EP3253813A1 - Wasserbasierende primerzusammensetzung für polycarbonat und polycarbonat-blends - Google Patents
Wasserbasierende primerzusammensetzung für polycarbonat und polycarbonat-blendsInfo
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Definitions
- the present invention relates to a method for treating polycarbonate substrates and for bonding such substrates.
- the substrate is first coated with a water-based primer composition, to which an adhesive is then applied. Thereafter, the adhesive-coated substrate is brought into contact with a second substrate and bonded.
- Polycarbonate blends for example in the form of polycarbonate / ABS blends, with other substrates usually requires a pretreatment of the substrate with suitable primers. Only by coating with such primers can sufficient strength of an applied adhesive be ensured to prevent sticking of components e.g. in the automotive industry. Such bonds must meet special requirements, so that they
- bonds must be stable to heat and cold storage, storage in warm and humid environments, underwater storage and climatic changes.
- solvent-containing formulations are mainly used as primers for polycarbonate and polycarbonate blends.
- Such primers are based, for example Isocyanates as the active ingredient component, and are available under the trade designations Sika Primer 207LUM or Sika Primer 206G + P from Sika.
- JP 2013-010854 A also proposes a polycarbonate primer based on chlorinated rubber, an ethylene-vinyl acetate copolymer and solvents, in particular based on a mixture of alcoholic solvents and aromatic hydrocarbon solvents.
- two-component polyurethane adhesives have a certain content of plasticizers, such adhesives can be used only with additional measures for the bonding of polycarbonate substrates.
- DE 10 2014 003 777 A1 proposes to eliminate the problem of the formation of stress cracks by applying two different primers one above the other. An adhesive layer should then be applied to this primer double layer.
- the double primer coating is intended to ensure that an interaction between an adhesive applied to the primer and the substrate, which leads to the formation of stress cracks, is reduced.
- primer compositions use substantial proportions of organic solvents, especially in the form of ethyl acetate and methyl ethyl ketone. As a result, during the processing of the
- VOC organic compounds
- the present invention is concerned with these objects.
- the object of the present invention is according to the above
- the object of the invention is to provide a water-based primer composition for coating substrates made of plastics, in particular in the form of polycarbonates or polycarbonate blends, by means of which a disadvantageous effect is achieved
- primers ensure that a permanent and aging-resistant bonding of components made of polycarbonate or polycarbonate blends with various other substrates can be ensured.
- the bonds should preferably be stable under storage conditions of high humidity, underwater storage, storage at elevated temperature and storage under high humidity and high temperature.
- a water-based primer composition according to claim 1 is able to meet these requirements.
- Another aspect of the present invention is concerned with a method for treating substrates that have a water-based
- Primer composition according to claim 1 is first mixed, and then applied to the substrate and dried there.
- the present invention relates to a method for bonding two substrates, in which a water-based primer composition according to claim 1 is first mixed and then applied to a first substrate and dried there. An adhesive is then applied to the dried primer composition and the adhesive coated substrate is contacted with a second substrate.
- a further aspect of the present invention is concerned with the use of water-based primer compositions for bonding plastic substrates with plasticizer-containing
- Polyurethane adhesives wherein the mixed primer composition is applied to a plastic substrate.
- the present invention relates to a water-based primer composition
- a first component K1 comprising
- Epoxy resin in the first component is 15 to 45 wt .-%
- Polyacrylate in the first component is 1, 5 to 9 wt .-%
- a water-miscible organic solvent in an amount of up to 40% by weight, based on the first component
- the present invention is not subject to any significant limitations; the solids content is however, to be chosen so that the quantities of the relevant constituents are in the prescribed ranges.
- Preferred solids contents in the respective dispersions are from 30 to 70% by weight and in particular from 35 to 60% by weight.
- a "primer” in the present document is understood to mean a composition which is suitable as a primer and which contains, in addition to non-reacting volatiles and optional solid additives, at least one substance with isocyanate groups and which is capable of forming a solid, adhesive film in a single application on a substrate Layer thickness of typically at least 5 ⁇ cure. Curing takes place on the one hand by the evaporation of non-reactive volatile substances, in particular solvents, as well as
- Isocyanate groups having functional groups of the polymers contained in the first component K1, in particular the polyester-polyurethane, so that a subsequently applied layer, in particular of an adhesive or sealant, can build a good adhesion to the substrate.
- flash-off is meant throughout the document a drying of an aqueous composition after the application of the same, wherein the water and optionally contained solvents completely or at least mainly evaporate.
- polymer in the present document comprises on the one hand a collective of chemically uniform, but differing in terms of degree of polymerization, molecular weight and chain length macromolecules, by a polyreaction
- polyurethane polymer includes the polymers made by the so-called isocyanate polyaddition process. This also includes those polymers which are almost or completely free of urethane groups.
- polyurethane polymers are polyether-polyurethanes, polyester-polyurethanes, polyether-polyureas, polyureas, polyester-polyureas, polyisocyanates and polycarbodiimides.
- the aqueous epoxy resin dispersion is based in particular on an epoxy resin which has more than one epoxide group per molecule and is an epoxy liquid resin or an epoxy solid resin.
- epoxy resin is well known to the epoxy artisan and is used in contrast to “epoxy liquid resins”.
- Glass transition temperature of solid resins is above room temperature, that is, they can be crushed at room temperature to form pourable powders.
- Preferred epoxy liquid resins have the formula (I)
- substituents R 'and R "independently of one another are either H or CH 3.
- subscript s stands for a value from 0 to 1.
- s stands for a value of less than 0.2.
- Preferred epoxide liquid resins are diglycidyl ethers of bisphenol A (DGEBA), of bisphenol F and of bisphenol A F (The term 'A F' refers to a mixture of acetone with formaldehyde, which is used as starting material in its
- Such liquid resins are available, for example, as Araldite® GY 250, Araldite® PY 304, Araldite® GY 282 (Huntsman) or DER TM 331 or DER TM 330 (Dow) or Epikote 828 (Resolution).
- Preferred epoxy-solid resins have the formula (II)
- the substituents R '"and R""independently of one another are either H or CH 3. Furthermore, the index r stands for a value of> 1 .5, in particular from 2 to 12.
- Such epoxy solid resins are commercially available as pure solids or as aqueous dispersions, for example from Dow, Huntsman or Resolution.
- Epoxy resins have the great advantage over epoxy liquid resins that a formulated two- or multi-component aqueous primer composition is significantly faster tack-free, which is a significant advantage for use as a primer, since the waiting time between the application of the primer and an adhesive or sealant on the Primer can be greatly shortened.
- epoxy resins with N-glycidyl groups such as the following three formulas,
- epoxy resins are those based on aliphatic glycidyl ethers, such as the epoxy resins of the following two formulas
- R a is a linear or branched alkyl radical, in particular having 4 to 8 carbon atoms.
- epoxy resins are under the trade name EPN or ECN as well.
- Tactix®556 commercially available from Huntsman, and various types of EPN and ECN are also available, for example, from Huntsman as a dispersion in water.
- other suitable epoxy resins are glycidyl esters, such as those sold, for example, as Araldite® PT 910 or PY 184 from Huntsman.
- the most suitable epoxy resins are those with a
- These epoxy resins are preferably bisphenol A / epichlorohydrin-based epoxy solid resins, as they are, for example, under the
- the proportion of epoxy resin in the weight of the first component K1 is preferably 17 to 35 wt .-%.
- the aqueous epoxy resin dispersion may also contain a proportion of an organic solvent, for example in the form of 2-propoxyethanol, but the content of such solvents should as far as possible not exceed the content of water in the epoxy resin dispersion.
- the first component further contains, as described above, an aqueous polyester-polyurethane dispersion, wherein the polyester-polyurethane is preferably an elastomeric polyester-polyurethane.
- a suitable polyester-polyurethane is available, for example, under the trade name Emuldur 381A from BASF SE.
- Emuldur 381A from BASF SE.
- As a particularly favorable content of polyester polyurethane in the first component about 3 to 10 wt .-%, and in particular about 3.5 to 9.5 wt .-%, are given.
- the first component contains an aqueous polyacrylate dispersion in an amount such that the content of the polyacrylate in the first component is about 1.5 to 9% by weight.
- the polyacrylate is preferably a hydroxy-functional polyacrylate.
- Particularly preferred hydroxy-functional polyacrylates have a hydroxyl number of 125 or more, and more preferably 130 or more.
- the hydroxyl value of the polyacrylate is not more than 500, and preferably not more than 250.
- Suitable polyacrylate dispersions in the context of the present invention are, for example, Macrynal VSM 6299w / 42WA from Allnex Belgium SA, Joncryl OH831 1 and Luhydran S945T (each from BASF), Macrynal VSM
- Component about 1.75 to 8 wt .-%, and in particular about 1. 85 to 7.5 wt .-%, is.
