WO1996006897A2 - Physikalisch und/oder chemisch abbindende bindemittel - Google Patents

Physikalisch und/oder chemisch abbindende bindemittel Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to binders, their production and use for gluing, coating and sealing.
  • Binder should be understood to mean those substances which connect the same or different types of substrates or can adhere to them themselves. They are usually based on substances, especially polymers, that chemically or physically set. The physical setting consists in solidification from the melt or in the drying of an aqueous or organic solution or dispersion.
  • the substances or polymers are generally modified by additives so that they are more suitable for gluing, adhesive sealing and coating. Such additives are e.g. Resins, plasticizers, solvents, fillers, pigments, accelerators, stabilizers and dispersants.
  • the adhesives, the sealing compounds and the coating agents are based on such modified binders.
  • Plasticizers are added in order to improve the shape-changing capacity or reduce the hardness of adhesives, sealants and sealants. These are liquid or solid, generally indifferent organic substances with low vapor pressure. According to the general specialist knowledge (see habenicht, gerd: "gluing: basics, technology applications", 2nd edition, 1990, page 100), the disadvantage of plasticized adhesive layers lies in the deteriorated aging and Adhesion properties, furthermore in the reduced adhesive layer strengths, their tendency to creep and their tendency to emigrate. A well-balanced examination of the priorities between deformability on the one hand and strength on the other hand is therefore necessary.
  • plasticizers In "Ullmann's Encyclopedia of Technical Chemistry” the use of plasticizers is also described under the keyword “plasticizers” (see pages 371 to 377, volume 24, 4th edition, 1983). Accordingly, dibutyl phthalate, possibly together with tricresyl phosphate, is the most popular plasticizer for adhesives based on polyvinyl acetate. The compatibility of the phthalic acid esters with polyvinyl acetate ceases with diayl phthalate. Dioctyl phthalate is unsuitable for the polymer. Dicyclohexyl phthalate is available for powdered hot melt adhesives. 25 to 30% plasticizer is added to the polyvinyl acetate.
  • the so-called all-purpose glue contains a maximum of 10% plasticizer, calculated on the binder; many products of this type are even free of plasticizers.
  • Adhesives produced from high molecular weight polyvinyl chloride are only added in small amounts to plasticizers, such as dioctyl phthalate, if they are intended for bonding soft films.
  • plasticizers such as dioctyl phthalate
  • dibutyl phthalate and tricresyl phosphate alone or in a mixture, are the most important plasticizers.
  • Adipic acid esters, apart from the polymer plasticizers, are also suitable, while esters of higher fatty acids and castor oil cannot be used (see page 376, left column).
  • the plasticizer can also be built into the polymer (inner plasticizer). Suitable comonomers are used for this purpose, in the case of vinyl acetate, for example vinyl laurate, vinyl stearate or dioctyl maleate. A migration of the plasticizer is excluded. However, the production process is very complex, since the co-monomers first have to be prepared and the type and concentration of the comonomer is different for each application. In the older German application DE 4324474 a polyvinyl acetate dispersion for sand or earth wall attachment is described.
  • plasticizer As a plasticizer, it contains nature-based triesters of glycerol of aliphatic monocarboxylic acids with 2 to 6 carbon atoms in the molecule, citric acid triesters with aliphatic monoalcohols with 2 to 6 carbon atoms and epoxidized rapeseed oil or epoxidized soybean oil in an amount of about 1 to 15% by weight. -%, based on an approximately 50 wt .-% aqueous polyvinyl acetate dispersion. The content of this teaching is to be excluded from protection.
  • the object of the invention is to soften or elasticize binders and still not get the usual disadvantages, in particular not to reduce the adhesion to unacceptable values.
  • the solution according to the invention can be found in the patent claims. It consists essentially in the addition of fatty substances.
  • the fact that the strength is hardly changed is surprising, given the constant demand (see adhesive tubes) to dry the substrate surfaces and make them grease-free in order to achieve good adhesion.
  • the surprise is particularly great because the fat content is not just a few percent, but generally 0.5 to 60 and expediently 10 to 50% by weight, in particular 15 to 40% by weight, based on the binder can be.
  • the tensile shear strength of adhesives is then still> 1, preferably> 2, in particular> 4 N / mm 2 for beech wood.
  • Fatty substances are to be understood as meaning fatty acids, fatty alcohols and their derivatives. Fat substances with a molecular weight> 300 or oligomerized fat substances with a molecular weight> 1000 are preferably used. You are lipophilic. “Fatty acids” mean acids which contain one or more carboxyl groups (-C00H), preferably one. The carboxyl groups can be connected to saturated, unsaturated and / or branched alkyl radicals having more than 8 carbon atoms. They can contain further groups such as ether, ester, halogen, amide, amino, urethane, hydroxyl and urea groups. However, carboxylic acids such as native fatty acids or fatty acid mixtures, dimer fatty acids and tri-fatty acids are preferred.
  • carboxylic acids according to the invention are: capronic, caprylic, capric, lauric, myristic, palmitic, stearic, isostearic, isopalmitic, arachinic, behenic, cerotinic and melissic acids and also one - or polyunsaturated acids palmitoleic, oleic, elaidic, petroselinic, eurca, linoleic, linolenic, gadoleic acid and fatty acids obtained by oligomerization, eg dimer fatty acids.
  • polyhydroxy fatty acids can also be used.
  • These can be prepared, for example, by epoxidizing unsaturated fatty acids and ring-opening them with H-active compounds, for example alcohols, carboxylic acids, amines.
  • H-active compounds for example alcohols, carboxylic acids, amines.
  • the carboxylic acids can also be produced by chemical modification of fats and oils.
  • the fats or oils or derivatives produced therefrom can be both of vegetable and animal origin or, if appropriate, can be specifically synthesized by a petrochemical route.
  • Suitable carboxylic acids are also derivatives of all oil- and fat-based raw materials which are accessible, for example, through ene reactions, transesterifications, condensation reactions, grafting (for example with maleic anhydride or acrylic acid, etc.) and, for example, epoxidations with subsequent ring opening.
  • Such basic oleochemical reactions can preferably be carried out on fats and oils with double bonds and / or OH groups, for example on fats and oils of rapeseed (new), sunflowers, soybeans, linseed, coconuts, oil pales, oil palm kernels and oil trees.
  • Preferred fats and oils are, for example, beef tallow with a chain distribution of 67% oleic acid, 2% stearic acid, 1% heptadecanoic acid, 10% saturated acids with chain length C12 to C15, 12% linoleic acid and 2% saturated acids with> Ci ⁇ carbon atoms or e.g. the oil of the new sunflower (NSb) with a composition of approx. 80% oleic acid, 5% stearic acid, 8% linoleic acid and approx. 7% palmitic acid.
  • NBS new sunflower
  • En reactions are carried out at elevated temperature with e.g. Acid anhydrides performed on unsaturated fats and oils.
  • Epoxidation of double bonds and subsequent ring opening with e.g. Amines, amino alcohols, alcohols, diols, polyols, hydroxycarboxylic acids or polycarboxylic acids enable e.g. access to the necessary fat and oil-based raw materials with acid or acid anhydride groups.
  • the fatty acids as cleavage products of fats and oils with unsaturated groups or 0H functions can also be used for such reactions.
  • Other reactions such as simultaneous or subsequent condensation or transesterification reactions can lead to a molecular weight build-up of the C00H-terminated fat and oil-based building blocks.
  • the degree of oligomerization or the molecular weight and the nature of the starting raw materials should be chosen according to aspects generally known to the person skilled in the art so that the resulting oligomer can be readily processed.
  • Esters or partial esters with mono- or polyhydric alcohols can be prepared as derivatives of the above-mentioned fatty acids.
  • “Alcohol” means hydroxyl derivatives of aliphatic and alicyclic saturated, unsaturated and / or branched hydrocarbons. Both 1- and 2- or higher alcohols can be used. In addition to monohydric alcohols, this also includes the low molecular weight chain extenders or crosslinkers with hydroxyl groups which are known per se from polyurethane chemistry.
  • Monophenyl glycol Monophenyl glycol glycol,
  • the esterification with alcohols can also be carried out with the addition of other polycarboxylic acids for oligomerization.
  • dicarboxylic acids are oxalic acid, malonic acid, succinic acid, maleic acid, fumaric acid, glutaric acid, adipic acid, suberic acid, sebacic acid, 1,11-undecanedioic acid, 1,12-dodecanedioic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, hexahydrophthalic acid, dimer fatty acid or Tetrahydrophtha1klare.
  • Adipic acid is preferably used.
  • Amides of the above-mentioned fatty acids can also be used as derivatives. These can be obtained by reaction with primary and secondary amines or polyamines, e.g. with monoethanolamine, diethanolamine, ethylene diamine, hexamethyl diamine, ammonia etc.
