DE68912067T2 - Äthylenvinylacetat-Polymere für Latexdichtungsmittel. - Google Patents
Äthylenvinylacetat-Polymere für Latexdichtungsmittel.Info
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Description
- Kalfater- oder Dichtungsmittel wirken durch Überbrücken von Zwischenräumen zwischen zwei benachbarten Materialien und ergeben eine Sperrschicht gegen den Durchgang von Gas, Flüssigkeit oder Wärme durch den Zwischenraum. Die primären Verwendungen von Latexdichtungsmitteln erfolgen in Wohnhäusern und in einigen kommerziellen Konstruktionen. Bei diesen Verwendungen sind die Substrate häufig Holz, Aluminium, Glas und Vinyl. Für eine angemessene Leistung muß das Dichtungsmittel an beiden Substraten haften und ohne Verlust seiner Sperrschichteigenschaften Dimensionsveränderungen absorbieren können. Das Dichtungsmittel ergibt eine Sperrschicht gegen in das Gebäude eindringendes Wasser und daraus austretende Luft. Bei Verwendungen draußen treten Spannungen durch die Expansion und Kontraktion der Struktur bei Temperaturveränderungen auf. Ein Latexdichtungsmittel, das diese Spannung nicht absorbieren kann, weil es zu spröde ist, versagt, indem es seine Haftung verliert oder Risse bildet. Ein zu weiches Latexdichtungsmittel kann die Spannung anfänglich absorbieren, aber bei wiederhalten Zyklen der Kontraktion und Expansion ist es nicht fähig, seine ursprüngliche Dimension zurückzugewinnen, und allmählich bilden sich Löcher oder Risse.
- Die Dichtungsmittel werden im allgemeinen hergestellt, indem man relativ große Mengen an Füllstoffen und/oder Pigmenten in Acrylemulsionspolymeren dispergiert, die als Beschichtungsvehikel für die Pigmente und nach Abdampfen des Wassers und Aushärten als Bindemittel dafür dienen.
- Die Leistung eines Dichtungsmittels bei der Expansion/Kontraktion und Erholung hängt weitgehend von dem als Dichtungsmittelgrundlage verwendeten Polymer ab. Seit mehr als 30 Jahren sind Emulsionspolymere als Grundlage für Dichtungsmittelzwecke eingesetzt worden. Während dieser Zeit wurde die Leistung von Latexdichtungsmitteln durch Entwicklung von neuen Polymeren und Verbesserung der Formulierung ständig erhöht.
- Die ursprünglichen Latexdichtungsmittel verwendeten Polyvinylacetatemulsionen, die für Klebstoff- und Beschichtungszwecke geplant worden waren. Obgleich die Polymeren relativ spröde und wasserempfindlich waren, konnten sie zu recht guten billigen Innendichtungsmitteln formuliert werden. Es folgten Copolymere von Vinylacetat, und diese brachten eine verbesserte Haltbarkeit und permanente Flexibilität.
- Acryllatex für Dichtungsmittel wurde vor etwa 20 Jahren eingeführt und brachte einen weiteren Leistungssprung, insbesondere wo Außenwitterungsbeständigkeit und elastomere Eigenschaften gewünscht sind. Neuerliche Versuche erfolgten zur Erzielung dieser Eigenschaften unter Verwendung einer billigeren Emulsion als Bindemittelkomponente.
- Wir haben nun gefunden, daß man Leistungseigenschaften erhalten kann, die denen der nur aus Acrylcopolymeren bestehenden Materialien vergleichbar sind, wenn man Latexdichtungsmittelzusammensetzungen verwendet, die 30 bis 80 % Füllstoff und 20 bis 70 Gew.-% eines Emulsionspolymers mit einer Glasübergangstemperatur von -40 bis 0ºC umfassen, die durch Interpolymerisation von 30 bis 70 Gew.-Teilen eines Vinylesters einer Alkansäure, 15 bis 60 Teilen eines Alkyl(C&sub2;-C&sub8;)acrylates oder Dialkylmaleates mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen pro Alkylgruppe, 10 bis 30 Teilen Ethylen, 1 bis 5 Teilen olefinisch ungesättigter Carbonsäure, 0 bis 5 Teilen mehrfach ungesättigtem copolymerisierbaren Monomer und 0 bis 8 Teilen eines copolymerisierbaren funktionellen Monomers, das Hydroxyl-, Amid- oder Methylolsubstituenten enthält (auf insgesamt 100 Gew.- Teile), hergestellt sind.
