DE1569944C3 - Verfahren zur Herstellung von selbstklebenden Haftklebemitteln auf der Grundlage von Organopolysiloxanen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von selbstklebenden Haftklebemitteln auf der Grundlage von OrganopolysiloxanenInfo
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Description
auf Temperaturen über 100° C dadurch gekennzeichnet,
daß das Erhitzen vor dem Versprühen oder Aufstreichen auf die gewünschten Unterlagen erfolgt.
Es besteht eine große Nachfrage nach selbstklebenden Haftklebern, die bei hoher Widerstandsfähigkeit
gegen Hitze, Kälte, Oxydation und oder Feuchtigkeit sowie Witterungsbeständigkeit für die verschiedensten
Zwecke verwendet werden können und praktisch auf jeder beliebigen Oberfläche haften. Erwünscht
sind Klebstoffe, die sich rasch und leicht ohne besondere Preßvorrichtungen (z. B. Klammern)
auf beliebige Grenzflächen aufbringen lassen, sofort festhaften und ihre Haftfähigkeit beibehalten.
Verschiedene Klebemittel auf der Grundlage von Organopolysiloxanen sind bereits bekannt und unter
anderem in dem deutschen Patent 941 090 beschrieben. Hierbei wird jedoch das Klebemittel erst auf
die zu vereinigenden Oberflächen aufgebracht und gehärtet, ehe die Flächen verklebt werden können.
Bei den in dem deutschen Patent 960 570 beschriebenen Klebstoffen ist zur Erzielung einer befriedigenden
Haftung ein Härtungskatalysator und eine gewisse Härtungszeit bei Raumtemperatur oder höherer
Temperatur erforderlich. Andere Klebemittel auf der Grundlage von Organopolysiloxanen besitzen
zwar eine hervorragende Haftfähigkeit auf einer großen Anzahl von Stoffen, sind jedoch zu hochviskos,
so daß man sie nur in Form von stark verdünnten Lösungen anwenden kann. Dies bedingt, ehe der
Klebstoff wirksam wird, lange Wartezeiten, bis der größte Teil des Lösungsmittels verdampft ist. Das
erfindungsgemäße Produkt ist bei seiner Anwendung bereits klebend. Wird es als Lösung verwendet, so
kann die Konzentration an Klebemittel auf Grund seiner niedrigen Viskosität so hoch sein, daß die
verklebende Wirkung fast sofort eintritt.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von selbstklebenden Haftklebemitteln
durch Erhitzen eines Gemisches, bestehend aus
1. 45 bis 75 Gewichtsprozent eines benzollöslichen, harzartigen Mischpolymerisats aus R.,SiO1/2- und
SiO.,-Einheiten im Verhältnis von 0,6 : 1 bis einschließlich
0,9: 1, worin R jeweils Methyl-, Äthyl-, Propyl- und/oder Vinylreste bedeutet,
2. 25 bis 55 Gewichtsprozent eines in den endständigen Einheiten Hydroxylgruppen aufwei-
senden flüssigen Diorganopolysiloxans mit einer Viskosität von 100 bis 100 000 cSt/250 C, worin
die organischen Substituenten jeweils Methyl-, Äthyl- und/oder Vinylreste sind,
3. 0,001 bis 5 Gewichtsprozent eines primären, sekundären und/oder tertiären Amins, carbonsauren
Salzen dieser Amine und/oder quartären Ammoniumsalzen,
auf Temperaturen über 100° C, dadurch gekenn-
ao zeichnet, daß das Erhitzen vor dem Versprühen oder Aufstreichen auf die gewünschten Unterlagen erfolgt.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten selbstklebenden Haftkleber haften auf einer
Vielzahl von Unterlagen unter verschiedenen Temperatur-
und Feuchtigkeitsbedingungen und werden unmittelbar nach der Aufbringung wirksam.
