WO2019002360A1 - Uv vorhärtbare epoxid-zusammensetzung für zweistufigen montageprozess - Google Patents

Uv vorhärtbare epoxid-zusammensetzung für zweistufigen montageprozess Download PDF

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WO2019002360A1
WO2019002360A1 PCT/EP2018/067235 EP2018067235W WO2019002360A1 WO 2019002360 A1 WO2019002360 A1 WO 2019002360A1 EP 2018067235 W EP2018067235 W EP 2018067235W WO 2019002360 A1 WO2019002360 A1 WO 2019002360A1
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WO
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adhesive composition
oxetane
pas
composition according
epoxy resin
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PCT/EP2018/067235
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Damien FOURCADE
Martin Hornung
Original Assignee
Henkel Ag & Co. Kgaa
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to adhesive compositions containing at least one aromatic epoxy resin, at least one compound having at least one oxetane group and at least one photoinitiator, a process for bonding at least two components and the use of appropriate adhesive compositions.
  • epoxy resin-based adhesives are widely used and are used, for example, to bond components made of the same or similar materials together.
  • Epoxy adhesives are also used for screen printing, with screen printing being a particularly suitable method of bonding two components in the automotive field. By means of the screen printing process, the adhesive can be applied very precisely to the components, both in terms of the required thickness and the exact location.
  • the known adhesives often have the disadvantage that they have too low a viscosity after application. These low-viscosity adhesives can then run after the order or be squeezed or squeezed out during the assembly of the components from the joining zone, resulting in a poor bonding and flaws.
  • Adhesives which have a high viscosity from the beginning, so that they would not run or be pushed out after application, have the disadvantage that they are more difficult to handle and may not be able to be applied by the screen printing process.
  • the present invention relates to an adhesive composition comprising
  • the object is achieved in a surprising manner by a method for bonding, wherein after applying said adhesive composition to a first substrate to be bonded, the adhesive composition is precured with radiation, then the substrate is joined to a second substrate and thermally cured.
  • the adhesive compositions of the invention are both easy to handle, especially in the screen printing process, as well as meet the high requirements in terms of adhesive properties in the automotive sector.
  • at least one compound having at least one oxetane group it can be achieved that the viscosity of the adhesive composition does not fall when heated for the thermal curing, whereby the "squeezing out" of the adhesive composition can be minimized or prevented altogether.
  • At least one refers to 1 or more, for example, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or more It refers to constituents of the adhesive compositions described herein Specification not on the absolute amount of molecules but on the nature of the component.
  • At least one epoxy resin therefore means, for example, one or more different epoxy resins, ie one or more different types of epoxy resins. Together with quantities, the quantities refer to the total amount of the corresponding designated type of ingredient as defined above.
  • the figures refer to the number average molecular weight M n .
  • the molecular weight can be determined by GPC against a polystyrene standard.
  • the adhesive composition contains at least one aromatic epoxy resin.
  • the epoxy group-containing resins or epoxy resins have (on average) at least 2 epoxy groups per molecule, preferably 2 to 10 epoxy groups per molecule.
  • Epoxide groups refers to 1,2 epoxy groups (oxiranes).
  • suitable resins include, but are not limited to, (poly) glycidyl ethers commonly obtained by reacting epichlorohydrin or epibromohydrin with aromatic polyphenols in the presence of alkali, or also (poly) glycidyl ethers of phenol-formaldehyde novolak resins.
  • alkyl-substituted phenol-formaldehyde resins epoxy novolac resins
  • phenol-hydroxybenzaldehyde resins cresol-hydroxybenzaldehyde resins
  • dicyclopentadiene-phenolic resins dicyclopentadiene-substituted phenolic resins.
  • Suitable polyphenols for this purpose are, for example, resorcinol, pyrocatechol, hydroquinone, bisphenol A (2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane), bisphenol F (bis (4-hydroxyphenyl) methane), 1, 1-bis (4-hydroxyphenyl ) isobutane, 4,4-dihydroxybenzophenone, 1, 1-bis (4-hydroxyphenyl) ethane and 1, 5-hydroxynaphthalene.
  • diglycidyl ethers of ethoxylated resorcinol DGER
  • diglycidyl ether of resorcinol catechol
  • hydroquinone bisphenol
  • bisphenol A bisphenol A
  • bisphenol AP 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) -1-phenylethane
  • bisphenol F bisphenol K
  • bisphenol S bisphenol S
  • tetramethylbiphenol diglycidyl ethers of ethoxylated resorcinol
  • the at least one aromatic epoxy resin preferably has an epoxide equivalent between 130 and 1000 g / mol equivalent, in particular between 140 and 500 g / mol equivalent, preferably between 150 and 250 g / mol equivalent.
  • the epoxide equivalent can be determined according to DIN 16945.
  • the composition contains at least one liquid at 25 ° C aromatic epoxy resin.
  • at least one at 25 ° C liquid aromatic epoxy resin containing a viscosity at 25 ° C of less than 10 Pas, in particular from 0.01 to 10 Pas, preferably from 0.1 to 7 Pas, more preferably from 1 to 5 Pas having.
  • the viscosity can be determined according to DIN 53105.
  • liquid epoxy resins which are obtained by reacting bisphenol A or bisphenol F or mixtures thereof, in particular mixtures of bisphenol A and bisphenol F, and epichlorohydrin.
  • the composition may contain, in addition to the liquid aromatic epoxy resin, at least one aromatic epoxy resin having a viscosity at 50 ° C. of greater than 10 Pas, in particular from 10 to 200 Pas, preferably from 20 to 100 Pas.
  • the viscosity can be determined according to DIN 53105.
  • These epoxy resins are particularly preferably polyglycidyl ethers of novolak resins.
  • Novolak resins are condensates of phenols or phenol derivatives with formaldehyde.
  • epoxide resins are particularly preferably polyglycidyl ethers of phenol novolak and / or cresol novolak, in particular phenol-formaldehyde resins (phenol novolak).
  • the adhesive composition contains at least one epoxy resin selected from epoxy resins based on bisphenol or epoxy resins based on novolak resins, in particular phenol-formaldehyde resins, or mixtures thereof.
  • the adhesive composition contains at least one epoxy resin obtained by reacting bisphenol A or bisphenol F or mixtures thereof, in particular mixtures of bisphenol A and bisphenol F, and epichlorohydrin.
  • the adhesive composition contains at least one epoxy resin which is a polyglycidyl ether of novolac resins, especially phenol novolac and / or cresol novolac, preferably phenol-formaldehyde resins.
  • the adhesive composition comprises at least two different epoxy resins, preferably a mixture of at least one epoxy resins based on bisphenol, in particular bisphenol A or bisphenol F or mixtures thereof, and an epoxy resin based on novolak resins, in particular phenol-formaldehyde resins.
  • the proportion of the at least one aromatic epoxy resin or all aromatic epoxy resins containing the total adhesive composition is at least 50 wt .-%, preferably 50 to 98 wt .-%, in particular 60 to 97 wt .-%, particularly preferably 70 to 95 wt .-%.
  • the adhesive composition contains at least 30 wt .-%, preferably 40 to 80 wt .-%, in particular 50 to 70 wt .-%, each based on the total adhesive composition of at least one epoxy resin based on bisphenol, especially bisphenol A or bisphenol F. or mixtures thereof.
  • the adhesive composition contains at least 10 wt .-%, preferably 10 to 50 wt .-%, in particular 20 to 40 wt .-%, each based on the total adhesive composition, of at least one epoxy resin based on novolac resins, in particular phenol-formaldehyde Resins.
