DE1943115A1 - Mittel zum Verkleben von Gegenstaenden aus Kunststoff mit poroesen Materialien - Google Patents

Description

• "Mittel zum Verkleben von Gegenständen aus Kunststoff mit porösen Materialien" Die Erfindung betrifft Mittel zum Verkleben von Gegenständen aus Kunststoff mit porösen Materialien wie z.B.
• Papier, Pappe, Filz, Textilien, unglasierter Keramik u.a.
• Alkalisilikatlösungen, insbesondere sogenannte Wassergläser, werden bereits seit langem als tecnnische Kleb- und Bindemittel eingesetzt. Diese rein anorganischen Mittel besitzen hohe Klebkraft auf Holz, Papier und Pappe, auf mineralischem Material und poröser Keramik, sowie unter bestimmten Bedingungen auch auf Metall. Sie sind vor allem zum Verkleben von Gegenständen aus verschiedenartigem Material verwendbar, beispielsweise zum Verbinden von Holz mit Papier oder von Holz mit Metall. Die bekannten Mittel auf Wasserglasbasis versagen jedoch, wenn Kunststoffe mit den genannten porösen Materialien verklebt werden sollen.
• Es wurde nun gefunden, daß man überraschenderweise Gegenstände aus Kunststoff mit porösen Materialien mit Mitteln auf Basis von Alkalsilikat verkleben kann, wenn man sich der nachstehend beschriebenen Mittel bedient. Diese sind gekennzeichnet durch eine Emulsion aus wäßrigen Alkalisilikatlösungen und organischen, mit Wasser nicht mischbaren Lösung mitteln mit einem Siedepunkt von 40 - 1800 C, vorzugsweise von 50 - 150 C,und wäßrigen Alkalisilikatlösungen mit darin dispergierten, hydrophoben, feinverteilten, adsorptionsfahigen Stoffen.
• Geeignete Lösungsmittel zur Herstellung der Dispersion sind beispielsweise die Benzinfraktionen im Siedebereich von 40 - 1800, Benzol, Toluol, Xylole, Cyclohexan, chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Perchloräthylen und Chlorbenzol, symmetrische und unsymmetrische Ather, wie z.B. Dibutyläther und Anisol, mit Wasser nicht mischbare symmetrische und unsymmetrische Dialkylketone sowie Cyclohexanon.
• Es ist zweckmäßig, solche organischen Lösungsmittel zu verwenden, die im Hinblick auf den zu verklebenden Kunststoff lösungsaktiv sind, d.h. zumindest ein geringfügiges Anlösen der Kunststoffoberfläche bewirken. Die organischen Lösungsmittel kommen einzeln oder im Gemisch und in einer Menge von 5 - 40 Gew.-%, vorzugsweise von 5 - 55 Gew.-% zur Anwendung.
• Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mittel werden handelsübliche Alkalisilikatlösungen, wie Natrium-, Kalium- oder Lithiumsilikatlösungen verwendet. Das Molverhältnis Alkalioxid zu Siliciumdioxid liegt dabei in dem Bereich von 1 : 2 bis 1 : 4. Außerdem kommen jedoch auch hochkieselsäurehaltige Alkalisililcatlösungen mit einem Molarverhältnis Alkalioxid zu Siliciumdioxid über 1 : 4 bis zu 1 : 8 in Betracht. Derartige hochgekieselte Qlkalisilikatglcser können aus handelsüblichen Alkalisilikatlösungen mit einem Molverhältnis Allcalioxid : Siliciumdioxid von 1 : 2 bis 1 : >i hergestellt werden. Diese Alkalisililcatlösungen erhalten einen Zusatz von wasserlöslichen quartüren organischen Ammoniumsalzen oder -basen bevor das Molverhältnis Alkalioxid : Siliciumdioxid durch Zugabe von Kieselsäuresol oder -gel auf den gewünschten Wert eingestellt wird. Die Herstellung derartiger Lösungen ist nicht Gegenstand der vorliegenden Anmeldung.
• Als hydrophobe, feinverteilte, adsorptionsfähige Stoffe kommen gefällte Kieselsäure, Kieselkreide, Kieselgur, Talkum, Calcium- und Aluminiumsilikate, Perlit, Magnesiumoxid, E'luminiumoxid, Bariumcarbonat und Aktivkohle infrage. In gleicher Weise geeignet sind feinverteilte, in den verwendeten organischen Lösungsmitteln unlösliche Kunststoffe, wie z.B. pulverförmiges Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Phenl-Formaldehydhârze und Epoxidharze. Während die Kunststoffe von sich aus hydrophob sind, müssen alle anderen adsorptionsfähigen Stoffe vor ihrer Verwendung hydrophobiert werden, z.B.
• durch Behandlung mit Alkylchlorsilanen nach bekannten Methoden, oder mit .langkettigen Fettalkoholen. Die erfindungsgemäßen Mittel enthalten diese adsorptionsfahigen Stoffe einzeln oder im Gemisch und in einer Menge von 1 - 45 Gew.-%.
• In einzelnen Fällen hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, anstelle der reinen Lösungsmittel Lösungen von Kunststoffm in diesen Lösungsmitteln zu verwenden. Geeignete Kunststoffe sind beispielsweise Cumaronharz, Polystyrol, Polyvinylchlorid und Polyacrylate mit niederem Polymerisationsgrad. Die löslichen Polymeren kommen in einer Menge von 0,5 - 15 % des Gewichts der Dispersion zur Anwendung.
