DE10262200B4 - Two-component composition for preparation of polyurethane gelcoats containing a low and high molecular polyol components useful for lengthening the lamination time in using polyurethane gelcoats for coating epoxy laminates - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff, der ein Polyurethan-Gelcoat aufweist, und seine Verwendung.The invention relates to a composite material comprising a polyurethane gelcoat and its use.
Die Oberflächen von Verbundwerkstoffen (beispielsweise Verbundwerkstoffen aus Glasfasergewebe bzw. -vlies und Epoxidharz) sind oft wenig ansehnlich und außerdem nicht licht- und witterungsbeständig. Sie müssen deshalb mit einer Oberflächenbeschichtung versehen werden. Vor der Oberflächenbeschichtung von Epoxidharzverbundwerkstoffen muss geschliffen und gespachtelt werden, da es bei der direkten Oberflächenbeschichtung des Verbundwerkstoffs zur Aufrichtung von Fasern kommt. Eine Alternative dazu ist der Einsatz eines Gelcoats.The surfaces of composite materials (for example, composites of glass fiber fabric or fleece and epoxy resin) are often less attractive and also not resistant to light and weathering. They must therefore be provided with a surface coating. Before surface treatment of epoxy resin composites, sanding and trowelling must be carried out as the direct surface coating of the composite material results in fiber orientation. An alternative to this is the use of a gelcoat.
Ein Gelcoat ist ein Harzsystem, das auf Formteile in Verbundbauweise zur Herstellung glatter Bauteiloberflächen aufgebracht wird und gleichzeitig auch eine ansehnliche und gegebenenfalls licht- und witterungsbeständige Oberfläche ergibt. Dazu wird das Gelcoat-Harzsystem nach dem Vermischen seiner Reaktionskomponenten innerhalb der Verarbeitungszeit (Topfzeit) als erste Schicht in eine Form eingetragen. Die nach dem Gelieren erhaltene Schicht ist ausreichend mechanisch stabil, um bei Auftragen des Kunstharzes (beispielsweise eines Epoxidharzes) und gegebenenfalls eines anorganischen oder organischen Vlieses oder Gewebes (beispielsweise eines Glasfasergewebes oder Glasfaservlieses) nicht beschädigt zu wenden (In-Mold-Verfahren). Entsprechendes gilt bei Injektionsverfahren und beim Aufbringen von Nasslaminaten sowie beim Aufbringen von Prepregs.A gelcoat is a resin system that is applied to molded parts in composite construction for the production of smooth component surfaces and at the same time gives a handsome and possibly light and weather resistant surface. For this purpose, the gelcoat resin system is added after mixing its reaction components within the processing time (pot life) as the first layer in a mold. The layer obtained after gelling is sufficiently mechanically stable so as not to be damaged when applying the synthetic resin (for example an epoxy resin) and optionally an inorganic or organic nonwoven or woven fabric (for example a glass fiber fabric or glass fiber fleece) (in-mold process). The same applies to injection methods and the application of wet laminates as well as the application of prepregs.
Um eine ausreichende Haftung zwischen Kunstharz und Gelcoat zu gewährleisten, muss die Beschichtung mit Kunstharz innerhalb der Laminierzeit des Gelcoats erfolgen. Anschließend werden Kunstharz und Gelcoat vollständig ausgehärtet.In order to ensure sufficient adhesion between the resin and the gelcoat, the coating with synthetic resin must take place within the lamination time of the gelcoat. Subsequently, the resin and gelcoat are completely cured.
Bei der Beschreibung der Erfindung gelten die folgenden Begriffsbestimmungen:
- – Die Laminierzeit ist der Zeitraum beginnend mit dem Zeitpunkt der Klebfreiheit des in die Form applizierten Gelcoat-Films, in dem der Gelcoat-Film überlaminiert werden muss, um noch eine Haftung zwischen Gelcoat und Laminat sicherzustellen.
- – Die Topfzeit ist der Zeitraum beginnend mit der Vermischung der beiden Reaktionskomponenten bis zum Gelieren der Reaktionsmischung. Nach Beendigung der Topfzeit ist die Reaktionsmischung nicht mehr verarbeitbar.
- – Die Klebfreizeit ist der Zeitraum beginnend mit dem Auftragen der homogenen, angemischten Reaktionsmischung auf die Formoberfläche bis zum Erreichen der Klebfreiheit des applizierten Films.
- – Unter Gelzeit wird die in E-DIN VDE 0291-2 (VDE 0291-Teil 2): 1997-06 unter Punkt 9.2.1 beschriebene, bis zum Gelieren der Reaktionsmischung gemessene Zeit verstanden.
- The lamination time is the period starting from the time when the gelcoat film is tack-free in which the gelcoat film has to be over-laminated to ensure adhesion between the gelcoat and the laminate.
- - The pot life is the period starting with the mixing of the two reaction components until gelling of the reaction mixture. After completion of the pot life, the reaction mixture is no longer processable.
- - The tack-free time is the period starting with the application of the homogeneous, mixed reaction mixture to the mold surface until the adherence of the applied film is achieved.
- - Gel time is understood as the time described in E-DIN VDE 0291-2 (VDE 0291 part 2): 1997-06 under point 9.2.1 until gelling of the reaction mixture.
Als Gelcoat-Harzsysteme werden beispielsweise Formulierungen auf Basis radikalisch härtender Harze wie z. B. ungesättigte Polyester (UP), Vinylester oder Acrylat-terminierte Oligomere eingesetzt. Diese Harzsysteme sind bei der Anwendung in Verbindung mit UP-Kunstharzen (UP-Verbundwerkstoffen) verarbeitungssicher und zeigen gute Haftung zu einer Vielzahl von Kunstharzen (Verbundwerkstoffhaftung), da aufgrund der durch Luftsauerstoff inhibierten Härtungsreaktionen an der innen liegenden Gelcoat-Oberfläche ein Aushärten der Grenzfläche erst nach dem Auftragen des Kunstharzes erfolgt. Viele kommerzielle Gelcoats auf UP-Basis zeigen aber keine ausreichende Glanzbeständigkeit und neigen zu Abkreiden und Haarrissbildung. Weitere Nachteile von Gelcoats auf Basis von UP sind die unvermeidbaren Monomeremissionen, ein häufig sehr starker Schrumpf während des Aushärtens, der zu Spannungen in der Grenzfläche Verbundwerkstoff/Gelcoat – und damit zu schlechter Stabilität der Grenzfläche – führt, sowie die üblicherweise schlechte Haftung gegenüber Verbundwerkstoffen auf Basis von Epoxidharz (EP).As gelcoat resin systems, for example, formulations based on radically curing resins such. As unsaturated polyester (UP), vinyl esters or acrylate-terminated oligomers. These resin systems are safe to use when used in conjunction with UP resins and show good adhesion to a variety of synthetic resins (composite adhesion), since hardening of the interface due to the oxygen-oxygen inhibited curing reactions on the inner gelcoat surface after the application of the synthetic resin. Many commercial UP-based gelcoats, however, do not exhibit sufficient gloss retention and are prone to chalking and hairline cracking. Further disadvantages of UP-based gelcoats are the unavoidable monomer emissions, often very high shrinkage during curing, which leads to stresses in the composite / gelcoat interface and hence poor interfacial stability, and the usually poor adhesion to composites Base of epoxy resin (EP).
Zur Anwendung in Verbindung mit EP-Verbundwerkstoffen können beispielsweise EP-Gelcoats (z. B. von der Fa. SP-Systems) eingesetzt werden. EP-Gelcoats zeigen im Vergleich mit UP-Gelcoats eine sehr viel bessere Haftung zu EP-Verbundwerkstoffen. EP-Gelcoats enthalten auch keine flüchtigen Monomeren und sind deshalb arbeitshygienisch weniger bedenklich als die meist styrolhaltigen UP-Gelcoats. Die Nachteile von EP-Gelcoats sind aber
- – die geringer Toleranz gegenüber. Ungenauigkeiten im Mischungsverhältnis, dies kann u. U. im gehärteten Gelcoat zu Verfärbungen und stark verminderter mechanischer Beständigkeit führen,
- – die stark exotherme Härtungsreaktion, die nur kleine Ansatzgrößen erlaubt,
- – die sehr plötzlich verlaufende Härtungsreaktion,
- – die unzureichende Witterungsstabilität,
- – die sehr schlechte Thermovergilbungsstabilität sowie
- – der hohe Preis von einigermaßen vergilbungsstabilen EP-Harzen.