  • the adhesive composition contains at least 30 wt .-%, preferably 40 to 80 wt .-%, in particular 50 to 70 wt .-%, each based on the total adhesive composition of at least one epoxy resin based on bisphenol, in particular bisphenol A or bisphenol F or mixtures thereof, and at least 10 wt .-%, preferably 10 to 50 wt .-%, in particular 20 to 40 wt .-%, each based on the total adhesive composition, of at least one epoxy resin based on novolak resins, in particular phenol formaldehyde resins.
  • the adhesive composition contains at least one compound having at least one oxetane group, preferably 1 to 4, in particular 1 to 2, particularly preferably exactly one oxetane group per molecule.
  • oxetane Group refers to a four-membered ring with an oxygen atom.
  • these compounds may also have at least one hydroxyl group, preferably 1 to 4, in particular 1 to 2, particularly preferably exactly one hydroxyl group per molecule.
  • the compound having at least one oxetane group, in particular exactly one oxetane group, is preferably monomeric compounds.
  • the at least one compound having at least one oxetane group, in particular also having one hydroxyl group preferably has a molecular weight of less than 1000 g / mol, preferably less than 500 g / mol, preferably less than 300 g / mol.
  • the at least one compound having at least one oxetane group, in particular also having a hydroxyl group has a molecular weight of 70 to 1000 g / mol, preferably 100 to 500 g / mol, preferably 120 to 200 g / mol.
  • the adhesive composition comprises at least one compound having an oxetane group according to the formula (I):
  • R is alkyl, alkoxy, alkoxyalkyl, aryloxyalkyl, hydroxyalkyl, hydroxyalkoxy, hydroxyalkoxyalkyl, aryl, aryloxy, hydroxyaryl or hydroxyaryloxy, and
  • R 2 and R 3 are each independently hydrogen, alkyl, alkoxy, alkoxyalkyl, aryloxyalkyl, hydroxyalkyl, hydroxyalkoxy, hydroxyalkoxyalkyl, aryl, aryloxy, hydroxyaryl or hydroxyaryloxy.
  • the adhesive composition contains as at least one compound having an oxetane group and at least one hydroxyl group, a hydroxyoxetane according to the above-mentioned formula (I) wherein
  • R is alkyl, alkoxy, alkoxyalkyl, aryloxyalkyl, hydroxyalkyl, hydroxyalkoxy, hydroxyalkoxyalkyl, aryl, aryloxy, hydroxyaryl or hydroxyaryloxy,
  • R 2 is hydroxyalkyl, hydroxyalkoxy, hydroxyalkoxyalkyl, hydroxyaryl or hydroxyaryloxy
  • Each R 3 is independently hydrogen, alkyl, alkoxy, alkoxyalkyl, aryloxyalkyl, hydroxyalkyl, hydroxyalkoxy, hydroxyalkoxyalkyl, aryl, aryloxy, hydroxyaryl or hydroxyaryloxy.
  • the at least one hydroxyoxetane of the formula (I) is preferably
  • alkyl here preferably stands for linear or branched alkyl radicals having 1 to 24 C atoms, for example having 1 to 12 or having 1 to 8 C atoms. Most preferably, the term “alkyl” is methyl or ethyl.
  • alkoxy here preferably stands for methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy, phenylethoxy, more preferably ethoxy and / or propoxy, and comprises up to 20 alkoxy units or a combination of two or more alkoxy units arranged randomly, in blocks or in a gradient can.
  • At least one hydroxyoxetane is particularly preferably selected from the group consisting of 3-methyl-3- (hydroxymethyl) oxetane, 3-ethyl-3- (hydroxymethyl) oxetane, 3,3-di (hydroxymethyl) oxetane (trimethylolpropane oxetane, TMPO). used. It is also possible to use mixtures of these compounds.
  • the adhesive composition contains trimethylolpropane oxetane as the at least one compound having at least one oxetane group.
  • the adhesive composition contains 1 to 20 wt .-%, preferably 2 to 15 wt .-%, in particular 5 to 10 wt .-%, each based on the total adhesive composition, the at least one compound having at least one oxetane group, especially with a hydroxyl group.
  • the adhesive compositions described herein can be precured by a photo-initiated polymerization reaction.
  • the compositions are polymerized cationically with the aid of a cationic photoinitiator which forms cations upon absorption of a specific wavelength of light.
  • the cationic photoinitiator may be one commonly used for cationic polymerization. Examples include onium salts having low nucleophilic anions, such as halonium salts, iodonium salts, sulfonium salts, sulfoxonium salts or diazonium salts.
  • Suitable anions include, for example, hexafluoroantimonate, hexafluorophosphate or tetrakis (pentafluorophenyl) borate.
  • the adhesive composition contains 0.1 to 5 wt .-%, preferably 0.5 to 3 wt .-%, in particular 1 to 2 wt .-%, each based on the total adhesive composition of the at least one photoinitiator.
  • the adhesive compositions according to the invention can also contain reactive diluents for adjusting the flow behavior as a further component.
  • Reactive diluents are for the purposes of this invention hydroxyl- or epoxide-group-containing, low-viscosity substances having an aliphatic or aromatic structure, especially compounds containing epoxide groups.
  • reactive diluents are monoglycidyl ethers of C6 to C14 monoalcohols or alkylphenols and the monoglycidyl ethers of cashew nut shell oil, mono- or diglycidyl ethers of ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, tetrapropylene glycol, neopentylene glycol, 1, 4 Butylene glycol, 1, 5-pentanediol, 1, 6-hexanediol, cyclohexanedimethanol, triglycidyl ether of trimethylolpropane and the glycidyl esters of C6 to C24 carboxylic acids or mixtures thereof.
  • reactive diluents having an epoxide group monoglycidyl ethers of C6 to C14 monoalcohols or alkylphenols are preferred.
  • the reactive diluents with an epoxy group differ from the aromatic epoxy resins and are not among them.
  • the adhesive composition contains up to 20 wt .-%, preferably 1 to 15 wt .-%, in particular 2 to 10 wt .-%, each based on the total adhesive composition of the at least one reactive diluent, preferably a monoglycidyl ether of C6 - to C14-monoalcohols or alkylphenols.
  • the adhesive compositions of the invention may further include, in principle, any additional ingredients known in the art and conventional.
  • additional ingredients include, but are not limited to, coupling agents, fillers, plasticizers, diluents, flow agents, coupling agents, wetting agents, flame retardants Control of viscosity, preservatives, stabilizers, defoamers and dyes.
  • the additional constituents should preferably not be UV-absorbing.
  • the additives are preferably contained in an amount of less than 10% by weight, in particular less than 3% by weight, preferably less than 1% by weight, in each case based on the total adhesive composition.
  • the adhesive composition contains
  • (D) optionally up to 20 wt .-%, preferably 1 to 15 wt .-%, in particular 2 to 10 wt .-% of at least one reactive diluent, in particular with exactly one epoxide group per molecule.
  • the adhesive composition contains
  • (a2) at least 10 wt .-%, preferably 10 to 50 wt .-%, in particular 20 to 40 wt .-% of at least one epoxy resin based on novolak resins, in particular phenol-formaldehyde resins are included;
  • Another object of the invention is a method for bonding, wherein after applying said adhesive composition to a first substrate to be bonded, the adhesive composition is precured with radiation, then the substrate is joined to a second substrate and thermally cured.
  • the method is a screen-printing method, since it is precisely with the screen-printing method that a high precision with regard to the application location and the application thickness can be achieved so that the adhesive is placed in the right amount in the right place. This saves adhesive, but at the same time leads to optimal bonding with the least possible error.
