DE69308459T2

DE69308459T2 - Wässrige Zusammensetzung

Info

Publication number: DE69308459T2
Application number: DE69308459T
Authority: DE
Inventors: Ci Xiaohong
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 1992-10-23
Filing date: 1993-10-01
Publication date: 1997-10-09
Anticipated expiration: 2013-10-02
Also published as: HK1001063A1; DE69308459D1; EP0594321B1; PL175562B1; PL300833A1; FI934687L; HU9303008D0; FI934687A0; AU4878893A; GR3022746T3; SK113993A3; EP0594321A1; NO933751L; NO933751D0; SI9300560A; AU674876B2; HUT66492A; IL107176A0; CZ222993A3; ATE149550T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wäßrige Zusammensetzung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein wäßriges, schnell-abbindendes, nicht-zementartiges Haftmittel. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein wäßriges, schnell-abbindendes, nicht-zementartiges Haftmittel, das eine schnell eintretende Kohäsions- und Adhäsionsfestigkeit liefert, sowie ein Verfahren zur Verbesserung der schnell eintretenden Kohäsions- und Adhäsionsfestigkeit nicht-zementartiger Haftmittel.
Außenisolierung und Oberflächensysteme ("EIFS") sind mehrschichtige Verbundsysteme, die auf Gebäudeaußenwänden und anderen Freiluftstrukturen zur Isolierung, zum Schutz oder zur Verschönerung angebracht sind. Die äußere Oberfläche eines Gebäudes oder andere Freiluftstrukturen können aus Zement, Schlackensteinblock, Stein, Ziegel bzw. Backstein, Holz, Gipsplatten oder dgl. gestaltet sein. Eine Materialschicht, typischerweise in Form einer festen oder geschäumten Matenaischicht, wie z.B. geschäumtes und extrudiertes Polystyrol, wird auf die äußere Oberfläche des Gebäudes oder anderer Freiluftstrukturen aufgetragen, und wird mit einer Maschen-verstärkten Grundierung und anschließend mit einem Deckanstrich bedeckt.
Die Grundierung liefert dem System Wetterbeständigkeit, Flexibilität, Härte, mechanische Festigkeit und Schlagfestigkeit. Der Deckanstrich der Oberfläche des Systems liefert ästhetische Merkmale wie z.B. Farbe und Textur.
Wenn kein mechanisches Befestigungsmittel verwendet wird, wird ein Haftmittel zur Bindung der Materialschicht auf der äußeren Oberfläche des Gebäudes oder anderer Freiluftstrukturen gebraucht. Probleme bereiten dabei sowohl Haftmittel, die Zement enthalten, als auch Haftmittel, die keinen Zement enthalten.
Calciumoxid, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Eisenoxid in geeigneten Anteilen binden chemisch bei höheren Temperaturen unter Bildung eines Verbundwerkstoffes eines hydraulischen Zements. Wenn der hydraulische Zement in Kontakt mit Wasser gebracht wird, beginnen seine Bestandteile zu hydratisieren und binden in eine harte Substanz ab, typischerweise im Bereich von einer bis drei Stunden. Dies führt zu einer nur kurzen Topfzeit ("pot life") für die Anwendung von Haftmitteln, die Zement enthalten, während sie noch flüssig sind. Bauunternehmer, die ein Zement-enthaltendes Haftmittel verwenden, müssen jedes unbenutzte Material verwerfen, da es nach Abbinden bzw. Aushärten in eine harte Substanz, gewöhnlich in weniger als etwa fünf Stunden, nicht mehr verwendungsfähig ist. Dies führt zu beträchtlichem Abfall.
Dieses Abfallproblem kann durch Verwendung nicht-zementartiger Haftmittel vermieden werden. Jedoch weisen konventionelle nicht-zementartige Haftmittel schlechte schnell eintretende Adhäsions- und Kohäsionsfestigkeit auf, da ihnen die durch den Zement gelieferte Adhäsions- und Kohäsionsfestigkeit fehlt. Die Trockenzeit kann abhängig von den Umweltbedingungen mehrere Tage dauern. Das Problem wird weiter verschlimmert, da die auf die äußere Oberfläche eines Gebäudes oder anderer Freiluftstrukturen aufgetragene Materialschicht typischerweise ein hydrophobes Material wie Polystyrolschaum ist, was die Beförderung von Wasser aus dem geschichteten bzw. schichtenweisen, äußeren Oberflächensystem behindert. Bis das geschichtete äußere Oberflächensystem abbindet, weist das Haftmittel keine ausreichende Kohäsions- und Adhäsionskraft zur Bindung des Materialschicht auf der äußeren Oberfläche eines Gebäudes oder anderer Freiluftstrukturen auf. Dies ist insbesondere ein Problem in Gegenden, in denen die Materialien beeinträchtigt werden können, oder in denen kaltes und naßes oder feuchtes Wetter vorherrscht.
Bauunternehmer setzen in ihrer Tätigkeit typischerweise EIFS ein, und als solches ist ihre Einbaueffizienz durch die Zeit beschränkt, die jede Schicht oder Beschichtung zum Abbinden oder Trocknen braucht. Zusätzlich wird eine schnelltrocknende, äußere Beschichtung gebraucht, so daß eine Widerstandsfähigkeit gegen Schmutzaufnahme und Auswaschen durch Regen, Schnee, Wind und dgl. nach deren Auftragung entwickelt wird. Dieses mit einem langsamen Trocknen verknüpfte Problem wird unter gewissen Umweltbedingungen erhöht, insbesondere unter kalten und naßen oder feuchten Bedingungen. Um die Abbindezeit der Beschichtung zu reduzieren, haben Lieferanten versucht, den Wassergehalt in der Beschichtungsformulierung zu vermindern. Dies führt jedoch zu Beschichtungsformulierungen, die für eine Anwendung zu viskos sind.
EP-A-409459 beschreibt wäßrige Beschichtungszusammensetzungen, die schnell abbinden, wenn sie Luft ausgesetzt werden, und sie umfassen einen anionisch stabilisierten Latex, ein polyfunktionales Amin und eine flüchtige Base. Sie werden in Anstrichen, besonders in Straßenmarkierungsanstrichen, verwendet.
Im Gegensatz dazu strebt die Erfindung an, das mit dem Stand der Technik verknüpfte Problem durch nicht-zementartige, adhäsive bzw. haftende Zusammensetzungen zu überwinden.
Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung, eine nicht-zementartige, wäßrige, haftende Zusammensetzung bereitzustellen, die auf einfache Weise aufgetragen wird, schnell eintretende Kohäsions- und Adhäsionsfestigkeit unter allen Abbindebedingungen liefert und keinen Abfall zurückläßt.
Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verbesserung der schnell eintretenden Kohäsions- und Adhäsionsfestigkeit eines wäßrigen, nicht-zementartigen Haftmittels unter allen Abbindebedingungen bereitzustellen. Die strengsten Abbindebedingungen für solche wäßrige, nicht-zementartige Zusammensetzungen sind kalte und feuchte bzw. nasse Bedingungen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine wäßrige, nicht-zementartige, haftende Zusammensetzung bereitgestellt, umfassend: (a) ein filmbildendes Latexpolymer mit anionischem Charakter; (b) ein wasserlösliches oder Wasser-dispergierbares Polymer, das eine Mehrzahl von funktionalen Aminogruppen enthält und aus einem Monomersystem gebildet wird, welches wenigstens 20 Gew.-% eines Amino- oder Iminogruppen-haltigen Monomers enthält, wie im folgenden aufgelistet ist; (c) eine flüchtige Base in einer Menge, die wirksam ist, um den pH-Wert der Zusammensetzung auf einen Wert anzuheben, der hoch genug ist, damit im wesentlichen sämtliche funktionalen Aminogruppen in dem Amin-haltigen Polymer in einem nicht-ionischen Zustand sind, und gegebenenfalls eine wasserlösliche oder Wasser-dispergierbare Verbindung oder einen Komplex eines mehrwertigen Metalls.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche bereitgestellt, welches das Auftragen einer Schicht eines wäßrigen, nicht- zementartigen Haftmittels, wie vorgenannt definiert, auf eine Oberfläche, wie eine äußere Oberfläche eines Gebäudes oder einer anderen Freiluftstruktur, und das Auftragen einer festen oder geschäumten Schicht eines Schutzmaterials auf diesem nicht-zementartigen Haftmittel umfaßt.
In einem dritten Aspekt wird eine Kompositstruktur bereitgestellt, umfassend ein Substrat und eine Materialschicht, welche haftend an dem Substrat mittels eines Haftmittels befestigt ist, wobei das Haftmittel von einer Schicht eines wäßrigen, nicht-zementartigen Haftmittels, wie vorgenannt definiert, gebildet wird. Vorzugsweise ist das Substrat eine äußere Oberfläche eines Gebäudes oder einer anderen Freiluftstruktur, und die darauf haftende Materialschicht ist eine feste oder geschäumte Schicht eines Schutzmaterials. Vorzugsweise ist das wasserlösliche oder Wasser-dispergierbare, Amin-enthaltende Polymer aus einem Monomersystem gebildet, das mindestens etwa 50 Gew.-% eines ausgewählten Amino- oder Iminogruppen-haltigen Monomers enthält.
Vorzugsweise ist das die Aminogruppe enthaltende Monomer N-Acryloxyalkyloxazolidin.
Vorzugsweise ist die flüchtige Base Ammoniak.
Vorzugsweise enthält die haftende Zusammensetzung eine wasserlösliche oder Wasser-dispergierbare Verbindung oder einen Komplex eines mehrwertigen Metalls, wobei das mehrwertige Metall bevorzugt Zink ist.
Die Erfindung löst die Probleme, auf welche man im Falle konventioneller, zementartiger und nicht-zementartiger Haftmittel stößt, durch Bereitstellung einer wäßrigen, schnell abbindenden, nicht-zementartigen Zusammensetzung, die auf einfache Weise angewendet bzw. aufgetragen wird, welche schnell eintretende Kohäsions- und Adhäsionsfestigkeit unter allen Abbindungsbedingungen entwickelt und keinen Abfall zurückläßt Die Erfindung ist insbesondere verwendbar als Haftmittel verwendbar, das in Außenisolierungsoberflächensystemen verwendet wird. Die Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren zur Verbesserung der schnell eintretenden Adhäsions- und Kohäsionsfestigkeit eines nicht-zementartigen Haftmittels unter allen Abbindungsbedingungen bereit.
Der Ausdruck "schnell eintretend", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf die Zeitdauer, in welcher das Haftmittel noch feucht ist; der Ausdruck "Kohäsionsfestigkeit" bezieht sich auf die anziehende Kraft, die ein Material für sich selbst hat; während sich dagegen der Ausdruck "Adhäsionsfestigkeit" auf die anziehende Kraft, die ein Material für ein Substrat hat, und auf die Festigkeit, Oberflächen miteinander zu verbinden. Weiterhin wird hier der Ausdruck "Glasübergangstemperatur" oder "Tg" verwendet, mit welchem die Glasübergangstemperatur eines Polymers gemeint ist, wie sie durch die Fox-Gleichung [Bulletin of American Physics Society 1, 3, Seite 123 (1956)] berechnet wird:
1/Tg = w&sub1;/Tg(1) + w&sub2;/Tg(2)
Für ein Copolymer beziehen sich w&sub1; und w&sub2; auf die Gewichtsfraktion der zwei Comonomeren und Tg(1) und Tg(2) beziehen sich auf die Glasübergangstemperaturen dieser zwei korrespondierenden Homopolymere. Die Bestandteile der haftenden Zusammensetzungen werden nun detaillierter beschrieben.

