DE69825627T3 - Verfahren zum ankleben eines urethanklebstoffs auf lackierte oberflächen mit einer vorstrich-zusammensetzung - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzielung von Haftung eines Urethandichtungsmittels auf ein angestrichenes Substrat und Zusammensetzungen zur Verwendung hierfür.
- Das effektive Verkleben von Glas an mit Anstrich versehene Substrate ist in solchen Industrien wie der Automobilindustrie wichtig. Beispielsweise müssen Windschutzscheiben effektiv an einem Autokörper verklebt werden, um das Dach des Automobils in Fällen von Zusammenstößen und Überschlägen zu tragen. Typischerweise wird ein Urethandichtungsmittel zum Befestigen der Glasoberfläche an die angestrichene Oberfläche verwendet. Jedoch ist es manchmal schwierig, Urethandichtungsmittel direkt an angestrichenen Oberflächen zufriedenstellend zu verkleben.
- Um daher annehmbare Werte von Urethanhaftung an angestrichenen Autokörperoberflächen zu erhalten, fordern Autohersteller häufig eine zusätzliche vorangehende Stufe des Auftrages eines Vorstrichüberzuges auf der angestrichenen Oberfläche, bevor der Klebstoff aufgetragen wird. Beispielsweise beschreibt das
US-Patent No. 4 525 511 mit dem Titel "Method and Compositions for Improving Bonding to Painted Surfaces" ein solches Vorstrichmittel bzw. einen solchen Primer und ein Verfahren zum Vorstreichen (hier unter Bezugnahme eingeschlossen). Nur durch die Verwendung einer solchen Vorstrich-Oberbeschichtung können zufriedenstellende Haftung des Urethandichtungsmittels und die Verbindung von Anstrichmittel-Glasoberflächen erreicht werden. - Das
US-Patent No. 4 857 366 (das '366 Patent), erteilt an Schumacher, mit dem Titel "Method for Obtaining Adhesion of Urethane Sealant to a Painted or Glass Surface" stellt einen Fortschritt auf dem Gebiet des Verklebens von Glas-angestrichener Oberfläche dar, weil die Vorstrichmittelstufe ausgelassen wurde (hier unter Bezugnahme eingeschlossen). Das '366 Patent beschreibt ein Verfahren zur Behandlung einer mit Anstrichmittel versehenen Oberfläche zur Erzielung von Haftung eines Urethandichtungsmittels an der mit Anstrichmittel versehenen Oberfläche. Das hier beschriebene Verfahren schließt das Auftragen einer Lösung von para-Toluolsulfonsäure und eines Lösungsmittels, ausgewählt aus der aus Ketonen, Alkoholen und aliphatischen Estern bestehenden Gruppe, ein. Jedoch sind die in dem '366 Patent beschriebenen Lösungsmittel für die Umwelt relativ schädlich. Darüber hinaus lassen die in dem '366 Patent beschriebenen Lösungen oft einen unsichtbaren Säurerückstand auf der behandelten Oberfläche zurück, wodurch der Glanz von bestimmten Typen von Anstrichmitteln negativ beeinträchtigt wird. - Fabian et al.,
US-Patent 4 239 549 beschreiben ein Verfahren zur leichten Herstellung von in Wasser dispergierten Formulierungen von Phthalocyaninpigmenten, wobei solche Zusammensetzungen von 70 bis 95 Gew.-% von fein zerteiltem Phthalocyaninpigment und 30 bis 5 Gew.-% von einer oder mehreren Alkylarylsulfonsäuren umfassen. - Es wäre ein Vorteil auf dem Gebiet der Klebstoffe und Dichtungsmittel, ein Verfahren und eine Zusammensetzung zur Behandlung einer mit Anstrichmittel versehenen Oberfläche zu liefern, welche die Haftung zwischen Urethandichtungsmittel und der mit Anstrichmittel versehenen Oberfläche effektiv verbessern könnten. Ebenfalls wäre es ein Vorteil auf dem Gebiet, eine für die Umwelt stärker freundliche Zusammensetzung zu liefern, als die in dem oben genannten Stand der Technik beschriebenen Zusammensetzungen, und wobei diese keinen unsichtbaren Rückstand auf der mit Anstrichmittel versehenen Oberfläche zurückläßt und den Glanz der mit Anstrichmittel versehenen Oberfläche nicht in negativer Weise beeinträchtigt.
