DK143070B - Fremgangsmaade til frembringelse af en staerk vandfast binding mellem aluminium og en polysulfidmasse med en primer - Google Patents

Description

(11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 1U3070 DANMARK (S1) lnt*c’·3 ® os J 5/02 //c 23 f 7/06 §(21) Ansøgning nr. 4408/76 (22) Indleveret den 50. Ββρ. 1976 (24) Løbedag 50. S ep. 1976 (44) Ansøgningen fremlagt øg ~ fremlæggelsesskriftet offentliggjort den 25· ΓΠ3·Γ. 1 So]

DIREKTORATET FOR

PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET <30> Prioritet begæret fra den

22. dec. 1975# 75^561*· NO

01> THOR BØRRESEN* Strandgaten 50, 519Ο Horten* NO.

(72) Opfinder: Thor Børregen* Strandgaten 50* 5190 Horten* NO: Niels Ulrik Harder* Auderødgård* Auderød, 2980 Kokkedal, DK.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Hofman-Bang & Boutard._ (54) Fremgangsmåde til frembringelse af en stærk* vandfast binding mellem aluminium og en polysulfidmasse med en primer.

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til frembringelse af en stærk, vandfast binding, af den i indledningen til kravet angivne art.

Der har i industrien i lang tid foreligget et ønske om eller et behov for en forbedret vedhæftning for polysulfidbaserede, elastiske tætningsmasser til aluminium. Denne vedhæftning vil som regel svækkes ved påvirkning hidrørende fra vand og varme, og det har derfor været af særlig stor interesse at forbedre den angivne ved-hæftningsevne i varmt og fugtigt milieu.

2 1Λ 3 O 7 O

Det er ønskeligt at opnå en sådan forbedring af vedhæftningen mellem polysulfidbaserede tætningsmasser og aluminium eller aluminiumlegeringer uden at skulle være afhængig af tidspunktet for behandlingen af metaloverfladen, specielt uden at aluminiummets overflade må vinderkastes en tidskrævende behandling umiddelbart før den bringes i kontakt med tætningsmassen. En sådan overfladebehandling af metallet, f.eks. konstruktionselementer, såsom vinduesrammeprofiler, i umiddelbar tilknytning til anvendelsen af de metalliske dele, såsom konstruktionselementer, vil i reglen være meget upraktisk og bør undgås.

Det er kendt at anvende silanholdige primere til aluminium i forbindelse med brugen af de angivne tætningsmasser, og fra USA patent nr. 3.457.099 er det kendt at tilsætte en Friedel-Crafts forbindelse (AlClj, BFj o.s.v.) til den silanbaserede primer. Det er desuden kendt at blande silan ind i selve tætningsmassen ("Adhesive Age" fra november 1974, side 25-27). Også phenolharpikser og polyvinyl-acetat har været foreslået som adhæsionsformidlende midler mellem elastomere tætningsmasser og forskellige substrater ("Rubber Chemistry and Technology", februar 1968, side 149-151). Der foreligger i det hele taget en mængde litteratur vedrørende organiske tætningsmasser og deres egenskaber, og der er foreslået mange forskellige additiver og kombinationer af additiver til forbedring af adhæsionsstyrken mellem tætningsmassen og substratet, herunder aluminium (se f.eks, "Thioplaste", Leipzig 1971, side 80-85). Denne litteratur viser, at de tankebaner, man hidtil har fulgt, er gået i retning af organiske bindemidler, som kræver anvendelse af organiske opløsningsmidler med de ofte væsentlige ulemper, dette medfører. Hverken praktisk eller økonomisk set er sådanne materialer og forbehandlingsmåder særligt fordelagtige, men de må tværtimod anses som repræsenterende utilfredsstillende nødløsninger på problemerne. De synes heller ikke at give tilstrækkeligt gode resultater i ren teknisk henseende, når det drejer sig om poly-sulfidbaserede tætningsmasser i forbindelse med aluminium. F.eks. kan silaner hydrolyseres under påvirkning af vand, og deres primeraktivitet går alt for hurtigt tabt.

3 143070

Det er således opfindelsens formål at angive en fremgangsmåde til frembringelse af en stærk, vandfast binding, af den i indledningen til kravet angivne art, hvorved denne binding er frembragt på en meget effektiv, enkel og billig måde.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af kravet angivne.

Det har således ifølge opfindelsen overraskende vist sig, at man opnår en stærk og vandfast binding mellem aluminium og polysulfid-masse på en meget effektiv, enkel og billig måde, nemlig ved, at man som primer på aluminiummet anvender en opløsning af en stærkt basisk reagerende, uorganisk alkalimetalforbindelse.

