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Diese
Erfindung betrifft Klebstoffzusammensetzungen und Klebstoffe, die
Thioethergruppen enthalten, und verklebte Substrate, bei denen derartige
Klebstoffe verwendet werden.
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Epoxid-Konstruktionsklebstoffe
weisen, obwohl sie für
eine Reihe verschiedener Anwendungen verwendet werden, einige Mängel auf.
Eine Einschränkung
bei Epoxid-Konstruktionsklebstoffen liegt in ihrer Tendenz, aufzuquellen
und bei der Exposition. Wasser und/oder Lösungsmittel gegenüber sich
in einigen Fällen abzubauen.
Beispielsweise absorbieren einige der bekannten Konstruktionsklebstoffe,
die zurzeit in Tintenstrahlkartuschen verwendet werden, bis zu 10
Gewichtsprozent der flüssigen
Tintenkomponenten. Dieses Aufquellen führt zu einer drastischen Reduktion
der Glasübergangstemperatur
des Klebstoffs, wobei der Klebstoff von einem starken Konstruktionsklebstoff
in ein schwaches Elastomer umgewandelt wird, das nicht in der Lage ist,
seine Bindefestigkeit beizubehalten. Das Eindringen von Wasser und/oder
Lösungsmittel
in Klebstoffe kann auch aufgrund von Reaktionen mit Wasser und/oder
Lösungsmittel
zum chemischen Abbau führen.
Das Aufquellen und der Abbau des Konstruktionsklebstoffs führen schließlich zum
Versagen an der Grenzfläche
der Klebstoff-Substratbindung. Ein stark aufgequollenes oder abgebautes
Klebstoffnetzwerk bietet anderen Komponenten einen Weg zum Migrieren
an und Abbauen einer Grenzflächenbindung
bei einem Klebstoffsubstrat. Dieser Mechanismus kann zur Korrosion
des Substrats führen,
wenn korrosive Ionen durch den aufgequollenen Klebstoff hindurch
migrieren.
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Ein
herkömmliches
Verfahren zum Reduzieren der Empfindlichkeit eines Klebstoffs gegen
Aufquellen durch Wasser oder Lösungsmittel
besteht darin, die das Netzwerk bildende Reaktion auf sehr hohe
Vernetzungsdichteniveaus zu treiben. Eine hohe Vernetzungsdichte
führt im
Allgemeinen zu hohen Glasübergangstemperaturen
und erfordert hohe Aushärtungstemperaturen.
Diese Faktoren können
zu hohen Niveaus an Grenzflächenbeanspruchung
zwischen dem Klebstoff und dem Substrat führen, wenn das Substrat ein
Metall, Glas oder Keramikmaterial ist, da die Wärmeausdehnung von amorphen
organischen Harzen, wie beispielsweise Epoxidharzen, viel höher ist
als bei den meisten Metallen, anorganischen Glasarten oder Keramikarten. Beispielsweise
liegt der Wärmeausdehnungskoeffizient
(WAK) bei einem Epoxidharz unterhalb seines Glasübergangs im Allgemeinen bei
etwa 60 ppm/°C.
Der WAK von Silicium beträgt
2,6–2,8
ppm/°C.
Wird ein Epoxidharz von hohem Modulwert bei hoher Temperatur mit
einem Siliciumextruderwerkzeug geklebt, so staut sich eine signifikante
Menge Grenzflächenspannung
zwischen dem Klebstoff und dem Siliciumextruderwerkzeug. Ist das
Siliciumextruderwerkzeug groß und
dünn, so
kann das zu einer unerwünschten
Verformung oder Verbiegung des Extruderwerkzeugs führen. Ist
das Extruderwerkzeug ausreichend steif, um nicht verformt zu werden,
so wird die Restspannung, die aus der WAK-Fehlanpassung herrührt, an
der Grenzfläche
gespeichert, wobei die Bindung geschwächt wird.
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Zwei
Faktoren, die die Grenzflächenspannung
bei einer Klebstoff-Substratbindung beeinflussen, sind die WAK-Fehlanpassung und
der Modulwert des Klebstoffs. Die mit der WAK-Fehlanpassung verbundenen Probleme
können
durch Zusetzen eines „Flexibilisators" gemildert werden,
der den Modulwert des Epoxid-Konstruktionsklebstoffs reduziert.
Der Flexibilisator reagiert zumindest bis zu einem gewissen Grad
mit dem Epoxidharz während
des Härtens,
um in der Polymerrückgratkette
Flexibilität
zu bieten. Typischerweise werden derartige Flexibilisatoren zum
Reduzieren der Glasübergangstemperatur,
zum Reduzieren der Viskosität
und zum Verbessern der Duktilität
des Epoxidklebstoffs verwendet. Der Zusatz eines Flexibilisators
reduziert die Grenzflächenspannung
durch Erhöhen
des gummiartigen oder Niedermodulbereichs des Klebstoffs und Reduzieren
des glasigen oder hohen Modulbereichs des Klebstoffs. Während des
größten Teils
des Kühlzyklus
nach dem Härten
bleibt der flexible Klebstoff im gummiartigen/niedrigen Modulzustand,
wo die Grenzflächenspannung
minimiert ist. Jedoch machen herkömmliche Flexibilisatoren, wie
beispielsweise Polyalkylenoxidamine und epoxybeendete Ether, derartige
Klebstoffe für
das Aufquellen und den Abbauen durch Wasser und/oder Lösungsmittel
besonders anfällig.
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Epoxybeendete
Polysulfide sind ein anderer Typ Epoxidflexibilisator. Während Polysulfidpolymere
dafür bekannt
sind, eine gute Widerstandsfähigkeit
gegen Brenn-/Treibstoff und Feuchtigkeit aufzuweisen, enthalten
sie typischerweise chemisch und thermisch unbeständige Disulfid- und Formalverbindungen,
durch die sie für
viele Anwendungen unbrauchbar gemacht werden.
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Ein
anderer Nachteil von Epoxidharzen liegt in ihrer begrenzten Haftung
an gewissen Substraten. Epoxidharze sind dafür bekannt, eine ausgezeichnete
Haftung an einigen Metallen und eine gute Haftung an einigen Kunststoffen
zu besitzen. Im Allgemeinen bieten Klebstoffe auf Epoxidbasis keine
gute Haftung an nichtpolaren Kunststoffen wie beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol-(ABS-)Polymeren.
Die Verwendung von epoxybeendeten flüssigen Polysulfidpolymeren
in Klebstoffen auf Epoxidbasis ist dafür bekannt, die Haftung an einigen
Typen von Substraten wie beispielsweise Stahl zu verbessern. Jedoch
haben sich epoxybeendete flüssige
Polysulfidpolymere nicht dahingehend erwiesen, dass sie die Haftung
an Kunststoffen wie ABS-Polymeren, Poly(methylmethacrylat) (PMMA),
Polycarbonat, Polyimid oder Silicium verbessern.
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So
besteht weiterhin ein Bedarf für
Klebstoffe auf Epoxidbasis, die eine verbesserte Widerstandsfähigkeit
gegen Wasser und Lösungsmittel
und/oder eine verbesserte Haftung an schwer zu verklebenden Substraten
wie beispielsweise diejenigen, die aus ABS, Poly(methylmethacrylat)
(PMMA), Polycarbonat, Polyimid, Siliciumdioxid hergestellt worden
sind, aufweisen und an Siliconextruderwerkzeug.
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WO-A-00/79582
betrifft ein nachbearbeitbares Unterfülldichtungsmaterial für das Anbringen
eines Halbleitergeräts
an ein Trägersubstrat,
das aus einer Zusammensetzung zubereitet wird, umfassend ein härtbares
Harz (a), bei dem es sich um ein Harz mit einer (Thio)ether- oder Carbonatkernstruktur
und einer heteroatomhaltigen Carbonsäurestruktur, ein Epoxidharz
mit mindestens einem Alkylenoxidrest oder ein Oxidharz mit einem
Monoepoxid(thio)ester- oder Carbonat-Coreaktandenverdünnungsmittel
handelt; und (b) ein Härtungsmittel,
das ein Polyamin, ein Epoxy- oder Novolak-modifiziertes Amin, eine
Amidverbindung oder ein Imidazol enthält; wahlweise mit einem Anhydrid.