  • the adhesive composition described above is applied to a substrate to be bonded, preferably this order is carried out according to the screen printing method.
  • the epoxy resin adhesives of the present invention can be used for a variety of materials. Suitable materials include, but are not limited to, metals such as aluminum and steel, thermoplastic polymers such as polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyacrylate and polycarbonate and their copolymers, thermoset polymers such as vulcanized rubbers, urea-formaldehyde foams, melamine resins, Wood, glass, graphitic substrates, carbon fiber composites (CFC), glass fiber composites (GFC) and other composites.
  • the epoxy adhesives can be used to bond together identical, similar or dissimilar materials, such as steel and steel, steel and aluminum, CFC and steel, CFC and aluminum, polycarbonate and vulcanization rubber, or aluminum and wood
  • the adhesive composition i. the uncured adhesive composition before application, a viscosity at 25 ° C of less than 100 Pas, in particular from 0.01 to 100 Pas, preferably from 0.1 to 50 Pas, preferably from 1 to 20 Pas.
  • a corresponding viscosity is particularly advantageous for handling and optimum application of the adhesive composition, in particular for the screen printing process.
  • the applied adhesive composition is precured by means of radiation, in particular by means of light, preferably by means of UV radiation.
  • radiation in particular by means of light, preferably by means of UV radiation.
  • the precuring of the composition is typically accomplished by the cationic radiation initiated with radiation, such as light Polymerization.
  • the light which is used to start the polymerization reaction is preferably short-wave light, for example UV light. Pre-curing does not lead to complete hardening. The complete curing of the adhesive composition is achieved only by means of thermal curing.
  • the precuring is typically carried out at temperatures below 50 ° C, preferably at temperatures between 10 and 30 ° C.
  • the duration of the irradiation for precuring, in particular with UV radiation is preferably 0.1 to 300 seconds, preferably 1 to 100 seconds.
  • the adhesive composition preferably has a viscosity at 25 ° C. of greater than 1000 Pas, in particular from 1000 to 50 000 Pas, preferably from 2000 to 20000 Pas, preferably from 3000 to 10000 Pas.
  • a corresponding viscosity is advantageous in particular for the further method, since this prevents the adhesive from running out or being squeezed out under pressure during joining. In addition, such a storage would be possible at this point of the process.
  • the first substrate is joined to the second substrate and thermally cured.
  • the thermal curing is typically carried out at temperatures above 50 ° C, preferably between 50 and 200 ° C, in particular between 70 and 150 ° C, preferably between 80 and 120 ° C.
  • the joining and the subsequent thermal curing are preferably carried out under pressure, wherein the first substrate is joined to the second substrate under a pressure and then the pressure during the thermal curing is maintained.
  • At least one compound having at least one oxetane group, in particular a hydroxyoxetane it is possible to ensure that the viscosity of the adhesive composition does not drop after precuring during heating for the thermal curing, thereby minimizing or completely preventing "squeezing out" of the adhesive composition
  • the invention also relates to the product which has been bonded by means of the adhesive compositions described herein or which has been prepared according to the described method for bonding two substrates. Moreover, the invention also relates to the use of the compositions described herein for bonding at least two substrates, or components, in particular according to the described method. All embodiments disclosed in connection with the adhesive compositions are equally applicable to the cured formulations as well as the methods described, and vice versa.
  • compositions were mixed together according to Table 1 and
  • the measurement was carried out with an Anton Paar MCR 302 with an Omnicure S2000 mercury lamp.
  • Table 1 Compositions (amounts in wt.
  • Bisphenol F epoxy resin Epoxy equivalent weight of 165 g / mol, viscosity at 25 ° C of 2.5 Pas
  • Figure 1 shows the viscosity evolution (solid curve) of the
  • Comparative composition V1 with respect to time and temperature (dashed curve).
  • the viscosity increases sharply.
  • the viscosity drops initially strong before the onset of thermal Hardening again leads to an increase in viscosity.
  • Heating causes appropriate compositions to run, especially when additional pressure is applied during thermal curing within a screen printing process.
  • Figure 2 shows the viscosity evolution of composition E2 (solid curve) compared to the viscosity evolution of comparative composition V1 (dashed curve). It can be clearly seen that in the case of the composition E2, the viscosity does not drop when heated, but steadily increases. The other compositions E1 and E3 show a comparable development. Because the viscosity does not drop, they remain
  • compositions dimensionally stable and do not run unintentionally during thermal curing.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Klebstoffzusammensetzungen enthaltend mindestens ein aromatisches Epoxidharz, mindestens eine Verbindung mit mindestens einer Oxetan-Gruppe und mindestens einen Photoinitiator, ein Verfahren zur Verklebung von mindestens zwei Bauteilen sowie die Verwendung entsprechender Klebstoffzusammensetzungen.

Description

„UV vorhärtbare Epoxid-Zusammensetzung für zweistufigen Montageprozess"
Die vorliegende Erfindung betrifft Klebstoffzusammensetzungen enthaltend mindestens ein aromatisches Epoxidharz, mindestens eine Verbindung mit mindestens einer Oxetan-Gruppe und mindestens einen Photoinitiator, ein Verfahren zur Verklebung von mindestens zwei Bauteilen sowie die Verwendung entsprechender Klebstoffzusammensetzungen.
In der Automobilindustrie aber auch auf anderen Gebieten sind Klebstoffe auf Epoxidharzbasis weit verbreitet und werden beispielsweise dazu verwendet, Bauteile, die aus demselben oder ähnlichen Materialien sind, miteinander zu verkleben. Epoxidklebstoffe werden auch für den Siebdruck verwendet, wobei der Siebdruck ein besonders geeignetes Verfahren zum Verkleben von zwei Bauteilen im Automobilbereich ist. Mittels des Siebdruckverfahrens lässt sich der Klebstoff sehr präzise auf die Bauteile auftragen, sowohl hinsichtlich der benötigten Dicke als des genauen Ortes. Allerdings weisen die bekannten Klebstoffe häufig den Nachteil auf, dass diese nach dem Auftrag eine zu geringe Viskosität aufweisen. Diese niederviskosen Klebstoffe können dann nach dem Auftrag verlaufen oder werden beim Zusammenfügen der Bauteile aus der Fügungszone herausgedrückt bzw. herausgequetscht, was zu einer mangelhaften Verklebung und Fehlerstellen führt.
Klebstoffe, die von Anfang an eine hohe Viskosität aufweisen, so dass diese nach dem Auftragen nicht verlaufen oder herausgedrückt würden, haben den Nachteil, dass diese schwerer zu handhaben sind und eventuell nicht mit dem Siebdruckverfahren aufgetragen werden können.
Andere Klebstoffe können zwar nach dem Auftragen mittels UV-Strahlung vorgehärtet werden, bevor diese thermisch ausgehärtet werden. Dadurch wird zwar ein unmittelbares verlaufen nach dem Auftragen unterdrückt, aber trotzdem werden diese Klebstoffe beim Fügen, insbesondere unter Druck, aus der Fügezone herausgequetscht, da infolge der Temperaturerhöhung für die thermische Härtung die Viskosität dieser Klebstoffe stark abfällt.