- Die hier verwendeten Vinylester sind die Ester von Alkansäuren mit 1 bis etwa 13 Kohlenstoffatomen. Typische Beispiele schließen ein: Vinylformiat, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat, Vinylisobutyrat, Vinylvalerat, Vinyl-2-ethylhexanoat, Vinylisooctanoat, Vinylnonoat, Vinyldecanoat, Vinylpivalat, Vinylversatat u.dgl. Von den obigen Verbindungen ist Vinylacetat wegen seiner leichten Verfügbarkeit und geringen Kosten das bevorzugte Monomer. Der Vinylester wird in einer Menge von 30 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 60 %, verwendet.
- Die hier verwendeten Alkylacrylate enthalten 2 bis 8 Kohlenstoffatome in der Alkylgruppe und umfassen Ethyl-, Butyl-, Hexyl-, 2-Ethylhexyl und Octylacrylat. Die entsprechenden Methacrylate können hier auch verwendet werden, ebenso wie Mischungen aus irgendwelchen der obigen Verbindungen.
- Die hier verwendeten Dialkylmaleatmonomeren umfassen die C&sub2;- C&sub1;&sub0;-Dialkylmaleate, wie Di-2-ethylhexylmaleat, Di-n-octylmaleat, Diisooctylmaleat, Dimethylamylmaleat, Dibutylmaleat und Diisodecylmaleat. Besonders bevorzugt werden die C&sub4;-C&sub1;&sub0;- Dialkylmaleate und insbesondere die C&sub8;-Dialkylmaleate. Aufgrund seiner kommerziellen Verfügbarkeit wird meist Di-2- ethylhexylmaleat verwendet. Da die Struktur des Fumarates und Maleates (cis- und trans-Isomere) nach der Polymerisation gleich ist, kommen hier auch die entsprechenden Fumaratester zur Verwendung in Betracht.
- Das spezielle verwendete Alkylacrylat oder Dialkylmaleat sowie die verwendeten Mengen hängen von der für den speziellen Dichtungsmittelzweck gewünschten Tg und den Leistungseigenschaften ab. Im allgemeinen wird diese Komponente in Konzentrationen von 20 bis 60 Gew.-% des Polymers (Feststoffe), vorzugsweise von 25 bis 40 %, verwendet.
- Die hier verwendeten olefinisch ungesättigten Carbonsäuren sind die Alkensäuren mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Itaconsäure, Maleinsäure oder Fumarsäure, oder Mischungen davon in ausreichenden Mengen, um im Endpolymer 1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3,5 %, Monomereinheiten zu ergeben.
- Fakultativ können auch mehrfach ungesättigte copolymerisierbare Monomere in kleinen Mengen, d.h. bis zu 5 Gew.-%, vorliegen. Diese Comonomeren schließen polyolefinisch ungesättigte Monomere ein, die mit Vinylacetat und Ethylen copolymerisierbar sind, wie Niederalkenylniederalkenoate, z.B. Vinylcrotonat, Allylacrylat, Allylmethacrylat, Diniederalkenylalkandioate, z.B. Diallylmaleat, Divinyladipat, Diallyladipat; Diniederalkenylbenzoldicarboxylate, z.B. Diallylphthalat, Niederalkandioldiniederalkenoate, z.B. Ethylenglykoldiacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat, Butandioldimethacrylat, Niederalkylen- bis-acrylamide und Niederalkylen-bis-methacrylamide, z.B. Methylen-bis-acrylamid, Triallylcyanuarat u.dgl. Zusätzlich sind hier auch bestimmte copolymerisierbare Monomere, die die Stabilität der Copolymeremulsion begünstigen, z.B. 2-Acrylamid-2- methylpropansulfonsäure und Vinylsulfonsäure, als Latexstabilisatoren verwendbar. Diese fakultativ vorliegenden Monomeren werden bei ihrer Verwendung in sehr geringen Mengen von 0,1 bis 2 Gew.-% der Monomermischung zugefügt.
- Die anderen polymerisierbaren Comonomeren, die ebenfalls im Polymer bevorzugt verwendet werden, schließen insbesondere die Hydroxyl-, Methylol- oder Amidfunktionalität enthaltenden Comonomeren ein, wie N-Methylolacrylamid oder -methacrylamid, Acrylamid, Hydroxyalkyl(C&sub2;-C&sub4;)acrylate oder -methacrylate u.dgl. Die Monomeren verleihen spezielle Haftungs- und/oder Bindeeigenschaften und werden bei Verwendung in Mengen von 0 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise von 1 bis 2 %, eingesetzt.
- Zur Herstellung der hier beschriebenen Latices können konventionelle chargenweise, halbchargenweise oder kontinuierliche Emulsionspolymerisationsverfahren angewendet werden. Im allgemeinen werden die Monomeren in einem wäßrigen Medium unter Drucken von nicht mehr als 100 at in Gegenwart eines Katalysators und mindestens eines Emulgators polymerisiert. Vorzugsweise wird ein halbchargenweises Polymerisationsverfahren angewendet.
