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Die
Erfindung betrifft PVC-Kaltschweißmittel, bestehend aus einer
Lösung
von PVC in Aceton, die zum Verbinden bzw. Ausfugen der Stoßkanten
von PVC-Bahnen verwendet werden.
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PVC-Bahnen
sind aufgrund ihrer Strapazierfähigkeit
und dekorativem Muster als Boden- und Wandbelag außerordentlich
beliebt. Da der Belag zudem wasserdicht und wasserfest ist, wird
er besonders in Naßräumen bei
Krankenhäusern
und Labors verwendet. In zunehmendem Maße wird dieses Material auch
zur Strukturierung und wasserdichten Kaschierungen von Tapeten eingesetzt.
Da aus fabrikationstechnischen und verlegungstechnischen Gründen die
Bahnbreiten häufig
kleiner sind als die zu belegenden Böden, treten beim Verlegen regelmäßig Stoßfugen bzw.
Nähte auf,
an denen der Bodenbelag nicht wasserdicht ist bzw. bei mechanischer
Beanspruchung verletzt werden kann. Bei verlegtem PVC-Boden kommt
es darüber
hinaus mit der Zeit zu einer Schrumpfung der Bahnen, so daß auch anfänglich sehr
dichte Nähte
im Verlauf der Zeit eine Breite von einigen mm erhalten, wodurch
Schmutz und Putzwasser in die Naht eindringt. Die eingedrungene Feuchtigkeit
verursacht bei vollständiger
Verklebung eine Kleberzerstörung,
wodurch sich die Nahtkanten lösen
und hochstellen und sich zwischen Bodenbelag und Boden Blasen bilden.
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Das
Problem der Stoßfugen
stellt sich in noch höherem
Maße beim
Verlegen von PVC-Fliesen, die aufgrund ihrer geringen Verlegegröße natürlich wesentlich
mehr Stoßfugen
aufweisen. Bei einem Textilboden mit einer PVC-Kaschierung als Untergrundmaterial
entfällt
zwar das Problem der Wasserdichtigkeit, da solche Böden üblicherweise
nicht feucht behandelt werden, doch tritt zusätzlich eine Lösung des Textilmaterials
vom Untergrund besonders an den Stoßkanten auf, so daß hier auf
die Dauer Kahlstellen entstehen, die sich von dem sonstigen Belag
unschön
abheben.
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Da
die zu verschweißenden
Bahnen häufig
nur eine Dicke von ca. 1 bis 3 mm besitzen und die Nahtstellen erheblichen
Zugbelastungen ausgesetzt sind, stellt die Verschweißung große Ansprüche an das
zu verwendende Schweißmittel.
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Da
darüber
hinaus die Nähte
sich optisch nach Möglichkeit
wenig von der übrigen
PVC-Bahn abheben soll, scheiden alle Klebstoffe, die sich farblich
oder materialmäßig von
dem verwendeten PVC-Boden abheben, als Schweißmittel aus.
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Da
PVC als thermoplastischer Stoff oberhalb von 160°C formbar ist, besteht die Möglichkeit,
den Nahtbereich so zu erhitzen, daß die Bahnen mit Hilfe einer
Schweißschnur
miteinander verschweißt
werden. Da PVC andererseits bereits bei Temperaturen oberhalb 140°C unter Abgabe
von HCI langsam zersetzt wird, erfordert dieses Verfahren neben
der zur Verfügungstellung
einer entsprechenden Hitzequelle, die nicht überall zur Verfügung steht,
auch eine präzise
Arbeitsweise, um eine qualitätsmäßig einwandfreie
Verschweißung
zu erreichen, d.h. Temperatur und Schweißgeschwindigkeit müssen aufeinander
abgestimmt sein. Führt
man zu schnell, verbindet sich die Schweißschnur schlecht mit dem PVC,
führt man
zu langsam, gibt es Brandflecken auf dem PVC-Belag. Neben den teueren
Gerätschaften
unter Abhängigkeit
von einem Stromanschluß kann das
Verschweißen
nur in mehreren Arbeitsgängen
durchgeführt
werden und läßt sich
nur bei mindestens 0,6 mm starken PVC-Schichten durchführen. Textilbeläge lassen
sich nach dieser Methode nicht verschweißen.
