"Bindemittel auf Basis wäßriger Alkali etallsilicatlösuπgen und deren Verwendung"

Die vorliegende Erfindung betrifft temperaturbeständige anorgani¬ sche Bindemittel oder Klebstoffe auf Basis von wäßrigen Alkalime- tallsilicatlösungen mit einem Gehalt an anorganischen Zusatzstof¬ fen, welche die Bindefähigkeit oder Klebkraft derartiger Binde¬ mittel verbessern. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung derartiger Bindemittel oder Klebstoffe insbesondere zum Verkleben von Metallen, Keramik und/oder Glas.

In temperaturbeständigen Bindemitteln oder Klebstoffen, die auch im Temperaturbereich von ca. 300 °C bis 600 °C noch ausreichend stabil sein sollen, können praktisch nur anorganische Materialien eingesetzt werden, um die geforderten Dauertemperaturbeständigkei¬ ten zu erreichen. Als Basis für derartige Bindemittel werden im Stand der Technik insbesondere wäßrige Alkalimetallsilicatlösun- gen, das heißt Wasserglaslösungen, verwendet. Als weitere Kompo¬ nenten derartiger Bindemittel, z. B. als Füllstoffe, kommen eine Reihe von weiteren anorganischen Verbindungen in Frage. Beispiel¬ haft hierfür seien genannt: Quarzsand, Ton, Talkum, Bentonite, Glaspulver, Asbest, Kaolin sowie Oxide des Aluminiums, Zinks oder Magnesiums.

Solche temperaturbeständigen Bindemittel eignen sich insbesondere zur Verklebung von Metallen, von Glas oder Keramik. Beispielhaft seien hier als Haupteinsatzgebiete isolierende Verklebungen von stromführenden Drähten, Spulen oder Heizelementen in der Elektro¬ industrie sowie ferner in der Glasindustrie als Schutzbeschich- tungen für Preßformen genannt.

Derartige Bindemittelformulierungen auf der Basis wäßriger Alkali- metallsilicatlösungen sind seit langem bekannt und werden im Stand der Technik auch im breiten Maße beschrieben. Als Beispiele für einschlägige Biπdemittelformulierungen auf Wasserglas-Basis, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, werden die nachstehenden Literaturzitate angegeben:

In der JP-A-80/155 072 werden anorganische Klebstoffor ulierungen auf der Basis von wäßrigen Alkalimetallsilicatlösungen beschrie¬ ben, welche ein wasserfreies, pulverförmiges Alkalimetallsilicat, anorganische Füllstoffe, einen Härter und ferner Polyole und/oder die Emulsion eines organischen Harzes enthalten. Als anorganische Füllstoffe kommen hierbei Quarzsand, Ton, Calciumcarbonat, Talkum oder Bentonit in Frage. Derartige Klebstoffe zeichnen sich durch erhöhte Wasser- und Feuerbeständigkeit aus.

Aus der JP-A-87/132 982 ist ein wasserfester und hitzebeständiger Klebstoff bekannt, der auf einer mit organischen Harzen modifi¬ zierten Alkalimetallsilicatlösung basiert. Derartige Klebstoffe enthalten als Füllstoffe beispielsweise Calciumcarbonat, Quarz, Talkum, Ton, Aluminiumhydroxid, Glaspulver oder Asbestfasern.

In der SU-A-834 069 wird ein Klebstoff auf Wasserglas-Basis be¬ schrieben, der amorphes Bor und Natriumaluminat enthält. Auch der¬ artige Klebstoffe sollen gegen höhere Temperaturen beständig sein.

Die SU-A-829599 beschreibt hitzebeständige Klebstoffe auf Wasser¬ glas-Basis, die als Füllstoffe Korund, Asbest oder Talkum-Pulver enthalten.

In der SU-A-857 203 werden hitzebeständige Klebstoffe für die Ver¬ klebung von Metallen beschrieben, die neben Natriumsilicatlösungen ferner Ölsäure-triethanolaminsalz, Zinkoxid und Asbestfasern ent¬ halten.

Die R0-A-70 001 beschreibt nicht-brennbare Klebstoffe auf der Ba¬ sis von Alkalimetallsilicatlösungen, welche neben Kaolin und As¬ bestfasern ferner organische Additive, wie Stärkeester und Sili- cone, enthalten.

