WO2021023841A1 - Water-resistant two-component structural adhesives - Google Patents

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WO2021023841A1
WO2021023841A1 PCT/EP2020/072189 EP2020072189W WO2021023841A1 WO 2021023841 A1 WO2021023841 A1 WO 2021023841A1 EP 2020072189 W EP2020072189 W EP 2020072189W WO 2021023841 A1 WO2021023841 A1 WO 2021023841A1
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WO
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component
iii
weight
structural adhesive
acid ester
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PCT/EP2020/072189
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Sebastian Benedikt STAPPERT
Wilhelm Kopp
Lutz Schmalstieg
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Glue Tec Industrieklebstoffe Gmbh & Co. Kg
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    • C09J175/00Adhesives based on polyureas or polyurethanes; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J175/02Polyureas

Definitions

  • the present invention relates to a method for bonding the same or different substrates with two-component structural adhesives based on aliphatic polyisocyanates and polyaspartic acid esters, as well as a two-component structural adhesive which has these two components and shows high strength in the cured state.
  • Reactive two-component adhesives (hereinafter also referred to as "2K adhesives") are now widely used for the structural bonding of substrates.
  • the same or different substrates are permanently bonded to one another, the bonded component usually assuming a structural function.
  • Structural adhesives have a comparatively high internal strength - cohesion - and at the same time good adhesion to the substrate.
  • a major advantage of the two-component structural adhesives is the relatively fast curing without restriction of layer thickness and the freedom from organic solvents. The curing is only dependent on the temperature and is essentially independent of the humidity or oxygen content of the environment.
  • structural adhesives are within the scope of the present application due to a tensile shear strength on roughened V2A steel according to DIN / EN 1465 (2009-07) of at least 7 MPa, preferably at least 10 MPa, more preferably at least 12 MPa marked.
  • Two-component polyurethane adhesives based on a polyisocyanate component and a polyol and / or polyamine component.
  • Two-component epoxy resin adhesives are possibly the most important class of structural adhesives due to their variable property profile and their excellent adhesion to a wide variety of substrates.
  • the problem with this class of structural adhesives is the comparatively slow curing, especially at lower temperatures. These adhesives no longer harden reliably below a temperature of approx. 8 ° C.
  • the tendency of aromatic epoxy resins to crystallize makes comparatively high demands on the correct storage temperature, which usually has to be between 5 and 25 ° C.
  • Two-component acrylate adhesives cure much faster.
  • the presence of odor-intensive and unhealthy acrylate monomers such as methyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate or tetrahydrofurfuryl methacrylate, is viewed as a disadvantage in these structural adhesives.
  • Another problem with these structural adhesives is the relatively unfavorable relationship between correction time on the one hand and adequate assembly strength on the other.
  • the radical formers used as hardener components such as organic peroxides or azo compounds also require strict adherence to the cold chain of mostly below 8 ° C in order to effectively slow down the decomposition of these substances.
  • Two-component polyurethane adhesives can be formulated in different ways and can therefore be used in a particularly diverse way as structural adhesives. Due to their high reactivity, aromatic isocyanates are predominantly used in reactive structural adhesives.
  • the monomeric aromatic diisocyanates diphenylmethane diisocyanate -MDI- and toluylene diisocyanate -TDI- presumably have carcinogenic properties, which means that their use is limited.
  • the hydrolysis products of the monomeric diisocyanates, aromatic diamines are proven carcinogenic and are released from the adhesives through migration.
  • low-monomer polyisocyanates based on TDI and / or MDI are often used, which are produced by oligomerization or prepolymerization of these isocyanates and are freed from monomeric diisocyanates by subsequent thin-film distillation.
  • the polyisocyanates and / or isocyanate prepolymers obtained in this way are usually highly viscous or resinous, so that the products can only be made with the aid of solvents or Plasticizers can be processed into adhesives, which is disadvantageous in terms of adhesive technology and environmental aspects.
  • Aliphatic, low-monomer polyisocyanates based on isophorone diisocyanate and / or hexamethylene diisocyanate are physiologically more favorable, but have a significantly lower reactivity compared to aromatic isocyanates, so that the curing of the adhesives is comparatively slow. For this reason, the aliphatic polyisocyanates have so far only been used in special applications for structural bonding.
  • Two-component polyurethane adhesives contain polyols such as polyester polyols, polyether polyols, polycarbonate polyols, polyacrylate polyols or low molecular weight polyalcohols as the second component. Since the reaction with the polyisocyanates proceeds relatively slowly, catalysts usually have to be added to accelerate the curing process. Some of these are toxic organotin compounds or strongly basic tertiary amine compounds. Even with the use of the catalyst systems mentioned, the curing rate is insufficient for many modern production processes or at least in need of improvement.
  • curable two-component systems is based on aliphatic polyisocyanates and amine-functional aspartic acid esters, as can be obtained by adding maleic acid and / or fumaric acid esters to polyamines.
  • These are known in principle as paints and coating systems and are described by way of example in the following patent applications: EP 403 921, EP 0 573 860, US 6 605 684, EP 1 767 559, WO 2001/007504, WO 2001/007399, US 6 458 293, EP 1 426 397, DE 10 2006 002 153 A1 or WO 2004/033517 and the more recent patent applications EP 3 098 247 A1 and EP 3 115 388 A1.
  • these applications do not give any indication of the possible use of such coating systems in structural bonds.
  • WO 2009-07 / 003596 relates to medical adhesives based on hydrophilic polyisocyanate prepolymers for surgery, in particular as tissue adhesive
  • WO 2011/138274 relates to polyisocyanate prepolymers which contain polyether carbonate polyols as a structural component, their production and their use as an isocyanate component in and Two-component systems for paints, adhesives and sealants.
  • prepolymers containing special isocyanate end groups are used.
  • the observation was made that such prepolymer-based 2-component adhesives cure to form comparatively soft polymers with low mechanical strength and are therefore not suitable as structural adhesives.
  • structural adhesives In contrast to paints and coatings, structural adhesives must have a significantly higher internal strength - cohesion - and, with regard to adhesive joints of different dimensions, they must also be able to be applied in a significantly higher layer thickness.
  • the requirements in structural adhesives for adhesion to different substrates are significantly higher than for a lacquer or a coating.
  • the loads of a structural bond are fundamentally different than for paints or coatings: Static loads on the bonds are pressure and tensile loads as well as shear and peel loads.
  • moisture resistance water resistance
  • two-component polyurethane systems of the state of the art such as those used as paints and coatings.
  • the object of the present invention was therefore to provide a new structural adhesive of comparatively high strength, especially when exposed to moisture, as well as a method for moisture-resistant bonding of substrates, this adhesive and this method overcoming or at least minimizing the aforementioned disadvantages of the prior art.
  • the present invention relates to a two-component structural adhesive which has at least the following components:
  • the structural adhesive in the cured state has a tensile shear strength of at least 7 MPa, preferably at least 10 MPa, more preferably at least 12 MPa, the tensile shear strength according to Standard DIN EN 1465: 2009 is measured between two test bodies made of roughened V2A steel.
  • stereochemically general means that the structure should not be restricted in any way with regard to stereoisomerism, i.e. all stereoisomers of the present structural formulas should be included, i.e. in particular all enantiomers, diastereomers, rotational isomers, etc.
  • the structural adhesive has, in addition to the above-mentioned cycloaliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii), at least one further amino-functional polyaspartic acid ester, namely an aliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii ') of the stereochemical general formula:
  • the present invention relates to a method for the structural bonding of identical or different substrates with two-component structural adhesives, the method having at least the following steps:
  • the structural adhesive in (1) has, in addition to the above-mentioned cycloaliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii), at least one further amino-functional polyaspartic acid ester, namely an aliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii ') of the stereochemically generally shown formula:
  • the two-component structural adhesive contains, in addition to the above-mentioned components (i), and (ii) or (ii '), at least one further component (iii) which is at least one auxiliary or additive of the two-component structural adhesive .
  • Preferred auxiliaries or additives are described below and in the claims.
  • the present invention is based on the observation that the two-component systems characterized in more detail here, based on the special or special amino-functional aspartic acid esters as described above, in combination with selected aliphatic polyisocyanates, are not only suitable as paints or coatings, but surprisingly also in the demanding Application as structural adhesives are particularly suitable because they have a particularly favorable ratio of sufficient correction time with rapid assembly strength at the same time, can be applied and used in a very wide temperature window, as well as bonds with excellent tensile shear strength, especially under water and Moisture exposure (see experimental data discussed below).
  • This moisture resistance was determined according to DIN EN 204: 2016 between two test specimens made of beech wood after standardized storage under the influence of moisture.
  • linear aliphatic aspartic acid esters alone are typically not suitable for producing water-resistant bonds, as is demonstrated in the comparative examples listed below that are not according to the invention.
  • Polyisocyanates which can be replaced as component i) are preferably modified with the aid of suitable modification reactions, such as. B. dimerization, trimerization, biuretization, allophanatization and / or urethanization of hexamethylene diisocyanate and / or isophorone diisocyanate, more preferably exclusively based on hexamethylene diisocyanate, preferably excess monomeric diisocyanate is then removed from the mixture by distillation, whereby the polyisocyanates residual monomer content Diisocyanate preferably ⁇ 0.5%, preferably ⁇ 0.3%, particularly preferably ⁇ 0.1%, each based on the total mixture of the polyisocyanate mixture.
  • suitable modification reactions such as. B. dimerization, trimerization, biuretization, allophanatization and / or urethanization of hexamethylene diisocyanate and / or isophorone diisocyanate, more preferably exclusively based on hexamethylene diisocyanate,
  • component i) has residual contents of monomeric diisocyanate of ⁇ 0.5% by weight, preferably ⁇ 0.3%, particularly preferably ⁇ 0.1% by weight, based in each case on the total weight of the polyisocyanate mixture.
  • Polyisocyanates which are preferred as component i) are uretdione, isocyanurate, iminooxadiazinedione, urethane, allophanate, biuret and / or oxadiazinetrione group-containing derivatives of HDI which at 23 ° C. have a viscosity of 200 to 23,000 mPas io preferably 800 to 12,000 mPas, and preferably have an isocyanate group content of 14 to 24% by weight, preferably 15 to 23% by weight and an average isocyanate functionality of at least 2.5, preferably at least 3.0.
  • Suitable polyisocyanates are described by way of example in Laas et al. , J. Prakt. Chem. 336, 1994, 185-200, DE-A 1 670 666, DE-A 3 700 209, DE-A 3 900 053, EP-A 0 330 966, EP-A 0 336205, EP-A 0 339 396 and EP-A-0 798299.
  • Polyisocyanates based on hexamethylene diisocyanate with biuret structures and / or isocyanurate structures and / or iminooxadiazinedione structures are preferred as component i).
  • polyisocyanate mixtures containing alkoxysilane groups are used as component i).
  • Such polyisocyanate mixtures can be obtained by reacting polyisocyanates with functional silanes which have a functional group that can react with the isocyanate groups of the polyisocyanates, or by processes as described by way of example in DE 102009-07 047 964 A1 and DE 102007 032 666 A1.
  • polyisocyanates which can be used according to the invention as component i) can be mixed with minor amounts of isocyanate prepolymers or provided as a mixture of the abovementioned polyisocyanates with a view to adapting the mixing ratios of the processable two-component mixture.
  • isocyanate prepolymers known in principle from polyurethane technology, which are produced by reacting aliphatic di- or polyisocyanates with higher molecular weight polyols, in particular polyether polyols, polyester polyols and / or polycarbonate polyols.
  • polyether polyols in particular polyether polyols, polyester polyols and / or polycarbonate polyols.
  • isocyanate prepolymers are preferably used for mixing, the mixture corresponding to the information given above with regard to isocyanate content and residual monomer content.
  • the amounts of isocyanate prepolymers are preferably less than 25% by weight based on the total weight of component i), preferably less than 15% by weight, particularly preferably less than 10% by weight.
  • Hardener component (ii) in the context of the present invention is the cycloaliphatic amino-functional polyaspartic acid ester of the stereochemically general formula either alone or in combination with at least one further amino-functional polyaspartic acid ester, in particular an aliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii ') of the stereochemical general formula:
  • the production of the cycloaliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii) takes place, for example, in a manner known per se by reacting diaminodicyclohexylmethane with maleic and / or fumaric acid diethyl ester, preferably within the temperature range from 0 to 100 ° C., the starting materials preferably being used in proportions such that each primary amino group at least one, preferably exactly one, olefinic double bond is omitted, it being possible for starting materials, which may have been used in excess, to be separated off by distillation after the reaction.
  • reaction can take place in bulk or in the presence of suitable solvents such as methanol, ethanol, propanol or dioxane or mixtures of such solvents, the use of solvents being less preferred.
  • suitable solvents such as methanol, ethanol, propanol or dioxane or mixtures of such solvents, the use of solvents being less preferred.
  • the aliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii ‘) is prepared, for example, in a manner known per se by reacting 2-methyl-1,5-diaminopentane with diethyl maleic and / or fumarate in the aforementioned type for component (ii).
  • the two-component structural adhesives according to the invention can contain fillers, auxiliaries and additives that are advantageous as component (iii) in adhesive technology.
  • fillers for example, inorganic and organic fillers, flame retardants, pigments, leveling agents, thixotropic agents, solvents or plasticizers or (other) viscosity regulators.
  • Solvents can optionally be used as component (iii) in small amounts to improve substrate wetting, ie in amounts of less than 5% by weight, preferably less than 2% by weight, particularly preferably less than 1% by weight, in each case on the total weight of the structural adhesive.
  • Suitable solvents are, in particular, the usual organic solvents such as, for example, ethyl acetate, butyl acetate, methoxypropyl acetate, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, toluene, xylene, aromatic or (cyclo) aliphatic hydrocarbon mixtures or any mixtures of such solvents.
  • the structural adhesives contain, as component iii), inorganic flame retardants and, if appropriate, additional organic flame retardants.
  • aluminum hydroxide and magnesium hydroxide are preferred, aluminum hydroxide in powder form with particle sizes of 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m being preferably used.
  • organic flame retardants are phosphoric acid esters, such as triethyl phosphate, tributyl phosphate, tris-2-ethylhexyl phosphate, triphenyl phosphate, diphenyl octyl phosphate or tricresyl phosphate.
  • a combination of pulverulent aluminum hydroxide and tris-2-ethylhexyl phosphate is particularly preferably used as the flame retardant.
  • the structural adhesives can also contain fillers as component (iii). Suitable fillers are sand, rock flour, quartz flour, talc, natural, ground or precipitated calcium carbonates, which can optionally be coated with fatty acids, barium sulfate (BaS0 4 , also called barite or barite), carbon black, and silicas, preferably highly disperse silicas from pyrolysis processes, also natural, artificial or artificially modified phyllosilicates.
  • fillers are sand, rock flour, quartz flour, talc, natural, ground or precipitated calcium carbonates, which can optionally be coated with fatty acids, barium sulfate (BaS0 4 , also called barite or barite), carbon black, and silicas, preferably highly disperse silicas from pyrolysis processes, also natural, artificial or artificially modified phyllosilicates.
  • component (iii) organic and inorganic pigments known per se from coating technology, optionally as paste preparations, can be used as component (iii) as pigments. Such pigments are preferably incorporated into component (ii).
  • the two-component structural adhesives can also contain reactive thinners as component (iii), which are preferably incorporated into component (ii).
  • reactive thinners aspartic acid esters based on polyetheramines, as disclosed in WO 2014/151307 A1, can be used as reactive diluents.
  • Also suitable as reactive diluents are the low molecular weight polyols known per se from polyurethane chemistry, such as, for example. 1, 2-ethanediol, 1, 2-propanediol, 1, 4- or 1,3-butanediol, 1,6-hexanediol, 2-ethylhexanediol-1,3, 1, 8-octanediol, or dimer fatty alcohols.
  • Diols containing ether groups such as diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol or mixtures of such alcohols, can also be used.
  • the reactive diluents mentioned preferably have a mass fraction of less than 20%, preferably less than 15%, particularly preferably less than 10%, based on the total weight of the adhesive formulation.
  • polyols of the type known per se from polyurethane chemistry can also be used in component (iii). These are, in particular, hydroxy-functional polyether polyols, polyester polyols, polycarbonate polyols and polyacrylate polyols, and also mixtures of the aforementioned polyols. Such polyols are preferably incorporated into component (ii).
  • the polyols mentioned are preferably used in a mass fraction of less than 20%, preferably less than 15%, particularly preferably less than 10%, based on the total weight of the adhesive formulation.
  • the 2K structural adhesives according to the invention can preferably contain functional silanes as part of component (iii).
  • ⁇ -organofunctional silanes or ⁇ -organofunctional silanes are preferred.
  • silanes are tris [3- (trimethoxysilyl) propyl] isocyanurate and N-methyl [3- (trimethoxysilyl) propyl] carbamate, methacryloxymethyltrimethoxysilane, N-trimethoxysilylmethyl-O-methylcarbamate
  • silanes or else their oligomerization products can of course also be used in the context of component (iii).
  • the named functional Silanes are preferably also used in amounts of less than 3% by weight, preferably less than 2% by weight, based on the total weight of the adhesive formulation.
  • the 2K structural adhesives according to the invention can contain catalysts as component (iii). These are preferably catalysts such as water, carboxylic acids or Lewis acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, fatty acids or benzoic acid and also dicarboxylic acids such as oxalic acid or malonic acid and metal salts of metals such as aluminum, iron, lithium, magnesium, titanium, zinc or Zirconium of these carboxylic acids in solid or dissolved form.
  • catalysts such as water, carboxylic acids or Lewis acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, fatty acids or benzoic acid and also dicarboxylic acids such as oxalic acid or malonic acid and metal salts of metals such as aluminum, iron, lithium, magnesium, titanium, zinc or Zirconium of these carboxylic acids in solid or dissolved form.
  • the 2K structural adhesives according to the invention contain water as a catalyst.
  • the 2K structural adhesives according to the invention particularly preferably contain 0.1 to 1% by weight of water, based on the total weight of the adhesive formulation, in the context of component (iii).
  • the 2K structural adhesives in the context of component (iii) contain aliphatic polyamines for rheology control.
  • Such polyamines react faster than the aspartic acid esters of component (ii) and are incorporated into them.
  • the rapid reaction of the polyamines results in a rapid increase in viscosity immediately after application.
  • the polyamines of the type exemplified below can therefore advantageously be used for rheology control.
  • Suitable amines are, in particular, aliphatic or cycloaliphatic polyamines with primary and / or secondary amine groups.
  • Such polyamines are preferably used in amounts of less than 2% by weight, preferably less than 1% by weight, based on the total weight of the adhesive formulation.
  • Preferred polyamines are ethylenediamine, 1,2-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, 1,6-diaminohexane, 2,5-diamino-2,5-dimethylhexane, 2,2,4- and / or 2,4,4- Trimethyl-1,6-diaminohexane, 1,1-diaminoundecane, 1,2-diaminododecane, 1-amino-3,3,5-trimethyl-5-aminomethylcyclohexane, 2,4- and / or 2,6-hexahydrotoluylenediamine, 2 , 4'- and / or 4,4'-diamino-dicyclohexylmethane or 3,3'-dimethyl-4,4'-diamino-dicyclohexyl-methane, 1,3-bis (aminomethyl) benzene and polyether polyamines and polyethylene
  • reaction products of the diamines mentioned can also be replaced with derivatives of acrylic acid and / or methacrylic acid, even if this is less preferred.
  • Other auxiliaries and additives (iii) that may be mentioned are, by way of example, deaerators, defoamers, wetting aids and anti-aging agents.
  • Antioxidants, UV absorbers and free radical scavengers and corresponding combinations of these anti-aging agents may be mentioned at this point as anti-aging agents.
  • components (i), (ii) / (ii ') and optionally (iii) are preferably used in a quantitative ratio (measured in% by weight based on the total weight of the adhesive formulation) so that the equivalent ratio (i.e. the molar ratio) of the isocyanate groups of component (i) to the amino groups and, if present, for example in the polyol, additional hydroxyl groups of components ii) / (ii ') and iii) from 0.9: 1 to 1.5: 1, preferably 1: 1 to 1.4: 1.
