DE2607959A1 - Bei sauerstoffausschluss erhaertende klebstoffe und dichtungsmassen - Google Patents
Bei sauerstoffausschluss erhaertende klebstoffe und dichtungsmassenInfo
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Description
Düsseldorf, den 25.Petruar 1976 Henkel&CieGmbH
Henkelstraße 67 Patentabteilung
Dr.SchOe/Bk
Patentanmeldung D 5331
Bei Sauerstoffausschluß erhärtende Klebstoffe und Dichtungsmassen
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind bei Sauerstoffausschluß
erhärtende Klebstoffe oder Dichtungsmittel auf Basis von Gemischen aus gegebenenfalls substituierten Acrylsäureestern und
organischen Peroxiden, insbesondere Hydroperoxiden.
Es ist bekannt, daß Methacrylsäureester oder Acrylsäureester der verschiedensten Alkohole zusammen mit Hydroperoxiden unter
Luftsauerstoffausschluß erhärtende Gemische darstellen, die als Klebstoffe oder Dichtungsmittel verarbeitet iverden können.
Bei Verwendung von (Meth)-acrylsäureestern von cycloaliphatischen Alkoholen werden beachtliche Werte der Zugscherfestigkeit
gemessen,, wie sie beispielsweise bei der Befestigung von Wellen wichtig sind.
Weiterhin ist es für diese sogenannten anaerob härtenden Klebstoffe
von Bedeutung, daß sie auch bei höheren Temperaturen noch feste Verbindungen zwischen den Werkstücken ergeben. Eine
weitere Forderung richtet sich auf eine gute Flexibilität der Klebefuge. Demnach müssen unter Luftsauerstoffausschluß erhärtende
Klebstoffe oder Dichtungsmittel eine Reihe von technologischen Eigenschaften aufweisen, die teilweise schwer miteinander
kombinierbar sind,
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, solche bei Luftsäuerstoffausschluß erhärtende Klebstoffe oder Dichtungs-
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Henkel &Cie GmbH
Blatt 2 zur Patentanmeldung D 53.'1I Patentabteilung
mittel zu finden, die bei Raumtemperatur polymerisieren, d. h. zu einer Klebeschicht bzw. Dichtungsmasse aushärten
und nach kurzer Zeit eine belastbare Verbindung ergeben, auch nichteisenhaltige Materialien, wie Aluminium und Aluminiumlegierung
schnell und fest miteinander verbinden sowie eine gute Wärmsfestigkeit und Flexibilität aufweisen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man als bei Sauerstoffausschluß erhärtende Klebstoffe oder Dichtungsmittel
auf Basis von Methacrylsäure- bzw. Acrylsäureestern und organischen Hydroperoxiden sowie gegebenenfalls
geringen Mengen weiterer polymerisierbarer ungesättigter Ver.rbindungen und üblichen Hilfsstoffen solche verwendet, die als
wesentlichen Bestandteil endständige esterartig gebundene (l-leth )-acrylsäurereste
aufweisende Polycarbonate enthalten. Gute Ergebnisse werden erhalten, wenn man von Polycarbonaten ausgeht,
deren durchschnittliches Molgewicht zwischen etwa 300 und 10000
liegt.
Geeignete Polycarbonate mit endständigen Hydroxylgruppen enthalten
als Diolkomponente beispielsweise Äthylenglykol, Propylenglykol-(1.3),
Butandiol-(lJj), Hexandiol-(1.6), Neopentylglykol,
Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Tetraäthylengkykol, l.k-Dimethylolcyclohexan,
vorzugsweise kurzkettige Diole, wie Butandiol oder Ätherdiole, wie Triäthylenglykol. Als günstig hat
sich erwiesen, od,63-Bishydroxypolycarbonate zu verwenden, die
sich aus mehreren Diolen in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen zusammensetzen, beispielsweise aus Triäthylenglykol und
Neopentylglykol. Die o£,CO -Bishydroxypolycarbonate können nach
den üblichen Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Kondensation der entsprechenden Diole mit Diphenylcarbonat oder
anderen gut zugänglichen Carbonaten.
