DE4428382A1 - Wäßriger Primer für unpolare Kunststoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen wäßrigen Primer für unpolare Kunst­ stoffe, seine Herstellung und Verwendung insbesondere für nachfol­ gende Verklebungen.

Auf unpolaren Kunststoffen, wie z. B. PE, PP, EPDM usw., haften Bindemittel von z. B. Klebstoffen, Lacken und Beschichtungen nur sehr schwach. Wegen fehlender Benetzung ist die Adhäsion der mei­ sten Bindemittel sehr gering. Daher werden diese Kunststoffe in der Regel vorbehandelt, z. B. durch eine Grundierung. Die für die Grundierung verwendeten Mittel werden auch Primer genannt.

Dabei handelt es sich in der Regel um eine 10- bis 20-%ige organische Lösung des gleichen Bindemittels, eventuell zusammen mit Phenol­ harzen.

So wird in der EP-A1-0 021 186 eine 20-%ige organische Lösung von chloriertem Kautschuk, Phenolharzen und dergleichen als Primer für ein Bindemittel auf Basis wäßriger Dispersionen von Polyvinylidenchlorid bzw. Vinylidenchlorid/Acrylester-Copolymerisat und/oder Butadien/Acrylnitril-Copolymerisat in Gegenwart von mehr­ funktionellen aromatischen Nitrosoverbindungen, verkappten mehr­ funktionellen Isocyanaten, Polyvinylpyrrolidon und Hilfsstoffen beschrieben.

Diese Primer auf Basis von organischen Lösungsmitteln haben etliche gute Wirkungen, z. B. bezüglich Festigkeit, Lagerstabilität und In­ korporation von Verunreinigungen. Aufgrund der Lösungsmittel wie Toluol und Xylol können sie aber auch problematisch sein, z. B. be­ züglich Umweltschutz, Entzündbarkeit und Geruch. Daher wurden Primer auf wäßriger Basis entwickelt.

In der DE-C2-27 26 423 wird eine Klebstoffzusammensetzung auf Was­ serbasis beschrieben, die ein dispergierbares Novolak-Phenolharz, einen Polyoxymethylenether und weitere Additive enthält. Diese Zu­ sammensetzung eignet sich auch als Primer zur Behandlung von Sub­ straten aus Metallen und Kunststoffen in Kombination mit Kau­ tschukklebstoffen auf Wasser- und Lösungsmittel-Basis.

In der DE-A1-31 25 286 werden Primer auf Basis von organischen Lö­ sungsmitteln und auf Basis von Wasser miteinander verglichen (ab Seite 28). Sowohl der Phenolharz-Primer auf Lösungsmittelbasis als auch der Novolak-Phenolharz-Primer auf Wasserbasis werden zur Bin­ dung von natürlichem Kautschuk und Polybutadien-Styrol-Kautschuk auf Stahlteilen mit einem Latex-Bindemittel aus den Copolymeren 2,3-Dichlor-1,3-butadien und Vinylchlorid verwendet. Dazu wurden die mit Lösungsmittel gespülten, sandgestrahlten Stahlteile mit den Primern überzogen, trocknen gelassen, dann mit dem Klebstoff über­ zogen und erneut trocknen gelassen, bevor sie schließlich mit dem Kautschuk beschichtet wurden. Die Vulkanisation erfolgte bei 143°C in 15 bzw. 30 Minuten. Die erhaltenen Proben wurden hinsichtlich Schälfestigkeit und Beständigkeit untersucht. Demnach führt der wäßrige Primer zu deutlich schlechteren Ergebnissen.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und einen Primer zur Ver­ fügung stellen, der die Herstellungs- und Gebrauchseigenschaften von Formteilen aus unpolaren Kunststoffen verbessert, insbesondere die Handhabung beim Aufbringen des Primers vereinfacht und die Festigkeiten verbessert.

Die erfindungsgemäße Lösung ist den Patentansprüchen zu entnehmen. Sie besteht im wesentlichen in der Verwendung einer wäßrigen Di­ spersion auf der Basis mindestens eines chlorierten Polyolefins und mindestens eines wasseremulgierbaren Isocyanates als Primer für unpolare Kunststoffe.

