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Die Erfindung betrifft die Erhöhung der Anwendungssicherheit und der Alterungsbeständigkeit von Klebstoffen, Dichtstoffen, Beschichtungen und Grundierungen auf Basis von silanmodifizierten Präpolymeren.
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Silanbasierte Kleb- und Dichtstoffe als solche sind bekannt. So sind beispielsweise in der
US-A-2003/0229192 wasserhärtbare Polyetherurethane mit reaktiven Silangruppen beschrieben.
WO-A-2011/069966 beschreibt mit Alkoxysilangruppen modifizierte Polyurethane.
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Einen allgemeinen Überblick über silanbasierte Kleb- und Dichtstoffe findet man z. B. in
Bodo Müller u. Walter Rath, "Formulierung von Kleb- und Dichtstoffen", Hannover: Vincentz Network, 3. Aufl., 2015. Eine Formulierung für einen Parkettklebstoff findet man in
H. Kittel, "Lehrbuch der Lacke und Beschichtungen", Stuttgart: S. Hirzel Verlag, 2. Auflage, 2005, Band 7 (Band.-Hrsg.: Horst Reul), ”Produkte für das Bauwesen, Beschichtungen, Bauklebstoffe, Dichtstoffe”. Auf S. 355 ff dieses Bandes beschreibt Roland Krieger in Kapitel 7.10 Bauklebstoffe. Im gleichen Band werden auf S. 490 ff von Christoph Hollbeck in Kapitel 7.11.2.2.2 Dichtstoffmassen auf Basis von MS-Polymeren (Produkte der Fa. Kaneka) beschrieben.
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Probleme mit der Anwendungssicherheit und der Alterungsbeständigkeit treten insbesondere bei solchen silanbasierten Klebstoffen, Dichtstoffen, Grundierungen und Beschichtungen (im Folgenden: ”silanbasierte Produkte”) auf, die im Baubereich eingesetzt werden und bei bestimmungsgemäßem Gebrauch in Kontakt mit Baustoffen kommen, die bei der Applikation sehr trocken oder besonders feucht sind, abbindeverzögernde Substanzen wie z. B. CaCl2 oder Zitronensäure enthalten, oder sehr saugfähig sind und damit die Vernetzung behindern oder verzögern. Eine schlechte Vernetzung hat jedoch viele Nachteile, insbesondere:
- – kann der Aufbau zu einem Polymer verhindert werden, der Klebstoff bindet nicht ab und bleibt plastisch;
- – werden die angestrebten Festigkeitswerte nicht erreicht;
- – das Produkt ist weniger elastisch, mehr plastisch und neigt zum Kriechen;
- – die verringerte Vernetzung führt letztendlich zu einem deutlich erleichterten oxidativen Abbau und ggf. einer ”Verpulverung” (siehe z. B. BWD 2015, Ausgabe 2, S. 66 f, "Lebensdauer nur 5 Jahre?").
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Schäden aufgrund dieser mangelhaften Vernetzung können nach Wochen bis mehreren Jahren auftreten.
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Eine eindeutige Lehre, wie in silanbasierten Produkten die Anwendungssicherheit und die Alterungsbeständigkeit verbessert werden kann, ist dem Stand der Technik jedoch nicht zu entnehmen. Bestenfalls wird dort die Zugabe von Antioxidantien oder UV-Stabilisatoren als Alterungsschutzmittel beschrieben. So weisen Bodo Müller und Walter Rath (”Formulierung von Kleb- und Dichtstoffen”, s. o.) lediglich auf die Möglichkeit hin, dass Alterungsschutzmittel zugesetzt werden können z. B. HALS-Produkte. H. Kittel (”Lehrbuch der Lacke und Beschichtungen”, s. o.) erwähnt in Kapitel 7.10 keine Alterungsschutzmittel als Bestandteil der Rezeptur, wohingegen in Kapitel 7.11.2.2.2 die Zugabe von Antioxidantien und UV-Stabilisatoren zur Verbesserung der Lagerstabilität und der späteren Witterungsbeständigkeit empfohlen wird. In
US-A-2003/0229192 wird der Einsatz von Antioxidantien nicht beschrieben, wohl aber in
WO-A-2011/069966 . Die Zugabe von Antioxidantien oder UV-Stabilisatoren hat jedoch keinen Einfluss auf mehrere der o. g. Probleme, die mit der mangelhaften Vernetzung einhergehen, so dass diese bestehen bleiben.
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Die meisten Rezepturen enthalten monomere Silane, insbesondere Vinyltrimethoxysilan als Trockenmittel, Wasserfänger bzw. Lagerstabilitätsverbesserer und mindestens ein Aminoalkyltrimethoxysilan als Haftvermittler.
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Weiterhin enthalten die meisten Rezepturen Weichmacher oder flüssige organische Substanzen mit sehr hohen Siedepunkten. Diese ermöglichen eine preisgünstige Reduktion der Viskosität der Mischungen.
