WO2013083359A2 - Verbundkörper, umfassend ein verbundmaterial - Google Patents

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WO2013083359A2
WO2013083359A2 PCT/EP2012/072377 EP2012072377W WO2013083359A2 WO 2013083359 A2 WO2013083359 A2 WO 2013083359A2 EP 2012072377 W EP2012072377 W EP 2012072377W WO 2013083359 A2 WO2013083359 A2 WO 2013083359A2
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meth
composite
acrylate
alkyl
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PCT/EP2012/072377
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Carlo SCHÜTZ
Thomas Hasskerl
Christian Eckhardt
Michael Blumenschein
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Evonik Industries Ag
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Publication date
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    • C08L91/06—Waxes

Definitions

  • Composite body comprising a composite material
  • the present invention relates to a composite body comprising a composite material containing at least one cellulosic material and at least one
  • Poly (alkyl) (meth) acrylate and at least one adhesive layer associated with the composite material. Furthermore, the present invention describes a method for producing such a composite body.
  • Composite body referred to in the context of the present invention, a three-dimensional body comprising preferably at least one molded body and / or a casting of the composite material according to the invention and at least one adhesive layer.
  • the composite body comprises a composite of several molded and / or castings, bonded together by bonding, from the composite material according to the invention and optionally further bodies which do not consist of the composite material according to the invention.
  • the composite bodies according to the invention thus consist, in addition to the adhesive layers, wholly or at least partially of the composite material used according to the invention.
  • Composite material in the context of the present invention denotes a composition comprising at least one cellulosic material and at least one
  • Poly (alkyl) (meth) acrylate It is preferably a molding compound or a reactive solution or a syrup, which can be used for casting.
  • Shaped body in the context of the present invention a three-dimensional body which has been prepared by a thermoplastic deformation process, preferably extrusion or injection molding, of a composite material according to the invention.
  • Wood plastics are nowadays produced industrially, especially in the form of wood-plastic composites, so-called WPCs "wood plastic composites.”
  • WPCs wood plastic composites
  • wood-plastic composite material (s) wood-plastic composite material
  • e wood-plastic composite material
  • WPC wood-plastic composite
  • composite wood-plastic composite material
  • composite composite
  • composite composite
  • solid wood and traditional wood-based materials are typically used as building and furniture materials.
  • the WPC materials have these classic ones
  • WPC materials are usually a combination of wood particles (such as wood chips, sawdust, wood fibers or wood flour) with a plastic matrix.
  • a plastic matrix usually serve thermoplastics.
  • wood was primarily used as a cheap filler.
  • the cost of wood shavings is a fraction of the alternative plastics used, making the share of wood cheaper in the product.
  • wood has a higher modulus of elasticity, so that better mechanical properties result from an optimized wood-plastic combination compared to pure plastic.
  • Polyvinyl chloride (PVC) used as WPC plastic All three plastics have in common that they represent mass plastics and therefore are relatively inexpensive to have. This commercial aspect is one of the reasons why WPC research was only concerned with the mentioned thermoplastics.
  • W PC materials are currently used primarily in outdoor applications.
  • a large application for WPC is decking panels, where WPC materials mainly compete with exotic woods from subtropical regions
  • WPC materials are generally subject to changes in the outdoor area due to the effects of weathering.
  • the degree of aging depends on the one hand on the resistance of the wood fibers used, on the other hand also on the long-term behavior of the plastic used.
  • FR 1 575 752 A is shown. Moldings which are obtainable from (meth) acrylate reactive resins, as disclosed, for example, in EP 0 982 1 10 A, are also very expensive to produce. Accordingly, WPC materials based on PMMA have not been commercially sold.
  • Heat dissipation is limited, so that common WPC molding or casting can not be used for sophisticated design purposes.
  • a composite body comprising a composite material containing at least one cellulosic material and at least one polymer having an improved property profile.
  • the molded body should be used for sophisticated design purposes. This should be the
  • the composite should have a high weather resistance.
  • Another object can be seen to provide a composite based on WPC materials that can be manufactured and processed easily, inexpensively, and in an environmentally friendly manner.
  • the moldings used should be obtainable by extrusion and processed by conventional standard methods, which are used in particular in the treatment and processing of wood.
  • the composite body should be able to be recycled relatively well, without environmental damage would be feared.
  • the present invention accordingly provides a composite body comprising a composite material comprising at least one cellulosic material and at least one poly (alkyl) (meth) acrylate, which is characterized in that the composite body at least one adhesive layer, which is in communication with the composite material, having.
  • a composite body according to the invention has excellent mechanical properties.
  • the composite body can be used for demanding structural purposes, the properties of construction wood can be achieved.
  • the properties of construction wood can be achieved.
  • the dimension of the composite body is not limited, so that by bonding very thick body are available, which have an extremely high load capacity.
  • the composite material used according to the invention can easily be combined with other materials which contain cellulose or which are not cellulosic, and this can be done in particular by adhesive bonding.
  • the composite has a very high weather resistance, wherein the
  • Composite body can be easily worked up after weathering.
  • composite bodies according to the present invention have the property that a variety of compounds are used because of the poly (alkyl) (meth) acrylate used as the matrix material
  • Weathered composite bodies according to the invention exhibit a similar property profile to wood, so that they can be worked up and restored without special knowledge and expensive tools.
  • the composite bodies according to the invention have the advantage that they are not attacked by parasites and thus remain stable in the long term or can be used in areas in which conventional wood components can not be used. So is the importation of wood into certain countries because of possible
  • Adhesive barrier layers cause that penetrations such as holes without problems and without aftertreatment in the sense of "wood protection” can be produced without negatively affecting the longevity of the composite body according to the invention.
  • the composite bodies according to the invention may have hollow chambers. These can be filled with insulating materials to the thermal insulation properties or However, these can also be filled with reinforcements to improve the carrying capacity of the composite materials according to the invention. These can be highly resilient parts z. B. iron or carbon, etc. act. With the composite materials according to the invention can thus be produced, for example, structural parts that are far superior to those made of pure wood or metal in terms of load or weather protection.
  • the color of the composite body according to the invention changes significantly less and slower and can be refreshed by painting again.
  • a composite body according to the invention based on WPC materials can be produced and processed in a simple, cost-effective and environmentally friendly manner.
  • preferred composite bodies are obtainable by extrusion and can be prepared by conventional
  • the composite body can be recycled relatively well, without environmental damage to be feared.
  • the composite bodies of the invention are ideally suited for outdoor use, since they have a low water absorption, high dimensional stability due to low swelling behavior and high mechanical strength.
  • a composite body according to the invention has at least one composite material containing at least one cellulosic material and at least one
  • poly (alkyl) (meth) acrylate matrix material is understood as meaning a matrix material which comprises exclusively poly (alkyl) (meth) acrylate as
  • Polymer component but also a matrix material containing a blend
  • poly (alkyl) (meth) acrylates or poly (alkyl) (meth) acrylate (s) and other polymers but also a matrix material which is a copolymer of at least one poly (alkyl) (meth) acrylate and further comonomers, preferably styrene, o methylstyrene, (meth) acrylic acid and / or (alkyl) acrylates, cyclic carboxylic anhydride derivatives, more preferably maleic anhydride, itaconic anhydride,
  • Citraconic anhydride glutaconic anhydride, glutaric anhydride,
  • Alkyl (meth) acrylamides (alkyl) (meth) acrylimides, N-vinylpyrolidone, vinyl acetate, ethylene or propylene.
  • the composite bodies can be obtained by obtaining cast bodies by casting methods from the composite material containing poly (alkyl) (meth) acrylates, which is present as a reactive resin, and thereafter provided with at least one adhesive layer, whereby a sufficient adhesion between the cellulosic material and the polymer is obtained.
  • the composite bodies thus produced are relatively expensive, so that preferred composite materials are preferably processed by thermoplastic methods.
  • thermoplastic composite material When using a thermoplastic composite material has become
  • Poly (alkyl) (meth) acrylate as a matrix material whose flow behavior is emphasized as an important criterion.
  • the poly (alkyl) (meth) acrylate used according to the invention as the matrix material therefore preferably has a melt index MVR [230 ° C., 3.8 kg] in the range from 0.5 to 30 ml / 10 min, preferably 1 to 20 ml / 10 min and particularly preferably in the range of 1 -10 ml / 10 min, measured according to ISO 1 133.
  • the MVR [230 ° C., 3.8 kg] preferably in the range of 1 to 30 ml / 10 min and more preferably 3 to 15 ml / 10 min.
  • Wood particles is very difficult, as the necessary temperature increase an incipient damage of the wood particles was found. Too low molecular weight
  • Poly (alkyl) (meth) acrylate can lead to problems with the "floating" of the wood fibers in the plasticizer and thus to difficulties with the mixing of the components.Polymethyl (meth) acrylate, polyethyl (meth) acrylate or polybutyl (meth ) acrylate.
  • Alkyl in the poly (alkyl) (meth) acrylate is a branched or unbranched, cyclic or linear alkyl radical having 1 to 20, preferably 1 to 8, particularly preferably 1 to 4 carbon atoms which are substituted by functional groups or heteroatoms such as O. , S or N. It is preferably a methyl, ethyl, butyl or cyclohexyl radical. Particular preference is given to polymethyl (meth) acrylate,
  • (meth) acrylaf is in the context of the present invention generally and generally for both methacrylates and for acrylates as well as mixtures of both.
  • Poly (alkyl) (meth) acrylates are polymers obtained by polymerization of a
  • Monomer mixture are available, which preferably at least 60 wt.%, Particularly preferably at least 80 wt.% Of (meth) acrylates, based on the total weight of the monomers to be polymerized.
  • Preferred poly (meth) acrylates are
  • the proportion of poly (alkyl) (meth) acrylate in the preferably used composite material can vary within wide ranges. Preferably, between 0.5 and 70% by weight, preferably 1 and 50% by weight, more preferably 2 and 40% by weight, very preferably 3 and 30% by weight, especially preferably in the range 5 to 25% by weight of poly (alkyl) (meth) acrylate, based on the weight of the composite material used.
  • the composite material of the present invention may preferably be at least one with cellulose-compatible
  • Adhesive include.
  • a "cellulose-compatible adhesion promoter” is understood to mean a coupling agent which contains functional groups which can form hydrogen bonds, ionic bonds or chemical compounds with the OH groups of the cellulose.
  • Adhesion promoter added as a separate component in addition to the matrix material (component a) in the formulation of the composite material. That although the matrix material may be a copolymer, in this embodiment the coupling agent does not form a copolymer with the matrix polymer or is not part of a matrix copolymer.
  • the adhesion promoter which is preferably used here is preferably a copolymer comprising one or more monomers (e) selected from the group consisting of cyclic carboxylic anhydride derivatives, such as, for example, For example, maleic anhydride,
  • (Meth) acrylic acid derivatives such as e.g. Methacrylic acid or acrylic acid, amino, imide monomers and monomers containing epoxy groups, preferably (alkyl) (meth) acrylamides,
  • (Alkyl) (meth) acrylimides N-vinylpyrolidone.
  • one or more monomers selected from the group consisting of styrene, ⁇ -methylstyrene, o ethylstyrene, acrylates, methacrylates, vinyl acetate, ethylene or propylene may be included.
  • copolymers of the adhesion promoter can be used with statistical distribution of
  • cyclic carboxylic anhydride derivatives are those having a 5-, 6- or 7-membered ring, more preferably maleic anhydride, itaconic anhydride,
  • Alkyl in the coupling agent copolymer stands for a branched or unbranched, cyclic or linear alkyl radical having 1 to 20, preferably 1 to 8, particularly preferably 1 to 4, carbon atoms which may be substituted by functional groups or heteroatoms such as O, S or N. It is preferably a methyl, ethyl, butyl or cyclohexyl radical.
  • the preferred adhesion promoter to be used according to the invention may preferably be a low molecular weight copolymer, more preferably a styrene-maleic anhydride copolymer, most preferably a brand name XIRAN® SMA from the Dutch company Polyscope Polymers B.V. commercially available polymer.
  • the melt index MVR [230 ° C., 3.8 kg] of the adhesion promoter copolymer is preferably in the range from 1 to 30 ml / 10 min, more preferably 2 to 20 ml / 10 min and most preferably in the range from 3 to 15 ml / 10 min.
  • the proportion of the adhesion promoter may vary between 0.5 and 70% by weight, preferably 1 and 50% by weight, more preferably 1 and 40% by weight, very preferably 2 and 30% by weight, especially preferably in the range 3 to 25 % By weight and very particularly preferably in the range from 3 to 15% by weight.
  • the adhesion promoter (component b) and the monomers forming the matrix polymer become
  • poly (alkyl) (meth) acrylate and the monomers of the adhesion promoter used can be, for example, a random copolymer, a block copolymer or a graft copolymer.
  • preferred copolymers include moieties which are preferably selected from the group consisting of cyclic carboxylic acid anhydride derivatives, preferably maleic anhydride and glutaconic anhydride, and derived (meth) acrylic acid derivatives, preferably (meth) acrylic acid, amino, imide monomers and epoxy group-containing monomers wherein cyclic carboxylic anhydride derivatives are particularly preferred.
  • the copolymers may further preferably comprise units derived from
  • Styrene monomers in particular styrene, ⁇ -methylstyrene, (meth) acrylic acid,
  • Alkyl methacrylates and (alkyl) acrylates, (alkyl) (meth) acrylamides,
  • Alkyl (meth) acrylimides N-vinylpyrolidone, vinyl acetate, ethylene or propylene are derived, as it is for example the Altuglas® HT121.
  • the composite material to be used comprises a copolymer comprising at least one poly (alkyl) (meth) acrylate and at least one cyclic
  • Carboxylic anhydride derivative which, for example, with random distribution of the monomer units but also as a graft copolymer in which a cyclic
  • Carboxylic anhydride derivative is grafted onto a poly (alkyl) (meth) acrylate may be present.
  • cyclic carboxylic acid anhydride derivatives are particularly preferred those having a 5-, 6- or 7-membered ring, most preferably maleic anhydride and
  • Another preferred adhesion-promoting copolymer comprises poly (alkyl) (meth) acrylate and (meth) acrylic acid and preferably has an MVR [230 ° C., 3.8 kg] in the range from 0.5 to 30 ml / 10 min, particularly preferably 1 - 20 ml / 10min and most preferably in the range of 1 -10 ml / 10min and thus ensures a sufficiently low processing temperature and sufficiently good incorporation ability of the cellulose component.
  • Adhesive a cyclic carboxylic acid anhydride derivative, wherein its proportion
  • the proportion of the total copolymer comprising at least one poly (alkyl) (meth) acrylate and at least one cyclic carboxylic anhydride derivative based on the total weight of the composite material to be used according to the invention is preferably in the range from 0.5% by weight to (100% of cellulosic material Percentage of other constituents of the composite material)% by weight and particularly preferably in the range of 2% by weight to (100% fraction of cellulosic material - proportion of other constituents of the composition)
  • the composite material according to the invention also comprises a cellulosic component, in particular wood particles.
  • a cellulosic component in particular wood particles.
  • the proportion of the cellulosic component in the composite material has a great influence on the product properties.
  • the flexibility and mechanical properties are improved and an economic advantage is achieved.
  • a high proportion leads to increased moisture absorption, so that it is difficult to realize a very high proportion of cellulosic component.
  • Composite materials comprising an adhesion promoter may in particular have wood filler contents of up to 80% by weight, preferably 40 to 80% by weight, particularly preferably 50 to 80% by weight and very particularly preferably 60 to 75% by weight, based in each case on the total weight of the composite material.
  • the cellulose-containing component used according to the invention is preferably wood or paper or cardboard or other cellulosic materials.
  • the cellulosic component preferably has a cellulose content of at least 20% by weight, particularly preferably at least 30% by weight, very particularly preferably at least 40% by weight.
  • wood is used.
  • wood particles there are no particular limitations in the composite materials according to the invention. For example, wood chips, sawdust, wood fibers or wood flour can be used.
  • the composite material comprises a lubricant.
  • a lubricant Through the use of a lubricant, the processability of the composite material can be improved, for example, a relative low processing temperature can be realized.
  • polyolefins, polar ester waxes, polyethylene waxes, carboxylic and fatty acids and their esters (eg stearates) and long-chain fatty alcohols and fatty alcohol esters can be used as lubricants.
  • Composite material is preferably 0 to 5 wt.%, Particularly preferably 0.1 to 4 wt.%, Very particularly preferably 0.5 to 4 wt.% And particularly preferably 1 to 3 wt.%.
  • a lubricant is used, wherein the proportion of the lubricant based on the total mass of the composite material is particularly preferably at least 0.1 wt.%.
  • the composite materials according to the invention may contain other customary auxiliaries and / or additives such.
  • auxiliaries such as dyes, light stabilizers, IR absorbers, antimicrobial agents, flame retardants, thermal stabilizers, antioxidants, crosslinking polymers, fiber-reinforcing additives of organic or inorganic nature, polysiloxanes,
  • Composite materials in the plastic an impact modifier, in particular in a proportion of 0.1 to 15 wt.%, Preferably 0.5 to 10 wt.% And most preferably 1 to 6 wt.%, Each based on the mass of the contained in the composite
  • Plastic components It is possible to use all commercially available impact modifiers, in particular elastomeric particles having a medium
  • Particle diameter of 10 to 300 nm (measurements with, for example, the
  • the elastomer particles preferably have a core with a soft elastomer phase and at least one hard phase bound thereto.
  • Wood-plastic composite materials which have up to 80% by weight of cellulose-containing material, preferably wood particles and at least 15% by weight of poly (alkyl) (meth) acrylate, in each case based on the total weight of the composite material, have proven to be particularly advantageous.
  • Poly (alkyl) (meth) acrylates here are polymers which have at least 60% by weight, preferably at least 80% by weight, of units derived from (meth) acrylates, as stated above. The most preferred being the
  • Polymer portion either a) of a copolymer comprising at least one
  • the composite material according to the invention comprises the following components: a) poly (alkyl) (meth) acrylate matrix polymer: 0-59% by weight, preferably 1-5.5% by weight; b) adhesion promoter: 1 - 50% by weight; c) cellulosic component,
  • preferably wood fibers 40-80% by weight; d) Lubricant: 0-5% by weight, preferably 0.1-4% by weight, particularly preferably 0.5-3% by weight; e) Colorants: 0 - 5% by weight; f) light stabilizers: 0-0.5% by weight, preferably 0.01-0.2% by weight. wherein the components a) and b) together make up 9.5% to 59.9% by weight of the total weight of the six components mentioned above and the sum of the proportions of the six o.g. Components added to 100 wt.%.
  • the adhesion promoter can be a poly (alkyl) (meth) acrylate, so that in this case the components a) and b) are to be taken together and the proportions together in the range of 9 , 5% to 59.9% by weight of the total weight of the six components mentioned above.
