Wärmeaktivierbare Polyurethan - Folie
Beschreibung
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Folie zum Verkleben von zwei Substraten, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Schicht enthält, die zu mehr als 30 Gew. % aus einem wärmeaktivierbaren Polyurethan besteht (kurz PU-Schicht genannt)
In der Automobil- und Möbelindustrie werden häufig Formteile mit einem Laminat, z. B. einer Kunststofffolie kaschiert. Hierbei wird das Formteil und/oder die aufzukaschierende Folie mit einem Klebstoff beschichtet und die beiden Teile anschließend miteinander verklebt, im Allgemeinen unter Anwendung von Druck oder bei vermindertem Druck in einem Tiefziehprozess.
Aus DE-A 100 00 656 , DE-A 100 01 777, DE-A 103 30 748 oder EP-A 1 598 382 sind wärmeaktivierbare Polyurethane bekannt. Es handelt sich dabei um Carbodiimide enthaltende Polyurethan- Klebstoffe. Bei den beschriebenen Polyurethan-Klebstoffen ist bereits vorteilhaft, dass die Beschichtung der Kaschierfolie nicht beim Hersteller des kaschierten Formteils, sondern beim Hersteller der Kaschierfolie erfolgen kann. Die erhaltene, mit Polyurethan-Klebstoff beschichtete Folie kann in Form von Rollen transportiert und beim Verwender gelagert werden. Bei der Kaschierung wird dann die blockfeste Beschichtung des Polyurethan-Klebstoffs durch Wärme aktiviert, d.h. sie wird klebrig und der Kaschierprozess kann durchgeführt werden.
Der Hersteller des kaschierten Formteils benötigt für unterschiedliche Formteile und Anwendungen im allgemeinen verschiedene Kaschierfolien, darüber hinaus werden in derartigen Betrieben neben den mit Klebstoff beschichteten Folien im allgemeinen auch unbeschichtete Folien benötigt. Der Hersteller muss sich daher mit einer Vielzahl von beschichteten und unbeschichteten Folien bevorraten, um seine Verfahren jeder- zeit ausüben zu können. Gewünscht ist daher eine weitere Vereinfachung des Verfahrens, insbesondere eine Vereinfachung, die sich auf den Umfang der Lagerhaltung auswirkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher ein einfaches Verfahren zur Kaschie- rung von Formteilen, insbesondere sollen die kaschierten Formteile gute anwendungstechnische Eigenschaften haben, z. B. eine sehr guter Haftung der Kaschierfolie auf dem Formteil.
Demgemäss wurde die eingangs definierte Verwendung gefunden. Gefunden wurden auch Folien, welche sich für das Verfahren eignen.
Die verwendete Folie enthält eine Schicht, die zu mehr als 30 Gew. % aus einem wärmeaktivierbaren Polyurethan besteht (kurz PU-Schicht genannt).
Zum Polyurethan
Die PU-Schicht enthält als wesentlichen Bestandteil ein wärmeaktivierbares Polyurethan, wobei es sich auch um ein Gemisch von unterschiedlichen wärmeaktivierbaren Polyurethanen handeln kann, als Bindemittel.
In Betracht kommt vorzugsweise ein Polyurethan, das überwiegend aus Polyisocyana- ten, insbesondere Diisocyanaten, und, als Reaktionspartner, Polyesterdiolen, Polye- therdiolen oder deren Gemische aufgebaut ist.
Vorzugsweise ist das Polyurethan zu mindestens 40 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mindestens 60 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-% aus Diisocyanaten, Polyetherdiolen und/oder Polyesterdiolen aufgebaut.
Bevorzugt enthält das Polyurethan Polyesterdiole in einer Menge von mehr als
10 Gew.-%, besonders bevorzugt größer 30 Gew. %, insbesondere größer 40 Gew. % oder größer 50 Gew. %, ganz besonders bevorzugt größer 60 gew. %, bezogen auf das Polyurethan.
Insbesondere werden Polyesterdiole als Aufbaukomponeneten verwendet, falls Polyesterdiole im Gemisch mit Polyetherdiolen verwendet werden, handelt es sich vorzugsweise bei mindestens 50 mol %, besonders bevorzugt bei mindestens 80 mol %, ganz besonders bevorzugt bei 100 mol % des Gemischs von Polyester- und Polyetherdiolen um Polyesterdiole.
Vorzugsweise hat das Polyurethan einen Schmelzpunkt größer 30 °C, insbesondere größer 40 °C, besonders bevorzugt größer 50 °C oder auch größer 60 oder größer 70 °C; im allgemeinen ist der Schmelzpunkt nicht größer als 150 °C, insbesondere nicht größer als 100 °C. Der Schmelzpunkt liegt daher insbesondere in einem Bereich von 30 bis 150°C, besonders bevorzugt von 40 bis 150, und ganz besonders bevorzugt von 30 bis 100°C und insbesondere von 50 bis 80 °C.
Das Polyurethan hat vorzugsweise eine Schmelzenthalpie von mehr als 20 J/g.
Die Messung des Schmelzpunktes und der Schmelzenthalpie erfolgt dabei nach der Methode der Differential Scanning Calorimetry.
Die Messung erfolgt an Polyurethanfilmen einer Dicke von 200 μm, die vor der Messung in einem Umluft-T rockenschrank bei 40 °C 72 Stunden getrocknet wurden. Zur Vorbereitung der Messung werden ca. 13 mg des Polyurethans in Pfännchen gefüllt. Die Pfännchen werden verschlossen, die Proben auf 120 °C aufgeheizt, mit 20 K/min abgekühlt und 20 Stunden bei 20 °C getempert. Die so vorbereiteten Proben werden
nach der DSC-Methode nach DIN 53765 vermessen, wobei die Probe mit 20 K/min aufgeheizt wird. Als Schmelztemperatur wird die Peaktemperatur gemäß DIN 53765 ausgewertet, die Schmelzenthalpie wird wie in Bild 4 der DIN 53765 ermittelt.
Insgesamt ist das Polyurethan vorzugsweise aufgebaut aus:
a) Diisocyanaten,
b) Diolen, von denen
b1 ) 10 bis 100 mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Diole (b), ein Molekulargewicht von 500 bis 5000 g/mol aufweisen,
b2) 0 bis 90 mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Diole (b), ein Molekularge- wicht von 60 bis 500 g/mol aufweisen,
c) von den Monomeren (a) und (b) verschiedene Monomere mit wenigstens einer Isocyanatgruppe oder wenigstens einer gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Gruppe, die darüber hinaus wenigstens eine hydrophile Gruppe oder eine po- tentiell hydrophile Gruppe tragen, wodurch die Wasserdispergierbarkeit der Polyurethane bewirkt wird,
d) gegebenenfalls weiteren von den Monomeren (a) bis (c) verschiedenen mehrwertigen Verbindungen mit reaktiven Gruppen, bei denen es sich um alkoholi- sehe Hydroxylgruppen, primäre oder sekundäre Aminogruppen oder Isocyanatgruppen handelt und
e) gegebenenfalls von den Monomeren (a) bis (d) verschiedenen einwertigen Verbindungen mit einer reaktiven Gruppe, bei der es sich um eine alkoholische Hydroxylgruppe, eine primäre oder sekundäre Aminogruppe oder eine Isocyanatgruppe handelt.