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Als Katalysatoren werden üblicherweise Zinn-Verbindungen aufgeführt. Die Verwendung anderer Katalysatoren auf Basis von Titan sowie sauren und basischen organischen Verbindungen wird in der Literatur zwar auch erwähnt, der kommerzielle Einsatz scheint aber – mit Ausnahme von sterisch gehinderten, nicht-nucleophilen Aminen – selten zu sein. Vor- und Nachteile verschiedener Katalysatorsysteme werden z. B. in
US-A-2004/0204539 (betreffend: ”Rapid-cure, one-component mixtures, which contain alkoxysilane-terminated polymers”) diskutiert.
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Es wurde festgestellt, dass die oben genannten Mischungen nur dann mehr oder weniger gut aushärten, wenn sie auch monomere Silane bzw. deren Oligomere enthalten, insbesondere Vinyltrimethoxysilan oder Aminoalkyltrimethoxysilan, die durch Luftfeuchte zu Silanolen hydrolysieren und unter Abspaltung von Wasser kondensieren.
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Aufgabe
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Es bestand demnach die Aufgabe, die Anwendungssicherheit und Alterungsbeständigkeit von herkömmlichen silanbasierten Produkten, die monomere Silane (wie Vinyltrimethoxysilan und/oder Aminoalkyltrimethoxysilane) und/oder oligomere Silane und gegebenenfalls Katalysatoren wie Zinn-Verbindungen oder sterisch gehinderte, nicht-nucleophile Amine enthalten, zu verbessern. Insbesondere sollen die Klebstoff- und Dichtstoff-Formulierungen auch unter ungünstigen Bedingungen sicherer vernetzen.
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Diese Aufgabe wird durch Zugabe von reaktiven, mehrfachfunktionellen Verbindungen und daraus durch partielle Hydrolyse gebildeten Oligomeren gelöst. Besonders bevorzugt sind mindestens tetra-funktionelle Verbindungen. Diese Verbindungen werden im Folgenden ”neue Vernetzer” genannt. Durch ihre Zugabe wird die Anwendungssicherheit und Alterungsbeständigkeit (Verlangsamung bzw. Verhinderung des oxidativen Abbaus) von Produkten auf Basis von silanmodifizierten Präpolymeren erhöht.
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Typische silanbasierte Produkte auf Basis von silanmodifizierten Präpolymeren, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist, enthalten mindestens ein Präpolymer, ein Trockenmittel und einen Haftvermittler. Üblicherweise enthalten sie ferner ein oder mehrere Substanzen, ausgewählt aus Katalysatoren, Weichmachern, Füllstoffen, Farbstoffen/Pigmenten, Verdickern, und Wasserfängern.
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Silanfunktionalisierte Präpolymere, die sich für die Zwecke der vorliegenden Erfindung eignen sind beispielsweise beschrieben in der
EP-A-2 657 211 , auf die an dieser Stelle ausdrücklich Bezug genommen wird. Hierbei handelt es sich um silanfunktionalisierte Präpolymere der Formel (I)
wobei
ein Polymer mit einem Molekulargewicht Mw von 1000 bis 50000, bevorzugt 1000 bis 20000 und besonders bevorzugt 4000 bis 20000 ist,
R
1 C
1-C
5-Alkyl oder C
6-C
10-Aryl, bevorzugt Methyl, Ethyl oder Phenyl,
R
2 C
1-C
4-Alkyl, bevorzugt Methyl oder Ethyl und
X -O-, -(CH
2)
m-O-, -O-CO-NR-,
oder
bedeutet, oder wobei X zusammen mit zwei benachbarten C-Atomen des Rückgrads des Polymers
einen C
5 oder C
6-Ring bildet und wobei
R gleich oder verschieden ist und H, C
1-C
5-Alkyl, Phenyl oder den Rest eines Michael-Akzeptors bedeutet,
Y gleich oder verschieden ist und lineares oder verzweigtes C
1-C
8-Alkylen (bevorzugt Methylen) oder eine Einfachbindung zwischen N und
ist und
unsubstituiertes oder mit C
1-C
3-Alkyl, bevorzugt Methyl, 1-, 2- oder 3-fach substituiertes Phenylen, Naphtylen, Cyclohexylen oder C
4-C
10-n-Alkylen bedeutet
und
m gleich oder verschieden ist und eine ganze Zahl von 1 bis 8, bevorzugt 1 bis 4, besonders bevorzugt 1 bis 3
n eine ganze Zahl von 0 bis 2, bevorzugt 0 oder 1, besonders bevorzugt 0, und
p eine ganze Zahl von 1 bis 50, bevorzugt 2 bis 4, besonders bevorzugt 2 bis 3 oder für den Fall, dass X -(CH
2)
m-O- ist oder X mit zwei benachbarten C-Atomen des Rückgrads des Polymers
einen C
5- oder C
6-Ring bildet, 1 bis 100, bevorzugt 5 bis 10 ist.
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Mit dem Molekulargewicht Mw ist das Massemittel der Molmasse gemeint, wie es beispielsweise mit einem handelsüblichen GPC (Gel-Permeations-Chromatograph) ermittelt werden kann (siehe z. B.:
DE 10 2005 041 953 A1 Abs. [017]).