Das harzartige Mischpolymerisat (1) besteht aus zwei Komponenten, nämlich im wesentlichen aus
SiO2- und Triorganosilyl-Einheiten in dem oben angegebenen
Verhältnis. Liegt dieses außerhalb des genannten Bereiches, so werden keine technisch befriedigenden
Klebemittel erhalten. Geeignete Triorganosilyl-Einheiten sind beispielsweise Trimethylsilyl-,
Triäthylsilyl-, Methyläthylpropylsilyl- und Dimethylvinyl-silyl-Einheiten.
In dem Harz können auch zwei oder mehr verschiedene Organosiloxane enthalten sein. Ist eine gute Hitzebeständigkeit erwünscht, so
sind insbesondere Trimethylsilyl-Einheiten bevorzugt.
Das Harz-Mischpolymerisat (1) kann nach beliebigen bekannten Verfahren, beispielsweise durch
Mischhydrolyse oder gemäß deutschem Patent 912 756, durch Umsetzung von Triorganosilanen
oder -siloxanen mit einem Kieselsäure-Hydrosol hergestellt werden, wobei letzteres Verfahren bevorzugt
wird.
Bei den Siloxanen (2) handelt es sich im wesentlichen um in den endständigen Einheiten Hydroxylgruppen
aufweisende, im allgemeinen lineare Diorganosiloxanpolymere, die jedoch üblicherweise
auch geringe Mengen von Triorganosiloxan-, Monoorganosiloxan- und SiO2-Einheiten enthalten können.
Der Anteil dieser Einheiten ist meist kleiner als etwa 1 %>. Dies gilt insbesondere für die Triorganosiloxangruppen,
da diese in der Regel endständig sind und
es andererseits wichtig ist, daß das Siloxan (2) durch Hydroxylgruppen endblockiert ist.
Die organischen Substituenten in den Siloxanpolymeren
(2) können Methyl-, Äthyl- und/oder Vinylreste sein. Beispielsweise können Äthylmethylpolysiloxan,
Mischpolymerisate aus Dimethylsiloxan- und Methylvinylsiloxan-Einheiten oder ein Gemisch aus
Polymeren und/oder Mischpolymeren eingesetzt werden, vorausgesetzt, daß alle diese Stoffe in den endständigen
Einheiten Hydroxylgruppen aufweisen. Bevorzugt sind jedoch Methylreste.
Die Viskosität des Siloxanpolymeren (2) soll zwischen 100 und einschließlich 100000 cSt./25° C liegen.
Beträgt die Viskosität weniger als 100cSt./25° C,
so weist das erhaltene Produkt nicht die gewünschte Haftung und Weichheit auf, wodurch wiederum die
Klebefähigkeit, insbesondere bei extrem tiefen Temperaturen, vermindert wird. Ist die Viskosität dagegen
höher als 100000 cSt./25° C, so ist das erhaltene Produkt zu zähflüssig; Lösungen daraus besitzen bei den
gewünschten Konzentrationen unzweckmäßig hohe Viskositäten, während die Klebefähigkeit häufig nicht
ausreichend ist.
Der Anteil der Komponente (1) kann zwischen 45 und 75 Gewichtsprozent betragen. Unterhalb 45 %
wird die Klebefähigkeit geringer. Außerdem sinkt die Kohäsionskraft so weit ab, daß diese nicht mehr ausreicht,
um ein Zurückbleiben des Klebemittels auf der Unterlage beim Abziehen zu verhindern. Liegt
der Anteil dagegen oberhalb 75 %>, so wird das Klebemittel spröde.
Die Komponente (3) kann eine beliebige der obengenannten
organischen Aminoverbindungen sein. Darunter fallen erfindungsgemäß aliphatische
Kohlenwasserstoffamine, Alkanolamine, carbonsaure Salze der genannten Amine sowie quaternäre Ammoniumsalze.
Beispiele hierfür sind primäre Amine, wie Hexylamin, Butanolamin und Butylamin; sekundäre
Amine, wie Diäthylamin, Diäthanolamin, Äthylamylamin
und Propylhexylamin; tertiäre Amine, wie
Trimethylamin, Tributylamin, Methyldipropylamin, Tripropanolamin und Methylpropylhexylamin; quaternäre
Ammoniumsalze, wie Tetramethylammoniumacetat und Methyläthyldibutylammoniumchlorid, einschließlich
der unter verschiedenen Handelsbezeichnungen vertriebenen quaternären kationaktiven Ammonium-Emulgatoren,
z. B. Dioctadecyldimethylammoniumchlorid. Außerdem können beliebige carbonsaure
Aminsalze, wie z. B. Diäthylaminacetat, Butylaminoctoat und Trimethylaminlaurat, verwendet
werden.