- Gemäß einer Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Behandlung einer angestrichenen Oberfläche zum Liefern von Haftung eines danach aufgetragenen Urethanklebstoffes, umfassend die Stufen des Aufbringens einer Vorstrichlösung auf die Oberfläche, wobei die Vorstrichlösung von 0,5 Gew.-% bis 10 Gew.-% einer mit Hydrocarbyl substituierten aromatischen Sulfonsäure, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung, umfaßt, worin die Hydrocarbyleinheit 6 oder mehr Kohlenstoffatome hat und von 90,0 Gew.-% bis 99,5 Gew.-% eines Lösungsmittels, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung, welches die Saure auflöst, und Ermöglichen des Verdampfens des Lösungsmittels.
- In einer zweiten Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung eine Vorstrichzusammensetzung, umfassend von 0,5 Gew.-% bis 3,0 Gew.-% einer mit Hydrocarbyl substituierten aromatischen Sulfonsäure, worin die Hydrocarbyleinheit 6 oder mehr Kohlenstoffatome hat, und von 97,0 Gew.-% bis 99,5 Gew.-% eines Lösungsmittels, welches die Saure auflöst und ein Alkylalkohol, ein aromatisches oder alkylaromatisches Lösungsmittel ist.
- Das Verfahren und die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung haben mehrere Vorteile. Zuerst können die Verfahren und Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung aromatische oder alkylaromatische Lösungsmittel verwenden, welche gegenüber der Umwelt freundlicher sind als die meisten der im Stand der Technik beschriebenen Lösungsmittel. Die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung lassen keinen kristallinen Rückstand auf der Substratoberfläche zurück. Schließlich beeinträchtigen die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung nicht in negativer Weise den Glanz von bestimmten Typen von Anstrichmitteln.
- Das Verfahren der vorliegenden Erfindung schließt im allgemeinen die Stufen des Auftrages einer Vorstrichlösung auf eine Oberfläche und das Ermöglichen der Verdampfung des Lösungsmittels in der Vorstrichlösung. Der Ausdruck "Vorstrich" wird hier verwendet, um anzugeben, daß die Lösung auf die Oberfläche aufgebracht wird, bevor irgendwelche Klebstoffe oder Dichtungsmittel hierauf aufgetragen werden. Anders ausgedrückt, die Vorstrichlösung der vorliegenden Erfindung wird verwendet, um die Oberfläche zu behandeln, bevor irgendwelche nachfolgenden Zusammensetzungen hierauf aufgetragen werden.