  • the 2K structural adhesives according to the invention preferably have a mass fraction of 35-65% by weight, preferably 40 to 60% by weight of component (i), a mass fraction of 25 to 65% by weight, preferably 35 to 55% by weight .-% of component (ii) or, if present, (ii) and (ii ') together, and 0 to 25% by weight of the optional component (iii), based in each case on the total weight of the adhesive formulation.
  • cycloaliphatic amino-functional polyaspartic acid esters (ii) and linear aliphatic amino-functional polyaspartic acid esters (ii ') are used, at least 5% by weight of component (ii), particularly preferably at least 10% by weight of component (ii), are based to the total weight of the adhesive formulation. At least 10% by weight to 95% by weight of the polyaspartic acid ester component of the cycloaliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii) are further preferred, more preferably 20% by weight to 90% by weight, based in each case on the total weight of the polyaspartic acid ester component.
  • the inventors have found that the curing reaction time can be gradually adjusted as the content of the linear aliphatic polyaspartic acid ester (ii ‘) is successively increased.
  • the 2K structural adhesives are preferably formulated as two-component systems consisting of a resin component and a hardener component.
  • the formulation is preferably such that the resin component contains all components (ii) / (ii ') and, if appropriate, iii). If necessary, solvents and viscosity regulators as well as anti-aging agents can be added in order to adjust the viscosities or the mixing ratios of the two components of component (i) so that two-component systems corresponding to a volume ratio of 1: 4 to 4: 1, preferably 2: 1 to 1: 2 and particularly preferably 1: 1 can be obtained.
  • the 2K structural adhesives according to the invention are typically reactive and can therefore normally only be processed with the aid of suitable metering systems with two chambers.
  • suitable metering systems with two chambers.
  • These are preferably 2K cartridge systems in conjunction with suitable static mixers, as described by way of example in WO 2011/162728 and the secondary literature cited there.
  • Particularly preferably replaceable within the scope of the present invention are double cartridge systems with child safety devices, as described in the German utility model application DE 202016102271 (U1).
  • the 2K structural adhesives according to the invention cure comparatively quickly and are formulated in such a way that, depending on the presence of catalysts of component (iii)
  • the adhesives according to the invention are particularly suitable for bonding wood substrates; the bonds here are characterized by excellent water resistance in accordance with DIN EN 204: 2016.
  • the particularly strong adhesion to other organic substrates in particular plastics or inorganic substrates, in particular metals and metal alloys, can be controlled in a targeted manner by adding the substances mentioned above in the context of component iii).
  • the present invention represents a significant advance in the structural connection of the same or different substrates.
  • the substrate In order to produce sufficient adhesion, it may be preferred according to the invention to prepare the substrate. This can be done by mechanical pretreatment such as roughening or sanding, but also by chemical pretreatment such as flame treatment, plasma or corona pretreatment, but also by using primers and adhesive primers.
  • Preferred primers are solutions of the functional silanes mentioned above as component iii) in organic solvents or solutions of chlorinated polyolefins and / or modified chlorinated polyolefins in organic solvents.
  • chlorinated polyolefins are particularly advantageous as primers if sufficient adhesion to non-polar plastics, in particular polyolefin plastics such as polypropylene, is to be achieved.
  • the chlorinated polyolefins or modified chlorinated polyolefins preferably have a chlorine content of 10 to 25% by weight, based on the solids (solids content) of the chlorinated polyolefins.
  • the chlorinated polyolefins or modified chlorinated polyolefins used preferably have a number average molecular weight of 8,000 to 50,000.
  • the amount of chlorinated polyolefins used in the primer formulation is preferably 0.2 to 5.0% by weight, based in each case on the total weight of the primers and on the solids content of the chlorinated polyolefins.
  • the chlorinated polyolefins used according to the invention are familiar to the person skilled in the art and are commercially available, for example, under the trade name Eastman TM chlorinated polyolefins from Eastman Chemical Products, INC., T rapylenes from Tramaco or Hardlen from Toyo Kasei.
  • the 2K structural adhesives that can be replaced according to the invention can be adjusted to have a low to high viscosity with regard to the processing viscosity. They preferably have a viscosity, immediately after mixing, in the range from 1000 mPas to 100,000 mPas, preferably from 2000 mPas to 50,000 mPas, at a temperature of 23 ° C., the viscosity being determined rotationally viscometrically in accordance with DIN EN ISO 3219 becomes.
  • Low-viscosity formulations are used when substrates are to be glued virtually gap-free, i.e. with a gap size of less than 0.1 mm, higher-viscosity settings are used when gluing with a larger gap size or gap-bridging or when sloping or overhanging ones are to be glued off Substrates is to be avoided.
  • the 2K structural adhesives can be processed in the method according to the invention in a much larger temperature window than 2K structural adhesives of the prior art.
  • the two-component structural adhesives according to the invention cure reliably in a temperature range from -20 ° C to + 50 ° C.
  • the cured adhesives also show outstanding impact strength at low temperatures down to -40 ° C and at the same time have excellent high temperature resistance in the temperature range up to 150 ° C.
  • the following examples of formulations of structural adhesives are intended to explain the invention in more detail, but without restricting it.
  • a comparison of the examples according to the invention with examples not according to the invention is intended to illustrate the technical advantages of the process according to the invention and of the cured structural adhesive.
  • Polyisocyanate i3) commercially available polyisocyanate based on hexamethylene diisocyanate with a biuret structure and an NCO content of 22% and a viscosity of 8000 mPas (23 ° C.), Desmodur N100, residual monomer content 0.25%, commercial product from Covestro AG, Leverkusen
  • Polyisocyanate i4) commercially available polyisocyanate (polyisocyanate prepolymer) based on hexamethylene diisocyanate with an isocyanurate structure, which is modified with a polyester diol with an NCO content of 11% and a viscosity of 6000 mPas (23 ° C.), Desmodur N 3800, residual monomer content 0.25 %, Commercial product from Covestro AG, Leverkusen
  • component A Polyisocyanates or polyisocyanate mixtures of component i) are used as component A.
  • component B components ii) / ii ‘) and iii) are intimately mixed in a commercially available laboratory dissolver.
  • components A and B are intimately stirred in the specified proportions in a disposable beaker for 30 seconds and then applied to a substrate with the aid of a glass rod.
  • the 2K adhesives were applied to one side of roughened V2A steel test specimens with a length of 100 mm and a width of 25 mm in accordance with DIN EN 1465: 2009-07, followed by an overlap length of 12 mm with a Gaps of 0.1 mm glued.
  • the gap size is set by inserting spacers of the desired layer thickness in the non-wetted area of the test specimen.
  • the correction time was determined as the time in which the two bonded test specimens can still be moved manually without any effort.
  • the mounting strength was determined as that Time after which the bonded test specimens can be loaded with a mass of 1kg at one end if they are fixed horizontally.
  • the tensile shear strength was determined using a tensile testing machine (Shimadzu, AGS-X HC 20 KN) after a period of 24 hours (22 ° C., 40% relative humidity, test speed 1.3 mm / minute for metal and plastic substrates according to DIN EN 1465: 2009; test speed 50 mm / minute for wood substrates according to DIN EN 204: 2016 and DIN EN 205: 2016).
  • the tensile strength values given in the table below were determined as the mean value, measured on at least three test specimens.
  • Component B [mixture of components ii) and iii)]
  • the mentioned proportions of the components are combined gravimetrically in a plastic beaker and intimately mixed with one another for 30 seconds with the aid of a glass rod before they are applied to the respective substrates.
  • This structural adhesive hardens completely within 24 hours, even on a residual damp surface, and is given a D4 classification according to DIN EN 204 and thus corresponds to a boiling water-resistant wood structural adhesive.
  • Component B [mixture of components ii) and iii)]
  • the two components A and B are filled into a 2K cartridge - Sulzer Mixpac 2K Adhesive A System, from Sulzer Mixpac AG, Haag Switzerland. It is applied in a volume ratio of 1: 1 using a Sulzer 2K mixer MAH 06-21 T from Sulzer Mixpac AG.
  • This structural adhesive hardens completely within 24 hours, even on a residual damp surface, and is given a D4 classification according to DIN EN 204 and thus corresponds to a boiling water-resistant wood structural adhesive.
  • Example 1 is repeated, but the polyaspartic acid ester N2) is used instead of polyaspartic acid ester ii1).
  • the two components A and B are filled into a 2K cartridge - Sulzer Mixpac 2K Adhesive A System, from Sulzer Mixpac AG, Haag Switzerland. It is applied in a volume ratio of 1: 1 using a Sulzer 2K mixer MAH 06-21 T from Sulzer Mixpac AG.
  • Ratio NCO / NH + OH 1.13 (water included as reactive component)
  • Component A is a compound having Component A:
  • Component B [mixture of components ii) and iii)]
  • the two components A and B are filled into a 2K cartridge - Sulzer Mixpac 2K Adhesive A System, from Sulzer Mixpac AG, Haag Switzerland. It is applied in a volume ratio of 1: 1 using a Sulzer 2K mixer MAH 06-21 T from Sulzer Mixpac AG.
  • Ratio NCO / NH + OH 1.21 water included as reactive component
  • Component A [mixture of components i1) and i4)]:
  • Component B [mixture of components ii) and iii)]
  • the mentioned proportions of the components are combined gravimetrically in a plastic beaker and intimately mixed with one another for 30 seconds with the aid of a glass rod before they are applied to the respective substrates.
  • This structural adhesive hardens completely within 24 hours, even on a residual damp surface, and is given a D4 classification according to DIN EN 204 and thus corresponds to a boiling water-resistant wood structural adhesive.
  • Component B [mixture of components ii) and iii)] 97.5% by weight of polyaspartic acid ester N3), 0.5% by weight of demineralized water [component iii)]
  • the two components A and B are filled into a 2K cartridge - Sulzer Mixpac 2K Adhesive A System, from Sulzer Mixpac AG, Haag Switzerland. It is applied in a volume ratio of 1: 1 using a Sulzer 2K mixer MAH 06-21T from Sulzer Mixpac AG.
  • This structural adhesive not according to the invention cures reliably within 24 hours even at a temperature of -18 ° C.
  • the structural bonding of beech wood substrates did not allow classification as "water-resistant" according to D3 or D4 in the water resistance test according to DIN EN 204: 2016. An application in Indoor areas with frequent short-term or long-lasting effects of draining water or condensation and / or use when exposed to high humidity. outdoors is therefore not recommended.
  • V2A test specimens were bonded using a commercially available two-component polyurethane adhesive 'Easy-Mix PU-90, polyurethane adhesive from Weicon GmbH, Weg, in accordance with the information given above.
  • This adhesive has a correction time of 70 seconds at 23 ° C and an assembly strength of 9 minutes. The ratio of correction time to assembly strength is therefore considerably less favorable.
  • Component A [mixture of components i1) and i4)] 18 wt .-% polyisocyanate i1)
  • Component B [mixture of components ii) N3) and iii)]
  • the two components A and B are filled into a 2K cartridge - Sulzer Mixpac 2K Adhesive A System, from Sulzer Mixpac AG, Haag Switzerland. It is applied in a volume ratio of 1: 1 using a Sulzer 2K mixer MAH 06-21 T from Sulzer Mixpac AG.
  • This structural adhesive hardens completely within 24 hours even on a residual moist surface and is given a D3 classification according to DIN EN 204 and thus corresponds to a waterproof wood structural adhesive.
  • the adhesion to organic (beech wood) and low-energy plastics (ABS, PVC) is particularly high and led to substrate failure in all cases.
  • Component B [mixture of components ii) N3) and iii)]
  • polyaspartic acid ester N3 5.3% by weight polyaspartic acid ester N3) 2.7% by weight of highly disperse silica (HDK H18 from Wacker Chemie AG,
  • the mentioned proportions of the components are combined gravimetrically in a plastic beaker and intimately mixed with one another for 30 seconds with the aid of a glass rod before they are applied to the respective substrates.
  • This structural adhesive hardens completely within 24 hours, even on a residual damp surface, and is given a D4 classification according to DIN EN 204 and thus corresponds to a boiling water-resistant wood structural adhesive.
  • Component B [mixture of components ii) N3) and iii)]
  • the mentioned proportions of the components are combined gravimetrically in a plastic beaker and intimately mixed with one another for 30 seconds with the aid of a glass rod before they are applied to the respective substrates.
  • This structural adhesive hardens completely within 24 hours, even on a residual damp surface, and is given a D4 classification according to DIN EN 204 and thus corresponds to a boiling water-resistant wood structural adhesive.
  • Component B [mixture of components ii), N3) and iii)]
  • the two components A and B are filled into a 2K cartridge - Sulzer Mixpac 2K Adhesive A System, from Sulzer Mixpac AG, Haag Switzerland. It is applied in a volume ratio of 1: 1 using a Sulzer 2K mixer MAH 06-21 T from Sulzer Mixpac AG.
  • This structural adhesive hardens completely within 24 hours even on a residual moist surface and is given a D3 classification according to DIN EN 204 and thus corresponds to a waterproof wood structural adhesive.
  • Ratio NCO / NH + OH 1.33 Ratio i) to ii) + N3) + iii) 1.00: 1, 10 (m / m) Ratio i) to ii) + N3) + iii) 1: 1 (v / v)
  • Example 4 was repeated with the same amounts of polyisocyanate i3) instead of polyisocyanate i1).
  • Component B [mixture of components ii), N3) and iii)]
  • polyaspartic acid ester ii2) 12.65% by weight of polyaspartic acid ester N3) 7.30% by weight of polyol containing ester groups iii1) 0.49% by weight of polyethylene polyamine, IPOX EH 2291, commercial product from Ipox Chemicals DE , Laupheim, [component iii)]
  • the two components A and B are intimately mixed in the plastic beaker for 30 seconds before they are applied to one side of the respective substrates with a glass rod.
  • This structural adhesive hardens completely within 24 hours even on a residual moist surface and is given a D3 classification according to DIN EN 204 and thus corresponds to a waterproof wood structural adhesive.

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Abstract

The present invention relates to a method for bonding substrates of the same or different type using two-component structural adhesives on the basis of aliphatic polyisocyanates and polyaspartic acid esters, and to a two-component structural adhesive, which contains said two components and has a high strength and water resistance when hardened.

Description

WASSERFESTE ZWEIKOMPONENTEN-STRUKTURKLEBSTOFFE WATERPROOF TWO-COMPONENT STRUCTURAL ADHESIVES
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkleben von gleichen oder unter schiedlichen Substraten mit Zweikomponenten-Strukturklebstoffen auf Basis von aliphatischen Polyisocyanaten und Polyasparaginsäureestern, sowie einen Zweikomponenten- Strukturklebstoff, der diese beiden Komponenten aufweist und im ausgehärteten Zustand eine hohe Festigkeit zeigt. The present invention relates to a method for bonding the same or different substrates with two-component structural adhesives based on aliphatic polyisocyanates and polyaspartic acid esters, as well as a two-component structural adhesive which has these two components and shows high strength in the cured state.
Reaktive Zweikomponenten-Klebstoffe (nachstehend auch „2K-Klebstoffe") finden heutzutage breite Verwendung zum strukturellen Verkleben von Substraten. Reactive two-component adhesives (hereinafter also referred to as "2K adhesives") are now widely used for the structural bonding of substrates.
Beim strukturellen Kleben werden gleiche oder unterschiedliche Substrate dauerhaft miteinander verbunden, wobei das verklebte Bauteil üblicherweise eine konstruktive Funktion übernimmt. In structural bonding, the same or different substrates are permanently bonded to one another, the bonded component usually assuming a structural function.
Strukturklebstoffe verfügen über eine vergleichsweise große innere Festigkeit -Kohäsion- und gleichzeitig eine gute Adhäsion zum Substrat. Ein wesentlicher Vorteil der Zweikomponenten- Strukturklebstoffe ist die relativ schnelle Aushärtung ohne Schichtdickeneinschränkung und die Freiheit von organischen Lösemitteln. Dabei ist die Härtung lediglich abhängig von der Temperatur und erfolgt im Wesentlichen unabhängig von Luftfeuchtigkeit oder Sauerstoffgehalt der Umgebung. Structural adhesives have a comparatively high internal strength - cohesion - and at the same time good adhesion to the substrate. A major advantage of the two-component structural adhesives is the relatively fast curing without restriction of layer thickness and the freedom from organic solvents. The curing is only dependent on the temperature and is essentially independent of the humidity or oxygen content of the environment.
Unter anderem zur Abgrenzung von elastischen Kleb- und Dichtstoffen sind Strukturklebstoffe im Rahmen der vorliegenden Anmeldung durch eine Zugscherfestigkeit auf angerautem V2A- Stahl gemäß DIN/EN 1465 (2009-07) von mindestens 7 MPa, bevorzugt mindestens 10 MPa, weiter bevorzugt mindestens 12 MPa gekennzeichnet. Among other things, to differentiate elastic adhesives and sealants, structural adhesives are within the scope of the present application due to a tensile shear strength on roughened V2A steel according to DIN / EN 1465 (2009-07) of at least 7 MPa, preferably at least 10 MPa, more preferably at least 12 MPa marked.
Als Zweikomponenten-Strukturklebstoffe des Standes der Technik haben sich im Wesentlichen drei verschiedene Produktgruppen etabliert: Basically three different product groups have established themselves as two-component structural adhesives of the state of the art:
• Zweikomponenten-Epoxidharzklebstoffe basierend auf einer Polyepoxid-Komponente und einer Polyamin- und/oder Polymercaptan-Komponente, • Zweikomponenten-Acrylatklebstoffe basierend auf Acrylatcopolymeren, die mit einer Peroxid-Komponente radikalisch gehärtet werden, und • Two-component epoxy resin adhesives based on a polyepoxy component and a polyamine and / or polymercaptan component, • Two-component acrylate adhesives based on acrylate copolymers that are cured radically with a peroxide component, and
• Zweikomponenten-Polyurethanklebstoffe basierend auf einer Polyisocyanat-Komponente und einer Polyol- und/oder Polyamin-Komponente. • Two-component polyurethane adhesives based on a polyisocyanate component and a polyol and / or polyamine component.
Zweikomponenten-Epoxidharzklebstoffe bilden aufgrund ihres variablen Eigenschaftsprofils und ihrer hervorragenden Haftung auf vielfältigen Substraten die möglicherweise wichtigste Klasse der Strukturklebstoffe. Problematisch bei dieser Klasse der Strukturklebstoffe ist jedoch die vergleichsweise langsame Härtung, insbesondere bei tieferen Temperaturen. Unterhalb einer Temperatur von ca. 8°C härten diese Klebstoffe nicht mehr verlässlich aus. Darüber hinaus stellt die Kristallisationsneigung aromatischer Epoxidharze vergleichsweise hohe Ansprüche an die korrekte Lagertemperatur, die meist zwischen 5 und 25 °C betragen muss. Two-component epoxy resin adhesives are possibly the most important class of structural adhesives due to their variable property profile and their excellent adhesion to a wide variety of substrates. The problem with this class of structural adhesives, however, is the comparatively slow curing, especially at lower temperatures. These adhesives no longer harden reliably below a temperature of approx. 8 ° C. In addition, the tendency of aromatic epoxy resins to crystallize makes comparatively high demands on the correct storage temperature, which usually has to be between 5 and 25 ° C.