Alle diese Aminoverbindungen können einzeln oder im Gemisch Anwendung finden. Die verschiedenen
Gruppen von Verbindungen haben jedoch auch eine unterschiedliche katalytische Wirkung, so
daß es in vielen Fällen unnötig ist, daß man Aminoverbindungen aus zwei oder mehreren verschiedenen
Gruppen wählt, da eine einzige Verbindung mit rascherer Wirkung gut die gesamte Katalysatorfunktion
erfüllt. Die katalytische Wirkung nimmt von den quaternären Ammoniumsalzen über die tertiären, sekundären,
primären Amine zu den Amincarboxylaten ab. In der Praxis haben sich die tertiären Amine als
die vorteilhaftesten Katalysatoren erwiesen, da ihre Wirkung einerseits groß genug ist, um innerhalb eines
wirtschaftlich tragbaren Zeitraumes zu den gewünschten Klebemitteln zu gelangen, andererseits
aber nur geringe Gefahr einer übermäßigen Reaktion besteht. Die übrigen Katalysatoren sind jedoch ebenfalls.gut
brauchbar. Um die Anwendung von Druck zu vermeiden, ist es vorteilhaft, eine Aminoverbindung
einzusetzen, deren Siedepunkt höher als die Umsetzungstemperatur liegt. Vorzugsweise werden
also tertiäre aliphatische Amine und insbesondere Tri-n-butylamin verwendet, welches die obengenannten
Anforderungen am besten erfüllt.
Der Haftkleber wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erhalten, daß man die drei Komponenten
innig vermengt und unter weiterem Mischen auf über 1000C erhitzt, bis der gewünschte
Grad an Klebefähigkeit erreicht ist. Dieser Vorgang kann gegebenenfalls durch Anwendung eines geeigneten
Lösungsvermittlers, wie Benzol, Toluol, Xylol, Petroleum oder Petroläther, erleichtert werden. Das
Lösungsmittel wird zu Beginn des Erhitzens wieder entfernt. Den gewünschten Grad an Klebefähigkeit
stellt man dadurch fest, daß man während des Erhitzens Proben entnimmt und diese prüft. In der
Regel hat die Mischung die gewünschte Klebrigkeit nach etwa 4 Stunden bei 160° C erreicht; dieser Wert
ist jedoch naturgemäß von den gewählten Komponenten abhängig. Verschiedene Temperaturen bringen
selbstverständlich auch verschiedene Erhitzungszeiten mit sich. Der gewünschte Grad an Klebefähigkeit
kann von jedem mit Klebemittel vertrauten Fachmann ohne weiteres festgestellt werden.
Das Gemisch kann länger, als zur Erzielung einer optimalen Klebefähigkeit unbedingt erforderlich, erhitzt
werden, dies ist jedoch nicht notwendig und erhöht die Kosten des Produktes. Übermäßig lange
Erhitzungszeiten sollten vermieden werden, da die
so Klebestoffe dabei leicht unbrauchbar werden.
In heißem Zustand sind die Klebemittel leicht gießbar, in der Kälte sind sie dagegen ziemlich zähflüssig.
Sie sind leicht löslich in hochflüchtigen Lösungsmitteln, wie Perchloräthylen, Petroleum, Toluol und Petroläther.
60gewichtsprozentige Lösungen der Klebemasse sind ziemlich dünnflüssig und besitzen Viskositäten
im Bereich von 5 000 bis 15 000 cSt./25° C; sie können leicht versprüht oder auf die gewünschten
Unterlagen aufgestrichen werden. Für selbstklebende Haftklebemittel auf der Grundlage von Organosiliciumverbindungen
ist diese starke Löslichkeit außergewöhnlich. Die erfindungsgemäß hergestellten Klebemittel
eignen sich auch besonders für den Gebrauch in Aerosol-Sprühdosen, wobei das Treibmittel zugleich
als Lösungsmittel dient. Auch dies wird erst durch die außerordentlich niedrige Viskosität der
Klebemittel möglich.
