EP4093830A1 - Verfahren zur herstellung von klebebändern oder formmassen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von klebebändern oder formmassen

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EP4093830A1
EP4093830A1 EP21704183.9A EP21704183A EP4093830A1 EP 4093830 A1 EP4093830 A1 EP 4093830A1 EP 21704183 A EP21704183 A EP 21704183A EP 4093830 A1 EP4093830 A1 EP 4093830A1
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EP
European Patent Office
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thermal
initiator
adhesive
polymerization
optionally
Prior art date
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Pending
Application number
EP21704183.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph SCHNÖLL
Robert Liska
Patrick KNAACK
Moritz Mitterbauer
Daniel GRUNENBERG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Wien
Original Assignee
Technische Universitaet Wien
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to the production of adhesive tapes and moldings using special polymerizable compositions and adhesive tapes and moldings produced in this way.
  • Adhesives curable by polymerization have long been known for various types of resin compositions, the curing of which can be triggered in a wide variety of ways, such as, for example, thermally, photochemically or by absorbing atmospheric moisture.
  • all embodiments have the disadvantage that the surface of the adhesive that comes into contact with the adhesive partners to be bonded is always fully activated, that is, for example, heated or irradiated, whichever has to be in order to initiate the polymerization in the entire adhesive.
  • adheresive tape is to be understood here in addition to the usual embodiments with carrier tapes coated with adhesive on one or both sides as well as carrierless adhesive transfer tapes, but also embodiments referred to as fixing tapes or repair wrapping tapes, as disclosed for example in US 2015/047769 A1.
  • porous or perforated or foamed carrier tapes that are impregnated or soaked with a polymerizable composition and, when used, are wound around a part of a workpiece to be repaired and then hardened to produce a dimensionally stable hardened composition.
  • a porous carrier tape is impregnated, for example, with a composition curable by reaction with water, the water being added as a hardener immediately before the composition is used, which is thus a two-component system represents. Then the tape is one or more times to a defective work piece, z. B. around the point around a hole in a pipe, or around two pieces to be joined together, e.g. B.
  • the adhesive strength of the polymerizable composition as "adhesive mass" of such tapes is relatively low in such cases, since it is only necessary to prevent slipping from the point of use before the onset of the hardening process and fixation or repair by forming a dimensionally stable cover around the work piece or pieces is accomplished during curing.
  • Molding compositions curable by polymerization have long been known for various types of resin compositions, the curing of which can be triggered in a wide variety of ways, such as, for example, thermally, photochemically or by absorbing air humidity.
  • the latter are disclosed, for example, in WO 2008/065406 A1 bart, which describes a silicone elastomer compound that can be vulcanized at room temperature by absorption of HO.
  • the thickness of the layer of wood putty that can be hardened in this way on a wood surface to be repaired is specified as at least 1 cm up to 10 cm, and a preferred value of less than 5 minutes, more preferably less than 1 minute, is mentioned as the hardening speed.
  • Preferred thermal initiators are those with a 1h half-life temperature of below 90 ° C., and examples of these are various peroxides and azobisisobutyronitrile (AIBN) and homologues thereof, of which lauroyl peroxide and azobisisoheptanonitrile are particularly preferred.
  • the aim of the invention was on the one hand to develop an adhesive tape with which the above disadvantages can at least partially be eliminated, and on the other hand to develop an improved process for the production of moldings using frontal polymerizable molding compositions, with which the above-mentioned disadvantages at least partially be solved.
  • the present invention achieves this aim in a first aspect by providing a method for producing adhesive tapes using a polymerizable composition which comprises cationically polymerizable monomers, at least one cationic polymerization initiator and optionally one or more additives, as an adhesive, wherein the polymerizable composition settlement
  • B) comprises a combination of a cationic photoinitiator and a thermal radical initiator to initiate the polymerization of the cationically polymerizable monomers in such an amount that the amount of heat released during the polymerization is sufficient to cause a cleavage of the thermal initiator, so that the Kle dimensioned by a local impulse a) of thermal energy or b) of thermal energy and / or radiation energy is curable by means of frontal polymerization.
  • the two adhesive partners - and even two adhesive partners to be glued over a large area - can be connected to one another before the polymerization of the adhesive is triggered, since the initiation pulse only needs to be applied to an outer edge of the composition, which, as mentioned above, can be done by means of a lamp, the beam, for example, into a narrow gap between the adhesive partners, d. H. z. B. from the side, or into a small opening, e.g. B. a through hole can be directed in one of the adhesive partners.
  • the adhesive tape according to the first aspect of the invention as the fixing tape or repair wrapping tape mentioned at the outset, it is sufficient, for example, to apply the initiation impulse to the polymerizable composition at the free end of the tape after the work piece (s) have been wrapped around.
  • the present invention achieves the above object by providing a method for the production of moldings using a polymerizable composition as molding material, the cationically polymerizable monomers, at least one cationic polymerization initiator and optionally one or more additives, the polymerizable Composition A) a thermal-cationic initiator or
  • B) comprises a combination of a cationic photoinitiator and a thermal radical initiator for triggering the polymerization of the cationically polymerizable monomers in an amount such that the amount of heat released during the polymerization is sufficient to cause cleavage of the thermal initiator; and the molding compound is first produced by mixing all the components contained therein and then brought into the desired shape, after which a local pulse of thermal energy and / or radiant energy triggers its frontal polymerization to produce a cured molded body.
  • composition used according to the second aspect of the present invention not only offers the possibility of triggering the hardening of the composition based on cationically polymerizable monomers either by means of thermal or radiation energy or both, but is also characterized by high polymerization rates and the fact that a one-time A short pulse of thermal energy and / or radiation energy in the range of just a few seconds at any point in the composition brought into the desired shape is sufficient to initiate their polymerization. For this reason, no complex equipment is required for initiating the polymerization in these embodiments of the invention, but only, for example, a UV or IR lamp, e.g. B. a mercury vapor or LED UV lamp, or just a simple lighter or an iron or the like required as a heat source.
  • a UV or IR lamp e.g. B. a mercury vapor or LED UV lamp, or just a simple lighter or an iron or the like required as a heat source.
  • compositions preferably used are distinguished from the prior art by high storage stability and good handling properties.
  • the polymerizable composition used as a molding compound can be i) flowable prior to molding and introduced into a casting mold for molding as a potting compound or casting resin or applied as a paint to an uneven surface; or ii) be spreadable and pasty and applied to uneven surfaces for molding as a filler, filler or mortar; or iii) be solid, but plastically deformable and brought into the desired shape as a modeling compound or putty by hand or using a tool; and is then frontally polymerized in this form.
  • one or more viscosity modifiers, thickeners and / or rheology modifiers are added to the polymerizable composition according to the second aspect in preferred embodiments, at least in the above cases ii) and iii), in order to set predefined viscosities or flow properties in order to simplify the composition to be able to bring the desired shape.
  • Organolayer silicates and cellulose, starch or acrylate thickeners, for example, are suitable for these purposes.
  • the energy supply that takes place can be on the edge as well as in the middle of the molding compound, so that the composition can also be brought into very complex shapes and yet simple and can be cured rapidly, e.g. B. by brief exposure to a UV-LED lamp through a small opening in a mold or the like.
  • the selection of the initiator system ie whether a thermal-cationic initiator is used alone or a combination of a cationic photoinitiator and a thermal radical initiator to trigger the frontal polymerization, depends on the specific parameters in the individual case. On the one hand, the type of adhesive connection to be achieved and the properties of the adhesive partners and, on the other hand, the type and structure of the molded body to be produced have a decisive influence. Adhesives and molding compounds that contain only one or more thermal-cationic initiators can be produced more cheaply, but the choice of monomers is often somewhat limited, since classic thermal initiators are not capable of the frontal polymerization of less reactive monomers, such as Bisphenol A diglycidyl ether (BADGE) or oligomers thereof.
  • BADGE Bisphenol A diglycidyl ether
  • the mentioned reaction cascade when using the combination of cationic photoinitiator and thermal-free radical initiator is triggered by exposing any point of the adhesive or molding compound to radiation of a suitable wavelength, usually UV light, as a result of which the cationic photoinitiator is converted into an excited state and subsequently decomposes with the formation of a strong acid, called photoacid, which is why such initiators are also referred to as photoacid resentner or generators.
  • the photoacid then protonates a cationically polymerizable monomer, which sets the exothermic polymerization reaction with other monomer molecules in motion.
  • the thermal-cationic initiator is not specifically restricted according to the present invention and can preferably be made from common alkylbenzylsulfonium and alkylarylbenzylsulfonium, benzylpyridinium, methylimidazolium, benzylpyrazinium and substituted benzylphosphonium salts of non-nucleophilic bases Acids, more preferably salts of B (C6Fs) 4, SbF6, AsF6, PF6 or BF4 or of the tetrakis (perfluoro-t-butyloxy) aluminate anion, and mixtures thereof.
