WO2002016472A1 - Formteile aus dimerfettsäurefreien polyamiden - Google Patents

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WO2002016472A1
WO2002016472A1 PCT/EP2001/009283 EP0109283W WO0216472A1 WO 2002016472 A1 WO2002016472 A1 WO 2002016472A1 EP 0109283 W EP0109283 W EP 0109283W WO 0216472 A1 WO0216472 A1 WO 0216472A1
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WO
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mol
polyamides
production
diamines
molding
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PCT/EP2001/009283
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Bettina Becker
Angela Rossini
Thomas Möller
Georg Schubert
Thomas Huver
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Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/70—Insulation of connections
    • H01R4/72—Insulation of connections using a heat shrinking insulating sleeve
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G69/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
    • C08G69/02—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08G69/26—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/265—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from polyamines and polycarboxylic acids from at least two different diamines or at least two different dicarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08G69/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
    • C08G69/40—Polyamides containing oxygen in the form of ether groups
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/303—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups H01B3/38 or H01B3/302
    • H01B3/305—Polyamides or polyesteramides

Definitions

  • the invention relates to the use of hotmelt adhesives for the production of molded parts and a method for producing such molded parts.
  • EP 0 193 746 describes a process for the production of bonds and coatings from the melt of thermoplastic polyamides, the polyamides used being block copolymers which have been obtained by the reaction of a) having an essentially linear structure, with carboxylic acid functions and / or amine groups terminated polyamides based on dimerized fatty acids and aliphatic or cycloaliphatic diamines with b) aliphatic polyethers having essentially linear isocyanate end groups and / or their reaction products with 2,3-epoxypropanol, the block polymers not containing any free isocyanate or epoxy groups.
  • block copolymers can be used with the commercially available hot melt glue guns for gluing various materials.
  • the bonds have good tensile shear strength and good cold flexibility, the production of moldings or moldings from these block copolymers are not disclosed in this document.
  • thermoplastic poly (amide-urethane) block copolymers are described in WO 95/00364.
  • cable harnesses with holding elements are described, which are at least the outer circumferential surface of the cable bundle at the fixed points comprising injection molded articles.
  • the moldings can, for. B. be designed as a grommet or insertion grommet.
  • the hot melt adhesive used should preferably crosslink, especially with atmospheric moisture. In addition, it should be rubber-elastic, flame-retardant and partially crystalline.
  • the moldings are produced by a) placing the bundled lines with the regions to be fixed in an injection mold, b) closing the mold, c) the melted molding compound is injected into the mold up to a pressure of 0 to 30 bar, in particular 5 to 30 bar, and expediently pressed in with the same pressure, d) waited until it solidifies by cooling, e) the mold is opened and f ) is removed from the mold.
  • Macromelt - Molding from Henkel KGaA from March 1994 describes molded parts made from the "Macromelt” hot melt adhesive.
  • the method described there is suitable for the encapsulation of plastic insert parts. Due to the good adhesion of Macromelt, high tightness and strength are achieved with the molded part. Due to the relatively low viscosity of the hot melt adhesive Macromelt, it can be pumped into the injection mold with only slight pressure, where even delicate components are gently rinsed and thus sealed and protected. Macromelt has very good adhesion to polar (e.g. PVC, PA 6.6, PUR) and non-polar (e.g. PP) plastic surfaces.
  • polar e.g. PVC, PA 6.6, PUR
  • PP non-polar plastic surfaces.
  • the macromelt is converted into its low-viscosity melt state exclusively by supplying heat.
  • the melt is pumped into a cold molding tool, where the heat is extracted from it.
  • this process normally only takes a few seconds.
  • the finished molded part can then be removed from the tool.
  • the processing takes place on special processing machines, which control the material flow from the melting to the tool automatically and thus reliably.
  • the technical information does not provide precise information as to what the thermoplastic molding material is made of on a hotmelt basis.
  • products based on polyamides are commercially available.
  • WO 92/22104 describes a plug connection for electrically conductive cables, in particular for coaxial cables.
  • a hot melt adhesive with a melt viscosity of more than 8,000 mPa-s at 200 ° C. This serves at the same time Connect, seal, fill and isolate.
  • the main components of the hot melt adhesive are a polyamide based on dimerized fatty acid, aliphatic amines and modifying additives as well as a copolyethylene and auxiliary substances. Plugs are obtained which meet high electrical, thermal and other requirements.
  • DE 38 42 294 also relates to a connector for a coaxial high-frequency cable.
  • a polyurethane plastic is used as the plastic filling.
  • No. 5,250,607 describes a moisture-curing extrudable thermoplastic sealant which essentially consists of two components, namely a) a prepolymer with about 2 isocyanate end groups per molecule, which react with one another in the presence of the surrounding moisture and b) a soft PVC.
  • This polymer mixture can also be used to manufacture films, pipes, cover seals for drums or tapes.
  • WO 96/20252 describes molding compositions based on moisture-curing PU hotmelt adhesives and their use for the production of molded parts.
  • the PU hot melt adhesives should have a melt viscosity of less than 100 Pa.s at a processing temperature of 70 to 190 ° C.
  • the molding compound is melted to temperatures of 70 to 200 ° C., the melt is injected into closed molds at an overpressure of 1 to 50 bar, the cooled molded parts are removed from the mold after a short time and then cured with atmospheric moisture.
  • this document specifies a significantly lower processing pressure, machine outlay and tooling outlay as well as good adhesion of the molding compositions to the various substrates.
  • the molded parts should be temperature-resistant and are particularly suitable for the production of electrical components.
