WO2002066572A1 - Zweikomponentiger polyurethan-klebstoff für holzwerkstoffe - Google Patents

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WO2002066572A1
WO2002066572A1 PCT/EP2002/001370 EP0201370W WO02066572A1 WO 2002066572 A1 WO2002066572 A1 WO 2002066572A1 EP 0201370 W EP0201370 W EP 0201370W WO 02066572 A1 WO02066572 A1 WO 02066572A1
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polyol
resin
weight
adhesive
adhesive according
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Lothar Thiele
Bernhard Grünewälder
Andre Te Poel
Hans-Peter Kohlstadt
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Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien
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    • 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
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
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    • C08G18/38—Low-molecular-weight compounds having heteroatoms other than oxygen
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J175/00—Adhesives based on polyureas or polyurethanes; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J175/04—Polyurethanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2666/00—Composition of polymers characterized by a further compound in the blend, being organic macromolecular compounds, natural resins, waxes or and bituminous materials, non-macromolecular organic substances, inorganic substances or characterized by their function in the composition
    • C08L2666/02—Organic macromolecular compounds, natural resins, waxes or and bituminous materials
    • C08L2666/14—Macromolecular compounds according to C08L59/00 - C08L87/00; Derivatives thereof
    • C08L2666/16—Addition or condensation polymers of aldehydes or ketones according to C08L59/00 - C08L61/00; Derivatives thereof

Definitions

  • the invention relates to a two-component polyurethane adhesive on the basis
  • Such polyurethane adhesives are known.
  • DE 44 01 572 A1 describes two-component polyurethane adhesives based on an isocyanate component and a polyol component which, in addition to an oleochemical polyol, contain 2 to 7 percent by weight, based on the oleochemical polyol, of at least one di- and / or contains trifunctional alcohol and wherein the hydroxyl number of the alcohols or their mixtures is 1 100 to 1 850.
  • These compositions can be used to bond rigid or flexible substrates, in particular plastics, metals, glass or, particularly preferably, wood, both for combinations of these substrates with one another and for bonding these substrates to themselves.
  • the wood bonds meet the standard EN 205 “assessment of adhesives for non-load-bearing components for the connection of wood and wood-based materials ", and not only the requirements of stress group D3, but also partially those of D4.
  • the wood was bonded for 7 days in a normal climate (20 ° C / 65% relative air humidity), 6 Stored in boiling water for hours and 2 hours in water at a temperature of 20 ° C. Thereafter, the tensile shear strength in one of the 3 examples was still 4.5 N / mm 2. A value of more than 4 N / mm is used to meet the standard 2.
  • DE 44 12 759 A1 describes a one-component polyurethane adhesive which comprises a) 50 to 95% by weight of an isocyanate-containing polyurethane prepolymer, b) 2 to 8% by weight of one hydrophobic silicon dioxide and c) 2 to 6 wt .-% of a powdery molecular sieve and optionally characterized by other conventional additives and / or accelerators.
  • the minimum pressing time before reaching the initial liability is 9 hours.
  • the final strength was reached after 2 to 3 days.
  • the invention therefore relates to a two-component polyurethane adhesive for wood-based materials
  • Oleochemical polyols are understood to mean polyols based on natural oils and fats, e.g. the reaction products of epoxidized fatty substances with mono-, di- or polyfunctional alcohols or glycerol esters of long-chain fatty acids which are at least partially substituted with hydroxyl groups.
  • a subgroup of these compounds are the ring opening products of epoxidized triglycerides, ie epoxidized fatty acid glycerol esters, in which the ring opening has been carried out while maintaining the ester bonds.
  • epoxidized triglycerides of plant or animal origin can be used to produce the ring opening products.
  • epoxidized triglycerides are suitable, the 2 to 10 weight percent Have epoxy oxygen.
  • Products of this type can be produced by epoxidation of the double bonds from a number of fats and oils, for example beef tallow, palm oil, peanut oil, rape oil, cottonseed oil, soybean oil, sunflower oil and linseed oil.
  • Particularly preferred epoxidized triglycerides are epoxidized soybean oil and epoxidized linseed oil.
  • alcohols for the ring opening of the epoxidized triglycerides methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, hexanol, 2-ethylhexanol, fatty alcohols with 6 to 22 carbon atoms, cyclohexanol, benzyl alcohol, 1, 2-ethanol, 1, 2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol.
  • epoxidized fatty acid esters or triglycerides with an alcohol can optionally be followed by a transesterification with itself or other subsequently added triglycerides, such as, for example, palm oil, peanut oil, rapeseed oil, cottonseed oil, soybean oil, sunflower oil and linseed oil.
  • triglycerides such as, for example, palm oil, peanut oil, rapeseed oil, cottonseed oil, soybean oil, sunflower oil and linseed oil.
  • Such oleochemical polyols are e.g. described in German patent application DE-A1 41 28 649.
  • oleochemical polyols are ring opening and transesterification products of epoxidized fatty acid esters of lower alcohols, i.e. of epoxidized fatty acid methyl, ethyl, propyl or butyl esters.
  • the ring opening or transesterification products with alcohols of functionality 2 to 4 are preferred here, in particular the reaction products with ethylene glycol, propylene glycol, oligomeric ethylene glycols, oligomeric propylene glycols, glycerol, trimethylolpropane or pentaerythritol.
  • Products of this type can be produced by known epoxidation or ring opening processes, and the transesterification can be carried out during or after the ring opening step by removing the lower alcohol from the reaction equilibrium. Ring opening and transesterification products in which a molar ratio between epoxidized are preferred Fatty acid ester and the alcohol used for the reaction from 1: 1 to 1:10 has been used.
  • the oleochemical polyols also include the reaction products of epoxidized fatty alcohols with C 2 -C 8 alcohols with functionality 1 to 10, in particular 2 to 4, in a molar ratio of the epoxy groups to the hydroxyl groups of 1: 1 to 1:10.
  • oleochemical polyols which are obtained via the transesterification of di- or polyfunctional alcohols, e.g. the addition product of ethylene oxide or propylene oxide to glycerol with triglycerides, e.g. Palm oil, peanut oil, turnip oil, cottonseed oil, soybean oil, sunflower oil and linseed oil are accessible.
  • triglycerides e.g. Palm oil, peanut oil, turnip oil, cottonseed oil, soybean oil, sunflower oil and linseed oil are accessible.
  • A1 41 24 665 are obtainable by the transesterification of polymerized glycerol with the abovementioned triglycerides.
  • the polyols can have hydroxyl numbers from 50 to 400, preferably 100 to 300.
  • castor oil and dimer diols from Henkel KGaA as oleochemical polyols and the polyester polyols which are obtained by completely ring-opening epoxidized triglycerides of an at least partially olefinically unsaturated fatty acid-containing fat mixture with one or more alcohols having 1 to 12 carbon atoms and subsequent partial transesterification of the triglyceride derivatives to alkyl ester polyols having 1 to 12 carbon atoms in the alkyl radical.
  • At least one diol with a hydroxyl number of 400 to 2,000 means both a diol and a diol mixture with hydroxyl numbers in this range. It is not necessary for the individual constituents of the mixture to have hydroxyl numbers in the range mentioned, but rather it is also possible to use a mixture of diols in which the individual Hydroxyl numbers are outside the claimed range.
  • the group of diols includes, in particular, alkanediols having 2 to 6 carbon atoms, where the alkane can be linear, branched or cyclic.
  • 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 2,3-butanediol or 2,4-butanediol as well as diglycol and dipropylene glycol are usable, in particular 1,4-butanediol, dipropylene glycol and diglycol.
