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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft eine feuchtigkeitshärtbare Polyurethanschmelzklebstoffzusammensetzung,
die einen großen
Bereich an Topfzeit mit einer guten Grünfestigkeit („green
strength") und guter
Adhesion auf Substraten mit geringer Oberflächenenergie aufweist.
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Hintergrund
der Erfindung
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Feuchtigkeitshärtbare Polyurethanschmelzklebstoffe
umfassen Isocyanat-terminierte Polyurethan Pre-Polymere, die bei
Umgebungstemperatur im wesentlichen lösungsmittelfreie Feststoffe
sind. Diese Pre-Polymere werden häufig in Form von Flüssigkeiten
oder Schmelzen angewendet und bilden während des Kühlens und Härtens Bindungen durch Kettenausbau
durch die Reaktion der Isocyanatgruppen mit Oberflächenfeuchtigkeit
oder Umgebungsfeuchtigkeit.
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Während herkömmliche
Schmelzklebstoffe wiederholt zu einer Flüssigkeit erhitzt und zu einem Feststoff
abgekühlt
werden können,
geht ein feuchtigkeitshärtbarer
Schmelzklebstoff eine irreversible, chemische Reaktion zu einer
festen „gehärteten" Form ein, sobald
er in der Gegenwart von Umgebungsfeuchtigkeit dispergiert wird.
Daher sind feuchtigkeitshärtbare Schmelzklebstoffe
nützlich
für Anwendungen,
die hohe Temperaturen erfahren einschließlich z.B. architektonische
Komponenten an Gebäudeaußenseiten
und Komponenten von Wohnmobilen („recreational vehicles").
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Bestimmte
Anwendungen profitieren von feuchtigkeitshärtbaren Schmelzklebstoffen,
die eine relativ kurze Topfzeit aufweisen. Z.B. erfordern kontinuierliche
Hochgeschwindigkeitsklebeverfahren („high speed continuous adhesion
processes") häufig, dass
die anfängliche
Bindung zwischen zwei bahn-artigen („sheet-like") Komponenten (z.B.
einer Folie oder Laminat und einem Profil oder einem festen Kern)
sehr schnell gebildet werden kann, z.B. so schnell, dass die verbundenen
Komponenten von einer Walze extrudiert werden. Weitere Anwendungen profitieren
jedoch von feuchtigkeitshärtbaren Schmelzklebstoffen,
die eine relative längere
Topfzeit aufweisen. Z.B. erfordert der Zusammenbau von großen Teilen
wie z.B. Verbundplatten („composite
panels") oft, die
für Aufbauten
verwendet werden, einschließlich
z.B. der Seitenwände
von Wohnmobilen oder Garagentore, dass die anfängliche Bindung zwischen zwei
großen
Teilen über
einen längeren
Zeitraum gebildet wird, z.B. über
eine ausreichende Zeit zur Bearbeitung, bevor der Klebstoff vom
flüssigen geschmolzenen
in den festen Zustand übergeht.
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US 5,869,593 offenbart Polyurethanzusammensetzungen
von Polyetherpolyol, kristallinen Polyesterpolyolen, die einen Schmelzpunkt
von ungefähr 40 °C bis ungefähr 120 °C aufweisen,
und polyfunktionale Isocyanat-Komponenten.
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US 6,207,248 offenbart Polyurethan Schmelzklebstoffzusammensetzungen,
die in grafischen Anwendungen verwendet werden.
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US 4,889,915 erteilt an
Bauer et al., beschreibt härtbare
Urethanklebstoffzusammensetzungen eines Polyols, einer organischen
Isocyanat-Komponente und eines thermoplastischen Polyurethans, welches
in Methylethylketon löslich
ist.
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Ein
feuchtigkeitshärbarer
Schmelzklebstoff mit einem großen
Bereich an Topfzeit mit guter Grünfestigkeit
(„green
strength") und guter
Adhesion an Substraten mit geringer Oberflächenenergie würde den
Bedürfnissen
von einer Vielzahl von Industrien entsprechen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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In
einem Aspekt betrifft die Erfindung eine feuchtigkeitshärtbare Polyurethanklebstoffzusammensetzung,
die mindestens ein Polyurethan Pre-Polymer einschließt. Das
Polyurethan Pre-Polymer schließt
das Reaktionsprodukt einer Polyol-Komponente und einer Polyisocyanat-Komponente
ein. Die Polyol-Komponente schließt ein:
- a)
mindestens ein amorphes Polyesterpolyol, dass das Reaktionsprodukt
von Neopentylglycol, Hexandiol und mindestens einem von Phthalsäureanhydrid
und Phthalsäure
einschließt;
- b) mindestens einem flüssigen
Polyesterpolyol, das eine Viskosität von größer als 10.000 mPas (10.000
cps) bei 80 °C
aufweist;
- c) mindestens einem kristallinen Polyesterpolyol, das einen
Schmelzpunkt von 40 °C
bis 120 °C aufweist;
und
- d) mindestens einem thermoplastischen Polyurethan.