FILMBILDENDES LATEXPOLYMER

Die wäßrige Zusammensetzung der Erfindung benötigt ein filmbildendes Latexpolymer mit anionischem Charakter. "Latex", wie hier verwendet, bezieht sich auf ein wasserunlösliches Polymer, das durch konventionelle Polymerisationstechniken wie z.B. durch Emulsionspolymerisation, hergestellt werden kann. Das Latexpolymer wird aus einem Monomer oder aus einem Monomerengemisch gebildet, was zu einem wasserunlöslichen Latexpolymer führt, das unter den Anwendungsbedingungen einen Film bilden wird.
Die Tg des Latexpolymers ist nur durch die besondere Anwendung beschränkt, für welche die haftende Zusammensetzung verwendet wird. Wenn z.B. ein Haftmittel in der Freiluft bei heißem Sommerwetter verwendet wird, kann die Zusammensetzung des Latexpolymers dann derart ausgewählt werden, daß sich eine Tg ergibt, die größer ist, als wenn das Haftmittel in der Freiluft bei kaltem Winterwetter angewendet wird. Wenn also z.B. die Beschichtung in der Freiluft bei heißem Sommerwetter angewendet wird, kann die Zusammensetzung des Latexpolymers dann derart ausgewählt werden, daß sich eine Tg ergibt, die größer ist, als wenn die Beschichtung in der Freiluft bei kaltem Winterwetter angewendet wird. Das Latexpolymer hat im allgemeinen eine Tg von -50ºC bis 50ºC. Eine Beschichtung, die ein Latexpolymer mit einer Tg unterhalb -50ºC enthält, ist im allgemeinen nicht verwendbar, da sie zu weich ist, und ihr ausreichende Festigkeit fehlt, um als ein Haftmittel zu fungieren, oder sie ist zu weich und klebrig bzw. klumpig für Beschichtungsanwendungen.
Eine Beschichtung, die ein Latexpolymer mit einer Tg oberhalb 50ºC enthält, ist im augemeinen nicht verwendbar, da sie zu hart ist, um einen Film auch bei höheren als den Umgebungstemperaturen zu bilden. Polymere mit einer Tg von - 15ºC bis 10ºC sind bevorzugt. Polymere mit einer Tg von -10ºC bis 5 ºC sind besonders bevorzugt.
Die Erfindung kann ebenfalls unter Verwendung von Polymeren mit komplexerer Morphologie wie z.B. Kern-Schale-Partikeln angewendet werden. Diese komplexen Polymermorphologien zeigen gewöhnlich mehrfache Tg's und können einen Tg-Wert außerhalb des Bereichs von -50ºC bis 50ºC als einen ihrer mehrfachen Tg's zeigen, jedoch muß die durchschnittliche oder effektive Tg des Polymers von -50ºC bis 50ºC sein.
Der anionische Charakter des filmbildenden Latexpolymers wird auf irgendeinem von mehreren Wegen erhalten, wobei der gewöhnlichste die Verwendung von anionischen Tensiden oder Dispersionsmitteln als Stabilisatoren bei der Emulsionspolymerisation oder zugefügt zu der Emulsion nach der Polymerisation ist. Nicht-ionische Tenside können ebenfalls in dem Latex während oder nach der Polymerisation dieser anionisch stabilisierten Latices vorliegen.
Unter den verwendbaren Tensiden und Dispersionsmitteln sind die Salze von Fettharz und Naphthen-artigen Säuren, Kondensationsprodukte von Naphthalinsulfonsäure und Formaldehyd mit niederem Molekulargewicht, carboxylische Polymere und Copolymere im geeigneten hydrophilen-lipophilen Gleichgewicht, höhere Alkylsulfate wie Natriumlaurylsulfat, Alkylarylsulfonate wie Dodecylbenzolsulfonat, Natrium oder Kaliumisopropylbenzolsulfonate oder Isopropylnaphthalinsulfonate; Sulfosuccinate wie Natriumdioctylsulfosuccinat; Alkalimetallsalze höherer Alkylsulfosuccinate, z.B. Natriumoctylsulfosuccinat, Natrium-N-methyl-N-palmitoyltaurat, Natriumoleylisethionat, Alkalimetallsalze von Alkylarylpolyethoxyethanolsulfaten oder -sulfonaten, z.B. Natrium-t- octylphenoxypolyethoxyethylsulfat mit 1 bis 5 Oxyethylen-Einheiten, und die verschiedenen anderen nach dem Stand der Technlk wohlbekannten anionischen Tenside und Dispersionsmittel.
Ein anderer Latexpolymer-Typ mit anionischem Charakter ist derjenige, der daraus hervorgeht, wenn geringe Anteile von Säuregruppen, die in der Salzform als ein Alkalimetall- oder Ammoniumsalz vorliegen können, in dem Polymer enthalten sind. Beispiele solcher sauren Gruppen sind solche, die von einem eingearbeiteten Starterfragment, Maleinsäure, Vinylsulfonsäure, Crotonsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure und Itaconsäure abgeleitet sind.
Ein dritter verwendbarer Latexpolymer-Typ mit anionischem Charakter ist ein Latexpolymer, das ein basisches Monomer, welches neutralisiert worden ist, wie z.B. Acrylamid, Methacrylamid, einschließt.
Das Latexpolymer kann mehr als einen Typ mit anionischem Charakter aufweisen.
Das Latexpolymer mit anionischem Charakter kann durch bekannte Verfahren hergestellt werden, die in Fachtexten, wie Emulsion Polymerization: Theory and Practice von D.C. Blackley, publiziert von Wiley 1975, und Emulsion Polymerization von F.A. Bovey et al., publiziert von Interscience Publishers 1965, publiziert sind.
Im allgemeinen ist das Latexpolymer ein Polymer oder Copolymer, das aus Monomeren wie Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Decylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat, Styrol, Butadien, Ethylen, Vinylacetat, Vinylester von "Versatic"-Säure (einer tertiären Monocarbonsäure mit C&sub9;-, C&sub1;&sub0;- und C&sub1;&sub1;-Kettenlänge, der Vinylester ist ebenfalls bekannt als "Vinylversatat"), Vinylchlorid, Vinylpyridin, Vinylidenchlorid, Acrylnitril, Chloropren, Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäure und Fumarsäure hergestellt wird. Polymere und Copolymere von α,β-ethylemsch ungesättigten Monomeren und ihren Estern, insbesondere die acrylischen und methacrylischen Ester, sind bevorzugt und vorzugsweise hergestellt nach Verfahren, angegeben in "Emulsion Polymerization of Acrylic Monomers: Mai, 1966", publiziert von Rohm and Haas Company, Philadelphia, Pennsylvania, hier als Referenz eingefügt.