Det er ganske vist fra tysk offentliggørelsesskrift nr. 1 571 198, tysk fremlæggelsesskrift nr. 2 147 622, USA patentskrift nr.

3 460 955 og Burns og Bradley, "Protective coatings for metals", 3' udgave (1967), side 28-31 kendt, at man inden påføring af formstof overtrask kan forbehandle aluminium med alkaliske opløsninger.

Det særlige tekniske problem, som omfatter kombinationen af poly-sulfidmasse og aluminium, og den løsning på dette problem, der angives ifølge opfindelsen, er dog hverken kendt eller nærliggende i betragtning af disse publikationer.

Som uorganisk alkalimetalforbindelse eller base anvendes fortrinsvis et eller flere af de stærkt basisk reagerende hydroxider af lithium, natrium eller kalium; desuden natriuinphosphat, kalium-phosphat; endvidere natriumsilicat, kaliumsilicat; foretrukne uorganiske baser er også carbonater af alkalimetaller, især lithium, natrium og kalium.

Som opløsningsmiddel for den uorganiske base kan man i princippet anvende en hvilken som helst væske, som i tilstrækkelig grad opløser den uorganiske forbindelse, som ønskes anvendt i primeren.

Det er imidlertid en fordel ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, at vand kan anvendes som opløsningsmiddel. Lavere alkoholer vil også kunne anvendes som opløsningsmiddel for den uorganiske base, hvis dette ønskes, eller man anvender blandinger af sådanne 4 143070 alkoholer og vand. Opløsningsmidlets sammensætning er for øvrigt ikke afgørende, idet opløsningsmidlet skal afdampes fra metaloverfladen efter primingen.

Det har også vist sig, at fremgangsmåden' ifølge opfindelsen med udmærket resultatet kan anvendes i forbindelse med elektrolytisk oxideret eller kemisk oxideret aluminium, herunder på aluminiumbaserede legeringer. Det er imidlertid ikke nødvendigt, at metallet har været underkastet en sådan speciel oxidationsbehandling. Aluminium vil for øvrigt altid have en oxidisk hinde, idet metallet oxideres af luftens oxygen.

Koncentrationen af base i primeren kan være ganske lille og er for det meste hensigtsmæssigt tinder 5 vægt-%, fortrinsvis ca.

1 vægt-%, men er ikke kritisk eller afgørende for resultatet. Det væsentlige er, at metallet efter priming og påfølgende tørring har et tyndt lag af den alkaliforbindelse, som primeren indeholder.

Den primer, som anvendes ifølge opfindelsen, har vist sig særlig virkningsfuld i forbindelse med en polysulfid-fugemasse baseret på polymercaptanpolymer.

I vore dage fremstilles aluminiumprofiler, gerne i eloxeret udførelse, til anvendelse bl.a. som konstruktionselementer til vinduesrammer, hvor man som tætningsmasse overvejende anvender poly-sulfidmasse. Den foreliggende opfindelse medfører et meget væsentligt teknisk fremskridt indenfor dette område. Den primer, som anvendes ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, synes at ændre aluminiummets overfladestruktur på en gunstig måde, idet metallet får et ydre molekyllag af basisk karakter ved påføringen af den uorganiske base. Det har vist sig, at man opnår en særdeles god vedhæftning mellem polysulfid-fugemasse og metalprofil, idet det basiske molekyllag synes at virke som adhæsionsfremmende middel.

Den gode vedhæftning mellem aluminium og polysulfid-fugemasse er af stor praktisk betydning, ikke mindst når det gælder vinduesrammer, idet disse ofte udsættes for stærkt varierende temperatur-og fugtighedsbetingelser. De polysulfidmasser, som sædvanligvis • anvendes ved sådanne vinduesrammekonstruktioner, som skal monteres i bygningselementer og fuges mod murværk og lignende, er baseret på polymercaptanpolymer (f.eks. thiokol-LP-polymer), som ved hjælp af en aktivator kan overgå fra flydende til fast form.

5

1A 3 O 7 O

Af uorganiske baser, som med fordel kan anvendes ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, skal anføres: a) Baser med hydroxylgrupper i molekylet:

LiOH, NaOH, KOH.

b) Phosphater af natrium og kalium, f.eks. trinatriumphosphat.

c) Silicater af natrium og kalium, f.eks. natriummetasilicat.

d) Carbonater af: Lithium, natrium og kalium, f.eks. Na CO

2 3* I nedenstående eksempler blev der som opløsningsmiddel for den uorganiske base anvendt henholdsvis vand og ethylenglycol.

EKSEMPEL 1

Aluminiumprofiler, som var elektrolytisk oxideret, blev ved stuetemperatur primeret ved dypning i en opløsning som angivet nedenfor (vægt-?é). De tre sidste forsøg er medtaget med henblik på sammenligning med forsøg 1-3 ifølge opfindelsen.