  • “Three- or higher-functional polyols” means both individual compounds and their mixture.
  • the polyol mixture should have the stated hydroxyl number of 200 to 2,000, and the individual higher-functional polyol can also lie outside this range.
  • Polyols with 3 are particularly preferred , 4 or 5 OH groups such as glycerol, triethanolamine, pentaerythritol, propoxylated or ethoxylated ethylenediamine, but trimethylolpropane, trimethylolethane or addition products of one mole of ethylene oxide with glycerol are also useful.
  • Polyols with 4 OH groups are particularly preferred.
  • the higher molecular weight polyols customary for PU production can also be used in an amount of 0 to 70, in particular 0 to 50% by weight, based on the total polyol component.
  • Statistical and / or block copolymers of ethylene oxide and propylene oxide can also be used.
  • polyether polyols to be used preferably are the polytetramethylene glycols, which e.g. be produced by the acidic polymerization of tetrahydrofuran.
  • the molecular weight range of the polytetramethylene glycols is between 200 and 6000, preferably in the range from 400 to 4000.
  • liquid polyesters which are obtained by condensing di- or tricarboxylic acids, such as adipic acid, sebacic acid and glutaric acid, with low molecular weight diols or triols, such as ethylene glycol.
  • di- or tricarboxylic acids such as adipic acid, sebacic acid and glutaric acid
  • triols such as ethylene glycol.
  • Propylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, dipropylene glycol, 1, 4-butanediol, 1, 6-hexanediol, glycerol or trimethylolpropane can be produced.
  • Another group of the optional polyols are the polyesters based on ⁇ -caprolactone, also called “polycaprolactones”, and polycarbonate polyols.
  • the polyisocyanates are multifunctional.
  • the suitable polyfunctional isocyanates preferably contain on average 2 to at most 5, preferably up to 4 and in particular 2 or 3 NCO groups.
  • suitable isocyanates are phenyl isocyanate, 1,5-naphthylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), hydrogenated MDI (H 12 MDI), xylylene diisocyanate (XDI), m- and p-tetramethylxylylene diisocyanate (TMXDI), 4 , 4'-diphenyldimethylmethane diisocyanate, di- and tetraalkyldiphenylmethane diisocyanate, 4,4'-dibenzyl diisocyanate, 1, 3-phenylene diisocyanate, 1, 4-phenylene diisocyanate, the isomers of tolylene diisocyanate (TDI), optionally in a mixture,
  • Sulfur-containing polyisocyanates are obtained, for example, by reacting 2 mol of hexamethylene diisocyanate with 1 mol of thioglycol or dihydroxydihexyl sulfide.
  • Other important diisocyanates are trimethylhexamethylene diisocyanate, 1,4-diisocyanate butane, 1,2-diisocyanatododecane and dimer fatty acid diisocyanate.
  • the isocyanate component partially contains dimer fatty acid isocyanate.
  • Dimer fatty acid is a mixture of predominantly C- 36 dicarboxylic acids which is produced by thermal or catalytic dimerization of unsaturated cis-monocarboxylic acids, such as oleic acid, tall oil fatty acid or linoleic acid. Such dimer fatty acids have long been known to the person skilled in the art and are commercially available.
  • the dimer fatty acid can be converted into dimer fatty acid isocyanates.
  • Technical dimer fatty acid diisocyanate has on average at least two and less than three isocyanate groups per molecule of dimer fatty acid.
  • the isocyanate component a) preferably consists of more than 30% by weight, in particular at least predominantly, preferably completely, of aromatic isocyanates such as MDI.
  • aromatic isocyanates are preferred, as are oligomerized NCO-terminal adducts from the above-mentioned isocyanates and polyols, polyamines or amino alcohols.
  • aliphatic and cycloaliphatic isocyanates are able to react quickly and completely even at room temperature.
  • prepolymers can also be used, ie oligomers with several isocyanate groups. As is known, they are used with a large excess of monomeric polyisocyanate in the presence of e.g. Obtain diols.
  • HDI isocyanuratization products and HDI biuretization products are also possible.
  • the aromatic isocyanates are preferably used as the di- or polyisocyanates, for example diphenylmethane diisocyanate, either in the form of the pure isomers, as the isomer mixture of the 2,4 '- / 4,4'-isomers or else the diphenylmethane diisocyanate (MDI) liquefied with carbodiimide, for example is known under the trade name Isonate 143 L, as well as the so-called "raw MDI", ie the isomer / oligomer mixture of the MDI, as described, for example, under the Trade names PAPI and Desmodur VK are commercially available.
  • MDI diphenylmethane diisocyanate
  • Low molecular weight diols such as, for example, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol or triethylene glycol.
  • Aliphatic, cycloaliphatic or aromatic isocyanates are preferred from 2 to 4.
  • the ratio of the isocyanate groups contained in the isocyanate component to the OH groups contained in the polyol components is generally in the range of equivalence, a small excess of isocyanate groups being appropriate in view of the water present in the wood.
  • the two-component polyurethane adhesives according to the invention can furthermore contain auxiliaries which are preferably wholly or partly admixed with the polyol component.
  • auxiliaries can be: fillers, leveling agents, deaerators, thixotropic agents, catalysts, anti-aging agents, dyes, drying agents, flame retardants, solvents and wetting agents.
  • Suitable fillers are inorganic compounds which are not reactive toward isocyanates, such as chalk, coated chalk, lime powder, calcium-magnesium carbonates, aluminum oxides and hydroxides, precipitated silica, zeolites, bentonites, glass, hollow spheres, ground minerals and others to the person skilled in the field known inorganic fillers.
  • Preferred fillers are chalk, modified or unmodified.
  • the leveling agent is intended to promote the spreading of the adhesive during application, ie its ability to compensate for unevenness, stripes, bubbles, craters etc. that arise during application.
  • Suitable as leveling agents non-reactive compounds such as glycol ethers, silicone oils, acrylate copolymers, esters, ketones and terpene solvents with a medium to high evaporation rate.
  • preferred Leveling agents are: Perenol F 3 and Perenol F 40 (polyacrylate), Perenol S 4 (modified polysiloxane), Perenol S 43 (polysiloxane copolymer) and BYK-S 706 (polyacrylate).
  • deaerators have a similar effect, with the following products being preferred: Perenol E1 (polyvinyl derivative), Perenol E 7 (organic polymer with silicone tip), Perenol E 8 (solvent mixture with silicone component), Perenol F 40 (solvent mixture with silicone component), Perenol F 45 (copolyacrylate) and BYK-A types (modified polysiloxanes, partly in a mixture with other polymers).
  • the two-component polyurethane adhesives according to the invention can also contain catalysts which accelerate the reaction of the OH group with the NCO groups, especially organometallic compounds such as tin (II) salts of carboxylic acids, strong bases such as alkali hydroxides, alcoholates and Phenolates, e.g. Di-n-octyl tin mercaptide, dibutyl tin maleate, diacetate, dilaurate, dichloride, bisdodecyl mercaptide, tin ll acetate, ethyl hexoate and diethyl hexoate or lead phenyl ethyl dithiocarbaminate.
  • DABCO TMR-2 etc. from Air Products may be mentioned as the trimerization catalyst, which are quaternary ammonium salts dissolved in ethyl glycol.
  • aliphatic tertiary amines in particular with a cyclic structure.
  • tertiary amines those which additionally carry groups which are reactive toward the isocyanates, in particular hydroxyl and / or amino groups.