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In
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bindung
von Substraten, umfassend das Auftragen von einer feuchtigkeitshärtbaren
Schmelzklebstoffzusammensetzung gemäß der Erfindung auf mindestens
eine Oberfläche
eines ersten Substrates, Kontaktieren der Klebstoffzusammensetzung
mit einem zweiten Substrat und Härten der
Klebstoffzusammensetzung. Sobald sie auf der Oberfläche des
ersten Substrates aufgetragen ist, bildet die Klebstoffzusammensetzung
eine Beschichtung, die kontinuierlich oder diskontinuierlich sein kann.
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In
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Artikel, der
mindestens zwei Substrate einschließt, die durch die Klebstoffzusammensetzung
der Erfindung verbunden sind.
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Die
Klebstoffzusammensetzung kann so formuliert werden, dass sie eine
Topfzeit von nicht mehr als 12 Minuten aufweist. Die Topfzeit eines
feuchtigkeitshärtbaren
Schmelzklebstoffes kann beschrieben werden als zusammenhängend mit
dem Fluss („flow") und der Härte („hardness") des Klebstoffs. Sobald
er auf eine Oberfläche
eines Substrates aufgetragen wird, wird der Klebstoff für eine Zeit
verarbeitbar sein („be
open"), währenddessen
der Klebstoff in der Lage ist zu fließen und die Feuchtigkeit der
Oberfläche
des Substrates aufzunehmen („wetting-out
the surface"). Die
Topfzeit eines Klebstoffs kann abgeschätzt werden unter Verwendung
eines Rheometrics Dynamic Spektrometers durch Bestimmung der Zeit,
wenn tan delta gleich eins ist. In einem Ausführungsbeispiel ist die Klebstoffzusammensetzung
so formuliert, dass sie eine Topfzeit von 2 Minuten bis 8 Minuten
aufweist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist die Klebstoffzusammensetzung so formuliert, dass sie eine Topfzeit
von 5 Sekunden bis 30 Sekunden aufweist.
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Die
Klebstoffzusammensetzung kann ebenfalls so formuliert werden, dass
sie nach dem Härten eine
Schälfestigkeits-Versagenstemperatur
(„peel adhesion
failure temperature")
(PAFT) von mindestens 104 °C
(220 °F)
aufweist. In einem Ausführungsbeispiel
ist die Klebstoffzusammensetzung so formuliert, dass sie eine Schälfestigkeits-Versagenstemperatur
(PAFT) von mindestens 121 °C
(250 °F)
aufweist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist die Klebstoffzusammensetzung so formuliert, dass sie eine Schälfestigkeits-Versagenstemperatur
(PAFT) von mindestens 149 °C
(300 °F)
aufweist.
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Die
Klebstoffzusammensetzung kann ebenfalls so formuliert werden, dass
sie eine gute Grünfestigkeit
(„green
strength") aufweist,
welche ebenfalls als „anfängliche
Bearbeitungsstärke" („inital handling
strength") bezeichnet
wird, dass heißt,
die Stärke
der klebenden Bindungen bevor die Klebstoffzusammensetzung gehärtet ist.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt
den komplexen Modul (G*) und tan delta der Klebstoffzusammensetzung
des Beispiels 1 vor dem Härten
dar.
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2 stellt
den komplexen Modul (G*) und tan delta der Klebstoffzusammensetzung
in Beispiel 2 vor dem Härten
dar.
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3 stellt
den komplexen Modul (G*) und tan delta der Klebstoffzusammensetzung
in Beispiel 3 vor dem Härten
dar.
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4 stellt
den komplexen Moudul (G*) und tan delta der Klebstoffzusammensetzung
in Beispiel 4 vor dem Härten
dar.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
feuchtigkeitshärtbare
Polyurethanschmelzklebstoffzusammensetzung schließt mindestens
ein Polyurethan Pre-Polymer ein. Das Polyurethan Pre-Polymer schließt das Reaktionsprodukt
einer Polyol-Komponente und einer Polyisocyanat-Komponente ein.
Die Polyol-Komponente schließt
a) mindestens ein amorphes Polyesterpolyol, b) mindestens ein hochviskoses
flüssiges
Polyesterpolyol, c) mindestens ein kristallines Polyesterpolyol
und d) mindestens ein thermoplastisches Polyurethan ein.