  • “Fatty alcohols” are understood to mean compounds which contain one or more hydroxyl groups.
  • the hydroxyl groups can be connected to saturated, unsaturated and / or branched alkyl radicals having more than 8 carbon atoms. They can contain further groups, for example ether, ester, halogen, amide, amino, urea and urethane groups.
  • fatty alcohols are: ricinoleyl alcohol, eruca alcohol, 12-hydroxystearyl alcohol, capron alcohol, caprylic alcohol, pelargoan alcohol, capric alcohol, lauryl alcohol, myristyl alcohol, cetyl alcohol, stearyl alcohol, oleyl alcohol, erucyl alcohol, Ricinol alcohol, linoleyl alcohol, linolenyl alcohol, arachidyl alcohol, gadoleyl alcohol, behenyl alcohol, erucyl alcohol, brassidyl alcohol.
  • symmetrical and asymmetrical ethers and esters with various mono- and polycarboxylic acids can be used.
  • Monocarboxylic acids are ant, vinegar, propion, butter, valerie, capron, oenanth, caprylic, pelargon, caprin, undecane, lauric, tridecane, myristic, pentadecane, palmitin -, margarin, stearic, nonadecanoic, arachic, behenic, lignoceric, cerotinic and melissic acid.
  • Polycarboxylic acids are, for example, oxalic acid, adipic acid, maleic acid, tartaric acid and citric acid.
  • the fatty acids described above can also be used as the carboxylic acid.
  • Esters of glycerol with fatty acids and their derivatives accessible via epoxidation are preferably used.
  • examples of such derivatives are: epoxystearic acid methyl ester, epoxystearic acid, -2-ethyl-hexyl ester.
  • the triglycerides of the glycerides are preferred, for example soybean oil epoxide, linseed oil epoxide, rapeseed oil epoxide, epoxidized sunflower oil.
  • epoxidized triglycerides of unsaturated fatty acids ring-opened with nucleophiles can be used.
  • nucleophiles are alcohols such as e.g. Methanol, ethanol, ethylene glycol, glycerol or trimethylolpropane or carboxylic acids such as e.g. To understand acetic acid, dimer fatty acid, maleic acid, phthalic acid or a mixture of fatty acids with 6 to 36 carbon atoms.
  • the fatty alcohols can also be etherified, in particular with the same or different fatty alcohols, but also with other polyhydric alcohols, e.g. Alkyl polyglycosides.
  • fats and oils are expediently used in their native form. Under certain circumstances, they can also be used after thermal and / or oxidative treatment. It is also possible to use epoxidation or the addition of maleic anhydride use accessible derivatives. Specific examples are: palm oil, peanut oil, turnip oil, cottonseed oil, soybean oil, castor oil, sunflower oil, linseed oil, stand oils, blown oils, epoxidized soybean oil, epoxidized linseed oil, rapeseed oil, coconut oil, palm kernel oil and tallow if the fatty substance contains the fatty poly mer is added, and greater than 100 if it is present in a radical polymerization. These fatty substances are particularly suitable for polyvinyl esters.
  • desiccants in amounts of 1 to 5% by weight, based on the fatty substance.
  • binder are the usual inorganic or organic substances, in particular natural or synthetic polymers.
  • inorganic binders are in question: water glass, cement, plaster, anhydrite, magnesia or lime. These binders are notable for particularly high hardness and often for insufficient water resistance. Here it can be particularly advantageous to add the fatty substances according to the invention before or during the hardening phase in order to improve the elasticity and the water resistance.
  • the synthetic polymers have an average molecular weight of 8,000 to 2,000,000, preferably 10,000 to 800,000 and in particular from 30,000 to 300,000.
  • the polymers can also contain monomers in minor amount contained, for example ⁇ 20, in particular ⁇ than 5 wt .-%, based on the polymer. They usually form the basis for hot melt, plastisol, dispersion and solvent adhesives.
  • These are the following polymers: polyurethanes, poly (meth) acrylates, polyvinyl esters, polystyrene, polybutadiene, polyamides, polyesters and polyvinyl chloride. The following are preferably excluded: polystyrene and polycyanoacrylate.
  • the corresponding copolymers can also be used, e.g. Made of polyvinyl ester / ethylene, polyacrylate / vinyl ester.
  • the preferred polymers are polyurethanes, polyacrylates with 1 to 22, in particular 1 to 4, carbon atoms in the alcoholic component and polyvinyl esters with 1 to 22, in particular 1 to 10, carbon atoms in the acid residue, for example vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl versatate, Vinyl laurate, vinyl stearate or ethyl, butyl and 2-ethylhexyl acrylate.
  • Polyvinyl acetate is particularly preferred.
  • This also includes its copolymers, in particular with ethylene, acrylates, acrylic acid, methacrylic acid and maleinates, in particular with up to 8 carbon atoms in the alcohol component, vinyl chloride and crotonic acid.
  • Specific comonomers of vinyl acetate are: dibutyl and diethyl maleate, ethyl, butyl and 2-ethylhexyl acrylate.
  • Typical terpolymers are obtained from vinyl acetate and butyl acrylate / N-hydroxyethyl-acrylamide, ethylene / vinyl chloride, vinyl laurate / vinyl chloride and ethylene / acrylamide.
  • the acetate groups can also be partially saponified.
  • the amount of comonomers e.g. in the PVAC can make up 0 to 30% by weight, based on the copolymer.
  • the above-mentioned physically setting polymers can also contain reactive groups which react in particular with the moisture, the light or the oxygen in the air.
  • reactive groups which react in particular with the moisture, the light or the oxygen in the air.
  • Specific examples are: isocyanate and silane groups. They are contained in a concentration of up to 10% by weight, based on the polymer.
  • the chemically setting polymers are also suitable.
  • These can be oxygen-induced post-polymerizations, for example in the case of strongly unsaturated oils and fats such as linseed oil and window putty.
  • Another possibility is the moisture-induced reaction of, for example, NCO- or alkoxysilane-terminated polymers and polymer precursors.
  • Examples of this are the light-induced polymerizations, in particular of acrylates, the self-crosslinking of dispersions via ionic reactions after evaporation of the water or the solvent, or the postcrosslinking due to the reaction of aldehyde or keto groups.
  • crosslinking via polyvalent metal ions such as Zn2 + , Zr2 + , Fe3 + , Al3 + f Cr3 + and Mg2 + or postcrosslinking via diaziridines or aldehydes in the case of dispersions with keto, aldehyde or hydroxyl groups are known.
  • the binder can be liquid, pasty or solid at room temperature (20 ° C). In particular, it is liquid, expediently an aqueous dispersion with a solids content of 20 to 85, preferably 35 to 80, in particular 45 to 75% by weight.
  • the preparation of the binder according to the invention can be designed very flexibly. It is thus possible to add the fatty substance before, during or after the production of the physically setting polymer, if it does not interfere. This could be expected, for example, with cyanoacrylates.
  • the preparation of the polymers can be carried out by various processes known in polymer chemistry, e.g. via bulk polymerization, polymerization in a suitable solvent, e.g. Toluene, or - preferably - in an aqueous emulsion or suspension according to the methods of emulsion or suspension polymerization known per se.
  • a suitable solvent e.g. Toluene
  • the monomers and the fatty substances are polymerized in water with the addition of an emulsifier or a protective colloid.
  • the polymerization can preferably be carried out in the presence of a protective colloid.
  • Protective colloids include hydrophilic polymers such as Carboxymethyl cellulose or gum arabic in question.
  • Polyvinyl alcohol can particularly preferably be used. In this sense, polyvinyl alcohol is also understood to mean a partially saponified polyvinyl acetate.
  • the amount of protective colloid can be in the range from 0.5 to 10% by weight, based on monomers, which is customary for suspension polymerizations. Amounts of 1 to 3% by weight, based on monomers, are preferred.
  • the polymerization can be carried out in such a way that the vinyl esters and optionally other free-radically polymerizable olefinic monomers are mixed with the fatty substances and this mixture is added to an aqueous solution of the protective colloid. This addition can preferably be carried out continuously with simultaneous polymerization, but batchwise polymerization of the entire amount of monomer is also possible.
  • the solids content of the emulsions or suspensions of the binder according to the invention is between 20 and 75% by weight, preferably between 40 and 60% by weight.
  • Organosoluble initiators such as e.g. Benzoyl peroxide or water-soluble initiators such as e.g. Hydrogen peroxide or the alkali or ammonium salts of persulfates can be used. So-called redox initiators can also be used.
  • the amount of initiator can be in the usual range from 0.01 to 1% by weight, based on monomers. Quantities of 0.1 to 0.5% by weight are preferably used.