  • dimethylmonoethanolamine Diethylmonoethanolamin, min Methylethylmonoethanola-, ethanolamine triethanolamine, trimethanolamine tripropanolamine, tributanolamine, Trihexa-, Tripentanolamin, lethylamin Tricyclohexanolamin, diethanol, Diethano-, hanohexylamin Diethanolpropylamin, Diethanolbutylamin, Diethanolpentylamin, Diet-, Diethanolcyclohexylamin, diethanolphenylamine and their ethoxylation and propoxylation products, diaza-bicyclo-octane (Dabco), triethylamine, dimethylbenzylamine (Desmorapid DB, BAYER), bis-dimethylaminoethyl ether (Calalyst AI, UCC), tetramethylguanidine, bis-dimethylaminomethylphenol, 2.2 '-Dimorph
  • the catalysts can also be in oligomerized or polymerized form, e.g. as nitrogen-methylated polyethyleneimine.
  • a resin is added to the polyol mixture.
  • These are liquid to solid organic products, for which a more or less broad distribution of the relative molar mass is characteristic (see DIN 55958). They usually have an amorphous structure and, as a result of their very low molar mass and relatively high glass temperature, usually break like a shell (see Römpp Chemie-Lexikon, keyword “resins”).
  • these resins must with the Polyol component form homogeneous, ie streak-free solutions. So macroscopically there is a single phase. There is also no segregation at 20 ° C. within a month, preferably within 6 months. Under these conditions, all resins can be used, be they natural ones or synthetic origin.
  • the natural resins can be of both vegetable and animal origin. Specifically, the following recent resins may be mentioned: shellac and rosin, be it, for example, in the form of tall resins, balsam resins or root resins. Not only the native natural resins, but above all theirs Derivatives are useful, be it that they are available through Disp ionization, dimerization, hydrogenation, polymerization, esterification, salt formation or by addition of unsaturated compounds, e.g. are available from maleic acid. Preferred natural resins are shellac and balsam / rosins and their derivatives.
  • the synthetic resins are generally obtained by polymerization or polycondensation. They typically do not have a sharp melting or softening point. Specifically, the following may be mentioned: hydrocarbon, terpene, coumarone / indene, furan, alkyd, aldehyde, ketone, phenol, glycerol ester, polyester, epoxy, urea, melamine, polyamide and Isocyanate resins. Of these, preference is given to hydrocarbon, terpene, alkyd, coumarone / indene, furan, aldehyde and ketone resin and glycerin resin esters.
  • the polyol component is first produced.
  • a homogeneous solution of the resin in one or in all polyols is first prepared by, if necessary, heating the mixture to 100 ° C. with stirring.
  • the auxiliaries are then mixed in.
  • the auxiliaries can also be mixed wholly or in part with the isocyanate component.
  • These two components are usually stored in two components until they are used, i.e. until the time of application, the polyol and isocyanate components are kept separate. For use, these two components are mixed together in a manner known per se and the mixture is applied to the substrates to be bonded.
  • the polyurethane adhesives according to the invention are suitable for bonding a large number of rigid, but in particular flexible substrates. This means that plastics, metals, glass, textiles and, above all, wood and wood-based materials can be bonded to each other both for combinations of these substrates and for the bonding of these substrates.
  • Wood-based materials are to be understood as materials that are predominantly made of wood or consist of wood. A distinction is made between long wood (e.g. plywood, plywood, star wood, veneer panels and multilayer plywood), wood composite panels (e.g. chopsticks, rod, strip and blockboard), wood fiber panels, chipboard and solid wood and resin-impregnated solid wood.
  • the adhesive is particularly suitable for gluing load-bearing components.
  • the water content of the wood-based material is usually not critical. It should preferably be in the range from 2 to 20% by weight, in particular in the range from 4 to 16% by weight.
  • the bonding is usually carried out at room temperature under pressure within a max. 60 minutes, preferably within 30 minutes.
  • the bonds are characterized by an exceptionally high strength and resistance to moisture.
  • the boiling water test not only tests the chemical resistance of the bond, but also its mechanical resistance, since the wood tends to warp and warp when it is cooked and then dried. Significant tensions occur which in the present case led to cracks in the wood rather than cracks in the adhesive layer.
  • the polyol component was produced by mixing components a) to e) at 100 ° C. in a round-bottom flask with a stirrer, the liquid polyol components being introduced.
  • the mixture of the resin and the polyols was streak-free.
  • the starting materials were used in the following quantities for adhesive production:
  • test specimens according to EN 205 with the adhesives of Examples 1 to 4 made of 2.0 x 10 cm beechwood sticks with a 2.0 x 1.0 cm overlap were used.
  • the other conditions were: Wood moisture: 6%, adhesive application: 200 g / m 2 , room climate: 20 ° C / 65% rel. Air humidity, press pressure: 5 bar, press time: 20 min., Storage time for curing: 7 days at room temperature (20 ° C).
  • the tensile shear strength was determined before and after the boiling water test.
  • the boiling water test consisted of boiling the test specimens in water for 24 hours and then drying them at 60 ° C. in 7 days.
  • Example 3 (corresponds to DE 44 01 572 A1), on the other hand, shows a sharp drop in strength from 10.0 to 4.8 MPa.
  • the glue felt soft.
  • Measurement methods a) OH number according to DIN 53240, b) test specimen production according to EN 205.

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Abstract

Der polyurethan-Klebstoff basiert auf einer Polyol-Komponente A ause a) 10 bis 98 Gew.-% mindestens eines oleochemischen Polyols, b) 1 bis 7,5 Gew.-% mindestens eines Diols mit einer Hydroxyzahl von 400 bis 2000 und c) 1 bis 7,5 Gew.-% mindestens eines drei-, vier- oder funffunktionellen Polyols mit einer Hydroxylzahl von 200 bis 2000, wobei die Gew.-% jeweils auf das Polyol-Gemisch insgesamt bezogen sind, und der Polyisocyanat-Komponente B), wobei das NCO/OH-Verhaltnis der Komponenten A und B) im Bereich von 1,5 bis 0,9 liegt. Der Zusatz von 0 bis 60 Gew.-%, bezogen auf das Polyol-Gemisch insgesamt, eines homogen gelosten Harzes zu der Polyol-Komponente bewirkt eine starke Steigerung der KlebeFestigkeit, die auch nach 24-stundigem Kochem und 7-tatigem Trocknen bei 60 C kaum nachlaßt. Daher ist der Klebstoff fur tragende Bauteile uas Holz geeignet.

Description

„Zweikomponentiger Polyurethan-Klebstoff für Holzwerkstoffe"
Die Erfindung betrifft einen zweikomponentigen Polyurethan-Klebstoff auf der Basis
A) eines Polyolgemisches,
B) mindestens eines Polyisocyanates und
C) von gegebenenfalls Hilfsstoffen sowie seine Verwendung zum Verkleben von Holz und Holzwerkstoffen.
