DE3933204C2

DE3933204C2 - Reaktivschmelzkleber

Info

Publication number: DE3933204C2
Application number: DE3933204A
Authority: DE
Inventors: Theodor Dipl Ing Hippold; Ernst Ing Grad Herrmann
Original assignee: Jowat Lobers und Frank GmbH and Co KG
Current assignee: Jowat Lobers und Frank GmbH and Co KG
Priority date: 1989-10-05
Filing date: 1989-10-05
Publication date: 1994-05-26
Anticipated expiration: 2009-10-06
Also published as: DE3933204A1

Description

Die heute bekannten Schmelzklebstoffe bestehen aus thermo plastischen Polymeren, die durch Zugabe von Harzen, Wachsen, Füllstoffen usw. entsprechend ihren jeweiligen Anwendungs zwecken, modifiziert werden können.

Die Hauptvorteile dieser umweltfreundlichen Systeme sind das sehr schnelle Abbinden und das Fehlen von Löse mitteln. Aufgrund ihres thermoplastischen Verhaltens (Er weichen bei erhöhter Temperatur und Verspröden bei tiefen Temperaturen) sind sie jedoch nur in einem relativ engen Temperaturbereich anwendbar. Durch den Einsatz von Zweikom ponentenklebstoffen sind diese Nachteile zu umgehen, jedoch müssen hierbei genau vorgeschriebene Mischungsverhältnisse und einschränkende Verarbeitungszeiten akzeptiert werden.

Die Kombination der Eigenschaften beider Systeme: Schnellabbindende, lösemittelfreie, gebrauchsfertige, lager stabile und nach der Vernetzung nicht schmelzende bzw. versprödende Klebstoffe stellen in idealer Weise reaktive Schmelzklebstoffe dar.

Reaktive Schmelzklebstoffe sind bekannt. Es handelt sich um physikalisch, durch Viskositätserhöhung abbindende lösemittelfreie Klebstoffe, die nach dem Auftragen mit dem Wasser aus der Luft oder den Substraten oder in der Ober fläche vorhandenen reaktiven Wasserstoffatome vernetzen und so ihre Endfestigkeit erreichen.

Die z. B. in der deutschen Offenlegungsschrift DE-OS 32 36 313 beschriebenen reaktiven Schmelzklebstoffe, be stehend aus:

a) 20-90 Gew.-% eines präpolymeren Isocyanats
b) 0-75 Gew.-% eines thermoplastischen Polyurethans
c) 5-50 Gew.-% eines niedrigmolekularen Kunstharzes aus der Gruppe der Ketonharze und/oder Keton- Aldehyd-Kondensationsharze und/oder Hydrierungs produkte von Acetophenon-Kondensationsharzen

sind bedingt durch ihre hohe Verarbeitungstemperatur nicht ausreichend thermostabil und außerdem nur wenig geeignet für das Kleben von temperaturempfindlichen Kunststoffen, ins besondere für Folien aus PVC, wie sie z. B. in der Fenster- und Möbelindustrie zum Einsatz kommen. Relativ lange Re kristallisationszeiten und nur ungenügend hohe Anfangsfestig keiten innerhalb der ersten 5-10 Sekunden, nach dem Kleb stoffauftrag machen den Einsatz der beschriebenen Schmelz klebstoffe in automatisch arbeitenden Verklebungsvorrichtungen im Durchlauf mit Geschwindigkeiten von 30 m/min und mehr, insbesondere bei der Herstellung komplizierter Profile mit einer Vielzahl enger Radien und scharfkantigen Konturen, nur unter erhöhtem maschinellen Aufwand möglich.

Diesen Stand der Technik zu verbessern ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die in den Ansprüchen gekenn zeichnet ist.

Der erfindungsgemäße Schmelzklebstoff aus einem thermoplastischen Polymer, einem niedrigmolekularem Kunstharz und einem präpolymeren Isocyanat ist durch die folgende Zusammensetzung gekennzeichnet:
30-80 Gew.-% Polyesterpolyole,
10-20 Gew.-% Polycaprolactondiole,
5-30 Gew.-% niedrigmolekulares Kunstharz aus der Gruppe der Terpen-Phenol-Harze, Cumaron- Inden-Harze, aromatische KW-Harze, poly merisierte Tallharzester, alpha-Methyl styrolharze und
5-25 Gew.-% präpolymeres Isocyanat.