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Aus
der
DE-OS 37 12 292 sind
Kaltschweißmittel
für PVC-Bahnen
bekannt, welche aus einer Lösung von
PVC-Pulver oder Granulat in Tetrahydrofuran bestehen und gegebenenfalls
zusätzliche
Hilfsstoffe, wie Füll-
oder Mattierungsstoffe, Farbstoffe, Weichmacher, Stabilisatoren
etc., enthalten. Bis zu 50 % des Tetrahydrofuranlösungsmittels
kann dabei durch andere organische Lösungsmittel, wie Dioxan, Benzol
oder Toluol, ersetzt werden. Das Kaltschweißmittel wird gemäß dieser
Literaturstelle mittels einer entsprechenden feinen Spezialspritzdüse direkt
in den Nahtbereich der Stoßfuge
eingespritzt. Durch das enthaltene Lösungsmittel wird der Nahtbereich
der verlegten Bahnen beidseitig angelöst und verbindet sich so mit
dem in dem Kaltschweißmittel
enthaltenen PVC-Material nach dem Verdampfen des enthaltenen Lösungsmittels
zu einer durchgehenden Schweißnaht.
Das Verfahren gemäß dieser
Literaturstelle hat sich als außerordentlich
vorteilhaft erwiesen. Bereits nach 10 bis 15 min. sind so verschweißte Nähte so fest,
daß sie
begangen werden können,
nach 1 h sind sie normalerweise total ausgehärtet. Bei Bahndicken von ca.
2 mm ergeben sich Reißfestigkeiten
von 4-6 kg/pro cm Naht, so daß bei
Reißversuchen
mit diesem Material üblicherweise
nicht die Naht selbst, sondern das PVC der zu verklebenden Bahnen
in einer Entfernung von etwa 0,5 bis 1 mm neben dem Nahtbereich
reißt.
Die Verarbeitung ist sehr einfach und kann von jedermann ohne Vorkenntnisse
ausgeführt werden.
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Es
hat sich jedoch als außerordentlich
nachteilig erwiesen, daß das
verwendete Tetrahydrofuran aufgrund seiner Toxizität (MAK 590
mg/m3) in geschlossenen Räumen nur
bedingt angewendet werden darf. Es läßt sich nämlich leicht berechnen, daß eine Schweißnaht einer
Dicke von etwa 2 mm und einer Höhe
von 5 mm auf den laufenden Meter bereits 10 g des Schweißmittels
aufnimmt, d.h. entsprechend etwa 8 g Lösungsmittel freisetzt, was
einer MAK in über
10 cm3 Luft entspricht.
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Aus
der FR 882 411 sind Klebstoffe aus Polyvinylchlorid und Nitrocellulose
sowie anderen in Aceton löslichen
Bindemitteln, welche in Tetrahydrofuran und/oder Aceton gelöst sind
bekannt, die zum flächigen
Verbinden von Gegenständen
unter Druck dienen. Eine Verwendung solcher Klebstoffe als Kaltschweißmittel
ist nicht angesprochen.
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Aus
Kainer "Polyvinylchlorid
und Vinylchlorid-Mischpolymerisate", Springer-Verlag, 1951, Seiten 496-500,
sind ebenfalls Klebstoffe für
das flächige
Verbinden von Gegenständen
wie Papier, Leder, Metall etc. bekannt, die jedoch keine Mischpolymere
mit Polyvinylacetat enthalten und als Kaltschweißmittel nicht geeignet sind.
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Die
US 19 90 685 beschreibt
die Trennung von Vinylpolymeren in Fraktionen durch Herauslösen löslicher
Fraktionen aus einem Polymergemisch, eine Verwendung der Produkte
als Kaltschweißmittel
ist nicht angesprochen.
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Die
US 21 98 794 letztlich offenbart
ein Verfahren zum schnellen Auflösen
von Polyvinylharzen, wobei diese mit einem Quellmittel vorbehandelt
werden. Eine Verwendbarkeit derart hergestellter Lösungen als
Kaltschweißmittel
ist auch hieraus nicht herleitbar.