- - the lower tolerance. Inaccuracies in the mixing ratio, this may u. U. in the cured gelcoat lead to discoloration and greatly reduced mechanical resistance,
- The highly exothermic curing reaction, which allows only small batch sizes,
- The very sudden curing reaction,
- - the insufficient weathering stability,
- - the very bad thermo-yellowing stability as well
- - The high price of reasonably yellowing-resistant EP resins.
Grundsätzlich ist deshalb für Anwendungen, bei denen eine hohe Licht- und Verwitterungsstabilität gefordert ist, Oberflächenbeschichtungen auf Basis von aliphatischen Polyurethanen der Vorzug zu geben. Bei der Formulierung von PU-Gelcoats ist jedoch zu berücksichtigen, dass herkömmliche Mischungen aus Polyol und Palyisocyanat erst bei sehr weit fortgeschrittener Reaktion gelieren. Dann ist aber bereits das Reaktions- und damit das Haftvermögen des PU-Gelcoats gegenüber dem für den Verbundwerkstoff verwendeten Kunstharz stark eingeschränkt (d. h. die Klebfreizeit ist vergleichsweise lang, die Laminierzeit dagegen vergleichsweise kurz). Der Einsatz eines solchen herkömmlichen Produkts wäre prozesstechnisch schwierig zu realisieren und darüber hinaus bezüglich der Haftung Gelcoat/Kunstharz unzuverlässig.Basically, therefore, for applications in which a high light and weathering stability is required to give surface coatings based on aliphatic polyurethanes preference. When formulating PU gelcoats, however, it should be borne in mind that conventional mixtures of polyol and polyisocyanate do not gel until the reaction has proceeded very far. But then already the reaction and thus the adhesion of the PU gelcoat to the resin used for the composite material is severely limited (that is, the tack-free time is relatively long, the lamination time, however, comparatively short). The use of such a conventional product would be difficult to realize in terms of process engineering and, moreover, unreliable with regard to gelcoat / synthetic resin adhesion.
Darüber hinaus weisen handelsübliche PUR-Gelcoats (von Relius Coatings) in der Regel vergleichsweise niedrige Glasübergangstemperaturen (< 40°C) auf. Dies schränkt den Temperaturbereich stark ein, in dem ein solches Produkt eingesetzt werden kann.In addition, commercially available PUR gel coats (from Relius Coatings) generally have comparatively low glass transition temperatures (<40 ° C.). This greatly limits the temperature range in which such a product can be used.
Zur Abkürzung der Prozesszykluszeiten bei der Fertigung von Epoxy-Laminaten, insbesondere wenn ein Epoxy-Prepreg zum Laminataufbau eingesetzt wird, werden häufig Härtungstemperaturen über 80°C angewendet. Dies ist auch dann notwendig, wenn an das Laminat hohe Anforderungen bezüglich der Warmformbeständigkeit gestellt werden. Übliche PUR-Gelcoats zeigen bei Einsatz in Prozessen mit Härtungstemperaturen > 80°C nach der Entformung des Bauteils häufig Oberflächendefekte in Form von Einfallstellen. Aus diesem Grund ist der Einsatz von PUR-Gelcoats bei Härtungstemperaturen von > 80°C nur bedingt möglich und erfordert häufig ein aufwendiges Nacharbeiten zum Glätten der Bauteiloberfläche.To shorten the process cycle times in the manufacture of epoxy laminates, especially when an epoxy prepreg is used for laminate construction, curing temperatures above 80 ° C are often used. This is necessary even if high demands are placed on the laminate in terms of heat distortion resistance. When used in processes with hardening temperatures> 80 ° C, conventional PUR gel coats often show surface defects in the form of sink marks after demolding of the component. For this reason, the use of PUR Gelcoats at curing temperatures of> 80 ° C is limited and often requires a costly reworking to smooth the component surface.
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Gegebenenfalls kann auch so vorgegangen werden, dass in einem ersten Schritt Vernetzungsmittel/Kettenverlängerungsmittel im Polyol gelöst wird und erst in einem zweiten Schritt mit dem Isocyanat verarbeitet wird. In einer weiteren vorgeschlagenen Vorgehensweise wird nach dem one-shot-Verfahren gearbeitet. (
Darauf aufbauend offenbart die
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Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Verbundwerkstoff mit Polyurethan-Gelcoat zur Verfügung zu stellen. Dafür sollen Komponenten für ein Gelcoat-Harzsystem auf Polyurethan-Basis zur Verfügung gestellt werden, die die genannten Nachteile nicht aufweisen. Die Komponenten für das Gelcoat-Harzsystem sollen,
- – eine vergleichsweise lange Laminierzeit bei für das Mischen und das Einbringen in die Form ausreichender Topfzeit und für die Filmbildung hinreichenden, aber vergleichsweise kurzen Gel- und Klebfreizeiten ergeben,
- – einfach verarbeitbar sein (d. h. keine zusätzliche Geräte für eine Heißapplikation und/oder Sprühapplikation erfordern),
- – eine gute Haftung zwischen Gelcoat und Kunstharz ergeben (insbesondere zu Epoxidharzen, bei langen Laminierzeiten),
- – ein Gelcoat ergeben, das licht- und witterungsbeständig ist und nicht zur Bildung von Haarrissen neigt,
- – eine glatte Bauteiloberfläche, frei von Einfallstellen auch bei Härtungstemperaturen zwischen 80°C und 130°C, erzeugen und
- – preiswert sein.
- Provide a comparatively long lamination time with sufficient but for the mixing and the introduction into the mold of sufficient pot life and for the film formation, but comparatively short gel and Klebfreizeiten,
- - be easily processable (ie do not require additional equipment for hot application and / or spray application),
- - give a good adhesion between gelcoat and synthetic resin (in particular to epoxy resins, with long lamination times),
- - give a gelcoat which is resistant to light and weathering and does not tend to form hairline cracks,
- - Produce a smooth component surface, free of sink marks even at curing temperatures between 80 ° C and 130 ° C, and
- - be cheap.
Dazu wären zwar Polyurethan-Gelcoats mit einer hohen Glasübergangstemperatur TG grundsätzlich besonders gut geeignet. Eine hohe Glasübergangstemperatur setzt eine hohe Vernetzung des Polyurethans voraus, d. h. den Einsatz eines hochfunktionellen Polyols. Mit der Verwendung eines hochfunktionellen Polyols geht aber eine sehr kurze Laminierzeit einher. Deshalb war es auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Komponenten für ein Polyurethan-Gelcoat (für einen Verbundwerkstoff) zur Verfügung zu stellen, die einerseits ein Gelcoat mit hoher Tg ergeben, andererseits aber eine Verlängerung der Laminierzeit ermöglichen.Polyurethane gel coats with a high glass transition temperature T G would, in principle, be particularly well suited for this purpose. A high glass transition temperature requires a high degree of crosslinking of the polyurethane, ie the use of a highly functional polyol. However, the use of a highly functional polyol involves a very short lamination time. Therefore, it was also an object of the present invention to provide components for a polyurethane gelcoat (for a composite material) which, on the one hand, give a gel coat with high T g , but on the other hand make it possible to extend the lamination time.