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EP-A-0
774 476 offenbart eine duroplastische Zusammensetzung umfassend
(A) ein Epoxygruppen enthaltendes modifiziertes Polyesterpolymer,
das einen Strukturanteil aus (a) einem definierten Carboxylgruppen
enthaltenden Polyesterharz und einen Strukturanteil aus einem Polymer
(b) eines Epoxygruppen enthaltenden Vinylmonomers umfasst, wobei
die Carboxylgruppen und ein Teil der Epoxygruppen in einem Äquivalenzverhältnis der
Carboxylgruppen in der Komponenten (a) zu den Epoxygruppen in dem
Polymer der Komponente (b) von 0,1 oder weniger verbunden sind und
ein Epoxyäquivalenzgewicht
von 200 bis 2.000 g/Mol aufweist, und (B) eine Verbindung mit zwei
oder mehr funktionellen Gruppen aufweist, die durch einen Vinylether,
Vinylthioether oder eine heterocyclische Gruppe blockiert sind,
die Sauerstoff oder Schwefel als Heteroatom trägt und eine Doppelbindung vom
Vinyltyp besitzt.
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US-A-5,364,914
beschreibt eine härtbare
Formmasse in Form eines fließfähigen, teilchenförmigen Feststoffs,
der bei Temperaturen bis zu 60°C
im Wesentlichen nicht selbstklebend, unter Scherbeanspruchung fließfähig und
bei Temperaturen im Bereich von 60°C–150°C selbstklebend und bei Temperaturen über 150°C härtbar ist,
wobei die Zusammensetzung einen ungehärteten oder teilweise gehärteten duroplastischen
Harzvorläufer
und damit innig gemischt ein spezielles Polyarylsulfon umfasst.
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EP-A-0
362 772 stellt einen selbstfixierenden Konstruktionsklebstoff vor,
der ein thermoplastisches Epoxid, das durch Reaktion eines Epoxids
mit einem reaktiven Elastomer hergestellt wird, und ein Epoxidhärtungsmittel,
das bei Umgebungstemperatur reaktiv ist, umfasst.
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JP-A-2000
303052, JP-A-2000 303053 und JP-A-2000 026828 betreffen ein aus
zwei Lösungen
bestehendes Klebstoffmittel-Zusammensetzungsmaterial des mischbaren
Typs, das bei Umgebungstemperatur härtbar ist.
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JP-A-04
175376 beschreibt ein duroplastisches Zusammensetzungsmaterial,
von dem gesagt wird, dass es dem gehärteten Material chemische Eigenschaften,
physikalische Eigenschaften oder Wetterbeständigkeitseigenschaften verleiht.
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JP-A-55
164254 offenbart eine modifizierte Epoxybeschichtungszusammensetzung,
von der gesagt wird, dass sie gute Zwischenschichten-Haftungseigenschaften
aufweist.
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Die
Erfindung bietet Epoxidharzklebstoffe, die Thioethersegmente enthalten,
die in das vernetzte Netzwerk eingearbeitet worden sind. Ein „Thioethersegment" wird als zweiwertiges
Schwefelatom definiert, das an zwei Kohlenstoffatome gebunden ist.
Ein Segment kann eine Sequenz von zwei oder mehr Thioethergruppen
enthalten, die miteinander verbunden sind. Die Thioethersegmente
werden unter Zusatz eines Thioether enthaltenden Flexibilisators
zu der Klebstoffzusammensetzung in einen Epoxidharzklebstoff eingearbeitet.
Im Allgemeinen sind, je mehr Thioethersegmente in den Flexibilisator
eingearbeitet werden und je weniger Sauerstoffethergruppen vorliegen,
die Klebstoffe desto widerstandsfähiger gegen Aufquellen oder
Absorption aufgrund von Exposition Wasser und/oder Lösungsmittel
gegenüber.
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Bei
einer Ausgestaltung bietet die Erfindung eine härtbare Zusammensetzung für das Herstellen
eines Klebstoffs enthaltend Thioethersegmente umfassend eine Mischung
von Epoxidharz, Katalysator und/oder Härtungsmittel und eine epoxyreaktive
Thioether enthaltende Verbindung aufweisend ein Thioetherdiepoxid. Bevorzugte
Thioetherdiepoxide enthalten 2-{[3-({2-[(2-{[3-(2-oxiranylmethoxy)propyl]sulfanyl}ethyl)sulfanyl]ethyl}sulfanyl)propoxy]methyl}oxiran;
2({3-[(6-{[3-(2-oxiranylmethoxy)propyl]sulfanyl}hexyl)sulfanyl]propoxy}methyl)oxiran;
und 2-({3-[(2-{[3-2-oxiranylmethoxy)propyl]sulfanyl}ethoxyethoxyethyl)sulfanyl)propoxy}methyl)oxiran.
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Die
hier beschriebenen epoxyreaktiven Thioether enthaltenden Verbindungen
können
zum Erhöhen der
Flexibilität
und zum Reduzieren der Grenzflächenspannung
des gebildeten Klebstoffs verwendet werden, haben jedoch eine äußerst geringe
negative Einwirkung auf die Widerstandsfähigkeit des Klebstoffs gegen Wasser
und Chemikalien.
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Eine
andere Ausgestaltung der Erfindung besteht aus einem Verfahren für das Verkleben
eines Substrats umfassend die Schritte des Kontaktierens des Substrats
mit einer Klebstoffzusammensetzung umfassend Epoxidharz, epoxyreaktive
Thioether enthaltende Verbindung und Katalysator und/oder Härtemittel,
und Aushärtens
der Klebstoffzusammensetzung, wobei das Substrat Silicium, Edelmetall,
Kunststoffe, Polyimide oder Kombinationen derselben umfasst. Die
erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzungen
bieten Klebstoffe, die eine verbesserte Haftung an Substraten, einschließlich diejenigen,
die aus ABS-Polymeren, Polyimid, Polycarbonat, Poly(methylmethacrylat),
Siliciumdioxid hergestellt sind und an Siliconextruderwerkzeug aufweisen.
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Eine
andere Ausgestaltung der Erfindung bietet einen Klebstoff umfassend
das Reaktionsprodukt von Epoxidharz, Katalysator und/oder Härtemittel
und eine epoxyreaktive Thioether enthaltende Verbindung. Die erfindungsgemäßen Klebstoffe
sind erfindungsgemäße gehärtete Klebstoffzusammensetzungen.
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Andere
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände umfassend Klebstoffe umfassend
Epoxidharz, epoxyreaktive Thioether enthaltende Verbindung und ein
Härtemittel,
das an Substrate geklebt ist, die Silicium, Kunststoff, Metall oder
Kombinationen derselben umfassen.
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Die
Haftungsniveaus der erfindungsgemäßen Klebstoffe an Kunststoffen
wie beispielsweise ABS und Polycarbonat übersteigen diejenigen, die
bei Klebstoffen auf Epoxidbasis zu sehen sind, die keine Schwefelatome
enthalten oder die epoxybeendete Polysulfidpolymere enthalten. Außerdem weisen
Rezepturen, die epoxyreaktive Thioether enthaltende Verbindungen
enthalten, eine verbesserte Haftung an mit Polyimid und Siliciumdioxid
passivierten Siliciumwaferscheiben auf als Klebstoffe, die Polyalkylenoxidamine
wie beispielsweise Bis-3-aminopropylpolytetramethylenoxid enthalten.
Erfindungsgemäße Klebstoffe
können
eine niedrige Spannung aufweisen und sind gegen Wasser und Lösungsmittel
beständig.
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Das
Einarbeiten von Thioethersegmenten in die Netzwerke von Konstruktionsklebstoffen
bietet Klebstoffe, die gegen Aufquellen und den Abbau durch Wasser
und andere Lösungsmittel
widerstandsfähig
sind. Diese Klebstoffe behalten die erwünschten Verarbeitungscharakteristiken
von Epoxidklebstoffen bei, weisen jedoch eine signifikant verbesserte
Widerstandsfähigkeit
gegen Aufquellen und Angriff durch Lösungsmittel und Wasser auf.
Die erfindungsgemäßen Thioethersegment
enthaltenden Klebstoffe weisen auch eine sehr gute Haftung an einer
Reihe verschiedener Substrate auf, die sonst schwer mit einem herkömmlichen
Klebstoff auf Epoxidharzbasis zu verkleben wären.
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Epoxidklebstoffe
sind dafür
bekannt, dass sie an einer Reihe verschiedener polarer Substrate
wie Glas, Keramiktypen und Metallen sehr gut anhaften, jedoch an
den meisten Kunststoffen und Edelmetallen nicht gut haften. Die
Möglichkeit,
die Anzahl von Substraten zu vergrößern, an denen Epoxidklebstoffe
anhaften, würde
die Anwendungen für
diese Materialien erweitern. Die Fähigkeit derartiger Klebstoffe,
an Substraten anzuhaften, die in der Mikroelektronikindustrie verwendet
werden, wie beispielsweise Siliciumdioxid, Siliciumwaferscheiben,
Polyimidfilm und Edelmetalle wie Gold, und an Kunststoffen wie ABS
und Polycarbonat macht diese sehr nützlich.