AMIN-ENTHALTENDES POLYMER

Die wäßrige Zusammensetzung der Erfindung benötigt ein Amin-enthaltendes Polymer, das von mindestens 20 Gew.-% eines Monomers, das Amin- oder Imin-fünktionale Gruppen enthält, gebildet wurde. Ein Polymer, das von einem Monomersystem, das mindestens 50 Gew.-% Amin- oder Imin-fünktionale Gruppen enthält, erhalten wurde, ist bevorzugt. Es ist ebenfalls bevorzugt, daß das Durchschnittsmolekulargewicht des wasserlöslichen oder Wasser-dispergierbaren, Amin-enthaltenden Polymers von 5000 bis 100000 ist.
Die Amin- oder Imin-funktionale Gruppen enthaltenden Monomere, aus welchen die Amin-enthaltenden Polymere hergestellt werden können, sind die folgenden:
1. Aminoalkylvinylether oder -sulfide, wobei die Alkylreste von dem geradkettigen oder verzweigtkettigen Type sein können und zwei bis drei Kohlenstoffatome aufweisen, und worin das Stickstoffatom primär, sekundär oder tertiär sein kann (US-A-2- 879 178). In letzterem Falle kann eines der restlichen Wasserstoffatome durch Alkyl-, Hydroxyalkyl- oder Alkoxyalkyl-Gruppen substituiert werden, wobei die Alkylkomponenten davon eins bis vier Kohlenstoffatome aufweisen können, vorzugsweise nur ein Kohlenstoffatom.
Spezielle Beispiele schließen ein: β-Aminoethylvinylether; β-Aminoethylvinylsulfid; N-Monomethyl-β-aminoethylvinylether oder -sulfid; N-Monoethyl-β-aminoethylvinyl ether oder -sulfid; N-Monobutyl-β-aminoethylvinylether oder -sulfid; und N-Monomethyl- 3-aminopropylvinylether oder -sulfid.
2. Acrylamid oder Acrylester der Formel II
H&sub2;C=C(R) -(X)n-A-NR*Rº (II)
worin
R H oder CH&sub3; ist;
n O oder list;
X O oder N(H) ist;
wenn n O ist, A O(CH&sub2;)x ist,
worin x 2 bis 3 ist, oder (O-Alkylen)y, worin (O-Alkylen)y eine Poly(oxyalkylen)- Gruppe ist, welche ein Molekulargewicht in dem Bereich von 88 bis 348 besitzt, in welcher die individuellen Alkylenreste gleich oder verschieden sind und entweder Ethylen oder Propylen sind; und wenn n 1 ist, A eine Alkylengruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen ist;
R* H, Methyl oder Ethyl ist; und
R¹ H, Methyl oder Ethyl ist; und
R&sup0; H, Phenyl, Benzyl, Methylbenzyl, Cyclohexyl oder (C&sub1;-C&sub6;)-Alkyl ist.
Beispiele der Verbindungen von Formel II schließen ein: Dimethylaminoethylacrylat oder -methacrylat; β-Aminoethylacrylat oder -methacrylat; N-β-Aminoethylacrylamid oder -methacrylamid; N-(Monomethylaminoethyl)acrylamid oder -methacrylamid; N- (Mono-n-butyl)-4-aminobutylacrylat oder -methacrylat; Methacryloxyethoxyethylamin und Acryloxypropoxypropylamin.
3. N-Acryloxyalkyloxazolidine und N-Acryloxyalkyltetrahydro-1,3-oxazine und deren korrespondierende Komponenten, in welchen die "Alkyl"-Verknüpfüng durch Alkoxyalkyl und Poly(alkoxyalkyl) ersetzt wird, wobei alle durch Formel III umfaßt werden:
worin
R H oder CH&sub3; ist;
m 2 oder 3 ist;
R', wenn es nicht direkt an R² gebunden ist, Wasserstoff, Phenyl, Benzyl oder eine (C&sub1;- C&sub1;&sub2;)-Alkylgruppe ist;
R', wenn es nicht direkt an R' gebunden ist, Wasserstoff oder eine (C&sub1;-C&sub4;)-Alkylgruppe ist;
R' und R², wenn sie direkt aneinandergebunden sind, einen 5- oder 6-Kohlenstoffring mit daran gebundenem Kohlenstoffatom des Rings in der Formel bilden, d.h. R' und R², wenn sie verbunden sind, bilden eine Tetra- oder Pentame-thylengruppe; und
A'O(CmH&sub2;m) oder (O-Alkylen)n ist, in welchem (O-Alkylen)n eine Poly(oxyalkylen)gruppe ist, welche ein Molekulargewicht in dem Bereich von 88 bis 348 besitzt, in welcher die individuellen Alkylenreste gleich oder verschieden sind und entweder Ethylen oder Propylen sind.
Die Verbindungen der Formel III können unter verschiedenen Bedingungen zu sekundären Aminen hydrolysieren. Die Hydrolyse liefert Verbindungen mit der Formel
H&sub2;C=C(R) -A'N(H) (CmH&sub2;m)-OH (IV)
Die Verbindungen der Formel III sind in US-A-3 037 006 und US-A-3 502 627, die einen gemeinsamen Inhaber haben, und ihren korrespondierenden ausländischen Anmeldungen und Patenten offenbart, und irgendeines der darin beschriebenen monomeren Verbindungen kann zur Herstellung der in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendeten Copolymere verwendet werden.
Beispiele der Verbindungen von Formel III schließen ein:
Oxazolidinylethylmethacrylat; Oxazolidinylethylacrylat;
3-(γ-Methacryloxypropyl)tetrahydro-1,3-oxazin;
3-(β-Methacryloxyethyl)-2,2-pentamethylen-oxazolidin;
3-β-Methacryloxyethyl-3-methyl-2-propyl-oxazolidin;
N-2-(2-Acryloxyethoxy)ethyl-oxazolidin;
N-2-(2-Methacryloxyethoxy)ethyl-oxazolidin;
N-2-(2-Methacryloxyethoxy)ethyl-5-methyl-oxazolidin;
N-2-(2-Acryloxyethoxy)ethyl-5-methyl-oxazolidin;
3-[2-(2-Methacryloxyethoxy)ethyl]-2,2-pentamethylen-oxazolidin;
3-[2-(2-Methacryloxyethoxy)ethyl]-2,2-dimethyl-oxazolidin;
3-[2-(Methacryloxyethoxy)ethyl)-2-phenyl-oxazolidin.
4. Polymere aus Monomeren, die leicht durch Hydrolyse Amine erzeugen, sind als der Amin-enthaltende Bestandteil oder zur Erzeugung des Polymers mit dem Aminenthaltenden Bestandteil dieser Bindemittelzusammensetzung verwendbar. Beispiele solcher Monomere sind Acryloxy-ketimine und -aldimine, wie die folgenden der Formeln V und VI:
H&sub2;C=(CR)-COOA"N-Q (V)
H&sub2;C=C(R)-CO-(D)n"-1-(B)n'1-(A&sup0;)no-1-N=Q (VI)
worin
R H oder CH&sub3; ist;
Q ausgewählt ist, aus der Gruppe, bestehend aus
R&sup6; H ist oder Methyl in einer CHR&sup6;-Einheit sein kann;
R&sup5; ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus (C&sub1;-C&sub1;&sub2;)-Alkyl und Cyclohexylgruppen;
R&sup4; ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus (C&sub1;-C&sub1;&sub2;)-Alkyl und Cyclohexyl;
R³ ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Phenyl, Halophenyl, (C&sub1;-C&sub1;&sub2;)- Alkyl, Cyclohexyl, und (C&sub1;-C&sub4;)-Alkoxyphenylgruppen;
A" (C&sub1;-C&sub1;&sub2;)-Alkylen ist;
A&sup0;, B und D gleiche oder verschiedene Oxyalkylengruppen der Formel -OCH- (R&sup7;)-CH(R&sup7;)- sind, worin R&sup7; H, CH&sub3; oder C&sub2;H&sub5; ist;
x eine ganze Zahl mit einem Wert von 4 bis 5 ist;
n&sup0; eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 200 ist;
n' eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 200 ist;
und n" eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 200 ist, wobei die Summe von n-1, n' 1 und n"-1 einen Wert von 2 bis 200 aufweist.
Erläuternde Beispiele der Formeln V und VI sind:
2-[4-(2,6-Dimethylheptyliden)amino]ethylmethacrylat;
3-[2-(4-Methylpentylidin)amino]propylmethacrylat;
β-(Benzylidenamino)ethylmethacrylat;
3-[2-(4-Methylpentyliden)amino]ethylmethacrylat;
2-[4-(2,6-Dimethylheptyliden)amino]ethylacrylat;
12-(Cyclopentylidenamino)dodecylmethacrylat;
N-(1,3-Dimethylbutyliden)-2-(2-methacryloxyethoxy)ethylamin;
N-(Benzyliden)methacryloxyethoxyethylamin;
N-(1,3-Dimethylbutyliden)-2-(2-acryloxyethoxy)ethylamin;
N-(Benzyliden)-2-(2-acryloxyethoxy)ethylamin.
Die Verbindungen der Formeln V und VI hydrolysieren im sauren, neutralen oder alkalisch-wäßrigen Medium, wobei die korrespondierenden primären Amine oder Salze davon, in denen die Gruppe -N = Q der Formeln zu -NH&sub2; und 0 = Q wird, hergestellt werden. Die Verbindungen der Formeln V und VI werden in US-A-3 037 969 und US-A- 3 497 485 beschrieben, und irgendeine der darin beschriebenen, monomeren Verbindungen kann zur Herstellung der Copolymere, die in dem wasserlöslichen Polymeranteil der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendet werden, benutzt werden. Die bevorzugte Klasse der Amin-enthaltenden Polymere der Erfindung ist wasserlöslich. Mit Wasserlöslichkeit ist gemeint, daß das Polymer entweder in Form der freien Base, neutral oder in Salzform völlig löslich ist. Die Löslichkeit tritt vorzugsweise bei allen pH-Werten auf, insbesondere im Bereich von 4 bis 10. Eine weniger bevorzugte Klasse von wasserlöslichen Amin-enthaltenden Polymeren ist im allgemeinen bei hohen pH-Werten unlöslich und bei sauren pH-Werten löslich oder teilweise löslich, insbesondere in dem pH-Bereich von etwa 4 bis etwa 7.