  • thermoplastic hotmelt adhesives for the production of component layers in smart cards or for the production of electronic transponders using a low-pressure injection molding process at pressures between 1 and 50 bar.
  • hotmelt adhesives based on polyurethanes, polyesters, atactic polypropylene, ethylene-vinyl acetate (EVA) copolymers, low molecular weight ethylene copolymers or polyamides are suitable for this process, the polyaminoamides based on dimerized fatty acids being specifically suggested as polyamides become.
  • hot melt adhesives are already widely used for sealing electronic components and for the production of molded parts, although the known polyamide hot melt adhesives based on dimer fatty acid have a number of advantages, such as, for example, low viscosity and favorable flow behavior at low pressure - Process, have good adhesive properties and flexibility, but there is a need to provide molding compositions which have better mechanical strength, hardness, abrasion resistance, chemical resistance and heat resistance.
  • the object of the present invention was to provide compositions for use as molding compositions which are suitable for the low-pressure injection molding process and which in particular have better strength, hardness, chemical resistance and heat resistance.
  • the achievement of the object according to the invention can be found in the claims. It essentially consists in the provision of polyamides based on reaction products from C 4 to Ci ⁇ -dicarboxylic acids and diamines, which do not contain dimer fatty acid building blocks and which are suitable as molding compositions for the production of molded parts in the low-pressure injection molding process.
  • Another object of the present invention is a process for the production of molded parts for the electrical or electronics industry, in which the molding compositions based on the dimer fatty acid-free polyamides are melted at temperatures of 70 ° C to 230 ° C, this melt in low pressure processes with injection pressures of 0.5 to 100 bar, preferably 1.0 to 50 bar, are injected into the closed casting molds or hollow bodies and the cooled moldings are removed from the casting molds after a short time.
  • the polyamides to be used according to the invention are produced from
  • the sum of the diamines used being 100 mol%, so that the dicarboxylic acid component and the diamine component are present in approximately equivalent molar proportions.
  • the dicarboxylic acids are preferably used in an approximately 10% stoichiometric excess over the diamines, so that carboxyl-terminated polyamides are formed.
  • the molecular weight of the polyamides to be used according to the invention is (calculated from the acid number) about 10,000 to 50,000, preferably 15,000 to 30,000, particularly preferably between 15,000 and 20,000. This results in a viscosity of the polyamides to be used according to the invention between 100 and 50 000 mPa.s. preferably between 2,000 and 30,000 mPa.s measured at 200 ° C according to ASTM D 3236.
  • dicarboxylic acids for the production of the polyamides according to the invention are, in particular, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, undecanedioic acid or dodecanedioic acid or mixtures thereof.
  • the diamine component consists essentially of one or more aliphatic diamines, preferably with an even number of carbon atoms, the amino groups being at the ends of the carbon chains.
  • the aliphatic diamines can contain 2 to 20 carbon atoms, and the aliphatic chain can be linear or slightly branched. Specific examples are ethylenediamine, diethylenetriamine, dipropylenetriamine, 1,4-diaminobutane, 1,3-pentanediamine, methylpentanediamine, hexamethylenediamine, trimethylhexamethylenediamine, 2- (2-aminomethoxy) ethanol, 2-
  • the particularly preferred aliphatic diamines are C 4 - Ci 2 diamines with an even number of carbon atoms.
  • the amino component can also contain cyclic diamines or heterocyclic diamines such as, for example, 1,4-cyclohexanediamine, 4,4'-diamino-dicyclohexylmethane, piperazine, cyclohexane-bis- (methylamine), isophoronediamine, dimethylpiperazine, dipiperidylpropane, or norbornane-diamine or m-xylylenediamine.
  • polyoxyalkylene diamines such as, for example, polyoxyethylene diamines, polyoxypropylene diamines or bis (di-aminopropyl) polytetrahydrofuran can also be used.
  • the polyoxyalkylene diamines also known as "Jeffamine” (trade name of the Huntsman company), are particularly preferred.
  • the molecular weight of the Jeffamines used is between 150 and 4000, preferably between 200 and 2000.
  • Aminocarboxylic acids or their cyclic derivatives can also be used. Examples include 6-aminohexanoic acid, 11-aminoundecanoic acid, laurolactam, ⁇ -caprolactam.
  • compositions according to the invention can furthermore contain other additives which are customary for hot melt adhesives, examples which may be mentioned here are tackifying resins, such as, for example, abietic acid, abietic acid esters, terpene resins, Terpene phenolic resins or hydrocarbon resins.
  • tackifying resins such as, for example, abietic acid, abietic acid esters, terpene resins, Terpene phenolic resins or hydrocarbon resins.
  • fillers can also be used in minor amounts, for example silicates, talc, calcium carbonates, clays, carbon black or color pastes or pigments.
  • Suitable antioxidants are, in particular, the antioxidants of the sterically hindered phenol type or the aromatic amine derivative in amounts of up to 1.5% by weight, based on the binder.
  • hotmelt adhesives according to the invention preferably contain no solvents. This includes inert, organic compounds with a boiling point up to 200 ° C at normal pressure.
  • the hot melt adhesives to be processed can be in various forms for processing, e.g. B. as tablets, as granules or as bars or as a compact block poured into a container. They are preferably in the form of granules.
  • molded parts are produced by molding under the influence of mechanical forces within a certain temperature range, in principle this can be done by all known processing methods, for example by extrusion, casting, injection molding, pressing, injection molding, extrusion molding, etc.
  • the molding compound is produced by low-pressure injection molding processed into molded parts.
