DE2820929C2

DE2820929C2 - Verfahren zum Verkleben vorgeformter Körper mit einer Klebstoffmasse auf Latex-Basis

Info

Publication number: DE2820929C2
Application number: DE2820929A
Authority: DE
Inventors: Roy Sarnia Ontario Clark; Ernest George Pole
Original assignee: Polysar Ltd
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1977-05-13
Filing date: 1978-05-12
Publication date: 1991-03-28
Anticipated expiration: 1998-05-13
Also published as: FR2390487B1; DE2820929A1; FR2390487A1; IT1111448B; CA1084828A; IT7868097A0; US4240860A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkleben eines vorgeformten wasserdampfdurchlässigen Körpers mit einem anderen vorgeformten Körper durch Beschichten der Oberfläche mindestens eines der beiden Körper mit einer praktisch lösungsmittelfreien, aus einem Latex eines kautschukartigen Polymeren gewonnenen Klebstoffmasse auf Wasserbasis, Inkontaktbringen der mit Klebstoff beschichteten Oberfläche mit einer Oberfläche des anderen Körpers und Entfernen des Wassers von der Grenzflächenschicht des Klebstoffs unter Aufrechterhaltung des Kontakts zwischen den beiden Körpern.
Zum Miteinanderverkleben zweier Oberflächen geeignete Massen des verschiedensten Typs sind bereits bekannt. Einige basieren auf Lösungen kautschukartiger Polymere in flüchtigen Lösungsmitteln, während andere auf Dispersionen kautschukartiger Polymere in Wasser basieren, z. B. wäßrige Latices kautschukartiger Polymere sind. Bei Klebstoffen auf Lösungsmittel-Basis ist zwar in der Regel die Entwicklungsgeschwindigkeit der Bindefestigkeit hoch und die Trocknung erfolgt schnell, doch erweist sich das Vorliegen des Lösungsmittels als nachteilig, wegen seiner Giftigkeit und Entflammbarkeit, aus Gründen der Umweltverschmutzung und wegen der hohen Kosten, die aus der Notwendigkeit, das Lösungsmittel zurückzugewinnen, resultieren. Bei Klebstoffen auf der Basis wäßriger Latices ist die Situation gerade umgekehrt und Probleme bezüglich Giftigkeit, Entflammbarkeit, Umweltverschmutzung und Lösungsmittelisolierungskosten bestehen nicht, doch sind die Geschwindigkeit der Bindefestigkeitsentwicklung und die Trocknungsrate unerwünscht langsam.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, mit dessen Hilfe die Entwicklungsgeschwindigkeit der Bindefestigkeit in Klebstoffmassen auf der Basis wäßriger Latices kautschukartiger Polymere wesentlich erhöht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren des Anspruchs 1 gelöst.
Aus der US-PS 39 04 558 ist eine Zusammensetzung auf der Basis eines Latex eines kautschukartigen Polymeren bekannt, wobei der Latex mit einem Emulgator stabilisiert ist, der wasserundurchlässige Verbindungen mit Zink- und Cadmiumionen bildet, wobei die Zusammensetzung ein Ammonium- oder Amingeliermittel für den Latex, eine mit Zinkionen- oder Cadmiumionen-liefernde Verbindung und eine ausreichende Menge an Ammoniak oder einer Ammoniak-liefernden Verbindung, um der Klebstoffmasse einen pH-Wert von über 8 zu verleihen, enthält.