- Die in das Copolymer eingehende Ethylenmenge wird durch den Druck, das Bewegen und die Viskosität des Polymerisationsmediums beeinflußt. Zur Erhöhung des Ethylengehaltes des Copolymers werden daher höhere Drucke angewendet. Ein Druck von mindestens etwa 10 at ist meist geeignet. Die Mischung wird zum Lösen des Ethylens gründlich bewegt, wobei das Bewegen bis zum Erreichen eines wesentlichen Gleichgewichtes fortgesetzt wird. Dies erfordert im allgemeinen etwa 15 min; es kann jedoch weniger Zeit nötig sein, was vom Gefäß, der Wirksamkeit des Bewegens, dem speziellen System u.dgl. abhängt.
- Als Polymerisationskatalysatoren geeignet sind die wasserlöslichen freien Radikalbildner, die generell bei der Emulsionspolymerisation eingesetzt werden, wie Wasserstoffperoxid, Natriumpersulfat, Kaliumpersulfat und Ammoniumpersulfat, sowie t-Butylhydroperoxid, und zwar in Mengen zwischen 0,01 und 3 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 und 1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Emulsion. Sie können allein oder zusammen mit Reduktionsmitteln, wie Natriumformaldehyd-sulfoxylat, Eisen(II)-salzen, Natriumdithionit, Natriumhydrogensulfit, Natriumsulfit, Natriumthiosulfat, als Redox-Katalysatoren in Mengen von 0,01 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Emulsion, verwendet werden. Die freien Radikalbildner können in die wäßrige Emulgatorlösung eingeführt oder während der Polymerisation zudosiert werden.
- Die Polymerisation erfolgt bei einem PH-Wert zwischen 2 und 7, vorzugsweise zwischen 3 und 5. Zur Aufrechterhaltung des pH- Bereiches kann es zweckmäßig sein, in Gegenwart üblicher Puffersysteme, z.B. in Gegenwart von Alkalimetallacetaten, Alkalimetallcarbonaten, Alkalimetallphosphaten, zu arbeiten. Mittel zur Steuerung der Polymerisation, wie Mercaptane, Aldehyde, Chloroform, Methylenchlorid und Trichlorethylen, können in manchen Fällen ebenfalls zugefügt werden.
- Die Dispergierungsmittel sind alle generell bei der Emulsionspolymerisation verwendeten Emulgatoren sowie fakultativ vorliegende Schutzkolloide. Es ist auch möglich, Emulgatoren alklein oder in Mischung mit Schutzkolloiden zu verwenden.
- Der Emulgator kann eine anionische, kationische oder nichtionische oberflächenaktive Verbindung sein. Geeignete anionische Emulgatoren sind z.B. Alkylsulfonate, Alkylarylsulfonate, Alkylsulfate, Sulfate von Hydroxylalkanolen, Alkyl- und Alkylaryldisulfonate, sulfonierte Fettsäuren, Sulfate und Phosphate polyethoxylierter Alkanole und Alkylphenole sowie Ester der Sulfobernsteinsäure. Geeignete kationische Emulgatoren sind z.B. quaternäre Alkylammoniumsalze und quaternäre Alkylphosphoniumsalze. Beispiele geeigneter nichtionischer Emulgatoren sind die Additionsprodukte von 5 bis 50 Mol Ethylenoxid an gerad- und verzweigkettige Alkanole mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen oder Alkylphenole oder höhere Fettsäuren oder höhere Fettsäureamide oder primäre und sekundäre höhere Alkylamine, sowie Blockcopolymere von Propylenoxid mit Ethylenoxid und Mischungen davon. Werden Kombinationen von Emulgatoren verwendet, dann verwendet man vorteilhafterweise einen relativ hydrophoben Emulgator in Kombination mit einem relativ hydrophilen Mittel. Die Emulgatormenge beträgt im allgemeinen 1 bis 10, vorzugsweise 2 bis etwa 8, Gew.-% der bei der Polymerisation verwendeten Monomeren.
- Der bei der Polymerisation verwendete Emulgator in seiner Gesamtheit kann der Anfangscharge zur Polymerisationszone zugefügt werden, oder ein Teil desselben, z.B. 25 bis 90 % davon, kann kontinuierlich oder intervallweise während der Polymerisation zugesetzt werden.