- Primer composition are not significantly limited. However, it has been found to be useful when this ratio is in the range of about 1.5: 1 to 5: 1, that is, there is some excess of epoxy over the sum of the weights of polyester-polyurethane and polyacrylate. Furthermore, it is particularly advantageous if the weight ratio of the polyester-polyurethane to the polyacrylate in the range of about 2: 1 to 1: 1.
- the water-based primer composition according to the invention can be used for the following reasons.
- Solvent included.
- suitable water-miscible solvents are in particular ethers, ketones, esters and alcohols, for example in the form of tetrahydrofuran, methyl ethyl ketone, acetone, or
- Acetates such as methyl acetate, ethyl acetate or butyl acetate can be used.
- a particularly suitable water-miscible organic solvent is
- Isopropanol A preferred content of such water-miscible organic solvents may be stated to be about 4 to 40% by weight.
- composition of the invention contain further additives for adjusting desired properties.
- suitable further ingredients are in this specification.
- Heat stabilizers, pigments and dyes as additives into consideration.
- the amount of water in the composition according to the invention usually constitutes the proportion of the composition which is 100% by weight relative to the first component K1.
- the water-based primer composition comprises a water-dispersible isocyanate-based crosslinker. There are no significant with respect to the isocyanate-based polyisocyanates used
- Particularly suitable polyisocyanates are monomeric di- or tri-isocyanates or an oligomer of a monomeric diisocyanate, in particular a biuret or an isocyanurate of a monomeric diisocyanate or triisocyanate.
- IPDI Isophorone diisocyanate
- HMDI perhydro-2,4'- and -4,4'-diphenylmethane diisocyanate
- TMCDI 1, 4-diisocyanato-2,2,6-trimethylcyclohexane
- TMCDI 1, 4-diisocyanato-2,2,6-trimethylcyclohexane
- m- and p-xylylene diisocyanate m- and p-XDI
- m- and p-tetramethyl-1,3-and -1,4-xylylene diisocyanate m- and p -TMXDI
- MDI TDI
- IPDI tris (p-isocyanatophenyl) thiophosphate
- TDI TDI
- HDI tris (p-isocyanatophenyl) thiophosphate
- the isocyanate-based water-dispersible crosslinker comprises aliphatic polyisocyanates, it being possible in particular to use hexamethylene diisocyanate or isophorone diisocyanate as aliphatic polyisocyanates. Most suitable in the context of the present invention is an aliphatic polyisocyanate in the form of hexamethylene diisocyanate.
- isocyanate-based crosslinkers are suitable addition products of isocyanate groups of at least one polyol and at least one monomeric diisocyanate or triisocyanate, in particular the monomers
- Diisocyanates or triisocyanates detailed in the previous section.
- Such addition products are in particular those with polyols having a molecular weight of less than 1000 g / mol, preferably less than 600 g / mol.
- Suitable as polyol for such addition products are, in particular:
- Polyether polyols also called polyoxyalkylene polyols, which
- Unsaturation per gram of polyol (mEq / g)) prepared, for example, by means of so-called double metal cyanide complex catalysts (DMC catalysts), as well as polyoxyalkylene polyols with a higher
- Catalysts such as NaOH, KOH, CsOH or alkali metal alkoxides.
- Polyether polyols are particularly suitable polyoxyalkylenediols and triols, in particular polyoxyalkylenediols.
- Particularly suitable polyoxyalkylene di- and triols are polyoxyethylene di- and triols as well as polyoxypropylene di- and triols.
- ethylene oxide-terminated oxide-endcapped
- polyoxypropylene polyols the latter being special polyoxypropylene-polyoxyethylene-polyols obtained, for example, by pure polyoxypropylene-polyols, in particular
- Polyoxypropylenediols and triols are further alkoxylated after completion of the Polypropoxyl mecanical methylcellulose and thereby have primary hydroxyl groups.
- Polyester polyols which carry at least two hydroxyl groups, which by known methods, in particular the polycondensation of
- polyester polyols which are prepared from dihydric to trivalent, especially dihydric, alcohols, such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, neopentyl glycol, 1, 4-butanediol, 1, 5-pentanediol, 3-methyl-1, 5 -hexanediol, 1, 6-hexanediol, 1, 8-octanediol, 1, 10-decanediol, 1, 12-dodecanediol, 1, 12-hydroxystearyl alcohol, 1, 4-cyclohexanedimethanol, dimer fatty acid diol (dimerdiol),
- dihydric to trivalent, especially dihydric, alcohols such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, neopentyl glycol, 1, 4-butanediol, 1, 5-pentanediol, 3-methyl-1
- Hydroxypivalic acid neopentyl glycol esters, glycerol, 1,1,1-trimethylolpropane or mixtures of the abovementioned alcohols, with organic di- or
- Tricarboxylic acids in particular dicarboxylic acids, or their anhydrides or esters, such as succinic acid, glutaric acid, adipic acid,
- Trimethyladipic acid Trimethyladipic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid,
- Dodecanedicarboxylic acid maleic acid, fumaric acid, dinner fatty acid, phthalic acid, phthalic anhydride, isophthalic acid, terephthalic acid, dimethyl terephthalate, hexahydrophthalic acid, trimellitic acid and trimellitic anhydride, or
- polyester polyols are polyester diols.
- Particularly suitable polyesterdiols are those prepared from adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, dodecanedicarboxylic acid, dinner fatty acid, phthalic acid,
- Polycarbonate polyols as obtained by polycondensation of, for example, the abovementioned dihydric or trihydric alcohols used to form the polyesterpolyols, with dialkyl carbonates, such as dimethyl carbonate,
- Diaryl carbonates such as diphenyl carbonate, or phosgene, are accessible.
- polycarbonate diols in particular amorphous
- At least two hydroxyl-bearing block copolymers which contain at least two different blocks of polyether, polyester and / or
- Low molecular weight dihydric or polyhydric alcohols such as 1, 2-ethanediol, 1, 2- and 1, 3-propanediol, neopentyl glycol, diethylene glycol,
- Triethylene glycol the isomeric dipropylene glycols and tripropylene glycols, the isomeric butanediols, pentanediols, hexanediols, heptanediols, octanediols,
- Nonanediols decanediols, undecanediols, 1,3- and 1,4-cyclohexanedimethanol, hydrogenated bisphenol A, dimeric fatty alcohols, 1,1,1-trimethylolethane, 1,1,1-trimethylolpropane, glycerol, pentaerythritol, sugar alcohols, such as xylitol, sorbitol or Mannitol, sugars, such as sucrose, low molecular weight alkoxylation products of the aforementioned dihydric and polyhydric alcohols.
- Particularly preferred polyols are propylene carbonates and polyethylene glycols and, as polyisocyanate, hexamethylene diisocyanate which may be isocyanurated and / or allophanate-modified.
- aziridine-based crosslinkers can also be used as a constituent of the second component.
- aziridine-based crosslinkers can also be used as a constituent of the second component.
- Trimethylolpropane tris-3- (aziridin-1-yl) propionate and pentaerythritol tris-3- (aziridin-1-yl) propionate are, for example, under the trade names Xama ® 2, Xama ® 7 and Xama ® 200 by the company biomaterial Science LLC, United States, or under the trade name Chemitite® ® PZ by Nippon Shokubai Co. Ltd., Japan.
- the proportion of crosslinking agents based on isocyanate should be at least 50 wt .-%, in particular at least 75 wt .-% and particularly preferably at least 90 wt .-%, based on the Total weight of the second component K2, make up.
- the isocyanate-based water-dispersible crosslinker is useful in incorporating the water-based primer composition in an amount such that the proportion of the isocyanate groups from the crosslinker exceeds the total amount of the functional groups of the epoxy resin, the polyester-polyurethane, and the polyacrylate.
- Suitable amounts of water-dispersible crosslinking agent are generally from 5 to 10% by weight and in particular from 8 to 10% by weight, based on the total weight of the first component K1. In a very particularly preferred embodiment, the
- the water-based primer composition according to the invention consists of a first component consisting of
- a second component K2 consisting of 5 to 10 wt .-% of a
- Isocyanate crosslinker based on isocyanurated hexamethylene diisocyanate, which is formulated with propylene carbonate and polyethylene glycol.
- the present invention relates to a method of treating a substrate S1 comprising the steps
- the order is usually carried out by means of an order unit.
- the substrate S1 is preferably a plastic substrate.
- Plastic substrates are understood in particular to be flexible, sheet-like plastics in a thickness of 0.05 mm to 5 mm.