  • This injection molding cycle comprises the following individual steps: a) The mold is closed after any parts to be connected have been inserted. b) The melted molding compound is injected into the mold up to a pressure of between 0.5 to 100 bar, preferably from 1.0 to 50 bar, and if necessary pressed down. c) Wait until the molding compound has solidified by cooling. d) The form is opened. e) The injection molded parts are removed from the mold.
  • the hotmelt adhesives are particularly suitable for simultaneous gluing, sealing and filling, as z. B. for plug connections for electrically conductive cables, especially for coaxial cables.
  • plug connections can be produced essentially as follows: The stripped cable is connected to the contact sleeve or the contact pin (for example by soldering or squeezing) and pushed into the outer sleeve. Both are put on a counterpart, i.e. on a plug shape, if a sleeve is to be manufactured. The resulting cavity is completely or partially filled with the melt of the hot melt adhesive under pressure. You can e.g. B. be injected through an annular nozzle or an injection nozzle to the cavity (injection molding). It is advantageous if the nozzle is initially as far as possible in the outer sleeve and is pressed outwards with increasing filling.
  • the hotmelt adhesives to be used according to the invention are suitable for sealing and potting switches, sensors, transponders, other electrical and electronic modules, printed circuit boards or also for encapsulating the electrical or electronic ones Components such as electronic circuits (chip) such as those used in modern ID, credit, bank and telephone cards, so-called (smart cards). Further fields of application are, for example, the pouring and encapsulation of electronic and electrical components in the automotive sector, such as antennas and their amplifiers.
  • polyamides based on dimer fatty acids which have a low melt viscosity and thus have a favorable flow behavior in the low-pressure process have previously been proposed for this purpose. They are also characterized by good adhesion properties and good flexibility.
  • the hot melt adhesives to be used according to the invention additionally have the following advantageous properties:
  • the mechanical strength such as tensile strength is very high, it can be high
  • the moldings produced in this way have a very high surface hardness
  • the moldings have good chemical resistance, e.g. in contact with petrol and motor oil, this makes their use especially for the
  • Cable insulation material consisting of (plasticizer-containing) soft PVC, material breakage in PVC is achieved, this ensures excellent
  • a polyamide was prepared in a manner known per se from 100 mol% dodecanedioic acid, 50 mol% piperazine, 20 mol% Jeffamine D 400 and 30 mol% diaminohexane by condensation reaction with removal of the water of reaction.
  • This polyamide had the following key figures: acid number: 15 mg KOH / g, melt viscosity: 17 200 mPa.s at 200 ° C, softening point: 160 ° C.
  • the polyamides according to Examples 1 and 2 were tested for their essential properties. For this purpose, the tensile strength, elongation at break, Shore hardness and media resistance of the polyamides according to Examples 1 and 2 were compared with the prior art polyamides in Table 1.
  • the "Macromelt OM 633" and “Macromelt 6208" polyamides are polyamides based on dimer fatty acids from Henkel KGaA, which have been successfully used for many purposes for the "Macromelt Molding" process.
  • the PVC Adhesion was measured as an angular peel strength in accordance with DIN 53282; in the experiments according to the invention, material breakage was achieved in PVC, while relatively high peel values were achieved in the prior art polyamides, but there was an adhesive detachment. The material breakage in the examples according to the invention shows that such composites will have excellent tightness.
  • Table 2 lists further polyamide hotmelt adhesives according to the invention. From this it can be seen that the tensile shear strength (ZSF in MPa) on PVC always results in a material break (MB). This in turn is an indication of the very good adhesive strength of the hotmelt adhesives to be used according to the invention for composites with PVC materials, as are frequently used in the electrical and electronics industry.
  • the table also shows that the elongation at break (RD) and modulus of elasticity (E 100 at 100% elongation) can be influenced within a wide range by the choice of the building blocks of the polyamide. RD and E-ioo were determined based on DIN 53504. The melt viscosity was measured at 200 ° C according to ASTM D 3236 [Pa.s].

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Abstract

Polyamide auf der Basis von Reaktionsprodukten aus C4 - C18 -Dicarbonsäuren und Diaminen eignen sich als Formmassen zur Herstellung von Formteilen im Niederdruck - Spritzgußverfahren zur Herstellung von Formteilen, sowie zum klebenden Dichten bzw. Ausfüllen bei der Fertigung von elektrischen oder elektronischen Vorrichtungen, insbesondere von Steckern, Kabeln, Schaltern, Sensoren, Transpondern, Modulen, Leiterplatten oder Smart Cards. Gegenüber herkömmlichen Formmassen auf der Basis von bekannten Schmelzklebstoffen weisen diese höhere Festigkeitswerte, höhere Abriebbeständigkeit und höhere Medienbeständigkeit auf.

Description

"Formteile aus Dimerfettsäurefreien Polyamiden"
Die Erfindung betrifft die Verwendung von Schmelzklebstoffen zur Herstellung von Formteilen sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Formteile.
In der EP 0 193 746 wird ein Verfahren zur Herstellung von Verklebungen und Beschichtungen aus der Schmelze thermoplastischer Polyamide beschrieben, wobei man als Polyamide Blockcopolymere einsetzt, die erhalten worden sind durch die Umsetzung von a) im wesentlichen linear aufgebauten, mit Carbonsäurefunktionen und/oder Amingruppen terminierten Polyamiden auf Basis von dimerisierten Fettsäuren sowie aliphatischen bzw. cycloaliphatischen Diaminen mit b) im wesentlichen linearen Isocyanatendgruppen aufweisenden, aliphatischen Polyethem und/oder deren Reaktionsprodukten mit 2,3-Epoxypropanol, wobei die Blockpolymeren keine freien Isocyanat- oder Epoxidgruppen enthalten.