Zweikomponenten-Acrylatklebstoffe härten dagegen deutlich schneller aus. Als nachteilig bei diesen Strukturklebstoffen wird jedoch die Anwesenheit von geruchsintensiven und gesundheitsschädlichen Acrylatmonomeren wie beispielsweise Methylmethacrylat, Cyclohexylmethacrylat oder Tetrahydrofurfurylmethacrylat angesehen. Weiterhin problematisch bei diesen Strukturklebstoffen ist das relativ ungünstige Verhältnis zwischen Korrekturzeit einerseits und hinreichender Montagefestigkeit andererseits. Die als Härterkomponente verwendeten Radikalbildner wie organische Peroxide oder Azoverbindungen erfordern zudem ein striktes Einhalten der Kühlkette von meist unter 8 °C um den Zerfall dieser Stoffe effektiv zu bremsen. Two-component acrylate adhesives, on the other hand, cure much faster. However, the presence of odor-intensive and unhealthy acrylate monomers, such as methyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate or tetrahydrofurfuryl methacrylate, is viewed as a disadvantage in these structural adhesives. Another problem with these structural adhesives is the relatively unfavorable relationship between correction time on the one hand and adequate assembly strength on the other. The radical formers used as hardener components such as organic peroxides or azo compounds also require strict adherence to the cold chain of mostly below 8 ° C in order to effectively slow down the decomposition of these substances.
Zweikomponenten-Polyurethanklebstoffe können unterschiedlich formuliert werden und können daher besonders vielfältig als Strukturklebstoffe eingesetzt werden. Aufgrund ihrer hohen Reaktivität kommen in reaktiven Strukturklebstoffen ganz überwiegend aromatische Isocyanate zum Einsatz. Die monomeren aromatischen Diisocyanate Diphenylmethandiisocyanat -MDI- und Toluylendiisocyanat -TDI- besitzen vermutlich cancerogene Eigenschaften, womit deren Einsatz limitiert ist. Die Hydrolyseprodukte der monomeren Diisocyanate, aromatische Diamine, sind nachgewiesen cancerogen und werden durch Migration aus den Klebstoffen freigesetzt. Heutzutage werden daher vielfach monomerenarme Polyisocyanate auf Basis von TDI und/oder MDI eingesetzt, die durch Oligomerisierung oder Prepolymerisierung dieser Isocyanate hergestellt werden und durch anschließende Dünnschichtdestillation von monomeren Diisocyanaten befreit werden. Üblicherweise sind die so erhaltenen Polyisocyanate und/oder Isocyanatprepolymere hochviskos oder harzartig, sodass die Produkte nur unter Zuhilfenahme von Lösemitteln oder Weichmachern zu Klebstoffen verarbeitet werden können, was klebetechnisch und unter Umweltaspekten von Nachteil ist. Two-component polyurethane adhesives can be formulated in different ways and can therefore be used in a particularly diverse way as structural adhesives. Due to their high reactivity, aromatic isocyanates are predominantly used in reactive structural adhesives. The monomeric aromatic diisocyanates diphenylmethane diisocyanate -MDI- and toluylene diisocyanate -TDI- presumably have carcinogenic properties, which means that their use is limited. The hydrolysis products of the monomeric diisocyanates, aromatic diamines, are proven carcinogenic and are released from the adhesives through migration. Nowadays, therefore, low-monomer polyisocyanates based on TDI and / or MDI are often used, which are produced by oligomerization or prepolymerization of these isocyanates and are freed from monomeric diisocyanates by subsequent thin-film distillation. The polyisocyanates and / or isocyanate prepolymers obtained in this way are usually highly viscous or resinous, so that the products can only be made with the aid of solvents or Plasticizers can be processed into adhesives, which is disadvantageous in terms of adhesive technology and environmental aspects.
Aliphatische, monomerenarme Polyisocyanate auf Basis von Isophorondiisocyanat und/oder Hexamethylendiisocyanat sind dagegen physiologisch günstiger zu bewerten, besitzen aber eine deutlich niedrigere Reaktivität im Vergleich zu den aromatischen Isocyanaten, sodass die Aushärtung der Klebstoffe vergleichsweise langsam ist. Daher werden die aliphatischen Polyisocyanate bisher nur in speziellen Anwendungen zum strukturellen Verkleben eingesetzt. Aliphatic, low-monomer polyisocyanates based on isophorone diisocyanate and / or hexamethylene diisocyanate, on the other hand, are physiologically more favorable, but have a significantly lower reactivity compared to aromatic isocyanates, so that the curing of the adhesives is comparatively slow. For this reason, the aliphatic polyisocyanates have so far only been used in special applications for structural bonding.
Zweikomponenten-Polyurethanklebstoffe enthalten als zweite Komponente Polyole wie beispielsweise Polyesterpolyole, Polyetherpolyole, Polycarbonatpolyole, Polyacrylatpolyole oder niedermolekulare Polyalkohole. Da die Reaktion mit den Polyisocyanaten relativ langsam verläuft, müssen in der Regel Katalysatoren zur Beschleunigung der Aushärtung zugesetzt werden. Dies sind zum Teil toxische Organozinnverbindungen oder stark basische tertiäre Aminverbindungen. Auch bei Verwendung der genannten Katalysatorsysteme ist die Härtungsgeschwindigkeit für viele moderne Fertigungsverfahren nicht ausreichend oder zumindest verbesserungsbedürftig. Two-component polyurethane adhesives contain polyols such as polyester polyols, polyether polyols, polycarbonate polyols, polyacrylate polyols or low molecular weight polyalcohols as the second component. Since the reaction with the polyisocyanates proceeds relatively slowly, catalysts usually have to be added to accelerate the curing process. Some of these are toxic organotin compounds or strongly basic tertiary amine compounds. Even with the use of the catalyst systems mentioned, the curing rate is insufficient for many modern production processes or at least in need of improvement.
Eine wesentlich schnellere Aushärtung erreicht man, wenn die vorstehend genannten Polyole anteilig oder vollständig durch aromatische Polyaminverbindungen ersetzt werden. Die Polyaddition der aromatischen Amine mit den Polyisocyanaten erfolgt im Minutenbereich, sodass mit Hilfe dieser Technologie Strukturklebstoffe formuliert werden können, die ein günstiges Verhältnis von Korrekturzeit einerseits zu hinreichender Montagefestigkeit andererseits aufweisen. Nachteilig bei diesen Klebstoffen sind die starke Vergilbungsneigung sowie die mangelhafte Reaktivität bei Temperaturen unterhalb von ca. 5°C. Much faster curing is achieved if the abovementioned polyols are partially or completely replaced by aromatic polyamine compounds. The polyaddition of the aromatic amines with the polyisocyanates takes place in minutes, so that with the help of this technology structural adhesives can be formulated which have a favorable ratio of correction time on the one hand to adequate assembly strength on the other. Disadvantages of these adhesives are their strong tendency to yellow and their poor reactivity at temperatures below approx. 5 ° C.
Eine Übersicht zu Strukturklebstoffen findet sich beispielsweise bei 'Bodo Müller und Walter Rath, Formulierung von Kleb- und Dichtstoffen', 3. Auflage, Vincentz Network 2015, S107 ff. An overview of structural adhesives can be found, for example, in 'Bodo Müller and Walter Rath, Formulation of adhesives and sealants', 3rd edition, Vincentz Network 2015, S107 ff.
Eine weitere Klasse von aushärtbaren Zweikomponenten-Systemen basiert auf aliphatischen Polyisocyanaten und aminfunktionellen Asparaginsäureestern wie diese durch Addition von Maleinsäure- und/oder Fumarsäureestern an Polyamine erhalten werden können. Diese sind prinzipiell als Lacke und Beschichtungssysteme bekannt und werden beispielhaft in folgenden Patentanmeldungen beschrieben: EP 403 921, EP 0 573 860, US 6 605 684, EP 1 767 559, WO 2001/007504, WO 2001/007399, US 6 458 293, EP 1 426 397, DE 10 2006 002 153 A1 oder der WO 2004/033517 sowie den neueren Patentanmeldungen EP 3 098 247 A1 und EP 3 115 388 A1. Allerdings geben diese Anmeldungen keinerlei Hinweise auf den möglichen Einsatz solcher Beschichtungssysteme in strukturellen Verklebungen. Another class of curable two-component systems is based on aliphatic polyisocyanates and amine-functional aspartic acid esters, as can be obtained by adding maleic acid and / or fumaric acid esters to polyamines. These are known in principle as paints and coating systems and are described by way of example in the following patent applications: EP 403 921, EP 0 573 860, US 6 605 684, EP 1 767 559, WO 2001/007504, WO 2001/007399, US 6 458 293, EP 1 426 397, DE 10 2006 002 153 A1 or WO 2004/033517 and the more recent patent applications EP 3 098 247 A1 and EP 3 115 388 A1. However, these applications do not give any indication of the possible use of such coating systems in structural bonds.
WO 2009-07/003596 betrifft medizinische Klebstoffe auf Basis hydrophiler Polyisocyanat- Prepolymere für die Chirurgie, insbesondere als Gewebekleber, WO 2011/138274 betrifft Polyisocyanat Prepolymere, die Polyethercarbonatpolyole als Aufbaukomponente enthalten, ihre Herstellung sowie ihre Verwendung als Isocyanat-Komponente in Ein- und Zweikomponenten-Systemen für Lacke, Klebstoffe und Dichtstoffe. Diesen Patentanmeldungen ist gemeinsam, dass spezielle Isocyanat-Endgruppen aufweisende Prepolymere eingesetzt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde die Beobachtung gemacht, dass solche auf Prepolymeren basierende 2-Komponentenklebstoffe zu vergleichsweise weichen Polymeren mit geringer mechanischer Festigkeit aushärten und daher als Strukturklebstoffe nicht geeignet sind. WO 2009-07 / 003596 relates to medical adhesives based on hydrophilic polyisocyanate prepolymers for surgery, in particular as tissue adhesive, WO 2011/138274 relates to polyisocyanate prepolymers which contain polyether carbonate polyols as a structural component, their production and their use as an isocyanate component in and Two-component systems for paints, adhesives and sealants. A common feature of these patent applications is that prepolymers containing special isocyanate end groups are used. In the context of the present invention, the observation was made that such prepolymer-based 2-component adhesives cure to form comparatively soft polymers with low mechanical strength and are therefore not suitable as structural adhesives.
Im Unterschied zu Lacken und Beschichtungen müssen Strukturklebstoffe eine deutlich höhere innere Festigkeit -Kohäsion- aufweisen und im Hinblick auf Klebefugen unterschiedlicher Dimension auch in deutlich höherer Schichtdicke applizierbar sein. Darüber hinaus sind auch die Anforderungen in Strukturklebstoffen an die Adhäsion zu unterschiedlichen Substraten deutlich höher als für einen Lack oder eine Beschichtung. Weiterhin sind die Belastungen einer strukturellen Verklebung grundsätzlich andere als für Lacke oder Beschichtungen: Statische Belastungen der Verklebungen sind Druck- und Zugbelastung sowie Scher- und Schäl-Belastung. In contrast to paints and coatings, structural adhesives must have a significantly higher internal strength - cohesion - and, with regard to adhesive joints of different dimensions, they must also be able to be applied in a significantly higher layer thickness. In addition, the requirements in structural adhesives for adhesion to different substrates are significantly higher than for a lacquer or a coating. Furthermore, the loads of a structural bond are fundamentally different than for paints or coatings: Static loads on the bonds are pressure and tensile loads as well as shear and peel loads.
Von besonderer Relevanz bei Strukturklebstoffen ist in vielen Anwendungen auch die Wasserfestigkeit (Feuchteresistenz), welche gerade in der Klasse der Zweikomponenten- Polyurethan-Systeme des Standes der Technik, wie diese als Lacke und Beschichtungen eingesetzt werden, oftmals nicht (genügend) gegeben ist. Of particular relevance for structural adhesives in many applications is the water resistance (moisture resistance), which is often not (sufficiently) given, especially in the class of two-component polyurethane systems of the state of the art, such as those used as paints and coatings.
Des Weiteren sind bei Strukturklebstoffen insbesondere dynamische Belastungen durch Scher- oder Schälbewegungen relevant, sowie Schlag- und Stoßbelastungen, die insbesondere bei tiefen Temperaturen immer wieder Grund für die ungenügende Anwendbarkeit von Strukturklebstoffen sind. Eine Übersicht zu dieser Problematik findet sich beispielsweise bei 'Bodo Müller und Walter Rath, Formulierung von Kleb- und Dichtstoffen, 3. Auflage, Vincentz Network 2015, S291 ff. Zusammenfassend lässt sich also feststellen, dass die Strukturklebstoffe des Standes der Technik den Anforderungen an moderne und schnelle Fertigungs- und Klebeverfahren nicht in vollem Umfang gerecht werden. Furthermore, with structural adhesives, dynamic loads from shear or peeling movements are particularly relevant, as well as impact and shock loads, which are repeatedly the reason for the inadequate applicability of structural adhesives, especially at low temperatures. An overview of this problem can be found, for example, in 'Bodo Müller and Walter Rath, Formulation of adhesives and sealants, 3rd edition, Vincentz Network 2015, S291 ff. In summary, it can be stated that the structural adhesives of the state of the art do not fully meet the requirements of modern and fast manufacturing and bonding processes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher die Bereitstellung eines neuen Strukturklebstoffes von vergleichsweise hoher Festigkeit, insbesondere unter Feuchtigkeitsbelastung sowie eines Verfahrens zum feuchteresistenten Verkleben von Substraten, wobei dieser Klebstoff und dieses Verfahren die obengenannten Nachteile des Standes der Technik überwinden oder zumindest minimieren. The object of the present invention was therefore to provide a new structural adhesive of comparatively high strength, especially when exposed to moisture, as well as a method for moisture-resistant bonding of substrates, this adhesive and this method overcoming or at least minimizing the aforementioned disadvantages of the prior art.
Diese und andere Aufgabe(n) werden mit der Bereitstellung des unten beschriebenen Verfahrens sowie durch den nachfolgend beschriebenen Zweikomponenten-Strukturklebstoff gelöst. This and other object (s) are achieved with the provision of the method described below and with the two-component structural adhesive described below.
In einer Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung einen Zweikomponenten- Strukturklebstoff, der zumindest die folgenden Komponenten aufweist: In one embodiment, the present invention relates to a two-component structural adhesive which has at least the following components:
(i) mindestens ein freie Isocyanatgruppen aufweisendes Polyisocyanat mit einem Gehalt an aliphatisch gebundenen NCO-Gruppen von 14,0 bis 24,0 Gew.-%, (i) at least one polyisocyanate containing free isocyanate groups with an aliphatically bonded NCO group content of 14.0 to 24.0% by weight,
(ii) einen aminofunktionellen Polyasparaginsäureester der stereochemisch allgemeinen Formel: (ii) an amino-functional polyaspartic acid ester of the stereochemical general formula:
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Figure imgf000007_0001
(iii) sowie optional zumindest eine weitere Komponente ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Füllstoffe, Hilfs- und Zusatzmittel wobei der Strukturkleber im ausgehärteten Zustand eine Zugscherfestigkeit von mindestens 7 MPa bevorzugt mindestens 10 MPa aufweist, weiter bevorzugt mindestens 12 MPa aufweist, wobei die Zugscherfestigkeit gemäß Standard DIN EN 1465:2009 zwischen zwei Prüfkörpern aus angerautem V2A Stahl gemessen wird. (iii) and optionally at least one further component selected from the group comprising: fillers, auxiliaries and additives wherein the structural adhesive in the cured state has a tensile shear strength of at least 7 MPa, preferably at least 10 MPa, more preferably at least 12 MPa, the tensile shear strength according to Standard DIN EN 1465: 2009 is measured between two test bodies made of roughened V2A steel.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet „stereochemisch allgemein“, dass die Struktur im Hinblick auf Stereoisomerie in keiner Weise beschränkt sein soll, also alle Stereoisomere der vorliegenden Strukturformeln eingeschlossen sein sollen, also insbesondere alle Enantiomere, Diastereomere, Rotationsisomere etc. In the context of the present invention, “stereochemically general” means that the structure should not be restricted in any way with regard to stereoisomerism, i.e. all stereoisomers of the present structural formulas should be included, i.e. in particular all enantiomers, diastereomers, rotational isomers, etc.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Strukturkleber zusätzlich zum oben genannten cycloaliphatischen aminofunktionellen Polyasparaginsäureester (ii) zumindest noch einen weiteren aminofunktionellen Polyasparaginsäureester auf, nämlich einen aliphatischen aminofunktionellen Polyasparaginsäureester (ii‘) der stereochemisch allgemeinen Formel:
Figure imgf000008_0001
In a preferred embodiment, the structural adhesive has, in addition to the above-mentioned cycloaliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii), at least one further amino-functional polyaspartic acid ester, namely an aliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii ') of the stereochemical general formula:
Figure imgf000008_0001
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum strukturellen Verkleben von gleichen oder unterschiedlichen Substraten mit Zweikomponenten-Strukturklebstoffen, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: In a further embodiment, the present invention relates to a method for the structural bonding of identical or different substrates with two-component structural adhesives, the method having at least the following steps:
(1) Bereitstellen eines Zweikomponenten-Strukturklebstoffes, der zumindest die folgenden Komponenten enthält: (1) Providing a two-component structural adhesive that contains at least the following components:
(i) mindestens ein freie Isocyanatgruppen aufweisendes Polyisocyanat mit einem Gehalt an aliphatisch gebundenen NCO-Gruppen von 14,0 bis 24,0 Gew.-% (i) at least one polyisocyanate containing free isocyanate groups with an aliphatically bound NCO group content of 14.0 to 24.0% by weight
(ii) mindestens einen aminofunktionellen Polyasparaginsäureester der stereochemisch allgemeinen Formel
Figure imgf000009_0001
(ii) at least one amino-functional polyaspartic acid ester of the stereochemical general formula
Figure imgf000009_0001
(iii) sowie optional zumindest eine weitere Komponente ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Füllstoffe, Hilfs- und Zusatzmittel (iii) and optionally at least one further component selected from the group comprising: fillers, auxiliaries and additives
(2) strukturelles Verkleben von zumindest zwei gleichen oder unterschiedlichen Substraten unter Verwendung zumindest des Zweikomponenten-Strukturklebstoffes aus (1); (2) structural bonding of at least two identical or different substrates using at least the two-component structural adhesive from (1);
(3) Aushärten der zumindest einen Verklebung aus (2), so dass diese im ausgehärteten Zustand eine Zugscherfestigkeit von mindestens 7 MPa bevorzugt mindestens 10 MPa, weiter bevorzugt mindestens 12 MPa aufweist, wobei die Zugscherfestigkeit gemäß Standard DIN EN 1465:2009 zwischen zwei Prüfkörpern aus angerautem V2A Stahl gemessen wird. (3) Curing of the at least one bond from (2), so that in the cured state it has a tensile shear strength of at least 7 MPa, preferably at least 10 MPa, more preferably at least 12 MPa, the tensile shear strength according to standard DIN EN 1465: 2009 between two test specimens from roughened V2A steel is measured.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Strukturkleber in (1) zusätzlich zum oben genannten cycloaliphatischen aminofunktionellen Polyasparaginsäureester (ii) zumindest noch einen weiteren aminofunktionellen Polyasparaginsäureester auf, nämlich einen aliphatischen aminofunktionellen Polyasparaginsäureester (ii‘) der stereochemisch allgemein dargestellten Formel:
Figure imgf000010_0001
In a preferred embodiment, the structural adhesive in (1) has, in addition to the above-mentioned cycloaliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii), at least one further amino-functional polyaspartic acid ester, namely an aliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii ') of the stereochemically generally shown formula:
Figure imgf000010_0001
Soweit nicht anders angegeben, beziehen sich alle Prozentangaben in der vorliegenden Offenbarung auf Gewichtsprozent (Gew.-%), jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Strukturklebstoffes. Unless otherwise stated, all percentages in the present disclosure relate to percent by weight (% by weight), in each case based on the total weight of the structural adhesive.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthält der Zweikomponenten- Strukturklebstoff neben den oben genannten Komponenten (i), und (ii) bzw. (ii‘) noch zumindest eine weitere Komponente (iii), die mindestens ein Hilfs- oder Zusatzstoff des Zweikomponenten-Strukturklebstoffes ist. Bevorzugte Hilfs- oder Zusatzstoffe werden nachstehend sowie in den Ansprüchen beschrieben. In embodiments of the present invention, the two-component structural adhesive contains, in addition to the above-mentioned components (i), and (ii) or (ii '), at least one further component (iii) which is at least one auxiliary or additive of the two-component structural adhesive . Preferred auxiliaries or additives are described below and in the claims.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, dass die hier näher charakterisierten Zweikomponenten-Systeme auf Basis des speziellen oder der speziellen aminofunktionellen Asparaginsäureestern wie oben beschrieben, in Kombination mit ausgewählten aliphatischen Polyisocyanaten nicht nur als Lacke oder Beschichtungen geeignet sind, sondern überraschend auch in der anspruchsvollen Anwendung als Strukturklebstoffe besonders geeignet sind, da sie ein besonders günstiges Verhältnis von ausreichender Korrekturzeit bei gleichzeitig schneller Montagefestigkeit aufweisen, in einem sehr breiten Temperaturfenster applizierbar und einsetzbar sind, sowie Verklebungen mit ausgezeichneter Zugscherfestigkeit, insbesondere auch unter Wasser- und Feuchtigkeitsbelastung ergeben (siehe experimentelle Daten wie unten besprochen). Diese Feuchtigkeitsbeständigkeit wurde gemäß DIN EN 204:2016 zwischen zwei Prüfkörpern aus Buchenholz nach standardisierter Lagerung unter Feuchtigkeitseinfluss bestimmt. Wie abgrenzende Versuche gezeigt haben, sind lineare aliphatische Asparaginsäureester alleine typischerweise nicht geeignet, um wasserbeständige Verklebungen herzustellen, wie es in den unten aufgeführten, nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispielen demonstriert wird. The present invention is based on the observation that the two-component systems characterized in more detail here, based on the special or special amino-functional aspartic acid esters as described above, in combination with selected aliphatic polyisocyanates, are not only suitable as paints or coatings, but surprisingly also in the demanding Application as structural adhesives are particularly suitable because they have a particularly favorable ratio of sufficient correction time with rapid assembly strength at the same time, can be applied and used in a very wide temperature window, as well as bonds with excellent tensile shear strength, especially under water and Moisture exposure (see experimental data discussed below). This moisture resistance was determined according to DIN EN 204: 2016 between two test specimens made of beech wood after standardized storage under the influence of moisture. As delimiting tests have shown, linear aliphatic aspartic acid esters alone are typically not suitable for producing water-resistant bonds, as is demonstrated in the comparative examples listed below that are not according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie der erfindungsgemäße Zweikomponenten- Strukturklebstoff zeichnen sich weiterhin insbesondere durch folgende Eigenschaften und Vorteile aus, die zumindest teilweise, vorzugsweise alle gemeinsam erreicht werden: The method according to the invention and the two-component structural adhesive according to the invention are further characterized in particular by the following properties and advantages, which are at least partially, preferably all achieved together:
• günstige physiologische Eigenschaften der verwendeten Rohstoffe, • favorable physiological properties of the raw materials used,
• gute Licht und UV-Beständigkeit der Verklebungen, • good light and UV resistance of the bonds,
• ausreichende Korrekturzeit bei gleichzeitig schneller Montagefestigkeit, • Sufficient correction time with simultaneous rapid assembly strength,
• Applikations-Sicherheit in einem Temperaturfenster von -10°C bis +40°C, • Application security in a temperature range from -10 ° C to + 40 ° C,
• Funktionssicherheit im Temperaturbereich von -20°C bis 150°C. • Functional reliability in the temperature range from -20 ° C to 150 ° C.
