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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Klebstoff auf der Basis eines Lösungsmittels
mit einem niedrigen Gehalt an flüchtigen
organischen Stoffen (VOC). Insbesondere bezieht sich die Erfindung
auf einen Klebstoff auf der Basis eines Lösungsmittels mit niedrigem
VOC-Gehalt, der befähigt
ist, zwei thermoplastische Materialien miteinander zu verbinden.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen Klebstoff auf der
Basis eines Lösungsmittels
mit niedrigem VOC-Gehalt, der ein Lösungsmittel aufweist, welches
bei einer im Wesentlichen reduzierten Rate verdampft, verglichen
mit solchen Lösungsmitteln
konventioneller Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis
für thermoplastische
Materialien. Zusätzlich
dazu bezieht sich die Erfindung auf einen Klebstoff auf der Basis
eines gering flüchtigen
organischen Lösungsmittels,
das einen Flammpunkt von im Wesentlichen über 100 °F hat, der durch die Testmethode
bestimmt wird, die in ASTM D 3828-87 beschrieben ist. Vorzugsweise umfasst
die Erfindung einen Klebstoff auf der Basis eines Lösungsmittels
mit niedrigem VOC-Gehalt, der verwendet wird, um zwei Objekte oder
Gegenstände
aus chloriertem Polyvinylchlorid (CPVC) zu verbinden. In einer Ausführungsform
der Erfindung ist das bevorzugte Lösungsmittel Naphthalin, das
eine oder mehrere Alkylgruppen und insgesamt 11 bis 14 Kohlenstoffatome
aufweist, und/oder Benzol, das 1 oder mehrere Alkylgruppen und insgesamt
10 bis 14 Kohlenstoffatome aufweist.
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Hintergrund der Erfindung
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Klebstoffe
auf Lösungsmittelbasis
werden seit vielen Jahren in ausgedehntem Maße verwendet, um ein thermoplastisches
Rohr und Verbindungsstücke
zu verbinden. Diese Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis stellen einen
zweckmäßigen Weg
dar, um thermoplastische Materialien relativ leicht und schnell
zu verbinden. Häufig
können
ein thermoplastisches Rohr und Verbindungsstücke, die auf diese Weise verbunden
wurden, sogar am selben Tag getestet werden.
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Im
Allgemeinen umfassen die Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis eine Mischung
von Lösungsmitteln sowie
Harz und andere Additive wie Thixotropiermittel. Der Klebstoff auf
Lösungsmittelbasis
löst die
Oberflächenschicht
des thermoplastischen Materials, auf das er aufgetragen ist, und
verursacht ein Quellen derselben. Das Harz in der Klebstoff-Lösung beschleunigt
das Festwerden der zwei Materialien, die verbunden werden sollen,
es füllt
alle Hohlräume
auf und reduziert die inneren Spannungen. Der Klebstoff härtet durch
Verdampfung. Die primären
Lösungsmittel,
die in konventionellen Klebstoffen auf Lösungsmittelbasis verwendet werden,
schließen
Tetrahydrofuran, Methylethylketon und Cyclohexanon ein. Diese Lösungsmittel
sind sehr flüchtig,
und demgemäß haben
daraus hergestellte Klebstoffe VOC-Gehalte im Bereich von 750–850 g/l,
gemessen durch das Testverfahren 316A des South Coast Air Quality
Management District (SCAQMD).
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Weiterhin
wird vor der Anwendung dieser herkömmlichen Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis
das thermoplastische Material wünschenswerterweise
mit entweder einem Primer wie Tetrahydrofuran oder einem Reiniger
wie Aceton präpariert,
um ein Adhäsionsversagen
zu minimieren. In diesem Reinigungsverfahren werden flüchtigere
organische Verbindungen in die Atmosphäre freigesetzt. Da diese konventionellen
Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis
größtenteils
aus Lösungsmitteln
hergestellt werden, breitet sich zusätzlich dazu das Lösungsmittel
häufig über eine
große
Fläche
aus und tropft während
der Anwendung derselben auf die thermoplastischen Materialien, was
eine zusätzliche
Verflüchtigung
verursacht. Darüber
hinaus haben konventionelle Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis und/oder Primer,
die mit solchen Klebstoffen verwendet werden, niedrige Flammpunkte.
Der niedrige Flammpunkt erfordert spezielle Vorsichtsmaßnahmen
bei der Handhabung und Verpackung, um ein Brennen dieser Klebstoffe
und/oder Primer zu vermeiden. Die Verdampfung von Lösungsmitteln
aus Klebstoffen auf Lösungsmittelbasis
ergibt ein Problem der Luftverunreinigung.
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Das
US Patent Nr. 3,726,826 offenbart eine stabilisierte Klebstoff-Lösung für Polyvinylchlorid.
Die Lösung
umfasst 5–25
Gew.-% eines nachchlorierten Polyvinylchloridharzes in Tetrahydrofuran
und 0,4 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% 1,2-Butylenoxid.
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Das
US Patent Nr. 4,098,719 an Hushebeck beschreibt einen Primer, der
beim Montieren von Polyvinylchlorid (PVC)-Rohr und -Verbindungsstücken oder
PVC-Rohr und -Verbindungsstücken an
Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)-Rohr oder -Verbindungsstücke verwendet
werden soll. Der Primer besteht im Wesentlichen aus 0,5 Gew.-% bis
etwa 2,5 Gew.-% eines nicht weichgemachten Polyvinylchloridharzes,
das in einem Lösungsmittel
gelöst
ist. Das Lösungsmittel
ist eine Mischung aus Tetrahydrofuran und Dimethylformamid.
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Ein
zusätzliches
Beispiel konventioneller Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis kann auch
in der Europäischen
Patentanmeldung 0 489 485 A1 an Texaco Chemical Company gefunden
werden. Diese Anmeldung offenbart ein Verfahren zum Schweißen von
Kunststoffmaterialien. Die Materialien werden durch Anwendung von
Alkylencarbonat in seiner reinen Form oder als Mischung mit einem
Co-Lösungsmittel,
wie aromatische Kohlenwasserstoffe, Ketone, Ester, Ether, Glycolether,
Imidazole, Tetramethylharnstoff, N,N'-Dimethylethylenharnstoff, 1,1,1-Trichlorethan
und N-Methylpyrrolidon, geschweißt.
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Weiterhin
beschreibt das US Patent Nr, 4,910,244 einen lagerstabilen Klebstoff,
der CPVC enthält.
Der Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
umfasst 5–30
Gew.-% CPVC und 95–70
Gew.-% eines organischen Lösungsmittels
sowie einen Stabilisator. Die Mischung stellt eine verbesserte Stabilität bereit,
wenn sie in Zinn-beschichteten
Stahlbehältern
aufbewahrt wird.
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Wie
aus den kurzen Beschreibungen einer Auswahl von Literaturstellen
ersichtlich ist, die konventionelle Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis
beschreiben, haben diese Klebstoffe im Allgemeinen einen geringen Feststoffgehalt.
Aufgrund der hohen Flüchtigkeit
und niedrigen Flammpunkte der Lösungsmittel,
die den Hauptteil des Klebstoffs ausmachen, sind diese Lösungsmittel
wiederum extrem flüchtig
und entflammbar.