Derartige Polyurethan-Klebstoffe sind bekannt. So werden in der DE 44 01 572 A1 zweikomponentige Polyurethan-Klebstoffe auf der Basis einer Isocyanat- Komponente und einer Polyol-Komponente beschrieben, welche neben einem oleochemischen Polyol 2 bis 7 Gewichtsprozent, bezogen auf das oleochemische Polyol, mindestens eines di- und/oder trifunktionellen Alkohols enthält und wobei die Hydroxylzahl der Alkohole oder deren Gemische 1 100 bis 1 850 beträgt. Diese Zusammensetzungen können zum Verkleben von starren oder flexiblen Substraten verwendet werden, insbesondere von Kunststoffen, Metallen, Glas oder besonders bevorzugt von Holz sowohl für Kombinationen dieser Substrate untereinander als auch für Verklebungen dieser Substrate mit sich selbst. Die Holzverklebungen erfüllen die Norm EN 205 „Beurteilung von Klebstoffen für nichttragende Bauteile zur Verbindung von Holz und Holzwerkstoffen", und zwar nicht nur die Anforderungen der Beanspruchungsgruppe D3, sondern teilweise auch die der D4. Dazu wurde die Holzverklebung 7 Tage bei Normalklima (20 °C/65 % relative Luftfeuchte), 6 Stunden in kochendem Wasser und 2 Stunden in Wasser mit einer Temperatur von 20 °C gelagert. Danach betrug die Zugscherfestigkeit in einem der 3 Beispiele noch 4,5 N/mm2. Zur Erfüllung der Norm wird ein Wert von mehr als 4 N/mm2 gefordert. Demnach wird durch die bekannte Erfindung die Anforderung an D4-Materialien vereinzelt gerade noch erfüllt. Der bekannte Klebstoff eignet sich zwar sehr gut für nicht tragende Holz- Bauteile, nicht dagegen für tragende. Es sind auch Polyurethan-Klebstoffe für tragende Holzbauteile bekannt. So wird in der DE 44 12 759 A1 ein Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoff beschrieben, der sich durch einen Gehalt an a) 50 bis 95 Gew.-% eines Isocyanat-haltigen Polyurethan-Prepolymeren, b) 2 bis 8 Gew.-% eines hydrophoben Siliciumdioxids und c) 2 bis 6 Gew.-% eines pulverförmigen Molekularsiebes sowie gegebenenfalls durch weitere übliche Zusatzstoffe und/oder Beschleuniger auszeichnet. Die Mindestpreßzeit bis zum Erreichen der Anfangshaftung beträgt 9 Stunden. Die Endfestigkeit war nach 2 bis 3 Tagen erreicht. Es wurden keine Versuche vorgelegt, die die Eignung für tragende Bauteile bestätigen, insbesondere wurden keine Zugversuche nach einer Kochendwasserbehandlung beschrieben. Weitere Nachteile sind die lange Preßzeit. Mit Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoffen sind prinzipiell nicht die kurzen Preßzeiten zweikomponentiger Klebstoffe auf Polyurethanbasis zu erreichen.
Aus diesem Stand der Technik ergibt sich die Aufgabe, einen Klebstoff für tragende Bauteile aus Holz oder Holzwerkstoffen bereitzustellen, der sich in Handhabung, Lagerung und Anwendung wie ein Zweikomponenten-Polyurethan- Klebstoff verhält, in seinen klebetechnischen Eigenschaften aber den Anforderungen für tragende Bauteile erfüllt. Insbesondere sollte die Zugscherfestigkeit nach 24 Stunden in kochendem Wasser und nach einer Trocknung bei 60 °C in 7 Tagen noch über 8, insbesondere über 11 MPa liegen und dabei um weniger als 40, insbesondere weniger als 20 % abnehmen.
Die erfindungsgemäße Lösung ist den Patentansprüchen zu entnehmen. Sie liegt in erster Linie in der Verwendung eines Harzes, welches in dem Polyol-Gemisch homogen gelöst ist.
Gegenstand der Erfindung ist also ein zweikomponentiger Polyurethan-Klebstoff für Holzwerkstoffe auf der Basis
A) eines Polyolgemisches, enthaltend zumindest a) 10 bis 98, insbesondere 20 bis 95 Gew.-% mindestens eines oleochemischen Polyols, b) 1 bis 7,5, insbesondere 2 bis 5 Gew.-% mindestens eines Diols mit einer Hydroxylzahl von 400 bis 2 000, insbesondere von 500 bis 1800 und c) 1 bis 7,5, insbesondere 2 bis 5 Gew.-% mindestens eines drei- oder höherfunktionellen, insbesondere eines drei-, vier- oder fünffunktionellen Polyols mit einer Hydroxylzahl von 200 bis 2 000, insbesondere von 400 bis 1850, jeweils bezogen auf das Polyol-Gemisch insgesamt, und
B) mindestens eines Polyisocyanates, wobei das NCO/OH-Verhältnis der Komponenten A) und B) im Bereich von 1 ,5 bis 0,9, insbesondere von 1 ,3 bis 0,9 liegt, sowie
C) 0 bis 85, insbesondere 10 bis 70 Gew.-%, bezogen auf den Klebstoff insgesamt, mindestens eines Hilfsstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyol-Gemisch 0 bis 60, insbesondere 10 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Polyol-Gemisch insgesamt, ein darin homogen gelöstes Harz enthält.
„Auf der Basis von" heißt, daß es sich bei den Komponenten A (Polyolgemisch) und B (Polyisocyanate) um wesentliche Bestandteile des Klebstoffes handelt, die gegebenenfalls durch die Hilfsstoffe C modifiziert werden können. Allerdings ist auch das Polyolgemisch A alleine Gegenstand der Erfindung, da es sowohl mit Isocyanaten als auch mit Epoxiden ausgehärtet werden kann. Bevorzugt ist die Reaktion mit Polyisocyanaten.
Unter „oleochemischen Polyolen" versteht man Polyole auf Basis natürlicher Öle und Fette, z.B. die Reaktionsprodukte von epoxidierten Fettstoffen mit mono-, dioder polyfunktionellen Alkoholen oder Glycerinester langkettiger Fettsäuren, die zumindest teilweise mit Hydroxylgruppen substituiert sind.
Eine Untergruppe dieser Verbindungen sind die Ringöffnungsprodukte epoxidierter Triglyceride, also epoxidierter Fettsäureglycerinester, bei denen die Ringöffnung unter Erhalt der Esterbindungen ausgeführt worden ist. Zur Herstellung der Ringöffnungsprodukte kann man von einer Vielzahl epoxidierter Triglyceride pflanzlichen oder tierischen Ursprungs ausgehen. So sind beispielsweise epoxidierte Triglyceride geeignet, die 2 bis 10 Gewichtsprozent Epoxidsauerstoff aufweisen. Derartige Produkte sind durch Epoxidation der Doppelbindungen aus einer Reihe von Fetten und Ölen herstellbar, z.B. Rindertalg, Palmöl, Erdnußöl, Rüböl, Baumwollsaatöl, Sojaöl, Sonnenblumenöl und Leinöl. Besonders bevorzugte epoxidierte Triglyceride sind epoxidiertes Sojaöl und epoxidiertes Leinöl.
Als Alkohole für die Ringöffnung der epoxidierten Triglyceride können Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, Hexanol, 2-Ethylhexanol, Fettalkohole mit 6 bis 22 C-Atomen, Cyclohexanol, Benzylalkohol, 1 ,2-Ethanol, 1 ,2-Propandiol, 1 ,3-Propandiol, 1 ,4-Butandiol. 1 ,6-Hexandiol, Neopentylglykol, Trimethylolpropan, Glycerin, Trimethylolethan, Pentaerythrit, Sorbit sowie ethergruppenhaltige Hydroxyverbindungen wie Alkylglykole oder oligomere Glykole sowie oligomere Glycerine eingesetzt werden.
Die Ringöffnungsreaktion epoxidierter Fettsäureester oder Triglyceride mit einem Alkohol kann gegebenenfalls von einer Umesterung mit sich selber oder anderen, nachträglich zugefügten Triglyceriden, wie zum Beispiel Palmöl, Erdnußöl, Rüböl, Baumwollsaatöl, Sojaöl, Sonnenblumenöl und Leinöl, gefolgt sein. Solche oleochemischen Polyole sind z.B. in der deutschen Patentanmeldung DE- A1 41 28 649 beschrieben.