- the plastic is preferably a polycarbonate or polycarbonate blend, e.g. in the form of polycarbonate / ABS.
- the venting can be done by evaporation in air with and without bleeding.
- a blower in particular an air blower, can serve as a venting means.
- a bleeding agent is used.
- the venting can be carried out at room temperature or at elevated temperature, in particular at a temperature of 60 ° C. It is preferred if the venting takes place at low temperatures, for example by a Carnot process.
- the primer-coated substrates produced are distinguished by the fact that an adhesive subsequently applied to the primer can form a firmly adhering bond with the primer and the substrate, so that a very durable
- Another aspect of the present invention therefore relates to a method for bonding two
- the second substrate S2 comprises.
- substrates as mentioned above for the method of treating a substrate S1 are preferable.
- the second substrate S2 can likewise be a plastic substrate, in particular in the form of a polycarbonate or polycarbonate blend substrate, but it can also be a substrate made of another material, for example of metal or a substrate based on glass or a glass ceramic, act.
- step (iv) can be carried out, for example, by a spray, brush, knife, stamp, roll or casting application method.
- the order is preferred as adhesive bead from cartridge guns or
- the contacting takes place expediently during the open time of the adhesive.
- the step of contacting (v) takes place under a contact pressure exerted on the substrate S1, so that a adequate wetting of both substrates and a structurally desired, ie dimensionally stable, form is achieved.
- the adhesive to be included in the process described is preferably a polyurethane adhesive and more suitably a plasticizer-containing polyurethane adhesive, since when using such
- Sikaflex ® As a suitable commercially available adhesive Sikaflex ® can be used for example 254th
- Another aspect of the present invention relates to the use of a water-based primer composition as described in the foregoing
- the plastic substrate is preferably a substrate based on polycarbonate or a polycarbonate blend, while the adhesive to be used for the adhesive is expediently a polyurethane adhesive and in particular a plasticizer-containing polyurethane adhesive.
- Crosslinking component mixed and applied within the pot life in a thin layer on a substrate made of polycarbonate.
- the drying of the primer layer was carried out either at room temperature (23 ° C) or at elevated temperature. After complete drying, an adhesive bead based on the
- Polyurethane adhesive Sikaflex ® 254 applied and cured for 7 days at room temperature.
- the test specimens thus obtained were successively determined in different climatic conditions by peel tests: 1 . Curing and storage of the bonded components at room temperature at 23 ° C / 50% relative humidity for 7 days,
- the adhesion and the fracture pattern were assessed by test persons without peel values being determined on tensile testing machines. In all cases, the observed fracture pattern using the primer of the invention was cohesive. Used material:
- Emuldur 381 A Polyester Polyurethane Dispersion, 40%
- Luhydran S945T Hydroxyfunctional dispersion ca. 45%
- Isocyanate crosslinker based on isocyanuratized hexamethylene diisocyanate, formulated with
- Isocyanate crosslinker based on isocyanurated hexamethylene diisocyanate (in some cases allophanate-modified), formulated with propylene carbonate and polyethylene glycol
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine wasserbasierte Primerzusammensetzung mit besonderer Eignung für die Vorbehandlung von Polycarbonatsubstraten, die eine Komponente K1 umfassend eine wässrige Epoxidharzdispersion, eine wässrige Polyester-Polyurethandispersion und eine wässrige Polyacrylatdispersion, sowie gegebenenfalls ein wassermischbares organisches Lösungsmittel, und eine zweite Komponente K2, die einen wasserdispergierbaren Vernetzer auf Isocyanatbasis enthält, aufweist. Die beschriebenen Primer vermitteln eine starke Haftung von nachträglich aufgebrachten Klebstoffen zu Polycarbonatsubstraten und ermöglichen eine Verarbeitung unter signifikanter Reduktion von VOC-Emissionen und Vermeidung der Entstehung von Spannungsrissen.
Description
WASSERBASIERENDE PRIMERZUSAMMENSETZUNG FÜR POLYCARBONAT
UND POLYCARBONAT-BLENDS
Beschreibung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Primerzusammensetzungen sowie die
Verwendung von Primerzusammensetzungen zur Beschichtung und Vorbehandlung von Polycarbonatsubstraten oder Substraten aus Polycarbonat-Blends. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Behandeln von Polycarbonatsubstraten sowie zum Verkleben solcher Substrate. Dabei wird das Substrat zunächst mit einer wasserbasierten Primerzusammensetzung beschichtet, auf die anschließend ein Klebstoff aufgetragen wird. Danach wird das mit Klebstoff beschichtete Substrat mit einem zweiten Substrat in Kontakt gebracht und verklebt.
Stand der Technik
Die sichere, dauerhafte Verklebung von Bauteilen aus Polycarbonat oder
Polycarbonat-Blends, beispielsweise in Form von Polycarbonat/ABS-Blends, mit anderen Substraten erfordert in der Regel eine Vorbehandlung des Substrats mit geeigneten Primern. Nur über eine Beschichtung mit solchen Primern kann eine ausreichende Festigkeit eines aufgebrachten Klebstoffs gewährleistet werden, um eine Verklebung von Bauteilen z.B. in der Automobilindustrie zu ermöglichen. Solche Verklebungen müssen besonderen Anforderungen genügen, damit sie den
technischen Alterungsprüfungen genügen. Beispielsweise müssen die Verklebungen gegenüber Wärme- und Kältelagerungen, Lagerungen in warmen und feuchten Umgebungen, Lagerungen unter Wasser sowie gegenüber Klimawechseln stabil sein.
Derzeit werden als Primer für Polycarbonat und Polycarbonat-Blends vor allem lösungsmittelhaltige Formulierungen eingesetzt. Solche Primer basieren z.B. auf
Isocyanaten als Wirkstoffkomponente, und sind unter den Handelsbezeichnungen Sika Primer 207LUM oder Sika Primer 206G+P von Sika erhältlich. In der JP 2013- 010854 A wird zudem ein Primer für Polycarbonate vorgeschlagen, der auf chloriertem Gummi, einem Ethylenvinylacetatcopolymer und Lösungsmitteln, insbesondere auf Basis eines Gemisches von alkoholischen Lösungsmitteln und aromatischen Kohlenwasserstofflösungsmitteln, beruht.
Viele dieser lösungsmittelbasierenden Primer führen auf Polycarbonat und
Polycarbonat-Blends jedoch zu Problemen mit Spannungsrissen, die auf die in den Primern enthaltenen Lösungsmittel, wie beispielsweise Aceton oder Ethylacetat, zurückzuführen sind. Das Problem der Spannungsrisse wird in U. Berges, Adhäsion, 9/2014, S. 38 bis 42, ausführlich erläutert. Spannungsrisse werden in der Regel nach Bauteilprüfungen beobachtet und führen zum vorzeitigen Versagen der Verklebung bzw. zum Nichterreichen von gewünschten Festigkeiten.
Es wurde festgestellt, dass Spannungsrisse vor allem dann auftreten, wenn auf eine Beschichtung aus einem lösungsmittelbasierten Primer ein weichmacherhaltiger Klebstoff aufgebracht wird. Da viele feuchtig keitsvernetzende ein- und
zweikomponentige Polyurethanklebstoffe einen gewissen Gehalt an Weichmachern aufweisen, können solche Klebstoffe nur mit zusätzlichen Maßnahmen für die Verklebung von Polycarbonatsubstraten eingesetzt werden. So schlägt z.B. die DE 10 2014 003 777 A1 vor, das Problem der Entstehung von Spannungsrissen dadurch zu beheben, dass zwei verschiedene Primer übereinander aufgetragen werden. Auf diese Primerdoppelschicht soll dann eine Klebstoffschicht aufgebracht werden. Die doppelte Primerbeschichtung soll gewährleisten, dass eine Wechselwirkung zwischen einem auf die Primer aufgebrachten Klebstoff und dem Substrat, die zur Ausbildung von Spannungsrissen führt, vermindert wird.
Auch in den in der DE 10 2014 003 777 A1 beschriebenen
Primerzusammensetzungen kommen jedoch substantielle Anteile an organischen Lösungsmitteln, insbesondere in Form von Ethylacetat und Methylethylketon, zum Einsatz. Das hat zur Folge, dass es während der Verarbeitung der
Primerzusammensetzungen zu Emissionen von organischen Verbindungen (VOC) kommt, die durch technische Maßnahmen aufgefangen werden müssen. Darüber
hinaus führt die Notwendigkeit einer Beschichtung mit zwei Primern zu einem höheren Herstellungsaufwand und Kostennachteilen.