- Die Vorstrichlösung enthält eine Säure und ein Lösungsmittel. Die Säure in der Vorstrichlösung muß in dem Lösungsmittel löslich sein. Die Säure ist aromatische Sulfonsäure, in welcher eine der aromatischen Einheiten weiter mit einer oder mehreren Kohlenwasserstoffsubstituenten substituiert ist. Weiterhin kann die aromatische Einheit eine oder mehrere Sulfonsäureeinheiten enthalten. Die Substituenten haben 6 oder mehr Kohlenstoffatome. Bevorzugt hat der Substituent 20 oder weniger Kohlenstoffatome. Bevorzugt hat die Hydrocar-byleinheit von 6 bis 20 Kohlenstoffatome. Die Kohlenwasserstoffsubstituenten können Alkyl, Aryl, Alkenyl, Aralkyl oder Alkaryl sein. Mehr bevorzugt haben die Substituenten von 6 bis 12 Kohlenstoffatome und am meisten bevorzugt 9 bis 12 Kohlenstoffatome. Bevorzugt ist die Hydrocarbyleinheit eine 9-12 C Alkyleinheit. Der Kohlenwasserstoffsubstituent kann Nicht-Kohlenwasserstoffeinheiten enthalten, welche die Funktion der Säure in der Zusammensetzung der Erfindung nicht beeinträchtigen. Die aromatische Einheit kann eine beliebige aromatische Einheit sein, welche die Kriterien der Erfindung erfüllt und ist bevorzugt Benzol und Naphthalin. Beispiele von bevorzugten Säuren schließen Dodecylbenzolsulfonsäure, Dinonylnaphthalindisulfonsäure und Dinonylnaphthalinsulfonsäure ein. Am meisten bevorzugt ist die Säure Dodecylbenzolsulfonsäure. Der Säuregehalt in der Vorstrichlösung beträgt bevorzugt wenigstens 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Gesamtlösung, mehr bevorzugt wenigstens 1,0 Gew.-% und noch mehr bevorzugt wenigstens 1,5 Gew.-%. Bevorzugt beträgt die Menge der Säure in der Vorstrichlösung weniger als oder gleich 10,0 Gew.-%, mehr bevorzugt weniger als oder gleich 5,0 Gew.-%, noch mehr bevorzugt weniger als oder gleich 3,5 Gew.-% und am meisten bevorzugt weniger als oder gleich 2,5 Gew.-%, noch mehr bevorzugt weniger als oder gleich 3,0 Gew.-%.
- Das Lösungsmittel ist ein Alkylalkohol, ein aromatisches oder alkylaromatisches Lösungsmittel. Solche Lösungsmittel werden üblicherweise verwendet und schließen beispielsweise Isopropylalkohol, Benzol, Toluol, Xylol, Cumol und Naphtha ein. Die bevorzugten Klassen von Lösungsmittel sind die alkylaromatischen Lösungsmittel und die aromatischen Lösungsmittel. Bevorzugt ist das in der Vorstrichlösung der vorliegenden Erfindung verwendete Lösungsmittel Naphtha, welches typischerweise die folgende Zusammensetzung hat: 10 Gew.-% einer Lösung, enthaltend Ethylbenzol, Xylol, Cumol, Propylbenzol, Ethyltoluol; 45 Gew.-% Trimethylbenzol; 40 Gew.-% Tetramethylbenzol und 5 Gew.-% Naphthalin, wie beschrieben in Industrial Solvens, 2. Aufl., Reinhold Publishing Corp. (1950).
- Bevorzugt beträgt die Menge von Lösungsmittel in der Vorstrichlösung wenigstens 97,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Vorstrichlösung und am meisten bevorzugt wenigstens 97,5 Gew.-%. Der Lösungsmittelgehalt in der Vorstrichlösung beträgt bevorzugt weniger als oder gleich 99,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Vorstrichlösung, mehr bevorzugt weniger als oder gleich 99,0 Gew.-% und noch mehr bevorzugt weniger als oder gleich 98,5 Gew.-%.
- Bevorzugt umfaßt die Zusammensetzung von 1,0 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% Säure und von 97,5 Gew.-% bis 99,0 Gew.-% Lösungsmittel.
- Die Vorstrichlösung der vorliegenden Erfindung kann formuliert werden, indem die Komponenten miteinander unter Verwendung von auf dem Fachgebiet wohlbekannten Einrichtungen gemischt werden. Im allgemeinen werden die Komponenten in einem geeigneten Mischer gemischt. Solches Mischen wird bevorzugt in einer Inertatmosphäre durchgeführt.