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Aufgrund
des heutzutage vorliegenden Umweltbewusstseins sind Gesetze und
Vorschriften erlassen worden, um die Größe des VOC-Gehalts in allen
Materialien einzuschränken,
insbesondere in Klebstoffen auf Lösungsmittelbasis. In Kalifornien
z.B. hat das South Coast Air Quality Management District (SCAQMD)
Verordnungen erlassen, die die VOC-Gehalte von Materialien einschränken, die
zum Verkleben thermoplastischer Materialien verwendet werden. Z.B.
betrugen gemäß Rule 1168
von SCAQMD die VOC-Grenzwerte für
CPVC- und/oder Polyvinylchlorid (PVC)-Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis – wirksam
am 1/1/94 – 450
g/l, gemessen durch SCAQMD 316 A. Die VOC-Grenzwerte für Acrylnitril-Styrol-Butadien (ABS)-Klebstoffe
auf Lösungsmittelbasis
waren 350 g/l, vom 1. Januar 1994, die durch SCAQMD 316 A gemessen
werden. Die weitere Gesetzgebung hat diese Grenzwerte sogar noch
weiter herabgesetzt. Für
in Zukunft vorgeschlagene Gesetzgebungen wird erwartet, dass die
VOC-Grenzwerte von
SCAQMD für
PVC-Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis
250 g/l betragen werden, während
die VOC-Grenzwerte von SCAQMD für
ABS-Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis
bei 350 g/l bleiben werden.
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Verschiedene
Klebstoffe wurden formuliert, die niedrigere VOC-Gehalte aufweisen
als die konventionellen Systeme auf Lösungsmittelbasis. Es wird angenommen,
dass die VOC-Gehalte konventioneller Klebstoffsysteme auf Lösungsmittelbasis
vor 1994 im Allgemeinen 650 g/l, gemessen durch SCAQMD 316 A, betrugen.
Z.B. offenbart die australische Patentanmeldung 86750/91 einen Klebstoff,
umfassend mehr als 80 Gew.-% N-Methyl-2-pyrrolidon, mehr als 0,25
Gew.-% eines Viskositätsveränderers
und mehr als 10 Gew.-% eines Polymers auf Vinylbasis. Der Viskositätsveränderer kann
Siliciumdioxid, ein Verdickungsmittel oder ein Thixotropiermittel
sein. Gleichermaßen
offenbart das US Patent Nr. 4,675,354 eine Leimlösung, umfassend eine Lösung eines
wasserunlöslichen
synthetischen organischen Polymers in einem Lösungsmittel wie N-Methyl-2-pyrrolidon.
Diese Leimlösung
kann bei tropischen Temperaturen ohne Probleme, die sich aus Lösungsmitteldämpfen und
Brandrisiken ergeben, verwendet werden.
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Auch
das US Patent Nr. 4,687,798 offenbart einen Lösemittelkleber, der zum Verbinden
von wasserunlöslichen
Polymeren verwendet wird. Der Lösemittelkleber
umfasst etwa 10–15
Gew.-% eines wasserunlöslichen
Polymers und ein Lösungsmittel.
Das Lösungsmittel
umfasst Ethylacetat und N-Methyl-2-pyrrolidon. Das Ethylacetat reicht
von etwa 3 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-% des Lösungsmittels, wobei der Rest
N-Methyl-2-pyrrolidon ist.
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Zusätzlich dazu
offenbart die europäische
Patentanmeldung 0 547 593 A1 eine Klebstoff-Zusammensetzung mit
niedrigem VOC-Gehalt. Die Zusammensetzung dieser europäischen Patentanmeldung
umfasst eine Mischung von 5 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-% wenigstens
eines wasserunlöslichen
Polymers, etwa 1 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-% anorganischer oder synthetischer,
harzartiger, hohler Mikrokügelchen
und etwa 20 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% wenigstens einer flüchtigen
organischen Flüssigkeit,
die ein Lösungsmittel
für das
wasserunlösliche
Polymer ist.
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Das
US Patent Nr. 5,470,894 an Patel et al. stellt ein zusätzliches
Beispiel eines Klebstoffs auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt dar. Der Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt wird in diesem Patent verwendet, um CPVC-Rohre
zu verbinden. Der Klebstoff umfasst ein Lösungsmittel mit hohem Dampfdruck,
das etwa 15 Gew.-% bis etwa 35 Gew.-% Tetrahydrofuran und 0 bis
etwa 30 Gew.-% Methylethylketon umfasst; ein Lösungsmittel mit niedrigem Dampfdruck,
das etwa 20 Gew.-% bis etwa 45 Gew.-% Cyclohexanon, 0 bis etwa 30
Gew.-% N-Methylpyrrolidon und 0 bis 10 Gew.-% dibasische Ester umfasst.
Patel et al. stellen fest, dass der VOC-Gehalt ihres Klebstoffs
450 g/l oder weniger ist, wobei der Klebstoff die erforderlichen
Leistungsfähigkeitsstandards
wie den hydrostatischen Berstfestigkeitstest und den hydrostatischen
Dauerdruck-Test erfüllt
oder übersteigt.
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Trotzdem
besteht noch eine die Umwelt betreffende Besorgnis bei der Verwendung
irgendwelcher der oben aufgeführten
Klebstoffe. Es gibt jedoch Alternativen zu Klebstoffen auf Lösungsmittelbasis.
Dies sind mechanische, reaktive oder thermische Systeme. Die Verwendung
von mechanischen Verbindungssystemen ist im Allgemeinen sehr kostspielig.
Beispiele mechanischer Verbindungssysteme schließen Acorn Fittings von Hepworth
Building Products, PolyGrip Fittings von Philmac Corporation und
Uncopper Fittings von Genova ein. Thermische Systeme sind unvorhersehbar,
und zwar aufgrund der Schwierigkeit, der durchgängigen Herstellung zweckmäßiger Rohr-Verbindungsstück-Verbindungen.
Beispiele von thermischen Systemen schließen Heißschmelzleime ein, die von
Minnesota Mining and Manufactoring Company erhältlich sind. Diese thermischen
Systeme lassen sich schwierig anwenden und arbeiten weniger gleichmäßig als
Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis.
Ein Beispiel eines reaktiven Systems schließt Epoxy ein. Epoxy ist von
Noble Corporation unter dem Handelsnamen Copper Bond erhältlich.
Andere Beispiele eines Epoxy schließen General Purpose Urethan,
High Shear Strength Urethan und All Purpose Epoxy ein, die alle
von Hardman Corporation erhältlich sind.
Diese reaktiven Systeme sind jedoch problematisch, weil sie lange
Härtungszeiten
und eine schlechte Grünfestigkeit
haben. Ihre Wirksamkeit ist auch temperaturabhängig; bei niedrigen. Temperaturen
haben Epoxy-Materialien sehr lange Härtungszeiten. Weiterhin können Nebenprodukte
von chemischen Reaktionen vorliegen, die für die Festigkeit des Rohrs
schädlich
sein können.
Selbst wenn diese Alternativen existieren, sind sie kostenintensiv,
zeitraubend und mühsam.
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Trotz
einiger der Luftqualitätsprobleme
gibt es Vorteile, wenn man weiterhin die Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis
verwendet, um thermoplastische Materialien zu verbinden. Erstens
lassen sich Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis
leicht anwenden, und viele Arbeiter haben jahrelange Erfahrung bezüglich der
Anwendung dieser Typen von Klebstoffsystemen. Zweitens hat man niedrige
Produktionskosten bei der Herstellung der Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis
sowie eine Langzeit-Haltbarkeit,
sobald die Klebstoffe verwendet werden, um die zwei thermoplastischen
Materialien zu verbinden.
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Weiterhin
können
Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis
vor Ort verwendet werden, um die zwei thermoplastischen Materialien
ohne irgendeine zusätzliche
Gerätschaft
zu verbinden. Viertens härtet
das Klebstoffsystem auf Lösungsmittelbasis
ziemlich schnell und eignet sich somit zum Testen. Zusätzlich dazu
kann eine Technik verwendet werden, um das Lösungsmittel auf alle Rohrgrößen anzuwenden.