Die Polyesterpolyole sind wie folgt aufgebaut:

- Hexandiol und Adipinsäure oder Hexandiol und Dodekandi säure mit einem Molekulargewicht von größer 3000 und einer OH-Zahl von kleiner 38
- Butandiol, Hexandiol, Monoethylenglykol, Neopenthyl glykol und Terephthalsäure, Isophtalsäure, Sebacin säure, Adipinsäure mit einem Molekulargewicht von 5500-25 000 und einer OH-Zahl von 20-4,5.

Die einzusetzenden Polycaprolactondiole besitzen ein durch schnittliches Molekulargewicht von 500-50 000, vorzugsweise von 30 000-50 000 und das verwendete niedrigmolekulare Kunstharz ist ein α-Methylstyrolharz mit einem durch schnittlichen Molekulargewicht von 1400. Seine phenolischen OH-Gruppen sind nicht mit Isocyanaten vernetzbar. Das prä polymere Isocyanat besteht aus:
70 Gew.-% 4,4′-Diphenylmethandiisocyanat und
30 Gew.-% eines Reaktionsproduktes von 4,4′-Diphenyl methandiisocyanat mit Polyetherpolyol. Das Molekulargewicht des präpolymeren Isocyanats ist größer 300 und der Gehalt an freiem Iso cyanat ca. 26%.

Herstellungsbeispiel

Eine Mischung aus 400 TL eines Polyesterpolyols auf Basis 1,6 Hexandiol und Adipinsäure mit einem Molekulargewicht von ca. 4000 und einer OH-Zahl von ca. 30 und 100 TL eines Poly esterpolyols auf Basis von 1,6 Hexandiol und einer Mischung aus Therephtal-Isophthal- und Sebacinsäure mit einem Mole kulargewicht von 25 000 und einer OH-Zahl von ca. 4,5 und 100 TL eines Polycaprolactondiols mit einem Molekulargewicht von ca. 30 000 und einer OH-Zahl von 3,8 und 150 TL eines niedrigmolekularen Kunstharzes aus der Gruppe der α-Methyl-Styrolharze, dessen phenolische OH-Gruppen nicht mit Isocyanaten vernetzbar sind, werden in einem geeigneten Rührgefäß vorgelegt und auf 130-150°C erhitzt.

Nach dem Homogenisieren und Entwässern wird der Ansatz auf 80-100°C abgekühlt und 120 TL des präpolymeren 4,4′- Diphenyl-methandiisocyanats mit einem Molekulargewicht von ca. 350 und einem Gehalt von 26% freiem Isocyanat langsam unter Rühren zugegeben. Der Ansatz wird ca. 2 Stunden lang auf max. 100°C gehalten.

Der dabei entstandene reaktive Schmelzklebstoff hat einen Gehalt an freiem Isocyanat von 2,8-3,2%, eine Vis kosität von 15 000 mPa · s bei 100°C (Brookfield Thermosel) und einem Erweichungsbereich von 55°C-60°C (Kofler- Heizbank).

Abgefüllt in geeignete Gebinde, die den Ausschluß von Feuchtigkeit gewährleisten, ist der erfindungsgemäße Schmelzklebstoff über einen Zeitraum von mehr als 6 Monaten lagerstabil.

Der Zusatz des niedrigmolekularen, nicht vernetzbaren α-Methylstyrolharzes ermöglicht erst den Einsatz der hochmolekularen Polyesterpolyole und Polycaprolactondiole unter Einhaltung einer niedrigen Schmelzviskosität. So werden reaktive Schmelzklebstoffe erhalten, die bei Auftrags temperaturen von 100-120°C und einer Viskosität im Bereich von 20 000 mPa · s-5000 mPa · s, mittels Walzenauftrag auf schnellaufenden Maschinen besonders für das Kleben von Dekor folien, bestehend aus beharztem Papier, PVC, PE, PP oder aus Mischungen vorgenannter Materialien auf Holzwerkstoffe (MDF, Spanplatten etc.) oder Kunststoffe (Polystyrol, PVC, ABS etc.) oder Metalle in idealer Weise geeignet sind. Durch Variation der Mengenverhältnisse der hochmolekularen Polymere unter einander sind Verarbeitungseigenschaften und Abbindeverhalten auf die jeweiligen Erfordernisse des Anwenders abzustimmen. Die erzielbaren Abbindegeschwindigkeiten, offenen Zeiten und Anfangsfestigkeiten sind mit den bekannten thermoplastischen Systemen auf Ethylenvinylacetat oder auf Polyamidbasis ver gleichbar, so daß der Einsatz der erfindungsgemäßen Schmelz klebstoffe auf bereits bestehenden Anlagen unter Verwendung spezieller Aufschmelzsysteme für reaktive Schmelzklebstoffe keinerlei Umbaumaßnahmen oder Veränderungen erforderlich machen.

