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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung mit hervorragender
Wasserbeständigkeit, die
ein spezielles Polyvinylalkoholharz umfasst.
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Polyvinylalkohol
(nachstehend gelegentlich auch als PVA bezeichnet) wird weit verbreitet
in einer Vielzahl von Bindemitteln, Klebstoffen und Mitteln zur
Oberflächenbehandlung
verwendet. Bezüglich
seiner Filmbildeeigenschaften und seiner Festigkeit ist er unerreicht
im Vergleich zu allen anderen wasserlöslichen Harzen. Leider leidet
er aufgrund seiner Wasserlöslichkeit
unter dem Nachteil einer schlechten Wasserbeständigkeit, insbesondere der
Wasserbeständigkeit
bei niedrigen Temperaturen im trockenen Zustand. Zur Beseitigung
dieses Nachteils wurden bereits mehrere Verfahren vorgeschlagen.
Beispiele beinhalten seine Vernetzung mit Glyoxal, Glutaraldehyd,
Dialdehyd-Stärke,
einer wasserlöslichen
epoxidierten Verbindung oder einer Methylolverbindung. Ein Nachteil
dieses Verfahrens besteht in der Notwendigkeit einer länger andauernden Wärmebehandlung
bei einer höheren
Temperatur über
100°C, insbesondere über 120°C, um ihn
vollständig wasserbeständig zu
machen. Andererseits bedarf es, um den PVA bei Raumtemperatur im
trockenen Zustrand wasserbeständig
zu machen, stark saurer Bedingungen von pH 2 oder darunter. Dieses
Verfahren führt
zu Problemen mit der Viskositätsinstabilität der wässrigen
PVA-Lösung
und mit der Gelierung während
der Anwendung. Darüber
hinaus ist das resultierende Produkt hinsichtlich seiner Wasserbeständigkeit
nicht zufriedenstellend. Andere bekannte Verfahren beinhalten die
Vernetzung von carbonsäurehaltigem
PVA mit Polyamid-Epichlorhydrinharz und die Vernetzung von acetoacetylgruppenhaltigem
PVA mit Glyoxal (oder anderen Polyaldehyden). Diese Verfahren haben
immer noch den Nachteil, dass das entstehende Produkt bezüglich der
Wasserbeständigkeit
nicht zufriedenstellend ist und seine wässrige Lösung mangelhaft bezüglich der
Viskositätsstabilität ist.
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EP-A-0
413 136 offenbart eine Zusammensetzung, die einen Polyvinylalkohol
umfasst, dessen Wasserbeständigkeit
durch die Zugabe einer Aminoverbindung oder ihres Salzes, eines
Vernetzungsmittels und mindestens einer wasserunlöslichen
und alkalilöslichen
Substanz und/oder einer wasserunlöslichen und alkaliquellbaren
Substanz verbessert wird. US-A-2,362,026 offenbart ein Verfahren
zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit
eines PVAs durch die Einarbeitung, z. B., eines wasserunlöslichen
sekundären
aromatischen Amins.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine wasserbeständige Zusammensetzung
bereitzustellen, die eine hervorragende Beständigkeit sowohl im kalten als
auch im heißen
Wasser aufweist, während die
Lösung
keine Viskositätsschwankungen
zeigt, obwohl sie wärmebehandelt
wird oder bei niedrigen Temperaturen getrocknet wird (von Raumtemperatur
bis etwa 50°C).
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Diese
Aufgabe wurde erreicht durch das überraschende Ergebnis einer
Zusammensetzung, umfassend (A) Polyvinylalkohol mit einer Aminogruppe,
die an einen Phenylrest oder an bestimmte, wie in Anspruch 3 definierte,
Naphthylreste (nachstehend als aromatische Aminogruppe bezeichnet)
gebunden ist, und (B) mindestens ein Wasserbeständigkeit verleihendes Mittel,
ausgewählt
aus Polyepoxyverbindungen, Aldehydverbindungen, Polyisocyanatverbindungen
und wasserlöslichen
Oxidationsmitteln.
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Eine
Komponente der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist ein
PVA mit einer aromatischen Aminogruppe. Dieser PVA ist in seiner
Struktur nicht besonders eingeschränkt, so lange er eine Aminogruppe
besitzt, die an einen Phenylrest oder an bestimmte, wie in Anspruch
3 definierte, Naphthylreste gebunden ist. Beispiele beinhalten PVA
mit einer Struktureinheit, die durch die nachstehende Formel (1)
oder (2) dargestellt ist, PVA mit einer aromatischen Aminogruppe,
der durch die Umsetzung (oder Acetalisierung) von PVA mit einem
Aldehyd, der eine aromatische Aminogruppe besitzt, erhalten wird
und PVA, der eine Vinylaminobenzoateinheit besitzt. Von diesen Beispielen
ist das erste das geeignetste.
wobei
R
1, R
2, R
3, R
4 und R
5 unabhängig
voneinander ein Wasserstoffatom oder einen Kohlenwasserstoffrest, der
einen Substituenten aufweisen kann, mit einer Kohlenstoffzahl von
8 oder weniger bezeichnet; A einen zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest
oder einen zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest, der mindestens ein
Stickstoffatom, Sauerstoffatom oder Schwefelatom enthält, bezeichnet;
S ein Schwefelatom bezeichnet und X einen einwertigen Rest, der
eine Aminogruppe enthält,
die an einen Phenylrest oder an bestimmte Naphthylreste gebunden
ist, bezeichnet.
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In
den oben erwähnten
Formeln (1) und (2) sind die Struktureinheiten R1,
R2, R3, R4 und R5 nicht besonders
eingeschränkt,
so lange sie ein Wasserstoffatom darstellen oder ein Kohlenwasserstoffrest,
der einen Substituenten tragen kann mit einer Kohlenstoffzahl von
8 oder darunter. In einem bevorzugten Ausführungsform ist R1 ein
Wasserstoffatom, R2 ein Wasserstoffatom
oder eine Methylgruppe und R3, R4 und R5 sind jeweils ein
Wasserstoffatom oder ein Kohlenwasserstoffrest mit einer Kohlenstoffzahl
von 8 oder darunter (vorzugsweise 6 oder darunter).