Als "chlorierte Polyolefine" sind chlorierte Polymerisate der all­ gemeinen Struktur (-CH₂-CR¹R²)_n zu verstehen, in der R¹ für Was­ serstoff steht und R² für Wasserstoff, eine geradkettige oder ver­ zweigte gesättigte aliphatische bzw. cycloaliphatische Gruppe oder eine ungesättigte Gruppe wie der Phenyl-Rest. Konkrete derartige Polyolefine sind Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Polyisobuten, Polyhexen, Polyocten, Polydecen und Polyoctadecen sowie Polystyrol. Chlorierte Polyolefine werden erhalten durch Chlorierung dieser Polymerisate und/oder Polymerisation von Mono­ meren, die bereits Chlor enthalten, z. B. von Vinylchlorid und Vi­ nylidenchlorid. Als chlorierte Polyolefine seien genannt: Chlo­ riertes Polyethylen und chloriertes Polypropylen mit einem Chlor­ gehalt von ca. 25 bis 50 Gew.-% sowie chloriertes Polyvinylchlorid mit einem Chlorgehalt von ca. 60 bis 70 Gew.-%. Wäßrige Dispersi­ onen von chlorierten Polyolefinen sind zu kaufen, z. B. unter der Bezeichnung "Trapylen" Die Dispersionen enthalten das chlorierte Polyolefin in einem Feststoffgehalt von ca. 15 bis 30 Gew.-%. Sie sind lagerstabil und enthalten teilweise Lösungsvermittler wie n-Butanol.

Unter "wasseremulgierbaren Isocyanaten" sind Ester der Isocyansäure zu verstehen, die mit Wasser bei Raumtemperatur ohne Katalysatoren praktisch nicht reagieren. Besonders zweckmäßig sind Polyisocyanate mit 2 bis 3 Isocyanatgruppen pro Molekül. Die Isocyanate können auch durch eine vorhergehende Reaktion eines Polyisocyanates mit einem Diol oder einem Diamin im Unterschuß hergestellt werden (Isocyanat-Prepolymere). Als wasseremulgierbare Isocyanate seien genannt: Isocyanat-Biuret, PEG-modifiziertes Hexamethylendiisocyanat; erhältlich von der Firma BASF unter dem Namen Basonat und Polyisocyanat auf Basis Hexamethylendiisocyanat von der Fa. Bayer unter dem Namen Desmodur DA.

Zweckmäßigerweise enthält der Primer die Komponenten A und B in einer Konzentration von zusammen 5 bis 30, vorzugsweise 8 bis 20 Gew.-%. Das Verhältnis der Komponenten A und B zueinander kann in weiten Bereichen variieren, z. B. von 80 : 20 bis 20 : 80 Gew.-Teilen der Komponente A bzw. der Komponente B, bezogen auf die Summe der Komponenten A plus B.

Außerdem kann der Primer noch konventionelle thixotropierend, pig­ mentierend, füllend und/oder stabilisierend wirkende Zusätze ent­ halten. Von besonderer Bedeutung sind Zusätze, die die Benetzung der wäßrigen Dispersion auf den unpolaren Kunststoffen verbessern sowie Farbstoffe zum Erkennen der Behandlung mit dem erfindungsgemäßen Primer.

Der erfindungsgemäße Primer wird in an sich bekannter Weise auf die zu bindende Oberfläche aufgetragen, z. B. durch Sprühen, Gießen, Pinseln, Walzen oder Tauchen. Der wäßrige Film hat eine Schicht­ stärke von bevorzugt 50 bis 200 µm. Getrocknet wird zweckmäßiger­ weise mit warmer Luft von 60 bis 100°C oder mit Infrarotstrahlung, was üblicherweise 2 bis 6 Min. dauert. Die Schichtdicke des Primers in getrocknetem Zustand ist ca. 0,5 bis 10 µm dick, insbesondere 2 bis 4 µm. Die getrocknete Primerschicht kann wochenlang gelagert werden, ohne ihre Wirkung zu verlieren.

Der Primer erhöht auf überraschende Weise die Haftfestigkeit bei unpolaren Kunststoffen. Darunter sind vor allem Polyolefine - so wie sie oben definiert sind - zu verstehen. Der Primer wirkt aber auch besonders gut bei thermoplastischen Elastomeren. Überraschend ist vor allem die Haftverbesserung bei den Elastomer-Legierungen von Polypropylen mit EPDM, NR und MPR. Eine deutliche Wirkung ist auch in der Klasse der Polyurethane zu beobachten sowie in der Klasse der Styroltypen SBS, SIS und SEBS. Besonders bevorzugte Substrate basieren auf Polyolefin-Kautschuken. Darunter sind Elastomere mit Kautschuk-Charakter auf der Basis von Olefinen zu verstehen, insbesondere Copolymere aus Ethylen und Propylen, gege­ benenfalls zusammen mit einem nicht konjugierten Dien (EPM bzw. EPDM).

Von besonderer Bedeutung ist, daß die Substrate nicht besonders gereinigt werden müssen. Es genügt schon eine von Fremdpartikeln/Trennmitteln gesäuberte Oberfläche.

Der Primer erhöht die Haftung von Substraten aus den obengenannten Stoffen und organischen Bindemitteln, wie sie in Anstrichen, Lacken, Klebstoffen und Beschichtungen enthalten sind. Vorzugsweise dienen sie zur Haftverbesserung von Lacken und Klebstoffen. Diese sollten auf Polyacrylaten, Polyurethanen und Epoxiden basieren.