• Dauerhaft feuchtigkeits- und wasserresistente Verklebung • Permanently moisture and water-resistant bonding
Als Komponente i) ersetzbare Polyisocyanate werden vorzugsweise mit Hilfe geeigneter Modifizierungsreaktionen, wie z. B. Dimerisierung, Trimerisierung, Biuretisierung, Allophanatisierung und/oder Urethanisierung von Hexamethylendiisocyanat und/oder Isophorondiisocyanat, weiter vorzugsweise ausschließlich auf Basis von Hexamethylen diisocyanat, hergestellt, wobei vorzugsweise überschüssiges monomeres Diisocyanat anschließend destillativ aus dem Gemisch entfernt wird, wodurch die Polyisocyanate Restgehalte an monomerem Diisocyanat vorzugsweise <0,5%, bevorzugt <0,3%, besonders bevorzugt <0,1%, jeweils bezogen auf das Gesamtgemisch der Polyisocyanatmischung enthalten. Polyisocyanates which can be replaced as component i) are preferably modified with the aid of suitable modification reactions, such as. B. dimerization, trimerization, biuretization, allophanatization and / or urethanization of hexamethylene diisocyanate and / or isophorone diisocyanate, more preferably exclusively based on hexamethylene diisocyanate, preferably excess monomeric diisocyanate is then removed from the mixture by distillation, whereby the polyisocyanates residual monomer content Diisocyanate preferably <0.5%, preferably <0.3%, particularly preferably <0.1%, each based on the total mixture of the polyisocyanate mixture.
In Ausführungsformen der Erfindung weist die Komponente i) Restgehalte an monomerem Diisocyanat von < 0,5 Gewichts-% auf, bevorzugt < 0,3%, besonders bevorzugt < 0,1 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyisocyanatmischung. In embodiments of the invention, component i) has residual contents of monomeric diisocyanate of <0.5% by weight, preferably <0.3%, particularly preferably <0.1% by weight, based in each case on the total weight of the polyisocyanate mixture.
Bevorzugt als Komponente i) geeignete Polyisocyanate sind Uretdion-, Isocyanurat-, Iminooxadiazindion-, Urethan-, Allophanat-, Biuret- und/oder Oxadiazintriongruppen enthaltende Derivate des HDI, die bei 23°C eine Viskosität von 200 bis 23.000 mPas io aufweisen, vorzugsweise 800 bis 12.000 mPas, sowie vorzugsweise einen Gehalt an Isocyanatgruppen von 14 bis 24 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 23 Gew.-% und eine durchschnittliche Isocyanat-Funktionalität von mindestens 2,5, bevorzugt mindestens 3,0 aufweisen. Polyisocyanates which are preferred as component i) are uretdione, isocyanurate, iminooxadiazinedione, urethane, allophanate, biuret and / or oxadiazinetrione group-containing derivatives of HDI which at 23 ° C. have a viscosity of 200 to 23,000 mPas io preferably 800 to 12,000 mPas, and preferably have an isocyanate group content of 14 to 24% by weight, preferably 15 to 23% by weight and an average isocyanate functionality of at least 2.5, preferably at least 3.0.
Geeignete Polyisocyanate sind beispielhaft beschrieben in Laas et al. , J. Prakt. Chem. 336, 1994, 185-200, DE-A 1 670 666, DE-A 3 700 209, DE-A 3 900 053, EP-A 0 330 966, EP-A 0 336205, EP-A 0 339 396 und EP-A 0 798299. Suitable polyisocyanates are described by way of example in Laas et al. , J. Prakt. Chem. 336, 1994, 185-200, DE-A 1 670 666, DE-A 3 700 209, DE-A 3 900 053, EP-A 0 330 966, EP-A 0 336205, EP-A 0 339 396 and EP-A-0 798299.
Bevorzugt als Komponente i) sind Polyisocyanate auf Basis von Hexamethylendiisocyanat mit Biuretstrukturen und/oder Isocyanuratstrukturen und/oder Iminooxadiazindionstrukturen. Polyisocyanates based on hexamethylene diisocyanate with biuret structures and / or isocyanurate structures and / or iminooxadiazinedione structures are preferred as component i).
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden als Komponente i) Alkoxysilangruppen-aufweisende Polyisocyanatgemische eingesetzt. Derartige Polyisocyanatgemische können erhalten werden durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit funktionellen Silanen, die eine funktionelle Gruppe aufweisen, die mit den Isocyanatgruppen der Polyisocyanate reagieren können, oder durch Verfahren, wie sie beispielhaft beschrieben werden in der DE 102009-07 047 964 A1 und der DE 102007 032 666 A1. In a preferred embodiment of the present invention, polyisocyanate mixtures containing alkoxysilane groups are used as component i). Such polyisocyanate mixtures can be obtained by reacting polyisocyanates with functional silanes which have a functional group that can react with the isocyanate groups of the polyisocyanates, or by processes as described by way of example in DE 102009-07 047 964 A1 and DE 102007 032 666 A1.
Die erfindungsgemäß als Komponente i) einsetzbaren Polyisocyanate können im Hinblick auf eine Anpassung der Mischungsverhältnisse der verarbeitungsfähigen Zweikomponentenmischung mit untergeordneten Mengen an Isocyanatprepolymeren gemischt oder als Mischung der oben erwähnten Polyisocyanate bereitgestellt werden. The polyisocyanates which can be used according to the invention as component i) can be mixed with minor amounts of isocyanate prepolymers or provided as a mixture of the abovementioned polyisocyanates with a view to adapting the mixing ratios of the processable two-component mixture.
Dies sind bevorzugt die aus der Polyurethantechnologie prinzipiell bekannten Isocyanatprepolymere, die durch Umsetzung von aliphatischen Di- oder Polyisocyanaten mit höhermolekularen Polyolen insbesondere Polyetherpolyolen, Polyesterpolyolen und/oder Polycarbonatpolyolen hergestellt werden. Hierbei werden bevorzugt zur Abmischung nur untergeordnete Mengen an Isocyanatprepolymeren verwendet, wobei die Mischung den vorstehend gemachten Angaben bezüglich Isocyanatgehalt und Restmonomergehalt entspricht. Die Mengen an Isocyanatprepolymeren beträgt dabei vorzugsweise weniger als 25 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponente i), vorzugsweise weniger als 15 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 10 Gew.-%. These are preferably the isocyanate prepolymers known in principle from polyurethane technology, which are produced by reacting aliphatic di- or polyisocyanates with higher molecular weight polyols, in particular polyether polyols, polyester polyols and / or polycarbonate polyols. In this case, only minor amounts of isocyanate prepolymers are preferably used for mixing, the mixture corresponding to the information given above with regard to isocyanate content and residual monomer content. The amounts of isocyanate prepolymers are preferably less than 25% by weight based on the total weight of component i), preferably less than 15% by weight, particularly preferably less than 10% by weight.
Härterkomponente (ii) im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der cycloaliphatische aminofunktionelle Polyasparaginsäureester der stereochemisch allgemeinen Formel
Figure imgf000013_0001
entweder alleine oder in Kombination mit zumindest einem weiteren aminofunktionellen Polyasparaginsäureester, insbesondere einem aliphatischen aminofunktionellen Polyasparaginsäureester (ii‘) der stereochemisch allgemeinen Formel:
Figure imgf000013_0002
Die Herstellung des cycloaliphatischen aminofunktionellen Polyasparaginsäureesters (ii) erfolgt beispielsweise in an sich bekannter Weise durch Umsetzung von Diaminodicyclohexylmethan mit Malein- und/oder Fumarsäurediethylester bevorzugt innerhalb des Temperaturbereichs von 0 bis 100°C, wobei die Ausgangsmaterialien bevorzugt in solchen Mengenverhältnissen eingesetzt werden, dass auf jede primäre Aminogruppe mindestens eine, vorzugsweise genau eine olefinische Doppelbindung entfällt, wobei im Anschluss an die Umsetzung gegebenenfalls im Überschuss eingesetzte Ausgangsmaterialien destillativ abgetrennt werden können.
Hardener component (ii) in the context of the present invention is the cycloaliphatic amino-functional polyaspartic acid ester of the stereochemically general formula
Figure imgf000013_0001
either alone or in combination with at least one further amino-functional polyaspartic acid ester, in particular an aliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii ') of the stereochemical general formula:
Figure imgf000013_0002
The production of the cycloaliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii) takes place, for example, in a manner known per se by reacting diaminodicyclohexylmethane with maleic and / or fumaric acid diethyl ester, preferably within the temperature range from 0 to 100 ° C., the starting materials preferably being used in proportions such that each primary amino group at least one, preferably exactly one, olefinic double bond is omitted, it being possible for starting materials, which may have been used in excess, to be separated off by distillation after the reaction.
Die Umsetzung kann in Substanz oder in Gegenwart geeigneter Lösungsmittel wie Methanol, Ethanol, Propanol oder Dioxan oder Gemischen derartiger Lösungsmittel erfolgen, wobei die Mitverwendung von Lösungsmitteln weniger bevorzugt ist. The reaction can take place in bulk or in the presence of suitable solvents such as methanol, ethanol, propanol or dioxane or mixtures of such solvents, the use of solvents being less preferred.
Die Herstellung des aliphatischen aminofunktionellen Polyasparaginsäureesters (ii‘) erfolgt beispielsweise in an sich bekannter weise durch Umsetzung von 2-Methyl-1 ,5-diaminopentan mit Malein- und/oder Fumarsäurediethylester in der zuvor genannten Art für die Komponente (ii). The aliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii ‘) is prepared, for example, in a manner known per se by reacting 2-methyl-1,5-diaminopentane with diethyl maleic and / or fumarate in the aforementioned type for component (ii).
Die erfindungsgemäßen Zweikomponenten-Strukturklebstoffe können in Ausführungsformen, als Komponente (iii) in der Klebstofftechnologie vorteilhafte Füllstoffe, Hilfs- und Zusatzmittel enthalten. Dies sind beispielsweise anorganische und organische Füllstoffe, Flammschutzmittel, Pigmente, Verlaufshilfsmittel, Thixotropiermittel, Lösungsmittel oder Weichmacher oder (andere) Viskositätsregulatoren. In embodiments, the two-component structural adhesives according to the invention can contain fillers, auxiliaries and additives that are advantageous as component (iii) in adhesive technology. These are, for example, inorganic and organic fillers, flame retardants, pigments, leveling agents, thixotropic agents, solvents or plasticizers or (other) viscosity regulators.
Lösungsmittel können als Komponente (iii) gegebenenfalls zur Verbesserung der Untergrundbenetzung in geringen Mengen mitverwendet werden, d.h. in Mengen von weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt weniger als 2 Gew.-% besonders bevorzugt weniger als 1 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Strukturklebstoffs. Solvents can optionally be used as component (iii) in small amounts to improve substrate wetting, ie in amounts of less than 5% by weight, preferably less than 2% by weight, particularly preferably less than 1% by weight, in each case on the total weight of the structural adhesive.
Geeignete Lösungsmittel sind insbesondere die üblichen organischen Lösemittel wie beispielsweise Ethylacetat, Butylacetat, Methoxypropylacetat, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Toluol, Xylol, aromatische oder (cyclo-)aliphatische Kohlenwasserstoffgemische oder beliebige Gemische derartiger Lösungsmittel. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die Strukturklebstoffe als Komponente iii) anorganische Flammschutzmittel sowie ggf. zusätzlich organische Flammschutzmittel. Suitable solvents are, in particular, the usual organic solvents such as, for example, ethyl acetate, butyl acetate, methoxypropyl acetate, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, toluene, xylene, aromatic or (cyclo) aliphatic hydrocarbon mixtures or any mixtures of such solvents. In a preferred embodiment of the present invention, the structural adhesives contain, as component iii), inorganic flame retardants and, if appropriate, additional organic flame retardants.
Als anorganische Flammschutzmittel sind Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid bevorzugt, wobei vorzugsweise Aluminiumhydroxid in Pulverform mit Teilchengrößen von 0,1 pm bis 100 pm eingesetzt wird. As inorganic flame retardants, aluminum hydroxide and magnesium hydroxide are preferred, aluminum hydroxide in powder form with particle sizes of 0.1 μm to 100 μm being preferably used.
Als organische Flammschutzmittel sind insbesondere Phosphorsäureester bevorzugt wie beispielsweise Triethylphosphat, Tributylphosphat, Tris-2-ethylhexylphosphat, Triphenylphosphat, Diphenyloctylphosphat oder Trikresylphosphat. Particularly preferred organic flame retardants are phosphoric acid esters, such as triethyl phosphate, tributyl phosphate, tris-2-ethylhexyl phosphate, triphenyl phosphate, diphenyl octyl phosphate or tricresyl phosphate.
Besonders bevorzugt wird eine Kombination von pulverförmigen Aluminiumhydroxid und Tris- 2-ethylhexylphosphat als Flammschutzmittel eingesetzt. A combination of pulverulent aluminum hydroxide and tris-2-ethylhexyl phosphate is particularly preferably used as the flame retardant.
Neben den genannten Flammschutzmitteln, oder anstelle davon, können die Strukturklebstoffe als Komponente (iii) auch Füllstoffe enthalten. Geeignete Füllstoffe sind Sande, Gesteinsmehl, Quarzmehl, Talkum, natürliche, gemahlene oder gefällte Calciumcarbonate, welche ggf. mit Fettsäuren beschichtet sein können, Bariumsulfat (BaS04, auch Baryt oder Schwerspat genannt), Ruß, sowie Kieselsäuren, bevorzugt hochdisperse Kieselsäuren aus Pyrolyseprozessen, ferner natürliche, künstliche oder künstlich modifizierte Schichtsilikate. In addition to the flame retardants mentioned, or instead of them, the structural adhesives can also contain fillers as component (iii). Suitable fillers are sand, rock flour, quartz flour, talc, natural, ground or precipitated calcium carbonates, which can optionally be coated with fatty acids, barium sulfate (BaS0 4 , also called barite or barite), carbon black, and silicas, preferably highly disperse silicas from pyrolysis processes, also natural, artificial or artificially modified phyllosilicates.
Diese Füllstoffe werden vorzugsweise in die Komponenten (ii) / (ii‘) eingearbeitet. These fillers are preferably incorporated into components (ii) / (ii ‘).
Als Pigmente sind prinzipiell alle aus der Beschichtungstechnologie an sich bekannten organischen und anorganischen Pigmente, gegebenenfalls als Pastenzubereitung, als Komponente (iii) einsetzbar. Derartige Pigmente werden vorzugsweise in die Komponente (ii) eingearbeitet. In principle, all organic and inorganic pigments known per se from coating technology, optionally as paste preparations, can be used as component (iii) as pigments. Such pigments are preferably incorporated into component (ii).
Als Komponente (iii) können die Zweikomponenten-Strukturklebstoffe weiterhin reaktive Verdünner enthalten, die vorzugsweise in die Komponente (ii) eingearbeitet werden. Als reaktive Verdünner einsetzbar sind beispielsweise Asparaginsäureester auf Basis von Polyetheraminen, so wie dies in der WO 2014/151307 A1 offenbart wird. The two-component structural adhesives can also contain reactive thinners as component (iii), which are preferably incorporated into component (ii). For example, aspartic acid esters based on polyetheramines, as disclosed in WO 2014/151307 A1, can be used as reactive diluents.
Weiterhin geeignet als reaktive Verdünner sind die aus der Polyurethanchemie an sich bekannten niedermolekularen Polyole wie beispielsweise. 1 ,2-Ethandiol, 1 ,2-Propandiol, 1 ,4- bzw. 1 ,3-Butandiol, 1 ,6-Hexandiol, 2-Ethylhexandiol-1 ,3, 1 ,8-Octandiol, oder auch Dimerfettalkohole. Ebenfalls einsetzbar sind Ethergruppen aufweisende Diole wie z.B. Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol oder auch Gemische derartiger Alkohole. Also suitable as reactive diluents are the low molecular weight polyols known per se from polyurethane chemistry, such as, for example. 1, 2-ethanediol, 1, 2-propanediol, 1, 4- or 1,3-butanediol, 1,6-hexanediol, 2-ethylhexanediol-1,3, 1, 8-octanediol, or dimer fatty alcohols. Diols containing ether groups, such as diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol or mixtures of such alcohols, can also be used.
Die genannten reaktiven Verdünner haben vorzugsweise einem Massenanteil von weniger als 20%, bevorzugt weniger als 15%, besonders bevorzugt weniger als 10 % bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Formulierung. The reactive diluents mentioned preferably have a mass fraction of less than 20%, preferably less than 15%, particularly preferably less than 10%, based on the total weight of the adhesive formulation.