Insbesondere zu nennen sind als Monomere (a) Diisocyanate X(NCO)2, wobei X für einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 4 bis 15 Kohlenstoffatomen, einen cyc- loaliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 15 Kohlenstoffatomen oder einen araliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen steht. Beispiele derartiger Diisocyanate sind Tetramethylendiisocyanat, Hexamethylen- diisoeyanat, Dodecamethylendiisocyanat, 1 ,4-Diisocyanatocyclohexan, 1-lsocyanato- S.δ.δ-trimethyl-S-isocyanatomethylcyclohexan (IPDI), 2,2-Bis-(4-isocyanatocyclohexyl)- propan, Trimethylhexandiisocyanat, 1 ,4-Diisocyanatobenzol, 2,4-Diisocyanatotoluol, 2,6-Diisocyanatotoluol, 4,4'-Diisocyanato-diphenylmethan, 2,4'-Diisocyanato- diphenylmethan, p-Xylylendiisocyanat, Tetramethylxylylendiisocyanat (TMXDI), die
Isomeren des Bis-(4-isocyanatocyclohexyl)methans (HMDI) wie das trans/trans-, das cis/cis- und das cis/trans-lsomere sowie aus diesen Verbindungen bestehende Gemische.
Derartige Diisocyanate sind im Handel erhältlich.
Als Gemische dieser Isocyanate sind besonders die Mischungen der jeweiligen Strukturisomeren von Diisocyanatotoluol und Diisocyanato-diphenylmethan von Bedeutung, insbesondere ist die Mischung aus 80 mol-% 2,4-Diisocyanatotoluol und 20 mol-% 2,6- Diisocyanatotoluol geeignet. Weiterhin sind die Mischungen von aromatischen Isocya- naten wie 2,4-Diisocyanatotoluol und/oder 2, 6-Diisocyanatotoluol mit aliphatischen oder cycloaliphatischen Isocyanaten wie Hexamethylendiisocyanat oder IPDI besonders vorteilhaft, wobei das bevorzugte Mischungsverhältnis der aliphatischen zu aromatischen Isocyanate 4 : 1 bis 1 : 4 beträgt.
Zum Aufbau der Polyurethane kann man als Verbindungen außer den vorgenannten auch Isocyanate einsetzen, die neben den freien Isocyanatgruppen weitere verkappte Isocyanatgruppen, z. B. Uretdiongruppen tragen.
Im Hinblick auf gute Filmbildung und Elastizität kommen als Diole (b) vornehmlich höhermolekulare Diole (b1 ) in Betracht, die ein Molekulargewicht von etwa 500 bis 5000, vorzugsweise von etwa 1000 bis 3000 g/mol haben. Es handelt sich hierbei um das zahlenmittlere Molgewicht Mn. Mn ergibt sich durch Bestimmung der Anzahl der Endgruppen (OH-Zahl).
Bei den Diolen (b1) kann es sich um Polyesterpolyole handeln, die z. B. aus Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 19, S. 62 bis 65 bekannt sind. Bevorzugt werden Polyesterpolyole eingesetzt, die durch Umsetzung von zweiwertigen Alkoholen mit zweiwertigen Carbonsäuren erhalten werden. Anstelle der freien PoIy- carbonsäuren können auch die entsprechenden Polycarbonsäureanhydride oder entsprechende Polycarbonsäureester von niederen Alkoholen oder deren Gemische zur Herstellung der Polyesterpolyole verwendet werden. Die Polycarbonsäuren können aliphatisch, cycloaliphatisch, araliphatisch, aromatisch oder heterocyclisch sein und gegebenenfalls, z. B. durch Halogenatome, substituiert und/oder ungesättigt sein. Als Beispiele hierfür seien genannt: Korksäure, Azelainsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Phthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Tetrachlorphthalsäureanhydrid, Endomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid, Glutar- säureanhydrid, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, dimere Fettsäuren. Bevorzugt sind Dicarbonsäuren der allgemeinen Formel HOOC- (CH2)y-COOH, wobei y eine Zahl von 1 bis 20, bevorzugt eine gerade Zahl von 2 bis 20 ist, z.B. Bernsteinsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure und Dodecandicarbonsäure.
Als mehrwertige Alkohole kommen z. B. Ethylenglykol, Propan-1 ,2- diol, Propan-1 ,3- diol, Butan-1 ,3-diol, Buten-1 ,4-diol, Butin-1 ,4-diol, Pentan-1 ,5-diol, Neopentylglykol, Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexane wie 1 ,4-Bis-(hydroxymethyl)cyclohexan, 2-Methyl- propan-1 ,3-diol, Methylpentandiole, ferner Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethy- lenglykol, Polyethylenglykol, Dipropylenglykol, Polypropylenglykol, Dibutylenglykol und Polybutylenglykole in Betracht. Bevorzugt sind Alkohole der allgemeinen Formel HO- (CH2)x-OH, wobei x eine Zahl von 1 bis 20, bevorzugt eine gerade Zahl von 2 bis 20 ist. Beispiele hierfür sind Ethylenglycol, Butan-1 ,4-diol, Hexan-1 ,6-diol, Octan-1 ,8-diol und Dodecan-1 ,12-diol. Weiterhin bevorzugt ist Neopentylglykol.
Ferner kommen gegebenenfalls auch Polycarbonat-Diole, wie sie z. B. durch Umsetzung von Phosgen mit einem Überschuss von den als Aufbaukomponenten für die Polyesterpolyole genannten niedermolekularen Alkohole erhalten werden können, in Betracht.
Gegebenenfalls können auch Polyesterdiole auf Lacton-Basis mitverwendet werden, wobei es sich um Homo- oder Mischpolymerisate von Lactonen, bevorzugt um endständige Hydroxylgruppen aufweisende Anlagerungsprodukte von Lactonen an geeignete difunktionelle Startermoleküle handelt. Als Lactone kommen bevorzugt solche in Betracht, die sich von Verbindungen der allgemeinen Formel HO-(CH2)z-COOH ableiten, wobei z eine Zahl von 1 bis 20 ist und ein H-Atom einer Methyleneinheit auch durch einen C1- bis C4-Alkylrest substituiert sein kann. Beispiele sind e-Caprolacton, ß-Propiolacton, g-Butyrolacton und/oder Methyl-e-caprolacton sowie deren Gemische. Geeignete Starterkomponenten sind z. B. die vorstehend als Aufbaukomponente für die Polyesterpolyole genannten niedermolekularen zweiwertigen Alkohole. Die entsprechenden Polymerisate des e-Caprolactons sind besonders bevorzugt. Auch niedere Polyesterdiole oder Polyetherdiole können als Starter zur Herstellung der Lacton- Polymerisate eingesetzt sein. Anstelle der Polymerisate von Lactonen können auch die entsprechenden, chemisch äquivalenten Polykondensate der den Lactonen entspre- chenden Hydroxycarbonsäuren, eingesetzt werden.