- Die Verwendung der Vorstrichlösung der vorliegenden Erfindung liefert verbesserte Haftung eines Urethandichtungsmittels an mit Anstrichmittel versehenen Oberflächen ohne Notwendigkeit der Verwendung eines Primers. Die Vorstrichlösung kann aufgestrichen, aufgesprüht oder mittels anderer Einrichtungen mit der mit Anstrichmittel versehenen Oberfläche oder der Glasoberfläche kontaktiert werden. Die Vorstrichlösung muß lediglich als sehr dünne Schicht aufgebracht werden, gerade ausreichend, so daß die Oberfläche gerade bedeckt ist. Gewünschtenfalls kann mehr aufgebracht werden, dies ergibt jedoch lediglich Verschwendung.
- Nachdem die Vorstrichlösung auf die Oberfläche aufgebracht wurde, wird das Lösungsmittel verdampfen gelassen. Üblicherweise verdampft das Lösungsmittel innerhalb weniger Sekunden bis 10 Minuten, abhängig von den Umgebungsbedingungen.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die in der vorliegenden Erfindung verwendete Säure eine nicht-kristalline Flüssigkeit bei Umgebungsbedingungen. Daher werden solche Säuren verwendet, daß die Vorstrichlösung der vorliegenden Erfindung überhaupt keinen kristallinen Rückstand anschließend zurückläßt, was oftmals ein ästhetisch unangenehmes Aussehen ergibt. Der Auftrag von großen Mengen der Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung ist für die Haftung effektiv, ergibt jedoch Verschwendung. Nach dem Trocknen der Zusammensetzungen kann Urethandichtungsmittel direkt auf die behandelte Oberfläche aufgetragen werden, was die Notwendigkeit für eine Primerbehandlung der mit Anstrichmittel versehenen Oberfläche vor dem Auftrag des Urethandichtungsmittels ausschaltet.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform schließt das Verfahren der vorliegenden Erfindung, nachdem die Glasoberfläche und/oder angestrichene Oberfläche mit der Vorstrichlösung behandelt wurde, das Inkontaktbringen der Oberfläche mit einem nicht-ausgehärteten Urethanklebstoff ein.
- Bei einer mehr bevorzugten Ausführungsform schließt das Verfahren ebenfalls das Ermöglichen der Aushärtung des nicht-ausgehärteten Urethanklebstoffes ein.
- Urethandichtungsmittel sind auf dem Fachgebiet bekannt, beispielsweise
US-Patente Nos. 4 511 626 und4 539 345 , auf welche Bezug genommen ist. Solche Urethandichtungsmittel schließen Einkomponentensysteme, aushärtbar durch Wärme oder Feuchtigkeit, sowie Zweikomponentenpolyurethansysteme, welche durch Hitze oder chemisch aktivierbar sind, ein. Die Verfahren zur Behandlung von mit Anstrichmitteln versehenen Oberflächen oder Glasoberflächen, die hier angegeben sind, können sowohl für ursprüngliche Glasinstallationen als auch für Ersatz-Glasinstallationen unter Verwendung von Urethandichtungsmitteln verwendet werden. - Zum Auftrag von Urethandichtungsmitteln wird die Dichtungsmittelzusammensetzung auf ein Substrat aufgebracht, und der Klebstoff auf dem ersten Substrat wird danach mit einem zweiten Substrat in Kontakt gebracht. Danach wird der Klebstoff den Aushärtbedingungen ausgesetzt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Substrat Glas und das andere Substrat ist ein Kunststoff, ein Metall, Faserglas oder ein Compositsubstrat, welches wahlweise mit Anstrichmittel versehen sein kann. Im allgemeinen werden die Urethandichtungsmittel bei Umgebungstemperatur aufgetragen. Bevorzugt ist das Dichtungsmittel so formuliert, um eine Arbeitszeit von 6 Minuten oder mehr, mehr bevorzugt 10 Minuten oder mehr zu liefern. Bevorzugt ist die Arbeitszeit 15 Minuten oder weniger und mehr bevorzugt 12 Minuten oder weniger.