Neben den vorstehend angeführten Zusatzstoffen für solche Binde¬ mittelformulierungen auf Wasserglas-Basis ist aus dem Stand der Technik ferner bekannt, auch pulverför ige Metalle als Zusatzstof¬ fe bzw. Füllstoffe zu verwenden. So beschreibt die EP-A-295834 einen temperaturbeständigen Klebstoff zum Verkleben von Metallen oder Keramik auf der Basis von Alkalimetallsilicatlösungen, wel¬ cher kolloidales Siθ2, Aluminiumoxid und pulverförmiges Aluminium enthält.

Auch die JP-A-54/133 526 beschreibt eine temperaturbeständige Klebstofformulierung auf Basis von Natriu silicat, die ferner einen Gehalt an feinteiligem, pulverförmigem Aluminium aufweist.

Aus der JP-A-86/40 874 sind temperaturbeständige Klebstoffe zum Verkleben von keramischem Material bekannt, die ATkalimetallsili- catlösungen zusammen mit pulverförmigen Metallen, wie Aluminium, Siliciu , Eisen, Kobalt oder Chrom, und ferner Graphit-Pulver ent¬ halten.

Schließlich beschreibt die JP-A-88/182 269 temperaturbeständige Klebstoffe auf Wasserglas-Basis, die einen Gehalt an faserför igen Metallen aufweisen.

Die bekannten anorganischen Bindemittel oder Klebstoffe auf Basis wäßriger Alkalimetallsilicatlösungen weisen jedoch in der Regel keine ausreichende Bindefestigkeit der miteinander verklebten Sub¬ strate auf, das heißt derartigen Bindemittelformulierungen erman¬ gelt es an ausreichender Klebkraft. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand mithin darin, temperaturbeständige Bindemittel auf der Basis wäßriger Alkalimetallsilicatlösungen, das heißt Wasserglaslösungen, zu entwickeln, die nach dem Aushärten eine verbesserte Bindefestigkeit oder Klebkraft aufweisen.

Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung Bindemittel auf Basis wäßriger Alkalimetallsilicatlösungen, die ein Molverhältnis Siθ2 zu M2O im Bereich von (2,0 bis 4,1):1 und einen Feststoffge¬ halt im Bereich von 27 bis 56 Gew.-% aufweisen, wobei M Natrium, Kalium und/oder Lithium bedeuten, mit einem Gehalt an anorgani¬ schen Zusatzstoffen, welche dadurch gekennzeichnet sind, daß sie 2 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Alkali etallsilicatlösung, an Dop- pelschichthydroxid-Verbindungen der allgemeinen Formel (I)

[M-- ₁ _ _χ M-πi _χ (0H) ₂ ]A _x • mH ₂ 0 (I)

worin H-- mindestens ein zweiwertiges Metallkation, M-- - minde¬ stens ein dreiwertiges Metallkation, A das Äquivalent eines Anions einer ein- oder mehrbasischen Säure, 1/6 x ^ 1/2 und 0 . m _ 1 bedeuten, und/oder zuvor calcinierte Doppelschichthydroxid-Verbin- dungen der allgemeinen Formel (I) enthalten.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß beim Einsatz der ge¬ nannten Doppelschichthydroxid-Verbindungen der allgemeinen Formel (I) oder von zuvor calcinierten Doppelsehichthydroxid-Verbindungen der allgemeinen Formel (I) in Bindemitteln oder Klebstoffen auf Wasserglas-Basis die Zugscherfestigkeit von Verklebungen gegenüber bekannten Produkten des Standes der Technik deutlich verbessert wird. Dies ist umso überraschender, als ähnliche Zusatzstoffe, beispielsweise schichtförmige Magnesiumsilicate, keine entspre¬ chende Verbesserung erbrachten. Die erfindungsgemäßen Bindemittel weisen ferner eine ausgezeichnete Temperaturbeständigkeit auf, das heißt die mit den erfindungsgemäßen Bindemitteln erzielten Verkle¬ bungen sind auch in Temperaturbereichen von etwa 300 °C bis 600 °C hinreichend stabil.

Wesentlicher Bestandteil der erfindungsgemäßen Bindemittel oder Klebstoffe sind die Doppelschichthydroxid-Verbindungen der allge¬ meinen Formel (I) beziehungsweise zuvor calcinierte Doppelschicht- hydroxid-Verbindungen dieser allgemeinen Formel.

Diese sogenannten "Doppelschichthydroxid-Verbindungen" sind in der Literatur, beispielsweise aus R. All ann, Chimia .24 (1970), Seiten 99 bis 108, bekannt. Chemisch stellen sie gemischte basische Hy- droxosalze zwei- und dreiwertiger Metallkationen dar. In der Wahl der zweiwertigen und dreiwertigen Metallkationen bestehen prinzi¬ piell keine Beschränkungen. Bestimmte zweiwertige und dreiwertige

Metallkationen sowie besondere Kombinationen sind aus der DE-A-20 61 114 sowie der DE-A-2061 156 bekannt.

Bevorzugt im Sinne der Erfindung wird das zweiwertige Metallkation der Formel (I) ausgewählt aus Magnesium, Calcium, Mangan, Zink und Kupfer. Das dreiwertige Metallkation der Formel (I) wird bevorzug¬ terweise ausgewählt aus Eisen und Aluminium. Wenn vorstehend - im Zusammenhang mit der Erläuterung der allgemeinen Formel (I) - von mindestens einem zweiwertigen und dreiwertigen Metallkation die Rede ist, so bedeutet dies, daß in derartigen Doppelschichthydro- xid-Verbindungen gegebenenfalls jeweils mehrere zweiwertige bezie¬ hungsweise dreiwertige Metallkationen nebeneinander vorliegen können.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es ferner bevorzugt, daß das Anion A der Formel (I) ausgewählt ist aus Carbonat-, Sulfat-, Chlorid-, Nitrat- und Phosphationen. Aufgrund der außerordentlich großen Verbreitung von Carbonationen auch bei natürlich vorkommen¬ den Doppelschichthydroxid-Verbindungen sind Carbonationen beson¬ ders bevorzugt.

Ein Prototyp bevorzugter kationischer Doppelschichthydroxid-Ver- bindungen ist das Mineral Hydrotalcit, das die folgende Idealfor¬ me! besitzt:

[Mg ₆ Al2(0H)ι ₆ ]C0 ₃ x 4 H ₂ 0

Die vorstehende Idealformel entspricht der allgemeinen Formel (I), sofern man die Idealformel auf "(0H)2" normiert, das heißt alle Indices durch die Zahl 8 dividiert.

-Y

Hydrotalcit leitet sich strukturell von Brucit [Mg(0H)2] ab. Bru- cit kristallisiert in einer Schichtstruktur mit den Metallionen in Oktaederlücken zwischen zwei Schichten aus dichtgepackten Hydro¬ xidionen, wobei jedoch nur jede zweite Schicht der Oktaederlücken besetzt ist. Im Hydrotalcit erhält das Schichtpaket dadurch eine positive Ladung, daß einige Magnesiumionen durch Aluminiumionen substituiert sind. Diese positive Ladung wird durch Anionen kom¬ pensiert, die sich zusammen mit Kristallwasser in den Zwischen¬ schichten befinden. Der Schichtaufbau wird aus Röntgenbeugungsdia- gram en deutlich, die ebenfalls zur Charakterisierung herangezogen werden können (JCPDS-Kartei: 22-700). Bedingt durch die unter¬ schiedlichen Zusammensetzungen, auch bezüglich des Wassergehaltes, sind Linienverbreiterungen und -Verschiebungen im Röntgenbeugungs- diagramm zu erklären.

Synthetisch hergestellte Hydrotalcite sind allgemein bekannt, u.a. werden sie beschrieben in DE-A-15 92 126, DE-C-33 06 822, DE-A-3346943 und EP-A 0 207 811. In der EP-A 0207 811 wird ein besonders feinteiliges Produkt beschrieben, das bei einer Conti-

Fällung ( flash-Fällung) entsteht, wenn man die Ausgangslösungen (Metallsalz-Lösung und alkalische Carbonat-Lösung) kontinuierlich zusammenströmen läßt, anschließend filtriert, wäscht und das Pro¬ dukt im feuchten Zustand beläßt.

Weitere Beispiele für an sich bekannte Doppelschichthydroxid-Ver- bindungen der allgemeinen Formel (I) sind: Pyroaurit [Mg ₆ Fe ₂ (OH) ₁₆ ]Cθ3 x 4.5 H ₂ 0, Magaldrat [Mg ₁₀ Al5(0H) ₃₁ ](S04)2 x m H2O und [Zn6Al2(0H)iö]C03 x m H2O.

Die erfindungsgemäßen Bindemittel oder Klebstoffe können anstelle von oder zusammen mit den Doppelschichthydroxid-Verbindungen der

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allgemeinen Formel (I) auch zuvor calcinierte Doppelsehichthydro- xid-Verbindungen dieser allgemeinen Formel enthalten. Natürliche und synthetische Doppelsehichthydroxid-Verbindungen geben beim Erhitzen bzw. Calcinieren kontinuierlich Wasser ab. Das Kristall¬ wasser wird vollständig bei 200 °C entfernt, höhere Temperaturen führen zur Abspaltung von Wasser aus dem Hydroxidgerüst und von Kohlendioxid aus dem als üblichem Anion enthaltenen Carbonat. Die Strukturen der Doppelschichthydroxid-Verbindungen werden bei die¬ sem Vorgang abgebaut, die Röntgenbeugungsdiag a me zeigen nur breite und wenig charakteristische Linien für Periklas (MgO).

Ein Prototyp derartiger Verbindungen ist beispielsweise calcinier¬ ter Hydrotalcit, von dem auch im Stand der Technik, beispielsweise der DE-A-30 19 632, die Anionenaufnähme unter Rückbildung der Schichtverbindung prinzipiell bekannt ist. Ausgehend von Doppel¬ schichthydroxid-Verbindungen der allgemeinen Formel (I), die bei Temperaturen von oberhalb 200 °C calciniert werden, gelangt man somit zu den entsprechenden calcinierten Produkten, die im Sinne der Erfindung gleichfalls Verwendung finden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden somit als Doppelschichthydroxid-Verbindung der allgemeinen Formel (I) Hydrotalcit oder ein zuvor calcinierter Hydrotalcit eingesetzt.

Als im Sinne der Erfindung zu verwendende wäßrige Alkalimetallsi¬ licatlösungen kommen handelsübliche Wasserglaslösungen in Frage, wobei das Alkalimetall aus der Gruppe Natrium, Kalium und/oder Lithium ausgewählt ist. Mit anderen Worten heißt dies, daß han¬ delsübliche Natronwassergläser, Kaliwassergläser oder Lithium¬ wassergläser sowie auch deren Gemische für die Zwecke der Erfin-

düng Verwendung finden können. Derartige handelsübliche Wasserglä¬ ser, die erfindungsgemäß eingesetzt werden, weisen in der Regel ein Molverhältnis Siθ2 zu M2O im Bereich von (2,0 bis 4,1):1 und einem Feststoffgehalt im Bereich von 27 bis 56 Gew.-% auf, wobei M Natrium, Kalium und/oder Lithium bedeuten.

Im Sinne der Erfindung werden bevorzugt solche wäßrige Alkalime¬ tallsilicatlösungen eingesetzt, die ein Molverhältnis von SiÜ2 zu M2O im Bereich von (2,0 bis 3,5):1 und einen Feststoffgehalt im Bereich von 33 bis 56 Gew.-% aufweisen, wobei M Natrium oder Ka¬ lium bedeutet.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden als wäßrige Alkalimetallsilicatlösungen Natronwasserglaslö¬ sungen eingesetzt, die ein MolVerhältnis Siθ2 zu Na2θ im Bereich von (2,0 bis 3,2):1 und einen Feststoffgehalt im Bereich von 41 bis 56 Gew.-% aufweisen.

Die Einsatzmenge der erfindungsgemäß zu verwendenden Doppel- schichthydroxid-Verbindungen der allgemeinen Formel (I) bzw. der entsprechenden, zuvor ealcinierten Doppelschichthydroxid-Verbin- dungen richtet sich insbesondere nach den mit den erfindungsge¬ mäßen Bindemitteln zu verklebenden Substraten. Der Fachmann kann hier durch Ausprobieren die optimale Zusatzmenge leicht ermitteln. Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die Bindemittel jedoch 5 bis 15 Gew.-%, bezo¬ gen auf die wäßrige Alkalimetallsilicatlösung, an feinteiligen Doppelschichthydroxid-Verbindungen der allgemeinen Formel (I) oder an zuvor ealcinierten Doppelschichthydroxid-Verbindungen dieser Formel.

Im Sinne der Erfindung ist es ferner bevorzugt, daß die erfin¬ dungsgemäß zu verwendenden Doppelsehichthydroxid-Verbindungen bzw. derartige zuvor calcinierte Doppelschichthydroxid-Verbindungen in möglichst feinteiliger Form in den erfindungsgemäßen Bindemitteln eingesetzt werden. In diesem Sinne ist es erfindungsgemäß bevor¬ zugt, daß die feinteiligen Doppelschichthydroxid-Verbindungen der allgemeinen Formel (I) oder die zuvor ealcinierten Doppelschicht- hydroxid-Verbindungen dieser Formel eine Korngröße im Bereich von 1 bis 30 μm, insbesondere im Bereich von 3 bis 10 μm, aufweisen.

Sofern die erfindungsgemäßen Bindemittel insbesondere zum Verkle¬ ben von MetallOberflächen eingesetzt werden, kann es von Vorteil sein, den erfindungsgemäßen Bindemitteln als weitere Zusatzstoffe feinteilige pulverförmige Metalle zuzusetzen. Hierbei ist es fer¬ ner von Vorteil, daß dieser Zusatz an feinteiligen, pulverförmigen Metallen ausgewählt wird im Hinblick auf die zu verklebende Me- talloberfläche. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß als Metall- Zusatz ein feinteiliges Stahlpulver, ausgewählt wird, sofern man Stahloberflächen zu verkleben wünscht. Für andere zu verklebende Metall-Substrate gilt dies in entsprechender Weise.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die Bindemittel demnach zusätzlich 10 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die wäßrige Alkalimetallsilicatlösung, an feinteiligen, pulverförmigen Metallen, die insbesondere ausgewählt sind aus Eisen, Stahl, Chrom, Zink, Aluminium oder Kupfer. Auch hierbei ist es im Sinne der Erfindung von Vorteil, daß die den Bindemitteln zugesetzten pulverförmigen Metalle in möglichst feinteiliger Form eingesetzt werden. Im Sinne der Erfindung ist es somit bevorzugt, daß die Bindemittel 15 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die wäßrige Alkalimetallsilicatlösung, an feinteiligen, pulverför-

migen Metallen enthalten, die eine Korngröße im Bereich von 10 bis 40 μm, insbesondere im Bereich von 10 bis 30 μm, aufweisen.

Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen Bindemittel gegebenen¬ falls - je nach Einsatzzweck - noch weitere Zusatzstoffe oder Füllmittel enthalten, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Beispielhaft seien hier als weitere Zusatzstoffe oder Füll¬ stoffe genannt: Quarzsand, Ton, Talkum, Bentonit, Glaspulver, As¬ best, Kaolin, Schichtsilicate oder Metalloxide, wie Aluminiumoxid,

Zinkoxid oder Magnesiumoxid. Der Fachmann wird hierbei die Auswahl dieser Zusätze gleichfalls im Hinblick auf die zu verklebenden Substrate treffen. Auch die Einsatzmenge derartiger Zusatzstoffe oder Füllstoffe richtet sich insbesondere nach dem jeweiligen Ein¬ satzzweck. In der Regel kommen hier 1 bis 10 Gew.-%, gleichfalls bezogen auf die wäßrige Alkalimetallsilicatlösung, in Frage.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bindemittel geht man in der Regel in der Weise vor, daß man die einzusetzende wäßrige Alkali¬ metallsilicatlösung, das heißt die Wasserglas-Basis, vorlegt und die erfindungsgemäßen Zusatzstoffe sowie gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe in die Wasserglaslösung unter Rühren einbringt. Hier¬ bei sind keine besonderen Maßnahmen zu beachten. Wichtig ist es allerdings, daß vor der Applikation der erfindungsgemäßen Binde¬ mittel auf die jeweiligen Substratoberflächen die dem Bindemittel beigefügten Zusatzstoffe gleichmäßig im Bindemittel verteilt sind. Somit kann es gegebenenfalls - insbesondere nach längere Lagerung der Bindemittel - erforderlich sein, die Zusatzstoffe im Binde¬ mittel durch erneutes Aufrühren gut zu verteilen.

Für die Applikation der erfindungsgemäßen Bindemittel auf die je¬ weiligen Substratoberflächen bedarf es gleichfalls keiner beson-

A V

deren Maßnahmen. In der Regel werden die erfindungsgemäßen Binde¬ mittel auf die jeweiligen Substratoberflächen in gleichmäßiger Verteilung aufgebracht. Dabei ist es im allgemeinen vom Vorteil, daß die zu verklebenden Substratoberflächen möglichst sauber und fettfrei sind. Ein vorheriges Aufrauhen von glatten Oberflächen führt gleichfalls zu einer verbesserten Haftfähigkeit.

Die Aushärtung der erfindungsgemäßen Bindemittel erfolgt in der Regel durch anschließendes Erhitzen der miteinander verklebten Substrate. Hierbei wendet man im allgemeinen Temperaturen im Be¬ reich von 100 bis 160 °C, vorzugsweise im Bereich von 120 bis 150 °C, an, wobei man dieses Erhitzen über einen Zeitraum von ca. 1 bis 2 Stunden, insbesondere von 1 bis 1,5 Stunden durchführt. Durch ein Erhitzen in der vorstehend umschriebenen Art und Weise wird die Aushärtung der erfindungsgemäßen Bindemittel wesentlich beschleunigt; darüber hinaus kann die Aushärtung der Bindemittel natürlich auch durch längere Lagerung der miteinander verklebten Substrate bei Raumtemperatur erfolgen.

Mit den erfindungsgemäßen Bindemitteln oder Klebstoffen lassen sich eine Vielzahl von Substratoberflächen miteinander verkleben. Im Sinne der Erfindung finden derartige Bindemittel jedoch vor¬ zugsweise Verwendung zum Verkleben von Metallen, Keramik und/oder Glas. Als Metalle seien hier beispielhaft genannt: Eisen, Stahl, veredelter Stahl wie verzinkte, aluminierte, ehromatierte oder phosphatierte Stahloberflächen, Aluminium, Zink, Chrom, Kupfer, Titan sowie Legierungen derartiger Metalle, beispielsweise Mes¬ sing. Die erfindungsgemäßen Bindemittel dienen bevorzugt zur Ver¬ klebung von Oberflächen aus Stahl oder Aluminium.

Weitere geeignete Anwendungsgebiete der erfindungsgemäßen Binde¬ mittel sind Verklebungen von Glasfaservliesen, sowohl miteinander als auch mit Metalloberflachen, beispielsweise Aluminium. So kön¬ nen zum Beispiel Filtermatten aus Glasfaservlies in Aluminium¬ rahmen geklebt werden, wobei äußerst temperaturbeständige und luftdichte Verklebungen resultieren.

Natürlich ist es auch möglich, die erfindungsgemäßen Bindemittel zum Verkleben anderer Substrate, beispielsweise von Holz- oder KunststoffOberflächen oder Textilfasern, zu verwenden. Weitere geeignete Anwendungsgebiete für die erfindungsgemäßen Bindemittel sind in der Elektroindustrie die isolierende Verklebung von strom¬ führenden Drähten, in der Lampenindustrie die Sokelverklebung (Glas/Metall), im Ofenbau die Verklebung von keramischen Isola- tionsmaterialien sowie in der Glasindustrie die Schutzbeschiehtung für Glaspreßformen. Der Fachmann wird hier je nach Anwendungsge¬ biet - außer den erfindungsgemäß zu verwendenden Zusatzstoffen - jeweils weitere Zusatzstoffe oder Füllmittel auswählen.

A

B e i s p i e l e

Mit den in den nachstehenden Beispielen 1 bis 12 und Vergleichs¬ beispielen 1 bis 12 angegebenen Bindemittelformulierungen auf Wasserglas-Basis wurden Stahlbleche verklebt und anschließend - nach Aushärtung des Bindemittels - die Qualität der Verklebung, das heißt die Klebkraft, durch Bestimmung der Zugscherfestigkeit überprüft.

Es wurden mit Dichlor ethan gereinigte Stahlbleche (Typ: St 1203, DIN 1541) mit den Abmessungen 100 mm Länge, 25 mm Breite und 1,5 mm Dicke verwendet. Durch eine einschnittige Überlappungslänge zweier Bleche von 10 mm entstand jeweils eine Klebefläche von 250 mπ. .

Als Wasserglas-Basis der Bindemittelformulierungen wurden handels¬ übliche Wasserglaslösungen der Fa. Henkel KGaA, Düsseldorf, einge¬ setzt:

Kaliwasserglas 35, Molverhältnis Siθ2 K2θ=(3,45 bis 3,5):1,

Feststoffgehalt 33,9 bis 35,1 Gew.-%;

Natronwasserglas 48/50, Molverhältnis Siθ2:Na2θ=(2,79 bis

2,89):1,

Feststoffgehalt 44,7 bis 46,3 Gew.-%.

Die jeweiligen Zusatzstoffe der einzelnen Bindemittelformulierun¬ gen sind den nachstehenden Beispielen beziehungsweise Vergleichs¬ beispielen zu entnehmen.

Zur Herstellung der einzelnen Bindemittelformulierungen wurden die jeweiligen Zusatzstoffe in die vorgelegte Wasserglaslösung einge¬ tragen und gut darin verrührt. Als erfindungsgemäß zu verwendende Doppelschichthydroxid-Verbindungen wurden ein handelsüblicher Hy¬ drotalcit (Fa. Giulini) sowie ein calcinierter Hydrotalcit (herge¬ stellt durch Erhitzen von handelsüblichem Hydrotalcit auf 500 °C im Verlauf von 2 Stunden, Massenverlust ca. 40 Gew.-%) eingesetzt.

Die jeweiligen Bindemittelformulierungen wurden mit einem Spatel in dünner Schicht beidseitig auf die zu verklebenden Stahlbleche aufgetragen und anschließend ausgehärtet. Die Aushärtung der Ver¬ klebung erfolgte durch Erhitzen der verklebten Stahlbleche für die Dauer einer Stunde auf 120 °C (Beispiele 1 bis 4, 9 bis 12 sowie Vergleichsbeispiele 1 bis 8, 11 und 12) beziehungsweise auf 150 °C (Beispiele 5 bis 8 sowie Vergleichsbeispiele 9 und 10).

Nach Abkühlung der verklebten Stahlbleche auf Raumtemperatur er¬ folgte jeweils die Überprüfung der Qualität der Verklebuπg durch Ermittlung der Zugscherfestigkeit (in N/mm-) in Anlehnung an DIN 53 283. Hierbei wurde die Beanspruchung der Verklebung durch Zug¬ kräfte in Richtung der Klebeflächen gemessen. Als Zugprüfmaschine diente ein Gerät der Fa. Frank. Die Zuggeschwindigkeit betrug je¬ weils 15 mm/Minute. Die erhaltenen Daten sind in den einzelnen Tabellen wiedergegeben. Die dort angegebenen Werte sind jeweils Mittelwerte aus 5 Einzelmessungen.

Beispiel 1

10 g Kaliwasserglas 35, 1 g Hydrotalcit, Korngröße 30 μm

fe»

Verσleichsbeispiel 1 10 g Kaliwasserglas 35, ohne Zusatzstoffe

Verσleichsbeispiel 2 10 g Kaliwasserglas 35, 2 g Kaolin, Korngröße 60 μm (Fa. Riedel de Haen AG)

Verqleichsbeispiel 3 10 g Kaliwasserglas 35, 2 g gamma-Tonerde (AI2O3), Korngröße 40 μm (Fa. Merck)

Verαleichsbeispiel 4 10 g Kaliwasserglas 35, 1 g Bentone EW, Korngröße 1 μm (Fa. Cronos Titan GmbH)

Tabelle 1

Beispiel 2

10 g Natronwasserglas 48/50, 1 g Hydrotalcit, Korngröße 30 μm

•

Bei spiel 3

10 g Natronwasserglas 48/50, 1 g Hydrotalcit, Korngröße 5 μm

Beispiel 4

10 g Natronwasserglas 48/50,

1 g calcinierter Hydrotalcit, Korngröße 30 μm

Veroleichsbeispiel 5

10 g Natronwasserglas 48/50, ohne Zusatzstoffe

Veroleichsbeispiel 6 10 g Natronwasserglas 48/50, 1,5 g Kaolin, Korngröße 60 μm

Veroleichsbeispiel 7

10 g Natronwasserglas 48/50,

2 g Kaolin, Korngröße 60 μm

/ «

Veroleichsbeispiel 8 10 g Natronwasserglas 48/50, 2 g Bentone EW, Korngröße 1 μm

Tabelle 2

Beispiel Zugscherfestigkeit (N/mrn^)

2 3,8 3 5,0 4 3,7 Vgl. 5 3,0 Vgl. 6 3,1 Vgl. 7 1,3 Vgl. 8 2,1

Beispiel 5

10 g Natronwasserglas 48/50,

0,5 g Hydrotalcit, Korngröße 30 μm,

2 g Stahlpigment, Korngröße 30 μm (Stay-Steel-Pigment F, Fa. Langer & Co, Ritterhude/Ihlpohl)

Beispiel 6

10 g Natronwasserglas 48/50,

0,5 g Hydrotalcit, Korngröße 30 μm,

2 g Stahlpigment, Korngröße 30 μm (Stay-Steel-Pigment FW, Fa. Langer & Co, Ritterhude/Ihlpohl)

Beispiel 7

10 g Natronwasserglas 48/50,

1,5 g Hydrotalcit, Korngröße 30 μm,

2 g Stahlpigment, Korngröße 30 μm (Stay-Steel-Pigment F)

Beispiel 8

10 g Natronwasserglas 48/50,

1,5 g Hydrotalcit, Korngröße 30 μm,

2 g Stahlpigment, Korngröße 30 μm (Stay-Steel-Pigment FW)

Veroleichsbeispiel 9 10 g Natronwasserglas 48/50, 2 g Stahlpigment, Korngröße 30 μm (Stay-Steel-Pigment F)

Veroleichsbeispiel 10

10 g Natronwasserglas 48/50,

1,5 g Bentone EW, Korngröße 1 μm,

2 g Stahlpigment, Korngröße 30 μm (Stay-Steel-Pigment F)

Tabelle 3

to

Beispiel 9

10 g Natronwasserglas 48/50, 0,25 g Hydrotalcit, Korngröße 30 μm,

2 g Stahlpigment, Korngröße 30 μm (Stainless Steel Flakes, Fa. Langer & Co, Ritterhude/Ihlpohl)

Beispiel 10

10 g Natronwasserglas 48/50,

0,5 g Hydrotalcit, Korngröße 30 μm,

2 g Stahlpigment, Korngröße 30 μm (Stainless Steel Flakes)

Beispiel 11

10 g Natronwasserglas 48/50,

0,5 g Hydrotalcit, Korngröße 5 μm,

2 g Stahlpigment, Korngröße 30 μm (Stainless Steel Flakes)

Beispiel 12

10 g Natronwasserglas 48/50, 0,5 g calcinierter Hydrotalcit, Korngröße 30 μm, 2 g Stahlpigment, Korngröße 30 μm (Stainless Steel Flakes)

Veroleichsbeispiel 11 10 g Natronwasserglas 48/50, 2 g Stahlpigment, Korngröße 30 μm (Stainless Steel Flakes)

Veroleichsbeispiel 12

10 g Natronwasserglas 48/50,

1 g Bentone EW, Korngröße 1 μm,

2 g Stahlpigment, Korngröße 30 μm (Stainless Steel Flakes)

Tabelle 4

Die vorstehenden Beispiele zeigen, daß mit den erfindungsgemäßen Bindemitteln stets höhere Zugscherfestigkeitswerte resultieren als mit Bindemittel auf Wasserglas-Basis, die entweder keine oder ausschließlich aus dem Stand der Technik bekannte Zusatzstoffe enthalten.

Mit dem in den nachstehenden Beispielen 13 bis 15 angegebenen Bindemittelformulierungen auf Wasserglas-Basis wurden Aluminiumbleche verklebt und anschließend - nach Aushärtung des Bindemittels - wiederum die erzielte Klebkraft durch Bestimmung der Zugscherfestigkeit überprüft.

Es wurden gereinigte Aluminiumbleche (Werkstoffnummer 32 315 nach DIN 17007) mit den Abmessungen 100 mm Länge, 25 mm Breite und 3 mm Dicke verwendet; bezüglich der Klebefläche gelten die vorstehenden Angaben. Eingesetzt wurden:

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Natronwasserglas 48/50 sowie ein handelsüblicher Hydrotalcit, wiederum gemäß den vorstehenden Angaben. Die Aushärtung der jeweiligen Verklebungen erfolgte durch Erhitzen der verklebten Aluminiumbleche für die Dauer einer Stunde auf 130 °C. Im übrigen erfolgte die Durchführung dieser Beispiele analog den vorstehenden Angaben.

Beispiel 13

10 g Natronwasserglas 48/50

0,5 g Hydrotalcit, Korngröße 5 μm

2 g Stahlpigment, Korngröße 30 μm (Stay-Steel-Pigment FW).

Beispiel 14

10 g Natronwasserglas 48/50 1 g Hydrotalcit, Korngröße 5 μm.

Beispiel 15

10 g Natronwasserglas 48/50

0,75 g Hydrotalcit, Korngröße 5 μm

Tabelle 5