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In
der Struktureinheit, die in der Formel (2) dargestellt ist, ist
A bezüglich
seiner Struktur nicht besonders eingeschränkt, so lange es ein zweiwertiger
Kohlenwasserstoffrest oder ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest
ist, der mindestens ein Stickstoffatom, Sauerstoffatom oder Schwefelatom
enthält.
Vorzugsweise enthält
A 10 Kohlenstoffatome.
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Beispiele
beinhalten -(CH2)n-
(n = 1–10,
vorzugsweise 1–8),
-CH2OCH2-, -OCH2-, -CONH-ph-OCH2-, -CONHCH2-, -CONHCH2OCH2-, -CONHCH2OCH2CH2-, -CONHCH2OCH2CH2CH2 -, -CONHCH2OCH2CH2CH2CH2 -, -CONHCH2-ph(CH3)2-CH2- (wobei ph
für einen
Phenylrest steht).
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In
der Struktureinheit, die durch die Formel (1) oder (2) dargestellt
ist, ist X bezüglich
seiner Struktur nicht besonders eingeschränkt so lange es ein einwertiger
Rest ist, der eine Aminogruppe enthält, die an einen Phenylrest
oder an bestimmte, wie in Anspruch 3 definierte, Naphthylreste gebunden
ist. Beispiele beinhalten -ph-NH2 (1,2-),
-ph-NH2 (1,3-), -ph-NH2 (1,4-),
-CH2-ph-NH2 (1,2-),
-CH2-ph-NH2 (1,3-),
-CH2-ph-NH2 (1,4-), -CH2CH2-ph-NH2 (1,2-), -CH2CH2-ph-NH2 (1,3-),
-CH2CH2-ph-NH2 (1,4-), -ph(CH3)-NH2 (1,2,3-), -ph(CH3)-NH2 (1,2,4-), -ph(CH3)-NH2 (1,2,5-), -ph(CH3)-NH2 (1,2,6-). Die Napththylreste sind -nph-NH2 (1,2-)-, nph-NH2 (1,4-) und
-nph-NH2 (1,8-) (ph steht für einen
Phenylrest und nph steht für
einen Naphthylrest).
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Bei
den obigen Formeln steht, für
den Fall, dass zwei Zahlen in den Klammern vorliegen, die erste
Zahl (immer 1) für
eine Position, an der ein Phenylrest oder Naphthylrest an -S- gebunden
ist, und die zweite Zahl steht für
eine Position, an der die -NH2Gruppe an
einen Phenylrest oder einen Naphthylrest gebunden ist, wobei jede
Position von der Zahl der Position eines Phenylrestes oder eines
Naphthylrestes, das heißt
1, gezählt wird.
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Für den Fall,
dass drei Zahlen in den Klammern vorliegen, steht die erste Zahl
(immer 1) für
die Position, an der ein Phenylrest oder Naphthylrest an -S- gebunden
ist, und die zweite Zahl steht für
die Position, an der die -CH3Gruppe an einen
Phenylrest oder einen Naphthylrest gebunden ist, und die dritte
Zahl steht für eine
Position, an der die -NH2Gruppe an einen
Phenylrest oder einen Naphthylrest gebunden ist, wobei jede Position von
der Zahl der Position eines Phenylrestes oder eines Naphthylrestes,
das heißt
1, gezählt
wird.
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Zum
Beispiel
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Die
Struktureinheit, die eine Aminogruppe enthält, die an einen Phenylrest
oder an einen bestimmten Naphthylrest gebunden ist, sollte in einer
Menge von 0,01–30
mol-% enthalten sein, und sie kann auf beliebige Art und Weise in
dem Polymer verteilt sein. Mit einem Gehalt von weniger als 0,01
mol-% zeigt sie ihre Wirkung nicht vollständig. Mit einem Gehalt von
mehr als 30 mol-% hat sie eine ungünstige Wirkung auf die Lagerstabilität der wasserbeständigen Zusammensetzung
(ruft zum Beispiel Gelierung hervor). Ihr Gehalt sollte vorzugsweise
0,02 bis 20 mol-% betragen, stärker
bevorzugt 0,05–15
mol-%.
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Der
PVA ist hinsichtlich seines mittleren viskosimetrischen Polymerisationsgrades
(nachstehend einfach als Polymerisationsgrad bezeichnet) und seines
Hydrolysegrades nicht besonders beschränkt. Sie werden zweckmäßigerweise
entsprechend der beabsichtigten Anwendung ausgewählt. Der Polymerisationsgrad beträgt gewöhnlich 50–10000,
vorzugsweise 100–7000,
stärker
bevorzugt 100–5000.
Der Hydrolysegrad ist höher
als 50 mol-%, vorzugsweise höher
als 70 mol-%. PVA mit einem Hydrolysegrad von weniger als 50 mol-%
verfügt über eine
geringe Wasserlöslichkeit.
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Das
Wasserbeständigkeit
verleihende Mittel als Komponente (B) der Zusammensetzung der vorliegenden
Erfindung ist mindestens ein Bestandteil, ausgewählt aus einer Polyepoxyverbindung,
Aldehydverbindung, Polyisocyanatverbindung und einem wasserlöslichen
Oxidationsmittel.
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Beispiele
für die
Polyepoxyverbindung sind:
Glycidylether wie Diglycidylether
von Bisphenol A, Di-β-methylglycidylether
von Bisphenol A, Diglycidylether von Bisphenol F, Tetraglycidylether
von Tetrahydroxyphenylmethan, Resorcindiglycidylether, Diglycidylether von
bromiertem Bisphenol A, Diglycidylether von chloriertem Bisphenol
A, Diglycidylether von hydriertem Bisphenol A, Diglycidylether eines
Alkylenoxidadduktes von Bisphenol A, Novolakglycidylether, Diglycidylether von
Polyalkylenglycol, Glycerin-triglycidylether, Pentaerythritol-diglycidylether
und Epoxyurethanharz; Glycidylether-Ester wie ein Glycidylether-Ester
von p-Oxybenzoesäure;
Glycidylester wie Diglycidylester der Phthalsäure, Diglycidylester von Tetrahydroxyphthalsäure, Diglycidylester
von Hexahydrophthalsäure,
Diglycidylester der Acrylsäure
und Diglycidylester der Dimersäure;
Glycidylamin wie Glycidylanilin, Tetraglycidyldiaminodiphenylmethan,
Triglycidylisocyanurat und Triglycidylaminophenol; lineares aliphatisches
Epoxyharz wie epoxidiertes Polybutadien und epoxidiertes Sojabohnenöl; und alicycisches
Epoxyharz wie 3,4-Epoxy-6-methylcyclohexylmethyl-3,4-epoxy-6-methylcyclohexancarboxylat,
3,4-Epoxycyclohexylmethyl-(3,4-epoxycyclohexan)carboxylat, Bis(3,4-epoxy-6-methylcyclohexylmethyl)adipat,
Vinylcyclohexendiepoxid, Dicyclopentadienoxid, Bis(2,3-epoxycyclopentyl)ether,
Limonendioxid und Polyamidepichlorhydrin.