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Der
Zusatz von Thioethersegmenten zu Klebstoffzusammensetzungen bietet
ein Verfahren für
das Flexibilisieren des Klebstoffs, ohne eine signifikant negative
Auswirkung auf die Widerstandsfähigkeit
gegen Aufquellen und Angriff durch Wasser und/oder organische Lösungsmittel
oder korrosive Flüssigkeiten
wie Tinten dabei zu erfahren. Die Möglichkeit, einen Klebstoff
zu flexibilisieren ist, beim Entwickeln von Klebstoffen niederer
Spannung wichtig. Um eine Widerstandsfähigkeit gegen Aufquellen durch
Wasser und/oder Lösungsmittel
enthaltende Flüssigkeiten
zu erreichen, werden im Allgemeinen Konstruktionsklebstoffe eines
hohen Tg und einer hohen Vernetzungsdichte verwendet. Jedoch können derartige
Klebstoffe spröde
sein und einen Mangel an erwünschten
Haftcharakteristiken aufweisen. Der Klebstoff von hoher Glasübergangstemperatur/hohem
Modulwert kann übermäßige thermische
Spannungen bei empfindlichen elektronischen Substraten hervorrufen.
Ein hoher Modulwert über
dem gesamten Bereich eines Wärmezyklus,
wie beispielsweise Kühlen nach
einer Hochtemperaturhärtung,
kann die unerwünschte
Auswirkung haben, dass eine Verformung oder Biegung das Substrats
verursacht wird. Durch die Möglichkeit,
den Modulwert zu reduzieren oder den Klebstoff durch Zusatz von
flexiblem Segment zu flexibilisieren, wird der Mangel an Duktilität überwunden
und Grenzflächenspannungen
werden minimiert. Thioetherflexibilisatoren sind in der Lage, Duktilität zu verleihen
und Grenzflächenspannungen
zu reduzieren, ohne die Anfälligkeit
zum Aufquellen durch Wasser und andere Lösungsmittel oder korrosive
Flüssigkeiten
zu erhöhen.
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Die
erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzungen
enthalten mindestens eine epoxyreaktive Thioether enthaltende Verbindung,
die ein Thioetherdiepoxid aufweist. „Epoxyreaktiv" bedeutet, dass die
Thioethersegmente mit dem Epoxid durch eine Additionsreaktion oder
Copolymerisationsreaktion reagieren und in das gehärtete Epoxidnetzwerk
eingearbeitet werden. Nützliche
Thioether enthaltende Verbindungen, die eine verbesserte Haftung
an Kunststoffen und eine verbesserte Widerstandsfähigkeit
gegen Wasser und/oder Lösungsmittel
aufweisen, besitzen im Allgemeinen eine Molmasse im Bereich von
320 bis 650. Die epoxyreaktiven Thioether enthaltenden Verbindungen
zur Verwendung als Flexibilisator in einem Epoxidharz sind Thioetherdiepoxide.
Thioetherdiepoxide sind wirksame Flexibilisatoren, die zum Modifizieren
von Epoxidharzen verwendet werden können, die sie jedoch gegen
Abbau durch organische Lösungsmittel
und Wasser weniger anfällig
machen als herkömmliche
flexible Epoxidharze. Bevorzugte Thioetherdiepoxide schließen 2-{[3-({2-[(2-{[3-(2-oxiranylmethoxy)propyl]sulfanyl}ethyl)sulfanyl]ethyl}sulfanyl)propoxy]methyl}oxiran; 2({3-[(6-{[3-(2-oxiranylmethoxy)propyl]sulfanyl}hexyl)sulfanyl]propoxy}methyl)oxiran;
und 2-({3-[(2-{[3-(2-oxiranylmethoxy)propyl]sulfanyl}ethoxyethoxyethyl)sulfanyl) propoxy}methyl)oxiran
und Kombinationen derselben ein. Die epoxyreaktive Thioether enthaltende
Verbindung liegt in den erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzungen
in Konzentrationen von 10 bis 80, bevorzugt 10 bis 55, noch bevorzugter
10 bis 40 Gewichtsteilen, vor.
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Nützliche
Epoxidharze haben die Fähigkeit,
sich mit einer Reihe verschiedener Härtungsmittel und Katalysatoren
und Verfahrensbedingungen unter Bildung harter, sehr starker Konstruktionsklebstoffe
zu härten. Nützliche
Epoxidharze umfassen diejenigen, die aus Bisphenol, Novolak, Cresolnovolakverbindungen
hergestellt worden sind, und andere polyfunktionelle Phenolglycidyletherepoxidharze.
Zur Zeit bevorzugte Epoxidharze sind Diglycidylether von Bisphenol
A, Bisphenol F, Bisphenol AF, Bisphenol S und Kombinationen derselben.
Zur Zeit bevorzugte im Handel erhältliche Diglycidylether von
Bisphenol A schliessen TACTIX 123, DER 332 und 331 von The Dow Chemical
Company, Midland MI; und EPON 828 und RSL 1462 von Shell Chemical
Company, Houston, TX ein. Epoxidharze liegen in den erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzungen
in einem Bereich von etwa 20 bis 80, bevorzugt 40 bis 80, noch bevorzugter
50 bis 70 Gewichtsteilen vor.
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Eine
Reihe verschiedener Härtungsmittel
und Katalysatoren sind zum Härten
von Klebstoffzusammensetzungen, die Thioethervorläuferharze
enthalten, geeignet. Ein „Härtungsmittel", wie es hier verwendet wird,
ist ein epoxyreaktives multifunktionelles Material, das sich mit
den Epoxidharzen durch Additionspolymerisation copolymerisiert und
kovalent in die gehärtete
Harzzusammensetzung eingearbeitet wird, und ein „Katalysator" ist eine Komponente,
die die Homopolymerisation des Epoxidharzes verursacht oder die
Reaktion des Epoxidharzes mit Härtungsmitteln
beschleunigt. Epoxyreaktive Harze wie beispielsweise Polyamine können sowohl
als Härtungsmittel
als auch Katalysator wirken. Häufig verwendete
Epoxyhärtungsmittel
schliessen multifunktionelle Amine und Hydrazide, polyfunktionelle
Phenolhärtungsmittel,
multifunktionelle carbocyclische Säuren, multifunktionelle Mercaptane
und Anhhydride ein. Anionische Epoxidharzhärtungsmittel wie beispielsweise
Amine (beispielsweise Poly(oxyhydrocarbolen)diamine, die in der
US-Patentschrift Nr. 4,521,490 beschrieben sind) sind eine häufig vorkommende
Klasse von Härtungsmitteln,
die bei diesen Klebstoffzusammensetzungen verwendet werden. Ein
zur Zeit bevorzugtes Härtungsmittel
für Zweikomponenten-Epoxidklebstoffrezepturen
ist 4,7,10-Trioxa-1,13-tridecandiamin. Das Härtungsmittel kann in einer
Menge von 0,75 bis 1,6 Äquivalenten
von -NH pro Epoxyäquivalent
und bevorzugt in im Wesentlichen stöchiometrischen Mengen vorliegen.
Bei Umgebungstemperatur findet die Härtung in etwa 6 Stunden bis
7 Tagen oder länger
statt.
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Thioether
enthaltende Klebstoffzusammensetzungen können bei Raumtemperatur nicht
kationisch gehärtet
werden, können
jedoch mit einer Reihe verschiedener anderer Katalysatoren katalytisch
gehärtet werden.
Katalytisch gehärtete
Epoxide werden manchmal zum Bereitstellen von Einkomponentenepoxidharzen
bevorzugt. Verschiedene tertiäre
Amine und Übergangsmetallkomplexe
können
als Katalysatoren für
die Klebstoffzusammensetzungen verwendet werden. Imidazole wie 2-Methylimidazol,
Imidazol oder geblockte Imidazole sind bei diesen Zusammensetzungen
eine bevorzugte Klasse von Katalysatoren. Eine zur Zeit bevorzugte
katalytisch gehärtete
Epoxidrezeptur enthält
eine katalytische Menge von 2-Ethyl-4-methylimidazol
in Verbindung mit „DEH
85", einem Phenolepoxidhärtungsharz,
das von The Dow Chemical Company erhältlich ist. Katalysatoren können in
den erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzungen
in einer Menge von 0,1 bis 6 Gewichtsprozent vorliegen.