Die Veresterung bzw. Umesterung dieser οί,Ού-Bishydroxypolycarbonate
mit Methyl(meth)acrylat in Gegenwart von sauren Katalysatoren wie Kationenaustauschern wird durch azeotropes Abdestillieren
des freiwerdenden Methanols mit Methyl(meth)acrylat durchge-
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Blatt 3 zur Patentanmeldung D 53Jl Patentabteilung
führt. Die so erhaltenen o£,W-Di(meth)acrylate von Polycarbonaten
sind flüssige Substanzen und in Anwesenheit von Sauerstoff bei
niederen Temperaturen lagerstabil.
Die wie vorstehend beschrieben erhältlichen Verbindungen, hier kürz als Polycarbonat-DiCmettOacrylester bezeichnet, lassen sich
anhand physikalischer Meßmethoden charakterisieren. Es sind farblose oder gelbgefärbte zähviskose Substanzen. .
Die erfindungsgemäßen Klebstoffe bzw. Dichtungsmassen können bis zu 90 Gewichtsprozent, bezogen auf die polymerisierbaren
Anteile,der genannten Polycarbonat-Dimethacrylester enthalten. Nach einer bevorzugten Ausführungsform enthalten sie zusätzlich
10 bis ho Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge
an polymerisierbaren Anteilen, cycloaliphatische bzw. aliphatische gegebenenfalls noch freie OH-Gruppen aufweisende Methacrylsäureester.
Hier kommen in Betracht Monomethacrylate, wie Tetrahydrofurfurylmethacrylat, 5.6-Dihydrodicyclopentadienylmethacrylat,
Cyclohexylmethacrylat, Äthylhexylmethacrylat, Hydroxyäthylmethacrylat, Hydroxypropylmethacrylat oder Dimethacrylate,
wie Äthylenglykoldimethacrylat, Triäthylenglykoldimethacrylat, Polyäthylenglykoldimethacrylat. Nach einer günstigen
Ausführungsform bestehen die erfindungsgemäßen Klebstoffe bzw. Dichtungsmittel aus Mischungen von 70 - 80 % des sogn. Dimethacrylesters
und 20 - 30 % Monomethacrylaten. Günstig auf die Eigenschaften der Klebeverbindung wirkt sich auch ein Zusatz
von freie polymerisierbar Doppelbindungen enthaltende Carbonsäuren
wie Methacrylsäure bzw. Acrylsäure in einer Menge von 0,1 bis 5 % der polymerisierbaren Anteile aus.
Schließlich sollten die erfindungsgemäßen Klebstoffe bzw. Dichtungsmittel
in an sich bekannter Weise noch Peroxide, insbesondere Hydroperoxide, wie Cumolhydroperoxid oder tert.-Butylhydroperoxid
enthalten. Sie werden meist in Mengen von 1 bis 10 %, bezogen
auf polymerisierbare Anteile, zugesetzt. Ferner enthalten die Klebstoffe und Dichtungsmassen in der konfektionierten Form
Stabilisatoren, Inhibitoren und Beschleuniger. Als Inhibitoren
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Blatt 4 zur Patentanmeldung D 5331 Patentabteilung
eignen sich Chinon oder Hydrochinon in Konzentrationen von '
100 - 1000 ppm, vorzugsweise 200 - 500 ppm. Als Beschleuniger j eignen sich beispielsweise Imidbeschleuniger, wie Benzoesäure- |
sulfimid, insbesondere aber Sulfohydrazidbeschleunlger, wie p-Toluolsulfonsäurehydrazid,
in Kombination mit einem tert.-Amin, vor-; zugsweise N.N-Dimethyl-p-toluidin, und als Stabilisator Peressigsäure.
Beschleuniger und Stabilisator müssen in aufeinander abgestimmten Verhältnissen zugesetzt werden, um optimale Eigenschaften
zu erzielen. Im allgemeinen werden sie in Mengen von 0,05 bis 3 %, bezogen auf den Gesamtgehalt an Methacrylsäureestern, eingesetzt.
Gewünschtenfalls können die Klebstoffe oder Dichtungsmittel Zusätze
an Weichmachern, Verdickungsmittel, wie Polymere auf Basis von Styrol oder Meth(acryl)polymere oder Farbstoffe sowie Pigmente
enthalten.