  • the reaction temperatures can be between 20 and 95 ° C, the reaction times can be between 1 and 8 hours.
  • the fatty substance can be added during the polymerization, but it is expedient to add it after the polymerization. It is simplest to produce the binder according to the invention by intensive mixing of the fatty substance with a dispersion of the polymer. This can e.g. in stirring units, high-speed stirrers or in a ball mill. However, it is also possible to first disperse the fatty substance with the addition of dispersants and then to mix the two dispersions. The fatty substance can, however, also be admixed with the melted, physiologically setting polymer, if appropriate in the heat.
  • additives can be added to the binder, for example waxes, fillers, pigments, dispersants, stabilizers, viscosity regulators, preservatives, solvents and resins. They are known, as is their admixture.
  • the fatty substances according to the invention can also be mixed in together with these additives. A later addition is also possible.
  • the addition of the fatty substances according to the invention to the physically binding polymers results in an increased shape-changing capacity and a reduced hardness. Surprisingly, the tendency to exudate is also very low, at least up to fat additions of 20% by weight.
  • the water resistance of the bonds is also positively influenced.
  • the wetting properties of the aqueous dispersion adhesives are also more favorable.
  • the strength is hardly reduced: wood gluing still causes a wood break, at least in part. This also applies to long-term warm storage. The heat resistance is also remarkably high. The viscosity is reduced and thus the workability is improved.
  • the binders according to the invention can be used as adhesives, adhesive sealants and coating compositions, in particular when peak strengths are less important than an inexpensive means.
  • they are suitable for substrates with different elastic behavior or different coefficients of thermal expansion, which is usually the case with different substrates.
  • Suitable substrates are: wood, cardboard, paper, wall coverings such as wallpaper, cork, leather, felt, textiles, plastics - in particular floor coverings made of PVC, linoleum and polyolefins, be it in the form of foils or textile fabrics -, mineral substrates such as glass , Quartz, slag, rock and ceramics and metals.
  • the binders according to the invention are particularly suitable for the production of dispersion adhesives, glue sticks, plastisols and hot melt adhesives or of melt sealants or paste-like sealants such as joint sealants. Coating of hard surfaces such as textiles and paper is also possible.
  • the compositions according to the invention are suitable as binders for the assembly of adhesives, sealants and coating compositions.
  • adhesives hotmelt, solvent, dispersion, assembly, pressure-sensitive and contact adhesives as well as redispersible powder, all-purpose glue and glue sticks.
  • adhesives hotmelt, solvent, dispersion, assembly, pressure-sensitive and contact adhesives as well as redispersible powder, all-purpose glue and glue sticks.
  • the following are to be glued: paper, cardboard, wood, textiles, wall coverings, tiles, labels, leather, rubber, plastics, glass, ceramics and metal.
  • coatings plastisol, emulsion paint and roof insulation.
  • the sealing compounds can be used both in the construction and in the vehicle sector.
  • the composition according to the invention can also be added to hydraulic binders, e.g. Cement or plaster.
  • the adhesive obtained was applied on both sides to the narrow ends of the large wooden surfaces of six three-layer 50x80x4 mm beech plywood panels using a 1 mm notched trowel.
  • two wooden plates were brought into contact overlapping 2 cm on the narrow side, fixed with four clothes pegs each and, after a storage time of 16 hours at room temperature, torn with a pull of 15 mm / minute on a Zwick tearing machine.
  • the composition of the adhesives and the result of the bonds are shown in Table 1.
  • perforated solid 25xl00x4mm beechwood plates were glued as described above with an overlap zone of 25x25mm. After a drying time of 16 hours at room temperature, the bonds under a load of 1350 g were heated from 50 to 200 ° C. in the course of 5 hours and left at this temperature for 20 minutes. All bonds withstood this strain.
  • uncoated white writing paper was thinly coated on one side with adhesive and glued to a second layer of paper with manual smoothing.
  • the penetration of the fats contained in the adhesive was assessed optically again and again in the backlight up to a total storage time of four weeks.
  • Mix 5 and Ponal wood adhesive were drawn out using a stainless steel doctor with a gap width of 250 ⁇ m on glass plates to form a film of approximately 45 ⁇ m (determined using an Erichsen film thickness measuring device).
  • the polymerization was started by draining 11.1 ml of the ammonium persulfate solution into the flask and starting the continuous metering of the vinyl acetate / fat mixture. The metering was controlled so that the total amount was metered in in about 4 hours. The remaining ammonium peroxodisulfate solution was also metered in continuously over the same period.
  • the dispersion was cooled to room temperature and filled.
  • the dispersion was stable for 6 months.
  • the films from it were soft and elastic.
  • Fatty substances also show excellent plasticizing effects with polyacrylates.
  • Homo-polybutyl acrylate films are immersed in the test substances for 24 hours at room temperature (20 ° C) and at 60 ° C.
  • the swelling of the homopolymer is given in percent, 100% representing the starting volume.
  • oleochemical esters have a swelling capacity similar to that of plasticizers a), b) and c) recommended for acrylate dispersions:
  • TG glass transition temperature
  • the solids concentration (LC) was determined as follows: 5 to 10 g of the sample are heated in an aluminum dish at 120 to 130 ° C. for 2 hours. Then it is weighed back.
  • the viscosity (Visk) was determined as follows: Brookfield RVT (20 ° C).
  • the elongation at break was determined under the following conditions: Instron 4302, automatic material testing system Series IX, sample width 5 mm, sample thickness 1 mm, sample length 15 mm, tensile speed 200 mm / min ..
  • the compatibility of the components was determined as follows: The films were stored at 60 ° C. between silicone paper and assessed after 3 weeks with regard to staining of the paper.
  • the tackiness (RK) was determined as follows: A steel ball (diameter 20 mm, weight 32.25 g) rolled down a ramp (height 26 mm; running distance 115 mm) onto a film of the composition according to the invention). The distance covered on the polymer film was measured (in mm).

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Abstract

Es werden physikalisch und/oder chemisch abbindende Bindemittel beschrieben, die durch Fettstoffe modifiziert wurden. Als Fettstoffe kommen besonders in Frage: Ester von Fettsäuren oder Fettalkoholen, insbesondere Triglyceride von höheren Fettsäuren, vorzugsweise natürliche Fette und Öle. Sie können den Bindemitteln - insbesondere synthetischen Polymeren wie Homo- und Co-Polyvinylacetat - in hohen Konzentrationen zugesetzt werden, ohne daß dadurch die Bindungseigenschaften unbrauchbar werden. Ihr Zusatz ist aber vorteilhaft bezüglich der Benetzungseigenschaften, der Wasserfestigkeit und vor allem der Härte. Auf Basis der erfindungsgemäßen Bindemittel können vor allem Dispersions-Klebstoffe, Schmelzklebstoffe und Klebestifte verbessert werden.

Description

Physicalisch und/oder chemisch Abbindende Bindemittel
Die Erfindung betrifft Bindemittel, deren Herstellung und Verwendung zum Kleben, Beschichten und Dichten.
Unter Bindemittel sollen solche Stoffe verstanden werden, die gleiche oder verschiedenartige Substrate verbinden oder selbst darauf fest haften können. Sie basieren in der Regel auf Stoffen, insbesondere Polymeren, die chemisch oder physikalisch abbinden. Die physikalische Abbindung be¬ steht in einer Erstarrung aus der Schmelze oder in der Trocknung einer wäßrigen oder organischen Lösung bzw. Dispersion. Die Stoffe bzw. Poly¬ meren werden in der Regel durch Zusätze so modifiziert, daß sie zum Kle¬ ben, klebenden Dichten und Beschichten besser geeignet sind. Derartige Zusätze sind z.B. Harze, Weichmacher, Lösungsmittel, Füllstoffe, Pig¬ mente, Beschleuniger, Stabilisatoren und Dispergiermittel. Auf derartig modifizierten Bindemitteln basieren also die Klebstoffe, die Dichtungs¬ massen und die Beschichtungsmittel.