  • the composite material according to the invention comprises the following components: a) poly (alkyl) (meth) acrylate matrix polymer: 0-59% by weight, preferably 1-5.5% by weight; b) copolymer comprising at least one 1-50% by weight; Poly (alkyl) (meth) acrylate and at least one
  • cyclic carboxylic anhydride derivative c) cellulosic component
  • lubricant 0 5% by weight preferably 0.5 4% by weight
  • colorant 0 5% by weight
  • light stabilizers 0-0.5% by weight preferably 0, 01 - 0.2 wt.%
  • 100% by weight refers to the
  • Total weight of the o.g. Components This may be identical to the total weight of the composite, but may also be less than 100% by weight of the composite if the composite is other than the aforementioned. includes six components. Components a) and b) may be combined as one component as above in the preferred embodiment.
  • the composite body may be made by casting from a reactive resin.
  • this variant has the disadvantage that the Production and processing of the resulting molded body is expensive, for example, a formability is only very limited.
  • the composite is made by using thermoplastically processable polymeric composites.
  • composite materials are particularly preferably used which have at least one of the adhesion promoters set out above. This succeeds the
  • WPC materials that practical product characteristics have minimum sizes or do not exceed maximum limits. These are, for example, the increase in weight due to water, the swelling behavior due to moisture, and material strengths, such as, for example, Bending and breaking strength.
  • Materials eg. As wood fibers, with cellulose as the main ingredient are extremely polar and hydrophilic. Moisture absorption up to large material depths is mainly caused by the hydrophilicity of the cellulosic material.
  • the preferably used composite material may preferably be prepared by mixing at least one cellulosic material with at least one of the above-described plastics and optionally one and / or another of the above-mentioned auxiliaries and / or additives, preferably at least one lubricant and processed into a composite material.
  • the further processing of the composite material is preferably carried out by extrusion or injection molding.
  • a melting temperature below 230 ° C, more preferably below 225 ° C, most preferably from 170 to 220 ° C, more preferably from 190 to 215 ° C and most preferably from 190 to 210 ° C plasticized.
  • the above-mentioned processing temperatures can be achieved in particular by the use of the copolymers described above with units derived from cyclic
  • Derived carboxylic acid anhydrides can be achieved. Furthermore, for example, lubricants can be used to achieve low processing temperatures. This is especially preferred in the case of the separate addition of adhesion promoters
  • Embodiment 1 preferred.
  • An inventive composite body has an adhesive layer, which with the
  • applied coating agent is applied directly to at least one surface of the molded composite material.
  • the adhesive layer applied to the composite may include one or more
  • a filling or primer layer can be applied, which serves, for example, as a primer.
  • a further adhesive layer can be applied, which has a high connection with the
  • the present invention preferably provides a composite or cast or molded article having a single-layer adhesive layer which preferably has a high adhesive strength without primer.
  • This feature is based on the high compatibility of many Coating compositions with poly (alkyl) (meth) acrylates and / or cellulosic materials.
  • the adhesive layer may be done in one or more coating operations.
  • the adhesive layer is made by coating a body with an adhesive and
  • the adhesive layer preferably has at least one cured adhesive which can bond poly (alkyl) (meth) acrylate and / or cellulose.
  • the thickness of the adhesive layer may be in the usual range and is not subject to any particular limitations. Thus, very thin layers or even relatively thick layers can be used. Preferably, the thickness of the adhesive layer in the range 1 to 1000 ⁇ , preferably 10 to 500 ⁇ and more preferably 20 to 200 ⁇ lie.
  • one- or multi-component adhesives in particular, one- or multi-component adhesives, in particular
  • Construction adhesives are used.
  • the molded bodies obtained from the composite material can be bonded to each other or to other materials.
  • the joining partner of the appropriate adhesive is selected, in particular differences in the coefficients of thermal expansion, stress with temperature changes, moisture, UV radiation, static or dynamic stress with tension or pressure, shear or use-related special burdens in the selection are taken into account.
  • WPC in particular WPC based on poly (alkyl) (meth) acrylates, stone, mineral building materials, metal, wood, glass, plastic and others can be used as the joining partner.
  • Suitable adhesives include, in particular, systems based on (meth) acrylates, polyurethanes, polysiloxanes and / or epoxides.
  • Adhesives in particular construction adhesives based on (meth) acrylate systems, are particularly suitable since they swell the poly (meth) acrylate component in the composite material and lead to a particularly intimate bond.
  • Adhesives based on (meth) acrylates generally comprise a reactive diluent, preferably (meth) acrylate monomers, which can be polymerized by a curing reaction.
  • Preferred monofunctional (meth) acrylates include
  • the reactive diluent may contain further of the comonomers set forth above for preparing the poly (alkyl) (meth) acrylates contained in the composite material.
  • functional monomers such as
  • Hydroxyl-containing or acid group-containing monomers preferably. Hydroxy-containing monomers include, among others
  • Hydroxylalkyl (meth) acrylates such as 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3,4-dihydroxybutyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate.
  • the preferred monomers having an acid group include, in particular, acrylic acid, methacrylic acid, succinic acid mono- (2-methacryloxy) ethyl ester,
  • HEMA phosphate Hydroxylethyl methacrylate phosphate
  • the adhesive may include adhesion promoting components, e.g. contain adhesion-promoting monomers.
  • adhesion-promoting monomers those having reactive groups are preferred.
  • particularly preferred reactive monomers are methacryloxypropyltrimethoxysilane, methacryloxypropyltriethoxysilane, glycidyl methacrylate.
  • an adhesive preferably based on (meth) acrylates, may contain crosslinkers.
  • Crosslinkers in this context are compounds which have at least two reactive carbon-carbon double bonds.
  • crosslinkers include, in particular, crosslinking monomers which have a relatively low molecular weight, which is preferably less than 1000 g / mol. These monomers have at least two double bonds with similar reactivity in a radical polymerization.
  • crosslinking monomers which have a relatively low molecular weight, which is preferably less than 1000 g / mol. These monomers have at least two double bonds with similar reactivity in a radical polymerization.
  • These include, in particular, (meth) acrylates derived from unsaturated alcohols, e.g. Allyl (meth) acrylate and vinyl (meth) acrylate; and (meth) acrylates derived from diols or higher alcohols, e.g.
  • Glycol di (meth) acrylates such as ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, tetra- and polyethylene glycol di (meth) acrylate, 1,3-butanediol (meth) acrylate, 1,4-butanediol ( meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate,
  • Glycerol di (meth) acrylate and diurethane dimethacrylate (Meth) acrylates having three or more double bonds, e.g. Glycerol tri (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate and dipentaerythritol penta (meth) acrylate.
  • crosslinkers based on polyfunctional copolymers with pendant acrylate and / or methacrylate functions are also possible.
  • Suitable adhesive components which contribute to the improvement of the mechanical properties are mono-, di- or polyvalent oligomers which are mono-, di- or poly (meth) acrylates which are used commercially, for example, in radiation-curable coatings.
  • oligomer is not to be understood in the strictest chemical sense, but denotes a group of compounds consisting of consist of one or more central elements to which the (meth) acrylate groups are attached.
  • the central building blocks often contain urethane units or elements made from epoxides.
  • urethane (meth) acrylates or epoxy (meth) acrylates for example as radiation-curable binders, for example under the brand name Ebecryl® from the company Cytec or under the trade name Genomer® from the company Rahn.
  • Crosslinking agents based on polyurethane (meth) acrylates so-called PUMAs, of novolaks, epoxy resins, polyethers and polyesters are of particular interest for the invention.
  • the polyurethane (meth) acrylates include u. a. isocyanate-functional prepolymers, in which by means of hydroxy-functional compounds, such as. B. hydroxyethyl acrylate,
  • the isocyanate-functional prepolymers useful in the practice of the invention are also known per se. Typically, such prepolymers are
  • the reaction between the polyisocyanate and the polyols is carried out using a
  • Reaction product has at least two free, unreacted isocyanate groups.
  • the polyols useful in preparing the isocyanate-functional prepolymers used in the invention preferably have a
  • Suitable polyols include polyalkylene glycols such as polyethylene glycols, polyether polyols such as the compounds prepared by addition polymerization of ethylene oxide and a polyol such as trimethylolpropane in proportion to provide unreacted hydroxyl groups in the product hydroxylated elastomers that have a glass transition temperature
  • polyols e.g. Diethylene glycol, trimethylolpropane or 1,4-butanediol with polycarboxylic acids such as phthalic acid, terephthalic acid, adipic acid, maleic acid or succinic acid in proportion to provide unreacted polycarboxylic acids
  • polycarboxylic acids such as phthalic acid, terephthalic acid, adipic acid, maleic acid or succinic acid
  • Hydroxyl groups were prepared in the product; Glyceride esters of hydroxylated Fatty acids such as castor oil, glycerol monoricinoleate, blown linseed oil or blown soybean oil; and polyester polyols, such as those produced by polymerization of a lactone, such as ⁇ -caprolactone.
  • Polyisocyanates which can be reacted with polyols to form isocyanate-functional prepolymers to be used in accordance with the invention can be any monomeric, e.g. H. non-polymeric, isocyanate compounds having at least two free ones
  • Isocyanate groups including aliphatic, cycloaliphatic and aromatic compounds.
  • Typical representatives of polyisocyanates include, but are not limited to, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, m- and p-phenylene diisocyanate, polymethylenepoly (phenyl isocyanate), hexamethylene diisocyanate, 4,4'-methylene bis (cyclohexyl isocyanate), isophorone diisocyanate and other aliphatic, cycloaliphatic and aromatic polyisocyanates, including mixtures of such polyisocyanates. Frequently, cycloaliphatic and aromatic polyisocyanates are preferred.
  • polyfunctional compounds based on phenol resins preferably novolaks, as crosslinkers.
  • Novolaks can be based on phenols and / or cresols. They are prepared by acid-catalyzed condensation of formaldehyde with either phenol or cresol.
  • unsaturated polyesters can be used as crosslinkers.
  • the viscosity-adjusting adhesive may comprise polymers that are compatible with the components set forth above. These include, among others
  • an adhesive may be a component for improving the elastic
  • This component can be chemically bonded to the plastic matrix, which is preferably based on (meth) acrylates. Furthermore, this component can be incorporated into the matrix without a chemical compound.
  • rubbers which are commonly used in adhesives.
  • These include, inter alia, polyurethanes, ethylene-propylene rubbers (EPM), ethylene-propylene-diene rubbers (EPDM), styrene block copolymers, such as stryol-butadiene rubbers (SBR) and butadiene-acrylonitrile copolymers, each with functional Groups for Integration can be provided in the matrix.
  • functional groups include, among others, radically polymerizable carbon-carbon double bonds.
  • Polyurethanes are polymers in which repeating units are linked by urethane groups -NH-CO-O-. Polyurethanes are usually formed by polyaddition of dihydric or higher alcohols to dihydric or higher isocyanates (Rompp Chemie Lexikon, 9th edition, S 3575 or plastics 80, 1 193). Technically important
  • Polyurethanes are e.g. prepared from polyester diols and polyether diols on the one hand and toluene diisocyanate or hexamethylene diisocyanate on the other.
  • polyester urethanes and polyether urethanes are generally based on the reaction of isocyanate groups with active hydrogen atoms containing, preferably hydroxyl group-containing compounds.
  • Preferred polyalkylene ether glycols are u. a. Polyethylene glycol, polypropylene glycol, polybutylene glycol, polytetramethylene glycol, polyhexamethylene glycol and the like. These are for example by acid-catalyzed polycondensation of the corresponding monomeric glycols or by condensation of lower alkylene oxides, such as
  • ethylene oxide, propylene oxide and the like obtained either with itself or with glycols, such as.
  • glycols such as.
  • ethylene glycol, propylene glycol and the like obtained either with itself or with glycols, such as.
  • Polyalkylene ether glycols preferably have a molecular weight in the range of 500 to 10,000.
  • Another class of reactive, organic, polyfunctional polyols which can be used in the preparation of the polyurethanes which can be used according to the invention are those disclosed in US Pat essential linear polyesters containing a plurality of isocyanate-reactive hydroxyl groups.
  • the suitable hydroxyl-containing polyesters are, for example, reaction products of dihydric alcohols with dibasic carboxylic acids.
  • the free polycarboxylic acids it is also possible to use the corresponding polycarboxylic acid anhydrides or corresponding polycarboxylic acid esters of lower alcohols or mixtures thereof to prepare the polyesters.
  • the polycarboxylic acids can be used.
  • aliphatic, cycloaliphatic, aromatic and / or heterocyclic nature and optionally, e.g. by halogen atoms, substituted and / or unsaturated.
  • examples of these are: succinic acid, adipic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, phthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride,
  • 1, 12-dodecanedicarboxylic acid 1, 12-dodecanedicarboxylic acid.
  • polyhydric alcohols e.g. Ethylene glycol, propylene glycol (1,2) and - (1,3), butylene glycol (1,4) and - (2,3), hexanediol (1,6), octanediol (1,8), neopentyl glycol , Cyclohexanedimethanol (1,4-bis-hydroxymethylcyclohexane), 2-methyl-1,3-propanediol, furthermore diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol,
  • Polyethylene glycols dipropylene glycol, polypropylene glycols, dibutylene glycol and
  • polyesters of lactones e.g. ⁇ -caprolactone or hydroxycarboxylic acids, e.g. ⁇ -hydroxycaproic acid, can be used.
  • the said hydroxy-containing compounds are usually reacted with isocyanates.
  • the preferred di- or higher-valent isocyanates include in particular aliphatic and cycloaliphatic isocyanates which have a particularly high light resistance, such as hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI), 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane (H12MDI) and 1, 4-cyclohexyl diisocyanate (CHDI ).
  • HDI hexamethylene diisocyanate
  • IPDI isophorone diisocyanate
  • H12MDI 4,4'-diisocyanatodicyclohexylmethane
  • CHDI 1, 4-cyclohexyl diisocyanate
  • aromatic isocyanates having at least two isocyanate groups, tolylene diisocyanate (TDI), diphenylmethane diisocyanate (MDI), naphthylene diisocyanate (NDI) and polymeric diphenylmethane diisocyanate (PMDI) being mentioned by way of example.
  • TDI tolylene diisocyanate
  • MDI diphenylmethane diisocyanate
  • NDI naphthylene diisocyanate
  • PMDI polymeric diphenylmethane diisocyanate
  • Aromatic isocyanates are characterized by a particularly high reactivity, so that they are usually preferred if the light resistance has a subordinate importance for the particular application.
  • a curable adhesive comprises at least one curing agent, which, depending on the type of curing, is also added shortly before use into the adhesive.
  • curing agent include thermal hardeners, in particular peroxides or azo compounds, which form radicals under heat.
  • azo initiators include, among others, the well-known in the art azo initiators, such as AIBN and 1, 1-azobiscyclohexancarbonitrile, and
  • Peroxy compounds such as methyl ethyl ketone peroxide, acetyl acetone peroxide, dilauryl peroxide, tert-butyl per-2-ethylhexanoate, ketone peroxide, tert-butyl peroctoate,
  • room-temperature reactive redox coupling catalyst systems comprise at least one oxidant and at least one reducing agent which together at room temperature to form free, for the inventive adhesives for the introduction of additives
  • Reducing agents are used in the practice of the present invention.
  • the oxidizing agents include, among others, peroxides such as benzoyl peroxide and other diacyl peroxides, hydroperoxides such as cumyl hydroperoxide, peresters such as t-butyl peroxybenzoate, ketone hydroperoxides such as methyl ethyl ketone, organic salts of transition metals such as cobalt naphthenate, and labile chlorine atom-containing compounds such as sulfonyl chloride.
  • peroxides such as benzoyl peroxide and other diacyl peroxides
  • hydroperoxides such as cumyl hydroperoxide
  • peresters such as t-butyl peroxybenzoate
  • ketone hydroperoxides such as methyl ethyl ketone
  • organic salts of transition metals such as cobalt naphthenate
  • labile chlorine atom-containing compounds such as sulfonyl chloride.
  • the condensation products of aliphatic aldehydes such as butylaldehyde with primary amines such as aniline or butylamine.
  • accelerators or promoters can bring advantages.
  • the redox catalyst systems are preferably premixed with the other components of the adhesive such that curing only starts after mixing of all components.
  • the amount of hardener depends on the application, the hardeners being customary in an amount in the range from 0.01 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, particularly preferably 0.5 to 3% by weight. , be used based on the weight of the adhesive.
  • the adhesive may contain conventional additives. Examples include only: setting agents, antistatic agents, antioxidants, accelerators, biostabilizers, chemical blowing agents, mold release agents, flame retardants, lubricants, colorants,
  • Flow improvers fillers, lubricants, primers, hardeners, initiators, inhibitors, catalysts, light stabilizers, optical brighteners, organic phosphites, oils, pigments, tougheners, crosslinking agents, reinforcing agents, reinforcing fibers, weathering inhibitors, waxes, and plasticizers
  • Coupling agents in particular based on rubbers, preferably liquid rubbers and based on phosphorus-containing compounds, deserve particular attention as additives to the adhesives.
  • the rubbers that can be used to improve adhesion include, but are not limited to, ethylene-propylene rubbers (EPM), ethylene-propylene-diene rubbers (EPDM), styrene block copolymers, for example, stryol-butadiene rubbers (SBR) and butadiene-acrylonitrile copolymers.
  • EPM ethylene-propylene rubbers
  • EPDM ethylene-propylene-diene rubbers
  • SBR stryol-butadiene rubbers
  • butadiene-acrylonitrile copolymers The adhesion can be selected by selecting a suitable
  • Suitable are e.g. Copolymers with vinyl, epoxy, amino or carboxyl end groups.
  • Suitable products are e.g. marketed by Emerald under the name Hypro and are available with many reactive end groups.
  • Phosphorus-containing compounds which can be used in the context of the invention as additives with particular success include, among other compounds, derivatives of phosphinic acid, derivatives of phosphonic acid and derivatives of phosphoric acid, which have at least one -POH group and at least one organic radical is characterized by the presence of at least one olefinically unsaturated group, which is preferably arranged terminally.
  • Additives of particular interest include waxes or paraffins.
  • Methacrylate adhesives tend to inhibit air when cured. As a result, the upper adhesive layers, which may come in contact with air, remain tacky to an increased degree and not become solid like the rest of the adhesive mass. These properties do not degrade the adhesive effect, but are undesirable from the perspective of the processor. To prevent or improve this behavior, therefore, paraffins are added to the adhesive, which must be close to the solubility limit in their concentration.
  • Another group of special additives is the group of inhibitors.
  • the polymerizable adhesive mixture is added to protect against unwanted, premature cure inhibitors. These act as radical chain termination reagents to trap the commonly present radicals and increase the shelf life of the adhesive formulations considerably. When intentionally initiated by addition of organic peroxides curing, however, the added inhibitors have the advantage of being quickly traversable. Are used mainly 1, 4-dihydroxybenzenes. However, it is also possible to use differently substituted dihydroxybenzenes.