Es besteht daher ein Bedarf einerseits nach einem Primersystem, das möglichst nur geringe Mengen an organischen Lösungsmitteln enthält und weitgehend auf Wasser basiert. Andererseits besteht ein Bedarf nach einem Primersystem, das auch nach Auftrag von nur einer Schicht geeignet ist, um Wechselwirkungen zwischen einem weichmacherhaltigen Polyurethanklebstoff und Lösungsmitteln aus der
Primerbeschichtung zu minimieren und so die Entstehung von Spannungsrissen effektiv zu unterdrücken.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit diesen Aufgaben.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nach dem vorstehenden
Ausgeführten darin, eine wasserbasierte Primerzusammensetzung zur Beschichtung von Substraten aus Kunststoffen, insbesondere in Form von Polycarbonaten oder Polycarbonatblends, zur Verfügung zu stellen, durch die eine nachteilige
Wechselwirkung von Weichmachern aus einem nachträglich aufgebrachten
Klebstoffsystem und dem in konventionellen Primerzusammensetzungen
eingesetzten organischen Lösungsmitteln unterbunden wird, um so eine nachteilige Spannungsrissbildung möglichst vollständig zu unterdrücken. Durch derartige Primer wird sichergestellt, dass eine dauerhafte und alterungsbeständige Verklebung von Bauteilen aus Polycarbonat oder Polycarbonatblends mit verschiedenen anderen Substraten gewährleistet werden kann. Die Verklebungen sollen vorzugsweise unter Lagerungsbedingungen hoher Luftfeuchtigkeit, Unterwasserlagerung, Lagerung bei erhöhter Temperatur sowie bei Lagerung unter hoher Luftfeuchtigkeit und hoher Temperatur stabil sein. Überraschend hat sich gezeigt, dass eine wasserbasierte Primerzusammensetzung gemäß Anspruch 1 in der Lage ist, diese Anforderungen zu erfüllen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur Behandlung von Substraten, bei denen eine wasserbasierte
Primerzusammensetzung gemäß Anspruch 1 zunächst vermischt, und anschließend auf das Substrat aufgebracht und dort getrocknet wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verkleben von zwei Substraten, bei dem eine wasserbasierte Primerzusammensetzung gemäß Anspruch 1 zunächst vermischt und dann auf ein erstes Substrat aufgetragen und dort getrocknet wird. Anschließend wird auf die getrocknete Primerzusammensetzung ein Klebstoff aufgetragen und das mit Klebstoff beschichtete Substrat mit einem zweiten Substrat in Kontakt gebracht. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung befasst sich schließlich mit der Verwendung von wasserbasierten Primerzusammensetzungen zur Verklebung von Kunststoffsubstraten mit weichmacherhaltigen
Polyurethanklebstoffen, wobei die gemischte Primerzusammensetzung auf ein Kunststoffsubstrat aufgetragen wird.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine wasserbasierte Primer- Zusammensetzung mit einer ersten Komponente K1 , umfassend
- eine wässrige Epoxidharzdispersion in einer Menge, dass der Gehalt des
Epoxidharzes in der ersten Komponente 15 bis 45 Gew.-% beträgt,
- eine wässrige Polyester-Polyurethandispersion in einer Menge, dass der
Gehalt des Polyester-Polyurethans in der ersten Komponente 2 bis 12 Gew.- % beträgt,
- eine wässrige Polyacrylatdispersion in einer Menge, dass der Gehalt des
Polyacrylats in der ersten Komponente 1 ,5 bis 9 Gew.-% beträgt, sowie
- gegebenenfalls ein wassermischbares organisches Lösungsmittel in einer Menge von bis zu 40 Gew.-%, bezogen auf die erste Komponente
und einer zweiten Komponente K2, umfassend einen wasserdispergierbaren
Vernetzer auf Isocyanatbasis.
In Bezug auf den Feststoffgehalt der verschiedenen Dispersionen unterliegt die vorliegende Erfindung keinen wesentlichen Beschränkungen; der Feststoffgehalt ist
jedoch so zu wählen, dass die Mengen der relevanten Bestandteile in den vorgegebenen Bereichen liegen. Bevorzugte Feststoffanteile in den jeweiligen Dispersionen liegen bei 30 bis 70 Gew.-% und insbesondere 35 bis 60 Gew.-%. Unter einem "Primer" wird im vorliegenden Dokument eine als Voranstrich geeignete Zusammensetzung verstanden, die neben nichtreagierenden flüchtigen Stoffen und optionalen festen Zuschlägen mindestens eine Substanz mit Isocyanatgruppen enthält und die befähigt ist, bei der Applikation auf einem Substrat zu einem festen, haftenden Film in einer Schichtdicke von typischerweise mindestens 5 μιτι auszuhärten. Die Aushärtung erfolgt einerseits durch das Verdampfen der nichtreaktiven flüchtigen Stoffe, wie insbesondere Lösungsmitteln, sowie
andererseits durch die zur Vernetzung führende chemische Reaktion der
Isocyanatgruppen mit funktionellen Gruppen der in der ersten Komponente K1 enthaltenen Polymere, insbesondere dem Polyester-Polyurethan, so dass eine nachfolgend aufgebrachte Schicht, insbesondere aus einem Kleb- oder Dichtstoff, eine gute Haftung zu dem Substrat aufbauen kann.
Unter "Ablüften" wird im gesamten Dokument ein Abtrocknen einer wässrigen Zusammensetzung nach dem Auftragen derselben verstanden, wobei das Wasser und gegebenenfalls enthaltene Lösungsmittel ganz oder zumindest hauptsächlich verdunsten.
Der Begriff "Polymer" umfasst im vorliegenden Dokument einerseits ein Kollektiv von chemisch einheitlichen, sich aber in Bezug auf Polymerisationsgrad, Molmasse und Kettenlänge unterscheidende Makromoleküle, das durch eine Polyreaktion
(Polymerisation, Polyaddition, Polykondensation) hergestellt wurde. Der Begriff umfasst andererseits auch Derivate eines solchen Kollektivs von Makromolekülen aus Polyreaktionen, Verwendungen also, die durch Umsetzungen, wie
beispielsweise Additionen oder Substitutionen, von funktionellen Gruppen an vorgegebenen Makromolekülen erhalten wurden und die chemisch einheitlich oder chemisch uneinheitlich sein können. Der Begriff umfasst im Weiteren auch sogenannte Prepolymere, d.h., reaktive oligomere Voraddukte, deren funktionelle Gruppen am Aufbau von Makromolekülen beteiligt sind.
Der Begriff "Polyurethanpolymer" umfasst die Polymere, welche nach dem sogenannten Isocyanatpolyadditionsverfahren hergestellt wurden. Dies schließt auch solche Polymere ein, die nahezu oder gänzlich frei sind von Urethangruppen.
Beispiele für Polyurethanpolymere sind Polyether-Polyurethane, Polyester- Polyurethane, Polyether-Polyharnstoffe, Polyharnstoffe, Polyester-Polyharnstoffe, Polyisocyanate und Polycarbodiimide.
Die wässrige Epoxidharzdispersion beruht insbesondere auf einem Epoxidharz, das mehr als eine Epoxidgruppe pro Molekül aufweist und ein Epoxidflüssigharz oder ein Epoxidfestharz ist. Der Begriff "Epoxidfestharz" ist dem Epoxidfachmann bestens bekannt und wird im Gegensatz zu "Epoxidflüssigharzen" verwendet. Die
Glastemperatur von Festharzen liegt über Raumtemperatur, d.h., sie lassen sich bei Raumtemperatur zu schüttfähigen Pulvern zerkleinern.
Bevorzugte Epoxidflüssigharze weisen die Formel (I) auf
Hierbei stehen die Substituenten R' und R" unabhängig von einander entweder für H oder CH3. Weiterhin steht der Index s für einen Wert von 0 bis 1 . Bevorzugt steht s für einen Wert von kleiner als 0.2.
Bevorzugte Epoxidflüssigharze sind Diglycidylether von Bisphenol-A (DGEBA), von Bisphenol-F sowie von Bisphenol-A F (Die Bezeichnung ,A F' verweist hierbei auf eine Mischung von Aceton mit Formaldehyd, welche als Edukt bei dessen
Herstellung verwendet wird). Solche Flüssigharze sind beispielsweise als Araldite® GY 250, Araldite® PY 304, Araldite® GY 282 (Huntsman) oder D.E.R.™ 331 oder D.E.R.™ 330 (Dow) oder Epikote 828 (Resolution) erhältlich. Bevorzugte Epoxidfestharze weisen die Formel (II) auf
Hierbei stehen die Substituenten R'" und R"" unabhängig von einander entweder für H oder CH3. Weiterhin steht der Index r für einen Wert von > 1 .5, insbesondere von 2 bis 12.