- Alle Teile und Prozentsätze sind in Gewicht angegeben, falls nichts anderes angezeigt ist.
- Beispiel 1
- 2 Teile Dodecylbenzolsulfonsäure (DDBSA) wurden mit 98 Teilen Naphtha in einem Glasbecher gemischt. Die Lösung wurde bei Zimmertemperatur für wenige Minuten gerührt, so daß das DDBSA vollständig in dem Naphtha aufgelöst war, wodurch eine 2%ige Lösung von DDBSA/Naphtha gebildet wurde. Ein Mull wurde mit der 2%igen Lösung von DDBSA/Naphtha getränkt und auf eine Oberfläche aufgestrichen, die mit ausgehärtetem Anstrichmittel für Kraftfahrzeuge (Du Pont RKF 45500/691R98770) beschichtet war. Das Naphthalösungsmittel verdampfte in wenigen Minuten. Nachdem das Lösungsmittel abgedampft war, wurde eine Perle von 6,4 mm × 6,4 mm von nicht-ausgehärtetem feuchtigkeitshärtbarem Einkomponentenpolyurethanklebstoff (Betaseal 520 Urethane adhesive von Essex Specialty Products, Inc.) auf die bestrichene Oberfläche aufgebracht. Das Urethan wurde bei 23°C und 50% relativer Feuchtigkeit für 3 Tage aushärten gelassen. Nach dem Aushärten wurden einige Urethanproben den folgenden Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Testbedingung A: keine weitere Exposition. Testbedingung B: die Proben wurden für 10 Tage bei 32°C in Wasser eingeweicht. Testbedingung C: die Proben wurden 100% relativer Feuchtigkeit bei 38°C für 14 Tage ausgesetzt. Testbedingung D: die Proben wurden 90°C für 14 Tage ausgesetzt.
- Die Haftung des ausgehärteten Dichtungsmittels wurde dadurch bestimmt, daß die Kante der ausgehärteten Perlen abgeschnitten und die Art des Versagens des Verklebens beobachtet wurde. Es war erwünscht, daß die Grenzflächenhaftungsfestigkeit (d.h. Anstrichmittel-Urethan oder Glas-Urethan) größer als die Kohäsionsfestigkeit (innerhalb des Dichtungsmittels) des Klebstoffes selbst ist. Wenn das Testen an Verbindungen von Anstrichmittel-Urethan-Glas durchgeführt wurde, war das Klebeversagen (CF) bevorzugt ein Versagen des Klebstoffes. Alle Proben zeigten 100% Klebeversagen. Es lag keine Ablagerung von Säure auf dem Substrat oder ein nennenswerter Abbau der Beschichtung auf den Substraten vor.
- Beispiele 2 bis 6
- Beispiel 1 wurde unter Verwendung von drei verschiedenen Säuren wiederholt. In Beispiel 2 war die Säure Dinonylnaphthalindisulfonsäure (Nacure 155 Sulfonsäure), erhältlich von King Industries, mit 1% in Isopropylalkohol. In den Beispielen 3 und 4 war Nacure 1052 Sulfonsäure (50% Dinonylnaphthalinsulfonsäure und 50% Heptan) mit 1 bzw. 5% in Naphtha aufgelöst. In den Beispielen 5 und 6 waren Nacure 1053 Sulfonsäure (50% Dinonylnaphthalinsulfonsäure, 40% Xylol und 10% Ethylbenzol mit 1 bis 5% in Naphtha aufgelöst. Alle Proben wurden unter Bedingungen A, B, C und D getestet und zeigten 100% Klebeversagen in allen Fällen. Es lag keine sichtbare Ablagerung von Säure auf dem Substrat noch ein nennenswerter Abbau des Überzuges des Substrates vor.