Mit teilweise löslich ist sowohl der Zustand gemeint, in dem ein Teil des Polymers in Wasser löslich ist, als auch der Zustand, in welchem das gesamte Polymer allgemein in der Form von Micellen oder aggregierten, einzelnen Molekülen, mit viel Wasser angequollenen Aggregaten gelöst ist. Das letztere wird oft kolloidale Lösung genannt.
Es ist bevorzugt, daß das meiste des Polymers bei den sauren pH-Werten löslich ist.
Die wasserlöslichen, Amin-enthaltenden Polymere der Erfindung schließen sowohl die völlig löslichen als auch die teilweise löslichen Polymeren ein, wie zuvor gerade beschrieben wurde.
Eine verwendbare, aber weniger bevorzugte Klasse von Amin-enthaltenden Polymeren beinhaltet solche, welche wasserunlöslich sind und, wie nachfolgend aufgezeigt wird, ein Molekulargewicht aufweisen, das dem unteren Ende des Bereichs für die wasserlöslichen Gegenstücke entspricht.
Diese wasserunlöslichen, Amin-enthaltenden Polymere führen die gleiche Funktion wie die wasserlöslichen Polymere aus. Wenn diese wasserunlöslichen Polymere für die wasserlöslichen Polymere ausgetauscht werden, wird die schnell eintretende Kohäsionsfestigkeit des anionisch stabilisierten Latexpolymers verbessert; jedoch ist die Verbesserung üblicherweise nicht so groß wie diejenige, welche durch die wasserlöslichen Polymeren hervorgerufen wird.
Im allgemeinen können die Amin-enthaltenden Polymeren mit mindestens 20 Gew.-% eines Monomers der Kategorien 1, 2, 3 und 4, supra, durch Lösungspolymerisation im wäßrigen Medium, entweder neutral, alkalisch oder sauer, abhängig von dem besonderen gewünschten Polymeren, erhalten werden. Im allgemeinen wird die Polymerisation in einem wäßrigen Medium, das einen geringen Anteil einer Säure hat, entweder eine organische oder anorganische wie Essigsäure oder Chlorwasserstoffsäure, durchgeführt. Die Amin-enthaltenden Polymere schließen Copolymere mit bis zu 80 Gew.-%, eines oder mehrerer, wie Methylacrylat, Acrylamid, Methacrylamid und quaternäre Ammoniumsalze, abgeleitet von den Aminmonomeren wie 2-Methacryloxyethyltrimethylammoniumchlorid, ein. Geringe Anteile von relativ unlöslichen Comonomeren können ebenfalls verwendet werden, um die wasserlöslichen Polymere zu erhalten.
Die unlöslichen Polymeren können größere Anteile dieser Comonomeren enthalten. Solche Monomere schließen z.B. Acrylsäureester mit (C&sub1;-C&sub1;&sub8;)-Alkoholen und Methacrylsäureester mit Alkoholen mit einem bis 18 Kohlenatomen, insbesondere (C&sub1;-C&sub4;)- Alkanole; Styrol, Vinyltoluol, Vinylacetat, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, substituierte Styrole, Butadien, substituierte Butadiene, Ethylen; und die Nitrile und Amide der Acryl- oder Methacrylsäure ein. Insbesondere hängen das Comonomer oder die Comonomere, welche zur Herstellung eines gegebenen Amin-enthaltenden Polymers verwendet werden, von dem Anteil des Amin-enthaltenden Monomers, das zur Herstellung des Copolymers verwendet wird, ab. Vorzugsweise wird ausschließlich ein Comonomer mit relativ hoher Löslichkeit in Wasser zur Herstellung der wasserlöslichen Polymeren verwendet. Die Polymeren sind daher Polymere oder Copolymere aus kationischen und gegebenenfalls nicht-ionischen Vinylmonomeren. Beispiele der kationischen Monomeren sind die Amine, Imine und quaternären Ammoniumsalze; die anderen aufgeführten Monomeren sind nichtionisch.
Daher enthalten diese wasserlöslichen Copolymere keine anderen Säuregruppen als Spurenanteile, die aufgrund von Verunreinigungen in den verwendeten Monomeren, oder bis zu einem geringen Ausmaß aufgrund der Hydrolyse während der Synthese, Lagerung oder Verwendung vorliegen können.
Die unlöslichen Amin-enthaltenden Polymere weisen ein Viskositäts-Durchschnittsmolekulargewicht von 5000 bis 100000 auf, wobei der Bereich von 15000 bis 90000 bevorzugt ist.
Das Molekulargewicht des wasserlöslichen Polymers kann innerhalb eines weiten Bereichs fallen; typischerweise ist das Viskositäts-Durchschnittsmolekulargewicht von 5000 bis 300000, wobei der Bereich von 40000 bis 100000 bevorzugt ist. Der Anteil des Aminenthaltenden Polymers kann von 0,1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des anionischen Latexpolymers und des Amin-enthaltenden Polymers, reichen, wobei der Bereich von 0,5%, vorzugsweise 1%, bis 8% bevorzugt ist.
Wasserlösliche Amin-enthaltende Polymere schließen sowohl die vollständig löslichen und die teilweise löslichen Polymere ein. Der Ausdruck wasserlösliches, Aminenthaltendes Polymer beschreibt ein Polymer, das vollständig löslich ist, entweder in Form der freien Base, neutral oder in Salzform. Einige Polymere sind bei allen pH-Werten löslich, während andere über einen pH-Bereich von z.B. 5 bis 10 löslich sind. Andere Amin-enthaltende Polymere sind im allgemeinen bei hohen pH-Werten unlöslich und löslich oder teilweise löslich bei sauren pH-Werten, insbesondere in dem pH-Bereich von 5 bis 7. Mit teilweise löslich ist sowohl der Zustand gemeint, in welchem etwas von dem Polymer in Wasser löslich ist, als auch der Zustand, in welchem das gesamte Polymer im allgemeinen in der Form von Micellen oder Aggregaten der einzelnen Moleküle, im allgemeinen mit viel Wasser angequollener Aggregate, gelöst ist. Letzteres wird oft kolloidale Lösung genannt. Es ist bevorzugt, daß das Polymer bei den sauren pH-Werten größtenteils löslich ist.
Im allgemeinen kann das Amin-enthaltende Polymer durch Lösungspolymerisation im wäßrigen Medium, entweder neutral, alkalisch oder sauer, abhängig von dem besonders angestrebten Polymer, wie allgemein bekannt nach dem Stand der Technik, z.B. nach der Lehre von US-A-4 119 600, erhalten werden.
Im allgemeinen wird die Polymerisation in einem wäßrigen Medium, das eine geringe Menge einer Säure enthält, entweder eine organische oder anorganische wie Essigsäure oder Chlorwasserstoffsäure, durchgeführt. Die Amin-enthaltenden Polymere schließen Copolymere mit bis zu 80 Gew.-% von einem oder mehreren monoethylenisch ungesättigten Monomeren wie Methylacrylat, Acrylamid und Methacrylamid ein.
Geringe Anteile von relativ unlöslichen Comonomeren können ebenfalls zum Erhalten der wasserlöslichen Polymere verwendet werden. Die unlöslichen Polymere können größere Anteile dieser Comonomere enthalten. Solche Monomere schließen z.B. Acrylsäureester mit (C&sub1;-C&sub1;&sub8;)-Alkoholen und Methacrylsäureester mit Alkoholen, die 1 bis 18 Kohlenwasserstoffatomen aufweisen, insbesondere (C&sub1;-C&sub4;)-Alkanole; Styrol, Vinyltoluol, Vinylacetat, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, substituierte Styrole, Butadien, substituierte Butadiene, Ethylen; und die Nitrile und Amide der Acryl- oder Methacrylsäure ein.
Das besondere Comonomer oder die besonderen Comonomere, die zur Herstellung eines gegebenen Amin-enthaltenden Polymers verwendet werden, hängen von dem Anteil des zur Herstellung des Copolymers verwendeten Amin-enthaltenden Monomers ab. Die Polymere sind daher Polymere oder Copolymere von kationischen und gegebenenfalls nicht-ionischen Vinylmonomeren. Beispiele der kationischen Monomere sind die Amine und Imine; die anderen aufgeführten Monomere sind nicht-ionisch. Diese wasserlöslichen Copolymere enthalten daher keine anderen sauren Gruppen als Spurenanteile, die aufgrund von Verunreinigungen in den verwendeten Monomeren oder bis zu einem geringen Ausmaß infolge von Hydrolyse während der Synthese, der Lagerung oder der Verwendung vorliegen können.