  • Another important substance group are the fillers.
  • fillers and / or pigments in the liquid adhesive formulation are all conventional additives such.
  • natural and synthetic calcium carbonates dolomites, calcium sulfates, silicates such.
  • Diatomaceous earth barium sulfates, carbides such. As SiC, sulfides (eg MoS 2 , ZnS) or titanates such.
  • B. BaTi0 3 molybdates such as zinc, calcium, barium, strontium molybdate, phosphates such as zinc, calcium, magnesium.
  • metal powder or metal oxides such as AI powder, silver powder or aluminum hydroxide. Also used are carbon black, graphite powder, wood flour, synthetic fibers (base
  • Polybenzinidazole fibers PEEK fibers, polyethylene fibers, boron fibers, ceramic fibers.
  • Usual percentage amounts with respect to the total formulation are between 0 and 60% by weight.
  • phenoxy resins can be added to the adhesives, which can serve in particular to improve the tensile shear strengths of bonds.
  • the poly (meth) acrylate adhesive is preferably constructed of several components so as to best absorb the stresses encountered in the application.
  • the various parameters must be set so that all occurring forces do not lead to irreversible damage. This is best achieved if the system retains its good adhesion under all conditions and is designed to be sufficiently flexible. However, the flexibility may only be adjusted to such an extent that intolerable deformations do not occur and the necessary strength remains.
  • Construction adhesives which, in addition to PMMA, can also be used on many substrates, e.g. Wood, metal, glass, stone, mineral building materials, plastic, and other adhere well. Adhesion may be adapted to the substrate by selecting a reactive liquid rubber having suitable functionality, as previously stated. The strength can be increased or controlled by the use of di- or higher-functional crosslinkers.
  • a suitable crosslinker is e.g. Trimethacrylate.
  • An adhesive based on (meth) acrylates with the following components may preferably be used:
  • Polymeric crosslinker preferably an unsaturated 0 to 30
  • Polyester resin (UP resin), 75% in MMA preferably 2 to 10
  • Reactive thinner preferably methyl methacrylate 20 to 90
  • MMA preferably 40 to 80 Raw material parts by weight
  • Diisopropylparatoluidine preferably 0.2 to 3
  • Paraffin preferably 0.2 to 3
  • HMCP phosphate 50% in MMA preferably 0.2 to 3
  • Zinc stearate preferably 0.2 to 3
  • Aerosil 300 preferably 0.2 to 6
  • An example of a suitable adhesive formulation is a fast methacrylate adhesive with good chemical resistance, which can be optionally filled with inorganic fillers or other polymers.
  • An increase in viscosity can be partially offset by increasing the proportions of the liquid or lowering the polymer content.
  • PCT / EP2003 / 013058 is hereby incorporated by reference for disclosure purposes into the description of the present application by reference hereto.
  • preferred adhesives based on (meth) acrylates for example commercially available from Huntsman under the trade designation Agomet ® F 300, Agomet ® F 305, Agomet ® F 315 and Agomet ® F 347, by BM-Chemie ® as Araldite 2000 series, such as Araldite 2047 or by Evonik under the trade name Acrifix ®, for example Acrifix ® available 190th
  • suitable adhesives are epoxy adhesives.
  • Epoxy adhesives consist of aliphatic and / or aromatic mono- or polyfunctional epoxides, optionally inorganic fillers, such as coated or uncoated chalk, optionally polymeric thickeners such as Hypro RLP, in particular epoxy-functional rubbers, further conventional additives, such as accelerators, catalysts or stabilizers and optionally latent hardeners in the case of 1K adhesives.
  • Epoxy adhesives are designed as one- or two-component adhesives.
  • suitable aromatic glycidyl systems for example, products based on bisphenol A can be used.
  • As aliphatic and / or aromatic mono- or polyfunctional epoxides optionally inorganic fillers, such as coated or uncoated chalk, optionally polymeric thickeners such as Hypro RLP, in particular epoxy-functional rubbers, further conventional additives, such as accelerators, catalysts or stabilizers and optionally latent hardeners in the case of 1K adhesives.
  • Epoxy adhesives are designed as one- or two-component
  • Epoxy components can be mono- or polyvalent glycidyl with linear or cyclic aliphatic elements use.
  • Epoxy adhesives may further include conventional additives as detailed above with respect to (meth) acrylate-based adhesives.
  • the hardener is integrated and reacts only when heated. Such adhesives must be stored cool, so that they do not react prematurely.
  • the hardener system is stored in a second container and mixed only shortly before use or directly during application in suitable mixing and metering devices.
  • Suitable hardeners contain e.g. mono- or polyfunctional amino group-containing systems whose reactivity can be controlled by selecting the substituents on the amino group.
  • Primary and secondary amines are suitable and may be formulated in combination by adjusting the ratio to faster-curing more reactive or slower-curing adhesives having a longer pot life.
  • Flexible cold impact adhesives can be obtained by combining the amine curing systems with reactive rubbers, e.g. Hypro RLP grades from Emerald with amino functions (ATB, ATBN types). Furthermore, all other known systems which can be reacted with epoxides can be used as hardeners or hardener components. Suitable z. The known hydroxyl-containing aliphatic or aromatic compounds, some of which are also useful as accelerators, e.g. Benzyl alcohol. When formulating epoxy adhesives, toxicological assessments are too
  • Adhesives based on epoxides are among others in textbook adhesives: Formulation of adhesives and sealants, Vincentz-Verlag, 2nd edition, series: COLOR AND LACK Edition, Author: Bodo Muller, Walter Rath, ISBN: 9783866308626, the contents of which are incorporated herein by reference in its entirety for purposes of disclosure by reference.
  • the latter are characterized by good weathering stability, while in the former the hardness and elasticity can be adjusted over a wide range.
  • Silicone adhesives are e.g. the products of the company Wacker particularly suitable.
  • polyurethane adhesives e.g. Products from BASF.
  • the lupranate products can be used as isocyanates and the lupranol products as the polyol component.
  • Polyurethane adhesives and silicone adhesives may further include conventional additives as detailed above with respect to (meth) acrylate-based adhesives.
  • Polyurethane adhesives are described, inter alia, in the publications WO 2010/085602 A1 and EP 2 090 603 A2, the content of these documents being incorporated by reference for disclosure purposes in the application.
  • the curing of the adhesives can be triggered by reaction of two components, by heat or high-energy radiation, eg UV light.
  • high-energy radiation eg UV light
  • at least one of the joining partners must be permeable to the radiation used.
  • Suitable commercially available adhesives are sold by Evonik under the trade name Acrifix ® or AGOVIT ® adhesives, with both two-component and
  • radiation-curable one-component systems can be used.
  • suitable adhesives are methacrylate and epoxy adhesives, e.g. under the
  • the coating composition used for the preparation of the adhesive layer can be applied by conventional methods, such as dipping, rolling, flooding, casting, in particular by brushing, rolling, spraying (high pressure, low pressure, airless or electrostatic (ESTA)).
  • conventional methods such as dipping, rolling, flooding, casting, in particular by brushing, rolling, spraying (high pressure, low pressure, airless or electrostatic (ESTA)).
  • the composite bodies according to the invention may be formed in solid or partially solid form, wherein, for example, a plurality of moldings, which were preferably obtained by extrusion of the previously detailed composite material, are bonded together to form dense, cavity-free composite bodies. These molded articles exhibit excellent stability and mechanical strength, but have a relatively high weight. These moldings can be used as a replacement for laminated wood.
  • the composite body may have cavities.
  • the composite body preferably the molded body, may have solid partial areas and partial areas with cavities.
  • Another object of the present invention is a method for producing a composite body, which is characterized in that a molded or cast body comprising a composite material containing at least one cellulosic material and at least one poly (alkyl) (meth) acrylate, with an adhesive provided and connected to at least one other object.
  • the further article may comprise a cellulosic material.
  • the further object may be constructed of a material that does not consist of a
  • cellulosic material preferably made of plastic, for example poly (alkyl) (meth) acrylate, polycarbonate, polystyrene, metal, for example aluminum, aluminum alloys, steel or galvanized steel, glass, inorganic mineral materials, eg stone and inorganic-organic composites, eg artificial stone , PLEXIGLAS ® Mineral or Corean.
  • plastic for example poly (alkyl) (meth) acrylate, polycarbonate, polystyrene, metal, for example aluminum, aluminum alloys, steel or galvanized steel, glass, inorganic mineral materials, eg stone and inorganic-organic composites, eg artificial stone , PLEXIGLAS ® Mineral or Corean.
  • suitable joining partners for the bonding include woods, eg fir or spruce and high pressure laminates, eg paper melamine resin coating materials, which are commercially available under the trademarks Trespa or Fundermax.
  • the composite bodies of the invention can be used in all applications known for WPC, in particular as a material in areas with increased moisture exposure, especially in outdoor areas such. B. as floor coverings, z. B. as terrace panels, etc., as
  • Construction materials such. B. as construction timbers, boards, beams, posts, formwork panels, garden sheds, game towers, playground equipment, sand boxes, carports, gazebos, door frames, window sills, etc., as wall elements, wall coverings, sound insulation elements, balustrades, as ceiling panels, as roofing, in Shipbuilding or for the construction of port facilities, z.
  • boat ridges, boat deflectors, ship decks, etc. as maintenance-free furniture material indoor and outdoor, such.
  • Chairs, loungers, shelves, counters, garden benches, kitchen furniture, countertops, bathroom furniture, etc. as containers or enclosures, such.
  • As lawn enclosures Bedetein Deepen, Rollrabatte,
  • Flower pots, plant troughs, etc. can be used.
  • the soundproofing effect of the composite bodies according to the invention can be based on the reflection of the sound but also on the absorption. While for reflection also smooth
  • Moldings according to the invention are produced, the surface of which is structured in such a way that a sound-absorbing effect is achieved by the structuring.
  • Hollow panels or profiles are preferred moldings of the present invention, which are provided with respective openings or bores that allow the sound waves to penetrate into the component. As a result, a significant sound absorption effect can be achieved. Combinations or modifications of the two mentioned variants of the soundproofing elements are also covered by the present invention.
  • the composite body according to the invention can also be used for the production of structurally complex structures, wherein the moldings can also be connected to metal, wood, glass or plastics, in particular transparent plastics, such as polymethyl methacrylate.
  • the MVR [230 ° C, 3.8kg] is determined according to ISO 1 133.
  • the water absorption is determined in a Koch test based on the standard EN 1087-1. For this purpose, a 100mm long sample section in thickness and width of
  • composition of the feeds for the extrusion was as follows:
  • Wood fibers 320 ⁇ 70 wt.%
  • Adhesion promoter XI RAN® SZ 22065 6.0% by weight
  • Lubricant LICOWAX® E 3.0% by weight
  • composition of the feeds for the extrusion was as follows:
  • Wood fibers 70% by weight
  • Adhesion promoter 10% by weight
  • Lubricant LICOWAX E 2.0% by weight
  • PMMA PLEXIGLAS® 7N 18% by weight

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Verbundkörper, umfassend ein Verbundmaterial, enthaltend zumindest ein zellulosehaltiges Material und zumindest ein Poly(alkyl)(meth)acrylat, wobei der Verbundkörper mindestens eine Klebschicht, die mit dem Verbundmaterial in Verbindung steht, aufweist.

Description

Verbundkörper, umfassend ein Verbundmaterial
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundkörper, umfassend ein Verbundmaterial, enthaltend zumindest ein zellulosehaltiges Material und zumindest ein
Poly(alkyl)(meth)acrylat, sowie mindestens eine Klebeschicht, die mit dem Verbundmaterial in Verbindung steht. Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundkörpers.
Verbundkörper bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen dreidimensionalen Körper, umfassend bevorzugt mindestens einen Formkörper und/oder einen Gußkörper aus dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial und mindestens eine Klebeschicht. Besonders bevorzugt umfasst der Verbundkörper einen durch Kleben zusammengefügten Verbund aus mehreren Form- und/oder Gußkörpern, aus dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial sowie ggf. weiteren Körpern welche nicht aus dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial bestehen. Die erfindungsgemäßen Verbundkörper bestehen neben den Klebeschichten somit ganz oder zumindest teilweise aus dem erfindungsgemäß verwendeten Verbundmaterial.
Verbundmaterial bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Zusammensetzung enthaltend zumindest ein zellulosehaltiges Material und zumindest ein
Poly(alkyl)(meth)acrylat. Bevorzugt handelt es sich dabei um eine Formmasse bzw. eine Reaktivlösung oder einen Sirup, welcher für Gußverfahren eingesetzt werden kann.
Formkörper bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen dreidimensionalen Körper, der durch ein thermoplastisches Umformungsverfahren, bevorzugt Extrusion oder Spritzguß, aus einem erfindungsgemäßen Verbundmaterial hergestellt wurde.
Gußkörper bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen dreidimensionalen Körper, der durch ein Gußverfahren aus einem erfindungsgemäßen Verbundmaterial hergestellt wurde.
Verbundkörper aus zumindest einem zellulosehaltigen Material und zumindest einem
Kunststoff werden heutzutage insbesondere in Form von Holz-Kunststoff- Verbundwerkstoffen, sogenannte WPCs„Wood plastic composites", großtechnisch hergestellt. Im Rahmen der nachfolgend beschriebenen Erfindung werden die Begriffe„Holz- Kunststoff-Verbundmaterial(ien)",„Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoff(e)" und„WPC(s)" synonym verwendet. Die Begriffe„Verbundmaterial",„WPC-Material" und„Verbundwerkstoff" werden ebenfalls synonym verwendet. Historisch betrachtet werden Vollholz und traditionelle Holzwerkstoffe in der Regel als Bau- und Möbelwerkstoffe genutzt. Die WPC-Materialien haben diese klassischen
Anwendungsbereiche aufgrund von verbesserten Formgebungsverfahren um wesentliche neue Einsatzmöglichkeiten erweitert.
Bei WPC Materialien handelt es sich üblicher Weise um eine Verbindung von Holzpartikeln (wie Holzsplitter, Sägespäne, Holzfasern oder Holzmehle) mit einer Kunststoff matrix. Als Kunststoffmatrix dienen in der Regel thermoplastische Kunststoffe.
Bei der ursprünglichen Entwicklung der WPCs in Nordamerika wurde Holz primär als billiger Füllstoff eingesetzt. Die Kosten für die Holzspäne liegen bei einem Bruchteil der alternativ dafür eingesetzten Kunststoffe, womit der Holzanteil die Materialkosten im Produkt verbilligt. Im Vergleich zu den eingesetzten Kunststoffen besitzt Holz einen höheren Elastizitätsmodul, so dass sich bei einer optimierten Holz-Kunststoff-Kombination gegenüber dem reinen Kunststoff bessere mechanische Eigenschaften ergeben.
Weltweit dominieren drei Kunststoffe in beinahe allen kommerziell hergestellten WPC- Materialien. Während in Amerika vorwiegend Polyethylen (PE) zum Einsatz gelangt, wird in Europa hauptsächlich Polypropylen (PP) verwendet. In Asien wird sehr häufig
Polyvinylchlorid (PVC) als WPC-Kunststoff genutzt. Allen drei Kunststoffen ist gemein, das sie Massenkunststoffe darstellen und daher relativ preisgünstig zu haben sind. Dieser kommerzielle Gesichtspunkt ist mit unter ein Grund, warum sich die WPC-Forschung maßgeblich nur mit den genannten thermoplastischen Kunststoffen beschäftigt hat.
Auf der anderen Seite ist es nach wie vor eine Herausforderung, Naturfasern (wie z.B.
Zellulose) an Polymere dauerhaft anzubinden. Bei den genannten Kunststoffen PE, PP und PVC ist die Anbindung an Holzfasern mittels Haftvermittler infolge einer Jahrzehnte langen Entwicklung hinreichend gut gelöst.
Die derzeitige Weiterentwicklung der WPC Werkstoffe beschäftigt sich neben der
Optimierung der Prozesstechnologie sehr stark mit der Verbesserung von
Produkteigenschaften bzw. mit auf für bestimmte Einsatzzwecke maßgeschneiderten Eigenschaften.
W PC-Werkstoffe werden derzeit vornehmlich im Außeneinsatz verwendet. Eine große Anwendung für WPC sind Terrassenpaneele, sogenannte„Deckings". Hier konkurrieren WPC Materialien hauptsächlich gegen Edelhölzer aus subtropischen Regionen. In
Bauanwendungen erwartet man von WPC Materialien neben der Materialfestigkeit höchste Dauerhaftigkeit, mindestens aber eine vergleichbare zu resistenten Naturhölzern. Aufgrund der verwendeten Einsatzstoffe unterliegen WPC-Materialien in der Regel im Außenbereich einer Veränderung durch Witterungseinflüsse. Der Grad der Alterung ist einerseits abhängig von der Resistenz der verwendeten Holzfasern, andererseits auch vom Langzeitverhalten des eingesetzten Kunststoffs.
Es ist allgemein bekannt, dass Kunststoffe sehr weit gefasste Produkteigenschaftsbereiche aufweisen. Dieses betrifft sowohl thermische als auch mechanische und Langfrist- Eigenschaften. Vor dem Hintergrund der Entwicklung dauerhafter WPC Materialien für den Außenbereich besteht somit nach wie vor ein Bedarf an Verbundwerkstoffen mit besserer Witterungsbeständigkeit im Vergleich zu WPCs auf Basis von Polyolefinen.
Die Herstellung von WPC Verbundkörpern geschieht häufig über Spritzguss- bzw.
Extrusionsverfahren und findet somit durch Plastifizierungsvorgänge bei
Schmelzetemperatur der Kunststoffkomponente statt. Auch, aber eher weniger verbreitet, sind nass-chemische Polymerisationsprozesse mit Holzpartikeln.
Polymethylmethacrylat, kurz PMMA, ist bekannt für extreme Witterungsbeständigkeit und hohe mechanische Festigkeiten. Es ist damit im Eigenschaftsspektrum gut geeignet für Bauanwendungen. Für WPC-Anwendungen hat sich dieses Material bislang jedoch nicht durchgesetzt, da extrudierte Formkörper, die aus diesem Material hergestellt wurden eine relativ hohe Wasseraufnahme zeigen. Derartige Formkörper sind beispielsweise in
FR 1 575 752 A dargestellt. Formkörper, die aus (Meth)acrylat-Reaktivharzen erhältlich sind, wie diese beispielsweise in EP 0 982 1 10 A dargelegt sind, sind zudem sehr teuer in der Herstellung. Demgemäß wurden WPC-Materialien auf Basis von PMMA nicht kommerziell vertrieben.