Bei den erfindungsgemäß verwendbaren Latices handelt es sich um solche mit einem basischen pH-Wert, deren kautschukartige Polymerpartikel stabilisiert sind, d. h. in Suspension gehalten werden durch die adsorbierten Ionen eines reaktiven Emulgiermittels, das bei der Umsetzung mit Zink oder Cadmium wasserunlösliche Verbindungen bildet. Beispiele hierfür sind natürlicher Kautschuklatex und synthetische Kautschuklatices, in denen wasserlösliche Alkalimetall- oder Aminsalze von Harzsäuren oder gesättigte oder ungesättigte C₅ bis C₂₀-Carbonsäuren den Hauptanteil des Emulgiersystems bilden, sowie Gemische dieser Latices. Beispiele für derartige Emulgatoren sind Natrium-, Kalium-, Ammonium- und Monomethylaminstearate, -oleate, -plamintate, -laurate, -abietate und Gemische derartiger Emulgatoren. Geeignete kautschukartige Polymere sind z. B. Homopolymere von C₄ bis C₁₀ konjugierten Dienen, z. B. Butadien; 2-Methylbutadien; 2-Chlorobutadien; Pentadien-1,3; 2,3-Dimethylpentadien-1,3; 2,5-Dimethylhexadien-1,5; Cyclopentadien und halogensubstituierte Derivate dieser Verbindungen. Geeignete katuschukartige Polymere sind z. B. auch Copolymere der C₄ bis C₁₀ konjugierten Diene miteinander oder mit einem oder mehreren copolymerisierbaren Monomeren, die eine CH&sub2;=C⇐Gruppe enthalten, z. B. mit Styrol, Acrylonitril, Methacrylonitril, Acrylsäure, Methacrylsäure, Methylmethacrylat, Äthylacrylat, Acrylamid, Acrolein, α- und β-Methylacroleinen, Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, Zimtsäure, Zimtaldehyd, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Isobutylen, Divinylbenzol und Methylvinylketon. Gewünschtenfalls können die katuschukartigen Polymerlatices vermischt sein mit geringen Anteilen von Latices harzartiger Polymere, z. B. Polystyrol, Polyacrylonitril, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polymethylmethacrylat, harzartigen Copolymeren der Monomere dieser harzartigen Polymere und harzartigen Copolymeren dieser Monomere mit anderen copolymerisierbaren Monomeren, z. B. den C₄ bis C₁₀ konjugierten Dienen.
Zur Erzielung bester Ergebnisse erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Ausgangslatices mindestens 15 Gew.-%, vorzugsweise etwa 40 bis 75 Gew.-% Gesamtfeststoffe vor dem Kompoundieren enthalten. Ein nicht-reaktionsfähiger Emulgator kann als Teil des Latex- Stabilisationssystems eingesetzt werden, da dieser jedoch gegebenenfalls die Geliergeschwindigkeit verzögert, kann sich die Verwendung einer größeren Menge an Geliermittel als notwendig erweisen. Ein nicht-reaktionsfähiger Emulgator ist ein solcher, der mit Zink- und Cadmiumionen nicht unter Bildung wasserunlöslicher Verbindungen reagiert. Beispiele für derartige Emulgatoren sind Alkalimetallalkylsulfate, -sulfonate und -sulfosuccinamate, Fettalkoholpolyäther, Alkylenoxid-Alkylphenolkondensate und dergleichen.
Das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Geliersystem besteht aus einem Ammonium- oder Amingeliermittel, einer Zinkionen- oder Cadmiumionen-liefernden Verbindung und Ammoniak oder einer Ammoniak-liefernden Verbindung. Es wird angenommen, daß