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Beispiele
für die
Aldehydverbindung sind:
Monoaldehyde wie Formaldehyd, Acetaldehyd,
Propionaldehyd, Crotonaldehyd und Benzaldehyd; und Dialdehyde wie
Glyoxal, Malonaldehyd, Glutaraldehyd, Pimelindialdehyd, Suberindialdehyd
und Dialdehydstärke.
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Beispiele
für das
Polyisocyanat sind:
Toluylendiisocyanat (TDI), hydriertes TDI,
Trimethylolpropan-TDI-Addukt (z. B. „DESMODUR L" von der Bayer AG),
Triphenylmethantriisocyanat, Methylen-bis-diphenylisocyanat (MDI), hydriertes
MDI, polymerisiertes MDI, Hexamethylendiisocyanat, Xylylendiisocyanat,
4,4-Dicyclohexyldiisocyanat und Isophorondiisocyanat. Ein Isocyanat,
das mit Hilfe eines Emulgators in Wasser dispergiert ist.
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Beispiele
für wasserlösliche Oxidationsmittel
sind:
Persulfat (wie Ammoniumpersulfat, Kaliumpersulfat, und
Natriumpersulfat), Wasserstoffperoxid, Benzoylperoxid, Dicumylperoxid,
Cumolhydroperoxid, t-Butylhydroperoxid, Kaliumbromat, t-Butylperacetat
und t-Butylbenzoat. Sie können
allein oder in Kombination miteinander verwendet werden.
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Die
Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst (als Komponente
A) PVA, der eine aromatische Aminogruppe besitzt, und ein Wasserbeständigkeit
verleihendes Mittel (als Komponente B) in einem Gewichtsverhältnis (AB)
von 99,99/0,01 bis 10/90, vorzugsweise von 99,9/0,1 bis 70/30. Bei
einem Verhältnis
von größer als
99,99/0,01 resultiert eine Zusammensetzung mit mangelhafter Wasserbeständigkeit.
Mit einem Verhältnis
von weniger als 10/90 ist die Zusammensetzung mangelhaft im Hinblick
auf die Viskositätsstabilität.
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Der
in der vorliegenden Erfindung verwendete PVA, der über eine
aromatische Aminogruppe verfügt, welche
die Struktureinheit beinhaltet, die durch die Formel (1) oder (2)
dargestellt ist, kann durch Copolymerisation eines Vinylestermonomers
mit einem epoxygruppenhaltigen Monomer und anschließender Umsetzung des
Copolymers mit Mercaptan, das eine aromatische Aminogruppe besitzt,
gefolgt von Hydrolyse erhalten werden.
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Die
Copolymerisation des Vinylestermonomers mit dem epoxygruppenhaltigen
Monomer kann mit jedem bekannten Verfahren bewerkstelligt werden,
wie Massepolymerisation, Lösungspolymerisation,
Suspensionspolymerisation und Emulsionspolymerisation. Im allgemeinen
werden die beiden ersten Verfahren verwendet, wobei die Polymerisation
entweder ohne Lösungsmittel
oder in einem Lösungsmittel
wie Alkohol durchgeführt
wird. Die Emulsionspolymerisation wird verwendet, um ein Polymer
mit einem hohen Polymerisationsgrad zu erhalten. Zur Lösungspolymerisation
verwendet man einen niederen Alkohol wie Methylalkohol, Ethylalkohol
und Propylalkohol. Zur Copolymerisation wird jeder bekannte Azo-
oder Peroxidinitiator eingesetzt, wie α,α'-Azobisisobutyronitril, 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril),
2,2'-Azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitril),
Benzoylperoxid und n-Propylperoxycarbonat. Die Polymerisationstemperatur
ist nicht besonders eingeschränkt;
sie befindet sich jedoch gewöhnlich
im Bereich von –30
bis 150°C.
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Die
oben erwähnte
Reaktion zwischen dem Polymer, das aus Vinylestermonomer und dem
epoxygruppenhaltigen Monomer zusammengesetzt ist, und dem Mercaptan
mit einer aromatischen Aminogruppe wird ohne Lösungsmittel oder in einem Lösungsmittel
(wie Alkohol) mit Hilfe eines alkalischen Katalysators wie Triethylamin,
Diethanolamin und Natriumhydroxid durchgeführt. Die Reaktionstemperatur
ist nicht besonders eingeschränkt;
aber sie befindet sich gewöhnlich
im Bereich von –30
bis 150°C.
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Das
im oben erwähnten
Verfahren verwendete Vinylestermonomer schließt Vinylformiat, Vinylacetat, Vinylpropionat
und Vinylpivalat ein.
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Der
durch das oben erwähnte
Verfahren erhaltene modifizierte Polyvinylester kann ausschließlich aus Vinylestermonomer
und dem epoxygruppenhaltigen Monomer zusammengesetzt sein; er kann
jedoch in einer Menge, welche den Effekt der vorliegenden Erfindung
nicht beeinträchtigt,
mit einem ethylenisch ungesättigten Monomer
copolymerisiert sein.