Forsøg: 1 2 3 4 5 6

Vand 98 99 98

Ethylenglycol 98 98

Na2C03 2

NaOH 1 2

Ca (0H)2 2 H2S04 2

Ingen priming x

Efter 1/2 times tørretid (i luft ved 28°C) blev aluminiumprofilerne limet til glas med en polysulfid-fugemasse, "PRC 408 P", beregnet til fremstilling af isoleringsruder. Prøverne blev derefter hensat til hærdning i 1 uge ved stuetemperatur, hvorefter de blev lagret i vand ved 70°C i 4 uger. Efter denne behandling blev adhæsionsstyrken mellem fugemasse og metal undersøgt.

6 143070

TESTRESULTATER

1 uge i vand ved 70°C K K K A K K

2 uger i vand ved 70°C K K K A 5A K

3 uger i vand ved 70°C K K K A 50A 10A

4 uger i vand ved 70°C 10A K K A A A

A: Adhæsionsbrud i aluminium.

K: Kohæsionsbrud i fugemassen.

50A = 50% adhæsionsbrud i aluminium.

EKSEMPEL 2

En aluminiumprofil af eloxeret aluminium blev primet ved dypning i en 1 vægt-% vandig opløsning af NaOH. Profilerne blev derefter tørret på samme måde som i eks. 1. Efter 2, 8 og 24 timer og 7, 30 og 180 dage blev profilerne tillimet på glas med en polysulfid-fugemasse, "PRC 408P", beregnet til fremstilling af isoleringsruder. Efter 1 uges hærdning ved stuetemperatur blev prøverne lagret i vand ved 70°C i 4 uger, hvorefter adhæsionsstyrken blev undersøgt. Der blev i alle tilfælde konstateret kohæsionsbrud i fugematerialet.

EKSEMPEL 3

Dette eksempel er som eks. 1, forsøg 2, dog blev der i stedet for NaOH anvendt henholdsvis Κ0Η og LiOH. I begge tilfælde blev der efter 4 ugers lagring i vand ved 70°C konstateret kohæsionsbrud ved undersøgelse af adhæsionsstyrken.

EKSEMPEL 4

Dette eksempel er som eks. 1, forsøg 2, dog blev der i stedet for NaOH anvendt henholdsvis natriumhexametaphosphat og kaliumhydrogen-phosphat. Efter hærdning og 4 ugers lagring i vand ved 70°C blev der i begge disse tilfælde konstateret kohæsionsbrud i fugemassen.

7 143070

Lignende forsøg blev udført med silicater af natrium og kalium som uorganisk base. Resultatet af prøverne kan betegnes som gode, men det viste sig, at disse baser ikke var lige så gode som de ovenfor angivne hydroxider, phosphater og carbonater.

Desuden blev der som sammenligning udført lignende forsøg med vandig ammoniak som uorganisk base, men med dårligt resultat. Ammoniak, som er flygtig, efterlader da heller ikke nogen belægning på metallet. Forsøg med ammoniumsalte frembragte dårlige, utilfrestillende resultater.

Tilsvarende forsøg med andre metaller end aluminium har været udført, men med utilfredsstillende resultater.

Lignende forsøg som i eksemplerne 1-4 blev også udført med u-eloxeret (ubehandlet) aluminium såvel som kemisk oxideret aluminium, og disse forsøg gav i det væsentlige samme gode resultater som ved anvendelse af eloxeret aluminium.

Opfindelsen omfatter også genstande bestående af et eller flere konstruktionselementer af aluminium, herunder aluminiumbaserede legeringer, og polysulfidmasse, især vinduesrammer, hvor der på den eller de aluminiumflader, som er i kontakt med polysulfidmassen, er påført en stærkt basisk reagerende alkalimetalforbindelse. En foretrukken udførelsesform går ud på, at konstruktions-elementerne er kemisk eller elektrolytisk oxideret på overfladen.

Desuden omfatter opfindelsen konstruktionselementer af aluminium, herunder aluminiumlegeringer, som skal anvendes i forbindelse med en polysulfidmasse, hvor der på den eller de aluminiumflader, som skal komme i kontakt med polysulfidmassen, er påført en primer af en stærkt basisk reagerende alkalimetalforbindelse. En foretrukken udførelsesform går ud på, at metallet foreligger i form af elektrolytisk eller kemisk oxiderede profiler og lignende konstruktionselementer.

Det vil af ovenstående forstås, at fremgangsmåden ifølge opfindelsen til frembringelse af en varig, stærk og vandig binding mellem polysulfidmasse og aluminium er en særdeles effektiv,