Es besteht daher nach wie vor Bedarf an Klebstoffen auf Epoxidharzbasis, die die genannten Nachteile überwinden. Insbesondere bestand die Aufgabe darin eine Klebstoffzusammensetzung bereitzustellen, die leicht zu handhaben ist, insbesondere im Siebdruckverfahren einsetzbar ist, die hohen Anforderungen hinsichtlich der Klebeeigenschaften im Automobilbereich erfüllt und die beim Verkleben keine zu geringe Viskosität aufweist, dass diese aus der Klebezone herausgedrückt werden kann. Die Aufgabe wird in überraschender Weise durch die anspruchsgemäße Klebstoffzusammensetzung gelöst. In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher eine Klebstoffzusammensetzung umfassend
(a) mindestens ein aromatisches Epoxidharz;
(b) mindestens eine Verbindung mit mindestens einer Oxetan-Gruppe; und
(c) mindestens einen Photoinitiator.
Insbesondere wird die Aufgabe in überraschender Weise durch ein Verfahren zum Verkleben gelöst, wobei nach dem Auftragen der genannten Klebstoffzusammensetzung auf ein erstes zu verklebendes Substrat die Klebstoffzusammensetzung mit Strahlung vorgehärtet wir, anschließend wird das Substrat mit einem zweiten Substrat gefügt und thermisch gehärtet.
Die erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzungen sind sowohl leicht zu handhaben, insbesondere im Siebdruckverfahren, als auch erfüllen diese die hohen Anforderungen hinsichtlich der Klebeeigenschaften im Automobilbereich. Durch die Verwendung mindestens einer Verbindung mit mindestens einer Oxetan-Gruppe kann erreicht werden, dass die Viskosität der Klebstoffzusammensetzung beim Erwärmen für die thermische Härtung nicht abfällt, wodurch das „Herausquetschen" der Klebstoffzusammensetzung minimiert bzw. gänzlich verhindert werden kann.
„Mindestens ein", wie hierin verwendet, bezieht sich auf 1 oder mehr, beispielsweise 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder mehr. Im Zusammenhang mit Bestandteilen der hierin beschriebenen Klebstoff- Zusammensetzungen bezieht sich diese Angabe nicht auf die absolute Menge an Molekülen sondern auf die Art des Bestandteils.„Mindestens ein Epoxidharz" bedeutet daher beispielsweise ein oder mehrere verschiedene Epoxidharze, d.h. eine oder mehrere verschiedene Arten von Epoxidharzen. Zusammen mit Mengenangaben beziehen sich die Mengenangaben auf die Gesamtmenge der entsprechend bezeichneten Art von Bestandteil, wie bereits oben definiert.
„Ungefähr", wie hierin im Zusammenhang mit Zahlenwerten verwendet, bezieht sich auf den referenzierten Zahlenwert ±10%, vorzugsweise ±5%.
Sofern hierin auf Molekulargewichte von polymeren Verbindungen Bezug genommen wird, beziehen sich die Angaben auf das zahlenmittlere Molekulargewicht Mn, sofern nicht anders angegeben. Das Molekulargewicht kann mittels GPC gegen einen Polystyrolstandard bestimmt werden.
Die Klebstoffzusammensetzung enthält mindestens ein aromatisches Epoxidharz. Typischerweise haben die Epoxidgruppen-haltige Harze bzw. Epoxidharze (im Mittel) mit mindestens 2 Epoxidgruppen pro Molekül, bevorzugt 2 bis 10 Epoxidgruppen pro Molekül.„Epoxidgruppen", wie hierin verwendet, bezieht sich auf 1 ,2-Epoxidgruppen (Oxirane). Beispiele für geeignete Harze schließen ein, ohne darauf beschränkt zu sein, (Poly)Glycidylether, die üblicherweise durch Umsetzung von Epichlorhydrin oder Epibromhydrin mit aromatischen Polyphenolen in Gegenwart von Alkali erhalten werden oder auch (Poly)Glycidylether von Phenol- Formaldehyd-Novolak-Harzen, alkylsubstituierte Phenol-Formaldehydharze (Epoxy-Novolak-Harze), Phenol-Hydroxybenzaldehyd-Harze, Cresol-Hydroxybenzaldehyd-Harze, Dicyclopentadien-Phenol- Harze und Dicyclopentadien-substituierte Phenol-Harze. Für diesen Zweck geeignete Polyphenole sind beispielsweise Resorcin, Brenzkatechin, Hydrochinon, Bisphenol A (2,2-Bis(4- hydroxyphenyl)propan), Bisphenol F (Bis(4-hydroxyphenyl)methan), 1 , 1-Bis(4- hydroxyphenyl)isobutan, 4,4-Dihydroxybenzophenon, 1 , 1-Bis(4-hydroxyphenyl)ethan und 1 ,5- Hydroxynaphthalin. Ebenfalls geeignet sind Diglycidylether von ethoxyliertem Resorcin (DGER), Diglcydidylether von Resorcin, Brenzkatechin, Hydrochinon, Bisphenol, Bisphenol A, Bisphenol AP (1 ,1-Bis(4-hydroxyphenyl)-1-Phenylethan), Bisphenol F, Bisphenol K, Bisphenol S, und Tetramethylbiphenol.
Bevorzugt weist das mindestens eine aromatische Epoxidharz ein Epoxid-Aquivalent zwischen 130 und 1000 g/mol Äquivalent, insbesondere zwischen 140 und 500 g/mol Äquivalent, vorzugsweise zwischen 150 und 250 g/mol Äquivalent auf. Das Epoxid-Äquivalent kann gemäß der DIN 16945 bestimmt werden.
Besonders bevorzugt enthält die Zusammensetzung mindestens ein bei 25°C flüssiges aromatisches Epoxidharz. Vorzugsweise ist mindestens ein bei 25°C flüssiges aromatisches Epoxidharz enthalten, das eine Viskosität bei 25°C von kleiner 10 Pas, insbesondere von 0,01 bis 10 Pas, bevorzugt von 0,1 bis 7 Pas, besonders bevorzugt von 1 bis 5 Pas aufweist. Die Viskosität kann gemäß DIN 53105 bestimmt werden. Besonders bevorzugt sind flüssige Epoxidharze, die durch Umsetzen von Bisphenol A oder Bisphenol F oder Mischungen davon, insbesondere Mischungen von Bisphenol A und Bisphenol F, und Epichlorhydrin erhalten werden.
Insbesondere kann die Zusammensetzung zusätzlich zum flüssigen aromatischen Epoxidharz mindestens ein aromatisches Epoxidharz enthalten, das eine Viskosität bei 50°C von größer 10 Pas, insbesondere von 10 bis 200 Pas, bevorzugt von 20 bis 100 Pas aufweist. Die Viskosität kann gemäß DIN 53105 bestimmt werden. Besonders bevorzugt sind diese Epoxidharze Polyglycidylether von Novolak-Harzen. Novolak-Harze sind Kondensate von Phenolen bzw. Phenol-Derivaten mit Formaldehyd. Besonders bevorzugt sind diese Epoxidaharze Polyglycidylether von Phenol-Novolak und/oder Cresol-Novolak, insbesondere Phenol-Formaldehyd-Harze (Phenol-Novolak).
Vorzugsweise enthält die Klebstoffzusammensetzung mindestens ein Epoxidharz ausgewählt aus Epoxidharzen basierend auf Bisphenol oder Epoxidharzen basierend auf Novolak-Harzen, insbesondere Phenol-Formaldehyd-Harzen, oder aus Mischungen davon. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Klebstoffzusammensetzung mindestens ein Epoxidharz, das durch Umsetzen von Bisphenol A oder Bisphenol F oder Mischungen davon, insbesondere Mischungen von Bisphenol A und Bisphenol F, und Epichlorhydrin erhalten wird. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform enthält die Klebstoffzusammensetzung mindestens ein Epoxidharz, das ein Polyglycidylether von Novolak-Harzen, insbesondere von Phenol-Novolak und/oder Cresol-Novolak, vorzugsweise Phenol-Formaldehyd-Harzen ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Klebstoffzusammensetzung mindestens zwei unterschiedlichen Epoxidharzen, vorzugsweise eine Mischung von mindestens einem Epoxidharzen basierend auf Bisphenol, insbesondere Bisphenol A oder Bisphenol F oder Mischungen davon, und einem Epoxidharz basierend auf Novolak-Harzen, insbesondere Phenol-Formaldehyd-Harzen.