Weichmacher werden zugesetzt, um bei Klebstoffen, Dichtungsmassen und Besenichtungs itteIn das Formveränderungsvermögen zu verbessern bzw. die Härte zu verringern. Es handelt sich dabei um flüssige oder feste, in der Regel indifferente organische Substanzen mit geringem Dampfdruck. Nach dem allgemeinen Fachwissen (siehe Habenicht, Gerd: "Kleben: Grundlagen, Technologie-Anwendungen", 2. Auflage, 1990, Seite 100) liegt der Nachteil weichmacherhaltiger Klebschichten in den verschlechterten Alterungs- und Haftungseigenschaften, weiterhin in den reduzierten Klebschicht- Festigkeiten, deren Kriechneigung und deren Auswanderungstendenz. Es be¬ darf daher einer wohl abgewogenen Prüfung der Prioritäten zwischen Ver¬ formungsfähigkeit auf der einen Seite und Festigkeit auf der anderen Sei¬ te. In "Ullmanns Encyclopädie der technischen Chemie" wird unter dem Stichwort "Weichmacher" auch die Anwendung von Weichmachern beschrieben (siehe Seiten 371 bis 377, Band 24, 4. Auflage, 1983). Demnach ist für Klebstoffe auf der Basis von Polyvinylacetat Dibutylphthalat, eventuell zusammen mit Trikresylphosphat, der beliebteste Weichmacher. Die Verträg¬ lichkeit der Phthalsäureester mit Polyvinylacetat hört beim Dia ylphthalat auf. Dioctylphthalat ist für das Polymerisat ungeeignet. Für pulverförmige Schmelzkleber steht Dicyclohexylphthalat zur Verfügung. Es werden 25 bis 30 % Weichmacher dem Polyvinylacetat zugesetzt. Die so¬ genannten Alleskleber enthalten maximal 10 % Weichmacher, auf das Binde¬ mittel berechnet; viele Erzeugnisse dieser Art sind sogar weichmacherfrei. Aus hochmolekularem Polyvinylchlorid hergestellten Kleb¬ stoffe werden nur dann Weichmacher wie z.B. Dioctylphthalat in kleinen Mengen zugesetzt, wenn sie zum Verkleben von Weichfolien bestimmt sind. Für Polyvinylacetat-Lacke sind Dibutylphthalat und Trikresylphosphat al¬ lein oder in Mischung die wichtigsten Weichmacher. Auch Adipinsäureester, außer den Polymer-Weichmachern sind geeignet, während Ester höherer Fett¬ säuren und Ricinusöl nicht brauchbar sind (siehe Seite 376, linke Spalte).
Der Weichmacher kann auch in das Polymer eingebaut sein (innerer Weichma¬ cher). Dazu werden geeignete Comono ere eingesetzt, im Falle von Vinylacetat z.B. Vinyllaurat, Vinylstearat oder Dioctylmaleinat. Hierbei ist eine Wanderung des Weichmachers ausgeschlossen. Das Herstellungsver¬ fahren ist aber sehr aufwendig, da zunächst die Co onomeren hergestellt werden müssen und die Art und Konzentration des Comonomeren für jeden An¬ wendungszweck unterschiedlich ist. In der älteren deutschen Anmeldung DE 4324474 wird eine Polyvinylacetat-Dispersion zur Sand- bzw. Erdwall-Befestigung be¬ schrieben. Sie enthält als Weichmacher naturbasierte Triester des Glycerins von aliphatischen Monocarbonsäuren mit 2 bis 6 C-Atomen im Mo¬ lekül, Zitronensäuretriester mit aliphatischen Monoalkoholen mit 2 bis 6 C-Atomen sowie epoxidiertes Rüböl oder epoxidiertes Sojaöl in einer Menge von etwa 1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf eine ca. 50 gew.-%ige wäßrige Polyvinylacetat-Dispersion. Der Inhalt dieser Lehre soll vom Schutz aus¬ genommen werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, Bindemittel weichzumachen bzw. zu elastifizieren und dennoch die üblichen Nachteile nicht zu erhal¬ ten, insbesondere die Haftung nicht auf unakzeptable Werte zu verringern.
Die erfindungsgemäße Lösung ist den Patentansprüchen zu entnehmen. Sie besteht im wesentlichen in dem Zusatz von Fettstoffen. Daß dabei die Fe¬ stigkeit kaum verändert wird, ist als überraschend anzusehen, angesichts der ständigen Forderung (siehe Klebstoff-Tuben), die Substratoberflächen zu trocknen und fettfrei zu machen, um eine gute Haftung zu erzielen. Die Überraschung ist deswegen besonders groß, weil der Gehalt an Fettstoffen nicht nur wenige Prozent, sondern im allgemeinen 0,5 bis 60 und zweckmä¬ ßigerweise 10 bis 50 Gew.-%, insbesondere 15 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Bindemittel betragen kann. Die Zugscherfestigkeit von Klebstoffen be¬ trägt dann immer noch > 1, vorzugsweise > 2, insbesondere > 4 N/mm2 für Buchenholz.
Unter Fettstoffen sind Fettsäuren, Fettalkohole und deren Derivate zu verstehen. Vorzugsweise werden Fettstoffe mit einer Molmasse > 300 bzw. oligomerisierte Fettstoffe mit einer Molmasse > 1000 eingesetzt. Sie sind lipophil. Unter "Fettsäuren" werden Säuren verstanden, die eine oder mehrere Carboxyl-Gruppen (-C00H) enthalten, vorzugsweise eine. Die Carboxyl- Gruppen können mit gesättigten, ungesättigten und/oder verzweigten Alkyl-Resten mit mehr als 8 C-Atomen verbunden sein. Sie können weitere Gruppen wie Ether-, Ester-, Halogen-, Amid-, Amino-, Urethan-, Hydroxy- und Harnstoffgruppen enthalten. Bevorzugt werden jedoch Carbonsäuren wie native Fettsäuren oder Fettsäuregemische, Dimerfettsäuren und Tri erfett- säuren. Konkrete Beispiele für die erfindungsgemäßen Carbonsäuren sind: Capron-, Capryl-, Caprin-, Laurin-, Myristin-, Palmitin-, Stearin-, Isostearin-, Isopalmitin-, Arachin-, Behen-, Cerotin- und Melissin-Säuren sowie die ein- oder mehrfach ungesättigten Säuren Palmitolein-, Öl-, Elaidin-, Petroselin-, Eurca-, Linol-, Linolen, Gadoleinsäure sowie durch Oligomerisierung erhaltene Fettsäuren, z.B. Dimerfettsäuren. Neben der in der Natur vorkommenden Ricinolsäure mit dem Derivat 12- Hydroxystearinsäure können auch Polyhydroxyfettsäuren eingesetzt werden. Diese können z.B. dadurch hergestellt werden, daß ungesättigte Fettsäuren epoxidiert und mit H-aktiven Verbindungen, z.B. Alkoholen, Carbonsäuren, Aminen ringgeöffnet werden. Die Carbonsäuren können auch durch chemische Modifikation von Fetten und Ölen hergestellt werden. Die Fette oder Öle bzw. daraus hergestellte Derivate können sowohl pflanzlichen als auch tierischen Ursprungs sein oder gegebenenfalls gezielt auf petroche ischem Weg synthetisiert werden.
Als Carbonsäuren kommen auch Derivate aller Öl- und Fett-basierten Roh¬ stoffe in Frage, die z.B. durch En-Reaktionen, Umesterungen, Kondensati¬ onsreaktionen, Pfropfung (z.B. mit Maleinsäureanhydrid oder Acrylsäure usw.) und z.B. Epoxidierungen mit anschließender Ringöffnung zugänglich sind. Derartige fettchemische Grundreaktionen lassen sich bevorzugt an Fetten und Ölen mit Doppelbindungen und/oder OH-Gruppen durchführen, z.B. an Fetten und Ölen von Raps (neu), Sonnenblumen, Soja, Lein, Kokosnüssen, Ölpal en, Ölpalmkernen und Ölbäumen. Bevorzugte Fette und Öle sind z.B. Rindertalg mit einer KettenVerteilung von 67 % ölsäure, 2 % Stearinsäure, 1 % Heptadecansäure, 10 % gesättigte Säuren der Kettenlänge C12 bis C15, 12 % Linolsäure und 2 % gesättigte Säuren mit > Ciβ Kohlenstoffatomen oder z.B. das Öl der neuen Sonnenblume (NSb) mit einer Zusammensetzung von ca. 80 % Ölsäure, 5 % Stearinsäure, 8 % Linolsäure und ca. 7 % Palmi- tinsäure.
En-Reaktionen werden bei erhöhter Temperatur mit z.B. Säureanhydriden an ungesättigten Fetten und Ölen durchgeführt. Epoxidierungen von Doppelbin¬ dungen und anschließende Ringöffnung mit z.B. Aminen, A inoalkoholen, Al¬ koholen, Diolen, Polyolen, Hydroxycarbonsäuren oder Polycarbonsäuren er¬ möglichen z.B. den Zugang zu den benötigten Fett- und Öl-basierten Aus¬ gangsrohstoffen mit Säure- oder Säureanhydridgruppen. Auch die Fettsäuren als Spaltprodukte der Fette und Öle mit ungesättigten Gruppen oder 0H- Funktionen können für derartige Reaktionen herangezogen werden. Weitere Reaktionen wie z.B. simultane oder nachträgliche Kondensations- oder Umesterungsreaktionen können zu einem Molekulargewichtaufbau der C00H- terminierten Fett- und Öl-basierten Bausteine führen. Der Oligomerisationsgrad bzw. das Molekulargewicht und die Art der Ausgangs¬ rohstoffe sollten nach dem Fachmann allgemein bekannten Gesichtspunkten so gewählt werden, daß das resultierende Oligomere gut verarbeitbar sind.
