung und einer vierwöchigen Lagerung bei 7O0C stellt man in beiden Fällen ein Kohäsionsversagen der Dichtungsmasse fest.
Entsprechende Tests werden unter Verwendung von Natriumbzw. Kaliumsilikat als anorganische Base durchgeführt. Die bei diesen Tests erzielten Resultate können als ziemlich befriedigend angesehen werden; die genannten Basen erweisen sich jedoch als nicht so gut wie die vorgenannten Hydroxide, Phosphate und Carbonate.
Ferner werden zum Vergleich entsprechende Tests unter Verwendung von wäßrigem Ammoniak als anorganische Base vorgenommen; dabei werden jedoch schlechte Resultate erzielt. Ammoniak hinterläßt aufgrund seiner Flüchtigkeit keinen Überzug auf dem Metall. Versuche mit Ammoniumsalzen ergeben ebenfalls schlechte, unzureichende Resultate.
Es werden weiterhin entsprechende Tests unter Verwendung anderer Metalle als Aluminium vorgenommen, welche jedoch ebenfalls ungenügende Ergebnisse liefern.
Schließlich werden entsprechende Tests wie in den Beispielen 1 bis 4 unter Verwendung von nicht-eloxiertem (unbehandeltem) Aluminium sowie von "chemisch oxidiertem Aluminium durchgeführt. Diese Tests ergeben praktisch dieselben guten Resultate wie bei Verwendung von eloxiertem Aluminium.
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-to'
Die Erfindung betrifft ferner Gegenstände (insbesondere Fensterrahmen), welche aus einem oder mehreren Bauelement(en) aus Aluminium (bzw. dessen Legierungen) und einem Polysulfidmaterial bestehen und bei denen eine stark alkalisch reagierende Alkalimetallverbindung auf die mit dem Polysulfidraaterial in Kontakt stehende Aluminiuraoberflache aufgebracht . wurde. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wurden die Oberflächen der Bauelemente chemisch oder elektrolytisch oxydiert.
Weiterhin betrifft die Erfindung Bauelemente aus Aluminium (bzw. dessen Legierungen), die für den Einsatz in Verbindung mit einem Polysulfidmaterial vorgesehen sind und bei denen ein Grundiermittel aus einer stark alkalisch reagierenden Alkalimetall verbindung auf die mit dem Polysulfidmaterial zu kontaktierenden Aluminiumoberflächen aufgebracht wurde. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Metall in Form eines elektrolytisch oder chemisch oxydierten Strangpreßprofils oder ähnlicher Bauelemente vor.
Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren, mit dessen Hilfe eine dauerhafte, feste und wasserbeständige Bindung zwischen einem Polysulfidmaterial und Aluminium erzielt werden kann, in hochwirksamer, einfacher und kostengünstiger Weise durchführen läßt. Ein besonderer und sehr wichtiger Vorteil gegenüber den herkömmlichen Methoden besteht darin, daß die Aluminiummetalloberfläche erfindungsgemäß zu jedem beliebigen Zeitpunkt vor dem Kontakt des Metalls mit dem Polysulfidmaterial behandelt werden kann, da die gewünschte Wirkung der applizierten anorganischen Base sehr lange Zeit bestehen bleibt. Für praktische Zwecke scheint sich diese Wirkung bei der Lagerung tatsächlich nicht zu verschlechtern. Die ausgeprägten Vorteile der Erfindung sind für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich.
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Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Erzeugen einer starken und wasserbeständigen Bindung zwischen Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und einem Polysulfidmaterial mit Hilfe eines auf das Metall aufgebrachten Grundiermittels, dadurch gekennzeichnet, daß man als Grundiermittel eine Lösung einer stark alkalisch reagierenden Alkalimetallverbindung verwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkalimetallverbindung Natrium- oder Kaliumhydroxid verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkalimetall verbindung Natrium- oder Kaliumphosphat verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkalimetallverbindung Natrium- oder Kaliumcarbonat verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lösung der Alkalimetallverbindung in Wasser, einem niederen Alkohol oder einem Gemisch davon verwendet .
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man es bei einem elektrolytisch oder chemisch oxydierten Metall anwendet.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als mit dem Metall zu verbindende oder verklebende Dichtungsmasse eine Polysulfid-Dichtungsmasse auf Basis eines Polymercaptanpolymeren verwendet.
709826/1092 0RIG1NAL1NSPECTED
8. Gegenstände (insbesondere Fensterrahmen) aus einem Polysulfidmaterial und mindestens einem Bauelement aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundiermittel aus einer stark alkalisch reagierenden Alkalimetallverbindung auf die mit dem Polysulfidmaterial in Kontakt stehenden Metalloberflächen aufgebracht wurde.
9. Bauelemente aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, welche in Verbindung mit einer Polysulfid-Dichtungsmasse zu verwenden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundiermittel aus einer stark alkalisch reagierenden Alkalimetallverbindung auf die mit der Polysulfid-Dichtungsmasse in Kontakt zu bringenden Metalloberflächen aufgebracht wurde.
10. Bauelemente nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiummetall chemisch oder elektrolytisch oxydiert ist.
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