Die Belastbarkeit und Tragfähigkeit von Bauteilen aus Holz kann durch das Zusammenfügen von Holzschichten verbessert werden, so dass keine Begrenzungen durch die Dimension des ursprünglich verwendeten Holzstammes gegeben sind. So werden vielfach Holzbretter miteinander unter Bildung von sogenanntem Brettschichtholz, auch Leimholz genannt, verklebt. Marktgängige WPC-Form- oder Gußkörper zeigen diese Eigenschaft nicht, da die Klebstoffe nicht auf dem verwendeten Kunststoff haftet. Demgemäß ist die Tragfähigkeit dieser Materialien auf die Dimensionen begrenzt, die durch übliche Extrusionsverfahren erhältlich sind. Hierbei ist festzuhalten, dass die Dicke von Extrudaten durch die
Wärmeabfuhr beschränkt ist, so dass übliche WPC- Form- oder Gußkörper nicht für anspruchsvolle konstruktive Zwecke eingesetzt werden können.
In Anbetracht des Standes der Technik war es nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Verbundkörper, umfassend ein Verbundmaterial, enthaltend zumindest ein zellulosehaltiges Material und zumindest ein Polymer, zur Verfügung zu stellen, das ein verbessertes Eigenschaftsprofil aufweist.
Eine Aufgabe bestand insbesondere darin Verbundkörper mit ausgezeichneten
mechanischen Eigenschaften bereitzustellen. Insbesondere sollte der Formkörper für anspruchsvolle konstruktive Zwecke eingesetzt werden können. Hierbei sollten die
Eigenschaften von Konstruktionsholz erreicht werden.
Ferner sollte der Verbundkörper eine hohe Witterungsbeständigkeit aufweisen.
Weiterhin war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbund-, Form- oder Gußkörper aus WPC bereitzustellen, der leicht mit weiteren Materialien zusammengefügt werden kann.
Eine weitere Aufgabe kann darin gesehen werden, einen Verbundkörper auf Basis von WPC-Materialien bereitzustellen, der einfach, kostengünstig und umweltfreundlich hergestellt und verarbeitet werden kann. Insbesondere sollten die verwendeten Formkörper durch Extrusion erhältlich sein und durch übliche Standardverfahren, die insbesondere bei der Be- und Verarbeitung von Holz eingesetzt werden, verarbeitet werden können. Hierbei sollten die Verbundkörper relativ gut wiederverwertet werden können, ohne dass Umweltschäden zu befürchten wären.
Weitere nicht explizit genannte Aufgaben ergeben sich aus dem Gesamtzusammenhang der nachfolgenden Beschreibung, Beispiele und Ansprüche.
Gelöst werden diese sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch einen Formkörper mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Verbundkörper, umfassend ein Verbundmaterial, enthaltend zumindest ein zellulosehaltiges Material und zumindest ein Poly(alkyl)(meth)acrylat, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass der Verbundkörper mindestens eine Klebschicht, die mit dem Verbundmaterial in Verbindung steht, aufweist.
Ein erfindungsgemäßer Verbundkörper weist ausgezeichnete mechanische Eigenschaften auf. Hierbei kann der Verbundkörper für anspruchsvolle konstruktive Zwecke eingesetzt werden, wobei die Eigenschaften von Konstruktionsholz erreicht werden. In diesem
Zusammenhang ist festzuhalten, dass die Dimension des Verbundkörpers nicht begrenzt ist, so dass durch Verklebung auch sehr dicke Körper erhältlich sind, die eine äußerst hohe Tragkraft haben. Das erfindungsgemäß verwendete Verbundmaterial kann leicht mit weiteren - zellulosehaltigen oder nicht zellulosehaltigen - Materialien zusammengefügt werden, wobei dies insbesondere durch Verklebung erfolgen kann.
Der Verbundkörper weist eine sehr hohe Witterungsbeständigkeit auf, wobei der
Verbundkörper nach einer Bewitterung leicht aufgearbeitet werden kann. Die
erfindungsgemäßen Verbundkörper haben nämlich aufgrund des als Matrixmaterial verwendeten Poly(alkyl)(meth)acrylats die Eigenschaft, dass eine Vielzahl von
Lacksystemen und Lasuren auf deren Oberfläche haftet. Die ist bei WPC's aus anderen Kunststoffen nicht der Fall. Bewitterte erfindungsgemäße Verbundkörper zeigen ein ähnliches Eigenschaftsprofil wie Holz, so dass diese auch ohne Spezialkenntnisse und teure Werkzeuge aufgearbeitet und wiederhergestellt werden können.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Verbundkörper z. B. im Vergleich zu ähnlichen Körpern aus reinem Holz sind darin zu sehen, dass die erfindungsgemäßen Verbundkörper nicht faulen. Insbesondere sind alle Holzbestandteile der erfindungsgemäße Verbundköper, die durch eine oder mehrere Klebeschicht(en) von der Umwelt und
Feuchtigkeitseinwirkungen abgeschlossen sind, dauerhaft geschützt. Auch die Bestandteile der erfindungsgemäßen Verbundkörper, die Kontakt zur Umwelt bzw. Luftfeuchtigkeit haben, sind gut geschützt, da bei den erfindungsgemäß bevorzugten Verbundmaterialien die Holzkomponenten sehr gut in die Kunststoffmatrix eingebunden sind. Im Gegensatz zu z. B. Leimholz können die erfindungsgemäßen WPC-Verbundkörper somit auch im Freien bzw. in Feuchträumen oder Gewächshäusern eingesetzt werden. Durch die Lackierfähigkeit kann der Schutz noch einmal verbessert werden.
Im Vergleich zu Holzbauteilen weisen die erfindungsgemäßen Verbundkörper den Vorteil auf, dass sie nicht von Parasiten befallen werden und somit langfristig stabil bleiben bzw. in Gebieten eingesetzt werden können, in denen konventionelle Holzbauteile nicht eingesetzt werden können. So ist die Einfuhr von Holz in bestimmte Länder wegen möglichem
Parasitenbefall beschränkt. Diese Beschränkung entfällt bei den erfindungsgemäßen Verbundkörpern.
Die gute Einbindung der Holzkomponenten in die Kunststoff matrix bzw. die
„Klebstoffsperrschichten" bewirken, dass auch Eindringungen wie Bohrlöcher ohne Probleme und ohne Nachbehandlung im Sinne von„Holzschutz" hergestellt werden können ohne die Langlebigkeit der erfindungsgemäßen Verbundkörper negativ zu beeinflussen.
Die erfindungsgemäßen Verbundkörper können Hohlkammern aufweisen. Diese können mit Dämmmaterialien gefüllt werden, um die Wärmedämmeigenschaften oder Schallschutzeigenschaften zu verbessern, diese können aber auch mit Verstärkungen gefüllt werden, um die Tragfähigkeit der erfindungsgemäßen Verbundmaterialien zu verbessern. Dabei kann es sich um hoch belastbare Teile z. B. aus Eisen oder Carbon etc. handeln. Mit den erfindungsgemäßen Verbundmaterialien können somit z.B. Tragwerksteile hergestellt werden, die denen aus reinem Holz oder Metall im Sinne von Traglast bzw. Witterungsschutz weit überlegen sind.
Im Gegensatz zu Holz verändert sich die Farbe der erfindungsgemäßen Verbundkörper deutlich weniger und langsamer und kann durch Lackieren wieder aufgefrischt werden.
Ferner kann ein erfindungsgemäßer Verbundkörper auf Basis von WPC-Materialien einfach, kostengünstig und umweltfreundlich hergestellt und verarbeitet werden. Insbesondere sind bevorzugte Verbundkörper durch Extrusion erhältlich und können durch übliche
Standardverfahren, die insbesondere bei der Be- und Verarbeitung von Holz eingesetzt werden, verarbeitet werden. Hierbei kann der Verbundkörper relativ gut wiederverwertet werden, ohne dass Umweltschäden zu befürchten sind.
Die erfindungsgemäßen Verbundkörper sind für den Praxiseinsatz im Freien bestens geeignet, da diese eine geringe Wasseraufnahme, große Formstabilität durch geringes Quellverhalten und hohe mechanische Festigkeit aufweisen.
Ein erfindungsgemäßer Verbundkörper weist mindestens ein Verbundmaterial auf, enthaltend zumindest ein zellulosehaltiges Material und zumindest ein
Poly(alkyl)(meth)acrylat.
Unter Poly(alkyl)(meth)acrylat-Matrixmaterial wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Matrixmaterial verstanden, das ausschließlich Poly(alkyl)(meth)acrylat als
Polymerkomponente enthält, aber auch ein Matrixmaterial, das einen Blend aus
verschiedenen Poly(alkyl)(meth)acrylaten oder Poly(alkyl)(meth)acrylat(en) und anderen Polymeren enthält, aber auch ein Matrixmaterial, bei dem es sich um ein Copolymer aus zumindest einem Poly(alkyl)(meth)acrylat und weiteren Comonomeren, bevorzugt Styrol, o Methylstyrol, (Meth)acrylsäure und/oder (Alkyl)acrylate, zyklische Carbonsäureanhydrid- Derivate, besonders bevorzugt Maleinsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid,
Citraconsäureanhydrid, Glutaconsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid,
(Alkyl)(meth)acrylamide, (Alkyl)(meth)acrylimide, N-Vinylpyrolidon, Vinylacetat, Ethylen oder Propylen, handelt.
Die Verbundkörper können erhalten werden, in dem aus dem Verbundmaterial enthaltend Poly(alkyl)(meth)acrylate, welches als Reaktivharz vorliegt, Gusskörper durch Gussverfahren erhalten und danach mit mindestens einer Klebeschicht versehen werden, wodurch eine ausreichende Haftung zwischen dem zellulosehaltigen Material und dem Polymer erhalten wird. Die so hergestellten Verbundkörper sind jedoch relativ teuer, so dass bevorzugte Verbundmaterialien bevorzugt durch thermoplastische Verfahren verarbeitet werden.
Bei einer Verwendung eines thermoplastischen Verbundmaterials hat sich bei
Poly(alkyl)(meth)acrylat als Matrixmaterial dessen Fließverhalten als wichtiges Kriterium herausgestellt. Das erfindungsgemäß als Matrixmaterial verwendete Poly(alkyl)(meth)acrylat weist daher vorzugsweise einen Schmelzindex MVR [230°C, 3,8kg] im Bereich von 0,5 - 30 ml/10min, bevorzugt 1 -20 ml/10min und besonders bevorzugt im Bereich von 1 -10 ml/10min auf, gemessen gemäß ISO 1 133. Im Fall, dass das Poly(alkyl)(meth)acrylat als Copolymer mit einem zellulosekompatiblen Haftvermittler vorliegt, liegt das MVR [230°C, 3,8kg] bevorzugt im Bereich von 1 - 30 ml/10min und besonders bevorzugt 3 -15 ml/10min.
Versuche mit verschiedenen Poly(alkyl)(meth)acrylat Qualitäten haben gezeigt, dass bei zu hochmolekularen Poly(alkyl)(meth)acrylat-Schmelzen eine Vermischung mit z. B.
Holzpartikeln nur sehr schwer möglich ist, da beim notwendigen Temperaturanstieg eine einsetzende Schädigung der Holzpartikel gefunden wurde. Bei zu niedermolekularem
Poly(alkyl)(meth)acrylat kann es zu Problemen mit dem„Aufschwimmen" der Holzfasern im Plastifiziergerät und somit zu Schwierigkeiten mit der Durchmischung der Komponenten kommen. Besonders bevorzugt wird Polymethyl(meth)acrylat, Polyethyl(meth)acrylat oder Polybutyl(meth)acrylat verwendet.
„Alkyl" im Poly(alkyl)(meth)acrylat steht für einen verzweigten oder unverzweigten, cyclischen oder linearen Alkylrest mit 1 bis 20, bevorzugt 1 bis 8, besonders bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, welcher mit funktionellen Gruppen substituiert sein oder Heteroatome wie O, S oder N aufweisen kann. Bevorzugt handelt es sich um einen Methyl, Ethyl, Butyl oder Cyclohexyl-Rest. Besonders bevorzugt wird Polymethyl(meth)acrylat,
Polyethyl(meth)acrylat oder Polybutyl(meth)acrylat verwendet, wobei Polymethylmethacrylat (PMMA) besonders bevorzugt ist.
Die Bezeichnung„(Meth)acrylaf steht im Rahmen der vorliegenden Erfindung generell und ganz allgemein sowohl für Methacrylate als auch für Acrylate als auch für Mischungen von beidem.
Poly(alkyl)(meth)acrylate sind Polymere, die durch Polymerisation einer
Monomerenmischung erhältlich sind, die bevorzugt mindestens 60 Gew. %, besonders bevorzugt mindestens 80 Gew. % (Meth)acrylate aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht der zu polymerisierenden Monomere. Bevorzugte Poly(meth)acrylate sind durch
Polymerisation von Mischungen erhältlich, die mindestens 20 Gew. %, insbesondere mindestens 60 Gew. % und besonders bevorzugt mindestens 80 Gew. %, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der zu polymerisierenden Monomere, Methylmethacrylat aufweisen. Diese Polymere werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Polymethylmethacrylate bezeichnet.
Der Anteil an Poly(alkyl)(meth)acrylat im bevorzugt einzusetzenden Verbundmaterial kann in weiten Bereichen variieren. Vorzugsweise werden zwischen 0,5 und 70 Gew. %, bevorzugt 1 und 50 Gew. %, besonders bevorzugt 2 und 40 Gew. %, ganz besonders bevorzugt 3 und 30 Gew. %, speziell bevorzugt im Bereich 5 bis 25 Gew. % Poly(alkyl)(meth)acrylat, bezogen auf das Gewicht des Verbundmaterials eingesetzt.
Neben dem Poly(alkyl)(meth)acrylat Matrixmaterial kann das Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung vorzugsweise zumindest einen mit zellulosekompatiblen
Haftvermittler umfassen. Unter einem„mit Zellulose kompatiblen Haftvermittler" wird ein Haftvermittler verstanden, der funktionelle Gruppen enthält, welche mit den OH-Gruppen der Zellulose Wasserstoffbrückenbindungen, ionische Bindungen oder chemische Verbindungen bilden können.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der
Haftvermittler als separate Komponente neben dem Matrixmaterial (Komponente a) in die Formulierung des Verbundmaterials zugegeben. D.h. das Matrixmaterial kann zwar ein Copolymer sein, der Haftvermittler bildet in dieser Ausführungsform jedoch kein Copolymer mit dem Matrixpolymer bzw. ist nicht Bestandteil eines Matrixcopolymers. Bei dem hierbei bevorzugt verwendeten Haftvermittler handelt es sich vorzugsweise um ein Copolymer umfassend ein oder mehrere Monomer(e) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zyklischen Carbonsäureanhydrid-Derivaten wie z. B. Maleinsäureanhydrid,
Itaconsäureanhydrid, Citraconsäureanhydrid und Glutaconsäureanhydrid,
(Meth)acrylsäurederivaten wie z.B. Methacrylsäure oder Acrylsäure, Amino-, Imid-Monomere und Epoxy-Gruppen enthaltenden Monomere, bevorzugt (Alkyl)(meth)acrylamide,
(Alkyl)(meth)acrylimide, N-Vinylpyrolidon. Weiterhin können ein oder mehrere Monomere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Styrol, a-Methylstyrol, o Ethylstyrol, Acrylaten, Methacrylaten, Vinylacetat, Ethylen oder Propylen enthalten sein.
Die Copolymere des Haftvermittlers können mit statistischer Verteilung der
Monomereinheiten aber auch als Pfropf-Copolymer oder Blockcopolymer verwendet werden. Als zyklische Carbonsäureanhydrid-Derivate werden bevorzugt solche mit einem 5-, 6- oder 7-gliedrigen Ring, besonders bevorzugt Maleinsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid,
Citraconsäureanhydrid und Glutaconsäureanhydrid, verwendet. „Alkyl" im Haftvermittlercoploymer steht für einen verzweigten oder unverzweigten, cyclischen oder linearen Alkylrest mit 1 bis 20, bevorzugt 1 bis 8, besonders bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, welcher mit funktionellen Gruppen substituiert sein oder Heteroatome wie O, S oder N aufweisen kann. Bevorzugt handelt es sich um einen Methyl, Ethyl, Butyl oder Cyclohexyl-Rest.
Bei dem erfindungsgemäß bevorzugt einzusetzenden Haftvermittler kann es sich gemäß einer ersten Ausführungsform bevorzugt um ein niedrig-molekulares Copolymer handeln, esonders bevorzugt um ein Styrol- Maleinsäureanhydrid Copolymer, ganz besonders bevorzugt um ein unter dem Markenname XIRAN® SMA der niederländischen Firma Polyscope Polymers B.V. kommerziell verfügbares Polymer.
Der Schmelzindex MVR [230°C, 3,8kg] des Haftvermittler Copolymers liegt bevorzugt im Bereich von 1 - 30 ml/10min, besonders bevorzugt 2 - 20 ml/10min und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 3 - 15 ml/10min.
Der Anteil des Haftvermittlers bezogen auf das Gesamtgewicht des erfindungsgemäß einzusetzenden Verbundmaterials ist in dieser Ausführungsform abhängig von der
Konzentration der zur Zellulose hin befähigten brückenbildenden funktionalen Gruppen innerhalb des Haftvermittlers. Der Anteil des Haftvermittlers kann schwanken zwischen 0,5 und 70 Gew. %, bevorzugt 1 und 50 Gew.%, besonders bevorzugt 1 und 40 Gew.%, ganz besonders bevorzugt 2 und 30 Gew.%, speziell bevorzugt im Bereich 3 bis 25 Gew.% und ganz speziell bevorzugt im Bereich 3 bis 15 Gew.%. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Styrol- Maleinsäureanhydrid Copolymer - namentlich Xiran® SZ 22065 - mit ca. 20 - 22 Gew. % wirksamer Maleinsäureanhydrid-Gruppen eingesetzt.
Diese erste bevorzugte Ausführungsform erlaubt eine maximale Flexibilität bei der
Herstellung und Komposition des Verbundmaterials.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden der Haftvermittler (Komponente b) und die das Matrixpolymer bildenden Monomere
(Komponente a) miteinander„verschmolzen", d.h. es wird ein Copolymer aus dem
Haftvermittler und dem Matrixpolymer gebildet, so dass das„haftvermittlermodifizierte" Matrixpolymer direkt zur Herstellung des Verbundwerkstoffes eingesetzt werden kann. In diesem Fall ist es nicht notwendig, als isolierte weitere Komponente einen Haftvermittler zuzugeben, dies ist jedoch durchaus möglich.
In dieser Ausführungsform wird bevorzugt ein Copolymer aus den Monomeren des
Poly(alkyl)(meth)acrylats und den Monomeren des Haftvermittlers eingesetzt. Hierbei kann das Copolymer beispielsweise ein statistisches Copolymer, ein Blockcopolymer oder ein Pfropfcopolymer sein.