Die erfindungsgemäß hergestellten selbstklebenden Klebemittel haften praktisch auf jeder beliebigen Unterlage,
beispielsweise auf Papier, Stoff, Glasgewebe, Silikonkautschuk, mit Silikonharz beschichtetem
Glasgewebe, Polyäthylen, Polyäthylen-Terephthalat und Polytetrafluoräthylen. Außerdem kann der Klebstoff
zum Verbinden beliebiger Oberflächen verwendet werden und haftet auch auf Materialien wie Stahl,
sonstigen Metallen, Glas und Holz. Im allgemeinen beträgt die Dicke der Klebeschicht zwischen 0,005
und 0,125 mm oder mehr; vorzugsweise zur Erzielung einer maximalen Klebefähigkeit 0,01 bis
0,075 mm. Wird das Klebemittel zur Herstellung eines Klebestreifens oder einer Klebefolie auf eine
Oberfläche aufgebracht und soll das mit dem Klebemittel versehene Material aufgerollt oder aufeinandergeschichtet
werden, so kann eine geeignete Zwischenlage bzw. eine Aufziehlasche erforderlich sein.
Wird der Haftkleber auf eine Oberfläche oder als
klebende Zwischenschicht zwischen zwei Oberflächen aufgebracht, so sind weder Klammern noch ist die
Anwendung von Hitze erforderlich. Unmittelbar bei der Berührung kommt eine Haftung zustande, welche
innerhalb weniger Sekunden rasch stärker wird. Die Haftfestigkeit nimmt selbst dann zu, wenn noch organische
Lösungsmittel vorhanden sind. Der Klebestoff haftet also fast unmittelbar nach seiner Aufbringung.
Leichter Druck, beispielsweise von Hand, genügt häufig, um eine gute Bindung zu erzielen; gegebenenfalls
kann aber auch stärkerer Druck angewendet werden.
Die Verklebungen sind beständig gegen Hitze, Licht, Witterungseinflüsse, Kälte und Ozon, wie sie
bekannterweise Organosiliciumverbindungen aufweisen. Dies bedeutet, daß man das Klebemittel innerhalb
weiter Temperaturbereiche bei verschiedenen atmosphärischen Bedingungen einsetzen kann.
Die in den Beispielen genannten Klebemittel wurden wie folgt hergestellt: Das in den endständigen
Einheiten Hydroxylgruppen aufweisende, Diorganopolysiloxan und das Harz-Mischpolymerisat wurden,
üblicherweise in Gegenwart eines Lösungsmittels, so lange vermengt, bis ein einheitliches Gemisch
vorlag. Hierauf wurde die organische Aminoverbindung zugesetzt und gut eingearbeitet und auf die in
den Beispielen jeweils angegebene Temperatur erhitzt; in Gegenwart eines Lösungsmittels wurde dieses,
vorzugsweise bei Unterdruck, verdampft. Das Erhitzen und Mischen wurde so lange fortgesetzt, bis
in gewissen Zeitabständen vorgenommene Prüfungen ergaben, daß der Klebstoff den gewünschten Grad an
Festigkeit und Klebrigkeit erreicht hatte.
Mit den erhaltenen Haftklebern wurden folgende Tests durchgeführt:
Bestimmung der Haftfestigkeit: Eine 14gewichtsprozentige Lösung des Klebemittels in Trichlormonofluormethan
(CCl3F) wurde auf zwei Proben eines 1,9 cm (3A inch) breiten Glasgewebebandes aufgestrichen.
Eine Probe wurde 5 Minuten, die andere 15 Minuten an der Luft getrocknet. Nach dem Trocknen
wurde jedes Band auf eine glatte Stahlplatte aufgepreßt und in einem Winkel von 180° zur Plattenoberfläche
mit einer Geschwindigkeit von 30,5 cm/ Minute wieder abgezogen. Die hierfür erforderliche
Kraft wurde mit Hilfe einer Federwaage gemessen und in g/cm Bandbreite bestimmt.