Zur Verbesserung der Haftung auf Substraten können darüber hinaus höhermolekulare Polyole der aus der Polyurethanchemie an sich bekannten Art in der Komponente (iii) mitverwendet werden. Dies sind insbesondere hydroxyfunktionelle Polyetherpolyole, Polyesterpolyole, Polycarbonatpolyole und Polyacrylatpolyole, sowie Mischungen der vorstehend genannten Polyole. Derartige Polyole werden vorzugsweise in die Komponente (ii) eingearbeitet. To improve adhesion to substrates, higher molecular weight polyols of the type known per se from polyurethane chemistry can also be used in component (iii). These are, in particular, hydroxy-functional polyether polyols, polyester polyols, polycarbonate polyols and polyacrylate polyols, and also mixtures of the aforementioned polyols. Such polyols are preferably incorporated into component (ii).
Die genannten Polyole werden vorzugsweise in einem Massenanteil von weniger als 20%, bevorzugt weniger als 15%, besonders bevorzugt weniger als 10%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Formulierung eingesetzt. The polyols mentioned are preferably used in a mass fraction of less than 20%, preferably less than 15%, particularly preferably less than 10%, based on the total weight of the adhesive formulation.
Zur (weiteren) Verbesserung der Haftung auf speziellen Substraten können die erfindungsgemäßen 2K-Strukturklebstoffe bevorzugt funktionelle Silane im Rahmen der Komponente (iii) enthalten. Bevorzugt sind in diesem Zusammenhang y-organofunktionelle Silane oder a-organofunktionellen Silane. To (further) improve the adhesion to special substrates, the 2K structural adhesives according to the invention can preferably contain functional silanes as part of component (iii). In this context, γ-organofunctional silanes or α-organofunctional silanes are preferred.
Bevorzugt sind insbesondere 3-Mercaptopropyl-trimethoxysilan, 3-Aminopropyl- trimethoxysilan, N-Alkyl-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-Aminoethyl-3-aminopropyl- trimethoxysilan, 3-Ureidopropyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, 3-Methacryloxypropyl- trimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan sowie die entsprechenden Triethoxysilanderivate und Dimethoxymethylderivate der vorstehend benannten funktionellen Silane. Weiterhin bevorzugt sind als Silane Tris-[3-(trimethoxysilyl) propyl]-isocyanurat und N-Methyl[3-(Trimethoxysilyl)propyl]carbamat, Methacryloxymethyltrimethoxysilan, N-Trimethoxysilylmethyl-O-methylcarbamat 3-mercaptopropyl-trimethoxysilane, 3-aminopropyl-trimethoxysilane, N-alkyl-3-aminopropyl-trimethoxysilane, N-aminoethyl-3-aminopropyl-trimethoxysilane, 3-ureidopropyl-trimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, and 3-methacryloxysilane-trimethoxysilane, and 3-methacryloxysiloxysilane, and 3-methacryloxysilypropyl-trimethoxysilane, and 3-methacryloxysilane propyl, 3-methacryloxysilane, and 3-methacryloxysilane, are particularly preferred corresponding triethoxysilane derivatives and dimethoxymethyl derivatives of the aforementioned functional silanes. Also preferred as silanes are tris [3- (trimethoxysilyl) propyl] isocyanurate and N-methyl [3- (trimethoxysilyl) propyl] carbamate, methacryloxymethyltrimethoxysilane, N-trimethoxysilylmethyl-O-methylcarbamate
Selbstverständlich sind im Rahmen der Komponente (iii) auch Mischungen der vorgenannten Silane oder auch deren Oligomerisierungsprodukte einsetzbar. Die benannten funktionellen Silane werden bevorzugt in Mengen von weniger als 3 Gew.-%, bevorzugt weniger als 2 Gew.- %, bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Formulierung, mitverwendet. Mixtures of the abovementioned silanes or else their oligomerization products can of course also be used in the context of component (iii). The named functional Silanes are preferably also used in amounts of less than 3% by weight, preferably less than 2% by weight, based on the total weight of the adhesive formulation.
Zur Anpassung der Reaktionsgeschwindigkeit können die erfindungsgemäßen 2K- Strukturklebstoffe als Komponente (iii) Katalysatoren enthalten. Dies sind bevorzugt Katalysatoren wie Wasser, Carbonsäuren oder Lewis-Säuren wie beispielsweise Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Fettsäuren oder Benzoesäure sowie auch Dicarbonsäuren wie Oxalsäure oder Malonsäure und Metallsalze von toxikologisch wenig bedenklichen Metallen wie Aluminium, Eisen, Lithium, Magnesium, Titan, Zink oder Zirconium dieser Carbonsäuren in fester oder gelöster Form. To adjust the reaction rate, the 2K structural adhesives according to the invention can contain catalysts as component (iii). These are preferably catalysts such as water, carboxylic acids or Lewis acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, fatty acids or benzoic acid and also dicarboxylic acids such as oxalic acid or malonic acid and metal salts of metals such as aluminum, iron, lithium, magnesium, titanium, zinc or Zirconium of these carboxylic acids in solid or dissolved form.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die erfindungsgemäßen 2K-Strukturklebstoffe Wasser als Katalysator. Besonders bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen 2K-Strukturklebstoffe im Rahmen der Komponente (iii) 0,1 bis 1 Gew.-% Wasser bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Formulierung. In a preferred embodiment of the present invention, the 2K structural adhesives according to the invention contain water as a catalyst. The 2K structural adhesives according to the invention particularly preferably contain 0.1 to 1% by weight of water, based on the total weight of the adhesive formulation, in the context of component (iii).
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die 2K- Strukturklebstoffe im Rahmen der Komponente (iii) aliphatische Polyamine zur Rheologiekontrolle. Derartige Polyamine reagieren schneller als die Asparaginsäureester der Komponente (ii) und werden in diese eingearbeitet. Durch die schnelle Reaktion der Polyamine erfolgt ein schneller Viskositätsaufbau unmittelbar nach der Applikation. Daher können die Polyamine der nachstehend beispielhaft genannten Art vorteilhaft zur Rheologiekontrolle verwendet werden. Geeignete Amine sind insbesondere aliphatische oder cycloaliphatische Polyamine mit primären und/oder sekundären Amingruppen. Derartige Polyamine werden vorzugsweise in Mengen von weniger als 2 Gew.-%, bevorzugt weniger als 1 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoffformulierung eingesetzt. In a preferred embodiment of the present invention, the 2K structural adhesives in the context of component (iii) contain aliphatic polyamines for rheology control. Such polyamines react faster than the aspartic acid esters of component (ii) and are incorporated into them. The rapid reaction of the polyamines results in a rapid increase in viscosity immediately after application. The polyamines of the type exemplified below can therefore advantageously be used for rheology control. Suitable amines are, in particular, aliphatic or cycloaliphatic polyamines with primary and / or secondary amine groups. Such polyamines are preferably used in amounts of less than 2% by weight, preferably less than 1% by weight, based on the total weight of the adhesive formulation.
Bevorzugte Polyamine sind Ethylendiamin, 1 ,2-Diaminopropan, 1 ,4-Diaminobutan, 1 ,6- Diaminohexan, 2,5-Diamino-2,5-dimethylhexan, 2,2,4- und/oder 2,4,4-Trimethyl-1 ,6- diaminohexan, 1 ,11 -Diaminoundecan, 1 , 12-Diaminododecan, 1 -Amino-3,3,5-trimethyl-5- aminomethylcyclohexan, 2,4- und/oder 2,6-Hexahydrotoluylendiamin, 2,4'- und/oder 4,4'- Diamino-dicyclohexylmethan oder 3,3'-Dimethyl-4,4'-diamino-dicyclohexyl-methan, 1 ,3- Bis(aminomethyl)benzen sowie Polyetherpolyamine und Polyethylenpolyamine wie Diethylentriamin oder Triethylentetramin. Prinzipiell ersetzbar sind auch die Umsetzungsprodukte der genannten Diamine mit Derivaten der Acrylsäure und/oder der Methacrylsäure auch wenn dies weniger bevorzugt ist. Als weitere Hilfs- und Zusatzmittel (iii) seien beispielhaft Entlüftungsmittel, Entschäumer, Benetzungshilfsmittel und Alterungsschutzmittel genannt. Als Alterungsschutzmittel seien an dieser Stelle Antioxidationsmittel, UV-Absorber und Radikalfänger sowie entsprechende Kombinationen aus diesen Alterungsschutzmitteln genannt. Preferred polyamines are ethylenediamine, 1,2-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, 1,6-diaminohexane, 2,5-diamino-2,5-dimethylhexane, 2,2,4- and / or 2,4,4- Trimethyl-1,6-diaminohexane, 1,1-diaminoundecane, 1,2-diaminododecane, 1-amino-3,3,5-trimethyl-5-aminomethylcyclohexane, 2,4- and / or 2,6-hexahydrotoluylenediamine, 2 , 4'- and / or 4,4'-diamino-dicyclohexylmethane or 3,3'-dimethyl-4,4'-diamino-dicyclohexyl-methane, 1,3-bis (aminomethyl) benzene and polyether polyamines and polyethylene polyamines such as diethylenetriamine or Triethylenetetramine. In principle, the reaction products of the diamines mentioned can also be replaced with derivatives of acrylic acid and / or methacrylic acid, even if this is less preferred. Other auxiliaries and additives (iii) that may be mentioned are, by way of example, deaerators, defoamers, wetting aids and anti-aging agents. Antioxidants, UV absorbers and free radical scavengers and corresponding combinations of these anti-aging agents may be mentioned at this point as anti-aging agents.
In den erfindungsgemäßen 2K-Strukturklebstoffen werden die Komponenten (i), (ii) / (ii‘) und gegebenenfalls (iii) bevorzugt in einem Mengenverhältnis (gemessen in Gewichts% bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Formulierung) eingesetzt, so dass das Äquivalentverhältnis (also das molare Verhältnis) der Isocyanatgruppen der Komponente (i) zu den Amino- sowie falls vorhanden, z.B. im Polyol, zusätzlich Hydroxylgruppen der Komponenten ii) / (ii‘) und iii) von 0,9:1 bis 1,5:1 beträgt, vorzugsweise 1 :1 bis 1,4:1. In the 2K structural adhesives according to the invention, components (i), (ii) / (ii ') and optionally (iii) are preferably used in a quantitative ratio (measured in% by weight based on the total weight of the adhesive formulation) so that the equivalent ratio (i.e. the molar ratio) of the isocyanate groups of component (i) to the amino groups and, if present, for example in the polyol, additional hydroxyl groups of components ii) / (ii ') and iii) from 0.9: 1 to 1.5: 1, preferably 1: 1 to 1.4: 1.
Die erfindungsgemäßen 2K-Strukturklebstoffe weisen bevorzugt einen Massenanteil von 35- 65 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 60 Gew.-% an Komponente (i) auf, einen Massenanteil von 25 bis 65 Gew.-%, vorzugsweise von 35 bis 55 Gew.-% an Komponente (ii) bzw., falls vorhanden, (ii) und (ii‘) zusammen, und 0 bis 25 Gew.-% an der optionalen Komponente (iii), jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoff-Formulierung. The 2K structural adhesives according to the invention preferably have a mass fraction of 35-65% by weight, preferably 40 to 60% by weight of component (i), a mass fraction of 25 to 65% by weight, preferably 35 to 55% by weight .-% of component (ii) or, if present, (ii) and (ii ') together, and 0 to 25% by weight of the optional component (iii), based in each case on the total weight of the adhesive formulation.
Werden sowohl cycloaliphatischer aminofunktioneller Polyasparaginsäureester (ii) als auch linear aliphatischer aminofunktioneller Polyasparaginsäureester (ii‘) eingesetzt, so liegen vorzugsweise zumindest 5 Gew.-% der Koponente (ii), besonders bevorzugt zumindest 10 Gew.-% der Komponente (ii), bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoffformulierung vor. Weiter bevorzugt sind zumindest 10 Gew.-% bis 95 Gew.-% der Polyasparaginsäureester- Komponente der cycloaliphatische aminofunktionelle Polyasparaginsäureester (ii), weiter vorzugsweise 20 Gew% bis 90 Gew%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht an Polyasparaginsäureester-Komponente. If both cycloaliphatic amino-functional polyaspartic acid esters (ii) and linear aliphatic amino-functional polyaspartic acid esters (ii ') are used, at least 5% by weight of component (ii), particularly preferably at least 10% by weight of component (ii), are based to the total weight of the adhesive formulation. At least 10% by weight to 95% by weight of the polyaspartic acid ester component of the cycloaliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii) are further preferred, more preferably 20% by weight to 90% by weight, based in each case on the total weight of the polyaspartic acid ester component.
Die Erfinder haben gefunden, dass die Reaktionszeit zum Aushärten graduell eingestellt werden kann, wenn der Gehalt an linearem aliphatischem Polyasparaginsäureester (ii‘) sukzessive erhöht wird. The inventors have found that the curing reaction time can be gradually adjusted as the content of the linear aliphatic polyaspartic acid ester (ii ‘) is successively increased.
Die 2K-Strukturklebstoffe werden bevorzugt als Zweikomponentensysteme bestehend aus einer Harzkomponente und einer Härterkomponente formuliert. Die Formulierung erfolgt dabei vorzugsweise so, dass die Harzkomponente alle Komponenten (ii) / (ii‘) sowie gegebenenfalls iii) enthält. Gegebenenfalls können Lösungsmittel und Viskositätsregulatoren sowie Alterungsschutzmittel im Hinblick auf eine Angleichung der Viskositäten bzw. der Mischungsverhältnisse der beiden Komponenten der Komponente (i) zugegeben werden, sodass Zweikomponentensysteme entsprechend einem Volumenverhältnis von 1 :4 bis 4:1 , vorzugsweise 2:1 bis 1 :2 und besonders bevorzugt 1:1 erhalten werden. The 2K structural adhesives are preferably formulated as two-component systems consisting of a resin component and a hardener component. The formulation is preferably such that the resin component contains all components (ii) / (ii ') and, if appropriate, iii). If necessary, solvents and viscosity regulators as well as anti-aging agents can be added in order to adjust the viscosities or the mixing ratios of the two components of component (i) so that two-component systems corresponding to a volume ratio of 1: 4 to 4: 1, preferably 2: 1 to 1: 2 and particularly preferably 1: 1 can be obtained.
Die erfindungsgemäßen 2K-Strukturklebstoffe sind typischerweise reaktiv und können daher normalerweise nur unter Zuhilfenahme geeigneter Dosiersysteme mit zwei Kammern verarbeitet werden. Dies sind vorzugsweise 2K-Kartuschensysteme in Verbindung mit geeigneten Statikmischern, wie diese beispielhaft in der WO 2011/162728 und der dort zitierten Sekundärliteratur beschrieben werden. Besonders bevorzugt ersetzbar im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Doppelkartuschen-Systeme mit Kindersicherung, wie diese in der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung DE 202016102271 (U1) beschrieben werden. The 2K structural adhesives according to the invention are typically reactive and can therefore normally only be processed with the aid of suitable metering systems with two chambers. These are preferably 2K cartridge systems in conjunction with suitable static mixers, as described by way of example in WO 2011/162728 and the secondary literature cited there. Particularly preferably replaceable within the scope of the present invention are double cartridge systems with child safety devices, as described in the German utility model application DE 202016102271 (U1).
Die erfindungsgemäßen 2K-Strukturklebstoffe härten vergleichsweise schnell aus und sind so formuliert, dass sie abhängig von der Anwesenheit von Katalysatoren der Komponente (iii)The 2K structural adhesives according to the invention cure comparatively quickly and are formulated in such a way that, depending on the presence of catalysts of component (iii)
- insbesondere Wasser- in einem Zeitraum von 2 Minuten bis zu 30 Minuten eine Montagefestigkeit aufbauen, und im Zeitraum von 3 Stunden bis 24 Stunden ihre Endfestigkeit erreichen. - in particular water - build up an assembly strength in a period of 2 minutes to 30 minutes, and reach their final strength in a period of 3 hours to 24 hours.
Im Rahmen entsprechender Versuche (siehe auch Beispiele unten) hat sich einerseits gezeigt, dass erfindungsgemäß ein besonders günstiges Verhältnis von Korrekturzeit einerseits zu Montagefestigkeit andererseits erzielt wird. Besonders geeignet sind die erfindungsgemäßen Klebstoffe zur Verklebung von Holzsubstraten, hierbei sind die Verklebungen durch eine hervorragende Wasserbeständigkeit gemäß DIN EN 204:2016 gekennzeichnet. In the context of corresponding tests (see also examples below) it has been shown on the one hand that according to the invention a particularly favorable ratio of correction time on the one hand to assembly strength on the other is achieved. The adhesives according to the invention are particularly suitable for bonding wood substrates; the bonds here are characterized by excellent water resistance in accordance with DIN EN 204: 2016.
Im Rahmen weiterer Versuche (siehe auch Beispiele unten) hat sich andererseits gezeigt, dass insbesondere durch die Kombination der Komponenten (ii) und (ii‘) eine hoch feuchtigkeitsbeständige Verklebung gemäß DIN EN 204:2016 hergestellt werden kann, wobei sich diese Klebstoffe durch eine besonders hohe Reaktivität auszeichneten. Die erfindungsgemäß einsetzbaren 2K-Strukturklebstoffe zeigen - auch ohne Zusatz spezieller Haftvermittler wie beispielsweise von funktionellen Silanen der vorstehend genannten Art - eine hervorragende Haftung auf vielen organischen und anorganischen Substraten. In the course of further tests (see also examples below) it has been shown, on the other hand, that, in particular by combining components (ii) and (ii '), a highly moisture-resistant bond can be produced in accordance with DIN EN 204: 2016, these adhesives being characterized by a particularly high reactivity. The 2K structural adhesives that can be used according to the invention show excellent adhesion to many organic and inorganic substrates, even without the addition of special adhesion promoters such as, for example, functional silanes of the type mentioned above.
Die besonders starken Haftung auf anderen organischen Substraten, insbesondere Kunststoffen oder anorganischen Substraten insbesondere Metallen und Metalllegierungen kann gezielt durch Zugabe der vorstehend im Rahmen der Komponente iii) genannten Stoffe gesteuert werden. The particularly strong adhesion to other organic substrates, in particular plastics or inorganic substrates, in particular metals and metal alloys, can be controlled in a targeted manner by adding the substances mentioned above in the context of component iii).
Insgesamt stellt die vorliegende Erfindung einen wesentlichen Fortschritt bei der konstruktiven Verbindung gleicher oder unterschiedlicher Substrate dar. Overall, the present invention represents a significant advance in the structural connection of the same or different substrates.
Zur Erzeugung einer ausreichenden Haftung kann es erfindungsgemäß gegebenenfalls bevorzugt sein, den Untergrund vorzubereiten. Dies kann durch mechanische Vorbehandlung wie beispielsweise Anrauen oder Anschleifen erfolgen, aber auch durch chemische Vorbehandlung wie Beflammung, Plasma- oder Koronavorbehandlung aber auch durch Anwendung von Grundierungen und Haftprimern. In order to produce sufficient adhesion, it may be preferred according to the invention to prepare the substrate. This can be done by mechanical pretreatment such as roughening or sanding, but also by chemical pretreatment such as flame treatment, plasma or corona pretreatment, but also by using primers and adhesive primers.
Bevorzugte Grundierungen sind Lösungen der vorstehend als Komponente iii) genannten funktionellen Silane in organischen Lösungsmitteln oder Lösungen von chlorierten Polyolefinen und/oder modifizierten chlorierten Polyolefinen in organischen Lösemitteln. Preferred primers are solutions of the functional silanes mentioned above as component iii) in organic solvents or solutions of chlorinated polyolefins and / or modified chlorinated polyolefins in organic solvents.