Diese Blockcopolymeren können mit den handelsüblichen Schmelzkleberpistolen zum Verkleben von verschiedenen Werkstoffen verwendet werden. Die Verklebungen weisen eine gute Zugscherfestigkeit und gute kälte Flexibilität auf, die Herstellung von Formteilen oder Formkörpern aus diesen Blockcopolymeren werden in dieser Schrift nicht offenbart.
Formteile aus thermoplastischen Poly(amid-urethan)-Blockcopolymeren werden in der WO 95/00364 beschrieben. In dieser Schrift werden Kabelbäume mit Halteelementen beschrieben, die mindestens die äußere Umfläche des Leitungsbündels an den Fixpunkten umfassende Spritzguß-Formkörper sind. Die Formkörper können z. B. als Durch- oder Einführungstülle ausgebildet sein. Der verwendete Schmelzklebstoff sollte vorzugsweise vernetzen, insbesondere mit Luftfeuchtigkeit. Außerdem sollte er gummielastisch, flammwidrig und teilkristallin sein. Die Formkörper werden hergestellt, indem a) die gebündelten Leitungen mit den zu fixierenden Bereichen in eine Spritzgußform gelegt werden, b) die Form geschlossen, c) die aufgeschmolzene Formmasse bis zu einem Druck von 0 bis 30 bar, insbesondere von 5 bis 30 bar, in die Form eingespritzt und zweckmäßigerweise mit dem gleichen Druck nachgedrückt, d) bis zur Verfestigung durch Abkühlen gewartet, e) die Form geöffnet und f) entformt wird.
In der technischen Information "Macromelt - Moulding" der Firma Henkel KGaA vom März 1994 werden Formteile aus dem Schmelzklebstoff "Macromelt" beschrieben. Das dort beschriebene Verfahren ist geeignet zum Umspritzen von Einlegeteilen aus Kunststoff. Aufgrund der guten Haftung von Macromelt werden hohe Dichtheiten und Festigkeiten mit dem umspritzten Formteil erzielt. Wegen der relativ niedrigen Viskosität des Schmelzklebstoffes Macromelt kann er mit nur geringem Druck in die Spritzform gepumpt werden, wo selbst filigrane Bauteile schonend umspült und somit abgedichtet und geschützt werden. Macromelt hat eine sehr gute Haftung auf polaren (z. B. PVC, PA 6.6, PUR) und unpolaren (z. B. PP) Kunststoffoberflächen. Zur Herstellung der Formteile wird das Macromelt ausschließlich durch Wärmezufuhr in seinen niedrigviskσsen Schmelzezustand überführt. Die Schmelze wird in ein kaltes Formteilwerkzeug gepumpt, wo ihr die Wärme wieder entzogen wird. Dieser Vorgang dauert - in Abhängigkeit von der Masse (der Wärmemenge) - im Normalfall nur wenige Sekunden. Danach kann das fertige Formteil aus dem Werkzeug genommen werden. Die Verarbeitung findet auf besonderen Verarbeitungsmaschinen statt, die den Materialfluß von der Aufschmelzung bis zum Werkzeug automatisch und somit prozesssicher steuern. Genaue Angaben, woraus der thermoplastische Formteilwerkstoff auf Hotmelt- Basis ist, sind der technischen Information nicht zu entnehmen. Im Handel werden jedoch Produkte auf der Basis von Polyamiden angeboten.
Die WO 92/22104 beschreibt eine Steckverbindung für elektrisch leitende Kabel, insbesondere für Koaxial-Kabel.
Sie ist durch die Verwendung eines Schmelzklebstoffs mit einer Schmelzviskosität von mehr als 8 000 mPa-s bei 200 °C charakterisiert. Dieser dient gleichzeitig zum Verbinden, Dichten, Füllen und Isolieren. So soll im vorliegenden Fall nicht nur das Kabel mit dem Steckverbinder fest zusammengehalten werden, sondern darüber hinaus auch der Zugang von insbesondere Feuchtigkeit und Staub zwischen Kabel und Außenhülse sowie zwischen Kontakthülse und dem isolierenden Schmelzklebstoff verhindert werden. Die Hauptbestandteile des Schmelzklebstoffs sind ein Polyamid auf der Basis von dimerisierter Fettsäure, aliphatischen Aminen und modifizierenden Zusätzen sowie ein Copolyethylen und Hilfsstoffe. Es werden Stecker erhalten, die hohen elektrischen, thermischen und sonstigen Ansprüchen genügen.
Auch die DE 38 42 294 betrifft einen Anschlussstecker für ein koaxiales Hochfrequenzkabel. Dort wird als Kunststoff-Füllung ein Polyurethan-Kunststoff verwendet.
In der US 5,250,607 wird ein feuchtigkeitshärtendes extrudierbares thermoplastisches Dichtungsmittel beschrieben, das im wesentlichen aus 2 Komponenten besteht, nämlich a) einem Prepolymeren mit etwa 2 Isocyanatendgruppen pro Molekül, welche miteinander in Gegenwart der umgebenden Feuchtigkeit reagieren und b) einem Weich-PVC.
Aufgrund ihrer elastischen Eigenschaften eignen sie sich unter anderem als dichtende Einbettung bei elektrischen Verbindungsstücken. Außerdem können aus dieser Polymermischung auch Folien, Rohre, Deckeldichtungen für Fässer oder Bänder hergestellt werden.