Polyetherdiole sind insbesondere durch Polymerisation von Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid, Tetrahydrofuran, Styroloxid oder Epichlorhydrin mit sich selbst, z. B. in Gegenwart von BF3 oder durch Anlagerung dieser Verbindungen gegebenenfalls im Gemisch oder nacheinander, an Startkomponenten mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen, wie Alkohole oder Amine, z. B. Wasser, Ethylenglykol, Propan-1 ,2-diol, Pro- pan-1 ,3-diol, 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)-propan oder Anilin erhältlich. Besonders bevorzugt sind Polypropylenoxid, Polytetrahydrofuran eines Molekulargewichts von 240 bis 5000, und vor allem 500 bis 4500.
Unter b1 ) fallen nur Polyetherdiole, die zu weniger als 20 Gew.-% aus Ethylenoxid bestehen. Polyetherdiole mit mindestens 20 Gew.-% sind hydrophile Polyetherdiole, welche zu Monomeren c) zählen.
Gegebenenfalls können auch Polyhydroxyolefine mitverwendet werden, bevorzugt solche mit 2 endständigen Hydroxylgruppen, z.B. α,-ω-Dihydroxypolybutadien, α,-ω- Dihydroxypolymethacrylester oder α,-ω-Dihydroxypolyacrylester als Monomere (c1). Solche Verbindungen sind beispielsweise aus der EP-A 622 378 bekannt. Weitere geeignete Polyole sind Polyacetale, Polysiloxane und Alkydharze.
Bevorzugt handelt es sich bei mindestens 30 mol % , besonders bevorzugt bei mindestens 70 mol % der Diole b1) um Polyesterdiole. Besonders bevorzugt werden als Diole b1) ausschließlich Polyesterdiole verwendet.
Die Härte und der Elastizitätsmodul der Polyurethane lassen sich erhöhen, wenn als Diole (b) neben den Diolen (b1 ) noch niedermolekulare Diole (b2) mit einem Molekulargewicht von etwa 60 bis 500, vorzugsweise von 62 bis 200 g/mol, eingesetzt werden.
Als Monomere (b2) werden vor allem die Aufbaukomponenten der für die Herstellung von Polyesterpolyolen genannten kurzkettigen Alkandiole eingesetzt, wobei die unverzweigten Diole mit 2 bis 12 C-Atomen und einer gradzahligen Anzahl von C-Atomen sowie Pentan-1 ,5-diol und Neopentylglykol bevorzugt werden.
Als Diole b2) kommen z. B. Ethylenglykol, Propan-1 ,2-diol, Propan-1 ,3-diol, Butan-1 ,3- diol, Buten-1 ,4-diol, Butin-1 ,4-diol, Pentan-1 ,5-diol, Neopentylglykol, Bis- (hydroxymethyl)-cyclohexane wie 1 ,4-Bis-(hydroxymethyl)cyclohexan, 2-Methyl- propan-1 ,3-diol, Methylpentandiole, ferner Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethy- lenglykol, Polyethylenglykol, Dipropylenglykol, Polypropylenglykol, Dibutylenglykol und Polybutylenglykole in Betracht. Bevorzugt sind Alkohole der allgemeinen Formel HO- (CH2)x-OH, wobei x eine Zahl von 1 bis 20, bevorzugt eine gerade Zahl von 2 bis 20 ist. Beispiele hierfür sind Ethylenglycol, Butan-1 ,4-diol, Hexan-1 ,6-diol, Octan-1 ,8-diol und Dodecan-1 ,12-diol. Weiterhin bevorzugt ist Neopentylglykol.
Bevorzugt beträgt der Anteil der Diole (b1 ), bezogen auf die Gesamtmenge der Diole (b) 10 bis 100 mol-% und der Anteil der Monomere (b2), bezogen auf die Gesamtmenge der Diole (b) 0 bis 90 mol-%. Besonders bevorzugt beträgt das Verhältnis der Diole (b1) zu den Monomeren (b2) 0,1 : 1 bis 5:1 , besonders bevorzugt 0,2 : 1 bis 2 : 1.
Um die Wasserdispergierbarkeit der Polyurethane zu erreichen, enthalten die Polyurethane vorzugsweise von den Komponenten (a), (b) und (d) verschiedene Monomere (c), die wenigstens eine Isocyanatgruppe oder wenigstens eine gegenüber Isocya-
natgruppen reaktive Gruppe und darüber hinaus wenigstens eine hydrophile Gruppe oder eine Gruppe, die sich in eine hydrophile Gruppe überführen lässt, tragen, als Aufbaukomponente. Im folgenden Text wird der Begriff "hydrophile Gruppen oder potentiell hydrophile Gruppen" mit "(potentiell) hydrophile Gruppen" abgekürzt. Die (poten- tiell) hydrophilen Gruppen reagieren mit Isocyanaten wesentlich langsamer als die funktionellen Gruppen der Monomere, die zum Aufbau der Polymerhauptkette dienen.
Der Anteil der Komponenten mit (potentiell) hydrophilen Gruppen an der Gesamtmenge der Komponenten (a), (b), (c), (d) und (e) wird im allgemeinen so bemessen, dass die Molmenge der (potentiell) hydrophilen Gruppen, bezogen auf die Gewichtsmenge aller Monomere (a) bis (e), 30 bis 1000, bevorzugt 50 bis 500 und besonders bevorzugt 80 bis 300 mmol/kg beträgt.
Bei den (potentiell) hydrophilen Gruppen kann es sich um nichtionische oder bevorzugt um (potentiell) ionische hydrophile Gruppen handeln.
Als nichtionische hydrophile Gruppen kommen insbesondere Polyethylenglycolether aus vorzugsweise 5 bis 100, bevorzugt 10 bis 80 Ethylenoxid-Wiederholungseinheiten, in Betracht. Der Gehalt an Polyethylenoxid-Einheiten beträgt im allgemeinen 0 bis 10, bevorzugt 0 bis 6 Gew.-%, bezogen auf die Gewichtsmenge aller Monomere (a) bis (e).
Bevorzugte Monomere mit nichtionischen hydrophilen Gruppen sind Polyethylenoxid- diole mit mindestens 20 Gew.-% Ethylenoxid, Polyethylenoxidmonoole sowie die Reaktionsprodukte aus einem Polyethylenglykol und einem Diisocyanat, die eine endständig veretherten Polyethylenglykolrest tragen. Derartige Diisocyanate sowie Verfahren zu deren Herstellung sind in den Patentschriften US-A 3,905,929 und US-A 3,920,598 angegeben.
Ionische hydrophile Gruppen sind vor allem anionische Gruppen wie die Sulfonat-, die Carboxylat- und die Phosphatgruppe in Form ihrer Alkalimetall- oder Ammoniumsalze sowie kationische Gruppen wie Ammonium-Gruppen, insbesondere protonierte tertiäre Aminogruppen oder quartäre Ammoniumgruppen.
Potentiell ionische hydrophile Gruppen sind vor allem solche, die sich durch einfache Neutralisations-, Hydrolyse- oder Quaternisierungsreaktionen in die oben genannten ionischen hydrophilen Gruppen überführen lassen, also z. B. Carbonsäuregruppen oder tertiäre Aminogruppen.
(Potentiell) ionische Monomere (c) sind z. B. in Ullmanns Encyklopädie der techni- sehen Chemie, 4. Auflage, Band 19, S.31 1-313 und beispielsweise in der DE-A 1 495 745 ausführlich beschrieben.