• Den Klebmitteldispersionen können gegebenenfalls Emulgatoren zugesetzt werden, wie Alkylsulfonate mit 8 - 20 Kohlenstoffatomen oder Fettalkoholsulfate mit 8 - 18 Kohlenstoffatomen im Alkylrest. Gewünschtenfalls kann die quellende Wirkung des Lösungsmittels durch einen Weichmacher, der für den zu verklebenden Kunststoff geeignet ist, unterstützt werden.
• Eine vorzugsweise Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, den Alkalisilikatlösungen zur Stabilisierung wasserlösliche mono- oder polyquartäre organisch Ammoniumbasen oder -salze zuzusetzen.
• Die wasserlöslichen quartären Stickstoffverbindungen müssen am Stickstoffatom mindestens einen nicht durch Hydroxylgruppen substi tuierten Alkylrest besitzen. Die übrigen 3 Gruppen, die am Stickstoffatom gebunden sind, können aus Alkyl- oder Alkanolresten bestehen und gleich oder verschieden sein. Diese Alkyl- oder Alkanolreste können gradkettig oder verzweigt und die Kohlenstoffkette durch Heteroatome, wie Sauerstoff oder Stickstoff unterbrochen sei.
• Weiterhin können zwei Gruppen am Stickstoff ringförmig verbunden sein; Die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome der quartären Stickstoff verbindungen kann in weiten Grenzen schwanken und ist dadurch begrenzt, daß die Verbindungen noch wasserlöslich sein müssen. Bei quartären Stickstoffverbindungen mit einem langkettigen Rest kann dieser bis zu etwa 18 C-Atomen besitzen. Sind mehr als ein langkettiger Rest an das quartäre Stickstoffatom gebunden, so ist die Kettenlänge im allgemeinen auf 12 C-Atome begrenzt. Die erfindung gemäßen quartären Stickstoffverbindungen können ein oder mehrere quartäre Stickstoffatome besitzen, und es können auch Gemische verschiedener quartärer Stickstoffverbindungen eingesetzt werden.
• Es können beispielsweise die nachfolgend aufgeführten quartären Stickstoffverbindungen verwendet werden.
• [N(CH3)4]OH [N(C2H5)4]OH [N(C6H13)4]OH [(CH3)2N(C10H21)2]OH [(CH3)3N(C12H25)]OH [(CH3)N(C2H4OH)3]OH [(C2H5)2N(C2H4OH)2]OH [(CH3)3N(CH2)6N(CH3)3](OH)2 [(CH3)3N(CH2)12N(CH3)3](OH)2 Anstelle der aufgeführten Hydroxide können auch deren wasserlösliche Salze, vorzugsweise die Chloride, Sulfate und Nitrate eingesetzt werden. Bevorzugt werden solche quartären Stickstoff verbindungen verwendet, die vier Alkylgruppen am Stickstoff gebunden enthalten. Besonders wirksam haben sich die mono-und/oder polaquartären Stickstoffverbindungen mit kurzen Alkylketten von 1 bis 4 C-Atomen am Stickstoff erwiesen. Die quartären Ammoniumverbindungen werden den erfindungsgemäßen Mitteln in Mengen von 0,2 - 5 Gew.-, bezogen auf die Alkalisilikatlösung, zugegeben.
• Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Mittel ist es zweckmäßig, zunächst die hydrophoben feinverteilten adsorptionsfähigen Stoffe mit dem Lösungsmittel zu vermischen. Anschließend werden die übrigen organischen Bestandteile, wie Emulgatoren, Weichmacher, hinzugefügt. Dieses Gemisch wird nach Zusatz der Alkalisilikatlösung zu einer stabilen Suspension homogenisiert.
• Es ist dabei vorteilhaft, wenn der Alkalisilikatlösung zuvor die stabilisierenden Zusätze in Form von quartären Ammoniumverbindungen hinzugefügt wurden.
• Damit die Klebstellen möglichst rasch wasserfest werden, können den Dispersionen kurz vor der Verwendung an sich bekannte Mittel zur Beschleunigung des Aushärtens der Alkalisilikatkleber zugegeben werden. Hierzu geeignete Härter sind beispielsweise Natriumsilicofluorid, Zinkoxid, Kieselsäurebutylester, Butylacetat und Malonsäurediäthylester. Die verwendete Härtermenge beträgt 2 - 10 Gew.- der eingesetzten Alkalisilikatlösung.
• Das Verkleben der Kunststoffe mit den porösen Materialien erfolgt in bekannter Weise, indem die Dispersion auf mindestens eine der zu verklebenden Fläche aufgetragen wird.
• Die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Mittel hergestellten Verklebungen zwischen Kunststoff und porösen Materialien sind schwer entflammbar und flammhemmend. Die Festigkeit der Verklebungen ist so groß, daß bei Belastungsversuchen eher das Material reißt als die Klebfuge. Sie entspricht somit der Festigkeit von Verklebungen, die mit bekannten Wasserglasklebern z.B. zwischen Holz und Papier oder Holz und Textilien hergestellt wurden. Im übrigen haben Verklebungen, die mit derartigen Klebmitteln auf Alkalis.ilikatbasis ausgeführt wurden, den Vorteil, daß sie wasserbeständig sin Bei den Mengenangaben in den nachstehenden Beispielen handelt es sich, soweit nicht anders angegeben, um Gew.