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Beispiele
für ethylenisch
ungesättigte
Monomere sind:
Olefin wie Ethylen, Propylen, 1-Buten und Isobuten;
ungesättigte
Säure oder
Salz davon oder Mono- oder Di-(C1-18)alkylester
davon, wie Acrylsäure,
Methacrylsäure,
Crotonsäure,
Phthalsäure
oder sein Anhydrid, Maleinsäure
oder sein Anhydrid und Itaconsäure
oder sein Anhydrid; Acrylamid wie Acrylamid, N-(C1-18)Alkylacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid,
2-Acrylamidopropansulfonsäure
oder ein Salz davon und Acrylamidopropyldimethylamin oder ein Salz
davon oder ein quaternäres
Salz davon; Methacrylamid wie Methacrylamid, N-(C1-18)Alkylmethacrylamid,
N,N-Dimethylmethacrylamid, 2-Methacrylamidopropansulfonsäure oder
ein Salz davon und Methacrylamidopropyldimethylamin oder ein Salz
davon oder ein quaternäres
Salz davon; N-Vinylamid wie N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylformamid und
N-Vinylacetamid; Vinylcyanid wie Acrylnitril und Methacrylnitril;
Vinylether wie C1-18-Alkylvinylether, Hydroxyalkylvinylether
und Alkoxyalkylvinylether; Vinylhalogenid wie Vinylchlorid, Vinylidenchlorid,
Vinylfluorid, Vinylidenfluorid und Vinylbromid; Vinylsilan wie Trimethoxyvinylsilan;
und Allylacetat, Allylchlorid, Allylalkohol, Dimethylallylalkohol,
Trimethyl-(3-acrylamido-3-dimethylpropyl)-ammoniumchlorid und Acrylamido-2-methylpropansulfonate.
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Beispiele
für epoxygruppenhaltige
Monomere sind:
Allylglycidylether, Methacrylglycidylether,
Butadienmonoepoxide, 1,2-Epoxy-5-hexen, 1,2-Epoxy-7-octen, 1,2-Epoxy-9-decen,
8-Hydroxy-6,7-epoxy-1-octen, 8-Acetoxy-6,7-epoxy-1-octen, N-(2,3-Epoxy)-propylacrylamid,
N-(2,3-Epoxy)-propylmethacrylamid, 4-Acrylamidophenylglycidylether,
3-Acrylamidophenylglycidylether, 4-Methacrylamidophenylglycidylether,
3-Methacrylamidophenylglycidylether, N-Glycidoxymethylacrylamid, N-Glycidoxymethylmethacrylamid,
N-Glycidoxyethylacrylamid, N-Glycidoxyethylmethacrylamid, N-Glycidoxypropylacrylamid,
N-Glycidoxypropylmethacrylamid, N-Glycidoxybutylacrylamid, N-Glycidoxybutylmethacrylamid,
4-Acrylamidomethyl-2,5-dimethylphenylglycidylether,
4-Methacrylamidomethyl-2,5-dimethyl-phenylglycidylether, Acrylamidopropyldimethyl-(2,3-epoxy)-propylammoniumchlorid,
Methacrylamidopropyldimethyl-(2,3-epoxy)-propylammoniumchlorid und
Glycidylmethacrylat.
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Der
oben erwähnte
modifizierte Polyvinylester besitzt eine Epoxy-Gruppe, an die das
Mercaptan mit der aromatischen Aminogruppe addiert wird. Dieses
Mercaptan ist eine Verbindung, welche eine Mercaptogruppe sowie
eine Aminogruppe, die an einen aromatischen Ring gebunden ist, besitzt.
Seine Beispiele beinhalten 2-Aminothiophenol, 3-Aminothiophenol,
4-Aminothiophenol, 2-(N-Methyl)-aminothiophenol, 3-(N-Methyl)-aminothiophenol,
4-(N-Methyl)aminothiophenol, 2-(N,N-Dimethyl)-aminothiophenol, 3-(N,N-Dimethyl)-aminothiophenol
und 4-(N,N-Dimethyl)-aminothiophenol. Sie können in Form des Acetatesters
oder des Benzoatesters verwendet werden.
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Die
Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung sollte (A) einen PVA
mit einer aromatischen Aminogruppe und (B) ein Wasserbeständigkeit
verleihendes Mittel als essentielle Bestandteile enthalten. Sie
kann entsprechend ihrer Anwendung auch Lösungsmittel, Additive, wasserlösliche Harze,
wässrige
Polymerdispersionen usw. enthalten.
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Beispiele
für Lösungsmittel
sind Wasser (bevorzugt) oder Wasser in Kombination mit Alkohol,
Keton, Dimethylformamid oder Dimethylsulfoxid.
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Beispiele
für Additive
sind Entschäumungsmittel,
Dispergiermittel, nichtionische oder anionische grenzflächenaktive
Substanzen, Silan-Kupplungsmittel, pH-Puffer und Füllstoffe
(wie Calciumcarbonat, Ton, Talk und Mehl).
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Beispiele
für wasserlösliche Harze
sind Cellulosederivate (wie Carboxymethylcellulose und Hydroxyethylcellulose),
(Meth)acrylpolymere (wie Poly(meth)acrylsäure, Polyhydroxy(meth)acrylat
oder Copolymere davon und Polyacrylamid), Polyvinylpyrrolidon und
Copolymere davon, PVA-Derivate (wie Carboxylgruppen-haltiger modifizierter
PVA, Sulfatgruppen-haltiger modifizierter PVA, Sulfonatgruppen-haltiger
modifizierter PVA, Phosphatgruppen-haltiger modifizierter PVA und
quaternäre
Ammoniumgruppen-haltiger modifizierter PVA) und gewöhnlicher
PVA.
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Beispiele
für wässrige Polymerdispersionen
sind jene aus Acrylpolymer und -copolymer, Ethylenvinylacetatcopolymer,
Vinylesterpolymer und -copolymer und Styrol-Butadien-Copolymer.
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Die
Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung verleiht eine gute Wasserbeständigkeit,
selbst wenn sie bei Raumtemperatur verwendet wird. Deshalb ist sie
als Klebstoff geeignet, der keinerlei Wärmebehandlung benötigt, insbesondere
als Holzklebstoff, als Klebstoff für Schichtholz und als Zweikomponenten-Sofortklebstoff.