Als (potentiell) kationische Monomere (c) sind vor allem Monomere mit tertiären Ami- nogruppen von besonderer praktischer Bedeutung, beispielsweise: Tris-(hydroxyalkyl)- amine, N,N'-Bis(hydroxyalkyl)-alkylamine, N-Hydroxyalkyl-dialkylamine, Tris- (aminoalkyl)-amine, N,N'-Bis(aminoalkyl)-alkylamine, N-Aminoalkyl-dialkylamine, wobei die Alkylreste und Alkandiyl-Einheiten dieser tertiären Amine unabhängig voneinander aus 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bestehen. Weiterhin kommen tertiäre Stickstoffatome aufweisende Polyether mit vorzugsweise zwei endständigen Hydroxylgruppen, wie sie z.B. durch Alkoxylierung von zwei an Am in Stickstoff gebundene Wasserstoffatome aufweisende Amine, z.B. Methylamin, Anilin oder N,N'-Dimethylhydrazin, in an sich üblicher weise zugänglich sind, in Betracht. Derartige Polyether weisen im allgemeinen ein zwischen 500 und 6000 g/mol liegendes Molgewicht auf.
Diese tertiären Amine werden entweder mit Säuren, bevorzugt starken Mineralsäuren wie Phosphorsäure, Schwefelsäure, Halogenwasserstoffsäuren oder starken organi- sehen Säuren oder durch Umsetzung mit geeigneten Quaternisierungsmitteln wie C1- bis C6-Alkylhalogeniden oder Benzylhalogeniden, z. B. Bromiden oder Chloriden, in die Ammoniumsalze überführt.
Als Monomere mit (potentiell) anionischen Gruppen kommen üblicherweise aliphati- sehe, cycloaliphatische, araliphatische oder aromatische Carbonsäuren und Sulfonsäu- ren in Betracht, die mindestens eine alkoholische Hydroxylgruppe oder mindestens eine primäre oder sekundäre Aminogruppe tragen. Bevorzugt sind D ihydroxya I ky I carbonsäuren, vor allem mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie sie auch in der US-A 3,412,054 beschrieben sind. Insbesondere sind Verbindungen der allgemeinen Formel (d )
R3
HO-R1^R-OH (C1)
COOH
in welcher R1 und R2 für eine C1- bis C4-Alkandiyl-(Einheit) und R3 für eine C1- bis C4-Alkyl-(Einheit) steht und vor allem Dimethylolpropionsäure (DMPA) bevorzugt.
Weiterhin eignen sich entsprechende Dihydroxysulfonsäuren und Dihydroxyphosphon- säuren wie 2,3-Dihydroxypropanphosphonsäure.
Ansonsten geeignet sind Dihydroxylverbindungen mit einem Molekulargewicht über
500 bis 10000 g/mol mit mindestens 2 Carboxylatgruppen, die aus der DE-A 39 11 827 bekannt sind. Sie sind durch Umsetzung von Dihydroxylverbindungen mit Tetracarbon- säuredianhydriden wie Pyromellitsäuredianhydrid oder Cyclopentantetracarbonsäure- dianhydrid im Molverhältnis 2 : 1 bis 1 ,05 : 1 in einer Polyadditionsreaktion erhältlich.
Als Dihydroxylverbindungen sind insbesondere die als Kettenverlängerer aufgeführten Monomere (b2) sowie die Diole (b1 ) geeignet.
Als Monomere (c) mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Aminogruppen kommen Ami- nocarbonsäuren wie Lysin, ß-Alanin oder die in der DE-A 20 34 479 genannten Adduk- te von aliphatischen diprimären Diaminen an a,ß-ungesättigte Carbon- oder Sulfonsäu- ren in Betracht.
Solche Verbindungen gehorchen beispielsweise der Formel (c2)
H2N-R4-NH-R5-X (c2)
in der
R4 und R5 unabhängig voneinander für eine C1- bis C6-Alkandiyl-Einheit, bevorzugt Ethylen
und X für COOH oder SO3H stehen.
Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel (c2) sind die N-(2-Aminoethyl)-2- aminoethancarbonsäure sowie die N-(2-Aminoethyl)-2-aminoethansulfonsäure bzw. die entsprechenden Alkalisalze, wobei Na als Gegenion besonders bevorzugt ist.
Weiterhin besonders bevorzugt sind die Addukte der oben genannten aliphatischen diprimären Diamine an 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, wie sie z. B. in der DE-B 1 954 090 beschrieben sind.
Sofern Monomere mit potentiell ionischen Gruppen eingesetzt werden, kann deren Überführung in die ionische Form vor, während, jedoch vorzugsweise nach der Isocya- nat-Polyaddition erfolgen, da sich die ionischen Monomeren in der Reaktionsmischung häufig nur schwer lösen. Neutralisierungsmittel sind z. B. Ammoniak, NaOH, Triethano- lamin (TEA) Triisopropylamin (TIPA) oder Morpholin, bze dessen Derivate. Besonders bevorzugt liegen die Sulfonat- oder Carboxylatgruppen in Form ihrer Salze mit einem Alkaliion oder einem Ammoniumion als Gegenion vor.
Die Monomere (d), die von den Monomeren (a) bis (c) verschieden sind und welche gegebenenfalls auch Bestandteile des Polyurethans sind, dienen im allgemeinen der Vernetzung oder der Kettenverlängerung. Es sind im allgemeinen mehr als zweiwertige nicht-phenolische Alkohole, Amine mit 2 oder mehr primären und/oder sekundären Aminogruppen sowie Verbindungen, die neben einer oder mehreren alkoholischen Hydroxylgruppen eine oder mehrere primäre und/oder sekundäre Aminogruppen tragen.
Alkohole mit einer höheren Wertigkeit als 2, die zur Einstellung eines gewissen Verzweigungs- oder Vernetzungsgrades dienen können, sind z. B. Trimethylolpropan, Glycerin oder Zucker.
Ferner kommen Monoalkohole in Betracht, die neben der Hydroxyl-Gruppe eine weitere gegenüber Isocyanaten reaktive Gruppe tragen wie Monoalkohole mit einer oder mehreren primären und/oder sekundären Aminogruppen, z. B. Monoethanolamin.
Polyamine mit 2 oder mehr primären und/oder sekundären Aminogruppen werden vor allem dann eingesetzt, wenn die Kettenverlängerung bzw. Vernetzung in Gegenwart von Wasser stattfinden soll, da Amine in der Regel schneller als Alkohole oder Wasser mit Isocyanaten reagieren. Das ist häufig dann erforderlich, wenn wässerige Dispersionen von vernetzten Polyurethanen oder Polyurethanen mit hohem Molgewicht gewünscht werden. In solchen Fällen geht man so vor, dass man Prepolymere mit Isocy- anatgruppen herstellt, diese rasch in Wasser dispergiert und anschließend durch Zugabe von Verbindungen mit mehreren gegenüber Isocyanaten reaktiven Aminogruppen kettenverlängert oder vernetzt.