Derartige Epoxidfestharze sind kommerziell als reine Feststoffe oder als wässrige Dispersionen erhältlich, beispielsweise von Dow, Huntsman oder Resolution.
Besonders bevorzugt ist als Epoxidharz ein Epoxidfestharz. Epoxidfestharze zeigen gegenüber Epoxidflüssigharzen den großen Vorteil, dass eine damit formulierte zwei- oder mehrkomponentige wässrige Primerzusammensetzung bedeutend schneller klebefrei ist, was für den Einsatz als Primer einen wesentlichen Vorteil darstellt, da die Wartezeit zwischen dem Auftrag des Primers und eines Kleb- oder Dichtstoffes auf dem Primer stark verkürzt werden kann.
Weitere geeignete Epoxidharze sind einerseits Epoxidharze mit N-Glycidyl-Gruppen, wie beispielsweise der folgenden drei Formeln,
insbesondere, wie sie als Araldite® MY 721 , MY 722, MY 720, MY 9512 oder MY 510 wie sie von Huntsman oder Epon HPT 1072 von Shell kommerziell erhältlich sind. Andererseits sind weitere geeignete Epoxidharze solche, welche auf aliphatischen Glycidylethern basieren, wie beispielsweise die Epoxidharze der folgenden zwei Formeln
wobei Ra für einen linearen oder verzweigten Alkylrest, insbesondere mit 4 bis 8-C- Atomen, steht.
Andererseits sind weitere geeignete Epoxidharze solche, welche die folgende Formel aufweisen
R1 = H oder Methyl und z = 0 bis 7.
Insbesondere handelt es sich hierbei um Phenol- oder Kresol-Novolake (R2 = CH2).
Solche Epoxidharze sind unter dem Handelsnamen EPN oder ECN sowie
Tactix®556 von Huntsman kommerziell erhältlich, verschiedene EPN und ECN- Typen werden auch beispielsweise von Huntsman als Dispersion in Wasser angeboten.
Andererseits sind weitere geeignete Epoxidharze Glycidylester, wie sie beispielsweise als Araldite ® PT 910 oder PY 184 von Huntsman vertrieben werden.
Als am meisten geeignete Epoxidharze haben sich solche mit einem
Epoxidequivalentgewicht (EEW) von mindestens 1400 g/eq, bevorzugt im Bereich von 1500 bis 3000 g/eq und besonders bevorzugt etwa 1600 bis 2500 g/eq, erwiesen. Bei diesen Epoxidharzen handelt es sich bevorzugt um Bisphenol- A/Epichlorhydrin basierte Epoxidfestharze, wie sie beispielsweise unter dem
Handelsnamen Epirez® 3540 von Momentive Specialty Chemicals Inc. vertrieben werden.
Der Anteil von Epoxidharz am Gewicht der ersten Komponente K1 beträgt vorzugsweise 17 bis 35 Gew.-%. Die wässrige Epoxidharzdispersion kann neben Wasser auch noch einen Anteil an einem organischen Lösungsmittel, beispielsweise in Form von 2-Propoxyethanol, enthalten, wobei jedoch der Gehalt solcher Lösungsmittel den Gehalt von Wasser in der Epoxidharzdispersion möglichst nicht übersteigen sollte.
Die erste Komponente enthält, wie vorstehend beschrieben, weiterhin eine wässrige Polyester-Polyurethandispersion, wobei es sich vorzugsweise bei dem Polyester- Polyurethan um ein elastomeres Polyester-Polyurethan handelt. Ein geeignetes Polyester-Polyurethan ist beispielsweise unter dem Handelsnamen Emuldur 381A von der BASF SE erhältlich. Als besonders günstiger Gehalt an Polyester- Polyurethan in der ersten Komponente können etwa 3 bis 10 Gew.-%, und insbesondere etwa 3,5 bis 9,5 Gew.-%, angegeben werden.
Als dritten wesentlichen Bestandteil enthält die erste Komponente eine wässrige Polyacrylatdispersion in einer Menge, dass der Gehalt des Polyacrylats in der ersten Komponente etwa 1 ,5 bis 9 Gew.-% beträgt.
Bei dem Polyacrylat handelt es sich vorzugsweise um ein hydroxyfunktionelles Polyacrylat. Besonders bevorzugte hydroxyfunktionelle Polyacrylate weisen eine Hydroxylzahl von 125 oder mehr, und insbesondere 130 oder mehr, auf. Darüber
hinaus ist es bevorzugt, wenn die Hydroxylzahl des Polyacrylats nicht mehr als 500, und bevorzugt nicht mehr als 250, beträgt.
Als Polyacrylatdispersionen sind im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung beispielsweise Macrynal VSM 6299w/42WA von Allnex Belgium SA, Joncryl OH831 1 und Luhydran S945T (jeweils von BASF) geeignet, wobei Macrynal VSM
6299w/42WA die besten Gesamteigenschaften liefert und damit besonders bevorzugt ist. Mit Blick auf die zu erzielende Lagerstabilität und die Anwendungseigenschaften ist es mit Vorteilen verbunden, wenn der Gehalt des Polyacrylats in der ersten
Komponente etwa 1 ,75 bis 8 Gew.-%, und insbesondere etwa 1 ,85 bis 7,5 Gew.-%, beträgt. Hinsichtlich des Gewichtsverhältnisses von Epoxyharz zur Summe der Gewichtsanteile von Polyester-Polyurethan und Polyacrylat in der wasserbasierten
Primerzusammensetzung bestehen keine wesentlichen Einschränkungen. Es hat sich jedoch als zweckmäßig herausgestellt, wenn dieses Verhältnis im Bereich von etwa 1 ,15:1 bis 5:1 liegt, d.h., dass ein gewisser Überschuss an Epoxidharz gegenüber der Summe der Gewichte von Polyester-Polyurethan und Polyacrylat vorliegt. Weiterhin ist es besonders günstig, wenn das Gewichtsverhältnis des Polyester-Polyurethans zum Polyacrylat im Bereich von etwa 2:1 bis 1 :1 liegt.
Die erfindungsgemäße wasserbasierte Primerzusammensetzung kann zur
Einstellung einer für die Applikation geeigneten Viskosität und zur Verbesserung der Benetzungseigenschaften zusätzlich ein wassermischbares organisches
Lösungsmittel enthalten. In diesem Zusammenhang geeignete mit Wasser mischbare Lösungsmittel sind insbesondere Ether, Ketone, Ester und Alkohole die beispielsweise in Form von Tetrahydrofuran, Methylethylketon, Aceton, oder
Acetaten, wie Methylacetat, Ethylacetat oder Butylacetat, eingesetzt werden können. Ein besonders geeignetes wassermischbares organisches Lösungsmittel ist
Isopropanol.
Ein bevorzugter Gehalt von solchen wassermischbaren organischen Lösungsmitteln kann mit etwa 4 bis 40 Gew.-% angegeben werden.
Neben den bereits erwähnten erforderlichen Bestandteilen kann die
erfindungsgemäße Zusammensetzung weitere Additive zur Einstellung gewünschter Eigenschaften enthalten. Als geeignete weitere Bestandteile sind in diesem
Zusammenhang beispielsweise hydroxyfunktionelle Lösungsmittel, Entschäumer, Verdicker und Netzmittel zu nennen, es kommen jedoch auch UV- und
Hitzestabilisatoren, Pigmente und Farbstoffe als Additive in Betracht.
Die Menge an Wasser in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung stellt in der Regel den zu 100 Gew.-% in Bezug auf die erste Komponente K1 fehlenden Anteil der Zusammensetzung. Als zweite Komponente umfasst die wasserbasierte Primerzusammensetzung einen wasserdispergierbaren Vernetzer auf Isocyanatbasis. Dabei bestehen in Bezug auf die als Isocyanatbasis einzusetzende Polyisocyanate keine wesentlichen
Beschränkungen. Besonders geeignete Polyisocyanate sind monomere Di- oder Triisocyanate oder ein Oligomeres eines monomeren Diisocyanats, insbesondere ein Biuret oder ein Isocyanurat eines monomeren Diisocyanats oder Triisocyanates.