Diese Aufgabe wird durch den Verbundwerkstoff gemäß den Ansprüchen 1 bis 18 gelöst. Der Gelcoat des Verbundwerkstoffs ist herstellbar durch Mischen der Komponenten einer Zweikomponenten-Zusammensetzung, welche
- A) eine Polyolkomponente, die
- A1) 2 bis 60 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Bestandteile A1, A2 und A3, ein oder mehrere niedrigmolekulare Polyole mit einem Molekulargewicht von 60 bis 160 g/mol und einer Hydroxylgruppenkonzentration von 22,3 bis 35 mol Hydroxylgruppen je kg niedrigmolekulares Polyol,
- A2) 97 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der
- Bestandteile A1, A2 und A3, ein oder mehrere höhermolekulare Polyole und
- A3) 0,1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Bestandteile A1, A2 und A3, ein oder mehrere lichtbeständige aromatische Amine enthält, und
- B) eine Polyisocyanatkomponente umfasst, die ein oder mehrere Polyisocyanate enthält,
- A) a polyol component, the
- A1) 2 to 60 wt .-%, based on the total mass of the components A1, A2 and A3, one or more low molecular weight polyols having a molecular weight of 60 to 160 g / mol and a hydroxyl group concentration of 22.3 to 35 moles of hydroxyl groups per kg low molecular weight polyol,
- A2) 97 to 30 wt .-%, based on the total mass of
- Components A1, A2 and A3, one or more higher molecular weight polyols and
- A3) 0.1 to 20 wt .-%, based on the total mass of the components A1, A2 and A3, one or more light-stable aromatic amines containing, and
- B) comprises a polyisocyanate component containing one or more polyisocyanates,
Die Erfindung beruht u. a. darauf, dass gefunden wurde, dass lichtbeständige aromatische Amine einer Polyolkomponente zur Herstellung von Polyurethan-Gelcoats zugesetzt werden können und die aus der erfindungsgemäß eingesetzten Polyolkomponente und einer Polyisocyanatkomponente hergestellte Mischung besonders gute Verarbeitungseigenschaften bei der Herstellung von Polyurethan-Gelcoats aufweist und darüber hinaus ein besonders lichtbeständiges Gelcoat ergibt. Erfindungsgemäße ausgehärtete Gelcoats weisen vorzugsweise eine Shore D Härte von mehr als 65 auf (bestimmt nach DIN EN ISO 868) und die Reissdehnung bei 23°C ist vorzugsweise größer als 10% (bestimmt nach ASTM-D-522).The invention is based, inter alia, on the finding that fade-resistant aromatic amines can be added to a polyol component for the production of polyurethane gelcoats and that the mixture prepared from the polyol component used according to the invention and a polyisocyanate component has particularly good processing properties in the production of polyurethane gelcoats and above addition, a particularly light-resistant gel coat results. Cured gelcoats according to the invention have preferably a Shore D hardness of more than 65 (determined according to DIN EN ISO 868) and the elongation at break at 23 ° C is preferably greater than 10% (determined according to ASTM-D-522).
1. Polyolkomponente1. polyol component
Die erfindungsgemäß eingesetzte Polyolkomponente zeichnet sich dadurch aus, dass sie mindestens ein Polyol mit vergleichsweise geringem Molekulargewicht und vergleichsweise hoher Hydroxylgruppenkonzentration cOH enthält. Das niedrigmolekulare Polyol (bzw. die gegebenenfalls zwei, drei, vier etc. niedrigmolekularen Polyole) führt (führen) dazu, dass bereits zu Beginn der Reaktion der Polyolkomponente mit einer Polyisocyanatkomponente (nach ausreichender Topfzeit und vertretbarer Gelzeit) ein sehr engmaschiges Netzwerk gebildet wird, welches die gewünschte mechanische Stabilität der gelierten Gelcoatschicht sicherstellt.The polyol component used according to the invention is characterized in that it contains at least one polyol having a comparatively low molecular weight and a comparatively high hydroxyl group concentration c OH . The low molecular weight polyol (or the optionally two, three, four, etc. low molecular weight polyols) leads to the formation of a very close-meshed network at the beginning of the reaction of the polyol component with a polyisocyanate component (after sufficient pot life and acceptable gel time). which ensures the desired mechanical stability of the gelled gelcoat layer.
Niedrigmolekulares PolyolLow molecular weight polyol
Erfindungsgemäß ist ein ”niedrigmolekulares Polyol” definiert als ein Polyol mit einem Molekulargewicht von 60 bis 160 g/mol (bevorzugt 60 bis 150 g/mol, bevorzugter 60 bis 140 g/mol und insbesondere 90 bis 137 g/mol) und einer Hydroxylgruppenkonzentration von 22,3 bis 35 mol Hydroxylgruppen je kg niedrigmolekulares Polyol.In the present invention, a "low molecular weight polyol" is defined as a polyol having a molecular weight of 60 to 160 g / mol (preferably 60 to 150 g / mol, more preferably 60 to 140 g / mol, and more preferably 90 to 137 g / mol) and a hydroxyl group concentration of 22.3 to 35 moles of hydroxyl groups per kg of low molecular weight polyol.
Bevorzugt liegt die Hydroxylgruppenkonzentration cOH im Bereich von 25 bis 34, bevorzugter 28 bis 34 und insbesondere im Bereich von 30 bis 33 mol Hydroxylgruppen je kg niedrigmolekulares Polyol.Preferably, the hydroxyl group concentration c is OH in the range of 25 to 34, more preferably 28 to 34 and in particular in the range of 30 to 33 moles of hydroxyl groups per kg of low molecular weight polyol.
Grundsätzlich sind erfindungsgemäß als niedrigmolekulare Polyole alle geradkettigen oder verzweigten aliphatischen Glykole, Triole, Tetrole, Pentole und deren Mischungen geeignet.In principle, all straight-chain or branched aliphatic glycols, triols, tetrols, pentols and mixtures thereof are suitable according to the invention as low molecular weight polyols.
Beispiele sind die nachfolgend aufgeführten niedrigmolekularen Polyole (Tabelle 1). Tabelle 1 Bevorzugte niedrigmolekulare Polyole
Bevorzugt liegt der Anteil niedrigmolekulares Polyol (d. h. die Summe aller niedrigmolekularen Polyole in der Polyolkomponente) im Bereich von 2 bis 60 Gew.-%, bevorzugter 5 bis 50 Gew.-%, insbesondere 10 bis 45 Gew.-% wie 20 bis 40 Gew.-% wobei ein Anteil von 30 bis 35 Gew.-% besonders bevorzugt ist, bezogen auf die Gesamtmasse der Bestandteile A1, A2 und A3 der Polyolkomponente.Preferably, the proportion of low molecular weight polyol (ie, the sum of all low molecular weight polyols in the polyol component) is in the range of 2 to 60 wt .-%, more preferably 5 to 50 wt .-%, in particular 10 to 45 wt .-% such as 20 to 40 wt %, wherein a proportion of 30 to 35 wt .-% is particularly preferred, based on the total mass of the components A1, A2 and A3 of the polyol component.
Höhermolekulares PolyolHigher molecular weight polyol
Das in der erfindungsgemäß eingesetzten Polyolkomponente enthaltene höhermolekulare Polyol kann grundsätzlich jedes zur Herstellung von Polyurethanen übliche Polyol sein, beispielsweise Polyesterpolyol, Polyetherpolyol, Acrylatpolyol und/oder Polyol auf Basis dimerer Fettsäuren. Dabei umfassen die Bestandteile A1 und A2 alle in der erfindungsgemäß eingesetzten Polyolkomponente enthaltenen Polyole, d. h. ein Polyol, das kein niedrigmolekulares Polyol gemäß oben genannter Definition ist, gilt für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung als ein höhermolekulares Polyol.The higher molecular weight polyol present in the polyol component used according to the invention may in principle be any polyol customary for the preparation of polyurethanes, for example polyester polyol, polyether polyol, acrylate polyol and / or polyol based on dimer fatty acids. The constituents A1 and A2 comprise all polyols contained in the polyol component used according to the invention, ie. H. a polyol which is not a low molecular weight polyol as defined above is considered to be a higher molecular weight polyol for the purposes of the present specification.