Im Allgemeinen kann das Klebstoffsystem auf Lösungsmittelbasis bei jeder
Temperatur im Bereich von 0 °F
bis 120 °F
auf die Verbindungsstelle aufgetragen werden, wenn das Klebstoffsystem
auf Lösungsmittelbasis
den Underwriter's
Laboratories Test 1821 besteht. Die Klebstoffsysteme auf Lösungsmittelbasis
sind in Bezug auf ihre Wirksamkeit auch nicht auf eine chemische
Reaktion angewiesen. Darüber
hinaus kann das Klebstoffsystem auf Lösungsmittelbasis möglicherweise
lange Zeit bei Umgebungstemperaturen gelagert werden. Daher sind
insgesamt die Klebstoffsysteme auf Lösungsmittelbasis im Allgemeinen
praktisch und wirtschaftlich.
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Daher
besteht zur Zeit ein Bedarf an einem Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt, der eine zweckmäßige Gebrauchsfähigkeitsdauer
und Haltbarkeitsdauer aufweist. Weiterhin besteht ein Bedarf an
einem Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt, der die erforderlichen Leistungsfähigkeitskriterien
erfüllt,
die notwendig sind, um zwei thermoplastische Materialien miteinander
zu verbinden. Zusätzlich
dazu besteht ein Bedarf an einem System auf Lösungsmittelbasis mit niedrigem
VOC-Gehalt, das höhere
Flammpunkte als konventionelle Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis und/oder Primer
für einen
Klebstoff aufweist.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung umfasst einen neuen Klebstoff auf Lösungsmittel-Basis
mit niedrigem VOC-Gehalt, umfassend eine Mischung von zwei oder
mehreren flüchtigen
organischen Lösungsmitteln
und ein Harz. Gegebenenfalls kann der neue Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt ein Thixotropiermittel wie Siliciumdioxid
enthalten. Vorzugsweise umfasst der neue Klebstoff auf Lösungsmittelbasis mit
niedrigem VOC-Gehalt etwa 5–20
Gew.-% thermoplastisches Harz, etwa 38–75 Gew.-% substituiertes Naphthalin
und/oder substituierte Benzole mit 1 oder mehreren Alkylgruppen,
etwa 20–40
Gew.-% Dimethyladipat und gegebenenfalls 1,5–2% Siliciumdioxid, bezogen
auf das Gewicht des Klebstoffs auf Lösungsmittelbasis. Am meisten
bevorzugt hat dieser neue Klebstoff auf Lösungsmittelbasis mit niedrigem
VOC-Gehalt einen Flammpunkt von über
100 °F,
der gemäß ASTM D
3828-87 gemessen wurde.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Erfindung einen neuen Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt, der einen Flammpunkt von im Wesentlichen
mehr als 100 °F
hat, gemessen gemäß ASTM D
3828-87. Vorzugsweise umfasst der neue Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt etwa 5–20
Gew.-% thermoplastisches Harz, etwa 38–75 Gew.-% eines alkylsubstituierten
Naphthalins und/oder substituierten Benzols mit 10 bis 14 Kohlenstoffatomen
und etwa 15 oder 20–45% Dimethyladipat,
gegebenenfalls etwa 1,5–2%
Siliciumdioxid und gegebenenfalls etwa 5–10% eines Ketons, das einen
Flammpunkt von mehr als 70 °F
und mehr erwünscht
von über
100 °F hat.
Vorzugsweise ist das Keton entweder 5-Methyl-2-hexanon (Methylisoamylketon)
oder 4-Methyl-2-pentanon (Methylisobutylketon) oder Kombinationen
derselben.
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Der
Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt der vorliegenden Erfindung hat einen VOC-Gehalt
von weniger als 450 g/l, gemessen durch SCAQMD. Vorzugsweise hat
der neue Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt einen VOC-Gehalt von weniger als 350 g/l
und vorzugsweise von weniger als 250 g/l, gemessen durch SCAQMD.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Die
Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt der vorliegenden Erfindung umfassen eine
Mischung von zwei oder mehreren flüchtigen organischen, flüssigen Lösungsmitteln,
die befähigt sind,
bei Umgebungstemperaturen zu verdampfen, sowie ein thermoplastisches
Harz. Weiterhin haben die Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis mit niedrigem
VOC-Gehalt der vorliegenden Erfindung wünschenswerterweise einen Flammpunkt
von mehr als 100 °F,
der durch ASTM D 3828-87 gemessen wird. Andere Bestandteile, die
andere Lösungsmittel,
Füllstoffe,
Thixotropiermittel oder Stabilisatoren einschließen, können zu dem Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt gegeben werden, falls es erwünscht ist.
Die Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt, wie sie hierin in weiteren Einzelheiten
beschrieben werden, haben die folgenden Eigenschaften: eine Viskosität von 500–3000 Centipoise
(cP), eine Grünfestigkeit
von etwa 1–3
Minuten, weniger als 20% Feststoffe im Klebstoff, eine unbestimmte
Gebrauchsfähigkeitsdauer
in nicht reaktionsfähigen
Behältern
und eine variable Härtungszeit.
Die Härtungszeit
kann durch geringe Anpassungen der verwendeten Lösungsmittel-Verhältnisse
für unterschiedliche
Endanwendungsbedürfnisse abgeändert werden.
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Das
erste, zweite und gegebenenfalls weitere Lösungsmittel werden in derartigen
Verhältnissen
vermischt (wie später
in der Beschreibung gelehrt wird), dass der geringe Gehalt an flüchtigen
organischen Stoffen, der durch das Testverfahren 316A des South
Coast Air Quality Management District (SCAQMD) gemessen wird, unter
450 g/l, mehr erwünscht
unter 400 g/l, noch mehr erwünscht
unter 350 g/l oder 300 g/l und vorzugsweise unter 250 g/l liegt.
In einer Ausführungsform
ist der Gesamtgehalt an flüchtigen
organischen Stoffen wünschenswerterweise
etwa 50 g/l oder 100 g/l bis etwa 150, 200 oder 250 g/l. Da die
SCAQMD beabsichtigt, ihre Grenzwerte abzuändern, um die Gew.-% an verflüchtigtem
Aceton aus ihrem berichteten Gehalt an flüchtigen organischen Stoffen
für die
Testmethode 316A auszuschließen,
wird der obige Bereich des Gehalts an flüchtigen organischen Stoffen
so beschrieben, als ob gegebenenfalls der Beitrag irgendwelcher
flüchtigen
organischen Stoffe aufgrund von Aceton in dem Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
ausgeschlossen wird.
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Der
Flammpunkt eines Materials wird als eine der Eigenschaften verwendet,
von der man annimmt, dass sie die Gesamt-Brennbarkeit eines Materials
charakterisiert. Eine Methode, um den Flammpunkt eines Materials
zu bestimmen, ist ASTM D 3828-87, auf die hierin ausdrücklich Bezug
genommen wird. Flammpunkte werden in Sicherheits- und Transportvorschriften
wie CFR §173.120
und §173.150
verwendet, um sowohl entflammbare als auch brennbare Materialien
zu definieren. Diese Vorschriften spezifizieren die Typen von Verpackungen,
die für diese
Materialien notwendig sind. Wenn ein Material einen höheren Flammpunkt
hat, sind seine Verpackungsvorschriften und seine Transportvorschriften
möglicherweise
nicht so streng wie solche, die im Allgemeinen für Lösemittelkleber und/oder Primer
erforderlich sind. Klebstoffe mit einem Flammpunkt von mehr als
100 °F können gemäß den Richtlinien
von U.S. Department of Transportation für die Lagerung und den Versand
in weniger kostspieligen Kunststoffbehältern (z.B. aus Polyolefin)
geeignet sein, während
ein ähnlicher
Klebstoff mit niedrigeren Flammpunkten kostspieligere Metallbehälter benötigt.