Als Polyisocyanat geeignet sind insbesondere 1 ,6-Hexamethylen-diisocyanat (HDI), 2-Methylpentamethylen-1 ,5-diisocyanat, 2,2,4- und 2,4,4-Trimethyl-l ,6- hexamethylendiisocyanat (TMDI), 1 ,10-Decamethylendiisocyanat, 1 ,12- Dodecamethylendiisocyanat, Lysin- und Lysinesterdiisocyanat, Cyclohexan-1 ,3- und -1 ,4-diisocyanat und beliebige Gemische dieser Isomeren, 1 -Methyl -2, 4- und -2,6- diisocyanatocyclohexan und beliebige Gemische dieser Isomeren (HTDI oder H6TDI), 1 -lsocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexan (=
Isophorondiisocyanat oder IPDI), Perhydro-2,4'- und -4,4'-diphenylmethandiisocyanat (HMDI oder H 2MDI), 1 ,4-Diisocyanato-2,2,6-trimethylcyclohexan (TMCDI), 1 ,3- und 1 ,4-Bis-(isocyanatomethyl)-cyclohexan, m- und p-Xylylendiisocyanat (m- und p-XDI), m- und p-Tetramethyl-1 ,3- und -1 ,4-xylylendiisocyanat (m- und p-TMXDI), Bis-(1 - lsocyanato-1 -methylethyl)-naphthalin, 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat und beliebige Gemische dieser Isomeren (TDI), 4,4'-, 2,4'- und 2,2'-Diphenylmethandiisocyanat und
beliebige Gemische dieser Isomeren (MDI), 1 ,3- und 1 ,4-Phenylendiisocyanat, 2,3,5,6-Tetramethyl-1 ,4-diisocyanatobenzol, Naphthalin-1 ,5-diisocyanat (NDI), 3,3'- Dimethyl-4,4'-diisocyanatodiphenyl (TODI), Dianisidindiisocyanat (DADI), Tris(p- lsocyanatophenyl)thiophosphat, sowie Oligomere der vorgenannten Isocyanate. Bevorzugt sind MDI, TDI, IPDI und Tris(p-lsocyanatophenyl)thiophosphat. Besonders bevorzugt sind TDI, HDI und Tris(p-lsocyanatophenyl)thiophosphat.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der wasserdispergierbare Vernetzer auf Isocyanatbasis aliphatische Polyisocyanate, wobei als aliphatische Polyisocyanate insbesondere Hexamethylendiisocyanat oder Isophorondiisocyanat eingesetzt werden können. Als am meisten geeignet ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein aliphatisches Polyisocyanat in Form von Hexamethylendiisocyanat. Als Vernetzer auf Isocyanatbasis geeignet sind darüber hinaus Isocyanatgruppen aufweisende Additionsprodukte von mindestens einem Polyol und mindestens einem monomeren Diisocyanat oder Triisocyanat, insbesondere den monomeren
Diisocyanaten oder Triisocyanaten, welche im vorstehenden Abschnitt detailliert aufgeführt wurden. Derartige Additionsprodukte sind insbesondere solche mit Polyolen mit einem Molekulargewicht von weniger als 1000 g/mol, vorzugsweise weniger als 600 g/mol.
Als Polyol für derartige Additionsprodukte sind insbesondere geeignet:
- Polyetherpolyole, auch Polyoxyalkylenpolyole genannt, welche
Polymerisationsprodukte von Ethylenoxid, 1 ,2-Propylenoxid, 1 ,2- oder 2,3-
Butylenoxid, Oxetan, Tetrahydrofuran oder Mischungen davon sind, eventuell polymerisiert mit Hilfe eines Startermoleküls mit zwei oder mehreren aktiven Wasserstoffatomen, wie beispielsweise Wasser, Ammoniak oder Verbindungen mit mehreren OH- oder NH-Gruppen, wie beispielsweise 1 ,2-Ethandiol, 1 ,2- und 1 ,3-Propandiol, Neopentylglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, die isomeren Dipropylenglykole und Tripropylenglykole, die isomeren Butandiole, Pentandiole, Hexandiole, Heptandiole, Octandiole, Nonandiole, Decandiole, Undecandiole, 1 ,3- und 1 ,4-Cyclohexandimethanol, Bisphenol A, hydroertes Bisphenol A, 1 ,1 ,1 - Trimethylolethan, 1 ,1 ,1 -Trimethylolpropan, Glycerin, Anilin sowie Mischungen der
vorgenannten Verbindungen. Eingesetzt werden können sowohl
Polyoxylakylenpolyole, die einen niedrigen Ungesättigtheitsgrad aufweisen
(gemessen nach ASTM D-2849-69 und angegeben in Milliequivalent
Ungesättigtheit pro Gramm Polyol (mEq/g)), hergestellt beispielsweise mit Hilfe von sogenannten Double Metal Cyanide Complex Katalysatoren (DMC- Katalysatoren), als auch Polyoxyalkylenpolyole mit einem höheren
Ungesättigtheitsgrad, hergestellt beispielsweise mit Hilfe von anionischen
Katalysatoren, wie NaOH, KOH, CsOH oder Alkalialkoholaten. Als
Polyetherpolyole besonders geeignet sind Polyoxyalkylendiole und -triole, insbesondere Polyoxyalkylendiole. Besonders geeignete Polyoxyalkylendi- und - triole sind Polyoxyethylendi- und -triole sowie Polyoxypropylendi- und -triole.
Ebenfalls besonders geeignet sind sogenannte Ethylenoxid-terminierte (ΈΟ- endcapped", ethylene oxide-endcappe), Polyoxypropylenpolyole. Letztere sind spezielle Polyoxypropylenpolyoxyethylenpolyole, die beispielsweise dadurch erhalten werden, dass reine Polyoxypropylenpolyole, insbesondere
Polyoxypropylendiole und -triole, nach Abschluss der Polypropoxylierungsreaktion mit Ethylenoxid weiter alkoxyliert werden und dadurch primäre Hydroxylgruppen aufweisen.
Polesterpolyole, welche mindestens zwei Hydroxylgruppen tragen, welche nach bekannten Verfahren, insbesondere der Polykondensation von
Hydroxycarbonsäuren oder Lactonen, oder der Polykondensation von
aliphatischen und/oder aromatischen Polycarbonsäuren mit zwei- oder
mehrwertigen Alkoholen, hergestellt werden.
Insbesondere geeignet sind Polyesterpolyole, welche hergestellt sind aus zwei- bis dreiwertigen, insbesondere zweiwertigen, Alkoholen, wie beispielsweise Ethylenglykol, Diethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Neopentylglykol, 1 ,4-Butandiol, 1 ,5-Pentandiol, 3-Methyl-1 ,5-hexandiol, 1 ,6-Hexandiol, 1 ,8- Octandiol, 1 ,10-Decandiol, 1 ,12-Dodecandiol, 1 ,12-Hydroxystearylalkohol, 1 ,4- Cyclohexandimethanol, Dimerfettsäurediol (Dimerdiol),
Hydroxypivalinsäureneopentylglykolester, Glycerin, 1 ,1 ,1 -Trimethylolpropan oder Mischungen der vorgenannten Alkohole, mit organischen Di- oder
Tricarbonsäuren, insbesondere Dicarbonsäuren, oder deren Anhydride oder Ester,
wie beispielsweise Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure,
Trimethyladipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure,
Dodecandicarbonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Dinnerfettsäure, Phthalsäure, Phthalsäureanhydrid, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Dimethylterephthalat, Hexahydrophtalsäure, Trimellithsäure und Trimellithsäureanhydrid, oder
Mischungen der vorgenannten Säuren; sowie Polyesterpolyole aus ε-Caprolactam und Startern, wie den vorgenannten zwei- oder dreiwertigen Alkoholen.
Besonders geeignete Polyesterpolyole sind Polyesterdiole. Insbesondere geeignete Polyesterdiole sind solche, hergestellt aus Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Dodecandicarbonsäure, Dinnerfettsäure, Phthalsäure,
Isophthalsäure und Terephthalsäure als Dicarbonsäure und aus Ethylenglykol, Diethylenglykol, Neopentylglykol, 1 ,4-Butandiol, 1 ,6-Hexandiol, Dimerfettsäurediol und 1 ,4-Cyclohexandimethanol als zweiwertigem Alkohol. Insbesondere geeignet sind auch Polyesterdiole, hergestellt aus ε-Caprolacton und einem der
vorgenannten zweiwertigen Alkohole als Starter.
- Polycarbonatpolyole, wie sie durch Polykondensation beispielsweise der oben genannten - zum Aufbau der Polyesterpolyole eingesetzten - zwei- oder dreiwertigen Alkohole mit Dialkylcarbonaten, wie Dimethylcarbonat,
Diarylcarbonaten, wie Diphenylcarbonat, oder Phosgen, zugänglich sind.
Besonders geeignet sind Polycarbonatdiole, insbesondere amorphe
Polycarbonatdiole.
Mindestens zwei Hydroxylgruppen tragende Blockcopolymere, welche mindestens zwei verschiedene Blöcke mit Polyether-, Polyester- und/oder
Polycarbonatstruktur der oben beschriebenen Art aufweisen.