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Verschiedene
andere Materialien können
der Zusammensetzung ebenfalls zugesetzt werden, wie es beim Formulie ren
von Epoxidzusammensetzungen üblich
ist, um die Charakteristiken des ungehärteten oder gehärteten Klebstoffs
zu ändern
oder sogar zu verbessern. Derartige Materialien umfassen Lösungsmittel,
Viskositätsmodifikatoren,
Füllstoffe,
Haftvermittler, Pigmente, Farbstoffe, Fasern, Glas- oder Kunststoffmikroperlen
oder -blasen, Weichmacher und Flammverzögerungsmittel wie Antimontrioxid,
Streckmittel, Schlagzähigkeitsverbesserer
wie Gummischlagzähigkeitsverbesserer,
leitfähige
Teilchen, beispielsweise wärme-
und/oder elektrisch leitfähige,
Mikrowellensuszeptoren, Antioxidantien, UV-Stabilisatoren und dergleichen.
Je nach der erwünschten
Funktion des Zusatzmittels können
Mengen von Spuren bis zu 100 Gewichtsprozent oder mehr des Zusatzmittels,
auf das Gewicht der Epoxidgruppen enthaltenden Verbindung in der
Zusammensetzung bezogen, verwendet werden. Bevorzugte Haftvermittler
sind epoxyreaktive Haftvermittler wie Glycidoxypropyltrimethoxysilan,
Aminopropyltrimethoxysilan und Mercaptopropyltrimethoxysilan. Ein
bevorzugter Füllstoff
ist kugelförmiges
Siliciumdioxid. Pyrogene Siliciumdioxide sind im Allgemeinen die
bevorzugte Klasse von Rheologiereglern.
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Im
Allgemeinen werden die erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzungen
hergestellt, indem Epoxidharz zuerst mit der epoxyreaktiven Thioether
enthaltenden Verbindung gemischt, ein Katalysator oder eine Katalysatormischung
mit dem Harz kombiniert wird, irgendwelche wahlweisen Zusatzmittel
zugegeben werden und die Mischung dann bei einer geeigneten Temperatur
für eine
geeignete Zeitspanne zum Härten
des Harzes erhitzt wird. Das Temperatur- und Zeitprofil für das Härten irgendeiner
spezifischen Klebstoffzusammensetzung hängt von dem verwendeten Epoxidharz
und Katalysator oder Härtemittel
ab. Die Techniken, die zum Bestimmen des geeigneten Temperatur-/Zeitprofils
zum Härten
der Klebstoffzusammensetzung verwendet werden, liegen innerhalb
des Wissensbereichs der Fachleute, die mit dem Stand der Technik
der Epoxidklebstoffe vertraut sind.
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Die
erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzungen
und Klebstoffe können
für Klebeanwendungen verwendet
werden, bei denen ein hoher Grad an Widerstandsfähigkeit gegen Wasser und Lösungsmittel
erforderlich ist und/oder zum Verkleben schwerer Substrate wie ABS-Polymere, Polyimid,
PMMA-Polymere, Polycarbonate oder Siliconextruderwerkzeng verwendet
werden. Die erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzungen
und Klebstoffe können
auch zum Kleben von Edelmetallen wie Gold, Platin, Palladium, Silber,
Iridium und Kombinationen derselben verwendet werden. Eine erfindungsgemäße Klebstoffzusammensetzung
wird einfach auf das zu klebende Substrat oder die zu klebenden
Substrate aufgebracht, die Substrate werden miteinander verbunden
und die Klebstoffzusammensetzung thermisch gehärtet oder vernetzt. Beispielsweise
wird eine erfindungsgemäße Klebstoffzusammensetzung
auf einen Druckerkopf oder eine Tintenstrahlkartusche aufgebracht,
der Druckerkopf und die Tintenstrahlkartusche werden miteinander
verbunden und die Klebstoffzusammensetzung wird gehärtet.
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Beispiele
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Es
sei denn, es wird etwas anderes angegeben, so sind die einzelnen
Komponenten von chemischen Lieferanten wie Aldrich Chemical Company,
Inc., Milwaukee, WI, erhältlich.
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Glossar
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RSL
1462 ist ein im Handel erhältlicher
Diglycidylether von Bisphenol A und war von Shell Chemical Company,
Houston, TX erhältlich.
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Bis-3-aminopropylpolytetramethylenoxid
(PolyTHF-Diamin) ist ein diprimäres
Polytetramethylenoxidamin mit einer zahlendurchschnittlichen Molmasse
von 2.000 und war von BASF Corporation, Parsippany, NJ erhältlich.
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SILSTAR
LE-05S ist eine Marke eines kugelförmigen Quarzgutfüllstoffs
(CAS-Nr. 60676-86-0) und war von Nippon Chemical Industrial Co.,
LTD, Tokio, Japan erhältlich.
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Epoxydsilan
ist 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan (CAS-Nr. 2530-83-8) und war von Aldrich Chemical Company,
Inc., Milwaukee, WI, erhältlich.
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DMDS
ist Dimercaptodiethylsulfid, HSC2H4SC2H4SH
(CAS-Nr. 3570-55-6) und war von Itochu Specialty Chemical Inc.,
White Plains, NY, erhältlich.
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1,6-Hexandithiol
(CAS-Nr. 1191-43-1) war von Aldrich Chemical Company, Milwaukee,
WI, erhältlich.
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1,8-Dimercapto-3,6-dioxaoctan,
DMDO (CAS-Nr. 14970-87-7)
war von Itochu Specialty Chemical Inc., White Plains, NY, erhältlich.
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D.
E. H.® 85
ist ein Phenolepoxidhärtungsmittel
(CAS-Nr. 025036-25-3 & 000080-05-7)
und war von Dow Chemical Company, Midland, MI, erhältlich.
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2E4MI
ist 2-Ethyl-4-methylimidazol (CAS-Nr. 931-36-2) und war von Aldrich
Chemical Company, Inc., Milwaukee, WI, erhältlich.
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Allylglycidylether
(CAS-Nr. 106-92-3) war von Aldrich Chemical Company, Inc., Milwaukee,
WI, erhältlich.
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IGRACURE
651 ist ein Markennamen von 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon, C6H5COC(OCH3)2C6H5,
(CAS-Nr. 24650-42-8)
und war von Ciba Specialty Chemicals, Tarrytown, NJ, erhältlich.
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ANCAMINE
1922A ist 4,7,10-trioxa-1,13-tridecandiamin (CAS-Nr. 4246-51-9),
ein Epoxidhärtungsmittel
und war von Air Products and Chemicals, Inc., Allentown, PA, erhältlich.
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EPON
828 ist ein Diglycidylether von Bisphenol A und war von Shell Chemical
Company, Houston, TX, erhältlich.
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Klebstoffklebetestverfahren
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Die
Adhärenten
bestanden aus sechs Typen:
- 1. Siliciumwaferchip
mit Siliciumdioxidpassivierung
- 2. 2024-T3 nacktes Aluminium (0,063 inch dick)
- 3. KAPTON E (0,002 inch dick), von DuPont Corporation erhältlich.
- 4. ABS ist ein Acrylnitril-Butadien-Styrolsubstrat, 5 mm dick,
als ROYALITE ABS (schwarz) von Uniroyal, Sarasota, FL, erhältlich.
- 5. PC ist ein Polycarbonatsubstrat, 5 mm dick, das als LEXAN-Polycarbonat
von GE Plastics, Minneapolis, MN, erhältlich ist.
- 6. PMMA ist ein Poly(methylmethacrylat)-Substrat, 5 mm dick,
das als PLEXIGLAS von Rohm & Haas,
Philadelphia, PA, erhältlich
ist.
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Zubereitung
der Oberfläche
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Die
nackte Aluminiumlegierung 2024-T3 wurde dem in ASTM D3933-80 beschriebenen
Phosphorsäure-Anodisierungsverfahren
entsprechend, jedoch mit folgenden Modifikationen, oberflächenvorbereitet:
- a. Das alkalische Entfettungsmittel war OAKITE
164
- b. Das Desoxidierungsbehandlungsmittel war FPL-Ätzungsmittel (wie in ASTM D2651-79,
Abschnitt 5.7, Methode G beschrieben)
- c. Die Lufttrocknung fand 10 Minuten lang bei Umgebungstemperatur
statt
- d. Das forcierte Trocknen fand 10 Minuten lang bei 155°F (68°C) statt
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Der
Siliciumwaferchip mit Siliciumdioxidpassivierung wurde wie angeliefert
verwendet.
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Der
KAPTON E-Film wurde als metallisierter Einflächenfilm von Minnesota Mining
and Manufacturing Company, St. Paul, MN, erhalten. Die Metallisierung
war durch Grundätzen
vollständig
entfernt worden und alle Haftungsprüfungen erfolgten auf dieser
vorher metallisierten Oberfläche
ohne zusätzliche
Zubereitung und Behandlung.