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Es
stellte sich daher die Aufgabe, ein Kaltschweißmittel zu entwickeln, welches
keine giftigen Lösungsmittel
enthält,
jedoch die gleichen Vorteile und Festigkeiten aufweist wie die bekannten
Mittel.
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Überraschenderweise
konnte diese Aufgabe durch die in dem Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale
gelöst
werden und wird durch die im Unteranspruch und im Nebenanspruch
(Verwendung) aufgeführten
Merkmale gefördert.
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Versuche,
in dem bekannten Kaltschweißmittel,
das Tetrahydrofuran durch andere Lösungsmittel zu ersetzen, scheitern
daran, daß diejenigen
Lösungsmittel,
die in der Lage sind PVC zu lösen, ähnliche
Toxizitätseigenschaften
haben wie Tetrahydrofuran, während
Stoffe, die weitgehend untoxisch sind, insbesondere Aceton und Wasser
PVC nicht lösen.
Der Ersatz des PVC-Anteils in solchen Kaltschweißmitteln durch andere, besser
lösliche
Kunststoffe erweist sich dagegen als unbrauchbar, da diese Stoffe
mit dem PVC der Bodenbelagsbahn keine feste Verbindung eingehen,
so daß die
Nahtstellen nach dem Austrocknen wieder aufreißen.
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Überraschenderweise
konnte nunmehr festgestellt werden, daß bestimmte Co-polymerisate
aus Vinylchlorid und Vinylacetat mit einem Vinylacetatgehalt von
etwa 5-25 %, vorzugsweise 8-15 %, nicht nur in Aceton in einer für die Benutzung
als Kaltschweißmittel
ausreichenden Konzentration gelöst
werden können;
sondern auch an PVC, welches in üblichen
Bodenbelagsbahnen verarbeitet wird, ausgezeichnet haftet. Diese
Copolymerisate sind für
die Herstellung von Folien und Platten im Kalander- und Extrudierverfahren
bekannt. Die so hergestellten Folien sind glasklar, tiefziehfähig und
reckbar, so daß sie
vielfältig
eingesetzt werden können. Ihre
Verwendbarkeit als Schweiß-
oder Klebstoffe ist jedoch nicht bekannt. Da Aceton aufgrund seines
niederen Siedepunktes sogar noch schneller verdampft als THF, härten die
damit verklebten Stoßfugen
sogar noch schneller aus, so daß das
Material schneller wieder betreten und belastet werden darf.
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Es
muß als
außerordentlich überraschend
angesehen werden, daß ein
Kaltschweißmittel
mit einem Lösungsmittel,
welches selbst PVC nicht löst,
in der Lage ist, die an die Schweißnaht angrenzende Schicht doch
offensichtlich zumindest soweit zu beeinflussen, daß eine feste
Verbindung mit dem PVC/VA-Material gebildet werden kann.
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Die
Grenzen der Vinylacetat-Anteile an dem Copolymerisat beruhen einerseits
auf der Löslichkeit
in Aceton, d.h. unter 5 % ist die Löslichkeit nicht mehr ausreichend,
und andererseits auf der Haftung des Materials an PVC-Bahnen, d.h. über 25 %
ist die Haftung nicht mehr ausreichend. Die günstigsten Ergebnisse scheinen
sich in einem Bereich zwischen 8 und 15 % zu ergeben, wo einerseits
eine sehr gute Löslichkeit
und andererseits eine sehr gute Haftfestigkeit gegenüber PVC
erreicht wird.
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Wie
bei den Kaltschweißmitteln
gemäß
DE-OS 37 12 292 kann durch
Zusatz geeigneter Füllstoffe
und Mattierungsmittel, wie Kieselgel, Aluminiumoxid, Titandioxid,
Ruß etc.
sowie von Farbstoffen, die auch sonst in der PVC-Produktion verwendet
werden, wie Cadmiumsulfid, Eisenoxid, Chromoxid, Titandioxid, Ruß, organische
Pigmente etc., das Kaltschweißmittel
in weiteren Grenzen modifiziert und in seinem Aussehen an die zu
verschweißende
PVC-Bahn angepaßt
werden.