Aufgrund ihrer Fähigkeit
zur Filmbildung bei niedrigen Temperaturen und zur Erzeugung von
festen und wasserbeständigen
Filmen ist sie auch als Papierbeschichtungsmittel geeignet, insbesondere als
ein Mittel (Bindemittel, Grundierung und Deckschicht) zur Behandlung
von wärmeempfindlichem
Papier, das sich nicht für
eine Wärmebehandlung
bei hohen Temperaturen eignet. Darüber hinaus findet sie Anwendung
als Klebstoff für
anorganische und organische Werkstoffe, als Bindemittel für Keramik,
als Dispergiermittel für
Pigmente, als Stabilisator zur Verhinderung der Polymerisation von
vernetzbaren Emulsionen, als bildgebendes Material wie Gelatinemischungen
und lichtempfindliche Harze, als Hydrogelgrundlage für Gele zur
Immmobilisierung von Mikroben und Enzymen, als Vehikel zur Beschichtung
und als Beschichtungsmittel für
anorganische und organische Materialien. Sie findet allgemein auch
in dem Anwendungsgebiet Verwendung, in dem herkömmliche wasserlösliche Harze
eingesetzt werden.
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Die
Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung wird gewöhnlich in
Form einer Lösung
oder einer Dispersion in Wasser oder in Wasser, das das oben erwähnte organische
Lösungsmittel
enthält,
verwendet. Zur Papierbeschichtung kann sie auf zwei Arten eingesetzt
werden. Die erste Möglichkeit
besteht darin, die Komponente A (PVA mit einer aromatischen Aminogruppe)
und die Komponente B (Wasserbeständigkeit
verleihendes Mittel) zu mischen und die Mischung auf das Papier
aufzutragen. Die zweite Möglichkeit
besteht darin, die Komponente (B) auf das Papier aufzutragen und
dann die Komponente (A) aufzutragen. Sie kann ebenfalls auf zwei
Arten als Klebstoff eingesetzt werden. Die erste Möglichkeit
besteht darin, die Komponenten (A) und (B) zu mischen und dann die
Mischung auf ein zu verklebendes Substrat aufzutragen. Die zweite
Möglichkeit
besteht darin, die Komponente (A) auf eines der zu verklebenden
Substrate und die Komponente (B) auf das andere zu verklebende Substrat
aufzutragen.
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Die
Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung entfaltet ihre ausgeprägte Wirkung,
wenn sie als Klebstoff verwendet wird, insbesondere als Klebstoff
für Holzwerkstoffe
und als Klebstoff für
Schichtholz. In diesem Fall ist es wünschenswert, die Komponente
(A) in Kombination mit einer wässrigen
Emulsion eines organischen Polymers zu verwenden.
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Die
wässrige
Emulsion des organischen Polymers wird durch Emulsionspolymerisation
aus ungesättigten
Monomeren in Gegenwart eines radikalischen Polymerisationsinitiators
mit Hilfe eines Emulgators, der gewöhnlich zur Emulsionspolymerisation
verwendet wird, erhalten.
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Beispiele
für ungesättigte Monomere
sind:
Ungesättigte
Vinylestermonomere wie Vinylacetat; ungesättigte Acrylmonomere wie Alkylacrylatester
(einschließlich
(Meth)acrylsäure,
Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat und
2-Ethylhexyl(meth)acrylat, (Meth)acrylnitril, (Meth)acrylamid und
2-Hydroxyethyl(meth)acrylat; ungesättigte, halogenhaltige Monomere
wie Vinylchlorid, Vinylidenchlorid und Vinylbromid; Styrolmonomer;
Olefinmonomere wie Ethylen und Propylen; und Dienmonomere wie Butadien,
Isopren und Chloropren. Diese Monomere können allein oder in Kombination
miteinander eingesetzt werden.
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Die
oben erwähnte
wässrige
Emulsion eines organischen Polymers sollte vorzugsweise aus Vinylester(co)polymer
(typischerweise Ethylenvinylacetat-Copolymer und Polyvinylacetat),
(Meth)acrylatester(co)polymer (typischerweise Acrylatesterpolymer
und Styrolacrylatesterpolymer), oder Styrol-diencopolymer (typischerweise
Styrol-Butadien-Copolymer)
hergestellt werden.
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Beispiele
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Die
Erfindung wird nachstehend detaillierter beschrieben unter Bezugnahme
auf Beispiele, die jedoch nicht dazu dienen sollen, den Umfang dieser
Erfindung einzuschränken.
In den Beispielen bedeuten „%" und „Teile", wenn nicht anderweitig
angegeben, „Gewichts-%" und „Gewichtsteile".
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Synthese von
PVA mit einer aromatischen Aminogruppe
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(1)
In einem Reaktor, der mit einem Rührer, einem Rückflusskühler, einem
Stickstoffeinleitungsrohr und einem Thermometer ausgestattet war,
wurden 405 Teile Vinylacetatmonomer, 11 Teile Allylglycidylether und
30 Teile Methanol vorgelegt. Durch Einleiten von Stickstoff über 15 Minuten
wurden die Reaktionspartner von Luft befreit. Getrennt davon wurde
eine Initiatorlösung
durch Auflösen
von 4,5 Teilen 2,2-Azo isobutyronitril in 15 Teilen Methanol hergestellt.
Durch Einleiten von Stickstoff wurde die Lösung von Luft befreit.
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Der
Reaktor wurde langsam auf 60°C
erwärmt
und die Initiatorlösung
wurde zugegeben, um die Polymerisation zu starten. Nach einer 4-stündigen Polymerisation
bei 60°C
wurde der Reaktor abgekühlt,
um die Polymerisation abzubrechen. Im Reaktionsprodukt wurde ein
Feststoffgehalt von 54,8% festgestellt. Das Reaktionsprodukt wurde
durch periodische Zugabe von Methanol unter reduziertem Druck von
nicht umgesetztem Vinylmonomer befreit, wobei der Reaktor auf 30°C gehalten
wurde. Auf diese Weise wurde eine methanolische Lösung (44,5%)
eines Vinylacetat-Copolymers erhalten. Ein Teil dieser methanolischen
Lösung
wurde in Ether gegeben, um das Polymer zu gewinnen, welches anschließend zweimal
durch Umfällung
aus einer Aceton-Ether-Lösung
gereinigt und bei 40°C
unter reduziertem Druck getrocknet wurde. Dieses gereinigte Polymer
wurde mit Protonen-NMR unter Verwendung von CDCl3 als
Lösungsmittel
untersucht (Modell GSX-270, hergestellt
von Nippon Denshi Co., Ltd.). Es wurde auch hinsichtlich seiner
inneren Viskosität
in Aceton (gemäß JIS) geprüft, um das
viskositätsgemittelte
Molekulargewicht zu berechnen. Das Polymer wurde als Vinylacetat-Copolymer
identifiziert, das 2,1 mol-% an Allylglycidylethereinheiten (oder
-Epoxygruppen-haltige Einheiten) enthält, mit einem viskositätsgemittelten
Molekulargewicht von 1050.