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Schälfestigkeit
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Stücke von
nacktem Aluminium 2024-T3 wurden zu Proben zerschnitten, die 1 × 3 inch
(2,54 × 7,62 mm)
groß waren
und die Aluminiumproben wurden wie oben beschrieben anodisiert.
Sechs Proben wurden nebeneinander auf ein Stück Aluminiumfolie gelegt und
mit Hilfe eines TeflonTM-Bands an der Aluminiumfolie befestigt.
Ein Schaber wurde zum Auftragen eines 10 mil (0,25 mm) dicken Streifens
Klebstoff auf die zwei Inch des auf der Platte aufgebauten Systems
verwendet, die nicht mit dem TeflonTM-Band
bedeckt waren. Die Platten wurden durch Schneiden des Bands getrennt
und eine Beschichtung von Keramikperlen mit einem mittleren Durchmesser
von etwa 10 mil (0,25 mm) wurde auf die Klebstoffbeschichtung aufgestreut.
Der oben beschriebene Polyimidfilm wurde auf die Klebstoffoberfläche aufgebracht,
wobei die entmetallisierte Oberfläche des Films dem Klebstoff
zugewandt war. Die Proben wurden auf einem Stück Aluminiumfolie zusammen
angeordnet, die von einem Stück
Karton getragen wurde, das wiederum von einem Stück dicker Aluminiumplatte getragen
wurde. Die Proben wurden dann mit einem weiteren Stück Aluminiumfolie
und einem weiteren Stück Karton
bedeckt und das Verbundsystem wurde in eine Carver-Presse eingegeben,
die auf 130°C
eingestellt worden war. Das System wurde in der Presse 10 Minuten
lang erhitzt, während
ein leichter Kontaktdruck auf das System aufgebracht wurde, um die
Proben in der ausgerichteten Anordnung zu halten. Nach Entfernen aus
der Presse ließ man
die Prüfstücke auf
Raumtemperatur abkühlen.
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Die
Polyimidfilmproben wurden der Mitte entlang und dann wiederum in
einem Abstand von 0,375 inch (9,5 mm) vom Mittelpunkt aufgeschlitzt,
um zwei 3/8 inch (9,5 mm) breite Streifen für den Schältest zu bilden.
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Die
Probe wurde auf eine Schälvorrichtung
von 90° (die
derjenigen ähnlich
ist, die in 9.8 in A. V. Pocius, Adhesion
and Adhesives Technology, An Introduction (Klebstoff und Klebstofftechnologie,
eine Einführung),
Hanser Verlag, München,
1997 gezeigt ist) befestigt und die Probe wurde mit 0,01 inch/Minute
(0,25 mm/Minute) abgezogen und die Probe wurde über eine Entfernung von bis
zu 0,1 inch (2,54 mm) oder bis zu der Stelle abgezogen, bei der
ein gleichbleibender Schälkraftwert
erhalten wurde. Die Schälkraft
wird in Pfundkraft pro inch Breite (N/254 cm) berichtet, was durch
Teilen der Schälfestigkeit
durch die Breite der Probe errechnet werden kann.
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Chipabscherung
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Eine
Probe von Aluminium 2024-T3 wurde auf eine Größe von 1 × 1,5 inch (2,5 × 3,8 mm)
zugeschnitten. Sie wurde der oben beschriebenen Vorgehensweise entsprechend
anodisiert. Siliciumwaferchips wurden aus einem großen Wafer
in Chips von 2,8 Quadratmillimeter geschnitten.
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Flache
Dichtungen aus TeflonTM-Film wurden aus
einem 1 mil (0,025 mm) dicken Film herausgestanzt. Die Dichtungen
hatten einen Außendurchmesser
von 4,8 mm und einen Innendurchmesser von 2,5 mm. Tropfen von Klebstoff
wurden in einer Reihe einer Kante einer Oberfläche der Aluminiumplatte entlang
aufgebracht. Die TeflonTM-Dich tungen wurden
auf den Klebstoff derart aufgebracht, dass der Tropfen in das Loch
in der Dichtung passte, und ein Chip wurde auf den Klebstoff aufgebracht.
Das System wurde in eine Presse eingegeben, die für das Aufbringen
von Hitze und Druck auf elektronische Systeme konstruiert war und
der Klebstoff wurde 10 Minuten bei 130°C gehärtet. Nach Entfernen aus der
Presse ließ man
die Proben auf Raumtemperatur abkühlen.
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Die
Chipscherfestigkeit wurde mit Hilfe eines DAGE 2400 PC Chipscherfestigkeitstesters
(von Dage Precision Industries, England erhältlich) den Chipscherfestigkeitsverfahren,
die in dem Gerätehandbuch
skizziert sind, entsprechend bestimmt. Die Werte der Chipscherkraft
wurden in Kilogramm der Kraft erhalten, die zum Herausdrücken der
Probe aus der Position erforderlich war. Die Chipscherkraft wurde
durch Teilen der gemessenen Scherkraft durch den verklebten Bereich
berechnet und wurde auf 0,049 cm2 berechnet.
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Überlappungsschertest
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Es
sei denn, es wird etwas Anderes angegeben, so wurden Kunststoffsubstrate
durch dreimaliges Wischen mit einer Mischung von 50:50 Isopropylalkohol:destilliertem
Wasser zubereitet. Die Überlappungsscherung
wurde an 25,4 mm breiten Proben mit einer 12,7 mm langen Überlappung
gemessen. Es wurden drei Proben bei jedem Probentyp getestet. Glasperlen
mit einem Durchmesser von 0,25 mm wurden der Zusammensetzung in
einer Menge von etwa 1 Gewichtsprozent zugegeben, um als Abstandhalter
zum Sicherstellen einer Klebelinie von 0,25 mm zu wirken. Die Prüfung erfolgte
bei einer Greiftrennungsrate von 0,25 mm/min auf einem Instron Materialprüfsystem,
Modell 4465 (Canton, OH).
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Qualitativer
Haftungstest
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Qualitative
Haftungstestproben wurden durch Aufbringen eines Klümpchens
Klebstoff von etwa 2 cm Durchmesser auf das Testsubstrat, das von
Interesse ist, herge stellt. Die Dicke des Klümpchens wurde durch die Oberflächenspannung
bestimmt. Nach dem Härten
wurde eine Rasierklinge benutzt, um das Klümpchen zu entfernen. Mindestens
zwei Proben wurden bei jedem Probentyp getestet.
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Ein
Klebstoff wurde als „leicht" zu entfernen eingestuft,
wenn das Klümpchen
durch Einschieben der Rasierklinge zwischen dem Klümpchen und
dem Substrat über
eine Entfernung von etwa 2–4
mm von der Kante und darauffolgendes Wegbewegen der Rasierklinge
von dem Substrat abgeschält
werden konnte. Ein Klebstoff wurde als „ziemlich leicht" zu entfernen eingestuft,
wenn die Prüfergebnisse
zwischen den Einstufungen „leicht" und „schwer" lagen. Ein Klebstoff
wurde als „schwer" zu entfernen eingestuft,
wenn die Rasierklinge zwischen dem Klümpchen und dem Substrat durch
eine Stoßbewegung
eingeschoben werden musste, um die Abschälfront nach vorne zu bewegen.
Ein Klebstoff wurde als „festgeklebt" eingestuft, wenn
alle Anstrengungen, ihn von Hand mit Hilfe einer Rasierklinge zu
entfernen, nur zum Abschneiden von Stückchen von Klebstoff oder Ausschneiden
von Stückchen
vom Substrat führten
(das heißt
es konnte kein Grenzflächenversagen
verursacht werden).
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Es
sei denn, es wird etwas Anderes angegeben, so wurden Kunststoffsubstrate
durch dreimaliges Mischen mit einer Mischung von 50:50 Isopropylalkohol:destilliertem
Wasser zubereitet.
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Messen der
Glasübergangstemperatur
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Die
Glasübergangs-(Tg)-Werte
wurden entweder durch ein Differentialkalorimeter (DK) oder durch
dynamische mechanische Prüfungen
erhalten. Die DK-Tests wurden an einem Thermoanalyseinstrument TA 2100
durchgeführt.
Die Probengrößen lagen
im Bereich von 2–10
mg und sie wurden typischerweise mit einer Geschwindigkeit von 10°C/Minute
von 25°C
auf 225°C
erhitzt. Der Tg wurde als die halbe Höhe des Schrittübergangs
angenommen.