Die erfindungsgemäßen Klebstoffe oder Dichtungsmassen werden durch einen Mischprozeß der Komponenten bei Raumtemperatur
hergestellt und sind Monate bis Jahre stabil, wenn sie in luftdurchlässigen Gefäßen, wie Polyäthylen-Flaschen, gelagert
werden. Bringt man die Klebstoffe oder Dichtungsmittel zwischen Metalloberflächen, so polymerisieren diese rasch unter Bildung
einer festen Verbindung. I
Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Klebstoffe oder Dichtungsmittel
sind folgende: Zur Aushärtung wird keine erhöhte Tempe- ;
ratur·benötigt, die zu verbindenden Teile sind schon nach '
kurzer Zeit belastbar. Es lassen sich neben eisenhaltigen ; Materialien auch Aluminiumteile mit guter Festigkeit verkleben. S
Die Wärmefestigkeit und Flexibilität der Klebefuge sind hervorragend. Der erfindungsgemäße Klebstoff ist zum Verbinden von Γ
Metallen besonders dann geeignet, wenn hohe Festigkeiten, gute j Wärmestabilität und Flexibilität der Klebefuge gefordert werden.
Die erfindungsgemäßen Klebstoffe und Dichtungsmittel können eingesetzt werden zum Verkleben von Blechen bzw. Metallteilen
aus verschiedenen Materialien, zur Befestigung von Lagerwellen, zum Abdichten von Rohrverbindungen und dergleichen mehr.
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ORIGINAL INSPECTED j
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Blatt 5 zur Patentanmeldung D 5331 Patentabteilung
• ?·
Die gemäß den nachfolgenden Beispielen hergestellten unter Ausschluß von Sauerstoff erhärtenden.Klebstoffe wurden folgenden
Tests unterzogen:
Bei der Stabilitätsprüfung wurde ein 10 cm langes und 10 mm weites
Reagenzglas zu 9/lQ mit der Mischung nach Beispiel 1 bis 6
gefüllt und in ein auf 8o° C gehaltenes Bad eingehängt. Die Zeitspanne vom Einhängen bis zur ersten Gelbildung wurde gemessen.
Alle Proben waren nach 60 Minuten noch gelfrei.
Die Zugscherfestigkeit nach DIN 53283 wurde an gesandstrahlten
einfach überlappten Prüfkörpern aus Stahlblechen (DIN 1541/ST
1203, 100 χ 20 χ 1,5 mm) und Aluminiumblechen (DIN 1783-AlCuMg
2 pl. 100 χ 25 x 1,5 mm)(Überlappungslänge 10 mm) nach 72stündiger
Aushärtung bei Raumtemperatur auf einer Zerreißmaschine (Vorschub 20 mm/min) gemessen.
Die Wärme Stabilität wurde mit Hilfe der Drehkraftmomente an verklebten
Schrauben und Muttern ermittelt. Schrauben (M 10 χ 30 DIN 933-8.8) und Muttern (M 10 DIN 93^-5.6) wurden verklebt und
nach dreitägiger Aushärtung bei Raumtemperatur drei Tage im Trockenschrank bei 150° C gelagert und anschließend in einen
Schraubstock eingespannt und mit einem Drehmomentschlüssel das
Drehkraftmoment bestimmt.
Zur Bestimmung der Flexibilität wurde ein Dreipunkt-Biegetest
durchgeführt: Stahlbleche (DIN 151Jl ST l4O5 100 χ 20 χ 0,88 mm)
wurden einfach überlappend (2 cm ) verklebt und nach 72stündiger Aushärtung bei Raumtemperatur in der Mitte der Überlappung über
einen Dorn (0 10 mm) gebogen, bis Zerreißen eintrat. Der Winkel, bei dem sich die Klebung löste, wurde gemessen; er stellt ein
Maß für die Flexibilität der Klebefuge dar.
Alle Tests wurden 5mal durchgeführt und dann der Mittelwert
der Prüfungsergebnisse angegeben.
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Blatt 5 zur Patentanmeldung D 5 3 31 Patentabteilung
30 g eines oi, co-Bishydroxypolycarbonats, hergestellt aus Diphenylcarbonat
und Triäthylenglykol (Mol-Gew.<v 1*100) s wurden mit 60 g
Methylmethacrylat in Gegenwart von 15 g eines handelsüblichen sauren Kationenaustauschers und 750 mg Hydrochinon durch Abdestillieren
des Methanol-Methylmethacrylat-Azeotrops umgeestert.