Die Erfindung soll nun anhand von Beispielen im einzelnen erläutert werden:

I) Herstellung des Primers

Komponente A: 20% TRAPYLEN 6950 W
10% TRAPYLEN 6965 W
70% Wasser, dest.
Trapylen 6950 W: wäßrige Dispersion von chloriertem Polypropylen,
Festgehalt: 20%, ca. 3% n-Butanol
Trapylen 6965 W: wäßrige Dispersion von chloriertem Polypropylen,
Festgehalt: 27,7%, ohne Lösungsmittel
beide Typen von Fa. TRAMACO, 25421 Pinneberg.

Komponente B: 100% BASONAT-F-DS-3425
Basonat-F-DS-3425: Isocyanat-Biuret, auf Basis Hexamethylen­ diisocyanat (PEG-modifiziert)
Basonat von BASF, 67063 Ludwigshafen.
Mischungsverhältnis:
100 Teile Komponente A
  3 Teile Komponente B.

Die Komponenten A und B werden durch Rühren miteinander gemischt.

II. Versuchsdurchführung und Prüfung

Alle Substrate wurden zunächst gereinigt, indem sie wie in der In­ dustrie üblich wäßrig gereinigt wurden.

• 1) Lackierung zweier Prüfplatten:
  • a) Substrat: Prüfplatten aus KELTAN TP 0550, Fa. DSM und HIFAX FB 179, Fa. Hymont. Beide Materialien sind Blends von PP und EPDM.
  • b) Verarbeitung: zunächst Aufsprühen des Primers,
    ca. 2 µm Trockenschichtstärke,
    Trocknung bei 100°C, 2 min.
    Danach Lackierung mit Acrylat-PU/Isocyanat gehärtet (weiß),
  • c) Beurteilung der Lackhaftung nach 24 Stunden:
    • - mit Primer: einwandfrei,
    • - ohne Primer: negativ,
    • - mit Komponente A oder B: negativ.
• 2) Beflockung eines EPDM-Gummis ohne Aufrauhung der Oberfläche
  • a) Substrat: Prüfplatten aus einer Mischung aus EPDM - 40486 (Henkel)
  • b) Verarbeitung: Aufpinseln des Primers,
    ca. 2 µm Trockenschichtstärke,
    Trocknung bei 100°C, 2 min.
    Danach Beflockung mit FLOCKSIL 1501, einem Flockkleber auf der Basis von PU der Fa. Henkel KGaA.
  • c) Beurteilung der Haftung des Flockfilmes nach 24 h:
    • - mit Primer: Gummiriß,
    • - ohne Primer: negativ,
    • - mit Komponente A oder B: negativ.
• 3) Verbund eines PU-Schaumes mit Polyethylen
  • a) Substrate:
    • - PU-Schaum: Polyester, Fa. Reisgies, Leverkusen,
    • - PE-Stopfen: Fa. Mank, Harschbach.
  • b) Verarbeitung: Aufsprühen des Primers,
    ca. 2 µm Trockenschichtstärke,
    Trocknung bei 100°C, 2 min.
    Danach Anschmelzen des PE-Stopfen,
    Zusammenpressen von PU-Schaum und PE-Stopfen von Hand.
  • c) Beurteilung der Haftung nach Abkühlen des PE-Stopfens:
    • - mit Primer: Riß im PU beim Zerreißen,
      Lagerung des Verbundes 24 h bei 40°C in Test-Flüssigkeit (KIWI: Gemisch Wachs/Glykol/Wasser; Fa. Kiwi),
      Zerreißen des Verbundes: Riß im PU-Schaum,
    • - ohne Primer: PU und PE-Stopfen werden in der Haftschicht getrennt;
      nach Lagerung in der Test-Flüssigkeit: PU und PE waren getrennt,
    • - mit Komponente A oder B: Riß im PU beim Zerreißen,
      Lagerung des Verbundes 24 h bei 40°C in der Test-Flüssigkeit: PU und PE waren getrennt.

Claims (5)

1. Wäßriger Primer für unpolare Kunststoffe auf der Basis einer Dispersion aus A) mindestens einem chlorierten Polyolefin und B) mindestens einem wasseremulgierbaren Isocyanat.

2. Wäßriger Primer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt der Komponenten A + B von insgesamt 5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf den Primer.

3. Wäßriger Primer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Anteil der Komponente A von 20 bis 80%, vorzugsweise mehr als 50%, bezogen auf die Summe der Komponenten A + B.

4. Verwendung des Primers nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Haftverbesserung von unpolaren Kunststoffen, insbe­ sondere von Homo- und Copolymeren von Ethylen, Propylen und Styrol.

5. Verwendung des Primers nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Haftverbesserung von Lacken und Klebstoffen auf der Basis von Polyacrylaten und Polyurethanen.