Demgemäß umfassen bevorzugte Copolymere Einheiten, die vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus zyklischen Carbonsäureanhydrid-Derivaten, bevorzugt Maleinsäureanhydrid und Glutaconsäureanhydrid, und (Meth)acrylsäurederivaten, bevorzugt (Meth)acrylsäure, Amino-, Imid-Monomere und Epoxy-Gruppen enthaltenden Monomeren abgeleitet sind, wobei zyklische Carbonsäureanhydrid-Derivate besonders bevorzugt sind. Die Copolymere können des Weiteren vorzugsweise Einheiten aufweisen, die von
Styrolmonomeren, insbesondere Styrol, a-Methylstyrol, (Meth)acrylsäure,
(Alkyl)methacrylaten und (Alkyl)acrylaten, (Alkyl)(meth)acrylamiden,
(Alkyl)(meth)acrylimiden, N-Vinylpyrolidon, Vinylacetat, Ethylen oder Propylen abgeleitet sind, wie es zum Beispiel das Altuglas® HT121 darstellt.
Besonders bevorzugt umfasst das einzusetzende Verbundmaterial ein Copolymer umfassend zumindest ein Poly(alkyl)(meth)acrylat und zumindest ein zyklisches
Carbonsäureanhydrid-Derivat, welches beispielsweise mit statistischer Verteilung der Monomereinheiten aber auch als Pfropf-Copolymer, bei dem ein zyklisches
Carbonsäureanhydrid-Derivat auf ein Poly(alkyl)(meth)acrylat gepfropft wird, vorliegen kann. Als zyklische Carbonsäureanhydrid-Derivate werden besonders bevorzugt solche mit einem 5-, 6- oder 7 gliedrigen Ring, ganz besonders bevorzugt Maleinsäureanhydrid und
Glutarsäureanhydrid, verwendet.
Ein weiteres bevorzugtes haftvermittelndes Copolymer, umfasst Poly(alkyl)(meth)acrylat und (Meth)acrylsäure und besitzt bevorzugt einen MVR [230°C, 3,8kg] im Bereich von 0,5 - 30 ml/10min, besonders bevorzugt 1 -20 ml/10min und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1 -10 ml/10min und stellt somit eine hinreichend niedrige Verarbeitungstemperatur und hinreichend gute Einarbeitungsfähigkeit der Zellulosekomponente sicher.
Besonders bevorzugt wird ein Copolymer wie es in der WO 2005/108486 als„Copolymer (I)" offenbart wird, verwendet. Der Inhalt der Druckschrift WO 2005/108486, eingereicht am 07.04.2005 beim Europäischen Patentamt mit der Anmeldenummer PCT/EP2005/003652, wird hiermit explizit in die Beschreibung der vorliegenden Anmeldung mit aufgenommen. Diese zweite bevorzugte Ausführungsform weist den besonderen Vorteil auf, dass die Komponenten a) und b) bei der Herstellung des Verbundmaterials nicht getrennt
voneinander zugegeben werden müssen und somit der Aufwand zur Herstellung des Verbundmaterials geringer ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auch die beiden zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen umfasst, umfasst der
Haftvermittler ein zyklisches Carbonsäureanhydrid-Derivat, wobei dessen Anteil
vorzugsweise im Bereich von 0,1 - 5 Gew.% und besonders bevorzugt im Bereich von 0,4- 3 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht des erfindungsgemäßen Verbundmaterials beträgt.
Der Anteil des gesamten Copolymers umfassend zumindest ein Poly(alkyl)(meth)acrylat und zumindest ein zyklisches Carbonsäureanhydrid-Derivat bezogen auf das Gesamtgewicht des erfindungsgemäß einzusetzenden Verbundmaterials liegt bevorzugt im Bereich von 0,5 Gew. % bis (100 - Anteil an zellulosehaltigem Material - Anteil an sonstigen Bestandteilen des Verbundmaterials) Gew.% und besonders bevorzugt im Bereich von 2 Gew.-% bis (100 - Anteil an zellulosehaltigem Material - Anteil an sonstigen Bestandteilen des
Verbundmaterials) Gew.%.
Neben dem Haftvermittler und dem Poly(alkyl)(meth)acrylat-Matrixpolymer umfasst das erfindungsgemäße Verbundmaterial auch eine zellulosehaltige Komponente, insbesondere Holzpartikel. Der Anteil der zellulosehaltigen Komponente in dem Verbundmaterial hat großen Einfluss auf die Produkteigenschaften. So werden einerseits die Flexibilität und mechanischen Eigenschaften verbessert sowie ein ökonomischer Vorteil erzielt. Andererseits führt ein hoher Anteil zu verstärkter Feuchtigkeitsaufnahme, so dass es schwierig ist, einen sehr hohen Anteil an zellulosehaltige Komponente zu realisieren. Mit bevorzugten
Verbundmaterialien, die einen Haftvermittler umfassen, können insbesondere Holz- Füllstoffanteile von bis zu 80 Gew.%, bevorzugt 40 bis 80 Gew.%, besonders bevorzugt 50 bis 80 Gew.% und ganz besonders bevorzugt 60 bis 75 Gew.%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundmaterials, realisiert werden.
Bei der erfindungsgemäß verwendeten zellulosehaltigen Komponente handelt es sich bevorzugt um Holz oder Papier oder Pappe oder andere zellulosehaltige Materialien.
Bevorzugt weist die zellulosehaltige Komponente einen Zelluloseanteil von mindestens 20 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 30 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 40 Gew.-% auf. Insbesondere bevorzugt wird Holz verwendet. Hinsichtlich der Holzpartikel gibt es bei den erfindungsgemäßen Verbundmaterialien keine besonderen Beschränkungen. Beispielweise können Holzsplitter, Sägespäne, Holzfasern oder Holzmehle verwendet werden.
Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn das Verbundmaterial ein Gleitmittel umfasst. Durch die Verwendung eines Gleitmittels kann die Verarbeitbarkeit des Verbundmaterials verbessert werden, wobei beispielsweise eine relativ geringe Verarbeitungstemperatur realisiert werden kann. Als Gleitmittel können insbesondere Polyolefine, polare Esterwachse, Polyethylenwachse, Carbon- und Fettsäuren sowie deren Ester (z.B. Stearate) sowie langkettige Fettalkohole und Fettalkoholester verwendet werden. Der Anteil des Gleitmittels bezogen auf die Gesamtmasse des
Verbundmaterials beträgt bevorzugt 0 bis 5 Gew.%, besonders bevorzugt 0,1 bis 4 Gew.%, ganz besonders bevorzugt 0,5 bis 4 Gew.% und speziell bevorzugt 1 bis 3 Gew.%.
Besonders bei der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, d.h. bei separater Zugabe des Haftvermittlers, ist es bevorzugt, dass ein Gleitmittel verwendet wird, wobei der Anteil des Gleitmittels bezogen auf die Gesamtmasse des Verbundmaterials besonders bevorzugt mindestens 0,1 Gew.% beträgt.
Die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien können weitere übliche Hilfsstoffe und/oder Additive wie z. B. Farbstoffe, Lichtstabilisatoren, IR-Absorber, antimikrobielle Wirkstoffe, Flammschutzmittel, Thermostabilisatoren, Antioxidantien, vernetzende Polymere, faserverstärkende Zusatzstoffe organischer oder anorganischer Art, Polysiloxane,
Polysiloxanamine und/oder Polysiloxanimine enthalten.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen
Verbundmaterialien im Kunststoff ein Schlagzähmodifizierungsmittel, insbesondere in einem Anteil von 0,1 bis 15 Gew.%, bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.% und ganz besonders bevorzugt 1 bis 6 Gew. %, jeweils bezogen auf die Masse der im Verbundwerkstoff enthaltenen
Kunststoffkomponenten. Es können alle handelsüblichen Schlagzähmodifizierungsmittel verwendet werden, insbesondere Elastomerteilchen mit einem mittleren
Teilchendurchmesser von 10 bis 300 nm (Messungen z. B. mit der
Ultrazentrifugenmethode). Bevorzugt weisen die Elastomerteilchen einen Kern mit einer weichen Elastomerphase und zumindest einer daran gebundenen Hartphase auf.
Als besonders vorteilhaft haben sich Holz-Kunststoff-Verbundmaterialien herausgestellt, die zu bis zu 80 Gew.% zellulosehaltiges Material, vorzugsweise Holzpartikel sowie mindestens 15 Gew.% Poly(alkyl)(meth)acrylat aufweisen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundmaterials. Poly(alkyl)(meth)acrylate sind hierbei Polymere, die mindestens 60 Gew.%, bevorzugt mindestens 80 Gew.% an Einheiten aufweisen, die von (Meth)acrylaten abgeleitet sind, wie dies zuvor dargelegt ist. Wobei ganz besonders bevorzugt der
Polymeranteil entweder a) aus einem Copolymer umfassend zumindest ein
Poly(alkyl)(meth)acrylat und zumindest ein zyklisches Carbonsäureanhydrid-Derivat oder b) aus einem Blend von zumindest einem Poly(alkyl)(meth)acrylat-Matrixpolymer und zumindest einem Copolymer umfassend zumindest ein Poly(alkyl)(meth)acrylat und zumindest ein zyklisches Carbonsäureanhydrid-Derivat besteht.
In einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Verbundmaterial die folgenden Komponenten: a) Poly(alkyl)(meth)acrylat-Matrixpolymer: 0 - 59 Gew.%, bevorzugt 1 - 57,5 Gew.%; b) Haftvermittler: 1 - 50 Gew.%; c) zellulosehaltige Komponente,
bevorzugt Holzfasern: 40 - 80 Gew.%; d) Gleitmittel: 0 - 5 Gew.%, bevorzugt 0,1 - 4 Gew.%, besonders bevorzugt 0,5 - 3 Gew.%; e) Farbmittel: 0 - 5 Gew.%; f) Lichtstabilisatoren: 0 - 0,5 Gew.%, bevorzugt 0,01 - 0,2 Gew.%. wobei die Komponenten a) und b) zusammen 9,5 % bis 59,9 Gew. % des Gesamtgewichts der sechs oben genannten Komponenten ausmachen und sich die Summe der Anteile der sechs o.g. Komponenten zu 100 Gew.% addiert. In Bezug auf die Komponenten a) und b) ist festzuhalten, dass der Haftvermittler ein Poly(alkyl)(meth)acrylat darstellen kann, so dass in diesem Fall die Komponenten a) und b) zusammenzunehmen sind und die Anteile zusammen im Bereich von 9,5 % bis 59,9 Gew. % des Gesamtgewichts der sechs oben genannten Komponenten liegen.
In einer zweiten besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Verbundmaterial die folgenden Komponenten: a) Poly(alkyl)(meth)acrylat-Matrixpolymer: 0 - 59 Gew.%, bevorzugt 1 - 57,5 Gew.%; b) Copolymer umfassend zumindest ein 1 - 50 Gew.%; Poly(alkyl)(meth)acrylat und zumindest ein
zyklisches Carbonsäureanhydrd-Derivat: c) zellulosehaltige Komponente,
bevorzugt Holzfasern: 40 - 80 Gew.% d) Gleitmittel: 0 5 Gew.% bevorzugt 0,5 4 Gew.% e) Farbmittel: 0 5 Gew.% f) Lichtstabilisatoren: 0 - 0,5 Gew.% bevorzugt 0,01 - 0,2 Gew.% wobei die Komponenten a) und b) zusammen 9,5 % bis 60 Gew. % des Gesamtgewichts der sechs oben genannten Komponenten ausmachen und sich die Summe der Anteile der sechs o.g. Komponenten zu 100 Gew.% addiert.
In den besonders bevorzugten Ausführungsformen bezieht sich 100 Gew.% auf das
Gesamtgewicht der o.g. Komponenten. Dieses kann identisch mit dem Gesamtgewicht des Verbundmaterials sein, kann aber auch weniger als 100 Gew.% des Verbundmaterials betragen, wenn das Verbundmaterial noch andere als die o.g. sechs Komponenten umfasst. Die Komponenten a) und b) können wie oben in der bevorzugten Ausführungsform als eine Komponente vereinigt sein.
Details zu Verbundmaterialien, bei denen sich der Haftvermittler in einem o.g. Copolymer befindet, finden sich in der PCT/EP201 1/059008 und der DE102010030927. Details zu o.g. Verbundmaterialien, bei denen ein Haftvermittler separat zum Matrixmaterial zugegeben wird, finden sich in der PCT/EP201 1/059006 und der 102010030926. Zur Vermeidung reiner Wiederholungen werden die Inhalte aller in diesem Absatz genannten Schutzrechte vollumfänglich in den Inhalt der vorliegenden Anmeldung mit einbezogen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform kann der Verbundkörper durch Gussverfahren aus einem Reaktivharz hergestellt werden. Diese Variante hat jedoch den Nachteil, dass die Herstellung und Verarbeitung des hieraus erhaltenen Formkörpers teuer ist, wobei beispielsweise eine Umformbarkeit nur sehr eingeschränkt möglich ist.
Bevorzugt wird der Verbundkörper jedoch durch Verwendung von thermoplastisch verarbeitbaren, polymeren Verbundmaterialien hergestellt.
Demgemäß werden besonders bevorzugt Verbundmaterialien eingesetzt, die zumindest einen der zuvor dargelegten Haftvermittler aufweisen. Hierdurch gelingt es die
Wasseraufnahme der WPCs im Vergleich zu WPCs aus reinem PMMA von ca. 30 Gew.% auf unter 6 Gew.% zu reduzieren, so dass die reduzierten Werte im entsprechenden Anforderungsbereich für WPC Produkte im Außenbereich liegen. Hierbei ist zu bedenken, dass eine hohe Wasseraufnahme von WPCs ohne Haftvermittler zu einer
Volumenausdehnung führt.
Die Qualität von WPC Verbund körpern ist stark abhängig von der Einhaltung verschiedener Parameter. So haben die Erfinder herausgefunden, dass die Fließeigenschaften des Polymeren ebenso von Bedeutung sind, wie die Einhaltung bestimmter
Temperaturobergrenzen, ab derer Holzpartikel beginnen, geschädigt zu werden. Es hat sich herausgestellt, dass diese Temperatur bei der Herstellung von WPC Verbundkörpern unter 225°C, bevorzugt unter 220°C liegen sollte, um die Verkohlung der Holzpartikel weitgehend auszuschließen. Gleichzeitig sollte bei dieser Temperatur das Polymer aufgeschmolzen sein und eine ausreichende Fließfähigkeit besitzen. Insbesondere bei Verbundmaterialien gemäß der bevorzugten Ausführungsformen 1 und 2 der vorliegenden Erfindung ist diese Vorgabe erfüllt.
Es ist weiterhin entscheidend für den Gebrauch von WPC Materialien, dass praxisnahe Produkteigenschaften Mindestgrößen aufweisen bzw. Maximalgrenzen nicht überschreiten. Es sind dies beispielsweise die Gewichtszunahme durch Wasser, das Quellverhalten infolge Nässe, sowie Materialfestigkeiten, wie z.B. Biege- und Bruchfestigkeit.
Werkstoffe, z. B. Holzfasern, mit Zellulose als Hauptbestandteil sind extrem polar und hydrophil. Die Feuchtigkeitsaufnahme bis hin zu großen Materialtiefen wird maßgeblich durch die Hydrophilie des zellulosehaltigen Werkstoffs verursacht.
Durch die bevorzugte Verwendung eines für Zellulose kompatiblen Haftvermittlers zusammen mit einem Poly(alkyl)(meth)acrylat kann erreicht werden, dass die Holzpartikel mit dem Polymeren sehr gut bis vollständig„umgeben" bzw.„eingehüllt" werden. Dadurch kann die Wasseraufnahme signifikant reduziert werden. Das bevorzugt einzusetzende Verbundmaterial kann bevorzugt hergestellt werden, indem man zumindest ein zellulosehaltiges Material mit zumindest einem der oben beschriebenen Kunststoffe und optional einem und/oder einem anderen der o. g. Hilfsstoffe und/oder Additive, vorzugsweise zumindest einem Gleitmittel vermischt und zu einem Verbundmaterial verarbeitet. Die Weiterverarbeitung des Verbundmaterials erfolgt bevorzugt durch Extrusion oder Spritzguss. Dabei wird bevorzugt bei einer Schmelztemperatur unterhalb von 230 °C, besonders bevorzugt unterhalb von 225 °C, ganz besonders bevorzugt von 170 bis 220 °C, speziell bevorzugt von 190 bis 215 °C und ganz speziell bevorzugt von 190 bis 210 °C plastifiziert. Die genannten Verarbeitungstemperaturen können insbesondere durch die Verwendung der zuvor dargelegten Copolymere mit Einheiten, die von zyklischen
Carbonsäureanhydriden abgeleitet sind, erzielt werden. Weiterhin können beispielsweise Gleitmittel eingesetzt werden, um niedrige Verarbeitungstemperaturen zu erreichen. Dies ist insbesondere bei der separaten Zugabe von Haftvermittlern, gemäß bevorzugter
Ausführungsform 1 , bevorzugt.
Durch die Möglichkeit der Verarbeitung bei Temperaturen kleiner gleich 225°C, bevorzugt kleiner gleich 220°C können Schädigungen des zellulosehaltigen Materials, insbesondere bei Verwendung von Holz, vermieden und Energiekosten gesenkt werden.
Insbesondere beim Einsatz eines der zuvor dargelegten Kunststoffe zusammen mit einem Gleitmittel kann man ein Verbundmaterial herstellen, das sich erstaunlicher Weise mit einem Holzanteil von 70 Gew. % bei ca. 205°C gut extrudieren lässt. Ferner kann man auf diese Weise sogar WPCs mit einem Holzanteil von bis zu 80 Gew. % erhalten.
Ein erfindungsgemäßer Verbundkörper weist eine Klebschicht auf, die mit dem
Verbundmaterial in Verbindung steht, so dass ein zur Herstellung der Klebschicht
eingesetztes Beschichtungsmittel unmittelbar auf mindestens eine Oberfläche des geformten Verbundmaterials aufgebracht wird.
Die Klebschicht, die auf dem Verbundkörper aufgebracht ist, kann eine oder mehrere
Schichten umfassen. Beispielsweise kann eine Füll- oder Grundierschicht aufgetragen werden, die beispielsweise als Haftvermittler dient. Auf diese Schicht kann beispielsweise eine weitere Klebschicht appliziert werden, die eine hohe Verbindung mit dem zu
befestigenden Körper eingehen kann. Dieser Aufbau ist jedoch relativ aufwendig, so dass durch die vorliegende Erfindung vorzugsweise ein Verbund- oder Guß- oder Formkörper mit einer einschichtigen Klebschicht bereitgestellt wird, die bevorzugt eine hohe Haftfestigkeit ohne Grundierung aufweist. Diese Eigenschaft beruht auf der hohen Kompatibilität vieler Beschichtungsmittel mit Poly(alkyl)(meth)acrylaten und/oder zellulosehaltigen Materialien. Die Klebeschicht kann in einem oder mehreren Beschichtungsvorgängen erfolgen.