Typischerweise ist der Anteil des mindestens einen aromatischen Epoxidharzes bzw. aller enthaltenden aromatischen Epoxidharze an der gesamten Klebstoffzusammensetzung mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 98 Gew.-%, insbesondere 60 bis 97 Gew.-%, besonders bevorzugt 70 bis 95 Gew.-%.
Bevorzugt enthält die Klebstoffzusammensetzung mindestens 30 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 80 Gew.-%, insbesondere 50 bis 70 Gew.-%, jeweils bezogen auf die gesamte Klebstoffzusammensetzung, von mindestens einem Epoxidharz basierend auf Bisphenol, insbesondere Bisphenol A oder Bisphenol F oder Mischungen davon.
Bevorzugt enthält die Klebstoffzusammensetzung mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%, insbesondere 20 bis 40 Gew.-%, jeweils bezogen auf die gesamte Klebstoffzusammensetzung, von mindestens einem Epoxidharz basierend auf Novolak-Harzen, insbesondere Phenol- Formaldehyd-Harzen .
Besonders bevorzugt enthält die Klebstoffzusammensetzung mindestens 30 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 80 Gew.-%, insbesondere 50 bis 70 Gew.-%, jeweils bezogen auf die gesamte Klebstoffzusammensetzung, von mindestens einem Epoxidharz basierend auf Bisphenol, insbesondere Bisphenol A oder Bisphenol F oder Mischungen davon, und mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%, insbesondere 20 bis 40 Gew.-%, jeweils bezogen auf die gesamte Klebstoffzusammensetzung, von mindestens einem Epoxidharz basierend auf Novolak-Harzen, insbesondere Phenol-Formaldehyd-Harzen.
Neben dem aromatischen Epoxidharz enthält die Klebstoffzusammensetzung mindestens eine Verbindung mit mindestens einer Oxetan-Gruppe, vorzugsweise 1 bis 4, insbesondere 1 bis 2, besonders bevorzugt genau eine Oxetan-Gruppe pro Molekül. „Oxetan-Gruppe", wie hierin verwendet, bezieht sich auf einen Vierring mit einem Sauerstoffatom. Neben der Oxetan-Gruppe können diese Verbindungen auch mindestens eine Hydroxylgruppe, vorzugsweise 1 bis 4, insbesondere 1 bis 2, besonders bevorzugt genau eine Hydroxylgruppe pro Molekül aufweisen.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Verbindung mit mindestens einer Oxetan-Gruppe, insbesondere genau einer Oxetan-Gruppe um monomere Verbindungen.
Vorzugsweise weist die mindestens eine Verbindung mit mindestens einer Oxetan-Gruppe, insbesondere auch mit einer Hydroxylgruppe, ein Molekulargewicht von weniger als 1000 g/mol auf, vorzugsweise von weniger als 500 g/mol, bevorzugt von weniger als 300 g/mol. Insbesondere weist die mindestens eine Verbindung mit mindestens einer Oxetan-Gruppe, insbesondere auch mit einer Hydroxylgruppe, ein Molekulargewicht von 70 bis 1000 g/mol, vorzugsweise 100 bis 500 g/mol, bevorzugt 120 bis 200 g/mol.
Besonders bevorzugt enthält die Klebstoffzusammensetzung mindestens eine Verbindung mit einer Oxetan-Gruppe gemäß der Formel (I):
Figure imgf000006_0001
worin
R für Alkyl, Alkoxy, Alkoxyalkyl, Aryloxyalkyl, Hydroxyalkyl, Hydroxyalkoxy, Hydroxyalkoxyalkyl, Aryl, Aryloxy, Hydroxyaryl oder Hydroxyaryloxy steht, und
R2 und R3 unabhängig voneinander jeweils für Wasserstoff, Alkyl, Alkoxy, Alkoxyalkyl, Aryloxyalkyl, Hydroxyalkyl, Hydroxyalkoxy, Hydroxyalkoxyalkyl, Aryl, Aryloxy, Hydroxyaryl oder Hydroxyaryloxy steht.
Ganz besonders bevorzugt enthält die Klebstoffzusammensetzung als mindestens eine Verbindung mit einer Oxetan-Gruppe und mindestens einer Hydroxylgruppe ein Hydroxyoxetan gemäß der oben genannten Formel (I), worin
R für Alkyl, Alkoxy, Alkoxyalkyl, Aryloxyalkyl, Hydroxyalkyl, Hydroxyalkoxy, Hydroxyalkoxyalkyl, Aryl, Aryloxy, Hydroxyaryl oder Hydroxyaryloxy steht,
R2 für Hydroxyalkyl, Hydroxyalkoxy, Hydroxyalkoxyalkyl, Hydroxyaryl oder Hydroxyaryloxy steht, und R3 unabhängig voneinander jeweils für Wasserstoff, Alkyl, Alkoxy, Alkoxyalkyl, Aryloxyalkyl, Hydroxyalkyl, Hydroxyalkoxy, Hydroxyalkoxyalkyl, Aryl, Aryloxy, Hydroxyaryl oder Hydroxyaryloxy steht.
Bevorzugt ist das mindestens eine Hydroxyoxetan der Formel (I)
ein 3-Alkyl-3-(hydroxyalkyl)oxetan [d.h. R = Alkyl, R2 = Hydroxyalkyl, alle R3 = H],
ein 3,3-Di(hydroxyalkyl)oxetan [d.h. R , R2 = Hydroxyalkyl, alle R3 = H],
ein 3-Alkyl-3-(hydroxyalkoxy)oxetan [d.h. R1 = Alkyl, R2 = Hydroxyalkoxy, alle R3 = H],
ein 3-Alkyl-3-(hydroxyalkoxyalkyl)oxetan [d.h. R1 = Alkyl, R2 = Hydroxyalkoxyalkyl, alle R3 = H], oder ein Gemisch dieser Hydroxyoxetane,
besonders bevorzugt ein 3-Alkyl-3-(hydroxyalkyl)oxetan [d.h. R = Alkyl, R2 = Hydroxyalkyl, alle R3 = H] und/oder ein 3-Alkyl-3-(hydroxyalkoxy)oxetan [d.h. R = Alkyl, R2 = Hydroxyalkoxy, alle R3 = H].
Der Ausdruck "Alkyl" steht hier vorzugsweise für lineare oder verzweigte Alkylreste mit 1 bis 24 C- Atomen, beispielsweise mit 1 bis 12 oder mit 1 bis 8 C-Atomen. Besonders bevorzugt steht der Ausdruck "Alkyl" für Methyl oder Ethyl.
Der Ausdruck "Alkoxy" steht hier vorzugsweise für Methoxy, Ethoxy, Propoxy, Butoxy, Phenylethoxy, besonders bevorzugt Ethoxy und/oder Propoxy, und umfasst bis zu 20 Alkoxyeinheiten oder eine Kombination von zwei oder mehr AlkoxyEinheiten, die statistisch, blockweise oder gradientenartig angeordnet sein können.