Die WO 96/20252 beschreibt Formmassen auf der Basis von feuchtigkeitshärtenden PU - Schmelzklebstoffen und deren Verwendung zur Herstellung von Formteilen. Dabei sollen die PU - Schmelzklebstoffe eine Schmelzviskosität von weniger als 100 Pa.s bei der Verarbeitungstemperatur von 70 bis 190 °C haben. Zur Herstellung der Formteile wird die Formmasse auf Temperaturen von 70 bis 200 °C aufgeschmolzen, die Schmelze mit einem Überdruck von 1 bis 50 bar in geschlossene Formen gespritzt, die abgekühlten Formteile nach kurzer Zeit entformt und dann mit Luftfeuchtigkeit ausgehärtet. Diese Schrift gibt als wirtschaftliche und technische Vorteile einen deutlich geringeren Verarbeitungsdruck, Maschinenaufwand und Werkzeugaufwand sowie gute Haftung der Formmassen auf die diversen Substraten an. Die Formteile sollen temperaturbeständig sein und sich insbesondere zur Herstellung von elektrischen Bauteilen eignen.
Die WO 00/25264 beschreibt die Verwendung von thermoplastischen Schmelzklebstoffen zur Herstellung von Komponentenschichten in Smart Cards oder zur Herstellung von elektronischen Transpondern mit Hilfe eines Niederdruck - Spritzgußverfahrens bei Drücken zwischen 1 und 50 bar. Gemäß der Lehre dieser Schrift eignen sich für dieses Verfahren Schmelzklebstoffe auf der Basis von Polyurethanen, Polyestern, ataktischem Polypropylen, Ethylen-Vinylacetat (EVA)- Copolymeren, niedermolekularen Ethylen-Copolymeren oder Polyamiden, wobei als Polyamide speziell die Polyaminoamide auf der Basis dimerisierter Fettsäuren vorgeschlagen werden.
Für das Abdichten von elektronischen Bauteilen, sowie zur Herstellung von Formteilen werden also gemäß Stand der Technik bereits vielfach Schmelzklebstoffe eingesetzt, wobei die bekannten Polyamid - Schmelzklebstoffe auf der Basis von Dimerfettsäure zwar eine Reihe von Vorzügen, wie zum Beispiel geringe Viskosität, günstiges Fließverhalten in Niederdruck - Verfahren, gute Haftungseigenschaften und Flexibilität aufweisen, es besteht jedoch Bedarf, Formmassen bereit zu stellen, die eine bessere mechanische Festigkeit, Härte, Abriebfestigkeit, chemische Beständigkeit und Wärmestandfestigkeit aufweisen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Zusammensetzungen zur Verwendung als Formmassen bereit zu stellen, die sich für das Niederdruck - Spritzgußverfahren eigenen und die insbesondere bessere Festigkeit, Härte, chemische Beständigkeit und Wärmestandfestigkeit aufweisen. Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist den Ansprüchen zu entnehmen. Sie besteht im Wesentlichen in der Bereitstellung von Polyamiden auf der Basis von Reaktionsprodukten aus C4 bis Ciβ - Dicarbonsäuren und Diaminen, die keine Dimerfettsäure - Bausteine enthalten und die als Formmassen zur Herstellung von Formteilen im Niederdruck - Spritzgußverfahren geeignet sind. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen für die Elektro- oder Elektronik- Industrie, bei dem die Formmassen auf Basis der Dimerfettsäure- freien Polyamide bei Temperaturen von 70°C bis 230°C aufgeschmolzen werden, diese Schmelze in Niederdruckverfahren mit Injektionsdrücken von 0,5 bis 100 bar, vorzugsweise 1 ,0 bis 50 bar in die geschlossenen Gießformen oder Hohlkörper eingespritzt werden und die abgekühlten Formteile nach kurzer Zeit aus den Gießformen entfernt werden. Die erfindungsgemäß zu verwendenden Polyamide werden herstellt aus
80 bis 100 mol %, vorzugsweise 100 mol %, einer oder mehrer C4-C18 -
Dicarbonsäure(n)
10 bis 100 mol %, vorzugsweise 30 bis 80 mol %, mindestens eines aliphatischen Diamines
10 bis 80 mol %, vorzugsweise 45 bis 60 mol %, eines oder mehrer cycloaliphatischer Diamine
0 bis 80 mol %, vorzugsweise 10 bis 50 mol % Polyetherdiaminen,
wobei die Summe der eingesetzten Diamine 100 mol % ergibt, so daß Dicarbonsäure-komponente und Diaminkomponente in etwa equivalenten molaren Mengenanteilen vorliegen.
Dabei werden die Dicarbonsäuren vorzugsweise in etwa 10 % stöchiometischen Überschuß gegenüber den Diaminen eingesetzt, so daß Carboxyl - terminierte Polyamide entstehen. Das Molekulargewicht der erfindungsgemäß zu verwendenden Polyamide beträgt (berechnet aus der Säurezahl) etwa 10 000 bis 50 000, vorzugsweise 15 000 bis 30 000, besonders bevorzugt zwischen 15 000 und 20 000. Daraus resultiert eine Viskosität der erfindungsgemäßen zu verwendenden Polyamide zwischen 100 und 50 000 mPa.s. vorzugsweise zwischen 2 000 und 30 000 mPa.s gemessen bei 200 °C gemäß ASTM D 3236. Beispiele für Dicarbonsäuren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyamide sind insbesondere Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure (Suberinsäure), Azelainsäure, Sebacinsäure, Undecandisäure oder Dodecandisäure oder deren Mischungen.