• Beispiel 1 165 g Neuburger Kieselkreide wurden mit einer Lösung von 10 g n-Eikosanol in 150 ml Benzin (Sdp. 40 - 600 C) verrührt und das Benzin abgedampft. Die mit n-Eikosanol imprägnierte Kieselkreide wurde anschließend auf 180 -2000 C erhitzt. Das erhaltene hydrophobe Produkt wurde mit 211 g Toluol verrührt. Nach Zugabe von 8 g Türkischrotöl und 16 g Natronwasserglas von 40 - 420 Be mit 29,0 % SiO2 und 8,73 % Na2O wurde das Gemisch mit Hilfe eines Intensivrührers zu einer stabilen Suspension homogenisiert. Durch Einbringen dieser Suspension in 1600 g Wasserglas von 40 - 420 Be wurde ein Bindemittel mit sehr gutem Klebevermögen für Papier und Pappe auf Hartpolystyrol erhalten.
• Beispiel 2 50 g Kieselkreide, hydrophobiert wie in Beispiel 1, wurden mit einem Gemisch aus 90 g Cyclohexanon und 90 g Methylisobutylketon verrührt. Weiterhin wurden 500 g Natronwasserglas von 40 - 420 Be mit 29,0 % Sir, und 8,73 % Na2O und 250 g wäßrige Dispersion eines Styrol-Butadien-Mischpolymerisates (ungefähr 45 Gew.-% Feststoffgehalt) zugegeben und anschließend homogenisiert. Dem Klebmittel wurde unmittelbar vor der Verwendung 2 g Kieselsäurebutylester pro 100 g Dispersion als Harter zugegeben. Es war u.a. geeignet zum Verkleben von Glasfasergeweben mit Hartpolystyrol- oder Hartpolyvinylchloridplatten.
• Beispiel 3 100 gKieselkreide, hydrophobiert wie in Beispiel 1, wurden mit 300 g einer 20%igen Lösung von Cumaronharz in Toluol verrührt. Nach Zugabe von 20 g Türkischrotöl, 65 g einer 20 %igen wäßrigen Lösung von Tetraäthylammoniumhydroxid als Stabilisator, 200 g Phthalsäuredimethylester sowie 800 g Natronwasserglaslösung von 28 - 500 Be mit 22,1 ffi SiO2 und 5,8) % Na2O wurde mit einem Intensivrührer homogenisiert. Die erhaltene stabile Suspension besaß ein gutes Klebevermögen für Textilien und Papier auf Polyvinylchlorid und Polyäthylen.
• Anstelle von Kieselkreide kann in der oben beschriebenen Bindemitteldispersion dieselbe Menge Talcum oder Aluminiumoxid verwendet werden. Mit Alkylchlorsilanen nach bekannten Verfahren hydrophobierte gefällte Kieselsäure ist ebenfalls als adsorptionsfähiger Stoff geeignet.
• Beispiel 4 30 g pulverförmiges Styrolpolymerisat wurden mit 300 g Cyclohexanon verrührt. Nach Zugabe von 150 g Natronwasserglas von 58 - 60 Bé mit 36,4 % SiO2 und 17,9 % Na2O wurde homogenisiert. Vor der Verwendung wurden dieser Dispersion 75 g Kieselsäurebutylester als Härter zugegeben. Das Klebmittel war zum Verkleben von Papier und Pappe mit Polyvinylchlorid und Polystyrol geeignet.
• Beispiel 5 240 g Polyvinylchloridpulver und 540 g wie in Beispiel 1 hydrophobierte Kieselkreide wurden mit 500 g Cyclohexanon gemischt. Nach Zugabe von 600 g Wasserglas von 40 - 42d Be mit 29,0 ffi SiO2 und 8,75 % Na20 sowie 240 g wäßriger Dispersion eines Styrol- Butadien-Mischpolymerisates mit einem Feststoffgehalt von etwa 45 ffi und 10 g Natriumsilicofluorid als Härter wurde das Gemisch durch intensives Rühren homogenisiert. Das erhaltene Bindemittel war u.a. geeignet zum Verkleben von Polyvinylchloridrohrmuffen in Betonsteinen.
• Beispiel 6 270 g Kieselkreide, hydrophobiert wie in Beispiel 1, und 120 g pulverförmiges Polyvinylchlorid wurden mit einer Lösung von 58 g Polystyrol in 152 g Xylol vermischt. Nach Zugabe von )00 g Lithiumwasserglas mit 20,0 % SiO2 und 3,G5 ß Li2O und 120 g wäßrige Dispersion eines Styrol-Butadien-Mischpolymerisates (ungefähr 45 Gew.-% Feststoffgehalt) wurde das Gemisch zu einer homogenen, viskosen Paste verrührt, die u.a. zum Verkleben von Stoffbahnen mit Polystyrolplatten geeignet war.
• Beispiel 7 Ein Gemisch aus 648 g Natronwasserglas von 28 - 500 Be mit 22,1 % SiO2 und 5,8) % Na20, 145,5 g 20 %iger wäßriger Tetraäthylammoniunhydroxidlösung, 87,5 g kolloidaler Kieselsäure und 120 g Wasser wurde solange erhitzt bis eine klare Lösung entstanden war.
• 650 g dieser Natriumsilikatlösung wurden mit einer Mischung aus 70 g Styrolpolymerisat, 140 g Kieselkreide, hydrophobiert wie in Beispiel 1, und 140 g Cyclohexanon zu einer homogenen Dispersion verrührt.
• Das Klebemittel eignete sich zum Verkleben von Papier mit Hartpolystyrol, Hartpolyvinylchlorid und ähnlichem.