Die Klebschicht wird durch Beschichtung eines Körpers mit einem Klebstoff und
anschließender Trocknung und/oder Härtung dieses Klebstoffs erhalten.
Hierbei weist die Klebschicht vorzugsweise mindestens einen gehärteten Klebstoff auf, der Poly(alkyl)(meth)acrylat und/oder Zellulose verkleben kann.
Die Dicke der Klebschicht kann im üblichen Bereich liegen und unterliegt keinen besonderen Begrenzungen. So können sehr dünne Schichten oder auch relativ dicke Schichten eingesetzt werden. Vorzugweise kann die Dicke der Klebschicht im Bereich 1 bis 1000 μηη, vorzugsweise 10 bis 500 μηη und besonders bevorzugt 20 bis 200 μηη liegen.
Generell können ein- oder mehrkomponentige Klebstoffe, insbesondere
Konstruktionsklebstoffe eingesetzt werden. Hierbei können die aus dem Verbundstoff erhaltenen Formkörper untereinander oder mit anderen Werkstoffen geklebt werden. Je nach Fügepartner wird der geeignete Klebstoff selektiert, wobei insbesondere Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten, Belastung mit Temperaturwechsel, Feuchtigkeit, UV-Strahlung, statische oder dynamische Belastung mit Zug oder Druck, Scherung oder einsatzbedingte besondere Belastungen bei der Auswahl zu berücksichtigen sind. Als Fügepartner können WPC, insbesondere WPC auf Basis von Poly(alkyl)(meth)acrylaten, Stein, mineralische Baustoffe, Metall, Holz, Glas, Kunststoff und andere zum Einsatz kommen.
Zu den geeigneten Klebstoffen zählen insbesondere Systeme, die auf (Meth)acrylaten, Polyurethanen, Polysiloxanen und/oder Epoxiden basieren.
Klebstoffe, insbesondere Konstruktionsklebstoffe auf Basis von (Meth)acrylatsystemen sind besonders geeignet, da sie die Poly(meth)acrylatkomponente im Verbundmaterial anquellen und zu einer besonders innigen Verbindung führen.
Klebstoffe auf Basis von (Meth)acrylaten umfassen im Allgemeinen einen Reaktivverdünner, vorzugsweise (Meth)acrylat-Monomere, die durch eine Härtungsreaktion polymerisiert werden können. Bevorzugte monofunktionelle (Meth)acrylate sind unter anderem
Methylmethacrylat, Butylmethacrylat, Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und 2- Ethylhexylmethacrylat. Weiterhin kann der Reaktivverdünner weitere der zuvor dargelegten Comonomere zur Herstellung der im Verbundmaterial enthaltenen Poly(alkyl)(meth)acrylate enthalten. Hierbei sind insbesondere funktionelle Monomere, wie beispielsweise
Hydroxygruppen enthaltende oder Säuregruppen enthaltende Monomere, bevorzugt. Zu Hydroxygruppen enthaltenden Monomeren gehören unter anderem
Hydroxylalkyl(meth)acrylate, wie 3-Hydroxypropyl(meth)acrylat, 3,4-Dihydroxybutyl(meth)- acrylat, 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat.
Zu den bevorzugten Monomeren mit einer Säuregruppe zählen insbesondere Acrylsäure, Methacrylsäure, Bernsteinsäure-mono-(2-methacryloxy)-ethylester,
Hydroxylethylmethacrylat-Phosphat (HEMA-Phosphat), Fumarsäure und Maleinsäure.
Zur Verbesserung der Haftung kann der Klebstoff haftungsvermittelnde Komponenten, z.B. haftungsvermittelnde Monomere enthalten. Unter den haftungsvermittelnden Monomeren sind solche mit reaktiven Gruppen bevorzugt. Beispiele für besonders bevorzugte reaktive Monomere sind Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Methacryloxypropyltriethoxysilan, Glycidylmethacrylat. Hiermit gelingt die Haftungsverbesserung zum Fügepartner insbesondere Holz, bestimmte Kunststoffe, Glas oder mineralische Werkstoffe.
Zur Erhöhung der Festigkeit kann ein Klebstoff, der vorzugsweise auf (Meth)acrylaten basiert, Vernetzer enthalten. Vernetzer sind in diesem Zusammenhang Verbindungen, die mindestens zwei reaktive Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen aufweisen.
Zu diesen Vernetzern zählen insbesondere vernetzende Monomere, die ein relativ geringes Molekulargewicht aufweisen, welches vorzugsweise kleiner als 1000 g/mol ist. Diese Monomere weisen mindestens zwei Doppelbindungen mit ähnlicher Reaktivität bei einer radikalischen Polymerisation auf. Zu diesen gehören insbesondere (Meth)acrylate, die sich von ungesättigten Alkoholen ableiten, wie z.B. Allyl(meth)acrylat und Vinyl(meth)acrylat; und (Meth)acrylate, die sich von Diolen oder höherwertigen Alkoholen ableiten, wie z.B.
Glycoldi(meth)acrylate, wie Ethylenglycoldi(meth)acrylat, Diethylenglycoldi(meth)acrylat, Triethylenglycoldi(meth)acrylat, Tetra- und Polyethylenglycoldi(meth)acrylat, 1 ,3- Butandiol(meth)acrylat, 1 ,4-Butandiol(meth)acrylat, 1 ,6-Hexandioldi(meth)acrylat,
Glycerindi(meth)acrylat und Diurethandimethacrylat; (Meth)acrylate mit drei oder mehr Doppelbindungen, wie z.B. Glycerintri(meth)acrylat, Trimethylolpropantri(meth)acrylat, Pentaerythrittetra(meth)acrylat und Dipentaerythritpenta(meth)acrylat.
Weiterhin können auch Vernetzer auf Basis von mehrfach funktionellen Copolymeren mit seitenständigen Acrylat- und/oder Methacrylat-Funktionen verwendet werden.
Als Klebstoffkomponenten, die zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften beitragen, sind mono-, di- oder polyvalente Oligomere geeignet, bei denen es sich um Mono-, Di- oder Poly(meth)acrylate handelt, die z.B. in strahlenhärtbaren Lacken kommerziell eingesetzt werden. Der Begriff Oligomer wird hierbei nicht im strengeren chemischen Sinne verstanden, sondern bezeichnet eine Gruppe von Verbindungen, die aus einem oder mehreren zentralen Elementen bestehen, an denen die (Meth)acrylatgruppen angebunden sind. Die zentralen Bausteine enthalten häufig Urethaneinheiten oder Elemente, die ausgehend von Epoxiden hergestellt wurden. Sie werden als Urethan(meth)acrylate oder Epoxy(meth)acrylate z.B. als strahlenhärtbare Bindemittel z.B. unter dem Markennamen Ebecryl® von der Fa. Cytec oder unter dem Handelsnamen Genomer® von der Fa. Rahn angeboten.
Von besonderem Interesse für die Erfindung sind unter anderem Vernetzer auf Basis von Polyurethan(meth)acrylaten, sog. PUMAs, von Novolaken, Epoxidharzen, Polyethern und Polyestern.
Zu den Polyurethan(meth)acrylaten gehören u. a. isocyanatfunktionelle Vorpolymere, in welche mittels hydroxyfunktionellen Verbindungen, wie z. B. Hydroxyethylacrylat,
Hydroxyethylmethacrylat, Alkylalkohol, Vinylalkohol usw., olefinische Doppelbindungen eingeführt werden.
Die isocyanatfunktionellen Vorpolymere, welche bei der Durchführung der Erfindung geeignet sind, sind ebenfalls an sich bekannt. Typischerweise sind solche Vorpolymere
Addukte oder Kondensationsprodukte von Polyisocyanatverbindungen, die wenigstens zwei freie Isocyanatgruppen aufweisen, und monomeren oder polymeren Polyolen mit wenigstens zwei Hydroxygruppen, einschließlich von Mischungen solcher Polyole. Die Reaktion zwischen dem Polyisocyanat und den Polyolen wird unter Verwendung einer
Überschußmenge an Polyisocyanat durchgeführt, um sicherzustellen, dass das
Reaktionsprodukt wenigstens zwei freie, nichtreagierte Isocyanatgruppen aufweist.
Die bei der Herstellung der gemäß der Erfindung verwendeten isocyanatfunktionellen Vorpolymeren brauchbaren Polyole besitzen vorzugsweise ein
Durchschnittsmolekulargewicht von etwa 300 bis etwa 3000. Geeignete Polyole umfassen Polyalkylenglykole, wie Polyethylenglykole, Polyetherpolyole, wie die Verbindungen, welche durch Additionspolymerisation von Ethylenoxid und einem Polyol, wie Trimethylolpropan, in einem Verhältnis zur Bereitstellung von nicht umgesetzten Hydroxylgruppen in dem Produkt hergestellt wurden, organische hydroxylierte Elastomere, die eine Einfriertemperatur
(Glasübergangstemperatur zweiter Ordnung) unterhalb etwa 5 °C besitzen, wie
Poly(butadien-styrol)-polyole und Poly(butadien)-polyole, Polyesterpolyole, wie sie durch
Polymerisation von Polyolen, z. B. Diethylenglykol, Trimethylolpropan oder 1 ,4-Butandiol, mit Polycarbonsäuren wie Phthalsäure, Terephthalsäure, Adipinsäure, Maleinsäure oder Bernsteinsäure, in einem Verhältnis zur Bereitstellung von nicht umgesetzten
Hydroxylgruppen in dem Produkt hergestellt wurden; Glyceridester von hydroxylierten Fettsäuren, wie Rizinusöl, Glycerinmonoricinoleat, geblasenes Leinöl oder geblasenes Sojaöl; sowie Polyesterpolyole, wie sie beispielsweise durch Polymerisation eines Lactons, wie ε-Caprolacton, hergestellt wurden.
Polyisocyanate, welche mit Polyolen unter Bildung von isocyanatfunktionellen Vorpolymeren, die gemäß der Erfindung verwendet werden, umgesetzt werden können, können beliebige monomere, d. h. nicht-polymere, Isocyanatverbindungen mit wenigstens zwei freien
Isocyanatgruppen sein, einschließlich aliphatischen, cycloaliphatischen und aromatischen Verbindungen. Typische Vertreter von Polyisocyanaten umfassen - ohne Beschränkung hierauf: 2,4-Tolylendiisocyanat, 2,6-Tolylendiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, m- und p-Phenylendiisocyanat, Polymethylenpoly(phenylisocyanat), Hexamethylendiisocyanat, 4,4'-Methylen-bis(cyclohexylisocyanat), Isophorondiisocyanat und andere aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Polyisocyanate, einschließlich Mischungen solcher Polyisocyanate. Häufig werden cycloaliphatische und aromatische Polyisocyanate bevorzugt.
Weiterhin können als Vernetzer auch mehrfachfunktionelle Verbindungen auf Basis von Phenolharzen, vorzugsweise Novolaken eingesetzt werden.
Novolake können auf der Basis von Phenolen und/oder Kresolen aufgebaut sein. Sie werden hergestellt durch säurekatalysierte Kondensation von Formaldehyd entweder mit Phenol oder Kresol.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können ungesättigte Polyester als Vernetzer eingesetzt werden.
Weiterhin kann der Klebstoff zur Einstellung der Viskosität Polymere umfassen, die mit den zuvor dargelegten Komponenten kompatibel sind. Hierzu sind unter anderem
Poly(alkyl)(meth)acrylate geeignet.
Weiterhin kann ein Klebstoff eine Komponente zur Verbesserung der elastischen
Eigenschaften der Klebeschicht enthalten. Diese Komponente kann mit der Kunststoffmatrix, die vorzugsweise auf (Meth)acrylaten basiert, chemisch verbunden werden. Weiterhin kann diese Komponente ohne chemische Verbindung in die Matrix eingebunden sein.
Zu diesen Komponenten, die zu einer Verbesserung der elastischen Eigenschaften führen, zählen insbesondere Kautschuke, die üblich in Klebstoffen eingesetzt werden. Hierzu zählen unter anderem Polyurethane, Ethylen-Propylen-Kautschuke (EPM), Ethylen-Propylen-Dien- Kautschuke (EPDM), Styrol-Blockcopolymere, beispielsweise Stryol-Butadien-Kautschuke (SBR) und Butadien-Acrylonitril-Copolymere, die jeweils mit funktionellen Gruppen zur Einbindung in die Matrix versehen sein können. Zu diesen funktionellen Gruppen zählen unter anderem radikalisch polymerisierbare Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen.
Polyurethane sind Polymere, in denen Wiederholungseinheiten durch Urethangruppierungen -NH-CO-O- verknüpft sind. Polyurethane werden in der Regel gebildet durch Polyaddition von zwei- oder höherwertigen Alkoholen an zwei- oder höherwertige Isocyanate (Römpp Chemie Lexikon, 9. Auflage, S 3575 bzw. Kunststoffe 80, 1 193). Technisch wichtige
Polyurethane werden z.B. hergestellt aus Polyesterdiolen und Polyetherdiolen einerseits und Toluidendiisocyanat bzw. Hexamethylendiisocyanat andererseits.
Die Bildung von Polyesterurethanen und Polyetherurethanen basiert im Allgemeinen auf der Reaktion von Isocyanatgruppen mit aktiven Wasserstoffatomen enthaltenden, vorzugsweise Hydroxylgruppen-haltigen Verbindungen.
Zu den bei der Bildung von erfindungsgemäß einsetzbaren Polyetherurethanen nützlichen reaktiven, organischen, polyfunktionellen Polyolen, die mit geeigneten Isocyanaten umgesetzt werden können, gehören u. a. die Polyalkylenether, Thioetherglykole und Etherthioetherglykole.
Bevorzugte Polyalkylenetherglykole sind u. a. Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Polybutylenglykol, Polytetramethylenglykol, Polyhexamethylenglykol und ähnliche. Diese werden beispielsweise durch säurekatalysierte Polykondensation der entsprechenden monomeren Glykole oder durch Kondensation von niedrigen Alkylenoxiden, wie
beispielsweise Ethylenoxid, Propylenoxid und ähnlichen, erhalten, und zwar entweder mit sich selbst oder mit Glykolen, wie z. B. Ethylenglykol, Propylenglykol und ähnlichen.
Polyalkylenetherglykole weisen bevorzugt ein Molekulargewicht im Bereich von 500 bis 10000 auf.
Polyalkylenarylenetherthioether und Etherthioetherglykole, welche Molekulargewichte im Bereich von etwa 500 bis etwa 10000 aufweisen und welche der o. g. allgemeinen Formel entsprechen, unterscheiden sich von den bereits beschriebenen Polyalkylenglykolen dadurch, dass sie Arylenradikale, wie z. B. Phenylen-, Naphthylen- und Anthrylen-Reste, entweder substituiert oder unsubstituiert, anstelle von einigen - aber nicht allen - Alkylenradikalen aufweisen. In diesem Fall hat es sich als besonders günstig herausgestellt, dass solche Materialien ein Molekulargewicht von wenigstens 500 für jeden solchen
Arylenrest aufweisen.
Eine weitere Klasse reaktiver, organischer, polyfunktioneller Polyole, die bei der Herstellung der erfindungsgemäß einsetzbaren Polyurethane angewandt werden können, sind die im wesentlichen linearen Polyester, welche eine Mehrzahl von Isocyanat-reaktiven Hydroxylgruppen enthalten.
Die in Frage kommenden Hydroxylgruppen aufweisenden Polyester sind zum Beispiel Umsetzungsprodukte von zweiwertigen Alkoholen mit zweiwertigen Carbonsäuren. Anstelle der freien Polycarbonsäuren können auch die entsprechenden Polycarbonsäureanhydride oder entsprechende Polycarbonsäureester von niedrigen Alkoholen oder deren Gemische zur Herstellung der Polyester verwendet werden. Die Polycarbonsäuren können
aliphatischer, cycloaliphatischer, aromatischer und/oder heterocyclischer Natur sein und gegebenenfalls, z.B. durch Halogenatome, substituiert und/oder ungesättigt sein. Als Beispiele hierfür seien genannt: Bernsteinsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Phthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid,
Tetrachlorphthalsäureanhydrid, Endomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid,
Glutarsäureanhydrid, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure,
Terephthalsäuredimethylester, Terephthalsäure-bis-glykolester,
1 ,12-Dodecandicarbonsäure. Als mehrwertige Alkohole kommen z.B. Ethylenglykol, Propylenglykol-(1 ,2) und -(1 ,3), Butylenglykol-(1 ,4)- und -(2,3), Hexandiol-(1 ,6), Octandiol- (1 ,8), Neopentylglykol, Cyclohexandimethanol (1 ,4-Bis-hydroxymethylcyclohexan), 2-Methyl- 1 ,3-propandiol, ferner Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylen-glykol,
Polyethylenglykole, Dipropylenglykol, Polypropylenglykole, Dibutylenglykol und
Polybutylenglykole in Frage. Auch Polyester aus Lactonen, z.B. ε -Caprolacton oder Hy- droxycarbonsäuren, z.B. ω-Hydroxycapronsäure, sind einsetzbar.
Die genannten Hydroxygruppen enthaltenden Verbindungen werden üblich mit Isocyanaten umgesetzt. Zu den bevorzugten zwei- oder höherwertige Isocyanate zählen insbesondere aliphatische und cycloaliphatische Isocyanate, die eine besonders hohe Lichtbeständigkeit aufweisen, wie Hexamethylendiisocyanat (HDI), Isophorondiisocyanat (IPDI), 4,4'- Diisocyanatodicyclohexylmethan (H12MDI) und 1 ,4-Cyclohexyldiisocyanat (CHDI). Weiterhin können aromatische Isocyanate mit mindestens zwei Isocyanatgruppen eingesetzt werden, wobei Toluylendiisocyanat (TDI), Diphenylmethandiisocyanat (MDI), Naphthylendiisocyanat (NDI) und polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI) beispielhaft genannt werden.
Aromatische Isocyanate zeichnen sich durch eine besonders hohe Reaktivität aus, so dass diese üblich bevorzugt werden, falls die Lichtbeständigkeit eine untergeordnete Wichtigkeit für die jeweilige Anwendung hat. Neben dem Reaktivverdünner umfasst ein härtbarer Klebstoff mindestens einen Härter, wobei dieser, je nach Art der Härtung auch kurz vor Verwendung in den Klebstoff zugegeben wird. Hierzu zählen thermische Härter, insbesondere Peroxide oder Azoverbindungen, die unter Wärme Radikale bilden.