- Anstelle von oder zusätzlich zu den oben beschriebenen Emulgatoren können auch verschiedene Schutzkolloide verwendet werden. Geeignete Kolloide schließen partiell acetylierten Polyvinylalkohol, z.B. bis zu 50 % acetyliertes Kasein, Hydroxyethylstärke, Carboxymethylcellulose, Gummi arabicum u.dgl. ein, die in der Emulsionstechnologie von synthetischen Polymeren bekannt sind. Im allgemeinen werden die Kolloide in Konzentrationen von 0,05 bis 4 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtemulsion, verwendet.
- Die Polymerisationsreaktion wird im allgemeinen fortgesetzt, bis der Gehalt an restlichem Vinylacetatmonomer unter etwa 1 liegt. Man läßt das Produkt der beendeten Reaktion auf etwa Raumtemperatur abkühlen, während es von der Atmosphäre abgeschlossen ist.
- Die Teilchengröße des Latex kann durch die Menge an verwendetem nichtionischen oder an ionischen Emulgator oder Schutzkolloid gesteuert werden. Zur Erzielung kleinerer Teilchengrößen werden größere Mengen an Emulgatoren verwendet. Als allgemeine Regel gilt, daß die durchschnittliche Teilchengröße umso kleiner ist, je größer die Menge an verwendetem Emulgator ist.
- Das hier verwendete Polymer hat eine Glasübergangstemperatur von -40 bis 0ºC, vorzugsweise von -30 bis -10ºC. Das Polymer wird in Form eines Latex mit einem Feststoffgehalt von 50 bis 65 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Latex, verwendet.
- Der erhaltene Polymerlatex liegt im Dichtungsmittel vorzugsweise in einer Menge von 20 bis 70 Gew.-% vor, wobei der Füllstoff und andere Zusätze den Rest der Zusammensetzung bilden. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit bei der Aufbringung und auch zum Minimieren der Schrumpfung ist es wünschenswert, daß im Dichtungsmittel ein möglichst hoher Feststoffgehalt vorliegt.
- Das Vorliegen von 30 bis 80 % Füllstoff ist obligatorisch. Ferner können Pigmente in einer Menge vorliegen, die von der gewünschten Konsistenz, dem Vorliegen oder Fehlen von Verdickungsmitteln u.dgl. abhängt. Geeignete inerte Füllstoffe und Pigmente schließen ein: Calcit, Kalkstein (Calciumcarbonat), Glimmer, Talkum, Asbestfaser oder -pulver, Diatomeenerde, Baryte, Aluminiumoxid, Schiefermehl, Calciumsilicat, Ton, kolloidales Siliciumoxid, Magnesiumcarbonat, Titandioxid, Ruß, Eisenoxid, Chromgrün, Phthalocyaninblau, Magnesiumsilicat u.dgl.
- Das Dichtungsmittel der vorliegenden Erfindung kann auch andere üblicherweise in Dichtungsmitteln eingesetzte Zusätze umfassen, wie Weichmacher, Gefrier-Auftau-Stabilisatoren, trocknende Öle, Pigmentdispergierungsmittel, geringe Mengen an Lösungsmitteln, antibakterielle und/oder antifungale Konservierungsmittel und Mittel zum Verbessern der rheologischen Eigenschaften, wie Verdickungsmittel und Antirutschmittel. Der Weichmacher wird im allgemeinen in einer Menge von bis zu etwa 25 Gew.-% verwendet, und die anderen Zusätze machen bei ihrem Vorliegen insgesamt bis zu etwa 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, aus. Ein Weichmacher kann wünschenswert sein, um die Klebrigkeit des Copolymers zu verringern, so daß das Dichtungsmittel die gewünschte Klebefrei- Zeit von weniger als 72 h haben kann. Die üblichen oberflächenaktiven Mittel und Emulgatoren, die üblicherweise bei der Herstellung oder Formulierung von Latexpolymeren verwendet werden, können vorliegen. Diese schließen anionische, nichtionische und kationische Materialien ein.
- In manchen Fällen ist es hilfreich, ein Silan zum Verbessern der Naßhaftung des Dichtungsmittels an Glas zu verwenden. Das Silan kann der Dichtungsmittelgrundlage später zugefügt oder damit polymerisiert werden. Geeignete Silane schließen ein: Vinyltriethoxysilan, gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, gamma-Mercaptopropyltrimethoxysilan, gamma-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, beta-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan, gamma-Aminopropyltriethoxysilan und N-(Dimethoxymethylsilylisobutyl)ethylendiamin. Die Silankonzentration kann zwischen 0,05 und 0,5 % der gesamten Dichtungsmittelzusarnensetzung betragen. Größere Mengen können verwendet werden, führen jedoch nicht zu einer proportional verbesserten Haftung.