Derartige Lösungen von chlorierten Polyolefinen sind insbesondere als Primer vorteilhaft, wenn eine ausreichende Haftung zu unpolaren Kunststoffen, insbesondere Polyolefin- Kunststoffen wie beispielsweise Polypropylen erzielt werden soll. Die chlorierten Polyolefine bzw. modifizierten chlorierten Polyolefine weisen bevorzugt einen Chlorgehalt von 10 bis 25 Gew.-% auf, bezogen auf den Festkörper (Feststoffanteil) der chlorierten Polyolefine. Bevorzugt weisen die eingesetzten chlorierten Polyolefine bzw. modifizierten chlorierten Polyolefine ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 8.000 bis 50.000 auf. Die Menge an eingesetzten chlorierten Polyolefinen in der Primerformulierung beträgt vorzugsweise 0,2 bis 5,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Primer und auf den Festkörper der chlorierten Polyolefine. Die erfindungsgemäß eingesetzten chlorierten Polyolefine sind dem Fachmann geläufig und im Handel beispielsweise unter den Handelsnamen Eastman TM chlorierte Polyolefine der Firma Eastman Chemical Products, INC., T rapylen der Firma Tramaco oder Hardlen der Firma Toyo Kasei erhältlich. Such solutions of chlorinated polyolefins are particularly advantageous as primers if sufficient adhesion to non-polar plastics, in particular polyolefin plastics such as polypropylene, is to be achieved. The chlorinated polyolefins or modified chlorinated polyolefins preferably have a chlorine content of 10 to 25% by weight, based on the solids (solids content) of the chlorinated polyolefins. The chlorinated polyolefins or modified chlorinated polyolefins used preferably have a number average molecular weight of 8,000 to 50,000. The amount of chlorinated polyolefins used in the primer formulation is preferably 0.2 to 5.0% by weight, based in each case on the total weight of the primers and on the solids content of the chlorinated polyolefins. The chlorinated polyolefins used according to the invention are familiar to the person skilled in the art and are commercially available, for example, under the trade name Eastman ™ chlorinated polyolefins from Eastman Chemical Products, INC., T rapylenes from Tramaco or Hardlen from Toyo Kasei.
Die erfindungsgemäß ersetzbaren 2K-Strukturklebstoffe können bezüglich der Verarbeitungsviskosität niedrigviskos bis hochviskos eingestellt werden. Sie weisen bevorzugt, bei einer Temperatur von 23°C, eine Viskosität, unmittelbar nach dem Vermischen, im Bereich von 1000 mPas bis 100.000 mPa s auf, vorzugsweise von 2000 mPas bis 50.000 mPa s, wobei die Viskosität rotationsviskosimetrisch Gemäß DIN EN ISO 3219 bestimmt wird. The 2K structural adhesives that can be replaced according to the invention can be adjusted to have a low to high viscosity with regard to the processing viscosity. They preferably have a viscosity, immediately after mixing, in the range from 1000 mPas to 100,000 mPas, preferably from 2000 mPas to 50,000 mPas, at a temperature of 23 ° C., the viscosity being determined rotationally viscometrically in accordance with DIN EN ISO 3219 becomes.
Niedrigviskose Formulierungen kommen zum Einsatz, wenn Substrate quasi spaltfrei, d.h. mit einem Spaltmaß von weniger als 0,1 mm verklebt werden sollen, höherviskose Einstellungen werden verwendet, wenn mit größerem Spaltmaß bzw. Spaltüberbrückend verklebt werden soll oder wenn ein Abfließen von schrägen bzw. überhängenden Substraten zu vermeiden ist. Low-viscosity formulations are used when substrates are to be glued virtually gap-free, i.e. with a gap size of less than 0.1 mm, higher-viscosity settings are used when gluing with a larger gap size or gap-bridging or when sloping or overhanging ones are to be glued off Substrates is to be avoided.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde die Beobachtung gemacht, dass erfindungsgemäß Verklebungen mit überraschend hohen inneren Festigkeiten erhältlich sind, so dass Verklebungen mit einem Spaltmaß von 0,1 mm bis 5 mm mit hoher Festigkeit hergestellt werden können. In the context of the present invention, the observation was made that adhesive bonds with surprisingly high internal strengths can be obtained according to the invention, so that bonds with a gap dimension of 0.1 mm to 5 mm can be produced with high strength.
Die 2K-Strukturklebstoffe können im erfindungsgemäßen Verfahren in einem wesentlich größeren Temperaturfenster verarbeitet werden als 2K-Strukturklebstoffe des Standes der Technik. Die erfindungsgemäßen Zweikomponenten-Strukturklebstoffe härten in einem Temperaturbereich von -20°C bis +50°C zuverlässig aus. Die ausgehärteten Klebstoffe zeigen darüber hinaus eine überragende Schlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen bis zu -40°C und besitzen gleichzeitig eine hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit im Temperaturbereich bis zu 150°C. Die nachstehenden Beispiele für Formulierungen von Strukturklebstoffen sollen die Erfindung näher erläutern, ohne diese aber einzuschränken. Ein Vergleich der erfindungsgemäßen Beispiele mit nicht-erfindungsgemäßen Beispielen soll die technischen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und des ausgehärteten Strukturklebstoffes verdeutlichen. The 2K structural adhesives can be processed in the method according to the invention in a much larger temperature window than 2K structural adhesives of the prior art. The two-component structural adhesives according to the invention cure reliably in a temperature range from -20 ° C to + 50 ° C. The cured adhesives also show outstanding impact strength at low temperatures down to -40 ° C and at the same time have excellent high temperature resistance in the temperature range up to 150 ° C. The following examples of formulations of structural adhesives are intended to explain the invention in more detail, but without restricting it. A comparison of the examples according to the invention with examples not according to the invention is intended to illustrate the technical advantages of the process according to the invention and of the cured structural adhesive.
Beispiele: Examples:
Polyisocyanat M): Polyisocyanate M):
Polyisocyanurat-Polyisocyanat auf Basis von Hexamethylendiisocyanat mit einem NCO- Gehalt von 22 % und einer Viskosität von 3000 mPas (23°C), Restmonomergehalt <0,1%, Desmodur Ultra N3300, Handelsprodukt der Fa. Covestro AG, Leverkusen Polyisocyanurate-polyisocyanate based on hexamethylene diisocyanate with an NCO content of 22% and a viscosity of 3000 mPas (23 ° C.), residual monomer content <0.1%, Desmodur Ultra N3300, commercial product from Covestro AG, Leverkusen
Polyisocyanat i2): Polyisocyanate i2):
Polyisocyanurat-Polyisocyanat auf Basis von Hexamethylendiisocyanat mit einem NCO- Gehalt von 23 % und einer Viskosität von 1200 mPas (23°C), Restmonomergehalt <0,1%, Desmodur Ultra N3600, Handelsprodukt der Fa. Covestro AG, Leverkusen Polyisocyanurate-polyisocyanate based on hexamethylene diisocyanate with an NCO content of 23% and a viscosity of 1200 mPas (23 ° C.), residual monomer content <0.1%, Desmodur Ultra N3600, commercial product from Covestro AG, Leverkusen
Polyisocyanat i3): handelsübliches Polyisocyanat auf Basis von Hexamethylendiisocyanat mit Biuretstruktur und einem NCO-Gehalt von 22 % und einer Viskosität von 8000 mPas (23°C), Desmodur N100, Restmonomergehalt 0,25%, Handelsprodukt der Fa. Covestro AG, Leverkusen Polyisocyanate i3): commercially available polyisocyanate based on hexamethylene diisocyanate with a biuret structure and an NCO content of 22% and a viscosity of 8000 mPas (23 ° C.), Desmodur N100, residual monomer content 0.25%, commercial product from Covestro AG, Leverkusen
Polyisocyanat i4): handelsübliches Polyisocyanat (Polyisocyanatprepolymer) auf Basis von Hexamethylendiisocyanat mit Isocyanuratstruktur, welches mit einem Polyesterdiol modifiziert ist mit einem NCO-Gehalt von 11 % und einer Viskosität von 6000 mPas (23°C), Desmodur N 3800, Restmonomergehalt 0,25%, Handelsprodukt der Fa. Covestro AG, Leverkusen Polyisocyanate i4): commercially available polyisocyanate (polyisocyanate prepolymer) based on hexamethylene diisocyanate with an isocyanurate structure, which is modified with a polyester diol with an NCO content of 11% and a viscosity of 6000 mPas (23 ° C.), Desmodur N 3800, residual monomer content 0.25 %, Commercial product from Covestro AG, Leverkusen
Polyasparaginsäureester 111 ) Polyaspartic acid ester 111)
Polyasparaginsäureester auf Basis von Diaminodicvclohexvlmethan und Maleinsäurediethylester, Aminzahl 200mg KOH/g, Viskosität 1500 mPas (23°C), Desmophen NH1420, Handelsprodukt der Fa. Covestro AG, Leverkusen (nicht destillativ gereinigte Produktvariante) Polyasparaginsäureester N2) Polyaspartic acid ester based on diaminodicclohexylmethane and maleic acid diethyl ester, amine number 200mg KOH / g, viscosity 1500 mPas (23 ° C), Desmophen NH1420, commercial product from Covestro AG, Leverkusen (product variant not purified by distillation) Polyaspartic acid ester N2)
Polyasparaginsäureester auf Basis von Diaminodicvclohexvlmethan und Maleinsäurediethylester, Aminzahl 200mg KOH/g, Viskosität 1500 mPas (23°C), Desmophen NH1423, Handelsprodukt der Fa. Covestro AG, Leverkusen (destillativ gereinigte Produktvariante) Polyaspartic acid ester based on diaminodicvclohexylmethane and maleic acid diethyl ester, amine number 200mg KOH / g, viscosity 1500 mPas (23 ° C), Desmophen NH1423, commercial product from Covestro AG, Leverkusen (product variant purified by distillation)
Polyasparaginsäureester ii3) Polyaspartic acid ester ii3)
Polyasparaginsäureester auf Basis von 2-Methyl-1 ,5-Diaminopentan und Maleinsäurediethylester, Aminzahl 245mg KOH/g, Viskosität 90 mPas (23°C), Desmophen NH1220, Handelsprodukt der Fa. Covestro AG, Leverkusen Polyaspartic acid ester based on 2-methyl-1,5-diaminopentane and maleic acid diethyl ester, amine number 245 mg KOH / g, viscosity 90 mPas (23 ° C.), Desmophen NH1220, commercial product from Covestro AG, Leverkusen
Estergruppenaufweisendes Polyol iii1) schwach verzweigtes, hochviskoses Polyesterpolyol mit einem OH-Gehalt von 4,3% und einer Viskosität >100000 mPas (23°C), Desmophen 670, Handelsprodukt der Fa. Covestro AG, Leverkusen Polyol containing ester groups iii1) slightly branched, highly viscous polyester polyol with an OH content of 4.3% and a viscosity> 100,000 mPas (23 ° C.), Desmophen 670, commercial product from Covestro AG, Leverkusen
Allgemeine Verfahrensbeschreibung zur Herstellung der 2-KomponentenklebstoffeGeneral process description for the production of 2-component adhesives
Als Komponente A werden Polyisocyanate oder Polyisocyanatgemische der Komponente i) eingesetzt. Zur Herstellung der Komponente B werden die Komponenten ii) / ii‘) und iii) in einem handelsüblichen Labordissolver innig vermischt. Polyisocyanates or polyisocyanate mixtures of component i) are used as component A. To produce component B, components ii) / ii ‘) and iii) are intimately mixed in a commercially available laboratory dissolver.
Bei der Handapplikation werden die Komponenten A und B im angegebenen Mengenverhältnis in einem Einwegbecher 30 Sekunden lang innig verrührt und dann mit Hilfe eines Glasstabes auf ein Substrat aufgebracht. Die 2K-Klebstoffe wurden zur Bestimmung der Zugscherfestigkeiten in Übereinstimmung mit der DIN EN 1465:2009-07 auf angeraute V2A Stahl Prüfkörper mit einer Länge von 100 mm und einer Breite von 25 mm einseitig aufgetragen, anschließend wurde auf einer Überlappungslänge von 12 mm mit einem Spaltmaß von 0,1 mm verklebt. Die Einstellung des Spaltmaßes erfolgt durch Einlegen von Abstandshaltern der gewünschten Schichtdicke im nicht benetzten Bereich der Prüfkörper. Die Korrekturzeit wurde bestimmt als die Zeit in der die beiden verklebten Prüfkörper sich noch manuell ohne Kraftaufwand verschieben lassen. Die Montagefestigkeit wurde bestimmt als die Zeit, nach der die verklebten Prüfkörper bei waagerechter Fixierung an einem Ende mit einer Masse von 1kg belastet werden können. In the case of hand application, components A and B are intimately stirred in the specified proportions in a disposable beaker for 30 seconds and then applied to a substrate with the aid of a glass rod. To determine the tensile shear strengths, the 2K adhesives were applied to one side of roughened V2A steel test specimens with a length of 100 mm and a width of 25 mm in accordance with DIN EN 1465: 2009-07, followed by an overlap length of 12 mm with a Gaps of 0.1 mm glued. The gap size is set by inserting spacers of the desired layer thickness in the non-wetted area of the test specimen. The correction time was determined as the time in which the two bonded test specimens can still be moved manually without any effort. The mounting strength was determined as that Time after which the bonded test specimens can be loaded with a mass of 1kg at one end if they are fixed horizontally.
Die Bestimmung der Zugscherfestigkeit erfolgte mit Hilfe einer Zugprüfmaschine (Shimadzu, AGS-X HC 20 KN) nach einer Zeit von 24 Stunden (22°C, 40% rel. Luftfeuchtigkeit, Prüfgeschwindigkeit 1 ,3 mm/Minute für Metall- und Kunststoffsubstrate gemäß DIN EN 1465:2009; Prüfgeschwindigkeit 50 mm/Minute für Holzsubstrate gemäß DIN EN 204:2016 und DIN EN 205:2016). Die in nachstehender Tabelle angegebenen Werte für die Zugfestigkeiten wurden als Mittelwert, gemessen an mindestens drei Prüfkörpern, bestimmt. The tensile shear strength was determined using a tensile testing machine (Shimadzu, AGS-X HC 20 KN) after a period of 24 hours (22 ° C., 40% relative humidity, test speed 1.3 mm / minute for metal and plastic substrates according to DIN EN 1465: 2009; test speed 50 mm / minute for wood substrates according to DIN EN 204: 2016 and DIN EN 205: 2016). The tensile strength values given in the table below were determined as the mean value, measured on at least three test specimens.
Beispiel 1: Example 1:
Herstellung eines Zweikomponenten-Strukturklebstoffs mit Kochwasserbeständigkeit D4 (DIN EN 204) (erfindungsgemäß) Production of a two-component structural adhesive with boiling water resistance D4 (DIN EN 204) (according to the invention)
Komponente A Component A
50 Gew.-% Polyisocyanat i1) 50 wt .-% polyisocyanate i1)
Komponente B [Mischung der Komponenten ii) und iii)] Component B [mixture of components ii) and iii)]
46,0 Gew.-% Polyasparaginsäureester ii1) 3,0 Gew.-% hochdisperse Kieselsäure (HDK H18 der Fa. Wacker Chemie AG, Burghausen [Komponente iii)] 46.0% by weight of polyaspartic acid ester ii1) 3.0% by weight of highly disperse silica (HDK H18 from Wacker Chemie AG, Burghausen [component iii)]
0,5 Gew.-% Polyethylenpolyamin, IPOX EH 2291, Handelsprodukt der Ipox Chemicals DE, Laupheim, [Komponente iii)] 0.5% by weight of polyethylene polyamine, IPOX EH 2291, commercial product from Ipox Chemicals DE, Laupheim, [component iii)]
0,5 Gew.-% 25%ige Lösung von Zinkacetat Dihydrat in demineralisiertem Wasser [Komponente iii)] 0.5 wt .-% 25% solution of zinc acetate dihydrate in demineralized water [component iii)]
Die erwähnten Mengenverhältnisse der Komponenten werden gravimetrisch in einem Plastikbecher zusammengegeben und mit Hilfe eines Glasstabes für 30 Sekunden innig miteinander vermischt, bevor sie auf die jeweiligen Substrate aufgetragen werden. The mentioned proportions of the components are combined gravimetrically in a plastic beaker and intimately mixed with one another for 30 seconds with the aid of a glass rod before they are applied to the respective substrates.
Dieser Strukturklebstoff härtet auch auf restfeuchtem Untergrund innerhalb von 24 Stunden vollständig aus und erhält eine D4-Klassifizierung nach DIN EN 204 und entspricht somit einem kochwasserfesten Holzstrukturklebstoff. This structural adhesive hardens completely within 24 hours, even on a residual damp surface, and is given a D4 classification according to DIN EN 204 and thus corresponds to a boiling water-resistant wood structural adhesive.
Verhältnis NCO/NH+OH 1 ,09 (Wasser als reaktive Komponente einberechnet)Ratio NCO / NH + OH 1.09 (water included as reactive component)
Verhältnis i) zu ii) + iii) 1 :1 (m/m) Ratio i) to ii) + iii) 1: 1 (m / m)
Verhältnis i) zu ii) + iii) 1 ,16:1,10 (v/v) Ratio i) to ii) + iii) 1.16: 1.10 (v / v)
Korrekturzeit: 5 Minuten Montagefestigkeit: 15 Minuten Shore-D: 75 Beispiel 2: Correction time: 5 minutes. Assembly strength: 15 minutes Shore D: 75 Example 2:
Herstellung eines Zweikomponenten-Strukturklebstoffs mit Kochwasserbeständigkeit D4 (DIN EN 204) (erfindungsgemäß) Production of a two-component structural adhesive with boiling water resistance D4 (DIN EN 204) (according to the invention)
Komponente A Component A
50,9 Gew.-% Polyisocyanat i3) 50.9% by weight polyisocyanate i3)
Komponente B [Mischung der Komponenten ii) und iii)] Component B [mixture of components ii) and iii)]
44,7 Gew.-% Polyasparaginsäureester ii1) 44.7% by weight polyaspartic acid ester ii1)
2,95 Gew.-% hochdisperse Kieselsäure (HDK H18 der Fa. Wacker Chemie AG, 2.95% by weight of highly disperse silica (HDK H18 from Wacker Chemie AG,
Burghausen [Komponente iii)] Burghausen [component iii)]
0,25 Gew.-% Demineralisiertes Wasser [Komponente iii)] 0.25% by weight demineralized water [component iii)]
1 ,23 Gew.-% N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine, Geniosil GF 9, 1.23% by weight of N- [3- (trimethoxysilyl) propyl] ethylenediamine, Geniosil GF 9,
Handelsprodukt der Fa. Wacker Chemie AG, Burghausen [Komponente iü)] Commercial product from Wacker Chemie AG, Burghausen [component iü)]
Die beiden Komponenten A und B werden in eine 2 K-Kartusche - Sulzer Mixpac 2K Klebstoff A System, der Fa. Sulzer Mixpac AG, Haag Schweiz - abgefüllt. Die Applikation erfolgt im Volumenverhältnis 1:1 mittels Statikmischer Sulzer 2K-Mischer MAH 06-21 T der Fa. Sulzer Mixpac AG. The two components A and B are filled into a 2K cartridge - Sulzer Mixpac 2K Adhesive A System, from Sulzer Mixpac AG, Haag Switzerland. It is applied in a volume ratio of 1: 1 using a Sulzer 2K mixer MAH 06-21 T from Sulzer Mixpac AG.
Dieser Strukturklebstoff härtet auch auf restfeuchtem Untergrund innerhalb von 24 Stunden vollständig aus und erhält eine D4-Klassifizierung nach DIN EN 204 und entspricht somit einem kochwasserfesten Holzstrukturklebstoff. This structural adhesive hardens completely within 24 hours, even on a residual damp surface, and is given a D4 classification according to DIN EN 204 and thus corresponds to a boiling water-resistant wood structural adhesive.