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Bei dem Polymer
mit einem Molekulargewicht Mw von 1000 bis 50000, bevorzugt 1000 bis 20000 und besonders bevorzugt 4000 bis 20000 handelt es sich beispielsweise um Polyalkoxyalkylene, bevorzugt um ein Polyalkylenglykol, wie Polyethylenglykol, Polypropylenglykol oder Polybutylenglykol, insbesondere um Polypropylenglykol. In diesen Fällen ist p gleich 2 oder 3.
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Bei einem Michael-Akzeptor handelt es sich z. B. um eine α,β-ungesättigte Carbonylverbindung, wie α,β-ungesättigte Aldehyde, Ketone oder Ester, α,β-ungesättigte Nitrile oder Carbonsäureamide. Beispiele hierfür sind Acrylsäure-C
1-C
8-Alkylester, Methacrylsäure-C
1-C
8-Alkylester (s. z. B.
US-A-4,067,844 ) Maleinsäureester, Fumarsäureester (s. z. B.
EP-A-0 596 360 ). Der Rest des Michael-Akzeptors „R” entspricht dann dem in β-Stellung gebundenen (gesättigten) Rest des Michael-Akzeptors.
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Beispiele für die erfindungsgemäß einsetzbaren silanfunktionalisierten Präpolymere sind:
- – Polypropylenglykol (PPG), dessen OH-Endgruppen umgesetzt wurden mit Allylchlorid wobei die sich daraus ergebenden terminalen Doppelbindungen hydrosilyliert wurden. Solche Präpolymere sind kommerziell unter der Bezeichnung „Kaneka Silyl SAX®” (Kaneka Corp., Osaka, Japan) erhältlich und sind beispielsweise beschrieben in US 3971751 , auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird;
- – PPG, dessen OH-Endgruppen umgesetzt wurden mit Isocyanato-Silan.
- Solche Präpolymere sind kommerziell unter der Bezeichnung „Wacker Geniosil® STP E” (Wacker Chemie AG, München, Deutschland) erhältlich und sind beispielsweise beschrieben in EP-A-1 535 940 , auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird;
- – PPG, dessen OH-Endgruppen umgesetzt wurden mit Diisocyanat und die sich daraus ergebenden terminalen Isocyanatgruppen mit Aminosilan umgesetzt wurden. Solche Präpolymere sind kommerziell unter der Bezeichnung „Bayer Desmoseal® SXP” (Bayer AG, Leverkusen, Deutschland) erhältlich. Ihre Herstellung ist beispielsweise beschrieben in WO2011/069966 auf welche hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
- – Polymerketten mit seitenständigen Silangruppen (Formel (I) mit p = 1 bis 100, bevorzugt 5 bis 10). Solche Präpolymere sind kommerziell unter der Bezeichnung „Evonik Tegopac®” (EVONIK Tego Chemie GmbH, Essen, Deutschland) erhältlich und sind beispielsweise beschrieben in EP-A-2 093 244 , auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
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Die erfindungsgemäß verwendeten mehrfachfunktionellen Verbindungen (neue Vernetzer) sind Hydroxy- oder Carboxy-Verbindungen und daraus gebildete Ester der folgenden Zentralatome (Ionen): B, Al, Si, Sn, P, Ti, Zr, V, Mo, W, bevorzugt der mindesten 3-wertigen Zentralatome (Ionen) insbesondere des Ti und Si.
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Bevorzugt ist die mehrfachfunktionelle Verbindung eine Verbindung der Formel (II) ZLz (II) worin
Z ein z-wertiges Zentralkation
- – mit z = 3, 4, 5 oder 6 ist,
L Liganden oder Ligandenarme sind, welche die folgenden gleichen oder unterschiedlichen Bedeutungen haben: - • -O-Low-Med-Alkyl
- • -O-Low-Med-Alkylen-C(=O)-R3
- • -O-Low-Med-Alkenylen-C(=O)-R3
– wobei R3 Low-Med-Alkyl, Low-Med-Alkenyl, H, -OH, -O-Low-Med-Alkyl, -O-Low-Med-Alkenyl oder -O– M+ bedeutet, mit M+ = Li+, Na+, K+, NH4 +
- • -O-Low-Med-Alkenyl
- • -O-C(=O)-Low-Med-Alkyl
- • -O-C(=O)-Low-Med-Alkenyl
- • -O-C(=O)-Low-Med-Alkylen-OH