Hierzu geeignete Amine sind im allgemeinen polyfunktionelle Amine des Molgewichts- bereiches von 32 bis 500 g/mol, vorzugsweise von 60 bis 300 g/mol, welche mindestens zwei Aminogruppen, ausgewählt aus der Gruppe der primären und sekundären Aminogruppen, enthalten. Beispiele hierfür sind Diamine wie Diaminoethan, Diami- nopropane, Diaminobutane, Diaminohexane, Piperazin, 2,5-Dimethylpiperazin, Amino- 3-aminomethyl-3,5,5-trimethyl-cyclohexan (Isophorondiamin, IPDA), 4,4'- Diaminodicyclohexylmethan, 1 ,4-Diaminocyclohexan, Aminoethylethanolamin, Hydra- zin, Hydrazinhydrat oder Triamine wie Diethylentriamin oder 1 ,8-Diamino-4- aminomethyloctan.
Die Amine können auch in blockierter Form, z. B. in Form der entsprechenden Ketimi- ne (siehe z.B. CA-A 1 129 128), Ketazine (vgl. z.B. die US-A 4,269,748) oder Aminsal- ze (s. US-A 4,292,226) eingesetzt werden. Auch Oxazolidine, wie sie beispielsweise in der US-A 4,192,937 verwendet werden, stellen verkappte Polyamine dar, die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethane zur Kettenverlängerung der Prepo- lymeren eingesetzt werden können. Bei der Verwendung derartiger verkappter Polya- mine werden diese im allgemeinen mit den Prepolymeren in Abwesenheit von Wasser vermischt und diese Mischung anschließend mit dem Dispersionswasser oder einem Teil des Dispersionswassers vermischt, so dass hydrolytisch die entsprechenden Polyamine freigesetzt werden.
Bevorzugt werden Gemische von Di- und Triaminen verwendet, besonders bevorzugt Gemische von Isophorondiamin (IPDA) und Diethylentriamin (DETA).
Die Polyurethane enthalten bevorzugt 1 bis 30, besonders bevorzugt 4 bis 25 mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten (b) und (d) eines Polyamins mit mindestens 2 gegenüber Isocyanaten reaktiven Aminogruppen als Monomere (d).
Für den gleichen Zweck können auch als Monomere (d) höher als zweiwertige Isocya- nate eingesetzt werden. Handelsübliche Verbindungen sind beispielsweise das Isocy- anurat oder das Biuret des Hexamethylendiisocyanats.
Monomere (e), die gegebenenfalls mitverwendet werden, sind Monoisocyanate, Mono- alkohole und monoprimäre und -sekundäre Amine. Im allgemeinen beträgt ihr Anteil maximal 10 mol-%, bezogen auf die gesamte Molmenge der Monomere. Diese monofunktionellen Verbindungen tragen üblicherweise weitere funktionelle Gruppen wie ole- finische Gruppen oder Carbonylgruppen und dienen zur Einführung von funktionellen Gruppen in das Polyurethan, die die Dispergierung bzw. die Vernetzung oder weitere polymeranaloge Umsetzung des Polyurethans ermöglichen. In Betracht kommen hierfür Monomere wie lsopropenyl-a,a-dimethylbenzylisocyanat (TMI) und Ester von Acryl- oder Methacrylsäure wie Hydroxyethylacrylat oder Hydroxyethylmethacrylat.
Auf dem Gebiet der Polyurethanchemie ist allgemein bekannt, wie das Molekularge- wicht der Polyurethane durch Wahl der Anteile der miteinander reaktiven Monomere sowie des arithmetischen Mittels der Zahl der reaktiven funktionellen Gruppen pro Molekül eingestellt werden kann.
Normalerweise werden die Komponenten (a) bis (e) sowie ihre jeweiligen Molmengen so gewählt, dass das Verhältnis A : B mit
A der Molmenge an Isocyanatgruppen und
B der Summe aus der Molmenge der Hydroxylgruppen und der Molmenge der funktionellen Gruppen, die mit Isocyanaten in einer Additionsreaktion reagieren können
0,5 : 1 bis 2 : 1 , bevorzugt 0,8 : 1 bis 1 ,5, besonders bevorzugt 0,9 : 1 bis 1 ,2 : 1 beträgt. Ganz besonders bevorzugt liegt das Verhältnis A : B möglichst nahe an 1 : 1.
Die eingesetzten Monomere (a) bis (e) tragen im Mittel üblicherweise 1 ,5 bis 2,5, bevorzugt 1 ,9 bis 2,1 , besonders bevorzugt 2,0 Isocyanatgruppen bzw. funktionelle Gruppen, die mit Isocyanaten in einer Additionsreaktion reagieren können.
Die Polyaddition der Komponenten (a) bis (e) zur Herstellung des Polyurethans erfolgt vorzugsweise bei Reaktionstemperaturen von bis zu 180 °C, bevorzugt bis zu 150 °C unter Normaldruck oder unter autogenem Druck.
Die Herstellung von Polyurethanen, bzw. von wässrigen Polyurethandispersionen ist dem Fachmann bekannt.
Zu weiteren Bestandteilen der PU-Schicht
Die PU-Schicht kann neben dem wärmeaktivierbaren Polyurethan, bzw. den verschiedenen wärmeaktivierbaren Polyurethanen, weitere Bestandteile enthalten.
Die PU-Schicht kann neben dem wäremaktivierbaren Polyurethan weitere Polymere als Bindemittel enthalten.
Bei dem weiteren Polymer kann es sich insbesondere um ein durch radikalische Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Verbindungen (Monomere) erhältliches Polymer handeln.
Das Polymer besteht vorzugsweise zu mindestens 40 Gew.-%, bevorzugt zu mindestens 60 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-% aus sogenannten Hauptmonomeren.
Die Hauptmonomeren sind ausgewählt aus C1-C20-Alkyl(meth)acrylaten, Vinylestern von bis zu 20 C-Atome enthaltenden Carbonsäuren, Vinylaromaten mit bis zu 20 C- Atomen, ethylenisch ungesättigten Nitrilen, Vinylhalogeniden, Vinylethern von 1 bis 10 C-Atome enthaltenden Alkoholen, aliphatischen Kohlenwasserstoffen mit 2 bis 8 C- Atomen und ein oder zwei Doppelbindungen oder Mischungen dieser Monomeren.
Zu nennen sind z. B. (Meth)acrylsäurealkylester mit einem C1-C10-Alkylrest, wie Me- thyl-methacrylat, Methylacrylat, n-Butylacrylat, Ethylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat.
Insbesondere sind auch Mischungen der (Meth)acrylsäurealkylester geeignet.
Vinylester von Carbonsäuren mit 1 bis 20 C-Atomen sind z.B. Vinyllaurat, -stearat, Vi- nylpropionat, Versaticsäurevinylester und Vinylacetat.
Als vinylaromatische Verbindungen kommen Vinyltoluol, a- und p-Methylstyrol, a-Butyl- styrol, 4-n-Butylstyrol, 4-n-Decylstyrol und vorzugsweise Styrol in Betracht. Beispiele für Nitrile sind Acrylnitril und Methacrylnitril.
Die Vinylhalogenide sind mit Chlor, Fluor oder Brom substituierte ethylenisch ungesättigte Verbindungen, bevorzugt Vinylchlorid und Vinylidenchlorid.
Als Vinylether zu nennen sind z.B. Vinylmethylether oder Vinylisobutylether. Bevorzugt wird Vinylether von 1 bis 4 C-Atome enthaltenden Alkoholen.