  • the cationic photoinitiator and the thermal-free radical initiator are also not specifically restricted, in preferred embodiments of the invention the cationic photoinitiator composed of aryl-substituted iodonium, phosphonium, sulfonium, pyridinium or diazonium salts, more preferably diaryliodonium salts, of non-nucleophiles Bases of very strong acids, in particular again salts of B (C6F5) 4, SbF6, AsF6, PF6 or BF4 and salts of the tetrakis (perfluoro-t-butyloxy) aluminate anion, and mixtures thereof is selected; and / or the thermal-free radical initiator is selected from benzpinacol and derivatives thereof, per oxides and azo compounds, more preferably from benzpinacol, dibenzoyl peroxide and azobis (isobutyronitrile).
  • benzpinacol i. H. 1, 1, 2,2-tetraphenyl-1, 2-ethanediol
  • cationic photoinitiators are (4-octyloxyphenyl) - (phenyl) iodonium-hexafluoroantimonate, bis- (4-dodecylphenyl) iodonium-hexafluoro- antimonate, (4-isopropylphenyl) (4'-methylphenyl) iodonium-tetrakis (pentafluorophene) and iodonium salts of the tetrakis (perfluoro-t-butyloxy) aluminate anion are particularly preferred because of their good initiator properties.
  • all cationically polymerizable monomers can be used as monomers, mono- or polyvalent epoxides (oxiranes), thiiranes (episulfides), oxetanes, lactams, lactones, lactides, glycolides, tetrahydrofuran and mixtures thereof being preferred due to their availability, and epoxides , in particular epoxy novolak prepolymers, are particularly preferred, since these bring about advantageous properties of the adhesive.
  • orthoesters can also be used, for example other classes of monomers modified with cationically polymerizable groups, for example silicones with epoxy groups, can be used.
  • the proportion of the initiator or the initiator combination in the polymerizable composition is not specifically restricted as long as the amount in each case is sufficient to maintain the front moving through the adhesive, i.e. H. to continuously break down molecules of the thermal initiator and trigger polymerization reactions until all monomers are used up.
  • thermal-cationic initiators these are in a proportion of 0.5 to 6% by weight, more preferably 1 to 4% by weight, in particular 1.5 to 2% by weight, based on the total weight of the cationically polymerizable monomers, in the composition before, which ensures a stable front during the frontal polymerization with moderate heat development at the same time.
  • the initiator combination in preferred embodiments makes up 0.5 to 12% by weight, more preferably 1 to 6% by weight, in particular for the same reason 2 to 4% by weight, based on the total weight of the cationically polymerizable monomers.
  • the molar ratio between cationic photoinitiator and thermal-free radical initiator of the initiator combination is preferably 1: 0.5 to 1:45, more preferably 1: 2 to 1:10, in particular about 1: 2 to 1: 5, which for most customary and preferred monomers brought about advantageous polymerization rates.
  • the polymerizable composition used as an adhesive or molding compound according to the present invention can of course comprise initiators and monomers as well as other constituents which are not specifically restricted as long as they do not adversely affect the frontal polymerization and the adhesive effect of the composition achieved therewith.
  • it contains additives selected from (in the case of the molding compound: optionally further) thickeners and rheological additives, as well as flaft promoters, tackifiers, network, impact strength and surface modifiers, film formers, wetting agents, pigments, dyes, stabilizers, regulators , Flame retardants and fillers, in order to give the adhesive or molding composition desirable properties.
  • network modifiers for example, monohydric or polyhydric alcohols and polyalcohols, such as. B. PEG, poly-TFIF or dendrimers with OFI groups in question.
  • Polymers such as ethylene vinyl acetate, acrylates, phenoxy resins, polyvinyl alcohol, alkyd resins, fl arn fabric resins, melamine resins, polyvinyl chloride, rubber, polysaccharides, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycols, paraffins, poly amides or polyurethanes can be added as film formers.
  • organic layer silicates and cellulose, starch or acrylate thickeners are also suitable for the adhesive.
  • wood, melt polymers such as.
  • any low molecular weight compounds with a high glass transition temperature such as terpenes, synthetic resins, preferably those made from Cs-C6 aliphatics or cycloaliphatics and / or are suitable as tackifiers or flaft promoters, which can be used primarily in the adhesive of the invention C6-C9- Aromatics as basic units, terpene phenolic resins or novolaks, without being restricted to them.
  • the composition - especially in embodiments using the initiator combination of cationic photoinitiator and thermal-free radical initiator - can also comprise free-radically polymerizable monomers in addition to the cationically polymerizable monomers in order to harden the adhesive or molding compound in parallel with the cationic polymerization carry out a radical polymerization, which enables control of the hardening speed and the adhesive effect of the adhesive or the hardening speed of the molding compound and, consequently, also the properties of the molded article produced therefrom.
  • Such additional free-radical monomers are preferably selected from common acrylics, methacrylates and acrylamides.
  • the polymerizable composition is first prepared by mixing all of the components comprised therein, this optionally being heated to improve miscibility and flowability, and then as adhesive i) to form an adhesive transfer tape shaped or ii) applied in the form of a layer to a carrier, the carrier preferably being selected from paper, fabrics, nonwovens, plastic films, metal foils, foams and combinations thereof, each of which is optionally fiber-reinforced, and more preferably from glass fiber nonwovens and grids is selected.
  • the adhesive When the adhesive is applied to a carrier, its surface facing away from the carrier is preferably provided with a peel-off film to protect it from use, and when the adhesive is processed into an adhesive transfer tape, ie a liner-free adhesive tape, both surfaces of the adhesive tape are particularly preferably protected with peel-off films .
  • the adhesive is applied to the carrier tape by impregnation.
  • the curable adhesive is preferably heated to a temperature when the components are mixed, at which it is sufficiently flowable to become porous or perforated carrier tape, e.g. B.
  • a glass fiber fleece or mesh so that at least one side of it can be impregnated, after which it solidifies as it cools to a solid layer that has penetrated at least one side of the carrier tape or it penetrates entirely.
  • at least one side of the finished tape is provided with a peel-off protective film - or both, depending on the extent to which the carrier has been penetrated by the adhesive.
  • the present invention provides an adhesive tape which has been produced according to the above method using the frontal polymerizable adhesive composition according to the first aspect of the invention and which has the preferred properties described above.
  • the present invention also provides a molded article which has been produced according to the above process using the frontal polymerizable molding composition according to the second aspect of the invention and which likewise has the preferred properties described above.
  • a glass fiber fleece tape with a width of 50 mm and a thickness of 0.5 mm and a one-sided self-adhesive glass fiber lattice tape with a width of 50 mm and a thickness of 0.25 mm were glued to one another, after which in each case one of the adhesives prepared above was applied to the nonwoven side of the carrier tape at a temperature of 50 ° C. and distributed evenly on the carrier with a spatula so that the adhesive had a uniform thickness of 2 mm and a weight ratio between adhesive and carriers of 10: 1 were received.
  • Ethylene-vinyl acetate (EVA) copolymer powder was then sprinkled onto the mass as a melt polymer filler in an amount of 5 parts by weight per 100 parts by weight of adhesive, on the surface of which it fused with the formulation.
  • EVA Ethylene-vinyl acetate
  • a flowable composition was first prepared by mixing the polymerizable components (in amounts that together make up 100% by weight of the composition) then various additives (in% by weight amounts, based on 100% by weight of the composition without additives) were added in order to produce a plastically deformable modeling compound as a molding compound, from which a molding was then produced according to the present invention and using Fron valley polymerization was hardened.
  • various additives in% by weight amounts, based on 100% by weight of the composition without additives
  • Flowable polymerizable compositions were prepared from the three above formulations by weighing the thermal-free radical initiator, the cationic photoinitiator and the monomers in the given ratios and stirring them in a dissolver (eg IKA Ultra-Turrax) until a clear, homogeneous solution was obtained.
  • a dissolver eg IKA Ultra-Turrax
  • thixotropic agent was added to the flowable mixtures obtained as described above at room temperature, after which the other additives were mixed in with constant kneading until a homogeneous mass with a plasticine-like consistency was obtained, which was easily deformable by hand and then remained dimensionally stable .
  • flowable compositions can also be used instead of plastic molding compositions in the identical manner described above for use as casting compounds or as paints as well as spreadable paste-like compounds for use as leveling compound, filling compound or mortar.
  • the ratio between monomers and additives, in particular viscosity modifiers, thickeners or rheology modifiers, which can sometimes also be omitted entirely in order to set relatively low viscosities in the molding compounds, is of particular importance.
  • the molding compounds obtained as described above were each used to close a hole previously made in a PVC pipe with a diameter of 10 cm and a diameter of 1 cm and to seal the pipe by means of frontal polymerization of the molding compound.