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Die
thermoplastischen Harze, die zur Bildung des Klebstoffs auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt der vorliegenden Erfindung verwendet werden
können,
schließen
Folgendes ein: Polyvinylchlorid (PVC), chloriertes Polyvinylchlorid
(CPVC), Poly(acrylnitril-butadien-styrol) (ABS), Polystyrol und
irgendwelche anderen amorphen thermoplastischen Harze, die in der
Mischung der zwei oder mehreren flüchtigen organischen Lösungsmitteln
löslich
sind. Im Allgemeinen ist das Harz, das in dem Klebstoff auf Lösungsmittelbasis der
vorliegenden Erfindung verwendet wird, mit dem Harz identisch, das
zur Herstellung der zu verbindenden thermoplastischen Materialien
verwendet wird. Vorzugsweise ist das Harz entweder CPVC, PVC oder
ABS. Die Menge an thermoplastischem Harz, die zu dem Klebstoff auf
Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt gegeben wird, reicht wünschenswerterweise von etwa
5 Gew.-% bis etwa 15 oder 20 Gew.-% und mehr bevorzugt von etwa
10 Gew.-% bis etwa 13,5 oder 15 Gew.-%. Beispiele möglicher
ABS-Harze, die verwendet werden sollen, schließen die Cycolac ABS Harze von
GE Plastics und die Lustran ABS Harze von Monsanto ein. Am meisten
bevorzugt ist das in dem Klebstoff auf Lösungsmittelbasis mit niedrigem
VOC-Gehalt verwendete
Harz CPVC.
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Das
CPVC- und/oder PVC-Harz sollte eine logarithmische Viskositätszahl im
Bereich von etwa 0,6 bis etwa 0,96 haben. Vorzugsweise sollten die
Chlorierungsgrade für
die CPVC-Harze von etwa 58 Gew.-% bis etwa 72 Gew.-% reichen. Vorzugsweise
sollte der Chlorierungsgrad für
das PVC-Harz kleiner als 57 Gew.-% sein. Im Allgemeinen ist das
verwendete CPVC-Harz ein CPVC-Harz, wie es in Klasse 23477 von ASTM D1784
definiert ist.
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Die
Molmasse des CPVC-Harzes sollte jedoch nicht unter 0,68 IV (logarithmische
Viskositätszahl)
liegen. Beispiele von geeignetem CPVC, das in der vorliegenden Erfindung
verwendet werden soll, schließen TempRite
674 × 571
und TempRite 677 × 670
CPVC ein, die alle von B.F. Goodrich Company erhältlich sind (TempRite ist ein
eingetragenes Warenzeichen der B.F. Goodrich Company).
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Zusätzlich zu
dem thermoplastischen Harz schließt der Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt der vorliegenden Erfindung eine Mischung
von zwei oder mehreren flüchtigen
organischen, flüssigen
Lösungsmitteln
ein, die bei Umgebungstemperaturen verdampfen können. Das erste organische
Lösungsmittel,
das in der Mischung verwendet wird (die ersten organischen Lösungsmittel,
die in der Mischung verwendet werden), ist ein Lösungsmittel mit niedrigem Dampfdruck.
Alkylsubstituiertes Naphthalin mit einer oder mehreren Alkylgruppen
und insgesamt 11 bis 14 Kohlenstoffatomen und/oder ein oder mehrere
alkylsubstituierte Benzole mit 1 oder mehr Alkylgruppen und insgesamt
10 bis 14 Kohlenstoffatomen sind die am meisten bevorzugten Lösungsmittel
mit niedrigem Dampfdruck. Die bevorzugten Benzole haben 2 oder mehr,
3 oder mehr und 4 oder mehr Alkylgruppen. Das alkylsubstituierte
Naphthalin und das alkylsubstituierte Benzol mit 1 oder mehr Alkylgruppen
sind aus der Erdöldestillation
als isolierbare Fraktionen erhältlich.
Sie sind von Koch Specialty Chemical Group, Corpus Christi, Texas
erhältlich,
und zwar entweder unter einem chemischen Namen, z.B. Methylnaphthalin,
oder als ein spezielles Sure Sol®-Produkt (das hauptsächlich für alkylsubstituierte
Benzole verwendet wird). Sie werden im Allgemeinen als Spezialchemikalien
eingestuft, während
Benzol, Xylol, Toluol, Cumol und Ethylbenzol im Allgemeinen als
Gebrauchschemikalien eingestuft werden. Das erste organische flüssige Lösungsmittel
wird im Allgemeinen in dem neuen Klebstoff in einem Bereich von
etwa 38 Gew.-% bis etwa 70 oder 75 Gew.-% vorgefunden, und mehr
bevorzugt von 38 Gew.-% bis etwa 65 Gew.-%.
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Es
ist wünschenswert,
ein Klebstoff-Produkt mit geringem VOC-Gehalt mit weniger oder keinem
NMP zu formulieren. NMP ist hygroskopisch (absorbiert Feuchtigkeit),
was in dieser Anmeldung unerwünscht
ist. Neben dem Korrodieren von Metallbehältern für den Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
können
die Korrosionsprodukte – Eisenoxide – aus der
absorbierten Feuchtigkeit das PVC oder CPVC dehalogenieren, was
zu einer unerwünschten
Gelierung des aufbewahrten Klebstoffs führt. Ein Gelieren ist der vermutete
Grund des Versagens der Lagerungsstabilität von Klebstoffen auf NMP-Basis
in der Tabelle 6.
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In
einer Ausführungsform
umfasst wenigstens ein Anteil von etwa 38 Gew.-% bis etwa 65, 70
oder 75 Gew.-% des Lösungsmittels
mit niedrigem Dampfdruck, insbesondere von wenigstens 5 Gew.-%,
bezogen auf den Klebstoff auf Lösungsmittelbasis,
dieses eine oder diese mehreren alkylsubstituierten Naphthaline
oder alkylsubstituierten Benzole mit 1 oder mehr Alkylgruppen oder
Kombinationen derselben, mehr erwünscht etwa 20 Gew.-% bis etwa
65, 70 oder 75 Gew.-% des Klebstoffs und vorzugsweise etwa 38 oder
50 Gew.-% bis etwa 65, 70 oder 75 Gew.-%.
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Zusätzliche
andere Lösungsmittel,
die von alkylsubstituiertem Naphthalin und alkylsubstituiertem Benzol
verschieden sind, können
in Mengen von etwa 5 Gew.-% bis etwa 47 Gew.-% vorliegen. Mehr erwünscht liegen
diese anderen Lösungsmittel
zu etwa 15, 20 oder 25 Gew.-% bis etwa 45 oder 47 Gew.-%, bezogen
auf den Klebstoff auf Lösungsmittelbasis,
vor. Diese zusätzlichen
Lösungsmittel
können
ein zweites und gegebenenfalls ein drittes oder weitere Lösungsmittel
einschließen.
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Das
zweite organische flüssige
Lösungsmittel
in dem Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
wird aus der Gruppe ausgewählt,
die Folgendes umfasst: Polycarbonsäuren, die wünschenswerterweise 4 bis 15
Kohlenstoffatome aufweisen, deren Mono-, Dialkylester, die wünschenswerterweise
4 bis 19 Kohlenstoffatome aufweisen, wie Pimelinsäure, Monomethylglutamat,
Monomethylpimelat, Monomethylazelat, Monomethylsebacat, Monoethyladipat,
Dimethylsuccinat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Dimethylpimelat,
Dimethylsuberat und Dimethylazelat, oder Chloride von Polycarbonsäuren mit
wünschenswerterweise
4 bis 15 Kohlenstoffatomen wie Glutarylchlorid, Adipoylchlorid und
Pimeloylchlorid, und Alkylchloride dieser Polycarbonsäuren mit
4 bis 17 Kohlenstoffatomen wie Methyladipoylchlorid und Methylpimeloylchlorid
usw. oder Mischungen derselben. Z.B. können Mischungen von Dimethylglutarat,
Dimethyladipat und Dimethylsuccinat verwendet werden. Ein im Handel
erhältliches
Beispiel einer solchen Mischung ist DBE-9, das von DuPont Chemical
erhältlich
ist. Das am meisten bevorzugte zweite organische Lösungsmittel
ist Dimethyladipat ("DMA"). DMA ist von DuPont Company
unter dem Handelsnamen DBE-6 erhältlich.