- • -O-C(=O)-Low-Med-Alkenylen-OH
- • -(O)h-P(=O)-(O-Low-Med-Alkyl)3-h
- – mit h = 1, 2 oder 3
- • -Cl, -Br, I
- • -OH
- • -Cx-Cy-Alkyl
– mit x = 1 und y = 16, bevorzugt x = 1 und y = 8, besonders bevorzugt x = 1 und y = 6
- • -Cx'-Cy'-Alkenyl
– mit x' = 2 und y' = 16, bevorzugt x' = 2 und y' = 8, besonders bevorzugt x' = 2 und y' = 6
- • -C6-C10-Aryl
- • -Low-Med-Alkylen-NH2, -Low-Med-Alkylen-NH-Low-Med-Alkylen-NH2
- • -O-Cx''-Cy''-Epoxy-Alkyl
– mit x'' = 3 und y'' = 8, bevorzugt x'' = 3 und y'' = 6, besonders bevorzugt x'' = 3 und y'' = 5
-(O-Low-Med-Alkylen)qN-(Low-Med-Alkylen-OH)3-q oder -(O-Low-Med-Alkenylen)qN-(Low-Med-Alkenylen-OH)3-q
– mit q = 3, 2, 1
- • -NR4 2 oder NR4 3
– mit R4 = Low-Med-Alkyl, C1-Cy-Alkylen-OH, Low-Med-Alkenyl, Low-Med-Alykenylen-OH
und wobei
- • Low-Med-Alkyl
– Alkyl mit 1-8, bevorzugt 1-6, besonders bevorzugt 1-4 C-Atomen, insbesondere Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl,
- • Low-Med-Alkylen
– Alkylen mit 1-8, bevorzugt 1-6, besonders bevorzugt 1-4 C-Atomen, insbesondere Methylen, Ethylen, Propylen oder Butylen,
- • Low-Med-Alkenyl
– Alkenyl mit 2-8, bevorzugt 2-6, besonders bevorzugt 2-4 C-Atomen, insbesondere Ethenyl, Propenyl oder Butenyl, und
- • Low-Med-Alkenylen
– Alkenylen mit 2-8, bevorzugt 2-6, besonders bevorzugt 2-4 C-Atomen, insbesondere Ethenylen, Propenylen oder Butenylen
bedeutet,
wobei alle genannten Alkyl-, Alkylen-, Alkenyl- und Alkenylen-Reste identisch oder verschieden sind und unsubstituiert oder mit -O-C1-C3-Alkyl substituiert sind und wobei solche mit 3 und mehr C-Atomen geradkettig oder verzweigt sind und wobei die Substituenten R2 und R4 jeweils die gleiche oder verschiedene Bedeutung haben.
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Bevorzugt sind Verbindungen mit
Z = B, Al, Si, Sn, P, Ti, Zr, V, Mo, W, insbesondere Ti und Si
und solche mit
z = 4.
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Verbindungen der Formel (II) sind nach einfachen, dem Fachmann geläufigen Verfahren z. B. durch Umsetzung der Halogenide des Zentralkations mit den entsprechenden organischen Säuren, Alkoholen, β-Diketonen etc. erhältlich. Viele Verbindungen sind kommerziell erhältlich, z. B. Bis(ethyl-acetoacetato)bis(propan-2-olato)titan (Tyzor® Pita, Tyzor® AA, Dorf Ketal, Mumbai, Indien), Titan-(IV)-isopropanolat, Titan-(IV)-acetylacetonat, Eisen-(III)-acetylacetonat, Aluminiumtriisopropanolat.
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Geeignet sind auch Oligomere der Verbindungen gemäß Formel (II), die nach partieller Hydrolyse und Kondensation beabsichtigt oder unbeabsichtigt entstehen können. Die Reaktion und die Reaktionsprodukte werden für Ti von
Dorf Ketal in der Broschüre "DuPont Tyzor Organic Titanates, General Brochure, 2001" und auch in
Kirk-Othmers Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley and Sons, New Your, 2nd Ed., Vol. 20, S. 451–503, R. H. Stanley, 1969, beschrieben. Die Oligomere haben dann die allgemeine Formel (III):
Lz·N-αZN O0,5·α (III) mit
α = Σ z / i=1i·ki wobei
L Liganden mit der Bedeutung wie in Formel (II) sind, die gleich oder verschieden sind,
Z ein Zentralatom mit der Bedeutung wie in Formel (II) ist,
O Sauerstoff bedeutet, hervorgegangen aus der Hydrolyse von Liganden L und anschließender Kondensation,
z die Koordinationszahl des Zentralatoms Z ist,
N die Zahl der Einheiten nach Formel (II), die zu einem Oligomer zusammengetreten sind, d. h. eine natürliche Zahl von 2 bis 20, bevorzugt bis 10, besonders bevorzugt bis 5 ist, und
k
i die Anzahl der Untereinheiten innerhalb des Oligomers darstellt, die mit i andern Untereinheiten verknüpft sind.