Eine weitere Gruppe der oleochemischen Polyole sind Ringöffnungs- und Umesterungsprodukte von epoxidierten Fettsäureestern niederer Alkohole, also von epoxidierten Fettsäuremethyl-, -ethyl-, -propyl- oder -butylestern. Bevorzugt sind hier die Ringöffnungs- oder Umesterungsprodukte mit Alkoholen der Funktionalität 2 bis 4, insbesondere die Umsetzungsprodukte mit Ethylenglykol, Propylenglykol, oligomeren Ethylenglykolen, oligomeren Propylenglykolen, Glycerin, Trimethylolpropan oder Pentaerythrit. Die Herstellung derartiger Produkte kann nach bekannten Epoxidations- oder Ringöffnungsverfahren erfolgen, wobei die Umesterung während oder nach dem Ringöffnungsschritt durch Entfernen des niederen Alkohols aus dem Reaktionsgleichgewicht durchgeführt werden kann. Bevorzugt sind Ringöffnungs- und Umesterungsprodukte, bei denen ein molares Verhältnis zwischen epoxidiertem Fettsäureester und dem zur Umsetzung verwendeten Alkohol von 1 : 1 bis 1 : 10 angewandt worden ist.
Ebenfalls zu den oleochemischen Polyolen zählen die Umsetzungsprodukte epoxidierter Fettalkohole mit C2-C8-Alkoholen der Funktionalität 1 bis 10, insbesondere 2 bis 4, im molaren Verhältnis der Epoxidgruppen zu den Hydroxylgruppen von 1 : 1 bis 1 : 10.
Im Rahmen der Erfindung ist auch die Verwendung von oleochemischen Polyolen möglich, die über die Umesterung von di- oder polyfunktionellen Alkoholen wie z.B. dem Additionsprodukt von Ethylenoxid oder Propylenoxid an Glycerin mit Triglyceriden, wie z.B. Palmöl, Erdnußöl, Rüböl, Baumwollsaatöl, Sojaöl, Sonnenblumenöl und Leinöl, zugänglich sind.
Ebenso können Polyole verwendet werden, die nach der Lehre der DE-
A1 41 24 665 durch die Umesterung von polymerisiertem Glycerin mit den vorstehend genannten Triglyceriden erhältlich sind.
Die Polyole können Hydroxylzahlen von 50 bis 400, bevorzugt 100 bis 300 aufweisen.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Rizinusöl und Dimerdiolen der Fa. Henkel KGaA als oleochemische Polyole sowie die Polyesterpolyole, die durch vollständige Ringöffnung von epoxidierten Triglyceriden eines wenigstens teilweise olefϊnisch ungesättigten Fettsäure-enthaltenden Fettgemisches mit einem oder mehreren Alkoholen mit 1 bis 12 C-Atomen und anschließender partieller Umesterung der Triglycerid-Derivate zu Alkylesterpolyolen mit 1 bis 12 C-Atomen im Alkylrest hergestellt werden.
Unter „mindestens einem Diol mit einer Hydroxylzahl von 400 bis 2 000" ist sowohl ein Diol als auch ein Diolgemisch mit Hydroxylzahlen in diesem Bereich zu verstehen. Dabei ist es nicht erforderlich, daß die einzelnen Bestandteile des Gemisches jeweils Hydroxylzahlen im genannten Bereich aufweisen, vielmehr ist auch der Einsatz eines Gemisches aus Diolen möglich, bei denen die einzelnen Hydroxylzahlen außerhalb des beanspruchten Bereiches liegen. Zu der Gruppe der Diole zählen insbesondere Alkandiole mit 2 bis 6 C-Atomen, wobei das Alkan linear, verzweigt oder cyclisch sein kann. Beispielsweise sind 1 ,2-Propandiol, 1,3- Propandiol, 2,3-Butandiol oder 2,4-Butandiol sowie Diglykol und Dipropylenglykol brauchbar, insbesondere 1,4-Butandiol, Dipropylenglykol und Diglykol.
Unter „drei- oder höherfunktionellen Polyolen" sind sowohl einzelne Verbindungen als auch deren Gemisch gemeint. Auch hier soll das Polyolgemisch die angegebene Hydroxylzahl von 200 bis 2 000 erfüllen, das einzelne höherfunktionelle Polyol kann auch außerhalb dieses Bereiches liegen. Besonders bevorzugt sind Polyole mit 3, 4 oder 5 OH-Gruppen wie Glycerin, Triethanolamin, Pentaerythrit, propoxyliertes oder ethoxyliertes Ethylendiamin. Brauchbar sind aber auch Trimethylolpropan, Trimethylolethan oder Additionsprodukte von einem Mol Ethylenoxid an Glycerin. Insbesondere sind bevorzugt Polyole mit 4 OH- Gruppen (Tetraole).
Außer diesen niedermolekularen Diolen und höherfunktionellen Polyolen können auch die für die PU-Herstellung üblichen höhermolekularen Polyole in einer Menge von 0 bis 70, insbesondere 0 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Polyol- Komponente insgesamt, eingesetzt werden. Als höhermolekulare Polyole eignen sich vorzugsweise flüssige Polyhydroxyverbindungen insbesondere mit zwei bzw. drei Hydroxylgruppen pro Polyether- und/oder Polyester-Molekül, wie z.B. di- und/oder trifunktionelle Polypropylenglykole im Molekulargewichtsbereich von 200 bis 6000, vorzugsweise im Bereich von 400 bis 3000. Es können auch statistische und/oder Blockcopolymere des Ethylenoxids und Propylenoxids eigesetzt werden. Eine weitere Gruppe von vorzugsweise einzusetzenden Polyetherpolyolen sind die Polytetramethylenglykole, die z.B. durch die saure Polymerisation von Tetrahydrofuran hergestellt werden. Dabei liegt der Molekulargewichtsbereich der Polytetramethylenglykole zwischen 200 und 6000, vorzugsweise im Bereich von 400 bis 4000.
Weiterhin sind als Polyole die flüssigen Polyester geeignet, die durch Kondensation von Di- bzw. Tricarbonsäuren, wie z.B. Adipinsäure, Sebazinsäure und Glutarsäure, mit niedermolekularen Diolen bzw. Triolen, wie z.B. Etylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Dipropylenglykol, 1 ,4-Butandiol, 1 ,6-Hexandiol, Glyzerin oder Trimethylolpropan, hergestellt werden können. Eine weitere Gruppe der fakultativ einzusetzenden Polyole sind die Polyester auf der Basis von ε-Caprolacton, auch „Polycaprolactone" genannt sowie Polycarbonatpolyole.