Claims (7)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Mittel zum Verkleben von Gegenständen aus Kunststoff mit porösen Materialien, gekennzeichnet durch eine Emulsion aus wäßrigen Alkalisilikatlösungen und organischen, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmitteln mit einem Siedepunkt von 40 - 1800 C, vorzugsweise von 50 - 1500 C, mit darin dispergierten, hydrophoben, feinverteilten, adsorptionsfähigen Stoffen.

2. Mittel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß es als adsorptionsfähige Stoffe Kieselsäure, Erdalkalimetallsilikate, Aluminiumsilikate und -oxide, Erdalkalimetallcarbonate sowie Aktivkohle in hydrophobierter Form einzeln oder im Gemisch enthält.

3. Mittel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als adsorptionsfähige hydrophobe Stoffe feinverteilte Kunststoffe enthält.

4. Mittel gemaß Anspruch 1 - ), gekennzeichnet durch einen Zusatz an Emulgatoren.

5. Mittel gemäß Anspruch 1 - 4, gekennzeichneb durch einen Zusatz an Kunststoffen, die in organischen, nicht mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln löslich sind.

6. Mittel gemäß Anspruch 1 - 5, gekennzeichnet durch einen Zusatz an wassserlöslichen quartären organischen Ammoniumbasen oder -salzen, die am quartären Stickstoffatom mindestens eine hydroxylgruppenfreie Alkylgruppe besitzt.

7. Mittel gemäß Anspruch l - 6, gekennzeichnet durch einen weiteren Zusatz an sich bekannter Stoffe zur 3eschleunigung des Aushärtens von Alkalisilikatklebern.