- Vergleichsbeispiel 1
- Eine Perle von 6,4 mm × 6,4 mm von nicht-ausgehärtetem feuchtigkeitshärtbarem Einkomponenpolyurethanklebstoff (Betaseal 520 urethane adhesive von Essex Specialty Products, Inc.) wurde auf eine mit Anstrichmittel versehene Oberfläche, welche nicht mit irgendeiner Vorstrichlösung abgewischt worden war, aufgetragen. Das Urethan wurde bei 23°C und 50% relativer Feuchtigkeit für 3 Tage aushärten gelassen. Nach dem Aushärten wurde einiges Urethan entsprechend den Bedingungen A, B, C und D getestet. Alle Proben zeigten 0% Klebeversagen (100% Klebstoffversagen).
- Vergleichsbeispiele 2 bis 7
- Beispiel 1 wurde unter Verwendung von 5% der folgenden Säuren in Isopropylalkohol wiederholt: Toluolsäure, Propionsäure, Essigsäure, Fumarsäure, Benzoesäure und 2,2-Bis-(hydroxymethyl)propionsäure. Proben dieser Beispiele wurden nur der Testbedingung A ausgesetzt. Die Proben zeigten alle 0% Klebeversagen.
- Vergleichsbeispiel 8
- Beispiel 1 wurde unter Verwendung von p-Toluolsulfonsäure mit 0,5% in Isopropylalkohol wiederholt. Nach dem Aushärten wurden die Proben unter den Bedingungen A, B, C und D getestet. Alle Proben zeigten 100% Klebeversagen. Ein Säurerückstand wurde auf der Substratoberfläche zurückgelassen, und der Überzug war stark beschädigt.
Claims (9)
- Verfahren zur Behandlung einer lackierten Oberfläche, um eine verbesserte Haftung eines anschließend aufgebrachten Urethanklebstoffs bereitzustellen, mit den folgenden Schritten: auf die Oberfläche wird eine Vorstrichzusammensetzung aufgebracht, die Folgendes umfasst: von 0,5 Gew.-% bis 10,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung, einer mit Hydrocarbyl substituierten aromatischen Sulfonsäure, wobei die Hydrocarbyleinheit 6 oder mehr Kohlenstoffatome hat; und von 90,0 bis 99,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung, eines Lösungsmittels, das die Säure auflöst; und das Lösungsmittel wird verdampfen gelassen.
- Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den folgenden Schritt umfasst: es wird ein nicht-ausgehärtetes Urethanversiegelungsmittel auf die Oberfläche aufgebracht.
- Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: es wird ein nicht-ausgehärteter Urethanklebstoff auf die Oberfläche aufgebracht, und der nicht-ausgehärtete Urethanklebstoff wird aushärten gelassen.
- Vorstrichzusammensetzung, die Folgendes umfasst: bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung von 0,5 Gew.-% bis 3,0 Gew.-% einer Säure, die eine mit Hydrocarbyl substituierte aromatische Sulfonsäure umfasst, wobei die Hydrocarbyleinheit 6 oder mehr Kohlenstoffatome hat; und bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung von 97,0 Gew.-% bis 99,5 Gew.-% eines Lösungsmittels, das die Säure auflöst und ein Alkylalkohol oder ein aromatisches oder alkylaromatisches Lösungsmittel ist.
- Zusammensetzung nach Anspruch 4, wobei das Lösungsmittel Benzol, Toluol, Xylol, Cumol oder Naphtha ist.
- Zusammensetzung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei die Hydrocarbyleinheit von 6 bis 20 Kohlenstoffatome hat und die aromatische Einheit Benzol oder Naphthalin ist.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Hydrocarbyleinheit eine C9-12-Alkyleinheit ist.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, umfassend: von 1,0 Gew.-% bis 3,0 Gew.-% Säure; und von 97,0 Gew.-% bis 99,0 Gew.-% Lösungsmittel.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Säure Dodecylbenzolsulfonsäure, Dinonylnaphthalindisulfonsäure oder Dinonylnaphthalinsulfonsäure ist.
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