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Die
Klebstoffzusammensetzung schließt
von 5 Gew.-% bis 30 Gew.-%, bevorzugt von 10 Gew.-% bis 20 Gew.-%
mindestens eines amorphen Polyesterpolyols ein, basierend auf dem
Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Nützliche amorphe Polyesterpolyole
schließen
das Reaktionsprodukt von Neopentylglycol, Hexandiol und mindestens
einem von Phthalsäureanhydrid
und Phthalsäure
ein, die eine Hydroxyzahl von 20 bis 110 aufweisen, bevorzugt von
30 bis 75 und mehr bevorzugt von 50 bis 60. Nützliche amorphe Polyesterpolyole
schließen
das Reaktionsprodukt von Neopentylglycol, 1,6-Hexandiol und Phthalsäureanhydrid
ein, das eine Hydroxyzahl von 51 bis 61 aufweist, welches erhältlich ist
unter dem Namen Agent 2272-100 von Stepan Company (Northfield, IL).
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Die
Klebstoffzusammensetzung schließt
von 20 Gew.-% bis 60 Gew.-%, bevorzugt von 30 Gew.-% bis 50 Gew.-%,
von mindestens einem flüssigen
Polyesterpolyol ein, basierend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung:
Nützliche
flüssige
Polyesterpolyole schließen
hochviskose Polyesterpolyole ein, dass heißt, die eine Viskosität von größer 10.000 mPas
(10.000 cps) bei 80 °C
aufweisen. Nützliche hochviskose
flüssige
Polyesterpolyole schließen
das Reaktionsprodukt von mindestens einem Diol, einschließlich z.B.
Ethylenglycol, Diethylenglycol, Neopentylglycol, Hexandiol und Butandiol
und mindestens einer Disäure
wie z.B. Adipinsäure,
Phthalsäure, Terephthalsäure, Isophthalsäure und
Mischungen davon ein. Nützliche,
kommerziell erhältliche
hochviskose flüssige
Polyesterpolyole schließen
die Dyancoll® 7.200
Serie, erhältlich
von Degussa Corpoeration (Parsippany, NJ) ein.
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Die
Klebstoffzusammensetzung schließt ebenfalls
von 10 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bevorzugt von 20 Gew.-% bis 40 Gew.-%
mindestens eines kristallinen Polyesterpolyols, basierend auf dem
Gesamtgewicht der Zusammensetzung, ein. Nützliche kristalline Polyesterpolyole
schließen
Polyole, die einen Schmelzpunkt von 40 °C bis 120 °C und eine Glasübergangstemperatur
(Tg) von weniger als 0 °C aufweisen, ein. Das kristalline
Polyesterpolyol schließt
bevorzugt das Reaktionsprodukt eines Diols einschließlich z.B.
Ethylenglycol, Hexandiol, Butandiol und Kombinationen davon und
einer Disäure
einschließlich
z.B. Adipinsäure,
Dodekandicarbonsäure, Sebacinsäure, Terephthalsäure und
Kombinationen davon ein. Beispiele für kommerziell erhältliche
Polyesterpolyole schließen
die Dynacoll® 7300
Serie von Polyesterpolyolen erhältlich
von Degussa Corporation; die Rucoflex® 5-102
Serie und 5-105 Serie erhältlich
von Bayer Corporation (Hicksville, NY) ein.
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Die
Klebstoffzusammensetzung schließt ebenfalls
von 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% mindestens eines thermoplastischen Polyurethans
(TPU) ein, basierend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Thermoplastische Polyurethane werden ebenfalls als thermoplastische
Polyurethanelastomere bezeichnet, da sie hochelastisch sind. Die
thermoplastischen Polyurethane schließen lineare Polymerketten kombiniert
mit Block-Strukturen ein. Diese Block-Strukturen enthalten Segmente
mit niedriger Polarität,
die relativ lang sind und die weiche Segmente („soff segments") genannt werden.
Die weichen Segmente sind kovalent an kürzere „harte" Segmente, die hohe Polarität aufweisen,
gebunden. Nützliche
thermoplastische Polyurethane schließen die Reaktionsprodukte von
mindestens einem weichen Segment (z.B. Polyether, Polyester und
Polycaprolacton) und einem Isocyanat, z.B. Methylendiphenyldiisocyanat
(MDI) ein. Mehr Informationen über thermoplastische
Polyurethane können
in „Thermoplastic
Polyurethanes: Chemistry Opens Up New Opportunities", Urethane Technology,
Seiten 24, 26, Dezember 1997/Januar 1998 gefunden werden. Nützliche
thermoplastische Polyurethane sind erhältlich unter dem Namen Pearlbond® von
Aries Technologies (Derry, NH ein Vertriebshändler von Merquinsa mit dem
Sitz in Barcelona, Spanien).