Man nimmt an, dass DBE-6 eine Mischung ist, die 98,7% DMA, < 0,5% Dimethylglutamat
und < 0,1% Dimethylsuccinat
umfasst. Es ist erwünscht,
dass die Ester von Polycarbonsäuren
und Alkylalkoholen und/oder Chloride von Polycarbonsäuren in
Mengen von etwa 10 bis etwa 35 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des
Klebstoffs, vorliegen. In anderen Ausführungsformen wird das zweite
organische Lösungsmittel
wünschenswerterweise
im Bereich von etwa 20% bis etwa 45% in dem Lösungsmittelgemisch vorgefunden.
In der am meisten bevorzugten Ausführungsform werden 27% des DMA in
dem Klebstoff auf Lösungsmittelgemisch-Basis
mit niedrigem VOC-Gehalt verwendet.
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Der
Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt kann gegebenenfalls auch andere optionale
Bestandteile einschließen.
Z.B. kann der Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt der vorliegenden Erfindung geringe Mengen
anderer optionale Lösungsmittel
einschließen,
die nicht den VOC-Gehalt des Klebstoffs über 450 g/l anheben und die
mit der Mischung der zwei oder mehreren flüchtigen, flüssigen, organischen Lösungsmittel
mischbar sind. Beispiele möglicher
Lösungsmittel,
die verwendet werden können,
schließen
cyclische oder lineare Ketone, Ester von Monocarbonsäuren und
Alkylalkoholen, halogenierte Lösungsmittel,
Ether und andere Flüssigkeiten
wie Dimethylformamid (DMF) und Dimethylsulfoxid (DMSO) ein.
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Ketone,
die in der vorliegenden Erfindung als zusätzliche Lösungsmittel verwendet werden
können, schließen Aceton,
Methylethylketon (MEK), Methylisoamylketon, Methylisobutylketon,
Isophoron, Cyclohexanon und andere Ketone mit 3 bis 15 Kohlenstoffatomen
ein. Wünschenswerterweise
liegen diese Ketone in Mengen von 15 Gew.-% oder weniger, mehr erwünscht von
etwa 5–10
Gew.-%, bezogen auf den Klebstoff auf Lösungsmittelbasis, vor. Wünschenswerterweise
haben das zusätzliche
oder die zusätzlichen
mehreren Lösungsmittel
und insbesondere die Ketone alle einen Flammpunkt von über 70 °F oder 100 °F. Das wichtige Kriterium
ist, dass alle Ketone, wenn sie als Keton-Mischung vermischt sind,
wünschenswerterweise
einen Flammpunkt über
dem vorgegebenen Wert haben. In einer anderen Ausführungsform
ist die Menge an Lösungsmitteln,
z.B. Ketone mit einem Flammpunkt von weniger als 50 °F, wünschenswerterweise
auf weniger als 5 Gew.-% eingeschränkt.
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Beispiele
von Estern von Monocarbonsäuren
mit 2 bis 15 Kohlenstoffatomen und Alkylalkoholen mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen,
die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schließen Methylacetat,
Ethylacetat (EA), Ethylformiat, Ethylpropionat und Butylacetat ein.
Halogenierte Lösungsmittel,
die verwendet werden können,
schließen
Methylenchlorid, Ethylendichlorid und Trichlorethylen ein. Ein von
Ethylcellulose abgeleiteter Ether ist ein Beispiel eines möglichen
Ethers mit 3 bis 15 Kohlenstoffatomen, der als zusätzliches Lösungsmittel
zugegeben werden kann. Andere mögliche
Flüssigkeiten,
die als zusätzliche
Lösungsmittel
verwendet werden können,
schließen
Tetrahydrofuran und irgendein anderes Lösungsmittel mit hohem Dampfdruck
ein, mit der Maßgabe,
dass die anderen Kriterien, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, der
Grünfestigkeit
und der erwünschten
Flammpunkte, die oben aufgeführt
wurden, erfüllt
werden. Im Allgemeinen werden diese anderen Flüssigkeiten zugegeben, um schnellere
Härtungszeiten
oder eine schnellere Verflüchtigung
zu erhalten.
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Füllstoffe,
die in der Technik bekannt sind, oder irgendwelche anderen Materialien,
die als inerte Füllstoffe
fungieren können,
können
in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispiele von Füllstoffen, die
gegebenenfalls in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schließen Hohlkügelchen
(Glas oder Keramik), Polymere, Glaskügelchen, Magnesiumsilicat,
Magnesiumoxid, Füllstoff
aus zermahlenen Schalen, Aluminiumoxid, Talkum, Bariumsulfat, Calciumcarbonat
und andere feine Pulver ein. Diese Füllstoffe werden im Allgemeinen
in einer Menge von etwa 0,05–20
Gew.-% zu der Zusammensetzung gegeben. Füllstoffe können zugegeben werden, um die
Kosten zu senken, die Viskosität
beizubehalten oder den VOC-Gehalt geringfügig zu reduzieren. Bevorzugte
Füllstoffe
schließen
Polymere und Calciumcarbonat ein.
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Der
Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt kann gegebenenfalls auch Thixotropiermittel
in der Zusammensetzung einschließen. Beispiele möglicher
Thixotropiermittel, die verwendet werden können, schließen Folgendes
ein: Quarzstaub, ausgefälltes
Siliciumdioxid, Bentonit-Ton, gemahlenen Quarz, Glimmer, Ethylcellulose,
hydriertes Rizinusöl,
organisch modifizierten Ton, andere Verdickungsmittel und Viskositätsverbesserer.
Bevorzugte Thixotropiermittel schließen Quarzstaub ein. Im Allgemeinen
liegt die verwendete Menge an Thixotropiermittel, falls überhaupt
eines verwendet wird, im Bereich von etwa 1% bis etwa 3%, mehr erwünscht von
etwa 1,5 Gew.-% bis etwa 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Klebstoffs auf
Lösungsmittelbasis.
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Weiterhin
können
Pigmente, Farbstoffe, Dispersionen oder Färbemittel zu dem Klebstoff
auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt gegeben werden. Beispiele möglicher
Pigmente, die verwendet werden können,
schließen
Titanoxid, Calciumcarbonat oder Ruß ein. Die verwendete Pigmentmenge
liegt im Allgemeinen im Bereich von 0,05% bis etwa 5,0 Gew.-%, bezogen
auf das Gewicht des Klebstoffs auf Lösungsmittelbasis.
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Der
Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt kann andere Additive einschließen. Diese
schließen
irgendwelche Additive ein, die dem Fachmann bekannt sind. Geeignete
Additive schließen z.B.
Folgendes ein: verschiedene Stabilisatoren, Antioxidationsmittel,
elektrostatisch entlastende Mittel, Rauchverzögerer, Feuchtigkeitsfänger und
Säurefänger, ohne
aber auf dieselben beschränkt
zu sein. Da verschiedene Additive in zahllosen Variationen kombiniert
werden können,
kann die Gesamtmenge an Additiv von Anwendung zu Anwendung variieren.