FLÜCHTIGE BASE

Die wäßrige Zusammensetzung der Erfindung benotigt eine flüchtige Base. Der Typ und der Anteil der flüchtigen Base muß ausreichend sein, um den pH der Zusammensetzung bis etwa zu dem Punkt, an dem die Amin-funktionalen Gruppen des Amin-enthaltenden Polymers nicht-ionisch (deprotoniert) sind, typischerweise bis wenigstens pH 5, vorzugsweise von pH 7 bis pH 9, anzuheben, um eine Wechselwirkung mit dem anionisch stabilisierten Latexpolymer und anderen anionischen Bestandteilen in der haftenden Zusammensetzung zu vermeiden.
Ein geschätzter Startpunkt bezüglich des Anteils der flüchtigen Base, der zum Erreichen dieses Punktes benötigt wird, kann aus der Zahl der Basenäquivalente, die zum Neutralisieren der gesamten Säuregruppen im Latex (z.B. Säuregruppen von: copolymerisiertes, Carboxyl-tragendes Monomer; Tensid; oder Initiator) und der konjugierten Säure der Aminbase gebraucht wird, berechnet werden.
Wenn das Amin nicht ausreichend deprotoniert ist, wird die Emulsion beobachtbare Anzeichen von Instabilität nach einer bestimmten Zeit wie Viskositätsanstieg und mikroskopisch beobachtbares "particle rafting", ein schnell eintretender Zustand von Aggregation/Gelieren, zeigen. Ein Äquivalent einer flüchtigen Base (bezogen auf Latexsäuren und Polyamin-Titer) ist gewöhnlich genug, um ein stabiles System zu erhalten, obwohl höhere Anteile von flüchtigen Basen (ungefähr 3 bis 4 Äquivalente) für Langzeitstabilität nötig sein können.
Höhere Anteile der flüchtigen Base können ohne Abrücken von der erfinderischen Zielsetzung verwendet werden, obwohl die "schnell-bindenden" Eigenschaften der Beschichtung vermindert werden können. Wenn die in dem Herstellungsverfahren verwendete Ausstattung Möglichkeiten eröffnet, die flüchtige Base durch Verdampfen bei irgendeiner Stufe zu verlieren, vom Zeitpunkt, wenn die flüchtige Base zugefügt wird, bis nach dem das Produkt in einem geschlossenen Behälter verpackt wird, sollte der Anteil des zu dem Herstellungsverfahren zugesetzten flüchtigen Amins zum Ausgleichen des Verlusts erhöht werden.
Nach Anwenden verdampft die flüchtige Base unter Erniedrigung des pHs der Zusammensetzung. Wenn der pH der Zusammensetzung bis zu einem Punkt fällt, an dem die Protonierung der Amin-funktionellen Gruppe aufzutreten beginnt, wird die Aminfunktionelle Gruppe kationisch.
Es wird angenommen, daß das schnelle Trocknen durch die Umwandlung der Amin-funktionellen Gruppe zu einem kationischen Zustand in Gegenwart des anionischstabilisierten Emulsionspolymers initiiert wird, obwohl der genaue Mechanismus, der die schnelltrocknenden Eigenschaften liefert, nicht unter Beweis gestellt worden ist, und es nicht gewünscht wird, auf die Theorie des Mechanismus festgelegt zu werden.
Als geeignete flüchtige Basen, aber darauf nicht beschränkt, kommen Ammoniak, Morpholin, Alkylamine, 2-Dimethylaminoethanol, N-Methylmorpholin, Ethylendiamin und Mischungen davon in Frage. Ammoniak ist bevorzugt.