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Die
Klebstoffzusammensetzung schließt ebenfalls
eine Polyisocyanat-Komponente ein. Die Polyisocyanat-Komponente
schließt
mindestens ein polyfunktionales Isocyanat ein, dass eine Isocyanatfunktionalität von mindestens
2,0 aufweist. Nützliche polyfunktionale
Isocyanate schließen
solche Isocyanate ein, die aliphatischer und aromatischer Natur sind.
Nützliche
polyfunktionale Isocyanate schließen ebenfalls Mischungen von
aromatischen und aliphatischen Isocyanaten ein, als auch Isocyanate,
die beide, aliphatischen und aromatischen Charakter aufweisen.
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Nützliche
polyfunktionale Isocyanate schließen Diphenylmethan-4-4'-diisocyanat (MDI),
welches erhältlich
ist unter dem Namen Isonate
® 125M von Dow Chemical
Co. (Midland, MI), ein. Nützliche polyfunktionale
Isocyanate schließen
ebenfalls solche wie beschrieben in
US
4,775,719 ,
US 4,808,255 und
US 4,820,368 ein.
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Die
Klebstoffzusammensetzung kann optional weitere Polyole einschließen, z.B.
weitere amorphe Polyesterpolyole, die eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 0 °C
bis 50 °C
aufweisen. Geeignete amorphe Polyesterpolyole schließen die
Dynacoll® 7100
Serie, erhältlich
von Degussa Corporation ein.
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Die
Klebstoffzusammensetzung kann weiterhin ein thermoplastisches Polymer
einschließen,
das nicht den oben beschriebenen thermoplastischen Polyurethan entspricht.
Geeignete thermoplastische Polymere schließen jedes thermoplastische
Polymer ein, das mit der Klebstoffzusammensetzung kompatibel wäre, bevorzugt
kompatibel mit den ausgewählten
Polyolen. Ein thermoplastisches Polymer ist kompatibel, wenn es
im wesentlichen homogen oder im wesentlichen frei von Phasentrennung
innerhalb der Klebstoffzusammensetzung ist. Geeignete thermoplastische
Polymere schließen
Ethylen/Vinylacetat/Copolymere, Ethylen/n-Butylacrylat-Copolymere, Ethylen/Methylacrylat-Copolymere,
Ethylen/Acrylat-Copolymere, Acrylpolymere, Butylen/Poly(alkylenether)phthalat-Polymere
und Mischungen davon ein. Beispiele von kommerziell erhältlichen thermoplastischen
Polymeren schließen
Butylen/Poly(alkylenether)phthalat erhältlich unter dem Handelsnamen
Hytrel® 8171
von DuPont de Nemours (Wilmington, DE) ein; Ethylenvinylacetat Copolymere erhältlich unter
dem Handelsnamen Elvax® von Du Pont de Nemours
und erhältlich
unter dem Handelsnamen Ultrathene® von
Quantum Chemical Co., USI Division (Cincinnati, OH); Ethylen n-Butylacrylat
erhältlich
unter dem Handelsnamen Enathene® von Quantum
Chemical Co., erhältlich
unter dem Handelsnamen Escorene® von
Exxon Chemical Co. (Houston, TX) und erhältlich unter dem Handelsnamen
Lotry® von
Elf Atochem North America (Philadelphia, PA); Ethlyenmethylacrylat
erhältlich
unter dem Handelsnamen Optema® von Exxon; Ethylenacrylat-Copolymere
erhältlich
unter dem Handelsnamen Elvaloy® von Du Pont; Ethylen-n-Butylacrylat Kohlenmonooxid-Terpolymere
erhältlich unter
dem Handelsnamen Elvaloy® von Du Pont; und Acrylpolymere
erhältlich
unter dem Handelsnamen Elvacite® von
ICI Acrylics (St. Louis, MO) ein.
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Die
Klebstoffzusammensetzung kann weiterhin nicht mehr als 2,0 Gew.-%,
bevorzugt von 0,01 Gew.-% bis 2,0 Gew.-%, Katalysator einschließen, basierend
auf dem Gesamtgewicht der Klebstoffzusammensetzung. Geeignete Katalysatoren
schließen solche
ein, die beides Ether und Morpholin-funktionelle Gruppen aufweisen,
z.B. 4,4'-(Oxydi-2,1-ethandiyl)-bis-morpholin; aliphatische
Titanate, die von 1 bis 12 Kohlenstoffatomen aufweisen wie niedere
Alkyltitanate wie z.B. Tetrabutyltitanat und Tetraethyltitanat;
und Amine, wobei 2,2-Dimorpholinoethylether und
Di-(2,6-dimethylmorpholinoethyl)ether bevorzugt sind. Beispiele
für kommerziell
erhältliche
Katalysatoren schließen
4,4'(Oxydi-2,1-ethandiyl)-bis-morpholin erhältlich unter
dem Handelsnamen JeffcatTM DMDEE von Huntsman
Corp. (Houston, TX) ein.