Die Diamin-Komponente besteht im wesentlichen aus einem oder mehreren aliphatischen Diaminen, vorzugsweise mit einer geraden Anzahl an Kohlenstoffatomen, wobei die Aminogruppen an den Enden der Kohlenstoffketten sind. Die aliphatischen Diamine können 2 bis zu 20 Kohlenstoffatome enthalten, wobei die aliphatische Kette linear oder leicht verzweigt sein kann. Konkrete Beispiele sind Ethylendiamin, Diethylentriamin, Dipropylentriamin, 1 ,4- Diaminobutan, 1 ,3-Pentandiamin, Methylpentandiamin, Hexamethylendiamin, Trimethyl-hexamethylendiamin, 2-(2-aminomethoxy)ethanol, 2-
Methypentamethylenediamin, Cn-Neopentandiamin, Diaminodipropylmethylamin, 1 ,1'2-Diaminododecan. Die besonders bevorzugten aliphatischen Diamine sind C4- Ci2-Diamine mit einer geraden Anzahl an Kohlenstoffatomen. Die Amino-Komponente kann weiterhin cyclische Diamine oder heterocyclische Diamine enthalten wie zum Beispiel 1 ,4-Cyclohexandiamin, 4,4'-Diamino- dicyclohexylmethan, Piperazin, Cyclohexan-bis-(methylamin), Isophorondiamin, Dimethylpiperazin, Dipiperidylpropan, Norbornan-diamin oder m-Xylylendiamin. Wenn das Polyaminoamid eine höhere Flexibilität aufweisen soll, können zusätzlich noch Polyoxyalkylendiamine wie zum Beispiel Polyoxyethylendiamine, Polyoxypropylendiamine oder Bis-(di-aminopropyl)-polytetrahydrofuran mit verwendet werden. Dabei sind die Polyoxyalkylendiamine, auch als "Jeffamine" (Handelsname der Firma Huntsman) bekannt, besonders bevorzugt. Das Molekulargewicht der eingesetzten Jeffamine liegt zwischen 150 und 4000 vorzugsweise zwischen 200 und 2000.
Weiterhin können Aminocarbonsäuren oder deren cyclische Derivate mit verwendet werden. Beispielhaft erwähnt sein hier 6-Aminohexansäure, 11- Aminoundecansäure, Laurolactam, ε-Caprolactam.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen weitere, für Schmelzklebstoffe übliche Zusätze, enthalten, beispielhaft erwähnt seien hier klebrig machende Harze, wie z.B. Abietinsäure, Abietinsäureester, Terpenharze, Terpenphenolharze oder Kohlenwasserstoffharze. Weiterhin können unter Umständen in untergeordneten Mengen Füllstoffe eingesetzt werden, z.B. Silikate, Talk, Calciumcarbonate, Tone, Ruß oder Farbpasten bzw. Pigmente. Je nach den konkreten Anwendungen kann es angebracht sein, den Schmelzklebstoff gegen Abbau zu stabilisieren. Als Antioxidantien eignen sich dabei insbesondere die Antioxidantien vom Typ der sterisch gehinderten Phenole oder der aromatischen Aminderivate in Mengen bis zu 1 ,5 Gew.% bezogen auf das Bindemittel. Beispielhaft erwähnt seien hier die Produkte, die unter dem Handelsnamen Irganox 1010, 1076, 3114 oder 1425 von der Firma Ciba Specialty Chemicals sowie unter dem Handelsnamen Topanol O der Firma ICI oder Goodrite 3114 von der Firma B.F. Goodrich im Handel erhältlich sind. Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Schmelzklebstoffe keinerlei Lösungsmittel. Darunter werden inerte, organische Verbindungen mit einem Siedepunkt bis zu 200°C bei Normaldruck verstanden.
Die zu verarbeitenden Schmelzklebstoffe können in verschiedenen Formen zur Verarbeitung vorliegen, z. B. als Tabletten, als Granulat oder als Stangen oder als kompakter Block eingegossen in ein Gebinde. Vorzugsweise liegen sie in Form von Granulat vor.
Aus diesen Formmassen werden unter Einwirkung von mechanischen Kräften innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches Formteile durch Formung hergestellt, prinzipiell kann dies durch alle bekannten Verarbeitungsverfahren geschehen z.B. durch Extrusion, Gießen, Spritzgießen, Pressen, Spritzpressen, Strangpressen usw. Erfindungsgemäß wird die Formmasse jedoch durch Niederdruck-Spritzgießen zu Formteilen verarbeitet. Dieser Spritzgruß-Zyklus umfasst folgende Einzelschritte: a) Die Form wird geschlossenen, nachdem eventuell zu verbindende Teile eingelegt wurden. b) Die aufgeschmolzene Formmasse wird bis zu einem Druck zwischen 0,5 bis 100 bar, vorzugsweise von 1 ,0 bis 50 bar in die Form eingespritzt und gegebenenfalls nachgedrückt. c) Es wird gewartet, bis sich die Formmasse durch Abkühlung verfestigt hat. d) Die Form wird geöffnet. e) Die Spritzguß-Formteile werden der Form entnommen.
Ganz besonders eignen sich die Schmelzklebstoffe zum gleichzeitigen Kleben, Dichten und Füllen, wie sie z. B. für Steckverbindungen für elektrisch leitende Kabel, insbesondere für Koaxial-Kabel verlangt werden. Solche Steckverbindungen können im wesentlichen folgendermaßen hergestellt werden: Das abisolierte Kabel wird mit der Kontakthülse bzw. dem Kontaktstift verbunden (z. B. durch Löten oder Quetschen) und in die Außenhülse geschoben. Beides wird auf ein Gegenstück gesteckt, also auf eine Stecker-Form, wenn eine Hülse hergestellt werden soll. Der entstehende Hohlraum wird mit der Schmelze des Schmelzklebstoffs unter Druck vollständig oder definiert teilweise ausgefüllt. Sie kann z. B. durch eine Ringdüse oder eine Injektionsdüse an den Hohlraum gespritzt werden (Spritzguß). Es ist vorteilhaft, wenn sich die Düse anfangs möglichst weit in der Außenhülse befindet und mit zunehmender Füllung nach außen gedrückt wird.