Eine Optimierung der speziellen Additiv-Zusammensetzung kann durch den
Fachmann leicht bestimmt werden. Im Allgemeinen werden etwa 0,5%
bis etwa 1,0 Gew.-% an Additiven zugegeben, bezogen auf das Gewicht
des Klebstoffs auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt.
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Die
Bestandteile für
den Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt
können
in jeder zweckmäßigen Weise
kombiniert werden. Z.B. können
alle Bestandteile durch Mischeinrichtungen wie einen Mischer gleichmäßig zusammen
vermischt werden. Vorzugsweise werden zuerst die zwei Lösungsmittel
miteinander vermischt. Es ist keine spezielle Sequenz oder Reihenfolge
notwendig. Das thermoplastische Harz und das Thixotropiermittel
werden dann zu dem Lösungsmittelgemisch
gegeben; keine spezielle Reihenfolge ist notwendig. Ein Rührmischer
wie Grenier Mixer, Modell 3002, mit schnellem Rühren wird verwendet, um die Feststoffe
in dem Lösungsmittel
schnell zu lösen.
Der Mischer wird etwa 10–15
Minuten lang auf 400–500 U/min
eingestellt. Die Mischung kann dann auf einem sich langsamer bewegenden
Walzenmischer angeordnet werden, um die Zusammensetzung gleichmäßig zu vermischen.
Ein Beispiel eines möglichen
Walzenmischers, der verwendet werden kann, ist Paul O. Abbe Ball
Mill. Die Mischung wurde eine Stunde bei 160 U/min in diese Kugelmühle gegeben.
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Der
Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt kann durch irgendein Auftragsverfahren
auf die zwei Gegenstände
aus thermoplastischen Materialien, die verbunden werden sollen,
aufgetragen werden. Obwohl es nicht notwendig ist, werden vor dem
Auftragen des Klebstoffs auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt der Erfindung die Oberflächen der
zu verbindenden Gegenstände
mit einer Bürste
oder einem Tuch, das (die) Aceton oder ein anderes Lösungsmittel
enthält,
in der Nähe
des Punktes des erwünschten
Verklebens leicht abgewischt. Der Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt kann durch jedes in der Technik bekannte
Verfahren aufgetragen werden. Vorzugsweise wird der Klebstoff auf
Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt durch eine Schmierbürste auf die zwei Oberflächen der
Gegenstände aus
den thermoplastischen Materialien aufgetragen, und zwar in der Nähe des Bereichs
des erwünschten
Verbindens. Eine gleichmäßige Klebstoffschicht
wird auf den zwei Oberflächen
angeordnet. Im Allgemeinen wird eine Schichtdicke von etwa ½ mil bis
1 mil (0,01 mm–0,025
mm) auf den beiden Oberflächen
angeordnet. Dann können
die Klebestellen vereinigt, härten
gelassen und dann getestet werden.
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Es
gibt viele Anwendungen für
die Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt der vorliegenden Erfindung. Z.B. kann der
Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt verwendet werden, um ein thermoplastisches
Rohr und Verbindungsstücke
bei verschiedenen Anwendungen zu verkleben, wie Sanitärinstallationssystemen,
Kalt- und Warmwasser-Verteilungssystemen,
Sprinklersystemen, Mineralquellen, Feuer-Sprinklersystemen, Drainage-,
Abfall und Belüftungsanwendungen.
Der Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt ist für
alle anderen thermoplastischen Materialien brauchbar, die verklebt
werden können.
Bevorzugte thermoplastische Rohrmaterialien sind CPVC, PVC, ABS
und Polystyrol. Obwohl der Klebstoff auf Lösungsmittelbasis als ein Einkomponenten-Klebstoff
formuliert wird, d.h. eine Primer- oder eine Lösungsmittel-Vorbehandlung nicht
notwendig sind, können
Primer- oder Lösungsmittel-Vorbehandlungen,
z.B. eine Acetonreinigung eines ABS-Rohres, die Leistungsfähigkeit
in einigen Tests verbessern. Typischerweise kann das Einschließen eines
kleinen Teils an Vorbehandlungslösungsmitteln,
die für
jeden Rohrtyp empfohlen werden – z.B.
Aceton für
ABS –,
in dem Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
die Leistungsfähigkeit
des Klebstoffs selbst verbessern. Die folgenden nicht einschränkenden
Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung
in ausführlicherer
Weise.
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Beispiele
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In
den folgenden Vergleichsbeispielen in den Tabellen 1 bis 5 wurde
ein Klebstoff auf NMP-Basis mit niedrigem VOC-Gehalt formuliert.
Im Allgemeinen wurde als erster Schritt ein erwünschter VOC-Gehalt des Klebstoffs
auf Lösungsmittel-Basis
bestimmt. Der erwünschte
VOC-Gehalt wird durch Auswahl der zwei Lösungsmittel (sowie zusätzlicher
Lösungsmittel,
falls dieselben verwendet werden) bestimmt. Unter Verwendung von
SCAQMD 316A wurde die VOC-Konstante für jedes der Lösungsmittel,
die in dem Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt
verwendet werden sollen, experimentell bestimmt. Der geschätzte VOC-Gehalt für den Klebstoff
auf Lösungsmittelbasis
kann dann unter Verwendung der folgenden Gleichung bestimmt werden:
(VOC-Konstante des Lösungsmittels
1 × %
Lösungsmittel
1, bezogen auf die Gesamtmenge an Lösungsmitteln in dem Klebstoff)
+ (VOC-Konstante des Lösungsmittels
2 × %
Lösungsmittel
2 in dem Klebstoff, bezogen auf die Gesamtmenge an Lösungsmitteln)
= geschätzter
VOC-Gehalt des Klebstoffs,
wenn zusätzliche
Lösungsmittel
in der Mischung verwendet werden; eine ähnliche Berechnung wird für das zusätzliche Lösungsmittel
(die zusätzlichen
Lösungsmittel)
durchgeführt
und zur Summe von Lösungsmittel
1 und Lösungsmittel
2 addiert. Sobald diese erwünschte
VOC-Konstante bestimmt wurde, wurde der Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt formuliert, und der VOC-Gehalt wurde unter
Verwendung von SCAQMD 316 A verifiziert. Die Viskosität des Lösemittelklebers
wurde durch die Zugabe von Thixotropiermitteln optimiert. Die Grünfestigkeit
und die Härtungszeit
wurden durch Einstellungen der Lösungsmittel-Verhältnisse
variiert, während
ein erwünschter
VOC-Gehalt und eine erwünschte
Viskosität
immer noch beibehalten wurden.
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Die
Härtungszeit
kann variiert werden, um sie auf Endanwendungs-Bedürfnisse
einzustellen. In den ersten Beispielen (Tabellen 1 bis 5) wurde
die Menge an NMP und Dimethyladipat (DMA) variiert. Die folgenden
Beispiele wurden alle auf den VOC-Gehalt, die Härtungszeit, die Grünfestigkeit
und das schnelle Bersten getestet. Der VOC-Gehalt wird unter Verwendung
des Tests in SCAQMD 316 A gemessen; das schnelle Bersten wird unter
Verwendung von ASTM 1599 gemessen und die Härtungszeit wird unter Verwendung
von Underwriters Laboratories UL 1821 gemessen.
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Die
Grünfestigkeit
wird durch eine Arbeitsweise getestet, in der die Testperson versucht,
Rohr und Verbindungsstück,
die verklebt sind, auseinander zu ziehen oder auseinander zu drehen.