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Die
Klebstoffzusammensetzung kann weiterhin weitere Additive einschließen wie
z.B. klebrigmachende Harze, Weichmacher, Füllstoffe, Stabilisatoren, Antioxidantien,
Ultraviolett (UV) Fänger
(„scavengers") oder UV-Absorber,
Pigmente, Fluoreszenzmittel, Geruchtsmaskierer („odor masks"), Adhesionspromotoren
(z.B. Silan), Tenside, Antischaummittel und Kombinationen davon.
Diese Additive werden bevorzugt in einer Menge von weniger als 5,0 Gew.-%,
mehr bevorzugt weniger als 2,0 Gew.-% hinzugegeben, basierend auf
dem Gesamtgewicht der Klebstoffzusammensetzung.
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Klebrig
machendes) Harze) kann/können
in die Klebstoffzusammensetzung eingebracht werden, um die Klebrigkeit
zu verbessern und der Klebstoffzusammensetzung druckempfindliche
Eigenschaften („pressure
sensitive qualities")
zu verleihen, wenn es gewünscht
wird. Klebrig machende Harze können ausgewählt werden
basierend auf ihrer Kompatibilität mit
der Klebstoffzusammensetzung. Klebrig machende Harze, die eine Restsäurezahl
aufweisen, wie Harz („rosin") basierende klebrig
machende Harze und solche Harze, die phenolische Funktionalität aufweisen,
sollten mit Vorsicht ausgewählt
werden, da die Restsäure
mit dem feuchtigkeitshärtenden Schmelzsystem
reagieren könnte.
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Weichmacher
können
ausgewählt
werden, um die Verarbeitung zu erleichtern und die Flexibilität der Zusammensetzung
zu erhöhen.
Beispiele für nützliche
klebrig machende Harze und Weichmacher können in
US 4,775,719 ,
US 4,808,255 ,
US 4,820,368 und
US 5,441,808 gefunden werden.
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Geeignete
Füllstoffe
schließen
z.B. Talk, Tone, Silika und behandelte Versionen davon, Ruß, Mika
und Kombinationen davon ein. Kommerziell erhältliche nützliche Füllstoffe schließen Talk,
erhältlich unter
dem Handelsnamen Mistron® Vaper von Luzenac America,
Inc. (Englewood, CO); verschiedene Teilchengrößen Qualitäten von Talk sind unter dem Handelsnamen
Nytal® 200,
300 und 400 von R.T. Vanderbilt Co. (Norwalk, CT) erhältlich;
Kaolin-Ton ist erhältlich
unter dem Handelsnamen Snobrite® Clay von
Evans Clay Co. (Mcintyre, GA); abgerauchte Kieselsäure („fumed
silica") erhältlich unter
dem Handelsnamen Cab-o-Sil® TD-720 von Cabot Corp.
(Tuscol, IL); und 3X und 4X Mica erhältlich unter dem Handelsnamen
Mineralite® von
Mineral Mining Corp. (Kreshaw, SC).
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Stabilisatoren,
Antioxidantien und Kombinationen davon können zu der Klebstoffzusammensetzung
hinzugegeben werden, um sie vor der Zersetzung zu schützen, die
durch Reaktion mit Sauerstoff verursacht wird, induziert z.B. durch
Hitze, Licht oder restlichem Katalysator aus den Rohmaterialien
z.B. des klebrig machenden Harzes. Nützliche Antioxidantien schließen primäre Antioxidantien
ein, die als freie Radikalfänger
fungieren und welche allein oder in Kombination mit weiteren Antioxidantien
verwendet werden können.
Beispiele für
nützliche
primäre
Antioxidantien schließen
alle gehinderten phenolischen Antioxidantien erhältlich unter dem Handelsnamen
Irganox® 565,
1010 und 1076 von Ciba-Geigy (Hawthorne, NY) ein; und gehinderte
phenolische Antioxidantien erhältlich
unter dem Handelsnamen Anox® 20 von Great Lakes Chemicals
(West Lafayette, Indiana). Weitere Antioxidantien schließen z.B.
Phosphit-Antioxidantien, erhältlich
unter dem Handelsnamen Irgafos® 168 von Ciba-Geigy ein. Weitere
kommerziell erhältliche
Antioxidantien schließen
z.B. Thioether-Antioxidantien, erhältlich unter dem Handelsnamen
Cyanox® LTDP
von Cytec Industries (Stamford, CT) ein; gehinderte phenolische
Antioxidantien erhältlich
unter dem Handelsnamen Ethanox® 330 von Albemarle (Baton
Rouge, LA). Antioxidantien können
zu der Klebstoffzusammensetzung in einer Menge von nicht größer als
2,0 Gew.-% in die Zusammensetzung gegeben werden.