  • an amount of about 10 g of the molding compound was manually shaped into an approximately 3 mm thick disc with a diameter of 3 cm, which was placed over the hole to be closed and pressed onto it and the outer circumference of which was pressed firmly against the pipe.
  • very good initial fluffing of the modeling compound on the PVC surface was observed.
  • the respective shaped body was then heated at one point for 3 s with a lighter (Examples 1 and 3) or irradiated with an LED-UV lamp Omnicure Series 2000 for 3 s (Example 2), the flame or the lamp being approximately 2 cm from the molded mass.
  • the polymerization reaction initiated as a result then continued in all three cases in the form of a "hardening front" migrating through the entire molding compound. In this way, the moldings cured completely within about 10-12 s, which corresponds to a hardening rate of about 15 cm / min.
  • the present invention thus provides a new method for producing adhesive tapes and adhesive tapes produced in this way, with which adhesive partners can be glued to one another in a very simple manner within a short time.
  • it provides a new method for the production of shaped bodies and shaped bodies produced in this way, by means of which bodies with a wide variety of shapes can also be shaped and cured in an extremely simple manner within a short time.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer polymerisierbaren Zusammensetzung, die kationisch polymerisierbare Monomere, zumindest einen kationischen Polymerisationsinitiator und gegebenenfalls ein oder mehrere Additive umfasst, als Klebemasse in einem Verfahren zur Herstellung eines Klebebands oder als Formmasse in einem Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, wobei die polymerisierbare Zusammensetzung A) einen thermisch-kationischen Initiator oder B) eine Kombination aus einem kationischen Photoinitiator und einem thermisch-radikalischen Initiator zur Auslösung der Polymerisation der kationisch polymerisierbaren Monomere in einer solchen Menge umfasst, dass die bei der Polymerisation frei werdende Wärmemenge ausreicht, um eine Spaltung des thermischen Initiators zu bewirken, wobei i) die Klebemasse durch einen lokalen Impuls a) von thermischer Energie oder b) von thermischer Energie und/oder Strahlungsenergie mittels Frontalpolymerisation härtbar ist; oder ii) die Formmasse zunächst durch Vermischen aller darin umfassten Komponenten hergestellt und anschließend in die gewünschte Form gebracht wird, wonach durch einen lokalen Impuls a) von thermischer Energie oder b) von thermischer Energie und/oder Strahlungsenergie ihre Frontalpolymerisation ausgelöst wird, um einen gehärteten Formkörper herzustellen; sowie auf diese Weise hergestellte Klebebänder oder Formkörper.

Description

Verfahren zur Herstellung von Klebebändern oder Formmassen
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Klebebändern und Formkörpern unter Ver wendung spezieller polymerisierbarer Zusammensetzungen sowie auf diese Weise hergestellte Klebebänder und Formkörper.
STAND DER TECHNIK
Durch Polymerisation härtbare Klebemassen sind für diverse Arten von Harzzusam mensetzungen seit Langem bekannt, deren Härtung auf verschiedenste Art und Weise ausgelöst werden kann, wie z.B. thermisch, photochemisch oder durch Absorption von Luftfeuchtigkeit. Sämtliche Ausführungsformen haben jedoch den Nachteil gemein, dass die mit den zu verbindenden Klebepartnern in Kontakt kommende Oberfläche der Klebemasse stets zur Gänze aktiviert, also beispielsweise erhitzt oder bestrahlt, wer den muss, um die Polymerisation in der gesamten Klebemasse auszulösen.
Sollen darüber hinaus zwei Klebepartner flächig miteinander verbunden werden, wofür mitunter ein Transferklebeband, d. h. ein trägerfreies Klebeband, das vor Gebrauch in der Regel beidseitig mit einer Abziehfolie geschützt ist, zum Einsatz kommt, so ist der Verklebevorgang besonders aufwändig, da in Abhängigkeit von der Natur der Klebe masse oftmals beide Klebeflächen des T ransferklebebands zur Gänze aktiviert werden müssen. Zu diesem Zweck muss eine Abziehfolie entfernt, das Klebeband einseitig aktiviert und anschließend auf einen der Klebepartner aufgeklebt werden, wonach auch die gegenüberliegende Klebefläche nach Entfernung der anderen Abziehfolie zu aktivieren ist, bevor sie mit dem zweiten Klebepartner in Kontakt gebracht wird, der üblicherweise aufgepresst werden muss. Für diese Vorgänge steht jedoch, je nach Geschwindigkeit der durch die Aktivierung ausgelösten Polymerisation, entweder nur ein sehr begrenztes Zeitfenster zur Verfügung, oftmals nur wenige Sekunden, oder aber es dauert nach dem Verbinden der beiden Klebepartner sehr lange, bis die Klebe masse ausreichend gehärtet ist, um eine stabile Verbindung der Klebepartner zu ge währleisten, z. B. einige Stunden, bis hin zu 1 bis 2 Tagen. Unter der Bezeichnung "Klebeband" sind hierin neben den üblichen Ausführungsfor men mit ein- oder beidseitig klebend beschichteten Trägerbändern sowie trägerlosen Transferklebebändern allerdings auch als Fixierbänder oder Reparatur-Wickelbänder bezeichnete Ausführungsformen zu verstehen, wie sie etwa in US 2015/047769 A1 offenbart werden. Dabei handelt es sich meist um poröse oder perforierte bzw. ge schäumte Trägerbänder, die mit einer polymerisierbaren Zusammensetzung impräg niert oder getränkt sind und bei ihrer Verwendung um eine zu reparierende Stelle eines Werkstücks gewickelt und anschließend gehärtet werden, um eine formstabile gehär tete Zusammensetzung herzustellen. Gemäß US 2015/047769 A1 ist ein solches porö ses T rägerband beispielsweise mit einer durch Reaktion mit Wasser härtbaren Zusam mensetzung imprägniert, wobei das Wasser als Härter unmittelbar vor der Verwen dung der Zusammensetzung zuzusetzen ist, was somit ein Zwei-Komponenten-Sys- tem darstellt. Anschließend wird das Band ein- oder mehrmals um ein defektes Werk stück, z. B. um die Stelle rund um ein Loch in einem Rohr, oder um zwei miteinander zu verbindende Stücke, z. B. um die Bruchstelle einer gebrochenen Stange oder eines gebrochenen Rohres, gewickelt und aushärten gelassen, was üblicherweise einige Minuten dauert. Die Klebekraft der polymerisierbaren Zusammensetzung als "Klebe masse" solcher Bänder ist in solchen Fällen relativ gering, da lediglich ein Abrutschen von der Einsatzstelle vor dem Einsetzen des Härtungsvorgangs zu verhindern ist und die Fixierung oder Reparatur durch die Ausbildung einer formstabilen Hülle um das oder die Werkstücke während der Aushärtung bewerkstelligt wird. Die in US 2015/ 047769 A1 offenbarten Ausführungsformen weisen konkret den generellen Nachteil von Zwei-Komponenten-Polymerisationssystemen auf, nämlich, dass nach dem Ver mischen der beiden Komponenten der härtbaren Zusammensetzung nur eine relativ kurze Topfzeit bleibt, um das Band in die gewünschte Position zu bringen, bevor die Härtung so weit fortgeschritten ist, dass die Masse nicht mehr fest um das oder die Werkstücke wickelbar ist.
Auch durch Polymerisation härtbare Formmassen sind für diverse Arten von Harz zusammensetzungen seit Langem bekannt, deren Härtung auf verschiedenste Art und Weise ausgelöst werden kann, wie z.B. thermisch, photochemisch oder durch Absorp tion von Luftfeuchtigkeit. Letztere werden beispielsweise in WO 2008/065406 A1 offen- bart, wo eine bei Raumtemperatur durch h O-Absorption vulkanisierbare Silikon- elastomer-Masse beschrieben wird. All diese Ausführungsformen haben jedoch den Nachteil gemein, dass entweder nur relativ dünne Schichten bzw. Körper der Form massen vorgesehen werden können, da die Eindringtiefe der Strahlung bzw. der Wassermoleküle sehr gering ist, d. h. im Bereich von Millimetern oder wenigen Zentimetern liegt, oder die Massen auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden müssen, um auch in größerer Tiefe eine thermische Härtung der Formmassen auszu lösen. Weiters existieren zahlreiche Zwei-Komponenten-Zusammensetzungen, bei denen die polymerisierbare Zusammensetzung und der Härter vor Gebrauch getrennt vorliegen, die jedoch den Nachteil aufweisen, dass nach dem Vermischen der beiden Komponenten zumeist nur eine sehr kurze Topfzeit für die Handhabung des Gemischs zur Verfügung steht, bevor die Härtung so weit fortgeschritten ist, dass die Masse nicht mehr formbar ist.