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(2)
Von der methanolischen Lösung
(44,5%) des wie oben beschrieben erhaltenen Vinylacetat-Copolymers
(1) wurde eine Probenmenge von 100 Teilen genommen. Diese Probe
wurde in einem Reaktor, der mit einem Rührer, Rückflusskühler, Stickstoffeinleitungsrohr
und Thermometer ausgestattet war, vorgelegt. Nachdem 15 Minuten
lang Stickstoff eingeleitet worden war, wurde diese Probe mit 48
Teilen einer methanolischen Lösung,
die 8,0 Teile 2-Aminothiophenol und 0,03 Teile Natriumhydroxid enthielt,
versetzt. Zur Durchführung der
Reaktion wurde die Lösung
unter Rühren
2 Stunden auf 50°C
erwärmt.
Das Reaktionsprodukt wurde auf 40°C
abgekühlt
und mit 40 Teilen einer 10%igen methanolischen Natriumhydroxidlösung hydrolisiert.
Nach 5-stündigen
Stehenlassen bei 40°C
wurde das hydrolisierte Produkt zerteilt und mit 8 Teilen Essigsäure neutralisiert.
Das neutralisierte Produkt wurde unter Verwendung eines Soxhlet-Extraktors
mehr als 48 Stunden mit Methanol gewaschen. Ein modifizierter PVA
wurde nach mehr als 20-stündigem
Trocknen bei 60°C
erhalten. Dieser modifizierte PVA wurde mit IR und Protonen-NMR
(d6- DMSO)
untersucht. Das vollständige
Verschwinden der Epoxygruppe und die Einführung einer Anilinogruppe (2,1
mol-%) wurde bestätigt.
Der Gehalt an Vinylalkohol betrug 97,0 mol-%. Eine 4%ige Lösung des
PVAs in DMSO ergab eine Viskosität
von 61,2 cp bei 20°C.
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Beispiel 1
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Eine
10%ige wässrige
Lösung
der wasserbeständigen
Zusammensetzung wurde durch Auflösen
von 100 Teilen des modifizierten PVAs, der wie oben beschrieben
erhalten wurde, in Wasser unter Erwärmung und anschließender Zugabe
von 3 Teilen Ethylenglykoldiglycidylether hergestellt. Durch Gießen und
anschließendes
Trocknen bei 20°C
wurde diese Lösung
in ein Flächengebilde
umgewandelt. Nach einem 24-stündigen Eintauchen
in Wasser bei 20°C
wurde dieses Flächengebilde
hinsichtlich seines Quellungsgrades untersucht (definiert durch
das Verhältnis
des Gewichts nach Eintauchen in Wasser zum absoluten Trockengewicht).
Der Quellungsgrad betrug zwei. Das Flächengebilde blieb in einem
guten Zustand. Außerdem
wurde das Flächengebilde
10 Minuten lang bei 60°C
und bei 120°C
einer Wärmebehandlung
unterzogen und der Quellungsgrad von der so wärmebehandelten Probe bestimmt.
In beiden Fällen
betrug der Quellungsgrad zwei, was zeigte, dass das Flächengebilde
bei 20°C
vollständig
wasserbeständig
gemacht worden war. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt.
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Beispiel 2
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Das
gleiche Verfahren wie im Beispiel 1 wurde wiederholt, außer dass
Glyoxal anstelle von Ethylenglykoldiglycidylether (als Wasserbeständigkeit
verleihendes Mittel) verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in der Tabelle
1 dargestellt.
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Beispiel 3
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Das
gleiche Verfahren wie im Beispiel 1 wurde wiederholt, außer dass
wasserdispergierbares Polyisocyanat („Coronate C-3053" von Nippon Polyurethan
Kogyo) anstelle von Ethylenglykoldiglycidylether (als Wasserbeständigkeit
verleihendes Mittel) verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in der
Tabelle 1 dargestellt.
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Vergleichsbeispiel 1
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Das
gleiche Verfahren wie im Beispiel 1 wurde wiederholt, außer dass
der modifizierte PVA durch einen unmodifizierten PVA („PVA-110", mit einem Polymerisationsgrad
von 1000 und einem Hydrolysegrad von 98,5%, von Kuraray Co. Ltd.)
ersetzt wurde. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt.
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Vergleichsbeispiel 2
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Das
gleiche Verfahren wie im Beispiel 1 wurde wiederholt, außer dass
der modifiziere PVA durch einen Aminogruppen-modifizierten PVA (mit
einem Hydrolysegrad von 98,5 mol-%, einem Polymerisationsgrad von 1000
und einem Modifikationsgrad von 2 mol-%) ersetzt wurde, welcher
durch die Hydrolyse eines Copolymers von N-Vinylformamid und Vinylacetat
erhalten wurde. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt.
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Vergleichsbeispiel 3
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Das
gleiche Verfahren wie im Beispiel 1 wurde wiederholt, außer dass
der modifizierte PVA durch einen Carbonsäure-modifizierten PVA (mit
einem Hydrolysegrad von 98,0 mol-%, einem Polymerisationsgrad von
1000 und einem Modifikationsgrad von 2 mol-%) ersetzt wurde, welcher
durch die Hydrolyse eines Copolymers von Itaconsäure und Vinylacetat erhalten
wurde, und dass Ethylenglykoldiglycidylether (als Wasserbeständigkeit
verleihendes Mittel) durch Polyamidepichlorhydrin (von Nippon PMC)
in einer Menge, wie in der Tabelle 1 gezeigt, ersetzt wurde. Die
Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt.