Als Derivate der obengenannten Fettsäuren können Ester oder Partialester mit ein- oder mehrwertigen Alkoholen hergestellt werden. Unter "Alko¬ holen" sind Hydroxyl-Derivate von aliphatischen und alicyclischen gesät¬ tigten, ungesättigten und/oder verzweigten Kohlenwasserstoffen zu verste¬ hen. Es kommen sowohl 1- als 2- oder höherwertige Alkohole in Frage. Hierzu gehören neben einwertigen Alkoholen auch die aus der Polyurethan- Chemie an sich bekannten niedermolekularen Kettenverlängerungsmittel bzw. Vernetzer mit Hydroxylgruppen. Konkrete Beispiele aus dem niedermoleku¬ laren Bereich sind Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Pentanol, 2- Ethylhexanol, 2-0ctanol, Ethylenglykol, Propylenglykol, Tri ethylenglykol, Tetra ethylenglykol, Butylenglykol-2,3, Hexamethylendiol, Octamethylendiol, Neopentylglykol, 1,4- Bishydroxymethylcyclohexan, Guerbetalkohol , 2-Methyl-l,3-Propandiol, Hexantriol-(l,2,6), Glycerin, Trimethylolpropan, Tri ethylolethan, Pentaerythrit, Sorbit, Formit, Methylglycosid, Butylenglykol, die redu¬ zierten Dimer- und Trimer-Fettsäuren sowie höheren Polyethylen-, Polypropylen- und Polybutylenglykole. Monophenylglykol oder von Kollophoniumharzen abgeleitete Alkohole wie Abietylalkohol können eben¬ falls für die Veresterung verwendet werden. Anstelle der Alkohole können auch OH-haltige tertiäre A ine verwendet werden.
Die Veresterung mit Alkoholen kann auch unter Zusatz von anderen Polycarbonsäuren zur Oligomerisierung durchgeführt werden. Beispiele für Dicarbonsäuren sind Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Korksäure, Sebacinsäure, 1,11- Undecandisäure, 1,12-Dodecandisäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Hexahydrophthalsäure, Tetrahydrophtha1säure oder Dimerfettsäure. Bevorzugt wird Adipinsäure verwendet. Als Derivate können auch Amide der obengenannten Fettsäuren verwendet werden. Diese können durch Umsetzung mit primären und sekundären Aminen oder Polyaminen erhalten werden, z.B. mit Monoethanolamin, Diethanolamin, Ethylendiamin, Hexamethyldiamin, Ammoniak etc..
Unter "Fettalkoholen"werden Verbindungen verstanden, die eine oder mehre¬ re Hydroxylgruppen enthalten. Die Hydroxylgruppen können mit gesättigten, ungesättigten und/oder verzweigten Alkylresten mit mehr als 8 C-Atomen verbunden sein. Sie können weitere Gruppen enthalten, z.B. Ether-, Ester-, Halogen-, Amid-, Amino-, Harnstoff- und Urethan-Gruppen. Konkrete Beispiele für die erfindungsgemäßen Fettalkohole sind: Ricinoleyl-, Erucaalkohol, 12-Hydroxystearylalkohol, Capronalkohol, Caprylalkohol, Pelargoanalkohol, Caprinalkohol, Laurylalkohol, Myristylalkohol, Cetylalkohol, Stearylalkohol, Oleylalkohol, Erucylalkohol, Ricinolalkohol, Linoleylalkohol, Linolenylalkohol, Arachidylalkohol, Gadoleylalkohol, Behenylalkohol, Erucylalkohol, Brassidylalkohol. Als Derivate der Fettalkohole können symmetrische und unsymmetrische Ether und Ester mit verschiedenen Mono- und Polycarbonsäuren eingesetzt werden. Unter Monocarbonsäuren versteht man Ameisen-, Essig-, Propion-, Butter-, Valerien-, Capron-, Önanth-, Capryl-, Pelargon-, Caprin-, Undecan-, Laurin-, Tridecan-, Myristin-, Pentadecan-, Palmitin-, Margarin-, Stearin-, Nonadecan-, Arachin-, Behen-, Lignocerin-, Cerotin- und Melissinsäure. Polycarbonsäuren sind z.B. Oxalsäure, Adipinsäure, Maleinsäure, Weinsäure und Zitronensäure. Gleichzeitig können als Carbonsäure auch die oben beschriebenen Fettsäuren eingesetzt werden. Vorzugsweise werden Ester des Glycerins mit Fettsäuren und ihre über Epoxidation zugänglichen Derivate verwendet. Als Beispiel für derartige Derivate seien genannt: Epoxystearinsäuremethylester, Epoxystearinsäuren, -2-Ethyl-hexylester. Von den Glyceriden werden die Triglyceride bevor¬ zugt, z.B. Sojaölepoxid, Leinölepoxid, Rübölepoxid, epoxidiertes Sonnen¬ blumenöl.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können mit Nucleophilen ringgeöffnete epoxidierte Triglyceride ungesättigter Fett¬ säuren eingesetzt werden. Unter Nucleophilen sind Alkohole wie z.B. Me¬ thanol, Ethanol, Ethylenglykol, Glycerin oder Trimethylolpropan oder Carbonsäuren wie z.B. Essigsäure, Dimerfettsäure, Maleinsäure, Phthalsäu- re oder ein Gemisch von Fettsäuren mit 6 bis 36 C-Atomen zu verstehen. Die Fettalkohole können auch verethert sein, insbesondere mit gleichen oder anderen Fettalkoholen, aber auch mit anderen mehrwertigen Alkoholen, z.B. Alkylpolyglykoside.
Zweckmäßigerweise werden jedoch Fette und Öle (Triglyceride) in nativer Form eingesetzt. Unter Umständen können sie auch nach thermischer und/oder oxidativer Behandlung verwendet werden. Es ist auch möglich, die über Epoxidation oder über die Addition von Maleinsäureanhydrid zugänglichen Derivate einzusetzen. Konkrete Beispiele sind: Palmöl, Erd¬ nußöl, Rüböl, Baumwollsaatöl, Sojaöl, Ricinusöl, Sonnenblumenöl, Leinöl, Standöle, geblasene Öle, epoxidiertes Sojaöl, epoxidiertes Leinöl, Raps¬ öl, Kokosöl, Palmkernöl und Talge, wenn der Fettstoff dem fettigen Poly¬ mer zugesetzt wird, und größer als 100, wenn er bei einer radikalischen Polymerisation anwesend ist. Diese Fettstoffe eignen sich besonders für Polyvinylester.
Natürlich können auch Gemische obiger Fettstoffe zugesetzt werden.
Im Falle von ungesättigten Fettstoffen ist es zweckmäßig, Sikkative in Mengen von 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf den Fettstoff zuzusetzen. Konkrete Beispiele sind Naphthenate, Octoate, Linoleat oder Resinate von Co, Mn, Pb oder deren Mischungen.
Bei den "Bindemitteln" handelt es sich um die üblichen anorganischen oder organischen Stoffe, insbesondere um natürliche oder synthetische Poly¬ mere.
Als anorganische Bindemittel kommen z.B. in Frage: Wasserglas, Zement, Gips, Anhydrit, Magnesia oder Kalk. Diese Bindemittel zeichnen sich durch eine besonders hohe Härte und oftmals durch eine nicht ausreichende Was¬ serfestigkeit aus. Hier kann es von besonderem Vorteil sein, vor oder während der Aushärtungsphase erfindungsgemäß die Fettstoffe hinzuzufügen, um die Elastizität und die Wasserfestigkeit zu verbessern.
Als natürliche Polymere kommen z.B. in Frage: Stärke, Dextrin, Casein, Glutin und Celluloseether.
Die synthetischen Polymere haben ein durchschnittliches Molekulargewicht von 8000 bis 2000000, vorzugsweise 10000 bis 800000 und insbesondere von 30000 bis 300000. Die Polymeren können auch noch Monomere in untergeordneter Menge enthalten, z.B. < 20, insbesondere < als 5 Gew.-%, bezogen auf das Polymere. Sie bilden üblicherweise die Basis für Schmelz-, Plastisol-, Dispersions- und Lösungsmittelklebstoffe. Es han¬ delt sich dabei um folgende Polymere: Polyurethane, Poly(meth)acrylate, Polyvinylester, Polystyrol, Polybutadien, Polyamide, Polyester und Poly¬ vinylchlorid. Vorzugsweise sind ausgenommen: Polystyrol und Polycyanoacrylat.