Geeignete höhermolekulare Polyole sind z. B. in der genannten
Weitere typische höhermolekulare Polyole sind die Polyesterpolyole, die Esterkondensationsprodukte von Dicarbonsäuren mit Polyalkoholen niedrigen Molekulargewichts darstellen und eine Funktionalität von 2 bis 4 haben, wobei solche höhermolekularen Polyesterpolyole bevorzugt sind, die eine Hydroxylgruppenkonzentration im Bereich von 6 bis 15 mol/kg höhermolekulares Polyesterpolyol aufweisen, bevorzugt 8 bis 12 mol Hydroxylgruppen pro kg. Das höhermolekulare Polyol (bzw. die gegebenenfalls zwei, drei, vier etc. höhermolekularen Polyole) der Polyolkomponente stellt (stellen) sicher, dass eine ausreichend lange Laminierzeit zur Verfügung steht. Dies ist wichtig, um eine gute Haftung zum Kunstharz des Verbundwerkstoffs zu erreichen.Other typical higher molecular weight polyols are the polyester polyols, which are ester condensation products of dicarboxylic acids with low molecular weight polyhydric alcohols and have a functionality of 2 to 4, with preference being given to those higher molecular weight polyester polyols having a hydroxyl group concentration in the range of 6 to 15 mol / kg of higher molecular weight polyester polyol 8 to 12 moles of hydroxyl groups per kg. The higher molecular weight polyol (or optionally two, three, four etc. higher molecular weight polyols) of the polyol component ensures that a sufficiently long lamination time is available. This is important to achieve good adhesion to the resin of the composite.
Besonders bevorzugte höhermolekulare Polyole sind:
- – ein Polyol auf Acrylatbasis mit einer Funktionalität von etwa 2,3 und einem Hydroxylgruppengehalt von 12,5 mol/kg,
- – ein Polyetherpolyol mit einer Funktionalität von 3 und einem Hydroxylgruppengehalt von etwa 16,5 mol/kg,
- – ein Umsetzungsprodukt aus Trimethylolpropan und Polycaprolacton mit einer Funktionalität von etwa 3 und einem Hydroxylgruppengehalt von etwa 10 mol/kg.
- An acrylate-based polyol having a functionality of about 2.3 and a hydroxyl group content of 12.5 mol / kg,
- A polyether polyol having a functionality of 3 and a hydroxyl group content of about 16.5 mol / kg,
- A reaction product of trimethylolpropane and polycaprolactone having a functionality of about 3 and a hydroxyl group content of about 10 mol / kg.
Bevorzugt liegt der Anteil höhermolekulares Polyol (d. h. die Summe aller höhermolekularen Polyole) in der Polyolkomponente im Bereich von 97 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 90 bis 40 Gew.-% bevorzugter 80 bis 45 Gew.-% und insbesondere 70 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Bestandteile A1, A2 und A3 der Polyolkomponente. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Polyolkomponente frei von aliphatischen Dicarbonsäuren.Preferably, the proportion of higher molecular weight polyol (ie the sum of all higher molecular weight polyols) in the polyol component in the range of 97 to 30 wt .-%, preferably 90 to 40 wt .-%, more preferably 80 to 45 wt .-% and in particular 70 to 50 wt .-%, based on the total mass of the components A1, A2 and A3 of the polyol component. In a preferred embodiment, the polyol component is free of aliphatic dicarboxylic acids.
Lichtbeständiges aromatisches Amin mit geringer Reaktivität gegenüber IsocyanatenLight-stable aromatic amine with low reactivity towards isocyanates
Geeignete lichtbeständige aromatische Amine sind z. B. in den
Bevorzugte lichtbeständige aromatische Amine zeichnen sich dadurch aus, dass sie, gelöst in Toluol (20 Gew.-% Amin in Toluol), und bei 23°C gemischt mit einer äquimolaren Menge eines oligomeren HDI-Isocyanats (Hexamethylendiisocyanats) mit einem NCO-Gehalt von etwa 5,2 mol/kg und einer Viskosität im Bereich von 2750 bis 4250 mPas, gelöst in Toluol (80 Gew.-% Isocyanat in Toluol), eine Gelzeit von mehr als 30 Sekunden, bevorzugt mehr als 3 Minuten, bevorzugter mehr als 5 Minuten und insbesondere mehr als 20 Minuten ergeben.Preferred light-stable aromatic amines are characterized in that they, dissolved in toluene (20 wt .-% amine in toluene), and mixed at 23 ° C with an equimolar amount of an oligomeric HDI isocyanate (hexamethylene diisocyanate) having an NCO content of about 5.2 mol / kg and a viscosity in the range of 2750 to 4250 mPas, dissolved in toluene (80 wt .-% isocyanate in toluene), a gel time of more than 30 seconds, preferably more than 3 minutes, more preferably more than 5 Minutes and in particular more than 20 minutes.
Ein besonders bevorzugtes lichtbeständiges aromatisches Amin ist dadurch gekennzeichnet, dass es, gelöst in Toluol (25 Gew.-% Amin in Toluol) und bei 23°C gemischt mit einer äquimolaren Menge eines Oligomeren HDI-Isocyanats mit einem NCO-Gehalt von etwa 5,2 mol/kg und einer Viskosität im Bereich von 2750 bis 4250 mPas eine Mischung ergibt, wobei die Mischung, auf inerte weiße Prüfplatten aufgebracht und im Umluftofen für 30 Minuten bei 80°C und dann für 60 Minuten bei 120°C gehärtet ein Coating mit einer Trockenschichtdicke von etwa 20 μm ergibt, wobei das Coating bei 300stündiger künstlicher Bewitterung nach ASTM-G-53 (4 Stunden UVB 313, 4 Stunden Kondensation) eine Farbtonänderung Delta E (nach DIN 5033 Teil 4 gemessen und nach DIN 6174 ausgewertet) von höchstens 50 zeigt, bevorzugt höchstens 45, insbesondere höchstens 40, wie höchstens 30.A particularly preferred light-stable aromatic amine is characterized in that it, dissolved in toluene (25 wt .-% amine in toluene) and at 23 ° C mixed with an equimolar amount of an oligomer HDI isocyanate having an NCO content of about 5, 2 mol / kg and a viscosity in the range of 2750 to 4250 mPas, wherein the mixture, applied to inert white test plates and cured in a convection oven for 30 minutes at 80 ° C and then for 60 minutes at 120 ° C coated with a a dry film thickness of about 20 microns, wherein the coating at 300 hours artificial weathering according to ASTM G-53 (4 hours UVB 313, 4 hours condensation) a hue Delta E (according to DIN 5033 Part 4 measured and evaluated according to DIN 6174) of at most 50, preferably at most 45, in particular at most 40, such as at most 30.
Erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzte lichtbeständige aromatische Amine sind Methylenbisaniline, insbesondere 4,4'-Methylenbis(2,6-dialkylaniline), bevorzugt die in der
Besonders geeignet sind die in der folgenden Tabelle 2 aufgelisteten 4,4'-Methylenbis(3-R1-2-R2-6-R3-aniline). Tabelle 2 4,4'-Methylenbis (3-R1-2-R2-6-R3-aniline)
Das erfindungsgemäß besonders bevorzugte lichtbeständige aromatische Amin ist 4,4'-Methylenbis(3-chlor-2,6-diethylanilin), Lonzacure M-CDEA.The light-stable aromatic amine particularly preferred according to the invention is 4,4'-methylenebis (3-chloro-2,6-diethylaniline), Lonzacure M-CDEA.
Bevorzugt liegt der Anteil lichtbeständiges aromatisches Amin in der Polyolkomponente (d. h. die Summe aller lichtbeständigen aromatischen Amine in der Polyolkomponente) im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,3 bis 10 Gew.-%, bevorzugter 0,5 bis 5 Gew.-% und insbesondere 1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Bestandteile A1, A2 und A3 der Polyolkomponente.Preferably, the amount of light stable aromatic amine in the polyol component (ie, the sum of all light stable aromatic amines in the polyol component) is in the range of 0.1 to 20 wt%, preferably 0.3 to 10 wt%, more preferably 0.5 to 5 wt .-% and in particular 1 to 3 wt .-%, based on the total mass of the components A1, A2 and A3 of the polyol component.
Katalysatorencatalysts
beschleunigen die Polymerisationsreaktion zwischen Polyolkomponente und Polyisocyanatkomponente. Grundsätzlich können alle zur Verwendung in Polyurethanen bekannten Katalysatoren verwendet weiden, bevorzugt die in der
Ein erfindungsgemäß besonders bevorzugter Katalysator zur Verwendung in einer Polyolkomponente ist Dibutylzinndilaurat (DBTL).A catalyst particularly preferred according to the invention for use in a polyol component is dibutyltin dilaurate (DBTL).