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Da
PVC im allgemeinen gegen Licht, insbesondere UV-Licht empfindlich
ist, werden den Kaltschweißmitteln
die gleichen Stabilisierungsstoffe zugesetzt, wie sie auch sonst
im PVC enthalten sind, z.B. Hydroxybenzophenon oder Benzotriazole.
Weiterhin setzt man als Stabilisatoren Antioxidantien und HCI-bindende
Mittel zu. Schwermetallsalze und metallorganische Verbindungen,
wie Dibutyl- oder Dioctylzinnverbindungen sowie gegebenenfalls epoxidiertes
Sojaöl
haben sich dabei bewährt.
Um die Härte
dieser Mittel herabzusetzen, wird zusätzlich üblicherweise noch ein Weichmacher,
beispielsweise ein Phthalat, Adipat oder Phosphat, insbesondere
Dioctylphthalat zugesetzt.
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Durch
Zugabe geeigneter Mengen dieser verschiedenen Hilfsstoffe können die
Eigenschaften der Kaltschweißmittel
in weiten Grenzen an die Eigenschaften des zu verschweißenden PVC
angepaßt
werden und somit eine feste, dauerhafte Verbindung erreicht werden,
welche auch optisch sich kaum abhebt.
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Bei
neuverlegten Böden,
bei denen die Bahnen durch einen einwandfrei ausgeführten Doppelschnitt dicht
aneinanderschließen,
wird Kaltschweißmittel
mit einem hohen Anteil von Lösungsmittel
verwendet. Dies bewirkt, daß das
kriechfreudige (dünne)
Kaltschweißmittel
nicht nur an der Oberfläche,
sondern den gesamten PVC-Naht-Querschnitt verschweißen kann,
wodurch eine hohe Nahtzugfestigkeit erzielt wird. Mit einer dicken Schweißmasse ist
dies nicht möglich.
Ein Liter des Kaltschweißmittels
einer solchen Zusammensetzung ist beispielsweise ausreichend, um
300 m laufende Naht einer Tiefe von 2 mm zu verschweißen.
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Schon
länger
verlegte Böden,
die einem Schrumpfungsprozeß ausgesetzt
waren oder schlecht geschnittene Nähte, bei denen Ritze und Spalten
bis 1-4 mm auftreten, werden umgekehrt vorteilhaft mit einer Mischung,
die relativ viel PVC und Füllmaterial
enthält,
beispielsweise 500 Teile Lösungsmittel
auf 100 Teile PVC, verbunden. Ein Liter einer solchen Mischung reicht
je nach Fugenbreite dabei für
100-150 m Naht.
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Da
die zu verschweißenden
Bahnen üblicherweise
fest auf dem Untergrund verklebt sind, kann das erfindungsgemäße Kaltschweißmittel
mit einer entsprechenden, feinen Spezial-Spritzdüse direkt in den Nahtbereich
der Stoßfuge
eingespritzt werden. Bereits nach 10-15 Minuten ist die verschweißte Naht
so fest, daß sie
begangen werden kann und nach 1 Stunde ist sie normalerweise total
ausgehärtet.
Bei einer Bahndicke von ca. 2 mm ergeben sich Reißfestigkeiten
von 4-6 kg pro cm Naht. Reißversuche
mit diesem Material haben sogar gezeigt, daß üblicherweise nicht die Naht
selbst, sondern das PVC der zu verklebenden Bahnen in einer Entfernung
von etwa 0,5-1 mm neben dem Nahtbereicht reißt. Soweit sehr tiefe Fugen,
beispielsweise 3-5 mm, verschweißt werden sollen, ist besonders
auf eine blasenfreie Ausfüllung
der Fugen und auf eine längere
Aushärtzeit
zu achten. Die Verarbeitung ist sehr einfach und kann von jedermann
ohne Vorkenntnisse ausgeführt werden.
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In
den folgenden Beispielen, die den Gegenstand der Anmeldung nicht
beschränken
sollen, werden bevorzugte Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Mittels
beschrieben.