1. beim Vermischen dieser beiden Komponenten die Zinkionen- oder Cadmiumionen-liefernde Verbindung durch das Ammonium- oder Aminsalz solubilisiert wird unter Bildung des Metalloxids,
2. die durch Dissoziation des Metallhydroxids freigesetzten Metallionen durch den freien Ammoniak komplexgebunden werden unter Bildung von Metall-aminionen,
3. die Metall-aminionen dissoziieren unter Bildung von Aminionen und hydratisierten Metallionen, und
4. die hydratisierten Metallionen mit dem Latex-stabilisierenden Emulgiermittel reagieren unter Bildung von wasserunlöslichen Metallderivaten, wodurch der Latex destabilisiert und eine raschere Bindefestigkeitsentwicklung hervorgerufen wird. Bei Naturlatex sind die Metallderivate vermutlich Metallproteinate, während sie bei synthetischen Latices Metallseifen-Reaktionsprodukte sind.

Typisch geeignete Ammonium- oder Aminsalz-Geliermittel sind z. B. Ammoniumsulfat, -formiat, -chlorid, -carbonat, -nitrat, -acetat, -polyphosphat, -sulfamat und die kurzkettigen (z. B. C₁ bis C₃) Alkyl-, Alkylen- und Alkanolaminsulfamate. Die Ammonium- und Aminsulfamate und Ammoniumpolyphosphate sind in der erfindungsgemäßen Masse weniger aktiv bei Raumtemperatur, jedoch sehr aktiv bei Hitzeeinwirkung. Sie ergeben daher Klebstoffmassen mit längerer Lagerstabilität. Die Sulfamatsalze sind in dieser Hinsicht bevorzugt, da sie wasserlöslich sind und bei der Lagerung nicht absitzen. Die Polyphosphate sind nur wenig wasserlöslich und haben daher eine größere Neigung zum Absitzen. Die verwendete Menge an Ammonium- oder Aminsalz-Geliermittel beträgt 0,1 bis 8 Teile pro 100 Gew.-Teile Latexfeststoffe. Die optimale Menge variiert je nach Typ des Geliersalzes und der Formulierung der Klebstoffmasse, in der es zum Einsatz gelangt.
Das Vorliegen einer Zink- oder Cadmiumionen-liefernden Verbindung, z. B. einem Oxid oder Carbonat von Zink oder Cadmium, ist wesentlich im erfindungsgemäß verwendeten Geliersystem. Wie bereits erwähnt, reagieren die Metallionen mit dem Latexstabilisator unter Bildung eines wasserunlöslichen Derivats, wodurch der Latex destabilisiert wird. Die Verwendung von 0,5 bis 10 Teilen, vorzugsweise von 2 bis 10 Teilen dieser Verbindung pro 100 Gew.-Teile nicht-kompoundierte Latexfeststoffe, erweist sich als zweckmäßig.
Eine weitere wesentliche Komponente des erfindungsgemäß verwendeten Geliersystems ist Ammoniak oder eine Verbindung, die Ammoniak beim Erhitzen freisetzt. Der Ammoniak wirkt als ein komplexbildendes Mittel für die Metallionen und bringt sie in eine Form, die zur Umsetzung mit dem Latexstabilisator geeignet ist, um eine Destabilisierung des Latex hervorzurufen. Die Menge an freiem Ammoniak sollte im Bereich von 0,1 bis 4,0, vorzugsweise von 0,3 bis 2,0 Gew.-Teilen pro 100 Teile unkompoundierte Latexfeststoffe liegen. Ammoniumhydroxid hat sich als geeignete Ammoniak-liefernde Verbindung erwiesen. Eine einfache Methode um festzustellen, ob eine ausreichende Menge an Ammoniak oder Ammoniak-liefernder Verbindung zugesetzt wurde, besteht darin, den pH-Wert zu messen. Vorzugsweise sollte der pH-Wert der Latexmasse mindestens 9,5, in besonders vorteilhafter Weise 10,3 bis 11,5, betragen. Es zeigte sich jedoch, daß bei Vorliegen von steigenden Mengen an den