Eine erfindungsgemäß eingesetzte Polyolkomponente kann bis zu 1 Gew.-%, bevorzugter 0,05 bis 0,5 Gew.-%, insbesondere etwa 0,3 Gew.-% Katalysator enthalten, beispielsweise 0,3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Polyolkomponente.A polyol component used according to the invention may contain up to 1% by weight, more preferably 0.05 to 0.5% by weight, in particular about 0.3% by weight of catalyst, for example 0.3% by weight, based on the Total mass of the polyol component.
Füllstoffefillers
Die erfindungsgemäße Polyolkomponente enthält bevorzugt größere Mengen eines oder mehrerer Füllstoffe, wobei für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung ”Pigmentstoffe” in die Definition des Begriffs ”Füllstoff” eingeschlossen sind. Bevorzugte Füllstoffe sind Talkum, Dolomit, gefülltes CaCO3, BaSO4, Quarzmehl, Kieselerde, Titandioxid, Molsiebe und (vorzugsweise calciniertes) Kaolin. Der Gehalt einer Polyolkomponente an Füllstoff liegt bevorzugt im Bereich von 10 bis 80 Gew.-%, bevorzugter 20 bis 70 Gew.-%, insbesondere 35 bis 55 Gew.-% wie 40 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Polyolkomponente. Dabei sind Mischungen von Füllstoffen bevorzugt, beispielsweise Mischungen von zwei, drei oder vier Füllstoffen.The polyol component of the invention preferably contains greater amounts of one or more fillers, and for the purposes of the present specification, "pigments" are included in the definition of the term "filler". Preferred fillers are talc, dolomite, filled CaCO 3 , BaSO 4 , quartz flour, silica, titania, molecular sieves and (preferably calcined) kaolin. The content of a polyol component in filler is preferably in the range of 10 to 80% by weight, more preferably 20 to 70% by weight, especially 35 to 55% by weight, such as 40 to 50% by weight, based on the total mass polyol. Mixtures of fillers are preferred, for example mixtures of two, three or four fillers.
Darüber hinaus können in der Polyolkomponente gemahlene Glasfasern enthalten sein, beispielsweise gemahlene Glasfasern einer Länge von weniger als 500 im. Diese Glasfasern verhindern das Weiterreißen eines eventuellen Risses.In addition, ground glass fibers may be included in the polyol component, for example, milled glass fibers of less than 500 microns in length. These fibers prevent the tearing of a possible crack.
2. Polyisocyanatkomponente2. polyisocyanate component
Bevorzugt in der Polyisocyanatkomponente eingesetzte Polyisocyanate sind aliphatische Isocyanate, beispielsweise die in der
Die in der Polyisocyanatkomponente als Füllstoffe einsetzbaren Kieselsäuren sind insbesondere silanisierte pyrogene Kieselsäuren. Durch den bevorzugten Gehalt der Polyisocyanatkomponente an Kieselsäure (einem Thixotropiermittel) wird sichergestellt, dass Polyolkomponente und Polyisocyanatkomponente infolge der ähnlichen Viskositäten der Komponenten gut mischbar sind und darüber hinaus die Mischung der Komponenten an einer vertikalen Fläche bis zu 1 mm Nassschichtdicke nicht abläuft. Die Menge liegt bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 5 Gew.-%, bevorzugter 0,5 bis 3 Gew.-%, insbesondere 1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Polyisocyanatkomponente.The silicas which can be used as fillers in the polyisocyanate component are, in particular, silanized pyrogenic silicic acids. The preferred content of the polyisocyanate component on silica (a thixotropic agent) ensures that the polyol component and the polyisocyanate component result the similar viscosities of the components are well miscible and beyond the mixture of components on a vertical surface up to 1 mm wet thickness does not expire. The amount is preferably in the range of 0.1 to 5 wt .-%, more preferably 0.5 to 3 wt .-%, in particular 1 to 2 wt .-%, based on the total weight of the polyisocyanate component.
Katalysatorencatalysts
Die der Polyolkomponente zusetzbaren Katalysatoren können auch in der Polyisocyanatkomponente, oder anstelle in der Polyolkomponente in der Polyisocyanatkomponente, in den genannten Konzentrationen enthalten sein, wobei in der Polyisocyanatkomponente als Katalysatoren Zirkonverbindungen bevorzugt sind.The catalysts which can be added to the polyol component may also be present in the polyisocyanate component or instead of in the polyol component in the polyisocyanate component in the stated concentrations, with zirconium compounds being preferred as catalysts in the polyisocyanate component.
3. Additive (Siehe Lehrbuch: ”Lackadditive”, Johan H. Bielemann, Weinheim, Wiley-VCH, 1998).3. Additives (see textbook: "Lackadditive", Johan H. Bielemann, Weinheim, Wiley-VCH, 1998).
Darüber hinaus können entweder die Polyolkomponente oder die Polyisocyanatkomponente, oder beide Komponenten, zusätzlich ein oder mehrere Additive ausgewählt aus Entschäumungsmitteln, Dispergiermitteln und Entlüftungsmitteln enthalten.In addition, either the polyol component or the polyisocyanate component, or both components, may additionally contain one or more additives selected from defoaming agents, dispersants and deaerating agents.
Entschäumungsmitteldefoamers
können in einer Menge bis 1,0 Gew.-%, bevorzugt bis 0,5 Gew.-% vorhanden sein, bezogen auf die Gesamtmasse der Komponente, in der sie eingesetzt werden.may be present in an amount of up to 1.0% by weight, preferably up to 0.5% by weight, based on the total mass of the component in which they are used.
Entlüftungsmittelvent means
können in einer Menge bis 1,0 Gew.-%, bevorzugt bis 0,6 Gew.-% enthalten sein, bezogen auf die Gesamtmasse der Komponente, in der sie eingesetzt werden. Viele Entschäumungsmittel wirken gleichzeitig als Entlüftungsmittel.may be included in an amount up to 1.0% by weight, preferably up to 0.6% by weight, based on the total weight of the component in which they are used. Many defoaming agents simultaneously act as deaerating agents.
Dispergiermitteldispersants
können in einer Menge bis 0,5 Gew.-%, bevorzugt bis 0,3 Gew.-% enthalten sein, bezogen auf die Gesamtmasse der Komponente, der sie zugesetzt werden.may be present in an amount of up to 0.5% by weight, preferably up to 0.3% by weight, based on the total weight of the component to which they are added.
Durch die Verwendung eines lichtbeständigen aromatischen Amins in einer Polyolkomponente wird die Laminierzeit bei der Umsetzung der Polyolkomponente mit einer Polyisocyanatkomponente bei der Herstellung eines Polyurethan-Gelcoats erhöht.The use of a light stable aromatic amine in a polyol component increases the lamination time in the reaction of the polyol component with a polyisocyanate component in the preparation of a polyurethane gelcoat.
Beim Anmischen der Polyolkomponente werden typischerweise die Polyole mit Additiven in einem Vakuum-Dissolver vorgelegt. Die Füllstoffe und Pigmente werden dann im Vakuum in den Polyolen dispergiert. Zum Anmischen der Polyisocyanatkomponente wird üblicherweise das Polyisocyanat vorgelegt und mit den entsprechenden Additiven vermischt. Anschließend werden der Füllstoff und das Thixotropiermittel im Vakuum eindispergiert.When mixing the polyol component, the polyols are typically presented with additives in a vacuum dissolver. The fillers and pigments are then dispersed in vacuo in the polyols. For mixing the polyisocyanate component, the polyisocyanate is usually initially charged and mixed with the appropriate additives. Subsequently, the filler and the thixotropic agent are dispersed in vacuo.