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Vergleichsbeispiel 4
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Das
gleiche Verfahren wie im Beispiel 1 wurde wiederholt, außer dass
der modifizierte PVA durch eine Mischung, die aus 100 Teilen einer
10%igen wässrigen
Lösung
von Acetoacetylgruppen-modifiziertem PVA (mit einem Hydrolysegrad
von 98,0 mol-%, einem Polymerisationsgrad von 1000 und einem Modifikationsgrad von
5 mol-%) und 5 Teilen Glyoxal ersetzt wurde. Die Ergebnisse sind
in der Tabelle 1 dargestellt.
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In
den folgenden Beispielen 4 bis 6 und den Vergleichsbeispielen 5
bis 8, wurde die resultierende Klebstoffzusammensetzung als Holzklebstoff
und als Schichtholzklebstoff verwendet und ihre Eigenschaften wurde durch
die nachstehend aufgeführten
Methoden ermittelt.
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(1) Holzklebstoff
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Die
Holz-Holz-Verbundfestigkeit wurde unter den folgenden Bedingungen
gemessen.
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• Verbundherstellung
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- Zu verklebende Substrate: Birke/Birke (Randmaserung), 8%
Wassergehalt
- Auftragsgewicht: 150 g/m2 (beidseitig)
- Abbindezeit: 1 Minute
- Pressen: 20°C,
24 Stunden, Druck 10 kg/cm2
-
• Messung
-
- Die Prüfkörper wurden
hinsichtlich ihrer Druckscherverbundfestigkeit gemäß JIS K-6852
gemessen.
- Trockenfestigkeit: Die Messung wird im trockenen Zustand nach
der Aushärtung
bei 20°C über 7 Tage
durchgeführt.
- Nassfestigkeit: Die Messung wird im nassen Zustand nach der
Aushärtung
bei 20°C über 7 Tage
und anschließendem
Einweichen in Wasser bei 20°C über 3 Stunden
durchgeführt.
- Heißwasserbeständigkeit:
Die Messung wird im nassen Zustand nach der Aushärtung bei 20°C über 7 Tage und
anschließendem
Einweichen in heißem
Wasser bei 60°C
für 3 Stunden
(gefolgt von einer Abkühlung
in Wasser auf 20°C)
durchgeführt.
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(2) Schichtholzklebstoff
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Die
Schichtholzverbundfestigkeit wurde unter den folgenden Bedingungen
gemessen.
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• Verbundherstellung
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- Zu verklebende Substrate: Schichtholz (P1), erhältlich durch
Laminierung mit einem Harnstoff/Formaldehydklebstoff. Schichtholz
(P2), erhältlich
durch die Laminierung mit einem wässrigen Vinylurethanklebstoff.
- Auftragsgewicht: 150 g/m2 (beidseitig)
- Abbindezeit: 1 Minute
- Pressen: 20°C,
20 Minuten, Druck 6 kg/cm2
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• Messung
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- Schälen
infolge von Erhitzen: Die Prüfkörper werden
3 Tage bei 20°C
gehärtet
und dann 3 Stunden bei 60°C mit
heißer
Luft getrocknet. Die Verbundfläche
wird hinsichtlich Abschälen
untersucht.
- Schälen
infolge von Einweichen in heißem
Wasser: Die Prüfkörper werden
3 Tage bei 20°C
gehärtet
und dann 2 Stunden bei 70°C
in heißem
Wasser eingeweicht und schließlich
3 Stunden bei 60°C
mit heißer
Luft getrocknet. Die Verbundfläche
wird hinsichtlich Abschälen
untersucht.
- Schälen
infolge von Einweichen in kochendem Wasser: Die Prüfkörper werden
3 Tage bei 20°C
gehärtet
und dann 4 Stunden in kochendem Wasser eingeweicht und schließlich 3
Stunden bei 60°C
mit heißer
Luft getrocknet. Die Verbundfläche
wird hinsichtlich Abschälen
untersucht.
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Beispiel 4
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Aus
100 Teilen einer Ethylen-Vinylacetat-Copolymeremulsion („OM-4200" mit 55% Feststoffgehalt, von
Kuraray Co., Ltd.) und 10 Teilen der 10%igen wässrigen Lösung der wasserbeständigen Zusammensetzung
in Beispiel 1 wurde ein wässriger
Klebstoff hergestellt. Seine Verwendungseigenschaften als Holzklebstoff
und als Schichtholzklebstoff wurden ermittelt. Die Ergebnisse sind
in den Tabellen 2 bis 4 dargestellt.
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Beispiel 5
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Aus
100 Teilen einer Ethylen-Vinylacetat-Copolymeremulsion („OM-4200" mit 55% Feststoffgehalt, von
Kuraray Co., Ltd.) und 10 Teilen der 10%igen wässrigen Lösung der wasserbeständigen Zusammensetzung
in Beispiel 2 wurde ein wässriger
Klebstoff hergestellt. Seine Verwendungseigenschaften als Holzklebstoff
und als Schichtholzklebstoff wurden ermittelt. Die Ergebnisse sind
in den Tabellen 2 bis 4 dargestellt.
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Beispiel 6
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Aus
100 Teilen einer Ethylen-Vinylacetat-Copolymeremulsion („OM-4200" mit 55% Feststoffgehalt, von
Kuraray Co., Ltd.) und 10 Teilen der 10%igen wässrigen Lösung der wasserbeständigen Zusammensetzung
in Beispiel 3 wurde ein wässriger
Klebstoff hergestellt. Seine Verwendungseigenschaften als Holzklebstoff
und als Schichtholzklebstoff wurden ermittelt. Die Ergebnisse sind
in den Tabellen 2 bis 4 dargestellt.
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Vergleichsbeispiel 5
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Aus
100 Teilen einer Ethylen-Vinylacetat-Copolymeremulsion („OM-4200" mit 55% Feststoffgehalt, von
Kuraray Co., Ltd.) und 10 Teilen der 10%igen wässrigen Lösung der wasserbeständigen Zusammensetzung
aus Vergleichsbeispiel 1 wurde ein wässriger Klebstoff hergestellt.