Verhältnis NCO/NH+OH 1 ,34 (Wasser als reaktive Komponente einberechnet)Ratio NCO / NH + OH 1.34 (water included as reactive component)
Verhältnis i) zu ii) + iii) 1 , 14: 1 , 10 (m/m) Ratio i) to ii) + iii) 1.14: 1.10 (m / m)
Verhältnis i) zu ii) + iii) 1 :1 (v/v) Ratio i) to ii) + iii) 1: 1 (v / v)
Korrekturzeit: 3 Minuten Montagefestigkeit: 10 Minuten Shore-D: 80 Correction time: 3 minutes. Assembly strength: 10 minutes Shore D: 80
Beispiel 3: Example 3:
Herstellung eines Zweikomponenten-Strukturklebstoffs mit Kochwasserbeständigkeit D4 (DIN EN 204) (erfindungsgemäß) Production of a two-component structural adhesive with boiling water resistance D4 (DIN EN 204) (according to the invention)
Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch wird der Polyasparaginsäureester N2) anstelle von Polyasparaginsäureester ii1) eingesetzt. Example 1 is repeated, but the polyaspartic acid ester N2) is used instead of polyaspartic acid ester ii1).
Die beiden Komponenten A und B werden in eine 2 K-Kartusche - Sulzer Mixpac 2K Klebstoff A System, der Fa. Sulzer Mixpac AG, Haag Schweiz - abgefüllt. Die Applikation erfolgt im Volumenverhältnis 1:1 mittels Statikmischer Sulzer 2K-Mischer MAH 06-21 T der Fa. Sulzer Mixpac AG. The two components A and B are filled into a 2K cartridge - Sulzer Mixpac 2K Adhesive A System, from Sulzer Mixpac AG, Haag Switzerland. It is applied in a volume ratio of 1: 1 using a Sulzer 2K mixer MAH 06-21 T from Sulzer Mixpac AG.
Verhältnis NCO/NH+OH 1 ,13 (Wasser als reaktive Komponente einberechnet) Verhältnis i) zu ii) + iii) 1 ,05: 1 ,00 (m/m) Verhältnis i) zu ii) + iii) 1 :1 (v/v) Ratio NCO / NH + OH 1.13 (water included as reactive component) Ratio i) to ii) + iii) 1.05: 1.00 (m / m) Ratio i) to ii) + iii) 1: 1 (v / v)
Korrekturzeit: 5 Minuten Montagefestigkeit: 15 Minuten Shore-D: 75 Correction time: 5 minutes. Assembly strength: 15 minutes Shore D: 75
Beispiel 4: Example 4:
Herstellung eines Zweikomponenten-Strukturklebstoffs (erfindungsgemäß)Production of a two-component structural adhesive (according to the invention)
Komponente A: Component A:
51,3 Gew.-% Polyisocyanat i2) 51.3% by weight polyisocyanate i2)
Komponente B [Mischung der Komponenten ii) und iii)] Component B [mixture of components ii) and iii)]
36,0 Gew.-% Polyasparaginsäureester N2) 36.0% by weight polyaspartic acid ester N2)
2,9 Gew.-% hochdisperse Kieselsäure (HDK H18 der Fa. Wacker Chemie AG, 2.9% by weight of highly disperse silica (HDK H18 from Wacker Chemie AG,
Burghausen [Komponente iii)] Burghausen [component iii)]
9,3 Gew.-% Estergruppen aufweisendes Polyol iii1) [Komponente iii)] 9.3% by weight polyol having ester groups iii1) [component iii)]
0,5 Gew.-% Demineralisiertes Wasser [Komponente iii)] 0.5 wt .-% demineralized water [component iii)]
Die beiden Komponenten A und B werden in eine 2 K-Kartusche - Sulzer Mixpac 2K Klebstoff A System, der Fa. Sulzer Mixpac AG, Haag Schweiz - abgefüllt. Die Applikation erfolgt im Volumenverhältnis 1:1 mittels Statikmischer Sulzer 2K-Mischer MAH 06-21 T der Fa. Sulzer Mixpac AG. The two components A and B are filled into a 2K cartridge - Sulzer Mixpac 2K Adhesive A System, from Sulzer Mixpac AG, Haag Switzerland. It is applied in a volume ratio of 1: 1 using a Sulzer 2K mixer MAH 06-21 T from Sulzer Mixpac AG.
Dieser Strukturklebstoff härtet innerhalb von 24 Stunden vollständig aus. Die Adhäsion auf organischen (Buchenholz), metallischen (V2A und Aluminium) und niederenergetischen Kunststoffen (ABS, PVC) ist besonders hoch und führte in allen Fällen zum Substratversagen bzw. zum Kohäsivbruch auf glattem V2A bei 16 N/mm2 This structural adhesive cures completely within 24 hours. The adhesion on organic (beech wood), metallic (V2A and aluminum) and low-energy plastics (ABS, PVC) is particularly high and in all cases led to substrate failure or cohesive breakage on smooth V2A at 16 N / mm 2
Verhältnis NCO/NH+OH 1 ,21 (Wasser als reaktive Komponente einberechnet) Verhältnis i) zu ii) + iii) 1 , 16: 1 , 10 (m/m) Ratio NCO / NH + OH 1.21 (water included as reactive component) Ratio i) to ii) + iii) 1.16: 1.10 (m / m)
Verhältnis i) zu ii) + iii) 1 :1 (v/v) Ratio i) to ii) + iii) 1: 1 (v / v)
Korrekturzeit:4 Minuten Montagefestigkeit: 15 Minuten Shore-D: 70 Correction time: 4 minutes. Assembly strength: 15 minutes Shore D: 70
Beispiel 5: Example 5:
Herstellung eines Zweikomponenten-Strukturklebstoffs mit Kochwasserbeständigkeit D4 (DIN EN 204) (erfindungsgemäß) Production of a two-component structural adhesive with boiling water resistance D4 (DIN EN 204) (according to the invention)
Komponente A [Mischung der Komponenten i1) und i4)]: Component A [mixture of components i1) and i4)]:
25 Gew.-% Polyisocyanat i1) 25% by weight polyisocyanate i1)
25 Gew.-% Polyisocyanat i4) 25 wt .-% polyisocyanate i4)
Komponente B [Mischung der Komponenten ii) und iii)] Component B [mixture of components ii) and iii)]
46,8 Gew.-% Polyasparaginsäureester N2) 46.8% by weight polyaspartic acid ester N2)
3 Gew.-% hochdisperse Kieselsäure (HDK H18 der Fa. Wacker Chemie AG, 3% by weight of highly disperse silica (HDK H18 from Wacker Chemie AG,
Burghausen [Komponente iii)] 0,2 Gew.-% Demineralisiertes Wasser [Komponente iii)] Burghausen [component iii)] 0.2% by weight demineralized water [component iii)]
Die erwähnten Mengenverhältnisse der Komponenten werden gravimetrisch in einem Plastikbecher zusammengegeben und mit Hilfe eines Glasstabes für 30 Sekunden innig miteinander vermischt, bevor sie auf die jeweiligen Substrate aufgetragen werden. The mentioned proportions of the components are combined gravimetrically in a plastic beaker and intimately mixed with one another for 30 seconds with the aid of a glass rod before they are applied to the respective substrates.
Dieser Strukturklebstoff härtet auch auf restfeuchtem Untergrund innerhalb von 24 Stunden vollständig aus und erhält eine D4-Klassifizierung nach DIN EN 204 und entspricht somit einem kochwasserfesten Holzstrukturklebstoff. This structural adhesive hardens completely within 24 hours, even on a residual damp surface, and is given a D4 classification according to DIN EN 204 and thus corresponds to a boiling water-resistant wood structural adhesive.
Verhältnis NCO/NH+OH 1 ,05 (Wasser als reaktive Komponente einberechnet)Ratio NCO / NH + OH 1.05 (water included as reactive component)
Verhältnis i) zu ii) + iii) 1 , 14: 1 , 10 (m/m) Ratio i) to ii) + iii) 1.14: 1.10 (m / m)
Verhältnis i) zu ii) + iii) 1 :1 (v/v) Ratio i) to ii) + iii) 1: 1 (v / v)
Offene Zeit: 4 Minuten Montagefestigkeit: 14 Minuten Shore-D: 60 Open time: 4 minutes. Assembly strength: 14 minutes Shore D: 60
Beispiel 6: Example 6:
Herstellung eines Zweikomponenten-Strukturklebstoffs (nicht erfindungsgemäß) Production of a two-component structural adhesive (not according to the invention)
Komponente A Polyisocyanat i1) Component A polyisocyanate i1)
Komponente B [Mischung der Komponenten ii) und iii)] 97,5 Gew.-% Polyasparaginsäureester N3), 0,5 Gew.-% Demineralisiertes Wässer [Komponente iii)] Component B [mixture of components ii) and iii)] 97.5% by weight of polyaspartic acid ester N3), 0.5% by weight of demineralized water [component iii)]
2,0 Gew.-% 3,3'-Dimethyl-4,4'-diamino-dicyclohexylmethan, Laromin C260, Handels produkt der Fa. BASF AG, Ludwigshafen [Komponente iii)] 2.0% by weight of 3,3'-dimethyl-4,4'-diamino-dicyclohexyl methane, Laromin C260, commercial product from BASF AG, Ludwigshafen [component iii)]
Die beiden Komponenten A und B werden in eine 2K-Kartusche - Sulzer Mixpac 2K Klebstoff A System, der Fa. Sulzer Mixpac AG, Haag Schweiz - abgefüllt. Die Applikation erfolgt im Volumenverhältnis 1 :1 mittels Statikmischer Sulzer 2K-Mischer MAH 06-21T der Fa. Sulzer Mixpac AG. The two components A and B are filled into a 2K cartridge - Sulzer Mixpac 2K Adhesive A System, from Sulzer Mixpac AG, Haag Switzerland. It is applied in a volume ratio of 1: 1 using a Sulzer 2K mixer MAH 06-21T from Sulzer Mixpac AG.
Dieser nicht erfindungsgemäße Strukturklebstoff härtet auch bei einer Temperatur von -18°C zuverlässig innerhalb von 24 Stunden aus. Die strukturelle Verklebung von Buchenholzsubstraten ließ im Wasserbeständigkeitstest nach DIN EN 204:2016 allerdings keine Einordnung als „wasserbeständig“ nach D3 oder D4 zu. Eine Anwendung im Innenbereich mit häufiger kurzzeitiger oder langanhaltender Einwirkung von abfließendem Wasser oder Kondenswasser und/oder die Anwendung bei Einwirkung von hoher Luftfeuchte. im Außenbereich ist daher nicht zu empfehlen. This structural adhesive not according to the invention cures reliably within 24 hours even at a temperature of -18 ° C. The structural bonding of beech wood substrates did not allow classification as "water-resistant" according to D3 or D4 in the water resistance test according to DIN EN 204: 2016. An application in Indoor areas with frequent short-term or long-lasting effects of draining water or condensation and / or use when exposed to high humidity. outdoors is therefore not recommended.
Tabelle 1: Vergleich klebtechnischer Daten
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Table 1: Comparison of technical adhesive data
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Figure imgf000030_0001
Beispiel 7: Example 7:
Nicht erfindungsgemäßes Vergleichsbeispiel: Comparative example not according to the invention:
Mit einem handelsüblichen Zweikomponenten-Polyurethan-Klebstoff 'Easy-Mix PU-90, Polyurethan-Klebstoff der Fa. Weicon GmbH, Münster wurden V2A-Prüfkörper gemäß den vorstehend gemachten Angaben verklebt. Dieser Klebstoff besitzt eine Korrekturzeit von 70 sec bei 23°C und eine Montagefestigkeit von 9 Minuten. Das Verhältnis von Korrekturzeit zur Montagefestigkeit ist somit erheblich ungünstiger. V2A test specimens were bonded using a commercially available two-component polyurethane adhesive 'Easy-Mix PU-90, polyurethane adhesive from Weicon GmbH, Münster, in accordance with the information given above. This adhesive has a correction time of 70 seconds at 23 ° C and an assembly strength of 9 minutes. The ratio of correction time to assembly strength is therefore considerably less favorable.
Bei einem Klebversuch bei einer Temperatur von 0°C härtete dieser Klebstoff nicht mehr aus. In an attempt to bond at a temperature of 0 ° C, this adhesive no longer cured.
Beispiel 8: Example 8:
Nicht erfindungsgemäßes Vergleichsbeispiel (analog WO 2009-07/003596) Comparative example not according to the invention (analogous to WO 2009-07 / 003596)
166 g des Prepolymers aus Beispiel A1 der WO 2009-07/003596 wurden mit 23,4 g des Polyasparaginsäureesters N3) in einem Kunststoffbecher innig verrührt. Die Mischung hatte eine Verarbeitungszeit von 5 Minuten bei 23°C. Mit der frischen Mischung wurden V2A- Prüfkörper gemäß den vorstehend gemachten Angaben ohne Spalt und mit einer Spaltbreite von 1 mm verklebt. Dieser Klebstoff besitzt eine Korrekturzeit von 300 sec bei 23°C, und eine Montagefestigkeit von 50 Minuten. Die Bestimmung der Zugscherfestigkeit erfolgte mit Hilfe einer Zugprüfmaschine nach einer Zeit von 48 Stunden. Die Zugfestigkeiten wurden als Mittelwert, gemessen an jeweils drei Prüfkörpern bestimmt mit: 166 g of the prepolymer from Example A1 of WO 2009-07 / 003596 were intimately mixed with 23.4 g of the polyaspartic acid ester N3) in a plastic beaker. The mixture had a processing time of 5 minutes at 23 ° C. V2A test specimens were glued to the fresh mixture according to the information given above without a gap and with a gap width of 1 mm. This adhesive has a correction time of 300 seconds at 23 ° C. and an assembly strength of 50 minutes. The tensile shear strength was determined with the aid of a tensile testing machine after a period of 48 hours. The tensile strengths were determined as a mean value, measured on three test specimens each with:
2,9 MPa (ohne Spalt) 2.9 MPa (without gap)
2,7 MPa (1mm Spaltbreite) 2.7 MPa (1mm gap width)
Dieser weichelastische Klebstoff ist zur Herstellung struktureller Verklebungen ungeeignet. Die folgenden Beispiele illustrieren vorteilhafte Eigenschaften von Mischungen cycloaliphatischer und aliphatischer Polyasparaginsäureesteern: This flexible adhesive is unsuitable for the production of structural bonds. The following examples illustrate advantageous properties of mixtures of cycloaliphatic and aliphatic polyaspartic acid esters:
Beispiel 9: Example 9:
Herstellung eines Zweikomponenten-Strukturklebstoffs mit Wasserbeständigkeit D3 (DIN EN 204) (erfindungsgemäß) Production of a two-component structural adhesive with water resistance D3 (DIN EN 204) (according to the invention)
Komponente A [Mischung der Komponenten i1) und i4)] 18 Gew.-% Polyisocyanat i1 ) Component A [mixture of components i1) and i4)] 18 wt .-% polyisocyanate i1)
36 Gew.-% Polyisocyanat i4) 36 wt .-% polyisocyanate i4)
Komponente B [Mischung der Komponenten ii) N3) und iii)] Component B [mixture of components ii) N3) and iii)]
38,5 Gew.-% Polyasparaginsäureester ii1 ) 38.5% by weight polyaspartic acid ester ii1)
4 Gew.-% Polyasparaginsäureester N3) 4% by weight polyaspartic acid ester N3)
3 Gew.-% Hochdisperse Kieselsäure (HDK H18 der Fa. Wacker Chemie AG,3% by weight of highly disperse silica (HDK H18 from Wacker Chemie AG,
Burghausen, [Komponente iii)] Burghausen, [component iii)]
0,5 Gew.-% Polyethylenpolyamin, IPOX EH 2291 , Handelsprodukt der Ipox0.5% by weight of polyethylene polyamine, IPOX EH 2291, commercial product from Ipox
Chemicals DE, Laupheim, [Komponente iii)] Chemicals DE, Laupheim, [component iii)]
Die beiden Komponenten A und B werden in eine 2K-Kartusche - Sulzer Mixpac 2K Klebstoff A System, der Fa. Sulzer Mixpac AG, Haag Schweiz - abgefüllt. Die Applikation erfolgt im Volumenverhältnis 1:1 mittels Statikmischer Sulzer 2K-Mischer MAH 06-21 T der Fa. Sulzer Mixpac AG. The two components A and B are filled into a 2K cartridge - Sulzer Mixpac 2K Adhesive A System, from Sulzer Mixpac AG, Haag Switzerland. It is applied in a volume ratio of 1: 1 using a Sulzer 2K mixer MAH 06-21 T from Sulzer Mixpac AG.
Dieser Strukturklebstoff härtet auch auf restfeuchtem Untergrund innerhalb von 24 Stunden vollständig aus und erhält eine D3-Klassifizierung nach DIN EN 204 und entspricht somit einem wasserfesten Holzstrukturklebstoff. Die Adhäsion auf organischen (Buchenholz) und niederenergetischen Kunststoffen (ABS, PVC) ist besonders hoch und führte in allen Fällen zum Substratversagen. This structural adhesive hardens completely within 24 hours even on a residual moist surface and is given a D3 classification according to DIN EN 204 and thus corresponds to a waterproof wood structural adhesive. The adhesion to organic (beech wood) and low-energy plastics (ABS, PVC) is particularly high and led to substrate failure in all cases.
Verhältnis NCO/NH+OH 1 ,18 NCO / NH + OH ratio 1.18
Verhältnis i) zu ii) + N3) + iii) 1 , 16: 1 , 10 (m/m) Ratio i) to ii) + N3) + iii) 1.16: 1.10 (m / m)
Verhältnis i) zu ii) + N3) + iii) 1 :1 (v/v) Ratio i) to ii) + N3) + iii) 1: 1 (v / v)
Offene Zeit: 5 Minuten Montagefestigkeit: 15 Minuten Shore-D: 65 Open time: 5 minutes. Assembly strength: 15 minutes Shore D: 65
Beispiel 10: Example 10:
Herstellung eines Zweikomponenten-Strukturklebstoffs mit Wasserbeständigkeit D4 (DIN EN 204) (erfindungsgemäß) Production of a two-component structural adhesive with water resistance D4 (DIN EN 204) (according to the invention)
Komponente A Component A
45,5 Gew.-% Polyisocyanat i1) 45.5% by weight polyisocyanate i1)
Komponente B [Mischung der Komponenten ii) N3) und iii)] Component B [mixture of components ii) N3) and iii)]
46,5 Gew.-% Polyasparaginsäureester ii1 ) 46.5% by weight polyaspartic acid ester ii1)
5,3 Gew.-% Polyasparaginsäureester N3) 2,7 Gew.-% Hochdisperse Kieselsäure (HDK H18 der Fa. Wacker Chemie AG, 5.3% by weight polyaspartic acid ester N3) 2.7% by weight of highly disperse silica (HDK H18 from Wacker Chemie AG,
Burghausen [Komponente iii)] Burghausen [component iii)]
Die erwähnten Mengenverhältnisse der Komponenten werden gravimetrisch in einem Plastikbecher zusammengegeben und mit Hilfe eines Glasstabes für 30 Sekunden innig miteinander vermischt, bevor sie auf die jeweiligen Substrate aufgetragen werden. The mentioned proportions of the components are combined gravimetrically in a plastic beaker and intimately mixed with one another for 30 seconds with the aid of a glass rod before they are applied to the respective substrates.
Dieser Strukturklebstoff härtet auch auf restfeuchtem Untergrund innerhalb von 24 Stunden vollständig aus und erhält eine D4-Klassifizierung nach DIN EN 204 und entspricht somit einem kochwasserfesten Holzstrukturklebstoff. This structural adhesive hardens completely within 24 hours, even on a residual damp surface, and is given a D4 classification according to DIN EN 204 and thus corresponds to a boiling water-resistant wood structural adhesive.