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Unter den Verbindungen der Formel (II) und (III) werden folgende Verbindungen/Oligomere bereits kommerziell vertrieben:
Name | Formel | CAS-Nr. |
Tetraethyl Titanat | Ti(OC2H5)4 | 3087-36-3 |
Tetraisopropyl Titanat | Ti(O-i-C3H7)4 | 546-68-9 |
Tetra-n-propyl Titanat | Ti(O-n-C3H7)4 | 3087-37-4 |
Isopropyl Butyl Titanate | | 68955-22-6 |
Tetra-n-butyl Titanat | Ti(O-n-C4H9)4 | 5593-70-4 |
n-Butyl Polytitanat | BuO-[Ti(OBu)2O]n-Bu | 9022-96-2 |
Tetra t-Butyl Titanate | Ti(O-t-C4H9)4 | 3087-39-6 |
Tetra-2-ethylhexyl Titanat | Ti[OCH2CH(C2H5)C4H9]4 | 1070-10-6 |
Tetraisooctyl Titanat | Ti[O(CH2)5CH(CH3)2]4 | 83897-91-0 |
Octylenglykol Titanat | Ti(O2C8H17)4 | 575-43-9 |
Titan Acetylacetonat | (i-C3H7O)2Ti(C5H7O2)2 | 17927-72-9 |
Titan Acetylacetonat | (i-C3H7O)(C4H5O)Ti(C5H7O2)2 | 97281-09-9 |
Titan Acetylacetonat | (i-C3H7O)(C2H5O)Ti(C5H7O2)2 | 68568-02-7 |
Butyl(dialkyloxy(dibutoxyphosphoryloxy))titanium (trialkyloxy)titanium phosphate | | 109037-78-7 |
Diisopropoxy-Bisethylacetessigester Titanat | (i-C3H7O)2Ti(C6H9O3)2 | 27258-32-8 |
Diisobutoxybisethylacetessigester Titanat | (i-C4H9O)2Ti(C6H9O3)2 | 83877-91-2 |
Triethanolamin Titanat | (i-C3H7O)2Ti(C6H14NO3)2 | 36673-16-2 |
Triethanolamin Titanat, Zubereitung mit Triethylenglycol | Ti(C6H14NO3)2 | 15879-01-3 |
Milchsäurechelatisiertes Titanat
Ammoniunsalz (50% in Wasser) | | 65104-06-5 |
Tetra-n-propyl Zirkonat | Zr(O-n-C3H7)4 | 23519-77-9 |
Tetra-n-butyl Zirkonat | Zr(O-n-C4H9)4 | 1071-76-7 |
Diethylzitrat Zirkoniumchelat | (n-C3H7O)2Zr(C10H15O7)2 | |
Triethanolamine Zirkonat | Zr(C6H14NO3)4 | 101033-44-7 |
Milchsäurechelatisiertes Zirkonat,
Ammoniunsalz (50% in Wasser) | | 68909-34-2 |
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Des Weiteren werden vertrieben:
N-(n-Butyl)-3-amino-Propyltrimethoxysilan, Di-tert-butoxydiacetoxysilan, Hexadecyltrimethoxysilan, iso-Butyltriethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Octyltrichlorosilan, Octyltriethoxysilan, Octyltrimethoxysilan, Propyltriethoxysilan, Propyltrimethoxysilan, Bis(3-triethoxysilylpropyl)amin, Bis(3-trimethoxysilylpropyl)amin, 3-Aminopropylmethyldiethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, N-(n-Butyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, 2-Aminoethyl-3-amino-propyltrimethoxysilan, 3-Glycidyloxypropyltriethoxysilan, 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Ethylpolysilicat, Tetraethylorthosilicat, Tetramethylorthosilicat, Tetra-n-Propylorthosilicat, N,O-Bis-(trimethylsilyl)acetamid, Hexamethyldisilazan, Triethylsilan, Trimethylsilylnitril, Vinyltrichlorsilan, Vinyltriethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltris(2-methoxyethoxy)silan.
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Für die erfindungsgemäße Verwendung zur Erhöhung der Anwendungssicherheit und der Alterungsbeständigkeit von Klebstoffen, Dichtstoffen, Beschichtungen und Grundierungen auf Basis von silanmodifizierten Präpolymeren sind die zuvor genannten kommerziell erhältlichen mehrfachfunktionellen Verbindungen bevorzugt. Insbesondere Titantetraalkoholate und -chelatkomplexe und Alkyl-, Glycidyl- und Aminoalkyl-alkoxy-silane; ganz besonders bevorzugt sind 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan, Alkyltrimethoxysilan und Alkyltriethoxysilan mit Alkyl gleich Methyl, Propyl, Octyl, Tetraethylorthosilikat und Oligomere der genannten Verbindungen.
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Die Formulierungen der Produkte können übliche Additive wie Füllstoffe, Trockenmittel, Haftvermittler, Farbpigmente (Farbstoffe), Antioxidationsmittel, UV-Stabilisatoren, Rheologieadditive, Verdünnungsmittel, Katalysatoren, Konservierungsmittel, etc. enthalten. Diese sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise auch in den oben genannten Dokumenten des Standes der Technik aufgeführt.
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Als Füllstoffe eignen sich beispielsweise gemahlenes oder gefälltes Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Calciumsulfat, Bariumsulfat, Kaolin, Dolomit, Feldspat, Zeolith, Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid, etc., wobei diese Füllstoffe auch beispielsweise mit Silanen oder Fettsäuren oberflächenmodifiziert sein können. Es können eine oder mehrere verschiedene Füllstoffe verwendet werden. Füllstoffe werden gewöhnlich in Mengen von 0 bis 80 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 60 Gew.-% zugegeben. Hierbei, wie auch in allen folgenden Gewichtsprozentangaben, beziehen sich diese auf die Masse der Gesamtrezeptur, sofern nichts anderes angegeben ist. Kommerziell erhältliche Füllstoffe sind beispielsweise Collafill® 60 (Steinwerke Kraft, Deutschland), Siliplast® 908 (Amberger Kaolinwerke, Deutschland), Apyral® 22 (Nabaltec, Deutschland).