Natürlich sind auch die entsprechenden Copolymerisate brauchbar, z.B. aus Polyvinylester/Ethylen, Polyacrylat/Vinylester. Die bevorzugten Polymeren sind Polyurethane, Polyacrylate mit 1 bis 22, insbesondere 1 bis 4 C- Atomen in der alkoholischen Komponente und Polyvinylester mit 1 bis 22, insbesondere 1 bis 10 C-Atomen in dem Säurerest, z.B Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat, Vinylversatat, Vinyllaurat, Vinylstearat oder Ethyl-, Butyl- und 2-Ethylhexylacrylat. Besonders bevorzugt ist Polyvinylacetat. Darunter sind auch seine Copolymerisate zu verstehen, insbesondere mit Ethylen, Acrylaten, Acrylsäure, Methacrylsäure und Maleinaten, insbesondere mit bis 8 C-Atomen in der Alkoholkomponente, Vi¬ nylchlorid und Crotonsäure. Konkrete Comonomere des Vinylacetats sind: Dibutyl- und Diethylmaleat, Ethyl-, Butyl- und 2-Ethylhexylacrylat. Ty¬ pische Terpolymere werden aus Vinylacetat und Butylacrylat/N-hydroxyethyl-acrylamid, Ethylen/Vinylchlorid, Vinyllau- rat/Vinylchlorid und Ethylen/Acrylamid erhalten. Die Acetatgruppen können auch teilweise verseift sein.
Die Menge der Comonomeren z.B. im PVAC kann 0 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Copolymere ausmachen.
Die Polymerisation von Vinylestern ist bekannt und wird zum Beispiel in der Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Hrsg. Mark, Bikales, Overberger, Menges, 2.Ed., 1989, Wiley, New York, Vol. 17, S. 406 - 409, beschrieben. Sie erfolgt großtechnisch vor allem in Emulsions- oder Sus¬ pensionsform.
Die obengenannten physikalisch abbindenden Polymeren können auch noch re¬ aktive Gruppen enthalten, die insbesondere mit der Feuchtigkeit, dem Licht oder dem Sauerstoff der Luft reagieren. Konkrete Beispiele sind: Isocyanat- und Silan-Gruppen. Sie sind in einer Konzentration von bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf das Polymere enthalten.
Neben den physikalisch abbindenden Bindemitteln und den physika¬ lisch/chemisch abbindenden Bindemitteln kommen auch die chemisch abbin¬ denden Polymere in Frage. Es kann sich dabei um Sauerstoff-induzierte Nachpolymerisationen handeln, z.B. bei stark ungesättigten Ölen und Fetten wie Leinöl und Fensterkitt. Eine andere Möglichkeit ist die Feuch- tigkeits-induzierte Reaktion von z.B. NCO- bzw. Alkoxysilan-terminierten Polymeren und Polymervorstufen. Schließlich kommen noch eine Reihe von einko ponentigen selbstvernetzenden Systemen in Frage, die nicht mit Was¬ ser oder Sauerstoff abbinden. Beispiele dafür sind die lichtinduzierten Polymerisationen, insbesondere von Acrylaten, die über ionische Reakti¬ onen ablaufende Selbstvernetzung von Dispersionen nach dem Verdampfen des Wassers bzw. des Lösemittels der die Nachvernetzung aufgrund der Reakti¬ on von Aldehyd- oder Ketogruppen. Bekannt sind z.B. die Vernetzung über mehrwertige Metallionen wie z.B. Zn2+, Zr2+, Fe3+, Al3+ f Cr3+ und Mg2+ bzw. eine Nachvernetzung über Diaziridine oder Aldehyde bei Dispersionen mit Keto-, Aldehyd- oder Hydroxylgruppen.
Das Bindemittel kann bei Raumtemperatur (20 °C) flüssig, pastös oder fest sein. Insbesondere ist es flüssig, und zwar zweckmäßigerweise eine wä߬ rige Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 20 bis 85, vorzugsweise 35 bis 80, insbesondere 45 bis 75 Gew.-%. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Bindemittels kann sehr flexibel ge¬ staltet werden. So ist es möglich, den Fettstoff vor, bei oder nach der Herstellung des physikalisch abbindenden Polymeren zuzusetzen, wenn er dabei nicht stört. Das könnte z.B. bei Cyanoacrylaten zu erwarten sein.
Die Herstellung der Polymeren, wie z.B. der Polyacrylate, aber insbeson¬ dere des Polyvinylacetats, kann nach verschiedenen, in der Polymerchemie bekannten Verfahren erfolgen, z.B. über eine Massepolymerisation, eine Polymerisation in einem geeigneten Lösungsmittel, z.B. Toluol, oder aber - bevorzugt - in wäßriger Emulsion oder Suspension nach den an sich be¬ kannten Verfahren der Emulsions- oder Suspensionspolymerisation. Bei die¬ sen Verfahren erfolgt die Polymerisation der Monomeren und der Fettstoffe unter Zugabe eines Emulgators oder eines Schutzkolloids in Wasser.
Bevorzugt kann die Polymerisation in Anwesenheit eines Schutzkolloids durchgeführt werden. Als Schutzkolloid kommen hydrophile Polymere wie z.B. Carboxymethylcellulose oder Gummi arabicum in Frage. Besonders be¬ vorzugt kann Polyvinylalkohol verwendet werden. Unter Polyvinylalkohol wird in diesem Sinne auch ein teilweise verseiftes Polyvinylacetat ver¬ standen. Die Menge des Schutzkolloids kann in dem für Suspensiospolymerisationen üblichen Bereich von 0,5 bis 10 Gew.% bezogen auf Monomere liegen. Bevorzugt werden Mengen von 1 bis 3 Gew.% bezogen auf Monomere.
Die Polymerisation kann so durchgeführt werden, daß die Vinylester und gegebenenfalls andere radikalisch polymerisierbare olefinische Monomere mit den Fettstoffen gemischt werden und dieses Gemisch in eine wäßrige Lösung des Schutzkolloids gegeben wird. Diese Zugabe kann vorzugsweise kontinuierlich bei gleichzeitig ablaufender Polymerisation erfolgen, es ist aber auch eine batch-weise Polymerisation der gesamten Monomermenge möglich. Der Festkörpergehalt der Emulsionen oder Suspensionen des erfindungsgemäßen Bindemittels liegt zwischen 20 und 75 Gew.%, vorzugs¬ weise zwischen 40 und 60 Gew.%.
Als Initiator können organolösliche Initiatoren wie z.B. Benzoylperoxid oder wasserlösliche Initiatoren wie z.B. Wasserstoffperoxid oder die Al¬ kali- oder Ammoniumsalze von Persulfaten verwendet werden. Auch soge¬ nannte Redox-Initiatoren können verwendet werden. Die Menge an Initiator kann im dafür üblichen Bereich von 0,01 bis 1 Gew.% - bezogen auf Mono¬ mere - liegen. Bevorzugt werden Mengen von 0,1 bis 0,5 Gew.% verwendet. Die Reaktionstemperaturen können zwischen 20 und 95 °C, die Reaktionzeiten können zwischen 1 und 8 Stunden liegen.
Der Fettstoff kann schon während der Polymerisation zugesetzt werden, zweckmäßigerweise wird er jedoch nach der Polymerisation zugesetzt. Am einfachsten ist es, das erfindungsgemäße Bindemittel durch intensives Mi¬ schen des Fettstoffes mit einer Dispersion des Polymeren herzustellen. Dies kann z.B. in Rühraggregaten, hochtourigen Rührern oder in einer Ku¬ gelmühle erfolgen. Es ist aber auch möglich, den Fettstoff zunächst unter Zusatz von Dispergiermitteln zu dispergieren und dann die beiden Disper¬ sionen zu mischen. Der Fettstoff kann aber auch dem geschmolzenen physi¬ kalisch abbindenden Polymeren, gegebenenfalls in der Wärme zugemischt werden.
Je nach Verwendungszweck können dem Bindemittel noch weitere Zusatzstoffe hinzugefügt werden, z.B. Wachse, Füllstoffe, Pigmente, Dispergatoren, Stabilisatoren, Viskositätsregler, Konservierungsmittel, Lösungsmittel und Harze. Sie sind bekannt, ebenso ihre Zumischung. Die erfindungsgemäßen Fettstoffe können auch gemeinsam mit diesen Zusätzen eingemischt werden. Ein späterer Zusatz ist ebenfalls möglich. Der erfindungsgemäße Zusatz der Fettstoffe zu den physikalisch abbinden¬ den Polymeren bewirkt ein erhöhtes Formveränderungsvermögen sowie eine verringerte Härte. Überraschenderweise ist auch die Ausschwitzneigung zumindest bis zu Fettzusätzen von 20 Gew.-% sehr niedrig. Darüber hinaus wird auch die Wasserfestigkeit der Verklebungen positiv beeinflußt. Auch die Benetzungseigenschaften der wäßrigen Dispersionsklebstoffe sind gün¬ stiger. Dagegen wird die Festigkeit kaum verringert: Bei Holzverklebungen kommt es immer noch zu einem Holzbruch, zumindest teilweise. Das gilt auch für Warmlagerungen über längere Zeit. Auch die Wärmestandfestigkeit ist bemerkenswert hoch. Die Viskosität wird verringert und damit die Ver¬ erbeitbarkeit verbessert.
