DE19645797A1

DE19645797A1 - Mehrkomponentiger Klebstoff

Info

Publication number: DE19645797A1
Application number: DE1996145797
Authority: DE
Inventors: Angela Huber; Johann Lang; Susanne Stahl
Original assignee: Nokia Deutschland GmbH
Current assignee: Harman Audio Electronic Systems GmbH
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 1998-05-14

Description

Die Erfindung befaßt sich mit der Ausbildung und Modifikation von mehrkomponentigen Klebstoffen, insbesondere mit solchen Klebstoffen, die eine sehr geringe Aushärtzeit aufweisen.

Technisches Gebiet

Gemäß dem Stand der Technik ist es bekannt mehrkomponentige Klebstoffsysteme dadurch zu bilden, daß im wesentlichen zwei Komponenten vorhanden sind, die bei Mischung aushärten. Allgemein kann gesagt werden, daß jeder dieser beiden Komponenten als Basisstoffe Acrylate aufweist und die eine Komponente einen Aminbeschleuniger und die andere Komponente einen Härter beinhaltet. Üblicherweise enthält der Basisstoff einer jeden Komponente ein Oligomer und ein Monomer zur Einstellung der Viskositätseigenschaften. Ein typisches Oligomer einer solchen Komponente ist beispielsweise Polyurethanmethacrylat. Als Monomer werden üblicherweise TPGDA oder TMPTMA eingesetzt, welche aus Gründen einer schnellen Aushärtezeit zur Gruppe der mehrfachfunktionellen Monomere gehören. Werden solche Klebstoffe, welche auch den Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung bilden, zur Verklebung von Gegenständen eingesetzt, so lassen sich im günstigen Fall Anhärtzeiten von etwa 4 Minuten erreichen. Unter dem Begriff der Anhärtzeit wird die Zeitspanne verstanden, die notwendig ist, um die mittels des Klebstoffs vorbundenen Gegenstände einer die Klebverbindung belastenden Weiterverarbeitung zuzuführen. Wesentlich kürzere Anhärtezeiten sind mit uv-härtbaren Klebstoffsystemen erreichbar. Übliche Zeitspannen für solche Klebverbindungen liegen im Bereich von etwa 90 sek. Wie leicht einzusehen ist, sind die genannten Anhärtzeiten bei Produkten auf Fertigungslinien in vielen Fällen zu lang, so daß vielfach auf andere Verbindungsarten z. B. Schweißen oder Nieten zurückgegriffen wird, sofern die zu verbindenden Gegenstände von ihren Materialeigenschaften bzw. von ihrem Verwendungszweck einen solchen Rückgriff erlauben.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen mehrkomponentigen Klebstoff anzugeben, welcher Anhärtzeiten zwischen 5 und 15 sek. bei zu verbindenden Gegenständen hat.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird mit dem in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindungen sind den Ansprüchen 2-9 entnehmbar.

Ist eine der beiden Komponenten eines mehrkomponentigen Kleber gemäß Anspruch 1 ausgebildet und werden die beiden den mehrkomponentigen Kleber bildenden Komponenten beispielsweise dadurch gemischt, daß zunächst die erste Komponente auf einen ersten Gegenstand aufgetragen wird, dann über die so gebildete Wulst eine Lage der zweiten Komponente gelegt wird und wird dann der mit dem ersten Gegenstand zu verbindende Gegenstand auf das aus beiden Komponenten gebildete Kleberbett gedrückt, so tritt der nachfolgende beschriebene Effekt dann ein, wenn zunächst die erste Komponente die anspruchsgemäße Zusammensetzung aufweist und zumindest der zu verbindende Gegenstand auf Flüssigkeiten eine Kapillarwirkung ausübt.