Außerdem wurden ein Zurückbleiben von Klebemittel auf der Stahlplatte und die Beständigkeit der
Federspannung während des Versuches genau beobachtet. Eine gleichmäßige, stetige Spannung der Feder
zeigt an, daß ein einheitlicher, klebefähiger Klebstoff vorliegt, während unterschiedliche Federspannung
auf ein trockenes und daher minderwertiges Klebemittel hinweist.
Bestimmung der Viskosität: 120 g Haftkleber und 80 g 1,1,1-Trichloräthylen wurden gründlich vermischt,
auf konstante Temperatur gebracht und die Viskosität bei 25° C mit einem Brookfield-Viskosimeter
gemessen.
Wenn nicht anders angegeben, sind die in den Beispielen aufgeführten Teile und Prozentsätze Gewichtsteile
bzw. Gewichtsprozent. Sämtliche Viskositäten wurden bei 25° C gemessen.
Aus 60 Teilen eines Harz-Mischpolymerisats mit Trimethylsiloxan- und SiO.,-Einheiten im Verhältnis
0,75:1, 40 Teilen eines in den endständigen Einheiten Hydroxylgruppen aufweisenden flüssigen Dimethylpolysiloxans
mit einer Viskosität von 1200 cSt. und 26 Teilen Xylol wurde eine einheitliche Mischung
hergestellt. Hierauf wurden unter Rühren 0,5 Teile Tri-n-butylamin zugesetzt, bis die Mischung erneut
homogen war, in einen Teigmischer gegeben und zur Entfernung des Xylols unter Hochdruckdampf
(12 Atm.) so lange erhitzt, bis die in bestimmten Zeitabständen
abgenommenen Proben ergaben, daß der gewünschte Klebrigkeitsgrad erreicht war. Die gesamte
Erhitzungsdauer betrug 6 Stunden.
Das Produkt wurde aus der Mischvorrichtung entfernt und gelagert. Proben wurden auf ihre Haftfähigkeit
und Viskosität gemäß den oben beschriebenen Meßmethoden untersucht. Die Ergebnisse sind in
der Tabelle unter »Probe A« aufgeführt.
Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde wiederholt, ίο nur daß an Stelle des Tributylamins 0,5 Teile Dioctadecyldimethylammoniumchlorid
eingesetzt wurden. Die Gesamterhitzungszeit betrug 7 Stunden. Die Prüfungsergebnisse auf Haftfähigkeit und Viskosität
sind in der Tabelle unter »Probe B« aufgeführt.
(Vergleichsbeispiel)
Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde erneut, jedoch ohne Verwendung eines Katalysators wiederholt.
Die Probe wurde insgesamt 8 Stunden erhitzt. Die Prüfungsergebnisse auf Haftfähigkeit und Viskosität
sind in der Tabelle unter »Probe C« aufgeführt.
B e i s ρ i e 1 4
B e i s ρ i e 1 4
(Vergleichsbeispiel)
Das Harz-Mischpolymerisat und das in den endständigen Einheiten Hydroxylgruppen aufweisende
Siloxan gemäß Beispiel 1 wurden getrennt erhitzt, vermischt und keine Aminoverbindungen zugesetzt.
Die Prüfungsergebnisse auf Haftfähigkeit sind in der Tabelle unter »Probe D« aufgeführt.
35 Probe |
Haftfäl (g/cm) |
ligkeit (g/in.) |
Visko sität (cSt.) |
Bemerkungen |
A 40 45 |
405 | 1030 | 11500 | gleichmäßiges Abziehen mög lich, kein Zurückbleiben von Klebe mittel auf der Unterlage |
B | 354 | 930 | 8 500 | kein Zurück bleiben auf der Unterlage |
50 C | 315 | 800 | 3 750 | etwas Klebe mittel bleibt auf der Unter lage zurück |
D 55 |
157 | 400 | es bleibt viel Klebemittel auf der Unter lage, läßt sich ■ nur schlecht abziehen |
Die Ergebnisse zeigen die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Produkte (Proben A und B) gegenüber
bekannten Klebemitteln (Proben C und D). Die Proben A und B zeigen deutlich ein besseres Haft-
65-vermögen als C und D. Außerdem bleibt bei A
und B kein Klebemittel auf der Unterlage zurück, während bei C und D beim Haftfähigkeitstest Rückstände
auf der Unterlage verbleiben.