Die Polyisocyanate sind mehrfunktionell. Vorzugsweise enthalten die geeigneten mehrfunktionellen Isocyanate im Mittel 2 bis höchstens 5, vorzugsweise bis 4 und insbesondere 2 oder 3 NCO-Gruppen. Beispielsweise seien als geeignete Isocyanate genannt Phenylisocyanat, 1 ,5-Naphthylendiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethan- diisocyanat (MDI), hydriertes MDI (H12MDI), Xylylendiisocyanat (XDI), m- und p- Tetramethylxylylendiisocyanat (TMXDI), 4,4'-Diphenyldimethylmethandiisocyanat, Di- und Tetraalkyldiphenylmethandiisocyanat, 4,4'-Dibenzyldiisocyanat, 1 ,3-Phe- nylendiisocyanat, 1 ,4-Phenylendiisocyanat, die Isomeren des Toluylendiisocya- nats (TDI), gegebenenfalls in Mischung, 1-Methyl-2,4-diisocyanato-cyclohexan, 1 ,6-Diisocyanato-2,2,4-trimethylhexan, 1 ,6-Diisocyanato-2,4,4-trimethylhexan, 1- lsocyanatomethyl-3-isocyanato-1 ,5,5-trimethyl-cyclohexan (IPDI), chlorierte und bromierte Diisocyanate, phosphorhaltige Diisocyanate, 4,4'-Diisocyanatophenyl- perfluorethan, Tetramethoxybutan-1 ,4-diisocyanat, Butan-1,4-diisocyanat, Hexan- 1 ,6-diisocyanat (HDI), Dicyclohexylmethandiisocyanat, Cyclohexan-1 ,4-diisocya- nat, Ethylen-diisocyanat, Phthalsäure-bis-isocyanatoethylester, ferner Polyisocyanate mit rekationsfähigen Halogenatomen, wie 1-Chlormethylphenyl-2,4-diisocya- nat, 1-Brommethylphenyl-2,6-diisocyanat, 3,3-Bis-chlormethylether-4,4'-diphenyl- diisocyanat. Schwefelhaltige Polyisocyanate erhält man beispielsweise durch Umsetzung von 2 mol Hexamethylen-diisocyanat mit 1 mol Thioglykol oder Dihy- droxydihexylsulfid. Weitere wichtige Diisocyanate sind Trimethylhexamethylendii- socyanat, 1 ,4-Diisocyanatbutan, 1 ,12-Diisocyanatododecan und Dimerfettsäure- diisocyanat.
Interesse verdienen teilweise verkappte Polyisocyanate, welche die Bildung selbstvernetzender Polyurethane ermöglichen, z.B. dimeres Toluylendiisocyanat, oder mit beispielsweise Phenolen, tertiärem Butanol, Phthalamid, Caprolactam partiell oder vollständig umgesetzte Polyisocyanate. In einer besonderen Ausführungsform enthält die Isocyanatkomponente anteilsweise Dimerfettsäureisocyanat. Als Dimerfettsäure bezeichnet man ein Gemisch von überwiegend C-36-Dicarbonsäuren, das durch thermische oder katalytische Dimerisierung ungesättigter Cis-Monocarbonsäuren, wie Ölsäure, Tallölfettsäure oder Linolsäure, hergestellt wird. Derartige Dimerfettsäuren sind dem Fachmann seit langem bekannt und kommerziell erhältlich. Die Dimerfettsäure läßt sich zu Dimerfettsäureisocyanaten umsetzen. Technisches Dimerfettsäurediisocyanat besitzt im Mittel mindestens zwei und weniger als drei Isocyanatgruppen pro Molekül Dimerfettsäure. Vorzugsweise besteht die Isocyanatkomponente a) zu mehr als 30 Gew.-%, insbesondere zumindest überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus aromatischen Isocyanaten wie MDI.
Im allgemeinen werden aromatische Isocyanate bevorzugt, ebenso oligomerisierte NCO-endständige Addukte aus den oben genannten Isocyanaten und Polyolen, Polyaminen oder Aminoalkoholen. Jedoch vermögen - wider Erwarten - auch aliphatische und cycloaliphatische Isocyanate schon bei Raumtemperatur schnell und vollständig zu reagieren.
Interesse verdienen teilweise verkappte Polyisocyanate, welche die Bildung selbstvernetzender Polyurethane ermöglichen, z.B. dimeres Toluylen-diisocyanat. Schließlich können auch Prepolymere eingesetzt werden, also Oligomere mit mehreren Isocyanatgruppen. Sie werden bekanntlich bei einem großen Überschuß von monomerem Polyisocyanant in Gegenwart von z.B. Diolen erhalten. Auch Isocyanuratisatisierungsprodukte des HDI und Biuretisierungsprodukte des HDI sind möglich.
Als Di- oder Polyisocyanate werden vorzugsweise die aromatischen Isocyanate verwendet, z.B. Diphenylmethandiisocyanat, entweder in Form der reinen Isomeren, als Isomerengemisch der 2,4'-/4,4'-lsomeren oder auch das mit Carbodiimid verflüssigte Diphenylmethandiisocyanat (MDI), das z.B. unter dem Handelsnamen Isonate 143 L bekannt ist, sowie das sogenannte „Roh-MDI", d.h., die Isomeren/Oligomerenmischung des MDI, wie sie z.B. unter dem Handelsnamen PAPI bzw. Desmodur VK im Handel erhältlich sind. Weiterhin können sogenannte „Quasi -Prepolymere", d.h. Umsetzungsprodukte des MDI bzw. des Toluylendiisocyanates (TDI) mit niedermolekularen Diolen, wie z.B. Ethylenglykol, Diethyenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol oder Triethylenglykol, verwendet werden. Bevorzugt sind aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Isocyanate mit einer Funktionalität von 2 bis 4.
Das Verhältnis der in der Isocyanatkomponente enthaltenen Isocyanatgruppen zu den in der Polyolkomponenten enthaltenen OH-Gruppen liegt in der Regel im Bereich der Äquivalenz, wobei im Hinblick auf das im Holz vorhandene Wasser ein geringer Überschuß an Isocyanat-Gruppen zweckmäßig ist.
Die erfindungsgemäßen Zweikomponenten-Polyurethan-Klebstoffe können weiterhin Hilfsstoffe enthalten, die vorzugsweise ganz oder teilweise der Polyolkomponente zugemischt werden. Darunter werden Stoffe verstanden, die in der Regel (außer Füllstoffe) in kleinen Mengen zugesetzt werden, um die Eigenschaften der wesentlichen Komponenten in gewünschter Richtung zu verändern, z.B. deren Verarbeitbarkeit, Lagerfähigkeit und auch Gebrauchseigenschaften dem konkreten Anwendungsgebiet anzupassen. Brauchbare Hilfsstoffe können sein: Füllstoffe, Verlaufmittel, Entlüfter, Thixotropiermittel, Katalysatoren, Alterungsschutzmittel, Farbstoffe, Trockenmittel, Flammschutzmittel, Lösungsmittel und Netzmittel.
Als Füllstoffe geeignet sind gegenüber Isocyanaten nicht reaktive anorganische Verbindungen wie Kreide, beschichtete Kreide, Kalkmehl, Calcium-Magnesium- Carbonate, Aluminiumoxide und -hydroxide, gefällte Kieselsäure, Zeolithe, Bentonite, Glas, Hohlkugeln, gemahlene Mineralien sowie andere dem auf dem Arbeitsgebiet tätigen Fachmann bekannte anorganische Füllstoffe. Bevorzugte Füllstoffe sind Kreide, modifiziert oder unmodifiziert.
Das Verlaufmittel soll das Verlaufen des Klebstoffs beim Auftrag fördern, d.h. seine Fähigkeit, beim Auftragen entstehende Unebenheiten, Streifen, Blasen, Krater usw. auszugleichen. Als Verlaufmittel eignen . sich nicht reaktive Verbindungen wie Glykolether, Silikonöle, Acrylatcopolymere, Ester, Ketone und Terpen-Lösungsmittel mittlerer bis hoher Verdunstungszahl. Bevorzugte Verlaufmittel sind: Perenol F 3 und Perenol F 40 (Polyacrylat), Perenol S 4 (modifiziertes Polysiloxan), Perenol S 43 (Polysiloxan-Copolymer) und BYK-S 706 (Polyacrylat). Eine ähnliche Wirkung haben die sogenannten Entlüfter, wobei folgende Produkte bevorzug sind: Perenol E1 (Polyvinylderivat), Perenol E 7 (organisches Polymer mit Silikonspitze), Perenol E 8 (Lösemittelgemisch mit Silikonanteil), Perenol F 40 (Lösemittelgemisch mit Silikonanteil), Perenol F 45 (Copolyacrylat) und BYK-A-Typen (modifizierte Polysiloxane, teilweise in Mischung mit anderen Polymeren).