Seine Verwendungseigenschaften als Holzklebstoff und als Schichtholzklebstoff
wurden ermittelt. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 2 bis 4 dargestellt.
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Vergleichsbeispiel 6
-
Aus
100 Teilen einer Ethylen-Vinylacetat-Copolymeremulsion („OM-4200" mit 55% Feststoffgehalt, von
Kuraray Co., Ltd.) und 10 Teilen der 10%igen wässrigen Lösung der wasserbeständigen Zusammensetzung
aus Vergleichsbeispiel 2 wurde ein wässriger Klebstoff hergestellt.
Seine Verwendungseigenschaften als Holzklebstoff und als Schichtholzklebstoff
wurden ermittelt. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 2 bis 4 dargestellt.
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Vergleichsbeispiel 7
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Aus
100 Teilen einer Ethylen-Vinylacetat-Copolymeremulsion („OM-4200" mit 55% Feststoffgehalt, von
Kuraray Co., Ltd.) und 10 Teilen der 10%igen wässrigen Lösung der wasserbeständigen Zusammensetzung
aus Vergleichsbeispiel 3 wurde ein wässriger Klebstoff hergestellt.
Seine Verwendungseigenschaften als Holzklebstoff und als Schichtholzklebstoff
wurden ermittelt. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 2 bis 4 dargestellt.
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Vergleichsbeispiel 8
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Aus
100 Teilen einer Ethylen-Vinylacetat-Copolymeremulsion („OM-4200" mit 55% Feststoffgehalt, von
Kuraray Co., Ltd.) und 10 Teilen der 10%igen wässrigen Lösung der wasserbeständigen Zusammensetzung
aus Vergleichsbeispiel 4 wurde ein wässriger Klebstoff hergestellt.
Seine Verwendungseigenschaften als Holzklebstoff und als Schichtholzklebstoff
wurden ermittelt. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 2 bis 4 dargestellt.
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Beispiel 7
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Herstellung und Prüfung der
Verbundfestigkeit einer Zweikomponenten-Klebstoffzusammensetzung
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- (1) Eine erste Lösung wurde aus 100 Teilen einer
Ethylen-Vinylacetat-Copolymeremulsion
(„OM-4200
mit 55% Feststoffgehalt, von Kuraray Co., Ltd.), 10 Teilen einer
10%igen wässrigen
Lösung
eines PVAs mit einer aromatischen Aminogruppe (hergestellt wie oben
beschrieben) und 50 Teilen Calciumcarbonat („P-30" von Toyo Fine Chemicals, Co., Ltd.)
hergestellt.
- (2) Eine zweite Lösung
besteht aus einer 15%igen wässrigen
Glyoxallösung.
- (3) Die beiden so hergestellten Lösungen wurden als Zweikomponenten-Klebstoffzusammensetzung
eingesetzt.
- (4) Prüfkörper aus
Birke (Randmaserung) mit den Abmessungen 25 × 25 × 10 mm wurden vorbereitet.
Für jede
Prüfung
wurden fünf
Prüfkörperpaare
verwendet.
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Die
erste Lösung
wurde auf einen ersten Prüfkörper (als
zu verklebendes Substrat) aufgetragen (etwa 200 g/m2)
und die zweite Lösung
wurde auf ein zweites zu verklebendes Substrat aufgetragen (etwa
50 g/m2). Die beiden Prüfkörper wurden, mit den beschichteten
Seiten einander zugewandt, gegeneinander gedrückt mit einem Druck von etwa
10 kg/cm2. Jeder Prüfkörpersatz wurde für eine vorgeschriebene
Zeitdauer gepresst, wie in der Tabelle 5 dargestellt. Nach dem Pressen
wurden die Prüfkörper 5 Minuten
oder 24 Stunden gehärtet. Dann
wurde die Verbundfestigkeit der Prüfkörper gemäß JIS K-6852 (Methode zur Prüfung der
Druckscherverbundfestigkeit eines Klebstoffes) gemessen. Es wurde
ein Durchschnittswert aus fünf
Messungen herangezogen.
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Der
Anteil (%) der Adhäsionsbrüche (anstelle
von Grenzflächenschälung) ist
ebenfalls in Klammern dargestellt. Der Anteil der Adhäsionsbrüche ist
der Verbundfestigkeit der Klebstoffzusammensetzung proportional.
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Im Übrigen wurde
die oben erwähnte
Adhäsionsprüfung und
Messung in einer Atmosphäre
von 20°C durchgeführt.
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Die
verklebten Prüfkörper wurden
24 Stunden gehärtet
und dann bei 60°C
für 60
Minuten in heißem Wasser
eingeweicht und schließlich
hinsichtlich ihrer Verbundfestigkeit geprüft. Die Ergebnisse sind in
der Tabelle 5 dargestellt.
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Beispiel 8
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Das
gleiche Verfahren wie im Beispiel 7 wurde wiederholt, außer dass
die wässrige
Glyoxallösung
(als zweite Lösung)
durch eine 15%ige wässrige
Ammoniumpersulfatlösung
ersetzt wurde. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 5 dargestellt.
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Vergleichsbeispiel 9
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Die
Prüfung
der Verbundfestigkeit wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel
7 durchgeführt,
außer dass
die wässrige
Glyoxallösung
(als zweite Lösung)
nicht eingesetzt wurde (oder nur die erste Lösung zur Verbundherstellung
verwendet wurde). Die Ergebnisse sind in der Tabelle 5 dargestellt.
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Aus
der Tabelle 5 lässt
sich erkennen, dass der Zweikomponenten-Klebstoff der vorliegenden
Erfindung die Anfangsverbundfestigkeit und Endverbundfestigkeit
bei Raumtemperatur zeigt und dass er auch eine hohe Nassfestigkeit
zeigt, auch wenn die Verbundherstellung bei Raumtemperatur durchgeführt wurde.
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Effekt der Erfindung
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Die
oben erwähnten
Beispiele zeigen, dass die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung
eine sehr gute Wasserbeständigkeit
aufweist, wenn sie bei Raumtemperatur verwendet wird. Dies ist vorteilhaft
hinsichtlich einer Energieeinsparung. Deshalb ist die vorliegende
Erfindung von großer
industriellen Bedeutung.
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