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Als Pigmente können sowohl anorganische Pigmente wie Ruß, Eisenoxid, Ultramarin, oder Zinkoxid, als auch organische Farbstoffe wie Anthrachinone, Acridine, Phthalocyanine, Indophenole, etc. eingesetzt werden. Es können ein oder mehrere verschiedene Pigmente oder Pigmentpräparationen verwendet werden. Pigmente, die die Oxidation fördern, wie z. B. Eisenoxide, dürfen nur in kleinen Mengen zugesetzt werden, ansonsten ist die Gesamtmenge an Pigment nicht kritisch. Die Pigmente werden gewöhnlich in Mengen von 0 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 20 Gew.-% zugegeben. Kommerziell erhältliche Pigmente und Pigmentpräparationen bzw. Farbstoffe sind beispielsweise Bayferrox® (Lanxess, Deutschland).
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Als Antioxidationsmittel bzw. UV-Stabilisatoren eignen sich beispielsweise sterisch gehinderte Phenole, Benzophenone, Benzotriazole, Oxalanilide, Phenyltriazine, etc. Solche Antioxidationsmittel bzw. UV-Stabilisatoren sind beispielsweise erhältlich unter den Bezeichnungen Irganox® 1076, Tinuvin® 292, Tinuvin® 327, Tinuvin® 770 (BASF, Deutschland). Es können eine oder mehrere verschiedene Antioxidationsmittel bzw. UV-Stabilisatoren verwendet werden. Die Gesamtmenge an Antioxidationsmittel bzw. UV-Stabilisator richtet sich nach dem geplanten Gebrauch. Antioxidationsmittel bzw. UV-Stabilisatoren werden gewöhnlich in Mengen von 0 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 2 Gew.-% zugegeben.
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Als Trockenmittel eignen sich beispielsweise Alkylsilane, Aminosilane oder Vinylsilane wie Vinyltrimethoxysilan, Phenyltrimethoxysilan, Alkyltrimethoxysilane oder Alkyltriethoxysilane. Es können eine oder mehrere verschiedene Trockenmittel verwendet werden. Die Gesamtmenge an Trockenmittel ist nicht kritisch, sofern der Wassergehalt der anderen Rohstoffe entfernt wird. Trockenmittel werden gewöhnlich in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-% zugegeben. Kommerziell erhältliche Trockenmittel sind beispielsweise Dynasylan® VTMO, Dynasylan® OCTEO, Dynasylan® AMMO (Evonik, Deustchland).
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Als Haftvermittler eignen sich beispielsweise Aminosilane wie Gamma-Amino-propyl-Trimethoxysilan oder Epoxysilane. Auch oligomere Silane, die jedoch (teilweise) Amino- oder Epoxy-funktionell sein müssen, sind geeignet. Es können eine oder mehrere verschiedene Haftvermittler verwendet werden. Die Gesamtmenge an Haftvermittler ist nicht kritisch. Haftvermittler werden gewöhnlich in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-% zugegeben. Kommerziell erhältliche Haftvermittler sind beispielsweise Dynasylan® AMMO, Dynasylan® GLYMO, Dynasylan® 1146 (Oligomer) (Evonik, Deutschland).
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Als Rheologieadditiv eignen sich beispielsweise (hydrophobe) pyrogene Kieselsäuren, gefällte Kieselsäuren, Schichtsilikate, Amidwachse, Rizinussölderivate, Celulloseether, Polyurethan-, Polyamid- oder Acrylatverdicker, etc. Es können eine oder mehrere verschiedene Rheologieadditive verwendet werden. Die Gesamtmenge an Rheologieadditiv ist nicht kritisch. Rheologieadditive werden gewöhnlich in Mengen von 0 bis 15 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 10 Gew.-% zugegeben. Kommerziell erhältliche Rheologieadditive sind beispielsweise Cab-O-Sil® TS720, Cab-O-Sil® LM 150 (Cabot, Deutschland), Aerosil® R208, (Evonik, Deutschland), Wacker H18 (Wacker, Deutschland).
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Als Weichmacher oder Verdünnungsmittel können Ester, wie Phthalate bzw. Cyclohexandicarbonsäuren, Citrate, Adipate oder Polyether eingesetzt werden. Weiterhin eignen sich beispielsweise Glycerin, Polyole und Polyether, Phthalate, Adipate, Benzoate, etc. Es können ein oder mehrere verschiedene Verdünnungsmittel verwendet werden. Die Gesamtmenge an Verdünnungsmittel ist nicht kritisch. Verdünnungsmittel werden gewöhnlich in Mengen von 0 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 30 Gew.-% zugegeben. Kommerziell erhältliche Verdünnungsmittel sind beispielsweise Palatinol N, Palatinol 10 P oder Hexamoll DINCH (BASF, Deutschland), Acclaim Polyol 2200 (Covestro, Deutschland).
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Als Katalysator für die Vernetzungs- und Aushärtungsreaktion, eignen sich zusätzlich zu dem oben genannten Vernetzer beispielsweise Dibutylzinndilaurat, Dioctylzinndilaurat, 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan, 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]-undecen-7, 1,5-Diazabicyclo[4.3.0]-nonen-5, Guanindin, Essigsäure, Methansulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure, etc. Es können ein oder mehrere verschiedene Katalysatoren verwendet werden. Die Gesamtmenge an Katalysator ist nicht kritisch. Katalysatoren werden gewöhnlich in Mengen von 0 bis 2 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 1 Gew.-% zugegeben.