Die erfindungsgemäßen Zweikomponenten-Polyurethan-Klebstoffe können auch Katalysatoren enthalten, die die Reaktion der OH-Gruppe mit den NCO-Gruppen beschleunigen, vor allem metallorganische Verbindungen wie Zinn(ll)salze von Carbonsäuren, starke Basen wie Alkali-Hydroxide, -Alkoholate und -Phenolate, z.B. Di-n-octyl-Zinn-mercaptid, Dibutylzinn-maleat, -diacetat, -dilaurat, -dichlorid, - bisdodecyl-mercaptid, Zinn-ll-acetat, -ethylhexoat und -diethylhexoat oder Blei- phenyl-ethyl-dithiocarbaminat. Als Trimerisierungs-Katalysator sei DABCO TMR-2 usw. der Fa. Air Products genannt, wobei es sich um in Ethylglykol gelöste quaternäre Ammoniumsalze handelt.
Zusätzlich geeignet sind auch aliphatische tertiäre Amine insbesondere bei cy- clischer Struktur. Unter den tertiären Aminen sind auch solche geeignet, die zusätzlich noch gegenüber den Isocyanaten reaktive Gruppen tragen, insbesondere Hydroxyl- und/oder Amino-Gruppen. Konkret genannt seien: Dimethylmonoethanolamin, Diethylmonoethanolamin, Methylethylmonoethanola- min, Triethanolamin, Trimethanolamin, Tripropanolamin, Tributanolamin, Trihexa- nolamin, Tripentanolamin, Tricyclohexanolamin, Diethanolmethylamin, Diethano- lethylamin, Diethanolpropylamin, Diethanolbutylamin, Diethanolpentylamin, Diet- hanohexylamin, Diethanolcyclohexylamin, Diethanolphenylamin sowie deren Ethoxylierungs- und Propoxylierungs-Produkte, Diaza-bicyclo-octan(Dabco), Trie- thylamin, Dimethylbenzylamin (Desmorapid DB, BAYER), Bis-dimethylaminoethy- lether (Calalyst A I, UCC), Tetramethylguanidin, Bis-dimethylaminomethyl-phenol, 2,2'-Dimorpholinodiethylether, 2-(2-Dimethylaminoethoxy)ethanol, 2-Dimethylami- noethyl-3-dimethylaminopropylether, Bis(2-dimethylaminoethyl)ether, N,N-Dime- thylpiperazin, N-(2-hydroxyethoxyethyl)-2-azanorborane, Texacat DP-914 (Texaco Chemical), N,N,N,N-Tetramethylbutan-1 ,3-diamin, N,N,N,N-Tetramethylpropan- 1 ,3-diamin und N,N,N,N-Tetramethylhexan-1 ,6-diamin.
Die Katalysatoren können auch in oligomerisierter oder polymerisierter Form vorliegen, z.B. als Stickstoff-methyliertes Polyethylenimin.
Kennzeichnungsgemäß wird dem Polyol-Gemisch ein Harz zugesetzt. Dabei handelt es sich um flüssige bis feste organische Produkte, für die eine mehr oder weniger breite Verteilung der relativen Molmasse charakteristisch ist (siehe DIN 55958). Sie weisen meistens eine amorphe Struktur auf und brechen als Folge ihrer recht niedrigen Molmasse und verhältnismäßig hohen Glastemperatur in der Regel muschelartig (siehe Römpp Chemie-Lexikon, Stichwort „Harze"). Erfindungsgemäß müssen diese Harze bei 20 °C in den beanspruchten Bereichen mit der Polyol-Komponente homogene, d.h. schlierenfreie Lösungen bilden. Makroskopisch liegt also eine einzige Phase vor. Es findet auch keine Entmischung bei 20 °C innerhalb eines Monats, vorzugsweise innerhalb von 6 Monaten statt. Unter diesen Voraussetzungen können alle Harze verwendet werden, seien sie natürlichen oder synthetischen Ursprungs. Die natürlichen Harze können sowohl pflanzlicher als auch tierischer Herkunft sein. Konkret seien folgende rezente Harze genannt: Schellack und Kolophonium, sei es z.B. in Form von Tallharzen, Balsamharzen oder Wurzelharzen. Nicht nur die nativen natürlichen Harze, sondern vor allem deren Derivate sind brauchbar, sei es, daß sie durch Disproportionierung, Dimerisierung, Hydrierung, Polymersation, Veresterung, Salzbildung oder durch Addition ungesättigter Verbindungen, z.B. von Maleinsäure erhältlich sind. Bevorzugte natürliche Harze sind Schellack- und Balsam/Kolophoniumharze sowie deren Derivate.
Die synthetischen Harze werden im allgemeinen durch Polymerisation oder Polykondensation gewonnen. Sie haben charakteristischerweise keinen scharfen Schmelz- oder Erweichungspunkt. Konkret seien genannt: Kohlenwasserstoff-, Terpen-, Cumaron/Inden-, Furan-, Alkyd-, Aldehyd-, Keton-, Phenol-, Glycerinester-, Polyester-, Epoxid-, Harnstoff-, Melamin-, Polyamid- und Isocyanat-Harze. Davon sind bevorzugt Kohlenwasserstoff-, Terpen-, Alkyd-, Cumaron/Inden-, Furan-, Aldehyd- und Keton-Harz sowie Glycerin-Harz-Ester.
Zur Herstellung des beanspruchten zweikomponentigen Polyurethan-Klebstoffes wird zunächst die Polyolkomponente hergestellt. Dazu wird zunächst eine homogene Lösung des Harzes in einer bzw. in allen Polyolen hergestellt, indem man gegebenenfalls die Mischung unter Rühren bis auf 100 °C aufwärmt. Anschließend werden die Hilfsstoffe zugemischt. Die Hilfsstoffe können auch ganz oder teilweise der Isocyanat-Komponente zugemischt werden. Diese Zweikomponenten werden üblicherweise bis zu ihrer Anwendung zweikomponentig gelagert, d.h. bis zum Zeitpunkt der Anwendung werden die Polyol- und Isocyanat-Komponente getrennt aufbewahrt. Zur Anwendung werden diese beiden Komponenten in an sich bekannter Weise miteinander gemischt und das Gemisch auf die zu verklebenden Substrate aufgetragen.
Die erfindungsgemäßen Polyurethan-Klebstoffe sind zum Verbinden einer Vielzahl an starren, insbesondere aber flexiblen Substraten geeignet. So können Kunststoffe, Metalle, Glas, Textilien und vor allem Holz und Holzwerkstoffe sowohl für Kombinationen dieser Substrate untereinander als auch für Verklebungen dieser Substrate mit sich selbst verbunden werden. Unter Holzwerkstoffen sind Werkstoffe zu verstehen, die vorwiegend aus Holz aufgebaut sind oder aus Holz bestehen. Zu unterscheiden sind Langholz (z.B. Schichtholz, Sperrholz, Sternholz, Furnierplatten und Vielschichtsperrholz), Holzverbundplatten (z.B. Stäbchen-, Stab-, Streifen- und Tischlerplatten), Holzfaserplatten, Holzspanplatten und Preßvollholz und Kunstharz-imprägniertes Vollholz. Insbesondere eignet sich der Klebstoff zum Verkleben von tragenden Bauteilen. Dazu werden sehr harte Hölzer wie Steineiche und Weißdorn sowie harte Hölzer wie Buche, Eiche, Ahorn, Nußbaum und mittelharte Hölzer wie Ulmen, Kastanien und auch weiche Hölzer wie Lärche, Birke, Fichte, Tanne und Erle verwendet.