Durch die Kapillarwirkung des entsprechenden Gegenstandes und die Durchmischung beider Komponenten tritt eine Separation ein, indem die monomeren und uv-härtbaren Acrylate, welche gegenüber den übrigen Acrylaten eine wesentlich geringere Molekülgröße haben, sehr schnell in Richtung des Gegenstandes wandern, welcher auf Flüssigkeiten eine Kapillarwirkung ausübt. Da die erste Komponente im hier maßgeblichen Zusammenhang auch den Fotoinitiator enthält, tritt, so bald sich das uv-härtbare Acrylat an der Grenzschicht zwischen dem auf das Kleberbett aufgelegten Gegenstand und der aus beiden durchmischten Komponenten bestehenden Klebstoffschicht angesammelt hat, eine UV-Härtung ein, wenn die entsprechende Grenzschicht mit UV-Licht belichtet wird. Da die Anreicherung des uv-härtbaren Acrylates in der Grenzschicht sehr schnell abläuft, kann quasi zeitgleich mit dem Auflegen des Gegenstandes auf das Kleberbett die UV-Belichtung einsetzen. Dies führt zur Anhärtung der Verbindung im Zeitraum von etwa 15 sek. Die Gesamtaushärtung der Verbindung, welche für die nachfolgende Weiterverarbeitung untergeordnete Bedeutung hat, erfolgt dann über das herkömmliche bekannte A/B-Verfahren mit dem Aminbeschleuniger und der Peroxidhärtung.

Weist entsprechend Anspruch 2 jeder der beiden Komponenten die angegebenen Acrylate und einen Fotoinitiator auf, so kann die Anhärtzeit auf etwa 5-10 sek. reduziert werden, da in diesem Fall die monomeren Acrylate in beiden Komponenten vorhanden sind und somit eine uv-härtbare Grenzschicht noch schneller aufgebaut wird.

Wird gemäß Anspruch 3 als monomeres und uv-härtbares Acrylat ein monofunktionelles Acrylat verwendet, wird eine Verspröderung der Klebverbindung ausgeschlossen.

Ist entsprechend Anspruch 4 das monomere und uv-härtbare Acrylat Hydroxypropylmethacrylat, so werden von diesem Material die UV-Strahlen, welche die Anhärtung bewirken, von der Grenzschicht zwischen Kleberbett und dem Gegenstand mit der Kapillarwirkung in tiefere Zonen des Kleberbetts geleitet.

Liegt das Mischverhältnis des Oligomers und des monomeren, uv-härtbaren Acrylats im in Anspruch 5 angegebenen Wertebereich, werden sehr gute Ergebnisse mit Anhärtzeiten von etwa 10 sek. erzielt. Höhere Anteile des monomeren und uv-härtbaren Acrylats führen dabei zwar zu einer geringeren Anhärtezeit, haben aber den Nachteil, die Endfestigkeit der Gesamtverbindung zu reduzieren, weil der Klebstoff sehr spröde wird.

Enthält zumindest eine Komponente gemäß Anspruch 6 Silan, wird die Feuchteständigkeit verbessert.

Sehr vorteilhaft läßt sich der erfindungsgemäße Klebstoff entsprechend den Ansprüchen 8 und 9 zur Verklebung von Gegenständen einsetzen, die sowohl von ihren Materialeigenschaften als auch von ihrer Strukturierung eine Kapillarwirkung auf Flüssigkeiten ausüben. Wird die Strukturierung von einem Geflecht oder von kleineren Durchbrüchen gebildet, wird, da die Geflechtöffnungen bzw. Durchbrüche für UV-Strahlen durchdringbar sind, die UV-Härtung unterstützt.

Wege zum Ausführen der Erfindung

Die Erfindung soll nun anhand einer Fig. näher erläutert werden.