Als Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 8 C-Atomen und ein oder zwei olefinischen Doppelbindungen seien Ethylen, Propylen, Butadien, Isopren und Chloropren genannt.
Als Hauptmonomere bevorzugt sind die C1- bis C10-Alkylacrylate und -methacrylate, insbesondere C1- bis C8-Alkylacrylate und -methacrylate und Vinylaromaten, insbesondere Styrol und deren Mischungen.
Ganz besonders bevorzugt sind Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, n-Hexylacrylat, Octylacrylat und 2-Etyhlhexylacrylat, Styrol sowie Mi- schungen dieser Monomere.
Neben den Hauptmonomeren kann das Polymer weitere Monomere enthalten, z. B. Monomere mit Carbonsäure, Sulfonsäure oder Phosphonsäuregruppen. Bevorzugt sind Carbonsäuregruppen. Genannt seien z. B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Itacon- säure, Maleinsäure oder Fumarsäure.
Weitere Monomere sind z. B. auch Hydroxylgruppen enthaltende Monomere, insbesondere C1-C10-Hydroxyalkyl(meth)acrylate, (Meth)acrylamid.
Als weitere Monomere seien darüber hinaus Phenyloxyethylglykolmono-(meth-)acrylat, Glycidylacrylat, Glycidylmethacrylat, Amino- (meth-)acrylate wie 2-Aminoethyl-(meth-) acrylat genannt.
Als weitere Monomere seien auch vernetzende Monomere genannt.
Bevorzugte Polymere bestehen zu mindestens 40 Gew.-%, insbesondere mindestens 60 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-% aus C1-C20-, insbesondere C1-C10Alkyl(meth)acrylaten, oder aus Vinylestern, insbesondere Vinyl- acetat, oder Gemischen von Vinylestern, insbeondere Vinylacetat, mit Ethylen.
Bevorzugte Polymere, welche gegebenenfalls im Gemisch mit dem wärmeaktivierba- ren Polyurethan in der PU-Schicht verwendet werden sind daher Polyacrylate, Polyvi- nylacetat oder Ethylen/Vinylacetat-copolymere oder andere, nicht-wärme-aktivierbare Polyurethane.
Die Herstellung der Polymere erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform durch E- mulsionspolymerisation, es handelt sich daher um ein Emulsionspolymerisat.
Die Herstellung kann jedoch z. B. auch durch Lösungspolymerisation und anschlie- ßende Dispergierung in Wasser erfolgen.
Die PU-Schicht besteht insgesamt zu mindestens 30 Gew. %, vorzugsweise zu mindestens 40 Gew. %, besonders bevorzugt zu mindestens 50 Gew . %, insbesondere zu mindestens 70 Gew. - %, bzw. zu mindestens 90 Gew. % aus wärmeaktivierbarem Polyurethan, bezogen auf die Summe aller Bestandteile.
In einer besonderen Ausführungsform enthält die PU-Schicht neben dem Polyurethan kein weiteres Polymer als Bindemittel.
Bei den weiteren Bestandteilen der PU-Schicht kann es sich insbesondere um Vernet- zer handeln.
Vorzugsweise enthält die PU-Schicht mindestens einen Vernetzer für das Polyurethan.
Als Vernetzer in Betracht kommen insbesondere chemisch blockierte Isocyanate, Si- langruppen enthaltende Verbindungen, insbesondere verkapselte Silangruppen enthaltende Verbindungen, verkapselte Isocyanate, verkapselte Uretdione, Biurete oder Al- lophanate oder besonders bevorzugt Verbindungen mit Carbodiimidgruppen.
Der Vernetzer kann an das Polyurethan gebunden sein, dann handelt es ich um ein selbstvernetzendes Polyurethan, es kann sich aber auch um eine Verbindung handeln, die im Polyurethan gelöst oder verteilt ist.
Vorzugsweise enthält die PU-Schicht 0,0001 bis 0,1 Mol, vorzugsweise 0,0005 bis 0,1 Mol, besonders bevorzugt 0,001 bis 0,1 Mol Carbodiimidgruppen auf 100 g Polyu- rethan. Insbesondere ist der Gehalt an Carbodiimidgruppen nicht höher als 0,05 Mol/100 g Polyurethan.
Carbodiimidgruppen haben die allgemeine Strukturformel -N=C=N-.
Geeignete Verbindungen mit Carbodiimidgruppen (kurz Carbodiimide) enthalten im Allgemeinen im Mittel 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 15, besonders bevorzugt 2 bis 10 Carbodiimidgruppen.
Das zahlenmittlere Molgewicht Mn der Carbodiimide beträgt vorzugsweise 100 bis 10000 besonders bevorzugt 200 bis 5000 und ganz besonders 500 bis 2000 g/mol.
Das zahlenmittlere Molekulargewicht wird bestimmt durch Endgruppenanalyse der Dii- socyanate (d.h. Verbrauch der Isocyanatgruppen durch Carbodiimidbildung, s. unten) oder falls die Endgruppenanalyse nicht möglich ist, durch Gelpermeationschroma- tographie (Polystyrolstandard, THF als Elutionsmittel).
Carbodiimidgruppen sind in einfacher Weise aus zwei Isocyanatgruppen unter Abspaltung von Kohlendioxid erhältlich:
-R-N=C =O + O=C=N-R
-R-N=C=N-R + C02
Ausgehend von Polyisocyanaten, bzw. Diisocyanaten sind so Carbodiimide mit mehreren Carbodiimidgruppen und gegebenenfalls Isocyanatgruppen, insbesondere endständigen Isocyanatgruppen, erhältlich.
Als Diisocyanate in Betracht kommen z. B. Diisocyanate X(NCO)2, wobei X für einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen, einen cycloalipha- tischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 15 Kohlenstoffatomen oder einen araliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen steht. Beispiele derartiger Diisocyanate sind Tetramethylendiisocyanat, Hexamethylendiisocya- nat, Dodecamethylendiisocyanat, 1 ,4-Diisocyanatocyclohexan, 1-lsocyanato-3,5,5- trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexan (IPDI), 2,2-Bis-(4-isocyanatocyclohexyl)- propan, Trimethylhexandiisocyanat, 1 ,4-Diisocyanatobenzol, 2,4-Diisocyanatotoluol, 2,6-Diisocyanatotoluol, 4,4'-Diisocyanato-diphenylmethan, 2,4'-Diisocyanato- diphenylmethan, p-Xylylendiisocyanat, Tetramethylxylylendiisocyanat (TMXDI), die Isomeren des Bis-(4-isocyanatocyclohexyl)methans (HMDI) wie das trans/trans-, das cis/cis- und das cis/trans-lsomere sowie aus diesen Verbindungen bestehende Gemische.
Besonders bevorzugt ist TMXDI.
Durch die endständige Isocyanatgruppe können die Carbodiimide leicht hydrophil, z. B. durch Umsetzung mit Amino- oder Hydroxysäuren, modifiziert werden. Hydrophil modifizierte Carbodiimide lassen sich naturgemäß leichter mit wässrigen Klebstoffen bzw. Klebstoffen auf Basis hydrophiler Polymere mischen.