Bei der Durchführung dieser
Arbeitsweise werden der innere Teil des thermoplastischen Verbindungsstücks und
der äußere Teil
des thermoplastischen Rohres (das in das Verbindungsstück hineinpasst)
jeweils mit dem gleichen Klebstoff beschichtet. Nach einer Minute
versucht die Testperson die zwei Stücke auseinander zu ziehen oder
auseinander zu drehen. Im Allgemeinen werden das Rohr und das Verbindungsstück, die
verklebt sind, einem Drehmoment von 6 foot-Ibs. während des
Tests unterzogen. Wenn die zwei Stücke sich nicht trennen lassen,
stellt dies ein "Ja" dar, was bedeutet,
dass der Versuch wiederholt wird, bis ein "Nein" erhalten
wird. Jedes Mal, wenn der Versuch wiederholt wird, wird eine zusätzliche
Minute zu der vorhergehenden Zeit addiert. Die Zeitspanne, nach
der ein "Nein" erreicht wird, gibt
die Grünfestigkeit
an. Die Formulierungen sowie die Ergebnisse sind in der Tabelle
1 aufgeführt.
Das Rohr, das zur Bildung der Daten in den Tabellen verwendet wird,
war – falls
nichts Anderweitiges vorgegeben ist – SDR-11, auch als 3/4 inch
Rohr bekannt, das einen Außendurchmesser
von 0,875–0,878
inch und eine Wanddicke von 0,080–0,100 inch aufweist.
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Beispiele
von kommerziellen Lösemittelklebern,
mit denen die vorliegende Erfindung verglichen wird und die der
vorliegenden Erfindung gegenübergestellt
werden, schließen
Folgendes ein: Orange Lo V.O.C. Medium Bodied CPVC Cement (eine
Stufe) und Zweistufen-Lösemittelkleber,
die von Oatey erhältlich
sind; sowie den Weld-On CPVC 2714TM Orange
Heavy Bodied Cement (eine Stufe) und die Zweistufen-Lösemittelkleber
von IPS. Im Allgemeinen haben die kommerziellen Einstufen-Lösemittelkleber
einen VOC-Gehalt von etwa 450 g/l, während die Zweistufen-Lösemittelkleber
einen VOC-Gehalt von mehr als 650 g/l aufweisen.
-
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Die
Beispiele 1 bis 4 in der Tabelle 1 zeigen, dass Klebstoff-Formulierungen
auf Lösungsmittelbasis mit
einem DMA/NMP-Verhältnis
von 0,31 bis 1,125 einen niedrigeren VOC-Gehalt haben als Standardlösemittelkleber-Formulierungen.
Die Beispiele 3 und 4 wären
aufgrund der hohen Viskosität
für eine
kommerzielle Anwendung unannehmbar, obwohl sie als Klebstoff noch
effektiv sind.
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Die
Beispiele 5 bis 24 in der Tabelle 2 erläutern, dass die Klebstoffe
auf Lösungsmittelbasis,
die ein DMA/NMP-Verhältnis
von 0,3 bis 1,3 haben und entweder ein drittes Neben-Lösungsmittel
oder eine Kombination von Lösungsmitteln
aufweisen, die (das) einen geringen Anteil (≤ 10%) der Gesamtformulierung
ausmacht, einen VOC-Gehalt von weniger als 400 g/l haben und genau
so gut arbeiten wie bestehende kommerzielle Klebstoffsysteme auf
Lösungsmittelbasis,
die einen VOC-Gehalt
von 450 g/l oder mehr haben.
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In
diesen Beispielen sind die VOC-Gehalte alle unter 300 g/l und die
Bindefestigkeit übersteigt
alle aufgeführten
Kriterien. Die Formulierungen 15, 16, 17 und 18 wären aufgrund
der hohen Viskosität
kommerziell nicht anwendbar, obwohl sie als Klebstoffe noch wirksam
sind.
-
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Die
Beispiele 25 bis 32 in der Tabelle 3 erläutern, dass Klebstoffe auf
Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt, die ein DMA/NMP-Verhältnis von 0,3 haben und ein
drittes Neben-Lösungsmittel
aufweisen, das weniger als ≤ 10%
der Gesamtformulierung ausmacht, einen geringeren VOC-Gehalt haben,
und die Formulierung genau so gut arbeitet wie bestehende kommerzielle
Klebstoffsysteme auf Lösungsmittelbasis.
Wenn weiterhin ein CPVC-Harz mit niedrigerer Molmasse (z.B. TempriteTM 677 × 670
CPVC) in der Formulierung verwendet wird, kann die Viskosität verbessert
werden, und der Klebstoff kann besser arbeiten als bestehende Klebstoffe
auf Lösungsmittelbasis.
-
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Die
Beispiele 33 bis 43 erläutern,
dass Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis,
die ein DMA/NMP-Verhältnis von
0,54 bis 0,97 haben und MEK (2-Butanon) als Nebenkomponente mit
einem Gehalt von weniger als 10% der Gesamtformulierung aufweisen,
einen geringeren VOC-Gehalt haben als kommerzielle Klebstoffsysteme auf
Lösungsmittelbasis
(mit einem VOC-Gehalt von 450 g/l oder mehr) und genau so gut arbeiten
wie diese kommerziellen Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis.
-
Weiterhin
erläutert
das Beispiel 38, dass ein Klebstoff auf Lösungsmittelbasis, der ein DMA/NMP-Verhältnis von
weniger als 0,55 hat und MEK (2-Butanon) als Nebenkomponente mit
einem Gehalt von weniger als 8% der Gesamtformulierung aufweist,
einen VOC-Gehalt von 201 g/l hat und genau so gut arbeitet wie konventionelle
Klebstoffe auf Lösungsmittelbasis.
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Im
nächsten
Beispiel – Vergleichsbeispiel
44 – wurden
die folgenden Komponenten verwendet:
50% NMP
30% DBE-6
(DMA)
5% Butanon (MEK)
13% TempRite 674 × 571 CPVC-Harz
2%
Siliciumdioxid Eigenschaften
-
Der
VOC-Gehalt des Klebstoffsystems auf Lösungsmittelbasis wurde unter
Verwendung von SCAQMD 316 A gemessen; das schnelle Bersten wurde
unter Verwendung von ASTM D-1599 gemessen. Die folgenden Eigenschaften
wurden erhalten:
Hydrostatischer Langzeit-Dauerdruck bei erhöhter Temperatur
(150 °F,
Rohrdruck: 370 psi, minimale Zeitspanne : 1000 Stunden) – ASTM D-2837
1'' Anordnung, 1158 Stunden ohne Versagen
3'' Anordnung, 1315 Stunden ohne Versagen
Viskosität (Brookfield):
2792 cP (Brookfield-Viskosimeter-Spindel 5 bei 100 U/min)
Grünfestigkeit:
2 min
Überlappungsscheren:
148 – UL
1821 Härtungszeiten:
bei
73 °F | 7
min |
bei
28 °F | 20
min |
bei
0 °F (mit
Aceton-Reinigung) | 45
min |
Spannungsriss-Neigung
nach 20 Stunden wird
eine Trübung
der Platte festgestellt.
nach 202 Stunden wird ein Quellen
an den Rändern
der Platte festgestellt.
der Test wurde unterbrochen
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Die
Spannungsriss-Neigung der oben aufgeführten Proben wird auf folgende
Weise gemessen. Proben einer Größe von 7
cm × 3
mm × 1,25
cm werden aus formgepressten Platten hergestellt. Diese Proben werden
in eine Test-Fixiervorrichtung eingeführt, wie sie in der 1 des Artikels "Stress Cracking Of Rigid Polyvinyl Chloride
by Platicizer Migration",
Journal of Vinyl Technology, Dezember 1984, Band 6, Nr. 4 beschrieben
ist. Die Proben werden unter Verwendung eines Arbeitstisch-Schraubstocks
in die Fixiervorrichtung eingeführt.