In US 2009/155485 A1 wird eine teilweise Lösung für diese Probleme offenbart, indem ein Holzkitt vorgeschlagen wird, der mittels radikalischer Photo-Frontalpolymerisation von multifunktionellen Acrylat-Monomeren härtbar ist, d. h. der einen radikalischen Photoinitiator und einen thermisch-radikalischen Initiator enthält, wovon der Photo initiator bei Bestrahlung mit UV-Licht Radikale bildet, die die radikalische Polymerisa tion und Vernetzung der Acrylate auslösen, wonach die Wärmeentwicklung der exo thermen Polymerisationsreaktionen eine Spaltung des thermischen Initiators in Radi kale bewirkt, welche die weitere Polymerisation der Monomere aufrechterhalten soll, bis die Masse durchgehärtet ist. Die auf diese Weise härtbare Dicke der auf eine aus zubessernde Holzoberfläche aufgebrachten Schicht der Holzkitt-Masse wird mit zu mindest 1 cm bis hin zu 10 cm angegeben, und als Härtungsgeschwindigkeit wird ein bevorzugter Wert unter 5 min, noch bevorzugter unter 1 min, genannt. Als bevorzugte thermische Initiatoren werden solche mit einer 1 -h-Halbwertszeit-Temperatur von unter 90 °C genannt, und als Beispiele dafür werden verschiedene Peroxide sowie Azobisisobutyronitril (AIBN) und Homologe davon angeführt, wovon Lauroylperoxid und Azobisisoheptanonitril besonders bevorzugt eingesetzt werden. In den Ausführungsbeispielen von US 2009/155485 A1 wurden allerdings nur Löcher mit einer Tiefe von 1 ,5 cm (und einem Durchmesser von 1 cm) mit der zu härtenden Masse gefüllt, so dass sich die besonders bevorzugte Härtungsgeschwindigkeit von 1 min anzunehmenderweise auf diese Tiefe bezieht, was einem Wert von 0,67 cm/min entspricht. Darüber hinaus waren für sämtliche Versuche mehrere Bestrahlungsdurch gänge ("passes") mit UV-Licht erforderlich ("a series of light exposure"), und das tat sächliche Vorliegen von Frontalpolymerisationsreaktion in einer Tiefe von mehr als 1 cm wurde lediglich angenommen ("assumed"), und es wurde ausdrücklich festge stellt, dass anstatt der frei werdenden Wärme der durch die Bestrahlung ausgelösten radikalischen Polymerisation auch die dabei gleichzeitig erfolgende Erwärmung des Holzes die weitere, thermische Polymerisation der Acrylate bewirkt haben könnte. Ob der in WO 2008/065406 A1 offenbarte Holzkitt also tatsächlich eine mittels Photo- Frontalpolymerisation härtbare Formmasse darstellt, wurde somit nicht bestätigt.
Neben den geringen möglichen Formmassendicken von maximal 10 cm und der Not wendigkeit, zur Härtung von Dicken über 12 cm die Masse mehrmals bzw. über einen längeren Zeitraum (z. B. 300 s lang) zu bestrahlen, ist an den in US 2009/155485 A1 offenbarten Ausführungsformen außerdem nachteilig, dass auf Acrylat-Monomeren basierende Massen bei der Härtung in der Regel einer starken Schrumpfung unterlie gen, so dass ein hoher Anteil an Füllstoffen unabdinglich ist, um diese in Grenzen zu halten, weswegen dort auch bevorzugte Füllstoffanteile von über 70 Gew.-% offenbart werden. Und darüber hinaus ist bei ausschließlich radikalisch härtenden Systemen auch die an der Oberfläche durch Luftsauerstoff bewirkte Inhibierung der Polymerisa tion gerade bei Photo-Frontalpolymerisation problematisch, wo das Ziel eine möglichst kurze Bestrahlungsdauer zur Auslösung der Polymerisation ist, wobei aber natürlich nur eine begrenzte Anzahl an Radikalen von den radikalischen Photoinitiator-Mole külen gebildet werden kann. Aus diesem Grund wurden in den in US 2009/155485 A1 offenbarten Beispielen durchwegs mehrere, insgesamt mehrere Minuten andauernde Bestrahlungen vorgenommen.
Dazu kommt schließlich noch, dass aufgrund der erwünschten niedrigen 1 -h-Halb- wertszeit-Temperaturen der in US 2009/155485 A1 als bevorzugte thermische Initia- toren genannten Peroxide und Azonitrile auch die Lagerstabilität der Zusammenset zungen relativ gering ist.
Ziel der Erfindung war vor diesem Hintergrund einerseits die Entwicklung eines Klebe bands, mit dem die obigen Nachteile zumindest teilweise ausgemerzt werden können, und andererseits die Entwicklung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung von Formkörpern unter Verwendung von frontalpolymerisierbaren Formmassen, mit dem die oben genannten Nachteile zumindest teilweise gelöst werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dieses Ziel erreicht die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt durch die Bereit stellung eines Verfahrens zur Herstellung von Klebebändern unter Verwendung einer polymerisierbaren Zusammensetzung, die kationisch polymerisierbare Monomere, zumindest einen kationischen Polymerisationsinitiator und gegebenenfalls ein oder mehrere Additive umfasst, als Klebemasse, wobei die polymerisierbare Zusammen setzung
A) einen thermisch-kationischen Initiator oder
B) eine Kombination aus einem kationischen Photoinitiator und einem thermisch radikalischen Initiator zur Auslösung der Polymerisation der kationisch polymerisierbaren Monomere in einer solchen Menge umfasst, dass die bei der Polymerisation frei werdende Wärmemenge ausreicht, um eine Spaltung des thermischen Initiators zu bewirken, so dass die Kle bemasse durch einen lokalen Impuls a) von thermischer Energie oder b) von thermi scher Energie und/oder Strahlungsenergie mittels Frontalpolymerisation härtbar ist.
Durch die Verwendung einer solchen frontalpolymerisierbaren Zusammensetzung als Klebemasse von Klebebändern werden sämtliche der oben beschriebenen Nachteile behoben:
- Bei der Frontalpolymerisation, einer Variante von Polymerisationsreaktionen, bei der die Reaktionszone durch das polymerisierbare Material wandert, ist keine vollflächige Aktivierung der polymerisierbaren Masse erforderlich, sondern es reicht aus, eine be liebige Stelle der Zusammensetzung zu aktivieren, d. h. zu erhitzen oder zu belichten, die sowohl am Rand als auch inmitten der Klebemasse liegen kann. In der Folge ist die Reaktion selbsterhaltend, da durch die bei der Polymerisation frei werdende Reak tionsenthalpie fortwährend weitere Moleküle des thermischen Initiators gespalten wer den, so dass sich eine Reaktionsfront von der Aktivierungsstelle in alle Richtungen durch die gesamte Masse hindurch ausbreitet, bis sämtliche Monomere aufgebraucht sind.
- Aufgrund dieses Reaktionsmechanismus ist es weiters nicht erforderlich, die Klebe masse über einen längeren Zeitraum zu aktivieren, sondern es reicht ein einziger kur zer Impuls von thermischer Energie und/oder Strahlungsenergie, z. B. im Bereich von von wenigen Sekunden, völlig aus, um die Polymerisation in Gang zu setzen.
- Darüber hinaus ist für diese Art der Polymerisationsinitiierung keinerlei aufwändige Ausrüstung, sondern beispielsweise lediglich eine UV- oder IR-Lampe, z. B. eine Quecksilberdampf- oder LED-UV-Lampe, oder auch nur ein einfaches Feuerzeug oder ein Bügeleisen oder dergleichen als Wärmequelle erforderlich.
- Und schließlich können die beiden Klebepartner - und sogar zwei flächig zu verkle bende Klebepartner - miteinander verbunden werden, bevor die Polymerisation der Klebemasse ausgelöst wird, da der Initiationsimpuls lediglich an einem äußeren Rand der Zusammensetzung zugeführt zu werden braucht, was, wie oben erwähnt, mittels einer Lampe erfolgen kann, deren Strahl beispielsweise auch in einen engen Spalt zwischen den Klebepartnern, d. h. z. B. von der Seite, oder in eine kleine Öffnung, z. B. eine Durchgangsbohrung, in einem der Klebepartner gerichtet werden kann. Bei Verwendung des Klebebands gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung als eingangs erwähntes Fixierband oder Reparatur-Wickelband reicht beispielsweise es aus, nach dem Umwickeln des oder der Werkstücke den Intiationsimpuls der polymerisierbaren Zusammensetzung am freien Ende des Bands zuzuführen.