Die relativen Mengen von Polyolkomponente und Polyisocyanatkomponente werden (insbesondere in der erfindungsgemäß eingesetzten Zweikomponenten-Zusammensetzung) so gewählt, dass Hydroxylgruppen und Isocyanatgruppen im jeweils gewünschten molaren Verhältnis reagieren. Das molare Verhältnis von Hydroxylgruppen zu Isocyanatgruppen (OH:NCO) liegt üblicherweise im Bereich von 1:3 bis 3:1, bevorzugt 1:2 bis 2:1, bevorzugter 1:1,5 bis 1,5:1. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt das Verhältnis OH:NCO nahe einem stöchiometrischen molaren Verhältnis von 1:1, d. h. im Bereich von 1:1,2 bis 1,2:1, bevorzugt 1:1,1 bis 1,1:1, und insbesondere bevorzugt ist eine äquimolare Umsetzung, d. h. die relativen Mengen Polyolkomponente und Polyisocyanatkomponente werden so gewählt, dass das molare Verhältnis der Hydroxylgruppen zu Isocyanatgruppen bei etwa 1:1 liegt.The relative amounts of polyol component and polyisocyanate component are (in particular in the two-component composition used according to the invention) chosen so that hydroxyl groups and isocyanate groups react in the respectively desired molar ratio. The molar ratio of hydroxyl groups to isocyanate groups (OH: NCO) is usually in the range from 1: 3 to 3: 1, preferably 1: 2 to 2: 1, more preferably 1: 1.5 to 1.5: 1. According to a particularly preferred embodiment, the ratio OH: NCO is close to a stoichiometric molar ratio of 1: 1, d. H. in the range of 1: 1.2 to 1.2: 1, preferably 1: 1.1 to 1.1: 1, and particularly preferred is an equimolar reaction, d. H. the relative amounts of polyol component and polyisocyanate component are chosen such that the molar ratio of hydroxyl groups to isocyanate groups is about 1: 1.
Die Gelierung der Mischung der zwei Komponenten erfolgt entweder bei Raumtemperatur oder, wenn eine beschleunigte Gelierung gewünscht wird, bei erhöhter Temperatur. Beispielsweise kann bei einer Temperatur von 40, 60 oder auch 80°C geliert werden. Bei der besonders bevorzugten Mischung aus den Komponenten der erfindungsgemäß eingesetzten Zweikomponenten-Zusammensetzung ist aber eine Temperaturerhöhung zur Beschleunigung der Gelierung nicht zwingend notwendig.Gelation of the mixture of the two components occurs either at room temperature or, if accelerated gelation is desired, at elevated temperature. For example, can be gelled at a temperature of 40, 60 or even 80 ° C. In the case of the particularly preferred mixture of the components of the two-component composition used according to the invention, however, a temperature increase to accelerate the gelation is not absolutely necessary.
Wenn die Bildung eines mechanisch ausreichend stabilen Gels abgeschlossen ist, wird innerhalb der Laminierzeit Kunstharz, beispielsweise Epoxidharz und gewünschtenfalls Glasfasergewebe oder Glasfaservlies auf das Gelcoat aufgetragen. Durch erfindungsgemäß eingesetzte Polyolkomponenten und erfindungsgemäß eingesetzte Zweikomponenten-Zusammensetzungen wird erreicht, dass die für das Auflaminieren zur Verfügung stehende Laminierzeit im Bereich von etwa 20 Minuten und 72 Stunden, typischerweise bei etwa 48 Stunden liegt. Das Auflaminierverfahren auf Gelcoats unterscheidet sich nicht von den Laminierverfahren, die ohne Verwendung von Gelcoats angewendet werden und z. B. in ”Faserverbundbauweisen” von M. Flemming, G. Ziegmann, S. Roth, Springer, Berlin, Heidelberg, New York, 1996, beschrieben sind. Das Härten der Gelcoats erfolgt üblicherweise bei erhöhten Temperatur. When the formation of a mechanically sufficiently stable gel is completed, resin, for example epoxy resin and, if desired, glass fiber fabric or glass fiber fleece, is applied to the gel coat within the lamination time. By means of polyol components used according to the invention and two-component compositions used according to the invention, it is achieved that the lamination time available for lamination is in the range of about 20 minutes and 72 hours, typically about 48 hours. The lamination process on gelcoats is no different from the lamination processes which are used without the use of gelcoats and e.g. B. in "fiber composite structures" by M. Flemming, G. Ziegmann, S. Roth, Springer, Berlin, Heidelberg, New York, 1996, are described. The curing of the gel coats usually takes place at elevated temperature.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform betrifft einen Verbundwerkstoff mit einem Polyurethan-Gelcoat, welches durch Mischen einer Polyolkomponente, die ein lichtbeständiges aromatisches Amin umfasst, mit einer Polyisocyanatkomponente und Härten der Mischung bei 120°C (1 h) erhältlich ist, wobei das Polyurethan-Gelcoat bei 900stündiger künstlichen Bewitterung nach ASTM-G-53 (4 Stunden UVB 313, 4 Stunden Kondensation) eine Farbtonänderung Delta E (nach DIN 5033 Teil 4 gemessen und nach DIN 6174 ausgewertet) von höchstens 6,5 zeigt, bevorzugt kleiner als 5, insbesondere kleiner als 4, wie kleiner als 3. Das Polyurethan-Gelcoat ist durch Mischen der Komponenten der beschriebenen Zweikomponenten-Zusammensetzung und Härten der Mischung herstellbar.Another preferred embodiment relates to a composite with a polyurethane gelcoat which is obtainable by mixing a polyol component comprising a light stable aromatic amine with a polyisocyanate component and curing the mixture at 120 ° C (1 hour), wherein the polyurethane gelcoat at 900 hours of artificial weathering according to ASTM-G-53 (4 hours UVB 313, 4 hours condensation) a hue Delta E (measured according to DIN 5033 Part 4 and evaluated according to DIN 6174) of not more than 6.5, preferably less than 5, in particular smaller than 4, such as less than 3. The polyurethane gelcoat can be prepared by mixing the components of the described two-component composition and curing the mixture.
Somit betrifft die Erfindung einen Verbundwerkstoff, der ein Gelcoat umfasst und seine Verwendung zur Herstellung von Formteilen. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Formteile sind Windflügel.Thus, the invention relates to a composite material comprising a gelcoat and its use for the production of moldings. A particularly preferred embodiment of the molded parts are wind wings.
Die erfindungsgemäß eingesetzte Zweikomponenten-Zusammensetzung bietet die folgenden Vorteile:
- – Sie ist ein System aus lediglich zwei Komponenten und deshalb einfach zu verarbeiten.
- – Die Topfzeit beträgt lediglich 10 bis 15 Minuten.
- – Die Mischung aus Polyolkomponente und Polyisocyanatkomponente ist innerhalb von 20 bis 70 Minuten klebfrei, auch bei 0,5 mm Schichtdicke und Raumtemperatur. Dafür ist keine Erwärmung notwendig.
- – Die Laminierzeit liegt bei Raumtemperatur bei mehr als 72 Stunden, damit sind sehr gute Voraussetzungen für die Haftung zu EP-Laminaten gegeben.
- – Die Mischung der zwei Komponenten ist bis zu 1 mm Nassschichtdicke an einer vertikalen Fläche ablaufsicher.
- – Infolge der bevorzugt mit Kieselsäure eingestellten Viskosität der Polyisocyanatkomponente ist eine gute Mischbarkeit der zwei Komponenten gegeben.
- – Die bei der Herstellung der zwei Komponenten eingesetzten Verbindungen sind arbeitshygienisch gut handhabbar und bei der Verarbeitung emissionsfrei.
- – Die zwei Komponenten ergeben ein transparentes Gelcoat, können deshalb beliebig pigmentiert werden.
- – Die gemischten Komponenten sind auch als Spachtelmasse oder als Beschichtung, die nicht im In-Mould-Verfahren appliziert werden muss, einsetzbar.
- – Die Mischung der Komponenten ist selbstverlaufend.
- – Eine vollständige Härtung der Mischung der zwei Komponenten kann bereits bei Temperaturen von 80 bis 160°C innerhalb von 30 Minuten bis 2 Stunden erreicht werden.
- - It is a system of only two components and therefore easy to work with.
- - The pot life is only 10 to 15 minutes.
- The mixture of polyol component and polyisocyanate component is tack-free within 20 to 70 minutes, even at 0.5 mm layer thickness and room temperature. No heating is necessary for this.
- - The lamination time is more than 72 hours at room temperature, which provides very good conditions for adhesion to EP laminates.
- - The mixture of the two components is leak-proof up to 1 mm wet layer thickness on a vertical surface.
- As a result of the viscosity of the polyisocyanate component, which is preferably adjusted with silica, good miscibility of the two components is achieved.
- The compounds used in the production of the two components are easy to handle in terms of industrial hygiene and are emission-free during processing.
- - The two components result in a transparent gelcoat, so they can be pigmented arbitrarily.