MEHRWERTIGES METALL

In der bevorzugten Ausführungsform enthält das wäßrige, schnellabbindende, nicht-zementartige Haftmittel ein wasserlösliches oder wasserdispergierbares mehrwertiges Metall in der Form eines Metallions, -salzes, -komplexes oder -oxids. Mehrwertige Metallionen, wie Calcium, Magnesium, Zink, Barium, Strontium, Aluminium und dgl. können verwendet werden. Komplexe der mehrwertigen Metallionen, wie der von Zinkhexammonium, Zinkammoniumbicarbonat und Salze von mehrwertigen Metallionen mit Gegenionen wie Chlorid, Acetat, Bicarbonat können verwendet werden. Vorzugsweise ist Zink das mehrwertige Metall.
Das mehrwertige Metallion, -salz, -komplex oder -oxid ist bei einem Anteil von 0,5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Latexpolymerfeststoffe, verwendbar. Ein Anteil von 1 bis 7 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Latexpolymerfeststoffe, ist bevorzugt.
Zusätzlich können konventionelle, zusätzliche Bestandteile, wie z.B. die für Haftmittel und Beschichtungen - nämlich Pigmente, Bindemittel, Lacklösemittel, Streckmittel, Dispersionsmittel, Tenside, Koaleszentien, Netzmittel, rheologische Regler, Verdikkungsmittel, Trocknungsverzögerer, Antischaummittel, Farbmittel, Wachse, Lagerkonservierungsmittel, Wärmestabilisatoren, Lösungsmittel, Haut-Verhinderungsmittel und Trockner, in der Erfindung verwendet werden.
Typ und Anteil der Additive müssen vorsichtig ausgewählt werden, um eine Veränderung des pHs der Zusammensetzung bis zu einem Ausmaß, der die Lagerstabilität stört, oder ein Puffern des pHs bis zu einem Ausmaß, bei dem nach Anwendung das pH nicht ausreichend zur Initiierung der Polyaminprotonierung fällt, zu vermeiden.
Zum Beispiel kann ein Haftmittel, das unter Verwendung eines Polyamins mit einem relativ geringen pKa und einem zu großen Anteil von Calciumcarbonat als Füllmittel hergestellt wurde, eine unannehmbar verlängerte Härtungszeit zeigen.
Die Haftmittelzusammensetzungen der Erfindung haben typischerweise einen Feststoffgehalt im Bereich von 10 bis 75 Gew.-% und eine Viskosität von 50000 mNsm&supmin;² (centipoises) bis 300000 mNsm&supmin;² (centipoises).
Die wäßrigen, schnellabbindenden Beschichtungszusammensetzungen der Erfindung können Füllmittel wie Sand und Calciumcarbonat enthalten. Die Beschichtung kann durch eine Kelle oder durch Sprühen aufgetragen werden, typischerweise in einer Schichtdicke von 0,08 cm (1/32 Inch) bis 0,16 cm (1/8 Inch).
Die Haftmittelzusammensetzungen der Erfindung sind in irgendeinem Typ einer Konstruktions-Haftmittelanwendung verwendbar, bei denen schnell eintretende Adhäsionsund Kohäsionsfestigkeit gebraucht wird, wie z.B. EIFS; gerundete Stützmaterialien zwischen Decke und Wand; Bodenfliesen einschließlich Vinyl, Keramik und Holz; Sperrholz.
Daher ist ein Verfahren der Erfindung zur Verbesserung der schnell eintretenden Kohäsionsfestigkeit eines nicht-zementartigen Haftmittels verwendbar. Dieses Verfahren umfaßt: (1) Bilden eines nicht-zementartigen Haftmittels, das enthält: (a) ein filmbildendes Latexpolymer mit anionischem Charakter; (b) ein Amin-enthaltendes Polymer, gebildet aus mindestens 20 Gew.-% eines Monomers, das Amin-funktionale Gruppen enthält; und (c) eine flüchtige Base; (2) Auftragen des nicht-zementartigen Haftmittels auf die äußere Oberfläche eines Gebäudes oder anderer Freiluftstrukturen; und (3) Auftragen einer festen oder geschäumten Schicht eines Schutzmaterials auf das nicht-zementartige Haftmittel.
Die Gebäude und andere Strukturen können aus Beton, Zement, Ziegel- bzw. Backstein, Schlacke, Holz, Gipsplatten, Spanplatten und dgl. gebildet werden. Die feste oder geschäumte Schicht eines Schutzmaterials kann eine geschäumte Polystyrolschicht sein.
Ein weiteres Verfahren der vorliegenden Erfindung ist zur Verbesserung der schnell eintretenden Auswasch-Festigkeit und der Schmutzaufnahme-Festigkeit einer wäßrigen, schnell-abbindenden Beschichtung verwendbar.
Dieses Verfahren umfaßt: (1) Bilden einer wäßrigen, schnellabbindenden Beschichtung, die enthält: (a) ein filmbildendes Latexpolymer mit anionischem Charakter; (b) ein Amin-enthaltendes Polymer, gebildet aus mindestens 20 Gew.-% eines Monomers, das Amin-funktionelle Gruppen enthält; (c) eine flüchtige Base; und (d) ein wasserlösliches oder wasserdispergierbares mehrwertiges Metall; und (2) Auftragen einer wäßrigen, schnellabbindenden Beschichtung auf ein Substrat.
Das Substrat kann aus Beton, Zement, Back- bzw. Ziegelstein, Schlacke, Holz, Gipsplatten oder Spanplatten gebildet werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun nur durch die Beispiele beschrieben.