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Zur Herstellung der erfindungsgemäß stabilisierten silanbasierten Produkte kann folgendermaßen vorgegangen werden:
- – zunächst wird der Weichmacher in einem Mischer vorgelegt,
- – das Trockenmittel wird zugegeben und dabei untergemischt,
- – der Füllstoff wird zugegeben, eingemischt und bevorzugt unter statischem Vakuum von 1 bis 500 hPa auf eine Temperatur von 40 bis 100°C gebracht.
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Die erfolgte Trocknung kann durch eine Karl-Fischer-Titration geprüft werden. Dann erfolgt:
- – die Zugabe und das Einmischen des Präpolymers zweckmäßigerweise unter Schutzgas (N2, Taupunkt < –20°C),
- – Verdicker werden zugegeben und unter Schutzgas ggf. bei erhöhter Temperatur aufgeschlossen
- – Pyrogene Kieselsäure wird zugegeben und unter Schutzgas untergemischt
- – das Haftmittel wird zugegeben und untergemischt
- – der erfindungsgemäße neue Vernetzer wird zugeben und untergemischt
- – der Katalysator wird zugeben und untergemischt.
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Zum Schluss wird die Mischung (Gesamtrezeptur) unter Vakuum entgast.
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Produkte nach o. g. Rezeptur zeigen insbesondere in realen Bauten und im Labor auf saugfähigen Substraten eine massiv verbesserte Anwendungssicherheit und Alterungsbeständigkeit (Prüfung im Wärmeschrank bei 70°C, DIN 53508: 2000-03, Abschnitt 7.2.1, mit Schulterstäben wie dort vorgegeben, oder Analog nach Klebstoffauftrag und 7 tägiger Durchhärtung auf Glasplatten bzw. Betonplatten, Lagerung bis zur sichtbaren „Verpulverung”).
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Beispiele
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Beispiel 1 (erfindungsgemäß)
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Es wurden 19,27 Gew.-Teile Weichmacher (Bis(propylheptyl)phthalat, Palatinol® 10-P) in einem Mischer vorgelegt und 2,16 Gew.-Teile Trockenmittel (Vinyltrimethoxysilan, Geniosil XL 10) zugegeben und dabei untergemischt. Dann wurden 57,38 Gew.-Teile Füllstoff (Calciumcarbonat, Collafill® 60) eingemischt und die Mischung bei ca. 500 hPa auf eine Temperatur von 70°C gebracht. Die erfolgte Trocknung wurde durch eine Karl-Fischer-Titration geprüft. Dann erfolgte die Zugabe und das Einmischen von 16,45 Gew.-Teilen Präpolymer (ein gamma-Silan basierend auf PPG, Desmoseal® S XP 2458) unter Stickstoff. Anschließend wurden 2,48 Gew.-Teile Verdicker (Siliciumdioxid, Cab-O-Sil® TS 720) zugegeben und unter Stickstoff untergerührt. Dann wurden 1,39 Gew.-Teile Haftvermittler (N(beta-aminoethyl)gamma-aminopropyltrimethoxy-silan, Silquest® A-1120 Silane) zugegeben und untergemischt.
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Schließlich erfolgte die Zugabe von 0,87 Gew.-Teilen des erfindungsgemäßen neuen Vernetzers (Bis(ethyl-acetoacetato)bis(propan-2-olato)titan, Tyzor® Pita). Die Mischung wurde abschließend unter Vakuum entgast.
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Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)
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Analog zu Beispiel 1 wurden 23,00 Gew.-Teile Weichmacher (Bis(propylheptyl)phthalat, Palatinol® 10-P) in einem Mischer vorgelegt und 0,89 Gew.-Teile Trockenmittel (Vinyltrimethoxysilan, Geniosil XL 10) zugegeben und dabei untergemischt. Dann wurden 61,33 Gew.-Teile Füllstoff (Calciumcarbonat, Collafill 60) eingemischt und die Mischung bei ca. 500 hPa auf eine Temperatur von 70°C gebracht. Die erfolgte Trocknung wurde durch eine Karl-Fischer-Titration geprüft. Dann erfolgte die Zugabe und das Einmischen von 12,02 Gew.-Teilen Präpolymer (alpha-Silanpräpolymer, Geniosil® STP-E10) unter Stickstoff. Anschließend wurden 2,45 Gew.-Teile Verdicker (Siliciumdioxid, Cab-O-Sil® TS 720) zugegeben und unter Stickstoff untergerührt. Dann wurden 0,31 Gew.-Teile Haftvermittler (Aminopropyltrimethoxysilan, BRB Silanil® 138) zugegeben und untergemischt und die Mischung abschließend unter Vakuum entgast.