Verhältnis NCO/NH+OH 1 ,22 NCO / NH + OH ratio 1.22
Verhältnis i) zu ii) + N3) + iii) 1 ,00: 1 ,20 (m/m) Ratio i) to ii) + N3) + iii) 1.00: 1.20 (m / m)
Verhältnis i) zu ii) + N3) + iii) 1 ,00: 1,13 (v/v) Ratio i) to ii) + N3) + iii) 1.00: 1.13 (v / v)
Offene Zeit: 2:30 Minuten Montagefestigkeit: 17 Minuten Shore-D: 80 Open time: 2:30 minutes. Assembly strength: 17 minutes Shore D: 80
Beispiel 11: Example 11:
Herstellung eines Zweikomponenten-Strukturklebstoffs mit Wasserbeständigkeit D4 (DIN EN 204) (erfindungsgemäß) Production of a two-component structural adhesive with water resistance D4 (DIN EN 204) (according to the invention)
Komponente A Component A
45,5 Gew.-% Polyisocyanat i2) 45.5% by weight polyisocyanate i2)
Komponente B [Mischung der Komponenten ii) N3) und iii)] Component B [mixture of components ii) N3) and iii)]
25,9 Gew.-% Polyasparaginsäureester ii1 ) 25.9% by weight polyaspartic acid ester ii1)
25,9 Gew.-% Polyasparaginsäureester N3) 25.9% by weight polyaspartic acid ester N3)
2,7 Gew.-% Hochdisperse Kieselsäure (HDK H18 der Fa. Wacker Chemie AG, 2.7% by weight of highly disperse silica (HDK H18 from Wacker Chemie AG,
Burghausen [Komponente iii)] Burghausen [component iii)]
Die erwähnten Mengenverhältnisse der Komponenten werden gravimetrisch in einem Plastikbecher zusammengegeben und mit Hilfe eines Glasstabes für 30 Sekunden innig miteinander vermischt, bevor sie auf die jeweiligen Substrate aufgetragen werden. The mentioned proportions of the components are combined gravimetrically in a plastic beaker and intimately mixed with one another for 30 seconds with the aid of a glass rod before they are applied to the respective substrates.
Dieser Strukturklebstoff härtet auch auf restfeuchtem Untergrund innerhalb von 24 Stunden vollständig aus und erhält eine D4-Klassifizierung nach DIN EN 204 und entspricht somit einem kochwasserfesten Holzstrukturklebstoff. This structural adhesive hardens completely within 24 hours, even on a residual damp surface, and is given a D4 classification according to DIN EN 204 and thus corresponds to a boiling water-resistant wood structural adhesive.
Verhältnis NCO/NH+OH 1 ,22 NCO / NH + OH ratio 1.22
Verhältnis i) zu ii) + N3) + iii) 1 ,00: 1 ,20 (m/m) Ratio i) to ii) + N3) + iii) 1.00: 1.20 (m / m)
Verhältnis i) zu ii) + N3) + iii) 1 ,00: 1,13 (v/v) Ratio i) to ii) + N3) + iii) 1.00: 1.13 (v / v)
Offene Zeit: 1 Minute Montagefestigkeit: 8 Minuten Shore-D: 80 Beispiel 12: Open time: 1 minute. Assembly strength: 8 minutes Shore D: 80 Example 12:
Herstellung eines Zweikomponenten-Strukturklebstoffs mit Wasserbeständigkeit D3 (DIN EN 204) (erfindungsgemäß) Production of a two-component structural adhesive with water resistance D3 (DIN EN 204) (according to the invention)
Komponente A 52,5 Gew.-% Polyisocyanat i1) Component A 52.5% by weight polyisocyanate i1)
Komponente B [Mischung der Komponenten ii), N3) und iii)] Component B [mixture of components ii), N3) and iii)]
4,2 Gew.-% Polyasparaginsäureester ii2) 4.2% by weight polyaspartic acid ester ii2)
40.4 Gew.-% Polyasparaginsäureester N3) 0,5 Gew.-% Polyethylenpolyamin, IPOX EH 2291 , Handelsprodukt der Ipox Chemicals DE, Laupheim, [Komponente iii)]) 40.4 wt .-% polyaspartic acid ester N3) 0.5 wt .-% polyethylene polyamine, IPOX EH 2291, commercial product of Ipox Chemicals DE, Laupheim, [component iii)])
2.4 Gew.-% Hochdisperse Kieselsäure (HDK H18 der Fa. Wacker Chemie AG, Burghausen [Komponente iii)] 2.4% by weight of highly disperse silica (HDK H18 from Wacker Chemie AG, Burghausen [component iii)]
Die beiden Komponenten A und B werden in eine 2K-Kartusche - Sulzer Mixpac 2K Klebstoff A System, der Fa. Sulzer Mixpac AG, Haag Schweiz - abgefüllt. Die Applikation erfolgt im Volumenverhältnis 1:1 mittels Statikmischer Sulzer 2K-Mischer MAH 06-21 T der Fa. Sulzer Mixpac AG. The two components A and B are filled into a 2K cartridge - Sulzer Mixpac 2K Adhesive A System, from Sulzer Mixpac AG, Haag Switzerland. It is applied in a volume ratio of 1: 1 using a Sulzer 2K mixer MAH 06-21 T from Sulzer Mixpac AG.
Dieser Strukturklebstoff härtet auch auf restfeuchtem Untergrund innerhalb von 24 Stunden vollständig aus und erhält eine D3-Klassifizierung nach DIN EN 204 und entspricht somit einem wasserfesten Holzstrukturklebstoff. This structural adhesive hardens completely within 24 hours even on a residual moist surface and is given a D3 classification according to DIN EN 204 and thus corresponds to a waterproof wood structural adhesive.
Verhältnis NCO/NH+OH 1 ,33 Verhältnis i) zu ii) + N3) + iii) 1 ,00:1 ,10 (m/m) Verhältnis i) zu ii) + N3) + iii) 1 :1 (v/v) Ratio NCO / NH + OH 1.33 Ratio i) to ii) + N3) + iii) 1.00: 1, 10 (m / m) Ratio i) to ii) + N3) + iii) 1: 1 (v / v)
Offene Zeit: 1 Minute Montagefestigkeit: 4 Minuten Shore-D: 80 Open time: 1 minute. Assembly strength: 4 minutes Shore D: 80
Beispiel 13: Example 13:
Herstellung eines Zweikomponenten-Strukturklebstoffs mit Wasserbeständigkeit D3 (DIN EN 204) (erfindungsgemäß) Production of a two-component structural adhesive with water resistance D3 (DIN EN 204) (according to the invention)
Das Beispiel 4 wurde wiederholt mit den gleichen Mengen an Polyisocyanat i3) anstatt Polyisocyanat i1). Example 4 was repeated with the same amounts of polyisocyanate i3) instead of polyisocyanate i1).
Die Klebtechnischen Eigenschaften waren vergleichbar mit denen aus Beispiel 4. The adhesive properties were comparable to those from Example 4.
Verhältnis NCO/NH+OH 1 ,35 NCO / NH + OH ratio 1.35
Verhältnis i) zu ii) + N3) + iii) 1 ,00: 1 ,08 (m/m) Ratio i) to ii) + N3) + iii) 1.00: 1.08 (m / m)
Verhältnis i) zu ii) + N3) + iii) 1 :1 (v/v) Ratio i) to ii) + N3) + iii) 1: 1 (v / v)
Offene Zeit: 30 Sekunden Montagefestigkeit: 2:30 Minuten Shore-D: 80 Beispiel 14: Open time: 30 seconds. Assembly strength: 2:30 minutes Shore D: 80 Example 14:
Herstellung eines Zweikomponenten-Strukturklebstoffs mit Wasserbeständigkeit D3 (DIN EN 204) (erfindungsgemäß) Production of a two-component structural adhesive with water resistance D3 (DIN EN 204) (according to the invention)
Komponente A Component A
51 ,33 Gew.-% Polyisocyanat i1) 51, 33% by weight polyisocyanate i1)
Komponente B [Mischung der Komponenten ii), N3) und iii)] Component B [mixture of components ii), N3) and iii)]
25,31 Gew.-% Polyasparaginsäureester ii2) 12,65 Gew.-% Polyasparaginsäureester N3) 7,30 Gew.-% Estergruppen aufweisendes Polyol iii1) 0,49 Gew.-% Polyethylenpolyamin, IPOX EH 2291 , Handelsprodukt der Ipox Chemicals DE, Laupheim, [Komponente iii)] 25.31% by weight of polyaspartic acid ester ii2) 12.65% by weight of polyaspartic acid ester N3) 7.30% by weight of polyol containing ester groups iii1) 0.49% by weight of polyethylene polyamine, IPOX EH 2291, commercial product from Ipox Chemicals DE , Laupheim, [component iii)]
0,24 Gew.-% Demineralisiertes Wasser, [Komponente iii)] 2,68 Gew.-% Hochdisperse Kieselsäure (HDK H18 der Fa. Wacker Chemie AG, Burghausen [Komponente iii)] 0.24% by weight of demineralized water, [component iii)] 2.68% by weight of highly disperse silica (HDK H18 from Wacker Chemie AG, Burghausen [component iii)]
Die beiden Komponenten A und B werden im Plastikbecher für 30 Sekunden innig vermischt, bevor sie mit einem Glasstab auf die jeweiligen Substrate einseitig aufgetragen wurden. Dieser Strukturklebstoff härtet auch auf restfeuchtem Untergrund innerhalb von 24 Stunden vollständig aus und erhält eine D3-Klassifizierung nach DIN EN 204 und entspricht somit einem wasserfesten Holzstrukturklebstoff. The two components A and B are intimately mixed in the plastic beaker for 30 seconds before they are applied to one side of the respective substrates with a glass rod. This structural adhesive hardens completely within 24 hours even on a residual moist surface and is given a D3 classification according to DIN EN 204 and thus corresponds to a waterproof wood structural adhesive.
Verhältnis NCO/NH+OH 1 ,18 Verhältnis i) zu ii) + N3) + iii) 1 ,00:1 ,05 (m/m) Verhältnis i) zu ii) + N3) + iii) 1 :1 (v/v) Ratio NCO / NH + OH 1.18 Ratio i) to ii) + N3) + iii) 1.00: 1.05 (m / m) Ratio i) to ii) + N3) + iii) 1: 1 (v / v)
Offene Zeit: 60 Sekunden Montagefestigkeit: 3:30 Minuten Shore-D: 65 Open time: 60 seconds. Assembly strength: 3:30 minutes Shore-D: 65
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Claims

Patentansprüche Claims
1. Zweikomponenten-Strukturklebstoff, der zumindest die folgenden Komponenten aufweist: 1. Two-component structural adhesive that has at least the following components:
(i) mindestens ein freie Isocyanatgruppen aufweisendes Polyisocyanat mit einem Gehalt an aliphatisch gebundenen NCO-Gruppen von 14,0 bis 24,0 Gew.-%, welches im Wesentlichen frei ist von Ester- und/oder Ether- und/oder Carbonatgruppen, (i) at least one polyisocyanate containing free isocyanate groups with a content of aliphatically bound NCO groups of 14.0 to 24.0% by weight, which is essentially free of ester and / or ether and / or carbonate groups,
(ii) mindestens einen aminofunktionellen Polyasparaginsäureester der stereochemisch allgemeinen Formel
Figure imgf000038_0001
wobei der Strukturkleber im ausgehärteten Zustand eine Zugscherfestigkeit von mindestens 7 MPa bevorzugt mindestens 10 MPa aufweist, weiter bevorzugt mindestens 12 MPa, wobei die Zugscherfestigkeit gemäß Standard DIN EN 1465:2009-07 zwischen zwei Prüfkörpern aus angerautem V2A Stahl gemessen wird; vorzugsweise: wobei der Strukturkleber zusätzlich zum oben genannten cycloaliphatischen aminofunktionellen Polyasparaginsäureester (ii) zumindest noch einen weiteren aminofunktionellen Polyasparaginsäureester aufweist, nämlich einen aliphatischen aminofunktionellen Polyasparaginsäureester (ii‘) der stereochemisch allgemeinen Formel:
Figure imgf000039_0001
(ii) at least one amino-functional polyaspartic acid ester of the stereochemical general formula
Figure imgf000038_0001
the structural adhesive in the cured state has a tensile shear strength of at least 7 MPa, preferably at least 10 MPa, more preferably at least 12 MPa, the tensile shear strength being measured according to standard DIN EN 1465: 2009-07 between two test specimens made of roughened V2A steel; preferably: the structural adhesive, in addition to the above-mentioned cycloaliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii), also has at least one further amino-functional polyaspartic acid ester, namely an aliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii ') of the stereochemical general formula:
Figure imgf000039_0001
2. Verfahren zum strukturellen Verkleben von gleichen oder unterschiedlichen Substraten mit Zweikomponenten-Strukturklebstoffen, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: 2. A method for the structural bonding of identical or different substrates with two-component structural adhesives, the method comprising at least the following steps:
(1) Bereitstellen eines Zweikomponenten-Strukturklebstoffes, der zumindest die folgenden Komponenten enthält: i) mindestens ein freie Isocyanatgruppen aufweisendes Polyisocyanat mit einem Gehalt an aliphatisch gebundenen NCO-Gruppen von 14,0 bis 24,0 Gew.-%, welches im Wesentlichen frei ist von Ester und/oder Ether- und/oder Carbonatgruppen, (1) Providing a two-component structural adhesive which contains at least the following components: i) at least one polyisocyanate having free isocyanate groups with a content of aliphatically bound NCO groups of 14.0 to 24.0% by weight, which is essentially free is of ester and / or ether and / or carbonate groups,
ii) mindestens einen aminofunktionellen Polyasparaginsäureester (ii) der stereochemisch allgemeinen Formel:
Figure imgf000040_0001
vorzugsweise zumindest noch einen weiteren aminofunktionellen Polyasparaginsäureester auf, nämlich einen aliphatischen aminofunktionellen Polyasparaginsäureester (ii‘) der stereochemisch allgemeinen Formel:
Figure imgf000040_0002
(2) strukturelles Verkleben von zumindest zwei gleichen oder unterschiedlichen Substraten unter Verwendung zumindest des Strukturklebstoffes aus (1);
ii) at least one amino-functional polyaspartic acid ester (ii) of the stereochemical general formula:
Figure imgf000040_0001
preferably at least one further amino-functional polyaspartic acid ester, namely an aliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii ') of the stereochemical general formula:
Figure imgf000040_0002
(2) structural bonding of at least two identical or different substrates using at least the structural adhesive from (1);
(3) Aushärten der zumindest einen Verklebung aus (2), so dass diese im ausgehärteten Zustand eine Zugscherfestigkeit von mindestens 7 MPa bevorzugt mindestens 10 MPa, weiter bevorzugt mindestens 12 MPa aufweist, wobei die Zugscherfestigkeit gemäß Standard DIN EN 1465:2009-07 zwischen zwei Prüfkörpern aus angerautem V2A Stahl gemessen wird. (3) Curing of the at least one bond from (2) so that in the cured state it has a tensile shear strength of at least 7 MPa, preferably at least 10 MPa, more preferably at least 12 MPa, the tensile shear strength according to standard DIN EN 1465: 2009-07 between two test pieces made of roughened V2A steel are measured.
3. Strukturklebstoff gemäß Anspruch 1 oder Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei i) enthält: i) mindestens ein freie Isocyanatgruppen aufweisendes Polyisocyanat auf Basis von Hexamethylendiisocyanat mit einem Gehalt an aliphatisch gebundenen NCO- Gruppen von 17,0 bis 23,5 Gew.-%, welches im Wesentlichen frei ist von Ester und/oder Ether- und/oder Carbonatgruppen. 3. Structural adhesive according to claim 1 or the method according to claim 2, wherein i) contains: i) at least one polyisocyanate containing free isocyanate groups based on hexamethylene diisocyanate with a content of aliphatically bound NCO groups of 17.0 to 23.5% by weight which is essentially free of ester and / or ether and / or carbonate groups.
4. Strukturklebstoff gemäß Anspruch 1 oder Verfahren gemäß Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Strukturklebstoff einen Massenanteil von 35 bis 65 Gew.-% an Komponente (i), einen Massenanteil von 25 bis 65 Gew.-% an Komponente (ii) / (ii‘), und einen Massenanteil von 0 bis 25 Gew.-% an der optionalen Komponente (iii) enthält. 4. Structural adhesive according to claim 1 or the method according to claim 2, characterized in that the structural adhesive has a mass fraction of 35 to 65 wt .-% of component (i), a mass fraction of 25 to 65 wt .-% of component (ii) / ( ii '), and a mass fraction of 0 to 25% by weight of the optional component (iii).
5. Strukturklebstoff gemäß Anspruch 1 oder Verfahren gemäß Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass, falls sowohl cycloaliphatischer aminofunktioneller Polyasparaginsäureester (ii) als auch linear aliphatischer aminofunktioneller Polyasparaginsäureester (ii‘) eingesetzt werden, 10 Gew.-% bis 95 Gew.-% an cycloaliphatischem aminofunktionellem Polyasparaginsäureester (ii) vorliegen, vorzugsweise 20 Gew.-% bis 90 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht an Polyasparaginsäureester (ii) plus (iii‘). 5. Structural adhesive according to claim 1 or the method according to claim 2, characterized in that, if both cycloaliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii) and linear aliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii ') are used, 10% by weight to 95% by weight of cycloaliphatic amino-functional polyaspartic acid ester (ii) are present, preferably 20% by weight to 90% by weight, based in each case on the total weight of polyaspartic acid ester (ii) plus (iii ').
6. Strukturklebstoff gemäß Anspruch 1 oder Verfahren gemäß Anspruch2, wobei i) enthält i) zumindest ein Alkoxysilangruppen-aufweisendes Polyisocyanatgemisch. 6. Structural adhesive according to claim 1 or the method according to claim 2, wherein i) contains i) at least one polyisocyanate mixture containing alkoxysilane groups.
7. Strukturklebstoff oder Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweikomponenten-Strukturklebstoff zumindest eine weitere Komponente iii) enthält, wobei diese weitere Komponente vorzugsweise Wasser enthält oder Wasser ist. 7. Structural adhesive or method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the two-component structural adhesive contains at least one further component iii), this further component preferably containing water or being water.
8. Strukturklebstoff oder Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente iii) aliphatische und/oder cycloaliphatische Polyamine enthält, und/oder: dass die Komponenten iii) zumindest einen Haftvermittler enthält, vorzugsweise zumindest ein funktionelles Silan, und/oder: dass die Komponenten iii) anorganische und/oder organische Flammschutzmittel enthält, und/oder: dass die Komponenten iii) hochdisperse Kieselsäuren enthält, und/oder: dass die Komponenten iii) Polyole enthält. 8. Structural adhesive or method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that component iii) contains aliphatic and / or cycloaliphatic polyamines, and / or: that component iii) contains at least one adhesion promoter, preferably at least one functional silane , and / or: that the components iii) contain inorganic and / or organic flame retardants, and / or: that the components iii) contain highly disperse silicas, and / or: that the components iii) contain polyols.
9. Strukturklebstoff oder Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Komponenten i) einerseits und die Komponenten ii) und gegebenenfalls iii) andererseits im Volumenverhältnis 4:1 bis 1:4 eingesetzt werden oder: dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Komponenten i) und ii), gegebenenfalls enthaltend die Komponente iii) im Volumenverhältnis 2:1 bis 1 :2 eingesetzt werden. 9. Structural adhesive or method according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the two components i) on the one hand and components ii) and optionally iii) on the other hand are used in a volume ratio of 4: 1 to 1: 4 or: characterized that the two components i) and ii), optionally containing component iii), are used in a volume ratio of 2: 1 to 1: 2.
10. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Komponenten in Schritt (2) mithilfe eines 2K-Kartuschensystems mit Statikmischer auf die zwei Substratoberflächen appliziert werden. 10. The method according to one or more of claims 2 to 9, characterized in that the two components in step (2) are applied to the two substrate surfaces using a 2K cartridge system with a static mixer.
11. Substrate, Gegenstände oder Artikel, dadurch gekennzeichnet, dass sie mittels eines Verfahrens und/oder unter Verwendung eines Strukturklebstoffes gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 erhalten und insbesondere konstruktiv verklebt und ausgehärtet werden. 11. Substrates, objects or articles, characterized in that they are obtained by means of a method and / or using a structural adhesive according to one or more of claims 1 to 10 and, in particular, are structurally glued and cured.
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