Zu den verwendbaren Initiatoren gehören unter anderem die in der Fachwelt weithin bekannten Azoinitiatoren, wie AIBN und 1 ,1 -Azobiscyclohexancarbonitril, sowie
Peroxyverbindungen, wie Methylethylketonperoxid, Acetylacetonperoxid, Dilaurylperoxyd, tert.-Butylper-2-ethylhexanoat, Ketonperoxid, tert-Butylperoctoat,
Methylisobutylketonperoxid, Cyclohexanonperoxid, Dibenzoylperoxid, tert- Butylperoxybenzoat, tert.-Butylperoxyisopropylcarbonat, 2,5-Bis(2-ethylhexanoyl-peroxy)- 2,5-dimethylhexan, tert.-Butylperoxy-2-ethylhexanoat, tert-Butylperoxy-3,5,5- trimethylhexanoat, Dicumylperoxid, 1 ,1 -Bis(tert.-butylperoxy)cyclohexan,
1 ,1 -Bis(tert.-butylperoxy)3,3,5-trimethylcyclohexan, Cumylhydroperoxid, tert- Butylhydroperoxid, Bis(4-tert.-butylcyclohexyl)peroxydicarbonat, Mischungen von zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen miteinander sowie Mischungen der vorgenannten Verbindungen mit nicht genannten Verbindungen, die ebenfalls Radikale bilden können.
Weiterhin können kalthärtende Systeme eingesetzt werden. Diese bei Raumtemperatur reaktionsfähige Redoxkoppelkatalysatorsysteme umfassen wenigstens ein Oxidationsmittel und wenigstens ein Reduktionsmittel, die bei Zimmertemperatur miteinander unter Bildung von freien, bei den erfindungsgemäßen Klebstoffen zur Einleitung von additiven
Polymerisationsreaktionen wirksamen Radikalen miteinander reagieren können. Im
Wesentlichen können alle bekannten miteinander so reagierenden Oxidations- und
Reduktionsmittel bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung benutzt werden.
Zu den Oxidationsmitteln zählen unter anderem Peroxide wie Benzoylperoxid und andere Diacylperoxide, Hydroperoxide wie Cumylhydroperoxid, Perester wie t-Butylperoxybenzoat, Ketonhydroperoxide wie Methylethylketon, organische Salze von Übergangsmetallen wie Kobaltnaphthenat, und ein labiles Chloratom enthaltende Verbindungen, wie Sulfonylchlorid.
Repräsentative Reduktionsmittel schließen - ohne Beschränkung hierauf - Sulfinsäuren, Azoverbindungen wie Azoisobuttersäuredinitril, alpha-Aminosulfone wie bis- (Tolylsulfonmethyl)-amin, bis-(Tolylsulfonmethyl)-ethylamin und bis-(Tolylsulfonmethyl)- benzylamin, tertiäre Amine wie Diisopropyl-p-toluidin, Dimethylanilin und Dimethyl-p-toluidin sowie Aminaldehydkondensationsprodukte, wie z. B. die Kondensationsprodukte von aliphatischen Aldehyden wie Butylaldehyd mit primären Aminen wie Anilin oder Butylamin ein. Die Verwendung von bekannten Beschleunigern oder Promotoren kann Vorteile bringen.
Besonders bevorzugte - weil wirksame und im allgemeinen leicht verfügbare - Redoxkoppelkatalysatorsysteme ergeben sich bei Kombination von Dept.= Dihydroxiethyl-p- toluidin und Dibenzoylperoxid.
Die Redoxkatalysatorsysteme werden bevorzugt so mit den anderen Komponenten des Klebstoffs vorgemischt, dass die Härtung erst nach Vermischung aller Komponenten einsetzt.
Die Menge an Härter ist von der Anwendung abhängig, wobei die Härter üblich in einer Menge im Bereich von 0,01 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.%, besonders bevorzugt 0,5 bis 3 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des Klebstoffs eingesetzt werden.
Weiterhin kann der Klebstoff übliche Additive enthalten. Beispielhaft seien nur genannt: Abbindemittel, Antistatika, Antioxidantien, Beschleuniger, Biostabilisatoren, chemische Treibmittel, Entformungsmittel, Flammschutzmittel, Schmiermittel, Farbmittel,
Fließverbesserungsmittel, Füllstoffe, Gleitmittel, Haftvermittler, Härter, Initiatoren, Inhibitoren, Katalysatoren, Lichtschutzmittel, optische Aufheller, organische Phosphite, Öle, Pigmente, Schlagzähigkeitsverbesserer, Vernetzungsmittel, Verstärkungsmittel, Verstärkungsfasern, Verwitterungsschutzmittel, Wachse und Weichmacher
Besonderes Interesse als Zusätze zu den Klebstoffen verdienen Haftvermittler, insbesondere auf Basis von Kautschuken, vorzugsweise flüssigen Kautschuken und auf Basis von phosphorhaltigen Verbindungen.
Zu den Kautschuken, die zur Verbesserung der Haftung eingesetzt werden können, zählen unter anderem Ethylen-Propylen-Kautschuke (EPM), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke (EPDM), Styrol-Blockcopolymere, beispielsweise Stryol-Butadien-Kautschuke (SBR) und Butadien-Acrylonitril-Copolymere. Die Haftung kann durch Auswahl einer geeigneten
Funktionalität an das Substrat angepasst werden. Geeignet sind z.B. Copolymere mit Vinyl-, Epoxy-, Amino- oder Carboxyl-Endgruppen. Geeignete Produkte werden z.B. von Emerald unter dem Namen Hypro vertrieben und sind mit vielen reaktiven Endgruppen verfügbar.
Zu phosphorhaltigen Verbindungen, die im Rahmen der Erfindung als Additive mit besonderem Erfolg eingesetzt werden können, zählen, neben anderen Verbindungen, Derivate der Phosphinsäure, Derivate der Phosphonsäure und Derivate der Phosphorsäure, welche wenigstens eine -POH Gruppe haben sowie wenigstens einen organischen Rest, der durch das Vorhandensein wenigstens einer olefinisch ungesättigten Gruppe ausgezeichnet ist, wobei diese vorzugsweise terminal angeordnet ist. Zusätze von besonderem Interesse sind unter anderem auch Wachse oder Paraffine.
Methacrylatklebstoffe neigen bei der Aushärtung zur Luftinhibierung. Dies führt dazu, dass die oberen Klebstoffschichten, die mit Luft in Kontakt treten können, in erhöhtem Maße klebrig bleiben und nicht fest werden, wie der Rest der Klebstoffmasse. Diese Eigenschaften verschlechtern nicht die Klebwirkung, sind aber aus Sicht der Verarbeiter unerwünscht. Zur Verhinderung bzw. Verbesserung dieses Verhaltens werden daher dem Klebstoff Paraffine zugesetzt, die sich in ihrer Konzentration nahe der Löslichkeitsgrenze befinden müssen.
Eine weitere Gruppe von besonderen Zusätzen ist die Gruppe der Inhibitoren.
Der polymerisierbaren Klebstoffmischung werden zum Schutz vor unerwünschter, vorzeitiger Aushärtung Inhibitoren zugesetzt. Diese wirken als Radikalkettenabbruchreagenzien zum Abfangen der üblicherweise vorhandenen Radikale und erhöhen die Lagerfähigkeit der Klebstoffzubereitungen erheblich. Bei gewollt durch Zugabe organischer Peroxide initiierter Aushärtung besitzen die zugefügten Inhibitoren jedoch den Vorteil, schnell überfahrbar zu sein. Eingesetzt werden hauptsächlich 1 ,4-Dihydroxybenzole. Es können jedoch auch anders substituierte Dihydroxybenzole zum Einsatz kommen.
Noch eine wichtige Substanzgruppe sind die Füllstoffe.
Als Füllstoffe und/oder Pigmente in der flüssigen Klebstoffzubereitung eignen sich alle üblichen Zusätze wie z. B. natürliche und synthetische Calciumcarbonate, Dolomite, Calciumsulfate, Silikate wie z. B. Aluminiumsilikat, Zirkonsilikat, Talkum, Kaolin, Glimmer, Feldspat, Nephelin-Syelit, Wollastonit, aber auch Glaskugeln oder Silikatkugeln,
Siliziumdioxid in Form von Sand, Quarz, Quarzit, Novaculit, Perlit, Tripoli und
Diatomeenerde, Bariumsulfate, Carbide wie z. B. SiC, Sulfide (z.B. MoS2, ZnS) oder auch Titanate wie z. B. BaTi03, Molybdate wie z B. Zink-, Calcium-, Barium-, Strontiummolybdate, Phosphate wie z.B. Zink-, Calcium, Magnesium. Ebenfalls gut geeignet sind Metallpulver oder Metalloxide wie z. B. AI-Pulver, Silberpulver oder Aluminiumhydroxid. Auch zum Einsatz kommen Ruße, Graphitpulver, Holzmehl, synthetische Fasern (Basis
Polyethylenterephthalat, Polyvinylalkohol), Basaltfasern, C-Fasern, Aramidfasern,
Polybenzinidazolfasern, PEEK-Fasern, Polyethylenfasern, Borfasern, Keramikfasern.
Übliche prozentuale Mengen bezüglich der Gesamtrezeptur liegen zwischen 0 und 60 Gew. %.
Weiterhin können den Klebstoffen Phenoxyharze zugegeben werden, die insbesondere zur Verbesserung der Zugscherfestigkeiten von Verklebungen dienen können. Der Poly(meth)acrylatklebstoff wird vorzugsweise aus mehreren Komponenten so aufgebaut, dass er die bei der Anwendung auftretenden Belastungen am besten abfängt. Hierbei ist eine Balance zwischen den Anforderungen herzustellen. Für eine langlebige Auslegung der Klebverbindung müssen die verschiedenen Parameter so eingestellt werden, dass alle auftretenden Kräfte nicht zu einer irreversiblen Schädigung führen. Dies gelingt am besten wenn das System unter allen auftretenden Bedingungen seine gute Haftung behält und ausreichend flexibel ausgelegt ist. Die Flexibilität darf jedoch nur soweit eingestellt werden, dass keine intolerablen Verformungen auftreten und die nötige Festigkeit gewährt bleibt. Durch die Verwendung von Butadien-Acrylonitril-Copolymeren in Kombination mit
(Meth)acrylatkomponenten erhält man chemikalienbeständige flexibilisierte
Konstruktionsklebstoffe, die außer auf PMMA auch auf vielen Substraten wie z.B. Holz, Metall, Glas, Stein, mineralische Baustoffe, Kunststoff, und anderen gut haften. Die Haftung kann durch Auswahl eines reaktiven flüssigen Kautschuks mit geeigneter Funktionalität an das Substrat angepasst werden, wie dies zuvor dargelegt wurde. Die Festigkeit lässt sich durch die Verwendung von di- oder hoherfunktionellen Vernetzern steigern oder steuern. Ein geeigneter Vernetzer ist z.B. Trimethylolpropantrimethacrylat.
Bevorzugt kann ein Klebstoff auf Basis von (Meth)acrylaten mit folgenden Komponenten eingesetzt werden:
Rohstoff Gew. -Teile
Komponente zur Verbesserung der elastischen 0 - 40
Eigenschaften, vorzugsweise carboxylterminiertes vorzugsweise 5 bis 30
Butadien-Acrylonitril-Copolymer oder Polyurethan
Methacrylsäure (MAS) 0 bis 15
vorzugsweise 2 bis 10
Polymerer Vernetzer, vorzugsweise ein ungesättigtes 0 bis 30
Polyesterharz (UP-Harz), 75% in MMA vorzugsweise 2 bis 10
Tris-dimethylaminomethyl-phenol 1 ,0
Reaktivverdünner, vorzugsweise Methylmethacrylat 20 bis 90
(MMA) vorzugsweise 40 bis 80 Rohstoff Gew. -Teile
Weitere Additive und Härter 0 bis 20
bevorzugt 0,1 bis 10 beispielsweise:
Diisopropylparatoluidin vorzugsweise 0,2 bis 3
Paraffin vorzugsweise 0,2 bis 3
HMCP-Phosphat, 50% in MMA vorzugsweise 0,2 bis 3
Zinkstearat vorzugsweise 0,2 bis 3
Aerosil 300 vorzugsweise 0,2 bis 6
Ein Beispiel für eine geeignete Klebstoff rezeptur ist ein schneller Methacrylatklebstoff mit guter Chemikalienbeständigkeit, der sich optional auch mit anorganischen Füllstoffen oder weiteren Polymeren füllen lässt. Eine Viskositätszunahme kann durch Erhöhen der Flüssigkeitsanteile oder Absenken der Polymeranteile teilweise abgefangen werden.
Rohstoff Gew. -Teile
Hypro RLP 20,0
(carboxylterminiertes Butadien-Acrylonitril-Copolymer)
Methacrylsäure (MAS) 7,0
UP-Harz, 75% in MMA 5,0
Tris-dimethylaminomethyl-phenol 1 ,0
Methylmethacrylat (MMA) 60,0
Diisopropylparatoluidin 1 ,0
Paraffin 0,3 Rohstoff Gew. -Teile
HMCP-Phosphat, 50% in MMA 1 ,0
Zinkstearat 1 ,0
Aerosil 300 3,0
Technische Daten
Viskosität (23°C) 20 Pas
Topfzeit (min) 8 min
Zugscherfestikgeit (Bondur F44) 40 N/mm
Weitere Hinweise zu Klebstoffen auf Basis von (Meth)acrylaten finden sich unter anderem in den Druckschriften DE 19848483 A1 , EP 548740 A1 , EP 663419 A1 , EP 1397453 B1 , WO 02/092710 A und WO 2004/065519. Der Inhalt der Druckschriften DE 19848483 A1 , eingereicht am 21.10.1998 beim Deutschen Patent und Markenamt mit der Anmeldenummer DE 19848483.6; EP 548740 A1 , eingereicht am 15.12.1992 beim Europäischen Patentamt mit der Anmeldenummer EP92121289.0; EP 663419 A1 , eingereicht am 05.01.1995 beim Europäischen Patentamt mit der Anmeldenummer EP95100109.8; EP 1397453 B1 , eingereicht am 15.04.2002 beim Europäischen Patentamt mit der Anmeldenummer
PCT/EP2002/041447; WO 02/092710 A, eingereicht am 15.04.2002 beim Europäischen Patentamt mit der Anmeldenummer PCT/EP2002/041447; und WO 2004/065519, eingereicht am 21.1 1 .2003 beim Europäischen Patentamt mit der Anmeldenummer
PCT/EP2003/013058; wird hiermit explizit zu Offenbarungszwecken in die Beschreibung der vorliegenden Anmeldung durch Referenz hierauf mit aufgenommen.
Des Weiteren sind bevorzugte Klebstoffe auf Basis von (Meth)acrylaten kommerziell beispielsweise von Huntsman unter der Handelsbezeichnung Agomet® F 300, Agomet® F 305, Agomet® F 315 und Agomet® F 347, von BM-Chemie als Araldite® 2000er Serie, z.B. Araldite® 2047 oder von Evonik unter dem Handelsnamen Acrifix®, beispielsweise Acrifix® 190 erhältlich. Weitere geeignete Klebstoffe sind Epoxidklebstoffe. Epoxidklebstoffe bestehen aus aliphatischen und / oder aromatischen mono- di- oder polyfunktionellen Epoxiden, optional anorganischen Füllstoffen, wie z.B. gecoatete oder ungecoatete Kreide, optional polymeren Verdickern wie z.B. Hypro RLP, insbesondere epoxyfunktionellen Kautschuken, weiteren üblichen Additiven, wie z.B. Beschleunigern, Katalysatoren oder Stabilisatoren und optional latenten Härtern im Falle von 1 K-Klebstoffen. Epoxidklebstoffe werden als ein- oder zweikomponentige Klebstoffe ausgelegt. Als geeignete aromatische Glycidyl-Systeme können z.B. Produkte auf Basis Bisphenol A eingesetzt werden. Als aliphatische
Epoxidkomponenten können mono- oder polyvalente Glycidylkomponenten mit linearen oder cyclischen aliphatischen Elementen Verwendung finden.
Epoxidklebstoffe können des Weiteren übliche Additive enthalten, wie diese zuvor in Bezug auf Klebstoffen auf Basis von (Meth)acrylaten ausführlich dargelegt wurden.
Bei den einkomponentigen Klebstoffen, wovon wegen der begrenzten
Wärmeformbeständigkeit der Verbundmaterialien auf Basis Polymethacrylate nur die reaktiven in Frage kommen, wird der Härter integriert und reagiert erst bei Erwärmung. Solche Klebstoffe müssen kühl gelagert werden, damit sie nicht vorzeitig reagieren. Bei den zweikomponentigen Systemen wird das Härtersystem in einem zweiten Behältnis gelagert und erst kurz vor der Verwendung oder direkt bei der Applikation in geeigneten Misch-und Dosiereinrichtungen gemischt. Geeignete Härter enthalten z.B. mono- oder polyfunktionelle aminogruppenhaltige Systeme, deren Reaktivität durch Auswahl der Substituenten an der Aminogruppe gesteuert werden kann. Primäre und sekundäre Amine sind geeignet und können in Kombination durch Einstellung des Verhältnisses zu schnellhärtenden reaktiveren oder langsamer härtenden Klebstoffen mit längerer Topfzeit formuliert werden. Flexiblisierte kälteschlagzähe Klebstoffe können durch Kombination der aminischen Härtersysteme mit reaktiven Kautschuken erhalten werden, z.B. Hypro RLP-Typen der Fa. Emerald mit Aminofunktionen (ATB, ATBN-Typen). Des Weiteren können alle anderen bekannten mit Epoxiden umsetzbaren Systeme als Härter oder Härterkomponenten zum Einsatz kommen. Geeignet sind z. B. die bekannten hydroxylgruppenhaltigen aliphatischen oder aromatischen Verbindungen, die sich zum Teil auch als Beschleuniger eignen, wie z.B. Benzylalkohol. Bei der Formulierung von Epoxidklebstoffen sind toxikologische Bewertungen zu
berücksichtigen, um das Gefährdungspotential möglichst gering zu halten.
Klebstoffe auf Basis von Epoxiden sind unter anderem in Lehrbuch Klebstoffe: Formulierung von Kleb- und Dichtstoffen, Vincentz-Verlag, 2. Auflage, Reihe: FARBE UND LACK Edition, Autor: Bodo Müller, Walter Rath, ISBN: 9783866308626 dargelegt, wobei der Inhalt dieses Buches vollumfänglich zu Zwecken der Offenbarung durch Referenz hierauf in die vorliegende Anmeldung eingefügt wird.
Weiterhin sind bevorzugte Klebstoffe auf Basis von Epoxiden kommerziell beispielsweise unter der Handelsbezeichnung Araldite®, beispielsweise Araldite® 201 1 , Epocast®, Epibond® und BETAMATE™ erhältlich.
Weitere geeignete Klebstoff Systeme sind Polyurethanklebstoffe und Silikonklebstoffe.