Aufgrund dieser Eigenschaften können die erfindungsgemäßen Bindemittel als Klebstoffe, klebende Dichtungsmassen und Beschichtungs assen verwen¬ det werden, insbesondere dann wenn es auf Spitzenwerte bei den Festigkeiten weniger ankommt als auf ein preiswertes Mittel. Insbesondere eignen sie sich für Subtrate mit unterschiedlichem elastischem Verhalten oder unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, was in der Regel bei unterschiedlichen Substraten der Fall ist. Als Substrate kommen in Frage: Holz, Pappe, Papier, Wandbeläge wie Tapeten, Kork, Leder, Filz, Textilien, Kunststoffe - insbesondere Bodenbeläge aus PVC, Linoleum und Polyolefinen, sei es in Form von Folien oder textilen Flächengebilden -, mineralische Substrate wie Glas, Quarz, Schlacken, Gestein und Keramik und Metalle.
Die erfindungsgemäßen Bindemittel eignen sich insbesondere zur Herstel¬ lung von Dispersions-Klebstoffen, Klebestiften, Plastisolen und Schmelz¬ klebstoffen bzw. von Schmelzdichtstoffen oder pastenförmigen Dichtstoffen wie Fugendichtungsmasse. Auch die Beschichtung von harten Oberflächen so¬ wie von Textilien und Papier ist gut möglich. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich die erfindungsgemäßen Zusammen¬ setzungen als Bindemittel zur Konfektionierung von Klebstoffen, Dich¬ tungsmassen und Beschichtungsmassen.
Als Klebstoffe seien konkret genannt: Schmelz-, Lösungsmittel-, Dispersi¬ ons-, Montage-, Haft- und Kontakt-Klebstoffe sowie Redispersionspulver, Alleskleber und Klebestifte. Zu verkleben sind damit: Papier, Pappe, Holz, Textilien, Wandbeläge, Fliesen, Etiketten, Leder, Gummi, Kunst¬ stoffe, Glas, Keramik und Metall. Als Beschichtungen seien genannt: Plastisol, Dispersionsfarbe und Isolierung von Dächern. Die Dichtungsmas¬ sen können sowohl im Bau- als auch im Fahrzeugbereich eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Masse kann auch hydraulischen Bindemitteln zugesetzt werden, z.B. Zement oder Gips.
Die Erfindung wird anhand folgender Beispiele im einzelnen erläutert:
Beispiele
I: Fettstoffe und Polyvinylacetat
A: Herstellung von Mischungen mit Polwinylacetaten Die Fettzusätze wurden in einen handelsüblichen Holzklebstoff (PonalR, 51 %ige Polyvinylacetatdispersion; HENKEL) unter Zusatz von 50 Gew.% Glaskugeln in einer Schüttelmaschine (Red-Devil) 30 Minuten lang einge¬ arbeitet. Alle prozentualen Angaben in den Beispielen verstehen sich, so¬ fern nicht anders vermerkt, als Gewichtsprozent. Die Zusammensetzung ist Tabelle 1 zu entnehmen.
B: Eigenschaften von Mischungen mit Polwinylacetaten a) Bestimmung der Zugscherfestigkeit
Zur Bestimmung der Zugscherfestigkeiten (ZSF) wurde der erhaltene Klebstoff mittels eines 1-mm-Zahnspachtels beidseitig auf die schmalen Enden der großen Holzflächen von jeweils sechs dreilagigen 50x80x4-mm-Buchensperrholzplättchen aufgebracht. Jeweils zwei Holz- plättchen wurden 2 cm an der Schmalseite überlappend in Kontakt ge¬ bracht, mit jeweils vier Wäscheklammern fixiert und nach einer Lager¬ zeit von 16 Stunden bei Raumtemperatur mit einem Zug von 15 mm/Minute auf einer Zwick-Zerreißmaschine zerissen. Die Zusammensetzung der Klebstoffe und das Ergebnis der Verklebungen sind in der Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1: modifizierte Dispersionsklebstoffe und Zugscherfestigkeit von Holzverklebungen
Bsp Modifizierung ZSF Bruchbild mit [N/mm2]
V 7,7 Holzbruch 1 10 % Rindertalg 7,2 Holzbruch 2 10 % Sonnenblumenöl 6,7 tw. **) Holzbruch 3 10 % Lackleinöl 6,8 tw. **) Holzbruch 4 30 % Rindertalg 5,6 tw. **) Holzbruch 5 10 % Fritierfett *) 7,3 Holzbruch 6 30 % Fritierfett *) 4,0 Klebstoffbruch
): Das Fritierfett wurde unter der Bezeichnung
"Fritürenfett, halbflüssig", von der Firma Rau bezogen. *): tw. bedeutet teilweise.
Nach einer Warmlagerung von 10 Tagen bei 50 °C wurde nochmals die Zug¬ scherfestigkeit bestimmt.
Tabelle 2: Zugscherfestigkeit nach Warmlagerung
Bsp Modifizierung ZSF Bruchbild mit [N/mm2]
5 10 % Fritierfett 9,9 Holzbruch
6 30 % Fritierfett 6,9 tw. Holzbruch
b) Bestimmung der ärmestandfestig eit:
Zur Bestimmung der Wärmestandfestigkeiten wurden gelochte massive 25xl00x4mm-Buchenholzplättchen wie vorstehend beschrieben mit einer Überlappungszone von 25x25mm verklebt. Nach 16 h Trockenzeit bei Raum¬ temperatur wurden die Verklebungen unter einer Belastung mit 1350 g innerhalb von 5 Stunden von 50 auf 200°c erwärmt und zwanzig Minuten bei dieser Temperatur belassen. Alle Verklebungen hielten dieser Belastung stand.
c) Ausschwitzneigung bei Papierverklebungen:
Zur Ermittlung der Ausschwitzneigung der zugesetzten Fette wurde ungestrichenes weißes Schreibpapier einseitig mit Klebstoff dünn be¬ strichen und unter manuellem Glattstreichen gegen eine zweite Lage Pa¬ pier verklebt. Das Durchschlagen der im Klebstoff enthaltenen Fette wurde im Gegen¬ licht immer wieder optisch bis zu einer Gesamtlagerzeit von vier Wo¬ chen beurteilt.
Zusatzmengen von bis zu 10 Gew.% Sonnenblumenöl, Fritürenfett, Rinder¬ talg oder Lackleinöl blieben ohne optische Effekte. Bei Fettzusätzen von 20 Gew. % und mehr trat Fettfleckbildung ein. Das nach einer Lagerzeit von 16 Stunden jeweils erhaltene Bild änderte sich nicht mehr.
d) Bestimmung der Härte
Die Mischung 5 sowie Ponal-Holzklebstoff wurden mittels eines Edelstahlrakels mit einer Spaltbreite von 250 μm auf Glasplatten zu einem Film von ca. 45 μm (bestimmt mit Erichsen Filmdickemeßgerät) ausgezogen.
Nach jeweils 6, 24 und 336 h wurde die Pendelhärte nach König bestimmt. Es zeigt sich, daß durch Fettzusatz nach Trocknung ei¬ ne anhaltende Verringerung der Härte erreicht wird.
Tabelle 3: Pendelhärte in Abhängigkeit vom Fett-Zusatz
Pendelhärte [sec] nach einer Trockenzeit von Beispiel 6 h 24 h 14 d
1 9,8 7 8,4
5 16 15,4 12,6 A: Zusatz des Fettstoffes zu der Monomeren-Dispersion
Beispiel 7:
a) Herstellung einer Polyvinylacetat-Sojaölepoxid-Leinöl-Dispersion
In einem Vierhalskolben mit zwei Tropftrichtern, Rückflußkühler, Rührer und Thermometer wurden 199,7 g Wasser vorgelegt und 17.8 g MowiolR 18/88 (zu 88 mol % verseiftes Polyvinylacetat der Firma Hoechst) bei 80°C darin gelöst. In einem Tropftrichter wurde eine Mi¬ schung aus 140 g Vinylacetat, 40 g Lackleinöl und 20 g Sojaölepoxid mit einem Epoxid-Sauerstoff-Gehalt von 6,41 % vorgelegt. In den zweiten Tropftrichter wurde eine Lösung von 0.4 g Ammoniumperoxodisulfat in 30 g Wasser gefüllt. Der Polymerisations¬ start erfolgte, indem 11.1 ml der Ammoniumpersulfatlösung in den Kol¬ ben abgelassen wurden und mit der kontinuierlichen Dosierung der Vinylactetat-Fettstoff-Mischung begonnen wurde. Die Dosierung wurde so gesteuert, daß die Gesamtmenge in ca. 4 h zudosiert war. Die verblie¬ bene Ammoniumperoxodisulfat-Lösung wurde ebenfalls kontinuierlich über den gleichen Zeitraum zudosiert.