- - The mixed components can also be used as putty or as a coating that does not have to be applied in the in-mold process.
- - The mixture of components is self-leveling.
- - A complete cure of the mixture of the two components can already be achieved at temperatures of 80 to 160 ° C within 30 minutes to 2 hours.
Das eingesetzte Gelcoat besitzt die folgenden vorteilhaften Eigenschaften:
- – Gute Bewitterungsstabilität.
- – Bei kurzer Gel- und Klebfreizeit eine lange Laminierzeit.
- – Nach der Entformung erhält man glatte Bauteiloberflächen ohne Oberflächendefekte, was mindestens teilweise auf die vergleichsweise hohe Glasübergangstemperatur TG von höher als 60°C bis 70°C zurückgeführt werden kann.
- – Hohe Hydrolysebeständigkeit.
- – Hohe Warmformbeständigkeit, da Tg ≈ 70°C.
- – Hohe Chemikalienbeständigkeit.
- – Hohe Abriebbeständigkeit.
- – Gute Schleifbarkeit. Eine Nachbehandlung des Gelcoats ist im Prinzip nicht notwendig. Werden jedoch große Bauteile aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt, ist es erforderlich, die Stoßkanten durch Spachtelmassen zu verschließen. Überschüssiger Spachtel wird in der Regel abgeschliffen. Um glatte Übergänge zu erhalten, ist es notwendig, dass das Gelcoat gut schleifbar ist. Das gleiche gilt, wenn Reparaturarbeiten an einer mechanisch geschädigten Fläche erforderlich werden.
- - Good weathering stability.
- - For a short gel and tack free, a long lamination time.
- - After demolding one obtains smooth component surfaces without surface defects, which can be at least partially attributed to the comparatively high glass transition temperature T G of higher than 60 ° C to 70 ° C.
- - High hydrolysis resistance.
- - High heat distortion resistance, since Tg ≈ 70 ° C.
- - High chemical resistance.
- - High abrasion resistance.
- - Good sandability. Aftertreatment of the gelcoat is not necessary in principle. However, if large components composed of several individual parts, it is necessary to close the abutting edges by putties. Excess putty is usually sanded off. In order to obtain smooth transitions, it is necessary that the gelcoat is easy to sand. The same applies if repair work on a mechanically damaged surface is required.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele verdeutlicht.The invention is illustrated by the following examples.
Beispiele Examples
Verwendete Testmethoden sind im Folgenden beschrieben:Test methods used are described below:
Testmethode 1:Test Method 1:
Hinreichend geringe Reaktivität bevorzugter AmineSufficient low reactivity of preferred amines
Zur Bestimmung der Gelzeit wird das lichtbeständige aromatische Amin, gelöst in Toluol (20 Gew.-% Amin in Toluol), bei 23°C mit einer äquimolaren Menge eines Oligomeren HDI-Isocyanates mit einem NCO-Gehalt von etwa 21,8% und einer Viskosität des lösungsmittelfreien Isocyanats von 2750 bis 4250 mPas, gelöst in Toluol (80 Gew.-% Isocyanat in Toluol, z. B. Desmodur N3300, Bayer AG) gemischt. Zur Bestimmung der Gelzeit dient ein Sunshine-Geltime-Meter der Firma Sunshine Scientific Instruments.To determine the gel time, the light-stable aromatic amine dissolved in toluene (20 wt .-% amine in toluene), at 23 ° C with an equimolar amount of an oligomer HDI isocyanate having an NCO content of about 21.8% and a Viscosity of the solvent-free isocyanate of 2750 to 4250 mPas, dissolved in toluene (80 wt .-% isocyanate in toluene, eg Desmodur N3300, Bayer AG) mixed. The gel time is determined using a Sunshine Geltime meter from Sunshine Scientific Instruments.
Testmethode 2:Test Method 2:
Bewitterungsstabilität eines bevorzugten lichtstabilen aromatischen AminsWeathering stability of a preferred light stable aromatic amine
Dazu wurde das lichtbeständige aromatische Amin gelöst in Toluol (25 Gew.-% Amin in Toluol) bei 23°C mit einer äquimolaren Menge eines oligomeren HDI-Isocyanates mit einem NCO-Gehalt von etwa 21,8% und einer Viskosität des lösungsmittelfreien Isocyanats von 2750 bis 4250 mPas (z. B. Desmodur N3300, Bayer AG) zu einer Mischung gemischt. Die Mischung wunde auf inerte weiße Prüfplatten aufgebracht und im Umluftofen für 30 Minuten bei 80°C und dann für 60 Minuten bei 120°C gehärtet. Dies ergab ein Coating mit einer Trockenschichtdicke von etwa 20 μm. Zur Prüfung der Bewitterungsstabilität des Coatings wurden Coating-beschichtete neutrale Probeplatten einer künstlichen Bewitterung nach ASTM-G-53 ausgesetzt (4 Stunden UVB 313, 4 Stunden Kondensation). Die durch die Bewitterung verursachte Farbtonänderung wird nach 150 und 300 Stunden nach DIN 5033 Teil 4 gemessen und nach DIN 6174 ausgewertet. Die erhaltenen Delta E-Werte sind ein Maß für die Farbtonabweichung des bewitterten Coatings und damit die Lichtbeständigkeit des aromatischen Amins.For this purpose, the light-stable aromatic amine was dissolved in toluene (25 wt .-% amine in toluene) at 23 ° C with an equimolar amount of an oligomeric HDI isocyanate having an NCO content of about 21.8% and a viscosity of the solvent-free isocyanate 2750 to 4250 mPas (eg Desmodur N3300, Bayer AG) to a mixture. The mixture wound on inert white test plates and cured in a convection oven for 30 minutes at 80 ° C and then for 60 minutes at 120 ° C. This gave a coating with a dry film thickness of about 20 microns. To test the weathering stability of the coating, coating-coated neutral test panels were subjected to artificial weathering according to ASTM-G-53 (4 hours UVB 313, 4 hours condensation). The color change caused by the weathering is measured after 150 and 300 hours according to DIN 5033 Part 4 and evaluated according to DIN 6174. The delta E values obtained are a measure of the color shade deviation of the weathered coating and thus the light stability of the aromatic amine.
Testmethode 3:Test Method 3:
Bewitterungsstabilität eines erfindungsgemäß eingesetzten Gelcoats (Gelcoat-Bewitterung)Weathering stability of a gelcoat used according to the invention (gelcoat weathering)
Eine Polyolkomponente, die ein lichtbeständiges aromatisches Amin enthält, wird mit einer Isocyanatkomponente gemischt und die Mischung wird auf Laminat-Platten aufgebracht und gehärtet. Das erhaltene Gelcoat wird einer künstlichen Bewitterung nach ASTM-G-53 ausgesetzt (4 Stunden UVB 313, 4 Stunden Kondensation). Die dadurch verursachte Farbtonänderung wird nach 900 Stunden nach DIN 5033 Teil 4 gemessen und nach DIN 6174 ausgewertet. Die erhaltenen Delta E-Werte sind ein Maß für die Farbtonstabilität des Gelcoats bei Bewitterung. Die Härtung erfolgte bei 120°C (1 h).A polyol component containing a light stable aromatic amine is mixed with an isocyanate component and the mixture is applied to laminate boards and cured. The resulting gelcoat is subjected to artificial weathering according to ASTM-G-53 (4 hours UVB 313, 4 hours condensation). The resulting color change is measured after 900 hours according to DIN 5033 Part 4 and evaluated according to DIN 6174. The obtained delta E values are a measure of the color stability of the gelcoat on weathering. Curing took place at 120 ° C (1 h).
Testmethode 4:Test Method 4:
Vergilbungsstabilität eines erfindungsgemäß eingesetzten Gelcoats in einem Test bei erhöhter Temperatur (Thermovergilbung)Yellowing stability of a gelcoat used according to the invention in a test at elevated temperature (thermal yellowing)
Wie im Testmethode 3 beschrieben wurden Gelcoat-beschichtete Laminat-Platten hergestellt. Die Platten wurden 96 Stunden bei Farbtonänderung wird nach DIN 5033 Teil 4 gemessen und nach DIN 6174 ausgewertet. Die erhaltenen Delta E-Werte sind ebenfalls ein Maß für die Farbtonstabilität der Gelcoats.As described in Test Method 3, gelcoat-coated laminate panels were prepared. The plates were 96 hours in color change is measured according to DIN 5033 Part 4 and evaluated according to DIN 6174. The Delta E values obtained are also a measure of the color stability of the gel coats.