Die Probe wird an den Rand des Schraubstocks gelegt, wobei sich
etwa die Hälfte
ihrer Breite über die
Ränder
des Schraubstocks erstreckt. Der Schraubstock wird dann verwendet,
um die Probe zu biegen, bis ihre Enden eng genug beisammen sind,
um sie an den Rand der Test-Fixiervorrichtung gleiten zu lassen. Nachdem
die Probe in der Test-Fixiervorrichtung
positioniert ist, wird der Klebstoff auf Lösungsmittelbasis mit niedrigem
VOC-Gehalt unter Verwendung einer medizinischen Tropfvorrichtung
auf die Probe aufgebracht. Die Probe wird regelmäßig von der Chemikalie entfernt,
um auf Anzeichen eines Reißens,
einer Rissbildung oder einer Verfärbung zu prüfen. Das Testen wird durchgeführt, bis
ein Versagen beobachtet wird.
-
In
den folgenden Vergleichsbeispielen war das erste organische flüssige Lösungsmittel
in den Beispielen NMP. Das zweite organische flüssige Lösungsmittel wurde aus der Gruppe
ausgewählt,
die im Wesentlichen aus Pimelinsäure,
Monomethylglutamat, Monomethylpimelat, Monomethylazelat, Monomethylsebacat, Monoethyladipat,
Dimethylsuccinat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Dimethylpimelat,
Dimethylsuberat, Dimethylazelat, Glutarylchlorid, Adipoylchlorid und
Pimeloylchlorid oder Mischungen derselben besteht. Der VOC-Gehalt,
die Grünfestigkeit
und das schnelle Bersten wurden für jede Kombination gemessen,
wie in der Tabelle 5 beschrieben ist. Tabelle
5
-
Die
Daten in der Tabelle 5 zeigen, dass, wenn NMP in Kombination mit
einem der aufgeführten
zweiten organischen flüssigen
Lösungsmittel
verwendet wird, eine Klebstoff-Zusammensetzung mit zweckmäßigen Eigenschaften
erhalten wird.
-
Die
nachstehend aufgeführten
drei Vergleichsbeispiele betreffen die Messung des Flammpunkts des Klebstoffs
auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt. Der Flammpunkt der Zusammensetzungen wurde
mit dem Erdco Rapid Tester, Modell RT-1 gemäß ASTM D 3828-87 gemessen.
Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten.
-
Zusammensetzung A
-
- 13,5% TempRite 674 × 571 CPVC Harz
- 1,5% Siliciumdioxid
- 27% DMA
- 58% NMP
- Flammpunkt: 203 °F
- VOC-Gehalt von 153 g/l, gemessen durch SCAQMD 316A
-
Zusammensetzung B
-
- 13,5% TempRite 674 × 571 CPVC Harz
- 1,5% Siliciumdioxid
- 27% DMA
- 50% NMP
- 8,0% 5-Methyl-2-hexanon (CAS Nr. 110-12-3), erhältlich von
- Aldrich Chemical Co.
- Flammpunkt: 167 °F
- VOC-Gehalt von 240 g/l, gemessen durch SCAQMD 316A
-
Zusammensetzung C
-
- 13,5% TempRite 674 × 571 CPVC Harz
- 1,5% Siliciumdioxid
- 27% DMA
- 50% NMP
- 8,0% 5-Methyl-2-pentanon (CAS Nr. 108-10-1), erhältlich von
- Aldrich Chemical Co.
- Flammpunkt: 131 °F
- VOC-Gehalt von 215 g/l, gemessen durch SCAQMD 316A
-
Im
Gegensatz dazu wurden die Flammpunkte der folgenden kommerziellen
Einstufen- und Zweistufen-Lösemittelkleber
erhalten:
- Standard Oatey Einstufen-Lösemittelkleber
mit niedrigem VOC-Gehalt:
- Fp.: –20 °C oder –4 °F
- Standard Oatey Zweistufen-Lösemittelkleber:
Fp.: –15 °C oder +5 °F
- Unverdünntes
Tetrahydrofuran: –17 °C oder 1 °F
- Unverdünntes
Cyclohexanon: 67 °C
oder 154 °F
- Unverdünntes
MEK (2-Butanon): –3 °C oder 26 °F
-
Die
folgenden Beispiele in der Tabelle 6 erläutern, wie substituierte Naphthaline
mit 11 bis 14 Kohlenstoffatomen und/oder substituierte Benzole mit
10 bis 14 Kohlenstoffatomen anstelle von NMP im Lösemittelkleber
mit niedrigem VOC-Gehalt
verwendet werden können
und gemäß SCAQMD
316 A niedrige VOC-Werte ergeben (z.B. ein so geringer Wert wie
73 g/l) und die physikalischen Eigenschaftstests eines Klebstoffs
auf Lösungsmittelbasis
erfüllen.
Die Beispiele mit 8 Gew.-% MEK haben weniger wünschenswerte Flammpunkte als
die anderen Beispiele, in denen Ketone mit höheren Flammpunkten verwendet
werden. Die Zugabe von Ketonen reduziert häufig die Zeitspanne, die für die Grünfestigkeit
notwendig ist, erhöht
aber den VOC-Gehalt. Der spezielle Ester einer Dicarbonsäure und
von Methylalkohol (DBE-6) könnte
durch andere derartige Ester ersetzt werden – wie in der Tabelle 5 aufgeführt ist
-, mit NMP als primärem
Lösungsmittel.
Das Methylnaphthalin, das im Versuch verwendet wurde, hatte eine
Reinheit von > 95
Gew.-%. Das 55–150
war ein Sure Sol®, das 98 Gew.-% C10-Isomere
des Benzols darstellt, und das SS-150 ND war dem SS-150 ähnlich und
wies einen verarmten Gehalt an Naphthalin auf. Sowohl SS-150 als
auch SS-150 ND sind als Erdöl-Destillatfraktionen von
Koch Specialty Chemical Group in Corpus Christi, Texas erhältlich.
-
-
-
Obwohl
nicht alle der obigen Beispiele der Erfindung im Einzelnen alle
Tests bestehen (z.B. Beispiele 235 und 248 bestanden nicht den vierstündigen hydrostatischen
Bersttest bei 403 psi), lehren die Beispiele als Ganzes und weisen
darauf hin, wie die unzulängliche
Leistungsfähigkeit
zu modifizieren ist, um die erwünschten
Eigenschaften zu erhalten. Beispiel 234 lehrt, dass MIAK anstelle
von MIBK im Beispiel 235 die erwünschte Eigenschaft
erreichen würde.
Beispiel 247 – verglichen
mit Beispiel 248 – lehrt
eine ähnliche
Abänderung.
Andere geringfügige Änderungen
im Lösungsmittelgemisch
(MIAK und MIBK unterscheiden sich nur durch ein Kohlenstoffatom
pro Molekül)
sind vorweggenommen, um auch die mangelhafte Leistungsfähigkeit
zu kompensieren, und somit kann die Gesamtleistungsfähigkeit
durch Routineversuche optimiert werden.
-
Zusammengefasst
wird ein neuer und nicht naheliegender Klebstoff auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt sowie das Verfahren zur Verwendung eines
solchen Klebstoffs auf Lösungsmittelbasis
mit niedrigem VOC-Gehalt
für zwei
thermoplastische Materialien, die miteinander verbunden werden sollen,
beschrieben. Dieser Klebstoff hat wünschenswerterweise einen Flammpunkt
von mehr als 100 °F,
der gemäß ASTM D3828-97
gemessen wird. Obwohl spezielle Ausführungsformen und Beispiele
hierin offenbart werden, sollte es klar sein, dass diese nur der
Erklärung
und Erläuterung
dienen, und die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
Bestimmte Modifikationen, die dem Fachmann geläufig sind, sollen im Bereich
der Erfindung liegen, die durch die folgenden Ansprüche definiert
ist.