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Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel)
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Analog zu Beispiel 1 wurden 20,67 Gew.-Teile Weichmacher (Bis(propylheptyl)phthalat, Palatinol® 10-P) in einem Mischer vorgelegt und 1,85 Gew.-Teile Trockenmittel (Vinyltrimethoxysilan, Geniosil XL 10) zugegeben und dabei untergemischt. Dann wurden 54,00 Gew.-Teile Füllstoff (Calciumcarbonat, Collafill 60) eingemischt und die Mischung bei ca. 500 hPa auf eine Temperatur von 70°C gebracht. Die erfolgte Trocknung wurde durch eine Karl-Fischer-Titration geprüft. Dann erfolgte die Zugabe und das Einmischen von 19,63 Gew.-Teilen Präpolymer (ein gamma-Silan basierend auf PPG, Desmoseal® S XP 2458) unter Stickstoff. Anschließend wurden 2,58 Gew.-Teile Verdicker (Siliciumdioxid, Cab-O-Sil® TS 720) zugegeben und unter Stickstoffuntergerührt. Dann wurden 1,10 Gew.-Teile Haftvermittler (Aminopropyltrimethoxysilan, BRB Silanil® 138) zugegeben und untergemischt
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Schließlich wurden 0,17 Gew.-Teile Katalysator (Amin + Säure in Verdünnungsmittel; Toyocat®-DB40) zugeben und untergemischt und die Mischung abschließend unter Vakuum entgast.
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Die folgenden Tabellen zeigen die Zusammensetzung der Mischungen und das Ergebnis der Prüfung der Anwendungssicherheit und Alterungsbeständigkeit (Prüfung im Wärmeschrank bei 70°C, DIN 53508: 2000-03, Abschnitt 7.2.1, mit Schulterstäben wie dort vorgegeben, oder Analog nach Klebstoffauftrag und 1 tägiger Durchhärtung auf Glasplatten (saugender Untergrund) bzw. Fließenrückseiten (nichtsaugender Untergrund), Lagerung bis zur sichtbaren „Verpulverung”). Angegeben wird die Zeit bis zum Auftauchen erster Symptome.
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Symptom 1: ist eine Plastifizierung des ursprünglich ausgehärteten Klebstoffes. Dieser wird schmierig oder zähflüssig. Klebstoff reagiert auf mechanische Einwirkung nicht mehr elastisch sondern fließt.
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Symptom 2: bei geringer mechanischer Beanspruchung zerfällt der Klebstoff zu Pulver. Tabelle 1
Komponente | Bsp. 1 | Bsp. 2 | Bsp. 3 |
Präpolymer | 16,45 | 12,02 | 19,63 |
Füllstoff | 57,38 | 61,33 | 54,00 |
Haftvermittler | 1,39 | 0,31 | 1,10 |
Katalysator | | | 0,17 |
Neuer Vernetzer | 0,87 | | |
Verdicker | 2,48 | 2,45 | 2,58 |
Trockenmittel | 2,16 | 0,89 | 1,85 |
Weichmacher | 19,27 | 23,00 | 20,67 |
Summe | 100,00 | 100,00 | 100,00 |
Tabelle 2
Beispiel | Anwendungssicherheit/Alterungsbeständigkeit |
Glasplatte [Wochen] | Fliese [Wochen] |
Bsp. 1 | > 26 (Symptom 1 und 2) | > 26 (Symptom 1 und 2) |
Bsp. 2 | 6 (Symptom 1)
9 (Symptom 2) | 5 (Symptom 1)
9 (Symptom 2) |
Bsp. 3 | > 26 (Symptom 1 und 2) | 8 (Symptom 1) |
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Gegenüber einer Mischung ohne Katalysator (Bsp. 2) zeigt die Mischung mit dem erfindungsgemäßen neuen Vernetzer (Bsp. 1) sowohl im Glasplattentest als auch im Fliesentest eine verbesserte Anwendungssicherheit und Alterungsbeständigkeit. Gegenüber einer Mischung mit Katalysator (Bsp. 3) zeigt die Mischung mit dem erfindungsgemäßen neuen Vernetzer (Bsp. 1) im Test auf der Fliese eine verbesserte Anwendungssicherheit und Alterungsbeständigkeit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2003/0229192 A [0002, 0006]
- WO 2011/069966 A [0002, 0006]
- US 2004/0204539 A [0009]
- EP 2657211 A [0014]
- DE 102005041953 A1 [0015]
- US 4067844 A [0017]
- EP 0596360 A [0017]
- US 3971751 [0018]
- EP 1535940 A [0018]
- WO 2011/069966 [0018]
- EP 2093244 A [0018]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Bodo Müller u. Walter Rath, ”Formulierung von Kleb- und Dichtstoffen”, Hannover: Vincentz Network, 3. Aufl., 2015 [0003]
- H. Kittel, ”Lehrbuch der Lacke und Beschichtungen”, Stuttgart: S. Hirzel Verlag, 2. Auflage, 2005, Band 7 (Band.-Hrsg.: Horst Reul) [0003]
- BWD 2015, Ausgabe 2, S. 66 f, ”Lebensdauer nur 5 Jahre?” [0004]
- Dorf Ketal in der Broschüre ”DuPont Tyzor Organic Titanates, General Brochure, 2001” [0023]
- Kirk-Othmers Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley and Sons, New Your, 2nd Ed., Vol. 20, S. 451–503, R. H. Stanley, 1969 [0023]
- DIN 53508: 2000-03 [0039]
- DIN 53508: 2000-03, Abschnitt 7.2.1 [0045]