Letztere zeichnen sich durch gute Witterungsstabilität aus, während bei ersteren die Härte und Elastizität über einen großen Bereich eingestellt werden kann. Unter den
Silikonklebstoffen sind z.B. die Produkte der Fa. Wacker besonders geeignet. Für die Formulierung von Polyurethanklebstoffen eignen sich z.B. Produkte der Fa. BASF. Als Isocyanate können die Lupranat-Produkte und als Polyol-Komponente die Lupranol-Produkte eingesetzt werden. Desweiteren können auch Produkte der Fa. Evonik mit den
Handelsnamen Vestanat (NCO-Komponente) oder der Fa. Bayer-Materials Science zum Einsatz kommen.
Polyurethanklebstoffe und Silikonklebstoffe können des Weiteren übliche Additive enthalten, wie diese zuvor in Bezug auf Klebstoffen auf Basis von (Meth)acrylaten ausführlich dargelegt wurden.
Polyurethanklebstoffe sind unter anderem in den Druckschriften WO 2010/085602 A1 und EP 2 090 603 A2 beschrieben, wobei der Inhalt dieser Dokumente durch Referenz hierauf zu Offenbarungszwecken in die Anmeldung eingefügt werden.
Weitere Hinweise sind in dem Buch Polyurethane, Lacke, Kleb- und Dichtstoffe, Vincentz- Verlag, Reihe: FARBE UND LACK Edition, Autor: Ulrich Meier-Westhues, erschienen April 2007, ISBN: 9783866308961 , dargelegt, wobei der Inhalt dieses Buches vollumfänglich zu Zwecken der Offenbarung durch Referenz hierauf in die vorliegende Anmeldung eingefügt wird.
Die Härtung der Klebstoffe kann durch Reaktion zweier Komponenten, durch Wärme oder energiereiche Strahlen, z.B. UV-Licht ausgelöst werden. Bei der Strahlenhärtung muss zumindest einer der Fügepartner durchlässig für die angewendete Strahlung sein. Geeignete kommerziell verfügbare Klebstoffe sind die von Evonik unter dem Handelsnamen Acrifix® oder Agovit® vertriebenen Klebstoffe, wobei sowohl zweikomponentige als auch
strahlenhärtbare einkomponentige Systeme zum Einsatz kommen können. Weitere geeignete Klebstoffe sind Methacrylat- und Epoxidklebstoffe, die z.B. unter dem
Handelsnamen Araldite® vertrieben werden. Das zur Herstellung der Klebschicht eingesetzte Beschichtungsmittel kann durch übliche Verfahren, wie Tauch-, Walz-, Flut-, Gießverfahren, insbesondere durch Streichen, Rollen, Spritzverfahren (Hochdruck, Niederdruck, Airless oder elektrostatisch (ESTA)) aufgebracht werden.
Die erfindungsgemäßen Verbundkörper können in massiver oder teilmassiver Form ausgebildet sein, wobei beispielsweise mehrere Formkörper, die vorzugsweise durch Extrusion des zuvor näher ausgeführten Verbundmaterials erhalten wurden, miteinander zu dichten, hohlraumfreien Verbundkörper verklebt werden. Diese Formkörper zeigen eine ausgezeichnete Stabilität und mechanische Festigkeit, weisen jedoch ein relativ hohes Gewicht auf. Diese Formkörper können als Ersatz für Leimholz eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann der Verbundkörper Hohlräume aufweisen. Dabei können z. B. mehrere Formkörper, die vorzugsweise durch Extrusion des zuvor näher ausgeführten Verbundmaterials erhalten wurden, unter Bildung von Hohlräumen miteinander verklebt werden und/oder Formkörper, die selbst Hohlräume aufweisen derart miteinander verklebt werden. Diese Formkörper zeichnen sich durch ein geringeres Gewicht aus, wobei das Zusammenfügen unter Berücksichtigung von statischen Vorgaben erfolgen kann, so dass trotz des geringeren Gewichts eine für viele Zwecke ausreichende Stabilität erzielt werden kann.
Weiterhin kann der Verbundkörper, vorzugsweise der Formkörper, massive Teilbereiche und Teilbereiche mit Hohlräumen aufweisen.
Kombinationen der zuvor genannten Ausführungsformen sind für den Fachmann einfach ersichtlich und vom Umfang der vorliegenden Erfindung mit umfasst.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Form- oder Gußkörper, umfassend ein Verbundmaterial, enthaltend zumindest ein zellulosehaltiges Material und zumindest ein Poly(alkyl)(meth)acrylat, mit einem Kleber versehen und mit mindestens einem weiteren Gegenstand verbunden wird. Hierbei kann der weitere Gegenstand ein zellulosehaltiges Material umfassen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der weitere Gegenstand aus einem Material aufgebaut sein, das nicht aus einem
zellulosehaltigen Material besteht. Diese weiteren Gegenstände bestehen bevorzugt aus Kunststoff, z.B. Poly(alkyl)(meth)acrylat, Polycarbonat, Polystyrol, Metall, z.B. Aluminium, Aluminiumlegierungen, Stahl oder verzinkter Stahl, Glas, anorganischen mineralischen Werkstoffen, z.B. Stein und anorganisch-organischen Verbundwerkstoffen, z.B. Kunststein, PLEXIGLAS ® Mineral oder Corean. Weitere geeignete Fügepartner für die Verklebung beinhalten Hölzer, z.B. Tanne oder Fichte und High Pressure Laminates, z.B. Papier- Melaminharz-Schichtwerkstoffe, die unter den Marken Trespa oder Fundermax kommerziell verfügbar sind.
Die erfindungsgemäßen Verbundkörper können in allen für WPC bekannten Anwendungen, insbesondere als Werkstoff in Bereichen mit erhöhter Feuchtigkeitseinwirkung, speziell im Außenbereich, wie z. B. als Bodenbeläge, z. B. als Terrassenpaneele etc., als
Konstruktionsmaterialien, wie z. B. als Konstruktionshölzer, Bretter, Balken, Pfosten, Schalungstafeln, Gartenhütten, Spieltürme, Spielgeräte, Sandkästen, Carports, Pavillons, Türzargen, Türblätter, Fensterbänke etc., als Wandelemente, als Wandverkleidungen, Schallschutzelemente, Balustraden, als Deckenverkleidungen, als Dachabdeckungen, im Schiffsbau oder zum Bau von Hafenanlagen, z. B. Bootsstegen, Bootsabweiser, Schiffdecks etc., als wartungsfreier Möbel Werkstoff im Innen- und Außenbereich, wie z.B. Stühle, Liegen, Regale, Theken, Gartenbänke, Küchenmöbel, Arbeitsplatten, Badmöbel etc., als Behälter bzw. Einfassungen, wie z. B. Raseneinfassungen, Beeteinfassungen, Rollrabatte,
Blumentöpfe, Pflanztröge etc., verwendet werden.
Die Schallschutzwirkung der erfindungsgemäßen Verbundkörper kann auf der Reflektion des Schalls aber auch auf der Absorption beruhen. Während zur Reflektion auch glatte
Oberflächen der Bauteile ausreichend sind, werden zur Anwendung als
Schallschutzelemente mit Schallschluckwirkung bevorzugt Bauteile aus den
erfindungsgemäßen Formkörpern hergestellt, deren Oberfläche derart strukturiert ist, dass durch die Strukturierung ein schallschluckender Effekt erzielt wird. Weiterhin stellen
Hohlkammerplatten oder Profile bevorzugte Formkörper der vorliegenden Erfindung dar, welche mit entsprechenden Öffnungen bzw. Bohrungen versehen sind, die es erlauben, dass die Schallwellen in das Bauteil eindringen. Dadurch kann ein signifikanter Schallschluckeffekt erzielt werden. Kombinationen bzw. Abwandlungen der beiden genannten Varianten der Schallschutzelemente sind von der vorliegenden Erfindung ebenfalls erfasst.
Hierbei können die erfindungsgemäßen Verbundkörper auch zur Herstellung von konstruktiv aufwendigen Gebilden eingesetzt werden, wobei die Formkörper auch mit Metall, Holz, Glas oder Kunststoffen, insbesondere transparenten Kunststoffen, wie Polymethylmethacrylat verbunden werden können.
Beispiele derartiger komplexer Gebilde sind unter anderem in den Druckschriften
EP 2 102 428 A und WO 03/023162 A dargelegt, wobei die Lehren dieser Druckschriften durch Referenz hierauf in die vorliegende Anmeldung eingefügt werden. In diesem
Zusammenhang ist festzuhalten, dass ein Teil der durch Schrauben miteinander verbundenen Teile aufgrund der hervorragenden Eigenschaften der vorliegenden Verbundkörper durch Klebstellen ersetzt werden können.
Meßmethoden:
Schmelzindex MVR
Der MVR [230°C, 3,8kg] wird bestimmt nach ISO 1 133.
Wasseraufnahme (Koch-Test)
Die Wasseraufnahme wird in einem Koch-Test in Anlehnung an die Norm EN 1087-1 bestimmt. Hierzu wird ein 100mm langer Probenabschnitt in Dicke und Breite des
Produktionsmaßes für 5 h in kochendem Wasser eingetaucht und nach ca. 60min Abkühlung in kaltem Wasser auf Quellung und gravimetrischer Wasseraufnahme geprüft.
Bruchfestigkeit und Durchbiegung
Die Bestimmung der Bruchfestigkeit sowie der Durchbiegung bei 500 N Belastung der erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe geschieht in Anlehnung an DIN EN 310
(„Holzwerkstoffe - Bestimmung des Biege-Elastizitätsmoduls und der Biegefestigkeit").
Die nachfolgenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung und dem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung schränken diese bzw. deren Umfang jedoch in keiner Weise ein.
Beispiel 1
Allgemeine Beschreibung:
Eine PMMA Formmasse mittleren Molekulargewichts, PLEXIGLAS® FM 6N bzw.
PLEXIGLAS® FM 7N von Evonik Röhm GmbH, Darmstadt, wurde mit einem Anteil von 70 Gew.% Holzfasern unter Verwendung des polaren Esterwachses LICOWAX E der Firma Clariant, Sulzbach, als Gleitmittel und eines Haftvermittlers vermischt und extrudiert.
Versuche zeigten, dass sich eine solche Mischung mit bis 75 Gew. % Holzanteil im Bereich 210 +/- 10 °C sehr gut plastifizieren lässt und WPC Extrudate hervorbringt, die eine sehr geringe Wasseraufnahme, hohe Dimensionsstabilität gegenüber Feuchte und eine hohe mechanische Stabilität aufweisen. Beispiel 1 a
Der Versuch wurde wie in der allgemeinen Beschreibung durchgeführt. Es wurde ein Styrol- Maleinsäureanhydrid Copolymer mit ca. 20 - 22 Gew.% eingebautem Maleinsäureanhydrid als Haftvermittler verwendet.
Die Zusammensetzung der Einsatzmengen für die Extrusion gestaltete sich wie folgt:
Holzfasern: 320 μηι 70 Gew. %
Haftvermittler: XI RAN® SZ 22065 6,0 Gew. %
Gleitmittel: LICOWAX® E 3,0 Gew. %
PMMA: PLEXIGLAS® 7N 21 Gew. %
Die anwendungstechnischen Tests des erhaltenen WPC's ergaben folgende Ergebnisse:
Wasseraufnahme im Kochtest bei 100°C: 4,5 Gew. %
Bruchfestigkeit: 3,3 kN
Durchbiegung 500N: 2,3 mm
Zwei der erhaltenen Formkörper wurden mit Acrifix® 190 (Klebstoff auf Basis von
(Meth)acrylat) verklebt. Die Verklebung zeigte eine ausgezeichnete Haftung auf dem extrudierten Formkörper, wobei eine mechanische Belastung zu einem Bruch des
Formkörpers führte und die Klebeschicht unbeschädigt war.
Beispiel 1 b
Der Versuch wurde wie in der allgemeinen Beschreibung durchgeführt. Es wurde ein Polymethylmethacrylat-Maleinsäureanhydrid-Copolymere entsprechend dem Copolymer (I) aus Beispiel A der WO 2005/108486, mit 10 Gew.% eingebautem Maleinsäureanhydrid als Haftvermittler verwendet.
Die Zusammensetzung der Einsatzmengen für die Extrusion gestaltete sich wie folgt:
Holzfasern: 70 Gew.%
Haftvermittler: 10 Gew.%
Gleitmittel: LICOWAX E 2,0 Gew.%
PMMA: PLEXIGLAS® 7N 18 Gew.%
Die anwendungstechnischen Tests des erhaltenen WPC's ergaben folgende Ergebnisse:
Wasseraufnahme im Kochtest bei 100°C: 4,3 Gew. %
Bruchfestigkeit: 41 14 kN
Durchbiegung 500N: 1 ,8 mm Zwei der erhaltenen Formkörper wurde mit Araldite® 201 1 (Klebstoffe auf Basis von Epoxiden) verklebt. Die Verklebung zeigte eine ausgezeichnete Haftung auf dem extrudierten Formkörper, wobei eine mechanische Belastung zu einem Bruch des Formkörpers führte und die Klebeschicht unbeschädigt war.

Claims

Patentansprüche
1 . Verbundkörper, umfassend ein Verbundmaterial, enthaltend zumindest ein
zellulosehaltiges Material und zumindest ein Poly(alkyl)(meth)acrylat, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper mindestens eine Klebschicht, die mit dem
Verbundmaterial in Verbindung steht, aufweist.
2. Verbundkörper gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Verbundmaterial ein Poly(alkyl)(meth)acrylat umfasst, welches einen Schmelzindex MVR [230°C, 3,8kg] im Bereich von 0,5 - 30 ml/10min aufweist.
3. Verbundkörper gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verbundmaterial ein Copolymer umfasst, welches Einheiten, die von einem zyklischen Carbonsäureanhydrid abgeleitet sind, und Einheiten umfasst, die von (Meth)acrylaten abgeleitet sind.
4. Verbundkörper gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial zumindest einen mit Zellulose
kompatiblen Haftvermittler enthält.
5. Verbundkörper gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Haftvermittlers bezogen auf das Gesamtgewicht des erfindungsgemäßen
Verbundmaterials zwischen 0,5 und 70 Gew. %, bevorzugt 1 und 50 Gew. %, besonders bevorzugt 1 und 40 Gew. %, ganz besonders bevorzugt 2 und 30 Gew.
%, speziell bevorzugt im Bereich 3 bis 25 Gew.% und ganz speziell bevorzugt im Bereich 3 bis 15 Gew.% beträgt.
6. Verbundkörper gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Haftvermittler um ein Copolymer umfassend ein oder mehrere Monomer(e) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zyklischen Carbonsäureanhydrid-
Derivaten wie z. B. Maleinsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid,
Citraconsäureanhydrid und Glutaconsäureanhydrid, (Meth)acrylsäurederivaten wie z.B. Methacrylsäure oder Acrylsäure, Amino-, Imid-Monomere und Epoxy-Gruppen enthaltenden Monomere, bevorzugt (Alkyl)(meth)acrylamide, (Alkyl)(meth)acrylimide, N-Vinylpyrolidon sowie optional ein oder mehrere Monomere ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus Styrol, a-Methylstyrol, o Ethylstyrol, Acrylaten,
Methacrylaten, Vinylacetat, Ethylen oder Propylen, handelt Verbundkörper gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Anteil des Copolymers umfassend zumindest ein
Poly(alkyl)(meth)acrylat und zumindest ein zyklisches Carbonsäureanhydrid-Derivat bezogen auf das Gesamtgewicht des erfindungsgemäßen Verbundmaterials 0,5 bis (100 - Anteil an zellulosehaltigem Material - sonstige Bestandteile des
Verbundmaterials) Gew.%, bevorzugt 2 bis (100 - Anteil an zellulosehaltigem Material - sonstige Bestandteile des Verbundmaterials) Gew.%, beträgt
und/oder
dass der Anteil am zyklischen Carbonsäureanhydrid-Derivat bezogen auf das Gesamtgewicht des erfindungsgemäßen Verbundmaterials Bereich von 0,1 - 5 Gew.%, bevorzugt im Bereich von 0,4 - 3 Gew.%, liegt
und/oder
dass es sich bei dem zyklischen Carbonsäureanhydrid-Derivat, um ein Derivat mit einem 5-, 6- oder 7-gliedrigen Ring, handelt.
Verbundkörper gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass es die folgenden Komponenten:
a) zellulosehaltige Komponente,
bevorzugt Holzfasern: 40 - 80 Gew.%
b) Copolymer umfassend zumindest
ein Poly(alkyl)(meth)acrylat
und zumindest ein zyklisches
Carbonsäureanhydrid-Derivat: 1 - 50 Gew.%
c) Gleitmittel: 0 - 5 Gew.%,
bevorzugt 0,5 - 4 Gew.% d) Poly(alkyl)(meth)acrylat- Matrixpolymer: 0 - 59 Gew.%,
bevorzugt 1 - 57,5 Gew.% e) Farbstoff 0 - 5 Gew.% 201 100490
WO 2013/083359 PCT/EP2012/072377
38
f) Lichtstabilisatoren 0 - 0,5 Gew.%, bevorzugt 0.01 - 0,2 Gew.% umfasst, wobei die Komponenten b) und d) zusammen 9,5 bis 60 Gew.% des Gesamtgewichts der Komponenten a) bis f) ausmachen und sich die Summe der Komponenten a) bis f) zu 100 Gew.% ergibt. 9. Verbundkörper gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial zumindest ein Gleitmittel enthält, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, polaren Esterwachsen, Polyethylenwachsen, Carbon- und Fettsäuren sowie deren Estern (z.B. Stearate) sowie langkettige Fettalkohole und Fettalkoholester.
10. Verbundkörper gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial bis zu 80 Gew.% Holzpartikel sowie mindestens 15 Gew.% Poly(alkyl)(meth)acrylat, jeweils bezogen auf das
Gesamtgewicht des Verbundmaterials, aufweist.
1 1 . Verbundkörper gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebschicht mindestens einen gehärteten Klebstoff aufweist, der Poly(alkyl)(meth)acrylat und/oder Zellulose verkleben kann.
12. Verbundkörper gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebschicht Form- und/oder Gußkörper miteinander verbindet, die zumindest ein Verbundmaterial, enthaltend zumindest ein zellulosehaltiges Material und zumindest ein Poly(alkyl)(meth)acrylat umfassen.
13. Verbundkörper gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper massiv ist oder Hohlräume oder massive und hohle Teilbereiche aufweist.
14. Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Form- und/oder
Gußkörper, umfassend ein Verbundmaterial, enthaltend zumindest ein
zellulosehaltiges Material und zumindest ein Poly(alkyl)(meth)acrylat, mit einem Kleber versehen und mit einem zweiten Gegenstand verbunden wird.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite
Gegenstand aus einem Material aufgebaut ist, das nicht aus einem zellulosehaltigen Material aufgebaut ist.
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