- Es kann auch eine Base vorliegen, um z.B. die im elastomeren Polymer auftretenden Carbonsäuregruppen zu neutralisieren. Geeignet ist eine flüchtige Base, wie Ammoniak, oder ein flüchtiges wasserlösliches Amin, wie Dimethylamin, Triethylamin, Triethanolamin, Morpholin, N-Methylmorpholin, Picolin u.dgl., sowie anorganische Basen.
- Das Dichtungsmittel kann unter Verwendung eines konventionerlen Mischers, gewöhnlich vom Hochleistungstyp, und anschließendes Entlüften leicht hergestellt werden. Die Misch- und Entlüftungsverfahren sind im Stand der Technik bekannt.
- Dichtungsmittelzusammensetzungen müssen, gemessen durch die Konsistenz, fließbar genug zum leichten Aufbringen sein, und dennoch dürfen sie nach Aufbringung auf das Substrat nicht in starkem Maß rutschen oder fließen, und sie dürfen nach dem Trocknen oder Aushärten nicht übermäßig schrumpfen. Ein wichtiges Merkmal der Dichtungsmittelzusammensetzung zur Verleihung dieser Eigenschaften ist der Feststoffgehalt, wobei Feststoffe definiert sind als insgesamt vorliegende Materialien, die unter üblichen Verwendungsbedingungen nicht flüchtig sind. Für Dichtungsmittelzusammensetzungen auf der Grundlage eines wäßrigen Latex gemäß der Erfindung beträgt der Feststoffgehalt 65 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 75 bis 85 % und insbesondere 80 bis 85 %. Der Feststoffgehalt wird möglichst hoch gehalten, während man dennoch eine geeignete Konsistenz erreicht.
- Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung veranschaulichen; selbstverständlich sind sie nur als Veranschaulichung und nicht als Begrenzung der Erfindung beabsichtigt. In den Beispielen sind, falls nicht anders ausgeführt, alle Teile auf Gewichtsgrundlage angegeben.
- Eine typische Dichtungsmittelformulierung ist wie folgt Gew.-Teile Copolymerlatex (58 % N.V.) nichtionisches oberflächenaktives Mittel Dispergierungsmittel Weichmacher Antigefrierzusatz Bearbeitungsmittel Wasser Füllstoff Pigment Entschäumungsmittel Haftbeschleuniger Insgesamt
- Es wurde ein mit Heiz-/Kühlmitteln, Rührer mit variabler Geschwindigkeit und Mitteln zum Zudosieren von Monomeren und Initiatoren ausgerüsteter 10 l-Autoklav aus rostfreiem Stahl verwendet. In den 10 l-Autoklaven wurden 450 g (einer 20-%igen Gew./Gew. Lösung) Natriumalkylarylpolyethylenoxidsulfat (3 Mol Ethylenoxid), 50 g (einer 70-%igen Gew./Gew. Lösung in Wasser) Alkylarylpolyethylenoxid (30 Mol Ethylenoxid), 90 g (einer 25- %igen Gew./Gew. Lösung in Wasser) Natriumvinylsulfonat, 0,5 g Natriumacetat, 5 g (einer 1-%igen Gew./Gew. Lösung in Wasser) Eisen(II)-sulfatlösung, 2 g Natriumformaldehydsulfoxylat und 1700 g Wasser eingeführt. Nach Spülen mit Stickstoff wurde das gesamte Vinylacetat (3000 g) zugefügt und der Reaktor wurde mit Ethylen auf einen Druck von 700 psi eingestellt und 15 min bei 50ºC ins Gleichgewicht gebracht.
- Die Polymerisation wurde durch Zudosieren einer Lösung von 25 g t-Butylhydroperoxid in 200 g Wasser und 25 g Natriumformaldehydsulfoxylat in 200 g Wasser begonnen. Die Initiatoren wurden bei gleichmäßiger Geschwindigkeit innerhalb von 5 h zugesetzt.
- Gleichzeitig mit dem Initiator wurde innerhalb von 4 h eine emulgierte Mischung von 1000 g Butylacrylat, 135 g Acrylsäure, 2,5 g Triallylcyanurat mit 90 g N-Methylolacrylamid (48-%ige Gew./Gew. Lösung in Wasser), 300 g (einer 20-%igen Lösung in Wasser) Natriumalkylarylpolyethylenoxidsulfat (3 Mol Ethylenoxid), 70 g (einer 70-%igen Gew./Gew. Lösung in Wasser) Alkylarylpolyethylenoxid (30 Mol Ethylenoxid) und 3, in g Natriumacetat in 220 g Wasser zugefügt.
- Während der Polymerisation wurde die Temperatur der Reaktion mittels Kühlen auf 60 bis 65ºC genalten, und am Ende der Reaktion wurde die Emulsion in ein evakuiertes Gefäß (30 l) überführt, um restliches Ethylen aus dem System zu entfernen.