Testmethode 5:Test Method 5:
Abrasionsstabilitätabrasion resistance
Die Abrasionsbeständigkeit der Gelcoats wurde nach ASTM-D-4060, Taber-Abraser, Rolle TS 10, Auflagegewicht 1000 g, nach 500 bzw. 1000 Runden geprüft. Der Abrieb wurde gravimetrisch bestimmt.The abrasion resistance of the gel coats was tested according to ASTM-D-4060, Taber Abraser, roll TS 10, weight 1000 g, after 500 and 1000 rounds, respectively. The abrasion was determined gravimetrically.
Erfindungsgemäß bevorzugte Abriebwerte sind (Tabelle 3):
Testmethode 6:Test Method 6:
Bestimmung von TG-Werten von GelcoatsDetermination of T G values of gelcoats
Die Glasübergangstemperatur wurde nach DIN 51007 durch DSC-Messungen bestimmt. Dazu wurden ein ausgehärteter Gelcoat-Probekörper mit einer Rate von 10 K/min von –10°C auf 250°C erwärmt und die Glasübergangstemperatur aus dem Wärmefluss durch die Probe nach oben genannter Norm bestimmt. Das dazu eingesetzte Gerät ist ein TC11K mit einer Messzelle DSC 30 der Firma Mettler.The glass transition temperature was determined according to DIN 51007 by DSC measurements. For this purpose, a cured gelcoat specimen was heated from -10 ° C to 250 ° C at a rate of 10 K / min and the glass transition temperature determined from the heat flow through the sample according to the above-mentioned standard. The device used for this purpose is a TC11K with a measuring cell DSC 30 from Mettler.
Testmethode 7:Test Method 7:
Prüfung der Haftung zwischen Gelcoat und LaminatTesting the adhesion between gelcoat and laminate
Ein 3 cm breiter und 20 cm langer Laminatstreifen von ca. 2 mm Dicke, der mit einer 0,7 mm dicken Schicht eines Gelcoats beschichtet ist, wird in einer Biegeprüfung nach DIN EN ISO 1519 über einen 5 mm-Dorn gebrochen. Die Bruchkante wird visuell beurteilt. Es wird unterschieden zwischen:
- a) ”Keine Haftung”: d. h. Ablösung der Gelcoat-Schicht vom Laminat schon vor oder während des Biegeversuchs.
- b) ”Teilweise Haftung”: d. h. Delamination in der Grenzfläche Gelcoat-Laminat (Adhäsionsbruch) beim Bruch.
- c) ”Vollständige Haftung”: d. h. keine Ablösung der Gelcoat-Schicht beim Bruch des Verbundbauteils.
- a) "No adhesion": ie detachment of the gelcoat layer from the laminate before or during the bending test.
- b) "Partial adhesion": ie delamination in the gelcoat laminate interface (adhesion breakage) at break.
- c) "Complete adhesion": ie no detachment of the gelcoat layer when the composite component breaks.
Beispiel 1: Anwendung der Testmethode 1Example 1: Application of Test Method 1
Die Gelzeit bei Verwendung lichtbeständiger aromatischer Amine wurde gemäß Testmethode 1 bestimmt. Die Ergebnisse mit Aminen der Firma Lonza sind in der folgenden Tabelle 4 dargestellt: Tabelle 4
Beispiel 2: Anwendung der Testmethode 2Example 2: Application of Test Method 2
Die Bewitterungsstabilität lichtbeständiger aromatischer Amine wurde gemäß Testmethode 2 bestimmt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 5 aufgeführt. Tabelle 5
Beispiel 3: Herstellung von Polyolkomponenten Example 3: Preparation of polyol components
Es wurden Polyolkomponenten formuliert, deren Bestandteile sich aus der folgenden Tabelle 6 ergeben. Tabelle 6
Beispiel 4: PolyisocyanatkomponentenExample 4: Polyisocyanate components
Unter Verwendung der in der folgenden Tabelle 7 aufgeführten Bestandteile wurden Polyisocyanatkomponenten formuliert. Tabelle 7
Beispiel 5: Herstellung und Untersuchung von GelcoatsExample 5: Preparation and analysis of gel coats
In der folgenden Tabelle 8 sind die Herstellung von Gelcoats und deren Tests zusammengefasst. Die Gelcoats wurden hergestellt, indem je eine Polyolkomponente, und eine Polyisocyanatkomponente, auf 20,5 bis 24°C temperiert, in einem solchen Verhältnis gemischt wurden, dass sich ein stöchiometrisches Verhältnis von Isocyanatgruppen zu Hydroxylgruppen ergab. Die Mischung wurde 3 Minuten geführt. Die Mischung wurde in einer Schichtdicke von 500 μm auf eine Stahlform aufgetragen, die mit Lösungsmittel entfettet und mit einem Trennmittel, z. B. Zywax Watershield, behandelt worden war.Table 8 below summarizes the preparation of gelcoats and their tests. The gel coats were prepared by mixing each one polyol component, and a polyisocyanate component, heated to 20.5 to 24 ° C, in such a ratio that a stoichiometric ratio of isocyanate groups to hydroxyl groups resulted. The mixture was run for 3 minutes. The mixture was applied in a layer thickness of 500 microns on a steel mold, degreased with solvent and with a release agent, for. Zywax Watershield.
Mit einem Epoxidharz/Glasgelege-Prepreg, z. B. Strafil® GM 9.5 D-E 4163/44 (Fa. Hexcel Composites), wurde überlaminiert und der Verbund aus Gelcoatmischung und Substrat wurde gehärtet. Danach wurden Laminathaftung, Oberflächengüte, Glasübergangstemperatur, Abrasion, Thermovergilbung und Bewitterungsstabilität bestimmt.With an epoxy / Glasgelege prepreg, z. B. STRAFIL ® GM 9.5 EN 4163/44 (Fa. Hexcel Composites) was laminated over and the composite of Gelcoatmischung substrate and was cured. Thereafter, laminate adhesion, surface finish, glass transition temperature, abrasion, thermal yellowing and weathering stability were determined.
Ergebnis:Result:
Die erfindungsgemäß eingesetzte Gelcoat-Formulierung zeigt im Vergleich auch nach 72 Stunden Laminierzeit und anschließender 1-stündiger Härtung des Verbundes im Vakuum-Sack bei 120°C deutlich bessere Haftungseigenschaften als die nicht erfindungsgemäßen PUR-Formulierungen. Die Oberfläche der Gelcoat-Schicht weist keine Störungen durch Einfallstellen auf und grenzt sich damit von nicht erfindungsgemäßen PUR-Gelcoats ab. Darüber hinaus zeigt die Gelcoat-Formulierung gegenüber sowohl den handelsüblichen PUR- als auch EP-Gelcoat-Formulierungen deutlich verbesserte Vergilbungs-, Bewitterungs- und Abriebbeständigkeit. Die Glasübergangstemperatur des eingesetzten PUR-Gelcoats liegt mit 70°C in der Nähe dessen, was man von Epoxy-Gelcoats erwarten kann. Daraus ergibt sich eine im Vergleich zu handelsüblichen PUR-Gelcoats deutlich erhöhte Warmformbeständigkeit der eingesetzten Gelcoats.The gelcoat formulation used according to the invention shows in comparison even after 72 hours lamination time and subsequent 1 hour curing of the composite in a vacuum bag at 120 ° C significantly better adhesion properties than the non-inventive PUR formulations. The surface of the gelcoat layer has no interference from sink marks and is thus different from non-inventive PUR gel coats. In addition, the gelcoat formulation exhibits significantly improved yellowing, weathering and abrasion resistance over both the commercial PUR and EP gelcoat formulations. The glass transition temperature of the PUR Gelcoats used is with 70 ° C in the proximity of what one can expect from epoxy Gelcoats. This results in a significantly increased hot-forming resistance of the gel coats used in comparison to commercially available PUR gel coats.
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