In einem zweiten Aspekt erreicht die vorliegende Erfindung das obige Ziel durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Fierstellung von Formkörpern unter Verwendung einer polymerisierbaren Zusammensetzung als Formmasse, die kationisch polymeri sierbare Monomere, zumindest einen kationischen Polymerisationsinitiator und gege benenfalls ein oder mehrere Additive umfasst, wobei die polymerisierbare Zusammen setzung A) einen thermisch-kationischen Initiator oder
B) eine Kombination aus einem kationischen Photoinitiator und einem thermisch radikalischen Initiator zur Auslösung der Polymerisation der kationisch polymerisierbaren Monomere in einer solchen Menge umfasst, dass die bei der Polymerisation frei werdende Wärmemenge ausreicht, um eine Spaltung des thermischen Initiators zu bewirken; und die Formmasse zunächst durch Vermischen aller darin umfassten Komponenten hergestellt und anschließend in die gewünschte Form gebracht wird, wonach durch einen lokalen Impuls von thermischer Energie und/oder Strahlungsenergie ihre Fron talpolymerisation ausgelöst wird, um einen gehärteten Formkörper herzustellen.
Die gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung eingesetzte Zusammen setzung bietet dabei nicht nur die Möglichkeit, die Flärtung der Zusammensetzung auf Basis kationisch polymerisierbarer Monomere wahlweise mittels thermischer oder Strahlungsenergie oder beiden auszulösen, sondern zeichnet sich auch durch hohe Polymerisationsgeschwindigkeiten sowie dadurch aus, dass ein einmaliger kurzer Im puls von thermischer Energie und/oder Strahlungsenergie im Bereich von nur wenigen Sekunden an einer beliebigen Stelle der in die gewünschte Form gebrachten Zusam mensetzung ausreicht, um deren Polymerisation zu initiieren. Aus diesem Grund ist für die Polymerisationsinitiierung auch in diesen Ausführungsformen der Erfindung kei nerlei aufwändige Ausrüstung, sondern beispielsweise lediglich eine UV- oder IR-Lam- pe, z. B. eine Quecksilberdampf- oder LED-UV-Lampe, oder auch nur ein einfaches Feuerzeug oder ein Bügeleisen oder dergleichen als Wärmequelle erforderlich.
Die hohe Geschwindigkeit, mit der die Polymerisationsfront dabei durch die Zusam mensetzung wandert, war aufgrund des Umstands, dass kationische Polymerisations reaktionen im Vergleich zu radikalischer Flärtung üblicherweise deutlich langsamer ab laufen, besonders überraschend. Weiters zeichnen sich die vorzugsweise verwende ten Zusammensetzungen im Vergleich zum Stand der Technik durch hohe Lagerstabi lität und gute Flandhabbarkeit aus. Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die als Formmasse ver wendete polymerisierbare Zusammensetzung vor dem Formen i) fließfähig sein und zum Formen als Vergussmasse oder Gießharz in eine Guss form eingebracht oder als Anstrich auf eine unebene Oberfläche aufgebacht werden; oder ii) streichfähig-pastös sein und zum Formen als Spachtelmasse, Füllmasse oder Mörtel auf unebene Oberflächen aufgebracht werden; oder iii) fest, aber plastisch verformbar sein und als Modelliermasse oder Kitt händisch oder mittels eines Werkzeugs in die gewünschte Form gebracht werden; und wird danach in dieser Form frontalpolymerisiert.
Der polymerisierbaren Zusammensetzung gemäß dem zweiten Aspekt werden in be vorzugten Ausführungsformen zumindest in den obigen Fällen ii) und iii) ein oder meh rere Viskositätsmodifikatoren, Verdicker und/oder Rheologiemodifizierer zugesetzt, um jeweils vordefinierte Viskositäten bzw. Fließeigenschaften einzustellen, um so die Zusammensetzung einfacher in die gewünschte Form bringen zu können. Zu diesen Zwecken eignen sich beispielsweise Organoschichtsilikate sowie Cellulose-, Stärke oder Acrylatverdicker.
Da ein kurzer Impuls von thermischer und/oder Wärmeenergie an einer beliebigen Stelle der Zusammensetzung ausreicht, kann die damit erfolgende Energiezufuhr so wohl am Rand als auch inmitten der Formmasse liegen, so dass die Zusammenset zung auch in sehr komplexe Formen gebracht und dennoch auf einfache und rasche Weise gehärtet werden kann, z. B. durch kurze Bestrahlung mit einer UV-LED-Lampe durch eine kleine Öffnung in einer Gussform oder dergleichen.
Die Auswahl des Initiatorsystems, d. h. ob ein thermisch-kationischer Initiator alleine oder eine Kombination aus einem kationischen Photoinitiator und einem thermisch radikalischen Initiator zur Auslösung der Frontalpolymerisation eingesetzt wird, hängt von den speziellen Parametern im Einzelfall ab. Dabei haben einerseits die Art der zu erzielenden Klebeverbindung und die Eigenschaften der Klebepartner und anderer seits die Art und die Struktur des herzustellenden Formkörpers maßgeblichen Einfluss. Klebemassen und Formmassen, die ausschließlich einen oder mehrere thermisch-kat ionische Initiatoren enthalten, sind kostengünstiger herstellbar, allerdings ist die Aus wahl der Monomere oftmals etwas eingeschränkt, da klassische thermische Initiatoren nicht in der Lage sind, die Frontalpolymerisation von weniger reaktiven Monomeren, wie z.B. Bisphenol-A-diglycidylether (BADGE) oder Oligomeren davon, auszulösen. Die Verwendung von Kombinationen aus kationischen Photoinitiatoren und thermisch radikalischen Initiatoren ist zwar mit etwas höheren Kosten verbunden, allerdings ist die Wärmeentwicklung während der Frontalpolymerisation besser steuerbar, da eine Reaktionskaskade zwischen den beiden Initiatoren und den Monomeren abläuft, und es können praktisch alle kationisch zu polymerisierenden Monomere in der Klebe masse bzw. Formmasse eingesetzt werden.
Die erwähnte Reaktionskaskade bei Verwendung der Kombination aus kationischem Photoinitiator und thermisch-radikalischem Initiator wird durch Belichtung einer belie bigen Stelle der Klebemasse oder Formmasse mit Strahlung geeigneter Wellenlänge, üblicherweise UV-Licht, ausgelöst, wodurch der kationische Photoinitiator in einen an geregten Zustand übergeführt wird und sich in der Folge unter Bildung einer starken Säure, Photosäure genannt, zersetzt, weswegen solche Initiatoren auch als Photosäu rebildner oder -generatoren bezeichnet werden. Die Photosäure protoniert in der Folge ein kationisch polymerisierbares Monomer, wodurch die exotherme Polymerisations reaktion mit weiteren Monomermolekülen in Gang gesetzt wird. Die dabei frei werden de Wärme bewirkt die Zersetzung des thermisch-radikalischen Initiators unter Bildung von Radikalen, die daraufhin mit Molekülen des kationischen Initiators reagieren und erneut die Bildung der starken Säure bewirken, die wiederum die Polymerisation wei terer Monomere auslöst, usw. Ausreichende Mengen der beiden Initiatoren vorausge setzt, wandert diese Front durch das gesamte zu polymerisierende Gemisch, bis die Polymerisation in Ermangelung weiterer nichtumgesetzter Monomere abbricht.
Der thermisch-kationische Initiator ist gemäß vorliegender Erfindung nicht speziell ein geschränkt und kann vorzugsweise aus gängigen Alkylbenzylsulfonium- und Alkylaryl- benzylsulfonium-, Benzylpyridinium-, Methylimidazolium-, Benzylpyrazinium- und sub stituierten Benzylphosphonium-Salzen von nicht-nukleophilen Basen sehr starker Säuren, noch bevorzugter Salzen von B(C6Fs)4 , SbF6 , AsF6 , PF6 oder BF4 oder des Tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat-Anions, sowie Gemischen davon ausgewählt sein. Besonders bevorzugt ist er aus Alkylbenzylsulfonium- und Alkylarylbenzylsulfo- nium-Salzen von SbF6 oder des Tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat-Anions ausge wählt, die sich in der Vergangenheit besonders bewährt haben.
Auch der kationische Photoinitiator und der thermisch-radikalische Initiator sind nicht speziell eingeschränkt, wobei in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung der kationische Photoinitiator aus arylsubstituierten lodonium-, Phosphonium-, Sulfonium-, Pyridinium- oder Diazoniumsalzen, noch bevorzugter Diaryliodonium- salzen, von nicht-nukleophilen Basen sehr starker Säuren, insbesondere erneut Sal zen von B(C6F5)4 , SbF6 , AsF6 , PF6 oder BF4 und Salzen des Tetrakis(perfluor-t- butyloxy)aluminat-Anions, sowie Gemischen davon ausgewählt ist; und/oder der thermisch-radikalische Initiator aus Benzpinakol und Derivaten davon, Per oxiden und Azoverbindungen, noch bevorzugter aus Benzpinakol, Dibenzoylperoxid und Azobis(isobutyronitril), ausgewählt ist.