Nachdem sämtliches Vinylacetat-Monomer abreagiert war, wurde die Di¬ spersion auf Raumtemperatur abgekühlt und abgefüllt. Die Dispersion war über 6 Monate stabil. Die Filme daraus waren weich und elastisch.
Überprüfung des freien Fettstoff-Gehalts:
Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren waren 16,0 % der einge¬ setzten Leinöl/Sojaölepoxid-Menge extrahierbar.
b) Prüfung der Klebkraft: Auf zwei Buchenholzprüfkörpern wurden 15 mm2 mit der Dispersion be¬ strichen und mit einem Rakel gleichmäßig verteilt. Beide Prüfkörper werden mit den bestrichenen Flächen zusammengefügt und mit Klammern fixiert. Nach 7 Tagen Lagerung bei Raumklima wurde die Verklebung mit Hilfe einer Zugprüfmaschine zerrissen. Bei einer Kraft von 6.000 N/cm2 zerriß der Prüfkörper unter Holzbruch.
II: Fettstoff und Polyacrylat
Fettstoffe zeigen auch bei Polyacrylaten hervorragende Weichmacher- Wirkungen.
A: Quell-Wirkung
Filme aus Homo-Polybutylacrylat werden 24 Stunden bei Raumtemperatur (20 °C) und bei 60 °C in die Testsubstanzen getaucht. Die Quellung des Homopolymeren wird in Prozent angegeben, wobei 100 % das Ausgangsvo¬ lumen darstellt. Die folgenden Ergebnisse zeigen, daß fettchemische Ester ähnliches Quellvermögen besitzen, wie die für Acrylat- Dispersionen empfohlenen Weichmacher a), b) und c):
!SD. Testsubstanz 20 60 °C
a) Paraplex WP 1 120 b) Piastilit 3060 113 c) Butylbenzylphthalat 100 133 d) Eurucasäure ethylester 187 e) Umsetzungsprodukt von 100 133 Epoxystearinsäure ethy1ester mit Glykol (2:1) f) Kokos-2-ethylhexylester 100 147 B: Glasübergangstemperatur (TG)
85 Gew.-Teile einer Dispersion von Homo-Polybutylacrylat werden auf 60 °C erwärmt und mit 15 Gew.-Teilen verschiedener Testsubstanzen 30 Minuten gemischt. Die Mischung wird dann auf 20 °C abgekühlt. Aus der Mischung wird nun ein Film bei 40 °C in einem Wärmeschrank hergestellt. Die Glas¬ umwandlungs-Temperatur (TG) des Polymerfilms wurde folgendermaßen be¬ stimmt: Meßzelle DSC 910 mit DuPont 2100, AI-Tiegel mit Deckel, 3 1/h N2, 20 K/Min.. Die folgende Ergebnisse zeigen, daß die Glasumwandlungstempe- ratur durch Fettsäureester zumindest gleich stark herabgesetzt wird wie durch Butylbenzylphthalat:
Bsp. Testsubstanz FK Visk. TG
0 - 60 100 -41 °C
1 Butylbenzylphthalat 68,7 650 -54 °C
2 Piastilit 3060 Dispersion koaguliert!
3 Rapsfettsäuremethylester 66,5 370 -62 °C
4 Epoxystearinsäuremethylester 67,8 700 -71 °C
Die Feststoff-Konzentration (FK) wurde folgendermaßen bestimmt: 5 bis 10 g der Probe werden in einer Aluschale 2 Stunden bei 120 bis 130 °C er¬ hitzt. Dann wird zurückgewogen. Die Viskosität (Visk) wurden folgenderma¬ ßen bestimmt: Brookfield RVT (20 °C).
C: Klebetechnische Untersuchungen
Es wurden klebetechnische Untersuchungen - wie in I.B. beschrieben ■ durchgeführt. Dabei wurden die dortigen Ergebnisse bestätigt. Im ein¬ zelnen wurden folgende Werte erhalten:
Bsp. RK Dehnung Schwitzen mm %
0 40 900 nein
1 22 1558 nein
3 19 1670 nein
4 16 1740 nein
Die Reißdehnung (Dehnung) wurde unter folgenden Bedingungen bestimmt: Instron 4302, automatisches Materialprüfsysteir Serie IX, Probenbreite 5 mm, Probendicke 1 mm, Probenlänge 15 mm, Zuggescnwindigkeit 200 mm/Min..
Die Verträglichkeit der Komponenten (Schwitzen) wurde folgendermaßen be¬ stimmt: Die Filme wurden bei 60 °C zwischen Silikonpapier gelagert und nach 3 Wochen bezüglich Verfleckung des Papiers beurteilt.
Die Haftklebrigkeit (RK) wurde folgendermaßen bestimmt: Eine Stahlkugel (Durchmesser 20 mm, Gewicht 32,25 g) rollte eine Rampe (Höhe 26 mm; Lauf¬ strecke 115 mm) auf einen Film der erfindungsgemäßen Zusammensetzung) hinunter. Die auf dem Polymerfilm zurückgelegte Strecke wurde gemessen (Angabe in mm).

Claims

Patentansprüche
1. Bindemittel, die physikalisch und/oder chemisch abbinden, gekennzeich¬ net durch einen Gehalt an Fettstoffen.
2. Bindemittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 0,5 bis 60, vorzugsweise 10 bis 50 und insbesondere 15 bis 40 Gew.-% an Fettstoffen, bezogen auf das Bindemittel insgesamt.
3. Bindemittel nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Ester von Fettsäuren oder Fettalkoholen, insbesondere Triglyceride von höheren Fettsäuren und vorzugsweise natürliche Fette und Öle als Fettstoffe.
4. Bindemittel nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß es auf einem physikalisch und/oder chemisch abbindenden Polymeren mit einem Molekulargewicht von 8000 bis 2000000, vorzugsweise 10000 bis 800000 und insbesondere von 30000 bis 300000 basiert.
5. Bindemittel nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, ge¬ kennzeichnet durch ein physikalisch und/oder chemisch abbindendes Po¬ lymer, hergestellt durch Polyaddition, Polykondensation oder Polymeri¬ sation aus der Gruppe: Polyurethane, Polyamide, Polyester, Poly(meth)acrylate, Polyvinylester und Polyvinylchlorid, vorzugsweise mindestens ein Polymer aus der Gruppe Polyurethane, Poly(meth)acrylate und Polyvinylester und insbesondere Polyvinylacetat, wobei auch die entsprechenden Copolymere, insbesondere die Terpolymere mit einem überwiegenden Anteil des jeweiligen Monomeren gemeint sind.
6. Bindemittel nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß das Polymer chemisch abbindet, z.B. über Isocyanatgruppen und Doppelbindungen, Hydroxyl-, Keto-, Aldehyd- Carboxyl-, Alkoxysilan-, Amin-, Epoxid-Gruppen.
7. Bindemittel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es auf anorganischen Stoffen basiert wie z.B. Was serglas, Zement, Gips, Anhydrit, Magnesium-Bindemittel und Kalk.
8. Bindemittel nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, das es bei 20 °C flüssig ist und insbesonder eine wäßrige Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 20 bis 85, vor zugsweise 35 bis 80 und insbesondere 45 bis 75 Gew.-% ist.
9. Herstellung des Bindemittels nach mindestens einem der Ansprüche 1 bi 8, dadurch gekennzeichnet, daß man den Fettstoff dem Bindemittel vor, bei oder nach seiner Herstellung zusetzt, insbesondere nach seine Herstellung.
10.Verwendung der Bindemittel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Kleben, Beschichten und Dichten.
11.Verwendung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch das Kleben,
Beschichten und Dichten von Holz, Pappe, Papier, Wandbelägen wie Ta¬ peten, Kork, Leder, Filz, Textilien, Kunststoffe - insbesondere Bodengelägen aus PVC, Linoleum und
Polyolefinen, sie es in Form von Folien oder textilen
Flächengebilden -, mineralischen Substraten wie Glas, Quarz, Schlacken, Gestein und Keramik und Metalle, insbesondere mit unterschiedliche elastischem Verhalten oder unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizi¬ enten der Substrate.
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