BEISPIEL 1. HERSTELLUNG DER HAFTMITTELFORMULIERUNGEN

Die Haftmittel werden gemäß der folgenden Formulierung durch Zusammenmahlen der Bestandteile, die in Tabelle 1.1 als Mahlbestandteile aufgelistet sind, und durch anschließende Zugabe der übrigen, zugefügten Bestandteile für jede Haftmittelformulierung hergestellt.
Alle Mengen sind in Gramm aufgelistet. Tabelle 1.1

BEISPIEL 2. ABBINDEZEIT

Die Haftmittelformulierungen wurden zur Bestimmung, wie lange sie brauchen, um vollständig abzubinden, getestet. Die Testproben wurden durch Gießen jeder Haftmittelformulierung auf ein Teflon -beschichtetes Glas bei einer Schichtdicke von etwa 0,079 cm (1/32 Inch) bis etwa 0,16 cm (1/16 Inch) hergestellt.
Das Testen wurde bei einer Temperatur von 22,2ºC (72ºF) und einer relativen Feuchtigkeit von 32,8% ausgeführt. Ein Gardner-Abbindezeit-Aufnahmegerät wurde dann auf jeder frisch hergestellten Testprobe angeordnet. Die Probe auf dem Aufnahmegerät bewegt sich bei einer Umdrehung pro Stunde durch oder oben auf dem Haftmittel. Die Abbindezeit wird in Minuten wiedergegeben und wurde festgelegt, wenn sich die Probe vollständig auf der Oberfläche des Haftmittels bewegte, ohne irgendeine Spur eines Abdrucks auf der Oberfläche zu machen.
Kurze Abbindezeiten sind erwünscht, da sie anzeigen, daß das Haftmittel schnell eintretende Kohäsions- und Adhäsionsfestigkeit aufweist.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2.1 aufgeführt. Tabelle 2.1
Die Abbindezeit wird um 25 Minuten für die erfindungsgemäß hergestellte Haftmittelformulierung vermindert (Haftmittel 1).
Die Abbindezeit wird im Gesamten um 50 Minuten für die erfindungsgemäß hergestellte Haftmittelformulierung vermindert, die gegebenenfalls ein mehrwertiges Metall enthält (Haftmittel 2 - enthält Zinkoxid).

BEISPIEL 3. ZUGFESTIGKEITSTESTS

Die Haftmittelformulierungen werden hinsichtlich schnell eintretender Zugfestigkeit unter einer Vielzahl von Härtungsbedingungen getestet, um zu zeigen, daß die wäßrigen, haftenden Zusammensetzungen der Erfindung verbesserte Eigenschaften unter allen Härtungsbedingungen zeigen. In einer Vorgleichgewichtskammer werden Proben unter Verwendung eines Zweiphasen-Epoxyklebers hergestellt, um kreisförmige Stücke eines expandierten Polystyrolschaumes (2,54 cm (1 Inch) dick) auf eine Holzscheibe (5,7 cm (2,25 Inch) Durchmesser; 1,27 cm (0,5 Inch) Dicke) zu kleben. In der gleichen Weise wurde ebenfalls Sperrholz auf eine zweite Holzscheibe geklebt.
Eine Schicht jeder Haftmittelformulierung wurde auf die Sperrholzoberfläche der zweiten Holzscheibe unter Verwendung einer Spachtel aufgetragen, und anschließend wurde die Polystyrolseite der ersten Holzscheibe kräftig gegen die Haftmittelschicht gepreßt. Jede Probe wurde dann gehärtet. Vor den Tests wurden alle Proben auf die Testbedingungen equilibriert. Die Probe wurde dann in den Klemmbacken einer Instron- Testmaschine angeordnet, wobei die Probe bei einem Winkel senkrecht zu der Haftmittelschicht auseinandergezogen wurde Alle Proben wurden bei einer Traversengeschwindigkeit von 1,27 cm (0,5 Inch)/Minute getestet. Zugfestigkeit wurde in x 14,3 kg/cm² wiedergegeben - was äquivalent zu x 1 lb/In² (bezogen auf die Berechnung, daß 1 lb/In² äquivalent zu 0,7 kg/cm² ist) - als dem Gewichtsverhältnis bei Bruch von dem Instron (Pfund) zu dem Oberflächengebiet der Testprobe (square inches). Die Ergebnisse werden in Tabelle 3.1 aufgeführt. Hohe Zugfestigkeiten bei Bruch sind wünschenswert. Zusätzlich sind Substratbruch (Polystyrol)-Typen wünschenswerter als Adhäsionsbruch-Typen. Tabelle 3.1
Bemerkungen:
Gehärtet bei 82ºF****** und 94,5% relativer Feuchtigkeit für 5 Std. - warm und sehr feucht
Getestet bei 75ºF** und 50% relativer Feuchtigkeit - warm Aufgeführt als Mittel von 5 Messungen
Dicke des Haftmittels = 1/16 Inch *x14,3 kg/cm² - was zu x 1 Pfund pro Inch² (bezogen auf die Berechnung, daß 1 lb/in² äquivalent ist zu 0,7 kg/cm²) äquivalent ist
** äquivalent zu 24ºC - äquivalent zu 0,08 cm - äquivalent zu 0,32 cm - äquivalent zu 0,16 cm - ****** äquivalent zu 28ºC
Die Zugfestigkeit bei beiden Schichtdicken steigt für die erfindungsgemäß hergestellte Haftmittelformulierung (Haftmittel 1) im Vergleich zu dem Haftmittel, welches kein Amin-enthaltendes Polymer (Vergleichshaftminel 1) enthält, an. Die Zugfestigkeit steigt noch mehr bei beiden Schichtdicken für die erfindungsgemäß hergestellte Haftmittelformulierung, welche gegebenenfalls ein mehrwertiges Metall (Haftmittel 2 - enthielt Zinkoxid) enthielt, an.
Die Zugfestigkeit stieg für die erfindungsgemäß hergestellte Haftmittelformulierung (Haftmittel 1) unter warmen Bedingungen und sehr feuchten Bedingungen im Vergleich zu dem Haftmittel, welches kein Amin-enthaltendes Polymer (Vergleichshaftmittel 1) enthielt, an. Die Zugfestigkeit stieg für die erfindungsgemäß hergestellte Haftmittelformulierung, welche gegebenenfalls ein mehrwertiges Metall (Haftmittel 2 - enthielt Zinkoxid) enthielt, unter warmen Bedingungen und unter nassen und sehr feuchten Bedingungen noch mehr an. Unter warmen Bedingungen zeigte das Haftmittel, welches gegebenenfalls das Zinkoxid enthielt, ein erwünschtes 100% Substratversagen (Haftmittel 2), und das Vergleichshaftmittel zeigte ein unerwünschtes 100% Adhäsionsversagen. Unter sehr feuchten Härtungsbedingungen zeigten sowohl Haftmittel 1 als auch Haftmittel 2 ein erwünschtes 100% Substratversagen.

BEISPIEL 4. SCHERFESTIGKEITSTESTS

Die Haftmittelformulierungen wurden für schnell eintretende Scherfestigkeit unter einer Vielzahl von Härtungsbedingungen getestet, um zu zeigen, daß die wäßrigen haftenden Zusammensetzungen der Erfindung verbesserte Eigenschaften unter allen Härtungsbedingungen zeigen. In einer Vorgleichgewichtskammer wurden Proben hergestellt unter Verwendung eines Zweiphasen-Epoxyklebers, um rechtwinklige Stücke von expandiertem Polystyrolschaum (2,54 cm (1 Inch) dick) auf ein Holzstück (7,62 cm (3 Inches) zu 5,08 cm (2 Inches)) zu kleben.
In der gleichen Weise wurde Sperrholz oder eine zementarige Platte in 7,62 cm zu 5,08 cm (3 Inch zu 2 Inch)-Stücke geschnitten.
Eine Schicht jeder haftenden Formulierung (0,16 cm -0,08 cm (1/32-1/16 Inch Dicke)) wurde auf das Sperrholz oder die zementartige Platte unter Verwendung einer Spachtel aufgetragen, und dann wurde anschließend die Polystyrolseite des Holzstückes kräftig gegen die Haftmittelschicht gepreßt. Jede Probe wurde dann bei Raumtemperatur gehärtet. Vor dem Testen wurden alle Proben auf die Testbedingungen equilibriert. Die Probe wurde dann in den Klemmbacken eines Tinius-Olsen-Spannungstestgeräts angeordnet, wobei die Probe bei einem Winkel von 180º zu der Haftmitteischicht auseinandergezogen wurde. Alle Proben wurden bei einer Traversengeschwindigkeit von 1,27 cm (0,5 Inches)/Minute getestet. Scherfestigkeit wurde in Pfund pro Inch² aus dem Verhältnis des Gewichts bei Bruch von dem Spannungstester (Pfund) zu dem Oberflächenbereich der Testprobe (Inch²) wiedergegeben. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4.1 aufgeführt. Höhere Scherfestigkeiten bei Bruch sind wünschenswert. Zusätzlich sind Substratbruchtypen wünschenswerter als Adhäsionsbruchtypen. Tabelle 4.1
Bemerkungen:
Gehärtet bei 75ºF und 50% relativer Feuchtigkeit für 3 Std. - warm
Getestet bei 75ºF und 50 relativer Feuchtigkeit - warm
Aufgeführt als Mittel von 2 Messungen
*x14,3 kg/cm - was äquivalent zu x1 Pfund pro Inch² ist (bezogen auf die Berechnung, daß 1 lb/In² äquivalent ist zu 0,7 kg/cm² ist)
** äquivalent zu 24ºC
Die Scherfestigkeit stieg unter warmen Bedingungen bei beiden Substrattypen für die erfindungsgemäß hergestellte Haftmittelformulierung (Haftmittel 1) im Vergleich zu dem Haftmittel, das kein Amin-enthaltendes Polymer (Vergleichshaftmittel 1) enthält, an. Die Scherfestigkeit stieg unter warmen Bedingungen bei beiden Substraten für die erfindungsgemäß hergestellte Haftmittelformulierung, welche gegebenenfalls ein mehrwertiges Metall (Haftmittel 2 - enthielt Zinkoxid) enthielt, noch mehr an.