Niedrigmolekulare zwei- oder mehrwertige Alkohole, wie beispielsweise 1 ,2- Ethandiol, 1 ,2- und 1 ,3-Propandiol, Neopentylglykol, Diethylenglykol,
Triethylenglykol, die isomeren Dipropylenglykole und Tripropylenglykole, die isomeren Butandiole, Pentandiole, Hexandiole, Heptandiole, Octandiole,
Nonandiole, Decandiole, Undecandiole, 1 ,3- und 1 ,4-Cyclohexandimethanol, hydriertes Bisphenol A, dimere Fettalkohole, 1 ,1 ,1 -Trimethylolethan, 1 ,1 ,1 - Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythrit, Zuckeralkohole, wie Xylit, Sorbit oder
Mannit, Zucker, wie Saccharose, niedrigmolekulare Alkoxylierungsprodukte der vorgenannten zwei- und mehrwertigen Alkohole.
Besonders bevorzugt werden als Polyole Propylencarbonate und Polyethylenglykole und als Polyisocyanat Hexamethylendiisocyanat, das isocyanuratisiert und/oder allophanatmodifiziert sein kann, eingesetzt.
Zusätzlich zu dem wasserdispergierbaren Vernetzer auf Isocyanatbasis können auch aziridinbasierte Vernetzer als Bestandteil der zweiten Komponente eingesetzt werden. Als bevorzugte Verbindungen sind in diesem Zusammenhang
beispielsweise Trimethylolpropan-tris-((2-methyl)aziridin-1 -yl)-propionat,
Trimethylolpropan-tris-3-(aziridin-1 -yl)propionat und Pentaerithroltris-3-(aziridin-1 - yl)propionat zu nennen. Derartige Verbindungen sind beispielsweise unter den Handelsnamen Xama® 2, Xama® 7 und Xama® 200 von der Firma Biomaterial Science LLC, USA, oder unter dem Handelsnamen Chemitite® PZ von der Firma Nippon Shokubai Co. Ltd., Japan, erhältlich. Da sich diese Vernetzer jedoch im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen als weniger effektiv herausgestellt haben, sollte der Anteil der Vernetzer auf Isocyanatbasis mindestens 50 Gew.-%, insbesondere mindestens 75 Gew.-% und besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zweiten Komponente K2, ausmachen.
Der wasserdispergierbare Vernetzer auf Isocyanatbasis ist zweckmäßig in einer Menge in die wasserbasierte Primerzusammensetzung einzubeziehen, dass der Anteil der Isocyanatgruppen aus dem Vernetzer die Gesamtmenge der funktionellen Gruppen aus dem Epoxidharz, dem Polyester-Polyurethan sowie dem Polyacrylat übersteigt. Geeignete Mengen an wasserdispergierbarem Vernetzer liegen in der Regel bei 5 bis 10 Gew.-% und insbesondere 8 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Komponente K1. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die
erfindungsgemäße wasserbasierte Primerzusammensetzung aus einer ersten Komponente bestehend aus
- etwa 17 bis 35 Gew.-% Epoxidharz mit einem Epoxyäquivalentgewicht im
Bereich von 1500 bis 2500 g/eq,
- etwa 3 bis 10 Gew.-% eines elastischen Polyester-Polyurethans,
- etwa 1 ,75 bis 8 Gew.-% eines hydroxyfunktionellen Polyacrylats mit einer Hydroxyzahl von 130 oder mehr,
- Isopropanol und Wasser als Lösungsmittel in dem zu 100 Gew.-% fehlenden Anteil der ersten Komponente K1 ,
sowie einer zweiten Komponente K2 bestehend aus 5 bis 10 Gew.-% eines
Isocyanatvernetzers auf Basis von isocyanuratisiertem Hexamethylendiisocyanat, das mit Propylencarbonat und Polyethylenglykol formuliert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Behandeln eines Substrats S1 , umfassend die Schritte
(i) Vermischen der Komponenten einer wasserbasierten
Primerzusammensetzung, wie sie vorstehend beschrieben wurde,
(ii) Auftragen der gemischten Primerzusammensetzung auf ein Substrat S1 und
(iii) Ablüftenlassen der aufgetragenen Zusammensetzung.
Das Auftragen der vorstehend beschriebenen Primer kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. So ist es möglich, die erfindungsgemäße wasserbasierten
Primerzusammensetzung mit Hilfe eines Sprüh-, Streich-, Rakel-, Stempel-, Walz- oder Gießauftragsverfahren auf das Substrat aufzubringen. Der Auftrag wird üblicherweise mittels einer Auftragseinheit durchgeführt.
Bei dem Substrat S1 handelt es sich vorzugweise um ein Kunststoffsubstrat. Als Kunststoffsubstrate werden insbesondere biegsame, flächige Kunststoffe in einer Dicke von 0,05 mm bis 5 mm verstanden. Der Kunststoff ist vorzugsweise ein Polycarbonat oder Polycarbonatblend, z.B. in Form von Polycarbonat /ABS.
Nach dem Vermischen und Auftragen der Zusammensetzung wird diese abgelüftet, wodurch eine abgelüftete wasserbasierte Primerzusammensetzung gebildet wird, die einen Film bildet. Dieser Film wird als Primer bezeichnet. Das Ablüften kann durch Abdunsten an Luft mit und ohne Ablüftmittel erfolgen. Als Ablüftmittel kann beispielsweise ein Gebläse, insbesondere ein Luftgebläse, dienen.
Bevorzugt wird ein Ablüftmittel eingesetzt. Das Ablüften kann bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur erfolgen, insbesondere bei einer Temperatur von 60°C. Bevorzugt ist es, wenn das Ablüften bei niedrigen Temperaturen, z.B. durch einen Carnot-Prozess, erfolgt.
Die hergestellten primerbeschichteten Substrate zeichnen sich dadurch aus, dass ein nachträglich auf dem Primer aufgebrachter Klebstoff einen fest haftenden Verbund mit dem Primer und dem Substrat eingehen kann, so dass eine sehr haltbare
Verklebung mit weiteren Substraten ermöglicht wird. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft daher ein Verfahren zum Verkleben von zwei
Substraten S1 und S2, das die Schritte
(i) Vermischen der Komponenten einer wasserbasierten
Polyurethanzusammensetzung, wie vorstehend beschrieben,
(ii) Auftragen der gemischten Zusammensetzung auf ein erstes Substrat S1 ,
(iii) Ablüftenlassen der aufgetragenen Zusammensetzung,
(iv) Auftragen eines Klebstoffs auf die abgelüftete Zusammensetzung, und
(v) Inkontaktbringen des mit Klebstoff beschichteten Substrats S1 mit einem
zweiten Substrat S2 umfasst. Bei dem ersten Substrat S1 sind Substrate bevorzugt, wie sie vorstehend für das Verfahren zum Behandeln eines Substrats S1 angegeben wurden. Bei dem zweiten Substrat S2 kann es sich ebenfalls um ein Kunststoffsubstrat, insbesondere in Form von Polycarbonat oder Polycarbonatblendsubstrat, handeln, es kann sich jedoch auch um ein Substrat aus einem anderen Material, beispielsweise aus Metall oder ein Substrat auf Basis von Glas oder einer Glaskeramik, handeln.
Das Auftragen des Klebstoffs im Schritt (iv) kann beispielsweise durch ein Sprüh-, Streich-, Rakel-, Stempel-, Walz- oder Gießauftragungsverfahren erfolgen. Bevorzugt ist allerdings der Auftrag als Klebstoffraupe aus Kartuschenpistolen oder
maschinellen Auftragsanlagen.
Das Inkontaktbringen erfolgt zweckmäßig während der Offenzeit des Klebstoffs. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Schritt des Inkontaktbringens (v) unter einem auf das Substrat S1 ausgeübten Anpressdruck, sodass eine
ausreichende Benetzung beider Substrate und eine konstruktiv gewünschte, d.h. maßhaltige, Form erreicht wird.
Bei dem in das beschriebene Verfahren einzubeziehenden Klebstoff handelt es sich vorzugsweise um einen Polyurethanklebstoff und besonders zweckmäßig um einen weichmacherhaltigen Polyurethanklebstoff, da bei Anwendung eines solchen
Klebstoffs die durch die erfindungsgemäßen Primer vermittelten Vorteile am ausgeprägtesten zum Tragen kommen. Als geeigneter kommerziell erhältlicher Klebstoff kann beispielsweise Sikaflex® 254 verwendet werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft schließlich die Verwendung einer wasserbasierten Primerzusammensetzung, wie sie im Vorstehenden
beschrieben wurde, als Primer für die Verklebung von Kunststoffsubstraten, wobei die gemischte Primerzusammensetzung auf ein Kunststoffsubstrat aufgetragen wird. Bei dem Kunststoffsubstrat handelt es sich vorzugsweise um ein Substrat auf Basis von Polycarbonat oder einem Polycarbonatblend, während es sich bei dem für die Verklebung zu verwendenden Klebstoff zweckmäßig um einen Polyurethanklebstoff und insbesondere um einen weichmacherhaltigen Polyurethan klebstoff handelt.