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Als
Alternative wurden Glasübergangs-(Tg)-Werte
als Maximum im tan-Delta angenommen, das aus dynamischen mechanischen
Tests (DMTA) erhalten wurde, die bei einer Frequenz von 1 Hz mit
Hilfe eines dynamischen mechanischen Testers, Rheometrics RSA II
(Piscataway, NJ) im Filmmodus und Erhitzen in Schritten von 3°C mit einer
Aufenthaltszeit von 15 Sekunden durchgeführt wurden. Die Proben aus
der DMTA-Prüfung
wurden durch Gießen
von Klebstoff in eine Form mit einer Öffnung, die 12,7 mm breit und
0,8 mm tief und etwa 50 mm lang war, zubereitet. Die Form wurde
durch Schneiden einer Öffnung
in Siliconkautschukband (SNS 4405 Solid von CHR Industries, New
Haven, CT) und Festkleben des Bands an mit Trennschicht beschichteten
Polyesterfilm hergestellt.
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Beispiel 1
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Beispiel
1 beschreibt die Zubereitung der Versuchsverbindung 1, 2-{[3-({2-[(2-{[3-(2-Oxiranylmethoxy)-propyl]sulfanyl}ethyl)sulfanyl)ethyl}sulfanyl)propoxy]methyl}oxiran
(Struktur 1).
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DMDS
(50,01 g), Allylglycidylether (16,72 g) und IRGACURE 651 Initiator
(0,08 g) wurden zusammen in einem Glaszylinder geschüttelt, bis
der Initiator gelöst
war. Die Lösung
wurde zwei Stunden durch zwei GTE 15W Sylvania-Birnen von 350 nm
bestrahlt, während
welcher Zeit sie ab und zu geschüttelt
wurde. Die Verbindung 1, die als Struktur 1 gezeigt ist, wurde durch
Konzentrieren der Reaktionsmischung unter Vakuum bei 80°C zum Entfernen
des überschüssigen Allylglycidylethers
gewonnen und ohne weitere Reinigung verwendet. Die NMR-Analyse des
isolierten Produkts zeigte, dass die gesamten Mercapto- und Olefinfunktionalitäten reagiert
hatten.
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Beispiel 2
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Beispiel
2 beschreibt die Zubereitung der Versuchsverbindung 2, 2-({3-[(6-{[3-(2-Oxiranylmethoxy)propyl]sulfanyl}hexyl)sulfanyl)propoxy]methyl}-oxiran
(Struktur 2).
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1,6-Hexandiol
(10,50 g), Allylglycidylether (16,72 g) und IRGACURE 651 Initiator
(0,08 g) wurden zusammen in einem Glaszylinder geschüttelt, bis
der Initiator gelöst
war. Die Lösung
wurde zwei Stunden durch zwei GTE 15W Sylvania-Birnen von 350 nm
bestrahlt, während
welcher Zeit sie ab und zu geschüttelt
wurde. Die Verbindung 2, die als Struktur 2 gezeigt ist, wurde durch
Konzentrieren der Reaktionsmischung unter Vakuum bei 80°C zum Entfernen
des überschüssigen Allylglycidylethers
gewonnen und ohne weitere Reinigung verwendet. Die NMR-Analyse des
isolierten Produkts zeigte, dass die gesamten Mercapto- und Olefinfunktionalitäten reagiert
hatten.
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Beispiel 3
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Beispiel
3 beschreibt die Zubereitung der Versuchsverbindung 3, 2-({3-[(2-{[3-(2-Oxiranylmethoxy)propyl]sulfanyl}ethoxyethoxyethyl)sulfanyl)propoxy]methyl}oxiran
(Struktur 3).
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1,8-Dimercapto-3,6-dioxaoctan
(42,5 g), Allylglycidylether (55,9 g) und IRGACURE 651 Initiator
(0,26 g) wurden zusammen in einem Glaszylinder geschüttelt, bis
der Initiator gelöst
war. Die Lösung
wurde zwei Stunden durch zwei GTE 15W Sylvania-Birnen von 350 nm
bestrahlt, während
welcher Zeit sie ab und zu geschüttelt
wurde. Die Verbindung 3, die als Struktur 3 gezeigt ist, wurde durch
Konzentrieren der Reaktionsmischung unter Vakuum bei 80°C zum Entfernen
des überschüssigen Allylglycidylethers
gewonnen und ohne weitere Reinigung verwendet. Die NMR-Analyse des
isolierten Produkts zeigte, dass die gesamten Mercapto- und Olefinfunktionalitäten reagiert
hatten.
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Beispiel 4
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Beispiel
4 beschreibt die Zubereitung eines Klebstoffs mit Siliciumdioxidfüllstoff,
der die Versuchsverbindung 1 enthält. RSL 1462 und D. E. H. 85
wurden bei 125°C
erhitzt und gemischt, bis ein klares Homogen erhalten wurde. Die
Lösung
wurde auf 25°C
gekühlt
und die übrigen
Bestandteile, ausschließlich
des 2E4MI, wurden zugegeben und etwa 15 Minuten lang unter Vakuum
gerührt.
Das flüssige
2E4MI wurde dann zugegeben und mehrere Minuten lang gerührt, um
den Katalysator in der Klebstoffzusammensetzung vollständig zu lösen. Die
Mengen der für
das Zubereiten der Klebstoffzusammensetzungen 1 und 2 verwendet
wurden, sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Vergleichsbeispiel 1
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Das
Vergleichsbeispiel 1 beschreibt die Zubereitung von Klebstoffen
mit Siliciumdioxidfüllstoff,
die einen typischen Flexibilisator für Epoxidharze, PolyTHF-Diamin, enthalten.
Die Vergleichsklebstoffzusammensetzungen C1 und C2, deren Zusammensetzungen
in Tabelle 2 gezeigt sind, wurden durch ein Verfahren zubereitet,
das demjenigen identisch ist, das für die Klebstoffzusammensetzungen
1 und 2 verwendet wurde.
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Die
Klebstoffzusammensetzungen 1 und 2 und die Vergleichsklebstoffzusammensetzungen
C1 und C2 wurden auf ihre Widerstandsfähigkeit gegen Aufquellen durch
Messen der Gewichtszunahme in einer Mischung von Wasser/n-Butanol von 96/4
geprüft.
Ein entgaster Teil jeder Probenzusammensetzung wurde in eine senkrechte
Form von 10 cm × 10
cm × 0,16
cm eingegossen, die auf 130°C
vorerhitzt worden war, und die Proben wurden 20 Minuten bei 130°C gehärtet, um
vollständig
gehärtete
0,16 cm dicke Harzsteine zu erhalten. Proben von etwa 1,5 cm × 1,5 cm
wurden aus den Steinen geschnitten und in einem Vakuumofen von 100°C bei 2 Torr
2 Stunden lang getrocknet. Die Proben wurden daraufhin sorgfältig gewogen
und in ein Gefäß eingetaucht,
das eine Lösung
von Wasser/n-Butanol von 96/4 enthielt. Das Gefäß wurde dicht verschlossen und
in einen Ofen bei 60°C
eingegeben. Die Proben wurden periodisch entfernt, mit Wasser gespült, sorgfältig mit
einem Papiertuch getrocknet und gewogen. Die Gewichtszunahme, bei
der es sich um einen Hinweis auf die Anfälligkeit der Probe für Aufquellen
handelt, wird als prozentuale Erhöhung im Vergleich mit dem Originalgewicht
aufgezeichnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben.
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Die
Daten in Tabelle 3 zeigen, dass gehärtete Proben, die aus den Klebstoffzusammensetzungen
1 und 2 hergestellt sind, die die Versuchsverbindung 1 enthalten,
geringere Gewichtszunahmen aufweisen und daher gegen Aufquellen
in Wasser/n-Butanol widerstandsfähiger
sind, als diejenigen, die aus den Vergleichsklebstoffzusammensetzungen
C1 und C2 hergestellt sind, die einen typischen Epoxidflexibilisator
enthalten.
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Die
Klebstoffzusammensetzungen 1 und 2 und die Vergleichsklebstoffzusammensetzungen
C1 und C2 wurden zum Zubereiten von Verklebungen eines mit Siliciumdioxid
passivierten Siliciumwaferchips auf anodisiertem Aluminium 2024-T3
und zum Zubereiten von 90°-Abschälproben
von Polyimidfilm auf anodisiertem Aluminium 2024-T3 verwendet. Diese
Klebstoffprüfungen
sind in dem obigen Abschnitt über
Prüfverfahren
beschrieben und die Ergebnisse der Prüfungen sind in Tabelle 4 aufgeführt.
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Die
Daten in Tabelle 4 zeigen deutlich, dass die Vergleichsbeispiele
C1 und C2 bezüglich
der Haftfestigkeit, wie durch die Chipscher- und Abschälfestigkeit
gemessen, schlechter abschneiden als die Klebstoffzusammensetzungen
1 und 2.