Insbesondere ist es möglich, einen Schrumpfschlauch oder einen Schrumpfartikel über die Steckverbindung und das Kabel zu ziehen und ihn horizontal durch Erwärmung auf mehr als 150 °C schrumpfen zu lassen. Die Steckverbindungen sind bis zu einem Überdruck von mindestens 0,3 at dicht. Die Steckerhülsen und Steckerstifte befinden sich, sowohl bei der Herstellung als auch bei normaler Benutzung auch ohne zusätzliche Fixier-Hilfsmittel genau an der gewünschten Stelle, selbst bei großen Steckverbindungen. Wenn allerdings so wenig Schmelzklebstoff verwendet wird, daß die Steckerhülse bzw. die -stifte weit herausstehen, dann kann eine zusätzliche Fixierscheibe an ihrem Anfang nützlich sein. Trotz der hohen Viskosität gibt es keine schädlichen Hohlräume.
In gleicher Weise eignen sich die erfindungsgemäßen zu verwendenden Schmelzklebstoffe zum Abdichten und Vergießen von Schaltern, Sensoren, Transpondern, anderen elektrischen und elektronischen Modulen, Leiterplatten oder auch für die Einkapselung der elektrischen oder elektronischen Komponenten wie z.B. elektronischen Schaltkreisen (Chip) wie sie bei modernen Ausweis-, Kredit-, Bank- und Telefonkarten, sogenannten (Smart Cards), eingesetzt werden. Weitere Anwendungsfelder sind z.B. das Eingießen und Verkapseln von elektronischen und elektrischen Komponenten im Automobilbereich wie Antennen und deren Verstärker. Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, Schmeizklebstoffe für das Niederdruck Spritzgußverfahren einzusetzen, insbesondere wurden hierfür bisher Polyamide auf der Basis von Dimerfettsäuren vorgeschlagen, die eine geringe Schmelzviskosität aufweisen und dadurch ein günstiges Fließverhalten im Niederdruck - Verfahren haben. Sie zeichnen sich auch durch gute Haftungseigenschaften und gute Flexibilität aus.
Gegenüber diesen gemäß bekanntem Stand der Technik zu verwendenden Schmelzklebstoffen weisen die erfindungsgemäß zu verwendenden Schmelzklebstoffe noch zusätzlich die folgenden vorteilhaften Eigenschaften auf :
die mechanische Festigkeit, wie Zugfestigkeit ist sehr hoch, es können hohe
Festigkeitswerte erzielt werden und gleichzeitig hohe Dehnungswerte, die die
Flexibilität des Materials garantieren. die so hergestellten Formkörper weisen eine sehr hohe Oberflächenhärte auf
(Shore D), dadurch wird die Abriebfestigkeit entscheidend verbessert, dies resultiert auch in einer verbesserten optischen Qualität der Oberfläche derartiger Formkörper. Dadurch werden auch die Entformungseigenschaften verbessert, so daß die Zykluszeiten im Molding - Verfahren herabgesetzt werden.
Die Formkörper weisen eine gute chemische Beständigkeit z.B. bei Kontakt mit Benzin und Motorenöl auf, dies macht ihren Einsatz speziell für den
Automobilbereich möglich.
Als Vergußmassen weisen sie eine ausgezeichnete PVC - Haftung auf, dies zeigt sich an sehr hohen Winkelschälfestigkeitswerten. Bei Verklebungen mit
Kabelisolationsmaterial bestehend aus (weichmacherhaltigem) Weich - PVC erzielt man Materialbruch im PVC, dies gewährleistet hervorragende
Dichtigkeitsergebnisse. Die Wärmestandfestigkeit gegenüber herkömmlichen Schmelzklebstoffen ist ebenfalls erheblich verbessert, auch dies ermöglicht deren Einsatz im Fahrzeugbau.
Bisher wurden solche vorteilhaften Eigenschaften nur mit alternativen Systemen zum Molding - Verfahren auf der Basis von 2-komponentigen Vergußsystemen, wie Epoxiden und Polyurethanen erreicht. Diese 2-komponentigen Vergußsysteme haben bekanntlich eine Reihe von Nachteilen, sie benötigen lange Aushärtungszeiten und eine mechanische Fixierung der eingegossenen Komponenten. Da dies in der Regel manuell geschieht, ist dieses Verfahren aufwendig. Außerdem enthalten 2-komponentige Vergußsysteme häufig gefährliche Arbeitsstoffe, die aufwendigen Schutz zur Arbeitshygiene erfordern.
Nachfolgend soll die Erfindung an Hand einiger Prinzipversuche dargestellt werden, wobei die Auswahl der Beispiele keine Beschränkung des Umfanges des Erfindungsgegenstandes darstellen soll, sie zeigen nur in modellhafterweise die Wirkungsweise der erfindungsgemäß zu verwendenden Schmelzklebstoffe.
Beispiele:
Beispiel 1 :
Aus 100 mol% Dodecandisäure, 50 mol% Piperazin, 20 mol% Jeffamine D 400 und 30 mol % Diaminohexan wurde in an sich bekannter Weise durch Kondensationsreaktion unter Entfernung des Reaktionswassers ein Polyamid hergestellt. Dieses Polyamid hatte die folgenden Kennzahlen: Säurezahl: 15 mg KOH/g, Schmelzviskosität: 17 200 mPa.s bei 200 °C, Erweichungspunkt: 160 °C.