Beispiele
Die im Folgenden angeführten Beispiele dienen zur Illustration der Erfindung. Für die folgenden Prüfungen wurden die in Tabelle 1 angegebenen
Primerzusammensetzungen im jeweils gewünschten Verhältnis mit der
Vernetzerkomponente gemischt und innerhalb der Topfzeit in dünner Schicht auf ein Substrat aus Polycarbonat aufgetragen. Die Trocknung der Primerschicht erfolgte entweder bei Raumtemperatur (23°C) oder bei erhöhter Temperatur. Nach vollständiger Trocknung wurde eine Klebstoffraupe auf Basis des
Polyurethanklebstoffs Sikaflex ® 254 aufgetragen und 7 Tage bei Raumtemperatur ausgehärtet. Die so erhaltenen Probekörper wurden jeweils sukzessive bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen durch Schälprüfungen bestimmt:
1 . Aushärten und Lagerung der verklebten Bauteile bei Raumtemperatur bei 23°C/50% relativer Luftfeuchtigkeit für 7 Tage,
2. 7 Tage Wasserlagerung in Leitungswasser bei 23°C,
3. 24 h Lagerung bei 80°C,
4. 7 Tage "Kataplasma"-Test (Feuchtwärmelagerung bei 100% relativer
Luftfeuchtigkeit und 70°C, 7 Tage und 24 h bei -30°C, DIN ISO 9142),
5. 24 h, 100°C.
Die Haftung des Klebstoffs wurde nach jedem der Prüfzyklen manuell durch
Anschneiden und anschließendes Abschälen beurteilt. Die Beurteilung der Haftung und des Bruchbildes wurde von testerfahrenen Personen vorgenommen, ohne dass Schälwerte an Zugprüfmaschinen bestimmt wurden. In allen Fällen war das beobachtete Bruchbild unter Verwendung des erfindungsgemäßen Primers kohäsiv. Verwendete Materialien:
EPI-REZ Resin 3540 WY-55 Epoxidharzdispersion, 55%
Feststoffgehalt basierend auf EPON Resin 1007F in Wasser und 2- Propoxyethanol
Waterpoxy 1422 Epoxidharzdispersion, 54%
Feststoffgehalt
Emuldur 381 A Polyester-Polyurethandispersion, 40%
Feststoffgehalt
MACRYNAL VSM 6299w/42WA Hydroxyfunktionelle Acrylatdispersion, ca. 42%, Feststoffgehalt, Hydroxylzahl 135
Joncryl 831 1 Hydroxyfunktionelle Acrylatdispersion, ca. 42% Feststoffgehalt, Hydroxylzahl 120
Luhydran S945T Hydroxyfunktionelle Dispersion, ca. 45%
Feststoffgehalt, Hydroxyzahl 100
Vernetzer 1 Wasserdispergierbarer
Isocyanatvernetzer auf Basis von isocyanuratisiertem Hexamethylen- diisocyanat, formuliert mit
Propylencarbonat und Polyethylenglykol
Vernetzer 2 Wasserdispergierbarer
Isocyanatvernetzer auf Basis von isocyanuratisiertem Hexamethylen- diisocyanat (z.T. allophanatmodifiziert), formuliert mit Propylencarbonat und Polyethylenglykol
XAMA 200 Trifunktionelles Aziridin
Tabelle 1
FG = Feststoffgehalt; 98% = leichte Ablösungen nach Wasserlagerung (98% i.O.); i.O. = in Ordnung; n.i.O. = nicht in Ordnung
Tabelle 2
i.O. = in Ordnung; n.i.O. = nicht in Ordnung; n.b. = nicht bestimmt
Claims
1. Wasserbasierte Primerzusammensetzung mit
einer ersten Komponente K1 umfassend
- eine wässrigen Epoxidharzdispersion in einer Menge, dass der Gehalt des Epoxidharzes in der ersten Komponente 15 bis 45 Gew.-% beträgt,
- eine wässrige Polyester-Polyurethandispersion in einer Menge, dass der Gehalt des Polyester-Polyurethans in der ersten Komponente 2 bis 12 Gew.-% beträgt,
- eine wässrige Polyacrylatdispersion in einer Menge, dass der Gehalt des Polyacrylats in der ersten Komponente 1 ,5 bis 9 Gew.-% beträgt, sowie
- gegebenenfalls ein wassermischbares organisches Lösungsmittel in einer Menge von bis zu 40 Gew.-%, bezogen auf die erste Komponente, und einer zweiten Komponente K2 umfassend einen wasserdispergierbaren Vernetzer auf Isocyanatbasis.
2. Wasserbasierte Primerzusammensetzung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxidharz in der ersten Komponente K1 ein Epoxyequivalentgewicht von mindestens 1400 g/eq, bevorzugt im Bereich von 1500 bis 2500 g/eq aufweist.
3. Wasserbasierte Primerzusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt des Epoxidharzes in der ersten Komponente K1 17 bis 35 Gew.-% beträgt.
4. Wasserbasierte Primerzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyacrylat in der ersten Komponente K1 ein hydroxyfunktionelles Polyacrylat ist.
5. Wasserbasierte Primerzusammensetzung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das hydroxyfunktionelle Polyacrylat eine Hydroxylzahl von 125 oder mehr, bevorzugt von 130 oder mehr aufweist.
6. Wasserbasierte Primerzusammensetzung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis des
Epoxidharzes zur Summe aus Gewichtsanteil des Polyester-Polyurethans und des Polyacrylats im Bereich von etwa 1 ,15 : 1 bis 5 : 1 liegt.
7. Wasserbasierte Primerzusammensetzung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis des
Polyester-Polyurethans zum Polyacrylats im Bereich von etwa 2:1 bis 1 :1 liegt.
8. Wasserbasierte Primerzusammensetzung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente K1
Isopropanol als wassermischbares organisches Lösungsmittel enthält.
9. Wasserbasierte Primerzusammensetzung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wasserdispergierbare Vernetzer auf Isocyanatbasis in Form eines Prepolymers von Polyolen und aliphatischen Polyisocyanaten vorliegt.
10. Wasserbasierte Primerzusammensetzung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als aliphatische Polyisocyanate
Hexamethylendiisocyanat oder Isophorondiisocyanat in das Prepolymer einbezogen werden.
11. Wasserbasierte Primerzusammensetzung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente K2 in einer
Menge von 5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Komponente einbezogen wird.
12. Verfahren zum Behandeln eines Substrats S1 , insbesondere eines
Kunststoffsubstrats, bevorzugt auf Basis von Polycarbonat, umfassend die Schritte
i) Vermischen der Komponenten einer wasserbasierten
Primerzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ,
ii) Auftragen der gemischten Zusammensetzung auf ein Substrat S1 , und iii) Ablüftenlassen der aufgetragenen Zusammensetzung.
13. Verfahren zum Verkleben von zwei Subtraten S1 und S2, wobei das Substrat S1 ein Kunststoffsubstrat, bevorzugt auf Basis von Polycarbonat, ist, umfassend die Schritte
i) Vermischen der Komponenten einer wasserbasierten
Primerzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , ii) Auftragen der gemischten Zusammensetzung auf ein erstes Substrat S1 ,
iii) Ablüftenlassen der aufgetragenen Zusammensetzung,
iv) Auftragen eines Klebstoffs auf die abgelüftete Zusammensetzung, und v) In-Kontakt-bringen des mit Klebstoff-beschichteten Substrats S1 mit einem zweiten Substrat S2.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Klebstoff um einen Polyurethanklebstoff, bevorzugt einen
weichmacherhaltigen Polyurethanklebstoff handelt.
15. Verwendung einer wasserbasierten Primerzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 als Primer für die Verklebung von
Kunststoffsubstraten, bevorzugt auf Basis von Polycarbonat, mit
weichmacherhaltigen Polyurethanklebstoffen, wobei die gemischte
Primerzusammensetzung auf ein Kunststoffsubstrat aufgetragen wird.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP15154022.6A EP3053942A1 (de) | 2015-02-05 | 2015-02-05 | Wasserbasierende Primerzusammensetzung für Polycarbonat und Polycarbonat-Blends |
| PCT/EP2016/052391 WO2016124692A1 (de) | 2015-02-05 | 2016-02-04 | Wasserbasierende primerzusammensetzung für polycarbonat und polycarbonat-blends |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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