Die unter Verwendung des erfindungsgemäß beschriebenen Schmelzklebstoffes gefertigten Profile, bestehend z. B. aus einem MDF-Kern, der mit einer nicht vorbehandelten PVC-Dekorfolie oder einem anderen Kunststoff ummantelt worden ist, besitzen herausragende physikalische Eigenschaften.

Nach dem Ausreagieren der Klebefuge wurde die Tempera turbeständigkeit der geklebten Teile in einem Umluft- Trockenschrank geprüft. Der aufsteigende Wärmetest beginnt bei 50°C; die Temperatur wird stündlich um 10°C gesteigert. Vor jeder Temperaturerhöhung wurden die Profile optisch be gutachtet, ob sich Ablösungen zeigten. Diese Prüfung wurde bis zu einer Temperatur von 150°C durchgeführt, eine De laminierung der PVC-Folie vom Träger konnte nicht beobachtet werden.

In Anlehnung an die Beanspruchungsgruppe B4 nach DIN 68 602 wurde die Wasserbeständigkeit der Klebung getestet. Nach 7 Tagen Lagerung im Normalklima DIN 50 014-20/65, an schließendem 6 Stunden Kochtest und abschließender 2 Stunden- Lagerung in kaltem Wasser 20°C +/-2°C bleibt die Folie mit dem Trägermaterial verbunden.

Ein Alterungstest der mit dem erfindungsgemäß be schriebenen reaktiven Klebstoff gefertigten Profile über einen Zeitraum von 6 Monaten, unter Einbehaltung einer Dauer lagertemperatur von 50°C +/-2°C, wird ohne sichtbare Ver änderung überstanden.

Durch zerstörende Prüfung wurde die Kältebeständig keit der Klebung getestet. Nach dem Ausreagieren der Klebe fuge und 24-Stunden-Lagerung bei -10°C, -20°C und -30°C wurde mittels Werkzeug versucht, die Folie vom Träger zu lösen. Dieses gelang in keinem Fall, der Klebstoffilm war genügend elastisch, um die Folie zu halten.

Die mit den beschriebenen reaktiven Schmelzklebstoff gefertigten Klebungen weisen eine hohe mechanische Stabili tät über einen weiten Temperaturbereich auf. Sie sind außer dem beständig gegen verdünnte Laugen und Säuren, eine Viel zahl von organischen Lösemitteln und dem Einfluß von Wasser.

Claims

1. Reaktiver niedrigviskoser Schmelzklebstoff, gekennzeichnet durch 30 bis 80 Gew.-% Polyesterpolyole, die aufgebaut sind aus Hexandiol und Adipinsäure oder Hexandiol und Dodekandisäure mit einem Molekulargewicht von größer als 3000 und einer OH-Zahl von kleiner 38, Butandiol, Hexandiol, Monoethylenglykol, Neopentylglykol und Terephthalsäure, Isophthalsäure, Sebacinsäure, Adipinsäure mit einem Molekulargewicht von 5500 bis 25 000 und einer OH-Zahl von 20 bis 4,5,
10 bis 20 Gew.-% Polycaprolactondiole eines durchschnittlichen Molekulargewichts von 500 bis 50 000, 5 bis 30 Gew.-% niedrigmolekulares Kunstharz aus der Gruppe der Terpen-Phenol-Harze, Cumaron-Inden-Harze, aromatische KW-Harze, polymerisierte Tallharzester, α-Methylstyrolharze und 5 bis 25 Gew.-% präpolymeres Isocyanat.

2. Schmelzklebstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzusetzenden Polycaprolactondiole ein durchschnittliches Molekulargewicht von 30 000 bis 50 000 besitzen.

3. Schmelzklebstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete, niedrigmolekulare Kunstharz ein α-Methylstyrolharz mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1400 ist, dessen phenolische OH-Gruppen nicht mit Isocyanaten vernetzen.

4. Schmelzklebstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das präpolymere Isocyanat aus 70 Gew.-% 4,4′-Diphenyl methandiisocyanat und 30 Gew.-% eines Reaktionsproduktes von 4,4′-Diphenylmethandiisocyanat mit Polyetherpolyol besteht und sein Molekulargewicht größer als 300 ist und der Gehalt an freiem Isocyanat 26% beträgt.