Ebenso leicht können die Carbodiimide an Polymere angebunden werden, in dem die Isocyanatgruppe mit einer reaktiven Gruppe des Polymeren, z. B. eine Aminogruppe oder Hydroxylgruppe umgesetzt wird.
Die PU-Schicht kann die Carbodiimide daher z. B. als Additiv oder in gebundener Form, z.B. durch Anbindung an ein Polyurethan oder ein radikalisch polymerisiertes Polymer enthalten.
Die PU-Schicht enthält vorzugsweise weitere reaktive Gruppen, die untereinander oder mit den Carbodiimidgruppen eine Vernetzungsreaktion eingehen können.
In Betracht kommen z.B. Carboxyl- oder Carboxylatgruppen. Diese reaktiven Gruppen liegen vorzugsweise in einer Menge von 0,0001 bis 0,5 Mol, besonders bevorzugt von 0,0005 bis 0,5 Mol/100 g Polyurethan vor.
Carboxylgruppen werden auch durch Umesterungsreaktionen gebildet, so dass auch ohne einen anfänglichen Gehalt an Carboxylgruppen im Polyurethan eine Vernetzung eintritt.
Die PU-Schicht kann weitere Additive, wie Benetzungsmittel, Entschäumer, Filmbilde- hilfsmittel, Verdickungsmittel, Thixotropierungsmittel (z. B. pyrogene Kieselsäuren) oder Weichmacher oder sonstige Hilfsmittel enthalten.
Zur gesamten Folie
Die erfindungsgemäße Folie kann in einer bevorzugten Ausführungsform allein aus der PU-Schicht bestehen. In diesem Fall muss die PU-Schicht eine ausreichende Dicke haben, damit selbsttragende, reißfeste Filme ausgebildet werden. Zur Herstellung der Folie kann das Polyurethan, gegebenenfalls zusammen mit weiteren Bindemitteln oder Hilfsstoffen in bekannter Weise verfilmt werden. Man kann dazu von wässrigen Polyu- rethanen ausgehen, den die weiteren Bindemittel und Zusatzstoffe einrühren, die wässrige Zusammensetzung auf einen Untergrund aufrakeln, der mit einer Antihaftbe- schichtung versehen ist (Silikonpapier oder Silikon-beschichtete Folie) und trocknen. Der erhaltene Film ist selbsttragend und lässt sich vom Untergrund abziehen.
Die erfindungsgemäße Folie kann auch mehrschichtig aufgebaut sein. Insbesondere kann die Folie aus zwei PU-Schichten und einer dazwischen liegenden Trägerschicht bestehen. Die PU-Schichten liegen außen und verkleben bei der Verwendung jeweils mit einem der beiden zu Substrate, do dass die zu verklebenden Substrate wiederum über die Folie aneinander haften.
Als Trägerfolie kommen beliebige Folien in Betracht, z. B. textile Träger, wie textile Gewebe oder Leder, bevorzugt sind Polymerfolien.
Die erfindungsgemäße Folie kann in jeder der vorstehenden Ausführungsformen ge- gebenenfalls auf einer oder beiden Seiten mit einem Klebstoff, z. B. mit einem üblichen Haftklebstoff, auch ein Polyurethan-Haftklebstoff, beschichtet sein.
Die erfindungsgemäße Folie kann auch auf einer oder gegebenenfalls auch auf beiden Seiten mit einem (ablösbaren) Release-Iiner, d.h. Antihaftschicht, z. B. einem silikoni- sierten Papier oder einer silikonisierten Folie abgedeckt sein. Der Release-Iiner wird vor der Verwendung abgezogen.
Die Beschichtung mit einem Haftklebstoff hat den Vorteil, dass die Folie bei ihrer späteren Verwendung bereits vor der Wärmeaktivierung des Polyurethans eine Anfangshaftung hat und in einer gewünschten Position fixiert werden kann.
Bei der Wäremaktivierung des Polyurethans schmilzt das Polyurethan und mischt sich mit dem Haftklebstoff, so dass auch in diesem Fall eine Verbindung der Substrate über das Polyurethan erfolgt.
Eine Klebstoffbeschichtung ist jedoch für die Zwecke der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt erforderlich.
Die Dicke der Folie beträgt insbesondere 1 μm bis 3 mm, besonders bevorzugt 10 μm bis 500 μm, ganz besonders bevorzugt 10 μm bis 200 μm und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform 30 μm bis 80 μm.
Die Folie hat vorzugsweise eine Reißfestigkeit (bei 21 °C) > 0,3 N/mm2, bevorzugt > 1 N/mm2, besonders bevorzugt > 10 N/mm2.
Die Folie ist wärmeaktivierbar. Unter Wärmeaktivierbarkeit wird die Eigenschaft ver- standen, dass die Folie bei 20° C blockfest, d.h. nicht klebrig ist. Erst bei Erhitzen auf höhere Temperaturen, insbesondere Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts, wird die Folie klebrig, d.h. das Polyurethan schmilzt und wirkt als Klebstoff.
Zur Verwendung
Die erfindungsgemäße Folie wird insbesondere als Klebstoff, besonders bevorzugt als Kaschierklebstoff verwendet. Die Folie kann als Klebstoff für beliebige Substrate verwendet werden, z. B. auch für Textilien, für Schuhsolen etc.
Kaschierklebstoffe verbinden großflächige Substrate miteinander, z. B. Laminate mit anderen Laminaten oder Laminate mit Formteilen.
Unter Laminat wird dabei ein beliebiges großflächiges Substrat mit einer Dicke kleiner 10 mm, insbesondere kleiner 5 mm, besonders bevorzugt kleiner 0,5 mm ganz beson- ders bevorzugt kleiner 3 mm verstanden.
Insbesondere kann es sich um Polymerfolien, Metallfolien, Vliese aus synthetischen oder natürlichen Fasern, beschichtetes oder unbeschichtetes Papier oder auch Furniere aus Holz oder Holzimitat handeln.
Besonders bevorzugt sind Polymerfolien, z. B. Folien aus Polyester, wie Polyethylente- rephthalat, Polyolefinen wie Polyethylen, Polypropylen oder Polyvinylchlorid, aus PoIy- acetat oder auch Polyurethanfolien (aus nicht wärme-aktivierbarem Polyurethan).
Bei dem Formteil kann es sich um ein beliebiges Formteil, z. B. ein Autoinnenteil, wie Amaturenbrett, Türinnenverkleidung oder Hutablage, oder ein Möbel oder Möbelteil handeln. das Formteil kann insbesondere aus Holz oder Kunststoff, z. B. ABS (Acryl- nitril-Butadien-Styrol) sein. Es kann sich z. B. um Massivholz oder Sperrholz handeln.
Insbesondere kann es sich Formteile handeln, welche aus synthetischen oder natürlichen Fasern oder Spänen, welche durch ein Bindemittel zu einem Formteil verfestigt sind, bestehen.
Die erfindungsgemäße Folie wird vorzugsweise zum Kaschieren von Formteilen mit beliebigen Laminaten verwendet, wobei
a) die Folie und das Laminat, auf dem Formteil abgelegt werden, so dass sich die Folie zwischen dem Formteil und dem Laminat befindet
b) die Folie wärmeaktiviert wird, z. B. durch Infrarot Strahlung, und
c) das Formteil mit dem Laminat verklebt wird
zu a) Die Folie und das zu kaschierende Laminat können getrennt vorbereitet und zugeschnitten werden, Die Folie kann auch vor der Verklebung bereits zugeschnitten (La- ser-schnitt), verformt oder gestanzt werden.