- Dies ergab eine Zusammensetzung von 65VA/15E/20BA/1NMA/3AA/0,05TAC. Das Emulsionspolymer fiel mit 60 % Feststoffen an und hatte eine Tg von -14ºC, einen pH-Wert von 4,3, eine Teilchengröße von 0,26 Mikrometern (Mikron) und eine Viskosität von 0,34 Pas (340 cps) bei 20 U/min. Dieses Polymer ergibt eine zufriedenstellende Dichtungsmittelgrundlage und wurde in Tabelle 1 als Dichtungsmittelgrundlage 15 identifiziert.
- Nach einem ähnlichen Verfahren wie das oben beschriebene wurde ein anderes Emulsionspolymer aus 70 Teilen Vinylacetat, 30 Teilen Butylacrylat, 15 Teilen Ethylen, 1,7 Teilen Methacrylsäure, 1,7 Teilen Acrylsäure, 1,5 Teilen Hydroxethylmethacrylat und 0,08 Teilen Triallylcyanurat hergestellt. Das Emulsionspolymer hatte eine Tg von etwa -20ºC und fiel mit 60 % Feststoffen an. Auch diese Emulsion ergab eine zufriedenstellende Dichtungsmittelgrundlage.
- Unter Anwendung des oben beschriebenen Grundverfahrens wurde eine Reihe von Dichtungsmittelgrundlagen hergestellt und in der folgenden Tabelle I durch ihre Zusammensetzung (Gew.-Teile) identifiziert. Die in Tabelle I verwendeten Abkürzungen sind wie folgt:
- E = Ethylen
- BA = Butylacrylat
- 2-EHA = 2-Ethylhexylacrylat
- AA = Acrylsäure
- NMA = N-Methylolacrylamid
- TAC = Triallylcyanurat
- VA = Vinylacetat
- MAA = Methacrylsäure
- EA = Ethylacrylat
- DBM = Dibutylmaleat
- AM = Acrylamid
- HEA = Hydroxyethylacrylat
- Die Dichtungsmittelgrundlagen wurden im wesentlichen unter Verwendung der oben beschriebenen Pormulierung formuliert. Die Dichtungsmittel wurden dann den folgenden Untersuchungen unterzogen.
- a. "Instron"-Zugtester
- b. Metallschablone mit Innendimensionen von 7,62 cm (3 Inches) Durchmesser, 15,24 cm (6 Inches) Länge und 0,159 cm (1/16 Inch) Tiefe
- c. "Teflon"-beschichtete Stahlplatte
- d. flacher Spatel
- e. Messer mit dünner Klinge
- a. Plazieren der Schablone auf die "Teflon"-beschichtete Stahlplatte
- b. Füllen der Schablone mit der Dichtungsmittelverbindung und Entfernen des Überschusses mit einem flachen Spatel
- c. Herumführen einer dünnen Messerklinge um die Innenkanten der Schablone zum Freisetzen der Verbindung; vorsichtiges Entfernen der Schablone
- d. 7-Tägiges Aushärtenlassen des Dichtungsmittels bei 25ºC (77ºF) und 50 % relativer Feuchtigkeit, gefolgt von 14 Tagen bei 48,59ºC (120ºF)
- e. Anschließendes Schneiden der "Instron"-Prüflinge auf 7,62 cm (3") Länge und 2,54 cm (1") Breite
- f. Verwendung des "Instron"-Zugtesters zur Bestimmung von Zug und Dehnung mit den folgenden Einstellungen: Kreuzkopfgeschwindigkeit 5,03 cm (2,0 Inches) pro min Meßlänge 1,27 cm (0,5 Inch)
- a. "Instron"-Zugtester
- b. 0,159 cm (1/16") Holzsplitter
- c. Substrate (wie festgestellt) frei von Fremdpartikeln
- d. 2,54 cm (1 Inch) Streifen von entschlichtetem Flugzeugstoff, Qualität A (0,13 kg/m [4,2 Oz/yd] 80/84 Fadenzahl)
- e. flacher Spatel und Rasierklinge
- a. Die Holzplitter werden parallel zu einander am Substrat festgemacht und durch etwas mehr als 2,54 cm (1 Inch) beabstandet.
- b. Die Dichtungsmittelverbindung wird mit einem Spatel auf die Dicke des Splitters auf das Substrat aufgebracht, was eine glatte Oberfläche ergibt. Ein 2,54 cm (1 Inch) breiter Streifen Flugzeugstoff wird in die Oberfläche der Dichtungsmittelverbindung eingepreßt. Der Stoff sollte lang genug sein, um die Filmlänge bei 82,22ºC (180ºF) zu bedekken und genügend Überstand haben, um in die "Instron"-Bakken zu passen.