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Beispiel 5
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Beispiel
5 beschreibt die Zubereitung von Klebstoffzusammensetzungen, die
die Versuchsverbindungen 1, 2 und 3 und keinen Siliciumdioxidfüllstoff
enthalten. Die Klebstoffzusammensetzungen 3–16, deren Zusammensetzungen
in Tabelle 5 gezeigt sind, wurden dem in Beispiel 4 beschriebenen
Verfahren entsprechend zubereitet. Die verschiedenen Komponenten
jeder Probe wurden in Aluminiumpfannen eingegeben und von Hand gemischt.
Die Pfannen wurden dann in einem Ofen 1 Stunde bei 80°C, 1 Stunde
bei 120°C
und 1 Stunde bei 175°C
zum Aushärten
der Klebstoffzusammensetzungen erhitzt.
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Vergleichsbeispiel 2
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Die
Vergleichsklebstoffzusammensetzungen C3–C10, deren Zusammensetzungen
in Tabelle 6 gezeigt sind, enthalten typische, im Handel erhältliche
Epoxidflexibilisatoren und wurden durch ein Verfahren zubereitet,
das demjenigen identisch ist, das in Beispiel 4 beschrieben ist.
Die Harzmischungen wurden in Formen von 4 inch × 4 inch × 1/16 inch eingegossen und
durch Erhitzen in einem Ofen für
1 Stunde bei 80°C,
1 Stunde bei 120°C
und 1 Stunde bei 175°C
gehärtet.
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Die
Vergleichsklebstoffzusammensetzungen C11–C16, deren Zusammensetzungen
in Tabelle 7 gezeigt sind, enthalten epoxybeendete Polysulfidharze
von Morton International und wurden durch ein Verfahren zubereitet,
das demjenigen identisch ist, das in Beispiel 4 beschrieben ist.
Die Proben wurden in Aluminiumpfannen zubereitet und von Hand gemischt.
Die Pfannen wurden dann in einem Ofen 1 Stunde bei 80°C, 1 Stunde
bei 120°C
und 1 Stunde bei 175°C
erhitzt, um die Vergleichsklebstoffzusammensetzungen zu härten.
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Das
Aufquellen der Klebstoffzusammensetzungen 3–16 und der Vergleichsklebstoffzusammensetzungen
C3–C10
wurde durch Messen der Gewichtszunahme der Proben in einer Mischung
von Wasser/n-Butanol von 96/4 und in Lexinark-Cyantinte charakterisiert.
Die Cyantinte stammt aus der Farbtintenstrahlkartusche, Teil-Nr.
12A1980, von Lexmark. Proben, die etwa 0,3 g wogen, wurden von den
1/16 inch dicken Filmen ausgeschnitten, die oben zubereitet worden
waren, 24 Stunden bei 60°C
in einem Vakuumofen getrocknet und vor dem Eintauchen in eine Tinte
oder Lösung
von Wasser/n-Butanol enthaltende Phiole gewogen. Die Phiolen wurden
dann bei 60°C
in einen Ofen eingegeben. Proben wurden von den Aufquellflüssigkeiten
periodisch entfernt, sorgfältig
mit einem Papiertuch getrocknet oder im Falle der Tinten mit Wasser
gespült
und trockengeklopft und gewogen. Die prozentuale Gewichtszunahme
wurde aus der Formel: (Gewicht im aufgequollenen Zustand) – (Originalgewicht)/(Originalgewicht)
berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 gezeigt. Die Gewichtszunahme
nach 3 Tagen wird für
die in Wasser/n-Butanol eingeweichten Proben aufgeführt und
die Gewichtszunahme nach 13 Tagen wird für die in Cyantinte eingeweichten
Proben aufgeführt.
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Die
Glasübergangs-(Tg)-Temperaturen
jeder Probe wurden durch DK gemessen und sind ebenfalls in Tabelle
8 gezeigt.
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Die
Daten in Tabelle 8 zeigen, dass die Versuchsverbindungen 1, 2 und
3 verwendet werden können, um
die Glasübergangstemperatur
eines Epoxidharzes zu reduzieren, während die Widerstandsfähigkeit
gegen Lösungsmittel
und Tinte in dem Harz beibehalten wird. Herkömmliche Epoxidflexibilisatoren
wie beispielsweise Poly-THF-Diamin,
ANCAMINE 1922A und DER 732 reduzieren die Glasübergangstemperaturen von Epoxidharzen
ebenfalls, sie reduzieren jedoch die Widerstandsfähigkeit
der Harze gegen Lösungsmittel
und Tinte noch drastischer. Ein spezifischer Vergleich der Klebstoffzusammensetzung
10 und der Vergleichsklebstoffzusammensetzung 5, die beide Glasübergangstemperaturen
von 90°C
aufweisen, zeigt, diese Wirkung. Die Klebstoffzusammensetzung 10
quillt 2,8 Prozent in Wasser/n-Butanol und 2,1 Prozent in Cyantinte
auf, während
die Vergleichsklebstoffzusammensetzung 5 in Wasser/n-Butanol 12,1
Prozent und in Cyantinte 9,9 Prozent aufquillt. Die Daten zeigen
außerdem,
dass Proben, die aus den Versuchsverbindungen 1, 2 und 3 zubereitet
worden sind, eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Tinte als Proben
aufweisen, die aus epoxyterminierten Polysulfidpolymeren, die von
Morton International erhältlich
sind, hergestellt worden sind. Sowohl die Klebstoffzusammensetzung
12 als auch die Vergleichsklebstoffzusammensetzung C16 besitzen
Glasübergangstemperaturen
von etwa 65°C.
Die Vergleichsklebstoffzusammensetzung C16 quillt in Tinte 2,2-mal
mehr auf, als die Vergleichszusammensetzung 12.
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Beispiel 6
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Beispiel
6 zeigt die Haftung mehrerer Epoxidrezepturen, die die Versuchsverbindung
1 enthalten, an verschiedenen Kunststoffen. Mehrere verschiedene
Konzentrationen der Versuchsverbindung 1 wurden zum Herstellen der
in Tabelle 9 gezeigten Klebstoffzusammensetzungen A–H verwendet.
Das Epoxidharz, ANCAMINE 1922A, und die Versuchsverbindung 1 wurden
von Hand gemischt und mindestens 24 Stunden unter Umgebungsbedingungen
gehärtet.
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Die
Zusammensetzungen wurden mit Hilfe des qualitativen Haftungstests
(Abschälmodus)
(oben im Abschnitt Prüfmethoden
beschrieben) beurteilt. Die Zusammensetzung wurde vor dem Zubereiten
der Testproben unter Vakuum entgast. Die Ergebnisse sind in Tabelle
10 gezeigt.
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Die
Daten in Tabelle 10 zeigen, dass, wenn die Versuchsverbindung 1
mit EPON 828 in einem Verhältnis
von 10/90 bis 50/50 gemischt wird, die gebildeten Klebstoffe hartnäckig an
ABS und Polycarbonat anhaften. Diese die Versuchsverbindung 1 enthaltenden
Klebstoffe weisen eine wesentlich verbesserte Haftung an diesen
Kunststoffen als die Kontrolle auf, die keinen Flexibilisator enthält. Die
Klebstoffzusammensetzungen G und H härten sich zu gummiartigen Materialien
aus, die ohne Weiteres von den Kunststoffoberflächen zu entfernen waren.
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Beispiel 7
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Beispiel
7 zeigt, dass eine die Versuchsverbindung 1 enthaltende durch Imidazol
gehärtete
Epoxidharzrezeptur ebenfalls gut an einigen Kunststoffen anhaftet.
EPON 828 (10,0 g) und D. E. H. 85 (1,0 g) wurden kombiniert und
auf 110°C
erhitzt, um das D. E. H. 85 zu schmelzen. Die Probe wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und
das Thioetherepoxid (2,0 g) wurde zugegeben, gefolgt vom 2-Ethyl-4-methylimidazol
(0,52 g). Die Zusammensetzungen wurden mit Hilfe des qualitativen
Haftungstests (Abschälmodus)
beurteilt. Die Kunststoffproben wurden 15 Minuten auf 130°C erhitzt,
um das Härten
zu vervollständigen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 11 gezeigt.