Folie und Laminat können auch schon vorher der Verklebung zum einem Verbund zu- sammengelegt werden. Wesentlich ist, dass die erfindungsgemäße Folie zum Formteil hin positioniert wird, so dass sie sich zwischen dem Laminat und dem Formteil befindet.
Alternativ kann die Folie vorher mit dem Formteil zusammengelegt werden, bzw. kann die Folie bereits an das Formteil angepasst oder aufgeklebt werden. Das Laminat wird dann zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt zugeführt und auf der Folie abgelegt.
Zu b)
Die Wärmeaktivierung kann z. B. durch IR Strahlung oder Mikrowellenstrahlung erfol- gen. Gegebenenfalls kann auch das Formteil entsprechend erwärmt werden, die Wärme überträgt sich dann bei Kontakt auf die Folie.
Die erfindungsgemäße Folie wird vorzugsweise auf Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts des Polyurethans (siehe oben) erwärmt, besonders bevorzugt auf Temperaturen von 40 bis 150 °C . Die Temperatur in der erfindungsgemäßen Folie beträgt vorzugsweise 20 bis 200°C, besonders bevorzugt 30 bis 180°C und insbeson- dere 40 bis 150 0C.
zu c)
Die Verklebung erfolgt vorzugsweise unter Druck, dazu können z. B. die zu verklebenden Teile mit einem Druck von 0,05 bis 5 N/mm2 zusammengepresst werden.
Alternativ kann die Verklebung auch bei Unterdruck (Vakuum) in einem Tiefziehpro- zess erfolgen.
Gleichzeitig mit der Verklebung wird das zu verklebende Laminat dabei gegebenenfalls in die gewünschte Form gebracht, so dass es an die Form des Formteile angepasst ist.
Das vorstehende Verfahren kann insbesondere auch kontinuierlich durchgeführt werden; dazu kann in Verfahrensschritt a) die Folie und das Laminat kontinuierlich von einer Vorratsrolle abgerollt werden, gegebenenfalls zusammengeführt werden und in einem kontinuierlich ausgestalteten Prozess gegebenenfalls zugeschnitten oder sonst wie vorbereitet werden und anschließend auf dem Formteil abgelegt und verklebt werden.
Das vorstehende Verfahren kann auch in zwei Arbeitsschritten erfolgen. Im ersten Ar- beitschritt wird die erfindungsgemäße Folie z. B. mittels einer beheizten Walze oder Platte, auf eines der zu verklebenden Substrate aufgebracht. Im zweiten Arbeitsschritt, der direkt danach oder aber auch viel später (Folie ist lagerstabil) erfolgen kann, wird die Verklebung, bzw. Kaschierung mit dem zweiten Substrat durch Wärmeaktivierung des Polyurethans durchgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein einfaches Verfahren zur Verklebung von Substraten miteinander, insbesondere zur Kaschierung von Formteilen mit Laminaten; die Vorratshaltung unterschiedlicher Folien kann vermindert werden, da der Klebstoff, in Form der erfindungsgemäßen Folie, in beliebiger Weise eingesetzt werden kann. Eine vorherige Beschichtung und Lagerung unterschiedlicher Folien ist nicht mehr notwendig.
Die erhaltenen Produkte haben eine hohe Festigkeit und gute mechanische Eigenschaften.
Beispiele
Es wurden 50 μm dicke Folien hergestellt. Die Folien wurden erhalten durch Verfilmung folgender Gemische (Gewichtsteile TIe telquel, d. h. mit Wasser):
Beispiel A: 200 TIe. Luphen® D DS 3585 X , ein Polyurethan auf Polyesterbasis Beispiel B: 150 TIe. Luphen D DS 3585 X / 50 TIe. Acronal DS 3502, eine Polyacry- latdispersion
Beispiel C: 150 TIe. Luphen D DS 3585 X / 50 TIe. Airflex EP 17, ein Ethylen/Vinylacetatcopolymer
Beispiel D: 200 TIe. Luphen D DS 3585 X / 7 TIe. Basonat DS 3582 (ein Carbodii- mid-Vernetzer)
Beispiel E: 150 TIe. Luphen D DS 3585 X / 50 TIe. Acronal DS 3502 / 5 TIe. Basonat DS 3582 Beispiel F: 150 TIe. Luphen D DS 3585 X / 50 TIe. Airflex EP 17 / 5 TIe. Basonat DS 3582
Unter Einsatz dieser trägerlosen Polyurethanfilme wurden Verbünde aus einer MDF- Platte mit einer PVC-Kaschierfolie hergestellt, wobei in einer handelsüblichen Ka- schierpresse die erfindungsgemäßen PU-Folien auf die MDF-Platten und darauf die PVC-Folien gelegt wurden und man dann 45 sec bei 95 °C (Temperatur der oberen Pressbacke) kaschierte.
Um die Güte der erhaltenen Verklebungen zu untersuchen, wurden die abgekühlten Kaschierungen im aufsteigenden Wärmetest geprüft. Dazu stellt man die MDF/PVC- Kaschierungen senkrecht in einen Wärmeschrank, hängt ein 1 kg-Gewicht so an das obere freie Ende der PVC-Folie, dass sich ein 180 °C-Winkel ergibt und heizt dann den Ofen in 30 min / 5°C-Schritten auf. Begutachtet wird, wie weit sich unter dem Gewicht und der zunehmenden Wärmebelastung die PVC-Folie von der MDF-Platte löst (die Ablaufstrecke). Angegeben ist die Temperatur, bei der die Ablaufstrecke maximal 20 mm beträgt.
Beispiel A: 40° C
Beispiel B: 50° C
Beispiel C: 60° C
Beispiel D: 55° C
Beispiel E: 55° C
Beispiel F: 75° C
In allen Fällen wurde eine echte Verklebung der PVC-Folie mit der MDF-Platte erhalten. Der positive Effekt der Carbodiimid-Vernetzung ist zu erkennen.
Weiterhin wurden weiche PVC -Folien, wie sie für die Kaschierung im Automobilinnenausbau verwendet werden, mit ABS -Prüfkörpern verklebt. ABS ist ein typischer Kunststoff zur Herstellung von Türseitenteilen. Die Aktivierungstemperatur in einer Flachpresse lag bei ca. 80°C. Der Kaschierdruck bei 0,5 bar. Die Presszeit betrug 1 min. Die ABS-Prüfkörper wurden auf eine Temperatur von ca. 70°C vortemperiert, die erfindungsgemäße Folie wurde zwischen ABS und die weiche PVC-Folie gelegt und dann mit oben genannten Pressbedingungen verpresst.
In dem entsprechenden Schältest, der bei einem Abzugswinkel der weich PVC Folie von 90 und bei 90 °C durchgeführt wurde haben wir folgende Werte ermittelt:
Bespiel D: 15 N/ 5 cm Beispiel E: 18 N/ 5 cm Beispiel F: 21 N/ 5 cm
Diese Werte liegen in dem Bereich, der auch von bisher üblichen Kaschierklebstoffen erreicht wird.