Beispiel 2:
In gleicher Weise wurden aus 100 mol % Sebacinsäure, 48 % mol Piperazin, 33 mol% Jeffamine D 400 und 19 mol % Ethylendiamin, ein Polyamid hergestellt. Seine Kennzahlen waren: Säurezahl:8,2 mg KOH/g, Schmelzviskosität:.17 000 m Pa.s bei 200 °C, Erweichungspunkt: 175 °C.
Die Polyamide gemäß Beispiel 1 und 2 wurden auf ihre wesentlichen Eigenschaften getestet. Hierzu wurden in der Tabelle 1 Zugfestigkeit, Reißdehnung, Shorehärte und Medienbeständigkeit der Polyamide gemäß Beispiel 1 und 2 den Polyamiden des Standes der Technik gegenüber gestellt. Die Polyamide "Macromelt OM 633" bzw. "Macromelt 6208" sind Polyamide auf der Basis von Dimerfettsäuren der Firma Henkel KGaA, die für viele Einsatzzwecke bisher erfolgreich für das "Macromelt Moulding" - Verfahren eingesetzt wurden. Aus dem Vergleich der erfindungsgemäßen Beispiele mit den Beispielen des Standes der Technik wird deutlich, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Polyamide wesentlich höhere Zugfestigkeiten haben und wesentlich höhere Shore-D-Härten aufweisen, trotzdem weisen Sie eine sehr hohe Reißdehnung auf. Zugfestigkeit und Dehnung wurden nach DIN 53455 gemessen, die Shore-D-Härte wurde nach DIN 53505 gemessen. Die Medien - Beständigkeit gegen Benzin und Motorenöl wurde in Anlehnung an die DIN 53495 gemessen, wobei die Prozentangaben die Gewichtszunahme des Formkörpers angeben. Eine geringe Gewichtszunahme zeigt, daß das Medium nur geringfügig durch den Formkörper aufgenommen wurde und ihn daher nur geringfügig erweichen konnte. Die PVC Haftung wurde als Winkelschälfestigkeit in Anlehnung an die DIN 53282 gemessen, es wurde bei den erfindungsgemäßen Versuchen Materialbruch im PVC erzielt, während bei den Polyamiden des Standes der Technik zwar relativ hohe Schälwerte erzielt wurden, es erfolgte jedoch eine adhesive Ablösung. Der Materialbruch bei den erfindungsgemäßen Beispielen zeigt, daß derartige Verbünde eine ausgezeichnete Dichtigkeit aufweisen werden.
In der Tabelle 2 sind weitere erfindungsgemäße Polyamid-Schmelzklebstoffe zusammengestellt. Hieraus wird ersichtlich, daß die Zugscherfestigkeit (ZSF in MPa) auf PVC in jedem Falle in einem Materialbruch (MB) resultiert. Dies ist wiederum ein Anzeichen für sehr gute Haftfestigkeit der erfindungsgemäß einzusetzenden Schmelzklebstoffe für Verbünde mit PVC - Materialien, wie sie in der Elektrik- und Elektronikindustrie vielfach eingesetzt werden. Weiterhin ist der Tabelle zu entnehmen, daß Reißdehnung (RD) und Elastizitätsmodul (E 100 bei 100 % Dehnung) durch die Wahl der Bausteine des Polyamides in weiten Grenzen beeinflusst werden können RD und E-ioo wurden in Anlehnung and die DIN 53504 bestimmt. Die Schmelzviskosität wurde bei 200°C gemäß ASTM D 3236 gemessen [Pa.s].
Tabelle 1
Figure imgf000013_0001
Tabelle 2
Figure imgf000014_0001

Claims

Patentansprüche
1 Verwendung von Polyamiden auf der Basis von Reaktionsprodukten aus C - Ci8- Dicarbonsäuren und Diaminen als Formmasse zur Herstellung von Formteilen im Niederdruck - Spritzgußverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyamide keine Dimerfettsäure - Bausteine enthalten.
2 Verwendung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Polyamide aus
• 80 bis 100 mol%, vorzugsweise 100 mol%, C4 - C18- Dicarbonsäuren
• 10 bis 100 mol%, vorzugsweise 30 bis 80 mol%, aliphatischen Diaminen
• 10 bis 80 mol%, vorzugsweise 45 bis 60 mol%, cycloaliphatischen Diaminen
• 0 bis 80 mol%, vorzugsweise 10 bis 50 mol%, Polyetherdiaminen herstellbar sind.
3. Verwendung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das / die Polyamid(e) eine Viskosität, gemessen nach ASTM D 3236, bei 200°C zwischen 100 und 50000 mPa.s, vorzugsweise zwischen 2000 und 30000 mPa.s haben.
4 Verfahren zur Herstellung von Formteilen für die Elektro- oder Elektronik- Industrie, dadurch gekennzeichnet, daß Formmasse nach Anspruch 1 bis 3 bei Temperaturen von 70°C bis 230°C aufgeschmolzen, die Schmelze im Niederdruckverfahren mit Injektionsdrücken von 0,5 bis 100 bar, vorzugsweise von 1 ,0 bis 50 bar, in die geschlossene Gießformen oder Hohlkörper gespritzt wird und die abgekühlten Formteile nach kurzer Zeit aus den Gießformen entformt werden.
5. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung in geschlossenen Formen, insbesondere zur Herstellung von Formteilen mit mindestens einem Einlegeteil (insert moulding).
6. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 zum klebenden Dichten bzw. Füllen von elektrischen oder elektronischen Vorrichtungen, insbesondere von Steckern, Kabeln, Schaltern, Sensoren, Transpondern, Modulen, Leiterplatten oder Smart Cards.
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