Dabei wurde das Reaktionsgemisch bei der Siedetemperatur des Metharylsäuremethylesters gehalten und der Ester nach Abtrennen
von Methanol wieder zugeführt. Der erhaltene Dimethacrylester des Polycarbonats stellt eine farblose viskose Flüssigkeit dar
und ist als Basis für anaerob härtende Klebstoffe geeignet.
Zur Herstellung eines Klebstoffes wurden miteinander gemischt:
60 g Polycarbonat-Dimethacrylester
30 g Polyäthylenglykoldimethacrylat, MG rv 330
1 g p-Toluolsulfcnsäurehydrazid
0,5 g N.N-Dimethyl-p-toluidin
5 g 7O/5ige Lösung von Cumolhydroperoxid in Cumol
0,5 g 40#ige Lösung von Peressigsäure in Essigsäure
3 g Methacrylsäure
Bei Probeverklebungen wurden folgende Durchschnittswerte gefunden:
Zugscherfestigkeit an Stahl: I89 kp/cm
ρ ZugScherfestigkeit an Aluminium: 110 kp/cm
Wärmefestigkeit : I80 kp cm
Flexibilität nach dem Biegetest: 120°
30 g eines ol} to -Bishydroxypolycarbonates, hergestellt aus Diphenylcarbonat
und Triäthylenglykol (Mol-Gew.«v 700), wurden wie
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Blatt 7 zur Patentanmeldung D 537 i Patentabteilung
im Beispiel 1 beschrieben mit Methylmethacrylat umgeestert.
Zur Herstellung eines Klebstoffes wurden miteinander gemischt:
60 g Polycarbonat-Dimethacrylester
30 g Hydroxyäthylmethacrylat
1 g p-Toluolsulfonsäurehydrazid
0,5 g N.N-Dimethyl-p-toluidin
5 g fOfiige Lösung von Cumolhydroperoxid in Cumol
0,5 g 40£ige Lösung von Peressigsäure in Essigsäure
3 g Methacrylsäure
Bei Probeverklebungen wurden folgende Durchschnittswerte gefunden:
Zugscherfestigkeit an Stahl: 207 kp/cm2
ρ Zugscherfestiglceit an Aluminium: 115 kp/cm
Wärmefestigkeit: 200 kp cm
Flexibilität nach dem Biegetest: 120°
30 g eines o^co-Bishydroxypolycarbonates, hergestellt aus Diphenylcarbonat
und einem Gemisch aus Triäthylenglykol und 1.4-Dimethylol-cyclohexan
im Verhältnis 2 : 1 (Mol~Gew.<v 800), wurden wie im Beispiel 1 mit Methylmethacrylat umgeestert.
Zur Herstellung eines Klebstoffes wurden miteinander gemischt:
60 g Polycarbonat-Dimethacrylester
30 g Polyäthylenglykoldimethacrylat, MG^ 330
1 g p-Toluolsulfonsäurehydrazid
0,5 g N.N-Dimethyl-p-toluidin
5 g 70pige Lösung von Cumolhydroperoxid in Cumol
°)5 E 40^'ige Lösung von Peressigsäure in Essigsäure
3 g Methacrylsäure
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Henkel &Cie GmbH
Blatt 8 zur Patentanmeldung D 53Ji - Patentabteilung
Bei Probeverklebungen wurden folgende Durchschnittswerte gefunden
:
Zugscherfestigkeit an Stahl: 193 kp/cm
ρ Zugscherfestigkeit an Aluminium: 105 kp/cm
Wärmefestigkeit: 220 kp cm
Flexibilität nach dem Biegetest: 120°
30 g eines d, W-Bishydroxypolycarbonates, hergestellt aus Diphenylcarbonat
und einem Gemisch aus Triäthylenglykol und Neopentylglykol im Verhältnis 1 : 2 (Mol-Gew.a/5000), wurden wie
im Beispiel 1 mit Methylmethacrylat umgeestert.