Vor allem Benzpinakol, d. h. 1 ,1 ,2,2-Tetraphenyl-1 ,2-ethandiol, hat sich in früheren Forschungsarbeiten der Erfinder als besonders gut geeignet erwiesen; siehe z. B. WO 2017/035551 A1. Und als kationische Photoinitiatoren sind (4-Octyloxyphenyl)- (phenyl)iodonium-hexafluoroantimonat, Bis-(4-dodecylphenyl)iodonium-hexafluoro- antimonat, (4-lsopropylphenyl)(4'-methylphenyl)iodonium-tetrakis(pentafluorphenyl)- borat sowie lodoniumsalze des Tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat-Anions aufgrund ihrer guten Initiatoreigenschaften besonders zu bevorzugen.
Als Monomere kommen prinzipiell sämtliche kationisch polymerisierbare Monomere in Frage, wobei ein- oder mehrwertige Epoxide (Oxirane), Thiirane (Episulfide), Oxetane, Lactame, Lactone, Lactide, Glykolide, Tetrahydrofuran und Gemischen davon auf grund ihrer Verfügbarkeit zu bevorzugen sind, und Epoxide, insbesondere Epoxy- Novolak- Präpolymere, besonders bevorzugt sind, da diese vorteilhafte Eigenschaften der Klebemasse bewirken. Allerdings können beispielsweise auch Orthoester sowie andere Monomerklassen, die mit kationisch polymerisierbaren Gruppen modifiziert sind, z.B. Silikone mit Epoxidgruppen, eingesetzt werden.
Der Anteil des Initators oder der Initiatorkombination in der polymerisierbaren Zusam mensetzung ist nicht speziell eingeschränkt, solange die Menge jeweils ausreicht, um die durch die Klebemasse wandernde Front aufrechtzuerhalten, d. h. um fortwährend Moleküle des thermischen Initiators zu spalten und Polymerisationsreaktionen auszu lösen, bis sämtliche Monomere aufgebraucht sind.
In bevorzugten Ausführungsformen der alleinigen Verwendung eines oder mehrerer thermisch-kationischer Initiatoren liegen diese in einem Anteil von 0,5 bis 6 Gew.-%, noch bevorzugter 1 bis 4 Gew.-%, insbesondere 1 ,5 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der kationisch polymerisierbaren Monomere, in der Zusammenset zung vor, was eine stabile Front während der Frontalpolymerisation bei gleichzeitig moderater Wärmeentwicklung gewährleistet.
Bei Verwendung der Kombination aus kationischem Photoinitiator und thermisch-radi kalischem Initiator, oder auch jeweils mehreren davon, macht die Initiatorkombination in bevorzugten Ausführungsformen aus demselben Grund 0,5 bis 12 Gew.-%, noch bevorzugter 1 bis 6 Gew.-%, insbesondere 2 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamt gewicht der kationisch polymerisierbaren Monomere, aus.
Das Molverhältnis zwischen kationischem Photoinitiator und thermisch-radikalischem Initiator der Initiatorkombination beträgt dabei vorzugsweise 1 :0,5 bis 1 :45, noch be vorzugter 1 :2 bis 1 :10, insbesondere etwa 1 :2 bis 1 :5, was für die meisten üblichen und bevorzugten Monomere vorteilhafte Polymerisationsraten bewirkt.
Die gemäß vorliegender Erfindung als Klebemasse oder Formmasse eingesetzte poly merisierbare Zusammensetzung kann natürlich neben Initiatoren und Monomeren auch weitere Bestandteile umfassen, die nicht speziell eingeschränkt sind, solange sie die Frontalpolymerisation und die damit erzielte Klebewirkung der Masse nicht negativ beeinflussen. In bevorzugten Ausführungsformen enthält sie Additive, ausgewählt aus (im Falle der Formmasse: gegebenenfalls weiteren) Verdickern und rheologischen Additiven, sowie aus Flaftvermittlern, Klebrigmachern, Netzwerk-, Schlagzähigkeits- und Oberflächen modifikatoren, Filmbildnern, Netzmitteln, Pigmenten, Farbstoffen, Stabilisatoren, Reg lern, Flammschutzmitteln und Füllstoffen, um der Klebemasse bzw. Formmasse je weils wünschenswerte Eigenschaften zu verleihen.
Als Netzwerkmodifikatoren kommen beispielsweise ein- oder mehrwertige Alkohole sowie Polyalkohole, wie z. B. PEG, Poly-TFIF oder Dendrimere mit OFI Gruppen in Frage.
Als Filmbildner können etwa Polymere wie Ethylen-Vinylacetat, Acrylate, Phenoxy- harze, Polyvinylalkohol, Alkydharze, Fl arn Stoff harze, Melaminharze, Polyvinylchlorid, Kautschuk, Polysaccharide, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenglycole, Paraffine, Poly amide oder Polyurethane zugesetzt werden.
Als rheologische Additive bzw. Verdicker eignen sich beispielsweise, wie bereits zuvor in Bezug auf die Formmasse festgestellt, auch für die Klebemasse Organoschichtsili- kate sowie Cellulose-, Stärke- oder Acrylatverdicker.
Als Füllstoffe kommen in beiden Fällen etwa Holz, Schmelzpolymere, wie z. B. Poly propylen- oder Polyamidpulver, Kunststoffe, Gummi, Aluminium, Aluminiumoxide, Alu miniumsilikate, Bariumsulfat, Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Carbon, Kupfer, Kreide pulver, Glas und Glasmikrokügelchen, Graphit, Ruß, Eisen, Blei und andere Metalle, Kaolin, Magnesiumsilicat, Glimmer, Silicasand, Siliciumcarbid, Silber, Titandioxid, Zink, Zirconiumsilicat, pyrogene Kieselsäure sowie Glas- und Kohlestapelfasern in Frage.
Und als Klebrigmacher oder Flaftvermittler, die vor allem in der erfindungsgemäßen Klebemasse zum Einsatz kommen können, eignen sich prinzipiell jegliche niedermole kulare Verbindungen mit hoher Glasübergangstemperatur, wie z.B. Terpene, Kunst harze, vorzugsweise solche aus Cs-C6-Aliphaten oder -Cycloaliphaten und/oder C6-C9- Aromaten als Grundeinheiten, Terpenphenolharze oder Novolake, ohne darauf einge schränkt zu sein.
Alternativ oder zusätzlich zu diesen Additiven kann die Zusammensetzung - speziell in Ausführungsformen unter Verwendung der Initiatorkombination aus kationischem Photoinitiator und thermisch-radikalischem Initiator - neben den kationisch polymeri sierbaren Monomeren auch radikalisch polymerisierbare Monomere umfassen, um zur Härtung der Klebemasse oder Formmasse parallel zur kationischen Polymerisation auch eine radikalische Polymerisation durchzuführen, was eine Steuerung der Här tungsgeschwindigkeit und der Klebewirkung der Klebemasse bzw. der Härtungs geschwindigkeit der Formmasse und in der Folge auch der Eigenschaften des daraus hergestellten Formkörpers ermöglicht.
Vorzugsweise sind solche zusätzliche radikalische Monomere aus gängigen Acryla- ten, Methacrylaten und Acrylamiden ausgewählt.
In bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verwendung einer fron- talpolymerisierbaren Klebemasse wird zunächst durch Vermischen aller darin umfass ten Komponenten die polymerisierbare Zusammensetzung hergestellt, wobei diese gegebenenfalls erwärmt wird, um die Mischbarkeit und die Fließfähigkeit zu verbes sern, und anschließend als Klebemasse i) zu einem Transferklebeband geformt oder ii) in Form einer Schicht auf einen Träger aufgebracht, wobei der Träger vor zugsweise aus Papier, Geweben, Vliesen, Kunststofffolien, Metallfolien, Schäumen sowie Kombinationen davon ausgewählt ist, die jeweils gegebenenfalls faserverstärkt sind, und noch bevorzugter aus Glasfaservliesen und -gittern ausgewählt ist.
Bei Aufbringung der Klebemasse auf einen Träger wird vorzugsweise ihre vom Träger abgewandte Oberfläche mit einer Abziehfolie versehen, um diese vor Gebrauch zu schützen, und bei Verarbeitung der Klebemasse zu einem Transferklebeband, d. h. einem trägerfreien Klebeband, werden besonders bevorzugt beide Oberflächen des Klebebands mit Abziehfolien geschützt. Im Falle der Herstellung eines Fixier- oder Reparatur-Wickelbands erfolgt die Aufbrin gung der Klebemasse auf das Trägerband durch Imprägnierung, Dazu wird die härt bare Klebemasse beim Vermischen der Komponenten vorzugsweise auf eine Tempe ratur erwärmt, bei der sie ausreichend fließfähig ist, um ein poröses oder perforiertes Trägerband, z. B. ein Glasfaservlies oder -gitter, damit zumindest an einer Seite davon imprägnieren zu können, wonach sie beim Abkühlen zu einer festen Schicht erstarrt, die zumindest einseitig in das Trägerband eingedrungen ist oder es zur Gänze durch dringt. In diesen Fällen wird wiederum zumindest eine Seite des fertigen Bandes mit einer Abzieh-Schutzfolie versehen - oder auch beide, je nachdem, in welchem Aus maß der Träger von der Klebemasse durchdrungen wurde.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Klebeband bereit, das gemäß dem obigen Verfahren unter Verwendung der frontalpolymerisierbaren Klebe masse gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung hergestellt wurde und das die oben beschriebenen bevorzugten Eigenschaften besitzt.