- c. Zusätzliche Dichtungsmittelverbindung wird auf die Stoffoberfläche aufgebracht, um diese gleichmäßig zu bedecken.
- d. Man läßt die Dichtungsmittelverbindung 7 Tage bei 25ºC (77ºF) und 50 % relativer Feuchtigkeit und 14 Tage bei 50ºC (122ºF) im Druckluftofen aushärten und rekonditioniert 1 Tag bei Raumtemperatur.
- e. Die ausgehärteten Prüflinge der Verbindung werden dann entlang der Außenkanten des Stoffes mit dem Substrat geschnitten und die Holzsplitter werden entfernt.
- f. Dann wird der Prüfling im "Instron"-Zugtester plaziert, und der Stoff wird bei 82,22ºC (180ºF) über sich selbst zurückgezogen und in die Trennbacken eingepaßt.
- g. Die Trenngeschwindigkeit der Backen des "Instron"-Testers wird bei einer Diagrammgeschwindigkeit von 2,54 cm (1 Inch) pro min auf 5,08 cm (2 Inches) pro min gehalten. Die Werte sind in kg/cm (Pounds/Inch) angegeben.
- Werte über etwa 0,89 kg/cm (5 pli) werden als annehmbar angesehen, insbesondere in Fällen des kohäsiven Versagens (c) statt eines Versagens der Haftung (a).
- Die formulierte Dichtungsmittelverbindung wird unter einem Druck von 3,5 kg/cm² (50 psi) durch eine Öffnung von 0,32 cm (1/8") gepreßt. Das für eine gegebene Zeitdauer extrudierende Gewicht ist aufgezeichnet. Die Extrudierbarkeit ist in g/s angegeben. Extrudierbarkeitswerte zwischen etwa 1 bis 10 g/s werden bevorzugt, wobei Werte von 1 bis 15 g/s annehmbar sind.
- a. Eine Metallschablone mit Innendimensionen von 6,35 cm x 13,97 cm x 0,16 cm (2 1/2" x 5 1/2" x 1/16") wurde auf eine Aluminium-QUV-Platte plaziert.
- b. Die Schablone wird mit Dichtungsmittelverbindung gefüllt, und der Überschuß wird mit einem flachen Spatel entfernt.
- c. Die Schablone wird vorsichtig mit einer dünnen Messerklinge entfernt.
- d. Die Verbindung wird 7 Tage bei 25ºC (77ºF) und 50 % relativer Feuchtigkeit und dann 14 Tage in einer Druckluftofen von 48,39ºC (120ºF) gealtert.
- e. Die QUV-Platte mit der Verbindung wird in eine QUV- Vorrichtung plaziert und 1000 h der Witterung ausgesetzt.
- f. Die Platte wird herausgenommen und auf Blasenbildung, Haftungsverlust und Farbveränderung untersucht.
- Gut - keine Blasenbildung oder Farbveränderungen
- mäßig - einige kleine Blasen oder leichte Farbveränderung
- schlecht - viele Blasen oder merkliche Farbveränderung
- a. Eine rechteckige Messingschablone mit Innendimensionen von 12,7 cm x 6,35 cm x 0,32 cm (5" x 2 1/2" x 1/8") wird auf eine t3-getemperte Alclad-Aluminiumplatte gelegt.
- b. Die Schablone wird mit Dichtungsmittelverbindung gefüllte und der Überschuß wird mit einem flachen Spalte entfernt.
- c. Die Schablone wird vorsichtig entfernt und läßt die Dichtungsmittelverbindung zurück.
- d. Die Prüflinge werden 2 Tage bei 23ºC konditioniert.
- e. Die konditionierten Prüflinge werden in eine künstliche Witterungsanlage (QUV) plaziert und 500 h den Zyklen unterworfen.
- f. Die Prüflinge werden aus der QUV-Anlage entfernt und 4 h zusammen mit einem 2,54 cm (1") Metalldorn in einen Gefrierschrank von -17,78ºC (0ºF) gegeben.
- g. Noch im Gefrierschrank wird jeder Prüfling um den Dorn gebogen.
- h. Die Dichtungsmittelverbindung wird auf Rißbildung oder Haftungsverlust untersucht.
- "best" bedeutet bestanden, d.h. ist gibt keine Risse durch das Substrat und keinen Haftungsverlust
- "vers" bedeutet versagt und zeigt, daß es Risse durch das Substrat und/oder einen Haftungsverlust gibt.
- Wie in Beispiel I wurde eine Reihe von Dichtungsmittelgrundlagen hergestellt und wie oben beschrieben untersucht. Die Zusammensetzungen und Untersuchungen sind in Tabelle II gezeigt.