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Beispiel 8
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Beispiel
8 zeigt, dass die Versuchsverbindung 3 dazu verwendet werden kann,
um eine Klebstoffrezeptur herzustellen, die gut an Kunststoffen
anhaftet. EPON 828 (4,0 g), die Versuchsverbindung 3 (1,01 g) und
ANCAMINE 1922A (1,43 g) wurden von Hand gemischt und mindestens
24 Stunden unter Umgebungsbedingungen gehärtet.
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Die
Proben wurden mit Hilfe des qualitativen Haftungstests (Abschälmodus)
(oben im Abschnitt Prüfmethoden
beschrieben) beurteilt. Die Zusammensetzung wurde vor dem Zubereiten
der Testproben unter Vakuum entgast.
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Die
Entfernung der aus der Versuchsverbindung 3 hergestellten Klebstoffzusammensetzung
von ABS, PMMA und Polycarbonat wurde als schwer eingestuft.
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Vergleichsbeispiel 3
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Vergleichsbeispiel
3 zeigt die Haftung mehrerer Epoxidrezepturen, die ein epoxyfunktionelles
flüssiges Polysulfidpolymer
enthalten, an verschiedenen Kunststoffen. ELP 612-A (Morton International,
Chicago, IL) wurde als epoxyfunktionelles Polysulfid verwendet.
Mehrere verschiedene Konzentrationen an 612-A wurden zum Herstellen
der Zusammensetzungen 612-A A–H,
wie in Tabelle 12 gezeigt, verwendet. Das Epoxidharz, ANCAMINE 1922A,
und das 612-A wurden von Hand gemischt und mindestens 24 Stunden
unter Umgebungsbedingungen gehärtet.
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Die
Proben wurden mit Hilfe des qualitativen Haftungstests (Abschälmodus)
(oben im Abschnitt Prüfmethoden
beschrieben) beurteilt. Die Zusammensetzung wurde vor dem Zubereiten
der Testproben unter Vakuum entgast. Die Ergebnisse sind in Tabelle
13 gezeigt.
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Die
Daten in Tabelle 13 können
mit den Daten in Tabelle 10 verglichen werden. Es ist offensichtlich, dass
die aus 612-A von Morton hergestellten Haftungsrezepturen nicht
so gut an ABS und PC anhaften, wie Rezepturen, die aus der Versuchsverbindung
1 hergestellt sind.
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Vergleichsbeispiel 4
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Vergleichsbeispiel
4 zeigt die Haftung mehrerer ELP-3 enthaltender Epoxidrezepturen
an verschiedenen Kunststoffen. ELP-3 (Morton International, Chicago,
IL) ist ein epoxyfunktionelles flüssiges Polysulfidpolymer. Mehrere
verschiedene Konzentrationen von ELP-3 wurden zum Herstellen der
Klebstoffzusammensetzungen ELP-3 A–H, wie in Tabelle 14 gezeigt,
verwendet. Das Epoxidharz, ANCAMINE 1922A, und das ELP-3 wurden
von Hand gemischt und mindestens 24 Stunden unter Umgebungsbedingungen
gehärtet.
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Die
Proben wurden mit Hilfe des qualitativen Haftungstests (Abschälmodus)
(oben im Abschnitt Prüfmethoden
beschrieben) beurteilt. Die Zusammensetzung wurde vor dem Zubereiten
der Testproben unter Vakuum entgast. Die Ergebnisse sind in Tabelle
15 gezeigt.
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Die
Daten in Tabelle 15 können
mit den Daten in Tabelle 10 verglichen werden. Es ist offensichtlich, dass
die aus ELP-3 von Morton hergestellten Haftungsrezepturen nicht
so gut an ABS und PC anhaften wie Rezepturen, die aus der Versuchsverbindung
1 hergestellt sind.
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Vergleichsbeispiele 5–8
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Das
Vergleichsbeispiel 5 war ein Epoxidklebstoff, der im Handel unter
dem Warennamen Scotch-WeldTM DP-460 (DP-460) von Minnesota
Mining and Manufacturing Company erhältlich ist. Es handelt sich
um einen bei Raumtemperatur härtenden,
hochfesten 2-Komponenten-Epoxidklebstoff mit einer Verarbeitbarkeitsdauer
von 60 Minuten.
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Das
Vergleichsbeispiel 6 war ein Epoxidklebstoff, der im Handel unter
dem Warennamen Scotch-WeldTM 2216 (2216)
von Minnesota Mining and Manufacturing Company erhältlich ist.
Es handelt sich um einen bei Raumtemperatur härtenden, hochfesten 2-Komponenten-Epoxidklebstoff
mit einer Verarbeitbarkeitsdauer von 90 Minuten.
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Das
Vergleichsbeispiel 7 war ein Epoxidklebstoff, der im Handel als
3M Zweikomponenten-Epoxidklebstoff für Fahrzeuge 5047 (5047) von
Minnesota Mining and Manufacturing Company erhältlich ist. Es handelt sich
um einen bei Raumtemperatur härtenden,
hochfesten 2-Komponenten-Epoxidklebstoff
mit einer Verarbeitbarkeitsdauer von 120 Minuten.
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Das
Vergleichsbeispiel 8 wurde durch Mischen von EPON 828 (100 Teile),
einem epoxyfunktionellen Ether (30 Teile) (DER 736, The Dow Chemical
Company, Midland, MI) und 4,7,10-Trioxa-1,13-tridecandiamin (37,6
Teile) unter Umgebungsbedingungen (C736) zubereitet.
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Jedes
der Vergleichsbeispiele wurde zum Zubereiten von Proben für den oben
beschriebenen qualitativen Haftungstest verwendet. Die Ergebnisse
dieses Tests sind unten in Tabelle 16 gezeigt.
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Die
obigen Daten zeigen, dass keiner der Vergleichsklebstoffe eine so
gute Haftung an ABS-Kunststoffen aufweist wie die Klebstoffe aus
Beispiel 6. Die Haftung an ABS der Klebstoffe aus Beispiel 6 ist
auch im Vergleich mit einem Klebstoff, der wie in Beispiel 1 hergestellt
ist, jedoch durch Substituieren einer äquivalenten epoxidbeendeten
Etherstruktur, die keinen Schwefel enthält, anstatt des Thioetherdiepoxids
(Vergleichsbeispiel 8) verbessert. Die Haftung an ABS der Klebstoffe
aus Beispiel 6 ist ebenfalls im Vergleich mit mehreren im Handel
erhältlichen,
voll formulierten Epoxidklebstoffen (Vergleichsbeispiele 5–7) verbessert.
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Beispiel 9
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Beispiel
9 beschreibt die Überlappungsscherfestigkeiten
von Verklebungen, die mit einem Thioether enthaltenden Klebstoff
zwischen zwei Stücken
Kunststoff hergestellt worden sind. EPON 828 (100 Teile), die Versuchsverbindung
1 (30 Teile) und ANCAMINE 1922A (37,6 Teile) Härtemittel wurden von Hand unter
Umgebungsbedingungen gemischt, um die Klebstoffzusammensetzung 1
bereitzustellen. Die Zusammensetzung wurde vor dem Zubereiten der
Testproben entgast. Der gemessene Tg des Klebstoffs nach dem Härten betrug 50°C. Die Überlappungsschermessungen
wurden wie oben im Abschnitt bezüglich
der Prüfmethoden
beschrieben durchgeführt
und die Daten sind in Tabelle 17 zusammengefasst.
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Die Überlappungsscherfestigkeitswerte
für DP
460, einem im Handel erhältlichen
Zweikomponenten-Epoxidklebstoff von Minnesota Mining and Manufacturing
Company wurden aus dem technischen Datenblatt von 3MTM Scotch-WeldTM für
dieses Produkt (September 1997) erhalten und sind ebenfalls in Tabelle
17 gezeigt. Die Proben wurden ASTM D 1002-72 gemäß gemessen, wobei 25,4 mm breite
Proben mit einer 12,7 mm langen Überlappung
verwendet wurden. Die Verklebungsliniendicke betrug 0,13–0,20 mm.
Die Prüfung erfolgte
mit einer Greiftrennungsrate von 50,8 mm/min. Die Kunststoffsubstrate
waren etwa 3 mm dick und wurden durch Abreiben mit einem mit Isopropylalkohol
getränkten
Tupfer zubereitet.
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Die Überlappungsscherfestigkeitswerte
der Klebstoffzusammensetzung I übersteigen
diejenigen, die für
DP 460 an Polycarbonat, PMMA und ABS berichtet worden sind. Diese
Daten zeigen an, dass die Klebstoffzusammensetzung I an Polycarbonaten,
PMMS und ABS besser haftet als DP 460.
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Die
verschiedenen Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung
werden den mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten offensichtlich
sein, ohne vom Umfang und Geiste dieser Erfindung abzuweichen. Diese
Erfindung sollte nicht auf das hier für Veranschaulichungszwecke
Aufgeführte
beschränkt
werden.