angegebenen nicht-reaktiven Emulgatoren, insbesondere solchen vom nicht-ionischen Typ, der pH-Wert sogar nur 8 betragen kann. Es ist wesentlich, daß genug freier Ammoniak vorliegt, da bei Weglassen von Ammoniak und Einstellen der Alkalinität durch Kaliumhydroxid die Destabilisierungsrate des Latex stark vermindert war. Der Grund hierfür dürfte darin zu suchen sein, daß nicht genug Ammoniak vorlag zur Bildung des Metall-Aminkomplexes. Gute Ergebnisse wurden jedoch erzielt bei Ersatz eines Teils des Ammoniak durch ein weniger flüchtiges Amin und bei Zugabe desselben vor dem Zusatz des Geliermittels, gleichzeitig mit diesem oder nach dessen Zugabe. Bei diesem weniger flüchtigen Amin kann es sich um ein wasserlösliches C₁ bis C₈-Alkyl- oder Alkanolamin mit 1 bis 5 Aminogruppen handeln. Beispiele für geeignete derartige Verbindungen sind Methyl- und Methanolamine; Äthyl- und Äthanolamine; 1,2-Diaminoäthan; Propyl-, Isopropyl-, Propanol- und Isopropanolamine; 1,2- und 1,3-Diaminopropane, 1, 4-Adiaminobutan; 1,7-Diaminoheptan; Diäthylentriamin; Triäthylentetramin; Tetraäthylenpentamin und Cholin.
Der Zusatz von etwa 0,1 bis 4 Teilen führt zu akzeptablen Ergebnissen innerhalb der angegebenen Beschränkungen bezüglich des pH-Werts. Bei der Formulierung der Klebstoffmasse auf Latex-Basis neigen die Komponenten dazu, einen pH-Abfall des Ausgangslatex zu bewirken. Der pH-Wert wird ab diesem Wert auf über 9,5 und vorzugsweise auf über 10,0 oder 10,3 mit Ammoniak oder Ammoniumhydroxid erhöht und auf diese Weise wird sichergestellt, daß eine ausreichende Menge an freiem Ammoniak vorliegt, damit das System angemessen wirkt.
Die bisher zur Herstellung lösungsmittelfreier Klebstoffmassen auf Latexbasis verwendeten Materialien und Arbeitsweisen sind in der Regel auch anwendbar zur Herstellung der erfindungsgemäßen Klebstoffmassen. Zu diesen Materialien gehören z. B. Geliersensibilisatoren, die einen scharfen Punkt, an dem die Gelierung erfolgt, bewirken, Emulgiermittel und Eindickmittel, die eine größere Latexstabilität während der Kompoundierung und bis zum Eintreten der Gelierung herbeiführen, Antioxidantien, die eine Widerstandsfähigkeit gegen das Altern verleihen, Füllstoffe und Vulkanisationssysteme. Obwohl es nicht notwendig ist, diese Komponenten in einer bestimmten Reihenfolge zuzusetzen, erweist es sich als gute Praxis, gegebenenfalls verwendete zusätzliche Emulgatoren vor der Zugabe der anderen Materialien zuzusetzen. Die Klebstoffmassen können in üblicher bekannter Weise entweder in geschäumter oder in ungeschäumter Form angewandt werden. Sie sind z. B. verwendbar zum Kleben von wasserdampfdurchlässigen Oberflächen, z. B. solchen von Fasermatten, Papier, Leder, Textilien, Holz und dergleichen, aneinander oder an die für Wasserdampf nicht durchlässige Oberflächen, z. B. solchen von Metall, Kunststoffen, Glas und dergleichen. Ein spezielles Beispiel ist z. B. das Verkleben von Papier an die Oberflächen einer faserartigen Isoliermatte.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern. Wenn nichts anderes angegeben ist, sind alle Teile und Prozentangaben auf Trockengewichtsbasis bezogen und alle Formulierungen basieren auf 100 Teilen Gesamtfeststoffe in dem nicht-kompoundierten Ausgangslatex.