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Die
Klebstoffzusammensetzung kann hergestellt werden durch Reaktion
einer Polyol-Komponente
mit der Polyisocyanat-Komponente, um ein Polyurethan Pre-Polymer
zu erhalten.
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Das
Polyurethan Pre-Polymer wird normalerweise hergestellt durch Reaktion
der Polyol-Komponente
mit mindestens einem Polyisocyanat bei erhöhten Temperaturen von 40 °C und 200 °C. Die Polyol-Komponente
kann zuerst ins Reaktionsgefäß eingeführt, auf
eine Reaktionstemperatur erhitzt und getrocknet werden, um die Umgebungsfeuchtigkeit, die
die Polyol-Komponente absorbiert hat, zu entfernen. Die Polyisocyanat-Komponente
wird dann zu dem Reaktor hinzugegeben. Die Polyol-Komponente wird
im Allgemeinen mit der Polyisocyanat-Komponente in Verhältnissen
reagiert, die normalerweise abhängen
von der Hydroxy- und Isocyanatfunktionalität der Reaktanten. Normalerweise
werden die Reaktanten in Verhältnissen
reagiert, welche in einer Reaktion zwischen Isocyanatgruppen und
Hydroxygruppen resultieren, die im wesentlichen keine restlichen
Hydroxy- und minimale Isocyanatfunktionalität hinterlassen, typischerweise
weniger als 10 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des resultierenden Pre-Polymers.
Normalerweise wird die Reaktion zwischen der Polyol-Komponente und
der Polyisocyanat-Komponente bei einem OH:NCO Verhältnis von 0,75:1,0
bis 0,15:1,0 durchgeführt,
um ein Gew.-% NCO (%NCO) in der fertigen Klebstoffzusammensetzung
von 1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bevorzugt nicht größer als 5 Gew.-%, basierend auf
dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung, zu erhalten. Normalerweise
wird das resultierende Pre-Polymer titriert, um die Restkonzentration
an Isocyanat zu messen unter Verwendung von ASTM D-2572-80 „Standard
Method for Isocyanate Group and Urethane Materails or Prepolymers", um die Vollständigkeit
der Reaktion zu bestimmen.
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Während die
Auswahl der Komponenten, die Reihenfolge der Zugabe und die Zugaberate
dem Fachmann überlassen
werden kann, kann im Allgemeinen die Klebstoffzusammensetzung durch
Reaktion der Isocyanat-Komponente und der Polyole hergestellt werden
und dann mit der thermoplastischen Komponente und jedem weiteren
optionalen Bestandteil, der hinzugegeben werden kann, vermischt werden.
Die Menge von jedem Bestandteil basiert auf einem Prozentsatz des
resultierenden Gesamtgewichts der Klebstoffzusammensetzung unabhängig davon,
welches der Bestandteil ist. Optional kann die thermoplastische
Komponente und jede weitere optionale Komponente mit den Polyolen
vermischt werden bevor sie mit der Isocyanat-Komponente reagiert.
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Die
resultierende Klebstoffzusammensetzung kann in geeigneten feuchtigkeitsbeständigen Behältern verpackt
werden. Die Klebstoffzusammensetzung wird normalerweise in seiner
festen Form vertrieben und gelagert. Wenn sie eingesetzt werden soll,
wird die Klebstoffzusammensetzung vor der Anwendung erhitzt und
geschmolzen.
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Die
resultierende Klebstoffzusammensetzung weist bevorzugt eine Viskosität von 5.000
mPas (5.000 cps) bis 70.000 mPas (70.000 cps) bei 121 °C (250 °F), mehr
bevorzugt von 10.000 mPas (10.000 cps) bis 50.000 mPas (50.000 cps)
bei 121 °C
(250 °F)
auf.
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Die
Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren zur Bindung von Substraten
bereit. Das Verfahren schließt
die Auftragung der feuchtigkeitshärtbaren Schmelzklebstoffzusammensetzungen
auf mindestens eine Oberfläche
eines ersten Substrates, Kontaktieren der Klebstoffzusammensetzung
mit einem zweiten Substrat und Härten
der Klebstoffzusammensetzung ein.
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Geeignete
Methoden zur Anwendung der Klebstoffzusammensetzung schließen z.B.
Beschichten mit einer Walze („roll
coating"), Sprühen, Extrusion
und Beschichten mit einer Breitschlitzdüse („slot die coating") ein.