Der Wassergehalt des Holzwerkstoffes ist in der Regel nicht kritisch. Er sollte vorzugsweise im Bereich von 2 bis 20 Gew.-% liegen, insbesondere im Bereich von 4 bis 16 Gew.-%. Die Verklebung erfolgt in der Regel bei Raumtemperatur unter Druck innerhalb von max. 60 Minuten, vorzugsweise innerhalb von 30 Minuten.
Die Verklebungen zeichnen sich durch eine außergewöhnliche hohe Festigkeit sowie Beständigkeit der Festigkeit gegenüber Feuchteeinwirkung aus. Bei dem Kochendwassertest wird nicht nur die chemische Beständigkeit der Verklebung geprüft, sondern auch deren mechanische Beständigkeit, da sich das Holz beim Kochen und anschließendem Trocknen krümmen und verziehen möchte. Dabei treten erhebliche Spannungen auf, die im vorliegenden Fall eher zu Rissen in dem Holz als zu Rissen in der Klebschicht führten.
Die Erfindung wird nun im einzelnen erläutert.
Beispiele
1. Ausgangsmaterialien a) Rizinusöl, b) Dipropylenglykol, c) Voranol RA 640 : ein Produkt aus Ethylendiamin und 4 Einheiten Propylenoxid der Fa. Dow Chemical, d) Cyclohexanon/Formaldehyd-Harz der Fa. Degusssa-Hüls AG, e) Keton/ Formaldehyd-Harz der Fa. Degussa-Hüls AG, f) UOP-L-Pulver: ein Kalium-Natrium-Aluminium-Silikat vom Typ Zeolith A der Fa. UOP GmbH, g) Perenol-E-8: zur Entlüftung bzw. als Verlaufmittel ein Lösemittelgemisch mit Siliconanteil der Fa. Cognis Deutschland GmbH, h) Calciumcarbonat als Füllstoff, i) Aerosil R 202: ein amorphes hochdisperses hydrophobes Siliciumdioxid der
Fa. Degussa-Hüls AG, j) Desmodur VKS 20 F: ein 4,4'-Diphenylmethan-diisocyanat mit polymeren
Anteilen der Fa. Bayer AG.
2. Herstellung des Klebstoffes
Zunächst wurde die Polyol-Komponente durch Mischen der Komponenten a) bis e) bei 100 °C in einem Rundkolben mit Rührer hergestellt, wobei die flüssigen Polyolkomponenten vorgelegt wurden.
Das Gemisch aus dem Harz und den Polyolen war schlierenfrei.
Die Ausgangsmaterialien wurden in folgenden Mengen zur Klebstoffherstellung eingesetzt:
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3. Klebeeigenschaften
Für die anwendungstechnische Prüfung der Klebstoffe wurden Prüfkörper nach EN 205 mit den Klebstoffen der Beispiele 1 bis 4 aus 2,0 x 10 cm großen Buchenholz-Stäbchen mit 2,0 x 1 ,0 cm Überlappung verwendet. Die weiteren Bedingungen waren: Holz-Feuchtigkeit: 6 %, Klebstoff-Auftrag: 200 g/m2, Raumklima: 20 °C / 65 % rel. Luftfeuchte, Preßdruck: 5 bar, Preßzeit: 20 Min., Lagerzeit zum Aushärten: 7 Tage bei Raumtemperatur (20 °C). Es wurde die Zugscherfestigkeit vor und nach dem Kochendwassertest bestimmt. Der Kochendwassertest bestand darin, daß die Prüfkörper 24 Stunden in Wasser gekocht und dann in 7 Tagen bei 60 °C getrocknet wurden.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt: Beispiel 1 2 3 4
Zugscherfestigkeit in MPa vor Kochwassertest 5,3 10,0 13,0 12,9 nach Kochwassertest 2,2 4,8 12,4 12,0
Die Ergebnisse zeigen, daß die erfindungsgemäßen Beispiele 3 und 4 eine hohe Zugscherfestigkeit sowohl vor als auch nach dem Kochendwassertest haben. Das Beispiel 2 (entspricht der DE 44 01 572 A1) zeigt dagegen einen starken Abfall der Festigkeit von 10,0 auf 4,8 MPa. Der Klebstoff fühlte sich weich an.
4. Meßmethoden: a) OH-Zahl nach DIN 53240, b) Prüfkörper-Herstellung nach EN 205.

Claims

Patentansprüche
1. Zweikomponentiger Polyurethan-Klebstoff für Holzwerkstoffe auf der Basis
A) eines Polyolgemisches, enthaltend zumindest a) 10 bis 98 Gew.-% mindestens eines oleochemischen Polyols, b) 1 bis 7,5 Gew.-% mindestens eines Diols mit einer Hydroxylzahl von 400 bis 2 000 und c) 1 bis 7,5 Gew.-% mindestens eines drei-, vier- oder fünffunktionellen Polyols mit einer Hydroxylzahl von 200 bis 2 000, wobei die Gew.-% jeweils auf das Polyol-Gemisch insgesamt bezogen sind, und
B) mindestens eines Polyisocyanates, wobei das NCO/OH-Verhältnis der Komponenten A) und B) im Bereich von 1 ,5 bis 0,9 liegt, sowie
C) 0 bis 85 Gew.-%, bezogen auf den Klebstoff insgesamt, mindestens eines Hilfsstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyol-Gemisch 0 bis 60 Gew.-%, bezogen auf das Polyol-Gemisch insgesamt, ein darin homogen gelöstes Harz enthält.
2. Klebstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein natürliches Harz ist, vorzugsweise ein Balsam-Kolophonium- oder Schellack- Harz ist sowie deren Derivate.
3. Klebstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein synthetisches Harz ist, vorzugsweise ein Kohlenwasserstoff-, Terpen-, Alkyd-, Furan-, Cumaron-Inden-, Aldehyd- oder ein Keton-Harz ist, bzw. ein Glycerin- Harz-Ester.
4. Klebstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das oleochemische Polyol zumindest ein Polyol aus der folgenden Gruppe ist Rizinusöl, Dimerdiole und durch Ringöffnung von epoxidierten Triglyzeriden eines olefinisch ungesättigten Fettgemisches mit Alkoholen hergestellten Polyols, insbesondere Rizinusöl.
5. Klebstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Diol mindestens ein Diol aus der folgenden Gruppe der Alkandiole mit 2 bis 6 C-Atomen ist, insbesondere 1 ,4-Butandiol, Dipropylen-Glykol und Diglykol.
6. Klebstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Polyol mit 3, 4 oder 5 OH-Gruppen mindestens ein Polyol aus der folgenden Gruppe ist, Glyzerin, Pentaerythrit, propoxyliert.es oder ethoxyliertes Ethylendiamin, insbesondere ein Tetraol.
7. Klebstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Polyisocyanat ein aliphatisches, cycloaliphatisches oder aromatisches Isocyanat mit einer Funktionalität von 2 bis 4 ist.
8. Klebstoff nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der folgenden Hilfsstoffe enthalten ist: Füllstoff, Katalysator, Verlaufmittel, Entlüftungsmittel, insbesondere Füllstoffe.
9. Verwendung der Klebstoffe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Verkleben von Holzwerkstoffen, insbesondere von tragenden Holzbauteilen.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt des Holzwerkstoffes beim Kleben 2 bis 20 Gew.-% ist.
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