Beispiele 1 bis 6

Es wurde ein mit Kaliumoleat stabilisierter Latex mit einem pH- Wert von 10,0 und einem Gesamtfeststoffgehalt von 66,5 Gew.-%, der ein Gemisch darstellte aus etwa 90 Gew.-Teilen eines Latex aus einem kautschukartigen Copolymer von Butadien und Styrol mit einem Gehalt an 27% polymerisiertem Styrol und etwa 10 Teilen, bezogen auf Trockengewicht, eines Latex eines Homopolystyrols, kompoundiert und den aus der folgenden Tabelle ersichtlichen Tests unterworfen. Die Beispiele 1, 2 und 3 sind Vergleichsbeispiele, in denen die Klebstoffmassen nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Die Beispiele 4, 5 und 6 stellen erfindungsgemäße Klebstoffmassen dar und zeigen, wie aus den Ergebnissen ersichtlich, die erfindungsgemäß angestrebte rasche Entwicklung der Bindefestigkeit. Tabelle &udf53;vz48&udf54; &udf53;vu10&udf54;

Beispiel 7

Es wurde eine Klebstoffmasse hergestellt durch Kompoundieren einer Probe des Latex der Beispiele 1 bis 6 mit 4,5 Teilen Monoäthanolaminsulfamat, 3,0 Teilen Zinkoxid und einer ausreichenden Menge Ammoniumhydroxid, um den pH-Wert der Masse auf 11,0 zu erhöhen.
Es zeigte sich, daß Papier mit diesem Klebstoff beschichtet werden konnte bei Geschwindigkeiten von bis zu 61 m/min, ohne daß irgendwelche ernsthaften Probleme außer einem Schäumen des Klebstoffs in dem Bad auftraten. Dieses Schäumen konnte jedoch abgestellt werden durch entsprechende Zugabe eines Antischaummittels. Der Klebstoff wurde verwendet zum Laminieren von Kraftpapier an eine dicke Glasfaserisolierung mit Hilfe einer in technischem Maßstab arbeitenden Laminierungsvorrichtung. Das Papier und das Isoliermaterial wurden kontinuierlich von Zulieferrollen geliefert und durch die Laminierungsvorrichtung geführt, wo eine Seite des Papiers zunächst walzenbeschichtet wurde mit einem Film des Klebstoffs, worauf das mit Klebstoff beschichtete Papier leicht an das Isoliermaterial angepreßt wurde mit Hilfe von Druckwalzen. Das Laminat wurde sodann weiter durch die Vorrichtung geführt zur Trocknung des Klebstoffs und Verarbeitung des Laminats. Die Durchführbarkeit des Verfahrens und die erhaltenen Ergebnisse wurden als sehr zufriedenstellend bewertet, d. h. sie waren sehr viel besser als bei Verwendung bekannter Latex-Klebstoffe, die eine Bindefestigkeit nicht so schnell entwickelten und nicht so rasch trockneten.

Claims

1. Verfahren zum Verkleben eines vorgeformten wasserdampfdurchlässigen Körpers mit einem anderen vorgeformten Körper durch Beschichten der Oberfläche mindestens eines der beiden Körper mit einer praktisch lösungsmittelfreien, aus einem Latex eines kautschukartigen Polymeren gewonnenen Klebstoffmasse auf Wasser-Basis, Inkontaktbringen der mit Klebstoff beschichteten Oberfläche mit einer Oberfläche des anderen Körpers, und Entfernen des Wassers von der Grenzflächenschicht des Klebstoffs unter Aufrechterhaltung des Kontakts zwischen den beiden Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß man

1. einen Latex einsetzt, der mit einem Emulgator stabilisiert ist, der wasserunlösliche Verbindungen mit Zink- und Cadmiumionen bildet, und

2. der Klebstoffmasse ein Geliersystem einverleibt, das folgende Bestandteile enthält:

a) ein Ammonium- oder Aminsalz,

b) eine Zinkionen oder Cadmiumionen liefernde Verbindung, und

(c) Ammoniak oder eine Ammoniak liefernde Verbindung in einer Menge, die ausreicht, der Klebstoffmasse einen pH-Wert von über 8 zu verleihen und die Metallionen in komplexgebundene Form zu überführen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Grenzflächenschicht des Klebstoffs erhitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Geliersystem als Ersatz für einen Teil des Ammoniaks ein organisches Amin enthält, das weniger flüchtig als Ammoniak ist.