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Die
Klebstoffzusammensetzung härtet
in der Gegenwart von Feuchtigkeit einschließlich z.B. Umgebungsfeuchtigkeit.
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Die
Klebstoffzusammensetzung ist nützlich zum
Verbinden einer Vielzahl von Substraten, insbesondere Substraten
mit niedriger Oberflächenenergie,
einschließlich
z.B. Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol, Polyacrylat, Acrylonitril-Butadien-Styrol
(ABS), Ethylen-Vinylacetat (EVA), Polycarbonat, faserverstärktem Kunststoff
(„fiber
reinforced plastic")
(FRP), Polyurethan, Nylon, grundiertem Stahl, Aluminium, Leder,
Gummi, Papier, Holzverbundwerkstoffplatten und Kombinationen davon.
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Die
Klebstoffzusammensetzung kann so formuliert werden, dass sie eine
relativ lange Topfzeit und eine gute Grünfestigkeit („green
strength") aufweist
und ist besonders nützlich
zur Bindung von großen
Bahnen („sheets") oder Platten („panels") von Substraten,
um große Gegenstände herzustellen,
für welche
eine längere
Topfzeit zum Zusammenbau wünschenswert
ist. Beispiele für
solche Artikel schließen
Seitenwände
von Wohnmobilen, architektonische Türen („architectural doors") und Möbel ein.
Die Klebstoffzusammensetzung kann ebenfalls so formuliert werden,
dass sie eine relativ kurze Topfzeit aufweist und so besonders nützlich ist
zum Verpacken von Profilen („profile
wrapping") in kontinuierlichen Hochgeschwindigkeitsklebeverfahren.
Die Klebstoffzusammensetzung ist ebenfalls geeignet für die Verwendung
in weiteren Industrien, einschließlich der Herstellung von Schuhen
und der Buchbindungsindustrie.
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Die
Erfindung wird ferner durch die folgenden nicht limitierenden Beispiele
beschrieben. Es versteht sich, das jedoch viele Variationen und
Modifikationen gemacht werden können
und dennoch im Bereich der vorliegenden Erfindung bleiben. Alle
Einheiten sind in Gew.-% angegeben, wenn nicht anderweitig gekennzeichnet.
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Beispiele
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Testverfahren
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Viskosität
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Die
Viskosität
wurde auf einem Brookfield Viskosimeter Model DV-I unter Verwendung
der Spindel Nr. 27 gemessen.
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180 °C Schälfestigkeits-Versagenstemperatur
(„Peel Adhesion
Failure Temperature")(PAFT)
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Ein
Blatt von # 10 Gewebe wird in 2,54 cm × 10,16 cm (1'' × 4'') Streifen geschnitten. Der Klebstoff wird
unter Verwendung eines vorgeheizten 1,718·10–2 cm
Streckbarrens („drawdown
bar") auf jedem
Streifen auf einem 2,54 cm × 2,54
cm (1'' × 1 '') Bereich
während
der übrige
Bereich des Streifens frei von Klebstoff ist. Zwei frisch beschichtete
Streifen werden so platziert, dass die beschichteten Bereiche zusammengebunden
werden, um einen Film zu erzeugen, der eine Dicke von ungefähr 3,5 × 10–2 cm (14
mil) aufweist. Die Klebung wird mit einer ca. 2,28 kg (5 lb) tragbaren
Gummirolle gepresst und dann für mindestens
10 Tage bei 50 % relativer Feuchtigkeit und 25 °C (77 °F) gehärtet.
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Die
gehärtete
Klebung wird in einen programmierbaren Ofen platziert, der die Temperatur
um 25 °C/Std.
erhöht.
Ein Ende der Klebung ist an einem Abzugsschalter befestigt. Das
andere Ende der Klebung ist an einem 1.000 Gramm-Gewicht befestigt. Wenn
die Temperatur ansteigt, weicht der Klebstoff auf, bis zu einem
Punkt, wo die Klebung versagt, das Gewicht fällt und der Schalter ausgelöst wird.
Dieser sendet ein Signal an einen Rekorder, der die Temperatur aufzeichnet,
bei welcher die Klebung versagt. Die durchschnittliche Versagenstemperatur
von fünf Proben
wird erfasst.
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Topfzeit und
Grünfestigkeit
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Der
komplexe Modul (G*) und tan delta der Klebstoffzusammensetzung wird
bei 1 rad/Sek. Frequenz und 25 °C
unter Verwendung eines Rheometrics Dynamic Spektrometers gemessen.