Und schließlich stellt die vorliegende Erfindung auch einen Formkörper bereit, der ge mäß dem obigen Verfahren unter Verwendung der frontalpolymerisierbaren Formmas se gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung hergestellt wurde und der ebenfalls die oben beschriebenen bevorzugten Eigenschaften besitzt.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von nichteinschränkenden, nur zu Illustrationszwecken angeführten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Beispiele 1 bis 3 - Klebebänder mit Träqer
Aus den folgenden, jeweils eine Kombination aus einem kationischen Photoinitiator und einem thermisch-radikalischen Initiator umfassenden Formulierungen wurde je weils eine Klebemasse hergestellt und anschließend auf einen Träger aufgebracht, wonach die vom Träger abgewandte Seite der Masse mit einem Schmelzpolymer-Füll- stoff-Pulver oberflächenmodifiziert wurde. Beispiel 1
Beispiel 2
Beispiel 3
Herstellung der Klebemassen
Aus den drei obigen Formulierungen wurden jeweils 200 g Klebemasse hergestellt, indem der thermisch-radikalische Initiator, der kationische Photoinitiator und die Mono mere in den angegebenen Verhältnissen eingewogen und in einem Dissolver (z.B. IKA Ultra-Turrax) so lange gerührt wurden, bis eine klare, homogene Lösung erhalten wur de. Herstellung der Klebebänder
Zur Herstellung des Trägers wurden jeweils ein Glasfaservlies-Band mit einer Breite von 50 mm und einer Dicke von 0,5 mm und ein einseitig selbstklebendes Glasfaser- gitter-Band mit ebenfalls 50 mm Breite und einer Dicke von 0,25 mm miteinander ver klebt, wonach jeweils eine der oben hergestellten Klebemassen mit einer Temperatur von 50 °C auf die Vlies-Seite des T rägerbands aufgebracht und mit einer Spatel gleich mäßig so auf dem Träger verteilt wurde, dass eine einheitliche Dicke der Klebemasse von 2 mm und ein Gewichtsverhältnis zwischen Klebemasse und Träger von 10:1 er halten wurden. Anschließend wurde Ethylen-Vinylacetat- (EVA-) Copolymer-Pulver als Schmelzpolymer-Füllstoff in einer Menge von 5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Klebemasse auf die Masse aufgestreut, auf deren Oberfläche es mit der Formulierung verschmolz. Beim Abkühlenlassen erhöhte sich die Viskosität der so erhaltenen Klebe- masse, bis sie nicht mehr fließfähig war, wodurch jeweils ein bei Raumtemperatur kompaktes, flexibles Klebeband erhalten wurde.
Verkleben von Klebepartnern Die wie oben beschrieben hergestellten Klebebänder wurden jeweils auf eine Länge von 10 cm zurechtgeschnitten und zweimal um eine Holzleiste gewickelt, wobei in allen drei Fällen eine gute Anfangshaftung der Klebemasse zu beobachten war. Anschlie ßend wurde die Wicklung des Klebebands an einer Stelle 3 s lang mit einem Feuer zeug erhitzt (Beispiele 1 und 3) oder mit einer LED-UV-Lampe Omnicure Series 2000 3 s lang bestrahlt (Beispiel 2), wobei die Flamme bzw. die Lampe seitlich in etwa 2 cm Entfernung vom Klebeband gehalten wurde. Die so initiierte Polymerisationsreaktion setzte sich daraufhin in allen drei Fällen in Form einer durch die gesamte Klebemasse des Klebebands wandernden "Härtungsfront" fort. Die Klebemassen der drei Klebe bänder härteten auf diese Weise innerhalb von 30 s bis 1 min vollständig aus, was Härtungsgeschwindigkeiten von etwa 10 bis 20 cm/min entspricht.
Beispiele 4 bis 6 - Formmasse
Aus den folgenden, jeweils eine Kombination aus einem kationischen Photoinitiator und einem thermisch-radikalischen Initiator umfassenden Formulierungen wurde zu nächst jeweils durch Vermischen der polymerisierbaren Komponenten (in Mengen, die zusammen 100 Gew.-% der Zusammensetzung ergeben) eine fließfähige Zusammen setzung hergestellt, der anschließend verschiedene Additive (in Gew.-%-Mengen, be zogen auf 100 Gew.-% der Zusammensetzung ohne Additive) zugesetzt wurden, um eine plastisch verformbare Modelliermasse als Formmasse herzustellen, aus der an schließend gemäß vorliegender Erfindung ein Formkörper hergestellt und mittels Fron talpolymerisation gehärtet wurde. Beispiel 4
Beispiel 5 Beispiel 6
Herstellung der polymerisierbaren Zusammensetzungen
Aus den drei obigen Formulierungen wurden jeweils fließfähige polymerisierbare Zu- sammensetzungen hergestellt, indem der thermisch-radikalische Initiator, der kationi sche Photoinitiator und die Monomere in den angegebenen Verhältnissen eingewogen und in einem Dissolver (z.B. IKA Ultra-Turrax) so lange gerührt wurden, bis eine klare, homogene Lösung erhalten wurde. Herstellung der Formmassen
Zu den wie oben beschrieben erhaltenen fließfähigen Gemischen wurde jeweils zu nächst bei Raumtemperatur die angegebenen Menge an Thixotropiermittel zugesetzt, wonach unter stetigem Kneten die sonstigen Additive eingemischt wurden, bis eine homogene Masse mit plastilinartiger Konsistenz erhalten wurde, die händisch leicht verformbar war und danach formstabil blieb.
Bei geeigneter Wahl der Mengen der enthaltenen Bestandteile, d. h. sowohl der poly merisierbaren Komponenten als auch der Additive, lassen sich auf die identische, oben beschriebene Weise anstelle von plastischen Formmassen auch fließfähige Massen zur Verwendung als Vergussmassen oder als Anstriche sowie streichfähig-pastöse Massen zur Verwendung als Spachtelmasse, Füllmasse oder Mörtel hersteilen. Von besonderer Bedeutung ist dabei das Verhältnis zwischen Monomeren und Additiven, insbesondere von Viskositätsmodifikatoren, Verdickern bzw. Rheologiemodifizierern, die mitunter auch gänzlich weggelassen werden können, um relativ niedrige Viskosi täten der Formmassen einzustellen.
Flerstellung von gehärteten Formkörpern
Die wie oben beschrieben erhaltenen Formmassen wurden jeweils dazu eingesetzt, ein in einem PVC-Rohr mit einem Durchmesser von 10 cm zuvor angebrachtes Loch mit einem Durchmesser von 1 cm zu verschließen und das Rohr mittels Frontalpoly merisation der Formmasse abzudichten. Dazu wurde eine Menge von etwa 10 g der Formmasse händisch zu einer etwa 3 mm dicken Scheibe mit einem Durchmesser von 3 cm geformt, die über das zu verschließende Loch gelegt und auf dieses aufgedrückt wurde und deren äußerer Umfang fest an das Rohr angedrückt wurde. Dabei war in allen drei Fällen eine sehr gute anfängliche Flaftung der Modelliermasse an der PVC- Oberfläche zu beobachten. Anschließend wurde der jeweilige Formkörper an einer Stelle 3 s lang mit einem Feuerzeug erhitzt (Beispiele 1 und 3) oder mit einer LED-UV- Lampe Omnicure Series 2000 3 s lang bestrahlt (Beispiel 2), wobei die Flamme bzw. die Lampe in etwa 2 cm Entfernung von der geformten Masse gehalten wurde. Die dadurch initiierte Polymerisationsreaktion setzte sich daraufhin in allen drei Fällen in Form einer durch die gesamten Formmasse wandernden "Härtungsfront" fort. Die Formkörper härteten auf diese Weise innerhalb von etwa 10-12 s vollständig aus, was jeweils einer Härtungsgeschwindigkeit von rund 15 cm/min entspricht.