Claims

1. Wässrige, nicht-zementartige, haftende Zusammensetzung, umfassend:

(A) ein filmbildendes Latexpolymer mit anionischem Charakter;

(B) ein wasserlösliches oder wasserdispergierbares Polymer, enthaltend eine Mehrzahl von funktionellen Aminogruppen und gebildet aus einem Monomerensystem, enthaltend wenigstens 20 Gew.-% eines Amino- oder Iminogruppen-haltigen Monomers gewählt aus:

i) Aminoalkylvinylethern oder -sulfiden, worin die Alkylreste von der geradkettigen oder verzweigtkettigen Type sein können und 2 bis 3 Kohlenstoffatome aufweisen und worin das Stickstoffatom primärl sekundär oder tertiär sein kann;

ii) Acrylamid oder Acrylestern der Formel II:

(II) H&sub2;C=C(R) -(X)n-A-NR*Ro

worin

R H oder CH&sub3; ist;

n O oder 1 ist;

X O oder N(H) ist;

wenn n null ist, A O(CH&sub2;)X ist,

worin x 2 bis 3 ist oder (O-Alkylen)y, worin (O- Alkylen)y eine Poly(oxyalkylen)gruppe ist, welche ein Molekulargewicht in dem Bereich von 88 bis 348 besitzt, in welcher die individuellen Alkylenreste gleich oder verschieden sind und entweder Ethylen oder Propylen sind;

und wenn n 1 ist, A eine Alkylengruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen ist;

R* H, Methyl oder Ethyl ist;

R¹ H, Methyl oder Ethyl ist; und

R&sup0; H, Phenyl, Benzyl, Methylbenzyl, Cyclohexyl oder (C&sub1;-C&sub6;)-Alkyl ist;

iii) N-Acryloxyalkyloxazolidinen und N-Acryloxyalkyltetrahydro-1,3-oxazinen der Formel III:

worin

R H oder CH&sub3; ist;

m 2 oder 3 ist;

R', wenn es nicht direkt an R² gebunden ist, Wasserstoff, Phenyl, Benzyl oder eine (C&sub1;-C&sub1;&sub2;)-Alkylgruppe ist;

R², wenn es nicht direkt an R' gebunden ist, Wasserstoff oder eine (C&sub1;-C&sub4;)-Alkylgruppe ist;

R' und R², wenn sie direkt aneinander gebunden sind, eine Tetra- oder Pentamethylengruppe darstellen; und A' O(CmH2m)- oder (O-Alkylen)n ist, in welchem (O- Alkylen)n eine Poly(oxyalkylen)gruppe ist, welche ein Molekulargewicht in dem Bereich von 88 bis 348 besitzt, in welcher die individuellen Alkylenreste gleich oder verschieden sind und entweder Ethylen oder Propylen sind; und

iv) Acryloxyketiminen und -aldiminen der Formeln V und VI

(V) H&sub2;C=(CR)-COOA"NQ

(VI) H&sub2;C=C(R)-CO-(D)n"-1-(B)n'1-(A&sup0;) -1-N=Q

worin: R H oder CH&sub3; ist;

Q eine

Gruppe ist;

R&sup6; H ist oder Methyl in einer CHR&sup6;-Einheit sein kann;

R&sup5; (C&sub1;-C&sub1;&sub2;)-Alkyl oder Cyclohexyl ist;

R&sup4; (C&sub1;-C&sub1;&sub2;)-Alkyl oder Cyclohexyl ist;

R³ Phenyl, Halophenyl, (C&sub1;-C&sub1;&sub2;)-Alkyl, Cyclohexyl oder (C&sub1;-C&sub4;)-Alkoxyphenyl ist;

A" (C&sub1;-C&sub1;&sub2;)-Alkylen ist;

A&sup0;, B und D gleiche oder verschiedene Oxyalkylengruppen der Formel -OCH(R&sup7;)-CH(R&sup7;)sind, worin R&sup7; H, CH3 oder CH&sub2;H&sub5; ist;

x 4 oder 5 ist;

n&sup0; eine ganze Zahl mit einem wert von 1 bis 200 ist;

n' eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 200 ist; und

n" eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 200 ist, wobei die Summe von n-1, n'1 und

n"-1 einen Wert von 2 bis 200 aufweist;

C) eine flüchtige Base in einer Menge, die wirksam ist, um den pH-Wert der Zusammensetzung auf einen Wert anzuheben, der hoch genug ist, damit im wesentlichen sämtliche funktionellen Aminogruppen in dem aminhaltigen Polymer in einem nicht-ionischen Zustand sind, und

D) gegebenenfalls eine wasserlösliche oder wasserdispergierbare Verbindung oder einen Komplex eines mehrwertigen Metalls.

2. Haftende Zusammensetzung nach Anspruch 1, umfassend die wasserlösliche oder wasserdispergierbare Verbindung oder den Komplex eines mehrwertigen Metalls.

3. Haftende zusammensetzung nach Anspruch 2, worin das mehrwertige Metall Zink ist.

4. Haftende Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das aminhaltige Polymer aus einem Monomerensystem, enthaltend wenigstens 50 Gew.-% des Amino- oder Iminogruppen-haltigen Monomers, gebildet ist.

5. Haftende Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das aminhaltige Polymer von einem Monomerensystem, enthaltend als dieses Monomer ein N-Acryloxyalkyloxyzolidin, abgeleitet ist.

6. Haftende Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die flüchtige Base Ammoniak ist.

7. Verfahren zum anhaftenden Befestigen einer Oberflächenschicht an einem Substrat, worin als das Haftmittel eine Zusammensetzung, wie sie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht wurde, verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, worin das Substrat eine äußere Oberfläche eines Gebäudes oder einer anderen Freiluftstruktur ist und die Oberflächenschicht eine feste oder geschäumte Schicht eines Schutzmaterials ist.

9. Kompositstruktur, umfassend eine Oberflächenschicht, welche haftend an ein darunterliegendes Substrat mittels einer Schicht eines Haftmittels befestigt ist, worin die haftende Schicht aus einer haftenden Zusammensetzung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht ist, gebildet ist.

10. Struktur nach Anspruch 9, worin das Substrat eine äußere Oberfläche eines Gebäudes oder einer anderen Freiluftstruktur ist und die haftend gesicherte Oberflächenschicht eine feste oder geschäumte Schicht eines Schutzmaterials ist.