Verwendet man bei dem Verfahren gemäß Beispiel 1 an Stelle des dort genannten Harz-Mischpolymerisats
eines der folgenden harzartigen Mischpolymerisate, so werden gute Klebemittel erhalten, die
unmittelbar nach dem Aufbringen eine starke Haftfestigkeit zeigen.
A. Ein Mischpolymerisat aus Methyldiäthylsiloxan- und SiO2-Einheiten im Verhältnis 0,9 : 1,
B. ein Mischpolymerisat aus Propyldimethylsiloxan- und SiO2-Einheiten im Verhältnis 0,6 : 1,
C. ein Harz-Mischpolymerisat mit einem Verhältnis von Triorganosiloxan- zu SiO2-Einheiten von
0,6, wobei 10 Molprozent aus Vinyldimethylsiloxan- und 90 Molprozent aus Trimethylsiloxan-Einheiten
bestehen,
D. ein Gemisch aus 25% eines Harz-Mischpolymerisats mit Methyläthylpropylsiloxan- und
SiO2-Einheiten im Verhältnis 0,8:1 und 75 %
eines Harz-Mischpolymerisats mit Trimethylsiloxan- und SiO2-Einheiten im Verhältnis
0,7:1.
Gleichwertige Ergebnisse wurden erzielt, wenn man in Beispiel 1 das Dimethylpolysiloxan durch
eines der folgenden in den endständigen Einheiten Hydroxylgruppen aufweisenden Diorganopolysiloxane
ersetzt:
A. Ein Äthylmethylpolysiloxan mit einer Viskosität von 300 cSt,
B. ein Diorganosiloxan - Mischpolymerisat aus 0,5 Molprozent Methylvinylsiloxan- und
99,5 Molprozent Dimethylsiloxan-Einheiten mit einer Viskosität von 100000 cSt.,
C. ein Gemisch mit einer Viskosität von 5000 cSt., bestehend aus 10% eines Diäthylpolysiloxans
und 90 % eines Äthylmethylpolysiloxans.
Gleichwertige Ergebnisse wurden erzielt, wenn man gemäß Beispiel 1 das tert. Butylamin durch eine der
folgenden Aminoverbindungen ersetzt:
A. 5 % n-Hexylamin,
B. 3 % Äthylnonylamin,
C. 1 % Methylpropyloctadecylamin,
D. 2% einer Mischung, bestehend aus 75% Triäthylamin und 25% Diäthylpropylamin,
E. 0,7% einer Mischung, bestehend aus 80% n-Octadecylamin und 20% Dibutylamin,
F. 2% Di-n-hexylaminoctoat,
G. 0,5%Triäthanolamin.
409 686/50
Claims (3)
1. 45 bis 75 Gewichtsprozent eines benzollöslichen, harzartigen Mischpolymerisats aus
R3SiO1/.,- und SiO2-Einheiten im Verhältnis
von 0,6 : 1 bis einschließlich 0,9 : 1, worin R jeweils Methyl-, Äthyl-, Propyl- und/oder
Vinylreste bedeutet,
2. 25 bis 55 Gewichtsprozent eines in den endständigen Einheiten Hydroxylgruppen aufaufweisenden
flüssigen Diorganopolysiloxans mit einer Viskosität von 100 bis lOOOOOcSt/
25° C, worin die organischen Substituenten, jeweils Methyl-, Äthyl- und/oder Vinylreste
sind,
3. 0,001 bis 5 Gewichtsprozent eines primären, sekundären und/oder tertiären Amins, carbonsauren
Salzen dieser Amine und/oder quartären Ammoniumsalzen,
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |