Kaschierdispersion

Die Erfindung betrifft wässrige Dispersionen bzw. Dispersions¬ klebstoffe der in den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 2 und 3 definierten Arten.

Zum Kaschieren von Trägerteilen mit Textilien, Folien und anderen flexiblen flächigen bzw. bahnartigen Materialien wurden seit langem Zweikomponentenklebstoffe auf der Basis nichtwassriger Lösungsmittel eingesetzt. Jedoch sind auch seit längerem bereits wässrige Dispersionsklebstoffe bekannt, die als Ersatz für solche lösungsmittelhaltigen Klebstoffe dienen. So werden zum Beispiel in der AutomobilIndustrie bei der Fertigung von Armaturenbrettern und anderen Teilen der Innenausstattung PVC-Folien mit solchen wässrigen zwei- komponentigen Dispersionen auf saugfähige Träger, bei¬ spielsweise aus Spanmaterial aufkaschiert. Hierbei finden insbesondere polyurethanmodifizierte Dispersionen Verwendung, da sie besonders wärmefest sind. Bei diesen Klebstoffen wird eine wässrige Dispersion, die wenigstens eine hydroxylgruppen¬ haltige Polymerverbindung und daneben Färb- und andere Hilfs- stoffe enthalten kann, mit einem in Wasser dispergierbaren Härter vermischt, der ein di- oder polyfunktionelles Isocyanat umfaßt. Die Dispersion wird dann auf das zu verklebende Substrat aufgebracht, (üblicherweise aufgesprüht) und dann, nach Ablüften, durch Erwärmung reaktiviert, was die Verbindung mit dem anderen Substrat des Kaschierungsteils durch Verpressen ermöglicht.

Die Dispersion muß nicht immer zweikomponentig sein und kann vielmehr mehrere hydroxylgruppenhaltige Polymerverbindungen nebeneinander enthalten.

Es ist bereits bekannt, Polyurethandispersionen durch Zugabe von anderen Polymeren zur Dispersion abzuwandeln, da die Poly¬ urethankomponente relativ teuer ist und reine Polyurethan¬ dispersionen sich schlecht durch Sprühverfahren auftragen lassen. So kann durch Zugabe von Ethylenvinylacetat (EVA) Copolymeren zur Dispersion die Spritzfähigkeit verbessert werden. Dabei nimmt allerdings die Wärmefestigkeit der Ver¬ klebungen deutlich ab. Alternativ ist bekannt, Polyurethan¬ dispersionen mit einem Acrylatgehalt zu versehen. Dies führt allerdings zu Problemen bei der Verklebung von Materialien mit hohen Weichmachergehalten wie beispielsweise den in der Auto¬ mobil- und Möbelindustrie gerne verwendeten, besonders weichen PVC-Folien, da es zur Wanderung von Weichmacherverbindungen aus dem Substrat in die Klebeschicht kommt, was die Beständig¬ keit der Klebeverbindung deutlich vermindert.

Zum geforderten Eigenschaftsbild aller solcher Klebstoffe gehören die Eignung zum Auftrag im Sprühverfahren, niedrige Reaktivierungstemperaturen, lange Topfzeiten und, nach dem Aushärten, hohe Wärmefestigkeiten und die Beständigkeit gegen aus dem Substrat stammende Weichmacheranteile.

Keiner der vorstehend beschriebenen bekannten Klebstoffe entspricht allen diesen Anforderungen optimal .

Bei den bekannten zweikomponentigen polyurethanmodifizierten Dispersionen hat sich insbesondere als nachteilig gezeigt, daß sie das Eigenschaftsbild der lösungsmittelhaltigen Zweikompo- nentenpolyurethanklebstoffe, als deren Ersatz sie entwickelt wurden, nicht in vollem Umfang erreichen. Insbesondere sind die Anfangs- und Langzeitwärmefestigkeitswerte der Verkle¬ bungen sowie die Topfzeiten der Dispersionen nach Härterzugabe deutlich schlechter als bei den Produkten auf der Basis nicht wässriger Lösungsmittel. Insbesondere störend ist im indu¬ striellen Mehrschichtbetrieb die allzu kurze Topfzeit, die zur

Unterbrechung des Produktionsablaufes durch häufig notwendige Reinigungsarbeiten führt.

Es ist vor diesem Hintergrund eine wesentliche Aufgabe der Erfindung, verbesserte Kaschierdispersionen zu schaffen, die bessere Langzeitwärmefestigkeiten und längere Topfzeiten aufweisen, so daß ein unterbrechungsfreies Arbeiten zumindest im Zweischichtbetrieb möglich ist.

Es ist eine weitere wesentliche Aufgabe der Erfindung, ver¬ besserte Kaschierdispersionen anzugeben, die möglichst geringe Polyurethananteile aufweisen und eine entsprechende Kostener¬ sparnis ermöglichen, ohne die Vorteile bekannter polyurethan¬ modifizierter Dispersionen einzubüßen.

Eine weitere wesentliche Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung verbesserter Kaschierdispersionen, die eine größere Beständigkeit gegen aus dem Substrat stammende Weichmacheran¬ teile zeigen.

Es wurde nun überraschend gefunden, daß die Beständigkeit von Verklebungen mittels Dispersionen der eingangs genannten Art gegen aus dem Substrat stammende Weichmacheranteile dadurch verbessert werden kann, daß der Dispersion vor der Verklebung Weichmacher zugesetzt werden. Dieser verblüffende Effekt tritt sowohl bei polyurethanmodifizierten Zwei- oder Mehrkomponentendispersionen ein wie auch bei Dispersionen auf der Basis von EVA Copolymeren und Acrylat, ohne Polyurethangehalt.

Es wurde weiterhin überraschend gefunden, daß polyurethan¬ modifizierte Zwei- oder Mehrkomponentendispersionen eine deutlich längere Topfzeit zeigen, wenn sie EVA Copoly er und Polyacrylat nicht, wie bisher, alternativ, sondern neben¬ einander enthalten.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, polyurethanmodi¬ fizierte Zwei- oder Mehrkomponentendispersionen sowohl mit wenigstens einem EVA Copoly er als auch wenigstens einem Polyacrylat und zusätzlich mit einem Weichmacher zu versehen. Solche Dispersionen zeigen eine erheblich gesteigerte Lang¬ zeitwärmefestigkeit, erheblich verlängerte TopfZeiten, hohe Anfangsfestigkeiten und hohe Endfestigkeiten, im Vergleich mit bekannten Polyurethan/Acrylatdispersionen ohne Weichmacher und EVA Copolymer. Die mit solchen erfindungsgemäßen Dispersionen hergestellten Verklebungen sind genauso resistent gegen aus dem Substrat stammende Weichmacherteile wie bekannte Zwei- komponentenklebstoffe auf der Basis nicht wässriger Lösungs¬ mittel und sehr viel resistenter gegen solche Weichmacher¬ einflüsse als herkömmliche wässrige Zweikomponentendis- persionsklebstoffe. Auch im Klimawechselteεt zeigen sich solche erfindungsgemäßen Dispersionen den bekannten wässrigen Polyurethan/Acrylatdispersionsklebstoffen überlegen.

Die erfindungsgemäßen Dispersionen lassen sich auf der Basis handelsüblicher Produkte erzeugen.

So kann für den Polyurethananteil der Dispersion das Handels- produkt "DISPERCOLL" der Bayer AG verwendet werden. Für den EVA-Anteil der Dispersion lassen sich beispielsweise die unter der Produktbezeichnung "WINAPAS" von Wacker und die unter der Bezeichnung "WINNAMUL" von der gleichnamigen Firma erhältlichen Produkte verwenden. Geeignete hydroxylgruppen¬ haltige Acrylatdispersionen sind von den Vereinigten Ürdinger Ölwerken Alberding und Co. erhältlich. Als Weichmacher eignen sich insbesondere estergruppenhaltige Produkte, speziell Butyl- und Benzylpthalate, wie von der Firma Monsanto erhältlich.

Als Isocyanatkomponente (Härter) lassen sich die von der Bayer AG erhältlichen "Desmodur" (Wz) -Produkte anwenden.

Um eine besonders günstige Verarbeitbarkeit zu erhalten, kann es sich empfehlen, die gegebenenfalls vorgesehene EVA- Komponente aus unterschiedlichen Produkten zusammenzusetzen, die die nötigen Festigkeitseigenschaften bei gleichzeitig guter Versprühbarkeit bewirken.

Die schon genannten Polyacrylatanteile in den erfindungs- gemäßen Dispersionen lassen sich ganz oder teilweise durch übliche Ersatzstoffe wie Methacrylate oder auch (teil) hydrolisiertes Polyacrylnitril ersetzen.

Der Polyurethangehalt der erfindungsgemäßen Dispersionen liegt generell zwischen 0 % und 30 %, vorzugsweise zwischen 5 % und 25 % und besonders bevorzugt zwischen 15 % und 20 %.

Sofern überhaupt vorhanden, kann der EVA-Anteil in der Dispersion bis zu 85 % betragen; vorzugsweise liegt er zwischen 40 % und 80 % und besonders bevorzugt zwischen 65 % und 75 %.

Der Anteil von Polyacrylat bzw. den schon genannten Austausch¬ stoffen in der Dispersion liegt generell zwischen 0 % und 40 %, vorzugsweise zwischen 5 % und 30 % und. besonders bevor¬ zugt zwischen 5 % und 10 %.

Der Weichmachergehalt in der Dispersion liegt generell zwischen 0 % und 20 %, vorzugsweise zwischen 5 % und 15 % und besonders bevorzugt zwischen 5 % und 10 %.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung angegeben, und zwar für die besonders bevorzugte Variante, bei welcher die Dispersion neben Polyurethan auch EVA Copolymere, Polyacrylat und estergruppenhaltigen Weichmacher enthält.

Die Beispiele 1 und 2 sind erfindungsgemäße Dispersionen; das

Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel) ist eine typische, dem Stand der Technik angehörige polyurethanmodifizierte Zweikompo¬ nentendispersion mit Polyacrylatanteil .

Beispiel 1

Polyurethandispersion 17,5 %

EVA-Dispersion 69,0 %

Acrylat-Dispersionen 7,5 %

Weichmacher 5,0 %

Stabilisatoren, Färb- und Hilfsstoffe 1,0 %

Festkörperanteil 56 %

Viskosität 2,200 mPa x s

Brookfield HBT

Brookfield HBT

Beispiel 3

Polyurethandispersion 59,5 %

Acrylat-Dispersion 40,07 %

Stabilisatoren, Farb-

Hilfsstoffe 0,43 %

Festkörperanteil 45,2 %

Viskosität

Brookfield HBT 1.400 mPa xs.

Die Dispersionen der Beispiele 1 bis 3 wurden nun mit Härter

(Desmodur) gemischt und zwar im Verhältnis 100 Teile Dispersion auf 6 Teile Härter.

Nachfolgend wurde die Viskositätsänderung der Mischung zur Abschätzung der Topfzeit gemessen. Dabei konnte die Topfzeit als überschritten angesehen werden, wenn die Viskositäts¬ änderung 100 % der Anfangswertes überstieg und eine Verklebung im 180° Peeltest (Zug-Schältest) einen Wert von weniger als 3 N/3 cm bei der Bestimmung der Endfestigkeit zeigte.

Die Anfangsfestigkeit, die Endfestigkeit und die Langzeit- Wärmefestigkeit wurden dadurch bestimmt, daß die wie beschrieben angemischten Klebstoffe einseitig auf ein Trägerteil mit den Abmessungen 15 cm x 3 cm in einer Schichtdecke von 60 μ aufgeräkelt wurden.

Zur Bestimmung der Anfangsfestigkeit wurde nach einer Abluftzeit von 30 Minuten das so beschichtete Trägerteil mit einer Laminierfolie bei Raumtemperatur verpresst und die Folie 10 Sekunden nach dem Verpressen einem 180° Peeltest unter¬ worfen.

Zur Bestimmung der Endfestigkeit wurde wiederum nach einer Abluftzeit von 30 Minuten das Trägerteil und die zu laminie- rende Folie bei Raumtemperatur verpresst und die Klebever¬ bindung 24 Stunden nach dem Verpressen einem 90° Peeltest unterworfen.

Zur Bestimmung der Langzeitwärmefestigkeit wurde ebenfalls nach 30 Minuten Abluftzeit bei Raumtemperatur die zu lami- nierende Folie mit dem Trägerteil verpresst. Danach erfolgte eine Aushärtung während 24 Stunden bei Raumtemperatur. Nach¬ folgend wurde die Klebeverbindung im Wärmeschrank bei 90° C statisch mit 100 g Gewicht im Winkel von 90° auf Zug belastet (90° Peeltest) . Nach 14 Tagen Belastung wurde die Abschäl-

strecke (in mm) bestimmt.

Bei allen Festigkeitstests wurden hinsichtlich Druck, Temperatur und Presszeit anwendungsübliche Bedingungen gewählt. Das verwendete Trägerteil war ebenfalls ein anwendungsübliches Substrat.

Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle angegeben:

Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3

Es zeigte sich, daß die erfindungsgemäßen Dispersionen (Beispiele 1 und 2) eine sehr viel bessere Langzeitwärme¬ festigkeit und eine sehr viel längere Topfzeit haben, wobei auch die Anfangsfestigkeit besser ist als bei der bekannten Dispersion des Vergleichsbeispiels 3. Die erfindungsgemäße Dispersion des Beispiels 1 erreicht die gleiche, die des Beispiels 2 eine etwas geringere Endfestigkeit wie die Dispersion des Vergleichsbeispiels 3.