Die vorliegende Erfindung stellt somit ein neues Verfahren zur Herstellung von Klebe bändern sowie auf diese Weise hergestellte Klebebänder bereit, mit denen Klebepart ner innerhalb kurzer Zeit auf denkbar einfache Art und Weise miteinander verklebt werden können. Zudem stellt sie ein neues Verfahren zur Herstellung von Formkörpern sowie auf diese Weise hergestellte Formkörper bereit, durch das Körper mit verschie densten Formen ebenfalls innerhalb kurzer Zeit auf äußerst einfache Art und Weise geformt und ausgehärtet werden können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verwendung einer polymerisierbaren Zusammensetzung, die kationisch poly merisierbare Monomere, zumindest einen kationischen Polymerisationsinitiator und gegebenenfalls ein oder mehrere Additive umfasst, als Klebemasse in einem Verfah ren zur Herstellung eines Klebebands, wobei die polymerisierbare Zusammensetzung
A) einen thermisch-kationischen Initiator oder
B) eine Kombination aus einem kationischen Photoinitiator und einem thermisch-radi kalischen Initiator zur Auslösung der Polymerisation der kationisch polymerisierbaren Monomere in einer solchen Menge umfasst, dass die bei der Polymerisation frei werdende Wärmemenge ausreicht, um eine Spaltung des thermischen Initiators zu bewirken, so dass die Kle bemasse durch einen lokalen Impuls a) von thermischer Energie oder b) von thermi scher Energie und/oder Strahlungsenergie mittels Frontalpolymerisation härtbar ist.
2. Verwendung einer polymerisierbaren Zusammensetzung, die kationisch poly merisierbare Monomere, zumindest einen kationischen Polymerisationsinitiator und gegebenenfalls ein oder mehrere Additive umfasst, in einem Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, wobei die polymerisierbare Zusammensetzung
A) einen thermisch-kationischen Initiator oder
B) eine Kombination aus einem kationischen Photoinitiator und einem thermisch-radi kalischen Initiator zur Auslösung der Polymerisation der kationisch polymerisierbaren Monomere in einer solchen Menge umfasst, dass die bei der Polymerisation frei werdende Wärmemenge ausreicht, um eine Spaltung des thermischen Initiators zu bewirken; und wobei die Formmasse zunächst durch Vermischen aller darin umfassten Kom ponenten hergestellt und anschließend in die gewünschte Form gebracht wird, wonach durch einen lokalen Impuls a) von thermischer Energie oder b) von thermischer Ener gie und/oder Strahlungsenergie ihre Frontalpolymerisation ausgelöst wird, um einen gehärteten Formkörper herzustellen.
3. Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die polymerisier bare Zusammensetzung vor dem Formen i) fließfähig ist und zum Formen als Vergussmasse oder Gießharz in eine Guss form eingebracht oder als Anstrich auf eine unebene Oberfläche aufgebacht wird; oder ii) streichfähig-pastös ist und zum Formen als Spachtelmasse, Füllmasse oder Mörtel auf unebene Oberflächen aufgebracht wird; oder iii) fest, aber plastisch verformbar ist und als Modelliermasse oder Kitt händisch oder mittels eines Werkzeugs in die gewünschte Form gebracht wird; und danach in dieser Form frontalpolymerisiert wird.
4. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der polymerisier baren Zusammensetzung zumindest in den Fällen ii) und iii) ein oder mehrere Visko sitätsmodifikatoren, Verdicker und/oder Rheologiemodifizierer zugesetzt werden, um jeweils vordefinierte Viskositäten bzw. Fließeigenschaften einzustellen.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der thermisch-kationische Initiator aus Alkylbenzylsulfonium- und Alkylarylbenzylsulfo- nium-, Benzylpyridinium-, Methylimidazolium-, Benzylpyrazinium- und substituierten Benzylphosphonium-Salzen von nicht-nukleophilen Basen sehr starker Säuren sowie Gemischen solcher Salze ausgewählt ist, wobei der thermisch-kationische Initiator gegebenenfalls aus Alkylbenzylsulfonium- und Alkylarylbenzylsulfonium-, Benzylpyridinium-, Methylimidazolium-, Benzylpyrazi nium- und substituierten Benzylphosphonium-Salzen von B(C6Fs)4 , SbF6 , AsF6 , PF6 oder BF - oder des Tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat-Anions sowie Gemischen da von ausgewählt ist, wobei der thermisch-kationische Initiator gegebenenfalls aus Alkylbenzylsulfonium- und Alkylarylbenzylsulfonium-Salzen von SbF6 oder des Tetrakis(perfluor-t-butyloxy)- aluminat-Anions ausgewählt ist.
6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass i) der kationische Photoinitiator aus arylsubstituierten lodonium-, Phosphonium-,
Sulfonium-, Pyridinium- und Diazoniumsalzen und Gemischen davon ausgewählt ist, wobei der kationische Photoinitiator gegebenenfalls aus Diaryliodoniumsalzen von nicht-nukleophilen Basen sehr starker Säuren und Gemischen davon ausgewählt ist, wobei der kationische Photoinitiator gegebenenfalls aus Diaryliodoniumsalzen von B(C6F5)4 , SbF6 , AsF6 , PF6 , BF4 oder des Tetrakis(perfluor-t-butyloxy)aluminat- Anions und Gemischen davon ausgewählt ist; und/oder ii) der thermisch-radikalische Initiator aus Benzpinakol und Derivaten davon, Per oxiden und Azoverbindungen ausgewählt ist, wobei der thermisch-radikalische Initiator gegebenenfalls aus Benzpinakol, Di- benzoylperoxid und Azobis(isobutyronitril) ausgewählt ist, wobei der thermisch-radikalische Initiator gegebenenfalls Benzpinakol ist.
7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der kationische Photoinitiator aus (4-Octyloxyphenyl)(phenyl)iodonium-hexafluoroantimonat, Bis-(4- dodecylphenyl)iodonium-hexafluoroantimonat, (4-lsopropylphenyl)(4'-methylphenyl)- iodonium-tetrakis(pentafluorphenyl)borat und lodoniumsalzen des Tetrakis(perfluor-t- butyloxy)aluminat-Anions ausgewählt ist.
8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die kationisch polymerisierbaren Monomere aus ein- oder mehrwertigen Epoxiden (Oxiranen), Thiiranen (Episulfiden), Oxetanen, Lactamen, Lactonen, Lactiden, Glyko- liden, Tetrahydrofuran und Gemischen davon, vorzugsweise Epoxiden, insbesondere Epoxy-Novolak-Präpolymeren, ausgewählt sind.
9. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der polymerisierbaren Zusammensetzung a) der thermisch-kationische Initiator in einem Anteil von 0,5 bis 6 Gew.-%, ge gebenenfalls 1 bis 4 Gew.-%, gegebenenfalls 1 ,5 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Ge samtgewicht der kationisch polymerisierbaren Monomere, vorliegt; oder b1 ) der kationische Photoinitiator und der thermisch-radikalische Initiator der Initiatorkombination in einem Molverhältnis von 1 :0,5 bis 1 :45, gegebenenfalls 1 :2 bis 1 :10, vorliegen; und/oder b2) die Initiatorkombination in einem Anteil von 0,5 bis 12 Gew.-%, gegebenen falls 1 bis 6 Gew.-%, gegebenenfalls 2 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der kationisch polymerisierbaren Monomere, vorliegt.
10. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die polymerisierbare Zusammensetzung weiters
Additive, ausgewählt aus, gegebenenfalls weiteren, Verdickern, Rheologie modifikatoren, Haftvermittlern, Klebrigmachern, Netzwerk-, Schlagzähigkeits- und Oberflächenmodifikatoren, Filmbildnern, Netzmitteln, Pigmenten, Farbstoffen, Stabili satoren, Reglern, Flammschutzmitteln und Füllstoffen, und/oder radikalisch polymerisierbare Monomere, gegebenenfalls ausgewählt aus Acry- laten, Methacrylaten und Acrylamiden, umfasst.
11. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 und 5 bis 10 in Abhängigkeit von Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die polymerisierbare Zusammensetzung durch Vermischen aller darin umfassten Komponenten hergestellt und anschließend als Klebemasse i) zu einem Transferklebeband geformt oder ii) in Form einer Schicht auf einen Träger aufgebracht wird, wobei der Träger vorzugsweise aus Papier, Geweben, Vliesen, Kunststofffolien, Metallfolien, Schäumen sowie Kombinationen davon ausgewählt ist, die jeweils gegebenenfalls faserverstärkt sind, und noch bevorzugter aus Glasfaservliesen und -gittern ausgewählt ist.
12. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 und 5 bis 11 in Abhängigkeit von Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Oberfläche der Klebemas se mit einer Abziehfolie versehen wird.
13. Klebeband, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 und 5 bis 12 in Abhängig keit von Anspruch 1 .
14. Gehärteter Formkörper, hergestellt nach einem der Ansprüche 2 bis 4 und 5 bis 10 in Abhängigkeit von Anspruch 2.
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