Besonders bevorzugt wird als Hydroxyoxetan mindestens ein Hydroxyoxetan ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 3-Methyl-3-(hydroxymethyl)oxetan, 3-Ethyl-3-(hydroxymethyl)oxetan, 3,3- Di(hydroxymethyl)oxetan (Trimethylolpropanoxetan ; TMPO) verwendet. Es können auch Mischungen dieser Verbindungen eingesetzt werden. Ganz besonders bevorzugt enthält die Klebstoffzusammensetzung Trimethylolpropanoxetan als die mindestens eine Verbindung mit mindestens einer Oxetan-Gruppe.
Vorzugsweise enthält die Klebstoffzusammensetzung 1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 15 Gew.-%, insbesondere 5 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf die gesamte Klebstoffzusammensetzung, der mindestens einen Verbindung mit mindestens einer Oxetan-Gruppe, insbesondere auch mit einer Hydroxylgruppe.
Die hierin beschriebenen Klebstoffzusammensetzung können durch eine durch Licht initiierte Polymerisationsreaktion vorgehärtet werden. Dabei werden die Zusammensetzungen kationisch mit Hilfe eines kationischen Photoinitiators, der bei der Absorption einer bestimmten Lichtwellenlänge Kationen bildet, polymerisiert. Der kationische Photoinitiator kann einer der üblicherweise für die kationische Polymerisation verwendeten sein. Beispiele schließen Oniumsalze mit Anionen niedriger Nukleophilität ein, wie z.B. Haloniumsalze, lodoniumsalze, Sulfoniumsalze, Sulfoxonium salze oder Diazoniumsalze. Geeignete Anionen schließen beispielsweise Hexafluoroantimonat, Hexafluorophosphat oder Tetrakis- (pentafluorophenyl)borat ein. Bevorzugt sind Sulfonium- und lodoniumsalzen, wobei das Gegenion ausgewählt wird aus Hexafluoroantimonat, Hexafluorophosphat und (Tetrakis- (pentafluoroaryl))boraten, insbesondere Triarylsulfonium- und Bis(alkylphenyl)iodoniumsalze mit Hexafluoroantimonat als Gegenion, besonders bevorzugt Triarylsulfoniumhexafluoroantimonatsalze.
Vorzugsweise enthält die Klebstoffzusammensetzung 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-%, insbesondere 1 bis 2 Gew.-%, jeweils bezogen auf die gesamte Klebstoffzusammensetzung, des mindestens eines Photoinitiators.
Optional können die erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzungen als weitere Komponente auch Reaktivverdünner zum Einstellen des Fließverhaltens enthalten. Reaktivverdünner sind im Sinne dieser Erfindung Hydroxyl- oder Epoxid-Gruppen enthaltende, niederviskose Substanzen mit aliphatischer oder aromatischer Struktur, insbesondere Epoxid-Gruppen enthaltende Verbindungen. Typische Beispiele für Reaktivverdünner sind Monoglycidylether von C6- bis C14-Monoalkoholen oder Alkylphenolen sowie die Monoglycidylether des Cashewnuss-Schalenöls, Mono- oder Diglycidylether des Ethylenglycols, Diethylenglycols, Triethylenglycols, Tetraethylenglycols, Propylenglycols, Dipropylenglycols, Tripropylenglycols, Tetrapropylenglycols, Neopentylenglycols, 1 ,4-Butylenglycols, 1 ,5-Pentandiols, 1 ,6-Hexandiols, Cyclohexandimethanols, Triglycidylether des Trimethylolpropans sowie die Glycidylester von C6- bis C24- Carbonsäuren oder deren Mischungen. Insbesondere bevorzugt sind Reaktivverdünner mit einer Epoxid-Gruppe, bevorzugt sind Monoglycidylether von C6- bis C14-Monoalkoholen oder Alkylphenolen. Die Reaktivverdünner mit einer Epoxid-Gruppe unterscheiden sich von den aromatischen Epoxidharzen und zählen auch nicht zu diesen.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Klebstoffzusammensetzung bis zu 20 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-%, insbesondere 2 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf die gesamte Klebstoffzusammensetzung, des mindestens einen Reaktivverdünners, vorzugsweise eines Monoglycidylethers von C6- bis C14-Monoalkoholen oder Alkylphenolen.
Die Klebstoffzusammensetzungen der Erfindung können ferner prinzipiell alle im Stand der Technik bekannten und üblichen zusätzlichen Bestandteile enthalten. Derartige zusätzlichen Bestandteile schließen ein, ohne darauf beschränkt zu sein, Haftvermittler, Füllstoffe, Weichmacher, Verdünnungsmittel, Fließmittel, Kopplungsmittel, Benetzungsmittel, Flammschutzmittel, Mitte zur Kontrolle der Viskosität, Konservierungsmittel, Stabilisatoren, Entschäumungsmittel und Farbstoffe. Dabei sollten die zusätzlichen Bestandteile vorzugsweise nicht UV-absorbierend sein. Bevorzugt sind die Additive in einer Menge von weniger als 10 Gew.-%, insbesondere weniger als 3 Gew.-%, bevorzugt weniger als 1 Gew.-%, jeweils bezogen auf die gesamte Klebstoffzusammensetzung, enthalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Klebstoffzusammensetzung
(a) mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 98 Gew.-%, insbesondere 60 bis 97 Gew.-%, besonders bevorzugt 70 bis 95 Gew.-% eines aromatisches Epoxidharzes;
(b) 1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 15 Gew.-%, insbesondere 5 bis 10 Gew.-%, mindestens eine Verbindung mit mindestens einer Oxetan-Gruppe, insbesondere auch mit einer Hydroxylgruppe, insbesondere eines Hydroxyoxetans;
(c) 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-%, insbesondere 1 bis 2 Gew.-% mindestens eines Photoinitiators; und
(d) optional bis zu 20 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-%, insbesondere 2 bis 10 Gew.-% mindestens eines Reaktivverdünners, insbesondere mit genau einer Epoxidgruppe pro Molekül.
Die Gew.-%-Angaben beziehen sich, soweit nichts anders angegeben wurde, jeweils auf die gesamte Klebstoffzusammensetzung.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform enthält die Klebstoffzusammensetzung
(a) mindestens 50 Gew.-%, eines aromatisches Epoxidharzes; wobei
(a1 ) mindestens 30 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 80 Gew.-%, insbesondere 50 bis 70 Gew.-%, von mindestens einem Epoxidharz basierend auf Bisphenol, insbesondere Bisphenol A oder Bisphenol F oder Mischungen davon, und
(a2) mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%, insbesondere 20 bis 40 Gew.-% von mindestens einem Epoxidharz basierend auf Novolak-Harzen, insbesondere Phenol-Formaldehyd-Harzen enthalten sind;
(b) 1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 15 Gew.-%, insbesondere 5 bis 10 Gew.-%, mindestens eine Verbindung mit mindestens einer Oxetan-Gruppe, insbesondere auch mit einer Hydroxylgruppe, insbesondere eines Hydroxyoxetans;
(c) 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-%, insbesondere 1 bis 2 Gew.-% mindestens eines Photoinitiators; und
(d) optional bis zu 20 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-%, insbesondere 2 bis 10 Gew.-% mindestens eines Reaktivverdünners, insbesondere mit genau einer Epoxidgruppe pro Molekül. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Verkleben, wobei nach dem Auftragen der genannten Klebstoffzusammensetzung auf ein erstes zu verklebendes Substrat die Klebstoffzusammensetzung mit Strahlung vorgehärtet wird, anschließend wird das Substrat mit einem zweiten Substrat gefügt und thermisch gehärtet. Insbesondere handelt es sich bei dem Verfahren um ein Siebdruckverfahren, da gerade mit dem Siebdruckverfahren einen hohe Präzision hinsichtlich des Auftragungsortes und der Auftragungsdicke erreicht werden kann, damit der Klebstoff in der richtigen Menge am richtigen Ort platziert wird. Dies spart Klebstoff, führt aber gleichzeitig zu einer optimalen Verklebung mit möglichst geringem Fehler.