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Beispiel 1
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PVC-Kaltschweißflüssigkeit
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10
kg Suspensionscopolymere aus 91 % Vinylchlorid und 9 % Vinylacetat
(Vinol H10/60 S, Wacker Chemie GmbH) werden mit 100 kg Aceton in
einem Rührkessel
suspendiert und bei Raumtemperatur 2-3 Stunden gerührt, bis
eine vollständige
Lösung
eingetreten ist. In diese Mischung werden 250 g Aluminiumoxidgelbpulver
eingetragen und eine weitere 1/2 Stunde gerührt, bis die Suspension homogen
verteilt ist.
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Das
Mittel ist direkt gebrauchsfertig, insbesondere zum Verkleben enger
PVC-Nähte.
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Beispiel 2
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PVC-Kaltschweißpaste
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25
kg PVC Suspensionscopolymere aus 85,5 Gew.-% Vinylchlorid und 14,5
Gew.-% Vinylacetat (Vinol VF 1048, Wacker Chemie GmbH) werden in
10 kg Aceton unter Bildung einer dicken Masse suspendiert und 10
kg Kieselgel (Aerosil 200) als Mattierungsmittel zugefügt. Nach
gründlichem
Homogenisieren bei Raumtemperatur innerhalb einer Stunde ist die
Mischung direkt gebrauchsfertig und insbesondere geeignet zum Ausfüllen von
breiteren Fugen von etwa 3-5 mm in PVC-Böden. Die so hergestellte Fugenmasse
hat nach dem Austrocknen eine weiße Färbung. Bei Verwendung mit gefärbten PVC-Bahnen
sind zusätzlich
Farbstoffe beizufügen,
um einen optischen Kontrast zu vermeiden.
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Beispiel 3
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Löslichkeit von PVC- und PVA-Mischpolymerisaten
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Jeweils
1 g der in der folgenden Tabelle aufgeführten PVC-, PVA- und PVC/VA-Mischpolymerisate werden
mit 10 g der in der Tabelle aufgeführten Lösungsmittel bei Raumtemperatur
in einer Schüttelmaschine geschüttelt. Nach
1 und 3 Stunden wird das Ergebnis visuell beurteilt. Soweit ein
Rückstand
vorhanden ist, wird das Lösungsmittel
abfiltriert und durch Verdampfen festgestellt, wieweit eine Lösung eingetreten
ist. In der Tabelle ist eine vollständige Lösung nach 1 Stunde mit ++,
einer überwiegenden
Lösung
nach 3 Stunden mit + angegeben. Eine teilweise Lösung in Form eines Rückstandes
nach Abdampfen der Lösungsmittel
ist mit (–) eine
unvollständige
Löslichkeit
mitaufgeführt.
Für Xylol
wird lediglich eine Quellung, nicht aber eine Lösung festgestellt, so daß in der
Tabelle jeweils ein G aufgeführt
ist.
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Haftung an PVC
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Die
in der vorstehenden Tabelle mit + oder ++ bezeichneten Mischungen
werden in eine 0,5 mm breite Fuge zwischen 2 cm breiten und 5 mm
dicken PVC-Blöcken
eingespritzt, 1 Stunde bei Raumtemperatur getrocknet und auf einer
Zerreißmaschine
die Haftung geprüft.
Zerreißkräfte von
unter 50 kp sind als (–),
Rräfte von
50-100 kp als (+), Rräfte
von 5 bis 500 kp mit (+), und Rräfte
von über
500 kp mit (++) bezeichnet.
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Wie
man sieht, zeigen alle PVC und PVC-Mischungen in Tetrahydrofuran
eine gute Haftung. Die Lösungen
von Polyvinylacetat in Aceton und Butanol zeigen eine geringe Haftung,
in Tetrahydrofuran eine mäßige Haftung,
was auf einer Anlösung
der PVC-Oberflächen
zurückzuführen ist.
Sowohl für
Aceton als auch für Butanol
scheinen Vinylacetatgehalte von 10-15 % bei genügender Löslichkeit der Produkte auch
eine gute Haftung zu vermitteln. Bei höheren Vinylacetatgehalten nimmt
die Haftung aufgrund zunehmender Unverträglichkeit der beiderseitigen
Stoffe ab. Bei abnehmendem Vinylacetatgehalt reicht offensichtlich
der Kunststoffgehalt in der Fuge nicht aus, um eine feste Bindung
zu erzielen.
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