Zur Herstellung eines Klebstoffes wurden miteinander gemischt:
70 g Polycarbonat-Dimethacrylester 20 g Ilydroxyäthylmethacrylat 1 g p-Toluolsulfonsäurehydrazid
0,5 g N.M-Dimethyl-p-toluidin
5 g 70$ige Lösung von Cumolhydroperoxid in Cumol 0,5 g 40#ige Lösung von Peressigsäure in Essigsäure
3 g Methacrylsäure
Bei Probeverklebungen wurden folgende Durchschnittswerte gefunden:
Zugscherfestigkeit an Stahl: 187 kp/cm
2 Zugscherfestigkeit an Aluminium: 103 kp/cm
Wärmefestigkeit : 180 kp cm
Flexibilität nach dem■ Biegetest.: 110°
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50 | g |
ho | g |
1 | g |
0,5 | g |
5 | g |
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Blatt 9 zur Patentanmeldung D 5331 Patentabteilung
Beispiel 5 " *6'
30 g eines oi>(&-Bishydroxypolycarbonates, hergestellt aus Diphenylcarbonat
und einem Geraisch aus Triäthylenglykol und Neopentylglykol im Verhältnis 2 : 1 (Mol-Gew.'v» 1000), wurden wie
im Beispiel 1 mit Methylmethacrylat umgeestert.
Zur Herstellung des Klebstoffes wurden miteinander gemischt:
Polycarbonat-Dimethacrylat
Polyäthylenglykoldimethacrylat, MG/v 330 p-Toluolsulfonsäurehydrazid
Polyäthylenglykoldimethacrylat, MG/v 330 p-Toluolsulfonsäurehydrazid
N.N-Dimethyl-p-toluidin
70$ige Lösung von Cumolhydroperoxid in Cumol
0,5 g ^O^ige Lösung von Peressigsäure in Essigsäure
3 g Methacrylsäure
Bei Probeverklebungen wurden folgende Durchschnitts vierte gefunden
:
Zugscherfestigkeit an Stahl: 227 kp/cm2
ρ Zugscherfestigkeit an Aluminium: 122 kp/cm
Wärmefestigkeit: 240 kp cm
Flexibilität nach dem Biegetest: 110°
30 g eines οι,(A-Bishydroxypolycarbonates, hergestellt aus Diphenylcarbonat
und Triäthylenglykol und Neopentylglykol im Verhältnis 1 : 1 (Mol-Gew.AjyooO), wurden wie im Beispiel 1 mit ·
Methylmethacrylat umgeestert.
Zur Herstellung des Klebstoffes wurden miteinander gemischt:
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70 | ε |
20 | g |
1 | E |
Henkel &Cie GmbH
Blatt lOzur Patentanmeldung D 5 37 J- Patentabteilung
Polycarbonat-Dimethacrylat Tetrahydrofurfurylmethacrylat
p-Toluolsulfonsäurehydrasid
0,5 g N.NrDlmethyl-p-toluidin
5 g 70#ige Lösung von Cumolhydroperoxid, in Cumol 0,5 g 40£ige Lösung von Peressigsäure in Essigsäure
3 g Methacrylsäure
Bei Probeverklebungen wurden folgende Durchschnittswerte gefunden:
'p
Zugscherfestigkeit an Stahl: 205 kp/cm
Zugscherfestigkeit an Aluminium: 110 kp/cm
Wärmefestigkeit : 180 kp cm
Flexibilität nach dem Biegetest: 120°
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Claims (3)
1. Bei Sauerstoffausschluß erhärtende Klebstoffe oder Dichtungsmittel,
bestehend aus Methacrylsäure- bzw. Acrylsäureestern und organischen Hydroperoxiden sowie gegebenenfalls geringen
Mengen weiterer polyraerisierbarer ungesättigter Verbindungen und üblichen Hilfsstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß sie
als wesentlichen Bestandteil endständige esterartig gebundene CMeth)acrylsäurereste aufweisende Polycarbonate enthalten.
2. Bei Sauerstoffausschluß erhärtende Klebstoffe oder Dichtungsmittel
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man von Polycarbonaten mit endständigen OH-Gruppen ausgeht, die ein
Mol-Gewicht zwischen etwa 300 und 10.000 aufweisen.
3. Bei Säuerstoffausschluß erhärtende Klebstoffe oder Dichtungsmittel
nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich 10 bis kO Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge
an polymerisierbaren Anteilen, cycloaliphatische bzw. aliphatische gegebenenfalls freie OH-Gruppen aufweisende
(Meth)acrylsäureester enthalten.
1I. Bei Sauerstoffausschluß erhärtende Klebstoffe oder Dichtungsmittel
nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,05 bis 3,0 Gewichtsprozent, bezogen auf den Gesamtgehalt
an Methacrylsäureester, an Peressigsäure enthalten.
709858/6418 original inspected
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