In dem ersten Schritt wird die oben beschriebene Klebstoffzusammensetzung auf ein zu verklebendes Substrat aufgetragen, vorzugsweise erfolgt dieser Auftrag gemäß dem Siebdruckverfahren.
Die Epoxidharzklebstoffe der vorliegenden Erfindung können für eine Vielzahl von Materialien verwendet werden. Geeignete Materialien schließen ein, ohne darauf beschränkt zu sein, Metalle, wie Aluminium und Stahl, thermoplastische Polymere, wie Polyethylen, Polypropylen, Polyurethan, Polyacrylat und Polycarbonat sowie deren Copolymere, Thermoset Polymere, wie vulkanisierte Kautschuke, Harnstoff-Formaldehyd-Schäume, Melaminharze, Holz, Glas, graphitische Substrate, Kohlenstofffaserverbundstoffe (CFC), Glasfaserverbundstoffe (GFC) und andere Verbundstoffe. Die Epoxidharz-Klebstoffe können dazu verwendet werden identische, ähnliche oder verschiedene Materialien miteinander zu verkleben, wie Stahl und Stahl, Stahl und Aluminium, CFC und Stahl, CFC und Aluminium, Polycarbonat und Vulkanisationskautschuk, oder Aluminium und Holz
Vorzugsweise weist die Klebstoffzusammensetzung, d.h. die ungehärtete Klebstoffzusammensetzung vor dem Auftragen, eine Viskosität bei 25°C von kleiner 100 Pas, insbesondere von 0,01 bis 100 Pas, vorzugsweise von 0,1 bis 50 Pas, bevorzugt von 1 bis 20 Pas auf. Eine entsprechende Viskosität ist insbesondere für die Handhabung und einem optimalen Auftrag der Klebstoffzusammensetzung von Vorteil, insbesondere für das Siebdruckverfahren. Die Viskosität kann mittels Photorheologie bestimmt werden, wobei vorzugsweise eine Plate-Plate- Konfiguration mit d = 15mm, eine Abstand von 0, 1 mm und eine Quecksilberlampe als UV-Quelle verwendet wird. Beispielsweise kann die Messung mit einem Anton Paar MCR 302 mit einer Omnicure S2000 Lampe gemessen werden.
Nach dem Auftragen wird die aufgetragene Klebstoffzusammensetzung mittels Strahlung, insbesondere mittels Licht, vorzugsweise mittels UV-Strahlung vorgehärtet. Durch diese Vorhärtung wird die zunächst typischerweise niederviskose Klebstoffzusammensetzung fixiert, bevor Sie nach dem Fügen mit dem zweiten zu verklebenden Substrat thermisch ausgehärtet wird. Die Vorhärtung der Zusammensetzung erfolgt typischerweise durch die mit Strahlung, wie Licht initiierte kationische Polymerisation. Bei dem Licht, das zum Starten der Polymerisationsreaktion eingesetzt wird handelt es sich vorzugsweise um kurzwelliges Licht, beispielsweise UV-Licht. Die Vorhärtung führt dabei nicht zu einer vollständigen Härtung. Die vollständige Aushärtung der Klebstoffzusammensetzung wird erst mittels der thermischen Härtung erreicht.
Die Vorhärtung erfolgt typischer Weise bei Temperaturen unterhalb von 50 °C, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 10 und 30 °C. Die Dauer der Bestrahlung zur Vorhärtung, insbesondere mit UV-Strahlung beträgt vorzugsweise 0,1 bis 300 Sekunden, bevorzugt 1 bis 100 Sekunden.
Nach der Vorhärtung weist die Klebstoffzusammensetzung vorzugsweise eine Viskosität bei 25 °C von größer 1000 Pas, insbesondere von 1000 bis 50000 Pas, vorzugsweise von 2000 bis 20000 Pas, bevorzugt von 3000 bis 10000 Pas auf. Eine entsprechende Viskosität ist insbesondere für das weitere Verfahren vorteilhaft, da dadurch verhindert wird, dass der Klebstoff verläuft oder beim Fügen unter Druck herausgequetscht wird. Zudem wäre so eine Lagerung an dieser Stelle des Verfahrens möglich.
Nach der Vorhärtung wird das erste Substrat mit dem zweiten Substrat gefügt und thermisch gehärtet. Die thermische Härtung erfolgt typischerweise bei Temperaturen oberhalb von 50 °C, vorzugsweise zwischen 50 und 200 °C, insbesondere zwischen 70 und 150 °C, bevorzugt zwischen 80 und 120 °C. Das Fügen und die anschließende thermische Härtung erfolgt vorzugsweise unter Druck, wobei das erste Substrat mit dem zweiten Substrat unter einem Andruck gefügt wird und anschließend der Druck bei der thermischen Härtung aufrechterhalten wird.
Durch die Verwendung mindestens einer Verbindung mit mindestens einer Oxetan-Gruppe, insbesondere eines Hydroxyoxetans, kann erreicht werden, dass die Viskosität der Klebstoffzusammensetzung nach der Vorhärtung beim Erwärmen für die thermische Härtung nicht abfällt, wodurch das„Herausquetschen" der Klebstoffzusammensetzung minimiert bzw. gänzlich verhindert werden kann. Somit ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Viskosität der Klebstoffzusammensetzung nach der Vorhärtung durch Erwärmung nicht abfällt.
Schließlich betrifft die Erfindung auch noch das Produkt, welches mittels der hierin beschriebenen Klebstoffzusammensetzungen verklebt wurde bzw. welches gemäß dem beschriebenen Verfahren zum Verkleben von zwei Substraten hergestellt worden ist. Außerdem betrifft die Erfindung auch die Verwendung der hierin beschriebenen Zusammensetzungen zum Verkleben von mindestens zwei Substraten, bzw. Bauteilen, insbesondere gemäß dem beschriebenen Verfahren. Alle im Zusammenhang mit den Klebstoffzusammensetzungen offenbarten Ausführungsformen sind in gleicher Weise auch auf die ausgehärteten Formulierungen sowie die beschriebenen Verfahren anwendbar und umgekehrt.
Im Folgenden wir die Erfindung durch Beispiele illustriert, ohne aber auf diese beschränkt zu sein.
Beispiele
Durchführung:
Die Zusammensetzungen wurden entsprechen der Tabelle 1 zusammengemischt und
anschließend das Viskositätsverhalten während der UV Härtung und der anschließenden thermischen Härtung gemessen.
Die Viskosität wurde gemessen mittels Photorheologie bestimmt werden, wobei eine Plate-Plate- Konfiguration mit d = 15mm, ein Abstand von 0,1 mm und eine Quecksilberlampe als UV-Quelle verwendet wurde. Die Messung erfolgte mit einem Anton Paar MCR 302 mit einer Omnicure S2000 Quecksilberlampe.
Tabelle 1 : Zusammensetzungen (Mengenangaben in Gew.