Diese Figur zeigt in der linken Darstellung einen stark vergrößerten Schnitt durch eine Verbindungsstelle 10 zwischen zwei Gegenständen 11, 12, welche mit dem mehrkomponentigen Klebstoff 13 gemäß der Erfindung verbunden werden sollen. Der eine Gegenstand 11 ist im hier gewählten Ausführungsbeispiel ein Lautsprecherkorb und der andere Gegenstand 12 eine Zentriermembran eines Lautsprechers. Wie der Darstellung der Figur deutlich entnehmbar ist, ist die Zentriermembran 12 aus einem Geflecht gebildet. Die Verbindung der Zentriermembran 12 mit dem Lautsprecherkorb 11 sei nun erörtert.

Zunächst wird auf den Lautsprecherkorb 11 eine Lage einer der beiden Komponenten 13.1 des mehrkomponentigen Klebstoffs 13 aufgebracht. Sodann wird auf die aus der ersten Komponente 13.1 gebildeten Lage eine Lage der anderen Komponente 13.2 des mehrkomponentigen Klebstoffs 13 aufgetragen und die Zentriermembran 12 in das aus beiden Komponenten 13.1, 13.2 gebildete Kleberbett gedrückt. Die in der linken Darstellung der Figur gezeigten Verhältnisse zeigt die Schichtung der beiden Lagen der Komponenten 13.1, 13.2, bevor die in das Kleberbett gedrückte Zentriermembran 12 zu einer Durchmischung der beiden Komponenten 13.1, 13.2 führt. Die Zusammensetzung der beide an Komponenten 13.1, 13.2 ist der nachstehenden Tabelle entnehmbar:

Komponente 13.1

Komponente 13.2

Wie in der linken Darstellung der Figur gezeigt, sind die beiden Hauptkomponenten (das Oligomer und das Monomer) in jeder beiden noch nicht mittels der aufgelegten Zentriermembran 12 durchmischten Lagen im wesentlichen regellos verteilt, d. h. es besteht in jeder Lage der Komponenten 13.1, 13.2 eine nicht geordnete Verteilung von großen Oligomer - und wesentlich kleineren Monomermolekülen.

Werden nun die beiden Lagen der beiden Komponenten 13.1, 13.2 durch das Auflegen der Zentriermembran 12 durchmischt, stellen sich Verhältnisse ein, welche in rechter Darstellung der Figur gezeigt sind. Deutlich ist dieser Darstellung entnehmbar, daß die lagenweise Schichtung der Komponenten 13.1, 13.2 aufgehoben ist und quasi von einer anderen Art der Schichtung abgelöst ist. Dadurch, daß die aufgelegte Zentriermembran 12 ein Geflecht ist und auf Flüssigkeiten bzw. auf die Inhaltsstoffe der vermischten Komponenten 13.1, 13.2 eine Kapillarwirkung ausübt, tritt eine Separation der Monomere ein, welcher in Richtung der Grenzschicht 14 zwischen vermischten Komponenten 13.1, 13.2 und Zentriermembran 12 streben und dort eine Monomerschicht bilden bzw. dort eine Monomeranreicherung bewirken. Dieses Verhalten der Monomere ist darauf zurückzuführen, daß die Moleküle der Monomere im Gegensatz zu den Molekülen der Oligomere eine geringere Größe haben (in der Figur angedeutet) und somit auch in der Mischung aus beiden Komponenten 13.1, 13.2 eine viel größere Beweglichkeit besitzen.

Hat sich an der Grenzschicht 14 eine Schicht aus Monomermolekülen gebildet und wird dann UV-Licht eingesetzt, führt dies zur Aushärtung des hier eingesetzten monofunktionellen Monomers. Da das hier verwendete Hydroxpropylmethacrylat die monofunktionellen Monomers. Da das hier verwendete Hydroxpropylmethacrylat die Eigenschaft hat UV-Licht zu leiten und da trotz der Kapillarwirkung der Zentriermembran 12 noch keine vollständige Separation der Monomere und der Oligomere in der Mischung aus beiden Komponenten eintritt, werden zwischen der Grenzschicht 14 und dem Gegenstand 11 uv-gehärtete Brücken gebildet, welche für die schnelle Anhärtzeiten sorgen und die so verbundenen Gegenstände 11, 12 für eine nachfolgende Weiterarbeitung zugänglich machen. Die Endfestigkeit der Klebeverbindung, welche nach etwa 4 Minuten erreicht wird, wird gemäß der für A/B-Verfahren üblichen Mechanismen, d. h. über den Aminbeschleuniger und den Peroxidhärter bewirkt.

Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung in vielfacher Weise abgewandelt werden kann. Allerdings sollte auf die Verwendung von mehrfachfunktionellen und uv-härtbaren Monomeren verzichtet werden, da diese sehr leicht zur Verspröderung der Klebstoffverbindung führen.

Auch sollte das Verhältnis zum Oligomer und Monomer von etwa 2/3 zu 1/3 in der Gesamtmischung beider Komponenten 13.1, 13.2 nicht wesentlich verändert werden. Dies heißt aber nicht, daß das Verhältnis von Oligomer und Monomer in jeder der beiden den mehrkomponentigen Klebstoff 13 bildenden Komponenten 13.1, 13.2 dem zuvor genannten Verhältnis entsprechen muß, sofern bei abweichenden Verhältnissen in einzelnen Komponenten zumindest in der Mischung aus beiden Komponenten das angegebene Verhältnis eingehalten wird.

Außerdem sei darauf hingewiesen, daß die in der Tabelle angegebenen Komponenten 13.1, 13.2 in der in diesem Ausführungsbeispiel angegebenen Anwendung zu Anhärtzeiten geführt hat, die im Bereich von 10 sek. liegen. Ähnlich gute Ergebnisse wurden mit einem Oligomer des Namens Ebecryl 285 von UCB.(Drogenbos/BE) erzielt.

Claims

1. Mehrkomponentiger Klebstoff, dessen eine Komponente 13.1 im wesentlichen aus einem Acrylat und einem Aminbeschleuniger und dessen andere Komponente 13.2 ebenfalls aus einem Acrylat sowie einem Peroxidhärter besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Komponente 13.1, 13.2 des mehrkomponentigen Klebstoffs 13 als Acrylate eine Oligomer auf Urethanacrylatbasis und ein monomeres und uv-härtbares Acrylat aufweist und daß die aus dem Oligomer und dem monomeren Acrylat gebildete Komponente und/oder die andere Komponente einen Fotoinitiator enthält.

2. Mehrkomponentiger Klebstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Komponenten 13.1, 13.2 des mehrkomponentigen Klebstoffs jeweils als Acrylate ein Oligomer auf Urethanacrylatbasis und ein monomeres und uv-härtbares Acrylat aufweisen.

3. Mehrkomponentiger Klebstoff nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das monomere und uv-härtbare Acrylat ein monofunktionelles Acrylat ist.

4. Mehrkomponentiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das monomere und uv-härtbare Acrylat ein Hydroxypropylmethacrylat ist.

5. Mehrkomponentiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Mischung beider Komponenten 13.1, 13.2 das Masseverhältnis Oligomer zu monomerem Acrylat etwa 2/3 zu 1/3 beträgt.

6. Mehrkomponentiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Komponente 13.1, 13.2 des mehrkomponentigen Klebstoffs Silan enthält.

7. Mehrkomponentiger Klebstoff nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff 13 zur Verbindung von Gegenständen 11, 12 verwendet wird, wovon zumindest einer der Gegenstände 12 auf Flüssigkeiten eine Kapillarwirkung ausübt.

8. Mehrkomponentiger Klebstoff nach Ansprüche 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand 12, welcher auf Flüssigkeiten eine Kapillarwirkung ausübt, ein Geflecht ist.

9. Mehrkomponentiger Klebstoff nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand 12, welcher auf Flüssigkeiten eine Kapillarwirkung ausübt, eine Zentriermembran eines Lautsprechers ist.