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Beispiel 1
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Eine
Klebstoffzusammensetzung wurde wie folgt hergestellt:
Ein Reaktor
wurde mit 75 Gramm Agent 2272-100, einem amorphen Polyesterpolyol,
dass das Reaktionsprodukt von 25 Mol-% 1,6-Hexandiol, 25 Mol-% Neopentylglycol
und 50 % Mol-% Phthalsäureanhydrid
einschließt
und eine Hydroxyzahl von 56 + 5 aufweist (Stepan Company, Northfield,
IL), 220 Gramm Dynacoll® 7210, einem hochviskosen
flüssigen
Polyesterpolyol (Degussa Corporation, Parsippany, NJ), und 100 Gramm
Rucoflex® 5-105-22, einem kristallinen
Polyesterpolyol (Bayer Corp., Hicksville, NY) beladen und dann auf
120 °C erhitzt.
40 Gramm Pearlbond® 501, ein thermoplastisches
Polyurethan Polymer (Aries Tegnologies, Derry, NH) und 2,5 Gramm Irganox® 1010,
ein gehindertes phenolisches Antioxidants wurden zu der Mischung
hinzugegeben. Die Rohmaterialmischung wurde in dem Reaktor bei 120 °C für 1 Stunde
unter Vakuum von mindestens 91.400 Pa (27 inHg) getrocknet. Die
Mischung wurde auf 110 °C
gekühlt
und der Reaktor wurde mit 62,5 Gramm Isonate® 125q,
1,1-Methylen-bis(4-isocyanato)benzol (Dow Chemical Co., Midland,
MI) beladen. Die Reaktion wurde für 1 Stunde bei 120 °C und Vakuum
durchgeführt.
Das resultierende Produkt wurde aus dem Reaktor gegossen und mit
Stickstoff gespült.
Das resultierende Pre-Polymer wies %NCO von 2,0 und eine Viskosität von 15.000
mPas (15.000 cps) bei 121 °C
(250 °F)
auf.
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Die
Topfzeit und Grünfestigkeit
der Klebstoffzusammensetzung von Beispiel 1 ist in 1 dargestellt.
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Beispiel 2
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Eine
Klebstoffzusammensetzung wurde hergestellt gemäß dem Verfahren in Beispiel
1 mit der Ausnahme, dass das Pre-Polymer durch Reaktion von 75 Gramm
Agent 2272-100, 165 Gramm Dynacoll® 7210,
150 Gramm Rucoflex® 5-102-22, einem kristallinen
Polyesterpolyol (Bayer Corp., Hicksville, NY), 45 Gramm Pearlbond® 501,
2,5 Gramm Irganox® 1010, 5 Gramm Mistron® Vapor
Talkfüllstoff
und 57,5 Gramm Isonate® 125M erhalten wurde.
Das resultierende Pre-Polymer erwies eine %NCO von 2,0 und eine
Viskosität
von 25.000 mPas (25.000 cps) bei 121 °C (250 °F) auf.
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Die
Topfzeit und Grünfestigkeit
der Klebstoffzusammensetzung von Beispiel 2 ist in 2 dargestellt.
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Beispiel 3
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Eine
Klebstoffzusammensetzung wurde hergestellt gemäß dem Verfahren von Beispiel
1 mit der Ausnahme, dass das Pre-Polymer durch Reaktion von 75 Gramm
Agent 2272-100, 165 Gramm Dynacoll® 7210,
150 Gramm Dynacoll® 7361, einem kristallinen
Polyesterpolyol von Degussa Corporation, 45 Gramm Pearlbond® 501,
2,5 Gramm Irganox® 1010, 5 Gramm Mistron® Vapor
und 57,5 Gramm Isonate® 125M erhalten wurde.
Das resultierende Pre-Polymer
wies eine %NCO von 2,0 und eine Viskosität von 30.000 mPas (30.000 cps)
bei 121 °C
(250 °F)
auf.
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Die
Topfzeit und Grünfestigkeit
der Klebstoffzusammensetzung von Beispiel 3 ist in 3 dargestellt.
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Beispiel 4
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Eine
Reaktion wurde durchgeführt
gemäß dem Verfahren
in Beispiel 1 mit 75 Gramm Agent 2227-100, 190 Gramm Dynacoll® 7210,
75 Gramm Rucoflex® 5-105-10, 50 Gramm Rucoflex® 5-105-22, 45
Gramm Pearlbond® 501,
2,5 Gramm Irganox® 1010, 5 Gramm Mistron® Vapor
und 57,5 Gramm Isonate ® 125M. Die Reaktion ergab
ein Pre-Polymer, dass eine %NCO von 2,0 und eine Viskosität von 35.000
mPas (35.000 cps) bei 121 °C
(250 °F)
aufweist.
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Die
Topfzeit und Grünfestigkeit
der Klebstoffzusammensetzung von Beispiel 4 ist in 4 dargestellt.