Figure imgf000013_0001
E: Erfindungsgemäß; V: Vergleichsbeispiel
1 : aromatisches Epoxidharz basierend auf einer Mischung von Bisphenol A Epoxidharz und
Bisphenol F Epoxidharz; Epoxidäquivalentgewicht von 165 g/mol, Viskosität bei 25 °C von 2,5 Pas
2: Epoxid-Novolac basierend auf einem Reaktionsprodukt von Ephichlorhydrin mit einem Phenol- Formaldehyd Novolac mit einem Epoxidäquivalentgewicht von 178 g/mol, einer Viskosität bei 52°C von 35 Pas
3: Monoglycidylether von para-tert.-Butylphenol; Epoxidäquivalentgewicht von 220 g/mol 4: Trimethylolpropanoxetan
5: Mischung von Triarylsulfoniumhexafluoroantimonatsalzen
Die Abbildung 1 zeigt die Viskositätsentwicklung (durchgezogene Kurve) der
Vergleichszusammensetzung V1 bezüglich der Zeit und Temperatur (gestrichelte Kurve). Während der anfänglichen UV Härtung steigt die Viskosität stark an. Bei der anschließenden Erwärmung für die thermische Härtung fällt die Viskosität anfänglich stark ab, bevor die einsetzende thermische Härtung wieder zu einem Viskositätsanstieg führt. Der Abfall der Viskosität zu Beginn der
Erwärmung führt dazu, dass entsprechende Zusammensetzungen verlaufen, insbesondere wenn bei der thermischen Härtung innerhalb eines Siebdruckverfahrens zusätzlich Druck angewendet wird.
Abbildung 2 zeigt im Vergleich zu der Viskositätsentwicklung der Vergleichszusammensetzung V1 (gestrichelte Kurve) die Viskositätsentwicklung der Zusammensetzung E2 (durchgezogene Kurve). Es ist deutlich zu erkennen, dass im Falle der Zusammensetzung E2 die Viskosität beim Erwärmen nicht abfällt, sondern stetig ansteigt. Auch die anderen Zusammensetzungen E1 und E3 zeigen eine vergleichbare Entwicklung. Dadurch, dass die Viskosität nicht abfällt, bleiben diese
Zusammensetzungen dimensionsstabil und verlaufen nicht ungewollt während der thermischen Härtung.

Claims

Patentansprüche
1. Klebstoffzusammensetzung umfassend
(a) mindestens ein aromatisches Epoxidharz;
(b) mindestens eine Verbindung mit mindestens einer Oxetan-Gruppe; und
(c) mindestens einen Photoinitiator.
2. Klebstoffzusammensetzung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine aromatische Epoxidharz mindestens zwei Epoxidgruppen pro Molekül aufweist und/oder ausgewählt ist aus Epoxidharzen basierend auf Bisphenol oder Epoxidharzen basierend auf Novolak-Harzen, insbesondere Phenol-Formaldehyd-Harzen, oder aus Mischungen davon
3. Klebstoffzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine aromatische Epoxidharz ein Epoxid-Äquivalent zwischen 130 und 1000 g/mol Äquivalent, insbesondere zwischen 140 und 500 g/mol Äquivalent, vorzugsweise zwischen 150 und 250 g/mol Äquivalent auf.
4. Klebstoffzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffzusammensetzung mindestens zwei unterschiedliche aromatische Epoxidharze enthält, vorzugsweise eine Mischung von mindestens einem Epoxidharzen basierend auf Bisphenol, insbesondere Bisphenol A oder Bisphenol F oder Mischungen davon, und einem Epoxidharz basierend auf Novolak-Harzen, insbesondere Phenol-Formaldehyd- Harzen.
5. Klebstoffzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Verbindung mit mindestens einer Oxetan-Gruppe genau eine Oxetan-Gruppe pro Molekül aufweist und/oder die mindestens eine Verbindung mit mindestens einer Oxetan-Gruppe zusätzlich mindestens eine Hydroxylgruppe hat.
6. Klebstoffzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffzusammensetzung mindestens eine Verbindung mit einer Oxetan-Gruppe gemäß der Formel (I) enthält:
Figure imgf000016_0001
(I) worin
R für Alkyl, Alkoxy, Alkoxyalkyl, Aryloxyalkyl, Hydroxyalkyl, Hydroxyalkoxy,
Hydroxyalkoxyalkyl, Aryl, Aryloxy, Hydroxyaryl oder Hydroxyaryloxy steht, und
R2 und R3 unabhängig voneinander jeweils für Wasserstoff, Alkyl, Alkoxy, Alkoxyalkyl, Aryloxyalkyl, Hydroxyalkyl, Hydroxyalkoxy, Hydroxyalkoxyalkyl, Aryl, Aryloxy, Hydroxyaryl oder Hydroxyaryloxy steht, insbesondere R2 für Hydroxyalkyl, Hydroxyalkoxy,
Hydroxyalkoxyalkyl, Hydroxyaryl oder Hydroxyaryloxy steht.
7. Klebstoffzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffzusammensetzung als mindestens eine Verbindung mit einer Oxetan- Gruppe Hydroxyoxetan ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 3-Methyl-3- (hydroxymethyl)oxetan, 3-Ethyl-3-(hydroxymethyl)oxetan, 3,3-Di(hydroxymethyl)oxetan (Trimethylolpropanoxetan; TMPO) und Mischungen davon enthält.
8. Klebstoffzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffzusammensetzung ferner einen Reaktivverdünner enthält.
9. Klebstoffzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffzusammensetzung
(a) mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 98 Gew.-%, insbesondere 60 bis 97 Gew.-%, besonders bevorzugt 70 bis 95 Gew.-% eines aromatisches Epoxidharzes;
(b) 1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 15 Gew.-%, insbesondere 5 bis 10 Gew.-%, mindestens eine Verbindung mit mindestens einer Oxetan-Gruppe, insbesondere auch mit einer Hydroxylgruppe, insbesondere eines Hydroxyoxetans;
(c) 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-%, insbesondere 1 bis 2 Gew.-% mindestens eines Photoinitiators; und
(d) optional bis zu 20 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-%, insbesondere 2 bis 10 Gew.-% mindestens eines Reaktivverdünners, insbesondere mit genau einer Epoxidgruppe pro Molekül.
10. Verfahren zum Verkleben von mindestens zwei Substraten, wobei nach dem Auftragen einer Klebstoffzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auf ein erstes zu verklebendes Substrat die Klebstoffzusammensetzung mit Strahlung vorgehärtet wir, anschließend wird das Substrat mit einem zweiten Substrat gefügt und thermisch gehärtet.
1 1. Verfahren zum Verkleben nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahren mittels Siebdruckverfahren erfolgt.
12. Verfahren zum Verkleben nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffzusammensetzung vor dem Auftragen eine Viskosität bei 25°C von kleiner 100 Pas, insbesondere von 0,01 bis 100 Pas, vorzugsweise von 0,1 bis 50 Pas, bevorzugt von 1 bis 20 Pas aufweist und/oder die Klebstoffzusammensetzung nach der Vorhärtung eine Viskosität bei 25 °C von größer 1000 Pas, insbesondere von 1000 bis 50000 Pas, vorzugsweise von 2000 bis 20000 Pas, bevorzugt von 3000 bis 10000 Pas aufweist.
13. Verfahren zum Verkleben nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität der Klebstoffzusammensetzung nach der Vorhärtung beim Erwärmen für die thermische Härtung nicht abfällt.
14. Produkt, welches mittels einer Klebstoffzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 verklebt wurde bzw. welches mittels einem Verfahren zum Verkleben von mindestens zwei Substraten gemäß der Ansprüche 10 bis 13 hergestellt worden ist.
15. Verwendung einer Klebstoffzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Verkleben von mindestens zwei Substraten, insbesondere in Verfahren zum Verkleben von mindestens zwei Substraten gemäß der Ansprüche 10 bis 13.
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