- Wie die Ergebnisse von Tabelle I und II zeigen, können durch Verwendung der erfindungsgemäßen billigeren ethylenhaltigen Dichtungsmittelgrundlagen im wesentlichen äquivalente (oder oft bessere) Testergebnisse, verglichen mit denjenigen erzielt werden, die man durch Verwendung üblicher völliger Acryldichtungsmittel erhält.
- Es ist ersichtlich, daß verschiedene Veränderungen und Modifikationen bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen; daher ist beabsichtigt, daß alles in der vorangehenden Beschreibung enthaltene Material nur als Veranschaulichung und nicht als Beschränkung der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, interpretiert werden soll. Tabelle I Zugeigenschaften d. Dichtungsmittels Grundlage Zusammensetzung Spannung @ 100% Dehn. Spitzenspannung Dehnung @ Spitzenspannung Glashaftung (trocken) Extrudierbarkeit kommerzielle Acrylkontrolle ng = nicht getestet Tabelle II Grundlage Zusammensetzung Biegsamkeit b. niedrig. Temperat. Spannung bei 100% Dehnung Spitzenspannung Dehnung bei Spitzenspannung nur aus Acryl bestehende Kontrolle mäßig gut sehr gut best. Tabelle II Fortsetzung Grundlage Zusammensetzung Holz Glas Aluminium Vinyl Vinyl-Silane nur aus Acryl bestehende Kontrolle
Claims (9)
1. Latexdichtungsmittelzusammensetzungen, umfassend 30 bis 80
% Füllstoff und 20 bis 70 Gew.-% eines Emulsionspolymers mit
einer Glasübergangstemperatur von -40 bis 0ºC, hergestellt
durch Interpolymerisation von 30 bis 70 Gew.-Teilen eines
Vinylesters einer Alkansäure, 15 bis 60 Teilen eines Alkyl-(C&sub2;-
C&sub8;)-acrylates oder Dialkylmaleates mit 2 bis 10
Kohlenstoffatomen pro Alkylgruppe, 10 bis 30 Teilen Ethylen, 1 bis 5
Teilen olefinisch ungesättigter Mono- oder Dicarbonsäure, 0 bis 5
Teilen mehrfach ungesättigtem copolymerisierbaren Monomer und
0 bis 8 Teilen eines copolymerisierbaren funktionellen
Monomers, das Hydroxyl-, Amid- oder Methylolsubstituenten enthält
(auf insgesamt 100 Gew.-Teile).
2. Dichtungsmittel nach Anspruch 1, worin der Vinylester
Vinylacetat ist und in einer Menge von 50 bis 60 Gew.-% des
Polymers vorliegt.
3. Dichtungsmittel nach Anspruch 1, worin die Acrylat- oder
Dialkylmaleatkomponente in einer Menge von 25 bis 40 Gew.-%
vorliegt.
4. Dichtungsmittel nach Anspruch 1, worin die olefinisch
ungesättigte Carbonsäure aus der Gruppe ausgewählt ist, die
aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Itaconsäure,
Maleinsäure odei Fumarsäure oder Mischungen davon besteht.
5. Dichtungsmittel nach Anspruch 1, worin ein mehrfach
ungesättigtes copolymerisierbares Monomer vorliegt und aus der
Gruppe ausgewählt ist, die aus Niederalkenylniederalkenoacen
Diniederalkenylalkandioaten,
Diniederalkenylbenzoldicarboxylaten, Niederalkandioldiniederalkenoaten, Niederalkylen-bis-
acrylamiden und Niederalkylen-bis-methacrylamiden und
Triallylcyanurat
besteht.
6. Dichtungsmittel nach Anspruch 1, worin im Polymer auch ein
copolymerisierbares Comonomer vorliegt, das aus der aus
Methacrylamid, Acrylamid, Hydroxylalkyl-(C&sub2;-C&sub4;)-acrylaten oder
methacrylaten bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
7. Dichtungsmittel nach Anspruch 1, worin das Polymer
eine-Glasübergangstemperatur von -30 bis -10ºC hat.
8. Dichtungsmittel nach Anspruch 1, das zusätzlich zum
Füllstoff und dem Emulsionspolymer mindestens eine Verbindung
enthält, die aus der aus Pigmenten, Weichmachern, Gefrier-Auftau-
Stabilisatoren, trocknenden Ölen, Pigmentdispergiermitteln,
Lösungsmitteln, antibakteriellen oder antifungalen
Konservierungsmitteln, Verdickungsmitteln und Antirutschmitteln
bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
9. Verfahren zur Herstellung einer
Latexdichtungsmittelzusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, das die
Schritte umfaßt: Dispergieren des Füllstoffes und fakultativer
Zusätze im Emulsionspolymer.
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